G1179 IALA 관점의 사물인터넷(IoT) 입문 (요약·한영 대역)
원문: IALA Guideline G1179, An Introduction to the Internet of Things (IoT) from an IALA Perspective, Edition 1.0 (2022년 12월) · 번역: 장은규 교수
핵심 요약
- 성격과 목적: G1179는 사물인터넷(IoT) 시스템의 시험, 시범운영 또는 배치를 계획하는 사람과 IoT 도입을 지원하는 기술 솔루션을 구현하는 조직에 지침을 주기 위한 입문 가이드라인이다.
- IoT의 개념과 배경: IoT는 센서·소프트웨어 등을 내장하고 인터넷으로 다른 장치·시스템과 데이터를 주고받는 물리적 사물의 네트워크이다. 항로표지(AtoN) 감시는 그동안 정해진 AIS 메시지 등 여러 방법으로 이루어졌으며, 실시간 감시는 상태 기반 예방정비와 이해관계자와의 실시간 상태·가용성 공유라는 이점이 있다.
- 3계층 모델: 문헌상 3~7계층 모델이 쓰이지만, 이 가이드라인은 응용 계층(사용자에게 서비스 제공), 전송 계층(센서 데이터를 응용 계층으로 전달), 인지 계층(센서로 환경 정보를 감지·수집)의 3계층에 메시징 프로토콜을 더한 모델을 쓴다.
- 전송 계층의 평가 항목: IMT, WiFi, VDES 등의 네트워크를 쓰며 해상 영역에서 견고하고 신뢰할 수 있어야 한다. 데이터 전송률, 지연시간, 오류 검출·정정, 신뢰성, 가용성, 투명성, 수용 용량, 보안(사이버 공격 대비)과 함께 주파수 면허와 통달 거리를 고려 사항으로 든다.
- 인지 계층 센서: 해상 영역의 예로 기상 센서, 수로 센서, 항로표지 위치, 항로표지 움직임을 들며, 다양한 센서를 시스템 안에서 식별할 수 있어야 한다고 본다.
- 메시징 프로토콜: MQTT, AMQP, DDS, XMPP, CoAP와 GPS·AIS·ASM·VDE 표현 인터페이스에 쓰이는 IEC 61162-1(NMEA 0183)을 주요 프로토콜로 소개한다.
- 기타 고려 사항: 센서와 현장 전송 인터페이스 비용, 배터리 수명·전력 소비, 통신 비용, 장치 크기·형상, 설치 난이도, 설치·유지보수 접근성, 설치 면허·승인, 응용 계층의 처리·저장 요건, 사이버 보안.
실무 시사점
이 가이드라인은 주로 항로표지 감시를 염두에 두고 있으나, 기상·수로 센서 데이터를 VTS 상황인식에 연계하려는 경우에도 같은 점검 틀을 적용할 수 있다. 특히 전송 계층의 지연시간, 신뢰성, 가용성, 보안 항목은 실시간 정보를 다루는 관제 환경에서 IoT 데이터를 활용할 때 사전에 확인해야 할 기준이 된다. 다만 이 문서는 개념 소개 수준이며, 특정 프로토콜이나 통신 수단을 권고하거나 성능 기준을 정하지 않는다는 점에 유의해야 한다.
한영 대역 전문
왼쪽은 원문(영문), 오른쪽은 국문 번역이다. 반복되는 머리말·꼬리말·쪽 번호는 생략하였다.
