안녕하세요 👋
통신의 모든 것 지스토어네트웍스입니다
어느덧 한 해의 마지막 달인 12월입니다. 님도 한 해의 마무리를 잘 하고 계시나요? 올해의 마지막 레터는 IoT 중 저전력 광역 네트워크에 대한 내용으로 가져왔습니다. 빠르게 변화하는 산업 환경 속 빠른 데이터를 요구하는 산업 배경 중 저속의 저전력 데이터를 요하는 환경이 있다는 사실을 알고 계셨나요? 이번 컨텐츠에선 저전력 네트워크망(LPWAN)에 대한 내용에 대해서 살펴보겠습니다.
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🌐 '무선 네트워크망의 감초' 저전력 광역 네트워크(LPWAN)
11월 레터를 통해서 IoT 기술은 이미 생활 및 산업 현장 속에서 활발하게 활용되고 있습니다. 혹시 초고속의 무선 네트워크 환경 속 꼭 필요한 감초 같은 역할을 하는 망이 있다는 것을 알고 계시나요? 바로 저전력 광역 네트워크(LPWAN)입니다. 이는 우리가 흔하게 접할 수 있는 전력 소비량을 측정해 주는 각종 환경 측정 장치부터 교통 신호 제어 그리고 검침계 등에서 활용되고 있는 기술이라고 할 수 있습니다. 이번 레터에서는 저전력 광역 네트워크에 대해 소개를 시켜드리겠습니다.
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📶 각종 센서의 단짝 '저전력 광역 네트워크(LPWAN)' |
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📌 저전력 광역 네트워크(LPWAN)🤔?
저전력 광역 네트워크(LPWAN)은 IoT 기기가 넓은 지역에서 저전력으로 통신할 수 있도록 설계된 무선 통신 기술입니다. 이는 LTE, 5G 망과는 다르게 데이터의 속도나 전송 빈도 등에서 낮게 설계가 되어있습니다. 이는 센서를 이용한 제어 및 추출된 데이터값의 전송 혹은 특정한 주기에 맞춰서 정기적으로 소량의 데이터를 전송하는 환경에 맞춰서 설계되었기 때문입니다. |
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이렇듯 무선망의 기술 내에서도 각기 환경에 맞는 적합한 서비스가 다 다릅니다. 저전력 광역 네트워크는 흔히 잘 알고 있는 LTE, 5G와 다른 환경에서 활용되며, 이에 따라 저전력 광역 네트워크가 가지고 있는 특성도 다릅니다.
저전력 광역 네트워크(LPWAN)의 특성을 보다 자세히 살펴보면,
1️⃣ 저전력 소비 : 적은 전력으로 오랜 시간 동안 운영 가능하여 유지 보수 비용 절감
2️⃣ 넓은 커버리지 : 지하나 외진 지역에서도 안정적인 통신 가능
3️⃣ 높은 연결 밀도 : 한 기지국에 수천 개의 기기 연결 가능, 대규모 IoT 솔루션 구현 용이
4️⃣ 비용 효율성 : 초기 구축 비용 및 운영 비용이 낮아 다양한 산업에서 활용 가능
5️⃣ 간헐적 데이터 전송 : 소량의 데이터 전송에 최적화되어 다양한 애플리케이션에 적합
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저전력 네트워크망에는 3GPP 기술인 NB-IoT, LTE.M 非 3GPP LoRa, sigfox로 분류됩니다. 국내에서 활용도가 높은 NB-IoT, LTE.M 중에서도 Cat.M1, LoRa를 중심으로 살펴보겠습니다.
📍NB-IoT
; 셀룰러 네트워크를 기반으로 저전력 소비와 넓은 커버리지와 높은 연결 밀도를 제공하
; 는 기술로 고정된 위치에서의 사용에 적합한 기술
- 저전력 소비와 긴 배터리 수명
- 넓은 커버리지와 Cat.M1 보다 높은 연결 밀도
- 소량의 데이터 전송에 최적화
📍Cat.M1
; LTE 기반의 기술로, 이동성의 지원과 NB-IoT 대비 더 높은 데이터 전송 속도를 제공
; 합니다. 또한 음성 통화 기능도 지원하여, 다양한 애플리케이션에 사용하기에 용이
- NB-IoT 대비 높은 데이터 전송 속도와(최대 1Mbps) 낮은 지연 시간
- VoLTE(음성 통화) 지원 가능
- 이동성 지원으로 기기가 이동하는 환경에서도 작동 가능
📍LoRa
; 비면허 주파수 대역에서 작동하며, 긴 전송거리와 낮은 전력 소비가 특징인 기술
- 비면허 주파수 대역에서 작동(868MHz, 915MHz 등)
- 긴 거리 전송(최대 15km 이상)과 다른 저전력 통신 대비 낮은 전력 소비
- 네트워크 인프라의 구축이 필요하지 않고, 사용자가 직접 LoRa 게이트웨이 구축
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이처럼 각각의 장단점이 뚜렷합니다. 일반적으로 스마트 시티, 헬스케어, 스마트 검침계와 같이 보안이 필요한 환경에선 NB-IoT와 Cat.M1과 같은 면허 주파수 대역을 통해 통신 사업자가 제공하는 보안성이 보장되는 서비스를 이용하게 됩니다.
