[논문]IP PBX기반 안전관리 IoT 방송 시스템 구현

김삼택

doi:10.15207/jkcs.2019.10.8.009

IP PBX기반 안전관리 IoT 방송 시스템 구현
Implementation of Safety management broadcasting system for IoT based in IP PBX 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.10 no.8, 2019년, pp.9 - 14

초록
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현재, 5G 상용화 성공에 따라 IoT 기술이 고도화 되고 있어 다양한 사물인터넷 공공 안전 서비스를 통합한 서버 시스템이 개발되어야 한다. 본 논문에서는 IP PBX를 기반으로 IoT 디바이스와 게이트웨이를 연결하는 IoT 플랫폼인 공공 안전 통합서버를 구현하였다. 본 서버는 임베디드 OS 기반으로 다양한 IoT 서비스가 하나의 시스템에서 수행되고 공공장소의 비상통화 및 방송을 처리하는 호 처리/방송서버 기능을 내장하고 있고, IoT센서 데이터와 비상벨 정보를 수집하여 응급 상황 시 사고현장에서 비상알람과 대피방송 등을 자동송출 하며, 일상적인 정보는 상위의 IoT 서비스 서버에 전달하여 IoT서비스 서버의 명령에 따라 공공안전관리 서비스를 제공하여 국가 사회의 안전망 서비스를 편리하고 저렴하게 제공할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Currently, with the success of 5G commercialization, a server system that integrates various Internet public safety services should be developed. In this paper, we developed a public safety integrated server, which is an IoT platform connecting IoT device and IoT gateway based on IP PBX. This server is based on embedded OS and various IoT services are executed in one system and call processing / broadcasting server function that processes emergency call and emergency broadcasting in public places is built in. This system collects IoT sensor data and emergency bell information and automatically sends out emergency alarms, emergency evacuation broadcasts, etc. at an accident site in an emergency situation, and transmits the daily information to the upper IoT service server, Provide public safety management services.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. IoT safety management system server hardware configuration diagram
그림 Fig. 2. IP PBX-based IoT system management system program stack
그림 Fig. 3. Broadcast mechanism using IP PBX
그림 Fig. 4. IoT public safety server broadcasting registration algorithm
그림 Fig. 5. Broadcast preparation algorithm
그림 Fig. 6. Broadcast start algorithm
그림 Fig. 7. IoT server MOS measurement concept
그림 Fig. 8. MOS measurement data capture screen
그림 Fig. 9. Jitter measurement method
그림 Fig. 10. Jitter measurement result
그림 Fig. 11. Simultaneous call measurement result
그림 Fig. 12. CPU utilization by concurrent calls

