본 논문에서는 IIoT(Industrial IoT) 환경에서 사용되는 수 천 개 이상의 센서 데이터를 효율적으로 처리하기 위하여 분산 게이트웨이 시스템을 제안한다. 이 시스템은 대량의 센서에서 측정되는 데이터를 단일 게이트웨이 단위로 처리할 때 늘어나는 작업부하와 처리 시간 지연, 신뢰성 및 정확성 저하를 해결하기 위하여 복수의 게이트웨이 간 연계를 통해 대량의 센서에서 측정되는 데이터를 실시간 처리가 가능한 게이트웨이로 지연시간 없이 균등 할당함으로써 작업부하의 완화와 처리 시간의 가속화, 신뢰성 및 정확성 확보를 이루어낼 수 있다. 본 논문에서는 단일 게이트웨이 시스템과 분산 게이트웨이 시스템의 비교를 통해 수천 개 이상의 센서에서 측정되는 데이터 처리 시간의 차이를 확인함으로써 IIoT 환경에서 분산 게이트웨이의 활용도 면에서 우수함을 보인다.
Internet of Things (IoT) is the paradigm of network of Internet-connected things as objects that constantly sense the physical world and share the data for further processing. At the core of IoT lies the early technology of radio frequency identification (RFID), which provides accurate location tracking of real-world objects. With its small size and convenience, RFID tags can be attached to everyday items such as books, clothes, furniture and the like as well as to animals, plants, and even humans. This phenomenon is the beginning of new applications and services for the industry and consumer market. IoT is regarded as a fourth industrial revolution because of its massive coverage of services around the world from smart homes to artificial intelligence-enabled smart driving cars, Internet-enabled medical equipment, etc. It is estimated that there will be several dozens of billions of IoT devices ready and operating until 2020 around the world. Despite the growing statistics, however, IoT has security vulnerabilities that must be addressed appropriately to avoid causing damage in the future. As such, we mention some fields of study as a future topic at the end of the survey. Consequently, in this comprehensive survey of IoT, we will cover the architecture of IoT with various layered models, security characteristics, potential applications, and related supporting technologies of IoT such as 5G, MEC, cloud, WSN, etc., including the economic perspective of IoT and its future directions.
IoT 환경은 다양한 디바이스들과 네트워크를 이용하여 무한대의 서비스를 제공한다. 이러한 IoT 환경 발전은 비례적으로 보안의 중요성과 직결된다. 경량 암호는 보안, 높은 처리량, 낮은 전력 소비 및 소형을 제공하는 분야이기 때문에 IoT 환경에 적합하다. 그러나 경량 암호는 새로운 암호 체계를 형성해야 하고, 제한된 리소스 범위 내에서 활용되야 한다는 문제점을 가지고 있다. 그러므로 경량 암호는 다변화/다양화 등을 요구하는 IoT 환경에 최적의 솔루션이라고 단언할 수 없다. 그러므로 이러한 단점들을 없애기 위하여, 본 논문은 기존 블록 암호알고리즘을 경량화 암호알고리즘과 같이 사용할 수 있고, 기존 시스템(센싱부와 서버와 같은)을 거의 그대로 유지하면서 IoT 환경에 적합한 방법을 제안한다. 제안된 BCL 구조는 기존 유무선 센서 네트워크에서 다양한 센서 디바이스들에 대한 암호화를 경량 암호화 같이 수행할 수 있도록 한다. 제안된 BCL 구조는 기존 블록 암호알고리즘에 전/후처리부를 포함한다. BCL 전/후처리부는 흩어져 있는 각종 디바이스들을 데이지 체인 네트워크 환경에서 동작하도록 하였다. 이러한 특징은 분산된 센서시스템의 정보보호에 최적이며 해킹 및 크래킹이 발생하더라도 인접 네트워크 환경에 영향을 미치지 못한다. 그러므로 IoT 환경에서 제안된 BCL 구조는 기존 블록암호알고리즘을 경량화 암호알고리즘과 같이 사용할 수 있기 때문에 다변화되는 IoT 환경에 최적의 솔루션을 제공할 수 있다.
산업용 IoT는 비용 효율적이고 넓은 커버리지를 제공하는 무선 메쉬 네트워크에 관심이 많았다. 하지만, 무선 메쉬 네트워크는 멀티홉 환경의 심각한 성능 절하를 겪는다. 이를 극복하기 위해 메쉬 라우터에 캐시를 장착하는 연구가 많았으나 캐시 파워 소모 모델 연구는 적었다. 최근 캐시 파워 효율 기반 모델은 캐시까지 콘텐츠 전달 파워를 모두 측정했기 때문에 무선 메쉬 네트워크에서 쓰기에 부적절합니다. 본 논문은 CPU의 동작속도가 캐시 크기에 비례한다는 사실을 이용하여 캐시 적중률 기반 파워 소모 모델을 제안하고, 기존 캐시 파워 효율 기반 소모 모델과 비교하여 정확하게 측정되었다. 제안된 캐시 적중률 기반 파워 소모 모델은 산업용 IoT에서 무선 메쉬 네트워크를 구성할 시 에너지 효율적인 캐시 운용을 위한 참조 모델로 활용되길 기대합니다.
