전기전자/정보통신

Nikkei Computer_2017.2.16. 특집 요약 (p20~37)

LPWA가 여는 IoT 제2막
저전력∙광역 무선기술의 상용 서비스

제조, 인프라, 서비스, 건설 등 대부분의 업계가 주목하고 있는 IoT. 그 인프라에 큰 변화가 점차 다가오고 있다. 그것은 LPWA(Low Power Wide Area)라고 불리는 저소비 전력과 광범위한 커버 범위가 특징인 새로운 무선기술의 등장이다. LPWA의 상용(商用) 서비스도 시작되었다. 선진기업은 이 기술이 업무나 고객 서비스에 가져올 이점에 대해 기대하고 있으며, 실증 실험도 추진 중이다.


Part 1. 성능과 저비용으로 압도

기업은 머지않아 IoT를 위한 새로운 무선기술을 사용하기 시작한다. 그 이름은「LPWA」. 전파의 도달 범위는 넓고, 소비전력은 적다. 비용도 크게 절약할 수 있을 것으로 보인다. 2017년은「LPWA원년」이 될 것이다.
차원이 다르다. 새로운 IoT용 무선통신기술인「LPWA」에는 이런 말이 어울린다. 연결되는 기기 대수도 통신비용도 그렇다.

2017년 2월, 쿄세라 커뮤니케이션 시스템(KCCS)과 IoT 플랫폼 사업자인 SORACOM이 LPWA를 사용한 IoT용 통신서비스를 개시한다. KCCS 서비스 요금은 100만대를 연결하는 경우, 1회선 당 연 100엔부터다. 월로 환산하면 8.33엔이 된다. SORACOM의 서비스 요금의 경우는, 동사(同社)가 모델케이스로 시험 계산한 결과, 자사 전용 기지국을 15대 설치하여 Parking Meter 6만대를 연결하면, Running Cost는 1대 당 월 7.61엔이라고 한다. 접속 대수가 적으면 월 요금도 높아지지만, 일반적으로 LPWA를 사용한 IoT통신서비스는 현재의 M2M용 통신서비스와 비교하여 10분의 1이라고 한다.

LPWA 비용삭감 효과에 대한 기업의 기대감은 크다. LPWA의 실증 실험을 추진하고 있는 DAIKIN Industries Technology Innovation Center의 아시카가(足利) 과장은「지금은 ISDN회선을 이용하여 원격으로 설비고장 등을 파악하는 보수 서비스를 제공하고 있다. 이러한 회선을 LPWA로 교체함으로써 통신비용을 10분의 1정도로 줄일 수 있을 것으로 예상하고 있다」고 말한다.

-- 전파 범위는 수㎞에서 수십㎞ --
기업이 LPWA에 많은 기대를 하는 것은 저렴한 비용 때문만은 아니다. 멀리까지 전파가 도달한다는 점에 주목하는 기업도 있다. 전파의 도달 범위는 스펙(Spec)치로 보면 기지국을 중심으로 반경 수㎞에서 수십㎞다. 주변에서 사용하는 Bluetooth, 건물 안과 같은 범위에서 사용되는 무선LAN 등과 비교하면, 적은 기지국으로 효율적으로 지역을 커버할 수 있다. 2016년 7월에 LoRaWAN의 실증 실험용 Kit(PoC Kit)를 발매한 SORACOM에 의하면「교외, 때에 따라서는 휴대전화 서비스 권외에 있는 장소에서의 이용에 관한 문의가 꽤 많다」(오쓰키(大槻) 사업개발 매니저)고 한다.

통신환경이 없는 장소에 장치나 설비를 갖고 있는 기업에게는 이점이 크다. 주부전력(中部電力)그룹 경영전략본부 광역∙기술전략그룹의 소야마(曽山) 부장은,「당사의 송전설비는 휴대전화의 전파가 닿지 않는 장소에도 있다. 송전선으로부터는 100V의 가정용 전원을 얻을 수 없다」라고 말한다.

