많은 사람들이 사물간 인터넷(Internet of Things, IoT)이라 부르는 새로운 컴퓨팅 기술의 시대가 다가오고 있다. M2M, M2I, M2E, IoE(Internet of Everything), IoIT(Internet of Intelligent Things), 인텔리전트 시스템 등 명칭은 다양하지만 중요한 점은 이러한 변화가 지금 일어나고 있으며 그 잠재력이 막대하다는 것이다.



IoT는 생활의 모든 측면에 영향을 주는 수십억 개의 연결된 스마트 “기기”(일종의 통괄적인 클라우드 유니버설 신경망)로 볼 수 있으며, 임베디드 프로세싱이 제공하는 지능화가 그 기반이다. IoT는 다른 머신, 물체, 환경, 인프라와 상호작용하고 통신하는 스마트 머신으로 구성된다. 그 결과로 막대한 양의 데이터가 생성되며, 이러한 데이터는 인간의 생활을 훨씬 더 편리하고 안전하게 만들어주며 인류가 환경에 끼치는 영향을 줄일 수 있도록 사물을 “통제 및 제어” 하는 유용한 활동으로 가공된다.
이 새로운 시대의 창의성은 그 한계가 없으며 인간의 생활을 향상시킬 수 있는 놀라운 잠재력을 가지고 있다. 그럼 IoT가 현실화되려면 어떤 것이 필요한가? 프리스케일과 ARM은 이 기술백서에서 이 질문에 답을 제시한다.



IoT의 정의
사람에 따라 IoT는 다양한 방식으로 정의되며, 가정 및 도시 연결에서 자동차 및 도로(오타가 아닌 도로) 연결, 개인의 행동을 추적하는 디바이스, “푸시(push)” 서비스용 데이터 수집용도 등 생활의 여러 측면을 포괄한다. 일부는 2025년 1조에 달할 인터넷 연결 디바이스를 언급하며, 휴대전화를 이러한 모든 연결된 “사물”을 연결하는 애플리케이션의 “눈과 귀”로 정의한다. 상황에 따라 다르지만, 혹자는 현재 존재하지 않는 종류의 디바이스 또는 구글(Google)의 증강현실 스마트 안경을 다가올 미래의 예시라고 주장하면서 전화 중심의 관측과는 다른 예를 제시하기도 한다.
하지만 모두 IoT가 생활의 모든 측면을 포괄할 수십억 개의 연결(일종의 “통괄적인 클라우드 유니버설 신경망”)이라는 데에는 동의한다. 이러한 모든 공개적 논의는 IoT가 마침내 주류 매체에서 화제로 떠오르고 있음을 의미한다. 최근 다수의 기사에서 IoT를 기계와 물체 사이의 상호작용 및 데이터 교환(대량)으로 묘사하고 있으며, 현재 이와 동일한 개념을 반영한 제품 정의도 존재한다. 따라서 기술적인 측면에서 IoT는 다른 기계, 물체, 환경, 인프라와 상호작용하고 통신하면서 대량의 데이터를 발생시키고 그러한 데이터를 사물을 “통제 및 제어” 하고 인간의 생활을 훨씬 더 편리하게 만들어주는 유용한 활동(1970년대 만화 젯슨스(Jetsons)에서 상상한 세계와 유사하지만 그보다 훨씬 뛰어난)으로 처리하는 스마트 장비로 정의하고 있다.
IoT의 장래 시장 규모에 대한 예측은 광범위하지만, 대부분의 전문가들은 다른 모든 시장을 압도할 것이라는 데 동의한다. 현재의 성숙한 시장에서는 널리 보급된 최고의 가전 디바이스가 휴대전화이다. 여러분의 가정에서 현재 보유하고 있는 휴대전화의 수를 헤아려보라. 그 다음 보유하고 있는 창, 문, 전기 콘센트, 조명, 가전기기, 난방 및 공조 장치의 수를 세어보자. 최소한 서구 세계에서 만큼은 IoT 시장이 휴대전화를 넘어설 것이라는 이유를 바로 알 수 있다.
간단히 인터넷을 검색해보면 다음과 같은 활용사례/고려되는 적용분야를 찾을 수 있다.

- M2M(machine-to-machine) 통신
- M2I(machine-to-infrastructure) 통신
- 원격건강관리(telehealth): 원격 또는 실시간 편재형 환자 모니터링, 진단, 약품 공급
- 차량의 지속적인 모니터링 및 펌웨어 업그레이드
- 이동 중인 상품의 자산 추적
- 자동 교통 관리
- 원격 보안 및 제어
- 환경 무선 모니터링 및 제어
- 가정 및 산업용 건물 자동화
- 예를 들어 도시, 용수, 농업, 건물, 전력망, 미터, 광대역, 자동차, 가전기기, 태그, 축산, 환경 등과 같은 “스마트” 애플리케이션

