itfind - m2m 지능형 사물 플랫폼 동향 · 2012-06-12 · 주간기술동향 통권 1455호...
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주간기술동향 통권 1455호 2010. 7. 21.
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M2M 지능형 사물 플랫폼 동향
1. 서론
1990년 World Wide Web의 등장으로, 초창기 수백, 수천 의 컴퓨터를 연결하는데 그
쳤던 인터넷은 현재에 이르기까지 수 십억 개의 컴퓨터와 모바일 기기를 연결하는 거 네트워
크로 성장하였다. 2007년 WWRF(Wireless World Research Forum)의 의장인 Nigel Jefferies
는 ‘2017 년에는 7 조 개의 무선 장치들이 70 억 인구에 서비스를 제공할 것’이라고 내다봤다.
다음 세 의 인터넷 혁명은 사물 인터넷(Internet of Things)으로서, 사람과 사람 간의 서비스
패러다임으로부터, 사람과 사물, 사물과 사물 간의 지능통신 서비스로 확장되는 것이다. 국내에
서는 사물지능통신 또는 사물통신(Machine to Machine: M2M)이라는 용어를 사용하며, 이는 모
든 사물, 기기가 지능적으로 정보를 수집하고 다른 사물 또는 사람이 사용하는 기기로 무선 또
는 유선 통신을 통하여 전달하는 서비스를 말한다. 이 기술을 사용하면 사람의 요구입력에 따라
서비스가 제공되는 기존의 주문형 패러다임을 탈피하여 인터넷에 연결된 지능형 사물들을 통해
다양한 분야에 자발적, 지능적 맞춤 서비스를 제공하는 것이 가능해진다.
이처럼 진화되는 인터넷 서비스의 현실화를 위해 미국을 비롯한 세계 주요국은 중장기적인
비전을 수립하고 사물지능통신 인프라 확보 및 핵심기술 연구 개발을 전략적으로 추진 중에 있
다. 방송통신위원회에서는 미래 사물지능통신 시 를 준비하고 사물지능통신에 한 체계적인
논의와 연구를 진행할 수 있는 협의체의 필요성을 자각하여 지난 2009 년 사물지능통신 포럼
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1. 서론
2. 사물지능통신 서비스 아키텍처
3. 지능형 사물 플랫폼 동향
4. 결론
정종수
ETRI CPS연구팀 연구원
김재석, 김상철, 신규상, 마평수, 박승민
ETRI 임베디드 SW연구부
* 본 내용과 관련된 사항은 ETRI CPS연구팀 마평수 팀장(☎ 042-860-6559)에게 문의하시기 바랍니다.
** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 NIPA의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.
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[1]을 설립하고 국가 차원의 기반구축 지원, 서비스 확산 환경 조성 및 정부정책 방향 제공 등
사물지능통신 산업의 발굴과 활성화를 도모하고 있다. 이에 본 고에서는 사물지능통신의 개념
및 국내외 동향을 소개하고 국내외 지능형 사물 플랫폼 기술 동향에 해 살펴본다.
2. 사물지능통신 서비스 아키텍처
사실 사물지능통신은 완전히 새로운 개념이 아니다. 이와 비슷하게 사물을 제어하고 사물을
통해서 데이터를 취득하는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템이 이미
수년전부터 존재하였다. 사물지능통신과 SCADA의 역할만 보면 서로 비슷해 보이지만 이 둘의
차이점은 아키텍처의 개방성에 있다. 과거 SCADA 는 폐쇄된 환경에서 전용의 프로토콜 및 프
로그램을 통해서 사물의 제어와 정보 획득이 가능했기 때문에 시스템의 설치, 확산 및 유지보수
가 어렵고, 시스템간 상호 호환성이 보장되지 않았다. 반면 사물지능통신은 개방된 환경에서 표
준화된 서비스 아키텍처를 통해 사용자에게 서비스되기 때문에 널리 확산될 수 있으며 다양한
가치를 창출할 수 있다[2].
(그림 1)은 전반적인 사물지능통신 서비스 개념도를 나타낸 것이다. 사물지능통신 서비스의
중심에 있는 서비스 플랫폼에는 개방형 API 를 활용하여 작성된 다양한 응용들이 실행된다. 서
(그림 1) 사물지능통신 서비스 개념도
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로 다른 목적을 위해 동작하는 각각의 응용은 지능형 사물들과 데이터를 주고 받고, 이를 유용
한 정보로 가공하여 PC, 스마트폰 등 단말을 통해 사용자에게 제공한다. 직간접적으로 인터넷과
연결된 지능형 사물들은 응용 서비스의 요청을 처리하고 응답한다. 이러한 사물지능통신 서비스
아키텍처는 세계 각국의 이동통신사들이 모두 비슷한 형태로 준비하고 있다(<표 1> 참조).
