주간기술동향 2014. 1. 29. 사물인터넷핵심기술및시장성분석 박세환 KISTIReSEAT 프로그램전문연구위원 world00117@reseat.re.kr 1. 서언 2. IoT 의핵심기술 3. IoT 산업의시장성분석 4. IoT 산업의응용분야및파급효과 5. 시사점및결언 1. 서언사물인터넷 (Internet of Things: IoT) 의 1) 개념은인간, 사물및서비스등세가지분산된환경요소에대해인간의개입없이상호협력적으로센싱, 네트워킹, 정보처리등지능적인관계를형성하는사물공간연결망을의미한다 [1],[2]. 즉, 주변사물들이유무선네트워크로연결되어유기적으로정보를수집및공유하면서상호작용하는지능형네트워킹기술및환경을의미한다. 나아가현실세계의사물들과가상세계의네트워크를통해서로연결하여사람과사물, 사물과사물간에언제어디서나서로소통할수있도록하는미래인터넷기술이다 [3]. IoT 기술력은인터넷망에 M2M(Machine-to-Machine) 통신서비스를 2) 접목시켜사물은물론현실과가상세계의모든정보와상호작용하는개념으로진화하고있다 [1],[3]- [5]. 사물인터넷의기본개념과개념적변화과정은 ( 그림 1) 과같다. 궁극적으로는 M2M 의개념이 IoT 에흡수되어차세대지능통신으로발전하게될것으로예상된다. * 본내용과관련된사항은 KISTI 박세환전문연구위원 ( 02-3299-6231) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 NIPA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 1) 사물인터넷 (IoT) 의개념은 1999 년케빈애쉬톤 (Kevin Ashtonin) 이최초로제안하였다. 케빈애쉬톤은유무선네트워크에서의엔드디바이스 (end-device) 는물론인간과자연환경을구성하는물리적사물등이모두사물인터넷의구성요소에포함된다고설명한바있다 ( 사물인터넷 (Internet of Things) 산업의주요동향, 해외 ICT R&D 정책동향, 정보통신산업진흥원, 2013. 6) 2 ) 인간 ( 사용자 ) 이물리적인모든사물 ( 다양한유무선네트워크의사용자기기, 차량, 교량, 각종전자장비, 문화재및자연환경등 ) 과이동통신네트워크를통해사람과사물, 사물과사물간지능통신을할수있는이른바사물지능통신을의미한다. 광의적으로는통신과 IT 기술력을결합하여원격지의사물, 시스템, 차량, 사람의상태및위치정보등을확인및제어할수있는솔루션을의미한다. 14
[ 사물인터넷의기본개념 ] [ 사물인터넷의개념적변화과정 ] < 자료 >: 민경식, 사물인터넷 (Internet of Things), NET Term, 한국인터넷진흥원, 2012. 6. 사물인터넷 (Internet of Things) 산업의주요동향, 해외 ICT R&D 정책동향, 정보통신산업진흥원, 2013. 6./ 재구성. ( 그림 1) 사물인터넷의기본개념과개념적변화과정 2. IoT 의핵심기술 가. 센싱및네트워킹기술센싱기술은온도, 습도, 열, 가스, 조도및초음파등다양한센서를이용하여원격감지, SAR(Synthetic Aperture Radar), 3) 위치및모션추적등을통해사물과주위환경으로부터정보를획득하는기능이다. 이러한고도의기능을내장한센서는 IoT 를구현하기위해다음과같이발전하고있다 [1]. - 표준화된인터페이스플랫폼과정보처리모듈을내장한스마트센서로발전하고있다. - 검출한데이터로부터특정정보를추출하는가상센싱 (Virtual sensing) 기능을통해 IoT 서비스인터페이스에적용되고있다. - 기존의개별적인센서보다한차원높은다중센싱기술을사용하여보다더지능적이고고차원적인정보를추출할수있다. 네트워킹기술은인간, 사물및서비스등분산된 IoT 환경요소들을서로연결시킬수 3) SAR( 합성개구레이더 ): 공중에서지상및해양을향해레이더파 (wave) 를순차적으로발사한이후레이더파가굴곡면에반사되어돌아오는미세한시간차를선착순으로합성하여지상지형도를만들어내는레이더시스템을의미한다. 1960 년대부터주로군용정찰장비로개발되기시작했으며, 1980 년대에들어와서단순한지형패턴만이아닌이동목표추적 (Moving Target Indicator: MTI) 능력을갖게되었다. 정보통신산업진흥원 15
