유비쿼터스 환경의 동적 서비스 합성을 지원하는 서비스 온톨로지 모델링

Abstract

In ubiquitous computing environments, a service system should meet the various requests of users without his/her recognition or intervention. Since ubiquitous environments have characteristics such as the ambiguity of users’ demands, continuous changes of deployed devices or environmental conditions, existing static methodologies cannot provide seamless services. Therefore, many methods to describe/manage devices or their operations and to compose them for supporting users’ goals have been developed. In this study, we propose a service model which can consider characteristics of ubiquitous environments based on the service modeling method of SOA (Service-Oriented Architecture). Our service model includes the following. First, we define a concept of ‘ubiquitous service (u-Service)’ and propose ‘ubiquitous service ontology’ as a knowledge base for ubiquitous computing. A ubiquitous service is an abstracted representation of operations (functions) of devices deployed in environments. Their properties and relations with other services can be described in ontology and then published and shared. We also establish a building process to efficiently derive and structure ubiquitous services and a ubiquitous service description specification to represent essential information of ubiquitous services. The information can be used for dynamic discovery and invocation in the real-time. Second, we develop algorithms to discover and compose the most appropriate services in the real-time by referring ubiquitous service ontology. In ubiquitous domains, it is hard to predict and predefine the suitable services and devices in the design-time. Therefore, we present methods in order to search and determine the most suitable services according to changing context such as users’ location, environmental conditions, device status, and so on. The algorithm also can discover alternative services which can have the same effect when the requested service is not available or when the operating device is out of order. Third, we propose a quality model to guarantee the design quality of ubiquitous service ontology. Since the quality of ontology affects the effective reusing and sharing of knowledge and performance of applications, it is important to evaluate the quality of ontology. Therefore, we define quality evaluation factors to assess whether the ubiquitous service ontology can effectively support dynamic service composition which is the ultimate purpose. The proposed quality model includes metrics to quantify each factor. Finally, we present case studies of ubiquitous service ontology and show the test results with our proposed dynamic service composition method and quality evaluation model. Experiments prove that ubiquitous service ontology can improve the temporal performance of dynamic service composition and the success rate of service completion. It is expected that the high-quality service modeling method proposed in this study can support service systems in ubiquitous computing environments where context awareness, dynamic service discovery and composition is essential.;유비쿼터스 컴퓨팅 환경은 주어진 환경 내에서 사용자의 직접적인 개입을 최소화하여 다양한 사용자의 요구를 충족시켜야 하는 환경이다. 특히 사용자 요구의 모호성, 배치된 기기의 상태 또는 환경의 끊임없는 변화와 같은 특성으로 인해 기존의 정적인 방식으로는 끊김없는(seamless) 서비스 제공이 어려운 환경이다. 이러한 유비쿼터스 환경에서의 지능적인 서비스를 위해 환경 내에서 실행 가능한 기기 또는 기능을 효과적으로 기술하고 관리하는 기법뿐만 아니라 사용자의 목적 달성을 위해 조합하는 방법에 대해 많은 연구가 진행되어오고 있다. 본 연구에서는 서비스 지향 아키텍처(SOA; Service-Oriented Architecture)의 서비스 모델링 기법을 도입하여 유비쿼터스 환경의 특성을 고려한 서비스 모델을 제안한다. 제안하고자 하는 서비스 모델은 다음 사항들을 포함한다. 첫째, ‘유비쿼터스 서비스(u-Service; ubiquitous service)’라는 개념을 정의하고 ‘유비쿼터스 서비스 온톨로지(u-Service ontology; ubiquitous service ontology)’라는 지식 베이스를 제안한다. 유비쿼터스 서비스는 환경 내의 기기의 기능을 추상적으로 표현한 단위이며, 이들의 특성과 다른 서비스들과의 관계 정보는 온톨로지 내에 기술되어 공개 및 배포될 수 있다. 또한 체계적으로 유비쿼터스 서비스를 도출하고 구조화하기 위해 구축 프로세스를 수립하고 유비쿼터스 서비스 기술 규격(description specification)을 제시함으로써 유비쿼터스 서비스의 필수적인 정보를 기술하여 동적 탐색 및 발견, 호출 시에 사용될 수 있도록 한다. 둘째, 유비쿼터스 서비스 온톨로지를 활용하여 실시간에 동적으로 필요한 서비스를 발견하고 합성하기 위한 알고리즘을 개발한다. 유비쿼터스 환경은 목적 달성에 필요한 서비스와 각 서비스를 실행할 기기를 설계 시에 미리 정의하기 어렵다. 따라서 사용자의 위치, 주변 환경 상태, 기기의 상태 등과 같이 끊임없이 변화하는 상황(context)을 고려하여 실시간에 적합한 서비스를 탐색 및 결정할 수 있는 기법을 제시한다. 또한 사용자의 개입없이 성공적으로 서비스를 제공하기 위해 기기의 고장이나 사용자 불만족 등과 같은 돌발 상황에서 동일한 효과를 발현할 수 있는 다른 서비스를 발견하여 대체하는 알고리즘도 개발한다. 셋째, 유비쿼터스 서비스 온톨로지의 품질을 보장하기 위한 품질 모델을 제안한다. 온톨로지는 배포와 공유를 목표로 하며 온톨로지를 사용하는 어플리케이션 시스템의 성능에 큰 영향을 미치기 때문에 품질을 평가하고 보장하는 것이 중요하다. 따라서 유비쿼터스 서비스 온톨로지가 궁극적인 목표인 동적 서비스 합성을 효과적으로 지원할 수 있는지를 설계 시에 평가할 수 있는 품질 평가 항목을 정의한다. 또한 각 항목을 정량적으로 분석할 수 있는 품질 메트릭도 제시한다. 마지막으로, 본 논문에서 제안한 서비스 모델을 유비쿼터스 도메인에 적용한 실제 사례를 대상으로 성능 테스트와 품질 평가 결과를 보인다. 유비쿼터스 서비스 온톨로지를 활용함으로써 동적 서비스 합성의 시간적 성능뿐만 아니라 서비스 제공 성공률도 향상시킬 수 있음을 증명한다. 제안한 품질 모델이 고품질의 유비쿼터스 서비스 온톨로지 구축의 지침 또는 평가 방법이 될 수 있음을 보인다. 본 연구에서 제안한 고품질 서비스 모델링 기법은 상황 인식(context awareness)을 통한 동적 서비스 발견 및 합성(dynamic service discovery & composition)이 필수적인 유비쿼터스 환경에서의 서비스 시스템을 지원할 수 있을 것으로 기대된다.