GS1, 유통물류 표준을 넘어 사물 인터넷 표준으로

Auto-ID Labs, KAIST의 Oliot 오픈소스 프로젝트

– 연재순서

① GS1, 유통물류 표준을 넘어 사물 인터넷 표준으로

② Oliot 저수준리더 프로토콜 및 응용 레벨 이벤트 미들웨어

③ Oliot EPC 정보 서비스

④ Oliot  Object Name 서비스 및  디스커버리 서비스

⑤ Oliot 활용 사례

1. 머리말

최근 컴퓨터 소형화, 저전력 무선 통신, 지능형 센서, 그리고 스마트폰 기술의 발전으로 인해 일상의 사물을 인터넷에 연결하여 새로운 융합 서비스를 창출하는 사물인터넷 (IoT)이 화두로 떠오르고 있다.

구글은 스레드 그룹(Thread group)을 앞세워 스마트홈 분야에서, 애플도 홈킷/헬스킷(HomeKit/Healthkit) 기술로 스마트홈/모바일 헬스 분야에서, 그외에도 퀄컴 주도의 올신/올조인(Allseen/AllJoyN), 삼성, 인텔의 OIC사실 표준 등 기기간 통신 및 사물 융합 서비스 분야에서 다양한 표준화가 진행 중이다. 이들은 자신의 분야에서 좋은 성공사례를 만들어 낼 수 있을 것이다. 그러나 향후 스마트홈을 뛰어넘어 보다 다양한 융합 분야에서 통합된 서비스를 위해서는 한단계 더 상위 레벨에서의 표준이 필요할 것이다.

독일의 Industrie 4.0에서는 스마트 SCM(공급망 관리) 기반의 스마트 팩토리 표준화에 집중하고 있다. 또 GE등 100개 이상의 회원기관을 가지는 IIC(Industrial Internet Consortium, 산업인터넷컨소시엄)도 제조, 교통, 헬스케어, 에너지, 공공 등 다양한 사물인터넷 융합 서비스 활성화에 노력하고 있다.
유통물류 분야 국제 표준화 기관인 GS1(http://gs1.org)은 지난 40년간 사물의 글로벌 식별자와 시스템 인프라 기술 표준화와 글로벌 운영 경험, 그리고 150개국 이상이 참여한 회원국 네트워크 등의 측면에서 사물인터넷 상위 표준을 제정하는데 여러 장점을 가지고 있다.

Industrie 4.0과 IIC에서도 제조에서 소비, 서비스 제공에 이르는 전 단계에서 실시간으로 사물의 가시성을 제공하는 표준으로 활용도가 기대된다. 본고에서는 GS1 기반의 사물인터넷 선행 표준 개발 오픈소스 프로젝트인 ‘Open Language for Internet of Things(Oliot)’을 소개하고, 접근 방식 및 사용법 등에 대해 알아보고자 한다.

 

2. GS1 표준이란?

GS1은 SCM과 유통 물류를 위해 제품과 서비스 관련 정보의 안전하고 효율적인 교환을 위해 표준을 제정, 보급 및 관리하는 중립 비영리 국제 기구로서 155개 회원국 네트워크로 이루어져 있다. 대표적인 GS1 표준으로는 바코드가 있으며, 이를 통해 GS1에서 발급한 GTIN(Global Trade Item Number) 번호를 인식하고 물류 파트너들 간에 공유함으로써 공급 체인을 효율적으로 관리한다.

그리고GS1은 안전한 거래 및 정확한 상품 정보를 제공하는 네트워크/시스템 표준인 GS1 GDSN(Global Data Synchronization Network)을 통해 효과적인 상거래를 보장하고 다양한 사업 파트너들이 상호 협력할 수 있도록 하고, GS1 eCom 전자 문서 표준을 제정해 통해 효율적이고 정확한 거래 정보 교환을 보장한다.

