보고서 정보
주관연구기관 |
한국전자통신연구원 Electronics and Telecommunications Research Institute |
연구책임자 |
이일우
|
참여연구자 |
이원종
,
김정
,
김영곤
,
이규빈
,
문세웅
,
신준식
,
오현동
|
보고서유형 | 연차보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2023-12 |
과제시작연도 |
2023 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
과제관리전문기관 |
한국전자통신연구원 Electronics and Telecommunications Research Institute |
등록번호 |
TRKO202400004863 |
과제고유번호 |
1711200942 |
사업명 |
한국전자통신연구원연구운영비지원(주요사업비) |
DB 구축일자 |
2024-07-31
|
키워드 |
분산지능.협업지능.자율대응.협업생산.프로그래머블 네트워크.Distributed Intelligence.MAML.Autonomous Things.Smart Factory.Programmable Network.
|
초록
▼
□ 과제수행 목표 및 내용
◎ 최종 목표
◦ 산업 및 사회 문제 해결을 위한 초연결 사물 협업 핵심기술 확보
- 협업행동지능 ActionBrain 프레임워크 소프트웨어 및 자율대응 시스템 개발 (ALFUS 레벨8)
- 동적 프로그래머블 네트워킹 운영체제 개발 (네트워크 경로 및 네트워킹 서비스 동적 프로그래머빌리티 제공)
◎ 전체 내용
o 협업행동지능 ActionBrain 프레임워크(SW)
o NIST ALFUS 레벨8 수준 다중로봇 협업 자율 제조 시스템
o NIST ALFUS 레
□ 과제수행 목표 및 내용
◎ 최종 목표
◦ 산업 및 사회 문제 해결을 위한 초연결 사물 협업 핵심기술 확보
- 협업행동지능 ActionBrain 프레임워크 소프트웨어 및 자율대응 시스템 개발 (ALFUS 레벨8)
- 동적 프로그래머블 네트워킹 운영체제 개발 (네트워크 경로 및 네트워킹 서비스 동적 프로그래머빌리티 제공)
◎ 전체 내용
o 협업행동지능 ActionBrain 프레임워크(SW)
o NIST ALFUS 레벨8 수준 다중로봇 협업 자율 제조 시스템
o NIST ALFUS 레벨8 수준 협업기반 재난 대응 시스템 개발
o 다양한 미래 응용서비스를 최적 수용할 수 있도록 동적으로 프로그래밍 가능한 네트워크 운영체제 핵심기술 개발
◎ 1단계
● 목표
ㅇ 실시간 사물 지능 기반 기술 확보 및 분산협업 응용 PoC (ALFUS6)
- 다중 협업 사물 실환경 협업학습 기술 개발
- 인지지능, 작업지능, 실세계 환경 협업행동지능 개발
- 분산 병렬 학습 협업 탐색 지능 개발
- 분산협업 조립 자율 시스템 개발 (ALFUS 레벨6)
- 분산협업 재난 대응 시스템 개발 (ALFUS 레벨6)
● 내용
ㅇ 사물 협업 지능 실행 기반 제공 프레임워크 고도화 및 지능실행 모델 경량화 기술 개발
- 사물지능 학습 모델 실행 지원 사물 협업 프레임워크 개발
- 자원제약적 사물을 위한 지능실행 모델 경량화 기술 개발
ㅇ 모방학습, 강화학습, 실세계학습기반 인간독립 인지지능/복잡미션/작업지능/실세계환경 행동지능 기술 개발
- 환경적응형 인간독립 인지지능 기술
