사물인터넷을 구성하는 가장 작은 단위인 센서부터 클라우드에 이르기까지 사물인터넷 솔루션의 모든 스펙트럼을 폭 넓게 다루는 책이다. 센서의 기반 기술부터 센서 데이터를 전달하기 위한 통신 이론, Bluetooth 5.0이나 메쉬 네트워크와 같은 근거리 PAN, 802.11ah, 5G LTE 셀룰러, SigFox, LoRaWAN 등의 IP 기반 통신을 설명한다. 데이터가 유용한 인사이트로 도출되기까지 거쳐야 하는 MQTT, CoAP 같은 메시징 프로토콜과 에지 라우팅, 게이트웨이 그리고 클라우드 컴퓨팅과 포그 컴퓨팅 등의 기술을 함께 살펴본다. 또한 통계 분석과 복합 이벤트 처리, 딥러닝 모델을 알아보고 IoT 보안을 총체적인 관점에서 바라본다.
이 책은 사물인터넷 분야를 처음 공부하는 IoT 초보자에게 친절한 길잡이가 될 것이며, 어느 정도 숙련된 아키텍트와 시스템 설계자, 기술 관리자에게는 관련 지식의 체계를 잡아주는 굳건한 뼈대가 돼줄 것이다.

[목 차]

1장. IoT 이야기
IoT의 역사
IoT의 잠재력
-산업 및 제조
-소비자
-유통, 금융 및 마케팅
-의료
-수송 및 물류
-농업 및 환경
-에너지
-스마트 시티
-정부 및 군사
요약

2장. IoT 아키텍처 및 핵심 IoT 모듈
IoT 에코시스템
-IoT vs. 사물 통신
-네트워크의 가치와 메칼프, 벡스트롬의 법칙
-IoT 아키텍처
-아키텍트의 역할
1부 - 감지 및 전력
2부 - 데이터 통신
3부 - 인터넷 라우팅 및 프로토콜
4부 - 포그 및 에지 컴퓨팅, 분석과 머신 러닝
5부 - IoT의 위협과 보안
요약

3장. 센서, 엔드포인트 및 전원 시스템
감지 장치
-열전대와 열 감지
홀 효과 센서 및 전류 센서
-광전 센서
-PIR 센서
-LiDAR 및 능동 감지 시스템
-MEMS 센서
스마트 IoT 엔드포인트
-비전 시스템
센서 융합
입력 장치
출력 장치
실제 사례(종합적 활용)
-실제 사례 - TI SensorTag CC2650
-센서-컨트롤러
에너지원과 전력 관리
-전력 관리
-에너지 수확
-에너지 저장소
요약

4장. 통신 및 정보 이론
통신 이론
-RF 에너지 및 이론적 범위
-RF 간섭
정보 이론
-비트율 한계와 샤논-하틀리 정리
-비트 오류율
-협대역 통신과 광대역 통신
무선 스펙트럼
-관리 기구
요약

5장. 비IP 기반 WPAN
무선 개인 통신망 표준
-802.15 표준
-Bluetooth
-IEEE 802.15.4
-Zigbee
-Z-Wave
요약

6장. IP 기반 WPAN 및 WLAN
인터넷 프로토콜과 전송 제어 프로토콜
-IoT에서 IP가 담당하는 역할
IP 지원 WPAN - 6LoWPAN
-6LoWPAN 토폴로지
-6LoWPAN 프로토콜 스택
-메시 주소 지정 및 라우팅
-헤더 압축 및 단편화
-이웃 탐색
-6LoWPAN 보안
IP 지원 WPAN - 스레드
-스레드 아키텍처와 토폴로지
-스레드 프로토콜 스택
-스레드 라우팅
-스레드 주소 지정
-이웃 탐색
IEEE 802.11 프로토콜 및 WLAN
-다양한 IEEE 802.11 프로토콜 및 비교
-IEEE 802.11 아키텍처
-IEEE 802.11 스펙트럼 할당
-IEEE 802.11 변조 및 인코딩 기법
-IEEE 802.11 MIMO
-IEEE 802.11 패킷 구조
-IEEE 802.11 작동
-IEEE 802.11 보안
-IEEE 802.11ac
-IEEE 802.11p V2V(Vehicle-to-Vehicle)
-IEEE 802.11ah
요약

