Sensor Web 기술을 이용한 종합관측 /감시시스템

2008.11.6

윤형기

www.impactline.net

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오늘 , 이미 – Full of Sensors

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Sensor Network 과 Sensor Web

• Sensor network – 분산된 많은 device 로 이루어진 네트워크

• 각각의 위치에서의 상태정보를 감시 (monitor)• 온도 , 소리 , 진동 , 압력 , 동작 , 오염 , …

• Sensor Web – web accessible sensor networks

• 표준 프로토콜과 API 활용

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OGC 와 SWE

• OGC– Geospatial contents 및 서비스의 표준제정을 위한 자발적 기관– 표준제정 - OpenGIS Specifications - 약 30 여개

• OGC SWE (Sensor Web Enablement)– 다양한 센서시스템을 웹에서 활용하기 위한 개방 표준 프레임워크

Interoperable and scalable service-oriented network– 목표 : 센서 , 기구 (instrument) 및 Imaging Device 에 다음

기능 부여• discoverable• accessible• controllable via the WWW

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OpenGIS SWE

• SWE Framework 의 역할

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OpenGIS SWE – 계속

• 1. Observations & Measurements Schema (O&M) – 센서의 관측 /측정 데이터 관련 encoding/schema, & model

• 2. Sensor Model Language (SensorML) – 센서 및 프로세스를 정의하고 이들의 위치 등을 확인하기 위한 정보정의

( 속성 등 )• 3. Transducer Markup Language (TransducerML or

TML) – Transducer 를 정의하고 센서와의 실시간 정보교환이 가능하게 해 줌 .

• 4. Sensor Observations Service (SOS) – 관측데이터 및 센서 시스템의 정보를 요청 또는 필터링하는 API, SVC

• 5. Sensor Planning Service (SPS) – 사용자 요청에 따라 획득정보 및 관측 데이터를 가져오기 위함

• 6. Sensor Alert Service (SAS) – 센서로부터의 경보서비스에 참여

• 7. Web Notification Services (WNS) – SAS, SPS 및 기타의 서비스 워크플로우 요소로부터의 경보 및 메시지를

비동기 방식으로 전달• 주요 관련 표준

– IEEE 1451 Transducer interfaces– ISO 의 Imaging Sensor 표준 – OpenGIS GML Encoding Spec.

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OpenGIS SWE – 계속

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제안 프로젝트 개요

• 제안 과제 : – Sensor Web 기술을 이용한 종합 관측 /감시시스템 개발

• OGC SWE 표준 프레임워크에 기반• 센서 및 멀티미디어 스트림 데이터 통합 관측 /감시 시스템• 웹 상에서의 상호운영 (interoperable) 분산 관리 시스템• 상품화 추구 + (GeoWeb 포털 및 서비스 Mash-up 추구 )

• 개발시스템의 구성– H/W:

• 용도에 따른 센서모듈 및 Base Station• 감시망 및 비디오 서버• 유무선 네트워크 ( 근 , 원거리 test)• …

– S/W:• 개발도구 : C/Java• TinyOS, Linux 환경

– 산출물• 관측 /감시 시스템 : 장비 및 S/W Source code ( 개발문서 포함 )

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본 프로젝트의 의의

• Web 과 USN 의 통합을 통한 Ubiquitous 구현기술 개발– 세계표준 (OGC SWE) 에 참여하고 관련 프로젝트와의 교류를 통한 개방모델

• 그 동안의 각종 프로젝트 성과를 활용하고 고도화– 정부

• 산업자원부– Sensors and Sensor Network Industry Roadmap (2003-2004)– 정통부 IT839: 3 대 Infrastructure 중의 하나 - u- 센서 네트워크 (USN)

• 과학기술부– New Frontier Project - Ubiquitous Computing (including Sensor Networks)

– ETRI: qPlus-n 개발 및 공개– ICU: ANTS (An Evolvable Network of Tiny Sensors) 플랫폼 – 국가지리정보 (NGIS) 프로젝트

• ( 주관 ) 건교부 ( 참여 ) 과기부 , 국토연구원 , 국립지리원 , 행정자치부 , 한국전산원

• 산업적용을 통한 국가경쟁력 및 독립적 수출 가능성 적극모색

• 해외의 유사 프로젝트– SensorWare Systems Inc. (NASA)– SensorMap (Microsoft)– Open SensorWeb Architecture (Grid)– Sensor Andrew (CMU)– …

