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컴퓨터의이해 14강 - 유비쿼터스

컴퓨터의이해 14강 - 유비쿼터스

유비쿼터스 컴퓨팅의 개념과 발전 단계, 지향점인 5C와 5ANY를 살펴본다. 이를 구현하는 MEMS·IPv6·RFID·USN·임베디드 시스템 등의 기술을 이해하고, 사물인터넷과 스마트시티로 이어지는 응용 사례를 학습한다.

제1장 유비쿼터스의 개념과 발전

1. 유비쿼터스란 무엇인가

유비쿼터스(ubiquitous)는 라틴어에서 유래한 말로, 물이나 공기처럼 “언제 어디서나 존재한다”는 뜻이다. 컴퓨팅 분야에서는 언제, 어디서나, 누구라도 컴퓨터와 네트워크를 통해 필요한 서비스를 손쉽고 편리하며 안전하게 이용할 수 있는 환경을 가리킨다. 사용자가 컴퓨터 앞에 일부러 앉아 명령을 내리는 장면만을 뜻하지 않고, 생활공간에 스며든 여러 장치가 상황을 감지하고 서로 정보를 교환하는 환경까지 포함한다.

이 개념은 1988년 제록스 팰러앨토연구소(PARC)의 마크 와이저(Mark Weiser)가 처음 제시하였다. 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크에서는 가전제품, 가구, 의류, 식품뿐 아니라 도로, 다리, 터널, 빌딩과 벽 같은 물리공간에도 작은 마이크로프로세서나 RFID가 들어간다. 그 결과 사물과 공간이 지능화되고 네트워크로 연결되어 서로 정보를 주고받게 된다.

핵심 관점

유비쿼터스는 단순히 컴퓨터의 수가 많아지는 현상이 아니다. 다수의 컴퓨터가 사람과 사물, 공간 속에 자연스럽게 편재하고 연결되며, 사용자가 컴퓨터의 존재를 의식하지 않아도 상황에 맞는 서비스를 받을 수 있는 환경이다.

2. 컴퓨팅 환경의 네 단계

단계시기와 환경사람과 컴퓨터의 관계
제1단계 메인프레임 시대1960년대, 비즈니스 분야에서 컴퓨터가 본격 활용됨many persons, one computer: 여러 사람이 한 컴퓨터를 사용하며 컴퓨터가 주역
제2단계 개인용 컴퓨터 시대1980년대, 클라이언트와 서버가 등장하고 PC가 전용선으로 네트워크화됨fewer persons, one computer: 더 적은 수의 사람이 한 컴퓨터를 사용
제3단계 인터넷 시대1990년대 중반, 개인용 컴퓨터가 인터넷 네트워크에 연결됨one person, one computer: 한 사람과 한 컴퓨터가 대등한 관계
제4단계 유비쿼터스 시대다양한 컴퓨터가 도처에 편재하며 존재를 의식하지 않고 이용함one person, many computers: 한 사람이 여러 컴퓨터를 이용하며 사람과 컴퓨터의 주종관계가 역전

발전의 흐름은 희소하고 중심적인 대형 컴퓨터에서 개인용 컴퓨터로, 다시 인터넷으로 연결된 개인용 컴퓨터에서 생활공간 전체에 분산된 수많은 컴퓨터로 이동한다. 유비쿼터스 단계에서는 센서 네트워크, NFC·RFID 같은 근거리 인식 기술, 유선·무선 네트워크와 자동 컴퓨팅이 결합하여 정보통신뿐 아니라 사회 모든 분야에 새로운 패러다임을 만든다.

제2장 유비쿼터스의 지향점

1. 마크 와이저의 네 가지 기준

첫째, 모든 장치는 네트워크로 서로 연결되어야 한다(Network). 둘째, 사용자 인터페이스는 눈에 두드러지지 않아야 한다(Invisible). 이는 인터페이스 자체가 사라진다는 뜻이 아니라 누구나 쉽게 사용할 수 있고 사용자의 행동을 방해하지 않는 사용자 중심 인터페이스를 뜻한다. 셋째, 어디에서나 컴퓨터를 사용할 수 있어야 한다. 넷째, 컴퓨팅이 생활에 통합되어야 한다.

