사물인터넷 헬스케어 서비스를 위한 oneM2M기반 ISO/IEEE 11073 DIM 전송 구조 설계 및 구현 Design and Implementation of ISO/IEEE 11073 DIM Transmission Structure Based on oneM2M for IoT Healthcare Service원문보기
사물 인터넷 (Internet of Things : IoT) 환경에서 IoT 디바이스들은 전원이나 메모리 등의 물리적 구성요소들에 의해 제한되며 대역폭, 무선 채널, 처리율, 페이로드 등의 네트워크 성능 또한 제한적임에도 불구하고 타 IoT 디바이스들과 리소스를 공유한다. 특히 IoT헬스케어 서비스에 있어서 원격 디바이스 정보 관리 뿐만 아니라 원격 환자 정보관리가 매우 중요하며, 더욱이, 사물인터넷 헬스케어 디바이스와 헬스케어 플랫폼간 상호연동성 지원이 매우 중요하다. 이를 위해서는 헬스케어 디바이스와 헬스케어 플랫폼간 데이터 정보 표현, 데이터 전송 표현, 메시지 규격 등이 사물인터넷 환경에 적합한 국제표준 준수가 매우 필요하다. 하지만, 기존의 국제의료정보 전송표준인 ISO/IEEE 11073 PHD (Personal Healthcare Device) 표준에서는 사물인터넷 환경 (네트워크 프로토콜)을 고려하지 않아 사물인터넷 헬스케어 서비스에 적용하기 어렵다. 이를 위해 본 논문에서는 사물인터넷 표준인 oneM2M과 의료정보 전송표준인 ISO/IEEE 11073 DIM(Domain Information Model)을 적용한 사물인터넷 헬스케어 시스템을 설계 및 구현하였다. 구현을 위해 oneM2M 기반인 OM2M 플랫폼을 활용하였고, 헬스케어 디바이스와 OM2M 플랫폼간 효율적인 전송 구문에 대한 평가를 위해 HTTP와 CoAP간, XML과 JSON간 단일 처리과정의 패킷 사이즈와 전송 패킷 수 등을 성능 분석하였다.
사물 인터넷 (Internet of Things : IoT) 환경에서 IoT 디바이스들은 전원이나 메모리 등의 물리적 구성요소들에 의해 제한되며 대역폭, 무선 채널, 처리율, 페이로드 등의 네트워크 성능 또한 제한적임에도 불구하고 타 IoT 디바이스들과 리소스를 공유한다. 특히 IoT 헬스케어 서비스에 있어서 원격 디바이스 정보 관리 뿐만 아니라 원격 환자 정보관리가 매우 중요하며, 더욱이, 사물인터넷 헬스케어 디바이스와 헬스케어 플랫폼간 상호연동성 지원이 매우 중요하다. 이를 위해서는 헬스케어 디바이스와 헬스케어 플랫폼간 데이터 정보 표현, 데이터 전송 표현, 메시지 규격 등이 사물인터넷 환경에 적합한 국제표준 준수가 매우 필요하다. 하지만, 기존의 국제의료정보 전송표준인 ISO/IEEE 11073 PHD (Personal Healthcare Device) 표준에서는 사물인터넷 환경 (네트워크 프로토콜)을 고려하지 않아 사물인터넷 헬스케어 서비스에 적용하기 어렵다. 이를 위해 본 논문에서는 사물인터넷 표준인 oneM2M과 의료정보 전송표준인 ISO/IEEE 11073 DIM(Domain Information Model)을 적용한 사물인터넷 헬스케어 시스템을 설계 및 구현하였다. 구현을 위해 oneM2M 기반인 OM2M 플랫폼을 활용하였고, 헬스케어 디바이스와 OM2M 플랫폼간 효율적인 전송 구문에 대한 평가를 위해 HTTP와 CoAP간, XML과 JSON간 단일 처리과정의 패킷 사이즈와 전송 패킷 수 등을 성능 분석하였다.
