[논문]CoAP 기반 클라우드 환경 IoT 구조 설계 및 구현

박영기; 양현식; 김영한

doi:10.14372/iemek.2015.10.3.119

CoAP 기반 클라우드 환경 IoT 구조 설계 및 구현
Design and Implementation of CoAP based Cloud-IoT Architecture 원문보기

대한임베디드공학회논문지 = IEMEK Journal of embedded systems and applications, v.10 no.3, 2015년, pp.119 - 127

박영기 (Soongsil University) , 양현식 (Soongsil University) , 김영한 (Soongsil University)

Abstract ▼ AI-Helper

In the IoT(Internet of Things) environment, methods that user can access sensor node directly to collect sensing data or manage sensor in a gateway have a limitations. To solve this problem, cloud based sensor network architectures are proposed. In this paper, we proposed CoAP based IoT architecture that a lightweight gateway is used for data gathering instead of using a heavy traditional one and users can request sensing data through IoT applications running in the cloud environment and analyze signaling message cost. By doing so, our system can reduce message cost compared to the traditional gateway based system.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이는 현재 연구되고 있는 클라우드 기반의 빅데이터 처리방안과 비슷한 형태로, 수집된 방대한 데이터를 바탕으로 다양한 어플리케이션을 통해 가공하여, 여러 서비스를 제공하는 것이 가능하다. 따라서 본 제안에서는 클라우드내 제공자 기반의 인스턴스를 생성하고 그에 따른 서비스를 제공하기 위한 구조를 연구하고자 한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
하지만 센서 단말이 가지는 자원적 한계로 인해 다양한 서비스를 지원하는데 한계가 있다. 본논문에서는 다양한 센서 디바이스를 수용하고, 사용 자에게 다양한 서비스를 제공하기 위한 클라우드 기반의 IoT 시스템을 구현 하였다. 제안된 구조에 서는 클라우드에 생성되는 인스턴스를 통해 데이터를 수집하고, 웹형태로 센서 정보 및 데이터를 확인할 수 있게 하였다.

제안 방법

본 절에서는 IoT 단말 및 게이트웨이를 위한 클라우드 구조를 설계하고 6LoWPAN 단말과 라이트 웨이트한 게이트웨이, 그리고 클라우드 인스턴스를 구현하여 테스트베드 구축을 통한 상호연동 테스트를 진행 한다.
본 절에서는 설계에 따른 IoT단말과 게이트웨이를 구현하여 클라우드 인스턴스와 상호연동 테스트를 진행한다. 표 2는 각 구조별 구현 환경이다.
클라우드 기반 IoT 테스트 베드는 그림 5와 같이 두개의 게이트웨이에서 보내는 단말의 정보를 클라우드 인스턴스내 웹으로 구현 하였다.

대상 데이터

게이트웨이는 IoT단말의 최상의 계층인 Border Router 단말을 포함하고 있다. 리눅스 2.

데이터처리

다수의 사용자가 동일 데이터를 요청하는 경우에 대하여 성능 분석을 실시하였다. 기본적으로 게이트웨이는 이종망간 데이터 송수신을 위한 맵핑기 능을 포함한다.
본 장에서는 구현된 시스템을 기반으로 기존 센서 네트워크 시스템과의 성능 분석을 진행하였다. 성능 비교 분석을 위해 기존 센서 네트워크에 사용 되는 게이트웨이를 통한 데이터 전달 방식과 클라 우드를 통한 데이터 전달 방식에서의 유저수의 변화에 따른 성능을 확인하였다.

이론/모형

기본적으로 게이트웨이는 이종망간 데이터 송수신을 위한 맵핑기 능을 포함한다. 게이트웨이기반의 환경에서는 데이터 요청 메시지에 대해 맵핑 후 데이터를 전송하는 BYPASS 방식을 이용하여 처리하였고, 클라우드기 반에서는 동일 데이터에 대하여 Pending 방식을 사용하여 처리하였다. 그림 6과 같이 기존 게이트웨이에서 데이터를 요청 하는 경우에, 유저수가 증가함에 따라 각 요청 메시지를 개별적으로 처리하기 때문에 요청 메시지도 증가하는 것을 확인할 수 있다.

