CPS

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CPS (CYBER PHYSICAL SYSTEM)

1. 필요성2. CPS 에 대한 산업적경제적 접근3. CPS 에 대한 기술적 해석4. CPS 가 가져올 미래 사회의 모습5. 시사점

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1. CPS 의 필요성 CPS 란 ?

사이버물리시스템 (CPS, Cyber-Physical System) 은 물리 시스템 및 프로세스와 컴퓨팅의 통합으로 탄생하였으며 , 센서와 액추에이터를 이용해 물리 프로세스를 모니터링 함으로써 물리 시스템에 새로운 특성과 능력을 제공한다 .

CPS 란 사이버시스템 (cyber system) 과 물리시스템 (physical system) 의 통합적 시스템으로 , 통신 및 제어 기능이 물리세계의 사물과 융합된 형태를 지칭함

CPS 는 CPS 는 기존 임베디드 시스템의 미래지향적이고 발전적인 형태로 이해할 수 있으며 , 에너지 , 전력망 , 교통시스템 , 공공기초시설 , 건강진료 등 매우 복잡한 핵심인프라가 모두 CPS 의 적용대상에 해당됨

CPS 는 모든 사물들이 서로 연결되어 정보를 교환하는 사물인터넷 (Internet of Things) 에서 컴퓨팅과 물리 세계가 네트워킹을 통해 유기적으로 융합되어 사물들이 서로 소통하며 자동적 , 지능적으로 제어되어 지는 시스템

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CPS 의 등장배경 다양한 지능형 장치 및 유비쿼터스 무선 통신 기기가 급증하고

컴퓨팅 및 메모리성능의 발전이 지속되면서 여러 응용분야에 컴퓨팅이 미치는 영향도 증가할 것으로 전망됨

컴퓨팅으로 대표되는 사이버 세계의 기능이 미래에는 훨씬 더 광범위한 분야의 물리적 세계와 접목하여 그 활용도가 증가할 것으로 판단됨

의료기기 , 자동차 , 로봇 , 항공기 , 보안 및 감시시스템 등 대부분의 컴퓨터탑재 물리시스템들은 구성 요소의 복잡성 증가로 전체 시스템의 결함 가능성이 증대되고 있음

따라서 각종 재난과 사고를 미연에 방지할 뿐만 아니라 , 고신뢰성을 보장하는 무결점 (zero-defect) 지능 시스템의 필요성 제기

CPS, IT 기반 융복합의 이론적 토대 통상 물리시스템은 시간의 흐름에 따라 변화하는 반면 , 컴퓨터로

대변되는 사이버시스템은 논리의 흐름에 따라 변화하는 본질적 차이가 있음

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CPS 의 학문적 정립 및 기술 구현은 향후 국가 인프라 , 운송 , 전력망 , 산업 자동화 , 의료 헬스케어․ , 국방 , 농업 등 실로 다양한 분야에서 인류 삶의 질 및 복지 향상과 안전성 제고에 커다란 혁명을 가져올 것으로 기대됨

CPS 메가트랜드 초소형 센서에서 초대규모 인프라까지 임베디드 시스템이 산업

전 영역에서 널리 활용되고 있으며 , 이에 따라 임베디드 기기의 수 및 생산되는 데이터의 양이 폭발적으로 증가하고 있음

대규모 통합 및 상호 연동 : 임베디드 기기들은 유무선 네트워크를 통해 서로 통합되고 상호 연동되고 있음 (Net-worked CPS 가 메가트랜드 )

자율성 : 임베디드 기기들은 사용자의 개입 없이 자율적으로 외부 세계와 소통하는 방향으로 발전하고 있음

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스마트한 신세계를 여는 미래지향적 임베디드 시스템으로서의 CPS

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2. CPS 에 대한 산업적 경제적 접근

IT 기반 창조경제 실현을 위한 Key Enabler 로서의 CPS CPS 가 사이버와 물리 세계의 상관관계를 이해하는 방식에 일대

변혁을 가져옴 . 의료 수준의 개선과 상승하는 의료비 억제를 위한 국가 의료 시스템 혁신 에너지 낭비 및 비용 절감을 목적으로 한 국가 전력 생산 및 배전망의

혁신 생활에 수반되는 비용 및 위험 감소를 목적으로 한 국가 수송망 및

기반구조의 혁신 CPS 및 이에 기반한 IT 기술을 각종 산업 분야에 적용한다면

국가 경제의 신성장동력 창출 및 창조경제 실현에 기여 CPS 는 또한 국가 자원 배분 · 활용 효율성 측면에서의 사회적

요구를 충족시킬 수 있는 무한한 가능성을 제공 CPS 는 여러 핵심 산업의 토대 역할을 하는 핵심 기술로

급부상할 것으로기대됨

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미래 응용분야 CPS 는 새로운 제품 및 서비스에 대해 혁신적인 기회를 창출할

수 있는 다양한도메인에 적용될 수 있으며 , 이에 따른 경제적 효과는 막대할 것임

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3. CPS 에 대한 기술적 해석 왜 CPS 연구개발이 필요한가

