전기전자/정보통신

Telecommunication_2018.9 특집 요약 (p6-25)

IoT의 대 모험
바다, 산, 몸 속으로

IoT(사물인터넷)가 지금 미지의 세계로 ‘대 모험’을 떠나고 있다. 스마트폰, 스마트공장, 스마트도시에서만 IoT가 활약하는 것은 아니다. IoT는 앞으로 더욱 다양한 장소를 네트워크화할 것이다. 이번 특집에서 취재한 것은 바다, 산, 몸 속의 IoT다. 그럼 함께 IoT의 대모험을 따라가보자.

Part 1. 바다에서도 시작된 IoT 혁명
스마트어업에서 수중 로봇까지

지금까지 ‘ICT 미답의 땅’이었던 바다를 IoT가 바꾸려 하고 있다. 환경 센서, IoT선박, 그리고 수중 로봇과 바다를 네트워크화/디지털화하는 디바이스가 진출하기 시작했다.

IoT는 육상에서 바다로 확대되고 있다. 지금까지 바다와 인연이 없었던 ICT사업자에게 있어서 새로운 시장을 개척할 기회다. 해양관련 비즈니스에서 주역을 담당할 가능성도 있다.

‘해양’을 중점사업 분야로 삼은 OKI의 IoT어플리케이션추진부 후지와라(藤原) 부장은 “당사가 보유한 수중음향∙통신, 센싱기술을 사용하여 해상∙해중의 물체를 감지하는 솔루션 시작기를 최근 1년새 정비하였다. 작년부터 해운∙조선, 해양자위, 경비∙방범 등에서 고객과 실험을 시작하였다”라고 말한다.

음파를 사용하여 수중의 대상물을 검출∙분석하는 OKI의 수중음향 센싱기술은 지금까지 85년에 걸쳐 방위분야에서 활용되어왔다. 그러나 이 기술을 민간용으로 전개하기에는 시장이 작았다.

최근에 와서 기술의 일부를 민간용으로도 활용하려는 정부의 방침도 있어 민간용 솔루션 개발에 주력하고 있다. IoT어플리케이션추진부 SE팀의 이시하라(石原) 씨는 “자회사에 분산되어 있는 관련 기술을 다시 한 번 한데 모아 IoT로 재구축하고자 한다”라고 말한다.

-- 수중음향 기술로 연안 감시 --
-- 해상통신의 진화가 배경 --
-- 수중 드론으로 새로운 비즈니스 --

Part 2. 포획하는 어업에서 보호하는 어업으로
와이어리스 IoT로 성장산업으로 변모

현재 많은 나라에 있어서 어업은 수익성이 높은 성장산업이다. 그러나 일본의 어업은 수십 년 동안 쇠퇴의 길을 걸어왔다. IoT를 활용한 스마트어업이 이 현상을 바꿀 비장의 카드가 될 것이다.

약 30년 전인 1984년에는 세계 제1위의 생산량(1,282만톤)을 자랑한 일본. 그 기세는 급속하게 쇠락하여 2015년 생산량은 469만톤까지 떨어졌다. 한편, 세계의 어업생산량은 같은 30년 동안 2배 이상 증가하였다(8,786톤에서 1억 9,977만톤). 어업은 세계적으로 ‘성장산업’이다. 어업선진국은 수익성도 높다. 예를 들면 아이슬란드에서 어업자 1인당 생산량은 225톤으로 일본의 27톤과는 큰 차이가 있다.

세계와 일본의 현저한 차이는 양식업의 발전이다. 전세계적으로 양식생산이 전체 생산량에서 차지하는 비율은 약 50%지만 일본은 불과 20%다. 1980년대부터 일본의 양식업 생산량은 거의 증가하지 않았다.

-- IoT로 양식업을 성장산업으로 --
어업이 쇠퇴한 요인은 해외와의 경쟁 격화와 온난화에 의한 환경변화, 취업자의 감소와 고령화 등 다양하다. 그리고 뒤처진 ICT활용도 요인 중 하나다. 일본에서는 아직 수온이나 영양염(인이나 질소 등으로 부족하면 어획량 저하를 초래한다)에 대한 계속적인 조사가 충분하게 이루어지지 않은 채 경험과 감에 의존한 스타일이 이어지고 있다. 바다 환경의 변화 속에서 어획량의 안정화는 어려워지고 있다.

