[논문]용이한 사설망 지원을 위한 IoT 플랫폼 구현 및 서비스 운영 방법

이경훈; 김두영; 송세헌; 이상일; 박재현

doi:10.3745/ktccs.2016.5.5.109

용이한 사설망 지원을 위한 IoT 플랫폼 구현 및 서비스 운영 방법
IoT Platform Implementation and Service Operating Method for Private Networks 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on computer and communication systems 컴퓨터 및 통신 시스템, v.5 no.5, 2016년, pp.109 - 116

이경훈 (메타빌드(주)) , 김두영 (부올(주)) , 송세헌 (메타빌드(주)) , 이상일 (국방과학연구소) , 박재현 (국방과학연구소)

초록
AI-Helper

현재 출시된 다양한 사물인터넷(IoT) 플랫폼은 대부분 IPv6의 네트워크 환경을 고려하여 개발되었지만, 아직까지 IPv4에서 IPv6로의 전환율은 저조하다. 따라서 IPv4기반의 네트워크에서 운용되는 IoT 플랫폼은 IP부족현상을 해결하기 위해 기구축된 사설망을 지원해야 한다. 기존 IoT 플랫폼들은 전문가에 의해 가상 사설망을 이용하거나 하드웨어 스위치/AP(Access Point)를 이용하여 사설망을 지원하고 있다. 본 연구에서는 기존 IoT 플랫폼들이 사설망 환경을 지원하기 위해 필요한 전문가 활용 또는 하드웨어 도입에 따른 추가 비용 문제를 해결하고, 비전문가도 사설망 환경에서 IoT 서비스를 제공할 수 있는 IoT 플랫폼을 개발하였다. 또한 IoT 플랫폼을 테스트베드에 적용하여 IoT 플랫폼의 기능 검증을 수행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Today various IoT platforms exist, but most of them only consider IPv6, without other types of network including private network. They support, therefore, the private network to use virtual private network or through the hardware gateway. To solve this limitation, we propose a IoT platform that prov...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 Fig. 2와 같은 구조를 갖는 IoT 게이트웨이를 개발하였다. IoT 게이트웨이는 다양한 통신 방식을 갖는 사물을 인터넷에 연결할 수 있도록 다양한 통신 컴포넌트(Components)를 제공한다.
본 연구에서는 위 정의된 IoT 플랫폼을 이용하여 사설망 환경에서 IoT 서비스를 제공하는 방법을 연구하고 시스템을 구현하였으며 이를 이용하여 스마트빌딩에 적용해봄으로써 기능 검증과 새로운 문제점들을 파악하였다.
IPv6를 기반으로 한 IoT 플랫폼들은 IPv4의 사설망을 지원하기 위해서 새로운 개념의 하드웨어(또는 소프트웨어) 스위치/AP(사물 연결 플랫폼, IoT 게이트웨이)를 추가하거나 전문가에 의해 가상 사설망을 이용한다. 본 연구에서는 이와 다르게 SW 기반의 IoT 프록시를 통해 사설망을 지원하도록 한다.
본 시스템의 구성과 각각의 역할 및 기능은 앞서 설명하였다. 이번 절에서는 IoT 플랫폼을 이용하여 사설망에서 IoT 서비스를 운용하는 자세한 방식에 대해서 설명하려고 한다. IoT 플랫폼을 이용하여 IoT 서비스를 운용하는 과정은 IoT 게이트웨이 및 IoT 프록시가 구동되어 IoT 서비스가 등록되는 과정과 IoT 서버를 이용한 IoT 서비스 실행 과정으로 나누어 설명한다.

