New Computing Paradigm : Pervasive Computing 전자정보센터(www.eic.re.kr) KETI 인터넷미디어 연구센터 강정훈 이민구 조위덕 정하중 2000년대에 들어서면서 ubiquitous, pervasive computing에 대한 관심이 높아지고 있으 며 관련 연구, 개발 활동이 활발해지고 있다. 이러한 경향은 컴퓨팅 디바이스(Computing Device)의 소형, 고성능화, 근거리 무선통신 기술 등 관련 기술의 발전에 따라 가속화되 고 있는 상황이다. 본 기술 분석서는 pervasive (혹은 ubiquitous) 컴퓨팅의 분야의 정의 및 배경, 주요 기 술적 특징들에 대해 설명하고, 관련 하드웨어 기술의 발전 현황에 대해 정리하였다. 서론 1991년 Mark Weiser는 새로운 컴퓨팅 비전[1]을 제시했다. 주 내용은 컴퓨팅, 통신 그 리고 이것들을 사용하는 인간이 조화롭게 연결되는 환경에 관한 것이다. 이러한 조화로운 환경을 ubiquitous 컴퓨팅 환경으로 정의하였다. 그 당시에는 이런 비전을 구현하기에는 주변 기술의 발전이 성숙하지 못했으나, Mark Weiser는 Xerox PARC(Palo Alto Research Center)에서 실험적으로 ubiquitous 컴퓨팅 환경 구현을 시도 했었다. 본 글에서 사용하 는 단어인 Pervasive computing은 기존에 사용되던 용어인 ubiquitous computing과 같은 의미로 사용되는 단어이다. 근래는 하드웨어의 발전에 따라, 1991년 당시에는 불가능했던 많은 제품들이 개발되었 다. 예를 들면, 손 크기(handheld)의 컴퓨터, 무선 랜(wireless LAN), 원격제어가 가능한 가전제품 등의 제품들이다. 또한 대학과 산업체들에서 많은 연구 활동이 진행되고 있는데, 외국 대학의 경우는 University of California at Berkeley의 Endeavour[2], Massachusetts Institute of Technology(MIT)의 Oxygen[3], University of Washington의 portalano가 있다. 산업계의 경우는 영국 AT&T Research in Cambridge, IBM T.I. Watson Research Center와 HP의 cooltown, Microsoft의 EasyLiving 같은 컴퓨팅 업계의 선도 업체들도 pervasive 컴 퓨팅의 비전(vision)을 제시하고 있다. 본론에서는 pervasive 컴퓨팅 기술에 대한 이해와 기술발전 동향의 설명을 위해 네 부 분으로 나누어 설명한다. 첫 번째 부분은 관련 컴퓨터 시스템 연구 분야인 분산 컴퓨팅 (distributed computing), 이동 컴퓨팅(mobile computing)과 pervasive 컴퓨팅 기술의 차 이점을 설명한다. 두 번째 부분은 pervasive 컴퓨팅 기술이 사용되는 시나리오들을 소개 하고, 세 번째에서는 pervasive 컴퓨팅 기술의 주요 소프트웨어 특징에 대해 설명한다. 마지막으로 네 번째에서는 pervasive 컴퓨팅의 산업체들의 기술 동향에 대해 정리한다. 본론 Distributed systems와 mobile 컴퓨팅은 1970년대 이후의 컴퓨팅 기술의 주요 연구 분 야이다. Pervasive 컴퓨팅은 distributed systems, mobile 컴퓨팅이후에 생겨난 분야이면서, 확장 발전된 연구 분야이다. Pervasive 컴퓨팅의 많은 부분이 앞의 두 기술 분야와 공통 되는 부분이 있지만, 이전에 고려되지 않았던 새로운 영역이 추가 되었다[4]. 그림 1. 컴퓨팅 system의 분류[4] 1. Pervasive 컴퓨팅 관련 컴퓨터 시스템 연구 분야[4] n Distributed systems Distributed systems은 개인용 컴퓨터와 LAN 기술이 융합 된 연구분야 이다. 1970년대 중반부터 1990년대까지 두 대 이상의 컴퓨터 네트워크 연결에 사용되 는 프레임워크(framework)기술과 다양한 네트워크 환경에 적용 가능한 알고리즘 들이 연구 되었다. 