산업분야 RFID 본격 확산위해 종합적 지원 강화

"경제성 입증한 실질적인 성공사례 통해 RFID 시장수요 창출"

유통·물류비 절감, 조달체계 효율화, 생산프로세스 혁신, 거래투명화 등 산업경쟁력 강화를 위한 핵심 수단으로 부각되고 있는 RFID의 산업분야 적용이 본격 추진된다.산자부는 지난 5개월 동안 업계 간담회, 주요 산업별 RFID 적용 실태조사, 애로사항 분석 등을 토대로 조기에 전 산업분야에 RFID 적용을 확산한다는 방침 아래 ‘산업경쟁력 강화를 위한 RFID 확산 방안’을 마련했다.

- RFID 국가 인프라로 부각

최근 RFID는 국민생활의 안전성 확보, 국가사회 투명성 제고는 물론, 기업과 산업의 경쟁력과 직결되는 국가 인프라로 부각되고 있다. 이에 따라 전세계적으로도 단순한 RFID 기술 개발 및 인프라 구축 단계를 넘어, RFID를 활용한 생산성 향상 및 경쟁력 강화 단계로 이미 진입했다. 기업들 역시 RFID를 활용해 기업내·기업간·산업간 유통물류 혁명, 조달 혁신 및 거래 투명화 등을 통한 산업 경쟁력을 제고하고 있다. 글로비스의 경우 실시간 재고정보 공유 등을 통해 연간 92억원의 비용을 절감했으며, 기아자동차는 발주정확성이 58%에서 99.8%로 향상돼 연간 393억원의 협력업체 비용이 절감됐다. 삼성전자는 일평균 2.1시간이 걸리던 입출고 리드타임이 RFID 적용후 1.2시간으로 감소했다. 또한 중국내 핸드폰 판매량의 12%인 650만대가 모조품이라는 조사결과에 따라 핸드폰 케이스에 RFID를 부착하는 제품이력관리를 통해 1조원의 잠재적 손실을 예방했다. 이외에 현대경제연구원에 따르면 국내 지하 경제규모는 2003년 기준 GDP의 약 21%에 이를 것으로 추정되는데, RFID를 통해 실시간으로 기업간 거래정보를 공유하면 거래가 투명화해지고 과표 양성화가 실현될 것으로 기대된다.

- 세계 각국, 국가차원 RFID 확산 추진

세계 각국은 국가차원의 RFID 확산 계획을 수립, 추진하고 있다. 미국은 국방부를 중심으로 부처별로 RFID 활용 사업을 추진중으로, 국방부는 주요 군수물자에 RFID 태그 부착을 의무화했으며, FDA는 약품 위조 방지를 위해 제약회사에게 RFID 기술 채택을 권고했다. 국토안전부는 외국인 이력관리에, 농무부에서는 질병관리에 RFID를 활용하고 있다. 일본은 ‘e­JapanⅡ’ 전략에 따라 경산성(산업), 농림수산성(식품), 총무성(기반기술) 등 부처별로 지원정책을 활발하게 전개하고 있다. 특히 경산성은 5엔 태그 개발을 위해 지난 2004년 Hitachi사 주관으로 ‘히비키 프로젝트’를 출범시켜 지난해 시제품 생산에 성공하기도 했다. EU는 IT 연구개발기술계획을 통해 RFID 기술을 적용하기 위한 연계사업(Bridge Project)를 추진한다. 이에 따라 올해 하반기부터 3년간 약 1,000만 달러 규모의 기금을 투입해, RFID를 활용한 SCM 개선 등 유통, 물류, 제조, 서비스 등 다양한 분야에서 RFID 시범사업을 실시할 계획이다. 세계적인 기업들도 자체적으로 RFID를 적극 활용중이다. EPC 네트워크를 기반으로 1,000여개 매장, 600여개의 업체에 RFID를 적용한 월마트는 올해말까지 400개 매장을 추가할 예정이며, 델은 컴퓨터 제조공정 라인 400여개 Tray, 완제품 PC 포장박스 등에 RFID 태그를 부착했다. 노키아도 휴대폰 도난 방지를 위해 상품박스에 태그를 부착했다.

- 03년부터 RFID 시범사업 실시

우리 정부도 지난 2003년부터 산자부, 정통부 등 관계부처를 중심으로 개별적인 정부 주도 시범사업을 실시해 왔다.산자부는 2003년부터 2007년까지 총 127억원의 지원을 통해 유통·물류 입출고 관리 등 산업분야 20개 사업을 진행했으며, 정통부는 식·의약품, 농수축산 등 공공·민간분야 45개 사업에 대해 2004년부터 2007년까지 총 440억원을 지원했다. 기술개발, 표준화 등 RFID 활성화 기반구축 사업도 병행 추진했다. 2004년부터 2007년간 약 1,500억원의 지원을 통해 모바일 RFID, RFID 산업화지원센터 등 15개 기술개발 및 기반구축사업을 추진했으며, 국제표준을 수용한 RFID 국가표준(KS) 27종 제정을 완료했다. 일부 분야에 대한 RFID 적용 의무화 등 법·제도 기반도 마련했다. 환경부는 지난 7월 ‘폐기물관리법’ 개정을 통해 의료 폐기물관리에 RFID 적용을 의무화했으며, 국방부는 지난해 11월 ‘군납관리지침’ 개정으로 탄약관리에 RFID를 의무화했다. 논란이 있어 왔던 사생활 침해에 대해 정통부는 2005년 7월 ‘RFID 개인정보보호 가이드라인’을 제정했다. 정부는 이같은 사업을 통해 RFID 도입단계로서의 초기성과를 높였으며, 확산기반을 마련했다고 평가하고 있다. 특히 장비의 경우 2004년 26%에 불과하던 국산화율이 2006년 96%로 증가했으며, 태그 가격도 2004년 2,000원대에서 2006년 2~300원대로 대폭 감소하는 등 기술개발 성과를 도출했다. 이에 따라 2~3년간 벌어져 있던 선진국과의 기술격차가 1.5년 이내로 줄어든 것으로 평가되고 있다. 또한 CJ GLS­리바이스코리아와 같은 일부 시범사업은 연내 상용화될 예정인 것으로 알려졌다.

- 국내 RFID 활용사례 증가

이에 따라 국내 시장도 현재 대기업을 중심으로 자체적인 RFID 활용 사례가 늘어나고 있다. 삼성전자는 반도체부문 중국 생산공장과 한국 및 미국 물류센터간 출하과정에 RFID 태그를 부착했으며, 현대자동차는 물류센터 및 도장공정, 조립공정에 RFID를 부착, 활용하고 있다.RFID 수요가 많아지면서 공급업체도 증가해, 2004년 40여개였던 RFID 관련 기업이 2006년 220여개로 불과 2년 사이에 5배 이상 늘어났다. 기업활동별 RFID에 대한 업계 관심도 증가해, ETRI의 2006년 실태조사에 따르면, 물류센터의 경우 2005년 36.1%에서 2006년 46.2%로 늘어났으며, 같은기간 운송관리는 19.8%에서 36.3%로 증가한 것으로 나타났다. 향후에는 RFID 적용분야가 더욱 다양해지면서 RFID 관련 국내시장도 큰 폭으로 성장할 것으로 기대된다. ETRI는 국내 시장규모가 2006년 3,000억 달러에서 2012년 5조원으로 연평균 57% 성장하며, 세계 시장규모는 같은 기간 45억 달러에서 435억 달러로 연평균 46% 성장할 것으로 내다봤다. 그러나 아직 국내 대부분의 기업들은 RFID 도입에 관망적인 입장을 취하고 있다. 산업경쟁력 강화를 위해서는 RFID가 보다 전면적으로 확산돼야 하나, 많은 기업이 투자효과에 대한 ROI 부재 등으로 도입을 망설이고 있는 것이다.

- ROI 부재 등으로 수요창출 한계

즉, 정부지원 시범사업을 통해 일정 성과를 냈음에도 불구하고 시장 수요창출에는 한계를 보이고 있다. 이는 민간기업의 적극적 참여 유인책 미흡, 초기의 높은 투자비용, 도입효과의 불확실성 등으로 수요기업이 투자를 주저하고 있기 때문이다. 특히 중소기업은 자체적으로 투자여력이 부족하고 거래투명화에 따른 거부감이 상대적으로 높다. 자동차산업의 경우, 중소기업의 RFID 도입 비용은 약 1,500만원인 것으로 알려지고 있다. 그러나 영세한 업체가 많아 비용에 부담을 느끼는데다, RFID 도입에 대한 필요성을 인식하지 못하는 경우가 대부분이다. 이로 인해 선진국과의 수요 격차는 3~5년 이상인 것으로 평가되고 있어, 기술 격차 1.5년보다 더 뒤쳐져 있는 것으로 추정된다. 공급 측면에서는 대부분의 업체가 매우 영세한데다, 여전히 높은 태그가격, 부착상품의 물질과 인식환경에 따른 인식률 차이 등 RFID 확산에 필요한 기술개발, 표준화, 인프라 등의 운용기반이 취약한 것도 문제이다. 현재 태그 단가는 특수 태그가 1,500원 이상, 범용 태그도 2~300원으로 아직 고가이다. 여기에 범정부적 표준화 논의를 통한 선행적인 방향성 제시가 미흡한데다 보다 체계적이고 적극적인 정부지원 시책이 빈약한 것도 RFID 확산을 저해하는 요인으로 작용하고 있다. ETRI가 공급자측면에서 RFID 도입시 애로사항을 조사한 결과, 태그 및 칩의 가격 부담, 표준화 미비, 비즈니스 모델부재, 정부지원 부족 순으로 나온바 있다.

- RFID 확산 위해 세부 추진전략 마련

따라서 산자부는 전 산업분야의 RFID 활용을 조기에 확산하고 시장의 불확실성 및 투자주저 등을 해소할 수 있는 종합적인 지원을 강화하기 위해 ‘산업경쟁력 강화를 위한 RFID 확산 방안’을 마련해 추진할 방침이다. 이를 통해 강력하고 적극적인 유인책 마련으로 수요창출의 모멘텀을 제공하고, 선도산업 중심의 중점투자를 통해 RFID 확산 선순환구조를 정착시키는 한편, 기술개발·표준화·제도개선 등 RFID 친화적 운용기반을 확충한다는 전략이다. 이에 따라 중점 추진과제로 ▲6대 선도사업 중심의 확산사업 추진 ▲중소기업 RFID 확산 토대 구축 ▲RFID 운용기반 확충 ▲산업분야 RFID 확산 추진체계 정비 등을 선정했다. 산자부의 이번 RFID 확산사업은 민간기업에게 RFID 도입 경제성을 입증한 실질적인 성공사례를 보여주기 위한 것으로, ‘산업분야 수요확산 ↔ 저가태그 개발 및 상용화’의 선순환 구조가 정착돼, 조달·유통·물류비 절감·생산 프로세스 혁신 및 거래 투명화를 통해 산업경쟁력 향상에 기여할 것으로 기대된다.

- 6대 선도산업 중심으로 확산 추진

산자부는 우선 성공 가능성이 높고 파급효과가 큰 핵심 선도산업 중심으로 RFID를 구축한다는 방침이다. 이에 따라 국내 40개, 해외 2,800개 등 총 2,840개 국내외 주요 적용사례를 토대로 13개 산업을 선정했다. 이를 다시 사례도수분포, 도입 적합도, 산업연관성 등을 종합적으로 고려해 성공 가능성이 높고 파급효과가 큰 6대 핵심 선도산업을 선정했다. 6대 산업은 자동차, 식품, 유통, 물류, 가전, 섬유로, 산업별 수요에 따라 우선사업을 도출하고 단계적으로 사업모델을 확대해 나갈 방침이다. 이때 식품 등 일부 산업은 공공·민간분야 확산사업과 배치되지 않도록 상호 연계를 추진할 예정이다. 또한 우선사업에 대한 평가를 토대로 2, 3차 산업군으로의 확산도 추진할 계획이다. 2차 산업군은 생활용품, 석유화학, 일반기계, 전자부품 등이며, 3차 산업군은 철강, 항공, 조선 등이다. 생활용품은 판매점과 물류센터간 통합재고 관리 등에, 철강은 소모성 주요설비 이력 관리 등에 RFID가 적용된다. 이외에 전력, 가스 등 에너지산업과 공기업의 RFID 도입도 검토, 추진한다는 방침이다. 현재 중부발전의 경우, RFID 방식으로 발전용 자재 등 자산관리시스템을 운영중에 있다.

- 투자여력 부족한 중소기업 지원

중소기업의 RFID 확산 토대도 구축한다는 방침이다. 우선 중소기업 지원 강화를 위해, 투자 여력이 부족한 중소기업이 쉽게 도입, 활용할 수 있도록 중소기업용 단위 업무별 RFID 패키지를 개발, 보급할 계획이다. 주로 ERP, SCM 등의 기존 시스템과 RFID를 접목시킨 응용 소프트웨어 패키지를 개발, 보급하는 한편, ASP 방식도 검토하는 등 추가 부담을 최소화하는 방향으로 추진하고, 3만개 중소기업 IT화 참여기업을 우선 적용하여 활용성을 제고할 방침이다. 자동차산업의 경우, 약 100여개 1차 협력 중소기업을 대상으로 RFID기반 창고관리, 자산관리, 물류관리 등의 RFID 솔루션을 개발, 보급하게 된다. 대기업의 RFID 도입으로 중소기업이 불가피하게 RFID를 도입해야 하는 경우의 지원 방안도 강구할 예정이다. 이 경우에는 대기업이 자체적으로 기술 노하우 전수, 컨설팅 등 중소기업의 RFID 도입을 촉진하도록 유도해 상생협력 모델을 확산할 계획이다. 우수 대기업은 ‘대·중소기업 협력대상’에 적극 추천 및 반영한다. 전문가가 부족한 중소기업의 현실을 반영해, 기업내 실질적인 RFID 활용 인력 양성 및 컨설팅도 지원하게 된다. 이에 따라 유통물류진흥원, RFID/USN협회 등을 활용해 중소기업의 정보시스템 및 물류 담당자를 RFID 전문인력화하고, 산업별 적용 노하우를 보유한 전문 공급업체 및 전문가 Pool을 활용해 컨설팅 지원 및 도입시 애로사항을 해결한다는 계획을 세워놨다. 특히, RFID 도입 희망기업을 대상으로 컨설팅 비용의 50%에 대해 예산을 지원하는 방안도 추진중이다.

- RFID 활성화지원센터 구축

RFID 활성화지원센터를 통해 중소기업의 지역별·업종별 RFID 도입도 지원할 계획이다. 지역별로 동종 기업들이 밀집해 있는 산업단지 등을 중심으로‘RFID 활성화지원센터’를 구축해, 기업 공동 활용 인프라로 기능할 수 있도록 할 예정이다. 활성화지원센터는 별도 센터 설립이 아닌, 기존 유관조직에 센터 기능을 부여하는 방식으로 추진된다. 활성화지원센터에서는 산업현장과 동일한 환경하의 장비·태그의 성능 및 신뢰성 실험, 업종별 프로세스 모델 사전검증 및 적합성 평가 등의 실증실험과, 중소기업 비용부담 완화를 위해 임대방식으로 입출하 관리시스템, 창고관리시스템 등 공통 솔루션 서비스를 ASP 방식으로 제공한다. 또한 지역대학 및 연구소 등과 연계해 관련장비·태그 등의 표준 사양 및 실제 활용을 위한 표준가이드를 제공하고 RFID 도입업체에 대한 컨설팅을 지원한다.산자부는 우선 1차 적용산업을 중심으로 소수로 운용한 후 확대 추진할 방침이다. 이에 따라 유통·물류는 서울·경기지역을 중심으로 유통물류진흥원에 설치된 기존‘RFID 활성화지원센터’를 활용하게 되며, 자동차는 창원 또는 울산에, 가전은 구미에, 섬유는 대구에 설치된다. 기타 산업은 ‘국가균형발전계획’과 연계해 2~3개의 산업과 산업별 지역을 시범적으로 선정, 운용하고 향후 단계적으로 확대될 예정이다. 센터내 필요 설비는 지역대학, 연구소 및 지역별 클러스터장비 등을 최대한 연계, 활용해 최소 예산으로 효과를 극대화한다는 방침이다.

- 핵심 기술개발 및 표준화 기반 구축

RFID 운용기반 확충을 위한 핵심 기술개발 및 표준화 기반 구축, 세제지원 방안도 검토한다. 산자부는 업계 중심의 ‘R&D전략포럼’을 운영해, 고온다습 환경(자동차 도장공정), 전자파 충돌(저자) 등 산업별 특성을 고려한 태그기술을 개발하고, Chipless 태그, 프린트잉크태그, 복합센서 태그 등 기술력이 뒤쳐진 핵심기술 등의 개발을 중점 추진할 방침이다. 또한 태그가격 인하, 인식률 향상 등 기술적 한계를 해결하고, 초기 투자부담을 대폭 완화해 시장 불확실성 제거 및 수요창출을 지원할 뿐 아니라, RFID 도입 비용을 획기적으로 줄을 수 있는 초저가 태그 개발을 위한 대형 프로젝트도 추진할 예정이다. 표준화 기반 구축에 대해서는 산업계의 수요에 부응할 수 있도록 기표원(KS제정), 유통물류진흥원(코드관리), TTA 등을 통해 체계적인 표준화를 추진한다는 방침이다. 이에 따라 산업별 특성을 고려한 표준화된 도입방법 및 산업별 적용기준 등을 내용으로 하는 RFID 도입 표준 가이드라인을 확산 지침서로 활용할 수 있도록, 핵심산업에 대한 가이드라인을 2008년까지 개발할 계획이다. 아울러 RFID 정보호환을 위한 표준 식별코드의 국가관리체계를 구축하기 위해, EPC 코드와 KKR(ISO 표준에 의해 한국에 부여된 RFID 식별코드 체계) 코드 등을 모두 포함하는 RFID 코드 활용 가이드라인을 개발, 보급하는 한편, 필요할 경우 국가표준(KS)화할 방침이다. 또한 국제표준에 기반한 국가표준 제정을 확대하고 시장선점을 위한 국제표준화 활동을 강화해, RFID 확산에 시급한 국가표준을 매년 10종 이상 제정하는 한편, 2008년까지 ISO 등에 국내 기술표준 10건을 제안할 예정이다.

