[유비쿼터스개론] 유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 핵심 기술과 발전 방향 1

📕 1. 개요

유비쿼터스 환경은 모든 사물에 컴퓨팅과 네트워킹 기능을 심는 작업에서 출발한다. 물리 공간에 심을 수 있는 전자적인 요소들은 임베디드 시스템, RFID 태그, 미세 전자기계 시스템(MEMS), 센서, 칩 등이 있다. 이와 같은 초소형 컴퓨터가 물리 공간에 심어지고 광대역, 위성, Wi-Fi, 무선 통신, 블루투스 등의 유비쿼터스 네트워크가 사물과 플랫폼, 단말기 등을 서로 연결하면 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 기초가 된다.

유비쿼터스 컴퓨팅을 실현하기 위한 핵심 기술 분야는 아래와 같다.

 

① 디바이스 기술

② 네트워크 기술

③ 센싱 기술

④ 상황 인식 기술

⑤ 상호 작용 기술

⑥ 보안 기술

 

📕 2. 디바이스 기술

유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서는 다양한 종류의 응용이 가능하다. 그 범위에는 단순히 주변 정보를 수집하는 프로그램뿐만 아니라 멀티미디어 서비스, 인공 지능을 활용한 대용량 데이터 처리까지 포함된다. 멀티미디어 서비스의 경우에는 고성능의 처리 성능을 가진 서버가 필요한 반면, 여러 사물에 처리 기능을 부여하기 위해 칩의 소형화, 저전력 소비 기술이 필요하다. 처리 장치나 통신 기능을 내장한 시계, 착용 컴퓨터 등이 개발되어 있지만, 상품화를 위해서는 고성능의 소형칩이 필요하다.

 

📖 2. 1 시스템 반도체(SoC) 기술

시스템 온 칩(System on Chip)은 말 그대로 칩 자체가 하나의 시스템으로 기능할 수 있도록 마이크로프로세서와 디지털 신호 처리 장치(DSP: Digital Signal Processor), 메모리, 베이스밴드 칩, 임베디드 소프트웨어 등을 집적시킨 칩을 말한다. 최근에 자율주행 자동차, 드론, 스마트폰, 지능형 로봇 같은 디바이스 자체에서 인공 지능 연산을 수행하거나 인간의 뇌를 모방하는 형태로 개발되는 등 지능형 반도체가 등장하였다.

 

📖 2. 2 미세 전자기계 시스템(MEMS) 기술

미세 전자기계 시스템 기술은 소형화, 지능화가 요구되는 환경에 대응하기 위한 핵심 기술로 인식된다. MEMS 기술은 전자 기술, 기계 기술, 광 기술 등을 융합하여 마이크로미터 단위의 작은 부품 및 시스템 설계, 제작하고 응용하는 기술을 말한다. 링크 달아둔 글에도 설명 있으니 참고하시길!

https://lazypazy.tistory.com/29

[유비쿼터스개론] 유비쿼터스 혁명 3

 

📖 2. 3 차세대 전지

차세대 전지(Next Generation Battery)는 스마트폰, 태블릿 PC 등의 각종 휴대용 오디오 비디오기기, 노트북 컴퓨터 등의 같은 각종 휴대용 정보 단말기뿐만 아니라 산업용 전원, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 동력원으로 점점 더 중요성이 커지고 있다. 현재 휴대용 2차전지 크기로는 그 한계가 뚜렷하여 소형화, 고용량, 고성능 휴대 기기에 적용하기는 어려움이 있다.

전지 산업의 중심에는 리튬 이온 전지와 리튬 이온 퐇ㄹ리머 전지로 대표되는 리튬 2차 전지가 있는데, 앞으로도 휴대용 기기의 발달로 인해 리튬 2차 전지의 발달은 지속되고 있다. 높은 에너지 변환 효율을 가지며, 유지 및 보수가 간단하여 대용량 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)용 전지로 가장 선호되고 있다. 또한 기기 수요에 따라 연료 전지와 초고용량 커패시터(Supercapacitor 또는 Ultracapacitor) 등이 그 뒤를 이어가고 있다. 한편으로 리튬 매장량 및 생산량에 한계가 있어서 리튬 2차 전지를 대체할 전지 개발의 필요성이 커졌고, 이에 공기아연 2차 전지(Zinc air)도 주목을 받고 있다. 

 

📕 3. 네트워크 기술

 

유비쿼터스 컴퓨팅을 실현하기 위해 유비쿼터스 네트워크는 유연하고도 확장 가능한 유무선 통신망, 끊김 없는 이동성 지원, 인터페이스, 상황 인식, IPv6, 각종 초소형 칩 센서 기술, 기반 인프라 등가의 연동 기술을 확보해야 한다. 특히 유비쿼터스 네트워크는 수십억 개의 단말기가 서로 연결되어있으면서 다발적으로 정보를 주고받고 하는데 이 과정에서 대용량의 정보 흐름을 효과적으로 처리, 관리할 수 있어야 한다.

이를 위해서는

 

① 광대역 통신망(BcN: Broadband convergene Network)

② IPv6

③ 무선랜(Wireless Local Area Network)

④ 블루투스(Bluetooth)

⑤ ZigBee

⑥ 그리드 컴퓨팅(Grid Computing)

⑦ 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing)

이 필요하다.

