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3 KRnet 2016

스마트홈 트렌드 – Home IoT @ CES

중소·벤처기업 중심의 Innovation 강조

벤처기업 제품을 전시 하는

Eureka Park에서 다양한 혁신형

스마트 기기 대거 출시

IoT 활용분야로 Smart Home 현실화

IoT기반 스마트홈 솔루션 소개 및 글로벌 기업 간 오픈 파트너쉽을 통한 플랫폼 경쟁 가속화

시계, 목걸이, 반지 등 웨어러블 기기의 다양화

스마트워치, 피트니스밴드,

스포츠기기 등 다양한 용도의 기기 소개 및

웨어러블 범위 확대

자동차, 로봇, 드론 등 타 산업과 ICT융합 확산

가전쇼라는 수식어가

어색할 정도로 타 산업 기술이 ICT기술과

융합이 활성화

4 KRnet 2016

스마트 홈: 주요내용

스마트홈 트렌드 – Home IoT @ CES

5 KRnet 2016

스마트 홈: 삼성전자

스마트홈 트렌드 – Home IoT @ CES

6 KRnet 2016

스마트 홈: LG전자

스마트홈 트렌드 – Home IoT @ CES

7 KRnet 2016

스마트 홈: 보쉬

스마트홈 트렌드 – Home IoT @ CES

8 KRnet 2016

스마트홈 트렌드 – Why Smart Home in IoT ?

Ref. Harbor Research

2014년 출하될 Connected Device

20억

스마트홈 기기 비중 37억 (47%)

2020년 출하될 Connected Device

80억

IoT 디바이스 확산

- 모든 것이 연결되는 세상 (홈은 最多 IoT 디바이스 집결지!!)

9 KRnet 2016

산업영역 모바일 폰 케이블TV 인터넷 스마트홈

시장

포화 정도

스마트홈 트렌드 – Why Smart Home in IoT ?

글로벌 기업(통신/케이블사업자, 가전사)의 스마트홈 진출

고유 사업 영역의 포화 대응

스마트홈 시장: $10.7B(2012), $34.5B(2017) (ref. Strategy Analytics 2012)

IoT(네트워크) + 클라우드(플랫폼) + 스마트폰(단말) 보급 확대 서비스와 사용자를 연결하는 인프라확보 초기투자비용절감

스마트홈 설치의 자유도 향상 (무선기술의 발전) 사업행태전환: (신축/공동주택, B2B) (기축/단독주택, B2C)

98% 86% 69% 26%

Fierce Cable, “Comcast leads cable push for cut of $13B home security and automation market,” 2013. 6.

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11 KRnet 2016

스마트홈 기술 요소 – Architecture & Functions

Thing Smart Phone

Thing Internet Smart Phone

Thing Internet Smart Phone

G/W Thing Smart Phone

G/W Cloud Server

Platform

Service

(Network에 연결되지 않은 모든 사물)

Network interface

SoC/HW (AP/MCU, Memory, etc)

HGW/WPG/STB

/Smart Phone

/WiFi-AP/etc

WiFi/Z-Wave

/ZigBee/BLE

/SUN/etc

Coap/Mqtt/

/Rest/etc

Easy Installation

Re-Configuration

Remote maintenance

Resource (Device, Network, Service, etc) management

Big Data Processing (Raw Data Collection, DB, Privacy, Analytic Lib., etc)

Development/Execution/Deploy Support

OPEN API, Authentication, etc…

Service Scenarios

Data mining & Analysis

Reasoning & Decision making

User management, ARM, etc

GUI

Visualization

etc

12 KRnet 2016

Privacy management

Analytic Lib.

스마트홈 기술 요소 – Architecture (예)

Appliance

A社 Appliance (HTTP/TCP)

Middleware

Example Protocol

Stack on an

appliance

TCP

Middleware

HTTP

IP

Ethernet

IP

Ethernet

NAT

WiFi

IP

TCP

HTTP

IP

WiFi

Device App. Device Management

Big Data Management

Data Management

Service Development Env.

Open API

Event Profile Auth Config

Cloud Server (Platform)

WiFi AP

Peer communications

13 KRnet 2016

Privacy management

Analytic Lib.

