Design and Implementation of Bio-data Monitering System Based on ISO/IEEE 11073 DIM/REST for IoT Healthcare Service

논문 2015-52-3-1

IoT 헬스케어 서비스를 위한 ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반 생체정보 모니터링 시스템 설계 및 구현

( Design and Implementation of Bio-data Monitering System Based on ISO/IEEE 11073 DIM/REST for IoT Healthcare Service )

최 주 연

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( Ju-Hyun Choi, Seung-Man Chun, Dong-Hyun Jang, and Jong-Tae Park ^ⓒ )

요 약

최근 들어, 웹 서비스와 연동을 통해 생체정보 모니터링 서비스를 제공하기 위한 다양한 연구가 시도되고 있다. 의료정보 전송 표준인 ISO/IEEE 11073 PHD에서는 ISO/IEEE 11073 에이전트와 ISO/IEEE 11073 매니저간의 생체정보 교환을 위해 비 IP (No-Internet Protocol) 기반의 최적화된 교환 프로토콜인 ISO/IEEE 11073-20601을 정의하고 있다. 이러한 ISO/IEEE 11073-20601을 이용한 비IP 기반의 시스템 구조는 사물인터넷 기반의 원격 생체정보 모니터링 서비스를 제공하는 데 적합하지 않다. 왜냐하면, 사물인터넷 기반 U-헬스케어 서비스에서 원격지의 IP가 탑재된 생체정보 측정 장치들을 관리 및 제어할 수 있는 기능을 지원하기 어렵기 때문이다. 게다가, ISO/IEEE 11073-20601에서 정의하고 있는 ACSE와 CMDISE는 구조적인 복 잡도로 인해 구현하기 어렵고 복잡하기 때문에 사물인터넷 기반의 U-헬스케어 서비스를 제공하는데 적합하지 않다. 이러한 기존의 문제점을 해결하기 위해, 본 논문에서는 사물인터넷 기반의 생체정보 모니터링 서비스를 제공하기 위한 사물인터넷의 ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반 생체정보 모니터링 구조를 제안한다. 이를 위해 사물인터넷 기반 생체정보 모니터링 시스템 구조를 설계하였고, ISO/IEEE 11073 에이전트와 ISO/IEEE 11073 매니저간의 ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반의 메시지 교 환 프로토콜을 설계하였다. 제안된 시스템 구조의 실현 가능성을 검증하기 위해 서비스 프로토타입을 구현하였다.

Abstract

Recently, various studies have been attempted to provide a biological information monitoring service through integrating with the web service. The medical information transmission standard ISO/IEEE 11073 PHD defines the optimized exchange protocol ISO/IEEE 11073-20601 based on the No-IP to exchange the biometric information between the ISO/IEEE 11073 agent and the manager. It’s system structure based on the No-IP using ISO/IEEE 11073-20601 is not suitable for providing a remote biological information monitoring services. That is because it is difficult to provide to control and manage the biological information measurement devices, which have installed IP protocol stack at the remote. Furthermore, ACSE and CMDISE in ISO/IEEE 11073-20601 are not suitable to provide U-healthcare services based on IoT because they are complicated and difficult to implement it caused by the structural complexity. In order to solve the problems, in this paper, we propose the biological information monitoring architecture based on ISO/IEEE 11073 DIM/REST of IoT environment to provide the biological information monitoring service based on IoT. To do this, we designed biological information monitoring system architecture based on IoT and the message exchange protocol of ISO/IEEE 11073 DIM/REST between the ISO/IEEE 11073 agent and the ISO/IEEE 11073 manager. In order to verify the realistic possibility of the proposed system architecture, we developed the service prototype.

Keywords : IoT Healthcare, WoT Healthcare Service, ISO/IEEE11073 PHD ACSE/CMDISE, REST/HTTP

*

정회원,

평생회원, 경북대학교 전자공학부(Department of Electrical Engineering, Kyungpook University)

ⓒ Corresponding Author(E-mail: jtpark@ee.knu.ac.kr)

※ 이 논문은 2014학년도 경북대학교 연구년 교수 연구비 지원과 교육부 지원에 의한 BK21 플러스 프로젝트 (21A20131600011)에 의하여 연구되었음.

