2013년도 5월에 발표한 매킨지의 리포트‘생활, 비즈니스 및 글로벌 경제를 변화시킬 파괴적 기술’에 의하면, 2025년 IoT 기술이 경제에 미칠 잠재적 영향력이 연간 3~6조 달러에 이를 것으로 예상하고 있다. 본 고는 임베디드소프트웨어·시스템산업협회 주윤영 선임연구원의 연구내용을 바탕으로 정리하였음을 밝힌다.
출처/임베디드소프트웨어·시스템산업협회주윤영선임
기고/한국오라클 최윤석 전무
정리/이공흠 기자(leekh@semiconnet.co.kr)
IoT/M2M 산업구분
IoT/M2M관련한 산업군을 나누어보면 크게 다음의 10가지로 구분을 해볼 수가 있다. Building, Energy, Consumer & Home, Healthcare, Industrial, Transport, Retail, Security/Public Safety, IT & Network까지 그리고 그림 1에는 나타나지 않았지만 국방분야도 중요한 M2M 산업군의 하나이다.
이 각각의 산업군에 적용될 다양한 Device들과 이의 응용 분야는 하나하나 열거하기 어려울 만큼 다양하다. 다음부터 각각의 산업군의 예제를 소개할 것이다. 앞서 구분한 산업군들에 대해서 각각의 사례를 10가지의 산업군에 대해서 실제 산업 현장에서 적용되고 있는 다양한 사례를 통하여 M2M 비즈니스에 대해서 이해를 제공하고자 한다.
각 산업별 사례 소개
(1) 빌딩 관리(Building)
기존의 빌딩 건축 수준을 보여주기 위하여 세운 목표는 단순히 빌딩을 높이 세우고 튼튼하게 하고 공간을 넓게 사용하는 것이 전부였었고, 빌딩관리 분야는 기존의 단순한 빌딩 내 전력과 수도 자원의 관리를 위한 모니터링 시스템에서, 전력과 수도뿐만 아니라 가스등 다양한 자원의 사용량과 발생하는 이산화탄소 같은 배출시스템 그리고 방범을 위한 CCTV관리 및 기타 다양한 자원을 종합적으로 관리하고, 이 관리에 최적화된 제어로직을 적용한 시스템을 통한 최적화까지 접목된 시스템으로 발전하고 있다. 에너지 관리를 함께 포함하여 BEMS으로 발전하고 있다.
하지만 아직 이 분야는 하니웰, 존슨컨트롤시스템, 지멘스와 같은 외산 솔루션이 한국 시장의 대부분을 차지하고 있다.
하지만 한국도 이제는 그 간의 공공 사업 및 BEMS사업을 통한 다양한 경험을 통하여 한국의 솔루션 회사들이 빌딩 내부의 다양한 이를 통합적으로 제공하기 위하여 다양한 솔루션을 내놓기 시작하였다. 이를 위한 건물 및 도시 관리를 위한 시스템을 구축할 수 있는 플랫폼을 구성하였다. 또한, 향후 스마트시티를 위한 확장 가능한 솔루션으로 구성하여 다양한 분야에 적용이 가능하도록 하였다.
BEMS | LG-CNS
LG-CNS는 스마트그린플랫폼이라는 이름으로 빌딩 관리에 필요한 다양한 센서기기들을 연동하고, 센서로부터 받은 데이터를 빌딩의 통합 서버 플랫폼에 저장하여 효율적인 빌딩 관리를 하기 위한 플랫폼 솔루션을 제공하고 있다. 실제 이 시스템은 여의도에 있는 LG 쌍둥이 빌딩에 적용이 되었다. 80년대 초반에 건립된 건물은 그 동안 리모델링과 함께 내부 관리 시스템을 BEMS를 적용하여 현대적으로 바꾸어 인텔리전트 빌딩으로 거듭나게 만들었다. 또한, 이 플랫폼은 단일 건물관리에서 벗어나 도시 기반 시설을 관리하는 기능을 확장하여 빌딩 관리에서부터, 도시의 다양한 인프라를 관리 할 수 있는 스마트 시티를 구성할 수 있도록 구성하고 있다.
