사물인터넷에서 서비스 연동을 한 양방향 REST 어 터 설계 41

․이 논문은 2012 년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연구재단의 지

원을 받아 수행된 기 연구사업임(2012R1A1A4A01015696)

․이 논문은 2013 한국컴퓨터종합학술 회에서 ‘REST와 사물 인터넷의 서비

스 연동을 한 어 터 설계’의 제목으로 발표된 논문을 확장한 것임

†

††

†††

비 회 원

학생회원

종신회원

논문 수

심사완료

:

:

:

:

:

충남 학교 컴퓨터공학과

hyungjun25@cnu.ac.kr

충남 학교 컴퓨터공학과

chanho@cnu.ac.kr

zmzment@gmail.com

충남 학교 컴퓨터공학과 교수

kclee@cnu.ac.kr

(Corresponding author임)

2013년 8월 27일

2013년 10월 23일

CopyrightⒸ2014 한국정보과학회ː개인 목 이나 교육 목 인 경우, 이 작

물의 체 는 일부에 한 복사본 혹은 디지털 사본의 제작을 허가합니다.

이 때, 사본은 상업 수단으로 사용할 수 없으며 첫 페이지에 본 문구와 출처

를 반드시 명시해야 합니다. 이 외의 목 으로 복제, 배포, 출 , 송 등 모든

유형의 사용행 를 하는 경우에 하여는 사 에 허가를 얻고 비용을 지불해야

합니다.

정보과학회논문지: 컴퓨 의 실제 터 제20권 제1호(2014.1)

사물인터넷에서 서비스

연동을 한 양방향

REST 어 터 설계(Design of Two-way REST

Adaptor for Service Interoperation

in Internet of Things)

임 형† 송 찬 호

††

(Hyung-Jun Yim) (Chan-Ho Song)

백 문 기†† 이 규 철

†††

(Moon-Ki Baek) (Kyu-Chul Lee)

요 약 사물인터넷(IoT)은 사람뿐만 아니라 사물들이

통신을 통해 정보를 주고 받고, 이를 활용한 다양한 서비스

가 가능하다. 본 논문은 사물인터넷에서 디바이스가 제공하

는 서비스와 외부 서비스 REST API를 양방향으로 연

동하는 어 터를 논한다. DDS의 토픽을 이용하여 서비스를

연동하기 한 양방향 REST 어 터의 동작과정과 구성요

소를 설계한다. 이를 통해, 사물인터넷의 디바이스 서비스는

REST API로 변환되어 REST 클라이언트가 호출할 수 있

도록 하고, 외부의 REST API는 토픽으로 변환되어 사물

인터넷에서 호출하여 서비스를 제공한다.

키워드: 사물인터넷, REST 어 터, 양방향, 서비스 연동,

데이터 분산 서비스, 토픽

Abstract The Internet of Things (IoT) is a scenario

in which objects, animals or people are provided with

unique identifiers and the ability to automatically transfer

data over a network. This paper proposes a two-way

REST Adaptor and addresses the methodologies of

service interoperation of device service and REST API.

And this paper designs an operational process and

components of the REST Adaptor. The REST Adaptor

converts REST API to DDS Topic for exposure to the

IoT side, and vice versa. It is the most important matter

for service interoperation. This paper also concludes with

general remarks and a discussion of future works.

Keywords: IoT(Internet of Things), REST adaptor,

Two-way, service interoperation, DDS, topic

1. 서 론

사물인터넷(IoT; Internet of Things)은 유비쿼터스 센

서 네트워크(USN; Ubiquitous Sensor Network)나 사

물지능통신(M2M; Machine-to-Machine)에서 발 하여

시간과 장소의 제약 없이 사물이 인터넷에 연결되는 환경

을 의미한다. ITU-T(International Telecommunication

Union-Telecommunication Standardization Sector)는

2005년 기술보고서에서 사물인터넷은 물리 는 가상

의 사물(Things)을 인터넷으로 연결하여 센싱(sensing),

액 에이 (actuating), 데이터 수집, 장, 처리 등의 서

비스를 제공하는 인 라로 정의한다[1].

