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오버 디 에어 프로그래밍

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1. 개요

오버 디 에어 프로그래밍(OTA)은 임베디드 시스템의 펌웨어를 무선 통신을 통해 업데이트하는 기술을 의미한다. OTA 업데이트는 스마트폰, 자동차, 사물 인터넷(IoT) 등 다양한 산업 분야에 적용되며, 펌웨어 업데이트 배포 비용 절감, 사용자의 업데이트 수용률 증가, 원격지에서의 펌웨어 업데이트 등의 이점을 제공한다. 스마트폰에서는 운영체제 및 보안 업데이트에 활용되며, 자동차에서는 차량 내 엔터테인먼트 시스템, 전자 제어 장치 등의 소프트웨어 업데이트에 사용된다. IoT 환경에서는 센서 노드의 펌웨어 업데이트에 활용된다. OTA 기술은 편리성을 제공하지만, 보안 취약점을 통해 해킹의 위험을 야기할 수 있다는 비판도 존재한다.

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오버 디 에어 프로그래밍
개요
유형소프트웨어 업데이트 메커니즘
목적소프트웨어 결함 수정
보안 패치 적용
새로운 기능 추가
장치 성능 개선
적용 분야모바일 장치
임베디드 시스템
자동차
IoT 장치
기술적 측면
전송 방식무선 통신 (Wi-Fi, 셀룰러 네트워크 등)
업데이트 방식전체 이미지 업데이트
델타 업데이트 (차등 업데이트)
보안암호화
인증
무결성 검사
장점
편의성사용자가 직접 업데이트를 설치할 필요 없음
효율성대규모 장치에 신속하게 업데이트 배포 가능
비용 절감유지 보수 비용 감소
단점
보안 취약점중간자 공격, 악성 소프트웨어 삽입 가능성
네트워크 의존성안정적인 네트워크 연결 필요
전력 소모업데이트 과정에서 배터리 소모 증가
보안 고려 사항
암호화전송 중인 데이터 보호
인증업데이트 서버의 신뢰성 검증
무결성 검사업데이트 파일의 변조 여부 확인
롤백 메커니즘업데이트 실패 시 이전 버전으로 복구
다양한 OTA 기술
오버 디 에어 프로비저닝 (OTAP)무선으로 장치 설정 및 프로비저닝
펌웨어 오버 디 에어 (FOTA)장치 펌웨어 업데이트
소프트웨어 오버 디 에어 (SOTA)장치 소프트웨어 업데이트
응용 분야
자동차ECU 소프트웨어 업데이트
텔레매틱스 시스템 업데이트
자율 주행 기능 업데이트
모바일 장치운영체제 업데이트
애플리케이션 업데이트
보안 패치
IoT 장치펌웨어 업데이트
보안 업데이트
새로운 기능 추가
기타
관련 기술무선 통신
임베디드 시스템
소프트웨어 업데이트 관리

2. 용어

"무선 펌웨어 업데이트"라는 용어는 컴퓨터와 같은 비 임베디드 시스템이 아닌 임베디드 시스템에 적용된다.[4] OTA 업데이트 전에는 임베디드 장치는 직접 물리적 접근(JTAG) 또는 USB나 시리얼 포트와 같은 유선 연결을 통해서만 플래싱할 수 있었다.

인터넷 등을 통한 무선 통신이 보급되기 전에는 CD-ROM 등을 사용하여 소프트웨어를 업데이트 등을 수행했지만, 무선 통신 보급 후에는 인터넷에서 다운로드하여 간단하게 업데이트할 수 있게 되었다.[27] 이 시스템은 스마트폰 외에도 자동차 등에 사용되고 있으며, 운전 지원 시스템 등의 업데이트에 사용된다.[28] 한편, 사이버 공격 등 유선 방식에서는 발생하지 않던 문제가 발생할 우려가 있어 주의해야 한다.[29] 또한, 이미 설치된 소프트웨어의 갱신·수정뿐만 아니라, 소프트웨어 신규 설치, 디지털 콘텐츠 구입, 외부 단말 및 클라우드 서비스와의 데이터 및 설정 정보 동기화 등에도 OTA가 사용된다.[30]

3. 목적

무선 통신 방식(Over-the-air, OTA)을 통한 전송은 더 큰 규모로 업데이트를 배포하고, 업데이트 배포 비용을 절감하며,[7] 이러한 업데이트의 수용률을 높일 수 있다는 장점이 있다.

