기존의 USN 실시간 모니터링 시스템은 데이터를 수신받아 별도의 서버 시스템에 데이터베이스를 구성하여 정보를 처리하였으나, 최근의 IoT 및 WoT 기술의 대두로 인해 기존의 USN 환경에 새로운 Social Web of Things(SWoT) 개념을 도입하면 소셜 네트워크 서비스(SNS) 상에서 비용 효율적이고 통합적인 관리, 공유, 접근을 가능케 할 수 있다. 본 연구에서는 응급상황 전파에 PUSH 메시지 서비스를 접목하여 전달 시간을 단축시키고, 별도의 서버 구축 없이 SNS가 제공하는 부가 기능만으로 동작하는 모니터링 시스템을 구성 및 구현함으로써 기존 SWoT 기반의 실시간 모니터링 시스템의 단점을 극복할 수 있는 개선형 모델을 제안하고 검증한다.
기존의 USN 실시간 모니터링 시스템은 데이터를 수신받아 별도의 서버 시스템에 데이터베이스를 구성하여 정보를 처리하였으나, 최근의 IoT 및 WoT 기술의 대두로 인해 기존의 USN 환경에 새로운 Social Web of Things(SWoT) 개념을 도입하면 소셜 네트워크 서비스(SNS) 상에서 비용 효율적이고 통합적인 관리, 공유, 접근을 가능케 할 수 있다. 본 연구에서는 응급상황 전파에 PUSH 메시지 서비스를 접목하여 전달 시간을 단축시키고, 별도의 서버 구축 없이 SNS가 제공하는 부가 기능만으로 동작하는 모니터링 시스템을 구성 및 구현함으로써 기존 SWoT 기반의 실시간 모니터링 시스템의 단점을 극복할 수 있는 개선형 모델을 제안하고 검증한다.
USN-based real-time monitoring systems, which receive raw data from sensor nodes and store the processed information in traditional servers, recently get to be replaced by IoT(Internet of Things)/WoT(Web of Things)-based ones. Especially, Social Web of Things(SWoT) paradigm can make use of cloud sto...
USN-based real-time monitoring systems, which receive raw data from sensor nodes and store the processed information in traditional servers, recently get to be replaced by IoT(Internet of Things)/WoT(Web of Things)-based ones. Especially, Social Web of Things(SWoT) paradigm can make use of cloud storage over Social Network Service(SNS) and enable the possibility of integrated access, management and sharing. This paper proposes an improved SWoT-based real-time monitoring system which makes up for weak points of existing systems, and implements monitoring service integrating a legacy sensor network and commercial SNS without requiring additional servers. Especially, the proposed system can reduce emergency propagation time by employing PUSH messages.
USN-based real-time monitoring systems, which receive raw data from sensor nodes and store the processed information in traditional servers, recently get to be replaced by IoT(Internet of Things)/WoT(Web of Things)-based ones. Especially, Social Web of Things(SWoT) paradigm can make use of cloud storage over Social Network Service(SNS) and enable the possibility of integrated access, management and sharing. This paper proposes an improved SWoT-based real-time monitoring system which makes up for weak points of existing systems, and implements monitoring service integrating a legacy sensor network and commercial SNS without requiring additional servers. Especially, the proposed system can reduce emergency propagation time by employing PUSH messages.
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문제 정의
본 연구에서는 기존 SWoT 기반의 모니터링 시스템에서는 기대하기 힘들었던 응급 상황의 신속한 전파를 위해 상용 PUSH 메시지 서비스를 접목하여 전달과정에서 성능적인 향상을 이루어낸다. 또한 기간별 통계 데이터 산출 및 USN 장치의 제어, 이미지 센서 데이터의 저장과 표시를 별도의 서버 구성없이 SNS가 제공하는 부가 기능만으로 구현함으로써 관리 효율 면에서도 개선된 SWoT 기반 실시간 모니터링 시스템을 제안한다.
