스마트홈과 문제점

스마트홈 정의

이름 그대로 가정에서 사용되는 설비나 가전을 대상으로 하며, 삼성전자의 SmartThings처럼 IoT 플랫폼을 가정용으로 구현하거나 이동통신 3사와 구글 등의 인터넷 기업이 일반 소비자를 대상으로 하는 서비스를 시작했거나, 시작하려고 하는 상황이다. 1980년대 후반 부터 가정의 화재 및 보안 분야 부터 상용화가 시도 될 정도로 생각 보다는 오래된 개념이다. 기술 수요가 있는 부분은 가정용 전기/가스/수도 사용량 원격검침, 화재나 누전 경보기, 침입/출입 감지 센서, 노인이나 환자의 긴급호출 등 범죄나 사고 방지 보안센서류, 아파트 등의 안내방송 문자 전송 등이 있다. 노인이나 아이들, 범죄자의 위치를 전송하는 미아방지 비콘이나 위치추적 발찌도 IoT 기술을 응용할 수 있다.

 

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문제점

 

스마트홈의 미진한 대중화

스마트 홈은 상업 건물에서 널리 사용하는 BMS[2]의 일종이라고 볼 수 있다. BMS 같은 컴퓨터 시스템이 아니라도 건축물의 상태를 원격으로 확인하는 기술은 오래 전에 상용화되었으며, 그 중 가장 대표적인 화재 경보기는 국내에서는 대부분의 건물에 의무적으로 설치해야 할 정도로 대중화된 설비이다. 하지만 가정에서는 여전히 비용상의 문제로 재실 감지나 스마트폰을 통한 원격 제어 수준의 기술조차 여전히 적용되지 않고 있으며, 제품 개발도 활발하지 않다.

 

사물인터넷 플랫폼 간 연동성 부족

삼성, 엘지, 애플, 구글 같은 회사 이외에도 건설사나 건축 설비 제조사, 자동차 제조사 등에서 수많은 사물인터넷 플랫폼을 선보이고 있지만, 이들 대부분은 거의 부족한 타사 연동성을 가지고 있어, 다수의 여러 사물에서 수집한 정보를 토대로 다수의 여러 사물을 제어하는 제대로 된 사물인터넷 활용 방안은 아직 실현되지 않고 있다. 현재로서는 인공지능 스피커의 대거 등장과 연동 가능한 제품들의 연이은 출시로 발빠른 얼리어답터나 부유층들은 하나둘 시스템을 꾸리는 중이기도 하다. 삼성의 SmartThings, 아마존의 에코, 구글의 홈이 주요층을 이루고 IFTTT 서비스와의 연동으로 생각보다 다양한 부분에서 사물인터넷을 접목시켰다. 일부 양덕들은 직접 서비스를 구축하기도 한다.. 한국 시장이 커질 수 없는 가장 큰 문제점은 언어의 장벽도 있지만, 대기업들이 본인들 매출만 생각하고 타 회사와의 서비스를 융합하지 않는것이다. 소비자가 원하는건 오픈소스화와 높은 범용성인데, 지금으로썬 삼성의 SmartThings가 각종 IoT장비들의 연결을 DTH로 스마트싱스 클라우드 서버에 올리는 방법을 통해 대부분의 통신규격을 지원함으로서 IoT 플랫폼중에서 높은 확장성을 갖고있고 다양한 서드파티의 IoT장비와 로컬로 연결되면서 국내를 포함 한 전 세계에서 가장 많은 사용자를 보유하고있다. 하지만 SmartThings처럼 오픈플랫폼을 지향하지 않는 경우, 해당 플랫폼의 파워 유저들이타사의 서비스에서 정보를 가져오거나 타사의 기기를 제어하기 위해서는 타사에서 제공하는 제어 어플이나 웹사이트를 리버스 엔지니어링 하여 직접 제어 코드를 짜는 수고를 하여야 하고 대부분의 경우 매끄럽게 연동되지도 않는다.

