초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
1) 최종 목표

○ 밀집되어 설치된 다수의 무선 IoT 디바이스를 현장 적응형으로 클러스터링하고, 인접한 클러스터 간 간섭이 최소화된 고신뢰 무선통신을 지원하는 대규모 고밀도 무선통신 네트워킹 핵심기술 개발 및 실증 서비스 기술 개발
- 대규모 고밀도 환경의 경량 IoT 디바이스용 고신뢰 저지연 무선통신 기술
- 다양한 산업현장에 자동으로 최적화되는 무선 IoT용 클러스터링 AP 기술
- 레퍼런스 디자인 및 산업현장 실증 시제품․서비스 개발

○ En

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
1) 최종 목표

○ 밀집되어 설치된 다수의 무선 IoT 디바이스를 현장 적응형으로 클러스터링하고, 인접한 클러스터 간 간섭이 최소화된 고신뢰 무선통신을 지원하는 대규모 고밀도 무선통신 네트워킹 핵심기술 개발 및 실증 서비스 기술 개발
- 대규모 고밀도 환경의 경량 IoT 디바이스용 고신뢰 저지연 무선통신 기술
- 다양한 산업현장에 자동으로 최적화되는 무선 IoT용 클러스터링 AP 기술
- 레퍼런스 디자인 및 산업현장 실증 시제품․서비스 개발

○ End Product
- 고신뢰/저지연/멀티홉 지원 IoT Network 소프트웨어 (S/W)
- 시각동기 기반 멀티채널/멀티홉 지원 고신뢰 무선전송 MAC 소프트웨어 (S/W)
- 경량 IoT 무선통신 모듈 (H/W)
- 산업용 IoT 클러스터링 AP 시스템 (SYS)
- 산업용 IoT 클러스터링 네트워크 관리 서버 (S/W)
- 산업용 IoT 센서 및 응용 데이터 프로토콜 (S/W)
- 산업용 무선 IoT 시스템 레퍼런스 디자인 및 플랫폼 (S/W)
- 고신뢰 IoT 클러스터 미들웨어 및 개방형 서비스 플랫폼 (S/W)
- 산업현장 실증 테스트베드 구축용 IoT 센서 시스템 (SYS)
· 광양제철소 154KV 고압케이블 접속부 부분방전 복합센서 IoT 시스템 (SYS)
· 포항제철소 밀폐환경 산업안전 감시 경보용 산소센서 IoT 단말 (SYS)
· 포항제철소 대형모터 설비진단용 진동센서 IoT 단말 시스템 (SYS)
· 포항제철소 후판 압연기 온도센서 IoT 단말 (SYS)
- 현장 테스트베드 구축 및 운영 (SYS)
· 레퍼런스 디자인 기반 스마트공장 현장실증 테스트베드 서비스 (SYS)
· 광양제철소 현장 실증 테스트베드 (SYS)
· 포항제철소 현장 실증 테스트베드 (SYS)
· 광양제철소 154KV 고압케이블 접속부 부분방전 감시용 HMI 서버 (S/W)
· 포항제철소 후판공장 설비진단 및 산업안전 HMI 서버 (S/W)
· 기술검증용 테스트베드 구축(ETRI 12동 옥상) (SYS)
- 대규모 IoT노드 시험모듈 및 장치 (SYS)
· 멀티채널 시험용 패킷분석 장치 (SYS)
· 멀티노드(32EA) 시험보드 (H/W)
- 국내 표준화 (S/W)

2) 세부 목표
○ 대규모 고밀도 환경의 경량 IoT 디바이스용 고신뢰 저지연 무선통신 기술
- 시각동기 기반 멀티채널/멀티홉 지원 고신뢰 무선전송 MAC 설계 및 개발
- 고신뢰/저지연/멀티홉 지원 IoT Network 프로토콜 설계 및 개발
- 다양한 비면허 대역 PHY 지원 HAL 기능
- 대규모 네트워크 환경에서 서비스 중단을 최소화하는 원격 무선 업그레이드 기능

