[국내논문]스마트 빌딩에서의 효율적인 사물인터넷 서비스를 위한 분산 서버 기반 데이터 관리 및 제어 기법 Distributed Server based Data Management and Device Control Scheme for Efficient IoT Service in Smart Building원문보기
최근, 건물 내에서 편리하고 다양한 사물인터넷 서비스를 사용자에게 제공할 수 있는 스마트 빌딩관리 시스템이 큰 관심을 받고 있다. 하지만, 현재 연구되고 있는 스마트 빌딩 관리 시스템은 중앙의 단일 플랫폼 서버가 건물 내 모든 데이터와 서비스를 관리하는 방식으로, 건물의 규모가 커지고 층이 높아질수록 단일 장애 지점, 데이터베이스 과부하, 요청 처리 지연의 문제가 발생하게 된다. 따라서, 본 논문에서는 부하 분산을 위해 각 층에 분산형 플랫폼 서버를 두고, 분산된 서버 간의 통신을 통해 건물의 규모에 관계없이 효율적인 사물인터넷 서비스를 제공할 수 있는 분산형 스마트 빌딩관리 시스템을 제안한다. 또한, 수치 분석을 통해, 제안 기법이 사물인터넷 플랫폼 서버 부하 및 요청 처리 지연 측면에서 기존 기법보다 우수함을 검증하였다.
최근, 건물 내에서 편리하고 다양한 사물인터넷 서비스를 사용자에게 제공할 수 있는 스마트 빌딩관리 시스템이 큰 관심을 받고 있다. 하지만, 현재 연구되고 있는 스마트 빌딩 관리 시스템은 중앙의 단일 플랫폼 서버가 건물 내 모든 데이터와 서비스를 관리하는 방식으로, 건물의 규모가 커지고 층이 높아질수록 단일 장애 지점, 데이터베이스 과부하, 요청 처리 지연의 문제가 발생하게 된다. 따라서, 본 논문에서는 부하 분산을 위해 각 층에 분산형 플랫폼 서버를 두고, 분산된 서버 간의 통신을 통해 건물의 규모에 관계없이 효율적인 사물인터넷 서비스를 제공할 수 있는 분산형 스마트 빌딩관리 시스템을 제안한다. 또한, 수치 분석을 통해, 제안 기법이 사물인터넷 플랫폼 서버 부하 및 요청 처리 지연 측면에서 기존 기법보다 우수함을 검증하였다.
With the deployment of Internet of Things (IoT) services, the interest of smart building management system is rapidly increased. However, existing smart building management system has some limitations such as single point of failure, scalability, processing delay by using the centralized service pla...
With the deployment of Internet of Things (IoT) services, the interest of smart building management system is rapidly increased. However, existing smart building management system has some limitations such as single point of failure, scalability, processing delay by using the centralized service platform server. To overcome these limitations, in this paper, the distributed server based smart building management scheme is proposed. In the proposed scheme, it is possible to provide fast and efficient IoT services, regardless of the scale of smart building, by using the distributed server of each floor. From the numerical analysis, it is shown that the proposed scheme provides better performance than the existing centralized scheme in terms of stability of database and service processing delay.
With the deployment of Internet of Things (IoT) services, the interest of smart building management system is rapidly increased. However, existing smart building management system has some limitations such as single point of failure, scalability, processing delay by using the centralized service platform server. To overcome these limitations, in this paper, the distributed server based smart building management scheme is proposed. In the proposed scheme, it is possible to provide fast and efficient IoT services, regardless of the scale of smart building, by using the distributed server of each floor. From the numerical analysis, it is shown that the proposed scheme provides better performance than the existing centralized scheme in terms of stability of database and service processing delay.
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문제 정의
이와 같은 위험성을 해소하기 위해, 본 논문에서는 스마트 빌딩의 각 층에 관리 서버를 둠으로써 중앙 집중형 서버의 역할을 분산시켰고, 이를 통해 중앙 서버로 인해 발생할 수 있는 잠재적 문제를 해결한다. 또한, 각 층에 위치한 소형 센서의 URI (Uniform Resource Identifier)를 활용한 분산 서버 간 통신을 적용함으로써 기존보다 더 빠르게 센싱 데이터를 수집하고 스마트 서비스를 제공할 수 있다.
본 논문에서는 분산된 사물인터넷 서비스 관리 서버간의 통신을 통해 건물의 규모에 관계없이 효율적인 사물인터넷 서비스를 제공할 수 있는 분산형 스마트 빌딩 관리 시스템을 제안했다.
가설 설정
두 기법 간 분석을 위해, 지연 시간을 비교하는 경우에는 센싱 데이터 저장 및 획득과 액추에이터 제어 절차를 한 번씩만 수행하는 것을 가정했다. 또한, 각 장치 x와 y 간의 패킷 전송 시간은 Tx-y(Sa)=(Sa/Blink)+Dlink로 정의한다.
제안 방법
센서의 메시지를 받은 서버는 해당 측정값을 자신의 데이터베이스에 저장하고, 그에 대한 응답을 센서로 보낸다 (2~3). 본 논문에서는 센서가 지속적으로 측정한 누적데이터의 분석을 바탕으로 사용자에게 서비스를 제공하는 상황을 가정했기 때문에, 센서가 데이터 측정과 동시에 서버로의 전송을 수행했다.
