u-센서 네트워크

1. 개요

IT의 혁신적인 기술진화를 바탕으로 ‘언제, 어디서나’, ‘동시에 존재한다’라는 뜻을 가진 유비쿼터스(Ubiquitous) 시대의 막이 열리고 있다. 이러한 유비쿼터스 시대 실현을 위한 가장 대표적인 핵심기반 기술로 RFID(Radio Frequency Identification)와 u-센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network: USN)에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이미 세계 각 국은 이들 기술을 융합해 도시공간에 자동 교통, 방범, 방재 시스템, 주거공간의 홈네트워크화, u-헬스 등의 서비스가 가능한 21세기형 미래도시 전략을 펼치고 있다.

USN이란 필요한 모든 곳에 전자태그를 부착하고, 이를 통해 사물의 인식정보를 기본으로 주변의 환경정보(온도, 압력, 오염, 균열 등)까지 각종 센서를 통해 실시간 수집하여 관리, 통제할 수 있도록 구성한 네트워크로, 궁극적으로 모든 사물에 컴퓨팅 및 커뮤니케이션 기능을 부여하여 Anytime, Anywhere, Anything 통신이 가능한 환경을 구현하기 위한 것이다. USN에 대한 연구는 오래 전부터 계속되어 왔으며, 국외에서는 WSN(Wireless Sensor Networks)이라는 이름으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 아직까지 핵심 기술 발전의 미비와 경제적 측면에서 활성화되지 못하고 있으나, 향후 다양한 분야와 접목되어 단순한 통신 네트워크의 개념을 뛰어 넘어 고도의 생활복지를 실현시킬 수 있을 것으로 전망되고 있다.

2. 요소 기술

USN의 요소 기술로는 크게 사물과 환경 인지에 사용되는 센서관련 기술과 정보전달을 위한 네트워크 기술, 전달된 정보를 서비스하기 위한 응용 기술 등 3가지로 구분할 수 있다.

가. 센서관련 기술

센서관련 기술 분야는 온도, 압력, 빛, 습도, 화학적 센서 등 다양한 센서들이 개발, 이용되고 있다. 센서 노드는 하드웨어 플랫폼 모듈을 말하며, 모듈 연결부, 센서, 전원부, 무선 모듈부로 구성되고, 주요 업체로는 국외의 Crossbow,  Moteiv와 국내의 맥스포, 옥타컴 등이 있다.

나. 네트워크 기술

현재 무선 네트워크 기술 중 USN에 적용 가능한 무선 프로토콜로는 802.11a/b/g와 UWB, Bluetooth, ZigBee 등이 있으며, 센서 네트워크 표준은 Ad-hoc 망을 기반으로 센서 네트워크를 구축하는 표준이 주를 이루고 있으며, Bluetooth, IEEE 802.15.4, ZigBee 등이 존재한다. 이들 세 프로토콜은 WPAN(Wireless Personal Area Network)에 관한 표준으로 IEEE 802.15.4는 저전력의 저속 무선 네트워크 프로토콜이며, ZigBee는 IEEE 802.15.4를 다양한 상위 응용에 적용하기 위한 표준이다.

ZigBee는 모듈의 소형화, 저전력 소모, 낮은 전파간섭률, 중계 노드 설치 용이, 상호운용 가능성 등 때문에 현재 USN 표준으로 가장 각광받고 있다. 특히 일본에서는 빌딩자동화 설비 모니터링, 환경보호 감시, 농산물 도난 방지, 축산물 이력 추적 등에 이미 ZigBee 기술을 적용하고 있으며, 향후 헬스케어 분야와 재해 및 재난 방지 분야에도 확대 적용될 예정이다.

다. 응용 기술

네트워크 상의 정보를 응용, 서비스하기 위한 기술로는 대표적으로 미들웨어와 운용 시스템을 들 수 있다. 미들웨어는 일반적인 미들웨어처럼 센서 노드의 하드웨어와 운영체제 상에 존재하면서 센서 네트워크의 변화를 지원하여 다양한 응용에 적합한 데이터 운용 및 관리 기능을 수행한다. 현재 센서 네트워크를 위한 미들웨어 기술은 아직 초기 단계이며, 주로 대학 연구소를 중심으로 개발되고 있다. 주요 센서 네트워크 미들웨어로는 코넬대학의 Cougar, 델라웨어대학의 SINA, 로체스터대학의 MiLAN, 프린스턴대의 Impala 등이 있다.