생활에 통합된 서비스는 모든 사람에게 언제나 똑같이 작동하는 것이 아니다. 장소, 사용자 ID, 장치, 시간, 온도, 명암, 날씨 등의 상황을 인식하고 그에 따라 제공 방식이나 내용이 달라져야 한다. 이처럼 주변 맥락을 파악해 적절히 반응하는 성질이 유비쿼터스 환경의 중요한 특징이다.

2. 5C와 5ANY

구분요소의미
5CComputing, Communication, Connectivity, Contents, Calm계산, 통신, 연결성, 콘텐츠, 사용자를 방해하지 않는 차분한 컴퓨팅이 함께 구현되어야 함
5ANYAnytime, Anywhere, Any network, Any device, Any service언제나, 어디서나, 어떤 네트워크·장치에서도 필요한 서비스를 이용할 수 있어야 함

5C는 유비쿼터스 환경을 이루는 기능과 성격에 초점을 두고, 5ANY는 이용자가 체감하는 보편적 접근성에 초점을 둔다. 특히 Calm은 기술이 계속 작동하더라도 사용자의 주의를 불필요하게 빼앗지 않고 자연스럽게 도움을 주어야 한다는 지향점이다.

3. 기본 개념을 이루는 다섯 환경

유비쿼터스의 기본 개념은 상황과 환경에 적응 가능한 네트워크 환경, 편의성과 다양성이 높은 단말 환경, 서비스와 애플리케이션을 자유롭게 이용하는 환경, 다수 사용자가 동시에 이용할 수 있는 초고속망 환경, 안전한 정보 이용 환경으로 정리할 수 있다. 결국 어디서나 네트워크에 연결되고, 무엇이든 자유로운 단말로 사용하며, 원하는 콘텐츠와 서비스를 안심하고 편안하게 이용하는 것이 목표이다.

제3장 유비쿼터스 관련 기술

1. MEMS와 IPv6

미세전자기계시스템(MEMS, Micro Electro Mechanical Systems)은 전자·반도체 기술, 기계 기술, 광 기술을 융합하여 마이크로 단위의 초소형 부품과 시스템을 설계·제작·응용하는 기술이다. 웨이퍼 위에서 일괄 제조할 수 있어 소형화와 대량생산에 유리하며 가격을 낮출 수 있다. 또한 하나의 칩에 여러 기능 소자와 신호처리부를 집적하여 높은 성능과 신뢰성을 얻을 수 있다.

IPv6는 IPv4의 주소 부족, 취약한 보안성, 멀티미디어 제공에 필요한 성능 부족 등을 보완한 차세대 인터넷 프로토콜이며 128비트 주소를 사용한다. 강의록은 IPv4가 32비트로 약 43억 개의 주소를 제공하는 데 비해 IPv6는 훨씬 방대한 주소 공간을 제공한다고 설명한다. 수많은 사물이 각각 네트워크 주소를 필요로 하는 유비쿼터스 네트워킹에서 이 넓은 주소 공간이 중요하다.

2. RFID와 USN

RFID(Radio Frequency Identification)는 일정한 주파수 대역을 이용하여 무선으로 각종 데이터를 주고받는 무선인식 시스템이다. 기본적으로 초소형 마이크로칩과 안테나로 이루어진다. 원거리나 이동 중에도 인식할 수 있고 눈, 비, 바람, 먼지, 자석 같은 환경의 영향을 적게 받으며, 제조 단계에서 유일한 ID를 부여할 수 있어 위조 방지에도 유리하다.

