4차산업혁명 사물인터넷

4차 산업혁명 사물인터넷

독립된 사물들의 상호 커뮤니케이션

 

1969년에 인터넷이 개발된 이후 인류 사회는 진화를 거듭해왔습니다. 결국 2010년 이후 인터넷 디바이스의 수는 세계 인구를 훨씬 넘어섰습니다. 4차 산업혁명의 사물인터넷 기술은 세상의 모든 사물이 인터넷으로 연결되는 새로운 진화의 세계를 열 것으로 기대합니다.

구굴의ㅏ 부사장 겸 수석 빈트 서프(Vinton Gray Cert)는 "인터넷과 스마트폰 이후의 주자는 사물인터넷의 될 것입니다. 가정, 직장, 차량, 혹은 신체 위에서 사용되던 기존 전자제품이 인터넷에 연결된다. 평범한 다른 기기와 소통을 가능케 하는 사물인터넷은 원격 모니터링과 원격 통제에 대한 우리 시각을 바꿔놓을 것입니다."라고 말기도 했습니다.

사물인터넷(Internet of things)은 각종 사물에 센서와 통신기능을 내장하여 인터넷에 연결되어 데이터를 주고받는 기술을 의미합니다. 컴퓨터들이 일상의 사물에 삽입되며 인터넷을 통해 정보를 교환하며 모든 사물들이 서로 커뮤니케이션합니다.

사물인터넷은 집과 건물의 효율적 에너지 사용의 자동 체크 기능부터 환자에게 약을 언제 먹어야 할지를 알려주는 약병, 멀티미디어 공부 자료를 보여주는 책상, 도시와 주변 상황에서 데이터를 수집하고 판단하여 최적의 방법으로 사용자를 실어 나르는 자동차, 길을 잃더라도 위치가 파악되는 반려 동물의 목줄, 신호등·횡단보도·가로등·소화전·버스의 잘못된 작동을 인식하는 스마트 도시에 이르기까지 그 범위가 무한합니다. 즉 세상의 모든 사물이 인터넷에 연결된 존재가 되는 것입니다.

인터넷에 연결된 사물은 스스로 필요한 정보를 가져와 가공하고, 더 똑똑하게 제어하며 일하는 방식으로 스스로 가치를 높입니다.

 

 

 

 

 

 

사물인터넷 핵심기술 BEST 5

사물인터넷 기술이 실행되기 위해서는 5가지 요소의 긴밀한 협업이 필요합니다.

 

① 세상에 존재하는 모든 사물(Thing)

사물인터넷은 사물로부터 시작됩니다. 자동차, 항공기, 텔레비젼, 냉장고, 경보 시스템, 자전거 같은 비교적 큰 물건에서부터 구글 글라스 같은 안경, 핏빛(Fibit) 같은 밴드, 칫솔, 스마트 워치 같은 시계, 건강을 체크해주는 반지처럼 작은 물건까지 모두 사물이 될 수 있습니다.

무생물뿐만 아니라 동물들도 포함됩니다. 강아지, 고양이, 소에게 칩을 부착하면 그들의 위치를 파악하고 건강을 체크 할 수 있습니다. 그런 의미에서 사람도 하나의 사물이 됩니다.

사물인터넷 기능을 지닌 채 인터넷에 연결될 수 있는 모든 것이 사물인 것입니다.

 

② 데이터 수집과 전환 장치, 센서(Sensor)

사물인터넷에서 사물들은 서로 멀리 떨어져 있어도 인터넷에 연결되어 있다면 센서를 통해 수집한 다양한 데이터를 주고 받을 수 있습니다. 그렇기에 센서는 사물인터넷의 핵심 기술입니다. 그런 의미에서 사물인터넷의 탄생을 센서 혁명이라고 부르기도 합니다.

센서는 상태를 감지하고 그 내용을 수집하여 데이터로 전환하는 장치입니다. 센서는 온도, 압력, 습도 등 여러 종류의 물리량을 판별하거나 계측하는 기능을 갖고 있고, 센서를 통해 감지된 정보들은 사람의 뇌에 해당하는 정보 처리부에 전달되어 판단을 내리게 합니다. 센싱 대상은 빛, 온도, 가스, 압력, 자기, 진동, 가속도, 움직임, 중력 등 다양합니다.