주간기술동향 2014. 1. 29. 있는유무선네트워킹기능이다. 유무선통신및네트워크장치로는 WPAN(Wireless Personal Area Networks), WiFi(Wirelwss Fidelity), 3G/4G/LTE(Long Term Evolution), Bluetooth, Ethernet, BcN(Broadband convergence Networks), 위성통신, Microwave, 시리얼통신 4) 및 PLC(Programmable Logic Controller) 5) 등을이용할수있다. 나. 인터페이스기술 IoT 서비스인터페이스기술은 IoT 의주요구성요소 ( 인간ㆍ사물ㆍ서비스 ) 를통해특정기능을수행하는응용서비스와연동하는역할이다. 즉, 네트워크인터페이스의개념이아니라 IoT 망을통해저장, 처리및변환등다양한서비스를제공할수있는인터페이스역할을실행할수있어야한다. IoT 의다양한서비스기능을구현하기위해서는다음과같이매우다양한고도의기술력이필요하다 [1]. - 검출정보기반기술 : 정보의검출, 가공, 정형화, 추출, 처리및저장기능등 - 위치정보기반기술 : 위치판단및위치확인기능, 상황인식및인지기능등 - 보안기능 : 정보보안및프라이버시보호기능, 인증및인가기능등 - 온톨로지 (Ontology) 6) 기반의시맨틱웹 (Semantic web) 7) 기능, 오픈센서기반의 API(Application Programming Interface) 8) 기능, 가상화 (virtualization) 기능등 - 프로세스관리, 오픈플랫폼기술, 미들웨어기술, 데이터마이닝 (Data mining) 9) 기술, 웹서비스기술, SNS(Social Network Ssevices) 등 4) 디지털통신장비에컴퓨팅기기를접속하는방법으로서접속선 (Connection line) 의수를최소화하여원거리까지신호를전송할수있는통신방식을의미한다. 5) PLC: 입력데이터를내장된프로그램에의해순차적으로논리처리하고그출력결과를외부장치에연결함으로써외부장치를제어하는기능으로서순차제어 (Sequential control) 기기의대표적인기능이다. 6) 온톨로지 (Ontology): 인간이보고, 듣고, 느끼고, 생각하는것에대해토론을통해합의를이룬바를개념적이고컴퓨터에서처리할수있는형태로표현한모델로서개념의형식이나사용상의제약조건들을명시적으로정의한기술이다. 온톨로지는일단합의된지식을나타내므로어느개인에게국한되는것이아니라그룹구성원이모두동의하는개념이다. 아울러프로그램이이해할수있어야하므로여러가지정형화가존재할수있다. 7) 시맨틱웹 (Semantic web): 현재의인터넷과같은분산처리환경에서웹문서, 각종파일및서비스등리소스에대한정보와자원사이의관계 (Semanteme) 를컴퓨터가처리할수있는온톨로지형태로표현하고처리하도록하는프레임워크를의미한다. 8) API(Application Programming Interface): 응용프로그램에서사용할수있도록운영체제나프로그래밍언어가제공하는기능을제어할수있게만든인터페이스를의미한다. 주로파일, 창, 화상처리및문자제어등을위한인터페이스를제공한다. 9) 데이터마이닝 (Data mining): 대규모로저장된데이터안에서체계적이고자동적으로통계적규칙이나패턴을찾아내는것으로서 KDD(Knowledge-Discovery in Databases: 데이터베이스속의지식발견 ) 이라고도한다. 16
