2019년 12월
19ZK1100-01-7200P
145
호 남 권 지역 산 업 기반
ICT융합 기 술 고도 화
지원 사 업
A Study on Development of ICT Convergence
Technology for Honam Regional Industry
인 사 말 씀
정부가 발표한 ‘국가비전 5대 국정목표 달성을 위한 20대 국정전략 (2017.12.)’에는 ‘과학기술이 선도하는 4차 산업혁명’, ‘중소벤처가 주도하 는 창업과 혁신성장’, ‘골고루 잘사는 균형발전’등이 포함되어 ICT 융합기술 혁신과 중소벤처기업의 경쟁력 제고를 통해 국가 성장동력을 확보하기 위한 정부 의 의지를 알 수 있습니다. 또한, 국가·지역·국제 연구개발(R&D) 플랫폼 추진 전략(2019.08.)’에는 지역미래산업 생산기술 실용화, 지역특화 데이터 활용 인프라, 분산발전 시스템, 지역중심 스마트시티 리빙랩 등의 지역발전 특화기 술을 포함한 출연연의 8대 중점연구분야를 설정하여 출연연 지역 분원을 중심 으로 지역별 산·학·연·관 네트워크를 구축하고 지역기업 수요기술 개발 및 지역 사회문제 해결 등에 기여하기를 요구하고 있습니다. 과학기술정보통신부 는 ‘4차 산업혁명 선도 지역거점 창출 전략(2019.01.)’을 통해 지역혁신성장 에 기여하기 위한 출연연 지역분원의 기능을 강조하고 지방분권 시대에 걸맞은 지역 R&D 체계 개선방안을 마련하였으며, 국가과학기술연구회는 ‘지역주도 포 용적 혁신성장을 위한 출연연 지역조직 발전방안(2019.03.)’을 통해 출연연 본원 연계한 지역조직의 수평적 네트워크, 산·학·연·관 개방형 혁신을 통한 지역산업의 융합혁신 선도를 제시하고 있습니다. ETRI는 1976년 설립 이래 끊임없는 핵심·원천 연구개발을 바탕으로 우리나라가 정보통신 강국이 되는데 많은 공헌을 한 바 있으며, 국가적인 ICT 산업 발전과 경제 성장 및 국민들의 편리하고 모두가 꿈꾸는 행복한 세상을 만들기 위해 노력해 왔습니다. 2019년 ETRI는 ‘미래사회를 만들어가는 국가지능화 종합연구기관’이라는 새로운 비전을 수립하고‘기술한계 극복을 위한 핵심원천 연구’와 ‘공공·국민생활문제 해결을 위한 지능화 기술 개발’을 통해 인류가 직면한 한계를 극복하고 공공·국민생활문제 해결에 기여하기 위한 미래 지능화 기술 개발에 끊임없이 도전하고 있습니다.ETRI 호남권연구센터에서 주관하는 ‘호남권 지역산업 기반 ICT융합기술 고도화 지원사업’은 호남권 지역 전략산업(에너지신산업, 광융합 등)과 연계하여 ICT 융합 솔루션을 고도화하고 현장밀착형 기술교류 및 민간수탁 확대를 통한 중소기업 지원 기능 강화를 목표로 사업을 수행하고 있습니다. ‘저지연/실시간 네트워킹 엣지형 단말 플랫폼 핵심기술 개발’, ‘신재생에너지원 자율관제 솔루션 핵심기술 개발’, ‘극한환경하 특수목적 광무선전송 핵심기술 개발’, ‘다채널 통합형 분광분석 플랫폼 핵심기술 개발’, ‘적층형 광학엔진 플랫폼 기술개발’등 지역혁신 성장 동인 마련을 위한 지역특화 산업 연계 지능화 핵심응용기술을 개발하여 지역에 파급하고자 노력하였습니다. 또한, ‘현장밀착형 기술교류, 신기술설명, 애로기술지원’, ‘광융합제품 특성 및 신뢰성 시험 및 장비 지원 서비스’, ‘중소기업자원, 정책기획, 협력네트워크, 신기술발굴 및 선도연구수행’을 통해 지자체 및 지역 산업체와 밀접하게 연계하여 다양한 사업을 수행함으로써 일자리 창출, 기업경쟁력 강화 등 지역경제 활성화에 기여하고자 많은 노력을 기울였습니다. 끝으로 본 사업의 성공적인 수행을 위해 아낌없는 협조와 지원을 해주신 과학기술정보통신부 관계자 여러분께 깊이 감사를 드리며, 본 연구에 참여한 연구원들의 노고를 진심으로 치하하는 바입니다.
2019. 12.
한국전자통신연구원 원장 김 명 준
제 출 문
본 연구보고서는 산업계 기술지원 사업인 "호남권 지역산업 기
반 ICT 융합기술 고도화 지원 사업"의 결과로서, 본 과제에 참여
한 아래의 연구팀이 작성한 것입니다.
2019 년 12 월
주관연구기관: 한국전자통신연구원 사업 책임자: 이길행(2019.07.01.~ 2019.12.31.) 참여 연구원: 강현서(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 이문섭(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 허영순(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 박형준(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김거식(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김정은(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 손동훈(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 민기현(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 류지형(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 여찬일(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 박시웅(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김계은(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김현진(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김성창(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 유 학(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김근용(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김재인(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김희도(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 손병희(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 윤기하(2019.01.01.~ 2019.12.31.)김량수(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김철원(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 이병탁(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김낙우(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 오승훈(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 고석갑(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 이현용(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 이준기(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 손승철(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 이형옥(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김에덴(2019.03.01.~ 2019.12.31.) 오승민(2019.09.01.~ 2019.12.31.) 이종진(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 임권섭(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 권상진(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 정수용(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 강은규(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 전은경(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김대선(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 권원배(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 유홍연(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 문대웅(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김영화(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 이동수(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 유정희(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 이세형(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 윤광수(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 윤심권(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 박지원(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 우경일(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 김병운(2019.01.01.~ 2019.01.31.) 김병운(2019.04.01.~ 2019.12.31.) 최가은(2019.01.01.~ 2019.12.31.) 노일수(2019.03.01.~ 2019.06.30.) 공동연구기관: ㈜비엠티 연구 책임자: 김동오(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 참여 연구원: 최준호(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 윤종찬(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 장현진(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 공준호(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 공동연구기관: ㈜그리다에너지 연구 책임자: 오정배(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 참여 연구원: 전 석(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 류아름(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 서금희(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 공동연구기관: ㈜그린광학 연구 책임자: 조용준(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 참여 연구원: 박진환(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 이호준(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 장선경(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 공동연구기관: ㈜가치소프트 연구 책임자: 이관식(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 참여 연구원: 김민중(2019.06.01.~ 2019.12.31.) 최일환(2019.06.01.~ 2019.12.31.)
