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4차산업혁명과 정보통신

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1주차. 산업혁명의 역사와 특징
⚫ 사물인터넷(IoT, Internet of Things), 인공지능, 클
라우드, 빅데이터, 로봇, 가상현실, 증강현실, 자율주행자
<1차 산업혁명>
⚫ 방적, 목화에서 추출한 애벌 실로 방사를 만듦
⚫ 방직, 방사를 이용하여 직물을 만듦
동차, 3D 프린터 등 첨단 디지털 기술들이 융합하여 일
어나는 기술 주도형 혁명
⚫ 디지털 기술의 영향력이 완벽한 힘을 갖추고 새로운
⚫ 1782년, 증기기관, 제임스와트는 석탄을 태워서 물을
것을 만들어냄
끓인 증기의 힘으로 기계를 움직임
→ 스마트 홈, 스마트 팩토리, 스마트 팜, 스마트 오피스,
→ 1789년, 증기기관을 카트라이트의 방직기에 적용
스마트 교실… 가상 시스템과 물리적 시스템이 유연하게
협력
⚫ 1차 산업혁명으로 도시화가 이루어짐
⚫ 1760년대, 1차 산업혁명은 영국에서 면공업으로 시작
(~1840)
2주차. 사물인터넷과 미래 정보통신 기술
<2차 산업혁명>
<IoT, Internet of Things>
⚫ 1870년~1914년, 전기혁명, 대량생산이 가능해진 제조
⚫ 1999년, 케빈 애쉬톤(Kevin Ashton)이 ‘사물인터넷’
업 시대
이라는 말을 최초로 제안
⚫ 1800년, 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)
→ 아연판과 구리판을 겹쳐 만든 볼타 전지를 개발하여
→ 과학자들이 그전까지 사용되던 정전기 기계보다 안정
적으로 전기를 사용할 수 있게 함
⚫ 사물에 컴퓨팅 및 인터넷 기능을 탑재하는 것, 이러한
사물과 인터넷, 두 단어를 연결함
⚫ 사물인터넷은 인간, 사물, 서비스 세 가지 요소가 인
간의 개입 없이 상호협력적으로 센싱, 네트워킹, 정보처
리 등 지능적인 네트워킹을 수행
⚫ 1816년, 마이클 패러데이(Michael Paraday)
→ 자기장을 전기로 변화시켜서 최초의 전기모터를 만듦
→ 전기를 대중화
⚫ 사물인터넷의 사물동작의 예
→ 센서가 물체의 상태나 동작에 대한 정보를 수집
→ 프로세서는 센서 데이터를 처리
⚫ 토머스 에디슨(Thomas Edison)
→ 데이터를 클라우드로 전송
→ 1879년,‘개선된 전기 램프’ 특허를 출원
→ 수집된 데이터를 분석, 빅데이터 분석, 인공지능 사용
→ 1882년, 뉴욕, 최초 중앙 집중식 발전소 개소하여
→ 분석 결과에 따라 가치 있는 정보가 생성되고, 유용한
가정과 회사에 전력을 공급
서비스가 제공됨
⚫ 전기가 널리 보급, 영화, 라디오, 축음기 개발
⚫ 사물인터넷 연동기술
⚫ 동력을 석유로 사용하면서 자동차 산업의 혁명
→ 빅데이터 및 클라우드
→ AI(Artificial Intelligence)
<3차 산업혁명>
⚫ 1970년~
→ 2차 세계대전이 끝나고 발전한 과학기술을 배경으로
일어남
→ 유럽 중심의 세계 질서가 2차 세계대전 이후 미국 중
심으로 넘어감
→ 인터넷은 전쟁이 일어났을 때, 기지간 정보를 주고 받
기위해 탄생
3주차. 인공지능의 역사와 발전과정
⚫ 인공지능(Artificial Intelligence)
→ 사람의 인식, 판단, 추론, 결론이라는 의사결정 프로
세스와 학습을 실현하는 기술