○ 다양한 산업현장에 자동으로 최적화되는 무선 IoT용 클러스터링 AP 기술
- IoT 디바이스의 산업현장 내 효율적 설치 및 관리를 위한 간편 설정 기술
- 클러스터 간 간섭 최소화 및 산업현장의 형태와 규모에 따라 클러스터 토폴로지 자동구성 기술 개발
- 주기적인 무선 데이터 전송을 위한 타임슬롯 할당 기술 개발
- 간 자동 핸드오프 지원되는 AP 무선 IoT 이동 단말용 응용 기술 개발
- 웹기반 고장진단 및 모니터링이 가능한 모바일 단말용 응용 기술 개발

○ 레퍼런스 디자인 및 산업현장 실증 시제품․서비스 개발
- 스마트공장․스마트빌딩․스마트시티 등 산업현장에 대한 프로파일링 및 reference design 개발
- 서비스 프로토콜(OPC-UA, CoAP, MQTT 등)과의 연동 기술
- 실증 시제품·서비스 개발
- 개방적 협력과 국내외 표준·인증 전략
- IoT 인프라 구축을 위한 미들웨어 및 개방형 서비스 플랫폼 개발
- 산업현장 실증 서비스 및 성능 최적화 검증

□ 개발내용 및 결과
○ 대규모 고밀도 환경의 경량 IoT 디바이스용 고신뢰 저지연 무선통신 기술
○ 다양한 산업현장에 자동으로 최적화되는 무선 IoT용 클러스터링 AP(Access Point) 기술
○ 레퍼런스 디자인 및 산업현장 실증 시제품·서비스 개발

□ 기술개발 배경
○ 열악환경의 산업 현장에서 1,000개 이상의 센싱 및 제어를 위해서 대규모 고밀도 IoT 디바이스를 밀집하게 설치 및 운영할 필요가 있고, 센싱 및 액츄에이션 등 수많은 IoT 디바이스들을 수동으로 설치하고 관리하기 어려움을 겪고 있음
○ 또한, 센싱 장치의 설치 및 유지보수 비용 문제 등의 유선 통신의 한계점을 극복하기 위한 무선통신 및 비면허 주파수 대역을 활용한 고신뢰 무선통신 IoT 디바이스 솔루션을 제공하지 못하고 있음
○ 경쟁방식의 데이터 전송 기술은 대규모 네트워크 상에서 데이터 전송시 전송패킷 충돌 확률이 높아 데이터 전송 신뢰성이 문제가 됨. 또한 단일 채널을 사용하기 때문에 외부 전파 간섭 문제에 치명적인 약점이 있음
○ 따라서, 전계적으로 대규모 산업용 IoT 무선네트워크 시스템에 대한 기술적 수요가 크게 요구되고 있음. 높은 전송 신뢰성, 네트워크 확장성, 대규모 무선 디바이스 제어 및 관리 기술 등이 필요하며 이러한 기술적용이 기존 무선통신 프로토콜 기술의 제한성으로 인해 적용이 되지 않음
○ 멀티채널 멀티홉 IoT 네트워크 핵심기술은 대규모 및 고밀도 IoT 노드에 대한 고신뢰 지원 산업용 IoT 네트워크 솔루션의 핵심이 되는 기술임
○ 스마트공장, 산업자동화, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 유틸리티 네트워크 등 다양한 요구사항의 산업계 응용에 적용 및 확산될 수 있도록 열악한 전파환경에도 능동적인 대처가 가능한 고신뢰 멀티채널/멀티홉 지원 IoT네트워크 기술이 필요함.