센서 네트워크 운용 시스템으로는 가장 많이 적용되고 있는 것은 버클리대의 TinyOS이며, 이외 콜로라도 대학의 MANTIS(MultimodAl NeTwork of In-situ Sensors)도 있다. 유럽의 경우 EYES(Energy Efficient Sensor Network) 프로젝트의 Preemptive EYES Real-time OS인 PEEROS와 소형 임베디드 시스템용 Salvo가 있다. 일본은 T-Engine 포럼에서 제안된 센서 네트워크용 표준 마이크로 커널을 개발중이다. RFID 미들웨어는 상용화 단계에 와 있다. 대표적인 것으로는 EPC 계열의 Savi와 Sun, MS 미들웨어 진영이 활동하고 있다.

 

3. 주요국 기술개발 및 서비스 현황

가. 미국

미국은 DARPA 주도로 국방용 기술 및 애플리케이션 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 국토방위와 환경 관측 목적으로 한 광역 애플리케이션에 대한 연구가 진행되고 있다. 민간에서는 물류기반 식별 코드 및 미들웨어 개발 연구 및 응용이 이루어지고 있으며, 특히 주요 글로벌 IT 기업들의 자체적인 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.

1999년에 설립된 Auto-ID Center는 MIT, 캠브리지 대학을 비롯한 세계 유수의 5개 대학과 약 100개의 글로벌 기업들이 컨소시엄을 형성해 기술개발과 표준화를 담당하고 RFID 표준화 코드로 EPC 전자 상품 코드를 개발하였다. 현재는 베리사인이 위임받아 EPC 네트워크용 루트서버를 시험 운영중에 있다. 현재 Auto-ID Center의 연구방향은 차세대 RFIC 하드웨어 기술, 센서 네트워크 미들웨어, 보안 및 프라이버스 기술, RFID/ USN 비즈니스 모델 개발 등이다.

RFID의 경우 미국 연방통신위원회는 2005년 테러방지를 위해 미국으로 반입되는 컨테이너에 RFID 태그 부착을 강제하기 위한 법제를 마련하고 있으며, 미 국방부는 2005년 1월 이후 납품물품에 RFID 태그 부착을 의무화하고 있다. FDA도 2006년 6월 제약산업계 RFID 적용에 관한 보고서를 발표, 최대한 빨리 RFID를 도입해야 할 것을 권고하고 있다. 민간부문에서는 월마트가 이미 2004년 4월 텍사스에서 RFID 시범 서비스를 시작으로 2005년 1월부터 자사 100대 납품업체에 RFID 부착 의무화를 요구했었다.

나. 유럽

유럽은 유럽 각국의 협력을 통해 USN 연구를 진행하고 있다. 스위스의 연방교육과학청과 유럽연합위원회가 지원하는Disappearing Computer Initiative(DCI)의 연구 중 하나로 Smart-its 프로젝트를 진행중이다. DCI는 유럽연합의 제 6차 Framework Programme(FP6)의 추진 정책 중 하나이다. Smart-its 프로젝트는 랑카스터 대학, 스위스 연방기술연구소, Karlsruhe 대학, Interactive Institute, VTT 등의 기관들이 연구에 참여하고 있으며, 모든 사물에 센서나, 마이크로프로세서, 무선통신, 전력 공급 장치 등을 삽입하여 정보 물질들 간의 인터렉티브한 상황인식 및 자동 정보처리 등을 가능하도록 하는 연구를 진행중이다.

RFID의 경우 2003년 후반기에 양과 염소에 RFID 태그 부착을 의무화하는 법안을 발표했으며, 2008년부터 전반적인 가축에 RFID 태그 부착을 의무화할 계획이다. 또한 European Central Bank는 지폐에 RFID칩 내장을 추진하고 있으며, 영국정부는 RFID를 통한 공급사슬과 전자상거래 운영 효율성을 위한 휴대폰 추적 시스템을 시범 서비스 하였다.

다. 일본

USN 분야에서 빠른 행보를 보이고 있는 일본은 환경 및 사회 간접자본 모니터링 및 유지 관리 분야에서 센서 네트워크 기술들을 이용해 오고 있다. 사회 간접자본 모니터링 분야는 도로 교통정보, 통행 계수기 등의 기존 시스템이 활발히 이용되고 있으며, 환경관측 측면에서는 일본 지역기상관측 시스템, 하천오염 관측, 대기오염 모니터링 등이 이용되고 있다.

