[GPS] Redis GEO 검색

GPS 란?

미국에서 개발하고 관리하는 위성항법 시스템.

세계 어느 곳에서든지 인공위성과 통신하여 자신의 위치를 정확히 알 수 있는 시스템.

위치정보는 경도, 위도, 표고(해발 고도)로 이루어져 있다. 추가로 정확한 시간 정보까지 얻을 수 있습니다.

2020년 전후에 출시된 스마트폰 기준으로, 대부분의 스마트폰에서는 총 1~5개(GPS, Beidou, GLONASS, QZSS, 갈릴레오) 이상의 위성항법장치를 지원하고, 현재 위치 찾기 시 탐색 가능한 모든 항법장치를 동시에 사용해서 매우 높은 수준의 정확도와 매우 빠른 시간 내로 위치를 추적할 수 있습니다.

(출처: 나무위키 https://namu.wiki/w/GPS )

GEO 검색 서비스

GEO 검색 서비스 는 Redis, elasticSearch, CouchDB 등이 있지만 우리는 Redis 를 알아보겠습니다.

Redis는 확장성, 성능 및 가용성이 우수하고 가벼우며 많이 알려진 서비스로 레퍼런스가 많습니다.

기술조사

GEO 관련 기능
확장성
고가용성
성능

GEO 관련 기능

명령어 요약
- 경도/위도 입력 : GEOADD
- 경도/위도 조회 : GEOPOS
- 해시값 조회 : GEOHASH
- 거리 조회 : GEODIST
- 주변 지점 조회 : GEORADIUSBYMEMBER, GEORADIUS
- 주변 지점 조회 : GEOSEARCH (6.2 버전 이상에서 사용 가능)

◎ GEOADD

경도/ 위도 입력 (지리정보 좌표 등록)

명령어 : GEOADD
명령문 : GEOADD key [NX|XX] [CH] longitude latitude member [longitude latitude member ...]
옵션 :
XX: 기존 멤버를 수정한다. 새 멤버를 추가하지는 않는다.
NX: 새 멤버를 추가한다. 기존 멤버를 수정하지는 않는다.
CH: 새로 추가되거나 수정된 멤버의 개수를 리턴한다. CH 옵션을 사용하지 않으면 수정된 개수는 리턴하지 않는다.

사용예시
geoadd citymap 126.98987242188554 37.55941851781025 seoul

◎ GEOPOS

경도 / 위도 조회 (등록한 도시의 위도, 경도 조회)

명령어 : GEOPOS
명령문 : GEOPOS key member [member ...]

사용예시
geopos citymap seoul

◎ GEOHASH

등록한 도시의 해시값  조회
Geohash: 52bits 정수로 부터 encoding 된 11자리 문자열.
아래 주소로 좌표와 위치 확인 가능합니다.

http://geohash.org/{hash}

명령어 : GEOHASH
명령문 : GEOHASH key member [member ...]

사용예시
geohash citymap seoul busan

◎ GEODIST

좌표간의 거리 측정 (km)
두 지역의 거리를 리턴합니다. 단위는 m(meter), km(kilometer), mi(mile), ft(feet) 입니다. 기본 단위는 meter입니다.

명령어 : GEODIST
명령문 : GEODIST key member1 member2 [unit]

사용예시
geodist citymap seoul busan km

◎ GEORADIUSBYMEMBER

지정한 지역의 근처에 있는 도시 조회
지정한 지역에서 반경 몇 km 이내의 지역(member)를 찾는다.

명령어 : GEORADIUSBYMEMBER
명령문 : GEORADIUSBYMEMBER key member radius m|km|ft|mi

[WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]
[ASC|DESC] [STORE key] [STOREDIST key]

옵션 :
	거리 단위
		m : meter
		km : kilometer
		ft : feet, 0.3048 meter
		mi : mile, 1.6093 kilometer
	WITH option (중복할 수 있음)
		WITHCOORD: 좌표(Coordinate) 조회
		WITHDIST: 거리 조회
		WITHHASH: 해시값 조회
	COUNT count option
		조회할 지역(member) 수 선택
   	SORT (ASC/DESC)
		ASC : 가까운 지역부터 표시
		DESC : 먼 지역부터 표시


사용예시
서울에서 100 km 이내 도시
georadiusbymember citymap seoul 100 km

◎ GEORADIUS

지정한 지점 근처에 있는 도시 조회

명령어 : GEORADIUS
명령문 : GEORADIUS key longitude latitude radius m|km|ft|mi

[WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]
[ASC|DESC] [STORE key] [STOREDIST key]

옵션 : GEORADIUSBYMEMBER 와 동일

사용예시
특정 좌표에서 100 km 이내 도시
georadius citymap 127 38 100 km

◎ GEOSEARCH

지정한 도시 또는 좌표로 주변 도시 조회
이 명령은 GEORADIUSBYMEMBER, GEORADIUS 를 대체 할 수 있음

명령어 : GEOSEARCH
명령문 : GEOSEARCH key [FROMMEMBER member] [FROMLONLAT longitude latitude]

[BYRADIUS radius m|km|ft|mi] [BYBOX width height m|km|ft|mi] [ASC|DESC]
[COUNT count [ANY]] [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH]

필수 옵션 : 
	도시 또는 좌표 지정
		FROMMEMBER: 도시를 기준으로 검색할 경우 사용합니다.
		FROMLONLAT: 좌표(경도,위도)를 기준으로 검색할 경우 사용합니다.
	반지름(원) 또는 사각형(box)
		BYRADIUS: 원의 반지름으로 검색합니다.
		BYBOX: 사각형의 높이(height)와 폭(width)으로 검색합니다.
		거리는 m(meter), km(kilometer), ft(feet), mi(mile)로 입력할 수 있습니다.

