Ubiquitous Computing
유비쿼터스 컴퓨팅(ubiquitous computing)이란 기본적으로 언제, 어디서나, 누구나 상호접속의 컴퓨팅이 이루어지는 것을 의미한다. 여기에서 ‘언제’와 ‘어디서나’라는 단어의 의미는 일반적으로 사용하는 경우와 크게 다를 바가 없다. 그런데 ‘누구나’의 의미는 사람만을 의미하는 것이 아니다. ‘누구나’는 사물까지도 포함하는 단어이다. 유비쿼터스 컴퓨팅은 사물 인터넷(IoT: Internet of Things)과도 연결되는 개념이다. 나아가 유비쿼터스 컴퓨팅은 기술적인 정의에 머무르지 않고 서비스 및 문화적인 영역에 까지 확대되는 개념을 지니고 있다.
유비쿼터스는 ‘everywhere’를 의미하는 라틴어 ‘ubique’에서 유래한 형용사로 ‘어디에서나 존재하는’이라는 뜻이다. 유비쿼터스 컴퓨팅이라는 개념을 처음 정립한 사람은 ‘유비쿼터스 컴퓨팅의 아버지’라고도 불리는, 제록스(Xerox)사의 연구원이었던 마크 와이저(Mark Weiser)로 알려져 있다. 마크 와이저는 ‘조용한 기술(calm technology)’라는 용어로 유비쿼터스 컴퓨팅의 특징을 묘사하였는데 조용한 기술이란 사람이 특별히 의식하지 않아도 필요한 작업들을 수행하는 컴퓨팅을 의미하는 용어였다. 그는 컴퓨터가 사람 주변의 배경으로 숨어 들어가야 한다고 말했다. 그는 또한 초소형 컴퓨터, 태블릿, 저전력 기술, 네트워킹, 무선접속 기술, 인터페이스(interface) 기술 등이 유비쿼터스 컴퓨팅을 가능하게 하는 요소들이라고 파악했다. 즉, 유비쿼터스 컴퓨팅이란 보이지 않는 컴퓨터들이 인간이 존재하는 어느 곳에든 숨어 존재하고 네트워크로 연결되어 있어서 인간이 일부러 의식하지 않아도 상황마다 인간이 필요로 하는 서비스를 인간친화적인 인터페이스를 통해 제공하는 것, 또는 그런 문화 및 사회를 의미하는 것을 말한다.
유비쿼터스 컴퓨팅과 혼동할 수 있는 개념 중의 하나는 모바일 컴퓨팅(mobile computing)이다. 모바일 컴퓨팅이란 사용자가 이동 중에도 자유롭게 이용할 수 있는 컴퓨팅 환경을 의미한다. 유비쿼터스 컴퓨팅이 언제, 어디서나 컴퓨팅이 가능해야 한다는 점에서는 모바일 컴퓨팅과 유사하다고 할 것이다. 그러나 ‘누구나’ 상호접속이 가능해야 한다는 점에서 보면 모바일 컴퓨팅은 항상 적어도 한 쪽의 통신주체는 사람을 의미하고 있으므로 이 점에서 차이가 있다고 할 것이다.
한편 퍼베이시브 컴퓨팅(pervasive computing)이라는 개념도 있다. ‘퍼베이시브’란 단어는 ‘만연하는’, ‘구석구석 스며드는’이라는 의미가 있다. 컴퓨터들이 세상 구석구석에 스며들어서 동작하는 개념을 의미하는 것이다. 따라서 사물들에 컴퓨터가 장치되어 인간이 원하는 동작을 하는 시스템을 의미한다고 보면 된다. 때문에 퍼베이시브 컴퓨팅은 유비쿼터스 컴퓨팅과 유사한 의미로 종종 쓰이고 있다. 하지만 퍼베이시브 컴퓨팅은 개념적으로 볼 때 반드시 인간과 인터페이스를 가질 필요는 없다. 뿐만 아니라 이동성을 제공할 필요도 없다. 하지만 두 가지 모두 유비쿼터스 컴퓨팅에는 매우 중요한 요소들이다.
결론적으로, 유비쿼터스 컴퓨팅은 퍼베이시브 컴퓨팅과 모바일 컴퓨팅의 두 요소를 모두 갖춘 컴퓨팅 환경을 의미한다고 볼 수 있다.
pervasive computing , 遍在型-
정보 자원들의 집합 및 활용
고도의 전자적, 특히 무선 기술과 인터넷의 융합으로 컴퓨팅 장비의 접속이 점차 늘어나는 경향. 이 컴퓨팅 장비는 자동차, 도구, 가전기기, 의류, 각종 소비제품 등 거의 모든 물체에 이동식 또는 끼워 넣기 식으로 된, 네트워크를 통해 통신하고 눈에 보이지 않는 매우 작은 장비이다. 일상화된 컴퓨팅으로 사람들은 자신이 컴퓨터를 사용하고 있는지 인식하지 못하게 되고, 주변에 있는 스마트 장비들이 자신의 위치 정보와 자신이 처해 있는 상황 및 사용자에 대한 관련 데이터를 유지시켜 준다. 이러한 기술에 착용 컴퓨터, 스마트 홈, 스마트 빌딩 등이 있고, 도구로는 주문형 반도체(ASIC), 음성 인식, 몸동작 인식, 칩형 시스템(SoC), 지능형 인터페이스, 스마트 메터, 유동성 트랜지스터, 재구성 가능 프로세서, 현장 프로그램 가능 로직 게이트(FPLG), 마이크로 전기 기계 장치(MEMS) 등이 있다.