- 세제지원 방안 검토

특히, RFID 확산 여건을 조성하기 위해 세제지원 방안도 검토한다. 세제지원은 ROI 부재 및 시장의 불확실성에 따른 투자 기피와 과표양성화에 따른 거부감을 해소할 수 있기 때문에, 그동안 기업의 RFID 설비투자 및 보급확산을 뒷받침하기 위해 세제상 다양한 인센티브를 부여해 왔다. 현행 조세제도에 따르면 RFID 설비에 대한 투자금액의 3%(중소기업 7%)를 소득세 또는 법인세에서 공제하며, 전년대비 RFID 사용에 따른 수입금액 증가분의 50% 또는 당해연도 수입금액중 RFID에 의한 수입금액의 5%를 공제한다. 산자부는 이를 확대해, 초기 투자부담 완화 등을 통해 기업의 적극적인 투자와 활용을 유인할 수 있는 추가적인 세제지원 방안도 검토할 방침이다. 추가 검토사항으로는 RFID 설비에 대한 투자세액공제 확대, 모기업(대기업)이 협력업체(중소기업)의 RFID 도입을 일괄 지원할 경우 인센티브 부여, 과세표준 양성화에 따른 중소기업의 거부감 해소 방안 마련 등이 있다. 산자부는 RFID 관련 현행 조세지원제도의 실효성 분석을 토대로 산업경쟁력, 투명성, 세수증감 등을 종합적으로 고려한 세제지원 필요성을 검토할 예정이다. 또한 불확실성·투자기피 등을 해소하여 RFID 전면 확산의 기폭제가 될 수 있는 우수성공 사례를 발굴하고 이를 적극적으로 알려 국가적인 RFID 확산 붐을 조성할 계획이다. RFID 확산의 체계적인 수행을 위해서는, 산업계가 주도하고 정부가 지원하는 민관 합동의 산업분야 ‘RFID 추진 협의회’를 구성, 정례 운영을 통해 RFID 확산 정책방향 논의, 사업 추진현황 점검, 현장의견 등을 반영할 방침이다. 협의회는 전 산업분야 RFID 전면 확산을 주도할 수 있도록 업종별 수요기업, 단체 등을 중심으로 구성하되, 관계부처도 적극적으로 참여해 공공분야 RFID 확산 사업과의 중복투자를 방지하고 상호 연계를 통해 효과를 극대화할 계획이다.

- 시범사업 참여 컨소시엄 모집

이같은 내용의‘산업경쟁력 강화를 위한 RFID 확산 방안’을 추진하기 위해 산자부는 우선 6대 선도산업을 중심으로 시범사업을 추진한다는 방침이다. 이에 따라 한국전자거래협회는 현재 자동차, 유통, 물류, 가전, 섬유, 식품 등 6개 업종에 대해 시범사업에 참여할 업체를 모집중에 있다. 전자거래협회는 지난해부터 ‘IT 혁신 네트워크 구축사업’을 통해 RFID 구축 시범사업을 실시해 왔으며, 이번 시범사업도 구축사업의 일환으로 수행된다. IT 혁신 네트워크 구축사업은 IT신기술의 국내 산업 적용을 통해 Supply Chain상의 기업 정보통합 및 협력 프로세스를 개선함으로써 기업 생산성 향상 및 대중소기업의 동반성장과 혁신을 유도하는 것을 목적으로 한다. 따라서 IT신기술을 활용한 대중소 기업간 협업체제 구축으로 산업내 생산성 혁신체계를 구현하는 것을 사업내용으로 하며, 2개년 동안 소요예산의 50%를 지원한다. 구축산업은 RFID 등 신기술을 기업간 협업~조달~생산 분야에 적용하는 IT 신기술 적용 분야와 IT생산·설계 협업분야로 나뉘는데, RFID 시범사업은 IT 신기술 적용분야에 해당된다. RFID 시범사업 지원 대상은 모기업을 포함하는 5개 이상의 협력업체(제조업)로 구성된 컨소시엄으로, 필요에 따라 물류 및 시스템구축기업 등도 추가할 수 있다. 또한 컨소시엄에 참여하는 모든 기업은 이번 사업을 통해 산출된 시스템을 반드시 활용해야 하며, 대중소 기업간 동반성장의 구도를 구축해 가시적인 생산성 향상 효과를 창출할 수 있는 컨소시엄이어야 한다. 신청은 10월 19일까지이며, 전자거래협회는 마감 이후 평가를 통해 컨소시엄을 최종 선정하고 11월부터는 협약 사업을 시작할 계획이다. 그중 자동차와 물류의 경우, 올해 신규사업으로 기아자동차와 한국파렛트풀이 이미 선정돼 있어, 이를 제외한 나머지 업종에 대한 컨소시엄이 선정될 것으로 보인다.

- 기아차·파렛트풀 시범사업 실시

올해 신규로 선정된 기아자동차는 한국오므론, 패커드코리아, 현대내자터미널 등 총 5개 협력사를 대상으로 RFID 기반의 통합 SCM 자재관리체제를 구축하게 된다. 이에 따라 ▲RFID기반의 실시간 납입지시 시행 및 공정추적관리 할 수 있는 e­JIT시스템 ▲공동순회운송사의 기 개발한 TMS시스템 인터페이스 ▲완성차 다회공급 및 재고현황 실시간 조회하는 WMS ▲물류영역별 부품의 이동현황을 실시간 추적관리의 부품공급망 추적관리 시스템 등이 구축될 전망이다. 기아자동차는 시스템 구축으로 완성차의 실시간 생산현황 원격지 모니터링을 통한 생산 계획의 실시간 조회 및 협력사의 자동 납입지시가 시행될 것으로 기대하고 있다. 이에 따라 납기 준수를 통한 미납율이 5% 감소되고, 납입지시 정확도 향상에 의한 긴급발주가 10% 축소되며 납품업체 납입정확도 증가로 가동율이 0.1% 향상될 것으로 전망된다. 또한 완성차 및 물류사를 포함한 구간별 재고현황 실시간 집계를 통해 재고도 축소될 것으로 예상하고 있다. 이를 통해 KMC 재고량 경감률 및 납품업체 재고량 경감률이 각각 10%에 달하고, 조달물류 체제 변경을 통한 납입운송비 감소율도 2%에 이를 것으로 기아차는 기대하고 있다. 한국파렛트풀은 유한킴벌리, 샤바스, 보령메디앙스 등 3개 제조업체와 삼성테스코, 2001아울렛 등 2개 유통업체를 대상으로 파렛트내에 RFID 태그를 부착해 제조 및 유통에 연결하는 시스템을 구축한다. 따라서 ▲EPC 코드 표준화 ▲RFID 태그를 부착한 Intelligent 파렛트 제작 ▲거점별 EPC Network 플랫폼 구축 ▲RFID시스템 구축하여 인식된 정보로 재고 파악 ▲아이템/파렛트 태깅, 통합 모니터링 시스템 구축 등을 사업내용으로 하고 있다. 이를 통해 파렛트 임대료, 재고비용, 노무비용, 보안비용, 관리비용, 수송관리비용 등이 절감될 것으로 기대하고 있다.

- 글로비스, 협업네트워크 체제 마련

한편, 전자거래협회는 지난해 IT신기술 적용 분야에 자동차, 철강, 섬유, 제지 등 4개 컨소시엄을 선정해, 1차 사업을 마치고 현재 2차 사업을 진행중이다. 글로비스 컨소시엄은 자동차분야 RFID기반의 글로벌 u­GLI(Ubiquitous Global Logistics Information) 시스템 구축사업을 통해 협력사~3PL~CKD센터간 실시간 협업 네트워크 체제를 마련했다. 시범사업 결과, 공동순회집하 시스템을 통한 자동입출고 및 물류센터와 CKD센터간 입출하정보 시스템인 Milk­Run 시스템을 구축했으며, 완성차 공장 및 CKD 센터에서 효과적 부품 조달을 위한 RFID기반으로 진행 공정을 판별하여 필요부품의 자동 산정과 요청이 시행되는 u­Jit 시스템도 구축했다. 또한 CKD 센터 내 컨테이너 적임 및 포장하는 u­공정관리 시스템도 구축했다. 글로비스는 이를 통해 항공 물류비용을 연간 40억원 절감했으며, 공수절감 비용 및 수율관리 절감 비용이 각각 연간 3.4억원, 5.3억원에 이른다. 또한 Milk­Run 체제 구축을 통해 물류비용을 연간 30억원 절감했다. 2007년 4월부터 2008년 3월까지 진행되는 2차년도 사업에서는 글로벌 SCM을 구축할 방침이다. 따라서 RFID TAG가 부착된 납품용기를 이용하여, CKD센터로 납품정보와 해외공장 투입정보를 실시간으로 구현하고, 컨테이너에 RFID를 부착하여 거점별(컨테이너 터미널, 국내 PORT, 해외 PORT, 해외 CY, 해외물류센터)로 설치된 RFID 리더기를 통해 컨테이너의 이동정보를 실시간으로 제공받아 구간별 재고를 계산하여 협력사에 실시간으로 제공하게 된다.

- 대하이스코, 자동입출고 구축

철강분야 물류 RFID 기반의 협업 플랫폼 구축 사업을 진행한 현대하이스코 컨소시엄은 1차년도인 지난해 원소재(코일)의 출고, 가공 및 제품제조사 납품까지의 전 과정에 RFID를 적용해 자동입출고 및 실시간 기반의 공정확인 시스템을 구축했다. 시범사업 결과, RFID 기반의 입고정보, 위치정보, 공정정보, 송장정보 및 수요자의 요구사항 등을 협력기업간 공유하고 업무 프로세스 전반을 관리하는 기본 협업 시스템인 CP(Collaborative Platform)와, 원자재와 부품의 폭과 길이를 고려하여 원자재 최적 절단 Plan을 산출하고 자동절단을 실행하는 시스템인 Auto­Nesting 시스템을 구축했다. 이를 통해 RFID기반 출하 Infra 마련 재고비용과 CP 온라인 협업기반 마련 재고비용을 각각 연간 5.4억원, 9.4억원 절감하는 성과를 냈다. 올해에는 5개 참여 협력기업에게 휴대용 리더기 등 RFID 장비를 무상보급하고, 협력기업 기간시스템과 Collaborative Platform을 연계할 방침이다.

- 한솔제지, 물류비 연간 3.7억원 절감

신원 컨소시엄은 섬유 분야 RFID 기반의 협업정보공유시스템 구축 사업을 통해 RFID 기반의 데이터 정보공유시스템을 통한 협업생산 관리시스템을 구축했다. 이에 따라 원단가공 단계에서의 RFID를 적용한 원단출고정보시스템 및 해외 직물생산정보 관리시스템 및 해외의류생산(재단, 봉재, 임가공)공장과의 공정별 진행 정보관리를 위한 정보공유시스템을 구축했다. 시범사업 결과, 적기 생산리드타임 관리를 통해 연간 45억원을, SCM 운영을 통해 연간 110만원을 절감했다. 또한 공정 및 업무개선으로 컨테이너 작업시간이 1시간 단축됐다. 올해는 내수 ERP와 협력업체간의 정보공유를 위한 SCM 운영시스템 구축, 협력업체 관리시스템과 SCM시스템간 데이터 송수신 체계 등을 실현할 계획이다. 한솔제지 컨소시엄은 제지분야 RFID기반 구매거래선 협력네트워크구축 사업을 통해 SCM상의 물류 및 재고관리 부문에 RFID를 적용해 협력업체와의 기업정보를 공유하고 이를 통해 납기단축, 품질관리, 효율성 증가 달성할 수 있는 협력시스템을 구축했다. 우선 u­SCM을 통해 실시간 조달물류의 입/출하 및 투입정보 공유시스템을 구축했으며, LMS으로 실시간 실적공유 시스템 구현을 위하여 재공품 위치추적을 통한 적정 투입을 실현했다. 또한 실적공유시스템으로 RFID를 통하여 권취­절단­포장­입고 과정에 이르는 공정 투입정보와 생산실적 정보를 연계했다. 한솔제지는 시범사업 결과 적정재고(제품) 유지에 따른 재고관리 및 물류 절감비용이 연간 3.7억원에 이를 것으로 기대하고 있다. 올해에는 실적공유시스템을 기반으로 한 ROP(실시간자동주문)시스템 적용, 조달 및 공정과정 이력관리를 통하여 품질관리를 실시하는 PLMS 시스템 구축, 포장재 업체까지의 u­SCM 확대 등을 추진할 계획이다.
나의일/RFID/USN 2008/05/23 15:00

ISO 18000-4 Mode 2

 ISO 18000-4 Mode 2

본 모드는 semi-active RFID 방식으로 이해하시면 됩니다. 먼저 리더에서 narrowband 방식으로 2.45GHz RF carrier를 tag에 조사하면 Tag는 Wake-up 되어 Tag의 동작에너지, 즉 tag 회로의 바이어스전압이 turn-on 됩니다. 일단 tag 가 wake-up 되면 리더는 command에 의해 tag의 정보를 수신하게 되는데 이 경우에 수신정보는 fully 능동형 RFID(예 : 433MHz RFID)와는 달리 태그 자체에 oscillator가 있어서 태그의 RF 에너지로 전송하는 것이 아니고 passive tag와 같이 리더의 RF 에너지로 전송됩니다. 즉 리더가 RF carrier로 command를 수신하면 태그는 태그 자체의 복조 및 decoding 회로 수신을 판독하게 됩니다. 리더 command 수신이 종료되면 태그는 일정 시간 (turn-around-time) 후에 태그의 정보를 coding, 변조하여 송신할 준비를 합니다. 이러한 송신대기모드에서 리더가 RF carrier를 송신하면 태그는 수신된 RF wave를 흡수 또는 전반사하는 일반적인 passive tag backscatter 원리에 의하여 RF전파를 변조하여 backscatter를 재전송합니다. 리더의 경우에 mode 1은 ASK 방식으로 command를 송신하고 태그 PSK 방식으로 태그의 정보로 변조하여 RF carrier를 변조하여 송신합니다. Mode 2는 동작주파수대역은 2.45GHz ISM 대역으로 2.4-2.4835GHz이고 채널대역폭은 1MHz로 ISO 18000-4에서 규정합니다. 리더의 캐리어변조는 GMSK방식이고 bit rate는 384kbps입니다. 태그 변조방식은 differential BPSK입니다. 자세한 내용은 ISO 18000-4 국제표준을 참조하시기 바랍니다. R/W tag에서 write 경우에는 데이터 전송속도, 변조방식도 약간 다르므로 이 경우도 18000-4를 참조하시기 바랍니다. 또한 최근에 국제표준으로 추진되고 있는 2.45GHz RTLS는 100m 이상의 감지거리가 되는 full active RFID 방식이므로 이 경우는 통신방식이 다르다는 사실을 인식하시기 바랍니다. 참고로 2.45GHz RFID 주파수 할당은 우리나라에서는 별도로 기술기준을 고시하지 않고 있으며 ISM band에 준하여 출력은 300mW 이하의 이동체 식별장치로 형식 등록하여 사용하도록 되어 있음을 감안하시기 바랍니다.

* 위의 내용은 전자부품연구원 변상기 박사님 자문으로 작성되었습니다.

출처: http://www.rfidepc.or.kr/rfid_board/view.asp?tb=qna&page=&no=716

나의일/RFID/USN 2007/10/02 16:06

업종별 RFID 도입 가이드라인 보고서

출처: 무선인식(RFID) 산업 활성화 지원센터

내용: 업종별 RFID 도입 가이드라인 보고서

1. 제 목 : RFID 업종별 표준템플릿 및 ROI 분석툴 개발 연구보고서

2. 등 록 일 : 2007. 5. 9(수)

3. 주요내용
- 업무 단계별 RFID 구축 가이드라인
- RFID 시스템 구축을 위한 체크리스트 및 준비사항
- 국내외 RFID H/W, S/W 장비 현황 부록
- 국내 시범사업에 대한 총괄 정리

http://www.rfidepc.or.kr/rfid_board/view.asp?tb=pdf_pri&page=1&no=100

tags : RFID
나의일/RFID/USN 2007/10/01 15:25

EPC

EPC(Electronic Product Code)코드는 GS1 표준바코드와 마찬가지로 상품을 식별하는 코드이다.
차이점은 바코드가 품목단위의 식별에 한정된 반면, EPC 코드는 동일 품목의 개별상품까지 원거리에서 식별할 수 있다는 것이다.
이를 통해 위조품 방지, 유효기간 관리, 재고 관리 및 상품 추적 등 공급체인에서 다양한 효과를 누릴 수 있다.
 
 
헤더 업체코드
(EPC Manager)
상품코드
(Object Class)
일련번호
(Serial Number)
H1 H2 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 O1 O2 O3 O4 O5 O6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

헤더 (Header)
  헤더는 EPC코드의 전체 길이, 식별코드 형식 및 필터 값을 정의한다. 헤더는 가변 길이 값을 가지는데, 현재 2비트와 8비트 값의 헤더가 정의되어 있다. 2비트 헤더는 3개의 값을 가지며 (01,10,11), 8비트 헤더는 63개의 값을 가지며 헤더는 판독기로 하여금 태그의 길이를 쉽게 판단할 수 있도록 돕는다.
 
업체코드 (EPC Manager)
  EAN 바코드의 업체코드에 해당하며 각국 EAN 회원기관이 할당하며 28비트의 용량으로 7개의 숫자(0~9) 및 문자(A~F)를 조합하여 약 2억 6천만 개 업체 코드를 할당할 수 있다.
 
상품코드 (Object Class)
  바코드의 상품 품목 코드에 해당하며 사용 업체가 할당하며 24비트의 용량으로 6개의 숫자와 문자를 조합하여 약 1천 6백만 개 상품에 코드를 부여할 수 있다.
 
일련번호 (Serial Number)
  동일상품에 부여되는 고유한 식별번호로서 사용 업체가 할당하며 36비트로 8개의 숫자와 문자를 조합하여 680억 개의 상품에 코드를 부여할 수 있다.
 
