[논문]PaaS 클라우드 컴퓨팅 환경에서 전자정부 표준프레임워크 성능평가: 공간영상 정보처리 사례

김광섭; 이기원

doi:10.11108/kagis.2018.21.4.001

PaaS 클라우드 컴퓨팅 환경에서 전자정부 표준프레임워크 성능평가: 공간영상 정보처리 사례
A Performance Evaluation of the e-Gov Standard Framework on PaaS Cloud Computing Environment: A Geo-based Image Processing Case 원문보기

한국지리정보학회지 = Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, v.21 no.4, 2018년, pp.1 - 13

김광섭 (한성대학교 전자정보공학과) , 이기원 (한성대학교 전자정보공학과)

초록
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클라우드 컴퓨팅 서비스 모델 중 하나인 PaaS(Platform as a Service)와 행정안전부 전자정부 표준프레임워크는 모두 웹 서비스 개발자가 개발 목적을 만족하는 핵심 기능 개발에 집중할 수 있도록 기본 공통자원을 제공하기 위한 컴퓨팅 환경이다. 웹 기반 공간정보 서비스를 구축하는 경우에도 이러한 기술들을 사용하면 미들웨어 소프트웨어 또는 플랫폼 공통 기능들을 바로 활용할 수 있다. 그러나 공간정보 서비스 개발 분야에서 이러한 기반 기술들의 적용 가능성을 검토하거나 적용 시스템의 성능을 평가한 연구는 아직 발표된 사례가 없다. 따라서 이번 연구에서는 공간정보 서비스에 대한 적용 가능성을 살펴보고자 성능평가 실험을 수행하였다. 실험 대상 시스템은 OGC WPS 2.0 표준을 적용한 공간영상 정보처리 서비스를 대상으로 하였다. 실험 시스템은 Cloud Foundry 오픈소스를 이용한 PaaS 환경을 구축한 뒤 전자정부 표준프레임워크를 적용한 웹 서비스로 설계, 구축하였다. 실제 성능 평가실험은 영상처리 기능을 PaaS 클라우드 환경에서 구동하는 경우와 PaaS에 전자정부 표준프레임워크를 같이 적용한 경우를 비교하는 방식으로 수행하였다. 실험 조건은 300명과 500명에 해당하는 동시 사용자가 3,600초 동안 이 시스템에 접속하여 정보처리를 요청하고 실험 환경으로 구축한 웹 서비스가 이에 대하여 응답하는 시간을 기록하는 방식으로 하였다. 성능 측정 결과 PaaS 클라우드 환경에서 전자정부 표준프레임워크를 기반으로 시스템 구축하였을 때 성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 앞으로 공공 부분의 웹 기반 공간정보 응용 서비스 구축에서 PaaS 클라우드 컴퓨팅과 전자정부 표준프레임워크가 중요한 요소가 될 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Both Platform as a Service (PaaS) as one of the cloud computing service models and the e-government (e-Gov) standard framework from the Ministry of the Interior and Safety (MOIS) provide developers with practical computing environments to build their applications in every web-based services. Web application developers in the geo-spatial information field can utilize and deploy many middleware software or common functions provided by either the cloud-based service or the e-Gov standard framework. However, there are few studies for their applicability and performance in the field of actual geo-spatial information application yet. Therefore, the motivation of this study was to investigate the relevance of these technologies or platform. The applicability of these computing environments and the performance evaluation were performed after a test application deployment of the spatial image processing case service using Web Processing Service (WPS) 2.0 on the e-Gov standard framework. This system was a test service supported by a cloud environment of Cloud Foundry, one of open source PaaS cloud platforms. Using these components, the performance of the test system in two cases of 300 and 500 threads was assessed through a comparison test with two kinds of service: a service case for only the PaaS and that on the e-Gov on the PaaS. The performance measurements were based on the recording of response time with respect to users' requests during 3,600 seconds. According to the experimental results, all the test cases of the e-Gov on PaaS considered showed a greater performance. It is expected that the e-Gov standard framework on the PaaS cloud would be important factors to build the web-based spatial information service, especially in public sectors.

