02 사물 인터넷의 역사 - 유비쿼터스 컴퓨팅

02 사물 인터넷의 역사 - 유비쿼터스 컴퓨팅

유비쿼터스 컴퓨팅의 개념

1. 유비쿼터스 컴퓨팅 등장

유비쿼터스 컴퓨팅의 개념

사물인터넷의 초기 단계로 볼 수 있는 유비쿼터스 컴퓨팅의 등장을 알아보도록 하겠습니다. 먼저,‘유비쿼터스’라는 말은 ‘물이나 공기처럼 시공을 초월해 언제 어디에나 존재한다’는 뜻의 라틴어에서 유래했습니다. 1988년 미국의 사무용 복사기 제조회사인 제록스의 마크와이저가 사용하면서 등장했습니다. 사물과 컴퓨터, 즉 임베디드 시스템을 네트워크에 연결하는 정보기술 환경 또는 정보기술 패러다임을 의미합니다. 유비쿼터스 시스템이란, 언제 어디나 존재한다는 ‘임재하는 컴퓨터’에 의한 서비스를 의미합니다.

흔히 컴퓨터라고 하면 떠올릴 수 있는 데스크탑 컴퓨터처럼, 눈에 보이는 컴퓨터에 의한 컴퓨팅에

비하여 숨겨져 드러나지 않는 컴퓨터에 의한 컴퓨팅의 개념으로 생각할 수 있습니다. 가구, 생필품, 도시 곳곳의 설치물과합쳐진 컴퓨터는, 우리가 특별히 컴퓨터라고 인식하지 않지만 우리는 언제 어디서나 그 기능은 사용할 수 있습니다. 눈에 띄지 않는 주변 곳곳에 존재하는 것입니다.

이렇듯 유비쿼터스는 컴퓨터 공학에서 언제 어디서나 컴퓨팅을 가능하게 만드는 것을 의미합니다. 고정된 위치에 있는 데스크탑 컴퓨팅의 상대적 개념으로 사용되기도 하며 Any Device 즉, 어떤 사물이든 컴퓨팅 능력을 가질 수 있다는 의미로 어디서나 어떤 형태로든 컴퓨팅이 존재할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 오늘날 우리가 사용하는 휴대폰은 과거의 컴퓨터에 비하여 월등하게 빠른 컴퓨터라고 할 수 있습니다. 과거의 사람들이 사용하던 집 한 채 크기의 슈퍼컴퓨터를 한 손에 들고 다니는 것입니다. 그뿐만이 아닙니다. 우리는 언제 어디서나 스마트폰을 통하여 인터넷과 연결되고 원하면 바로 컴퓨터의 서비스를 이용할 수 있습니다. 스마트폰은 대표적인 유비쿼터스 컴퓨팅의 실현 예라 할 수 있습니다.

유비쿼터스 컴퓨팅은 1988년부터 연구 개발되어온 핵심 기술군입니다. 일종에 컴퓨팅 패러다임으로 사물인터넷의 기술적 토대 역할을 합니다. 언제 어디서나 존재하는 컴퓨팅이라는 모토로 다양한 분야의 기술이 연구 개발되었습니다.

따라서 사물인터넷과 유비쿼터스 컴퓨팅은 많은 공통분모가 있습니다.

처음 유비쿼터스라는 말이 등장한 당시에는 새로운 개념이었고, 퍼베이시브 컴퓨팅(Pervasive Computing), 엠비언트 인텔리전스(Ambient Intelligence), 에브리웨어(Everyware) 등 다양한 용어들로 대변되기 했습니다.

퍼베이시브 컴퓨팅이란 일상 속에 스며드는 컴퓨터 기술이라는 뜻이며, 엠비언트 인텔리전스(Ambient Intelligence)는 항상 정보를 수집하고 가공하여 필요로 하는 장소와 시간에 사용할 수 있도록 하는 기술을 말합니다. 그리고 에브리웨어(Everyware)는 일상용품이 모두 컴퓨팅에 관여하는 유비쿼터스 컴퓨팅을 뜻하는 말로 아담 그린필드의 논문에 등장하는 말입니다. 이것은 집중하는 관점에 따라서 선택 되어진 용어들입니다. 이것을 객체, 즉 사물의 관점으로 보면 피지컬 컴퓨팅(Physical Computing)이라 할 수 있는데 이것은 컴퓨터가 인간의 감각 역할을 하거나 그에 따라 반응하게 하는 것을 뜻합니다. 한편, 생각하는 기계나

사물이라는 관점에 집중하면 사물인터넷이 됩니다. 결국, 피지컬 컴퓨팅(Physical Computing)과 사물인터넷은 관점의 차이일 뿐 거의 같은 개념이라고 할 수 있겠습니다.

