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초록
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스마트-시티는 스마트-시티의 사물인터넷(Internet of Things: IoT) 디바이스를 비롯한 수많은 인프라를 지능적으로 관리하고, 다양한 스마트 어플리케이션을 도시민에게 제공한다. 스마트-시티에서는 스마트-시티 어플리케이션에서 필요한 다양한 정보를 제공하기 위하여 수많은 사물인터넷 기기들로부터 끊임없이 발생하는 대규모의 스트림 빅-데이터를 지능적으로 처리하는 기능이 필요하다. 하지만, 스마트-시티에서 대규모의 스트림 빅-데이터를 처리하는 것에는 실시간 처리와 관련된 제약들이 존재한다. 본 스마트-시티-사업단에서는 선행 연구에서 스마트-시티미들웨어와 이를 이용한 스트림-리즈닝 방법론 및 시스템을 개발하였다. 스마트-시티에서 스마트 서비스를 제공하기 위하여, 스마트-시티-사업단에서는 스트림-리즈닝을 사용하는 방법론을 사용한다. 이 스트림-리즈닝은 대용량 데이터의 실시간 처리를 필요로 한다. 따라서, 후속연구로서 스마트-시티미들웨어의 클라우드-컴퓨팅 플랫폼을 이용하여 스트림-리즈닝을 위한 실시간 분산병렬처리 클라우드-컴퓨팅 방법론과 시스템을 개발하였다. 본 논문에서는 스마트-시티에서 발생하는 사물인터넷 빅-데이터를 스트림-리즈닝에 사용하기 위하여 이 후속연구에서 개발된 클라우드 기반 실시간 분산병렬처리 연구결과를 소개한다. 스마트-시티의 각종 센서들로부터 전송되어지는 사물인터넷 빅-데이터를 사용하여 스트림-리즈닝하는 데 필요한 클라우드-컴퓨팅 기반의 실시간 분산처리 방법론과 시스템을 소개하고 있으며, 이 방법론을 선행연구에서 개발한 스마트-시티 미들웨어에 구현하여 실시간 분산처리 성능을 평가한 것을 소개한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Smart Cities intelligently manage numerous infrastructures, including Smart-City IoT devices, and provide a variety of smart-city applications to citizen. In order to provide various information needed for smart-city applications, Smart Cities require a function to intelligently process large-scale ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 향후 연구에서는, 스마트-시티 어플리케이션을 사용할 때에, 사용자가 질의 결과를 어느 정도의 응답시간 내에 획득할 수 있는지에 대해서 알아보고자 한다. 또한 연속질의들 만에 대한 지연시간을 측정하는 실험도 수행하고자 한다. 이 사항들은 본 연구단의 시스템에 필요한 평가요소들이기 때문이다.
  • 하지만, 이 스트림-리즈닝에서 사용하는 스트림 데이터는 빅-데이터로서, 빠른 속도로 변하면서 끊임없이 계속해서 공급되기에, 실시간으로 처리해야만 하는 매우 해결하기 어려운 제약조건을 소울이 해결하도록 요구하고 있다. 본 논문에서는 이 문제를 해결한 결과를 소개한다.
  • 본 사업단에서는, 스마트-시티의 각종 센서들로부터 전송되어지는 사물인터넷 빅-데이터를 사용하여 실시간으로 스트림-리즈닝하는데 필요한 기법과 시스템을 개발하였고, 본 논문에서 그 내용을 소개하였다. 우리의 시스템은 실시간 클라우드-컴퓨팅 기술을 기반으로 하는 실시간 분산처리 방법론을 사용하고 있음을 본 논문에서 먼저 상세히 소개하였다.
  • 본 사업단은 스트림-리즈닝에 사용가능한 방법론과 시스템을 연구 개발하였다. 아파치 카프카 (Apache Kafka)[13]와 아파치 스톰(Apache Storm)을 본 시스템에서 사용할 최적의 오픈-소스-소프트웨어로 선정하여서, 본 연구단에서 기존에 개발했던 관련 모듈들을 이것으로 교체하였다.