사물의 스마트화
웹에서 IoT를 검색하면 곧 “스마트”란 용어가 남용되고 있음을 확인할 수 있다. 그렇다면 사물이 스마트하다는 것은 실제로 어떤 의미이며 물체를 스마트하게 만드는 것은 무엇인가?
예를 들어 스마트하게 생각되지 않던 냉장고나 토스터 오븐을 어떻게 하면 스마트 기기로 만들 수 있을까?
현재 우리는 주변 세계가 전자화되는 것을 보고 있다. 이제 거의 모든 공산품에 임베디드 프로세서(일반적으로 MCU 또는 마이크로컨트롤러)와 함께 프로그래밍 기능과 확정적 “통제 및 제어” 기능을 추가할 수 있는 사용자 인터페이스가 적용되고 있다. 세계의 전자화와 임베디드 프로세싱의 보편화가 바로 물체를 “스마트”하게 만드는 데 있어서 핵심이다.
토스트의 색깔을 기계적으로 제어하던 구형 토스터에 이제 MCU가 장착되고 MCU에서 토스트의 색깔을 제어하게 되었다. 토스터가 이제 스마트 토스터가 됨에 따라 더 일관적이며 신뢰성 있게 작업을 완료할 수 있으며, 터치패드 또는 스위치를 통해 사용자와 전자적으로 통신할 수도 있다.
임베디드 프로세싱의 통합을 통해 디바이스가 스마트화된 이후의 논리적인 다음 단계는 생활을 편리하게 할 수 있는 스마트 디바이스와의 원격 통신이다. 예를 들어 퇴근이 늦어진다면 안전상의 이유로 사무실에서 노트북 또는 휴대전화를 사용하여 집안 조명을 켤 수 있다면 어떤가?
통신 기능과 원격 수동 제어는 그 다음 단계, 즉 어떻게 사물을 자동화하고 개인별 설정과 정밀한 클라우드 기반 프로세싱을 기반으로 사용자의 조작 없이 조치가 이루어지도록 하는가 하는 것이다. 이는 일부 IoT 애플리케이션의 궁극적인 목표이기도 하다. 또한 이러한 목적을 위해 인터넷에 연결하고 인터넷을 활용하는 애플리케이션의 경우, 먼저 “스마트화(관련 고유 ID의 MCU/임베디드 프로세서 통합)”되고 연결된 다음 최종적으로 제어되어야 한다. 그러면 이러한 기능을 통해 사용자의 생활을 편리하게 만드는 새로운 종류의 서비스를 구현할 수 있다.
네트워크의 경우, 정밀한 클라우드 기반 프로세싱을 실현하려면 연결된 모든 디바이스를 계속 추적하고 통신하며, 디바이스의 성능과 효율성을 비선형적으로 개선하면서 디바이스의 기능을 유용한 서비스로 변화시킬 수 있는 차세대 통신 프로세서가 필요하다. 이러한 요구에 부합하는 보안 네트워크를 구축과하는 동시에 에너지 소비와 장비 비용을 낮추는 것이 과제가 될 것이다. 여기에는 무어의 법칙으로 달성할 수 있는 성과를 훨씬 뛰어넘는 모든 종류의 혁신이 필요하다.

애플리케이션 범주
이제 IoT 관련 애플리케이션의 몇 가지 범주를 살펴보자. 실제로 다양한 업종에서 수백 가지의 애플리케이션이 고려 및 식별되고 있지만, 간단하고 논리적인 방식으로 각각을 분류할 수 있다.

범주 1
범주 1에는 이기종을 “인식”하며 상호연결되고 고유 ID를 가진 수백만의 디바이스가 다른 머신/물체, 인프라, 물리적 환경과 상호작용하는 개념을 포괄한다. 이 범주에서 IoT는 주로 TCC&R(원격 추적, 통제, 제어 및 라우팅)의 역할을 담당한다. IoT의 다른 모든 측면과 마찬가지로 안전과 보안도 매우 중요하다.
이러한 애플리케이션은 사람들의 행동을 데이터 마이닝(“빅 브라더가 감시하고 있다”와 비슷한 개념) 하는 것에 주안점을 두는 것이 아니라 생활을 간소화할 수 있는 자동화, M2M(머신 투 머신), M2I(머신 투 인프라), M2N(머신 대 자연) 통신을 확대하는 데 중점을 둔다.

범주 2
두 번째 범주는 엔드 노드(센서 및 연결 기능을 가진 스마트 디바이스)에서 수집되는 데이터를 활용하고, 유용한 마케팅 정보를 만들 수 있는 추세 및 행동의 데이터 마이닝을 통해 추가적인 상거래를 창출하는 것에 중점을 둔다.
신용카드 회사와 회원제 쇼핑 클럽들은 이미 점진적인 판매를 촉진할 수 있는 제안을 제시할 수 있을 정도로 고객의 행동을 추적 및 활용하고 있다. 이제 이러한 데이터 마이닝을 어느 정도까지 구현할 수 있는지가 문제이다. 활용사례에는 고객이 방문한 통로, 가장 많은 시간을 보낸 통로, 집어 들거나 훑어본 품목의 종류까지 추적하는 매장이 포함된다. 휴대전화의 GPS 기능, RFID, 매장 내의 스마트 태그, 무선 태그를 활용하면 이러한 시나리오를 손쉽게 구현할 수 있다. 그 성과 중 간단한 것으로는 이메일 제안을 보내거나 판매 시점에 “푸시(push)” 서비스를 구현하는 것 등이 있다. 또는 한발 더 나아가 자동차 보험회사가 고객의 운전습관과 여행 장소를 추적해 월별 보험료를 결정하는 데 도움이 되는 위험 인자를 배정하는 예도 들 수 있다. 이 범주가 어떻게 파탄의 지름길이 되었으며 IoT를 통해 어떻게 일상생활의 모든 측면을 수집하고, 유쾌하거나 불쾌한 결과가 될 수 있지만 사람에게 “범주”를 할당할 수 있게 되었는지 알 수 있다.
타인이 어떤 주체, 사람 또는 그룹과 관련된 배경 정보(신원, 위치, 활동, 시간 등)를 인지하게 되었을 때, 그러한 정보를 어느 한도까지 사용할 수 있으며, 해당 주체, 사람 또는 그룹에게 이러한 데이터의 사용방법에 대해 주장할 권리를 어느 정도까지 부여해야 하는가?
특히, 두 번째 범주는 사생활, 보안, 거버넌스, 그러한 연결된 “자체 인식” 세계에 수반되는 사회적 책임에 대한 논의를 촉발한다.
이 문서에서는 범주 1, 특히 TCC&R 목적으로 IoT를 활성화하는 데 필요한 기술과 디바이스에 대해 집중적으로 논의한다.



IoT 활용 사례
디바이스가 인터넷을 통해 감지 및 통신이 가능하게 되면, 로컬 임베디드 프로세싱을 뛰어넘어 원격 슈퍼컴퓨팅 노드를 액세스하고 활용할 수 있게 된다. 이를 통해 디바이스는 더 정밀한 분석을 실행하고, 복잡한 결정을 내리며, 때로 인간의 개입이 필요 없이 로컬 요구에 대해 신속하게 대응할 수 있다.
이제 가장 흔한 IoT의 활용사례를 살펴보자.

