사물인터넷(IoT) 산업동향 분석

박세환 Ph.D. 
한국과학기술정보연구원
ReSEAT프로그램 전문연구위원

키워드 : 사물인터넷, 유비쿼터스, 초 연결사회, 헬스케어, 센싱기술, 네트워킹, 인터페이스 플랫폼, 정보처리 모듈, 스마트 센서, 검출정보, 프라이버시 보호, 만물인터넷, 센싱 칩셋, 제품의 고부가가치화

사물인터넷(IoT : Internet of Things, IoT의 개념은 1999년 케빈 애쉬톤(Kevin Ashtonin)이 최초로 제안했다. 이는 유무선 네트워크에서의 엔드디바이스(end-device)는 물론 인간과 자연환경을 구성하는 물리적 사물 등이 모두 사물인터넷의 구성요소에 포함된다고 설명했다.) 기술은 현실 세계의 사물들과 가상 세계를 네트워크를 통해 P2P(People-to-People), P2M(People-to-Machine) 및 M2M(Machine-to-Machine) 방식으로 언제 어디서나 서로 소통할 수 있는 인터넷 기술이다. 

이처럼 다양한 구성요소(IoT의 주요 구성요소로는 유무선 네트워크에서의 사용자기기뿐만 아니라 인간, 차량, 교량, 각종 전자장비, 문화재 및 자연환경을 구성하는 모든 물리적인 사물 등이 포함될 수 있다.)와 사물인터넷 망이 연결됨으로써

RFID·USN(Radio Frequency Identification/Ubiquitous Sensor Network) 기반의 유비쿼터스(Ubiquitous) 및 초 연결사회를 구현할 수 있는 기반을 제공하고 있다.

사물인터넷 관련 기술개발이 빠르게 진행되면서 헬스케어, 스포츠 용품 및 웨어러블 디바이스 등 다양한 산업 분야에서 IoT 기술력 기반의 서비스들이 등장하고 있다. 

분야별 주요 제품 출시 및 서비스 현황을 간단히 요약하면 우선 헬스케어 분야에서는 일반 소비자를 대상으로 하는 사물인터넷 기반 서비스가 이미 등장했다.

또한 2012년 스포츠 용품 제조사인 미국의 나이키는 스마트 미디어기기와 연동돼 사용자의 운동 상황을 체계적으로 기록하고 관리할 수 있는 단말기(NIKE+ FuelBand)를 출시했다.

이와 함께 웨어러블 디바이스 제조사인 미국의 핏빗(Fitbit)은 나이키+플루밴드(NIKE+ FuelBand)의 기능에다 수면상태 및 음식섭취 정보까지 트래킹(tracking) 할 수 있는 단말기(Fitbit Flex)를 출시했다.

뿐만 아니라 홍콩의 하피랩스(HapiLabs)는 사용자가 음식물 섭취에 걸리는 시간 및 빈도를 알려주는 지능형 식기도구(HAPIfork)를 출시했다(하피포크(HAPIfork) 단말기는 사용자가 포크로 음식을 떠서 입에 넣고 다시 접시에 포크를 내려놓는 움직임을 감지하는 센서를 통해 사용자의 음식물 섭취습관을 알려주는 것이다. 이로써 다이어트나 비만 관리 등에 효과를 나타내고 있는 것으로 평가받고 있다.).

이 연구에서는 온도·습도·열·가스·조도·초음파 등 다양한 센서를 이용한 센싱기술과 분산된 IoT 환경요소들을 서로 연결하는 무선 네트워킹 및 인터페이스 기술 중심의 IoT 핵심기술, 하드웨어·플랫폼·솔루션 개발 및 사업화 동향과 제품 개발 동향 중심의 기술개발 동향, 홈 어플라이언스 및 공공부문을 중심으로 시장성장 단계로 접어들고 있는 IoT 산업의 시장성장 추이와 글로벌 시장규모 추이, IoT 산업의 파급효과 및 시사점 등에 대해 설명한다.

