스마트 시티 인프라의 기술적 기반

본 글은 IoT를 지원하는 기술에 관한 5부 시리즈 중 첫 번째 기사를 요약한 내용입니다. 기사 전문은 wevolver.com을 참조하시기 바랍니다.

스마트 시티란?

스마트 시티는 상호 연결되고 클라우드에 연결된 스마트 개체로 구성되었으며 IoT(사물 인터넷) 네트워크의 일부로 작동하여 더욱 효율적이고 지속가능하며 편리한 도시 생활을 제공합니다. 또한 스마트 시티를 통해 증가하는 도시 인구, 과도한 에너지 소비, 도로 안전 등 시급한 사회 문제를 해결할 수 있습니다. 스마트 시티의 목적인 효율성, 안전, 지속가능성은 경제적, 사회적, 환경적 지속가능성을 목표로 합니다.

스마트 시티 구축 초반에는 스마트 그리드와 같은 상호 연결 네트워크를 사용하여 에너지 효율성, 지능형 교통량 관리를 위한 감지 및 모니터링 기술, 컴퓨팅 및 데이터 스토리지 개선, 서비스에 대한 액세스를 개선하기 위한 디지털 ID를 도입했습니다.

핵심 기술

스마트 시티의 핵심은 상호 연결 네트워크를 통한 데이터 수집 및 공유입니다. 이러한 네트워크는 중단 없이 작동함과 동시에 연결성, 대역폭, 처리 성능에 대한 까다로운 요구 사항을 충족할 뿐 아니라 매우 낮은 전력으로도 작동할 수 있어야 합니다. 따라서 스마트 시티에 필수적인 IoT 장치를 위한 핵심 기술은 반도체 기술입니다.

반도체 기술은 스마트 개체, 특히 스마트 센서 및 모니터링 기술을 위한 칩과 하드웨어 부품에 사용됩니다. MCU(마이크로 컨트롤러)와 같은 IoT 장치에 사용되는 프로세서는 소프트웨어와 함께 내장되어 있어야 하며, 이를 통해 데이터를 감지하고 처리하여 네트워크와 통신할 수 있습니다. 대부분의 네트워크가 인터넷에 연결되어 있기 때문에 5G, LTE, WiFi, Bluetooth와 같은 고성능 연결성을 갖춘 장치를 지원하는 것이 IoT 시스템 개발의 큰 부분을 차지하고 있습니다.

스마트 시티 인프라

스마트 그리드

스마트 그리드는 높은 에너지 효율 수준으로 작동하며 스마트 시티 인프라 전체에 전력을 공급하는 완전한 상호 연결 전력 시스템입니다. 스마트 계측 기술이 전원 공급 장치를 모니터링하고 조정하여 그리드 신뢰성을 향상합니다.

스마트 계측기

스마트 계측기는 전기, 수도, 천연가스 사용량 데이터를 기록하는 지능형 전자 장치입니다. 양방향 통신 시스템을 통해 서비스 제공업체와 제조업체가 사용량 정보를 수집하고 고객의 에너지 패턴을 모니터링할 수 있습니다.

EV 충전소 및 스마트 주차

EV 충전소는 그리드에서 공급되는 전기를 EV에 충전합니다. EV에는 집에서 충전할 수 있는 AC/DC 컨버터가 장착되어 있지만 플러그형 충전소는 DC를 직접 공급하여 충전 속도가 빠릅니다.

분산형 에너지 시스템(DES)

스마트 그리드를 통해, 발전소에서 소비자로 이동하는 에너지 흐름을 관리하는 중앙집중식 모델에서 분산형 재생가능 에너지 발전 및 소비자 직접 참여 모델로 전환할 수 있습니다. 가정용 및 공공 태양광 패널, 풍력 발전용 터빈, 바이오매스 발전기, 수력, 지열, 하이브리드 전원뿐 아니라 EV 충전기와 스마트 홈 모두가 전기를 발전하거나 저장하여 그리드를 지원할 수 있습니다.

스마트 모니터링 및 센서

스마트 시티는 스마트 기술을 활용하여 환경으로부터 수집한 데이터를 분석하고 조치를 취합니다. 데이터는 감지 기술과 스마트 카메라를 통해 수집됩니다. 센서 기술은 배터리 수명을 연장하기 위해 매우 낮은 전력으로 작동해야 하며 열, 레이더, LiDAR, 거리, 화학물질 감지, 일광을 활용할 수 있어야 합니다.

교통 및 오염 관리

교통 관리를 위한 센서는 mmW(밀리미터파) 레이더를 사용하여 데이터를 수집하고 네트워크 전체에 걸쳐 무선으로 통신하며, 트래픽 시스템에 실시간 데이터를 제공합니다. 이는 사고 예방, 교통량 관리, 정체가 덜한 구간으로 차량 유도 등 다양한 응용 분야에 활용할 수 있습니다.

스마트 카메라

영상 감시 또한 시스템의 일부로, 유지관리와 전체적인 제어 및 안전을 목적으로 합니다. 영구적인 감시에 관련한 문제는 데이터 보안과 개인정보 보호와 같은 윤리적 중요성에 관한 문제로 인해 가장 활발한 논의가 이루어지는 주제 중 하나입니다.

에지 컴퓨팅 및 게이트웨이

반도체 센서와 모니터링 기술을 통해 수집되는 방대한 양의 데이터를 저장 및 처리해야 합니다. 게이트웨이는 수집된 데이터를 저장, 분석, 선별하여 중요한 데이터를 시스템에 전송하여 시정 조치를 적용할 수 있도록 합니다. 데이터는 '에지 컴퓨팅'이라는 노드의 로컬 분배 네트워크 모델에 따라 처리됩니다. 네트워크는 수집된 데이터의 소스에 가까운 데이터를 분석함으로써 실시간으로 공유되는 방대한 양의 데이터를 처리할 수 있습니다.

디지털 ID 및 기타 기술

디지털 ID는 스마트 시티 시스템에서 매우 중요한 역할을 수행합니다. 시민들이 직접 정부 서비스에 연결하고 디지털 ID를 통해 네트워크에 접속하여 대중교통에 액세스하고, 거래를 진행하며, 주차 공간을 예약하거나 이동 경로를 계획하고, 신원을 확인하는 등의 작업을 수행할 수 있습니다.

결론

자율적이고 상호 연결된 지능형 IoT 네트워크를 구현하는 기술이 계속해서 발전함에 따라, 미래 도시 설계의 형태가 점점 명확해지고 있습니다. 도시 계획의 미래와 개편에 IoT 시스템이 점점 더 통합되면서, 전 세계 시민들과 IoT 시스템 간 상호작용이 더욱 활발해질 것입니다. 이를 통해 쓰레기가 줄고 에너지 효율성이 향상되며 더욱 편리하고 안전한 도시를 만들 수 있을 것입니다. 하지만 이러한 기술을 향한 로드맵과 문화적, 사회적 도입에 있어 해결해야 할 당면 과제들이 남아 있습니다.

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