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IoT 기술 스택의 5가지 계층

이 게시물에서는 IoT 기술 스택의 5가지 계층과 제품 관리자가 이를 제품 전략 및 로드맵에 통합하는 방법을 설명합니다.

사물 인터넷(IoT)이 우리 삶의 많은 영역에 어떻게 혁명을 일으킬 것인지에 대해 많이 들었을 것입니다. 이러한 모든 잠재력에도 불구하고 많은 제품 관리자는 여전히 IoT의 기본 개념과 이를 사용하여 고객과 회사에 추가 가치를 제공하는 방법을 이해하는 데 어려움을 겪고 있습니다.

참고: IoT가 처음이라면 제 글인 What is Internet of Things를 추천합니다.

IoT를 시작할 때 복잡성, 전문 용어 및 과장된 광고에 겁을 먹기 쉽습니다. 그러나 걱정할 것은 없습니다. 첫 번째 단계는 IoT를 블랙박스로 보지 않고 몇 가지 고유한 기술 블록으로 구성된 시스템으로 보기 시작하는 것입니다.

저는 이러한 블록을 IoT 기술 스택의 5개 계층이라고 부릅니다. IoT 기술 스택에 익숙해지면 IoT에 마법 같은 것이 없다는 것을 알게 될 것입니다. 센서, 컴퓨터 및 네트워크가 결합된 것일 뿐입니다. 그건 그렇고, 모든 IoT 제품은 소비자 제품이든 산업용 제품이든 상관없이 이 5가지 레이어를 가지고 있습니다.

이 게시물의 뒷부분에서 이 개념적 모델을 사용하여 팀, 고객 및 공급업체와 상호 작용하는 방법도 설명하겠습니다. 하지만 먼저 IoT 기술 스택에 대해 이야기합시다.

시작하겠습니다!

IoT 기술 스택의 5가지 계층 소개

IoT 제품 관리자가 되기 위한 첫 번째 단계는 IoT 기술 스택의 5개 계층을 이해하는 것입니다. 전체 IoT 솔루션을 이러한 5개 계층으로 분류하여 제품 관리자는 각 수준과 시스템 전체에서 필요한 비즈니스 및 기술 절충안을 더 잘 이해하고 분석할 수 있습니다. 이 5개의 레이어는 다음과 같습니다.

이 IoT 기술 스택을 컨텍스트에 적용하기 위해 풍력 터빈의 상태를 모니터링하는 제품을 개발한다고 가정해 보겠습니다. 이 제품은 터빈에 유지보수가 필요할 때를 예상하여 터빈에 대한 잠재적인 손상으로 수백만 달러를 절약하고 서비스 중단을 방지합니다.

이 기술은 일반적으로 "예측 유지 보수"로 알려져 있습니다.

이제 풍력 터빈의 예를 사용하여 IoT 기술 스택의 각 계층을 자세히 설명하겠습니다.

계층 1 – 장치 하드웨어

장치는 사물 인터넷에서 "사물"을 구성합니다. 장치는 물리적 세계와 디지털 세계 사이의 인터페이스 역할을 합니다. IoT 기술 스택의 첫 번째 계층입니다.

가장 먼저 고려해야 할 사항은 제품이 연결된 기기 자체(예:Nest 온도 조절기)인지 아니면 제품이 기존이 되고 있는지 여부입니다. 계측을 추가하여 장치를 연결된 장치에 연결합니다(즉, 풍력 터빈에 센서 및 통신 추가). 이 예에서는 풍력 터빈을 판매하지 않고 풍력 터빈에 연결하는 장치만 판매합니다. 즉, 풍력 터빈의 예는 "갈색 필드" 솔루션입니다.

장치의 주요 목표 중 하나는 데이터를 수집하는 것입니다. 따라서 다음으로 어떤 데이터를 수집해야 하는지, 따라서 수집하려면 어떤 장치 하드웨어가 필요한지 생각해야 합니다.

간단한 데이터 수집이 필요한 경우 하나의 센서만 필요할 수 있습니다. 더 복잡한 데이터 수집을 위해서는 많은 센서, 강력한 프로세서, 로컬 스토리지, 게이트웨이 등이 포함된 산업용 컴퓨터가 필요할 수 있습니다.

