The vision of spontaneously delivering ubiquitous services to mobile users stands on the tradition of reflecting functional and non-functional requirements. Nevertheless, existing approaches do not reason in advance about the potential conflicts of human physical activities with human-computer interaction based tasks. That is, the proactive and spontaneous delivery of ubiquitous services for users on the move may lead to cognitive resources depletions, which can hinder the execution of physical activities. The reason is related to the competition for limited cognitive resources between the human-computer interactions required by ubiquitous services, and the users` activities. This competition may burden the user with unexpected interruptions that overload the central human-cognitive capacity. We have proved, by a controlled, semi-naturalistic user study based on an analysis of attention allocation, that the problem of cognitive resources depletions also occurs in the domain of mobile computing environments. Therefore, this dissertation introduces a novel cognitive engineering mechanism to bind and schedule mobile service functionalities during runtime in accordance with situational demands of cognitive resources. The proposed approach is built on two theories from cognitive psychology: the human-processing system, and the multiple cognitive resources theories. Briefly, these theories stand that there are certain structures in the human-processing system that, when they are shared by different cognitive resources involved in diverse time-shared activities, account for the competence for its limited capacity. We reflect these structures in a novel service and activity description model, which is enriched with a cognitive resources layer. A computational model assesses the degree of both the cognitive resources demand and the cognitive resources interferences among multiple, concurrent services and physical activities on top of this description model. Additionally, a service binding and scheduling mechanism ensures less cognitively taxing and interfering service composites, by minimizing the total cognitive demand generated by multiple, concurrent service functionalities, and human physical activities. This mechanism constraints such cognitive demand by the limit of the human-processing capacity. In addition, the mechanism restricts services that may interfere each other or with the human activities. In this way, the mechanism is used to dynamically bind, schedule, re-bind, and re-schedule during runtime the concurrent services that emerge to the extent that users are consuming the services. The effectiveness and efficiency of our cognitive resources-aware mechanism is proven by the experimental results obtained from a simulation of users` interactions with real-world mobile services categories. In this simulation, we apply our cognitive resource-aware service binding and scheduling mechanism to various test cases obtained by combining different levels of cognitive and interference constraints, and different amounts of available service instances per each mobile service category. We show that our approach achieves optimal service concurrency bindings in the perspective of cognitive resources in a majority of cases. Specifically, it is proven that our mechanism is capable of minimizing the consumption of user`s cognitive resources, as well as avoiding their interferences, while saving human-processing capacity, which may then be allocated to the physical activities. On the other hand, our mechanism proved to be efficient by showing an appropriate time-overhead among different test cases
유비쿼터스 서비스들을 모바일 사용자들에게 즉시적으로 전달하는 것의 비전은 기능적, 비기능적 요구사항들을 반영하는 전통성을 상징한다. 그럼에도 불구하고, 기존의 접근법들은 인간 컴퓨터 간의 상호작용 기반 태스크들에 있어서 사람들의 물리적 활동의 잠재적 충돌들을 미리 추출해 내지 못하고 있다. 이는 이동하는 사용자들을 위해 사전에 즉시적으로 유비쿼터스 서비스들을 제공하는 것이 물리적 활동들을 저해하는 인지 자원의 소모를 야기 할 수 있다는 것을 의미한다. 이의 원인은 사람과 컴퓨터 간의 상호작용에 있어 유비쿼터스 서비스 및 사용자 활동을 위해 요구되는 한정적인 자원의 소모와 연관된다. 자원 소모를 위한 경쟁은 사람의 인지 능력을 넘어서는 예상치 못한 방해 요소들로 하여금 사용자들에게 부담을 줄 수 있다. 본 연구에서는 집중의 할당 분석 기반의 세심하고 반 자연주의 적인 사용자 실험을 통해 인지자원 소모 문제는 모바일 컴퓨팅 환경 도메인에서도 역시 발생한다는 것을 증명하였다. 따라서, 본 논문에서는 인지 자원의 상황적인 요구에 상응하는 적절한 모바일 서비스 기능들을 동적으로 바인딩 하고 스케줄링 할 수 있도록 지원하는 새로운 인지 공학 메커니즘을 소개한다. 본 연구에서 제안되는 접근법은 인지 심리심리학부터 전해지는 두 가지 이론에 근거한다: 인간-프로세싱 시스템, 다중 인지 자원 이론. 간략히 설명하면, 이 두 가지 이론들은 다양한 시간 공유 활동에서 다른 인지 자원들이 공유 될 때, 한정된 자원을 위한 경쟁을 설명하는 인간-프로세싱 시스템에서는 특정한 구조를 가진다는 것을 나타낸다. 본 연구에서는 이 구조를 새로운 서비스들과 인지 자원 계층을 통해 진보될 수 있는 활동 명세 모델에 적용한다. 컴퓨팅 모델을 통해 다중적이고 동시적인 서비스들과 물리적 활동들 사이의 인지자원 요구와 인지 자원 방해의 정도를 활동 명세 모델을 통해 측정한다. 이에 더해, 서비스 바인딩과 스케줄링 메커니즘은 다중적이고 동시에 발생하는 서비스 기능들로 인해 발생하는 전체 인지적 요구를 최소화 함으로써 적은 인지적 노력과 간섭을 가지는 서비스 조합 및 인간의 물리적 활동을 보장한다. 이 메커니즘은 인간-프로세싱 능력의 한계를 이용하여 이런 인지 요구를 제한한다. 또 이 메커니즘은 서비스 상호간에 혹은 인간 활동들과 서로 방해할 수 있는 서비스들을 제한해 준다. 이러한 방법에서 이 메커니즘은 사용자들의 서비스 소비를 확장하기 위해 서로 연결되는 동시적인 서비스들의 동적 바인딩, 스케줄링, 재 바인딩, 재 스케줄링을 위해 사용된다. 본 인지 자원 기반의 메커니즘의 효과 및 효율성은 실제 모바일 서비스 카테고리들을 활용한 사용자 상호작용의 시뮬레이션을 통해 얻어진 실험 결과를 통해 증명된다. 이 시뮬레이션에서, 인지 자원 기반 서비스 바인딩 및 스케줄링 메커니즘을 다양한 레벨의 인지 및 방해 제약조건과 각 서비스 카테고리의 가용한 실 서비스 들의 다른 규모들을 서로 조합함으로써 얻어진 다양한 테스트 케이스들에 적용하였다. 실험 결과 본 접근법이 가장 많은 수의 케이스에서 인지 자원 측면에서 최적화된 서비스 동시적 바인딩을 성취하였다는 것을 보여준다. 특히 본 메커니즘은 물리적 활동에 할당될 수 있는 인간-프로세싱 능력을 보존하면서 서비스 상호간 방해를 피하는 것에 더하여 사용자 인지 자원의 소비 또한 최소화할 수 있는 기능을 갖추고 있다는 것이 증명되었다.