인터넷 등을 통한 무선 통신이 보급되기 전에는 CD-ROM 등을 사용하여 소프트웨어 업데이트를 수행했지만, 무선 통신이 보급되면서 인터넷에서 다운로드하여 간단하게 업데이트를 할 수 있게 되었다.[27] 이 시스템은 스마트폰 외에도 자동차 등에 사용되고 있으며, 운전 지원 시스템 등의 업데이트에 사용된다.[28] 한편, 사이버 공격 등 유선 방식에서는 발생하지 않던 문제가 발생할 우려가 있어 주의가 필요하다.[29] OTA는 이미 설치된 소프트웨어의 갱신·수정뿐만 아니라, 소프트웨어의 신규 입수·도입, 디지털 콘텐츠의 구입 및 입수, 외부 단말기 및 클라우드 서비스와의 데이터 및 설정 정보 동기화 등에도 사용된다.[30]

4. 구현

OTA 업데이트는 에너지 소비, 네트워크 사용량 및 저장 공간을 최소화하기 위해 가능한 한 작게 설계되었다. 이는 전체 펌웨어를 전송하는 대신 이전 펌웨어와 새 펌웨어의 차이점만 전송하여 달성된다. 이전 펌웨어와 새 펌웨어의 델타는 디프(diffing)이라는 프로세스를 통해 생성된다. 그런 다음 델타 파일이 최종 장치에 배포되고, 최종 장치는 델타 파일을 사용하여 자체적으로 업데이트된다.[8] 이러한 업데이트의 배포자는 사용자가 이러한 업데이트를 거부할 수 있는지 여부를 결정할 수 있으며, 업데이트가 적용될 때까지 최종 사용자 장치의 특정 기능을 비활성화하도록 선택할 수 있다. 사용자는 업데이트가 설치된 후 업데이트를 되돌릴 수 없을 수도 있다.

5. 산업별 적용

인터넷을 통한 무선 통신이 보급되기 전에는 CD-ROM 등을 사용하여 소프트웨어 업데이트를 수행했지만, 무선 통신이 보급되면서 인터넷에서 다운로드하여 간단하게 업데이트할 수 있게 되었다.[27] 이러한 OTA 기술은 스마트폰, 자동차, 사물 인터넷(IoT) 장치, 인터넷 공유기, 이동 통신망 등 다양한 산업 분야에 적용되고 있다.


  • 스마트폰: 스마트폰 운영 체제 업데이트에 OTA가 사용된다. iOS는 iOS 5부터, 안드로이드는 8.0 이후 A/B 파티션 방식을 통해 OTA 업데이트를 지원한다.
  • 자동차: 차량 내 엔터테인먼트 시스템, 내비게이션 지도, 텔레매틱스 제어 장치, 전자 제어 장치 등의 업데이트에 OTA가 사용된다. 이를 통해 제조업체는 보증 비용을 절감하고, 소비자에게는 다운타임을 줄여주는 장점이 있다.
  • 사물 인터넷(IoT): 무선 센서 네트워크와 사물 인터넷 장치의 펌웨어 업데이트에 OTA가 사용된다. 이를 통해 원격지에 있는 장치의 유지보수 시간과 비용을 절약할 수 있다.
  • 인터넷 공유기: 인터넷 공유기 소프트웨어 업데이트에도 OTA가 사용된다.
  • 이동 통신망: 이동통신사가 휴대폰을 원격으로 프로비저닝하고 SIM 카드에 저장된 셀룰러 네트워크 설정을 업데이트하는 데 OTA가 사용된다. 이를 OTA 프로비저닝(OTAP) 또는 무선 서비스 프로비저닝(OTASP)이라고 한다.