성능/효과

본논문에서는 다양한 센서 디바이스를 수용하고, 사용 자에게 다양한 서비스를 제공하기 위한 클라우드 기반의 IoT 시스템을 구현 하였다. 제안된 구조에 서는 클라우드에 생성되는 인스턴스를 통해 데이터를 수집하고, 웹형태로 센서 정보 및 데이터를 확인할 수 있게 하였다. 이에 따라 수많은 센서로부터 데이터를 수집하는 경우에도, 각각의 인스턴스에 따라 분류되어 원하는 데이터를 원하는 사용자에게 제공 할 수 있을 것으로 기대된다.
그림 6과 같이 기존 게이트웨이에서 데이터를 요청 하는 경우에, 유저수가 증가함에 따라 각 요청 메시지를 개별적으로 처리하기 때문에 요청 메시지도 증가하는 것을 확인할 수 있다. 하지만 클라우드 기반의 IoT 구조에서는 동일 데이터에 대한 요청 메시지를 특정 메시지 수 내에서 단일 메시지로 처리함으로써 유저수 증가에 따른 시스템에 미치는 영향이 더 적어지기 때문에 더 효율적임을 확인 할 수 있었다.

후속연구

제안된 구조에 서는 클라우드에 생성되는 인스턴스를 통해 데이터를 수집하고, 웹형태로 센서 정보 및 데이터를 확인할 수 있게 하였다. 이에 따라 수많은 센서로부터 데이터를 수집하는 경우에도, 각각의 인스턴스에 따라 분류되어 원하는 데이터를 원하는 사용자에게 제공 할 수 있을 것으로 기대된다. 차후 연구에서는본 논문에서 제안한 구조를 바탕으로 확장성을 고려한 IoT 서비스 구조를 연구하고 개발하고자 한다.
이에 따라 수많은 센서로부터 데이터를 수집하는 경우에도, 각각의 인스턴스에 따라 분류되어 원하는 데이터를 원하는 사용자에게 제공 할 수 있을 것으로 기대된다. 차후 연구에서는본 논문에서 제안한 구조를 바탕으로 확장성을 고려한 IoT 서비스 구조를 연구하고 개발하고자 한다.
또한 IoT 단말이 증가함에 따라 증가하는 데이터를 이용한 다양한 서비스도 요구되고 있다. 하지만 센서 단말이 가지는 자원적 한계로 인해 다양한 서비스를 지원하는데 한계가 있다. 본논문에서는 다양한 센서 디바이스를 수용하고, 사용 자에게 다양한 서비스를 제공하기 위한 클라우드 기반의 IoT 시스템을 구현 하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	클라우드 컴퓨팅은 무엇인가?	클라우드 컴퓨팅은 다양한 IT자원들을 제공함으 로써 사용자가 가지는 문제점을 극복하기 위한 시스템으로 컴퓨팅 환경 뿐만 아니라 다양한 분야에서 활용되는 기술이다. 클라우드 컴퓨팅은 서비스 제공 모델에 따라 크게 SaaS(Software as a service), PaaS(Platform as a service), IaaS(Infrastructure as a Service)로 구분되어진다.
	클라우드 컴퓨팅은 서비스 제공 모델에 따라 어떻게 구분되어지는가?	클라우드 컴퓨팅은 다양한 IT자원들을 제공함으 로써 사용자가 가지는 문제점을 극복하기 위한 시스템으로 컴퓨팅 환경 뿐만 아니라 다양한 분야에서 활용되는 기술이다. 클라우드 컴퓨팅은 서비스 제공 모델에 따라 크게 SaaS(Software as a service), PaaS(Platform as a service), IaaS(Infrastructure as a Service)로 구분되어진다. SaaS는 논리적으로 가상화된 컴퓨팅 자원과 스토리지 등의 인프라를 제공하는 것을 의미하며 PaaS는 사용자가 소프트웨어를 개발할 수 있도록 모듈을 제공하는 것을 말하고 IaaS는 인프라 자체를 제공하는 것을 의미한다 [13].
	6LoWPAN과 Zigbee Alliance에서 정의한 Zigbee 스택의 특징은 무엇인가?	저전력 센서네트워크 기술은 IETF에서 표준화한 6LoWPAN과 Zigbee Alliance에서 정의한 Zigbee 스택이 대표적이다. 이 두 기술은 IEEE 802.15.4 IPv6 기반에 네트워크 스택상의 어댑테이션 스택을 추가하여 기존 IPv6 프로토콜에서 사용되는 패킷을 압축하여 사용함으로써, 경량화 패킷을 통해 저전력 네트워크 송수신이 가능 하다. 센서 네트워크의 대표적인 응용기반 기술로는 Constrained Application Protocol(CoAP)이 있다.

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