우선순위 알고리즘을 이용한 센서 관리 시스템

박상노 배재대학교 2017 국내박사

IoT(Internet of Things) 기술은 발전하면서 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 그 중 스마트 홈 IoT는 상용화되어 사용자들에게 서비스를 제공하고 있다. 홈 IoT는 하나의 네트워크로 연결되어 있는 가정 내부의 디바이스들을 사용자가 원격으로 제어하거나 자동으로 작업을 수행하는 기술이다. 가정 내부의 수동적인 형태에 IoT를 접목시킴으로써 디바이스 간 관계(Relation)를 맺고 사용자의 주거환경을 개선하여 사용자에게 능동적인 서비스를 제공하게 되었다. 또한 스마트 홈 IoT의 발전에 따라 가정 내부에서 사용하는 디바이스들도 스마트 디바이스로 변화하여 스마트 환경을 구성할 수 있게 되었다. 이에 따라 다양한 스마트 디바이스들로 스마트 환경을 구성하고 IoT 기술을 활용하여 디바이스들을 제어함으로써 사용자는 편의성이 증대된 서비스를 제공받을 수 있게 되었다. 그러나 기존의 시스템은 디바이스 간 협업이나 디바이스 제어에 관련된 사항만 고려하여 연구를 진행하였다. 또한 디바이스들의 작업이 개발자에 의해 정의되어 있어서 항상 같은 작업만 반복하는 경향이 있었다. 센서가 설치된 후에 사용하지 않는 경우에도 센서를 제어할 수 없었다. 또한 센서들의 사용률에 대해 사용자가 확인할 수 있는 방법이 없었기 때문에 사용자는 어떠한 센서가 불필요한 센서인지 알 수 없었다. 이에 따라 불필요한 센서는 지속적으로 전력을 소비하게 되고 데이터를 발생시키기 때문에 전력과 데이터를 낭비하는 문제점이 발생한다. 이에 본 논문에서는 위의 문제점들을 해결하기 위해 가정 내부에 설치하여 사용되는 센서들의 데이터 흐름을 제어하고 센서들의 사용률을 분석하여 사용자가 확인할 수 있도록 센서 별 우선순위 알고리즘을 설계하였다. 이에 따라 사용자는 센서의 사용률을 확인할 수 있으며 사용률이 떨어지는 센서의 상태를 전력 대기 상태로 변경하거나 다시 동작 상태로 변경할 수 있다. 사용자가 가정에서 사용할 디바이스를 선택하여 환경을 구성하고 우선순위를 설정함으로써 기존의 개발자가 정의해놓은 동작방식이 아닌 우선순위에 따른 동작 방식으로 변경하여 사용자에게 능동적인 서비스를 제공할 수 있도록 구현하였다. 따라서 기존의 IoT 시스템과 비교하여 사용자의 특성에 맞고 능동적인 서비스를 제공할 수 있기 때문에 편의성이 증대되고 전력의 사용량도 줄어들 것으로 판단된다. Recently IoT(Internet of Things) is being used in various sectors, technology advances. Smart Home IoT of which are commercially available provide the service to the users. Home IoT is described that the user performs a remote control or by automatic operation in the interior of the home devices connected to a network. By integrating the IoT a passive form of internal assumptions entered into a relationship (Relation) between devices to improve your living environment it was to provide proactive services to users. Also, the devices used in the home, depending on the internal development of IoT smart home and smart devices has been changed to allow you to configure a smart environment. Accordingly, by configuring a smart environment in a variety of smart devices and control devices to take advantage of the IoT techniques it has been able to receive the user provides the increased ease of service. However, the existing system has conducted a study to consider only matters relating to the collaboration between the devices and device control. In addition, the work of the unit is defined by the developer but always had a tendency to repeat the same operation. Even if you do not use after the sensor is installed, it could not control the sensors. In addition, because there was no way for users to learn about the utilization of sensor I could not tell if the user has no unnecessary sensors sensors. Accordingly, unnecessary sensor is a problem that a waste of power and data generation because it consumes power constantly is left to stand and generates data. In this paper, control the flow of data of the sensors that are used to install inside the home to solve this problem. In addition, by analyzing the utilization of sensors we designed a sensor-specific algorithms for your review. Accordingly, changing the state of the user can check the usage and less utilization of the sensor the sensor in a power standby state, or may be changed back to the operation state. Implemented so that the user can configure the environment by selecting devices for use in home and priority change by setting the priority to the operation method according to the priority is not the behavior haenoteun the conventional developer-defined to provide an active service to the user. Since this allows to provide a proactive service suitable to the user's characteristics than conventional systems IoT is considered that this also reduces the amount of electric power it is increasing convenience.