스마트홈 기술 요소 – Architecture (예)

Appliance

A社 Appliance (UDP/COAP)

Proxy

Example Protocol

Stack on an

appliance

TCP

Middleware

HTTP

UDP

CoAP

IP

WAN

IP

WAN WiFi

IP

TCP

HTTP

UDP

CoAP

IP

WiFi

Device App.

Big Data Management

Data Management

Service Development Env.

Open API

Event Profile Auth Config

Cloud Server (Platform)

WiFi AP

Middleware

Device Management

Peer communications

14 KRnet 2016

Privacy management

Analytic Lib.

Middleware

IP

Ethernet

Device Management

Big Data Management

Data Management

Service Development Env.

Open API

Event Profile Auth Config

Middleware

TCP

HTTP

IP

WiFi

Device App.

스마트홈 기술 요소 – Architecture (예)

Sensors

N社 Sensor (Legacy ZigBee)

Example Protocol

Stack on a

sensor

IP

Ethernet

NAT

WiFi

IP

ZigBee Profile

Cloud Server (Platform) Gateway

Peer communications

ZigBee Protocol

802.15.4

WiFi AP

ZigBee Protocol

802.15.4

ZigBee Profile

GW

TCP

HTTP

15 KRnet 2016

Wireless IC

Additional MCU

Air Conditioning

HW

Main MCU

에어컨

User Interface on Machine

Display MCU

스마트홈 기술 요소 – Platform @ Things

R T O S

Device App.

CoAP (MWS)

WiFi/Serial DD

LWIP

Middleware

UDP

(HW) Legacy 디바이스를 위한 플랫폼 + IoT 디바이스 化를 위한 추가적인 플랫폼

(SW) OS (or Firmware) + 통신 프로토콜 스택 + 미들웨어 + ADK

Application Development Kit Software Hardware Platform

16 KRnet 2016

스마트홈 기술 요소 – Platform @ Cloud

Platform

Service Body

App Development Kit

Service Skin

Service Development Kit

App Store & Deployment

Open API

Event Profile Auth Config

GUI, User scenaio

Data Management

User Management

Network Management

Big Data Management Privacy management

Open API

Event Profile Auth Config

Analytic Lib.

Service main logic, Data analysis, User management

Execution Framework

17 KRnet 2016

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19 KRnet 2016

의료활동지수 (Frost & Sullivan analysis) 개인생활공간지수(2009,통계청자료참고)

스마트홈 주요 이슈 – Killer Service?

인구고령화로 인한 생활습관병 환자&위험군 증가세

(고혈압, 당뇨) 40대 40.2% 70대 86.5%

치료에서 예방(예방/진단/감시)으로 (환자위험군건강인)

예방활동비율 30%(2007) 49%(2025)

개인생활공간지수에서 홈이 차지하는 비중 54%

질병 위험군의 케어를 위한 서비스 발전 예상

생체정보의 생활정보 융합을 통한 리빙케어

무구속, 무자각으로 불편없는 생체 및 생활정보 수집

헬스시장기회 (Frost & Sullivan analysis)

20 KRnet 2016

스마트홈 주요 이슈 – Killer Service?

The Clear Application @ Market

(미국) 시장 100억$, 가입률 15-20% 50%(2020) 증가 예상 (Parks, 2012)

(국내) 가정용 무인경비 보급률 8% (상대적으로 낮은 범죄율)

소비자는 디지털도어록, IP카메라 등 Security 장치 선호

시큐리티 사업자의 스마트홈시장 선점효과 플랫폼 주도 가능성

보안전문기업(ADT26%,32억불)에 대형 통신/케이블사업자가 도전

AT&T(Digital Life) : 지능형 자동보안 솔루션 (데이터 기반 경보)

Comcast(Xfinity Home) : 보안, 홈자동화, 에너지절감 융합형

진화방향

관련 기기의 무선화 설치/보급 편의성 확대

영상처리 기술의 진화 서비스의 질 향상

주변 서비스 융합(ex. 방범, 방재, 에너지 관리)으로 편의성 확대

사회문제 해결 형 서비스 연계 (여성/어린이 안전, 층간소음 등)

21 KRnet 2016

스마트홈 주요 이슈 – Killer Service?