IoT 핵심기술

센싱 및 네트워킹 기술 = 센싱 기술은 온도, 습도, 열, 가스, 조도 및 초음파 등 다양한 센서를 이용해 원격감지, SAR(Synthetic Aperture Radar : 합성개구레이더, 공중에서 지상 및 해양을 향해 레이더 파(wave)를 순차적으로 발사한 이후 레이더파가 굴곡면에 반사돼 돌아오는 미세한 시간차를 선착순으로 합성해 지상지형도를 만들어내는 레이더 시스템을 의미한다.

1960년대부터 주로 군용 정찰장비로 개발되기 시작했으며 1980년대에 들어와서 단순한 지형패턴만이 아닌 이동목표 추적(MTI : Moving Target Indicator) 능력을 갖게 됐다.), 위치 및 모션 추적 등을 통해 사물과 주위 환경으로부터 정보를 획득하는 것이다. 이러한 고도의 기능을 내장한 센서들이 개발되고 있다.

이를 간단히 요약하면 표준화된 인터페이스 플랫폼과 정보처리 모듈을 내장한 스마트 센서로 발전하고 있고 아울러 검출한 데이터로부터 특정 정보를 추출하는 가상 센싱(Virtual sensing) 기능을 통해 IoT 서비스 인터페이스에 적용되고 있다.

또한 기존 개별적인 센서보다 한 차원 높은 다중 센싱 기술을 사용해 보다 더 지능적이고 고차원적인 정보를 추출할 수 있다.

네트워킹 기술은 인간, 사물 및 서비스 등 분산된 IoT 환경요소들을 서로 연결시킬 수 있는 유무선 네트워킹 기능이다. 

유무선 통신 및 네트워크 장치로는 WPAN(Wireless Personal Area Networks), 와이파이(Wirelwss Fidelity), 3G·4G·LTE(Long Term Evolution), 블루투스, 이더넷, BcN(Broadband convergence Networks), 위성통신, 마이크로웨어, 시리얼 통신 및 PLC(Programmable Logic Controller) 등을 이용할 수 있다. 

인터페이스 기술 = IoT 서비스 인터페이스 기술은 IoT의 주요 구성요소(인간·사물·서비스)를 통해 특정 기능을 수행하는 응용서비스와 연동하는 역할이다. 
즉, 네트워크 인터페이스의 개념이 아니라 IoT망을 통해 저장, 처리 및 변환 등 다양한 서비스를 제공할 수 있는 인터페이스 역할을 실행할 수 있어야 한다. 

IoT의 다양한 서비스 기능을 구현하기 위해서는 ▲정보의 검출, 가공, 정형화, 추출, 처리 및 저장기능 등 ‘검출정보 기반 기술’ ▲위치판단 및 위치확인 기능, 상황인식 및 인지기능 등 ‘위치정보 기반 기술’ ▲정보보안 및 프라이버시 보호기능, 인증 및 인가기능 등 ‘보안 기능’ ▲온톨로지(Ontology: 인간이 보고 듣고 느끼고 생각하는 것에 대해 토론을 통해 합의를 이룬 바를 개념적이고 컴퓨터에서 처리할 수 있는 형태로 표현한 모델로서 개념의 형식이나 사용상의 제약조건들을 명시적으로 정의한 기술이다. 온톨로지는 일단 합의된 지식을 나타내므로 어느 개인에게 국한되는 것이 아니라 그룹 구성원이 모두 동의하는 개념이다.

아울러 프로그램이 이해할 수 있어야 하므로 여러 가지 정형화가 존재할 수 있다.) 기반의 시맨틱 웹(Semantic web : 현재의 인터넷과 같은 분산처리 환경에서 웹 문서, 각종 파일 및 서비스 등 리소스에 대한 정보와 자원 사이의 관계(Semanteme)를 컴퓨터가 처리할 수 있는 온톨로지 형태로 표현하고 처리하도록 하는 프레임워크를 의미한다.) 기능, 오픈 센서 기반의 API(Application Programming Interface : 응용프로그램에서 사용할 수 있도록 운영 체제나 프로그래밍 언어가 제공하는 기능을 제어할 수 있게 만든 인터페이스를 의미한다.

