IoT 사례 연구 - 개발 기법

(출처 : 소프트웨어 센터 웹진 자료)

IoT 사례 연구 - 개발 기법 

IoT(Internet of Things) 소프트웨어는 기존 ICT(Information & Communication Technology) 소프트웨어와는 다소 상이한 부분이 있다. IoT 기반 소프트웨어의 경우 IoT 디바이스를 중심으로 개발되어야 하기 때문에 소프트웨어 개발부터 운영까지 확인해야 할 사항들이 존재한다. 이번 회에서는 IoT을 위한 소프트웨어의 구성과 개발에 관해 알아보기로 한다. IoT 기술 적용을 위한 소프트웨어의 요소를 이해하는데 도움이 되기를 기대한다. 

사례 연구 전 확인 사항 

IoT는 사물을 이용한 방식이기 때문에 디바이스와 네트워크에 대한 제어를 소프트웨어에 포함시켜야 하는 경우가 많다. 기존에는 각 산업이나 서비스에서 필요한 정보만을 수집하다 보니 소프트웨어의 규모도 그리 크지 않았지만, 최근에는 엄청난 양의 정보가 수집되어 소프트웨어의 규모도 커지고 그에 필요한 아키텍처도 다양해지는 추세다. 이렇게, 정보를 한 곳으로 모았다가 다시 필요한 곳으로 정보를 제공하는 중앙 집중 식 클라우드 형태가 현재 많이 사용되는 모델이고, 이후 분산 클라우드 형태의 IoT가 많이 연구되어 발표되고 있는 추세다. 

<참고사이트>

http://ironmask.net/332

이처럼, IoT의 모델이 다양하게 존재하지만, 소프트웨어 입장에서 근본적인 IoT의 모델은 다양한 사물에서 데이터를 수집하는 형태다(그림1). 기존에는 단독 사물에서 데이터를 수집하는 형태였지만, 여러 사물에서 중앙집중식으로 변화가 일어나면서 소프트웨어는 더 많은 디바이스와 연결하고 더 많은 데이터를 가져오는 것으로 변화됐다. 

 

<그림1> IoT 모델의 변화 

 

출처: 전자부품연구원  

그림1에서 보는 것처럼, 소프트웨어 관점에서는 표준화된 플랫폼을 구축하여 다양한 디바이스와 네트워크의 제어가 가능하게 된다. 아래는 이렇게 표준화된 플랫폼 기반에서 다양한 IoT 서비스 위한 소프트웨어 개발에 필요한 능력이다. 

IoT 디바이스를 제어하기 위한 시스템 소프트웨어 개발 능력 

IoT를 위한 디바이스들은 모바일폰과 같은 스마트 디바이스와는 다르게 센서와 같은 하드웨어 측면의 부가적인 기능을 가진 디바이스가 많다. 이러한 기능을 원활히 동작하게 하고 다양한 하드웨어를 추가하기 위해서는 유연성과 확장성이 필요하다. 이를 위해, 펌웨어보다는 임베디드 적용이 필요하고 임베디드 기반의 소프트웨어 개발 능력이 요구된다. 여기서, 기존의 임베디드는 하드웨어 중심의 기능은 단순하고 독립적으로 구성되었지만 IoT가 적용되면서 최근에는 소프트웨어를 중심으로 구성되어 많은 기능을 제어할 수 있고 확장이 용이하게 변화되었다(그림2). 하드웨어의 비중이 줄어들고 유연한 확장이 용이한 소프트웨어 중심의 임베디드 시스템 설계가 이루어지고 있기 때문이다.

