[스마트홈 1] 클라우드 기반 스마트홈 생태계를 구축하라...스마트홈 클라우드란?

[스마트홈 2] 클라우드 기반 스마트홈 생태계를 구축하라...스마트홈 클라우드 서비스의 미래

임베디드 및 네트워크 기술이 발전함에 따라 스마트홈에 대한 관심이 급증하고 있다. 기존에는 커튼, 조명 등 실내외 편의시설을 제어하는 폐쇄적 네트워크의 홈 오토메이션 개념이 적용된 제품과 서비스가 집에 설치된 반면, 최근에는 인터넷 기반으로 접근 및 제어가 가능한 단위 기능 제품들이 출시돼 사용자가 직접 집에 설치하고 해당 기기에 대한 접근성을 확보하는 스마트홈 클라우드 기술이 보편화되고 있다.

사용자가 스마트홈 제품을 직접 구매, 설치하게 됨에 따라 최근 들어 기존 건설사 위주의 시장이 일반 사용자 시장으로 확대되고 있다. 이에 따라 보다 다양하고 풍성한 서비스를 구성할 수 있게 됐으며, 그 중심에는 각 기기에 대한 접근성과 제어를 보장하는 스마트홈 클라우드 기술이 위치하고 있다.
여기서는 북미 시장을 위주로 출시되고 있는 스마트홈 정보가전 기기와 해당 기기로의 가상화 및 접근성을 보장하는 스마트홈 클라우드 기술에 대해 알아본다. 또한, 현재 스마트홈 클라우드 기술 동향과 문제점, 향후 전망에 대해서도 짚어본다.

스마트홈 클라우드란

스마트홈 클라우드는 집 안에 위치한 정보 가전기기들의 상태를 확인하고, 접근을 제어하는 데 사용되는 클라우드 서비스를 통칭한다. 기존 홈 네트워크의 경우, 근접 네트워크 기반 기술을 적용함에 따라 집 안, 혹은 근거리에서만 동작하는 제약사항이 존재했다. 이러한 제약을 극복하기 위해 집 안에 있는 정보 가전기기를 가상화 혹은 추상화하여 클라우드상에 위치시키고, 사용자는 언제 어디서든 클라우드상에 존재하는 가상화 객체에 접근함으로써 해당 기기에 접근할 수 있도록 하는 기술이다. 각 피제어 단말은 자신이 수행할 수 있는 기능을 가상화해 홈 클라우드에 등록하고, 홈 클라우드는 이렇게 등록된 가상 자원을 관리한다. 사용자는 단말을 통해 홈 클라우드에 접근하여 가상 자원의 목록을 확인하고, 해당 자원에 대한 접근을 요청하게 된다.

스마트홈 클라우드는 클라우드 서비스를 기반으로 하므로 연결성 혹은 접근성(Connectivity)을 보장하며, 이러한 특징으로 인해 다양한 IoT((Internet of Things) 단말 및 서비스에 적용되고 있다.

UPnP 등 기존 정보 가전 제어 기술은 대부분 피제어기와 제어기 사이의 직접 연결(Peer-to-Peer)을 활용하고 있으므로 근접 네트워크에서는 사용할 수 있지만, 인터넷을 통한 연동 및 제어에는 어려움이 많았다. 우선 피제어기와 제어기 연결 시 Peer-to-Peer 기반 네트워크를 사용했고, 연결성에 있어서도 필요할 때마다 연결을 맺는 Ad-Hoc 네트워크를 사용함에 따라 인터넷으로부터의 연결에 대해서는 별도의 조작이 필요했다.

스마트홈 클라우드는 클라우드 서비스의 가상화 기법을 통해 이러한 문제점을 해결하고 인터넷으로부터의 연결성을 확보한다.

다양한 요구사항이 공존하는 스마트홈

스마트홈은 구성원들이 일상적으로 생활하는 공간이며, 매우 복합적인 특징을 갖고 있다. 사무실의 경우 업무 수행을, 학교의 경우 교육을, 호텔의 경우 숙박을 위한 각각의 독립적인 특성을 가지고 특정 그룹에 대해 서비스를 구성할 수 있지만, 가정은 그 구성원의 성별, 연령이 다양하며 사용자가 일상 생활을 영위하는 공간이므로, 앞에 나온 모든 특징들에 대한 요구사항이 복합적으로 존재하게 된다.

이와 같이 복합적인 요구사항은 홈 서비스를 위한 네트워크 구성의 단일화를 어렵게 한다. 예를 들어, 사용자가 사무실에서 집 안에 있는 전열기구를 제어하고 싶을 경우, 네트워크 구성은 클라우드 기반의 서버-클라이언트 구성이 적합하다. 보안을 위해서는 해당 정보를 안전하게 전송할 수 있어야 하며, 대량 사용자에게 인터넷으로부터의 접근성을 보장하기 위해서는 클라우드 형태의 서비스가 적합하다고 할 수 있다.

