스마트시티 : 센서 네트워크와 IoT기술의 활용

센서 네트워크와 IoT기술

 

센서 네트워크

IoT(사물인터넷) 기술은 사물을 인터넷에 연결하여 정보를 교환하는 혁신적인 기술입니다. 
 
이 기술은 사물 간의 상호작용을 가능하게 하여 정보의 흐름을 빠르고 효율적으로 관리할 수 있게 해줍니다. 
 
이러한 IoT 기술을 활용한 센서 네트워크는 다양한 분야에서 혁신적인 서비스를 제공하고 효율적인 시스템을 구현할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 
 
센서 네트워크란 센서들이 정보를 수집하고 전송하는 복잡한 네트워크 시스템을 말하며, 다양한 정보를 실시간으로 수집하고 분석할 수 있습니다.

IoT 기술과 센서 네트워크의 결합으로 실시간 데이터 수집 및 모니터링이 가능해 자동화 및 제어 시스템 구축이 더욱 쉬워진다. 이는 회사나 조직이 자원을 더욱 효율적으로 관리하고 운영하는 데 도움이 됩니다.
 
 또한, 이러한 기술의 결합은 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있는 가치를 제공하는 스마트 환경을 제공할 수 있습니다.

센서 네트워크는 환경 데이터, 생체 신호, 위치 정보 등을 실시간으로 수집하고 모니터링할 수 있습니다. 
 
이를 통해 사물의 상태를 정확하게 파악하고 그에 따른 예측 분석을 수행하여 문제를 예방하거나 적시에 대응할 수 있습니다. 
 
또한, 센서 네트워크는 생산 라인의 센서를 통해 제품 불량을 실시간으로 감지하고 자동으로 처리하는 자동화 시스템을 구축 및 제어할 수 있어 생산성 향상과 비용 절감에 큰 도움이 됩니다.

센서 네트워크와 IoT 기술의 결합으로 스마트 홈, 스마트 시티, 지능형 공장 등 스마트 환경을 만들 수 있습니다.

 센서 네트워크를 통해 가정이나 도시의 시스템을 통합하고 제어할 수 있어 사용자 편의성을 극대화 할 수 있습니다.

스마트 홈에서는 센서가 주변 환경을 감지하고 온도, 조명, 보안 시스템 등을 자동으로 조정하여 사용자에게 편의를 제공합니다.


전력 소비를 낮게 유지하기 위해 IoT 요소 내로 컬 데이터처리가 가장 필요합니다.

그리고 가능한 한 많이 아웃소싱 되었습니다. 
 
측정된 데이터를 수집하기 위해 약간의 디지털 논리가 필요합니다.

나머지는 전용 플랫폼에서 진행됩니다. 
이러한 플랫폼을 직접 사용하지 않는 회사를 운영하기를 원하고 많은 공급자에게 의지할 수 있으며,

클라우드에서 사용할 수 있는 플랫폼을 사용할 수 있습니다.
 
 데이터를 평가하고 추가로 처리할 수 있는 위치 사용 필요합니다. 

일반적으로 측정치 및 기타 데이터는 장기 평가 및 예측할 수 있도록 보관(예: 마모 측정)합니다.
 

 IoT기술의 활용

 
IoT 구성 요소

센서 노드: 사물 인터넷에 필요한 센서 노드 유형은 해당 애플리케이션에 따라 매우 다양합니다.
 
캡처 노드에는 비디오 감시용 카메라 시스템이 포함될 수 있습니다.
 
스마트 에너지용 수도 또는 가스 계량기;
능동적 안전이 요구되는 경우의 레이더 비전;
물체나 사람의 존재를 감지하는 RFID 리더;
건물에 대한 침입 신호를 보내는 개폐 회로가 있는 문과 자물쇠 또는 온도를 측정하는 간단한 온도계.

이러한 노드는 모두 고유 식별자를 가지며 원격 제어 및 제어 토폴로지를 사용하여 독립적으로 제어할 수 있습니다.

로컬 임베디드 처리 노드 계층: 임베디드 처리는 IoT의 핵심입니다. 
 
로컬 처리 기능은 대부분의 IoT 애플리케이션에 필요한 실시간 임베디드 처리를 제공할 수 있는 MCU, 하이브리드 마이크로컨트롤러/마이크로프로세서(MCU/MPU) 또는 임베디드 MCU 장치에 의해 가장 자주 제공됩니다. 
 
사용 사례는 다양하며 실시간 임베디드 처리 기능을 고려하려면 범용 솔루션이 없기 때문에 확장 가능한 전략(확장 가능한 장치 제품군 덕분에)이 필요합니다.

