0. 목차
- 사물인터넷(IoT)
- 'IoT' 분류
- 'IoT' 관련 기술
- 'IoT' 기술 트렌드
- 'IoT' 관련 정책
1. 사물인터넷(IoT)
'사물인터넷(IoT: Internet of Everything)'은 표준화 기구와 각 연구개발 기관에 따라 다양하게 정의되고 있지만, 일반적으로 통신 부문 국제 표준화 기구인 '국제 전기통신연합(ITU-T: International Telecommunications Union-Telecommunication)'에서 정의한 개념으로 통용되고 있다. ITU-T는 Y.2060에서 사물인터넷을 'ICT를 기반으로 다양한 물리적 및 가상의 사물들을 연결하여 진보된 서비스를 제공하기 위한 글로벌 서비스 인프라'로 정의하고 있다. '사물인터넷(IoT)'은 Any TIME communication'과 'Any PLACE communication'을 지원하는 ICT 기술을 'Any THING communication'으로 확장하는 개념이고, 시간과 장소 제약 없이 어떤 사물이든 상호 통신이 가능한 것으로 해석할 수 있다.
'사물인터넷(IoT: Internet of Everything)'의 '사물(Thing)'은 유무선 네트워크에서의 '단말장치(End-Device)'뿐만 아니라, 인간, 차량, 교량, 각종 전자 장비, 문화재, 자연환경을 구성하는 물리적 사물 등이 포함된다. 이동 통신망을 이용하여 '사람과 사물', '사물과 사물'간 지능통신을 할 수 있는 'M2M(Machine to Machine)'의 개념을 인터넷으로 확장하여 사물은 물론, 현실과 가상세계의 모든 정보와 상호작용하는 것으로 발전하고 있다. 가상세계의 사물은 정보의 저장·처리·접근의 대상인 멀티미디어 콘텐츠, 관련 소프트웨어 등이 해당된다.
IoT라는 용어는 1999년 MIT RFID 연구기관인 '오토 아이디 센터(Auto ID Center)'의 엔지니어 '케빈 에슈턴(Kevin Ashton)'에 의해 언급되었다. 당시 RFID 태그를 모든 물건에 부착해 서로 소통할 수 있도록 하는 방법을 구상하였으며, 이 아이디어가 사물인터넷의 근원이 되었다.
2. 'IoT' 분류
IoT는 단말이 센서와 통신 기능을 내장하여 인간의 구체적인 개입이나 지시 없이 스스로 인터넷에 연결하고, 각 사물들이 생성한 정보를 공유·통합하여 지능적이고 효율적인 서비스를 제공한다. IoT는 물리적 요소에 따라 '하드웨어(Hardware)'와 '소프트웨어(Software)'로 구분할 수 있으며, '하드웨어'를 구성하는 요소로는 '디바이스(Device)', '네트워크(Network)'가 있고 '소프트웨어'를 구성하는 요소로는 '플랫폼(Platform)', '서비스(Service)'가 있다.
| - | 구성 요소 | 내용 |
| 하드웨어 |
디바이스 | 데이터를 생성·수집·전달하는 기능을 수행하고, 네트워크에 연결되어 스스로 동작할 수 있는 제품 기기, 각 디바이스는 제공하고자 하는 서비스에 따라 '생체 인식', '위치 측위 장비', '시설 모니터링', '영상감시', '경보', '알람', '원격제어', '스마트 결제', '스마트홈', '월패드' 등의 단말 기기가 포함된다. |
| 네트워크 | 각 사물을 연결할 수 있는 통신 인프라 | |
| 소프트웨어 |
플랫폼 | 인터넷에 연결된 센터로부터 수집된 데이터를 가공·처리·융합하거나 서비스 및 어플리케이션과 연동 |
| 서비스 | 디바이스, 네트워크, 플랫폼을 연계·활용하여 다양한 분야에서 지능화된 서비스를 제공하여, 사용자 응용프로그램, 응용서비스 솔루션 등이 포함 |
2-1. 하드웨어 범위
'하드웨어(Hardware)'는 하나의 시스템이 지닌 기계적·전기적·전자회로적 특성을 총칭하는 것으로, 부호화 또는 프로그램 작성을 통해 구현되는 '소프트웨어'와 구별되는 물리적 특성을 지닌다. 사물인터넷의 하드웨어는 '칩셋', '모듈', '스마트 카드·태그', '단말 기기' 등을 포함하는 '디바이스(Device)'와 IoT 전용 통신망인 'LoRa', 'NB-IoT' 등을 구축하고, 단말과 유무선 통신을 연결하는 '네트워크(Network)' 장비가 있다.
