기출문제풀이 [시멘틱웹과 온톨로지], SemWeb&Ontology-KOSEN Webzine-200512.pdf

[시멘틱웹과 온톨로지], SemWeb&Ontology-KOSEN Webzine-200512.pdf

SemWeb&Ontology-KOSEN Webzine-200512.pdf

경축! 아무것도 안하여 에스천사게임즈가 새로운 모습으로 재오픈 하였습니다.
어린이용이며, 설치가 필요없는 브라우저 게임입니다.
https://s1004games.com

시맨틱 웹과 온톨로지
 
최 중 민
한양대학교 컴퓨터공학과
 
 Joongmin Choi

1. 시맨틱 웹의 개요
 
현재의 웹은 사람이 보고 잘 이해할 수 있도록 하기 위한 브라우저의 디스플레이 또는 레이아웃 기술에 초점을 맞추고 있다. HTML 언어의 특징이 바로 이러한 디스플레이용이라는 사실이 이를 뒷받침하고 있다. 하지만 HTML을 이용하여 문서의 내용과 의미를 나타내는 시맨틱 정보를 표현하기는 어려우며, 따라서 사람이 아닌 프로그램 또는 소프트웨어 에이전트가 자동으로 문서로부터 의미를 추출하기 어렵다. 시맨틱 웹은 메타데이터의 개념을 통하여 웹 문서에 시맨틱 정보를 덧붙이고 이를 이용하여 소프트웨어 에이전트가 이 의미 정보를 자동으로 추출할 수 있는 환경을 조성하는 것이다. 부수적으로 의미 정보의 자동 추출뿐 아니라 정보의 확장이나 공유 등도 가능하게 해준다.
시맨틱 웹은 기존의 웹과 완전히 구별되는 새로운 웹의 개념이 아니라 현재 웹을 확장하여 웹에 올라오는 정보에 잘 정의된 의미를 부여하고 이를 통해 컴퓨터와 사람이 협동적으로 작업을 수행할 수 있도록 해주는 패러다임이다. 시맨틱 웹의 궁극적인 목적은 웹에 있는 정보를 컴퓨터가 이해할 수 있도록 도와주는 표준과 기술을 개발하여 시맨틱 검색, 데이터 통합, 네비게이션, 타스크의 자동화 등을 지원하는 것이다..
시맨틱 웹을 실현하기 위한 다양한 접근 방법이 제시되었다. 하지만 HTML을 기반으로 한 현재의 웹을 개선하는 기본 취지에서 보면 시맨틱 웹을 달성하기 위해 웹 프로토콜과 같은 하위 레벨의 개념을 정의하고 이 하위레벨을 이용하여 다음 레벨의 개념을 정의하는 계층구조(layered structure)를 설정하는 것이 일반적인 연구 방향이다. 현재까지 연구가 진행된 시맨틱 웹 계층구조의 요소에는 XML, RDF, 온톨로지 등이 있으며, 따라서 이 글에서는 각각의 필요성과 시맨틱 웹에서의 역할을 주로 기술하고자 한다.
 