요 약 문
Ⅰ. 제 목
호남권 지역산업 기반 ICT 융합기술 고도화 지원사업(호남권연구센터)Ⅱ. 연구목적 및 중요성
우리 정부는 지역경제를 활성화하고 대학, 출연(연)의 지역혁신∙사업 강화 를 위하여, 과학기술 중심 지역혁신 기본방향(2017.10.) 및 지역주도 포용적 혁신성장을 위한 출연(연) 지역조직 발전 방안(2019.03.)을 마련하여 광역경제 권을 중심으로 지역 R&BD 기능 강화를 추진하였으며, 이미 구축된 출연(연) 지역 센터와 지역전략산업이 연계된 ICT 융합 개발기술의 적기 사업화 (Time-to- Market)를 추진하였다. 하지만, 지역중소기업의 현실은 기술개발 투자/역량 부족, R&D의 사업화 보다는 기존제품의 개량/개선에 치중하고 있어 지역산업 활성화를 위해 R&D 제품기획부터 상용화까지 전주기적 지원이 필요하다. 또한, 지역산업 관련 연 구개발은 중장기 대형과제 중심에서 단기성 소형과제로 확대하자는 요구가 높 게 나타나 1년 내외의 기술개발 및 현장 애로기술을 해소하여 조기 상용화를 통한 세계시장 선점이 요구된다. 호남권의 광역경제권 구상을 실현하고, 지속 적인 성장과 일자리 창출을 위해서 호남권의 주력 및 협력산업과 ICT 기술이 융복합될 수 있는 산업에 대한 기술지원 사업이 필요하다. 그러므로 본 연구개발은 에너지신산업, 광융합산업 분야 핵심기술 개발 및 지역전략산업연계 ICT 융합기술 공동개발을 지원하여 지역산업육성과 신기술/신제품 개발 촉진 및 매출증대 견인을 목적으로 추진한다. 뿐만 아니라, 산·학·연·관 간 기술협력, 공통 애로기술 발굴 및 해결, 수요자와 시장의 수요에 부합한 사업화 유망 기술 개발 아이템 발굴을 위한 지역 스마트시티 및 ICT 융합 기술교류회를 개최함으로써 산업체 위기 극복 및 기술경쟁력 제고에 기여하고, ETRI 기술에 대한 지역산업체의 요구기술을 파악하여 ETRI 개발완료기술/예고기술을 전파하는 신기술설명회를 개최함으로써 기술개발자와 수요 산업체 간 지속적인 협력 관계를 구축하고자 한다. 또한, 광융합 제품 설계, 공정, 고장분석 등 현장밀착형 기업의 기술문제 해결 지원과 지역 산업체가 요구하는 다양한 정보제공을 위한 기술공유 상담 및 자문을 시행하고, 미국으로부터 국제 공인 시험기관 자격을 유지함으로써 자체 보유 시험기술의 대외 공인획득, 국내 시험기술의 국제 경쟁력 확보 및 미국 A2LA의 인정을 받은 국제 공인 시험성적서로 북미, 일본, 중국 등 해외시장 개척 활성화에 기여하고자 한다.Ⅲ. 연구내용 및 범위
¡ 에너지신산업 ICT융합 핵심기술 개발 Ÿ 저지연/실시간 네트워킹 엣지형 단말 플랫폼 핵심기술 개발 Ÿ 신재생에너지원 자율관제 솔루션 핵심기술 개발 ¡ 광융합산업 ICT융합 핵심기술 개발 Ÿ 극한환경하 특수목적 광무선 전송 핵심기술 개발 Ÿ 다채널 통합형 분광 분석 플랫폼 핵심기술 개발 Ÿ 적층형 광학엔진 플랫폼 핵심기술 개발 ¡ 지역전략산업연계 중소기업지원 Ÿ 전략적 산업체 수요맞춤형 공동연구 추진Ÿ 현장밀착형 기술교류, 신기술설명, 애로기술지원 Ÿ 광융합제품 특성 및 신뢰성 시험/장비 지원 서비스 Ÿ 중소기업지원을 위한 정책기획, 협력네트워크, 정보제공 Ÿ 지역전략산업연계 신기술 발굴 및 선도연구 수행 Ÿ 호남권 지역산업 기반 ICT융합 경쟁력 제고 방안 연구
Ⅳ. 연구결과
¡ 에너지신산업 ICT융합 핵심기술 개발 - 저지연/실시간 네트워킹 엣지형 단말 플랫폼 핵심기술 개발 Ÿ 고정밀/고신뢰 실시간 통신 기술 고도화 개발 Ÿ 다종 필드 버스 정합을 위한 인터페이스 구현 기술개발 Ÿ 멀티프로토콜 수용 실시간 네트워크 게이트웨이 플랫폼 구현 기술개발 Ÿ 실시간 네트워크 단말 플랫폼 시범 적용 - 신재생에너지원 자율관제 솔루션 핵심기술 개발 Ÿ 에너지IoT 표준프로토콜 확장 SW 기술 개발 (CoAP, LwM2M, Modbus, DTLS, OCF) Ÿ 멀티 프로토콜 지원 EMS 서버 고도화 플랫폼 기술 개발 Ÿ 신재생에너지 복합예측 예지관리 SW 고도화 기술 개발 ¡ 광융합산업 ICT융합 핵심기술 개발 - 극한환경하 특수목적 광 무선전송 핵심기술 개발 Ÿ 무인이동체 및 지상 시스템용 광송수신 광학계 소형화 Ÿ 광 무선통신용 빔 조향 기술 Ÿ 다중셀 위치인식 센서 기반 Dynamic 이동체 트래킹 알고리즘 Ÿ 자유공간 Single-dynamic Half-duplex 광무선 전송기술 - 다채널 통합형 분광 플랫폼 핵심기술 개발 Ÿ 스냅샷 방식의 포터블 광대역 초분광 이미징 시스템 기술 개발 Ÿ 딥러닝 기반 피부질환 분석 기술 개발 Ÿ 원격서버 기반 피부질환 추론 플랫폼 기술 개발 Ÿ 피부질환 추론 플랫폼 연동 피부질환 진단보조용 GUI 기술 개발 - 적층형 광학엔진 플랫폼 핵심기술 개발 Ÿ 4채널 50 GHz급 인터포저 개발 Ÿ 4채널 광학/방열 플랫폼 개발 ¡ 지역전략산업연계 중소기업지원 - 지역수요기반 맞춤형 공동연구(4건) Ÿ 스마트 배전반 실시간 데이터 취득 및 제어를 위한 게이트웨이 솔 루션 개발 : ㈜비엠티 Ÿ 신재생에너지장치 에너지IoT 기반 시뮬레이션 시각화 솔루션 개발 : ㈜그리다에너지 Ÿ 피부진단 영상 및 초분광 데이터 분석을 위한 딥러닝 기술 개발 : ㈜가치소프트 Ÿ 광무선 데이터 송수신 시스템 광학 설계 및 광학시스템 검증기술 개발 : ㈜그린광학 - 지역전략산업기반 사업 기획 및 공동연구(3건) Ÿ 지능정보 네트워크용 광통신 부품 상용화 사업 : 주관(과기부, ‘19년 6월)Ÿ 광융합산업 플랫폼 공동활용 사업화지원 사업 : 참여(산업부, ‘19년 6월) Ÿ 수요관리 서비스를 위한 IoT 인터페이스 및 연동기술 표준화 : 주 관(산업부, ‘19년 5월) - 지역수요연계 지자체/민간수탁 확대(13.46억 원) Ÿ 한전민간수탁사업 (2건): 광기반 지중배전선로 상시진단시스템 및 eIoT 연동기술 개발(3.48억원, 부가세포함) / E-IoT 표준기반 정 보모델링 및 센싱 영상복합데이터 처리기술(4.31억 원, 19년도 사 용분) Ÿ 민간수탁진흥사업 (1건): 에너지IoT 표준 고도화 및 센서지능 연 구개발(2억원) Ÿ U/R사업 (2건): 광통신 시험지원(1억 원) / 3D융합솔루션생산기업 지원(1.95억 원) Ÿ 광주시 보조금사업 (1건): 광융복합 플랫폼 공동활용 사업화 지원 사업 : 0.72억원 - 기술이전/출자 등 기술사업화(5건)
Ÿ Non-IP 및 IP 센서 지원 IETF CoAP및 OMA LWM2M기반 IoT센서 메시 지 프로토콜 기술 (0.165억원, 2019.05.)
Ÿ 실시간 데이터 취득을 위한 필드정합 인터페이스 기술 (0.33억원, 2019.06.)
Ÿ 데이터 처리 엣지 컴퓨팅 엔진 (0.22억원,2019.11.)
Ÿ Non-IP 및 IP 센서 지원 IETF CoAP및 OMA LWM2M기반 IoT센서 메시 지 프로토콜 기술 (2.64억원, 2019.11.)
Ÿ IETF CoAP및 OMA LwM2M 기반 IoT표준 기기관리 서버 기술 (1.1억
원, 2019.11.) - 실증테스트베드(1건) Ÿ ESS 모니터링시스템 신재생에너지 테스트베드 구축 (1건) - 신기술설명 및 기술교류 확산(165명/7건) - 기업지원을 통한 기업매출발생 효과(220억 원) Ÿ ㈜리서치코리아를 통한 용역조사 수행결과, 호남권지역산업 기반 ICT융합기술 고도화 지원사업으로 인한 절감비용은 90.73억 원, 절감기간은 총 295개월(평균 7.6개월)이며, 당해연도 지원제품매 출액은 총 91.95억 원, 평균 기여도는 25.1%로 나타나 총 매출 기 여금액은 220억 원으로 나타남. 번호 날짜 기술교류명 외부참석자(명) 1 19.04.01. 광주 스마트시티 협의체 포럼 33 2 19.06.12. ETRI 호남권연구센터 신기술설명회 29 3 19.07.17. 국내 리빙랩 추진현황과 과제 13 4 19.08.27. 공공 데이터 정책방향과 적용사례 11 5 19.09.30. 빅디자인과 스마트시티 22 6 19.10.25. ETRI 호남권연구센터 대표연구성과 및 광주 혁신성장 지원전략 보고대회 35 7 19.11.27. ETRI 사업화유망기술설명회 22 합계 7건 165
ABSTRACT
Ⅰ. TITLE
A Study on Development of Technologies for Supporting Industries
Ⅱ. THE OBJECTIVES
Our government established the basic direction of regional innovation centered on science and technology(2017.10.) and the regional R&D organization development plan for inclusive innovation growth to improve competitiveness by integrating science technology and ICT skills to existing industries. The plan also proposes to lead next-generation market through enhancing ICT innovation capabilities.
Also, Korean government is trying to find new items which can connect ICT-fusion technology with regional industry and strengthen the technological competitiveness of small/medium businesses. Moreover, Korean government receives demands that it should push ahead with reinforcement of R&BD functions in the local community and it should proceed Time-to-Market projects for developments of ICT fusion techniques between national research centers and industries in the local community. However, industries in the local community need total supports from project planning to commercialization in the R&D product development because they focus on improvements and renovations of existing products rather than industrializations in the R&D and they suffer from difficulties in the investment for the technique development and shortage
in their capabilities in nature. Also, it is asked to preoccupy the global market through the rapid commercialization by developing techniques and solving technical difficulties of the industries in the local community for 1 year because there are demands that technology developments in the local community should be expanded from the expanded large projects to the small and short-term projects. To realize the creation of new jobs and the continuous growth in Honam district's economy, we need new projects for technology supports to be able to lead the convergence between traditional industries and IT industries in Honam district.