| 대분류 | 중분류 | 소분류 | 내용 |
| 디바이스 | 칩셋 | IoT용 RF(Radio Frequency)', 'MCU(Main Control Unit)', 'SoC(System on Chip) | |
| 모듈 | 센싱기능, 통신긴으 포함되어 독립적으로 설치·교체·사용될 수 있도록 설계된 IoT용 하드웨어 | ||
| 스마트 카드·태그 | IoT 서비스에서 NFC, RFID를 이용해 근거리 사물인식을 지원해주는 제품기기 | ||
| 단말 기기 | 생체 인식, 위치 측위 장비, 시설 모니터링, 영상감시, 경보, 알람, 원격제어, 스마트 결제, 스마트홈, 월패드 | ||
| 네트워크 | 게이트웨이 | 무선 | '단말과 무선통신(BLE, Z-Wave, ZigBee, LoRa, UWB 등)'으로 연결 및 정보 수집 |
| 유선 | '단말과 유선통신(PLC, RS-485, UBS 등)'으로 연결 및 정보 수집 | ||
| 음성인식 | 사용자와 음성으로 연결되어 인식된 데디터를 기반으로 통신망에 연결하는 서비스를 제공 | ||
| 무선 프로토콜 | 저전력 통신 및 근거리 통신 방식 적용(Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, NFC, 6LoWPAN 등) | ||
| 유·무선 회선 | 전화망, CDMA, WCDMA, LTE, LoRa NB-IoT망을 이용한 회선 | ||
2-2. 소프트웨어 범위
'IoT 소프트웨어' 분야는 아래의 표와 같이 크게 '플랫폼(Platform)', '서비스(Service)', '보안(Security)'으로 나누어볼 수 있다. IoT 소프트웨어는 하드웨어에서 센싱한 데이터를 바탕으로, '가공', '추출', '처리', '저장', '판단', '상황인식', '인지', '보안 및 프라이버시 보호', '인증·인가', '탐색', '객체 정형화', '웹 서비스 기술', '소셜 네트워크' 등 다양한 서비스 제공을 위한 역할을 담당한다.
| 플랫폼 | S/W 플랫폼 | 연결기기 관리 S/W 플랫폼 |
| 응용/운영지원 S/W 플랫폼 | ||
| 서비스 |
헬스케어/의료/복지 | 헬스케어 |
| 의료 | ||
| 복지 | ||
| 에너지 | 검침 | |
| 에너지 관리 | ||
| 제조 | - | |
| 스마트 홈 | - | |
| 스마트 오피스 | - | |
| 금융 | - | |
| 교육 | - | |
| 국방 | - | |
| 농림축산/수산 | 농림축산 | |
| 수산 | ||
| 자동차/교통/항공/우주/조선 | 자동차 | |
| 교통/인프라 | ||
| 항공/우주 | ||
| 조선/선박 | ||
| 관광/스포츠 | 관광 | |
| 스포츠/레저/오락 | ||
| 소매/물류 | 소매 | |
| 물류/유통 | ||
| 건설, 시설물관리/안전/환경 | 건설/시설물관리 | |
| 산업 안전 | ||
| 환경/재난/재해 | ||
| 보안 | - | - |
3. 'IoT' 관련 기술
IoT의 요소 기술은 일반적으로 '센싱 기술', '네트워킹 기술', '인터페이스 기술'로 구분한다. IoT에 연결된 기기들의 정보를 획득하는 '센서(Sensor)', 취득한 정보를 송신하고 제어정보를 수신 받는 '네트워크(Network)', 센서로부터 수신된 데이터를 분석하고 응용 서비스를 연동하는 '인터페이스(Interface)'이다.