2. 시맨틱 웹에서의 XML과 RDF의 역할
 
XML은 시맨틱 웹의 구문적 기반 계층(syntactical foundation layer)를 구성한다. HTML에 비해서 XML은 잘 정의된 구조화 문서를 작성할 수 있도록 해준다. 즉, 요소라고 불리는 시작 태그와 종료 태그가 반드시 쌍으로 존재해야 한다는 것과 중첩 구조가 반드시 지켜져야 한다는 등의 제약조건이 반드시 만족되어야 한다. 시맨틱 웹과 관련된 XML의 역할은 이러한 구조화된 문서의 생성을 이끌어낸다는 것도 있지만 태그의 이름을 사용자가 자유롭게 정의할 수 있기 때문에 의미정보를 나타낼 수 있는 태그 이름을 사용할 수 있다는 것이 더 큰 비중을 차지한다. 
하지만 이러한 XML 표현 방법이 시맨틱 웹을 달성하기에는 미흡한데, 그 이유는 첫째, 서로 다른 사람이 같은 의미를 뜻하면서도 다른 이름을 사용하여 태그를 정의할 수 있고, 둘째, 같은 내용에 대해서도 여러 가지 구조를 가진 XML 문서를 사용할 수 있어서 구조는 다르지만 동일한 내용의 문서라는 것을 에이전트 프로그램이 파악하기는 매우 어렵다.
RDF는 XML의 문제점을 해결하고 시맨틱(의미)에 초점을 맞추기 위해 제시된 기반구조이다. RDF의 근본을 이루는 개념은 메타데이터이다. 메타데이터는 데이터에 대한 데이터, 즉 어떤 객체나 리소스에 대한 서술적인 정보를 말한다. 웹 문서에 대한 메타데이터라고 한다면 그 문서의 주제, 요약, 저자, 작성 날짜와 같이 그 문서의 외적인 요소들을 망라한다고 볼 수 있다. RDF는 구조화된 메타데이터의 생성, 교환, 재사용 등을 가능하게 해주는 기반구조이다. 
RDF 모델은 리소스(Resource), 특성(Property), 서술문(Statement)의 개념으로 구성된다. 웹 페이지나 웹 사이트 등의 모든 사물은 리소스로 표현되고, 각 리소스의 특성이나 다른 리소스와의 관계 등을 특성으로 나타낸다. 어떤 리소스의 한 특성에 대한 값을 나타내는 것이 서술문이며 이것이 RDF 문의 기본 단위가 된다. RDF의 서술문은 그래프 모델로 나타낼 수도 있고 다음의 예처럼 XML로 표현할 수 있다. RDF를 XML로 표현한 것을 Serialization이라고 한다. 이 RDF 문은 http://www.w3.org라는 리소스의 책임기관(Publisher), 제목(Title), 작성일(Date)의 세 가지 특성에 대한 정보를 표현하고 있다.
 
<rdf:RDF>
    <rdf:Description about=http://www.w3.org>
         <s:Publisher>World Wide Web Consortium</s:Publisher>
         <s:Title>W3C Home Page</s:Title>
         <s:Date>1998-10-03T02:27<s/:Date>
    </rdf:Description>
</rdf:RDF>
 
RDF 모델은 XML이 가지고 있던 문제점을 다음과 같이 해결하고 있다. 즉, 의미가 리소스와 그 특성 값으로 표현되므로 같은 내용(의미)에 대해서는 해석이 하나로만 귀결된다는 것이다. 달리 표현하면 XML에서와 같이 서로 다른 구조를 가진 여러 가지 표현방법이 존재하지 않기 때문에 문서의 내용에 대한 이해가 쉽다. 하지만 RDF에서도 XML의 문제점 중 하나였던 태그 이름의 중첩성과 모호성은 여전히 존재한다. 즉 서로 다른 태그이지만 실제로는 같은 의미일 수 있고, 반대로 같은 태그이지만 사용자에 따라서 다른 의미로 쓰일 수도 있다. 이 문제는 온톨로지의 개념으로 해결해야 한다.
 