그래서 기대를 받고 있는 것이 IoT다. 센싱기술로 어장 환경을 가시화하여 경험이나 감에 의지해 온 어업을 검증, 개선하고 차세대로의 계승에 도움을 준다. 그러한 어업이 전국에서 확신되기 시작하였다.

앞서고 있는 것이 양식업이다. 2016년 3월에 미야기현의 양식어장에서 NTT도코모가 센서와 통신모듈을 탑재한 ‘ICT부이’를 사용한 원격 모니터링 실증 실험을 개시하였다. 2017년 10월부터 ‘ICT부이 솔루션’서비스의 판매를 시작하였다.
 
-- 어부가 스스로 보수, 운용 --
-- 경험과 감을 데이터로 뒷받침 --
-- AI가 내일의 수확량을 예측 --
-- 고등어∙참치 양식에도 전개 --
-- 불법어업자를 IoT로 격퇴 --

Part 3. 광무선으로 수중 고속통신
청색LED가 개척하는 해중 마켓

수중에서 무선통신 속도를 ‘킬로’에서 ‘메가’로 단번에 비약시킬 신기술이 개발되고 있다. 일본의 특기인 청색LED를 사용한 가시광 통신으로 해중 마켓을 개척하려는 기술이다.

해중탐사 등을 하는 잠수정이나 수중 드론이 서로 통신하거나 또는 선상이나 육상과 통신할 경우에 방법은 2개다. 전파가 통하지 않는 수중에서는 케이블을 연결하거나 음파를 사용하는 음향통신 중 하나를 선택해야 한다.

수중에서 케이블을 연결할 경우는 영상 전송과 같은 고속통신이 가능하지만 운용상의 제약이 많다. 활동범위가 한정적인데다 케이블이 얽히는 것을 피하기 위해 단독 운용이 기본이다. 한편, 수중음향통신은 멀리까지 도달하는 반면에 통신속도에 과제가 있다. 일반적으로 사용되고 있는 음향통신장치의 성능은 수십 Kbps. 동영상은 말할 것도 없이 스틸 이미지조차 원활하게 전송하지 못한다.

때문에 현재로서는 무선통신은 잠수정 등의 위치정보나 속도 등의 상태 정보 교환에 이용되고 있다. 수중 드론에 SONAR(음향탐사장치)와 카메라를 탑재한 경우도 그 데이터는 드론이 돌아 온 후에 회수하는 것이 일반적이다.

국립연구개발법인 해양연구개발기구(JAMSTEC) 해양공학센터의 연구원은 “수중 드론이 점점 소형화되면서 간단하게 탐사할 수 있게 되었지만 드론이 되돌아올 때까지 데이터를 회수하지 못한다. 그래서 촬영이 잘 됐는지 바로 확인할 수 없다. 이를 개선하기 위해 새로운 수중무선통신기술을 개발하게 되었다”라고 말한다.

-- 청색LED가 초래하는 혁명 --
그 신기술은 가시광을 사용한 수중무선통신이다. 가시광 통신이라는 것은 사람의 눈으로는 판별하기 어려운 고속의 빛을 명멸시켜 신호를 전달하는 기술이다. 육상에서도 실용화가 추진되고 있다. 음파와 마찬가지로 수중에서 약해지지 않는 빛의 특성을 활용하여 수십 Mbps의 고속통신을 실현하는 ‘수중 광Wi-Fi’(JAMSTEC에 의한 호칭)를 개발하고 있다.

우리들이 일상적으로 사용하고 있는 전파는 수중을 통과하지 못한다. 예를 들면 Wi-Fi의 전달 거리는 겨우 1cm정도다. 그러나 수중에서 눈을 뜨면 주변을 볼 수 있는 것에서 알 수 있듯이 빛(특히 청색광)은 물을 통과하기 쉽다. 때문에 예전부터 가시광을 사용한 수중무선통신 연구는 계속되고 있었다. 그러나 실용에 견딜 수 있는 통신장치 개발에는 이르지 못했다. 고출력으로 청색광을 발산하고, 또한 고속으로 명멸시킬 수 있는 높은 응답성의 광 디바이스를 저비용으로 만드는 기술이 없었기 때문이다.