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

7과 같이 ABACUS 5000과 IoT 공공서버를 연결하여 측정하였다. ABACUS 5000의 WAN 과 LAN 포트를 각각 측정 장비의 WAN과 LAN에 연결하고, 다른 하나의 LAN포트는 허브를 이용하여 PC에 연결하여 시험상황을 모니터링하고 결과를 저장하였다. 다른 한 포트는 SIP게이트웨이의 LAN포트에 연결하여 ABACUS 5000을 제어하는 방법으로 시험을 하였다.
ABACUS 5000의 포트 0에 스위치를 연결하고 스위치에서 IoT 서버의 LAN에 연결한다. 네트워크 스위치는 신호의 지연을 모니터링하고 결과를 측정하고 또 본 시험을 제어하기 위하여 PC에 연결하는 방식으로 구성하였다. 본 시험을 위해서 음성 코덱 G.
ABACUS 5000의 WAN 과 LAN 포트를 각각 측정 장비의 WAN과 LAN에 연결하고, 다른 하나의 LAN포트는 허브를 이용하여 PC에 연결하여 시험상황을 모니터링하고 결과를 저장하였다. 다른 한 포트는 SIP게이트웨이의 LAN포트에 연결하여 ABACUS 5000을 제어하는 방법으로 시험을 하였다. 본시험을 위해서 음성 코덱 G.
Abacus 5000은 IP 및 PSTN 전화 테스트 시스템 단일플랫폼으로 시험을 할 수 있으며, 또한 본 시스템은 실제 음성 스트림에 대한 (MOS, PSQM, PSQM+) 객관적인 음성품질을 측정하는 장비이다. 단말기의 음성을 시험하기 위하여 Fig. 7과 같이 ABACUS 5000과 IoT 공공서버를 연결하여 측정하였다. ABACUS 5000의 WAN 과 LAN 포트를 각각 측정 장비의 WAN과 LAN에 연결하고, 다른 하나의 LAN포트는 허브를 이용하여 PC에 연결하여 시험상황을 모니터링하고 결과를 저장하였다.
본 연구에서 구현한 IoT 공공 서버의 기능 중에 전체적인 통화의 성능을 나타내는 것이 동시 콜 기능이다. 동시 콜은 IoT공공 서버가 동시에 몇 통화까지 처리 할 수 있는가 하는 성능을 나타내는 것으로 동시 콜을 측정하기 위하여 Fig. 11과 같이 ABACUS5000 장비를 이용하여 24시간을 측정하였다. 동시 콜의 성능은 CPU의 효율과 성능에 따라 좌우됨으로 ARM계열의 CORTEX-A94-Core의 성능을 시험하는 것이다.
따라서 본 연구에서는 IoT플랫폼으로서 IP PBX를 기반으로 IoT 디바이스와 IoT게이트웨이를 서버에 연결하여 공공장소의 비상통화 및 비상방송을 처리하는 서버를 구현하였다. 본 서버는 임베디드 OS 기반으로, 호 처리/방송서버 기능을 내장하고 있고 아래와 같은 다양한 IoT 서비스를 하나의 시스템에서 이루어 질 수 있도록 구현하였다.
따라서 본 연구에서는 IoT플랫폼으로서 IP PBX를 기반으로 IoT 디바이스와 IoT게이트웨이를 서버에 연결하여 공공장소의 비상통화 및 비상방송을 처리하는 서버를 구현하였다. 본 서버는 임베디드 OS 기반으로, 호 처리/방송서버 기능을 내장하고 있고 아래와 같은 다양한 IoT 서비스를 하나의 시스템에서 이루어 질 수 있도록 구현하였다. 본 시스템은 IoT 센서데이터와 비상벨 정보를 수집하여 응급 상황 시 사고현장에서 비상알람, 비상 대피방송 등을 자동송출 하며, 일상적인 정보는 상위의 IoT 서비스 서버에 전달하여 IoT서비스 서버의 지령에 따라 공공안전관리 서비스 제공한다.
본 서버는 임베디드 OS 기반으로, 호 처리/방송서버 기능을 내장하고 있고 아래와 같은 다양한 IoT 서비스를 하나의 시스템에서 이루어 질 수 있도록 구현하였다. 본 시스템은 IoT 센서데이터와 비상벨 정보를 수집하여 응급 상황 시 사고현장에서 비상알람, 비상 대피방송 등을 자동송출 하며, 일상적인 정보는 상위의 IoT 서비스 서버에 전달하여 IoT서비스 서버의 지령에 따라 공공안전관리 서비스 제공한다. 또한 표준 SIP를 지원하는 타 제조사의 SIP기반 통화 및 방송장치와 상호호환되어 구내전화/구내방송시스템과 함께 통합구축이 가능하다[4].
본 시스템은 사용하는 모든 부품의 동작온도가 –5℃~ 50℃, 습도 10% ~ 90% 범위에서 하드웨어가 동작 할 수 있도록 설계하기 위하여 PCB는 6층으로 설계 제작하였으며, 전면에 나타나는 디스플레이용 보조 PCB는 2층으로 설계 제작하였다.
3와 같이 연결된 IoT 게이트웨이를 통해서 각종 정보를 수집하고, 수집된 정보를 분석하여 비상방송, 안내방송, 비상호출등 표준 SIP를 지원하는 SIP 기반 인터넷 전화기의 내부 스피커나, 독립된 SIP 스피커을 이용하고 IP PBX를 통하여 지정방송, 예약 방송, 재난방송을 할 수 있도록 구현하였다. 본 시스템을 이용하여 방송 할 수 있는 알고리즘은 등록된 방송을 피처 코드화하고 그 피처 코드로 방송 스케줄을 관리하며 관련 방송에 따른 음원을 저장하는 페이징 모듈을 구현하였다[7,8].
본 연구에서 구현한 IP PBX를 기반으로 하는 사물 인터넷 시스템 관리 시스템 서버는 Fig. 3와 같이 연결된 IoT 게이트웨이를 통해서 각종 정보를 수집하고, 수집된 정보를 분석하여 비상방송, 안내방송, 비상호출등 표준 SIP를 지원하는 SIP 기반 인터넷 전화기의 내부 스피커나, 독립된 SIP 스피커을 이용하고 IP PBX를 통하여 지정방송, 예약 방송, 재난방송을 할 수 있도록 구현하였다. 본 시스템을 이용하여 방송 할 수 있는 알고리즘은 등록된 방송을 피처 코드화하고 그 피처 코드로 방송 스케줄을 관리하며 관련 방송에 따른 음원을 저장하는 페이징 모듈을 구현하였다[7,8].
본 연구에서 구현한 IoT 서버의 지터 성능을 측정하가 위하여 국내 모든 통신사에서 자사제품에 대한 BMT에 사용하는 ABACUS 5000모델을 사용하여 Fig 11과같이 측정시험 시스템을 구성하였다. ABACUS 5000의 포트 0에 스위치를 연결하고 스위치에서 IoT 서버의 LAN에 연결한다.
동시 콜의 성능은 CPU의 효율과 성능에 따라 좌우됨으로 ARM계열의 CORTEX-A94-Core의 성능을 시험하는 것이다. 시험은 최초 동시 10콜에서 시작하여 매 10콜씩 증가 시키며 시스템 성능상 측정콜의 최대치인 200콜까지 측정하였다. 측정 결과는 패킷 손실 없이 200콜 송수신이 정상적인 결과를 얻을 수 있었다.
2와 같이 구성하였다. 하나의 장치에서 통신과 방송기능을 융합하는 것으로 본 기능을 원활히 수행하기 위해 리눅스 NEXLL 3.4.39 OS 버전을 기반으로 인터넷으로 음성(VoIP)을 전달하기 위한 프로토콜로 SIP(Session Initiation Protocol)를 구현하였으며, SIP 프로토콜을 기반으로 구내 교환 기능을 하는 IP(Internet Protocol) PBX(Private Branch Exchange)를 구현하였다[5,6].