3. 온톨로지의 필요성과 역할
 
온톨로지에 대한 정의는 여러 가지가 있지만 가장 널리 통용되는 Gruber의 정의에서는 온톨로지가 “공유된 개념화에 대한 정형화되고 명시적인 명세”로 표현된다. 이 정의를 세부적으로 살펴보면 1) 개념화(Conceptualization)는 온톨로지가 사람들이 사물에 대해 생각하는 바를 추상화한 모델이라는 것을 의미하고, 2) 명시적 명세(Explicit specification)는 개념의 타입이나 사용상의 제약 조건들이 명시적으로 정의되어야 한다는 것을, 3) 정형화(Formal)된다는 것은 온톨로지를 프로그램이 이해할 수 있어야 한다는 것을, 4) 공유(Shared)되어야 한다는 것은 온톨로지가 합의된 지식을 나타내므로 어느 개인에게만 국한되는 것이 아니라 그룹 구성원이 모두 동의하는 개념이어야 함을 나타낸다.
온톨로지는 단어와 관계들로 구성된 사전으로 간단히 나타날 수도 있고, 어느 특정 도메인에 관련된 단어들을 계층적 구조로 표현하고 추가적으로 이를 확장할 수 있는 추론 규칙을 포함할 수 있다. 온톨로지의 역할 중 하나는 서로 다른 데이터베이스가 같은 개념에 대해서 서로 다른 단어나 식별자를 사용할 경우에 이를 해결해주는 데 있다. 예를 들어, 주소를 포함하는 두 데이터베이스에서 postal code와 zip code는 같은 것을 의미하다. 이 두 데이터베이스의 정보를 비교하거나 통합하려는 프로그램이 있다면 이 두 단어가 같은 것을 지칭한다는 사실을 알아야 하며 이것이 바로 온톨로지를 통해서 이루어진다. 온톨로지는 웹 기반의 지식 처리나 응용 프로그램 사이의 지식 공유, 재사용들을 가능하게 하는 아주 중요한 요소로 자리잡고 있다.
온톨로지에는 계층분류(taxonomy)와 추론규칙(inference rule)에 대한 정의가 포함된다. 계층분류는 객체의 클래스와 서브클래스, 그들간의 관계를 정의한다. 예를 들어, 주소를 뜻하는 address는 위치를 뜻하는 location의 서브타입이므로 address는 location의 서브클래스로 정의될 수 있고, city codes는 location에만 적용될 수 있으므로 city codes의 대상은 반드시 location 클래스의 객체여야 한다는 제약조건이 관계로 정의될 수 있다. 추론규칙은 프로그램이 새로운 사실을 자동으로 추출하거나 제약조건에 맞지 않는 오류를 찾아내는데 이용된다.
온톨로지를 표현하기 위해 스키마와 구문구조 등을 정의한 언어가 온톨로지 언어이며 현재 DAML+OIL, OWL, Ontolingua 같은 온톨로지 언어가 정의되었다. 이 중에서 2004년에 웹 표준화 단체인 W3C에서 표준안으로 채택된 OWL은 웹 리소스에 대한 시맨틱 마크업 언어이며 RDF에 기반을 두고 이들을 확장한 프레임 기반의 온톨로지 표현 언어이다. 기본적으로 OWL로 표현된 온톨로지는 크게 Class 요소와 Property 요소로 구성된다. 또한 OWL 온톨로지에서는 복잡한 형태의 논리적 표현과 property restriction을 적용해 풍부한 지식 표현을 가능하게 하였다. 다음은 OWL로 표현된 온톨로지의 한 예로서 Tosca, Salome, Turandot를 멤버로 가지는 오페라 클래스를 정의하고 있다.  
 
  <owl:Class>
  <owl:unionOf rdf:parseType="Collection">
    <owl:Class>
      <owl:oneOf rdf:parseType="Collection">
        <owl:Thing rdf:about="#Tosca" />
        <owl:Thing rdf:about="#Salome" />
      </owl:oneOf>
    </owl:Class>
    <owl:Class>
      <owl:oneOf rdf:parseType="Collection">
        <owl:Thing rdf:about="#Turandot" />
        <owl:Thing rdf:about="#Tosca" />
      </owl:oneOf>
    </owl:Class>
  </owl:unionOf>
</owl:Class>
 
이러한 온톨로지를 이용한 시맨틱 웹 프로토콜은 컴퓨터들이 다른 종류의 데이터를 구별할 수 있도록 하는데 목표를 두고 있다. 이런 식별 기능이 갖춰지면 애플리케이션은 온라인 주소록과 휴대폰과 같은 기기들 간에 정보 교환을 보다 자동적으로 수행할 수 있게 된다. 그리고 웹사이트 또한 특정 방문객의 필요에 따라 자신을 자동적으로 재설정할 수 있으며, 검색 엔진도 보다 뛰어난 정확도로 사용자가 원하는 결과들만 보여줄 수 있다.
 
