MFC 내 신선식품 관리를 위해 사용되는 IoT 플랫폼에 적용 네트워크 관리 시스템

(Network management system applied to IoT platform used for fresh food management in MFC)

권 오 언†, 정 철 우†, 최 준 형†*

†(재)경북IT융합산업기술원 연구개발부

(Oeon Kwon, Cheol-woo Jung, Jun-Hyeong Choi)

(†Research Development Division, Gyeongbuk Institute of IT Convergence Industry Technology (GITC))

Abstract : In this paper, the IoT platform that manages fresh food in the MFC logistics center implements a network management system to operate without network problems. The network management system has the function of allocating a new IP address through a MAC address, which is a unique identification number of a device, and recovering an IP address of a device that has not been used for a long time. Through the actual implementation of the network management system, it was confirmed that the devices in the IoT platform were smoothly operated without problems, which are IP conflict, IoT device error and duplication of IP allocation.

Keywords : IoT, Micro-fulfillment center, MAC address, Network manage

I. 서 론

* 교신저자(Corresponding Author)

권오언, 정철우, 최준형 : 경북IT융합산업기술원

※ 본 연구는 중소벤처기업부의 규제자유특구혁신사업육성 지원에 의한 연구임 [P0020333]

코로나 19 바이러스 사태 이후, 오프라인의 디지털 전환이 가속화 되고 상거래 영역에서는 이커머스가 급성장하였다. 이커머스 업체의 경쟁력을 좌우하는 다양한 요소 중 하나인 MFC (Micro-Fulfillment Centers) 성장이 온라인시장 장악, 미래물류 주도로 인해 화두가 됐다. MFC란 도심 내 비교적 작은 규모의 매장이다. 풀필먼트는  단순 배송의 기본 개념을 넘어선 단계로 구매자의 주문에 맞춰 물류센터에서 구매하고자 하는 제품을 고르고 포장 및 배송하며 구매자의 요청에 따라 교환 및 환불까지 해주는 모든 과정을 일괄처리 하는 체계이다. MFC가 활성화에 따라 신선식품은 이커머스 업체에서 필수로 선점해야 하는 분야로 자리 잡을 정도로 급격히 몸집을 키웠다. 통계청이 발표한 ‘2021년 5월 온라인 쇼핑 동향’ 보고서에 따르면, 신선식품으로 대표되는 농축수산물거래액은 4조 642억으로 전년 대비 44.5% 증가하였다. 이런 사유로 인해 이커머스 업체의 MFC 뿐만 아니라 국제적으로도 신선식품 배송과 관련해서는 제품의 적정온도 유지 외에 IoT(Internet of Things) 플랫폼 기술의 발전에 힘입어 센서, 위치추적, 자동경보시스템, 스마트폰 연동 등, 기술들이 적용되어 신선제품이 관리되는 추세이다[1].

앞서 언급한 IoT 플랫폼 기술을 활용하여 현재 많은 이커머스 업체들에서 앞서 언급한 IoT 플랫폼 기술을 활용하여 MFC에서 신선제품들을 효율적으로 관리하고 있다. 하지만 IoT 플랫폼은 기본적으로 사물이 인터넷에 연결되는 특성을 가지며, 이러한 점은 기존의 IT 환경보다 더욱 많은 취약성을 가질 수 있다. 기본적으로 기존의 정보통신 환경에서 갖는 보안 취약성은 그대로 가질 수 있으며, 물리적 환경과 연동되는 과정에서 IP 충돌로 인한 동작 오류, 무력화 등 다양한 문제점이 존재한다[2].

본 논문에서는 MFC 물류센터에 신선식품 관리를 위해 관리 되는 IoT 환경이 가진 취약성 중 물리적 환경과 연동되는 과정에서의 IP 충돌을 방지하는 관리 시스템을 구현 하고자한다. IP 충돌은 사용자의 실수로 인한 고정 IP 중복 설정 또는 디바이스 초기 IP 사용으로 인하여 발생된다. 이런 문제점들은 본 논문에서 구현한 MAC 주소를 활용한 IP 할당을 기능을 통해 해결될 것이라 기대한다.

본 논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서는 간략한 배경 지식을 소개한다. 3장에서는 구현한 시스템의 구조와 기능에 대하여 서술하며, 마지막으로 4장에서 결론을 맺는다.

