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중소기업 기술로드맵 조회결과

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IoT 기반 무선통신처리 및 보안 SW
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

IoT 기반 무선통신처리 및 보안 SW 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : IoT 기반 무선통신처리 및 보안 SW 기술이란 IoT 서비스 및 웨어러블 장치에서 사용되는 저전력 저사양의 경량 디바이스간의 대규모 네트워크를 구성하고 외부의 침입을 방지하는 핵심 SW로 향후 4차 산업혁명에서 산업용 IoT, 스마트 농업, 스마트 시티 및 의료서비스에 필수적인 기술임
  • 범위 : IoT 기반 무선통신처리 및 보안 기술의 범위는 디바이스의 간의 저전력/고신뢰/실시간 처리를 위한 임베디드 무선 네트워크 스택, 이들의 네트워크 및 디바이스 외부 침입을 막고 고신뢰성을 제공하는 보안 SW 및 이들의 통합된 기술이 적용되는 산업용 IoT 서비스로 구성됨
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

제품분류 관점 기술범위
제품분류 관점세부기술
경량 디바이스용 무선통신 기술 저전력 기술
  • 디바이스 자체 전력제어를 통한 저전력 기술
  • 시간동기화를 통한 디바이스 네트워크 구성을 통한 저전력 기술
고신뢰 기술
  • 채널 호핑을 이용한 데이터 전송 기술
  • 통신 환경이 안 좋은 단말의 경로를 블랙리스트로 관리하는 기술
  • 게이트웨이 당 디바이스의 수를 관리하는 기술
네트워크 구성 기술
  • 데이터 전송 경로를 동적으로 변경 지원하는 기술
  • 대용량 패킷을 분할하여 하나로 통합하는 기술
  • 저전력/고신뢰 데이터 전송을 지원하는 기술
다중 센서 지원 경량 OS 기술
  • Zigbee, BLE 등 무선 통신을 지원하는 디바이스 드라이버 기술
  • 경량 IPv6 네트워크 스택 지원하는 기술
전력 측정 및 모델링 기술
  • 디바이스 내 모듈단위로 전력 소모량을 측정하는 기술
  • 디바이스 내 CPU 에뮬레이션하고 검증하는 기술
  • 디바이스 내 배터리, 통신 모듈, 메모리 등을 에뮬레이션하는 기술
기기 및 네트워크 보안 SW 기술 보안 통신 기술
  • 통신 도청, 원격 해킹 등의 IT 보안 위협 방지를 위해 차량과 차량, 차량과 도로 인프라 간 보안 통신 소프트웨어 기술
  • 기존 서버와의 호환성 유지를 위한 표준 규격 기반의 보안 통신 기술
네트워크 데이터 전송 관리 기술
  • 대규모 IoT 서비스 지원을 위한 저전력/고신뢰 네트워크 전송 기술
  • 대규모 IoT 서비스 지원을 위한 대량 트래픽 제어 및 관리 기술
인증서버기반 기기 보안 기술
  • 기기 검증용 기기 인증서 발급, 배포 및 관리 기술
  • 악성코드 실행 방지를 위한 안전한 스마트단말 앱 배포
  • 모바일단말 및 IoT 기기 원격 모니터링 및 무결성 검증 기술
암호화기반 임베디드 보안 기술 기술
  • 모바일단말 및 경량 IoT 기기 보호를 위한 경량 SW 암호 구현 기술
  • 고신뢰 기기 플랫폼 보장을 위한 HW 보안모듈 제작 기술
  • 상황 인지형 기기 접근제어 및 접근제어정책 관리 기술
서비스 시스템 기술 저전력 실시간 통합 시스템 전기 전력 소모 측정, 수도/가스 소모 측정, Zigbee 통신, 네트워크 구성, 저전력 라우팅 프로토콜, 대규모 디바이스 연동, 경량 네트워크 스택, 대용량 데이터 수집, 디바이스 관리, 데이터 분석 기술
고신뢰 통합 서비스 기술 황화수소 측정, 일산화탄소 측정, Zigbee 통신, 네트워크 구성, 고신뢰 데이터 전송, 라우팅 프로토콜, 대규모 디바이스 연동, 경량 네트워크 스택, 대용량 데이터 수집, 디바이스 관리, 데이터 분석 기술