IoT 기술 스택의 이 계층에서는 비용, 크기, 배포 용이성, 안정성, 사용 수명 등과 같은 하드웨어 매개변수를 이해하는 것이 필수적입니다.

예를 들어 스마트워치와 같은 소형 장치의 경우 SoC(System on Chip)를 위한 물리적 공간만 있을 수 있습니다. 더 까다로운 솔루션의 경우 Raspberry Pi, Arduino 또는 BeagleBone 보드와 같은 내장형 컴퓨터가 필요할 수 있습니다. 중요한 컴퓨팅 요구 사항의 경우 컴팩트 RIO 또는 PXI와 같은 고급 산업용 컴퓨터가 필요할 수 있습니다. 이러한 솔루션은 모두 비용, 크기, 배터리 수명 등에 대한 요구 사항이 다릅니다.

풍력 터빈 모니터링 제품의 경우 진동 데이터를 수집하기 위한 센서로 가속도계가 필요합니다. 진동이 특정 범위를 벗어나면 풍력 터빈을 정비해야 함을 의미합니다. 이것은 중공업 애플리케이션이므로 충분한 컴퓨팅 성능과 이미 통합된 가속도계가 있기 때문에 컴팩트 RIO와 같은 산업용 컴퓨터를 사용해야 할 것입니다.

또한 데이터를 클라우드와 통신하려면 장치에 하드웨어가 필요합니다. 이에 대한 자세한 내용은 커뮤니케이션 섹션을 참조하세요.

추천 기사: IoT 장치는 어떻게 작동합니까?

레이어 2 – 장치 소프트웨어

장치 소프트웨어는 장치 하드웨어를 "스마트 장치"로 바꾸는 구성 요소입니다. 장치 소프트웨어는 IoT 기술 스택의 두 번째 계층입니다.

장치 소프트웨어는 "소프트웨어 정의 하드웨어"라는 개념을 가능하게 합니다. 즉, 특정 하드웨어 장치는 실행 중인 임베디드 소프트웨어에 따라 여러 응용 프로그램을 제공할 수 있습니다.

장치 소프트웨어를 사용하면 클라우드 또는 기타 로컬 장치와의 통신을 구현할 수 있습니다. 실시간 분석, 기기 센서에서 데이터 수집, 제어까지 수행할 수 있습니다.

IoT 기술 스택의 이 계층은 실제 세계(하드웨어)와 클라우드 애플리케이션 사이의 접착제 역할을 하기 때문에 중요합니다. 클라우드에 배치할 기능과 여기에 배치할 기능의 양을 결정하는 것은 귀하와 귀하의 팀에 달려 있습니다.

장치 소프트웨어를 사용하여 하드웨어 개발 위험을 줄일 수도 있습니다. 하드웨어를 구축하는 것은 비용이 많이 들고 소프트웨어보다 훨씬 오래 걸립니다. 따라서 좁고 특정한 목적을 위해 기기를 구축하는 대신, 향후 더 많은 유연성을 제공하기 위해 기기 소프트웨어로 사용자 정의할 수 있는 일반 하드웨어를 사용하는 것이 좋습니다.

이 기술은 종종 "소프트웨어 정의 하드웨어"로 알려져 있습니다. 이렇게 하면 클라우드를 통해 원격으로 임베디드 소프트웨어를 업데이트할 수 있으며, 그러면 현장에서 "하드웨어" 기능이 업데이트됩니다.

장치 소프트웨어 계층을 두 가지 범주로 나눕니다.

기기 운영 체제

IoT 솔루션의 복잡성에 따라 필요한 장치 운영 체제(OS) 유형이 결정됩니다. 주요 고려 사항에는 애플리케이션에 실시간 처리가 필요한지 여부, 필요한 I/O 지원 유형 및 전체 TCP/IP 스택에 대한 지원이 필요한지 여부가 포함됩니다. 임베디드 운영 체제의 일반적인 예로는 Linux, Brillo(축소된 Android), Windows Embedded, VxWorks 등이 있습니다.

