사이버물리시스템(CPS)과 사물인터넷(IoT) 기술의 군사적 활용방안 및 추진전략

Applications and Strategies on Defense Acquisition based CPS & IoT Technology

저자
계중읍, 박판준, 김원태, 임채덕 / 임베디드소프트웨어연구부
권호
30권 4호 (통권 154)
논문구분
SW·콘텐츠 기술동향 특집
페이지
92-101
발행일자
2015.08.01
DOI
10.22648/ETRI.2015.J.300410
초록
미래 전장은 정보•지식 기반의 첨단 전력체계를 확충하기 위해 향후 전력구조를 통합, 지휘통제통신(C4I) 체계와 생존성과 통합성이 향상된 전장의 네트워크중심전(NCW) 수행능력을 향상시킬 것이다. 사이버물리시스템(Cyber-Physical Systems: CPS)은 함정전투체계에 적용되고 있는 DDS를 포함하여 국방 M&S의 근간인 Live, Virture, Constructive(L-V-C) 체계의 큰 축을 형성하고 있다. 사물인터넷(Internet of Things: IoT) 기술은 센서네트워크, 통신, Radio Frequency Identification(RFID), Ubi-quitous Sensor Network(USN), Machine to Machine(M2M), D2D 기술 및 상황인지, 지능서비스를 위한 정보수집/가공/융합/분석/예측기술을 포괄적으로 포함한 기술로서 미래산업을 이끌어 갈 차세대 선도 기술이며, 특히 군사적으로도 감시정찰 센서네트워크(USN), 견마형로봇, 경전투로봇과 무인기 기술 및 전술정보통신망체계(TICN) 등 첨단 통신네트워크 기술의 전력화 추세는 IoT 기술의 적용영역을 넓혀주고 있다. 감시정찰체계(Sensor)에서는 감시정찰 분야 영상정보 처리, 표적탐지 등과 관련된 IoT 기술 소요와 지휘통제통신(C4I) 체계의 상호운용성, 데이터링크, 지능형 통신체계 등 C4I 관련 IoT 기술 소요 및 타격체계(Shooter)의 내장형 SW 등 유•무인 무기체계 관련 IoT 기술의 소요가 증대될 것으로 예상된다. 본고는 CPS 및 IoT 기술의 군사적 활용방안 및 획득전략에 대한 적용기술 및 발전방향을 살펴본다.
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Ⅰ. 서론

1. 배경

사물인터넷(Internet of Things: IoT) 기술은 세상에 존재하는 모든 사물이 인터넷으로 연결되어 순식간에 상황을 식별하고 원격감시를 가능케 함으로써 응용목적에 따라 활용성이 무궁무진한 것으로 기대된다. 사물인터넷은 초연결사회의 기반 기술·서비스이자 차세대 인터넷으로 사물 간 인터넷 혹은 개체 간 인터넷(Internet of Objects)으로 정의되며 고유식별이 가능한 사물이 만들어낸 정보를 인터넷을 통해 공유하는 환경을 의미(Cisco, 2011, 한국인터넷진흥원, 2012)한다. 이는 기존의 Ubiquitous Sensor Network(USN), Machine to Machine(M2M)에서 발전된 개념으로, 사물지능통신, 만물인터넷(Internet of Everything: IoE)으로 확장되어 인식되고 있다. 최근에는 ‘사물인터넷 통신시대’라는 용어로 많이 회자되는데, 일반적으로 ‘사람보다 더 많은 수의 사물 또는 개체가 인터넷에 연결되는 시점’의 의미를 담고 있어, 구체적으로는 시간, 장소, 사물이 제약 없이 모두 연결된 새로운 차원의 환경 하에서 모든 사물에 인터넷 주소를 부여하고 모바일로 각각의 정보를 인터넷을 통해 공유, 통신하는 시점과 그 환경을 의미한다[(그림 1) 참조]. 사물인터넷 기술은 센서, 통신, 네트워크, Radio Frequency Identification(RFID), USN, M2M, D2D 기술 및 상황인지, 지능서비스를 위한 정보수집/가공/융합/분석/예측기술을 포괄적으로 포함한 기술로서 미래산업을 이끌어 갈 차세대 선도 기술이며, 특히 군사적으로도 감시정찰 센서네트워크(USN), 견마형로봇/경전투로봇과 무인기 기술 및 전술정보통신망체계(TICN) 등 첨단 과학기술을 활용한 통신네트워크 기술의 전력화 추세는 사물인터넷 기술의 적용영역을 넓혀주고 있다[1]-[3].

(그림 1)

사물인터넷(IoT) 기술

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<출처>: 한국정보화진흥원, 2013. 12.