사물인터넷은 사람뿐만 아니라 사물들이 통신을 통해

정보를 주고받고, 이를 활용한 다양한 서비스가 가능하

다. 이를 해 동 으로 수많은 사물이 네트워크에 연결

되는 확장성(scalability), 사물인터넷을 구성하는 네트워크

로토콜, 데이터 형식, 서비스 호출 방식이 서로 다른 이질

성(heterogeneity)에 한 상호운용성(interoperability), 무

선 환경 사물의 이동성(mobility)과 실시간 통신 신

뢰성 기반의 인식 & 응성(awareness & adaptability)

등의 특징을 지원해야 한다[2-4].

사물은 센서와 엑 에이터 기능을 담당하는 모듈과

2G/3G, 이더넷, WiFi, Zigbee, RFID 등의 통신모듈,

워모듈로 구성된다. 사물이 주고받는 정보는 센싱을 통

해 얻은 측정값에서부터 특정 기능을 제어하는 것에 따

라 데이터, 이벤트, 서비스로 나뉘어진다. 데이터는 사물

에서 단순히 수집하여 달하는 측정값을 의미하며 이

벤트는 특정 사건이 발생하는 것을 의미한다. 서비스의

경우는 디바이스의 기능을 제어하는 디바이스 서비스와

정보 시스템이나 클라우드 서비스에서 제공하는 외부

서비스로 구분된다. 이에 따라 데이터/이벤트/서비스를

유기 으로 모두 연계할 수 있어야 한다[3].

본 연구에서는 OMG(Object Management Group)

표 인 DDS(Data Distribution Service)[5]를 기반으로

42 정보과학회논문지 : 컴퓨 의 실제 터 제 20 권 제 1 호(2014.1)

그림 1 실시간 사물인터넷 미들웨어

Fig. 1 Real-Time IoT Middleware

그림 1과 같이 사물인터넷의 특징을 제공하면서 DDS

토픽(Topic)을 이용하여 실시간으로 데이터/이벤트/서비

스를 통합/연동하는 미들웨어를 제안한다. 그 본 논

문에서는 사물인터넷의 서비스 연동을 해 외부 서비

스인 OpenAPI의 표 인 REST(Representational State

Transfer)[6]를 기반으로 한 양방향 어 터를 설계한다.

본 논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서는 REST, DDS

의 특징을 설명하여 양방향으로 REST와 사물인터넷 서비

스 연동 방법을 기술하고, 3장에서 동작과정과 구성요소를

통해 양방향 REST 어 터를 설계한다. 4장에서는 양방향

REST 어 터를 한 련 연구들을 분석 비교하고, 마

지막 5장에서 결론과 향후 연구방향에 하여 논한다.

2. 련연구

2.1 DDS(Data Distribution Service)

DDS는 발간/구독 모델에 기반하여 분산 환경을 한

데이터 심 로그램 모델에 한 표 화의 필요성에 의

해 만들어진 실시간 데이터 통신 미들웨어 표 이다. DDS

표 [5]은 DDS API 표 을 규정한 DCPS(Data- Centric

Publish-Subscribe)와 네트워크 계층 통신 로토콜을 규

정한 RTPS(Real Time Publish-Subscribe)로 구성되어

있다. DCPS는 발간/구독 모델에 기반한 데이터 교환 기능

을 제공하는 인터페이스 규격으로 read()/ write() API를 제

공하여 발간자(publisher)는 송할 데이터를 생성하고 배

포하는 기능을 담당하고 구독자(subscriber)는 이 데이터

를 수신하여 활용하게 된다. RTPS는 발간/구독 모델에

기반 구 측면의 데이터 송 로토콜로서 UDP/IP와

같은 신뢰성 없는 송계층 에서도 동작 가능하도록 설

계되어 있다. DDS를 이용한 실시간 통신은 도메인으로

규정한 장치들간에 가상의 데이터 송 채 인 토픽을 생

성하여 발간/구독이 가능하다. 토픽은 DDS 도메인 내에

그림 2 DDS 토픽의 개념 모델

Fig. 2 Conceptual Model of DDS Topic

그림 2와 같이 유일한 이름으로 구분되며, TypeSupport

를 통해 송수신하는 데이터의 타입을 명세한다.