Front matter · 표지
International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities
Association Internationale de Signalisation Maritime
10, rue des Gaudines – 78100 Saint Germain en Laye, France · www.iala-aism.org
IALA GUIDELINE G1179
AN INTRODUCTION TO THE INTERNET OF THINGS (IOT) FROM AN IALA PERSPECTIVE
Edition 1.0, December 2022
urn:mrn:iala:pub:g1179:ed1.0
국제항로표지기구(IALA)
프랑스 생제르맹앙레 소재 · www.iala-aism.org
IALA 가이드라인 G1179
IALA 관점의 사물인터넷(IoT) 입문
제1.0판, 2022년 12월
urn:mrn:iala:pub:g1179:ed1.0
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| 일자 (Date) | 세부 내용 (Details) | 승인 (Approval) |
|---|---|---|
| 2022년 12월 | 최초 발간 (First issue) | 제76차 이사회 (Council 76) |
Contents · 목차
1. Introduction
1.1 Background
2. Aims and objectives
3. Overview of IoT
3.1 Application layer · 3.2 The transportation layer · 3.3 Perception layer · 3.4 Messaging protocol · 3.5 Other considerations
4. Definitions
5. Acronyms
6. References
List of Figures
Figure 1 IoT Layers (3 layer model with messaging protocol)
1. 서론
1.1 배경
2. 목적과 목표
3. IoT 개요
3.1 응용 계층 · 3.2 전송 계층 · 3.3 인지 계층 · 3.4 메시징 프로토콜 · 3.5 기타 고려 사항
4. 정의
5. 약어
6. 참고문헌
그림 목록
그림 1 IoT 계층(메시징 프로토콜을 포함한 3계층 모델)
1. Introduction · 1. 서론
The Internet of Things (IoT) describes the network of physical objects ("things") that are embedded with sensors, software, and other technologies for the purpose of connecting and exchanging data with other devices and systems over the Internet.
IoT has evolved due to the convergence of multiple technologies, real-time analytics, machine learning, commodity sensors, and embedded systems.
사물인터넷(IoT)은 인터넷을 통해 다른 장치 및 시스템과 연결하고 데이터를 교환할 목적으로 센서, 소프트웨어 및 그 밖의 기술을 내장한 물리적 사물("things")의 네트워크를 말한다.
IoT는 여러 기술, 실시간 분석, 기계학습, 범용 센서 및 임베디드 시스템이 융합되면서 발전해 왔다.
1.1. Background · 1.1 배경
The monitoring of Marine Aids to Navigation (AtoN) and associated systems has been achieved using a variety of methods that include the use of defined AIS messages.
The advantage of real time monitoring includes:
- Preventative maintenance can be scheduled to be pre-emptive based on the AtoN system status.
- The real time status of the monitored systems and associated availability can be shared with stakeholders.
The rapid development of IoT systems allows the connection of many different sensors in the maritime AtoN environment including meteorological and hydrographic sensors, allowing data to be collected, processed, and shared.
항로표지(AtoN)와 관련 시스템의 감시는 정해진 AIS 메시지의 사용을 포함한 다양한 방법으로 이루어져 왔다.
실시간 감시의 이점은 다음과 같다.
- 항로표지 시스템의 상태에 근거하여 예방정비를 선제적으로 계획할 수 있다.
- 감시 대상 시스템의 실시간 상태와 그에 따른 가용성을 이해관계자와 공유할 수 있다.
IoT 시스템의 급속한 발전으로 기상 센서와 수로 센서를 포함한 다양한 센서를 해상 항로표지 환경에 연결할 수 있게 되어, 데이터를 수집·처리·공유할 수 있다.
2. Aims and Objectives · 2. 목적과 목표
The aim of this Guideline is to provide guidance those who may be undertaking testing, trials and/or deployment of IoT systems. This Guideline also provides guidance for organizations implementing technical solutions to support the introduction of IoT.
이 가이드라인의 목적은 IoT 시스템의 시험, 시범운영 및/또는 배치를 수행할 수 있는 사람들에게 지침을 제공하는 것이다. 이 가이드라인은 또한 IoT 도입을 지원하는 기술 솔루션을 구현하는 조직에도 지침을 제공한다.
3. Overview of IoT · 3. IoT 개요
A literature review shows that between three (3) to seven (7) layers for IoT is used. For the purpose of this Guideline three layers (Figure 1) are identified.
- The application layer is responsible for delivering application specific services to the user.
- The transportation layer is responsible for connecting to other smart things, network devices, and servers.
- The perception layer is the physical layer, which has sensors for sensing and gathering information about the environment.
Messaging protocols are used to transmit device telemetry (or messages) to and from devices.
The messaging protocol and the transportation layer have an impact on the design and deployment of IoT systems and the integration, as well as the processing and display of information derived from the IoT system.
문헌 검토에 따르면 IoT에는 3개에서 7개 사이의 계층이 사용된다. 이 가이드라인에서는 세 개의 계층(그림 1)을 구분한다.
