장거리 IoT 연결에 효율성을 더하는 소프트웨어정의라디오(SDR) ①

최태우 / 기사승인 : 2019-08-19 10:11:35
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연결성이 없으면 사물인터넷(IoT)과 산업용 사물인터넷(IIoT)은 기능이 제한되고 사용이 한정된 수십 억 개 장치의 집합체에 불과할 것이다.


노드 간 유기적으로 연결되고 클라우드에 연결될 수 있을 때, 비로소 이 노드들은 가정과 사무실, 공장 및 공공장소에서 유용하게 사용되는 장치가 될 수 있다.


유선 연결도 사용되지만 많은 경우에는 무선 기술이 더욱 선호된다. 그러나 노드 유형과 애플리케이션이 매우 다양하므로 획일화된 솔루션은 사실상 존재할 수 없다.


실제로 솔루션 수는 계속해서 증가하고 있다. 그리고 이는 면허의 유무조건을 떠나 다양한 스펙트럼에서 작동하는 표준 기반의 기술과 프로토콜, 독점 기술을 포함한다. 소프트웨어정의라디오(Software Defined Radios, SDR)가 점차 순수 하드웨어 솔루션으로는 불가능한 유연성을 제공하기 시작하면서 상황은 변화하고 있다.


설계자가 의도한 기능, 이점과 사용자의 요구 사항을 충족하기 위해서는 IoT와 IIoT 노드는 연결될 수 있어야 하며, 수집된 데이터가 처리를 위해 전송되거나 사용자 또는 다른 노드로부터 명령을 받을 수 있어야 한다.


유선 연결은 언제나 선택 가능한 옵션이다. 때로는 매우 짧은 거리 또는 극도의 신뢰성이 요구되는 경우에 선호된다.


또한 환경이 RF(Radio Frequency) 기반의 통신에 적합하지 않은 경우에도 사용된다. 그러나 유선 연결이 모든 IoT/IIoT 애플리케이션에 항상 실용적이거나 비용효율적인 것은 아니다.


무선은 거의 무한한 수의 노드를 지원할 수 있어 IoT/IIoT 애플리케이션에 적합하다. 또한 휴대하기 편리하고 재구성이 용이할 뿐 아니라, 효율적으로 신속히 사용할 수 있으며 확장이 편리하다. 애플리케이션에 맞게 특별히 고안된 통신 프로토콜을 선택하면 무선은 최소한의 전력으로도 작동이 가능하다.


초기의 무선 시스템은 서브 기가헤르츠(sub-GHz)라고 불리는 1GHz 미만의 RF 동작주파수(carrier frequencies)에 기반을 두었으며 전통적으로, 이러한 sub-GHz 애플리케이션은 독점 프로토콜을 사용하므로 각각 정해진 애플리케이션 또는 설치방법을 사용했다.


몇 년 사이에 와이파이(Wi-Fi) 및 블루투스를 사용하여 통신하는 표준 기반 2.4GHz 통신이 대중적으로 큰 인기를 얻었다.


클라우드의 게이트웨이로 사용되는 스마트폰이 확산되자 이와 같은 표준 기반 통신 솔루션이 엄청난 성장을 할 수 있었다. 2.4GHz 대역의 또 다른 이점은 글로벌 ISM 비면허 대역이라는 것이다.


반면, sub-GHz 프로토콜은 표준에 의해 통제를 덜 받기 때문에 더 많은 유연성을 제공하기도 한다. 대역은 전세계적으로 지역마다 다르지만 스펙트럼내 접속노드가 적어서 상호운용성이 떨어지게 된다.


그러나 IoT/IIoT 분야에서 sub-GHz의 가장 큰 이점은 매우 효율적인 전력 소비로 장거리 통신이 가능하다는 것이다.


저전력으로 장거리 통신이 가능하다는 것은 IoT/IIoT, 특히 원격 센서와 자산 추적기(asset tractor) 또는 인프라에서 멀리 떨어진 곳에서 작동할 수 있는 모든 기술에 매우 핵심적인 요소로 활용될 수 있다.


이와 같은 애플리케이션의 경우, sub-GHz의 기술을 기반으로 하는 광대역통신망(WAN)이 솔루션으로 선호되고 있다. 셀룰러(Cellular)는 이에 대한 적절한 사례이며 IoT/IIoT와 호환되지 않는 전력 요구 사항을 제외하면 좋은 솔루션이 될 것이다.


그러나 표준 기반 또는 독립적인 표준을 따르는 저전력 LP-WAN이 인기를 얻으며 널리 보급되고 있다. 비 셀룰러(Non-cellular) LPWAN 기술이 각광받기 시작하면서 셀룰러 시장은 협대역 사물인터넷(NBIoT)이라는 LPWAN의 또 다른 버전으로 발전하고 있다.


NBIoT는 기존 프로토콜의 저전력 버전이며, 현재 사용되는 광범위한 셀룰러 네트워크 의 이점을 이용할 수 있고 5G 엄브렐러(umbrella)에 포함된다.


NBIoT는 LPWAN IoT 응용프로그램에 훨씬 더 적합하지만 다른 솔루션보다 비용이 많이 들고 전력 소모가 더 많다. 그러나 이를 통해 얻는 트레이드 오프는 ‘네트워크 커버리지’다.


IoT/IIoT에 대한 통신 솔루션의 설계는 최고의 프로토콜을 선택하고 시장에 신속하게 솔루션을 제시해야 하는 설계자에게는 꽤나 어려운 문제라고 할 수 있다. 나아가 모든 솔루션은 비용이 저렴하고, 전력효율성이 뛰어나며 안전하고, 원격으로 업데이트가 가능해야 한다. 주로 선택된 솔루션은 제품 범위 내의 수많은 장치에 복제된다.


기존의 하드웨어 기반의 설계 방식에서 솔루션이 선택되고 설계가 마무리되면 다른 프로토콜로 변경하기 위해 많은 재설계를 요구하게 된다. IoT/IIoT를 둘러싼 기술의 빠른 진보를 감안할 때, 소프트웨어를 사용하여 무선 인터페이스를 구성하는 능력은 기술적 유연성과 같은 많은 부문에서 이점을 얻을 수 있다.



글 : 댄 클레멘트(Dan Clement) / 프로덕트 매니저 / 온세미컨덕터



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