유비쿼터스컴퓨팅개론 6강 - 유비쿼터스 네트워크와 사물인터넷
유비쿼터스 네트워크의 개념과 구조적 모델, NGN과 BcN의 역할을 학습합니다. 이어서 사물 대 사물 통신과 사물인터넷의 차이, IoT 구현 요구사항·핵심기술·주요 응용 분야를 정리합니다.
1. 유비쿼터스 네트워크의 개념
등장 배경
유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 구현하려면 컴퓨팅 장치의 성능 향상과 기능 다양화, 장치의 소형화와 가격 하락에 따른 대중화, 세계 어디에서나 연결 가능한 유·무선 통신망이 필요하다. 개별 장치의 성능만 높아져서는 충분하지 않으며, 여러 종류의 단말이 지속적으로 연결되어 서비스를 주고받아야 한다.
정의와 5A
유비쿼터스 네트워크는 컴퓨터뿐 아니라 다양한 단말이 네트워크에 상시 접속되어 누구든 시간과 장소의 제약 없이 서비스를 제공받을 수 있게 하는 기술이다. 언제(Anytime), 어디서나(Anywhere), 어느 네트워크(Anynetwork), 어떤 장치(Anydevice), 어떤 서비스(Anyservice)라는 5A 환경을 지향한다.
지원하는 통신 관계는 사람 대 사람, 사람 대 사물, 사물 대 사물로 확장된다. 사람 대 사물 통신은 사람이 연결된 컴퓨터·스마트폰으로 기기와 통신하거나 서비스 이용을 위해 원격 기기와 통신하는 경우이다. 사물 대 사물 통신은 사람의 직접 간여 없이 사물이 다른 사물과 정보를 교환하는 경우이다.
핵심: 유비쿼터스 네트워크는 ‘컴퓨터만 연결하는 망’이 아니라 사람과 다양한 현실·논리 사물을 언제 어디서나 서비스에 연결하는 환경이다.
2. 유비쿼터스 네트워킹의 구조적 모델
차세대 네트워크가 유비쿼터스 네트워킹을 지원하려면 어떤 사물과도 연결할 수 있어야 한다. 인터넷 연결, 끊김 없는 서비스, 멀티네트워크 기능과 네트워크 사이의 종단 간 연결성을 함께 제공해야 한다. 구조적 모델은 최종 사용자 기능, 전송층, 서비스층, 응용 프로그램 계층으로 이해할 수 있다.
최종 사용자 기능
최종 사용자(End-User) 기능은 연결과 협력을 위한 최종 사용자 측 기능이다. 정보의 수집·처리·저장·통신을 포함한다. 사물 유형에 따라 서비스를 제공하려면 사물을 시스템에 연결하는 기능이 필요하고, 물리적 사물과 관련된 데이터를 찾고 처리하려면 사물에 유일한 식별자를 부여해야 한다.
차세대 네트워크 전송층
전송층은 사물과 응용 프로그램 사이에서 메시지를 교환한다. 응용 프로그램의 서비스 요청과 응답, 요청 메시지 등을 전달하고 변환하며, 응용 데이터의 신뢰성 있는 전달을 지원한다. 사물이 있는 각 네트워크의 특성에 따라 유선·무선 인터페이스와 게이트웨이를 통해 연결한다.
차세대 네트워크 서비스층
서비스층은 사물의 수행 환경과 상황정보를 파악한다. 단말과 사용자의 이동, 실행 환경 변화 등 다양한 통신 환경 변화에도 서비스를 예측하고 제공할 수 있어야 한다. 네이밍 서비스는 분산된 데이터 저장 시스템에서 원하는 정보를 찾게 하고, 모니터링과 상호작용, 성능·보안 기능도 제공한다.
