IoT 기반 스마트시티 구축동향 ⑦

3) 사물인터넷(IoT) 기술 개발 동향

(1) 사물인터넷 서비스 핵심 기술 동향_2

③ 사물인터넷 네트워크 인프라 기술

사물인터넷은 기존의 유무선 인터넷보다 확장된 개념으로 사물 간의 연결을 포함하여 통신의 범위가 크게 확대됨을 의미한다. 지금까지 CDMA, WCDMA, WiFi, LTE 등의 무선통신 기술은 사람들 간의 고속 무선인터넷을 가능하게 한 반면, ZigBee, Bluetooth, NFC 등의 저전력/저비용 근거리 무선통신 기술은 사물 간의 네트워크 인프라 구축을 가능하게 한다. 최근 사물인터넷은 기존의 유무선 통신기술과 근거리 무선통신 기술을 융합하여 네트워크 인프라를 구축하고자 한다. 또한, 저전력/저비용이 가능하고, 폭넓은 통신 커버리지, QoS가 보장되며, 보안에도 강한 새로운 사물인터넷 전용 네트워크 구축을 위한 기술에 대한 관심도 크게 증가하고 있다.

표. 사물인터넷 네트워크 인프라를 위한 주요 네트워크 방식 및 특징 요약

네트워크방식	주요 특징
ZigBee	- IEEE 802.15.4 PHY 표준 메시 네트워크 - 초소형, 저비용, 저전력의 무선 센서 네트워크 구축 가능 - Bluetooth 방식과 경쟁 - 868mhz(20kbps), 915Mhz(40kbps), 2.4GHz(205kbps) - 통신거리 10 ~ 100m
Bluetooth	- 초소형, 저비용, 저전력(Bluetooth Low Energy), 스타 네트워크 - Bluetooth 4.1(24Mbps) - Bluetooth 를 채택한 다양한 제품들이 존재(마우스, 키보드, 이어폰) - 통신거리 100m
Z-Wave	- 스마트홈 서비스를 위해 개발 된 표준(유럽 중심의 Z-Wave Alliance), 메시 네트워크 - 저비용 저전력의 무선센서 네트워크 구축 가능 - 869MHz(9.6kbps), 908MHz(40kbps) - 통신거리 30m
WiFi	- IEEE 802 표준, 스마/메시 네트워크 - 무선인터넷을 가능하게 해주는 AP(Access Point) 근처에서만 이용 가능 - 고속(~54Mbps) 무선 네트워크 구축 가능, 이기종 AP 간 로밍 불가 - ZigBee, Bluetooth 비해 고비용/고전력 소모 - AP와의 통신거리 100m

출처: 이슈퀘스트, 제4차 산업혁명의 신산업 플랫폼, 스마트시티 기술개발 동향과 사업전망

국내는 SK텔레콤, KT, LG 유플러스 등의 이동통신사들이 중심이 되어 사물인터넷 네트워크 인프라 구축을 주도하고 있다. SK텔레콤은 사물인터넷 관련 다양한 표준화 기구에 참여하여 LTE 망의 이용방법을 모색하고 있다. KT는 노키아와 함꼐 LTE-M(Machine) 기술에 대한 표준화를 추진하고 있으며 LG 유플러스는 스마트홈 시장과 관련하여 Z-Wave 규격을 활용하고 있다.

가. 근거리 무선 통신(NFC)

NFC는 10초 이내의 거리에서 사물들의 양방향 통신을 하기 위한 기술이다. 통신거리가 짧기 때문에 상대적으로 보안이 우수하고 가격이 저렴하다는 장점을 가지고 있는 차세대 근거리 통신 기술이다. HIS 테크놀로지 보고서에 따르면 2014년 NFC기능을 탑재한 스마트폰의 출하량은 4억 1,600만대로 예상했으며, 2018년에는 12억대에 달할 것으로 전망한다. 이 전망은 스마트폰에 한정된 것으로, 다양한 태블릿과 액세서리 등을 고려한다면 NFC를 활용하는 통신은 더욱 발전할 것으로 예상된다.

그림. NFC 탑재 스마트폰 트렌드 예측(단위: 백만 대)

출처: ISH(2014)

현재 안드로이드 기반의 스마트폰에서 기본적으로 NFC 기능을 탑재하고 있으며, 애플에서도 아이폰6에 적용했다. 또한, 활용되고 있는 NFC 서비스로는 결제, 이체, 명함 교환 등의 단말기 간의 접촉, 개인인증 및 액세스 컨트롤 등의 개인정보 관리 그리고 관광 안내, 의료, 주차, 예약, 구매, 소셜 네트워크 등의 맞춤형 응용서비스 등이 존재한다. 향후 NFC에 의존한 형태의 서비스 및 사물이 더욱 많아질 것으로 전망된다.

나. 저전력 블루투스, 비콘(Bluetooth, Beacon)

앞서 설명한 NFC의 한계점인 짧은 인식 거리를 극복하기 위한 기술로 블루투스를 활용한 통신이 각광받고 있다. 이 기술은 5cm에서 45m에 이르는 인식 거리를 가지고 저전력인 강점을 갖고 있다. 또한 최근 글로벌 기업들 사이에서 BLE(Bluetooth Low Energy)에 기반한 다양한 비콘(Beacon) 기술을 내놓고 있다. 

