예제 중심의 NXC 기반 로봇 프로그래밍 지원 시스템 개발

유인환 한국정보교육학회 2012 정보교육학회논문지 Vol.16 No.2

현재 컴퓨터교육은 컴퓨터의 활용보다는 컴퓨터과학을 통한 창의성 신장 교육으로 비중을 높이고 있다. 이에 따라 창의성 교육의 측면에서 로봇을 활용하는 프로그래밍 교육은 컴퓨터교육 연구의 주요 과제로 떠오르고 있다. 로봇 프로그래밍에 관련된 기존 연구를 살펴보면 주로 로봇 프로그래밍 교육의 효과 및 교육과정 개발에 대한 연구가 주를 이루고 있으며, 점차 구체적인 학습 방법에 대한 연구로 초점이 이동되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 로봇 프로그래밍 학습 방법으로서 예제의 활용에 주목하고 있다. 예제는 프로그래밍을 가르치고 배우는데 중요한 역할을 하며, 학생과 교사 모두에게 유용한 유형의 학습 자료로 인식된다. 또한, 예제는 학습자가 프로그래밍을 할 때 기본틀, 가이드라인, 힌트 제공의 역할을 수행할 수 있다. 본 연구에서는 로봇 프로그래밍 교육을 위한 NXC 예제를 개발하고, 이를 학습자들이 쉽게 활용할 수 있는 지원 시스템을 개발하였다. 이 지원 시스템은 최근 관심이 집중되고 있는 스마트 교육의 동향에 따라 모바일 웹 애플리케이션으로 개발하였다. Current computer education is moving its focus from using oriented education to improving students' creativity and problem solving ability by computer science education. Robot programming education is becoming a major research issue of computer education in the context of creativity education. One of the mainstream ideas of prior research about robot programming is the effect of robot programming. Another is curriculum development of robot programming. But, the focus of current research is moving toward teaching methods of robot programming. The theme of this research is to use examples in robot programming. Example programs are considered the most useful type of material both by the students and the teachers. Example programs play a important role in learning to program. They work as templates, guidelines, and hints for learners when developing their own programs. In this study, I developed a example-based robot programming support system. Due to the trends of smart learning, I developed this system as a mobile web application.

Scheme 프로그래밍 모바일 앱 구현과 인터프리터 성능 평가

김동섭,한상곤,우균 한국정보처리학회 2024 정보처리학회논문지. 소프트웨어 및 데이터 공학 Vol.13 No.3

최근 프로그래밍 교육의 중요성이 강조되고 있지만, 초·중·고교 학생들은 프로그래밍 교육에 어려움을 겪고 있다. 대부분의 프로그래밍 환경이블록 코딩을 바탕으로 이루어지고 있는데 이는 텍스트 코딩으로의 이행에 방해가 된다. 전통적인 PC 환경도 유지 관리 문제 등 어려움이 있다. 이러한 상황에서 모바일 앱은 대안적 프로그램 교육환경으로 생각해 볼 수 있다. 이 논문에서는 이동형 기기에서 프로그램을 작성할 수 있는 모바일앱 설계하고 구현하였다. 첫 사례로 Scheme 인터프리터 모바일 앱을 구현하였는데, Scheme은 다중 패러다임 프로그래밍을 지원하는 교육용 언어로MIT의 프로그래밍 교과에 사용되고 있다. 구현된 앱은 독립형 앱으로 설계되어 네트워크를 사용하지 않아도 된다는 장점이 있다. 벤치마크 수행결과, PC 수행 시간에 대한 안드로이드 기기 수행 시간은 Derivative 벤치마크 131%와 Tak 벤치마크 157%로 나타났다. 또한, 안드로이드 기기에서벤치마크 프로그램의 수행 시간 최댓값은 Derivative 벤치마크 19.8ms, Tak 벤치마크 131.15ms로 나타났다. 이는 안드로이드 기기를 프로그래밍교육용으로 선택 시 실습에 큰 제약이 되지 않음을 나타낸다. Though programming education has been stressed recently, the elementary, middle, and high school students are having trouble inprogramming education. Most programming environments for them are based on block coding, which hinders them from moving to textcoding. The traditional PC environment has also troubles such as maintenance problems. In this situation, mobile applications can beconsidered as alternative programming environments. This paper addresses the design and implementation of coding applications formobile devices. As a prototype, a Scheme interpreter mobile app is proposed, where Scheme is used for programming courses at MITsince it supports multi-paradigm programming. The implementation has the advantage of not consuming the network bandwidth sinceit is designed as a standalone application. According to the benchmark result, the execution time on Android devices, relative to thaton a desktop, was 131% for the Derivative and 157% for the Tak. Further, the maximum execution times for the benchmark programson the Android device were 19.8ms for the Derivative and 131.15ms for the Tak benchmark. This confirms that when selecting an Androiddevice for programming education purposes, there are no significant constraints for training.