기기 애플리케이션

기기 애플리케이션은 Edge OS 위에서 실행되며 IoT 솔루션을 위한 특정 기능을 제공합니다. 여기 가능성은 무한합니다. 데이터 수집 및 클라우드 스트리밍, 분석, 로컬 제어 등에 집중할 수 있습니다.

풍력 터빈 모니터의 경우 가속도계는 진동을 측정하기 위해 자주 샘플을 채취합니다. 이것은 엄청난 양의 데이터를 생성합니다. 그러나 모든 데이터를 클라우드로 보낼 필요는 없습니다. 문제가 있음을 나타내는 데이터만 있으면 됩니다. 따라서 장치 응용 프로그램 소프트웨어는 로컬에서 데이터를 모니터링하고 경고 및 오류 조건만 보냅니다. 또한 진동이 지정한 매개변수를 벗어나면 실시간 제어를 수행하여 터빈을 차단합니다.

제품 관리자 도움말: 장치 하드웨어와 소프트웨어가 함께 작동하여 스마트 장치를 만드는 경우 IoT 기술 스택에서 별도로 표시해야 하는 이유는 무엇입니까? 매우 다른 요구 사항, 프로세스 및 일정을 사용하여 서로 다른 팀에서 구축하므로 별도로 생각하는 것이 좋습니다. 장치 소프트웨어는 애자일 접근 방식을 사용하여 소프트웨어 엔지니어가 개발합니다. 반면에 장치는 하드웨어 NPI 프로세스에 따라 하드웨어 엔지니어링 그룹에서 개발됩니다. 이렇게 분리하면 로드맵을 계획하고 다양한 팀과 작업할 때 작업이 훨씬 더 편안해집니다.

레이어 3 – 커뮤니케이션

통신은 장치가 전 세계와 정보를 교환하는 모든 다양한 방법을 나타냅니다. 통신은 IoT 기술 스택의 세 번째 계층입니다. 업계에 따라 일부 사람들은 IoT 기술 스택의 이 계층을 "연결성"이라고 부릅니다. 이 게시물에서는 보다 일반적인 용어인 "커뮤니케이션"을 사용하고 있지만 같은 것을 언급하고 있습니다.

통신에는 물리적 네트워크와 사용할 프로토콜이 모두 포함됩니다. 통신 계층의 구현이 장치 하드웨어 및 장치 소프트웨어에서 발견되는 것은 사실입니다. 그러나 개념적 모델(구현 모델이 아님)에서는 나머지 팀과의 토론을 용이하게 하기 위해 Communications를 자체 계층으로 유지하는 것을 선호합니다.

올바른 통신 메커니즘을 선택하는 것은 IoT 제품 전략의 중요한 부분입니다. 클라우드에서 데이터를 가져오고 나가는 방법(예:Wi-Fi, WAN, LAN, 4G, 5G, LoRA 등 사용)뿐만 아니라 클라우드에서 타사 장치와 통신하는 방법도 결정합니다. 같은 건물입니다.

예를 들어, 스마트 빌딩의 시스템은 BACnet 프로토콜을 사용하여 서로 통신하는 것이 일반적입니다. 기기가 건물 자동화와 관련된 경우 기기가 건물의 다른 기기와 통신하기를 원하는지 아직 확실하지 않더라도 기기에서 BACnet 지원을 제공하는 것이 좋습니다.

통신 전략은 시스템의 전체 토폴로지에 영향을 미칩니다. 예를 들어 IoT 솔루션에 10개의 센서가 있는 경우 각 센서가 클라우드와 직접 통신해야 합니까? 아니면 통합 및 장거리 데이터 전송을 위해 중앙 게이트웨이와 통신하는 더 간단하고 저렴한 10개의 센서가 있어야 합니까?

이러한 결정은 순전히 기술적인 것이 아닙니다. 이는 제품 관리자가 솔루션의 비용, 배포 및 기술적 복잡성에 미치는 영향을 고려하면서 내려야 하는 비즈니스 결정입니다.

내 풍력 터빈 모니터의 경우 첫 번째 경향은 장치를 근거리 통신망에 연결하는 것일 수 있습니다. 그러나 풍력 발전소는 아무데도 없을 수 있으며 근처에 있는 휴대 전화 타워만 있을 수 있습니다. 따라서 셀룰러 통신을 통해 클라우드에 연결해야 합니다.