주로 파일 제어, 창 제어, 화상처리 및 문자 제어 등을 위한 인터페이스를 제공한다.) 기능, 가상화(virtualization) 기능 등 ▲프로세스 관리, 오픈 플랫폼 기술, 미들웨어 기술, 데이터 마이닝(Data mining : 대규모로 저장된 데이터 안에서 체계적이고 자동적으로 통계적 규칙이나 패턴을 찾아내는 것으로서 KDD(Knowledge-Discovery in Databases : 데이터베이스 속의 지식 발견)이라고도 한다.) 기술, 웹 서비스 기술, SNS(Social Network Services) 등 다양한 기술력이 필요하다.

기술개발 동향

하드웨어·플랫폼·솔루션 개발 및 사업화 동향 = 하드웨어적인 기술로는 칩(chip), 모듈 및 단말이 있으며 소프트웨어적인 기술로는 플랫폼, 솔루션, 네트워크 및 서비스 등을 들 수 있다. 

각 기술별로 다양한 제품들이 개발되고 있으며 국내 업체의 경우 주로 소프트웨어 기술 분야의 제품을 개발하고 있다. 

플랫폼 및 솔루션 분야에 멜퍼, 페타리, 브레인넷, 엔티모아 및 인사이드 M2M 등이, 네트워크 및 서비스 분야에 국내 이동통신 메이저 기업인 SKT, KT 및 LGU+가 포진돼 있다. 

각 핵심 기술 분야의 메이저 기업의 사업화동향을 간단히 요약하면 먼저 칩 개발 분야의 선도 기업인 영국의 ARM은 스마트폰 및 태블릿PC 등 스마트 미디어기기의 프로세서 시장을 주도하고 있는 반도체 벤더로서 이를 기반으로 2013년 7월 영국 캠브리지 본사에 사물인터넷 환경을 구축하고 사업을 개시했다. 

이어 2013년 8월 M2M 관련 기술을 보유한 센시노드(Sensinode)를 인수하면서 사물인터넷 시장 주도권 확보를 본격화하고 있다.

또 모듈 및 단말 개발 분야의 선도 기업인 미국의 IBM은 2013년 4월 사물인터넷망과 연결을 위한 게이트웨이(Gateway)인 ‘메시지사이트(MessageSight)’를 개발했다. 이는 사물인터넷 환경에서 대용량의 센싱 데이터를 효율적이고 신속하게 관리할 수 있도록 설계된 하드웨어로 평가받고 있다.

이와 함께 플랫폼 및 솔루션 개발 분야의 선도 기업인 미국의 시스코는 현재 사물인터넷 환경이 제한적인 사물 간에만 구현되고 있으나 미래에는 사물은 물론 사람과 데이터를 포함한 모든 만물이 인터넷에 연결되는 이른바 만물인터넷(IoE : Internet of Everything) 시대가 도래 할 것으로 전망하고 전방위적 전략을 전개하고 있다. 

시스코는 만물인터넷 시대가 도래 할 경우 엄청난 양의 데이터 발생으로 인해 기존의 저대역(low bandwidth) 네트워크 솔루션으로는 이를 감당할 수 없어 고대역(high bandwidth) 환경에 적합한 새로운 네트워크 솔루션이 필요하다고 강조하고 있다.

뿐만 아니라 네트워크 및 서비스 분야에서는 미국의 AT&T 및 버라이즌 등 글로벌 유수기업을 비롯한 국내 이동통신3사(SKT, KT, LGU+)가 적극 참여하고 있다.