3. IoT 산업의시장성분석 가. M2M 시장환경변화 M2M 시장은그동안작은시장규모와단말기의높은가격등으로텔레매틱스, 원격검침등주로기업용시장에집중되어제한적으로이용되어왔다. 주요통신사업자들은직접 M2M 서비스사업을운영하는대신전문업체의네트워크를임대하는방식으로운영하고있는실정이다. 최근 NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency IDentification) 및 ZigBee 10) 등다양하고저렴한무선통신서비스와아울러인터넷접속이가능한커넥티드 (connected) 단말의확산으로인해저비용으로통신시장의새로운부가가치를창출하고있다. 특히음성서비스매출감소와포화상태인이동전화시장에따라통신사업자들은새로운수익원을확보하기위해소비자가전, 스마트자판기, e-북및스마트홈등 M2M 소비자시장의가능성을면밀히진단하고있다 [4]. 2013 년 M2M 단말기글로벌출하량은전년대비 40% 의높은성장률을기록하며 4 억 2,000 만대를기록할것으로예상된다. 지역별로는중국을중심으로한아시아ㆍ태평양지역이 2016 년가입회선기준전체시장의 37% 를차지하며세계최대시장이될것으로예상된다. 11) M2M 시장을성장시키기위해서는데이터분석및통합관리를위한역량을확보하고개인정보보호문제 12) 등에주력할필요가있다. 나. IoT 산업의시장성장추이사물과인터넷의결합이급속도로진행됨에따라사물인터넷산업활성화도앞당겨지고있는상황이다. IoT 산업의글로벌시장규모는사물간인터넷연결확산에힘입어 2020 년약 8 조 9,000 억달러의대규모시장을형성할것으로예상된다. 13) 인터넷에연결가능한다종다양한기계및통신장비등사물은 2010 년약 40 억개, 2012 년약 150 억개에서 2020 년에는 800 억개까지증가하여사물인터넷인프라의급격한확대를예 10) ZigBee: 가정이나사무실등에서 10 20m 내외의근거리무선통신을위한기술로서홈네트워킹, 스마트가전, 빌딩내근거리통신등에활용되고있다. 11) 시장조사기관 Morgan Keegan 의분석자료 12) 특히, M2M 통신시위치정보및과금데이터등민감한개인정보들이전송되기때문에개인정보유출을예방할수있는고도의기술력이요구된다. 13) 시장조사기관 IDC 의 2013 년 10 월분석자료 정보통신산업진흥원 17
주간기술동향 2014. 1. 29. ( 단위 : 억개 ) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 800 CAGR[%]: 34.9 150 40 2010 년 2012 년 2020 년 < 자료 >: M2M 서비스, 통신사의새로운수익원으로부상, 글로벌 IT 트랜드, 한국정보화진흥원, 2012. 4./ 재구성. ( 그림 2) IoT 에연결가능한사물증가추이고하고있다 [4]. 14) 2010~2020 년까지 IoT 에연결가능한사물의증가추이는 ( 그림 2) 와같다. 현재와같은추세로계속된다면 2020 년헬스케어, 유통및교통등을포함한다양한산업분야에서사물인터넷산업을통한경제적부가가치는 1 조 9,000 억달러에달할것으로예상된다 [3]. 현재전세계에분포한각종물리적사물중 99.4% 가아직인터넷에연결되어있지않아향후사물인터넷의성장가능성은매우긍정적으로볼수있다. 15) 이처럼사물인터넷인프라확대와기업및소비자의수요증가에힘입어관련시장규모는연평균 7.9% 에이르는지속적인성장세를유지할것으로예상된다. 다. IoT 산업관련업체동향 2020 년약 800 억개까지증가할것으로예상되는사물즉, 물리적객체를인터넷으로연결하여사물인터넷을구현하기위해서는센싱기술및네트워크기술이필수적이다. 네트워킹하고자하는특정사물이주변의환경정보를수집하는기술은센싱칩셋으로구현될수있을것이다. 또한해당정보를인터넷을통해사람과사물, 사물과사물간정보를실시간으로전달하고공유하기위해서는유무선통신및네트워크기술이필수적이다. 이에관련사업자들은향후사물인터넷기술시장의주도권을확보하기위해사물인터넷핵심기술인센싱칩셋및네트워크기술개발에주력하고있다 [3]. 사물인터넷산업의기술시장을선도해나가고있는국내외주요업체및개발제품추이는 < 표 1> 과같다. 14) 통신ㆍ미디어전문시장조사기관 IDATE 의 2013 년 9 월분석자료 15) 네트워크사업자 Cisco 의 2013 년 6 월분석자료 18