제안 방법

본 연구에서는 IPv6의 저조한 사용률로 인해 발생하는 IPv4 네트워크(사설망)에서 IoT 환경 구축의 어려움을 해결하기 위해 1) 기존 방법의 가격 상승 요인을 줄이고, 2) 비전문가도 쉽게 IoT 환경을 구축할 수 있는 방법을 제안한다.
구축된 스마트빌딩을 이용해 IoT 플랫폼의 기능을 테스트하고 검증하기 적절한 스마트빌딩 서비스를 선정 및 구체화하였다. 서비스의 자세한 내용 및 구현 방법은 Table 2와 같으며, 각 서비스는 구성 하드웨어에 공통적으로 IoT 플랫폼(IoT 서버, IoT 프록시, IoT 게이트웨이)을 포함한다.
기존의 빌딩을 Fig. 7의 구조도와 같이 IoT 플랫폼을 적용하여 스마트빌딩을 구축하였다. 기존의 빌딩을 IoT 플랫폼을 이용하여 스마트빌딩으로 구축하기 위해서는 빌딩에 존재하는 사물(자원)을 제어하고 데이터 수집할 수 있는 새로운 사물 제어용 장치가 필요하였으며 이를 위해 오픈 하드웨어를 활용하여 사물 제어용 장치를 개발하여 이용하였다.
7의 구조도와 같이 IoT 플랫폼을 적용하여 스마트빌딩을 구축하였다. 기존의 빌딩을 IoT 플랫폼을 이용하여 스마트빌딩으로 구축하기 위해서는 빌딩에 존재하는 사물(자원)을 제어하고 데이터 수집할 수 있는 새로운 사물 제어용 장치가 필요하였으며 이를 위해 오픈 하드웨어를 활용하여 사물 제어용 장치를 개발하여 이용하였다. 개발된 사물 제어용 장치와 사용된 오픈 하드웨어는 Table 1과 같다.
본 연구에서 개발된 IoT 플랫폼은 IoT 프록시를 이용하여 사설망을 지원함으로써 새로운 하드웨어 도입 또는 네트워크 전문가 비용을 절감할 수 있게 되었다. 또한 IoT 도메인 개념을 적용하여 IoT 기기들을 관리함으로써 좀더 효율적인 IoT 기기 관리가 가능토록 하였다.
IoT 게이트웨이로부터 전달된 모니터링 정보는 모니터링(Monitoring) 기능을 통해 관리자와 사용자에게 제공된다. 모니터링 기능은 Fig. 8(left)와 같이 IoT 도메인으로 모니터링 정보를 분리하여 IoT 사용자가 해당 IoT 도메인의 상태(IoT 게이트웨이 리소스/네트워크 상태 정보, IoT 서비스 상태 정보 등)를 실시간으로 확인이 가능하도록 하며 간단한 IoT 서비스를 이용할 수 있도록 구성하였다. 또 사용자가 위치와 시간와 상관없이 자신의 IoT 도메인의 IoT 서비스를 실행할 수 있도록 Fig.
본 연구에서 개발된 IoT 플랫폼의 사설망 지원 및 IoT 서비스 제공 기능을 테스트하고 검증을 목표로 테스트베드를 선정하였으며 그 결과 IoT 플랫폼을 이용한 스마트빌딩을 적합한 테스트베드로 선정하였다. 스마트빌딩의 네트워크 구조는 일반적으로 빌딩 내부 네트워크(사설망)와 인터넷으로 구분되므로 본 연구에서 개발된 IoT 플랫폼의 기능 테스트 및 검증하기에 적합한 환경을 제공한다.
이러한 연구 목표를 달성하기 위해 사설망에서 IoT 서비스를 제공할 수 있는 소프트웨어 기반의 IoT 프록시를 연구 개발하였으며, IoT 프록시를 포함하는 새로운 개념의 IoT 플랫폼을 제안한다. 새로운 개념의 IoT 플랫폼의 구성요소는 다음과 같다.
IoT 게이트웨이는 웹서비스(SOAP) 형태로 사물 제어 기능을 제공하여, IoT 서버를 이용하지 않아도 IoT 서비스가 가능하며 통일된 제어 서비스를 제공하고, 3rd party IoT 서버를 지원이 가능하게 한다. 이를 위해 웹서비스를 제공할 수 있는 WAS(Web Application Server)와 사물의 제어를 제공하는 서비스(IoT Services)를 추가하였다. 모니터링 에이전트(Monitoring Agent)를 통해 서버에 모니터링 정보를 제공하여 IoT 서버를 통해 IoT 게이트웨이의 상태, 서비스 상태 등을 모니터링할 수 있다.

대상 데이터

본 시스템은 Fig. 1과 같이 IoT 서버, IoT 프록시, IoT 게이트웨이로 구성된다.

이론/모형

모니터링 에이전트(Monitoring Agent)를 통해 서버에 모니터링 정보를 제공하여 IoT 서버를 통해 IoT 게이트웨이의 상태, 서비스 상태 등을 모니터링할 수 있다. IoT 게이트웨이는 다양한 통신 컴포넌트와 객체화된 사물을 관리/제어하기 위해 OSGi를 이용하였다.