전 세계 E&M(Entertainment & Media) 소비에서 디지털 소비 증가세 지속

■ 15.3%(2006) 33.9%(2015) (PWC 2011) ※PWC: PricewaterhouseCoopers

※디지털소비: 광대역 및 모바일 인터넷, 모바일TV, VOD 등을 포함하는 홈 관련 미디어 소비 패턴

스크린을 통한 엔터테인먼트 행위 분석 (Google Report)

■ 미디어 접속 90%가 스크린 중심 (10%: 신문, 라디오, 잡지)

■ 하루 여가시간의 4.4 시간을 스크린 앞에서 보냄

■ 77%의 TV 시청자가 다른 스크린을 동시 활용

엔터테인먼트 서비스 발전 방향

Top activities performed during simultaneous screen usage

Screen

Service

VoD Service, Games, Video Conf. Data Sync, Contents Sharing, AppStore

TV/PC-centric, Single-screen Smartphone-based, Multi-screens

Architecture VoD Server, Client(TV/PC), P2P, I/O Cloud Server, Any Screens

22 KRnet 2016

스마트홈 주요 이슈 – Killer Service?

『先 정책, 後 시장』 구도의 산업

에너지문제는 범국가/범정부 차원의 접근 필요

(북미) 에너지스타 정책, (유럽) A+++ 라벨

10 ~ 30%의 에너지 절감을 요구

소비자의 에너지 Seal 선호도↑ 제조사에 압력으로 작용

(국내) 공급중심에서 수요중심으로 정책 변화 시동

• 스마트홈 ESS/EMS

• 스마트플러그, 상호운용성

• 전력 유통/서비스 플랫폼

• 에너지효율화

스마트홈 이슈

• 공급중심 수요중심

• ICT 융합 시스템기반

• 수요관리시장 창출

정책 패러다임

• ESS (Energy Storage System)

• EMS (Energy Mgmt. System)

• ICT 활용 고효율 기기

• 수요관리

추진과제

23 KRnet 2016

스마트홈 주요 이슈 – Alliances

제 2 차 얼라이언스 전쟁

- (1차) 2000년, 홈기기간 통신/미들웨어, HAVi-Jini-UPnP/DLNA

- (2차) 2014년, IoT/플랫폼/서비스, AllSeen-HomeKit-…

Alliance 현황 및 특징

AllSeen (2013.12)

• 퀄컴 Alljoyn 기반 • WiFi IoT 연결성 표준 플랫폼 표준으로 확장

IIC (2014.3)

• 산업용 IoT 활성화 목적 • 에너지, 제조, 교통 등

HomeKit (2014.6)

• 애플 생태계의 홈 확장 • iOS 앱과 홈기기 연동

Thread (2014.7)

• ZigBee 중심 가전 연결 • Nest 디바이스 적용 완료

OIC (2014.7)

• AllJoyn 독립 추구 • Open Source

24 KRnet 2016

스마트홈 주요 이슈

25 KRnet 2016

스마트홈 주요 이슈 – Interoperability

26 KRnet 2016

스마트홈 주요 이슈 – Easiness

Usage

• Online help (F1)

- not only text but also video

• Service recommendation

- Notification base

• User friendly interfaces

Installation

• Wireless setup (WiFi, ZigBee, BLE, Z-wave, etc)

• Basic Service installation

• Device registration

• User registration (account generation)

Reconfiguration

• Changes of ISP, devices, app

• On/off, rebooting

• After maintenance

Maintenance

• Online help (F1)

- not only text but also video

• Fault management

- event/remote/predictive

• Self test programs

Situation-aware Intelligent Home

Manageless

27 KRnet 2016

스마트홈 주요 이슈 – Connectivity

Protocol 특징 비고

HTTP TCP기반의 대표적인 웹 프로토콜로서 모든 웹브라우저가 활용 AP(Application Processor)기반의 홈IoT 기기에서 활용이 가능

CoAP 경량의 웹 메시징 프로토콜 기술로 UDP를 기반으로 함 일반적으로 Home area 에 국한된 통신을 권장하지만, 외부 서버와 직접 연결도 시도

