사물인터넷(IoT)은 인간, 사물 및 서비스 등 분산된 환경요소에 대해 센싱, 네트워킹 및 정보처리 등 지능적인 관계를 형성하는 사물 공간 연결망을 의미한다. 주요국들은 범정부차원의 기술개발, 연구 센터 설립, 산업단지 조성 및 의무화 정책 등에 주력하고 있다. 사물인터넷 관련 2022년 글로벌 시장규모는 1조 2,000억 달러의 초대규모 시장을 형성할 것으로 전망되는 미래유망 산업이다. 한국은 세계 최고 수준의 ICT 인프라를 갖추고 있어 IoT 사업추진에 매우 유리한 산업 환경을 형성하고 있다.
서 론
사물인터넷(IoT : Internet of Things) 관련 국내 산업 환경은 RFID/USN(Radio Frequency Identification/Ubiquitous Sensor Network)으로부터 시작하여 M2M(Machine to Machine) 등 다양한 기술개발과 아울러 다양한 시범사업을 벌여오고 있다. 하지만 글로벌 사물인터넷 시장을 선점할만한 성장 동력은 아직 확보하지 못한 상태이다. 이 연구에서는 사물인터넷 기술(technology), 특허(patent) 및 시장(market) 등 산업전반에 대한 동향분석 정보를 제공한다. 사물인터넷 기술은 기존의 인터넷 거버넌스(Internet governance)를 참조하였다. 인터넷 거버넌스는 기술적(descriptive) 및 처방적(prescriptive) 정의를 포괄하는 대표성과 균형을 갖추도록 하는 체제를 의미한다. 즉, 기술적(technical) 측면 및 공공정책을 모두 포괄함으로써 인터넷 주소자원의 공평한 분배를 보장하고 모든 사용자가 안정적으로 접속할 수 있는 건실한 인터넷을 구축하는 것을 의미한다. 인터넷 거버넌스에 관한 정확하고 이해하기 쉬운 데이터베이스를 구축하고 사물인터넷의 실정에 맞는 개인정보보호 정책 등을 개발할 필요가 있다. 아울러 빅 데이터(Big data) 문제를 해결하는 동시에 필요한 정보를 공유하여 정보의 흐름을 수평적으로 변화시키는 것이 필요하다.
유럽위원회(European Commission)에서는 사물인터넷 기술이 유럽 사회의 향후 당면 과제 해결에 중추적인 역할을 담당할 것으로 예상하고 관련 정책을 수립해나가고 있다. 이는 사물인터넷 기술 태동기인 현 시점에서 센싱 및 네트워킹 기술, 인터페이스 플랫폼 기술 등 핵심 기술개발 전략이 절실한 시점임을 시사하고 있다.
사물인터넷의 개념은 인간, 사물 및 서비스 등 세 가지 분산된 환경요소에 대해 인간의 개입 없이 상호 협력적으로 센싱, 네트워킹, 정보처리 등 지능적인 관계를 형성하는 사물 공간 연결망을 의미한다. 즉, 사물인터넷 기술은 현실 세계의 사물들과 가상 세계를 네트워크를 통해 서로 연결하여 사람과 사물, 사물과 사물 간에 언제 어디서나 서로 소통할 수 있도록 하는 미래 인터넷 기술이다. 주변 사물들이 유무선 네트워크로 연결되어 유기적으로 정보를 수집 및 공유하면서 상호작용하는 지능형 네트워킹 기술 및 환경을 의미한다.
전 세계 주요국들은 사물인터넷 관련 범정부 차원의 기술개발, 연구센터 설립, 산업단지 조성 및 의무화 정책 등에 주력하고 있다. Machina Research 자료에 따르면, 사물인터넷 관련 글로벌 시장규모는 2013년 2,000억 달러에서 2022년에는 1조 2,000억 달러의 초대규모 시장을 형성할 것으로 전망되는 미래유망 산업이다. 시스코, 오라클, 인텔 및 IBM 등 글로벌 ICT 선두업체들이 IoT 사업을 추진하고 있다. 한국은 세계 최고 수준의 ICT 인프라를 갖추고 있어 IoT 사업추진에 매우 유리한 산업 환경을 형성하고 있다.