본 논문에서는 스마트 빌딩의 각 층에 장치 및 데이터를 관리하는 분산 서버를 둠으로써 기존 기법이 자기는 중앙 서버의 과부하 문제를 해결한다. 그림 3은 제안하는 스마트 빌딩에서의 분산 서버 기반 데이터 관리 및 제어 구조 나타낸다.
또한, 스마트 빌딩 내 센서 및 액추에이터의 URI를 아래와 같이 설정하여, 장치 탐색에 필요한 분산 서버 간의 통신 절차를 최적화했다.
본 장에서는 요청 시간 지연 및 플랫폼 서버 부하 측면에서 두 기법 간의 비교를 위해 네트워크 환경을 아래의 표 1과 같이 설정하여 수치적 분석을 수행한다.
본 장에서는 기존 기법과 제안 기법 상에서 각 서비스 플랫폼 서버의 부하 정도를 분석하기 위해 시간당 센서 장비를 통해 축적되는 서버의 데이터 저장 용량을 분석한다. 시간당 서비스 플랫폼 서버로 축적되는 저장 용량은 아래와 같다.
성능/효과
이와 같은 위험성을 해소하기 위해, 본 논문에서는 스마트 빌딩의 각 층에 관리 서버를 둠으로써 중앙 집중형 서버의 역할을 분산시켰고, 이를 통해 중앙 서버로 인해 발생할 수 있는 잠재적 문제를 해결한다. 또한, 각 층에 위치한 소형 센서의 URI (Uniform Resource Identifier)를 활용한 분산 서버 간 통신을 적용함으로써 기존보다 더 빠르게 센싱 데이터를 수집하고 스마트 서비스를 제공할 수 있다.
그림 5는 유선 링크 상태 변화에 따른 총 지연 시간의 변화를 나타낸다. 아래의 그림처럼, 제안 기법은 중앙 서버의 역할을 각 층에 위치한 게이트웨이들로 분산함으로써 중앙 서버를 거침에 따라 우회하는 유선 경로의 이용 횟수를 줄였고, 이를 통해 총 지연 시간 측면에서 기존 기법보다 더 우수한 성능을 보인다.
따라서 두 기법의 무선 링크 변화에 따른 총 지연 시간 변화는 동일하다. 하지만, 제안 기법은 전체 절차 과정에서 분산 서버의 활용을 통해 중앙 서버를 거치는 유선 경로를 이용하지 않음으로써 통신 경로를 최적화시켰고, 무선 링크 변화에 관계없이 기존 기법보다 우수한 성능을 보인다.
그림 7과 8은 각각 센서 디바이스의 수와 데이터 업데이트 주기의 변화에 따라 산정된 시간당 데이터 저장 크기를 나타낸다. 아래의 그림처럼, 제안 기법은 각 층별 센서의 측정 데이터를 중앙 서버가 아닌 분산된 플랫폼 서버에 보관함으로써 센서의 수 및 업데이트 주기가 증가할수록 기존 기법 대비 상대적으로 더 적은 데이터를 보관함으로써 서버 부하를 크게 줄일 수 있음을 보인다.
수치 분석을 통해, 제안 기법이 사물인터넷 플랫폼 서버 부하 및 요청 처리 지연 측면에서 기존 기법보다 우수함을 확인했다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소형 센서와 스마트 장비를 활용한 다양한 사물인터넷 서비스들이 개발되는 이유는 무엇인가?
최근 사물인터넷 기술에 대한 관심이 높아지면서, 소형 센서와 스마트 장비를 활용한 다양한 사물인터넷 서비스들이 개발되고 있다. 또한, 도시 주민들의 대표적인 생활공간인 주택 및 고층건물 내에서의 효율적인 사물인터넷 서비스 보급 및 활용에 대한 요구도 급격히 증가하고 있다[1].
스마트 빌딩 관리 시스템은 중앙의 단일 플랫폼 서버가 건물 내 모든 데이터와 서비스를 관리하는 방식으로, 건물의 규모가 커지고 층이 높아질수록 단일 장애 지점, 데이터베이스 과부하, 요청 처리 지연의 문제가 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 무엇을 제안하였는가?
하지만, 현재 연구되고 있는 스마트 빌딩 관리 시스템은 중앙의 단일 플랫폼 서버가 건물 내 모든 데이터와 서비스를 관리하는 방식으로, 건물의 규모가 커지고 층이 높아질수록 단일 장애 지점, 데이터베이스 과부하, 요청 처리 지연의 문제가 발생하게 된다. 따라서, 본 논문에서는 부하 분산을 위해 각 층에 분산형 플랫폼 서버를 두고, 분산된 서버 간의 통신을 통해 건물의 규모에 관계없이 효율적인 사물인터넷 서비스를 제공할 수 있는 분산형 스마트 빌딩관리 시스템을 제안한다. 또한, 수치 분석을 통해, 제안 기법이 사물인터넷 플랫폼 서버 부하 및 요청 처리 지연 측면에서 기존 기법보다 우수함을 검증하였다.
건물 내 센서 및 장비를 활용한 사물인터넷 기술 관련 연구는 무엇에 집중되어 있는가?
하지만, 건물 내 센서 및 장비를 활용한 사물인터넷 기술 관련 연구는 대부분 건물에서 에너지 소비량 측정과 최적화를 통한 소비 절감을 다루는 BEMS (Building Energy Management System)에 집중되어, 건물 내 다양한 소형 센서로부터 수집할 수 있는 데이터들의 효율적인 보관과 이에 기반한 빠른 스마트 서비스의 제공에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다.
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