Scheme 프로그래밍 모바일 앱 구현과 인터프리터 성능 평가

김동섭 ( Dongseob Kim ),한상곤 ( Sangkon Han ),우균 ( Gyun Woo ) 한국정보처리학회 2024 정보처리학회논문지. 소프트웨어 및 데이터 공학 Vol.13 No.3

최근 프로그래밍 교육의 중요성이 강조되고 있지만, 초·중·고교 학생들은 프로그래밍 교육에 어려움을 겪고 있다. 대부분의 프로그래밍 환경이 블록 코딩을 바탕으로 이루어지고 있는데 이는 텍스트 코딩으로의 이행에 방해가 된다. 전통적인 PC 환경도 유지 관리 문제 등 어려움이 있다. 이러한 상황에서 모바일 앱은 대안적 프로그램 교육환경으로 생각해 볼 수 있다. 이 논문에서는 이동형 기기에서 프로그램을 작성할 수 있는 모바일앱 설계하고 구현하였다. 첫 사례로 Scheme 인터프리터 모바일 앱을 구현하였는데, Scheme은 다중 패러다임 프로그래밍을 지원하는 교육용 언어로 MIT의 프로그래밍 교과에 사용되고 있다. 구현된 앱은 독립형 앱으로 설계되어 네트워크를 사용하지 않아도 된다는 장점이 있다. 벤치마크 수행결과, PC 수행 시간에 대한 안드로이드 기기 수행 시간은 Derivative 벤치마크 131%와 Tak 벤치마크 157%로 나타났다. 또한, 안드로이드 기기에서 벤치마크 프로그램의 수행 시간 최댓값은 Derivative 벤치마크 19.8ms, Tak 벤치마크 131.15ms로 나타났다. 이는 안드로이드 기기를 프로그래밍 교육용으로 선택 시 실습에 큰 제약이 되지 않음을 나타낸다. Though programming education has been stressed recently, the elementary, middle, and high school students are having trouble in programming education. Most programming environments for them are based on block coding, which hinders them from moving to text coding. The traditional PC environment has also troubles such as maintenance problems. In this situation, mobile applications can be considered as alternative programming environments. This paper addresses the design and implementation of coding applications for mobile devices. As a prototype, a Scheme interpreter mobile app is proposed, where Scheme is used for programming courses at MIT since it supports multi-paradigm programming. The implementation has the advantage of not consuming the network bandwidth since it is designed as a standalone application. According to the benchmark result, the execution time on Android devices, relative to that on a desktop, was 131% for the Derivative and 157% for the Tak. Further, the maximum execution times for the benchmark programs on the Android device were 19.8ms for the Derivative and 131.15ms for the Tak benchmark. This confirms that when selecting an Android device for programming education purposes, there are no significant constraints for training.

모바일 디바이스에서 계층별 프로세서 할당을 통한 딥러닝 학습 가속

하동휘,권진세,김형신 한국정보과학회 2021 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.27 No.6