이 결정은 장치의 하드웨어 및 소프트웨어 선택에 영향을 미치며 연결에 대해 셀룰러 서비스 공급자에게 비용을 지불해야 하기 때문에 비용에 영향을 미칩니다. 이 추가 비용은 가속도계에서 생성된 전체 데이터 세트를 전송하는 것과는 대조적으로 기기의 센서 데이터를 사전 분석하고 실행 가능한 통찰력만 클라우드로 전송하기로 한 결정을 뒷받침합니다. 더 많은 데이터를 전송할수록 더 많은 비용이 듭니다. .

계층 4 – 클라우드 플랫폼

클라우드 플랫폼은 IoT 솔루션의 백본입니다. SaaS 제품 관리에 익숙하다면 IoT 기술 스택에서 이 계층의 역할을 잘 알고 있을 것입니다.

클라우드 플랫폼은 다음과 같은 중요한 영역을 지원하는 인프라를 제공합니다.

데이터 수집 및 관리

스마트 기기는 정보를 클라우드로 스트리밍합니다. 솔루션의 요구 사항을 정의할 때 매일, 매월, 매년 수집할 데이터의 유형과 양을 잘 알고 있어야 합니다.

IoT 애플리케이션의 과제 중 하나는 엄청난 양의 데이터를 생성할 수 있다는 것입니다. 설계자가 처음부터 올바른 데이터 관리 솔루션을 결정할 수 있도록 확장성 매개변수를 정의해야 합니다.

추천 기사: 빅 데이터:모든 제품 관리자가 해결해야 하는 6가지 핵심 영역

분석

분석은 모든 IoT 솔루션의 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 분석이란 데이터를 처리하고, 패턴을 찾고, 예측을 수행하고, 기계 학습을 통합하는 등의 기능을 말하는 것입니다. 솔루션을 가치 있게 만드는 것은 데이터 자체가 아니라 데이터에서 통찰력을 찾는 기능입니다. 분석은 데이터 집계 및 표시만큼 간단할 수도 있고 기계 학습 또는 인공 지능을 사용하는 것처럼 정교할 수도 있습니다. 여기에는 옳고 그름이 없습니다. 고객의 요구 사항은 고객의 요구 사항을 해결하기 위해 수행해야 하는 분석 유형을 알려줍니다.

클라우드 API

사물 인터넷은 기기 연결 및 데이터 공유에 관한 것이며, 클라우드 수준 또는 기기 수준에서 API를 노출하여 달성할 수 있습니다. Cloud API를 사용하면 고객과 파트너가 기기와 상호작용하거나 데이터를 교환할 수 있습니다. API를 여는 것은 기술적인 결정이 아님을 기억하십시오. 비즈니스 결정입니다.

추천 기사: API 비즈니스:제품 관리자가 계획해야 하는 것

제품 관리자는 기술 팀이 올바른 클라우드 아키텍처를 결정할 수 있도록 전체 IoT 솔루션에 대한 명확한 방향을 팀에 제공해야 합니다. 또한 제품 관리자는 빌드 대 구매 분석을 통해 클라우드 플랫폼 개발의 비용과 복잡성을 평가해야 합니다.

모든 기술 팀은 처음부터 완전한 솔루션을 구축하려는 경향이 있습니다. 그러나 팀이 수행할 수 있는지 여부에 관계없이 제품 관리자는 개발 관점에서뿐만 아니라 총 소유 비용, 유지 관리, 지원, 안정성 및 출시 시간.

많은 경우 기존 PaaS(Platform as a Service)를 활용하는 것이 더 나을 수 있습니다. 시장에는 많은 것들이 있으므로 IoT 기술 스택의 클라우드 플랫폼 계층에 대해 더 자세히 알아보려면 다음 기사를 추천합니다.

