[논문 리뷰] Semantic Web Environments for MAS - Enabling agents to use Web of Things environments via semantic web (Master Thesis)

Alaa Daoud|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 01.

Semantic Web and Ontologies참고 문헌 14인용 수 1

한 줄 요약

이 석사학위논문은 웹 기반 의미 웹 프레임워크를 제안하며, 다중 에이전트 시스템(MAS)의 에이전트 및 아티팩트(A&A) 모델을 표준화된 웹의 사물(WoT) 사물 기술서로 매핑함으로써, 환경적 영향과 목표에 기반해 에이전트가 동적으로 사물 인터넷(IoT) 기기의 기능을 탐색하고 추론하며 조합할 수 있도록 한다. 이 접근법은 측면 효과와 이질적인 기기 인터페이스가 존재하는 상황에서도 복잡한 목표를 달성하기 위해 SPARQL 1.1 그래프 업데이트를 사용해 상태 전이를 모델링하고, 경로 탐색 휴리스틱을 적용한다.

ABSTRACT

Internship report submitted for the degree of master in computer science <<Cyber-Physical-Social Systems (CPS2)>> - Universit\'e Jean Monnet - Saint \'Etienne - August 2018

연구 동기 및 목표

• 웹의 사물(WoT) 응용 프로그램에서 이질적인 사물 인터넷(IoT) 기기의 동적, 자율적, 상호운용성 있는 통합이 부족한 문제를 해결한다.
• 다중 에이전트 시스템(MAS)의 에이전트가 고정된 기기 전용 API 가 아닌 환경적 영향과 사용자 목표에 기반해 사물 인터넷 기기의 기능을 추론하고 조합할 수 있도록 한다.
• 에이전트 응용 프로그램을 특정 기기 인터페이스에서 분리하기 위해 환경에 대한 기기 사용 효과를 통일되고 의미적인 방식으로 기술한다.
• 기기 교체나 프로토콜 임포트와 같은 변화하는 사물 인터넷 환경에서 코드 수정 없이 런타임 적응성을 지원한다.
• 세미틱 기반의 탐색과 조합을 통해 제3자 프로토콜(예: '집에 오면 환영해 주기' 스크립트 등)을 이질적인 기기 유형 간에 원활하게 통합할 수 있도록 한다.

제안 방법

• W3C 웹의 사물(WoT) 사물 기술서와 재사용 가능한 온톨로지들을 사용해 에이전트 및 아티팩트(A&A) 메타모델을 의미 웹 호환 형식으로 변환한다.
• RDF/OWL 온톨로지로 기기 기능과 그 환경적 영향을 모델링하여 제조사 간에 일관된 기기 행동 기술을 가능하게 한다.
• 에이전트 목표와 기기 사용 효과를 RDF 그래프로 표현하며, 전제 조건, 후행 조건, 측면 효과를 삼중항으로 기술한다.
• SPARQL 1.1 그래프 업데이트 연산(INSERT, DELETE, LOAD, CLEAR)을 사용해 상태 전이를 시뮬레이션하고, 사용 적용 후의 다음 환경 상태를 예측한다.
• 휴리스틱 경로 탐색 방법을 적용: 각 단계에서 현재 환경 상태와 일치하는 전제 조건을 갖는 유효한 사용을 선택하고, SPARQL 업데이트 쿼리를 통해 다음 상태를 예측한다.
• 목표 달성 문제를 상태 그래프 내의 경로 탐색 과제로 간주하며, 각 노드는 맥락(RDF 그래프)이고 각 간선은 사용 적용으로 간주하여, 검색 알고리즘이 목표에 도달하는 유효한 순서를 찾을 수 있도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 환경에서 기기 전용 인터페이스를 하드코딩하지 않고도 다중 에이전트 시스템이 이질적인 사물 인터넷 기기를 동적으로 자율적으로 조합할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 기존의 W3C 웹의 사물(WoT) 사물 기술서와 의미 웹 온톨로지가 에이전트 기반의 사물 인터넷 기기 제어를 위한 통일되고 재사용 가능하며 확장 가능한 인터페이스를 제공하는 데 얼마나 효과적으로 활용될 수 있는가?
• RQ3 측면 효과가 존재하는 목표 중심 추론 시스템에서 기기 사용으로 인한 측면 효과를 어떻게 처리하여 잘못되거나 불완전한 목표 달성을 방지할 수 있는가?
• RQ4 SPARQL 1.1 그래프 업데이트 연산이 의미 기반 환경에서 상태 전이를 모델링하고 시뮬레이션하는 데 효과적으로 사용될 수 있는가?
• RQ5 누적 상태 업데이트에 기반한 경로 탐색 휴리스틱은 이질적인 사물 인터넷 환경에서 다중 삼중항 목표를 달성하기 위한 유효한 사용 순서를 어떻게 탐색할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 접근법은 RDF와 온톨로지를 사용해 기기 행동을 환경 영향 기반으로 추상화함으로써 에이전트 응용 프로그램이 특정 기기 API 에서 분리됨을 성공적으로 달성한다.
• SPARQL 1.1 그래프 업데이트 연산은 전제 조건, 후행 조건, 측면 효과를 삼중항 패턴으로 모델링함으로써 정확한 상태 전이 시뮬레이션을 가능하게 하여 동적 맥락 예측이 가능하다.
• 누적 상태 업데이트에 기반한 경로 탐색 휴리스틱은 다중 환경적 영향과 측면 효과가 존재하는 복잡한 목표를 달성하기 위해 유효한 기기 사용 순서를 탐색할 수 있도록 한다.
• 이 프레임워크는 런타임 적응성을 지원한다: 기기가 고장 나거나 다른 기기로 교체될 경우, 응용 프로그램 재구성 없이도 동일한 기능을 자동으로 탐색하고 조합할 수 있다.
• 제3자 프로토콜(예: '집에 오면 환영해 주기' 시나리오 등)은 그 의미 기반 기술을 해결하고 공유 온톨로지를 통해 가용한 현지 기기와 매핑함으로써 이질적인 기기 유형 간에 임포트되고 실행될 수 있다.
• 측면 효과로 인해 후행 조건이 목표를 직접 함의하지 않는 복잡한 경우에서 전통적인 함의 기반 추론의 한계를 극복하기 위해 상태 전이 기반 계획 모델로 전환함으로써, 이 접근법은 성공적으로 해결한다.