클라우드 환경에서 블록체인을 이용한 포그 기반 IoT 서비스 상호운용 시스템

A Fog-based IoT Service Interoperability System using Blockchain in Cloud Environment

사물 클라우드(CoT, Cloud of Things)는 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 애플리케이션에 클라우드 서비스가 지원하는 무제한 저장기능과 처리능력을 제공할 수 있다. 그러나, 중앙 집중식 사물 클라우드에서는 병목 문제, 사물 클라우드 네트워크의 중단으로 이어질 수 있는 단일 장애 지점을 발생시킬 수 있다. 본 논문에서는 중앙 집중식 사물 클라우드의 문제를 해결하고 서로 다른 서비스 도메인 간 상호운용을 위하여, 분산 포그 컴퓨팅과 블록체인 기술을 적용한 IoT 서비스 상호운용 시스템을 제안한다. 분산 포그를 사용하여 IoT 장치와 지역적으로 가까운 거리에 위치한 포그 시스템에서 실시간 데이터 처리 및 서비스를 제공하고, 블록체인의 스마트 컨트렉트와 분산 원장을 이용하여 각 포그간에 서비스 상호운용이 가능하도록 한다. 제안 시스템은 클라우드로부터 서비스를 위임받은 분산 포그에서 가까운 지역 내 서비스를 제공하며, 포그 간에도 클라우드를 거치지 않고, 다른 포그의 서비스를 접근할 수 있다. 또한, 블록체인 네트워크상에서 클라우드와 포그 노드들은 서비스 권한 토큰 발행 정보를 공유함으로써 토큰에 대한 무결성을 보장하고 포그 노드들 간 신뢰할 수 있는 서비스 상호운용이 수행될 수 있다.

Cloud of Things (CoT) can provide IoT applications with unlimited storage functions and processing power supported by cloud services. However, in a centralized cloud of things, it can create a single point of failure that can lead to bottleneck problems, outages of the CoT network. In this paper, to solve the problem of centralized cloud of things and interoperate between different service domains, we propose an IoT service interoperability system using distributed fog computing and blockchain technology. Distributed fog is used to provide real-time data processing and services in fog systems located at a geographically close distance to IoT devices, and to enable service interoperability between each fog using smart contracts and distributed ledgers of the blockchain. The proposed system provides services within a region close to the distributed fog entrusted with the service from the cloud, and it is possible to access the services of other fogs without going through the cloud even between fogs. In addition, by sharing a service right token issuance information between the cloud and fog nodes using a blockchain network, the integrity of the token can be guaranteed and reliable service interoperability between fog nodes can be performed.