 

보안 및 개인정보 문제

사물인터넷은 사용자의 행동같은 사용패턴을 데이터로 만들어 저장하고 처리하는 기술이다. 만약 이 데이터가 유출되면 사용자의 생활 모습이 유출될수 있다. 게다가 유출된 정보가 사진이라거나 지문같은 생체정보일 경우 악용될 우려가 더욱 크다. 따라서 보안이 확보되지 않은 상태에서 서비스를 제공할 경우 금전적 피해를 비롯한 가늠할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 해킹을 통해 사용자의 접근 권한을 침입자가 빼앗을 수도 있는데, 기존의 해킹이 개인에게는 기껏해야 컴퓨터나 중요한 자료를 파괴하는 정도지만 실생활에 필수적인 기계들이 연결된 사물인터넷에서는 침입자가 피해자의 일상생활 그 자체를 볼모로 잡을 수 있다. 실례로, 냉난방 장치를 해킹한 뒤 돈을 요구하는 랜섬웨어가 등장했다. 비록 해킹대회에서 사물인터넷의 보안 취약성을 경고하는 목적으로 출시된 것이고, 진짜로 사람 괴롭히려고 만든 건 아니지만 실제 상황이었으면 꽤나 위험한 예시이다.

2016년 10월 중국 샤오미에서 만든 IoT 지원 전자 제품이 대량으로 해킹되어 숙주로 사용되었다는 분석이 나왔다.

2017년 9월 가정에서 사용하는 감시카메라를 해킹하여, 불법 촬영한 영상을 유출한 일당이 잡혔다. 공장 출하당시의 기본 비밀번호 (0000 이나 1234 등)을 변경없이 그대로 사용하는 점을 파고들어 해킹을 했다고 한다.

2018년 12월 19일 한국인터넷진흥원에서 '핵 더 키사'의 수상자인 백성운씨는 IOT상품 위주로 취약점을 잡은 결과 보안 인식이 미비하다는 걸 보고 충격을 먹었다고 주장했고 이에 보안 전문가는 보안 인식이 중요하다고 언급했다.

2021년 11월에는 아파트 월 패드가 해킹을 당해 가정집 내부를 촬영한 영상과 그 아파트 명단이 인터넷에 유포되는 사고가 발생했다.

 

비용의 문제

사물인터넷의 대표적인 사례로 알아서 물 주는 화분 같은 것이 있다. 여기에는 화분의 습도를 측정하는 습도 센서, 스마트폰과 통신하기 위한 통신 모듈, 물탱크의 밸브를 여닫는 밸브 구동기, 그리고 이 모든 것을 관리하는 마이크로컨트롤러 등이 필요하다. 문제는 이런 기능을 아무리 저렴하게 만든다고 쳐도 일반 화분보다 훨씬 비싸다.

이렇게 된다면 사물인터넷이란 것을 하기 위해서 배보다 배꼽이 더 큰 상황이 만들어 진다. 텔레비전, 냉장고, 세탁기에 IoT기능을 탑재한 스마트 가전들도 일반 가전에 비해 상대적으로 비싼 가격에 판매되고 있지만, 막상 기존제품 비교해 차별화된 기능도 크게 없다. 또 대표적인 응용으로 제시되는 원격검침의 경우 현재 인력에 의한 검침 원가가 1년간 1만 원도 되지않는다. 그러니 원격검침장치 설치 투자비 비용 + 통신망 이용료가 연 1만원 이하로 내려가지 않으면 기존 방식 대비 경제성이 없다. 다만 전기, 가스, 수도, 소방 등 여러 검침센서를 통합한 통합 원격검침 장치라면 이런 투자비와 통신비를 공유할 수 있으므로 경제성이 훨씬 유리해질 것이다.

