1955호2020.07.15.

「주간기술동향」은 과학기술정보통신부 「ICT 동향분석 및 정책지원」 과제의 일환으로 정보통신기획평가원(IITP)에서 발간하고 있습니다.

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1955호

기획시리즈 2자율주행자동차(레벨 2, 3) 기반 운전자 인적요인 융합기술 동향

[김우진·윤대섭·이인환/한국전자통신연구원]

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 운전자 모니터링 기술

Ⅲ. 운전자 인적 요인 분석기술

Ⅳ. 차량 HMI 기술

Ⅴ. 결론

ICT 신기술 14블록체인 요소 기술 및 전자문서 서비스 동향

[오영택/㈜매그니스]

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 전자문서 관련 블록체인 요소 기술

Ⅲ. 국내 전자문서 서비스 동향

Ⅳ. 결론

ICT R&D 동향 27프로그래밍 가능한 네트워크 가상화에서의 플로우 룰 가상화 기술

[유혁/고려대학교]

10Gb/s 및 25Gb/s급 오류 정정 기술

[정환석/한국전자통신연구원]

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*

I. 서론

최근 자율주행 기능을 갖고 있는 차량의 출시가 가속되고 있다. 자율주행자동차는 운전

자의 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능한 자동차로 정의되어 있으나, 미국 자동차

* 본 내용은 김우진 선임연구원(☎ 042-860-6022, wjinkim@etri.re.kr)에게 문의하시기 바랍니다.** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.

최근 상용화를 눈앞에 둔 SAE(Society of Automotive Engineers) 레벨 3 자율주행자동차의 가장 뜨거운 이슈는 차량과 운전자 간의 제어권 배분 및 전환이다. 이와 관련하여 우리나라를 비롯한 미국, 유럽, 일본 등 다양한 국가에서는 자율주행 시대가 도래하였을 경우 운전자의 주요 인적 요인에 대한 연구를 진행하여 왔다. 특히, 테슬라 자율주행자동차 사고 분석 결과 NTSB(National Transportation Safety Board)에서 “자율주행에 대한 지나친 의존”, “운전자 주의 분산”, “효과적이지 못한 운전자 모니터링” 등에 대한 권고를 발표하여, 본 분야의 중요성이 대두되고 있는 실정이다. 본 고에서는 레벨 3 자율주행자동차의 제어권 전환 안전성을 확보하기 위해서 반드시 필요한 인적 요인 기술 중, 특히 운전자 모니터링 기술, 운전자 인적 요인 분석기술, 차량 HMI(Human-machine Interaction) 기술에 대한 최신 연구 및 기술개발 동향을 소개한다.

chapter 1

자율주행자동차(레벨 2, 3) 기반 운전자 인적요인 융합기술 동향

•••김우진 ‖윤대섭 ‖이인환 ‖

한국전자통신연구원 선임연구원한국전자통신연구원 실장한국전자통신연구원 단장

기획시리즈

기획시리즈-융합

정보통신기획평가원 3

공학회(Society of Automotive Engineers: SAE)에서는 SAE J3016 문서[1]를 통해 자

동차의 자율성 정도에 따라 0~5의 6개 레벨로 자율주행자동차를 [그림 1]과 같이 정의하

고 있다.

자율주행 레벨별 특성을 살펴보면, 자율주행 상황에서 운전자의 역할은 자율주행 단계

에 따라 달라진다. SAE J3016 문서[1]에 따르면 레벨 3까지는 운전자의 역할이 명시되어

있으며, 레벨 4 이상에서는 운전자의 개입이 없어진다. 레벨 0은 자율주행 기능이 없는

완전 수동주행을 의미하며 주행과 관련된 모든 책임이 운전자에게 있다. 레벨 1 자율주행

은 감·가속을 담당하는 종방향(스마트 크루즈 컨트롤 등) 혹은 조향을 담당하는 횡방향(차

로 유지 보조 등) 주행 중 하나를 시스템이 수행하는 경우에 해당되고, 레벨 2는 종방향

및 횡방향 주행을 시스템이 모두 수행(고속도로 주행 보조)하는 경우를 의미한다.

레벨 2까지는 시스템이 주행을 돕지만, 레벨 3에서는 특정 모드에서 시스템이 주행을

완전히 수행한다. 자율주행을 지속하는 동안 운전자는 운전 상황을 관찰할 의무가 없어지

지만, 자율주행이 가능한 구간이 끝나는 등 자율주행 모드 해제가 예상될 경우 운전자에게

운전 제어권 이양을 요청하게 된다. 따라서 레벨 3에서 운전자는 시스템이 요청하는 경우

<자료> SAE J3016

[그림 1] 자율주행 레벨별 정의

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수동운전을 시작할 수 있도록 “대처가 준비된 사용자(Fallback-Ready User)가 되어야

한다. 레벨 4부터는 사용자는 운전 의무에서 완전히 해방된다.

레벨 3에서 나타나는 “제어권 이양”이라는 특수한 상황은 자율주행자동차를 이용하는

운전자의 안전성에 결정적인 요인이 될 것으로 예상된다. 특히, 자율주행시스템에 의해

운행되던 차량이 특정 시점부터 수동운전으로 전환되기 때문에, 이에 대처하는 운전자의

인적 요인에 대한 연구가 전 세계적으로 활발하게 수행되어 왔다. 자율주행자동차 레벨

3을 이용하는데 있어 인적 오류를 방지하고, 성공적인 시장도입을 위해 유럽에서는 Adaptive

Project를 필두로 인적 요인 연구가 진행되고 있으며, 미국은 NHTSA(National Highway

Traffic Safety Administration)를 필두로 연구를 지원하고 있다. 미국에서는 특히

2018년 캘리포니아에서 발생하였던 테슬라 자율주행자동차 사망사고를 분석하여 2020

년 2월 자율주행자동차의 안전한 이용을 위한 권고사항을 발표하였으며, “자율주행에 대

한 지나친 의존”, “운전자 주의 분산”, “효과적이지 못한 운전자 모니터링” 등 인적 요인과

관련된 권고사항이 1/3 가량 차지하며 중요성이 강조되었다. 일본은 전략혁신 창조프로그

램(Cross-ministerial Strategic Innovation Promotion Program: SIP)을 통해 기초

연구부터 실용에 이르는 인적 요인 연구를 수행하고 있으며, 국내에서도 한국전자통신연

구원에서 2017년부터 자율주행자동차 레벨 2, 3을 대상으로 하는 인적 요인 심층연구를

수행 중에 있다.

자율주행자동차에서의 운전자 인적 요인과 관련된 연구에서는 컴퓨터공학, 제어공학,

바이오공학, 심리학, 인지공학 등 다학제 간의 융합이 필수적이다. 본 고에서는 운전자

인적 요인과 관련된 기술을 [그림 2]와 같이 나열하고, 운전자를 측정하여 특징을 추출하

는 “운전자 모니터링 기술”, 운전자의 특징으로부터 자율주행자동차 안정성과 연관된 요

인을 정량화하는 “운전자 인적 요인 분석 기술”, 분석된 인적 요인을 바탕으로 운전자에게

정보를 제공하는 “차량 HMI 기술”로 분류하여 관련 기술 동향을 기술하고자 한다.

본 고의 나머지 부분은 다음과 같이 구성된다. 먼저 II장에서는 운전자 모니터링 기술의

필요성 및 기술 동향에 대해서 살펴보고, III장에서는 운전자 인적 요인 분석 기술에 대해

소개한다. IV장에서는 차량 HMI 기술 동향에 대해 정리하고, V장에서 본 고의 결론을

제시한다.

기획시리즈-융합

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II. 운전자 모니터링 기술

레벨 3 자율주행에서 자율주행 모드 중 운전자는 운전 상황을 관찰할 의무가 없어지지

만 자율주행 가능 구간이 끝나는 등 특정 조건에 의해 제어권이 시스템에서 운전자로 이양

되는 경우 주행 안전성은 여전히 운전자의 상태에 의존적이 된다. 따라서 자율주행 중에도

지속적으로 운전자를 측정하고 제어권 전환 안전성에 대한 예측을 수행하는 운전자 모니

터링 기술은 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

자율주행자동차를 고려하지 않더라도 자동차 사고 원인의 90% 이상을 차지하는 인적

오류를 검출하고 예측하기 위해 운전자 모니터링 기술은 기존 수동으로 제어되는 자동차

에서부터 그 적용 가능성이 고려되어 왔다. 기존 운전자 모니터링 기술은 운전자의 졸음과

나른함을 검출하는 것이 주목적이 있으며[2], 직접적으로 운전자를 관찰하기보다는 운전

자가 차량을 조작하는 제어입력 신호를 통해 간접적으로 운전자의 졸음과 나른함을 추정

해 왔다. 하지만 자율주행자동차의 경우, 자율주행 모드인 동안은 운전자가 직접 운전을

수행하지 않기 때문에 간접적 측정만으로 운전자의 상태를 추정하는 것에는 한계가 있다.

<자료> 한국전자통신연구원 자체 작성

[그림 2] 운전자 인적 요인 연관 기술 흐름

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또한, 자율주행 모드에서 예상되는 운전자의 행동의 종류 또한 매우 다양하기 때문에 운전

자를 직접적으로 측정하여 분석하는 높은 수준의 기술이 요구된다.

운전자의 상태를 추정하기 위한 측정은 크게 직접 측정과 간접 측정으로 분류할 수 있

고, 직접 측정치에는 주로 심박, 호흡, 눈깜빡임, 시선, 행동 등의 운전자 생리·행동 정보가

있으며, 간접 측정치에는 차량 정보와 도로 및 주변 차량 위치 등 환경정보가 있다. 측정

정보의 구체적인 예시는 [표 1]과 같다.

[표 1] 운전자 모니터링 시스템 측정 정보 예시

최근 딥러닝 등을 활용한 영상 기술의 지속적인 발달로 전방 및 측방 카메라를 이용하여

운전자를 관측하는 기술[2]의 개발이 증가하고 있다. 카메라로 관측되는 영상정보는 운전

자의 움직임뿐만 아니라 운전자의 시선 정보를 추출할 수 있어 범용적인 사용이 가능하다.