제품개발 동향 = 2020년 약 800억개까지 증가할 것으로 예상되는 사물(things : 물리적 개체)을 인터넷으로 연결하는 IoT망은 특정 사물이 주변의 환경정보를 수집하는 센싱 칩셋(chip-set)으로 구현될 수 있을 것이다. 

이에 관련 사업자들은 향후 사물인터넷 기술시장의 주도권을 확보하기 위해 사물인터넷 핵심 기술인 센싱 칩셋 및 네트워크 기술개발에 주력하고 있다. 

사물인터넷 기술력이 접목된 개발제품 추이 및 마케팅 전략을 살펴보면 ▲제품의 고부가가치화 : 단순한 핵심 기능만을 실행하던 제품에 IoT 기술이 적용되면서 사용자들에게 새로운 가치를 제공하며 고가의 마케팅 전략을 펴고 있다.(IoT 기술력을 적용한 지저귀, 초인종, 체중계, 애견목걸이, 슬리퍼 및 자물쇠 등) ▲서비스의 확장 : IoT 기술력을 적용해 기존의 단순한 핵심기능 서비스에서 나아가 서비스 범위를 확장하는 관점으로 마케팅 전략을 펴고 있다. (아마존의 ‘대쉬(Dash)’, 펩시콜라의 ‘소셜 벤딩’ 등) ▲제품의 고도 서비스화 : 기존 제품에 부가서비스가 더해짐에 따라 비고객(non-customer : 제품을 사용하고 싶지만 사용 및 유지의 불편함 등으로 제품을 쉽게 선택하지 못했던 사용자층을 의미함)을 흡수할 수 있는 마케팅 전략을 펴고 있다. 아울러 기존 제품에 IoT 기술력을 적용해 고품질의 고객서비스를 창출하고 있다.(나이키의 ‘플러스(plus)’, 구글의 ‘말하는 신발’, 필립스s의 ‘휴(HUE)’, IoT 화분 등) 등을 들 수 있다.

시장 동향

IoT 산업의 시장성장 추이 = IoT 산업의 초기단계에서는 홈 어플라이언스 및 조립제조 분야와 정부 및 공공부문의 IoT 서비스가 확산되면서 점차 시장성장 단계로 접어들 것으로 예상된다. 

컴포넌트 및 프로세스 등 모든 ICT 리소스를 포함한 전세계 사물인터넷 관련 기술 및 서비스 매출 규모가 2012년 4조7000억달러에서 연평균 8.8%의 성장을 지속해 2017년에는 7조3000억달러의 대규모 시장을 형성할 것으로 예상되고 있다. 
사물인터넷 기술 관련 글로벌 매출액 추이를 <표1>에 나타낸다.

사물인터넷 시장은 솔루션과 서비스를 통합해 발전하게 될 것으로 전망된다. 이에 IoT 기기 및 플랫폼 공급업체들은 현실적이며 가치 있는 프레임워크를 통해 비즈니스를 창출할 필요가 있다. 

아울러 사물인터넷 기술은 커넥티드 홈(connected home), 스마트 미터(smart meter), 커넥티드 카(connected car), 스마트 그리드(smart grid) 및 커넥티드 헬스(connected health) 등 산업 전반으로 풍부한 기회가 있는 만큼 산업별 상황에 대한 이해가 매우 중요하다.

IoT 산업의 글로벌 시장규모 추이 = 사물과 인터넷의 결합이 급속도로 진행됨에 따라 사물인터넷 산업 활성화도 앞당겨지고 있는 상황이다. 

IoT 산업의 글로벌 시장규모는 사물간 인터넷 연결 확산에 힘입어 2020년 약 8조9000억달러의 대규모 시장을 형성할 것으로 예상된다. 

인터넷에 연결 가능한 다종다양한 기계 및 통신장비 등 사물(things)은 2010년 약 40억개, 2012년 약 150억개에서 2020년에는 800억개까지 증가해 사물인터넷 인프라의 급격한 확대를 예고하고 있다. 

