유비쿼터스 환경에서 상황인지 응용을 위한 위치기반 웹서비스 프레임워크의 설계

국문 초록 (Abstract)

최근 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에 대한 관심과 보급이 확대되면서 RFID나 USN을 이용한 다양한 스마트 공간(smart space)들이 조성되고 있으며, 수많은 센서를 통해 수집한 데이터를 가공하여 상황에 따라 자동화된 서비스를 제공하는 상황인지 시스템(Context-Aware System)에 대한 연구와 적용범위가 확대되고 있다. 또한 무선 인터넷과 모바일시스템의 발전으로 사용자의 이동에 따른 위치정보를 이용하는 위치기반 서비스에 대한 수요와 필요성이 급증하고 있다.
일반적으로 상황인지 시스템은 그 특성상 사용자와의 상호작용을 최대한 배제하며 자동화된 서비스를 제공한다. 그러나 상황인지 능력의 한계로 인해 대부분 단편적인 서비스에 제한되며, 사용자의 의지와는 무관하게 일방적으로 제공되는 단방향성의 문제점이 있다. 또한 GPS를 이용하는 기존 위치기반 서비스의 경우 집, 건물 등과 같은 실내 공간에서는 GPS의 특성상 위치파악이 불가능하여 지속적인 서비스를 제공하지 못하는 문제점이 있다.
본 논문의 목적은 기존의 시스템들이 가지는 이러한 문제점들을 해결하고, 사용자가 스마트폰과 같은 단일 인터페이스 장치를 이용하여 생활 주변의 다양한 스마트 공간 어디서든지 서비스 제공자와 상호작용하면서 원하는 서비스를 이용할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다. 따라서 본 논문에서는 이러한 요구사항을 충족하기 위한 방안으로 서비스지향 아키텍처(Service Oriented Architecture, SOA) 모델을 적용한 ‘위치기반 상황인지 웹서비스 프레임워크’를 설계하였다. 제안 프레임워크는 각 도메인별로 구축된 다수의 상황인지 시스템들을 개별 서비스 제공자로 하고, 스마트폰과 같은 휴대용 이동단말장치를 서비스 요구자로 하며, 사용자의 현재 위치를 기반으로 사용자가 원하는 서비스를 제공하는 서비스 제공자를 검색하고 연결 환경을 제공하는 서비스 중개자로 구성된다.
제안 프레임워크를 적용할 경우 서비스 이용자 측면에서는 스마트폰과 같은 단일 사용자 인터페이스를 통해 다양한 서비스를 이용함으로써 사용자의 편의성을 최대한 보장할 수 있으며, 서비스 제공자에게는 기존의 상황인지 시스템이 가지는 서비스의 제약과 단방향성의 문제를 극복하고 보다 복합적이고 통합된 고품질 서비스를 제공할 수 있게 된다. 또한 GPS의 특성상 실내에서의 측위가 불가능할 경우에도 서비스 제공자의 실내 측위 정보를 공유함으로써 사용자의 현재 위치 정보를 지속적으로 파악하여 끊김 없는 위치기반 서비스를 제공할 수 있다. 부가적으로 지역 도메인에 설치된 다양한 네트워크 인프라를 최대한 활용함으로써 통신비용의 절감 효과와 스마트 폰과 같은 휴대용 이동 단말 장치를 다양한 상황인지 서비스와 상호작용하는 단일 사용자 인터페이스로 활용함으로써 추가적인 비용 없이 기존의 키오스크와 같은 인터페이스의 대체 효과로 인한 시스템 구축비용의 절감 효과도 클 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, smart spaces are being created using RFID or USN due to increase in interests and supply on ubiquitous computing environments, and the scope of researches and applications are expanding on Context-Aware System which processes sensed data collected from numerous sensors and provides automated services properly according to situations. There are sharp increase in demands and needs for location-based services using location information by the movement of users due to development of wireless internet and mobile system. Generally, Context-Aware System excludes interaction with users as much as possible due to its characteristics and provides automated service. However, only simple service is provided in most cases due to limits in ability to recognize contexts, there are problems of providing service in one direction regardless of the user's will. Furthermore, existing location-based services using GPS have has problem of not providing seamless services since it is impossible to know the location because of characteristics of GPS in indoors such as houses and buildings.