딥러닝 개인화 응용은 사용자가 원하는 요구 사항에 맞게 딥러닝 모델을 재학습해야 한다. 기존의 모델 학습 방법은 서버에서 학습한 모델을 모바일 디바이스로 전송한다. 기존 방법은 개인 정보 유출, 서버 운용 비용 증가 등의 문제를 야기할 수 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 모바일에서 딥러닝 학습 방법을 적용한다. 하지만, 모바일 디바이스는 자원이 부족하여 딥러닝 학습 수행이 어렵다. 본 논문에서는 모바일 CPU와 GPU를 효율적으로 사용하여 모바일 디바이스에서 딥러닝 학습 속도를 향상하는 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 모델 계층별 연산 시간과 프로세서 간 데이터 전송 시간을 프로파일링한다. 프로파일링 결과를 토대로 동적 프로그래밍을 이용하여 프로세서를 탐색하고 각 계층에 최적의 프로세서를 할당한다. 3개의 카테고리로 이루어진 커스텀 데이터를 CIFAR-10 이미지로 사전 학습된 모델을 이용하여 전이 학습하였다. 제안하는 알고리즘을 ODROID-XU4와 Firefly RK3399 Plus에서 실험한 결과, 각각 25.7%, 3.2% 성능 향상을 확인하였다. With the recent development in deep learning, the application of personalization has increase. Personalized deep learning models require initial training according to the user requirements. When the event of unseen data occurs, it is necessary to retrain and update the optimal model. Traditional methods send personal data to servers to create a model and send it to mobile devices. In this process, problems, such as leakage of private data, excessive network traffic, and an increase in server operating costs, may occur. To solve this problem, on-device learning is a well-known approach. However, mobile devices lack hardware resources. In this paper, we propose a method to reduce the training time for a mobile device by effectively utilizing Central Processing Unit(CPU) and Graphic Processing Unit(GPU). The proposed system profiles the computing and data transfer time. With the result of profiling and dynamic programming, the method searches the processor and allocates the optimal processor to each layer. Based on a pre-trained model with CIFAR-10, we apply transfer learning to train the custom data consisting of three categories faster than initial training. With two mobile devices (ODROID-XU4 and Firefly RK3399 Plus), the proposed method reduces the execution time by 25.7% and 3.2%, respectively.

원격 제어 기능을 포함한 교육용 모바일 로봇 시스템의 설계 및 구현

정중수(Joong-Soo Chung),정광욱(Kwang-Wook Jung) 한국컴퓨터정보학회 2015 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.20 No.4

본 논문에서는 원격 제어 기능을 갖는 교육용 로봇 시스템을 임베디드 환경에서 설계 및 구현하였다. 로봇 시스템의 기반이 되는 센싱 정보 처리와 소프트웨어 설계, 및 프로그래밍 실습 교육을 위한 템프릿 설계 기법을 제시하였다. 시스템의 개발 환경으로 CPU는 Cortex-M3 코어를 사용한 LPC1769 프로세서, 디버깅 환경은 LPCXPRESSO, 펌웨어 개발 언어는 C언어를, OS는 FreeRTOS를 사용하였다. 시스템 동작 과정은 무선 RF 통신을 이용하여 서버의 제어 명령을 수신하여, 교육용 로봇의 다양한 센서를 구동시킨다. 교육 과정으로는 로봇의 기본 동작 프로그램을 제공하여 실습생으로 하여금 컴파일 및 로딩이후 데모 동작을 우선 실행하도록 하였다. 이후 이의 데모 기능의 프로그래밍 기술을 교육하기 위해 단계별로 교육하도록 하였다. 로봇 동작과정에 대한 실습과 그에 대한 프로그래밍 기법이다. 또한 서버와 로봇 간 통신 기법은 RF 통신환경에서 독자적인 프로토콜이 설계되었고, 로봇 센싱 데이터 처리과정을 분석하여 만족할 만한 성능 처리 결과를 제시하였다. This paper presents the design and implementation of the educational remote controlled robot system including remote sensing in the embedded environment. The design of sensing information processing, software design and template design mechanism for the programming practice are introduced. LPC1769 using Cortex-M3 core as CPU, LPCXPRESSO as debugging environment, C language as firmware development language and FreeRTOS as OS are used in development environment. The control command is received via RF communication by the server and the robot system which is operated by driving the various sensors. The educational procedure is from robot demo operation program as hands-on practice and then compiling, loading of the basic robot operation program, already supplied. Thereafter the verification is checked by using the basic robot operation to allow demo operation such as hands-on-training procedure. The original protocol is designed via RF communication between server and robot system, and the satisfied performance result is presented by analyzing the robot sensing data processing.

