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1942호 2020.04.15.
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1942호
기획시리즈 2모바일 통신용 기지국 안테나의 세계 시장 동향
[백문철·강광용/㈜블루웨이브텔]
Ⅰ. 서론
Ⅱ. 안테나 시장의 규모
Ⅲ. 안테나 제품별 시장분석
Ⅳ. 안테나 시장의 성장 동력 및 도전과제
Ⅴ. 안테나 시장의 영향인자 동향 분석 및 결론
ICT 신기술 16국내외 모션센서 기술 동향
[전황수·김현탁/한국전자통신연구원]
Ⅰ. 서론
Ⅱ. 해외의 모션센서 기술 동향
Ⅲ. 국내의 기술 동향
Ⅳ. 시사점
ICT R&D 동향 27도시 교통 시뮬레이터 기술
[민옥기/한국전자통신연구원]
자율주행을 위한 데이터 셋 기술 및 경찰관, 교통안전요원 검출, 추적, 수신호
인식 기술
[이용구/광주과학기술원]
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I. 서론
모바일 통신용 기지국 안테나는 지리적으로 넓은 영역까지 네트워크를 지원하는 전파
부품으로서 통신 생태계에서 매우 중요한 부분을 차지하고 있다. 세계 모바일 통신 안테나
시장은 세계 통신 인프라 시장의 일부분이므로, 안테나 시장의 현황 분석과 성장 전망을
위해서는 먼저 세계 통신 인프라 시장의 구조 체계를 상향 및 하향식으로 관찰하면서 분석
할 필요가 있다[1]. 세계의 통신 인프라 시장은 2G/3G/4G/5G 통신 네트워크의 모든
* 본 내용은 백문철 수석연구원(☎ 042-864-0283, [email protected])에게 문의하시기 바랍니다.** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.
세계의 모바일 통신용 기지국 안테나의 시장 동향에 대해 분석하였다. 안테나는 모바일 통신 인프라의 핵심부품으로서 안테나 시장 분석을 위해서는 세계 통신 인프라 시장에 대한 동향 분석이 필요하다. 세계의 모바일 통신 안테나의 시장은 2023년 76.3억 달러, 연평균 시장성장률(CAGR)은 2023년까지 6.23%에 달할 것으로 예측된다. 본 고에서는 시장의 범위를 제품의 규모에 따라 매크로 셀과 스몰 셀로 구분하였다. 2023년까지 통신용 안테나 시장의 성장에 영향을 미치는 동력원(drivers)과 해결해야 할 도전과제(challenges)를 분석하였으며, 기술산업 및 사회적인 측면에서 안테나 시장에 대한 미래 전망을 살펴보았다.
chapter 1
모바일 통신용 기지국 안테나의 세계 시장 동향
•••백문철 ‖강광용 ‖
㈜블루웨이브텔 수석연구원㈜블루웨이브텔 수석연구원
기획시리즈
기획시리즈-미래통신·전파
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인프라를 포함하며, 통신 인프라에 대한 투자는 매크로 셀 기지국, 스몰 셀 그리고 핵심
통신 네트워크의 형태로 이루어진다. 매크로 셀 기지국은 넓은 영역에 걸쳐 데이터 신호를
전달하며 통신 네트워크의 범위를 확대하는데 적용되고, 스몰 셀은 네트워크의 파워가
약한 영역을 커버하기 위해 사용되거나 특정 지역의 네트워크 밀도를 높이는 데에 사용된
다. 핵심 통신 네트워크는 다양한 기기 사이의 연결을 위한 것이다. 고속 네트워크의 요구
가 증가하면서 대역폭의 증가가 필요해지고, 이에 따라 네트워크 사업자에게는 인프라에
대한 투자 필요성이 증가한다. 이러한 요인들이 통신 안테나에 대한 투자 및 시장에 큰
영향이 미친다[2].
본 고에서는 시장규모의 관점에서 시장의 범위를 정의하기 위해 다양한 인자들을 고려하거나 배제하였으며, 매크로 셀 및 스몰 셀 기지국을 사용하는 곳에 대해 모바일 통신 규모에 따른 시장 동향을 각각 살펴보았다. 모바일 통신 안테나의 전체 시장규모를 살펴보고, 매크로 셀과 스몰 셀로 구분하여 각 안테나 제품별로 시장 특성을 분석하고 예측하였다[3],[4]. 또한, 본 시장의 성장동력과 해결해야 할 도전과제를 현 시점 및 미래의 관점에서 분석하였으며, 마지막으로 이러한 안테나 시장에 직접적인 영향을 미치는 동인에 대해 분석하면서 결론을 맺는다.
II. 안테나 시장의 규모
1. 시장의 정의
모바일 통신 생태계에서 기지국 안테나는 통신 네트워크 간의 연결성을 위해 적용된다,
모바일 통신 기술은 아날로그에서 디지털로 발전하면서 2G/GSM, 3G/WCDMA와 같은
대용량 셀룰러 무선통신 기술 및 3.5G/HSPA(High Speed Packet Access) 기술로 진화
하였다. 4G/5G 통신의 등장으로 모바일 통신 안테나는 초기의 음성 데이터 전송에서
모바일 멀티미디어 데이터의 송수신으로 진화하였다[2]. 모바일 통신 기지국 안테나는 교
외 지역이나, 작은 규모의 마을 및 도시와 같은 곳에서 실외용 네트워크를 커버하는데
사용될 수 있다. 또한, 비즈니스 센터, 병원, 학교, SOHO(Small Office Home Office)
등과 같은 건물의 실내에도 적용할 수 있다. 이들이 실외인가 실내인가에 따라 모바일
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통신 안테나는 일반적으로 매크로 셀과 스몰 셀로 구분된다. 매크로 셀은 높은 탑이나
건물의 옥상 등에 장착되어 있어 공간적으로 넓은 영역을 커버하도록 한다. 그리고 스몰
셀을 위한 모바일 통신 안테나는 일반적으로 작은 영역을 커버하는 네트워크를 제공하며
네트워크의 고밀도화에 주로 사용된다. 스몰 셀은 실외에 사용자가 많이 집중되어 있는
곳에서 네트워크를 제공하며, 때에 따라서는 대형 건물이나 병원 등의 내부를 커버하기
위한 용도로 사용된다[3],[4].
2. 시장의 규모 예측
세계 모바일 통신 기지국 안테나 시장의 규모를 파악하기 위해서는 세계 통신 인프라
구조의 시장규모와 같은 데이터를 먼저 분석해야 한다. 이러한 시장규모의 데이터에는
모체가 되는 시장, 수요자의 입장에서 본 시장구조, 제품의 개발 현황, 지역적인 상황, 연구
개발 비용, 수익성, 그리고 글로벌 시장을 주도하는 대형 업체들(CommScope, Comba
Telecom Systems Holdings 등)의 크기 등이다.
세계 모바일 통신 기지국 안테나 시장의 규모는 2018년 56.4억 달러에 이르렀으며,
2023년에는 76.3억 달러로 예측되고 있다. 이 기간 동안의 연평균증가율(CAGR)은 6.23%
에 달할 것으로 기대되며 이를 [그림 1]에 보였다.
<자료> 각 관련기업들의 홈페이지 및 인터넷 자료를 취합하여 블루웨이브텔(주) 작성
[그림 1] 세계 모바일 통신 안테나 시장규모 및 성장률 예측(2018~2023년)
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시장 성장에 대한 주요 요인 중의 하나는 모바일 통신 데이터 양의 증가이며, 이는 CVNI
(Cisco Visual Networking Index)에서 제공한 다음의 전망을 기초로 한 것이다[5].
- 세계 IP(Internet Protocol)의 데이터 통화량은 CAGR 26%로 2017~2022년 기간
동안 3배 정도 성장할 것이다. 동 기간 동안 세계 IP 비디오 데이터는 CAGR 29%로
4배 정도 성장할 것이다.
- 세계 모바일 통신 데이터 통화량은 2017년 11.51EB(Exabyte, 1018byte)/월에 달하고,
2022년에는 77.49EB에 달하여, 이 기간 동안 CAGR은 46.43%를 기록할 것이다.
- 2022년까지 세계 인터넷 통화량의 22%는 셀룰러 네트워크로부터 나올 것이며 세계
모바일 통신 기기/연결 장치의 3%는 5G통신이 될 것으로 기대된다.
이러한 모바일 데이터 양의 증가는 전 세계를 망라하여 스마트폰이나 IoT 기기와 같은
스마트 기기의 확산이 증가하는 것에 기인한다. CVNI 연구의 평가에 의하면, 세계 IoT
기기 시장은 2016년에 11.4억 달러에 이르렀으며, 2021년에는 13.7억 달러에 이를 것으
로 예상되어 이 기간 동안의 CAGR은 3.72%로 예측되고 있다. 이와 함께, 세계 스마트
폰의 수요는 2017년에 14억 7,000만 대에서 2022년에는 16억 8,000만 대로 증가하여
CAGR은 2.68%가 될 것으로 기대된다. 이러한 스마트폰 수요의 증가는 4K 비디오 및
다른 미디어 콘텐츠에서 디지털 데이터 양의 증가를 이끌 것이다[5].
인터넷 이용의 증가는 디지털 미디어 소비의 증가를 촉진한다. 소비자들은 Facebook이나 Twitter 등을 통해 사람들 간의 연결을 위한 목적으로 인터넷을 이용한다. 2017년 데이터에 의하면 세계 인구 75억 3,000만 명 중에 인터넷 사용자는 34억 8,000만 명에 이르러 전체의 46.83%를 차지한다. 특히, Facebook, Instagram, WhatsApp, Snapchat 및 Twitter와 같은 앱의 사용량은 미디어 소비자들 중에서 엄청난 증가를 보이고 있다[5].
이에 더하여, AI(인공지능), AR(증강현실), 동작인식, 음성인식, 그리고 VR(가상현실)과
같은 인간-기계 접목기술의 실현은 더 넓은 대역폭에 대한 수요를 촉진한다.
모바일 대역폭의 증가는 운영자들이 주파수 대역에 관심을 기울여야 해결할 수 있는
문제로서, 주파수 대역은 기본적으로 경쟁적인 과정을 거쳐 할당된다. 그러므로 네트워크
서비스 사업자는 사용자에게 강력한 연결성을 제공하기 위해 모든 위치에 셀 타워를 세우
든지 아니면 신호를 강하게 하기 위해 네트워크 사각지대에 스몰 셀을 적용하는 것에 초점
을 맞추어야 한다. 이것은 네트워크 커버 영역을 확장하기 위한 통신 네트워크 인프라
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구축에 더 많은 투자를 필요로 한다.
이와 같이, 통신 네트워크 개발에 대한 수요가 크게 증가함에 따라 매크로 셀과 스몰
셀 기지국을 포함하여 새로운 기지국 안테나의 수요도 크게 증가하고 있다. 또한, 도시
인프라에서 자동화 기술을 구현하기 위한 스마트 조명, 스마트 교통 관리, 스마트 기반시
설(전기, 가스 등), 그리고 급수/하수와 쓰레기 처리 등은 기계-기계(M2M) 간의 연결성을
위해 유선 및 무선 통신 인프라의 고도화를 요구한다. 스마트시티는 도시개발 프로젝트
중의 하나로, 도시의 인프라 구조가 다양한 정보와 통신 기술로 고도화되는 것이다. 도시
내에는 지역개발 담당자, 정보 시스템, 도서관, 학교, 교통 시스템, 파워 플랜트, 급수 네트
워크, 그리고 쓰레기 처리 등 다양한 이해 당사자들이 있으며 여러 정보 및 기술과 집적되
어 있다.