 

전원 공급의 문제

RFID와 같은 수동소자를 사용하는게 아닌 한, 전기 없이 동작하는 통신 모듈은 사실상 없다. 충전지를 사용할 수도 있으나, 충전지 역시 주기적인 충전이 필요하기에 완전한 해결책이 될 수는 없다. 무선 전기 전송이 보편화되지 않은 지금으로는 A/C 전원을 상시 연결해 주는 것만이 실질적인 해결책이 된다. '알아서 물 주는 화분'은 결국 전원 콘센트를 꼽아야만 동작하는 화분이 되어 버린다. 위에서 언급한 텔레비전, 냉장고, 세탁기처럼 기기 자체가 처음부터 전기를 사용하는 제품이라면 이 것은 문제가 되지 않는다. 하지만, 화분을 비롯해 책상, 옷장, 소파 같은 전기를 사용하지 않는 가구나 소품등에 사물인터넷을 하겠다고 하면 전원콘센트 부터 찾아야 하는 상황이 발생한다.

전자 센서류의 경우는 비교적 전지소모가 적어서 AA 건전지나 버튼 전지 하나로 1년 ~수년 정도 사용할 수도록 설계한다. 다소 전지소비가 크거나 전지 교환이 어려운 경우는 장수명의 1회용 리튬전지나 D셀 알카전지 같은 고용량 전지를 쓴다. 전지 1개로 전압이 부족한 경우는 차지펌프 전자 회로로 승압하기도 한다. 실외에 설치하는 장치라면 태양전지+충전지로 전력을 충당할 수 있다. 바람개비나 수차 발전기도 가능하다. 동물이나 사람이라면 신체의 움직임이나 체온을 이용해 미소한 전력을 생산하는 것도 가능하다.

IoT 센서류는 항상 동작하는게 아니라 단속적으로 가끔씩만 동작하므로 소비전력이 매우 적어서 이정도 전력으로도 동작가능하다. 그러나 건전지로는 감당이 되지 않는 전동기 등은 어쩔 수 없이 교류전력을 쓰게 되는데 이것도 교류전선을 사용하기 부담스러운 경우는 100BASE-TX 등 LAN 선으로 직류 전류를 공급하는 PoE(Power over Ethernet) 을 이용하기도 한다. LAN 장치 하나당 15 W ~ 25 W 정도를 공급할 수 있으므로 충분하고 통신선으로 이용할 수 있다.

신축 사무용 빌딩의 LAN 설비에는 PoE가 있는 경우가 많다. 또 USB 케이블도 단거리 통신용으로 많이 쓰이는데 통상 5V*0.5-0.9A로 2.5 W ~ 4.5W 정도의 전력를 끌어 쓸 수있으므로 loT용으로 충분하다. 일반가정에서도 벽에 매입한 전기 콘센트에 이더넷 포트나 USB 포트를 설치하는 경우도 늘고 있다. 만약 주택을 신축 중이라면 집에 방마다 전기콘센트에 PoE 이더넷 LAN 포트와 스마트폰 충전용 USB 포트를 부설할 것을 고려해보자. 또 직류어댑터에서 나온 직류전류를 전화선 연장선(익스텐션) 같이 가는 전선을 사용해 몇미터 정도 연결하는 것도 가능하다. 또 집안에 있는 유선전화(PSTN) 배선에는 전화를 사용하지 않을 때에도 약한 전류가 흐르고 있어서 대충 2-3 W 정도의 전력을 상시 끌어 쓸 수 있다. IoT 기기를 동작시키는데는 충분하고도 남는다. 더구나 이 전화선 전력은 집에 전기가 정전이 되어도 전력이 공급되므로 비상시 긴급용 장치에 쓰기에 적절하다.