유비쿼터스 네트워킹 응용 프로그램
응용 프로그램은 수집한 데이터를 가공하여 의미 있는 정보를 만든다. 여러 사물에서 수집한 데이터는 의미 있는 정보로 변환되어 사용자에게 제공된다. 사물 식별·관리 기능과 서비스 요청, 사물 대 사물 통신을 모두 지원해야 한다.
| 계층 | 주요 기능 |
|---|---|
| 최종 사용자 기능 | 사물 연결, 식별, 데이터 수집·처리·저장·통신 |
| 전송층 | 메시지 교환·변환과 신뢰성 있는 데이터 전달 |
| 서비스층 | 상황 인식, 네이밍, 모니터링, 성능·보안 지원 |
| 응용 프로그램 | 데이터를 의미 있는 정보와 서비스로 변환 |
3. NGN과 광대역 통합망
차세대네트워크
NGN(Next Generation Network)은 특정 기술 자체라기보다 네트워크의 전반적 진화 방향이다. 궁극적으로 하나의 통합망에서 다양하고 고도화된 서비스를 제공하는 것을 뜻한다. 기존 망이 가진 단점과 한계를 해결하면서 새로운 서비스를 제공하고, 단계적으로 여러 망을 차세대망으로 교체해 통합망으로 발전시킨다.
광대역 통합망
BcN(Broadband convergence Network)은 유·무선 및 통신·방송이 융합된 환경에서 품질이 보장되는 광대역 멀티미디어 서비스를 언제 어디서나 끊김 없이 안전하게 이용하도록 하는 차세대 정보통신망이다. 국내에서는 공중망과 유선망, 무선망, 방송망을 IP 기반의 통합망으로 묶는 방향으로 추진되었다.
일반 전화망(PSTN), 비동기 전송방식(ATM), 프레임릴레이, 전용망, 무선통신망 등을 패킷 기반의 공통망으로 통합하면 망 구축·운영 비용을 줄이고 보안이 강화된 개방형 네트워크 솔루션을 제공할 수 있다.
BcN은 패킷전송 기술을 다양한 통신 서비스에 적용하는 통신망이며, 융합형 IP 패킷의 구조를 가진다. 음성·데이터·영상을 동시에 수용하고 인터넷 전화와 멀티미디어 메시지 같은 서비스를 효율적으로 제공한다. 유·무선망 통합, 통신·방송 융합, 데이터 융합을 지원하며 개방형 API, QoS, 보안, IPv6 등이 핵심 기반이 된다.
구분: NGN은 차세대 통합망으로 진화하는 큰 방향이고, BcN은 IP 패킷 기반으로 유·무선·방송·통신을 통합해 품질보장 멀티미디어 서비스를 제공하는 구체적 통합망 개념이다.
4. 사물 대 사물 통신
M2M과 사물의 범위
M2M(Machine-to-Machine)은 유비쿼터스 환경에서 사물 대 사물 통신을 지원하기 위한 네트워크 환경이다. 여기서 사물은 네트워크에 연결된 사용자나 다양한 객체를 뜻하며, 원격 데이터 장비, 센서와 시스템 등 주변에 존재하는 모든 것이 대상이 될 수 있다.
사용자의 단말, 게이트웨이, RFID 센서, 다양한 목적의 디바이스, 콘텐츠, 응용 프로그램, 차량 등도 통합 대상이다. 기존 통신망의 인터페이스에 연결하여 원격되고 중단 간 연결을 설정하고 독립적으로 통신하게 한다.
세 가지 사물 유형
| 유형 | 의미 |
|---|---|
| 고정 사물 | 이동이 없는 현실 객체 |
| 이동 사물 | 항공·선박·자동차처럼 이동 중인 현실 객체 |
| 논리적 사물 | 서버의 응용 프로그램이나 콘텐츠처럼 연결성을 제공하는 비물리 객체 |
사물은 빌딩 같은 고정 환경과 차량 같은 이동 환경 모두에 존재할 수 있다. 유·무선 인터페이스로 NGN에 연결되어 상호통신하며, 게이트웨이가 개별 사물망과 차세대 네트워크를 이어 준다.
5. 사물인터넷의 개념과 요구사항
사물인터넷의 정의
사물인터넷(IoT: Internet of Things)은 각종 사물에 컴퓨터 기능과 통신모듈을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술이다. 모든 종류의 사물이 서로 연결되어 통신할 수 있게 하며, 사물·센서·네트워크·데이터·서비스가 융합된다.
