정보통신기사, 정보통신학과, 통신직 등 정보통신일반 요점 정리 132. 사물 인터넷

132. 사물 인터넷

 

과거 20년 전에도 컴퓨터는 존재했지만, 인터넷이라는 네트워크는 주변에서 흔히
접할 수 없었다. 당시에는 데이터를 공유하기 위한 방법으로 플로피 디스크를 사용해
물리적인 데이터 복사를 실행하는 방식을 사용했고 보조 저장장치인 하드디스크 또
한 쉽게 찾아볼 수가 없었다. 하지만 컴퓨터의 빠른 보급과 함께 인터넷 망의 확산은
수많은 컴퓨터를 하나의 네트워크로 묶어주는 역할을 했고, 더 이상 물리적인 방법이
아닌 네트워크를 통해 컴퓨터간의 데이터를 원격으로 주고받는 시대가 되었다. 또한
최근 폭발적으로 증가하고 있는 스마트폰의 보급은 인터넷 망을 또다시 급속도로 확
장시키고 있다. 기존 컴퓨터에서만 사용되던 인터넷이 스마트폰으로도 영역을 넓혀갔
기 때문이다. 우리가 현재 사용하고 있는 페이스북, 트위터, 카카오톡 등의 소셜네트
워크(SNS, Social Network Service) 서비스는 모두 인터넷 영역이 스마트폰으로 확장
되어 생겨난 새로운 시장의 응용 프로그램이다. 뿐만 아니라 기존 컴퓨터의 인터넷 영
역에서만 머물러있던 다양한 서비스들이 스마트폰 영역으로 재빠르게 유입되고 있다.
가. 사물 인터넷(Internet of Things)의 개념
사물 인터넷은 사물이 소통의 주체가 되어 인터넷 망에 연결되며, 사람 인터넷에서
사물 인터넷으로 진화하고 있음을 뜻한다. 이렇게 사물은 인터넷을 대화의 주체로 삼
아 소통능력을 얻게 됐고, 이를 활용해 인간처럼 진화해 갈 것이다. 이러한 진화의 과
정은 [그림 8-24]를 통해 확인할 수 있다.

사람이 누군가와 접촉하기 위해서는 상대의 이름이나 주소를 알아야 하는 것과 같
이 세상의 모든 사물에 주민등록번호와 같은 ID나 IP주소를 부여하는 것은 동일한 이
치다. 사물도 ID나 IP주소를 가지고 있어야 소통의 대상을 알고 접근할 수 있기 때문
이다. 기존의 인터넷 망에서는 IPv4 인터넷 프로토콜을 이용해서 컴퓨터에게 네트워
크 주소를 부여했다. 그러나 인터넷의 영역이 컴퓨터와 모바일을 넘어서 모든 사물로
확장되려 하다 보니 주소가 턱없이 부족해질 수밖에 없게 되었다. IPv6는 모든 사물
에 IP 주소를 부여할 수 있도록 하는 핵심적인 프로토콜이며, IPv6 주소를 할당받은
사물은 이를 사용해 모두 인터넷으로 연결될 것이다. 이렇게 사물이 인터넷 망으로
연결되면 사람은 이를 통해 사물에 접근하고 제어가 가능해져 더 많은 정보와 권한으
로 세상을 지배하게 된다. 초반 사물 인터넷은 모든 결정의 권한이 사람에게 있어 지
능적으로 동작하지 못하겠지만 차츰 지능적 요소가 추가되고 진화해 가면서 사물이
서로 소통하며 지능적 판단을 내릴 수 있는 환경으로 변화할 것이다. 결국 사물이 지
능적 판단을 가지는 존재로 발전하고 사람은 모든 데이터를 처리할 필요 없이 사물이
지능적으로 선별해준 정보를 가지고 가치 판단을 내리게 될 것이다.

나. 사물 인터넷 지원 기술
[표 8-5]와 [그림 8-25]는 사물 인터넷을 지원하기 위한 유무선 통신 기술을 설명한
것으로 크게 유선, 이동통신망, 무선 LAN, 무선 PAN으로 구분할 수 있다. 특정 기
술이 사물 인터넷을 지원하기 위해 지배적으로 사용된다고 이야기할 수는 없지만 이
러한 기술들이 IPv6를 지원하게 되면 사물이 인터넷 망으로 묶이게 되어 소통이 가능
할 것이다. 이처럼 여러 프로토콜이 사물 인터넷을 실현하기 위해서 인터넷 망으로
연동하려 하고 있으므로 가까운 미래에는 모든 사물은 인터넷으로 흡수되어 우리에게
다양한 정보를 제공하여 새로운 세상을 만들 수 있게 될 것이다.