2. 필요성

민간분야의 사물인터넷 시장 활성화 추세를 볼 때 군사분야에서도 사물인터넷 기술의 필요성이 인정되고 있으나, 보안취약 등에 따라 중장기 관점의 추진전략이 부재하여 군사적 활용에 대한 총론적인 검토가 필요하다. 미래전장은 정보지식 기반의 첨단 전력체계를 확충하기 위해 향후 전력구조를 통합 전투력 발휘가 가능한 지휘통제통신(C4I) 체계를 구축하고, 생존성과 통합성이 향상된 전장네트워크를 구축하여 네트워크중심전(NCW) 수행 능력을 향상시킬 것으로 예상된다. 따라서 사물 인터넷에 대한 체계적이고 전문적인 연구를 수행하여 향후 차세대 전쟁수행을 위한 사물인터넷 활용방안을 도출할 필요가 있다. 감시정찰체계(Sensor)에서는 감시정찰 분야 영상정보 처리, 표적탐지 등과 관련된 사물인터넷(IoT) 통신기술 소요가 증대될 것이고, 지휘통제통신(C4I) 체계에서는 상호운용성, 데이터링크, 지능형 통신체계 등 C4I 관련 사물인터넷(IoT) 통신기술 소요가 증대될 것이다. 타격체계(Shooter)는 내장형 소프트웨어 등 유·무인 무기체계 관련 사물인터넷(IoT) 통신기술의 소요가 증대될 것으로 예상된다.

3. 개념 및 정의

사물통신(Machine to Machine Communication)1)은 21세기 초에 정립된 개념으로 그 의미는 모든 사물에 센서 통신기능을 부과하여 지능적으로 정보를 수집하고, 상호 전달하는 기술을 의미하나, 표준화 단체마다 사물통신을 M2M, Machine of Communication(MoC), IoT, Web of Things(WoT), IoE 등으로 표현하고 있다.

최근 스마트기기 및 SNS의 등장과 활용으로 인간과 연결은 더욱 활발하게 진행되고 있을 뿐만 아니라, 사물통신(M2M), 사물인터넷(IoT), 만물인터넷(IoE) 등 ICT기술 발전에 따라 인간과 사물, 사물과 사물 등으로 연결범위가 확대되고 있다. 사물인터넷(Internet of Things)2)은 고유하게 식별 가능한 사물(Things)이 만들어낸 정보를 인터넷을 통해 공유하는 환경으로, 기존의 유선통신 기반 인터넷 및 모바일인터넷 보다 진화된 단계의 인터넷을 의미한다[(그림 2) 참조]. 인간과 사물, 서비스 등 분산된 구성요소 간에 인위적인 개입 없이 상호 협력하여 센싱, 네트워킹, 정보교환 및 처리 등의 지능적 관계를 형성하는 사물 공간 연결망으로, 연결의 대상이 인간에서 사물, 공간, 자연에 이르기까지 광범위하게 확장되며, 정보의 수집도 직접입력에서 센싱(Sensing)의 개념으로 변화한다.

(그림 2)

사물인터넷(IoT)의 정의

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<출처>: 한국인터넷진흥원, “Cisco,” 2011. 12.

4. 기술적 차별성 및 적용사례

가. M2M/IoT/USN 정의와의 차별성

IoT의 경우 개념적인 특징이 강하고 M2M, Machine-type Communication(MTC)과 MoC는 동일한 정의와 인간개입이 필요하지 않다는 특징이 있으며, USN의 경우 센서네트워크를 이용한 서비스 기반 구조라는 특징이 있으며, M2M, MTC, MOC 및 USN 등은 IoT를 구현하기 위한 필수 기술요소이다. <표 1>은 IoT의 관리기관을 나타낸다.

<표 1>

IoT의 정의 및 관리단체

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나. 사이버물리시스템(Cyber Physical System)

Cyber-Physical Systems(CPS)는 미국이 신융합산업시스템 개발을 위해 선정한 7대 연구 개척분야 중 하나로 NSF에서 지원하고 있으며, 특히 국방분야에서의 기술수요가 증가하고 있고, 민간에서는 자동차, 항공기, 원자력안전제어시스템 및 의료시스템용 고신뢰 융합산업시스템을 개발하기 위한 고신뢰 SW를 개발하고, 운용/제어하는 기술이 중심이 되고 있으나, 국방에서는 M&S 기반의 무기체계 설계와 성능검증 분야에 집중되어 있다. 고신뢰 SW를 개발하고 운용·제어하는 기술을 바탕으로 M&S기반의 무기체계 설계 및 성능검증을 위한 기술을 개발하고 있는바, 국방 M&S 기술은 상호운용성 촉진 및 재사용 증대를 위한 고수준 아키텍처, 임무공간 개념모델, 데이터 표준화 등의 공통기술구조 및 공학급, 교전급, 임무/전투급, 전구/전역급 모델을 혼합하여 사용하는 혼합 모델링 및 시뮬레이션의 개발을 중심으로 발전하고 있다. M&S 기반 훈련의 효과를 높이기 위하여 실전장환경에 근접한 가상훈련환경의 조성이 가능한 Live, Virtual, Constructive(L-V-C) 시뮬레이터 통합 기술개발에 최근 많은 적용사례가 도출되고 있다[(그림 3) 참조].

