정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 121. 유비쿼터스의 기본개념과 주요 기술

121. 유비쿼터스의 기본개념과 주요 기술

 

가. 유비쿼터스의 정의
유비쿼터스(ubiquitous)라는 용어는 물이나 공기처럼‘언제 어디서나 존재한다’ 라
는 라틴어에서 유래되었는데, 사용자가 시간과 공간을 초월하여 컴퓨터나 네트워크를
의식하지 않고 자유롭게 네트워크에 접속할 수 있는 환경을 의미한다. 즉 유선과 무
선, 그리고 근거리 무선 사이에 끊김 없는 통신망이 실현됨으로써 누구든지 어디서나
네트워크로부터 자신이 필요한 정보를 얻을 수 있는 환경이라 할 수 있다.
서비스 측면에서는 각종 사물에 컴퓨팅 및 네트워크 기능이 탑재되어 다양한 서비
스 및 상품이 물리적 공간 곳곳에서 정보를 주고받으며, 사용자의 필요에 맞게 스스로
작동되는 환경을 의미한다. 이와 같은 유비쿼터스 혁명은 [그림 10-1]과 같이 전자공
간 시대를 기반으로 하는 정보화 혁명과는 다르게 장소 및 사물의 지능화와 시간 및
공간 변화에 따른 상황인식의 정보화를 이루는 제 3공간 시대를 기반으로 하고 있다.

이와 같이 Any time, Any where, Any network, Any device, Any service를
지향하는 유비쿼터스 시대는 인간 생활을 둘러싼 모든 환경을 유·무선 네트워크와 컴
퓨팅이 가능한 기기 속에 내장시킴으로써 사람, 장소, 사물의 시시각각 변하는 상황정
보를 활용할 수 있는 미래 정보화 시대가 될 것으로 보인다.
21세기는 디지털 기술과 인터넷 확산으로 반도체, 디지털가전, 컴퓨터, 통신, 인터
넷, 방송 등 다양한 산업분야가 융합되어 새로운 부가가치를 창출하는 디지털 컨버전
스(convergence), 그리고 사람, 사물, 기계 등 무엇이든지 서로 접속하여 실시간으로
어떠한 정보든지 주고받을 수 있는 유비쿼터스 환경으로 빠르게 진화하고 있다. 이러
한 추세가 진전됨에 따라 2010년 이후부터는 모든 사물에 컴퓨팅과 네트워킹 기술이
적용되고, 또한 개인, 차량, 가정, 직장 등 도처에 존재하는 컴퓨팅 인프라를 통해 사
람과 컴퓨팅 기기 및 환경이 서로 상호 작용하여, 컴퓨터가 사람의 필요사항을 알아서
처리하는 인간 중심의 유비쿼터스 컴퓨팅 패러다임으로 변화될 것이다.
즉, 유비쿼터스 환경은 [그림 10-2]와 같이 우리가 생활하는 주변 곳곳의 사물에 센
서와 칩을 내장하여 사용자가 컴퓨터라는 의식을 갖지 않고 자연스럽게 물건을 사용하
도록 하는 네트워크를 형성한다. 그리고 각종 사물에 컴퓨팅 및 네트워크 기능이 탑재
되어 다양한 서비스와 상품이 물리적 공간 곳곳에서 정보를 주고받으며, 사용자의 요
구에 맞게 스스로 작동되는 환경이다. 여기서 노마딕(nomadic) 네트워크는 노트북이
나 휴대폰과 같은 기기를 통해 언제 어디서나 외부와 접속하며 이동할 수 있는 통신
환경을 제공하는 네트워크를 지칭한다.

유비쿼터스 기술 혁명으로 인해 컴퓨터가 책과 전화기 등 일상 생활용품 속으로 들
어갈 것이며, 또한 휴대전화기의 경우 음성통신 기능 이외에 TV, 캠코더, 오디오, 디
지털 카메라, MP3 플레이어, 네비게이터, 게임기 등 다양한 기능을 갖출 것이다.
한편, 유비쿼터스에서 전자태그(RFID : Radio Frequency IDentification)가 차지
하는 위상은 매우 크다. 모든 만물이 내장된 RFID 칩에 의해 존재가 해석되고, 관리될
수 있기 때문이다. RFID는 사물에 초소형 칩을 부착하여 사물 및 주변 환경정보를 무
선주파수로 전송하고 처리하는 일종의 비접촉식 식별기술로서 좁게 보면 바코드를 대
체할 차세대 기술이나, 넓게 생각하면 정보통신은 물론 물류, 유통, 교통, 환경 등 다
양한 분야에서 유비쿼터스 환경에서 핵심 역할을 하게 될 것이다.