(2) 에너지 분야(ENERGY)
M2M 관련하여 선도적으로 이야기되고 있는 분야는 에너지 분야이다. 특히 에너지 분야 관리의 중요성은 올 여름 우리가 경험하였다. 이러한 에너지 관리는 다양한 에너지 소비 절감 및 효율적인 사용뿐만 아니라 에너지의 생산 및 분배 대해서도 그 영향을 넓히고 있다. 가장 기본이 되는 스마트미터링에서부터 특정목적의 에너지 관리 및 에너지 공급망 전체의 에너지 생산/흐름/소비를 관리하는 스마트그리드까지 여러 방향으로 비즈니스가 형성이 되고 있다.
데이터센터 관리 시스템 | EMERSON
올해 전력사용에 대한 비용 지불의 불균형에 대해서 많은 이야기가 나왔었다. 특히 산업군에서 많이 사용된다는 내용이 많았다. 때문에 많은 공장들이 에너지 사용에 대한 비난을 받았다. 하지만 여기에 사람들이 잘 모르기 때문에 언급이 되지 않아 비난을 피할 수 있었던 산업이 있다. 바로 데이터 센터이다. 데이터센터는 주로 기업의 서버와 스토리지를 설치하고 운영하는 장소를 말한다.
2012년 7월의 통계에 의하면 국내에는 총 102개 기관에서 111개의 데이터센터가 존재하고 있으며 이 데이터센터 건물의 연간 총 전력 사용량은 약 26억kWh라고 합니다.(ITSA 2012 국내데이터센터 현황조사) 더구나 이 데이터센터는 중국의 경우 최근 100여 곳이 새로 생기고 있다고 한다.
국내의 데이터센서 에너지 소비량은 산업 전체의 2%수준이며 이는 산업용 전기 소비의 7~8%정도”라고 한다. 이러한 국내 데이터센서의 1년간 전기 사용량은 인구 30만 명인 춘천시의 두 배의 도시에서 1년 동안 사용하는 전기에 해당한다. 그리고 이 데이터센서의 에너지 사용량은 2015년이면 전체 소비전력의 8%까지 올라갈 것으로 예측하고 있다.
데이터센터는 엄청나게 많은 서버들이 집중되어서 24시간 365일 에너지를 사용하고 있다. 데이터센터는 서버시스템이 안정적으로 동작하기 위해서 지속적으로 충분한 에너지를 공급하고, 위급 시 대처하기 위한 자가 발전 시스템 그리고 서버들이 발생시키는 엄청난 발열을 식히기 위한 공조시스템 및 에어컨 등이 동작을 하고 있다. 또한 데이터 센터는 보안을 위한 각종 전자 감시 기능들이 동작을 하고 있다. 이러한 다양한 데이터센터의 다양한 에너지 사용의 효율화를 위하여 특화되어 있는 솔루션으로 EMERSON ENERGY NERWORKS는 데이터센터의 관리를 위해 ENERGY LOGIC이라는 제어로직을 개발했고 이를 적용한 시스템을 구축하였다. 이를 통합적으로 관리 가능한 Gateway장비를 통하여 각각의 센서로부터 데이터를 수집하고 이 수집된 내용을 분석 처리하는 서버플랫폼을 제품으로 구축하였다.