2. 유비쿼터스 컴퓨팅의 역사
니콜라스 네그로폰테(Nicholas Negroponte, 1943~)
1974년에 이미 미국 MIT대 교수인 니콜라스 네그로폰테(Nicholas Negroponte)는 컴퓨터의 미래에 대해 연설하면서 장차 도래할 유비쿼터스 컴퓨팅과 같은 시대의 개념을 제시하였다. 그의 연구 아이디어도 벽과 같은 크기의 디스플레이, 터치스크린을 이용한 사용자 인터페이스, 인공지능을 갖춘 인터페이스 등 유비쿼터스 컴퓨팅을 구현하는 데 반드시 필요한 주제들이었다. 그 후 마크 와이저가 1988년 이후 유비쿼터스 킴퓨팅의 개념을 처음으로 정립한 것이다.
한편 일본에서는 1984년에 이미 도쿄대학 교수인 사카무라 켄(Sakamura Ken, 坂村 健)이 유비쿼터스 컴퓨팅을 구현하는 프로젝트인 TRON(The Real-time Operating system Nucleus)을 시작하였다. 프로젝트의 이름만으로 보면 단순히 실시간 운영체제를 개발하는 것을 의미하는 것 같으나 실제로 이 과제는 사물에 컴퓨터가 내장되고 네트워크를 통해 서로 통신하면서 서비스를 제공하는 내용으로 마크 와이저의 유비쿼터스 컴퓨팅과 동일한 개념의 작업이었다. 그 결과 모든 공간이 개인별로 맞추어 적응하는 지능형 빌딩, 자동 교통정보시스템 및 디지털 박물관 등의 시스템이 개발되었다.
유비쿼터스 컴퓨팅의 발전은 때맞춰 진행된 마이크로프로세서(microprocessor) 및 센서의 초소형화, 임베디드시스템(embedded system) 기술의 발전, 하드웨어의 저전력 운용기술의 발전, 고밀도 배터리의 개발, 초소형 컴퓨터에 적합한 운영체제의 개발, 네트워크 기술의 발전 등에 힘입어 그 구현이 현실이 되었으며 이미 세계 곳곳에서 유비쿼터스 컴퓨팅 개념의 서비스가 구현, 제공되고 있다. 우리나라도 2006년부터 ‘u-Korea 기본계획’을 수립하여 유비쿼터스 컴퓨팅 사회의 구현에 힘쓰고 있다.
유비쿼터스 컴퓨팅 관련 프로젝트의 예를 들면 사람의 이동에 따라 자동으로 조명이 켜지고 컴퓨터에 접근하면 해당 사용자로 자동 로그인되며 컴퓨터를 집안에서 이동하더라도 자동으로 가장 가까운 디스플레이에 화면이 표시되고 영화를 보다가 일어서면 자동으로 재생이 정지되는 등의 기능이 있는 마이크로소프트사의 이지리빙(easyliving)이나 먼지와 같이 매우 작은 크기의 센서들을 필요한 곳에 뿌려 놓고 이들을 통해 온도, 습도 등 주변의 환경에 대해 원하는 정보들을 수집하고 관리할 수 있는 미국 버클리대의 스마트 먼지(smart dust) 프로젝트, 방과 침대 등 양로원의 곳곳에 센서를 부착하여 정상적이지 않은 움직임 정보가 감지되면 자동으로 사무실과 응급실에 연락이 가도록 하는 서비스 등이 있다.
3. 주요 연구개발 분야
1) 인터페이스 기술
인터페이스(interface)란 이질적인 다른 두 개체가 만나는 곳 또는 그 방식을 의미한다. 여기에서는 주로 사용자 인터페이스, 즉 사용자와 컴퓨터 간의 인터페이스를 의미하는 용어로 사용된다.
과거 컴퓨터를 특정한 전문가들만 사용했을 때에는 인터페이스에 큰 비중을 두지 않았다. 하지만 이제 모든 사람들이 컴퓨터를 이용하게 되자 사용자 친화적인 인터페이스가 요구되는 시대가 되었다. 특히 유비쿼터스 환경에서는 사용자가 주관적인 상황에서 직관적으로 접근할 수 있도록 인터페이스가 구성되어야만 한다. 이에 따라 사용자 경험(UX: User eXperience)이 중시되고 이를 반영하여 인터페이스를 구현하는 것이 유행처럼 번지고 있다.
대표적인 예로는 스마트폰의 인터페이스가 있으며, 별도의 안내서가 없어도 사용자가 어떤 선택을 하는 데 크게 문제가 되지 않도록 구성되어 있다. 이는 사용자가 최적의 경험을 하도록 메뉴가 설계되어 있다는 것을 의미한다. 즉, 인터페이스를 UX 기반으로 설계했다는 것이다.