또한, 운전자의 외형적 움직임뿐만 아니라 내면적 상태를 측정하기 위해서 운전자의

심전도, 뇌파, 호흡, 피부 전도도 등 실시간 생리 신호의 수집이 요구된다. 하지만, 현재

카테고리 정보 종류 내용 예시

운전자(직접)

ECG 심전도(샘플링 주기: 5msec 이내) 2350

머리 움직임 정면 카메라 기준 상대 위치(X-Y-Z 좌표 체계) (0.4, 1.1, 0.3)

손 움직임 정면 카메라 기준 상대 위치(X-Y-Z 좌표 체계)

왼손(0.6, 0.9, 0.1)오른손(0.6, 0.9, 0.1)

시선 사전 지정된 관심 영역(ROI) ‘전방’, ‘사이드미러’, ‘센터페시아’ 등

차량(간접)

자율주행 모드 자율주행자동차가 현재 운행되고 있는 주행 모드 ‘자율’, ‘수동’

속도 현재 차량이 주행되고 있는 속도 50km/h

가속페달 현재 차량에 가해지는 가속페달 값(페달 위치: 0~1, 0은 누르지 않은 상태) 0.1223

브레이크 담력 현재 차량에 가해지는 브레이크 담력을 나타내는 숫자 -2.5N

조향각 차량 핸들로 조향한 정도를 나타내는 각도 0.84 rad

차선 간격 차선의 중심축으로부터 자동차 중심축까지 간의 거리 0.12m

환경(간접)

앞차와의 거리 현재 차량의 앞쪽 끝과 선행 차량의 뒤쪽 끝 사이의 거리 2.5m

도로 곡률 도로가 굽은 정도(직선의 경우 0) 0.1

주위 차량 위치 사전 정의된 반경 내에 있는 차량의 상대 위치 (2m, 0m)<자료> 한국전자통신연구원 자체 작성

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측정에 이용되고 있는 대부분의 생리 신호 수집 센서는 운전자와 직접적으로 접촉하는

방식으로 상용화에 한계점이 존재하며, 따라서 비접촉 방식으로 운전자의 생리신호를 측

정하기 위한 기술 개발[3],[4]이 진행되고 있다. 스위스 제네바 대학의 Wang은 영상정보

를 이용한 심박 측정에 관한 연구를 통해 운전자에 대한 고속 프레임 촬영을 수행하여

RGB 중 G채널의 데이터를 추출하여 운전자 심박수를 추정한다[3]. 한양대학교 연구팀은

소형 레이더 센서를 사용하여 운전자의 들숨, 날숨 및 심장 움직임을 측정하여 호흡수

및 심박수를 추정한다[4]. 영상정보를 통해 사람의 감성 정보를 추출하는 연구도 진행되고

있으나, 아직 정확도와 신뢰도 측면에서 상용화를 위해서는 기술의 성숙이 필요하다.

III. 운전자 인적 요인 분석기술

서론에서 전술한 바와 같이, 레벨 3 자율주행에서 발생하는 제어권 전환은 인적 오류를 발생시켜 자율주행 이용에 있어 안전성을 저해할 잠재적 위험이 존재한다. 따라서 운전이라는 작업의 루프에서 빠져 있던 운전자가 갑자기 수동운전을 시작하는 경우 발생할 수 있는 위험의 정도를 예측하고 이를 보상하여 안전한 제어권 전환이 가능하도록 하기 위한 운전자 인적 요인 분석기술은 반드시 필요하다.

전통적으로 주행 안전성과 관련된 운전자의 대표적인 인적 요인 지표로는 운전 부하(Driving Workload), 상황 인지(Situational Awareness), 주의 분산(Distraction) 등을 고려할 수 있다. 하지만 레벨 3의 제어권 전환이라는 독특한 상황에 맞추어 운전 준비도(Driver Readiness)라는 새로운 지표의 도입이 시도되고 있다. 운전 준비도는 SAE 레벨 2 및 레벨 3의 자율주행자동차에서 발생하는 제어권 전환 중, 자율주행에서 수동운전으로 전환 시 운전자가 운전 작업을 수행할 준비가 얼마나 되었는지를 나타내는 지표이다.

운전 준비도는 운전자의 기본적인 정보와 실시간으로 관측되는 운전자의 행동 정보를

바탕으로 시간에 따른 운전자의 수동운전에 대한 안전한 운전 가능성을 나타낸다. 운전

준비도를 정의하고 분석하는 최종적인 목표는 제어권 전환 순간 운전 준비도가 적정수준

이상이 되도록 운전자에게 적절한 알림 및 정보를 제공하는 것이다. 하지만 제어권 전환은

계획되어지지 않은 시기에 급작스럽게 발생할 수도 있기 때문에, 운전자의 운전 준비도를

항상 보통 이상으로 유지시키는 것이 레벨 2 및 레벨 3 자율주행자동차의 운행에 반드시

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필요하다. 운전 준비도는 이러한 일련의 프로세스를 가능하게 되는 기본 척도로서 중요한

역할을 한다.

[그림 3]은 운전 준비도를 결정하는 파라미터를 4개의 카테고리로 분류하고 예시를 나

열한 것이다. 운전자 특성은 운전 준비도의 통계적인 기준을 제시할 수 있는 요인으로,

대부분 운전자로부터 사전에 얻을 수 있는 객관적 혹은 주관적 정보를 의미하며, 대표적인

<자료> Kim, "Transitions from autopilot to manual control in highly automated criving: cognitive simulations." 2018 IEEE 88th Vehicular Technology Conference, 2018., 재작성

[그림 4] 제어권 전환 상황에 대한 인지 프레임워크 예시

<자료> 한국전자통신연구원 자체 작성

[그림 3] 운전 준비도 연관 파라미터 예시

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인적 요인으로 ‘나이’와 ‘성별’ 등을 고려할 수 있다. 운전자 특성에 대한 정보는 설문을

통해서 측정이 가능하다.

정신적 파라미터는 지각 및 의사결정에 매우 영향을 미치는 요인으로, 운전자가 갑자기

운전을 하게 되었을 때 안정적으로 제어권을 전환 받을 수 있는 상태를 유추하는데 매우 중요

한 의미를 가지며, 대표적인 인적 요인으로 ‘작업부하(Workload)’, ‘상황 인지(Situational

Awareness)’, ‘주의(Attention)’ 등을 고려할 수 있다. 정신적 파라미터는 객관적인 측정

이 매우 어렵기 때문에, [그림 4]와 같이 인지 프레임워크를 도출하고 인적 요인 실험을

통해 수집한 운전자 생리 신호와 주관적 설문 정보를 토대로 인지 모델을 도출하여 [그림

5]와 같이 운전자 상태를 추정한다.

신체적 파라미터는 운전자가 지각 및 의사결정 이후 실제로 결정된 작업을 수행하는데

있어 매우 영향을 많이 미치는 요인으로, 운전자가 제어권 전환 및 수동운전을 위해서

필요한 행위를 안정적으로 수행할 수 있는지 여부를 유추하는데 매우 중요한 의미를 가지

며, 대표적인 인적 요인으로 ‘활동성(Activeness)’ 등을 고려할 수 있다. 운전자의 신체적

활동은 카메라 등을 활용한 모니터링을 통해서 객관적 측정이 가능하며 특정 행동을 반복

<자료> Kim, "Transitions from autopilot to manual control in highly automated criving: cognitive simulations." 2018 IEEE 88th Vehicular Technology Conference, 2018., 재작성

[그림 5] 제어권 전환 상황에 대한 인지 모델 시뮬레이션 예시

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하는 과몰입 혹은 일정시간 동안 신체를 움직이지 않아 발생하는 순발력 저하 등을 통해서

활동성을 추정할 수 있다. [그림 6]은 영상정보를 이용하여 운전자 활동을 유추하는 기술

의 예시이다.

마지막으로 환경적 파라미터의 경우, 운전자가 제어권 전환을 요청받은 그 시점에서의 주변 상황이 운전자가 수행해야 할 운전 작업의 난이도를 결정하는데 매우 중요한 요인이 되며, 대표적으로 ‘예상추돌시간(Time-to-Collision: TTC)’ 등을 고려할 수 있다. 예상 추돌시간은 전방 차량과의 거리, 전방 차량의 상대 속도 등을 통해서 추정이 가능하며, 차량 외부 센서를 통해서 객관적 측정이 가능하다.

전술한 카테고리별 측정 및 추정치를 바탕으로 운전 준비도를 결정하기 위해서 인적 요인 실험을 설계하고 운전 시뮬레이터 등 실험환경을 구축한 후, 피험자를 모집하여 주관적, 객관적 데이터를 수집한다. 수집된 데이터는 통계분석을 통해 운전 준비도 알고리즘을 설계하고 검증한다. 이러한 인적 요인 분석은 일반적으로 주제별로 3개월 이상의 연구개발 기간이 필요하며 많은 인력을 요구한다.

운전 준비도가 결정이 되면, 운전자 상태에 따른 알람 및 정보제공 방법을 설계할 수 있게 된다. 알람 및 정보제공 방법에 대한 자세한 내용은 다음 장에서 다룬다.

<자료> 한국전자통신연구원 자체 작성

[그림 6] 운전자 실시간 활동 유추 기술 예시

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IV. 차량 HMI 기술

차량 HMI는 운전자와 차량 간의 인터페이스에 관한 것으로, 주로 효과적으로 정보를

전달하는 방법에 대한 설계가 중요하다. 일반적으로 운전자에게 시각, 청각, 촉각 등의

모달리티 채널을 통해 정보가 전달되는데, 그 중에서도 대부분의 정보는 시각과 청각을

통해 전달된다. 시각 및 청각 모달리티 채널의 특징은 다음 [표 2]에 정리하였다.

[표 2] 운전자 시각 및 청각 인터페이스

레벨 3 자율주행자동차에서 제어권 전환 안전성을 높이기 위해 차량 HMI는 ① 자율주

행자동차로부터 운전자로의 제어권 전환 요청 제공 기능, ② 운전자의 상황 인지를 높이기

위한 주행상황 정보 제공 기능, 그리고 ③ 운전 준비도 낮음 경고 기능 등을 포함해야

한다.