IoT하우징 센서 접목형 AI 모바일하우스 모니터링 기술 연구

김승균 서울과학기술대학교 2021 국내석사

최근 1인 가구 증가 및 고령화에 따른 인구사회 구조적 변화로 자체적인 주거 관리가 어려워 4차 산업혁명 기술을 적용한 지능형 주거 관리 서비스가 주목받고 있다. 또한, 현재 건축시장에서 기존의 목조주택 대비 관리가 용이하고 거주자의 선호에 따라 맞춤형 설계가 가능한 소형 이동식 또는 모듈러 주택에 대한 수요가 급증하고 있어 이에 대응하고자 타업종과 협업하여 차세대 주거 형태인 스마트하우스 개발을 목표로 활발한 연구를 수행하고 있다. 현재까지 수행된 스마트하우스 관련 연구들은 일정 규모 이상의 단독 주택 또는 공동 주택만이 주 대상이었기 때문에 시장에서 수요가 급증하고 있는 농막, 주거용 컨테이너와 같은 이동식 주택을 대상으로 한 주거 서비스 관련 연구가 부족한 실정이다. 이에 본 논문에서는 현장 및 원격에서 농막과 같은 이동식 주택의 모니터링이 가능하도록 모바일하우스 기반 테스트베드에 다양한 IoT하우징 센서와 AI 기반 얼굴인식을 접목한 “IoT하우징 센서 접목형 AI 모바일하우스 모니터링 기술”에 관하여 연구를 수행하였다. 본 논문에서는 이동식 주택을 대상으로 거주자에게 온/습도를 비롯한 가스 누출에 따른 사고 방지 등 다양한 주거 정보를 제공해줄 수 있도록 다수의 IoT 센서를 사용하였으며, 보안성을 향상시키고자 이미지 센서 연동형 AI 얼굴 인식 알고리즘을 설계하였다. 또한, 모바일하우스 모니터링의 각 기능을 검증하고자 현장 테스트베드를 구축하여 성능을 측정하였다. 환경 모니터링 기능을 검증하고자 테스트베드 내 환경에 변화를 가하여 일정 시간 이내에 모니터링 UI에서 정상적으로 변화가 반영되는지 실험을 진행하였고 99% 확률로 환경 변화를 감지하여 모니터링 UI에 반영되는 것을 확인하였다. 외부에서 접근하는 인원의 신원 파악을 위해 이미지 센서 연계형 AI 얼굴 인식 알고리즘을 설계하여 테스트베드에서 성능 검증을 진행하였다. 거리 별 얼굴 인식률을 측정하고자 현장 IP카메라를 사용하여 0.5m 별로 실험을 진행하였고 1m 이내에서는 95%이상의 인식률이 확보되는 것을 확인하였다. 본 논문에서는 이동식 주택을 대상으로 주거 모니터링 기술에 관하여 연구를 수행하였으며, 향후 스마트하우스 기술 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Recently the change of population structure due to increasing of the number of single households and the aging makes it difficult managing home own self, so the intelligent home manage service applying 4th industrial technology such as IoT has been received attention. Also, the demand for a small mobile house or modular house has been increasing in the architectural market because it is easy to manage, and the owner can design it as his preference. So, the people working in the architecture field have been studying for a smart house to respond to consumers' demand by working with other industrial fields. The existed research related to smart house is for the construction at least the size of a typical detached house or an apartment, but there's little research aiming at the mobile house such as a park house, a container that is popular in the architectural market currently. In this paper, we studied AI mobile house monitoring technology by applying IoT housing sensors by installing the sensor at the mobile house based testbed and implemented the local and remote house monitoring function. In this paper, we utilized several IoT sensors for a mobile house such as a temperature/humidity sensor for checking environment status and a gas sensor to prevent an accident caused by leakage. And, we designed an image sensor based AI face recognition algorithm to increase security. To prove each function of developed mobile house monitoring, we built a mobile house based testbed and experimented performance of IoT housing sensor applied environment monitoring and an image sensor based AI face recognition algorithm. To measure the environment monitoring function, we gave an environment change in the testbed and checking whether the monitoring shows the change or not in a time. We confirmed that the monitoring S/W could show exactly the environment status of the testbed at 99%. The designed AI based face recognition algorithm with an image sensor detects a person from outside and classify who he is. To measure the performance of the algorithm, we measured the face recognition rate based on the distance. We confirmed that the AI based face recognition algorithm could recognize a face in 1m at over 95%.

소규모 네트워크의 IoT 보안을 위한 저비용 악성코드 탐지 시스템 설계 방안 연구

신상윤 고려대학교 정보보호대학원 2024 국내석사

IoT 기기는 임베디드 장비와 컴퓨터 네트워크의 발전으로 그 수가 폭발적으로 늘어나고 있다. 이에 따라 IoT에 대한 사이버 위협이 증가하고 있으며, 현재 IoT 기기를 대상으로 악성코드를 유포하여 감염시키고 DDoS 공격에 악용하고 있다. 현재 이와 같은 공격의 대상이 되고 있는 IoT 기기는 설치 환경이 다양하며 기기의 자원이 제한적이다. 또한 IoT 기기는 한번 설정하면 소유자가 관리에 신경을 쓰지 않는 특성이 있다. 이 때문에 IoT 기기는 악성코드가 감염되기 쉬운 관리의 사각지대가 되어가고 있다. 이러한 어려움 때문에 IoT 기기는 악성코드의 위협이 항상 존재하며, 감염되면 대응이 제대로 이루어지고 있지 않다. 본 논문에서는 IoT 환경 특성을 고려하여 IoT 전용 악성코드 탐지 시스템을 설계하고 해당 시스템에서 사용하기 적합한 탐지 규칙을 제시할 것이다. 해당 시스템을 활용하면 이미 설치되어 사이버 위협에 노출되어 있는 IoT 기기의 구조를 변경하지 않고 저렴하고 효율적으로 IoT 악성코드 탐지 시스템을 구성할 수 있을 것이다.