(그림 2)는 본 고에서 집중적으로 살펴볼 지능형 사물과 센서 게이트웨이의 구조를 나타낸
것이다. 지능형 사물은 크게 하드웨어, 운영체제, 미들웨어, 그리고 애플리케이션으로 나눌 수
있다. 하드웨어는 MCU(Micro Controller Unit)와 각종 센서 및 액츄에이터, 그리고 통신 모듈
로 구성되어 있고, 운영체제는 하드웨어 자원들을 효과적으로 다루기 위한 커널, 디바이스 드라
이버 및 TCP/IP 네트워크 프로토콜 등으로 구성되어 있다. 미들웨어 부분에서는 사물지능통신
서비스 플랫폼과 연관되어 보안 및 장치 관리 등의 역할을 수행하며 상위 애플리케이션 계층에
적절한 API를 제공하게 된다. 애플리케이션은 수집한 데이터 등을 처리 및 변환하고 서버의 서
<표 1> 국내외 주요 이동통신사업자들의 M2M 사업추진 내용
구분 업체명 사업추진 현황
Orange - Orange GSM/GPRS망과 인터넷 사이의 데이터 중계 및 단말과 응용 사이에서 게이트웨
이 역할 담당하는 End-to-end 솔루션 제공 - 전 유럽 포괄하는 International M2M Gateway 구축
Sprint - 단말과 Sprint망(CDMA)간 통신을 위한 서비스 플랫폼인 Business Mobility Framework
출시를 통해 편리한 망 이용을 제공하고 이에 따라 발생하는 무선 데이터량에 따른 과금체계 구축
Nokia - 공개되고 표준화된 기술과 인터페이스를 사용하여 효율적이고 응용 프로그램을 개발하고
쉽게 서비스를 업그레이드 할 수 있는 End-to-end M2M 솔루션 미들웨어 보유
AT&T - 이머징 디바이스 사업부문 개설하고 M2M 사업위해 Jasper와 제휴 - 자사 네트워크용 통신모듈 탑재 단말 및 M2M 단말의 테스트 및 인증 전담 신규 연구소
설립 계획 발표
Verizon Wireless
- 망 개방프로그램 ODI 시작, M2M 단말 인증 러시 - 퀄컴과 M2M 솔루션 제공 위한 조인트 벤처 설립
T-Mobile - M2M 단말의 추가 확보를 위해 무선 데이터 서비스 업체 M2M DataSmart와 제휴 - 임베디드 가전 및 컴퓨팅 단말 시장 진출 위한 ‘Emerging Solution Group’ 설립 - ‘Open Device Initiative’를 통해 Sprint가 출시하지 않은 300개 이상의 M2M 단말 인증
국외
Telenor - M2M 서비스(텔레매틱스, 에너지 유틸리티 등) 제공을 위한 Telenor Connexion 자회사
설립 - M2M 플랫폼 개발하여 고객 웹 포탈 및 API 솔루션 제공
SK Telecom - 검침 및 네트워크 관제를 중심으로 부분의 회선 서비스가 수행되고 있으며 소규모 사
업자를 중심으로 다양한 분야에 한 M2M 서비스를 수행 - M2M 플랫폼(M2M Consolidation Framework) 보유
KT - 데이터, 멀티미디어, SNS, M2M을 포괄하는 새로운 커뮤니케이션 서비스 U-Comm 사
업 추진
국내
LG Telecom - M2M 사업 중 특정 분야(무선 보안, AMR, 무선 결제)에 집중 - 2G 모듈의 직구매를 통해 원가 경쟁력 강화
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비스 요청에 응답을 제공하는 트랜잭션 처리 등을 담당한다. 또한 소프트웨어 유지보수를 위한
OTA(Over-the-Air) 기능도 요구된다. 센서 게이트웨이는 지능형 사물의 역할과 함께 로컬
USN(Ubiquitous Sensor Network)의 인터넷 연결 및 관리의 기능도 포함하고 있다.
3. 지능형 사물 플랫폼 동향
지능형 사물의 핵심 소프트웨어 기술은 운영체제 및 미들웨어 기술과 응용 소프트웨어 기술
로 나눌 수 있다. 본 절에서는 지능형 사물을 위한 초소형 운영체제 기술, 서비스 플랫폼과 지능
형 사물간 효과적인 서비스 수행을 위한 미들웨어 기술에 해 살펴보고, 아울러 소프트웨어 유
지보수를 위한 OTA 기술과 효율적인 웹 트랜잭션 처리를 위한 사물용 웹 서버 기술 등 응용
소프트웨어 기술에 해서도 살펴본다.