In the environment of Internet of Things (IoT), IoT devices are limited by physical components such as power supply and memory, and also limited to their network performance in bandwidth, wireless channel, throughput, payload, etc. Despite these limitations, resources of IoT devices are shared with ...
In the environment of Internet of Things (IoT), IoT devices are limited by physical components such as power supply and memory, and also limited to their network performance in bandwidth, wireless channel, throughput, payload, etc. Despite these limitations, resources of IoT devices are shared with other IoT devices. Especially, remote management of the information of devices and patients are very important for the IoT healthcare service, moreover, providing the interoperability between the healthcare device and healthcare platform is essential. To meet these requirements, format of the message and the expressions for the data information and data transmission need to comply with suitable international standards for the IoT environment. However, the ISO/IEEE 11073 PHD (Personal Healthcare Device) standards, the existing international standards for the transmission of health informatics, does not consider the IoT environment, and therefore it is difficult to be applied for the IoT healthcare service. For this matter, we have designed and implemented the IoT healthcare system by applying the oneM2M, standards for the Internet of Things, and ISO/IEEE 11073 DIM (Domain Information Model), standards for the transmission of health informatics. For the implementation, the OM2M platform, which is based on the oneM2M standards, has been used. To evaluate the efficiency of transfer syntaxes between the healthcare device and OM2M platform, we have implemented comparative performance evaluation between HTTP and CoAP, and also between XML and JSON by comparing the packet size and number of packets in one transaction.
In the environment of Internet of Things (IoT), IoT devices are limited by physical components such as power supply and memory, and also limited to their network performance in bandwidth, wireless channel, throughput, payload, etc. Despite these limitations, resources of IoT devices are shared with other IoT devices. Especially, remote management of the information of devices and patients are very important for the IoT healthcare service, moreover, providing the interoperability between the healthcare device and healthcare platform is essential. To meet these requirements, format of the message and the expressions for the data information and data transmission need to comply with suitable international standards for the IoT environment. However, the ISO/IEEE 11073 PHD (Personal Healthcare Device) standards, the existing international standards for the transmission of health informatics, does not consider the IoT environment, and therefore it is difficult to be applied for the IoT healthcare service. For this matter, we have designed and implemented the IoT healthcare system by applying the oneM2M, standards for the Internet of Things, and ISO/IEEE 11073 DIM (Domain Information Model), standards for the transmission of health informatics. For the implementation, the OM2M platform, which is based on the oneM2M standards, has been used. To evaluate the efficiency of transfer syntaxes between the healthcare device and OM2M platform, we have implemented comparative performance evaluation between HTTP and CoAP, and also between XML and JSON by comparing the packet size and number of packets in one transaction.
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문제 정의
본 논문에서 제안한 사물인터넷 헬스케어 서비스를 위한 oneM2M기반 ISO/IEEE 11073 DIM 전송 구조 설계 및 구현에 대한 성능 평가를 위하여 oneM2M표준기반의 OM2M 플랫폼을 이용하여 구현을 하였다[5]. OM2M 플랫폼은 LAAS-CNRS에서 개발한 oneM2M 기반 오픈소스 프로젝트이다.
본 논문에서는 사물인터넷 환경에 적용하기 위하여 ISO/IEEE 11073 DIM/서비스 모델과 CoAP을 합친 형태의 새로운 디자인을 제시하였다. 이에 대한 설계 및 세부 신호 체계를 고안하였으며, ISO/IEEE 11073 DIM 전송 시의 CoAP과 HTTP의 성능 비교를 위해 단일 처리 과정에서의 패킷 수 및 특정 손실률에서의 패킷 수,그리고 XML과 JSON 형식의 비교 성능 평가를 시행하였다.
가설 설정
제시한 설계에 대한 평가를 위해 CoAP과 HTTP를 비교하였으며, XML과 JSON을 비교하였다. CoAP과 HTTP의 교환 패킷수와 CoAP의 재전송 기능을 검증하기 위해 리눅스 tc 커맨드를 사용하여 패킷 손실률을 10%로 가정하고 실험을 진행하였다. UDP 기반의CoAP은 확인 응답 메커니즘을 가짐으로써 전송 신뢰성이 보장된다.
