센서부터 에지 컴퓨팅, 클라우드까지 IoT 구축의 모든 것

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.

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

★ 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.★ 옮긴이의 말 ★
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.
ㅡ 구동언이 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.
ㅡ 박지연

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