즉, 사람처럼 생각하고 대화하는 기술을 개발하는 것
→ 전자·통신 분야는 3차 산업혁명을 대표하는 상징 분야
⚫ 제1차 AI 붐
로 컴퓨터 통신 네트워크가 빠르게 발전, 디지털혁명이라
→ 1950년대 후반 ~ 1960년대
고 부름
→ 인공신경망 이론, 인공신경망 컴퓨터 개발, 인공지능
→ 기계의 자동화 혁명이라고 부를 수 있음
단어의 과학분야 탄생
→ 컴퓨터로 추론, 탐색으로 특정한 문제를 푸는 연구
<4차 산업혁명>
⚫
초연결성(Hyper-Connected),
→ 1970년대, 눈앞의 복잡한 문제를 해결하는데 실패
초지능화(Hyper-
Intelligent)의 특성으로, 디지털 기술들이 융합되어 나타
⚫ 인공신경망
나는 시대
→ 인간의 신경세포, 뉴런(Neuron)의 동작원리에 기초하
여 컴퓨터를 학습시키기 위해 인공적으로 구축한 신경망
→ 빅데이터를 기반한 기계학습(머신러닝), 기술적으로
⚫ 1943년, 최초의 뉴런 인공신경망 모델
→ 신경정신 교수 워렌 멕클록(Warren McCulloch), 수
학자 월터 피츠(Walter Pitts)
→ 인간의 사고과정을 최초로 모델화하여 이론적 구조를
제안
→ 단순한 선형 모델로 한계가 있지만, 컴퓨터 논리 구조
를 그려낸 폰 노이만에게 중요한 영향을 끼치고, 이후의
인공신경망 연구로 이어지게 함
프린스턴대학교
로봇공학자
발전한 딥러닝의 발전으로 제3의 붐이 도래
⚫ 2006년, 딥러닝(Deep Learning)
→
제프리
힌턴,
루슬란살라쿠트디노프(Ruslan
Salakhutdinov)
→ 심층 신뢰 신경망(Deep Belief Network, DBN)이라는
딥러닝에 매우 효과적인 알고리즘에 관한 논문을 발표
→ 이전보다 많은 층과 연결된 인공신경망, 말을 더 잘
알아듣고 그림을 더 잘 분류하는 인공신경망
⚫ 1951년, 최초의 인공신경망 컴퓨터
→
량의 데이터를 기반한 ‘기계학습’ 조용히 발전
마빈
민스키(Marvin
→ 학습을 뜻하는 러닝(Learning)에 딥(deep)을 붙인 ‘딥
러닝’ 으로 부름
Minsky), 딘 에드먼즈(Dean Edmands)
→ 3,000개 진공관을 이용하여, 인공 뉴런 40개를 구현
⚫ 2016년, 알파고(AlphaGo)
⚫ 1956년, 인공지능의 등장
→ 구글 딥마인드가 ‘딥러닝’ 기술로 개발한 인공지능 프로
→ 미국 동부 다트머스대학교, 워크숍에서 처음으로 ‘인
그램
공지능’이라는 용어가 생성되어 인공지능 과학분야 탄생
→ DQN(deep Q-netword) 게임용 범용 인공지능 프로그램
에게 바둑용 트레이닝을 시킨 시스템
⚫ 1957년, 퍼센트론(Perceptron) 시스템
→ 컴퓨터는 1,202대의 CPU와 176대의 GPU로 구성
→ 코넬대학교 프랭크 로젠블랫(Frank Rosenblatt)
→ 지금까지의 지식베이스 시스템과는 달리, 알파고는 바둑
→ 사진을 보고 무엇인지 알아맞힘
규칙을 모르고, ‘인공신경망’ ‘딥러닝’ 기술을 도입해서 방대
→ 3단계 계층의 인공 뉴런, 답을 맞히면, 답을 맞히기까
한 빅데이터를 자율적으로 학습시킨 결과로 승리를 함
지 거쳐간 뉴런들 사이의 연결을 더 강하게
⚫ 1970년대
→ 특정한 문제는 풀려도, 복잡한 현실의 문제는 풀리지
4주차. 인공지능 기술의 개요
않음
⚫ 인공지능 레벨 1
→ 미국 정부, 기계 번역은 당분간 성과가 나올 가망이
→ 단순한 제어 프로그램을 탑재한 전자제품
없다는 보고서를 발표, 연구의 지원이 중단되고, 인공지