특정 요구 사항에 따라 마이크로 컨트롤러는 사물 인터넷에 사용하기에 이상적으로 적합합니다.

에너지 효율성: 무엇보다도 마이크로컨트롤러는 에너지 효율적이어야 합니다.

 캡처 노드는 배터리로 작동되는 위성 노드인 경우가 많으므로 저전력 사양이 기본 요구 사항입니다.

풍부한 소프트웨어 에코시스템을 갖춘 통합 아키텍처: 다양한 IoT 애플리케이션은 애플리케이션, 명령, 제어 및 라우팅 처리, 노드 및 시스템 보안을 연결하는 소프트웨어 개발 환경의 이점을 누릴 수 있습니다. 
 
쉽게 액세스할 수 있는 지원을 갖춘 광범위한 에코시스템은 IoT 애플리케이션 개발을 활성화하는 데 필수적입니다.

소프트웨어 확장성을 위한 확장된 포트폴리오: 소프트웨어를 재사용하고 소프트웨어 투자를 활용할 수 있는 것은 IoT 애플리케이션을 개발하는 기업의 중요한 성공 요인입니다.

저렴한 비용으로 다양한 수준의 성능을 제공하고
 I/O 인터페이스의 견고한 조합을 가능하게 하는 
광범위한 포트폴리오: 

IoT에서 제어할 개체의 다양성은 물론 다양한 사용 사례, 마이크로그리드의 개체 수, 요구되는 다양한 개체 이기종 환경의 서비스 수준과 다양한 인터페이스로 인해 다양한 애플리케이션에 필요한 다양한 I/O와 함께 다양한 수준의
 장치가 필요하게 됩니다. 
 
모든 경우에 적용되는 일률적인 접근 방식은 비용 및 성능 측면에서 이 시장의 요구 사항을 충족할 만큼 충분히 
최적화되지 않습니다.

비용 효율성: 다른 모든 시스템과 마찬가지로 전체 비용에는 시스템 부분의 합계와 시스템에 필요한 서비스 비용이 포함됩니다. 
 
일상 생활의 패러다임 전환을 가능하게 하려면 총 소유 비용이 적당해야 합니다.

 그렇기 때문에 제품의 가격은 중요하지만 시스템 비용의 일부일 뿐이지만 매우 중요한 요소입니다. 


  품질 및 신뢰성: 2년마다 교체할 수 있는 휴대폰, 노트북 또는 기타 가전제품과 달리 산업용 및 임베디드 컴퓨팅 제품의 수명 주기는 10~15년입니다. 
 
따라서 IoT 패러다임 전환의 성공을 보장하려면 이러한 시장에 대한 품질, 신뢰성 및 수명 측면의 요구 사항이 필수적입니다.

보안: 물리 계층의 로컬 임베디드 처리 노드와 관련하여 일련의 암호화 엔진 및 보안 가속기는 암호화(예: AES 등) 및 데이터 인증(예: SHA 등)을 지원합니다. 
 
추가 보안 소프트웨어 계층과 시작 루틴에 대한 모범 사례가 사용 가능한 다양한 보안 접근 방식 중 하나입니다.

3. 안전한 유무선 통신 기능: 통신 노드의 역할은 감지 노드에서 수집하고 로컬 온보드 처리 노드에서 처리한 정보를 로컬 온보드 처리 노드에서 식별한 목적지로 전송하는 것입니다. 
 
데이터가 원격으로 처리되고 새 명령이 생성된 후 통신 노드는 새 명령을 로컬 온보드 처리 노드로 다시 가져와 작업을 실행합니다.

사용 사례는 다양하지만 이러한 명령 및 제어 통신 링크의 공통점은 이미지 처리나 고속 비디오 데이터의 경우를 제외하고 노드에 관계없이 몇 킬로바이트의 데이터만 전송하면 된다는 것입니다.

IoT는 또한 감지, 임베디드 처리, 환경을 제어할 수 있는 IP 및 비IP 기반 연결 노드를 포함하는 네트워크인
 WSAN(무선 액추에이터 및 센서 네트워크)의 개념을 
도입합니다.

일반적인 제품 수명 주기와 소프트웨어의 역할을 기준으로 볼 때, 현재 기술이 IoT 부문에 진입한다면 해당 기술
(또는 특별히 최적화된 버전)은 최소 5~8년 동안 구현될 것이라는 것이 확실합니다.

분석가들은 IoT 시장의 성장에 대해 수많은 예측을 내놓고 있습니다. 
 
통신 기술은 오늘날 사용되는 기술과 완전히 다를 수도 있고, 기존 표준의 새로운 버전이 나타날 수도 있습니다. 

