18 한국콘텐츠학회제 13 권제 1 호 사물인터넷의기술소개및정책방안 The introduction of IoT(Internet of Things) technologies and Policy Directions 차례 1. 서론 2. 사물인터넷의핵심기술요소 3. 사물인터넷의서비스사례 4. 정책지원방안및결론 김재생 ( 김포대학교 ) keyword : 사물인터넷 플랫폼 센싱기술 정책방안 1. 서론 사물인터넷 (Internet of Things) 은각종사물에센서와통신기능을내장하여인터넷에연결하는기술을말한다. 사물인터넷의유래는 1999년 MIT의 Auto-ID 센터의소장인케빈애쉬턴에의해처음소개되었다. 사물인터넷은센서를가전제품, 모바일장비, 웨어러블컴퓨터등에탑재하여시장분석및의료분석등에사용하게되면서대중화되고있다. 미국라스베이거스에서열린 'CES 2015 1월 ' 에서는인류의생활방식을크게바꿀사물인터넷기술과서비스들을대량소개하였다 [1]. 시스코시스템즈의조사에따르면 2022년까지 10여년간사물인터넷이 14조 4천달러의경제적가치를창출할것이라고예견했다 [2]. 미국의컨설팅기관가트너는미래 10대전략기술로 IoT (Internet of Things) 를 2010~ 2014년까지선정하였고 [3], IT 분야글로벌리서치사인 ABI는앞으로 5년뒤인 2020년까지약 500억개에달하는기기가인터넷으로연결될것으로전망했다 [4]. 사물인터넷은사물에심어져있는여러가지종류의센서노드가상황을인지하여무선망을통해정보를서비스서버에전달하면, 서버는그상황에적절한액션을사물이나사람에게전달하여대처케한다. 이러한서비스를가능케해주는기술요소로는스마트센서노드, 센서네트워크, 서비스플랫폼, 서비스애플리케이션, 서비스플랫폼과사물을연결시켜주는통신망등이있다. 또한, 사물인터넷의다양한서비스기능을구현하기위해서는정보의검출, 가공, 정형화, 추출, 처리및저장기술, 위 치판단및상황인지기술, 정보보안, 프라이버시보호, 시맨틱웹기능, 오픈센서기반 API(Application Programming Interface) 기술, 가상화 (Virtualization), 프로세스관리, 오픈플랫폼기술, 미들웨어기술, 데이터마이닝, SNS(Social Network Service) 등의매우다양한고도의기술력이필요하다 [5]. 따라서본고에서는 2장에서사물인터넷의다양한기술요소들중에서가장핵심이되는센싱기술, 네트워크인프라, 플랫폼기술, 빅데이터처리및보안등의 4가지핵심기술요소와 3장에서서비스사례들을살펴보고, 4 장에서사물인터넷의활성화를위한정책방안에대해서논하기로한다. 2. 사물인터넷의핵심기술요소 2.1 센싱기술 센싱은사물이나주위환경에전자태그를부착하여전통적정보요소인온도, 습도, 열, 가스, 초음파센서등에서부터원격감지, 전자파흡수율, 레이더, 위치, 영상센서등의주위환경과사물의변화를감지하여정보를획득하고실시간으로정보를전달하는핵심기술이다. 센서는원격감지, 레이더, 위치, 모션, 영상센서등의유형사물과주위환경으로부터정보를얻을수있는물리적기기를말한다. 이러한물리적인센서는표준화인터페이스와정보처리능력을내장한기능도포함되며, 가상센싱기술은주로 IoT서비스인터페이스의구현에사용
