[논문]키워드 빈도와 중심성 분석을 이용한 사물인터넷 및 스마트 시티 연구 동향: 미국·일본·한국을 중심으로

이택균

doi:10.17662/ksdim.2022.18.3.009

[국내논문] 키워드 빈도와 중심성 분석을 이용한 사물인터넷 및 스마트 시티 연구 동향: 미국·일본·한국을 중심으로
Research Trend on Internet of Things and Smart City Using Keyword Fequency and Centrality Analysis : Focusing on United States, Japan, South Korea 원문보기

디지털산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Society of Digital Industry and Information Management, v.18 no.3, 2022년, pp.9 - 23

이택균 (아주대학교 다산학부대학)

Abstract ▼ AI-Helper

This study aims to examine research trends on the Internet of Things and smart city based on papers from the United States, Japan, and Korea. We collected 7113 papers related to the Internet of Things and smart city published from 2016 to 2021 in Elsevier's Scopus. Keyword frequency and centrality analysis were performed based on the abstracts of the collected papers. We found keywords with high frequency of appearance by calculating keyword frequency and identified central research keywords through the centrality analysis by country. As a result of the analysis, research on security, machine learning, and edge computing related to the Internet of Things and smart city were the most central and highly mediating research conducted in each country. As an implication, studies related to deep learning, cybersecurity, and edge computing in Korea have lower degree centrality and betweenness centrality compared to the United States and Japan. To solve the problem it is necessary to combine these studies with various fields. The future research direction is to analyze research trends on the Internet of Things and smart city in various regions such as Europe and China.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 Elsevier의 Scopus에서 2016년부터 2021년까지 사물인터넷과 스마트 시티와 관련된 미국, 일본, 한국 논문 총 7113편을 수집하고 수집된 논문들의 논문 초록을 대상으로 하여 키워드 빈도와 중심성 분석을 진행하였다. 키워드 빈도를 구하여 빈도가 높은 상위 키워드를 확인하고 중심성 분석을 통해서 중심적인 연구 키워드를 파악하고자 하였다. 분석을 통해서 국가별 비교를 하였으며 향후 한국의 사물인터넷과 스마트 시티와 관련된 연구에 방향성을 제시하고자 한국과 관련된 시사점을 도출하였다.
키워드 빈도를 구하여 빈도가 높은 상위 키워드를 확인하고 중심성 분석을 통해서 중심적인 연구 키워드를 파악하고자 하였다. 분석을 통해서 국가별 비교를 하였으며 향후 한국의 사물인터넷과 스마트 시티와 관련된 연구에 방향성을 제시하고자 한국과 관련된 시사점을 도출하였다.
분야별로 가장 중심적이며 높은 매개적인 연구 키워드를 살펴보았으며 각 분야에서 이러한 중심성이 높은 연구 키워드의 파악을 통해서 사물인터넷과 스마트 시티와 관련된 핵심적이며 중요한 연구 분야를 파악하고자 하였다.
본 연구는 Elsevier의 Scopus에서 2016년부터 2021년까지 사물인터넷 및 스마트 시티에 관한 논문의 연구 동향을 미국, 일본, 한국을 중심으로 파악하고자 하였다.
이렇게 도출된 시사점을 통해서 향후 한국의 사물인터넷과 스마트 시티에 관련된 연구에 방향성을 제시하고자 한다. 또한 본 논문의 한계점은 사물인터넷 및 스마트 시티에 관한 논문의 연구 동향 분석을 미국, 일본, 한국을 중심으로 진행하였으며 향후에는 유럽 및 중국 등 여러 국가의 논문들을 포함하여 다양한 지역의 사물인터넷 및 스마트 시티에 관한 연구 동향 분석을 하고자 한다.