대상 데이터

IoT 안전관리 시스템 하드웨어는 구조는 Fig 2와 같이 메모리, CPU, 멀티미디어와 통신 모듈, 인터럽트 컨트롤러와 같은 시스템, 디스플레이, 비디오 입력 인터페이스, 부가연결 장치로 구성하였다. CPU는 동시 200콜 이상의 성능을 낼 수 있는 1Mbytes의 L2 캐시를 내장한 ARM계열의 CORTEX-A9 4-Core를 사용하였다.
다른 한 포트는 SIP게이트웨이의 LAN포트에 연결하여 ABACUS 5000을 제어하는 방법으로 시험을 하였다. 본시험을 위해서 음성 코덱 G.711을 사용하였으며, G.711 코덱은 64 kbit/s에서 시외 전화 정도의 품질을 제공하는 협대역 오디오 코덱으로 IP음성 통신에서 가장 많이 사용한다.
다른 한 포트는 SIP게이트웨이의 LAN포트에 연결하여 ABACUS 5000을 제어하는 방법으로 시험을 하였다. 본시험을 위해서 음성 코덱 G.711을 사용하였으며, G.711 코덱은 64 kbit/s에서 시외 전화 정도의 품질을 제공하는 협대역 오디오 코덱으로 IP음성 통신에서 가장 많이 사용한다.

이론/모형

본 연구 구현한 IoT 공공서버를 통한 통화 음질을 측정하기 위하여 ABACUS 5000 모델을 이용하였다. Abacus 5000은 IP 및 PSTN 전화 테스트 시스템 단일플랫폼으로 시험을 할 수 있으며, 또한 본 시스템은 실제 음성 스트림에 대한 (MOS, PSQM, PSQM+) 객관적인 음성품질을 측정하는 장비이다.

