2016년은 IoT에 관련된 의미 있는 해가 될 수 있을까? 의문에 대한 대답은 필수적인 하드웨어 및 소프트웨어 환경이 체계적으로 갖추어지는 것이 첫 번째고, 두 번째는 사용자에게 정말 필요한 서비스가 나오는 것이라고 본다. 그 중 첫 번째 소식이 삼성의 아틱 출시에 대한 소식이다. 아틱에 대해 간단히 살펴보겠다.

2016년은 IoT에 관련된 의미 있는 해가 될 수 있을까? 의문에 대한 대답은 필수적인 하드웨어 및 소프트웨어 환경이 체계적으로 갖추어지는 것이 첫 번째고, 두 번째는 사용자에게 정말 필요한 서비스가 나오는 것이라고 본다. 

사용자에게 없어서는 안 되는 서비스가 나오는 것이 먼저일 수도 있다. 지금까지는 이러한 환경을 구축하는 데 드는 비용(하드웨어 및 관련 서비스 개발 및 관리 비용)이 너무 높아서 실제 서비스를 구축하는 장애가 되고 있었지만 여러 회사의 노력으로 점차 개선되고 있어 긍정적인 방향이 형성될 것 같다.  

그 중 첫 번째 소식이 삼성의 아틱 출시에 대한 소식이다. 아틱에 대해 간단히 살펴보겠다.

 

삼성의 아틱(ARTIK)의 등장

지난해 5월 삼성전자가 공개한 아틱은 IoT 시장에 도전하는 새로운 삼성의 도전으로 성능에 따라 10, 5, 1 시리즈 3가지 종류로 구분되어 제공될 것이라고 발표했다.

모듈 가격은 10~100달러 사이에서 책정될 것이라고 한다. 모두 개방형 설계 기준을 만족하며 하드웨어 보안 기술을 탑재하고 있다고 한다. 전용 개발 도구도 함께 제공하고 있다. 추후 다양한 형태의 변형 개발 보드도 출시할 예정이라고 한다.

▲ 그림 1. 삼성 ARTIK의 제품 그림 (출처 삼성 ARTIK 홈페이지)

아틱10

ARM 코어텍스 A15, A7 코어를 각각 4개씩 탑재한 옥타코어 SoC가 얹힌다. 각 코어의 동작 속도는 1.3GHz, 1.0GHz다. 그래픽 처리장치(GPU)는 ARM 말리 T628 MP6이다. 이 SoC 위로는 2GB LPDDR3 D램이 패키지 온 패키지(Package on Package, PoP) 형태로 적층되어 있다. 저장장치로는 16GB 임베디드 멀티 미디어 카드(eMMC)가 적용됐다. 통신 규격은 무선 랜, 블루투스, 블루투스 LE, 지그비를 지원한다. 개발 보드의 면적은 29×39mm다. 홈 서버, 멀티미디어 재생기기에 적합하다. 

아틱5 

크기, 전력소모, 가격 대비 성능 면에서 균형을 맞춘 개발 보드다. 1GHz로 동작하는 ARM 코어텍스 A7 코어 두 개를 넣어 SoC로 꾸몄다. 크기를 줄이기 위해 512MB LPDDR2 D램과 4GB eMMC를 저장장치를 SoC 위로 쌓아올리는 이팝(embedded Package on Package, ePoP) 기술이 적용됐다. 통신 규격은 아틱10과 마찬가지로 무선 랜, 블루투스, 블루투스 로에너지(LE), 지그비를 지원한다. 이 개발 보드의 면적은 29×25mm다. 홈 허브, 네트워크 카메라, 드론, 고성능 웨어러블 기기를 이 보드로 만들 수 있다.

아틱1 

업계 최저 수준의 저소비전력을 갖추고 있으면서도 보드 면적은 12×12mm로 매우 작다. 연산을 맡는 SoC는 80~250MHz로 동작하는 이매지네이션의 밉스(MIPS) S32 코어와 1MB의 D램으로 구성됐다. 저장장치로는 4MB 용량의 플래시 메모리가 탑재되어 있으며 SoC와는 직렬 주변기기 인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI)를 통해 데이터를 주고받는다. 자이로스코프, 가속도, 지자기 센서를 합친 9축 센서가 내장되어 있다. 통신 기능은 블루투스 LE를 지원한다. 간단한 웨어러블 기기를 포함해 전력을 적게 먹고 크기가 작은 IoT 기기에 적합하다.