(그림 3)

사이버물리시스템(CPS)의 정의

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<출처>: 기품원, “국방과학기술조사서,” 2013. 11.

Ⅱ. 기술개발 동향

1. 국외 기술개발 동향

가. 유럽(EU)의 기술개발 동향

EU FP7에서는 IoT European Research Cluster(IERC) 주도로 다양한 IoT 프로젝트를 수행 중이며, EU차원에서 IoT는 Cloud와 함께 핵심 키워드로 주목받고 있으며, 차세대 네트워크로의 입지를 구축하고 있다. 2011년부터 IoT를 기반으로 EU 레벨에서의 경제적, 사회적, 기술적 새로운 도약을 하기 위한 장을 마련하기 위해 매년 IoT Week 워크숍을 개최하고 있다. CPS 관련 기술은 영국은 세계 2위 수준의 M&S 기술을 보유한 것으로 평가되며, 국방평가연구소(Defense Evaluation and Research Agency: DERA)는 네트워크로 연결된 응용체계 간 상호운용성과 환경표현을 개선하기 위하여 SEDRIS를 도입, 시뮬레이션 데이터베이스 구축의 핵심기술로 채택하였으며, 이의 활용을 촉진하기 위해 정부기관과 업체가 합동으로 사업을 추진하고 있다. 또한, 독일은 85%의 수준을 M&S 기술보유하고 있는 것으로 분석되며, IABG 연구소를 중심으로 합참 및 각 군에 적합한 고유모델을 독자적으로 개발하여 활용하고 있다.

나. 중국의 기술개발 동향

2011년 ¥500million 투자. 기술개발 및 산업화에 67%를 사용하고 있으며, Ministry of Industry and Information Technology(MITT)는 정부차원의 IoT 12차 5개년 계획을 발표하였으며, 9개 주요 응용분야로서는 지능형 산업, 지능형 농업, 지능형 물류, 지능형 교통, 스마트 그리드, 지능형 환경보호, 지능형 보안, 지능형 의료, 지능형 홈 네트워크 등이 있다.

다. 일본의 기술개발 동향

2009년에 센서네트워크 기반의 M2M기술과 서비스를 개발하는 계획이 ‘i-Japan 2015 전략’에 포함되었고, 자원에너지청에서는 2010년 4월에 5,000가구를 대상으로 하는 스마트그리드 실증시험 사업에 약 1,380억원을 투자하였다. 또한, 2011년에는 사물, 기기 등의 생활 밀착형 기술개발을 위해 3조 8,559억원을 지원하였으며, 최근 ICT융합에 따른 새로운 산업의 창출을 위해 ‘디지털화, 네트워크화에 의한 Internet of Computer(IOC)’에서 IoT로라는 방향을 잡고 ‘6대 전략중점분야 육성’과 ‘기반육성과제’를 제시하였으며, 내용에는 전략중점분야 육성을 위한 정책 전개방안과 기반 육성과제의 액션 플랜을 포함하고 있다.

라. 미국의 기술개발 동향

GE는 플랜트와 같은 산업설비에 많이 사용되는 모터 등에 무선센서를 적용하여 에너지 효율을 극대화하는 Low-cost Wireless Multi-measure and Sensing Program을 추진 중이며, 산업설비에 무선 센싱 시스템을 적용함으로써 시스템 유지보수, 모터 유지보수, 모터적용 등으로부터 약 36% 에너지 절감효과가 기대된다. 플랜트의 누설감지, 연료탱크 레벨, 비디오 재난감지 등을 포함한 장비들의 상태를 무선으로 감시할 2단계 계획을 추진 중이다. HoneyWell사의 OneWirelessSolution은 센서네트워크와 WiFi 기반의 산업용 통합무선솔루션인 OneWireless Solution 개발 중으로 관리의 편리성과 효율성을 극대화한 단일 무선망 네트워크 제공하고, 기존의 다양한 산업용 프로토콜(HART, OPC, Modbus 등)과 애플리케이션 동시 지원 가능하며, 높은 수준의 보안기술 제공과 신뢰성 있는 mesh system을 제공한다. 또한, 시스템 확장성 및 변경이 용이한 산업용 무선 네트워크 시스템을 제공한다. CPS 관련 기술은 미국을 중심으로 해외 선진국들이 독자적인 M&S기술을 보유하기 위해 많은 연구개발을 수행하고 있으며, 미 국방성은 국방 M&S 개발 과정에서 시뮬레이션 구성요소 사이의 상호운용성과 재사용성을 개선하기 위하여 공통아키텍처 개발, 소프트웨어 공학적 방법론 적용, 표준화 등을 꾸준히 추진해 옴으로써 세계적으로 가장 우수한 국방 M&S 기술을 보유하고 있다.