| 요소 기술 | 내용 |
| 센서 | - 온도, 습도, 열, 가스, 조도, 초음파 등 다양한 센서를 이용하여 '원격 감지', '위치 및 모션 추적' 등을 통해 사물과 주위 환경으로부터 정보를 획득하는 기능을 함. |
| 네트워크 | - 인간과 사물, 서비스 등 분산된 환경 요소들을 서로 연결할 수 있는 유무선 네트워킹 기능으로, 저전력블루투스, ZigBee, 위성 통신 등 기존의 통신망 연결과 5G의 발전에 주목함 |
| 인터페이스 | - IoT의 주요 구성 요소를 통해 특정 기능을 수행하는 응용서비스와 연동하는 역할을 함 - 정보의 검출·가공·정형화·추출·처리·저장 기능을 의미하는 '검출정보 기반기술'과 '위치정보 기반기술', '보안기술' 등으로 구성됨 |
3-1. 센서 기술
일반적인 '센싱 기술(Sensing Technology)'은 온도·습도 등의 물리량을 다양한 방법을 이용해 측정한다. 하지만 '사물인터넷(IoT)'에서 센싱은 '센싱 모듈(Sensing Module)'을 통해 수집된 정보를 인터넷을 통해 공유하기 위해 '신호처리' 및 '알고리즘' 수행이 가능한 모듈을 포함한 '스마트 센서(Smart Sensor)' 기술이 필요하다. '데이터 처리', '의사결정', '통신 기능' 등이 결합되어 필요한 정보를 얻는 지능화된 센서가 요구되며, IoT 센서의 정보처리 프로세서는 물리·화학·생체적 요소를 전기를 신호로 전환하기 위해 '소자(Element)', '신호처리(Signal Processing)', 전기적 신호로 변환하기 위한 '인터페이스(Interface)'가 있다.
'센서(Sensor)'는 '감지하는 대상', '감지 방식', '집적도', '구현 기술', '적용 분야'에 따라 다양하게 분류되며, IoT 기술이 활성화되면서 센서 또한 지능화되고 있다 '미세 전자 기계 시스템 (MEMS: Micro Electro Mechanical System)' 기반으로 센서가 더욱 소형화되고, '단일 센서 모듈'에서 '복합센서 모듈로', 또 '복합센서 모듈'에서 'One-chip 복합센서'로 발전하고 있다. 가정·자동차·바이오·빌딩·항공 등에서 다양한 센서가 활용되고 있으며, 아래의 표는 산업별 활용도가 높은 주요 센서에 관한 것이다.
| 분야 | 센서 종류 |
| 소비, 가전 | 온도·습도, 진동·소음, 접촉·터치·압력, 마이크로폰, 카메라 근접·조도·색감, 가속도·자이로스코프, IR동작·체온 센서 등 |
| 의료, 건강 | 체온, 혈압계, 심전도, 심박, 뇌파, 당뇨서, 지문, 홍채인식 센서 등 |
| 항공 | 항법 장치, 기온·풍속·풍향, 레인, 라이다, RF/ 기반 고도 센서 등 |
| 가정, 빌딩 | 이산화탄소, 미세먼지, 황사 감지, 가스·연기·화재 감지, 카메라, 적외선, 음향, 진동감지, 동작, 압력 센서 등 |
| 자동차 | 흡·배기가스, 유량, 공기아, 온도·습도, 마이크로폰, 카메라, 라이다 등 |
| 도시, 환경 | 기압·온도·습도, 농약, 독성 검출, 일조량·적외선·자외선, 황사·먼지·오존 감지 센서 등 |
3-2. 네트워크 기술
주변 환경으로부터 정보를 수집하고 유·무선 네트워크를 통해 응용 프로그램에 데이터를 제공하는 것을 '센서 노드 시스템(Sensor Node System)'이라고 한다. 각 센서는 다양한 방식으로 네트워크에 연결되고, 연결된 네트워크의 정보 교환을 허용하는 장치는 '게이트웨이(Gateway)'라고 한다. '게이트웨이'는 '초연결(Hyper-Connected)' 지원뿐만 아니라 '도메인 보안 관리', '침입방지', '접근제어', '그룹관리' 등의 기능을 포함하고 있다.
'IoT 네트워크(IoT Network)'는 '통신 방식', '보안 구조'가 서로 다른 네트워크 간에 연동되는 구조를 지니며, 이를 '초연결성(Hyper Connectivity)'이라고 한다. 기존의 전통적인 방식의 'M2M(Machine to Machine)' 기술은 'RFID(Radio Frequency Indentification/USN(Ubiqquitous Sensor Network)'으로, 하나의 통신 프로토콜을 사용하였으나, IoT 네트워크 망은 하나 이상의 '프로토콜(Protocol)'을 지원하는 특징이 있다.