세계적으로, 여러 국가들은 자산과 자원을 보다 효율적으로 관리하기 위해 스마트시티
의 개발에 초점을 모으고 있다. IBM, Microsoft, Cisco Systems 및 Schneider Electric
과 같은 메이저 기업들은 주도권을 행사하기 위해 ICT 기술을 심화함으로써 스마트시티
의 개발에 필요한 지원을 하고 있다. 미국, 영국, 일본 및 중국과 같은 많은 국가에서는
스마트시티의 개발에 집중하기 시작하였으며 이것은 스마트시티를 커버하는 통신 네트워
크의 인프라 구축에 대한 투자를 촉진할 것이다. 이러한 개발 사례 중의 일부는 다음과
같다[3].
- 2018년 2월, AT&T와 Cisco Systems는 스마트시티의 개발을 위한 협약을 발표하였는데, 이 협약은 도시의 플랫폼을 위한 Cisco Kinetics와 AT&T Smart City Operation Center(SCOC)를 포함하는 기업의 기술을 사용하여 스마트시티를 구축하는 내용을 담고 있다.
- 2017년 11월, Cisco Systems는 도시 인프라 구축을 촉진하는 기금 프로그램의 착수를 발표하였는데, 이것은 10억 달러를 투자하는 기금 프로그램으로, 스마트시티 기술을 적용하기 위한 도시와 지방정부의 재정지원을 제공하는 내용을 담고 있다.
상기 사항들은 소규모 기지국 및 스몰 셀의 증가를 유도하여 더 나은 네트워크 커버리지
를 제공하는 것과 밀접한 관련이 있다. 이것의 핵심 동기는 경기장, 쇼핑몰 및 사무실
타운 등에서는 스몰 셀이 사용자에게 더 가까워 매크로 셀보다 훨씬 나은 운영 효율을
제공하기 때문이다.
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시장의 성장속도는 2019~2023년 사이에는 둔화할 것으로 예상되는데, 이것은 매크로
셀 기지국의 신규 적용이 낮아지고 스몰 셀 기지국의 설치가 증가하기 때문이다. 매크로
셀 기지국 설치에는 스몰 셀 기지국보다 더 많은 비용이 소요된다.
따라서 네트워크 서비스 공급자는 실내 및 실외 모두에서 향상된 네트워크 커버리지를
위해 스몰 셀 안테나의 적용을 선호하고 있다. 또한, 통신 서비스 공급자들 간에 네트워크
인프라를 공유하는 경향이 증가하는 것은 기지국 안테나의 신설에 부정적인 영향을 미치
게 되며 이로 인해 시장의 성장속도가 하강하는 결과를 가져온다.
III. 안테나 제품별 시장분석
1. 매크로 셀의 시장규모 및 전망(2018~2023년)
매크로 셀의 세계 모바일 안테나 시장은 2018년 39억 달러였으며 2023년에는 51.6억
달러에 이를 것으로 예상되어 이 기간 동안 5.76%의 CAGR을 기록할 것이다.
매크로 셀은 모바일 통신 네트워크의 셀 거점으로, 더 넓은 영역으로 전파를 제공하며 스몰 셀과 비교하여 더 많은 사용자를 기반으로 한다. 이를 위해 대부분은 고출력의 셀 거점으로서 지상의 큰 안테나 또는 주위의 구조물에 가리지 않은 큰 건물의 옥상에 장착된다. 매크로 셀은 스몰 셀에서 전송되는 것에 비해 5~10배 정도 강력한 데이터 신호를 송출한다. 이 고출력의 신호를 전송하는 능력이 있어 매크로 셀은 전력 반도체 부품을 채용하는 비율이 증가하고 있으며, 이 중에는 고출력 GaN RF 증폭기와 같은 GaN 기반의 핵심 부품을 사용하기도 한다. 이것은 마이크로 셀에도 고출력 성능을 가능하게 하여 효율적인 동작을 기대할 수 있다. 네트워크 고밀도화에 사용되는 스몰 셀과 다르게, 매크로 셀은 더 넓은 영역을 커버하므로 스마트시티와 광대역 네트워크 커버리지에 더 많이 적용되고 있다. 매크로 셀 기지국을 적용함으로써 네트워크 운영자에게 있어서는 교외 지역으로 LTE 네트워크를 적용하고 확장하기 위한 투자 증가의 동력이 되고 있다. 5G의 확산은 교외 지역에서는 아직 수요자가 많지 않아 타당성이 높지 않다. 따라서 통신 운영자는 이 지역에 4G/LTE 네트워크의 증대에 초점을 모으고 있다.
이와 같이, 사업자들은 매크로 셀의 채용을 증대시키기 위해 혁신적인 제품과 기술 개발
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에 집중하고 있다. 예를 들어, 2017년 11월 Huawei Technologies는 Tube Star로 불
리는 혁신적인 매크로 기지국의 개발을 발표하였는데[6], 이것은 4.5G와 5G 네트워크를
쉽게 적용할 수 있는 기능이 있다. Tube Star는 열의 방출을 쉽게 하도록 설계되었으며
미래 5G 네트워크를 위해 부품의 설치를 위한 수직 공간을 넓게 함으로써, 통신 운영자들
에게는 비용지출을 절감할 수 있도록 하였다. 이것은 다양한 기능과 함께 쉽게 적용할
수 있으며, 규모의 변형이 가능하고 비용이 절감되는 효과가 있어 매크로 셀의 적용을
증가시킬 것이다. 매크로 셀의 채용이 증가함에 따라, 통신 안테나를 포함한 네트워크 장
비의 수요 또한 증가할 것이다.
2. 스몰 셀의 시장규모 및 전망(2018~2023년)
스몰 셀의 세계 모바일 안테나 시장은 [그림 3]과 같이 2018년 17.4억 달러였으며,
2023년에는 24.7억 달러에 이를 것으로 예상되어 이 기간 동안 7.24%의 CAGR을 기록
할 것이다. 스몰 셀은 낮은 파워의 통신 장비로 짧은 거리에서의 네트워크 전달에 사용되
며 단거리 기지국으로 작용하여 실내 및 실외에서 허가 또는 미허가 주파수 대역을 사용할
수 있다. 그리고 스몰 셀은 개인 및 다수의 사용자에게 네트워크 흐름(stream)을 지원하며
이들의 응용 분야와 파워에 따라 [표 1]과 같이 구분된다.
<자료> 각 관련기업들의 홈페이지 및 인터넷 자료를 취합하여 블루웨이브텔(주) 작성
[그림 2] 세계 매크로 셀 안테나 시장규모 및 성장률 예측(2018~2023년)
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스몰 셀은 주로 고밀도의 네트워크를 제공하는 데 사용된다. 스몰 셀의 수요는 빠른 도시화로 인해 증가하고 있는데, 이것은 곧 데이터 통화량의 증가로 인한 것이다. 예를 들면, 전 세계의 IP 통화량은 2017년에 월 122EB(Exabyte)이었는데 2018년에는 28%가 늘어 월 156EB가 되었다[1]. 이 경우 스몰 셀은 신호를 강화시키고 데이터 양을 증가시키는 역할을 하고 있으며 이들의 설계 시에는 낮은 파워와 낮은 가격으로 소형화할 수 있어 밀도가 높은 지역에서 적용하기에 적합하다. 스몰 셀 기지국은 네트워크 운영자들이 교외 지역에서 LTE 네트워크를 적용, 확장 또는 고밀도화하기 위한 투자를 성장 동력원으로 한다. LTE 네트워크의 수요 증가에 따라, 스몰 셀의 적용은 증가할 것이며, 5G의 확산에서도 교외지역에 더 많은 사용자를 확보하기 위해 더 밀집된 액세스 포인트를 제공할 것이다. 이에 따라서 스몰 셀의 증가는 4G LTE 및 5G 네트워크의 개발 지원에도 기여할 것이다.
[표 1] 스몰 셀의 구분
<자료> 각 관련기업들의 홈페이지 및 인터넷 자료를 취합하여 블루웨이브텔(주) 작성
[그림 3] 세계 스몰 셀 안테나 시장규모 및 성장률 예측(2018~2023년)
구 분 펨토 셀 피코 셀 마이크로 셀
파워 10~100mW 100~250mW 1-5W
커버리지 20~50m 100~300m 500m~2.5km
사용자 수 ~15명 ~50명 >200명
백홀 광 링크 광 링크 광 및 마이크로 링크
응용 분야 가정용 사무실, 병원, 쇼핑몰 실외용 <자료> 각 관련기업들의 홈페이지 및 인터넷 자료를 취합하여 블루웨이브텔(주) 작성
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스몰 셀에 대한 투자가 증가함에 따라 여러 기업에서는 사용자가 많은 지역에서의 네트
워크 커버리지 효율을 높이기 위해서 스몰 셀 제품을 출시하고 있다.
이와 같이, 통신 네트워크를 위한 스몰 셀의 수요는 모바일 통신 안테나와 같은 네트워
크 장비의 수요 증가를 유도한다. 이것은 예측 기간 동안에 스몰 셀에 대한 세계 모바일
통신 안테나 시장의 성장을 유도한다.
IV. 안테나 시장의 성장 동력 및 도전과제
1. 시장의 성장 동력
가. 스마트 기기 수요의 증가
스마트폰, 스마트 잠금장치, 스마트 장치, 그리고 다양한 IoT 기기와 같은 스마트 기기
에 대한 수요 증가가 세계 모바일 통신 안테나 시장의 성장동력이 된다. 현재 스마트 기기
의 성장을 활용하기 위해 스마트폰 OEM에서는 M2M 통신을 이용할 수 있는 혁신적인
기술을 내장한 제품을 출시하고 있으며 스마트 기기와 이를 이용한 서비스를 출시하는데
집중하고 있다.
이와 같이, 전 세계를 망라하여 새로운 스마트 기기와 지원 서비스의 출시가 집중적으로
증가하고 있으며, 데이터의 전송과 기기의 제어와 같이 효율적이면서 끊김이 없는 운영을
위해서는 서비스 지역 내에서 네트워크의 연결성을 고도화해야 한다[7]. 이것은 다양한
지역에서 통신 네트워크의 활용이 증가하는 것을 의미한다. 그러므로 통신 네트워크 서비
스 사업자들은 스몰 셀과 매크로 셀을 이용하여 높은 대역폭을 지원하면서 끊김 없는 연결
성 제공에 주력하고 있다. 이것은 스몰 셀을 구축하기 위한 기지국 안테나와 매크로 셀
기지국에 대한 수요를 촉진한다.
나. LTE 네트워크의 성장 추세 지속
고속 네트워크의 필요성은 대역폭의 증가로 이루어지는데, 이에 대한 수요 증가로 인해
서비스 사업자는 LTE 네트워크 인프라에 대한 투자를 증대시키고 있다. 서로 다른 산업
분야에 걸쳐 자동화가 실현되면서 유선 및 무선 통신 기준에 대한 요구가 발생하고 있으며,
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이는 더 넓은 커버리지 영역과 지연이 적은 고속 연결성을 위한 LTE 기지국을 필요로 한다.
그러므로 네트워크 서비스 사업자는 효율적인 LTE 기지국의 확보를 위해 시장 구성원
및 정부기관과 협력하고 있으며, LTE 네트워크가 증가하는 것은 LTE 기지국을 설치하기
위한 안테나 등 모바일 통신 기기 및 부품의 수요 증가로 이어질 것이다.
