[논문]스마트 빌딩을 위한 IoT 클라우드 플랫폼의 성능 평가

박정규; 박은영

doi:10.5762/kais.2020.21.5.664

스마트 빌딩을 위한 IoT 클라우드 플랫폼의 성능 평가
Performance Evaluation of IoT Cloud Platforms for Smart Buildings 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.5, 2020년, pp.664 - 671

박정규 (창신대학교 컴퓨터소프트웨어공학과) , 박은영 (신한대학교 임상병리학과)

초록
AI-Helper

스마트 빌딩 (Smart Building)은 사물 인터넷 (IoT; Internet of Things) 장치와 클라우드 서비스에서 모두 사용될 수 있는 응응 프로그램을 의미한다. 최근 Amazon, Google 및 Microsoft와 같은 클라우드 서비스 제공 업체는 IoT 장치에서 클라우드 애플리케이션 서비스를 제공할 수 있는 IoT 클라우드 플랫폼을 제공하고 있다. Postscapes에 따르면 최근에 152 개의 IoT 클라우드 플랫폼이 존재하고 있으며 스마트 빌딩 구현을 위해 하나를 선택하는 것은 어려운 문제이다. 본 논문에서는 실험을 위해서 마이크로소프트 Azure IoT 허브와 아마존의 AWS(Amazon Web Services) IoT를 선택하였다. 두 개의 IoT 클라우드 플랫폼을 선택하고 스마트 빌딩 관점에서 평가하였다. IoT 클라우드 플랫폼을 평가하기 위해 두 가지 다른 IoT 클라우드 플랫폼을 활용하였고, 일반적인 스마트 빌딩 시나리오를 가정하여 프로토타입을 구현하였다. 실험은 IoT 클라우드 플랫폼을 사용하여 시스템을 개발하는 과정에서 얻은 정보와 경험을 기반으로 수행하였다. 이 평가 결과는 스마트 빌딩을 위해 IoT 클라우드 플랫폼을 선택할 때 활용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

A Smart Building, one that uses automated processes to control its operations, refers in this study to one that uses both Internet of Things (IoT) devices and cloud services software. Cloud service providers (e.g. Amazon, Google, and Microsoft) have recently providedIoT cloud platform application services on IoT devices. According to Postscapes, there are now 152 IoT cloud platforms. Choosing one for a smart building is challenging. We selected Microsoft Azure IoT Hub and Amazon's AWS (Amazon Web Services) IoT. The two platforms were evaluated and selected from a smart building perspective. Each prototype was evaluated on two different IoTplatforms, assuming a typical smart building scenario. The selection was based on information and experience gained from developing the prototype system using the IoT cloud platform. The assessment made in this evaluation may be used to select an IoTcloud platform for smart buildings in the future.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Groups of Cloud Services
그림 Fig. 2. Example of MQTT Connection
그림 Fig. 3. Architecture of Smart Building using Cloud Computing
그림 Fig. 4. Architecture of IoT Sensing System
그림 Fig. 5. Web page for temperature and Co2 sensor data
그림 Fig. 6. Web page for actuator status display and remote control
표 Table 1. List of IoT Cloud Platforms
그림 Fig. 7. Architecture of IoT Sensing System
그림 Fig. 8. Result of Communication Management
그림 Fig. 9. Result of Device Management