성능/효과

1) 출입 권한이 있는 사용자의 스마트폰에는 자동 출입 사용자 인증 앱이 설치되어 있으며, 자동 출입 사용자 인증 앱은 출입문 근처의 비콘을 인식하여 출입문과의 거리를 산출한다.
2) 출입문과의 거리가 가까워진 자동 출입 사용자 인증 앱은 스마트빌딩 서버에 출입 인증 정보를 제공하며 사용자 스마트폰과 스마트빌딩서버는 인터넷에 연결된다.
본 연구에서 개발된 IoT 플랫폼은 IoT 프록시를 이용하여 사설망을 지원함으로써 새로운 하드웨어 도입 또는 네트워크 전문가 비용을 절감할 수 있게 되었다. 또한 IoT 도메인 개념을 적용하여 IoT 기기들을 관리함으로써 좀더 효율적인 IoT 기기 관리가 가능토록 하였다.
본 연구에서 개발된 IoT 플랫폼의 사설망 지원 및 IoT 서비스 제공 기능을 테스트하고 검증을 목표로 테스트베드를 선정하였으며 그 결과 IoT 플랫폼을 이용한 스마트빌딩을 적합한 테스트베드로 선정하였다. 스마트빌딩의 네트워크 구조는 일반적으로 빌딩 내부 네트워크(사설망)와 인터넷으로 구분되므로 본 연구에서 개발된 IoT 플랫폼의 기능 테스트 및 검증하기에 적합한 환경을 제공한다.
시나리오를 통한 IoT 플랫폼 테스트 및 검증 과정을 통해 IoT 플랫폼에서 제공하는 사설망 지원 기능 및 IoT 서비스 제공 기능 등이 정상적으로 작동함으로서 IoT 플랫폼 테스트 및 검증 목표 수준을 충족하는 것을 확인할 수 있다.

후속연구

또한 소프트웨어에 대한 전문 지식이 부족한 IoT 하드웨어 개발 중소업체는 소프트웨어 전문가를 채용하지 않고도 IoT 환경을 구축하여 IoT 환경에 적합한 IoT 하드웨어를 제작하고 테스트할 수 있다. 따라서 본 연구는 IoT 환경 구축의 핵심 기술로써 사용될 것으로 기대되며 사설망에서 IoT 환경 구축의 어려움 해결과 IoT 환경 구축에 사용되는 비용을 절감하는데 크게 기여할 수 있다고 판단된다.
본 연구를 통해 전문적인 지식이 없는 비전문가 또는 일반 사용자도 전문가의 도움 없이 홈 IoT와 같은 IoT 환경을 구축할 수 있으며 추가 하드웨어 도입 비용을 줄일 수 있다. 또한 소프트웨어에 대한 전문 지식이 부족한 IoT 하드웨어 개발 중소업체는 소프트웨어 전문가를 채용하지 않고도 IoT 환경을 구축하여 IoT 환경에 적합한 IoT 하드웨어를 제작하고 테스트할 수 있다.
하지만 현재 IoT 플랫폼은 IoT 서버에서 사물의 정보(현재 온도, 실행 상태 등)를 저장하지 않고 있어, 필요시 항상 사물에 접속하여 해당 정보를 조회해야 한다. 이러한 한계는 IoT 서버에서 사물의 상태정보를 저장함으로써 해결이 가능할 것이다. 현재 개발한 IoT 플랫폼은 인증을 고려하지 않아 보안에 취약하다.
현재 개발한 IoT 플랫폼은 인증을 고려하지 않아 보안에 취약하다. 향후 사물의 상태 정보를 IoT 서버에 저장하는 기능, IoT 서비스 사용자를 인증하는 기능을 보완하여 다양한 분야에서 효율적이고 안전한 IoT 서비스를 제공할 수 있는 IoT 플랫폼으로 활용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	NAT 기술을 도입해야 하는 이유는?	현재 출시된 다양한 IoT 플랫폼들은 각 사물을 인터넷으로 접근하기 위해 IP기반 주소를 부여하고 있으며, IoT 환경에 존재하는 많은 개체를 수용하기 위해 IPv6를 고려하여 구현되었다[3]. 하지만 현재 국내의 IPv6 사용률(IPv6를 사용하여 Google에 접속한 통계)은 2%대에 달하며, 전 세계적으로도 10%대에 미치는 등 IPv6의 사용률은 저조한 상황이다[4]. 따라서 현재 대다수가 이용 중인 IPv4는 모든 사물에 IP를 부여하기엔 턱없이 부족한 상황이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 NAT(Network Address Translation)와 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)가 이용된다.
	IoT 플랫폼은 어떤 기술인가?	사물인터넷(IoT)은 사물, 사람, 공간을 인터넷으로 연결하여, 정보의 생성·수집·공유·활용을 위한 사물·인간·서비스의 연결망이다[1]. IoT는 주요 3대 기술(센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라 기술, IoT 서비스 인터페이스 기술)로 구성되며 IoT 플랫폼은 센싱 기술과 유무선 통신 및 네트워크 인프라 기술에 의해 구현된 사물의 기능을 서비스로 제공하기 위한 IoT 서비스 인터페이스 기술이다. IoT 플랫폼은 사물(Device) 연결부터 서비스 제공까지 폭넓은 기능을 제공해야 하며, 이러한 기능들을 제공하기 위해서 IoT 플랫폼은 일반적으로 서비스 플랫폼과 IoT 게이트웨이, IoT 디바이스로 구성된다[2].
	사물인터넷이란?	사물인터넷(IoT)은 사물, 사람, 공간을 인터넷으로 연결하여, 정보의 생성·수집·공유·활용을 위한 사물·인간·서비스의 연결망이다[1]. IoT는 주요 3대 기술(센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라 기술, IoT 서비스 인터페이스 기술)로 구성되며 IoT 플랫폼은 센싱 기술과 유무선 통신 및 네트워크 인프라 기술에 의해 구현된 사물의 기능을 서비스로 제공하기 위한 IoT 서비스 인터페이스 기술이다.