편재형 원격 추적/모니터링 및(필요할 경우) 통제, 제어 및 라우팅(TCC&R)
이는 현재 일반적으로 수동으로 수행되거나 원격으로 수행하려면 추가적인 인프라가 필요한 작업 및 프로세스에 대한 원격 추적/모니터링, 그리고 필요할 경우 통제, 제어 및 라우팅 기능을 가리킨다. 예를 들어 현재 대부분의 가정에서는 조명을 켜고 끄거나 온도 범위를 설정하거나 세탁기를 켜고 끄는 일을 수동으로 처리한다. 미래에는 문, 창, 전기 콘센트, 가전기기 및 기타 다양한 유형의 독립형 장비가 고유 ID를 가진 “스마트” 장비가 될 것이다. 그 다음 이러한 스마트 디바이스를 유선 또는 무선 통신으로 연결하면 사용자가 노트북 또는 휴대전화를 통해 원격으로 집을 모니터링하고, 냉장고 또는 세탁기의 설정을 변경하며, 가사를 관리할 수 있다. 실제로 현재도 바로 그러한 서비스 중 일부를 보안업체 또는 인터넷 서비스 제공업체에서 제공하고 있지만, 미래에 실현될 것으로 예상되는 형태보다 훨씬 규모가 작고 기능도 적다.

자산 추적
이러한 서비스 유형의 확장된 형태가 자산 추적이다. 현재는 바코드와 다양한 수동 작업을 통해 처리되지만 미래에는 스마트 태그, NFC(Near-Field Communication), RFID를 활용하여 모든 종류의 물체를 전 세계에서 대화형으로 추적하게 될 것이다. 현재 일부 회사에서 이러한 종류의 애플리케이션을 지칭해 지오태그(geo-tagged)란 단어를 사용하고 있다. 미래의 시나리오에서는 사용자가 구글 어스(Google Earth)를 사용해 RFID 태그가 있는 모든 사물을 추적할 수 있게 될 것이다. 또는 냉장고가 스마트 태그가 부착된 식료품을 추적하여 특정 품목이 부족하게 되면 휴대전화 앱으로 사용자에게 알릴 수도 있다. 냉동 채소에 스마트 태그를 부착할 수 있다면 고가의 자동차, 보석, 핸드백 등과 같은 다른 물체에도 부착할 수 있으며, 인터넷을 통해 추적하거나 사용 가능한 다양한 웹 기반 애플리케이션을 활용할 수도 있다.
일부 원격건강관리 관련 서비스도 이 범주에 속한다.

공정 제어 및 최적화
이는 다양한 종류의 센서(작동 기능 포함 또는 비포함)를 모니터링에 활용하고 데이터를 제공하여 원격으로 공정을 제어할 수 있는 애플리케이션이다. 여기에는 라벨 기계가 라벨을 정확하게 부착할 수 있도록 카메라(이 예에서는 센싱 노드)를 사용해 컨베이어 벨트에 있는 다양한 크기의 상자 위치를 조정하는 것처럼 간단한 예도 있다. 이 작업은 실시간으로 데이터를 원격 컴퓨터로 전송하고 분석한 다음 라인으로 명령을 재전송하는 것으로 수행될 수 있으므로 인간의 개입 없이 다양한 제어 조치를 취하여 공정을 개선할 수 있다.

리소스 할당 및 최적화
스마트 에너지 시장은 이 활용사례의 이상적인 예이다. “스마트 에너지”란 용어는 다양한 방식으로 사용되어 왔지만, 기본적으로는 에너지 소비에 대한 정보를 액세스하고 이에 대응하여 리소스 할당(에너지 사용)을 최적화하는 것을 의미한다. 예를 들어 가정의 경우 거주자가 전력망이 가장 제한적이며 전기 요금도 가장 비싼 피크 시간에 세탁기를 사용하고 있었다는 것을 알게 된다면, 그러한 행동을 조정하여 피크 시간 이외의 시간대에 세탁을 함으로써 비용을 절감하고 전력회사가 피크 수요에 원활하게 대처하도록 지원할 수 있다.

상황인식(context-aware) 자동화 및 의사결정 최적화
이 범주는 가장 흥미로운 분야로서, 알 수 없는 요소(환경, 기계와 인프라 사이의 상호작용 등)를 모니터링하고 기계에게 가능한 “사람과 같은” 혹은 더 뛰어난 결정을 내리도록 하는 것을 가리킨다!
다음은 이를 설명하는 데 도움이 되는 필자 카이반 카리미의 개인적인 과거 사례이다.
“젊은 엔지니어 시절에 나는 TCAS(공중충돌방지장치)와 관련된 업무를 진행한 적이 있다. 그 시스템은 항공기 2대가 서로 충돌 경로로 접근할 때 두 항공기 내의 ‘머신’이 제어권을 접수한다. 시스템은 먼저 조종사에게 다가오는 위험에 대한 음향 경고를 보내는 동시에, 두 항공기 사이에서 통신하여 충돌을 피하기 위해 각 항공기가 어떻게 이동해야 할지 결정한다. 두 조종사가 경고를 받고 계속 조종하면서 빠른 결정을 내려야 한다면 양쪽 모두 여전히 충돌이 일어나는 쪽으로 방향을 바꿀 수 있다는 것이 개발 전제이다."
자동차가 중앙제어 장치뿐 아니라 서로 통신하는 기능을 지원하는 완전히 새로운 기술이 많이 나와 있고 현재도 수없이 많이 개발되고 있다. 이러한 스마트 차량은 도로, 교통신호, 차선 표지를 감지하며 GPS와 통신 링크를 통해 다가오는 교통량을 피하거나, 커브 주변의 사고를 예방하거나, 중앙제어장치와 연동하여 붕괴 직전의 황폐한 다리를 건너는 것을 막을 수 있다.
원격 환자 모니터링은 이 활용 사례와 관련된 또 다른 예이다. 예를 들어 고령층 환자의 생체 정보를 추적하고 비정상적인 판독치와 관련하여 신호를 보내는 이식 가능한 센싱 노드를 상상해보자. 환자가 이에 대응하여 약물을 섭취하지 않는다면 센싱 노드는 목록에 있는 연락처에 비상 통화를 시도하고, 응답이 없을 경우 두 번째 연락처에 연락하며, 그래도 응답이 없다면 당직 병원에 연락하거나 또는 신속하게 다른 비상 지원을 제공할 수 있다. 다른 예로는 인간의 개입을 최소화하면서 의사가 최선의 치료 방법을 결정할 수 있도록 하는 만성질환의 지속적인 모니터링 솔루션이 있다.
위 모든 활용사례에 공통적인 요구사항은 다음과 같다.