카메라와 마이크로도 센서의 일종입니다. 예를 들어 소형 무인 비행기인 드론은 다양한 카메라와 센서를 탑재하여 주변의 환경을 살피면서 비행합니다. 드론은 아마존에서처럼 주문된 상품을 배달하는 차원을 넘어서 건설 현장을 정기적으로 촬영하여 공사 진행을 체크하고 3D 지도를 작성하는 등 다양하게 활용되고 있습니다. 그런 의미에서 드론은 중요한 사물인터넷 사례로 꼽힙니다.

RFID(Radio Frequency Identification, 극소형 칩에 상품 정보를 저장하고 안테나를 달아 무선으로 데이터를 송신하는 장치), 근거리 무선통신(NFC), 비콘(iBeacon), 와이파이, 이동통신망, 센서 등이 사물들 사이, 사물과 사람 사이에 자료를 주고받는 기술의 인프라 역할을 합니다.

③ 처리와 가공 장치, 마이크로프로세서(Processor)

컴퓨터 분야에서는 무언가를 처리하고 가공하는 기능을 가진 하드웨어와 소프트웨어를 프로세서라고 부릅니다. CPU는 하드웨어 프로세서의 대표적인 것이며, 컴퓨터 시스템 전체를 하나의 프로세서라 부를 수도 있습니다.

마이크로프로세서(Microprocessor)는 컴퓨터의 산술 논리 연산기, 레지스터, 프로그램 카운터, 명령 디코더, 제어 회로 등의 연산 장치와 제어 장치를 1개의 작은 실리콘 칩에 모아놓은 처리 장치를 말합니다.

그런 의미에서 CPU를 마이크로프로세서들 중 하나로 볼 수 있습니다.

현재 마이크로프로세서는 마이크로컴퓨터에는 물론이고, 군사용 무기와 일반 가정에서 사용되는 가전제품에 이르기까지 다양하게 활용되고 있으며, 또한 공정 제어 분야와 사무 자동화 기기 등에도 광범위하게 활용되고 있습니다. 현재 여러 반도체 회사에서 앞 다투어 개발하고 있어 성능이 우수하면서 가격이 저렴한 마이크로프로세서가 시중에 많이 나와 있습니다.

 

 

 

 

 

④ 데이터를 주고받는 네트워크(Network)

사물인터넷은 사물들끼리 데이터를 주고받아야 합니다. 그리고 네트워크에 연결되기 위해서는 정보통신 인프라가 필요합니다. 네트워크는 연결된 모든 기기에서 수집된 데이터를 분석해줄 중앙 센터에 연결되어, 다른 기기가 특정한 동작을 수행하도록 지시할 수 있습니다.

하지만 사물인터넷 기기가 언제나 인터넷에 연결되어 있을 필요는 없습니다. 예를 들어 박물관이 전시물을 설명하는 블루투스 헤드폰처럼 특정한 목적을 위해 만들어진 네트워크에만 연결할 수도 있습니다.

공공 시설물 안전을 위한 사물인터넷 기기는 네트워크에 연결되지 않는 동안에는 수집한 데이터를 저장하고 있다가 나중에 연결되었을 때 중앙 센터에 데이터를 전송하면 됩니다.

사물은 통신에 필요한 장치뿐만 아니라 네트워크에 항상 접속하기 위한 전원을 확보하고 있어야 하고, 통신 회선의 사용료 부담도 있습니다. 이러한 조건은 사물인터넷을 적용할 수 있는 사물의 범위를 한정되게 합니다. 이 문제를 해결할 수 있는 방안이 바로 와이파이(WiFi)입니다. 그러나 와이파이는 소비 전력이 어느 정도 필요하기 때문에 모든 사물에 적합하지 않습니다.