사물인터넷의기술소개및정책방안 19 되고있다. 기존의독립적이고개별적인센서보다한차원높은다분야센서기술을사용하기때문에한층더지능적이고고차원적인정보를추출할수있다 [ 그림 1]. 환경데이터의수집및관리등에관한연구가진행되어왔다 [5]. 영국의 ARM사, Qualcomm사, Texas Instruments사등은사물인터넷의센싱칩셋개발제품으로무선송수신칩, 센서, 마이크로콘트롤러등을개발하였다. 미국의 IBM, E-device, Telular, SIMCOM 등에서는 IoT모듈인무선송수신칩및마이크로콘트롤러등을개발하였다. 또한, IBM사는 2013년대용량의센싱데이터를효율적으로관리할수있는사물인터넷망과연결된게이트웨이인메시지사이트를개발하였다 [4]. 그림 1. ETRI의 SVM의센서구상도 [12] 최근센서기술은표준화된인터페이스플랫폼과정보처리모듈을내장한스마트센서로발전하고있으며, 검출한데이터에서특정정보를추출하는가상센싱기능을이용하여사물인터넷서비스플랫폼에적용되고있다. 스마트기기는가속도계, GPS, 센서, 카메라등의다양한다중센서들이내장되어더지능적이고고차원적인웨어러블컴퓨팅서비스를제공하고있다. 정보처리능력을내장한스마트센서는사람의오감기능처럼센서가상황을감지하여정보를센서노드에서일부처리하거나무선망을통해전달시켜주는운영체제를가지고있다. 센서노드들의통신반경은 1m~10m 이며, 센서노드들이연결되어있는네트워크를센서네트워크라고한다. 센서노드를구현하기위해서는모든사물들에게고유한식별체계와주소체계를인식시켜야한다. 현재시맨틱 URI(Uniform Resource Identification) 기반식별체계가많이사용되고있지만, 최근 IP주소에대한수요가점차증가되어기존 32비트인 IPv4 체계로는증가하는사물들의주소를모두할당하기어려워 128 비트인 IPv6 체계로이동하고있다. 또한, 사물들이운영되기위해서는지속적인에너지공급이필요한데태양에너지나열에너지등을이용하여전력을공급할수있다. 또한, TinyOS, MANYTIS 등의저전력에너지운영체제를사용하여사물이발생시키는에너지소모를낮추는방식도활용되고있다. 국내외동향은 90년대후반부터 RFID/USN 기술, 센서의소형화, 저전력기술등의개발과센서들을이용한 2.2 네트워크인프라기술인간, 사물, 서비스등의분산된사물인터넷요소들을서로연결시켜주는유무선통신네트워크는 WPAN (Wireless Personal Area Network), WiFi, 3G/4G/ LTE, Bluetooth, Ethernet, BcN, Microware, 위성통신, 시리얼통신, PLC(programmable Logic Controller) 등의거의모든상용화네트워크를이용할수있다. 인프라기술은 IP를제공하거나무선통신모듈을탑재하는방식을말한다. LTE의등장으로인하여유선인터넷수준이상의고속인터넷이무선에서도가능해졌다 [6]. 네트워크기술은비용및관리면에서무선퉁신이사물통신에적합하며, RFID, 블루투스, 지그비, NFC, 와이파이, LTE-A 등이근. 원거리무선통신에사용되고있다. 센서가수집하는데이터들은 3G, 4G, LTE, BcN, 위성등의유무선네트워크를통해정보를교환하거나 WPAN(WiFi-Direct, Bluetooth, RFID/NFC 등 ) 을통해독립적으로직접전달가능하다. 대표적으로블루투스, RFID, ZigBee와같은비 IP WPAN 기술과 IP와연동하기위한 6LoWPAN과 RoLL 기술이연구되고있다. 그러나사물인터넷을많이사용하여많은트래픽이발생하면트래픽처리에효율적인소프트웨어정의네트워크 (SDN) 가대체인터넷망이될것으로예상하고있다. 최근사물인터넷에서다양한대역폭의활용과저전력이중요한요인으로부각되면서블루투스 (Bluetooth) 와지그비 (Zigbee) 등과같은무선네트워크기술을활용하려는움직임이활발히이루어지고있으며, 다양한네트워크기술을효과적으로활용하기위하여네트워크의융합화를위한여러방안들이고려되고있다. 현재상용화되고있는 HetNet(Heterogonous Network) 은사람들이몰리는곳이나기지국의전파가약한곳에펨토