Received ;

Revised ;

Accepted ;

Ⅰ. 서 론

의료기술과 IT 기술이 발전함에 따라 전 세계적으로 사물인터넷 (Internet of Things: IoT)

^[1]

EEG) 등을 말한다

^[2～3]

IoT 환경에서의 U-헬스케어 서비스에 대한 관심이 높아짐에 따라 실제 세계 사물의 기능 또는 데이터를 제어하는 고유의 프로토콜이나 방법으로 접근하는 방법 에서 벗어나 보편적으로 보급되고 사용되는 방법으로 접근하고자 하여 제안된 것이 IoT 환경에서도 사물웹 (Web of Things: WoT) 기술이다. WoT 기술은 웹 서 비스 기술과 IoT 기술을 통합한 것으로, 사용자가 웹을 통해 사물의 센서로부터 측정된 생체 데이터를 획득하 는 방법이며, 우리에게 친숙한 웹 프로토콜과 언어 (예:

HTML, PHP, Javascript 등) 를 사용하여 사물의 기능 과 데이터에 접근하여 제어할 수 있다. WoT 기술을 활 용한 서비스 중에서 REST (Representational State Transfer) 가 있다. REST는 HTTP URI 로 대상 자원을 명시하고 HTTP Method로 해당 자원에 대한 행위를 정의 하는 웹의 특성을 잘 활용한 자원 기반 아키텍처를 말 한다.

한편, 세계 각국에서는 U-헬스케어 원격 모니터링 서비스를 위한 표준화가 꾸준히 진행되어 왔다. 1984년 IEEE 1073으로 시작한 ISO/IEEE 11073 헬스 워킹 그 룹은 모바일 의료 기기를 통해 생체 신호를 전송, 모니 터링, 제어할 수 있는 ISO/IEEE 11073 PHD (Personal Heath Device) 표준을 제정하였다

^[4]

하여 표준을 제정하고 있다

^[5]

그러나, ACSE와 CMDISE는 구조적으로 복잡하고 불 필요한 기능이 많으며 구현하기가 어렵다. 또한, ACSE 와 CMDISE를 센서 네트워크에 적용했을 경우 전력소 모가 심할 수 있다. 더군다나, IoT 기반의 헬스케어 서 비스에서 사용되는 센서는 저전력, 저용량의 램/롬, 저 성능의 프로세스 기능을 가지고 있기 때문에 ACSE와 CMDISE는 원격 헬스케어 모니터링 시스템에 적합하 지 않다.

따라서, 미래 IoT 환경에서의 U-헬스케어 원격 모니 터링 서비스는 원격지에서 IP가 탑재된 헬스케어 측정 장치들을 직접적으로 모니터링 할 수 있을 뿐만 아니라 관리, 제어, 유지보수가 쉬운 응용 계층의 통신관리 프 로토콜이 필요하다. 위의 언급된 문제점을 해결하기위 해, ISO/IEEE 11073 PHD DIM을 준수하면서 IoT 환경 에서의 HTTP 프로토콜을 활용한 ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반의 생체정보 모니터링 시스템의 구조 를 제안한다.

본 논문에서는 IoT 헬스케어 서비스를 위한 ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반으로 생체정보 모니터링 시스템을 구현하고 설계하였다. 제안된 REST/HTTP 기반의 표준 메시지 전송구조와 메시지 흐름도, 시스템의 구현 가능 성을 검증하기 위한 서비스 프로토타입을 구현하였다.

본 논문의 나머지는 다음과 같이 구성된다. II 장에서 는 REST와 국제 표준인 ISO/IEEE 11073 PHD에 대해 살펴보고, III장에서는 제안된 ISO/IEEE 11073 DIM과 REST기반의 생체정보 모니터링 시스템 구조 및 기본 동작을 알아보고, IV장에서는 구현 결과와 성능 분석에 대해 논의한다. 마지막으로 V장에서 결론을 내린다.

Ⅱ. 관련연구

본 장에서는 U-헬스케어 모니터링 서비스를 위한 국 제 의료 표준인 ISO/IEEE 11073 PHD에 대해 알아보고, 웹 서비스를 제공하기 위한 REST 구조를 알아본다.