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
공급망 관점세부기술
산업용 통합 시스템 설계 기술 산업분야에 적용하기 위한 다양한 센서, 복합센서, 경량 디바이스, 게이트웨이, 서버 등의 통합 설계하는 기술
통합 시스템 검증 기술 산업분야에 실제 적용하기 전에 개발된 시스템이 기능/성능 측면에서 요구사항에 맞게 구현되었는지 검증하는 제3자 검증 방법
통합 원격 검침 시스템 기술 전기 전력 소모 측정, 수도/가스 소모 측정, Zigbee 통신, 네트워크 구성, 저전력 라우팅 프로토콜, 고신뢰 데이터 전송, 대규모 디바이스 연동, 경량 네트워크 스택, 대용량 데이터 수집, 디바이스 관리, 데이터 분석 기술
인공지능 기반 공장모니터링 시스템 기술 온도/습도/화학센서, Zigbee 통신, 네트워크 구성, 저전력 라우팅 프로토콜, 고신뢰 데이터 전송, 대규모 디바이스 연동, 경량 네트워크 스택, 대용량 데이터 수집, 디바이스 관리, 인공지능 데이터 분석/학습 기술
평가/관리 기술 개발된 기술의 목표치 달성 여부 평가/인증 및 유지보수에 대한 방안을 수립하는 기술
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장
IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW 기술은 IoT 서비스 시장의 주요 핵심기술로 공공 서비스, 개인용 서비스 및 산업용 서비스 등의 많은 분야에 걸쳐 있으며 이중 산업분야의 경우 제조, 교통, 에너지/전력, 석유/가스, 건강, 도소매 등의 대규모 시장을 형성하고 있음

세계 IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW 시장 규모는 2016년 약 242억 달러 수준에서 2021년 약 354억 달러 수준으로 연평균 7.9% 성장할 것으로 예측됨

[ IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW 분야의 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW 분야의 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 24,268 26,234 29,897 30,656 32,843 35,439 7.9

* 출처 : Industrial IoT Markets(Marketandmarkets) 2014 자료를 바탕으로 한국전자통신연구원에서 재산정

세계 산업용 IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW 시장 규모는 2014년 약 1,997억 달러 수준에서 2020년 약 3,196불 달러 수준으로 연평균 8.2% 성장할 것으로 예측됨

세계 산업용 IoT 분야에서 2014년에 시장 규모가 가장 큰 산업은 교통산업으로 약 549억 달러이고 2020년에는 약 860억 달러 규모로 연평균 7.8% 성장할 것으로 예측되며, 이어서 제조, 도소매 분야 순으로 시장 규모가 클 것으로 예측됨

향후 건강(헬스케어) 및 도소매 분야 등에 시장 성장이 높게 전망되나, 에너지/전력 및 제조 분야에 큰 시장 규모를 보이고 있으며, 앞으로 통합검침과 스마트 공장의 대두로 성장 가능성이 높은 분야임

[ IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW의 산업분야별 세계 시장 규모 ]

(단위 : 백만 달러, %)

[ IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW의 산업분야별 세계 시장 규모 ]
구분20142015201620182020CAGR
제조 43,210 46,690 50,150 57,070 64,080 6.8
교통 54,930 59,880 64,890 75,190 86,040 7.8
에너지/전력 36,480 40,060 43,720 51,400 59,670 8.6
석유/가스 13,480 14.630 15,790 18,140 20,580 7.3
건강 16,590 18,380 20,240 24,219 28,570 9.5
도소매 35,030 38,850 42,820 51,300 60,660 9.6
합계 199,730 218,480 237,620 277,320 319,620 8.2

* 출처 : Industrial IoT Markets(MarketandMarkets, 2014)

나. 국내시장

국내 IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW 시장 규모는 2016년 약 1.4조 원 수준에서 2021년 약 2.3조 원 수준으로 연평균 8.9% 성장할 것으로 예측됨

향후 IoT 서비스의 증가는 경량 IoT 디바이스의 급격한 선순환적인 증가를 보일 것으로 예측되며, 관련 산업의 시장이 증대될 것으로 예측됨

[ IoT 기반 무선통신처리 및 보안 SW 분야의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

IoT 기반 무선통신처리 및 보안 SW 분야의 국내 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
국내시장 14,917 16,274 17,820 19,371 20,955 22,882 8.9

* 출처: Industrial IoT Markets(Marketandmarkets) 2014 자료를 바탕으로 한국전자통신연구원에서 재산정

국내 IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW 시장 규모는 2014년 약 113억 달러 수준에서 2020년 약 191억 달러 수준으로 연평균 9.2% 성장할 것으로 예측됨

제조분야를 제외한 전 분야에서 세계 시장보다 국내 시장의 성장률이 높은 것을 볼 수 있으며, 국내 전력 및 가스 공급 시스템에서 통합 원격검침 시스템에 대한 수요가 늘어나고 있어, 에너지/전력 분야에 시장 증가폭이 높음

국내 산업용 IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW 분야에서 2014년에 시장 규모가 가장 큰 산업은 교통산업으로 약 30억 달러이고 2020년에는 약 50억 달러 규모로 연평균 9.0% 성장할 것으로 예측되고, 이어서 에너지/전력, 도소매 순으로 시장 규모가 클 것으로 예측됨