나. 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크
유비쿼터스는 1988년 미국의 마크와이저 박사가‘유비쿼터스 컴퓨팅’ 이라는 개념
으로 처음 제안하였고, 이후 일본에서 1999년에‘유비쿼터스 네트워크’ 로 그 개념을
확장하였다. 유비쿼터스 컴퓨팅은 모든 곳에 컴퓨터 칩을 집어넣은 환경을 말한다.
즉, 모든 사물에 칩을 집어넣어 모든 곳에서 사용이 가능한 컴퓨팅 환경을 구현하는
것으로서, 어느 곳에나 컴퓨터를 설치하여 사용자가 언제든지 사용이 가능하게 하는
개념이다. 미국은 이러한 컴퓨팅과 소프트웨어 기술을 중심으로 유비쿼터스 실현을 위
한 연구 개발을 진행하고 있다.
반면에 일본에서 주장하는 유비쿼터스 네트워크는 언제 어디서나 컴퓨터에 연결되
어 있는, 즉 네트워킹 되어 있는 IT 환경을 의미하며, 컴퓨터를 가지고 다니면서 멀리
떨어져 있는 각종 사물과 연결하여 그 사물을 사용한다는 개념으로 확장된 것이다. 이
것은 휴대폰이나 PDA와 같은 휴대용 단말기를 가지고 다니면서 네트워킹을 구성해야
하므로 근거리 및 원거리 무선 네트워크가 매우 중요하게 작용한다.
유비쿼터스 컴퓨팅은 물리적 공간에 존재하는 모든 사물에 대해 다양한 기능을 갖
는 컴퓨터와 장치들을 네트워크로 연결하여 기능적·공간적으로 사람과 컴퓨터 및 사
물이 하나로 연결될 수 있도록 한 기술적 환경을 가리키며, 사물과 대상이 지능화되고
전자 공간에 연결되어 서로 정보를 주고받는 공간을 만드는 개념으로서 기존의 홈 네
트워킹과 모발일 컴퓨팅보다 발전된 컴퓨팅 환경이다. 유비쿼터스 컴퓨팅 인프라의 발
전과정은 [그림 10-3]과 같다.

유비쿼터스 컴퓨팅의 특징은 무엇보다도 네트워크에 모든 컴퓨터가 연결되어 있어
야 하는데, 이것은 네트워크를 통해서 모든 정보기기들이 연결되어 어느 곳에서나 정
보를 얻을 수 있어야 하며, 역으로 어디서나 컴퓨터가 있기 때문에 컴퓨터를 가지고
다닐 필요가 없음을 의미한다. 또한 컴퓨터가 인간화된 인터페이스로 되어 있고 눈에
는 보이지 않아야 하는데, 이는 주변 물리적 환경 속에 컴퓨터를 사용할 수 있게 함으
로써 컴퓨터의 활용도가 증가하지만 사용자가 컴퓨터의 존재를 의식하지 않으면서 자
연스럽게 컴퓨터를 사용해야 함을 의미한다. 이밖에 컴퓨터는 가상공간이 아닌 현실
세계의 어디서나 컴퓨터의 사용이 가능해야 하며, 사용자 상황에 따라 서비스는 변해
야 한다. 하지만, 유비쿼터스 컴퓨팅을 위해서는 개인 정보 즉, 프라이버시의 보호, 시
스템의 혼란 방지, 시스템의 확장성 및 보안성 등에 대한 검토가 필요하다. 이러한 개
념은 컴퓨터 칩 설계, 네트워크 프로토콜, 입출력 장치, 응용 프로그램, 프라이버시 같
은 모든 컴퓨터 분야의 연구에 영향을 주게 된다.
한편, 유비쿼터스 네트워크의 구현은 크게 컴퓨팅 기능의 내재화(embedded)를 강
화하거나, 이동성(mobility) 및 휴대성(portability)을 높이는 방향으로 구현된다. 내
재화를 강화함으로써 자연스러운 컴퓨팅의 구현이 가능해지는데, 이는 컴퓨팅 기능이
환경에 내재되어 이로부터 정보를 획득하고 활용하는 것이며, 사람들이 인식하지 못하
는 상태에서 컴퓨팅 기능이 수행되는 것을 의미한다. 또한 휴대성을 개선하여 언제 어
디서나 항상 들고 다닐 수 있을 정도의 소형 컴퓨팅 단말기를 통해 유비쿼터스 환경이
구현되는 것이다. 완전한 유비쿼터스 환경은 이동성·휴대성과 내재성을 모두 발전시
킨 형태로서, 언제 어디서나 자연스러운 컴퓨팅을 구현하는 것이다.
유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 주요 기술로서 컴퓨팅 기술과 네트워킹 기술을 구분하면
<표 10-1>과 같다.