이 연구 결과들 중 pervasive 컴퓨팅에 사용되는 주요 기술은 아래와 같다. Remote communication : protocol layering, remote procedure call, timeouts Fault tolerance : atomic transactions, distributed transactions, two-phase commit High availability : optimistic and pessimistic replica control, mirrored execution, optimistic recovery Remote information access : caching, function shipping, distributed file systems, distributed databases Security : encryption-based mutual authentication and privacy n Mobile 컴퓨팅 1990년대에 소형(laptop)컴퓨터와 무선 랜(wireless LAN) 기술들이 소개되면서, 이동 컴퓨터에 적용할 distributed 컴퓨팅 기술에 대한 연구가 활발히 진행되기 시작한다. 대부분의 distributed 컴퓨팅 기술이 mobile 컴퓨팅 기술에 그대로 적 용 되었고, mobile 컴퓨팅에 새롭게 필요한 부분들에 대한 연구가 진행 되었다. mobile 컴퓨팅 환경은 distributed 컴퓨팅 환경과 다르게 보장되지 않은 네트워크 품질, 소형 컴퓨터의 낮은 성능과 이동성, 배터리 소모 등의 새로운 문제가 제기 되었다. mobile 컴퓨팅 분야는 아직까지 활발하게 연구가 진행되고 있다. 지금까지의 연 구결과 중 pervasive 컴퓨팅분야와 관련된 부분은 아래와 같다. Mobile networking : Mobile IP, ad hoc protocols, TCP improving performance in wireless networks Mobile information access : disconnected operation, bandwidth-adaptive file access, selective control of data consistency Support for adaptive applications : transcoding by proxies, adaptive resource management System-level energy saving techniques : energy-aware adaptation, variable-speed processor scheduling, energy-sensitivity memory management Location sensitivity : location sensing, location-aware system behavior n Pervasive 컴퓨팅 앞에서 정의된 것처럼 pervasive 컴퓨팅 환경은 컴퓨팅, 통신기능 그리고 사용자 가 조화롭게 연결, 융합 되는 것이다. 그리고 이 기술은 사용자가 느끼지 못 하 도록 눈에 보이지 않으면서 자동으로 작동하는 특징을 갖는다. Pervasive 컴퓨팅은 mobile 컴퓨팅 기술이 그대로 대부분 적용되며 새롭게 아래 와 같은 특징들이 추가된다. Smart space : 회의실, 건물 등에 사용자의 위치를 파악할 수 있는 기반시설을 설치하여, 사용자 위치에 따른 효과적인 서비스를 제공할 수 있다. 사용자의 프 로파일(profile)에 따른 자동적인 냉방, 난방, 조명 조절이 가능한 기술이다. 사용 자 컴퓨터의 소프트웨어(software)의 경우도 위치에 따른 동작이 가능하다. 이 기술은 특정 물체에도 확대 적용될 수 있다. Invisibility : Mark Weiser는 가장 이상적인 경우는 사용자가 pervasive 컴퓨팅 기 술을 사용하고 있다는 것을 느끼지 못 하는 것이라고 했다. 이런 이상적 상황에 가까운 실제 상황은 사용자의 작업 집중력을 최대한으로 보장해 주는 것이다. 웨 어러블(wearable) 컴퓨터, 소프트웨어 에이전트(agent)등이 이러한 특징의 구현 에 사용되는 주요 기술이다. Localized Scalability : smart space 기술에 따라 어느 한 지역의 네트워크의 사 용이 많아지면, 해당 지역의 대역폭 밀도가 높아진다. 