2. 국내 기술개발 동향

방송통신위원회는 2009년 10월에 사물인터넷 분야의 국가 경쟁력 강화 및 서비스 촉진을 위한 ‘사물지능통신 기반구축 기본계획’을 발표하였으며, 본 계획을 통해 공공분야 선도 서비스 모델 발굴, 사물지능통신 핵심기술 개발, 국내외 표준화 추진, 법제도 개선 등을 추진하였다. 2010년 5월에는 방송통신 10대 미래서비스에 사물지능통신을 주요 분야로 선정하였으며, 2011년 10월에는 7대 스마트 신산업 육성전략에 사물인터넷을 포함하여 정책을 추진하였으며, 또한 중소벤처 지원을 통한 상생협력 생태계 조성과 기업의 자생력강화를 위한 기술개발 및 시험환경을 지원하는 사물인터넷 지원센터를 2011년부터 운영하고 있다. 그리고 M2M 표준화에도 적극 나서고 있는데, oneM2M, 3GPP, ITU 등을 통한 국제 표준화 활동을 위해 전문연구기관, 포럼, 국내표준개발기관을 통하여 지원하고 있으며, 국내 기술의 글로벌 경쟁력 제고를 위해 중장기적인 정책 지원도 고려하고 있다(최근 미래창조과학부는 사물인터넷을 인터넷 신산업 분야의 주요기술로 선정하여 중장기 발전계획을 담은 ‘인터넷 신산업 육성 방안’을 발표하였음, 2013년 6월 5일). 사물인터넷은 인터넷 이용 창조기업 육성, 인터넷 신산업 시장 확대 및 창의적인 일자리 창출을 위한 창조엔진으로 시장창출을 위한선도 사업, 기업의 기술경쟁력 강화 및 해외진출 지원, R&D 등 기반 조성 등을 위한 정책과제를 추진하고 있다.

국내 내장형 SW 미들웨어 기술은 대부분 외국산 COTS를 도입하여 사용하는 수준인데, 현재 NDDS, SPLICE-DDS 미들웨어가 함정전투체계의 데이터 분산 처리용으로 적용되어 사용 중이며, 이를 국산화하기 위하여 KAI, TmaxSoft 등에서 연구 중이고, ETRI에서는 고신뢰 CPS시스템을 위한 소규모 L-V-C 시스템에 OMG DDS 미들웨어의 적용을 연구 중이며, KAIST에서는 HLA/RTI 기반으로 해병대 상륙 워 게임(war game)과 자동차 시뮬레이터 간의 연동기술을 개발하고 있다. 육군과학화훈련단(KCTC)은 시뮬레이터와 대규모 실병력 간의 통합 훈련을 위하여 시분할 방식의 KCTC 전용 통신프로토콜을 적용할 계획이다.

Ⅲ. CPS/IoT 기술의 군사적 활용성

사물인터넷은 이미 군사적 활용분야에도 M2M기술인 전술정보통신망체계(TICN), 감시정찰 센서네트워크(USN), 견마형 로봇/무인경전투차량과 무인기 기술 등을 개발, 전력화를 위해 노력하고 있으나, 아직 응용 초보단계로 무기체계 적용은 미흡한 실정이다. 따라서 사물인터넷 통신의 주요 기술인 M2M, RFID 및 USN 기술의 국방분야 활용을 위한 기술개념, 기술개발 동향, 군사적 활용성은 다음과 같다[4].

1. M2M

M2M 기술은 전투부대 단위로 작전 이동 중인 부대원 간에 상시 무선 통신체계를 구축하여 군 전투력 강화, 전투부대단위로 사물 통신망을 구성하여 지휘자와 부대원, 부대원 간의 자율적 전술 협력체계를 구축하고, 전투상황정보의 멀티캐스팅을 통한 전투지침 및 전황상황 방송체계를 구축한다. 4가지 주요 기술은 전술통신망 모바일 그룹캐스팅 기술, 전술통신망용 Advanced Multihop Relay 기술, 환경 친화형 스마트 Easy 이동 노드장치 기술, 이동무선 백홀기능 결합형 릴레이장치기술 등이다.

