[차량 통신 및 네트워크] 9, 10주차

9주차 1차시

키워드

초연결사회, 사물인터넷, 빅데이터, 유비쿼터스 공간, 사물인터넷트리, 유비쿼터스, 지능화, 지그비, 

---

초연결 사회로의 진입

배경 : 다양한 정보통신 기술의 발달, 언제, 어디서, 어떠한 장치를 사용하더라도 사물 인터넷을 빠르고 효율적으로 지원함

사람과 사람 뿐만 아니라 사람과 사물, 사물과 사물끼리도 통신을 가능하게 하는 것

사물과 공간까지 연결하도록 발전중

스마트폰과 태블릿, 모바일 단말이 서비스의 급성장과 인터넷이 가능한 사물들의 증가에 결정적으로 기여

=> 주변의 모든 사물이 네트워크를 통해 서로 연결되는 초연결사회로 진입하고 있다.

 

사물인터넷 기술

초기

센서 디바이스, 센서 네트워크, 네트워크 인프라, 보안, 플랫폼

주로 HW에 관심이 많았다.

공공분야에서 재해, 재난, 기상, 질병 등의 상황 정보를 감지하고 분석할 필요 증가

사물 인터넷에 연결되는 사물들이 증가하고 생성된 데이터 양이 방대해지면서

이를 수집, 관리, 분석하기 위한 기술의 필요성 증가

=> 빅데이터

초기에는 B2B(기업간) 서비스가 주를 이루었지만 점차 B2C(일반 소비자형) 서비스로 발전하고 있음

 

모든 기기 및 사물에 근거리 및 원거리 통신 모듈이 탑재되고 사물이 소형화 및 지능화되면서,

사물과 사람 간 또는 사물과 사물 간의 데이터 송, 수신이 가능하게 되었다.

사물인터넷 트리

사물인터넷의 궁극적인 목적

주변의 모든 사물을 연결을 통해 정보를 공유하고 보다 지능적으로 동작하게 하는 것

자동화를 통해 인간의 개입을 최소화하고, 사물 간의 정보교류 및 가공을 통해

인간에게 좋은 서비스를 제공하는 것

 

캐빈 애시턴 : 세상에 존재하는 사물이 서로 연결될 수 있다면 새로운 세상이 펼쳐질 것으로 생각함

 

사물인터넷

사물들로 구성된 인터넷, 사물들이 서로 연결된 것

인간, 사물, 서비스에 대해 인간의 개입 없이 상호 협력적으로 지능적인 관계를 형성하는 사물 공간 연결망

주변 사물들이 연결되어 유기적으로 정보를 수집 및 공유하면서 상호작용하는 지능형 네트워킹 기술 및 환경

센싱(정보를 수집), 어딘가에서 공유할 수 있도록 제공, 이를 통해 다양한 서비스를 제공

유비쿼터스 공간을 구현하기 위한 컴퓨팅 장치들이 주변 사물에 이식되어 환경이나 사물 그 자체가 지능화되는 것

 

다양한 기관, 사이트에서의 사물인터넷의 정의

사물인터넷에 대한 초기의 정의와 최근의 정의가 조금씩 달라지고 있다.

초기 : 정보를 수집, 센싱, 통신, 모으는 곳에 포인트

현재 : 분석해서 서비스 하는 쪽으로 점점 확대

=> 다양한 정의가 있다.

 

---

9주차 2차시

키워드

진화, 단계, 클라우드, USN, WSN, M2M, 사물, 필요 기술, 센싱 기술, 에너지 하비스팅, REST, HCI

---

사물인터넷의 발전 단계

1단계 : device 연결 단계

   센서가 연결되고 모니터링 하는 단계, 사물을 인터넷에 연결하는 기술이 중심

   원격모니터링, 위치추적, 수집된 데이터를 대시보드 같은 모니터링 화면을 통해 실시간으로 조회하는 수준

2단계 : 인프라 구축 단계

   사물이 주변 환경을 센싱하는 능력으로 다른 사물과 연결이 가능해지는 시기

   센서와 통신 모듈의 가격 하락, 통신 기술 발전, 인터넷에 연결되는 기기의 수가 급격히 증가

   대량의 데이터 수집, 분석을 위한 빅데이터 플랫폼, 다양한 인프라 기술

   센서를 이용해 반복적인 업무를 자동화(부분적)

