사이버물리시스템 (CPS, Cyber-Physical System)

CPS CPS (CYBER PHYSICAL SYSTEM) 1. 필요성 2. CPS 에 대한 산업적 .경제적 접근 3. CPS 에 대한 기술적 해석 4. CPS가 가져올 미래 사회의 모습 5. 시사점 1. CPS 의 필요성 ○ CPS란? . 사이버물리시스템 (CPS, Cyber-Physical System) 은 물리 시스 템 및 프로세스와 컴퓨팅의 통합으로 탄생하였으며 , 센서와 액추에이 터를 이용해 물리 프로세스를 모니터링 함으로써 물리 시스템에 새로운 특성과 능력을 제공한다 . . CPS란 사이버시스템 (cyber system) 과 물리시스템 (physical system) 의 통합적 시스템으로 , 통신 및 제어 기능이 물리세계의 사물 과 융합된 형태를 지칭함 . CPS는 CPS는 기존 임베디드 시스템의 미래지향적이고 발전적인 형 태로 이해할 수 있으며 , 에너지, 전력망, 교통시스템 , 공공기초시설 , 건 강진료 등 매우 복잡한 핵심인프라가 모두 CPS의 적용대상에 해당 됨 ○ CPS는 모든 사물들이 서로 연결되어 정보를 교환하는 사물인터 넷(Internet of Things) 에서 컴퓨팅과 물리 세계가 네트워 킹을 통해 유기적으로 융합되어 사물들이 서로 소통하며 자동적 , 지 능적으로 제어되어 지는 시스템 CPS CPS ○ CPS의 등장배경 . 다양한 지능형 장치 및 유비쿼터스 무선 통신 기기가 급증하고 컴퓨팅 및 메모리성능의 발전이 지속되면서 여러 응용분야에 컴퓨팅이 미치는 영향도 증가할 것으로 전망됨 . 컴퓨팅으로 대표되는 사이버 세계의 기능이 미래에는 훨씬 더 광범위한 분 야의 물리적 세계와 접목하여 그 활용도가 증가할 것으로 판단됨 . 의료기기 , 자동차, 로봇, 항공기, 보안 및 감시시스템 등 대부분의 컴퓨터탑 재 물리시스템들은 구성 요소의 복잡성 증가로 전체 시스템의 결함 가능성 이 증대되고 있음 . 따라서 각종 재난과 사고를 미연에 방지할 뿐만 아니라 , 고신뢰성을 보장 하는 무결점 (zero-defect) 지능 시스템의 필요성 제기 ○ CPS, IT 기반 융 .복합의 이론적 토대 . 통상 물리시스템은 시간의 흐름에 따라 변화하는 반면 , 컴퓨터로 대변되는 사이버시스템은 논리의 흐름에 따라 변화하는 본질적 차이가 있음 CPS . CPS의 학문적 정립 및 기술 구현은 향후 국가 인프라 , 운송, 전력망, 산업 자동화,의료.헬스케어 , 국방, 농업 등 실로 다양한 분야에서 인류 삶의 질 및 복지 향상과 안전성 제고에 커다란 혁명을 가져올 것으로 기대됨 ○ CPS 메가트랜드 . 초소형 센서에서 초대규모 인프라까지 임베디드 시스템이 산업 전 영역에 서 널리 활용되고 있으며 , 이에 따라 임베디드 기기의 수 및 생산되는 데이 터의 양이 폭발적으로 증가하고 있음 . 대규모 통합 및 상호 연동 : 임베디드 기기들은 유무선 네트워크를 통해 서로 통합되고 상호 연동되고 있음 (Networked CPS 가 메가트랜드 ) . 자율성: 임베디드 기기들은 사용자의 개입 없이 자율적으로 외부 세계와 소 통하는 방향으로 발전하고 있음 CPS . 스마트한 신세계를 여는 미래지향적 임베디드 시스템으로서의 CPS CPS 2. CPS 에 대한 산업적 경제적 접근 ○ IT기반 창조경제 실현을 위한 Key Enabler 로서의 CPS . CPS가 사이버와 물리 세계의 상관관계를 이해하는 방식에 일대 변혁을 가져옴. ○ 의료 수준의 개선과 상승하는 의료비 억제를 위한 국가 의료 시스템 혁신 ○ 에너지 낭비 및 비용 절감을 목적으로 한 국가 전력 생산 및 배전망의 혁신 ○ 생활에 수반되는 비용 및 위험 감소를 목적으로 한 국가 수송망 및 기반구조의 혁신 . CPS 및 이에 기반한 IT기술을 각종 산업 분야에 적용한다면 국가 경제 의 신성장동력 창출 및 창조경제 실현에 기여 . CPS는 또한 국가 자원 배분 ·활용 효율성 측면에서의 사회적 요구를 충족시 킬 수 있는 무한한 가능성을 제공 . CPS는 여러 핵심 산업의 토대 역할을 하는 핵심 기술로 급부상할 것으로 기대됨 CPS ○ 미래 응용분야 . CPS는 새로운 제품 및 서비스에 대해 혁신적인 기회를 창출할 수 있는 다 양한도메인에 적용될 수 있으며 , 이에 따른 경제적 효과는 막대할 것임 CPS 3. CPS 에 대한 기술적 해석 ○ 왜 CPS 연구개발이 필요한가 . CPS를 통해 융 ·복합 연구의 새로운 패러다임 개척 필요 . CPS는 실시간 재난 대응 시스템 , 지능형 교통시스템 , 지능형 전력망 등의 미래지향적 시스템들을 구현하기 위해 필수적인 기초 융합학문으로 자리매 김할 것으로 기대됨 ○ CPS는 과학적 발전과 경제적 수익 측면에서 중대한 파장을 일으 킬 것임 . 