□ 핵심개발 기술의 의의
○ 신규개발
· (고신뢰성/ 멀티홉 /멀티채널 지원 DSME MAC 기술) 센싱 정보의 시의성을 요구하거나 실내외 환경의 주파수 간섭이 심하고 무선환경이 열악한 곳에서의 전송 신뢰성 저하 문제를 해결하고, 채널 다중화 기법을 활용한 간섭회피 기술을 사용하여 무선구간 전송 신뢰성 극대화하는 EEE802.15.4e 국제표준 기술인 DSME MAC 기술을 고도화 개발함
· (네트워크 관리 서버) 산업용 대규모 IoT 네트워크에서 최대 3-hop 까지 전송 경로별로 멀티채널 타임슬롯을 계산하고 할당하는 NMS(네트워크 관리 서버)의 기능 구현의 수준이 세계 경쟁기관과 비교할 때 동등하거나 높은 수준임
- 클러스터 AP 별로 군집하여 채널을 재배치 함으로써 IoT 네트워크가 확장되더라도 IoT 클러스터 간 채널간섭 문제를 해결할 수 있음
- 멀티채널 타임슬롯 할당 기술과 클러스터간 채널관리 기술은 대규모 산업용 IoT 무선네트워크 시스템을 구성하기 위한 핵심 구성요소로 고난이도 알고리즘과 구현 기술이 필요함
- 클러스터링 AP 및 네트워크 관리 서버에 대한 IoT 핵심 기술개발을 통한 IPR 확보 추진함으로써 국내외적 기술경쟁 우위 및 국내외 관련 시장의 선점을 통한 사업화 추진
· 여러 산업현장에 고신뢰 무선 IoT 네트워크와의 효율적이고 안정적인 ISO-IEC30128 표준확장에 기반한 무선 IoT 클러스터 미들웨어가 산업현장 요구사항을 바탕으로 개발되었음. 실제 현장(포항/광양제철소)에 적용 및 검증을 통한 기능/성능 및 안정성 향상을 통해 관련 레퍼런스 플랫폼 기술을 표준화였고, 산업현장 프로파일을 통해 다양한 산업현장에 유연하게 접목할 수 있음.

○ 개발난이도
· 개발난이도 : 상
· “산업용 고신뢰 무선 IoT 네트워크 기반 서비스 요구사항 및 참조구조” 신규 표준 제정 및 관련 IPR 확보 (표준1 건 및 특허 1건 확보)

○ 국산화 및 기술수출
· 멀티채널/멀티홉/고신뢰 IoT 네트워크를 위한 전송 프로토콜 소프트웨어 기술 및 센서 응용 기술을 100% 확보함으로 산업현장의 고신뢰 지원 IoT 네트워크 기술 종속을 탈피
· 고신뢰 센서네트워크와의 표준 프로토콜 기반 미들웨어 및 서비스 플랫폼 기술 확보를 통해 다양한 산업현장 확산 기반 마련
· 확보된 국제 표준 기반 IIoT 네트워킹 기술을 바탕으로 핵심기술 및 제품 수출을 추진

○ 개발기술의 의의

□ 적용 분야
○ 수요처 및 적용시스템
· 고신뢰/시의성이 요구되는 제어/모니터링 서비스
- 스마트팩토리/스마트시티/스마트빌딩/스마트그리드/안전/유틸리티
- 환경관리/화재/재난/재해/산불/응급의료 등
- 액추에이터 네트워크
· 고신뢰 지원 광역 저전력 IoT 네트워크 기능이 요구되는 서비스
- 웨어러블, 헬스케어, 광역 환경관리

