유비쿼터스컴퓨팅개론 10강 - 상황인식 컴퓨팅과 상황정보 기술
현실의 상태를 감지하고 사용자의 상황에 맞는 서비스를 제공하는 상황인식 컴퓨팅을 학습한다. 상황정보의 분류와 시스템 구성요소를 이해하고, 수집·모델링·추론·교환·관리 기술과 시맨틱 웹의 의미를 살펴본다.
제1장 상황인식 컴퓨팅의 이해
1. 정의와 목적
상황인식 컴퓨팅(Context-Aware Computing)은 실제 세계에서 획득한 정보를 추상화하고 연계하여 상황정보를 지속적으로 구축한 뒤, 상황 표현을 기반으로 사용자와 서비스를 연결하는 응용 기술이다. 사용자의 현재 위치와 시각, 주변 사람이나 기기, 행동과 같은 여러 정보를 파악하고 분석하여 그 순간 필요한 서비스를 검색하고 구동한다.
상황정보는 센서 네트워크에 흩어진 수많은 센서에서 수집한 자료를 분석하여 얻는다. 단순히 온도나 위치 값을 읽는 데서 끝나지 않고, 여러 관측값을 결합해 “사용자가 회의 중이다”, “차량 주변에 위험이 있다”처럼 서비스가 활용할 수 있는 의미 있는 상태로 해석하는 것이 핵심이다.
2. 상황과 상황정보
상황 또는 상황정보는 상황을 인식하는 데 필요한 기본 정보이다. 사용자, 시스템 또는 디바이스의 응용 프로그램이 사용자의 행동을 미치는 사람, 장소, 사물, 개체, 시간 등 주변 상황의 특징을 규정하는 정보라고 할 수 있다.
상황은 “실세계에 존재하는 실체의 상태를 특정하여 정의한 정보”이다. 상황정보의 대상인 실체는 사람이나 사람의 그룹, 물리적 사물, 고려 대상이 되는 시스템 등이 될 수 있다. 개발 과정에서는 응용 서비스 시나리오에 필요한 상황과 전개 과정을 먼저 설계해야 한다.
민여의 상황 정의는 상호작용하는 참여자의 상황을 특정 지을 수 있다면 그 정보는 바로 상황이 된다는 관점을 제시한다. 에이전트 관점에서는 감지하여 수집할 수 있는 모든 정보가 상황의 대상이 될 수 있다. 따라서 사용자, 물리적 환경, 컴퓨팅 시스템 상태, 사용자-컴퓨터 상호작용 이력 등이 모두 포함될 수 있다.
3. 컴퓨팅·사용자·물리·시간적 상황
| 상황 유형 | 주요 내용 |
|---|---|
| 컴퓨팅 상황 | 네트워크 연결성, 통신 비용·대역폭, 프린터·디스플레이 등 주변 자원 |
| 사용자 상황 | 사용자 프로필, 위치, 현재 사회적 상황을 포함한 사용자 정보 |
| 물리적 상황 | 조명, 소음 수준, 교통 상황, 온도 등 |
| 시간적 상황 | 시간, 요일, 월, 일, 계절 등 |
이들 정보는 서로 독립적이지 않다. 같은 사용자라도 이동에 따라 위치가 바뀌고, 시간과 물리 환경, 사용 가능한 장치가 달라지면 적절한 서비스도 달라진다.
4. 외부적 상황과 내부적 상황
퍼콥과 버넷은 상황을 외부적 범위와 내부적 범위로 분류하였다. 외부적 상황은 위치, 빛, 소리, 움직임, 촉감, 온도처럼 하드웨어 센서로 측정 가능한 물리적 정보이다. 내부적 상황은 사용자의 목표, 업무 상황, 비즈니스 처리, 감정 상태처럼 사용자가 직접 제공하거나 상호작용을 관찰하여 얻는 논리적 정보이다.
호퍼는 이를 물리적 상황과 논리적 상황으로 구분하기도 한다. 외부·물리 정보는 비교적 직접 관측할 수 있지만, 내부·논리 정보는 여러 단서와 이력을 결합한 추론이 필요한 경우가 많다.