IoT 기기에서 최소 자원을 사용하는 통신 서브시스템

이승철 상명대학교 일반대학원 2020 국내석사

Internet of Things(IoT) 기기의 통신 서브시스템은 데스크 탑 컴퓨터나 서버 컴퓨터의 통신 서브시스템과는 달리 매우 제한된 메모리 및 프로세 서 자원을 사용한다. 본 연구에서는 IoT 기기에서 최소의 메모리 및 프로 세서 자원을 사용하는 통신 서브시스템에 관하여 연구하고 설계한다. 본 연구에서 설계하는 통신 서브시스템은 TCP/IP 4 계층 모델을 참조하였으 며, L4(Application), L3(Transport) 및 L2(Link) 계층을 대상으로 설계하였 다. 본 연구에서 설계한 통신 서브시스템은 다음과 같은 특징을 가지고 있 다. 첫째, 메모리 할당량(memory allocation amount)을 최소화하여 메모리 자원을 최소로 사용한다. 둘째, 메모리 복사량(memory copy amount)을 최 소화하여 프로세서 자원을 최소로 사용한다. 셋째, 메모리 풀(memory pool) 방식의 메모리 할당을 사용하여 통신 서브시스템의 수행 시간이 고 정 시간(deterministic time)에 완료될 수 있다. 넷째, 동적 메모리 할당 및 해제의 장소 및 시간에 대한 규칙을 정하고 이를 사용하여 메모리 누수 (memory leak) 문제가 발생하지 않는다. 본 연구에서 설계한 통신 서브시 스템은 L4 계층이 n 바이트의 데이터를 송신할 때, (n+c) 바이트의 메모 리 할당량 및 n 바이트의 메모리 복사량이 필요하다(여기서 c는 n과 독립 적인 작은 상수임). 본 연구에서 도출된 메모리 할당량 및 복사량에 대한 최소 자원 기준은 기 구현된 다수의 IoT 통신 서브시스템이 효율적으로 구현되었는지를 점 검하기 위해서 유용하게 사용될 수 있다. 현재 리눅스 재단에서 구현하고 있는 IoT 커널인 Zephyr의 통신 서브시스템의 메모리 할당량 및 복사량을 측정한 결과, 우리 연구에서 도출한 최소 자원 기준보다 더 크다는 것을 발견하였으며, 본 연구에서 제안한 설계 방법에 따라 Zephyr 통신 서브시 스템의 소스 코드를 개선 수정하여 메모리 할당량 및 복사량을 측정한 결 과 개선 전 Zephyr 통신 서브시스템에 비하여 각각 약 39% 및 67% 감소 함을 발견하였으며, 이에 따른 수행 시간도 약 28% 감소하였다. 본 연구는 IoT 기기의 통신 서브시스템 설계에 아래와 같은 기여도를 가지고 있다. 첫째, IoT 기기에서 최소 자원을 사용하는 통신 서브시스템 설계 방법을 제안하였다. 둘째, 본 연구에서 설계한 통신 서브시스템은 IoT 기기의 이미 개발된 통신 서브시스템을 평가하는데 활용할 수 있다. 셋째, 최근 개발이 활발한 Zephyr 통신 서브시스템을 개선하여 메모리 및 프로세서 자원 사용량을 줄일 수 있었다. The network subsystem of IoT devices uses very limited memory and processor resources, unlike the network subsystem of desktop computers or server computers. In this paper, we study and design a network subsystem that uses minimum memory and processor resources in IoT devices. The network subsystem designed in this paper refers to the TCP/IP 4 layer model, and is designed for L4(Application), L3(Transport), and L2(Link) layers. The network subsystem designed in this paper has the following characteristics. First, memory resources are minimized by minimizing the memory allocation amount. Second, processor resources are minimized by minimizing the memory copy amount. Third, the execution time of the network subsystem can be completed in a deterministic time by using a memory pool type memory allocation. Fourth, the rules for the place and time of dynamic memory allocation and deallocation are set and the memory leak problem does not occur. The network subsystem designed in this study requires (n+c) bytes of memory allocation and n bytes of memory copy when the L4 layer transmits n bytes of data(c is a small constant independent of n). The minimum resource standard for the memory allocation and copy amount derived in this paper can be usefully used to check whether a number of previously implemented IoT network subsystems are efficiently implemented. As a result of measuring the memory allocation and copy amount of the network subsystem of Zephyr, which is an IoT kernel currently being implemented by the Linux Foundation, it was found that it is larger than the minimum resource standard derived from our paper, and Zephyr network subsystem according to the design method proposed in this paper. As a result of measuring the memory allocation and copy amount by improving and modifying the source code of Zephyr network subsystem, it was found that the reduction was about 39% and 67%, respectively, compared to the Zephyr network subsystem before improvement, and the execution time was also reduced by about 28%. This paper has the following contribution to the design of the network subsystem of IoT devices. First, we proposed a network subsystem design method that uses the minimum resources in IoT devices. Second, the network subsystem designed in this paper can be used to evaluate the network subsystem already developed for IoT devices. Third, the Zephyr network subsystem, which has been recently developed, has been improved to reduce memory and processor resource usage.

오류율 기반 적합한 뉴로모픽 아키텍처 플랫폼 선택 기법

박기철 숭실대학교 대학원 2021 국내석사

IoT 기술이 발전함에 따라 인공 지능과 기계학습을 융합한 지능형 IoT에 관한 관심이 증가하고 있다. 이러한 지능형 IoT 서비스를 제공하려면 IoT 기기와 IoT 소프트웨어가 인공 지능 기술을 지원해야 한다. 일반적으로 IoT 기기는 범용 컴퓨터보다 컴퓨팅 성능과 자원이 제한적이다. 따라서 다양한 지능형 IoT 서비스를 지원하기 위해서는 저전력으로 인공 지능 기술을 지원할 수 있어야 한다. 저전력 뉴로모픽 아키텍처는 자원이 제한된 IoT 기기가 인공 지능 기술을 기반으로 하는 지능형 IoT 서비스를 제공할 수 있도록 해야 한다. 본 논문에서는 효율적인 지능형 IoT 서비스를 제공하기 위해 최적의 뉴로모픽 아키텍처를 선택하는 기법을 제안한다. 제안한 기법은 학습모델의 파라미터와 뉴로모픽 칩의 성능 및 오류율을 통해 선택한다. 또한, 실험을 위해 IoT 기기 환경에서 제안한 기법이 적용된 플랫폼을 구현한다. 그리고 제안하는 기법을 적용한 방식과 랜덤하게 뉴로모픽 아키텍처를 선택하는 기법, SNN 파라미터 기반 뉴로모픽 아키텍처 기법에서 SNN 모델 학습 시간과 학습 성공률을 비교함으로써 제안하는 기법의 성능을 평가한다. As IoT technology advances, interest in intelligent IoT that combines artificial intelligence and machine learning is increasing. To provide these intelligent IoT services, IoT devices and IoT software must support artificial intelligence technology. In general, IoT devices have limited computing power and resources compared to general-purpose computers. In order to support various intelligent IoT services, it must be able to support artificial intelligence technology with low power. The low-power Neuromorphic architecture enables IoT devices with limited resources to provide intelligent IoT services based on artificial intelligence technology. In this thesis, I propose a technique to select the optimal Neuromorphic architecture to provide efficient intelligent IoT service. The proposed method is chosen based on the parameters of the learning model and the performance and error rate of the Neuromorphic chip. In addition, the performance of the proposed method is evaluated by comparing the SNN model training time and the learning success rate in the method applying the proposed method, the method of randomly selecting a Neuromorphic architecture and the method of applying Neuromorphic based on SNN parameters.