하지만, OTA는 사이버 공격 등 유선 방식에서는 발생하지 않던 보안 문제의 우려가 있어 주의가 필요하다.[29]

5. 1. 스마트폰

스마트폰, 태블릿 및 기타 장치에서 무선 업데이트는 장치가 인터넷을 통해 다운로드하는 펌웨어 또는 운영 체제 업데이트이다. 이전에는 사용자가 이러한 장치를 USB를 통해 컴퓨터에 연결하여 업데이트를 수행해야 했다. 이러한 업데이트는 기능을 추가하거나, 보안 취약점을 패치하거나, 소프트웨어 버그를 수정할 수 있다. 두 가지 주요 모바일 운영 체제는 iOS와 안드로이드이다.

iOS는 iOS 5에서 무선 업데이트에 대한 지원을 얻었다.[9] iOS 업데이트는 애플에서 독점적으로 배포하므로 광범위한 가용성과 상대적으로 높은 채택률을 보인다. 주요 iOS 릴리스는 일반적으로 업데이트 출시 후 몇 달 안에 아이폰의 60%–70%에 설치된다.[10][11][12]

안드로이드 OTA 업데이트는 구글에서 직접 배포하는 것이 아니라 OEM (삼성과 같은) 및 이동 통신사에서 배포한다.[13] 이로 인해 업데이트의 일관성이 떨어지고 안드로이드 단편화가 발생했다.[11][12] 과거에는 단편화로 인해 사용자의 휴대폰에서 최신 소프트웨어 프레임워크의 가용성이 일관되지 않아 타사 앱 개발의 복잡성이 증가했으며,[14] 보안 업데이트 배포 지연으로 인해 보안 문제가 발생했다.[15] 구글은 2017년 프로젝트 트레블을 통해 안드로이드 단편화를 줄였는데, 이를 통해 OEM은 각 버전에 대해 하드웨어 드라이버를 다시 테스트할 필요 없이 OS 업데이트를 릴리스할 수 있게 되었고,[13][16] 2019년 프로젝트 메인라인을 통해 구글은 Play 스토어를 통해 안드로이드 구성 요소[16]를 업데이트하고 보안 패치를 제공할 수 있게 되었으며,[17] 전체 OS 업데이트가 필요하지 않다.[16] 프로젝트 메인라인은 OTA 업데이트 제공에 있어 중간 업체의 역할을 크게 줄인다.[18][17] 안드로이드 8.0 이후, 안드로이드 OTA 업데이트는 A/B 파티션 방식을 따르며, 업데이트가 백그라운드에서 두 번째 ("B") 파티션에 설치되고, 휴대폰은 다음 재부팅 시 해당 파티션으로 전환된다. 이로 인해 업데이트를 설치하는 데 걸리는 시간이 줄어든다.[19]

5. 2. 자동차

자동차는 차량 내 엔터테인먼트 시스템, 내비게이션 지도, 텔레매틱스 제어 장치, 또는 전자 제어 장치(자동차의 대부분의 작동을 담당하는 온보드 컴퓨터)에 대한 OTA 업데이트를 지원할 수 있다.[20] 자동차에서 텔레매틱스 제어 장치는 업데이트를 다운로드하고 설치하는 역할을 하며,[4] OTA 업데이트는 스마트폰과 같은 셀룰러 네트워크를 통해 다운로드된다. OTA 업데이트가 설치되는 동안에는 자동차를 운전할 수 없다. 업데이트 전에 자동차는 업데이트가 정품인지 확인하고, 업데이트가 완료된 후에는 영향을 받는 모든 시스템의 무결성을 확인한다.[20]

OTA 업데이트는 여러 가지 이점을 제공한다. 과거에 폭스바겐은 자동차의 배출가스 제어 소프트웨어 문제를 해결하기 위해 1,100만 대의 차량을 리콜해야 했으며, 다른 제조업체들은 브레이크 또는 에어백에 영향을 미치는 소프트웨어 버그로 인해 리콜을 실시하여 모든 관련 고객이 업데이트를 받기 위해 대리점을 방문해야 했다. OTA 업데이트를 사용하면 대리점을 방문할 필요가 없어 제조업체의 보증 비용이 절감되고 고객의 다운타임이 줄어든다. OTA 업데이트를 통해 제조업체는 잠재적인 새로운 기능과 버그 수정을 더 빠르게 소프트웨어 배포할 수 있어 자동차의 시장 경쟁력을 높이고 소비자를 위한 제품 개선 속도를 높일 수 있다. 예를 들어, OTA 업데이트는 자동차의 첨단 운전자 보조 시스템에 대한 개선 사항을 제공하고 자동차의 안전성을 향상시킬 수 있다.[5][20]

