비대면 시대에 적합한 IoT 디바이스 개발 위해 엔지니어가 고려할 것들

관리자
2020-04-26
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코로나19 사태 지속, 면대면 상황 기피 늘어
IoT, 비대면 및 원격 근무에 활용 가능성 커
 적합한 하드웨어 선정해 차별적 기능 살려야



2019년 12월 1일, 중국 우한에서 발견된 코로나19는 2020년 3월 현재, 전 세계적으로 영향을 끼치고 있다. 누적 확진자 수는 이 기사를 작성하는 24일을 기준으로 40만 명에 육박하고 있으며, 사망자 수는 1만6천 명을 넘었다.


현대경제연구원은 ‘최근 경제 동향과 경기 판단(2020년 1분기)’ 보고서를 통해 코로나19로 인해 2020년 1분기 경제성장률 및 경기종합지수 하락을 예상했다.


코로나19 확산을 막기 위해 전 세계적으로 각국 정부는 면대면 상황을 최대한 줄이고자 사회적 거리 두기 운동을 벌이고 있다. 몇몇 기업들은 예정된 행사를 취소하고 재택 및 원격근무를 장려하고 있다.


이러한 근무 상황이 국가에 따라 몇 개월 이어지며 경제적 손실을 최소화하고자 비즈니스에 IoT 기술을 적용하는 걸 고민하는 경영자가 늘고 있다. 이번 사태가 진정되더라도 SARS 뒤에 MERS, MERS 뒤에 코로나19가 오듯 전염병 확산 위협은 절대 사라지지 않을 것이다. 비대면 및 원격 기반의 IoT 디바이스는 인류가 존속하는 한 꾸준히 관심받을 것이다.


그렇다면 효과적인 IoT 디바이스를 개발하기 위해선 어떤 점들을 고려해야 할까? Arm은 최근 ‘IoT 성공 보장: 가장 중요한 7가지 의사 결정’ 백서를 통해 IoT 디바이스 개발 시 엔지니어가 정해야 할 7가지 요소를 제시했다. 이번 기사에서는 그 중 첫 번째인 하드웨어 및 소프트웨어 옵션에 대해 살펴보겠다.

▲ IoT 디바이스는 비대면 및 원격 근무에 활용 가능성이 크다

시스템 기능을 정의하려면 먼저 하드웨어를 정해야 한다.


하드웨어 사양은 현재와 미래에 구현할 기능을 구동할 수 있는 최소 요구 사항을 충족해야 한다. 그렇지 못하면 포기해야 하는 기능이 생길 수 있다. 일부 절충을 하더라도 제품을 차별화할 수 있는 기능을 포기해선 안 된다.


요구 사항 이상의 하드웨어 기능을 선택하지 않는 것도 중요하다. 그러지 않으면 제품 비용이 지나치게 증가하고 불필요한 전력을 소비하여 제품의 시장 경쟁력을 떨어뜨릴 수 있다.



에너지원 및 전력관리

IoT 디바이스를 작동하는 전력원은 3가지다. 상시전력, 배터리, 에너지 하베스팅이다. 매일 충전하는 스마트폰과 달리 IoT 디바이스는 1개의 배터리로 원격 위치에서 수년 동안 동작해야 할 수 있다.


아키텍처 설계 단계에서 에너지 효율을 우선으로 하는 에너지 프로파일을 만들 수 있도록 예상되는 사용 습관과 장치의 용도를 고려해야 한다.



하드웨어 보안

하드웨어를 선택하는 동안 보안에 대한 계층적 접근법을 찾아야 한다. 가령 SoC 프로세서에 구축된 하드웨어 기반 보안은 신뢰의 기반을 마련하고 장치를 위협으로부터 보호할 수 있다.



센서, 프로세서 및 메모리 저장소 

IoT 디바이스 대부분은 센서나 액추에이터로 정보를 수집한다. 센서를 선택했다면 MCU와의 인터페이스를 고려하여 증폭기나 ADC가 필요하다.


선택할 프로세서 종류는 목표하는 응용 프로그램에 필요한 센싱 종류에 영향을 많이 받아야 한다. 일부 장치는 습도 등 제한된 데이터 세트 처리를 수행하나 더 복잡한 시스템은 고해상도 비디오 스트림을 처리할 수 있다.


메모리 옵션을 비교할 경우 비용, 크기, 전력 소비 및 부트 시간 등 디바이스에 필요한 우선순위를 결정해야 한다.


외부 플래시 메모리는 저렴하고 안정적이면서 유연하고 과도한 전력 사용 없이 실행할 수 있으며 비교적 높은 수준의 밀도를 제공한다.


임베디드 플래시 메모리는 높은 수준의 성능과 밀도로 인해 응용 프로그램이 중요한 데이터와 코드를 저장하는 IoT 디바이스에서 많이 사용된다. 또한, 대부분의 MCU 응용 프로그램을 지원한다.


멀티칩 패키지 메모리는 하나의 칩에 CPU, GPU, 메모리 및 플래시 저장소를 결합한다.