또한 GS1/EPC글로벌 아키텍처[자세한 정보는 : GS1 글로벌 경쟁력을 위한 선택, 대한상공회의소]는 RFID를 이용하여, 사물 인식의 자동화와 상품/재고 관리나 거래 단계별 추적, 이력 조회를 글로벌한 수준에서 가능하게 해준다. GS1/EPC글로벌 아키텍처는 2015년부터 이노베이션 네트워크로 이름을 변경하여 GS1 통합 사물인터넷  표준으로 도약을 준비하고 있으며, 현재도 EU 와 미국, 중국의 스마트 농업 및 식품 안전시스템, 그리고 미국 FDA의 헬스케어 시스템, IIC의 핵심 인프라 표준으로서, 사물인터넷 영역에 진출하고 있다.

 

GS1 표준 구성

Auto-ID Labs(http://autoidlabs.org)는 GS1의 글로벌 연구 파트너이자 대학 중심의 사물인터넷 연구 컨소시엄으로, 사물인터넷 관련 하드웨어, 소프트웨어, 네트워크, 비즈니스 모델 연구와 GS1을 위한 표준 선행 연구를 수행하고 있다.
Auto-ID Labs는 현재 MIT, Cambridge, ETH Zurich, Fudan, KEIO, KAIST의 6개 국가 대학이 참여하고 있다.

Auto-ID Labs의 전신인 Auto-ID Center의 공동 창설자이자 MIT의 디렉터였던 케빈 에쉬톤(Kevin Ashton)이 1999년 사물인터넷이란 용어를 만들었으며, 당시 미래의 사물을 5가지 클래스로 분류를 했으며, 그중 클래스1 이 현재 EPC Class 1 Gen 2 RFID 표준 프로토콜을 지원하는 태그를 부착한 수동형 사물이며, 클래스3,4,5 로서 Bluetooth나 IEEE 802.15.4 기반의 6LoWPAN 기능을 가지는 스마트한 사물, 스마트 보더 라우터 등을 예측했었다.

Auto-ID Labs 의 선행 표준 연구가 직접 GS1의 국제표준화에 영향력을 미치는 예를 들면, Auto-ID Labs, Cambridge에서 다년간 연구한 GS1 Digital이란 신규 기술이 GS1의 요구로  맥킨지에서 2012년에서 2013년까지 성공 가능성을 분석한 후, 2014년부터 구글 등 글로벌 기업들과 함께 현재 GS1 표준화 작업이 활발히 이루어지고 있다.

Oliot은 GS1의 이노베이션 네트워크 비전과 함께 하며, 다양한 산업 도메인에 활용되는 GS1 코드가 부여된 또는 타 표준 코드를 사용하는 사물에 대한 접근 및 정보처리 체계를 모두 포함한 광의의 사물인터넷 플랫폼으로 제안하고 있으며, 이를 위한 사물 분류 및 식별 체계, 정보 전송 및 처리에 필요한 제반 표준 기술의 선행 연구와 오픈소스화를 목표로 하고 있다.

 

3. 사물인터넷과 관련해서 GS1 표준이 중요한 이유

GS1 표준은 이미 유통 물류 및 이력추적(Traceability) 분야에서 국제 표준으로 확고히 자리잡아 가고 있다. 특히, 유럽은 국제적으로 광우병 파동 이후 식품 안전에 관심을 갖기 시작하면서 식품 기본법 Regulation (EC) 178/2002 18조에 따라 2005년부터 의무적으로 이력 추적제를 도입하도록 했다.
또 EU No. 1169/2011 식품 정보 공개 법안을 통해 유럽 내부에서의 이력 추적은 GS1 표준 체계를 따라가고 있다.

미국도 식품안전현대화 법안을 통해, 중국도 GS1 Global Traceability Standard를 적용할 것을 결정하였다. 또한 GS1은 IIC과 파트너십을 맺고 산업인터넷 융합 분야에서 디지털 비즈니스와 유통 물류를 결합하기 위한 방향으로 협력하고 있다[자세한 정보는 : Industrial Internet Consortium Has Over 50 Members Two Months After Launch]. 이는 사물의 물리적 이동 경로 및 비즈니스 상황을 디지털 공간이 파악해 단순한 사물 통신을 넘어 사물에 대한 다양한 정보를 제공해 줄 수 있음을 의미한다.