원격검침 인프라를 활용한 IoT 서비스에 관한 연구

안도영 전남대학교 2018 국내석사

본 논문에서는 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술에 대한 기대와 관심이 높아지고 있는 가운데 전력분야 서비스에서 사물인터넷과 원격검침 인프 라(AMI, Advanced Metering Infrastructure)를 활용한 사회안전망 시범서비스 시스템을 구축하고 시범서비스 시행결과 분석을 통하여 전력회사가 사회안전망 서비스를 효과적으로 구현할 수 있는 방안을 도출하고자 한다. 사물인터넷은 성장 잠재력이 크고 적용가능 분야가 다양하기 때문에 전력회사 가 접목하여 활용할 수 있는 분야가 다양하다. 그 중 AMI는 국내뿐만 아니라 세 계적으로 확대보급 추세에 있어 IoT기술과의 융합시 더욱 큰 시너지를 발휘할 것으로 예상된다. 전력IoT 서비스는 기기간의 연동과 확장을 위해 개방성과 표 준성 기반의 기술개발이 필요하다. AMI 기반시설을 활용한 사회안전망 시범시스템을 구축하여 고객의 전력 소비 패턴, 위치정보 등을 분석하여 독거, 치매 어르신 등이 정상적인 생활을 하는지 를 추정하고, 감시가 필요한 축대, 절개지의 붕괴징후를 판별하여 해당 지자체나 사회복지 단체에 관련정보를 실시간 제공하도록 하였다. 시범시스템에 적용된 요소기술은 IoT연결, 데이터처리, 데이터활용 기술로 구분할 수 있다. IoT연결은 다양한 센서 및 단말을 수용할 수 있도록 표준기술을 사용하고 이 기종 프로세스 단말간의 확장성과 보안성을 확보해야 한다. 특히 웨어러블의 경 우 사용자 취향과 편의성을 감안한 디자인과 장기간 운영이 가능하도록 저전력 설계가 필요하다. IoT 데이터처리는 IoT, AMI, DAS, SCADA, 공공분야 등의 다 양한 데이터를 효과적으로 활용하기 위해 요구되는 기반기술로 센서 데이터, 전 력 데이터 등을 수집하여 분석, 처리하는 기술을 포함한다. IoT 데이터활용 방안 으로는 전력시스템이 보유중인 데이터를 쉽게 이용하기 위한 기반 환경을 구축 하는 단계로서 처리된 데이터를 분석 및 시각화하여 공개하는 사용자 인터페이 스가 포함되어야 한다. 시범서비스 운영을 통해 AMI를 활용한 전력IoT 서비스 솔루션을 확보하였고 향후 서비스 확대운영을 위한 기술적 가능성을 확인 하였다. 전력회사는 전력 IoT 인프라를 지속적으로 확충하고 기술개발과 표준화를 통해 고품질 부가서비 스를 개발하여 전력분야 미래시장을 선점할 수 있는 환경을 조성해야 할 것이다.

