Stefan Schuster와 Julian Bartholomeyczik는 모두 Bosch Connected Devices and Solutions (BCDS)에서 일한다. BCDS는 혁신적인 연결 장치와 IoT 맞춤형 솔루션을 개발하고 판매하는 Bosch의 사업부이다. 다음의 설명은 IoT 센서 네트워크에 대한 솔루션 스케치 작성의 예시를 제공한다.

Dirk Slama: IoT 센서 네트워크에 대한 샘플 솔루션 스케치에 대해 우리에게 설명해주실 수 있을까요?

Stefan Schuster and Julian Bartholomeyczik: 물론이죠. 솔루션 스케치는 문제 공간 (프로젝트 작업 집합)과 솔루션 공간 (이 작업을 해결하는 기술 솔루션) 모두를 포함합니다. 솔루션 스케치를 작성하기 위한 두 가지 접근 방법으로, 하향식과 상향식 방법이 있습니다.

용어와 일반적인 접근 방법에 대해 간단히 살펴 봅시다. 예를 들어 우리는 어떻게 초기 단계에서 기계의 마모를 확인할 수 있는가? 와 같은 질문의 형태로 작업이 정해져 있는 경우, 하향식 절차라고 말합니다. 이 작업을 완수하는 기술 솔루션이 만들어지며, 구성 요소들은 그에 맞춰 설계되고 만들어 집니다.

상향식 절차에서 기술 솔루션의 구성 요소는 예를 들어 기존의 플랫폼, 센서, 또는 알고리즘의 형태로 이미 존재하고 있습니다. 이 프로젝트는 사실상 탐험입니다. 이 경우 전형적인 미결 문제는 다음과 같습니다. “우리가 이 데이터/센서를 이용하여 기계에서 감지할 수 있는 것은 무엇인가?”

프로젝트를 가속화하기 위해, BCDS는 센서 네트워크 개발 키트를 포함하는 플랫폼 구성 키트를 만들었습니다. 이 키트는 모든 종류의 다른 어플리케이션에 대한 광범위 센서를 포함하고 있습니다.

실제로, 프로젝트는 이러한 두 절차의 조합을 이용하여 만들어집니다. 예를 들어 플랫폼은 양 방향에서 접근할 수 있습니다. 플랫폼은 어플리케이션 프로젝트의 상위 집합으로서 위에서 아래로 설계되거나, 기존 기술 구성 요소의 집합으로서 아래에서 위로 설계될 수도 있습니다. 어플리케이션 프로젝트는 전부 하향식으로 솔루션을 정의하지 않습니다. 대신, 그들은 기존 구성 요소, 예를 들어 플랫폼을 사용합니다.

구체적인 예시를 들어봅시다. 우리가 효율적으로 유지 보수 기간을 계획하기 위해, 기계 회전 부분의 마모를 초기에 발견할 수 있도록 하고 싶다고 합시다.

첫째, 이 프로젝트는 가능한 한 독립적으로 정확하게 실행되도록 정의되어야 합니다. 하나의 실행 가능성을 너무 빨리 결정하는 것은 너무 이른 시기에 솔루션 공간을 좁혀버릴 수 있으므로 피해야 합니다.

기능적 요건 외에도, 솔루션 체계를 정의하는 시스템 요건도 지켜져야 합니다. 이는 비용 제한, 시스템 작동 환경, 기존 시스템의 인터페이스 설정을 포함합니다.

Dirk Slama: 그렇다면 좋은 요건은 무엇입니까?

Stefan Schuster and Julian Bartholomeyczik: 핵심 질문은 다음과 같습니다. 사용자가 시스템으로부터 배우고 싶어하는 것은 무엇인가? 시스템이 수행해야 하는 작업은 무엇이며, 언제 그리고 어떤 조건에서 수행해야 하는가? 기본적인 경제 조건은 무엇이며, 어떤 환경에서 시스템이 작동해야 하는가?