Computational Thinking 향상 도구로서의 App Inventor 2

임병춘 한국정보교육학회 2016 정보교육학회논문지 Vol.20 No.5

MIT의 App Inventor 2는 스크래치나 Alice와 같은 블록-기반 프로그래밍 언어로 학생들이 CT의 개념과 기능을 갖추도록 하는데 있어 매우 유용하게 사용될 수 있는 도구이다. 스크래치 프로그래밍은 프로그램 작성과실행이 대부분 컴퓨터상에서 이루어지는 반면에 App Inventor 2는 컴퓨터상에서 프로그램을 작성하는 중간에스마트폰으로 그때까지의 결과를 직접 확인하고 즉각적인 피드백을 받으면서 프로그래밍을 하기 때문에 더 좋은학습 효과를 기대할 수 있다. 이 연구에서는 학생들의 App Inventor 2 학습이 학생들의 CT 기능 향상에 기여하는지를 규명하기 위해 CT 개념 중 네 가지 핵심 개념을 추출하여 App Inventor 2 학습에서 이 네 가지 개념이어떻게 구현되는지를 보인다. MIT App Inventor 2, much like the other block-based programming languages such as Scratch and Alice, is a useful tool that can be utilized to improve the computational thinking skills for students. The coding and the execution of program are done mainly on the computer in Scratch programming, but in App Inventor 2 programming, the students can execute the program and get immediate feedback on the smart-phone in the middle of the programming. Therefore, we can expect better enhanced learning effect. In this study, it has been claimed that the learning of App Inventor2 can strengthen the computational thinking skills of our students by extracting four core concepts of the computational thinking and then showing how these concepts are applied through the learning of App Inventor 2.

안드로이드 어플리케이션의 효율적인 개발을 위한 로그 서비스 관리 모델

최윤석(Yun-seok Choi) 한국컴퓨터정보학회 2016 한국컴퓨터정보학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

본 논문에서는 안드로이드 기반의 효율적인 모바일 소프트웨어 개발을 위한 로그 서비스 관리 모델을 제안한다. 제안한 모델은 관점지향 프로그래밍을 적용하여 로깅 대상의 변경 없이 로그를 획득하며, 획득한 로그를 원격 호출 인터페이스를 사용하여 로깅 관리자에 전달한다. 로그 관리자는 안드로이드 기본 컴포넌트인 서비스 형태로 구성하며, 로깅 대상 어플리케이션 수행에 독립적으로 로그를 관리한다. 제안한 모델은 로깅을 위한 어플리케이션 변경을 최소화하고, 로깅이 어플리케이션 실행에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다.

무선 센서 네트워크의 수명 증대를 위한 모바일 싱크 노드의 이동 전략

이건택(Keontaek Lee),김영훈(Younghun Kim),심세민(Semin Sim),한승재(Seungjae Han) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.38 No.6

네트워크 수명의 최대화는 무선 센서 네트워크, 특히 대규모의 무선 센서 네트워크에서 특히 중요한 문제이다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크의 수명 최대화를 위한 모바일 싱크의 효율적 이동 전략을 제안한다. 일반적으로 싱크 노드 주변의 센서 노드들은 싱크로 향하는 많은 데이터를 전달해야하기 때문에 에너지 소모가 더 심해진다. 하지만 싱크 노드가 이동함으로써 이러한 에너지 소모의 편중 현상을 줄일 수 있다. 본 논문에서는 먼저 선형 프로그래밍을 통해 얻어진 최적의 싱크 노드 이동패턴을 분석하고 그 특성을 활용하여 실용적인 휴리스틱 알고리즘을 제안한다. 제안하는 휴리스틱 알고리즘은 싱크 노드 주변의 센서 노드들의 남아있는 에너지량의 표준 편차만을 활용한다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안한 휴리스틱 알고리즘이 최적에 가까운 성능을 나타냄을 보인다. Network lifetime maximization is an important problem particularly for large-scale wireless sensor networks. To this end, we take an approach that exploits the ‘sink mobility’ and propose an efficient sink mobility strategy for network lifetime maximization. Typically, the sensor nodes near the sink node tend to suffer high energy consumption due to heavy traffic relay operations. As the sink node moves around, such energy bottleneck can be alleviated. We analyze the optimal sink mobility pattern obtained by solving a linear programming model and use the insights from the analysis to design a simple practical heuristic. Our heuristic utilizes only the standard deviation of residual energy of neighboring sensor nodes. The simulation results show that our scheme achieves near-optimal performance.