IoT 통신과 위치 추정을 위한 신호처리 기법에 관한 연구

김민혁 서울시립대학교 2017 국내박사

Recently, interest in the Internet of Things has increased. IoT is a technology that connects various devices to the internet using built-in communications functions. It is an intelligent infrastructure service technology that exchanges information between IoT devices. In order to communicate accurate information, there is a need for reliable IoT communication technique between IoT devices in indoor and outdoor spaces. In addition, accurate location estimation is needed when IoT devices are moving. However the communication performance degradation occurs in indoor environments due to walls and obstacles. Also communication can be disconnected outdoors when the communication distance is long. Therefore, it is necessary to study reliable IoT communication and accurate location estimation between IoT devices. IoT communication has a performance degradation in the frequency-selective environment in indoor environments. IoT communication is not suitable for long distance transmission if the communication distance between IoT devices is increased. In addition, fading occurs when the IoT device moves high speed and performance of location estimation is degraded. In this paper we proposed FFT based channel estimation technique for indoor environments, Quasi Orthogonal Encoder (QO) method for outdoor environments and modified Kalman for location estimation. We have three researches for IoT communication and the signal processing technique for the location estimation of IoT devices. The first research is to extend the range of IoT communications. Long distance transmission is required when the distance between devices is increased. In this paper we have performed a long distance transmission study for disaster information in disaster situations, which is one of the applicable researches related to the long distance transmission of IoT communications. When a user does not receive disaster information due to network outage of a repeater in a disaster area, a user terminal near the repeater retransmits the disaster information to users in the range of the repeater. In this paper we propose the structure of the transceiver by adding QO encoder. Experimental results show that the communication range is increased in outdoor environments. The second research is to improve the IoT communication performance in indoor frequency-selective environments. Channel estimator and convolution module was added to the correlator for calculate the channel estimation value. In this paper, we proposed a receiver structure for system. Simulation results show that the proposed receiver has better performance than the conventional receiver. The third research is the location estimation of IoT devices on high speed moving objects. We propose a modified extended Kalman filter to solve the inaccurate position and the distortion of the conventional extended Kalman filter. In order to verify the performance, the field test was performed at maximum speed of 60 km/h by attaching a transmitter to a moving object. Field tests show that inaccuracies and distortions are resolved. In this paper we solved the frequency-selective environment degradation in indoor environments, the long distance transmission problem in outdoor environments and the inaccurate location estimation of the moving IoT devices at high speed. 최근 전 세계적으로 사물 인터넷(Internet of Things) 통신에 대한 관심이 증가하고 있다. 사물 인터넷은 여러 종류의 디바이스(Device)에 부착된 센서와 내장된 통신 기능을 이용하여 인터넷에 연결하는 기술이다. 사람과 디바이스의 연결을 비롯하여 디바이스 간의 정보를 교류하고 서로 소통하는 지능형 인프라 서비스 기술이다. 사물 인터넷 통신에 대한 관심과 더불어 이동 로봇, 드론(Drone) 등과 같은 사물 인터넷 디바이스에 관한 연구도 주목 받고 있다. 사물 인터넷 디바이스들 간의 원활하고 정확한 정보를 교류하고 서로 소통하기 위해서는 실내 및 실외 공간에서 사물 인터넷 디바이스들 간 신뢰성 있는 사물 인터넷 통신이 필요하다. 또한 사물 인터넷 디바이스들의 이동 시 정확한 위치 추정이 필요하다. 하지만 실내 공간에서는 벽, 장애물로 인한 사물 인터넷 디바이스들 간 통신 성능 저하가 발생한다. 또한 실외에서는 사물 인터넷 디바이스들 간의 통신 거리가 장거리가 될 경우 통신이 단절 될 수 있다. 따라서 사물 인터넷 디바이스들 간의 신뢰성 있는 사물 인터넷 통신과 정확한 위치 추정에 대한 연구가 필요하다. 실내 공간에서의 사물 인터넷 통신은 주파수 선택 환경에서 급격한 성능 저하가 있다. 실외 공간에서의 사물 인터넷 통신은 사물 인터넷 디바이스들간의 통신 거리가 증가할 경우 장거리 전송에 적합하지 않다. 또한 사물 인터넷 디바이스가 고속으로 이동할 경우 페이딩(Fading) 현상이 발생하여 이동 위치의 추정 성능이 저하된다. 본 논문에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 실내 공간에서는 FFT(Fast Fourier Transform) 기반 채널 추정 기법, 실외 공간에서는 QO 인코더(Quasi Orthogonal Encoder)기법, 위치 추정을 위하여 수정된 칼만(Modified Kalman) 기법을 제안하였다. 사물 인터넷 통신과 사물 인터넷 디바이스의 위치 추정을 위한 신호처리 기법을 위하여 세 가지 연구를 수행하였다. 첫 번째 연구는 사물 인터넷 통신 범위를 확장시키는 것이다. 사물 인터넷 통신을 사용하는 디바이스 간의 거리가 증가할 때 장거리 전송이 필요하다. 본 논문에서는 사물 인터넷 통신 장거리 전송과 관련하여 적용 가능한 연구 중 하나인 재난 상황에서 재난 정보 전송을 위한 장거리 전송 연구를 수행하였다. 재난 발생지역의 중계기 중단으로 인해 사용자가 재난 정보를 수신 받지 못할 때 중계기 근처의 사용자 단말기가 중계기 범위 내 사용자들에게 재난 정보를 재 전송해 준다. 이를 위하여 본 논문에서는 QO 인코더를 추가하여 시스템의 송수신기의 구조를 제안하였다. 모의실험을 통하여 실외 공간 사물 인터넷 통신 범위가 증가됨을 증명하였다. 두 번째 연구는 실내 공간에서 주파수 선택 환경 시 사물 인터넷 통신 성능 저하를 개선하기 위한 연구이다. 이를 위하여 채널 추정기(Channel Estimator)를 추가하였고 채널 추정값을 계산하기 위해 상관기(Correlator)에 컨벌루션(convolution)을 추가하였다. 본 논문에서는 시스템에서 사용하기 위한 수신기 구조를 제안하였다. 제안한 수신기가 기존 수신기보다 좋은 수신 성능을 갖는지 모의 실험을 통하여 확인하였다. 세 번째 연구는 고속 이동중인 사물 인터넷 디바이스의 위치 추정 기법 연구를 수행하였다. 위치 추정 시 직접 계산 방식으로 발생하는 부정확한 위치와 기존 확장 칼만 필터의 왜곡을 해결하기 위하여 수정된 확장 칼만 필터를 제안하였다. 성능 검증을 위해 본 논문에서는 이동체에 송신기를 부착하여 최대 속력 60km/h로 필드 테스트를 하였다. 필드 테스트를 통하여 부정확성과 왜곡이 해결된 것을 증명하였다. 본 논문에서 제안한 내용을 통하여 실내 공간에서 주파수 선택 환경 성능 저하와 실외 환경에서 장거리 전송 문제를 해결하였으며 고속 이동 중인 사물 인터넷 디바이스의 부정확한 위치 추정을 해결하였다.