송전설비에 낙뢰가 떨어진 사실을 감시 센터에 통지하는 IoT기기가 있으면 인프라 감시∙관리의 효율은 높아진다. 그러나 현재는 통신환경도 없고 전원도 없기 때문에, 낙뢰가 떨어졌을 때는 화약이 터지면 깃발이 올라오는 식의 아날로그 통지 방법 장치를 사용하고 있다.「원격 감시에 큰 노력을 쏟고 있다」(소야마 부장). 주부전력은 LPWA의 통신성능을 검증하기 위해 2016년 10월 하순에 산간에서 실증 실험을 시행하였다. 앞이 탁 트인 장소에서는 최대 33km의 장거리 통신에 성공하였다고 한다. 도시에서도 휴대전화의 전파가 도달하기 어려운 장소에서는 LPWA가 유용하다.

낮은 소비전력도 매력 중의 하나다. 통신모듈 단체(單體)의 경우 AA배터리 2개로 10년 이상 유지하게 하는 기술이 있을 정도로 소비전력이 적다. 정확한 비교는 아니지만, 현재 스마트폰의 배터리는 대기상태로도 며칠밖에 유지하지 못한다는 사실을 생각하면 더욱 크게 느껴진다. 네트워크에 연결하고 싶은 기기나 장치 중에는 배터리로 가동하는 것도 있어 저소비 전력의 효과는 크다. 전력절약, 장거리, 저비용의 3박자를 갖춘 기술이 LPWA다.

이러한 이점과는 반대로, LPWA의 통신속도는 상당히 느리다. 대부분의 기술은 수십 kbps정도이며, 가장 느린 경우는 100bps이하다. 사람이 동영상을 시청하는 데는 적합하지 않으며, 기기나 장치로 가동상황 등의 텍스트 데이터를 전송하는 데 사용한다.


Part 2. 주요 3방식을 철저 비교

주요한 LPWA기술은 LoRaWAN, IoT용 LTE, SIGFOX의 3가지 방식이다. 앞으로 어느 방식을 채용할지 검토할 때, 통신속도나 네트워크 구축방법 등 사양의 차이를 이해할 필요가 있다. 
LPWA는 IoT 인프라의 단말, Last one mile이라고 불리는 장소에서 사용되는 무선통신 기술이다. 기기나 장치와 같은 단말과 인터넷에 접속된 기지국을 무선으로 연결한다. LPWA 자체는 장거리, 저소비 전력을 특징으로 하는 복수의 무선 기술의 총칭이다. 그 중에서 현재 유력하다고 판단되는 것은 LoRaWAN, IoT용 LTE(NB-IoT와 Cat-M1), SIGFOX다.

LoRaWAN은 오픈 방식으로 이용 장벽이 낮은 기술이다. NB-IoT나 Cat-M1은 현재의 휴대전화 서비스에서 사용되고 있는 LTE를 IoT용으로 만든 기술이다. SIGFOX는 IoT인프라를 패키지화한 서비스에서 사용되고 있는 기술이다. 3방식은 전력 절약, 장거리 전송이라는 특징은 닮았지만, 네트워크 구축 방법이나 이용 방법은 다르다.

●LoRaWAN : 오픈규격
LoRaWAN은 오픈 사양이 특징이다. 그 사양은 2015년에 결성된 LoRa Alliance에 의해 결정되었으며 공개되어 있다. LoRa Alliance에는 반도체업체, 통신기기업체, 통신사업자 등 전세계 190개 이상의 기업이 참여하고 있다. 정보통신총합연구소 ICT기반연구부 주임연구원인 기시다(岸田) 씨는,「LoRaWAN은 면허가 필요 없고 누구라도 기기를 살 수 있다는 점에서 Wi-Fi에 가깝다」고 말한다. LoRaWAN은 전파를 방출하기 위한 면허가 불필요한「Unlicensed Band」라고 부르는 주파수를 사용하여 통신한다.

통신사업자가 통신서비스로 제공하는 비즈니스 모델로 한정되어 있다. Wi-Fi처럼 누구라도 설치 가능하다. 기기는 일반 양판점에서 구입할 수 있는 것은 아니지만 가격은 저렴하다. 그 때문에 손쉽게 실증 실험을 통해 이용 범위나 성능 등을 시험할 수 있는 것이다. 다른 관점에서 보면, 구성이나 규모 등을 자유롭게 바꿀 수 있는 자영 IoT용 네트워크를 단기간에 쉽게 만들 수 있다는 말이기도 하다. 실제로 2016년부터 공표된 LPWA의 실증 실험은 대부분이 LoRaWAN을 사용하고 있다.