추천 기사: IoT 플랫폼이란(및 선택 방법)

풍력 터빈 모니터링의 예에서 얼마나 많은 데이터를 저장해야 하는지 생각해 보겠습니다. 한 터빈의 데이터는 많지 않은 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 몇 년이 지나면 더해질 것입니다. 또한 클라우드 플랫폼은 수천 개의 풍력 터빈의 데이터를 지원해야 한다는 점을 기억하십시오. 시간이 지나면 이는 엄청난 양의 데이터가 될 것이므로 클라우드 인프라에서 이 데이터를 유연하게 저장하고 처리할 수 있어야 합니다.

또한 클라우드 분석은 추세를 감지하고 터빈에 서비스가 필요한 시기를 예측할 수 있도록 수신 데이터를 실시간으로 처리해야 할 수 있습니다. 이 정보를 애플리케이션 계층에 표시하려면 API를 열어야 할 수도 있습니다.

계층 5 – 클라우드 애플리케이션

IoT 기술 스택의 이 다섯 번째 계층은 제품 팀과 경영진이 가장 쉽게 이해할 수 있습니다. 최종 사용자 애플리케이션은 고객이 보고 상호 작용할 시스템의 일부입니다. 이러한 응용 프로그램은 웹 기반일 가능성이 높으며 사용자 요구 사항에 따라 데스크톱, 모바일 및 웨어러블을 위한 별도의 앱이 필요할 수도 있습니다.

스마트 기기에 자체 디스플레이가 있더라도 고객은 클라우드 애플리케이션을 솔루션과의 주요 상호작용 지점으로 사용할 가능성이 매우 높습니다. 이를 통해 언제 어디서나 스마트 기기에 액세스할 수 있으며, 이는 기기를 연결하는 목표의 일부입니다.

제품 관리자는 사용자와 제품의 "해야 할 작업"을 이해해야 합니다. 최종 사용자 애플리케이션을 설계할 때 사용자가 누구이며 제품 사용의 주요 목표가 무엇인지 이해하는 것이 매우 중요합니다. 산업용 IoT 애플리케이션의 경우 사용자가 두 명 이상일 수 있다는 점을 염두에 두십시오.

애플리케이션은 고객 대면 앱과 내부 앱으로 나눌 수도 있습니다. 일반적으로 고객 대면 애플리케이션이 가장 많은 관심을 받지만 IoT의 경우 내부 애플리케이션도 똑같이 중요합니다. 여기에는 장치를 원격으로 프로비저닝하고 문제를 해결하고, 장치 집합의 상태를 모니터링하고, 성능 및 예측 유지 관리에 대해 보고하는 응용 프로그램이 포함됩니다.

이러한 내부 응용 프로그램에는 외부 및 내부 고객에 대한 깊은 이해가 필요하며 고객이 문제를 일으키지 않도록 올바른 우선 순위와 리소스를 확보해야 합니다. 이는 IoT 솔루션의 핵심 구성 요소이므로 완료되도록 하는 것은 제품 관리자의 책임입니다.

풍력 터빈 모니터의 경우 가능한 응용 프로그램 중 하나는 중앙 제어실에서 일하는 풍력 발전소 운영자가 사용하는 웹 앱입니다. 이 앱은 관리하는 수천 개의 터빈에 대한 정보와 추세를 표시하고 특정 터빈에 서비스가 필요할 때 경고합니다. 운영자는 이 정보를 실시간으로 얻고 서비스 팀을 파견하여 예방 유지 보수를 수행하여 값비싼 수리 및 서비스 중단을 방지할 수 있습니다.

추천 기사: IoT에서 좋은 사용자 경험을 만드는 것이 어려운 이유

"에지"는 어떻습니까?

IoT와 함께 "엣지"라는 용어를 들어본 적이 있을 것입니다. 에지는 "에지 컴퓨팅"을 의미하며, 이는 센서가 있는 위치에서 더 가까운 곳에서 분석 또는 기타 계산 작업을 수행할 수 있는 기능입니다.

내가 자주 받는 질문은 IoT 기술 스택의 계층 중 하나로 엣지를 포함하지 않은 이유가 무엇입니까? 좋은 질문입니다! 정답은 바로 단순성입니다.

이 게시물에서는 모든 이해 관계자 및 고객과의 대화에 도움이 되는 IoT 기술 스택의 개념 모델을 제시합니다.

