IoT 환경의 서비스는 상황정보를 끊임없이 수집하여, 상황에 적합한 행동을 수행해야 한다. 따라서 수집한 상황정보를 표현할 수 있는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 IoT 환경의 상황정보를 표현할 수 있도록 온톨로지 기반의 상황정보 모델을 제안한다. 제안하는 모델은 온톨로지 기반이므로 의미적인 상호운용성을 지원한다. 또한 다양한 IoT 도메인의 상황정보를 모델링하기 위하여 상위 온톨로지를 작성한다. IoT 환경을 구성하는 사람, 환경, 사물을 클래스로 표현하고, 그 상황을 나타내는 속성을 정의하여 일관성 있게 상황정보를 기술하므로 이해하고 사용하기 쉽다. 또한 상황정보는 시시각각 변하는 동적인 상황을 반영해야 하므로 상황정보 온톨로지의 유효성을 판단할 수 있도록 상황정보의 생성시간 및 생존시간을 모델링하여 제공하는 특성을 가진다. 제안하는 온톨로지 모델은 OWL을 사용하여 기술하며, 구축한 온톨로지를 기반으로 서비스를 기술할 수 있다.
IoT 환경의 서비스는 상황정보를 끊임없이 수집하여, 상황에 적합한 행동을 수행해야 한다. 따라서 수집한 상황정보를 표현할 수 있는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 IoT 환경의 상황정보를 표현할 수 있도록 온톨로지 기반의 상황정보 모델을 제안한다. 제안하는 모델은 온톨로지 기반이므로 의미적인 상호운용성을 지원한다. 또한 다양한 IoT 도메인의 상황정보를 모델링하기 위하여 상위 온톨로지를 작성한다. IoT 환경을 구성하는 사람, 환경, 사물을 클래스로 표현하고, 그 상황을 나타내는 속성을 정의하여 일관성 있게 상황정보를 기술하므로 이해하고 사용하기 쉽다. 또한 상황정보는 시시각각 변하는 동적인 상황을 반영해야 하므로 상황정보 온톨로지의 유효성을 판단할 수 있도록 상황정보의 생성시간 및 생존시간을 모델링하여 제공하는 특성을 가진다. 제안하는 온톨로지 모델은 OWL을 사용하여 기술하며, 구축한 온톨로지를 기반으로 서비스를 기술할 수 있다.
The services of the IoT environment should constantly collect situation information, and perform appropriate actions according to the situation. Therefore, there is a need for a method that can express collected situation information. In this paper, we propose a situation information model based on ...
The services of the IoT environment should constantly collect situation information, and perform appropriate actions according to the situation. Therefore, there is a need for a method that can express collected situation information. In this paper, we propose a situation information model based on ontology for IoT environment. Since the proposed model is ontology based, it supports semantic interoperability. We also build an upper-level ontology to model common situation information of various IoT domains. It is easy to understand and use because it expresses situation information consistently by expressing person, environment, and thing constituting IoT environment as class and defining properties indicating the situation. In addition, since the situation information need to reflect dynamic situation, it has a feature to model the creation time and the life time of the situation information so as to judge the validity of the information. The proposed ontology model is described using OWL, and the service can be described based on the constructed ontology.
The services of the IoT environment should constantly collect situation information, and perform appropriate actions according to the situation. Therefore, there is a need for a method that can express collected situation information. In this paper, we propose a situation information model based on ontology for IoT environment. Since the proposed model is ontology based, it supports semantic interoperability. We also build an upper-level ontology to model common situation information of various IoT domains. It is easy to understand and use because it expresses situation information consistently by expressing person, environment, and thing constituting IoT environment as class and defining properties indicating the situation. In addition, since the situation information need to reflect dynamic situation, it has a feature to model the creation time and the life time of the situation information so as to judge the validity of the information. The proposed ontology model is described using OWL, and the service can be described based on the constructed ontology.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
IoT 환경의 상황정보를 의미적인 상호운용성을 지원할 수 있도록 표현하기 위하여 본 논문에서는 온톨로지 기반의 상황정보 모델을 제안하였다. 제안한 모델은 온톨로지 언어인 OWL을 사용하여 기술하였으며, 다양한 도메인의 상황 정보를 모델링할 수 있도록 상위 온톨로지를 구축하였다.
온톨로지는 정형적이면서, 정보의 의미를 풍부하게 표현할 수 있고, 논리적인 특성을 기술할 수 있는 방법을 제공한다. 또한 사람뿐만 아니라 기계도 이해할 수 있는 의미적인 상호운용성(Interoperability)을 제공하는 기술이다. 따라서 IoT 환경의 사람 및 환경, 다양한 사물들로부터 수집되는 상황정보의 의미를 논리적으로 표현하기 적합하며, 사람뿐만 아니라 IoT를 구성하는 다양한 기계들 사이에서 상황정보에 대한 의미적인 상호운용성을 지원할 수 있다.