  EPC코드는 기존 바코드 (GTIN)를 EPC코드로 사용할 수 있도록 고안되어 있다.

※ SSCC의 기능
 
 
출처: 한국유통물류진흥원
 
tags : EPC
나의일/RFID/USN 2007/09/05 12:18

RFID 시스템 정의

 
무선 주파수 인식 (RFID, Radio Frequency Identification) 시스템이란 라디오 주파수 통신방식을 이용하여 이동식 저장 장치와 주 컴퓨터 혹은 PLC간에 정보를 주고 받을 수 있는 시스템으로, 일반적으로 RFID시스템은 데이터가 저장되어 있는 태그 및 라벨, PCB 등과 같은 데이터 저장소와 태그와의 통신을 위한 안테나, 그리고 안테나와 PC 혹은 PLC간의 통신을 관리하는 컨트롤러로 구성되어 있습니다. (안테나와 컨트롤러가 하나의 부품으로 이루어져 있을 때, Reader또는 Reader/Writer라고 부르기도 한다.)
가장 중요한 점은, “태그 및 라벨, PCB는 제품 운반 장치 또는 운반 상자, 심지어는 제품 그 자체에 직접 부착하기도 하며, 제품의 이동경로를 원격의 데이터베이스로 제공할 수있다는 점입니다.

RFID 태그 및 라벨, PCB에는 코일 및 프로그램 설정이 되어 있는 실리콘 칩, 또 능동 판독/입력 시스템인 경우, 전지가 포함되어 있습니다.

태그
태그는 크기와 메모리 용량, 온도에 대한 내성 및 작동 온도 범위에 따라 다양한 선택이 가능합니다. 주사기 바늘을 사용하여 동물의 몸 안에 투입할 수 있을 만큼의 아주 작은 크기의 것부터,책상 전체를 덮을 수 있을 만큼의 커다란 크기의 것들도 있습니다. 거의 모든 태그들은 태그의판독 및 입력 범위가 금속 및 전자기파에 노출되어 있는 환경에 존재하는 경우가 많기 때문에 외
부 충격 및 화학 물질, 습기, 먼지 등으로부터 보호될 수 있도록 하기 위해 캡슐 형태로 제작되어있습니다.
태그들은 내부의 전지에 의해 전원이 공급 (능동 태그 (Active Tag)라 불림)되거나, 유도 커플링에 전원이 공급 (수동 태그 (Passive Tag)라 불림)되기도 합니다. 수동 태그의 경우, 태그를 보수 및 수리할 필요가 없으며, 거의 반영구적으로 사용할 수 있습니다. 능동 태그의 경우, 전지의수명에 의해 태그의 수명이 정해지지만, 전지를 교체 할 수 있으며, 또 대용량의 전지를 사용하고 있는 것들도 있습니다.

라벨
라벨은 메모리 칩이 있는 종이와 폴리에스테르로 이루어진 회로 기판 위에RF 코일이 printing 또는 etching, deposit 가공되어 있으며, 캡슐로 덮여 있는 태그에 비해 환경적 요소에 대한 저항 능력이 뛰어나지는 않지만, 개방형 루프 (또는 일회용) 회로 시스템을 구축하는데 있어서 적은 비용으로 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. 라벨을 개방형 루프 회로 시스템에 사용할 경우, 라벨을 제품 자체 위에 부착한 후 제품을 배송하여 전체 공급 유통망에서 라벨을 사용할 수 있게 됩니다. 이것은 소비자에게 제품이 구매되어 지기까지의 모든 기록을 가질 수 있게 합니다. 또한,소비자가 PC 등과 같은 이러한 제품을 구매하게 되면, 이 라벨은 전체 공급 유통망에서 제외되어 일회용으로의 사용도 가능합니다. 이와 대조적으로 재사용이 가능한 태그를 사용하는 팔레트 추적 시스템에서는 이것을 무한정 공급 유통망에 사용하기도 합니다. 라벨이 가지고 있는 저렴한 비용이라는 장점은, 대규모 시스템을 계획하고 있는 고객에게 RFID 시스템 도입을 하는데 커다란 도움을 줄 수 있습니다.


PCB (Printed Circuit Board)
PCB (Printed Circuit Board)는 일반적으로 플라스틱 팔레트 제조회사와 같은 환경에서 사용될 수 있으며, 아주 높은 온도의 환경을 견디어 낼 수는 없지만 제품 및 운송 기기의 내부에 설치하여 사용할 수 있습니다. 비 또는 과다한 습기 등의 외부 환경적 요소에 직접적으로 노출되는 상황에서는 보호를 위해 캡슐 등과 같은 보호 장치를 사용할 필요한 경우도 있습니다. RFID의 PCB의 장점으로는 저렴한 비용으로써 라벨을 사용할 수 없는 환경 조건에서도 사용할 수 있다는 점을 들 수 있습니다.
RFID PCB 응용의 좋은 예로 플라스틱 팔레트 제조를 들 수 있습니다. 플라스틱 팔레트 제조 과정 중에서 초음파 용접 단계에 들어가기 전 PCB를 플라스틱 팔레트의 내부에 장착하게 되면, 이팔레트는 소위 말하는“Smart Pallet”로 전환되어, 전체 공급 유통망 내에서 팔레트에 있는 데이터를 읽거나 팔레트에 데이트를 기록할 수 있습니다.


안테나
안테나는 무선 전파를 사용하여 태그 및 라벨, PCB에 있는 데이터를 읽거나 태그 및 라벨, PCB에 데이터를 입력하는 기기입니다. 몇몇 시스템의 경우, 안테나와 컨트롤러가 서로 분리되어 있는 구조를 사용하며, 다른 경우, 안테나와 컨트롤러를 하나의 Reader 또는 Reader/Writer에 통합하여 사용합니다. 작은 공간에서도 사용할 수 있도록 작은 크기로 설계되어 있는 안테나부터 넓은 범위의 입력 및 판독이 가능한 큰 크기의 안테나
에 이르기까지 다양한 크기와 모양의 선택이 가능합니다. 또한, 어떤 안테나는 독특한 기능을 갖추고 있습니다. 한 예로, 일반 미디어 디스크 드라이브에 사용되는 수중용 안테나를 들 수 있습니다. 이 안테나는 물 속에서도 데이터를 읽고 기록할 수 있도록 설계되어 있어서, 이온이 제거된 중성의 물속에 설치 되어 있습니다. 또 다른 예로, 컨베이어 벨트 또는 심지어 독(dock)문에서의 관문 역할을 합니다. Gate 또는 터널 등과 같은 이러한 관문에서 태그 및 라벨, PCB가 통과할 경우, 이에 데이터를 기록하거나 데이터를 읽게 됩니다.


컨트롤러
컨트롤러는 안테나와 PC 또는 PLC, 서버, 네트워크 interface 모듈 간의 통신 interface를 관리하는 역할을 합니다. Host 시스템은 컨트롤러와 연관적으로 작동하여 parallel 통신 또는 serial 통신, bus 통신을 통해 컨트롤러가 태그의 상태 및 데이터를 확인하도록 합니다. RFID 시스템의 컨트롤러를 태그의 메모리 내부에 있는 데이터로부터 직접 공정 제어를 실행할 수 있도록 프로그램 설정할 수 있습니다. 어떤 컨트롤러의 경우, 컨트롤러에 의해 작동할 수 있는 direct I/O point를 갖추고 있어서, Host 시스템의 작동 양을 절감할 수 있습니다.

읽기전용
 
읽기 전용은 RFID에 있어서의 가장 단순한 형태로써, RFID 시스템은 바코드 시스템을 당장 대체할 수 있는 방식이라 할 수 있습니다. 이 방식의 장점으로100% 정확한 판독이 가능하다는 점 및 여러 종류의 환경에서도 사용이 가능하다는 점, 바코드가 외부에 부착되어 있어야 하는 바코드 방식과는 달리 특별한 부품이 외부에 보여야 할 필요가 없다는 점 등을 들 수 있습니다.
판독 정확성은 RFID 시스템을 선택하는 데 있어서 매우 중요한 요소로 작용합니다. 바코드 판독기기가 고정되어 있는 상황에서 1차 판독 정확도 95%에서 98%인 경우, 이는 굉장히 뛰어나 다 할 수 있습니다. 외부의 주위 환경 및 유지관리 상태에 따라 바코드의 판독 정확도는 종종 90% 이하로 낮아지기도 합니다. 반면에, RFID 시스템은 대부분의 주위 환경에서 99.5%에서 100% 에 달하는 1차 판독 정확성을 갖추고 있습니다. 물론, 움직이는 부품이나 광학 관련 기기가 없기 때문에 정비 및 보수에 대한 걱정도 할 필요가 없습니다.
RFID 시스템은 어떤 종류의 산업 환경에서도 사용할 수 있다는 장점이 있기 때문에, 다른 시스템에 비해 더 선호도가 높습니다. 어떤 상황의 경우, 데이터 수집 시스템이 각종 화학 용액 안에서 또는 먼지가 많은 지역, 열이 높은 곳에 작동해야 하는 경우가 있습니다. RFID 시스템은 이러한 상황에서도 작동이 가능합니다. 이러한 예로, 태그와 안테나가 물 속에 들어가 있거나, 심지어 는 태그가 240 .C나 되는 자동차 공정의 페인트 오븐을 통과해야 하는 경우에서도 태그와 안테나를 통해 데이터를 전송할 수 있습니다.
이러한 장점 외에도 RFID 시스템은 가시선 확보가 필요 없다는 점에서 다른 시스템과 크게 차별화 됩니다. RFID 시스템을 사용할 경우, 바코드 시스템처럼 판독기가 읽을 수 있도록 태그를 밖에 부착할 필요가 없습니다. 금속 재질이 아닌 경우엔 대부분 투과할 수 있는 능력이 있기 때문에, RFID 태그를 운송 상자 및 컨테이너, 심지어는 제품 내부에 부착할 수 있습니다. 더 나아가, 데이터 수집에 있어서 큰 영향을 받지 않고도 이러한 컨테이너나 제품을 다른 물질로 덮어 씌울 수 있습니다.

읽기/쓰기 (재사용 가능)
읽기/쓰기는 읽기 전용 방식보다 한 단계 발전한 형태로, 무선 주파수 인식 시스템은 전자 방식의 적하 목록으로 사용할 수 있게 되어, 네트워크 상의 많은 데이터의 전송 량을 줄일 수 있으며, 서로 멀리 떨어져 있는 생산 시스템과의 연결이 가능해지며, Host PC 또는 PLC를 보조하는 능력을 갖게 됩니다.
하나의 예를 들자면, 자동차 엔진 제조의 경우, 엔진의 이동 경로 및 제조 방법에 관련된 데이터가 저장되어 있는 태그가 운송 기기에 부착되어 있습니다. 엔진이 실려 있는 운송 기기가 첫 번째 생산 구역에 들어오면, 판독 및 입력을 하는 기기가 태그에 저장되어 있는 데이터를 통해 이 엔진이 이 생산 구역에 와야 하는지 아닌지를 판단하게 되며, 이 엔진이 와야 하는 것으로 판단되면, 제조 방법에 관련된 정보가 태그로부터 그 구역의 프로세서로 전달되어, 어떻게 자동화 기기들을 작동할 것인지에 대한 결정을 내리게 합니다. 그 구역에서의 제조 공정이 완료되면, 품질에 관한 주요 데이터 및 생산 결과에 대한 정보가 태그에 저장되고, 작업자는 나중에 이 정보를 통해 여러 생산 구역에서의 품질 관련 부분을 평가할 수 있게 됩니다. 제조 과정이 올바르게 진행되지 않은 경우, 이에 대한 정보도 태그에 저장되어, 다음 생산 구역에 들어가기 전에 생산 라인에서 제외되어, 다른 곳에 있는 보완 구역으로 옮겨집니다. 이 보완 구역에서도 마찬가지로, 태그에 저장되어 있는 데이터를 이용하여 어떻게 이 엔진을 보완할 것인지에 대한 결정을 하게 됩니다.
전자산업의 경우, 이러한 전자 방식의 적하 목록 시스템을 제조 공정과 더 밀접하게 사용하여, 중앙 서버 또는 Host에 문제가 발생하여 사용할 수 없게 되어도 생산 공정을 진행할 수 있게 하고 있습니다. 태그는 각 생산 구역의 프로세서와 통합하여 그 생산 구역에서의 모든 생산 과정에 대한 데이터를 주고 받을 수 있기 때문에, 네트워크에 의존하지 않고도 생산을 진행할 수 있습니다.

읽기/쓰기 (일회용)
일회용 방식은 위의 재사용 방식보다도 한 단계 더 발전한 형태로써, 제품 제조 중 제품에 일회용 라벨을 부착하고 이를 전체 공급 유통망 (제조에서부터 소매 업체, 소비자에 이르기까지)에서 사용합니다. 본질적으로, RFID 라벨을 사용하여 주위의 기기와 통신을 할 수 있는“smart product”제품을 만드는 것입니다.RFID 라벨을 텔레비전과 같은 제품에 직접 부착함으로써, 이 제품은“smart product”제품이 되는 것입니다.
생산 과정에서, RFID 라벨은 텔레비전의 외부 케이스의 내부에 부착됩니다. 이 라벨을 위의 재사용 방식과 같이 생산 공정에 충분히 이용한 후, 이 라벨은 이“smart product”제품과 같이 창고로 이동합니다.라벨은 창고에서 특정 모델의 위치를 찾아내거나 다른 모델을 창고 내의 다른 위치로 옮겨서 분류하는 데 사용되며, 더 나아가, 판독 및 입력을 하는 기기들은 같은 장소에 있는 여러 라벨과 통신을 할 수 있는 기능을 갖추고 있기 때문에, 제품들이 팔레트에 적재되어 한꺼번에 창고에서 나가든 따로 운송되어 나가든, 이에 상관없이 판독할 수 있습니다.
이러한 기능을 통해, 사용자는 목적지에 관한 정보를 이“smart product”제품에 입력 할 수 있고, 어느 제품이 발송되었는가에 대한 정보가 기록되어 전자 방식의 청구서를 작성할 수 있게 됩니다.
이“smart product”제품들이 소매 업체의 창고에 들어서게 되면, 건물에 들어가는 순간 태그에 저장되어 있는 정보를 판독하여 재고 관련 데이터베이스에 저장/변경을 하고, 자동적으로 공급 업체에게 구매에 관한 금액 지급을 합니다.
그 후, 이 제품들은 점포에 진열되어 점포 내의 재고 목록에 실시간으로 기록되고, 도난 방지를 위한 태그로 사용됩니다. 최종적으로, 소비자가 이 제품을 구매하여 점포를 벗어나게 되면, 고객 및 제품에 관한 정보가 RFID 라벨에 기록 됩니다. 고객이 제품을 반품하기 위해 서비스 센터로 가지고 올 경우, 소비자가 이 제품을 카운터 위에 올려 놓기도 전에 이 제품에 관한 전체적인 기록을 컴퓨터의 모니터에 띄울 수 있게 됨으로써, 새로운 단계의 서비스가 가능하게 됩니다.
위에서 설명한“smart product”제품의 예는 RFID 시스템의 사용을 통해 전체 공급 유통망 내에서의 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 고객을 위해 많은 것을 제공할 수 있다는 것을 설명합니다. 제조 업체 및 소매 유통 업체에서는 이러한 부가 가치의 특징을 다른 경쟁 업체의 제품과의 차별화를 위해 사용함으로써, 매출 및 수익을 올릴 수 있게 됩니다.

읽기/쓰기 방식의 RFID 시스템의 성능을 판단하는 데에는 다음과 같은 기준을 사용합니다
 
태그의 메모리 용량
일반적으로 메모리를 사용하고 있는 모든 시스템에 있어서 어떤 메모리를 사용해도 충분하다는 느낌이 들지 않습니다. 또한, 메모리의 용량을 늘릴 경우, 이 메모리의 사용 범위를 더욱 더 넓히게 되길 바라기 때문에, 이보다 더 많은 메모리 용량을 필요로 하게 됩니다. 읽기 전용 방식에서 사용할 수 있는 메모리의 용량은 20bit의 크기이며, Active Read/Write 태그의 경우 64byte에서 32 KB로써, Read/Write 태그 안에 몇 페이지 정도의 데이터는 저장할 수 있습니다. 이 정도의 용량이라면 적하 목록을 이용하고, 데이터의 테스트를 하는 것은 물론, 시스템의 확장에도 굳이 용량을 늘릴 필요가 없을 정도로 충분한 용량입니다. Passive Read/Write 태그의 경우, 메모리 용량이48byte에서 736 byte까지로, 능동 시스템만큼의 능력을 발휘하는 데에는 큰 문제가 없습니다.

