전기전자/정보통신

Telecommunication_2017.2. 특집 (p30~31)

배터리 필요 없는 IoT무선「EnOcean」
6km 통신 가능한 LPWA사양도 개발

배터리 없이 이용할 수 있는 근거리 무선기술「EnOcean」의 도입이 일본에서도 본격화되었다. 6km의 원거리 통신이 가능한「LPWA사양」의 실용화도 추진되고 있다. EnOcean은 독일의 지멘스(SIEMENS)에서 개발이 추진되었던 Energy Harvest(환경발전)를 이용한 무선통신 기술로, 2001년에 개발 멤버가 지멘스의 출자를 받아 창업한 EnOcean사(이하 엔오션)가 사업화하고 있다. Energy Harvest라는 것은 환경에 존재하는 진동∙빛∙열 등의 아주 작은 에너지를 수확(Harvest)하여 전력으로 변환하는 기술을 말한다.

EnOcean은 이러한 작은 전력을 이용하여 통신한다. 조명의 원격조작 시스템은 EnOcean의 주요한 Use Case의 하나다. 이 원격조작 시스템의 경우는 스위치를 누르는 힘을 내장된 전자(電磁)유도소자로 전기로 전환, 그 전력으로 On∙Off 지시를 조명기기(혹은 제어장치)로 보내고 있다. 광발전 패널로 일으킨 전기를 콘덴서에 축적, 그 전력을 이용하여 각종 센서의 데이터를 보내는 것과 같은 사용법도 널리 사용되고 있다.

-- 소비전력은 ZigBee의 10분의 1 --
EnOcean은 이러한 미세 전력에 의한 통신에 최적화되어 있으며, ZigBee의 10분의 1이라는 상당히 낮은 소비전력으로 작동한다. 에너지 절약성을 높이기 위해, 디바이스의「무선센서모듈」은 기본적으로는 수신(대기)를 하지 않고, 수신자가 되는「무선시스템 모듈」에 대한 단방향 통신을 시행한다. 이 경우, 재송(再送) 제어가 불가능하기 때문에 1회의 송신으로 동일 데이터를 3회 반복하여 발송하여 신뢰성을 높이고 있다. 용도에 따라서는 성전력(省電力) 사양의 양방향 통신(Smart ACK)을 이용하는 것도 가능하다.

운용주파수는 일본의 920MHz대, 미국의 915MHz대, 유럽의 868MHz대 등의 서브 GHz대(면허가 필요 없는 대역)가 주력(일본, 미국 등에서는 315MHz대의 이용도 가능)이다. 일본에서는 ARIB의 기술기준(STD-T108)에 준거하는 형태로, 출력 1mW로 운용되고 있다. 변조방식은 GFSK, 최대통신속도는 125kbps(물리층)가 된다. 전반(伝搬, Transmission) 특성에 뛰어난 서브GHz대를 이용함으로써, 훤히 트인 곳에서는 300m, 벽 너머로는 30~50m 정도의 통신이 가능해졌다.

EnOcean은 엔오션의 독자적 규격이었지만, 2012년에 네트워크층 이하가 ISO/IEC 14543-3-10으로서 국제 규격화되었다. 엔오션은 Energy Harvest를 이용하는 무선시스템의 기준 특허를 보유하고 있으며, 이에 근거하여 통신 모듈, 전자유도소자 등의 키 디바이스나 개발 평가 키트 등을, 최종제품을 제조하는 제조업체에 판매하는 비즈니스를 전개하고 있다. 엔오션에서 일본담당 Sales Director를 역임하고 있는 이타가키(板垣) 씨는「이미 100개 이상의 제조업체가 약 1,500 종류의 센서나 스위치 등의 대응 제품을 시장에 출시하였다」고 설명한다.

-- 세계 20만개의 빌딩에서 가동 --
EnOcean의 주요 시장은 유럽과 미국이다. 특히 돌로 만들어진 건물이 많은 유럽에서는 미관을 해치는 조명 배선을 줄이려는 방법으로서 가정에도 보급되고 있다. 또한, 건설 현장의 조립식 주택이나 전시회장의 부스 등에서도 전기 배선을 생략하는 방법으로 이용되고 있는 것 같다. 또한 전자유도소자 내장 스위치를 이용하는 EnOcean은, 조명 제어뿐 아니라 병원의 간호사 호출 버튼, 버스의 하차 버튼, 공장의 기기 조작 등 다방면에서 이용되고 있다.