CPS 를 통해 융 · 복합 연구의 새로운 패러다임 개척 필요 CPS 는 실시간 재난 대응 시스템 , 지능형 교통시스템 , 지능형

전력망 등의 미래지향적 시스템들을 구현하기 위해 필수적인 기초 융합학문으로 자리매김할 것으로 기대됨

CPS 는 과학적 발전과 경제적 수익 측면에서 중대한 파장을 일으킬 것임 국가 전력망 및 교통 제어시스템과 같은 다수의 대규모 시스템들에

이용되는 모니터링 및 제어용 설비와 컴퓨터들은 물리적으로 분산되어 있음

미래의 CPS 가 실현되려면 반드시 해결되어야 할 많은 기술적 문제들이 존재하며 , 따라서 집중적인 연구개발 투자가 필요함 사이버 세계와 물리 세계 간의 인터페이스는 수많은 감지장치 ,

컴퓨팅 및 통신 장치들과 다양한 유형의 액추에이터들로 구성되며 , 이들 장치들은 복잡하고 오류의 여지가 있는 실세계 , 즉 실시간 환경에서 동작됨

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연구개발을 통해 센서 데이터를 수집하고 전송하며 , 상황인식을 위해 센서를 융합하고 , 그리고 실시간에 제어동작을 수행할 수 있는 메커니즘 및 프로토콜들이 제안

분산형 감지 , 데이터 융합 , 제어 , 보안 , 프라이버시 , 시스템 강건성 (robustness) 등이 대표적인 기술적 과제임

CPS 에서의 기술적 과제 분산 감지 , 데이터 융합 및 제어 보안 프라이버시 강건성

CPS 연구 · 개발 사례 Google 의 클라우드 로보틱스

안드로이드와 호환되는 자바기반의 ROS(Robot OS) 인 rosjava 개발에 착수 . 카메라 , 시계 , 자전거 , 가전제품 등 모든 사물을 상호 연결하는데 안드로이드 OS 가 핵심 역할로 자리 잡음

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클라우드를 활용하여 로봇 자원 ( 배터리 , 메모리 , 센서 등 ) 을 줄이면서도 고도의 컴퓨팅을 요하는 업무를 수행하는 효용성이 높은 저가의 로봇 개발

Android Cellphone NXT Robot핸드폰에 장착된 카메라 , 마이크 , 센서로부터의 정보를 무선 통신을

통해 클라우드에서 전달 ·처리하여 맵 정보 등을 다운로드 . 새로운 상황을 대처하기 위해 새로운 App 을 다운로드하여 새로운 태스크 수행

RoboEatrh 프로젝트 (EU) 로봇들이 인터넷을 통해 서로 지식을 가공하고 교환하며 재활용하여 다른

로봇이 복잡한 작업을 할 수 있도록 해주는 클라우드 기반의 플랫폼을 구축하는 프로젝트

Google 의 무인 드라이브 자동차 구글에서는 카메라 , 레이더 센서 등 상황 정보 수집에 필요한 센서들을

장착한 자동차를 제어하는데 있어서 경로 계획 등의 고수준 판단에 필요한 프로세싱을 클라우드에서 처리하는 클라우드 기반 무인 드라이브 자동차를 개발

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4. CPS 가 가져올 미래 사회의 모습 사회 경제적 측면의 미래상

지능형 원격 맞춤의료 서비스 각종 재난과 사고의 실시간 대응을 통한 안전한 사회 실현 에너지 절약 및 보존의 혁신적 변화 안전한 교통시스템 실현 사람들이 일하고 소통하는 방식과 일상생활의 대변혁

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기술적 측면의 미래상 CPS 융합과학 신학문 개척 응용 · 실용화 연구로의 수직적 연계 시스템 신뢰도 , 안전성 및 예측가능성 향상을 위한 CPS

원천기술 개발 및 이에 기반한 신개념 무결점 지능시스템 발명 기대

장기적으로 국가 인프라 , 운송 , 전력망 , 산업 자동화 , 의료 ·헬스케어 , 국방 , 농업 등의 분야에 적용 및 실용화함으로써 시스템 신뢰성 , 안전성 등을 근본적으로 혁신하며 , 각종 재난 ·사고를 설계단계에서 방지

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5. 시사점 CPS 는 신뢰성 , 안전성 , 보안성 , 자율성 및 실시간성을

보장하는 무결점 (zero-defect) 지능 시스템 실현을 목표로 함

CPS 는 다양한 응용분야들과의 창조적 연계를 통해 새로운 융복합 패러다임을 개척하고 국가 · 지역 과학기술 발전에 기여할 것으로 기대됨

CPS 는 국가 인프라 , 운송 , 전력망 , 의료 헬스케어 , 국방 , 농업 등 실로 다양한 분야에서 인류 삶의 질 및 복지 향상과 안전성 제고에 커다란 혁명을 가져올 것으로 기대됨

CPS 는 인간이 물리적 세계와 소통하는 방식을 혁신시킬 것임