Stream Analytics를 사용하여 IoT 솔루션 빌드

아티클
02/23/2024

소개

이 솔루션에서는 Azure Stream Analytics를 사용하여 데이터에서 실시간 정보를 얻는 방법을 알아봅니다. 개발자는 클릭 스트림, 로그 및 디바이스에서 생성된 이벤트와 같은 데이터 스트림을 기록 레코드 또는 참조 데이터와 조합하여 비즈니스 통찰력을 얻을 수 있습니다. Azure Stream Analytics는 Microsoft Azure에 호스트된 완전히 관리되는 실시간 스트림 계산 서비스로, 기본 제공 복원력, 낮은 대기 시간 및 확장성을 제공하여 몇 분 안에 실행할 수 있습니다.

이 솔루션을 완료한 후에 다음을 수행할 수 있습니다.

Azure Stream Analytics 포털 숙지
스트리밍 작업 구성 및 배포
Stream Analytics 쿼리 언어를 사용하여 실제 문제 명시 및 해결
안심하고 Stream Analytics를 사용하여 고객에 대한 스트리밍 솔루션 개발
모니터링 및 로깅 경험을 사용하여 문제 해결

필수 조건

이 솔루션을 완료하려면 다음 필수 구성 요소가 필요합니다.

Azure 구독

시나리오 소개: “Hello, Toll!”

톨게이트 요금소는 일반적인 현상입니다. 전 세계의 많은 고속도로, 다리 및 터널에서 이러한 요금소를 만날 수 있습니다. 각 요금소에는 여러 개의 요금 창구가 있습니다. 유인 창구에서는 직원에게 요금을 지불하기 위해 멈춰야 합니다. 무인 창구에서는 차량이 톨게이트 창구를 통과할 때 각 창구 상단의 센서가 차량의 윈드쉴드에 부착된 RFID 카드를 검색합니다. 이러한 요금소를 통과하는 차량 통과를 흥미로운 작업을 수행할 수 있는 이벤트 스트림으로 쉽게 시각화할 수 있습니다.

Picture of cars at toll booths

들어오는 데이터

이 솔루션에서는 두 가지 데이터 스트림을 사용합니다. 톨게이트 요금소의 입구 및 출구에 설치된 센서가 첫 번째 스트림을 생성합니다. 두 번째 스트림은 차량 등록 데이터가 포함된 정적 조회 데이터 세트입니다.

진입 데이터 스트림

진입 데이터 스트림에는 톨게이트 요금소로 들어가는 자동차에 대한 정보가 포함됩니다. 종료 데이터 이벤트는 샘플 앱에 포함된 웹앱의 이벤트 허브에 라이브 스트리밍됩니다.

| TollID | EntryTime | LicensePlate | State | Make | Model | VehicleType | VehicleWeight | Toll | Tag |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 1 |2014-09-10 12:01:00.000 |JNB 7001 |NY |Honda |CRV |1 |0 |7 | |
| 1 |2014-09-10 12:02:00.000 |YXZ 1001 |NY |Toyota |Camry |1 |0 |4 |123456789 |
| 3 |2014-09-10 12:02:00.000 |ABC 1004 |CT |Ford |Taurus |1 |0 |5 |456789123 |
| 2 |2014-09-10 12:03:00.000 |XYZ 1003 |CT |Toyota |Corolla |1 |0 |4 | |
| 1 |2014-09-10 12:03:00.000 |BNJ 1007 |NY |Honda |CRV |1 |0 |5 |789123456 |
| 2 |2014-09-10 12:05:00.000 |CDE 1007 |NJ |Toyota |4x4 |1 |0 |6 |321987654 |

다음은 열에 대한 간단한 설명입니다.

열	설명
TollId	톨게이트 요금소를 고유하게 식별하는 요금 창구 ID
EntryTime	요금 창구에 차량이 진입하는 날짜 및 시간(UTC)
LicensePlate	차량 번호판 번호
State(상태)	미국의 주 이름
제작	자동차 제조업체
모델	자동차 모델 번호
VehicleType	여객 차량의 경우 1, 화물 차량의 경우 2
WeightType	차량 무게(톤), 승용차는 0
자기 소개를	통행료 값(USD)
태그	요금을 수동으로 지불할 때 이 지불을 자동으로 비워놓는 자동차의 e-태그

진출 데이터 스트림

진출 데이터 스트림에는 요금소를 떠나는 차량에 대한 정보가 포함됩니다. 종료 데이터 이벤트는 샘플 앱에 포함된 웹앱의 이벤트 허브에 라이브 스트리밍됩니다.