민간에서도 새로운 센서 네트워크 기술을 이용한 홈시큐리티, 빌딩 안전 관리 등에 관한 개발 연구가 활발히 진행되고 있으며, 대표적인 사례가 현재 약 390여 글로벌 업체들이 참여하고 있는 T-Engine 포럼의 The Real-Time Operating System Nucleus 프로젝트(TRON)로 모든 물건에 컴퓨터를 삽입하여 네트워크화하여 유비쿼터스 컴퓨팅 환경 실현을 위한 다양한 기기의 개발을 표준화, 효율화하는 프로젝트이다. 또한 T-Engine 포럼은 유비쿼터스 ID Center를 설립하여 RFID, 스마트 카드, 액티브 칩 등을 이용, 유비쿼터스 환경에서 사물과 위치를 자동으로 인식하는 ID 시스템 체계를 마련하고자 하고 있다.

4. 관련업체 기술개발 및 서비스 현황

가. Intel

인텔은 학계와 산업계 등과의 협력을 통해 다양한 센서 네트워크 프로젝트들을 적극적으로 진행시키고 있다. 주요 연구 프로젝트들로는 다양한 센서의 각각의 정보 취합 및 에너지 낭비 방지를 위한 802.11 Mesh network를 이용한 복합적인 네트워크 구성, 초소형 정보전달 장치인 모트를 통한 센서 네트워크 구성, 비전문가를 위한 바른 센서 네트워크 구축 솔루션인 Tiny Application Sensor Kit 등이 있다.

특히 인텔은 헬스케어와 환경 관측 등에 대한 연구를 활발히 진행하고 있으며, 헬스케어의 경우 센서 네트워크 구축을 통한 고령자 및 환자 관리 및 생활 보조 등에 중점을 두고 있다. 최근에는 IT 기반 헬스케어 시장 선점을 위해 파나소닉, 카이저, 모토로라, 메드트로닉스, 오라클, 시스코 등과 함께 CHA(Continua Health Alliance)라는 컨소시엄을 결성하여 2008년 내에 헬스케어 분야 기술표준을 만들고, 2008년부터 인증제품에 CHA 로고를 부착할 계획이다.

환경 관측 부문은 버클리대학과 함께 무선 센서 네트워크를 통해 생태환경을 연구하고, 이 외에도 기온과 습도 등을 감지하여 농작물 관리 및 품질 향상, 바다제비의 움직임을 통한 폭풍 예고, 원유 탱크의 연속진동 감지 등에 대한 연구 개발을 진행해 오고 있다.

나. IBM

IBM은 스위스 취리히연구소에 단대단 센서 네트워크 테스트베드를 구축하고, 기업 컴퓨터 망과 인터넷을 센서 네트워크에 통합하여 센서부터 마지막 응용 애플리케이션에 이르기까지 다양한 솔루션 제공을 목표로 Zurich Sensor Network 프로젝트를 진행중이다.

다. 히타치

히타치는 2005년 7월에 사내 벤처회사인 Wireless Venture Company에 센서 네트워크 사업개발부를 마련하고 센서 네트워크 사업을 적극적으로 추진해오고 있다. 히타치는 이미 2004년 11월 YRP Ubiquitous Networking Lab과 공동으로 전지탑재형으로는 당시 최소형 센서 노드를 개발하였으며, 2005년 12월에는 휴대용 및 손목밴드형 AirSense를 개발하여 2006년 1월 상용화하였다. 히타치는 센서 노드의 소형화 및 고밀도에 주력하여 향후 1cm³ 이하의 센서 노드 개발을 목표로 하고 있으며, 자사의 AirSense를 주력으로 업종별로 공통 미들웨어 및 애플리케이션을 개발, 패키지화하여 판매할 계획이다.

라. 오키전기

오키전기는 2010년 이후 센서 네트워크가 개개인의 일상생활에까지 영향을 미쳐 개인의 취향이나 환경 등에 따라 지능화된 네트워킹이 실현될 것으로 전망하고 이에 따른 전략을 마련하고 있다. 2005년 소규모 폐쇄공간에 고정 노드를 설치하고 이를 테스트하는 단계를 거쳐 2006년에 휴대용 태그 상품과 휴대기기에 탑재하고