< 표 1> 국내외 IoT 산업주요업체동향 구분개발제품주요업체 칩 (chip) 모듈단말 플랫폼솔루션 네트워크서비스 - 무선송수신칩 - 센서 - 마이크로콘트롤러 - IoT 모듈 ( 무선송수신칩 & 마이크로콘트롤러 ) - 다양한 IoT 단말등 - IoT 플랫폼소프트웨어 - IoT 종합관리솔루션 - 기본적인유무선네트워킹 - 전문적인 M2M 서비스제공 - ARM - Qualcomm - Texas Instruments - Infineon - IBM - Sierra Wireless - E-device - Telular - Cinterion - Telit - SIMCOM - CISCO - Jasper Wirelss - Aeris Wireless - Qualcomm - datasmart - Inilex - Omnilink - 국내업체 : 멜퍼, 페타리, 브레인넷, 엔티모아, 인사이드 M2M - AT&T - Verizon - Sprint - Vodafone - T-Mobile - BT - 국내업체 : SKT, KT, LGU+ < 자료 >: 민경식, 사물인터넷 (Internet of Things), NET Term, 한국인터넷진흥원, 2012. 6. 하드웨어적인기술로는칩, 모듈및단말이있으며, 소프트웨어적인기술로는플랫폼, 솔루션, 네트워크및서비스등을들수있다. 각기술별로다양한제품들이개발되고있으며, 국내업체의경우주로소프트웨어기술분야의제품을개발하고있다. 플랫폼및솔루션분야에멜퍼, 페타리, 브레인넷, 엔티모아및인사이드 M2M 등이, 네트워크및서비스분야에국내이동통신메이저기업인 SKT, KT 및 LGU+ 가포진되어있다. 각핵심기술분야의메이저기업의사업화동향을간단히요약하면다음과같다. - 칩개발분야의선도기업인영국의 ARM 은스마트폰및태블릿 PC 등스마트미디어기기의프로세서시장을주도하고있는반도체벤더로서이를기반으로 2013 년 7 월영국캠브리지본사에사물인터넷환경을구축하고사업을개시하였다. 이어 2013 년 8 월 M2M 관련기술을보유한센시노드 (Sensinode) 사를인수하면서사물인터넷시장주도권확보를본격화하고있다 [6]. 정보통신산업진흥원 19
주간기술동향 2014. 1. 29. IBM 의 메시지사이트 제품이미지 Cisco 의커넥티드차량시스템개념도 ( 그림 3) 사물인터넷관련개발제품 - 모듈및단말개발분야의선도기업인미국의 IBM 은 2013 년 4 월사물인터넷망과연결을위한게이트웨이 (Gateway) 인 16) 메시지사이트 (MessageSight) 를개발하였다. 이는사물인터넷환경에서대용량의센싱데이터를효율적이고신속하게관리할수있도록설계된하드웨어로평가받고있다 (( 그림 3) 참조 ). - 플랫폼및솔루션개발분야의선도기업인미국의 CISCO 는현재사물인터넷환경이제한적인사물간에만구현되고있으나, 미래에는사물은물론사람과데이터를포함한모든만물이인터넷에연결되는이른바만물인터넷 (Internet of Everything: IoE) 시대가도래할것으로전망하고전방위적전략을전개하고있다 [7](( 그림 3) 참조 ). 17) - 네트워크및서비스분야에서는미국의 AT&T 및 Verizon 등글로벌유수기업을비롯한국내이동통신 3 사 (SKT, KT, LGU+) 가적극참여하고있다. 4. IoT 산업의응용분야및파급효과 가. IoT 산업의응용분야 사물인터넷관련기술개발이빠르게진행되면서헬스케어, 스포츠용품및웨어러블 디바이스등다양한산업분야에서사물인터넷기술력기반의서비스들이등장하고있다. 16) 컴퓨터네트워크에서서로다른통신망및프로토콜을사용하는네트워크간의통신을가능하게하는장치 17) CISCO 는만물인터넷시대가도래할경우엄청난양의데이터발생으로인해기존의저대역 (low bandwidth) 네트워크솔루션으로는이를감당할수없어고대역 (high bandwidth) 환경에적합한새로운네트워크솔루션이필요하다고강조하고있다. 20