이처럼 GS1 표준은 구글 스레드나 올신/올조인 등 다양한 사물의 인터넷 연결성 제공을 넘어  사물의 이력, 이동 경로, 비즈니스 상황 등을 다양한 각도에서 파악할 수 있는 기술이다. 그리고 GS1에서 제공하는 여러 표준을 사용하면 현재 사물인터넷이 가지고 있는 상호운용성 및 표준화 등 여러 문제들을 풀 수 있다.  GS1은 40년간의 표준 운용 경험을 가지고 있고, 150개가 넘는 국가들이 참여하고 있으며, 이들 국가에서 발생하는 표준 관련 문의나 지원 등을 해결하는 인프라가 이미 갖춰져 있을 뿐만 아니라, 다양한 요구 사항을 차기 표준에 반영하는 창구 또한 마련되어 있다.

미국에서는 의료기기에 GS1 표준을 사용하도록 하는 FDA UDI 법안이 제정되는 등[자세한 정보는 FDA, Unique Device Identification System, available online] GS1은 다양한 산업분야에서의 협력성도 갖추고 있다고 볼 수 있다. 또한 GS1에서는 GS1 물류 표준을 사물인터넷으로 확장하는 ‘GS1 Digital and Internet of Things Architecture’ 연구를 플래그십 과제로 선정하여 수행중이다. [자세한 정보는 : 2013 Auto-ID Labs Annual Report for GS1]

따라서 사물인터넷의 최상위 정보 공유 인프라로서 GS1 중심의 사물인터넷 기술이 큰 역할을 하리라고 판단되며, 이러한 비전 하에서 GS1의 EPCglobal Architecture[자세한 정보는 : The GS1 EPCglobal Architecture Framework]를 확장하여 사물인터넷 표준으로 발전시키려는 선행 연구가 Auto-ID Labs 에서 진행하고 있는 Oliot 프로젝트다.

 

4. EPC글로벌 아키텍처

Oliot 프로젝트는 GS1의 RFID 데이터 표준인 EPC글로벌 아키텍처를 기본으로, 이를 확장하여 사물인터넷 표준으로 개발하는 선행 표준 연구다. 이 장에서는 Oliot 프로젝트의 이해를 돕기 위해 EPC글로벌 아키텍처의 구조와 특징에 대해 설명한다.

GS1 EPC글로벌 아키텍처는 RFID 데이터 캐리어를 바탕으로 EPC 코드를 캡처 (Capture)하고 제품의 식별자, 시간, 공간 정보를 글로벌하게 공유하기 위한 인프라 표준으로서 <그림2>와 같이 구성되어 있다. RFID 태그는 EPC 코드를 저장하고 있고, 이를 RFID 리더가 에어 프로토콜(Air Protocol)을 통해 식별한다.

Low Level Reader Protocol(LLRP)는 RFID 리더를 컨트롤하기 위한 표준 인터페이스로서 이 인터페이스에 따라 RFID 태그의 관찰 정보를 필터링 및 컬렉션 미들웨어로 전달한다. 필터링 및 컬렉션 미들웨어(F&C Middleware, Filtering and Collection Middleware)는 ALE(Application Level Events) 인터페이스를 지원하며, RFID 단순 관찰 데이터를 필터링 및 그룹핑 및 리더 위치와의 맵핑 등을 통해 태그 이벤트를 생성한다.

EPCIS(EPC Information Service)는 태그 이벤트의 글로벌 분산 저장소로서, 공급망 관리 비즈니스의 상황에서 발생할 수 있는 이벤트와 접근 방법을 표준화한 EPCIS 표준을 지원해 규격에 맞게 이벤트를 저장하고 획득할 수 있도록 한다.
표준화된 방법으로 태그 이벤트를 저장하기 위한 EPCIS 캡처 인터페이스 그리고 상위 응용으로부터의 쿼리에 응답하기 위해 EPCIS쿼리 인터페이스를 지원한다.

클라이언트는Federated ONS(Object Name Service) 를 통해 특정 사물에 대해 제공하는 서비스를 찾을 수 있으며, 예로 그 사물의 제조사 EPCIS 서버를 찾아 사물에 대한 정보를 획득할 수 있다. 또한 클라이언트는 DS(Discovery Service) 등을 통해 주어진 사물이 거쳐간 경로의 EPCIS서버들을 알려줘 사물의 이력을 추적할 수 있는 인프라를 제공한다.