사물에 설치된 센서가 데이터를 수집하고 네트워크로 전송하면, 수집된 데이터가 가공되어 새로운 정보와 서비스가 만들어진다. 사람이 이해하거나 직접 간여하지 않아도 사물이 자율적으로 동작하고 필요한 정보를 공유하는 네트워크가 된다.
IoT에서 사물의 의미
IoT에서 사물은 네트워크에 연결된 다양한 디바이스와 장치를 말한다. 스마트폰·태블릿 같은 모바일 기기, 웨어러블, 자동차, TV·냉장고 같은 가전, CCTV·드론 등이 포함된다. 각 사물에는 주변 상황을 인지하고 데이터를 수집하는 센서, 데이터를 처리·저장하는 처리장치와 저장공간, 네트워크로 전달하는 통신모듈, 실제 동작을 만드는 구동장치가 들어갈 수 있다.
일반적인 요구사항
- 사물 대 사물 통신은 원하는 서비스를 언제 어디서나 받을 수 있도록 항상 통신 가능해야 한다.
- 사물이 한정된 전력으로 동작하므로 전력 소모가 적고, 불필요한 부하를 제거한 최적 경량 프로토콜이 적합하다.
- 생활환경 측정을 위해 자동차·자전거·스마트폰처럼 이동하는 사물을 지원하는 이동성과 끊김 없는 통신이 필요하다.
- 연결되는 사물 수가 늘어날 수 있으므로 네트워크 확장성이 필요하다.
- 종단 간 연결을 위해 IPv6와 같은 고유 식별자와 주소 체계가 필요하다.
- 프로그램 플랫폼을 빠르고 쉽게 개발할 수 있도록 적절한 개발 지원이 필요하다.
- 서비스에 필요한 QoS와 사용자가 느끼는 QoE를 지원하고 오류를 즉시 발견·수정해야 한다.
요구사항 암기: 상시연결, 저전력·경량, 이동성, 확장성, 고유 식별, 개발 지원, QoS·QoE를 함께 기억한다.
6. M2M과 IoT의 차이
M2M은 사물 통신이라는 물리적 개체 중심으로 모든 사물에 통신 기능을 부여해 지능적으로 정보를 수집하고 전달하는 기술이다. IoT는 인간과 사물, 서비스 등 분산 구성요소 사이에 인위적 개입 없이 상호협력하여 센싱·네트워킹·정보 교환과 처리를 수행하는 지능적 관계망이다.
연결 대상이 인간에서 사물과 공간, 자연으로 넓어졌고 정보 수집도 단순 입력에서 직접 환경을 읽는 센싱으로 변화했다. M2M이 두 기계 사이의 직접 통신에 초점을 둔다면 IoT는 인터넷·플랫폼·데이터 처리·서비스까지 포함하는 더 넓은 생태계이다.
| 구분 | M2M | IoT |
|---|---|---|
| 중심 | 기계·사물 사이 통신 | 사물·사람·서비스의 지능적 관계망 |
| 범위 | 특정 목적의 직접 연결 | 인터넷·플랫폼·데이터·응용 서비스까지 확장 |
| 정보 수집 | 장치 간 상태와 명령 교환 | 센싱·분석·서비스 가치 창출 |
7. IoT의 주요 기술 요소
센싱과 유·무선 네트워크
분리 사물은 주변 환경을 인식하고 데이터를 수집해 부분적으로 처리한 뒤 네트워크로 서버에 전달한다. 다양한 사물은 센서·액추에이터 네트워크, 유선·무선·이동통신망 등을 통해 연결된다.
사물 식별 기술
RFID, 센서, 스마트카드 같은 장치를 식별하고 위치를 추적하며 네트워크 연결성을 제공하는 기술이다. 상세 기술은 사물 식별, 위치 찾기·추적, 네이밍과 NGN 연결성 제공으로 구분할 수 있다. 사물의 정체성은 시간이 지나도 변하지 않아야 하지만 특정 장치·시스템에 영향을 받을 수 있다. 유일 식별자는 추적·접속제어·보호 기능과 M2M 통신에 필수적이다.