가. 기술개념

광범위하고 전파환경이 열악한 지역을 대상으로 하는 국방 전술통신망에서 효율적으로 고용량의 멀티미디어 정보를 제공하기 위한 모바일 그룹망(community) 동적구성과 고속 실시간 그룹방송 전송기술, 멀티미디어 스트리밍 제어기술로 구성된다. 전장현장 여건에 따른 동적 무선그룹방송망 구성 및 제어기술, 실시간 멀티미디어 전송 및 VoD 기반 멀티미디어 제공기술과 전장현장의 실 상황을 전장 전역으로의 실시간 방송기술이 있다.

나. 군사적 활용방안

1) 개발 목표

지휘통제/통신 무기체계의 WiBro 기반 통신망에서 실시간으로 고속의 멀티미디어 정보를 제공할 수 있는 모바일 방송체계 기술을 개발한다. 전술정보통신망에서 HD급 고품질 멀티미디어 전송을 위한 모바일 MBS, 트래픽 속성과 다중 무선주파수 기반의 모바일 방송망 동적 구성 및 제어, 다양한 군 전술 통신기기의 속성과 전파환경에 강인하게 영상 정보를 제공할 수 있는 Scalable Video Coding(SVC)기반 멀티미디어 무선자원을 할당한다. 소부대 전투무선망의 고도화를 위한 자율 모바일 방송 송수신 기술을 개발한다. 부대노드를 위한 MBS 적용 기술개발 즉, 다대역 다기능 무전기(TMMR)와 MSAP/HCTR 연동을 위한 무선접속, 고품질 실시간 멀티미디어 전송을 위한 전용방송(dedicated broadcasting) 수신하며, 개인방송지원을 위한 상향 링크 스케줄링을 시행한다. 전장의 실황을 실시간으로 방송하기 위한 개인방송 플랫폼 기술을 개발한다. 개인방송 스트리밍 기술, 클라우드 기반의 개인방송 저작기술 등이 있다. 전장의 실황을 실시간으로 방송하기 위한 개인방송 플랫폼 기술을 개발한다. 선진국 기술수준으로는 MBS서비스 규격은 Mobile WiMax, 3GPP/LTE에서 개발되었으나, 아직 상용화된 제품은 없는 상태이다.

2) 소요 기술

WiBro 기반의 모바일 방송체계 기술은 MBS 기술규격이 IEEE 802.16m에서 개발되어 있으나, 아직 상용화된 WiBro 제품이 없는 상태이므로, 군 WiBro시스템 특성에 맞는 모바일 그룹캐스팅 규격 및 기술개발을 통한 민군적용을 추진한다. 군 무선한다. 주파수의 현황에 적합한 멀티캐리어 무선자원 할당기술 및 RF장치, SVC 기술의 군 적용을 위한 SVC 영상코덱 및 무선자원 할당기술(Single Frequency Network: SFN, Multi-BS 기반) 등이 있다. 자율 모바일 방송 송수신 기술은 현재 TMMR은 TMMR 간, 단말 간에 Ad-hoc기능, 멀티캐스팅 기술을 제공하나, 상위통신 지휘계층 간에는 유선으로 접속되어 있는 상태이고, 상위통신 지휘계층 간과 TMMR 간의 그룹캐스팅 지원을 위한 MSAP/HCTR 연동 무선 접속기술 개발을 추진 중이다. 전장 상황 속성을 고려하여 링크접속 지연이 없는 전용방송(dedicated broadcasting) 수신 기술개발을 추진하고 있다[(그림 4) 참조]. 개인방송 플랫폼 기술은 현재 이동 무선망에서 제공되는 개인방송 기술은 상용화 되고 있지 않은 상태이며, 클라우드 기반으로 개인방송 플랫폼 개발 추진 중이다.

(그림 4)

모바일 그룹캐스팅 개념도

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<출처>: ETRI-ADD, “국방IT융합세미나,” 2012. 4.

2. RFID/USN

센서네트워크 기술은 다양한 곳에 설치된 센서와 무선통신 노드를 통하여 사람/사물 및 다양한 주변 환경 정보를 인식하고, 인식된 정보를 통합·가공하여 네트워크를 통해 언제, 어디서나, 누구나 자유롭게 이용할 수 있게 하는 지식기반 서비스 인프라이다.