이 플랫폼은 각각의 에너지 소비시 최적화된 로직에 맞게 데이터를 처리하기 위하여 센서로부터는 각각의 이벤트 관련 데이터가 전송이 되면 전송시 각 장치의 개별 상태, 오류 코드, 네트워크 주소, 서비스 및 관련한 제어를 위한 데이터를 전송 받아 해당 응용 프로그램이 수행되게 된다. 실제 이 센서기기들은 종류도 다양하고 전송 주기에 따라 엄청난 양의 데이터를 발생시킨다. 이의 효과적인 처리를 위해 각 단계별로 분산처리를 하도록 각 데이터 수집 센서로부터 들어오는 데이터를 중간의 Gateway에서 수집하고, 시스템 전반에서 처리하고, 중요한 데이터는 중앙의 데이터 센터로 보내어 처리하도록 구성하였다. 이를 통하여 전반적인 데이터 센터의 에너지 관리의 효율성을 확보할 수 있게 되었고, 추가적으로 Gateway와 연동된 SaaS형태의 클라우드 관리 서비스 플랫폼 제공을 한다.
스마트 미터링(SMART METERING) | SEMPRA ENERGY
데이터 센터가 아닌 일반 에너지 관리에 대한 수요도 늘어나고 있다. 특히, 에너지의 안정적인 공급은 중요한 요소인데 이런 전력 에너지 공급과 관련하여 한국의 전력 공급 현황은 미국의 상황과 비교하여 우수하다고 한다. 에너지 생산에 있어 비교적 여유가 있는 미국이지만 에너지의 공급을 위한 환경은 열악하여 미국에서는 한국보다 연간 정전의 횟수 및 시간이 많다고 한다. 한국은 아주 비교적 우수한 에너지공급망을 가지고 있기 때문이다. 미국의 정전이 잦은 이유는 너무 오래된 전력 및 가스 공급망과 이제는 손쓰기 힘든 만큼 복잡해진 공급망에 기인한다. 에디슨 시절부터 만들어 놓은 노후화된 시설이 너무나 많기 때문인데, 이는 대략 80~60년 이상 된 시설들이 아직도 많이 존재하기 때문이다. 또한 전력에너지뿐만 아니라 GAS, 물 등 다양한 에너지 및 자원 분야에서 안정된 공급을 위한 환경을 분석하고 판단하여 적절하게 에너지를 공급하거나 분산하는 비즈니스가 필요하다.
미국의 대형 에너지 공급 업체인 Sempra Energy는 미국내 전체 535개의 도시의 510만 개소에 공급하는 미국의 가장 큰 에너지 공급회사이다. 이 회사가 성장하면서 점점 복잡해지는 공급망 때문에 지속적으로 증가되는 공급과 관리비용을 절감하기 위하여 스마트미터링 프로젝트를 도입하였다. 각각의 미터기에서 제공하는 모니터링 방법을 체계화하고, 실시간으로 공급되는 상황을 관리하기 위해서 기존의 미터링 기기를 무선기반의 M2M 기능을 갖춘 시스템으로 변경을 하였다. 이 프로젝트를 통하여 회사가 가지고 있는 510만개의 기기 중 210만개의 미터링 기기를 교체를 하였다.(전력/가스미터링 기능 포함) 그리고 유/무선으로 이루어진 양방향 통신 인프라를 구축하였다. 미터링 내부에는 자체 오류 발견을 위한 오류 메시지를 탑재하여 오류가 발생시 바로 원격에서 확인 할 수 있도록구성하였다. 미터기는 매 15분마다 검침한 내용을 전송을 하고 한 시간마다 통합된 자료를 전송하는 시스템으로 구성하고 이를 통해서 에너지 피크 사용량을 줄이고 또한 공급망을 적절히 관리하여 하나의 에너지 원천 공급지에 가는 부하는 줄일 수 있었다.
또한 모아진 데이터를 분석하여 각 향후 미터기에 발생할 부하 예측을 하고 있다. 이를 통해서 24/7의 시스템 가동이 가능하게 되었고, 실시간으로 전체 에너지 공급망을 관리하고 있다.