TollId	ExitTime	LicensePlate
1	2014-09-10T12:03:00.0000000Z	JNB 7001
1	2014-09-10T12:03:00.0000000Z	YXZ 1001
3	2014-09-10T12:04:00.0000000Z	ABC 1004
2	2014-09-10T12:07:00.0000000Z	XYZ 1003
1	2014-09-10T12:08:00.0000000Z	1007 BNJ
2	2014-09-10T12:07:00.0000000Z	CDE 1007

다음은 열에 대한 간단한 설명입니다.

열	설명
TollId	톨게이트 요금소를 고유하게 식별하는 요금 창구 ID
ExitTime	차량이 요금소를 빠져 나가는 날짜 및 시간(UTC)
LicensePlate	차량 번호판 번호

화물 차량 등록 데이터

이 솔루션에서는 화물 차량 등록 데이터베이스의 정적 스냅샷을 사용합니다. 이 데이터는 샘플에 포함된 Azure Blob Storage에 JSON 파일로 저장됩니다.

LicensePlate	RegistrationId	만료됨
SVT 6023	285429838	1
XLZ 3463	362715656	0
BAC 1005	876133137	1
RIV 8632	992711956	0
SNY 7188	592133890	0
ELH 9896	678427724	1

다음은 열에 대한 간단한 설명입니다.

열	설명
LicensePlate	차량 번호판 번호
RegistrationId	차량 등록 ID
만료됨	차량의 등록 상태: 차량 등록이 활성화된 경우는 0, 등록이 만료된 경우는 1

Azure Stream Analytics를 위한 환경 설정

이 솔루션을 완료하려면 Microsoft Azure 구독이 필요합니다. Azure 계정이 없는 경우에는 평가판 버전을 요청할 수 있습니다.

이 문서 끝에 나오는 “Azure 계정 정리” 섹션의 단계를 수행해야 Azure 크레딧을 최대한 활용할 수 있습니다.

샘플 배포

몇 번 클릭하여 리소스 그룹에 쉽게 배포할 수 있는 몇 가지 리소스가 있습니다. 솔루션 정의는 GitHub 리포지토리(https://github.com/Azure/azure-stream-analytics/tree/master/Samples/TollApp)에서 호스트됩니다.

Azure Portal에서 TollApp 템플릿 배포

TollApp 환경을 Azure에 배포하려면 TollApp Azure 템플릿 배포에 대한 이 링크를 사용하세요.
메시지가 표시되면 Azure Portal에 로그인합니다.
다양한 리소스가 청구되는 구독을 선택합니다.
고유한 이름의 새 리소스 그룹을 지정합니다(예: MyTollBooth).
Azure 위치를 선택합니다.
간격을 몇 초로 지정합니다. 이 값은 샘플 웹앱에서 이벤트 허브로 데이터를 전송하는 빈도에 사용됩니다.
사용 약관에 동의하려면 확인을 누릅니다.
리소스를 나중에 쉽게 찾을 수 있도록 대시보드에 고정을 선택합니다.
구매를 선택하여 샘플 템플릿을 배포합니다.
몇 분 후에 배포 성공을 확인하는 알림이 표시됩니다.

Azure Stream Analytics TollApp 리소스 검토

Azure Portal에 로그인합니다.
이전 섹션에서 명명된 리소스 그룹을 찾습니다.
다음 리소스가 리소스 그룹에 나열되어 있는지 확인합니다.
- 하나의 Azure Cosmos DB 계정
- 하나의 Azure Stream Analytics 작업
- 하나의 Azure Storage 계정
- 하나의 Azure Event Hub
- 두 개의 Web Apps

샘플 TollApp 작업 검사

이전 섹션의 리소스 그룹에서 시작하여 tollapp으로 시작하는 Stream Analytics 스트리밍 작업을 선택합니다(고유한 이름을 만들기 위해 임의 문자 포함).
작업의 개요 페이지에서 쿼리 구문을 보는 쿼리 상자가 표시됩니다.
```
SELECT TollId, System.Timestamp AS WindowEnd, COUNT(*) AS Count
INTO CosmosDB
FROM EntryStream TIMESTAMP BY EntryTime
GROUP BY TUMBLINGWINDOW(minute, 3), TollId
```
쿼리를 설명하기 위해 요금소 창구에 진입하는 차량 수를 계산해야 한다고 가정해 보겠습니다. 고속도로 요금소 창구에 차량 진입의 연속 스트림이 있기 때문에 진입 이벤트는 중지되지 않는 스트림과 유사합니다. 스트림을 수량화하기 위해 측정할 "시간"을 정의해야 합니다. 질문을 “3분 간격으로 요금소 창구에 진입하는 차량은 몇 대입니까?”로 더 구체화해 보겠습니다. 일반적으로 연속 개수(Tumbling Count)라고 합니다.