RFID 태그는 안테나와 집적회로로 구성되며 작은 크기로도 만들 수 있다. RFID 판독기는 태그 칩에 암호화되어 저장된 데이터를 읽어 풀어내고, 그 데이터를 컴퓨터로 보내 처리하게 한다. 상품에 부착된 태그를 한꺼번에 인식하는 계산대 없는 무인마트가 대표적인 응용 사례이다.

유비쿼터스 센서 네트워크(USN, Ubiquitous Sensor Network 또는 Wireless Sensor Network)는 모든 사물에 전자태그나 센서를 부착해 사물과 환경을 인식하고, 네트워크를 통해 실시간 정보를 전달·활용하는 체계이다. 전자태그, 리더, 미들웨어, 응용 서비스 플랫폼을 중심으로 유·무선망을 이용해 구성된다.

USN 활용 분야활용 예
사회복지·기간산업치매 노인·어린이 위치 추적, 장애인 편의와 안전 관찰, 개인화 마케팅, u-City
의료환자 상태정보와 위치 관리, u-Healthcare 전반
ITS이동 차량 실시간 위치 추적, 버스정보시스템과 연계한 위치 정보 제공
물류·유통컨테이너 차량과 창고 물품의 위치·재고 확인, 택배 위치 추적
텔레매틱스내비게이션, 차량 내 센서 기반 서비스, 노면 상태 알림, 안전주행 정보 수집·제공

3. 임베디드 시스템, SoC, 블루투스와 지그비

임베디드 시스템은 기계나 전자장치에 두뇌 역할을 하는 마이크로프로세서를 장착하여 효과적으로 제어하는 시스템이다. 기기를 동작시키는 소프트웨어를 칩에 담아 기기 안에 내장한 형태로 볼 수 있다. 세탁물의 종류에 따라 물·세제·세탁 강도를 조절하는 세탁기, 재료에 따라 다르게 작동하는 밥솥, 보관 재료에 맞추어 반응하는 냉장고가 그 예이다.

단일칩시스템(SoC, System on Chip)은 명령어 처리에 필요한 컴퓨터 하드웨어와 부수적인 전자부품을 하나의 칩에 포함한 것이다. 블루투스는 휴대기기를 연결해 정보를 교환하는 근거리 무선 기술로, 약 10m 이내에서 사용하는 초단거리·저전력 연결이다. 지그비(ZigBee)는 블루투스의 높은 가격과 전력 소비라는 단점을 보완한 기술이다.

기술 간 관계

MEMS는 작은 센서와 부품을 만들고, SoC와 임베디드 시스템은 기기 내부의 처리·제어 능력을 제공한다. RFID와 USN은 대상의 식별과 환경 감지를 담당하며, IPv6와 근거리 무선 기술은 수많은 장치를 주소화하고 연결하는 기반이 된다.

제4장 사물인터넷

1. 사물인터넷의 개념

사물인터넷(IoT, Internet of Things)은 1999년 MIT Auto-ID 센터의 케빈 애시턴(Kevin Ashton)이 RFID와 기타 센서를 일상생활의 사물에 탑재함으로써 구축될 것이라고 언급한 개념이다. 인간의 개입이 없거나 최소화된 상태에서 사물들이 협력하여 센싱, 정보처리와 교환, 네트워킹을 수행하고 상호 지능적인 관계를 형성하여 서비스를 제공하는 사물공간 연결망이다.

지능화된 사물들이 만든 네트워크에서는 사람과 사물, 사물과 사물이 서로 소통한다. 여기에 상황 인식을 바탕으로 한 지식이 결합되면 단순히 데이터를 모으는 수준을 넘어 지능적인 서비스를 제공하는 글로벌 인프라가 된다. 센서로 상태를 감지하고, 네트워크로 데이터를 보내고, 처리 결과를 서비스나 제어에 반영하는 흐름을 함께 이해해야 한다.