 

<사물 인터넷 지원 기술>

기술 분야	세부 기술
접속 매체	이더넷, 전력선 통신(PLC, Power Line Communication)
무선 WAN	WCDMA, LTE, LTE-Advanced, WiMAX, WiMAX 2.0, Satellite 등
무선 LAN	IEEE 802.11, 와이브로, 와이파이, Wave(IEEE 802.11p) 등
무선 PAN	Bluetooth, ZigBee, RFID, NFC, 6LoWPAN 등

사물 인터넷 지원 기술의 포함 관계

(1) 6LoWPAN(IPv6 over Low-power WPAN)
6LoWPAN은 사물 인터넷 기술 중 IEEE 802.15.4를 기반으로 하는 지그비(ZigBee)
등이 인터넷 프로토콜을 사용해 기존 망과 연동하는 것을 목표로 한다. 6LoWPAN은
저 전력 무선 통신 기반으로 제한된 대역폭과 저속도와 에너지 소비 문제가 있어 IPv6
를 지원하기 어렵다. 따라서 제한된 대역폭과 환경을 효율적으로 사용하기 위해 IPv6
의 헤더를 압축해 데이터를 전송하는 기술을 사용한다. 또한 기존 IPv6는 유선망에 적
합하게 만들어진 기술이기 때문에 IPv6 이웃 탐색(Neighbor Discovery) 등의 프로토콜
을 변경해 무선 환경에서 IPv6를 사용할 수 있도록 표준을 제정하고 있다.
6LoWPAN은 기존 인터넷과 비교해 크게 두 가지 특징을 가지고 있다. 첫 번째 특
징은 IPv6를 지원하는 것인데 사물에게 모두 인터넷 주소를 부여하기 위함이다. 두 번
째는 저 전력 무선 프로토콜을 사용하는 것이다. 사물은 모두 항시 전원을 공급 받을
수 없는 상황에 있다는 것을 가정한다. 예를 들어 현재 사람들이 사용하는 가장 대표
적인 소통의 수단인 휴대전화도 항상 전원을 공급받을 수 있는 상황이 아닌 것처럼,
사물도 스스로 항상 전원을 충분히 공급받을 수 있는 상황이 아니기 때문이다. 따라
서 적은 양의 전력을 사용해 소통하고 오래도록 통신할 수 있어야 한다.

IETF의 사물 인터넷 표준화 구성

[그림 8-26]은 인터넷국제표준화기구(IETF, Internet Engineering Task Force)에서
진행하고 있는 표준화를 계층별로 표현한 것으로 각 레이어 상에 현재 어떤 표준화 그
룹이 진행되고 있는지 보여주고 있다. Adaptation Layer는 6LoWPAN을 지원하기 위
해 헤더 압축과 이웃 탐색 등의 기술을 사용한다. 그 상위 네트워크 레이어는 IP 라우
팅을 지원하기 위한 기술을 제정한다. 최상위 응용 계층은 CoRE라는 워킹 그룹(WG,
Working Group)에서 표준화를 진행하고 있고 여기서는 RESTful 기반(추가적인 레이
어, 세션관리 없이 HTTP 프로토콜로 데이터를 전달하는 프레임워크) 웹 서비스 지
원기술을 다루고 있다.

(2) M2M(Machine-to-Machine)
M2M은 기존 셀룰러 망의 일정 대역폭을 사물 인터넷에 할당해 새로운 서비
스를 만들자는 취지로 시작됐다. 이동통신사는 망의 일부를 [그림 8-27]과 같이
MVNO(Mobile Virtual Network Operator)에게 임대함으로서, 자주 사용하지 않는 망
을 활용해 수익을 만드는 구조이다. MVNO는 이 망을 다시 콘텐츠 공급업체에게 일
부 대역폭을 할당하고 관리한다. 여기서 MVNO는 망을 관리하는 입장이고 콘텐츠
제공업체는 특정 서비스를 만들어 해당 망의 일부 대역폭을 활용해 M2M 서비스를
제공하는 구조이다.

MVNO(Mobile Virtual Network Operator)는 “가상이동통신망사업자”이며, 일반적
으로 주파수와 무선국을 보유하지 않고 통신사업자의 망을 이용하여 독립적인 브랜 드 및 요금체계를 갖추고 통신서비스를 제공하는 사업자를 말한다. 이러한 M2M 기
술은 기존에 널리 보급된 이동통신망에 사물이 연결되어 인터넷으로 소통할 수 있도
록 하며, 부가적인 시스템이 필요하지 않기 때문에 이동통신 모듈 가격이 더 저렴해
지면 충분히 널리 적용될 수 있을 것으로 보인다.
(3) NFC(Near Field Communication)
NFC는 13.56MHz의 주파수를 사용해 RFID 태그와 리더 사이에 통신하기 위한 기
술이다. 통신거리는 주파수 특성 및 전송 파워 제약 때문에 10cm 이내의 근거리 통신
을 지원한다. NFC의 기존 응용으로는 버스 요금 카드와 사원카드를 이용한 출입관리
시스템, 물류 재고 현황 파악 시스템에 현재 널리 사용되고 있다. NFC는 기존에 국가
별로 존재하던 13.56MHz 표준 기술을 모두 하나로 묶어 호환되게 만들자는 취지에서
나온 기술이다. 따라서 NFC를 지원하는 휴대폰은 기존 RFID와 연동할 수 있다는 것
을 의미한다. 현재 NFC는 사물 통신 분야의 확산을 가속시키고 있다. 기존 인프라가
널리 설치되어 있고 NFC를 통해 호환도 가능해졌기 때문이다. 그리고 최근에는 스마
트폰에 기본으로 탑재되고 있다. 그래서 사용자는 포스터 및 상품에 붙은 RFID를 스
마트폰을 이용해 읽어와 사물과 통신해 제품 혹은 사물의 정보를 쉽게 얻어낼 수 있다.