제어권 전환 요청(Take-Over Request: TOR) 정보는 레벨 3 자율주행자동차에서 가

장 중요하게 다루어져야 할 정보이다. 자율주행시스템이 더 이상 자율주행이 어렵다고

판단하는 경우에 제공하게 되는 정보로, 운전자가 반드시 지각하고 반응해야 한다. 제어권

전환 요청 정보가 빠르고 정확하게 운전자에게 전달되도록 하기 위해서 사전 주의 정보

(pre-cue)를 제공하거나, 제어권 전환 요청을 복수의 모달리티 채널로 제공하는 방법이

카테고리 항목 청각 시각

모달리티 채널별 특성

방향성 방향성 없음 정보 제공방향으로 주의 및 선택

수신 속도 빠름 느림

시급성 빠른 정보 파악이 쉬움 빠른 정보 파악이 힘듦

정보의 순서 정보를 유지하기 힘듦 정보를 유지하기 쉬움

노이즈 시각 노이즈에 영향 없음 청각 노이즈에 영향 없음

정보의 형태 멜로디, 언어 그림, 언어

적합성 적시성 정보에 적합 공간적 정보에 적합

모달리티 채널별 용도

메세지 복잡도 단순한 메시지 복잡한 메시지

메세지 길이 짧은 메시지 긴 메시지

정보의 특성 시간에 따른 이벤트 공간에 따른 장소

요구 반응 즉각적인 행동 즉각적인 반응을 요구하지 않음<자료> 한국전자통신연구원 자체 작성

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있으며, 자율주행 중에도 예상되는 제어권 전환 요청 잔여 시간 및 거리 정보를 제공하여

운전자가 미리 대비하게 할 수 있다.

주행상황 정보 제공은 운전자가 주행상황을 빠르게 판단하기 위해 제공하는 부수적인

정보로, 현재 차량의 주행 모드 정보, 차량 속도, 주변 차량의 위치 정보 등을 제공하여

제어권 전환 시 운전자가 빠르고 안정적으로 수동 운전에 복귀할 수 있도록 한다.

운전 준비도 낮음 경고 기능은 앞장에서 소개한 운전자의 준비도를 추정하여 준비도가

낮은 경우, 자율주행 중이더라도 경고를 주어 일정한 운전 준비도를 유지하게 한다. 예를

들어, 레벨 3 자율주행자동차에서 운전자가 졸음에 빠지게 되면 비록 자율주행 중이라

하더라도 제어권 전환을 위해서는 상당한 시간이 필요하게 되며, 이는 사고 위험과 직결된

다. 따라서 운전자가 졸음에 빠지는 등 운전 준비도가 기준 이하로 내려가는 경우에는

수시로 경고를 제공하여 안전성을 확보한다.

하지만, 운전 작업은 운전자의 복합적인 지각, 인지 및 신체 능력을 요구하는 복잡한

작업이기 때문에, 위와 같이 제공되어야 할 정보의 모달리티 채널이 적절하게 설계되었다

고 하더라도, 시스템의 정보 제공은 운전자의 주의 분산으로 이어질 가능성이 크다. 따라

서 운전자의 주의 분산(Distraction)을 최소화하는 인터랙션 기술의 개발이 필요하다.

가장 대표적인 방법은 음성 인식과 텍스트 음성(Text to Speach: TTS) 기술이며, 베이징

대학의 Yu는 초음파를 이용하여 운전자 제스처를 인식하여 시스템에 정보를 전달하는

기술도 개발 중이다[6].

V. 결론

본 고에서는 레벨 3 자율주행자동차의 인적 요인과 관련된 기술 동향을 다루었다. 레벨 3 자율주행자동차는 제어권 전환이라는 특수한 상황이 필수적으로 존재하기 때문에, 자율주행자동차 안전성을 확보하기 위해서는 반드시 인적 요인 기술이 필요하다. 본 고에서는 특히 운전자 모니터링 기술, 운전자 인적 요인 분석기술, 차량 HMI 기술로 나누어 최신 연구 및 기술개발 동향을 소개하였다.

운전자 모니터링 기술은 운전자, 차량 및 주변 환경으로부터 데이터를 수집하고 특징점

을 추출하는 연구이고, 운전자 인적 요인 분석기술은 추출된 특징들을 바탕으로 운전자의

기획시리즈-융합

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운전 부하, 상황 인지, 운전 준비도 등 인적 요인을 추정한다. 차량 HMI 기술은 시스템에

서 운전자로, 운전자에서 시스템으로 정보를 전달하기 위한 인터페이스 기술로, 시각, 청

각, 촉각 등 다양한 모달리티 채널을 활용한다.

향후 비접촉식 측정에 대한 기술과 운전자, 차량 및 환경 통합 특징점 추출 기술, 운전자

에게 주의 분산을 일으키지 않고 정보를 효율적으로 전달할 수 있는 인터랙션 기술 등

다양한 자율주행자동차 관련 인적 요인 기술 개발이 필요할 것으로 예상된다.

[ 참고문헌 ]

[1] “Taxonomy and definition for terms related to driving automation systems for on-road motor vehicles,” SAE International, J3016, 2018.

[2] Schmidt, “Driver drowsiness and behavior detection in prolonged conditionally automated drives,” 2016 IEEE Intelligent Vehicles Symposium, 2016.

[3] Wang, Chen, “A comparative survey of methods for remote heart rate detection from frontal face videos,” Frontiers in bioengineering and biotechnology, 6, 2018.

[4] Kim, “Non-contact respiration monitoring using impulse radio ultrawideband radar in neonates,” Royal Society open science, 6(6), 2019.

[5] Kim, “Transitions from autopilot to manual control in highly automated criving: cognitive simulations,” 2018 IEEE 88th Vehicular Technology Conference, 2018.

[6] Yu, “Micro hand gesture recognition system using ultrasonic active sensing,” IEEE Access, 6, 2018.

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I. 서론

비트코인으로부터 시작된 블록체인 기술은 가트너 하이프 사이클에 따르면 2단계인 거

품기(Peak of Inflated Expectations)를 지나 3단계인 환멸기(Trough of Disillusionment)

에 들어서고 있다([그림 1] 참조). 2019년 UDC(Upbit Development Conference)의

주제 역시 Proof of Services로, 블록체인이 실제 서비스에 적용될 수 있는 방안에 대해

열띤 토론이 이루어졌고 블록체인의 기조였던 탈중앙화의 도그마에서 벗어나 실제 서비스

를 제공하는 방안에 대해 열띤 논의가 있었다.

초기 블록체인은 화폐를 대체하는 가상화폐의 목적으로 주목받아 왔다. 그러나 가상화

폐 이외의 블록체인을 활용한 실제 서비스의 개발 필요성이 증대되면서 다양한 분야에서

블록체인을 활용하고자 하는 시도가 있었다. 이 중에서 계약서를 포함한 전자문서는 블록

체인의 불가변성을 잘 활용할 수 있는 분야 중 하나이다. 블록체인의 특징 중 하나인 스마트

컨트랙트 역시 프로그램을 통해 이행을 강제하고, 실세계 상의 계약에 존재하는 모호함을

제거하도록 만들어진 것이며 계약서와 같은 전자문서는 이와 같은 목적에 잘 들어맞는다.

* 본 내용은 오영택 연구소장(☎ 02-6203-4905, youngtaek.oh@gmail.com)에게 문의하시기 바랍니다.** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.

chapter 2

블록체인 요소 기술 및 전자문서 서비스 동향

•••오영택 ‖ ㈜매그니스 연구소장

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2018년 국내 전자문서산업의 매출액은 약 10조 3,529억 원으로, 2017년에 비해 9.7%

증가하였다([그림 2] 참조)[1]. 연평균성장률(CAGR)을 10%로 가정하면, 2022년에는 18

조 원의 시장규모로 확대될 것으로 전망된다.

본 고에서는 가상화폐 이외의 블록체인을 활용할 수 있는 전자문서 분야에 관련한 기술

및 시장 동향을 알아본다.

<자료> 가트너, As of July 2019.

[그림 1] 가트너 하이프 사이클

<자료> 한국인터넷진흥원, “국내 전자문서산업 매출 10조 돌파... 전년대비 9.7% 증가”, 2019. 12. 12.

[그림 2] 2018년 국내 전자문서산업 매출

주간기술동향 2020. 7. 15.

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II. 전자문서 관련 블록체인 요소 기술

블록체인을 활용한 전자문서를 이야기하려면 먼저 블록체인의 작동 원리에 대해 간략하

게 설명하고 넘어갈 필요가 있다. 본 장에서는 먼저 블록체인의 근간을 이루는 합의 알고

리즘에 대해서 설명하고, 이종 블록체인 간의 통신 방법, 즉 인터체인 기술을 설명하려

한다. 다음으로는 전자문서에 관련한 기술인 영지식 증명과 동형암호, 그리고 리카르디안

컨트랙트에 관해서 설명한다.

1. 블록체인 합의 알고리즘: 비잔틴 장군 문제

블록체인의 기본은 합의 알고리즘에 있다고 할 수 있다. 중앙화된 서버 없이 네트워크상

에 분산되어 있는 각각의 클라이언트들이 서로 동일한 원장을 공유할 수 있도록 합의하는

기술이며, 이 문제를 비잔틴 장군 문제(Byzantine Generals Problem)라 한다.

비잔틴 장군 문제는 다음과 같다. 비잔틴(동로마) 제국 장군 5명이 적국의 한 성을 공격

하려고 한다. 적국의 병력은 총 300명으로, 각 100명의 병력을 보유하고 있는 장군 4명

이상이 동시에 공격해야 승리를 담보할 수 있다. 그러나 이 장군 5명 중 한명은 적국의

스파이인데, 그는 메시지를 조작하여 공격을 무력화시키려 한다.

편의상 장군들의 이름을 A, B, C, D, E라고 하자([그림 3] 참조). 장군 A가 나머지 장군들에게 오전 5시에 공격을 개시할 것을 제안한다. 이때 이 메시지를 받은 장군 B는 배신자로, 이 메시지를 조작하여 장군 C에게 먼저 전달한다. 이후 장군 C는 장군 A의 메시지를 받았지만, 장군 B로부터 조작된 메시지를 받았기에 어떤 것이 진짜 메시지인지 알 수 없게 되고, 공격에 참여할 수 없게 된다. 결국 A, D, E 장군 세 부대만 공격을 하게 되고 공격은 실패로 끝난다.

