원격 태아 검사 IoT 시스템

시스템 구조

전체적인 구조의 모습은 아래 그림에서 확인할 수 있다.

센서

실제로는 센서를 통해 태아의 심장 박동과 태동을 센서로 측정하는 것이지만, 그렇다고 가정하고 데이터 생성 프로그램(pub-mqtt)을 사용하여 데이터를 생성한다.

MQTT 통신

MQTT는 IoT를 위한 통신 프로토콜로 저전력, 낮은 패킷량으로 통신한다는 점이 특징이다. MQTT는 일반적인 통신과는 다르게, 중간에 통신을 중계하는 브로커가 존재한다.

브로커에게 특정 topic에 대해 데이터를 보내면(publish), 브로커는 해당 topic을 구독하는(subscribe) 프로그램에게 데이터를 전송한다. 여기 시스템에서 브로커는 rabbitMQ가 담당하고, sub-mqtt 프로그램이 fetal-information이라는 topic에 대해 구독한다.

sub-mqtt

sub-mqtt 프로그램은 브로커로부터 데이터를 받아 postgresql에 데이터를 저장한다.

postgresql

postgresql은 데이터베이스로, 현재 할당받은 DB에 fetal_information라는 이름의 schema를 만들고 heart_rate라는 이름의 table을 만들어 데이터를 저장하였다. 아래 캡쳐는 테이블에 저장된 데이터의 모습이다.

server

server은 node.js express 프레임워크를 사용한 프로그램으로, 수정을 통해 웹사이트를 개발할 수 있다.

Dashboard

postgresql에서 데이터를 받아 데이터를 시각화한다.

데이터 전송 방법

pub-mqtt 폴더의 index.js 파일에 name이라는 변수가 있다.

function publishFetalInfo() {
    ...
    const name = "patient1";
    ...
}

환자 이름을 입력하고 프로젝트 파일 경로에서 터미널을 열고 다음 명령어를 입력하면 서버로 데이터를 전송한다.

npm start

추가적으로 다른 이름의 환자 정보를 전송하고 싶다면, 터미널을 추가로 열고 파일을 수정한 뒤에 프로그램을 실행하면 된다.

그라파나에서 데이터 표시하기

심박수에 관한 데이터는 다음의 SQL문을 작성한다. name에는 분류할 환자의 이름이다.

SELECT
  "timestamp" AS "time",
  heart_rate
FROM total_fetal_information
WHERE
  $__timeFilter("timestamp") AND
  name = 'patient1'

태동에 관한 데이터는 다음의 SQL문을 작성한다.

SELECT
  "timestamp" AS "time",
  fetal_movement::INT
FROM total_fetal_information
WHERE
  $__timeFilter("timestamp") AND
  name = 'patient1'

다음은 대시보드 샘플이다.

어떻게 구현했는가?

파일 출처

파일은 WISE-PaaS Certified Developer-Level II에서 제공하는 파일들을 받아 조금씩 수정하였다.

도커 이미지 만들기

쿠버네틱스에 배포할 프로그램은 도커 허브에 이미지를 업로드한 후에 쿠버네틱스에 이미지에 관한 설정 파일을 적용하면 해당 이미지를 다운받아 사용하는 방식이다.

따라서 쿠버네틱스에 배포될 server와 sub-mqtt를 도커 허브에 업로드해야 한다. 각 폴더에서 docker build 명령어를 통해 이미지를 만든다. 이미지 이름은 {계정}/{이미지이름}:{태그} 형식으로 작성해야 한다.

~/adventech/server> docker build -t vodiakana/fetal-information-server:1.0.0 .

만들어진 이미지 파일을 도커 허브에 업로드한다.

~/adventech/server> docker push vodiakana/fetal-information-server:1.0.0

sub-mqtt도 마찬가지로 해준다.

~/adventech/sub-mqtt> docker build -t vodiakana/fetal-information-sub-mqtt:1.0.0 .
~/adventech/sub-mqtt> docker push vodiakana/fetal-information-sub-mqtt:1.0.0

프로그램 배포하기

이제 도커 이미지 파일 이름을 각 yaml 설정 파일에 넣어야 한다. image 부분에 방금 업로드한 도커 이미지 파일 이름을 작성한다.

[mqtt.yaml]
...
- name: mqtt
  image: vodiakana/fetal-information-sub-mqtt:1.0.0
  imagePullPolicy: Always
...

[server.yaml]
...
- name: server
  image: vodiakana/fetal-information-server:1.0.0
  imagePullPolicy: Always
...

이제 설정 파일을 쿠버네틱스에 적용시킨다.

~/adventech> kubectl apply -f k8s/

쿠버네틱스에 정상적으로 배포되었는지 확인한다.

~/adventech> kubectl get all

데이터 전송하기

pub-mqtt 프로그램을 실행시켜 데이터를 만들어서 브로커에게 전송한다. 다음 명령어로 실행한다.

~/adventech> npm start