가. 지능형 사물용 운영체제 기술
지능형 사물들이 안정적으로 서비스하기 위해서는 운영체제의 도움이 필수적이다. 운영체제
를 통해서 통신 모듈, 센서 및 액츄에이터 등 하드웨어 장치들을 다양한 태스크들에게 효율적으
(그림 2) 지능형 사물과 센서 게이트웨이의 플랫폼 구조도
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로 분배하고 안전하게 사용할 수 있기 때문이다. 또한 운영체제가 제공하는 IPv6 프로토콜을 사
용하면 손쉽게 인터넷과 연결할 수 있다. 운영체제에는 다양한 종류가 있는데 지능형 사물들은
체로 프로세서 파워와 메모리가 매우 작은 컴퓨터들이 부분이므로 리눅스 같은 범용 운영체
제는 알맞지 않다. 그에 반해 센서 네트워크용 운영체제들은 가벼우면서도 여러 학과 연구기
관들의 많은 노력을 통해 다소 무거운 응용에도 안정적으로 동작하는 등 고도화 상태에 진입하
고 있어 지능형 사물에 적용하기에 적합하다고 할 수 있다.
TinyOS[3]는 UC 버클리에서 탄생한 이벤트 기반 스케줄링 방식의 초소형 운영체제로 현재
USN 분야에서 전 세계적으로 가장 많이 사용되고 있다. 이벤트 기반 스케줄링은 개발자가 프로
그래밍하기 어렵다는 약점을 보완하기 위해 최근에는 사용자 영역에서 멀티쓰레드 방식 프로그
래밍을 지원하는 TOSThread[4]를 발표하였다. TinyOS 는 BLIP[5]이라는 이름으로
6LoWPAN 과 IPv6, UDP, ICMPv6 등이 구현되었으며, 아직 안정화되지 않았지만 TCP 도 포
함되어 있다.
Contiki[6]는 SICS 에서 만든 초소형 운영체제로 TinyOS 와 마찬가지로 이벤트 드리븐 방
식으로 스케줄링을 사용하되 Protothread 라는 스택 없는 가벼운 쓰레드를 사용하여 사용자의
프로그래밍 편의를 고려하고 있다. Contiki의 uIPv6[7]는 세계 최초로 IPv6 Ready[8] 인증을
받은 초소형 인터넷 프로토콜 구현체이며, IPv6 뿐 만 아니라 ICMPv6, UDP, TCP 와 함께 그
위에 다양한 응용 프로토콜까지 모두 안정적으로 지원한다. 최근에는 RPL 의 구현체인
ContikiRPL[9]의 소스코드를 세계 최초로 공개하여 많은 개발자들의 참여를 독려하고 있다.
NanoQplus[10]는 ETRI에서 만든 센서노드용 초소형 운영체제로, TinyOS, Contiki와 달리
우선순위 기반 선점형 스케줄러를 갖는 멀티쓰레드 기반으로 동작한다. 주요 장점 중 하나는 리
<표 2> 지능형 사물용 주요 운영체제 비교
구분 TinyOS Contiki NanoQplus
개발 단체 UC 버클리 SICS ETRI
버전 2.1.1 2.4 2.4.2
프로그래밍 언어 nesC C언어 C언어
커널 Event-driven/ TOSThread
Event-driven Protothread
Multi-thread
우선순위 기반 스케줄링
× ○ ○
저전력 모드 ○ ○ ○
IPv6 ○ ○ ○
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눅스와 유사한 프로그래밍 방식을 사용하여 사용자들이 쉽게 사용할 수 있도록 한 것이다.
6LoWPAN 과 IPv6, ICMPv6 및 UDP 가 구현되어 있으며, 표준이 수정됨에 따라 계속 갱신되
고 있다[11].
NanoQplus 는 최근 프로파일 기반 에너지 절감형 운영체제 기술을 연구 중이다. 이는 사용
자 최소 요구사항을 만족하면서 에너지 사용을 최 한 줄이는 자율제어 기술로 이를 통해 실내
외 자가충전 기능을 갖춘 노드의 수명을 최 화하는데 목적이 있다.