1) 센싱 및 데이터 수집 기능(센싱 노드)
2) 로컬 임베디드 프로세싱 기능의 레이어(로컬 임베디드 프로세싱 노드)
3) 유선 및/또는 무선 통신 기능(연결 노드)
4) 작업을 자동화하고 새로운 종류의
서비스를 지원하는 소프트웨어
5) 원격 네트워크/클라우드 기반의 임베디드 프로세싱 기능(원격 임베디드 프로세싱 노드)
6) 신호 경로 전반의 완벽한 보안

공장 자동화 사례(상자에 라벨 부착)에서는 카메라가 CCD 센서(센싱 노드)를 사용하여 정보를 감지하며, 수집된 데이터는 유선 또는 무선 통신 기술(연결 노드)을 사용하여 임베디드 프로세서/컨트롤러(임베디드 프로세싱 노드)에 전달되며, 원격 서버(원격 임베디드 프로세싱 노드)에서 내린 결정이 통신(연결 노드)되면 상황을 정정할 수 있는 기계적 작동이 일어난다.
상황인식 자동화 및 의사결정 최적화 사례로는 능동안전 레이더 시스템(센싱 노드)과 함께 자동차의 센터 스택에 있는 임베디드 프로세서(임베디드 프로세싱 노드)와 통신하는 이미지 프로세싱 카메라(센싱 노드)를 사용하여 다가오는 위험에 대해 적절한 의사결정을 내리는 스마트 자동차를 들 수 있다. 또는 차량이 내장 GPS 및 WAN(광역 통신망) 무선 통신 기능(연결 노드)을 활용하여 네트워크/클라우드(원격 임베디드 프로세싱 노드)에 있는 중앙처리 서버에 정보를 전달하고, 그 다음 해당 서버가 홍수로 인해 타격을 받아 구조적 무결성을 상실하고 있는 다리 위의 센서(센싱 노드)에서 방금 수신한 정보를 자동차에 전송하여 위험을 피할 수 있는 다른 경로로 안내하는 예도 생각할 수 있다.

IoT의 빌딩 블록

센싱 노드
IoT에 필요한 센싱 노드의 유형은 연관된 애플리케이션에 따라 크게 달라진다. 센싱 노드에는 이미지 모니터링용 카메라 시스템, 스마트 에너지용 수도 또는 가스계량기, 능동적인 안전이 필요할 경우의 레이더 비전, 물체 또는 인체의 존재를 감지하는 RFID 리더, 건물 침입을 표시하는 개방/폐쇄 회로가 포함된 문과 잠금장치, 온도를 측정하는 간단한 온도계 등이 포함될 수 있다. 본질은 애플리케이션에 따라 수없이 다양한 유형의 센싱 노드가 존재할 수 있다는 점이다. 영화 마이너리티 리포트(Minority Report)에서 건물 내의 사람들을 추적하던 열추적 기계 곤충을 누가 잊을 수 있겠는가? 이러한 기계 곤충은 미래의 잠재적인 센싱 노드를 대표하는 것이다.
센싱 노드는 고유의 ID를 가지게 되며 원격 지휘 통제 토폴로지를 통해 개별적으로 제어할 수 있다. 현재도 RFID 및/또는 NFC 및 GPS 기능이 있는 스마트폰을 건물 내의 개별 RFID/NFC 지원 “사물”에 접근시켜 통신하고 네트워크 상에서 물리적 위치를 등록하는 활용사례가 존재한다. 따라서 RFID와 NFC는 원격 등록과 궁극적으로는 IoT 지휘 통제에 활용될 것이다.



로컬 임베디드 프로세싱 노드의 레이어
임베디드 프로세싱은 IoT에서 핵심적인 부분이다. 로컬 프로세싱 기능은 대다수 IoT 애플리케이션의 핵심 요구사항인 “실시간” 임베디드 프로세싱을 제공하는 MCU, 하이브리드 MCU/MPU 또는 통합형 MCU 디바이스를 통해 제공되는 경우가 가장 흔하다. 활용사례는 상당히 다양하며, 실시간 임베디드 프로세싱 기능에 완벽하게 대응하려면 범용 만능형 솔루션은 적합하지 않으므로 확장성 전략(확장 가능한 디바이스 제품군 사용)이 필요하다.
홈오토메이션 사례의 경우, 거주자의 규모 또는 유형에 따라 요구사항이 간단한 네트워크에서 다양한 수준으로 제어되는 계층적 중첩형 하위 네트워크의 복잡한 구조까지 다양해질 수 있다. 예를 들어 한 가족이 사는 가정이라면 모든 창, 문, 전기 콘센트 및/또는 전기 설비와 온도조절기에 마스터 MCU/MPU 하이브리드 디바이스와 통신하는 간단한 임베디드 컨트롤러를 장착하여 전체 주택을 통제 및 제어할 수 있다.
또한 이 마스터 디바이스는 인터넷을 통해 보안 서비스 제공업체 및 기타 서비스 제공업체에서 포털에 이르는 다양한 “클라이언트”와 통신하여, 주거자에게 이 모든 연결된 “사물”을 원격으로 제어하도록 액세스를 제공할 수 있다. 아파트 건물의 경우 층별 또는 동별 통제 및 제어뿐 아니라 아파트 차원의 통제 및 제어가 포함된 더 복잡한 레이어 형태의 네트워크 계층 구조로 동일한 개념을 확대할 수 있다.
IoT에서 사용하기에 이상적인 MCU에는 몇 가지 조건이 있다.