기술의 개요
IoT의 개념 및 응용분야
가. IoT의 개념
사물 인터넷(IoT)의 개념은 인간, 사물 및 서비스 등 세 가지 분산된 환경요소에 대해 인간의 개입 없이 상호 협력적으로 센싱, 네트워킹, 정보처리 등 지능적인 관계를 형성하는 사물 공간 연결망을 의미한다. 이처럼 다양한 구성요소와 사물인터넷 망이 연결됨으로써 유비쿼터스(Ubiquitous) 및 초 연결사회를 구현하게 될 것이다. 사물 인터넷(IoT)의 개념은 1999년 케빈 애쉬톤(Kevin Ashtonin)이 최초로 제안하였다. 케빈 애쉬톤은 유무선 네트워크에서의 엔드디바이스(end-device)는 물론 인간과 자연환경을 구성하는 물리적 사물 등이 모두 사물인터넷의 구성요소에 포함된다고 설명한바 있다. IoT의 주요 구성요소로는 유무선 네트워크에서의 사용자기기뿐만 아니라, 인간, 차량, 교량, 각종 전자장비, 문화재 및 자연환경을 구성하는 모든 물리적인 사물 등이 포함될 수 있다.
사물인터넷 시스템을 구성하는 주요 요소로는 P2M(People-to-Machine), P2P(People-to-People) 및 M2M(Machine-to-Machine)이 있다. 사물인터넷의 3대 구성요소를 그림 1에 나타낸다.
사물인터넷 기술은 주변의 다자털 방식의 플랫폼을 갖춘 모든 사물들이 유무선 네트워크로 연결되어 유기적으로 정보를 수집 및 공유하면서 상호작용하는 지능형 네트워킹 환경을 의미한다. 나아가 현실 세계의 사물들과 가상현실(VR : Virtual Reality) 및 증강현실(AR : Augmented Reality) 세계를 네트워크를 통해 서로 연결하여 사람과 사물, 사물과 사물 간에 언제 어디서나 서로 소통할 수 있도록 하는 미래 인터넷 기술이다. 가상현실은 실제와 유사하지만 실제가 아닌 어떤 특정한 환경이나 상황을 컴퓨터 등을 이용하여 인공적인 기술로 만들어낸 기술을 의미한다. 이때 만들어진 가상의(상상의) 환경이나 상황은 사용자의 오감을 자극하며 실제와 유사한 공간적, 시간적 체험을 하게함으로써 현실과 상상의 경계를 자유롭게 드나들게 한다. 또한 사용자는 가상현실에 단순히 몰입할 뿐만 아니라 실제 디바이스를 이용하여 조작이나 명령을 가하는 등 가상현실 속에 구현된 것들과 상호작용이 가능하다. 증강현실은 가상현실의 한 분야로 실제 환경에 가상 사물이나 정보를 합성하여 원래의 환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터 그래픽 기법이다. 기존의 가상현실은 가상의 공간과 사물만을 대상으로 하였으나 증강현실은 현실 세계의 기반위에 가상의 사물을 합성하여 현실 세계만으로는 얻기 어려운 부가적인 정보들을 제공할 수 있다. 완전한 가상세계를 전제로 하는 가상현실과는 달리 현실세계의 환경위에 가상의 대상을 결합시켜 현실의 효과를 더욱 증가시키는 것이다. 3D게임과 같은 한정된 분야에만 적용이 가능한 가상현실과 달리 증강현실은 다양한 현실 환경에 응용이 가능하다.
