[ Report ]

미래유망기술 및 차세대 선도기술 조사

- 유비쿼터스 사회구축 관리 -

<u-Sensor Network>

과목명 : 인터넷과전자상거래
담 당 : 장 기 진 교수 님
제출일 : 2005년 10월28일
공과대학 / 컴퓨터과학과
4 학년,	학 번 : 0240324
성 명 : 김 찬 호

1. u-Sensor Network 개요

(1) 배경 및 목적

최근 사물에 전자태그(RFID, Radio Frequency Identification)를 부착하여 사물의 정보를 확인하고 주변 상황정보를 감지하는 전자태그 및 센서 기술이 등장하였다. 이러한 기술은 정보의 실시간 처리, 네트워크화의 특성으로 바코드가 사용되고 있는 유통 및 물품관리 뿐만 아니라 security, safety, 환경관리 등에도 혁신을 일으킬 것으로 전망된다.

이는 정보화가 이제까지 사람 중심(anyone)에서 사물중심(anything)으로 그 지평을 확대하는 전기가 될 것으로 전망된다. 이에 따라 미국, 일본 등 선진국에서는 수년전부터 다양한 프로젝트를 통하여 전자태그와 Sensor 등의 기술개발과 관련 서비스의 보급 등을 위해 적극적으로 지원하고 있다.

(2) 개요

□ USN(Ubiquitous Sensor Network) 개념

- 필요한 모든 것(곳)에 전자태그를 부착하고(Ubiquitous),

- 이를 통하여 기본적인 사물의 인식정보(Identification)는 물론 주변의 환경정보(온도, 습도, 오염정보, 균열정보 등)까지 탐지하여(Sensor),

- 이를 실시간으로 네트워크에 연결하고, 그 정보를 관리하는 것을 의미하며(Network),

- 궁극적으로는 모든 사물에 computing 및 communication 기능을 부여하여 anytime, anywhere, anything 통신이 가능한 환경을 구현하기 위한 것이다.

□ USN은 우선 인식정보를 제공하는 전자태그를 중심으로 발전하고, 이에 Sensing 기능이 추가되면서 이들 간의 네트워크가 구축되는 형태로 발전할 것이다.

(3) 전자태그의 발전 배경

□ 지금까지 유통분야에서는 일반적으로 물품관리를 위해 바코드가 사용되어 왔다.

- 바코드는 가격이 매우 싼 반면에 기본적으로 다량의 물품을 동시에 처리하는데 한계가 있고, 많은 시간이 소요되며, 실시간 정보 파악이 불가할 뿐만 아니라 근접한 상태(수 cm이내) 에서만 정보를 읽을 수 있다는 단점이 있다.

□ 또한 전화카드 또는 신용카드용으로 자기카드가 사용되고 있으나 보안성이 취약하여 고액용으로는 사용되지 못하고 있다.

□ 전자태그의 경우 가격 면에서는 바코드 등에 비해 다소 비싼 편이나 동시에 많은 물품을 처리할 수가 있고, 식별시간이 짧으며, 실시간 정보 파악이 가능할 뿐만 아니라 수십cm ~ 수m 거리에서도 정보를 읽을 수 있고 보안성도 뛰어나 세계적으로 바코드를 대체할 수 있을 것으로 전망되고 있다.

[그림1] 매체별 특성 비교

□ 전자태그는 현재 저주파(125kHz).고주파(13.56MHz)의 전자태그 중심으로 60cm이내 짧은 거리에서 출입통제, 교통카드 등에 인식기능(Identification)중심으로 사용되고 있으나,

- 앞으로는 극초단파(900MHz)와 마이크로파(2.4GHz) 대역을 이용하는 전자태그가 등장함으로서 인식 거리가 길어지고, 대량생산에 의해 가격이 저렴해지면서 다양한 분야에 적용이 예상되며,

- 또한, sensing 기능이 추가되어 의료, 안전, 국방 분야 등으로 그 이용이 확대되면서 본격적으로 유비쿼터스 네트워크의 핵심기반으로 발전될 것으로 전망 된다.

