전기전자/정보통신

Telecommunication_2018.2 특집요약 (p8-26)

IoT 무선을 직접 운용
주요한 IoT무선의 특색과 활용포인트

공장이나 오피스, 농지, 인프라 설비 등 한정된 장소에서 IoT를 실현하고 싶다면 스스로 구축∙운용할 수 있는 ‘자영 IoT 무선’이 유력한 선택지가 된다. LoRa, Wi-SUN FAN, EnOcean, Bluetooth mesh 등 주요한 자영 IoT 무선의 특색과 활용 포인트, 최신 사례 등을 보고한다.

1. [Wi-SUN FAN] 약간 리치한 자영 LPWA
마을의 불통지대 제로 작전

IoT용 네트워크로서 LPWA(Low Power Wide Area)를 자영하고 싶지만 LoRaWAN의 스펙으로는 부족하다. 이런 과제를 안고 있는 기업이 지금 주목하기 시작한 것이 메시형으로 광역을 커버하는 ‘Wi-SUN FAN’이다.
표준화된 자영 LPWA 네트워크라고 하면 ‘LoRaWAN’에 눈을 빼앗기기 쉽다. 그러나 최근에 ‘Wi-SUN FAN’의 수요가 조금씩 높아지고 있다.

“’자영 LPWA로서 LoRaWAN을 검토했지만, LoRaWAN으로는 데이터양이 부족했다’라는 기업으로부터 많은 문의를 받고 있다”. 닛신시스템의 이즈미(和泉) 씨는 회사로 들어오는 Wi-SUN FAN에 관한 문의에 대해 이렇게 밝힌다.

-- 실용 가능한 국면에 돌입 --
Wi-SUN FAN은 정보통신연구기구(NICT)가 중심이 되어 Wi-SUN Alliance로 표준화된 무선통신규격 ‘Wi-SUN’의 프로파일의 하나다. 항간에는 벤더가 독자적으로 개발한 복수의 LPWA가 존재하지만, 표준화되어 있는 Wi-SUN FAN은 특정 벤더에 lock-in되는 일은 없다. Wi-SUN FAN의 FAN은 Field Area Network의 약칭으로 주로 옥외에서의 이용이 상정되고 있다.

Wi-SUN FAN 프로파일의 규격은 이미 정해져 있으며, 디바이스 벤더 등은 실증 실험을 추진하고 있다. 상호접속 인증은 2018년 1분기에 시작될 예정이며 Wi-SUN FAN의 실용화를 위한 준비는 이미 정비되어 있다. 지금은 유저기업이 요구하는 IoT시스템의 요건을 충족할 수 있을지 여부를 필드에서 검증하여 본격 도입을 목표하는 단계에 있다.

또 하나의 LoRaWAN도 Wi-SUN FAN과 같은 단계다. 규격이나 인증 등의 정비는 끝났으며 여러 개의 필드 검증을 전개 중이다.

-- 전송률이 큰 Wi-SUN --
-- 스타형 vs 메시형 --
-- Wi-SUN FAN의 기본 구성 --
-- 도시에 강한 Wi-SUN FAN --
-- 일본에서도 실증 실험 진행 --

2. [EnOcean] 공장이나 개호시설 등에서 속속 채용
배터리가 불필요한 자영 IoT

배터리가 불필요한 IoT 무선 ‘EnOcean’의 도입이 일본에서도 본격화되기 시작하였다. 주요 이용 사례인 조명제어/빌딩자동화와 함께 고령화를 반영하여 개호∙돌봄 서비스 분야에서의 이용도 급속하게 늘고 있다.
“일본에서도 EnOcean이 도입되기 시작하였다. 시장규모는 이미 미국의 절반 정도까지 커졌다”. 이렇게 말하는 것은 독일의 EnOcean사의 세일즈 디렉터로서 일본을 담당하는 이타가키(板垣) 씨다.