7장. 장거리 통신 시스템 및 프로토콜(WAN)
셀룰러 연결
-거버넌스 모델 및 표준
-셀룰러 액세스 기술
-3GPP 사용자 기기 카테고리
-4G-LTE 스펙트럼 할당 및 대역
-4G-LTE 토폴로지 및 아키텍처
-4G-LTE E-UTRAN 프로토콜 스택
-4G-LTE의 지리적 영역, 데이터플로우, 핸드오버 절차
-4G-LTE 패킷 구조
-Cat 0, Cat 1, Cat M1 및 NB-IoT
-5G
LoRa와 LoRaWAN
-LoRa 물리 계층
-LoRaWAN MAC 계층
-LoRaWAN 토폴로지
-LoRaWAN 요약
Sigfox
-Sigfox 물리 계층
-Sigfox MAC 계층
-Sigfox 프로토콜 스택
-Sigfox 토폴로지
요약

8장. 라우터와 게이트웨이
라우팅 기능
-게이트웨이 기능
-라우팅
-페일오버 및 대역 외 관리
-VLAN
-VPN
-트래픽 셰이핑 및 QoS
-보안 기능
-메트릭 및 분석
-에지 프로세싱
소프트웨어 정의 네트워킹
-SDN 아키텍처
-전통적 인터네트워킹
-SDN의 장점
요약

9장. IoT 에지-클라우드 프로토콜
프로토콜
MQTT
-MQTT 발행-구독
-MQTT 아키텍처에 관한 자세한 내용
-MQTT 패킷 구조
-MQTT 통신 형식
-MQTT 실제 사례
MQTT-SN
-MQTT-SN 아키텍처 및 토폴로지
-투명 및 집계 게이트웨이
-게이트웨이 애드버타이즈와 탐색
-MQTT와 MQTT-SN의 차이점
CoAP(Constrained Application Protocol)
-CoAP 아키텍처 세부 내용
-CoAP 메시징 형식
-CoAP 용례
다른 프로토콜
-STOMP
-AMQP
프로토콜 요약 및 비교
요약

10장. 클라우드 및 포그 토폴로지
클라우드 서비스 모델
-NaaS
-SaaS
-PaaS
-IaaS
퍼블릭, 프라이빗, 하이브리드 클라우드
-프라이빗 클라우드
-퍼블릭 클라우드
-하이브리드 클라우드
오픈스택 클라우드 아키텍처
-Keystone - 신원 식별 및 서비스 관리
-Glance - 이미지 서비스
-Nova 컴퓨팅
-Swift - 객체 스토리지
-Neutron - 네트워킹 서비스
-Cinder - 블록 스토리지
-Horizon
-Heat - 오케스트레이션(선택 사항)
-Ceilometer - 텔레메트리(선택 사항)
IoT용 클라우드 아키텍처의 제약
-레이턴시 효과
포그 컴퓨팅
-포그 컴퓨팅에 적용된 하둡 기반
-포그 컴퓨팅과 에지 컴퓨팅, 클라우드 컴퓨팅의 비교
-OpenFog 레퍼런스 아키텍처
-애플리케이션 서비스
-애플리케이션 지원
-노드 관리 및 소프트웨어 백플레인
-하드웨어 가상화
-OpenFog 노드 보안
-네트워크
-액셀러레이터
-컴퓨팅
-스토리지
-하드웨어 플랫폼 인프라
-프로토콜 추상화
-센서, 액추에이터 및 제어 시스템
-아마존 Greengrass 및 람다
-포그 토폴로지
요약