IoT 기술력은 인터넷 망에 M2M(Machine to Machine : 사물지능통신) 통신서비스를 접목시켜 사물은 물론 현실과 가상 세계의 모든 정보와 상호작용하는 개념으로 발전하고 있다. 인간(사용자)이 물리적인 모든 사물(다양한 유무선 네트워크의 사용자기기, 차량, 교량, 각종 전자장비, 문화재 및 자연환경 등)과 이동통신 네트워크를 통해 사람과 사물, 사물과 사물 간 지능통신을 할 수 있는 이른바 사물지능통신을 의미한다. 광의적으로는 통신과 IT 기술력을 결합하여 원격지의 사물, 시스템, 차량, 사람의 상태 및 위치정보 등을 확인 및 제어할 수 있는 솔루션을 의미한다. 궁극적으로는 M2M 개념이 IoT에 흡수되면서 IoE(Internet of Everything)를 지향하는 차세대 지능통신으로 발전하게 될 것으로 예상된다. 이러한 사물인터넷의 개념적 변화과정을 그림 2에 나타낸다.
나. IoT의 응용분야
사물인터넷 관련 기술개발이 빠르게 진행되면서 헬스케어, 스포츠 용품 및 웨어러블 디바이스 등 다양한 산업 분야에서 사물인터넷 기술력 기반의 서비스들이 등장하고 있다. 분야별 주요 제품 출시 및 서비스 현황을 간단히 요약하면 다음과 같다.
헬스케어 분야에서는 일반 소비자를 대상으로 하는 사물인터넷 기반 서비스가 이미 등장하였다. 2012년 스포츠 용품 제조사인 미국의 NIKE는 스마트 미디어기기와 연동되어 사용자의 운동 상황을 체계적으로 기록하고 관리할 수 있는 단말기(NIKE+ FuelBand)를 출시하였다. 웨어러블 디바이스 제조사인 미국의 Fitbit은 NIKE+FuelBand의 기능에다 수면상태 및 음식섭취 정보까지 트래킹(tracking) 할 수 있는 단말기(Fitbit Flex)를 출시하였다.
홍콩의 HapiLabs는 사용자가 음식물 섭취에 걸리는 시간 및 빈도를 알려주는 지능형 식기도구(HAPIfork)를 출시하였다. HAPIfork 단말기는 사용자가 포크로 음식을 떠서 입에 넣고 다시 접시에 포크를 내려놓는 움직임을 감지하는 센서를 통해 사용자의 음식물 섭취습관을 알려주는 것이다. 이로써 다이어트나 비만 관리 등에 효과를 나타내고 있는 것으로 평가받고 있다.
IoT 핵심기술
가. 센싱 및 네트워킹 기술
센싱 기술은 온도, 습도, 열, 가스, 조도 및 초음파 등 다양한 센서를 이용하여 원격감지, SAR(Synthetic Aperture Radar), 위치 및 모션 추적 등을 통해 사물과 주위 환경으로부터 정보를 획득하는 기능이다. SAR(합성개구레이더)는 공중에서 지상 및 해양을 향해 레이더 파(wave)를 순차적으로 발사한 이후 레이더파가 굴곡면에 반사되어 돌아오는 미세한 시간차를 선착순으로 합성하여 지상지형도를 만들어내는 레이더 시스템을 의미한다. 1960년대부터 주로 군용 정찰장비로 개발되기 시작했으며, 1980년대에 들어와서 단순한 지형패턴만이 아닌 이동목표 추적(MTI : Moving Target Indicator) 능력을 갖게 되었다. 이러한 고도의 기능을 내장한 센서는 IoT를 구현하기 위해 다음과 같이 발전하고 있다.
▶ 표준화된 인터페이스 플랫폼과 정보처리 모듈을 내장한 스마트 센서로 발전하고 있다.
▶ 검출한 데이터로부터 특정 정보를 추출하는 가상 센싱(Virtual sensing) 기능을 통해 IoT 서비스 인터페이스에 적용되고 있다.
▶ 기존의 개별적인 센서보다 한 차원 높은 다중 센싱기술을 사용하여 보다 더 지능적이고 고차원적인 정보를 추출할 수 있다.
네트워킹 기술은 인간, 사물 및 서비스 등 분산된 IoT 환경요소들을 서로 연결시킬 수 있는 유무선 네트워킹 기능이다. 유무선 통신 및 네트워크 장치로는 WPAN(Wireless Personal Area Networks), WiFi(Wirelwss Fidelity), 3G/4G-LTE(Long Term Evolution), Bluetooth, Ethernet, BcN(Broadband convergence Networks), 위성통신, Microware, 시리얼 통신 및 PLC(Programmable Logic Controller) 등을 이용할 수 있다.