2010~2020년까지 IoT에 연결 가능한 사물의 증가추이를 <표2>에 나타낸다.
현재와 같은 추세로 계속된다면 2020년 헬스 케어, 유통 및 교통 등을 포함한 다양한 산업 분야에서 사물인터넷 산업을 통한 경제적 부가가치는 1조9000억달러에 달할 것으로 예상된다.

현재 전세계에 분포한 각종 물리적 사물중 99.4%가 아직 인터넷에 연결돼 있지 않아 향후 사물인터넷의 성장 가능성은 매우 긍정적으로 볼 수 있다. 이처럼 사물인터넷 인프라 확대와 기업 및 소비자의 수요 증가에 힘입어 관련 시장규모는 연평균 7.9%에 이르는 지속적인 성장세를 유지할 것으로 예상된다.

파급효과 및 시사점

IoT 산업의 파급효과 = 사물인터넷 기술은 사람이나 사물의 위치를 오차범위 1~2m 이내로 정확하고 단절됨이 없이 안정적으로 알려줌으로써 사용자의 생활공간을 스마트하게 변화시키면서 커다란 파급효과를 낳고 있다. 

실내 위치측정 기술이 발전되어 궁극적으로 실내 공간 구석구석에 대한 매우 정확한 위치를 측정할 수 있다면 단순히 스마트 미디어기기를 통해 위치기반 서비스를 이용하는 데에서 그치는 것이 아니라 인터넷을 통해 실내의 다양한 사물을 제어할 수 있는 기반이 마련되는 것이다.  

실내 위치측정 기술 기반의 사물인터넷 구현을 예상해보면 ▲사용자의 실내 위치를 정확하게 인지해 실내의 각종 전자기기의 동작을 자동으로 제어 가능 ▲사용자가 자동차를 운전하고 혼잡한 주차장에 진입하면 진입로에 장착된 위치센서에 의해 빈 주차공간을 찾아 자동으로 주차 가능 ▲인터넷 쇼핑몰에서 물건을 주문하면 주문즉시 드론이 사용자가 있는 위치로 배달해 주거나 쇼핑할 때 무거운 짐을 로봇이 대신 들고 따라다니기 가능 등의 사례를 꼽을 수 있다.

사실상 이러한 서비스들은 글로벌 주요 연구소에서 수년 전에 구현된 서비스로서 필요한 대부분의 기술은 개발된 것이다. 하지만 실험환경을 벗어나면 이 서비스들을 구현하기 위해 필요한 실내에서의 정확한 위치측정 인프라가 없어 아직 상용화되지 못한 핵심 원인이라고 할 수 있다. 

따라서 실내에서 고도의 정확도로 단절됨이 없이 안정적으로 위치측정이 가능해진다면 사물인터넷을 활용한 여러 가지 스마트한 서비스들이 등장할 수 있을 것이다. 

예를 들면 에너지 분야에서도 사물인터넷의 개념을 활용한 다양한 형태의 제품 및 서비스가 가능할 것이며 무인주행차량 개발 등 자동차 산업 분야에서도 사물인터넷 기술이 적극적으로 활용될 것으로 예상된다.

시사점 = 유럽에서는 유럽사회의 향후 당면 과제 해결에 중추적인 역할을 담당할 것으로 예상되는 사물인터넷 관련 정책수립을 위한 논의를 한바 있다. 이를 통해 정책결정자 및 관련 기업들이 사물인터넷의 잠재력과 파급효과를 올바르게 이해하고 관련 산업의 발전을 도모하기 위해서는 사물인터넷에 대한 신뢰 기반의 이성적이고 효율적인 수용방식을 찾아야 할 것이라고 강조하고 있다. 

기존 인터넷 거버넌스를 참조해 사물인터넷에 관한 정확하고 이해하기 쉬운 데이터베이스를 구축하고 사물인터넷의 실정에 맞는 개인정보보호 정책 등을 개발할 필요가 있다는 것이다. 

