시험 준비 및 공부 기록 아카이브 용으로 작성하는 글입니다.
다소 내용이 정제되어 있지 않을 수 있습니다.
사물인터넷 기본 개념
Wireless Sensor Networks (WSN)
WSN을 구성하는 센서 노드들은 배터리로 장시간 작동해야 하는 경우가 많아 저전력으로 동작하도록 설계됨.
각 노드는 한 개 이상의 센서로 구성되며, 다양한 종류의 센서와 액추에이터가 사용됨. -> 여러 개의 저전력 센서 노드들이 무선으로 네트워크를 구성하여 데이터를 수집하고, 이 데이터는 싱크 노드와 게이트웨이를 거쳐 인터넷을 통해 최종 사용자에게 전달됨.
네트워크의 변화
1. 접속 수 확대: M2M(사물지능통신)과 IoT의 등장으로, 수십억 개의 기기들이 서로 연결됨.
언제(Any TIME), 어디서나(Any PLACE), 어떤 사물이든(Any THING) 인터넷에 연결되는 것이 목표.
폭발적으로 증가하는 기기들을 모두 수용하기 위해 IPv6나 6LoWPAN과 같은 새로운 주소 및 통신 기술이 필요.
2. 성능 확장: 훨씬 더 빠른 속도로 데이터를 주고받을 수 있는 초고속 (Broadband), 데이터 요청과 응답 사이의 지연 시간이 거의 없어 실시간 통신이 가능한 저지연 (Low Delay), 수많은 기기들이 동시에 접속해도 안정적인 통신을 유지할 수 있는 초연결 (Mass Connection)
3. 서비스 기능 향상: 네트워크가 점차 지능화(Smart Network)되면서, 단순히 데이터를 전달하는 것을 넘어 데이터의 내용과 의미를 중심으로 동작하는 데이터/콘텐츠 중심 네트워킹(Data-centric & content-oriented networking)으로 진화. 또한, 시스템이 주변 상황을 스스로 파악하고 자율적으로 동작함.
IoT 레퍼런스 모델
1. 물리적 장치 및 컨트롤러(Physical Devices & Controllers): 센서, 카메라, 기계 등 실제 환경에서 데이터를 생성하거나 물리적인 동작을 수행하는 모든 장치
2. 연결성(Connectivity): 레벨1에서 생성된 데이터를 네트워크로 송신하는 계층. 통신망과 장비(라우터, 스위치)가 이에 해당.
3. 엣지 컴퓨팅(Edge Computing): 데이터를 중앙 서버(클라우드)로 보내기 전에, 데이터가 생성된 엣지(현장)에서 데이터를 1차적으로 분석하고 가공하는 단계.
4. 데이터 축적(Data Accumulation): 엣지에서 처리한 데이터를 파일이나 데이터베이스 형태로 저장하는 계층.
5. 데이터 추상화(Data Abstraction): 저장된 데이터를 표준화하고 정리해 상위 계층의 애플리케이션이 쉽게 접근하고 활용할 수 있도록 준비하는 단계.
6. 애플리케이션(Application): 정리된 데이터를 활용해 사용자에게 서비스를 제공하는 응용 프로그램 계층. 주로 클라우드 컴퓨팅 환경에서 이루어짐
7. 협업 및 프로세스(Collaboration & Processes): 애플리케이션을 통해 얻은 정보와 분석 결과를 실제 사람과 비즈니스 프로세스에 통합하는 마지막 단계, 최종적으로 비즈니스에 기여하는 역할.
IoT 연구 주제
디지털 트윈(물리적인 환경을 컴퓨터 내에서 구현해 모의실험하는 기법), 엣지 AI 디바이스, 센서 및 액추에이터에 대한 연구 및 보안 관련 문제에 대한 해법과 배터리 수명 연장을 위한 에너지 절약 기술과 스마트 팩토리, VR/AR 등에서 요구되는 초저지연 통신 기술이 주로 연구됨.
네트워크 분야: Wireless Multi-hop Networks(WMN), Mobile Ad-hoc Networks (MANET), Wireless Sensor Networks (WSN)
IoT의 응용 및 서비스 융합
소프트웨어 및 데이터 활용: 데이터를 처리하고 분석하는 지능형 데이터 처리 기술, 클라우드 컴퓨팅, 소프트웨어 플랫폼.
서비스 및 응용: 최종 사용자를 위한 애플리케이션, 시스템 모델, 웹 연결 기술.
기술의 융합: 인공지능, 빅데이터와 IoT를 결합하여 더 큰 시너지를 내고 새로운 서비스를 창출하는 궁극적인 목표.
애플리케이션의 활용
ICT와 IoT의 융합
건설 : 스마트빌딩 / 안전
의료 : 헬스케어 / 웰니스
조선 : 조선소 안전
자동차 : 텔레매틱스
환경 : 오염 물질 센싱
농업 : 식물 공장
국방 : 무인 로봇 / 침입 감지
에너지 : 스마트 그리드
가전 : 스마트홈
게임 : 웨어러블
5G IoT
5G는 4G와 비교했을 때 지연, 데이터 트래픽 처리량, 최고 전송 속도, 주파수 대역, 연결 밀도가 월등히 높음.