1. ISO/IEEE 11073 PHD

ISO/IEEE 11073 PHD는 의료 정보 전송 표준으로써,

에이전트 장치들(Blood pressure monitors, Weighting scales 등의 생체정보 측정 장치)과 매니저 장치(스마트 폰, Health Appliance, Personal Computer 등)들 간의 건강 정보 교환을 위한 표준 및 프로토콜을 정의 한다

[6]

^[6]

ISO/IEEE 11073 PHD 표준은 에이전트와 매니저 간의 기능을 3가지의 모델인 영역정보 모델 (Domain Information Model: DIM), 서비스 모델 (Service Model), 통신모델 (Communication Model)로 구성한다

[6]

^[7]

ISO/IEEE 11073 PHD 표준에서는 에이전트가 서버 역할을 하고 매니저는 클라이언트 역할을 한다. 그러나 서버는 대규모 처리에 적합한 고성능/고용량의 CPU가 필요하며 클라이언트가 접속할 수 있도록 대기 (Listen) 상태가 되기 위해 ON 상태어야 한다. 하지만 에이전트

인 센서는 저전력, 저용량의 램/롬, 저성능의 프로세스 기능을 가지며 생체 정보를 측정할 때 사용하기 때문에 ON 상태일 수도 있고 OFF 상태일 수도 있다. 그러므 로 기존의 에이전트에 서버를 올리는 것은 적합하지 않 다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 논문에서는 에 이전트인 헬스케어 측정장치가 클라이언트로 동작하여 기존의 서비스를 제공할 수 있는 새로운 프로토콜 구조 를 제시한다.

2. REST 기반의 웹 서비스

그림 1은 REST 기반의 웹 서비스의 구성도를 나타 내었다. REST는 웹 프로토콜 (HTTP) 을 활용하여 리 소스 중심으로 연동 인터페이스를 정의하고 사용하는 방법을 제안한 것으로, REST 기반의 웹 서비스 (Web Service) 는 네트워크상에서 서로 다른 종류의 장치 간 에 상호작용을 하기 위한 소프트웨어 시스템이다.

REST 기반의 웹 서비스는 REST, UDDI (Universal Description, Discovery, and Integration), WADL의 3가 지 주요 표준 기술로 이루어진다. 그림 1에서 서비스 제공자는 서비스 또는 자원을 제공하는 장치를 말한다.

예를 들면, 사용자의 헬스케어 측정 센서 또는 스마트 단말 등의 장치이다. 서비스 요청자는 서비스를 받기 위해 요청하는 장치를 말하며, 이는 웹 서버 또는 웹 클 라이언트, 개인 컴퓨터 등이 해당될 수 있다. 헬스케어 서비스 구조에서, 서비스 공급자는 헬스케어 에이전트 에 해당하며, 서비스 요청자는 헬스케어 관리 서버를 말한다.

REST는 월드 와이드 웹에 쓰이는 자원 지향 웹 서 비스 아키텍처이며 웹의 모든 자원을 URI (Uniform Resource Identifier)로 표현하여 자원을 유기적으로 연 결하여 연관된 HTTP 메소드를 사용하는 방식이다.

HTTP의 메소드 (GET, POST, PUT, DELETE) 와 함 께 URL를 구조적으로 표현하여 HTTP 상위계층에서 자원을 전송하기 위한 아주 간단한 인터페이스를 말한 다

^[8]

REST는 크게 Addressability, Connectedness, Stateles sness, Homogeneous Interface 4가지의 특징 을 가진다

^[8]

스들은 서로 주변의 연관된 리소스들과 연결되어 표현 되어야 하며, Statelessness는 현재 클라이언트의 어플 리케이션 상태를 서버에서 관리하지 않아야 한다는 것 을 의미하고 마지막으로 Homogeneous Interface는 HTTP에서 제공하는 기본적인 4가지의 메소드를 이용 하여 리소스의 모든 동작을 수행할 수 있도록 하는 것 을 말한다. 이러한 REST 구조는 웹을 통해 접근하기 편하고, 구조가 단순하여 쉽게 구현이 가능하며 가벼워 서 저전력, 저용량의 소형 헬스케어 센서를 활용한 헬 스케어 서비스에 적합하다. 또한, HTTP 프로토콜을 그 대로 사용하므로 방화벽에 무관하게 호출이 가능하며 HTTP 메소드를 사용하여 특정한 데이터만 가져올 수 있다. 즉, REST는 구현을 단순화시키고 성능과 확장성 을 높일 수 있는 아키텍처를 말한다. REST를 이용한 좀 더 상세한 내용은 Ⅲ장에서 다루기로 한다.