20 한국콘텐츠학회제 13 권제 1 호 셀 (Femto cell) 과원격무선장비 (Radio Remove Hend) 등작은기지국을추가적으로설치하여통신품질을강화한네트워크이다. 이와같은네트워크의융합화가발전되면다양한새로운개념의네트워크인프라가개발될것이라고기대하고있다. 국내외동향에서는국외 AT&T, Verizon, Sprint사등과국내 SKT, KT, LGU+ 등에서기본적인유무선네트워킹및전문적인 M2M서비스제품을개발하고있다. IBM사는사물끼리의일관된정보전달방법을위하여 HTTP를대체할 MQTT 프로토콜을제시하였다. 이프로토콜은 OASIS Organization for the Advancing open standards for the information society) 에의해사물인터넷의표준규약으로사용되고있다. Coap (Constrained Environment Application Protocol) 는인터넷에서센서노드와같이제한된컴퓨팅성능을갖는디바이스들의통신을실현하기위해 IETF의 CoRE (Constrained RESTful Environments) 워킹그룹에서만들고있는응용계층표준프로토콜이다. 웹서비스를구현할때 TCP, HTTP와같은무거운통신프로토콜보다는웹서비스를할수있는가벼운프로토콜이다 [7]. 2015년 3월세계최대모바일전시회 모바일월드콩그레스 (MWC) 에서 SKT는 5G 네트워크와결합한사물인터넷 위치기반 인텔리전스등의다양한서비스플랫폼을공개하였고, KT는 5G 시대의라이프이노베이션 이라는주제로공연장이나도심등의무선트래픽밀집지역과셀경계지역에서끊김없는차세대무선네트워크기술, 기존무선인터넷 (WIFI) 주파수대역을엘티이 (LTE) 에활용하는기술, 9개주파수대역을묶어 1Gbps의속도를구현하는 9밴드시에이 (CA) 등 5G의기반이될신기술등을공개하였다. 2.3 플랫폼기술플랫폼은사물인터넷을통해어떤특정기능서비스 ( 저장, 처리, 변환등 ) 를수행하는사물들간의연동을담당하고있다. 다시말하면, 사물들간에인터넷을할수있도록하는물리적기반이되는통신네트워크가원활하게작동하도록하는운영체제이며, 사물들간의정보를주고받는기술표준과각종애플리케이션의핵심기술이다. 서비스플랫폼의환경은사물인터넷서비스를개발하는사람들이필요로하는기능들을사용하기쉽게제공 되어야하며, 저개발비용으로다양한서비스를만들수있도록편의를제공해줘야한다. 이러한역할을수행하기위해서는모든사물들을등록하고, 사물들의상태를모니터링기능도제공되어야한다. 그림 2는 ETRI에서개발한개방형시맨틱 USN 서비스 (COMUS: Common Open Semantic USN Service) 플랫폼이다 [5-6]. 그림 2. ETRI의 COMUS 플랫폼 [5-6] 이플랫폼은 USN 인프라와사용자가운용하는여러가지 IoT 기기와센서들을사용하여언제어디서나원하는기기및센싱정보를쉽게이용할수있는의미정보기반의서비스를제공한다. 시맨틱데이터표현방식을따라각 USN 자원의메타데이터를변환하고, 시맨틱데이터로가공하여정보를재생산할수있다. HANDYPIA는핸디소프트사에서 ETRI와 2010년부터공동연구한개방형 IoT 서비스플랫폼 (COMUS) 을기술이전받아상용화한 IoT 플랫폼이다. 기존의 IoT 플랫폼은센싱데이터를있는그대로전달해주는역할을했지만, HANDYPIA는온톨로지기반의시맨틱 IoT 플랫폼으로센싱데이터를표준화작업등을거쳐의미있는정보로가공할수있다는특징이있다. 스마트폰, 셋톱박스등의각종스마트기기에탑재되어있는모바일 IoT 미들웨어기술인 모리 (MoRI; Mobile Resource Interchange) 를통해각종내 / 외장센서의플랫폼연결을돕는기술도제공된다. HANDYPIA 를통해개발한 오미 ( 五味 ) 길 서비스는염도및온도측정이가능한생활형센서를스마트폰의 IoT 미들웨어기술 모리 (MoRI) 와연계하여사용자의건강및상황에따라적합한음식및음식점을추천해주는서비스이다 [11].