그러나 OTA 업데이트는 해커에게 새로운 공격 벡터를 제시할 수도 있다. 업데이트 프로세스에서 보안 취약점을 해커가 사용하여 자동차를 원격으로 제어할 수 있기 때문이다. 해커들은 과거에 이러한 취약점을 발견했으며, 많은 자동차 제조업체들은 취약점 공개 프로그램(버그 바운티 프로그램)을 시행하여 대응했다.[20][21] OTA 업데이트에 특정한 공격 벡터에는 스푸핑 공격, 변조, 부인 공격, 정보 유출, 서비스 거부 공격, 재생 공격 및 권한 상승 공격이 있다. 예를 들어, 해커가 진행 중인 업데이트를 성공적으로 중단(이른바 "플래싱 실패")하여 자동차의 컴퓨터 시스템을 손상시키고 나중에 자동차가 오작동하게 만드는 시나리오가 있다. 또 다른 시나리오는 해커가 자동차를 속여 악성 OTA 업데이트를 설치하게 만드는 "임의 플래싱"이다.[5]

인터넷 등을 통한 무선 통신이 보급되기 전에는 CD-ROM 등을 사용하여 소프트웨어 업데이트 등을 수행했지만, 무선 통신이 보급되면서 인터넷 등에서 다운로드하여 간단하게 얻을 수 있게 되었다.[27] 이 시스템은 스마트폰 외에도 자동차 등에 사용되고 있으며, 운전 지원 시스템 등의 업데이트 등에 사용된다.[28] 한편, 사이버 공격 등 유선 방식에서는 발생하지 않던 문제가 발생할 우려가 있어 주의할 필요가 있다.[29]

5. 3. 사물 인터넷 (IoT)

최근에는 무선 센서 네트워크와 사물 인터넷(IoT)이라는 새로운 개념이 등장하면서, 네트워크가 수백 또는 수천 개의 노드로 구성됨에 따라 OTA는 새로운 방향으로 나아가고 있다. OTA는 처음으로 비면허 주파수 대역(868 MHz, 900 MHz, 2400 MHz)을 사용하여 802.15.4 및 지그비와 같은 프로토콜을 통해 저전력 및 저데이터 전송 방식으로 적용된다.[22]

센서 노드는 종종 원격지 또는 접근하기 어려운 장소에 위치한다. 예를 들어, 리벨리움은 지그비 WSN 장치를 위한 OTA 프로그래밍 시스템을 구현했는데, 이 시스템은 물리적 접근 없이 펌웨어 업그레이드를 가능하게 하여 노드를 다시 프로그래밍해야 할 경우 시간과 비용을 절약해 준다.[23] 한편, 사이버 공격 등 유선 방식에서는 발생하지 않던 문제가 발생할 우려가 있어 주의할 필요가 있다.[29]

5. 4. 인터넷 공유기

인터넷 등을 통한 무선 통신이 보급되기 전에는 CD-ROM 등을 사용하여 소프트웨어 업데이트 등을 수행했지만, 무선 통신이 보급되면서 인터넷 등에서 다운로드하여 간단하게 얻을 수 있게 되었다[27]. 이 시스템은 스마트폰 외에도 자동차 등에 사용되고 있으며, 운전 지원 시스템 등의 업데이트 등에 사용된다[28]. 한편, 사이버 공격 등 유선 방식에서는 발생하지 않던 문제가 발생할 우려가 있어 주의할 필요가 있다[29]. OTA는 이미 설치된 소프트웨어의 갱신·수정뿐만 아니라, 소프트웨어의 신규 입수·도입, 디지털 콘텐츠의 구입 및 입수, 외부 단말기 및 클라우드 서비스와의 데이터 및 설정 정보 동기화 등에도 사용되는 경우가 있다[30].

