사물 인터넷, 어디까지 와 있나

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  십년도 더 지난 일이지만 마치 어제 일처럼 느껴진다. 나는 홈 오토메이션 어플리케이션에 쓰이는 지그비(ZigBee) 기반의 반도체 및 기기와 관련된 개발 프로젝트에 참여하고 있었다. 당시 지그비는 무선 제어와 모니터링 애플리케이션을 위한 저가, 저전력의 무선 센서 네트워크 기술로 알려져 있었다. 이런 초기의 상용 프로젝트에 참여했을 때는 “사물 인터넷(Internet of Things)”이라는 용어가 사용되기 전이었다.

  사물 인터넷에 대한 생각은 평행하게 진행됐는데, 케빈 애시톤(Kevin Ashton)이 1999년 프록터앤갬블(P&G) 사에서 한 발표에서 P&G 공급망의 RFID를 당시 뜨거운 관심을 받고 있던 인터넷에 연결하자는 아이디어가 처음이라는 게 정설이다. 다시 지그비로 돌아가서, 지그비는 눈에 띄게 진화해서 지금은 라스베이거스의 아리알 호텔과 같은 많은 사례를 갖고 있다. 아리알 호텔은 4,300개의 객실에서 7만개의 지그비 가능 기기가 끊임없이 무선으로 투숙객들에게 온도나 도어락, 커튼 등의 완벽한 실내 통제 서비스를 제공한다. 현재 지그비 연합은 지그비를 사물 인터넷을 위한 무선 표준기구로 만들기 위해 노력하고 있다.

  사물 인터넷의 개념은 수년간에 걸쳐서 진화해왔고, 특별히 규정된 제품 또는 “사물”이 내장된 전자기기, 소프트웨어, 센서 데이터 교환이 가능한 물건들의 연결의 네트워크라고 할 수 있다. 이런 연결들은 기기간(M2M, Machine-to-Machine) 또는 기기-사람간(Device-to-Person)이나 그 반대의 경우를 말한다. 이런 밑그림과 함께 사물 인터넷은 마치 수많은 기술(무선과 유선 모두)을 광범위한 애플리케이션 및 서비스 무리와 연결된 수억개의 연결기기로 덮고 있는 우산처럼 보일 수 있다. 이들 애플리케이션 중 몇 개는 스마트 도시, 스마트 농업 또는 스마트 회의와 같은 “스마트”란 단어를 사용하는데, 가치있는 데이터가 가진 잠재적인 데이터의 방대한 규모때문에 사물 인터넷은 또한 빅 데이터와도 연관이 있다.

세 개의 물결과 사물 인터넷의 가치

  가트너의 흥미로운 보도에 따르면, 49억개의 연결된 “사물”이 올해 사용될 것이고, 2020년과 비교한다면, 이 숫자는 250억개로 늘어날 것이라고 한다. 또한, 소비자 기기가 연결된 사물의 숫자를 늘리는 데 기여할 것이며, 기업들 매출의 대부분이 여기서 발생할 것이라고 했다. 산업계는 제조, 설비, 운송 분야가 올해 사물 인터넷을 가장 많이 이용하는 상위 3개 산업이 될 것이라고 내다봤다.

  자, 이제 다가오는 물결에 대해 얘기해보자. 얼마전 에릭슨이 내다본 “사물 인터넷 물결”을 주목할 필요가 있다. 에릭슨은 연결된 기기의 개발 과정에서 3개의 물결이 일어날 것이라고 했다. 첫 번째 물결은 네트워크화된 소비자 기기이고 두 번째 물결은 네트워크화된 산업, 마지막 세 번째는 네트워크화된 사회와 모든 것이며 우리가 “모든 사물 인터넷(Internet of Everything)”의 논의를 시작하고자 하는 곳이기도 하다.