데이터 처리와 관리
IoT 데이터는 규모가 크고(Volume), 빠르게 생성되며(Velocity), 종류가 다양하다(Variety). 가공·분석하여 가치를 만들기 위해 데이터 분석 알고리즘과 실시간·시공간 분석, 클라우드, 데이터베이스, 스토리지, 오픈소스 기술이 필요하다. 대용량 분산처리 능력도 중요한 요소이다.
IoT 통합 플랫폼
미래 IoT 서비스 시장은 대규모 사물과 데이터를 효율적으로 처리하는 플랫폼을 중심으로 확산된다. 플랫폼은 이기종 센서를 식별·연결하고, 각 사물을 제어하며, 대규모 센서 데이터의 저장·관리, 검색·분석, 웹 기반 개방형 서비스 제공을 담당한다.
보안 기술
많은 사물이 연결되고 수집 정보가 서버에 전달·분석되는 과정에서는 각 과정이나 외부 공격으로 인한 정보 유출 사고가 발생할 수 있다. 따라서 식별·인증, 통신 보호, 데이터와 플랫폼 보안이 중요하다.
| 기술 요소 | 역할 |
|---|---|
| 센싱 | 환경 인식과 데이터 수집 |
| 유·무선 네트워크 | 사물·게이트웨이·플랫폼 연결 |
| 사물 식별 | 유일 식별, 위치 추적, 네이밍 |
| 데이터 처리·관리 | 대용량·실시간·다양한 데이터 분석 |
| 통합 플랫폼 | 연결·제어·저장·분석·서비스 제공 |
| 보안 | 사물·통신·데이터·서비스 보호 |
8. IoT의 주요 응용 분야
IoT는 보건·의료에서 원격 진료와 웨어러블 건강관리, 전력 분야에서 스마트 그리드, 교통에서 커넥티드카와 지능형 교통시스템으로 발전한다. 제조업에서는 스마트 팩토리와 즉답형 생산관리 시스템, 농축산업에서는 스마트 농장·식물공장·스마트 양식장에 적용된다.
| 응용 분야 | 주요 기능 |
|---|---|
| 에너지 | 생산·전략·소비의 지속 측정과 최적 공급, 분산 지능형 시스템 |
| 교통·운송 | 운송수단과 교통체계 연결, 안전하고 편리한 혁신 서비스 |
| 제조업 | 생산 정보를 실시간 가공·취합하는 지능형 생산관리 |
| 의료 | 진단형 기기와 생체·행동 데이터 기반 의료 접근성 향상 |
| 공공 | 안전 정보 제공, 지능형 공공 서비스와 주민 생활 지원 |
| 고객 서비스 | 구매부터 엔터테인먼트까지 개인 맞춤형 응용 |
| 건축·주거 | 조명·난방·가전기기를 원격 제어하는 스마트 빌딩·홈 |
산업 IoT(IIoT)는 제조업뿐 아니라 넓은 ICT 산업으로 확산되어 스마트 농업·인프라 등 고부가가치 분야를 만든다. 앞으로는 주변 상황정보를 수집·분석·예측하고 인간에게 서비스를 자율적으로 제공하는 방향으로 발전하며, 연결성·지능성·자율성을 높이기 위해 인공지능 기술의 결합이 중요해진다.
핵심 개념 정리
- 유비쿼터스 네트워크는 다양한 단말과 사물을 상시 연결하여 5A 서비스를 제공한다.
- 구조적 모델은 최종 사용자 기능, 전송층, 서비스층, 응용 프로그램으로 구성된다.
- NGN은 통합망 진화 방향이며 BcN은 IP 기반 유·무선·방송·통신 통합망이다.
- M2M은 기계·사물 간 직접 통신, IoT는 사물·사람·서비스·플랫폼·데이터를 포괄하는 관계망이다.
- IoT 사물에는 센서·처리장치·저장공간·통신모듈·구동장치가 포함될 수 있다.
- IoT 핵심기술은 센싱, 네트워크, 식별, 데이터 처리·관리, 통합 플랫폼, 보안이다.