   디바이스 간 간단한 소통 가능

   센서가 직접 센싱한 데이터나 이벤트를 구동기(액츄에이터)에 보내고,

   액츄에이터는 전달된 신호에 따라 기기나 장치를 작동시키는 간단한 동작

   사물 데이터에 대한 실시간 수집, 분석이 요구되는 시기

3단계 : 산업별 혁신 솔루션 개발 단계

   사물의 자동수행능력과 상호연결성 이용 => 산업 혁신을 위한 솔루션을 만들어나가는 단계

   모든 분야에서 광범위하게 서비스가 구현됨

   사물은 점점 지능화되어 스스로 정보를 수집, 공유

   기업의 자체 인프라 구축은 어려운 일 => 저비용, 빠른, 가용성, 확장성 높은 클라우드의 필요성

   

USN(유비쿼터스 센서 네트워크), WSN(무선 센서 네트워크)

언제 어디서나 이용할 수 있도록 구성된 정보 네트워크

의사소통으로 사용 => 실시간으로 각종 정보 수집, 상호작용

 

M2M

기계끼리 연결함으로써 효율적으로 장치를 운영하는 기술

 

사물인터넷 용어의 발전

사물(Physical)

임의의 프로세서를 장착한 일종의 내장형 시스템

네트워크에 연결된 단말장치나 다양한 형태의 장치

 

사물들에 부착된 장치

센서, 프로세서(CPU), 저장공간, 통신 모듈, 자체 전원

 

사물인터넷은 사물(센서), 네트워크, 데이터, 서비스의 융합

 

사물인터넷을 가능하게 하는 기술

1. 센싱 기술

2. 유무선 통신 및 네트워크 인프라 기술

3. 서비스 및 인터페이스 기술

 

센싱 기술

사물과 환경에 대한 정보를 얻기 위한 기술

센서 안에 프로세서를 내장하여, 스스로 판단하고, 정보를 처리할 수 있는 스마트 센서 등장

센서가 내부 배터리를 이용하므로 동작시 전력 소모가 적도록 저전력 관련 기술이 필수

- 센서가 스스로 에너지를 생산해 내는 에너지 하비스팅 연구도 활발(ex. 태양광)

 

유무선 통신 및 네트워크 인프라 기술

와이파이, 3세대 이동통신/4세대 이동통신/LTE, 5세대 이동통신

IP를 사용하지 않는 기기 간 통신

블루투스, 지그비, 전파 식별(RFID), 근거리 무선 통신(NFC)

센싱한 데이터를 싱크 노드에 전송하고 싱크 노드를 통해 인터넷과 연결

 

서비스 및 인터페이스 기술

개방형 웹 아키텍처인 REST

- 웹 프로토콜을 활용하여 자원 중심으로 네트워크 또는 아키텍처를 구성하는 개념

 

기존의 사물이 기기 중심, 하드웨어 중심의 접근(M2M)

사물인터넷은 솔루션 중심, 서비스 지향적인 접근

 

사물인터넷과 클라우드 컴퓨팅 기술 접목의 필요성 증가

사물인터넷에서 발생하는 데이터는 방대한 양의 비정형 데이터(빅데이터)

이를 정보로 가공해 다양한 서비스에서 활용

 

인공지능의 딥러닝 기술의 필요성 증가

맞춤형 서비스

 

인간과 컴퓨터 간 상호작용(HCI)

키보드, 마우스, 터치를 거쳐 발전해왔으며, 그 외에도 음성, 동작, 이미지 등 다양한 대안 가능

(인공지능 스피커)

 