이는 네트워크 지연시간 (delay)을 발생시켜, 사용자들의 네트워크 사용에 많은 혼란을 줄 수 있다. 이전 까지의 scalability에 대한 연구는 물리적 거리에 대해서는 고려하지 않았다. 원격 파일 시스템을 제공하는 컴퓨터는 접속하는 위치가 바로 옆 컴퓨터이거나 다른 나라의 컴퓨터이거나 똑같은 서비스를 제공해 주었다. 그러나 pervasive 컴퓨팅 환경에서는 작은 규모의 네트워크에 여러 사용자들이 연결되기 때문에, 네트워크 에서 멀리 있는 사용자의 연결에 대한 처리는 적게 해주어야 한다. 이러한 scalability 처리기능이 없다면, 멀리 떨어져 있는 사용자 때문에 네트워크 사용에 제한이 생기므로, 가까운 곳에 있는 사용자가 서비스를 받지 못 할 수도 있다. Masking Uneven Condition : pervasive 컴퓨팅 환경을 우리 주위에 구축하는 것 은 기술적 문제 뿐 아니라, 경제, 사업 모델 등의 많은 문제와 관련이 있다. 이 환경이 완전하게 구축되는 것도 오랜 후에나 가능할 것이기 때문에 pervasive 컴 퓨팅 환경이 먼저 갖추어질 것으로 예상되는 사무실, 강의실 같은 곳과 그 외의 다른 곳들에서의 위치 서비스는 많은 차이가 있을 것이다. 심지어는 전혀 서비스 가 되지 않는 곳도 많이 있을 것이다. 이렇게 서비스를 받을 수 없는 지역에서도 사용자가 작업 방해를 최소로 받도록 기본 작업 기능을 지원하는 것이 uneven condition의 기능 이다. 2. Pervasive 컴퓨팅 시나리오 예 Pervasive 컴퓨팅 기술로 가능한 세상모습을 설명하기 위해 CMU(Carnegie Mellon University)의 Aura 프로젝트[5] 시나리오와 MIT의 Oxygen 프로젝트의 시나리오를 소개한 다. n Aura 시나리오[5] Jane은 공항에 있고 비행기에 탑승을 기다리면서 23번 탑승 게이트 앞에 있다. 기다리는 도중 많은 양의 업무 문서를 편집하였다. 그녀는 무선 네트워크에 접속 하여 작업한 문서를 e-mail로 보내려 한다. 그러나 23번 게이트의 탑승이 곧 시 작되기 때문인지, 네트워크 접속자가 너무 많아서 지금의 접속 상태로는 비행기 출발 시간 전에 e-mail의 전송이 불가능해 보이는 상태이다. Aura는 이런 상황을 인지하고, 단말기가 보내야 하는 e-mail의 용량과 근처의 사용가능 한 ad hoc 네트워크의 대역폭, 비행기 탑승 일정을 고려하여, Jane이 비행기 탑승 전 작업을 끝낼 수 있는 위치가 게이트 15이고 몇 분 거리에 위치 하는지를 pop-up 메시지를 통해 화면에 알려준다. Jane은 15번 게이트로 이동 하면서, 우선적으로 전송 되어야 할 것을 선택한다. 게이트 15에 도착했을 때, 단말기는 자동으로 ad hoc 네트워크에 연결되어 우선 순위가 높은 순서에 따라 e-mail을 발송하고, 발송이 거의 다 완료되었다는 메시지를 Jane에게 보낸다. 메시지를 확인한 Jane은 다시 게이트 23으로 돌아오기 시작한다. 돌아오는 도중 에 e-mail의 전송 작업이 완료되며, 탑승 안내 메시지를 받는다. Oxygen 시나리오[3] 이 시나리오는 학생들이 보스턴에서 뉴욕으로 견학 및 여행을 다녀오는 여정에서 pervasive 컴퓨팅 기술인 MIT의 Oxygen 기술이 사용되는 예를 나타낸 것이다. 아래의 그림에서 소개되고 있는 휴대용 단말기에서 지원하는 기능은 1. 다른 버스의 친구와의 채팅, 게임 2. 박물관에서의 전시 정보, 선생님과의 채팅 3. 호텔의 예약정보, 자동 문 잠금, 친구들과의 대화 4. 공연 예매 5. 상황에 따른 지능적 알람 기능 6. 쇼핑, 관광 안내 기능 7. 돌아오기 전 버스에서 자동 인원점검 등 이다. 그림 2. Oxygen Project 시나리오 (MIT) 3. Pervasive 컴퓨팅 Software Structure[4] 휴대용 Pervasive 컴퓨팅 디바이스의 소프트웨어 구조는 아래와 같이 나타낼 수 있다. 