가. 기술 개념

RFID는 리더가 태그의 정보를 읽어내는 기술이며, USN은 센서 노드들이 형성하는 센서 망에서 노드 간 통신을 통해 정보를 취득하는 기술이며, 광의의 USN은 RFID를 포함하는 개념이며, 향후 RFID와 USN은 통합되어 미래 지능형 인프라로 발전할 것으로 전망되며, RFID/USN)3) 기술은 RFID 네트워크, 센서네트워크, 전달 네트워크, RFID/ USN 서비스 플랫폼, RFID/USN 응용서비스 기술로 구성된다[(그림 5) 참조].

(그림 5)

RFID/USN 개념

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<출처>: ETRI-ADD, “국방IT융합세미나,” 2012. 4.

나. 군사적 활용방안

1) 개발 목표

군의 현대전과 미래전은 곧 정보전으로 음성, 데이터, 영상 등 다양한 실시간의 멀티미디어 정보를 수집 및 전달하여 군 작전의 정확성과 신속성 증가 및 조기에 대응하는 것이 필요하며, 이를 위해 군은 생존성, 이동성 및 신뢰성을 확보하기 위해 군 자체의 독자적인 센서네트워크 체계구축이 필요하다. NCW 하의 각종 국방체계의 상이한 요구사항 만족과 야전에서의 열악한 전파환경 극복, 실시간적 감시제어 등을 위해서는 민간분야에서 선행된 센서네트워크 및 IoT기술을 바탕으로 한 무기체계 적용 기술개발이 필요하다. 센서네트워크 기술은 사물과 인간, 사물과 사물 간의 통신 및 지능화를 통해 민군 분야에 활용되며, 센서네트워크 기반의 다양한 융합기술 확보와 중장기적으로 민군겸용기술개발로 확보된 기반기술을 바탕으로 단계적인 연구개발 및 표준화가 필요하다.

2) 소요기술

인지무선(Cognitive Radio) 기반 군 감시정찰 센서네트워크에 적용하여 신뢰성 및 생존성이 증대될 수 있도록 개발하며, 인지무선 감시정찰 센서네트워크를 구축, 군 지휘통제체계 및 무기체계의 통신 네트워크에 적용하여 군 주파수 부족문제를 해결하고 간섭에 의한 지휘통제 체계 및 무기체계의 통신 품질저하 또는 동작불능 사태방지 기술을 확보한다. 주요 기술은 Sub-1GHz 대역 저전력 인지무선 기술, 인지무선 기반 저전력 군 센서네트워크 프레임워크 및 연동기술, Sub-1GHz대역 저전력 인지무선 기반 센서네트워크 전송기술 및 Sub-1GHz대역 저전력 인지무선 기반 센서노드 칩셋 및 플랫폼 기술이다. 감시정찰 저전력 인지무선 센서노드 플랫폼 기술은 다양한 분야에 군 감시정찰 센서네트워크를 적용하기 위해 저전력 복합센서와 쉽게 탈부착이 가능하도록 표준화된 Plug&Play 개념의 센서 모듈을 개발하고, 다양한 군 감시정찰 센서네트워크 응용 서비스에 쉽게 적용이 가능하도록 개방형 API를 개발하여 제공토록 한다. 야전환경에 적합한 동적채널 할당 지원 고신뢰 항재밍 센서노드 칩셋기술은 개발기간 및 비용 등을 최대한 단축하기 위해 이미 개발된 센서노드 칩셋기술을 최대한 활용하되 인지무선 관련된 기술을 우선적으로 개발한다. 시행착오 최소화 및 효율적 검증을 위해 칩셋은 RF, 인지무선 엔진, 베이스밴드 칩셋단위로 개발하고 기능 검증 후 통합 칩셋으로 개발한다. 400MHz 대역 다채널 저전력 RF칩 기술, 동적채널 할당 및 멀티모드 저전력 적응형 센서노드 모뎀칩 기술 및 400MHz 대역 고신뢰 항재밍 저전력 센서노드 통합 칩셋 및 노드 플랫폼 기술이 있다.

3. CPS

CPS 기술은 군에서 요구하는 복합무기체계의 과학적 소요제기, 연구개발, 제작 및 시험평가 등의 개발 전순기에 필요한 M&S 기반 고신뢰 무기체계의 개발환경을 요구하고 있다.

가. 기술 개념

융복합 무기체계 소프트웨어의 획득 전순기를 지원할 수 있는 M&S 기반의 고신뢰 무기체계 SW개발 환경을 구축하여 무기체계의 정밀화, 복합화 추세에 따른 합성전장(L-V-C) 기반 훈련체계를 확립한다.