IoT에 사용되는 통신 프로토콜은 기존의 'Wi-Fi', '이더넷(Ethernet)', '블루투스(Bluetooth)', 'BLE(Bluetooth Low Energy)', '지그비(ZigBee)', 'PLC(Programmable Logic Controller)', 'PIv6' 등과 IoT를 위한 신규 프로토콜인 '코앱(CoAp: Constrained Application Protocol)', 'MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)', 'LwM2M(Light-Weight Machine To Machine)' 등이 있다. IoT 전용 네트워크로 개발된 통신망은 '초고속 해상 무선통신(LTE-M: Long Term Evolution for Maritime)', '협대역 사물인터넷(NB-IoT: NarrowBand-Internet of Things)', '시그폭스(SIGFOX)', '로라(LoRa)' 등이 있으며, 해당 네트워크의 성능은 아래의 표와 같다. 각 디바이스의 센서들은 'ZigBee', '802.11h', 'Wi-Fi' 등 각기 다른 통신 프로토콜을 통해 '게이트웨이(Gateway)'와 통신하고, '서버(Server)'는 연결된 네트워크를 관리하는 기능을 한다.
| LTE-M | NB-IoT | SIGFOX | LoRa | |
| 커버리지 | ~11km | ~15km | ~30km(시외), ~10km(도심) | ~16km(시외), ~5km(도심) |
| 배터리 수명 | 10년 | 10년 | 10년 | 10년 |
| 통신모듈 가격 | ~20달러 | ~10달러 | ~5달러 | ~5달러 |
| 표준화 | Cat.1:3GPP Rel.8 PSM:3GPP Rel.12 |
3GPP Rel.13 | ETS | LoRa Alliance |
| 주파수 대역 | 면허대역(LTE) | 면허대역(LTE) | 비면허대역(920MHz) | 비면허대역(920MHz) |
| 대역폭 | 20MHz | 200KHz | 200KHz | 500KHz |
| 통신속도 | <100Mbps(DL), <5Mbps(UL) | ~100Kbps | <1K | <5Kbps |
3-3. 인터페이스 기술
IoT 인터페이스는 대부분이 소프트웨어 관련 기술이며, 연결된 단말로부터 센싱된 정보를 획득·추출하고 각 정보의 처리와 저장을 통해 서비스를 제공한다. IoT 인터페이스 기술은 IoT의 주요 3대 구성요소인 인간·사물·서비스를 연결·연동하는 기술이다. IoT 인터페이스는 정보를 센싱·가공·추출·처리·저장·판단·상황인식·인지·보안 등의 서비스를 제공하는 역할을 담당하고 있다. 'IoT 인터페이스'와 관련된 기술은 '데이터 처리·관리', '자원 관리', '데이터 고도화' 기술 등으로 나눌 수 있다.
- 데이터 처리·관리 기술: '데이터 처리·관리 기술'에는 IoT 센서에서 수집된 비정형, 대용량, 실시간 데이터를 처리·관리하는 것을 중점적으로 개발하고 있다. 특히 대용량 데이터의 실시간 처리·저장을 위한 대용량 '데이터베이스(DB)'를 활용하고 있으며, '컬럼형 DB', 'NoSQL DB', '웨어하우스(Ware House)' 등이 적용되고 있다.
- 자원 관리 기술: '자원 관리 기술'은 IoT 단말이 플랫폼과 연동될 수 있게 플랫폼 자원을 할당하는 기술로 자동으로 자원 관리가 되도록 설계한다. 이를 위해 자원 관리 대상인 '단말 발견(Device Discovery)' 과정을 거쳐야 하며, 통신 규약에 따른 서비스 탐색 프로토콜이나 '소프트웨어 정의 네트워크(SDN: Softwore Defined Network)'의 동작 트래픽 관리를 위한 클라우드의 OpenFlow를 적용 가능하다.
- 데이터 고도화 기술: '데이터 고도화 기술'은 IoT 기기에서 획득된 정보를 시스템이나 플랫폼이 이해할 수 있는 언어 체계로 가공하는 '시멘틱(Semantic)' 기술이 필요하다. 시맨틱은 IoT와 같은 분산 환경의 '리소스 정보'와 자원 사이의 '관계-의미 정보'를 '온톨로지(Ontology, 존재하는 사물과 사물 간의 관계 및 여러 개념을 컴퓨터가 처리할 수 있는 형태로 표현하는 것)' 형태로 표현하는 것이며, '사용자 맞춤형 서비스', '센싱 정보의 응용' 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.
4. 'IoT' 기술 트렌드
미국 IT 연구 기관인 '가트너(Gartner)'는 사물인터넷의 실현을 위한 기술을 '저전력 네트워킹 기술', '센서 데이터 최적화 및 관리 기술', '저전력 임베디드 OS 기술', '새로운 전력 공급 및 저장 기술', '저가형 프로세서 기술'로 요약했다.