나. 사물지능통신 미들웨어 기술
사물지능통신 미들웨어는 중앙 서버와 각 지능형 사물들에 탑재되어 안정적인 서비스와 신
속한 응용 개발을 가능하게 한다. 서버측 미들웨어는 지능형 사물들의 트랜잭션 처리와 관리를
담당하며 서비스 제공사업자에게 API를 제공한다. 반면 사물 측 미들웨어는 장치 관리와 통계,
보안 등 기능을 제공한다. 또한 상위 응용 계층에 API 를 제공하여 지능형 사물용 응용 프로그
램의 용이한 개발을 지원한다.
BITX[12], Telenor의 Shepherd[13] 등 잘 알려진 사물지능통신 서비스 플랫폼들은 효율
적인 데이터 수집과 이벤트 알림 서비스, 암호화 및 인증 등 보안 기능과 API 제공 등 비슷한
기능들을 갖고 있다. 또한 서비스 제공 사업자에게 SDK(Software Development Kit) 및 통합
개발 환경 등을 제공하기도 한다.
현재 지능형 사물과 센서 게이트웨이에는 서비스 플랫폼 종속적인 미들웨어가 탑재되고 있
다. 이는 아직 지능형 사물용 표준 미들웨어 역할이나 모델의 부재로 나타나는 현상이며, 이러한
현상이 계속 이어질 경우 지능형 사물 제조사 입장에서는 서비스 플랫폼별로 지능형 사물들을
(그림 3) BITX 미들웨어 (그림 4) Telenor의 Shepherd 플랫폼
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중복 개발, 제조해야 하는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 범국가적 나아가
국제적인 지능형 사물용 미들웨어의 표준화가 필요하다.
다. 소프트웨어 유지보수를 위한 OTA 기술
부분의 지능형 사물들은 통신 프로토콜의 발전과 사업자들의 정책 변화에 따라서 소프트
웨어 변경이 필요하다. 하지만 이들은 넓은 지역에 다수가 설치되거나 사람의 손이 닿기 어려운
지역에 설치되기 때문에 사람이 직접 관리하기 위해서는 굉장히 많은 시간과 비용이 소모된다.
따라서 사물지능통신에서는 사물의 소프트웨어를 원격으로 유지보수하기 위한 OTA 기술이 필
수 요소로 다루어지고 있다.
TinyOS 진영에서의 FOTA 연구는 네트워크를 하나의 업데이트해야 할 실체로 보는 ‘Network
Reprogramming’의 개념으로 발전되어 왔다. 주로 전송할 코드 이미지의 크기를 줄이기보다는
네트워크 전체에 충돌을 방지하면서 효율적으로 코드 이미지를 확산하는 방법에 중점을 맞춰왔
으며, 표적인 연구 결과로는 Deluge 프로토콜[14]과 Trickle 알고리즘[15] 등이 있다. 하지
만 이들은 코드 이미지의 원형 그 로를 전송하기 때문에 네트워크 역폭 낭비가 심하다는 단
점이 있다.
Contiki 진영에서는 코드 이미지 전송시 크기를 최소화하기 위한 방법으로 동적 링킹[16]이
연구되었다. 이 방법은 변경된 모듈 부분만 전송하고 이를 런타임시 링킹하는 방법으로 현존하
는 FOTA 방법 중 전송하는 데이터의 크기를 가장 많이 줄일 수 있는 방법으로 알려져 있다. 하
지만 동적 링킹을 사용할 경우 컴파일 과정에서 미리 코드 업데이트를 고려하여 컴파일하여야
하므로 아키텍처 의존적인 단점이 있다.
Red Bend사의 vCurrent® 솔루션[17]은 (그림 5)와 같이 기존 펌웨어 이미지와 새로운 펌
(그림 5) Red Bend 사의 vCurrent 펌웨어 업데이트 솔루션
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웨어 이미지간 차이를 추출하여 전송 및 업데이트하는 방식으로 휴 폰 및 M2M RF 모듈 등의
펌웨어 업데이트를 수행한다. 이 솔루션에 사용된 델타 업데이트 기술은 업데이트 파일의 용량
을 최 97%까지 줄이고, 인-플레이스(in-place) 업데이트 기술로 모바일 장치의 플래시 메모
리 사용량을 최소한으로 줄이면서 빠른 속도로 업데이트를 가능하게 한다. 이 솔루션은 현재 다
양한 휴 폰에서 사용되고 있으며, Tellit 등 M2M 모듈 제조사에서도 채택하여 사용 중이다.
