09.26
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[전문가 기고] 2017년 IoT 네트워크 기술을 위한 전략적 로드맵리프-올로프 왈린(Leif-Olof Wallin) 가트너 연구 부사장

[컴퓨터월드]
   
▲ 리프-올로프 왈린
 가트너 연구 부사장

분석

사물인터넷(IoT, Internet of Things) 시장은 엄청난 잠재력을 지니고 있다. 그러나 IoT 솔루션을 구현할 때 ‘네트워크 아키텍처’는 다양한 의미로 사용되고 있어 기업의 인프라 및 운영(I&O) 담당자들에게 혼란을 야기할 수 있다.

가트너는 2020년에 초당 6,300만 대의 신규 디바이스가 엔터프라이즈 네트워크에 연결될 것으로 전망했지만, 모든 디바이스가 동일한 방식의 아키텍처를 통해 연결되지는 않을 것으로 내다봤다. 네트워크 아키텍처의 정의는 솔루션 공급 업체에 따라 다를 수 있다.

일반적으로 기업들은 IoT 비전을 논의할 때 특정 네트워크 아키텍처를 고려한다. 그러나 이러한 고려는 그 기업이 주력하는 시장이나 애플리케이션에 국한해 적용하는 경향이 있다. 전반적인 IoT 비전을 고려해 네트웍크 아키텍처를 선택하지는 않는다는 것이다.

가트너는 개별적인 기존 네트워크와 IT로 관리되는 통합 엔터프라이즈 네트워크 간 융합(convergence)에 대한 문의를 받는 경우가 있다. 이는 802.11ac 표준에 따른 네트워크 에지의 기가비트 무선 성능을 포함해, 유선 10/100/1000 포트와 802.3bz 표준의 2.5/5 Gbps 업스트림 총합으로 지원된다.

이 보고서는 네 가지 IoT 아키텍처 영역과, 네트워크 아키텍처 각각의 고유한 통신 기술에 대한 의존성과 기회를 분석했다. 목표에 부합하지 않는 네트워크 아키텍처를 선택하게 되면, IoT 애플리케이션 요구 사항을 처리하기 위한 성능, 확장성, 보안 및 디바이스 연결성을 다루는 네트워크의 능력이 저하될 수 있다. 나아가 IoT 사업에 네트워크 통신을 제공하는 두 번째 라운드에 이르러 모든 것을 처음부터 다시 시작해야 한다는 것을 의미하기도 한다.

   
▲ IoT 4대 영역

IoT 네트워크 아키텍처의 기본 4대 영역

■ 사물통신(M2M, Machine-to-Machine) 영역: M2M 솔루션은 모바일 또는 고정 자산으로 통합된 지능형 IoT 센서나 모듈을 탑재하고 있다. 이러한 독립형 부품들은 일반적으로 클라우드 기반 애플리케이션에 대해 셀룰러 또는 저전력 무선 솔루션으로 장거리 통신을 수행한다.

커넥티드 차량의 IoT 센서는 부품 온도, 압력 또는 진동 등 특정 정보를 수집하고 통신 인프라를 통해 직접적인 통신을 주고받거나 데이터를 수집하는 차량 모듈과 통신을 주고받는다. 통신은 실시간 혹은 일괄 처리 방식으로 수행되며, 통신 링크가 설정될 때까지 데이터는 시간 경과에 따라 저장된다.

IoT 네트워크는 수백, 수천여 개의 모듈에 의해 동시에 사용된다. 차량 소유주, 운전기사 또는 자동차 제조업체 등의 사용자들은 IoT 네트워크 인프라를 신청한다. 원격 감지 애플리케이션에 대해 동일한 시나리오가 활용될 수 있으나, 화학물질 저장 컨테이너처럼 고정돼 움직일 수 없지만 모니터링을 필요로 하는 경우도 있다. 이에 따라 IoT 네트워크는 이중으로, 즉 P2P(Point-to-Point) 또는 고정 통신 링크 형식으로 구축된다.

■ 수직 시장 및 IIoT(산업용 IoT) 영역: IoT 디바이스는 현재 소매 유통과 의료 등과 같은 많은 수직 시장에 구축되고 있다. 1,900만 대 이상의 새로운 IoT 디바이스들은 2017년에 구축될 소매 유통 매장 네트워크 인프라에서 약 40억 건의 새로운 패시브 UHF(Ultra-High Frequency) RFID 데이터를 전송하게 될 것이다. 소매 유통 분야는 의료 분야와 마찬가지로 IoT 디바이스가 현재 구축된 IT 네트워크에 존재하게 될 것이다.

