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Contents
Abstract 9
Chapter 1. Introduction 11
1.1. Motivation 11
1.2. Objectives and Contribution 12
1.3. Organization 13
Chapter 2. Background 15
2.1. Internet of Things 15
2.2. Architecture for Internet of Things 21
2.2.1. Server-Client Architecture 21
2.2.2. Peer-to-Peer Architecture 24
2.2.3. Publish-Subscribe Architecture 27
2.3. Heterogenous IoT service platform 29
2.4. Related Research 35
Chapter 3. Service Mediation Gateway Architecture 38
3.1. Service Gateway Configuration 40
3.2. Service Mediation Gateway 42
3.2.1. IoT Plug-In Layer 43
3.2.2. Cloud IoT Service Integration 47
3.2.3. IoT Service Management Layer 56
3.3. Service Gateway Database and Metadata Compatibility 57
3.4. Event propagation for Service Gateway 58
3.5. Mapping of Service Gateway to IoT Standards 64
3.6. Application API 66
Chapter 4. Implementation of Heterogeneous IoT Service with Service Gateway 67
4.1. Service Gateway Implementation 67
4.1.1. Cloud-based IoT Service Plug-In 73
4.1.2. Peer-to-peer IoT Device Plug-In 76
4.1.3. Pub-Sub IoT Service Plug-In 78
4.2. Hybrid configuration for Heterogeneous IoT service 82
4.2.1. HealthCue: Integration of IoT Data 82
4.2.2. IoT Planner: Interaction between IoT services 83
4.2.3. Smart DoorBell: Interaction between Notification 84
4.2.4. Emotional Light: Interaction between SNS 86
4.3. Evaluation of Proposed Architecture 88
Chapter 5. Conclusion 92
Bibliography 94
Appendix 102
A. List of API of Service Gateway Implementation 102
A.1. User-Related APIs 102
A.2. Device-Related APIs 104
A.3. Cloud-Related APIs 107
A.4. Peer-to-Peer device APIs (Hue) 112
국문 요지 114
Figure 1. OneM2M Structure. 18
Figure 2. OneM2M Common Service Entities. 19
Figure 3. OneM2M configuration example. 20
Figure 4. HTTP Server-Client configuration. 23
Figure 5. Peer-to-peer configuration. 25
Figure 6. Publish-subscribe protocol configuration. 28
Figure 7. Vertical silo problem in IoT services. 30
Figure 8. Levels of interoperability in IoT platform. 31
Figure 9. Fog computing architecture concept. 36
Figure 10. Service Mediation Gateway. 38
Figure 11. Service Gateway configuration. 41
Figure 12. The proposed gateway (top left) and Fog (bottom right). 42
Figure 13. IoT Plug-in for server-client IoT service. 44
Figure 14. Variable configurations for Pub/Sub protocol. 45
Figure 15. Peer-to-peer IoT Plug-in configuration (server side). 47
Figure 16. Peer-to-peer IoT Plug-in configuration (client side). 48
Figure 17. OAuth protocol flow. 50
Figure 18. Resource gathering flow of service gateway for cloud-scale IoT... 53
Figure 19. Service gateway round trip delay. 54
Figure 20. Bi-directional websocket of service gateway. 62
Figure 21. Flowchart of bi-directional websocket matching algorithm. 63
Figure 22. Placement of IN-CSE between IN-CSE's. 66
Figure 23. service gateway configuration. 67
Figure 24. Testbed for service gateway evaluation. 68
Figure 25. Database structure for service gateway. 71
Figure 26. Database structure for cloud-scale IoT services. 71
Figure 27. Database structure for peer-to-peer IoT... 72
Figure 28. Service admin panel of service gateway. 74
Figure 29. Device list UI of service gateway. 75
Figure 30. Detailed UI of service gateway. 75
Figure 31. User interface of service gateway for Phillips Hue. 77
Figure 32. Service gateway configuration for Pub/Sub protocol (MQTT)... 79
Figure 33. Device configuration for MQTT. 80
Figure 34. User Interface of AllJoyn-MQTT Gateway. 80
Figure 35. HTML5-based User Interface of AllJoyn Bulb on service... 81
Figure 36. User interface of HealthCue Service. 83
Figure 37. User Interface of IoT Planner. 84
Figure 38. Flow for Smart Doorbell Service. 85
Figure 39. User Interface of SmartPhone Application for... 85
Figure 40. Configuration of SNS-service gateway-Hue for Emotional Light... 86
Figure 41. Evaluation of Emotional Light on testbed. 87
초록보기
사물에 연결성을 더하여 사물간 통신 및 원격에서의 서비스를 제공하게 하는 Internet of Things (IoT) 기술은 최근 네트워크 및 임베디드 시스템 기술의 발전과 함께 급속히 발전되어 왔다. 특히, 다양한 네트워크 프로토콜을 통하여 기기간 호환성을 확보하고 서비스를 구축하는 플랫폼에 대한 연구들은 다양한 분야에서의 IoT 활용을 촉진하고 있다. 특히 최근의 OneM2M, OCF 등 주요 표준 기구에서의 표준발표 등은 IoT 호환성을 높이고 있다.
