2020년, 208억 개의 사물이 연결된다

Future of IoT ①
  • 2016-08-03
  • 김영학 기자, yhk@elec4.co.kr

이미 우리는 사물인터넷(IoT; Internet of Things) 시대에 살고 있다. 나아가 모든 것이 연결된다는 만물인터넷(IoE;Internet of Everything)으로의 확장을 준비하고 있다. 즉 사물과 인간이 긴밀하게 연결되는 초연결시대의 도래를 눈앞에 두고, 세계는 지금 인더스트리 4.0을 향해 달려가고 있다.

전 세계적으로 IoT는 큰 패러다임을 불러일으키고 있는 것이 분명하다. 이른바 ICBM(IoT, Cloud, Big Data, Mobile)이 새로운 동력으로 주목받고 있는 지금, 사물인터넷은 연결된 개체, 임베디드 센서를 사용해 데이터를 교환하는 광활한 성장 네트워크로, 생산성·효율성 및 혁신적 관점에서 산업 혁명 이후 사회를 변형시킬 주요한 기술로 판단되어 지고 있다(Business Insider Inc, 2015).

 

웨어러블 디바이스의 출현에 이어 스마트홈 서비스의 등장, 도시·교통·농업 등 분야에서도 센서를 탑재한 디바이스의 활용 증가 등은 IoT화가 어떻게 진행되고 있는 지를 보여주는 예가 될 것이다. 예를 들어, 도로에 센서를 부착한 ITS는 향후 등장할 커넥티드카, 자율주행차의 상용화에 큰 기여를 할 것이다.

이에 많은 기업들이 커넥티드 홈(Connected Home), 스마트 미터(Smart Meter), 커넥티드 자동차(Connected Car), 스마트 그리드(Smart Grid) 및 관련 생태계의 성장으로 IoT를 이용한 플랫폼과 서비스 개발에 열을 올리고 있다.

가트너는 2016년을 움직일 10대 기술 중 하나로 IoT 아키텍처와 플랫폼을 제시(향후 5~10년 사이에 안정화에 이를 것으로 예측)하기도 했다. 가트너에 따르면, 전 세계적으로 IoT 수는 2015년 약 49억 개에서 2020년 약 208억 개로 3배가량 늘어나고 인구 1인당 개수도 2015년 0.7개에서 2020년 2.7개로 증가하는 등 네트워크화가 촉진될 것으로 보인다. 특히 M2M 시장 규모도 2015년 약 5조 5,900억 원에서 2020년 17조 7,430억 원으로 3배 이상 확대될 전망이다.

가트너가 예상한 2020년 IoT 시장에서 가장 큰 증가폭을 기록할 분야는 바로 생활가전이다. 가트너는 2015년 약 29억 개에서 2020년 130억 개로 생활가전 분야의 연결 디바이스가 증가할 것이며, 가장 높은 시장점유율을 기록할 것이라고 전망했다.

 

한편 에릭슨엘지는 ‘에릭슨모빌리티 리포트’를 통해 2018년에는 IoT 기기가입건수가 모바일을 넘어설 것이라고 밝혔다. 즉 통신이 가능한 기기에서 가장 많은 비중을 차지한다는 분석이다.

특히 IoT 기기 확대는 자동차 IoT 시장수요가 급증하는 유럽 시장이 주도할 것으로 예상했다. 유럽은 2018년까지 자동차에 통신 모듈 설치를 의무화하는 정책을 시행하게 된다.

IoT 연결 디바이스에 대한 좀더 발전적인 예측도 있다. 노키아(Nokia)는 2025년까지 사물인터넷 접속기기의 수는 약 300억 개까지 증가할 것으로 추산하고 있으며, 그중 저전력 장거리통신(Low Power Wide-Area, LPWA) 접속기기는 2025년까지 대략 70억 개에 이를 것으로 예상하고 있다.