→ 제어공학, 시스템공학이라는 이름으로 역사가 긴 학문
능의 겨울의 시대가 도래함
분야
→ 규칙이 정해져 있고 그대로 움직임
⚫ 제2차 AI 붐
→ 1980년대
⚫ 인공지능 레벨 2
→ 일본 통상산업성, 전문가 시스템(Expert System), 컴
→ 장기, 퍼즐 프로그램이나 질문에 대답하는 인공지능
퓨터에 ‘지식’ 넣으면 똑똑해짐, 접근법이 전성기를 이룸
→ 적절한 판단을 내리기 위해 기존에 보유한 데이터를
→ 지식을 서술하고 관리하는 것이 엄청나게 방대하다는
기반으로 추론, 탐색
것이 한계점으로 드러나면서, 1995년 무렵 다시 겨울의
⚫ 인공지능 레벨 3
시대로 들어감
→ 빅데이터를 바탕으로 자동적으로 판단하는 인공지능
⚫ 1984년, 볼츠만 머신(Boltzmann machine) 개발
→ 기계학습(머신러닝), 표본이 되는 데이터를 바탕으로
→
지식을 스스로 학습
1982년, 카네기멜런대학교, 제프리
힌턴(Geoffrey
Hinton)은 인공지능 학회를 만듦
→
존스홉킨스대학교,
테리
→ 최근의 인공지능, 레벨 3을 일컫는 경우가 많음
세즈노프스키(Terry
Sejnowski)와 이전의 인공신경망보다 많은 층을 가진 인
⚫ 인공지능 레벨 4
공신경망 시스템을 만듦
→ 딥러닝, 입력 값(특징) 자체를 학습
→ 죽어가던 신경망 연구를 살리고 지금의 딥러닝을 탄
생시킨 전환점
⚫ 특징과 판별
→ 객체의 특징을 미리 데이터베이스에 등록
⚫ 제3차 AI 붐
→ 컴퓨터는 객체의 특징을 분석해서, 그 객체가 무엇인
→ 1990년대 중반 검색엔진 탄생, 2000년대 웹 보급, 대
지 판별
→ 레벨 1, 레벨 2에 해당
6주차. 빅데이터
⚫ 머신러닝
⚫ 빅데이터(Big Data)
→ 객체의 특징을 사람이 미리 데이터베이스에 등록하지
→ 디지털 환경에서 생성되는 데이터의 그 규모가 방대
않고 컴퓨터가 인터넷을 돌아다니면서 위키피디아, 백과
하고, 생성 주기가 매우 짧고, 형태도 수치 데이터 뿐 아
사전, 쇼핑몰, 페이스북 등의 정보를 분석하여 객체의 특
니라 문자와 영상 데이터를 포함하는 대규모 데이터
징을 학습하고 등록
→ 2012년, 디지털 데이터의 양은 2.8ZB(Zata Byte),
→ 레벨 3, 레벨 4에 해당
2020년, 40ZB, 2025년, 약 163ZB 생성
⚫ 지도 학습(Supervised Learning)
⚫ 빅데이터 특징
→ 라벨링 된 많은 데이터로 하는 학습
→ 규모(Volume) : 저장 기술의 발달, 스마트폰의 보급,
→ 데이터의 정답이 있고, 컴퓨터의 정확도를 높이고자
SNS의 확산 등 기술의 발전에 따라 디지털 정보량이 기
할 때 사용
하급수적으로 폭증
⚫ 비지도 학습(Un supervised Learning)
→ 라벨이 없는 데이터로 학습
→ 예측은 미래의 것이므로 정답이 없으므로 비지도 학
습을 사용
→ 방대한 데이터 안에서 컴퓨터 스스로가 뭔가를 발견
하고자 할 때
사용
⚫ 강화학습(Reinforcement Learning)
→ 비지도학습 방법
→ 가까운 목표를 달성한 후 다음 목표로 반복하며 실력
을 높이는 학습방법
→ 성공을 판단할 수 있는 요소를 부여, 성공에 대해서
점수를 매김, ‘보상’
→ 점수가 높을수록 성공했다고 판단, 반복적으로 실행하
며, 더 높은 점수를 얻는 방법을 자율적으로 학습
5주차. 로봇기술
→ 다양성(Variety) : 전통적인 데이터 분석은 시스템에
서 발생하여 저장되는 데이터에 대해서만 이루어짐, 최근