산업사물인터넷(IIoT)은 사물인터넷(IoT)과 같이 기존의 여러 ICT 기술들과 무선센서네트워크 및 다양한 통신 기술들이 산업제어시스템에 적용된 것을 의미한다. IIoT는 일반적인 상용 IoT와 많은 부분 공통점과 그 기반 기술에 있어서의 동일한 성격을 가지지만 적용 대상 환경에 있어 차이를 가지고 있기 때문에 산업제어영역에서 IoT기술을 도입하기 위해서는 추가적으로 고려해야할 사항들이 존재한다. 본 논문에서는 IoT와 IIoT에 대하여 간단히 설명하고 IIoT 환경의 특수성에 대해서 다룬다. 그 후 상용 IoT에서 발생한 보안 사고관련 사례들을 살펴보고 산업제어영역에서 사이버보안 사고 발생시 그 피해 규모를 살펴본다. 그리고 IIoT를 도입하면서 보안관점에서 필요한 사항들에 대해 서술하였다.
4차 산업 혁명의 정보통신기술 산업 분야의 새로운 성장 동력으로 주목받는 사물인터넷 기술은 단순한 보안 기술을 넘어 신뢰성이 필요하다. 이러한 신뢰성은 IoT 제품의 기획 및 설계 단계부터 고려되어 제품을 개발하고 평가하며 사용하는 모두가 보안성을 측정하고 신뢰할 수 있는 시스템이 구축되어야 한다. 사용되는 IoT 기기 수의 급격한 증가와 사용 생명주기의 증가는 소프트웨어 패치와 업데이트 및 관리의 어려움으로 인한 보안 취약성 증가로 이어진다. 본 논문에서는 IoT 산업 분야의 기술적 정책적 동향을 분석하고 이를 통해 IoT 기기의 보안성과 확장성의 한계점을 분석한다. 이러한 한계점을 보완하기 위해 블록체인의 요소 기술인 해시를 활용해 소프트웨어의 무결성을 자동 검증하는 방법을 제안한다. 해시를 활용한 소프트웨어 무결성 자동 검증 방법으로 사물인터넷의 보안성과 확장성을 강화하고, 제안하는 보안 기술 적용을 위한 정책적 솔루션을 제시한다.
As the IoT is applied to home and industrial networks, data generated by the IoT is being processed at the cloud edge. Intrusion detection function is very important because it can be operated by invading IoT devices through the cloud edge. Data delivered to the edge network in the cloud environment is traffic at the application layer. In order to determine the intrusion of the packet transmitted to the IoT, the intrusion should be detected at the application layer. This paper proposes the intrusion detection function at the application layer excluding normal traffic from IoT intrusion detection function. As the proposed method, we obtained the intrusion detection result by decision tree method and explained the detection result for each feature.
인터넷의 사용이 증가하며 촉발된 기기들 간의 상호작용이 활발히 일어나는 IoT(Internet Of Things)가 산업 전반에 확산되면서 사용자와 IoT 기기들간의 상호작용을 네트워크를 통하여 실시간으로 웹 서버 및 어플리케이션으로 데이터를 전송하는 기술은 필요함을 넘어서서 이제 하나의 IT 융합 프레임워크로서의 제공을 요구한다. 본 논문에서는 IoT 환경을 기반으로 사용자의 이동 단말기와 각종 센서들을 이용한 콘텐츠 제작을 위한 프레임워크 설계 시 고려해야할 부분과 그에 대한 제안 기법을 보였으며, 제안 기법들을 적용한 프로토타입의 프레임워크를 보이고, 이를 적용한 예로써 IoT 환경에서의 게임을 제작하여 IoT 환경에서 서비스로의 게임의 가능성을 보였다.
WSN을 포함하는 IoT 세상이 발전할수록, IoT를 적용하는 주위환경에 따라 정보를 센싱하는 센서 시스템의 수가 매우 가변적이다. 이러한 복잡한 환경에서 각각의 센서 시스템들에 대한 보안을 수행하기 위하여 보안모듈들도 가변적으로 증감을 수행해야 한다. 이러한 문제점은 시스템 효율성과 해킹/크래킹을 고려하였을 경우, 하드웨어/소프트웨어적인 구현을 어렵게 한다. 그러므로 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 센싱 노드들의 수와 상관없이 일정한 주기를 가지는 의사난수를 발생시키며 이상현상을 탐지할 수 있는 기능을 가진 고정 길이 탭을 가진 의사 난수 발생기(FLT: Pseudo-random Number Generator with Fixed Length Tap unrelated to the variable sensing nodes) 구조를 제안하였다. 제안된 FLT-LFSR 구조는 IoT 환경에서 하드웨어/소프트웨어 구현에 대하여 보안레벨 및 전체 데이터 포맷팅을 일정하게 유지시킬 수 있도록 하였다. 그러므로 제안된 FLT-LFSR 구조는 센서 시스템 구현의 용이성 및 센싱 노드들의 수와 상관없이 네트워크의 확장성을 강조할 수 있도록 하였다.
Industrial IoT applications, including smart factories, require two problem-solving to build data monitoring systems required by services from distributed IoT sensors (smart sensors). One is to overcome proprietary protocols, data formats, and hardware differences and to uniquely identify and connect IoT sensors, and the other is to overcome the problem of changing the server-side data storage structure and sensor data transmission format according to the addition or change of service or IoT sensors. The IEEE 1451.4 standard-based or IPMI specification-based smart sensor technology supports the development of plug-and-play sensors that solve the first problem. However, there is a lack of research that requires a second problem-solving, which requires support for the plug-in of IoT sensors into remote services. To propose a solution for the integration of these two problem-solving, we present a IoT sensor platform, a service system architecture, and a service plugin protocol for the MQTT-based IIoT application environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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