다. 정부 차원의 통신 네트워크 인프라 개선
전 세계적으로 정부기관을 중심으로 통신 네트워크 커버리지를 확장하고자 하는 추세는
통신 네트워크 인프라에 대한 투자 증가의 동력원이 된다. 이에 따라, 이제 임박한 5G
네트워크와 함께 4G 등에서 확보한 다양한 네트워크 기술을 적용하기 위한 동기를 부여
한다. 통신 인프라는 정보통신 네트워크 및 데이터 흐름의 백본(backbone)이므로, 스마
트시티를 구축하고자 하는 정부의 관심이 증가함에 따라 네트워크 인프라의 개선을 위한
정부와의 협력이 진행되고 있다.
이과 같이, 통신 서비스 및 인프라의 개선을 위한 정부의 지원은 통신 네트워크 장비의
수요 증가에 핵심적인 역할을 한다. 이에 따라 예측 기간 중에 모바일 통신 안테나의 수요
증가를 기대할 수 있다.
2. 시장의 도전과제
가. 유선 통신 기술의 투자 증가
인터넷 데이터 양의 빠른 증가는 M2M 통신을 가능하게 하는 유선 네트워크 인프라 구조에 대한 수요를 촉진한다. 예를 들면, 세계 IP 데이터는 2017년 월 122EB에서 2022년에는 월 398EB로 증가하여 이 기간 동안 26%의 CAGR을 기록할 것으로 기대된다[1]. 광섬유 통신은 전 세계적으로 널리 사용되고 있으며 광 네트워크는 중심부에서부터 건물, 주택, 상점 및 사무실에 설치, 사용되어 고속의 인터넷 접속을 가능하게 한다. FTTH (Fiber To The Home)는 더 빠른 비디오와 오디오 서비스를 가능하게 하므로 통신 네트워크 서비스 사업자는 광 통신 네트워크에 투자를 하고 있어 유선 광대역 서비스의 가입자가 증가하고 있으며, 이는 통신회사들로 하여금 광 네트워크 인프라에 투자하도록 유도한다.
따라서 유선 네트워크 시스템은 고속 데이터 통신 네트워크에서 선호도가 증가하고 있으며, 이에 따라 FTTH 네트워크를 구축하기 위해 광케이블을 적용하는 경우가 증가하고
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있다. FTTH는 고속 인터넷 접속을 위한 광대역 네트워크 시스템으로, 현재 북미에서는 약 2,500만 가정에 FTTH 연결이 가능하다. 또한, 2023년 말까지 전 세계적으로 약 3억 단위의 FTTH 가입자가 예상된다. 광섬유는 범지역적인 네트워크와 대양을 가로지르는 해저 케이블과 같은 대형 네트워크를 위해 사용되는데, 이는 무선 시스템의 경우에는 이와 같이 긴 거리의 데이터 전송을 지원할 수 없기 때문이다. 따라서 유선 시스템을 이용한 고속 네트워크를 구축하기 위한 투자가 증가하고 있다.
유선망을 이용한 고속 데이터 네트워크 구축을 위한 투자는 높은 데이터 전송속도와
용량으로 인해 계속 증가하고 있다. 이것은 예측 기간 동안에 모바일 통신 기지국 안테나
를 포함한 무선 통신 장비의 시장 성장에 장애요인이 될 것이다.
나. 네트워크 인프라 공유에 대한 관심 증가
통신회사들은 네트워크 대역폭과 속도에 대한 사용자들의 요구가 증가함에 따라 새로운 네트워크 인프라를 설치할 필요성이 늘고 있다. 그러나 네트워크의 확장과 고밀도화를 위해 새로운 네트워크 인프라를 구축하는 것은 통신회사에게는 경비지출(capital expenditure: CAPEX)의 증가 등 다양한 도전에 직면하게 한다. CAPEX는 통신회사들이 반드시 겪는 것으로, 네트워크 장비 비용, 부지 비용, 개발 비용, 운영 및 유지 비용, 그리고 규제 비용 등이 포함된다. 그리고 모바일 통신 안테나를 포함한 통신 타워와 네트워크 장비를 설치할 공간이 부족해지는 것은 부지 획득 비용 증가의 원인이 된다. 따라서 통신 운영자는 정해진 예산 내에서 네트워크 커버리지의 확대와 사용자에 대한 서비스를 향상시키는 것이 도전과제가 된다.
이로 인해 통신회사들 사이에 통신 인프라를 공유하는 경우가 증가하고 있다. 네트워크 인프라를 공유하는 것은 통신회사에게 다양한 장점을 가져다주었는데, 즉 자기 네트워크를 확장하기 위한 모바일 안테나 등의 다른 네트워크 장비를 사용할 필요가 없어진 것이다. 이에 따라 하나의 안테나 세트를 다른 통신회사 파트너와 함께 사용할 수 있으므로 더 이상의 모바일 통신 안테나를 설치할 필요가 없어지게 되어 전체 비용을 절감할 수 있다. 이러한 목적으로, 더 많은 통신회사들은 네트워크 공유에 신경을 쓰고 있다.
그러나 이와 같이 통신 네트워크 인프라를 공유하는 추세로 인해 예측 기간 동안에 모바
일 안테나 수요의 감소 그리고 나아가서 세계 모바일 통신 안테나 시장의 성장에 장애가
될 것이다.
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다. 통신 장비에 대한 거시 경제적 요인의 효과
세계 모바일 통신 안테나 시장은 정부의 관세, 수입관세의 부과, 그리고 다른 국가와의 무역제한 등의 다양한 거시 경제적인 요인이 시장성장에 도전과제가 되고 있다. 이러한 규제들은 여러 국가에서 통신 네트워크의 구축비용을 상승시키며, 이에 따라 모바일 통신 안테나를 포함한 통신 장비를 적용하는데 장애가 될 수 있다. 이와 같은 거시 경제적인 요인들이 주요 시장에서 모바일 통신 장비의 진출에 영향을 미치며 이에 따라 모바일 통신 안테나의 매출에도 영향을 미치게 된다.
V. 안테나 시장의 영향인자 동향 분석 및 결론
1. 스마트시티의 구축
스마트시티는 모든 주요 인프라와 공공 편의시설이 정보기술과 통신 기기에 의해 상호
교류를 하면서 조화롭게 연결되는 생태계를 구성한 것이다. 여기에서 통신은 어떤 스마트
시티에서도 가장 핵심적인 요소이다[7]. ICT 및 관련된 인프라는 스마트시티의 척추를
형성한다. 따라서 스마트시티의 건설에서는 모든 시장 참여자들이 상호 운용할 수 있는
제품과 서비스를 개발하고 고속 연결성을 위한 네트워크 인프라를 구축하는 데에 협력을
아끼지 말아야 한다. 그러므로 시장 참여자들은 스마트 그리드 프로젝트, 스마트 검침,
스마트 교통관리 시스템, 스마트 조명, 그리고 유선 및 무선 네트워크 인프라에 대한 투자
를 하고 있다. 일부 스마트시티 프로젝트는 정부 주도로 이루어지고 있으며, 강력하고 안
정적인 네트워크 운영을 위해서는 광 네트워크, WiFi 및 ZigBee와 같은 유선 및 무선
네트워크 통신과 공유하는 강한 통신 네트워크 인프라가 요구된다. 이것은 실내 및 실외에
서 고속 네트워크 연결을 지원하기 위한 통신 기지국의 구축을 가속시킬 것이고 이로 인해
이 기간 동안에 기지국 안테나의 수요를 촉진시킬 것이다.
2. MIMO 기술의 투자 증대
통신 네트워크 분야에서는 데이터의 전송, 수신, 속도 및 데이터 대역폭을 향상시킬
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목적으로 첨단기술을 개발하고자 하는 노력이 증가하고 있다. 이 개발 내용 중에는 다중입
력 다중출력(Multiple Input/Multiple Output: MIMO) 기술이 있다. MIMO는 통신
네트워크에서 개선된 스펙트럼 효율과 데이터 전송속도를 지원하는 LTE 네트워크 이상의
개발 기술이다. MIMO는 모바일 기기의 송신과 수신을 위한 다수의 안테나를 제공하며,
추가적인 데이터 전송을 위한 다수의 네트워크 경로와 신호 간섭의 감소를 이끌어낸다.
또한, MIMO에서 다수의 안테나는 하나의 전파 채널에 다수의 신호를 보낼 수 있게 한다.
MIMO 기술은 5G기술의 전구체(precursor)이며 커버리지 영역 내에서 더 많은 송신
및 수신 안테나를 제공함으로써 네트워크의 밀도를 높인다. 그러나 다중 송수신 안테나
포인트의 존재는 매우 복잡한 네트워크를 구성하여 통신회사에서 채택하기에 어려움이
있다. 또한, MIMO 기술은 사용자 밀도가 높은 도시 영역에서만 유용하게 사용될 수 있으
며 교외지역이나 사용자 밀도가 낮은 지역에서는 용도가 낮아진다. 이러한 요인들로 인해
모바일 통신 안테나로서의 MIMO 기술은 적재적소에 활용해야 한다.
3. 5G 네트워크의 발전
전 세계적으로 5G 기술의 개발에 대한 관심이 집중되고 있다. 5G 네트워크는 현재의
4G보다 1,000배 이상의 빠른 속도를 지원하는 필수적인 기술이다[8]. 또한, 네트워크 대
역폭이 넓어 네트워크 내의 모든 기기에 대해 더 빠른 접속이 가능해진다. 이 네트워크는
통신을 위해 매우 높은 주파수와 30~300GHz 범위의 밀리미터파 대역을 사용한다. 이에
따라 5G 네트워크는 빠른 속도와 높은 밀도의 연결성을 가능하게 하며 다양한 IoT 기기,
스마트 산업, 스마트 홈, 자동차 및 V2X 응용 등에서 실시간 제어를 가능하게 하므로,
세계적으로 5G 네트워크에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있다,
5G 네트워크는 2020년 이후 본격적으로 상용화될 것으로 예상된다. 5G 채택의 증가는
통신 장비의 수요를 촉진할 것이며, 이는 예측 기간 동안에 모바일 통신 안테나의 수요가
증가할 것임을 보여준다.
[ 참고문헌 ]
[1] Market Research Future, “Global Antenna Market(2017-2022),” Syndicated Report, 2018.[2] MIND Commerce Pub., “5G Smart Antenna Market(2018-2025),” 2018.
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[3] Technavio Research, “Global Mobile Communication Antenna Market 2019-2023,” Infiniti Research Ltd., 2019.
[4] 장민준, 김상표, 장승규, 한동희, “통신장비, 빅 사이클의 시작”, 키움증권 리서치센터/산업분석, 2018.[5] Cisco Public, “Cisco Visual Networking Index; Forecast and Trends(2017-2022),” 2018. [6] HUAWEI Press&Event, “Huawei release TubeStar as New Urban Macro Site Solution,” News,
Nov.16. 2017.[7] NTT Co., “NTT Technology Report for Smart World,” R&D Center, 2019.[8] 한국무역보험공사, “5G 및 이동통신산업 동향 분석”, 산업정책조사팀, 산업동향보고서, 2018.