[그림2] 전자태그 발전 로드 맵 (MIT Auto-ID 센터)

(4) 기술개발의 필요성

1) 살기 좋은 Ubiquitous 사회를 구현하는 핵심요소

□ 전자태그는 기본적으로 사물을 정보통신망에 가장 경제적으로 연결할 수 있는 기술로서 초기에는 단순 물품인식에서 향후에는 주변 환경을 감지 기능까지 확대

□ 전자태그의 보급은 사물의 정보화를 위한 첫걸음이며 이를 기반으로 다양한 어플리케이션의 개발과 기능의 고도화가 진전되어 유비쿼터스 사회가 구현될 것임

□ 전자태그는 우리생활 전반에 걸쳐 편리성 안전성, 효율성을 제고시킬 수 있는 솔루션임

2) 정보화의 신화를 기반으로 또 다른 신화 창조 가능

□ 우리나라는 세계적으로 초고속 인터넷을 선도적으로 구축한 경험과 노하우를 갖고 있음

- 정부주도 선도 사업으로 초기 시장창출, 시범사업추진을 통한 보급촉진, 수요와 공급의 연계전략, 국가 정보화 추진 체계구축

□ 전자태그는 기존의 사람중심으로부터 사물로 정보화의 영역(대상)을 확대하는 것으로서 기 구축된 정보화 추진체계 및 전략을 접목시킬 경우 효율적이고 체계적인 추진이 가능

□ 비록 미국, 유럽, 일본 등에 기술력 등이 뒤지기는 했으나 정보화의 노하우를 접목시켜 추진할 경우 초고속 인터넷망 구축과 같은 신화창조 가능

3) 신성장 동력 산업의 주요 요소기술

□ 신성장 동력 산업의 많은 부분이 전자태그의 인식, 센싱 및 통신기능 등을 기반으로 하고 있음

2. 개발 및 필요 기술 (주요 기술 현황)

(1) TAG

Chip형 Tag는 5센트 이하를 목표로, Chipless형 Tag는 1센트 이하를 목표로 기술 개발 중이다.

<Chip형 Tag>

□ 동물관리에는 125㎑와 134㎑, 교통.전자 지불 카드에는 13.56㎒, 유통. 물류 관리 등의 분야에는 900㎒가 주로 이용되고 있음

□ 현재 칩의 가격이 태그 가격의 약 40%를 차지하고 있으며, 향후 5센트 이하 태그 실현을 위해 칩을 소형화하고, 패키지조립 가격을 줄이는 기술을 개발 중이다.

- 현재의 1mm x 1mm 크기의 칩 가격은 10센트 이상이나, 히다찌의 0.3mm x 0.3mm 크기의 뮤칩과 Alien의 0.35mm x 0.35mm 나노 블럭 칩은 1센트 수준까지 낮출 수 있을 것으로 전망

<Chipless형 Tag>

□ Chipless형 Tag는 현재 인식거리, 정보용량 등의 한계로 제한적으로 이용되고 있으나, 표면 탄성파를 이용한 태그 기술은 저가격, 센서기능 구현이 용이할 것으로 전망

□ Chipless형 Tag의 시장 점유율은 2003년 2.5%에서 2007년 10%, 2013년 30%로 점차 확대 전망

IDTechEx, 영국

<센싱.초소형 Tag>

□ 센서 융합형 태그 기술은 능동형 태그의 저가화와 함께 급속한 발전이 예상

- 피츠버그 대학은 센서와 통합 가능하고, 안테나를 칩에 내장한 초소형(2.2mm x 2.2mm) 태그 개발

- 전자태그를 저가화 하기 위해 SAL(Smart Active Label) 컨소시엄이 구성되어 표준화 및 기술 개발을 공동으로 추진 중

- 매우 얇은 밧데리를 이용한 저가형 센싱도 개발 중

<Tag 안테나 및 Package>

□ 안테나 제작 비용을 줄이기 위해 칩과 결합이 용이한 프린팅 안테나 기술이 이용되고 있으나, 궁극적으로 안테나를 반도체 웨이퍼 상에 직접 구현하기 위한 Antenna on chip 기술 개발중