또한 검색어를 자판뿐만 아니라 입력으로 음성을 사용할 수 있다는 것도 사용자에게 최적의 경험을 할 수 있도록 인터페이스가 구현되어 있는 예라고 하겠다. 입력하는 순간뿐만 아니라 컴퓨터가 출력을 할 경우에도 UX를 고려해 구현하는 것이 좋은데 음성합성(voice synthesis)이 그 중의 하나이다. 이메일이나 문자 등의 텍스트를 읽을 때, 사용자가 직접 화면에 나타난 텍스트를 읽는 것이 아니라 내용을 음성으로 출력해 준다는 것은 UX 관점에서 매우 좋은 구현이라 하겠다.
뿐만 아니라 보고 만지는 등 사용자가 느끼는 감성을 만족시키는 감성 사용자 경험이라는 개념도 매우 중요하다. 화질을 좋게 만들거나 화면을 휘게 하고 3D로 표현되도록 하는 등의 노력도 감성 UX를 증가시키는 방법이다.
2) 정보수집 기술
유비쿼터스 컴퓨팅에서는 기본적으로 사물이 정보를 수집하는 작업이 요구된다. 이러한 정보수집을 담당하는 핵심장치가 센서이다. 센서는 빛, 열, 온도, 습도, 냄새 등 주변의 물리, 화학적인 양을 전기신호로 변환해 나타낸다. 센서는 되도록 크기와 동작에 필요한 전력소모가 작아야 하고 값이 싸야 한다. 좋은 센서를 개발하는 것은 유비쿼터스 컴퓨팅의 구현에 매우 중요한 핵심적 요소 중 하나이다.
유비쿼터스 컴퓨팅에서 관리하려는 대상의 정체를 구분하는 데는 주로 RFID(Radio-Frequency IDentification) 기술이 사용된다. RFID는 전파를 이용해 떨어진 관리대상 개체를 식별하는 기술이다. RFID는 태그(tag), 리더(reader) 그리고 서버(server)로 구성된다. 식별하고자 하는 대상 개체에 태그를 부착하는데 태그에는 데이터를 입력, 저장할 수 있기 때문에 여기에 개체를 식별하거나 개체 관리에 필요한 정보를 저장해 둔다. 리더는 전파를 이용한 무선통신으로 태그에 저장되어 있는 정보를 읽어 낼 수 있는 장치이다. 리더는 읽어 들인 정보를 네트워크를 통해 연결된 서버에 전송하게 된다. RFID는 태그에 전원이 필요한 능동형과 별도 전원 없이 동작하는 수동형으로 나뉜다.
능동형 태그는 항시 읽기와 쓰기가 모두 가능하고 수십 m 떨어진 위치에서도 정보를 읽을 수 있는 장점이 있으나 배터리가 내장되기 때문에 수명에 한계가 있고 가격이 비싸다는 단점이 있다. 반면 수동형은 반영구적 사용이 가능하고 가격이 상대적으로 싸지만 가까운 거리에서만 사용이 가능하고 읽기만 가능하다는 단점이 있다. 이 외에도 사용하는 전파의 주파수에 따라 저주파 시스템과 고주파 시스템으로 나누기도 한다. RFID의 성패는 태그의 가격에 달려 있다고 해도 과언이 아니다. RFID를 도입해 관리시스템을 구축한다고 했을 때 태그의 구입에 들어가는 비용이 부담으로 느껴지지 않을 수준이 되어야 하기 때문이다.
상당수의 RFID 리더나 센서 등이 비교적 넓은 영역에 퍼져서 위치하는 시스템에서는 리더나 센서에서 수집한 정보를 서버에 효율적으로 전달하는 것이 중요하다. 이런 작업을 성공적으로 해내기 위해 등장한 것이 유비쿼터스 센서 네트워크, 즉 USN(Ubiquitous Sensor Network)이다. USN에는 센서 노드(sensor node)와 싱크 노드(sink node)가 존재한다. 센서 노드들은 자신이 수집한 정보와 다른 센서 노드로부터 전송받은 정보를 싱크 노드에 자신보다 더 가까운 위치에 있는 센서 노드에게 전달한다. 모든 센서 노드들이 반복해서 이를 수행하면 결국 모든 정보는 싱크 노드에 모이게 된다. 싱크 노드는 수신된 정보를 USN 게이트웨이(gateway)로 전송한다. 게이트웨이는 기존의 기간 네트워크를 통해 서버에게 정보를 전달하게 된다. USN의 데이터 전달 알고리즘, 라우팅 방법 그리고 망토폴로지 등이 관련된 주요 연구주제들이다.
3) 하드웨어 기술
유비쿼터스 컴퓨팅을 가능하게 하는 하드웨어 기술로서는 우선 SoC(System on Chip) 기술을 꼽을 수 있다. 원래 하나의 시스템이 동작하기 위해서는 프로세서, 메모리, 통신 관련 부품 등 다양한 부품들을 연결하여 회로를 구현해야 한다. 그러나 SoC는 집적회로를 만드는 기술을 사용하여 시스템을 하나의 반도체칩으로 구현한 것이다. 결과적으로 이는 시스템의 소형화와 전력효율의 향상을 가져오고 부가적으로 생산비용의 감소 효과까지 생기게 된다. 다른 무엇보다도 장치의 소형화와 전력효율의 향상은 유비쿼터스 컴퓨팅을 구현하는데 필수적인 요소라 할 것이다.