나. 인터페이스 기술
IoT 서비스 인터페이스 기술은 IoT의 주요 구성요소(인간·사물·서비스)를 통해 특정 기능을 수행하는 응용서비스와 연동하는 역할이다. 즉, 네트워크 인터페이스의 개념이 아니라 IoT망을 통해 저장, 처리 및 변환 등 다양한 서비스를 제공할 수 있는 인터페이스 역할을 실행할 수 있어야 한다. IoT의 다양한 서비스 기능을 구현하기 위해서는 다음과 같이 매우 다양한 고도의 기술력이 필요하다.
▶ 검출정보 기반 기술 : 정보의 검출, 가공, 정형화, 추출, 처리 및 저장기능 등
▶ 위치정보 기반 기술 : 위치판단 및 위치확인 기능, 상황인식 및 인지기능 등
▶ 보안 기능 : 정보보안 및 프라이버시 보호기능, 인증 및 인가기능 등
▶ 온톨로지(Ontology) 기반의 시맨틱 웹(Semantic web) 기능, 오픈 센서 기반의 API(Application Programming Interface) 기능, 가상화(virtualization) 기능 등
▶ 프로세스 관리, 오픈 플랫폼 기술, 미들웨어 기술, 데이터 마이닝(Data mining)15) 기술, 웹 서비스 기술, SNS(Social Network Services) 등.
기술개발 동향
IoT 기술시장 발전 동향
IoT 기술은 NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency IDentification) 및 ZigBee 등 다양하고 저렴한 무선통신 서비스와 커넥티드(connected) 기기의 확산으로 인해 통신시장에 저비용의 새로운 부가가치를 창출하고 있다. 특히 음성(voice) 서비스 매출 감소와 포화상태인 이동전화 시장에 따라 통신 사업자들은 홈 어플라이언스, 스마트 자판기 및 e-북 등 M2M/P2P/P2M 소비자 시장의 가능성을 면밀히 진단하면서 새로운 비즈니스 모델 개발에 주력하고 있다. 그 동안에는 작은 시장규모와 높은 단말기 가격 등으로 인해 텔레매틱스 및 원격 검침 등 주로 기업용 시장에 집중되어 제한적으로 이용되어 왔다. 이에 주요 통신사업자들은 직접 M2M/P2P/P2M 서비스를 운영하는 대신 전문 업체의 네트워크를 임대하는 방식으로 운영하고 있는 실정이다.
IoT 기술시장을 성장시키기 위해서는 데이터 분석 및 통합 관리를 위한 역량을 확보하고 개인정보보호 문제에 주력할 필요가 있다. 특히 M2M/P2P/P2M 통신서비스 실행 시 위치정보 및 과금 데이터 등 민감한 개인정보들이 전송되기 때문에 개인정보 유출을 예방할 수 있는 고도의 기술력이 요구된다.
IoT 기술개발 동향
가. 하드웨어/플랫폼/솔루션 개발 및 사업화 동향
하드웨어적인 기술로는 칩(chip), 모듈 및 단말이 있으며 소프트웨어적인 기술로는 플랫폼, 솔루션, 네트워크 및 서비스 등을 들 수 있다. 각 기술별로 다양한 제품들이 개발되고 있으며, 국내 업체의 경우 주로 소프트웨어 기술 분야의 제품을 개발하고 있다.
플랫폼 및 솔루션 분야에 멜퍼, 페타리, 브레인넷, 엔티모아 및 인사이드 M2M 등이, 네트워크 및 서비스 분야에 국내 이동통신 메이저 기업인 SKT, KT 및 LGU+가 포진되어 있다. 각 핵심 기술 분야의 메이저 기업의 사업화동향을 간단히 요약하면 다음과 같다.