통계와 장치 제어를 포함한 모든 SNS 상의 메시지는 사람이 직접 읽을 수 있는(human-readable) 포맷을 갖추어 별도의 클라이언트 없이 SNS 타임라인을 통해서도 확인이 가능토록 한다. PUSH 메시지 전달기능 또한 구글이나 애플 등에서 제공하는 클라우드 메시징 서비스 API를 이용, 별도의 서버 구축 없이 구현토록 하며[11], SNS와 PUSH 메시지 서버 접속을 위한 인터넷(IPv4 또는 IPv6) 연결은 상용 통신망을 활용한다.
제안 방법
시험은 각 모니터링 시스템에 동일한 긴급 데이터를 수신 받아 비교 측정하는 방법으로 진행되었으며, 긴급 데이터는 임의의 시각에 10회 발생시켰다. 게이트웨이와 모니터링 시스템의 시계는 NTP로 동기화하였으며, 긴급 데이터에 밀리초 단위의 송신시각을 포함하여 전송하였다.
기존 시스템의 경우 긴급 데이터 전달 속도는 데이터 수신 주기에 따라 차이가 많이 날 수 있으며, 일반적인 설정은 30초이나 본 실험에서는 기존 모니터링 시스템에서 가능한 최소한의 측정주기인 5초로 설정하였다.
본 연구에서는 기존 SWoT 기반의 모니터링 시스템에서는 기대하기 힘들었던 응급 상황의 신속한 전파를 위해 상용 PUSH 메시지 서비스를 접목하여 전달과정에서 성능적인 향상을 이루어낸다. 또한 기간별 통계 데이터 산출 및 USN 장치의 제어, 이미지 센서 데이터의 저장과 표시를 별도의 서버 구성없이 SNS가 제공하는 부가 기능만으로 구현함으로써 관리 효율 면에서도 개선된 SWoT 기반 실시간 모니터링 시스템을 제안한다. 또한 이 개선형 모델을 바탕으로 상용 SNS 상에서 모니터링 시스템을 실제로 구현하고 시험한다.
또한 기간별 통계 데이터 산출 및 USN 장치의 제어, 이미지 센서 데이터의 저장과 표시를 별도의 서버 구성없이 SNS가 제공하는 부가 기능만으로 구현함으로써 관리 효율 면에서도 개선된 SWoT 기반 실시간 모니터링 시스템을 제안한다. 또한 이 개선형 모델을 바탕으로 상용 SNS 상에서 모니터링 시스템을 실제로 구현하고 시험한다.
본 연구에서는 SNS를 기반 플랫폼으로 활용하여 모니터링 시스템과 센서 네트워크가 서로 통신하는 SWoT 개념의 USN 실시간 모니터링 시스템을 개선, PUSH 메시지를 통한 응급 상황 처리기능과 기간별 통계 산출, 센서노드 장치제어, 이미지 데이터의 저장 및 표출을 추가적인 전용 프로토콜이나 서버 구현 없이 제공하는 방법을 제안하였다.
개선된 모니터링 시스템에서의 긴급 데이터 전달속도를 기존 시스템과 비교하여 측정한 결과를 Table 3에 수록하였다. 시험은 각 모니터링 시스템에 동일한 긴급 데이터를 수신 받아 비교 측정하는 방법으로 진행되었으며, 긴급 데이터는 임의의 시각에 10회 발생시켰다. 게이트웨이와 모니터링 시스템의 시계는 NTP로 동기화하였으며, 긴급 데이터에 밀리초 단위의 송신시각을 포함하여 전송하였다.
실제 적용가능성을 확인하기 위하여 본 연구에서 제안한 개선된 SWoT 기반 모니터링 시스템을 직접 구현 및 시험하였다. 사용된 하드웨어의 제원은 Table 2와 같다.
SNS에서 제공하는 API를 통해 주기적으로 또는 필요할 경우에만 데이터를 수신하는 경우, 각종 센서의 수치 초과 및 미달 등의 이상 발생을 나타내는 응급 상황 데이터의 빠른 수신이 불가능하다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 개선된 시스템에서는 SNS의 REST 이외에 PUSH 메시지 프로토콜을 이용한 별도의 긴급 데이터 전달 기능을 정의하였다. 각 게이트웨이에서 응급 상황 데이터를 신속히 수신하기 원하는 모니터링 시스템은 게이트웨이에 미리 지정된 HTTP GET Request용 주소로 가입을 수행하여, 응급 상황 발생 시 데이터가 PUSH 메시지를 통해 즉시 전송되도록 요구한다.