참고문헌 (14)

Cheol-Sik Pyo, Ho-Yong Gang, Nae-Su Kim, and Hyo-Chan Bang, "IoT(M2M) technology trends and development prospects," The Journal of the Korean Institute of Communication Sciences(Information & Communications Magazine), Vol.30, No.8, pp.3-10, 2013.
Jae-Ho Kim, Jae-Seok Yun, Seong-Chan Choe, and Min-U Ryu, "IoT Platform Development Trend and Future Direction," The Journal of the Korean Institute of Communication Sciences(Information & Communications Magazine), Vol.30, No.8, pp.29-39, 2013.
S. T. Kim, J. S. Jeong, J. K. Song, and H. Y. Kim, "Trends of IoT Device Platforms and Building its Ecosystems," Electronics and Telecommunications, Vol.29, No.4, pp.82-90, 2014.
Google.com, Google IPv6 Statics [Internet], http://www.google.com/intl/en/ipv6/statistics.html.
Seon-Yun Kim and Ki-Young Kim, "Standardization of IoT Service Platform," Communications of the Korea Information Science Society, Vol.32, No.6, pp.31-36, 2014.
OCEAN, OpenMobius and &Cube [Internet], http://www.iotocean.org/main/.
Allseen Alliance, AllJoyn [Internet], https://allseenalliance.org/.
OIC, IoTivity [Internet], https://www.iotivity.org/.
Soo-jin, Kim, Dong-hoon, Kim, Jung-il Bae, and Seung-ho Yeon, "A Study of Controlling Information Appliances and Providing Application Services under Private Network Environment," 2007 IEEK Fall Conference, No.1, pp.9-10, 2007.
Chunglae Cho, JaeMyun KIM, and KwangRoh Park, "Controlling UPnP Devices in Private Networks from Public Networks," Proceedings of Symposium of KICS, pp.1487-1490, 2007.
Jun Young Park and Huy Kang Kim, "A Study on the Implementation of outdoor type Virtual Private Network Gateway for Smart Grid," Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, pp.125-136, 2011.
RFC1631, "The IP Network Address Translator (NAT)" [Internet], https://www.ietf.org/rfc/rfc1631.txt.
JEFF TYSON, "HowStuffWorks: How Network Address Translation Works" [Internet], http://computer.howstuffworks.com/nat.htm/printable
RFC2131, [Internet], "Dynamic Host Configuration Protocol" https://www.ietf.org/rfc/rfc2131.txt.

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증