제2장 상황인식 시스템과 활용 정보
1. 상황인식 시스템
상황인식 시스템은 사용자의 동작이나 작업과 관련된 적절한 정보 또는 서비스를 제공하는 과정에서 상황을 활용하는 시스템이다. 입력 정보로 여러 상황 자료를 받고, 상황인식 처리 결과로 사용자에게 맞는 출력 정보나 서비스를 제공한다.
2. 시스템 구성요소
| 구성요소 | 역할 |
|---|---|
| 클라이언트 기기 | 각종 센서와 스마트폰 등 유비쿼터스 단말기로, 사용자에게 제공되는 서비스 종류와 사용 방식을 결정하는 중요한 요소 |
| 상황인식 시스템 아키텍처 | 직접 센서 활용, 미들웨어 구조 활용, 상황 서버 활용 등 전체 처리 구조 |
| 상황인식 모델 | 상황 데이터를 기계가 처리할 수 있는 형태로 정의하고 저장 |
아키텍처는 센서와 응용이 직접 연결되는 방식, 미들웨어가 수집과 처리를 중개하는 방식, 별도의 상황 서버가 정보를 통합하는 방식 등으로 구성할 수 있다. 응용이 복잡해질수록 공통 기능을 분리한 미들웨어나 서버 구조가 재사용과 관리에 유리하다.
3. 활용 가능한 상황정보
상황인식 시스템이 사용할 수 있는 일반 상황정보는 사용자, 물리적 환경, 컴퓨팅 시스템, 사용자-컴퓨터 상호작용 이력, 기타 미분류 상황으로 나뉜다.
| 분류 | 세부 정보 |
|---|---|
| 사용자 | 신원(ID, 성명), 신체 정보(맥박, 혈압, 체온, 음성) |
| 물리적 환경 | 공간(위치, 방향, 속도), 시간(일자, 시각, 계절), 환경(온도, 습도, 조도, 소음), 활동(인적인 행동과 일정) |
| 컴퓨팅 시스템 | 가용 자원(배터리, 디스플레이, 인터넷 시스템), 자원 상황(자원·장치·시설), 접근 상황(사용자, 허용 정보, 인증성) |
| 상호작용 이력 | 사용자·서비스·시간의 이력과 시간-사용자-서비스 장애 정보 |
| 기타 | 앞의 분류에 포함되지 않지만 응용에 필요한 상황 |
4. 상황인식 응용의 특징
상황인식 응용은 세 가지 대표 기능을 제공할 수 있다. 첫째, 사용자에게 상황에 맞는 정보와 서비스를 제시하는 presentation이다. 둘째, 사용자를 대신해 서비스를 자동으로 실행하는 execution이다. 셋째, 이후 검색과 활용을 위해 상황정보에 표시를 붙이는 tagging이다.
응용 개발에는 두 접근이 있다. 하나는 상황인식 서비스 또는 특정 절차에 맞추어 응용을 직접 구축하는 방식이고, 다른 하나는 설계자가 대상 응용을 더 높은 차원에서 생각할 수 있도록 상황 기능을 추상화하는 방식이다. 후자의 공통 기반이 상황인식 서비스 인프라이다.
제3장 상황인식 서비스 요소 기술
1. 서비스 인프라의 필요성
초기의 상황인식 서비스 연구는 여러 상황정보와 수집 기술을 조합해 특정 플랫폼용 프로토타입을 만드는 데 집중하였다. 플랫폼 종속성이 강해 다른 시스템으로 확장하기 어렵고, 공통 기능이 모듈화되지 않아 재사용이 어려웠다. 이를 해결하기 위해 상황인식 응용 개발에 필요한 공통 기능을 미들웨어 형태로 제공하는 서비스 인프라 연구가 발전하였다.
인프라는 개발자가 응용과 관계된 기능에 집중하게 하고 사용자에게 일반화된 서비스를 제공한다. 기능적 요구사항에는 상황정보 수집, 저장·관리, 신청·배달, 분해·융합이 포함된다. 비기능 요구사항에는 확장성, 모듈성, 보안성, 이동성, 인터페이스 적절성, 결합 포용성, 서비스 품질, 플랫폼 간 호환성이 있다.