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

실험은 Azure IoT 허브와 AWS IoT 두 IoT 클라우드 플랫폼에서 진행하였으며 통신, 장치, 데이터 처리, 개발 부분으로 나누어 평가하였다. 논문에서는 통신, 장치관리 부분의 결과를 중점적으로 살펴보았다. 실험 결과 점수는 시나리오를 만족하고 기능을 만족할 경우 5점 만점을 기준으로 하였다.
본 논문에서는 대부분 플랫폼의 기능적 특성과 성능에 대해서 본석하고 논의한다 [6-7]. 논문의 목적은 IoT 클라우드 플랫폼을 사용하는 애플리케이션 개발 프로세스에 대한 비교 연구로 기존 논문을 보완하는 것이다. 본 논문에서는 현재 가장 많이 사용하는 IoT 클라우드 플랫폼 2개를 선택 후 평가를 진행하였다 [8].
특히 기업에서는 사용하는 모든 IoT 장치를 연결하고 테이터를 수집하는 것을 필요로 하였다. 또한, 수집된 데이터를 이용하여 분석하는 것을 새로운 의사결정에 사용하고자 하였다. 컴퓨팅 시장에서는 이를 위해 IoT 클라우드 플랫폼을 제공하기 시작하였다.
본 논문에서는 대부분 플랫폼의 기능적 특성과 성능에 대해서 본석하고 논의한다 [6-7]. 논문의 목적은 IoT 클라우드 플랫폼을 사용하는 애플리케이션 개발 프로세스에 대한 비교 연구로 기존 논문을 보완하는 것이다.
본 논문에서는 스마트 빌딩의 관점에서 IoT 클라우드플랫폼을 평가하는 것이다. 실험 결과는 Azure와 AWS모두 IoT 프레임워크 최고의 입지를 보이기 때문에 예상한 것과 같이 높은 점수를 받을 수 있었다.
논문의 목적은 IoT 클라우드 플랫폼을 사용하는 애플리케이션 개발 프로세스에 대한 비교 연구로 기존 논문을 보완하는 것이다. 본 논문에서는 현재 가장 많이 사용하는 IoT 클라우드 플랫폼 2개를 선택 후 평가를 진행하였다 [8].
에지 장치로 Raspberry Pi B+를 사용했으며 리눅스운영체제 (Raspbian)로 동작한다. 에지 장치의 목적은 IoT 클라우드 플랫폼과 단말기 사이의 게이트웨이 역할을 하는 것이다. 이 구조는 최근 많은 IoT 프레임워크에서 사용되고 있으며 앞서 소개한 Enrique의 연구에서도 사용되었다.
Enrique는 스마트 빌딩이 클라우드 컴퓨팅을 활용할 수 있도록 IoT 프레임워크를 개발했다 [11]. 연구에서는 스마트 빌딩의 장점과 구현해야 하는 이유에 대해 설명하였다. 또한 스마트 빌딩을 구현하고 시스템의 다양한 구성 요소를 실험하였다.
조사를 통하여 클라우드 컴퓨팅의 장점을 논의하였고 통신 표준이 얼마나 중요한지를 설명하였다. 이 논문의 핵심은 클라우드 컴퓨팅을 활용하면서 스마트 빌딩을 위한 IoT 프레임 워크를 제시한 것이다. 이 프레임 워크는 서로 다른 통신 프로토콜을 통해 게이트웨이에 연결된 여러 개의 장치를 사용한다.

가설 설정

논문 연구를 수행하기 위해 스마트 빌딩에 대한 일반적인 시나리오를 가정하였고 기기 프로토타입을 구현하였다. 실험 시나리오에 적용하는 일반적인 스마트 빌딩기기는 난방, 환기 및 에어 컨디셔닝 (HVAC; Heating, Ventilation, Air Conditioning) 시스템이다.

제안 방법

또한 스마트 빌딩을 구현하고 시스템의 다양한 구성 요소를 실험하였다. 관련 연구에서는 통신 및 클라우드 컴퓨팅을 조사하였다. 조사를 통하여 클라우드 컴퓨팅의 장점을 논의하였고 통신 표준이 얼마나 중요한지를 설명하였다.
또한 버튼을 이용하여 난방/냉방 기능을 수동으로 제어할 수 있도록 하였다. 난방과 냉방을 수동으로 제어할 수 있게 됨으로써 온도 센서가 측정하는 값을 제어하면서 실험하였다.
논문에서 제안하는 시스템은 단말기(end device), 에지 장치 (edge device), IoT 클라우드 플랫폼 및 웹 페이지(web page)의 4 부분으로 구성된다. Fig.
7에 버튼 센서를 이용하여 CO₂ 값을 증가/감소 시킬 수 있도록 코드를 작성하였다. 또한 버튼을 이용하여 난방/냉방 기능을 수동으로 제어할 수 있도록 하였다. 난방과 냉방을 수동으로 제어할 수 있게 됨으로써 온도 센서가 측정하는 값을 제어하면서 실험하였다.
연구에서는 스마트 빌딩의 장점과 구현해야 하는 이유에 대해 설명하였다. 또한 스마트 빌딩을 구현하고 시스템의 다양한 구성 요소를 실험하였다. 관련 연구에서는 통신 및 클라우드 컴퓨팅을 조사하였다.
실험은 Azure IoT 허브와 AWS IoT 두 IoT 클라우드 플랫폼에서 진행하였으며 통신, 장치, 데이터 처리, 개발 부분으로 나누어 평가하였다. 논문에서는 통신, 장치관리 부분의 결과를 중점적으로 살펴보았다.
관련 연구에서는 통신 및 클라우드 컴퓨팅을 조사하였다. 조사를 통하여 클라우드 컴퓨팅의 장점을 논의하였고 통신 표준이 얼마나 중요한지를 설명하였다. 이 논문의 핵심은 클라우드 컴퓨팅을 활용하면서 스마트 빌딩을 위한 IoT 프레임 워크를 제시한 것이다.

