게임 NPC를 위한 신경망 기반의 이동 안공지능 알고리즘

조인휘,최문원,Joe, In-Whee,Choi, Moon-Won 한국통신학회 2010 韓國通信學會論文誌 Vol.35 No.12a

본 논문은 게임에서 신경망기반으로 지능캐릭터에게 학습을 통한 상황판단을 하는 이동 인공지능을 제안하였다. 신경망은 게임 규칙과 문제해결 방법을 정의한 알고리즘을 통한 입출력 값을 이용하여 지도 학습된다. 지도 학습된 지능캐릭터는 변화하는 주변 환경을 인지하여, 적절한 행동을 하게 된다. 본 논문에서는 신경망을 이용한 이동 인공지능을 점진적으로 설계하였고, 성능 실험을 위하여 간단한 게임을 구현하였다. 이 게임은 일정한 2차원 공간에 목표, 캐릭터, 장애물이 존재하고 캐릭터는 목표 지점으로 장애물을 회피하며 이동해야한다. 이동 인공지능은 실험마다 정의한 알고리즘을 통해 규칙과 몇 가지 문제해결법을 학습하여 변화하는 환경에서 목표를 완수 할 수 있으며, 정의한 알고리즘과 신경망 구조를 동일하게 설계하였다. 실험 결과, 제안한 이동 인공지능은 주변 상황을 인지하여 이동을 수행하고 목표를 완수할 수 있음을 보였다. 이동 인공지능은 복잡한 구조의 게임도 학습 알고리즘을 정의하여 학습하면 신경망은 변화한 환경에서도 적절한 결과를 보여 줄 수 있을 것이다. This paper proposes a mobile AI (Artificial Intelligence) conducting decision-making in the game through education for intelligent character on the basis of Neural Network. Neural Network is learned through the input/output value of the algorithm which defines the game rule and the problem solving method. The learned character is able to perceive the circumstances and make proper action. In this paper, the mobile AI using Neural Network has been step-by-step designed, and a simple game has been materialized for its functional experiment. In this game, the goal, the character, and obstacles exist on regular 2D space, and the character, evading obstacles, has to move where the goal is. The mobile AI can achieve its goals in changing environment by learning the solution to several problems through the algorithm defined in each experiment. The defined algorithm and Neural Network are designed to make the input/output system the same. As the experimental results, the suggested mobile AI showed that it could perceive the circumstances to conduct action and to complete its mission. If mobile AI learns the defined algorithm even in the game of complex structure, its Neural Network will be able to show proper results even in the changing environment.

이동 애드혹 네트워크에서 경로의 안정성 향상을 위한 경로 설정 방식

조인휘,Joe, In-Whee 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.9b

본 논문에서는 대규모 무선 이동 애드혹 네트워크에서 소스 노드에서 목적지 노드로의 데이터 전송을 위한 경로 설정 시 안정적 경로 유지를 위한 경로 설정 방식을 제안한다. 이동 애드혹 네트워크에서 경로 설정 방법은 유선 네트워크의 경로 설정 방법과는 달리 노드의 이동성을 고려한 라우팅 알고리즘을 통해 경로를 설정하고, 설정된 경로를 통하여 데이터를 전송하게 된다. 하지만, 경로 설정 시 목적지에 가장 먼저 도달한 경로 설정 메시지만을 고려한 경로 설정 방법은 노드의 이동성으로 인한 경로 단절이 발생할 확률이 높고, 패킷 전송 시 패킷 손실이나 지연이 발생할 확률이 크다. 특히 노드의 제어 및 안정적 데이터를 전송하기 위한 경로가 불안정적 일 경우 큰 문제가 발생될 수 있다. 그래서 본 논문에서는 소스 노드에서 목적지 노드로의 경로 설정 시 노드의 이동성을 고려함으로써 패킷 전송 시 발생할 수 있는 노드 간 경로 단절 및 패킷 손실 등을 최소화 하는 방식을 제안 한다. 제안한 프로토콜은 노드의 이동 속도를 바탕으로 목적지에서 다수의 RREQ 메시지를 수신하고, MinMax 알고리즘을 통하여 적합한 경로를 선정하게 된다. This paper proposes a routing establishment method for improving path stability in mobile ad-hoc networks. In mobile ad-hoc networks, the network topology is highly dynamic due to the node mobility unlike wired networks. Since the existing methods are based on the shortest path algorithm with the minimum hop count regardless of the path stability, it could lead to packet loss and path disconnection in mobile ad-hoc networks. In particular, if control packets and critical data are transmitted on the unstable path, it causes serious problems. Therefore, this paper proposes one approach in order to minimize packet loss and path disconnection by considering the node mobility. After the destination node receives multiple RREQ messages, it selects the stable path through the proposed MinMax algorithm according to the node speed.