하지만 이러한 플랫폼을 통하여 구축된 IoT 서비스는 각 서비스의 목적이나 범위에 따라 제한적인 형태로 제공되고 있다. 차량용, 의료용, 건강용, 스마트 홈용 등 각 분야에 따라 독립적인 형태로 구성되고 있는 IoT 서비스들은 각 서비스간에 호환성을 제공하고 있지 않아 데이터가 단일 서비스 내에 제한되어 있는 Vertical Silo Problem을 겪고 있다.
이러한 문제를 해결하고 IoT 서비스간 연동을 통한 IoT의 활성화를 위하여, 본 논문에서는 Mediation Service Gateway를 제안한다. 제안된 서비스 게이트웨이는 기존의 Fog Computing 컨셉을 차용하여 서비스 클라이언트와 복수의 IoT 서비스 사이에 service gateway를 위치시켜 서비스에 대한 호환성을 제공한다. 이 service gateway는 각 IoT 서비스에 대한 Gateway 역할과 함께, 데이터의 Cache 역할을 수행하여 heterogeneous IoT 서비스 어플리케이션의 지원과 보다 나은 네트워크 성능을 제공할 수 있다. 또한 제안된 아키텍쳐는 Cloud, Peer-to-Peer, Pub/Sub 등 다양한 아키텍쳐를 Plug-In형태의 구성을 통하여 수용할 수 있으며, 서비스 및 어플리케이션 접근을 위한 단일 API Set을 제공한다. 또한, 각 단위 IoT 서비스간에 독립적으로 정의된 메시지 포맷 및 데이터 형식에 대한 통일된 표현을 위한 국제 표준도 함께 추진 및 진행되었다.
해당 기능의 검증을 위하여 실제 상용 제품을 기반으로 한 테스트베드가 구축되었으며, 구축된 테스트 베드 내에서 각 단위 IoT의 접근, IoT 서비스간 연동 및 다양한 네트워크 서비스와의 연동 기능이 검증되었다. 검증은 네트워크 성능의 향상과 함께, 다양한 실제 서비스의 구현이 가능함을 확인할 수 있다.
IoT는 사용자에게 새로운 사용 환경을 제시할 수 있는 주요 요소 기술로써 다양한 산업 분야에 적용되고 있다. 하지만 실제로 서비스를 개발 및 배포하는 과정에서는 여러 가지 문제점이 발생하고 있는 데, 그 중 가장 큰 문제로 꼽히는 부분은 제조업의 서비스 연동 부분이라고 할 수 있다. 기존의 IT 기기 제조업은 IoT의 도입과 함께 IT 서비스로의 확장이 반드시 요구되는 데 특히 국내 중소기업은 이러한 IT 서비스의 확장 운용에 대한 개발 및 운용 비용으로 인한 진입 장벽이 되고 있으며 서비스간 호환성을 낮추는 문제로 작용하고 있다. 본 논문에서 제안하는 서비스는 매우 효율적인 방법으로 혼재된 다종의 IoT 서비스를 동시에 운용하고, 특히 클라이언트에 가까이 위치한 service gateway를 사용하여 서비스간 호환성을 보다 손쉽게 제공하는 방법을 제안하고 있다.MARC 보기
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