와이파이 연결 통합과 관련한 표준에 따라 규정되지 않은 IP 기반 헤드리스(Headless) 디바이스들은 통신망 사각 지대나 성능 문제로 어려움을 겪는 것은 물론이고 네트워크 인프라에 연결된 다른 시스템, 애플리케이션 및 사용자들에게 네트워크 가시성과 보안 위험을 야기할 수 있다.

2017년에 이르러 제조 분야는 1억 대 이상의 새로운 디바이스가 생산되고 30% 이상의 연평균성장률(CAGR)을 기록할 전망이다. IoT 디바이스와 네트워크는 확정적 고가용성 운영 요구 사항을 충족시키기 위해 HART(Highway Addressable Remote Transducer) 같은 전용 네트워크에 배치된 전담 LOB 엔지니어링 팀에서 구축 및 관리하게 될 것이다.

인프라 및 운영(I&O) 담당자들은 이들 전용 네트워크들이 엔터프라이즈 네트워크에 접근하기 위한 진입 지점이 될 수 있다는 점을 인식하고, 이에 따라 인증 및 권한 부여를 위한 적절한 보안 체계를 구축해야 한다. I&O 리더들은 전통적으로 별도로 유지된 LOB 네트워크를 엔터프라이즈 인프라로 통합하고 필요한 서비스 수준 유지를 비롯해 이들 디바이스에 대한 책임에 대비해야 한다.

■ 빌딩 자동화 영역: 과거 빌딩 자동화 솔루션은 설비 관리 조직의 통제 하에 있으며, 일반적으로 많은 동일한 회의실과 업무 공간으로 이어지는 동일한 케이블 트레이 내에서 IT 인프라와 병행 운영되는 별도의 네트워크 인프라를 활용했다.

BACnet, CC-Link 또는 Dynet 등과 같은 전용 프로토콜들이 빌딩 자동화를 위해 사용됐으나 많은 벤더들이 IP 기반 기술을 채택하면서 전통적인 IT와 융합되고 있다. 2017년에는 약 3억 대의 새로운 디바이스들이 추가될 것으로 전망되며, 이는 트래픽 분리, 디바이스 발견 및 보안이 전반적인 네트워크 전략의 일환으로서 처리돼야 한다는 것을 의미한다.

■ 홈 오토메이션 / 소비자: 소비자 및 홈 오토메이션 솔루션은 신규 IoT 디바이스의 절반을 차지하게 될 것이다. 해당 디바이스는 주로 홈 네트워크에 구축될 것이며, 엔터프라이즈 네트워크에 직접 연결되지는 않을 것이다. 그러나 스마트폰에 연결된 스마트워치와 같이 부착돼 있는 엔터프라이즈 네트워크 커넥티드 디바이스를 통해 나타날 수 있기 때문에, 해당 디바이스에 대해 기업들의 이해와 감지가 요구된다.

와이파이, ZigBee 및 Z-Wave는 해당 솔루션에 대한 주도권을 잡기 위해 여타 통신 프로토콜과 경쟁하고 있어 이 영역에서도 통신은 다각화될 것이다. 그러나 개방형 연결 네트워크 액세스 전략 이상을 보유한 조직에는 영향을 미치지 않을 전망이다. 해당 영역은 IoT 및 네트워킹 아키텍처의 책임 영역 밖에 위치하므로 이 이상 다루지 않도록 한다.

   
▲ IoT 네트워킹에 대한 전략적 로드맵 개요

미래 상태

소비자 및 홈 오토메이션 영역을 제외한 3가지 영역의 경계는 모호해질 것이다. 가트너는 M2M 영역이 계속해서 독립적으로 발전할 것으로 전망하고 있으며, 동시에 수직 시장 및 빌딩 자동화 영역에서 융합이 이루어질 것으로 예측하고 있다. 해당 컨버전스는 모든 IoT 영역 전반에서 이루어지지는 않을 것이다. 각 영역은 특정한 비즈니스 목표를 달성하기 위해 여전히 여러 다른 네트워크 아키텍처와 이와 관련된 관리, 보안 및 분석 툴을 요구할 것이다.

■ 사물통신 영역: M2M 영역은 주로 저전력 장거리 통신기술(LPWAN, low-power WAN)을 기반으로 할 것이다. LPWAN 기술의 강점은 M2M 통신 모듈의 복잡성을 줄이고 비용을 절감(2018년까지 5달러 미만)하며 배터리 수명(10년 이상)과 실내 커버리지(전통적인 LTE의 7배)를 향상시킬 수 있다는 점이다.