IoT 세상, 10년 내 센서만 1조 개 사용될 것

IoT를 뒷받침할 기술로 통신 기술과 센서 기술 역시 이슈로 떠오르고 있다. 인간과 사물, 서비스 등 분산된 환경 요소들을 서로 연결할 수 있는 유무선 네트워킹 기능으로 4G에 이어 5G가 등장했지만, IoT용으로는 최근 저전력 장거리 통신 기술(LPWA)과 LTE-MTC(Machine Type Communications)에 대한 통신 서비스가 떠오르고 있다. 센싱 기술은 온도, 습도, 열, 가스, 조도, 초음파 등 다양한 센서를 이용해 원격 감지, 위치 및 모션추적 등으로 사물과 주변 환경으로부터 정보를 획득하기 위한 것이다. 최근에는 기술의 발전으로 스마트 센서가 널리 활용되고 있다.

 

〈그림 3〉에서 보듯, KT와 SK텔레콤이 채택한 IoT용 전용망 중 하나인 LTE-M은 커버리지가 최대 11 km로 LoRa(10 km)보다 약간 넓다는 것이 장점이다. 또한 비면허대역인 LoRa보다 이론적으로 더 안정적이기도 하다. SK텔레콤의 경우 고용량 데이터를 빈번하게 사용할 경우에는 LTE-M을, 저용량 데이터를 주기적으로 전송하는 서비스에는 LoRa를 쓰기로 했다. 반면 KT는 LTE-M을 기본으로 IoT 전용 전국 서비스를 시작할 계획이다.
IoT 접속기술에 대해 구체적으로 살펴보면, 크게 저전력 장거리 통신 기술(LPWA)과 LTE-MTC(Machine Type Communications)가 있다.

저전력 장거리 통신 서비스(LPWA)는 기존의 이동통신 네트워크 망이 아닌 비면허 주파수 대역을 활용한다. 일반적으로 유럽의 경우는 868 MHz 대역, 미국의 경우는 915 MHz 대역을 활용 중인 것으로 알려져 있다. 대표적으로 SigFox와 LoRaWAN이 있다. SigFox사의 SigFox는 상용화가 지속적으로 확대되고 있는 추세다. LoRaWAN는 LoRa 얼라이언스에서 기술 개발을 주도하고 있다. SigFox 측에 따르면, 이 두 기술 모두 전송표준인 ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth와 달리 사물인터넷 서비스에 적합하도록 진화됐다.

 

정보통신정책연구원 통신전파연구실의 김주현 연구원은 “저전력 장거리 통신 서비스는 안정적인 커버리지 확보를 위해 일반적으로 1 GHz 이하 대역을 활용하고 있다. 1 GHz 이하 저대역의 경우 고대역의 주파수에 비해 회절성이 높아 장애물이 많은 생활·산업 환경에서 서비스 제공이 용이하며, 상대적으로 고대역에 비해 커버리지가 넓어 사물인터넷 망 구축비용을 절감할 수 있는 장점이 있다”고 설명했다.

LTE-MTC은 기존의 이동통신 네트워크를 활용한 IoT 서비스를 제공하는 것이 특징이다. LTE의 경우, 단말기와 기지국 간에 1 ms 이내에 데이터 송수신이 이뤄지기 때문에, 이용자에게 우수한 서비스 품질을 제공할 수 있다는 장점이 있다. 3GPP Release 12에서 저단가(low cost) 통신 기술이 구현됐고, Release 13에서는 Release 12에 비해 커버리지를 향상시키는 동시에 저전력 소모 기술을 바탕으로 단말기의 복잡성도 대폭 해결했다(업링크/다운링크 요구 폭 200 kHz 수준으로 낮춤).

아직까지 LTE-MTC 기술은 저전력 장거리 통신기술에 비해 상용화 사례가현저하게 적으나 향후 관련 표준의 개발이 완료될 경우 상용화 사례가 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.

