상단여백
HOME 오피니언 테크니컬 리포트 포토
IoT의 기술적 도전과제, 저전력 광역통신망(LPWAN)으로 해결 ①
[source=pixabay]

연결성은 사물인터넷(IoT)의 핵심적인 부분이다. 이러한 연결성이 확장됨에 따라 스마트시티나 인더스트리 4.0, 스마트홈, 자율주행차 등이 구현되는데 속도가 붙고 있다. 

무선연결 기술은 이제 일반화가 됐다. 유선연결보다 무선연결이 더 많다고 할 순 없겠으나, 새로운 기기를 연결하는 방법으로 무선연결이 더 선호되는 추세인 것은 분명하다. 원거리에 위치한 소형 센서나 액추에이터, 자동차와 같은 이동형 사물이나 태블릿과 같은 휴대용 장치가 여러 엔드포인트를 대체하게 되면서 IoT의 사용범위를 넓히는 차원에서 연결성이 갖는 중요성은 커지고 있다. 

편리함 외에도 무선연결이 갖는 또 다른 이점은 커버리지(범위)다. 예를 들어 네트워크 액세스 포인트와 장치 사이의 거리가 3미터 이상 떨어져 있다고 하면, 무선으로 연결하는 것이 적절하다. 

또 스마트 오피스(Smart Office)와 같이 출입문이나 창문에 근접 센서가 장착되어 있거나 원격 조종이 가능한 조명 장치가 설치돼 있는 등 수백여 개의 엔드포인트가 있어 매우 많은 장치가 필요할 경우에도 무선연결이 적합하다. 

액세스 포인트가 지원할 수 있는 이론적 장치 수는 실제로 제공가능한 IP 주소 수에 의해 제한되지만 수백 개의 이더넷(Ethernet) 포트를 실제로 구현하려면 상당한 공간과 전력이 요구된다.

알맞은 무선 프로토콜 선택 
시장기회(IoT에 연결될 디바이스 수가 앞으로 10년 내에 수백억 개에 달할 것으로 예상된다.)와 더불어 무선 프로토콜이 가진 편리함과 다재다능함, 그리고 성능을 감안하면, 많은 무선 프로토콜을 사용할 수 있다는 점은 놀라운 사실이 아니다. 

스마트폰, 태블릿, 헤드셋 및 컴퓨터 주변장치와 같은 퍼스널 디바이스가 증가하면서 규모의 경제가 실행되었고 이는 블루투스의 확산으로 이어졌다. 

2.4GHz에서 작동하는 블루투스 연결 범위는 환경에 따라 다르긴 하지만 대게 20~30미터 반경이다. 같은 대역에서 작동하는 다른 기술도 유사한 수준의 제한을 받지만, 메시 네트워크 토폴로지를 채택함으로써 이를 극복할 수 있다. IoT 분야에서 설계 우위를 점하기 위해 경쟁하게 되면서, 2.4GHz 내에서 다양한 프로토콜 간 경쟁이 이뤄지고 있다. 

2.4GHz 환경이 등장하기 전, 산업용 애플리케이션에서 무선연결은 MHz 범위 내 주파수를 선호했다. 이후 2.4GHz 프로토콜의 등장으로 Sub-GHz 프로토콜로 이름이 변경됐다. MHz는 Sub-GHz 대역에서 표준화가 덜 되고, 독점적인 솔루션 구현이 가능해 널리 사용되어 왔다. 

하지만 IoT가 가진 문제점을 해결하기 위해 이 역시도 상호운용성을 지원하는 표준화된 방식의 숫적 증가와 더불어 진화해 왔다. 

IoT용으로 개발
IoT는 실질적인 경계가 없어 범위가 매우 중요하다. 이는 메시 토폴로지를 기반으로 하는 PAN을 통해 달성할 수 있지만 원거리 상에서 데이터를 전파하려면 비교적 가까운 거리에 있는 리피터(repeater) 또는 노트(node)가 필요하다. 이 때문에 개발자들은 WAN으로 전환하고 있다. 

오늘날 사용되는 가장 흔한 무선 WAN 형태는 모바일 폴 네트워크이지만 IoT에 동일한 기술을 사용하면 네트워크에 액세스 하는 비용을 넘어서는 여러 문제가 발생하며 엔드포인트용 배터리 수명은 몇 달, 몇 년이 아닌 며칠 내에 소모된다. 

이에 대한 실질적인 솔루션은 저전력 WAN, 즉 LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)이다. LPWAN을 지원하기 위해 개발된 이 기술은 낮은 통신사 주파수로 달성 가능하면서 IoT 엔드포인트에서 필요한 배터리 수명을 제공한다.

단, 한 가지 타협해야 하는 부분은 페이로드(payload)다. LPWAN은 IoT 엔드포인트는 비교적 적은 데이터를 전송하는데 주로 사용된다는 점을 활용한다. 즉 전송 당 에너지 소모가 절대적 최소량을 유지한다.

LPWAN이 사용하는 네트워크 토폴로지는 메시 네트워크 리피터와 달리 기지국의 방사 네트워크(Star Network)를 주로 사용한다는 점에서 모바일 네트워크의 방식과 흡사하다. 현재 프로토콜의 예로는 스마트미터 판독에 폭넓게 사용되는 무선-M 버스와 홈 오토메이션 시스템에 사용되는 KNX, IoT 센서를 연결하는데 집중하는 글로벌 LPWAN과 포로토콜 모두를 칭하는 시그폭스(Sigfox)가 포함된다. 

 

글 : 댄 클레먼트(Dan Clement) / 프로덕트 마케팅 담당 / 온세미컨덕터

 

최태우 기자  taewoo@itbiznews.com

<저작권자 © IT비즈뉴스-아이티비즈뉴스, 무단 전재 및 재배포 금지>

최태우 기자의 다른기사 보기
icon인기기사
여백
여백
여백
여백
Back to Top