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프로젝트 수행 전략

• OSS ( 오픈 소스 소프트웨어 ) 의 적극 활용– C, Java/Eclipse, XML, TinyOS, Qplus, Linux (TinyDB, MySQL)– AJAX

• 세계 기술동향과의 동조화 노력– OGC SWE 참여– S@NY, – 52North, 기타

• 산업현장에의 응용 고려– 다양한 응용 가능– 1 차 주력분야 : Surveillance/Access Control – 2 차 주력분야 : FM (Facility Management)

• 기존 성과물의 활용– U-City, U-xx– 국가지리정보프로젝트

• 상품성 개선을 위한 고려– 관제 콘솔의 경우 RIA (Flash/Flex/AS)) 적용하여 상품성 제고를 초기부터

고려

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주된 개발도구

• TinyOS –운영체제

•무선 , embedded sensor Network 용–프로그래밍 언어 :

•NesC (an extension of C)•component-based architecture.

–지원 플랫폼•Linux, Windows 2000/XP with Cygwin

• Esto/Qplus (ETRI)

sensorsactuators

network

storage

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다양한 방식 시도

• Sensor Network 와 IP 외부망– Proxy 기반 연동

• 센서망 - IP 망 사이에 Proxy 서버를 설치 - 프로토콜 변환

– DTN 기반 연동• Store-and-forward 메시지 교환 방식

– TCP/IP 기반 연동• 센서노드에 TCP/IP 를 탑재

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SCS (Sensor Collection Service)

• 센서 데이터를 수집하고 이를 XML encoding 해서 다른 Service 가 이용할 수 있도록 해 줌– Sensor network 과 직접 통신– 스트림 데이터와 Query 기반의 sensor application 모두에

대해 API 제공

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SPS (Sensor Planning Service)

• Rule 엔진을 이용하여 sensor 망 기획– 특히 scheduler 의 역할이 중요 :

• 수집 request 를 통해 SCS 로 하여금 관측데이터를 수집하도록 함• DataCollector 로 하여금 관측데이터를 수집하도록 함• WNS 에게 통지 (notification) 발송

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WNS (Web Notification Service)

• 구성요소 : – AccountManager

• 사용자 정보 관리– Notification.

• 등록된 사용자에게 다양한 프로토콜을 통해 메시지 전송

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기술 이슈

• 특징– 다른 시스템과의 차이

• 잡음에 따른 센서 데이터의 에러처리 문제• 범위 질의 , 확률이나 근사 질의 : SQL 문 + 추가적인 쿼리 연산자

– 지속기간이나 샘플링 빈도• 연속적이고 , 오랜 시간 작동하는 데이터 스트림• 주변 상황을 관찰하거나 , 예외적인 상황을 보고

– 추상 데이터 형 (ADT)• 통제 된 접근 , 사전에 정의 된 함수를 통해 캡슐화 된 데이터에 접근• ADT 는 물리적 센서와 연관

• Challenges– 일시적인 특성

• 노드의 소모 및 링크의 사라짐– 연속적인 데이터

• 새로운 데이터의 연속적인 센싱 및 오직 추가만 이루어지는 스트림– 네트워크 내에서의 처리

• 커뮤니케이션 비용의 감소– 긴 지연시간

• 데이터에 접근하기까지 시간이 소요– 한정 된 저장 공간

• 통계적인 요약– 센싱 테스킹 상호작용

• 성능 , 작업처리량 , 처리 지연– 네트워크 구조의 변화와 손실이 많은 커뮤니케이션에서 데이터 병합 문제– 시간 동기화 및 오랜 시간 작동하는 질의

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기술이슈 – 계속

• 기타 주요 고려 사항– 축적되는 데이터의 보관 및 처리

• 중앙집중형 DW vs. 분산 네트워크 저장 • 질의는 추가적인 커뮤니케이션 비용 없이 처리

– 센서 /관측 데이터 보안의 문제

– 센서 동작의 스케쥴링• 커뮤니케이션 비용 및 잠복을 최소화

– …

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적용 Application – 보안 or 시설물 관리 ( 미 확정 )

• 보안 /감시망의 예– 단순한 감시에서 수많은 센서데이터와 지도데이터를 통해 서비스 mash-

up

• 시설물 관리의 예– 빌딩

• 예 1: 보안 /경보 /출입통제 : (창 ) 문 잠금장치 , 구내 /옥외 경보 , 감시카메라• 예 2: 방재 ( 화재 및 전기 /가스안전 ): 구내 응급상황 대처 , 폭발물 ,