스마트 센서는 마이크로 센서 기술에 반도체 기술을 결합시킨 것으로, 우수한 데이터 처리 능력, 판단 기능, 메모리 기능, 통신 기능을 갖고 있어 IoT의 핵심 요소로 자리하고 있다. 특히 외부환경 감지를 획기적으로 개선한 센서와 데이터처리, 자동보정, 자가진단, 의사결정 등의 신호처리가 유기적으로 내장된 지능형 센서를 통칭한다.

스마트 센서의 주요 구현 기술로는 MEMS, 반도체 SoC 기술, 임베디드 SW 기술 등이 있다. 스마트 시티, 스마트 환경, 스마트 계측, 안전, 유통 및 물류, 산업제어, 스마트 농축업, 스마트 홈, 헬스케어 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 센서의 중요성 증가로 각 분야의 기업들은 향후 10년 내에 지구상에 사용되는 센서 수가 1조 개를 넘어설 것이라는 전망도 하고 있다.

한편 IBM은 5년 안에 컴퓨터가 인간처럼 촉각, 시각, 청각, 미각, 후각 등의 오감을 갖게 될 것이라고 전망했는데, 현재 IBM은 오감 기능을 스마트폰에 채용하기 위한 연구를 진행 중에 있다.


소물 인터넷, 적용 가능한 국내 시장 2조 2,000억 원

IoT는 아직까지 대부분 인터넷과 네트워크 기능을 활용한 단순 모니터링이나 제어 수준에 머문 경우들이 많다. 현재의 사물인터넷은 무인계량기, 무인자판기, 지능형교통 서비스, 실시간 모니터링 의료 서비스 등 다양한 서비스에 활용할 수 있다.

문제는 사물인터넷을 수도, 전기, 가스 등 생활 반경 내의 곳곳에 활용하려면 비용에 대한 문제가 발생한다. 이를 위해 등장한 개념이 소물인터넷(Internet of Small Things)이다.

소물인터넷이란 100 Mbps 미만의 저속 무선통신으로 수 킬로바이트 단위의 적은 양의 데이터를 전달하는 것을 말한다. 이 소물인터넷의 가장 큰 특징은 바로 저비용, 저전력, 장거리 네트워크다. 고가의 중계기 설치를 필요로 하지도 않고, 전력 소모도 적어 상시 전원의 필요성도 없다. 또한 일반 교체용 배터리만으로도 최소 2년간 충분히 사용이 가능하다. 이러한 특성으로 이동통신사들은 소물인터넷 전용망을 제공하기 위한 다양한 서비스를 실시하고 있다(그림 3 참조).

OECD가 발표한 ‘디지털 이코노미 아웃룩 2015’에 따르면 2022년 OECD 34개국의 평균적인 가정이 보유한 IoT 기기는 50개에 달하고 전체 가정용 IoT 기기 수는 현재 10억 개에서 2022년 140억 개로 급증할 것으로 예상했다. 또한 가트너는 소물인터넷 산업규모를 약 253조 원 이상으로 전망했다. 김경현 한국정보화진흥원 주임연구원은 “소물인터넷이 실생활에서 상용화된다면 IoT 시장은 더욱 빠르게 확장될 전망”이라며, “국내 소물인터넷 시장의 잠재적 규모는 현재 적용가능한 서비스를 기준으로 2조 2,000억원 정도로 파악된다”고 분석했다.

소물인터넷은 속도에 크게 지장을 받지 않는 영역에서 주로 활용된다. 정기검침처럼 한 달에 한 번 또는 하루에 한두 번 정도만 교신하면 되는 곳이 대표적이다. 즉 가로등과 보안등 원격제어, 가스 및 수도 무선 검침, 맨홀 내부 상태 모니터링, 취약계층 위험 방지 웨어러블, 자전거 도난 관제 서비스, 스마트 혈액 박스 등이 그 대상이 된다.