4. 시맨틱 웹 응용
 
시맨틱 웹의 응용은 에이전트 기반의 웹 서비스 제공과 Annotation이나 Authoring 등과 같은 유용한 응용 프로그램의 개발로 요약된다. Annotation은 시맨틱 웹을 가장 쉽게 응용할 수 있는 매커니즘이다. Annotation은 이미 존재하는 웹 페이지에 대해 추가적인 설명을 덧붙여서 다시 웹에 publish하는 것으로 주로 정보 검색의 정확도를 높이는 데 크게 기여할 수 있다. 이러한 annotation을 가능하게 해주는 툴로서는 OntoMat-Annotizer, SHOE, Annotea, Annozilla, COHSE Annotator 등이 있다. 
MusicBrainz는 응용 프로그램으로서 사용자들이 자신의 데이터베이스로 음악 메타데이타를 POST 방법을 이용하여 저장하고 또 이 데이터를 다른 사용자가 GET 방법을 이용하여 검색할 수 있도록 해준다. 음악 데이터에 대한 메타데이타라고 하면 앨범 이름, 아티스트 이름, 제작사, 트랙 번호, 연주 시간 등의 데이터를 말한다. 이를 위해 RDF 문을 사용하며 이러한 기능들이 FreeAmp라는 MP3 플레이어에 내장되어 있다. 따라서 FreeAmp를 수행시켜 음악 CD를 열게 되면 MusicBrainz 서버에 트랙 이름과 아티스트에 대한 메타데이타를 요청해서 정보를 얻게 되고 이 정보에 따라 트랙을 선택하거나 기타 원하는 다른 작업을 할 수 있다. 
ITTalks는 OWL의 이전 버전인 DAML+OIL을 이용하여 IT 분야와 관련되는 세미나 또는 초청 강연들에 대한 데이터베이스를 운영하고 이를 이용하여 웹을 통해 세미나 내용을 검색할 수 있는 응용 서비스이다. ITTalks의 데이터베이스는 세미나 관련 정보에 대한 웹 페이지와 DAML specification을 자동으로 생성하는데 사용되며 또한 세미나와 연관된 에이전트 기반 서비스의 중심 역할을 수행한다. 세미나에 대한 메타데이터를 DAML로 표현하기 위해 ITTalks에서는 calendar, person, place, profile, talk, topic 등 여러 가지 종류의 온톨로지를 정의하고 이용한다. 또한 세미나의 주제와 사용자 관심도 등을 이 온톨로지를 이용해 자동으로 분류하거나 DAML을 소프트웨어 에이전트간의 통신언어로 사용하는 등 고수준의 기능도 갖추고 있다.
최근 들어서는 어도비, HP, IBM, 노키아, 오라클 등의 기업에서 시맨틱 웹 프로토콜을 이용한 응용 프로그램을 개발하고 있거나 이미 제품으로 상용화시키기도 하였다. 이 외에도 주로 지능형 플랫폼이 요구되는 e-비즈니스 분야, 고객관리 분야, 바이오 정보 분야, 의료 분야 등에서 시맨틱 웹을 이용한 응용 서비스 개발에 관심을 기울이고 있다. 
 