주제어

표/그림 (7)

그림 FIGURE 1. A cloud PaaS configuration with buildpack of the e-Government standard framework based on Cloud Foundry.
그림 FIGURE 2. Test implementation of geo-based image processing service with a framework common components: (a) Accessing service interface using common components of the e-Gov Framework, (b) Accessing service interface without the e-Gov Framework.
그림 FIGURE 3. Deployment cases for the performance evaluation: (a) the case with the e-Gov Framework and (b) the case without the e-Gov Framework.
표 TABLE 1. Specifications of an implemented service for a performance test about Apps and Services
그림 FIGURE 4. The performance result of WPS 2.0 Execute operation for 300 threads: WO(without) the e-Gov Framework and W(with) the e-Gov Framework.
그림 FIGURE 5. The performance result of WPS 2.0 Execute operation for 500 threads: WO(without) the e-Gov Framework and W(with) the e-Gov Framework.
그림 FIGURE 6. The average response times for WO(without) the e-Gov Framework and W(with) the e-Gov Framework.

AI 본문요약
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문제 정의

이번 연구에서는 공간정보 분야에서도 이러한 클라우드 컴퓨팅 기술의 적용성을 검토하고자 하였고 전자정부 표준프레임워크와 연계한 성능 테스트를 수행하여 향후 활용 가능성을 확인하고자 하였다.
이번 연구에서는 이러한 기술들에 대한 공간정보 서비스 적용 가능성을 확인하고자 공간영상 처리 사례 앱을 새로 구축하였고 이에 대한 성능 측정을 수행하였다. GeoServer와 ZooProject 등과 같은 공간정보 관련 미들웨어 소프트웨어를 오픈소스 Cloud Foundary를 적용한 PaaS 클라우드에서 운영할 수 있는 실험 서비스를 구축하였다.