스마트그리드는 에너지의 생산/공급/소비를 전체적으로 관리하는 비즈니스이다. 그림 5는 이 내용을 쉽게 설명하고 있다. 중앙의 대용량 발전소와, 각 건물 위에 있는 태양열 전지판 그리고 풍력 및 연료 에너지 등 다양한 에너지 원으로부터 에너지를 생산하고 각 필요지역으로 전달하며 가정, 빌딩, 산업현장의 소비형태까지 분석하기 위한 그물망의 그리드 형태로 묶여져 있는 거대한 산업이다.
(3) 소비자기기 및 가정(CONSUMER & HOME)
SMART HOME| EMERSON
빌딩으로 대표되는 건물뿐만 아니라 가장 기본인 집에 대한 관리 기능을 다양한 센서를 통하여 효율화 할 수 있도록 구현한 IoT/M2M시스템이 나오고 있다. 집안의 온도를 쾌적하게 유지시켜주는 온도 관리 시스템과 같은 단품의 M2M기기 및 서비스에서 집안의 다양한 기기들을 통합 관리가 가능하게 다양한 프로토콜과 서비스를 종합한 Gateway 형태의 서비스 및 기기들이 출시되고 있다. 이 스마트 홈은 앞서 이야기한 BEMS(빌딩관리솔루션)의 축소판이라고 할 수 있다. 가정도 마찬가지로, 전등, 온/냉방 및 방문자 체크 등의 보안 기능이 필요하다. 이를 위한 통합 홈 게이트웨이를 구축하고 각각의 서비스(전력, 가스, 보안업체, 경비실) 등에 연동이 되도록 구성하였다. 최근의 새로 짓는 아파트에 가보면 홈 오토메이션 시스템이 구축이 되어 있는데 그와 비슷한 서비스 이다. 한국은 아파트에서 단체로 구성을 하여 사용하는 경우가 많고 기본 옵션으로 구성이 되어 After market 이 활성화 되어 있지 않지만, 아파트가 아닌 단독주택 구조가 많은 외국의 경우 집안을 관리하기 위하여 다양한 집의 기자재 및 관리 지점을 하나하나 관리하는 것을 도와주는 시스템이 시장을 점차 이루어 가고 있다.
또한 이러한 기능을 종합적으로 서비스를 해주는 비즈니스 모델도 나오고 있다. 한국에서도 KT, SKT같은 통신사들이 서비스를 하고 있다. KT는 스마트 폰을 활용한 댁내 방범, 전력제어, 검침 등의 다양한 IoT/M2M서비스를 제공하고 있다. 원격지에서 거주자가 스마트폰으로 KT의 사물 인터넷 플랫폼을 통해 실시간으로 댁내 환경을 모니터링 할 수 있으며, 간단한 스마트 폰 작동을 통해 전등, 출입문 등을 제어할 수 있다.
또한, 실시간 침입 및 화재 경보를 수신할 수 있으므로 스마트원격 관제 서비스가 가능하다. 또한 가전업체인 LG전자와 삼성전자의 경우에도 가정의 다양한 기기들을 통합하고 편리하게 사용하기 위하여 각각의 Smart 가전기기를 통한 제어 및 TV와 휴대폰 같은 스크린 기반의 기기들 간의 컨텐츠 공유와 같은 개념으로 SMART HOME을 제시하고 있다.
(4) 의료(HEALTHCARE)
헬스케어 분야는 잠재력이 아주 높은 분야이지만, 아직 한국은 여러 규제 및 Value Chain 때문에 성장하고 있지 못하는 분야이다. Healthcare의 M2M 분야는 현재 원격의료가 전면적으로나 제한적으로나 허용된 미국, 호주, 태국 등을 제외 하고는 대부분의 국가에서 아직 활성화가 더딘 산업군의 하나이다. 하지만, 원격 의료 분야가 아닌 일반 생활 운동 데이터와 소셜기능을 덧붙인 개인 건강 관리 기능을 가진 M2M 비즈니스가 성장을 하고 있다. 대표적으로 나이키의 Fuelband, FitBit, Jawbone Up과 같은 기기와 한국에서도 LG와 삼성의 서비스가 출시되고 있다.