분야별주요제품출시및서비스현황을간단히요약하면다음과같다 [3]. - 헬스케어분야에서는일반소비자를대상으로하는사물인터넷기반서비스가이미등장하였다. - 2012 년스포츠용품제조사인미국의 NIKE 는스마트미디어기기와연동되어사용자의운동상황을체계적으로기록하고관리할수있는단말기 (NIKE+FuelBand) 를출시하였다 [8]. - 웨어러블디바이스제조사인미국의 Fitbit 은 NIKE+FuelBand 의기능에다수면상태및음식섭취정보까지트래킹 (tracking) 할수있는단말기 (Fitbit Flex) 를출시하였다 [9]. - 홍콩의 HapiLabs 는사용자가음식물섭취에걸리는시간및빈도를알려주는지능형식기도구 (HAPIfork) 를출시하였다 [10]. 18) 나. IoT 산업의파급효과사물인터넷기술은사람이나사물의위치를오차범위 1~2m 이내로정확하고단절됨이없이안정적으로알려줌으로써사용자의생활공간을스마트하게변화시키면서커다란파급효과를낳고있다. 실내위치측정기술이발전되어궁극적으로실내공간구석구석에대한매우정확한위치를측정할수있다면, 단순히스마트미디어기기를통해위치기반서비스를이용하는데에서그치는것이아니라인터넷을통해실내의다양한사물을제어할수있는기반이마련되는것이다. 실내위치측정기술기반의사물인터넷구현을예상해보면다음과같은사례를꼽을수있다 [11]. - 사용자의실내위치를정확하게인지하여실내의각종전자기기의동작을자동으로제어하게될수있을것이다. - 사용자가자동차를운전하고혼잡한주차장에진입하면진입로에장착된위치센서에의해빈주차공간을찾아자동으로주차를하게될수있을것이다. - 인터넷쇼핑몰에서물건을주문하면주문즉시드론이사용자가있는위치로배달해주거나쇼핑할때무거운짐을로봇이대신들고따라다니게될수있을것이다. 18) HAPIfork 단말기는사용자가포크로음식을떠서입에넣고다시접시에포크를내려놓는움직임을감지하는센서를통해사용자의음식물섭취습관을알려주는것이다. 이로써다이어트나비만관리등에효과를나타내고있는것으로평가받고있다. 정보통신산업진흥원 21
주간기술동향 2014. 1. 29. 사실상이러한서비스들은글로벌주요연구소에서수년전에구현된서비스로서필요한대부분의기술은개발된것이다. 그러나실험환경을벗어나면이서비스들을구현하기위해필요한실내에서의정확한위치측정인프라가없어아직상용화되지못한핵심원인이라고할수있다. 따라서실내에서고도의정확도로단절됨이없이안정적으로위치측정이가능해진다면사물인터넷을활용한여러가지스마트한서비스들이등장할수있을것이다. 예를들면, 에너지분야에서도사물인터넷의개념을활용한다양한형태의제품및서비스가가능할것이며, 무인주행차량개발등자동차산업분야에서도사물인터넷기술이적극적으로활용될것으로예상된다. 5. 시사점및결언 가. 시사점유럽위원회 (European Commission) 에서는유럽사회의향후당면과제해결에중추적인역할을담당할것으로예상되는사물인터넷관련정책수립에대한논의를한바있다. 이를통해정책결정자및관련기업들이사물인터넷의잠재력과파급효과를올바르게이해하고관련산업의발전을도모하기위해서는사물인터넷에대한신뢰기반의이성적이고효율적인수용방식을찾아야할것이라고강조하고있다. 기존의인터넷거버넌스를참조하여사물인터넷에관한정확하고이해하기쉬운데이터베이스를구축하고, 사물인터넷의실정에맞는개인정보보호정책등을개발할필요가있다는것이다 [12],[13]. 이는사물인터넷의태동기라고할수있는현단계에서구체적인수준의정책을논의하는것은아직이르다는것을시사하고있다. 아울러향후사물인터넷관련정책수행및모니터링을위해서는빅데이터 (Big data) 문제를해결하는동시에필요한정보를공유하여정보의흐름을수평적으로변화시키는것이필요하다는것을시사하고있다. G20 국가들을대상으로실시한사물인터넷준비지수 (G20 Internet of Things Index) 조사결과에의하면미국이 1 위, 한국이 2 위에랭크된것으로나타났다. G20 사물인터넷지수는정보와관련된주요 12 개지표를 19) 조사ㆍ분석하여사물인터넷 (IoT) 의기회에대 19) 12 개주요지표 : GDP, 비즈니스환경, 스타트업절차, 특허출원, 인구, 에너지사용, 이산화탄소배출, 브로드밴드사용자수, 인터넷사용자수, 모바일사용자수, 시큐어서버, IT 지출규모 22