IoT기반 SSDP 증폭 공격 및 그 대응 방안에 관한 연구

윤석훈 고려대학교 컴퓨터정보통신대학원 2018 국내석사

본 논문은 IoT 기반 SSDP 증폭 공격 및 그 대응 방안에 관하여 연구하고, 효율적인 대응방안을 제공하는 것을 목적으로 한다. 최근, DDoS 공격 또는 DRDoS 공격에 해당하는 SSDP 증폭 공격이 주요 정부 기관 및 기업의 서비스 시스템 및 웹사이트를 마비시키는 사이버 공격의 수단으로 지속적으로 이용되고 있다. DDoS 공격 또는 DRDoS 공격에 이용되는 프로토콜들 중 SSDP 프로토콜은 IoT 기기들에서 널리 사용되는 일반적인 프로토콜이다. SSDP 프로토콜은 DHCP나 DNS와 같은 네트워크 서버나 정적인 호스트 설정 없이 디바이스 탐지가 가능함에 따라, 웹캠, 공유기, 미디어, 스마트TV, 프린터 등 스마트 홈을 구성하는 IoT 기기들에도 널리 사용되고 있다. SSDP 증폭 공격은 다수의 정상적으로 동작하고 있는 서버들에서 공격 트래픽이 발생하므로 정상 트래픽과 구분이 어렵다. 또한, SSDP 증폭 공격을 탐지를 하더라도 방어를 하는 것이 매우 어려운 상황이다. 또한, SSDP 프로토콜은 IoT 기기들에서 DDoS공격을 유발하는 도구로서 주로 사용되는 프로토콜이기 때문에 점차 공격을 위한 서버들이 증가될 것으로 예상된다. 홈 네트워크에 대한 DDoS 공격의 방어 수단으로서, 홈 IoT 관제 시스템이 존재한다. 홈 IoT 관제 시스템은 외부로부터의 공격에 대비함에 있어서, DDoS 공격에 대한 장비는 갖추고 있으나, DRDoS 공격에 해당하는 SSDP 증폭 공격을 대비하기 어렵다. 따라서, 본 논문에서는 IoT 기반의 SSDP 증폭 공격을 분석하고, 홈 IoT 관제 시스템의 효율성, 속도 및 편리성을 보장하면서도 안정성과 신뢰성이 개선된 SSDP 증폭 공격에 대한 효율적인 대응 방안을 제안한다. The objective of this paper is to study on a SSDP amplification attack based on IoT and a countermeasure and is to provide an effective countermeasure. The SSDP amplification attack, corresponding to a DDoS attack or a DRDoS attack, continue to be used as a means of a cyber attack to paralyze service systems and websites of major government agencies and companies. A SSDP protocol, which is one of the protocols used by the DDoS attack or the DRDoS attack, is a common protocol widely used in IoT devices. The SSDP protocol can detect devices without static host setting up or a network server such as DHCP or DNS. Thus, the SSDP protocol is also widely used in IoT devices such as webcams, routers, media, smart TVs, and printers that form a smart home. The SSDP amplification attack is difficult to distinguish from normal traffics because attack traffics occur on many normal servers. Furthermore, Even if the SSDP amplification attack is detected, it is very difficult to defend. In addition, since the SSDP protocol is mainly used as a tool for causing DDoS attack in IoT devices, it is expected that the number of servers for attack will gradually increase. There is a home IoT control system as a defense against DDoS attack on the home network. The home IoT control system is equipped with equipment for DDoS attack and in preparation for external attack. However, the home IoT control system is difficult to prepare for the SSDP amplification attack corresponding to the DRDoS attack. Therefore, this paper analyzes the SSDP amplification attack based on IoT and proposes an effective countermeasure, which ensures the efficiency, speed and convenience of the home IoT control system, for the SSDP amplification attack based on IoT.