  • 본 실험에서는 인공부하 (Artificial Workload)를 사용하였다. 본 사업단은, 센서로 부터의 전송되어지는 사물인터넷 스트림 데이터를 실제와 유사하게 발생시키는 스트림 데이터 생성기를 개발하였다. 이를 사용하여, 스마트시티에서 발생하는 실제 부하 (Real Workload)를 시뮬레이션 하는 인공부하를 발생시켜 실험에 사용함으로서, 성능평가실험의 사실도와 충실도를 높였다.
  • 그림 2에 도시된 시스템을 이용하여, 스트림 데이터를 입력받아서 화재사고가 발생하였을 때 위험 지역을 추론하는 실험을 수행하였다. 이 경우에, 실시간 스트림-리즈닝이 제대로 수행되는지를 확인하고 최적의 실험수행환경도 알아내고자 하였다. 실제 성능을 측정함에 있어서, 응답시간, 즉, 처리시간과 매초당의 데이터 처리량을 측정하였다.
  • 제안된 엔진은 스파크를 사용하고 있으며, 사물인터넷 어플리케이션을 지원한다. 이 논문은 거주 환경을 모니터링하는 어플리케이션의 사례를 소개하고 있다.
  • 이들은, 서로 다른 추론 접근법을 지원하는 확장성의 특성을 가지고 있다. 이 논문은 실시간 응답 시간을 비교하여, 사물인터넷 어플리케이션을 위한 시맨틱 기술의 성능을 평가하였다. 또한 추론처리에 사용할 수 있는,분산된 사물인터넷 데이터 통합 전략을 비교 평가하였다.
  • 지금까지 본 사업단이 개발한 실시간으로 스트림-리즈닝 처리를 하는 방법과 이를 소울 미들웨어에 구축한 시스템에 대해서 서술하였다. 이번 장에서는 이것들을 바탕으로 하여 실험환경을 구축하고, 실제 환경을 시뮬레이션한 부하를 사용하여서 성능평가 실험을 한 결과와 성능분석 내용을 소개한다.
  • 향후 연구에서는, 스마트-시티 어플리케이션을 사용할 때에, 사용자가 질의 결과를 어느 정도의 응답시간 내에 획득할 수 있는지에 대해서 알아보고자 한다. 또한 연속질의들 만에 대한 지연시간을 측정하는 실험도 수행하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스트림-리즈닝을 사용하기 위해 어떤 처리가 필요한가? 스마트-시티에서 스마트 서비스를 제공하기 위하여, 스마트-시티-사업단에서는 스트림-리즈닝을 사용하는 방법론을 사용한다. 이 스트림-리즈닝은 대용량 데이터의 실시간 처리를 필요로 한다. 따라서, 후속연구로서 스마트-시티미들웨어의 클라우드-컴퓨팅 플랫폼을 이용하여 스트림-리즈닝을 위한 실시간 분산병렬처리 클라우드-컴퓨팅 방법론과 시스템을 개발하였다.
Smart-City에서 스마트 서비스를 구현하기 위해서는 어떤 서비스 제공이 필요한가? 스마트-시티에서 스마트 서비스를 구현하기 위해서는 사물인터넷의 스마트 기기로부터 전송되는 엄청난 양의빅-데이터를 분석하여 정확한 상황인식을 통한 판단과정을 거쳐서, 도시민에게 지능적인 서비스를 제공하는 것이 필요하다. 이때, 끊임없이 발생하는 빅-데이터를 실시간으로 처리하여 상황인식을 하는데 스트림-리즈닝(Stream Reasoning) 기술이 매우 유용하다.
스마트-시티란? 스마트-시티(Smart-City)는 도시민의 삶의 질을 향상시키기 위해서 스마트 서비스들을 언제, 어디서나, 어느 때,어떠한 디바이스를 통해서도 도시민에게 제공하기 위해서 도시에 정보통신기술이 녹아져 있는 미래형 도시이다. [1] 사물인터넷기술은 실세계에 존재하는 사물 (Physical Things) 및 사이버 환경에 존재하는 사물 (Virtual Things)들이 인터넷을 통하여 서로 연결되고 이러한 물리공간과 가상공간의 사물, 데이터, 사람들이 연동을 통하여 다양한 서비스를 제공할 수 있는 미래 인터넷 인프라 기술이다.
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참고문헌 (16)