그 상황을 크게 바꾼 것이 ‘청색LED’다. 백색광을 발산하는 LED전구의 보급을 초래한 그 기술이 지금 수중에서도 혁명을 일으키고 있는 것이다. “소형에 고출력, 응답성이 높은, 통신용 광원으로서 적절한 디바이스를 싸게 얻을 수 있게 되었다. 이를 통해 지금 육상에서도 수중에서도 가시광 통신이 활발해졌다”

-- 120m에서 20Mbps --
-- 녹색과 적색 빛도 사용하는 이유는 --
-- 해중에서 인스타그램을? --
-- 산학에서 해중 마켓 개척 --
-- 3년 후에 해중 광LAN --
-- 타깃은 ‘포스트 2020’ --

Part 4. 올재팬 체제로 선박 IoT
NTT가 엣지 컴퓨팅으로 참여

선박항행데이터를 활용하여 해사산업을 디지털화하는 IoS(Internet of Ships)기반 정비가 시작되었다. 업계 전체에서 데이터를 공유하여 해운, 조선, 선박용 기기/서비스 개발에 도움을 준다.

해운이나 선박을 비롯한 다양한 산업으로 구성되는 해사업계에서는 업계 전체를 Digitalaization하는 움직임이 시작되었다. 선박의 항행데이터를 공유하고 활용하기 위한 공통 기반인 ‘IoS오픈플랫폼’(IoS-OP)이 그것이다. 추진 단체인 ‘IoS-OP컨소시엄’이 5월 말에 발족. ICT업계에서도 NTT나 후지쓰 등이 참가하고 있다.

IoS-OP는 해운회사가 취득한 항행데이터를 조선소나 선박기기업체, 서비스사업자 등에게 제공하기 위한 ‘선박IoT기반’이다. 선박의 성능 향상과 새로운 서비스 개발로 연결시키는 것이 목적이다. 일본해사협회의 자회사인 ShipDC가 운용한다.

-- 선박 IoT의 국제표준규격에 대응 --
-- FLET'S의 지식을 선박에 활용 --
-- ‘유저가 주도하기 때문에 빠르다’ --
-- 2025년까지 자동운항선 --

● 산의 IoT: LPWA가 킬러 기술로
사람∙동물의 측위(Positioning)부터 방재까지

LPWA나 위성통신, 142/429MHz대 소전력 무선 등을 이용함으로써 ‘산’에서도 IoT를 활용할 수 있게 되었다. 이미지 등 대용량 데이터의 통신수단에 대한 규제 완화를 바라는 목소리도 있다.

새로운 무선 기술의 등장으로 휴대전화가 연결되지 않는 산 속에서도 IoT를 활용하는 움직임이 확산되었다. 스미토모임업과 NTT도코모가 4월에 실시한 ‘임업 종사자의 안부 확인, 사고 감지 솔루션’의 실현을 위한 실증 실험도 그 중 하나다.

-- 4km이상의 거리에서 통신 가능 --
임업의 조림∙벌채 등의 작업은 휴대전화 전파가 닿지 않는 산 속에서 이루어지는 경우가 많아 만일 사고가 발생해도 알지 못하거나 구조 요청에 시간이 걸린다. 그래서 스미토모임업과 도코모는 저소비전력으로 넓은 지역을 커버할 수 있는 IoT무선기술 LPWA와 위성전화를 활용하여 휴대전화의 전파가 닿지 않는 곳에서도 작업자의 위치를 파악하여 사고 발생시에 긴급 통보할 수 있는 시스템 개발에 착수하였다. 2019년의 실용화를 목표하고 있다.

도코모에서 이 프로젝트를 담당하는 이노베이션총괄부는 자사의 R&D자산을 활용, 사회 과제 해결과 협업을 통한 새로운 비즈니스 창출에 착수하였다. “작년 가을에 스미토모임업에서 작업자의 안전확보가 문제가 되고 있다는 사실을 알고, 당사가 할 수 있는 일이 무언인지 생각했다”. 이노베이션총괄부의 관계자는 개발 경위에 대해 이렇게 설명한다.