BLE 비콘 기술로는 애플의 아이비콘(iBeacon), 퀄컴(Qualcomm)의 Proximity 비콘, 국내 기업인 SK텔레콤의 BLE 비콘과 삼성의 FlyBell 등이 있다. 이러한 BLE에 기반한 기술들은 사용자의 위치에 따라서 관심을 갖는 상점, 제품에 대한 상세한 설명을 푸시 알람과 메시지로 제공해주며 즉시 결제까지 진행할 수 있다. 이와 다른 사례로는 오닉스 비콘스와 스틱엔파인드가 진행한 파일럿 프로젝트로 공항 보안 검색대의 승객 식별, 쓰레기 배출 알림, 사물의 위치추적 등 다양하게 진행되고 있다. 애플, SK텔레콤 등의 글로벌 업체들이 BLE에 기반한 비콘 기술을 다양한 스마트 단말기에 연계하면서 사물인터넷에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

   다. Z-Wave

Z-Wave는 가정에 있는 모든 가전제품의 연결을 위한 통신 프로토콜 이며, Z-Wave는 가정 자동화와 센서 네트워크와 같은 저전력과 저대역폭을 요구하는 장치를 위해 설계된다. ADT, 보쉬, LG 전자, LG 유플러스 등의 236개 제조사가 컨소시엄으로 구성되어 있다. 호주, 브라질, 유럽, 중국, 일본, 러시아, 아랍에미리트연방, 미국, 캐나다, 한국 등의 국가가 각 나라의 주파수 대역을 정의하고 있다.

LG 유플러스는 최근 Z-Wave의 저렴하며, 다 대 다 연결 가능성, 글로벌 기업들의 대량 참여 등의 이유를 강점으로 홈네트워크 사물인터넷을 위해 Z-Wave를 기기 간 연결 규격으로 채택했다. 스마트 홈 영역에서 Z-Wave 의 강세를 예상할 수 있지만, 여전히 홈 네트워크 구성을 위해 Z-Wave는 지그비, 인스테온, 저전력 블루투스, 웨이트레스 등의 표준과 경쟁을 해야 한다. 가전제품들의 연결을 지향하는 다양한 업체들이 Z-Wave 외에 다른 표준들을 채택하기도 한다. SK텔레콤의 경우는 LTE망을 활용한 전략을 펼치고 있다. 따라서 다른 통신 표준을 이용하는 제품들 사이의 연결을 위해서 이들을 아우를 수 있는 브리지가 필요하며, 사람들이 선호하는 항공 얼라이언스가 있듯이 가전제품 역시 동일한 통신 표준을 따르는 제조사들의 제품을 선택 해야하는 시대가 올 수 있다.

라. Vehicle to Vehicle(V2V)

사물인터넷은 자동차의 안전함과 편리함을 극대화하는 데도 크게 기여하고 있다. 이는 자동차 사이의 통신을 통해 구현되고 있다. 2006년 GM에서 시범을 보였으며, 최근에는 C2C-CC(Car-to-Car Communication Consortium)에서도 본격적으로 선보이고 있다. C2C-CC에는 위치 경고(Loacation Warning), 교통 신호와 통신(GLOSA), 오토바이 접근 경고(Motorcycle Warning), 응급차량 지원(Emergency Vehicle) 등의 활용사례와 함께 가능성을 만들어 내고 있다.  C2C-CC에는 우리나라의 현대자동차를 비롯한 아우디, BMW, Ford, 혼다, 폭스바겐, 볼보, 르노 등 약 70여개의 기업이 참여하고 있다. V2V의 실효성을 검증하기 위해 2012년부터 미국 정부는 3,000 여대의 차량에 V2V 통신 기술을 적용하여 테스트한 결과 최고 80% 정도의 교통사고를 예방할 수 있다는 결론을 제시했으며 미국 교통부에서는 2023년까지 모든 신규 차량에 V2V 기능 탑재를 의무화할 계획이다. 미국의 법제화와 다수의 글로벌 기업들의 사업 참여 사실을 통해 사물인터넷의 자동차 분야인 V2V의 현실화를 예측할 수 있으며, 최근에는 V2V를 넘어 다양한 인프라와의 연결을 추구하는 V2I(Vehicle-to-Infrastructure)와 공동 발전을 기대하고 있다.

마. 빅데이터, 클라우드

현시점에서 IT의 빅3는 빅데이터, 클라우드, 사물인터넷이라고 할 수 있다. 하지만 사물인터넷의 관점에서 바라보면 빅데이터와 클라우드는 사물인터넷의 요소기술이라고 할 수 있다. 빅데이터와 클라우드의 발전이 사물인터넷을 증진시키고 반대로 사물인터넷의 확산은 빅데이터와 클라우드의 중요성을 더욱 더 부각시킬 것으로 전망된다. 사물인터넷에서 다양한 센서, 사물 및 사람이 만들어내는 실시간 데이터의 처리를 통해 개인화 추천, 비즈니스 예측, 재난 예측 등을 목적으로 하는 만큼, 데이터의 관리와 연산 인프라를 담당하는 클라우드, 데이터의 지능적 처리를 통해 예측과 서비스를 담당하는 빅데이터 기술로 나뉠 수 있다. 즉 사물인터넷이 생성한 데이터가 빅데이터이며, 이 데이터는 클라우드에 저장되고 연산된다고 할 수 있다. 기존의 빅데이터 처리 기술은 데이터 스토리지, 분산처리 등의 인프라에 대해 집중 되어 있었던 반면, 앞으로는 다차원 데이터의 통합, 연계, 가공, 인사이트 추출, 이슈 발굴 등의 데이터 사이언스(Data Science) 측면, 즉 데이터의 지능적 처리를 통한 전문화된 서비스에 대한 요구가 더욱 강해질것으로 예측된다.