와이파이는 휴대폰, 노트북, 이어폰·헤드폰 등의 휴대 기기를 서로 연결해 정보를 교환하는 근거리 무선 기술 표준을 뜻합니다. 주로 10m 안팎의 초단거리에서 저전력 무선 연결이 필요할 때 씁니다. 예를 들어 블루투스 헤드셋을 사용하면 거추장스러운 이어폰 선 없이도 주머니 속의 스마트폰을 통해 음악을 들을 수 있습니다.

 

⑤ 사물인터넷 애플리케이션(Application)

센서는 다양한 기능을 수행하면서 데이터를 수집합니다. 데이터를 유용하게 사용하기 위해서는 스스로 행동할 수 있는 능력이 필요합니다. 이때 필요한 것이 바로 애플리케이션 입니다.

애플리케이션은 특정한 임무를 수행하기 위해 고안된 일련의 컴퓨터 프로그램을 말하며 응용 프로그램 또는 응용 소프트웨어라고 합니다. 하지만 관례적으로 애플리케이션은 모바일 디바이스의 시스템을 이용하여 목적하는 업무를 수행하기 위한 프로그램을 일컫습니다.

사물인터넷 애플리케이션은 센서의 데이터를 수집 처리·분석하는 작업을 가능하게 해줍니다. 사물인터넷 보일러의 자동 온도 조절 장치에는 실외 기온을 특정할 수 있는 센서가 장치가 작동하도록 프로그램되어 있습니다. 애플리케이션은 모든 데이터를 이용하여 정확히 언제, 얼마나 보일러를 작동시켜야 하는지를 예측하도록 개발합니다.

 

 

 

 

 

무궁무진한 활용

사물인터넷에 인공지능 기술이 결합되면 어떻게 될까? 연결된 사물들이 데이터를 주고받아 스스로 분석하고 학습한 정보를 사용자에게 제공하거나 사용자가 이를 원격 조정할 수 있게 해 줍니다. 여기에서 사물들은 마이크로콘트롤러(Microcontroller)라고 불리는 임베디드 시스템이 필요합니다.

마이크로컨트롤러는 입출력 모듈을 하나의 칩으로 만들어 정해진 기능을 수행하도록 한 소형 컴퓨터입니다. 스마트폰, 홈 네트워크, 디지털 TV, 디지털 비디오 레코더, 내비게이션, USB, 전기밥솥, 냉장고, 게임기 등에 이미 광범위하게 사용되고 있습니다.

작은 용량의 메모리와 주변 부품으로 구성된 마이크로콘트롤러는 몇 밀리미터의 작은 크기이며 제조 비용도 매우 저렴합니다. 따라서 개인용 컴퓨터 같은 컴퓨터 시스템과는 대조적입니다. 일반적인 용도가 아닌 특정 목적을 수행하는 컴퓨터에 특정 목적을 설정하면 스스로 이를 읽고 달성할 수 있도록 작동합니다.

특정 목적이란 어떤 것을 의미할까? 버스 정류장에서 버스를 기다리고 있다고 가정해봅시다. 이때 우리는 컴퓨터나 스마트폰으로 버스 도착 정보를 검색하고 확인할 수 있습니다. 이 과정들은 버스 정류장을 중심으로 구현된 사물인터넷 기술을 활용하며, 사람이 버스 도착 정보를 확인하기 위해 직접 조작하는 행동을 통해 이루어집니다. 

하지만 사물인터넷 기술은 버스 정류장의 센서와 버스 GPS(Global Positioning System) 기술을 통해 승객에게는 도착할 예정인 버스 정류장과 연계된 지하철 정보나 급작스럽게 내린 소나기에 대한 정보 등을 실시간으로 알려줄 수 있습니다. 버스 정류장에서 기다리는 사람들에게는 도착할 버스에 몇 명 정도의 승객이 탑승하고 있으며 빈 좌석이 몇 개인지를 알려줄 수 있는 것입니다.