-  에너지 효율성: 무엇보다 중요한 점은 MCU가 에너지 효율적이어야 한다는 것이다. 대부분의 경우 센싱 노드는 배터리로 구동되는 위성 노드이므로, 저전력 규격이 기본적인 조건이다. 예를 들어 배터리로 구동하는 온도조절기 내의 MCU가 몇 분마다 한 번씩 가동하며 온도를 확인하고 배터리 교체를 가능한 최소화할 수 있도록 최소한의 전력을 소비하는 데 필요한 수치로 AC를 조정할 수 있다.
IC 설계자들은 저누설 공정 기술, 동급 최상의 저전력 비휘발성 메모리/플래시 메모리 기술, 아키텍처 혁신 및 다양한 클로킹 체계 등 여러 방법을 통해 전력 소비를 절감할 수 있다. 배터리 구동 노드의 경우 가능한 최저 소비 전력을 달성하려면 이 모든 기법이 필요하다.

-  풍부한 소프트웨어 연계 시스템을 갖춘 임베디드 아키텍처: 잠재적인 IoT 애플리케이션이 폭넓고 다양하므로 애플리케이션, 통제, 제어, 라우팅 처리와 노드 및 시스템의 보안을 통합할 수 있는 소프트웨어 개발 환경이 필요하다.
지난 몇 년 동안 MCU 솔루션에 포함된 소프트웨어의 중요성이 증가되어 왔지만, IoT를 지원하는 MCU의 경우 특히 더 많은 소프트웨어, 도구, 지원이 필요할 것이다.
임베디드 프로세싱 노드와 IoT 애플리케이션의 개발을 지원하려면 손쉽게 액세스할 수 있는 지원이 포함된 폭넓은 연계 시스템이 필수적이다.

-  소프트웨어 확장성을 지원하는 폭넓은 제품군: IoT 애플리케이션을 개발하는 회사에는 소프트웨어를 재사용하고 기존 소프트웨어 투자를 활용할 수 있는 역량이 핵심적인 성공요소이다. 소프트웨어 재사용을 통해 멀티 레이어 아키텍처(임베디드 프로세서가 추적, 통제, 제어, 라우팅 기능의 여러 계층과 단계를 담당)를 신속하게 롤아웃할 수 있다.

-  다양한 수준의 성능과 강력한 I/O 인터페이스의 조합을 비용 효율적으로 지원하는 폭넓은 제품군: IoT에서 제어해야 하는 사물의 다양성과 함께 갖가지 활용사례, 마이크로 네트워크에 포함되는 사물의 수, 필요한 여러 가지 수준의 서비스, 이기종 환경 내의 다양한 인터페이스 등으로 인해 다양한 계층의 디바이스뿐 아니라 다양한 애플리케이션에 적합한 다양한 I/O가 필요하다. “범용 만능형” 접근방식은 이 시장의 요구를 만족하는 데 비용 측면이나 성능 측면에서 충분히 최적화되지 못했다.

-  비용 효율성 : 다른 모든 시장과 마찬가지로 솔루션이 특정 가격대에 도달하기 전까지는 대중적인 도입이 일어나지 않을 것이다. 다른 모든 시스템과 마찬가지로 총 비용은 시스템 부품 비용과 시스템에 필요한 서비스의 비용을 합한 것이다. 일상생활에서 패러다임 전환이 자리를 잡으려면 총 시스템 비용이 충분히 저렴해야 하므로 제품 비용은 매우 관련성 높은 요소이다.

-  품질 및 신뢰성 : 2년마다 한 번씩 바꿀 수 있는 휴대전화, 노트북 또는 다른 전자 디바이스와 달리, 산업 시장의 제품 수명은 최소 10~15년이다. 가정 내에서도 온도조절기와 같은 특정 디바이스는 그리 자주 교체되지 않는다.
여기에 자동차 시장을 더하면, 더욱 엄격한 신뢰성 조건과 가혹한 환경 조건을 지원해야만 한다. 따라서 이 시장의 품질, 신뢰성, 수명 관련 조건은 IoT 패러다임 전환에 있어서 성공의 핵심이다.
대량의 데이터 처리 및 분석 부하를 대부분 네트워크 클라우드 내의 원격 슈퍼컴퓨팅 노드로 전환하는 것이 가능하며, 그럴 경우 로컬 노드의 “수명이 연장”(빠르게 구형화 되지 않음)되지만 여전히 로컬 대 원격 프로세싱 사이의 균형은 유지할 필요가 있다. 이는 특히 로컬 프로세싱을 선호하는 시간이 중요한(time-critical) 애플리케이션에서 중요하다.

-  보안 : 물리적 계층에 속한 로컬 임베디드 프로세싱 노드의 경우, 데이터 암호화(예: DES, AES 등)와 인증(예: SHA 등)을 지원하는 다양한 암호화 엔진과 보안 가속기가 존재한다. 사용 가능한 다양한 보안 방식에는 추가적인 계층의 보안 소프트웨어와 더불어 부팅 루틴과 관련된 모범 사례가 포함된다.