EnOcean은 EnOcean사가 추진하는 단거리 무선기술이다. 광패널이나 감압소자 등에서 얻을 수 있는 미세한 전력을 효율적으로 이용하여 배터리가 없이도 운용할 수 있다는 점이 특징이다. 유럽을 중심으로 조명∙공조제어 등의 용도에서 널리 이용되고 있다. 주거 환경의 차이 등의 이유로 일본에서는 보급이 지연되었지만 최근 1~2년 사이에 도입이 급속하게 확대되었다.

그럼, EnOcean은 실제 어떠한 형태로 이용되고 있을까? 우선 EnOcean의 주요 이용 사례의 하나인 조명제어/빌딩자동화의 사례를 통해 EnOcean의 특성을 파악한다. 그리고 일본에서는 어떤 분야에서 채용이 이루어지고 있는지를 살펴본다.

-- 스위치 주변의 배선을 추방 --
도쿄에 본사를 두고 있는 SAKAE는 반도체 제조장치 등의 히터기기, 당뇨병 검사용 분석장치 등의 의료용∙과학기기, 세계 최첨단의 슈레더 등의 사무기기의 3사업을 주축으로 하는 회사다. SAKAE는 지금까지 분산되어 있던 사무기기와 의료용∙과학기기의 생산라인을 집약하기 위해 작년 6월에 군마현에 공장을 신설하였다. 새로운 공장에 EnOcean을 활용한 조명제어 시스템을 채용하였다. EnOcean을 이용한 국내의 조명제어 시스템으로서는 비교적 규모가 큰 사례다.

도입한 조명제어 시스템은 생산라인이나 사무소가 있는 공장의 1층 전체의 LED조명을 32개의 EnOcean 대응의 무선스위치로 방이나 구역 별로 온/오프를 할 수 있다. 스위치와 조명제어용 컨트롤러 사이는 무선으로 연결되기 때문에 스위치 주변에 전기 배선이 필요 없는 것이 특징이다.

-- 조명이나 공조 등의 통합관리도 --
-- 모든 가옥을 EnOcean으로 보호 --

3. [EnOcean Long Range] ‘옥외’로도 확산되는 EnOcena
LPWA도 전원 없이

EnOcean에는 ‘LPWA판’도 있다. JA Fukushima Mirai는 전원 없이 과수원의 온도를 가시화하여 서리 대책을 효율화하였다. 또한 방재∙인프라감시 등 전원이 필요 없는 IoT는 ‘옥외’로도 확산되기 시작하였다.

빛이나 열, 진동과 같은 주변의 미세한 에너지를 전력으로 바꾸는 에너지 하베스팅(환경발전)에 의해 전원이 없어도 운용 가능한 IoT 무선기술 ‘EnOcean’. 그 장거리통신 사양인 ‘EnOcean Long Range’의 도입이 세계에서 가장 먼저 일본에서 확산되기 시작하였다.

기선을 잡은 것은 NTT동일본이다. 2017년 봄에 EnOcean Long Range를 활용한 세계 첫 IoT솔루션 ‘e센싱 For Agri’의 판매를 개시하였다. 이것은 EnOcean Long Range 대응의 송신기/수신기나 센서를 이용하여 센서시스템을 구축하여 제공하는 것이다. 광 회선이나 온라인 스토리지 서비스와 함께 제공된다.

첫 유저가 된 후쿠시마미라이 농업협동조합(JA Fukushima Mirai)은 특산품인 복숭아나 배 등에 큰 피해를 주는 서리 대책에 활용하고 있다.

-- 서리 대책 요원 60명이 3명으로 --
-- 센서의 라인업에 강점 --

4. [Bluetooth mesh] 오피스 도입 제1호는 도코모CS 지바 지점
사원의 현재 위치를 가시화

작년 7월에 등장한 메시 대응의 IoT 무선규격 ‘Bluetooth mesh’. 이 Bluetooth mesh로 IoT 네트워크를 구축하는 기업이 나오기 시작하였다. 도코모CS 지바 지점은 사원이나 문구류의 위치 정보에 활용하고 있다.