삼성전자는 아틱을 널리 보급하기 위해 다양한 외부 업체와도 협력 관계를 맺었다. 우선 개방형 하드웨어 소프트웨어 플랫폼인 아두이노(Arduino)와 손을 잡았다. 아두이노는 2005년 첫 선을 보인 플랫폼으로 각종 센서의 조작이 쉽다는 장점을 갖고 있다. 

하드웨어 및 소프트웨어 정보가 완전하게 개방되어 있어 누구라도 개발 보드를 구매하면 다양한 형태의 IoT 기기를 쉽고 빠르게 만들 수 있다. 삼성전자는 이번 협력으로 아두이노와 동일한 통합 개발 환경(Integrated Development Environment, IDE)에서 아틱을 활용할 수 있다고 강조했다. 이는 아두이노를 활용해 IoT 기기를 만들었던 기존 전자 엔지니어를 끌어오겠다는 전략이다.

삼성 아틱에서의 프로그래밍은 아두이노 통합 개발 환경을 이용한 개발 방법과 자체 개발 환경을 이용한 개발 방법을 지원한다. 아두이노와 개발 방법이 동일하기 때문에 초기 개발에 있어 장점을 가질 수 있다.

다음 소스는 아틱에서 아두이노 형태로 LED를 제어하는 소스이다. 아두이도와 동일한 함수와 기능을 이용하여 쉽게 개발 할 수 있기 때문에 초기 개발자를 끌어올 수 있는 장점이 있다고 하겠다.

다음 소스는 아틱 환경에서 드라이버를 직접 다루는 형태로 개발하는 방법에 대한 소스이다. 앞의 소스와 동일한 기능을 하는 소스이다.

IoT 서버의 기술 및 필요 사항

Iot 서버의 기능은 다음과 같이 정리할 수 있다. 각 IoT 단말 장치의 센서로부터 수집한 정보를 처리하고, 관리, 효과적으로 분석하는 데 있다. 

센싱 기술

전통적인 온도/습도/열/가스/조도/초음파 센서 등에서부터 원격 감지, SAR, 레이더, 위치, 모션, 영상 센서 등 유형 사물과 주위 환경으로부터 정보를 얻을 수 있는 물리적 센서를 포함한다. 물리적인 센서는 응용 특성을 좋게 하기 위해 표준화된 인터페이스와 정보 처리 능력을 내장한 스마트 센서로 발전하고 있으며, 또한, 이미 센싱한 데이터로부터 특정 정보를 추출하는 가상 센싱 기능도 포함되며 가상 센싱 기술은 실제 IoT 서비스 인터페이스에 구현한다. 기존의 독립적이고 개별적인 센서보다 한 차원 높은 다중(다분야) 센서기술을 사용하기 때문에 한층 더 지능적이고 고차원적인 정보를 추출할 수 있다. 

유무선 통신 및 네트워크 인프라 기술 

IoT의 유무선 통신 및 네트워크 장치로는 기존의 WPAN, WiFi, 3G/4G/LTE, Bluetooth, Ethernet, BcN, 위성통신, Microware, 시리얼 통신, PLC 등 인간과 사물, 서비스를 연결시킬 수 있는 모든 유무선 네트워크를 의미한다. 기존에 문제가 된 것은 이 인프라를 구축하는 데 비용이 많이 들어 활성화의 큰 장애가 됐다.

 

IoT 서비스 인터페이스 기술 

IoT 서비스 인터페이스는 IoT의 주요 3대 구성 요소(인간·사물·서비스)를 특정 기능을 수행하는 응용 서비스와 연동하는 역할을 한다. IoT 서비스 인터페이스는 네트워크 인터페이스의 개념이 아니라 정보를 센싱, 가공/추출/ 처리, 저장, 판단, 상황 인식, 인지, 보안/프라이버시 보호, 인증/인가, 디스커버리, 객체 정형화, 온톨러지 기반의 시맨틱, 오픈 센서 API, 가상화, 위치확인, 프로세스 관리, 오픈 플랫폼 기술, 미들웨어 기술, 데이터 마이닝 기술, 웹 서비스 기술, 소셜네트워크 등 서비스 제공을 위해 인터페이스(저장, 처리, 변환 등) 역할을 수행한다.