 

스마트홈 규격의 난립 및 표준의 부재

워낙 다양하고 광범위한 영역을 다루다보니 수없이 많은 기술과 표준이 난립해있다. WiFi를 비롯해서 Bluetooth ZigBee/Z-Wave가 있고 WAN 쪽의 LPWAN 쪽은 혼돈의 도가니다. 이런 상황에서는 가전 회사나 각종 가정용 개인용 제품을 만드는 기업들도 어느 표준에 맞추어 제품을 만들어야 할지 알수 없으니 이런 loT 제품을 개발, 시판하기를 꺼리고, 또 소비자들도 표준이 확실하지 않은 상태에서 잘못하면 표준에서 밀려날 수도 있는 IoT 기술을 채용한 제품을 비싼 가격을 주고 구입하는 걸 꺼리게 되어, 소위 닭과 달걀의 문제같이 생산자와 소비자 모두 IoT 제품에 매력을 느끼지 못하고 있다.

이렇게 서로 호환되지 않는 규격이 난립한 상황이 정리되어야, 생산자와 소비자 모두 IoT에 투자하고 널리 보급될 수 있다. 그러니 이런 상황이 정리되려면 최소 5-10년은 더 기다려야 할 가능성이 높다. 비관적으로 보면 가전업계에선 삼성, LG, 소니, 그리고 통신업계에선 KT, SKT, LGU+가 각자 다른 IoT 표준을 밀고 있어서, IoT 규격이 통일이 되지 않는 지옥이 계속될 가능성이 높다. 당장 그 간단한 TV 리모콘 하나도 삼성과 LG 간에 통일이 안 되는데, 수십 가지 제품에 수백 개의 업체들이 있는 가전제품 간의 호환성이나 상호 운용성을 확보한다는 건 백일몽일 뿐이다. 그러니 집안의 가전제품을 완전히 한 가전 회사의 제품으로 완전 통일하고, 아파트도 동일 계열 건설사가 지은 아파트에 살고, 동일 계열의 셋탑박스를 사용하는 케이블/IPTV 서비스를 사용하지 않는 한은 그 혜택을 온전히 누리기는 어려울 것이다.

2021년 6월, 관련 업체가 참가하고 있는 민간 표준단체 CSA(Connectivity Standards Alliance)는 표준 규격 Matter(매터)를 발표했다. 따라서 다행히도 표준의 부재에 따른 플랫폼 난립 문제는 해결될 것으로 보인다. 하지만, 애초에 ZIgbee, Z-wave 등의 기존 통신규격도 관련업체들이 안 참여 한 표준이 없었고, 그 결과는 각 플랫폼별로 지향하는 통신규격을 중심으로 별도의 API를 운영해서 개별적으로 분화되는 것이었다. 그래서 이미 SmartThings와 HA 등 이미 다른 플랫폼의 기기를 사용할 수 있는 플랫폼이 있다. 게다가 민간표준단체인 CSA는 지그비 얼라이언스의 후신단체나 다를바가 없다. 결국 이 것은 IoT 주요 업체들이 Zigbee 진영과 Z-wave 진영 사이에서 Zigbee가 유효한 수단이라고 생각하고 있는 것과 같으며, Matter는 Zigbee의 연결성을 개선한 규격 정도로만 보면 될듯. 또한, 국가마다 대역폭이 달라지면 기존의 ZIgbee와 Z-wave와 별 차이 없을 수도 있다.

 

통신사의 모바일 네트워크 사용유도

현재 통신사인 KT나 SKT가 추진중인 응용구조 모델 중 스마트홈과 관련된 모델은 문제가 있다. 이들은 무선통신사이다 보니 사용자들이 와이파이 대신 비싼 모바일 네트워크를 많이 이용하도록 유도하고 있다. 예를 들어 집안의 보일러를 IoT 망을 통해 스마트폰으로 제어하는 기능에서, 사용자가 스마트폰에서 내린 보일러 제어명령은 폰의 무선인터넷을 통해 통신사의 서버로 전달되고 통신사의 LPWAN게이트웨이를 통해 무선으로 발신되어 보일러는 모바일 네트워크를 통해 그 명령을 전달 받는 기술이 있다. 즉 집에 설치된 유선 인터넷이나 와이파이를 사용하는것이 아닌 모바일 네트워크와 보일러가 직접 무선링크를 통해 연결하는 방식이다. 현재 한국의 가정이나 직장에는 세계최고 수준의 유선인터넷이 보급되어 있는데 느리고 비싸고 비효율적인 모바일 네트워크를 사용하고 있다.