 

<유비쿼터스 컴퓨팅 기술과 네트워킹 기술의 특징>

구 분	주요 기술	특 징
컴퓨팅 기술	·정보 가전 ·센싱 및 RFID 기술 ·GPS, 위치추적 및 인식 기술 ·임베디드 시스템 ·MEMS 기술	·물리 공간의 전자화 ·소형화 및 저전력화
네트워킹 기술	·광대역 네트워크 ·무선 인터넷 ·IPv6 ·차세대 PC	·전자 공간의 물질화 ·무선화 및 탈 PC화

유비쿼터스 기술은 [그림 10-4]와 같이 이동전화와 유·무선 인터넷 등의 유비쿼터
스 네트워킹 환경으로부터 도로, 환경, 건물 등의 모든 환경을 원격으로 감지할 수 있
는 유비쿼터스 센싱 환경을 거쳐, 궁극적으로는 상황 인식에 의한 자율 서비스가 가능
한 유비쿼터스 컴퓨팅 환경으로 진화할 것으로 예상된다.

다. 유비쿼터스의 주요 요소기술
(1) 개요
유비쿼터스 기술은 유비쿼터스의 기본개념인 편재성, 연결성, 이동성, 상황인식
등을 실현하는데 필요한 요소기술 또는 통합기술이라 볼 수 있다.

 

특히 유비쿼터스 컴퓨팅 기술은 [그림 10-5]와 같이 여러 가지 형태가 있을 수 있
는데, 컴퓨터에 어떠한 기능을 추가한다든가 컴퓨터 속에 무엇을 집어넣는 것이 아
니라, 컵이나 자동차 등 일상적인 사물에 제 각각의 역할에 부합되는 컴퓨터 기능과
네트워크 장치를 넣어 물체 간, 그리고 물체와 인간 간의 효과적인 정보 교환 및 활
용이 가능하도록 한다.
여기서, 웨어러블(wearable) 컴퓨팅은 컴퓨터 부품들을 분산시켜 인간이 마치 옷
처럼 입을 수 있도록 만드는 기술이고, 노마딕(nomadic) 컴퓨팅은 네트워크의 이동
성을 극대화해서 어디서든지 컴퓨터를 사용할 수 있게 하는 것이다. 내재형
(pervasive) 컴퓨팅은 모든 사물에 컴퓨터를 내장시켜 도처에 컴퓨터가 편재될 수
있도록 하는 기술이며, 생활속의 조용한(calm) 컴퓨팅은 컴퓨터들이 사람이 의식하
지 않아도 정해진 일들을 조용히 수행하도록 하는 기술이다. 또한 사용자에게 필요
한 정보를 센서를 통해 컴퓨터가 미리 감지하여 제공하는 감지(sentient) 컴퓨팅 기
술이나, 스스로 생각하는 지능형 컴퓨팅 기술로서 개인의 주변 변화에 따라 그 사람
이 해야 할 작업들을 컴퓨터가 지능적으로 파악하여 보좌하는 엑조틱(exotic) 컴퓨
팅, 그리고 1회용 종이처럼 저렴하게 소모품 IT 장비들을 만드는 기술로서 1회용
(disposal) 컴퓨팅 기술이 있다.
유비쿼터스 기술은 결국 유비쿼터스 컴퓨팅 기술이나 네트워킹 기술에 관한 것으
로서, 주요 요소 기술로는 센싱 기술, 네트워크 기술, 인터페이스 및 인터액션 (interaction) 기술, 보안과 프라이버시 기술, 하드웨어 플랫폼(platform) 기술, 임
베디드 소프트웨어 기술, 그리고 애플리케이션 기술 등이 있다.

(2) 센싱 기술
외부로부터 변화를 감지하는 유비쿼터스 컴퓨팅의 입력장치에 해당하는 기술로
서, 개인화된 서비스를 지능적으로 제공하기 위해서는 다양한 형태의 정보수집이
필수적이며, 주로 RFID 기술과 오감에 해당되는 정보센싱 기술, 그리고 복합적인
상황에 대한 인지기술 등이 필요하다.