- 히다찌가 Antenna on chip을 구현했으나 인식 거리는 3mm 이내로 성능 개선이 필요

□ 전자태그가 부착물의 특성 및 주변 환경에 매우 민감함에 따라 각각의 특성 등에 적합한 패키징 기술 개발 중

(2) RFID Reader

□ Tag 신호 충돌 방지 알고리즘 채용으로 현재 초당 100개 인식이 가능하며, 수백 개 이상을 목표로 기술 개발 중

□ 여러 대역에서 여러 기술로 인식이 가능한 Multi-band, Multiprotocol 리더기 기술 개발 중

□ 현재 Reader는 인식 성능을 높일 수 있도록 2~4개의 안테나를 배열하여 사용하고 있으나 향후 주변 환경에 적응하여 빔을 제어할 수 있는 빔성형(Beam forming) 안테나 기술이 적용될 전망

(3) Identification scheme

<식별 Code>

□ 전자태그를 이용하여 사물의 식별이 가능해야 하므로 용도에 따라서 단위 지역 또는 전 세계적으로 유일한 인식 번호를 부여하기 위한 체계 정립 필요

□ EAN(European Article Number/유럽)과 UCC(Uniform Code Council/북미지역)에서 제안한 EPC(Electronic Product Code)와 일본에서 제안된 u-ID(Ubiquitous-ID) 체계가 있으며, 국제 표준화 추진 중

□ 한편, 인터넷 주소 체계에서는 IPv6를 추진하고 있어 EPC방식과 연계를 위한 코드체계 표준 대응방안 수립 필요

□ IPv6와 EPC의 차이점

출처 : IDTechEX, 영국

<Middleware>

□ Reader가 읽은 전자태그 정보를 이용하여 다양한 상품정보를 Biz. Application에 연계시켜주는 Middleware 개발 시험 중

- 전자태그의 EPC 정보를 Savant 서버에 보내어 ONS에서 사물정보가 있는 PML의 위치를 확인하고, PML의 서버로부터 사물의 구체적인 정보를 얻음

□ ONS(Object Naming Services)

- EPC와 인터넷 상의 EPC에 대응되는 사물의 정보 파일이 어디에 있는지 등의 관련된 정보를 연결시키는 기능으로 현재 인터넷 상의 DNS에 해당하며, ONS의 규모가 DNS 보다 2배이상 클 것으로 전망

□ PML(Product Markup Language)

- 사물을 설명하는 표준 언어로서 HTML(Hypertext Markup Language)은 정보가 어떻게 표시될지(크기, 색깔 등)를 설명하고,

- XML(eXtensible Markup Language)은 정보의 종류(주소, 전화번호 등)를 설명

- PML은 약의 용량, 유효기간, 리사이클 정보 등을 번역하며, 마이크로 오븐이나 세탁기 등의 기계에 처리명령을 주고, 온도, 습도, 압력 등의 변화 등에 대하여 communication 할 수 있도록 하는 언어