- 단일 사물 기반 다중 작업 수행 작업지능 기술
- 가상과 실세계환경간 상호작용을 위한 다중 사물 행동지능 기술
ㅇ 멀티태스크 협업지능 병렬학습 및 온디바이스 처리 기술 개발
- 병렬 가상환경 기반 협업지능 학습 가속화 기술 개발
- 동적 요소 적응형 학습 기술 개발
ㅇ 사물 분산지능 기반 조립 자율시스템 기술 고도화 개발
- 사물 분산지능 기반 제품 조립 자율시스템 최적화 기술 개발
ㅇ 사물 분산지능 기반 재난대응 시스템 기술 고도화 개발
- 협동형 재난대응 무인이동체 시스템 개발
◎ 2단계
● 목표
ㅇ 인간 독립적으로 사물 자율 협업 기술 개발 및 PoC (ALFUS8)
- 프레임워크 기반 사물간 협업 지능의 실환경 온라인 자가진화 기술 개발 및 자원인지 경량화 고도화
- 인간독립 인지지능 성공률, 복잡미션 작업지능 실행률, 실세계환경 행동지능 적응률 고도화 기술 개발
- 실환경 기반 협업 지능 검증 기술 개발
- 사물 분산지능 기반 협업 제조 자율시스템 기술 고도화 개발 (ALFUS 8)
- 사물 분산지능 기반 협업 재난대응 시스템 기술 고도화 개발 (ALFUS 8)
ㅇ 차세대 데이터 중심 네트워크 운영체제 원천기술 개발 및 PoC (TRL 5)
- 서비스 프로그래머블 네트워킹 콘트롤러 개발
- 서비스 프로그래머블 네트워킹 노드 개발
- 서비스 프로그래머블 네트워킹 서비스 개발
● 내용
ㅇ 프레임워크 기반 사물간 협업 지능의 실환경 온라인 자가진화 기술 개발 및 경량 지능모델 고도화
- 프레임워크 기반 사물간 협업 지능의 실환경 온라인 자가진화 기술 개발
- 자원 제약적 사물을 위한 경량 지능모델 고도화 기술 개발
ㅇ 인간독립 인지지능 성공률, 복잡미션 작업지능 실행률, 실세계환경 행동지능 적응률 고도화 기술 개발
- 실세계환경 인간독립 인지지능 성능 시험 및 검증
- 다중 사물 협업기반 다중 복잡작업 작업지능 기술
- 다중 작업 다중 사물 실세계환경 적응률 향상을 위한 학습기반 행동지능 기술
ㅇ 실환경 기반 협업 지능 검증 기술 개발
- 실환경 기반 강화학습 모델 전이 기술 개발
- 미션 자율 수행 기술 개발
ㅇ 사물 분산지능 기반 협업 제조 자율시스템 기술 고도화 개발
- 다품종 혼류 제품 제조 자율시스템 분산 협업 제조지능 최적화 기술 개발
ㅇ 사물 분산지능 기반 협업 재난대응 시스템 기술 고도화 개발
- 협동형 재난대응 무인이동체 시스템 개발
ㅇ 서비스 프로그래머블 네트워킹 콘트롤러 개발
- 서비스 프로그래머블 SRv6 컨트롤러 핵심기술및 South-bound/North-bound Interface 프로토콜 개발
- 응용 특성에 따른 차별화된 서비스 프로그래머블 정책 및 경로 제어 기술종단간 서비스의 신뢰성, 보안성, 확장성 제공 기술및 6G 연동 기술 등
ㅇ 서비스 프로그래머블 네트워킹 노드 개발
- 서비스 프로그래머블 네트워킹 노드 포워딩 엔진 및 제어 플레인(라우팅 프로토콜 등) 개발
- 서비스 프로그래머블 네트워킹 콘트롤러 인터페이스 프로토콜 개발
ㅇ 서비스 프로그래머블 네트워킹 서비스 개발
- Service-aware 프로그래머블 네트워크 서비스 2종(e.g.,networked metaverse, 6G 연계서비스)발굴
◎ 당해 연도
● 목표
ㅇ 협업행동지능을 위한 ActionBrain 핵심원천기술 개발
ㅇ 분산협업 자율 제조 시스템 개발 (ALFUS 레벨8)