- 응용 계층은 사용자에게 응용별 서비스를 제공하는 역할을 한다.
- 전송 계층은 다른 스마트 사물, 네트워크 장치 및 서버와 연결하는 역할을 한다.
- 인지 계층은 물리 계층으로, 환경에 관한 정보를 감지하고 수집하는 센서를 갖추고 있다.
메시징 프로토콜은 장치와 장치 사이에서 장치 원격측정 데이터(또는 메시지)를 전송하는 데 사용된다.
메시징 프로토콜과 전송 계층은 IoT 시스템의 설계·배치와 통합은 물론, IoT 시스템에서 얻은 정보의 처리와 표시에도 영향을 미친다.
Figure 1 IoT Layers (3 layer model with messaging protocol)
그림 1 IoT 계층(메시징 프로토콜을 포함한 3계층 모델): 응용 계층, 전송 계층, 인지 계층을 위에서 아래로 쌓고 그 옆에 계층 사이를 잇는 메시징 프로토콜을 나타낸 도식이다.
3.1. Application Layer · 3.1 응용 계층
The application layer manages the application processes based on information obtained from the sensors and provided through the transportation layer.
응용 계층은 센서에서 얻어 전송 계층을 통해 제공된 정보를 바탕으로 응용 프로세스를 관리한다.
3.2. Transportation Layer · 3.2 전송 계층
The transportation layer transfers the data from the perception layer (the sensors) to the application layer. It makes use of networks such as International Maritime Telecommunication (IMT), WiFi, Very High Frecuency Data Exchange System (VDES), etc. The transportation layer must be robust and reliable within the maritime domain.
전송 계층은 인지 계층(센서)의 데이터를 응용 계층으로 전달한다. 전송 계층은 IMT(International Maritime Telecommunication), WiFi, VHF 데이터 교환 시스템(VDES) 등의 네트워크를 활용한다. 전송 계층은 해상 영역에서 견고하고 신뢰할 수 있어야 한다.
The transportation layer has various characteristics that impacts on IoT and its application in the maritime domain including:
- data rate (How much data can be sent through the transportation layer in a specific period?);
- latency (How long does it take from when the message is ready to be sent until the time it arrives at the receiving application layer?);
- error detection/correction (How many errors are received by the application layer and how many of these can be corrected?);
- reliability (How many of the messages that are sent from the IoT device arrive at the application layer?);
- availability (Is the transportation layer available when a message is scheduled to be sent?);
- transparency (Can I send the message I have using the protocol that I am using, or does it need to be translated?);
- capacity (How many remote IoT units can be connected to the system in any one area?), and;
- security (How are the IoT sensors and application layers protected from Cyber Attack?).
전송 계층에는 IoT와 해상 영역에서의 IoT 응용에 영향을 미치는 다음과 같은 여러 특성이 있다.
- 데이터 전송률(특정 시간 동안 전송 계층을 통해 얼마나 많은 데이터를 보낼 수 있는가?)
- 지연시간(메시지가 전송 준비된 때부터 수신 측 응용 계층에 도착할 때까지 얼마나 걸리는가?)
- 오류 검출·정정(응용 계층이 받는 오류는 얼마나 되며, 그중 얼마나 정정할 수 있는가?)
- 신뢰성(IoT 장치에서 보낸 메시지 중 얼마나 많은 메시지가 응용 계층에 도착하는가?)
- 가용성(메시지 전송이 예정된 때에 전송 계층을 이용할 수 있는가?)
- 투명성(내가 가진 메시지를 내가 사용하는 프로토콜 그대로 보낼 수 있는가, 아니면 변환이 필요한가?)
- 수용 용량(한 지역에서 몇 대의 원격 IoT 장치를 시스템에 연결할 수 있는가?)
- 보안(IoT 센서와 응용 계층은 사이버 공격으로부터 어떻게 보호되는가?)
There are further considerations in respect of the transportation layer technologies that includes:
- licensing (What licenses are required to use the spectrum, what is the cost and what protection does this afford the system?); and
- range (What is the reliable range that can be achieved under the transportation layer Radio Frequency (RF) licensing conditions and considering the local morphology?).
전송 계층 기술과 관련하여 다음과 같은 추가 고려 사항이 있다.