유비쿼터스 컴퓨팅은 이것을 통하여 다양한 측면의 연구가 이루어졌다는 점에서 학술적인 의미를 지닙니다. 분산처리기술, 모바일 컴퓨팅, Location Computing, 상황인지 컴퓨팅(Context-Aware Computing), 센서 네트워크, 인공지능, 휴먼컴퓨터 인터페이스 등, 많은 측면이 연구되었습니다. 이러한 연구들을 바탕으로 확장한 개념이 사물인터넷입니다. 특히 인공지능, 기계학습의 연구 결과를 발전시킨 사물인터넷 기술은 실생활에 많이 활용하게 될 것입니다.

사물인터넷의 기술은 원격제어와 비슷해 보이지만, 원격제어가 거리상 떨어져 있는 곳에서 사람이 직접 제어하는 것이라면, 사물 인터넷은 상황인지 컴퓨팅이나 인공지능이 적용된 스스로 생각하는 사물이 다른 사물을 제어하는 것입니다. 이것은 사람과 사물을 연결할 뿐 아니라 센서

네트워크를 통해 사물과 사물까지 연결된 인터넷이기 때문에 가능한 것입니다.

다시 말해, 사물인터넷은 유비쿼터스 컴퓨팅에 사물이 스스로 생각한다는 관점이 보태어진 것이라 할 수 있습니다. 이에 따라 인터넷의 참여와 공유 철학 같은 문화적인 측면이 강조됩니다. 다양한 아이디어를 가진 사람들이 참여한 자유로운 연구는 새로운 기술의 패러다임을 만드는데 중요한 역할을 하며, 이렇게 만들어진 기술은 공유를 통해 기술에 대한 독점과 악용을 방지할 수 있을 것입니다.  또 다른 측면으로는 인터넷 표준을 강조하는 특징이 있습니다. 다양한 기술과 물건이 서로 소통하기 위해 필요한 일종의 공통된 언어라고 할 수 있습니다. 사물인터넷과 관련한 표준화의 논쟁은 관련 업계의 큰 이슈로 자리 잡고 있습니다. 사물인터넷은 환경적인 토대가 된 유비쿼터스 컴퓨팅의 학술적인 연구, 프로그램 등 소프트웨어적인 측면인 인터넷

공동체의 오픈 소스, 각종 사물, 기계, 도구 등의 오픈 소스 하드웨어, 마지막으로 마케팅의 측면에서 클라우드

펀딩 등의 문화가 결합된 것이라고 볼 수도 있습니다.  

2. 유비쿼터스 컴퓨팅 소개

유비쿼터스 컴퓨팅의 장치에 대해 알아보겠습니다. 사람 눈에 보이지 않는 다수의 컴퓨터에 의하여 결과를 만들어내는 기술이 유비쿼터스 컴퓨팅의 기본이 됩니다. 제록스 팔로알토 연구소의 마크 와이저는 3가지 기본 장치 유형을 제안했습니다. 1990년 초반에 유비쿼터스 컴퓨팅 관련 논문들에서 탭(tabs), 패드(Pads) 등의 장치를 언급하였는데, 탭은 수 센티미터 크기의 장치, 패드는 휴대 가능한 10cm 정도의 크기 장치, 보드는 1m 정도의 크기를 지닌 상호 가능한 디스플레이 장치였습니다. 이 장치들은 지금은 어디에서나 볼 수 있는 우리가 아는 스마트 기기로 현실화되었습니다.  