CoAP 서버는 리소스 목록을 통해 모든 리소스를 관리한다. 관리에 대한 다른 측면은 상태 관리자를 통해 IoT-HD의 물리적 상태를 조정 가능하다는 것이다.
제안 방법
앞에서 언급한 바와 같이 사물인터넷 헬스케어 서비스를 제공하기 위해서는 무엇보다도 데이터 및 서비스의 융합을 위해 국제표준에 준한 시스템이 필요하다. 이를 위해, 본 논문에서는 사물인터넷 헬스케어 시스템에 적합한 사물인터넷 표준인 oneM2M 표준기술과 의료정보전송표준인 ISO/IEEE 11073 PHD 표준기술을 통합한 사물인터넷 헬스케어 시스템을 설계 및 구현하였다.
본 논문에서는 사물인터넷 환경에 적용하기 위하여 ISO/IEEE 11073 DIM/서비스 모델과 CoAP을 합친 형태의 새로운 디자인을 제시하였다. 이에 대한 설계 및 세부 신호 체계를 고안하였으며, ISO/IEEE 11073 DIM 전송 시의 CoAP과 HTTP의 성능 비교를 위해 단일 처리 과정에서의 패킷 수 및 특정 손실률에서의 패킷 수,그리고 XML과 JSON 형식의 비교 성능 평가를 시행하였다. 평가 결과, 높은 손실률의 상황에서도 CoAP은 꾸준히 HTTP보다 적은 수의 패킷을 전송하였으며, 리소스 소모 등의 다양한 관점에서 JSON이 XML에 비해 우수함을 보였다.
대상 데이터
OM2M 플랫폼은 LAAS-CNRS에서 개발한 oneM2M 기반 오픈소스 프로젝트이다. 구현을 위한 환경으로는 블루투스 저 전력 프로토콜을 기반으로 하는 혈압계를 사용하여 ISO/IEEE 11073 표준을 따르는 원본 데이터를 생성하였다. 표 6은 환경에 대한 세부 정보를 나타다.
본 구성의 IoT-HD는 고유의 IEEE 11073 DIM을 가진다. IoT-HD는 CoAP 서버, 헬스케어 데이터 수집기, 상태 관리자의 세 가지 주요 파트로 구성된다.
데이터처리
제시한 설계에 대한 평가를 위해 CoAP과 HTTP를 비교하였으며, XML과 JSON을 비교하였다. CoAP과 HTTP의 교환 패킷수와 CoAP의 재전송 기능을 검증하기 위해 리눅스 tc 커맨드를 사용하여 패킷 손실률을 10%로 가정하고 실험을 진행하였다.
성능/효과
헬스케어 서버는 헬스케어 디바이스로부터 이 값을 얻게 되며, 미리 정해진 시스템일 경우 해당 시스템의 번호로 알려진 값을 바로 사용하여 나타내지만 제조업체에 의해 따로 제작된 시스템일 경우 시스템 정보로부터 값을 확인하여 표시한다. MDS_DIR항목은 헬스케어 서버에서 MDS(Medical Device System) 파일이 저장 된 장소를 나타내며 모든 헬스케어 디바이스는 ISO/IEEE 11073 DIM을 나타내기 위해 오직 하나의 MDS 파일을 가진다. MAC_Addr항목은 각 IoT-HD의 MAC 어드레스에 해당한다.
위 결과로부터, JSON 사용 시 XML에 비해 리소스 소모 및 응답시간이 더 작은 것을 확인할 수 있다. 그러므로 IEEE 11073 DIM 전송에는 JSON방식이 XML방식보다 적합함을 확인할 수 있다.