또 다른 중요한 하드웨어 기술은 바로 배터리이다. 모바일 단말이나 센서 노드와 같은 장치들이 동작하기 위해서는 전원이 필수적인데 중요한 것은 소형화와 지속시간이다. 하지만 물리적인 배터리에 있어서 크기와 지속시간은 서로 트레이드오프(trade-off) 관계에 있으므로 이 둘을 동시에 달성하는 것은 매우 어려운 일이 된다. 따라서 새로운 개념의 전원이 필요할 수도 있다. 연구자들은 에너지 밀도가 매우 높은 신개념의 차세대 배터리를 개발하기 위해 지속적인 연구를 진행하고 있다.
유비쿼터스 컴퓨팅의 기본 개념인 조용한 컴퓨팅, 사라지는 컴퓨팅, 스며드는 컴퓨팅을 구현하려면 센서 노드 등의 극소형화가 이루어져야 한다. 앞에서 예로 든 스마트 먼지를 구현하려면 정말 작은 센서 노드들이 필요할 것이다. 이런 극소형 장치를 만들 수 있는 기술로 각광받고 있는 것이 바로 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)이다. MEMS란 미세제조 기술로 극소형의 기계장치 및 전자-기계 부품들을 만들어내는 기술이다. MEMS 기술로 만드는 장치의 크기는 최소 1마이크로미터1) 정도부터 수 밀리미터까지 가능하다.
4) 네트워크 기술
본격적인 유비쿼터스 컴퓨팅시대가 도래하려면 엄청난 분량의 데이터가 네트워크를 통해 실시간으로 전송될 수 있어야 할 것이다. 이를 위해서는 백본망(backbone network)으로는 광대역의 초고속망이 제공되어야 할 것이며 가입자망의 속도도 광대역 서비스가 가능해야 할 것이다. 이는 유선망 뿐 아니라 이동통신망에서도 광대역 서비스가 제공되어야 함을 말한다. 유비쿼터스 컴퓨팅은 근본적으로 사물 인터넷을 요구한다. 이는 네트워크를 이용해 통신하는 개체들의 수가 비약적으로 증가한다는 것을 의미한다. 따라서 IPv4의 주소 체계로는 전혀 수용할 수 없음이 명백하다. IPv4에 비해 길이가 4배인 IPv6의 주소 체계를 사용함으로 주소 부족의 문제는 해결할 수 있다. 그 외에도 IPv6는 보안, 품질관리(QoS: Quality of Service) 등을 고려한 처리가 가능하도록 더 좋아진 기능들을 제공하고 있다.
5) 근거리 무선전송 기술
USN을 구성하는 경우 수많은 센서 노드들을 서로 연결하는 네트워크는 무선 기술만이 현실적인 방안이 될 수 있다. 또한 지능형주택을 구현하는 경우에도 주택 내 입주자의 이동성을 보장하면서 서비스를 제공해 주려면 역시 무선기술이 필요하다는 결론에 다다른다. 이와 같이 무선전송 기술은 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 구현하는데 매우 필수적인 것이라 하지 않을 수 없다. 근거리 무선전송 기술에서 근거리의 개념이 이론적으로 확정된 것은 없다. 일반적으로 100m 이내의 전송거리를 갖는 경우를 근거리로 지칭하고 있다. 이 범주에 포함되는 기술로는 무선 LAN, 블루투스(bluetooth), 그리고 지그비(zigbee) 등이 있다.
무선 LAN은 WiFi2)라고 부르기도 한다. 다수의 컴퓨터들이 유선 TCP/IP 네트워크에 연결된 접속장치(AP: Access Point)에 무선으로 접속하여 네트워크에 연결할 수 있도록 하는 규격이다.
1997년 미국전기전자기술자협회인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)는 2.4GHz 대역의 전파를 사용해 2Mbps의 전송속도를 갖는 무선 LAN방식인 IEEE 802.11을 표준화하였다. 하지만 속도가 느린데다 같은 802.11 규격의 제품사이에 호환이 잘 되지 않아 상업화에는 실패하게 되었다.
1999년에는 2.4GHz로 11Mbps의 전송속도를 갖는 IEEE 802.11b가 제정되었다. 이 규격은 상업적으로 성공을 거두어 본격적으로 무선 LAN시대가 열리게 되었다. IEEE 802.11a는 그 후에 등장하였다. 이는 5GHz 대역의 전파와 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)이라는 새로운 무선전송 기술을 이용해 명목속도를 54Mbps로 올려놓았다. 2003년에는 IEEE 802.11a와 전송속도가 54Mbps로 같은 IEEE 802.11g를 발표하였다. IEEE 802.11g는 주파수가 당시 널리 쓰이던 IEEE802.11b와 동일한 2.4GHz 대역을 사용하여 지금도 널리 사용되고 있다. 점차 무선 LAN을 통해서도 다량의 패킷을 짧은 시간 내에 전송해야 할 요구가 거세지자 2009년에는 최대 600Mbps3)까지 속도를 지원하는 IEEE 802.11n이 제정되었다.
