[논문]RFID 입력 테이터 스트림에 대한 다중 버퍼 기반의 고속 데이터 처리 알고리즘

한수; 신승호

문제 정의

본 논문에서는 RFID 시스템에서 발생되는 데이터, 즉 EPC 데이터 수집 시 미들웨어 자체에서 데이터가 고속 으로 처리 될 수 있으며, 질의를 받을 시 질의 결과를 고속으로 연산해 내는 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서는 다음과 같이 두 가지 사항을 목표로 한다.
본 논문에서는 다중 버퍼를 이용하여 데이터 전송 시 효율적으로 데이터를 처리할 수 있고, 고속으로 데이터를 전송할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 본 연구의 대상 데이터를 RFID 데이터인 EPC 데이터를 사용함으 로써 RFID 미들웨어에서 데이터 수집 모듈에 적용 가능 함을 보였다.
본 논문에서는 연속 질의의 결과를 얻기 위해 요구되는 데이터를 임시로 저장하는 저장 공간 관리를 다중 버퍼를 이용하여 관리 한다. 특성이 부여 된 다중 버퍼를 사용함으 로써 데이터 스트림의 그룹을 분리하여 질의에 대한 결과 값을 추론할 때 고속으로 결과 값을 얻어낼 수 있도록 하 고, 데이터 유입 능력을 극대화 하도록 한다.

가설 설정

• 다중 버퍼를 이용하여 데이터가 상위 모듈로 빠르게 전송 될 수 있다. 한 개의 버퍼를 통해서 FIFO (First Input First Out) 방식으로 데이터 전송 할 경우보다 다중 버퍼를 통해서 데이터를 상위 모듈로 전송할 때 데이터 처리의 효율을 높일 수 있다.

제안 방법

그 이유는 같은 자원상태에서 데이터를 측정하기 위해서 이다.(100 * 1 = 10 * 10) 그리고 데이터 생성 시 찾고자 하는 데이터가 빨리 생성 될 수 있으므로 확률적으로 데이터를 뽑기 위해서 각각의 상황을 10번씩 테스트 한다. 데이터 발생 속도는 1부터 5까지 테스트 하고 프로세스 수행 시간은 5로 고정 설정한다.
본 논문에서는 버퍼 특성 기준에 대하여 EPC를 이진 데이터화 시켜 버퍼의 개수로 나누어 버퍼 특성 기준 값을 도출 하였다. 각 버퍼는 기준 값 범위를 기반으로 특성이 부여 되고 검출 하고자 하는 질의를 넣었을 때, 원하는 데이터를 통해 인덱스를 도출하고 해당하는 버퍼에 서만 검색 하여 찾아낼 수 있도록 하였다.
본 연구의 대상 데이터를 RFID 데이터인 EPC 데이터를 사용함으 로써 RFID 미들웨어에서 데이터 수집 모듈에 적용 가능 함을 보였다. 그리고 다중버퍼에서 동적으로 버퍼의 추 가와 삭제가 가능 하도록 제안되었다. 또한 질의 응답 속도를 높이기 위해 각 버퍼에 입력될 수 있는 데이터의 범위를 정하여 질의 결과를 찾을 때 해당 버퍼에서만 데이터를 찾게 함으로써 빠른 결과를 얻을 수 있었다.
첫 번째로 데이터 유입량 변화 시 동적 버퍼가 중감 하는 것을 테스트 한다. 두 번 째는 버퍼가 단순히 한 개로 이루어져 FIFO (First Input First Out) 방식으로 입력 될 때와 본 논문에서 제안한 다중 버퍼 알고리즘을 이용 하였을 때, 데이터 유입속도에 비례한 처리 속도를 살펴 본다.
두 번째 시뮬레이션 설정은 버퍼가 한 개로 구성되어 있을 때는 버퍼가 수용할 수 있는 데이터 수를 100으로 설정하고 다중버퍼의 경우에는 10개의 버퍼가 생성 되도 록 메모리를 설정하고 각 버퍼는 10개의 데이터가 들어 갈 수 있도록 설정한다. 그 이유는 같은 자원상태에서 데이터를 측정하기 위해서 이다.
본 논문에서는 EPC 데이터의 고유 식별자를 이용해 각 버퍼에 입력 할 때의 특성 부여 기준을 생성한다.
본 논문에서는 버퍼 특성 기준에 대하여 EPC를 이진 데이터화 시켜 버퍼의 개수로 나누어 버퍼 특성 기준 값을 도출 하였다. 각 버퍼는 기준 값 범위를 기반으로 특성이 부여 되고 검출 하고자 하는 질의를 넣었을 때, 원하는 데이터를 통해 인덱스를 도출하고 해당하는 버퍼에 서만 검색 하여 찾아낼 수 있도록 하였다.
시뮬레이션을 위하여 시뮬레이터를 구현하였는데, 데이터 생성을 RFID 리더를 통해서 데이터 생성을 해야하지만, 데이터 유입량 조절을 위해서 데이터 Generator 를 직접 구현하였다. 구현 환경은 OS는 Windows 2003 이고 개발 킷은 닷넷2.
시뮬레이션 시나리오는 다음과 같이 이루어진다. 첫 번째로 데이터 유입량 변화 시 동적 버퍼가 중감 하는 것을 테스트 한다. 두 번 째는 버퍼가 단순히 한 개로 이루어져 FIFO (First Input First Out) 방식으로 입력 될 때와 본 논문에서 제안한 다중 버퍼 알고리즘을 이용 하였을 때, 데이터 유입속도에 비례한 처리 속도를 살펴 본다.
본 논문에서는 연속 질의의 결과를 얻기 위해 요구되는 데이터를 임시로 저장하는 저장 공간 관리를 다중 버퍼를 이용하여 관리 한다. 특성이 부여 된 다중 버퍼를 사용함으 로써 데이터 스트림의 그룹을 분리하여 질의에 대한 결과 값을 추론할 때 고속으로 결과 값을 얻어낼 수 있도록 하 고, 데이터 유입 능력을 극대화 하도록 한다.
버퍼 관리자는 해당 버퍼의 특성에 맞추어 인덱스 관리를 하며 질의 가 들어왔을 때, 범위를 찾아 해당 인덱스의 버퍼에서만 결과를 찾음으로써, 시간 낭비를 줄일 수 있다. 하지만 만약 집중적으로 한쪽 버퍼에만 입력되어서 자원 낭비가 생기게 될 경우가 있는더〕, 이때는 현재 생성되어 있는 다른 버퍼의 상태를 버퍼 관리자가 모니터링 하면서 버 퍼 수용능력올 체크 후 버퍼 자원이 남아 있는 공간이 많은 데 비하여 한 쪽 버퍼에만 몰려 있는 것을 확인하 면 기준 값 범위를 조정을 함으로써 버퍼의 특성 부여를 새로 한다. 그럼으로써 자원 낭비를 줄일 수 있다.