데이터 전송 속도
속도는 대부분의 데이터 수집 시스템에서 중요한 요소 중 하나입니다. 오늘날과 같이 생산 주기가 점점 짧아지고 있는 상황에서, RFID 시스템에 접속하고 이를 업데이트하는 데 걸리는 시간은 매우 짧은 시간에 이루어져야 합니다. 전자파 (microwave) 시스템은 매우 빠른 속도로 진행되지만, 속도가 빠르다는 것 외에는 다른 여러 문제점이 많아서 속도의 장점을 활용하기 쉽지 않습니다.
읽기 전용 속도 - 읽기 전용 RFID 시스템의 속도는 코드의 길이 및 태그로부터의 데이터 전송 속도, 이 시스템이 작동하는 범위, 태그에서 안테나까지의 무선파의 반송 주파수, 데이터 전송에 사용하고 있는 변조 기술 등으로 정해집니다. 이 속도는 또, 각 상황에서 사용하고 있는 제품에 따라 달라지기도 합니다. 예를 들어, Escort Memory Systems 읽기 전용 시스템은 데이터를 20 bit frame을 이용하여 1초 당 8750 bit의 속도로 전송합니다.
수동 읽기/쓰기 속도 - 수동 읽기/쓰기 RFID 시스템의 속도는 읽기 전용 시스템에서와 같은 기준으로 결정되지만, 데이터 전송 속도에 있어서 태그로 들어가고, 태그에서 나오는 양 방향의 데이터 전송 속도를 고려해야 한다는 점에서 조금 다릅니다. 또한, 이 속도도 각 상황에서 사용하고 있는 제품에 따라 달라지게 됩니다. 한 예로, EMS HMS 시스템은 1초 당 1000 byte의 속도로 데이터를 전송합니다.
능동 읽기/쓰기 속도 - 능동 읽기/쓰기 RFID 시스템의 속도는 전송을 하기 위해 충전기를 충전해야 하는 것을 제외한 수동 읽기/쓰기 시스템에서와 같은 기준으로 속도가 결정됩니다. 중요한 점으로, 일반적인 저 주파수 읽기/쓰지 시스템은 1초 당 단지 100 byte 또는 200 byte 정도의 속도로 데이터를 전송합니다. 각 생산 구역에서는 수백 byte의 데이터를 전송해야 하기 때문에, 정보를 전송하는 데 걸리는 시간이 전체 기계 작동 시간보다 몇 초 이상 더 걸릴 수 있습니다. EMS시스템의 경우, 저 주파수 읽기/쓰기 무선 주파수 인식 시스템의 제품에 있는 문제점을 고속의 제품으로 해결했습니다. 몇 가지의 독특한 EMS만의 기술을 이용하여, 연구진들은 대부분의 전자파 시스템보다 더 빠른 속도를 갖추고 있는 저 주파수 시스템을 개발했습니다. HS 시리즈의 제품은 1초 당 3000 byte 이상의 속도로 데이터를 전송할 수 있습니다. 600 byte의 정보를 전송해야 하는 생산 지점의 경우, 기존의 기술을 사용하는 경우 데이터를 전송하는 데 6초에 가까운 시간이 걸렸지만, HS 시리즈의 제품을 사용하게 되면 0.2초 안에 데이터 전송이 가능합니다.

작동범위
오늘날 사용 가능한 읽기/쓰기 시스템에서 13.56 MHz의 저 주파수를 사용할 경우, 작동 범위는 2.5 cm 이내에서 1.2 m까지 다양합니다. (EMS 제품의 작동 범위에 대한 자세한 사항은 가까운 곳의 EMS 판매 담당자에게 문의하시기 바랍니다.)
많은 경우, RFID 시스템 도입에 있어서 먼 거리의 읽기/쓰기 범위를 갖추는 것은 올바른 사양의 안테나를 사용하는 것으로 가능합니다.
예를 들어, FastTrackTM 컨베이어 안테나는 롤러 사이에 또는 롤러 대신에 설치될 수 있도록 설계되어 있습니다. 이럴 경우, RFID 태그를 운송 상자 또는 팔레트, 제품 자체의 바닥 부분에 부착하게 되면, 태그가 컨베이어 안테나 위를 바로 지나갈 수 있도록 할 수 있습니다.이 예에서, 태그가 운송 상자의 바닥 부분에 있고 이 태그가 컨베이어 안테나 위를 지나갈 수 있게 되어 매번 100%에 가까운 정확도로 판독이 되기 때문에 읽기/쓰기 범위가 클 필요가 없어지게 됩니다.


다수 태그 동시 처리 용량
태그 및 안테나의 올바른 설정에 따라, FastTrackTM 제품군을 이용하여 같은 범위 내에 있는 여러 개의 태 그를 동시에 판독 및 입력하는 것이 가능합니다.
FastTrackTM 터멀 안테나는 특히 여러 개의 태그를 동시에 읽을 수 있도록 설계되어 있습니다. 우체국에서 사용할 경우, FastTrackTM 라벨을 봉투 안에 넣은 후,, 이 봉투들을 태그가 부착되어 있는 큰 자루(mailbag)에
넣어 이 자루가 터널 안테나를 지나가는 동시에, 데이터가 태그로부터 판독되고 반대로 데이터를 입력하게 됩니다.


작동온도
EMS는 고온 상황에서의 무선 주파수 인식 시스템 적용의 최고 전문 업체로 알려져 있으며, 전 세계에 걸쳐 고온 상황에서의 무선 주파수 인식 시스템 도입에 관한 많은 경험을 가지고 있습니다. 현장에서 입증된 EMS의 고온 상황에서의 기술력은 수동 읽기 전용 ES 시리즈 태그를 사용합니다. ES 시리즈 태그는 최대 205.C의 온도에서 작동할 수 있도록 설계되어 있기 때문에, 도료 오븐 또는 화학 물질의 수조와 같은 고온에서도 사용하는 데 최적의 제품이라 할 수 있습니다. 차세대의 고온 수동 읽기/쓰기 제품군인 HMS100 시리지 태그는 최대 240.C의 고온에서도 작동할 수 있도록 설계되어 있을 뿐만 아니라, -40.C의 아주 낮은 온도에서도 작동할 수 있도록 설계되어 있습니다.
제 3 세대의 고온 용 태그는 일회용으로 사용이 가능하기 때문에 다른 고
온용 태그가 가지고 있지 않은 또 하나의 장점을 가지고 있습니다. FastTrackTM LRP250HT-FLX 태그는 특허 출원중인 제조 공정으로 제조되어, 고온의 제조 상황에서 사용할 수 있는 최적의 제품이라 할 수 있습니다. 반대 면이 스티커처럼 끈끈하게 되어 있어서, 이 FLX 태그를 제품에 간단하게 부착할 수 있습니다(예 - 자동차). 이 태그는 전체 생산공정에 걸쳐 계속 제품에 붙어 있게 되고, 소매 유통 업체로 배송된 후에는 판매 정보를 저장하는 것으로 사용할 수 있습니다.


태그 안테나 연결 간의 무선 반송 주파수
RFID 시스템을 선택하는 데 있어서의 중요한 요소로 태그와 안테나 간에 정보를 전송하는 데 사용하는 반송 주파수의 대역을 꼽을 수 있습니다. 미연방통신위원회인FCC (Federal Communications Commission)는 전체 주파수 범위를 크게 매우 낮음(very low (50 kHz ~ 500 kHz)), 중간(medium (13.56MHz)), 전자파 (microwave (0.9 GHz ~ 2.5 GHz))의3가지로 분류하고 있습니다. 전자파 시스템은 넓은 지역을 사용할 수 있다는 장점이 있지만, “Standing Wave Nulls”이라 불리는 손상 현상이 발생합니다. Standing Wave Null은 작동 범위 지역에서 태그가 작동하지 않는 끊어진 지역을 말합니다. 이러한 현상은 전자파의 짧은 파장 (12 cm ~ 30 cm)에 의해 발생하게 됩니다. 신호가 파장의 반 정도의 길이 또는 이의 배수만큼의 거리로 떨어져 있는 두 금속 사이에서 계속 이동할 때, 한 지점에서 정상파 형태가 생성되어 태그를 작동할 만큼의 충분한 신호가 생기지 않게 됩니다. 이러한 문제로 인해, 전자 레인지에서 음식을 익힐 때 여전히 익지 않은 부분이 생기는 것입니다. 전자 레인지에서의 이러한 문제점을 해결하기 위해, 업계에서는 전자 레인지 안에 회전 접시를 설치하여 이러한 신호가 전달되지 않는 부분이 한 곳으로 집중되지 않도록 하고 있습니다. 이와 마찬가지로, 전자파를 사용하는 RFID 시스템
에서는 “wobulator”라는 장치를 사용하여 안테나의 위치를 기계적으로 조정하는 방법을 시도했지만, 실용성이 다소 떨어져서 많이 사용하지 않고 있습니다. 이러한 신호가 전달되지 않는 곳은 그 지역 내에 있는 금속의 위치 및 재질에 따라 변화하기 때문에, 이 위치를 예측하는 것은 쉽지 않습니다. 다시 말해서, 이러한 신호가 전달되지 않는 곳을 쉽게 찾을 수 없기 때문에 전자파 시스템에서 태그가 움직이지 않는 상황에서 태그를 문제 없이 사용하는 것은 불가능합니다.저 주파수 시스템에서는 이러한 문제가 없습니다. 더 나아가, 저 주파수 시스템은 작동 범위 내에 있는 습기에 대한 영향을 받지 않습니다. 이러한 여러 종류의 상황에서의 작동 가능성 때문에, 저 주파수 및 중 주파수 시스템을 많이 도입하게 됩니다.

자동화 시스템의 연장으로, RFID은 기존에 있는 자동화 기술과 새로 개발되는 자동화 기술을 통합할 수 있는 능력을 갖추고 있어야 합니다. 중요한 점으로, EMS의 RFID 시스템은 PC 및 PLC (Programmable Logic Controller), 산업 용 네트워크 interface 모듈과 직접 연계되어 작동하기 때문에, 설치하는 데 드는 비용을 절감할 수 있습니다. EMS는 이러한 연결 능력을 통해 여러 방면에 사용이 가능하고 다양한 종류의 산업을 쉽게 통합할 수 있는 RFID 시스템을 제공할 수 있습니다.


출처: http://www.ems-rfid.co.kr/compinfo/ems-rfid.jsp
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나의일/RFID/USN 2007/09/04 10:14

[USN 강좌]1. USN-인간, 컴퓨터, 사물의 유기적 연계 마법사

이번 연재에서는 총 4회에 걸쳐 USN의 개념과 각 부분별 구성요소를 중점적으로 살펴보고자 한다. 유비쿼터스 서비스에서 말하는 보이지 않는 컴퓨팅을 구현할 수 있는 가장 현실적인 도구인 USN은 반도체 기술, 초소형 OS 기술, 무선 통신 기술 간 상호 조화로 이뤄지는 종합 예술이라고 할 수 있다. 그 첫 번째로 USN 기반의 서비스 제공 사례와 최근 이슈가 제기되고 있는 USN 정보자원 관리 체계를 알아보자.



안철현|한국전산원 차세대인터넷팀 선임 연구원


연■재■순■서

1. USN - 인간, 컴퓨터, 사물의 유기적 연계 마법사(2006년 5월호)

2. 유비쿼터스 센서 노드 플랫폼 기술 및 센서 네트워크 구성(2006년 6월호)
3. USN 미들웨어와 USN 응용서비스 구현(2006년 7월호)
4. USN과 IPv6의 연계, USN 정보관리 체계(USIS)의 개념 및 추진 계획(2006년 8월호)



2003년 미국의 비즈니스위크(Business Week)는 'The Future of Tech-Road Map'이라는 특집기사에서 미래에 주목해야할 네 가지 핵심 기술 가운데 하나로 '센서 혁명, The Sensor Revolution'을 언급했다. 미래에 정보 식별의 대상이 사물까지 확대되고, 인간과 컴퓨터, 사물이 유기적으로 연계되는 유비쿼터스 컴퓨팅에 대한 관심이 고조되고 있기 때문이다.



USN의 정의
USN(Ubiquitous Sensor Network)은 유비쿼터스(Ubiquitous) 서비스나 비즈니스 모델에서 약방의 감초처럼 빠지지 않고 등장하는 핵심 요소지만, 막상 물리적인 센서 노드(Sensor Node)나 USN 기반의 서비스를 접하기는 쉽지 않은 것이 현실이다. 유비쿼터스 환경의 중추적인 역할을 수행하고 있지만, USN 자체가 전면에 부각되지 않는 인프라적 요소이며, 물류·유통 지원, 환경 감시, 홈오토메이션, 산업 시설 관리 등 다양한 유비쿼터스 서비스의 실현을 뒷받침하는 기반 기술적인 성격이 강하기 때문이다.


유비쿼터스 센서 네트워크(USN)란 기존 인간과 컴퓨터 간의 커뮤니케이션에 일상생활에 산재된 사물과 물리적 대상을 추가시켜 협력 네트워크를 구성하는 것으로, 필요로 하는 모든 곳에 수많은 센서 노드들을 부착해 자율적으로 정보를 수집·관리·제어하는 시스템이다. 즉 물리 공간에 센서 노드를 설치해 빛, 소리, 온도, 움직임 같은 환경 정보를 감지해 정보시스템으로 전달하는 구조를 가진 네트워크다.






USN을 우리 인체에 비교해보면, 센서 노드는 인체의 신경세포로, 센서 네트워크는 신경망으로, USN 기반 정보시스템은 인체의 두뇌로 각각 비유할 수 있다. 따라서 USN은 현 세계와 디지털 세계를 연결해주는 유비쿼터스 사회의 디지털 신경망이라고 할 수 있다.






이런 USN 인프라를 이용해 다양하고 편리한 서비스를 제공하는 것이 유비쿼터스 사회의 궁극적인 목표이며, USN은 u-코리아 실현을 위한 초석으로 유비쿼터스 시대를 이끌어갈 핵심 기술 중 하나로 주목받고 있다.






USN와 WSN의 관계
해외의 센서 네트워크 관련 연구를 보면, 일반적으로 USN 대신 WSN(Wireless Sensor Network)라는 개념을 사용하고 있다. 국내에서는 정보통신부가 IT839 전략에서 USN을 '전자태그(RFID)와 u-센서를 BcN과 연계해 사물의 정보를 인식, 관리하는 네트워크이며, 기존 사람 중심의 정보화를 사물에까지 확대해 유비쿼터스 사회를 구현하기 위한 기본 인프라'로 정의하고 있다.


반면 WSN은 기존 유선 기반의 센서 노드에 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth), 와이파이(WiFi)와 같은 무선 RF기술과 애드혹(Ad-Hoc), 메시(Mesh) 네트워크 기술을 접목해 무선 기반의 센서 네트워크를 구현하는 것으로 정의된다. USN은 WSN을 포함하는 보다 광범위한 개념으로 이해할 수 있다. (그림 3)과 같이 USN에서는 기존의 RFID를 사물의 정보를 감지하는 일종의 센서로 인식함으로써, 처리대상을 환경 정보뿐만 아니라 사물 정보까지 확대한 것이다. 다만 이번 기고에서는 USN의 영역 중 RFID 부분을 제외한 WSN과 관련 내용을 중심으로 설명한다.






USN의 주요 구성요소

USN을 구성하는 핵심 요소에는 물리적인 센서 노드 하드웨어 플랫폼, 초소형 운영체제, 센서 노드 사이의 통신을 위한 무선 통신 기술, USN을 관리하고 정보시스템과 연계하기 위한 미들웨어, 그리고 이 전체를 활용해 구현되는 USN 애플리케이션 등이 있다. 최근에는 USN 정보보호 기술과 USN 정보자원 관리 체계도 필수 요소로 인식되고 있다.






(표 2)에서 센서 데이터(Sensor Data)와 센싱 데이터(Sensing Data)는 다른 의미로 쓰이고 있다. 센서 데이터는 센서 자체에 대한 정보, 즉 노드 이름, ID, 위치, 네트워크 주소 등을 의미하며, 센서에 의해 측정된 환경 정보인 센싱 데이터는 온도, 습도, 진동에 대한 측정치를 뜻한다.



- 센서 노드 하드웨어
센서 노드 하드웨어 플랫폼은 센서를 이용해 주위 환경 정보를 획득(센싱)하는 일반적인 센서 노드와 외부 네트워크 특히 인터넷과 연동을 위한 연동 노드인 싱크 노드(Sink Node) 또는 게이트웨이로 구성된다.


센서 노드 하드웨어 플랫폼은 초소형·저전력 MCU(Micro Controller Unit), 유무선 네트워킹 유닛, 정보 측정을 위한 센서가 집적된 초소형 컴퓨팅 하드웨어다. 이 플랫폼은 한번 배치되면 유지보수가 어렵기 때문에 짧게는 수일, 길게는 수년에 걸쳐 동작을 해야하기 때문에 강인한 구조에 저전력으로 설계돼야 하는 특성이 있다. 


특히 응용 분야에 따라 크게 달라질 수 있기 때문에 어떤 구조에도 효과적으로 사용될 수 있도록 유연성과 모듈성을 갖춰야 한다. 이 때문에 다양한 센서의 부착이 가능해야 하고, 목적에 맞는 하드웨어로 쉽게 교체를 할 수 있어야 한다.


또한 지그비, 블루투스, 와이파이, UWB(Ultra Wide Band) 등 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에 맞게 무선 네트워크 기술을 지원해야 한다. 이와 함께 많은 센서 노드가 산재되기 위해 가격이 저렴하고 크기가 작아야 한다는 시장성도 있어야 한다. 현재는 수만 원에서 수십만 원 단위지만, 몇 년내로 수천 원에서 수백 원까지 떨어질 것으로 예상하고 있다.


센서 노드에 사용되는 대표적인 MCU로는 아트멜의 ATMega128L, TI의 MSP430, 마이크로칩의 PIC18F 등이 있으며 대부분 MCU 내부에 CPU와 함께 프로그램 메모리, SRAM, EEPROM, ADC(Analog Digital Converter) 등이 하나로 집적돼 있어 소형화, 저전력화가 가능한 구조다.


이런 센서용 MCU와 지그비, 블루투스, UWB(Ultra Wide Band), 와이파이, 시리얼(Serial), 이더넷(Ethernet) 등의 각종 유무선 통신 모듈을 부착함으로써 센서 노드 간 통신이 가능하다. 예를 들어 Chipcon CC2420과 같은 지그비 표준을 따르는 칩을 부착함으로써 센서 노드와 게이트웨이 간 무선 통신을 할 수 있고, 환경 정보(온도, 습도, 조도, 가스, 진동, 가속도, 초음차 등)의 측정을 위해 다양한 물리적 센서를 부착함으로써 하나의 u-센서 노드가 구성된다.


초소형 MCU, 유무선 네트워킹 모듈, 센서가 집약된 센서 노드 하드웨어 플랫폼의 종류에는 크로스보우의 Mica 시리즈, 인텔의 iMote, 모테이브의 Telos 등의 외산 제품과 옥타컴의 Nano-24, 맥폴의 TIP 시리즈, 한백전자의 ZigbeX Mote, 휴인스의 UStar-2000 등의 국내 제품이 있다. 그리고 일부에서는 먼지처럼 작은 센서 노드를 개발해 주위 환경을 모니터링 하고자 하는 스마트 먼지(Smart Dust) 프로젝트도 추진되고 있다. 일반적으로 초소형 무선 센서 노드를 모트(Mote)라고 말하는데, 먼지나 티끌을 의미하는 모트는 무선 센서 노드의 크기가 작기 때문에 붙여진 별명이다.