이 문제를 해결하기 위해 사토시 나카모토가 제안한

방법은 PoW(Proof of Work)라는 방식이다[2]. 먼저,

장군 A가 메시지를 작성하고, 10분의 시간이 걸려 메시

지를 작성했다는 증거를 첨부하여 다른 장군들에게 보

<자료> ㈜매그니스 자체 작성

[그림 3] 비잔틴 장군 문제

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낸다. 다른 장군들은 그 메시지를 받게 되면 다시 10분의 시간이 걸려 본인이 작성했다는

증거를 첨부하여 다시 전송한다. 장군 B가 장군 A의 메시지를 위조하려면, 장군 A의 메시

지를 작성하고 10분 간의 시간을 들여 증거를 생성해야 한다, 거기에 본인의 메시지를

작성하고 다시 10분의 시간을 들여 또 증거를 생성한 후 다른 장군들에게 전달한다.

그러나 장군 B가 만든 가짜 메시지는 장군 A의 메시지를 위조하는데 10분이라는 시간

이 걸렸기 때문에, 다시 10분의 시간을 본인의 메시지에 대한 증거를 만드는데 소모하여

야 한다. 이 와중에 누군가가 다른 서명을 덧붙이고 10분의 시간을 들여 증거를 같이

전송한다면, 장군 A의 서명 외에도 메시지에 적혀있는 다른 모든 장군들의 서명을 위조해

야 한다. 가장 긴 체인을 옳은 것으로 선택한다는 규칙을 선택하면, 현실적으로 위조를

하기는 시간상 불가능해진다. 이런 식으로 처음 제안되고 구현된 것이 바로 비트코인이다.

그러나 PoW 방식은 시간을 제약조건으로 하기에 체인간의 경쟁 문제(체인 재구성;

Reorganization)를 해결하기 위해 6번의 컨펌 시간까지 고려하면 1개의 트랜잭션이 일

어나기 위해서는 많은 시간을 필요로 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 보유 지분에

의한 합의 방식인 PoS(Proof of Stake), 권위에 의한 합의 방식인 PoA(Proof of

Authority) 등 다양한 합의 알고리즘이 제시되었지만 이더리움의 경우 현재까지도 PoW

를 합의 알고리즘으로 사용하고 있으며, 2020년 7월에야 PoS를 합의 알고리즘으로 사용

하는 이더리움 2.0이 출시될 예정이다[3].

2. 인터체인 기술

서로 다른 블록체인 네트워크상의 유저들이 서로 문서를 교환할 수 있으려면 서로 다른

블록체인 네트워크 사이에 트랜잭션을 교환할 수 있는 기술이 필요하다. 지금까지 알려진

인터체인 기술로는 크게 양방향 페깅(2-Way Pegging), 아토믹 스왑(Atomic Swap), 릴

레이어(Relayer)의 세 가지 기술이 있다.

가. 양방향 페깅

양방향을 설명하기 위해서는 먼저 SPV(Simplified Payment Verification)의 설명이

필요하다. SPV는 체인의 헤더만 저장하여 트랜잭션을 검증할 수 있는 노드로, 트랜잭션을

기록하는 풀 노드와는 달리 트랜잭션의 유효성을 검증할 수 없다. 따라서 트랜잭션의 유효

주간기술동향 2020. 7. 15.

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성을 검증하기 위해서는 풀 노드를 참조하게 된다. 이것을 SPV Proof라고 한다.

양방향 페깅은 한쪽 체인에서 토큰을 동결하면, 다른 체인에서 그것을 확인해 동일한

가치를 갖는 토큰을 발행하는 방법이다. 한쪽 체인에서 먼저 토큰 동결을 수행하고, 다른

체인에서는 SPV Proof를 통해 토큰 동결의 유효성을 검증한다. 이 과정에서 체인의 재구

성(Reorganization)이 일어나면 안 되므로 1~2일 정도 대기한 후 다른 체인에서 토큰

발행을 수행한다. 토큰을 동결한 체인에서는 다시 SPV Proof를 통해 토큰 발행이 일어났

는지를 확인하고, 체인 재구성이 일어나면 트랜잭션을 되돌린다. [그림 4]는 이러한 과정

을 보여주고 있다.

양방향 페깅은 체인간 SPV Proof가 가능해야 하고, 따라서 서로 다른 체인이 코드

수정 없이 토큰을 교환하기가 불가능하다.

나. 아토믹 스왑

아토믹 스왑은 말 그대로, 서로 동시에 토큰을 교환하는 기술이다. 그러나 제 3자를

통하지 않고 서로 교환을 수행하기 위해서는 거래 상대방을 신뢰할 수 있는 방안이 필요하

<자료> Adam Back et al., Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains, 2014.

[그림 4] 양방향 페깅

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다. 예를 들어, A와 B가 서로 토큰을 교환하려고 한다고 하자. A가 B에게 토큰을 전송하였

는데, 모종의 이유로 B가 A에게 토큰을 전송하지 않는다면 문제가 생기게 된다. 이러한

문제를 해결하기 위해서 아토믹 스왑은 서로 토큰을 회수할 수 있는 트랜잭션을 만들고,

그 트랜잭션의 암호 키를 토큰 회수를 할 때 노출시켜 사용하는 방안을 제시한다.

좀 더 자세히 설명하면, A가 임의의 숫자 를 선택하고, “B가 어떤 해쉬 함수 에

대해 를 만족하는 를 제시하고 서명하면 토큰을 B에게 지급한다.”라는 트랜잭션을

생성한다. 이것을 TX1이라 하자. 다시 A는 “48시간 이후에 A가 서명하면 토큰을 회수한

다.”라는 타임락(TimeLock)이 존재하는 트랜잭션을 만들어 B에게 전송한다. B는 이를

서명하여 A에게 돌려준다. A는 이제 TX1을 블록체인 네트워크에 등록한다.

B 역시 같은 방법으로 TX3와 TX4를 생성한다. 이때 TX4는 48시간이 아니라 24시간

으로 정한다. B가 TX3를 블록체인 네트워크에 등록하면 A는 를 제시하여 B에게서 토큰

을 지급받는다. 이때 가 B에게 노출되게 되고, B역시 TX1에 를 제시하여 토큰을 지급

받는다.

만약, 이 과정에서 B가 TX3를 블록체인 네트워크에 등록하기 전에 거래가 취소된다고

하면, A는 48시간 이후에 서명을 통해 토큰을 회수할 수 있게 된다. A가 를 제시하지

않아 거래를 취소한다고 하더라도, B 역시 24시간 이후에 서명을 통해 토큰을 회수할

수 있다[4].

그러나 이러한 아토믹 스왑 방식은 두 개의 서로 다른 네트워크가 같은 해쉬 함수를

공유해야 하고, 거래 취소에 많은 시간이 걸린다는 것이 단점이다.

다. 릴레이어

릴레이어는 두 체인을 운영하는 어떤 주체가 책임을 지고 어떤 블록체인에서 발생한

트랜잭션을 다른 체인으로 전달하는 역할을 한다.

앞의 두 방식과는 달리 체인 외부에 있는 주체를 사용함으로써 탈중앙화라는 가치에

위배된다는 문제가 있다. 그러나 앞의 두 방식에 비해 비교적 구현이 용이하고, BTC

Relay라는 구현체도 개발되었다.

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3. 보안 기술

계약서의 위·변조 못지 않게 중요한 이슈 중의 하나는, 계약서가 당사자 외에는 노출되

지 않게 하는 것이다. 예를 들어, 계약서상에 개인정보나 민감정보가 존재하는 경우, 이것

을 그냥 블록체인에 기록하게 되면 누구나 이 계약서를 조회할 수 있게 된다. 따라서 계약

서 내용을 노출시키지 않고도 계약서를 처리할 수 있는 기술이 필요하다. 여기서는 영지식

증명(Zero-Knowledge Proof)과 동형암호(Homomorphic Encryption) 기술에 대해

설명한다.

가. 영지식 증명

영지식 증명은 거래 상대방에게 어떠한 정보 제공 없이 자신이 해당 정보를 가지고 있다

는 사실을 증명하는 기술이다. 예를 들어, 자동차 보험의 경우 이 사람이 만 30세 이상인

지 아닌지를 계약서를 통해 검증해야 하는데, 계약자는 본인의 생년월일을 알려주고 싶지

않은 경우가 있을 수 있다.

장 자크 키스케다(Jean-Jacques Quisquater)는 “어린이를 위한 영지식 증명”이라는

논문에서 알리바바의 동굴 비유를 들어 영지식 증명을 설명하였다[5].

[그림 5]와 같은 동굴이 있으며, 이 동굴에는 비밀의 문이 있다고 하자. A는 이 비밀의

문을 열 수 있는 암호를 알고 있고, 그 사실을 사람들에게 알리고 싶지만, 암호를 노출시키

고 싶지는 않다.

A는 동굴 입구에 사람들을 불러놓고, 자신이 이 동굴 안에 있는 비밀문의 암호를 알고

있다는 것을 증명하려 한다. A가 먼저 동굴 안으로 들어간 후, 사람들이 나오라고 하는

방향으로 나오는 방법으로 자신이 이 비밀문의 암호를 알고 있다는 것을 증명한다.

<자료> Wikipedia

[그림 5] 영지식 증명: 동굴의 비유

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증명을 1회만 하는 경우, 운이 좋게 들어간 방향으로 사람들이 나오라고 해서 통과될

수도 있겠지만, 40회 정도를 반복하는 경우 모두 지명하는 방향으로 나올 확률은

× 으로 굉장히 낮다.이러한 영지식 증명은 다음과 같은 세 가지 성질을 만족시켜야 한다[6].

- 완전성(完全性, completeness): 어떤 문장이 참이면, 정직한 증명자는 정직한 검증자

에게 이 사실을 납득시킬 수 있어야 한다.

- 건실성(健實性, soundness): 어떤 문장이 거짓이면, 어떠한 부정직한 증명자라도 정

직한 검증자에게 이 문장이 사실이라고 납득시킬 수 없어야 한다.

- 영지식성(零知識性, zero-knowledgeness): 어떤 문장이 참이면, 검증자는 문장의

참 거짓 이외에는 아무것도 알 수 없어야 한다.