Wi-Fi 전문 기술자들은 이미 802.11ah 표준(1GHz 미만 ISM 대역의 Wi-Fi)을 인프라와 독립적인 Ad-hoc 네트워크, 메시 네트워크 및 더 긴 네트워크에 적용하려는 목표로 작업하고 있습니다. 
 
센서 네트워크의 범위 제어. 우리는 또한 IoT 통신
 특정 측면에 더 적합한 새로운 기술의 출현을 기대할 수 있으며 
 
기존 표준을 대체하거나 Weightless가 현재 개발하고 있는 것과 같은 혁신적인 무선 네트워킹 기술이 그의 등장일 수도 있습니다.

통신 기능에 대한 요구 사항은 임베디드 처리 노드에 대한 요구 사항과 매우 유사합니다.

비용 효율성

낮은 에너지 소비

품질과 신뢰성

보안 


작업 자동화 소프트웨어: IoT의 모든 부분이 통신하고 함께 작동하도록 하는 것은 성공적인 기술 배포에 매우 중요합니다. 
 
즉, 다양한 이기종 장치가 서로 및 인프라와 통신할 수 있도록 많은 소프트웨어(및 미들웨어)를 배포하는 것을 의미합니다.

원격 임베디드 처리 노드(클라우드 컴퓨팅 액세스): 일부 회사는 모든 주변 장치가 "수동 장치"가 될 것이며 

모든 처리 및 의사 결정이 "그들의 클라우드"에서 수행될 것이라고 발표합니다. 
 
반면에 일부에서는 기본 인터넷 서비스에는 클라우드에 대한 최소한의 액세스만 필요하며 대부분의 "사고"는 
로컬에서 수행된다고 생각합니다. 
 
선택한 아키텍처는 예상되는 광범위한 사용 사례와 구성으로 인해 필요할 수 있는 다양한 접근 방식을 허용해야 합니다. 

이러한 유연성은 시스템 수준에서 성능을 최적화하는 데 필수적입니다.

비IP 에지 장치 노드에서 게이트웨이는 엔드 노드를 IP 기반 네트워크에 연결합니다.
 
 게이트웨이는 연결 설정을 용이하게 하기 위해 서비스 프로비저닝에서 다양한 수준의 계층 구조, 인텔리전스 및 다양한 데이터 센터 기능을 사용해야 합니다. 

그런데 왜 우리는 소프트웨어에 그렇게 많은 중요성을 부여하는 걸까요? 
 
소프트웨어는 IoT가 제공하는 다양한 서비스를 가능하게 합니다. 
서비스는 IoT가 특정 요구 사항을 충족하는 수단을 의미합니다.
 
 이러한 요구 사항은 오늘날 이미 존재할 수도 있고 아직 인식하지 못할 수도 있지만 
언젠가는 이러한 요구 사항 없이 그동안 어떻게 관리했는지 궁금할 것입니다. 
 
이것이 바로 IoT를 개발하기 위해서는 안전한 서비스 제공 인프라를 갖추는 것이 필수적인 이유입니다.

에지에서 엔터프라이즈까지의 전체 보안: 보안에 관해 이야기할 때 우리는 정보 보안에 관심이 있습니다. 
 
시스템의 여러 부분에 의해 전파되고 상황과 서비스에 따라 달라지는 정보입니다. 
 
예를 들어, 사람이 길을 잃었을 경우 그 사람의 위치를 아는 것이 유용할 수 있습니다. 
 
하지만 당사자가 이를 개인정보 침해라고 판단할 경우 위치정보 공개는 나쁜 것으로 간주될 수 있습니다. 

"보안 정보"의 의미는 다음과 같습니다.

필요한 즉시 정보를 사용할 수 있어야 합니다. 
이것이 가장 기본적인 보안 수준입니다. 
 
귀하의 집에 대한 침입에 관한 정보가 다음날 경찰에 전달되면 더 이상 가치가 없습니다.
 
 서비스와 해당 기본 인프라가 필요할 때 데이터를 처리, 저장 및 배포할 수 있다는 확신을 갖는 것이 보안 시스템의 첫 번째 요구 사항입니다. 
 
어떤 경우에는 중복 인프라가 필요합니다.

정보는 기밀로 유지되어야 합니다.
 
 정보 소유자는 어떤 사람, 그룹 또는 조직이 접근 권한을 가질지 결정합니다. 
 
IoT 서비스를 통해 얻은 정보를 보호하는 것은 필수적입니다. 
 
그렇지 않으면 사용자가 신뢰를 잃을 위험이 있습니다. 
 