나. 군사적 활용방안

1) 개발 목표

국내 연구개발을 통한 M&S기반의 무기체계의 획득, 업체주도에 의한 연구개발 활성화, 상호운용성 등 SW의 중요성 증가 등 향후 CPS기술의 무기체계 적용은 확대될 것으로 판단되며, 이에 고신뢰 무기체계에 요구되는 기반 핵심 CPS기술에 대한 개발환경과 능동적인 개발방안 수립과 목표설정이 요구된다[(그림 6) 참조].

(그림 6)

M&S기반 고신뢰 무기체계 개발환경

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<출처>: ETRI-ADD 국방IT융합세미나, 2012. 4.

2) 소요기술

이산·연속시스템의 통합 하이브리드 모델링 & 시뮬레이션 기술확보를 위해 복합체계를 위한 하이브리드 모델링 기술, 대규모 모델 모의용 고속 시뮬레이션 엔진기술 및 이종모델 통합 모델링을 위한 메타 모델링 기술개발이 필요하다. 하이브리드 모델 정형검증 기술확보를 위해 하이브리드 시스템 정형명세 기술, 하이브리드 모델 정형검증 기술 및 대규모 모델 정형검증을 위한 추상화 기술개발이 요구된다. 대규모 분산 시뮬레이션 미들웨어 기술개발은 대규모 시뮬레이션 모듈 관리 기술, L-V-C 통합을 위한 시뮬레이션 연동 게이트웨어 기술 및 시뮬레이션 메시지 고속배포 기술개발이 필요하며, L-V-C 간 운용통신 미들웨어 간 연동 게이트웨이 개발을 위해서는 L-V-C 각 체계운용 미들웨어 프로토콜 변환기술, 고신뢰 연동을 위한 서비스품질 연동기술 및 L-V-C 통합 체계관리 프로토콜 기술개발이 필요하다. 또한, L-V-C 간 통합분산 시뮬레이션 핵심요소 기술개발 확보를 위해 L-V-C 간 데이터 변환을 위한 시소러스 구축 및 온톨로지 개발, 미들웨어 간 시간 동기화를 위한 Time Management 기술개발 및 이종체계 간 L-V-C연동을 위한 Federation Management 기술개발이 요구되며, 다중 도메인 통합용 시뮬레이션 데이터 라우팅기술 개발확보를 위해서는 이종 네트워킹기술/플랫폼/운용환경 연동을 위한 미들웨어 정합기술, 다중 도메인 간 통신개체 탐색 및 서비스품질 통합지원기술 및 L-V-C 연동체계 상태 관리자 기술개발이 필요하다.

Ⅳ. 추진전략 및 발전방향

1. 기술개발 추진전략

민간분야의 사물인터넷 시장활성화 추세를 볼 때 군사분야에서도 IoT 및 CPS기술 적용 필요성은 인정되나, 보안취약성에 대한 추진전략이 부재한 상태이다. 따라서 미래창조과학부의 민간기술분류체계와 국방과학기술 분류체계를 근간으로 군사분야에 적용가능한 IoT 관련 분류체계 분석을 통해 <표 2>와 같이 민간 및 군사기술에 대한 기술분류(안)을 바탕으로 세부 확보기술을 제시하였다. <표 2>에서 군사적 요소 고려 시 제한사항은 장치(사물) 간 상호운용성과 신뢰성 분야에 대해서는 체계 간 연동, 플래쇼폼 및 기반구조, 센서, 상호운용성 및 표준화 부분을 고려해야 하고, 무기체계 연동 시 보안성 확보를 위해서는 정보보호에 대해 세부 추진전략 보완 반영되어야 할 것이다[5].

<표 2>

사물인터넷 적용 기술분류 체계(안)

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2. 발전방향

군사용에 대한 IoT기술의 적용방안은 <표 1>과 같이 ‘체계 간 연동 등 5개 그룹을 10개의 세부기술로 분류’ 가능하며, 각 세부기술에 대한 개발목표 설정, 기술로드맵(TRM) 수립 및 세부 추진전략을 수립하여 국방중장기계획과 연계한 목표지향적인 추진전략을 수립하여야 할 것이다. 따라서 국방 IoT기술 중 조기 전력화 및 세계 방산시장 선도 유망성을 갖는 기술을 각 기능별 핵심요소 기술로 선정하고, 핵심기술의 중장기에 걸친 단계적 R&D 계획을 수립하여 핵심요소 기술별로 세부 추진계획 및 로드맵 수립을 추진해야 할 것이다.

