ChronoVoyager의 탐험 일지

​사물인터넷(Internet of Things, IoT)은 다양한 디바이스와 네트워크, 플랫폼, 응용 서비스가 유기적으로 연결되어 데이터를 수집, 처리, 전달하는 복합적인 구조를 갖는다. 이러한 구조는 여러 국제 표준 및 프로젝트를 통해 정의되어 있으며, 주요 IoT 아키텍처를 아래와 같이 정리하였다.​

1. oneM2M 사물인터넷 구조

oneM2M은 글로벌 표준화 기구로, 다양한 IoT 시스템 간의 상호운용성을 확보하기 위해 공통의 서비스 계층을 정의한다. 이 구조는 다음과 같은 계층으로 구성된다.​

1.1 계층 구조

• 애플리케이션 계층 (Application Layer): 사용자와 직접 상호작용하는 응용 서비스를 제공한다.
• 공통 서비스 계층 (Common Services Layer): 데이터 관리, 보안, 디바이스 관리 등 공통 기능을 제공하는 미들웨어 역할을 수행한다.
• 네트워크 서비스 계층 (Network Services Layer): 데이터 전송 및 네트워크 연결을 담당한다.​

이러한 계층 구조는 디바이스, 게이트웨이, 서버 등 다양한 물리적 장치에 적용되어 IoT 서비스를 구현한다.

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1.2 실체 및 참조 포인트

• 애플리케이션 실체 (AE: Application Entity): 응용 서비스를 구현하는 논리적 단위이다.
• 공통 서비스 실체 (CSE: Common Services Entity): 공통 서비스 기능을 제공하는 논리적 단위로, 다양한 디바이스와 응용 서비스 간의 중재자 역할을 한다.
• 하위 네트워크 서비스 실체 (NSE: Underlying Network Services Entity): 네트워크 서비스를 제공하는 논리적 단위이다.​

이들 실체 간의 통신은 참조 포인트(Reference Point)를 통해 이루어지며, 이는 시스템 간의 상호운용성을 보장한다.

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1.3 공통 플랫폼 구조

oneM2M의 공통 플랫폼은 필드 도메인(Field Domain)과 인프라스트럭처 도메인(Infrastructure Domain)으로 구성된다. 필드 도메인은 센서 및 디바이스가 위치한 영역이며, 인프라스트럭처 도메인은 데이터 처리 및 저장을 담당하는 서버와 같은 인프라가 위치한 영역이다. 각 도메인은 AE, CSE, NSE로 구성되어 있으며, 참조 포인트를 통해 상호 연결된다.

1.4 스마트홈 적용 사례

스마트홈 환경에서 oneM2M 구조는 로봇청소기, 세탁기 등 다양한 디바이스를 통합하여 관리한다. 공통 서비스 기능(CSFs)은 디바이스 탐지, 통신 관리, 데이터 저장 및 처리 기능을 제공하며, 이는 ASN, MN, IN과 같은 노드에 적용되어 효율적인 스마트홈 서비스를 구현한다.

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2. ITU-T Y.2060 사물인터넷 구조

국제전기통신연합(ITU-T)은 Y.2060 권고안을 통해 IoT의 개념과 구조를 정의하였다. 이 구조는 다음과 같은 계층으로 구성된다.​

2.1 계층 구조

• 디바이스 계층 (Device Layer): 센서, RFID, 스마트 디바이스 등 물리적 장치가 위치하며, 데이터를 수집하고 명령을 실행한다.
• 네트워크 계층 (Network Layer): 데이터 전송을 위한 유무선 통신망을 포함하며, 인증, 권한 부여, 과금 등의 기능을 수행한다.
• 서비스 및 응용 지원 계층 (Service Support and Application Support Layer): 데이터 처리, 저장, 응용 서비스 지원 기능을 제공한다.
• 응용 계층 (Application Layer): 최종 사용자에게 서비스를 제공하는 계층으로, 다양한 응용 프로그램이 위치한다.​

이러한 계층 구조는 IoT 시스템의 효율적인 운영과 확장을 지원한다.