인가 대역(licensed spectrum) 내에서 작동하는 3GPP 기반 표준인 협대역 IoT(NarrowBand IoT)가 기술을 주도할 것으로 보인다. 반면 LoRa, Sigfox 및 Wi-SUN 같은 비인가 대역(nonlicensed spectrum)에서 작동하는 전용 기술들은 특정 영역 또는 특정한 지역 프로젝트에 전략적으로 사용될 것이다. LTE-M(Long Term Evolution machine-type communication), LTE-1, LTE 및 위성 등과 같은 초고속 표준 기반 통신이 특정 분야에 사용될 것이다.

■ 수직 시장 및 IIoT 영역: 수직 시장 및 IIoT 영역에서는 와이파이가 주요 통신 기술로 사용될 것이다. 성장세는 이미 시작됐으며 벤더들이 실내 위치 찾기 솔루션에 필요한 정밀도 수준과 사전 예방적 네트워크 관리를 위해 분석 애플리케이션에 의해 수집 및 분석된 추가 프리미티브를 제공하는 안테나 기술 발전을 구현하고 있다.

시간 민감형 네트워크(TSN, time-sensitive networks)을 위해 확정적 기능을 중첩 후 통합하는 새로운 기능은 상용 업체들이 해당 영역에서 짧은 대기 시간, 0 지터(jitter) 및 안정적인 네트워크 통신을 제공할 수 있도록 하고, 필요한 기능을 달성하기 위한 전용 부품에 대한 요구를 없앨 전망이다.

또한 업체들은 수많은 센서, 작동 장치, 비콘(Beacon) 및 컨트롤러 등과 통신을 주고 받아야 할 각기 다른 IoT 기술들의 다양성(주파수 및 프로토콜)에 주력할 전망이다. 시장이 성숙하면서 이들 장치들은 IoT 컨트롤러(액세스 계층 WLAN 액세스 포인트의 역할도 할 수 있음) 또는 스위치 등 네트워크의 에지에서 통합될 것이다.

■ 빌딩 자동화 영역: 프로토콜의 발전은 빌딩 자동화 영역의 기술적 요구 사항을 수직 시장 및 IIoT를 위해 사용되는 상용 솔루션으로 통합될 것이다. 이는 IP는 물론, Layer 3 경계 전반에서 네트워크 트래픽 분리를 유지할 가상 세그먼트 분류를 위한 새로운 네트워크 기능을 도입할 수 있도록 한다.

해당 영역에서 가장 큰 장애 요인은 소유권이다. 그 이유는 오늘날 이 기능이 IT 팀이 아닌 별도의 운영 엔지니어링 팀으로 이루어진 설비 관리 조직에 의해 운영되고 있기 때문이다. 향후 10년 내에 빌딩 자동화 영역에 대한 책임은 IT로 넘어가게 될 것이다.


현재 상태

정보기술(IT)과 운용 기술(OT, Operational Technology) 간 융합이 지속적으로 이루어지고 있다. 점차 더 많은 OT 솔루션이 표준화된 관리 콘솔을 통한 비용 최적화 및 관리 지원을 촉진하기 위한 상용 표준 TCP/IP 기반 네트워킹 장치로 이동하게 될 것이다.

■ 사물통신 영역: M2M 통신은 수십 년 전에 등장했으며 대부분 전통적 이동통신사업자들이 제공하는 셀룰러 기술 또는 위성 기반 솔루션을 기반으로 하고 있다. 지난 2년 간 M2M 관련 이니셔티브는 기하급수적으로 증가했으며 다수의 경쟁 기술들이 시장에 출현했다.

최신 기술 중 상당수는 비인가 대역을 활용하며 사용된 기술의 일부가 IEEE 표준에 기반하고 있다고 하더라도 전체 에코시스템은 대개 전용화되고 있다. 잘못된 기술을 선택할 경우 비용은 물론 안정성에 큰 문제를 가져올 수 있다. 뒤늦게 통신 기술을 교체하면 매우 높은 비용이 요구될 수 있다.

■ 수직 시장 및 IIoT 영역: M2M과 마찬가지로 수직 시장 및 IIoT 영역의 요구 사항은 수십 년 전에 제기됐다. 상용 아키텍처는 해당 영역에서 필요로 하는 민감성, 짧은 대기 시간 및 고가용성을 처리할 수 없기 때문에 별도의 통신 인프라를 구축해 해결하고 있다.

