[논문]오픈 소스 하드웨어 기반의 IoT 게이트웨이 개발

류대현

doi:10.13067/jkiecs.2015.10.9.1065

[국내논문] 오픈 소스 하드웨어 기반의 IoT 게이트웨이 개발
Development of IoT Gateway based on Open Source H/W 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.10 no.9, 2015년, pp.1065 - 1070

류대현 (한세대학교 IT학부)

초록
AI-Helper

모든 사물이 지능화되고 인터넷과 연결되는 IoT의 시대가 열리고 있다. IoT 생태계 구축과 활성화를 위해서는 개방형 IoT 서비스 플랫폼이 무엇보다도 중요하다. 본 논문에서는 개방형 IoT 서비스 플랫폼을 위해 오픈 소스 하드웨어인 라즈베리파이를 활용하는 게이트웨이를 개발하였다. 개발한 게이트웨이는 다양한 무선인터페이스를 지원하고 사물인터넷 표준 메시징 프로토콜인 MQTT를 탑재하였다. 게이트웨이의 주요 기능을 검증하기 위하여 IoT 테스트베드를 구축하고 동작을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The era of IoT in which all objects are intelligent and are connected to the Internet has been started. In order to establish and activate an IoT eco system, open services platform is very important. In this paper, we developed a gateway that utilize the Raspberry Pi which is open source hardware for IoT open service platform. The gateway supports a variety of wireless interface and equipped with MQTT, a standard messaging protocol for IoT. To confirm main function of developed gateway, we built a IoT test bed and verified normal operation of our gateway.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

개발한 게이트웨이는 다양한 무선인터페이스를 지원하고 사물인터넷 표준 메시징 프로토콜인 MQTT(: MQ Telemetry Transport)를 탑재하였다. 본 논문에서는 개발한 게이트웨이를 적용한 IoT 테스트베드를 구축하고 동작을 확인하였다.
본 논문에서는 개방형 IoT 서비스 플랫폼을 위해 오픈 소스 하드웨어인 라즈베리파이를 활용하는 게이트웨이를 개발하였다. 개발한 게이트웨이는 다양한 무선인터페이스를 지원하고 사물인터넷 표준 메시징 프로토콜인 MQTT(: MQ Telemetry Transport)를 탑재하였다.
개발된 게이트웨이는 다양한 무선 인터페이스를 지원하고 사물인터넷 표준 메시징 프로토콜인 MQTT를 탑재하였다. 본 논문에서는 게이트웨이의 주요 기능을 확인하기 위하여 IoT 테스트 베드를 구축하였다. 선행연구에서 개발한 BLE 모듈과 지그비 통신 모듈을 탑재한 아두이노 센서 모듈에서 전송되는 센싱 데이터가 게이트웨이 내의 Local DB에 저장되어 웹브라우즈를 통해 접근 가능할 뿐 아니라 MQTT를 이용하여 외부로도 원할이 전송됨을 확인하였다.
본 논문에서는 오픈 소스 하드웨어인 라즈베리파이를 활용하여 개방형 IoT 서비스 플랫폼에 적용될 수 있는 게이트웨이를 개발하였다. 개발된 게이트웨이는 다양한 무선 인터페이스를 지원하고 사물인터넷 표준 메시징 프로토콜인 MQTT를 탑재하였다.