REST는 웹 리소스 기반으로 동작하기 때문에 객체 간 리소스 요청/응답을 하기 위해서는 서비스 제공자가 제공하고자하는 웹 서비스 (파라미터, 메소드, 리소스 Path 등) 를 관리하는 중계 서비스 브로커가 필요하다.

UDDI는 이러한 중계 서비스 브로커의 역할을 수행한 다. 좀 더 구체적으로, 헬스케어 측정장치와 헬스케어 관리 서버간의 웹 리소스 공유를 위한 중계 서비스 브 로커로써의 역할을 수행한다. UDDI는 웹 서비스 관련 정보의 공개 (Publish) 와 검색 (Discover) 을 위한 표 준을 말하며, 웹 서비스 관련 정보를 WADL를 이용하 여 표현한다. WADL (Web Application Description Language) 은 웹 서비스를 설명하고 HTTP 리소스의 메소드를 표현하기 위한 XML기반의 마크업 언어이다.

WADL 명세서는 서비스에 의해 제공되는 리소스와 그 들간의 관계를 나타낸다. WADL 명세서의 내용은 웹 서비스의 이름과 URL 정보, REST 메시지의 인코딩 방 법, REST 메시지 전송을 위한 프로토콜 정보, 웹 서비

그림 1. REST 기반의 웹 서비스 구성도 Fig 1. Web service structure based on REST.

스를 이용하는데 필요한 인터페이스 정보 (Type, Including name, Operation, Parameter, Data) 등이 포 함된다.

그림 1의 웹 서비스 구성도는 Publish, Discover, Bind 단계로 나뉜다. 구체적으로, 제공하고자 하는 웹 서비스 목록(WADL)을 Publish 하고, Publish된 정보를 Discover을 이용하여 웹 서비스 정보를 탐색하며, 탐색 결과를 이용하여 서비스 요청자와 서비스 제공자 간 Bind하여 웹 서비스를 요청/응답하게 된다. 서비스 요 청자와 서비스 제공자 간에 JSON이나 XML, HTML 이미지를 HTTP 메소드를 활용하여 주고받을 수 있다.

Ⅲ. ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반 생체 정보 모니터링 시스템 구조

본 장에서는 IoT 헬스케어 서비스를 위한 ISO/IEE E 11073 DIM/REST 기반 생체 정보 모니터링 시스템 의 전송 및 관리 구조를 설명하고, 또한 이를 활용하여 제안된 구조의 상세한 구성요소들을 설명한다. 그리고 프로토콜 스택을 통해 전체적인 구조에 대해 설명하고 REST 기반 메시지 전 송을 위한 흐름도에 대해 설명 한다.

1. IoT 기반의 U-헬스케어 시스템 구조

그림 2에서 보이는 바와 같이, 시스템은 헬스케어 측 정장치, 헬스케어 관리 서버, 웹 클라이언트 매니저, UDDI로 구성된다. 헬스케어 측정장치는 환자의 생체정 보를 측정하는 장치를 말하며, 인터넷 프로토콜 (Internet Protocol: IP) 이 탑재될 수 있는 스마트 이동 단말, 스마트 변기 등이 해당된다. 헬스케어 관리 서버 는 헬스케어 측정장치를 관리하고 데이터베이스에 환자

그림 2. IoT 기반의 U-헬스케어 시스템 구조 Fig 2.. U-Healthcare system structure based on IoT.

그림 4. ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반 메시지 흐름도 Fig. 4. Signaling flow based on ISO/IEEE 11073 DIM/REST.

의 개인정보와 측정된 생체정보를 저장할 수 있는 웹 서비스가 가능한 서버를 말한다. 웹 클라이언트 매니저 는 생체 정보를 모니터링 할 수 있고 웹 서비스가 가능 한 웹 클라이언트이다. UDDI는 2.2절에 언급하였듯이 헬스케어 측정장치, 헬스케어 관리 서버간의 웹 서비스 를 제공하기 위한 웹 서비스 관련 정보의 공개와 탐색 서비스를 제공하기 위한 검색 엔진 서버이다.