2. 응용 분야와 사례

응용 분야내용
스마트팜스마트 온실, 축사, 농장, 양식장의 상태를 감지하고 제어
자율주행센서와 통신을 이용하는 무인자동차
헬스케어자가진단키트와 모바일 기기의 연결, 환자 상태의 지속적 관찰
스마트홈가전제품과 전자기기의 연결, 원격검침과 원격제어
스마트시티도시의 교통·환경·안전·에너지·복지 서비스를 통합적으로 지능화

심장에 일회용 밴드처럼 붙이는 심장 감시기는 심장 활동을 지속적으로 관찰하고 부정맥이나 심부전의 징후를 의사에게 알린다. 샌프란시스코의 인터넷 연결 파킹미터는 원하는 구역의 주차 가능 여부를 확인하고 주차요금을 계산하게 한다. 두 사례 모두 센싱과 연결을 통해 현실의 상태를 정보화하고 필요한 사람이나 시스템에 전달한다.

제5장 스마트시티

1. 스마트시티의 의미와 구성

스마트시티는 첨단 정보통신기술(ICT)과 IoT 등을 이용하여 교통, 환경, 주거, 시설의 비효율 같은 도시 문제를 해결하고 시민이 편리하고 쾌적한 삶을 누리도록 하는 효율적이고 똑똑한 도시이다. 4차 산업혁명의 혁신기술로 삶의 질과 도시의 지속가능성을 높이고 새로운 산업을 육성하는 플랫폼이라는 의미도 가진다.

스마트시티에는 IoT뿐 아니라 인공지능, 빅데이터, 클라우드, 5G, 자율주행, 블록체인 등 다양한 기술이 함께 적용된다. 서비스 영역은 스마트 주차·신호·교통관리 같은 교통, 수질·대기오염·폐기물 관리 같은 환경, 사고·범죄 감지와 재해 대응 같은 안전, 스마트 에너지·건물 에너지 관리·충전 인프라 같은 에너지, 독거노인 돌봄과 장애인 이동 보장 같은 생활·복지, 디지털 마켓플레이스와 클라우드싱크 플랫폼 같은 경제를 포괄한다.

세계적으로 토론토, 콜럼버스, 뉴멕시코, 산탄데르, 바르셀로나, 밀턴킨즈, 케임브리지, 암스테르담, 코펜하겐, 마스다르, 싱가포르, 항저우 등 여러 도시와 지역이 데이터 플랫폼, 리빙랩, 테스트베드, 연구개발 형태로 스마트시티를 추진하였다. 암스테르담의 스마트 조명과 스마트 교통관리도 대표 사례이다.

2. 국내 스마트시티와 세종 사례

국내에서는 세종과 부산에 국가 시범도시 조성을 시작하였다. 스마트시티는 언제 어디서나 ICT를 자유롭게 이용하고 친환경 기술을 적용하여 행정, 교통, 물류, 방범·방재, 에너지, 환경, 물관리, 주거, 복지 기능을 효율화하며 시민의 쾌적하고 편리한 삶을 지향한다.

세종 스마트시티는 자율주행과 공유 기반 스마트 교통으로 출퇴근이 편한 도시, 개인 맞춤형 의료와 신속한 응급진료가 가능한 헬스케어 도시, 창의적·비판적 사고를 에듀테크로 확장하는 교육 중심 도시를 지향한다. 또한 에너지 자립과 미세먼지 저감, 스마트 쓰레기 처리시설을 갖춘 친환경 도시, 주민 여론이 빠르게 반영되는 스마트 행정 도시, 공연팀과 시민을 앱으로 연결하는 문화 도시, 시민참여 실험이 일어나는 혁신 도시를 목표로 한다.