Mobile IPv6에서 효율적인 동적 페이징 방식

조인휘,Joe In-Whee 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.6B

차세대 무선/이동 네트워크는 IP 기반 구조로 진화하고 있다. 차세대 IP 기반의 네트워크에서 효율적인 이동성 관리는 필수적이다. 최근에 Internet Engineering Task Force(IETF)에서 효율적인 이동성 관리를 위해 Hierarchical Mobile IPv6(HMIPv6)을 제안하였다. HMIPV6는 Mobile Anchor Point(MAP)영역 안에 지역 등록을 통하여 상당히 시그널링을 줄일 수 있고 핸드오프 지연시간도 줄이면서 MIPv6의 성능향상을 가져왔다. 그러나 단일 MAP에 집중적인 부하가 발생하는 문제점을 가지고 있다. 또한 HMIPv6는 idle 상태에서도 이동노드의 불필요한 위치 등록으로 인하여 시그널링 오버헤드가 발생한다. 따라서 이동노드의 이동성 및 트래픽을 고려하여 동적으로 최적의 MAP 영역을 구성하고, IP 페이징 기법을 통하여 불필요한 위치 등록에 따른 시그널링을 줄이기 위한 페이징 기법을 제안한다. 본 논문에서는 평균적인 위치 등록비용과 패킷 전달비용의 수학적인 모델을 수립하고 성능을 평가한다. 결론적으로, 기존 기법에 비하여 제안된 기법이 보다 효율적임을 보여주고 있다. Next-generation wireless/mobile networks are envisioned to have an IP-based infrastructure. One of the research challenges for next-generation all IP-based networks is the design of intelligent mobility management technologies that have a seamless mobility and minimal signaling overhead. Recently, HMIPv6 was proposed by the IETF for efficient mobility management. HMIPv6 reduces the amount of signaling and improves the performance of MIPv6 in terms of handover latency. However the MAP can be a single point of performance bottleneck when there are a lot of local movements. HMIPv6 can cause signaling overhead due to the unnecessary location update of idle mobile nodes. Therefore, in this paper, we propose the dynamic paging Mobile IPv6 that reduces the signaling cost of the unnecessary location updates using IP paging and organizes dynamically optimal MAP area according to user's mobility and traffic. We show performance results that are obtained from the average total location update cost and packet delivery cost.