수십K Byte ROM

MQTT-S 센서 네트워크와 같은 95% 이상의 Sleepy 디바이스 네트워크에 적합한 저속 IoT 메시징 기술 비신뢰 네트워크 기반의 양방향 통신 제공

NAT 필요

Wireless 특징 비고

WiFi IEEE802.11x 무선네트워크 표준 대표적인 근거리 무선 네트워크로 고대역폭을 제공할 수 있으나 전력 소모가 상대적으로 큼

Wemo, Play:3, Play:5 IP Camera, Thermostat

BLE 개인 근거리 무선통신(PAN) 표준. 유선USB를 대체하는 목적이나 BLE4.1 이후로 스마트홈 기기에도 적용되고 있음

Weight Scale, iBeacon, Audio, Wireless

Speaker

ZigBee IEEE802.15.4 유럽 회사 중심으로 256Kbit/s 속도로 저전력 무선 네트워크 10~100m 구성가능. 1998년 제정되어 2006년에 표준 개정

Hue Light Bulb, Thermostat

Plug Module, Motion Sensor

Z-wave 100Kbit/s 속도를 제공하는 저전력 무선 RF 홈네트워크 기술. 주로 북미 회사 중심으로 컨소시엄 구성

Thermostat, Outlet, Wall Switch, Dimmer,

Doorlock

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mbed OS

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AllJoyn

• Secure한 디바이스 설정 (WiFi 등) 포함

• 댁내에서의 디바이스 연결과 제어에 집중 (No Restful Architecture)

• No cloud server (인증 등 제한)

• Heavy for IoT

• Qualcom, LG전자 주도 가전 프로토콜 표준

• 오픈소스

• Industry Standard

OIC

• HTTP/CoAP기반의 REST-like 인터페이스 제공

• 가전-GW-서버 토털 솔루션 제공

• No practical implementation yet

• Intel, 삼성전자 주도 디바이스 프로토콜 표준

• 오픈소스 (IOTivity)

• Industry Standard

• RAM (20K), ROM(200K) • RAM (10KB), ROM(1.6M)

강점

단점

개요

스펙

Size

Middleware

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• 기존 웹서비스, 제품 등 의 API 를 연동하여 새로운 서비스를 끊임 없이 제공

• MeshUp 서비스에 등록된 ‘채널’ 을 사용자가 직접 연결 레시피 공유

Service + Service = New Service .. 대표적인 MeshUp 서비스 플랫폼 IFTTT (이프트)

Recipe

Ex) 주가가 떨어지면 전등의 색을 변경

IoT 서비스 플랫폼

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개방형 스마트홈 서비스 플랫폼

Internet

GW(Proxy)

Sensors LG가전 삼성 가전

경동원 가전

JCS 가전

AllJoyn ZigBee HA1.2 레거시 (OIC)

레거시 레거시

WoT

HGW/AP

Platform Server (레거시)

Platform Server (WoT)

Platform Server (OIC)

Platform Server (레거시)

WoT 표준 베이스

프로토콜

WoT 표준 프로파일

개방형 스마트홈 실증 사업 아키텍처

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34 KRnet 2016

전통가전 + 하드웨어(SoC/HW모듈) + 소프트웨어(웹/미들웨어/응용)

WoT가전

가전 MCU

WoT

가전

化

가전

산업

현황

기술개요 – 가전에 최적화된 기술

가전은 전통적인 제조산업 (기계, 화학, 물리, 전기, 전자의 융합체)

가전사의 IT인력은 마이콤에 주력하고 있으며, 네트워킹은 외주로 해결

네트워킹기반 ICT기술은 하나의 옵션. 킬러 서비스가 없는 한, 단가 절감의 대상!!

現 가전 네트워크 솔루션(WiFi HW모듈)은 $10대 초반(대기업, 고급 프리미엄 가전에 국한)

미쯔비시전기(일)는 WiFi HW모듈을 $20로 상용화 ($4/Chip) $8대 요구!!

cf. 가전MCU의 납품단가 : 메인-$0.8↓, 서브-$0.5↓(국내 대기업 기준)

전통 가전

가전 MCU

WoT Interface

OPEN HW Module Include SoC

R T O S

Device App.