  그렇다면 사물 인터넷 산업의 가치는 어떤 것들이 있을까? 나는 사물 인터넷이 유행어가 된 이후에 사물 인터넷을 마케팅 캠페인의 성과를 알아보려고 했던 몇 개의 기업을 알고 있다. 또 한 편으로는 새로운 매출원으로서 사물 인터넷을 활용한 특정 전략을 수립했던 기업도 알고 있다. 확실한 것은 사물 인터넷은 광범위하고 또 구분되고 있다는 점이다. 만약 누군가가 사물 인터넷 제품이나 솔루션의 가치를 개발하고 자산화하고 싶다면, 그 제품이 사물인터넷의 가치 사슬에서 어떤 가치를 창출하고 새로운 가치를 더할 것인지 알아보는 것이 필수적인 일이다. 칩이나 모듈부터 사업 솔루션 또는 가치 사슬의 상위에 위치한 공급자에 이르기까지 모두 수직적인 시장에 솔루션을 제공하고 있기 때문이다.

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연결 장치 개발에 대해 예측한 에릭슨의 3가지 물결(왼쪽)와 IoT 가치 체인(오른쪽)


전자기의 물결과 사물인터넷에서의 통신

  사물 인터넷을 이끌고 있는 전자기(Electromagnetic, EM)의 물결과 그 분야는 어떤가? 사물 인터넷이 하나의 특정 통신 기술이 아닌 관계로, 무선 통신 기술이 매우 중요한 역할을 한다. 작고 효율적인 비용이며 저전력의 센서나 기기들은 어떤 환경에서도 사물인터넷이 미세한 제품에 들어가게 할 수 있다. 이러한 무선 기기들은 배터기로 작동되고 무선 모듈이나 안테나가 들어 있어 (온도와 같은) 측정 데이터를 네트워크나 클라우드에 전송하게 된다. 사물 인터넷을 설계하고 개발하는 엔지니어들은 파라미터 관점에서 통신 반경, 배터리 수명, 전자기장 호환성(Electromagnetic Compatibility, EMC) 등의 규정을 준수하면서, 설계 과정의 초기단계부터 페코(FEKO)와 같은 EM 시뮬레이션 툴을 사용하여 보다 혁신적인 제품을 만든다.

  EMC는 하나의 전자기기가 다른 전자기기와 있을 때 제대로 작동을 하는 것과 관련돼 있다. 다른 말로 하면 이 기기가 다른 기기나 장치를 방해하지 않고 외부 간섭의 특정한 레벨에 대해 영향을 받지 않아야 한다는 얘기다. 또 다른 중요한 관점은 이 기기들이 실제 환경에서 적절하고 효율적으로 통신하는 것을 보장하는 것이다. 냉장고의 무선 센서나 안테나가 내장된 한 웨어러블 기기를 전형적으로 시뮬레이션할 때, 그 기기가 몸에 닿았을 때도 적절한 통신이 가능한지 확인하는 인체 모델을 포함하는 등의 방대하고 다양한 경우가 많기 때문이다.
또 하나의 사례는 창고 안에 있는 RFID가 가능한 아이템이나 “사물”간의 통신이라고 할 수 있다.

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지그비 용 안테나와 함께 인쇄 회로 기판(PCB)에 시뮬레이션 된 표면 전류를 사용한 잠재적 EMC 해석(왼쪽)과 창고 지게차에 창작하여 통신 문제가 발생되는 지역이 어디인지 해석하는
RFID 안테나의 근접장 방사 시뮬레이션(오른쪽)

  전자기 센서들은 사물 인터넷 기기 안에서 매우 중요한 부분이기도 하다. JMAG과 같은 EM 시뮬레이션 툴들은 전자기 요소를 설계할 때 사용된다. 예를 들어 마그네틱을 이용한 비접촉 센싱은 전자기기와 가전제품의 기능에 대한 최근의 개선이라고 할 수 있다. 문이 열리고 닫히는지를 확인하는 센서는 하나의 사례로 삼을만 한데, 이러한 센서는 마그넷과 센싱 요소를 사용한다. 마그넷이 센싱 요소에 접근하면 지각 영역은 확실히 변하고 변수들은 문을 닫을지 열지를 결정하는데 사용된다.

