전기전자/정보통신

Telecommunication_2017.10 특집 (p8~19)

셀룰러 LPWA로 IoT 시동
3개 사업자의 서비스 개시 움직임

지금 화제가 되고 있는 ‘Cellular LPWA’에는 ‘LTE-M’과 ‘NB-IoT’의 2개가 있다. 세계 각지에서 이미 상용 개시가 진행되고 있는 셀룰러 LPWA. 일본에서도 서비스 개시를 위한 3개의 사업자의 움직임이 활발해지기 시작하였다. 드디어 막이 오르는 셀룰러 LPWA에 의해 2018년은 주변의 모든 것이 인터넷으로 이어지는 IoT 시대에 돌입할 것이다.

Part 1. 시동! 셀룰러 LPWA
IoT용 무선네트워크의 핵심

2017년 9월 1일, 전파법시행규칙 등의 일부를 개정하는 법령이 시행되면서 드디어 일본의 이동통신 사업자가 ‘LTE-M(Cat.M1)’과 ‘NB-IoT(Cat.NB1)’를 상용 전개하기 위한 제도 정비가 완료되었다. LTE-M과 NB-IoT는 IoT를 계기로 수요가 높아지고 있는 IoT용 무선네트워크 ‘LPWA(Low Power Wide Area)’의 일종이다.

LPWA는 통신모듈과 저렴한 통신 요금, 그리고 성(省)전력 성능이 특징이라고 할 수 있다. 방대한 수의 센서를 이용하는 IoT 사업을 전개하는 기업 입장에서는 싸고 전력 절약 성능이 뛰어난 LPWA는 대망의 통신 수단인 것이다. LPWA에는 이미 상용 이용이 가능한 ‘Sigfox’나 ‘LoRa/LoRaWAN’도 있다. 이들은 무선국 면허가 불필요한 주파수대를 이용하는 ‘Non-Cellular LPWA’다. 그에 대해 ‘셀룰러 LPWA’의 LTE-M과 NB-IoT는 면허가 필요한 주파수대를 이용한다(LTE-M과 NB-IoT의 차이에 대해서는 Part2에서 다룬다).

LTE-M과 NB-IoT 모두 표준화 사양의 책정 자체는 2016년 6월에 완료되었다. 그러나 일본 국내에서 면허를 신청하기 위한 전제가 되는 기술 기준의 제도화는 아직이었다. 그러나 총무성에 의한 제도화가 완료되었고, 총무성은 9월 1일부터 면허 수속 신청을 받기 시작하였다. 앞으로 이동통신 사업자 3사는 순차적으로 신청을 받아, 무선국의 운용 허가를 얻고 나서 LTE-M과 NB-IoT의 상용서비스를 개시하게 된다.

-- 상용서비스는 2017년 내에 --
“면허 신청 수속은 추진하고 있다. 시기는 확정하지 않았지만 이르면 연내에 인가 결정이 내려지면 상용 전파를 발신할 수 있게 될 것이다”라고 소프트뱅크 테크놀로지 유닛 IoT사업추진본부 프로젝트 관리과의 아사쿠라(朝倉) 과장은 말한다. “언제부터 어느 지역에서 전개할지는 아직 말할 수 없지만 2018년 전개를 위해 착실하게 준비하고 있다. 인가가 내려지는 대로 전국적으로 순차 전개해 나간다. LTE-M, NB-IoT 모두 제공한다”라고 한다.

소프트뱅크보다 조금 빠르게 상용 서비스 전개를 표명하고 있는 곳은 KDDI다. “2017년도 내의 적절한 타이밍에 상용 서비스를 전국적으로 시작한다. 총무성의 인가를 얻은 후에 시작하게 되지만 LTE-M, NB-IoT 모두를 준비하고 있다”라고 KDDI 비즈니스 IoT 추진본부의 하라다(原田) 부장은 설명한다.