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*
I. 서론
최근 들어, 동작인식의 적용이 전등 등 일상생활뿐만 아니라 게임, 영화 및 산업 전반에 걸쳐 확대되고 있어, 모션센서(Motion Sensor)의 중요성이 증대하고 있다. 모션센서는 물체의 동작감지처럼 단순한 반응에서부터 인간의 섬세한 표정까지 인식하는 센서이다. 물체의 움직임과 위치를 인식하여 입력하는 센서는 다양하고 복잡한 센서들과 이러한 센서들로부터 수집되는 데이터를 입력 및 분석하는 소프트웨어적인 처리가 요구된다[1]. 게임에서 모션센서는 조종기를 기울이거나 움직여서 게임 화면의 캐릭터를 움직이거나 화면을 기울이는 등의 플레이를 할 수 있게 한다[2].
모션센서의 종류로는 위치 및 변위센서(Position and displacements sensors), 근접
센서(Proximity sensors), 속도센서(Speed sensors), 토크센서(Torque sensors)가 있
다. 응용 분야로는 자재관리(Material handling), 로보틱스, 반도체 기계류(Semiconductor
machinery) 등이 있다. 위치센서는 길이의 차원을 가진 양을 측정하는 것으로서, 어떤
일정 위치에서 온-오프를 하는 센서의 일종이다. 변위센서는 대상물의 물리 변화량을 다
* 본 내용은 전황수 책임연구원(☎ 042-860-5115, [email protected])에게 문의하시기 바랍니다.** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.
chapter 2
국내외 모션센서 기술 동향
•••전황수 ‖김현탁 ‖
한국전자통신연구원 책임연구원한국전자통신연구원 책임연구원
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양한 소자로 검지하여 그 변화량을 거리로 환산함으로써 센서에서 대상물의 거리를 계측
하는 기기이고, 근접센서는 비접촉으로 대상물이 근접해 온 것을 검출한다. 속도센서는
물체의 속도를 검출하는 것으로 초음파, 레이저, 마이크로파 등의 도플러 효과를 이용한
센서 등이 있다[3]. 토크센서는 스트레인 게이지를 이용하여 물체의 무게나 동작 중에 발
생하는 힘 또는 토크를 측정한다[4].
Technavio(2017)에 따르면 글로벌 모션센서 시장은 2016년 5억 9,113만 달러에서
2021년 7억 2,747만 달러로 연평균 4.24% 성장할 것으로 전망되고 있다. 유형별 시장
크기는 위치 및 변위센서, 근접센서, 속도센서, 토크센서의 순이다. 응용 분야별로는 로보
틱스, 반도체 기계류, 자재 관리, 패키징&라벨링의 순이다. 지역별로는 2021년 아태지역
이 가장 크고, 다음으로 유럽/중동/아프리카, 미주의 순이며, 성장률도 아태지역이 가장
높을 것으로 전망된다[5].
본 고에서는 새롭게 부상하고 있는 모션센서의 국내외 기술개발 및 적용 동향을 살펴보
고 시사점을 도출하고자 한다.
II. 해외의 모션센서 기술 동향
글로벌 모션센서 시장은 전통적인 강자인 미국의 인벤센스(Invensense), 하니웰
(Honeywell), 유럽의 ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics), 보쉬(Bosch), 슈
나이더(Schneider Electric), SICK, 일본의 오므론(OMRON), 무라타제작소 등이 주도
하고 있으며, 최근에는 미국의 립 모션(Leap Motion)과 독일의 ifm efector가 새로운
신흥업체로 부상하고 있다.
1. 모션센서 기술
미국의 인벤센스(Invensense)는 세계 최초로 MEMS 모션 트래킹 센서를 출시했다. 스
마트폰이 동작을 계산할 수 있도록 지원하여 포켓몬 고와 같은 증강현실(AR) 게임을 가능
하게 한다. 진화된 소비자 가전기기에 쓰이는 6축과 9축 모션센서 공급에 주력하고, 마이
크로폰과 초음파 센서 등으로 영역을 확대하고 있다[6].
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하니웰(Honeywell International)은 다양한 응용 분야의 속도센서, 토크센서, 근접센
서를 생산하고 있다. 토크센서로는 로타리 토크센서, Static 토크센서(플랜지(flange)형
반응 토크센서, 작은 크기의 토크 트랜스듀서, QWLC-8M)가 있다. 근접센서로는 Hall
effect 근접 센서, 초음파 근접 센서가 있다. 속도센서로는 로타리 속도 센서가 있다[7].
립 모션은 동작인식 관련 다양한 센서 및 혁신적인 솔루션 등을 제조, 판매한다. 2015년
10월 개발 중인 동작인식 센서 ‘Dragonfly Module’ 베타버전을 SK텔레콤에 제공하기로
양해각서(MOU)를 체결했다[8].
STMicroelectronics는 2017년 1월 스마트 모션센서를 출시했으며, 이 모션센서는 고
정밀 만보계와 도보 감지 및 도보 계산, 중요 동작 및 기울기 감지 기능을 포함한 알고리즘
을 내장하여 피트니스 밴드나 의료용 모니터, 내비게이션, IoT 노드, 스마트폰 및 웨어러
블 기기 등 새로운 앱 기반 기기의 제작시간을 단축할 수 있다[9]. 2017년 3월 모션센서
및 터치스크린 컨트롤러 IC, STM32 마이크로컨트롤러, NFC 컨트롤러 IC 등 반도체 솔
루션이 닌텐도의 게임기 스위치시스템에 채택되었다[10]. 2018년 7월에는 자동차 내비게
이션 및 텔레매틱스 애플리케이션의 초고해상도 모션 추적을 구현하는 6축 관성 센서
ASM330LHH를 출시했다. 센서 데이터를 사용하여 자동차의 정확한 위치를 계산할 수
있다[11]. 2019년 4월에는 LSM6DSO 및 LSM6DSOX 6축 모듈을 출시했으며, 제스처
및 모션 인식 알고리즘을 센서에서 직접 실행할 수 있어 전력소모가 감소하고, 편의성이
증대된다[12].
ifm efector는 모션센서를 생산하는데, 속도센서는 IP20, IP65, IP67, 운반/조립/판금
가공/포장용으로 사용된다. Inclination 센서에는 CAN inclination 센서가 있고 작용범
위는 IP68, IP69K, Tilt 센서, Cordsets 등이 있다[13].
Schneider Electric은 근접센서 및 위치센서 업체로, OsiScience Atex D는 소형의
inductive 센서로 위험한 환경에서 작동되도록 고안되었다. OsiScience XU는 photoelectic
센서로 분산된 범위, background suppression, 4개의 폼 팩터에서 편광반사, 포장, 조
립, 조작, 운반, 식품/음료 등에서 적용되고 있다[14].
SICK은 위치센서 생산업체로 MPS-C family, NAV2xx, SRS/SRM50, SFS/SFM60,
DFS60, EFS/EFM50, DFV60 등의 제품이 있다[15].
보쉬(Bosch)는 아이폰에 탑재되는 모션센서를 공급하고 있으며, 제품으로는 BMA 400
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디지털 3축 MEMS 가속센서, BMA 423 디지털 3축 MEMS 가속센서, BMA 456 디지털
3축 MEMS 가속센서, BMA 453 디지털 3축 Low-G 가속센서 등이 있다[16].
오므론(OMRON)은 광전(Photoelectric) 센서, inductive 센서, 로타리 엔코더(Rotary Encoders) 등의 위치센서 제품을 생산하고 있다[17].
무리타제작소는 모션센서로 SV01A103AEA01BOO가 있는데, 로타리센서, 연속출력, 선형성 등의 특성을 갖는다[18].
싱가포르과학기술디자인대는 2015년 6월 MIT 연구팀과 탄소나노튜브 섬유를 활용하여 인체의 관절이나 근육의 움직임을 감지하고 측정할 수 있는 ‘웨어러블 모션센서’를 개발했다[19].
[표 1] 해외의 모션센서 개발 동향
업체/기관 내용
TDKInvensense
(미)
o 세계 최초로 MEMS 모션 Tracking 센서 출시- 모바일, 웨어러블, 스마트홈, 산업용, 자동차 등 MEMS 센서 플랫폼- 인벤센스 칩은 스마트폰이 동작을 계산할 수 있도록 지원해 포켓몬 고와 같은 증강현실(AR) 게
임을 가능하게 함- 애플과 삼성전자에 모션센서 칩 제공, 매출 60%를 아이폰에 의존 - 진화된 소비자 가전 기기에 쓰이는 6과 9축 모션센서 공급에 주력하고, 최근 들어 마이크로폰과
초음파 센서 등으로 영역 확대o 2017년 5월 TDK 그룹으로 편입되어 사명을 TDK Invensense로 변경
- 자동차, 산업용 장비&에너지, 정보통신(ICT) 등 3개 분야에 주력o MEMS 모션 트래킹 센서 제품
- 9축 센서: ICM-2098, MPU-9250, MPU-9150 등 3가지 모델- 7축 센서: ICM-20789 - 6축 센서: ICM-20600, ICM-20601, ICM-20602, ICM-20603, ICM-20609, ICM-20648,
ICM-20649, ICM-20660/L, ICM-20689, ICM-20690, ICM-20680 등 11가지 모델- 3축 센서: IAM-20380, IAM-20381, ITG-1010, ICG-20330 등
STMicroelectronics(유럽)
o 2018년 7월 자동차 내비게이션 및 텔레매틱스 애플리케이션의 초고해상도 모션 추적을 구현하는 6축 관성 센서 ASM330LHH 출시- 센서 데이터를 사용해 자동차의 정확한 위치를 계산할 수 있도록 지원하며, 도심 밀집지역이나
터널, 지하차도, 주차장 또는 숲이 우거진 곳에서 자동차 위치파악이 어려워도 정확한 위치 정보와 센싱이 가능
- 자동차 부품업체 Magneti Marelli가 첨단 텔레매틱스 시스템을 위해 채택했으며, 글로벌 자동차업체에 장착될 예정
o 2017년 3월 모션센서 및 터치 스크린 컨트롤러 IC, STM32 마이크로컨트롤러, NFC 컨트롤러 IC 등이 닌텐도의 스위치시스템에 채택- ST의 6축 관성 센서는 메인 콘솔과 닌텐도 스위치 컨트롤러에 내장되어 있으며, 게임의 제어를
위한 플레이어의 모션을 감지- 관성센서는 초소형 풋프린트(2.5mmx3mmx0.6mm)에 6축 IMU로 구성되어 있으며, 저잡음 성
능과 함께 향상된 정확도와 분해능을 구현하며, 플레이어가 게임을 하는 동안 매우 적은 전력으로 구동. ST의 정전식 터치스크린 컨트롤러 IC는 메인 콘솔에 장착되어 있으며, 민감한 터치 감지와 낮은 전력소모를 제공
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업체/기관 내용
- 소형 패키지 기반의 고성능 STM32 MCU가 조이-콘(R) 컨트롤러에 내장되어 IR 모션 카메라와 NFC 기능을 관리
o 2017년 1월 혁신적인 스마트 모션센서 출시- 3축 피코(pico) 가속도센서인 LIS2DS12, 6축 관성모듈 LSM6DSL/M, 새로운 디지털 나침반
LSM303AH로 구성- 고정밀 만보계와 도보 감지 및 도보 계산, 중요 동작 및 기울기 감지 기능을 포함한 알고리즘을
내장하여 피트니스 밴드나 의료용 모니터, 내비게이션, IoT 노드, 스마트폰 및 웨어러블 기기 등 기기 제작시간을 단축
- 스마트 모션센서는 중국인의 90% 이상이 사용하는 위챗(WeChat) 메신저 앱의 새로운 기능인 위런(WeRun) 구동을 위해 스마트폰에 탑재되어, 위런이 지속적으로 움직임을 추적하면서도 배터리 전력을 보존하여 유용성을 높임
Honeywell International
(미)
o 다양한 응용 분야의 속도센서, 토크센서, 근접센서 생산o 토크(Torque) 센서
- Rotary 토크 센서: 모델 1602/1600/1800 시리즈, 비접촉식 센서- Static 토크 센서: 모델 2110 시리즈, 플랜지(flange)형 반응 토크 센서, 시계방향과 역시계 방
향으로 측정, 작은 크기의 토크 트랜스듀서, QWLC-8Mo 근접(Proximity) 센서
- Hall effect 근접 센서: 모델 SM 351 LT, SM 353 LT, ECKO(eddy current killed oscillator) 제공, Hall effect 최소화
- 초음파 근접 센서: 먼지투성이나 건조한 상황에서 어떤 물질의 대상을 탐지하기 위해 초음파 기술을 이용
o 속도(Speed) 센서: Rotary 속도 센서: Hall effect 센서로 속도를 측정하며, 플라스틱이나 알루미늄으로 구성
ifm efector(독)
o 센서, 제어기, 시스템 등 자동화기술 업체로 다양한 포트폴리오 보유o Encoder: 속도 및 방향을 모니터링o 속도(Speed) 센서: IP20, IP65, IP67, 운반/조립/판금가공/포장용o Inclination 센서
- CAN inclination 센서, 작용범위: IP68, IP69K , Tilt 센서, Cordsets
OMRON (일)
o 다양한 응용 분야 photoelectric, inductive, rotary encoder 센서 생산o 위치(Position) 센서
- Photoelectric 센서: compact square, cylindrical, fork, miniature, 장거리 등 19개 제품 - inductive 센서: compact, square, cylindrical, miniature 등 20개 - Rotary Encoders: incremental and absolute outputs과 hollow, robust 유형, 소구경
(small diameter), standard shafts 등과 IP ratings
Schneider Electric(프랑스)
o 근접(Proximity) 및 위치(Presence) 센서- OsiScience Atex D: 소형의 inductive 센서로 위험한 환경에서 작동- OsiScience XU: 광전(photoelectic) 센서로 분산된 범위, background suppression, 4개의
폼(form) 팩터에서 편광반사(polarized reflex), 포장, 조립, 조작, 운반, 식품/음료 등 산업 분야에 적용
- OsiScience XS/OsiScience XT: 최고 60㎚의 비접촉식 레벨센서를 위한 inductive 근접 OsiScience XS와 capacitive 근접 OsiScience XT
SICK(독)
o 위치(Position) 센서- MPS-C family: 아날로그 output, IO-Link, 스위치 output 등 다양한 범위를 측정하는 위치
센서를 제공- NAV2xx: 반사 위치를 결정하는 통합 데이터 평가
ICT 신기술
정보통신기획평가원 21
2. 적용 제품
2019년 1월 FCC(연방통신위원회)는 구글(Google)의 동작제어(제스처 컨트롤) 시스템
‘프로젝트 솔리(Soli)’를 허용수준보다 높은 출력으로 배포할 수 있도록 승인했다. 레이더
기반 모션센서로 넓은 범위에 전자기파를 방출하고 이용자의 동작을 감지하여 스마트워치
등 전자제품을 작동한다[20].