(3) 네트워크 기술
유비쿼터스 네트워크 기술은 유비쿼터스 컴퓨팅의 중요한 환경적 요소로서,
WLAN과 WPAN 기술이 주로 해당된다. 유비쿼터스 네트워크의 기반을 이루는 유
비쿼터스 센서 네트워크(USN : Ubiquitous Sensor Network)는 센서들 간의 자
율적인 망 구성과 라우팅 등이 중요하며, 저전력 및 보안 메카니즘 등이 활발히 연
구되고 있다. 또한 홈 네트워크 기술은 가정 내의 모든 정보 가전기기가 유선 및 무
선 네트워크로 연결되어 누구나 기기, 시간, 장소에 구애받지 않고 다양한 홈 디지
털 서비스를 제공해야 한다.
이 밖에도 IP 주소 부족과 보안성 취약 및 멀티미디어 제공 등을 개선한 IPv6 기
술이 중요하며, 고속 이동 환경에서 높은 수준의 서비스를 끊김 없이 제공하기 위한
IP 기반의 이동통신 기술이 비대칭·대칭형 패킷서비스와 방송서비스를 포함한 다
양한 서비스를 제공해야 한다.

(4) 인터페이스 및 인터액션
인간 친화적인 인터페이스가 요구되며 누구나 컴퓨터와 쉽게 인터액션할 수 있어
야 하는데, HCI(Human Computer Interaction) 기술은 인간과 컴퓨터의 상호작
용에 관한 이론과 응용에 관련된 인터페이스를 다루고 있다. 특히, 가상현실(VR :
Virtual Reality) 기술과 증강현실(AR : Augmented Reality) 기술이 인터액션 분
야에 사용되고 있는데, 가상현실은 컴퓨터가 구축한 가상공간 속에 사용자를 몰입
하게 하는 기술이며, 증강현실은 사용자의 실제 환경에 가상의 정보를 더해줌으로
써 실제감을 향상시킨 기술이다.
즉, 가상현실 기술이 실제 환경을 컴퓨터가 생성한 환경과 완전히 대체하는 것이
라면, 증강현실 기술은 사용자가 가지고 있는 기존의 실제 환경 정보를 유지한다는 점에서 차이가 있다. 특히, 증강현실은 실제 세계와 가상 세계를 이음매 없이
(seamless) 실시간으로 혼합하여 사용자에게 제공함으로써, 사용자에게 보다 향상
된 몰입감과 현실감을 제공해준다.

(5) 보안과 프라이버시 기술
네트워크에 연결된 디바이스들은 낮은 컴퓨팅 능력으로 인해 높은 보안성을 유지
하기 어렵고, 이로 인한 정보의 노출이 문제가 될 수 있다. 또한 사용자의 정보는 주
변의 컴퓨터들에 의해 항상 모니터링 되어 개인의 프라이버시가 침해되기 쉽기 때문
에 기술적인 해결과 함께 법·제도의 제정을 통한 대책마련이 요구된다.
특히, 유비쿼터스 환경에서 적용되는 RFID 태그와 센서 등 낮은 컴퓨팅 능력을
갖춘 디바이스 간의 안전한 인증을 위한 메커니즘이 요구되고, RFID 태그와 리더
(reader) 간에 발생할 수 있는 RFID 보안기술이 필요하다. 센서 네트워크 분야의
보안기술은 물리적인 보안부터 응용계층의 보안까지 다양하게 연구되고 있다.

(6) 하드웨어 플랫폼 기술
유비쿼터스 환경에 적합한 하드웨어 플랫폼 기술은 인간 중심의 비 가시적 입출력
기술, 고집적 기술 및 내장형 기술 등을 포함하여 소형화와 저소비전력화 등이 필요
하다. 특히 SoC(System on Chip) 기술은 IT 시스템을 반도체 칩으로 집적하는 반
도체 설계와 시스템 융합 기술로서 정보통신 기기의 구현을 위한 핵심기술이다.

(7) 임베디드 소프트웨어 기술
임베디드 소프트웨어는 휴대폰과 첨단 로봇 등의 고성능 장치뿐만 아니라 센서
등의 낮은 컴퓨팅 능력을 가지는 장비에도 내장되어 멀티미디어, 인공지능 및 유비
쿼터스 통신 등의 기능을 제공해 스마트한 제품을 만들어 주는 핵심 역할을 한다.
유비쿼터스 환경의 규모별 각종 응용을 지원하기 위한 임베디드 운영체제도 실시간
멀티태스킹(multitasking) 기능, 경량 커널(kernel) 기술 및 저전력 기술 등이 필요하다.
그리고 유비쿼터스 미들웨어는 다양한 네트워크가 존재하는 환경에서 각각의 네
트워크의 끊김 없는 서비스를 가능하게 해주는 필수적인 기술요소가 될 것이다.

(8) 애플리케이션 기술
애플리케이셔 기술은 여러 기술요소들이 결합된 기술 분야로서 유비쿼터스 환경에서 제공될 수 있는 고도화된 서비스 기술들을 말하며 텔레매틱스(telematics), 지
능형 교통시스템(ITS : Intelligent Transport System), 위치기반 서비스(LBS :
Location Based Service) 등이 해당된다.