2.2 REST(Representational State Transfer)

REST는 2000년에 로이 필딩(Roy Fielding)의 박사학

논문[6]에서 처음 제안한 웹을 이용하여 분산 시스템

을 구축하기 한 소 트웨어 로토콜의 구조의 한 형식

이다. REST는 네트워크 애 리 이션 개발에 사용되는

인터페이스 스타일로 복잡한 로토콜 신에 간단하고

명료한 HTTP 로토콜을 이용한다. REST는 리소스를

구별할 수 있는 식별자와 리소스를 수행하기 한 CRUD

(CREATE, RETRIEVE, UPDATE, DELETE) 문법, 리

소스 실행 결과에 한 상태 코드, 다른 리소스를 연결할

수 있는 하이퍼미디어 링크를 통해 사용할 수 있다.

REST의 CRUD 연산은 HTTP 로토콜을 통해 사

용하게 되므로 표 1과 같이 HTTP 메소드와 매핑해야

한다. CREATE는 PUT을 통해 리소스를 생성하거나

POST를 이용하여 새로운 리소스를 삽입할 수 있는데

PUT의 경우에는 그래픽 디자이 가 포토샵 로그램에

동일한 이미지를 계속 추가하는 것과 같이 사용하고, POST

는 편집자가 제목, 표지, 목차 등의 템 릿을 이용하여

이미지를 생성하는 것과 같이 사용한다. RETRIEVE와

DELETE는 GET과 DELETE로 각각 매핑할 수 있고,

UPDATE의 경우에는 CREATE와 같이 PUT이나 POST

로 표 할 수 있다[7].

표 1 REST CRUD와 HTTP 메소드 매핑

Table 1 REST CRUD for HTTP methods

CRUD HTTP Description

CREATEPUT/

POST

PUT: Creates a resource

POST: Inserts a resource

RETRIEVE GET Retrieves a resource

UPDATEPUT/

POST

PUT: Updates or replaces a

resource

POST: Updates, or extends a

resource; may change the state

of other resource

DELETE DELETE Deletes a resource

사물인터넷에서 서비스 연동을 한 양방향 REST 어 터 설계 43

2.3 사물인터넷의 서비스 연동 연구

사물인터넷의 디바이스 서비스와 REST의 연동에

한 연구는 [8,9]가 있다. [8]은 센서, 엑 에이터 등의 사

물인터넷 디바이스 서비스를 REST API로 변환하여 제

공하며, [9]는 블루투스, Zigbee 디바이스를 REST API

로 변환하여 외부에서 디바이스 서비스를 근할 수 있

도록 제공한다. 하지만 이들 연구는 외부의 REST API

를 디바이스 서비스로 변환하여 제공하지 않기 때문에

양방향 서비스 연동을 지원하지 못한다. 한, 디바이스

의 로토콜마다 드라이버나 번들이 필요한 단 이 있

는 반면, 본 논문에서는 토픽을 이용한 일 인 방법으

로 서비스를 양방향으로 연동할 수 있다.

본 연구에서 서비스를 양방향으로 연동하기 해 DDS를

사물인터넷 미들웨어로 하여 통신에 참여하는 응용 로그

램의 치나 존재에 상 없이 데이터를 실시간으로 송

할 수 있도록 복잡한 네트워크 로그래 을 단순화하여

분산 응용 로그램 설계 구 한다. 이와 함께 DDS의

토픽을 이용하여 서비스를 일 인 방법으로 표 하여

그림 1과 같이 각 어 터를 통해 상호운용성을 제공한다.

본 논문에서 사물인터넷의 서비스는 사물이 제공하는

디바이스 서비스와 클라우드 서비스나 정보 시스템이 제

공하는 외부 서비스로 나뉘어진다. 디바이스 서비스는 사

물의 표 인 네트워크 로토콜인 Zigbee, RFID, 블루

투스 등에서 제공하는 서비스를 지칭하고, 외부 서비스는

OpenAPI, 웹서비스, 클라우드 서비스, 엔터 라이즈 서비스

등으로 볼 수 있다. 본 논문에서는 외부 서비스 OpenAPI

의 표 인(약 69%) REST를 심으로 사물인터넷 서비

스 연동을 한 양방향 REST 어 터를 설계한다.

