[논문]무기체계 재구성을 위한 온톨로지 기반 컴포넌트 시맨틱 검색 시스템 구축 방법

서동진; 서윤호

doi:10.9709/jkss.2016.25.1.011

무기체계 재구성을 위한 온톨로지 기반 컴포넌트 시맨틱 검색 시스템 구축 방법
A Method for build an Ontology-based Component Semantic Search System for Reconfiguration of Weapon System 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.25 no.1, 2016년, pp.11 - 20

서동진 (고려대학교 산업경영공학과) , 서윤호

초록
AI-Helper

최근 국방 분야의 모델링 및 시뮬레이션(M&S)에서는 무기체계의 개발비용을 절감하고 재사용성을 높이기 위해 컴포넌트 기반 개발(Component Based Development) 기술을 사용한다. 이와 관련해서 무기체계를 컴포넌트로 표준화하여 신속히 재구성 및 시뮬레이션하기 위한 연구가 수행되고 있다. 복잡하고 다양한 기능의 컴포넌트 정보를 검색하여 신 무기체계로 신속히 재구성하기 위해서는 기존의 키워드 검색방식과는 차별화된 검색 기법이 요구된다. 이를 보완하기 위해 방대한 정보 사이에서 의미적으로 연관된 정보를 제공하는 시맨틱 검색 시스템(Semantic Search System) 구축이 필요하다. 본 연구에서는 무기체계 컴포넌트 메타데이터와 이들의 대표적인 기능속성을 표현하는 용어들을 온톨로지(Ontology)로 구축하고 이를 활용한 시맨틱 검색 시스템을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently in the field of defense Modeling and Simulation (M&S), Component-Based Development technology is widely applying to save the cost and increase the reusability of weapon system development. Related with this, researches for rapid reconfiguration and simulation of the component-standardized weapon system is actively carrying out. To rapidly reconfigure the new weapon system, complex and various functions of component information has to be effectively searched. So, it requires differentiated search technique unlike existing Keyword-based Search method. Semantic Search System provides semantically related information among the extensive information. In this research, metadata of weapon system components and their representative functional words are built as an ontology. And it provides an ontology-based semantic search system.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

향후 사용자 중심의 다양한 기능이 추가된 시맨틱 검색 시스템을 개발 완료하여 기존 검색 모델과 다른 시맨틱 검색 시스템과의 성능 비교실험을 진행할 계획이다. 또한, 자연어 처리(Natural Language Processing), 기계 학습 기법(Machine Learning Techniques) 등을 활용하여 온톨로지를 자동으로 구축하는 방안에 대해 연구하고자 한다.
본 연구에서는 국방 모델링 & 시뮬레이션(M&S)에서 사용되는 컴포넌트로 표준화된 무기체계의 신속한 재구성을 지원하기위한 온톨로지 기반 시맨틱 검색 시스템 prototype을 제안하였다. 기존의 컴포넌트 검색으로 사용된 키워드 기반 검색은 사용자의 의도와 관련 없는 컴포넌트도 함께 검색 결과로 반환한다.
기존의 연구가 단편적인 검색 결과만을 제공하는 반면 본 연구에서는 무기체계의 재구성까지 염두에 둔 폭넓은 검색을 진행한다. 이를 위해 무기체계 컴포넌트 메타데이터와 이와 연관된 용어들을 기반으로 온톨로지를 구축하고 이들 간에 연관성을 활용한 시맨틱 검색 시스템을 제안하고자 한다.

가설 설정

. 신 무기체계를 재구성하기 위해서는 무기체계 컴포넌트를 검색하여 사용자의 요구사항에 부합하는 컴포넌트를 사용해야 한다. 이를 위한 검색 기술에 대한 연구가 필요하다.

제안 방법

3장의 시스템 설계를 바탕으로 Protégé를 통해 온톨로지를 구축하고 C# 언어로 시맨틱 검색 시스템 prototype을 개발하였다. 그리고 개발된 검색 시스템과 온톨로지를 연동하여 검색이 진행되도록 하였다.
기능 온톨로지 설계를 위해 본 연구에서는 비행기 무기체계 추진부(Propulsion Section) 컴포넌트들의 기능 분석을 통한 대표적인 기능속성을 도출하였다. MIL-STD 881B은 비행기 무기체계 추진부를 구성하는 다양한 컴포넌트들을 소개하며 본 연구에서는 이 컴포넌트들 중 일부를 사전^[19]을 참고하여 정의하였다.
둘째, 추가적인 메타데이터 어휘를 입력하고 도출된 컴포넌트 중에서 이에 부합하는 메타데이터 속성 값을 가진 컴포넌트를 검색한다. 위 과정에서 도출된 전투기의 엔진과 기어박스 컴포넌트 중에서 사용자의 요구사항에 완전히 부합하는 컴포넌트를 검색하기 위해 추가로 [29,000lb]을 검색어로 입력한다.
본 연구에서는 무기체계 컴포넌트의 속성 값인 무게, 속도, 제조사 등 무기체계와 연관된 정보를 메타데이터로 표현하고 이를 온톨로지로 구축하였다. 또한 무기체계 컴포넌트의 대표적인 기능속성을 표현하는 용어들을 어휘사전 형태로 구축하고 이를 기능 온톨로지로 정의하였다.
이렇게 구축된 온톨로지들을 의미적 관계를 중심으로 통합하고 이를 사용한 시맨틱 검색 시스템을 개발하였다. 시맨틱 검색 시스템은 사용자의 요구사항과 부합하고, 이와 연관된 폭 넓은 컴포넌트 정보를 함께 검색할 수 있도록 하였다.
온톨로지 기반 영화 콘텐츠 검색 및 추천 시스템을 제안하였다. 이 시스템에서는 영화 메타데이터를 온톨로지로 구축하고, 확률 기법을 통한 메타데이터 간에 유사성을 분석하였다. 이를 통해 사용자가 원하는 영화를 검색하고 추천해주는 시스템을 구축하였다.
Protégé는 Open Source 온톨로지 구축 소프트웨어로 온톨로지 설계를 위한 관계정보 관리, GUI(Graphic User Interface) 등 다양한 기능을 제공한다. 이러한 기능을 활용하여 무기체계의 class와 property, 그리고 이들간에 관계성을 입력하고 컴포넌트 정보와 기능 어휘에 대한 온톨로지를 구축한다.
또한 무기체계 컴포넌트의 대표적인 기능속성을 표현하는 용어들을 어휘사전 형태로 구축하고 이를 기능 온톨로지로 정의하였다. 이렇게 구축된 온톨로지들을 의미적 관계를 중심으로 통합하고 이를 사용한 시맨틱 검색 시스템을 개발하였다. 시맨틱 검색 시스템은 사용자의 요구사항과 부합하고, 이와 연관된 폭 넓은 컴포넌트 정보를 함께 검색할 수 있도록 하였다.
이와 같이 구현된 시맨틱 검색 시스템은 앞 절에서 설명한 검색 질의어 처리 과정과 같은 절차를 통해 최종적으로 전투기와 수송기의 엔진 컴포넌트 정보를 도출하였다. 이처럼 사용자는 시맨틱 검색 시스템을 사용하여 효율적으로 검색을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