에는 외부에서 발생하는 다양한 형태의 데이터, 텍스트,
이미지, 오디오, 동영상, 센서 데이터, 소셜 데이터 등 다
양한 형태의 데이터 분석
→ 속도(Velocity) : 대용량의 데이터를 빠르게 처리하고
분석할 수 있는 속성
⚫ 빅데이터 처리 과정
→ 수집 : 내부 데이터베이스 시스템으로부터 정형 데이
터 수집하고, 인터넷으로 외부에서 비정형 데이터를 수
집, 검색엔진의 로봇이 인터넷을 돌아다니면서 공개된 데
이터를 수집
→ 저장 : 대용량 데이터의 저장, 스토리지, 클라우드
→ 처리 : 대용량 데이터의 추출 및 저장, 대표적 기술로
하둡(Hadoop)
→ 분석 : 텍스트 마이닝, 웹마이닝, 오피니언 마이닝, 현
실 마이닝, 소셜 네트워크 분석, 군집 분석, 감성 분석,
⚫ 로봇(Robot)
인공지능 기계학습
→ 인간의 일을 대신하는 자동 장치 또는 인간 형태의
→ 표현 : 데이터를 도표나 그래픽적으로 표현
기계
→ 로봇은 움직일 수 있는 수단을 가지고, 스스로 외부
환경을 인식하고, 주어진 임무를 수행할 수 있어야 함
⚫ 빅데이터 분석과 의사결정
→ 다양한 형태로 존재하는 빅데이터에 대해서, 원하는
결과를 얻기 위해서는 적절한 분석기법을 선택하여 정보
⚫ 우주개발 로봇
를 가공
→ 1957.10. 4., 스푸트니크 1호
→ 결과에 따른 의사결정과 미래예측 수행
→ 1969.7.20., 아폴로 11호, 달 착륙
→ 1970.9.20., 루나 16호, 달에 착륙
→ 2003년 6월, 7월, 미항공우주국, 화성 탐사 로버 스피
릿, 오퍼튜니티를 보냄
→ 2011년 11월, 미항공우주국, 큐리아서티 보냄
→ 2020년 7월 30일, 미항공우주국, 퍼시비어런스 보냄
⚫ 휴머노이드(Humanoid) 로봇
→ 사람(Human)과 ~와 같은 것(oid)의 합성어, 사람 같
은 것을 의미
→ 외모가 사람과 비슷하고, 두 발로 걷는 로봇
⚫ 텍스트 마이닝(Text Mining)
→ 텍스트 문서 속에서 의미 있는 정보를 추출하기 위한
기법
→ 중요도 판단, 개념 추출, 키워드 간의 상관성 분석 및
감성 분석 등에 적용되며, 다양한 분야에서 사용
⚫ 군집 분석(Cluster Analysis)
→ 텍스트 분석을 기본으로 비슷한 특성을 가진 개체를
합치면서 최종적으로 유사 특성의 그룹을 발굴
→ 사용자 데이터 간의 유사도를 정의하고, 각 데이터 간
의 거리를 구하고 거리가 가까운 것부터 순서대로 합쳐
가는 기법
치의 한 분야로 RF 태그와 RF 리더기로 구성되어 있음
→ 군집 분석을 통해 얻어진 사용자 군에 목표 마케팅을
→ RF 태그에 사람, 자동차, 화물, 가축 등에 개체를 식
수행
별하는 정보를 부가하고, RF 리더기가 이 정보를 비접촉
방식으로 해독
⚫ 오피니언 마이닝(Opinion Mining)
→ 웹사이트와 소셜미디어에 나타난 텍스트를 분석하여
감성과 의견을 수치화하고, 긍정, 부정, 중립 등의 선호
도를 판별
→ 특정 서비스 및 상품에 대한 소비자의 반응, 입소문
분석 등에 활용
→ 버스 카드, 하이패스, 도서관 입출력 카드 등에 사용
→ 1934년 첫 특허를 받음
→ 2차 세계대전, 영국 공군에서 아군 및 적군 비행기 식
별을 위해 사용
→ 1973년, Charles Walton, 수동 RFID 기반 도어록
리더기로 RFID 특허 취득
⚫ 소셜 네트워크 분석(Social Network Analysis)
→ 사용자의 영향력을 측정하고, 소셜 네트워크 상에서