본 논문에서는 IoT 환경의 상황정보를 표현할 수 있도록, 온톨로지 기반의 상황정보 모델을 제안한다. 온톨로지(Ontology)는 ‘공유된 개념에 대한 정형적이고 명확한 명세’ 라고 정의된다[2].
사용자의 편의, 방범과 보안, 에너지 관리, 각종 가전 기구 모니터링 및 제어 등을 위해 IoT 기술이 적용된다. 본 논문에서는 그림 2와 같이 스마트 원룸을 대상으로 사용자의 기상 편의를 제공하는 스마트 홈 기상 알람 서비스 시나리오와 사용자가 오랜 시간 외출을 하였을 때, 빈 집이 범죄의 표적이 되지 않도록 집을 보호하기 위한 스마트 홈 방범 서비스 시나리오를 정의한다.
본장에서는 3장에서 제안한 IoT 환경의 스마트홈 상황정보 모델을 구현한 OWL 온톨로지가 스마트 홈 서비스에 필요한 상황정보를 잘 기술할 수 있는지 검증하기 위하여 온톨리지를 구축한 후, 서비스에 필요한 상황정보를 STARQL로 검색하여 그 결과를 제시한다. 또한 상황정보 온톨로지를 사용하여 실제로 서비스를 기술할 수 있는지를 검증하기 위하여 구현한 온톨로지를 사용하여 Apache Jena 룰로 서비스를 기술하고 그 결과를 제시한다.
제안 방법
GOMs와 SISO는 IoT 서비스 모델에 중점을 두었고, 서비스를 위한 IoT 상황정보를 함께 표현하여 서비스에 필요한 조건을 추론한다. 따라서 상황 정보를 표현할 때, 사람, 사물과 환경 클래스에 대한 속성으로 상황정보를 표현하기보다, 사람, 사물과 환경 클래스의 하위 클래스를 사용하여 필요한 상황정보를 정의함으로써 하위 온톨로지로 갈수록 클래스 분류 체계가 매우 복잡하여 이해하기 어렵다.
먼저 사용자가 침실에 있는지를 체크한다. 그리고 침대에 압력센서의 값을 검사하여 침대가 사용 중인지를 체크하고, 침대 램프가 켜져 있는지를 확인한다. 위의 조건이 다 만족하면 사용자가 침실에서 취침중이라고 판단하고, 핸드폰의 알람을 울리고, TV를 켜고, 커튼을 오픈하고, 중앙 조명을 켜는 서비스를 가동한다.
본장에서는 3장에서 제안한 IoT 환경의 스마트홈 상황정보 모델을 구현한 OWL 온톨로지가 스마트 홈 서비스에 필요한 상황정보를 잘 기술할 수 있는지 검증하기 위하여 온톨리지를 구축한 후, 서비스에 필요한 상황정보를 STARQL로 검색하여 그 결과를 제시한다. 또한 상황정보 온톨로지를 사용하여 실제로 서비스를 기술할 수 있는지를 검증하기 위하여 구현한 온톨로지를 사용하여 Apache Jena 룰로 서비스를 기술하고 그 결과를 제시한다. Apache Jena 룰로 기술한 서비스는 Jena 추론기에 의해 서비스 조건이 만족할 때, 서비스 액션과 연관된 해당 온톨로지를 오류없이 추론할 수 있어야 한다.
IoT 서비스 정보를 중심으로 상황정보를 온톨로지로 정의한 선행 연구들은 온톨로지 모델이 이해하기 어렵고 복잡하다는 단점이 있다. 본 논문에서 IoT 환경의 서비스는 구축한 온톨로지 모델을 기반으로 Jena 룰을 사용하여 기술함으로써 복잡한 서비스를 기술할 수 있도록 하였다. 또한 상황정보 메타데이타 개념을 적용하여 상황정보의 유효성을 판단할 수 있는 온톨로지를 정의한 장점이 있다.
본 논문에서 제안하는 IoT 환경의 상황정보 모델은 GOMs, SISO, MOnCa처럼 여러 IoT 도메인의 상황정보를 모델링하기 위하여 도메인간 공통적으로 사용되는 요소들에 대하여 상위 온톨로지를 구축하고, 도메인에 특정된 상황정보는 상위 온톨로지의 하위에 정의하여 온톨로지의 재사용성을 높인다. 또한 MOnCa처럼 상황정보를 표현하기 위하여 사람, 환경, 사물을 클래스로 정의하고 상황을 나타내는 속성을 정의하여 상황정보 모델을 이해하고 사용하기 쉽다.