그러나 모든 영역에서 IoT 디바이스들이 쇄도하고 있다는 것은 비즈니스 요구 사항들이 개별 네트워크 내에 한정될 수 없으며, 그 기능이 전체 네트워크 전반에서 요구될 것이라는 것을 의미한다. IEEE 및 IETF 표준 단체들의 노력은 계속해서 유선 및 무선 매체를 위한 시간 동기화와 예약 대기열에 대해 이루어지고 있다. 그러나 이러한 노력은 아직 시험 단계에 있으며 향후 1~3년 내에 상용화되지 않을 전망이다.

IIoT의 변화는 비용면에서 많은 이점을 가져올 것으로 보이나 적절히 구축되지 않을 경우 여전히 생명이나 신체의 위험을 야기할 수 있기 때문에 업계는 신중한 입장을 견지하고 있다.

■ 빌딩 자동화 영역: 오늘날 빌딩 자동화 영역은 별도의 법인에 의해 운영되고 있고, 일반적으로 별도 케이블 인프라상에서 BACnet 또는 Smart-BUS와 같은 전용 프로토콜을 사용한다. IP 기반 빌딩 자동화 솔루션은 성장세가 가속화되고 있지만, 상용 IT 관리 인프라가 성능 또는 대기 시간 요구를 충족할 수 없었기 때문에 제약을 받아왔다. 기술 시너지의 부재는 설비 관리와 IT 간의 조직적 융합에 대한 필요성 또는 요구가 거의 없다는 것을 의미한다.


격차 분석 및 상관 관계

현재와 미래 상태 간의 격차는 각 조직의 IoT 네트워크 요구 사항에 따라 달라질 수 있다. 3가지 영역의 각각의 격차에 대해 적절히 분석하는 동시에, 모든 영역 전반의 IoT에 대한 거버넌스를 확립하는 것이 중요하다. 네트워크 아키텍처 결정과 내부 및 외부 추진 동인 간의 조정이 미흡한 영역을 검토한다.

OT 네트워킹과 종래의 M2M 통신 등과 같이 전통적으로 성숙한 시장들이 일반적으로 벤처 자금으로 설립돼 새롭고 혁신적인 표준을 내세우는 신규 업체들과 경쟁을 시작하게 되면 일정 기간 경쟁이 심화될 것이며 때때로 시장의 혼란과 상충되는 주장들이 쏟아져 나올 것이다.

■ 사물통신 영역: 의사 결정자들은 시장 역학에 따라 업계에서 높은 채택율을 확보한 표준 기반 솔루션들에 관심을 보이고 있다. 이는 많은 제품들을 탄생시키게 되는 원인으로 작용하며 건전한 경쟁과 경쟁력 있는 솔루션들의 출현으로 이어지게 된다는 사실을 이해해야 한다.

면허 대역을 활용하는 솔루션들은 일반적으로 더욱 강력하게 통제되고 있으며, 서비스 수준 협약서(SLA, Service-Level Agreement)를 준수할 수 있는 능력이 보다 뛰어나다는 것을 의미한다.

틈새 기술을 선택하는 경우, I&O 리더들은 기술의 이점과 해당 공급 업체의 생존 능력을 신중하게 검토해야 한다. 예를 들어, 기존 LTE 네트워크에서 소프트웨어 업그레이드로 NB-IoT와 같은 새로운 서비스를 제공할 수 있는 통신 업체를 선택한다면, 처음부터 새로운 네트워크를 개발해야 하는 경우보다 훨씬 비용 효과적이다.

■ 수직 시장 및 IIoT 영역: M2M과 마찬가지로, I&O에 대한 교육이 매우 중요하다. 표준 단체를 통한 기술의 발전은 신규 시장을 열고 비용 최적화 기능을 제공한다. 여러 수직 시장 또는 프로세스들은 서로 다를 것이기 때문에 조직들은 자사의 대기 시간, 성능 및 가용성 요구 사항을 문서화하여 기술이 자사의 요구를 해결할 수 있는지를 판단해야 한다.

I&O 리더들은 IT 및 OT 운영 담당자들이 참여하는 통합 팀을 구성하고 시장에 발표된 표준 기반 상용 솔루션을 검토 및 테스트해야 한다.