모바일 AR/VR 구현을 위한 프로그래밍 언어 인터페이스 표준 개발

정철희,이명원 표준인증안전학회 2019 표준인증안전학회지 Vol.9 No.1

모바일 장치의 성능 향상과 웹 발전으로 증강현실/가상현실(Augemted Reality/Virtual Reality, AR/VR)은 일반 컴퓨터 뿐 아니라 핸드폰과 같은 모바일 장치에서도 서비스가 가능하게 되었다. 모바일 환경에서 3D 가상현실 응용 프로그램을 개발하는 방법 중 하나로 유니티 3D가 많이 이용되고 있다. 유니티 3D 엔진을 이용하여 3D 가상현실 서비스가 가능하나 3D 가상현실 장면의 저장, 교환, 전송을 다양한 장치에서 사용하기 위해서는 표준화된 데이터 형식이 필요하다. 이를 위해서 유니티 3D 엔진에서 국제표준 ISO/IEC 19775-1 X3D (Extensible 3D)를 사용할 수 있다면 모바일 환경에서 가상현실 응용 서비스를 위한 3차원 장면 생성과 교환이 가능하게 된다. 본 논문에서는 유니티 3D 엔진에서 X3D 가상현실 파일을 처리할 수 있는 C# 프로그래밍 환경 개발에 대해 기술한다. 이를 위해서 유니티 3D 엔진에서 X3D 파일의 오브젝트를 처리할 수 있도록 오브젝트 저장을 위한 데이터 구조를 정의하고 이 데이터에 접근하여 값을 입출력하는 함수를 정의한다. 그리고 본 연구에서 개발된 X3D C# 바인딩 뷰어에서는 유니티 엔진에서 X3D 가상현실 파일을 읽어서 C#으로 정의된 장면 접근 인터페이스를 이용하여 화면에 표현한다. 이와 같은 X3D 오브젝트들을 화면에 표현하는 C# 바인딩 뷰어의 개발과 함께 C# 바인딩 라이브러리를 사용하여 장면을 구성하는 간단한 구현 예제를 보여준다. X3D 오브젝트로 기하 프리미티브 오브젝트들인 상자, 원뿔, 원기둥, 구, 텍스트, H-Anim 캐릭터를 생성하고 화면에 렌더링하여 시각화한다. With the advancement of technologies related to mobile devices and the World Wide Web, 3D virtual reality services can now be provided for mobile devices such as handheld phones. Unity 3D is a popular platform for developing 3D VR application programs for mobile devices. Though 3D VR services using Unity 3D are now possible, a standardized data format is still required to store, transfer, and exchange 3D VR scenes between various devices and applications. In order to achieve this, it is possible to create and exchange 3D scenes for VR application services in mobile environments if ISO/IEC 19775-1 X3D (Extensible 3D) can be used in Unity 3D. This paper describes the development of a C# programming environment capable of producing X3D VR scene files that can be processed in the Unity 3D engine. In order to achieve this, data structures for storing X3D objects, functions that can access these data structures,and the capability to import and export values is provided, allowing the objects tobe processed in the Unity 3D engine. An implementation example is included.

AOP를 활용한 모바일 클라이언트와 서버 간 통합테스트 방법

최윤석(Yun Seok Choi),최은만(Eun Man Choi) 한국정보과학회 2018 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.24 No.6

모바일 클라이언트와 서버의 개발이 동시에 진행될 때 모바일 클라이언트는 사용자에게 기능을 제공하기 위해 서버가 제공하는 데이터가 필요하다. 이러한 이유로 모바일 클라이언트는 개발 초기부터 완료까지 서버와의 통합테스트가 필수적이다. 통합테스트를 효과적으로 하기 위해 클라이언트가 서버에 데이터를 요구하는 부분을 AOP로 색출해 내고 서버 제공 데이터를 Google Spreadsheet API로 미리 제공할 수 있다. 본 논문에서는 두 가지 개념을 활용하여 클라이언트 소프트웨어의 코드 수정 없이 구성된 애스팩트(Aspect)의 이식만으로 가능한 모바일 클라이언트와 서버 간 통합테스트 방법을 제안한다. When a mobile client and server are developed at the same time, the mobile client relies the server to provide data necessary for the user functions. For this reason, it is essential to test the integration with the server from initial development to completion of the mobile client. To make the integration test effective, the client can retrieve the portion of the server requesting data to AOP and the server can provide the data in advance with the Google Spreadsheet API. In this paper, we propose an integration test method between a mobile client and a server using Google Spreadsheet API and Aspect-Oriented Programming(AOP).