FUELBAND | NIKE
Nike 에서 제공하는 Sport Healthcare 관련 M2M 서비스인 Fuelband이다. 이 Fuelband를 통하여 2012년 Nike가 Apple을 제치고 최고 혁신(이노베이션) 기업으로 선정되기도했다. 스포츠와 IT를 접목하고 여기에 재미를 더한 기능이다.
2012년 1월에 출시가 되어 1년간 약 1000만개를 판매한 Nike의 최고 인기제품이 되었다. 나이키의 단일 품목으로 가장 많이 판매한 사례이기도 하다.
Fuelband는 손에 차고 그냥 움직이기만 해도 착용한 사람의 운동량을 기록하고 이를 데이터센터로 전송하는 서비스이다. Fuelband는 비슷한 컨셉의 제품이 몇 년전 나왔다가 실패한 후 다시 나온 제품이다. 기존의 제품과는 탑재되어 있는 운동측정 센서의 발전과 편리한 데이터 전송 시스템 및 분석과 Social 기능을 통한 주변사람들과의 함께하는 운동이라는 컨셉을 적용하였고 이 부분이 일반 소비자들이 구매로 이루어지게 되었다. Nike는 이러한 사람들의 운동 및 함께 즐기는 사람들의 연결 관계에 관한 데이터를 모아 빅데이타를 분석하여 향후 다양한 스포츠 관련한 제품 기획 및 판매에 반영할 수 있을 것이다.
HI-CARE | 인성정보
한국에서는 판매되고 있지 않지만, 대표적인 가정용 원격 의료기기인 Hi-Care시스템이다. HiCare의 핵심 기기를 Gateway형태로 구성하고, 혈압, 당뇨, 체지방과 같은 생체정보를 측정하는 측정 센서 기기를 표준프로토콜에 맞추어 구성하고 있다. 측정기기를 사용하여 사람의 생체정보를 실시간으로 데이터센터로 전송하고 이상 유무 및 과거의 기록과 함께 비교할 수 있는 서비스를 제공한다. 또한 이상 징후가 발견 되었을 시 내부에 포함된 VoIP기반의 음성 및 영상 통화를 통하여 의료진과의 상담도 가능하다. 이 기능을 사용하며 의료 시설이 잘되어 있는 대도시 뿐만 아니라 농.어촌과 같은 원격지에서도 좋은 의료 서비스가 가능해진다. 아직 한국은 원격의료에 대해 금지하고 있지만, 이 제한을 없애는 방향으로 논의가 지속적으로 이루어지고 있다. 향후 원격의료가 가능하게 되면 다양한 형태로 발전될 것으로 보인다.
(5) 산업자동화 (INDUSTRIAL AUTOMATION)
MES 분야
미래의 제조 정보화 구성에는 클라우드 컴퓨팅 서비스 및 M2M/IoT (Machine to Machine, Internet of Things), Agent 소프트웨어 발전 등으로 실시간 처리 부분과 통합 정보관리 온라인 관점의 2계층으로 혼재하여 사용될 것으로 예상된다. 특히 복수공장 관리를 온라인 기반의 통합 관리가 요구되는 재고, 통합 품질, 비용관리 등과 같은 기능은 중앙 시스템에서 관리되며, 작업지시 및 보고, 현장품질, 고장관리, 재고관리 등은 실시간 분산처리 기능으로 구성될 것이다.
그래서 미래 제조정보화는 그림 9에서 제시되는 것과 같이 품질 향상, 비용 절감, 공급 시간 단축을 위한 온라인 기능은 ERP/SCM/CRM/PLM 등과 같은 관점에서 구성될 것이며, 생산 현장의 형태에 따라 생산자원 4M(Man, Machine, Material, Method)과 연계된 자원은 센서와 표준 인터페이스 방식의 연결을 통하여 대기시간, 재고, 불량, 고장 발생을 제로화하여 생산성에 기여할 수 있는 시스템 구성으로 발전하게 될 것이다.