3. 양방향 REST 어 터의 서비스 연동

3.1 REST와 DDS 토픽 매핑

본 논문에서는 사물인터넷 서비스인 디바이스 서비스

와 외부 서비스의 연동을 해 DDS 토픽을 이용한다.

서비스의 특성 상 서비스 사용자는 어떤 동작을 요청하

고 서비스 제공자가 처리한 서비스의 결과값을 받기 때

문에 서비스를 요청하는 토픽과 서비스 요청에 따른 처

리 결과를 알려주는 토픽으로 구분된다. 표 2와 표 3은

각각 서비스를 요청하는 토픽과 서비스 요청에 따른 결

과값을 알려주는 토픽을 IDL(Interface Definition Lan-

guage)로 정의한 것이다. 정의된 토픽은 도메인 내의

발간자는 DataWriter를 통해 지속 으로 토픽을 발간하

고, 구독자는 미리 정한 토픽을 지속 으로 구독한다.

서비스 요청 토픽은 구조체에 호출하려는 서비스 ID,

서비스 이름과 인자값을 넣어 DataWriter를 통해 DDS

도메인 내에 발간한다. 서비스 ID와 서비스 이름이 복

합 으로 키를 구성되기 때문에 디바이스 서비스 어

터는 DataReader를 통해 해당 토픽을 수신하면 요청한

서비스를 확인하여 수행하도록 한다. 서비스의 응답은

DataWriter를 통해 응답 토픽에 요청한 서비스 ID를

서비스 이름, 결과값을 함께 보내면 REST 어 터가 수

신하여 서비스의 결과값을 확인할 수 있다. 이와 같은

서비스 요청은 디바이스 서비스 어 터가 REST API를

요청하는 경우에도 동일하게 동작한다.

3.2 양방향 서비스 연동

사물인터넷 서비스는 토픽으로 표 되기 때문에 REST

어 터는 REST API를 등록하는 경우와 토픽으로 표

된 디바이스 서비스를 REST API로 변환하여 REST

클라이언트가 디바이스 서비스를 사용할 수 있도록 한

다. 두 가지 경우를 통해 REST 어 터는 서비스를 제

공할 뿐만 아니라 서비스를 요청하는 역할을 수행하는

양방향 서비스 연동을 지원한다. REST는 서비스 응답

여부에 따라 동기/비동기로 호출이 가능하기 때문에

REST 어 터는 동기/비동기 호출을 모두 지원한다. 비

동기 호출은 응답 메시지가 없는 경우와 함께 HTTP

상태 코드만 오는 경우도 처리하도록 한다.

그림 3은 외부의 REST API를 REST 어 터에 등록

하여 토픽으로 변환한 후 사물인터넷 클라이언트가 서

비스를 요청하는 경우로 REST 어 터는 실제 외부에

있는 REST API를 호출하기 해 REST 클라이언트

역할을 수행한다. 서비스 요청은 표 2와 같은 정보를 포

함한다. REST API를 호출하기 해서는 DEST_ID에는

REST API의 주소, SERVICENAME은 REST API

이름, PARAMETERS에는 인자값을 이용하고, HTTP

메소드를 통해 REST API를 호출한다. REST API의

HTTP 메소드는 REST 어 터에서 리하여 REST

API 호출할 때 이용한다. REST API의 응답이 오면

표 3의 서비스 응답 토픽에 결과값을 넣어 보낸다.

