IoT란?
정보통신기술 기반으로 모든 사물을 연결해 사람과 사물, 사물과 사물간에 정보를 교류하고 상호 소통하는 지능형 인프라 및 서비스 기술 (과학기술정보통신부)
IoT란 한마디로 사물들의 인터넷이다. 각종 사물이 인터넷 네트워크 환경에 연결되고, 각 사물이 갖고있는 유의미한 데이터들 (센서 데이터, 메타 데이터 등등)을 특정 서버나 클라우드에 수집하는 것을 이야기 한다고 볼 수 있다.
보통 IoT 기술은 다른 기술들, 예를들면 웹서비스, 클라우드 서비스등과 결합하여 더 큰 가치를 창출해낸다.
산업 IoT (IIoT)
IoT 기술이 가장 활발하게 사용이 되는 분야를 찾아보면 산업 분야를 꼽을 수 있다. IIoT(Industrial IoT)의 경우 스마트 팩토리와 밀접한 관련이 있다. 여러 공장의 다양한 기계로부터 데이터를 수집하고, 서버나 클라우드에 전송하기 위해서는 IoT 기술이 필수적이기 때문이다.
보통 기계를 제어하는 장치에서 데이터를 수집하거나 혹은 센서를 설치하여 데이터를 수집하면, 이 데이터를 서버나 클라우드에 전송해주어야 한다. 이 때 인터넷을 사용하여 데이터를 전송하는 경우가 대부분이다.
이렇게 인터넷을 통하여 데이터를 전송하고 그러한 데이터를 추출(Extract), 변환(Transform), 적재(Loaded)등의 과정을 거쳐서 유의미한 비즈니스 인사이트를 얻기도하고, 기계가 언제 멈출지 예측하기도 한다. 이를 통해 기계의 다운타임과 투입되는 인력을 최소화 하여 생산성 향상을 도모한다.
IIoT의 한계점
이러한 IoT 기술에도 여러 한계점이 드러나는데, 첫 번째는 각종 기계를 제어하는 장치의 통신 프로토콜이 표준화 되어있지 않다는 점. 두번째는 각종 산업현장이 네트워크가 제대로 구축되어있지 않다는 점. 세번째는 보안문제, 네번째는 버그로 인한 예상치 못한 동작, 다섯번째는 기술의 발전으로 일자리가 줄어든다는 점등이 있다.
기계 제어장치(PLC, 제어기)들의 프로토콜 표준화 문제
각종 기계를 제어하는 장치의 통신 프로토콜이 표준화 되어있지 않기 때문에 IoT 장비가 원천 데이터를 수집하는 과정부터 난관이다. 우리가 사용하는 인터넷 서비스의 경우 대부분 ‘TCP/IP’ 기반의 프로토콜을 이용하기 때문에 데이터를 주고받는데 전혀 문제가 없지만, 산업용 프로토콜의 경우 기계를 제어하는 장치를 제작한 제작사마다 제각기 프로토콜을 갖고 있기 때문에 데이터를 주고 받는 과정부터 문제이다.
기계 제어 장치들간의 통신 프로토콜은 보통 필드버스 프로토콜이라고 이야기한다. 사실은 필드버스 프로콜이라고 하면 각종 산업용 제어기나 PLC들이 시리얼베이스의 통신을 하기 위한 프로토콜이고, 이더넷 베이스의 산업용 프로토콜도 많이 존재하지만 시리얼 기반 및 이더넷 기반의 모든 산업용 프로토콜을 보통 필드버스 프로토콜이라고 이야기한다.
위는 필드버스 프로토콜 중 일부이다.
실제로는 OPC-UA, CAN, CANopen등 매우 다양한 프로토콜이 존재한다.
사실 이러한 프로토콜들이 중구난립하게 된 이유는 각 프로토콜마다 통신 속도나, Real Time 지원, 통달 거리등의 스펙이 다르기 때문에 각자 용도에 맞게 개발되었기 때문이다.
실제로 ProfiNet의 경우는 NRT(Not Real Time), RT(Real Time), IRT(Isochronous Real Time) 등 세가지 버전이 존재하고. NRT는 100ms 정도를 보장, RT는 10ms, IRT는 1ms 이하의 싸이클 타임을 보장하며, IRT의 경우 특수 하드웨어에 의존한 프로토콜이다.
고속의 실시간 데이터가 필요 없다면 Modbus TCP나, 일반적으로 사용하는 TCP/IP를 사용해도 무방하다.
이러한 각자의 사정에 맞게 개발된 프로토콜들을 모두 이해하고 사용한다는것은 사실상 불가능하다.
데이터를 수집한 이후의 문제
또한 이러한 데이터를 수집하더라도 그 다음 과정이 문제이다. 인터넷을 통해 서버나 클라우드에 데이터를 보내주기 위해서는 TCP/IP 기반의 프로토콜(TCP, UDP, MQTT 등)을 사용하여 데이터를 전송하여야 한다. 이 때 공장 내부에 유/무선 네트워크 환경이 제대로 구축 되어있지 않다면 수집하더라도 데이터를 송신하는것은 요원하다.