주요 소프트웨어 모듈로는 끊김 없는 네트워크(seamless network)를 지원하는 Internetworking protocol, 상황(사용자의 상태, 네트워크 상태 등)인지 모듈, 다양한 센서 데 이터 인지 모듈, 사용자 취향 정보 모듈, 소프트웨어 에이전트 모듈로 구성될 수 있다. 그림 3. Pervasive 컴퓨팅 Client S/W Structure Pervasive 컴퓨팅 기술은 user intent, cyber foraging, adaptation strategy, high level energy management, client thickness, context-awareness, privacy & trust 처리가 가능한 것이 주요 특징이다. 아래 내용은 주요 특징들에 대한 내용과 향후 연구 개발에 고려해야 할 사항을 정리한 것이다. n User Intent Proactivity 기능이 효과적으로 동작하기 위해서는 user intent(사용자 의도, 취향) 정보를 적절하게 이용하는 것이 중요하다. 이런 user intent 정보가 없다면, 사용 자의 작업을 도와줄 수 있는 서비스를 결정하는 것이 거의 불가능해 진다. 사용자가 네트워크 스트리밍으로 비디오를 시청하고 있는 경우, 갑자기 전송율의 저하가 발생 했을 때 시스템이 사용자를 위해 처리할 수 있는 동작은 아래와 같 이 여러 가지 중 하나를 선택해야 한다. 비디오 품질을 낮추어 재생 재생 중이던 비디오를 멈추고, 전송율이 안정적인 다른 네트워크를 찾아 연결 사용자에게 지속적인 비디오 재생이 어려움을 알려줌 스트리밍되는 비디오를 저장하고, 사용자에게는 다른 작업을 할 것을 권유 실제로는 이보다 더 많은 처리 방법이 있을 것이다. 그 많은 수의 방법 중 어떤 것을 선택하여 실행할 지는 사용자의 의도나 취향에 맞아야 한다. 현재 사용자의 의도나 취향정보를 취득하여 proactivity 기능을 수행하는 응용 소 프트웨어는 거의 존재하지 않으며, 약간의 비슷한 기능이 포함된 응용 소프트웨 어들도 사용하기에 불편한 수준으로 구현되어 있다. 사용자의 의도, 취향을 취득하는 시스템에 대한 향후 연구에서는 다음과 같은 문 제점들에 대한 연구가 필요로 되고 있다. 사용자 의도 또는 취향을 일련의 학습으로 컴퓨팅 장치가 자동으로 추론 할 수 있는 방법의 존재 여부. 아니면 사용자가 정해진 인터페이스에 따라 취향 정보를 파일 등의 형태로 입력해 놓는 방법에 대한 효율성 비교 내부적으로 사용자 의도, 취향을 어떻게 표시해 놓을 것인가에 대한 문제. 예를 들면 어느 정도로 자세하게 사용자 의도, 취향 정보를 표시해야 하는 가?, 이 정보가 갱신되어야 하는 때는 언제인가?, 다른 소프트웨어 부분에 서 이 정보에 접근하는 방법은 무엇인가? 등에 대한 문제 사용자의 의도, 취향 정보의 정확성 결정 방법. 아직 완전하게 결정되지 않은 정보에 대한 사용 여부, 사용여부의 결정성에 대한 기준의 결정 및 정의. 이러한 사용자 의도 및 취향을 취득함에 있어서 사용자에게 너무 많은 요 구를 하는 것이 아닌지에 대한 고려가 필요하다. 과연 이렇게 사용자에게 추가 작업을 요구하는 것이 이득인지를 생각해 봐야 하고, 또 이것에 대한 정량화 방법을 고려해 봐야 한다. n Cyber Foraging 이동형 디바이스들은 작고, 가벼우며, 장시간 사용 가능한 방향으로 발전하고 있 다. 이것은 소형화에 따라 컴퓨팅 능력이 작아짐을 의미한다. 그러나 사용자들은 이런 작은 이동형 디바이스들이 크기와는 상관없이, 작지만 많은 일을 처리할 수 있는 컴퓨팅 능력을 갖추길 원하는 것도 사실이다. 이런 소형화와 다양한 성능을 조화롭게 구현하는 것은 결코 쉽지 않은 일이다. Cyber Foraging의 의미는 pervasive 컴퓨팅 단말기는 사용자가 원하는 모든 기능 과 성능을 갖을 수 없기 때문에, 주위에 있는 높은 사양의 컴퓨팅 디바이스를 이 용하는 것을 의미한다. 가정용 컴퓨터의 가격이 많이 하락하고 있으며 이에 따라, 가까운 미래에는 빌딩, 거리 어디에나 컴퓨팅 능력이 있는 디바이스가 설치될 것 으로 예상되고 있다. 