2016년 6월부터 2월 말까지, 기업과 공동으로 LoRaWAN으로 Field Trial을 실시하고 있는 NTT니시니혼(NTT西日本)은,「수십 건의 Trial을 추진하고 있지만, 기업으로부터의 문의는 지금도 있다. 참여기업으로부터 상용(商用)이용하고 싶다는 의견도 있어, 높은 요구를 실감하고 있다」(Business Design부 Business Creation부문의 호리시게(堀茂) 과장)라고 말한다. 국내외에서 시작된 서비스를 통해 비용 기준도 보이기 시작하였다. 기시다 씨는「현재의 IoT용 데이터 통신서비스 요금은 월 300~500엔이 많다. 반면에 한국의 SK텔레콤이 개시하고 있는 LoRaWAN 서비스는 가장 싼 경우 월 30엔 정도다. 일본의 약 10분의 1이다」라고 설명한다.

SORACOM의 상용(商用)서비스「SORACOM Air for LoRaWAN」은 Part1에서 설명한 대로 6만대의 디바이스를 연결하는 규모라면 Running Cost는 10엔 이하가 된다. 기시다 씨는「2017년 여름에는 기술기준적합증명을 취득한 LoRaWAN 기기가 시장에 출시되게 된다. Integrator 등이 그 기기를 이용하여 솔루션 제공을 시작할 것이다」라고 말한다. 이 움직임의 영향으로 NB-IoT 등          LTE를 이용한 통신서비스의 합당한 가격도 명확해질 것으로 보고 있다.

-- 최대 수십㎞까지 통신 가능 --
-- 상용(商用)제품∙서비스 출시 개시 --

●NB-IoT/Cat-M1 : IoT용 LTE
휴대전화망에서 사용하고 있는 LTE의 경우는,「NB-IoT」「Category M1(Cat-M1)」이라는 2종류의 IoT용 사양을 추가하여 서비스화를 목표로 활발히 움직이고 있다. NB-IoT는 Cat-NB1, Cat-M1은 eMTC라고 부르는 경우도 있다. 모두 휴대전화의 표준화 단체인 3GPP에서 사양을 책정하고 있다.

사양이 LoRaWAN에 가까운 것은 NB-IoT다. Ericsson Japan의 후지오카(藤岡) CTO는「NB-IoT는 LoRaWAN이나 SIGFOX에 대항하는 기술 사양으로서 제작되었다」고 설명한다. Cat-M1의 사양은 NB-IoT보다는 휴대전화용 LTE에 가깝다. 휴대전화 서비스용 LTE 규격 중 가장 속도가 느린 Cat-1도 IoT에서의 이용이 고려되고 있다. NB-IoT와 Cat-M1의 사용주파수는 LTE와 동일하다. LTE는 전파를 방출하기 위한 면허가 필요한 Licensed Band를 이용하여 통신한다. 면허를 갖고 주파수를 배당 받은 휴대전화 사업자가 이들 기술을 사용하여 통신서비스를 제공한다. 기업의 자유도는 LoRaWAN과 비교하여 낮지만, 서비스 품질이 담보된다는 이점이 있다.

-- 이동하는 단말의 경우는 Cat-M1이 적합 --
-- 기존 기지국의 하드를 그대로 이용 --

●SIGFOX : 확실하게 초저가로
SIGFOX는 프랑스의 벤처기업 시그폭스(Sigfox)사의 통신사양이다. 시그폭스는 SIGFOX에 의한 무선 네트워크와 데이터를 수집 및 관리하는 클라우드 서비스를 세트로 하여, 세계 각지의 파트너를 통해 제공하고 있다. 기업 입장에서는 운용 부담이 가볍다는 이점이 있다. 일본의 파트너는 KCCS로 정해져 있으며, 시그폭스는 2017년 2월에 서비스를 개시할 예정이다. 요금은 최저 연 100엔부터다. 단, SIGFOX는 다른 2개의 방식과 비교하면 사양 상의 규약이 많다.

-- 사양에 의한 규약에 주의 필요 --
SIGFOX의 통신은 단말에서 서버 방향으로의 업로드뿐이다. 기기의 가동상황과 같은 데이터를 서버 측에 올리는 용도로는 적합하지만, 원격 조작을 위해 센터 측에서 명령을 내리는 용도로는 사용할 수 없다. 통신속도는 100바이트로, 1회 통신에서 보낼 수 있는 데이터 크기는 12바이트로 정해져 있다. 하루에 데이터를 보낼 수 있는 회수도 하루 2회, 50회, 100회, 140회의 4종류로 패턴화되어 있다. 연 100엔이라는 요금은 디바이스 100만대 이상, 통신회수는 하루 2회로 계약한 경우의 요금이다. 기지국의 커버 범위는 수십㎞로, 다른 2개의 방식과 비교하여 손색없다.