Ⅴ. 결론

본 연구에서는 사물인터넷 기본 추진전략 도출의 기반 마련을 위해 기술의 정의 및 범위를 파악하고, 국내외 사물인터넷 동향을 파악하여 향후 산업 활성화를 위한 정책방안 도출에 초점을 맞추어 연구를 수행하였다. 사물인터넷 기술의 군사적 활용을 위해서는 민간의 기반기술을 적극 활용하여 기존 무기체계 및 핵심기술과의 연계성을 강화할 필요가 있으며, 선도형 핵심기술 발굴을 위한 선행연구로서의 가치가 충분할 것이다. 본고에서 제시한 5대 그룹 10개 세부기술에 대한 기술개발 추진전략과 사물인터넷통신 기술의 국방분야 활용을 위한 국방과학기술진흥실행계획(국방핵심기술기획서), 민군기술협력사업과의 연계성을 강화한다면 군사분야에서의 IoT기술은 더욱 발전할 수 있을 것으로 사료된다.

용어해설

사물통신(IoT) 정보통신기술을 기반으로 실세계(physical world)와 가상세계(virtual world)의 다양한 사물들을 연결하여 진보된 서비스를 제공하기 위한 서비스 기반 시설, 인프라 컴퓨팅 기기들이 사람과 사물, 사물과 사물 간에 지능통신을 할 수 있는 엠투엠(M2M)의 개념을 인터넷으로 확장하는 개념

사이버물리시스템(CPS) 사이버 세계와 물리적 세계의 통합 시스템으로 사물들이 서로 소통하며 자동적, 지능적으로 제어되는 시스템. 연산, 통신, 제어가 결합되고 융합된 복합시스템의 성격과 와해성(Disruptive) 기술의 특성을 창출해 차세대 자동차, 항공기, 신무기/전투체계, 고효율 스마트 그리드, 실시간 적응형 스마트 교통체계 등 광범위한 분야에 응용

약어 정리

CPS

Cyber-Physical Systems

DERA

Defense Evaluation and Research Agency

IERC

IoT European Research Cluster

IOC

Internet of Computer

IoE

Internet of Everything

IoT

Internet of Things

LCRA

Lower Colorado River Authority

L-V-C

Live, Virtual, Constructive

M2M

Machine to Machine

MITT

Ministry of Industry and Information Technology

MoC

Machine of Communication

MTC

Machine-type Communication

RFID

Radio Frequency IDentification

USN

Ubiquitous Sensor Network

WoT

Web of Things

각주

1)

M2M: 미국전기전자학회(IEEE) 유럽통신표준협회(ETSI)는 M2M을 사람이 개입하지 않는(혹은 최소 개입) 상태에서 기기 및 사물 간에 일어나는 통신이라고 정의하고 있음.

2)

IoT: 이동통신망을 이용하여 사람과 사물, 사물과 사물 간 지능통신을 할 수 있는 M2M개념을 인터넷으로 확장, 사물은 물론, 현실과 가상세계의 정보와 상호작용하는 개념

3)

RFID/USN은 다양한 위치에 설치된 태그 및 센서노드를 통하여 사람/사물 및 환경 정보를 인식하고, 인식된 정보를 통합·가공하여 언제, 어디서나, 누구나 자유롭게 이용할 수 있게 하는 지식기반 서비스 인프라

[1] 

국방부, “국방정보화정책서(일반본),” 2011. 10.

[2] 

ETRI, “국방IT융합 기획보고서,” 2012. 12.

[3] 

방위사업청, “2014~2028 국방과학기술진흥실행계획(일반본),” 2013. 10.

[4] 

국방기술품질원, “국방과학기술조사서(일반본),” 2013. 11.

[5] 

계중읍 외, “사물인터넷통신의 군사적 활용성에 대한 연구,” 2014. 10.

(그림 1)

사물인터넷(IoT) 기술

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<출처>: 한국정보화진흥원, 2013. 12.

(그림 2)

사물인터넷(IoT)의 정의

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<출처>: 한국인터넷진흥원, “Cisco,” 2011. 12.

(그림 3)

사이버물리시스템(CPS)의 정의

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<출처>: 기품원, “국방과학기술조사서,” 2013. 11.

(그림 4)

모바일 그룹캐스팅 개념도

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<출처>: ETRI-ADD, “국방IT융합세미나,” 2012. 4.

(그림 5)

RFID/USN 개념

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<출처>: ETRI-ADD, “국방IT융합세미나,” 2012. 4.

(그림 6)

M&S기반 고신뢰 무기체계 개발환경

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<출처>: ETRI-ADD 국방IT융합세미나, 2012. 4.

<표 1>

IoT의 정의 및 관리단체

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<표 2>

사물인터넷 적용 기술분류 체계(안)

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