그림 4는 토픽으로 명세된 사물인터넷의 디바이스 서

비스를 REST API로 변환하여 REST 어 터가 제공하

는 REST API처럼 보이는 역할을 수행한다. 이를 통해

외부의 REST 클라이언트는 REST 어 터가 REST

API 서버 역할을 통해 제공하는 서비스로 인식한다. 디

바이스 서비스를 REST API로 변환할 경우 디바이스

서비스의 이름을 REST API 이름으로 사용하여 리소스를

표 2 서비스 요청 토픽 명세

Table 2 The Definition of Service Request Topic

44 정보과학회논문지 : 컴퓨 의 실제 터 제 20 권 제 1 호(2014.1)

그림 5 디바이스 서비스를 REST API로 변환하는 과정

Fig. 5 The Operational Process of Converting Device Service into REST API

표 3 서비스 응답 토픽 명세

Table 3 The Definition of Service Response Topic

그림 3 REST 어 터의 클라이언트 역할

Fig. 3 The Client Role of REST Adaptor

그림 4 REST 어 터의 서버 역할

Fig. 4 The Server Role of REST Adaptor

표 한다. 를 들면, 디바이스 서비스 이름이 “lightonoff”

일 경우는 REST 어 터를 통해 REST API 이름으로

사용하는 동시에 “http://restadaptor.cnu.ac.kr/lightonoff”

의 주소로 REST API를 표 한다.

4. 양방향 REST 어 터 설계

4.1 REST Adaptor 동작과정

사물인터넷의 서비스 연동을 해 양방향 REST 어

터는 설계단계와 실행단계로 나 어 동작한다. 설계단

계는 REST 어 터가 처음 생성되어 동작하는 과정으

로 사물인터넷의 디바이스 서비스를 REST API로 변환

하는 경우와 REST API를 등록하여 토픽으로 변환하는

경우로 이루어진다. 실행단계는 설계단계의 두 가지 과

정을 포함하여 REST API를 삭제하는 경우와 사물인터

넷의 디바이스 서비스가 없어지는 경우 REST 어 터

가 동작해야 할 과정을 나타낸다.

그림 5는 사물인터넷의 디바이스 서비스를 REST API로

변환하는 과정으로 디바이스 서비스 정보를 DDS의 Data-

Reader로 수신하는 동작이 1번～6번에 해당한다. 토픽은

데이터를 주고받는 가상의 채 로 실제로 데이터를 송수

신하기 해서는 key로 인스턴스(instance)를 구분한다.

즉, 디바이스 서비스와 REST API를 명세한 서비스 토픽

은 동일한 데이터 타입을 가지며, 서비스 ID와 서비스 이

름을 으로 key가 구성된 인스턴스가 여러 개 생성된다.

하지만 서비스의 수가 증가함에 따라 인스턴스가 증가하

더라도 동일한 데이터 타입이므로 이를 발간/구독하는

DataWriter와 DataReader의 수는 증가하지 않는다.

인스턴스의 송 단 인 샘 (sample)을 통해 정보를

송수신한다. 샘 은 네트워크 송에 합하도록 직

사물인터넷에서 서비스 연동을 한 양방향 REST 어 터 설계 45

렬화(serialize)되어 있어 REST API로 변환하기 해

정보를 추출하는 역직렬화(deserialize) 과정이 8번에 해

당한다. 역직렬화를 통해 추출한 서비스 이름과 인자값

을 이용하여 REST API 서버에 등록한다. 앞서 언 한

것과 같이 서비스 이름은 REST API 이름으로 동일하

게 사용하고, REST API 근주소가 생성되어 외부의

REST 클라이언트가 호출할 수 있도록 한다. 생성된 디바

이스 서비스의 REST API는 REST 어 터에서 REST

API 주소, HTTP 메소드, 인자값 등을 확인할 수 있다.

이 정보는 추후 변환된 REST API 호출이 있는 경우

DDS를 통해 디바이스 서비스를 호출하도록 정보를 유

지한다. 9번부터 15번까지의 동작과정이 이에 해당하며

REST API를 등록하기 이 에 등록되어 있는지 확인하

며 복으로 장하지 않도록 한다.