IPv6 상에서 QoS 지원을 위한 실시간 처리용 DCP 프로토콜

조인휘,Joe, In-Whee 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.10B

최근에는 인터넷 기반의 통신 방식이 원격 제어와 데이터 수집 분야에서도 널리 채택되어지고 있다. 현재의 인터넷에서 대부분의 네트워크 애플리케이션들은 Client-Sever 모델로 개발되고 있다. 본 논문에서는 인터넷상에서 Client와 Server의 역할을 교환하여, 다양한 산업용 디바이스를 위해 단일화된 디바이스 인터페이스를 제공해 주는 DCP(Device Configuration Protocol) 프로토콜을 제안한다. 제안된 프로토콜은 TCP/IP 표준 프로토콜 상에서 돌아가는 응용 계층 프로토콜로 동작한다. 또한 DCP 프로토콜을 확장하여 실시간 처리 기능을 추가하고, IPv6의 QoS(Quality of Service) 지원기능인 FlowLabel과 연동하여 실시간 처리가 사용자 수준에서 가능하도록 하였다. 시뮬레이션 수행 결과 실시간 처리가 요구되는 패킷과 일반적인 패킷을 비교하였을 때, 지연시간 측면에서 보면 실시간 처리가 요구되는 패킷은 처리율과 무관하게 마감 시간 전에 처리됨을 알 수 있다. Recently, the Internet-based communication method has been adopted as an open networking solution in the field of remote control and data acquisition. In the current Internet, most networking applications are developed according to the client-server approach. In this paper, we propose an innovative Device Configuration Protocol (DCP) that exchanges the traditional role between client and server to provide a uniform device interface over the Internet for various field devices. The proposed protocol is implemented as an application-level protocol running on top of the standard TCP/IP protocols. Also, the DCP protocol is extended with real-time processing to work with the FlowLabel of IPv6 for QoS (Quality of Service) support. The simulation results show that the real-time packets can be processed prior to the given deadline regardless of throughput, as compared to the normal packets.

이동 애드혹 망을 위한 시공간 방식의 보안 라우팅 프로토콜

조인휘,Joe, In-Whee 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.1B

본 논문에서는 이동 애드혹 망을 위해 시공간 방식에 근거한 보안 라우팅 프로토콜의 설계와 성능을 기술한다. 제안된 시공간 방식은 시간영역에서는 출발지와 목적지 간에 키 배포를 수행하고, 또한 공간영역에서는 경로 상에서의 침입 탐지를 수행하기 때문에 붙여진 이름이다. 데이터 인증을 위해 효율성이 높은 대칭키 방식을 사용하고, 비밀 키는 출발지에서 목적지로 시간차를 이용하여 배포되어 진다. 또한, 단방향의 해쉬체인을 공간측면에서 홉단위로 형성함으로써, 침입자나 포섭된 노드가 라우팅 정보를 조작하는 것을 방지한다 제안된 라우팅 프로토콜의 성능을 평가하기 위해 ns-2 시뮬레이션을 통하여 같은 조건하에서 기존의 AODV와 비교한 결과, 우리가 제안한 프로토콜이 보안 기능을 제공하면서도 동시에 지연시간과 처리율 측면에서 기존의 AODV와 유사한 성능을 보여주고 있다. This paper describes the design and performance of a secure routing protocol with time-space cryptography for mobile ad-hoc networks. The proposed time-space scheme works in the time domain for key distribution between source and destination as well as in the space domain for intrusion detection along the route between them. For data authentication, it relies on the symmetric key cryptography due to high efficiency and a secret key is distributed using a time difference from the source to the destination. Also, a one-way hash chain is formed on a hop-by-hop basis to prevent a compromised node or an intruder from manipulating the routing information. In order to evaluate the performance of our routing protocol, we compare it with the existing AODV protocol by simulation under the same conditions. The proposed protocol has been validated using the ns-2 network simulator with wireless and mobility extensions.

이동 애드혹 네트워크를 위한 예약 기반의 QoS 라우팅 프로토콜

조인휘,Joe, In-Whee 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.12B

이동 애드혹 네트워크에서 연속적이고 실시간적인 멀터미디어 정보에 대한 사용자의 요구에 따라 서비스 품질(QoS: Quality of Service) 보장이 중요한 이슈로 대두되었다. 본 논문에서는 이동 애드혹 망의 대표적인 라우팅 프로토콜 중 하나인 AODV 프로토콜을 TDMA 기반으로 수정하고, 대역폭 예약을 통해 QoS를 보장하는 라우팅 프로토콜을 제안한다. 후보 경로에 대해 최대 사용가능한 대역폭을 계산하는 기존의 복잡한 방식 대신에 제안하는 방식은 단대단 요구사항을 만족하는지 여부만 확인한다. 이 때, 무선 대역폭의 사용효율을 극대화하기 위하여 무선 환경에서 충돌이 발생하지 않도록 Time slot을 할당하고 대역폭을 예약한다. 성능 평가를 위해 애드혹 환경에서 시뮬레이션을 통해, 제안하는 예약 기반의 QoS 라우팅 프로토콜을 평가한다. 시뮬레이션 결과 제안하는 프로토콜이 Load에 무관하게 충분히 낮고 안정적인 Delay 성능을 제공함을 알 수 있다. According to the user requirements for continuous and real-time multimedia information, the concept of Quality of Service (QoS) has emerged as a main issue in mobile ad-hoc networks. QoS routing is to find the route that meets the QoS requirements of the users. In this paper, we propose a routing protocol that is based on AODV over TDMA, one of the typical routing protocols for mobile ad-hoc networks, by making a bandwidth reservation for QoS guarantee. While the existing schemes calculate the maximum available bandwidth for each candidate path, our scheme is to check only if the bandwidth of a given path satisfies the end-to-end QoS requirement and then to make a reservation by allocating time slots efficiently in the wireless environment. In order to evaluate the performance of the proposed QoS routing protocol, some simulations are carried out in the ad-hoc environment.