EnOcean으로 집안의 다양한 기기를 네트워크로 연결하여 효율적이고 쾌적한 생활을 실현하는「스마트 홈」의 통신 수단으로서 이용하는 움직임도 유럽과 미국에서는 확산되고 있다. 예를 들면 ①인간을 감지하는 센서(Human Sensor), 조도(照度) 센서, 카드 키, 타이머 등을 연계시켜 자동적으로 조명을 제어한다, ②EnOcean으로 집약한 온습도 센서나 이산화탄소 센서 등을 이용하여 공조 제어나 창문의 개폐를 시행하는 등 시스템이 실용화되어 있다. 공조를 열원으로 한 온도차 발전도 EnOcean의 통신에 활용되고 있다고 한다.

EnOcean에서 가장 기대되고 있는 시장은 Building Automation분야다. EnOcean을 매개하여 조명이나 공조 관리를 자동화하여 운용비용을 절약하는 것으로, 추진단체인 EnOcean Alliance는 이미 20만개 이상의 빌딩에서 사용되고 있다고 한다. 특이한 사례도 있다. 산간부의 철도를 따라 태양광 패널을 전원으로 한 낙석감지 센서를 설치, EnOcean으로 게이트웨이에 데이터를 송신하여 이상이 발생하였을 때는 휴대전화 회선 경유로 경보를 발신하는 시스템이다. 또한, 음식점 등에 설치된 덫에 쥐가 걸려든 사실을 EnOcean을 경유하여 파악하여 구제 작업을 효율화한 사례도 있다.

-- 농업용 광역제품도 --
일본에서는 2013년 무렵부터 EnOcean의 도입이 확산되었다. 조명제어 분야에서는 나라현에 있는 다이마데라(當麻寺)라는 절의 본당 LED조명 제어에 EnOcean이 채용된 사실이 널리 알려져 있다. 야채공장의 LED조명에 도입되어 작업 효율화를 실현한 케이스도 있다. Building Automation분야에서는 Uchida Yoko(内田洋行)의 본사 빌딩이나 NBF오사키빌딩, 쇼핑몰 등에 도입되어 있다.

NTT히가시니혼(東日本)은 에너지절약 지원서비스「Flets Miruene」의 전력사용량 측정에 EnOcean을 채용하고 있다. 전력선에 클램프를 붙여 전력사용량 측정과 동시에 자기(磁氣) 변화로 전기를 일으켜 데이터를 송출하고 있다. 기존의 ZigBee의 경우는 반년에 한번의 배터리교환작업이 필요하였지만, 이를 통해 이 작업이 필요 없게 되었다.

노인이 사는 집의 문 개폐 등의 정보를 EnOcean을 통해 파악하여 경비 서비스를 제공하는 기업도 등장하였다. 버스에 EnOcean을 이용한 정보 발신장치를 탑재하여, 접근해 온 버스의 행선지를 버스정류장에서 기다리는 사람에게 알려주는 시스템도 실용화되고 있다. 이 사례는 Energy Harvest를 이용하는 것은 아니지만, 수백 미터 떨어져도 안정된 통신이 가능한 서브GHz대의 특성과 쉽게 개발할 수 있다는 점이 평가 받고 있다고 한다. 이타가키 씨는「배터리를 사용하는 경우라도 다른 무선 기술보다 장기간 가동시킬 수 있다. 센서 네트워크 등에도 널리 이용될 것으로 예상된다」고 말한다.

엔오션이 현재 주력하고 있는 것은 LPWA(저소비전력광역통신) 사양의 EnOcean의 실용화다. 무선 출력을 20mW로 증강, 통신속도를 1kbps정도로 억제하여 용장성(冗長性, Redundancy)을 높임으로써, 6km앞과의 통신을 가능하게 한다. 개발은 이미 완료되었으며, 일본에서도 비닐하우스 관리 등 농업분야에서의 전개가 검토되고 있다고 한다.

  -- 끝 --