사물이 수집된 데이터를 기반으로 스스로 학습하고 최적의 행동을 하는 모든 사물이 지능을 갖는

보다 진화한 형태의 사물 인터넷 환경인 '사물지능 환경'이 가속화되고 있음

 

---

9주차 3차시

키워드

사물 인터넷 시스템, 사물인터넷 활용 기술, 아키텍처, 차량과 사물인터넷, 빅데이터, 클라우드

---

사물 인터넷 시스템

다양한 사물 인터넷 요소 기술과 서비스 영역을 최대한 수용할 수 있도록 개발되어야 함

디바이스, 네트워크, 플랫폼, 서비스, 보안

 

센서 디바이스 플랫폼

센서 디바이스

칩셋, 모듈을 이용한 통신 가능, 센서, 간단한 데이터 처리의 경량 소프트웨어가 포함

프로세서, 통신 모듈, 센서 모듈, 구동기 모듈로 구성

내부 모듈의 용이한 활용을 위해 개방형 응용 프로그래밍 인터페이스(Open API)도 포함

 

개방형 센서 디바이스 플랫폼

아두이노, 라즈베리파이, 비글보드, 갈릴레오 등

오픈소스 기반 장치(소스코드 개방 + HW 구성 부품, 회로, 연결 개방)

 

네트워크 인프라 기술

사물간의 연결을 포함하여 통신의 범위가 크게 확대됨

저전력, 저비용 근거리 무선통신 기술 => 사물 간의 네트워크 인프라 구축 가능

폭넓은 통신 커버리지, QoS

 

사물인터넷 네트워크의 활용 기술

 

사물인터넷 아키텍처

폐쇄형 - 자체 플랫폼 사용

개방형 - 누구나 장치를 해당 서비스에 붙이면 사용 가능한 => 보안도 중요한 요소

중간의 싱크 노드(게이트웨이)를 통해 인터넷 망으로 흘러가고, 이 데이터가 모여서 빅데이터

처리, 분석 => 다양한 서비스에 제공

 

자원 및 서비스 관리, 수집 데이터의 가공 및 처리, 사물 인터넷 보안 인증

표준형으로 구성하면 확장이 용이

1M2M

REST 대신 MQTT등의 사물인터넷 전용 프로토콜도 사용

 

빅데이터 / 클라우드

사물인터넷, 클라우드, 빅데이터가 서로 연결되어야 궁극적인 목표를 달성한다.

차량과 사물인터넷

스마트자동차

자율주행차 -> 자동차와 사물 인터넷의 융합

연결성, 착용형 디바이스, 친환경, 자율주행, 차량용 앱과 자체 앱스토어, 자동차 운영체제 기술 등

 

---

10주차 1차시

키워드

스마트카, 사물인터넷 프로토콜, MQTT, IoV, 인포테인먼트 시스템, 자율주행차, 무인자동차, 자율주행자동차 5단계, V2V, V2I, V2P, V2X, 스마트자동차 구현을 위한 기술

---

스마트자동차

인포테인먼트 시스템 : 정보와 오락의 합성어, 정보 전달에 오락을 가미한 시스템

커넥티드 카 : 자동차에 통신 기능을 탑재하여 외부 인프라와 연동하고 운행정보를 주변의 차량 및 도로 인프라와 공유하여 사고 예방 및 안전 운전을 도모하고 편의성을 향상시킨 차

자율주행차 : 사람이 탑승한 상태에서 사람의 개입(제어)없이 자동차 스스로 목적지까지 주행할 수 있는 자동차

스마트자동차 : 전기, 전자, 통신 기술을 융합해 고도의 안전, 편의를 제공하는 자동차

통신망에 상시 연결된 커넥티드 카(협의의 의미), 자율주행 자동차의 의미도 포함(광의의 의미)

무인자동차 : 사람이 탑승하지 않은 상태에서 특정 목적을 달성하는 차량(ex 공사현장)

 

자율주행 자동차 5단계

스마트자동차 주요 기술

7개 기술 분야

V2V : 차량 간 통신망

 