그리고 NTT도코모는 “저(低)카테고리 LTE 통신기술을 2017년 안에 도코모 네트워크에 도입하는 것을 목표한다”라고 작년에 발표하였으며 현재도 그러할 예정이라고 한다. 그러나 도코모가 말하는 ‘저(低)카테고리 LTE 통신기술’에는 이미 상용화되어 있는 카테고리1(Cat.1)에 성(省)전력 기술을 조합한 것도 포함된다. 즉, 도코모는 LTE-M/NB-IoT의 상용서비스를 2017년 중에 개시한다고는 명확히 밝히지 않았다.

물론 도코모도 셀룰러 LPWA의 면허 신청 수속을 비롯하여 착실하게 준비를 추진하고 있다. 도코모 네트워크부 기술기획부문의 미야시타(宮下) 부장은 “고객의 IoT솔루션에 적합한 네트워크를, LTE-M이나 NB-IoT 포함하여 최상의 조합으로 제공해 나갈 것이다”라며 적극적이다.

-- 해외 이동통신 사업자의 제공 방법 --
-- 국내 이동통신 사업자의 서비스 제공 방법 --
-- 모듈 가격은 대폭 하락 --

Part 2. LTE-M과 NB-IoT의 차이
셀룰러의 강점은 ‘전국 전개’와 ‘통신 품질’

다국적 통신기업인 에릭슨의 조사에 따르면 2022년에는 광역 IoT디바이스의 70% 이상이 셀룰러 기술을 사용한다고 한다. 논-셀룰러인 ‘Sigfox’나 ‘LoRa/LoRaWAN’이 있는데, 왜 셀룰러 LPWA인 ‘LTE-M’ ‘NB-IoT’가 중요시되는 것일까? LTE-M, NB-IoT, Sigfox, LoRa/LoRaWAN. 지금 화제가 되고 있는 IoT용 무선네트워크 ‘LPWA’에는 몇 개의 규격이 있지만 ‘중심은 셀룰러 LPWA’라고 생각하는 사람은 적지 않다.

2018년부터 상용화 예정인 셀룰러 LPWA인 LTE-M과 NB-IoT에 대해, 논-셀룰러 Sigfox와 LoRa는 이미 일본 국내에서 상용 이용이 가능한 상황이다. 때문에 지금 바로 IoT 솔루션을 실용화하고 싶은 기업 입장에서는 Sigfox나 LoRa는 유력한 선택지가 된다. 그렇다면 유력 선택지인 Sigfox나 LoRa를 제쳐 두고 셀룰러 LPWA가 핵심이라고 말하는 이유는 무엇일까?

-- 전국 규모의 커버리지도 강점 --
이동통신 사업자는 한결같이 “셀룰러 LPWA의 강점은 ‘전국 규모의 지역 커버리지’와 ‘통신품질’이다”라고 말한다. 우선 첫 번째 강점인 지역 커버리지. LTE-M과 NB-IoT의 상용서비스는 기존의 LTE 기지국을 이용하기 위해 기본적으로 사업자가 새롭게 기지국을 건설할 필요는 없다. 3대 이동통신 사업자는 높은 인구 커버율을 실현하고 있는 LTE의 서비스 지역을 그대로 LTE-M과 NB-IoT의 지역으로 할 수 있다.

때문에 상용서비스 개시 후에 조기 단계에서 셀룰러 LPWA는 전국에서 이용할 수 있을 것으로 전망된다. 일본보다 약 25배 면적이 큰 미국에서도 버라이존과 AT&T는 LTE-M의 서비스 개시 시점부터 전미 규모의 LTE-M네트워크를 전개할 수 있었다. 그리고 한번에 전국에서 NB-IoT 서비스를 개시한 나라는 많다. 일본의 이동통신 사업자가 전국 규모의 상용서비스를 조기에 실현할 수 없을 리가 없다. 그리고 실제로 KDDI나 소프트뱅크는 조기에 일본 전국에서 셀룰러 LPWA를 제공한다고 밝혔다.