이 일반 모델은 IoT 솔루션의 정확한 엔지니어링 표현을 위한 것이 아닙니다. 그렇게 하면 복잡성이 증가하고 단순한 커뮤니케이션 도구의 목적이 무산됩니다.

또 다른 이유는 "에지"의 정의가 누구에게 말하느냐에 따라 달라지기 때문입니다. 예를 들어 공급업체에 따라 에지는 다음과 같을 수 있습니다.

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  • 기기 자체
  • 관문
  • 클라우드에 연결하기 전에 데이터를 수집하는 온프레미스 서버
  • 이동통신사와 통화하는 경우 셀룰러 네트워크의 에지 또는 "텔코 에지"
  • 전력망(예:스마트 미터)의 가장자리(유틸리티와 대화하는 경우)
  • 보시다시피 정의와 해석은 다양합니다. 제 추천은 단순하게 유지하고 IoT 기술 스택의 5개 계층을 사용하는 것입니다.

    그러나 명확성을 위해 가장자리를 추가해야 하는 경우 내 다이어그램을 수정하여 솔루션을 더 잘 나타내는 필요한 레이어를 추가할 수 있습니다. 목표는 모든 이해 관계자와 의사 소통하는 데 사용할 수 있는 개념적 모델을 갖는 것입니다.

    IoT 기술 스택은 커뮤니케이션 도구입니다

    IoT 기술 스택의 5개 계층 중 이 모델을 어떻게 사용해야 할까요? 커뮤니케이션 도구로 사용하세요.

    제품 관리자로서 우리는 고객 및 파트너는 물론 조직의 많은 사람들과 상호 작용해야 합니다. 첫 번째 과제는 모든 사람이 같은 페이지에 있게 하는 것이라는 것을 알았습니다. 바로 이 도구가 필요합니다.

    새로운 그룹과 이야기할 때마다 저는 IoT 기술 스택을 플래시하여 제가 IoT 또는 종단 간 IoT 솔루션을 말할 때 제가 말하는 내용을 모두가 이해할 수 있도록 합니다. 모든 사람에게 다양한 구성 요소를 참조할 수 있는 참조 프레임과 공통 언어를 제공합니다. IoT에 대한 "블랙박스" 접근 방식을 없애고 모든 사람이 이해할 수 있는 용어로 설명합니다.

    저는 대부분의 프레젠테이션(내부 및 외부)에 이 IoT 기술 스택을 포함하며, 모든 회의를 5개 계층으로 정렬한 다음 이 회의에서 집중할 특정 계층을 정렬하여 회의를 여는 경우가 많습니다.

    이는 기술 팀뿐만 아니라 영업, 마케팅, 경영진, 디자인, 데이터 과학, 규정 준수, 공급업체 등과의 토론을 정착시키는 데 도움이 됩니다.

    이제 IoT 기술 스택에 익숙해졌으므로 IoT Decision Framework에 대한 내 기사를 읽는 것이 좋습니다. IoT 제품 관리에 구조화된 방식으로 접근할 수 있는 한 차원 높은 도구를 제공합니다.

    권장 온라인 과정: IoT 제품 관리자 인증 프로그램

    결론

    사물 인터넷이 계속해서 성장함에 따라 세상은 IoT에 정통한 제품 관리자의 군대가 필요하게 될 것입니다. 그리고 이러한 제품 관리자는 IoT 기술 스택의 각 계층과 이 모든 계층이 완전한 IoT 솔루션에 어떻게 결합되는지 이해해야 합니다.

    제품 관리자는 제품의 성공을 보장하기 위해 각 계층에서 전략적 비즈니스 및 기술적 결정을 내려야 합니다.

    빨리 부탁드립니다. 이 기사가 도움이 되었다면 다른 제품 담당자와 공유한다면 큰 도움이 될 것입니다.

    여기에서 어디로 가나요? IoT Decision Framework를 공유하는 다음 게시물을 읽어보세요. 내 프레임워크는 IoT 기술 스택을 기반으로 구축되어 IoT 제품 전략 및 로드맵을 개발할 수 있는 구조화된 방법을 제공합니다.


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