세종 5-1 생활권은 인공지능 기반 도시로 시민의 일상을 바꾸는 스마트시티를 콘셉트로 한다. 모빌리티와 헬스케어를 주요 콘텐츠로 삼고, 모빌리티·헬스케어·교육·에너지와 환경·거버넌스·문화와 쇼핑·일자리의 7대 혁신요소를 데이터로 연계해 시민과 기업이 소통하는 오픈 이노베이션 플랫폼을 구축하는 전략을 제시한다. 공간은 소유차 제한구역과 BRT 중심의 직주근접 구조 등을 구상한다.

3. 부산 에코델타시티

부산 에코델타시티는 로봇 등 산업 육성으로 혁신 생태계를 조성하는 미래 수변도시를 지향한다. 물관리와 수변공간을 활용한 물 특화 도시, 로봇을 복지와 생활에 활용하는 방향을 주요 콘텐츠로 삼는다. 디지털 도시·증강도시·로봇도시의 3대 플랫폼과 로봇활용, 배움·일·놀이, 도시관리 지능화, 스마트워터, 제로에너지, 스마트교육·리빙, 헬스 모빌리티, 스마트안전, 스마트공원 등 10대 콘텐츠를 제시한다.

공간적으로는 4차 산업혁명에 대응하고 산업을 육성하기 위한 클러스터를 조성하며, 증강·디지털·로봇 같은 새 플랫폼으로 개인·사회·공공·도시 분야에 혁신적인 변화를 창출하는 전략을 취한다. 세종이 AI와 시민의 일상, 모빌리티와 헬스케어의 연결을 강조한다면 부산은 물과 로봇, 수변도시와 산업 생태계라는 특성이 두드러진다.

핵심 개념 정리

유비쿼터스: 언제 어디서나 누구라도 컴퓨터와 네트워크를 쉽고 편리하며 안전하게 이용하는 환경이다. 마크 와이저가 1988년에 제시하였다.

발전 단계: 메인프레임의 many persons-one computer에서 PC, 인터넷을 거쳐 유비쿼터스의 one person-many computers로 발전한다.

지향점: 네트워크 연결, 보이지 않는 인터페이스, 어디서나 이용, 생활과의 통합이라는 네 기준과 5C·5ANY를 충족해야 한다.

기반 기술: MEMS, IPv6, RFID, USN, 임베디드 시스템, SoC, 블루투스, 지그비가 감지·처리·식별·주소화·연결을 담당한다.

IoT: 지능화된 사물이 사람 및 다른 사물과 소통하고 상황 인식에 기반한 지능형 서비스를 제공하는 사물공간 연결망이다.

스마트시티: ICT와 IoT를 비롯한 혁신기술을 도시의 교통·환경·안전·에너지·복지 등에 적용하여 삶의 질과 지속가능성을 높이는 도시 플랫폼이다.

최종 정리

유비쿼터스의 본질은 컴퓨터를 더 눈에 띄게 만드는 것이 아니라, 센서와 프로세서와 네트워크가 생활 속에 자연스럽게 통합되어 상황에 맞는 서비스를 제공하게 하는 데 있다. 이 기반이 사물인터넷으로 구체화되고, 도시 규모로 확장되면 스마트시티가 된다.

예상문제 20선

1. 유비쿼터스의 어원에 가장 가까운 의미는?

정답입니다.

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정답: ①
유비쿼터스는 물이나 공기처럼 언제 어디서나 존재한다는 라틴어에서 유래하였다.

2. 1988년 유비쿼터스 컴퓨팅 개념을 처음 제시한 사람은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ②
마크 와이저는 제록스 PARC에서 유비쿼터스 컴퓨팅 개념을 처음 제시하였다.

3. one person, one computer 관계에 해당하는 발전 단계는?

정답입니다.

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정답: ③
1990년대 중반의 인터넷 시대에는 개인용 컴퓨터가 인터넷에 연결되며 한 사람과 한 컴퓨터의 관계가 형성되었다.

4. 유비쿼터스 시대의 사람과 컴퓨터 관계를 옳게 나타낸 것은?

정답입니다.