Therefore, this research and development is on purpose of growing local industry, developing new technology / product and increasing sales by supporting core technology development in energy new industry, optical fusion industry and the joint development of ICT convergence technology linked with regional strategic industry.
In addition, this R&D contributes to improve technical competitiveness and overcome industry crisis by holding local Smart City and ICT convergence technology exchange seminars for cooperation with industry, academia, research institute and government, discovering common difficulties in technology and finding promising technology development items matching to consumer and market demand.
Also, this R&D aims to establish a continuous cooperative relationship between technology developers and demand industries with new technology presentation on the ETRI developed technology / preliminary by investigating technology requirements of local industries on ETRI technology.
Finally, this R&D build a partnership between technology developers and demanding industries by holding a new technology seminar for reporting the developed technology and the technology in development progress. This R&D supports resolving industry difficulties such as optical convergence product design, process and failure analysis. In oder to contribute to find US, Japan, China and other overseas markets, we achieved internationally recognized testing agency qualifications from the United States and the international competitiveness of domestic testing technology acquisition in the United States A2LA accredited test reports.
Ⅲ. THE CONTENTS AND SCOPE OF THE STUDY
¡ Development of key technologies to converge ICT with energy new industry
Ÿ Development of edge-type terminal platform with low latency and real time networking
Ÿ Development of automatic control solution for renewable energy source
¡ Development of key technologies to converge ICT with photonics convergence industry
Ÿ Free space optical communication technologies for special purpose in harsh environment
Ÿ Development of key technologies for multi-channel integrated
spectral imaging platform
Ÿ Development of key technologies for stacked optical engine platform
¡ Regional strategic industry connected small and medium enterprises support
Ÿ Promotion of research collaboration corresponding industry demand Ÿ Technical exchange meeting, Briefing session on new excellent
technology presentation, Supporting bottleneck technique
Ÿ Characterization, reliability test and equipment supporting service of photonics convergence products
Ÿ Policy planning, cooperative networking and information service for small and medium enterprises
Ÿ New technology searching and advanced research for regional strategic industry
Ÿ Study on improvement ICT convergence competitiveness in Honam area industry
Ⅳ. THE RESULTS OF THE STUDY
¡ Development of key technologies to converge ICT with energy new industry
- Development of edge-type terminal platform with low latency and real time networking
Ÿ Advancement development of real time communication technology with high accuracy and reliability
Ÿ Development of interface implementation technology for matching multiple fieldbus
Ÿ Development of implementation technology for multi-protocol adaptive real time network gateway platform
Ÿ Trial application for real time networking terminal platform
- Development of automatic control solution for renewable energy source
Ÿ Development of SW technology for expansion of standard protocol for energy IoT (CoAP, LwM2M, Modbus, DTLS, OCF) Ÿ Development of EMS server upgrade platform technology with
multi-protocol support
Ÿ Development of SW Advanced Technology for Complex Prediction Management of Renewable Energy
¡ Development of key technologies to converge ICT with photonics convergence industry
- Development of key technologies for free space optical communication system for special purpose in harsh environment Ÿ Development of optical communication terminals with small
volume for unmanned mobile system and ground control system Ÿ Development of a beamforming technique for free space optical
communication
Ÿ Development of dynamic tracking algorithm based on an optical position sensor with multi-cells
Ÿ Development of single-dynamic half-duplex free space optical
communication technique
- Development of key technologies for multi-channel integrated spectral imaging platform
Ÿ Development of a potable and wideband snapshot hyperspectral imaging system
Ÿ Development of deep-learning based skin disease analysis methods
Ÿ Development of a remote server based skin disease inference platform
Ÿ Development of GUI for diagnosis support with a skin disease inference platform
- Development of key technologies for stacked optical engine platform
Ÿ Manufacturing of a 4 channel 50 GHz interposer Ÿ Development of optical and heat dissipation platform
¡ Regional strategic industry connected small and medium enterprises support
- Promotion of research collaboration corresponding industry demand (4 cases)
Ÿ Development of gateway solution for real time data acquisition and control of smart switchboard : BMT
Ÿ Renewable energy device Energy IoT based simulation visualization solution development. : GRIDA Energy
Ÿ Development of deep learning technology for skin diagnosis image and hyperspectral data analysis. : GACHISOFT
Ÿ Optical wireless data transmission system optical design and optical system verification technology development: Green Optics
- Regional Strategic Industry-based Project Planning and Collaboration Study(3 cases)
Ÿ Commercialization of optical communication components for intelligent information network(Ministry of Trade, ‘19.06.) Ÿ Commercialization support project for optical fusion industry
platform(Ministry of Trade, ‘19.06.)
Ÿ Standardization of IoT interface and interworking technology for demand management service(Ministry of Trade, ‘19.05.)
- The Expansion of research commission by municipalities / private entrustment for regional strategic industry(KRW 1.346 billion) Ÿ Private entrusted business of KEPCO (2 case): Development of
constant diagnosis system and eIoT interworking technology for optical based underground distribution line(KRW 0.348 billion, including VAT) / E-IoT standards-based information modeling and sensing image composite data processing technology(KRW 0.431 billion for year 2019)
Ÿ Private trust promotion business (1 case): Enhancement of energy IoT standard and R & D of sensor intelligence.(KRW 0.2 billion)
Ÿ U/R business (2 cases):Optical communication test support( KRW 0.1 billion) / 3D fusion solution production support(KRW 0.195 billion)
Ÿ Gwangju City subsidy business (1 case): Supporting commercialization of joint use of fusion and fusion platform(KRW 0.072 billion)
- Technology commercialization including technology transfer / investment(5 cases)
Ÿ Non-IP and IP sensor support IETF CoAP and OMA LWM2M based IoT sensor message protocol technology(KRW 16.5 million, ‘19.05.) Ÿ Field matching interface technology for real time data
acquisition(KRW 33 million, ‘19.06.)
Ÿ Data processing edge computing engine(KRW 22 million, ‘19.11.)
Ÿ Non-IP and IP sensor support IETF CoAP and OMA LWM2M based IoT sensor message protocol technology(KRW 264 million, ‘19.11.)
Ÿ IoT standard device management server technology based on IETF CoAP and OMA LwM2M(KRW 110 million, ‘19.11.)
- Demonstration test bed (1 case)
Ÿ ESS Monitoring System Renewable Energy Test Bed. (1 case)
- Expansion of new technology explanation and diffusion of technology exchange (165 participants / 7 cases)
- Effect of company sales through corporate support(KRW 22 billion)
Ÿ As a result of the research conducted by Research Korea Co., Ltd., the savings cost is 90.73 billion won and the saving period is 295 months (average 7.6 months). 91.95 billion won, the average contribution was 25.1%, total sales contribution was 22 billion won.
No. Date Technical exchange meetings Outside attendees 1 19.04.01. Gwangju Smart City Council Forum 33
2 19.06.12. ETRI Honam Research Center New
Technology Briefing 29 3 19.07.17. Domestic Living Lab Promotion
Status and Challenges 13 4 19.08.27. Public Data Policy Directions and
Case Studies 11 5 19.09.30. Big design and smart city 22
6 19.10.25.