전체적으로 보면 EPC글로벌 아키텍처는 EPC 라는 ID를 RFID 라는 데이터 캐리어를 통해 읽어와서 그때의 상황 정보(위치, 시간 등) 와 함께 이벤트로 저장한 후, 이를 표준화된 방식으로 공유하는 역할을 한다. 이 중에서 공유를 담당하는 계층인 EPCIS, ONS, Discovery Service 등은 물류 등 특정 응용 도메인에 종속되지 않는 일반적인 형태로 디자인되어 있다. 따라서 캡처 계층을 6LoWPAN, Bluetooth 등의 무선 통신 기능을 탑재한 스마트 사물을 지원하도록 확장한다면, 기존의 공유 표준을 이용해 다양한 사물의 정보를 수집하고 공유할 수 있게 된다.

 

GS1 EPC글로벌 아키텍처

5. Oliot 소개 (IoT 확장 방안)

EPC글로벌 아키텍처는 RFID 정보 공유 표준으로서 EPC 코드를 캡처하고 공유하기 위한 표준 인터페이스를 제공한다. 그러나 현재 EPC글로벌 아키텍처가 다양한 사물의 센서 데이터 저장을 위해서는 몇 가지 확장을 필요로 한다. 이 장에서는 각각의 컴포넌트에 대해 사물인터넷을 위해 Oliot에서 확장하고 있는 내용들을 살펴보기로 한다.

LLRP는 RFID 리더를 제어하기 위한 표준 프로토콜로 RFID 리더의 작동을 제어하고 태그 관찰 결과를 전달하는 인터페이스를 정의하고 있다. 또한 RFID 에어 프로토콜을 일부 조작할 수 있도록 하여 RFID 상호 간섭과 같은 물리적 문제도 다루는 것이 가능하다.
이외에도 태그 메모리를 읽고 쓰거나 태그 엑세스 상태를 보고하거나 오류 처리 및 보안 기능 등 다양한 RFID 환경에서 쓸 수 있는 기능들이 있다.  사물 인터넷 환경에서는 RFID 이외에도 WiFi, Bluetooth Low Energy, IEEE 802.15.4 기반 다양한 통신 프로토콜을 통해 스마트 사물이 네트워크에 연결되고, 이들이 제공하는 데이터를 수집하고, 공유 기능을 제공해야 한다.

Oliot에서는 비LLRP 리더를 LLRP 리더로 전환해주는 프레임워크인 ELFIN(Enhanced LLRP-Enabling Framework for the Internet of Things)을 제공한다. 또한 6LoWPAN 게이트웨이에 경량 IPv6 기반 사물들의 정보를 읽어들이는 가상의 리더 기능을 추가하여, 센서 네트워크를 하나의 Active Tag 네트워크로 보고, 이를 상위의 EPC글로벌 아키텍처와 통합하는 기능을 제공한다. 향후에는 이를 더욱 확장해 구글 스레드, 올조인 등 다른 사물인터넷 프로토콜을 지원하는 프레임워크로 발전시킬 예정이다.

ALE(Application Level Event)는 다양한 종류의 리더를 관리하고 EPC 기반의 태그 정보를 필터링 및 그룹핑하여 추상화된 표준 이벤트로 변환하는 기능을 제공한다.
기본적으로 ALE는 RFID 상황에서 설계되었지만 바코드, OCR, 키보드 등 다양한 이종 (heterogeneous) 장치와도 작동할 수 있도록 범용적으로 디자인이 되었기 때문에 사물인터넷의 다양한 센서 및 플랫폼에서 획득할 수 있는 저수준 스트리밍 데이터를 처리하기에 적합하다.

ALE가 사물인터넷에서의 표준 미들웨어로서 기능하기 위해서는 현재 EPC 기반 필터링 기능을 더욱 확장하여 일반적인 센서 데이터를 처리할 수 있는 기능을 갖추는 한편, ZigBee, 6LoWPAN 등 다양한 센서 네트워크 프로토콜과 연결성 이슈를 해결해야 한다.
이를 위해서 Oliot에서는 2.0버전부터 MQTT, 올조인 등 다양한 사물 인터넷 프로토콜과 통합을 계획하고 있으며, 복합 이벤트 처리(CEP, Complex Event Processing) 등의 센서 이벤트 처리 기능을 탑재할 예정이다. 또한 미들웨어를 기능별로 클라우드에 분산 배치할 수 있는 유연한 아키텍처를  설계해서  확장가능성을 제공할 예정이다.