유비쿼터스 센서 네트워크
유비쿼터스 센서 네트워크(USN)는 다수의 u-센서 노드간 애드 혹(Ad Hoc), 멀티 홉(Multi Hop) 통신으로 구성된다. 그러나 USN이 시작 단계인 현재 시점에서, 과거 시리얼이나 이더넷으로 구성된 유선 네트워크를 지그비, 블루투스, 와이파이 등을 이용한 포인트 투 포인트(Point To Point) 무선 네트워크로 전환하는 이슈가 많은 부분을 차지하고 있다. 하지만 적용 범위가 넓고 별도의 광역 인프라를 구성하기 곤란한 경우, USN을 이용한 애드 혹, 멀티 홉 메시 네트워크를 구성하는 사례도 점차 늘어나고 있다.


애드 혹 메시 네트워크는 고정된 네트워크 구조를 가지지 않고 이동 단말(Mobile Host) 사이에 임의로 구성되는 형태이다. 새로운 센서 노드가 추가되거나 제거되는 경우 자동으로 노드간 최적 네트워크가 재구성되고, 각 노드가 직접 외부 네트워크와 연결되어 있지 않더라도 징검다리 형태의 홉 대 홉(Hop by Hob) 통신을 함으로써 최종 목적지인 게이트웨이 또는 베이스 스테이션으로 정보를 전달할 수 있다.





USN 미들웨어
센서 노드와 센서 네트워크의 원활한 운영과 USN 기반의 응용서비스 구현을 효율적으로 가능하게 하는 것이 USN 미들웨어이며, 센서 노드 자체를 위한 미들웨어(센서 노드 미들웨어)와 USN 서비스 제공과 관리를 위한 미들웨어(USN 미들웨어)로 구분할 수 있다.


센서 노드 미들웨어는 애플리케이션과 환경 변화에 따른 센서 노드의 재프로그래밍, 센서 네트워크의 변화 지원, 센싱 데이터의 처리·저장·질의 처리 기능, 이벤트 처리 기능 등을 제공하며, 주로 센서 노드와 게이트웨이(싱크노드) 영역으로 국한된다. 센서 노드 미들웨어에는 TinyDB, TinySec, Cougar, SINA, DSWare, MiLAN 등이 있다.





반면 USN 미들웨어는 이기종 센서 네트워크로부터 수집한 센싱 데이터를 필터링·통합·분석해 의미 있는 상황정보를 추출·저장·관리·검색하고 그 정보를 응용서비스로 전달해, USN 서비스간 연계·통합을 용이하게 하는 기술이다.


USN 미들웨어는 USN 디렉토리 서비스, u-센서 노드 모니터링, USN 상황 정보 관리 서비스, USN 서비스 연계를 위한 개방형 API 등의 구성요소로 이뤄진다.


USN 미들웨어는 이미 많은 연구가 진행된 센서 노드 미들웨어에 비해 연구 초기 단계이며, 인텔 아리스넷, 센서-그리드(Sensor-Grid), 센서-웹(Sensor-Web), OSWA(Open Sensor Web Architecture) 등이 대표적 USN 미들웨어 R&D 프로젝트이다.




u-센서 노드 OS
USN을 구성하는 센서 노드 자체가 초소형 컴퓨팅 단말인 관계로 각종 장치를 구동·관리하고 애플리케이션 실행을 위한 OS(Operating System)가 필요하다. 센서 노드 OS에 요구되는 기술적 요구사항은 저전력 통신, 메모리의 효율적 관리, 노드간 시간 동기화, 효율적 I/O, 동적 환경 대응, 멀티 홉 라우팅 지원, 손쉬운 프로그래밍을 위한 API 지원 등이다.


이런 다양한 기술적 요구사항을 충족하는 센서 노드 OS는 약 32∼128Kbyte 수준의 작은 메모리에 설치돼야 하며, OS와 애플리케이션이 이용할 수 있는 저장공간 역시 4K∼8Kbyte에 불과하기 때문에 센서 노드용 OS와 애플리케이션 개발 과정은 1bit를 줄이기 위한 도전으로 불린다.


주요 센서 노드용 OS로는 스마트 먼지 프로젝트에 적용하기 위해 개발된 UC 버클리의 Tiny OS, UCLA에서 개발한 SOS, 멀티 쓰레드를 지원하는 콜로라도 대학의 MANTIS, 그리고 일본 TRON 프로젝트에서 개발한 T-Engine 등이 있다. 국내에서는 한국정보통신대학교의 ANTS, ETRI의 Nano-Qplus 등이 대표적 센서 노드용 OS이다.





USN 관리 체계
최근 학계와 한국전산원, ETRI, 한국인터넷진흥원 등의 R&D 기관을 중심으로 USN 활성화에 대비해 USN 정보자원을 체계적으로 관리하고자 하는 움직임이 시작되고 있다. USN 관리체계는 유비쿼터스 센서에 적합한 코드, ID, 프로파일 체계의 정립, USN을 포함한 유비쿼터스 정보자원을 체계적으로 관리하는 구조와 표준 시스템 개발 등을 포함한다. 향후 USN 서비스의 확산과 u-City, u-Health, u-Work와 같은 유비쿼터스 서비스 확산에 대비해 유비쿼터스 기반 인프라가 되는 USN 인프라 구축에 대한 청사진을 그리게 된다.



 

국내외 USN 관련 조직
2004년부터 본격적으로 추진된 국내 USN 관련 활동은 (그림 7)과 같은 추진체계로 진행되고 있다. 정보통신부와 산업자원부 등의 정부부처를 중심으로 USN 관련 정책이 발굴, 추진되고 있으며, ETRI와 벤처기업에서는 USN OS, 미들웨어, 프로토콜, 센서 노드 등의 원천 기술을 개발하고 있다. 그리고 한국전산원은 USN 시범사업과 인프라 구축을 담당하고 있고, USN 표준화 포럼, 한국 RFID/USN 협회 등을 중심으로 산업화 요구사항 반영과 기술 확산이 이뤄지고 있다.






 

해외에서는 IEEE(P1451), IETF(6LowPan), EPC 글로벌, 지그비 얼라이언스 등의 조직에서 센서 네트워크에 대한 분야별 표준화와 산업화를 진행하고 있다.




USN의 적용 분야와 사례
초기 USN 적용 분야는 농수로 관리, 장비 시설 관리 등으로 무선 네트워킹 기술과 초소형 센서 노드 기술을 이용해 기존의 유선 센서 네트워크를 대체하는 형태다. 이는 기존의 유선 네트워크 설치, 이용 비용을 절감하고 원하는 위치에 손쉽게 센서 노드를 설치해 전체 비용의 반 이상을 차지하는 기반 공사비용을 절감할 수 있고, 센서 노드의 위치와 개수를 쉽게 변경할 수 있기 때문이다.


이런 유선/무선 대체 과정을 거치고 초소형, 저전력, 멀티 홉 네트워크를 지원하는 무선 센서 노드가 하나둘 상용화됨에 따라, 이제는 단순한 유선-무선 대체가 아닌 다양한 무선 센서 노드를 이용한 환경 정보 모니터링, 구조물 안전 관리, 공장 설비 관리 등의 분야에까지 USN이 활용되고 있다.






USN 적용 사례를 살펴보면, 미국 UC 버클리는 가속도 센서가 부착된 약 200개의 무선 센서 노드를 캘리포니아의 금문교(Golden Gate Bridge)에 설치해 구조물 상태 모니터링(Structure Health Monitoring)을 실시하고 있다. 기존의 유선 센서 네트워크를 이용하면 수백 가닥과 수백 미터의 케이블이 필요하나, 무선 센서 노드와 멀티 홉 라우팅 기술을 활용해 거대한 구조물의 진단을 효율적으로 할 수 있다.






지금까지 유비쿼터스 센서 네트워크의 개념과 USN을 구성하는 각 구성요소에 대해 간단하게 알아보았다. 우리가 소설이나 영화에서 보는 유비쿼터스 개념이 현실로 다가오기 위해서는 RFID와 센서 노드, 센서 네트워크의 지속적 발전이 필요하다. 아직은 여러 기술적, 제도적 제약으로 인해 다양한 문제점이 발생하고는 있지만, 반도체 기술, 배터리 기술과 무선 네트워크 기술, 그리고 초소형 OS 기술 등이 지속적인 발전을 거듭함에 따라 미래 영화에서 보던 손톱만한 센서 노드의 등장도 멀지 않았다.

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나의일/RFID/USN 2007/08/10 20:05

[USN 강좌] ② 유비쿼터스 센서 노드의 플랫폼

이번 호부터는 USN의 각 부분별 구성요소를 중점적으로 살펴보고자 한다. 유비쿼터스 서비스에서 말하는 보이지 않는 컴퓨팅을 구현할 수 있는 가장 현실적인 도구인 USN은 반도체 기술, 초소형 OS 기술, 무선 통신 기술 간 상호 조화로 이뤄지는 종합 예술이라고 할 수 있다. 이번 호와 다음 호 2회에 걸쳐 센서노드 하드웨어 플랫폼과 운영체제와 센서노드로 구성되는 무선 센서 네트워크의 특성을 자세히 알아본다.



안철현|한국전산원 차세대연구팀 선임 연구원


연■재■순■서
1. USN - 인간, 컴퓨터, 사물의 유기적 연계 마법사 (2006년 5월호)
2. 유비쿼터스 센서 노드의 플랫폼 (2006년 6월호)
3. 유비쿼터스 센서 노드의 운영체제 기술과 네트워크 (2006년 7월호)
4. USN 미들웨어와 USN 애플리케이션 구현 (2006년 8월호)
5. USN과 IPv6의 연계, USN 정보관리 체계(USIS)의 개념과 추진 계획 (2006년 9월호)


무선 센서노드는 센서 네트워크를 구성하는 가장 기본적 요소로 센서 노드에 부착된 센서로 데이터를 수집하고 다양한 무선 통신 기술을 활용해 USN 미들웨어나 USN 애플리케이션으로 데이터를 전송한다.


명함 상자 크기부터 손톱만큼 작은 크기를 가지는 무선 센서노드는 그 자체가 운영체제를 가지고 지능적 애플리케이션이 구동되는 초소형 컴퓨터이며, CPU, 메모리, I/O 장치, 네트워크 모듈, 센서 모듈이 유기적으로 배치, 통합된 구조다.





물론 데스크탑 컴퓨터, 노트북, PDA 등 고성능 하드웨어를 이용하고 유선 LAN, 무선 LAN, 블루투스(Bluetooth), CDMA 등 일반적인 무선 네트워킹 기술을 적용할 수도 있으나, 사용 용도보다 비싼 하드웨어가 필요하고 높은 전원 소모로 인한 배터리 수명 문제가 발생한다.


따라서 무선 센서노드 플랫폼은 기술적, 경제적 제약 사항을 해결하기 위해 소형 메모리가 내장된 저전력, 초소형 MCU(Micro Controller Unit)를 이용하고, 소규모 데이터 전송에 적합한 지그비(Zigbee) 등의 무선 네트워크 기술을 활용하고 있다. 특히 최근 USN 활용이 점차 증가함에 따라 대량생산을 위한 SoC(System on Chip), 원칩(One-Chip)화가 이뤄지고 있다.







저전력 초소형 MCU(Micro Controller Unit)
일반 PC의 CPU는 고속 연산능력, 낮은 전력 소모, 소형화 등의 요소 중 연산능력의 최대화에 초점을 맞추고 있지만, 무선 센서노드에 사용되는 MCU는 저전력화와 소형화에 큰 비중을 두고 있다. 보통 게이트웨이에는 16∼32비트 MCU, 소형 센서노드에는 8비트 저전력 MCU가 사용된다.


(화면 1) BTnode의 Atmega128L 8bit MCU

(화면 2) Telos의 Motorola HCS08 8bit MCU





대표적 MCU는 Atmel의 ATMega128L, TI(Texas Instruments)의 MSP430, Microchip의 PIC18F 등이며, MCU 내부에 CPU와 함께 프로그램 메모리(Program Memory), SRAM, EEPROM, ADC(Analog Digital Converter) 등을 하나로 집적해 소형화, 저전력화가 가능하다.



무선 네트워크 모듈
기존 RFID에 비해 센서노드가 가지는 가장 큰 특성은 지그비, 블루투스, 와이파이(Wi-Fi), UWB(Ultra Wide Band) 등 각종 무선 네트워킹 기술을 이용해 애드 혹(Ad-hoc), 멀티 홉(Multi-hop), 매시 네트워크를 구성한다는 점이다. 즉 주위 환경을 모니터링하면서 수시로 최적의 네트워크를 재구성할 수 있다. 그리고 무선뿐만 아니라 이더넷, USB, 시리얼 등 기존의 유선 통신 기술을 이용할 수 있기 때문에 목적에 맞는 구성을 할 수 있다.


현재 가장 많이 이용되는 네트워크 모듈은 IEEE 802.15.4에 기반의 지그비 모듈로 Chipcon, Freescale, Ember, Zennic, Radiopulse 등이 지그비 칩셋을 상용화했다. 특히 반도체 기술의 발달로 지그비 칩셋 내부에 저전력 MCU를 SoC(System on Chip) 형태로 내장하는 추세이며, 초소형 지그비 칩셋을 이용한 무선 센서노드의 소형화가 더욱 진전될 것으로 예상된다.





저속, 저전력 특성을 가진 지그비는 그 특성상 주로 일반 센서노드에 이용되며, 대용량의 데이터 취합과 전송이 요구되는 게이트웨이 또는 싱크 노드에는 무선 LAN(Wi-Fi), 블루투스, 유선 LAN, 시리얼 등의 유무선 네트워크 기술이 복합적으로 활용된다.



센서 인터페이스 기술과 IEEE 1451
무선 센서노드에는 환경 정보를 센싱하는 온도, 습도, 가속도, 진동, 초음파 센서 모듈 등이 장착돼 있으며, 센서에 의해 측정된 데이터는 싱크 노드와 게이트웨이를 거쳐 USN 애플리케이션에서 활용된다. 그러나 시장에는 수많은 종류의 물리적 센서와 MCU 보드, 다양한 유무선 센서 네트워크 기술이 있고, 서비스의 목적과 적용 환경이 상이하기 때문에 현실적으로 하나의 공통된 인터페이스 표준없이는 다양한 센서노드의 통합이 곤란한 상황에 이르게 됐다.


이런 맥락에서 IEEE 1451 표준은 센서와 구동소자들이 네트워크로 연결돼 제어, 관리되는 센서 시스템의 공통 인터페이스 표준을 제시한 것이다. 1993년 9월부터 표준화 작업이 시작됐으며, 현재 IEEE 1451.0부터 IEEE 1451.6까지 표준안이 완료됐다.





IEEE 1451 표준의 제목은 'A Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators'로서, 네트워크와 트랜스듀서(Transducer : 센서와 구동소자를 통칭함) 간에 표준 인터페이스를 규정한다. 즉 센서나 구동소자 업체는 연결될 네트워크의 종류나 연결 구조에 상관없이 오직 표준 인터페이스만 제공하고, 네트워크 입장에서는 연결된 트랜스듀서의 종류에 상관없이 공통 인터페이스를 통해 정보를 취득하고 제어할 수 있도록 하는 것이다.


IEEE 1451 표준은 소프트웨어 인터페이스와 하드웨어 기반의 인터페이스로 나눠질 수 있다. 소프트웨어 인터페이스 표준인 IEEE 1451.1은 지능형 변환기의 행동에 대한 정보와 네트워크 연결을 위한 경로를 정의하며, 네트워크 독립적인 지능형 변환기 객체 모델을 정의해 다양한 네트워크와 프로토콜의 지원을 가능하게 한다. IEEE 1451 표준 가운데 하드웨어 부분은 다양한 산업의 요구사항에 따라 (그림 4)처럼 1451.0, 1451.2, 1451.3, 1451.4, 1451.5로 분리돼 정의된다.



주요 국내외 센서노드 하드웨어 플랫폼
주요 센서노드 하드웨어 플랫폼에는 크로스보우(Crossbow)의 Mica 시리즈, 인텔의 iMote, 모테이브(Moteiv)의 Telos 등의 외산 제품과 옥타컴의 Nano-24, 맥폴(Maxfor)의 TIP 시리즈, 한백전자의 ZigbeX Mote, 휴인스의 UStar-2000 등의 국내 제품이 있다.
     



(화면 3) 크로스보우의 Mica2 센서노드



(화면 4) 인텔의 iMote 센서노드

· 크로스보우 Mica 시리즈
미국 버클리 대학에서 개발돼 크로스보우(www.xbow.com)에서 상용화한 Mica 시리즈는 TinyOS라는 센서 네트워크 운영체제뿐 아니라 시뮬레이터, 애플리케이션과 소스 코드까지 공개돼 전 세계에서 R&D 분야에서 가장 많이 이용되는 센서노드 하드웨어다. 초기 Rene로 시작해 Dot, Mica, Mica2, MicaZ까지 개발됐다.


특히 Mica2는 433/868/915Mhz의 RF를 지원하며, MicaZ는 ISM 밴드인 2.4Ghz의 RF를 지원하므로 국내 환경에서는 MicaZ를 이용해 USN을 구성할 수 있다. 참고로, ISM(Industrial, scientific, medical) 밴드란 산업용, 과학용, 의료용 전파응용설비를 위해 사용되는 주파수 대역을 말하며, 국내에서는 2.4Ghz와 5Ghz를 주로 이용한다.





Mica 시리즈의 메인보드 하드웨어 사양은 (표 2)와 같으며, 이 메인보드에 온도, 조도, 습도, 자기, 가속도 센서 보드를 CPU 보드에 스택형태로 부착해 하나의 센서노드로 이용한다. 그리고 최근 크로스보우는 기존 MicaZ 플랫폼을 우표 크기 정도로 축소한 MicaZ Postage Stamp 버전을 발표했다. 이는 OEM 형태의 센서노드 제조를 위한 것으로, 이 모듈을 이용해 다양한 정보통신기기와 USN 기술을 접목할 수 있다.



