[논문 리뷰] A Role-Based Approach for Orchestrating Emergent Configurations in the Internet of Things

Radu‐Casian Mihailescu, Romina Spalazzese외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 26.

Context-Aware Activity Recognition Systems참고 문헌 36인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 사용자 목표와 맥락에 기반해 런타임 중 역할을 할당함으로써 사물인터넷(IoT) 환경에서의 탄력적, 적응형, 사용자 중심의 협업을 가능하게 하는 역할 기반 모델을 제안한다. 다양한 기기들 간의 유연하고 목표 중심의 시스템 행동을 보장하면서도 사용자 의도를 유지하고, 변화하는 환경에서의 사용성 향상을 달성한다.

ABSTRACT

The Internet of Things (IoT) is envisioned as a global network of connected things enabling ubiquitous machine-to-machine (M2M) communication. With estimations of billions of sensors and devices to be connected in the coming years, the IoT has been advocated as having a great potential to impact the way we live, but also how we work. However, the connectivity aspect in itself only accounts for the underlying M2M infrastructure. In order to properly support engineering IoT systems and applications, it is key to orchestrate heterogeneous 'things' in a seamless, adaptive and dynamic manner, such that the system can exhibit a goal-directed behaviour and take appropriate actions. Yet, this form of interaction between things needs to take a user-centric approach and by no means elude the users' requirements. To this end, contextualisation is an important feature of the system, allowing it to infer user activities and prompt the user with relevant information and interactions even in the absence of intentional commands. In this work we propose a role-based model for emergent configurations of connected systems as a means to model, manage, and reason about IoT systems including the user's interaction with them. We put a special focus on integrating the user perspective in order to guide the emergent configurations such that systems goals are aligned with the users' intentions. We discuss related scientific and technical challenges and provide several uses cases outlining the concept of emergent configurations.

연구 동기 및 목표

• 특히 동적이고 이질적인 환경에서 사용자 중심의 적응형 조율이 부족한 IoT 시스템 문제를 해결한다.
• 고정된 요청-응답 패턴에 의존하는 현재의 IoT 솔루션에서 발생하는 '클라우드 실리콘' 문제와 사용자 경험 제약을 극복한다.
• 사용자가 위임한 목표와 맥락 인식에 기반해 기기가 자율적으로 협업하는 목표 중심의 탄생적 구성 설정을 가능하게 한다.
• 사용자 의도와 맥락을 시스템 행동에 통합하여, 지속적인 사용자 명령 없이도 사전적이고 원활하며 직관적인 상호작용을 지원한다.
• 상호운용성, 조율, 사용자 상호작용 향상을 지원하는 통합 프레임워크를 제공한다.

제안 방법

• 사용자 목표와 맥락에 따라 동적으로 재구성되는 일시적이고 목표 중심의 IoT 기기 집합을 '탄생적 구성 설정(EMs)'으로 정의한다.
• 시스템 목표를 달성하기 위해 런타임 중 기기가 특정 역할을 수용하는 역할 기반 모델을 도입함으로써 동적 적응과 조율을 가능하게 한다.
• 사용자를 단순한 최종 사용자로 보는 것 외에도, 시스템 행동의 공동 창조자이자 안내자로 간주하며, 역할을 통해 사용자 목표와 기기 기능을 유기적으로 연결한다.
• 맥락 기반 추론을 통해 사용자 활동를 추론하고 사전에 관련 기기 상호작용을 유도함으로써 사용자 부담을 줄이고 시스템 반응성을 향상시킨다.
• 자율적으로 협업하는 느슨하게 결합된 컴포넌트로 시스템을 분해하고, 역할을 조율과 적응의 의미론적 추상화로 활용한다.
• 기존의 다에이전트 시스템(MAS) 원리를 활용하지만, 사용자 중심의 지시를 통합함으로써 역할이 사용자 의도와 기기 행동 사이의 다리가 되도록 확장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 IoT 시스템이 이질적인 기기를 동적으로 조율하여 사용자가 위임한 목표를 원활하고 적응적으로 달성할 수 있는가?
• RQ2 사용자 의도와 맥락을 어떻게 형식적으로 모델링하고 기기 조율에 통합하여 사전적이고 목표 중심의 행동을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ3 어떻게 역할을 사용자 목표와 기기 기능 사이에서 조율하여 런타임 적응성과 시스템 일관성을 지원할 수 있는가?
• RQ4 다른 목표를 가진 여러 사용자가 동일한 구성에 동시에 영향을 미칠 경우, 충돌을 해결하기 위해 필요한 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 다양한 IoT 응용 사례에 걸쳐 일반화되고 재사용 가능한 역할 기반 모델을 유지하면서도 표현력과 런타임 효율성을 확보할 수 있는가?

주요 결과

• 역할 기반 모델은 사용자 목표에 부합하는 역할을 기기들이 런타임 중에 동적으로 수용함으로써 적응형이고 맥락 인식 기반의 시스템 행동을 가능하게 한다.
• 사용자 목표를 기기 역할에 연결함으로써 사용자의 인지 부담을 줄이고, 명시적 명령 없이도 사전적 시스템 반응을 지원한다.
• 통합된 의미론적 레이어를 제공함으로써 IoT 상호운용성, 조율, 사용자 상호작용의 핵심 과제를 해결한다.
• 사용자 목표나 환경 조건 변화에 따라 런타임 중 역할의 진화를 지원함으로써 시스템의 내재성과 적응성을 향상시킨다.
• 서비스 발견, 맥락 추론, 구성 모니터링 등의 기존 메커니즘을 통합할 수 있는 공통이고 확장 가능한 아키텍처 내에서 통합 가능하다.
• 다양한 IoT 응용 분야에 걸쳐 재사용 가능성이 높으며, 다수의 기기와 사용자가 참여하는 복잡한 탄생적 구성 설정을 모델링하는 데 강력한 표현력을 제공한다.