이동 애드혹 망에서 QoS 지원을 위한 예약 기반의 MAC 프로토콜

조인휘,Joe, In-Whee 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.10B

본 논문에서는 이동 애드혹 망에서 멀티미디어 트래픽 처리를 위해 예약 방식의 매체 접근 제어(MAC) 프로토콜을 설계하고 그 성능을 평가하였다. 예약 방식의 MAC 프로토콜은 두 개의 부분 계층으로 이루어진 계층적 접근법을 기반으로 한다. MAC의 하위 부분 계층은 이동 애드혹 망에서 비동기 데이터 트래픽을 지원하기 위해 CSMA/CA를 사용하는 기본적인 접근 방법을 제공한다. 그 위에 상위 부분 계층은 실제 데이터 전송에 앞서 슬롯(slot) 예약을 수행함으로써 실시간 주기적 트래픽을 지원한다. 제안된 프로토콜은 ns-2 시뮬레이터를 사용하여 검증하였다. 시뮬레이션 수행 결과는 예약 방식의 MAC 프로토콜이 IEEE 802.11 표준과 비교하여 더 높은 처리율(throughput)과 더 낮은 지연(delay)을 제공하므로 실시간 트래픽 전송에 적합함을 보여주었다. This paper presents the design of a reservation-based MAC protocol to support multimedia traffic over mobile ad-hoc networks and evaluates its performance. Our MAC protocol is based on a hierarchical approach consisting of two sub-layers. The lower sub-layer of the MAC protocol with reservation provides a fundamental access method using CSMA/CA in order to support asynchronous data traffic over mobile ad-hoc networks. The upper sub-layer supports real-time periodic data by making a slot reservation before transmitting actual data. The proposed protocol has been validated through simulations using ns-2. The results show that the proposed MAC protocol can offer higher throughput and lower delay than standard implementations of the IEEE 802.11.

SMOTE와 Light GBM 기반의 불균형 데이터 개선 기법

한영진 ( Young-jin Han ),조인휘 ( In-whee Joe ) 한국정보처리학회 2022 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.11 No.12