- IoT는 에너지·교통·제조·의료·공공·주거·농업 등 거의 모든 산업에 적용된다.
최종 암기: 센서가 현실을 읽고, 네트워크가 데이터를 전달하며, 식별기술이 사물을 구분하고, 플랫폼과 데이터 기술이 의미를 만든 뒤 서비스와 액추에이터가 결과를 현실에 반영한다. 이 전 과정의 안정적 연결·확장·품질·보안이 유비쿼터스 네트워크와 IoT의 핵심이다.
예상문제 20선
1. 유비쿼터스 네트워크가 지향하는 5A에 포함되는 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ①
유비쿼터스 네트워크는 시간·장소·망·장치·서비스의 제약을 줄인다.
2. 구조적 모델의 전송층 역할은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ②
전송층은 서비스 요청과 응답 등 응용 데이터를 신뢰성 있게 운반한다.
3. 서비스층의 기능으로 옳은 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
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정답: ③
서비스층은 변화하는 통신환경에서도 상황을 파악해 서비스를 제공한다.
4. 유비쿼터스 네트워킹 응용 프로그램의 핵심 역할은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ④
응용은 여러 사물의 데이터를 가공해 사용자에게 가치 있는 결과를 제공한다.
5. NGN에 대한 설명으로 옳은 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ①
NGN은 기존 망의 한계를 해결하고 통합망에서 고도화 서비스를 제공하는 방향이다.
6. BcN의 특징으로 가장 적절한 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ②
BcN은 음성·데이터·영상을 하나의 광대역 통합망에서 처리한다.
7. 다음 중 논리적 사물에 해당하는 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ③
논리적 사물은 물리적 실체가 아닌 프로그램·콘텐츠와 같은 연결 객체이다.
8. 사물인터넷의 정의로 옳은 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ④
IoT는 다양한 사물이 센싱·통신하며 데이터와 서비스를 교환하는 환경이다.
9. IoT 사물의 구성 요소로 옳은 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ①
사물은 환경을 읽고 처리·저장·전송하며 필요하면 실제 동작까지 수행한다.
10. IoT에 경량 프로토콜이 필요한 이유는?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ②
IoT 장치는 제한된 전력으로 작동하는 경우가 많아 통신 오버헤드를 줄여야 한다.
11. IoT의 확장성이 의미하는 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ③
IoT는 매우 많은 장치가 추가될 수 있으므로 연결 규모를 넓힐 수 있어야 한다.
12. QoS와 QoE를 지원해야 하는 이유는?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ④
IoT 서비스는 통신 품질뿐 아니라 사용자가 체감하는 경험까지 안정적으로 유지해야 한다.
13. M2M과 비교한 IoT의 특징은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ①
IoT는 M2M 통신 위에 데이터 처리와 서비스 생태계를 확장한 개념이다.
14. 사물 식별 기술의 역할은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ②
RFID와 센서 등의 식별자는 사물 대 사물 통신과 접속제어에 필수적이다.
15. IoT 데이터의 3V에 포함되지 않는 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ③
3V는 데이터의 규모, 생성 속도, 다양성을 뜻한다.
16. IoT 통합 플랫폼의 기능이 아닌 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ④
플랫폼은 연결과 제어, 데이터 관리 및 개방형 서비스를 지원한다.
17. IoT 보안이 중요한 이유는?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ①
사물·망·서버·서비스 각 단계가 공격 지점이 될 수 있어 전체 보안이 필요하다.
18. 스마트 팩토리에 해당하는 IoT 응용은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ②
제조 IoT는 공정 데이터를 필요한 시점에 가공·취합해 생산을 최적화한다.
19. 커넥티드카와 지능형 교통시스템이 속하는 분야는?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ③
차량과 교통체계를 연결하여 안전성과 편의성을 높이는 응용이다.
20. IoT의 일반적인 처리 흐름으로 옳은 것은?
정답입니다.
오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.
정답 및 해설 보기
정답: ④
현실 데이터를 읽어 전달·분석한 뒤 그 결과를 정보 서비스나 실제 동작으로 반영한다.
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