2011년에 들어서자 더 빠르고 발전된 무선 LAN 규격을 논의하게 되었다. 이 논의는 2013년까지 이어져 2014년 1월에 최대 약 1Gbps까지 전송이 가능한 IEEE 802.11ac가 확정되었다. 무선 LAN의 전송거리는 보통 실내에서는 20~30m, 실외에서는 최대 100m 정도이다. 근거리 무선전송 기술 중에서는 도달거리가 매우 긴 만큼 전력소모도 심해 초소형 기기에는 사용하기 힘들다.
블루투스는 소니에릭슨, IBM, 노키아, 도시바 등의 회사들이 참여한 블루투스SIG4)라는 기관에서 다양한 기기들 간에 저렴한 비용의 무선연결을 제공하기 위해 만든 산업표준으로 IEEE 802.15.1로 정의되어 있다. 블루투스는 규격상 1대 다수의 통신이 가능하지만 실제로는 1:1 통신을 위한 방식으로 보아도 큰 문제는 없다. 블루투스는 2.45GHz 대역의 주파수를 사용하여 현재 최고 24Mbps의 전송속도를 제공하고 있다. 일반적으로 블루투스는 10m 이내의 가까운 거리에서만 통신이 가능한 것으로 여겨져 왔는데 최근에는 저전력 동작 기술이 도입되어 최대 100m까지 동작이 가능하다고 한다.
블루투스는 1999년 블루투스 1.0으로 등장하였다. 하지만 초기 버전은 많은 문제점을 가지고 있어서 2002년에 블루투스 1.1이 발표되었다. 2005년에는 주파수간섭 문제 등이 개선된 블루투스 1.2가 나왔다. 블루투스 1.1과 1.2의 전송속도는 모두 723kbps로 매우 낮았다. 2004년에는 블루투스 2.0이 EDR(Enhanced Data Rate)과 함께 등장하였다. EDR로 인해 전송속도는 3.0Mbps로 늘어났다. 2007년에 표준화된 블루투스 2.1은 전력소모를 더 줄이고 보안을 더욱 강화하여서 장치간 공유능력을 더욱 향상 시켰다. 2009년 4월에는 블루투스 3.0+HS가 발표되었다. HS는 ‘High Speed’의 약자로 블루투스의 전송속도를 24Mbps로 향상시킨 기술이다. 바로 다음해에는 발표된 블루투스 4.0에서는 ‘블루투스 스마트’라고 불리는 저전력 기능이 가장 획기적인 변화로 볼 수 있다. 블루투스 4.0은 싱글 모드와 듀얼 모드로 동작할 수 있는데 싱글 모드는 매우 작은 디바이스들을 위해 사용하고 듀얼 모드에서는 저전력 기술이 통합되어 동작하여 전송거리가 매우 늘어나게 된다.
지그비는 2004년 지그비 얼라이언스(Zigbee Alliance)에 의해서 개발, 표준화된 무선전송 기술이다. IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 하고 있으며 소량의 데이터 전송을 목적으로 저가, 저전력, 보안성을 갖춘 기술이다. 가격이 블루투스보다 저렴하고 기본적으로 매쉬 네트워크를 구성에 동작하기 때문에 USN에서 센서들의 통신에 사용되기에 적절하다. 지그비의 통신거리는 보통 10m 정도로 보나 최대 100m 정도까지도 가능하다.
4. 주요 용어 및 관련 직업군
1) 주요 용어
• 사물 인터넷(IoT, Internet of Things): 사물들이 통신주체가 되어 인터넷을 통해 서로 정보를 주고받으며 인간에게 서비스를 제공하는 시스템을 의미한다. 유비쿼터스 컴퓨팅의 중요한 구현요소 중 하나이다.
• 조용한 기술(calm technology): 사람이 의도적으로 의식하지 않아도 필요한 동작을 하는 컴퓨팅을 의미한다. 유비쿼터스 컴퓨팅의 중요한 특징 중 하나이다.
• 퍼베이시브 컴퓨팅(pervasive computing): 사람 주변에 존재하는 사물들에 컴퓨터가 장착되어 인간에게 필요한 동작을 하는 시스템 또는 그 환경을 말한다.
• 인터페이스(interface): 이질적인 다른 두 개체가 만나는 곳 또는 그 방식을 의미한다. 예로서, 컴퓨터가 동작할 때 화면에 표시되는 것은 컴퓨터와 사람 간의 인터페이스이다.
• 사용자 경험(UX, User eXperience): 사용자가 어떤 기관, 서비스, 제품 등과의 상호작용 속에서 겪게 되는 총체적인 경험을 의미한다.
• RFID(Radio-Frequency IDentification): 전파를 이용해 멀리 있는 개체를 식별하는 기술이다.
• 유비쿼터스 센서 네트워크(USN, Ubiquitous Sensor Network): 비교적 넓은 영역을 대상으로 분산배치된 센서들이 주변의 온습도 등 정보를 수집하여 이를 처리하는 서버로 송신하는 네트워크를 말한다.