- 면허(주파수 사용에 어떤 면허가 필요한가, 비용은 얼마이며 그 면허가 시스템에 어떤 보호를 제공하는가?)
- 통달 거리(전송 계층의 무선주파수(RF) 면허 조건에서, 그리고 현지 지형을 고려할 때 확보할 수 있는 신뢰성 있는 통달 거리는 얼마인가?)
3.3. Perception Layer · 3.3 인지 계층
The perception layer includes sensors for sensing and gathering information. There are many different types of sensors in this layer which need to be able to be identified within the system.
This layer is a driver for IoT, with many different sensors used for a diverse array of IoT applications. Within the maritime domain, these sensors could include:
- Meteorological sensors
- Hydrographic sensors
- AtoN position
- AtoN movement
인지 계층에는 정보를 감지하고 수집하는 센서가 포함된다. 이 계층에는 여러 종류의 센서가 있으며, 이들은 시스템 안에서 식별될 수 있어야 한다.
이 계층은 IoT의 원동력으로, 다양한 IoT 응용에 여러 종류의 센서가 사용된다. 해상 영역에서 이러한 센서에는 다음이 포함될 수 있다.
- 기상 센서
- 수로 센서
- 항로표지 위치
- 항로표지 움직임
3.4. Messaging Protocol · 3.4 메시징 프로토콜
The primary IoT messaging protocols include:
- MQTT (Message Queue Telemetry Transport). The MQTT, or Message Queue Telemetry Transport, protocol is a lightweight, publish/subscribe network protocol for transporting telemetry messages between IoT devices. It can operate on top of other networking protocols so long as they provide ordered, lossless, bi-directional connections.
- AMQP (Advanced Message Queue Protocol). AMQP, or Advanced Message Queue Protocol, is an open standard application layer protocol. It is not specifically built for IoT solutions, but it works very well for message communications which include many IoT scenarios.
- DDS (Data Distributed Service). The DDS protocol is designed to address the unique needs of application scenarios such as aerospace, defence, air-traffic control, autonomous vehicles, medical devices, robotics, power generation, transportation systems, and other real-time data exchange systems.
- XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol). XMPP, or Extensible Messaging and Presence Protocol, is a communications protocol based on XML (Extensible Markup Language). It is designed to provide near real-time exchange of structured XML data between two or more devices.
- CoAP (Constrained Application Protocol). The CoAP, or Constrained Application Protocol, is a specialized application protocol designed for constrained devices. It is designed to require low power and work across lossy networks.
- IEC 61162-1 (NMEA 0183) is used by GPS as well the AIS, ASM and VDE Presentation Interface. It is a message-based protocol that, in the case of AIS is an efficient binary encoded protocol.
주요 IoT 메시징 프로토콜은 다음과 같다.
- MQTT(Message Queue Telemetry Transport): IoT 장치 간 원격측정 메시지를 전송하기 위한 경량의 발행/구독(publish/subscribe) 방식 네트워크 프로토콜이다. 순서가 보장되고 손실이 없는 양방향 연결을 제공하는 한, 다른 네트워킹 프로토콜 위에서 작동할 수 있다.
- AMQP(Advanced Message Queue Protocol): 개방형 표준 응용 계층 프로토콜이다. IoT 솔루션을 위해 특별히 만들어진 것은 아니지만, 많은 IoT 시나리오를 포함하는 메시지 통신에 매우 잘 작동한다.
- DDS(Data Distributed Service): 항공우주, 국방, 항공교통관제, 자율주행차, 의료기기, 로봇, 발전, 운송 시스템 및 그 밖의 실시간 데이터 교환 시스템과 같은 응용 시나리오의 고유한 요구를 다루도록 설계된 프로토콜이다.
- XMPP(Extensible Messaging and Presence Protocol): XML(Extensible Markup Language)에 기반한 통신 프로토콜이다. 둘 이상의 장치 사이에서 구조화된 XML 데이터를 거의 실시간으로 교환하도록 설계되었다.
- CoAP(Constrained Application Protocol): 자원이 제약된 장치를 위해 설계된 특수 응용 프로토콜이다. 저전력으로 작동하고 손실이 많은 네트워크에서도 작동하도록 설계되었다.