사물인터넷의기술소개및정책방안 21 수집하여스마트폰을통해보낸정보를저장하고, 그정보를서버에보낸뒤최적의수면값을계산하여수집된정보를안대로보내고, 안대에서다시신호를스마트폰에보내어개인의최적상태의수면을유도해준다 [9]. 그림 3. (a) HANDYPIA 서비스, (b) 플랫폼, (c) 서비스오미 ( 五味 ) 길 [11] 2.4 빅데이터처리및보안기술가트너회사는사물인터넷기술을사용하는사물의개수는 2020년에는 260억개에이를것으로예상하였다 [8]. 이렇게많은사물들이연결되면인터넷을통해빅데이터가모이게되는데, 모여진빅데이터를효율적으로관리하기위한노력도함께병행되어야한다. 사물인터넷은센서로부터데이터를수집하고센서에서생성되는데이터를대규모데이터센터에지속적이며체계적으로저장하고, 사용자의요청시데이터를전달하는서비스를제공한다. 이러한대량의센서들이생성하는데이터를관리하기위해서는빅데이터기술과클라우드컴퓨팅기술이발전되어야한다 [8]. 빅데이터는다양한종류의대규모데이터의생성, 수집, 분석, 표현을그특징으로하는대량의정형또는비정형데이터집합으로정의할수있다. 빅데이터기술의발전은사물인터넷분야에서도의미있는정보를제공할수있으므로그중요성이부각되고있다. 따라서빅데이터로부터의미를추출하고결과를분석하는효율적인알고리즘의개발기술도필요하다. 그러나빅데이터를수집및분석할때개인들의사적인정보까지수집해야되므로사생활침해와보안문제가발생할수있으며, 모든사물이해킹의대상이될수도있다. 따라서유무선네트워크, 첨단기기및센서, 사물, 사람, 장소등의사물인터넷구성요소에대한보안기술을강화시켜야할것이다. 그림 4. 수면케어솔루션 [9] 3.2 바이로봇바이로봇은원래는무인비행기에해당하는군사용정찰기로사용되는사물인터넷이라할수있다. 바이로봇의드론파이터 (Drone Fighter) 는자외선센서, 인공지능, 조종기 LED표시등으로상태를확인하고, 배터리상태를파악한후에자동비행을끝내는등의상태감지를한다. 만약조종기신호가끊어지면 3초후자동착륙하고, 기체가뒤집히거나충격시에는모터가자동멈추게되는인공지능기술도가지고있다. 고가의 UAV (Unmanned Aerial Vehicle) 는스마트기기나 PC로조정가능하며 GPS 등을이용하여목적지점을정하여그경로를따라자동비행하며, 장애물이나재난발생시그재난을피해서비행할수있으며, 카메라로주변상황을촬영하여정보를보내기도한다 [9]. 3. 사물인터넷의서비스사례 3.1 수면케어솔루션 (Sleep Care Service) 이서비스는사람이안대를착용하면개인의정보를 그림 5. 바이로봇 [9] 3.3 헬스케어와웨어러블디바이스분야 2017 년에는전세계 34 억명이스마트폰을소유하게
22 한국콘텐츠학회제 13 권제 1 호 되어이들중 50% 이상이헬스케어앱을사용하게될것이다 [10]. 그림 6은인간의몸에부착할수있는웨어러블디바이스종류를나타내고있다. 이러한웨어러블서비스들중에서 체내센서 서비스는인간의몸속에심은센서를통해체내상태를시시각각관찰할수있으며, 필요시치료도가능하다. 실제로이기기를심장주변에부착하여심박동수치를실시간으로병원이바로확인해서급성심근경색을막을수있는제품이개발되어있다. 또한, 노인용슬리퍼에센서를달아슬리퍼작동정도로사고를예방하는제품도출시되었다. 만성질환분야에서당뇨병환자는약복용단계에선연간 40만원이들지만인슐린복용단계에선연간 900만원의경비가지출된다. 이에따라한다국적제약사는아이폰과연계한혈당점검기를도입해의료진과정보를공유할수있는사물기기를제안하였다 [10]. 그림 6. 웨어러블디바이스종류 [10] 3.4 스마트카분야스마트카는자동차에기계공학, 정보통신, 자동제어등의여러가지기술들이융합되어지능과성능이향상된자동차시스템을말한다. 