ㅇ 협업기반 재난 대응 시스템 개발 (ALFUS 레벨8)
ㅇ 서비스 프로그래머블 네트워킹 서비스 설계 및 핵심기술 개발
● 내용
ㅇ 협업행동지능 ActionBrain 프레임워크 소프트웨어 개발
- 협업행동지능 ActionBrain 프레임워크 소프트웨어 ETRI 오픈소스 공개
- 인간 독립 학습 다중 객체자세/상태 인지 기술 개발
- 종단간(End-to-End) 학습 작업지능 요소기술 개발
- 다중 사물 상호작용을 위한 협업이 필요한 복잡한 행동지능 기술 개발
- 다중 사물 다중작업 강화학습을 위한 최적화기반 메타학습 알고리즘 개발
ㅇ 분산 협업 자율 제조 시스템 개발 (ALFUS 레벨8)
- 다중 로봇 제품 조립 작업 계획 생성 모듈 개발
- 자기주도 학습 기반 실세계 환경 물체 자세 인지 모듈 개발
- 촉각 정보 기반 물체 파지 자세 인지 모듈 개발
- 심층 강화학습 기반 자율 파지 및 자율 조립 작업 행동 모듈 개발
ㅇ 협업기반 재난 대응 시스템 개발 (ALFUS 레벨8)
- 혼합 환경 기반 탐색 지능 지속 학습 기술 개발
- 실내 재난환경 위치인식 기술 고도화
- 지능모델 경량화 고도화
- 혼합 환경 기반 객체 인지 기술 고도화
- 무인 이동체 애드혹 통신 및 거리 측정 기술 적용 및 고도화
ㅇ 서비스 프로그래머블 네트워킹 서비스 설계 및 핵심기술 개발
- 서비스 프로그래머블 서비스 구조 설계
- 서비스 프로그래머블 네트워킹 노드 데이터 플레인 및 제어 플레인 핵심기술 개발
- 서비스 프로그래머블 네트워킹 컨트롤러 핵심기술 개발
□ 과제 수행과정 및 내용
ㅇ 과제 수행과정
[과제 필요성]
ㅇ 본 과제는 초연결 공간에 산재된 지능 사물들이 상호간에 연결되고 협력하여, 그 공간에 주어진 미션과 공간의 다양한 환경을 인지하고, 상황에 맞게 효율적으로, 자율적으로 해결하는 초연결 공간의 분산지능 핵심 원천 기술을 목표로 함
- 딥러닝 기술의 등장과 다양한 산업분야에서 AI의 적용으로 다시 붐을 일으키고 있는 인공지능은 이제 다음 단계로 진입할 준비가 필요
- IoT로 구성되는 초연결 공간은 그 규모에 관계없이 복잡계의 특성을 갖는 공간이 많아질 것으로 예측됨
- 전통적인 복잡계 문제 (교통, 금융, 물류/유통, SNS, 에너지 등) 뿐만아니라, 국방, 재난안전과 같은 소규모 IoT 환경의 문제도 복잡계 문제의 특징을 가지고 있음
- 이러한 복잡계 문제 해결을 위해서 적용되고 있는 해법이 분산지능(Distributed AI), 특히 MAS(Multi-Agent System)임
- 또한, 다양한 응용의 네트워킹 요구 특성을 동적으로 지원할 수 있는 서비스 프로그래머블 네트워킹으로 진화 필요
[과제 제약 요인]
ㅇ 분산지능은 본질적으로 대규모 복잡계 문제 해결에 유용한 기술로 솔루션을 개발시 검증과 적용이 어려움
- 대표적인 복잡계 문제인 교통, 금융, 물류, 유통, 에너지 등은 거대한 사회 시스템으로서, 기술 적용을 위해서는 수많은 기술 외적인 걸림돌이 존재하여 PoC를 직접 구축해서 검증해야 함
- 개발 기술의 검증 측면에서도 실제 시스템 적용이 불가하므로 시뮬레이션 수준의 검증에 그칠 수 밖에 없어, 사실상 검증이 불가능하지만, 이론적인 진보성을 논문, 특허를 통해서 확보함
- 이를 해결하기 위해서 본 과제에서는 복잡계의 성격을 갖는 IoT 응용 도메인을 선정(제조, 재난안전)하고, 검증에 필요한 시나리오를 도출하여 분산지능 응용를 수행하고 있음