스마트 자동차가 실현 가능하도록 하는 중요 기술

1. 차량용 센서 및 알고리즘

2. 위치 측정 및 정밀지도 구축

   산간 및 도심지 등의 위치정보 신뢰도 확보, 실시간 지역 정밀지도 구축에 필요한

   각종 인프라설비와 데이터베이스를 구축하는 등의 기술 포함

3. V2I와 V2V를 포함하는 차량, 사물통신(V2X)기술

   차량 내, 위부의 각종 센서 및 인프라, 차량 간의 통신에 필요한 통신 모듈, 통신 프로토콜,

   보안에 대한 설계 제작 및 운용, 네트워크 보안 등의 기술을 포함

 

스마트자동차 구동을 위한 부품들

차량, 사물 통신(V2X)

자동차 + 무선 통신 기술

차량 내부의 네트워킹을 형성하고 차량 정보화 환경을 제공하여

운전자에게 안전성과 편리성, 차량의 고부가 기능을 제공하고, 교통의 효율성 증대

---

10주차 2차시

키워드

V2V, V2I, V2P, 애드혹통신, 자동차와 IT업계의 제휴, 사물인터넷 프로토콜, HTTP, MQTT, CoAP, 

---

차량 중심의 유 무선 통신 기술

차량 내 디바이스 간 네트워크(IVN), V2V, V2I, V2P

 

V2V와 V2I

애드-혹 통신으로 인프라 없이 이동하는 환경에서 패킷 교환망을 구성하는 방식

V2I는 IP 기반의 패킷 교환망

 

V2V, V2P

광대역 주파수 사용, 이동 중 대용량의 정보 전송 가능

고속 주행 환경에서도 패킷 프레임 전달 가능

 

V2V, V2I의 응용 서비스

자동차 사물 인터넷

자동차 + IT가 융합된 개념, 커넥티드 카

디바이스 및 플랫폼, 통신 모듈, 서비스 및 콘텐츠 등으로 구성

커넥티드카의 연결성

착용형 또는 차량, 사물통신 환경에서 제공

 

자동차 - IT업계의 제휴

자동차 내부 네트워크와 고성능 컴퓨팅, 대용량 처리, 인공지능, 사이버 보안 등의 IT기술을 IT업계와 제휴를 통해

첨단운전자 보조 시스템 수준의 고도화 등 IT기술을 바탕으로 주행의 편의성과 안전성을 더욱 강화

인포테인먼트를 개발하는 업체는 자동차 산업의 특성을 올바르게 이해하고 접근해야 함

완성차 출시를 위해 3-5년 이상 기술 개발이 진행되지만, IT 제품들은 1-2년이 지나면 새로운 기술들로 교체됨

 

차량과 사물 인터넷 응용 계층 프로토콜

소형 장치에 유망한 기술 : MQTT, CoAP

HTTP

웹 상에서 클라이언트와 서버 간 정보를 주고받을 수 있는 애플리케이션 계층 프로토콜

클라이언트와 서버 사이의 요청/응답 데이터 교환방식

OSI참조 모델의 애플리케이션에 해당, 하위의 트랜스포트층/네트워크층에 TCP/IP를 이용할 것을 전제로 규정

HTTP(S) S는 보안

클라이언트가 서비스를 요구하면 서버와 TCP 연결 생성, 서버는 HTTP 표준에 따라 형식화된 요청 메시지 발송

서버가 클라이언트 요청을 읽고 해석한 후 응답 메시지를 보냄

주고받기 위해 붙는 데이터가 꽤 많다. 저전력, 저속도, 저가격 장치간 통신에는 적합하지 않다.