건강(헬스케어) 및 도소매 등에 시장 성장이 전망되나, 에너지/전력 및 제조 분야에 큰 시장을 보이고 있으며 앞으로 통합검침과 스마트 공장의 대두로 성장 가능성이 높은 분야임

[ IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW 국내 시장 규모 ]

(단위 : 백만 달러, %)

[ IoT 기반 무선통신처리 및 보안 서비스 SW 국내 시장 규모 ]
구분20142015201620182020CAGR
제조 2,150 2,280 2,410 2,650 2,890 5.1
교통 2,980 3,310 3,620 4,280 5,010 9.0
에너지/전력 2,340 2,590 2,880 3,470 4,160 10.1
석유/가스 660 720 800 940 1,100 8.8
건강 1,050 1,190 1,330 1,630 1,970 11.1
도소매 2,090 2,330 2,610 3,230 3,930 11.1
합계 11,260 12,430 13,650 16,200 19,050 9.2

* 출처 : Industrial IoT Markets(MarketandMarkets, 2014)

4.기술분석
가. 기술환경 분석

◎ 경량 임베디드 SW의 저전력 고신뢰 네트워크 구성

경량 임베디드 시스템이 적용되는 IoT 서비스 중에서 사업성이 높은 산업용 경량 임베디드 시스템에서는 대규모 환경에서 데이터 전송 성공률이 높고 전력을 적게 소모하는 기술이 핵심임

  • 현재 IoT 서비스는 소규모의 디바이스 연동에 중점을 두고 있으나, 고신뢰를 요구하는 산업용 경량 임베디드 시스템에서는 대규모 디바이스 간 잡음환경 통신에서 낮은 전력 소모와 높은 데이터 전달률이 가능한 경량 네트워크 스택이 중요
  • HW의 글로벌 가격 경쟁력을 높이기 위해서 제한적인 자원 환경에서 효과적으로 기능을 구동할 수 있는 네트워크 스택 포함 경량 운영체제 기술이 요구됨
  • 웨어러블 디바이스 등의 배터리 기반 단말들은 배터리 충전의 문제점을 해결하기 위한 저전력 네트워크 구성 및 구동이 기술적 난제임

대규모 고신뢰 IoT 서비스를 위한 디바이스 간 시간 동기화 무선통신 지원 경량 디바이스용 저전력 임베디드 SW 개발

  • 유럽 시장에서는 고신뢰 저전력 무선통신을 위한 시간 동기화 기술을 요구하고 있는데 아직 국내외적으로 이를 상용화한 임베디드 SW는 없는 상태임
  • 무선 데이터의 충돌을 방지하는 디바이스 간 시간 동기화 기반 동적 슬롯할당 기술과 신호 간섭 회피를 위한 채널 호핑 기술을 개발하여 공장 모니터링, 전력검침 서비스 등에 적용하여 경쟁력을 확보할 수 있는 고신뢰 저전력 경량 임베디드 SW 개발이 요구됨
  • 기존 서비스에서는 단일-홉인 star 방식이였으나, 향후 산업 현장에서 요구하는 방식은 메쉬 네트워크기반 멀티-홉 대규모 네트워크 환경임
  • 경쟁력 있는 산업용 IoT 서비스를 구축하기 위한 핵심기술 개발과 다양한 업체의 기술 및 제품 간 상호호환성을 위해 국제 표준에 부합하는 기술개발이 필수적임 [

[ 경량 임베디드 SW의 핵심 네트워킹 기술 ]

대규모 경량 디바이스를 구성된 경량 임베디드 시스템을 구성하고 운영 시, SW의 업그레이드는 피할 수 없는 상황이며, 이를 위해 기존에 느린 전체 이미지 방식 대신 신속한 업그레이드하는 기술 개발이 요구됨

  • 기존 방식에서는 현장에 설치된 소프트웨어를 원격에서 업그레이드할 경우, 전체 소프트웨어 이미지를 전송하여 업그레이드해야 하므로 2홉 100개 디바이스 환경에서 업그레이드 하려면 약 120분이 소요됨
  • 1,000여개의 디바이스가 설치되는 대규모 IoT 서비스에서 전체 소프트웨어 이미지를 전송하고 재설치하는 기존 방식은 홉 수 증가에 따라 서비스 중단 시간이 너무 길어지는 심각한 문제가 발생함
  • 서비스 단종 시간을 줄이기 위해 전체 이미지가 아닌 변경된 부분(델타)을 이용한 델타 기반 업그레이드의 새로운 방식을 개발하여 기존 기술 대비 1/10로 업데이트 시간을 단축할 필요성 존재

[ 경량 임베디드 SW의 원격업그레이드 기술 ]