비상대피계획 – 토목

• 활용 효과 (Cost-Benefit) 가 큼• 예 : 건축구조물 상태관리 및 실시간 모니터링

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산업적 기대효과

• 수입대체– 국방 (Source: 국방과학연구소 )

– 환경감시– 기타

타격관리타격관리

작전관리작전관리

임무계획임무계획

합동

전장 정보 , 감시 , 정찰 계획 , 지휘 및 통제

ISRISR

전장관리

C4C4 PGMPGM

전술자료수집

정보가시화정보융합

전자전정보전전자전정보전

상황인식 합동작전

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산업적 기대효과 – 계속

• 수출– 기존 수출 프로젝트에의 부가 솔루션

• Plant 수출• 건설 /토목 프로젝트에서의 시설물 관리 (FM)

– 독립적 수출• 다음의 각 분야별 독립 시스템을 수출상품화

– 교통관제시스템– 보안감시 시스템– 환경감시 시스템– 국방감시 시스템 ( 주요기관 포함 )

– 특히 이를 위해 가능한 구성품을 H/W 화 하고 사용자 환경에 특히 유념

• RIA ( 예 : Flex/Flash) 적용을 통한 User Experience 고급화

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산업적 기대효과 – 계속

• 부가가치 추정– 수출관련

• 석유 , 가스 , 해양개발관련 (‘08년 300억달러 예상 , 한국플랜트 산업협회 )

– (1억달러 이상의 경우 )– 2008년 : 40 건 ( 예상 ) (1 조원 이상 규모도 많아짐 ) (cf. 2007년 : 32 건 )

• 해외건설 관련 ( 건교부 & 해외건설협회 )– 총 488 건 수주 (304억불 ) (2007년 10월말 )

총 500 건 기준 x 1,5% = 7 건– 본 프로젝트의 상품화 : 2억 x 7 건 = 14억

» 통상 대형 사이트당 보안설비 약 50억원 (CCTV/DVR + 센서 + 관제센터 )

– 민간내수 ( 수입대체 ) • 보안감시 ( 건설 , 항만 , …, 환경 , )

» Cf. 홈네트워크만 100억원 이상 프로젝트 23 건 ( 홈네트워크산업협회 )• 1억 x 5 건 = 5억원

연간 총 19억원 x 5년 = 95억원– 기타 추가효과

• 기타 응용분야 적용 ( 국방 , 수송 , …)• 고용유발 • 타 산업 연계효과

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질의 응답

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중복성이 의심되는 과제

• 감시정보시스템용 임베디드 시스템 ( 보드 ) 개발 – Known Facts:

• 연구내용 : 200MHz ARM9 CPU 이용하여 터미널서버 , 오디오서버 , 경보시스템을 위한 임베디드시스템 보드와 운영체제 개발 .

• 개발기간 : 2004/3~2005/2

– 위 프로젝트와의 차별점• Web 연동이 기본 전제가 됨• 국제 표준에 의거함• 능동적으로 기기동작이 가능함

• 과제명 : 영상감시기술 및 로봇통합경비 솔루션– Known Facts

• 개발기간 : 2006/11~2011/1

– 위 프로젝트와의 차별점• 영상감시 뿐만 아니라 다양한 Sensor 데이터를 활용

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Acoronym

• AJAX Asynchronous Javascript And XML

• ASP Application Service Provider• AXL Arc eXtensible markup

Language• BPM Business Process Management• CAD Computer Aided Design• ESB Enterprise Service Bus• FGDC Federal Geographic Data

Committee• FTP File Transfer Protocol• GIS Geographical Information

System• GML Geography Markup Language• LBS Location Based Service• LSDI Local Spatial Data

Infrastructure• NICTA National Information and

Communication• Technology Australia• NSDI National Spatial Data

Infrastructure• OGC Open Geospatial Consortium• OSWA Open Sensor Web

Architecture• OWS OGC Web Services

• REST Representational State Transfer

• RIA Rich Internet Application• RSS Really Simple Syndication• SaaS Software as a Service• SBC Server Based Computing• SDI Spatial Data Infrastructure• SOA Service-Oriented Architecture• SOAP Simple Object Access Protocol• SSI Spatial Service Infrastructure• SWE Sensor Web Enablement