· 옥타컴 Nano-24
국내 벤처기업인 옥타컴(www.octacomm.net)이 개발한 센서노드 플랫폼으로 메인 모듈을 기준으로 MCU는 ATmega128L, RF는 Chipcon(TI) 2420을 채택해 지그비 표준을 지원한다. 운영체제로는 ETRI의 Nano-Qplus를 이용한다.





(화면 5) 옥타컴의 주요 센서 모듈



·기타 센서노드 하드웨어 플랫폼
지금까지 설명한 센서노드 하드웨어 플랫폼 이외에도 32비트 ARM 프로세스와 블루투스 RF를 이용한 인텔의 iMote 시리즈, TI의 MSP430 MCU를 이용한 모테이브 Telos, Tmote SKY, 록웰의 WINS 노드, 센소리아(Sensoria)의 WINS NG 2.0, UCLA의 iBadge, MIT의 u-AMPS 등이 대표적인 외국 센서 노드 플랫폼이다.


반면 한국전자부품연구원(KETI)에서 개발해 상용화한 맥폴의 TIP, 그리고 한백전자 ZigbeX Mote, 휴인스의 UStar-2400, 한국정보통신대학교(ICU)의 ANTS 등의 국산 무선 센서 네트워크 플랫폼이 있다. 특히 한국정보통신대학교(ICU)에서 개발한 ANTS 하드웨어 플랫폼은 각각의 용도와 목적에 맞도록 센서 플랫폼을 세분화했으며, 현재 한라산 등산로 지연환경 모니터링 프로젝트로 투입돼 활용되고 있다.



· 스마트 더스트
얼마 전까지 먼지처럼 작은 센서노드를 개발해 주위 환경을 모니터링하고자 하는 스마트 더스트(Smart Dust) 프로젝트가 UC 버클리에서 추진됐다. MEMS(MicroElectroMechanical Sensor) 기술을 활용해 약 5mm 내외의 센서노드(Micro Mote)가 개발됐다. 최종적으로 약 1mm 내외의 센서노드 개발을 목표로 했으며, 이 기술의 상용화를 통해 앞으로 먼지처럼 작은 센서노드의 출현도 멀지 않았다. MEMS이란 반도체 칩에 내장된 센서, 밸브, 기어, 반사경, 그리고 구동기 등과 같은 아주 작은 기계장치와 컴퓨터를 결합하는 기술이다.




(화면 6) UC 버클리의 Micro Mote





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나의일/RFID/USN 2007/08/10 20:05

[USN동향과 USN 정보자원 관리체계]③ 유비쿼터스 센서 노드의 운영체제와 네트워크

이번 호부터는 USN의 각 부분별 구성요소를 중점적으로 살펴보고자 한다. 유비쿼터스 서비스에서 말하는 보이지 않는 컴퓨팅을 구현할 수 있는 가장 현실적인 도구인 USN은 반도체 기술, 초소형 OS 기술, 무선 통신 기술 간 상호 조화로 이뤄지는 종합 예술이라고 할 수 있다. 지난호에 이어 이번 호에는 센서 노드 하드웨어 플랫폼과 운영체제와 센서 노드로 구성되는 무선 센서 네트워크의 특성을 자세히 알아본다.


안철현|한국전산원 차세대연구팀 선임 연구원


 

연■재■순■서

1. USN - 인간, 컴퓨터, 사물의 유기적 연계 마법사 (2006년 5월호)
2. 유비쿼터스 센서 노드의 플랫폼 (2006년 6월호)
3. 유비쿼터스 센서 노드의 운영체제 기술과 네트워크 (2006년 7월호)
4. USN 미들웨어와 USN 애플리케이션 구현 (2006년 8월호)
5. USN과 IPv6의 연계, USN 정보관리 체계(USIS)의 개념과 추진 계획 (2006년 9월호)



무선 센서 노드는 마이크로 컨트롤러(MCU)를 내장한 소형 컴퓨팅 시스템인 관계로 하드웨어의 운영, 애플리케이션 구동과 노드간 통신 등을 위한 운영체제(OS)를 요구한다. 그러나 센서 노드 운영체제는 일반 PC나 PDA와는 비교되지 않을 정도로 낮은 사양의 하드웨어를 이용해 동작시켜야 하므로, 저전력 통신, 메모리의 효율적 관리, 노드간 시각 동기화, 효율적 I/O, 동적인 환경 대응, 멀티 홉 라우팅과 메시 네트워크 지원 기능 등이 요구된다.







무선 센서 노드 운영체제
센서 노드와 센서 네트워크를 위한 운영체제는 1990년대 말부터 대학을 중심으로 연구됐으며, 국내의 경우 ETRI를 중심으로 임베디드 OS를 활용한 국산 센서 노드용 OS(Nano-Qplus)가 상용화됐다.


이번 기고에서는 미국 UC 버클리의 TinyOS, ETRI의 Nano-Qplus를 중심으로 알아본다.



·TinyOS
TinyOS는 오픈 소스(Open Source) 형태의 센서 노드 운영 체제(Operating System)로 스마트 더스트(Smart Dust) 프로젝트에 이용하기 위해 개발됐으며, 현재 전세계적으로 약 500여 센서 네트워크 R&D 프로젝트에서 활용되고 있다.


TinyOS의 특징은 다음과 같다. 


- 컴포넌트 기반의 작은 코드 크기

- 새로운 프로그래밍 모델 제공(nesC)

- 컴포넌트 기반의 nesC를 통해 소프트웨어 개발 용이

- 네트워크와 밀접하게 연동 가능

- 여러 대학과 연구소에서 가장 광범위하게 연구, 이용되고 있다.







TinyOS가 다른 임베디드 OS와 비교해 가지는 특징은 (표 2)와 같이 4KB 이하의 초소형 시스템 코드로 동작하며, 기존 C 언어의 확장 형태인 nesC 언어를 통한 컴포넌트 기반의 시스템과 프로그래밍 구조, 단순 이벤트 기반(Event Driven)의 동작으로 저전력의 효율적인 구조를 가진다. 그리고 기존에 많은 스택 메모리를 요구하는 멀티 쓰레드 방식의 단점을 개선해 적은 메모리로 멀티태스킹을 지원할 수 있는 장점이 있다.


TinyOS의 특징은 크게 3가지로 구분해 볼 수 있다.


첫째, 재사용이 가능한 소프트웨어 컴포넌트 기반의 운영체제로, 애플리케이션은 하드웨어 컴포넌트의 입출력을 연결하듯 소프트웨어 컴포넌트의 입출력 인터페이스를 연결함으로써 작성된다.


둘째, 상태 머신 기반의 구조를 가지는 운영체제로, 각각의 상태는 TinyOS 컴포넌트가 되며, 각 컴포넌트의 명령(command)과 이벤트(event) 처리기는 한 상태에서 다른 상태로 빠르게 전이를 일으키는 구조이다.


셋째, 저전력 구조를 실현하기 위해 사용하지 않는 CPU 사이클 동안 휴식(idle) 상태로 들어가 전력 소모를 줄인다. 이 특성은 주기적인 데이터 수집이나, 특정 이벤트 발생시 특정 기능 수행을 위한 애플리케이션의 저전력 실행을 가능하게 한다. 실제로 센서 하드웨어 플랫폼용 MCU를 평가할 때, 동면(Sleep) 또는 휴식 시간 동안의 전력 소모량이 매우 중요한 요소로 간주된다.





TinyOS는 일반적으로 크로스보우의 Mica2, Mica-Dot, MicaZ 센서 노드 플랫폼에서 동작하며, Eyes, TMote Sky, iMote, Nano-24와 같은 다른 하드웨어 플랫폼에서도 이용할 수 있다.


TinyOS 관련 정보는 www.tinyos.net에서 자세히 확인할 수 있다. 그리고 전자부품연구원(KETI)에서는 TinyOS Korea 포럼(www.tinyos.re.kr)을 구성해 센서 네트워크 기술에 대한 기술 정보를 공유하고 있으며, TinyOS 테스트베드를 구축해 TinyOS 계열의 센서 노드와 네트워크 연구 개발을 지원한다.




·NanoQ-Plus
2004년 말 한국전자통신연구소(ETRI)에서 개발된 센서 네트워크용 OS인 Nano-Qplus는 현재 국내 업체인 옥타컴의 Nano-24 플랫폼에 탑재돼 상용화됐다. 개발 당시 ETRI는 의료, 환경, 방재, 디지털홈, 국방, 산업기기 등의 응용분야에 적합한 초소형(10KB 미만 커널), 분산, 스마트(상황인식) 운영체제를 Nano-OS로 정의하고, USN을 구축하기 위한 나노 OS 플랫폼 개발을 목표로 Nano-Qplus를 설계했다.





TInyOS가 이벤트 기반의 OS인 반면 Nano-Qplus는 표준 임베디드 OS에 기반한 초소형 OS인 점이 특징이다. Nano-Qplus OS의 특징은 다음과 같다.


- 센서와 구동기(Actuator)의 종류에 따라 OS 커널을 재구성할 수 있는 확장형(Scalable)  OS로 TinyOS보다 향상된 소프트웨어 구조를 지원한다.

- 다양한 스케쥴러와 무선 통신(433, 868/916Mhz, 2.4Ghz, ...)을 지원한다.

- 표준형, 마이크로 임베디드 OS와 동일한 API 서브셋 지원(POSIX 표준 기반)



·기타 무선 센서 노드용 OS
지금까지 설명한 Tiny-OS, Nano-Qplus 이외에도, 일본 T-Engine 포럼의 T-Engine Micro Kernel, 미국 UCLA의 SOS, 한국정보통신대학교(ICU)에서 개발한 ANTS(An evolvable Network of Tiny Sensors) OS, 멀티쓰레드를 지원하는 콜로라도 대학의 MANTIS 등이 대표적 USN OS이다.




무선 센서 네트워크의 주요 이슈
일반적으로 무선 센서 네트워크를 생각할 때 한두 개의 센서 노드가 아닌 수십, 수백 개의 센서 노드가 말 그대로 ‘뿌려지는’ 상황을 가정하기 때문에 몇몇 노드를 제외하고는 유선으로 수많은 노드를 일일이 연결하는 것은 물리적으로 거의 불가능하며 경제적으로 많은 비용이 소모된다.






무선 센서 네트워크의 핵심 이슈는 저전력과 자율구성 두 가지로 요약할 수 있다.


우선 저전력 이슈의 경우, 센서 하드웨어 자체가 전력을 적게 소모하도록 설계된 것도 중요하지만, 무선 센서가 센싱한 데이터를 전송하거나 타 센서가 센싱한 정보를 릴레이(relayt)할 때 가능한 적은 전력이 소모되면서도 데이터의 품질이 유지될 수 있도록 데이터 전달(라우팅) 알고리즘이 효율적이어야 한다. 만약 센서의 배터리를 한달 또는 1주일마다 새로 교체해야 한다면, 무선 연결로 인해 얻을 수 있는 비용 절감과 편리함이 사라지기 때문이다.


자율구성 이슈는 단지 몇 개의 센서 노드만을 이용한다면, 이미 설계된 네트워크 토폴로지(topology)를 적용할 수 있으나, 수십∼수백 개에 이르는 무선 센서 노드를 설치할 때에는 사전에 정확한 네트워크 구성을 예상하기 어렵다. 따라서 무선 센서 네트워크 OS와 네트워크용 칩에는 그물망과 같은 메시, 멀티 홉, 애드 혹 네트워크를 구성할 수 있는 기능이 내장돼 있다.


특히, 학계의 무선 센서 네트워크 관련 연구를 살펴보면 에너지 효율적인 라우팅 프로토콜이나 네트워크 구조에 대한 연구가 많은 이유가 바로 센서 네트워크의 이런 특성에 기인한다.




무선 센서 네트워크와 인터넷 연동
현재 많은 수의 센서 네트워크가 TCP/IP 프로토콜이 아닌 지그비 등 Non-IP 프로토콜을 이용하고 있다. 그러나 서비스의 이용 확산과 센서 네트워크의 관리를 용이하게 하기 위해서는 인터넷과 연결이 반드시 요구된다.


따라서 센서 네트워크와 외부 네트워크 특히 인터넷과의 접점에 위치하는 게이트웨이, 싱크노드는 TCP/IP 스택뿐만 아니라 센서 네트워크 자체 프로토콜 스택을 모두 보유함으로써 서로 상이한 네트워크간 연동이 가능하다.









(그림 6)은 IP 네트워크인 인터넷과 Non-IP 네트워크인 USN을 상호 연계하는 기본적인 형태를 나타낸 것으로, 크게 게이트웨이를 이용한 방법(a), 인터넷 노드에 USN 스택이 올라가는 방법(b), USN 스택에 TCP/IP 스택(인터넷)이 올라가는 방법(c)의 세 가지로 나눌 수 있다.






(그림 7)은 IP 네트워크와 USN을 결합하기 위해 마치 웹 프록시(Proxy)와 같은 애플리케이션 계층 게이트웨이를 이용하는 방법으로 IP와 USN 애플리케이션 계층 내에서 서로 다른 프로토콜 스택으로 각각 변환한다. 이 방법은 설치가 쉽고 IP와 USN에 각각 투명한 환경을 제공해 주지만, 변환 과정에서 게이트웨이에 병목이 생길 가능성이 있고, 새로운 애플리케이션을 위해 추가적인 작업이 요구된다.





(그림 8)와 같은 인터넷 오버레이 USN(Internet overlay) 모델은 USN에 존재하는 오버레이 게이트웨이를 통해 USN 스택을 기반으로 TCP/IP 스택을 전달하는 구조로, 이 모델에서는 IP 네트워크의 호스트는 특정 센서 노드를 직접 접근할 수 있다. 하지만 물리적으로 많은 제약이 있는 센서 노드에 TCP/IP 스택을 올림으로써 많은 오버헤드가 발생할 수 있다.


USN 오버레이 인터넷(overlay Internet) 모델은 IP 네트워크에 존재하는 오버레이 게이트웨이를 이용해 센서 노드의 애플리케이션 계층, 트랜스포트 계층, 네트워크 계층을 IP 네트워크로 전달하는 방법이다. 이 모델은 상대적으로 물리적 제약이 적은 IP 호스트의 TCP/IP 스택 위에 센서 노드의 스택을 구현한 형태로, 센서 노드를 가상의 센서 네트워크로 묶음으로써 통합이 용이하지만 센서 노드의 스택을 IP 네트워크가 전송함으로 인해 역시 오버헤드가 발생할 수 있다.


현재 많은 센서 노드는 USN 오버레이 인터넷  형태의 기술을 이용해 센서 노드의 애플리케이션과 인터넷 노드의 애플리케이션을 상호 연계하고 있다. 예를 들어 시리얼 또는 USB, 이더넷, 와이파이 모듈이 부착된 센서 노드 동글(dongle)을 이용해 IP 단말을 가상의 USN 노드(Virtual USN Node)로 구성해 USN 노드에서 생성된 데이터를 IP 단말 등에서 표시, 모니터링하는 방법이다.




지그비
지그비(ZigBee)는 가정, 사무실 등의 무선 네트워킹에서 10∼20m 내외, 최대 100m 이내의 근거리 통신시장과 최근 주목받고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 기술로, 무선통신 분야에서 무선 LAN(IEEE 802.11)이나 다른 WPAN(IEEE 802.15) 기술과 달리 단순 기능이 요구되는 매우 작은 크기, 저전력, 저가격 시장을 목표로 하고 있다. 이런 지그비 기술은 지능형 홈네트워크, 빌딩과 산업용기기 자동화, 물류, 환경 모니터링, 휴먼 인터페이스, 텔레매틱스, 군사 등 다양한 유비쿼터스 환경에 응용될 수 있다.


지그비는 지그비 얼라이언스에서 IEEE 802.15.4의 PHY/MAC 계층을 기반으로 네트워크 구조, 라우팅, 시큐리티, 애플리케이션 프로파일 등을 추가해 지그비 표준 규격을 완료했다. 이런 표준 규격을 이용해, 지그비 프로파일은 서로 다른 생산자가 만든 비슷한 기기들 사이의 상호 운용성과 호환성을 제공한다.


지그비는 IEEE 802.15.4에서 정의하고 있는 868/915Mhz와 2.4Ghz 두개의 주파수 범위에서 동작한다. 868Mhz는 유럽에서, 915Mhz는 미국과 호주 등에서, 그리고 2.4Ghz는 전 세계에서 사용이 가능하다.


지그비는 USN 네트워크 구성을 위해 스타, 메시 토폴로지를 지원한다. 스타 토폴로지에서는 지그비 코디네이터(Coordinator) 단일 기기에 의해 제어된다. 지그비 코디네이터는 네트워크 내부의 지그비 노드 초기화, 관리를 담당하며, 지그비 라우터에 의해 네트워크가 확장될 수 있다.


계층적(Hierarchical) 라우팅은 지그비 네트워크의 기본적인 라우팅 알고리즘으로, 스타 형태와 메시 형태의 네트워크 구성이 가능하다. 네트워크 코디네이터를 중심으로 FFD(Full Function Node)와 RFD(Reduced Function Node)로 지그비 네트워크가 형성된다. FFD는 데이터 라우팅 기능을 가지며, RFD는 측정된 데이터를 FFD로 단순 전달하는 역할만 수행한다. 하나의 지그비 네트워크는 최대 약 6만 5000개의 노드로 구성될 수 있으나, 전원과 네트워크 대역폭의 효율성을 위해 인해 수십∼수백 개 수준의 노드 구성이 일반적이다.




6LowPAN
USN(WSN)과 IPv6를 상호 결합하려는 움직임이 2004년부터 IETF를 중심으로 시작됐으며, 저전력 센서 네트워크 즉, LoWPAN (Low power Wireless Personal Area Network)에 IPv6를 적용하는 것을 주제로 하는 6LoWPAN WG(Working Group)이 설립돼 IETF 정기회의를 통해 표준화 작업을 진행하고 있다.