• 시스템 온 칩(SoC, System on Chip): 시스템을 하나의 반도체 칩에 구현한 것 또는 그렇게 구현된 칩을 의미한다.
• MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems): 미세제조 기술을 이용하여 극소형의 기계 및 전자 부품을 만들어내는 기술을 말한다.
2) 관련 직업군
• 유비쿼터스 컴퓨팅 공학자(정보통신공학과, 컴퓨터공학과 등의 대학교수)
• 유비쿼터스 컴퓨팅 연구원(한국전자통신연구소, 기업연구소 등)
• 통신회사의 엔지니어(이동통신사업자, 통신망사업자, 케이블망사업자 등 통신회사의 개발자 및 기술직원)
• 통신장비 제조회사의 개발자
미들웨어
우리가 이용하고 있는 홈네트워크 서비스는 PC에 저장되어 있는 동영상을 거실의 TV에서 시청할 수 있는 홈시어터 서비스에서부터 집에 도둑이 들었을 경우 휴대폰으로 알려주는 원격 방범 서비스까지 다양하다. 이러한 사용자 편의를 제공하는 홈네트워크 서비스가 이루어지기 위해서는 가정 내에 설치되어 있는 다양한 센서기기로부터 정보를 얻고 정보가전기기를 제어하여 상호 유기적으로 동작해야 한다. 이처럼 홈네트워크 서비스가 이루어지는 이면에는 눈에 보이지 않는 공로자인 홈네트워크 미들웨어 기술이 숨어있다.
홈네트워크 미들웨어란?
홈네트워크 미들웨어에는 일반적으로 다양한 하드웨어, 네트워크 방식을 지원하기 위한 통신관리 계층, 기기를 인식해 주소를 할당하는 기기관리 계층, 여러 회사에서 만든 기기를 상호 인식하고 제어할 수 있도록 지원하는 기기 제어 계층, 응용 소프트웨어 및 기기 제어 화면을 위한 응용 계층으로 구성되어 있다. 이러한 다양한 계층의 기능을 통해서 네트워크 프로토콜, 응용 프로그램, PC 환경 및 OS의 차이를 메워 주고, 복잡한 이기종 환경에서 응용 프로그램과 OS 간의 원만한 통신을 이룰 수 있게 해준다.
〈그림 5-9〉는 전력선을 이용한 일반적인 홈네트워크 미들웨어의 구성을 보여준다. 각 기기는 통신 프로토콜 계층을 가지고 있어 전력선에 연결하면 서로 통신할 수 있다. 이러한 통신 프로토콜 계층은 보통 통신 모뎀에 포함되어 있다. 각 기기가 통신이 가능해지면 서로를 인식하기 위해서 기기 종류와 자신의 식별자(네트워크 주소)를 서로 주고받는 기기관리 계층 작업이 있다. 그리고 각 기기의 고유 기능인 기기 제어 프로그램이 동작한다.
홈네트워크 미들웨어에는 이러한 기기들을 설정하고 응용 소프트웨어로 실행하는 관리용 소프트웨어가 홈서버에서 실행된다. 관리용 소프트웨어는 각 기기의 정보를 수집해서 이를 응용 소프트웨어에 제공한다. 응용 소프트웨어에서는 홈서버의 통신 프로토콜을 이용해서 각 기기에 제어 명령을 전달하고, 이 제어 명령은 전력선을 통해서 전달된다.
대표적인 홈네트워크 미들웨어로는 지니(Jini), 론웍스(LonWorks), 하비(HAVi), UPnP 등을 들 수 있다. 홈네트워크 미들웨어 기술은 인터넷에서 사용하는 IP를 지원하는 미들웨어와 IP를 지원하지 않는 미들웨어로 구분된다. IP를 지원하지 않는 대표적인 홈네트워크 미들웨어에는 저속의 전력선통신을 이용하는 론웍스와 고속 IEEE1394를 이용하는 하비 등이 포함되며, IP를 지원하는 홈네트워크 미들웨어는 자바 기술에서 발전된 지니와 인터넷 프로토 콜을 사용하는 UPnP 등이 있다. 이외에도 네트워크 종류와 응용 서비스 목적에 따른 다양한 홈네트워크 미들웨어가 소개되어 있다.
아직 홈네트워크 미들웨어의 통일이 이루어지지 않아 향후 몇 년간은 전력선, IEEE1394, 유선랜(이더넷), 무선랜(802.11x), UWB 등 다양한 유무선 홈네트워크 기술들이 혼재될 것으로 예상되며, IP 지원 홈네트워크 미들 웨어와 IP를 지원하지 않는 홈네트워크 미들웨어가 공존할 것으로 보인다.
홈네트워크 미들웨어 발전 과정
1990년대 후반부터 홈네트워크 분야에서 우위를 선점하기 위해 홈네트워크 미들웨어를 정의하여 표준으로 구축하기 위한 경쟁이 시작됐다. 초기에는 각 미들웨어 표준안 간에 우위를 선점하기 위해 대립하고 경쟁하는 표준 활동을 했다. 그러나 향후 우위를 선점할 기술에 대한 예측이 어려워지면서 각 기업 및 단체들은 우위를 선점할 기술에 대비하기 위해 다양한 표준 활동에 복수로 참여하고 있다.