11장. 클라우드와 포그의 데이터 분석 및 머신 러닝
IoT의 기본적인 데이터 분석
-최상위 클라우드 파이프라인
-규칙 엔진
-흡수 - 스트리밍, 처리 및 데이터 레이크
-복합 이벤트 처리
-람다 아키텍처
-분야별 사용 사례
IoT 분야의 머신 러닝
-머신 러닝 모델
-분류
-회귀
-랜덤 포레스트
-베이지언 모델
-합성곱 신경망
-RNN
-IoT의 훈련과 추론
-IoT 데이터 분석과 머신 러닝의 비교 분석
요약

12장. IoT 보안
사이버 보안 관련 용어
-공격 및 위협 관련 용어
-방어 관련 용어
IoT 사이버 공격의 구조
-미라이
-스턱스넷
-체인 리액션
물리적 보안 및 하드웨어 보안
-신뢰 기반
-키 관리 및 신뢰 플랫폼 모듈
-프로세서 및 메모리 공간
-스토리지 보안
-물리적 보안
암호 기술
-대칭 암호 기술
-비대칭 암호 기술
-암호 해시(인증 및 서명)
-공개 키 인프라
-네트워크 스택 - 전송 계층 보안
소프트웨어 정의 페리미터
-소프트웨어 정의 페리미터 아키텍처
IoT 분야의 블록체인 및 암호화폐
-(블록체인 기반) 비트코인
-IOTA(비순환 방향 그래프 기반)
정부 규제 및 개입
-미국 의회 법안 - 2017년 사물인터넷(IoT) 사이버보안 개선법
-기타 정부 기관
IoT 보안 관련 모범 사례
-총체적인 보안
-보안 관련 체크리스트
요약

13장. 컨소시엄과 커뮤니티
PAN 컨소시엄
-Bluetooth SIG
-스레드 그룹
-Zigbee 얼라이언스
-기타
프로토콜 컨소시엄
-오픈 커넥티비티 파운데이션 및 Allseen 얼라이언스
-OASIS
-객체 관리 그룹
-IPSO 얼라이언스
-기타
WAN 컨소시엄
-Weightless
-LoRa 얼라이언스
-국제 인터넷 표준화 기구
-와이파이 얼라이언스
포그 및 에지 컨소시엄
-OpenFog
-EdgeX Foundry
통솔 기구
-산업용 인터넷 컨소시엄
-IEEE IoT
-기타
미국 정부 IoT 및 보안 관련 기구
요약

[본 문]