 

📖 3. 1 광대역 통신망(BcN)

음성, 데이터, 영상, 멀티미디어 등 다양한 형식의 데이터가 발생하고 융합되고 있으며, 네트워크 기술의 획기적 발전으로 그 적용 범위가 가전, 자동차, 영상, 문화, 교육 등 거의 모든 분야로 확대되고 있다. 모든 장소에 컴퓨터가 내장되고, 이것들이 네트워크로 연결되는 유비쿼터스 사회에서는 네트워크를 오가는 정보량이 비약적으로 증가하게 된다. 따라서 유비쿼터스 네트워크를 실현하는 기반 네트워크는 상당한 대역폭을 가져야한다. 예를 들면 유비쿼터스 네트워크를 사용하는 목적이 화상이나 동영상을 연속적으로 보내는 엔터ㅔ인먼트 계열의 응용일 경우 원활한 서비스를 제공하기 위해서는 광대역이여야 한다.

 

📖 3. 2 IPv6

기존 인터넷 주소 체계(IPv4)는 IP 주소의 부족, 보안성 취약 등의 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 차세대 주소 체계인 IPv6가 등장하였다. IPv6는 32 비트 주소 체계인 IPv4의 문제점을 해결하기 위해 128비트 주소 체계를 사용함에 따라, IPv4 보다 수용 능력이 거의 무한대에 가까운 차세대 인터넷 프로토콜이다. 

 

📖 3. 3 무선랜

무선랜은 유선 네트워크인 LAN을 보다 유연하게 확장할 수 있는 데이터 통신 시스템으로 기기와 네트워크가 물리적인 선에 연결하지 않고서도 데이터를 주고 받을 수 있다. 데이터를 주고 받기 위해 무선 주파수 기술을 이용하는 기술이다. 이러한 무선랜은 기존의 유선랜에 비하여 간섭을 많이 받고 이동 속도도 저하될 수 있으나, 배선이 필요없고 단말기의 재배치가 용이하며 이동 중에도 통신이 가능하고 빠른 시간내에 네트워크를 구축할 수 있다.

 

 

📖 3. 4 블루투스

블루투스는 단거리 라디오 전파 통신을 사용하여 선의 연결 없이 여러 종류의 다양한 기기들을 연결시켜 주는 기술이며, 일정 용량 이상의 데이터 전송 용도에 적합하다. 예를 들어 블루투스를 사용하면, 프린터와 컴퓨터는 무선 연결을 통해 통신이 가능하다. 프린터뿐만 아니라 이어폰, 키보드, 마우스 등등 다른 전자 장치들도 블루투스를 사용해서 컴퓨터와 무선으로 연결할 수 있다. 

 

📖 3. 5 ZigBee

근거리 통신을 지원하는 IEEE 802.15.4 표준 중 하나로서 가정이나 사무실 등에서 10 ~ 20m 내외의 근거리 통신을 지원하는 기술이며, 이는 유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 주요한 기술중 하나이다. 'ZigBee'라는 용어는 벌이 꽃들 사이를 지그재그로 날아다니는 모습이 마치 효율적인 근거리 무선 통신을 연상케 한다고 해서 벌과 지그재그의 합성어로 표현되고 있다. ㅋ

 

📖 3. 6 그리드

그리드(Grid)의 사전적 의미는 '격자판'으로 격자 모양을 뜻한다. 그리드 컴퓨팅은 네트워크로 연결된 가상의 슈퍼컴퓨터, 즉 지리적으로 분산되어 있는 고성능 컴퓨팅 자원을 네트워크로 연동하여 조직과 지역에 관계없이 사용하는 컴퓨팅 방법이다.

인터넷이 웹에 연결된 수많은 클라이언트들이 정보를 교환하는 개념이었다면, 그리드는 컴퓨터뿐만 아니라 다양한 장치들이 서로 연결되어 CPU, 저장 공간과 같은 하드웨어, 데이터 등의 모든 가용 자원들을 공유하는 개념이다.

 

📖 3. 7 클라우드 컴퓨팅

클라우드 컴퓨팅은 각 PC 단말에서 개별적으로 하드웨어나 소프트웨어를 설치해 컴퓨팅을 수행하던 기존 방식에서 벗어나, 인터넷 네트워크상에 모든 컴퓨팅 자원을 관리하여 하나의 컴퓨터처럼 활용하는 개념이다. 정보들은데이터를 IDC(Internet Data Center) 등 대형 컴퓨터의 연합체인 클라우드에 설치, 저장한 후, 네트워크 접속이 가능한 다양한 단말기를 통해 장소에 구애받지 않고 원하는 작업을 수행할 수 있도록 지원하는 컴퓨팅 기술이다.

최근 사물 인터넷 기기로부터 발생하는 대용량 데이터 처리 필요성 증가 및 저지연 서비스 수요 증가에 대처하기 위해, 클라우드 컴퓨팅 기술의 근간을 두고 컴퓨팅 자원을 센서나 디바이스 근접한 곳에서 수행하는 분산 컴퓨팅 구조의 에지 컴퓨팅(Edge Computer) 기술도 산업계에서 각광받고 있다.