제안하는 시스템에서는 모니터링 시스템이 DM을 통해 제어 명령을 발송하면 메시지가 트위터 SNS를 거쳐 게이트웨이로 전달되는 구조를 취하며, DM을 통해 모니터링 시스템으로부터 센서노드까지 명령어가 전송되는 과정은 Fig. 10과 같다.
타임라인에 통계 데이터를 포스팅하고, 주기적으로 과거 통계 데이터 포스팅을 검색하고 갱신하여 다시 포스팅하는 방법으로 통계 데이터를 최근 값으로 유지할 수 있다. 제안하는 시스템에서는 통계 데이터를 유지하는 역할을 게이트웨이에서 수행하며, 게이트웨이는 센서 데이터와 유사한 형식의 통계 데이터를 생성하여 SNS에 포스팅한다. 통계 데이터의 포스팅 포맷은 Fig.
대상 데이터
긴급 데이터의 전달을 위한 PUSH 메시지 서비스는 Google에서 제공하는 GCM 서비스를 사용하였다[11]. 모니터링 시스템은 JAVA와 PHP 언어를 이용하여 안드로이드 스마트폰용 웹-앱으로 구현하였으며, PHP 인터프리터의 동작을 위해 모니터링 시스템상에서 실행되는 임베디드 웹 서버 소프트웨어가 사용되었다.
센서노드는 배터리로 구동되는 두 개의 센서노드와 게이트웨이에서 전원을 공급받는 한 개의 싱크노드로 구성되며, 임베디드 리눅스 OS를 실행하는 게이트웨이에는 하드웨어적 디버깅과 RS232 통신을 위한 전용 베이스 보드가 부착되었다. 모니터링 시스템은 안드로이드 기반 스마트폰을 사용했다.
이론/모형
상용 SNS 플랫폼으로는 트위터 서비스를 사용했으며, SWoT 게이트웨이의 ID는 @gwnusw로 생성하였다. 긴급 데이터의 전달을 위한 PUSH 메시지 서비스는 Google에서 제공하는 GCM 서비스를 사용하였다[11]. 모니터링 시스템은 JAVA와 PHP 언어를 이용하여 안드로이드 스마트폰용 웹-앱으로 구현하였으며, PHP 인터프리터의 동작을 위해 모니터링 시스템상에서 실행되는 임베디드 웹 서버 소프트웨어가 사용되었다.
성능/효과
개선된 모니터링 시스템을 바탕으로 SNS상의 데이터 수신주기를 30초 간격으로 설정하여 12시간 동안 관찰한 결과, 모니터링 기능이 중단 없이 정상적으로 동작함을 확인하였다. 임의의 긴급 데이터를 설정하여 SWoT 게이트웨이에서 모니터링 시스템으로 PUSH 메시지를 전달한 결과 정상적인 경고 동작을 확인하였다.
기존 모니터링 시스템과 제안한 시스템을 동일한 환경에서 성능 측정한 결과, 제안한 시스템이 긴급 데이터 전달속도 면에서 평균적으로 더 빠름을 확인하였다.
또한, 부가기능의 활용예로 제시한 DM을 통한 제어명령 전송과 수신, 사진 촬영 및 포스팅 기능 역시 올바르게 동작 가능함을 확인하였다.
본 논문에서 제안하는 시스템은 센서노드로부터 수집되는 데이터를 SNS에서 규정하는 API를 이용하여 포스팅하며, 모니터링 시스템이 이를 SNS를 통해 수신하는 SWoT 구조를 바탕으로 하여 추가적으로 개선된 부가기능을 별도의 서버 시스템 구축 없이 제공할 수 있다.
개선된 모니터링 시스템을 바탕으로 SNS상의 데이터 수신주기를 30초 간격으로 설정하여 12시간 동안 관찰한 결과, 모니터링 기능이 중단 없이 정상적으로 동작함을 확인하였다. 임의의 긴급 데이터를 설정하여 SWoT 게이트웨이에서 모니터링 시스템으로 PUSH 메시지를 전달한 결과 정상적인 경고 동작을 확인하였다.