운전자가자동차좌석에앉는순간에센서는운전대와카시트, 거울등을통해운전자의상태를자연스럽게점검하고, 운전자의생활패턴에따라목적지장소가커피숍이라면그장소를검색하여커피숍에빈좌석이있는지없는지등을자동으로점검할수있다. 또한, 운전자의스마트기기로맥박을측정하거나운전자의음주상태를파악하여시동자체가걸리지않게할수도있다. 이와관련된기술로차선이탈방지, 보행자보호시스템, 운전자인식시스템, 실시간 교통정보및음성인식시스템등이개발되고있으며, 최근에는엔터테이먼트서비스가결합된기술로진화하고있다. 국내현대자동차는운전자의건강상태, 행동패턴을기록해서정보를제공하는기능과운전중에위험상황이발생했을때스마트워치에진동을보내경고하는기능이있는스마트카를개발하였다. 애플, 구글등과같은경쟁사들도스마트카의개발에합류하고있다 [10]. 3.5 스마트홈분야스마트홈은홈시스템사물인터넷 (M2M/IoT/IoE) 기능이포함된가전제품및가정설비가유무선통신네트워크기반주거환경에서스스로정보를생산해서다른사물과사람에게전달하고, 사람의수요를파악하거나예측해서일정수준의자동화결정을함으로써주거생활의질을높여주는시스템을말한다 [1]. 국내외동향에서 AT&T사는이용자가스마트폰, 태블릿PC, 데스크탑등을이용하여가정내모든상황을통제할수있는 3G 및 Wi-Fi 기반의통합형가정관리시스템 Digital Life 를출시하였다. Digital Life는 ios, 안드로이드, 윈도우폰에서작동하는모바일리모콘어플리케이션이며, 사용자들은이어플리케이션을통해스마트폰으로문단속, 실내온도조절, CCTV 영상재생등의동작을수행할수있다. 이시스템은다른가정보안솔루션과달리센서가감지한데이터를이용하여자동으로경보시스템을가동하고필요한기능을수행할수있다. 애플 (Apple) 은사용자의위치에따라장치의작동을제어할수있는무선통신기술기반의홈자동화기술, 특정지역의위치정보를기초로활동반경을설정하면사용자혹은기기가특정위치에도착하거나벗어나는것을쉽게인지할수있도록하는지오펜싱 (Geo-Fencing) 기술, 스마트홈기술을웨어러블디바이스인 아이워치 에접목시켜스마트홈서비스를원격제어할수있는기술등을연구개발하고있다. 국내에서는삼성, LG, KT 등에서스마트홈솔루션을개발하고있다. 3.6 유통분야미국온라인유통업체아마존은대쉬 (Dash) 라는사물인터넷기기를활용해쇼핑리스트를기억하는불편함을줄여주고있다. 대쉬는온라인신선식품배달서비스로아마존프레시가입자가막대모양의작은기기에대고필요한물건이름을말하거나바코드를스캔하면, 해당
사물인터넷의기술소개및정책방안 23 정보는와이파이를통해사용자의아마존계정으로연계되고, 가입자는노트북또는태블릿으로자신이쇼핑한상품목록을확인할수있다. 구매버튼을누리기만하면다음날아침에신선한식료품이집으로배송된다. 오프라인유통업체도매장내쇼핑을돕기위하여애플의아이비콘과같은기술을활용해사용자의실내위치를인식하고위치에맞는정보를푸시알림으로제공하는서비스를실시하고있다. 중국의오프라인업체인인타이백화점은온라인유통업체알리바바와손을잡고실내위치기반서비스를도입하여. 실내측위장비를수백대를설치하고, 이기기들을통해고객들을감지하고고객들의스마트폰에세일정보를보내주고있다. 4. 정책지원방안및결론 해외여러선진국들은사물인터넷기술이엄청난부가가치를창출할것을예상하고, 적극적으로 IoT 관련정책을추진하고있다. EU는 2013년 IoT의역동적이고신뢰도높은발전을위한정책을시행하고있으며, 중국은센서네트워크정보센터, 사물지능통신센터를구축하는등의사물인터넷정책을시행하고있다. 일본은 i-japan 2015 전략을시행하고있으며, 미국은 3D 프린팅과반도체, 센서등을중심으로제조업의활성화정책등을지원하고있다. 