제안 방법

이번 연구에서는 이러한 기술들에 대한 공간정보 서비스 적용 가능성을 확인하고자 공간영상 처리 사례 앱을 새로 구축하였고 이에 대한 성능 측정을 수행하였다. GeoServer와 ZooProject 등과 같은 공간정보 관련 미들웨어 소프트웨어를 오픈소스 Cloud Foundary를 적용한 PaaS 클라우드에서 운영할 수 있는 실험 서비스를 구축하였다. 이러한 웹 서비스에 대한 정보처리 요청에 대한 응답 시간을 측정한 결과로 이러한 PaaS 클라우드 환경에 전자정부 표준프레임워크를 적용하였을 때 PaaS 클라우드 환경에서 처리하는 경우에 비하여 성능이 우수하게 나타나는 것을 확인하였다.
공간영상 정보처리 서비스는 WPS 인터페이스를 활용해 공간영상 정보를 시각화하고 처리하는 기능을 구현하였다. 영상처리 웹 서비스는 스프링 프레임워크와 전자정부 표준프레임워크의 공통 컴포넌트를 기반으로 구동한다.
성능평가 실험은 클라우드 컴퓨팅 PaaS 모델 환경에 프레임워크 기반으로 개발된 두 종류의 공간영상 처리 웹 서비스 응답 시간을 측정하는 방식으로 수행하였다. 그림 3은 비교 실험을 위하여 구축한 두 종류의 앱에 대한 PaaS 환경 배포결과이다.
하지만 PaaS와 전자정부 표준프레임워크에 대한 성능 측정은 아직 발표된 사례가 없다. 이번 연구에서는 PaaS-TA의 주요 기반이 되는 Cloud Foundry를 직접 서비스 시스템에 설치하고 적용하여 전자정부 표준 프레임워크 실행환경을 구동하는 시험 시스템을 구현한 후에 성능평가 실험을 수행하였다.
앱 공간에는 IaaS에 구축된 Cloud Foundry 가상 머신(Virtual Machine)의 성능에 따라 여러 앱이 배포될 수 있다. 이번 연구에서는 두 개의 웹서비스를 배포하여 성능 측정을 수행하였다.
서비스의 경우 빌드팩과는 다르게 Cloud Foundry 설치와 동시에 사용할 수 없기 때문에 PaaS 운영자는 개발에 필요한 외부 소프트웨어들을 모두 구축해야 한다. 이번 연구에서는 해당 부분을 구축하기 위해 공간영상 정보처리에 필요한 소프트웨어를 인프라 서비스에 구축하고 이를 활용할 수 있도록 서비스 브로커 (Service broker)와 연결하였다. 서비스 브로커는 개발자와 미들웨어 간 연결해주는 역할을 수행한다.
현재 가용한 상업적 PaaS 서비스는 공간정보 적용 실험을 위한 시스템으로 개발된 경우가 없으므로 이번 연구의 실험을 위하여 직접 클라우드 환경을 구축하였다. 측정될 대상 서비스는 공간영상 정보처리를 웹에서 수행하는 웹 애플리케이션을 설계 및 구축하여 실제 영상정보 처리 알고리즘 중에서 한 가지 사례를 적용하였다. 해당 서비스 구축 시 성능 비교는 전자정부 표준프레임워크를 기반으로 한 서비스(with e-Gov Framework)와 스프링 프레임워크 기반으로(without e-Gov Framework) 구분하였다.
500명일 때도 크게 달라지지는 않지만 대략 동시 접속자 수는 6명으로 측정되었다. 한편 실험 결과에 영향을 줄 수 있는 외부 요인은 가능한 배제하고자 하였으나 네트워크 환경 자체가 영향을 줄 수 있으므로 다음 번 실험 환경을 위하여 실험 변수를 변경할 때마다 새로운 앱을 배포하였으며 같은 조건에서 동일한 실험을 3회 반복 수행하였다. 그림 4와 그림 5는 300명과 500명 사용자를 대상으로한 WPS Execute 요청 응답 시간을 나타낸 것이며, Y축 값이 클수록 늦은 응답 시간을 나타낸다.
측정될 대상 서비스는 공간영상 정보처리를 웹에서 수행하는 웹 애플리케이션을 설계 및 구축하여 실제 영상정보 처리 알고리즘 중에서 한 가지 사례를 적용하였다. 해당 서비스 구축 시 성능 비교는 전자정부 표준프레임워크를 기반으로 한 서비스(with e-Gov Framework)와 스프링 프레임워크 기반으로(without e-Gov Framework) 구분하였다. 성능 평가 대상이 되는 공간영상 정보처리 서비스의 경우 공간정보 분야에서 활용되는 기술이 포함된 미들웨어 소프트웨어를 내부 서비스 형태로 구성해야 한다.
그러나 이러한 클라우드 환경에서 어떤 특정한 응용 분야에 필요한 미들웨어나 목적 지향적 응용 서비스를 자동으로 설치되도록 하거나 운영환경을 직접 제공하지는 않기 때문에 해당 분야의 전문가가 클라우드 컴퓨팅에 필요한 추가 작업을 해야 한다. 현재 가용한 상업적 PaaS 서비스는 공간정보 적용 실험을 위한 시스템으로 개발된 경우가 없으므로 이번 연구의 실험을 위하여 직접 클라우드 환경을 구축하였다. 측정될 대상 서비스는 공간영상 정보처리를 웹에서 수행하는 웹 애플리케이션을 설계 및 구축하여 실제 영상정보 처리 알고리즘 중에서 한 가지 사례를 적용하였다.