CoAP (MWS)

WiFi/Serial DD

LWIP

Middleware

SW

Sta

ck

UDP

전통가전에 적용 가능한 저비용 SoC & HW 모듈

35 KRnet 2016

기술개요 – 경량의 SW

제한된 컴퓨팅 리소스에서 동작하는 경량화된 WoT SW 필요

IETF CORE (Constrained RESTful Environment) CoAP (Constrained Application Protocol)

REST기반의 저성능 노드용 응용계층 프로토콜

Light Weight Web 실현 !! HTTP (2MB↑) CoAP (수십KB↓)

경량

Web

기술

WoT Deployment model for constrained devices (ref. ITU-T Y.2063)

CoAP MQTT

가전은

Constrained

Device !!

36 KRnet 2016

WiFi

GW

WiFi ZigBee Z-

Wave BLE

GW GW

스마트홈 Constrained Things의 연결을 위한 다양한 커넥티비티 방법 중,

WoT 기반 Connectivity를 위한 단말 솔루션 기술 확보

ZW B ZB IoT WoT

Cloud Server

Service Terminal

BLE: Bluetooth Low Energy, GW: Gateway, WoT: Web of Things, IoT: Internet of Things

Type Protocol Profile

B BLE BLE & Legacy

ZB ZigBee ZigBee & Legacy

ZW Z-Wave Z-Wave

WoT CoAP/MQTT WoT, OIC, Legacy

IoT HTTP & Legacy(TCP) DMAP, AllJoyn, Legacy

3G/LTE

3G/LTE

WiFi WiFi

WiFi

<Smart Home Connectivity>

Huddle? Cheap & Light

Easy & Stable

WoT? WiFi Coverage

Openness, Standard

GW

기술개요 – Coverage

37 KRnet 2016

초저가 SoC/HW

기술내용 – HW Architecture

WoT MCU (Dual Core) WiFi Modem IC

Main

MCU

Display

MCU

Dis play

Key

Main

MCU

Display

MCU

Dis play

Key

레거시 가전

RF Baseband Modem

IoT & Protocol

MCU

WoT HW Solution

Main

MCU

Display

MCU

Dis play

Key

WiFi Modem

RF Baseband Modem

Protocol MCU

AP/MCU Application Processor

IoT HW module

Display MCU

Cortex M4F Cortex M0+

TO BE

AS IS • Additional Processor

• Complex (Memory + RF) Expensive !!

• Processor Replacement

• Separate (Memory + RF) Cheap !!

38 KRnet 2016

기술내용 – End Product & Target

Device Solution End Products Target

소프트

웨어

미들웨어

over

웹SW

WoT 미들웨어

over

CoAP/HTTP/MQTT

ROM (≤50KB)

RAM (ASAP) (As Small As Possible)

하드

웨어

HW모듈

솔루션

Single/Dual Core

통신 모듈 실장형

개방형 HW 솔루션

≤ $5

SoC

(SiP)

Single Core (CM4F)

Dual Core (CM4F & CM0+)

with embedded WiFi Logic

≤ $1.2

1차 SoC기반 오픈HW

1차 SoC (Single Core)

WoT

CoAP

39 KRnet 2016

기술내용 – Challenge Points

• 응용 메모리 유수 여부, 구현 코드의 100% 테스트 여부

• AOD(Always On Device) 안정성, NFD(oN-ofF Device) 적합성 시험 안정화

초저가

SoC/HW

Others

경량SW

Easiness

• (Porting) Linux to Embedded OS

• (Standardization) ISO/IEC JTC1 SC25, IEEE P1903.1

• EoD(Easy of Development) : Well-known Easy Development Environment

• EoU(Easy of Use) : Simple Configuration & Authentication

• 512KB ROM (code) + 96KB RAM (data)

• RTOS (MCU/Network) + CoAP + DTLS + Middleware + Dev. App

• WiFi with High Performance for IoT

• Different Production Process (MCU and WiFi RF IC) I

IV

II

III

40 KRnet 2016