[논문 리뷰] A National Research Agenda for Intelligent Infrastructure

Elizabeth D. Mynatt, Jennifer Clark외 9명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 04.

Software System Performance and Reliability인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 미국 노후 인프라를 안전성, 복원력, 효율성 및 경제 성장을 향상시키는 지능형 사이버-물리 시스템으로 전환하기 위한 국가 연구 의제를 제안한다. 고급 계산, 센서 기술 및 데이터 분석을 통합함으로써, 단순한 수리가 아닌 사전적 재설계를 통해 21세기 경제와 글로벌 리더십을 뒷받반치는 인프라를 구축하고자 한다.

ABSTRACT

Our infrastructure touches the day-to-day life of each of our fellow citizens, and its capabilities, integrity and sustainability are crucial to the overall competitiveness and prosperity of our country. Unfortunately, the current state of U.S. infrastructure is not good: the American Society of Civil Engineers' latest report on America's infrastructure ranked it at a D+ -- in need of $3.9 trillion in new investments. This dire situation constrains the growth of our economy, threatens our quality of life, and puts our global leadership at risk. The ASCE report called out three actions that need to be taken to address our infrastructure problem: 1) investment and planning in the system; 2) bold leadership by elected officials at the local and federal state; and 3) planning sustainability and resiliency in our infrastructure. While our immediate infrastructure needs are critical, it would be shortsighted to simply replicate more of what we have today. By doing so, we miss the opportunity to create Intelligent Infrastructure that will provide the foundation for increased safety and resilience, improved efficiencies and civic services, and broader economic opportunities and job growth. Indeed, our challenge is to proactively engage the declining, incumbent national infrastructure system and not merely repair it, but to enhance it; to create an internationally competitive cyber-physical system that provides an immediate opportunity for better services for citizens and that acts as a platform for a 21st century, high-tech economy and beyond.

연구 동기 및 목표

• 미국 공학자 협회가 평가한 바에 따르면 현재 미국 인프라의 상태는 D+로 평가되며, 이는 3.9조 달러의 투자가 필요하다.
• 기존의 점진적 수리 방식을 넘어선다. 컴퓨팅과 물리 네트워크를 통합한 지능형이고 적응 가능한 시스템으로 인프라의 재구상이 필요하다.
• 사이버-물리 인프라 분야의 전략적 연구와 혁신을 통해 지속 가능성, 복원력 및 장기적인 경제 경쟁력을 제고한다.
• 다학제적 연구와 국가 차원의 조율를 통해 미국을 지능형 인프라 분야의 글로벌 리더로 위치시킨다.
• 차세대 인프라 시스템을 통해 개선된 시민 서비스, 일자리 창출 및 기술 발전을 위한 기반을 마련한다.

제안 방법

• 컴퓨팅, 토목공학 및 공공정책 전문가 간의 협력을 통해 국가 연구 의제를 수립한다.
• 사이버-물리 시스템을 활용한 인프라 현대화 과정에서 발생하는 핵심 기술적 및 사회적 과제를 규명한다.
• 감지, 데이터 분석 및 실시간 제어를 통합하여 적응형이고 반응성이 높은 인프라 네트워크를 가능하게 한다.
• 지능형 인프라 시스템의 확장성, 보안성, 개인정보 보호 및 상호운용성에 중점을 둔 연구를 우선시한다.
• 정부, 학계 및 산업계 간의 다각적 협력을 통해 연구를 국가적 필요와 일치시킨다.
• 유지보수를 넘어서 혁신의 기반 플랫폼으로서 인프라의 역할을 정의함으로써 향후 기술적·경제적 발전을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사이버-물리 시스템은 어떻게 국가 인프라의 안전성, 복원력 및 지속 가능성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 기존 인프라를 단순한 수리가 아닌 지능형이고 적응 가능한 시스템으로 전환하기 위해 필요한 연구 우선순위는 무엇인가?
• RQ3 컴퓨팅 및 토목 인프라 분야 간의 다학제적 협력을 통해 인프라 시스템의 혁신을 어떻게 가속화할 수 있는가?
• RQ4 지능형 인프라의 확장성, 보안성 및 국민 신뢰 확보를 위해 필요한 기술적 및 정책적 프레임워크는 무엇인가?
• RQ5 지능형 인프라는 21세기 경제 성장과 기술 리더십을 위한 플랫폼으로서 어떤 방식으로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• 미국 공학자 협회가 평가한 바로는 현재 미국 인프라의 상태는 D+로 평가되며, 이는 3.9조 달러의 투자가 긴급히 필요하다는 것을 의미한다.
• 기존 인프라의 수리만으로는 부족하며, 장기적인 국가 경쟁력 확보를 위해 사전적 전환을 통해 지능형 사이버-물리 시스템으로의 전환가 필수적이다.
• 실시간 데이터와 적응형 제어 메커니즘을 통해 지능형 인프라는 시민 서비스, 안전성 및 운영 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.
• 연구 의제는 향후 인프라 개발을 위한 핵심 기둥으로서 지속 가능성, 복원력 및 혁신을 강조한다.
• 기술 혁신을 사회적 필요와 일치시키고 미국을 지능형 인프라 분야의 선도국으로 위치시키기 위해 통합된 국가 연구 노력이 필수적이다.
• 이 의제는 컴퓨팅 공동체 협의회가 향후 연구 및 정책 투자 방향을 안내하기 위한 기초 백서 역할을 한다.