유선 및 무선 통신 기능
통신 노드의 역할은 센싱 노드에서 수집하고 로컬 임베디드 프로세싱 노드에서 처리한 정보를 로컬 임베디드 프로세싱 노드에서 식별한 대상으로 전달하는 것이다. 또한 데이터가 원격으로 처리되고 새로운 명령이 생성된 후, 통신 노드는 로컬 임베디드 프로세싱 노드에 작업을 실행하라는 새로운 명령을 수신한다.
때로 이는 에너지 사용량을 기준으로 냉장고 문이 열려 있음을 감지하고, 데이터 분석 후에 기계적 메커니즘을 사용하여 문을 닫거나 거주자의 “홈오토메이션 앱”에 경고를 생성하는 것처럼 간단한 예가 될 수 있다. 또는 사고를 방지할 수 있도록 자율주행 차량과 통신하는 것처럼 정밀한 예도 있다.
활용사례는 크게 다를 수 있지만, 이러한 통제 및 제어 통신 링크에 공통적인 것은 일반적으로 고대역폭 이미지 프로세싱 또는 비디오 데이터와 관련되지 않은 한 일정한 노드에 대해 수 킬로바이트의 데이터만을 전송하면 된다는 점이다.
IoT는 일상생활의 모든 측면을 포괄하므로 통제 및 제어 통신이 사용될/사용할 수 있는 거리에는 제한이 없다. 이 분야의 동적 특성을 더 잘 이해할 수 있도록, 한 걸음 물러서서 현재 존재하는 WBAN(Wireless Body Area Network)에서 WAN에 이르는 다양한 통신 토폴로지와 그 사이의 모든 옵션을 검토해보자. IoT에 사용할 유선 및 무선 기술을 기초부터 설계해야 한다면 결국 현재 알려진 통신 환경에 만족하거나 그렇지 못할 수 있다. 하지만 무선/유선 솔루션을 제공하는 다수의 회사는 자사 제품을 IoT 시장에 “최적의 통신 엔진”으로 홍보하고 있다.
IoT에는 또한 자체 환경을 제어할 수 있는 센싱 노드 및 임베디드 프로세싱 노드가 포함된 네트워크인 WSAN(무선 센서 및 작동장치 네트워크)이라는 개념이 추가될 것이다.
모든 신흥시장과 마찬가지로, 시스템 최적화 이전의 과도 기간이 존재하며 기술이 최종 IoT 관련 애플리케이션에 더 적합하게 변모할 가능성이 높다.
일반적인 제품 수명과 소프트웨어의 역할에 따라 지금 IoT 부문에서 자리잡은 기술이 있다면 해당 기술(또는 목적에 최적화된 버전)이 향후 최소 5~8년 사이에도 입지를 유지할 것이라고 해도 무리는 없을 것이다. 이미 고착화될 수 있는 전선이 일부 형성되고 있다. 예를 들어 의료산업의 경우 휴대용 의료 및 생활 디바이스에 BTLE(Bluetooth짋 Low Energy)가 도입되고 있는 것으로 보인다. 반면, 산업 제어 및 자동화 분야에서 지그비(ZigBee짋)와 저전력 Wi-Fi짋 기술 사이의 전선은 이제 막 형성되었다. 사업자들은 다급하게 새로운 매출 흐름을 찾고 있으며 M2M 통신과 위치기반 서비스가 사활을 걸기에 적합한 분야로 보인다. 두 분야 모두 기존 인프라를 사용할 수 있으며, 신흥 IoT 시장의 중요한 일부이다.
향후 10~12년 사이에 IoT 시장이 대규모로 성장될 가능성은 높지 않으며, 그 시점의 통신 기술은 현재 고려되고 있는 것과 완전히 다르거나 기존 표준의 새로운 버전이 부각될 수 있다. Wi-Fi 기술은 이미 인프라와 독립적인 임시 메시 네트워킹과 센서 네트워크의 장거리 제어에 적합한 802.11
ah(1 GHz 이하 ISM 대역상의 Wi-Fi)가 개발되고 있다.
또는 IoT 통신의 특정 측면에 더 적합한 신기술이 나와 기존 IoT용 표준을 대체할 수도 있다. 예를 들어 사업자들은 WAN 기반 통제 및 제어 서비스에 사용하기에는 대역이 너무 소중하므로 대신 다른 기술을 사용해야 한다고 결정할 수 있다. 또는 현재 Weightless(weightless.org/)에서 개발하고 있는 것과 같은 파괴적인 네트워크 기술이 자리잡을 수도 있다.
장래 IoT 시장의 연결 요구와 관련하여 확실한 것은 매우 다양하고 거대하며 비용에 민감하므로 다양한 기술이 필요하며(WAN, LAN, WPAN, WBAN 등이 포함될 수 있음) 범용 만능형은 적합하지 않다는 것이다.
통신 기능에 대한 요구사항은 다음과 같은 임베디드 프로세싱 노드의 요구사항과 거의 동일하다.
-  비용 효율성
-  저전력
-  품질 및 신뢰성
-  보안

IoT 빌딩 블록의 ‘제품 수준’ 조망
IoT 빌딩 블록을 단순한 노드에서 박스/제품 수준 조망으로 전환하면 결국 다양한 수준의 계층 구조로 게이트웨이에 연결된 PAN/BAN/LAN 방식의 통신 토폴로지를 사용하는 센싱/에지 노드에 이르게 된다. 한편, 이러한 게이트웨이는 WAN 통신 기술을 통해 클라우드와 통신한다.
액세스 네트워크를 통해 클라우드와 연결되면 서버를 통해 애플리케이션/작업 및 대량 데이터 분석용으로 데이터를 전달할 수 있게 된다.



작업 자동화 소프트웨어
IoT의 모든 부문이 함께 통신하고 작동하도록 만드는 것이 기술 롤아웃의 성공에 있어서 핵심이며, 이는 다양한 이기종 디바이스가 서로 통신하도록 지원하는 다수의 소프트웨어(및 미들웨어)와 그 주변의 인프라를 배치하는 것을 의미한다.
예를 들어 스마트미터 애플리케이션의 경우, AFE(아날로그 프런트 엔드)가 미터를 판독하고 MCU가 미터를 관리하여 통신 파이프(한쪽은 가정, 한쪽은 연석_curbside과 통신)를 통해 데이터를 차단 및 투입한다. 대부분의 개발자는 디바이스, 통신 파이프, 애플리케이션 프로파일 측면에서 소프트웨어 아키텍처를 명확하게 이해하고 있지만, 특정 애플리케이션에 대해서는 서비스 수준 패브릭 또한 고려해야 한다.
이 구성에서, 센싱 노드(여기서는 AFE)는 임베디드 프로세싱(MCU) 노드를 사용하여 데이터를 변환하고 통신 기능을 통해 가정 내의 중앙 임베디드 프로세싱 노드뿐 아니라 연석으로 전송한다. 서비스를 중단 없이 제공하면서 이러한 상호작용이 안정적으로 이루어지도록 하려면 수많은 미들웨어 소프트웨어가 필요하다.