ㅇ IoT 환경의 분산지능 응용를 수행하더라도, 통신/전력 인프라가 없는 (고립된) 환경의 지능사물이 스스로 판단하고, 자율적으로 조직하고, 적응·학습하는 기능의 실질적 검증과 이를 위한 학습용 데이터 확보 - 재난안전 분산지능 응용 범위 내에서, 소방학교/행정안전부 화재사고조사 DB 확보를 통해 해결
- 사물지능과 실질적 자가조직화 수준/적응학습 수준의 정량적 평가 방법론 제시 가능 (현실공간 중심의 실질적 달성 수준)
- 동적으로 변화되는 다양한 조건과 대용량 사물에 대한 각기 다른 사물 지능 및 자율협업에 대한 상호작용 환경은 사물-사람-공간의 연계를 통한 시뮬레이션 환경을 통해 문제 분석 및 해결방안 모색을 위한 환경 제기 가능
ㅇ 과제 수행내용
[과제 최종 목표]
◇ 최종목표
ㅇ NIST에서 정의한 ALFUS 레벨8 기준을 만족하는 자율 분산지능 기술
ㅇ 세계 최초 현실 복잡계 문제 해결 분산지능 응용(제조, 재난안전)
ㅇ 동적 프로그래머블 네트워킹 운영체제 기술(네트워크 경로 및 네트워킹 서비스 동적 프로 그래머빌리티 제공)
◇ 세부목표
- 지식을 공유하고 협업이 가능한 분산 지능사물 핵심 인프라 SW
- 모방학습, 강화학습, 실세계학습기반 인간독립 인지지능/복잡미션 작업지능/실세계환경 협업 행동지능 기술 개발
- 대규모 사물-사람-공간 복잡 적응계 초연결 지능 공간 분산지능 응용 (제조, 재난안전) 개발
- 서비스 프로그래머블 네트워킹 콘트롤러, 노드, 서비스 기술 개발
[과제 연차별 성과목표]
[과제 참여 기관별 수행 체계 (2023년)]
- 과제 연구성과 (정성)
□ 과제 수행결과 및 목표달성도
ㅇ 과제 수행결과
ㅇ 과제 수행 목표달성도
가. 과제 수행 목표달성도 (기술개발 성과지표)
나. 공통지표
다. 자율지표
□ 관련 분야에 대한 기여
ㅇ 관련 분야 과학적·기술적·경제적·사회적 기여
◇ 과학적
• 강화학습, 인지학습, 모방학습, 메타학습, 확률적 분포 예측, 멀티에이전트 협업, 계획 수립 최적화, 로봇 협업, 자율비행 드론 등 차세대 인공지능 핵심 기술을 확보하여 AI 분야의 기술적 추격자(fast follower)에서 지능사물의 행동지능, 분산 협업지능에 대한 선도적 연구를 리드하는 선도자(first mover)로 전환
- (SCIE 6건) SCIE 저널 6건
- (비SCIE 38건) Top100 우수학술대회 8건, 국내외 학술대회발표 30건
◇ 기술적
• 2대 이상의 로봇이 협업하여 조립 공정 행동지능을 학습하는 기술을 세계최초로 확보
• 실외에서 드론 편대 비행, 인프라 단절 상태에서 실내 드론 자율 비행 기술 확보
- 국제특허 출원 7건, 국내특허 출원 19건, 소프트웨어 등록 23건
ㅇ 후속 과제에 도움을 줄 수 있는 연구 결과
* 다중 로봇 협업 기술 - 과기부 스마트제조 혁신 엣지브레인 로봇 프레임워크 과제의 핵심 원천 기술로 활용 가능
* 다중 재난 드론 탐색 기술 - 행안부 재난현장의 유해모니터링 및 요구조자 판단 과제의 원천 기술로 활용 가능
* 다수의 사물이 협업하는 상황에서의 협업 기술
- 세계최고수준 OpenAI사의 PPO (88.9%/6대) 대비 PPO-ES (98.7%/6대) 달성
- 협업 멀티 에이전트 강화학습시 Collaborative Paradox 발생 시점을 유추하고 최적의 학습 상태에서 Early Stop 할 수 있는 기술 확보