유무선공유기와 홈서버(스마트홈 허브)를 두고 사용자는 스마트폰의 무선 인터넷으로 명령을 내리면 이 명령은 가정의 유선 인터넷을 거쳐 홈서버에 전달되고 홈서버는 WiFi나 Bluetooth, ZigBee 등의 근거리 무선 네트워크를 통해 명령을 보일러에 전달할수 있다. 홈게이트웨이는 블루투스나 지그비등의 홈네트웍용 무선 AP를 현재의 무선공유기의 LAN 포트에 꽂거나 아예 내장하면 된다.

삼성전자는 TV가 스마트홈의 중심이 되기를 바라고 있지만 최적의 스마트홈/홈네트웍의 중심은 바로 유무선공유기이다. 물론 자율주행 자동차나 위치추적 비컨과 같이 모바일 네트워크의 사용이 필수적인 경우도 많이 있지만 스마트홈 관련 응용은 대부분은 통신사의 모바일 네트워크 없이 LAN과 근거리 무선으로도 충분한 응용이 가능함에도 통신사들이 비싼 모바일 네트워크 사용을 장려하고 있다

 

IoT 통신 기술 표준의 난립

아직은 기술의 초기단계이므로 많은 관련 표준이 제안되어 난립해 있고 어느 것이 최종 승자가 될지 예상하기도 어렵다. 한국 국내에서는 KT 는 (전에는 SK와 함께 LTE-M 기술을 밀고 있었지만) 현재에는 LG U+와 함께 NB-IoT를 밀고있고 SKT 는 LoRa 기술로 전국망을 건설 중이다. 대체로 LTE-M은 기존 LTE 망의 응용이므로 통신망 추가건설 비용이 적고 통신속도가 빠르고 비교적 통신이 잦은 응용에 더 적합하다. 다만 모듈 가격이 비교적 비싸다.(20∼40달러 수준) 반대로 LoRa 기술은 통신 속도가 느리고 통신빈도가 적은 응용에 더 적합하다. 또 새로운 통신망을 건설해야하지만 모듈 가격은 10-20달러 이하. SKT 의 LoRa 모듈은 약간 큰 우표 크기 정도에 주파수는 북미와 같은 900Mhz 대를 사용하고 전송속도는 업/다운 5400 bps, 초당 수백바이트 정도로 매우 느린 편이고 실용적 통신거리는 2킬로 미터 정도이다.

LoRa의 변종으로 통신사업자에 의존하지 않고 쌍방 통신에 적합한 Symphony Link라는 기술도 있다. SKT가 저속 비면허 대역 중심의 LoRa 기술로 일찍 전국망을 건설하고 선점에 나서자 이를 견제하기 위해 KT와 LG U+는 LTE-M 보다 전송속도는 훨씬 느리지만 비용이 덜드는 협대역 NarrowBand-IoT (NB-IoT)망을 구축하고 있다. 이미 전국망을 구축완료하여 서비스 중인 SKT 에 비해 KT NB-IoT는 표준제정이 늦어져 1년 가량 전국망 구축이 늦어지고 있다. 하지만 수도권에서 위치추적 서비스를 시작하는 등 빠르게 격차를 줄이고 있다.

대충 전송속도(bps)나 비용은 LTE-M (10 M) > NB-IoT (100 k) > LoRa (10k) > SigFox (100) 정도의 순서로 보면 된다. 전송속도가 빠른 방식일수록 모듈이나 통신 서비스 가격이 비싸다.