 

<그림2> IoT 모델 변화에 따른 임베디드 시스템의 변화 

 

출처: RENESAS 

IoT 네트워크와 인터페이스를 위한 소프트웨어 개발 능력 

IoT의 발전과 함께 빠질 수 없는 요소가 IoT 게이트웨이(Gateway)다. IoT 게이트웨이는 각 디바이스에서 수집되는 데이터를 모아 전송하기 때문에 IoT 게이트웨이가 있으면 디바이스가 꼭 인터넷에 접근할 필요가 없어 네트워크 대역폭의 부담을 낮출 수 있다. 또한, 불필요한 데이터는 거르고 필요한 데이터만 전송하도록 한다면 데이터의 신뢰도를 높이고 네트워크의 트래픽을 낮출 수 있다. 또, 통신 네트워크와 인터페이스의 유연한 확장을 위해서도 소프트웨어를 통한 제어가 필요하다. 

 

<그림3> IoT 게이트웨이를 적용한 IoT 구성 

 

출처: Intel 

IoT에서 수집된 빅데이터를 지식화 하기 위한 소프트웨어 개발 능력

IoT는 엄밀히 IoT 자체적인 서비스는 거의 없다. 대부분 IoT에서 수집된 정보를 활용하는 서비스이다. IoT 소프트웨어에 빅데이터 관련 개발 능력이 필요한 이유다. 사물에서 데이터를 수집하고 네트워크를 통해 전달한 후 빅데이터 활용 프로세스에 맞춰 서비스를 제공한다(그림4). 

 

<그림4> IoT를 통한 빅데이터 수집 및 활용 

 

출처: 공개소프트웨어포털  

<참고링크>

http://ironmask84.tistory.com/334

IoT 플랫폼은 위 세 가지를 적용하여 구성할 수 있다(그림5). 특정 디바이스만이 아닌 일반적인 디바이스는 모두 제어할 수 있고 인터페이스를 통해 데이터를 주고 받을 수 있으며, 빅데이터 수집, 분석, 정보화 등을 통해 다양한 서비스를 제공하게 된다. 이러한 일들은 소프트웨어를 통해 유연하게 확장할 수 있고, 서비스 특성에 따라 소프트웨어를 설계하면 된다. 

 

<그림5> IoT 플랫폼의 예 

 

출처: 사물인터넷 - 개념, 구현기술 그리고 비즈니스 

IoT 플랫폼을 사용하게 되면 전통적인 소프트웨어 개발보다 현저히 줄어든 개발 기간을 확인할 수 있다(그림6). 왜냐하면, 센서와 디바이스, 네트워크와 인터페이스의 제어 방법이 플랫폼에서 제시될 수 있고, 빅데이터 수집과 분석 후 서비스를 제공하는 방법까지 플랫폼에서 정의될 수 있기 때문이다. 

 

<그림7> 전통적인 개발과 플랫폼을 사용한 개발의 비교 

 

출처: RENESAS 

그림7을 살펴보면, 위 쪽의 전통적인 개발에서는 드라이버, 미들웨어 설계까지 포함되어 있지만 아래는 그 부분이 모두 플랫폼에 포함되어 있기 때문에 별도의 설계나 개발이 필요하지 않다. 그리고, 기존 개발에서는 요구사항에 따라 기능에 필요한 하드웨어를 선택하고 주변 하드웨어를 설계하지만, 플랫폼 기반에서는 사용자가 사용하는 기능에 따라 플랫폼에서 사용자가 필요한 부분을 정의하고 적당한 소프트웨어를 개발하면 된다. 

사례 연구 

AWS 플랫폼 

AWS IoT 플랫폼은 디바이스에 SDK(Software Development Kit)을 제공하고, 게이트웨이를 통해 애플리케이션과 디바이스 간의 통신을 제공해주고 있다(그림8). 플랫폼 밖인 디바이스에서 정보를 쉽게 전달 받고 플랫폼의 인증과 다양한 개발 라이브러리 등도 활용할 수 있도록 SDK를 제공하고 있다. 