Ⅱ. 관련 연구

고객주문 이행이란 의미의 풀필먼트는 1999년 아마존이 물류센터를 풀필먼트센터로 바꾼 후 많이 알려졌다. 판매점으로 배송되던 것을 풀필먼트센터로 보내고, 판매점이 아닌 센터에서 물류의 제반 업무를 처리하고 배송을 하면서 집하와 서브터미널의 과정이 생략되면서 물동량을 늘리고 배송시간을 단축하는 효과가 있다[3]. 아래 그림 1은 풀필먼트 과정을 간략하게 보여준다.

그림 . 풀필먼트 절차

Fig 1. Fulfillment process

풀필먼트 서비스에서 택배 배송서비스는 물건이 얼마나 빨리 도착 하는 것 또한 소비자의 주요한 만족도 척도이지만, 소비자는 자기가 주문한 물품이 얼마나 신선한 상태를 유지하며 배송이 완료되는 가에 따라 만족도 및 이커머스 이용률이 상승한다[1]. 이로 인해 이커머스 업체는 신선식품을 신선하게 목적지까지 배송하기 위해 발송 전 부터 철저하게 관리되어 진다.

따라서, 현재 많은 이커머스 업체들은 신선제품을 신선하고 철저하게 관리하기 위하여 IoT 플랫폼을 활용한다. IoT 플랫폼은 인터넷에 연결된 모든 기기를 관리하고 하나의 시스템으로 자동화하여 통합할 수 있는 운용체계이다[4]. 따라서, 다양한 기기를 손쉽게 연결하고 관리할 수 있는 IoT 플랫폼을 활용하여 신선제품의 보관 물류센터 내의 온습도 모니터링 및 제품의 수량 및 품목을 자동으로 점검, 재고 수량 반영 등의 활용되어 지고 있다. 그림 2는 IoT 플랫폼 구조를 나타낸 것이다.

그림 2. IoT 플랫폼 실행 구조

Fig 2. IoT platform execution structure

MAC 주소는 한 IP 내에서 다양한 기기들이 존재할 때, 해당 기기들이 각각 어떤 기기들인지 식별용 주소이다. MAC 주소(Media Access Control address)를 활용하여 IoT 플랫폼에 사용되는 디바이스 IP 관리가 필요하다. MAC 주소는 OSI(Open Systems Interconnection) 통신규약 7계층 중 물리계층 다음의 데이터 링크계층에서 정의된 주소로서, 실제 데이터 전송이 이루어지고 있는 망에서 서로를 인식하기 위하여 사용하는 구분자 역할을 한다[5]. MAC 주소는 NIC(Network Interface Card) 제조업체에서 정해진 규칙에 의해 임의로 만들어진 주소를 영구메모리에 저장된다. 아래 그림 3은 48비트로 구성된 MAC 주소 중 앞의 OUI(Organization Unique Identifier) 24비트는 제조업체 식별 코드이며 뒤의 UAA(Universally Administrated Address) 24비트는 NIC의 시리얼 번호이다.

Ⅲ. IoT 플랫폼 적용 네트워크 관리 시스템 구현

신선식품은 유통기한도 일주일 혹은 보름 정도로 짧기 때문에 MFC 내에서 엄격한 관리가 중요하다. 이커머스 업체들은 상온에 짧은 시간 노출로 인해 풀이 죽거나 상하는 농산물, 영하 2도에서 영상 10도 사이의 온도를 유지해야 하는 축산물, 온도에 따라 쉽게 식중독 위험이 생기는 수산물 등을 신선하게 상태로 구매자에게 전달해야한다. MFC 물류센터 내 신선식품을 관리하는 IoT 플랫폼에 다중 디바이스 접속하여 데이터 송수신을 한다. 물리적 환경과 연동되는 과정에서의 사용자의 고정 IP 설정 과실 혹은 초기 설정 IP 변경 오류 등의 문제로 IP 충돌로 인한 동작 오류 문제점이 존재한다. 이런 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 디바이스의 고유 식별 번호인 MAC 주소를 통해 IP 충돌 문제를 해결하고자 한다. 그림 4는 MAC 주소를 통한 IP 할당 방법을 설명한 것이다.