□ Savant의 기능

- Data smoothing : 잘못 읽힌 태그 정보를 정정

- Reader coordination : 두개의 리더가 신호 중첩으로 동시에 하나의 EPC를 읽는 경우 이를 분석하여 제거

- Data forwarding : 어떤 정보를 비즈니스 도메인 영역내에서 공유할지 결정

- Task Management : 점포에서 재고품이 어느 수준 이하일 경우 매니저에게 알리도록 프로그램 할 수 있는 기능

3. 영향도 및 파급효과

(1) 경제적인 효과

□ u-센서 네트워크 구축에 의한 2004년 ~ 2010년까지의 국민 경제적 파급효과

□ 경쟁력 강화 및 산업 활성화

- 표준화 참여 및 IPR 조기 확보를 통한 기술 우위

- 시장 활성화를 통한 국가 산업 활성화 및 국가 기술 경쟁력 확보

(2) 기술적인 효과

□ 하드웨어

- 저가/저소비전력형 Chip 기술 개발을 통한 SoC 기술력 확보

- 고성능/초소형 단말 개발을 통한 Nano/MEMS 등의 극한 기술력 확보

- 초소형 센싱 단말 기술 확보로 착용형 정보기기에 활용

□ 소프트웨어

- 초소형 단말용 O/S 개발을 통한 Embedded S/W 기술력 확보

- 개방, 레고형 미들웨어 표준 컴포넌트 기술 확보로 다양한 분야에 응용

□ 시스템

- 유통/물류, 교통, 환경 등의 다양한 응용분야 접목

- 홈 네트워크, 텔레매틱스 등 융복합 기술의 핵심 기술 확보

(3) 사회문화적 기대효과

□ 현재의 물류시스템을 신속/정확한 실시간 전자물류 방식으로 개선

□ 기존의 바코드 시스템 대체로 매장 등에서 자동 재고관리 및 도난 방지 등에의 활용으로 수익 증대

□ 상품의 다양한 정보 제공, 자동결제 등으로 고객 편의성 향상

□ 고액 화폐, 유가증권 등의 적용으로 위변조 및 부정 사용 방지에 활용

□ 텔레매틱스, 홈네트워크 등 신성장 산업과 연계하여 시너지 효과를 극대화하여 생활의 다양화 및 편리성 증대

□ 생산공정에서의 USN을 통한 생산 자동화 및 상품 이력 관리

□ 병원에서의 의료 용품, 약품 정보 관리 및 환자상태 실시간 원격 관리

4. 추진방향 및 차후 전망

(1) 추진방향

□ 국내에서 선도 가능한 기술 분야에 산.학.연 연구 역량을 집중하여 핵심적인 요소기술을 단계적으로 개발하여 세계 최고 수준의 기술 경쟁력 확보

□ 다양한 응용 모델 개발, 초기수요 창출을 위한 시범서비스 실시 등을 통해 시장을 형성하여 공급업체의 적극적인 참여 유인

□ 제품 개발과 연계하여 표준화, 시험인증 및 상용화 지원 등 산업기반을 지속적으로 확충

- 국제적인 표준 경쟁에 능동적으로 대응하여 국제표준 기술을 조기에 확보하고, 국내의 고유 기술은 국제표준에 반영 확대

□ u-센서 네트워크 센터(가칭)를 설립하여 첨단기술정보의 공유 및 산.학.연의 긴밀한 연계, 해외 관련기관과 협력체계를 구축

(2) 차후 전망

1) 전자태그의 전망

□ 전자태그가 소형화, 지능화되는데 비하여 가격은 수 센트로 저가화가 실현되면서 물류, 유통분야 뿐만 아니라 동물 관리, 환경, 재해예방, 의료 관리, 식품 관리 등 실생활에서의 활용이 확대될 전망

□ 전자태그에 통신기능이 부가되고 점차 주위 환경을 감지하는 센싱 기능이 부가되어 능동적으로 정보를 처리하는 지능화 초소형 네트워크화 가속

- 현재의 고정된 개체 인식 코드 획득 수준에서 2007년경 다기능 태그에 의한 상황인지 처리 수준으로 진화하여, 2010년 이후에는 개체 간 통신기능을 갖춘 지능형 u-센서 네트워크로 발전

2) 가격전망

□ 칩 및 태그의 가격

- 현재 읽기 전용 칩 가격은 최저 약 5센트로 태그 가격은 약 10센트이나, 수년이내 태그 가격 기준으로 5센트 이하로 하락할 전망

- 현재 읽기 및 쓰기용 칩 가격은 최저 약 10센트로 태그 가격은 약 1달러이나 수년 이내에 10센트로 하락할 전망

- 1센트 이하로 칩을 구현하기 위해서 chipless 기술 사용이 점차 확산될 전망

□ 전자태그 가격별 적용분야

일본 총무성, 2003

태그 가격대	분 야	이용목적	기능특성
10만원 정도	군사, 의료	군용품 의료기기	위치측정 진단기능 보안
1만원 정도	교통(요금지불)	차량주행증 자동요금지불	주행중 요금지불 인증, 보안
1천 ～ 5천원	출입통제, 유통(컨테이너, 파렛트)	출입통제 컨테이너,파렛트, 가축 등의 추적	보안
100 ～ 1,000원	항공, 세탁물, 가구, 미술품	물품관리	고속 읽기, 쓰기 위조방지
50원	제조(공장),목재, 소매(고가품목)	자산관리 제품 등의 추적	위조방지 추적
10원 정도	소매(저가품목), 교통(티켓)	소매품관리 및 추적 교통 티켓 추적	저기능 추적기능

□ 기술별 칩 가격전망

5. Reference

□ 정보통신부, u-센서 네트워크 구축 기본계획(안), 2004.2

□ 김대영, 센서네트워크최신기술동향, 한국정보통신대학교, 2004.10

□ 이근호 외, u센서 네트워킹 기술과 애플리케이션, [전자파학회지], 2004.4