산업용 사물 인터넷 (IIoT) 혹은 4차 산업혁명, 그 이름이 무엇이건 간에 공정과 결과를 개선하는 방향으로 데이터를 감지, 통신, 분석함으로써 제조업과 보건, 수송, 항공기 관리, 수송 차량 관제, 광업, 농업에 이르는 산업들이 변화하고 있다.
가능한 많은 원시 데이터를 수집하여 분석한 후, 주요 의사 결정자에게 제시하는데 대부분의 관심이 집중되어 있지만, 현재는 데이터 수집 위치 및 시간도 보안 통신이나 데이터 그 자체만큼의 중요성을 갖게 되었다. 이렇게 “정황 정보가 풍부한” 데이터로 변하는 것은 IoT 분야 애플리케이션 개발자와 시스템 설계자에게 매우 좋은 기회이다.
예를 들어, 단순히 타이어 압력이나 서스펜션 모니터링 센서로 도로 상의 위험한 둔덕이나 구덩이를 탐지하는 대신, 정확한 위치 데이터로 데이터를 조합하고 정확한 위치를 파악하여 차량단 소속 트럭들은 위험 지점을 피할 수 있고 궁극적으로 차량단 전체의 피해를 방지할 수 있다.
관리 차량의 기본적인 측면 중 상당 부분을 이미 전자 기록 장치 (ELD)로 모니터링하고 있다. 중요 매개변수로 주행거리, 위치, 정지, 엔진 사용, 서비스 시간 등을 들 수 있다. 현재는 타이어와 엔진 제어장치(ECU) 에 압력, 가스, 온도 센서를 통합하여 진동이나 습도, 배기가스 같은 변수를 추적해 차량의 전반적 상태를 실시간으로 모니터 할 수 있다.
작업 현장처럼, 치명적인 오류에 대비하여 예측 정비가 가능하다. 과정 상의 주요한 차이점은 정확한 위치 기술과 데이터 보안 통신을 이용해 차량을 추적해야 한다는 점이다.
수송 차량단 관리와 인적 수송 산업에 대해 반자율이나 완전 자율 차량 쪽으로 좀 더 자세히 들여다 보면 이러한 정밀성은 완전히 새로운 의미를 갖게 된다. 사고는 줄어들고 보다 경제적인 수송 시스템이 구축되어 사람의 중재 자체가 줄어들거나 또는 불필요하게 될 것이다.
농업 분야에서는, 전세계 식량 공급 안보에 산업용 IoT가 도움을 줄 수 있다. 2050년경에는 전세계 추정 인구를 91억이라고 할 때, 연결 센서로 온도와 토양 조건, 태양광과 습도를 추적하여 필요한 곳에 데이터를 제공해 토지를 최대한 활용하도록 할 수 있다. 그 후, 정확한 위치 서비스와 시의 적절한 정보 통신으로 수확자가 적시에 작물을 빠르고 효율적으로 수확하게끔 할 수 있다.
의료 부문에서는 환자의 낙상, 혈압 상승 또는, 부정맥이 발생한 정확한 장소와 시간을 활용하여 환자의 건강 위한 활동의 설계와 연계할 수 있다. 응급 상황에 처한 환자의 상태를 신속히 업데이트 하는 것과 같은 빠르고 시의적절한 통신 또한 중요하다. 도시 전력망에서는 한 가지 문제로 다른 문제가 연쇄적으로 발생하여 그 근원지를 파악하기 어려워질 수도 있으므로 “언제 어디에서” 스위치가 고장이 났는지에 대한 실시간 정보 통신이 이루어지는 것이 문제의 원인을 파악하는 데에 매우 중요한 역할을 한다.
제조 공장에서 한 발 더 나아가 제조품에도 상태 모니터링 유추법을 적용할 수 있다. 장치가 언제 어디에서 고장이 났는지 추적하고 그 정보를 온도나 습도, 진동이나 다른 정황 매개변수와 조합하는 실시간 통신을 통해, 제품 사용 또는 고장 모드를 정확히 분석하고 향후 더 나은 장치나 시스템을 고안하거나 개선하기 위한 설계 요건에 이용할 수 있다. 전반적인 품질을 향상하고 제조 비용을 낮추며 사용자 경험을 향상시킬 수 있을 것이다.
물론, 데이터나 시간, 위치가 부정확하거나, 시스템, 통신 인터페이스, 네트워크가 제대로 구현되지 않았거나, 신뢰도가 낮거나 지연이 심하거나 보안이 제대로 되지 않았다면 이 모든 가능성은 사라진다. 말 그대로 무가치한 데이터를 넣어봤자 나오는 것은 쓸모 없는 결과뿐이다. 일반 소비재나 가정용 네트워크라면 150 밀리초 정도까지는 부정확성과 데이터 지연이 허용되지만, 산업용이라면 최대 성능과 견고성, 보안 및 신뢰성이 매우 중요하다.