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마그넷과 센싱 요소들을 이용한 자기 센서(왼쪽)와 마그넷의 자속 밀도 시뮬레이션(오른쪽)

  현재까지, 우리는 설계와 사물 인터넷 기기 단독 또는 실제 사용에서 내장된 경우에 관한 EM 시뮬레이션에 대해 얘기해봤다. 그러나 그 밖에 많은 것들이 있는데, 사물 인터넷의 물리적 층위의 고급 레벨에서는 엔지니어들이 시스템 레벨의 작동에 대해 관심을 갖는다. 여기에서는 VisSim/Comm과 같은 툴들이 최종 사용자 간 사물 인터넷 통신 시스템의 빠른 모델링과 시뮬레이션을 가능하게 하고, 다양한 채널 환경 아래서의 영략을 가늠하는 일들을 하면서 사물 인터넷의 사슬에 가치를 더한다. 이런 소프트웨어는 하드웨어 프로토타입을 줄이고, 설계 주기를 단축하며, 전체적인 배터리 시스템 설계 기간을 줄인다. US 915 MHZ 밴드 지그비 통신 연결이 하나의 예인데, 한 곳에서 다른 곳으로 디지털 데이터를 전송하는 시스템을 평가하는데 사용하는 주요 파라미터인 BER(Bit Error Rate)를 시뮬레이션한다. BER은 데이터 스트링의 실패율을 계산하는 방법으로 채널이 전달하는 데이터의 양을 파악하는 데 사용한다.

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US 915 MHz 대역 지그비 통신 링크의 시뮬레이션을 위한 도면.
잡음 레벨이 달라지는 신호에서 시뮬레이션을 반복함으로써, 연결을 위한 BER 곡선을 생성


결론

  나는 사물 인터넷이 잘게 쪼개진 시장이며, 앞으로도 계속 그렇게 이어지고 성장하고 진화할 것이라고 생각한다. 많은 무선 통신 기술의 우산이고 이 우산은 특정 산업 시장을 겨냥한 솔루션 뿐만 아니라 애플리케이션의 방대한 조합을 망라하고 있다. 사물 인터넷은 지금 알테어에게 새롭다. 더 많은 고객들이 통신 시스템을 위해 페코 및 비즈심 같은 시스템 레벨의 모델링 툴과 선도적인 전자기 해석 툴을 사용하여 혁신적인 사물 인터넷 제품을 개발하고 있는 중이다. 더 많은 “사물”이 미래에 더욱 확실히 연결될 것이고 우리는 기술과 함께 끊임 없이 앞으로 나아갈 것이다. 사물 인터넷은 우리가 기술로 어떻게 통신하는지, 그리고 기술은 어떻게 우리에게 모든 것들의 더 많은 정보를 줄 수 있는지 이해하는 출입구라고 할 수 있다.


조르디 솔러(Jordi Soler)
알테어의 전자기 솔루션 부문 사업 개발 이사

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조르디 솔러 박사는 2000년부터 FEKO의 글로벌 비즈니스 개발에 헌신하고 있습니다. 17살 부터 전자기학과 컴퓨터를 이용한 전자기학에 대한 사회 경험과 많은 배경 지식을 쌓아 왔습니다. 그는 여러 사업 개발 및 엔지니어링의 관리를 맡고 있으며, 전자기학, 안테나, 전자 및 반도체 등과 관련된 많은 산업에 대한 다양한 제품 개발 프로젝트를 이끌고 있습니다. 또한 그는 여러 국제 대회에서 상을 수상했으며, 4100만 달러 이상의 라이선스 거래에 관여한 +20 안테나 특허의 공동 발명가이기도 합니다.


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