이 예시에서, 사용자는 시스템이 적시에 기계 마모에 대해 알려주길 원합니다. 기계는 산업 환경에서 작동됩니다. 우리는 처리 통제 시스템이 이미 존재하며, TCP/IP를 통해 접속될 수 있다고 가정합니다. 우리는 잠재 고객이 기계 모니터링에 기꺼이 지불하고자 하는 가격을 설정하며, 그 결과 센서 노드 제조 목표 가격이 €30가 됩니다. 시스템은 케이블을 사용하지 않고 연결되어야 하며, 배터리 수명은 1 년이 되어야 합니다.

기능 부품의 경우, 우리가 작업을 수행하기 위해 시스템에 필요한 데이터를 유도할 수 있는 이론이 정립된다. 이 예에서, 기계의 마모 및 눈물 이론 상태는 기계 침대에서 증가 진동을 통해 확인할 수 있다. 이론적으로 이런 종류의 보통 (기계 익숙한 즉 엔지니어) 도메인 전문가에 의해 정의된다. 이 예시에서, 이론은 기계의 마모가 기계판에서의 증가된 진동을 통해 확인될 수 있다고 말한다. 이런 종류의 이론은 보통 영역 전문가 (즉, 기계에 친숙한 엔지니어)에 의해 정의된다.

이상적으로, 이론이 먼저 입증되어야 합니다. 이 예시에서, 이는 두 기계를 측정함으로써 이루어집니다. 하나는 적절한 작업 조건에 있는 기계이고, 하나는 당신이 시스템을 확인해야 하는 조건 (부품이 마모되는지)에 있는 기계입니다. 이러한 유형의 입증 절차는 이론을 확인하고 (부품이 마모될 때 진동이 증가한다) 적절한 센서를 선택하기 위해 (센서를 이용하여 테스트 시행) 사용될 수 있습니다. 또한 장착 위치 또는 일련의 적절한 장착 위치가 이 단계에서 결정되도록 합니다. 이러한 위치로부터 다른 변수들은 액체 및 온도에 이용 가능한 공간과 저항 등으로 결정될 수 있습니다.

이론이 검증되면, 디지털 모델로 변환됩니다. 이 예에서 취해진 측정은 진동, 주파수, 마모 정도에 따른 파라미터 변화 정도에 대한 정보를 제공합니다. 이상적으로, 측정은 기계 간 변화를 알아내기 위해 여러 기계에서 취해집니다.

센서는 디지털 모델, 비기능 요건, 검증 프로세스로부터 얻은 경험에 근거하여 선택됩니다. 기존의 데이터 또한 활용될 수 있습니다 (예를 들어, 처리 통제 시스템은 이미 엔진의 회전 속도를 알고 있는가?). 따라서 데이터 수집 지점은 정확하게 명시됩니다. 그리고 최종 단계에서, 시스템은 이제 “솔루션 스케치”에 해당됩니다. 우리의 중점이 백엔드가 아닌, 여기 센서 관점에 있다는 것에 주목해 주십시오.

이 예에서 설계된 센서 시스템은 기계의 축 베어링 지점 가까이에 장착됩니다. 그것은 배터리에 의해 전원이 공급되며 무선으로 데이터를 전송합니다. 여기서 중요한 결정은 디지털 모델이 실행되는 장소와 관련된 것입니다. 다음은 두 가지 가능한 시나리오입니다. 첫 번째 시나리오에서, 모델은 센서 노드에서 실행됩니다. 이는 기계가 일정 마모 수준에 도달 할 때 간단한 메시지가 상위 시스템으로 전송된다는 것을 의미합니다. 두 번째 시나리오에서, 디지털 모델은 중앙 통제 시스템에서 실행되며, 이는 센서 데이터가 전송되고 마모가 상위 시스템에서 계산된다는 것을 의미합니다.