후속연구
본 연구를 바탕으로 추후 USN 모니터링 분야에서 개선된 SWoT 기반 실시간 모니터링의 적용과 확산이 기대되는 바이다.
이러한 개선사항으로 기존 모니터링 시스템보다 비용 효율적이고 신속하며 다양한 부가기능을 제공할 수 있었으며, 앞으로 추가적인 연구를 통해 SNS 친구관계를 바탕으로 한 논리적인 센서 네트워크 구현, SNS 서비스의 정보 전파능력 및 친구관계 형성을 활용한 여러 센서 네트워크 및 모니터링 시스템 간의 다양한 데이터 전파 및 공유 기능 등을 구현할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SWoT 기반 모니터링 시스템은 어떤 형태로 구성되는가?
SWoT 기반 모니터링 시스템은 실시간으로 모니터링에 필요한 각종 데이터를 수집하여 이를 게이트웨이로 전송하고, 별도의 서버가 아닌 SNS 서비스에 데이터를 업로드하는 형태로 구성된다[2-4].
실시간 자동 관측 분야에서 무엇이 사용되는가?
현재 다양한 실시간 자동 관측 분야에서 USN(Ubiquitous Sensor Network)이 사용되고 있다. USN을 바탕으로 한 실시간 모니터링 시스템은 관측 장소에 구성된 센서 네트워크로부터 데이터를 수신받아 별도의 서버 시스템에 데이터베이스를 구성하고, TCP 기반의 비표준적인 별도 프로토콜을 이용하는 모니터링 프로그램이 데이터베이스의 자료를 수신하여 표출하는 형태를 갖춘다[1].
기존의 USN 실시간 모니터링 시스템의 문제점은 무엇인가?
기존의 시스템은 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 서버와 모니터링 시스템을 연결하게 되므로 확장성 면에서 문제시된다. 예를 들어, 센서종류 추가 등 기능 개선 시 프로토콜과 데이터베이스 구조의 변경 작업이 필요하며, 이에 대한 통합적인 관리가 불가능하여 별도의 모니터링 시스템과 지정된 단말장치로만 센서 네트워크로의 접근 및 제어가 가능하다.
참고문헌 (11)
Chang-Hee Lee, Seok-Chan Jeong, Young-Seok Ock, and Min-Soo Kim, "Development of Water Quality Monitoring System using USN," The Journal of Korean Institute of Information Technology, Vol.10, No.8, pp.153-163, 2012.
Chung et al., "Social Web of Things: A Survey," International Conference of Parallel and Distributed Systems, 2013.
Dominique et al., "Sharing Using Social Networks in a Composable Web of Things," Pervasive Computing and Communications Workshops (PERCOM Workshops), 8th IEEE International Conference, pp. 702-707, 2010.
Dae-Hyun Ryu, "Development of Urban Farm Management System using Commercial SNS as IoT Platform," The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol.13, No.5, 2013.
M. C. Domingo, "A context-aware service architecture for the integration of body sensor networks and social networks through the IP multimedia subsystem," IEEE Communications Magazine, Vol.49, No.1, pp.102-108, 2011.
Woojin Joe, Meilan Jiang, and Karpjoo Jeong, "An M2M/IoT based Smart Data Logger for Environmental Sensor Networks," Journal of KIISE: Computing Practices and Letters, Vol.20, No.1, pp.1-5, 2014.
Yacine et al., "A Social Web of Things Approach to a Smart Campus Model," Green Computing and Communications (GreenCom), IEEE and Internet of Things (iThings/ CPSCom), IEEE International Conference on and IEEE Cyber, Physical and Social Computing, pp.349-354, 2013.
Chung et al., "Design and implementation of light-weight smart home gateway for Social Web of Things," Ubiquitous and Future Networks (ICUFN), Sixth International Conference, pp.425-430, 2014.
M. Baqer, "Enabling collaboration and coordination of wireless sensor networks via social networks," 6th IEEE International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems Workshops (DCOSSW), pp.1-2, 2010.
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