나. 동형암호

동형암호는 암호화된 데이터를 연산한 결과와 암호화되지 않은 데이터를 연산한 결과를

암호화한 것과 동일하다는 특성을 가지고 있는 암호 기법을 말한다. 즉, 수학적으로 암호화

함수 와 복호화 함수 에 대해 , × ×

를 만족하는 암호를 말한다.

동형암호를 사용하게 되면, 암호화된 데이터를 외부에서 처리할 수 있으므로 영지식

증명에 비해 많은 것이 편리해진다. 예를 들어, 앞에서 이야기한 나이 제한의 경우, 나이

제한을 만족시킨다는 것에 대한 증명을 계약자 측에서 할 필요 없이, 검증자가 암호화된

나이를 이용하고 동형암호가 제공하는 연산자를 이용하여 제한 조건을 만족시키는지 여부

를 직접 확인할 수 있다.

마이크로소프트는 2018년 SEAL(Simple Encrypted Arithmetic Library)이라는 라

이브러리를 GitHub에 공개하였는데, 정수 및 실수에 대한 덧셈과 곱셈을 지원한다. SEAL

에서 지원하는 동형암호는 크게 BFV(Brakerski/Fan-Vercauteren)와 CKKS(Cheon-

Kim-Kim-Song) 두 가지를 지원하는데, CKKS는 근사값만을 제공하므로 정확한 값이

필요한 경우에는 BFV를 사용할 것을 권고하고 있다.

그 외 동형암호 라이브러리로는 SEAL외에도 HeLib, PALISADE, FHEW, TFHE, 그리

고 서울대학교의 HEAAN이 있다.

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4. 리카르디안 컨트랙트

블록체인에서 사용하는 스마트 컨트랙트는 프로그램을 통해 이행을 강제하고, 실세계

상의 계약에 존재하는 모호함을 제거하는데 도움을 주지만, 반대로 프로그램의 한계 상

모든 경우의 수와 계약의 의도를 설명하기가 어렵다. 리카르디안 컨트랙트를 활용하면

이러한 한계점을 극복할 수 있다.

리카르디안 컨트랙트는 둘 이상의 당사자들이 서로 행동하기 위한 조건과 내용을 정의

한 디지털 문서이고, 사람이 읽을 수 있는 형태로 쓰이며, 그 다음에 암호로 서명하고

승인한 것을 말한다[7].

이오스(EOS)는 블록체인 중 최초로 리카르디안 컨트랙트를 포함시킨 블록체인이다. 이

오스 헌법을 제정하는데 리카르디안 컨트랙트를 이용하였으며, ABI의 일부로 포함됨으로

써 모든 블록체인 간의 거래를 리카르디안 컨트랙트를 이용, 계약의 의도를 포함시킨다.

오픈바자(Open Bazaar)는 P2P 기반 암호화폐 물품 거래 시스템으로, 물품 거래를

하는데 있어 상품의 리스트를 만들고 결제, 운송, 수취확인, 평가 등의 전반적인 스마트

컨트랙트에 대해서 JSON 형태의 리카르디안 컨트랙트를 이용한다. 리카르디안 계약을

통해서 이용자들에게 상품 및 판매자에 대한 신뢰성을 제공함과 동시에 상품 교환 및 구입

절차의 절차를 투명하게 제공하는 것을 목적으로 한다.

III. 국내 전자문서 서비스 동향

최근 80조에 달하는 국고보조금을 블록체인으로 관리한다는 소식이 발표되었다[8]. 기

존에는 사업 담당자가 직접 수기로 대조하거나, 신청자가 제공한 정보에만 의존하여 중복

수급 방지 작업을 하다 보니 무자격자가 수령한다거나 중복 수급이 되는 등의 문제가 있었

다고 한다. 이러한 문제를 블록체인을 통해 해결하고, 투명하게 보조금을 관리하는 것이

목표라고 한다.

다른 국가기관 역시 블록체인을 활용한 전자문서가 필요한 분야를 많이 제안하고 있다.

[표 1]은 2019년 블록체인 공공선도 시범사업 사업자 선정 결과이며, 2020년 제1차 정보

통신·방송 기술개발사업에서도 블록체인 기반 전자문서와 관련된 과제들이 많이 제안되었

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[표 1] 2019년 블록체인 공공선도 시범사업 사업자 선정 결과

다. 아직까지 블록체인 기반 전자문서 산업이 초기 단계에 머물러 있는 만큼, 이러한 국가

주도 과제들은 블록체인 기반 전자문서 산업을 이끌어 나가는데 많은 역할을 할 것으로

예상된다.

여기서는 앞에서 논의한 블록체인 요소기술에 따른 전자 문서 산업 동향을 살펴보도록

한다.

1. 합의 알고리즘에 따른 블록체인의 위·변조 불가능성

먼저, 블록체인상의 데이터에 대한 위·변조가 어려운 점을 활용하는 사례는 대부분의

블록체인 산업에서 찾아볼 수 있으며, 따라서 이러한 특징은 거의 모든 블록체인 기반

문서 산업의 근간이 된다고 말할 수 있다. 데이터 및 문서 보안에서 유명한 파수닷컴은

블록체인 시장에도 진출하였는데, 2018년 7월 블록체인 기반의 진본증명 플랫폼인 ‘파수

블록’을 출시하였다[9]. 마크애니 역시 블록체인 기반 전자 영수증 시스템을 구축하였다

[10]. POS기기에 블록체인 시스템을 구축하여 영수증 처리 전 과정을 블록체인에 기록하

제안 과제명(과제제안기관) 참여기관

블록체인을 적용한 신뢰기반 기록관리 플랫폼 구축(국가기록원) 토피도, 디지캡, 유알피시스템, 엘앤제이테크

방위사업 지원을 위한 블록체인 플랫폼 구축 시범사업(방위사업청) 아비도스, 블록체인기술연구소

인증서 없는 민원서비스 제공을 위한 블록체인 플랫폼 개발(병무청) 라온시큐어

블록체인 기반 재난재해 예방 및 대응 서비스 구축(부산광역시) 엔컴, 스마트엠투엠

시간제 노동자 권익보호(서울특별시) 씨씨미디어서비스, 한컴시큐어, 메이어스

식품안전관리인증(HACCP) 서비스 플랫폼 구축(식품의약품안전처) 엔디에스, 필링크, 지오매틱스

블록체인기반 전자우편사서함 시범사업(우정사업본부) 틸론, 엠블럭, 케이티

블록체인기반 전북도 스마트 투어리즘 플랫폼 구축 시범사업(전라북도) 나인이즈, 글로스퍼

블록체인 기반 전기차 폐배터리 유통이력 관리 시스템 구축 시범사업 (제주특별자치도) 엘지씨엔에스, 이엔티, 인포마인드, 민테크

블록체인기반 REC 거래 서비스(한국남부발전) 엔텔스, 코인플러그

블록체인기반 탄소배출권 이력관리 시스템 구축(환경부) 에스지에이블록체인, 로엔컨설팅

<자료> 한국인터넷진흥원, “국내 전자문서산업 매출 10조 돌파... 전년대비 9.7% 증가”, 2019. 12. 12.

주간기술동향 2020. 7. 15.

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여 영수증의 위·변조를 방지한다.

우정사업본부 역시 블록체인기반 전자우편사서함 구축사업을 완료하고, 2020년 초부

터 대국민 서비스를 지원한다고 한다[11]. 전자우편사서함은 안내장이나 고지서 등 발송

기관이 발송한 우편발송 데이터를 모바일 앱을 통해 수신할 수 있다. 블록체인의 특성상

우편 내용의 위변조가 불가능하며 수신 여부를 블록체인에 기록함으로써 수신 부인을 방

지할 수 있어 온라인 내용증명이나 등기우편에 활용할 수 있을 것으로 보인다.

2. 인터체인 기술

암호화폐 거래소를 제외하고는 아직까지 문서산업에서 인터체인 기술을 적용하였다는

사례는 크게 알려진 바가 없다. 그러나 과학기술정보통신부에서 공고한 제1차 정보통신·

방송 기술개발사업을 살펴보면 인터체인 기술을 구현할 것을 요구하는 과제가 존재한다.

전자우편사서함과 비슷한 형태로 서로 다른 체인 상에 존재하는 사용자에게 메시지를 보

내고 수신 여부를 블록체인에 기록하여 수신 부인을 하지 못하게 하는 시스템을 개발하는

과제이다. 과제가 종료되는 시점인 2021년 말에는 인터체인 기술이 적용된 전자문서 시

스템이 출현할 것으로 예상된다.

3. 보안 기술

의료나 보험과 같이 개인정보가 매우 중요한 분야가 있다. 기존의 종이 문서의 경우,

이용자의 주민등록번호나 병력 등 중요한 정보들이 불특정 다수에게 노출될 가능성이 항

상 존재한다. 이러한 서비스들은 환자들의 의료 기록을 안전하게 저장하고 전달하는 것이

중요하므로 2장에서 설명한 영지식 증명이나 동형암호와 같은 기술의 적용이 매우 요구된

다.

메디블록의 경우, 자체 블록체인을 활용한 보험금 간편 청구 서비스 및 의료데이터 위변

조 감지시스템을 운영하고 있으며 삼성서울병원과 서울대병원, 그리고 세브란스 병원과

협력하고 있다. 레몬케어 역시, KT의 BaaS(Blockchain as a Service)를 활용한 블록체

인 기반 보험금 간편청구 시스템을 운영하고 있다.

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4. 리카르디안 컨트랙트

해외에서는 이오스(EOS)나 오픈바자(OpenBazaar)와 같은 곳에서 리카르디안 컨트랙

트를 사용하고 있으나 국내에서는 아직 리카르디안 컨트랙트를 활용하는 전자문서 시스템

은 드문 편이다. 블로코의 경우 법무법인 지석과 협력하여 2020년 4월 블록체인 기반

온라인 전자계약 서비스인 인스트싸인을 출시하였으며 리카르디안 컨트랙트를 사용함으

로써 법적 효력을 더할 수 있도록 하였다[12]. 리카르디안 컨트랙트는 보통 법적인 효력에

관련된 만큼, 법률 산업과 긴밀하게 협력하여 발전할 것으로 예상된다.

IV. 결론

본 고에서는 블록체인 기반 전자문서 요소 기술과 관련 시장 동향에 대해 살펴보았다.