개인 영역 통신망 (PAN, Personal Area Network): 10m 내외의 가까운 거리를 연결하는 소규모 네트워크. 블루투스가 대표적.
근거리 통신망 (LAN, Local Area Network): 가정, 사무실, 학교 등 50m 내외의 거리를 연결하는 네트워크. Wi-Fi가 대표적.
광역 통신망 (WAN, Wide Area Network): 500m 이상의 매우 넓은 지역을 연결하는 대규모 네트워크. 이동통신 (4G/5G)과 위성통신이 대표적.
표준 규격의 필요성
서로 다른 시스템이나 장치들이 통신할 때 단말기 간에 전기적/물리적/절차적/기능적 특성이 다르면 통신이 불가능함 -> 원활하게 통신하기 위해 지켜야 할 공통된 약속(프로토콜)이 필요!
표준화 기구
1. 국제 통신 연합 (ITU : International Telecommunication Union): 전기통신 분야의 통신규약인 ITU-T (Telecommunication)와 라디오 주파수 대역의 통신규약인 ITU-R (Radiocommunication)가 있음.
2. 국제 표준화 기구(ISO : International Standard Organization): 다양한 분야에서의 표준화를 담당, OSI 레퍼런스 모델을 개발하고 정의함.
3.IEC (International Electrotechnical Commission): 전기전자 관련 기술의 표준화를 담당.
4.미국 표준 기구(ANSI : American National Standards Institute): 미국 내에서 자체적으로 공업 표준을 확립하는 것을 목적으로 하는 비영리, 비정부 조직의 기구
5. IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers): IEEE 802 표준 위원회는 통신망에 관한 표준화를 추진하며, OSI 레퍼런스 모델의 하위 2계층(데이터 링크, 물리 계층)을 대상으로 함.
6. IETF(Internet Engineering Task Force): TCP/IP와 같은 인터넷 운영 프로토콜을 표준화함. 표준들을 RFC(Request for Comments) 형태로 나타냄. 인터넷과 관련된 표준을 인터넷 상으로 공개함.
7. TTA: 한국의 단체 표준.
표준의 종류
국제 표준: 국제 표준화 기구 (ITU, ISO, IEC, JTC1)에서 채택해 일반 대중이 이용하도록 하는 표준
지역 표준: 유럽, 아시아 등 지역 내 국가가 참여하는 지역 표준화 기구 (ETSI, CEN, APT 등)에서 채택해 해당 지역의 일반 대중이 이용하도록 하는 표준
국가 표준: 국가 표준화 기구 (ANSI, BSI 등)에서 채택해 자국의 일반 대중이 이용하도록 하는 표준
단체 표준: 국가 내 관련 기업이나 연구 기관, 소비자, 학계 등 이해 관계인이 참여해, 자국 내 사정에 맞는 규격을 개발해 이용하도록 하는 표준 (TTA, TIA, TTC, CCSA 등)
공식 표준: 사회적으로 공인된 표준 (국제 표준, 지역 표준, 국가 표준), 투명하고 공개된 절차에 따라 제정하며, 필요 시 지역 및 국가의 실정을 반영함.
포럼, 컨소시엄 표준: 특정 기술 분야의 표준화를 위해 임의로 결성된 조직체 및 기업 연합들이 제정하는 표준 (W3C, IETF, OMA, Zigbee, Bluetooth, World DMB Forum)
사실 표준: 기업의 시장 경쟁 결과 승리한 제품들의 표준 (레고, QWERTY, HDMI 등)
IEEE 802.11 WG
IEEE 802.11a: 54Mbit/s, 5GHz 표준 (Wi-Fi 2)
IEEE 802.11b: 2.4GHz에서 5.5 및 11Mbit/s 지원 (Wi-Fi 1)
IEEE 802.11g: 54Mbit/s, 2.4GHz 표준 (b와 하위 호환) (Wi-Fi 3)
IEEE 802.11n: MIMO를 사용한 처리율 향상(Higher throughput) (2.4/5GHz) (Wi-Fi 4)
IEEE 802.11p: 차량 통신 환경(WAVE)을 위한 무선 접속 표준.
IEEE 802.11ac: 5~6GHz 주파수 대역에서 처리율이 매우 높아짐. 802.11n과 비교했을 때 더 효율적인 변조 방식 (처리율 약 10% 증가), 더 넓어진 채널 대역폭 (80MHz 혹은 160Mhz), 다중 사용자 MIMO를 지원함. (Wi-Fi 5)
IEEE 802.11ax: WLAN 네트워크의 효율성을 높임. (Wi-Fi 6)
IEEE 802.11ay: 60GHz 주파수를 위한 새로운 물리 계층 표준.
IEEE 802.11az: 차세대 위치 측정과 관련된 표준.