표. 빅데이터 시장 예측(단위 : 10억 달러)

구분	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017
Compute	1.53	2.29	3.65	4.92	6.40	7.10	7.60
Storage	1.10	1.75	3.09	4.20	5.50	6.40	6.95
Networking	0.15	0.23	0.42	0.65	0.85	1.01	1.15
Infrastructure Software	0.14	0.44	0.83	1.08	1.25	1.60	1.90
SQL	0.60	0.88	1.31	7.75	2.25	2.45	2.70
NoSQL	0.07	0.13	0.29	0.50	0.80	1.00	1.20
Apps&Analytics	0.52	0.99	1.69	3.45	5.29	6.65	7.75
Professional Services	2.80	4.42	6.15	10.10	13.50	16.00	17.20
Cloud	0.36	0.62	1.19	1.82	2.52	3.05	3.65

출처: Wikibon

사물인터넷의 일부인 사람의 행동 예측 및 지능 서비스 제공을 위해서는 주위의 모든 사물로부터 수집된 과거부터 현재까지의 유저 데이터와 날씨, 기온 등의 환경 데이터, 그리고 다양한 외부 이벤트 데이터들까지를 함께 고려해야 할 것이며, 이는 현재의 빅데이터와 데이터 처리가 예상된다. 특히 예측을 위한 지능적 처리는 개인 및 기업 다양성에 맞는 전략제시와 다양한 상황에 따른 전략 최적화까지를 고려해야 할 것이며, 이러한 관점에서 볼 때 2020년까지의 사물인터넷 발전이 아주 긍정적인 만큼 빅데이터와 클라우드도 함께 발전할 것으로 예측된다.

④ 사물인터넷 통합 플랫폼 기술

사물인터넷의 미래 서비스 시장은 대규모 사물들과 대용량 데이터를 효율적으로 처리할 수 있는 개방형 사물인터넷 플랫폼을 기반으로 크게 확산될 것으로 전망되고 있다. 이러한 사물인터넷 플랫폼의 기본적인 기능은 상호 이질적인 센서 디바이스에 대한 연결 방법 제공, 대규모 센서 디바이스들로부터 수집되는 정보에 대한 효율적인 저장∙관리 기능 제공, 수집된 대용량 정보를 효율적으로 검색∙분석∙표출하기 위한 제공, 웹 등을 이용한 개방형 서비스 제공으로 볼 수 있다.

현재 사물인터넷 통합 플랫폼과 관련하여 국내는 KETI의 Mobius와 ETRI의 COMUS가 발표되었으며, 특히 Mobius는 웹 기반의 Open API 제공 및 개발자 사이트에 지원을 통한 사물인터넷 서비스 생태계가 활성화 되어있다. 국외의 경우 M2M 기반의 개방형 사물인터넷 플랫폼인 ThingWorx가 있으며, Oracle, Google, MS, IBM 등의 글로벌 기업들도 사물정보 기반의 지능형 서비스를 제공할 수 있는 개방형 사물인터넷 플랫폼 솔루션들을 제공함으로써 사물인터넷 관련 글로벌 생태계를 주도하기 위해 경쟁을 펼치고 있다.

가. 다른 기종의 센서 디바이스의 연결 및 제어

다양한 기종의 센서 디바이스들을 효율적으로 연결하기 위한 사물인터넷 플랫폼의 핵심기술이며, 다양한 디바이스 플랫폼, 네트워크 인프라, 통신 프로토콜을 이용한 센서 디바이스들에 대한 연결 방법을 제공하는 것이다. 예를 들어, OGC(Open Geospatial Consortium)는 센서 디바이스들의 기능을 웹 기반 Open API로 제공하기 위해 센서 디바이스에 임베디드 가능한 Sensor Things API 표준을 제정하고 있다.

나. 사물 정보 수집 및 저장∙관리 기능

센서 디바이스가 설치된 사물들의 수가 증가할수록 사물들이 생성하는 데이터가 기하급수적으로 증가하게 되며, 데이터 형식도 텍스트/스트림/오디오/정지영상/동영상 등과 같이 다양화되고 있다. 사물인터넷 플랫폼은 이와 같이 대용량이면서 다양한 형식을 가지고 있는 센서 데이터를 효율적으로 수집하고 저장하기 위한 방법을 제공한다. 특히 실시간 처리가 필요한 데이터에 대해서는 메인 메모리 기반 데이터 저장 관리, 배치 처리가 필요한 데이터에 대해서는 데이터베이스 기반 데이터 저장관리방법 등을 제공하며, 대규모 데이터 처리를 위해 클라우드 인프라 기반의 분산 빅데이터 저장관리방법을 제공하기도 한다.

다. 사물 정보 검색∙분석∙표출

사물들로부터 광범위하게 수집되거나, 축척된 정보를 분석하여 지능형 서비스를 제공하기 위한 방법을 제공한다. 스트림 처리를 포함한 실시간 분석 및 배치 분석 기능을 제공하며, 축척된 데이터 규모에 따라서 빅데이터 분석 기능도 제공할 수 있다. 사물인터넷 서비스에 따라서 필터링, 통계, 데이터 마이닝, 시맨틱 분석 등의 다양한 분석기법들이 제공될 수 있다. 최근에는 사물정보 분석 결과의 효과적인 가시화를 위해 구글맵 서비스와 같이 지도 매핑 기능을 융합한 Heatmap 분석 기능도 활발히 이용되고 있다.