당시에는 상용화 어려운 기술적인 문제들이 요즘은 많이 해결되었기에 가능한 일이지요. 현재는 상용화되어 우리가 흔히 볼 수 있는 것들이 되었습니다. 이후 2009년 스테판이 또 다른 세 가지 유형을 제안합니다. 더스트는 나노미터에서 마이크로미터 크기의 아주 작은 장치를 말합니다. 특히 더스트형에는 RFID와 같이 별도의 전원 공급장치 없이 동작하는 센서가 있는데, 이를 적극 활용한 것이 바로 스마트더스트입니다.

스마트더스트란 먼지 크기의 매우 작은 센서들을 건물, 도로, 의복, 인체 등 물리적 공간에 먼지처럼 뿌려 주위의 온도, 습도, 가속도, 압력 등의 정보를 무선 네트워크로 감지, 관리할 수 있는 기술입니다. 다음으로

스킨은 천이나 커튼과 같은 형태의 장치를 말합니다. 그리고 부정형 장치는 찰흙과 같이 부정형의 삼차원 모양의 물체입니다.

이 세 가지 유형의 장치는 그동안 컴퓨터 하드웨어가 지닌 딱딱하고 정형화된 기계적 특성을 벗어나는 것으로 나노 기술의

발전이 기반이 되어 이런 유형의 장치들이 개발될 것입니다. 팁 버튼을 클릭해 관련된 내용에 대한 학습을 보충해 보세요.

오늘의 핫 이슈는 ‘식스센스(Sixthsense)’라는 오픈소스 기술입니다. MIT의 대학원생이 2009년에 연구하는

내용을 담은 동영상이 공개되어 화재를 끌었습니다.

처음에는 메모지에 펜으로 메모를 하면 컴퓨터에도 그대로 써지는 메모지에서 시작을 합니다. 이 메모지를 냉장고에 붙이면 첫 번째 메모가 냉장고에 붙어있다고 컴퓨터에 저장이 됩니다. 이 작은 메모지에서부터 시작된 아이디어는 현실과 컴퓨터 사이를 넘나드는 기술로 확장됩니다. 마치 골무처럼 보이는 장치를 끼우고 손가락을 움직이면 빈 벽에 그림이 그려지고, 지도를 확대해 보거나, 오늘의 날씨를 검색할 수도 있습니다. 손가락을 모아 사각형을 만드는 것만으로도 사진이 찍히고, 손바닥을 펼치면 계산기가 펼쳐집니다. 마트에 들어가 제품을 만지는 것만으로도 물건에 대한 정보, 상품평을 볼 수 있고 종이신문으로도 동영상을 볼 수 있습니다. 식스 센스를 이용하면 스마트폰이나 컴퓨터와 같은 기계를 통하지 않고, 종이와

손가락만으로도 다른 사물과 소통하는 모습을 볼 수 있습니다. 이 연구는 유비쿼터스 컴퓨팅의 여러 측면을 보여주는 동시에사물인터넷의 가치를 보여주고 있습니다.

https://www.ted.com/talks/pranav_mistry_the_thrilling_potential_of_sixthsense_technology?language=ko

사물 인터넷과 유비쿼터스 컴퓨팅

1. 피지컬 컴퓨팅(Physical Computing)

사물인터넷의 중요한 요소들 중 피지컬 컴퓨팅(Physical Computing)에 대해 알아보겠습니다. 피지컬 컴퓨팅은 컴퓨터가 인간의 감각 역할을 하거나 그에 따라 반응하게 하는 것을 뜻하는 말로, 아날로그적 세계와 작용하는 하드웨어, 즉 센서, 액추에이터 등과 소프트웨어를 이용한 물리적인 시스템을 구축하는 것을 의미합니다. 최근 수공품, 취미가들의 DIY 프로젝트들에서 많이 볼 수 있습니다. 자동제어, 공장 자동화, 예술, 공연, 과학 실험 등 다양한 재미있는 예들이 있습니다.

컴퓨팅이 전문가들만의 것이 아니라 보통 사람이 직접 만들 수 있는 환경이 DIY와 오픈소스 철학이나 문화와 결합되어 다양한 분야에 활용되고 있는 것이 현실이고 이것이 사물인터넷 발전에 기여하고 있습니다. 컴퓨터의 가상공간과 실세계를 연결하는 의미와 인터넷의 문화가 사물인터넷을 견인하는 중요한 요소입니다.