입소문의 중심이나 허브 역할을 하는 사용자를 찾는데
활용
→ 소셜 네트워크 상에서 영향력이 있는 사용자를 인플
루언서라고 부르고, 인플루언서의 모니터링 및 관리는 마
케팅 관점에서 중요하게 인식
⚫ Read/Write 기능에 따른 RFID 종류
→ ReadOnly
ü 제조 시 데이터 기록하여 정보내용은 변경불가
ü 가격이 저렴
ü 바코드와 같이 단순 인식 분야에서 사용
→ WORM
ü 사용자가 데이터 기록 가능
ü 데이터 기록 후 변경이 불가능
⚫ 현실 마이닝(Reality Mining)
→ 휴대폰, GPS, 센서, 사물인터넷 데이터를 기반으로
→ Read/Write
개인의 생활 패턴을 파악
ü 몇 번이고 기록 및 데이터 변경 가능
→ 사용자 기호와 생활패턴을 추론하고, 사용자 취향에
ü 고가
맞는 서비스를 제공
ü 다양한 분야에서 고도의 활용이 가능
⚫ 수동형과 능동형에 따른 RFID 종류
7주차. 5G 통신과 RFID
→ 수동형 (passive)
⚫ 5세대 이동통신
ü 자체 전원 없이 RFID 리더기로부터 오는 전파를 받
→ 2020년경 상용화
아서 통신
→ 최고 전송 속도는 20Gbps의 빠른 데이터 전송속도
→ 지연 시간을 1ms(1/10 초로 줄일 수 있음)
→
공식
명칭은
IMT(International
ü 작고 가벼움
ü 가격 저렴
-3
Mobile
Telecommunication)-2020
→ 28GHz의 초고대역 주파수 사용
ü 10m 이내
ü 반영구적 (10년 이상)
→ 능동형 (active)
ü 자체 전원을 가지고 RFID 리더기와 통신
⚫ 5세대 특징
ü 크고 무거움
→ 초고속
ü 가격 고가
ü 최대 다운로드 속도 20Gbps, 최저 다운로드 속도
ü 수십 m 원거리
100Mbps
ü 수명 제한
ü 영화 1GB 영화 한 편을 10초 안에 내려받을 수 있
는 속도
⚫ 수동형 RFID 동작원리
ü 약 70배 빠른 초고속 속도
① RFID 리더기는 RF 필드 안테나에서 무선 신호를 생
→ 초저지연
성하고 전파
ü 지연 현상이 거의 없는 실시간 커뮤니케이션 능력
② RFID 태그는 안테나를 통해서 무선 신호를 수신하고
ü 시속 500㎞ 고속열차에서도 자유로운 통신이 가능
전자기 에너지를 받음
→ 초연결
③ RFID 태그는 사전에 프로그램된 고유 식별자를 전송
ü 1㎢ 반경 안의 100만 개 기기에 사물인터넷(IoT) 서
④ 리더기는 신호를 수신하고 데이터를 관리 시스템으로
비스 제공
전달
⚫ RFID(Radio-Frequency-IDentification)
→ RFID란 무선통신 시스템으로 자동화 데이터 수집 장
⚫ 주파수 대역에 따른 RFID 종류
→ 135 KHz
ü 0.5m 이하의 근거리 용도로 활용
ü 동물 인식 등
→ 13.56 MHz
ü 0.7~1m 이내의 근거리에서 활용
ü IC 카드, 신분증 등
ü 데이터 전송상의 신뢰성이 높은 곳에 사용
→ UHF (Ultra High Frequency)
ü 433 MHz, 능동형, 20m 이상, 항만 등에 사용
ü 860-930 MHz, 3~5m 이상, 상품태그, 유통물류 등
에 사용
ü 마이크로파 대역에 비해 무선인식 성능이 우수
→ 마이크로파
ü 2.45 GHz의 ISM 대역을 이용, 추적성 물품에 사용
ü UHF 대역에 비하여 수분, 금속 적용 환경에서 인식
률 저하
ü 인식거리가 큼
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