아시다시피 Azure Stream Analytics는 SQL과 유사한 쿼리를 사용하고 몇 가지 확장을 추가하여 쿼리의 시간 관련 측면을 지정합니다. 자세한 내용은 쿼리에 사용된 시간 관리 및 시간대(Windowing) 구성을 참조하세요.
TollApp 샘플 작업의 입력을 검사합니다. 현재 쿼리에 EntryStream 입력만 사용됩니다.
- EntryStream 입력은 자동차가 고속도로의 요금소에 진입할 때마다 나타내는 데이터를 큐에 대기하는 이벤트 허브 연결입니다. 이 샘플의 일부인 웹앱은 이벤트를 만들고, 해당 데이터는 이 이벤트 허브에서 큐에 대기합니다. 이 입력은 스트리밍 쿼리의 FROM 절에 쿼리됩니다.
- ExitStream 입력은 매번 자동차가 고속도로의 요금소에서 나오는 것을 나타내는 데이터를 큐 처리하는 이벤트 허브 연결입니다. 이 스트리밍 입력은 쿼리 구문의 이후 변형에 사용됩니다.
- Registration 입력은 필요에 따라 조회에 사용되는 고정 registration.json 파일을 가리키는 Azure Blob Storage 연결입니다. 이 참조 데이터 입력은 쿼리 구문의 이후 변형에 사용됩니다.
TollApp 샘플 작업의 출력을 검사합니다.
- Azure Cosmos DB 출력은 출력 싱크 이벤트를 받는 Azure Cosmos DB 데이터베이스 컨테이너입니다. 이 출력은 스트리밍 쿼리의 INTO 절에 사용합니다.

TollApp 스트리밍 작업 시작

스트리밍 작업을 시작하려면 다음 단계를 수행합니다.

작업의 개요 페이지에서 시작을 선택합니다.
시작 작업 창에서 지금을 선택합니다.
몇 분 후에 작업이 실행되면 스트리밍 작업의 개요 페이지에서 모니터링 그래프가 표시됩니다. 그래프에는 몇 천 개의 입력 이벤트 및 수 십 개의 출력 이벤트가 표시됩니다.

Azure Cosmos DB 출력 데이터 검토

TollApp 리소스를 포함하는 리소스 그룹을 찾습니다.
tollapp<random>-cosmos 이름 패턴을 가진 Azure Cosmos DB 계정을 선택합니다.
데이터 탐색기 제목을 선택하여 데이터 탐색기 페이지를 엽니다.
tollAppDatabase>tollAppCollection>Documents를 확장합니다.
출력이 지원되면 ID 목록에서 여러 문서가 표시됩니다.
JSON 문서를 검토하려는 각 ID를 선택합니다. 해당 창에서 tollid, windowend time, count of cars를 확인합니다.
추가로 3분 후에 다른 4개의 문서 집합이 지원됩니다(tollid당 문서 하나).

각 자동차에 대한 총 시간 보고

자동차가 요금소를 통과하는 데 필요한 평균 시간은 프로세스의 효율성과 고객 경험을 평가하는 데 도움이 됩니다.

총 시간을 확인하려면 ExitTime 스트림과 EntryTime 스트림을 조인합니다. 동일하게 일치하는 TollId 및 LicencePlate 열에서 두 개의 입력 스트림을 조인합니다. JOIN 연산자에서는 조인된 이벤트 간에 허용할 수 있는 시간 차이를 설명하는 일시적인 시간 여유를 지정해야 합니다. DATEDIFF 함수를 사용하여 이벤트 사이의 간격이 15분 이하가 되도록 지정합니다. DATEDIFF 함수를 진출과 진입 시간에 적용하여 차량이 요금소에서 사용하는 실제 시간을 컴퓨팅합니다. SELECT 문에서 DATEDIFF를 사용할 때 JOIN 조건에서 사용하는 것에 비해 어떤 차이가 있는지 적어둡니다.