결과적으로는 고정되어 있고, 인터넷 연결이 가능한 디바이 스들이 cyber foraging 기능에 사용될 것이며, gateway 혹은 surrogate의 역할을 할 것으로 예상된다. 이런 기능의 구현을 위해 향후 고려, 연구 되어야 할 점들 은 아래와 같다. 사용 가능한 Surrogate를 자동으로 찾는 기술이 제공되어야 한다. 현재 UPnP, JINI, Bluetooth등의 비슷한 기능의 규격들이 있지만, 이것들의 cyber foraging사용 가능 여부와 다른 것들의 기능을 포함하여 확장 가능 한 규격이 있는지에 대한 검토 Surrogate의 cyber foraging은 다른 디바이스들에 대한 작업을 지원해 주 는데, 결국 이런 지원은 봉사일 뿐이다. 이런 문제는 특히 해결하기 어려 운데, surrogate의 자원을 어느 정도 까지 사용할 수 있게 해주느냐를 결 정하는 방법, surrogate의 cache를 이용하는 경우에 대한 효율과 이득에 대한 연구도 필요하다. Surrogate간의 load balancing 문제, 자동 데이터 처리의 지연시간, 네트 워크 연결의 scalability n Adaptation Strategy Adaptation은 자원(resource)의 요구와 제공이 불일치 할 때 사용되는 기능이다. 자원이란 예를 들면 무선 네트워크 대역폭, 전력, 연산 시간, 메모리 등이다. 이 adaptation 기능은 크게 3가지의 방법으로 분류될 수 있다. 방법 1 : 단말기의 사용 가능한 자원을 파악하여, 공급되는 컨텐츠의 품질을 사 용 가능한 자원에 맞게 조절한다. 방법 2 : 단말기 외부의 사용 가능한 자원을 파악하여 이 환경에 알맞은 서비스 를 요구한다. 예약 점유 형태의 QoS(quality of service)가 대표적인 예이다. 방법 3 : 단말기가 사용자에게 선택을 요구해서 사용자가 알맞은 서비스를 판단, 선택한다. 가장 효율적인 방법으로 생각되지만 아직 구현된 예는 없다. 이외에 추가로 고려, 연구되어야 할 것들은 아래와 같다. Surrogate간의 load balancing 문제, 자동 데이터 처리의 지연시간, 네트 워크 연결의 scalability 사용자 입장에서는 QoS 예약 방식이 좋은 품질의 데이터를 서비스 받을 수 있는 방법으로 생각되지만, 다양한 분산 시스템 환경에서의 장, 단점 분석 Smart space에서의 자원 점유 처리 기술에 대한 문제, 많은 수의 단말기 들에게 자원을 조절하는 방법, 네트워크 대역폭 이외 중요하게 사용될 자 원, 이를 위해 필요한 API들과 프로토콜에 대한 분석 Application에서의 corrective action기능 지원 문제 n High-Level Energy Management 개인 환경에서의 proactive, self-tuning 기능의 지원은 사용자 단말기의 전력 소 비를 크게 한다. 현재 단말기의 개발은 더 작고, 가벼운 방향으로 진행되고 있으 나, 내부 회로의 저전력만으로는 proactive, self-tuning등의 기능을 지원하기 힘 든 상황이다. 상위 소프트웨어 단에서의 전력 사용을 제어할 수 있는 기능이 요 구되고 있다. Energy-aware memory management[7]가 하나의 예가 될 수 있다. 이 경우에 는 갱신(refresh)되어야 하는 물리적 메모리의 블록을 운영체제가 관리한다. 이외 의 방법으로는 컨텐츠의 품질이 낮아질 때 단말기의 상태를 저전력 상태로 바꾸 는 등의 방법도 있을 수 있다. 이외의 추가로 고려되어야 할 사항은 아래와 같다. 앞에 소개된 방법들 이외의 전력 소모를 낮출 수 있는 다양한 방법 전력 소모를 줄이고자 하는 방법이 pervasive 컴퓨팅의 기본 특징인 invisibility에 주는 영향 사용자 의도, 취향 정보를 이용하는 방법 Surrogate와 smart space 기술을 이용한 전력 절약 방법 원격 호출(remote execution)과 배터리(battery) 수명과의 관계 n Client Thickness 사용자 단말기의 크기 및 성능(thickness) 문제도 더 연구되어야 할 문제이다. 