전자 문서의 특성상, 위조나 변조가 종이로 된 문서에 비해 쉽고, 문서를 보관하는 서버의

오류나 물리적 손상에 의해 문서가 훼손될 가능성이 높다는 측면이 지적되어 왔다. 이를

극복하기 위해 위변조를 방지하고, 문서의 기밀을 보장하기 위해 블록체인의 보안성과

탈중앙화 특성을 활용하는 전자문서 시장의 전망은 밝을 것으로 보인다.

그러나 블록체인을 이용한 전자문서 시장은 파수닷컴이나 마크애니 등 기존 전자문서

및 보안 시장에서 튼튼한 입지를 가지고 있는 기업들이 이미 선점하고 있어 스타트업이

진입하기에는 그다지 쉬워 보이지는 않는다. 그럼에도 불구하고 이들 중견기업들이 눈여

겨보지 않는 특정 서비스에 특화된 전자문서 시장은 가능성이 있어 보인다. 예를 들어,

메디블록과 레몬케어는 보험금 간편 청구라는 분야를 공략하여 시장에 진입하였고, 블로

코의 경우 법무법인과의 협업을 통해 법률 계약이라는 분야를 공략하여 시장에 진입하고

있다.

블록체인을 활용한 전자문서 시장이 성장하려면, 먼저 블록체인의 낮은 처리속도를 해

결할 필요성이 있다. 현재 이더리움의 경우 암호화폐 거래를 처리하는데 상당한 시간을

필요로 한다. 퍼블릭 네트워크가 아닌 프라이빗 네트워크의 경우 이보다 더 빠른 처리가

가능하지만, 데이터베이스를 이용하는 기존 문서 처리 시스템에 비해 빠른 처리는 불가능

하다. 따라서 이러한 시간 지연을 감수하면서도 블록체인을 사용하여 얻을 수 있는 효용이

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더 큰 분야에 먼저 블록체인 기반 전자문서 시스템을 도입하는 것이 효과적일 것이며,

기술 발전에 따라 점점 적용 분야를 확대해 나가는 것이 필요할 것으로 생각된다.

[ 참고문헌 ]

[1] 한국인터넷진흥원, “국내 전자문서산업 매출 10조 돌파... 전년대비 9.7% 증가”, 2019. 12. 12.[2] Satoshi Nakamoto, “Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system,” 2008.[3] 중앙일보, “이더리움2.0 bETH 등장하면, 1.0 이더 가격은?”, 2020. 3. 26.[4] Bitcoin Wiki, “Atomic Swap” [5] Quisquater, Jean-Jacques, et al., “How to explain zero-knowledge protocols to your

children,” Conference on the Theory and Application of Cryptology, Springer, New York, NY, 1989.

[6] Wikipedia, “영지식 증명”[7] SUM PARK, “리카르디안 컨트랙트(Ricardian Contract) 를 소개합니다”, MEDIUM.[8] 매일경제, “80조 국고보조금 블록체인으로 관리한다”, 2020. 4. 20.[9] 팍스넷뉴스, “파수블록, 원본인증 넘어 문서에 ‘자산가치’ 부여 목표”, 2019. 6. 28.[10] IT조선, “‘종이 영수증 안녕’…마크애니, 블록체인으로 전자 영수증 시대 이끈다”, 2020. 1. 8.[11] 전자신문, “틸론, 우본 ‘블록체인기반 전자우편사서함’ 구축완료…새해초 대국민 서비스 지원”,

2019. 12. 30.[12] 데이터넷, “블로코, 블록체인 기반 온라인 전자계약 서비스 출시”, 2020. 4. 10.

ICT R&D 동향

정보통신기획평가원 27

*

I. 결과물 개요

II. 기술의 개념 및 내용

1. 기술의 개념

P-NV 확장성을 향상시키기 위해 플로우 룰을 가상화(가상 네트워크로부터의 플로우 룰을 적은 수의 물리 플로우 룰로 압축)

* 본 내용은 유혁 교수(☎ 02-3290-3198)에게 문의하시기 바랍니다.** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.***정보통신기획평가원은 현재 개발 진행 및 완료 예정인 ICT R&D 성과 결과물을 과제 종료 이전에 공개하는 “ICT

R&D 사업화를 위한 기술예고”를 2014년부터 실시하고 있는 바, 본 칼럼에서는 이를 통해 공개한 결과물의 기술이전, 사업화 등 기술 활용도 제고를 위해 매주 1~2건의 관련 기술을 소개함

개발목표시기 2019. 10. 기술성숙도(TRL)개발 완료

TRL 2

결과물 형태 Patent 검증방법 자체검증

Keywords 네트워크 가상화, 클라우드, SDN, 가상 네트워크

외부기술요소 Open Source 사용 권리성 특허

chapter 3-1

프로그래밍 가능한 네트워크 가상화에서의 플로우 룰 가상화 기술

•••유혁 ‖ 고려대학교 교수

ICT R&D 동향

주간기술동향 2020. 7. 15.

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가상 네트워크를 위한 플로우 룰 및 물리 플로우 룰 개념 분리

클라우드 사용자(테넌트) 허용 범위 내 룰 압축(Tenant-aware merging) 기능

단일 플로우 룰 기반 압축(Reactive merging) 기능

2. 기술의 상세내용 및 사업화 제약사항

기술의 상세내용

- 플로우 룰의 수가 증가하면 하이퍼바이저의 작업과 그에 따른 자원 소비가 증가하므

로, P-NV의 확장성을 향상시키기 위해 플로우 룰의 수를 줄여야 하며, 플로우 룰의

저장에 사용되는 메모리를 줄이는 방법으로 압축(compression) 기술이 있음

- 그러나, 압축 기술은 지연을 발생시킬 우려가 있으며, 모든 호스트 간의 플로우 룰을

먼저 설정하는 것이 필요하므로 자원 소모를 오히려 증가시킬 수도 있으며, 또한

테넌트의 네트워크 관리 정책을 고려하지 않은 채 무분별하게 플로우 룰을 압축함으

로써 테넌트 시맨틱(tenant semantic)을 위반할 위험성이 있음

- 이에 따라, 본 기술은 반응적 포워딩 스키마(reactive forwarding scheme)를 통해

플로우 룰을 가상화하여 P-NV 확장성을 향상시킬 수 있는 플로우 룰 가상화 장치

및 그 방법을 제공하는데 목적이 있음

- 본 기술은 P-NV가 갖는 확장성 문제를 해결하기 위해 플로우 룰을 가상화하여 플로

우 룰의 수를 줄이고, P-NV 하이퍼바이저의 컨트롤 메시지나 CPU 사이클과 같은

[그림 1] 기술개념도

ICT R&D 동향

정보통신기획평가원 29

컴퓨팅 자원의 후속 프로비저닝을 감소시키고자 함

- 이를 위해, 가상의 플로우 룰과 물리적 플로우 룰의 맵핑을 관리하는 구조체인 룰

맵(rule map)을 이용하며, 특히 세밀한(fine-grained) 가상화를 제공하기 위해 플

로우 룰을 가상 및 물리적으로 분리하고, 다음으로 가상의 플로우 룰에서 물리적

플로우 룰로의 맵핑을 유지함

- 이러한 맵핑을 사용하여, 본 기술은 가상의 플로우 룰을 병합하여 더 적은 수의 물리

적 플로우 룰로 만듦

기술이전 범위

- 특허

사업화 제약사항

- 없음

III. 국내외 기술 동향 및 경쟁력

1. 국내기술 동향

한국전자통신연구원(ETRI) - 오픈플로우 1.0~1.3을 지원하며, Floodlight 기반의 오픈플로우 API를 사용- Floodlight 기반의 NBI까지 지원함으로써 써드 파티 애플리케이션 지원을 적극 권장- 물리 컨트롤러 인스턴스 사이의 로드 밸런싱을 지원하며, 네트워크 디바이스 fail에

대비하여 동적인 스위치 마이그레이션을 지원함- ETRI에서 공개한 OpenIRIS와는 성능적인 차이가 존재하며, OpenIRIS에서는 컨트

롤 매니지먼트와 VTN을 지원하지 않기 때문에 공개된 타 컨트롤러에 비해 범용적 사용이 제약됨

차세대 네트워크 서비스 연구센터(CENNS)에서는 네트워크 및 프로토콜 연구, 서비스 기술 연구, 복합 이동통신 액세스 기술 연구로 나누어 연구 중

- 네트워크 및 프로토콜 연구 분야에서 멀티코어 기반 가상 네트워크 기술이 개발 중

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- 2009년 제출한 “A framework for virtual network embedding in wireless

networks” 논문에서는 무선 환경에서의 가상 네트워크 특성을 고려한 플랫폼을 제안

광주과학기술원(GIST) 네트워크 미디어 연구실에서는 NetFPGA/오픈플로우를 이용

한 PC 기반의 미래인터넷 플랫폼 디자인을 목표로 연구를 진행

- 하드웨어 단계에서는 선택적으로 NetFPGA를 사용

- 오픈플로우를 이용한 프로그램이 가능한 네트워크 구성과 VINI를 이용한 가상화

환경을 소프트웨어 단계에서 지원

아토리서치 코리아(AttoResearch)는 오픈소스를 사용하지 않고 처음부터 자체 설계한

SDN 컨트롤러인 OBelle을 출시

- 기존 오픈소스 기반 컨트롤러와 달리 응용 프로그램을 별도의 프로세서로 분리하도

록 설계하여 네트워크 제어의 안정성을 제공

- 일반적인 컨트롤러의 경우 스위치 1개에 컨트롤러의 코어 하나를 사용하는 반면,

OBelle은 멀티쓰레드 기능을 지원하여 트래픽이 집중되는 스위치에 대해 높은 성능

을 보장함

- DDoS detector, 분산 방화벽 등 보안 서비스가 기본적으로 구현됨

쿨클라우드는 국내 최초로 출시된 오픈 플로우용 SDN 컨트롤러인 Mul을 개발

- 2012년 말, 연세대와 협력 개발한 것으로 오픈플로우 1.0버전 전체, 1.3버전 일부

기능을 지원

- 오픈소스 버전과 상용 버전의 두 가지 형태를 제공하며 상용 버전에서는 Multi-

tenancy 기반 네트워크 가상화를 지원함

- 하나의 스위치에 여러 컨트롤러가 접근, 제어할 수 있어 Carrier grade resilience

를 제공함

- Active 컨트롤러에 문제 발생 시 Standby 컨트롤러가 즉시 해당 스위치를 컨트롤하

여, 스위치에 존재하던 flow가 유지될 수 있도록 함

※ 스위치 1000개, 스위치당 64K flows 지원, HA Failover time 1초 미만

※ NOX, Floodlight 대비 높은 Flow download rate

※ C언어, RESTful 기반 API 지원

ICT R&D 동향

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2. 해외 기술 동향

소프트웨어 기반 네트워크 가상화 플랫폼- 클릭 라우터(Click router)는 2000년 MIT와 Mazu network, ICSI센터, UCLA가