Smart Ship Yard | 현대중공업
조선산업 현장 및 선박에 IT 기술을 접목하여 효율성, 안전성 극대화 전략 산업 자체의 특성이기 때문이기도 하지만 주문 생산형 이라는 특성으로 고객의 간접 수요자인 화주와 직접 수요자인 선사의 요구가 계약과 설계 단계에 수시로 반영된다. 충분한 설계인력을 기반으로 한 탄력적인 설계 및 제품 반영이 필요하다. 이러한 공급 측면에서의 효율적 대응이 필요하고 이는 조선업체들의 생산방식 변화를 이끌어 냈다. 조선 방식을 기존의 호황기에 대규모 투자가 필요한 드라이 도크방식에서 각각의 부분을 나누어 만들고 조립하는 방식으로 변화하였다.
이를 위해 육상건조, 댐건조, 스키드 공법, 메가/기가블록공법 등의 방식을 도입하였다. 하지만 새로운 조선 방식을 도입하는 경우에는 각 부품을 연결하기 위해 부품의 위치 및 조립을 위한 부품의 이동경로 관리 등의 조선소 전체의 각 부분들을 잘 관리해야 한다. 각 부품간의 연결을 위한 크레인 등의 위험한 장비들이 자주 이동하게 되어 조선소 내의 안전도가 떨어진다. 이를 위하여, 각 이동 물체에 위치 센서를 부착하여 최적화된 동선과 주변의 위험요소를 사전에 제거하는 등의 위치 기반 센서 디바이스 관리를 도입하게 되었다. 이러한 IoT/M2M기술을 적용한 관리방법의 도입을 통하여 선박 건조 현장의 생산성은 물론 안전성도 높일 수 있다.
현대중공업에서는 이러한 선박 제조 를 위한 조선소를 통합하는 YAN(Yard Area Network)를 개발하고 Wibro를 사용하여 시범적용을 하였다.
Smart Farm
농업분야는 IT와 관련이 크게 없을 것으로 보이지만 실제M2M시장과 관련하여 정말 큰 시장이다. 하지만 기후와 시장에 따라 많은 위험 요소가 존재하는 위험도가 큰 산업이다. 농사일이라는 것이 사람의 지속적인 관리가 필요한 분야이기에 매우 노동집약적인 산업이고 날씨, 기후 등의 환경의 변화에 재빠르게 대응하는 것이 아주 중요한 산업이다. 이러한 노동집약적인 산업을 M2M 기능을 활용하여 좀더 편리하고, 변화의 적응에 자동으로 대응하게 하기 위해서 IT를 적용한 스마트 팜이라는 개념을 시도하고 있다.
스마트 팜은 온도와 습도측정 및 일조량까지 센서데이터로부터 수집하고, 분석하며 해당 조건에따라 해야 할 작업, 예를 들어 수로를 열어 물 공급을 늘리거나 비닐하우스의 일조량을 관리하기 위한 차양막 설치 등의 작업이 있다면 원격에서 기기를 조작하여 운영한다. 이를 위해 각각의 논/밭/비닐 하우스에 센서 및 통신모듈을 설치하고, 각각의 농부의 로컬컴퓨터나, 중앙의 원격서버에 네트워크를 통하여 데이터를 전송하고, 스마트 폰이나 테블릿으로 확인 및 조작이 가능하다.
한국은 SK텔레콤의 시범 사업으로 제주도 서귀포와 경북성주지역에 비닐하우스 내부의 온도와 습도, 급수와 배수, 사료공급 등까지 원격 제어 지능형 비닐하우스 관리 시스템인 스마트 팜 서비스를 제공하고 있다. 기록된 내용은 영농일지 자동화를 통하여 기록관리하며 다음해의 작농 계획에 반영할 수 있다. 또한 CCTV를 통한 도시민들의 주말농장 관리를 위해서도 요긴하게 사용이 가능하다.
<반도체네트워크 10월>