5. 5. 이동 통신망

이동통신사가 휴대폰(업계 용어로는 ''클라이언트'' 또는 ''이동국'')을 원격으로 프로비저닝하고 SIM 카드에 저장된 셀룰러 네트워크 설정을 업데이트하는 OTA 업데이트의 한 형태는 '''OTA 프로비저닝'''(Over-the-air provisioning, OTAP)이다. 휴대폰이 켜져 있는 동안 언제든지 발생할 수 있으며, "무선 파라미터 관리"(over-the-air parameter administration, OTAPA)라는 용어와 동의어이다.[24][25] OTA 프로비저닝을 통해 이동통신사는 네트워크를 변경할 때 휴대폰이 제대로 구성된 상태를 유지할 수 있도록 돕는다. 또한 WAP(모바일 웹의 초기 형태), MMS 메시징, 셀룰러 데이터(액세스 포인트 이름 구성이 필요함)와 같은 특정 기능에 액세스하는 데 필요한 설정을 휴대폰에 구성한다.

''무선 서비스 프로비저닝''(over-the-air service provisioning, OTASP)은 특히 휴대폰의 무선 초기 프로비저닝("활성화")을 의미한다. 활성화하는 동안 휴대폰은 전화 번호, 이동 식별 번호, 시스템 ID와 같은 매개변수로 프로비저닝되어 셀룰러 네트워크에 처음 액세스할 수 있게 된다. OTASP는 때때로 "무선 활성화" 또는 "무선 부트스트래핑"이라고도 불린다. OTA 부트스트래핑의 대안은 SIM 카드에 저장된 네트워크 설정을 휴대폰이 읽는 SIM 부트스트래핑인데, 여기에는 몇 가지 한계가 있다. SIM이 제조된 시점과 사용되는 시점 사이에 SIM 카드에 저장된 설정이 오래될 수 있으며, 일부 휴대폰(및 기타 셀룰러 클라이언트 장비)은 SIM 카드를 사용하지 않기 때문이다.[25][26]

다양한 표준 기구에서 OTA 프로비저닝 표준을 발표했다. 2001년에 WAP 포럼은 WAP 클라이언트 프로비저닝 표준을 발표했으며, 오픈 모바일 얼라이언스가 WAP 포럼을 흡수한 후 이 표준은 OMA 클라이언트 프로비저닝(OMA CP)으로 알려지게 되었다. OMA CP에서 휴대폰은 셀룰러 네트워크에서 보낸 "보이지 않는" SMS 메시지를 통해 프로비저닝되며, 여기에는 필요한 설정이 포함되어 있다. OMA CP 이후에는 "OMA 푸시"라는 다른 형태의 SMS 기반 프로비저닝을 사용하는 새로운 표준인 OMA 장치 관리(OMA DM)이 나왔다. OMA DM 세션은 항상 클라이언트가 시작하며, "보이지 않는" SMS에는 구성 설정이 포함되어 있지 않고, 대신 휴대폰("DM 클라이언트")에 DM 서버(이동통신사에서 운영)에 연결하도록 지시한다. 연결되면 DM 서버는 클라이언트에 구성 명령을 보낸다.[26]

6. OTA 표준

OTA 기능을 설명하는 여러 표준이 있다. 최초의 표준 중 하나는 GSM 03.48 시리즈였다. 지그비 표준 제품군에는 지그비 스마트 에너지 프로필의 일부인 지그비 OTA(Over-the-Air) 업그레이딩 클러스터가 포함되어 있으며, 장치 펌웨어를 업데이트하는 상호 운용 가능한 (벤더 독립적인) 방법을 제공한다.

7. 역사

피처폰이 주로 휴대 전화로 사용되던 시대에는 불량 등이 없으면 업데이트가 드물었지만, 업데이트가 필요한 경우에는 휴대 전화 판매점에 휴대 전화를 가져가서 판매점의 컴퓨터에서 업데이트해야 했다.[31] 그 후 컴퓨터가 보급되면서 아이튠즈와 같은 전용 관리용 소프트웨어로 업데이트를 할 수 있게 되었지만, 매년 새로운 기능을 포함한 업데이트가 배포되면서 이 기술을 이용하여 스마트폰 본체에 배포하게 되었다.[31] 본체에 배포됨으로써 기업 등에서 대량의 기기를 사용할 때 쉽게 업데이트를 할 수 있게 되었다.[31]