공동으로 개발한 모듈화된 소프트웨어 라우터로 유연성과 확장성이 뛰어남※ 클릭은 엘리먼트라고 하는 패킷 처리 모듈로 구성※ 엘리먼트는 패킷분류, 큐잉, 스케줄링, 네트워크 장비들의 연결과 같은 기능

을 하며, C++를 이용하여 프로그램되어 있음※ 표준 클릭 IP라우터는 최대 16개의 엘리먼트를 가질 수 있음※ “pull connection”과 “push connection”을 통해 엘리먼트 사이를 연결하며,

라우터의 목적에 따라 사용자는 엘리먼트들을 재조합하고, 재설정하며, 새로운 엘리먼트도 추가할 수 있음

※ 이러한 확장성과 유연성 때문에 가상화 연구(NetServ)의 소프트웨어 구조로써 사용되고 있음

- Linux-VServer는 2003년 리눅스 서버를 모니터링, 백업, UPS 등의 공통 태스크를 공유하면서 가상 서버로 분리하기 위한 프로젝트가 Linux 커뮤니티 프로젝트로 발전한 것으로 OS단계의 가상화를 제공※ 하드웨어, 커널, 가상머신의 3개의 컴포넌트로 구성※ 물리적 서버 위에 생성 가능한 가상머신의 수에 제한이 거의 없음※ 리눅스 커널을 공유하는 분리된 사용자 공간(VServer)을 이용하여 서로 다른

정책 적용이 가능(현재 PlanetLab에서 사용 중)※ 하지만, 커널을 공유하기 때문에 VM들 간의 완벽한 격리가 이루어지지 않기

때문에 보안 문제와 다른 VM들로부터 간섭을 받을 수 있으며, VM들은 반드시 리눅스를 사용해야 한다는 단점이 있음

- XORP는 안정적인 오픈 소스 라우터용 플랫폼으로, 하이레벨(유저레벨)과 로우레벨의 서브시스템으로 구성※ 하이레벨의 시스템은 라우팅 프로토콜을 위한 라우팅 정보를 기반으로 라우

팅 프로세스를 지원※ 로우레벨에서는 포워딩 경로를 관리하고 하이레벨과의 연결을 위한 API를

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제공※ 기존 소프트웨어 라우터와 마찬가지로 하드웨어 기반라우터에 비해 성능이

떨어진다는 단점과 배포가 쉽다는 장점을 동시에 갖고 있음

하드웨어 기반 플랫폼

- NetFPGA는 Stanford University에서 네트워킹 하드웨어와 라우터를 디자인하는 도구로서 개발되었으며, 공개코드로 제공되고, 하드웨어 재사용을 통한 빠른 프로토타입 구축을 통해 40개국 150여 기관에서 사용 중에 있음(2015년 1월 현재)※ NetFPGA의 구조는 4-port의 소프트웨어와 하드웨어가 분리되어 있는 이더

넷 카드이며, 프로그램이 가능한 이더넷 카드와 상위 프로그램을 통해 새로운 프로토콜과 실험망 구성이 가능

※ 하드웨어 부분의 확장이 간단하여 새로운 구조의 라우터 구성도 가능※ 소프트웨어와 하드웨어 요소들 간의 분리가 확실하여 성능 분리 측정이 가능

하고, 소프트웨어 확장성이 높으며, 하드웨어 역시 Verilog를 이용하여 기능을 확장할 수 있음

- 오픈플로우는 실험적인 프로토콜을 스위치나 라우터에 인식하여 사용하기 위해

Stanford University에서 개발

※ 오픈플로우의 구조는 라우터의 Switching Fabric에 위치한 오픈플로우 스위

치에 프로그램 가능한 플로우 테이블을 오픈플로우 컨트롤러를 통해 변경 가

능하게 함

※ 플로우 테이블에 의해 결정된 경로에 따라 가상 네트워크들의 트래픽이 물리

적으로 분리되어 가상의 네트워크들의 운영이 가능

※ 현재 상용화되어 있는 제품으로는 HP ProCurve 5400 Enthernet Switch,

Cisco Catalyst 6500 series Router, Juniper MX-series, NEC IP8800

등이 있음

※ 기존 라우터와 비교하여 성능 저하가 거의 없는 것이 장점

※ 하드웨어로 구현되어야 하기 때문에 유연성이 떨어지고, 네트워크마다 서로

다른 정책과 프로토콜을 반영하기 어렵다는 단점이 있음

ICT R&D 동향

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미래인터넷 테스트베드

- PlanetLab은 잘 알려진 전 세계적 규모의 네트워크 테스트베드로, 2002년 3월 Larry Peterson(Princeton University)과 David Culler(UC Berkeley)가 새로운 네트워크 서비스 개발을 지원하는 테스트베드용 네트워크 개발을 목적으로 설계※ 현재 654곳, 1,341개의 노드(2014년 기준)를 구성※ Linux-VServer를 이용한 Layer 3에서의 가상화를 통해 개별적인 네트워크

슬라이스로 구성※ Layer 3단계에 의한 가상화로 인해, 사용자가 원하는 기능을 임의로 추가하

거나 네트워크 환경을 임의로 변경하기가 어렵다는 점과 무선과 non-IP는 지원하지 못한다는 단점이 있음

- VINI는 PlanetLab과 유사한 슬라이스 기반 구조이지만, 사용자 제공 계층을 Layer 2까지 확대하여 설계한 테스트 베드※ 포워딩 엔진으로 클릭 라우터를 사용하고, 컨트롤 플랜에 XORP 라우팅 프

로토콜을 이용

※ 이를 통해, 가상화 네트워크 간의 고립화와 사용자에 의한 네트워크 토폴로

지 설계가 가능

※ non-IP 프로토콜을 지원하며, PlanetLab보다 더 나은 라우팅 성능을 달성

- NetServ는 NSF 지원을 받아 Columbia university, Deutsche Telekom, Bell

-Labs, DoCoMo에서 서비스 가상화 개념의 Clean Slate 인터넷 구조를 제공하기

위해 진행 중인 프로젝트

※ 두 가지의 주요 요소는 가상화 서비스 프레임워크와 빌딩 블록

※ 가상화 서비스 프레임워크는 서비스 모듈이 샌드 박스와 같은 실행 환경에서

동작이 가능하게 함

※ 빌딩 블록은 네트워크 자원을 블록 단위로 할당하여 런타임 환경에서도 추가

/삭제가 가능하게 함

※ 하드웨어 종속적이지 않기 때문에 서비스 배포가 간단하고, 런타임 환경에서

의 서비스와 정책의 변경이 가능

※ 자바 가상 머신 위의 OSGi 프레임워크 사용과 유저 레벨의 클릭 라우터 사

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용으로 인해 기존 리눅스 환경의 라우터에 비해 성능 저하가 발생

- GENI는 2005년부터 미국에서 진행 중인 미래 인터넷을 위한 “국가 주도적 글로벌

한 성격의 선도 시험 인프라(GENI)” 프로젝트로, 망의 구조, 서비스, 응용 프로그램

에 제한을 두지 않고 최대한의 유연성을 부가하는 개방화된 범용의 테스트 베드를

지향

※ GENI는 가상화에 의해 서로 다른 네트워크 기술을 동시에 제약 없이 테스

트할 수 있도록 함

※ 가상화, 프로그램이 가능한 구조, 연합, 네트워크 리소스 관리 등의 주요 요

소들을 기반으로 설계

3. 표준화 동향

ONF는 2011년에 SDN 기술개발 및 표준화를 위해 구성된 개방형 네트워킹 포럼

(Open Networking Foundation: ONF) 산업체 컨소시움

- 본 컨소시움에는 Nicira, NEC, HP 등의 장비 업체와 구글, 페이스북 등의 서비스

사업자를 포함하는 113개의 회원사가 참여하여 산업 표준 규격인 오픈플로우(오픈

플로우)를 개발하고 이에 준하는 상용제품을 생산 중

- 2017년 ON.Lab과의 합병을 완료하여 ON.Lab이 개발을 주도하는 ONOS, CORD,

[그림 2] ONF 계층 구조

ICT R&D 동향

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XOS 등의 대표적인 SDN 플랫폼의 표준 기술화도 주목해야 함

IETF(Internet Engineering Task Force)는 인터넷 관련 표준을 제정하는 최대의

국제 표준화 기구로서, IP계층 이상의 전 계층에 대한 표준화 작업을 주로 담당

- SDN RG(IRTF)

※ SDN의 개방화, 가상화, 프로그램화 기능 등에 초점

※ 사용자의 요구에 따라 보다 유연하게 제어, 설정, 관리를 제공해 주는 새로운

네트워킹 개념에 대한 각종 연구 이슈를 제시

※ SDN 관련 용어 정의 및 참조 계층 모델 등을 개발 중

- I2RS WG(Interfacet to the Routing System Working Group)

※ 주니퍼 및 시스코 등을 중심으로 라우터와 네트워크 장비가 통신하기 위한

데이터 모델 및 인터페이스의 표준화 등을 진행

※ 기존의 네트워크 장비에 개방형 인터페이스를 제공함으로써 제한적이지만 SDN

의 개방화 및 프로그램화 기능을 기존 라우터 및 스위치 장비에 구현

- SPRING WG(Source Packet Routing in Networking Working Group)

※ 패킷의 라우팅 경로를 패킷 헤더에 덧붙이는 소스 기반 라우팅 기술의 표준

화를 진행 중

※ 오버레이 형태로 SDN 경로 제어에 사용

국제전기통신연합 전기통신표준화부문 (ITU-T)