2. IoT 헬스케어 서비스를 위한 프로토콜 스택 그림 3은 IoT 헬스케어 서비스를 위한 프로토콜 스택 구조를 나타내며, ISO/IEEE 11073 DIM, REST, TLS, TCP(Transmission Control Protocol), 6LoWPAN, IEEE 802.15.4로 구성된다. 여기서, ISO/IEEE 11073 DIM은 ISO/IEEE 11073 PHD에서 정의한 에이전트의 객체 정 보를 사용하며, REST 프로토콜은 ISO/IEEE 11073 에 이전트와 매니저 간 메시지를 전송하기 위한 ISO/IEEE 11073 DIM 기반으로 한 ISO/IEEE 11073 에이전트 또

그림 3. 프로토콜 스택 Fig 3. Protocol stack.

는 매니저의 Attribute, Entity의 상태나 리소스의 주소 에 대한 인터페이스를 위해 사용되며, HTTP는 REST 기반의 메시지 전송을 위한 네트워크 전송 인터페이스 로 사용된다. TLS와 TCP는 상위 계층으로부터 전달받 은 패킷을 암호화 및 메시지 전송을 위해 사용된다. IP 계층에는 6LoWPAN (IPv6 over Low-power Wireless Personal Area Network)이 탑재될 수 있다.

3. ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반 모니터링 서 비스를 위한 메시지 흐름도

그림 4는 ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반 헬스케 어 모니터링 서비스를 위한 메시지 흐름도를 나타낸다.

그림 4에 제시된 흐름도는 총 3단계로 구성 된다; 1단 계는 웹 서비스 공개 및 검색 단계로써, 1번 메시지는 헬스케어 측정장치가 자신이 제공하고 있는 서비스를 헬스케어 관리서버가 접속/요청할 수 있도록 하게 하 기 위한 WADL 명세서를 생성하여 UDDI 레지스트리 서비스 브로커에 공개 (Publish)를 수행한다. WADL 명세서에는 URI정보, Service Path, Method list, Method query/response parameter Information에 따른 파라미터, Device Identifier 등을 포함한다. 여기서, URI 정보는 에이전트의 도메인 주소를 나타낸다. 이 정보는 WADL 명세서에서 <resources>에 해당하며, http://www.rest.or .kr로 나타낼 수 있다. Service Path는 에이전트가 제공하고 있는 자원의 경로를 말하 며, <resources> 요소에 상속되는 <resource>로 예를

들면, 자원에서도 얻고 싶은 정보가 체온이라면, 경로 를 http://www.rest.or.kr/temperature로 나타내며,

<resource path=“/temper ature”> 로 나타낼 수 있다.

Method list는 웹 클라이언트 매니저가 헬스케어 측정 장치에 관리 메시지를 전송할 때 사용할 수 있는 메소 드로, HTTP에서 제공하는 GET, PUT, POST, DELETE 등을 말한다. WADL 명세서는 <method name=“GET” id=“search”> 로 나타내며, 여기서 id는 메소드 (Method)를 구별하는 식별자이며, name은 Method의 이름을 말한다. Method Query/Response Parameter Information는 앞에 언급한 메소드를 사용 하여 웹 클라이언트 매니저가 헬스케어 측정 장치에게 관리 메시지를 송신할 때 구성된 메소드에 따른 부가 적인 파라미터 정보를 말한다. 여기서 Method Query 는 <param>이라는 매개변수에 의해 나타내며, response 매개변수는 <response status = “200”>으로 나타낸다. Status는 HTTP로 “OK”라는 응답 상태를 의미한다. 마지막으로, Device Identifier는 헬스케어 측 정장치를 구분하기 위한 구분자이다. Device Identifier 는 헬스케어 측정장치의 확인자로써, 앞서 2.1절에 언 급한 ISO/IEEE 11073 DIM에 여러 객체 중에 MDS (Medical Device Service) Object의 하나 이상을 포함 한다. MDS 객체 속성에는 Handle, System-type, System-Model, System-Id 등으로 구성된다. 2번 메시 지는 UDDI에서 공개 메시지에 대한 응답 메시지 (Publish Response) 를 헬스케어 측정 장치에게 전송 한다. 이 메시지에는 헬스케어 측정 장치가 공개한 서 비스에 대한 반영 여부를 포함한다. 3번 메시지는 헬스 케어 관리서버가 헬스케어 측정장치가 제공하고 있는 웹 서비스를 요청하기 위해, WADL을 탐색 및 검색 (Discovery)을 하는 과정으로 UDDI에 탐색 메시지를 이용하여 요청하게 된다. 탐색 메시지에는 Device Identifier 또는 URI 정보 등이 포함되며, 이를 이용하 여 특정 헬스케어 측정 장치를 검색하게 된다. 이에 대 한 응답으로 4번 메시지인 Discover Response 메시지 를 통해 검색 결과를 수신하게 된다.