■ 빌딩 자동화 영역: CCTV와 같은 많은 솔루션들이 이미 IP 기반이며 엔터프라이즈 통신 인프라와 물리적으로 공존할 수 있기 때문에 비즈니스 요구 사항을 검토해야 한다. 요구 사항 문서화는 보안 정책 이슈와 디바이스들이 네트워크의 에지에 위치하고 있으며 애플리케이션들이 데이터센터 기반 또는 클라우드 중심인 Layer2/Layer3(L2/L3) 이슈를 집중 조명할 것이다. IT 및 설비 관리 인력으로 구성된 통합 팀은 엔드 투 엔드 솔루션을 검토하고 테스트할 수 있다.


마이그레이션 계획

다양한 영역에서 IoT 네트워크 아키텍처를 관리하고 조율하는 IoT COE(center of excellence)를 규정한다. 또한, IT COE의 책임에는 플랫폼 표준 및 구성의 제안, 엔드투엔드(E2E, end-to-end) IoT 아키텍처 규정, 그리고 재사용을 위해 표준화된 IoT 엔드포인트 포트폴리오 개발 등이 포함된다.

   
▲ IoT 네트워킹에 대한 전략적 로드맵 타임라인 표본

높은 우선 순위

- 영역 또는 영역 간 조율을 통해 의사 결정의 중앙 집중화를 지원하며, 로드맵을 제어하는 COE를 배치한다.
- IoT 프로젝트 건 수 및 투자 평가와 우선순위를 부여한다.
- 중복 규모를 파악한다.
- 기술 옵션에 대해 LOB 담당자 교육을 지원한다.
- 거버넌스, 보안, 관리 및 네트워크 요구 사항들을 조정한다.

■ 사물통신 영역
- 비인가 대역의 전용 솔루션을 선택해야할 사업 타당성이 없는 한, 인가 대역을 이용하는 표준 기반 네트워크 기술을 선택한다.

■ 수직 시장 및 IIoT 영역
- 표준 기반 기술의 새로운 개발이 비즈니스 요구의 기술적 요구 사항들을 지원할 수 있는지를 파악하기 위해 활용 시나리오를 문서화한다.
- 데이터를 처리하고 단일 표준 기반 노스바운드 API(northbound API)를 제공하는 공통의 IoT 게이트웨이로 여러 다양한 디바이스들을 연결할 수 있도록 제품 로드맵에서 시너지 및 융합을 모색한다.

■ 빌딩 자동화 영역
- 솔루션이 보안 정책을 준수하도록 보장하기 위해 각 에지-디바이스-애플리케이션 경로가 요구하는 L2/L3 네트워크 분리 수준을 이해한다. 이 기능이 로드맵에 포함되도록 네트워크 벤더의 요구 사항을 검토한다.


중간 우선 순위

- 통합을 통해 개선 효과를 거두는 네트워크를 통합하고 다른 경우를 위해 게이트웨이 접근 방식을 활용한다.

■ 사물통신 영역
- M2M 네트워크 서비스를 위한 소싱 전략을 개발한다.

■ 수직 시장 및 IIoT 영역
- IT 및 OT 운영 인력으로 구성된 통합 팀을 구성한다.
- 시장에 발표된 표준 기반 상용 솔루션을 검토 및 테스트한다.
- 이슈에 대한 위험을 파악하기 위한 감사를 의뢰하고 즉시 조치를 취한다.
- 컨버지드 솔루션이 조직에 미치는 영향을 평가한다.

■ 빌딩 자동화 영역
- 설비 관리 및 IT 공동 팀을 구성해 IP CCTV, 지능형 회의실, 접근 제어, 에너지 관리 애플리케이션 등 컨버지드 표준 기반 상용 솔루션을 검토 및 테스트한다.
- 기존 네트워크 인프라 또는 인프라 로드맵 요구사항에 대한 컨버지드 솔루션의 네트워크 활용도, 모니터링 및 보안 요구 사항을 평가한다.
- 컨버지드 설비 관리/IT 솔루션의 총소유비용(TCO)을 계산한다.


낮은 우선 순위

다음 항목들은 3가지 영역에 모두 해당되는 프로젝트지만 즉각적으로 착수해야 하는 것은 아니다.

- 관리 및 운영과 관련한 효율성을 높이도록 자원 조정. 이는 인력 및 책임의 변동 또는 FM에서 IT까지 또는 OT LOB에서 IT까지 아우르는 통합 팀을 필요로 할 수 있다.
- 기술 및 비즈니스 프로세스 변경에 대해 조직 내 솔루션들의 3가지 영역에서 인력 교육 시행.

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