데이터 보안
IoT는 문자 그대로 사물을 인터넷을 통해 연결하는 기술이다. 따라서 이러한 기기들이 해킹당하거나 데이터 송수신 과정에서 데이터가 유출된다면 개인 정보 또는 기업정보가 유출되는 것이다. 대부분의 IoT 기기들은 무선으로 데이터를 주고 받는다. 악의적인 의도를 품은 누군가가 이러한 네트워크에 접근한다면 개인정보 뿐만 아니라 기밀 정보가 유출 당할 수 있다.
IoT 시스템의 하드웨어, 소프트웨어적인 버그 또한 큰 문제이다. 잘못된 앱 상호 작용을 유발하는 예기치 않은 활동이 너무 많아 위험한 물리적 상태를 유발할 수 있다. 예를 들어 사용자의 잘못된 조작으로 인하여 IoT 센서나 소프트웨어에 문제가 발생하고, 이에 따라 실제 기계가 오동작 하여 사용자 혹은 주변 사람들에게 피해를 입힐 수 있다.
일자리 문제
또한 IoT 기술을 통해 자동화 되는 영역이 많아지는 만큼, 그 업무를 하고 있던 사람들의 일자리는 줄어들게 될 것이다. 기술의 발전이 사람의 일자리를 뺏는 현상이 발생하는 것이다.
어떻게 해결 가능할까?
첫번째 문제의 경우 이미 독일에서 해결을 위해 시도를 하고 있다. 기계 제어 장치간 표준을 만들기 위해 독일 주도하에 ‘CODESYS’라는 표준을 제정하고 활발히 사용되고 있다. 아직 국내에는 보편화되지 않았지만 이 표준이 국내에도 정착된다면 데이터 수집을 위한 프로토콜로 기존 사용하던 ‘TCP/IP’, 'MQTT'등을 사용 할 수 있다.
물론 CODESYS가 만능이라는 것은 아니다. 각종 제어기나 PLC끼리는 기존에 사용하던 필드버스 프로토콜을 이용 할 수 밖에 없다. 하지만 적어도 데이터를 수집하여 서버나 클라우드에 올릴 GateWay 역할을 하는 PC들과 연결할 제어기 혹은 PLC는 많이 쓰이는(TCP, UDP, MQTT등) 프로토콜을 사용하여 GateWay와 연결되어야 할 것이다. 또한 그러한 제어기나 PLC에 데이터를 전송할 프로그램을 작성할 때 CODESYS와 같은 범용 프로그래밍 툴을 사용하는것이 좋겠다는 이야기이다.
두번째 문제의 경우 LTE 혹은 5G와 같은 보편화되고 성능이 좋은 무선통신을 이용하면 쉽게 해결이 가능하다. 무선 통신의 특성상 기기와 기기간에 물리적인 케이블 연결이 필요 없기 때문에 다양한 공간에 쉽게 기기간 연결이 가능하기 때문이다.
세번째 문제의 경우 정부에서 IoT 관련법을 개정하여 유해 차단 서비스 및 암호화가 활발하게 이루어지는가에 대해서 모니터링 할 필요가 있다. 또한 무선통신을 이용할 경우 무선 구간을 암호화 할 수 있는 VPN등을 설치하여 쉽게 데이터가 유출되지 않도록 해야 한다.
네번째 문제의 경우 IoT 시스템과 물리적인 기계(사물)간의 보호장치를 두어, IoT 시스템이 오동작을 하더라도 실제 사물은 안전한 동작을 하도록 보장해야할 필요가 있다. IoT 시스템이 실제 사물을 마음대로 제어 할 수 있다면. IoT 시스템의 문제가 곧 실제 사물의 문제가 된다. 또한 IoT 시스템을 개발한 이후 충분히 오랜시간 안전과 관련된 영역을 검증하고 해당 시스템을 도입 할 필요가 있다.
다섯번째 문제의 경우 생산 현장의 일자리를 기계가 대신하겠지만 이를 통해 늘어난 수익이 새로운 투자를 유발하면서 기술개발, 판매 분야에 새로운 일자리를 창출할 수 있다면 문제를 조금 해소할 수 있을것이다.
마치면서
IoT는 여러 편리함도 주지만 앞서 이야기한 많은 한계점이 존재한다.. IoT 전 영역을 아우르는 표준 프로토콜을 개정하고 개발하여야 하며, IoT기기 주변의 네트워크 상태도 검증해야 하고, 마지막으로 보안 및 시스템 검증까지 신경써야 한다. 이런 한계점들을 극복하기 위해서는 궁극적으로 IoT에 관련된 교육, 개발 환경등을 향상시켜 관련 기술 인력을 많이 양성하여야 할 것이다. 또한 기술의 편리함에 숨겨진 위험 요소를 미리 발굴하여 혹시나 발생할지 모르는 보안사고나 인명사고를 방지하는 노력도 해야 할 것이다.
출처 : IIoT 회사에 재직하면서 느낀 나의 경험 + 대학 팀플 과제 발췌