많은 사람들이 일상생활과 업무 중에 매일같이 사물인터넷(IoT, Internet of Things)을 경험하고 있을 것이다. IoT를 보는 대중의 인상은 핏빗(Fitbit) 피트니스 트래커나 아마존 에코(Amazon Echo) 어시스턴트, 구글(Google) 서모스탯과의 개인적인 인터랙션을 통해 형성되는 경우가 대부분이다.
2017년 링크드인에서 IoT를 검색한 결과, 7,189건의 IoT 관련 구인 공고가 검색됐다. 글래스도어(Glassdoor)에도 5,440건, 몬스터(Monster)에서도 1,000건 이상의 공고가 올라왔다. IoT 시장은 솔루션뿐만 아니라 인재도 넘쳐난다. 기술자라면 으레 그렇듯 가장 저항이 적은 방식으로 기존에 인터넷에 연결되지 않은 사물을 인터넷에 연결할 것이다. 이런 방법이 확실히 효과는 있겠지만 아키텍트의 역할은 이와 다소 다르다. IoT가 제대로 작동하는 데 그치지 않고 기업과 소비자, 주주들에게 가치를 제공할 수 있는 IoT 솔루션을 구축하려면, 아키텍트가 개별 기술과 구성 요소의 규모 조정, 보안, 에너지 등이 포함된 큰 그림을 이해할 수 있어야 한다.
수많은 IoT 프로젝트가 실패로 돌아가거나 R&D 단계에서 막히는 이유는 두 가지가 있다. 첫 번째는 보안과 견고함의 측면에서 봤을 때, 견고한 시스템은 구축하기 어렵기 때문이다. 두 번째는 IoT 솔루션이 기술적으로 작동하지만, IT 관리자가 구매하기에는 적절하지 않은 경우가 종종 있기 때문이다. 인터넷에 연결되는 사물이 많아질수록 아키텍트는 기업 및 산업용 IT 분야가 50년된 성숙한 분야라는 사실을 고려해야 한다. 전구에 IP 주소를 넣을 수 있지만, 소비자 입장에서는 관리하기 어려울 수 있다. 이 책은 단순한 취미가 아닌 기업/산업/상업적 측면에서 IoT를 다루고자 한다.
이 책에서는 IoT를 센서에서 클라우드까지, 이 둘 사이의 모든 물리적 전송과 변환을 구조적이고 총체적인 관점에서 살펴본다. 이 책은 아키텍처 가이드이므로 독자가 다른 아키텍트에게 기반 시스템의 제약과 원리를 알려줄 수 있을 정도의 충분한 깊이를 유지하고자 노력할 것이다. MQTT 프로토콜, 클라우드 설계, DevOps, 전력 및 배터리 설계, RF 신호 분석 등 IoT의 특정 부문을 다룬 책이나 튜토리얼은 수도 없이 많다.
이 모든 것은 IoT 시스템을 이루는 중요한 구성 요소이며, 실력 있는 아키텍트라면 견고한 시스템의 설계까지 아우를 수 있어야 한다. 그뿐만 아니라 아키텍트는 자신의 가치를 지속적으로 제공하려면 세부 설계를 중단할 시기 등을 반드시 파악하고 있어야 한다.
이 책을 접하는 독자가 모든 엔지니어링 부문의 지식을 갖추고 있지는 않을 것이다. 이 책은 라디오 주파수 시그널링, 전력 및 에너지, 회로 이론 등을 다루는 한편, 인터넷 프로토콜 프로그래밍과 클라우드 프로비저닝도 살펴본다. 마지막으로 합성곱 신경망과 같은 머신 러닝 응용 분야도 깊이 있게 파고든다. 이 기술들을 접목하는 데 필요한 모든 능력을 갖추는 것이 아키텍트의 자질이다. 이 책은 독자가 앞서 말한 자질을 갖출 수 있도록 도와주므로, 각각의 분야의 지식을 미리 배우지 않아도 된다.
IoT가 제조, 의료, 정부, 기업 부문의 차세대 대규모 혁신에 도입되면 이를 통해 할 수 있는 일은 실로 어마어마할 것이며, 전 세계 GDP, 고용, 시장에 거대하고도 불가피한 영향을 미칠 것이다. 이러한 변화로 인해 보안 측면에서도 사상 유례 없는 도전 과제와 위험이 생길 것이다.
수천 건의 채용 공고 중 많은 공고가 위젯보다는 IoT 솔루션을 구축할 IoT 아키텍트나 기술자, 책임자 등을 찾고 있다. 이러한 유형의 프로젝트에 필요한 기술을 습득하고 적용하는 데 이 책이 도움이 될 것이다.
그리고 IoT는 재미있다. 지구 반대편 또는 비행기 안에서 집 안 조명을 모니터링하거나 한 도시의 가로등 수천 개를 제어할 수 있는 장치를 설계하는 일은 매우 강력한 기술이며, 얼리 어답터뿐 아니라 아키텍트를 위한 것이기도 하다.
('지은이의 말' 중에서)