□ 성과관리 및 활용계획
ㅇ 성과관리 현황
- (데이터 생산 및 관리) 사물지능 학습에 필요한 이미지 데이터, 시뮬레이션 환경, 지능사물 물리모델, 동작 과정 데이터, 비행 환경 데이터, 제조 환경 객체 데이터, 제조 절차 데이터 등을 확보 및 생성하여 관리함
- (연구데이터 저장 및 보존) 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험 결과/모델을 바이너리, 텍스트, 이미지, 동영상 파일로 정리하여 원내 e-disk 및 이음서비스를 이용해 분기별로 백업
- (데이터 공동활용) SW, 소스코드, 모델, 텍스트, 이미지, 동영상, 기타 자료 원외/원내에 연구수행 중 공동활용하도록 공개하고 및 데이터는 원내 클라우드 저장장치를 통해서 저장하고 공유함
ㅇ 성과확산 세부 계획
- 분산협업, 인지탐색 지능의 현실화 및 최신화를 위해서 최신 기술을 선도중인 학계를 대상으로 기술/연구 교류를 통한 연구성과를 구축하고 홍보
- 지능형 사물인터넷 분야, 스마트팩토리, 스마트로봇, 인공지능, 재난환경 분야의 주요 학회 및 전시회 참여를 통한 연구성과 홍보
- 분산협업지능 원천 기술 관련 연구성과 언론 홍보
• 분산협업지능 기술의 이론적 성과물을 활용하여 기술성을 홍보하고 응용 기술 시연을 통해서 산업체를 대상으로 기술성과 설명회 개최를 통한 2단계 공동 연구 개발 수요 기업 생성 및 확산
ㅇ 성과활용 계획
- (기술적) 인공지능 기술 분야의 차세대 패러다임 사물지능 기술 선도
• 본 과제에서 개발된 분산지능은 지능 개체간의 의견 공유, 교환, 합의를 수행하여, 마치 인간이 통계적·논의적 합의로 더 나은 결과를 도출하듯이 합리적인 의사결정을 수행하는 방식으로 기술적 원천성을 제공
• 이는 현재의 인식과 최적화의 인공지능 방식을 뛰어 넘는 새로운 사물지능 패러다임을 제시할 것이며, 사피엔스의 협업 지능을 해킹하는 차세대 인공지능 기술을 선도할 것으로 기대됨
- (사회문제해결) 재난안전, 국방 등 공공 IoT분야의 문제해결을 위한 필수적 임무 수행(mission-critical) 응용과 스마트 제조와 같은 산업응용에 우선 적용되어 안심사회 구현이라는 국정전략 수행과 4차 산업혁명의 핵심 분야에 활용
• ICT 인프라가 붕괴되거나 인간의 탐색이 쉽지 않은 재난현장에서, 소방관에게 자율적으로 탐색활동을 제공하여, 위험한 구조탐색 프로토콜의 지휘 결정권을 가진 인간의 의사 결정을 보좌하는 데 활용 기대
□ 향후 과제 수행계획
ㅇ 다음 연도(2024년) 연구개발계획
1) 연구개발 목표 및 내용
- 최종 목표
• 다양한 미래 응용서비스를 최적 수용할 수 있도록 동적으로 프로그래밍 가능한 데이터 중심 네트워크 운영체제 핵심기술 확보
- 세부 목표
• 서비스 프로그래머블 네트워킹 콘트롤러/노드 연구시제품 개발
- 연구개발 목표
2) 국내외 분야 환경변화
- 네트워크 인프라에 대한 프로그래머블 네트워킹 기술인 세그먼트 라우팅 기술로 IPv6 기반의 SRv6의 상용 도입 확대
• 세그먼트 라우팅은 소스라우팅 기반으로 프로그래머블 네트워킹을 구현하는 대표 기술로서 MPLS기반의 SR-MPLS가 먼저 도입되었으나, IPv6 기반의 SRv6가 매우 빠른 표준화 속도와 산업체 도입이 확산되고 있음