4.2 REST 어 터 구성요소

사물인터넷의 서비스 연동을 한 양방향 REST 어

터는 그림 6과 같은 구성요소를 갖는다. DDS 엔터티

리자(DDS Entity Manager)는 DDS 엔터티인 도메인

참여자(DomainParticipant), 발간자, 구독자, DataWriter,

DataReader를 포함하며 서비스를 요청하고 응답을 받

아들이는 기능을 담당한다. 토픽 인스턴스 리자(Topic

Instance Manager)는 DDS 엔터티 리자를 통해

DDS로 보낼 정보를 생성하는 부분으로 직렬화와 역직

렬화한 정보를 REST API 정보 리자에 달한다.

REST API 정보 리자는 앞서 언 한 것과 같이 외부의

REST API를 호출하기 한 정보를 리한다. REST

API 등록기(REST API Register)는 외부의 REST

API를 등록하여 토픽으로 변환하는 기능을 담당하고,

REST API 생성기(REST API Generator)는 사물인터

넷의 디바이스 서비스를 REST API로 변환하는 부분을

담당한다. REST 클라이언트와 REST API 서버는 사

물인터넷의 디바이스 서비스와 외부의 REST API를 양

방향으로 연동하기 한 호출을 처리한다.

그림 6 양방향 REST 어 터 구성요소

Fig. 6 Two-way REST Adaptor Components

5. 결론 향후 연구

본 논문은 사물인터넷 환경에서 디바이스가 제공하는

서비스와 외부 서비스 표 인 OpenAPI 로토콜인

REST를 기반으로 양방향으로 서비스를 연동하는 어 터

를 제안하 다. 양방향 REST 어 터를 통해 디바이스

서비스와 REST API를 DDS의 토픽을 이용한 일 인

방법으로 명세하여 서비스 호출이 가능하다. 이러한 일련

의 과정은 REST 어 터의 설계단계와 실행단계로 구분

하여 동작할 수 있도록 설계하 고, DDS 엔터티 리자,

토픽 인스턴스 리자, REST API 정보 리자, REST

API 등록기, REST API 생성기, REST 클라이언트 모

듈, REST API 서버 모듈의 REST 어 터 구성요소를

통해 지원한다. 추후 본 논문의 REST 어 터와 디바이

스 서비스의 표 인 로토콜인 Zigbee 어 터를 연동

하여 양방향으로 서비스 호출이 가능하도록 한다.

References

[ 1 ] ITU-T Internet Report, "The Internet of Things -

Executive Summary," Nov. 2005.

[ 2 ] Valerie Issarny and et al., "Service-oriented middle-

ware for the Future Internet: state of the art and

research directions," Journal of Internet Services

and Applications, vol.2, no.1, pp.23-45, May 2011.

[ 3 ] Luigi Atzori and et al., "The Internet of Things:

A survey," Journal of Computer Networks: The Inter-

national Journal of Computer and Telecommu-

nications Networking, vol.54, Issue 15, pp. 2787-

2805, Oct. 2010.

[ 4 ] Stamatis Karnouskos and et al., "Requirement

Consideration for Ubiquitous Integration of Coope-

rating Objects," In proc. of the 4th IFIP Inter-

national Conference on New Technologies, Mobility

and Security, pp.1-5, Feb. 2011.

[ 5 ] Object Management Group, "Data Distribution

Service for Realtime Systems," v1.2, 2007.

[ 6 ] Roy Thomas Fielding, "Architectural Styles and

the Design of Network-based Software Architectures,"

DISSERTATION, submitted in partial satisfaction

of the requirements for the degree of Doctor of

Philosophy, 2000.

[ 7 ] Cesare Pautasso, Faculty of Informatics University

of Lugano, "REST vs. SOAP: Making the Right

Architectural Decision," SOA Symposium 2008.

[ 8 ] Qiang Li, Weijun Qin, Bing Han, Ruicong Wang,

Limin Sun, "A Case Study on REST-Style Architec-

ture for Cyber-Physical Systems: Restful Smart

Gateway," Journal of Computer Science & Informa-

tion Systems, vol.8, Issue 4, pp.1317-1329, Oct. 2011.

[ 9 ] Architecting the Internet of Things, "From the Internet

of Things to the Web of Things: Resource-oriented

Architecture and Best Practices," pp.97-129, 2011.