사 용자 환경에 맞는 적절한 물리적 크기, 사용 성능등에 대한 기준이 명확하지 않기 때문이다. Uneven condition에서는 이러한 단말기의 크기 및 성능이 사용자에 게 큰 영향을 미치게 된다. 사용자 위치 변경에 따른 단말의 환경 변화, 주의의 성능이 좋은 컴퓨팅 디바이 스들과의 연동 방법에 대한 연구가 필요하다. n Context-Awareness Pervasive 컴퓨팅의 목표는 사용자의 불편함을 최소로 낮추어 주는 것이다. 이 목표를 실현하기 위해 현재 사용자의 상태를 인지하는 context-awareness 기술 은 매우 중요한 역할을 한다. 이 기술을 이용하여 사용자의 위치, 감정 상태, 개 인 이력, 습관 등의 정보를 취득하여 자동화된 서비스를 제공할 수 있다. 그리고 아래와 같은 사항들에 대한 추가 연구가 필요하다. Context 정보의 현 방식, 저장 위치, 저장 방식 Context 정보의 갱신 주기, 처리 오버헤드(overhead) 감소 방법 중요한 의미를 갖는 위치정보의 처리 문제 n Privacy and Trust Privacy는 이전 컴퓨팅 시스템 연구 분야인 분산 시스템, 모바일 컴퓨팅에서도 해결하기 어려운 문제였고, pervasive 컴퓨팅 분야에서는 이 문제가 더욱 심각해 진다. Pervasive 컴퓨팅 환경에서는 사용자의 모든 상황을 항상 감시하고, 이러한 사용 자의 상황에 맞게 자동적으로 서비스를 제공해 주는 proactivity와 self-tuning이 주요 기능이다. 그러나 이러한 사용자의 정보를 좋지 않은 목적으로 사용하게 되 면 사용자는 스팸 메일 등과 같은 뜻하지 않은 서비스로 인해, 작업 집중이 어려 운 상황에 처할 수 있다. 이러한 부적절한 영향을 막기 위해 네트워크 접속할 때는 복잡한 인증과정을 거 침으로 해결할 수 도 있지만, 결국 복잡한 인증 과정 자체가 사용자의 작업 집중 을 방해할 수 있기 때문에, pervasive 컴퓨팅의 목표에 부합되는 것이다. 이러한 privacy와 trust에 대한 아래와 같은 추가 연구가 필요하다. 자동으로 끊김 없는(seamless) 네트워크를 구성하는 기능과 사용자에게 개인정보(Privacy)의 손실여부를 알려주는 기능의 조화로운 연동 방법 pervasive 컴퓨팅에 사용될 수 있는 다양한 인증방법(생체,암호화 등)에 대 한 연구 4. Pervasive 컴퓨팅 관련 연구개발 현황 Pervasive 컴퓨팅 환경에 구축에 필요한 주요 하드웨어 기술들을 중심으로 현재까지의 연구개발 상황[6]에 대해 알아본다. n Processing capability Gordon Moore의 법칙은 실리콘 집적 기술이 18개월마다 2배씩 증가한다는 것이 다. 이는 1965년 1년에 2배씩 증가한다는 초기의 법칙을 수정한 것인데, 지난 30년간은 Gordon Moore의 법칙에 따라 processing capability가 지속적으로 증 가했다. 복잡한 시스템을 하나의 칩에 집적할 수 있는 기술로 인해, 작은 크기의 시스템을 만들 수 있고, 에너지 소비 문제를 해결할 수 있게 되었다. Intel의 StrongARM과 Motorola의 Dragonball이 근래 PDA에 가장 많이 사용되는 프로세서(processor)이다. 이 프로세서들은 DRAM, LCD 컨트롤러, I/O 기능들이 하나의 칩(chip)에 포함되어 있다. 이러한 프로세서들의 기술 발전 방향은 컴퓨팅 실행 속도를 빠르게 하고 전원 소 모를 절약하도록 발전하고 있기 때문에, pervasive 컴퓨팅 장치를 개발하는데 사 용될 것이다. 그러나 완전한 pervasive 컴퓨팅 환경을 구현하기 위해서는 아직 부족한 상태이다. n Storage capacity 지난 25년간의 저장장치의 용량은 매년 2배 정도씩 발전해 왔다. 현재는 1 평방 인치에 10 Gbits 정도를 집적하는 기술이 구현 되었다. IBM의 Microdrive는 콤팩 트 플래쉬카드(compact flash-card) 형태로 1Gbyte의 용량을 갖는다. 저장장치가 가격이 낮아지고, 용량이 늘어나면서 pervasive 컴퓨팅 장치에서의 프리페칭(prefetching), 캐슁(caching)등의 동작에 부담이 없어질 것이다. DRAM, Static RAM도 집적 기술이 발달함에 따라 가격이 낮아졌다. 