• 2019~2022 기간동안 SRv6을 도입한 기관은 SoftBank, Rakuten, Alibaba, China Telecom, China Bank, Bell Canada, China Unicom, Line 등으로 빠른 속도로 기술 도입이 확산되고 있음
• Alibaba는 ”예측가능한 네트워크“을 지향하면서 SRv6를 전사적으로 적용하고 있음
- IPv6 단말 및 IPv6 서비스, IPv6 망 도입 확대
• IPv4 주소의 고갈로 IPv6 도입이 점차 확대되어, 2022년 4월 구글 리포트에 의하면, 전세계 인터넷 유저의 34~38%가 IPv6 사용이 가능한 상태임
• 특히 이동통신망은 신규 단말에 할당할 IPv4 주소 부족으로 신규 4G/5G 망에서 IPv6를 기본으로 사용하고 있음
3) 연구개발 추진전략
- 2단계에는 1단계 핵심요소 기술을 고도화하며, 미국 NIST에서 정의한 무인시스템의 자율도 레벨8 수준, 즉 인간의 개입 없이 동작하는 자율 시스템을 통해 산업화의 가능성을 검증할 예정임
- 과제 수행의 효율성과 집중을 위해서 2단계에서는 세세부과제를 아래와 같이 분산지능 핵심원천 개발, 자율제조 핵심기술 개발, 자율재난 구조 핵심기술 개발로 분할하여 병렬 수행하고자 함
- 또한, 분산 협업을 네트워크 전 영역으로 확장을 위하여 네트워크 인프라에 대한 데이터 중심 네트워킹 운영체제 핵심 기술 개발을 추가함
4) 연구개발 일정 및 기대 성과
- 연구개발 일정
- 기대 성과
• 과제 최종년도에는 다음의 기술을 확보하여 성과 확산을 추진
5) 다음 연차 연구개발비 사용계획
- 차년도 연구개발비 총괄표 (단위: 천원)
(출처 : 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 요약문 ... 2
- 목차 ... 11
- 1. 과제 개요 ... 12
- 1. 과제 수행계획 ... 12
- 2. 현황 및 접근방법 ... 30
- 2. 과제목표 및 수행과정 ... 77
- 1. 과제목표 ... 77
- 2. 과제 연차별 수행과정 및 내용 ... 78
- 3. 과제 수행기간 추진체계 및 방법 ... 93
- 3. 과제 수행결과 및 목표달성도 ... 99
- 1. 과제 수행결과 ... 99
- 2. 목표달성도 ... 111
- 4. 관련 분야에 대한 기여 ... 113
- 1. 과학적·기술적·경제적·사회적 파급 효과 ... 113
- 2. 후속 과제에 도움을 줄 수 있는 연구 결과 ... 116
- 5. 성과관리 및 활용계획 ... 117
- 1. 성과관리 현황 ... 117
- 2. 성과활용 계획 ... 118
- 6. 향후 과제 수행계획 ... 120
- 1. 과제 목표 및 내용 ... 120
- 2. 국내외 관련 분야 환경변화 ... 121
- 3. 과제수행 추진전략 ... 122
- 4. 과제수행 일정 및 기대 성과 ... 123
- 5. 차년도 연구개발비 사용계획 ... 124
- 6. 사업화 추진 계획 ... 125
- 7. 연구개발 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 127
- 7. 연구개발비 사용실적 ... 130
- 8. 중요 연구변경 사항 ... 130
- 끝페이지 ... 196
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