[IoT 지식능력검정] 4장. 사물인터넷 디바이스

1. 사물인터넷 디바이스 H/W

 1.1 개요

  º 오픈소스 하드웨어(OSHW)가 주류를 이루고 있는데, 하드웨어 설계 내용 등을 누구나 이용할 수 있도록 개방, 공유

  º 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어의 설계 소스도 공개되어 있음

1.2 H/W 플랫폼 종류

  º 아두이노

    - 2005년 이탈리아에서 탄생

    - Atmel사의 AVR이나 Coretex-M3를 탑재한 마이크로컨트롤러 보드임

    - 개발 툴, 회로도 등 개발을 위한 내용을 오픈소스 형태로 제공

    - 각종 센서/엑츄에이터 및 통신 모듈 등을 탑재한 다양한 호환 보드를 활용하여 쉽게 확장 가능

º 라즈베리파이

    - 영국의 라즈베리파이 재단이 컴포터 교육용으로 만듦

    - 키보드, 마우스, 모니터만 연결하면 PC가 될 수 있음

    - Linux OS를 기반으로 사용

º 인텔-에디슨

    - Atom 듀얼 코어 CPU와 Quark 마이크로 컨트롤러를 포함한 SoC칩과 WiFi 및 블루투스가 포함

    - Linux OS가 탑재되고, 아두이노 IDE를 지원하여 아두이노와 호환성을 유지함

º 인텔-큐리

    - 웨어러블 기기를 위한 초소형 시스템온칩(SoC)

º 비글본 블랙

    - 고성능 ARM CPU 채택, 고속 비디오, 오디오, 2D, 3D, 그래픽 처리장치 탑재

º 링크잇원

    - 웨어러블 또는 사물인터넷 장치를 만들 수 있도록 지원

    - 4MB 메모리, 스토리지를 가지고 있음

    - 블루투스 4.0 지원

1.3 플랫폼 시례

º 애플 헬스킷

    - 애플리케이션, 디바이스, 병원 등을 연계하는 개방형 플랫폼

    - 혈압, 체중, 심박수 등을 의료진 및 병원에 원격으로 전달해 주는 종합 건강관리 플랫폼

º 구글 네스트

    - 학습형 온도조절기

º 애플 홈킷

    - 스마트 잠금장치, 조명, 카메라, 온도조절 등 아이폰으로 디바이스를 제어할 수 있는 플랫폼

º 삼성전자 스마트싱스

    - 애플리케이션과 스마트홈 허브를 통해 가전제품과 연결

2. 사물인터넷 디바이스 S/W

 2.1 개요

  º 사물인터넷이 이슈가 되기 전에는 WSN분야에서 디바이스의 S/W 플랫폼은 이미 전통적인 OSS 패러다임이 강하게 자리 잡아 왔으나, 지금은 OSHW와 OSS를 구분하는 것은 의미가 없음

2.2 S/W 플랫폼 종류

  º 리눅스

  º TinyOS

    - 초저전력, 몇 Kbytes RAM, 몇 Kbytes코드 공간을 갖춘 마이크로컨트롤러에 적합

TinyOS 2.0 하드웨어 추상화 아키텍처

  º 콘티키

    - IPv4와 IPv6 지원하며, 초소형 구현체로는 최초로 IPv6 Ready 인증을 받음

  º mbed OS

    - 현재 사물인터넷 디바이스 시장에서 가장 영향력 있는 OS

    - 저전력 통신 및 TLS/DTLS 등의 보안을 강화

  º nanoQplus

    - 한국전자통신연구원(ETRI)에서 개발

    - IPv6 지원하며, IPv6 Ready 인증을 받음

    - CoAP, RPL, 6LoWPAN을 지원하며, Atmega 128L의 8bit MCU, MSP430 등의 16bit MCU, ARM7 의 32bit MCU 지원

  º &Cube

    - 6개의 모듈로 구성되어 있으며, 각각의 모듈 간 통신을 통해 사물과 모비우스(서버) 간의 연동

  º IoTivity

    - OFC에서 공계한 표준 기반 사물인터넷 오픈소스

    - 저사양 기기를 위한 프레임워크는 컴퓨팅 파워가 약한 사물에 적용, 서비스 기능 없이 최소한의 기본 기능만 지원하며 바이너리 크기가 100KB 정도 됨

    - 고사양 기기를 위한 프레임워크는 IoTivity 서비스를 포함, 안드로이드, IOS, 윈도우 등에서 사물과 연동되는 애플리케이션 개발에 사용

  º 구글 안드로이드 씽스

    - 하드웨어는 인텔 에디슨, MXP 피코, 라즈베리파이3가 포함

    - 외부 스마트 전구, 스마트 카메라, 스마트 온도계 제품 등과 연동 가능

3. 스마트 센서

 3.1 센서의 개념

  º 측정 대상물로부터 물리, 화학, 생물학적 정보를 감지하여 전기적 신호로 변환해 주는 장치

  º 1세대 Discrete Sensor : 온도, 압력, 가속도, 변위 등의 물리량을 전기적 신호로 변환

  º 2세대 Integrated Sensor : 센서의 잡음 성능을 높이고 소형화

  º 3세대 Digital Sensor : CMOS 기술의 발전으로 아날로그 회로에 디지털 회로가 집적되면서 데이터를 보정하고 비휘발성 메모리에 저장

  º 4세대 Smart Sensor : MCU가 센서에 내장되고 SoC 기술 접목, MCU의 제어, 판단, 저장, 통신 등 기능 활용

 3.2 바이오 센서(의료)

  º 특정물질을 선택 특이성이 있는 생체수용체와 반응시키고 신호변환기로 측정하여 특정물질의 존재나 양을 확인할 수 있는 장치나 소자.

    - 특정물질 : 분석 대상이 되는 물질(암세포, 바이러스 등)

    - 생체수용체 : DNA, RNA, 항체, 효소, 단백질, 세포 등 

    - 신호변환기 : 특정물질과 생체수용체 간 반응을 다양한 방법을 이용하여 전기적 신호로 변환하는 장치 

 3.3 모바일 센서

  º 모바일 디바이스의 카메라, 음향, 근접, 조도, 중력, GPS, 가속도, 온도/습도 등의 센서를 의미