IOT AND DATA SCIENCE

📌 1. Overview

본 프로젝트는 데이터센터 캐비닛 내부의 환경 및 전기적 상태를 실시간으로 모니터링하기 위한 중앙 집중형 엣지 기반 모니터링 시스템이다.

기존 IoT 시스템이 개별 장치를 무선으로 분산 배치하는 방식이라면, 본 시스템은 캐비닛 내부에 제어 보드를 중심으로 센서 및 통신 모듈을 통합하고, 외부 센서는 RS485 기반 네트워크로 분리하여 연결하는 구조를 채택하였다.

또한 Wi-Fi 중심 구조에서 발생하는 간섭과 불안정성 문제를 해결하기 위해 유선 Ethernet 기반 통신을 핵심 구조로 설계하였으며, 클라우드 의존도를 낮춘 On-Premise 환경을 지향한다.

📌 2. System Architecture

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본 시스템은 확장 가능한 멀티 계층 구조로 구성되며, 각 캐비닛 내부에는 엣지 노드가 배치되어 다양한 센서 데이터를 실시간으로 수집한다. 엣지 노드는 지역 서버(Local Server)와 연결되고, 지역 서버는 다시 중앙 서버(Main Server)와 연동된다.

이 구조를 통해 단일 시설뿐만 아니라 여러 시설로의 수평 확장이 가능하며, 대규모 환경에서도 유연하게 적용할 수 있다.

각 캐비닛 노드는 온도, 습도, 진동, 움직임, 가연성 가스, 전압 및 전류 등 다양한 데이터를 지속적으로 수집한다. 수집된 데이터는 로컬에 저장되며, GSM, Wi-Fi, Ethernet을 통해 외부로 전송된다.

통신은 기본-보조 구조로 동작하며, 장애 발생 시 자동으로 다른 통신 채널로 전환된다. 이러한 중복 통신 구조는 데이터 손실을 방지하고 시스템 신뢰성을 향상시킨다.

📌 3. Features

✔ 중앙 집중형 구조

센서, 통신, 제어 기능을 캐비닛 내부 보드에 통합하여 관리하며, 외부 센서는 RS485 네트워크로 분리하여 확장성과 유지보수성을 확보하였다.

✔ 유선 Ethernet 중심 설계

W5500 기반 Ethernet을 사용하여 안정적인 네트워크 환경을 제공한다.

• Wi-Fi 대비 간섭 없음
• 낮은 패킷 손실
• 높은 신뢰성

이는 IoT 시스템에서 중요한 데이터 연속성을 보장하는 핵심 요소이다.

✔ 다중 통신 구조

• Wi-Fi
• Ethernet
• GSM

통신 장애 발생 시 자동으로 전환되어 데이터 손실을 최소화한다.

✔ 센서 네트워크 분리 구조

• 내부: I²C 기반 센서
• 외부: RS485 / Modbus RTU

거리와 노이즈 문제를 해결하고 확장성을 확보하였다.

✔ 알림 시스템

• Telegram
• Email
• SMS

이상 상황 발생 시 다중 채널로 알림을 제공한다.

📌 4. Hardware Configuration

🔹 MCU

• STM32L476 기반 제어 시스템

🔹 통신 모듈

• Wi-Fi: ESP32
• Ethernet: W5500
• GSM: EC25

🔹 센서

• 온도 / 습도
• 진동 / 가속도
• 가스
• 모션
• 전압 / 전류

📌 5. Role of WIZnet Chip

✔ 사용 칩

• W5500 Ethernet Controller

✔ 역할

W5500은 시스템에서 유선 네트워크 인터페이스를 담당하며, 다음과 같은 기능을 수행한다.

• MQTT 통신
• 서버 연결
• 데이터 전송
• 원격 관리

✔ 기술적 장점

• 하드웨어 TCP/IP 스택 내장
• MCU 부하 감소
• 안정적인 Ethernet 연결
• SPI 인터페이스 기반

👉 Ethernet 기반 IoT 시스템에서 핵심적인 안정성 요소로 작용한다.

✔ 적용 의미

본 시스템은 Wi-Fi가 아닌 Ethernet 중심 구조를 채택하고 있기 때문에, W5500은 단순 통신 칩이 아니라 시스템 전체 신뢰성을 좌우하는 핵심 구성 요소이다.

📌 6. Performance

• 평균 지연 시간: 약 0.6초
• 패킷 손실률: 약 0.1%
• 평균 전력 소비: 약 3W

다중 통신 구조를 통해 장애 상황에서도 안정적인 데이터 전송이 가능하다.

📌 7. Market & Application Value

✔ 적용 분야

• 데이터센터 모니터링
• 스마트 빌딩
• 산업 환경 감시
• IoT 인프라

✔ 시장성

• DIY IoT보다 높은 구조적 완성도
• 상용 시스템 대비 낮은 비용

👉 B2B 및 프로슈머 시장에 적합

📌 8. Advantages

본 시스템은 Telegram, Email, SMS 기반의 알림 인프라를 통해 이상 상황 발생 시 신속한 대응이 가능하도록 설계되었다. 이러한 구조를 기반으로 다음과 같은 장점을 제공한다.

✔ 안정적인 통신 및 설치 구조

유선 Ethernet 기반과 중앙 집중형 구조를 통해 단일 포트 중심의 폐쇄형 네트워크를 구성할 수 있다.
이는 연결의 연속성을 보장하고, 설치 및 유지보수 측면에서 효율적인 구조를 제공한다

✔ 높은 운영 신뢰성

산업 환경에서 요구되는 24시간 연속 운용이 가능하며, 단순 DIY IoT 시스템이나 프로토타입 대비 훨씬 높은 안정성과 유연성을 제공한다.

✔ 비용 효율성

기존 DCIM(Data Center Infrastructure Management) 및 BMS(Building Management System) 솔루션과 비교하여 구축 비용과 운영 비용이 상대적으로 낮다.
이를 통해 중소 규모 환경에서도 도입이 가능하다.

✔ 강화된 보안성

클라우드 의존 없이 On-Premise 환경에서 운영되기 때문에 외부 네트워크 노출을 최소화할 수 있으며, 데이터 보안 측면에서도 유리하다.