CPS (Cyber Physical System)

1. CPS (Cyber Physical System) CPS 필요성 CPS에 대한 산업적경제적 접근 CPS에 대한 기술적 해석 CPS가 가져올 미래 사회의 모습 시사점

2. 1. CPS의 필요성 • CPS란? • 사이버물리시스템 (CPS, Cyber-Physical System)은 물리 시스템 및 프로세스와 컴퓨팅의 통합으로 탄생하였으며, 센서와 액추에이터를 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 사물과 융합된 형태를 지칭함 • CPS는 CPS는 기존 임베디드 시스템의 미래지향적이고 발전적인 형태로 이해할 수 있으며, 에너지, 전력망, 교통시스템, 공공기초시설, 건강진료 등 매우 복잡한 핵심인프라가 모두 CPS의 적용대상에 해당됨 • CPS는 모든 사물들이 서로 연결되어 정보를 교환하는 사물인터넷(Internet of Things)에서 컴퓨팅과 물리 세계가 네트워킹을 통해 유기적으로 융합되어 사물들이 서로 소통하며 자동적, 지능적으로 제어되어 지는 시스템 CPS

3. CPS

4. CPS의등장배경 • 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 분야의 물리적 세계와 접목하여 그 활용도가 증가할 것으로 판단됨 • 의료기기, 자동차, 로봇, 항공기, 보안 및 감시시스템 등 대부분의 컴퓨터탑재 물리시스템들은 구성 요소의 복잡성 증가로 전체 시스템의 결함 가능성이 증대되고 있음 • 따라서 각종 재난과 사고를 미연에 방지할 뿐만 아니라, 고신뢰성을 보장하는 무결점(zero-defect) 지능 시스템의 필요성 제기 • CPS, IT기반 융복합의 이론적 토대 • 통상 물리시스템은 시간의 흐름에 따라 변화하는 반면, 컴퓨터로 대변되는 사이버시스템은 논리의 흐름에 따라 변화하는 본질적 차이가 있음 CPS

5. 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 영역에서 널리 활용되고 있으며, 이에 따라 임베디드 기기의 수 및 생산되는 데이터의 양이 폭발적으로 증가하고 있음 • 대규모 통합 및 상호 연동: 임베디드 기기들은 유무선 네트워크를 통해 서로 통합되고 상호 연동되고 있음 (Networked CPS가 메가트랜드) • 자율성: 임베디드 기기들은 사용자의 개입 없이 자율적으로 외부 세계와 소통하는 방향으로 발전하고 있음 CPS

6. 스마트한 신세계를 여는 미래지향적 임베디드 시스템으로서의 CPS CPS

7. 2. CPS에 대한 산업적 경제적 접근 • IT기반 창조경제 실현을 위한 Key Enabler로서의 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 경제의 신성장동력 창출 및 창조경제 실현에 기여 • CPS는 또한 국가 자원 배분·활용 효율성 측면에서의 사회적 요구를 충족시킬 수 있는 무한한 가능성을 제공 • CPS는 여러 핵심 산업의 토대 역할을 하는 핵심 기술로 급부상할 것으로기대됨 CPS

8. 미래 응용분야 • CPS는 새로운 제품 및 서비스에 대해 혁신적인 기회를 창출할 수 있는 다양한도메인에 적용될 수 있으며, 이에 따른 경제적 효과는 막대할 것임 CPS

9. 3. CPS에 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 자리매김할 것으로 기대됨 • CPS는 과학적 발전과 경제적 수익 측면에서 중대한 파장을 일으킬 것임 • 국가 전력망 및 교통 제어시스템과 같은 다수의 대규모 시스템들에 이용되는 모니터링 및 제어용 설비와 컴퓨터들은 물리적으로 분산되어 있음 • 미래의 CPS가 실현되려면 반드시 해결되어야 할 많은 기술적 문제들이 존재하며,따라서 집중적인 연구개발 투자가 필요함 • 사이버 세계와 물리 세계 간의 인터페이스는 수많은 감지장치, 컴퓨팅 및 통신 장치들과 다양한 유형의 액추에이터들로 구성되며, 이들 장치들은 복잡하고 오류의 여지가 있는 실세계, 즉 실시간 환경에서 동작됨 CPS

10. 연구개발을 통해 센서 데이터를 수집하고 전송하며, 상황인식을 위해 센서를 융합하고, 그리고 실시간에 제어동작을 수행할 수 있는 메커니즘 및 프로토콜들이 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 • Google의 클라우드 로보틱스 • 안드로이드와 호환되는 자바기반의 ROS(Robot OS)인 rosjava개발에 착수. 카메라, 시계, 자전거, 가전제품 등 모든 사물을 상호 연결하는데 안드로이드OS가 핵심 역할로 자리 잡음 CPS

11. 클라우드를 활용하여 로봇 자원(배터리, 메모리, 센서 등)을 줄이면서도 고도의 컴퓨팅을 요하는 업무를 수행하는 효용성이 높은 저가의 로봇 개발 • Android Cellphone NXT Robot • 핸드폰에 장착된 카메라, 마이크, 센서로부터의 정보를 무선 통신을 통해 클라우드에서 전달·처리하여 맵 정보 등을 다운로드. 새로운 상황을 대처하기 위해 새로운 App을 다운로드하여 새로운 태스크 수행 • RoboEatrh프로젝트 (EU) • 로봇들이 인터넷을 통해 서로 지식을 가공하고 교환하며 재활용하여 다른 로봇이 복잡한 작업을 할 수 있도록 해주는 클라우드 기반의 플랫폼을 구축하는 프로젝트 • Google의 무인 드라이브 자동차 • 구글에서는 카메라, 레이더 센서 등 상황 정보 수집에 필요한 센서들을 장착한 자동차를 제어하는데 있어서 경로 계획 등의 고수준 판단에 필요한 프로세싱을클라우드에서 처리하는 클라우드 기반 무인 드라이브 자동차를 개발 CPS

12. 4. CPS가 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

13. 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 근본적으로 혁신하며, 각종 재난·사고를 설계단계에서 방지 CPS

14. 5. 시사점 • CPS는 신뢰성, 안전성, 보안성, 자율성 및 실시간성을 보장하는 무결점 (zero-defect) 지능 시스템 실현을 목표로 함 • CPS는 다양한 응용분야들과의 창조적 연계를 통해 새로운 융복합 패러다임을 개척하고 국가·지역 과학기술 발전에 기여할 것으로 기대됨 • CPS는 국가 인프라, 운송, 전력망, 의료 헬스케어, 국방, 농업 등 실로 다양한 분야에서 인류 삶의 질 및 복지 향상과 안전성 제고에 커다란 혁명을 가져올 것으로 기대됨 • CPS는 인간이 물리적 세계와 소통하는 방식을 혁신시킬 것임 CPS