그림 3. MAC 주소 구조

Fig 3. MAC Address Structure

그림 4.  MAC 주소를 통한 IP 획득 방식

Fig 4. Change image

MAC 주소는 위에서 언급한 것과 같이 동일 IP 내에서 디바이스 식별용으로 사용되는 고유 주소이다. 디바이스의 고유 MAC 주소를 활용하여 IoT 플랫폼에 네트워크 시스템을 통해 IP 할당 및 장기간 미사용 IP 할당 해제 등을 지원함으로써 IoT 스마트 시스템에서 중복 IP로 인한 충돌로 인한 동작 오류, 무력화되는 문제점을 해결할 수 있다.

본 논문에서 제안하는 IoT 플랫폼에 적용된 네트워크 관리 시스템 구조는 디바이스 MAC 주소 확인하여 입력 후 DB(Data Base) 전달을 통해 DB에서는 전달된 MAC 주소 등록 여부를 점검한다. 이 때, DB에 등록된 MAC 주소가 있다면 할당 된 전체 IP 개수를 점검한 이후에 사용 가능한 여분의 IP를 확인한다. 사용이 가능한 여분의 IP가 없을 경우, 기존 사용 중인 디바이스에 IP가 할당되었으나 장기간 데이터 송수신 동작이 없을 경우의 디바이스 미사용으로 간주하여 IP 회수 및 MAC 주소 초기화를 진행한다. 사용가능 IP 여분이 존재할 경우 등록된 MAC 주소를 통해 할당 된 IP 주소를 확인한다. MAC 주소를 통해 등록된 정보가 없을 경우 할당 가능한 IP 중 하나를 할당하여 준다. 고유 식별 번호인 MAC 주소를 활용하여 IoT 플랫폼 내의 디바이스들이 IP 충돌 없이 데이터 송수신이 가능하다. 그림 5는 MAC 주소를 통한 IP 여분 생성 및 할당을 표현한 순서도이다.

그림 5.  IP 할당 절차 순서도

Fig 5. IP allocation procedure flow-chart

IV. 결  론

최근, MFC에서 신선제품을 철저하게 관리하기 위하여 IoT 플랫폼을 활용하고 있다. 하지만 IoT 플랫폼에는 동일 IP 사용으로 인한 충돌과 같은 문제로 인하여 데이터 송수신에 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여 본 논문에서는 MAC 주소를 활용한 네트워크 관리 시스템을 제안한다. 문제를 해결하기 위하여 DB에 내부 IP 대역을 저장했으며, MAC 주소를 통해 할당 IP를 할당했다. 네트워크 관리 시스템에서 확인한 MAC 주소를 통한 IP 할당은 중복 없이 원활히 작동하는 것을 확인 하였다. MAC 주소를 입력을 통한 IP 할당 기능이 구현되어 있으며, 또한 IoT 디바이스에 MAC 주소 설정을 통한 TCP/IP를 통해 송신 후 사용 가능한 IP 수신 후 IoT 디바이스 IP를 자동으로 변경 기능을 구현 하였다. 현재는 설정한 내부망 에서만 적용 가능하다.

향후 본 연구는 IoT 플랫폼에 연결되는 디바이스의 MAC 주소를 자동 추출 하여 내부/외부 네트워크 대역 상관없이 MAC 주소 송신 시 해당 네트워크 대역 정보를 자동으로 취득하여 자동으로 IP 할당 기능 및 적용 기능을 구현할 예정이다.

참 고 문 헌

[1] 신희인, 김강수. IOT 기술을 활용한 신선택배 서비스 솔루션 디자인 연구. Journal of Cultural Product & Design, 2019.

[2] 이동혁, 박남제. IoT 기기의 보안성 확보를 위한 제도적 개선방안. Journal of The Korea Institute of Information Security & Cryptology, 2017.

[3] 손용정. 산업트렌드 변화에 대응한 물류혁신과 스마트물류산업 육성을 위한 물류정책 우선순위 평가. 기업과혁신연구, 2020.

[4] 김영진, 김동환. IoT 응용 및 적용사례, 2016.

[5] 성기택, 김관형. 무선 센서 네트워크에서 MAC 주소기반의 불법 노드의 침입탐지시스템 구현, 한국해양정보통신학회 2011 춘계종합학술대회, 2011.