위치 정확도는 센티미터 수준까지, 시간 정확도는 마이크로 초 단위까지 구현하는 동시에 소비 전력 또한 최저수준까지 줄여야 한다. 또한, 자동차의 경우 견고성, 노이즈 내성(noise immunity), 보안, -40˚C ~ +105˚C 내성 (AEC-Q100) 조건을 충족해야 한다.
정확성을 기하기 위해, 여러 표준 기구와 혁신기구는 GPS, BeiDou, GLONASS 같은 전세계 위성항법시스템 (GNSS), 근거리 무선 (SHO)이나 이동전화 (CEL) 기술을 조합하여 가장 정확한 시간과 위치(POS) 정보를 제공할 수 있는 방법을 찾고 있다.
접근 지점 신호를 이용한 블루투스 신호 도래각 (AoA)과 발사각 (AoD) 분석, 와이파이 네트워크 전파시간 분석 및 지문분석 등의 기술도 현재 진행 중이며, 위치 결정 기술에 힘입어 초광대역 (UWB) 신호처리에도 관심이 집중되고 있다.
이동통신(Cellular)은 그 자체로 다양화를 겪고 있다. 최근까지는 멀티미디어 애플리케이션 용으로 더 높은 데이터 전송율에 관심이 집중되어 있었으나, 지금은 실내외 면허대역 내 저전력 센서 통신을 위한 협대역 IoT (NB-IoT)에도 관심이 집중되고 있다.
나아가, IoT 네트워크의 전체 아키텍처도 재고 중이다. 한 때는 이러한 스마트 센서가 탑재된 개별 네트워크를 구현하기 위해서는 별도의 (고가) 게이트웨이 장치가 필요했지만, 스마트폰은 이미 저에너지 블루투스, 와이파이, NFC, 셀룰러 통신 가능한 센서를 내장하여 수많은 곳에 응용하기에 충분하다. 제대로 구현만 한다면 신뢰할 수 있는 게이트웨이 장치용 보안 기능도 수행할 수 있다.
현재까지도 정확한 시간-위치 데이터를 입수하는 기술이 끊임없이 연구 개발되고 있지만, 산업용 IoT 분야가 빠르게 성장함에 따라 설계자는 이 정황 데이터의 전형적인 예를 얻기에 유용한 시간 위치 데이터를 어떻게 결합시킬지 진지하면서도 빠른 고려가 필요하다.
연구기관 MarketandMarkets는 2015년~2020년의 산업용 IoT (IIoT) 시장 연간 전체 성장률을 (CAGR) 8.03%로 예상하고 있으며, 이 성장률을 금액으로 환산하면 (USD) $1510억 (USD) 정도의 가치가 있다.
이 보고서에서는 반도체, 클라우드 연산, IPv6 표준, 글로벌 정부 지원을 핵심 요인으로 보면서도, 이 부문을 허가인자(enabling factors)라고 하여 보다 정확히 설명하고 있다. 앞서 말한 공장 자동화와 제어문제로 볼 때 진정한 동력은 제조력이며, 이 보고서에서도 제조부문이 IIoT 시장에서 가장 큰 지분을 차지하고 있다고 하였다.
스마트 팩토리의 주요 혜택을 보게 될 영역은 제품 수명 주기 관리 (PLM), 전자기기, 자재와 채굴, 현장용 기구 및 기계 시각 부문이다.
보고서에 따르면, 대부분의 현직 제조자, 에너지 기업, 농업 생산자, 보건의료 서비스 제공자가 처음 사업을 시작하는 이유는 비용 절감과 기존시설 개선이며, 이와 함께 새로운 수익 흐름 창출과 작업 생산선 향상 및 작업 조건 개선이 목적이라고 한다. 특히 파이프라인 감시뿐 아니라 작업자의 위해 환경 노출을 최소화 하기 위해 UAV를 사용한다고 하고 있다.
보건 분야에서 IoT는 현장 부상자 분류와 착용형 가정용 의료 기기부터 원내 모니터링과 신속한 대응 시스템에 이르는 모든 분야에서 네트워크 의료 장비에 이상적인 수단이다. IoT로 환자의 간호를 개선할 수 있을 뿐 아니라 병원 자원도 보다 효율적으로 활용할 수 있다.
글. 맷 앤더슨(Mats Andersson) 유블럭스 근거리 무선통신 제품센터 기술담당 수석 이사/사이먼 글래스먼(Simon Glassman) 유블럭스 유럽지역 전략파트너십 총괄담당