- IEC 61162-1(NMEA 0183): GPS는 물론 AIS, ASM 및 VDE 표현 인터페이스(Presentation Interface)에 사용된다. 메시지 기반 프로토콜이며, AIS의 경우 효율적인 이진 부호화 프로토콜이다.
3.5. Other Considerations · 3.5 기타 고려 사항
The use of IoT in the maritime AtoN domain should consider additional factors that includes:
- Cost of IoT sensors and local transport layer interface
- Battery life/power consumption
- Cost of communications
- Physical size/form factor of the integrated IoT device
- Installation complexity
- Accessibility for installation and ongoing maintenance
- Installation licenses and need for approval
- Application Layer processing and data storage requirements
- Cyber Security
해상 항로표지 영역에서 IoT를 사용할 때에는 다음과 같은 추가 요소를 고려하는 것이 바람직하다.
- IoT 센서와 현장 전송 계층 인터페이스의 비용
- 배터리 수명/전력 소비
- 통신 비용
- 통합 IoT 장치의 물리적 크기/형상
- 설치의 복잡성
- 설치와 지속적인 유지보수를 위한 접근성
- 설치 면허와 승인 필요 여부
- 응용 계층의 처리 및 데이터 저장 요건
- 사이버 보안
4. Definitions · 4. 정의
The definitions of terms used in this IALA Guideline can be found in the International Dictionary of Marine Aids to Navigation (IALA Dictionary) and were checked as correct at the time of going to print. Where conflict arises, the IALA Dictionary should be considered as the authoritative source of definitions used in IALA documents.
이 IALA 가이드라인에서 사용하는 용어의 정의는 「국제 항로표지 사전」(IALA 사전)에서 찾을 수 있으며, 인쇄 시점에 정확한 것으로 확인되었다. 충돌이 발생하는 경우 IALA 문서에서 사용하는 정의의 권위 있는 출처로 IALA 사전을 보는 것이 바람직하다.
5. Abbreviations · 5. 약어
| 약어 | 영문 | 국문 |
|---|---|---|
| AIS | Automatic Identification System | 선박자동식별장치 |
| AMQP | Advanced Message Queue Protocol | 고급 메시지 큐 프로토콜 |
| ASM | ASM as part of the VHF Data Exchange System | VHF 데이터 교환 시스템의 일부로서의 ASM |
| ASM | Application Specific Message | 응용별 메시지 |
| AtoN | Marine Aid(s) to Navigation | 항로표지 |
| CoAP | Constrained Application Protocol | 제약 응용 프로토콜 |
| DDS | Data Distributed Service | 데이터 분산 서비스 |
| IoT | Internet of Things | 사물인터넷 |
| MQTT | Message Queue Telemetry Transport | 메시지 큐 원격측정 전송 |
| VDES | VHF Data Exchange System | VHF 데이터 교환 시스템 |
| VTS | Vessel Traffic Services | 선박교통관제 |
| XMPP | Extensible Messaging and Presence Protocol | 확장 가능 메시징 및 프레즌스 프로토콜 |
6. Further Reading · 6. 추가 참고자료
- https://www.meritalk.com/articles/darpa-floats-a-proposal-for-the-ocean-of-things/.
- https://www.securityinfowatch.com/video-surveillance/video-transmission-equipment/article/10840006/innovative-wireless-network-connects-new-york-waterways-ferries-for-safety-security-roi-and-more.
- https://mondaynote.com/internet-of-things-the-basket-of-remotes-problem-f80922a91a0f.
- 미국 국방고등연구계획국(DARPA)의 "Ocean of Things" 제안 관련 글, https://www.meritalk.com/articles/darpa-floats-a-proposal-for-the-ocean-of-things/.
- 뉴욕 수로 페리를 연결하는 무선 네트워크 사례 관련 글, https://www.securityinfowatch.com/video-surveillance/video-transmission-equipment/article/10840006/innovative-wireless-network-connects-new-york-waterways-ferries-for-safety-security-roi-and-more.
- 사물인터넷의 "리모컨 바구니 문제" 관련 글, https://mondaynote.com/internet-of-things-the-basket-of-remotes-problem-f80922a91a0f.