라. 사물 정보의 개방형 웹 서비스

사물 인터넷 플랫폼은 서비스 개발을 효율적으로 지원하기 위해 자신이 보유한 기능들을 Open API를 통해 외부에 노출할 수 있어야 한다. 사용자들은 이러한 Open API를 기반으로 삼루인터넷 플랫폼 기능 활용 또는 외부 시스템과의 메시업 작업등을 손쉽게 이용함으로써 사물인터넷 서비스를 효율적으로 만들 수 있다. 예를 들어, OGC SWE(Sensor Web Enablement)는 사물 정보 수집 및 제어와 관련된 웹 서비스 API 표준을 제시하고 있으며, 이러한 웹 서비스 API는 구글맵에서 제공되는 Open API와 메시업 되어 활용이 가능하다.

⑤ 사물인터넷 표준화

사물인터넷은 센서 디바이스, 네트워크, 플랫폼 등의 다양한 기술들이 통합되고, 다양한 유형의 사물 정보 및 데이터들이 상호 연계되어야 비로써 사용자가 원하는 서비스가 가능해진다. 그러므로 사물인터넷에서 이러한 기술과 정보에 대한 상호 운용을 보장할 수 있는 표준화는 매우 중요하다고 할 수 있다. 예를 들어, 센서 디바이스 통신 프로토콜, 네트워크 방식, 플랫폼의 Open API 등에 대해 단일 표준안이 만들어지는 경우, 사물인터넷 서비스 개발이 훨씬 용이해질 것이다. 그러나, 현실은 ITU-T, ISO/IEC, IEEE, ETSI, OGC, oneM2M 등의 다양한 국제 표준기구들이 이미 사물인터넷 관련하여 다양한 표준들이 각각 발표해 오고 있다. 이에, 현 시점부터 모든 사물인터넷에 동일하게 적용할 수 있는 하나의 획일적인 표준안을 만드는 것은 어려움이 있다고 판단되며, 다양한 사물인터넷 표준들 간의 상호 연계가 가능하도록 기존 표준들을 개방형 아키텍처 기반으로 수정/확장하거나 새로운 연계 표준을 만드는 것이 현실적 대안으로 판단되고 있다.

현재 사물인터넷 관련 국제표준은 공식적인 국제표준화 기구인 ITU-T, ISO/IEC, JTC1과 사실(De facto) 표준화 기구인 IETF, IEEE, ETSI, OGC, oneM2M 중심으로 다양한 표준안이 발표되고 있다. 국내의 경우는 단체표준 기구인 TTA 와 사물인터넷 포럼에서 국내 사물인터넷 표준안 개발/적용과 국제 표준 활동에 대응하고 있다.

표. 표준화 기구의 특징 및 주요 활동

표준화기구	특징 및 주요 활동
ITU-T(국제)	- 2005년, ITU Internet Report 2005 : The Internet of Things 발간 이후, 표준화 활동 시작 - IoT-g냐(Global Standards Initiative), JCA(Joint Coordination Activity)-IoT, FG(Focus Group) M2M, SG2, SG11, SG13, SG16, SG17 에서 M2M/IOT 관련 표준화 활발히 진행 - IoT 관련 권고안 발간(Y.20600-2069): 사물인터넷 개념, 참조모델, 통신 요구사항, IoT 유스케이스, IoT gateway 요구사항, WoT 요구사항, IoT 용어정리, Smart Home, Health Monitoring 등 포함
ISO/IEC JTC 1(국제)	- 2012년, JTC1/SWG5가 신설되어 IoT 표준화 활동을 조율하고 표준화 전략을 담당 - IoT 개념, 시장 요구사항 분석, IoT 표준화 갭 분석 등의 IoT 를 체계적으로 표준화 화기 위한 작업 진행 - WG7(Sensor Networks), SC27(Security), SC29(Coding of Multimedia), SC31(RFID & Identification) 등의 그룹에서 표준화 작업 진행
IEEE (DE facto)	- M2M 서비스 제공을 위한 IEEE 802x 계열의 무선기술을 확장하는 표준 개발 추진 - 사물인터넷 관련하여 제안된 통신 프로토콜 표준 * ZigBee(IEEE 802 15.4 관련 프로토콜) * WiFi(IEEE 802.11 관련 프로토콜) * Bluetooth(IEEE 802.15.1 관련 프로토콜)
ETSI (DE facto)	- 유럽 단체표준 기구로 ETSI M2M 표준(TS 102 690, TS 012 921 등)이 oneM2M 표준의 베이스 라인을 구성하고 있다 - ETSI TC M2M Release2 에서는 스마트 가전기기 등을 위한 표준 및 M2M 상호운용 등을 위한 표준작업을 진행하고 있음
OneM2M	- 전 세계 7개 SDDD(Standard Development Organization)에서 설립한 M2M 국제표준개발협력체(2012.7)로 M2M 서비스 계층의 국제표준화 추진 * 한국(TTA), 유럽(ETSI), 미국(ATIS, TIA), 중국(CCSA), 일본(ARIA, TTC) 참여 - ETSI 에서 개발도니 규격을 base로 표준화 작업을 진행하고 있음
OGC (DE facto)	- 공간정보 고나련 단체표준 기구로 센서 네트워크를 웹 상에서 상호 공유하기 위한 웹 서비스 표준 (SOS, SPS, WNS)과 센서 데이터 표현을 위한 스키마 표준(SensorML, O&M) 제공 - 최근에는 센서 디바이스에서 Restful 형태의 웹 서비스를 제공할 수 있도록 OGC Sensor Things API 표준 개발을 진행하고 있음
TTA(국내)	- 사물인터넷 특별기술위원회(STC1), 사물인터넷 서비스 융합 PG(SPG1), 사물인터넷 네트워킹PG(SPG2), oneM2M PG(SPG13) 등을 운영하고 있음 - oneM2M 국내 대표기관으로 국제 표준화에 대응