주요 요소 기술은 상황정보 수집, 모델링, 추론, 교환, 관리 기술이다.
2. 상황정보 수집 기술
수집(sensing)은 상황인식 컴퓨팅의 가장 기본 단계이다. 사용자 인터페이스, 센서, 센서 네트워크 등을 통해 상황을 얻는다. 키패드나 터치스크린으로 개인 정보와 인증 정보를 입력하는 것은 정적인 수집이며, 온도·습도·위치처럼 계속 변하는 정보는 센서와 네트워크를 통해 동적으로 수집한다.
수집된 정보는 상황정보 모델에 따라 내부에 저장되고 추론을 위한 기초자료로 활용된다. 일부 정보는 시간에 따라 거의 변하지 않지만 위치처럼 이동에 따라 수시로 변하는 정보도 있다. 주기적인 폴링과 전체 방송 방식 외에도 특정 조건이 만족될 때만 보고하는 이벤트 기반 수집이 가능하다.
| 수집 대상 | 수집 수단 |
|---|---|
| 시간정보 | 내장 시계 |
| 위치정보 | 위치서비스 |
| 대역폭 | 커널 모듈과 네트워크 API |
| 조명 밝기 | 감광성 반도체 소자 |
| 가속도·인접 객체 | 가속도계·소형 적외선 센서 |
| 소리 | 마이크로폰 |
| 기후정보 | 온도계·습도계 |
| 객체 식별 | RFID |
3. 상황정보 모델링 기술
센서가 측정한 아날로그 정보는 디지털 정보로 바뀌어 센서 네트워크로 전송되고 미들웨어를 통해 저장·추론에 활용된다. 다양한 센서 정보와 기존에 저장된 정보를 결합해 고차원 상황으로 분석하려면 표준화된 모델이 필요하다. 모델은 상황과 사용자 정보를 기계가 처리할 수 있는 형태로 정의하고, 체계적으로 저장·공유하게 한다.
상황정보 표현 방식은 키값 기반, 마크업 기반, 그래픽 기반, 객체지향 기반, 로직 기반, 온톨로지 기반 모델로 나뉜다. 하나의 상황은 타입과 수집값으로 나타낼 수 있고, 부수적으로 수집 시각, 정확도, 대상, 데이터 확산성 등을 붙여 유용성을 높일 수 있다.
키값 기반 모델
쉘 변수처럼 키와 값을 짝지어 저장한다. 사용과 구현이 쉽고 단순한 상황 표현에 유리하다. 응용은 데이터베이스 질의·비교로 필요한 서비스를 찾을 수 있다. 다만 정형화된 형식이 부족해 효율적 정보 검색과 복잡한 관계 표현에는 부적합하다.
마크업 기반 모델
태그, 속성, 내용의 계층 구조로 상황정보를 표현한다. 간단한 언어 해석 구조와 편재 컴퓨팅에 적합한 계층 표현이 장점이다. 그러나 응용 프로그램 수준에서 계층 정보를 해석해야 하며 정보 간 복잡한 관계를 정의하기 어렵다.
온톨로지 기반 모델
정보를 구조화하는 데 효과적이며 상호관계와 부분적인 상황정보를 쉽게 표현한다. RDF와 OWL 같은 지식 기술 프레임워크를 이용해 상황을 선언한다. 다양한 상황인식 프레임워크가 이 모델을 채택하며, 의미 관계를 이용한 공유와 재사용 및 추론에 유리하다.
4. 추론·교환·관리 기술
추론 기술은 수집된 데이터를 분석하여 상위 상황정보를 도출한다. 불확실성을 다루는 확률적 메커니즘과 계층적 상황을 기반으로 한 지능적 추론 방법이 필요하다. 온톨로지를 이용하면 상황 지식 공유, 재사용 지원, 높은 추론 기능을 제공할 수 있다.