디지털 세상에서 불균형 데이터에 대한 클래스 분포는 중요한 부분이며 사이버 보안에 큰 의미를 차지한다. 불균형 데이터의 비정상적인 활동을 찾고 문제를 해결해야 한다. 모든 트랜잭션의 패턴을 추적할 수 있는 시스템이 필요하지만, 일반적으로 패턴이 비정상인 불균형 데이터로 기계학습을 하면 소수 계층에 대한 성능은 무시되고 저하되며 예측 모델은 부정확하게 편향될 수 있다. 본 논문에서는 불균형 데이터 세트를 해결하기 위한 접근 방식으로 Synthetic Minority Oversampling Technique(SMOTE)와 Light GBM 알고리즘을 이용하여 추정치를 결합하여 대상 변수를 예측하고 정확도를 향상시켰다. 실험 결과는 Logistic Regression, Decision Tree, KNN, Random Forest, XGBoost 알고리즘과 비교하였다. 정확도, 재현율에 서는 성능이 모두 비슷했으나 정밀도에서는 2개의 알고리즘 Random Forest 80.76%, Light GBM 97.16% 성능이 나왔고, F1-score에서는 Random Forest 84.67%,, Light GBM 91.96% 성능이 나왔다. 이 실험 결과로 Light GBM은 성능이 5개의 알고리즘과 비교하여 편차없이 비슷하거나 최대 16% 향상됨을 접근 방식으로 확인할 수 있었다. Class distribution of unbalanced data is an important part of the digital world and is a significant part of cybersecurity. Abnormal activity of unbalanced data should be found and problems solved. Although a system capable of tracking patterns in all transactions is needed, machine learning with disproportionate data, which typically has abnormal patterns, can ignore and degrade performance for minority layers, and predictive models can be inaccurately biased. In this paper, we predict target variables and improve accuracy by combining estimates using Synthetic Minority Oversampling Technique (SMOTE) and Light GBM algorithms as an approach to address unbalanced datasets. Experimental results were compared with logistic regression, decision tree, KNN, Random Forest, and XGBoost algorithms. The performance was similar in accuracy and reproduction rate, but in precision, two algorithms performed at Random Forest 80.76% and Light GBM 97.16%, and in F1-score, Random Forest 84.67% and Light GBM 91.96%. As a result of this experiment, it was confirmed that Light GBM's performance was similar without deviation or improved by up to 16% compared to five algorithms.

원격진료에서 인공지능 STT를 활용한 키워드 기반의 원격 진료 영상 화질 조절 시스템

김기손(Ki-Son Kim),조인휘(In-Whee Joe) 한국통신학회 2022 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.2

최근 원격 진료는 정보통신기술이 발전함에 따라 새로운 진료 형태로 확장되고 특수한 상황에 더욱 효과적인 진료를 가능하게 함으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 원격 진료는 비대면 진료이기 때문에 진료과정에서 많은 영상, 음성 데이터가 발생하게 된다. 본 논문은 원격 진료 과정에서 발생하는 영상의 음성 데이터에서 키워드를 인식하여 특정부분만 고화질로 저장하고, 전반적으로 저화질로 저장함으로써 영상 용량을 축소시켜 저장할 수 있는 인공지능 기반의 STT(Speech To Text)와 실시간 영상 화질 조절 기능을 결합한 시스템을 제안한다. 시스템의 효율성을 검증하기 위해 10가지 질병의 각 증상에 대한 대화 음성데이터를 이용한 실험으로 Speech To Text의 키워드 인식률을 검증한 후, 일반적인 영상과 bps가 조절된 영상의 용량 비교실험을 진행하였다.

무선 센서 네트워크에서 효율적인 멀티캐스트 라우팅 프로토콜

장동섭 ( Dong-seob Jang ),조인휘 ( In-whee Joe ) 한국정보처리학회 2008 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.15 No.1

초기 센서 네트워크의 라우팅 프로토콜은 데이터를 수집하는 업링크 위주의 알고리즘이었다. 그러나 최근에는 특정 노드를 제어하기 위해 토폴로지 정보를 관리하고, 이를 바탕으로 하는 다운링크 알고리즘이 연구되고 있다. 또한 동시에 다수의 노드에게 질의를 전송하는 멀티캐스트 알고리즘의 필요성이 대두되고 있으나 현재까지 센서 네트워크에 적용할 만한 멀티캐스트 라우팅 프로토콜은 거의 전무한 실정이다. 본 논문에서는 비교적 리소스 제한이 적은 게이트웨이나 싱크에서만 관리하던 라우팅 테이블을 메모리가 작은 일반 센서 노드에서도 관리할 수 있게 충분이 작은 비트맵형 라우팅 테이블의 구성을 제안하고, 이를 이용하여 효율적인 유니캐스트 및 멀티캐스트 라우팅 프로토콜을 제안한다. 제안된 프로토콜은 멀티캐스트상황에서 불필요한 포워딩을 제거함으로써 네트워크 내의 패킷 발생량을 최소화시켜 주는 매우 효율적인 방식이다. 또한 라우팅 테이블의 유지 및 관리가 수월하여 센서 노드에서의 데이터 처리 부담을 줄였다.