출처: 이슈퀘스트, 제4차 산업혁명의 신산업 플랫폼, 스마트시티 기술개발 동향과 사업전망

 

IoT 기반 스마트시티 구축동향 ⑥

3) 사물인터넷(IoT) 기술 개발 동향

(1) 사물인터넷 서비스 핵심 기술 동향_1

① 사물 인터넷 기술에 대한 이해

사물인터넷은 각종 사물에 컴퓨터 칩과 통신기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술이라고 할 수 있다. 이 정의에 따르면 사물은 임의의 소형 컴퓨팅 디바이스가 내장될 수 있는 모든 물체를 의미한다고 할 수 있다. 예를 들어, 스마트폰, 태블릿, 스마트안경, 스마트밴드, 스마트워치 등의 웨어러블 디바이스로부터 차량, CCTV, 가전 제품 등을 포함하며 ICT와 관련이 없는 가로등, 전등, 책상, 의자 등에 이르는 모든 물체를 포함할 수 있다. 사물은 내장되는 컴퓨팅 디바이스를 통해 특별한 기능을 가질 수 있게 됐다. 구체적으로 사물에 내장되는 컴퓨팅 디바이스는 센서, 통신, 전원, 데이터 처리 모듈로 구성되며 사람의 관여 없이 자율적으로 새로운 정보를 생성하고 이들 정보들을 공유함으로써 새로운 의미를 가지게 된다. 이와 관련하여 HP Labs는 사물인터넷을 센서, 네트워크, 데이터, 서비스의 융합으로 정의하기도 한다.

출처: 이슈퀘스트, 제4차 산업혁명의 신산업 플랫폼, 스마트시티 기술개발 동향과 사업전망

그림. 사물인터넷 핵심 기술 구성

현재 사물인터넷 분야에서는 서비스 확산에 요구되는 센스, 네트워크, 데이터, 서비스 기술에 대한 해결책을 찾기 위해 센서 디바이스 플랫폼, 네트워크 인프라, 사물인터넷 통합 플랫폼, 사물인터넷 서비스 기술에 대한 연구개발 및 표준화 작업이 활발히 진행되고 있다.

② 센서 디바이스 플랫폼 기술

사물인터넷에서 센서 디바이스는 칩셋과 모듈을 이용하여 통신이 가능하고, 주변상황을 인지하는 센서가 포함되며, 간단한 데이터 처리를 수행하는 경량 소프트웨어가 포함된 형태를 의미한다. 이러한 센서 디바이스는 주변 상황에 대한 새로운 데이터를 수집하고 사용자 또는 사물인터넷 플랫폼으로 전송하여 다양한 서비스 개발을 가능하게 한다. 센서 디바이스 기술은 세부적으로 프로세서, 통신 모듈, 센서 모듈, 구동기 모듈로 구성되며, 최근에는 내부 모듈을 용이하게 활용할 수 있도록 Open API SW도 포함하고 있다.

출처: 지식산업정보원, IOT기반 스마트시티 구축현황과 산업기술별 추진동향 실태분석

표. 대표적인 개방형 센서 디바이스 플랫폼

국내의 센서 디바이스 기술은 현재 미국, 유럽, 일본과 비교하여 약 80% 수준으로 2~3년의 기술격차를 보이고 있다. 예를 들어, 미국은 Intel, Qualcomm, TI 등의 기업 중심으로 센서 프로세서 기술을 선도하고 있고, 유럽은 MEMS 센서 기술, 일본은 이미지 센서 기술을 선도하고 있다. 이에 비해 국내는 삼성, LG 및 일부 중견 기업을 중심으로 센서 내부의 세부 모듈 기술보다는 이들 모듈을 조합한 센서 디바이스 제품 개발에 주력하고 있는 실정이다.

최근 다양한 종류의 센서 디바이스를 필요로 하는 사물인터넷 서비스 개발을 효율적으로 지원할 수 있는 개방형 센서 디바이스 플랫폼이 크게 각광받고 있다. 개방형 센서 디바이스 플랫폼은 센서 디바이스의 기능을 쉽게 이용하고 센서 내부 모듈에 대한 접근 및 제어를 효율적으로 제공할 수 있는 Open API SW를 오픈소스 기반으로 제공하고 있다. 이에 서비스 개발자들은 Open API를 이용하여 자신이 원하는 서비스를 손쉽게 개발할 수 있을 뿐만 아니라, 센서 디바이스에 대한 제어도 훨씬 간편하게 이용할 수 있다. 센싱 디바이스 관련 운영체제 분야는 미국의 TinyOS, 스웨덴의 Contiki 등이 대표적으로 많이 적용되고 있으며 국내에서는 ETRI 에서 개발되고 있는 NanoQplus 가 있다. TinyOS는 저전력 네트워크를 위한 IP 스택(BLIP)을 지원하며, 최근에는 저전력 환경에서의 IPv6 라우팅 프로토콜(RPL) 및 Open API 개념의 웹기반 상위 응용 프로토콜 (CoAP)을 제공하고 있다. Contiki는 TCP, HTTP, RPL 및 CoAP 의 기능 등이 포함된 ulPv6 스택을 지원하며, ETRI 는 초소형 센서노드용 운영체제 NanoQplus 및 스마트 에너지 프로파일 2.0을 위한 ZigBee IP 스택(IPv6, RPL, CoAP)을 확보하고 있다.