SELECT EntryStream.TollId, EntryStream.EntryTime, ExitStream.ExitTime, EntryStream.LicensePlate, DATEDIFF (minute, EntryStream.EntryTime, ExitStream.ExitTime) AS DurationInMinutes
INTO CosmosDB
FROM EntryStream TIMESTAMP BY EntryTime
JOIN ExitStream TIMESTAMP BY ExitTime
ON (EntryStream.TollId= ExitStream.TollId AND EntryStream.LicensePlate = ExitStream.LicensePlate)
AND DATEDIFF (minute, EntryStream, ExitStream ) BETWEEN 0 AND 15

TollApp 스트리밍 작업 쿼리 구문을 업데이트하려면:

작업의 개요 페이지에서 중지를 선택합니다.
작업이 중지되었다는 알림을 잠시 기다립니다.
JOB TOPOLOGY 제목 아래에서 <> 쿼리를 선택합니다.
조정된 스트리밍 SQL 쿼리를 붙여넣습니다.
저장을 선택하여 쿼리를 저장합니다. 변경 내용을 저장하려면 예를 선택합니다.
작업의 개요 페이지에서 시작을 선택합니다.
시작 작업 창에서 지금을 선택합니다.

출력에서 총 시간 검토

스트리밍 작업에서 Azure Cosmos DB 출력 데이터를 검토하려면 이전 섹션의 단계를 반복합니다. 최신 JSON 문서 검토

예를 들어 이 문서에서는 특정 번호판, entrytime, exit time, 요금소 기간을 2분으로 표시하는 DATEDIFF 계산 durationinminutes 필드를 포함한 예제 자동차를 보여 줍니다.

{
    "tollid": 4,
    "entrytime": "2018-04-05T06:51:39.0491173Z",
    "exittime": "2018-04-05T06:53:09.0491173Z",
    "licenseplate": "JVR 9425",
    "durationinminutes": 2,
    "id": "ff52eb25-d580-7566-2879-1f52bba6601e",
    "_rid": "+8E4AI1DZgBjAAAAAAAAAA==",
    "_self": "dbs/+8E4AA==/colls/+8E4AI1DZgA=/docs/+8E4AI1DZgBjAAAAAAAAAA==/",
    "_etag": "\"ad02f6b8-0000-0000-0000-5ac5c8330000\"",
    "_attachments": "attachments/",
    "_ts": 1522911283
}

등록이 만료된 차량 보고

Azure Stream Analytics는 참조 데이터의 고정 스냅샷을 사용하여 임시 데이터 스트림과 조인할 수 있습니다. 이 기능을 보여 주기 위해 다음 샘플 질문을 사용하겠습니다. 등록 입력은 라이선스 태그의 만료를 나열하는 고정 Blob json 파일입니다. 번호판에 조인하여 요금소를 통과하는 각 자동차에 참조 데이터를 비교합니다.

화물 차량이 요금 회사에 등록된 경우 검사받기 위해 정차하지 않고 요금 창구를 통과할 수 있습니다. 등록 조회 표를 사용하여 등록 기간이 만료된 모든 화물 차량을 식별합니다.

SELECT EntryStream.EntryTime, EntryStream.LicensePlate, EntryStream.TollId, Registration.RegistrationId
INTO CosmosDB
FROM EntryStream TIMESTAMP BY EntryTime
JOIN Registration
ON EntryStream.LicensePlate = Registration.LicensePlate
WHERE Registration.Expired = '1'

TollApp 스트리밍 작업 쿼리 구문을 업데이트하는 이전 섹션의 단계를 반복합니다.
스트리밍 작업에서 Azure Cosmos DB 출력 데이터를 검토하려면 이전 섹션의 단계를 반복합니다.

예제 출력:

    {
        "entrytime": "2018-04-05T08:01:28.0252168Z",
        "licenseplate": "GMT 3221",
        "tollid": 1,
        "registrationid": "763220582",
        "id": "47db0535-9716-4eb2-db58-de7886966cbf",
        "_rid": "y+F8AJ9QWACSAQAAAAAAAA==",
        "_self": "dbs/y+F8AA==/colls/y+F8AJ9QWAA=/docs/y+F8AJ9QWACSAQAAAAAAAA==/",
        "_etag": "\"88007d8d-0000-0000-0000-5ac5d7e20000\"",
        "_attachments": "attachments/",
        "_ts": 1522915298
    }

작업 규모 확장

Azure Stream Analytics는 대량의 데이터 처리를 위해 탄력적으로 크기 조정할 수 있도록 설계되었습니다. Azure Stream Analytics 쿼리는 PARTITION BY 절을 사용하여 이 단계가 확장됨을 시스템에 알릴 수 있습니다. PartitionId는 입력(이벤트 허브)의 파티션 ID와 일치하도록 시스템이 추가하는 특수 열입니다.