- 2012년 11월 세계전기통신표준총회(WTSA)에서 SDN 표준화를 결의

※ SG13을 중심으로 SDN 프레임워크, 유즈케이스, 검증 도구에 관한 표준을

개발 중

※ SG11에서는 SDN 시그널링 및 서비스 시나리오에 관한 표준을 개발 중

- 네트워크 사업자의 요구사항을 적극적으로 반영한다는 점에서 기존의 다른 표준기구

와 차별성을 가짐

- SDN의 기본 참조 모델 및 정의를 기술하는 SDN 프레임워크 표준 개발을 완료한

후, 확장 요구사항 및 유즈케이스 개발을 통해 가칭 “Telecom SDN” 기술의 표준화

를 추진할 계획

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- 2013년 7월에는 JCA-SDN이 신설

※ ITU-T내 SG들과 다른 표준 기구들간의 SDN 표준화 조정 작업을 시작

※ 서로 다른 표준화기구에서 개발하는 SDN 표준기술들의 비교 및 분석을 통

해 표준기술의 중복성을 최소화

4. 기술적 경쟁력

IV. 국내외 시장 동향 및 전망

1. 국내 시장 동향 및 전망

국내 시장 규모는 아직 표면적으로 작은 상황이며, 원천 기술을 보유하여 시작하는

해외 벤처들과 달리 국내 업체들은 서로 고립된 형태로 기존 기술을 중심으로 점진적

성장을 하고 있으므로 효율적인 정책을 통한 SDN 시장의 장기적인 성장동력 확보가

필요함

2. 해외 시장 동향 및 전망

2020년까지 SDN 기술을 기반으로 5G 코어 네트워크 표준을 완성할 예정임에 따라,

2020년을 전후하여 SDN 시장이 크게 도약할 전망임

글로벌 시장 규모 전망은 전망 시점이 늦어질수록 크게 증가한 수치로 발표되고 있어

예상보다 빠르게 성장하고 있음을 알 수 있음

경쟁기술 본 기술의 우수성 및 차별성

OpenVirteX

네트워크 가상화 플랫폼 확장성 최대 10배 향상OnVisor

FlowVisor

ICT R&D 동향

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3. 제품화 및 활용 분야

V. 기대효과

1. 기술도입으로 인한 경제적 효과

미래의 인터넷 환경에 대한 연구 흐름은 기존 인터넷 환경에서 시작하여 하드웨어 장

비, 시스템 가상화 기술, 이를 활용한 서비스까지 모든 관련 요소 기술들을 미국을 비롯

한 선진국에서 주도하고 있는 실정임

이러한 상황에서 본 기술은 미래 인터넷 지향적 SDN 기반 네트워크 가상화 요소 기술

의 핵심 성능인 확장성을 제공하는 원천 기술이므로, 국내 시장 주도권을 확보할 수

있는 기회를 제공할 것으로 기대

2. 기술사업화로 인한 파급효과

과거 능동적 네트워크(active network) 등 정적인 인터넷 환경을 보다 유연한 구조로

바꾸기 위한 연구가 진행되어 왔으나, 많은 부분 실패로 돌아가고 새로운 네트워크

패러다임을 연구하기 위해서 별도의 실험 망에 기대해온 것이 사실임

본 연구 과제는 다양한 기술들을 기존 인터넷 환경에 그대로 접목시킬 수 있는 SDN

기반 네트워크 가상화 기술 개발에 초점을 두고 있으며, 이를 통해 진보 기술에 대한

활용도 측면에서 새로운 흐름을 만들어 낼 수 있을 것으로 기대

활용 분야(제품/서비스) 제품 및 활용 분야 세부내용

클라우드 네트워크 시스템 클라우드 네트워크 제어 시스템의 네트워크 가상화 솔루션

엣지 컴퓨팅 시스템 엣지 컴퓨팅의 분산 클라우드 내 네트워크 제어 솔루션

MEC 클라우드 시스템 MEC 클라우드 네트워크 가상화 솔루션

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*

I. 결과물 개요

II. 기술의 개념 및 내용

1. 기술의 개념

IEEE802.3 NG-EPON 망 및 고속 오류 정정시스템에 적용 가능한 Reed-Solomon 기법의 Forward Error Correction 기술

* 본 내용은 정환석 책임연구원(☎ 042-860-6043)에게 문의하시기 바랍니다.** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.***정보통신기획평가원은 현재 개발 진행 및 완료 예정인 ICT R&D 성과 결과물을 과제 종료 이전에 공개하는 “ICT

R&D 사업화를 위한 기술예고”를 2014년부터 실시하고 있는 바, 본 칼럼에서는 이를 통해 공개한 결과물의 기술이전, 사업화 등 기술 활용도 제고를 위해 매주 1~2건의 관련 기술을 소개함

개발목표시기 2019. 12. 기술성숙도(TRL)개발 전 개발 후

TRL 4 TRL 6

결과물 형태 HW-IP 검증방법 자체검증

Keywords Forward Error Correction, RS FEC

외부기술요소 FPGA 이용 권리성 설계도, HW-IP

chapter 3-2

10Gb/s 및 25Gb/s급 오류 정정 기술

•••정환석 ‖ 한국전자통신연구원 책임연구원

ICT R&D 동향

ICT R&D 동향

정보통신기획평가원 39

IEEE802.3 NG-EPON 망에서 사용 가능한 RS-FEC 구성

25G RS-FEC코어 1, 2개를 사용, 25G/50G PON망에 적용

10G RS-FEC코어 10개를 사용, 10G급 시스템에 사용 가능

2. 기술의 상세내용 및 사업화 제약사항

기술의 상세내용

- 하향 10Gbps/25Gbps Continuous Mode

- 상향 10Gbps Burst Mode

- 64B/66B PCS 대응 코드 제공

※ FEC 인터페이스를 위한 IDLE 패턴 제거/삽입 블록

※ EPON PCS/PHY 대응 Mapper/Demapper

※ 상향 10Gbps Burst Mode용 Shortened code 처리 블록

기술이전 범위

- RS(255,223) 제작용 IP

※ 하향 10Gbps/25Gbps Continuous Mode용 VHDL 소스코드, 테스트벤치

코드 및 설계서

[그림 1] High speed FEC for Optical Access

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※ 상향 10Gbps/25Gbps Burst Mode용 VHDL 소스코드, 테스트벤치 코드 및 설계서

사업화 제약사항

- 해당사항 없음

III. 국내외 기술 동향 및 경쟁력

1. 국내 기술 동향

시스템/장비 개발 업체에서 10Gbps/10Gbps급의 FEC를 내장하여 제공함- FPGA 벤더(Xilinx, Intel등)의 IP를 이용 시 가능함

2. 해외 기술 동향

시스템/장비 개발 업체에서 10Gbps/10Gbps급의 FEC를 내장하여 제공함- FPGA 벤더(Xilinx, Intel 등)에서 IP 형태로 개발

※ 25Gbps/10Gbps에 대한 RS FEC IP는 없음

3. 표준화 동향

ITU-T G.989.x에서는 차세대 NG-PON2기술로서 40G TWDM-PON 기술을 표준화함

IEEE에서는 10G급 10G-EPON 표준화 완료 후 2015년 7월에 NG-EPON 표준화 그룹이 결성되었으며, 2020년 PMD 및 MAC 계층의 표준화가 완료될 예정임

4. 보유특허

No. 국가 출원번호(출원일) 상태 명칭

1 대한민국 2017-0039832(2017.03.29.) 출원 완료 고속의 전송 속도에서 순방향 오류 정정을 수행하는

이더넷 데이터 송신 장치 및 이더넷 데이터 수신 장치

ICT R&D 동향

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5. 기술의 경쟁력

IV. 국내외 시장 동향 및 전망

1. 국내 시장 동향 및 전망

단일 채널 EPON, GPON 기술에서 여러 개의 채널을 사용하면서 파장당 속도를

25Gb/s 증가시키는 광액세스에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이종망 QoS 보장, 초

저지연 보장 등의 차별화 기술 개발이 이루어지고 있음

2. 해외 시장 동향 및 전망

현재 Broadcom, PMC-Sierra 등이 10G-EPON 칩을 생산하고 있으며, NG-EPON

표준화에 주도적으로 참여

3. 제품화 및 활용 가능 분야

경쟁기술 본 기술의 우수성 및 차별성

10G PON용RS(246,216) FEC

- 10G PON용 FEC 코드 대비 2.5배 속도 제공- NG-PON 광액세스 장치에 사용 가능한 구조 제공

100G OTN용RS(255,239) FEC

- 100G OTN용 RS(255,239) FEC 코드 대비 2배의 오류 정정 능력 제공- NG-EPON 광액세스 장치에 사용 가능한 구조 제공

활용 분야(제품/서비스) 제품 및 활용 분야 세부내용

광액세스 분야 고속 광액세스용 FEC

모바일 백홀 분야 모바일 트래픽 전송을 위한 백홀용 장비

Data Center Data Center내 고속 광인터페이스

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V. 기대효과

1. 기술도입으로 인한 경제적 효과

2017년 해당 기술의 국내 시장 규모는 약 5,806억 원이며, 향후 2024년까지 연평균

5.6%로 성장하여 8,507억 원에 달할 것으로 전망되고 있음

R&D에 의한 장비 시장의 고도화가 전방 산업인 서비스 산업, 후방 산업인 부품 산업에

각각 1%, 10%의 시장 확대 효과가 있다고 가정하면, 2018년 기준 Service 시장은

약 176억 달러(약 20조 6,000억 원), Component 시장은 약 17억 달러(약 2조)로

총 193억 달러(약 22조 6,000억 원)의 시장 확대에 기여할 것으로 추정함

2. 기술사업화로 인한 파급효과

본 기술은 전통적인 FTTx 기반 광가입자망뿐만 아니라 이동통신 백홀, 데이터센터,

비즈니스 가입자를 위한 시스템에 적용할 수 있음

사업책임자: 문형돈(기술정책단장)

과제책임자: 이성용(융합정책팀장)

참여연구원: 이재환, 이효은, 권요안, 김용균, 박주혁, 김우진, 전영미(위촉)

통권 1955호(2020-27)

발 행 년 월 일 : 2020년 7월 15일발 행 소 : 편집인겸 발행인 : 석제범등 록 번 호 : 대전 다-01003등 록 년 월 일 : 1985년 11월 4일인 쇄 인 : ㈜승일미디어그룹

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