IoT, 한국어로 사물인터넷이라고 부르는 이것은 근래 IT 업계에서 가장 관심을 많이 받는 키워드 중 하나입니다. IT 업계의 신생 분야가 그랬던 것처럼 IoT 또한 실체가 없는 버즈워드라 비난 받았지만, 반도체 기술과 통신 기술의 발달로 생활과 비즈니스의 한 구석을 차지하게 됐습니다. 컴퓨터는 작고 빨라졌으며, 통신은 저렴해졌고 빨라졌기 때문입니다.
이제 누구나 IoT를 이야기합니다. 그러나 대체로 IoT를 활용한 서비스와 비즈니스에만 집중돼 있습니다. 이 책은 좀 더 바닥으로 내려가 에지 디바이스부터, 통신 방식, 클라우드 인프라까지 데이터가 오가는 전체 과정과 개념 하나하나를 꼼꼼하게 다룹니다.
기술의 발전, 비즈니스의 변화로 인해 더 많은 분야에서 생각하지 못한 방식으로 IoT를 활용하게 될 텐데, 이 책에서 다루는 개념을 이해하고 변주할 수 있다면 정말 멋진 일을 해낼 수 있을 것이라 생각합니다.
- 구동언

이 책을 번역하는 동안 그 자체로는 의미를 파악하기 어려운 작은 점들이 모여 큰 그림을 완성하는 점묘화를 보는 것 같은 느낌을 받았습니다. 각 분야에서 개발된 다양한 기술이 모여 IoT 생태계를 차근차근 이뤄 가는 과정이 점묘화와 꽤 닮아 있다고 생각했기 때문입니다. 이미 인간의 생활 곳곳에 깊숙하게 자리하고 있고 앞으로 그 존재감이 두터워질 사물인터넷과 그 기반 기술을 더 많은 분께 소개하는 이 책에 힘을 보탤 수 있어서 기쁩니다. 하지만 저 또한 배우는 중이기에 부족한 점이 많으리라 생각합니다. 보태실 말씀이 있다면 언제든 이메일로 기탄없이 전해주시면 감사히 듣겠습니다.
- 박지연
('옮긴이의 말' 중에서)

이 책에서 다루는 내용

- 센서부터 클라우드까지, 성공적인 IoT 구축을 위한 아키텍트의 역할
- 센서와 클라우드, 그 사이에 있는 모든 것을 아우르는 IoT 기술 조망
- IoT 구축 시 프로토콜과 통신 선택의 상충 관계
- IoT 분야의 기술과 관련 용어
- IoT 아키텍트에게 필요한 여러 엔지니어링 분야의 기술 확장

이 책의 대상 독자

IoT 생태계와 다양한 기술, 상충 관계 등을 이해하고 방대한 IoT 아키텍처를 개발하고자 하는 아키텍트, 시스템 설계자, 기술자, 기술 관리자 등을 대상으로 한다.