국가 전력망 및 교통 제어시스템과 같은 다수의 대규모 시스템들에 이용되 는 모니터링 및 제어용 설비와 컴퓨터들은 물리적으로 분산되어 있음 ○ 미래의 CPS가 실현되려면 반드시 해결되어야 할 많은 기술적 문 제들이 존재하며 ,따라서 집중적인 연구개발 투자가 필요함 . 사이버 세계와 물리 세계 간의 인터페이스는 수많은 감지장치 , 컴퓨팅 및 통신 장치들과 다양한 유형의 액추에이터들로 구성되며 , 이들 장치들은 복 잡하고 오류의 여지가 있는 실세계 , 즉 실시간 환경에서 동작됨 CPS . 연구개발을 통해 센서 데이터를 수집하고 전송하며 , 상황인식을 위해 센 서를 융합하고 , 그리고 실시간에 제어동작을 수행할 수 있는 메커니즘 및 프 로토콜들이 제안 . 분산형 감지 , 데이터 융합 , 제어, 보안, 프라이버시 , 시스템 강건성 (robustness) 등이 대표적인 기술적 과제임 ○ CPS에서의 기술적 과제 . 분산 감지 , 데이터 융합 및 제어 . 보안 . 프라이버시 . 강건성 ○ CPS 연구·개발 사례 . Google 의 클라우드 로보틱스 ○ 안드로이드와 호환되는 자바기반의 ROS(Robot OS) 인 rosjava 개발에 착수 . 카메라, 시계, 자전거, 가전제품 등 모든 사물을 상호 연결하는데 안드로이드 OS 가 핵심 역할로 자리 잡음 CPS ○ 클라우드를 활용하여 로봇 자원 (배터리, 메모리, 센서 등 )을 줄이면서도 고도의 컴퓨팅 을 요하는 업무를 수행하는 효용성이 높은 저가의 로봇 개발 . Android Cellphone NXT Robot ○ 핸드폰에 장착된 카메라 , 마이크, 센서로부터의 정보를 무선 통신을 통해 클라우드에 서 전달 ·처리하여 맵 정보 등을 다운로드 . 새로운 상황을 대처하기 위해 새로운 App 을 다운로드하여 새로운 태스크 수행 . RoboEatrh 프로젝트 (EU) ○ 로봇들이 인터넷을 통해 서로 지식을 가공하고 교환하며 재활용하여 다른 로봇이 복잡 한 작업을 할 수 있도록 해주는 클라우드 기반의 플랫폼을 구축하는 프로젝트 . Google 의 무인 드라이브 자동차 ○ 구글에서는 카메라 , 레이더 센서 등 상황 정보 수집에 필요한 센서들을 장착한 자동 차를 제어하는데 있어서 경로 계획 등의 고수준 판단에 필요한 프로세싱을 클라우드 에서 처리하는 클라우드 기반 무인 드라이브 자동차를 개발 CPS 4. CPS 가 가져올 미래 사회의 모습 ○ 사회 경제적 측면의 미래상 . 지능형 원격 맞춤의료 서비스 . 각종 재난과 사고의 실시간 대응을 통한 안전한 사회 실현 . 에너지 절약 및 보존의 혁신적 변화 . 안전한 교통시스템 실현 . 사람들이 일하고 소통하는 방식과 일상생활의 대변혁 CPS ○ 기술적 측면의 미래상 . CPS 융합과학 신학문 개척 . 응용·실용화 연구로의 수직적 연계 . 시스템 신뢰도 , 안전성 및 예측가능성 향상을 위한 CPS 원천기술 개발 및 이에 기반한 신개념 무결점 지능시스템 발명 기대 . 장기적으로 국가 인프라 , 운송, 전력망, 산업 자동화 , 의료·헬스케어, 국방, 농업 등의 분야에 적용 및 실용화함으로써 시스템 신뢰성 , 안전성 등을 근본 적으로 혁신하며 , 각종 재난 ·사고를 설계단계에서 방지 CPS 5. 시사점 ○ CPS는 신뢰성 , 안전성, 보안성, 자율성 및 실시간성을 보장하는 무 결점 (zero-defect) 지능 시스템 실현을 목표로 함 ○ CPS는 다양한 응용분야들과의 창조적 연계를 통해 새로운 융복합 패러다임을 개척하고 국가 ·지역 과학기술 발전에 기여할 것으로 기 대됨 ○ CPS는 국가 인프라 , 운송, 전력망, 의료 헬스케어 , 국방, 농업 등 실 로 다양한 분야에서 인류 삶의 질 및 복지 향상과 안전성 제고에 커 다란 혁명을 가져올 것으로 기대됨 ○ CPS는 인간이 물리적 세계와 소통하는 방식을 혁신시킬 것임 CPS