쿼리를 파티션으로 확장하려면 쿼리 구문을 다음 코드로 편집합니다.

SELECT TollId, System.Timestamp AS WindowEnd, COUNT(*)AS Count
INTO CosmosDB
FROM EntryStream
TIMESTAMP BY EntryTime
PARTITION BY PartitionId
GROUP BY TUMBLINGWINDOW(minute,3), TollId, PartitionId

더 큰 스트리밍 단위로 스트리밍 작업 규모를 확장하려면:

현재 작업을 중지합니다.
<> 쿼리 페이지에서 쿼리 구문을 업데이트하고 변경 내용을 저장합니다.
스트리밍 작업의 CONFIGURE 제목 아래에서 크기 조정을 선택합니다.
스트리밍 단위 슬라이더를 1에서 6으로 조정합니다. 스트리밍 단위는 작업이 검색할 수 있는 컴퓨팅 능력의 크기를 정의합니다. 저장을 선택합니다.
추가 규모 조정을 보여주는 스트리밍 작업을 시작합니다. Azure Stream Analytics에서는 추가 컴퓨팅 리소스에 작업을 분산하고 더 많은 처리량을 달성할 뿐만 아니라 PARTITION BY 절에 지정된 열을 사용하여 리소스에 작업을 분할합니다.

작업 모니터링

모니터링 영역에는 실행 중인 작업에 대한 통계가 들어 있습니다. 동일한 지역에서 스토리지 계정을 사용하는 데 처음으로 구성이 필요합니다(이 문서의 나머지 부분과 같은 이름 toll).

Azure Stream Analytics job monitoring

작업 대시보드에서 설정 영역에서도 작업 로그에 액세스할 수 있습니다.

TollApp 리소스 정리

Azure Portal에서 Stream Analytics 작업을 중지합니다.
TollApp 템플릿에 관련된 8개의 리소스를 포함하는 리소스 그룹을 찾습니다.
리소스 그룹 삭제를 선택합니다. 삭제를 확인할 리소스 그룹의 이름을 입력합니다.

결론

이 솔루션에서는 Azure Stream Analytics 서비스에 대해 소개했습니다. Stream Analytics 작업에 대해 입력 및 출력을 구성하는 방법을 보여 줍니다. 이 솔루션에서는 지금까지 요금소 데이터 시나리오를 통해 계속 변화하는 데이터 공간에서 발생하는 일반적인 문제 유형과 Azure Stream Analytics에서 간단한 SQL 유사 쿼리를 사용하여 이러한 문제를 해결하는 방법을 설명했습니다. 또한 임시(temporal) 데이터 작업을 위한 SQL 확장 구성을 설명했습니다. 데이터 스트림을 조인하는 방법 및 정적 참조 데이터를 사용하여 데이터 스트림을 보강하는 방법과 처리량을 높일 수 있도록 쿼리를 확장하는 방법을 설명했습니다.

이 솔루션이 개요에 해당하는 내용을 잘 소개하고는 있지만 완전하지는 않습니다. 일반적인 Stream Analytics 사용 패턴에 대한 쿼리 예제에서 SQL 언어를 사용하는 추가 쿼리 패턴을 찾을 수 있습니다.

Stream Analytics를 사용하여 IoT 솔루션 빌드

소개

필수 조건

시나리오 소개: “Hello, Toll!”

들어오는 데이터

진입 데이터 스트림

진출 데이터 스트림

화물 차량 등록 데이터

Azure Stream Analytics를 위한 환경 설정

샘플 배포

Azure Portal에서 TollApp 템플릿 배포

Azure Stream Analytics TollApp 리소스 검토

샘플 TollApp 작업 검사

TollApp 스트리밍 작업 시작

Azure Cosmos DB 출력 데이터 검토

각 자동차에 대한 총 시간 보고

TollApp 스트리밍 작업 쿼리 구문을 업데이트하려면:

출력에서 총 시간 검토

등록이 만료된 차량 보고

작업 규모 확장

작업 모니터링

TollApp 리소스 정리

결론

추가 리소스