EPCIS(Electronic Product Code Information Service)는 ALE에서 만들어진 의미있는 이벤트 정보들을 표준화된 오브젝트 형태로 데이터베이스에 저장하고 다양한 응용들 간에서 공유할 수 있도록 만들어진 표준이다.
EPCIS는 전 세계적으로 분산된 이벤트 저장소로서 공급망 관리에서 발생할 수 있는 이벤트와 저장 및 접근 방법을 표준화하였다. EPCIS표준은 공급망 관리의 상황에서 정의되었지만 일반적으로 확장가능 하도록 이벤트가 디자인되었으며, 웹 기반의 표준 인터페이스를 가지고 있기 때문에 이러한 이벤트 종류를 확장하여 사물인터넷에서 사용할 수 있다.

Oliot에서는 여러 센서 데이터 및 도메인 종속적인 데이터를 저장할 수 있도록 기존 EPCIS 이벤트를 확장하고, 다양한 응용 도메인(헬스케어, 스마트홈, 스마트농업 등)에 적용해 확장 가능성을 제공할 예정이다. 더 나아가 프로세스 마이닝 등을 이용해 EPCIS 이벤트를 설명하는 핵심 단어(Core Vocabulary) 등을 발굴해 나갈 예정이다.

ONS(Object Name Service)는 사물의 GS1 식별자를 입력받아 사물 클래스별 서비스 리스트를  찾아주는 서비스로서,  예를 들어 그 제품 또는 사물에 대한 정보가 저장되어 있는 제조사의 서버를 알려주는 역할을 한다.
ONS 클라이언트가 사물의 ID를 ONS 쿼리로 변환해 Root ONS에 요청하면 전 세계에 계층적으로 분산되어 있는 ONS 서버들 중에서 그 사물의 서비스 리스트를 가지고 있는ONS 서버로 쿼리가 전달되고 결과가 반환된다. Oliot에서는 ONS를 EPC외의 GS1 식별자 포함 다양한 타 표준 식별자를 지원할 수 있도록 확장하고  있다.

DS(Discovery Service)는 GS1 식별자로 고유 사물별로 동적인 이벤트 정보를 찾아주는 검색 서비스로서, 제조사 EPCIS 정보 뿐만 아니라 해당 사물에 관한 정보가 들어 있는 모든 EPCIS 정보를 찾아줄 수 있다.
DS는 아직 이에 대한 인터페이스 등 표준은 확립되어 있지 않으나 Oliot에서는 Discovery Service의 기능을 지원하는 DS 시스템을 개발하였고, 사물인터넷 환경에서 개개의 사물로 인해 발생하는 수많은 정보를 저장하고 공유하기 위해 DS에 적용 가능한 데이터베이스 분산 기술 및 처리 기술을 개발하고 있다.

Oliot 프로젝트는 Auto-ID Labs, ETH Zurich 에서 2007년 공개한 EPCglobal 구현체인 Fosstrak의 spinoff 프로젝트로서 GS1의 최신 EPCglobal 표준과 사물인터넷 선행 표준 연구 결과를 레퍼런스로 구현한다. 2014년 7월 1.0 버전이 오픈소스로 공개되었으며, EPCIS 1.1 스펙을 지원하는 Oliot 1.1 버전이 2015년 2월 공개되었다.

 

6. 맺음말

본 고에서는 사물인터넷에서의 GS1표준의 필요성과 중요성, 그리고 사물인터넷 플랫폼으로서의 선행 표준 연구에 대해 살펴보았다. 사물인터넷 환경에서는 사물의 연결성 및 서비스에 초점을 맞추는 것도 중요하지만 결국에는 하나의 표준화된 정보 공유 수단이 필요하다. GS1 표준은 이를 현실화하기 위해 다년간의 표준 운영 경험, 전 세계에 배치되어 있는 인프라 등 많은 강점을 가지고 있다. 이와 관련해 RFID 표준인 EPC글로벌 아키텍처를 표준 사물 인터넷 플랫폼으로 확장하는 선행 연구인 Oliot 프로젝트도 눈 여겨 볼만하다.

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