대상 데이터

이러한 경우 300명의 동시 접속자 수는 4명 정도이다. 500명일 때도 크게 달라지지는 않지만 대략 동시 접속자 수는 6명으로 측정되었다. 한편 실험 결과에 영향을 줄 수 있는 외부 요인은 가능한 배제하고자 하였으나 네트워크 환경 자체가 영향을 줄 수 있으므로 다음 번 실험 환경을 위하여 실험 변수를 변경할 때마다 새로운 앱을 배포하였으며 같은 조건에서 동일한 실험을 3회 반복 수행하였다.
서비스 브로커는 개발자와 미들웨어 간 연결해주는 역할을 수행한다. 시험 시스템에서 구축한 데이터베이스 서비스는 MySQL(https://www.mysql.com/)과 PostgreSQL (https://www.postgresql.org/)이다. 한편 GeoServer(http://geoserver.
0 인터페이스를 활용하여 처리 상태를 주기적으로 확인하고 처리가 완료되면 결과를 소켓 통신을 통해 클라이언트에 보내는 기능을 하고 있다. 실제 측정 대상은 WPS 2.0 Execute 인터페이스를 사용하였다. JMeter에서는 HTTP 통신 방식의 요청을 스크립트화 하여 반복 수행을 할 수 있다.
이번 성능 비교는 웹 시스템에 대한 처리 요청 및 응답에 대한 소요시간 결과를 이용하여 비교하였다. 실험의 측정 변수로 사용된 사용자 수는 300명과 500명, 한 사용자가 해당 요청을 반복하는 횟수는 10번으로 설정하였기 때문에 총 3,000회와 5,000회의 요청이 이루어진다. 여기서 사용자는 쓰레드(Thread)에 해당한다.
JMeter는 대상이 되는 웹 서비스에 대한 실험 시나리오에 따라 사용자 수(Threads), 사용자 수행 시간(Ramp-Up Period), 반복 횟수(Loop Count)등과 같은 측정 변수를 설정하고 시나리오를 순차적으로 실행하면서 네트워크 부하가 발생하도록 하여 서비스의 전반적인 성능을 검사하는 도구이다. 이번 연구에서 성능 측정 실험의 대상은 표준프레임워크 기반 여부로 나뉘는 공간 영상 처리 애플리케이션으로 WPS 2.0 요청에 대해 중계를 맡는 미들웨어 애플리케이션의 응답 시간이다. 대부분 웹 서비스는 사용자 요청에 대한 응답 시간을 가지고 성능을 측정한다.

데이터처리

이번 성능 비교는 웹 시스템에 대한 처리 요청 및 응답에 대한 소요시간 결과를 이용하여 비교하였다. 실험의 측정 변수로 사용된 사용자 수는 300명과 500명, 한 사용자가 해당 요청을 반복하는 횟수는 10번으로 설정하였기 때문에 총 3,000회와 5,000회의 요청이 이루어진다.

이론/모형

성능 측정에 사용된 공간영상 처리기능은 경계선 추출(Edge Extraction)이다. 경계선 추출 기능에 대한 성능은 Zoo-Project와 연결된 영상 처리 오픈 소스 소프트웨어인 OTB(Orfeo ToolBox)(https://www.orfeo-toolbox.org/)에 포함된 함수를 직접 사용하였다. 한편 Zoo-Project(http://zoo-project.
성능측정 실험에 사용된 테스트 소프트웨어는 오픈소스 웹 서비스 측정 도구인 JMeter(https://jmeter.apache.org/)를 사용하였다. JMeter는 대상이 되는 웹 서비스에 대한 실험 시나리오에 따라 사용자 수(Threads), 사용자 수행 시간(Ramp-Up Period), 반복 횟수(Loop Count)등과 같은 측정 변수를 설정하고 시나리오를 순차적으로 실행하면서 네트워크 부하가 발생하도록 하여 서비스의 전반적인 성능을 검사하는 도구이다.
이번 연구에서는 구축한 PaaS 클라우드 시스템은 오픈소스 플랫폼인 Cloud Foundry를 사용하였다. Cloud Foundry는 기존에 설치된 IaaS에서 동작하는 클라우드 플랫폼 서비스로서 다소 내부 구성이 복잡하지만, 확장성이 좋기 때문에 국제적으로 많은 관심 커뮤니티와 개발자를 확보한 중요한 오픈소스 플랫폼 중 하나이다.

