[4차산업 iot분석63] “사물인터넷”… 생활 적용과 무선 네트워크

[디비털비즈온 김맹근 기자] 사물인터넷에서 사용되는 통신기술은 기존 유무선 통신 기술들을 바탕으로 사물인터넷 특성에 적합하게 발전하는 추세로 기존의 인터넷망과 사물인터넷 디바이스들 사이의 통신을 위해 무선 센서 네트워크를 기반으로 한다. 무선 센서 네트워크 기술은 사물인터넷 서비스에 근간이 되며 인간의 개입 없이 또는 최소한의 개입으로 사물 간 협력하여 센 싱, 정보처리 및 교환을 위한 상호 지능적 자율적인 네트워크 형성에 있어 무선 센서 라우팅 기술이 중요하다. 또한 다양한 기기와의 정보 교환과 연동을 위해 센서 네트워크의 물리계층 및 네트워크 기술도 중요한 기술 요소로 자리 잡고 있다.

무선 센서 네트워크는 일반적으로 저비용, 저전력, 다기능의 센서 노드들로 이루어져 있고 이들 센서들은 라디오 트랜시버와 데이터 처리를 실현하는 마이크로프로세서가 장착되어 있다. 이 센서들은 RFID, NFC, WiFi, Bluetooth, ZigBee, GSM, 3G, LTE 등의 다양한 네트워크 기술에 적용되고 있다. 디바이스가 인터넷 연결을 기반으로 정보를 주고받는 IP(Internet Protocol)방식과 IP를 사용하지 않는 Bluetooth, ZigBee, RFID, ZWave 등과 같은 비 IP 네트워크 기술을 이용하여 구현되고 있다.

근거리 무선 통신 기술

ZigBee는 저속 전송 속도와 20~30m 내외 근거리 통신을 위하여 ZigBee Alliance에서 개발한 무선 네트워크 기술인데, 작은 크기로 전력 소모량이 적고 값이 저렴하며 홈 네트워크 등 유비쿼터스 구축 솔루션으로 지능형 홈 네트워크, 빌딩 등의 근거리 통신 시 장과 산업용 기기 자동화, 물류, 휴먼 인터페이스, 텔레매틱스, 환경 모니터링, 군사 등에 활용된다. ZigBee 프로토콜은 물리 계층, 개체 접근 제어(MAC: Media Access Control) 계층, 네트워크 계층, 그리고 응용 계층으로 이루어져 있다. ZigBee의 물리 계층과 MAC 계층은 IEEE 802.15.4 표준에 정의되어 있다.

Z-Wave는 ZenSys가 주축이 된 Z-Wave Alliance에서 제정한 홈오토메이션 무선 전송 방식으로, 주 목적은 무선 네트워크에서 하나 이상의 노드들과 제어 유닛 사이에서 신뢰성 있는 통신을 제공하는 것이다. Z-Wave는 물리 계층, 개체 접근 제어(MAC)계 층, 전송 계층, 라우팅 계층 그리고 응용 계층으로 구성되어 있으며, 900MHz 대역과 2.4GHz대역을 사용하면서 9.6kbps, 40kbps 그리고 200kbps의 속도를 제공한다.

Z-Wave 기술은 장치간의 통신을 위해 Controller 와 Slave 두 가지 장치로 구성되는 데 Controller는 Slave에 명령을 전송하며, Slave는 명령에 대한 응답을 하거나 명령을 수행하는 기능을 한다. 소스 라우팅 기반의 메시 토폴로지 방식을 적용하여 네트워크를 구성하기 때문에 마스터 노드를 가지지 않고 232개의 장치들을 연결할 수 있다.

블루투스는 1994년 에릭슨이 최초 개발을 시작하고 블루투스 SIG(Bluetooth Special Interest Group)이라는 단체가 결성되어 본격적인 개발을 시작, 1999년에 공식 발표된 디지털 통신 기기를 위한 개인 근거리 무선 통신 산업 표준이다. ISM 대역에 포함되는 2.4~2.485GHz의 단파 UHF 전파를 이용하여 전자 장비 간의 짧은 거리의 데이터 통신 방식을 규정하여 개인용 컴퓨터에 이용되는 마우스, 키보드를 비롯해 휴대전화 및 스마트폰, 태블릿, 스피커 등에서 문자 정보 및 음성 정보를 비교적 낮은 속도로 디지털 정보를 무선 통신을 통해 주고 받는 용도로 사용되고 있다.

RFID는 주파수를 이용해 ID를 식별하는 방식으로 일명 전자태그로 불린다. RFID 기술 이란 전파를 이용해 먼 거리에서 정보를 인식하는 기술을 말하며 전자기 유도 방식으로 통신한다. RFID는 태그와 태그 리더기가 필요하다. 태그는 안테나와 집적 회로로 이루어 지는데 집적회로 안에 정보를 기록하고 안테나를 통해 리더기에 정보를 송신한다. 이 정보는 태그가 부착된 대상을 식별하는데 이용된다. 사물인터넷에서 RFID는 다양하게 활 된다.

NFC 기술은 아주 가까운 거리에서 양방향 통신을 지원하는 RFID 기술의 일종으로 13.56MHz 주파수를 이용해 10cm 안에서 최고 424kbps의 속도로 데이터 전송을 지원한다. NFC 기술은 RFID의 비접촉 근거리 무선 인식 기술에 통신 기능이 추가된 기술로, 블루투스의 동기화 과정과 같은 복잡한 연결 과정이 필요 없고 인식 속도도 빨라 사물인 터넷에서 많이 사용되는 무선 통신 기술 중의 하나이다. 또한 모바일 기기에서 결제뿐만 아니라 슈퍼마켓이나 일반 상점에서 물품 정보나 방문객을 위한 여행정보 전송, 교통, 출입통제, 잠금장치 등에 광범위하게 활용된다.

와이파이는 가정이나 공공장소에서 가장 많이 사용되는 근거리 무선통신 기술로서 무선 접속 장치(AP: Access Point)가 설치된 곳에서 전파나 적외선 전송 방식을 이용하여 일정 거리 안에서 무선 인터넷을 할 수 있는 근거리 통신망을 칭하는 기술이다. 와이파이 기술을 사용하는 장치에는 개인용 컴퓨터, 비디오 게임 콘솔, 스마트폰, 디지털 카메라, 태블릿 PC, 프린터 등 많은 디지털 장치들에서 사용된다.