5. 국내외 연구동향과 향후 발전방향
 
시맨틱 웹에 대한 연구는 현재 크게 언어, 기반구조, 온톨로지, 휴먼 인터페이스 등의 세부 주제로 나누어서 얘기할 수 있다. 
시맨틱 웹 언어는 온톨로지 언어와 같은 의미로서 시맨틱 웹의 내용을 표현하는데 반드시 필요한 도구이기 때문에 시맨틱 웹의 초기 단계에서는 이러한 언어의 개발이 가장 활발한 연구분야일 수밖에 없다. 잘 정의된 언어가 존재해야 시맨틱 웹의 주요 이슈인 상호운용성이 성취될 수 있으므로 언어에 대한 연구결과는 시맨틱 웹의 다른 분야에 대해서도 많은 영향을 끼친다. 이미 RDF, RDF 스키마, DAML+OIL, OWL 등의 시맨틱 웹 언어에 대한 제안서와 표준들이 많이 도출되었지만 시맨틱 웹 언어에 대한 표준이 주로 구문구조 위주로 정의되어 왔으며 앞으로 각 구문구조에 대한 의미를 부여하는 방향으로 연구가 이루어져야 한다.
기반구조는 프로토콜이나 전송방법 등을 의미한다. 이러한 기반구조는 온톨로지나 변환, 추론 엔진 등의 저장소를 제공할 필요는 없지만 이러한 저장소에 접근하기 위한 표준 방법을 가지고 있어야 한다. 기반구조는 웹 자원의 식별과 탐색, 상호운용성 지원 방법, 지식 보호 방법, 신뢰성 있는 지식 소스 선택 방법 등에 대한 방향으로 연구가 진행되고 있다. 
온톨로지는 시맨틱 웹에서 가장 중심에 있는 개념으로서 응용 프로그램 사이에 통신을 할 때 단어에 대한 동의를 이끌어내는데 중요하다. 현재 온톨로지에 대한 연구는 온톨로지 개발 방법, 이론적 이슈, 전략적 온톨로지 필요성 인식 및 개발, 향상된 툴의 개발 등에 방향이 맞추어져 있다. 
휴먼 인터페이스는 응용 프로그램에 대한 사용자 인터페이스와 좀 더 넓은 의미의 조직 인터페이스(organizational interface)를 모두 지칭한다. 사용자 인터페이스는 사람들이 시맨틱 웹 기술을 이용해서 서로 통신하기 위한 소프트웨어와 하드웨어를 의미하고, 조직 인터페이스는 그룹 사이의 상호작용에 필요한 인터페이스를 말한다. 
시맨틱 웹에 대해서 가장 활발한 연구를 하는 기관은 웹 표준화 단체인 W3C라고 할 수 있다. 원래 W3C는 웹과 관련된 언어나 프로토콜, 소프트웨어, 툴과 같은 상호운용적인 기술을 개발하는 기관이며 주로 표준화 작업에 중점을 두고 있다. 시맨틱 웹에 대한 노력은 주로 RDF와 온톨로지에 대한 표준을 정의하는 방향으로 이루어지고 있으며 여러 소위원회를 통해 세부적인 사항을 결정하고 있다.
국내에서의 시맨틱 웹 연구는 주로 인공지능 연구 그룹과 데이터베이스/전자상거래 연구 그룹을 중심으로 진행되고 있지만 아직 초기 단계라고 할 수 있다. 인공지능 연구 그룹에서는 시맨틱 웹의 온톨로지나 Logic의 개념이 인공지능에서 다루는 지식표현과 추론, 학습 등의 주제와 크게 다르지 않기 때문에 웹을 도메인으로 하여 기존의 지식을 응용하는데 주력하고 있다. 인공지능 워크샵이나 지능형 에이전트 워크샵과 같은 인공지능 연구그룹의 학술활동이 최근 이 부분에 대한 비중을 높이고 있으며 추후의 국내 인공지능 그룹의 연구방향이 시맨틱 웹을 중심으로 이루어질 것으로 예상하고 있다. 데이터베이스/전자상거래 연구 그룹에서는 이전부터 관심을 가져온 XML의 표현 방법을 바탕으로 XML과 RDF의 데이터베이스와의 연계성에 중점을 두고 시맨틱 웹 연구를 해오고 있다. 또한 전자상거래 분야에서 상거래 문서들의 상호운용성을 위한 XML 기반 언어 개발이나 시맨틱 웹 정보의 보안 처리 문제 등도 다루고 있다.
최근 정부에서도 시맨틱 웹의 중요성을 깨닫기 시작하여 시맨틱 웹과 지식처리엔진 등 지능형 e-비즈니스 플랫폼 기술 개발에 투자를 하고 있으며, 이 지능형 e-비즈니스 플랫폼 기술이 지금의 전자거래처리시스템을 지능화, 자동화한 차세대 기술로 ERP, e-Marketplace, SCM 등 기존 e-비즈니스 시스템에 적용할 경우 생산성을 향상시키고 거래비용을 획기적으로 절감해줄 수 있을 것으로 기대한다.