제안 방법

0 SOC를 탑재하고 있고 아두이노 스케치 통합프로그램이 호환이 가능하다. 10 비트 ADC, I2C, SPI, UART와 GPIO 등 다양한 인터페이스를 갖도록 하여 아날로그와 디지털 출력을 갖는 다양한 센서를 인터페이스 할 수 있도록 하였다[8].
라즈베리파이에는 Bluetooth 4.0을 지원하는 통신모듈이 탑재되어 있지 않으므로 본 연구에서 개발된 BLE 모듈을 시리얼로 라즈베리파이와 인터페이스하여 BLE 모뎀으로 활용하였다. 라즈베리파이 게이트웨이는 다양한 센서 모듈에서 전송되는 센싱 데이터를 모아서 인터넷을 통해 서버로 전송하는 것이 기본적인 기능이다.
라즈베리파이에도 BLE 모듈을 BLE 모뎀으로 인터페이스하여 다수의 BLE 센서 모듈로부터 생성되는데이터들을 서버 또는 클라우드로 전송되도록 하였다. 서버에서는 DB를 구성하여 전송되어오는 센싱 데이터를 관리하도록 하였고, 클라이언트에서는 웹브라우즈를 통해 데이터에 접근할 수 있도록 하였다.
본 연구에서 개발한 게이트웨이를 시험하기 위해 그림 4와 같이 테스트베드를 구축하였다. 먼저 AM2302 온습도 센서를 Digital I/O로 연결하여 온습도 센서 모듈을 구성하였다. 아두이노나 BLE 센서 모듈에는 다수의 GPIO가 있어서 여러 개의 AM2302 온습도 센서를 사용하는 것이 가능하다.
본 논문에서는 파이선 2.7을 사용해 게이트웨이에서 간단한 MQTT 클라이언트를 만들어 공개 브로커로 센싱 데이터를 전송(publish)하고 클라이언트 PC에서 데이터를 확인(subscribe)하는 방식으로 MQTT프로토콜이 동작을 확인 하였다. 그림 6에 센싱데이터가 표시되는 subscriber의 화면을 나타내었다.
본 연구의 선행 연구에서 개발한 BLE 센서 모듈은 Bluetooth Low Energy를 지원하는 초소형 아두이노 호환 모듈인 RFduino를 이용하여 BLE 센서 모듈을 적용하였다. Arm Cotex-M0 32bit Processor 를 내장한 RFduino는 BT4.
뿐만 아니라 라즈베리파이에는 mySQL 과 같은 Local DB를 탑재하고 PHP 서버를 구동하여 외부에서 브라우즈로 데이터에 접근할 수 있도록 하였다.
현재 각 전산실의 구역마다 온, 습도를 체크하는 센서를 설치하여 실시간으로 본 논문에서 개발된 게이트웨이를 거쳐 서버에 전송을 한다. 게이트웨이를 거쳐 서버에 전송된 데이터는 서버에 올린 웹페이지를 통해 실시간으로 온도·습도의 최대, 최소치, 편차, 감지한 시간과 각 센서들의 수명기간 까지 직접 모니터링을 할 수 있다.

대상 데이터

본 연구에서 게이트웨이로 사용한 라즈베리파이는 리눅스 운영체제 기반의 소형 컴퓨터이다. 2012년 7월에 출시 라즈비안(Raspbian)이라는 라즈베리파이에 최적화된 데비안 계열의 무료 운영체제를 적용하였다. 라즈베리파이 2는 브로드컴 BCM2836 칩을 채택해 성능을 개선했다.
MQTT 브로커는 mosquitto나 rsmb같이 무료로 쉽게 구해 설치할 수 있지만 본 논문에서는 테스트를 위해 공개되어 있는 브로커를 사용하였다. 공개 브로커 목록은 http://mqtt.
본 논문에서는 오픈 소스 하드웨어인 라즈베리파이를 활용하여 개방형 IoT 서비스 플랫폼에 적용될 수 있는 게이트웨이를 개발하였다. 개발된 게이트웨이는 다양한 무선 인터페이스를 지원하고 사물인터넷 표준 메시징 프로토콜인 MQTT를 탑재하였다. 본 논문에서는 게이트웨이의 주요 기능을 확인하기 위하여 IoT 테스트 베드를 구축하였다.
본 연구에서 개발한 오픈 소스 기반의 IoT 플랫폼의 전체 구성은 그림3과 같다. 라즈베리파이를 게이트웨이로 BLE 모듈과 지그비 통신 모듈을 탑재한 아두이노를 센서 모듈로 이용하였다.
메쉬리움은 리벨리움(Libelium)사에서 공급하는 IoT 플랫폼을 구성하고 있다. 왓스모트(Waspmote)라고 부르는 센서 네트워크의 게이트웨이로 작동하는 리눅스 라우터이다.