대상 데이터

본 연구에서는 온톨로지 구축을 위해 Protégé를 활용하였다. Protégé는 Open Source 온톨로지 구축 소프트웨어로 온톨로지 설계를 위한 관계정보 관리, GUI(Graphic User Interface) 등 다양한 기능을 제공한다.

이론/모형

온톨로지 구조를 가지는 무기체계 컴포넌트 메타데이터 설계를 위해 본 연구에서는 미 국방부 Military Standard Handbook(MIL-STD 881B)의 무기체계 WBS(Work Breakdown Structure)를 참고하였다^[18]. 무기체계 WBS는 무기체계의 물리적 속성뿐만 아니라 서비스적인 요소를 하나의 고정된 체계로 구조화하여 컴포넌트들 간에 관계를 파악할 수 있다.
Zhang 등은^[9] 인터넷 웹에서 온톨로지 검색이 가능한 OntoSearch를 제안하였다. 이 검색엔진에서는 검색된 온톨로지 정보 간에 유사도 점검을 위해 Google Web APIs의 시각화 기술을 활용하였다. 또한 Gao 등은^[10] 기 개발된 OntoSearch 검색엔진에 concepts weights vectors matching(CWVM) 알고리즘을 적용하여 검색 정확도를 향상시켰다.

후속연구

그러나 논문에서는 개발된 시맨틱 검색 시스템이 구현 초기 단계이므로 기존 검색 모델과의 비교실험을 통한 객관적인 성능 검증까지는 진행하지 못하였다. 또한 설계한 온톨로지의 대상 범위가 비교적 좁아 수동으로 구축하였으나 국방 무기체계의 사용 범위는 방대하다.
이 검색 시스템을 통해 무기체계 개발자는 사용자의 요구사항과 부합하고, 이와 연관된 폭 넓은 컴포넌트 검색이 가능하게 되어 시뮬레이션 모델 재구성시 다양한 대안을 신속하게 재구성 할 수 있을 것으로 기대된다.
향후 사용자 중심의 다양한 기능이 추가된 시맨틱 검색 시스템을 개발 완료하여 기존 검색 모델과 다른 시맨틱 검색 시스템과의 성능 비교실험을 진행할 계획이다. 또한, 자연어 처리(Natural Language Processing), 기계 학습 기법(Machine Learning Techniques) 등을 활용하여 온톨로지를 자동으로 구축하는 방안에 대해 연구하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시맨틱 검색이란 무엇인가?	또한 온톨로지들의 상호 연결을 통한 추론과 통합의 기능도 가진다. 이러한 온톨로지의 특성을 활용한 시맨틱 웹 환경에서의 검색을 시맨틱 검색(Semantic Search)이라 한다.
	시맨틱 웹 기술의 목표는 무엇인가?	시맨틱 웹(Semantic Web) 기술은 현재 인터넷 웹(Web)의 발전된 형태로 데이터와 데이터 간에 의미 관계를 인간과 기계가 모두 이해할 수 있는 환경 구축을 목표로 한다. 온톨로지(Ontology)는 이러한 시맨틱 웹 환경에서의 핵심 기술로 특정 도메인(Domain)을 계층적 구조와 의미 관계 등으로 구성하여 해당 도메인의 모든 정보를 표현한다[1].
	일반적인 키워드 검색 방식의 단점은 무엇인가?	현재의 일반적인 키워드 검색은 인터넷 웹(Web)의 데이터를 색인한 후 사용자가 입력한 질의어에 해당하는 모든 데이터들을 불러들이는 기술로 질의어와 관련 없는 정보들도 함께 제공한다. 그러므로 사용자가 원하는 정보를 찾기 위해 많은 시간과 노력이 드는 단점이 있다. 반면, 시맨틱 검색은 사용자가 입력한 질의어를 온톨로지에서 이와 의미적으로 연관된 정보를 찾아줌으로써 더 정확한 결과를 제공한다.

참고문헌 (19)

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상세보기
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http://dictionary.cambridge.org.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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