IoT, 산업을 리모델링한다

IoT 관련해 근래 가장 유행하고 있는 사업은 바로 웨어어블이다. 웨어러블을 착용한 사용자와 장치를 연결해 사용자의 몸 상태를 체크하는 형태가 주를 이루고 있는데, 일본 소프트뱅크는 Fitbit과 협력해 ‘활동량 측정기’를 개발해 사용자의 활동량과 건강상태를 모니터링 할 수 있는 서비스를 시작했다. 물류 분야에서는 페덱스가 물류배송 전 과정을 파악하고 관리할 수 있는 플랫폼인 센스어웨어(SenseAware)를 개발해 활용중이다.

로우테크(low-tech) 산업으로 인식됐던 농수산식품 산업에도 ICT가 적용, 식물공장이나 스마트푸드 시스템 등 고부가가치의 새로운 사업 영역을 창출하고 있다. 세계은행(World Bank)에 따르면, 농업은 전 세계 GDP의 2.9% 수준에 불과하다(서비스업 71.8%, 제조업 25.3%). 하지만 전 세계 인구의 30%가 농업에 종사하고 있어 노동생산성이 매우 낮다.

이러한 상황에서 2050년 인구가 90억명으로 증가할 것으로 전망되는 가운데 농업 인구 비중은 20%로 감소해 현재의 생산성을 개선하지 않으면 전 세계가 식량난에 처할 우려가 있다. 이러한 측면에서 농업 생산성 향상을 위해 이미 IoT 기술을 통한 혁신적인 농업 모델들이 도입, 확산되고 있다.
그 대표적인 예가 식물 공장(vertical farm)이다. 이는 빌딩 안 인공 조명(LED)를 이용해 층층의 선반에서 식물을 재배하는 농업 모델로, 공장 내 센서를 통해 습도, 조도, 온도, 이산화탄소 농도 등을 자동으로 관리할 수 있다.

파나소닉의 경우 최근 디지털카메라와 TV 사업 대신 식물공장을 차세대 성장동력으로 육성하고 있는데, 주축 사업이던 디지털카메라 일본 공장을 식물공장으로 전환, 하루 500주의 양상추를 생산하고 있으며, 향후 2,000주 생산을 목표로 하고 있다. 또한 도시바와 후지츠 역시 식물 공장에 적극적으로 투자하고 있다.


IoT용 반도체, 연평균 29.2% 성장

이러한 IoT의 성장으로 IoT용 반도체 시장 규모 역시 상승할 것으로 예상된다. 2014년 90억 8,900억 달러였던 IoT 반도체 시장은 연평균 29.2%씩 성장해 2020년이면 434억 7,200만 달러규모에 달할 것으로 예측된다. 특히 가트너는 그중에서도 센서 시장이 연평균 40%의 고성장을 기록할 것이라고 전망했다.

이와 관련해 한국산업기술평가관리원 시스템반도체PD실의 손광준 PD는 “IoT분야에서는 대기업보다 중소 팹리스가 시장 진출에 유리하며, 파운드리 공정만 뒷받침된다면, 설계, 테스트에서 비용이 많이 들고 대규모 양산 능력이 필요한 스마트폰의 AP나 부품보다 차별화된 경쟁력을 가질 수 있다”며 “300 mm(12인치)가 아닌 200 mm(8인치) 웨이퍼를 유지하고 있는 제조사 및 초미세 공정을 확보하지 못한 기업도 기회를 얻을 수 있다”고 말했다.

손광준 PD는 “고성능 모바일 AP의 경우 성능, 저전력, 가격 경쟁을 위해 20nm 이하급 초 미세공정이 필요한 반면, IoT 산업의 일반 특성인 다품종 소량생산의 경우에는 이에 적합한 SoC 생산은 180 nm~65 nm 공정이 적합하지만, 대신 단순 디지털 공정이 아닌 RF/아날로그 지원, eFlash 등 복합된 공정 지원이 필요”하다고 강조했다.  

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