주방생활용품 제조업체인 심플휴먼(Simplehuman)은 2018년 “음성제어 기술과 모션
센서를 활용한 똑똑한 쓰레기통(rectangular sensor can with voice and motion
sensor)”을 출시했다. “열려라(Open Can)”라고 말하면 뚜껑이 자동으로 열리고, 말을
업체/기관 내용
- SRS/SRM50: 탑 퍼포먼스 범위를 위한 모터 피드백 시스템- SFS/SFM60: 고해상도 모터 피드백 시스템 hollow shaft 디자인- DFS60: 고해상도와 programmable encoder 제공 애플리케이션- EFS/EFM50: 다이나믹 servo 드라이브 위한 모터 피드백 시스템- DFV60: wheel incremental encoder를 측정하는데 사용
Bosch(독)
o 모션센서- BMA 400 디지털 3축 MEMS 가속센서: 상시 작동 배터리 시스템이 있는 웨어러블 및 IoT 기
기에 이상적인 초저전력 가속도계- BMA 423 디지털 3축 MEMS 가속센서: 소형, 2㎜×2㎜×0.65㎜ 패키지로 제공되는 12 비트,
저전력 가속 센서- BMA 456 디지털 3축 MEMS 가속센서: 소형, 2㎜×2㎜×0.65㎜ 패키지로 제공되는 16 비트,
저전력 가속 센서- BMA 453 디지털 3축 Low-G 가속센서: 불안정한 VDDIO 1.2-3.6V 전압대에서 3개의 수직
축으로 가속 측정
무리타제작소(일)
o 모션센서 SV01A103AEA01BOO- 로타리 센서, 기술: 저항, 회전각도: 전기, 기계: 0℃∼333.3℃- 연속출력: 아날로그전압, 액추에이터 유형: 샤프트형 홀- 선형성: ±2%, 저항: 10㏀, 저항허용오차: ±30%, 실장유형: 표면실장, 종단유형: SMD(SMT)탭,
작동온도: -40℃∼85℃
Leap Motion(미)
o 동작인식 관련 센서 및 솔루션 업체로 2015년 10월 동작인식 센서 ‘Dragonfly Module’ 베타버전을 SK텔레콤에 제공하기로 MOU 체결
싱가포르과학기술디자인대/MIT 연구팀
o 2015년 6월 탄소나노튜브 섬유를 활용해 인체의 관절이나 근육의 움직임을 감지하고 측정할 수 있는 “웨어러블 모션센서” 개발- 웨어러블 모션센서는 다기능성 탄소나노튜브 섬유 가닥들을 유연한 고분자 소재 위에 나란히 배
열해 직조한 섬유에 꾸준히 전류를 흘리면서 이를 잡아 늘이면 압전 특성과 접촉저항이 증가- 소재인 탄소나노튜브의 특성상 최대 900% 이상의 신축성이 있어 인간뿐 아니라 지구상에 존재
하는 대다수 동물의 움직임을 감지<자료> Technavio, Global Motion Control Sensors Market 2017-2021, 2017. 5. 및 각 사 홈페이지 참고해 ETRI 기술정책연구본부
작성, 2020. 2.
주간기술동향 2020. 4. 15.
22 www.iitp.kr
하지 않고 쓰레기통 위쪽에 손을 흔들어도 뚜껑이 열린다[21].
필립스라이팅(Philips Lighting)은 2016년 9월 커넥티드 조명 솔루션 ‘휴(Hue)’를 공개했다. 사람의 동작에 반응해 실내 조명을 제어할 수 있는 모션센서로 실내공간에 설치할 수 있고, 사용자가 스위치를 직접 켜고 끄지 않아도 된다[22]. 2017년 11월 ‘휴 모션센서(Hue Motion Sensor)’를 출시했다. 스마트기기와 연동하여 1,600만 가지 색상과 다양한 조도를 원격으로 조절하고, RGB 색상 영역을 사용하여 원하는 색을 구현한다[23].
스위스의 시계메이커인 오메가(OMEGA)는 2018년 2월 평창올림픽 아이스하키에 적용될 타임키핑 기술을 소개했다. 선수복 윗부분에 장착되는 모션센서는 선수의 속도, 순간 가속도, 누적 이동거리, 방향 전환 등을 감지하여 수신기를 통해 스코어보드 관리실로 전달되고, 관중과 TV 시청자, 코치진에게 제공된다[24].
스위스 업체인 모션파일럿(Motion Pilot)은 2018년 3월 드론 제어 기술 ‘Vector’를 개발했다. 햅틱 조이스틱을 사용하여 직관적이고, 촉각적 방법으로 쉽게 드론을 조작할 수 있다[25].
III. 국내의 기술 동향
1. 모션센서 기술
ETRI 신소자연구그룹 최춘기박사팀은 2018년 10월 고무형 복합소재를 활용하여 손가
락, 눈 옆의 관자놀이, 목 뒷부분에 부착하여, 손가락의 굽힘, 눈 깜박임, 목 구부림에 따른
신체의 움직임을 감지하는 모션센서를 개발했다[26].
(a) 구글의 Soli (b) 필립스의 휴(Hue) (c) 모션파일럿의 Vector<자료> 구글
[그림 1] 해외의 모션센서 적용 제품
ICT 신기술
정보통신기획평가원 23
KIST 바이오닉스연구단 김진석 박사팀은 2018년 9월 FBG(광섬유 브래그 격자, Fiber
Bragg grating) 센서를 이용하여 실시간으로 3차원 형상을 정밀 측정하는 광섬유 기반
착용형 3D 모션 캡처링 센서 시스템을 개발했다[27].
로보큐브는 2018년 10월 ‘2018 로보월드’에서 네트워크 기반 모터 컨트롤러, 로봇용
모션센서 등을 공개했다[28].
스탠딩에그는 2016년 12월 MEMS 모션센서 솔루션을 개발했다. 모션센싱 관련 알고
리즘 기술로 센싱 정보를 받아 각종 명령을 수행하도록 돕는데, 동일한 작업을 하더라도
전력을 적게 소모하고 정확한 센싱 정보를 인지할 수 있다[29].
알에스오토메이션은 로봇 모션센서 및 친환경 플랫폼 기반 신제품을 출시했다. 모션
및 센서 분야에서 기술력 및 PCS 분야의 경쟁력을 보유하고 있다[30].
[표 2] 국내의 모션센서 개발 동향
업체/기관 내용
ETRI
o 2018년 10월 신소자연구그룹은 고무형 복합소재를 활용하여 손가락, 눈 옆의 관자놀이, 목 뒷부분에 부착하여, 손가락의 굽힘, 눈 깜박임, 목 구부림에 따른 신체의 움직임을 감지하는 모션센서를 제작- 터치센서로 응용하기 위해 3×3 촉각 센서 모듈 제작에도 성공- 피부에 부착해 신체 움직임이나 자세, 혈압 및 심장 박동수 등을 실시간 감지하여 인간 피부와 같은
유연한 생체환경을 제공해 의료재활 분야에 활용될 전망
KIST
o 2018년 9월 바이오닉스연구단 김진석 박사팀은 FBG(광섬유 브래그 격자, Fiber Bragg grating) 센서를 이용하여 실시간으로 3차원 형상을 정밀 측정하는 광섬유 기반 착용형 3D 모션 캡처링 센서 시스템을 개발
- FBG 센서는 광섬유 코어에 수백 나노미터(nm) 간격으로 굴절률이 다른 물질을 균일하게 빛으로 새겨 놓은 센서로 주로 온도 변화, 건물이나 비행기 날개의 비틀림, 변형 등을 측정하는데 이용
- FBG 센서를 형상 센서, 각도 센서, 비틀림 센서와 각각 조합한 다양한 구조로 제작해 3차원 형상, 고곡률의 구부러짐 각도, 비틀림 각도 등을 측정하는 센서를 개발했고, 인체의 관절 동작 관련 정밀 측정기술을 개발
로보큐브o 2018년 10월 네트워크 기반 모터 컨트롤러, 로봇용 모션센서 등을 공개 - 네트워크 기반 모터 제어기(DC 시리즈, BLDC 시리즈, STEP 시리즈), 로봇용 모션센서(포스 및 토크
센서, 모션센서), 로봇 모듈 등
스탠딩에그
o 반도체 스타트업 기업으로 2016년 12월 MEMS 모션센서 솔루션 개발- MEMS 설계 기술력, MEMS 센서 통합 기술, 센서 허브 관련 기술, 모션센서 관련 알고리즘 기술
등을 보유- 모션센싱 관련 알고리즘 기술로 센싱 정보를 받아 각종 명령을 수행하도록 돕고, 정교한 알고리즘으
로 전력을 적게 소모하고 보다 정확한 센싱 정보를 인지할 수 있으며, 6축 혹은 9축 센서 퓨전 알고리즘을 제공
알에스오토메이션
o 고성능 서보 모션 및 소프트웨어 로봇제어기를 개발하고 있으며, 로봇 모션센서 및 친환경 플랫폼 기반 신제품을 출시, 모션 및 센서 분야에서 기술력을 보유
<자료> ETRI 기술정책연구본부, 2020. 2.