The goal of this thesis is to solve these problems existing systems have and to provide system that users can access desired service by interacting with service provider at any place in various smart spaces using single interface device such as smart phones. Therefore, in this paper, we designed 'Location-based Context-Aware Web Service Framework' by applying SOA(service-oriented architecture) model as a way of satisfying these requirements. The proposed framework is composed of service provider, service requester and service broker. The service broker is multiple Context-Aware System constructed according to each domain and the service requester is mobile devices such as smart phone. The service broker provides services for searching service providers desired by the user based on current location of the user as well as providing environments for connecting service.
The adoption of proposed framework will guarantee user convenience as much as possible by using various services through single user interface such as smart phone from the aspects of service users. Service providers can provides more comprehensive and integrated high-quality services by overcoming limits in service and one-way communication that existing Context-Aware System has. Furthermore, it can provide location-based service without interruption by continuously examining current location of the user by sharing service provider's indoor location information, even when it is impossible to determine location within indoor due to characteristics of GPS.
Additionally, it is expected to reduce the costs for constructing system by replacing interfaces such as existing kiosk without additional costs by utilizing mobile devices such as smart phone as single user interface interacting with various Context-aware services. Moreover the reduction in communication costs will be expected by maximally utilizing various network infrastructures constructed in local domain.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 관련 연구 4
• 1. 무선 통신 환경 4
• 1.1 광역 무선이동통신망 4
• 1.2 근거리 무선통신망 7
• 2. 상황 인지 시스템 12
• 2.1 컨텍스트 12
• 2.2 상황인지 미들웨어 13
• 2.3 상황인지 시스템 구조 14
• 3. 서비스 지향 아키텍처 17
• 3.1 웹서비스 17
• 4. 위치 기반 서비스 22
• 4.1 LBS 측위 기술 23
• 4.2 LBS 플랫폼 기술 34
• Ⅲ. 위치기반 상황인지 웹서비스 프레임워크 설계 37
• 1. LOCA 프레임워크 아키텍처 38
• 1.1 통신환경 39
• 1.2 서비스 제공자 39
• 1.3 서비스 요구자 40
• 1.4 서비스 중개자 41
• 2. LOCA 서비스 제공자 43
• 2.1 연결모듈 44
• 2.2 상황인지 미들웨어 44
• 2.3 상황인지 서버 모듈 45
• 2.4 서비스 등록기 46
• 2.5 S/P 데이터 모듈 46
• 3. LOCA 서비스 요구자 48
• 3.1 연결모듈 49
• 3.2 S/B 커뮤니케이터 49
• 3.3 상황인지 클라이언트 모듈 50
• 3.4 모바일시스템 플랫폼 50
• 3.5 S/R 데이터 모듈 51
• 4. LOCA 서비스 중개자 52
• 4.1 연결모듈 53
• 4.2 서비스 등록 처리기 53
• 4.3 S/R 커뮤니케이터 53
• 4.4 서비스 발견자 54
• 4.5 S/B 데이터 모듈 55
• Ⅳ. 워크플로우 설계 57
• 1. 사용자 등록절차(S/R-S/B) 57
• 2. 서비스 등록절차(S/P-S/B) 59
• 2.1 서비스제공자 등록 59
• 2.2 서비스 등록 60
• 2.3 S/P 위치정보 등록 62
• 3. 매치메이킹 프로세스 63
• 3.1 카테고리 매칭: 1단계 63
• 3.2 위치기반 매칭: 2단계 65
• 3.3 네트워크 매칭: 3단계 68
• 4. LOCA 서비스 이용 73
• 4.1 위치기반 상황인지 서비스 이용 73
• 4.2 서비스 요구자의 현재 위치정보 검색 74
• Ⅴ. 프로토타입 시스템 구현 및 결과 78
• 1. 서비스 중개자 시스템 78
• 1.1 구현 모듈 및 개발 환경 78
• 1.2 S/B 데이터베이스 모듈 설계 79
• 2. 서비스 제공자 시스템 81
• 2.1 구현 모듈 및 개발 환경 81
• 2.2 S/P 데이터베이스 모듈 설계 82
• 3. 서비스 요구자 시스템 84
• 3.1 구현 모듈 및 개발 환경 84
• 3.2 S/R 데이터베이스 모듈 설계 85
• 4. 도메인 선정 및 적용 시나리오 86
• 4.1 도메인 선정 86
• 4.2 적용 시나리오 86
• 5. 구현 결과 88
• 5.1 서비스 요구자 사용자 등록 89
• 5.2 LOCA 서비스 이용 91
• 5.3 COEX 서비스 이용 93
• 5.4 LOCA 서비스를 이용한 현재위치 검색 97
• 6. 검토 99
• Ⅶ. 결론 100
• 참고문헌 102
• 영문요약 107