이 결정은 특히 다음 고려 사항에 의해 일어납니다:

• 센서 노드의 에너지 요건: 데이터를 전송하는 것은 많은 에너지를 필요로 한다. 센서 노드를 미리 처리하는 것은 데이터 전송 요구를 감소시킨다.

• 이용 가능한 처리 능력 및 데이터: 데이터 처리가 지정된 경제적 한계 내 센서 노드에 실현 불가능한 처리 능력을 필요로 할 수 있다. 다른 소스로부터 추가적인 데이터가 정확한 계산을 보장하기 위해 필요한 경우, 필요한 모든 데이터가 이용 가능한 곳에서 계산은 수행될 수 있다.

• 노하우 보호 및 공급 부문: 알고리즘이 보호될 필요가 있으며, 그것이 센서 제조자에 의해 만들어졌다면, 그 다음 노드에서의 실행이 일어날 수 있다.

이 예에서, 알고리즘은 모든 필요한 데이터가 이용 가능하고, 처리 능력이 낮으며 전지 수명이 필수적일 때, 센서 노드에서 실행됩니다.

Dirk Slama: 감사합니다. 마지막으로, 솔루션 스케치의 핵심 구성 요소들에 대해 간단하게 이야기해봅시다.

Stefan Schuster and Julian Bartholomeyczik: 주요 구성 요소는 실제 센서 요소인 마이크로프로세서와 무선 통신을 위한 요소입니다. 마이크 및 가속도 센서 테스트에 이어, 주파수 범위와 진폭을 결정한 후, 가속도 센서가 선택됩니다. 마이크로프로세서는 제조업체의 구성 키트 (플랫폼 전략, 상향식 절차 참조)로부터 선택됩니다. 그리고 그 차원은 알고리즘을 실행할 수 있고 일부 개선을 위한 공간이 여전히 존재하는 것입니다. 무선 연결은 범위 요건 및 배터리 사용 요건에 기초하여 선택됩니다. 블루투스 LE (BLE) 연결이 선택됩니다. 게이트웨이는 구현되어 BLE 통해 데이터를 수신하고 처리 통제 시스템과의 연결을 가능하게 하는 와이파이로 변환된다.

초기 솔루션 설계의 결과에 기초하여, 프로젝트 팀은 중요한 ‘생산 또는 구매’ 의사결정을 내려야 한다. 이 결정은 프로젝트에 큰 영향을 미칠 것이다. 한 가지 중요한 요인은 기업 가이드라인 및 정책에 관한 것이다. 또 다른 요인은 전략적인 프로젝트 목표 및 필요한 솔루션 구성 요소의 이용 가능성에 관한 것이다. 일반적인 IoT 프로젝트의 생산 또는 구매 질문들은 다음을 포함한다.

• 공통 규격품 (COTS) 솔루션: COTS 솔루션은 차량 관리, 차량 추적, 스마트 미터링 등의 측면에 이용 가능한가?

• 자산 상 하드웨어: 맞춤형 하드웨어 또는 표준 하드웨어가 사용되어야 하는가?

• 자산 상 소프트웨어: 우리는 사전에 통합된 운영 체제, 펌웨어, 어플리케이션 컨테이너 및 개발 도구를 사용해야 하는가? 아니면 맞춤형 솔루션을 선택해야 하는가?

• IoT 클라우드/M2M 미들웨어: 완전히 발달한 상업적 IoT 클라우드/M2M 미들웨어에 비해 가벼운 오픈 소스 체제를 사용하는 것의 장점은 무엇입니까?

• 무선 통신: 우리는 더 나은 글로벌 커버리지를 보장하기 위해 하나의 통신 사업자에 의존하거나 MVNO (모바일 가상 네트워크 운영자)와 일해야 하는가?

결과에 따라, 또 다른 관련 질문은 일반 계약자의 역할을 해야 하는 주체에 관한 것이다. 예를 들어, 기업 자체, 시스템 총괄자, 또는 통신 회사의 M2M 사업부가 될 수 있다.