성능/효과

본 논문에서는 게이트웨이의 주요 기능을 확인하기 위하여 IoT 테스트 베드를 구축하였다. 선행연구에서 개발한 BLE 모듈과 지그비 통신 모듈을 탑재한 아두이노 센서 모듈에서 전송되는 센싱 데이터가 게이트웨이 내의 Local DB에 저장되어 웹브라우즈를 통해 접근 가능할 뿐 아니라 MQTT를 이용하여 외부로도 원할이 전송됨을 확인하였다.

후속연구

본 연구가 향후 사물 인터넷의 하드웨어 플랫폼이나 신규 서비스로 발전하기 하기 위해서는 이를 통합적인 차원에서 연결해줄 수 있는 클라우드 서비스 플랫폼과 이를 통한 생태계 구축이 매우 중요할 것이다.
서버에서는 DB를 구성하여 전송되어오는 센싱 데이터를 관리하도록 하였고, 클라이언트에서는 웹브라우즈를 통해 데이터에 접근할 수 있도록 하였다. 향후 IoT 상용화를 위한 퍼블릭 클라우드 플랫폼 컨설팅 서비스인 Xively 등과도 연동할 계획이다. 국내에서도 통신 사업자들이 퍼블릭 클라우드 플랫폼 컨설팅 서비스를 준비하고 있는 실정이므로 조만간 국내의 클라우드 서비스와의 연동도 가능할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	왓스모트는 무엇인가?	왓스모트는 60개 이상의 센서로 조합된 9개 모델의 센서노드로, 메쉬리움과 연동하여 Smart City, Smart Environment, Smart Metering, Smart Water용 다양한 IoT 응용 분야에 적용될 수 있다. 메쉬리움은 외부 DB 또는 외부의 IoT 크라우드 서비스와의 연동을 위한 게이트웨이 역할 뿐 아니라, Local DB를 제공하고 공유기 역할까지 하여 스마트폰 등과도 연동이 가능하다
	오픈 소스 하드웨어의 특징은?	오픈 소스 하드웨어는 디자인이 공개된 하드웨어로써, 누구나 하드웨어를 배우고, 수정하고, 배포하고, 제조하고, 판매도 가능하다. 최근 각광받는 오픈 소스 하드웨어 보드로는 아두이노, 저렴한 가격이지만 강력한 오픈 소스의 지원을 받고 있는 라즈베리 파이, 인텔 갈릴레오 등이 있다.
	메쉬리움은 어떻게 작동하는 리눅스 라우터인가?	메쉬리움은 리벨리움(Libelium)사에서 공급하는 IoT 플랫폼을 구성하고 있다. 왓스모트(Waspmote)라고 부르는 센서 네트워크의 게이트웨이로 작동하는 리눅스 라우터이다. 그림 1에 메쉬리움의 외형을 나타내었다.

참고문헌 (8)

D. Bandyopadhyay and J. Sen, "Internet of things: applications and challenges in technology and standardization," Wireless Personal Communications, vol.58, Issue 1, May 2011, pp. 49-69.

상세보기
H. Sundmaeker, P. Guillemin, P. Friess, and S.Woelffle, "Vision and challenges for realizing the internet of things," Future Generation Computer Systems archive, vol.29 Issue 7, Sep. 2013, pp. 1645-1660.

상세보기
Y. Oh and S. Lee, "IoT and the open source development platform," J. of the Korean Institute of Information Scientists and Engineers, vol. 32, no. 6, June 2014, pp. 25-30.
K. Min, "Market policy trend analysis of Internet of Things (IoT)," Internet & Security Issues, KISA, vol. 2012, no. 9, Sep. 2012, pp. 3-33.
K. Nam, "A Study on the Office Management Service Platform based on M2M/IoT," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 12, Dec. 2014, pp. 1405-1413.

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K. Jeong and W. Kim, "The Implementation of Smart Raising Environment Management System based on Sensor Network and 3G Telecommunication," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 6, no. 4, Aug. 2011, pp. 595-601.
J. Kim, "A cluster head replacement based on threshold in the Internet of Things," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 11, Nov. 2014, pp. 1241-1248.

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D. Ryu, "Development of BLE Sensor Module based on Open Source for IoT Applications," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 10, no. 3, Mar. 2015, pp. 419-424.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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