주간기술동향 2020. 4. 15.
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2. 적용 제품
LG전자는 2016년 10월 스마트홈서비스인 ‘스마트씽큐(SmartThinQ)’와 연동되는 스마트전구, 스마트플러그, 모션센서 등 IoT 연동기기 3종을 출시했다. 모션센서는 실내에 있는 사람이나 동물 등의 움직임을 감지하고 기록한다[31]. 2019년 1월 ‘CES 2019’에서 “시그니처 올레드 TV R”을 공개했으며, 탑재된 모션센서는 TV 가까이에서 사용자를 감지하면 화면이 보이지 않아도 웰컴 사운드와 라이팅 효과를 줘 환영의 표현을 하고, 동작대기 상태임을 알려준다[32].
아이디어링크는 2018년 8월 “스마트 골프클럽”을 출시했다. 고성능 엑셀레로미터 모션센서와 콤파스 센서, 통신 모듈을 클럽 헤드 부분에 내장해 정확한 스윙 데이터와 이를 기반으로 자세 교정을 위한 분석 데이터를 제공해준다[33].
SK매직은 2018년 3월 국내 최초로 스마트센서와 모션기술을 적용한 “스마트모션 공기청정기”를 출시했다. 센서는 생활먼지 방향을 감지해 집중적으로 공기를 정화해주고, 제품을 회전해 오염도에 따라 풍량을 스스로 조절한다[34].
휴먼아이티솔루션은 2015년 모션센서를 이용한 가상 재활운동시스템 ‘티온’을 개발했다. 모션인식 카메라 키넥트를 통해 환자의 재활치료를 돕는다. 다양한 기능성 재활게임을 탑재해 환자들이 흥미를 느낄 수 있게 하였다[35].
IV. 시사점
국내에서는 높은 기술장벽으로 모션센서를 전량 수입에 의존하고 있다. 최근 들어,
(a) 아이디어링크 ‘스마트 골프클럽’ (b) SK매직 ‘스마트 공기청정기’ (c) 휴먼아이티솔루션 ‘티온’
<자료> 구글
[그림 2] 국내의 모션센서 적용 제품
ICT 신기술
정보통신기획평가원 25
ETRI, KIST, 연세대 등 연구기관에서 관련 센서를 개발하고 있고, 스타트업들이 로봇용
모션센서, MEMS 모션센서 솔루션 등을 출시하고 있다. 적용제품으로는 사물인터넷(IoT)
연동기기, OLED TV, 스마트 골프클럽, 스마트모션 공기청정기, VR 재활운동시스템 등이
있다.
국내에서 모션센서 개발이 활성화되기 위해서는 센서기업들에 대한 벤처기업 투자, 기
술보증기금 등을 통해 자금을 지원하고, 수요기업 맞춤형 제품 생산, 제품 개발기간 단축,
생산단가 하락을 유도하는 환경 조성과 중소 센서기업에 대한 양산 제조 인프라 지원이
필요하다. 정부는 기술 경쟁력 확보를 위해 연구기관, 대학 등의 기술개발 지원을 지속하
고 출연연으로부터의 기술이전, 공동연구를 통한 양산을 지원해야 할 것이다. 또한, 센서
수요를 창출할 수 있는 프로젝트를 개발하고 기업들이 이를 기반으로 성장하고 해외에
진출할 수 있는 환경 조성이 필요하다[36].
한편, 국내 기업 및 연구기관은 선진 기업과의 기술제휴 및 협력을 적극 추진하여 기술
격차를 줄이기 위해 노력해야 할 것이다.
[ 참고문헌 ]
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/65613-occupancy-sensors)[15] Safe motion control SICK(https://www.sick.com/safetyplus-ssa-motion)[16] Motion detectors protect your home/Bosch Smart Home(https://www.bosch-smarthome.
주간기술동향 2020. 4. 15.
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com/motion-detectors)[17] Sensors-Product Category/OMRON Industrial Automation
(http://www.ia.omron.com/products/category/sensors)[18] Sensors/Murata Manufacturing Co. Ltd.(https://www.murata.com/en-global/products/sensors)[19] 연합뉴스, “미세한 인체 움직임 감지하는 ‘웨어러블 모션센서’ 개발”, 2015. 6. 9.[20] ZDNet Korea, “손짓만으로 통화…구글,‘프로젝트 솔리’FCC 승인”, 2019. 1. 3.[21] 한국일보, “할리데이 이런 선물 어때요”, 2017 .11. 19.[22] 파이낸셜뉴스, “필립스라이팅, IFA서 사람 동작에 반응하는 휴 모션센서 선봬”, 2016. 9. 2.[23] 데이터넷, “필립스라이팅, 스마트홈 필수품 휴 3.0·모션센서 출시”, 2017. 11. 22.[24] 연합뉴스, “스키부츠·썰매 안의 ‘모션센서’…순간 속도·각도까지 정확하게”, 2018. 1. 24.[25] 로봇신문, “스위스 EPFL, 햅틱 기능 조이스틱으로 조작하는 드론 개발”, 2018. 2. 5.[26] 비즈니스코리아, “ETRI, 피부에 바로 붙이는 고무형 압력센서 개발”, 2018. 10. 18.[27] 동아사이언스, “KIST, 가상현실용 모션 캡처 기술 이전”, 2018. 9. 20. [28] 헬로티, “로보큐브, 네트워크 기반 모터 컨트롤러 소개해”, 2018. 10. 10.[29] 전자신문, “스탠딩에그, 아시아 최초 MEMS 모션센서 전문업체로 우뚝”, 2016. 12. 10.[30] 아시아경제, “알에스오토메이션, 로봇모션 센서 신제품 인기”, 2015. 10. 12. [31] 전자신문, “스마트씽큐, 전구·플러그·모션센서도 연동…LG 스마트홈 생태계 확산”, 2016. 10. 10.[32] 파이낸셜뉴스, “LG전자, 세계 최초 ‘롤러블 TV’ 공개”, 2019. 1. 8.[33] 전자신문, “아이디어링크, 세계 최초 3D 모바일 골프 ‘스마트골프 클럽’ 출시”, 2018. 8. 30.[34] 뉴시스, “SK매직, 3세대 직수 정수기 등 혁신 제품 대거 출시”, 2018. 3. 14.[35] 로봇신문, “휴먼아이티솔루션, 가상현실 인지재활시스템 티온 출시”, 2018. 5. 9.[36] 한국수출입은행 해외경제연구소, “센서산업 현황과 경쟁력”, 2019. 1. 23, pp.57-59.
ICT R&D 동향
정보통신기획평가원 27
*
I. 결과물 개요
II. 기술의 개념 및 내용
1. 기술의 개념
도심의 교통 혼잡을 완화시킬 수 있는 교통 신호체계를 확보하기 위해 변경할 신호체계
를 사전에 검토할 수 있는 트래픽 혼잡 예측 시뮬레이터 SW 기술
* 본 내용은 민옥기 책임연구원(☎ 042-860-4887)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. 11. 30. 기술성숙도(TRL)개발 전 개발 후
TRL 5 TRL 6
결과물 형태 Software-Platform, Patent 검증방법 시험인증, 시범사업
Keywords Urban Traffic Simulation, Traffic Congestion Prediction, Traffic Data Filtering & Cleansing
외부기술요소 100% 개발 기술 권리성 특허, SW
chapter 3-1
도시 교통 시뮬레이터 기술
•••민옥기 ‖ 한국전자통신연구원 책임연구원
ICT R&D 동향
주간기술동향 2020. 4. 15.
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- 공공/민간 교통정보 데이터를 통합한 통합 교통 데이터 플랫폼(DB & API)
- 교통 신호체계 개선 방법 및 교통 정책을 사전 검증할 수 있는 트래픽 예측 시뮬레이
션 기술
- 클라우드 인프라의 확장성을 갖춘 아키텍처를 도입하여 동적 규모로 시뮬레이션을
실행할 수 있는 트래픽 시뮬레이션 클라우드 서비스
2. 기술의 상세내용 및 사업화 제약사항
기술의 상세내용
- [교통 데이터 수집 가공] 공공/민간 교통데이터 활용을 위한 클라우드 기반 데이터
수집, 변환, 관리
※ 강남 4개구(강남/서초/송파/강동구) 신호 데이터 및 소통 정보
※ 교통 데이터(신호, 소통정보, 도로 맵, 궤적 데이터 등)를 통합 관리하고 필요
한 형태로 제공
※ 도로망, 신호, 차량 궤적, 기상 데이터, 소통 정보 등에 대한 시공간 연결 구
축
※ 주어진 목적 범위(지역/시간)에 해당하는 교통 시뮬레이터 입력용 교통 수요
데이터 생성
[그림 1] 기술개념도
ICT R&D 동향
정보통신기획평가원 29
- [교통 시뮬레이터 엔진] 교통 혼잡 예측 및 신호/정책을 검증할 수 있는 메소스코픽
교통 예측 시뮬레이션 프레임워크
※ 교통 시뮬레이션 요소(도로망, 신호체계)를 모델링하고, 교통 흐름을 모사하여 교통 시뮬레이션 결과 혼잡도를 출력
※ 교차로 신호체계를 변경하고, 시뮬레이션을 통해 광역적으로 혼잡 정도를 예측할 수 있는 기능
- [클라우드 컴퓨팅 인프라] 교통 시뮬레이션을 위한 가상화 관리 및 분산처리 기술 ※ 다수의 노드에서 시뮬레이션 영역을 분할-연동하여 처리할 수 있는 시뮬레이
션 분산처리 ※ 사용자(지자체, 교통 전문가 등)를 위한 교통 시뮬레이션 클라우드 서비스 기
술 - [교통 시뮬레이션 UI] 교통 신호 편집 및 시뮬레이션 플랜 수립과 시뮬레이션 결과를
보여주는 웹기반 사용자 인터페이스
기술이전 범위
- 도시 교통 예측 시뮬레이션 SW 패키지 ※ 메소스코픽 도시 교통 시뮬레이션 엔진 ※ 서울 강남 4구 범위 내 1주일치 교통 수요 생성 데이터 및 프로그램 ※ 교차로 신호 편집 도구 및 SW ※ 통합 교통 정부 시스템 구성 API ※ 시뮬레이션 시나리오 편집 및 시뮬레이션 결과 가시화 도구(참여기업 공동연
구)- 교차로 단위의 지능형 교통 신호 최적화기
사업화 제약사항
- 강남 4구를 제외한 새로운 도시에 시뮬레이션을 적용할 경우, 새로 교통 신호, 맵, 소통 정보 등에 대해 데이터베이스 구축작업이 사전에 필요함
주간기술동향 2020. 4. 15.