도코모CS 지바 지점은 JR지바역 근처의 오피스빌딩 16∙18층에 있다. 18층은 2개의 오피스 공간으로 나뉘어져 있다. 두 공간 모두 개인용 책상이 없고 필요에 따라 비어 있는 공간을 자유롭게 쓰는 ‘Free Address’스타일이다. 여러 명이 앉을 수 있는 원형 테이블도 있고, 신발을 벗고 바닥에 정좌할 수 있는 테이블, 카페와 같은 높은 테이블, 집중할 수 있는 개별공간 등 다양한 스타일 가운데서 각자가 선택할 수 있다.

지바 지점이 Free Address를 도입한 것은 2016년 12월. 그때까지는 영업부, 법인영업부, 기획총무부가 16층과 18층 2개의 층에 분산. 부서가 다르면 얼굴과 이름도 잘 모르고 사내의 커뮤니케이션에 벽이 생겼다. “부서나 직함에 관계 없이 자유롭게 교류할 수 있는 환경을 만들어 벽을 없애고 싶다”라는 생각에서 Free Address를 채용했다고 한다.

3개의 부서를 18층에 모아 Free Address를 시작했지만 바로 큰 문제에 부딪혔다. 세 부서를 합한 사원수는 약 150명으로 많고, 영업부나 법인영업부의 담당자는 외출로 자리를 비우는 경우가 많다. “누가 어디에 있는지 서로 모른다. 상사도 부하가 어디에서 무엇을 하고 있는지 관리하기 어려운 상황이 발생했다”라고 기획총무부의 가타오카(片岡) 과장은 회상한다.

처음에 취한 해결책이 벽에 붙인 플로어 맵 좌석표에 자신의 얼굴과 이름이 적힌 자석을 붙이는 것이다. ‘출근하면 그 날의 착석 장소에 자석을 붙일 것’이라는 룰을 정했지만 지키지 않는 사람도 있었다. 게다가 자리를 비울 때나 외출 등의 상황이 반영되지 않아 불편함을 해소하지 못했다. “각자가 의식하지 않고도 자동으로 위치를 알 수 있는 시스템은 없을까?” 사원의 위치정보를 ‘가시화’하는 관점에서 조사한 결과 알게 된 것이 Bluetooth mesh를 사용한 IoT시스템이었다.

-- 문구류의 위치 감지에도 활용 --
-- 동선 해석 등에 대한 응용도 가능 --

5. [SmartHop] OKI 독자의 920MHz대 Multi-hop 무선
풍부한 가동 실적이 강점

2013년의 제공개시부터 지금까지 약 40사∙70기종의 디바이스에 채용되어 풍부한 가동 실적을 가진 OKI의 IoT 무선 ‘SmartHop’. 특징적인 사례부터 그 사용법과 구축∙운용의 포인트를 보고한다.

다수의 디바이스로부터 소용량의 데이터를 모으고 싶은 경우에 적합한 IoT용 무선통신 기술로서 최근 920MHz대를 이용하는 새로운 표준 규격이 속속 등장하고 있다. 단, 그들은 탑재 디바이스의 종류도 가동 실적도 아직 적은 것이 난점이다.

한편, 2012년의 920MHz대 개방부터 지금까지, M2M/IoT 용도로 채용 실적을 축적해 온 것이 업체 독자 사양인 무선통신기술이다.

그 대표격이 2013년부터 OKI가 제공하고 있는 920MHz대 멀티 홉 무선 ‘SmartHop’이다. 다수의 센서에서 데이터를 수집하는데 적합한 1대 n통신을 지원하여 대규모 센서 네트워크의 구축에도 대응하고 있는 점이 특징이다.