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3. 유럽 IERC IoT-A 사물인터넷 구조

유럽의 IoT-A 프로젝트는 IoT 시스템의 참조 아키텍처를 개발하여 상호운용성과 확장성을 강조한다. 이 구조는 다음과 같은 특징을 가진다.​

• 기능 관점: 디바이스 관리, 통신, 서비스 구성, 보안 등 다양한 기능을 통합한다.
• 네트워크 관점: 이기종 네트워크 간의 통합과 상호운용성을 지원한다.
• 정보 관점: 데이터의 표현, 저장, 처리 방식을 표준화하여 정보의 일관성을 유지한다.​

이러한 구조는 다양한 디바이스와 서비스가 통합되어 사용자에게 일관된 서비스를 제공할 수 있도록 설계되었다.

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4. 시스코의 포그 컴퓨팅 기반 사물인터넷 구조

시스코는 포그 컴퓨팅(Fog Computing) 개념을 도입하여 클라우드 컴퓨팅의 한계를 보완하고자 한다. 포그 컴퓨팅은 데이터 처리와 저장을 네트워크의 에지(edge)에서 수행하여 지연 시간을 줄이고 실시간 처리를 가능하게 한다. 이는 스마트 시티, 산업 자동화 등 지연에 민감한 응용 분야에서 유용하다.​

5. 기타 사물인터넷 구조

5.1 Khan 등(2012)의 5계층 구조

Khan 등은 IoT 구조를 다음과 같은 5계층으로 제안하였다.​

1. 인식 계층 (Perception Layer): 센서와 RFID 등을 통해 데이터를 수집한다.
2. 네트워크 계층 (Network Layer): 센서에서 수집된 데이터를 전송하고, 각종 디바이스를 상호 연결하는 통신 계층이다. 유무선 네트워크, 인터넷 등이 포함된다.
3. 미들웨어 계층 (Middleware Layer): 수집된 데이터를 분석하고, 다양한 서비스와 응용 프로그램을 연결하는 중간 계층이다. 데이터 처리, 저장, 보안, 관리 기능을 수행한다.
4. 응용 계층 (Application Layer): 사용자와 직접적으로 상호작용하는 계층으로, 스마트홈, 헬스케어, 스마트시티, 물류 등 다양한 IoT 응용 분야가 이 계층에 해당한다.
5. 비즈니스 계층 (Business Layer): IoT 시스템의 전체 운영 전략과 비즈니스 모델을 결정하는 계층이다. 데이터를 분석하여 새로운 서비스 기회를 발굴하거나, 정책을 수립하는 데 사용된다.

💡 특징 요약:
이 구조는 IoT의 기술적 요소뿐만 아니라, 비즈니스 관점까지 포함하여 전체 생태계를 포괄하는 데에 중점을 둔다.

5.2 IoTivity 기반 구조 (Open Connectivity Foundation)

• IoTivity는 Open Connectivity Foundation(OCF)에서 개발한 오픈소스 IoT 프레임워크로, 디바이스 간의 상호운용성 보장을 목표로 한다.

주요 구성요소:

• 리소스(Resource): 디바이스가 제공하는 기능이나 데이터 단위 (예: 온도 센서의 현재 온도).
• 디바이스와 플랫폼: 다양한 제조사의 디바이스들을 하나의 표준으로 연결함.
• OCF 스택: 보안, 통신, 데이터 교환 등 핵심 기능을 포함한 프로토콜 스택 제공.

특징:

• REST 기반 통신 구조.
• JSON 기반 메시징.
• CoAP(Constrained Application Protocol) 사용.
• 인증, 접근제어 등 보안 기능 내장.

5.3 AllJoyn 기반 구조 (Qualcomm 주도, Linux Foundation 후원)

• AllJoyn은 다양한 제조사의 IoT 디바이스를 쉽게 연결하고 통신하게 만드는 오픈소스 프레임워크다.

주요 특징:

• 디바이스 간 자동 검색(Auto-Discovery) 기능.
• P2P 연결 중심 구조.
• 라우터 기능을 통해 서로 다른 네트워크 구성의 디바이스 연결 지원.
• JSON, XML 등 다양한 데이터 표현 형식 지원.
• AllJoyn 프레임워크를 탑재한 제품 간의 쉬운 상호작용 가능.

🔚 마무리 요약