본 논문에서 제안하는 온톨로지 기반의 상황정보 모델은 대표적인 온톨로지 언어인 OWL[3] 를 사용하여 기술하며, 다양한 IoT 도메인의 상황정보를 모델링하기 위하여 상위 온톨로지를 작성한다. IoT 환경을 구성하는 사람, 환경, 사물을 클래스로 표현하고, 그 상황을 나타내는 속성을 정의하여 일관성 있게 상황정보를 기술하므로 이해하고 사용하기 쉽다.
본 논문에서는 IoT의 다양한 도메인에서 일반적으로 공통적으로 사용하는 Agent, InformationObject, PhysicalObject, Time, Place 카테고리들을 그림 1과 같이 상위 온톨로지로 작성한다. 에이전트의 하위 클래스로는 Person, Organization가 있다.
상황정보 메타데이타는 상황정보를 생성할 때 같이 생성하게 되어 상황정보 수집기에 의해 사용된다. 본 논문에서는 이러한 상황정보의 메타 데이터를 표현하기 위해서 인스턴스에 주석을 추가할 때 사용하는 owl annotation 속성을 사용한다.
Apache Jena 룰로 기술한 서비스는 Jena 추론기에 의해 서비스 조건이 만족할 때, 서비스 액션과 연관된 해당 온톨로지를 오류없이 추론할 수 있어야 한다. 이를 검증하기 위하여 RuleDerivation 프로그램을 작성하여 그 실행결과를 제시한다. RuleDerivation 프로그램은 온톨로지를 데이터 모델로 입력받고, Jena Rule로 기술된 서비스 룰을 입력받아 Jena RuleReasoner에 의해 서비스 조건이 만족되었을 때, 룰 기반 추론을 하고 수행한 추론의 유추과정을 보여주는 프로그램이다.
따라서 상황정보 메타데이타 온톨로지를 검증하기 위해서는 STARQL로 검색하여 해당 상황정보 메타데이타 온톨로지가 검색 가능해야 한다. 이를 위하여 실제 XML 인코딩으로 상황정보 메타데이타가 기술한 예를 들고, STARQL로 검색한 결과를 제시한다.
IoT 환경의 상황정보를 의미적인 상호운용성을 지원할 수 있도록 표현하기 위하여 본 논문에서는 온톨로지 기반의 상황정보 모델을 제안하였다. 제안한 모델은 온톨로지 언어인 OWL을 사용하여 기술하였으며, 다양한 도메인의 상황 정보를 모델링할 수 있도록 상위 온톨로지를 구축하였다. IoT 환경을 구성하는 사람, 환경, 사물 등을 클래스로 표현하고 그 상황을 나타내는 속성을 정의하여 일관성 있게 상황 정보를 기술하였기 때문에 이해하기 쉽고 사용하기 쉽다.
이론/모형
3장에서 제안한 IoT 환경의 스마트 홈 상황정보 모델을 구현하기 위해서 OWL을 사용한다. OWL은 W3C의 워킹 그룹에서 만든 권고안이며, 현재 온톨로지를 구축하기 위한 언어로 많이 사용된다.
Apache Jena는 온톨로지 API와 추론 API를 제공하는 시멘틱 웹 프레임워크로서 OWL을 잘 지원할 뿐 아니라 OWL reasoner를 제공하고 있어, OWL 온톨로지 구축 및 추론에 많이 사용되며, 온톨로지 추론을 위해서 제공하는 Jena 룰은 온톨로지를 사용하여 서비스를 기술하는데 적합하다[11]. 구현한 온톨로지에서 상황정보를 검색하기 위하여 온톨로지 질의 언어인 STARQL[12]을 사용한다. STARQL은 SQL과 유사한 문법을 가지고 있으므로 쉽게 배울 수 있고 온톨로지 질의에 적합한 언어이다.
스마트 홈 환경은 IoT 기술이 적용되는 가장 주목 받는 분야 중의 하나다[8]. 사용자의 편의, 방범과 보안, 에너지 관리, 각종 가전 기구 모니터링 및 제어 등을 위해 IoT 기술이 적용된다. 본 논문에서는 그림 2와 같이 스마트 원룸을 대상으로 사용자의 기상 편의를 제공하는 스마트 홈 기상 알람 서비스 시나리오와 사용자가 오랜 시간 외출을 하였을 때, 빈 집이 범죄의 표적이 되지 않도록 집을 보호하기 위한 스마트 홈 방범 서비스 시나리오를 정의한다.