Sigfox의 경우는 이러한 셀룰러 LPWA에 대해 2020년 3월말까지 인구 커버율 99%를 실현하기 위해 KCCS(교세라 커뮤니케이션 시스템)가 기지국 설치를 추진하고 있다. 그러나 여정은 아직 중간 지점이다. 그리고 LoRa의 경우는, 일본에서는 LPWA를 사용하고 싶은 기업이 LPWA를 필요로 하는 지역에서 스스로 LoRa의 기지국을 설치하도록 되어 있기 때문에 커버리지는 관계 없다. 따라서 일본의 첫 전국 규모의 LPWA 네트워크는 이르면 내년에 상용서비스를 시작할 예정인 LTE-M과 NB-IoT가 될 것으로 보인다.

-- 기존 LTE보다 지역 확대 --
실제로 기존의 LTE와 비교해도 셀룰러 LPWA는 지역 커버리지에 강점이 있다. ‘커버리지 확장(CE, Coverage Enhancement)’의 기능이 있기 때문이다. 커버리지 확장 기능이라는 것은, 디바이스가 기지국에서 떨어져 있어 전파가 약한 지역에 있어도 같은 데이터를 반복하여 송신함으로써 데이터를 수신할 수 있는 확률을 높이는 기술을 말한다. 예를 들어 ‘ABC’라는 데이터가 있다고 가정하자. 첫 번째에는 ‘A’밖에 수신할 수 없어도 여러 번 데이터를 송수신함으로써 ‘B’’C’도 수신할 수 있다. 이 데이터를 합성하면 ‘ABC’라는 데이터가 완성된다.

이 기능을 이용하면 한 기지국 당 통신이 가능한 지역을 현재의 LTE보다 확대할 수 있다. 그 실력은 KDDI가 실시한 실증 실험을 통해서도 밝혀졌다. KDDI는 2017년 7월 18일부터 LTE-M의 옥외 실험을 개시하고 있으며 커버리지 확장 기능의 검증도 실행하였다. 그 결과를 KDDI 기술기획본부 기술기획부 시스템 전략그룹 리더인 마쓰가타니(松ヶ谷) 씨는 다음과 같이 설명한다.

‘커버리지 확장이 Off면 기존의 LTE와 LTE-M은 지역 커버리지가 대략 동등하지만, LTE-M에서 커버리지 확장을 On으로 하면 통신 가능한 지역이 확장되었다. 실험에서는 일부러 전파가 급격하게 열화(劣化)하는 환경을 선택하여 실시하였기 때문에 확장된 거리는 220m였다. 그러나 장소에 따라서는 km 단위로 확장되는 것을 아닐까?’ 이것은 옥외 실험 결과지만, 옥내 실험에서도 커버리지 확장을 이용함으로써 통신 가능한 지역이 5~10m 정도 넓어졌다고 한다.

‘기존의 LTE보다 옥외∙옥내∙지하에서 통신 가능한 거리는 확실하게 늘어난다. 지금까지 LTE는 사람이 있는 지역을 중심으로 기지국을 전개하고 있었지만 IoT 디바이스는 사람이 없는 곳에도 설치된다. 셀룰러 LPWA로 되면서 기존 LTE보다 IoT 디바이스를 설치할 수 있는 지역에 대한 제약은 감소한다’라고 마쓰가타니 씨는 말한다.

-- 간섭에 대한 걱정 없는 셀룰러 LPWA --
-- LTE-M과 NB-IoT의 차이는? --
-- 이동성이 필요하다면 LTE-M --
-- LTE-M은 업데이트 가능 --

Part 3. 바다도 산도 수비 범위
세계가 주목하는 셀룰러 LPWA 사례

셀룰러 LPWA가 등장함으로써 전세계의 모든 것을 인터넷으로 연결할 준비가 정비되었다. 해외에서는 무엇을 IoT화하고 있는지, 3개의 주목할 만한 사례를 소개한다. ‘세계 최초로 바다에서 NB-IoT’. 이런 타이틀로 이동통신 사업자 텔리아 노르웨이가 2017년 3월 17일에 발표한 것은 바다에 뜨는 소형 보트용 IoT솔루션이다.