디바이스 영역

디바이스는 최종 사용자가 사용하게 된 IoT 기기의 영역이다. 디바이스는 서버와의 연결 방식에 따라서 3가지 다른 방식의 연결 구조를 갖는다. 가장 간단한 방식이 직접 서버에 연동하는 방식이다. 이 경우 디바이스는 유선 혹은 무선으로 인터넷에 연결돼야 한다. 

이때 문제는 디바이스가 인터넷에 연결될 수 있도록 네트워크 설정을 어떻게 설정하느냐이다. 보통은 AP와 같은 웹서버를 내장하고 있어서 스마트폰 혹은 PC를 이용해 직접 디바이스에 1:1로 연결해 접속할 네트워크를 설정해 준다. 하지만 이런 방식은 자동화에 익숙한 요즘 시대에 적합하지 않다. 이 문제를 해결하기 위해 필자가 속해 있는 회사는 블루투스를 통해 네트워크를 설정하고, QR 코드를 통해 와이파이를 설정하는 등 다양한 방법을 시도하고 있다.

앞서 설명한 것보다 더 쉬운 방법으로 폰 중계방식이 있다. 디바이스가 직접 인터넷에 연결되지 않고 폰을 통해 간접적으로 연결하는 방식이다. 나이키의 퓨얼밴드는 USB와 블루투스를 지원한다. 퓨얼밴드를 통해 수집한 정보를 USB와 블루투스를 통해 PC 혹은 폰에 전송하고 이 데이터를 다시 서버에 전송한다. 

데이터에 대한 즉각적인 반영이 필요하지 않는 경우에 이러한 방식이 자주 사용되는데, 직접 연결하는 방식에 비해 연결 방식이 간단하다. 하지만 서버에 직접적으로 연결되지 않았기 때문에 인터넷을 통한 외부에서의 제어를 할 수는 없다는 단점이 있다.

그 외에 다른 방법은 디바이스를 위한 전용 게이트웨이를 구성하는 것이다. 필립스는 휴(Hue)라는 전등을 애플 스토어를 통해 판매하고 있다. 휴는 전등과 전등을 무선으로 연결하는 AP가 한 세트로 구성되어 있다. 전등과 전용 AP 간에는 이미 네트워크 설정이 돼 있어 특별한 설정이 필요 없다. 

단지 게이트웨이를 네트워크에 연결하면 각각의 디바이스가 인터넷으로 연결된다. 이 방식은 첫 번째 방식의 문제인 네트워크 설정을 전용 게이트웨이를 통해 해결했다. 비록 비용이 들기는 하지만 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 여러 종류의 IoT 기기를 생산하는 기업의 경우 게이트웨이를 이용해서 IoT 기기를 연결하는 방식을 선호한다.

서버 영역 

앞서 설명한 것처럼 디바이스는 어떤 방식을 통해서든 디바이스가 수집한 데이터를 서버로 전송한다. 서버는 수많은 디바이스로부터 비교적 작은 데이터를 받아서 처리해야 한다. 이런 요구사항은 페이스북이나 트위터 같은 SNS 업체들이 해결해야 할 문제이기도 하다. 차이가 있다면 형식적인 측면에서 IoT의 데이터가 훨씬 작고 일정한 형태를 가지고 있다는 점이다. 

또한 양적인 측면에서 볼 때 훨씬 많은 디바이스가 연결되기 때문에 디바이스를 효과적으로 관리해야 한다. 이외에도 단말의 인증, 단말의 관리, 데이터의 적합성 검사 등 많은 기능을 담당해야 한다. 아울러 서버 데이터를 외부 API로 스마트폰이나 다른 장치들이 사용할 수 있도록 제공하는 역할도 담당해야 한다.

서버는 특정 IoT 기기만을 위한 비공개 서버와 공개된 API로 어떤 기기든 이용할 수 서버가 있다. 전자가 특정 기업, 특정 기기들을 위한 비공개 IoT 플랫폼이라면 후자는 오픈 IoT 플랫폼이다. 

오픈 IoT 플랫폼은 IoT 기기를 만드는 업체의 입장에서 비교적 적은 비용으로 종합적인 서비스를 이용할 수 있다는 장점이 있다. 잘 알려진 오픈 IoT 플랫폼으로는 Xively.com이 있다. Xively는 이전에 pachube라는 이름으로 잘 알려진 서비스다. 