원격 임베디드 프로세싱 노드(클라우드 컴퓨팅에 대한 액세스)
아직까지 업계 전반적으로 합의 및 배치된 IoT 모범 사례가 없으므로 다수의 구성부품 제공업체들이 디바이스와 클라우드 사이의 연결에 대해 클라우드가 아니라 자사의 틈새 클라우드에 대한 연결로 접근하고 있다. 일부 업체는 모든 프로세싱 및 의사결정이 “클라우드” 내에서 이루어지므로 모든 디바이스가 “더미 노드”가 될 것이라고 주장한다. 또한 일부는 기본적인 인터넷 관련 서비스에는 최소한의 클라우드 액세스만이 필요하며, 로컬에서 대부분의 “사고”가 이루어진다고 생각한다. 이 문서에 설명된 IoT 아키텍처와 빌딩 블록은 예상되는 폭넓은 다양성의 활용사례와 구성에 필요할 가능성이 높은 여러 가지 다양한 접근방식을 지원한다. 시스템 수준의 성능을 최적화하려면 이와 같은 유연성이 필요하다.
소프트웨어가 이토록 주목받는 이유는 무엇 때문인가? 소프트웨어는 IoT가 제공할 다양한 서비스를 지원한다. 서비스는 IoT가 특정 요구에 대응하는 수단이다. 그러한 요구는 현재에도 존재할 수 있고 아직 필요성을 인식하지 못한 것일 수도 있지만, 언젠가는 왜 그러한 서비스를 사용하지 않았는지 의문을 가질 수도 있다. 대부분의 사람들은 20년 전까지만 해도 인류 대부분이 휴대전화 없이 생활했으며 그 필요성을 알지 못했지만, 이제 서구 세계에서 사람들이 보유한 가장 개인적인 장비가 되었음을 잊고 있다. 이러한 측면으로 볼 때, 일부 IoT 서비스는 현재 손쉽게 확인 가능한 요구(예: 자산 추적, 스마트 에너지 등)뿐 아니라 아직 정의되지 않은 다른 요구에도 대응할 것이다.

신호 경로 전반의 완벽한 보안
일부는 이 주제를 IoT의 소프트웨어 부분 내로 통합하기도 하지만, 개별 범주로서 관심을 두어야 할 가치가 있다. 앞서 언급한 모든 IoT 빌딩 블록에 확실한 보안 메커니즘이 없다면 IoT는 예상처럼 널리 보급되지 못할 것이다.
보안이라고 하면 실제로는 정보보안(시스템의 다양한 부분을 통과하며 컨텍스트와 서비스에 의존적인 정보)을 의미한다. 예를 들어 개인의 위치를 확인하는 것은 실종이 일어났을 때 유용한 일로 생각될 수 있다. 하지만 해당 개인이 자신의 사생활이 침해되고 있다고 느낀다면 위치정보를 확인하는 것이 나쁜 일로 간주될 수 있다.
다음은 보안 정보가 어떤 것인지의 예이다.
-  필요할 때 사용할 필요가 있는 정보: 이는 보안의 가장 기본적인 수준이다.
주택 침입자와 관련된 정보를 다음날 경찰서에 보내게 된다면 그러한 정보는 가치가 상실된다. 서비스와 기반 인프라가 필요할 때 데이터를 처리, 저장, 전달할 수 있다는 확신이야말로 보안 시스템의 가장 중요한 측면이다. 특정 사례의 경우, 이를 보장하려면 예비 인프라가 필요하다.

-  비밀이어야 하는 정보: 따라서 정보 보유자가 어떤 인가된 사람, 그룹 또는 조직이 정보에 액세스할 수 있는지 결정한다. IoT 서비스를 통해 습득된 정보를 보호하는 것은 필수적이며, 그렇지 않으면 서비스에 대한 사용자의 신뢰가 상실된다. 교환되는 정보의 기밀을 보장할 수 있는 메커니즘이 구현되어야 한다. 데이터 마이닝을 활용하고 푸시 서비스를 발생시키도록 설계된 IoT 관련 서비스가 많으므로 이는 까다로운 균형 조정 작업이다. 그러한 서비스의 “수신 거부” 메커니즘은 IoT의 거버넌스에 따라 좌우될 것이다.

-  보장해야 하는 데이터의 무결성: 정보가 정확하며, 진실하고, 시기적절하며, 완벽함을 보장하는 것이 핵심이다. 데이터를 신뢰하고 믿을 수 없다면 의도된 용도에 사용할 수 없으며, 해당 데이터와 관련된 전체 서비스 패러다임이 해체될 것이다.

시스템의 보안은 마지막 위협을 방지할 수 있었을 때까지만 양호한 것이며, 보안이 침해되면 다시 안전하게 만들 수 있는 새로운 방법을 구현해야 한다. 최근 인터넷의 잘 알려진 출구에서 비롯된 신용카드 및 개인정보 해킹을 IoT 서비스가 직면한 과제의 지표로 본다면, 현재 사용할 수 있는 인터넷 보안 인프라는 IoT 서비스를 관리하기에 부적절하다.
2010년 여름에는 최초로 기존 신용카드 및 개인정보 대신 전자 공정 제어 시스템을 겨냥한 악성 소프트웨어가 나타났다. 원자력 발전소에 있는 지멘스(Siemens) 공정 제어 시스템을 공격한 Stuxnet 트로이 목마는 놀라운 수준의 정밀성을 보였으며, IoT 보안을 공격함으로써 입힐 수 있는 잠재적인 피해를 예시했다.

-  디바이스 수준의 보안: IoT의 다양한 노드에는 여러 유형(MCU, 하이브리드 MCU/MPU, 통합형 MCU 등)과 계층의 임베디드 프로세싱이 존재하며 스마트하다고 간주될 수 있는, 즉 인터넷에 연결할 수 있는 디바이스라면 임베디드 프로세서가 통합되어야 한다. 임베디드 프로세서는 IoT에서 널리 사용될 것이므로 강력한 보안이 필요하다.