하드웨어 옵션

기능, 비용, 에너지 요구 사항, 보안을 모두 최우선으로 고려하여 4가지의 주요 하드웨어 옵션 중에서 선택해야 한다.


싱글 보드 컴퓨터(SBC)는 비교적 저렴하고 즉시 사용할 수 있는 임베디드 하드웨어 플랫폼으로, 설계된 시스템 인터페이스 및 기능은 물론 추가 기능을 위한 확장 슬롯이 함께 제공된다. SBC는 커스터마이징이 가능해 간단하게 IoT 디바이스를 구축할 수 있다. SBC는 광범위한 기능과 적절한 성능을 저전력상에서 구현한다.


기성(off-the-shelf) 실리콘은 공급업체가 여러 산업에서 수년간 개발자의 다양한 요구 사항을 충족시키면서 축적한 경험과 지식이 담겨 있다. 장치 확장성을 실현하기 위해 그 설계는 수많은 다른 부품을 통합할 수 있도록 준비가 되어 있어야 한다. 데이터의 가치가 증가함에 따라 IoT 디바이스는 컴퓨팅 성능을 향상해야 한다. 이러한 요구 사항들을 충족하려면 다양한 성능 옵션뿐만 아니라 디지털 신호 프로세서와 같은 다른 IP와 함께 다양한 센서를 연결할 수 있어야 한다.


커스텀 SoC는 시장에서 이미 증명된 구성 요소들을 활용하여 개발 프로세스를 단순화하고 비용을 절감할 수 있다. 제한된 초기 투자를 바탕으로 커스텀 칩을 사용해 더 나은 제품을 생산하고 경쟁 제품과 차별화하고 비용을 절감하며, 특히 대량 생산 시 BOM을 줄이고 전력 소비를 감소시킬 뿐만 아니라 경쟁업체의 모방을 방지할 수 있다. 현재 많은 기업이 IoT 디바이스 구축에 공급업체 에코시스템을 활용하여 커스텀 칩 설계와 관련된 위험을 최소화한다.


시스템 모듈은 기존 장치에 기능을 추가하는 데 사용되며 필요한 거의 모든 추가 기능을 제공 받을 수 있다. 가령 블루투스 지원 모듈을 추가하기만 하면 단절된 센서 장치를 커넥티드 IoT 디바이스로 전환할 수 있다. 또한, 모듈을 사용하면 성능을 높이고 특정 시장에 맞게 기능을 조정하면서 비용을 절감하고 새로운 기능을 도입할 수 있다. 가장 큰 이점은 기업이 완전히 새로운 장치를 설계하지 않아도 이러한 장점을 누릴 수 있다는 것이다.



IoT 운영 체제

IoT 전용 OS는 전력 소비, 연결, 보안 등의 주요 요소를 이미 고려하고 있다. 응용 프로그램 개발자는 하위 수준 코드보다 최종 사용자 경험에 중점을 두고 추가 비즈니스 가치를 실현하며 장치 기능상의 결함을 원격으로 해결할 수 있다.


효과적인 OS는 장치가 현장에서 발생하는 보안 위협에 대응할 수 있도록 한다. 표준 기반 IoT RTOS 플랫폼은 IoT 솔루션 개발을 지원하여 여러 프로토콜을 통해 통신할 수 있으며 개발자는 여러 소스로부터의 기능들을 일일이 통합하지 않아도 응용 프로그램을 만들 수 있다.



소프트웨어 배터리 요구 사항

소프트웨어 업데이트는 때에 따라 많은 배터리를 소모할 수 있다. 지금까지는 원격 무선 소프트웨어 업데이트가 소프트웨어 변경 내용을 배포하고 설치할 수 있는 가장 효율적인 방법 중 하나다.


클라우드를 위해 장치에서 처리되는 소프트웨어 기반의 통신량이 배터리 수명에 미치는 영향도 추가로 고려해야 한다. 가령 장치가 슬립 상태에서도 네트워크를 계속 폴링한다면, 배터리가 추가로 소모될 수 있다. IoT 디바이스의 수명이 증가하면 더 많은 소프트웨어 업데이트와 소프트웨어의 유지관리가 필요하다.



보안 IoT 소프트웨어 솔루션

칩에서 클라우드까지 보안을 구축하려는 기업의 경우, 내장형 보안은 소프트웨어에 관한 의사 결정에 영향을 미치는 또 다른 요소다. 내장형 보안 외에도 적절한 클라우드 기반 플랫폼 역시 IoT 디바이스의 보안을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.


보안을 강조하고 시스템 생명주기 접근법을 제공하는 IoT 소프트웨어 기술 솔루션과 IoT 솔루션용으로 구축된 저전력 장치 운영 체제를 찾아야 한다. 사내 구축형이나 공개적으로 호스팅 할 수 있으며 연결, 프로비저닝 및 무선 업데이트를 제공하는 클라우드 서비스가 함께 제공된다면 더욱 좋다.

#IoT                                                         #ARM                                                         #OS                                                         #IIoT                                                         #Sensor                                                         #MCU 

2020.03.24 16:23by 이수민 기자


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