ETRI Honam Research Center Representative Research
Achievement and Gwangju Innovation Growth Support Strategy Report Contest
35
7 19.11.27. ETRI Commercialization Technology
Presentation 22
Total 7 cases 165
CONTENTS
Chapter 1. Introduction ···30
Section 1. Research Objectives and Necessity ···30
Section 2. Research Contents and Scope ···33
Section 3. Technology Development Trend ···38
Chapter 2. The development of ICT convergence core technology on new industry at Energy field ···65
Section 1. Low latency / real-time networking edge type platform technology ···65
Section 2. Core technology of new and renewable energy source control solution ···72
Chapter 3. The Development of ICT convergence core technology for optical fusion industry ···79
Section 1. Core technology of free space optical transmission system for special purpose ···79
Section 2. Multichannel Integrated Spectroscopy Platform Core Technology ···84
Section 3. Stacked optical engine platform core technology ···90
Chapter 4. Supporting small and medium enterprises connected with regional strategic industries ···98
Section 1. Optical Convergence Product Characteristics and Reliability Test / Equipment Support Service ···98
Section 2. Field-based technology exchange, explanation of new technology and difficult technical support ···99
Section 3. A Study on the Competitiveness Enhancement of ICT
Convergence Based on Strategic Industry in Honam Region ·115
Chapter 5. Contents of Customer Satisfaction and Economic Analysis ···127
Section 1. Contents of Customer Satisfaction ···127
Section 2. Economic Analysis on Technology Support ···131
Chapter 6. Implementation Performance and Achievement of Each Performance Indicator ···136
Section 1. Total Achievements and Performance Results ···136
Section 2. Achievements of Each Performance Indicator ···138
Chapter 7. Conclusions ···145
Abbreviation ···147
Appendix ··· 149
List of Tables
<Table 1-3-1> The status of major vendors’ edge gateways (2019) ···43<Table 5-2-1> Savings and sales contributions by company support service 132 <Table 5-2-2> Economic ripple effect by company support service ···133
<Table 5-2-3> Economic Ripple Effect on Regional Industry-based ICT Convergence Technology Supporting Projects ···134
<Table 5-2-4> Economic and ripple effects over the previous year ···134
<Table 6-1-1> Achievement by research output performance index ···136
<Table 6-1-2> Achievement by technology development performance index ·137 <Table 6-2-1> Domestic patent performance status ···140
List of Figures
[Fig. 1-1-1] Implementation scheme ···31[Fig. 1-3-1] IEEE 802.1 TSN standard status ···39
[Fig. 1-3-2] EdgeX edge gateway SW platform architecture ···42
[Fig. 1-3-3] Development status of on-board 100-gigabyte optics of advanced foreign companies ···49
[Fig. 1-3-4] Development status of laminated hollow fiber module using interposer of advanced foreign companies ···49
[Fig. 4-1-1] Status of testing and equipment support by region / product ··98 [Fig. 4-2-1] Gwangju International Events (Swimming Championships) eve media facade video ···108
[Fig. 4-2-2] Support for shooting of viral advertisement studio for youth company in Gwangju ···108 [Fig. 4-2-3] Real-time previsualization system Lens calibration and data
generation ···109
[Fig. 4-2-4] Implementation of preprocessing SW for intelligent analysis of ESS data. ···111
[Fig. 4-2-5] FiberOptic Rotary Joint Products and Packaging Setups ···112
[Fig. 4-2-6] Measurement of insertion loss due to fiberOptic Rotary Joint rotation ···112
[Fig. 4-2-7] Bending Test Setup and Test Profile ···113
[Fig. 4-2-8] Impact test setup and test jig ···114
목 차
제 1 장 서 론 ···30 제 1 절 연구개발 목적 및 필요성 ···30 제 2 절 연구 내용 및 범위 ···33 제 3 절 국내외 기술개발 동향 ···38 제 2 장 에너지신산업 ICT융합 핵심기술 개발 ···65 제 1 절 저지연/실시간 네트워킹 엣지형 단말 플랫폼 기술 ···65 제 2 절 신재생에너지원 자율관제 솔루션 핵심기술 ···72 제 3 장 광융합산업 ICT융합 핵심기술 개발 ···79 제 1 절 극한환경하 특수목적 광 무선전송 핵심기술 개발 ···79 제 2 절 다채널 통합형 분광 분석 플랫폼 핵심기술 ···84 제 3 절 적층형 광학엔진 플랫폼 핵심기술 ···90 제 4 장 지역전략산업연계 중소기업지원 ···98 제 1 절 광융합제품 특성 및 신뢰성 시험/장비 지원서비스 ···98 제 2 절 현장밀착형 기술교류, 신기술설명 및 애로기술 지원 ···99 제 3 절 호남권 지역전략산업기반 ICT 융합 경쟁력 제고방안 연구 ···115 제 5 장 수요자 만족도 내용 및 경제성 분석 ···127 제 1 절 수요자 만족도 내용 ···127 제 2 절 기술지원 경제성 분석 ···131 제 6 장 성과지표별 추진실적 및 사업성과 ···136제 1 절 성과지표별 달성도 ···136 제 2 절 성과지표별 추진실적 ···138 제 7 장 결 론 ···145 약어 ···147 부록 ···149
표 목차
<표 1-3-1> 주요 벤더들의 엣지형 게이트웨이 현황 (2019) ···43 <표 5-2-1> 기업지원서비스별 절감비용 및 매출기여금액 ···132 <표 5-2-2> 기업지원서비스별 경제적 파급효과 ···133 <표 5-2-3> 지역산업기반 ICT융합기술 고도화 지원사업 경제적 파급효과 ···134 <표 5-2-4> 전년 대비 경제적 효과 및 파급효과 ···134 <표 6-1-1> 연구산출물 성과지표별 달성도 ···136 <표 6-1-2> 기술개발 성과지표별 달성도 ···137 <표 6-2-1> 국내특허 성과 현황 ···140그림 목차