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III. 국내외 기술 동향 및 경쟁력
1. 국내 기술 동향
(경찰청 스마트시그널) 경찰청 주도로 스마트신호시스템 연구 개발이 2015년부터 5년
간 총 135억의 예산으로 추진 중이며, 이 연구 개발은 2×2, 3×3 지역 최적화를 목표
로 진행 중임
(CoVASS) 국토교통부에서는 4세대 교통제어시스템을 구축하기 위해 CoVASS(Connected
Vehicle Adaptive Signal Control System) 연구단을 구성하고, V2X-i(Vehicle 2
Everything for Intersections) 기술 개발을 목표로 함
교통 데이터 수집 기술
- 서울시에서는 2015년 교통정보종합관리시스템(TOPIS)을 구축하여 자체수집 교통
정보와 유관기관들의 교통정보를 통합하여 모니터링하고, 대전시에서는 교통 데이
터웨어하우스를 OLAP(On-Line Analytical Processing) 기반으로 구축
교통 시뮬레이션 기술
- 카이스트는 차량 시뮬레이션 모형인 OFFA(Over-saturated Freeway Flow
Algorithm)을 개발하여, AIMSUN, Citylabs에 이식하여 테스트하였으며, V2V 통
신 환경에서의 도로상 사고 등 위험정보를 전파하는 시스템인 CVS(Cooperative
Vehicle System)의 영향을 미시적 시뮬레이션으로 검증함
2. 해외 기술 동향
교통 데이터 수집 기술
- 미국에서는 1990년대 후반부터 실시간 ITS 자료를 통계자료로서 활용하고자 하는 ADUS 프로젝트를 수행하여 자료를 통계적으로 정리, 분석, 공유하여 다양한 교통 행정, 정책에 활용
- 유럽의 ITS는 도로교통 텔레매틱스에 초점을 맞추고 있으며 첨단도로교통과 첨단수송부문에 대한 연구 개발을 중점으로 추진하였음
ICT R&D 동향
정보통신기획평가원 31
- 일본에서는 도로교통과 관련된 정보의 체계적인 획득 및 운영이 교통문제 해결을
위한 핵심이라 판단하여, 1994년 정부지원 ITS 사업의 일환으로 차량에 통신 단말
기를 탑재하여 VICS(Vehicle Information and Communication System) 서비
스를 제공하고 교통 정보를 수집
시뮬레이션 방법을 이용한 교통 예측 기술
- 독일의 경우 전체 고속도로에 대해 시뮬레이션을 통해 교통상태를 예측하여 실시간
으로 서비스
- 스페인의 Aimsun 소프트웨어는 온라인 시뮬레이션을 통해 교통상태를 예측하는
소프트웨어인 Aimsun Online을 개발하여 프로젝트 단위로 공급하고 있으며, 점차
확대하고 있는 추세임
상용 교통 시뮬레이션
- (거시 시뮬레이션 모델) METANET, CTM(Cell Transmission Model) 모델이
1990년대에 유체역학 연속류 흐름 모델을 기반으로 교통 흐름을 구현하기 위해 개
발됨
- (미시 시뮬레이션 모델) AIMSUN, VISSIM, CORSIM(CORridor SIMulation) 등이
많이 사용되고 있으나, 고비용이며 소규모 교차로 수준에서 시뮬레이션이 가능한
정도임
3. 표준화 동향
국내 교통정보의 원할한 상호교환 및 이용을 위해 전국 교통망에 대해 단일화된 ID체계
를 적용한 표준교통망 DB를 구축하여 전국단위 표준 노드/링크 제정
미국에서는 교통데이터 상호연계를 위해 ITS 자료 국가표준을 개발하여 시행
- (ASTM E2259-03a): Standard Guide for Archiving and Retrieving ITS-
Generated Data
- (ASTM E2468-05): Standard Practice for Metadata to Support Archived
Data Management Systems
주간기술동향 2020. 4. 15.
32 www.iitp.kr
4. 보유특허
5. 기술의 경쟁력
IV. 국내외 시장 동향 및 전망
1. 국내 시장 동향 및 전망
한국교통연구원에 따르면 2015년 교통혼잡비용은 약 33조 4,000억 원에 이를 것으로 예상되고 그 규모는 GDP 대비 2.16%에 달함- 2015년 7대 도시의 교통혼잡비용은 총 21조 2,929억 원이고 그 중 서울이 약 9조
4,353억 원(44.3%)으로 가장 높음
No. 국가 출원번호(출원일) 상태 명칭
1 KOREA 2019-0060776(2019.5.23.) 출원 데이터 예측 인공신경망 학습 방법 및 장치
2 KOREA 2018-0067707(2018.6.12.) 출원 통행 시간 예측 모델을 이용한 통행 시간 예측 방법 및 통행 시간 예측 장치
3 KOREA 2019-0003036(2019.1.4.) 출원 높은 기수 네트워크 기반 교통 트래픽 시뮬레이션의 분산 처리 장치 및 시스템
4 U.S.A 16/439891(2019.6.13.) 출원 데이터 예측 인공신경망 학습 방법 및 장치
5 U.S.A 16/439243(2019.6.12.) 출원 시공간 모델을 이용한 통행시간 예측 방법
경쟁기술 본 기술의 우수성 및 차별성
METANET, CTM
- 유체역학 기반의 수학적 모델로 교통 흐름을 시뮬레이션하여 고속도로와 같은 지속적인 흐름에서는 유용함. 그러나 단속류(도시 신호 도로) 시뮬레이션은 불가
- 본 기술은 도시 신호체계 변경에 따른 교통 흐름 변화의 확인이 가능하며, 교차로 단위의 딥러닝 기반 신호 최적화가 가능함
AIMSUN, VISSIM
- 에이전트 기반 시뮬레이션으로 시뮬레이션 컴퓨팅 비용이 커서 소규모 교차로 수준에서만 시뮬레이션이 가능함
- 본 기술은 메소스케일 규모로 시뮬레이션 하므로, 행동 모델 구현이 가능하면서도 대도시 규모의 시뮬레이션을 수행할 수 있는 장점이 있음
SUMO(공개 SW)- 공개 SW로 많은 기능을 제공하나 사용이 복잡하고 단일 시스템에서만 수행할 수 있는 등 적용
규모에 한계가 있음 - 본 기술은 분산처리를 함으로써 시뮬레이션 범위가 제한적이지 않게 적용 가능함
ICT R&D 동향
정보통신기획평가원 33
- 전국 교통혼잡 비용은 2005년 23조 5,000억 원에서 2015년 약 33조 4,000억 원으
로 연평균 3.54% 증가
[표 1] GDP 대비 전국 교통혼잡비용 추이 및 예측
빅데이터 분석도구의 국내 시장은 1,043억 원 규모로 연평균성장률(CAGR)이 11.57% 정도로 예상함(KISTI Market Report 2016-44)
2. 해외시장 동향 및 전망
세계 ITS 관련 시장은 2020년까지 약 339억 달러(약 39조 8,500억 원) 규모로 성장할 것으로 예상(Markets and Markets, Intelligent Transportation System Market by Component, System, Application, and Geography - Analysis & Forecast to 2015)- ITS 시장에는 장비 및 센서와 같은 하드웨어 시장이 높은 비중으로 포함되어 있으며,
2017년 29조 시장에서 2022년 50조 원 규모로 성장할 것으로 전망(CAGR: 11.57%)
3. 제품화 및 활용가능 분야
구분 2010 2011 2012 2013 2014 2015 증가율(%)
전국 혼잡지용(십억 원)
계 28,509 29,097 30,315 31,420 32,385 33,350 3.54
지역간 10,436 10,742 11,130 11,418 11,737 12,057 2.86
7대 도시 18,073 18,355 19,185 20,002 20,647 21,293 3.96
GDP(조 원) 1,265 1,333 1,377 1,428 1,483 1,542 5.30
GDP 대비 비중 2.25 2.18 2.20 2.20 2.18 2.16 -
활용 분야(제품/서비스) 제품 및 활용 분야 세부내용
스마트 교통 서비스
- (교통 신호 최적화 서비스) 지자체 또는 시민 대상으로 교통 상황에 따라 최적의 교통 신호를 도출해서 추천해주는 서비스
- (교통 네비게이션) 다양한 후보 경로에서 최적의 경로를 찾거나, 정확한 소요시간을 예측하는 기술로 활용
- (지자체 교통 신호 변경 사전검토) 지자체에서 교통 신호를 바꾸고자 할 때, 특정 교차로의 신호변경이 주변지역의 교통흐름에 어떤 영향을 미치는지 사전 검토하는 목적으로 활용
- (교통 혼잡 예측 솔루션) 지자체 대상 교통 관련 기반 기술로 활용
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V. 기대효과
1. 기술도입으로 인한 경제적 효과
도시 내 통행속도 향상 및 교통혼잡비용의 혁신적 감소 가능
- SW기반의 첨단교통시스템 구축을 통해 3년 후 도심의 통행속도 10% 향상과 교통혼
잡비용 10% 감소 기대
※ 15년 교통혼잡비용은 33.4조 원(GDP의 2.16%)이며, 이 중에 도시부의 비용
이 64%인 21.3조 원으로 예측(한국교통연구원, 2014. 4.)