 

<그림8> AWS IoT 플랫폼 

 

출처: Amazon 

규칙 엔진(Rule Engine)을 사용하면 인프라를 관리할 필요 없이 디바이스에서 수집된 데이터를 처리, 분석할 수 있고, 비즈니스 규칙에 따라 다른 디바이스나 클라우드 서비스로 이를 변환하거나 전송할 수 있다. 그림에서 보는 것처럼 IoT 서비스에 따라 달라질 수 있는 디바이스나 애플리케이션을 제외한 부분을 플랫폼으로 구성하면서 아키텍처의 강건성이 매우 높아질 수 있고 개발 기간이나 복잡도를 낮출 수 있다. 

 

<참고사이트>

AWS IoT 플랫폼 https://aws.amazon.com/ko/iot/how-it-works/  

LG CNS의 IoT 플랫폼 

LG에서는 나날이 발전하고 있는 IoT 시장을 위해 6가지 기술을 정의하여 발전 전략을 수립했다. 아래를 살펴보면, 디바이스 관련 기술(⑤), 네트워크와 인터페이스 관련 기술(①②), 빅데이터 관련 기술(③)과 이를 통합 지원하는 기술(④⑥)로 구분된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, LG가 지향하는 바는 “다양한 디바이스로부터 수집된 대량의 센서 데이터들을 안정적으로 송/수신하고, 클라우드 환경에 저장된 데이터의 처리 및 분석을 통해 지능형 서비스까지 제공하는 플랫폼”이다. 

① Gateway와 Edge Device 관련 기술  

② 대량의 데이터를 안정적으로 전달할 수 있는 통신 기술 

③ 이벤트 처리와 데이터 분석 및 추천을 위한 빅데이터(Big Data) 관련 기술 

④ 위의 언급한 기술들의 Base 제공 및 융합을 지원할 플랫폼과 Enabler 관련 기술 

⑤ 인증/권한을 통한 데이터 보안뿐만 아니라 디바이스와 칩(Chip) 레벨의 보안 기술 

⑥ 사용자와 상호 작용할 수 있는 UI/UX 기술 

LG에서는 디바이스의 쉼 없는 발전과 폭발적으로 증가하는 데이터를 활용한 새로운 비즈니스가 IoT를 통해 나타난다고 하고 있다. 이 때, 특정되지 않은 디바이스나 서비스를 쉽게 받아들이고 표준화된 서비스를 통해 쉽게 IoT 서비스에 접근할 수 있도록 가이드 하고 있다. 그림9는 LG에서 제시하는 IoT 플랫폼인데, 다른 곳에서 제시하는 IoT 플랫폼과 레이아웃이 거의 유사하다.  디바이스→네트워크→서비스 로 이어지는 흐름을 기본으로 하고 있고, 다수의 디바이스와 사용자에 대한 인증, 보안이 추가되어 있기 때문이다. 

<그림9> LG CNS의 IoT 플랫폼 

 

출처: LG CNS 

기대 효과와 결론 

지금까지 IoT에 대해 아키텍처, 보안, 빅데이터 연계, 개발에 대해 살펴보았다. IoT는 소프트웨어보다는 많은 부분이 하드웨어 중심으로 서비스되어 왔던 것이 사실이다. 하지만, 기하급수적으로 늘어나는 IoT 관련 디바이스와 서비스로 인해 개별적으로 개발이 이루어지는 것은 매우 소모적이고 많은 손실을 가져온다. 체계적이고 표준화된 플랫폼 사용으로 IoT를 활용한 신규 서비스가 더 많이 늘어나기를 기대한다. 

참고자료 

□ https://aws.amazon.com/ko/iot/how-it-works/ 

□ http://www.lgcns.com/ 

출처 : http://www.sw-eng.kr/member/customer/Webzine/BoardView.do?boardId=00000000000000045453&currPage=1&searchPrefaceId=&titOrder=&writeOrder=&regDtOrder=&searchCondition=TOT&searchKeyword=IoT+%EC%82%AC%EB%A1%80+%EC%97%B0%EA%B5%AC