라. 지능형 사물용 웹 서버 기술
지능형 사물들은 사물지능통신 서버 플랫폼, 사용자 단말, 혹은 다른 사물로부터의 다양한
서비스 요청에 해서 처리가 가능해야 한다. 지능형 사물의 경우 통상의 웹 서버보다 접속 부
하가 작지만 프로세서 및 메모리 등 자원이 매우 제한적인데 반해, 데이터 교환 프로토콜 및 형
식은 보통의 웹 환경과 같기 때문에 서비스를 효율적으로 처리하지 못하면 QoS가 심하게 떨어
지거나 서비스 불능 상태에 빠질 수 있다. 따라서 가벼운 데이터 교환 프로토콜과 데이터 교환
형식 그리고 효율적인 프로토콜 처리 엔진이 요구된다.
최근의 웹 서비스들은 TCP-HTTP를 사실상 표준 데이터 교환 프로토콜로 사용하고 있다.
하지만 연결지향의 전송 프로토콜인 TCP 와 플레인 텍스트 기반으로 구성된 HTTP 는 지능형
사물에는 다소 무겁다. 이러한 문제점을 인지한 IETF(Internet Engineering Task Force)에서는
최근 CoRE(Constrained RESTful Environments) WG[18]을 결성하여 (그림 6)과 같이 자원이
제한적인 환경에서 동작 가능한 응용 프로토콜인 CoAP(Constrained Application Protocol)
(그림 6) CoRE 아키텍처
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[19],[20]의 표준화를 진행하고 있다. CoAP 은 HTTP 보다 가벼우면서 Publish/Subscribe 통
신 모델까지 커버하는 응용 프로토콜이다. 간단한 UDP 위에서 동작하며 TCP를 사용하지 않음
으로써 발생하는 신뢰성 문제는 모두 CoAP 내부에서 해결한다. 현재 CoRE WG에서는 CoAP
을 모든 시스템에서 사용할 수 있도록 하겠다는 목표를 갖고 있지만 지원하지 않는 시스템에서
도 사용할 수 있도록 HTTP 매핑에 관한 사항도 표준화를 진행중이다.
XML(Extensible Markup Language)은 W3C(World Wide Web Consortium)에서 정의한
기계가 읽을 수 있는 데이터 표현 방법을 말하며, 인터넷 미디어 형식의 하나[21]로 오늘날 웹
서비스용 데이터 교환 부분에서 사실상 표준으로 쓰이고 있다. 하지만 XML 은 유니코드 기반
플레인 텍스트 형식인데다, 장황성(verbosity)을 가지고 있어 지능형 사물에서 처리하기 복잡하
다. 우선은 그 크기를 줄여보고자 플레인 텍스트 형식에서 벗어나 바이너리 형태의 XML 로 구
성된 EXI(Efficient XML Interchange)[22] 등이 주목받고 있지만 제한적인 환경에서 복잡한
XML 포맷을 효율적으로 처리하기 위해서는 여전히 해결해야 할 기술적 과제들이 많이 남아 있다.
4. 결론
지금까지 사물지능통신의 개념과 지능형 사물 플랫폼 기술에 해 살펴보았다. 사물지능통신
은 과거 센싱 데이터 수집이나 간단한 제어 등을 벗어나 다양한 응용을 가능하게 한다. 또한 칩
제조사, 모듈 및 단말 제조사, 통신 사업자(서비스 플랫폼), 그리고 커뮤니케이션 서비스 사업자
로 이어지는 가치 사슬[23]은 예전 IP-USN 보다 다양한 비즈니스 모델을 만들어 내고 있어,
사물지능통신이 테스트베드 수준에서 그치지 않고 실제 우리 생활 곳곳에 깊숙이 스며들게 될
것으로 기 하게 한다. 국내 이동통신사들은 사물지능통신이 블루오션이라는 인식을 가지고 공
(그림 7) 사물지능통신 서비스의 가치 사슬
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격적으로 연구개발 및 마케팅을 진행하고 있으며, 방송통신위원회도 응용 서비스의 다양화를 위
하여 MVNO(Mobile Virtual Network Operator)의 시장 참여가 가능하도록 법제화를 추진 중
이다.
사물지능통신의 중장기적인 발전과 안정적인 서비스를 위해서 (그림 7)과 같은 생태계의 균
형유지가 반드시 수반되어야 하며, 이를 위해서는 사물 식별체계와 서비스 모델 및 공개 API 체
계 등 ‘한국형 사물지능통신’의 범국가적인 표준화가 시급하다. 아울러 국내 연구기관 및 학들
은 지능형 사물용 미들웨어 표준화 및 이를 완벽히 지원하는 운영체제 등 지능형 사물 플랫폼
기술 개발에 적극적으로 참여하여 국내 사물지능통신 시장이 빠르게 확산되도록 기여해야 할 것
이다.
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