0[10]을 사용한다. 스마트 홈 기상 알람 서비스와 방범 서비스는 스마트 홈 상황정보 온톨로지를 사용하여 Apache Jena[11]의 룰(rule)로 기술한다. Apache Jena는 온톨로지 API와 추론 API를 제공하는 시멘틱 웹 프레임워크로서 OWL을 잘 지원할 뿐 아니라 OWL reasoner를 제공하고 있어, OWL 온톨로지 구축 및 추론에 많이 사용되며, 온톨로지 추론을 위해서 제공하는 Jena 룰은 온톨로지를 사용하여 서비스를 기술하는데 적합하다[11].
후속연구
본 논문에서 제안한 온톨로지 기반의 IoT 환경의 상황정보 모델은 향후, IoT 상황 정보 생성기, 수집기 및 서비스를 제공하는 어플리케이션 실행 환경을 구축할 때, IoT 시스템의 각 구성 요소들이 상황 정보 모델을 공유하여 상호운영성을 제공할 수 있게 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
IoT기술은 무엇인가?
IoT(Internet of Things) 기술은 환경을 구성하는 사람뿐만 아니라 사물들을 인터넷에 연결하고, 상황정보를 수집하여 사용자에게 적합한 서비스를 지원하는 기술이다. IoT 환경의 서비스를 제공하기 위해서는 사용자 상황 정보뿐만 아니라 주변 사물과 환경의 상황정보를 끊임없이 수집하여 서비스를 수행할 조건이 만족하는지를 검사해야 한다[1].
IoT 서비스 정보를 중심으로 상황정보를 온톨로지로 정의한 선행 연구들의 단점은 무엇인가?
IoT 환경을 구성하는 사람, 환경, 사물 등을 클래스로 표현하고 그 상황을 나타내는 속성을 정의하여 일관성 있게 상황 정보를 기술하였기 때문에 이해하기 쉽고 사용하기 쉽다. IoT 서비스 정보를 중심으로 상황정보를 온톨로지로 정의한 선행 연구들은 온톨로지 모델이 이해하기 어렵고 복잡하다는 단점이 있다. 본 논문에서 IoT 환경의 서비스는 구축한 온톨로지 모델을 기반으로 Jena 룰을 사용하여 기술함으로써 복잡한 서비스를 기술할 수 있도록 하였다.
IoT 환경의 상황정보들을 표현할 수 있는 방법이 필요한 이유는 무엇인가?
IoT(Internet of Things) 기술은 환경을 구성하는 사람뿐만 아니라 사물들을 인터넷에 연결하고, 상황정보를 수집하여 사용자에게 적합한 서비스를 지원하는 기술이다. IoT 환경의 서비스를 제공하기 위해서는 사용자 상황 정보뿐만 아니라 주변 사물과 환경의 상황정보를 끊임없이 수집하여 서비스를 수행할 조건이 만족하는지를 검사해야 한다[1]. 따라서 수집되는 IoT 환경의 상황정보들은 표현할 수 있는 방법이 필요하다.
참고문헌 (12)
Yoo, Jinho, "The IoT Implementation Tec hnology for e-Health Device Connection," Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology, Vol. 8, No. 5, pp. 394-399, Oct, 2015.
T. R. Gruber, "A Translation Approach to Portable Ontologies", Knowledge Acquisition Journal, Vol. 5, pp. 199-220, 1993.
OWL, Available at: https://www.w3.org/OWL/
Nari Yang, Hoan-Suk Choi and Woo-Seop Rhee, "Development of the Cross-vertical Ontology for Context Aware Service in Various IoT Environment", JOURNAL OF THE KOREA CONTENTS ASSOCIATION, Vol. 15, No. 2, pp. 58-73. 2015,
Dong Hee Woo, Min Kyu Yoo and Yoon Ho Kim, "A Study on Ontology for Semantic-Based Service Exploiting the Context Information in IoT Environment," The Jounal of Society for e-Business Studies, Vol. 21, No. 3, pp. 1-13. 2016,
Je-Min Kim, Mi-Hwa Kim and Young-Tack Park, "MOnCa : Framework for Ontology-based Context Aware Smart Phone Applications," Journal of KISS : Software and Applications, Vol. 38, No. 7, pp. 369-381. 2011,
Robert Hoehndorf, "What is an upper level ontology?", Available at: http://ontogenesis.knowledgeblog.org/740, April 13, 2010.
Bae, Hong-Min, Seo, Shin-Il and Kim, B yung-Seo, "Home Automation System thr ough Learning User Life Pattern," Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology, Vol. 8, No. 2, pp. 79-85, Apr, 2015.
Eunhoe Kim, Jaeyoung Choi, "An Ontology-based Context Model in s Smart Home", ICCSA 2006, LNCS 3983, pp 11-20, May 2006.
Protege, Available at: https://protege.stanford.edu/
Apache Jena, Available at: https://jena.apache.org
SPARQL Query Language, Available at: https://www.w3.org/TR/rdf-sparql-query/
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.