성능/효과

측정 결과는 패킷 손실 없이 200콜 송수신이 정상적인 결과를 얻을 수 있었다. 200콜을 동시에 송수신을 하면서 사용되는 서버 CPU 사용률을 측정한 결과 Fig. 12와 같이 동시 콜의 수가 증가함에 따라 CPU 사용율도 콜의 증가에 따라 정상적으로 비례하여 증가함을 볼 수 있었고, 본 연구에서 시스템의 처리 목표로 정한 200콜에서 CPU의 사용률이 98%에 도달하여 최대 사용률을 보였다.
0으로 떨어지는 현상은 순간의 네트워크의 상황이 변한 것으로 이해할 수 있다. 네트워크의 상황이 변하더라도 기준이상으로 음성 품질을 유지할 수 있어서 통화전달에는 문제가 없음을 증명하였다.
본 논문에서 IoT 플랫폼으로서 기존 IP PBX를 기반으로 IoT 디바이스와 IoT 게이트웨이를 연결하고 호 처리/방송서버 기능을 내장하여 공공장소의 비상통화 및 비상방송을 처리할 수 있는 임베디드 OS 기반의 통합 서비스 서버를 구현하고 시스템의 MOS 성능 측정에서 평균값 4.27과, RTP 지연시간 당초 목표인 100ms이하, 패킷 손실 없이 200콜 송수신이 정상 기록되어 당초 구현 목표를 달성했다. 특히 본 시스템은 기존의 IP PBX와 비상벨, CCTV, IoT 센서 등과 연계한 공원, 학교, 정류장, 어린이 보호구역, 주정차 단속, 쓰레기 무단투입 장소 등에 기존의 IP PBX와 더불어 방송과 통신을 하나의 서버로 간편하게 사용할 수 있다.
음질 시험은 VTQ를 이용하여 2시간 측정하여 Fig. 8과 같이 본 시스템의 구현 목표에서 제시한 MOS 4.0을 기준으로 최저 4.12에서 최고 4.31의 값을 얻을 수 있었으며, 평균값은 4.27를 기록하여 당초 구현 목표를 달성하였다. 그래프에서 4.
10과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 전체 86,404콜을 시험하고 8초 동안 콜을 보내고 받으면서 콜의 지연시간을 측정한 결과 평균 RTP 지연 시간이 최소 0ms ̴최대22ms까지 측정되었으며 평균 1ms로 본 구현 서버를 통과하는 정보 전달 지연시간 당초 목표인 100ms이하로 달성하였다.
시험은 최초 동시 10콜에서 시작하여 매 10콜씩 증가 시키며 시스템 성능상 측정콜의 최대치인 200콜까지 측정하였다. 측정 결과는 패킷 손실 없이 200콜 송수신이 정상적인 결과를 얻을 수 있었다. 200콜을 동시에 송수신을 하면서 사용되는 서버 CPU 사용률을 측정한 결과 Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	IP PBX를 이용한 방송 시스템의 특징은?	위 알고리즘을 통해서 방송 서버와 PBX사이에서 방송 준비를 활성화 한 후 PBX는 방송 준비에 들어간다. IP PBX를 이용한 방송 시스템은 IP PBX를 통하여 지정방송, 예약 방송, 재난방송 등을 피처 코드화하고 방송 서버의 페이징 모듈 안에 방송 스케줄 관리와 해당 방송에 따른 음원 정보 등을 저장 한다. 따라서 페이징을 이용한 방송 알고리즘은 Fig.
	공공장소의 비상통화 및 비상방송을 처리하는 서버를 구축한 이유는 무엇인가?	그러나 현재, 공공 안전에 사용되는 다양한 공공 사물인터넷 서비스 구조에서 비상벨, 업무용 전화, CCTV, 방송 등의 각기 다른 서비스를 위해서 해당 서비스에 맞는 공공 안전 사물 인터넷 서비스 서버시스템이 독립적으로 구축이 되어야하는 문제점이 있다[3].
	5G 상용화 성공으로 개발해야 하는 것은?	현재, 5G 상용화 성공에 따라 IoT 기술이 고도화 되고 있어 다양한 사물인터넷 공공 안전 서비스를 통합한 서버 시스템이 개발되어야 한다. 본 논문에서는 IP PBX를 기반으로 IoT 디바이스와 게이트웨이를 연결하는 IoT 플랫폼인 공공 안전 통합서버를 구현하였다.

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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