이로 인해 네트워크 연결이나 복잡한 작업을, 네트워크 상태에 크게 영향을 받지 않으며 자연스럽게 연결시킬 수 있다. n High-quality display 디스플레이 장치의 품질과 해상도가 너무 낮으면 사용자가 작업에 집중하는 것을 어렵게 할 수 있다. 작업 집중을 위해서 정보를 고품질로 표현해 주는 디스플레 이 장치는 매우 중요하다. 지난 10년간 디스플레이 장치는 매우 많이 발전했는데, 현재 대부분의 PC는 13 인치의 컬러 TFT(thin film transistor) XGA LCD를 포함하고 있다. 이 LCD는 전력 소모의 3분의 1 정도를 백라이트(backlight)에 사용한다. 고품질 디스플레이로는 60인치의 PDP(plasma display panel)가 2001년에 삼성(Samsung)에서 발표되었 다. 이런 대형 디스플레이는 공공장소에서의 공용 디스플레이로 사용될 수 있다. 소형 디스플레이의 경우, 컴팩(Compaq)에서는 전력소비가 작은 LCD를 채용한 iPAQ PDA를 개발했다. 이 LCD는 자연광이 LCD내부에서 반사되기 때문에, 백라 이트로 인한 전력 소모를 줄일 수 있다. n Personal 시스템 Personal 시스템은 특별한 장치를 운반하지 않아도 장소에 관계없이 컴퓨팅 기능 의 사용을 가능하게 한다. PDA, 핸드폰이 가장 유용한 personal 시스템이다. 이 런 기기들은 아직까지는 연산 능력, 다른 종류의 기기와의 연동, 인터페이스 등 의 기능이 미약하다. 연산 능력과 다른 종류의 기기와의 연동은 프로세서와 근거 리 무선통신 기술의 발달에 따라 해결될 것이지만, 인터페이스는 극복하기가 어 려울 것으로 예상된다. 어떤 웨어러블(wearable) 컴퓨터의 경우는 머리에 쓰는 디스플레이와 팔에 착용 하는 키보드를 이용한 경우가 있다. 이런 경우는 사용자가 컴퓨팅 기능을 어디서 나 이용할 수 있는 장점을 갖지만, 인터페이스 장치의 사용법을 배워야 하는 단 점도 갖고 있다. 기술이 발전함에 따라 웨어러블 컴퓨터도 단순화된 인터페이스 와 소형화된 형태로 변화될 것이다. 인텔에서 개발한 Personal Server는 언제 어디서나 사용 가능한 연산기능과 저장 기능을 제공한다. PDA나 핸드폰을 디스플레이 장치로 이용하여, personal server 의 데이터를 출력할 수 있다. 사용자의 가방, 신발, 옷, 벨트 등에 부착할 수 있 으며, 무선 통신 기능을 이용하여 주위의 소형 컴퓨터 화면이나 키오스크(kiosk) 를 디스플레이 장치로 이용할 수 있다. 그림 4. Personal Server (Intel)[6] n Infrastructure 시스템 이동 시스템과 다르게, infrastructure 시스템은 특정지역에 설치되어야 한다. 따 라서 크기, 무게, 성능 뿐 아니라 설치, 관리 등의 문제가 추가된다. 예로써, 수 천 개의 온도 센서를 방에 설치하면, 센서들의 관리가 매우 힘들어 진다. 위와 같은 문제를 해결하기 위해, Berkeley에서는 motes 프로젝트를 통해 작은 무선 센서 플랫폼을 개발 하였고, 크기가 더욱 작은 smart dust를 개발하고 있 으며, 프로세서와 RF(radio frequency) 시스템을 통합한 싱글 칩(single-chip)도 개발하고 있다. AT&T에서는 Active Badge 시스템을 개발했다. 이 시스템은 사무실 환경에서 각 직원의 위치 정보를 파악하여 업무를 효율화 시키려는 목적으로 개발 되었다. 건 물 천장에 설치되어 있는 sensor와 사람들의 badge는 음파를 이용하여 통신을 하며, 음파의 특성을 이용하여 천장에 설치되어 있는 sensor와 badge 간의 거리 를 계산한다. 시스템의 크기가 매우 작아짐에 따라 각각 하나씩 관리하기 어려워지는 문제, 전 원 공급 문제, 시큐리티(security) 등이 앞으로 해결해야 하는 문제점이다. 그림 5. Active Badge System (AT&T)[6] n Proactive Intention Pervasive 컴퓨팅 환경에서는 기존의 PC 인터페이스와는 다른 편하고 인간 중심 의 인터페이스가 제공되어야 한다. 