북유럽에서는 소형 보트를 타고 휴일의 바다를 즐기는 사람이 많다. 그들에게 있어서 평일의 악천후는 걱정거리 중 하나다. ‘보트 안에 빗물이 들어와서 잠기는 것은 아닐까?’라는 걱정 때문에 보트가 정박되어 있는 해안까지 차를 몰고 달려와 확인하는 사람도 적지 않다.

그래서 텔리아 노르웨이는 스타트업 기업인 SolPumpa와 함께 소형 보트용 IoT 배수 펌프 ‘SUB-Pump’를 개발하였다. SUB-Pump는 NB-IoT의 통신모듈, 센서, 태양광 발전시스템, GPS 등을 탑재하고 있다. 만약 보트 내에 일정량의 빗물 등이 모이면 자동적으로 밖으로 퍼낸다.

또한 SUB-Pump의 배터리 충전 잔량, 펌프 가동률, 보트의 위치 등을 확인하기 위한 어플리케이션도 제공하고 있다. 보트 소유자는 SUB-Pump를 설치해 두면 일부러 바다에 가지 않아도 보트 상태를 파악할 수 있다. 제품 가격은 약 4만 7,000엔이며 월 이용료가 별도로 필요하다.

‘NB-IoT와 GPS, 센서가 있으면 익사이팅한 솔루션을 더 많이 실현할 수 있다. 보트 도난 방지, 렌탈 보트 로케이션 관리, 데드맨 장치(조종자가 사망 또는 의식 불명에 빠졌을 때 자동적으로 정지하는 등 사고를 방지하는 장치)의 모니터링, 날씨 경보, 긴급 서비스 등과의 연계도 가능하다’라고 SolPumpa를 창업한 Graesholt 씨는 말한다.

-- 산악지대의 산양 트래킹 --
바다뿐만 아니라 산악지역에서도 NB-IoT를 활용하는 IoT솔루션이 등장하고 있다. 텔리아 노르웨이가 Nortrace라는 스타트업과, NB-IoT로 통신하는 양의 목에 걸 수 있는 목걸이형 GPS 추적기 ‘Shepherd’를 개발하였다. 2017년 6월 14일부터 방목되고 있는 1,000마리의 양을 이용하여 실험하고 있으며 이번 가을에 상용화할 예정이다.

이 솔루션은 심플한 구조이면서 목양농가의 양몰이의 작업 효율을 극적으로 변화시킨다. 실험에 참가한 목양농가는 산악지대에 방목하고 있는 양을 모는데 10~12명의 인력을 활용하고 있다. 그러나 발견하는 양의 수는 전체의 90% 정도로, 나머지 10%는 좀처럼 찾을 수 없다고 한다. 발견할 수 없는 양은 눈이나 계곡에 발이 묶여 고생하고 있을 가능성도 있기 때문에 농가는 모든 수단을 동원하여 시간을 들여 수색을 하지만 최악의 경우는 결국 발견하지 못하는 때도 있다. 그러나 추적기를 양의 목에 장착해 두면 스마트폰 등의 인스톨한 앱을 통해 양들이 있는 장소를 확인할 수 있다. 실험에 협력하고 있는 목양농가에 따르면 앱과 실제로 양이 있는 장소의 오차는 1m 정도라고 한다.

Nortrace의 CEO Helliesen 씨는 ‘이 추적기의 포인트는 성(省)전력 성능과 넓은 지역 커버리지’라고 설명한다. 많은 양을 방목하고 있는 경우는 추적기의 탈착이나 충전에 필요한 노동력을 무시할 수 없다. 장기간에 걸쳐 양의 목에 장착해 둘 수 있도록 성전력 성능이 중요해진다. 또한 기존의 LTE는 사람의 생활권을 중심으로 지역을 전개하였지만 양이 방목되는 장소는 사람의 생활권과는 다르다. LTE보다 훨씬 커버리지를 확장할 수 있는 셀룰러 LPWA의 강점이 활용될 수 있는 장면이다. NB-IoT라면 사람들이 별로 가지 않는 산악지역에서도 서로 연결될 수 있다.

-- 옷도 텐트도 NB-IoT --

  -- 끝 --