이 책의 구성

1장, 'IoT 이야기'에서는 IoT의 성장, 중요성, 영향을 이야기와 역사의 관점에서 소개한다. 산업용 IoT, 스마트 시티, 운송 및 의료 등 다양한 분야의 사례도 알아볼 것이다.
2장, 'IoT 아키텍처 및 핵심 IoT 모듈'에서는 이 책에서 다루는 기술의 조합에 관한 전체적인 그림을 소개한다. 각 부문은 저마다의 목적이 있으며 모르는 사이에 서로 영향을 미칠 수 있다. 상호 관련 기술들의 '큰 그림'을 이해하고자 하는 아키텍트에게 중요한 장으로, IoT에 가치를 더하는 방법도 알아본다.
3장, '센서, 엔드포인트 및 전원 시스템'에서는 인터넷에 연결될 수십 억 개의 에지 엔드포인트와 센서 기술을 살펴볼 것이다. 센서 설계, 아키텍처, 전력 시스템의 기초를 배울 수 있다.
4장, '통신 및 정보 이론'에서는 주요 자료를 검토해 IoT에 중요한 통신 시스템을 정의하는 다이내믹스(dynamics)와 수리적 모델을 알아본다. 적절한 통신 형식을 선택하기 위한 아키텍처를 고르는 데 바탕이 될 이론을 이해할 수 있게 된다.
5장, '비IP 기반 WPAN'에서는 IoT 에지에 사용되는 주요 비IP 기반 프로토콜과 기술을 논의한다. 새로운 Bluetooth 5 아키텍처와 지그비(Zigbee), Z-웨이브(Z-Wave) 및 센서 네트워크용 메시 토폴로지를 깊이 있게 검토한다.
6장, 'IP 기반 WPAN 및 WLAN'에서는 6LoWPAN, 스레드, IEEE 802.11 표준 등 IP 기반 통신을 살펴봄으로써 근거리 통신을 다룬다. 또한 차량 통신용 802.11p이나 IoT용 802.11ah와 같은 새로운 802.11 프로토콜도 자세히 살펴본다.
7장, '장거리 통신 시스템 및 프로토콜(WAN)'에서는 사물에서 클라우드까지 데이터를 전송하는 광대역 통신망과 장거리 통신을 다룬다. 새로운 LTE 협대역 및 5G 아키텍처와 더불어, 셀룰러 LTE 표준, LoRaWAN, Sigfox 등도 상세하게 다룬다.
8장, '라우터와 게이트웨이'에서는 에지 라우팅과 게이트웨이 기능의 중요성에 관해 논의한다. 라우팅 시스템, 게이트웨이 기능, VPN, VLAN 및 트래픽 셰이핑을 알아보며, 소프트웨어 정의 네트워킹도 다룬다.
9장, 'IoT 에지-클라우드 프로토콜'에서는 MQTT, MQTT-SN, CoAP, AMQP, STOMP 등 널리 사용되는 IoT - 클라우드 프로토콜을 소개하고 사용 방법과 더불어 어떤 프로토콜을 사용할지 중요하게 다룬다.
10장, '클라우드 및 포그 토폴로지'에서는 오픈스택(OpenStack)을 사용한 클라우드 아키텍처의 펀더멘탈을 참고로 알아본다. 이를 통해 클라우드의 제약과 (오픈포그(OpenFog) 표준과 같은 프레임워크를 사용한) 포그 컴퓨팅으로 이러한 문제를 해결하는 방법을 알 수 있다.
11장, '클라우드와 포그의 데이터 분석 및 머신 러닝'에서는 규칙 엔진, 복합 이벤트 처리, 람다(Lambda) 등의 도구를 효율적으로 사용해 방대한 양의 IoT 데이터를 분석하는 기술과 사례를 다룬다. 또한 IoT 데이터의 머신 러닝 응용 분야를 알아보고 적합한 사용처도 살펴볼 예정이다.
12장, 'IoT 보안'에서는 앞서 다룬 모든 IoT 구성 요소의 총체적인 관점에서 보안을 다룬다. 이를 통해 프로토콜, 하드웨어, 소프트웨어 정의 페리미터, 블록체인 보안 등의 이론과 아키텍처를 이해할 수 있다.
13장, '컨소시엄과 커뮤니티'에서는 사물인터넷을 둘러싼 표준과 규칙 등을 규정하는 다양한 산업, 학술 및 정부 컨소시엄을 상세히 알아본다.

페리레아
휴렛팩커드(Hewlett Packard)에서 21년 간 탁월한 기술자이자 수석 아키텍트였으며, 마이크론 테크놀로지(Micron Technologies)에서 고급 컴퓨팅 장치를 연구하는 팀을 이끄는 기술 스태프 중 한 명이자 전략 디렉터로 일했다. 현재는 크래들포인트(Cradlepoint)의 기술 디렉터로서 IoT와 포그 컴퓨팅의 연구 및 발전을 이끌고 있다.
컬럼비아 대학에서 컴퓨터 공학, 컴퓨터 엔지니어링 및 EE 학위를 취득했다. IEEE의 시니어 멤버이자 ACM의 시니어 멤버 겸 주요 연사로 활동 중이다. 8건의 특허를 등록했으며, 40건은 출원 중에 있다.