대상 데이터

Azure IoT 허브와 AWS IoT 모두 단말기에서 클라우드로 데이터를 전송할 때 JSON 메시지 데이터 형식을 사용하였다. 또한 제공하는 샘플 코드, 문서 및 장치 간 통신에 대한 문서화 구현 부분에서 Azure IoT 허브와 AWS IoT 사이에 큰 차이점이 없었다.
단말기는 주변 정보를 측정하는 센서와 외부 기기를 동작시켜주는 액추에이터와 연결하고 있으며 실험에서는 아두이노 우노 (Arduino Uno)를 사용하였다. 단말기는 에지 장치에서 받은 명령을 기반으로 액추에이터를 제어한다.
시스템의 모든 논리는 클라우드에 배치되고 IoT 클라우드 플랫폼은 시스템의 다른 부분의 규제, 메시지 라우팅, 통합을 담당한다. 본 논문에서는 2개의 IoT클라우드 플랫폼을 선택하였으며 4장 실험 및 결과에서 설명한다.
실험에서 비교 대상으로 선정된 플랫폼은 마이크로소프트 Azure IoT 허브와 아마존의 AWS(Amazon Web Services) IoT로, 둘 다 PaaS 서비스이다 [12, 13].Azure IoT 허브와 AWS IoT는 마이크로소프트와 아마존 양대 클라우드 업체에서 제공하고 있다.
Postscapes 에서는 약 152개의 IoT 클라우스 플랫폼을 분석해 놓았다. 이 목록을 기반으로 1장에서 설명한 6개의 조건에 맞는 플랫폼을 18개 선택하였다. 선택된 플랫폼은 Table 1에서 표시하고 있다.
제안하는 시스템을 테스트하기 위해 아두이노 우노, 라즈베리 파이, 센서를 이용하여 Fig. 7와 같이 구성하였다. 실험에서 CO₂ 값이 자주 변하기 않기 때문에 Fig.

이론/모형

많은 IoT 클라우드 플랫폼 중에서 실험에 맞는 플랫폼을 선택하기 위해서 Postscapes에서 정리한 문서를 참고하였다. Postscapes 에서는 약 152개의 IoT 클라우스 플랫폼을 분석해 놓았다.

성능/효과

이에 비해 Azure IoT 허브는 전송할 항목을 더 자유롭게 선택할 수 있고 AWS IoT는 전송되는 데이터를 가능한 한 적게 제한하고 있다. 두 방법 모두 구현 방법은 이해가 되지만 실험 시나리오에서는 Azure IoT 허브가 더 적합하다.
논문에서는 통신, 장치관리 부분의 결과를 중점적으로 살펴보았다. 실험 결과 점수는 시나리오를 만족하고 기능을 만족할 경우 5점 만점을 기준으로 하였다.
본 논문에서는 스마트 빌딩의 관점에서 IoT 클라우드플랫폼을 평가하는 것이다. 실험 결과는 Azure와 AWS모두 IoT 프레임워크 최고의 입지를 보이기 때문에 예상한 것과 같이 높은 점수를 받을 수 있었다. 또한, Azure IoT Hub 및 AWS IoT가 제공하는 많은 기능이 유사한 방식으로 구현되어 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트 빌딩 (Smart Building)이란 무엇인가?	스마트 빌딩 (Smart Building)은 사물 인터넷 (IoT; Internet of Things) 장치와 클라우드 서비스에서 모두 사용될 수 있는 응응 프로그램을 의미한다. 최근 Amazon, Google 및 Microsoft와 같은 클라우드 서비스 제공 업체는 IoT 장치에서 클라우드 애플리케이션 서비스를 제공할 수 있는 IoT 클라우드 플랫폼을 제공하고 있다.
	스마트 라이트의 장점은?	IoT 클라우드 플랫폼이 지원할 수 있는 IoT 솔루션의 예로 스마트 라이트(Smart lights)를 들 수 있다. 스마트 라이트는 건물의 조명으로 사용되며 IoT 클라우드 플랫폼에 연결하여 원격 제어 및 스케줄링이 가능하다 [3]. 이 조명은 아침에 조명이 자동으로 켜지고 저녁에 꺼지는 데 활용할 수 있고 이를 통해 에너지를 절약할 수 있다.
	IoT 클라우드 플랫폼의 장점은?	IoT 클라우드 플랫폼은 장치, 네트워크 및 애플리케이션을 통합하고 있다 [2]. 이러한 플랫폼은 IoT 장치가 구축되는 에코 시스템을 제공하여 IoT 솔루션을 지원하고 활성화하기 때문에 사용자에게 구현 복잡성을 숨길 수 있다. IoT 클라우드 플랫폼이 지원할 수 있는 IoT 솔루션의 예로 스마트 라이트(Smart lights)를 들 수 있다.

참고문헌 (13)

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상세보기
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상세보기
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Amazon. AWS IoT [Internet]. Amazon, 2019 [cited 2019 October 01], Available From: https://aws.amazon.com/iot (accessed Feb. 22, 2020)

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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