사용예시
GEOSEARCH citymap FROMLONLAT 127 38 BYRADIUS 200km의 ASC

◎ ZCARD

등록된 좌표 갯수 조회

사용예시
zcard citymap

Redis GEO에 대하여 더 알아보기

확장성
시간 복잡성에서 지리 데이터의 양이 증가함에 따라 명령 실행 시간이 증가한다는 것이 분명합니다.
사용된 메모리도 증가할 수밖에 없습니다. 이러한 경우 Redis 클러스터는 데이터 볼륨의 변화에 따라 확장될 수 있습니다.
Redis 클러스터를 확장하는 방법에는 수평 및 수직 확장의 두 가지가 있습니다
- 수평적 확장을 통해 클러스터에서 노드(샤드)를 추가하거나 제거할 수 있습니다. 클러스터는 스케일 인/아웃 동안 리샤딩 중에도 계속해서 요청을 처리합니다.
- 수직 확장을 사용하면 요청을 처리하는 동안 확장/축소를 위해 노드 크기를 변경할 수 있습니다
고가용성
Redis 클러스터는 복제를 통해 고가용성을 제공합니다.
기본 노드에는 물리적 랙(또는 데이터 센터)에 구성된 여러 복제본이 있을 수 있습니다. 자동 장애 조치는 Redis 클러스터에서도 지원됩니다
성능
Redis는 성능에 최적화된 데이터 구조를 가진 인메모리 데이터 저장소입니다. 그러나 지리 공간 쿼리의 성능을 벤치마킹하고 조정할 때 다음 사항을 염두에 두어야 합니다
- GEOADD 및 GEORADIUS 명령의 시간 복잡도는 각각 O(log(N)) 및 O(N + log(M)) 순서입니다. 단일 노드에 과부하가 걸리지 않도록 키 크기를 작게 유지하고 데이터를 분할하는 것이 중요합니다. 반경이 증가하면 명령 실행 시간이 늘어날 수 있습니다.
- 클라이언트는 TCP 연결을 사용하여 Redis 서버와 통신합니다. Redis는 멀티플렉싱 및 비차단 I/O를 사용하므로 클라이언트 소켓은 비차단 상태가 됩니다. 성능 조정을 위해 TCP Keepalive를 활성화해야 합니다. Keepalive는 각 새 요청에 대해 새 연결을 여는 대신 동일한 TCP 연결을 사용할 수 있도록 하는 방법입니다.
- 수평 확장을 통해 키를 샤드에 분산시키고 샤드당 로드를 줄여 성능을 향상합니다.
- Redis 클러스터 모드가 활성화된 경우 RDB 지속성 및 AOF가 필요하지 않습니다.
- 기본적으로 Redis는 10,000개의 클라이언트 연결을 허용하며 이를 구성할 수 있습니다.
- Redis 명령의 성능은 redis-benchmark 유틸리티를 사용하여 벤치마킹할 수 있습니다

기억할 점

Redis는 모델이 지구를 구로 가정할 때 Haversine 공식을 사용하여 거리를 계산합니다. 이로 인해 최대 0.5%의 오류가 발생할 수 있습니다.

유효한 경도 범위는 -180도에서 180도 사이이고 유효한 위도 범위는 -85.05112878도에서 85.05112878도입니다.

우분투에서 Redis 설치

◎ apt-get 으로 설치

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get upgrade
$ sudo apt-get install redis-server

버전확인

$ redis-server --version

포트 확인

netstat -nlpt | grep 6379

접속

$ redis-cli

◎ 레디스 최신버전 설치

레디스 다운로드

wget https://download.redis.io/releases/redis-6.2.5.tar.gz

압축해제

tar xzf redis-6.2.5.tar.gz

컴파일

$ cd redis-6.2.5
$ make

혹시나 에러가 난다면 gcc 설치, make 컴파일 초기화

$ sudo apt install gcc
$ make distclean
$ make

데몬설정

$ cd redis-6.2.5
$ vi redis.conf

daemonize 설정을 yes 로 변경후 저장

레디스 실행

$ src/redis-server ./redis.conf

포트 확인

$ netstat -ntlp | grep 6379

레디스 cli

$ src/redis-cli

redis geo 의 모든 기능을사용하기 위해서 최신버전을 사용하실 것을 권장합니다.

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일상과개발

[GPS] Redis GEO 검색

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GEO 관련 기능

◎ GEOADD

◎ GEOPOS

◎ GEOHASH

◎ GEODIST

◎ GEORADIUSBYMEMBER

◎ GEORADIUS

◎ GEOSEARCH

◎ ZCARD

Redis GEO에 대하여 더 알아보기

기억할 점

우분투에서 Redis 설치

◎ apt-get 으로 설치

◎ 레디스 최신버전 설치

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