정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템 (KIPS Transactions on Computer and Communication Systems)

  • 제6권9호
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  • Pages.385-396
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  • 2017
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  • 2287-5891(pISSN)
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  • 2734-049X(eISSN)
한국정보처리학회 (Korea Information Processing Society)
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사물간의 효율적인 연결을 위한 사물인터넷 미들웨어 실험 평가 및 성능 향상 방법

Experimental Evaluation and Flexible Performance Improvement of IoT Middleware for Efficient Connectivity

  • 전수빈 (강원대학교 컴퓨터정보통신공학과) ;
  • 이충산 (강원대학교 컴퓨터정보통신공학과) ;
  • 한영탁 (유엔젤) ;
  • 정인범 (강원대학교 컴퓨터정보통신공학과)
  • 투고 : 2017.02.22
  • 심사 : 2017.07.12
  • 발행 : 2017.09.30
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초록

IoT 환경에서 제한적인 디바이스들의 운영을 위한 많은 IoT 미들웨어들이 연구되었다. 우리는 센싱 디바이스 및 네트워크의 통합적인 운영을 위한 IoT 미들웨어인 MinT를 제안하였다. MinT는 센싱 및 네트워크 디바이스를 통합 관리할 수 있는 센서 추상화 계층, 완성도 높은 시스템 및 통신 계층을 지원한다. 또한 이를 통해 사물들은 이기종 네트워크간의 유연한 연결 및 효율적인 정보 공유를 할 수 있다. MinT의 시스템 계층은 신속한 정보처리를 위해 스레드 풀을 사용한다. 하지만 고정 스레드 크기를 사용하는 방법은 네트워크 지연 및 비효율적인 베터리 소비를 보여준다. 본 논문에서는 가변적으로 스레드 개수를 조정할 수 있는 향상된 스레드 풀 관리 방법을 제안 한다. 특히 수신되는 패킷 분석 및 처리, 재송신을 담당하는 Interaction Thread Pool그룹의 성능 향상을 목표로 한다. 본 논문에서는 실험을 통해 평균 요청 처리율이 평균 25% 증가한 것을 입증하였다. 결국 제안하는 방법을 통해 MinT는 IoT 환경에서 전송 지연 및 디바이스의 에너지 소비를 더 감소시킬 수 있다.

Many IoT platforms have been proposed for various IoT devices, from low-end to high-end performance. We previously proposed a new IoT platform called MinT that supports the operation of the sensing devices and network communication. In the proposed platform, the things can flexibly connect to each other and efficiently share their information. Most IoT platforms, including the MinT, support thread pooling to quickly process requests. However, using a thread pool with a fixed thread count can cause network delay and inefficient energy consumption. In this paper, we propose an enhanced method to manage the thread pool efficiently by adjusting the number of threads every cycle to regulate the device's performance. In particular, we aim to improve the performance of the Interaction Thread Pool Group, which is responsible for analyzing, processing, and re-transmitting the received packets. The experiment shows that the improved method increases the average throughput by approximately 25% compared to the existing platforms. Finally, using the proposed method, the MinT can reduce the transmission delay and energy consumption of devices in the IoT environment.

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참고문헌

  1. L. Da Xu, W. He, and S. Li, "Internet of things in industries: A survey," IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol. 10, No.4, pp.2233-2243, 2014. https://doi.org/10.1109/TII.2014.2300753
  2. L. Atzori, A. Iera, and G. Morabito, "The internet of things: A survey," Computer Networks, Vol.54, No.15, pp.2787-2805, 2010. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2010.05.010
  3. A. Whitmore, A. Agarwal, and L. Da Xu, "The Internet of Things-A survey of topics and trends," Information Systems Frontiers, Vol.17, No.2, pp.261-274, 2015. https://doi.org/10.1007/s10796-014-9489-2
  4. C. S. Lee, S. B. Jeon, Y. T. Han, and I. B. Jung, "Integrated Platform for Device Development in Internet of Things," Proc. of the KIISE Korea Computer Congress 2015, pp.471-473, 2015.
  5. P. Levis, S. Madden, J. Polastre, R. Szewczyk, K. Whitehouse, A. Woo, D. Gay, J. Hill, M. Welsh, E. Brewer, and D. Culler, "Tinyos: An operating system for sensor networks," pp. 115-148, Heidelberg, Berlin, 2005.
  6. A. Dunkels, B. Gronvall, and T. Voigt, "Contiki-a lightweight and flexible operating system for tiny networked sensors," In Local Computer Networks, 29th Annual IEEE International Conference on IEEE, pp.455-562, 2004.
  7. S. B. Jeon and I. B. Jung, "MinT: Middleware for Cooperative Interaction of Things," Sensors, Vol.17, No.6, p.1452, 2017. https://doi.org/10.3390/s17061452
  8. Z. Shelby, K. Hartke, and C. Bormann, (2014, June). The Constrained Application Protocol(CoAP) [Online]. Available: https://www.rfc-editor.org/info/rfc7252 (downloaded 2016. Dec. 09).
  9. U. Hunkeler, H. L. Truong, and A. Stanford-Clark, "MQTT-S-A publish/subscribe protocol for Wireless Sensor Networks," In Communication Systems Software and Middleware and Workshops, pp.791-798, 2008.
  10. J. Soldatos, N. Kefalakis, M. Hauswirth, M. Serrano, J. P. Calbimonte, M. Riahi, and L. Skorin-Kapov, "Openiot: Open source internet-of-things in the cloud," In Interoperability and Open-source Solutions for the Internet of Things, pp.13-25, 2015.
  11. K. Klues, C. J. M. Liang, J. Paek, R. Musaloiu-Elefteri, P. Levis, A. Terzis, and R. Govindan, "TOSThreads: threadsafe and non-invasive preemption in TinyOS," In SenSys, Vol.9, pp.127-140, Nov., 2009.
  12. W. P. McCartney and N. Sridhar, "Stackless preemptive multi-threading for TinyOS. In Distributed Computing in Sensor Systems and Workshops," 2011 International Conference on IEEE, pp.1-8, Jun., 2011.
  13. A. Dunkels, O. Schmidt, T. Voigt, and M. Ali, "Protothreads: simplifying event-driven programming of memory-constrained embedded systems," In Proceedings of the 4th International Conference on Embedded Networked Sensor Systems, pp.29-42, Oct., 2006.
  14. IoTivity [Internet], http://www.iotivity.org.
  15. M. Kovatsch, M. Lanter, and Z. Shelby, "Californium: Scalable cloud services for the internet of things with coap," Internet of Things (IOT), 2014 International Conference on the IEEE, pp.1-6, 2014.
  16. nCoAP [Internet], https://github.com/okleine/nCoAP.
  17. Brillo [Internet], http://developers.google.com/brillo.
  18. Tizen [Internet], https://www.tizen.org/.