대상 데이터

EPCglobal에서 보급하는 RFID 태그 입력용 코드 체계로서, 총 96비트의 정형화 된 데이터를 입력할 수 있 는다. 본 논문에서 사용하는 데이터는 EPC 코드체계에 맞 는 데이터를 사용한다. EPC 데이터의 구조는 ［그림 1］과 같다.
생성된 데이터는 부하제한기인 Overfk)w_Limit0에 유 입되고 제안 돤 내용의 시뮬레이션이 진행된다. 시뮬레 이션에서는 버퍼의 구현올 Queue를 사용하였으며, 각 Queue는 E】】Queue0와 DeQueueO를 이용하여 데이터를 입력하고 출력할 수 있다. ［표 3］은 시뮬레이션에 사용된 핵심적인 함수를 나타내고 있다.
질의 데이터는 생성 가능한 데이터 범위 안에서 사용자가 임의로 데이터를 지정 하여 입력 한다. 시뮬레이션 수행 작업에 있어서 질의 데이터는 임의로 16진수 '1234567890'을 입력 하였다.
시뮬레이션 최대 버퍼는 10개로 한정 한다.

성능/효과

그리고 다중버퍼에서 동적으로 버퍼의 추 가와 삭제가 가능 하도록 제안되었다. 또한 질의 응답 속도를 높이기 위해 각 버퍼에 입력될 수 있는 데이터의 범위를 정하여 질의 결과를 찾을 때 해당 버퍼에서만 데이터를 찾게 함으로써 빠른 결과를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 다중 버퍼를 이용하여 데이터 전송 시 효율적으로 데이터를 처리할 수 있고, 고속으로 데이터를 전송할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 본 연구의 대상 데이터를 RFID 데이터인 EPC 데이터를 사용함으 로써 RFID 미들웨어에서 데이터 수집 모듈에 적용 가능 함을 보였다. 그리고 다중버퍼에서 동적으로 버퍼의 추 가와 삭제가 가능 하도록 제안되었다.
첫 번째로 데이터 유입량 변화는 쓰레드의 슬립타임을 20에서 1까지 1씩 줄여가며 데이터 유입량을 높인다. 그리고 버퍼가 동적으로 활성화 되는 개수를 체크 한다.
단일 버퍼 사용할 때 보다 다중 버퍼 사용 시 고속으로 데이터 처리 하는 것을 볼 수 있었다. 평균치를 그래프 화하여 나타냈는데 데이터 쓰레드 타임이 높은 5 값을 가질 수록 즉, 데이터 생 성 속도가 낮을 수록 약간 높은 프로세스 시간을 가지는 이유는 원하는 데이터가 난수 발생 시 늦게 발생 되어 나타내는 결과로 유추할 수 있었다. 하지만 다중 버퍼 사용 시 전체적으로 속도가 빨라진 것을 확인할 수 있다.
• 다중 버퍼를 이용하여 데이터가 상위 모듈로 빠르게 전송 될 수 있다. 한 개의 버퍼를 통해서 FIFO (First Input First Out) 방식으로 데이터 전송 할 경우보다 다중 버퍼를 통해서 데이터를 상위 모듈로 전송할 때 데이터 처리의 효율을 높일 수 있다.

후속연구

향후 연구에는 데이터가 버퍼에 들어와서 정체 현상이 벌어질 때, 버퍼 안에 데이터를 버리거나 삭제하는 알고 리즘이 필요하다. 타임 스탬프(Time Stamp)같은 필드를 이용하여 오래된 데이터의 삭제하는 알고리즘이나 우선 순위 기반으로 낮은 우선순위 데이터를 버리는 알고리즘 에 대해서 연구가 필요하다.

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