교환 기술은 센서나 장치, 대상 객체의 상호작용을 지원하기 위한 이벤트 기반 또는 폴링 기반 통신 메커니즘을 제공한다. SOAP(Simple Object Access Protocol)은 분산 환경에서 데이터를 교환하기 위한 XML 기반 프로토콜로 표준 인코딩 모델을 통해 서로 다른 시스템 간 호환성을 제공한다.
관리 기술의 핵심은 응용에 필요한 상황정보를 기능적으로 조합하고 효율적으로 제공하는 것이다. 상황정보 툴킷은 서버와 해석기로 구성된다. 서버는 다양한 정보를 취합하고, 해석기는 상황을 다른 형태나 의미로 변환하여 응용에 제공한다. 위젯·서버·해석기는 완전한 추상화를 제공하므로 센서나 응용 서비스가 추가·제거되어도 큰 부가 조정 없이 독립적으로 발전할 수 있다.
제4장 상황정보의 정의와 시맨틱 웹
1. 공통 표현의 필요성
초기 유비쿼터스 응용은 단순한 센서값뿐 아니라 다양한 형태의 센싱 정보와 데이터 종류를 사용하게 되었다. 센서 관련 기술의 발전으로 더 작고 복합 기능을 가진 센서가 등장하면서 서로 다른 형식의 데이터를 수집할 수 있게 되었다. 따라서 사용자에게 정확한 정보를 제공하려면 상황정보를 일반적으로 표현하여 여러 사용자가 공통으로 이해하고 활용할 수 있어야 한다.
2. 시맨틱 웹
시맨틱 웹은 컴퓨터가 정보의 의미를 이해하고 의미를 조작할 수 있는 웹 형태의 정보 표현이다. 기존 월드와이드웹은 단순한 문서의 의미 내용도 컴퓨터가 직접 이해하지 못하는 수준에 머무는 경우가 많다. 시맨틱 웹은 웹과 동일한 개념을 유지하면서 정보에 구조와 의미 관계를 부여해 더 효율적으로 활용하게 한다.
시맨틱 웹 환경에서 지식을 표현하기 위한 언어로 RDF, 온톨로지 추론 계층, 규칙 체계와 질의 언어 등이 사용된다. 강의록은 자원 기술 프레임워크, 온톨로지 추론 계층, DARPA 에이전트 마크업 언어 등을 관련 기술로 제시한다.
상황인식과 시맨틱 웹의 연결
상황인식은 센서값을 모으는 것만으로 완성되지 않는다. 서로 다른 데이터의 의미와 관계를 공통 모델로 표현하고 추론할 수 있어야 여러 시스템이 정보를 공유하며 지능적인 서비스를 제공할 수 있다.
핵심 개념 정리
상황인식 컴퓨팅: 현실 정보를 수집·추상화·연계해 사용자 상황에 필요한 서비스를 제공한다.
상황 분류: 컴퓨팅, 사용자, 물리, 시간 상황과 외부·물리 및 내부·논리 상황으로 분류할 수 있다.
시스템: 클라이언트 기기, 상황인식 아키텍처, 상황인식 모델로 구성된다.
서비스 요소 기술: 수집, 모델링, 추론, 교환, 관리가 연속적으로 작동한다.
모델링: 키값·마크업·그래픽·객체지향·로직·온톨로지 기반 모델이 있으며 복잡한 의미 관계에는 온톨로지가 유리하다.
시맨틱 웹: 컴퓨터가 정보의 의미와 관계를 처리하도록 웹 정보에 구조적 의미를 부여한다.
최종 정리
상황인식 서비스는 센서가 값을 읽는 단계에서 끝나지 않는다. 정보를 표준 형태로 모델링하고, 의미를 추론하며, 이기종 시스템 사이에서 교환하고, 응용이 안정적으로 이용하도록 관리해야 비로소 사용자 상황에 맞는 지능형 서비스가 된다.
예상문제 20선
1. 상황인식 컴퓨팅의 핵심 역할은?
정답입니다.
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정답: ①
상황인식 컴퓨팅은 현실의 여러 정보를 결합하여 현재 상황에 적합한 정보와 서비스를 선택한다.
2. 다음 중 물리적 상황의 예는?