6LowPAN은 IEEE 802.15.4 MAC/PHY 상위 계층에 IP와 TCP/UDP 등 기존 인터넷에서 사용하는 통신 프로토콜을 구현하는 것으로, 각 센서 노드는 IPv6 주소를 부여받기 때문에, 외부에 있는 IP 네트워크 내의 호스트가 6LoWPAN 내의 센서 노드에 직접 접근해 통신할 수 있으며, 6LoWPAN 내의 센서 노드 또한 외부 IP 네트워크에 있는 호스트와 통신이 가능하기 때문에 인터넷과 센서 네트워크간 능동적 연계에 적합한 구조다. 그러나 IEEE 802.15.4에 바로 IPv6 패킷을 전송할 수 없기 때문에, 연계 계층을 추가로 둔다. 이 계층은 6LoWPAN 내에서 IPv6 패킷의 라우팅뿐만 아니라 단편화(fragmentation)와 재조립(reassembly) 등의 기능을 담당한다.

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나의일/RFID/USN 2007/08/10 20:05

[USN 동향과 USN 정보자원 관리체계] ④USN 미들웨어와 USN 애플리케이션 구현

USN이 가진 물리적, 논리적 제약을 극복하고, 하드웨어와 서비스간 효율적 연동을 위해 USN 미들웨어가 속속 개발되고 있다. 또한 우리가 모르는 사이에 USN을 활용한 다양한 서비스 모델이 개발돼 공장자동화, 홈 네트워크, 환경모니터링, u-시티 등에 이미 적용되고 있다. 이번 강좌에서는 USN 미들웨어 개념과 역할, 그리고 실제로 USN을 이용한 각종 서비스 모델과 주요 사례에 대해 알아본다.

                                               

                                        안철현 한국전산원 차세대연구팀 선임 연구원                                                        

                                                                                                                                                 


연■재■순■서
1. USN - 인간, 컴퓨터, 사물의 유기적 연계 마법사 (2006년 5월호)
2. 유비쿼터스 센서 노드의 플랫폼 (2006년 6월호)
3. 유비쿼터스 센서 노드의 운영체제 기술과 네트워크 (2006년 7월호)
4. USN 미들웨어와 USN 애플리케이션 구현 (2006년 8월호)
5. USN과 IPv6의 연계, USN 정보관리 체계(USIS)의 개념과 추진 계획 (2006년 9월호)


일반적으로 미들웨어란 애플리케이션 프로그램과 네트워크 운영체제의 중간 영역에 위치하는 하드웨어와 소프트웨어를 의미하며. 즉 서로 다른 종류의 애플리케이션 사이에서 조정과 중개 역할을 담당한다.


USN 미들웨어는 센서 노드 하드웨어, 운영체제와 USN 응용 서비스 사이에 존재하는 일종의 소프트웨어로, 기존 컴퓨팅 환경보다 물리적, 논리적 자원 제약이 큰 센서 노드와 네트워크의 한계를 극복하고 애플리케이션 개발과 제공의 복잡성을 피하기 위한 것이다.






USN 미들웨어의 기능
USN 미들웨어는 협의의 센서 노드 미들웨어와 광의의 USN 미들웨어로 구분할 수 있다.


센서 노드 미들웨어는 센서 노드와 센서 네트워크의 운영과 관리, 서비스 구현을 용이하게 하는 것으로, 환경 변화에 따른 센서 네트워크의 재프로그래밍, 센서 네트워크의 변화 지원, 센싱 데이터의 처리, 저장, 관리, 질의 기능, 이벤트 처리 기능 등을 제공한다.


또한 이기종 센서 네트워크로부터 수집한 센싱 데이터를 필터링하고 그 데이터를 통합, 분석해 의미있는 상황 정보를 추출, 저장, 관리, 검색하고 응용 서비스로 전달, 연계하는 기능을 수행한다. 그러나 일반적으로 센서 노드 미들웨어와 USN 미들웨어를 명확하게 구분하지는 않고, USN 미들웨어로 통칭하는 경우가 많다.


센서 노드 미들웨어에는 TinyDB, TinySec, Cougar, SINA, DSWare, MiLAN 등이 있다. USN 미들웨어는 이미 많은 연구가 진행된 센서 노드 미들웨어에 비해 연구 초기 단계이며, 인텔 아이리스넷, 센서 그리드, 센서 웹 등이 대표적 USN 미들웨어 R&D 프로젝트다.






센서 노드 미들웨어는 센서 노드의 원활한 동작과 센서 네트워크의 효율적인 구성, 관리, 운영을 위해 (표 2)와 같은 주요 기능을 수행한다.






이기종 USN을 상호 연계, 통합 관리하기 위한 USN 미들웨어는 다음과 같은 기능을 수행한다.



·센서 네트워크 추상화
이기종 센서 네트워크로부터 센싱 데이터 수집을 위한 센서 네트워크 공통 인터페이스로, 센서 네트워크의 구동, 모니터링, 제어, 진단, 복구 등을 위한 센서 네트워크 모니터링 기술 등이 있다.



·센서 네트워크 지능화
다양한 센싱 데이터의 수집, 통합 처리, 저장, 관리, 검색을 위한 센서 정보 통합 관리 기술로, 실시간 복합 이벤트 정보의 공지와 조치 처리를 위한 지능형 이벤트 관리 기술과 상황 정보를 인식해 적합한 서비스를 제공하기 위한 상황정보 관리 기술 등이 있다.



·미들웨어 서비스 플랫폼
미들웨어 서비스 컴포넌트의 개발 환경을 제공하는 서비스 컴포넌트 관리 기술로, 서비스 컴포넌트 연계를 위한 서비스 동기화(Orchestration) 기술과 관리영역이 다른 광역, 분산 센서 네트워크 환경에서 필요한 센서 네트워크의 위치와 해당 센서 데이터 서비스를 탐색할 수 있는 USN 디렉토리 서비스 기술, 그리고 응용 서비스 개발을 위한 웹서비스 연동 기술과 공개 API 기술 등으로 구성된다.




USN 미들웨어의 핵심 요소
USN 미들웨어의 핵심 요소로는 USN 데이터베이스, USN 기반 위치 정보, USN 관리와 모니터링 등으로 구분할 수 있다.



·USN 데이터베이스
센서는 취득한 환경 정보를 저장하고 분석하기 위한 컴퓨팅 기능, 분석된 정보를 제공하기 위한 무선 통신 기능을 이용해 각 센서 노드들이 센싱한 정보를 실시간으로 수집, 저장할 수 있으며, 수집된 정보를 스스로 분석하고 처리할 수 있다. 센서 노드의 등장과 센서 네트워크 형성으로 데이터베이스 분야에서는 기존 분산 데이터베이스 기술 등을 활용한 센서 데이터베이스에 대한 관심을 가지고 연구를 진행하고 있다.


전통적으로 데이터베이스라고 하면, 중앙의 강력한 DB 서버에서 모든 자료를 취합하고, 사용자들은 중앙 데이터베이스 서버에 접속해 원하는 데이터를 추출하는 클라이언트 서버 모델이다.


그러나 USN 데이터베이스는 각 센서들을 소규모 DB로 가정하거나 각 센서들로부터 수집되는 스트림 정보들을 가상의 데이터베이스 테이블로 가정하고 센서들의 제한된 리소스를 고려하면서 질의를 효율적으로 처리한다.


TinyDB, Cougar, Stream 등이 USN 데이터베이스 관련 프로젝트다. 특히 TinyDB는 사용자가 TinyDB 프로그램에 원하는 쿼리를 입력하면, 이 쿼리를 메시지 형태로 바꿔 각 센서 노드들에게 전송한다. 그리고 이 메시지를 수신한 각 센서 노드들은 쿼리문에 있는 조건에 따라 데이터를 센싱해 그 결과를 기본 장소로 전송하며, 결과를 받은 TinyDB 프로그램이 취합해 사용자에게 보내주거나 DB 서버에 저장한다.





·USN 기반 위치 정보
센서가 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 주목받고 있는 이유는 주변 상황을 인지할 수 있으며, 인지된 상황과 위치 정보를 기반으로 상황에 적합한 서비스(Context-Aware Service)를 제공할 수 있기 때문이다.


따라서 최근 지그비, UWB, 블루투스 등과 같은 다양한 USN 네트워크 기술을 이용해 사물이나 사람의 위치를 파악하고 이를 기반으로 LBS(Location Based Service)를 제공하는 서비스 모델이 속속 개발되고 있으며, 위치 정보 인식이 USN 미들웨어가 제공해야 하는 핵심 기능 중 하나로 개발되고 있다.


위치 인식 기술에는 이동통신 기지국 등의 신호를 이용하는 네트워크 기반 방식과 단말기에 장착된 GPS 수신기 등을 이용하는 단말기 기반 방식, 그리고 PAN(Personal Area Network) 상에서 위치를 인식하는 PAN 기반 방식이 있다.


PAN 기반 방식은 PAN이 형성돼 있는 특정 지역에서 PAN 간의 위치 측정 알고리즘을 이용해 사람, 사물의 위치를 인식한다. PAN 기반 방식은 네트워크 기반 방식보다 정밀한 위치 인식이 가능하며, 단말기 기반 방식이 가진 실내 위치 식별의 어려움을 해결할 수 있다.


그리고 이런 기법을 이용함과 동시에 정확한 센서의 위치를 확보하기 위해 적외선, 초음파, 영상 인식 등의 방법을 병행하고, USN 미들웨어에서 각 센서에서 도출된 위치 정보를 종합적으로 분석함으로써 위치 인식의 정확성을 높이고 있다.





최근에는 센서 노드의 정밀한 위치 인식을 위한 IEEE 802.15.4a 표준화가 진행되고 있다. 위치인식 기능과 저전력 기능이 특징인 IEEE 802.15.4a는 위치인식 저전력 센서 네트워크 표준화 그룹으로, 지그비(IEEE 802.15.4)와 UWB(IEEE 802.15.3)의 혼용 기술이다. 지그비는 데이터 전송 속도는 적절하나 위치 측정 기능이 약하고, 전송 속도가 빠른 UWB(IEEE 802.15.3a)는 위치 측정 기능은 있으나 고속 전송을 위해 전력을 과다 소비해 다량의 무선 센서에 적용하기 곤란하며 거리 제약(10m 내외)이 있다는 단점을 보완한 것이다.


하지만 표준화가 진행된 지그비에 비해 IEEE 802.15.4a는 이제 시작 단계로, 당분간 지그비, GPS, 이동통신 기지국을 복합적으로 활용한 USN 위치기반 서비스가 활용될 것으로 예상된다.






(그림 3)은 지그비를 이용한 지역 기반의 개인화 서비스 사례다. 지그비 단말을 가진 사용자가 특정 지그비 지역에 들어오면 사전에 파악된 개인 성향 정보를 활용해 해당 지역에 적합한 서비스를 제공하는 개념이다.



·USN 관리와 모니터링
초기 중앙 집중형인 스타 형태를 이용하는 센서 네트워크의 관리는 모든 정보가 중앙에 집중됨으로써 센서 노드와 센싱 데이터의 관리가 간단했다. 하지만 수백, 수천 개의 센서가 무작위로 배포되고 자율적인 애드 혹 네트워크가 구성되는 상황에서는 센서 노드와 센서 네트워크의 관리가 이슈로 부각되고 있다.


TCP/IP 네트워크에서는 네트워크와 장치 관리를 위해 SNMP(Simple Network Management Protocol) 기반의 NMS를 활용하고 있으나, USN에서는 이런 관리 기법과 시스템이 표준화되지 않은 상황이다.


최근 센서 노드와 네트워크 관리를 위해 기존 IP 영역의 SNMP를 센서 네트워크에 적합하도록 프로토콜, MIB(Management Information Base), 에이전트 등의 경량화를 시도하고 있다.






특히 IP 프로토콜이 탑재되는 기본 장소, 게이트웨이 등은 기존의 SNMP를 바로 적용해 IP@SNMP-OID(Object ID) 형태로 센서의 정보와 센싱 데이터를 관리할 수 있다. 그리고 비 IP 센서 네트워크에서는 향후 표준화를 통해 센서 ID를 부여하고, SSNMP(Simple Sensor Network Management Protocol) 등의 센서노드 관리를 위한 프로토콜을 정의해 ID@Sensor-OID 형태로 비 IP 계열의 센서 정보와 센싱 데이터를 관리하고자 하는 개념이다.


일부 선도적인 센서 플랫폼 개발 업체는 자사의 센서 플랫폼의 관리와 모니터링을 위한 관리 솔루션을 제공하고 있다. 예를 들어, 크로스보우의 Mica 플랫폼은 센서 네트워크 구조, 센서 노드 정보, 센싱 데이터의 획득, 표시와 배터리 상태 등을 모니터링하는 MoteView 소프트웨어를 제공하고 있다.




USN 애플리케이션
얼마 전까지 TV 광고를 보면 유무선 기술을 활용한 홈 네트워크와 유비쿼터스를 표방한 아파트 광고가 자주 눈에 띄었다. 이제는 개인적 생활공간을 넘어 도시 전체에 지능형 유무선 네트워크와 컴퓨팅 기능을 구현하는 u-시티도 등장하고 있다.

u-시티를 구현하기 위한 핵심 기술 가운데 환경 정보 센싱, 시설물 모니터링, 위치기반 서비스, 지능형 홈 네트워크, u-헬스 등의 다양한 분야에 센서 노드와 센서 네트워크가 이용될 것으로 예상된다. 그리고 u-시티가 아니더라도 이미 공장 자동화, 환경 모니터링, 구조물 관리를 중심으로 USN을 적용하는 사례가 늘어나고 있다. (표 4)는 USN의 주요 응용 분야를 정리한 내용이다.






해외의 대표적인 USN 활용 시스템과 서비스에는 지구 환경 모니터링을 위한 NASA의 센서 웹 프로젝트, 마이크로 웨더 모트(Micro Weather Mote)를 이용한 UC 버클리의 레드우드 공원 생태계 관찰 시스템, 캘리포니아 금문교 구조물 모니터링 프로젝트, 그레이트 덕 섬의 조류 생태 모니터링, 인텔 리서치와 캐나다 농무성이 추진한 1만 5000평 규모의 포도밭 대기 온도 모니터링 시스템, 군사 목적의 ARGUS(Advanced Remote Ground Unattended Sensor) 프로젝트 등이 있다.




USN 적용 사레와 서비스 모델
이미 USN을 활용한 다양한 서비스 모델이 개발돼 공장 자동화, 홈 네트워크, 환경 모니터링, u-시티 등에 적용되고 있다. 한국전산원 USN 현장 시험, 공장 생산 자동화, USN 기반의 기상/해양 환경 관측 시스템, 지능형 홈 네트워크, 금문교 구조물 상태 모니터링 시스템, 지그비를 이용한 전압 원격 검침 시스템 등이 그 예이다.



·한국전산원 USN 현장 시험
한국전산원은 2005년부터 USN 현장 시험을 실시하고 있다. 이는 USN 산업이 초기 단계에 서비스 모델 발굴 시점부터 기술적, 사업적, 경제적 타당성에 대한 면밀한 사전 검토가 필요하기 때문이다.






2005년에는 총 4개의 현장 시험사업이 추진됐으며, 2006년에는 총 5개의 현장 시험사업이 진행되고 있다.






·공장 생산 자동화
초기 주요 USN 적용 분야는 농수로 관리, 장비 시설 관리 등으로 무선 네트워킹 기술과 초소형 센서 노드 기술을 이용해 기존의 유선 센서 네트워크를 무선으로 대체하는 형태다. 이는 기존의 유선 네트워크 설치와 이용 비용을 절감하고 원하는 위치에 손쉽게 센서 노드를 설치해 전체 비용의 큰 부분을 차지하는 기반 공사 비용을 절감할 수 있고, 센서 노드의 위치와 네트워크 구조를 쉽게 변경할 수 있기 때문이다.


(그림 6)은 현재 공장 자동화에 많이 사용되는 PLC/MODBUS를 지그비 기반의 무선 메시 네트워크로 전환한 사례다. 기존에 PLC 모뎀을 지그비 이더넷 게이트웨이로 변경, 무선 메시 네트워크 구성을 위해 지그비라우터 설치, I/O 장치에 연결된 기기를 지그비 통신 모듈이 내장된 센서와 스위치 모듈로 전환했다. 그리고 애플리케이션 클라이언트와 서버를 지그비 환경에 적합하도록 수정함으로써 공장 여기저기에 걸쳐있던 통신 케이블과 전원 케이블을 제거할 수 있다.







·USN 기반의 기상/해양 환경 관측 시스템
(그림 8)은 2006년 USN 현장 시험 사업 중 하나로, 기상/해양 관측 정보의 실시간 측정과 모니터링을 위해 제주도 연안에 구성될 All IP 기반 USN 관측 시스템의 구성도다. 로컬 센서 네트워크는 IPv6를 지원하는 6LoWPAN 센서노드와 게이트웨이를 활용했으며, IEEE 802.11b 기반의 장거리 무선 메시 네트워크를 이용해 각각의 6LoWPAN 센서 네트워크를 연계함으로써 향후 전국 규모의 USN 관측 시스템으로 확장을 목표로 하고 있다.






·지능형 홈 네트워크
기존 유선 이더넷이나 PLC(Power Line Communication) 기반의 홈 네트워크 기기에 지그비 모듈을 결합해 무선 기반의 홈 네트워크 기기 제어가 가능한 모델이 속속 개발되고 있다. 홈 네트워크의 중심부인 홈 서버나 홈 게이트웨이에 지그비 코디네이터 기능을 탑재하고, 전등, 가스밸브, 디지털 도어락, 온도조절기 등의 각 홈 네트워크 기기는 지그비 말단 노드가 돼 홈 서버의 통제를 받는 형태다.





·금문교 구조물 상태 모니터링 시스템
USN을 이용한 구조물 관리는 노후 교량, 중요 건물, 사고 위험이 높은 도로, 터널 등 지속적인 관심이 필요한 구조물에 진동, 온도, 변형율, 거리측정, 풍향, 풍속 측정 센서를 부착하고, 멀티 홉 네트워크를 구성하는 방법을 사용한다. 기존 고가의 전용 측정 장비를 사용할 때 발생하는 경제적, 공간적, 시간적 제약을 극복하고, 365일 24시간 모니터링 함과 동시에 인터넷/CDMA 네트워크를 통해 중앙 관제 센터로 데이터를 전송함으로써 구조물의 진단을 효율적으로 수행할 수 있다.