| 핵심 기술 | 내용 |
| 저전력 네트워킹 | - 통신방식에 따라 단말에 지원되는 통신 반경, 데이터 전송률, 단말 가격, 소모 전력이 달라짐 - 저전력 통신 ZigBee, Bluetooth LE, Sub-GHz 방식의 802.11h 및 ZWave 방식 |
| 센서 데이터 최적화 및 관리 | - IoT 서비스는 많은 담말로 인한 단말 간 데이터 전송이 빈번하게 발생되어 전력소모가 큼 - 네트워크의 저전력화를 위한 데이터의 경로 설정 및 흐름 제어 |
| 저전력 임베디드 OS | - 저가격·저전력을 위한 사물 단말에 H/W 모듈을 제한적 메모리와 성능을 가지게 되며, 이에 따라 데이터 수집 및 데이터 전송을 효율적으로 관리하는 경량 운영체제가 필요함. |
| 새로운 전력 공급 및 저장 | - IoT 단말들은 다양한 모양을 하게 될 것이며, 이를 위해 플렉시블 전력 공급 장치와 장시간 사용이 가능한 배터리 기술 필요. - 반영구적인 사용을 위해 전력 자가 생산 및 무선 충전 기술 요구 |
| 저가형 프로세서 | - 단말의 빠른 확산을 위해서 제품의 저가격화가 선행되어야 큰 저항없이 소비자의 삶에 스며들 수 있으며, 단말 보급에 선순환을 가져올 수 있음. |
5. 'IoT' 관련 정책
- 미국: 미국은 2015년 발의한 '사물인터넷 국가 전력 결의안'에서 IoT 기반 사회 구축을 위한 공공과 민간의 전략을 각각 제시함으로써 IoT 기술이 사회 각 분야 및 지역 사회 전반에 기여 가능한 정책을 진행하고 있고, IoT 관련 정책은 개별 연방 기관별로 진행하고 있다.
- 유럽연합(EU): '유럽연합(EU)'는 IoT 인프라 구축을 목표로 하는 14대 액션 플랜을 2009년에 추진하였으며, '디지털 단일화 시장 전략'을 발표하였다. 특히 EU 국가였던 영국은 IoT 연구개발에 4500만 파운드 투입을 발표하였고, 독일은 2013년 제조업 생산성 향상을 위한 Industry 4.0을 추진 이후 Platform Industry 4.0을 진행하고 있다.
- 중국: '중국'은 정부 차원에서 IoT 정책을 수립하여 지원을 지속하고 있으며, 사물망 12차 5개년 발전규획'을 2011년 9월에 발표한 바 있다. 2015년에는 '중국 제조 2025(Made in China 2025)'로 불리는 제조업 강국 달성 로드맵을 통해 ICT 전반의 첨단 제조업 육성안을 발표하였고, 11개 중점 분야를 선정하여 분야별 인터넷 융합 발전 목표와 행동 계획을 제시한 바 있다.
- 일본: '일본'은 2004년부터 2010년까지 유비쿼터스 네트워크 구현을 위한 u-Japan을 추진하였으며, 2009년 M2M 서비스 기반의 I-Japan 2015를 진행해왔고, 2012년에 'Active Japan ICT'를, 2014년에 'Smart Japan ICT'를 추진한 바 있다.
5-1. 한국
중소벤처기업부의 전신인 미래창조과학부는 2014년 '사물인터넷 기본계획'에서 2020년까지 IoT 시장규모 30조 원 달성을 목표로 중소 및 중견기업을 육성하고, 3만 명의 인력을 고용하며, 이용 기없의 생산·효율성 30% 향상을 목표로 한 바 있다. 2025년까지 초연결 사회에 진입하기 위한 목표로 '인간 중심의 초연결 창조사회 실현'을 발표하였다.
정부는 2015년에 IoT를 포함한 ICT 융합정책 과제를 담은 '2016년 정보통신 진흥 및 융합 활성화 실행계획'과 'K-ICT 전략'을 발표하였다. 이를 통해 '부산 스마트시티', '대구 헬스케어 단지'와 같은 지방자치단체 협력형 사업으로 IoT 실증 단지를 조성하여 IoT 시장 활성화를 추진하였으며, 기업 협력형 사업 5개를 지정하여 7개의 IoT 실증사업에 3년간 1085억이 투자되었다.
또한 정부는 IoT 산업의 국내 기업 매출액을 2014년 1.6조 원에서 2019년 7조 원 규모로 확대하는 글로벌 IoT 국가 실현을 목표로 제시하였다. 이를 위해 가산 디지털단지 내 K-ICT 사물인터넷 오픈랩을 개소하여 '테스트베드(Test Bed: 새로운 기술·제품·서비스의 성능·효과를 시험할 수 있는 환경 혹은 시스템·설비)를 구축하여 ICT 융합 제품, 서비스의 호환성·시장성 등을 검증할 수 있는 시설을 제공하고 있다.