5번 메시지에서 헬스케어 관리 서버는 제공하고자 하는 서비스의 WADL 명세서를 생성하여 UDDI 레지 스트리 서비스 브로커에 공개 (Publish) 를 수행한다. 6 번 메시지에는 헬스케어 관리 서버가 공개한 서비스에 대한 반영여부를 포함한다. 7번 메시지는 웹 클라이언

트 매니저가 헬스케어 측정 장치가 제공하고 있는 서비 스를 요청하기 위해, 헬스케어 관리 서버가 제공하는 WADL을 탐색 및 검색 (Discovery) 을 하는 과정으로 UDDI에 탐색 메시지를 이용하여 요청하게 된다. 이에 대한 응답으로 8번 메시지인 Discover Response 메시 지를 통해 검색 결과를 수신하게 된다.

2단계는 웹 서비스 연결 요청/응답 단계로서, 헬스케 어 측정장치가 헬스케어 측정장치의 존재 여부를 헬스 케어 관리 서버에게 알리기 위해 헬스케어 관리 서버에 게 비어있는 요청메시지를 주기적으로 보낸다. 헬스케 어 관리 서버는 헬스케어 측정장치의 메시지를 수신하 여 헬스케어 측정 장치에 대한 웹 클라이언트 매니저의 요청 메시지가 없을 경우에는 10번 메시지와 같이 헬스 케어 관리 서버는 헬스케어 측정장치에게 비어있는 응 답메시지를 반환한다.

마지막으로, 3단계는 웹 서비스 요청/응답 단계이다.

12번 메시지는 웹 클라이언트 매니저가 헬스케어 측정 장치의 정보를 요청할 경우, 8번 메시지인 Discovery Response 의 정보를 이용하여 REST/HTTP로 헬스케 어 관리 서버에게 요청 메시지를 전송한다. 요청 메시 지에는 GET, PUT, POST, DELETE의 Method를 사용 하여 요청한다. 구체적으로, GET 메소드는 웹 클라이 언트 매니저가 헬스케어 측정장치의 ISO/IEEE 11073 MDS Object 또는 Scanner, PM-Store 등의 Attribute 정보를 요청 시 사용된다. 예를 들어, MDS의 attribute-id 라는 자원을 요청할 경우, http://R estExample/apis/getmds/MDS/attribute-id으로 GET 메소드를 활용하여 얻는다. URI에서 getmds 함수에 대 한 설명은 표 1에 정의되어 있다. 표 1은 헬스케어 관리 서버의 웹 서비스 호출할 때의 함수들로서 getmds, put_settime 등으로 구성된다. getmds는 헬스케어 관리 서버가 웹 클라이언트 매니저에게 요청 메시지를 받아 헬스케어 측정장치에게 MDS 객체의 속성을 요청할 때 호출하는 함수를 말한다. 헬스케어 관리 서버는 헬스케

웹 서비스 설명

getmds MDS 객체의 속성들을 요청

put_settime 헬스케어 관리 서버가 헬스케어 측정장치의 시간을 설정

표 1. 헬스케어 관리 서버의 웹 서비스 호출 함수 Table 1. Web service method of healthcare management

server.

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그림 6. GET요청에 대한 JSON 형식의 응답메시지

Fig 6. JSON format in the response message for GET request.