2. 웨어러블 컴퓨팅(Wearable Computing)

웨어러블 컴퓨팅(Wearable Computing)에 대해 알아보겠습니다. 최근에는 사람의 몸에 착용하는 다양한 종류의 장치들이 실험되고 있습니다. 웨어러블 컴퓨팅(Wearable Computing)이 바로 그것입니다. 시계, 장갑, 신발 등 웨어러블 디바이스의 장점은 주변 환경에 대한 상세 정보나 개인의 신체 변화를 실시간으로 끊이지 않고 지속적으로 수집할 수 있다는 것입니다. 예를 들어 스마트 안경의 경우 눈에 보이는 주변의 모든 정보의 기록이 가능하며 스마트 속옷은 체온, 심장박동과 같은 생체신호를 꾸준히 수집할 수 있습니다. 웨어러블 디바이스는 유비쿼터스 컴퓨팅의 중요한 테마이면서 사물인터넷의 중요한 구현 수단이 될 것입니다.

3. 상황 인지 시스템 (Context-aware Pervasive Systems)

Context-Aware Pervasive Systems, 즉 상황인식 컴퓨팅 역시 중요한 연구 장르이면서 사물인터넷에서 중요한 기술입니다. 유비쿼터스 컴퓨팅이나 사물인터넷에서 맥락은 사람, 장소, 객체 등의 개체의 상황에 대한 정보를 의미합니다. 개체의 상황 정보는 사용자와 응용 소프트웨어 간의 상호작용을 위한 것입니다. 이런 맥락 기반의 시스템은 우리가 일하고, 배우고, 협업하는데 보다 편리하고 생산적으로 할 수 있도록 하는 기술입니다. 과거의 생산성은 메인 프레임, 데스크탑 컴퓨터가담당하였지만, 앞으로는 사물인터넷이 이런 일을 할 것입니다.

Context-Aware Pervasive Systems에 대해 Dey, Abowd, & Salber는 이렇게 정의내리고 있습니다. “사람, 장소, 사물 등의개체의 상황을 특징짓는 정보를  맥락정보(Context)라고 할 수 있습니다. 이런 맥락정보는 사용자와 프로그램 사이에 상호작용에 중요하며 사용자나 프로그램 스스로에게 의미를 가집니다. 맥락정보의 예로, 위치, 구분자 즉, 객체를 구별하는 주소, 이름, 번호 등이나 사람이나 물리적인 개체의 상태 같은 것이 있습니다.“

4. 엠비언트 인텔리전스 (Ambient Intelligence)

엠비언트 인텔리전스(Ambient Intelligence) 패러다임에 대해 알아보겠습니다.  엠비언트 인텔리전스(Ambient Intelligence)란

항상 정보를 수집하고 가공하여 필요로 하는 장소와 시간에 사용할 수 있도록 한다는 의미입니다. 퍼베이시브 컴퓨팅(Pervasive Computing), 유비쿼터스 컴퓨팅(Ubiquitous Computing), 프로파일링(Profiling), 상황인지(Context Awareness), 인간 중심 컴퓨터 상호 작용 디자인(Human-centric Computer Interaction Design) 등의 기술기반 위에 구축됩니다. 이런 기술 개념들은 그대로 사물인터넷에서 활용될 것입니다.

그럼, 엠비언트 인텔리전스(Ambient Intelligence) 기술의 특징은 어떤 것들이 있을까요? 엠비언트 인텔리전스

(Ambient Intelligence) 기술의 특징은 먼저 임베디드(Embedded), 즉 내장형 컴퓨터입니다. 대부분의 가전제품이 이러한 기술을 내재하고 있습니다. 두 번째로, 컨텍스트 어웨어(Context Aware), 즉 상황인지 기능을 갖고 있으며, 세 번째로 펄스널라이즈드(Personalized), 사용자 개인의 맥락이 중요시되는 특징을 가집니다. 네 번째로 어댑티브(Adaptive)는 맥락에 반응하는 혹은 변화하는 능력을 말하며, 마지막으로 앤티씨패토리(Anticipatory)는 사용자 의도를 예측하는 능력을 말합니다.