제안 방법

본 연구를 위한 전체적인 절차는 <그림 2>에 나타내었다. 자료 수집 과정을 통해서 수집된 논문들의 초록에서 단어(키워드)를 추출하였으며 추출된 키워드들에 대해서 전처리 작업을 진행하였다. 추출된 키워드들에 대한 전처리 작업은 영어 텍스트 데이터에 존재하는 대문자와 소문자를 통일하는 작업, 동일한 의미의 단수와 복수 단어를 통일하는 작업, 영어 관사와 같이 의미가 중요하지 않은 단어를 삭제하는 작업 등을 진행하였다.
자료 수집 과정을 통해서 수집된 논문들의 초록에서 단어(키워드)를 추출하였으며 추출된 키워드들에 대해서 전처리 작업을 진행하였다. 추출된 키워드들에 대한 전처리 작업은 영어 텍스트 데이터에 존재하는 대문자와 소문자를 통일하는 작업, 동일한 의미의 단수와 복수 단어를 통일하는 작업, 영어 관사와 같이 의미가 중요하지 않은 단어를 삭제하는 작업 등을 진행하였다.
전처리 작업을 통해서 얻은 정제된 데이터를 이용하여 키워드의 빈도를 구하였다. 키워드 빈도는 국가별로 구하였으며 국가별로 빈도가 가장 높은 15개 키워드를 선별하였다.
중심적인 연구 키워드를 찾기 위해서 중심성 분석을 하였으며 중심성 분석을 위해서 연결 중심성과 매개 중심성을 이용하였다. 연결 중심성은 키워드 네트워크에서 노드(키워드)가 얼마나 많은 링크를 가졌는지를 측정하는 것이며 측정된 값을 정규화된 값으로 나타내었다.
<표 2>에 있는 키워드의 연결 중심성 순위는 해당 키워드가 각 국가에서 얼마나 중심적 연구 키워드인지를 나타내므로 이를 이용하여 키워드 간의 연결 중심성 비교를 하였다.
<그림 4>는 한국에서 발표한 논문의 초록에서 추출된 키워드 중에서 빈도가 높은 상위 30개 키워드를 이용하여 구성된 키워드 네트워크를 보여준다. 이러한 키워드 네트워크를 이용하여 각 키워드의 연결 중심성과 매개 중심성을 구하였다.
<표 4>에 있는 키워드의 매개 중심성 순위는 해당 키워드가 각 국가에서 얼마나 매개적인 연구 키워드인지를 나타내므로 이를 이용하여 키워드 간의 매개 중심성을 비교하였다.

대상 데이터

본 연구는 Elsevier의 Scopus에서 2016년부터 2021년까지 사물인터넷과 스마트 시티와 관련된 미국, 일본, 한국 논문 총 7113편을 수집하고 수집된 논문들의 논문 초록을 대상으로 하여 키워드 빈도와 중심성 분석을 진행하였다. 키워드 빈도를 구하여 빈도가 높은 상위 키워드를 확인하고 중심성 분석을 통해서 중심적인 연구 키워드를 파악하고자 하였다.
자료 수집을 위해서 Elsevier의 Scopus에서 ‘Internet of Things’및 ‘smart city’를 검색 키워드로 이용하여 2016년부터 2021년까지 발표된 논문을 대상으로 수집하였으며 <그림 1>은 국가별로 수집된 논문 현황을 보여준다.
연도별로 수집된 논문 편수는 405편(2016년), 743편(2017년), 1,169편(2018년), 1,553편(2019년), 1,618편(2020년), 1,625편(2021년)이다. 연도별로 논문 편수는 2016년부터 2021년까지 지속해서 증가하였다.
전처리 작업을 통해서 얻은 정제된 데이터를 이용하여 키워드의 빈도를 구하였다. 키워드 빈도는 국가별로 구하였으며 국가별로 빈도가 가장 높은 15개 키워드를 선별하였다.
연결 중심성은 키워드 네트워크에서 노드(키워드)가 얼마나 많은 링크를 가졌는지를 측정하는 것이며 측정된 값을 정규화된 값으로 나타내었다. 연결 중심성은 국가별로 구하였으며 국가별로 연결 중심성이 높은 상위 15개 키워드를 분석하였다. 또한 매개 중심성은 키워드가 네트워크에서 중개자 또는 매개적인 역할을 하는 정도를 측정하는 것이며 매개 중심성도 국가별로 구하였으며 국가별로 매개 중심성이 높은 상위 15개 키워드를 분석하였다.
연결 중심성은 국가별로 구하였으며 국가별로 연결 중심성이 높은 상위 15개 키워드를 분석하였다. 또한 매개 중심성은 키워드가 네트워크에서 중개자 또는 매개적인 역할을 하는 정도를 측정하는 것이며 매개 중심성도 국가별로 구하였으며 국가별로 매개 중심성이 높은 상위 15개 키워드를 분석하였다. 이러한 전처리 작업과 분석 작업을 위해서 데이터분석 프로그래밍 언어인 R을 이용하여 진행하였다.