가장 먼저 홈네트워크 미들웨어 표준화를 추진한 업체는 선마이크로시스템즈사로 1998년 자바 기술을 기반으로 홈네트워크에 연결된 기기들을 자동으로 구성, 관리할 수 있는 지니(Jini) 기술을 선보였다. 지니 기술은 개념적으로 우수하여 다른 표준 기술의 참조 모델 역할을 했다.
지니의 개념을 기반으로 1998년 소니, 필립스 등 세계 AV 시장의 70% 이상을 석권하던 가전업체들이 IEEE1394를 이용하는 AV 기기들을 기반으로 홈엔터테인먼트 서비스를 위한 하비(HAVi : Home Audio Video Interoperability) 컨소시엄을 결성하였으며, 1998년 11월 버전 1.0 스펙을 발표했다.
이후 2000년 하반기에 소니로부터 분사한 비비드로직(Vivid Logic)에서 하비 개발툴 킷(HAVi SDK)을 상용화했으며, 2002년 미쓰비시 등에서 하비를 지원하는 디지털 TV와 VTR를 출시했다. 하비 미들웨어는 미국 FCC에서 디지털 TV 및 셋톱박스에 IEEE1394 채택을 의무화하고, DVB-MHP 및 DASE 등에서 하비 L2 UI를 표준으로 채택하면서 주목을 받았으나, 최근 IP에 대한 지원이 어렵고 구현이 복잡한 단점 때문에 점차 세력이 약해지고 있다.
반면 홈네트워크 미들웨어 표준화 경쟁에 뒤늦게 참여한 마이크로소프트, 인텔 등 PC 분야에서 우위를 선점한 업체들이 IP를 기반으로 한 UPnP(Universal Plug and Play) 컨소시엄을 1999년에 구성하여 2000년 기기 아키텍처 1.0을 발표했다. 최근에는 670개 기관이 UPnP 멤버로 가입하는 등 표준화 경쟁에서 절대적 우위를 보이고 있다.
최근에는 UIC(UPnP Implementation Corporation)를 통해 UPnP 제품에 대한 인증을 하고 있다. 그리고 HVAC, 프린터, 스캐너, AV 아키텍처에 대한 표준이 정의되었고, QoS, AV 아키텍처 2.0 등에 대한 표준 정의가 활발히 진행되고 있다. 또한 홈오토메이션 기기 등 전통적으로 비IP 기반의 기기들을 수용할 수 있는 방안을 포함하는 등 활발한 활동을 벌이고 있다.
2003년 6월에는 다양한 표준의 난립으로 홈네트워크 활성화의 최대 저해요인으로 인식되는 상호호환성 문제를 해소하기 위해 휴렛패커드, 인텔, 마이크로소프트, 노키아, 파나소닉, 필립스, 삼성, 소니의 보드 멤버와 후지쯔, 게이트웨이, IBM, 켄우드(Kenwood), 레노버(Lenovo), NEC, 샤프(Sharp) 등의 프로모트 멤버 17개 회사가 주축이 되어 DHWG(Digital Home Working Group)를 설립했다. 이후 명칭을 DLNA(Digital Living Network Alliance)로 바꾸고 LG전자, ETRI 등 컨트리뷰터 멤버를 포함하여 총 130여 개 멤버를 구성해 그 입지를 확고히 하고 있다.
현재 DLNA는 UPnP를 기반으로 하여 다양한 AV 기기 간에 상호호환성을 보장하기 위해 미디어 포맷을 정의하고 있으며, 2004년 6월 HNv1.0을 발표하고 플러그페스트와 같은 인증 절차에 따라 상용화 작업을 하고 있다.
그밖에 IP를 지원하지 않는 홈네트워크 미들웨어에는 빌딩 자동화의 미들웨어로 사용되어 왔던 론웍스 등이 있다. 론웍스는 1994년 에실론(Echelon)사가 제안한 홈오토메이션을 위한 제어용 네트워크 시스템으로 가정의 토스터, 전구, 스위치와 같은 작은 장치에 마이크로 프로세스를 넣어 지능화된 네트워킹을 구현하고자 하는 목적과, 서로 다른 벤더가 만든 제품 간에 상호 통신하는 방법을 위해 기기를 센싱하고 컨트롤할 수 있는 뉴런 칩(neuron chip)을 모든 기기에 탑재하여 동작한다. 론웍스 미들웨어는 전력선통신을 이용하는 가전기기들을 위한 표준으로 확장되어 사용하고 있다. 〈표 5-1〉은 홈네트워크 미들웨어 표준화 동향을 보여준다.
통합 미들웨어
통합 미들웨어(UMB : Universal Middleware Bridge)는 유무선 통합 홈네트워크 환경에서 UPnP, 론웍스, 하비, LnCP, S큐브(S-cube) 등과 같은 개별 단체 표준 미들웨어들 간의 상호 연동성을 보장하는 기술이다.