이는 사물인터넷의 태동기라고 할 수 있는 현 단계에서 구체적인 수준의 정책을 논의하는 것은 아직 이르다는 것을 시사하고 있다. 

아울러 향후 사물인터넷 관련 정책 수행 및 모니터링을 위해서는 빅데이터(Big data) 문제를 해결하는 동시에 필요한 정보를 공유해 정보의 흐름을 수평적으로 변화시키는 것이 필요하다는 것을 시사하고 있다.

G20 국가들을 대상으로 실시한 사물인터넷 준비 지수(G20 Internet of Things Index) 조사결과에 의하면 미국이 1위, 한국이 2위에 랭크된 것으로 나타났다. 

G20 사물인터넷 지수는 정보와 관련된 주요 12개 지표(GDP, 비즈니스 환경, 스타트업 절차, 특허출원, 인구, 에너지 사용, 이산화탄소 배출, 브로드밴드 사용자수, 인터넷 사용자수, 모바일 사용자수, 시큐어 서버, IT 지출규모)를 조사·분석해 사물인터넷(IoT)의 기회에 대한 준비 정도에 따른 G20 국가들의 순위를 산출한 인덱스다. 

이는 사물인터넷 기술을 통해 새로운 사업화 모델을 모색하고자 시장에 진입하는 벤더들이 지속적으로 늘어나고 있다는 것을 시사하고 있으며 IoT를 글로벌화하려는 벤더들에게 유용한 지표가 될 것으로 보인다.

맺음말

사물인터넷 기술은 사용자의 위치측정 기술과 결합되면서 생활공간 자체를 스마트하게 변화시킬 수 있는 첨단 서비스 시대를 예고하고 있다. 실내외 위치기반 서비스는 모바일 서비스의 새로운 가능성을 제시하면서 지금까지 활성화되지 못했던 사용자 맞춤형 서비스로 부상하게 될 것으로 예상된다. 

아울러 사물인터넷을 통한 이른바 지능통신(Intellectual communication)이 인간의 삶의 질 향상에 필요한 정보의 가치를 높이고 불확실성을 줄이는 필수 인프라가 될 것으로 기대된다. 

사물인터넷 산업을 활성화시키기 위해서는 다음과 같은 기술 분야의 핵심기술을 조기에 개발해 미래 인터넷 거버넌스에 대응할 필요가 있다. 

IoT 시스템·플렛폼·네트워크의 사용자 인증 및 인가, 접근제어, 키 관리, 식별자 관리, 신뢰도 및 평판 관리, 프라이버시 보호 등 다양한 보안기술을 강화할 필요가 있다. 

아울러 사물인터넷 환경에서의 빅데이터 처리 및 분석기법 등에 대한 연구가 필요하다. 사물인터넷 기술이 스마트 홈 산업의 새로운 성장 동력으로 주목받고 있다. 
이에 글로벌 경쟁력을 향상시키기 위해 IoT 기술 관련 전후방 핵심 지재권을 확보가 절실하다. 

사물인터넷을 통한 정보통신 페러다임의 변화는 영화에서나 이뤄지던 일들이 현실세계에서도 가능하게 하는 티핑 포인트(Tipping point : 점진적으로 진보하는 기술발전과는 달리 극적인 발화점을 계기로 한 순간에 확산되는 특징이 있는 사회현상을 의미한다. - 말콤 그래드웰의 ‘티핑 포인트’라는 저서에서)를 제시하고 있다. 

사물인터넷 기술은 ICT 인프라와 접목돼 기후변화, 재난·재해, 여성·어린이 납치, 에너지 절감 등 많은 전 지구적인 문제점들을 해결할 수 있을 것이다. 이를 안전하고 편리하게 이용하기 위해서는 산·학·연·관·민의 공동노력이 필요하다.

참고문헌
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