상황 인지 컴퓨팅

1. 위치 인지

상황인지 컴퓨팅

상황인지 컴퓨팅을 이해하기 위해 먼저, 위치인지에 대해 알아보겠습니다. 위치인지란 기계가 스스로 공간지각능력을 갖는 것을 말합니다. Location-Based Service의 폭넓은 이용과 휴대폰의 성능 향상, 디지털 컨버전스 등의 경향은Context-Awareness의 필요성을 증대시킵니다.

2. 상황 인지

Context Awareness 즉, 상황인지는 사용자와 그 역할, 프로세스와 과제, 공간과 장소 및 시간, 디바이스 정보를 시스템이

인지하고 그에 따라 적절한 서비스를 제공하는 것입니다. 상황인지 컴퓨팅은 상황 센서, 상황인식 모델, 상황인식 추론, 상황 정보 전달, 온톨로지 기반의 상황 정보 정의 및 표현 방법을 통해 이루어집니다.

온톨로지란 철학에서 현실에 대한 개념과 관계를 뜻하는 말로 개념과 관계를 정리하여 주석 정보를 제공하고 다른 사람 또는 컴퓨팅하여 에이전트 등과 공유하는데 많이 사용됩니다. 그 외에도 타 도메인의 지식을 재사용, 도메인 지식의 상속, 부분 지식의 결합 및 컴퓨터를 이용하여 방대한 지식베이스에 대해서 정형화된 분석을 가능하게 합니다

상황인지의 예로 휴대폰을 위한 상황 인지 기술을 살펴봅시다. 휴대폰에는 컨텍스트 인식 기술, 컨텍스트 관리 기술, 컨텍스트 프로그래밍 기술, 작응적 서비스 생성 기술이 사용되고 있습니다. 그 중에서도 컨텍스트 인식 기술을 살펴보면, 센서, 전처리, 표현, 모델링, 추론, 온톨로지, 컨텍스트 공유, 컨텍스트 시각화 기술이 사용되고 있습니다.

척추·관절 질환, 첨단기술로 관리한다…'수중 헬스케어‘

올해의 경제 화두는 '헬스케어'입니다. 생활이 여유로워지고 생명과 건강에 대한 관심이 급속도로 늘어나면서 U-헬스케어가 등장했습니다.

U-헬스케어란, 유비쿼터스(Ubiquitous)와 헬스케어(Health care)가 결합된 것으로 정보통신 기술을 활용해 건강관리를 언제 어디서나, 시간과 장소에 관계없이 자유롭게 할 수 있는 원격의료서비스를 말합니다. 모바일기기를 이용한 U-헬스케어는 신체에 부착된 기기가 개인의 건강기능을 수시로 체크해 해당 시스템에 전송하고, 그 데이터를 활용해 개인의 질환을 진단하고 관리시스템에 의해 의료지원과 처방을 받는 첨단기술입니다.하지만 모든 질환을 감지할 수 있는 것은 아닙니다. 감지가 가능한 질환이 한정돼 그 외의 질환은 U-헬스케어의 영역에서 누락됩니다. 일례로 나이가 들면서 발병하는 척추질환 혹은 퇴행성관절염은 모바일을 이용한 헬스케어가 불가능합니다. 신체의 퇴화 또는 변형으로 발생하는 환자의 고통을 기기가 감지할 수 없기 때문입니다. 따라서 장수시대, 고령사회에서 척추 · 관절질환은 스스로의 관리가 필수입니다.

최근 국내 기업이 수중에서 부력을 이용한 척추관절 헬스케어기술을 개발, 상용화를 준비하고 있습니다. 수중 헬스케어는 모바일로 감당할 수 없는 부분인 척추관절의 근력약화를 직접 체험하면서 환자 스스로 강화시키는 시스템입니다. 중력으로 인해 퇴화되는 척추 근력을 부력으로 재활시키는 물리학적 방법을 응용했습니다. 업체 관계자는 "병원에만 의존할 수 없는 퇴행성 척추 · 관절 질환을 수중 헬스케어로 접근한다면 새로운 글로벌사업의 확장과 노인복지의 대안이 될 수 있을 것"이라고 전했습니다.