애플리케이션 영역 

서버의 데이터는 내부에서 정제된 후 웹, PC 혹은 모바일에서 사용할 수 있는 형태로 제공된다. 이때 API를 통해 공개하는데, 보통은 RESTful 방식을 사용한다. IoT 기기들은 디바이스의 정보를 표시하거나 제어할 목적으로 스마트폰 앱을 제공한다. 이때 서버의 공개된 API가 있다면 이를 이용해서 다른 앱을 만들 수 있다.

위에서 살펴본 IoT 시스템을 단말과 서버, 그리고 정보를 이용하는 애플리케이션 영역으로 나눠 살펴봤다. 현재의 IoT는 어떤 한 부분만 한정할 수 없게 됐다. IoT 기기를 사용하는 사용자의 높아진 눈높이를 맞추기 위해 단말은 물론 서버를 포함한 외부 시스템과의 연동까지 고려해야 한다. IoT 기기를 만드는 것이 그만큼 까다로워졌다는 말이다.

특히 작은 기업에서 단말과 서버 그리고 외부 응용 프로그램까지 만들어야 하는 것은 비용과 인력 면에서 쉽지 않은 일이다. 이런 문제를 해결하기 위해 최근에는 각 영역별 서비스를 제공하는 업체들이 등장하기 시작했다. 

서버 영역에 해당하는 업체로 앞에서 살펴본 xively와 국내 업체로는 Open IoT Planet 등이 오픈 플랫폼을 지향하면서 다양한 사물을 연결하는 IoT 플랫폼을 제공하고 있다. 

또 게이트웨이에 해당하는 제품으로 Revolv가 눈에 띈다. 이 제품은 타사의 제품들을 서로 연결시키는 역할을 한다. IoT 기기가 확산되면 이런 영역별 전문 기업과 솔루션 등이 등장해서 저렴한 비용으로 이런 기능을 사용할 수 있을 것이다. 그렇게 되면 중소 IoT 기업들도 종합적인 서비스를 제공할 수 있을 것이다.

Xively IoT 서버

Xively IoT 서버의 구조에 대한 서비스의 구조는 <그림 2>에서 볼 수 있다. IoT 서버와 장치와 연결을 통해 데이터를 전달하고 관리할 수 있는 구조를 가지고 있다.

▲ 그림 2. IoT 서버의 개요

IoT 서버의 핵심은 데이터의 관리와 각 장치에 대한 제어이다. 따라서 서버에서 관리하고 있는 데이터를 통해 IoT의 핵심 기능을 이용할 수 있게 해준다. 

▲ 그림 3. IoT 서버의 데이터 흐름에 대한 설명

Xively IoT 서버의 세부 기능은 <그림 4>에서처럼 확인할 수 있다. 장치와 서버를 연결하게 해주고, 장치와 서버간의 데이터 전송, 데이터를 활용, 제어할 수 있는 API를 통해 제어를 할 수 있도록 해준다.

▲ 그림 4. IoT 서버의 세부 기능에 대한

서버와 각 장치 간의 데이터는 REST 형식의 API 구조로 이루어지면 대표적인 형태는 다음과 같다.

GET : 객체에 대한 데이터를 가져온다.

PUT : 객체에 대한 데이터를 저장한다.

POST : 새로운 객체 생성

DELETE : 기존의 객체 지우기

각 객체는 센서에 대한 정보 혹은 제어 정보가 될 수 있다.

데이터 읽기

데이터 읽기 소스는 다음과 같다. 장치에서는 HTTP 형태로 데이터를 전송하며, HTTP 이외에도 XML, JSON 형태로도 전송이 가능하다.

예제https://api.xively.com/v2/feeds/61916

형식json, xml, csv

방식GET

데이터 쓰기

데이터 쓰기의 예제이다. Id 및 example이라는 객체에 데이터 벨류를 저장하는 방법이다. 각 데이터는 HTTP 형태로 전달된다. HTTP 형태를 사용하는 이유는 여러 장치에서 효율적으로 처리할 수 있기 때문이다. 

통상 통신에는 프로토콜이 필요하며 구현 및 호환성이 높은 형태로 구현하고 있다. IoT에서는 하기와 같은 방법으로 호환성 및 구현성을 높이고 있다.

지금까지 IoT 서버의 세부 기능에 대해서 좀 더 자세히 살펴봤다. 다음에는 실제 서비스를 바탕으로 어떠한 기술적 이슈가 있는지 살펴보도록 하겠다. 

라영호 _ 테뷸라 대표