·지능형 교통 정보 서비스
도로에 설치된 센서 네트워크와 차량에 부착된 센서 노드를 이용해 도로의 기상상황, 교통량과 사고 정보 등을 실시간으로 제공하는 서비스다. 특히 각 차량에 부탁된 센서에서 제공되는 속도, 정체 상황, 기상 상황 등의 교통 정보를 무선 센서 네트워크로 수집함으로써 주요 도로의 실시간 정보를 제공한다.





·지그비를 이용한 전압 원격 검침 시스템
원격 검침, 사물이나 사람의 위치 확인 등 일일이 사람이 지속적으로 관리나 모니터링을 하기 어려운 분야를 중심으로 USN이 적용되고 있다.


전압 원격 검침 시스템은 전자식 전력량계와 지그비 모듈을 결합해 전력 수용가의 전력 소요량을 원격으로 검침하는 시스템으로, 측정 데이터는 인터넷을 통해 전력 공급사의 데이터베이스에 저장되며, 사용자와 관리기관은 각 수용가의 전력 소요량을 주기적으로 확인할 수 있는 서비스다.


각 전력량계에서 발생하는 데이터가 소규모이고, 계량기와 데이터 수집 장치간 근거리 무선 네트워크가 요구되기 때문에 지그비가 적합한 솔루션으로 활용됐다. 그리고 외부 네트워크와 연동은 기존 초고속인터넷 또는 CDMA 네트워크를 이용했다.






(화면 2) 전압 원격 검침 프로그램 화면



지금까지 USN 미들웨어의 개념과 주요 기능, USN을 활용한 주요 서비스 사례와 서비스 모델에 대해 살펴 봤다. 다음 호에는 USN 인프라 구축과 관리, USN 서비스간 상호 연계에 필요한 USN 정보자원 관리체계와 USN 식별 체계 등에 대해 알아본다.

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나의일/RFID/USN 2007/08/10 20:04

[USN 동향과 USN 정보자원 관리체계] ⑤USN 시범사업의 현황과 과제

유비쿼터스 환경을 구현하기 위한 핵심 기술로 인식되는 USN 관련 서비스의 구현과 제공을 위해서는 기존 정보시스템으로는 불가능하고, 다차원적 상황정보를 복합적으로 이용해 높은 단계의 정보를 생성하는 정보시스템이 요구된다. 그리고 이를 위한 정보 자원 관리와 제공체계가 필요하다. 이번 호에서는 유비쿼터스 사회에서 주요 요소와 국내외 USN 관련 사업을 살펴보면서 현행 USN 관련 사업의 문제점과 이슈를 제기해본다.

안철현|한국전산원 차세대연구팀 선임 연구원


연■재■순■서
1. USN - 인간, 컴퓨터, 사물의 유기적 연계 마법사 (2006년 5월호)
2. 유비쿼터스 센서 노드의 플랫폼 (2006년 6월호)
3. 유비쿼터스 센서 노드의 운영체제 기술과 네트워크 (2006년 7월호)
4. USN 미들웨어와 USN 애플리케이션 구현 (2006년 8월호)
5. USN 시범사업의 현황과 과제(2006년 9월호)
6. USN과 IPv6의 연계, USN 정보관리 체계(USIS)의 개념과 추진 계획 (2006년 10월호)



USN은 유비쿼터스 환경을 구현하기 위한 핵심 기술로 인식되고 있으며, 기상·군사·환경 분야 등을 중심으로 현장·실증 시험과 상용화가 활발히 추진되고 있다. 특히 u-시티, u-헬스와 같은 유비쿼터스 관련 사업에 적용하는 방안이 적극 논의되고 있다. 기존의 유선 센서 네트워크를 무선으로 전환함과 동시에 각종 환경 정보를 지능적으로 센싱하는 무선 센서 네트워크 관련 연구가 가장 활발하다.


그러나 지금까지 대부분의 USN 관련 서비스가 식별체계, 프로파일, 통신프로토콜, 데이터 형식 등이 상이해 향후 서비스와 인프라간 상호 연동에 필요한 비용이 크게 증가할 것으로 예상된다. 이와 함께 국가적 USN 정보자원을 효율적으로 파악하기 어려운 상황이 도래해 정보화 시대의 선구축 후통합의 문제점을 그대로 답습할 가능성이 높다.



정보화의 변천과 유비쿼터스 사회의 주요 요소
1980∼1990년대에는 부동산, 주민, 자동차, 금융 정보가 국가 기본 데이터베이스로 관리됐으며, 1990∼2000년대에는 전자정부를 비롯한 국가의 각종 정보가 데이터베이스화됐다. 앞으로 다가오는 유비쿼터스 사회에서는 유비쿼터스 정보자원을 저장, 축적, 관리, 분배할 수 있는 정보체계가 요구된다. 특히 기존 정보처리 자원과 차별화되는 u-센서는 그 특성상 활용과 적용범위가 매우 넓기 때문에 유비쿼터스 사업 초기에 연동 표준화와 관리방안 정립이 요구된다. 






미래의 유비쿼터스 사회는 현실 세계가 사이버 공간으로 전환됨과 동시에 물리적 공간이 사이버 공간과 연계됨으로써 두 공간이 긴밀하게 상호 작용하는 유비쿼터스 사회로 진화할 것으로 예상된다. 즉 시간(Time), 장소(Place), 상황(Occasion)과 관련된 TPO 정보와 보이지 않는 기술을 기반으로 사라지는(disappearing) 인프라가 언제 어디서나 구현돼, 개개인의 생활에 스며드는(pervasive) 서비스가 구현되는 사회를 예상할 수 있다.


이처럼 유비쿼터스 사회에서는 인간의 주위를 둘러싸고 있는 다양한 환경 정보를 이용한 지능적인 서비스가 요구된다. 즉 온도, 습도, 조도, 진동, 움직임, 위치와 같은 낮은 단계의 상황 정보(Low-Level Context Data)를 바탕으로 높은 단계의 정보(High-Level Context Information)를 도출·유통·관리함으로써 유비쿼터스 서비스 이용자가 요구하는 지능적·복합적 서비스를 제공할 수 있다.


따라서 유비쿼터스 서비스의 구현과 제공을 위해서는 기존의 일차원적인 정보를 바탕으로 한 정보시스템으로는 불가능하고, 다차원적 상황정보를 복합적으로 이용해 높은 단계의 정보를 생성하는 정보시스템이 요구된다. 그리고 이를 위한 정보 자원 관리와 제공체계가 필요하다.







USN은 유비쿼터스 서비스 제공에 필요한 정보를 획득하기 위해서 설치되는 유·무선 네트워크로, 인체의 신경조직으로 비유할 수 있다. USN은 신경세포와 같은 수많은 u-센서의 연결로 구성되며, 사물에 부착된 태그와 u-센서에서 감지·측정·분석된 정보는 유무선 네트워크를 거쳐 유비쿼터스 정보시스템으로 전달·저장·가공돼, 상황인식 정보와 디지털 컨텐츠 생성을 통해 유비쿼터스 서비스 제공에 필요한 핵심 정보자원이 된다.


즉 인간의 생활공간, 기기, 기계 등 모든 사물에 컴퓨팅 기능과 센서 노드간 자율 네트워크를 구성함으로써 보다 정밀한 정보유통과 고도화된 유비쿼터스 서비스(u-서비스)를 실현할 수 있다. 인체가 신경세포, 신경전달물질, 신경을 이용해 외부환경을 인지하고 두뇌에서 지능적 의사결정을 내리듯이, 유비쿼터스 환경에서는 u-센서와 USN이 신경세포의 역할을 담당함에 따라 u-서비스 제공을 위한 토대, 즉 u-센서와 USN에 대한 일관되고 체계적인 관리체계가 요구된다.






이처럼 USN과 이를 구성하는 u-센서노드는 유비쿼터스 사회에서 정보를 생성하는 신경세포와 이 정보를 실어 나르는 신경조직과 같은 존재로 u-코리아를 실현하고 u-인프라를 구성하는 디지털 신경 조직인 것이다.


이미 우리 주위에는 u-센서를 활용한 USN 실증실험, 현장적용 등의 시범 사업이 활발하게 추진되고 있으며, 이와 동시에 USN을 이용한 다양한 서비스 모델의 개발과 검증 활동이 이뤄지고 있다. 그리고 u-시티, u-워크, u-헬스 등 대규모 유비쿼터스 사업도 기획, 추진되고 있어 향후 USN의 확산에 더욱 가속도가 붙을 것으로 예상된다.


그러나 다른 시작에서 살펴보면, USN 활동 사업들이 개별 서비스 모델을 중심으로 추진되다 보니 다양한 유비쿼터스 자원과 서비스간 상호 연계는 거의 고려되지 못하는 상황이다. 즉 개발 서비스 단위로는 원활한 서비스가 가능하겠지만, 유비쿼터스 관점에서 볼 때 향후 해결해야할 많은 과제를 갖고 있다.



USN 관련 사업 추진 경과
USN과 u-센서 노드에 대한 연구는 이미 90년대 말부터 진행돼, 최근 초소형 MCU(Micro Controller Unit), 멀티 홉 애드 혹(Multi-Hop Ad-Hoc) 무선 네트워킹 기술, 임베디드 OS 기술, 고감도 초소형 센서 기술이 급속히 발전함에 따라 인간이 접근하거나 지속적으로 모니터링이 곤란한 산불 감시, 대형 구조물 관리, 공장 기계 모니터링 등의 분야를 중심으로 이미 현장에서 활용되고 있으며, 지능형 홈네트워크와 건물 관리 분야를 중심으로 우리의 실생활과 연계되고 있다.



예를 들어 HP의 쿨타운(Cool Town), 마이크로소프트의 이지 리빙(Easy Living), 로체스터 대학의 Smart Medical Home, 버클리 대학의 스마트 더스트(Smart Dust) 프로젝트와 같이 USN을 이용해 삶의 질을 향상시키기 위한 시도가 계속되고 있으며, USN을 IPv6, BcN이 주요 이슈로 부각됨에 따라 IETF(Internet Engineering Task Force)를 중심으로 표준화가 진행되고 있다.


u-센서 정보 검색과 측정된 센싱 정보를 효율적으로 관리·활용할 목적으로 USN 미들웨어에 대한 개념 정립과 연구 개발도 활발하게 추진되고 있다. 버지니아 대학의 Nest 프로젝트, 코넬대학의 Cougar 프로젝트 등은 u-센서 노드에 적합한 미들웨어 개발을 목적으로 하며, IEEE 1451, Sensor-ML(Markup Language), Sensor-MIB (Management Information Base), 6LoWPAN 등의 개념을 정의하고 물리적 센서와 논리적 애플리케이션간 연계 작업이 추진되고 있다.


또한 대규모 센서 네트워크 사업 수행 경험을 바탕으로 사실상 표준형태의 USN 미들웨어(Tiny OS·DB, Intel IrisNet, Sensor Grid, Sensor-Web 등) 개발과 상용화에 초점을 맞춤으로서 국제 표준화와 관련 시장을 주도하고 있다.


국내에서는 ETRI가 Nano-Qplus OS를, 옥타컴, 맥스포 등의 벤처 업체가 u-센서 노드를 개발해 국내 시장 확대를 꾀하고 있다. 그리고 ETRI는 USN과 텔레메틱스, GIS, 홈네트워크간 결합을 목표로 센서 데이터, 모바일 에이전트, QoS, 센서 그룹 등을 관리하기 위한 미들웨어 개발이 진행되고 있다.


한편 2003년부터 한국전산원을 중심으로 8개 현장에서 실증 시험 사업이 추진됐고, 현재는 USN 정보관리 표준화와 선행 시스템 연구가 진행되고 있다.





USN 현장시험은 USN의 다양한 서비스 모델을 발굴하고 기술적, 사업적, 경제적 타당성을 검증하기 위해 5개 분야에서 추진됐다. 이들 사업 내역은 (표 3)과 같다.





USN과 IPv6간 연동 시험에서는 IPv6를 활용해 u-센서 관리를 용이하게 하고 다양한 USN 통신망 프로토콜이 IPv6기반의 BcN 망과 자연스럽게 연동되는 기술 개발과 시험을 진행했다.





표준화 연구로는 센서네트워크와 IP 네트워크간 상호연동을 위한 아키텍처를 사전에 설계하고 이를 실제 사업에 적용해 BcN, IPv6, USN간 연동을 추진하고자 했다. 미래 통신 환경은 IPv6 기반의 BcN 통신망이므로 USN과 IPv6 기반의 BcN 통신망 연동기술과 표준은 효율적인 유비쿼터스 인프라를 구성하기 위한 중요한 연구 분야라 할 수 있다.



현행 USN 관련 사업의 문제점
앞서 한국전산원에서 추진한 8개 USN 관련 사업간 정보 공유 연계 가능성에 관해 분석했다. 그 결과 (그림 4)와 같이 한라산, 제주해양 모니터링, 재난재해 모니터링 사업은 향후 확산 사업 추진시 직접적인 상호 연계가 필요한 것으로 나타났다. 하지만 실증시험 결과 해당 사업 관계자 이외에는 USN 현황 파악이 어려워, u-센서 사업간 정보연계가 힘든 구조로 진행됐음을 알 수 있었다.


만일 현재와 같이 유비쿼터스 정보 공동 활용을 염두에 두지 않고 관련 사업이 진행될 경우, 향후 유비쿼터스 정보자원 조사시 많은 어려움이 발생될 것으로 예상된다. 실제 사례로 공공부문 정보자원조사의 경우, 정보화 사업 초기에 제도화, 시스템화가 돼 있지 않아 어려움이 많은 상황이다. 정보자원조사 양식을 각 기관에 배포하고, 회신 문서를 다시 취합하는 방식으로 진행하고 있어 약 3개월 이상 시간이 소요되고 있으며, 조사에 강제성이 없어 추진상의 어려움이 발생되고 있다.





이런 분석 과정에서 USN간 연동을 초보적 수준에서 연동하기 위해 USIS 선행 시스템을 구축해 봤고, 현실적 경험을 통해 그 구현 과정에서 4가지 문제점을 도출하게 됐다.


  - 일관된 u-센서 ID와 관리체계가 없어 다른 사업의 u-센서노드 식별이 불가하다.

  - u-센서 프로파일(Profile) 정보가 불일치해 센서를 관리하기 위한 정보 항목이 부족하다.

  - 센싱 데이터(측정치)와 전송 데이터 형식의 불일치해 센서 네트워크 별로 센싱 데이터 처리 알고리즘을 적용한다.

  - USN과 BcN 연동 통신 프로토콜이 표준화돼 있지 않아 향후 통신 시스템간 연동 문제가 발생할 수 있다.


첫 번째, 일관된 u-센서 ID와 관리체계에 관한 문제는 개별사업마다 자체적인 센서 ID를 사용하고, 해당 ID에 대한 일관된 관리체계가 없기 때문에 발생하고 있다. 이런 ID 체계 문제는 기본적으로 USN을 관리하는데 커다란 비효율적인 요소를 야기하고 있다. 하나의 예로써 USN 노드간 연계시 ID가 불일치할 경우 별도의 연동 시스템을 필요로 할 수 있다. (표 5)는 ID 불일치에 대한 사례다.






두 번째, u-센서 프로파일(Profile) 불일치다. 센서간 상호 연계와 센싱 정보를 공동 활용하기 위해서는 u-센서 프로파일의 존재와 일치가 중요하다. 하지만 대부분의 사업에서 (표 6)과 같이 관리자만이 이해할 수 있는 형태로 u-센서 프로파일을 개별적으로 설계하고 관리하기 때문에 USN 구축시 많은 시간과 노력이 소요되고 있다. 또한 사업간 관리하는 프로파일 정보의 종류, 특성, 데이터 형식이 상이해, 향후 국가에서 공통적으로 관리하게 될 경우 혼란이 발생할 수 있다. 이는 마치 서울시와 경기도가 정보 항목을 서로 상이하게 관리하는 것에 비유될 수 있으며, 교통카드 호환 문제와 같은 상황을 다시 야기할 수 있다.






세 번째, 센싱 데이터(측정치)와 전송 데이터 형식의 불일치다. u-센서에 의해 측정된 데이터 또는 부가적인 정보는 동일한 데이터 전송 형식으로 처리돼야 한다. 하지만 이 역시 앞의 두 가지 문제와 같이 사업별로 별도로 처리하고 있어 상호 연동이 어려운 상황이다. 실제로 (표 7)과 같이 사업간 데이터 형식과 관리방법이 상이해 애플리케이션에서 u-센서 또는 게이트웨이로부터 데이터를 직접 획득하지 못하고 각 상황별로 변환 기능을 설계하고 구현해야 한다. 이는 사업의 복잡성을 높이고, 비용을 추가로 발생시키며, 사업기간 연장을 가져온다.






네 번째, USN과 BcN을 연동하기 위한 통신 프로토콜 분야다. BcN은 IP 기반 통신망으로 구성돼 있으므로, 서로 상이한 IP망과 USN을 연동하기 위한 통신 표준이 필요하다. 특히 센서 종류에 따라 성능이 좋은 센서는 IP를 직접 탑재할 수 있지만, 소형 센서의 경우 낮은 속도, 전원, 메모리 문제로 인해 IP 주소를 직접 탑재해 처리하기는 어려운 상황이다. 하지만 USN과 BcN은 반드시 상호 연계돼야 하므로 이에 대한 해결책이 필요하다. 현재까지 진행된 사업은 USN과 BcN을 연계하기 위해 중간 접점에 별도의 게이트웨이를 독자적으로 구축해 운영하고 있다. 이렇게 특정한 연계 표준 없이 진행될 경우, 홈게이트웨이와 단말 제품간 상호 호환 문제와 같은 어려움이 많이 발생할 것이다.






이와 같이 현재 상황대로 USN이 추진될 경우 기존 정보화와 같이 향후에 상호연계, 통합을 위한 비용이 크게 소요될 것으로 예상된다. 특히 전자정부 31대 과제 중 인력, 제도를 제외한 대부분의 과제가 연계, 통합 과제로써 선구축 후통합의 과정을 거치고 있으며, 이를 근본적으로 해결하기 위해 ITA(Information Technology Architecture) 법제화가 추진되고 있다.  월간 온더넷 2006년 9월호

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나의일/RFID/USN 2007/08/10 20:03
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