통합 미들웨어는 〈그림 5-10〉과 같이 개별 단체 표준 미들웨어에 종속적인 부분을 통합 미들웨어에 적응시키는 미들웨어 브리지 어댑터(UMB-Adaptor)와 미들웨어 브리지 어댑터들 간의 통신을 지원하는 범용 미들웨어 브리지 코어(UMB-Core)로 구성된다.
그림 5-10 통합 미들웨어 개념도
미들웨어 브리지 어댑터는 기기 관리자(Device Manager), 이벤트 관리자(Event Handler), 글로벌 분배자(Global Dispatcher), 로컬 분배자(Local Dispatcher)로 구성되며, 범용 미들웨어 브리지 코어와의 접속 설정 기능 및 통합 미들웨어 메시지와 로컬 미들웨어 메시지를 수신, 해석, 생성, 전송하여 미들웨어 브리지 가상장치(UMB-VD)와 로컬장치 간의 상호 변환 기능을 한다.
범용 미들웨어 브리지 어댑터 코어는 글로벌 분배자와 메시지 라우터(Message Router)로 구성되며, 미들웨어 브리지 어댑터들과의 접속 설정 및 통합 미들웨어 메시지를 해석하여 라우팅하는 기능을 한다. 통합 미들웨어를 통해 시스템을 구축할 경우 기존의 미들웨어 및 장치의 변형 없이 이질적인 미들웨어 장치들 간의 상호 인식·제어·감시·이벤트 서비스를 제공할 수 있다.
IEC/ISO JTC1 SC25의 HES 상호 연동 프레임워크 표준 기술로 통합 미들웨어를 제안해 국제 표준화 작업을 하고 있으며, 제어 명령어 중심의 상호 연동에서 홈네트워크 자원, 데이터 간 상호 연동을 위한 구조를 확장하고 있다.
IEC/ISO JTC1 SC25에서는 코넥스(Konnex), IGRS, Itophome, 론웍스, Echonet 등 다양한 홈네트워크 프로토콜을 표준화 대상으로 고려하여 이들 간 상호 연동을 제공하는 HES 상호 연동 프레임워크에 대한 표준화를 추진하고 있다.
그림 5-11 통합 미들웨어 동작 개념도
지능형 미들웨어
IT 기술의 확산과 더불어 홈네트워크 기술의 보급을 위해서는 기존의 가전기기들을 네트워크에 연결시킴으로써 서로 다른 기기들이 제공하는 기능들을 동적으로 조합해 논리적으로 새로운 기능을 갖는 기기를 만들어내는 새로운 서비스를 사용자들에게 제공할 수 있어야 한다. 이를 위해 마이크로소프트, 필립스, HP 등 선진 업체들은 개인의 특성과 상황을 고려하여 최적의 서비스를 제공하기 위해 미들웨어 기술에 지능화 기술을 부가하는 기술을 개발하고 있다.
소니, 마이크로소프트, 필립스, IBM, ETRI는 유비쿼터스 서비스를 실현할 수 있는 출발점을 유무선 홈네트워크 환경이라 가정하고, 홈네트워크 기술에 언제 어디서나 홈네트워크에 연결된 다양한 기기들을 자동으로 구성하고 고도화된 서비스를 제공할 수 있는 상황인식(Context-Aware), 자가 구성(Self-Configurable), 자율 오류 감내(Autonomous Fault Recovery)를 할 수 있는 지능형 미들웨어 기술 개발에 주력하고 있다. 그러나 이들 기술은 콘텍스트, 미들웨어 및 서비스 관리 기술에 대한 연구가 부분적으로 수행되고 있어 아직 지능형 미들웨어 시스템이라 하기는 어렵다.
마이크로소프트, IBM, 소니는 홈네트워크와 향후의 IT 비전인 유비퀴터스홈 환경 구현을 위한 차세대 기술 개발에 집중하고 있으며, 버클리 대학에서는 ME마이크로소프트 기술을 기반으로 하여 저가의 극소형 지능형 디지털 스마트 센서·통신 시스템을 개발하는 스마트 더스트(Smart Dust) 프로젝트를 추진 중이다.
IRISA/INRIA, AT&T 등에서는 모바일 사용자의 위치에 따라 서비스를 가능하게 하는 위치 감지·추적 기술을 개발 중이며, 루슨트(Lucent)는 단일 플랫폼 기반의 서비스 지능형 네트워크 사업을 추진하고 있다.
이외에도 지능형 미들웨어 기술은 가정 내 주소 부족 문제를 해결할 수 있는 유일한 해결책으로 제시되는 IPv6를 지원할 수 있는 기술과 홈센서 및 로봇 등과 연계하여 서비스를 제공할 수 있는 미들웨어 기술 형태로 개발되고 있다.
또한 사용자들에게 지능형 서비스를 제공하기 위해 음성, 제스처 등 다양한 사용자 인터페이스를 제공하는 기술 개발이 진행 중이며, 궁극적으로 개인의 감정과 행동 패턴을 자동으로 고려하여 맞춤형 서비스를 제공할 수 있도록 감성 지원 에이전트 기술에 대한 개념을 정립하고 있다.
첫댓글 죄송합니다. '제4차산업은 운전수 없는 버스다'와 내용이 바뀌어 바로 잡고 제목도 고쳤습니다.