○ 활용 방안
· (스마트팩토리 분야) IoT 활용하여 생산 전과정의 지능화·최적화에 대규모 고밀도 환경에서의 고신뢰·저지연 무선네트워크 기술 적용이 가능함. 또한, IoT 기술을 이용하여 최적의 제품 디자인과 수요예측이 가능하고, 자율화된 제조 공정을 이용하여 다품종 생산 및 창조적 아이디어를 구현할 수 있는 스마트팩토리 솔루션에 적용 가능함
· (스마트빌딩 분야) 빌딩의 각 층에 2~4개의 클러스터링 AP를 각각 설치하여 근무자/거주자 위치 감지 및 각종 환경(조도, 온·습도, 가스 및 먼지) 센싱 정보를 멀티홉 통신 환경으로 연결하여 조명, 냉·난방 및 공조·환기를 최적화하여 쾌적한 실내 환경을 유지하면서 에너지 사용도 최적화하는 서비스에 활용함
· (스마트시티 분야) 스마트시티는 정보통신기술을 활용하여 다양한 도시문제를 해결하고 도시 경쟁력 및 시민 삶의 질을 향상시키는 동시에 도시의 지속가능성을 추구하는 도시로써, 도시의 대규모 노드가 연결되는 고신뢰 IoT 네트워크 기술은 다음 응용 분야에도 광범위하게 응용 및 활용 가능함
- 물, 에너지, 교통, 도시시설물(지상시설물 및 지하시설물) 등 인프라 정보
- 스마트시티 시설물 모니터링 분야 및 대기환경/수질환경 모니터링 분야
- 스마트 에너지 및 스마트미터링 분야
· (스마트그리드 분야) IEEE 802.15.4e/g SUN 무선통신망으로 적용할 수 있으며, 전자식 전력량계의 전력계량 데이터 및 HAN에서 생성하는 각종 데이터를 WAN 통신망으로 전달하는 역할을 한다. 통상적으로 전자식 전력량계가 설치되는 고객의 인입선에서 변압기가 설치된 전주까지의 통신 네트워크에 Sub-GHz 대역의 고신뢰 IIoT 무선통신 기술이 PLC 기술 외에 AMI용 무선통신 통신기술로 적용되고 있음
· (헬스케어 및 응급의료 분야) IoT 기반 헬스케어 서비스는 촉각, 후각, 음성 등의 다양한 복합센서를 통해 능동적으로 사람의 감정 상태를 파악하고, 센서 네트워크에 의한 센서 간 정보 교환을 통해 자율적으로 상황을 판단하고, 장기적으로는 심박 수, 호흡, 뇌파와 같은 생체 신호를 통해 감성을 분석, 건강을 관리하고 만성질환을 예방하는 서비스도 등장할 전망임.
· (환경 모니터링 분야) 수질, 기후, 대기 및 해양 등과 관련한 환경정보를 환경관리 정보시스템으로 수집 관리하기 위하여 고신뢰 IIoT 통신기술 적용이 가능함
· (광역 소방방재 모니터링 분야) 광역 산불/화재 경보 시스템, 문화재 보존을 위한 소방방재 시스템, 재난재해 모니터링 서비스에 적용 가능함

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 4
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 71
• 목차 ... 76
• 제 1 장 서론 ... 78
• 제 1 절 과제의 개요 ... 78
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 (기술개발 내용 및 방법) ... 86
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 86
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 89
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 89
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 103
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 103
• 제 3 장 결과 ... 106
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 106
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 106
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 111
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 116
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 148
• 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 148
• 제 3 절 R&D 도전과 배움 ... 150
• 1. R&D 전주기별 경험 ... 150
• 2. 연구개발 중 발생한 파생성과 ... 154
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 155
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 156
• 제 6 절 안전관리 이행 현황 ... 157
• 1. 산업안전보건 교육 ... 157
• 2. 연구실, 실험실 안전 조치 ... 160
• 제 4 장 사업화 계획 ... 164
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 164
• 제 2 절 사업화 계획 ... 166
• 1. 사업화 실적 및 추진 현황 ... 166
• 2. 사업화 계획 ... 167
• 3. 사업화 전략 ... 168
• 제 3 절 향후 추가 기술개발 계획(개발기술 응용 등) ... 170
• 부 록 ... 172
• 끝페이지 ... 216