[그림 1-1-1] 추진체계도 ···31 [그림 1-3-1] IEEE 802.1 TSN 표준 현황 ···39 [그림 1-3-2] EdgeX 엣지 게이트웨이 SW 플랫폼 구조 ···42 [그림 1-3-3] 해외 선진사의 100 기가급 On-board optics 개발 현황 ···49 [그림 1-3-4] 해외 선진사의 Interposer 활용 적층형 광모듈 개발 현황 ···49 [그림 4-1-1] 지역별/제품별 시험 및 장비지원 현황 ···98 [그림 4-2-1] 광주 국제행사(수영선수권대회) 전야제 미디어파사드 영상 ···108 [그림 4-2-2] 광주 청년창업기업 바이럴광고 스튜디오 촬영지원 ···108 [그림 4-2-3] 실시간 사전시각화 시스템 렌즈 캘리브레이션 및 데이터 생성 109 [그림 4-2-4] ESS 데이터에 대한 지능화 분석용 전처리 SW 구현 ···111[그림 4-2-5] FiberOptic Rotary Joint 제품 및 패키징 셋업 ···112
[그림 4-2-7] 벤딩시험 셋업 및 시험 프로파일 ···113 [그림 4-2-8] 충격시험 셋업 및 시험용 지그 ···114
제 1 장 서 론
제 1 절 연구개발 목적 및 필요성
1. 연구개발 목적
❍ 호남권 지역 전략산업인 에너지신산업 및 광융합산업과 연계한 ICT 융합 솔루션 고도화를 위해, 저지연/실시간 네트워킹 엣지형 단말 플랫폼 핵심기술, 신재생에너지원 자율관제 솔루션 핵심기술, 극한환경하 특수목적 광 무선전송 핵심기술, 다채널 통합형 분광 플랫폼 핵심기술 및 적층형 광학엔진 플랫폼 핵심기술을 개발하고 지역 기업체와 공동으로 실증 및 현장밀착형 기술교류, 민간 수탁 확대를 통한 중소기업 지원 기능 강화 § ETRI 호남권연구센터와 지역 R&D 혁신체제인 산업체, 지자체 및 유관기관과의 긴밀한 연계협력을 통해 지역산업 연계 ICT 융합기술 기능 강화 추진 § ETRI 호남권연구센터는 본원과의 기술개발, 전문인력 교류, 기술협력 등을 추진하여 기술개발 시너지 효과를 추진 § 국내외 표준화 추진을 통한 개발 기술의 파급효과 증대 추진 § 연구개발 결과물의 조기 상용화 및 공동연구 산업체의 경쟁력 강화를 위하여 시범사업과 테스트베드 구축을 병행 추진 § 신재생에너지 기술 및 광융합 기반 핵심 요소 기능의 조기 구현 및 지적 재산권 확보 [그림 1-1-1] 추진체계도2. 연구개발 필요성
❍ 정부 5대 국정목표 달성을 위한 20대 국정전략 중, ‘과학기술이 선도하는 4차 산업혁명’, ‘중소벤처의 혁신과 성장’, ‘골고루 잘사는 균형발전’ 등과 연계 § 주요 내용으로는 ‘지능정보 핵심기술 R&D 및 일자리창출’, ‘경제 성장 패러다임을 대기업 중심에서 중소벤처 기업 중심으로 전환’, ‘지역의 자율성 및 균형성장 기반 구축’ 등과 연계 ❍ ‘중장기 기술개발계획 2025’중 융복합 분야의 ICT 신기술 대융합을 통한 IDX 가속화 및 신산업 창출과 연계 § 지역전략산업과 연계된 에너지, 의료, 교통, 생활, 복지 IDX 등 융복합 기술 개발을 통해 지역산업발전에 기여 ❍ ‘ETRI 경영성과계획서(2016~2018)’의 경영부문 목표 중, ‘성과목표 3.성과확산 및 강견기업 육성’ 및 ‘성과목표 5. 통합·협력·소통의 새로운 ETRI로의 도약’의 주요 추진계획인‘지역전략산업 연계 중소·중견기업 지원 강화’및 ‘ICT 강견기업 육성 전진기지화’와 연계된 사업임 ❍ 2018년 이후 지역산업은 개방형 혁신 등 환경 변화에 대응하고, 정부 투자의 효율성을 제고하기 위해 기존 63개 ‘주력산업’을 48개로 조정하고, 융합산업의 비중을 확대하는 ‘주력산업 개편안’을 의결 § 호남권지역(광주, 전남, 전북)의 광융합, 친환경자동차, 에너지신산업, 스마트가전, 디지털 생체의료, 드론 등 ICT 기술 적용이 가능한 지역 산업과의 연계를 통해 고부가가치 창출이 가능한 과제아이템 발굴이 필요함 (※ 출처: 지역주력산업개편방안 확정 (중소벤처기업부, 2017.10.), 규제프리존 도입을 통한 지역경제 발전방안(관계부처 합동, 2015.12.)) § 에너지 관련 국내 최대 공기업인 한국전력의 광주･전남 공동혁신도시 이전(2014.12.)으로 호남권 지역전략산업으로 에너지신산업이 선정되어 기존의 지역 주력사업(광산업, 가전사업, 자동차산업 등)과의 상호 융합을 통한 신시장 형성 및 기업 일자리 창출을 위한 상용화 기술개발 및 지원이 필요함 ❍ 지역센터는 지역의 전략산업과 연계된 중소기업의 육성지원이 중요한 역할중 하나로써 중소기업이 어려움을 격고 있는 문제를 해결하기 위한 현장 맞춤형 지원서비스가 필요함 § 광주의 지역전략산업인 광산업, 광융합산업, 에너지신산업과 관련된 중소기업의 신제품 개발 또는 개발된 제품의 기술경쟁력강화를 위한 기업지원
제 2 절 연구 내용 및 범위
1. 최종목표
구 분 내 용 최종목표 호남권 지역전략산업(에너지신산업, 광융합 등) 연계 ICT 융합 솔루 션 고도화 및 현장밀착형 기술교류, 민간 수탁 확대를 통한 중소기업 지원 기능 강화 세부목표 [에너지신산업 ICT융합 핵심기술 개발] ❍ 저지연/실시간 네트워킹 엣지형 단말 플랫폼 핵심기술 개발 § 에너지장치 실시간 통신 기술 (시각동기화 < 1 μs, 프로토콜 > 3 종) § 에너지장치 실시간 네트워크 플랫폼 기술 (지연시간 < 1 ms) § 신재생에너지장치 통합 테스트베드 구축 및 운영 ❍ 신재생에너지원 자율관제 솔루션 핵심기술 개발§ 에너지IoT 표준프로토콜 연동 및 EMS서버 개발 (CoAP, LwM2M, OCF등 7종) § 신재생에너지량(발생-저장-소비) 예측기술 상용화 및 EMS서버 연동 (예측정확도: 92%/day) § 장치 자율운전 상용화 및 EMS서버 연동 (자율운전 제어 수: 5 pts) [광융합산업 ICT융합 핵심기술 개발] ❍ 극한환경하 특수목적 광무선 전송 핵심기술 개발 § 기가급 자유공간 광무선 통신기술 (전송거리/대역폭: 100 m/1 Gbps) § 단일 광경로 기반 소형/wide FOV 광학계 기술
§ 다중셀 기반 Coupled-dynamic 이동체 고속 트래킹 기술 ❍ 다채널 통합형 분광 플랫폼 핵심기술 개발 § 다채널 통합형 초분광 이미징 시스템 개발 (분광 채널수: 100개) § 더모스코프 및 초분광 이미지 적용 딥러닝 기반 진단보조 플랫폼 개발 (진단 정확도: 88%) ❍ 적층형 광학엔진 플랫폼 핵심기술 개발 § 50 GHz 급 Through via / RDL 인터포저 기술 개발 § 8 채널 광도파로 광정렬 기술 개발 § 1 W/cm2 방열 기술개발 [지역전략산업연계 중소기업지원] § 전략적 산업체 수요맞춤형 공동연구 추진 § 현장밀착형 기술교류, 신기술설명, 애로기술지원 § 광융합제품 특성 및 신뢰성 시험/장비 지원 서비스 § 중소기업지원을 위한 정책기획, 협력네트워크, 정보제공 § 지역전략산업연계 신기술 발굴 및 선도연구 수행 § 호남권 지역산업 기반ICT융합 경쟁력 제고 방안 연구
2. 연구개발 목표 및 내용
구 분 목 표 내 용 2차년도 (2019) [에너지신산업 ICT융합 기술] ❍ 저지연/실시간 네트워킹 엣지형 `플랫폼 핵심기술 개발 § 멀티프로토콜 수용 실시간 네트워킹 플랫폼 고도화 솔루션 개발 (시각동기정밀도: < 1 μs, 수용 프로토콜: > 3 종) § 고정밀/고신뢰 실시간 통신 기술 고도화 개발 § 다종 필드버스 정합을 위한 인터페이스 구현 기술 개발 § 멀티프로토콜 수용 실시간 네트워크 게이트웨이 플랫폼 구현 기술 개발 § 실시간 네트워크 단말 플랫폼 시범 적용 ❍ 신재생에너지원 자율관제 솔루션 핵심기술 개발 § 에너지IoT 표준프로토콜 연동 및 EMS 서버 개발 (OCF, DTLS) § 신재생에너지량(발생-저장-소 비) 예측기술 상용화 및 EMS서버 연동 (예측정확도: 92 %/hr) § 에너지IoT 표준프로토콜 연동 기술 (CoAP, LwM2M, Modbus, OCF, DTLS) § 에너지IoT EMS서버 연동 머신러닝 시각화 기술 § 신재생에너지량(발생-저장-소 비) 예측기술 상용화 및 EMS서버 연동 § 신재생에너지 테스트베드 구축 및 운영(단주기ESS-모니터링시스템) [광융합산업 ICT융합 기술] ❍ 극한환경하 특수목적 광 무선전송 핵심기술 개발 § 광무선 데이터 수신 및 조향 기술: 광수신/빔 조향 송수신 시스템 기술 및 Dynamic 이동체 트래킹 S/W 개발 (전송방식/대역폭: Single-dynamic Half-duplex/100 Mbps) § 무인이동체 및 지상 시스템용 광송수신 광학계 소형화 § 다중셀 기반 위치인식 광수신 시스템 및 wide FOV 광수신 시스템 설계/제작 § 광 무선통신용 빔 조향 송수신기 기술 § Dynamic 이동체 트래킹을 위한 S/W 개발 ❍ 다채널 통합형 분광 분석 플랫폼 핵심기술 개발 § 광대역 초분광 이미징 시스템 및 분석 플랫폼 기술개발 (분광 채널수 : >20개, 분석 대상 : binary, 민감도 : >82%) § 스냅샷 방식의 포터블 광대역 초분광 이미징 시스템 기술 개발 § 딥러닝 기반 피부질환 분석 기술 개발 § 원격서버 기반 피부질환 추론 플랫폼 기술 § 피부질환 추론 플랫폼 연동 피부질환 진단보조용 GUI 기술 개발 ❍ 적층형 광학엔진 플랫폼 핵심기술 개발 § 4채널 적층형 광학엔진 플랫폼 구조 개발 § 4채널x50 GHz급 인터포저 Through Via/ RDL 시제품 (전기적 대역폭 > 4채널x50 GHz) 설계/제작 § 4채널 광학/방열 플랫폼 시제품 제작 [지역전략산업연계 중소기업지원] ❍ 지역전략산업연계 중소기업지원 § 공동연구, 기술교류, 특성 및 신뢰성 시험/장비 지원, 정책 기획 및 협력네트워킹, 선도연구, 지역산업 경쟁력 제고 등 § 전략적 산업체 수요맞춤형 공동연구 § 현장밀착형 기술교류, ETRI 사업화 유망기술 설명회, 애로기술지원 § 광융합제품 특성 및 신뢰성 시험/장비 지원 서비스 § 중소기업지원을 위한 정책기획, 협력네트워크, 정보제공 § 지역전략산업연계 신기술 발굴 및 선도연구 수행 § 호남권 지역산업 기반ICT융합 경쟁력 제고 방안 연구