성능/효과

사물인터넷 관련 분야 키워드를 보면, 'wireless_sensor_network'는 한국과 일본에서만 나타났으며 한국과 일본에서 무선 센서네트워크에 관한 연구가 매개적인 연구로서 역할을 하는 것으로 파악된다.
둘째, 사물인터넷과 스마트 시티에 관한 연결 중심성 및 매개 중심성 분석 결과를 전체적으로 살펴보면, 키워드 'iot', 'smart_city', 'security', 'machine_learning'는 각 국가에서 공통으로 상위 순위 5위 안에 포함되는 연결 중심성과 매개 중심성이 높은 키워드들이다
셋째, 사물인터넷과 스마트 시티에 관한 중심성 분석 결과를 통하여 도출되는 한국과 관련된 시사점을 살펴보면, 한국의 인공지능 관련 분야 연구가 미국과 일본보다 상대적으로 연결 중심성이 낮으며 미국보다 매개 중심성이 낮은 편이다. 인공지능 관련 분야에서 특히 딥러닝 관련 연구는 미국과 일본에 비해서 매개적인 역할이 많이 낮다.
사물인터넷과 스마트 시티에 대한 연결 중심성 및 매개 중심성 분석 결과에 의하면, 각 국가에서 사물인터넷 및 스마트 시티 연구와 관련하여 보안과 머신러닝에 대한 연구가 가장 중심적이며 또한 가장 높은 매개적인 역할을 한 연구로 진행되었다.
첫째,사물인터넷과 스마트 시티에 관한 빈도를 구한 결과에서, 키워드 'iot', 'smart_city', 'machine_learning'은 각 국가의 키워드 빈도 순위 5위에 포함되어 있으며 이 키워드들은 각 국가에서 공통으로 높은 관심을 가지는 연구 키워드로 보인다

후속연구

그러므로 가상 물리 시스템이 핵심적인 연구가 될 수 있도록 활발한 연구가 필요하며 한국의 상위 연결 중심성 또는 매개 중심성 키워드에 포함된 키워드 ‘smart_home', 'healthcare', 'smart_grid'와 관련된 연구도 연구 중심성이나 매개적인 역할이 낮은 연구 분야이므로 관련된 집중적인 융합 연구가 필요하다.
인공지능 관련 분야에서 특히 딥러닝 관련 연구는 미국과 일본에 비해서 매개적인 역할이 많이 낮다. 따라서, 한국의 인공지능 관련 분야 연구가 더 중심적이며 매개적인 연구로 발전할 수 있도록, 인공지능을 활용한 많은 집중적인 연구가 필요하며, 특히 딥러닝을 기반으로 한 여러 연구를 통해서 매개적인 역할을 높이는 연구 진행이 필요해 보인다.
보안 관련 분야에서, 미국과 일본에 비해서 한국의 사이버보안 관련 연구가 상대적으로 연결 중심성 및 매개 중심성이 낮은 편이다. 그러므로 한국의 사이버보안 관련 연구의 연결 중심성과 상위 매개 중심성의 향상을 위해서, 사물인터넷 및 스마트 시티에서 생산되는 중요한 데이터 및 시스템의 보호를 위해서 사이버보안과 다양한 융합된 연구가 요구된다.
사물인터넷과 스마트 시티에 관한 중심성 분석을 통하여 도출되는 한국과 관련된 시사점을 학문적 그리고 실무적 시사점으로 나누어 살펴보면, 인공지능 관련 분야에서, 실무적으로는 딥러닝을 위한 높은 성능을 제공하는 시스템 구축이 요구되며 학문적으로는 이러한 구축된 딥러닝 시스템에 기반하여 다양한 분야와 융합 연구를 활성화하는 것이 필요하다. 보안 관련 분야에서, 실무적으로는 사이버보안을 위한 안전한 보안 시스템을 개발이 필요하며 학문적으로는 사물인터넷 및 스마트 시티 관련 데이터 및 시스템의 보호를 위한 효율적인 기법 연구가 요구된다.
이렇게 도출된 시사점을 통해서 향후 한국의 사물인터넷과 스마트 시티에 관련된 연구에 방향성을 제시하고자 한다. 또한 본 논문의 한계점은 사물인터넷 및 스마트 시티에 관한 논문의 연구 동향 분석을 미국, 일본, 한국을 중심으로 진행하였으며 향후에는 유럽 및 중국 등 여러 국가의 논문들을 포함하여 다양한 지역의 사물인터넷 및 스마트 시티에 관한 연구 동향 분석을 하고자 한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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