◎ 경량 디바이스의 모델링 및 시뮬레이션 기술

하드웨어 시스템의 고성능화로 디바이스 자체를 소프트웨어로 에뮬레이션하여 하드웨어 제품이 만들어지지 않은 상황에서도 동일한 환경에서 SW를 개발하고 검증할 수 있는 스마트 센서 포함 경량 임베디드 디바이스의 모델링이 필요

  • IoT 시스템 환경에서 ARM Cortex-M 시리즈의 MCU를 사용하는 하드웨어가 가장 많이 사용되고 있으나 정작 ARM Cortex-M 시리즈를 정확하게 에뮬레이션 해주는 에뮬레이터는 존재하지 않음
  • 에뮬레이션의 경우 하드웨어를 소프트웨어로 동일하게 처리하는 작업이기 때문에 실제 하드웨어 처리에 비해 느리므로, 대규모 노드의 정확한 시뮬레이션을 위해서는 수 십대의 노드가 모두 동기화되어야하고, 이를 위해 고속으로 처리할 수 있는 에뮬레이션 코어가 필요함
  • ARM Cortex-M3 기반 디바이스 에뮬레이터의 단일 노드의 실행 속도는 동일한 실행 코드를 실행하였을 경우 실제 보드 대비 5배의 수행성능을 보여야 함
  • 실제 노드와 똑같은 환경에서 시뮬레이션을 수행하기 위해서는 ARM Cortex-M3 코어뿐만 아니라 MCU 기반의 디바이스 에뮬레이터에서 동작할 수 있는 주변장치 모델이 필요하며, 이 주변장치에 대한 실행 코드가 에뮬레이터에서 정상적으로 동작하여야 함
  • IoT 디바이스의 경우 무선 통신을 위한 통신 칩과 센서를 포함하고 있는 경우가 많으며, GPIO 같은 외부 IO 또한 처리가 필요하기 때문에 무선통신 RF 장치, UART, 배터리 등의 주변 장치 인터페이스 모델이 필요함

[ 경량 임베디드 디바이스의 에뮬레이션 기술 ]

대규모 서비스 개발 시 실제 환경에서 시험/검증을 할 경우, 수많은 경우의 수를 가상환경에서 다양한 입력을 통해 소프트웨어 결함여부 사전검증용 시뮬레이터 개발 필요

  • 실제 테스트베드를 이용한 실험의 경우 오류가 발생하면 해당 오류가 어느 시점에 발생하였는지 찾기가 사실상 불가능하며, 수십 대의 경량 임베디드 디바이스의 로그를 기록하는 것도 불가능하고 해당 로그를 분석해도 결함을 찾는 데는 많은 시간과 비용이 소요됨
  • 시스템 결함 자동검출기는 미리 정의된 에러가 발생되는 상황에 대해 시뮬레이터와 에뮬레이터를 통해 검사하고 해당 에러가 발견되는 경우 시뮬레이션을 중단하고 개발자에게 알려줌으로써 해당 시점에 모든 노드를 멈춰 결과 확인이 가능하며 보다 손쉽게 오류를 찾을 수 있게 해주는 기능을 제공하는 기술 개발 필요

[ 경량 임베디드 디바이스의 시뮬레이션 기술 ]

  • 가상환경의 경량 임베디드 디바이스에 입력 데이터를 주기 위해 시나리오 편집/관리기에서 작성된 환경 변화 시나리오를 바탕으로 특정 노드가 속한 영역의 온도, 습도 같은 자주 사용되는 환경 변화를 지속적으로 모사할 수 있는 환경 변화 시뮬레이션 모델이 필요함
  • 수많은 디바이스들이 연동되는 네트워크 시뮬레이션에서 에뮬레이션 기반의 가상 노드들간 무선 통신 결과를 수집하여 시각화하고 사용자의 요구에 맞게 데이터를 분석하고 통계를 보여주는 기능 개발 필요
5. 핵심요소기술 선정

[ IoT 기반 무선통신처리 및 보안 SW 분야 핵심요소기술 ]

IoT 기반 무선통신처리 및 보안 SW 분야 핵심요소기술
분류핵심요소기술개요
무선 통신 처리 기술 스마트 센서의 전력 측정 및 모델링 기술 저전력 무선통신 및 데이터 분석 프레임워크 개발을 위한 기술
다중센서 네트워크 지원 고신뢰 실시간 지원 무선통신 SW 기술
저전력 경량 무선 네트워크 스택 기술
IoT 보안 기술 IoT 보안 통신 기술 경량 IoT 디바이스를 위한 네트워크 및 시스템 보안기술 개발을 위한 기술
네트워크 데이터 전송 관리 기
암호화 기반 임베디드 보안 프레임워크 기술
IoT 서비스 시스템 저전력 실시간 통합 서비스 기술 신업용 통합 서비스 시스템 개발을 위한 기술
산업용 고신뢰 통합서비스 기술