펜, 음성인식, 영상인식, 촉감 등을 이용한 인 터페이스가 개발되고 있다. 펜을 이용한 PDA는 많이 사용되고 있다. 그러나 장 치가 점점 더 작아지면서 음성과 영상 인터페이스 장치를 설치할 수 없게 되어, 결국은 주위에 설치되어있는 장치의 인터페이스를 사용하게 될 것으로 예상된다. E-Ink(electronic ink) Corp.는 마이크로 캡슐을 이용한 디스플레이 장치를 개발하고 있다. 각 인터페이스는 열악한 주변상황에 따라 동작하기 어려워 질 수 있는 데 이런 문제들을 해결할 방법이 개발되어야 할 것이다. 예를 들면, 음성인식의 경우는 주변잡음이 영향을 줄 수 있으며, 영상인식의 경우는 주변이 너무 어두우 면 영향이 있을 수 있다. Pervasive 컴퓨팅 환경에서는 인간의 명령 없이 자동으로 수행되는 기능이 크게 증가될 것으로 예상된다. 현재도 자동온도 조절, 비행기 자동 조정, 공장 자동화, 미끄럼 방지 브레이크 시스템 등이 있다. 그러나 이런 부분에서도 인간의 작업이 필요한데, 자동 온도조절기 유지 관리, 비행기 착륙, 브레이크 사용 결정, 공장 건설 등은 인간이 개입해야 한다. 자동차의 에어백 시스템은 인간의 작업이 개입 되지 않는 자동화된 시스템의 예의 하나이다. 완전한 자동화된 생활을 위해서는 센서들과 실행기(actuator)들이 조화롭게 연동 되어야 하고, 보다 폭 넓게 실생활에 적용되기 위해서는 관련 기술들이 더욱 신 속, 정확하고, 안정적으로 되어야 한다. 결론 Pervasive 컴퓨팅 기술은 작업을 하기 위해 기기의 사용법을 익혀야 했던 기기 중심의 작업 환경을 사용자가 기기를 익히거나, 작업 외의 일에 신경을 쓰지 않게 하여 작업에 집중할 수 있게 하는 기술이다. 관련 하드웨어 기술이 발전함에 따라, 지체되었던 pervasive 컴퓨팅 기술에 대한 연구 가 더욱 활발히 진행될 것으로 예상되며, Mark Weiser의 비전을 완성하기 위해서는 컴퓨 터 system 이외의 분야인 HCI(human computer interaction), 소프트웨어 에이전트 (software agent), expert system, artificial intelligence 기술도 함께 연구되어야 한다. 이 러한 요소 기술들의 조화로운 통합으로 pervasive 컴퓨팅 환경이 구축되면, 지금까지의 기계중심의 컴퓨팅 paradigm이 인간 중심의 paradigm으로 변화될 것이다. 참고문헌 [1] M. Weiser, "The Computer for the 21st Century," Sci. Amer., Sept., 1991. [2] http://endeavour.cs.berkeley.edu/[3] http://oxygen.lcs.mit.edu/[4] M. Satyanarayanan, "Pervasive Computing: Vision and Challenges," IEEE Personal Comm., vol. 8, no. 4, Aug. 2001, pp. 10-17. [5] Aura project, http://www.cs.cmu.edu/~aura [6] Roy Want et al., "Disappearing Hardware", IEEE Pervasive Computing Magazine, vol. 1, no. 1, Jan.-Mar. 2002. [7] A. R. Lebeck et al., “Power Aware Page Allocation,” Proc. 9th Int’l. Conf. Architectural Support for Prog. Lang. and Op. Sy., Nov. 2000. 관련 web site Cooltown Project (HP) http://www.hp.co.kr/cooltown Oxygen Project (MIT) http://oxygen.lcs.mit.edu Aura Project (CMU) http://www.cs.cmu.edu/~aura IBM Pervasive Computing web site http://www.ibm.com/pvc Easy Living Project http://research.microsoft.com/easyliving