IoT 기반 항만여객터미널 모니터링시스템 운영모델에 관한 연구

김재경 한국해양대학교 글로벌물류대학원 2019 국내석사

4차 산업혁명이라는 시대의 흐름과 맞물려 글로벌 산업분야에 IoT 기반 기술이 다양하게 접목되고 있다. 공원시설이나 도시철도, 공항 등 공공시설물 관리 분야에서는 IoT 기반 시설 구축뿐만 아니라 재난 및 비상 상황에 대응 및 예방을 위해 IoT 기술을 활용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 국내 항만분야 및 항만여객터미널 시설에 IoT 도입에 관한 연구는 미비하여 본 연구에서는 국내·외 IoT 적용 관련 사례 분석, 부산국제여객터미널 현황 및 문제점 분석을 통해 IOT 기반 모니터링시스템 운영 모델 구축 및 시사점 제시를 목적으로 한다. 부산항국제여객터미널은 부산 북항 재개발의 선도 사업으로 많은 이용객이 이용하는 다중이용시설로서 IoT 기반 모니터링시스템 도입 시 효과가 높을 것으로 판단되어 부산항국제여객터미널을 대상으로 하였다. 현재 국제여객터미널의 문제점은 대형 시설 관리의 어려움, 재난 및 비상상황에 대한 즉각적인 대응 시스템 부재, 상황에 따른 개인별 정보 제공 불가, 이용객 흐름 관리의 어려움, 시설물의 이상 유무 파악 및 대처 불가 등이 있다. 부산항국제여객터미널의 현황 및 문제점 분석을 통해 본 연구에서는 IoT 기반 모니터링시스템 운영모델을 제시하였다. 첫째, IoT 센서를 통한 실시간 재난 대응 모니터링시스템 운영모델은 스마트기기를 통한 정확한 재난 정보, 비상대피경로 등의 정보 제공으로 신속하고 안전하게 대피할 수 있도록 하는 모델이다. 둘째 주차장 IoT 기반 모니터링시스템 운영모델은 이용객에게 주차장 위치, 주차공간 정보, 차량 주차위치, 요금 등의 다양한 정보를 제공하는 모델이다. 셋째, 수하물 모니터링시스템 운영모델은 수하물에 IoT 기반 블루투스 센서를 부착하거나 GPS 태그를 부착하여 수하물의 위치를 확인하는 시스템으로 수화물 위탁 시간 절감 및 서비스의 고도화를 위한 모델이다. 넷째, 서비스 정보제공 모니터링시스템 운영모델은 부산항국제여객터미널에 방문 시 개인별 상황에 맞는 정보를 제공해주는 서비스 제공 모니터링시스템으로 이용객 개개인의 상황과 이용목적에 맞게 개인 디바이스를 통하여 필요한 정보를 실시간으로 제공하는 모델이다. 다섯째, 시설물 상태 모니터링시스템 운영모델은 실시간으로 시설물 상태를 확인할 수 있는 시설물 상태 시스템으로 시설물에 IoT 기반 센서를 도입하여 시설물의 상태 및 점검시기를 실시간으로 관리자에게 전달하고 공조시스템 및 조명 등의 시설물이 자동으로 제어되어 에너지 절감 효과를 높일 수 있는 모델이다. 본 연구에서 제시한 5가지 IoT 기반 모니터링시스템 운영을 통한 개선효과는 다음과 같다. 대규모 시설물에 인력을 효율적으로 배치할 수가 있어 부산항국제여객터미널의 효율적인 관리가 가능하며, 실시간 모니터링시스템은 만일의 재난에 대하여 재난 발생 시 피해를 최소화하고 대응을 신속하게 할 수 있다. 또한 이용객들은 맞춤형 정보를 제공받고 그것을 통해 서비스의 품질이 향상된다. 본 연구의 시사점은 부산항국제여객터미널에 IoT 기반 기술의 접목을 시작으로 기타 항만시설에도 IoT 기반 기술이 적용될 수 있는 발판을 마련하여 4차 산업의 적용분야를 확대하였다. 또한 IoT 기반 모니터링시스템 구축에 필요한 이론적 배경 및 대안을 제시하여 향후 연구의 바탕을 마련하였다. In the Fourth Industrial Revolution Generation, IoT-based technologies have been variously applied to global industrial fields. In the field of public facilities management such as park facilities, urban railways and airports, researches related to IoT technology have been actively carried out in order to cope with and prevent disasters and emergencies as well as establishing IoT infrastructure. There are few studies on the introduction of IoT in domestic port area and port terminal facilities. Therefore this study is conducted to suggest an operation model of IOT-based monitoring system and implications through case analysis of domestic and foreign IOT application and current status of the Busan International Passenger Terminal and problem analysis. Busan International Passenger Terminal is a leading business for the redevelopment of Busan North Port, where is a multipurpose facility that many users use. We considered that the IoT based monitoring system will be effective in introducing the Busan International Passenger Terminal. Thus, we selected the Busan International Passenger Terminal as study target. Currently, the Busan international passenger terminal is having difficulties in managing large facilities, lacking of immediate response system for disaster and emergency situation, inability to provide individual information according to the situation, and manage user flow. In this study, IoT-based monitoring system operation model is suggested through analyzing the status and problems of the Busan International Passenger Terminal. First, real-time disaster response monitoring system with IoT sensor is a model that enables quick and safe evacuation by providing information such as accurate disaster information and emergency evacuation route through smart device. Second, parking lot with IoT-based monitoring system operation model provides various information such as parking lot location, parking space information, parking position and parking charge. Third, the operation model of baggage monitoring system is to check the position of baggage by attaching IoT-based Bluetooth sensor or GPS tag. It is a model for reducing baggage loading time and upgrading service. Fourth, the service information monitoring system operation model provides customized information when visiting the Busan International Passenger Terminal. It also provides the necessary information in real time through the device according to the situation and purpose of the user. Fifth, the facility status monitoring system operation model can check the status of the facilities in real time. It introduced IoT-based sensors to the facilities in order to deliver the status and the inspection time of the facilities to the manager in real time. It also can be automatically controlled to increase the energy saving effect. The improvement effects of the five IoT-based monitoring systems proposed in this study are as follows. It can manage the Busan International Passenger Terminal efficiently by allocating manpower to large facilities. The real-time monitoring system can minimize the damage and speed up the response in the event of a disaster. Users get also provided with tailored information, which improves the quality of service. The implication of this study is that the application of IoT-based technology to the Busan International Passenger Terminal which also has been applied to other port facilities in order to expand the application field of the fourth industry. In addition, we suggested the theoretical background and alternatives to construct IoT based monitoring system to establish the basis of future research.