IEEE 802.11ba: IoT 기기 등을 위해 전력 소비를 기존의 1/1000 수준으로 크게 절약하는 기술인 Wake Up Radio 도입.
IEEE 802.11bb: 빛을 이용하는 통신 Li-Fi의 표준.
IEEE 802.11bc: 향상된 브로드캐스트 통신의 표준.
IEEE 802.11bd: 향상된 차세대 V2X(Vehicle-to-Everything) 통신 표준.
IEEE 802.11be: 초고속 처리율(Extremely High Throughput)을 목표로 하는 표준. (Wi-Fi 7)
IEEE 802.11bf: Wi-Fi 신호를 레이더처럼 사용해 사람, 사물, 동작을 인식하고 추적하는 WLAN 센싱 기술 도입.
IEEE 802.11bh: MAC 주소를 무작위로 계속 변경하여 개인정보 보호를 강화하는 기술 도입.
IEEE 802.11bi: 향상된 데이터 개인정보 보호(Enhanced Data Privacy)에 대한 표준
IEEE 802.11bk: 320MHz의 넓은 채널 대역폭을 활용해 더 정확하게 위치를 측정하는 기술 320MHz Positioning 도입.
IEEE 802.11bn: 초고신뢰성(Ultra High Reliability)을 목표로 하는 표준, 100Gbps의 속도를 구현할 예정. (Wi-Fi 8)
IEEE 802.11bp: 주변의 무선 전파를 에너지원으로 사용하여 배터리 없이 작동하는 저전력 IoT 기기를 위한 기술 Ambient Power에 대한 표준.
IEEE 802.11bq: 기존의 2.4/5/6GHz 대역과 42~71GHz 사이의 초고주파(밀리미터파) 대역을 통합하여 사용하는 표준.
IEEE 802.11bt: 미래의 양자 컴퓨터 공격을 방어할 수 있는 양자내성암호(Post-Quantum Cryptography) 기술에 대한 표준.
3GPP
Release 8: 최초의 LTE 표준이 정의된 버전, 모든 통신을 IP 기반으로 처리하는 All-IP 방식이 도입됨.
Release 10: 여러 주파수 대역을 묶어 속도를 높이는 캐리어 어그리게이션(Carrier Aggregation) 기술이 도입된 LTE-Advanced 표준.
Release 15: 최초의 5G 표준 New Radio(NR)이 정의된 버전, 6GHz 이하의 저주파 대역과 24GHz 이상의 초고주파 대역을 모두 사용, OFDM 향상, MIMO, 빔포밍 향상 등 5G의 핵심 기술들이 정의됨.
Release 16: 5G 2단계(Phase 2) 표준으로, 5G의 핵심 기능인 mMTC(대량연결)와 URLLC(초저지연/고신뢰)를 위한 V2X(차량-사물 통신) 기술 등이 구체화됨.
Release 17: 5G 기술이 산업용 IoT(Industrial IoT), 엣지 컴퓨팅(Edge Computing), 네트워크 슬라이싱(Network slicing) 등 전문 분야로 확장되었고, 드론(UAS) 및 위성 통신 지원이 추가됨.
Release 18: 무선 네트워크에 인공지능(AI/ML) 기술을 도입하고 위성 통신 연동을 강화함.
Release 19: AI/ML 기술을 무선 접속 기술(Air Interface)에 직접 적용하고, 별도 전원 없이 작동하는 앰비언트 IoT(Ambient IoT) 기술과 비지상 네트워크(NTN)를 본격화함.
Release 20: 본격적인 6G 표준화의 시작을 알리는 버전. (2026~2027 예정)
이동통신 기술의 세대 발전 과정
1G: 음성 통화만 가능한 아날로그
2G: 음성을 디지털 방식으로 처리하기 시작 (GSM, CDMA)
2.5G: 데이터 전송 기능 추가 (GPRS)
2.75G: 데이터 속도 향상 (EDGE)
3G: 패킷 교환 방식 도입, 데이터 통신 지원 시작 (WCDMA, EvDO)
3.5G: 데이터 속도 향상 (HSPA)
4G: 초고속 무선 인터넷의 시작 (LTE, WiMAX)
5G: 초고속 (eMBB), 초저지연/고신뢰 (URLLC), 초대량연결 (mMTC) 도입
6G: 기기 간 직접 통신, 훨씬 더 빠른 속도와 더 낮은 지연 시간이 목표
5G의 목표
체감 속도 향상: 대도시 지역에선 100Mbps의 데이터 전송 속도를, 한 사무실 공간 내에서는 1Gbps 속도를 제공하는 것이 목표
초저지연: 통신 지연 시간을 1~10ms 수준으로 줄이는 것이 목표.
초연결성: IoT를 위해 수십만 개의 기기들이 동시에 접속할 수 있는 환경을 제공하는 것이 목표.
효율성 증대: 주파수 효율과 신호 효율을 크게 증대하는 것이 목표.
커버리지 개선: 통신 가능 범위인 커버리지를 개선해 더 넓은 지역에서 안정적인 서비스를 제공하는 것이 목표.