제 3 절 국내외 기술개발 동향
1. 국외 연구개발 동향
가. 저지연/실시간 네트워킹 엣지형 단말 플랫폼 기술
❍ 저지연/실시간 네트워크 중요 요소 기술로 IEEE TSN 표준이 있으며 IEEE AVB(IEEE 802.1 Audio Video Bridging) 표준을 이더넷 네트워크에서 시민감 데이터를 전송하기 위해 확장한 표준으로 2019년 11월 현재 9개의 표준이 재정되었음(802.1Qbu, 802.1Qbv, 802.1Qca, 802.1Qch, 802.1Qci, 802.1CB, 802.1CM, 802.1Qcc, 802.1Qcp)
❍ IEEE 802.1 TSN TG은 802.1Qbv Scheduled Traffic 및 802.1Qbu Frame Preemption과 같은 Data plane에서의 실시간 네트워킹 기술 지원을 위한 Base Technologies뿐 아니라 802.1Qcc TSN Configuration과 같이 Control plane에서의 실시간 네트워킹 관리를 위한 Configuration 및 Management 기술 표준화 작업, 그리고 Industrial Automation 및 In-vehicle Communication과 같은 다양한 어플리케이션에서의 실시간 네트워킹 요구사항을 정리하는 Application-specific TSN Profiles 작업을 수행하고 있음
[그림 1-3-1] IEEE 802.1 TSN 표준 현황
❍ IEC/IEEE 60802 TSN-IA (TSN-Industrial Automation)에서는 산업자동화시스템에서의 TSN 기술 use case 및 requirements 문서 작업을 포함한 TSN Profiles 문서 작업을 수행하고 있으며, 최근 방콕에서 개최된 IEEE 802 Plenary Session에서 IEC/IEEE 60802가 적용되는 industrial market Multi-Vendor 간 interoperability and consistency 보장을 위한 Conformance Testing 작업을 AVnu와 IEC 산하 IECEE와 협력하여 진행할 것을 논의함
❍ Industrial IoT (IIoT) 기반 공장자동화 통신 방법을 정의하는 OPC Foundation에서는 OPC UA에서의 Field Level Communication (FLC) 방법으로 TSN의 표준 기술을 적용하기 위한 방법으로 시각동기화, LLDP 기반 topology discovery Performance indicators and quantities 방법, 서로 다른 공정 라인 네트워크에 연결되어있는 FLC 시스템간의 TSN 통신을 위한 TSN domain의 명확한 정의 및 inter-domain TSN stream 스케줄 및 전송 방법, Multi-vendor에서 제작한 bridge 및 bridged end-station의 interoperability를 위한 Bridge management 및 stream reservation and diagnostics, Reliability를 위한 media/path redundancy 기술 논의를
시작함
❍ 엣지형 단말 플랫폼 기술이 적용될 수 있는 IIoT 분야에서는 산업용 장치들과 연결하기 위해 bus 기반의 fieldbus, Profibus, Modbus 및 이더넷 기반의 EtherNet/IP, DeviceNet, EtherCat, BacNet 등의 다양한 프로토콜이 혼재해 있는 상황이며 산업 표준으로 장착되고 있음
❍ IoT/IIoT의 엣지형 단말(게이트웨이)에 적용할 수 있는 플랫폼으로 마이크로소프트웨어의 Azure IoT Edge 서비스가 있으며 IoT/IIoT 장치들로부터 데이터를 취득하고 Edge 내부에서 데이터를 분석하여 Cloud의 개입 없이 각종 컨트롤 명령을 디바이스에게 전달하거나 Cloud로 데이터를 전달할 수 있음. 또한 마이크로소프트사의 데이터분석 서비스를 게이트웨이에 유연하게 탑재할 수 있도록 IoT Hub 등으로 구성된 플랫폼을 제공함
❍ Google Cloud IoT 서비스는 IoT/IIoT 장치로부터 수집되는 데이터를 Cloud IoT Core로 내부화하고 Cloud Pub/Sub으로 데이터를 배포하며, Cloud Dataflow로 데이터 변환을 적용하여 Cloud Storage, Cloud Bigtable 또는 Cloud Spanner에 데이터를 저장할 수 있는 서비스를 제공함
❍ Amazon의 AWS IoT는 인터넷에 연결된 사물이 AWS 클라우드에 연결할 수 있고 클라우드상의 애플리케이션이 인터넷에 연결된 사물과 상호 작용할 수 있게 하는 서비스로써 디바이스 게이트웨이, MQTT 프로토콜 메시지 브로커, 다른 AWS 서비스와의 연결을 위한 규칙엔진, 사물 자격증명을 위한 보안 및 자격 증명 서비스, 사물 리소스 관리를 위한 사물 레지스트리, 사물의 현재 상태 정보를 저장 및 검색하기 위한 JSON 문서인 사물 섀도우로 이루어져 있음
❍ IBM의 IoT 서비스 솔루션은 Watson IoT Platform으로 IoT 사물에서는 Node-RED를 사용하며 클라우드 플랫폼으로는 자사의 IBM Bluemix를 사용하고 있음. IBM Watson IoT 플랫폼은 보안 솔루션으로 블록체인 기술인
자사의 hyperledger를 사용하고 있으며, 이를 통해 사물로부터 얻어진 데이터를 비즈니스 파트너들이 중앙 서버의 개입 없이 공유할 수 있음
❍ 엣지형 단말에 적용가능한 S/W 플랫폼으로 Eclipse 재단의 IoT 서비스 게이트웨이 구현을 위한 소프트웨어 프레임워크 Kura 오픈소스 프로젝트가 진행되고 있음. Eclipse Kura는 JVM/OSGI에 기반한 프레임워크로써 Cloud 서비스(예, Amazon AWS IoT platform, Azure IoT Hub Platform 등)와 연결 기능을 제공하는 Connectivity and Delivery 계층과 이종 프로토콜을 사용하는 다양한 장치들로부터 데이터를 취득하기 위한 driver 등의 계층을 가지고 있으며 어플리케이션의 요구사항에 맞춰 유연한 개발이 가능한 특징이 있음. 2019년 11월 현재 4.1.0 버전이 공개됨
❍ Linux Foundation 의 EdgeX 플랫폼은 IoT 서비스 게이트웨이 구현을 위하여 Docker 기반 마이크로서비스들로 각종 IoT 기능을 구현하는 오픈소스 프로젝트로써, Dell, Samsung, Analog Device 등이 참여하고 있음. Cloud 서비스와 연결 기능을 제공하는 Export 서비스, 다양한 종류의 디바이스와의 연결을 위한 Device 서비스, 각종 데이터를 분석하고 처리하기 위한 Supporting 서비스 등으로 계층이 구성되며 어플리케이션의 요구사항에 맞춰 유연한 개발이 가능한 특징이 있음. EdgeX 플랫폼은 2019년 11월 현재 go 언에 기반한 Fuji 버전이 공개됨
[그림 1-3-2] EdgeX 엣지 게이트웨이 SW 플랫폼 구조
❍ IoT/IIoT 게이트웨이는 Huawei, Cisco등의 OT 업체에서 단순히 데이터의 전달을 위해 제작되었으나, 최근 데이터 처리량의 증가로 edge단에서의 데이터처리 능력이 부각됨에 따라 기존 개발 업체들은 물론 Dell, Hewllet packard 등의 컴퓨팅 솔루션 업체들도 엣지 컴퓨팅 기능이 들어간 gateway 모델들을 잇달아 출시하고 있음
❍ 최근 출시되는 엣지형 gateway는 RS232/422/485, USB, Ethernet 등의 인터페이스를 이용해 legacy 장치들로부터 데이터를 수집하여 LTE/3G, Ethernet, WiFi 등의 인터페이스를 활용해 상위 클라우드 서버로 데이터를 전송하는 기본적인 틀을 바탕으로 고성능 프로세서, 메모리 및 저장장치를 추가하여 기존보다 복잡하고 다양한 연산 처리를 스스로 할 수 있도록 하는 추세임 ❍ 엣지 컴퓨팅 기능이 포함된 게이트웨이에서 학습이 완료된 딥러닝 모델을 활용한 데이터 분석 및 처리 기능의 효율성을 극대화시키기 위해서 CPU,
GPU, FPGA, TPU 등 다양한 하드웨어 가속기로 딥러닝 데이터 분석 행렬연산을 병렬처리를 수행하도록 하드웨어 명령어를 생성하는 TVM, XLA, Glow와 같은 딥러닝 컴파일러가 공개되고 있음