이번 실험에서는 와카야마현 스미토모임업의 사유지에 LPWA의 기지국을 설치. GPS를 내장한 LPWA단말을 산림 안의 여러 장소로 이동시켜, LPWA의 전파가 실제로 어느 정도의 거리까지 도달하며 지형이나 수목의 영향을 얼마나 받는지를 조사하였다.

실험에는 소니가 개발한 독자 방식과 LoRaWAN의 2개의 LPWA기술이 이용되었다. 양자 모두 4km이상의 거리에서 통신이 가능하며 나무 등의 장해물에 대한 내성이 강한 것을 확인할 수 있었다.

휴대전화 전파가 도달하지 않는 곳이 많은 산림에서 안전을 확인하는데 LPWA가 열쇠가 될 것으로 판단, 그 실력을 검증하였다. 실용화할 때에 4km로 충분한지를 지금부터 검토해 나간다고 한다.

LPWA기지국에서 수신한 데이터는 3G/LTE 회선을 이용하여 인터넷 경유로 클라우드로 보내 가시화 등의 처리를 하는 경우가 많다. 그러나 이번 실험에서는 LPWA기지국의 설치 장소가 휴대전화의 권외에 있기 때문에 위성 회선을 이용하여 클라우드에 문제없이 접속 가능하다는 사실을 확인하였다.

스미토모임업과 도코모는 실증 실험을 거듭하여 토목공사현장이나 등산객 등을 대상으로 한 새로운 서비스 제공도 검토한다.

-- 소니의 LPWA가 국제규격으로 --
-- 모험적인 레이스 운영도 지원 --
-- 송어에 송신기 --
-- AI 활용을 전망한 대용량화 --

● 체내의 IoT: 임플란트형 무선 센서로 신시대 도래
생체 IoT가 고령화를 구한다

초고령화 사회를 맞이한 오늘날 IoT를 이용하여 가장 가시화하고 싶은 것은 자신과 가족 등 소중한 사람의 몸 상태다. 체내에 무선 센서를 내장하여 생체 정보를 고정밀도로 상시 모니터링하기 위한 연구가 추진되고 있다.

IoT를 통해 세계의 모든 상황을 실시간으로 가시화할 수 있는 시대가 다가오고 있다. 우리들의 몸에 관해서도 마찬가지다. 이미 다양한 무선 디바이스가 등장하여 실시간으로 생체 정보를 모니터링할 수 있게 되었다.

그러나 이것은 시작에 불과하다. 산업기술종합연구소(AIST)의 한 연구원은 “생체 IoT는 가까운 미래에 ‘New Era(신시대)’로 이행할 것이다”라고 말한다. 신시대에 있어서 중요한 역할을 담당하는 것은 체내에 내장하는 임플란트형 IoT 무선 센서다. AIST는 이 연구에 주력하고 있다.

-- 왜 임플란트형일까? --
손목시계형이나 의복형 등 생체 정보를 센싱할 수 있는 무선 디바이스는 지금은 흔하다. 무선형의 장점은 장착이 쉽다는 것이다. 임플란트형과 같이 수술 등이 필요 없다. 그러나 문제는 데이터의 정밀도다. 정말 좋은 데이터를 안정적으로 취득하기 위해서는 전문가의 도움이 필요하다.

그럼 임플란트형은 어떨까? 소의 위장 근처의 피부 밑에 IoT 무선 센서를 내장하여 실시한 실험에서, 먹이를 준 후에 소의 체온 변화를 0.1℃단위로 정밀하게 계측할 수 있었다. 소의 등이나 꼬리에 센서를 달아도 이정도 정밀한 계측은 불가능하다고 한다. 직접 내장하는 것이 중요하다.

AIST의 타깃은 단순한 헬스 모니터링이 아니다. 병의 조기 발견이다. 이를 위해서는 체내 상태를 정밀하게 상시 모니터링할 수 있는 임플란트형 IoT 무선 센서가 중요하다.

-- 과제는 ‘배터리’ --
-- 기폭제는 마우스? --

  -- 끝 --