교환된 정보의 기밀성을 보장하기 위한 메커니즘을 마련해야 합니다. 

데이터 마이닝을 활용하고 "푸시" 서비스를 생성하도록 설계된 수많은 IoT 관련 서비스가 있기 때문에 올바른 균형을 맞추는 것은 쉽지 않습니다. 
 
이러한 서비스를 거부하는 메커니즘은 IoT 거버넌스의 적용을 받습니다.

데이터 무결성이 보장되어야 합니다. 
 
정확하고 확실하며 완전하고 시의적절한 정보를 확보하는 것이 필수적입니다. 
 
데이터를 신뢰할 수 없으면 의도한 목적으로 사용할 수 없으며 이 데이터를 둘러싼 전체 서비스 패러다임이 무너지게 됩니다.

시스템의 보안은 대응할 수 있었던 마지막 위협을 고려하여 평가되며, 

첫 번째 보안 침해가 발생한 경우 보안을 다시 보장할 수 있는 새로운 방법을 생각해야 합니다. 
 
최근 유명 기업 웹사이트의 개인 및 신용카드 데이터 해킹사건을 통해 IoT 서비스가 직면한 과제를 짐작할 수 있지만, 

현재 이용 가능한 온라인 보안 인프라는 충분하지 않습니다.

2010년 여름, 악성 코드는 처음으로 일반적인 개인 및 신용 카드 데이터 대신 전자 프로세스 제어 시스템을 표적으로 삼았습니다.
 
 원자력 발전소의 Siemens 프로세스 제어 시스템을 공격한 Stuxnet 컴퓨터 웜은 특히 정교한 것으로 입증되었으며 IoT 보안을 위협함으로써 발생할 수 있는 피해를 엿볼 수 있었습니다.

장치 수준 보안: 다양한 유형(MCU, 하이브리드 MCU/MPU, 임베디드 MCU 등)과 다양한 IoT 노드에 임베디드 처리 계층이 있으며, 
 
스마트하다고 간주되는 모든 장치는 인터넷에 연결할 수 있도록 임베디드 보안을 통합해야 합니다.
 
 프로세서. 임베디드 프로세서는 IoT에서 널리 사용되므로 매우 안전해야 합니다.

IoT의 목표는 스마트 장치를 일종의 범용 신경망에 배치하여 원격으로 제어하는 것입니다. 
 
따라서 이러한 식별 가능한 개체(수십억 개) 각각은 전체 시스템에 위협이 될 수 있습니다. 
 
관련된 위험을 고려할 때 엔지니어가 IoT 시스템에서 MCU의 보안을 강화하는 데 사용할 수 있는 모범 사례가 있습니까?

이제 미래의 네트워크는 사람보다 더 많은 사물, 기계 및 인프라를 클라우드 서비스의 글로벌 신경망에 연결하게 될 것이 분명합니다. 
 
데이터와 서비스의 진정한 쓰나미는 사람들이 네트워크를 개발하고 서로 통신하는 방식을 근본적으로 변화시킨

 인터넷의 출현으로 볼 수 있는 변화를 훨씬 넘어 우리 삶의 방식에 영향을 미칠 것입니다. 
 
IoT는 가장 멀리 떨어진 위성 센서 노드부터 네트워크 코어까지 확장되는 임베디드 처리 계층을 사용합니다 . 
 
IoT 기반 혁신을 위해서는 IoT 기반 서비스를 상용화하기 위해 함께 협력하는 대규모의 풍부한 파트너 생태계가 필요합니다.


Arrow는 IoT 솔루션을 개발하고 배포하기 위한 기술과 서비스를 원하는 기업에 포괄적이고 전체적인 솔루션과 서비스를 제공할 수 있는 공급자와 서비스의 생태계를 구축한 회사 중 하나입니다. 


IoT는 언제쯤 현실이 될까요?

임베디드 프로세싱의 편재성은 이미 우리 일상생활의 필수적인 부분이 되었습니다.
 
 집에서 토스터처럼 평범한 가전제품에는 이제 안전성을 향상시키면서 토스트의 갈변 수준을 설정할 수 있는 온보드 MCU가 제공됩니다. 
 
이러한 스마트 장치(노드)도 점점 인터넷에 연결되고 있으며 사물 인터넷을 촉진하기 위한 기술이 서서히 적용되고 있습니다. 
 
얼마 전에 시작되어 들불처럼 번진 인터넷 현상과 마찬가지로 사물 인터넷도 우리 삶의 모든 측면에 영향을 미칠 것입니다. 
 
이 혁명을 받아들일 준비가 되셨나요?