CoAP

센서 노드와 같이 제한된 컴퓨팅 성능을 갖는 통신 실현을 위한 프로토콜

비동기 방식의 UDP를 이용한 통신 프로토콜

DTLS를 추가하여 보안과 관련된 기능 제공하기도 함

MQTT

대용량 메시지 전달 프로토콜

대역폭이 제한된 통신 환경, 속도가 낮은 경우에 최적화된 경량 메시지 전송 프로토콜

broker, publisher, client로 구성

---

10주차 3차시

키워드

AMQP, WebSocket

---

AMQP

중간에 Queue가 있어서 소비자는 큐에 있는 것을 받아서 사용

Web Socket

브라우저로 웹 콘텐츠를 이용할 때, 커넥션을 접속한 상태로 양방향 통신을 하기 위해 고안

바뀌는 정보만 알아서 업데이트하도록

화면에 온도정보를 뿌릴 때

처음에 접속해서 연결을 만들면 정보를 서버로부터 PUSH 방식으로 송신하는 것이 가능

REST

자원을 이름으로 구분하여 해당 자원의 상태를 주고 받는 모든 것

오픈API 제공 방식

JSON이나 XML으로 정보를 주고받음

HTTP URI를 통해 자원을 명시하고, HTTP Method를 통해 해당 자원에 대한 CRUD Operation을 적용

CRUD Operation

- Create : 생성(POST)

- Read : 조회(GET)

- Update : 수정(PUT)

- Delete : 삭제

 

 

MQTT

구축이 간단, 초경량, 대역폭을 효율적으로, 데이터에 종속되지 않고, 지속적으로 세션 인지, 보안문제 처리

MQTTS(보안버전)

저 대역폭 환경에서 M2M 원격 측정을 위해 설계된 경량 발행/구독 메시징 프로토콜

간편하면서도 가벼운 메시징 프로토콜

장치와 대역폭이 좁고 레이턴시가 길거나 불안정한 네트워크에 적합

사물인터넷 분야, 대역폭과 배터리 전력이 매우 중요한 모바일 용도에 적합

실시간 푸시 전송, 전력사용의 최소화, 비동기 메시징

신뢰성 : 신뢰할 수 없는 네트워크에서 신뢰성 보장

경량화 : 오버헤드 최소화

유연성/확장성

생산성

소형 기기의 제어와 센서 정보 수집에 유리함

장점 : 구현하기 쉬움, 유연한 퍼블리싱 구독 및 토픽 디자인 제공, 네트워크 트래픽을 효과적으로 줄일 수 있음, 3가지 선택적 QoS

 

발행-구독 모델

topic : "온도정보야"

data : 30도

=> 사전에 구독요청을 한 녀석에게 전달해주는 방식

subscriber가 여러 개일 수도 있음

 

MQTT의 QOS레벨

Level 1

브로커가 정보를 받으면 잘 받았어요 라는 PUBACK을 보냄

응답이 오면 publisher는 저장해둔 메시지를 지움

중복 메시지를 보내는 경우가 생길 수 있음

 

IoV(Internet of Vehicles)

센서, 소프트웨어 및 합의된 표준에 따라 인터넷을 통해 데이터를 연결하고 교환할 목적으로 이들 사이를 중재하는 기술이 장착된 차량 네트워크

중심에는 데이터가 있음

V2V, V2R, V2I, V2C, V2H 간의 상호 연결 및 실현

보편성, 편의성, 고가용성, 신뢰성, 보안 및 높은 동시성을 보장하기 위해

대량 연결, 높은 동시 처리량 및 짧은 대기 시간을 갖는 메시지 통신 및 전송 시스템 아키텍처를

구축하는 방법이 새로운 구축의 핵심

 

QoS 0

간헐적인 메시지 손실이 허용되는 시나리오에서 선택

안전과 관련이 없는, 엔터테인먼트 관련

QoS 1

대부분의 IoV 시나리오에서 사용

메시지 실시간 및 안정성의 최적화 균형을 유지

교통 보고 데이터, 교통 안전 제어 데이터 및 교통 안전 및 도로 안전과 관련된 조기 경고 데이터 등

QoS 2

반복되는 메시지가 예상되지 않으며 데이터 무결성 및 적시성이 중요한 시나리오

안정성을 높일 수 있지만 리소스 소비와 메시지 지연도 크게 증가함