  1. Y. W. Lee, "Smart-city", European Union Parliament Seminar, May 2013, [Online], Retrieved June 2016 from http://www.europarl.europa.eu/document/activities/cont/201305/20130514ATT66084/20130514ATT66084EN.pdf. 

  2. E. D. Valle, S. Ceri, F. v. Harmelen, D. Fensel, "It's a Streaming World! Reasoning upon Rapidly Changing Information", IEEE Intelligent Systems, Vol. 24, pp. 83-89, 2009. http://dx.doi.org/10.1109/MIS.2009.125 

  3. Apache Storm, [Online], Retrieved Jun. 2016 from http://storm.apache.org/. 

  4. Apache S4, [Online], Retrieved June 2016 from http://incubator.apache.org/s4/. 

  5. Apache Samza, [Online], Retrieved Jun. 2016 from http://samza.incubator.apache.org/. 

  6. Apache Spark, [Online], Retrieved Jun. 2016 from http://spark.apache.org/. 

  7. J. Hoeksema, S. Kotoulas, "High-performance Distributed Stream Reasoning using S4", Proc. The First International Workshop on Ordering and Reasoning (OrdRing 2011), pp. 1-12, 2011. https://goo.gl/z9Mu35 

  8. X. Chen, H. Chen, N. Zhang, J. Huang, W. Zhang, "Large-Scale Real-Time Semantic Processing Framework for Internet of Things", International Journal of Distributed Sensor Networks, Vol. 11, No. 10, pp. 1-11, 2015. http://dx.doi.org/10.1155/2015/365372 

  9. A. I. Maarala, X. Su, J. Riekki, "Semantic Reasoning for Context-aware Internet of Things Applications", IEEE Internet of Things Journal, Vol. 3, No. 4, pp. 1-13, 2016. http://dx.doi.org/10.1109/JIOT.2016.2587060 

  10. H. S. Jung, C. S. Jeong, Y. W. Lee, P. D. Hong, "An Intelligent Ubiquitous Middleware for U-City: SmartUM", Journal of Information Science and Engineering, Vol. 25, pp. 375-388, 2009. http://dx.doi.org/10.1.1.423.772 

  11. OpenNebula Homepage, [online], Retrieved Jun. 2016 from http://opennebula.org/. 

  12. B. Sotomayor, R. S. Montero, I. M. Llorente, I. Foster, "Virtual Infrastructure Management in Private and Hybrid Clouds", IEEE Internet Computing, Vol. 13, Issue 5, pp. 14-22, 2009. http://dx.doi.org/10.1109/MIC.2009.119 

  13. J. Kreps, N. Narkhede, J. Rao, "Kafka: a Distributed Messaging System for Log Processing", Proc. NetDB workshop (NetDB 2011), 2011. http://dx.doi.org/10.1.1.233.1726 

  14. Apache Jena, [online], Retrieved Jun. 2016 from https://jena.apache.org/. 

  15. Evren Sirin, Bijan Parsia, Bernardo Cuenca Grau, Aditya Kalyanpur, Yarden Katz, "Pellet: A practical OWL-DL reasoner", Web Semantics: Science, Services and Agents on the World Wide Web, Vol. 5, Issue 2, pp. 51-53, 2007. http://dx.doi.org/10.1016/j.websem.2007.03.004 

  16. Storm Distributed RPC, [online], Retrieved Jun. 2016 from http://storm.apache.org/releases/current/Distributed-RPC.html. 

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