필자 카이반 카리미는 직장 생활 초반에 휴대전화 모뎀과 관련한 업무를 하면서 부팅 과정에서 휴대전화를 해킹하는 것이 얼마나 쉬운지를 쓰라린 체험으로 익혔다. MCU도 마찬가지로 ROM(읽기 전용 메모리) 또는 NVM
(비휘발성 메모리)/플래시 메모리에 저장된 코드를 사용하여 프로그래머블 메모리에서 소프트웨어가 실행되는 부팅 과정 동안 취약하다.
전문적인 해커는 부팅 과정 동안 다양한 방법으로 루틴을 해체하여 시스템을 해킹할 수 있다. 소극적 공격(예: 글리치 악용) 및 침투형 공격(예: UV 공격)과 관련된 보안 문제에 대응하기 위해 수많은 신기술이 나오고 있지만 더 많은 기술이 필요할 것이다.
IoT의 목표는 스마트 디바이스를 일종의 공용 신경망에 배치하여 원격으로 제어하는 것이다. 따라서 수십억에 달하는 이 식별 가능한 물체가 전체 시스템에 대한 위협을 불러일으킬 수 있다. 이러한 재해 발생의 가능성을 고려할 때, 엔지니어들이 IoT 시스템의 MCU 보안을 강화하는 방법을 배울 수 있는 모범사례가 존재하는가?
지금까지 설명한 내용을 토대로 미래의 네트워크가 사람들을 연결하는 것보다 더 많은 물체, 머신, 인프라를 클라우드 기반 서비스의 국제 신경망에 연결할 것임이 명확하다. 인터넷이 처음 소개되면서 사람들이 서로 네트워크를 구축하고 통신하는 방법을 변화시킨 경험을 뛰어넘는 수준으로 홍수와 같은 데이터 및 서비스가 생활양식에 영향을 줄 것이다. IoT의 핵심은 가장 멀리 떨어진 위성 센싱 노드에서 네트워크의 핵심에 이르는 임베디드 프로세싱의 레이어이다. IoT와 관련하여 계획되고 있는 서비스의 다양성은 하나의 회사가 모든 솔루션을 개발하고 IoT 기반의 혁신을 뒷받침할 수 없음을 의미한다. IoT 기반의 혁신을 달성하려면 IoT 기반 서비스를 시장에 내놓기 위해 함께 협력하는 파트너 기업 간의 폭넓고 풍부한 연계 시스템이 필요하다. 모든 파트너들이 협력하여 동일한 기반 기술을 사용하도록 지원하는 개방형(비독점) 플랫폼이 IoT를 현실화하는 데 핵심이다.

IoT는 언제 현실화될 것인가?
임베디드 프로세싱의 보편화는 이미 우리 주변의 모든 곳에서 일어나고 있다. 가정의 경우 기본적인 토스터와 같이 평범한 기기도 이제 토스트의 굽는 정도를 사용자 기호에 맞게 설정할 뿐 아니라 디바이스에 기능상 안전까지 추가하는 임베디드 MCU가 통합되고 있다. 또한 냉장고가 말을 하고 사용자가 넣는 물건을 추적하기 시작했다. 현재 가정 내의 활동에 대한 보고서를 생성하고 에너지 소비를 줄일 수 있는 방법을 권장하는 에너지 인식형 HVAC 시스템이 나와 있다. 차량의 전자화 역시 이미 일어나기 시작했으며 앞으로 단 몇 년 안에 자동차마다 불과 5년 전과 비교할 때 50% 더 많은 전자장치가 탑재될 것이다. 실제로 미래의 자동차는 스스로 주행할 수 있게 될 것이다. 공장, 운송, 학교 시스템, 운동장 및 기타 공공장소 등 생활의 다른 측면에서도 유사한 변화가 이미 일어나고 있다. 임베디드 프로세싱은 어느 곳에나 존재한다.
또한 이와 같은 스마트 디바이스(노드)를 웹에 연결하는 추세도 느리긴 하지만 이미 시작되었다. IoT를 실현하기 위해 맞춰야 하는 기술적 퍼즐의 각 부분이 사람들 대부분의 예상보다 빠르게 구현되고 있다. 그리 오래지 않은 과거에 인터넷 현상이 일어나 들불처럼 퍼져나간 것처럼 IoT 또한 10년 안에 생활의 모든 측면에 적용될 것이다. 여기에 대한 준비는 되었는가?
https://community.freescale.com/people/kaivankarimi/content에서 필자 카이반 카리미에게 연락하거나 필자가 저술한 더 많은 IoT 관련 자료를 볼 수 있다.  ES

 

프리스케일, 통합 ADAS 시스템 프리스케일은 자동차 레이더 기반의 첨단 운전자 지원 시스템을 위한 포괄적인 시스템 솔루션을 발표했다. 새로 출시된 쿼리바(Qorivva) MPC577xK 마이크로컨트롤러(MCU)와 77 GHz 레이더 트랜시버 칩셋(제품명: MRD2001)은 적은 수의 부품으로 레이더 기반 ADAS 솔루션을 구현해 대중적인 차량에서 ADAS 적용이 가능한 임베디드 기술을 제공한다. 자동차 제조업체는 프리스케일의 쿼리바(Qorivva) MPC577xK MCU 및 MRD2001 77 GHz 레이더 트랜시버 칩셋을 도입해 확장 가능한 단일 멀티채널 솔루션을 통해 적응형 크루즈 컨트롤과 자동 비상 브레이크 시스템을 위한 중장거리 전면 레이더를 구현하는 것은 물론, 사각지대와 측면 충격 감지까지 관리할 수 있다. 또한 확장 가능한 단일 솔루션을 통해 차량 모델마다 다른 솔루션을 구매하고 재구성하는 문제를 해결하여 시간과 자재비용을 절감할 수 있다. 특히 개발자는 레이더 트랜시버 칩셋과 쿼리바(Qorivva) MCU를 결합해 저가형 및 고급 레이더 모듈에 적용 가능한 통합 시스템 솔루션을 구현할 수 있다. 한편 프리스케일 쿼리바(Qorivva) MPC577xK MCU 및 MRD2001 77 GHz 레이더 트랜시버 칩셋은 현재 샘플 수량으로 공급되고 있다.