8. 비판 및 문제점

무선 통신 보급 이전에는 CD-ROM 등을 사용하여 소프트웨어 업데이트를 수행했지만, 무선 통신 보급 이후에는 인터넷 등에서 다운로드하여 간단하게 업데이트할 수 있게 되었다.[27] OTA는 스마트폰 외에도 자동차 등에 사용되고 있으며, 운전 지원 시스템 등의 업데이트에 사용된다.[28] 한편, 사이버 공격 등 유선 방식에서는 발생하지 않던 문제가 발생할 우려가 있어 주의가 필요하다.[29] OTA는 이미 설치된 소프트웨어의 갱신·수정뿐만 아니라, 소프트웨어의 신규 입수·도입, 디지털 콘텐츠의 구입 및 입수, 외부 단말기 및 클라우드 서비스와의 데이터 및 설정 정보 동기화 등에도 사용되는 경우가 있다.[30]

참조

[1] 서적 Making Embedded Systems: Design Patterns for Great Software https://books.google[...] "O'Reilly Media, Inc." 2011-11
[2] 웹사이트 Definition of OTA https://www.pcmag.co[...] 2023-04-01
[3] 웹사이트 Definition of Over The Air https://www.gartner.[...] 2023-04-01
[4] 서적 Automotive Embedded Systems: Key Technologies, Innovations, and Applications https://books.google[...] Springer Nature 2021-04-24
[5] 서적 Cybersecurity Issues in Emerging Technologies https://books.google[...] CRC Press (Taylor & Francis) 2021-10-14
[6] 서적 Internet of Things From Hype to Reality: The Road to Digitization http://link.springer[...] Springer International Publishing 2019
[7] 웹사이트 What are OTA Updates? https://connectedmob[...] 2024-01-16
[8] 서적 Technological Innovation for Cyber-Physical Systems https://link.springe[...] Springer Cham
[9] 웹사이트 Apple's iOS 5: all the details https://www.engadget[...] 2023-04-02
[10] 웹사이트 Apple Reveals How Many iPhones and iPads Are Running iOS 16 and iPadOS 16 https://www.macrumor[...] 2023-04-02
[11] 웹사이트 Apple: iOS 15 now installed on more than 60% of all iPhones https://www.computer[...] 2022-01-21
[12] 웹사이트 Fragmented Android drives big dev to Apple https://www.computer[...] 2023-04-02
[13] 웹사이트 Google's "Project Treble" solves one of Android's many update roadblocks https://arstechnica.[...] 2023-04-02
[14] 웹사이트 What is Android fragmentation, and can Google fix it? https://www.androida[...] 2016-09-05
[15] 간행물 Android Fragmentation in Malware Detection 2019-11-01
[16] 웹사이트 Android at I/O 2019: The Project Mainline update system and other highlights https://arstechnica.[...] 2023-04-02
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[21] 웹사이트 Hackers discover that vulnerabilities are rife in the auto industry https://arstechnica.[...] 2023-01-11
[22] 웹사이트 Over the Air programming with 802.15.4 and ZigBee - OTA http://www.Libelium.[...] Libelium 2012-05-28
[23] 웹사이트 Libelium.com 50 Sensor applications for a smarter world. Get inspired! http://www.Libelium.[...] Libelium 2012-05-28
[24] 서적 Introduction to Wireless Communications and Networks: A Practical Perspective https://link.springe[...] Springer Cham 2022-04-01
[25] 서적 Wireless Telecommunications Networking with ANSI-41 https://books.google[...] McGraw Hill Professional 2001-04-05
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[27] 웹사이트 OTA(Over The Air)技術とは?仕組みやメリットデメリット、活用事例を徹底解説|サイバーセキュリティ.com https://cybersecurit[...] 2024-02-04
[28] 웹사이트 Over The Air(OTA)技術とは?(2023年最新版) {{!}} 自動運転ラボ https://jidounten-la[...] 2024-02-04
[29] 웹사이트 OTA(Over The Air)技術とは?メリットや留意点、BLEでの利用についてを紹介 - クミコミ https://www.kumikomi[...] 2024-02-04
[30] 웹사이트 OTAとは - IT用語辞典 https://e-words.jp/w[...] 2024-02-04
[31] 웹사이트 携帯電話から火星探査機まで、最新のソフトウェアを提供する仕組み https://www.tdk.com/[...] TDK Corporation 2024-02-04
[32] 웹인용 Mobile Phones - Mobile Explorer http://www.microsoft[...] Microsoft 2011-04-19



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