또한, OKI의 독자 기술이면서 디바이스 선택지도 폭넓다. OKI 스스로 무선기를 제공할 뿐 아니라 약 40사의 파트너가 SmartHop 통신모듈을 내장한 무선기나 게이트웨이 제품, 전력/온습도센서, 계측∙제어기기 등 약 70기종을 제공하고 있다. 유저는 이들 디바이스 가운데서 이용 용도에 적합한 것을 골라 조합함으로써 비교적 용이하게 IoT시스템을 구축할 수 있다. 용도나 네트워크 규모가 명확한 자영 IoT 시스템을 구축하는 경우, 이 점은 큰 이점이라고 할 수 있다.

-- 1km통신＋멀티 홉 --
-- ‘두고 가는’것만으로 준비 완료 --
-- 2층 떨어져 있어도 문제 없음 --
-- 신호제어∙변환기에 내장 --
-- 진동∙풍파에도 견디며 안정 가동 --
-- 미국∙아시아의 주파수에도 대응 --

6. [LoRaWAN/LoRa] IoT ‘Hotspot’이나 독자 기능 확장 등
자영 LPWA의 대표격

LPWA 중에서도 발군의 지명도가 있는 LoRaWAN/LoRa. LoRaWAN과 LoRa는 각각 어떠한 자영 스타일에 적합할까?

저소비 전력으로 광역 통신이 가능한 LPWA 네트워크는 센서 등의 데이터를 수집하는 IoT무선으로서 큰 관심이 모이고 있다. 그 하나인 LoRa에 대해 이렇게 설명하는 것은 39Meister의 대표인 기쿠치(菊地) 씨다. 39Meister는 NTT도코모와 Hatapro에 의한 조인트벤처(공동) 사업으로 AI, 로봇, IoT디바이스, IoT용 통신 등의 기술을 활용한 종합 솔루션을 전개하고 있다.

-- 오픈 LoRaWAN --
LoRa는 자영 LPWA의 대표격이다. Unlicensed Band의 920MHz대를 이용하기 때문에 누구라도 LoRa 네트워크를 구축할 수 있다.

LoRa를 자영하는데 있어서는 LoRa라고 총칭되는 네트워크에는 2종류가 있다는 것을 알아 둘 필요가 있다. 하나는 LoRa Alliance로 표준화되어 있는 ‘LoRaWAN’, 다른 하나는 LoRa 변조를 베이스로 업체가 독자 개발한 ‘LoRa Private(이하, LoRa)’다.

표준화되어 있는 LoRaWAN은 구성 상, ‘LoRaWAN 네트워크 서버’가 필요한 것이 특징이다. 그 외의 구성 요소로서는 센서 등의 ‘LoRaWAN End Device’, End Device에서 데이터를 수취하는 ‘LoRaWAN 게이트웨이’가 있다.

네트워크 서버의 역할은 게이트웨이 경유로 각 엔드 디바이스를 제어∙관리하는 것이다. 수백대, 수천대 규모의 엔드 디바이스가 있어도 네트워크 서버가 그들 모두를 일괄 관리해 주기 때문에 LoRaWAN은 대규모 IoT시스템에 적합하다.

NEC는 LoRaWAN에 준거한 네트워크 서버의 제공을 2017년 12월부터 개시하였다. 그 메인 타깃은 통신사업자지만 일반기업용으로도 제공한다. “네트워크 서버의 이용 형태는 온프레미스와 월액 서비스 모두 가능하며, 이용범위도 기업의 비즈니스 스타일에 맞춰서 유연하게 대응할 수 있다”라고 NEC의 다카기(高木) 씨는 말한다.

LoRaWAN은 네트워크 서버가 필요하기 때문에 기업은 그만큼의 비용을 추가로 부담해야 한다. 그러나 규격에 준거한 엔드 디바이스와 게이트웨이를 조합하면 상호 접속할 수 있다는 오픈성이 LoRaWAN의 큰 이점이다.

-- IoT용 ‘Hotspot’ --
-- 자영 LoRaWAN으로 지역 활성 --
-- 멀티 홉 LoRa를 독자 개발 --
-- 소규모와 PoC는 LoRa로 --

  -- 끝 --