성능/효과

요청이 증가하면서 응답 시간의 증가 추세는 두 앱 모두 유사한 양상을 보인다. 300명과 500명의 두 경우에 3회 실험 결과를 평균으로 나타낸 그림 6을 확인하였을 때 전자정부 표준프레임워크 기반으로 구축된 앱이 그렇지 않은 앱에 비하여 성능이 우수한 것으로 나타났다. 이러한 실험 결과는 앞으로 다양한 처리 기능을 적용한 실험이 필요하기는 하지만, 일단은 웹 서비스의 내부 정보처리 과정에 전자정부 표준프레임워크가 성능 향상에도 기여하다는 것을 의미한다.
GeoServer와 ZooProject 등과 같은 공간정보 관련 미들웨어 소프트웨어를 오픈소스 Cloud Foundary를 적용한 PaaS 클라우드에서 운영할 수 있는 실험 서비스를 구축하였다. 이러한 웹 서비스에 대한 정보처리 요청에 대한 응답 시간을 측정한 결과로 이러한 PaaS 클라우드 환경에 전자정부 표준프레임워크를 적용하였을 때 PaaS 클라우드 환경에서 처리하는 경우에 비하여 성능이 우수하게 나타나는 것을 확인하였다. 이번 연구의 결과는 PaaS 클라우드 컴퓨팅 기술과 전자정부 표준프레임워크를 공간정보 응용 분야로 확대 적용할 수 있는 기초 자료가 될 것으로 기대한다.

후속연구

이러한 웹 서비스에 대한 정보처리 요청에 대한 응답 시간을 측정한 결과로 이러한 PaaS 클라우드 환경에 전자정부 표준프레임워크를 적용하였을 때 PaaS 클라우드 환경에서 처리하는 경우에 비하여 성능이 우수하게 나타나는 것을 확인하였다. 이번 연구의 결과는 PaaS 클라우드 컴퓨팅 기술과 전자정부 표준프레임워크를 공간정보 응용 분야로 확대 적용할 수 있는 기초 자료가 될 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	클라우드 컴퓨팅 서비스 모델 중 하나인 PaaS(Platform as a Service)와 행정안전부 전자정부 표준프레임워크의 공통점은?	클라우드 컴퓨팅 서비스 모델 중 하나인 PaaS(Platform as a Service)와 행정안전부 전자정부 표준프레임워크는 모두 웹 서비스 개발자가 개발 목적을 만족하는 핵심 기능 개발에 집중할 수 있도록 기본 공통자원을 제공하기 위한 컴퓨팅 환경이다. 웹 기반 공간정보 서비스를 구축하는 경우에도 이러한 기술들을 사용하면 미들웨어 소프트웨어 또는 플랫폼 공통 기능들을 바로 활용할 수 있다.
	공간정보 서비스 개발 분야에서 이러한 기반 기술들의 적용 가능성을 검토하거나 적용 시스템의 성능을 평가한 연구는 발표된 사례가 있는가?	웹 기반 공간정보 서비스를 구축하는 경우에도 이러한 기술들을 사용하면 미들웨어 소프트웨어 또는 플랫폼 공통 기능들을 바로 활용할 수 있다. 그러나 공간정보 서비스 개발 분야에서 이러한 기반 기술들의 적용 가능성을 검토하거나 적용 시스템의 성능을 평가한 연구는 아직 발표된 사례가 없다. 따라서 이번 연구에서는 공간정보 서비스에 대한 적용 가능성을 살펴보고자 성능평가 실험을 수행하였다.
	웹 기반 공간정보 서비스를 구축하는 경우에 어떤기술들을 사용하면 미들웨어 소프트웨어 또는 플랫폼 공통 기능들을 바로 활용할 수 있는가?	클라우드 컴퓨팅 서비스 모델 중 하나인 PaaS(Platform as a Service)와 행정안전부 전자정부 표준프레임워크는 모두 웹 서비스 개발자가 개발 목적을 만족하는 핵심 기능 개발에 집중할 수 있도록 기본 공통자원을 제공하기 위한 컴퓨팅 환경이다. 웹 기반 공간정보 서비스를 구축하는 경우에도 이러한 기술들을 사용하면 미들웨어 소프트웨어 또는 플랫폼 공통 기능들을 바로 활용할 수 있다.

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