어 측정장치의 요청메시지에 대한 응답메시지로 웹 클 라이언트 매니저에게 받은 요청 메시지를 payload에 포 함하여 헬스케어 측정장치에게 보낸다.

헬스케어 측정장치는 헬스케어 관리 서버에게 받은 응답메시지에 포함되어있는 웹 클라이언트 매니저의 요 청메시지를 보고 JSON과 XML으로 표현된 리소스를 요청 메시지에 포함하여 헬스케어 관리 서버에게 전송 한다. 헬스케어 관리 서버는 웹 클라이언트 매니저에게 헬스케어 측정장치의 JSON/XML로 표현된 리소스가 포함된 요청 메시지를 응답 메시지에 포함시켜 보내고

그림 5. GET 요청 메시지 Fig 5. GET request message.

헬스케어 측정장치에게 잘 받았다는 응답 메시지를 전 송한다.

그림 5와 그림 6은 각각 헬스케어 측정 장치에게 보 내는 GET 요청메시지와 웹 클라이언트 매니저가 요청 한 GET 메시지에 대한 JSON 형식의 반환된 응답메시 지를 보여준다. 그림 6의 MDS에 대한 GET 요청의 응 답메시지를 보면, MDS 객체속성인 System-type, System-Model, System-Id, Dev-Configuration-Id, System-Type-Spec-List, Production-Specification 등 을 헬스케어 측정장치에 대한 정보를 JSON 메시지 형 태로 반환된 것을 보여준다.

System-type 속성은 헬스케어 측정 장치의 유형을 말하는데, 예를 들어 무게나 규모 등의 명칭을 뜻한다.

System-Model 속성은 헬스케어 측정 장치의 모델 번 호와 제조업체를 나타낸다. System-Id 속성은 에이전

트 장치의 ID로 에이전트 장치정보인 제작자 (Manufacturer), 오유아이 (Organizationally Unique Identifier: OUI), 제품 종류 (ProductClass) 및 시리얼넘 버 (Serial Number)를 포함한다. Dev-Configuration-Id 는 장치 설정 아이디로서 고유의 16비트 식별자를 갖고 있다. 마지막으로, Production-Specification 속성은 제 조업체의 명시된 형식에서의 일련번호, 구성요소 버전 등을 정의한다.

IV. 구 현

1. 시스템 구성

그림 7은 ISO/IEEE 11073 DIM과 REST기반의 생 체 정보 모니터링 시스템의 프로토타입 구현을 위한 시스템 구성을 보여준다. 여기에는 SpO

2

^[9]

서버: IBM server, Apache 2.2, MySQL 5.5 스마트 모바일 장치: Nexus 5 [LGD821 모델]-OS

version 4.4

센서의 타입: 블루투스 모듈 (HBE-ZigbeX2- Blue tooth), SpO

2

2

그림 7. IoT 헬스케어 모니터링 시스템 구성도 Fig 7. IoT Healthcare monitering system configuration.

2. IoT 헬스케어 서비스를 위한 생체정보 모니터링 시스템 시나리오

사물 인터넷 기반의 헬스케어 서비스를 위한 ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반 생체 정보 모니터링 시스템의 시나리오는 다음과 같다. 먼저, 그림 8에서와

같이 먼저, 시스템 구성에서 사용된 ZigBee 기반 SpO

2

측정 모듈 센서를 활용하여 측정하고 스마트폰에 연결 하기 전에 사용자 인증 절차를 수행한다. 그림 9의 모 바일 인터페이스에 간단하게 환자의 이름, 나이 등의 정보를 입력할 수 있다. 그 이후, SpO

2

환자로부터 측정된 생체 정보는 ZigBee 기반 SpO

2

측정 모듈 센서를 사용한 스마트 폰에 전송되고 웹 클 라이언트 매니저에 의해 요청된다. 웹 클라이언트 매니 저는 의료 장치들에 대한 정보들을 검색하여 헬스케어 관리 서버에 요청하고 헬스케어 관리 서버는 스마트 폰 에 요청한다. 그리고 웹 클라이언트 매니저는 의료장치 ID의 뒤에 환자의 이름을 입력하여 특정한 환자에 대한 생체 정보를 요청한다. 스마트폰에서는 웹 클라이언트 매니저의 헬스케어 측정 장치에 대한 GET, PUT, POST, DELETE 요청인지를 판단하여 그에 대한 응답 으로 생체 정보에 대한 요청 결과를 헬스케어 관리 서 버로 전송하고 헬스케어 관리 서버는 웹 클라이언트 매 니저에게 전송한다. 그 결과, 웹 인터페이스를 통해 의 료진이 확인하여 직접 모니터링하고 관리할 수 있다.