사물인터넷 디바이스 운영체제시장은 독립적인 시장을 형성하기 보다는 제품형태의 시장과 연계되어 형성될 전망이다. 시장 특성을 살펴보면 통신사업자, 공공기고나, 제조업체, SI 업체별로 사업영역을 확장하고, 영역별 경쟁이 발생하고 있으며, 이동통신 사업자(KT, SKT 와 LG U+)들과 삼성, LG 등 단말기사업자를 중심으로 초기시장이 개척될 것으로 예측된다. 해외에서 각광을 받고 있는 ‘개방형 플랫폼’ 인 아두이노(Arduino)는 하드웨어와 소프트웨어가 모두 오픈소스로 공개돼 있는 데다 상대적으로 배우고 활용하기가 쉽기 때문에 기본적인 하드웨어 지식을 익힌 뒤 윈도, 맥 OS X, 리눅스 등 각종 운영체제에서 작동되는 개발도구를 이용하면 누구나 자신의 상상력을 구현할 수 있다.

IoT 기반 스마트시티 구축동향 ⑤

2. IoT 기반 스마트시티 추진 동향

2) 요소기술기반 스마트시티 인프라 구축 방향

제 4차 산업혁명의 성패는 인간의 삶과 관련된 거의 모든 사회경제적 기능들과 문제들이 초밀집 되어 있는 도시공간에서 어떻게 초연결∙초지능∙초융합의 새로운 ‘만물지능도시인프라’를 구축하고 그 위에서 지금까지 도시의 근본적인 한계였던，다음 표와 같은 다양한 유형의 반지능을 제거하여 완전히 차원이 다른，보다 더 지능적인 ‘스마트시티(Smart City)’를 구현하는가에 달려 있다고 할 수 있다.

표. 도시에서의 8가지 반지능 유형

반지능	반지능의 속성
불접속	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템들이 단절되어 있고, 연결되어 있지 않아 어떤 형태의 정보 공유나 상호작용도 하지 못하는 상태
불통	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템들이 서로 실시간 의사와 상황정보를 주고받을 수 없는 상태
불협	도시에 존재하는 사람, 공간 사물, 시스템들이 각자가 가지고 있는 기능과 지식 등을 공동체의 목표 달성이나 문제 해결에 사용하지 않고 어긋나 있는 상태
불신	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템들이 각자가 가지고 있는 기능과 지식 등을 공동체의 목표 달성이나 문제 해결에 사용하지 않고 어긋나 있는 상태
불능	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템들이 시간과 장소 등의 한계로 상황에 따라 주어진 기능과 의도대로 대처하거나 움직일 수 없는 상태
부정	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템들이 실시간 모니터링, 평가되지 않아 사회경제적으로 바람직하지 않거나 정해진 규칙에 어긋나는 행위가 발생하는 것 (예: 교통신호 위반 등)
불균형	도시에 존재하는 사람, 공간 사물, 시스템들로 이루어지는 무수히 많은 활동이 시간적, 공간적, 기능적으로 균형을 이루지 못하고 혼잡, 초과, 부족, 불안, 붕괴 등 정상적이지 못한 상태에 빠짐 (예: 수요-공급 간 불균형 등)
불확실	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템에 미래의 재난이고 사고, 범죄 같은 사건이 언제, 어디서, 어떻게 발생할 것인가를 예측할 수 없는 상태 (예: 터널 붕괴 등)

출처: 국립한국교통대학교 국토 제419호 [스마트도시 첨단 인프라의 체계적 도입방안], 2016. 9

우리나라 도시에서 위험을 증폭시키고，삶의 불편함과 도시 관리의 비효율을 초래하는 반지능성 유형으로는 불접속, 불통，불협，불신, 불능，부정，불확실，불균형 등 8가지를 꼽을 수 있다. 이들 반지능성은 개별적으로，또는 복합적으로 연결되어 초래되기도 하는데，이중 어느 것 하나만으로도 도시에서 대형 재난 같은 심각한 문제를 초래할 수 있으며 도시민의 삶을 치명적인 위험에 빠뜨릴 수 있다.

제 4차 산업혁명시대의 스마트도시는 단순히 도시에 새로운 정보통신기술을 적용하는 것 그 이상의 문명사적 의미를 갖는다. 즉 스마트도시는 도시의 반지능성을 제거하고 도시에서의 사회 경제적 활동을 최적화하여 도시민의 삶의 질을 최고 수준으로 높이는 인류역사상 가장 위대한 발명인 도시문명의 정점(頂點)을 향해 가는 붕정만리 (廳程萬里)의 길이라고 할 수 있다∙

(1) 인프라 중의 인프라: CPND 통합 기반 구축 방향

스마트도시 인프라는 스마트도시의 모든 사람，사물, 공간의 초연결，초지능，초융합을 실현 하는 콘텐츠(Contents), 플랫폼(Platform), 네트워크(Network)，디바이스(Device) 등 네 개의 기반 계층들이 하나로 통합된 기반(CPND Infra) 체계라고 할 수 있다(하원규 외，2015). 이 스마트도시의 CPND 통합 기반 인프라가 제4차 산업혁명 시대에는 도시의 가장 핵심적인 ‘인프라 중의 인프라(infrastructure of infrastructures)’가 되는 것이며, 앞에서 언급된 도시의 반지능성을 제거할 수 있는 토대라고 할 수 있다. 도로, 철도, 전기，가스, 상하수도 등과 같은 도시의 전통적인 모든 기반시설부터 개별적인 공간이나 사물들에 이르기까지 스마트도시를 구성 하는 모든 물리적 요소들이 초연결∙초지능∙초융합되기 위해서는 CPND 통합 기반의 구축이 전제 되어야만 가능하다고 할 수 있다.