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정답: ④
유비쿼터스 시대에는 한 사람이 생활공간에 편재한 여러 컴퓨터를 존재를 크게 의식하지 않고 이용한다.

5. 마크 와이저의 네 가지 기준에 포함되지 않는 것은?

정답입니다.

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정답: ②
유비쿼터스 인터페이스는 눈에 띄게 강조되기보다 보이지 않듯 자연스럽고 사용자 중심적이어야 한다.

6. 다음 중 5C에 속하는 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ③
5C는 Computing, Communication, Connectivity, Contents, Calm이다. 나머지는 5ANY의 요소이다.

7. 장소·ID·시간·온도·날씨에 따라 서비스가 달라지는 특성을 가장 잘 설명한 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ④
유비쿼터스 서비스는 사용자의 환경과 맥락을 인식하여 그 상황에 적합하게 달라져야 한다.

8. 전자·기계·광 기술을 융합해 마이크로 단위 부품을 만드는 기술은?

정답입니다.

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정답: ①
MEMS는 여러 기술을 융합해 초소형 부품과 시스템을 설계·제작하며 웨이퍼 일괄 제조가 가능하다.

9. IPv6가 사용하는 IP 주소의 길이는?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ②
IPv6는 128비트 주소를 사용하여 수많은 유비쿼터스 장치를 수용할 넓은 주소 공간을 제공한다.

10. RFID에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ③
RFID는 무선 주파수를 사용하므로 직접 접촉하지 않아도 원거리나 이동 중에 인식할 수 있다.

11. 사물에 태그나 센서를 붙여 실시간 정보를 전달·활용하는 네트워크는?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ④
USN은 사물과 환경을 센서로 인식하고 그 정보를 유·무선망을 통해 실시간으로 전달해 활용한다.

12. 기기 동작용 소프트웨어를 칩에 담아 기기에 내장한 시스템은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ①
임베디드 시스템은 마이크로프로세서와 소프트웨어를 기기에 내장하여 특정 기능을 효과적으로 제어한다.

13. 컴퓨터 하드웨어와 부수 전자부품을 하나의 칩에 포함한 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ②
SoC는 명령 처리에 필요한 하드웨어와 관련 전자부품을 한 개의 칩에 집적한 단일칩시스템이다.

14. 강의록에서 지그비가 보완한다고 설명한 블루투스의 단점은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ③
지그비는 블루투스의 고가격과 고전력 소비라는 단점을 보완한 기술로 제시된다.

15. 사물인터넷 구축을 1999년에 언급한 인물은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ④
MIT Auto-ID 센터의 케빈 애시턴은 RFID와 센서를 사물에 탑재해 사물인터넷이 구축될 것이라고 언급하였다.

16. 다음 중 강의록에 제시된 사물인터넷 응용 분야가 아닌 것은?

정답입니다.

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정답: ①
스마트팜, 자율주행 무인자동차, 헬스케어, 스마트홈, 스마트시티가 IoT 응용 분야로 제시되었다.

17. 스마트시티에 관한 설명으로 가장 적절한 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ②
스마트시티는 다양한 첨단기술을 교통·환경·주거·시설 등에 적용해 효율성과 시민의 삶의 질을 높인다.

18. 스마트시티에 함께 적용되는 기술로 강의록에 제시되지 않은 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ③
강의록은 AI, 빅데이터, 클라우드, 5G, 자율주행, 블록체인 등을 스마트시티 신기술로 제시한다.

19. 세종 스마트시티의 7대 혁신요소에 포함되지 않는 것은?

정답입니다.

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정답: ④
세종의 혁신요소는 모빌리티, 헬스케어, 교육, 에너지·환경, 거버넌스, 문화·쇼핑, 일자리이다.

20. 부산 에코델타시티의 특징으로 옳은 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ①
부산 에코델타시티는 물 특화 도시와 로봇 기반 생활·복지를 통해 혁신 생태계를 조성하는 미래 수변도시를 지향한다.

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