하지만 스마트폰에 있는 영상을 바로 옆에 있는 스마트 TV에 전송해 대화면으로 보고 싶은 경우라면 어떨까? 이 경우에는 스마트폰과 스마트 TV를 직접 연결하는 쪽이 더 적합하다. 1 : 1 전송을 통한 고속 전송이 가능한 상황에서 굳이 인터넷상에 있는 서버 클라우드를 통해 영상을 전송하는 것은 비효율적이다.

센서의 경우 조금 더 복잡하다. 앞에 나온 두 가지 예에서 각 기기들은 인터넷 접속을 지원할 수 있지만, 저전력을 사용하고 크기에 대한 제약이 있는 센서 기기들은 인터넷 기반 프로토콜이 아닌 저전력 네트워크를 독립적으로 사용하고 있다. 따라서, 센서 기기는 인터넷에 직접 접근할 수 없으며 인터넷 프로토콜과 저전력 프로토콜을 변환할 수 있는 게이트웨이 기기가 별도로 요구된다.

이와 같은 다양한 특성 및 요구사항은 홈 네트워크 구성의 단일화를 어렵게 하며, 실제로 현재 활용되고 있는 홈 네트워크들은 각 요구사항에 따른 독립적인 구성이 다양하게 존재한다(그림 1).

그림 1. 스마트홈 서비스를 위한 다양한 서비스 구성 방법

현행 스마트홈 클라우드 서비스

스마트홈 클라우드 서비스는 이미 다수의 IoT 단말 및 서비스에 적용되고 있다. IoT는 사물(Things)에 대한 접근성을 인터넷을 통해 제공하려는 기술로, 각 사물(제어기, 피제어기 혹은 사용자)에 대한 초연결성을 보장한다.

IoT 관련 기술은 OneM2M, AllSeen Alliance, Open Interconnect Consotium 등 다양한 기구에서 국제 및 단체 표준화가 진행되고 있다. 다만, 시장에서는 아직까지 해당 표준에 의거한 제품보다 각 제조사의 특성에 따른 비표준 기술 제품들이 더 많이 확인되고 있다.

AllSeen Alliance의 경우, 일부 표준 기술이 적용된 제품이 출시되고 있으나 적용된 표준은 근접 네트워크 기반 통신으로 인터넷을 통한 가상화 및 접근 제어 기능까지는 포함하고 있지 않다. 

우선, 북미를 중심으로 출시되고 있는 현행 홈 클라우드 서비스들에 대해 살펴본다. 표 1은 여기서 언급되는 서비스들의 특징을 나타낸 것이다.

표 1. 홈 클라우드 서비스의 특징

1. SmartThings
북미에 위치한 정보가전 제조 및 서비스 업체로, 지그비(Zigbee) 혹은 Z-Wave 등의 센서 네트워크 기기 상태 확인 및 제어를 지원한다. IP 네트워크와 지그비/Z-Wave 간 통신을 위한 별도의 게이트웨이 장비를 사용한다.
주요 지원 기기는 개폐 센서, 근접 센서, 모션 감지 센서 등이 있으며, 지그비 및 Z-Wave 기반 타사 제품과의 호환성을 제공하므로 Schulage Door Lock 등 타사 제품과의 연동이 지원된다.

서비스는 인터넷 기반의 접근을 제공하며, REST API를 통해 기기의 상태 확인 및 제어를 HTML 기반으로 요청할 수 있도록 구성돼 있다. 또한 웹 기반의 SDK를 제공하여 Groovy 언어를 통한 애플리케이션 개발도 지원한다.

SmartThings는 스마트홈 클라우드 분야에서 가장 활발한 움직임을 보이는 기관 중 하나이다. 지그비/Z-Wave 기기에 대한 게이트웨이 기반 인터넷 서비스에서 타사의 클라우드 서비스와의 연계로 확장했으며, 지난 5월에는 삼성의 IoT 클라우드인 SAMI 기반 오픈 클라우드(Open Cloud)의 베타 버전을 공개했다. 해당 오픈 클라우드는 웹 기반 Open API와 함께 안드로이드, iOS 개발을 위한 Native SDK도 함께 지원하고 있다.

2. WeThings
WeThings에서는 건강 정보와 관련된 IoT 제품 및 서비스를 제공하고 있다. 주요 제품군은 체중계, 혈압계, 액티비티 트래커(Activity Tracker), 수면 측정기 등이며 제품들은 각 기능에 따라 블루투스(Bluetooth) 혹은 인터넷 접속을 지원한다.
블루투스 접속 기기의 경우, 스마트폰과의 통신을 통해 수집한 정보를 인터넷으로 전달한다. 사용자의 건강 정보는 WeThings 서버에 수집되며, 수집된 정보는 REST API를 통해 제3자가 접근할 수 있도록 구성돼 있다.

그림 2. SmartThings사의 제품군 및 애플리케이션

그림 3. Withings사의 제품군. 헬스케어 관련 가전 위주로 되어 있다

3. Hue
Hue는 필립스사에서 개발한 지그비 기반 스마트 전구 브랜드이다. 전구들을 지그비로 제어할 수 있는 브리지(Bridge) 기기가 필요하며, 사용자는 브리지 기기를 통해 스마트폰으로 전구 상태 확인 및 제어를 요청할 수 있다. 다양한 종류의 전구와 함께 라이트 스트립(Light Strip) 등의 제품군을 지속적으로 확대하고 있다. 