한준비정도에따른 G20 국가들의순위를산출한인덱스이다. 이는사물인터넷기술을통해새로운사업화모델을모색하고자시장에진입하는벤더들이지속적으로늘어나고있다는것을시사하고있으며, IoT 를글로벌화하려는벤더들에게유용한지표가될것으로보인다 [14]. 나. 결언사물인터넷기술은사용자의위치측정기술과결합되면서생활공간자체를스마트하게변화시킬수있는첨단서비스시대를예고하고있다. 실내외위치기반서비스는모바일서비스의새로운가능성을제시하면서지금까지활성화되지못했던사용자맞춤형서비스로부상하게될것으로예상된다. 아울러사물인터넷을통한이른바지능통신 (Intellectual communication) 이인간의삶의질향상에필요한정보의가치를높이고불확실성을줄이는필수인프라가될것으로기대된다. 사물인터넷을통한정보통신페러다임의변화는영화에서나이루어지던일들이현실세계에서도가능하게하는티핑포인트 (Tipping Point) 를 20) 제시하고있다. 사물인터넷기술은 ICT 인프라와접목되어기후변화, 재난 / 재해, 여성 / 어린이납치, 에너지절감등많은전지구적인문제점들을해결할수있을것이다. 이를안전하고편리하게이용하기위해서는산ㆍ학ㆍ연ㆍ관ㆍ민의공동노력이필요하다. < 참고문헌 > [1] 민경식, 사물인터넷 (Internet of Things), NET Term, 한국인터넷진흥원, 2012. 6. [2] The Internet of Things Is Poised to Change Everything, IDC, 2013. 10. [3] 사물인터넷 (Internet of Things) 산업의주요동향, 해외 ICT R&D 정책동향, 정보통신산업진흥원, 2013. 6. [4] M2M 서비스, 통신사의새로운수익원으로부상, 글로벌 IT 트랜드, 한국정보화진흥원, 2012. 4. [5] http://www.cellular-news.com/story/53577.php [6] ARM Brings the Internet of Things To Life On Its Campus, Data Center Knowledge, 2013. 7. [7] CISCO, http://www.cisco.com [8] Mashable, Nike Unveils FuelBand for Tracking All Physical Activity, 2012. 1. 20) Tipping Point: 점진적으로진보하는기술발전과는달리극적인발화점을계기로한순간에확산되는특징이있는사회현상을의미한다 ( 말콤그래드웰의 티핑포인트 라는저서에서 ). 정보통신산업진흥원 23
주간기술동향 2014. 1. 29. [9] http://www.fitbit.com [10] http://www.hapilabs.com [11] 김종대, 위치기반서비스 2 라운드, 실내에서도길눈이밝아진다, LG Business Insight, LG 상남도서관, 2013. 12. 18. [12] 사물인터넷의발전지원및신뢰도제고를위한유럽의정책대안, 동향과전망 : 방송 통신ㆍ전파, 제 67 호, 한국방송통신전파진흥원, 2013. 10. [13] Europe s policy options for a dynamic and trustworthy development of the Internet of Things, European Commission, 2013. 5. 31. [14] The G20 through the Internet of Things(IoT) Lens, IDC, 2013. 11. 24