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IoT 기술이 점점 고도화되면서, 고속화 및 대용량의 처리에 용이해지고 있습니다. 다른 한편으로 저전력 광역 네트워크도 스마트시티, 헬스케어를 필두로 유통 및 스마트 미터링 등 각기 산업 분야로 넓혀가며, 활발하게 성장하고 있습니다.
특허청에 따르면 3GPP 기반의 사물인터넷 표준특허 출원량, 10년간 약 5배 증가하였으며, 유형별 출원 동향을 살펴보면, 저전력 기술인 NB-IoT 분야의 출원이 4만 5,552건(63.9%)으로 가장 많았으며, 다음으론 중계기 없이 기계 간 직접 통신하는 사이드 링크 분야가 1만 5,189건으로 뒤를 잇고 있다고 합니다.
그렇다면 실제로 각 산업 환경에선 어떤 방식으로 활용되고 있을까요 |
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저전력 광역 네트워크는 대표적으로 스마트 시티 내에서 활용되고 있습니다. 이는 안전하고 쾌적한 도시 환경 구축을 위해 모듈 또는 통신 단말을 통해 네트워크를 구축 도심 속 다양한 환경에서 사용될 수 있도록 활용됩니다.
싱가포르에선 '버추얼 싱가포르 프로젝트'를 통해 도시 전체의 디지털 트윈을 바탕으로 교통, 에너지, 환경 등의 문제를 AI로 분석 후 각 상황에 맞는 행동을 수행할 수 있도록 합니다. 가령 실시간 교통관제를 통해 차량의 흐름을 최적화하거나, 드론을 활용한 시설물 안전 점검 등을 수행합니다. 국내에선 현재 세종시와 부산시가 스마트 시티 시범도시로 선정되어, AIoT 기술을 적극 도입하고 있습니다.
📍교통
1️⃣ 교통 관리
→ 실시간 교통 모니터링, IoT 센서를 통한 차량의 흐름 감지를 통한 교통 신호 제어
2️⃣ 스마트 신호등
→ 무게 감지 센서, CCTV 등과 연계를 통해 교통량 파악 후 신호 제어 및 교통 흐름 통제
3️⃣ 스마트 주차 시스템
→ 주차 공간 정보를 실시간 제공하여 주차 시간 단축 및 주차 구역 내 혼잡 해소
📍환경
1️⃣ 환경 감시 및 제어
→ 대기 오염 수치 모니터링 및 안내, 수질 및 수위 센서와 연동을 통한 조절
→ 소음 모니터링, 쓰레기 투기 현황 모니터링 및 안내 메시지 송출
2️⃣ 스마트 맨홀
→ 수위 데이터 수집 및 전송, 지하시설물 악취 가스 측정 및 저감장치 연동
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원격 검침은 기존의 원격 검침 체계와 지능형 검침 체계(Advanced Metering Infrastructure, AMI)로 불리는 양방향 통신망을 이용한 시스템으로 나눠서 볼 수 있습니다. 각각 원격으로 데이터를 수집하여, 비대면 검침을 가능하게 해주어 전기, 수도, 가스, 난방 등에서 널리 활용되고 있습니다. 이는 각 가구 별로 방문원을 통한 검침에 대한 리소스를 줄여주고, 필요한 경우 방문원이 방문하여 조치를 취할 수 있도록 하는 등 업무의 효율을 증진시켜주고, 휴먼 에러에 대한 리스크를 줄여줍니다.
📍원격 검침
1️⃣ 비대면 원격 검침
→ 단방향 통신을 바탕으로 수집된 데이터를 원격으로 일정한 주기에 맞게 전송
2️⃣ 스마트 미터링
→ 양방향 통신을 통해 정확한 에너지 소비량 측정, 소비 패턴 분석, 이상 징후 조기 발견
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이 밖에도 저전력 광역 네트워크는 물류 산업에서의 자산 위치 추적, 스마트 농업, 헬스케어 등 폭넓게 활용되고 있습니다. 이는 마찬가지로 저전력으로 특정 주기 혹은 이벤트에 맞춰서 데이터를 전송하고, 이를 바탕으로 원격 제어 및 모니터링이 필요한 각종 산업 현장에서 요긴하게 활용됩니다.
📍각종 산업 현장
1️⃣ 물류 산업
→ 자산의 실시간 위치 추적 및 온, 습도 현황 모니터링
2️⃣ 스마트 농업
→ 토양 습도 센서 및 온, 습도 및 물 사용량 조절 등 데이터 수집 및 기기 원격 제어
→ IoT 기반 축사 관리 시스템을 통해 악취 유발 가스 농도의 실시간 감지
3️⃣ 헬스케어
→ 생체 신호 센서를 통한 환자의 건강 데이터 실시간 전송
→ 약물 복용 알림 시스템을 통한 복약 관리
→ 스마트 아답터 등을 통한 생명체 활동 관련 데이터의 수집
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