원격 헬스케어 시스템은 현대 정보 기술의 새로운 장을 열었으며, 생체 정보 측정기술과 같은 최신 통신기술의 발전에도 일조하였다. 통합된 단말 장치 소프트웨어와 다양한 헬스케어 모듈을 통해, 원격 헬스케어 서비스 시스템은 완전한 “원격 헬스케어 정보 기반” 운용 메커니즘으로 “독립적인 건강관리 서비스”와 “장기적인 원격 헬스케어 서비스”를 제공할 수 있도록 설계 되었다. 이러한 시스템은 높은 수준의 종합적 헬스케어 시스템을 구성하기 위해 의료 기관들과 치료 시설들에게 제공된 기술, 정보 및 서비스를 통합 할 수 있다.
이에 대한 설계 및 세부 신호 체계를 고안하였으며, ISO/IEEE 11073 DIM 전송 시의 CoAP과 HTTP의 성능 비교를 위해 단일 처리 과정에서의 패킷 수 및 특정 손실률에서의 패킷 수,그리고 XML과 JSON 형식의 비교 성능 평가를 시행하였다. 평가 결과, 높은 손실률의 상황에서도 CoAP은 꾸준히 HTTP보다 적은 수의 패킷을 전송하였으며, 리소스 소모 등의 다양한 관점에서 JSON이 XML에 비해 우수함을 보였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사물 인터넷은 어떤 분야에서 기대되고 있는가?
사물 인터넷 (Internet of Things : IoT)은 점점 세계적인 인기를 얻고 있다. IoT는 IoT환경을 넘어 다양한 프로토콜, 도메인 및 어플리케이션들을 수용할 수 있는 디바이스, 시스템 및 서비스들과의 높은 수준의 연결성을 제공할 것으로 기대된다[1].
U-헬스케어의 시스템은 어떻게 이루어지는가?
일반적인 U-헬스케어 시스템은 측정, 취합 및 전송, 분석 및 피드백으로 크게 세가지로 구성된다. 가장 먼저, 디바이스들은 환자나 사용자로부터 생체정보를 측정 및 수집하여 WBAN/WPAN을 통해 이를 홈게이트웨이 또는 모바일 단말로 전송한다. 전송된 생체정보는 개인건강상태 모니터링 또는 저장을 위해 플랫폼 또는 병원 시스템으로 전송된다. 분석과 피드백이 끝나면 데이터는 데이터베이스에 저장되어 추후 환자의 데이터에 근거한 진단과 치료 계획이 이루어 질 수 있다.
사물인터넷 헬스케어 서비스를 제공하기 위해 필요한 것은?
사물인터넷 기반의 헬스케어 서비스는 기존의 헬스케어 서비스들이 하나의 통합된 서비스를 제공하고, 헬스케어 서비스간 상호연동이 가능하며, 인터넷을 통해 원격 관리 서비스가 가능한 서비스를 말한다[2]. 좀더 구체적으로, 사물인터넷 헬스케어 서비스를 제공하기 위해서는 상호운용성, 네트워크 연결성, 데이터 전송의 신뢰성, 데이터의 연결성, 데이터 통합이 필요하다.
참고문헌 (5)
IHE Patient Care Device Technical Framework, Vol. 2 (PCD TF-2): Transactions, Integrating the Healthcare Enterprise (IHE), Nov.4, 2014.
Pang, Z., Zheng, L., Tian, J., Kao-Walter, S., Dubrova, E., & Chen, Q. "Design of a terminal solution for integration of in-home health care devices and services towards the Internetof-Things," Enterprise Information Systems, pp. 86-116, Sep 1 2015.
The Institute of Electrical and Electronics Engineers, ISO/IEEE 11073-20601 Standard for Health Informatics - Personal health device communication - Application profile Optimized exchange protocol. ISO/IEEE 11073-20601, 2008.
Z. Shelby, K. Hartke, and C. Bormann, Constrained Application Protocol, IEEE Internet -Draft, dratf-ietf-core-coap-18, June 28, 2013.
Open Source platform for M2M communication http://www.eclipse.org/om2m/
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