2. 기술사업화로 인한 파급효과
교통정보와 SW기반의 신비즈니스 모델 창조 활성화 - 미래 첨단교통서비스 시장을 통해 부품부터 시스템 및 플랫폼 기반의 SW기술까지
전 과정에서 창조적 생태계 구축
- 상상력과 융합에 기반한 신성장 동력으로 신산업 분야(교통정보 서비스, 자동차전장,
광고 등) 등 새로운 비즈니스 모델 창출 가능
활용 분야(제품/서비스) 제품 및 활용 분야 세부내용
스마트 시티 - (도시 교통 정책) 신도시 건설 등에서 도시 교통 정책을 수립할 때 사전 검증용으로 활용 - (도시 영향력 평가) 특정 시설이나 건물 신축에 따른 유입 인구 및 교통 혼잡도 사전 예측 검증
용으로 활용
대도시(서울시) 통행속도 교통혼잡비용
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(시뮬레이션 기술) 유사한 형태, 시간 단위의 패턴에 근거한 링크별 시뮬레이션 혹은 에이전트 기반의 시뮬레이션을 메소스케일 시뮬레이션 수행으로 정밀성을 확보
(응용 파급) 도심교통 혼잡제어를 위한 정밀 시뮬레이션 기술과 기계학습 기반 교통 데이터 예측을 활용한 다양한 응용 파급
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*
I. 결과물 개요
II. 기술의 개념 및 내용
1. 기술의 개념
자율주행차량에 지령을 내리기 위해 학습데이터로 사용되는 데이터 셋을 수집하고,
이를 일반인 및 기업이 사용할 수 있도록 오픈하는 다운로드 페이지 구축
* 본 내용은 이용구 교수(☎ 062-715-2396)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 2020. 12. 기술성숙도(TRL)개발 전 개발 후
TRL 3 TRL 5
결과물 형태 SW 검증방법 외부 평가 인증
Keywords 자율주행, 비정형 데이터 셋, 딥러닝, 데이터셋 API, 동적특성 인지처리기술
외부기술요소 100% 개발 기술 권리성 SW
chapter 3-2자율주행을 위한 데이터 셋 기술 및 경찰관, 교통안전요원 검출, 추적,
수신호인식 기술•••
이용구 ‖ 광주과학기술원 교수
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차량의 카메라를 활용하여 경찰관 및 안전요원의 수신호를 인식하여 차량에게 지령을
내리는 알고리즘 개발
2. 기술의 상세내용 및 사업화 제약사항
기술의 상세내용
- 국내외의 경찰관 및 도로교통 안전요원의 수신호를 날씨, 시간 등의 환경적인 요인과 혼잡, 여유상황 등의 교통상황을 고려하여 데이터를 분류 및 수집
- 수집된 데이터를 이용하여 AI 기반의 학습을 진행하기 위한 수집 데이터 라벨링- 수집된 데이터의 공개 저장소를 구축하여 사용자의 정보제공 동의 및 상업적 활용
여부의 확인을 받아 사용할 수 있도록 구축 예정- 동적 데이터의 인지처리를 위해 보행자 검출 기술, 보행자 추적 기술, 경찰관, 교통안
전요원 인식 기술, 교통 수신호 인식 기술을 개발- 도로 환경에서 촬영된 영상에서, 보행자를 검출한 후 추적을 수행하여 각각의 보행자
에 대해 ID를 부여하고 히스토리를 추적 - 경찰관 및 교통안전요원을 검출 및 추적하여 시퀀스 데이터를 추출하고, 행동인식
기반의 교통 수신호 인식 알고리즘을 적용하여 동적 데이터를 분석- 인지처리기술 개발을 위해 영상 특징 기반 알고리즘 및 딥러닝 기반의 알고리즘을
개발- 임베디드 보드 상에서 실시간 동작을 위해 처리 속도를 중점적으로 고려한 영상 인식
알고리즘을 개발
[그림 1] 기술개념도
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기술이전 범위- 객체 인식 알고리즘의 학습을 위한 대용량 데이터 셋 - 자율주행차량에 탑재 가능한 실시간 객체 검출 및 추적 알고리즘
사업화 제약사항
- 현재 국내에서 스타트업 및 기업이 자율주행을 위해 데이터 셋을 필요로 하지만 해당 기술은 주관기관의 임의대로 공개할 수가 없기 때문에 2020년 이후에나 일반에게 공개가 가능함
- 데이터 셋의 라벨 포맷이 정해져 있기 때문에 사용자의 필요에 따라 직접 라벨을 수정하여 사용해야 함
III. 국내외 기술 동향 및 경쟁력
1. 국내 기술 동향
KAIST Multispectral Pedestrian Detection Benchmark- 국내 공개 데이터 셋은 KAIST의 데이터 셋이 유일하며, 이는 HD급의 화질로 촬영된
9만 5,000여 장의 보행자 데이터 셋인데, 컬러 이미지와 열 영상 두 가지 방법으로 촬영됨
객체 인식 및 추적 동향
- 포항공대는 ACF 특징 기반으로 주변 정보를 활용한 ACF++ 를 이용한 보행자 검출 기술을 개발
- 연세대에서는 딥러닝 네트워크를 이용한 도로주행 상황에서의 객체인식 기술을 개발- 홍익대는 어안렌즈 카메라로 획득한 영상에서 차량인식을 위한 검출기를 개발- 포항공대는 Depth 영상 기반의 사람 행동 인식 기술을 개발
2. 해외 기술 동향
Benchmark Datasets
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- Caltech Pedestrian Benchmark: 현재 세계적으로 많이 인용되는 benchmark dataset으로 보행자 카테고리만 제공하고 있음
- Berkeley Deep Drive: 공개 데이터 중 가장 많은 카테고리(10개)를 보유하고 있으며, Video, 2D box, segmentation의 데이터를 다운받을 수 있음
객체 인식 및 추적 동향
- 미국 마이크로소프트 연구팀에서는 CNN을 기반으로 하는 RPN(Region Proposal Network)과 ROI Pooling 방법을 개발하여 Faster R-CNN이라는 고성능의 보행자 및 물체 검출 기술을 개발
- 미국 페이스북 연구팀은 기존의 Faster R-CNN을 기반으로, 특징 피라미드 간의 계층적 예측을 수행하는 Feature Pyramid Network(FPN)를 개발
- 독일 Max Planck Institute는 Multicut 알고리즘을 이용한 다중 추적 기술을 개발- 미국 카네기멜론대학교에서는 Part Affinity Field 기반의 사람 자세 추정 알고리즘
을 개발
3. 표준화 동향
데이터 셋 표준- 자율주행을 위한 데이터 셋 표준은 존재하지 않음
객체 검출 및 추적 표준
- 객체 인식을 위한 표준은 존재하지 않음
4. 관련 보유특허
No. 국가 출원번호(출원일) 상태 명칭
1 대한민국 2015. 12. 22. 등록 계층적 패턴 구조에 기반한 기술자 생성 방법 및 이를 이용한 객체 인식 방법과 장치
2 미국 2016. 10. 04. 등록 Method Of Extracting Ridge Data and Apparatus and Method for Tracking Joint Motion Of Object
3 미국 2015. 03. 24. 등록Method for Generating A Hierarchical Structured Pattern based Descriptor and Method and Device for Recognizing Object using the Same
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5. 기술적 경쟁력
IV. 국내외 시장 동향 및 전망
1. 국내 시장 동향 및 전망
자율주행을 위한 영상시스템 국내 시장규모 및 전망 (단위: 억 달러)
삼성 CMOS, SEKONIX & NVIDIA, Sony 등은 자율주행을 위한 카메라를 기업의
핵심 사업으로 선정
국내 자율주행자동차 산업의 규모는 2018년 5,000억 원에 달하고, 2024년에는 8,000
억 원에 달할 것으로 전망되고 있음
현대자동차, 현대모비스 등 국내 주요 자동차 제조회사에서 자율주행을 위한 인지처리
기술을 활발하게 개발 중에 있음
완성차 업계는 높은 가격, 약한 내구성(구동장치), 차량외관 변형 등의 문제로 LiDAR를
기피하고 있으며, 카메라 기술 시장의 확대가 예상
경쟁기술 본 기술의 우수성 및 차별성
CalTech Pedestrian Dataset.
자율주행을 위한 국내 데이터 셋으로는 KAIST 데이터가 유일하므로, 국내 자율주행을 위한 데이터가 현저히 부족함. 국가마다 교통신호체계, 교통통제설비가 다르기 때문에 해외의 데이터 셋으로 학습시킬 경우, 국내 교통체계를 정확히 인식하기 어려움. 본 데이터 셋은 국내 데이터로 구성되어 국내 교통체계를 반영하고 있으며, 경찰 및 교통안전요원 데이터 셋 구축은 세계 최초 시도임
Berkeley DeepDrive Dataset
NVIDIA-Jetpack 본 과제에서 개발한 보행자, 교통안전요원 및 경찰관 검출기술은 임베디드 보드상에서 실시간으로 동작하고, 영상의 해상도와 촬영 환경에 무관하게 높은 검출율을 가짐
- 자율주행을 위한 인지처리 기술을 타깃으로 하여 교통안전요원 및 경찰관의 수신호를 인식하는 기술은 현재 개발되지 않았으므로 본 과제에서 개발한 인지처리기술이 차별성을 가짐
구분 2015 2016 2017 2018 2019 2020
국내 시장 90 104 118 137 156 176<자료> ETRI 기술경제연구본부, 2016.
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2. 해외 시장 동향 및 전망
자율주행을 위한 영상시스템 세계 시장규모 및 전망 (단위: 억 달러)
딥러닝 기술의 발전으로 카메라로부터 추출된 영상을 처리하는 기술이 발전되고 시장
이 확대됨
콘티넨탈, 덴소, 보쉬, 발레오, 델파이 등 대형 부품업체는 카메라 인식 기술을 보유함
Daimler사는 LiDAR를 stereo camera로 대체하여 103km 완전자율주행을 수행
유럽 자동차 안전성 등급 판정기관(Euro NCAP)은 자동차 안전등급 판정항목으로 횡
방향으로 움직이는 장애물 탐지 기술을 추가
3. 제품화 및 활용 분야
V. 기대효과
1. 기술도입으로 인한 경제적 효과
최근 레이더 및 LiDAR 센서를 적용한 자율주행차가 개발되었지만 이 센서들은 대규모
구분 2015 2016 2017 2018 2019 2020
세계시장 986 1,142 1,297 1,509 1,720 1,904<자료> ETRI 기술경제연구본부, 2016.
활용 분야(제품/서비스) 제품 및 활용 분야 세부내용
1 자율주행차 딥러닝 기반의 물체검출 알고리즘용 training dataset 및 임베디드 보드에 포팅하여 실제 도로주행상황에서 정적 데이터뿐 아니라 동적 비정형 데이터를 인지하는데 사용될 수 있다.
2 CCTV 보행자 추적 기술은 비디오 감시, 사람 계수, 사람 행동 분석, 사람 행동 분석 등에 사용될 수 있다.
3 교통정보 서비스 교통 수신호 인식 기술은 자율주행 자동차에서 비정형 데이터 인식을 통해 자동으로 도로 교통흐름을 분석하기 위해 사용될 수 있다.
4 안전 분야 경찰관, 교통안전요원 검출은 도로상에서 경찰관, 교통안전 요원의 위치를 파악하고, 동적 특성인지를 위한 사전 단계로 사용될 수 있다.
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응용 프로그램을 적용하기에는 경제적이지 못하고 객체 카테고리를 인식할 수 있는
용량이 제한적인 반면에, 카메라는 저렴할뿐만 아니라 물체종류, 거리, 움직임 등 더욱
많은 트래픽 정보와 동적 정보를 캡처하기 때문에 효율적인 데이터 처리가 가능
높은 수준의 비정형 동적 데이터 인지처리기술을 개발함으로써 자율주행차의 사고를
미연에 방지하여 사고로 인한 경제적 손실을 최소화할 수 있으며, 도로주행 상황에서
인식 지연으로 인한 교통 체증 유발을 방지할 수 있음
2. 기술사업화로 인한 파급효과
현재 경찰관 및 교통안전요원의 데이터 셋을 제공하는 기관 및 페이지는 전혀 존재하지
않으며, 본 기술의 개발 후에는 31만 개의 교통 수신호, 경찰, 교통안전요원 영상 및
이미지 데이터를 구축할 예정
본 기술 개발을 통해 국내 기업 및 연구단체에 방대한 양의 비정형(경찰, 도로안전요원,
보행자) 데이터를 제공함으로써 국내업체가 전 세계 자율주행차 개발 시장에서 경쟁력
을 가질 수 있으며, 데이터를 구축할 자금력이 부족한 중소벤처기업에도 인공지능의
핵심 인프라를 지원할 수 있음
또한, 오픈된 데이터 셋을 사용하여 누구든지 쉽게 자율주행에 대해 접근할 수 있고,
교육 단체에서도 알고리즘을 즉시 구현하여 새로운 설계 및 창의적인 개발이 가능
사업책임자: 문형돈(기술정책단장)
과제책임자: 이성용(융합정책팀장)
참여연구원: 이재환, 이효은, 권요안, 김용균, 박주혁, 김우진, 전영미(위촉)
통권 1942호(2020-14)
발 행 년 월 일 : 2020년 4월 15일발 행 소 : 편집인겸 발행인 : 석제범등 록 번 호 : 대전 다-01003등 록 년 월 일 : 1985년 11월 4일인 쇄 인 : ㈜승일미디어그룹
(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)
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