네트워크 구성에서는 Peer-to-Peer 네트워크를 통한 제어와 인터넷 기반 제어를 모두 지원하고 있지만, 공개된 API는 Peer-to-Peer 전용이며 아직까지 인터넷 기반의 제어에 대한 개발 도구는 지원하지 않고 있다.

4. Fitbit
손목 밴드 형태의 액티비티 트래커 제품군을 제공하고 있다. 사용자의 운동에 관한 정보를 액티비티 트래커로 수집하고, 수집된 정보는 사용자의 스마트폰을 통해 블루투스 통신으로 Fitbit 서버에 전송된다.
사용자는 Fitbit 전용 앱이나 웹 사이트를 통해 자신의 운동 관련 정보를 확인할 수 있다. 타사 서비스와 같은 REST API 기반 제어를 제공하고 있다.

5. AllSeen Alliance
퀄컴의 주도로 진행됐던 올조인(AllJoyn)이 리눅스 파운데이션의 AllSeen Alliance를 통해 관련 기술을 공개했다. IoT를 통한 기기 제어를 지원하며, 기본적으로는 Peer-to-Peer 형태의 구조를 사용하고 있다. 최근에는 인터넷 기반 접근을 위한 AllSeen Gateway 기술이 적용되고 있다. 안드로이드, iOS 등과 함께 아두이노(Arduino), 신 클라이언트(Thin Client), 윈도 등 다양한 기기에 대한 개발환경(SDK)를 지원하고 있다.

6. 기타
이 외에도 NetAtmo, WeMo 등 다양한 IoT 클라우드 서비스들이 지속적으로 출시되고 있다. 국내의 경우 LG U＋가 자사의 공유기를 활용한 지그비 기반 원격 가스 밸브 제어, 도어락 제어 등의 서비스를 공개했으며, 삼성전자의 경우 IoT 플랫폼인 Artik 플랫폼 및 SmartThings와 공동으로 개발한 오픈 클라우드 등의 서비스를 공개했다. 각 구성 방법은 앞에서 확인한 바와 같이 Peer-to-Peer, 인터넷 접근 혹은 게이트웨이 활용 등 다양하지만, 공통적인 특징은 다음과 같이 정리할 수 있다.
첫째, Thing을 가상화하여 클라우드상에 위치시킨다. 이때, Thing은 기기 자체일 수도 있고 기기로부터 수집된 정보 혹은 사용자와 관련된 정보일 수도 있다.

둘째, 클라우드에 위치하는 가상화 객체를 통해 Thing에 접근할 수 있다.
셋째, 가상화 객체에 접근하기 위한 개방형 API를 제공한다. 이 개방형 API는 스마트홈 클라우드를 형성하는 데 중요한 역할을 담당한다. 앞서 살펴본 서비스들은 대부분 클라우드를 통한 가상화 및 정보 접근을 제공하지만, 이러한 클라우드들은 본래 목적에 맞는 제한된 정보만 제공한다. 예를 들어 WeThings의 경우 사용자의 운동 및 건강에 관련된 정보를, NetAtmo의 경우 기기가 설치된 주변의 기상 정보를 제공한다. 따라서 사용자가 운동정보를 확인하기 위해서는 WeThings 클라우드에, 기상정보를 확인하기 위해서는 NetAtmo 클라우드에 독립적으로 접속해야 한다. 하지만 이와 같은 개방형 API를 활용할 경우, 사용자의 상황 정보를 수집해 통합 관리할 수 있고, 기기 간 연동을 지원할 수 있는 스마트홈 클라우드를 구성할 수 있게 된다. 예를 들어, NetAtmo에서 수집된 기상 정보가 28℃를 넘으면 WeMo 클라우드를 통해 에어컨을 구동하는 등 스마트홈 기기 간 협업 구성이 가능해지는 것이다.

이러한 스마트홈 기기 간 협업은 다양한 인터넷 기반 서비스들로부터 일부 지원되고 있다. 북미의 IFTTT의 경우, 클라우드 서비스 간 연계 기능을 제공하고 있으며 최근에는 IoT 서비스 간 연동을 지원하는 기능이 확장됐다. WeMo, Nest와 같은 홈 클라우드 서비스와 함께 차량용 IoT 서비스인 Automatic 등 다양한 IoT 기기에 대한 접근 권한을 각 클라우드에서 획득하여 기기 상태를 확인하고 기기 간 연동을 설정할 수 있다. 온도가 올라가면 에어컨을 동작시키는 시나리오 등을 설정할 수 있는 것이다. 

또한 북미 벤처 기업인 Neura와, AllSeen Alliance 회원사인 Octoblu 등에서도 IoT 클라우드 및 단말 간 서비스 연동을 지원하는 기능을 선보이고 있다. 앞에서 언급한 SmartThings사의 오픈 클라우드도 이러한 기능을 확장하는 데 활용될 수 있다.

금승우 책임연구원, 전자부품연구원 스마트미디어연구센터