칩 개발 분야의 선도 기업인 영국의 ARM은 스마트폰 및 태블릿PC 등 스마트 미디어기기의 프로세서 시장을 주도하고 있는 반도체 벤더로서 이를 기반으로 2013년 7월 영국 캠브리지 본사에 사물인터넷 환경을 구축하고 사업을 개시하였다. 이어 2013년 8월 M2M 관련 기술을 보유한 센시노드(Sensinode)社를 인수하면서 사물인터넷 시장 주도권 확보를 본격화하고 있다.
모듈 및 단말 개발 분야의 선도 기업인 미국의 IBM은 2013년 4월 사물인터넷망과 연결을 위한 게이트웨이(Gateway)인 ‘메시지사이트(MessageSight)’를 개발하였다. 이는 사물인터넷 환경에서 대용량의 센싱 데이터를 효율적이고 신속하게 관리할 수 있도록 설계된 하드웨어로 평가받고 있다.
플랫폼 및 솔루션 개발 분야의 선도 기업인 미국의 CISCO는 현재 사물인터넷 환경이 제한적인 사물 간에만 구현되고 있으나, 미래에는 사물은 물론 사람과 데이터를 포함한 모든 만물이 인터넷에 연결되는 이른바 만물인터넷(IoE : Internet of Everything) 시대가 도래 할 것으로 전망하고 전방위적 전략을 전개하고 있다. CISCO는 만물인터넷 시대가 도래 할 경우 엄청난 양의 데이터 발생으로 인해 기존의 저대역(low bandwidth) 네트워크 솔루션으로는 이를 감당할 수 없어 고대역(high bandwidth) 환경에 적합한 새로운 네트워크 솔루션이 필요하다고 강조하고 있다.
네트워크 및 서비스 분야에서는 미국의 AT&T 및 Verizon 등 글로벌 유수기업을 비롯한 국내 이동통신3사(SKT, KT, LGU+)가 적극 참여하고 있다.
나. 제품개발 동향
2020년 약 800억 개까지 증가할 것으로 예상되는 사물(things) 즉, 물리적 객체를 인터넷으로 연결하여 사물인터넷을 구현하기 위해서는 센싱(sensing) 기술 및 네트워크 기술이 필수적이다. 네트워킹 하고자 하는 특정 사물이 주변의 환경정보를 수집하는 기술은 센싱 칩셋(chip-set)으로 구현될 수 있을 것이다. 또한 해당 정보를 인터넷을 통해 사람과 사물, 사물과 사물 간 정보를 실시간으로 전달하고 공유하기 위해서는 유무선 통신 및 네트워크 기술이 필수적이다. 이에 관련 사업자들은 향후 사물인터넷 기술시장의 주도권을 확보하기 위해 사물인터넷 핵심 기술인 센싱 칩셋 및 네트워크 기술개발에 주력하고 있다. 사물인터넷 기술력이 접목된 개발제품 추이 및 마케팅 전략을 간단히 요약하면 다음과 같다.
▶ 제품의 고부가가치화 : 단순한 핵심 기능만을 실행하던 제품에 IoT 기술이 적용되면서 사용자들에게 새로운 가치를 제공하며 고가의 마케팅 전략을 펴고 있다(IoT 기술력을 적용한 지저귀, 초인종, 체중계, 애견목걸이, 슬리퍼 및 자물쇠 등).
▶ 서비스의 확장 : IoT 기술력을 적용하여 기존의 단순한 핵심기능 서비스에서 나아가 서비스 범위를 확장하는 관점 으로 마케팅 전략을 펴고 있다(Amazone의 ‘Dash’, 펩시콜 라의 ‘소셜 벤딩’ 등).
▶ 제품의 고도 서비스화 : 기존 제품에 부가서비스가 더해짐에 따라 비고객(non-customer)을 흡수할 수 있는 마케팅 전략 을 펴고 있다. 아울러 기존의 제품에 IoT 기술력을 적용하여 고품질의 고객서비스를 창출하고 있다. (Nike의 ‘plus’, Google의 ‘말하는 신발’ Philips의 ‘HUE’, IoT 화분 등).