A Novel Hierarchical Edge-based Architecture for Service Oriented IoT

김의석 서울대학교 대학원 2023 국내박사

사물인터넷(IoT)은 일상 생활에서 더 보편화되고 있으며, 많은 상용화된 IoT 플랫폼이 사용되고 있다. IoT 솔루션을 구축하는데 가장 핵심이 되는 IoT 플랫폼은, 설계를 어떻게 하느냐가 IoT 시스템의 특성을 좌우하기 때문에 다양한 디자인의 플랫폼이 연구되고 있다. 그 중, 엣지 기반 플랫폼은 디바이스와 가까운 곳에 미들웨어가 위치하여 반응속도와 프라이버시 보호의 이점이 있고, 서비스 지향 IoT는 사용자가 디바이스를 직접 지정하지 않고 IoT와 소통할 수 있게 해준다는 강점이 있다. 엣지 기반 플랫폼의 약점인 확장성을 극복할 수 있도록 하는 다양한 연구가 진행되고 있지만 이들은 모두 수평적 구조 즉, 단일 계층을 통한 엣지간 연결만을 고려하고 있다. 본 논문에서는 엣지 기반 IoT와 서비스 지향 IoT의 장점들을 유지하면서도 트리 구조를 따라 유연하게 확장될 수 있도록 하는 엣지 미들웨어의 계층적 구조를 제안한다. 이 때, 이 새로운 구조를 실현하기 위한 설계 요구사항들과 테크니컬 챌린지들을 도출하고, 그에 대한 솔루션을 제시한다. 계층 구성, 자원 공유, 스케줄링 등의 다섯 가지 메인 요구사항들은 크게 두 가지의 새로운 기법을 통해 해결된다. 첫째, 프라이버시를 보호하며 엣지 간 통신 및 자원 공유를 가능하게 하기 위해 슈퍼 서비스라는 새로운 유형의 서비스를 도입한다. 이는 계층에서 서비스 요청 중재자의 역할을 하며 각 미들웨어간의 서비스 요청을 대신 한다. 둘째, 서비스 지향 IoT의 유연한 디바이스와 서비스간의 매핑을 가능하게 하기 위해 슈퍼 서비스가 추가됨으로써 더욱 복잡해진 스케줄링 문제를 푸는 분산 알고리즘을 고안한다. 이는 슈퍼 서비스를 실시간으로 대응할 수 있게 해줌과 동시에 스케줄링 부하를 여러 엣지에 분산시킴으로써 한 엣지로의 연산 과부하도 막아준다. IoT 시스템에서는 수많은 서로 다른 디바이스가 존재하며 예측 불가한 동적인 이벤트들을 자주 일어나기 때문에 정확한 모델링 기반 시뮬레이션은 거의 불가능하다. 따라서, 설정에 따라 실제 디바이스 위에 계층 구조 IoT 환경을 생성하고, 설정에 따라 임의 생성된 이벤트를 발생시켜 IoT 미들웨어와 디바이스간의 실제 교류를 관측하는 하드웨어 인 더 루프 시뮬레이터를 구현한다. 이 시뮬레이터를 기반으로 하여, 다양한 스케줄링 알고리즘의 성능을 여러 IoT 환경에서 평가할 수 있게 해주는 프레임워크를 제공한다. 사용자는 이를 통해 자신이 목표로 하는 시스템의 규모와 특성에 따라 IoT 환경을 미리 만들어볼 수 있을 뿐더러, 최적의 스케줄링 알고리즘을 찾을 수 있다. 이 프레임워크는 향후 추가연구를 위해 깃헙에 공개하였다. 마지막으로, 스마트 캠퍼스 테스트 베드 구현과 시뮬레이션 프레임워크를 이용한 다양한 실험을 통해 제안한 플랫폼의 실행 가능성을 검증한다. 서울대학교 내에 두 건물과 다섯 개의 방에 라즈베리 파이를 설치하여 계층 구조를 구축하고, 서로 다른 엣지를 연결하는 다양한 IoT 응용들을 실행하여 실제 공간에서도 문제없이 작동함을 확인한다. 슈퍼 서비스의 성능을 확인하기 위해 트리의 높이, 너비, 응용 갯수 등을 조정하며 부하가 높아짐에 따른 반응속도를 측정하여 큰 규모의 계층 구조에서도 슈퍼 서비스의 성능이 충분하다는 것을 입증한다. 또, 서로 다른 스케줄링 정책을 동일한 환경에 적용했을 때 결과가 달라지는 것을 확인하며 스케줄링 알고리즘 개발을 돕는 스케줄링 프레임워크의 필요성을 다시 한번 보인다. The Internet of Things (IoT) is becoming more common in our daily lives, and there are many commercially available IoT platforms. As IoT platforms are the core of building IoT solutions, the design of IoT platforms determines the characteristics of IoT systems, so various designs of platforms are being researched. Among them, edge-based platforms have the advantage of responsiveness and privacy protection because the middleware is located close to the device, and service-oriented IoT has the strength of allowing users to communicate with the IoT without specifying a device. Various research efforts are underway to overcome the weakness of edge-based platforms, which is the lack of scalability, but they all consider only a flat structure, i.e., edge-to-edge connectivity through a single layer. In this thesis, we propose a hierarchical architecture for edge middleware that maintains the advantages of edge-based IoT and service-oriented IoT while allowing flexible scaling along a tree structure. We identify design requirements and technical challenges to realizing this new architecture and propose solutions. The five main requirements of the hierarchical middleware structure, resource sharing, and scheduling are addressed through two novel techniques. First, we introduce a new type of service called a super service to enable privacy-preserving edge-to-edge communication and resource sharing. It acts as a service request arbiter in the layer and takes over service requests between each middleware. Second, to enable flexible mapping between devices and services in the service-oriented IoT, we devise a distributed algorithm for the scheduling problem that is made more complex by the addition of super services. This enables real-time responsiveness of super services while distributing the scheduling load across multiple edges to avoid computational overload on any one edge. As another contribution of this thesis, we develop a simulation framework to evaluate the proposed platform. When building an IoT system, its characteristics can vary depending on the purpose and scale, such as a smart home or a smart factory, and the goals of the system administrator can also vary, such as saving energy and improving user experience. IoT systems are characterized by a large number of different devices, making them difficult to model. We implement a hardware-in-the-loop simulator that creates a hierarchical IoT environment on top of multiple real devices and observes the actual interaction between middlewares and end devices by triggering randomly generated events according to the settings. Based on this simulator, we provide a framework for evaluating the performance of different scheduling algorithms in different IoT environments. This allows users to pre-create IoT environments based on the size and characteristics of their target system and find the optimal scheduling algorithm. This framework has been released on GitHub for further research. Finally, we verify the feasibility of the proposed platform through the implementation of a smart campus testbed and various experiments using the simulation framework. We installed Raspberry Pi in two buildings and five rooms at Seoul National University to build a hierarchical structure and run various IoT applications connecting different edges to verify that it works in the real world. To check the performance of the super service, we adjusted the height, width, and number of applications in the tree and measured the response speed as the load increased, proving that the performance of the super service is sufficient even in a large hierarchy. We also show that different scheduling policies give different results when applied to the same environment, demonstrating the need for a scheduling framework to help develop scheduling algorithms.