그림. 스마트도시 인프라의 CPND 기반

출처: 국립한국교통대학교 국토 제419호 [스마트도시 첨단 인프라의 체계적 도입방안], 2016.9

CPND 통합 기반에서 콘텐츠(C) 계층은 센서 같은 무수한 디바이스 등에 의해 수집된 도시 만물의 상황정보를 축적하고 있는 빅데이터와 클라우드(cloud)를 의미한다. 이러한 빅데이터∙클라우드 기반의 콘텐츠는 인류가 지금까지 알지 못했던 도시에 대한 새로운 지식과 도시문제 해결 및 솔루션을 제공해 줄 수 있으며, 또 다른 지식을 학습할 수 있게 해줄 것 이다. 복잡한 도시에서 자동차의 자율주행이 가능하도록 해주는 것은 인공지능이 센서로부터 실시간 상황을 인식하는 것보다는 도로와 운전에 관련된 모든 빅데이터 정보를 담고 있는 이미 구축된 클라우드를 기반으로 분석, 학습함으로써 가능해진다. 그러나 스마트도시 인프라로서 콘탠츠 계층은 우리나라의 스마트도시 구축과 관련하여 가장 취약한 부분이라고 할 수 있다. 즉 정부 3.0에 의해 오픈 데이터 기반의 공공정보는 잘 구축되어 있으나 도시의 모든 상황정보를 주축으로 수집된 빅데이터와 그 클라우드 기반은 매우 열악한 수준이라고 할 수 있다. 구글(google)이 거대한 상황정보 클라우드를 기반으로 자율주행자동차 시대를 주도해 나가고 있는 것처럼 그 자체가 실시간 지능형서비스가 될 수 있는 콘텐츠 기반을 구축해 나가야 한다.

플랫폼(P) 계층은 사람의 행동이 뇌와 육체의 동조를 통해 이루어지는 것처럼 지능화된 모든 응용서비스를 가능하게 하는 실제 세계와 가상 세계의 지연 없는 동조화가 이루어지는 연동기반을 의미한다. 도시의 반지능성은 대부분 실제 세계와 가상 세계의 단절과 괴리에서 초래된 것들이다. 예를 들어 폭우가 내려 지하차도가 침수되었을 경우 상황이 실시간으로 탐지∙감시되지 못해 그 정보가 도로를 주행하는 모든 운전자에게 제공되지 않거나 차단기가 내려가지 않는다면 사고를 피할 수 없을 것이다. 반대로 실제 세계와 가상 세계가 쌍둥이처럼 연동된다면 침수상황을 감지한 차단기가 스스로 내려가거나 가상의 재난대응시스템에서 상황실 근무자가 가상시스템 상 에서 차단기를 내리면 실제의 차단기도 연동되어 내려갈 수 있게 된다. 스마트폰으로 언제, 어디서나 비닐하우스 내 채소에 물을 주거나 환기구를 개폐하는 것도 가능해진다. 스마트도시를 구현하기 위해서는 도시의 다양한 기능에 최적화된 IoT 기반의 가상실제서비스(CPS) 플랫폼을 적극적으로 구축하여야 한다.

네트워크(N) 계층은 무수히 많은 사람，사물, 기계, 부품，센서 등 모든 것을 신경망처럼 연결하는 지능화된 통신망을 의미한다. 네트워크는 방대한 개수의 IoT 센서 디바이스를 제한 없이 연결하여 실시간으로 상황정보를 수집하는 동시에 클라우드와 연동해서 지연 없이 빅데이터를 분석해낼 수 있는 지능형 네트워크를 말한다. 스마트도시 인프라로서 네트워크는 공기와 같이 도시의 어느 곳에서도 능동적이고 유연한 접속이 가능하도록 구축되어야 하며, 만물인터넷을 지향해 나가야 한다. 앞으로 통신지 연이 전혀 없는 제로상황을 지향하는 5G 모바일 같은 새로운 네트워크 기술이 계속해서 등장할 것이므로 스마트도시의 네트워크 인프라는 증폭되는 접속 요구 에 능동적으로 대응할 수 있는 지능화된 유기체로 진화해 나가야 한다.

디바이스(D) 계층은 휴대단말부터 로봇(robot)이나 눈에 보이지 않을 정도로 작은 센서 (sensor)에 이르기까지 도시 곳곳의 공간과 사물에 스며들어 실시간으로 상황을 인식하고, 정보를 연계하고，작동하는 초연결∙초지능 상태에 있는 모든 기기를 의미한다. 사람, 사물, 공간이 연결 되고 지능화되어 간다는 것은 바로 이 무수한 디바이스로 이루어진다. 도시 전체의 모든 곳에 공기처럼 스며들어 있는 수조 개의 방대하고 다양한 센서가 서로 협력하여 도시의 교통, 기상, 재난, 환경，생태，산업경제，생활 등과 관련된 모든 상황정보를 수집할 수 있는 디바이스 기반의 구축은 스마트도시를 실현해 나가는 필연조건이라고 할 수 있다.