❍ 워싱턴 대학교의 SAMPL 그룹에서 만든 TVM 딥러링 컴파일러는 Pytorch, MXNet, Caffe2, CoreML 등 다양한 딥러닝 프레임워크에서 개발된 모델을 지원하며 LLVM을 이용한 CPU 가속, CUDA를 이용한 GPU 가속 뿐 아니라 자체 개발한 VTA를 이용한 FPGA 및 ASIC 가속 기능을 지원하고 있으며, 딥러닝 모델의 Computational 그래프 최적화와 같은 상위레벨에서의 최적화 뿐 아니라 tensor 연산자 최적화와 같이 하드웨어 가속 연산자에서 가장 효율적으로 실행 가능한 연산 방법을 찾아내는 하위레벨에서의 최적화 기능을 제공하고 있음 <표 1-3-1> 주요 벤더들의 엣지형 게이트웨이 현황 (2019) 회사명 모델명 프로세서 주요 I/O 가격
CISCO IR910 1.0GHz single core
USB2.0, Ethernet, RS232/422/485, VGA $ 2,286 National Instrument cRIO-90xx 1.91GHz dual-core Intel Atom USB2.0/3.0, RS232/422/485, CANbus, 각종 Analog $ 3,500
Dell Edge5100 Intel Atom E3827 1.75GHz
USB2.0/3.0, Ethernet, RS232/422/485, CANbus, HDMI
$ 1,543
HPE EL20 Intel 4300U dual-core i5 1.9GHz Ethernet, RS232/422/485, USB2.0/3.0, VGA, HDMI $2,370
MOXA MC-1121 Intel AtomQuad-core E3845 1.91GHz USB2.0 Ethernet DIOs 2 Serial $ 1,055 나. 신재생에너지원 자율관제 솔루션 기술
❍ 해외 유수의 IT기업은 에너지신산업 시장을 4차 산업혁명의 핵심 기술로 바라보고 연구개발 매진 중임. 특히 GE 등의 전통적 산업 선두기업 뿐 아니라, 구글, IBM 등의 IT 기업들이 IoT와 빅데이터 기반의 지능형 에너지 관제 시스템 및 서비스 개발에 뛰어들고 있음
❍ GE사는 2014년 프리딕스(Predix)라는 제조용 IoT 플랫폼을 출시. 자사의 1조개의 관리자산에 부착된 1천만 개가 이상의 센서에서 발생하는 대용량 데이터를 분산 저장하여, 수집, 분석, 모니터링 가능. 프레딕스는 산업 설비에서 초, 혹은 분 간격으로 발생하는 대량의 데이터를 수집하고, 분석하고, 공유할 수 있도록 특화됨. 프리딕스는 특정 산업분야가 아닌 우주/항공, 의료, 제조, 광산, 발전, 풍력 등 전 산업계에 적용되고 있음. 설비예지분석, 빅데이터분석, UX 등의 기술들을 마이크로 서비스로 제공하여 개발자가 빠르고 손쉽게 솔루션을 개발할 수 있도록 지원 중임
❍ Intel과 McAfee 및 Wind River는 보안, 안정성 및 효율성을 높이기 위해 기존 에너지 인프라에 원활하게 통합되는 다양한 시장 요구를 충족 할 수 있도록 특별히 설계된 확장 가능한 통합 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션을 제공하고자 함 ❍ 구글은 2014년 3조 4천억 원을 투자해 ‘네스트(Nest)’ 브랜드로 자동온도인식·조절장치를 제공하는 ‘네스트랩스(Nest Labs)’를 인수. ‘네스트’는 자동 스케줄링 기능을 통해 일반 온도조절기에 비해 연간 20% 이상의 에너지 비용을 절감. 일주일 동안 저장된 사용자의 선호와 패턴을 분석해 자동으로 실내온도와 환기상태를 조절하고, 습도와 날씨정보를 받아와 이를 반영하기도 함 다. 극한환경하 특수목적 광무선 전송기술 ❍ 무인이동체에 대한 발전이 지속되고 이를 이용한 다양한 응용분야 출연과 관련 시장의 급속한 성장으로 무인이동체 임무수행과 이들이 수집한 데이터를 고속으로 송수신하기 위한 무인이동체용 무선 데이터 전송 기술개발에 대한 수요가 증가하고 있음 ❍ 기존 RF 통신방식의 다양한 문제점과 한계를 극복하기 위한 초고속 대용량 통신방식으로, 광무선 전송 기술이 주목받고 있으며 무인이동체용 광무선 전송 시스템 개발을 위한 정밀 광학기술, 빔 조향 송수신기 기술, 초정밀 포인팅 및 추적기술 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있음 ❍ 미국은 DARPA 프로젝트를 통해 현재까지 지속적으로 광무선 전송 관련 기술연구를 수행하고 있으며, 광무선 통신 및 광/전파 하이브리드 무선통신 방식을 적용한 대용량/보안 광 무선 통신기술을 개발함 ❍ 미국의 LightPointe사는 광신호 송/수신부를 하나의 구경을 통해 최대 2.5 Gbps 전송 속도로 1 km까지 전송 가능한 광무선 전송 시스템을 개발함 ❍ 미국의 AirFiber는 광무선 전송장비에 60 GHz 밀리미터파 무선 장비를 결합시켜 최대 622 Mbps 속도로 500 m까지 전송 가능한 하이브리드 형태의 광무선 전송 솔루션을 개발함 ❍ 미국의 Terabeam은 다중 광학필터를 장착한 송수신기로 신호의 강도를 조절하는 방법을 개발하고, 최대 2 Gbps 전송속도로 1 km까지 전송 가능한 광무선 전송 시스템을 개발함
❍ 미국의 Optical Access사는 2.4 GHz 주파수 대역을 사용하는 Fusion RF 백업 시스템과 결합한 광무선 전송 시스템을 개발하고 수능동형 빔 추적 장치를 도입하여 다양한 기상 조건에서 통신의 안정성을 높임
❍ 미국의 Google에서는 성층권(~20km 상공)에 balloon을 띄워 balloon 간 광무선 전송기술을 이용하여 130Mbps 속도로 3 ~ 100km 거리에서 광무선 데이터 전송이 가능한 시스템을 개발하고, 지상 ~40km 영역 내 무선 인터넷을 보급하기 위한 연구를 수행 중에 있음 ❍ 미국의 페이스북에서는 광무선 전송방식으로 성층권에서 비행하는 드론 간 ~10Gbps 광무선 전송을 통해 지상 ~50km 영역 내 무선 인터넷을 보급하기 위한 연구를 수행 중에 있음
❍ 일본의 NICT에서는 재난망, 고속철도, 항공/위성 분야 적용을 위한 밀리미터파 아날로그 전송과 광무선 전송기술을 활용한 기술에 대한 연구를 개발하고 있음 ❍ 일본의 Canon사는 광신호 송신부/수신부를 각각의 구경을 통해서 광신호를 주고받도록 설계하고, 780 nm 파장의 광신호를 이용하여 최대 속도 622 Mbps로 2 km까지 전송 가능한 광무선 전송 시스템을 개발함
❍ 영국의 Oxford와 Airbus사는 공동으로 추진한 Hyperion 프로젝트를 통해 지상 시스템과 무인이동체 간 2Mbps (~300 m) 광무선 통신 링크를 구현함 ❍ 캐나다의 FSONA사는 최대 2.5 Gbps 속도로 500 m까지 전송 가능한 점-대-점 광 무선전송 기술을 개발하고 자동 빔 추적 장치를 결합시킴으로써 데이터 전송의 신뢰성을 높이고 전송 가능 거리를 늘림 라. 다채널 통합형 분광 분석 플랫폼 기술 ❍ 현미경+형광 분광기, 현미경+라만 분광기처럼 특정 장치와 결합한 분광 분석기는 일부 개발되었으나, 단일 측정 플랫폼에서 흡광, 형광, 라만 신호를 동시에 측정하고, 인공지능 기술 등이 적용된 추론 엔진과 연동되어 물질의 성분을 정확하게 분석할 수 있는 기술이나 제품은 기술개발 초기 단계임 ❍ 치료제의 효과에 영향을 미치는 질병의 진행 및 예방에 대한 이해를 위해 in-vivo나 in-vitro 분광 이미징 기술이 활발히 연구되고 있으며, 샘플 특성 검사 시 분자 단위로 검출 정확성을 높이기 위해, 다양한 방식(흡광, 라만, 형광 등)의 분광 기술이 현미경이나 내시경에 하나의 플랫폼으로 결합된 multi-modal 분석 장치(방법)에 연구가 활발히 진행되고 있음 ❍ 면(area) 단위 분광 이미징을 통해 분광정보와 공간정보를 함께 분석하는 초분광(혹은 다분광) 이미징 기술은 이미징 영역 중 관심 대상의 위치나 크기 등 공간 정보를 함께 분석할 수 있어 많은 연구가 진행되고 있음 ❍ 의료분야에서 초분광 이미징 기술은 암이나 종양 등 생명을 위협하는 질환의 빠르고 비침습적인 진단에 적용이 시도되고 있으며, EU에서는 HELiCoiD(HypErspectraL imaging Cancer Detection) 프로젝트를 통해 수술 중 실시간으로 tumor margin을 검출할 수 있도록 정상 조직과 암 조직의 초분광 이미지 DB를 구축하였음
❍ MIT에서는 흡수, 형광, 라만 신호를 측정할 수 있는 Multimodal spectroscopy 시스템을 개발하였으나 측정 파장 범위가 VIS~NIR 대역으로 한정됨
❍ Headwall Photonics는 최초로 포터블형 초분광 이미징 시스템인 Hyperspec SNAPSHOT 센서를 출시(`14)하였으며, Unispectral Technologies는 스마트폰 카메라를 초분광 센서로 사용할 수 있는 영상처리 S/W와 optical lens를 개발함
❍ UC Irvine의 Beckman 레이저 연구소와 JenLab GmbH는 3D-TPEF(Two-Photon Excited Fluorescence)와 SHG(Second Harmonic Generation) 기술을 결합하여 양성 모반과 흑색종을 구분할 수 있는 multi-modal imaging 기술을 개발함
❍ ThermoFisher scientific은 단일 장치에 FT-IR 분석과 라만 분석이 가능한 multi-modal 휴대형 분광 분석기인 Gemini Analyzer를 출시하였으며, spectral range는 4,000cm-1~650cm-1(FT-IR) / 250cm-1 ~