그림 8. 생체정보 모니터링 서비스의 시연

Fig. 8. Demonstration of bio-data monitoring service.

3. 구현 결과 및 분석

그림 9-10은 본 논문에서 제안된 시스템 구조의 프 로 타입의 구현 결과를 보여준다. 실시간으로 측정된

그림 9. 모바일 인터페이스의 동작화면 Fig. 9. Mobile interface operation screen.

그림 10. 웹 인터페이스 동작 화면 Fig 10. Web interface operation screen.

생체 데이터는 ISO/IEEE 11073 메시지 형식에 따라 ZigBee기반 SpO

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그림 10은 웹 클라이언트 매니저에서 웹 익스플로러를 통해 원격지에 있는 스마트 폰에 연결된 SpO

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V. 결 론

사물인터넷기반의 U-헬스케어 서비스에 관심이 급증 함에 따라 사물인터넷 환경에 적합한 새로운 헬스케어 관리 프로토콜이 필요하다. 이에 본 논문에서는 헬스케

어 측정장치에 IP 프로토콜을 탑재하고, 이를 원격지에 서 관리, 제어, 유지보수 등이 가능한 ISO/IEEE 11073 DIM과 REST 기반 생체 정보 모니터링 시스템의 구조 를 설계 및 구현하였다. 구체적으로, ISO/IEEE 11073 DIM/REST 기반의 모니터링 메시지 전송 구조와 신호 흐름도를 설계하였으며 시스템을 적용한 프로토타입을 구현하였다. 이를 통해, 인터넷에 연결된 생체 정보 측 정 장치를 원격지에서 웹을 통해 관리 및 제어 할 수 있게 된다. 또한, REST/HTTP를 이용한 경량화된 메 시지를 통해 장치 간 통신하기 때문에 자원이 제한된 센서를 이용한 서비스에서 크게 활용될 수 있다. 마지 막으로, 본 논문에서 제안한 시스템을 사용함으로써 미 래의 IoT 기반의 많은 헬스케어 서비스에 활용될 수 있 을 것으로 예상한다.

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저 자 소 개 최 주 연(정회원)

2013년 동아대학교 컴퓨터공학 (공학사)

2015년 경북대학교 전자공학부 (공학석사)

<주관심분야 : U-헬스케어 서비 스, 무선 네트워크 관리, 차세대 통신망운용>

천 승 만(정회원)

2008년 동양대학교 전자공학과 (공학사)

2010년 경북대학교 IT 대학 전자공학부(공학 석사) 2015년 경북대학교 IT대학

전자공학부 (공학박사)

<주관심분야 : 차세대 통신망 운용, 이동성 관리, U-헬스케어 네트워크 관리>

장 동 현(정회원)

2011년 경일대학교 컴퓨터공학 공학사

2014년 경북대학교 전자공학부 (공학석사)

2015년～현재 경북대학교 전자공학부 (박사과정)

<주관심분야 : U-헬스케어 서비스, 무선 네트워 크 관리, 차세대 통신망운용>

박 종 태(평생회원)

1978년 경북대학교 전자공학과 (공학사)

1981년 서울대학교 전자공학과 (공학석사)

1987년 미국 미시건대학교 정보통신(공학박사) 1989년～현재 경북대학교 전자공학과 교수 2000년～2003년 IEEE Technical Committee on

Information Infrastructure(TCII) 의장 1988년～1989년 삼성전자 컴퓨터시스템 사업부

수석연구원

1987년～1987년 미국 AT&T Bell 연구소 연구위원

1984년～1987년 미국 CITI 연구원

<주관심분야 : 헬스케어 융합 네트워크 관리, 이 동통신, 차세대 통신망 운용, 네트워크 보안>

Application profile - Optimized exchange protocol-IS O/IEEE 11073-20601, The Institute of Electrical and

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