사물인터넷(IoT)의 잠재적 가능성이 현실화되기 위해서는 여러 무선 기술이 필요하다. 예를 들어 빌딩의 LAN(Local Area Network)을 통해 클라우드에 데이터를 전송하는 배터리 기반 센서의 경우에는 블루투스(Bluetooth) 저에너지나 IEEE 802.15.4가 적합하다.

하지만 계속해서 움직이거나 LAN과 떨어져 있는 센서의 경우에는 상대적으로 짧은 거리의 이러한 무선 기술로는 문제가 발생할 수 있다. 또 LAN이 있다 하더라도 제조업체는 편의성과 자율성을 위해 장거리 무선 기술을 선호할 수 있다.

예를 들어 백색 가전제품 제조업체는 소비자들이 가정용 LAN에 가전기기를 추가하기 위해 비밀번호를 입력할 필요없이 냉장고나 세탁기를 자동으로 클라우드와 연결시킬 수 있도록 블루투스 저에너지 대신 셀룰러 기술을 선택할 수도 있다. 이러한 상황에서는 LPWAN(Low Power Wide Area Network)이 해답이 될 수 있다.

LPWAN을 기반으로 하는 몇 가지 기술들이 있는데, 이러한 기술들은 독점 시스템에 기반하는 것과 개방형 표준에 기반하는 것으로 나눌 수 있다. 저전력 LTE(셀룰러 IoT라고도 불림)는 개방형 표준에 기반하는 것으로, 올해 말에 샘플링이 예정된 노르딕 세미컨덕터의 nRF91 시리즈 제품도 이에 기반하고 있다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project)가 표준 릴리스 13에서 두 가지 형식, 즉 LTE-M(M2M용) 및 NB-IoT(Narrow Band-IoT) 기술 사양을 발표하면서 저전력 LTE(Long Term Evolution)가 시작되었다. 이 새로운 사양은 제조업체들이 LPWAN이 요구하는 저가의 소형, 저전력 소모 무선 LTE 모뎀을 보다 손쉽게 설계 및 개발할 수 있도록 해준다.

노르딕은 LPWAN의 대규모 확산을 빠르게 추동할 수 있는 가장 유망한 기술로 저전력 LTE를 지지하고 있으며, 이를 통해 IoT의 성장을 가속화할 것으로 믿고 있다. 이러한 믿음은 LTE가 개방형 표준으로, RF 스펙트럼의 허가된 영역에서 동작하고 기존 인프라의 커버리지를 활용할 수 있으며 기지국 당 높은 노드 수로 확장이 가능한 공존 메커니즘을 가지고 있기 때문이다.

반면 독점 기술은 특정 업체들이 컴포넌트를 소유, 관리하고 있기 때문에 다른 공급업체들이 이를 채택할 때 라이선스 비용이 발생하고, 제품을 차별화하는데 제약이 따른다. 또한 이 기술은 RF 스펙트럼의 비인가된 할당 영역에서 동작(일반적으로 1GHz 미만의 주파수)하는데, 이러한 대역은 공유되기 때문에 까다로운 공존 문제가 유발된다.

채택 촉진
노르딕은 또 다른 개방형 표준인 블루투스 무선 기술에 대한 경험을 바탕으로 표준 기술이 새로운 기술의 빠른 채택을 가속화할 수 있다는 사실을 확인했다. 마찬가지로 저전력 LTE 또한 '대규모 IoT(Massive IoT)' 구축으로 이어질 가능성이 크다.

통신장비 제조업체인 에릭슨(Ericsson)과 이동통신 사업자 협회인 GSMA는 자체적으로 셀룰러 IoT 시장이 2017년에서 2021년까지 연평균 성장률(CAGR) 27%에 달할 것으로 전망했다. 두 회사는 모두 이러한 성장의 핵심 원동력으로 저전력 LTE를 꼽았다.

저전력 LTE는 전세계에서 450MHz ~ 2.6GHz에 이르는 최대 44개의 서로 다른 인가된 주파수에서 동작한다. 이러한 인가된 스펙트럼의 장점은 많은 IoT 애플리케이션에서 특히 유용한데, 이 중에서도 핵심은 스펙트럼 할당 소유주(통신 사업자)가 데이터를 제어하고 우선권을 부여할 수 있으며, 이 대역은 다른 RF 방사원의 간섭으로부터 영향을 받지 않는다는 점이다.

두 번째는 스펙트럼 할당이 다른 RF 전송과 공유되지 않기 때문에 연결된 기기들의 공존 관리를 훨씬 쉽게 처리할 수 있다는 점이다. LTE의 공존 기술은 입증된 주파수-도메인 및 시간-도메인 솔루션과 함께 RF 신호 충돌에 대한 '자율 부정(Autonomous Denial)'과 같은 다른 메커니즘들에 기반하고 있다.

결과적으로 LTE는 기지국당 최대 20만개의 액티브 저전력 모뎀에 해당하는 노드 밀도를 지원할 수 있다. 마지막으로 LTE 주파수로 전송되는 데이터는 이 표준이 처음부터 첨단 보안 기능을 채택하고 있기 때문에 정보 유출로부터 안전하다는 점이다. 이러한 기능을 통해 통신 사업자는 신뢰성과 높은 서비스 품질(QoS)을 제공할 수 있다.

독점 기술들은 다른 많은 서비스들과 공유해야 하는 RF 스펙트럼의 비인가 영역에 기반하고 있다. 많은 서비스들이 스펙트럼 할당을 공유하기 때문에 간섭 방지 기법이 사용되지만 LTE의 노드 밀도와 신뢰성, QoS 요건에 부합하는 것은 물론 이에 근접하는 것조차 매우 어렵다.

또한 독점 LPWAN 공급업체들은 이러한 네트워크를 지원할 수 있는 인프라 구축의 어려움에 직면하고 있다. 이는 고가의 비용과 프로젝트의 장기화로 채택이 지연될 수 있다.

반면 전세계 LTE 인프라는 157개국, 480개 네트워크로 방대하게 구성되어 있다. 저전력 LTE를 지원하기 위해서는 일부 업그레이드(주로 소프트웨어)가 필요하지만, 처음부터 인프라를 구축해야 하는 것에 비하면 큰 문제가 되지 않는다.

인프라가 설치되어 있기 때문에 저전력 LTE 지원은 빠르게 추진될 수 있으며, 도입이 더욱 확산될 것이다. 테스트 설비는 이미 구현되었고 상용화 작업도 조만간 완료될 예정이며, 2017년 말에는 전세계 네트워크의 상당 부분을 차지하게 될 것으로 예상되고 있다.

IoT 연결 제품을 위해 저전력 LTE를 채택한 기업들은 구축 또는 유지관리 비용을 부담하지 않고 이러한 인프라를 활용할 수 있으며, 대신 자체 서비스 및 비즈니스 모델에 집중 투자할 수 있다.

또한 통신 네트워크가 4G 시스템에서 5G로 진화하면서, 3GPP가 이 기술의 업그레이드 경로를 보장하고 있기 때문에 저전력 LTE가 무용지물이 될 일은 없다. 5G는 앞으로 수년간 더 높은 무선 주파수(최대 26GHz)를 이용하여 훨씬 뛰어난 데이터 처리량을 제공할 것이며 IoT의 확산에 더 큰 추진력을 부여할 것이다.

글 : 페데르 랑드(Peder Rand) / 노르딕 세미컨덕터 셀룰러 IoT 제품 매니저
자료제공 : 노르딕 세미컨덕터