사물인터넷의국내외기술및서비스를통해알수있는것은종래의공공분야및기업중심의서비스가이제개인중심의서비스 B2C(Business to Consumer) 로확산되고있으며, 세계시장선점을위하여여러나라에서다양한정책을추진하고있다. 그러나고도화된유. 무선네트워크환경, 서비스구현을위한구성요소기술등은준비되어있지만서비스와표준화미비, 어플리케이션등의부재등으로시장은여전히활성화되지못하고있다. 따라서국내에서세계시장을선점하려면새로운서비스모델의개발과글로벌기술력향상을위한지속적인노력이필요하며, 다음과같은정책방안이요구된다. - 누구나다서비스를개발할수있는환경을지원하는개방형공통기능의공유와확장성을가진미들웨어플랫폼을개발하기위한정책지원이필요하다. - 서비스개발기획부터개발단계에까지정보보호, 유무선인프라확충및전문인력양성등에관한정책지원이필요하다. - 국내관련중소기업들의센서, 부품, 표준화기술등을지원하기위하여글로벌기업과서비스의공동개발, 파트너쉽을이용한동반성장등의전략이필요하다. - 사물인터넷시장에서대기업은주로가전, 자동차, 웨어러블등과관련된서비스를주로개발하고있으며, 중소기업은대부분다양한응용콘텐츠를개발하고있다. 따라서대기업과중소기업은서로협력하여플랫폼경쟁력을확보할수있는정책마련이필요하다. - 테스베드, 센서, 디바이스를등소규모응용분야의개발을위한이종기업간의협력을지원하는정책전략이필요하다. - 많은사물이연결되면인터넷을통해빅데이터가모이게되는데, 이러한빅데이터의분석알고리즘, 스마트폰해킹및보안기술등의개발을정책적으로지원해야한다. - 다양한모바일응용프로그램을지원할수있는스토리지, 입출력장치, 사용자인터페이스, 모바일웹등의기능을확장할수있는 API의개발등도필요하다. - IoT관련회사들이국내외시장을타겟으로페이스북, 트위터, SNS, 위치기반서비스, 게임, 헬스케어등의다양한소셜네트워크서비스를개발할수있도록다양한정책지원이요구된다. 참고문헌 [1] 2015 국제가전제품박람회 (International Consumer Electro -nics Show), http://www.cesweb.org [2] 시스코, ' 사물인터넷혁신경영대전 ' 연다! - Cisco Systems, 시스코홈페이지 [3] Gartner, "Top 10 Strategic Technology Trends for 2014", http://www.gartner.com/technology/ [4] 박세환, 박종규, 사물인터넷의기술및시장분석을통한산업활성화방안, 한국기술혁신학회학술대회, pp.85~91, 2014.10 [5] 표철식, 사물인터넷기술동향, 한국전자파학회지, 제25권, 제4호, 2014년 7월 [6] 사물인터넷기술및융합서비스워크숍, 제주대학교, 2014년 6월 [7] http://blog.daum.net/dayhyub/115 [8] http://www.gartner.com/newsroom/id/2636073
24 한국콘텐츠학회제 13 권제 1 호 [9] http://www.worlditshow.co.kr [10] 편석준외 3인, 사물인터넷, 미래의창, 2014.6 [11] http://www.dailygrid.net/news/articleview.html [12]http://www.industrysolutions.co.kr/news/ articleview.html?idxno=4095 저자소개 김재생 (Jae-Saeng Kim) 1988년 2월 : 경희대학교컴퓨터공학과 ( 공학사 ) 1990년 8월 : 경희대학원컴퓨터공학과 ( 공학석사 ) 1997년 8월 : 경희대학원컴퓨터공학과 ( 공학박사 ) 1998년 3월 ~ 현재 : 김포대학교이-비즈니스과교수 < 관심분야 > : SW공학, 컴포넌트평가, 웹기반 SW 등