정답입니다.
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정답: ②
조명, 소음, 온도와 교통 상황은 센서로 측정 가능한 물리적 상황이다.
3. 시간적 상황에 해당하지 않는 것은?
정답입니다.
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정답: ③
네트워크 대역폭은 컴퓨팅 상황이며 시각, 요일과 계절은 시간적 상황이다.
4. 내부적 상황의 예로 적절한 것은?
정답입니다.
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정답: ④
목표와 감정은 직접 센서로 측정하는 외부 상황보다 논리적 해석이 필요한 내부 상황이다.
5. 상황인식 시스템의 구성요소가 아닌 것은?
정답입니다.
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정답: ②
시스템은 클라이언트 기기, 아키텍처와 상황 모델로 구성되며 정보를 폐기하는 장치는 구성요소가 아니다.
6. 사용자 상황정보에 포함되는 것은?
정답입니다.
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정답: ③
사용자 분류에는 ID와 성명 같은 신원, 맥박·혈압·체온 같은 신체 정보가 포함된다.
7. 상황에 맞는 정보를 사용자에게 제시하는 응용 기능은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
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정답: ④
presentation은 현재 상황에 적합한 정보와 서비스를 사용자에게 보여주는 기능이다.
8. 사용자를 대신해 서비스를 자동 실행하는 기능은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
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정답: ①
execution은 판단된 상황을 바탕으로 사용자를 위한 서비스를 자동으로 구동한다.
9. 상황인식 서비스 요소 기술에 포함되지 않는 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
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정답: ②
주요 요소는 수집, 모델링, 추론, 교환과 관리이며 무조건 삭제는 해당하지 않는다.
10. 특정 조건을 만족할 때만 상황을 보고하는 수집 방식은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
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정답: ③
이벤트 기반 방식은 미리 정한 조건이 성립할 때만 값을 전송하여 불필요한 수집을 줄인다.
11. 객체 식별 상황정보 수집에 주로 사용하는 기술은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
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정답: ④
RFID는 개체에 부여된 식별정보를 읽어 대상 객체를 구분하는 데 활용된다.
12. 상황정보 모델링이 필요한 주된 이유는?
정답입니다.
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정답: ①
모델링은 이질적인 정보를 체계적으로 저장·공유하고 결합·추론할 수 있는 표현을 제공한다.
13. 키값 기반 모델의 장점은?
정답입니다.
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정답: ②
키와 값을 짝짓는 방식은 단순하고 구현이 쉽지만 복잡한 관계와 정형 검색에는 한계가 있다.
14. 태그·속성·내용의 계층 구조로 정보를 표현하는 모델은?
정답입니다.
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정답: ③
마크업 기반 모델은 태그와 속성, 내용의 계층적 구조로 상황정보를 표현한다.
15. RDF와 OWL을 활용하는 모델은?
정답입니다.
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정답: ④
온톨로지 모델은 RDF와 OWL 같은 지식 표현 기술로 개념과 의미 관계를 선언한다.
16. 상황정보 추론 기술의 역할은?
정답입니다.
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정답: ①
추론은 여러 관측값과 지식을 결합하여 직접 측정하지 않은 더 높은 수준의 상황을 판단한다.
17. 분산 환경의 XML 기반 데이터 교환 프로토콜은?
정답입니다.
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정답: ②
SOAP은 표준 인코딩 모델을 갖는 XML 기반 프로토콜로 이기종 시스템 간 교환을 지원한다.
18. 상황정보 관리에서 해석기의 역할은?
정답입니다.
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정답: ③
해석기는 취합된 상황정보를 응용이 필요로 하는 표현이나 의미로 변환한다.
19. 시맨틱 웹에 대한 설명으로 옳은 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
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정답: ④
시맨틱 웹은 웹 정보에 구조적 의미와 관계를 부여하여 기계가 이해하고 활용하도록 한다.
20. 상황인식 서비스의 올바른 처리 흐름은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
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정답: ①
상황을 수집해 표준 형태로 모델링하고 의미를 추론한 뒤 교환·관리하여 응용 서비스에 제공한다.
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