 

지갑에도 도난 방지 기술을 적용할 수도 있습니다. 기갑에 사물인터넷 기술을 적용하여 주인이 지갑에서 10m 이상 떨어지면 두고 가지 말라는 열람을 보낼 수 있습니다. 기후와 교통 상황을 미리 파악하여 깨울 시간을 판단하여 울리는 알람시계도 가능합니다. 밖에 비가 내리고 있다면 문간에 놓아둔 병뚜껑에 메시지를 띄울 수 있습니다. 그래도 약을 먹지 않으면 담당 의사에게 그 사실을 알려줄 수도 있습니다.

 

 

 

 

 

사물인터넷의 구성요소들

1. 사물(Things) 사물인터넷 기능을 지닌 채 인터넷에 연결된 모든 사물

2. 네트워크(Network) 사물들 간 데이터 주고받게 해주는 정보통신 인프라

 

3. 센서(Sensor) 상태를 감지하고 내용을 수집해 데이터로 전환하는 장치

 

4. 프로세서(Processor) 사물인터넷 프로세서 담당 애플리케이션 프로세서

5. 애플리케이션(Application) 데이터를 읽고 나서 지정된 방식으로 자동으로 처리 분석

 

조작하지 않아도 알아서 작동한다.

사물인터넷은 컴퓨터와 스마트폰보다 훨씬 많은 분야에서 더 똑똑하게 스스로 자신의 역할을 현재 컴퓨터와 통신 디바이스로서 사용자가 지정한 기능을 수행 하지만, GPS 기능과 각종 센서를 탑재하고 있어서 사물인터넷 기능도 갖춘 방향으로 발전하고 있습니다. 그래서 사물인터넷의 확산의 중요한 지렛대 역할을 스마트폰이 하고 있습니다. 

지금까지 인터넷에 연결된 기기들이 정보를 주고받으려면 인간의 조직이 개입돼야 했습니다. 하지만 사물인터넷이 여는 세상은 이와 다릅니다. 사물인터넷 시대가 본격화되면 인터넷에 연결된 기기는 사람의 도움 없이 서로 알아서 정보를 주고받으며 대화를 나눕니다. 센서와 통신 네트워크는 사물들의 자율적인 커뮤니케이션을 돕는 기반 기술입니다.

사람이 누군가와 대화를 하기 위해 상대방의 얼굴을 바라보거나 이름을 물어보듯, 사물도 대화를 나누려면 상대 기기의 아이디나 IP(Internet protlcol) 주소를 알아야 합니다.

기기 끼라 통성명을 나눈 다음에는 어떤 대화를 나눌 것인지 화제를 찾아야 합니다. 또한, 사물끼리 통신을 주고받을 수 있는 통로, 사물끼리 공통적으로 사용할 수 있는 언어가 필요합니다. 센싱 기술(사물끼리 통신할 수 있는 통로 역할), 유·무선 통신 및 네트워크 인프라(정보를 수집·처리·관리하고, 정보가 서비스로 구현되기 위한 환경을 지원하는 근거리 통신 기술 등), 이동통신 기술(2G, 3G)과 유선통신 기술(이더, BcN 등), 사물인터넷 서비스입니다.

인터넷의 특징은 네트워크들 사이의 연동입니다. 인터넷이 지리적, 공간적, 기술적 경계를 넘어서 데이터를 전달하는 단계까지 진화하는 과정에서 사물인터넷이 탄생한 것입니다.

세계의 모든 사람들이 네트워크를 통해 서로 연결되어 데이터가 자유롭게 전달되는 기술이 계속 발전하면 어떻게 될까? 그 기술은 현실의 사물에 녹아들어 눈에 보이지 않을 것입니다.

사물인터넷은 현재 진행 중인 인터넷의 미래입니다.

 

 

 

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임베디드 시스템(Embedded system)

기계나 기타 제어가 필요한 시스템에 대해, 제어를 위한 특정 기능을 수행하는 컴퓨터 시스템으로 장치 내에 존재하는 전자 시스템입니다. 임베디드 시스템은 전체 장치의 일부분으로 구성되며 제어가 필요한 시스템을 위한 두뇌 역할을 하는 특정 목적의 컴퓨터 시스템입니다.