2,875cm-1(라만)이고, spectral resolution은 4cm-1(FT-IR) /
7cm-1~10.5cm-1(라만) 수준임
❍ Carl Zeiss는 다양한 파장 대역의 스펙트럼 수집 모듈들과 광원들이 단일 섀시에 장착되고, 사용자의 선택에 따라 유연하게 광 스펙트럼 수집이 가능한 MCS 600 시리즈를 출시함
❍ Horiba Scientific은 라만 신호와 초분광 현미경 시스템이 결합된 multimodal spectral imaging system인 XploRA PLUS with EDF and HSI를 출시함
❍ Agilent는 InGaAs PD array를 이용해 UV-VIS-NIR 전 대역(175nm ~ 1,800nm) 에서 스펙트럼 측정 가능한 Universal measurement spectrophotometer를 출시함
❍ Olympus는 450nm와 510nm 파장의 헤모글로빈 흡수도를 이용하여 혈관 부위를 강조할 수 있는 NBI(Narrow Band Imaging) 기술이 적용된 새로운 개념의 내시경을 출시함 마. 적층형 광학엔진 플랫폼 기술 ❍ 국내외 100기가/400기가급 Pluggable 광트랜시버 기술동향 § 데이터센터 네트워크의 광링크 수요에 따라 100기가급 광트랜시버는 2016년 이후 지속적으로 증가 추세임 § Finisar를 비롯한 Broadcom 등 대형 광트랜시버 제작 업체는 100기가급 광트랜시버의 상용화 이후 400기가급 광트랜시버에 대한 시제품을 전시 하고 있으며 2020년 이후 수요 증가가 예상됨
§ Intel, Luxtera, MACOM 등 실리콘 포토닉스 전문 기업들은 500 m급 PSM4 MSA 호환 광트랜시버를 양산 하고 있으며 향후 400기가급 광트랜시버를 위한 단위채널당 56 Gbps급(NRZ 기준) 광트랜시버 기술을 개발 중임
❍ Embedded optics 광트랜시버 기술동향
§ AVAGO, Reflex photonics, Samtec, Luxtera 등은 집적광학기술을 기반으로 PCB Board에 실장 가능한 100기가급 On-board optics 광트랜시버를 개발함
[그림 1-3-3] 해외 선진사의 100기가급 On-board optics 개발 현황
§ 미국의 SAMTEC, 일본의 AIST, 싱가폴의 ASTAR, 독일의 Fraunhofer는 On-board optics용 광트랜시버의 실장을 위해 interposer를 적용한 적층형 광트랜시버 구조를 구현하고 있음
바. 지역전략산업연계 중소기업지원
❍ 광융합제품 국제공인시험 서비스 분야
§ Criteria Labs는 1998년 설립되었으며 Texas에 40,000 평방피트 시설과 Colorado에 15,000 평방피트의 시설을 갖추고 반도체 공정시설이 없는 고객에게 완전한 제품 엔지니어링 서비스를 제공하고 있음. 또한 시험 엔지니어링 개발, 패키지 조립, 소자 평가, 신뢰성 시험, 고장 분석 등 다양한 서비스를 고객에게 제공하고 있음
§ Wyle Lab.은 미국의 기업지원 서비스 기관으로 Aerospace, Telecommunications, Electronics, Nuclear power, Product safety 등 다양한 분야에서 시험, 고장분석 및 컨설팅을 수행하고 있음
2. 국내 연구개발 동향
가. 저지연/실시간 네트워킹 엣지형 단말 플랫폼 기술 ❍ 가천대학교는 엣지 컴퓨팅 환경에서 및 모바일 기기의 배터리 상태, 기지국간의 무선 통신 품질, 서버 부하를 고려하는 최적의 코드 오프로딩 및 서버 스케줄링 기술 확보를 통해 저전력/저지연 가상현실 스트리밍을 지원하기 위한 학습 기반 엣지 컴퓨팅 단말/서버 운용 기술을 개발하고 있음 (한국연구재단 신진연구, 2018~2021) ❍ 연세대학교는 위치 기반으로 계층 구조화 된 광역 공간에서 엣지 서버들간의 계층적 분산 협업을 통해 여러 공간에서 발생하고 있는 복합 공간 상황을 실시간적으로 요약/프로화일링할 수 있는 실시간 다단계/다기능 엣지 데이터 스트림 처리 프레임워크를 개발하고 있음(한국연구재단 중견연구, 2017~2020) ❍ 고려대학교는 iCPS 환경을 고려한 엣지 컴퓨팅 기술 iCPS 서비스를 제공하기 위해 CPS 노드별 자원 할당 및 네트워크 구성을 수행하는 Software-Defined Networking (SDN)과 NFV(Network Functions Virtualization) 기반의 엣지 컴퓨팅(Edge Computing) 기술 및 iCPS-엣지 컴퓨팅 통합 네트워크 구조를 설계하고 있음(한국연구재단 SW 공학, 2017~2020) ❍ 전자부품연구원은 스마트공장 기기 상호호환성 확장성을 위해 OPC-UA 프로토콜 기반 실시간성을 지원하는 고신뢰성 TSN 게이트웨이 기술 및 스마트 공장 장비 시간 동기화, 이종 간 상호연동, 초저지연 및 데이터 손실 없이 시간 제어가 가능한 TSN 스위치 기술 표준 규격을 개발하고 있음 (스마트공장제조핵심기술개발사업, 2018~2020) ❍ 한국항공대학교는 Time-Triggered Ethernet기반의 초저지연 시민감형 네트워크(TSN)를 위한 UTP케이블 기반 브리지망에서의 SynchronousEthernet 급 클럭분배 (5ppm목표/최종 4.6ppm 목표)가 가능한 고정밀 클럭/시간 동기 기술 및 트래픽 엔지니어링 기술을 연구하고 있음 (방송통신산업기술개발, 2017~2020)
❍ TTA는 IEEE TSN 표준과 관련하여 ABV/TSN 실무반(WG2184, 의장 KETI 권기원 팀장)을 운영하고 있으며 포워딩 큐잉 기능(802.1Qav), 트래픽 포워딩(802.1Qbv), 경로 제어 및 예약(802.1Qca) 등 7개의 정보통신단체표준(TTAS)를 재정하였고(2017년 완료), 2018년 현재 스트림 필터링(802.1Qci), 프레임 복제 제거(802.1CB) 표준에 대해 국내 표준화를 진행하고 있음
❍ ETRI KSB융합연구단은 사물지능통신(IoE: Internet of Everything) 환경을 위한 초연결 지능사회 구현 기술 구현을 위해 기계학습 기반의 지식 추론, 예측, 예방, 최적화 지능 서비스를 제공하는 자가학습형 지식융합 슈퍼브레인 핵심기술을 개발하고 있음. 연구단 소속의 지능형 IoE 네트워크연구실에서는 EdgeX 플랫폼을 기반으로 건설현장의 사고 예방, 예지 분석을 위한 스마트 CCTV 기능을 갖춘 Edge 게이트웨이 핵심기술을 개발중이며 2018 국제사물인터넷 전시회에서 그 결과물을 소개함 ❍ 삼성전자는 2018 삼성 오픈소스 컨퍼런스(SOSCON 2018)에서 스마트 홈, 스마트 팩토리, 스마트 시티 응용 서비스를 위한 Edge 게이트웨이를 소개하였음. 삼성전자의 Edge Gateway는 삼성의 ARTIK H/W와 EdgeX Platform을 기반으로 구현되고 있으며 Edge 게이트웨이에서의 실시간 데이터 분석, 처리를 위한 다양한 Edge Computing 서비스를 연구 개발하고 있음. 삼성전자는 EdgeX Foundry의 핵심 맴버로 활동중이며 스마트 팩토리 분야에 EdgeX Paltform을 활용한 솔루션을 개발하여 상용화 하는 것을 목표로 하고 있음
❍ (주)UVC는 OPC UA Server/Client 솔루션과 Pub/Sub 솔루션을 상용화하였음. OPC UA 프로토콜은 스마트 팩토리의 다양한 센서 및 액츄에이터, 게이트웨이간의 데이터를 전달하는 프로토콜로 기존의 FieldBus 기반의 프로토콜을 대체할 기술로 떠오르고 있으며 (주)UVC는 OPC UA 솔루션을 바탕으로 OPC UA데이터를 TSN에서 전송하기 위한 솔루션 개발을 진행함 ❍ (주)BMT는 스마트 전력 측정 센서인 Smarteye 및 게이트웨이 솔루션을 상용화하였음. 건물의 전력 분전반에 Smarteye를 부착하고 게이트웨이를 통해 27종의 전력 계측 데이터를 수집하며 이를 Cloud에서 예지/분석하는 솔루션을 서비스하고 있으며 중대형 빌딩의 선진 BAS/BEMS와 연동 가능한 OpenADR 기반의 ADR 시스템을 개발하기 위하여 Edge Computing 기능을 탑재한 게이트웨이의 핵심기능 연구 개발을 진행함
나. 신재생에너지원 자율관제 솔루션 기술
❍ 에너지 장치 제어 솔루션 기술 분야는 시장지배력이 강한 국외 기업들의 폐쇄적이고 배타적인 특성으로 인하여 업계 간 기술 교류가 미미한 실정임
❍ 한국전력사는 송전·변전·배전 등 전사적으로 적용할 수 있는 사물인터넷 기술 표준규격을 oneM2M Rel1.0규격과 IETF CoAP, OMA LWM2M 국제 표준을 기반으로 제정하고, 한국전력 IoT 규격을 통해 전력 및 에너지 분야 사물인터넷 시장을 활성하기 위한 목적으로 SPIN (Smart Power Iot Network) 연합체를 학계와 산업계와 함께 구성하여 IoT 게이트웨이, 센서, 플랫폼 분야의 서비스 창출에 노력하고 있음. 한국전력 IoT 표준은 크게 장치들과 연동을 위한 Connectivity와, 수집된 데이터 분석을 위한 Governance, 수집/분석된 데이터를 이용한 서비스 생성을 위한 Ecosystem으로 구성됨 ❍ 서울대는 2016년부터 2019년까지 ‘클라우드 기반 산업인터넷 플랫폼 및 솔루션 개발’과제를 진행하고 있음. 본 연구는 전력 설비 가용도 및 전력 생산 효율 증대를 위한 초인공지능 기반의 자율/범용형 상태 진단 및 예측