(2) 도시기반시설의 초연결-초지능-초융합화

스마트도시 구현을 위한 첨단 인프라의 완성은 CPND의 4대 기반계층이 구축되고 그 위에서 모든 도시기반시설의 초연결-초지능-초융합이 실현되면 도시의 반지능 문제가 완전히 해결될 수 있을 것이다. 도시기반시설의 지능화는 그 자체가 도시 전체의 정상적인 기능 제고를 위해 필요하다. 그렇게 함으로써 도시민의 삶을 더욱 편리하고 안전하게 하며, 도시산업경제 활동의 경쟁력을 강화하기 위해서도 매우 중요한 과제라고 할 수 있다. 특히 도시기반시설은 도시 기능에 서 차지하는 비중이 크고, 대다수 도시민의 생활 및 경제활동이 이루어지는 중추적인 인프라라고 할 수 있기 때문에 이들 시설들을 모두 네트워크로 연결하고, 인공지능 기술 등을 적용하여 지능화 하며. CPS 플랫폼을 통해 초 융합화하는 것이 매우 중요하다.

도시기반시설을 지능화하기 위해서는 가장 먼저 시설의 특성에 맞는 지능화의 수준과 방향을 목표로 설정해야 한다. 즉, 각 시설 별로 요구되는 모니터링 수준，상황 인식 및 제어 수준，상황 분석 및 최적화 수준,

그리고 상황 판단에 따른 자율적 제어 수준을 구축 목표로 설정하여야 한다. 비용 부담을 가중시키는 과잉 지능화나 반지능성을 제거할 수 없는 과소 지능화가 초래되지 않도록 매칭하는 것이 중요하다. 이는 시설 별로 요구되는 기능을 최대한 발휘하고 이용자들의 안전과 편의성 도모, 그리고 시설의 유지관리 비용을 최소화한다는 효율성의 원칙에 적합하여야 한다는 것이다. 시설에 따라 부족하지 않고, 지나치지도 않은 수준에서 지능화의 수준을 판단, 결정하고 이를 실행계획을 통해 구축해 나가야 한다는 것이다.

다음 그림에서 보는 바와 같이 도시기반시설 중에서 교통 시설, 유통∙공급시설，방재시설, 환경기초시설 같은 경우는 세부 시설 별로 다르겠지만 원칙적으로 그 특성상 모니터링, 상황 인식 및 제어, 상황 분석 및 최적화, 그리고 상황판단에 따른 자율적 제어 등 모든 수준의 지능화가 검토되어야 한다.

그러나 광장∙공원∙녹지 등과 같은 공간시설은 시설 내 공간에서 발생하는 상황 (화재나 범죄사고 발생) 등을 실시간 모니터링 하여 대응하는 것만으로도 충분한 수준의 지능화를 실현한 것이라고 할 수 있다. 물론 이러한 시설 별 지능화 수준을 결정하기 위해서는 매우 다양한 시각과 투자를 통해 기술적, 법제도적, 경제적，계획적 분석과 검토가 요구된다.

그림. 도시기반시설의 지능화 구현 수준 매칭 구도

출처: 국립한국교통대학교 국토 제419호 [스마트도시 청단 인프라의 체계적 도입방안], 2016. 9

(3) 스마트시티 인프라 투자 추진 이슈 및 개선방향

우리나라는 국가전략 프로젝트로 스마트시티를 선정하였다. 스마트시티를 수출 상품으로 육성하여 2025년까지 해외 수주액의 30%를 도시개발 분야에서 차지하겠다는 목표다. 이를 위해서는 건설기술을 에너지, 정보통신, 친환경기술 등과 융▪복합하여 도시에서 쇼케이스(Showcase) 로 보여질 수 있고, 그 결과를 인덱스(Index)화하여 스마트시티를 확대 투자할 수 있도록 해야 할 것이다.

첫째, 기반 인프라 측면에서 보면 도로 인프라 등은 기존 건설기준에 따라 계속 정비되고 있다. 그러나 ICT 융합 인프라 투자는 시범사업에 그치거나 상대적으로 왜소하다. 그 이유는 Internet of Infrastructure(건설 인프라 자체에 Embedded된 스마트시티 기술) 등 스마트시티 개념에서 업그레이드된 국가건설기준이 없기 때문이다.

둘째, 정보처리 기술변화 측면에서 상대적으로 너무 빠른 기술 진보로 인해 기존 공공정보 인프라센터의 하드웨어와 소프트웨어의 업그레이드가 쉽지 않다. IaaS, SaaS, PaaS 등 클라우딩 (Clouding) 기술을 활용하여 시스템 간 연계 통합이 원활한 스마트시티 플랫폼을 구축해야 한다.

셋째, 사회 환경 측면에서 많은 이해 관계자(시민，관계기관 등)에게 서비스를 제공하고 스마트시티 의사 결정자들에게 새로운 기술 도입에 대한 설득이 곤란하다. 정보 지식으로서의 인프라 (Infrastructure as a Information and Knowledge)를 구축해야 한다. 여기에는 시민 참여，협상 등 쌍방향 기술에 기초한 거버넌스(Governance) 및 건설관리 (Construction Management) 기술이 있다.

넷째, 재정 확보 측면에서 도로 인프라 등은 기존 건설기준에 따라 대규모 투자가 계속되고 있다. 그러나 ICT 융합인프라에 대한 투자 재정은 상대적으로 왜소하다. 이는 ICT 개념이 결합된 인프라 투자 평가지표가 마련되지 못했기 때문이다.