[그림 8-28]은 NFC의 표준과 지원 모드를 보여주고 있는데, NFC는 국가나 사업자
별로 독립적으로 사용하던 표준(ISO 18092, ISO 14443, Felica 등)을 하나로 묶어 서로 호환되는 프로토콜을 만들고 있다. 최근 스마트폰에 NFC가 적용되어 출시되고 있
어 향후 어떤 응용 서비스가 파장을 일으키는지 주목된다.
(4) 와이파이 다이렉트(Wi-Fi Direct)
와이파이 다이렉트 기술은 기존의 와이파이를 보유하고 있는 장치들 간에 1:1 연결
은 물론이고 1:N 연결까지도 가능케 한 기술이다. 이는 기존 블루투스와 같은 영역
의 기술이라고 할 수 있다. 하지만 스마트폰의 확산으로 와이파이를 가지고 있는 장
치가 점점 증가세를 보이면서 콘텐츠를 공유할 수 있는 더욱 빠른 무선통신기술이 주
목을 받고 있다. 와이파이 다이렉트는 AP(Access Point)가 없어도 와이파이를 가지는
장치 중 하나가 AP 기능을 하면서 여러 와이파이 장치와 연결성을 제공하는 것이 특
징이다. 이들 스스로 장치 간 연결성을 제공하고, 콘텐츠나 응용 기술의 활용이 가능
하게 되는 것이다.

와이파이 다이렉트는 [그림 8-29]와 같이 콘텐츠 공유가 가능한 기기라면 무엇이든
가능하다. 카메라로 찍은 동영상과 사진을 컴퓨터와 TV, 프린터 등과 공유할 수 있어
필요에 따라 쉽게 접근하고 활용할 수 있다. 이외에도 빠른 전송속도와 높은 에너지
소모량 때문에 항상 전원을 필요로 하는 IT 기기(냉장고, 세탁기 등)에 도입하는 것이
적합하다는 평가를 받고 있다. 따라서 와이파이 다이렉트는 가전기기를 중심으로 한
홈 네트워크의 구성에서 큰 역할을 차지하게 될 것으로 기대되고 있다.

 

(5) Wave(802.11p, IEEE 1609)
와이파이를 이용한 또 다른 기술로 차량 간 통신에 사용하는 웨이브(Wave)가 있
다. 웨이브는 V2V(Vehicle to Vehicle) 통신에 사용되는 표준 기술이다. 웨이브의 프
로토콜 표준은 802.11p와 IEEE 1609 표준 기술로 구성된다. 기존 와이파이와 달라
진 특징은 빠른 속도로 움직이는 차량에서 다른 차량과의 통신이 가능하다는 것이다.
200km/h로 달리는 자동차에 100msec의 응답속도를 보장하는 웨이브의 성능은 기존
와이파이 기술에서 AP와 연결 할 때의 인증절차가 간소화됐기 때문이다. 또한 웨이
브 기술을 이용한 차량 간의 통신은 차량 간의 위치 정보와 데이터를 공유하는 역할
을 부여함으로서 사고가 발생하는 것을 미연에 방지하고, 주행에 대한 안정성을 높
이는 것을 목표로 한다.

[그림 8-30]은 웨이브 기술이 적용된 예를 보이고 있으며, 차량용 블랙박스 기능과
사고방지 유도 기능, 안전운전 유도 기능 등이 적용된 경우이다. ① 블랙박스 기능은
웨이브 통신과 DGPS(Differential Global Positioning System)를 이용해 그 동안 주행한
경로와 주행 패턴들을 기록하게 되는데, 이는 사고가 발생했을 때 어느 차량의 잘못
으로 인해 사고가 발생했는지를 결정하기 위한 데이터로 활용될 수 있다. ② 전방에
사고가 발생했을 경우, 웨이브 통신으로 사전에 사고 지역을 접근하는 운전자에게 진
동과 비상등의 깜박임을 통해서 운전자에게 위험구간임을 알려 안전한 운전을 유도하
는 기능이다. ③ 운전자의 미숙한 운전 실력으로 발생할 수 있는 교통사고를 방지하
기 위해 차량 스스로가 브레이크를 걸어 사고를 방지하는 기능이다.