시그폭스는 파트너는 한 나라에 한 회사라는 원칙을 정하고 있으며, 일본에서 SIGFOX의 네트워크를 제공할 수 있는 곳은 KCCS뿐이다. 시그폭스가「에코 파트너」라고 부르는 사업자와 함께, SIGFOX의 솔루션을 기업에 판매한다. 에코 파트너는 40개가 있으며, 기기업체나 Integrator, 통신사업자, 유저기업 등이 이름을 올리고 있다.


Part 3. 거리에서 산에서 전파가 난무하기 시작

완전히 새로운 LPWA는 아직 노하우가 확립되지 않았다. 따라서 전국 각지에서 실증 실험에 착수하기 시작한 기업이 속속 등장하고 있다. 업종마다 LPWA에 거는 기대는 다양하다. 
인터넷 광고의 기획∙제작이나 시스템 개발을 전문으로 하는 HAKUHODO i-studio의 Future Create Lab에서 Creative Technologist를 담당하는 가와사키(川崎) 씨는, 2014년에 전파를 자동적으로 발산하는 기기를 활용하여 산 속에서 조난자 구조를 지원하는「TREK TRACK」라는 서비스를 계획하기 시작하였다. 등산객은 증가하고 있으며, 등산객 중에서는 고령자도 있기 때문에 사회에 공헌하는 의미도 있다.

TREK TRACK을 실현시키기 위해서는 통신환경이 필요하다. 단, 서비스 제공 지역인 산중에서는 휴대전화 서비스의 전파가 도달하지 않는 장소가 있다. 때문에 다른 통신수단을 생각하지 않으면 안 된다. 배터리가 단시간에 끊어져도 곤란하다. HAKUHODO i-studio는 2015년에 거의 대부분의 사람들이 갖고 있는 스마트폰의 iBeacon(Bluetooth통신의 일종)을 사용하여 장소를 감지하는 방법을 생각하였지만, 실현에 이르지는 못하였다. 같은 기술인 ZigBee도 검토하였다. 이는 모두 근거리에서 사용하는 것을 상정한 기술이다. 산중이라는 광범위한 곳에서 사용하기 위해서는 전파를 수신하는 장치를 상당수 설치하지 않으면 안 된다. 가와사키 씨는「결국, ZigBee나 iBeacon을 사용하는 아이디어는 검토 단계에서 없어졌다」고 밝혔다.

-- 산중에서 10㎞의 통신 가능 --
2016년에 TREK TRACK에 적합한 통신기술인 LPWA가 등장하였다. 조사에 따르면 네트워크 구축 비용도 싸다고 한다. SORACOM이 LPWA의 솔루션을 개시한다는 사실도 파악하고 있었다. HAKUHODO i-studio는 2016년 10월, SORACOM의「LoRaWAN PoC Kit」를 사용하여 야쓰가타케(八ヶ岳)에서 실증 실험을 시행하였다.

PoC Kit에 포함되는 기기를 사용하여, 860mAh의 배터리와 GPS를 탑재하여 위치정보를 LoRaWAN 게이트웨이용으로 1분에 1회 송신하는 기기를 제작하였다. 이 기기를 갖고 있는 실험자가 야쓰가타케 케이블카역 부근에 설치한 기지국에서 출발하여 산 정상으로 걸어가며, 어디까지 위치 정보를 수신할 수 있는지를 실험하였다. 실험 결과, 최장 10㎞까지 통신할 수 있었다. 산중에서 도보로 이동하는 경우에는 2㎞정도의 거리라도 장시간을 필요로 한다. 산중에서의 10㎞는 1대의 기지국이 커버하는 범위로서는 작지는 않다고 한다.

또한 이 실험에서는 케이블카를 타고 산기슭을 따라 내려가면 어떻게 되는지를 실험해 보았다고 한다. 그 결과「케이블카가 지주를 통과한 후 고도를 확 줄이는 장소에 접어들면 GPS정보를 받을 수 없었다. (920HMz라는 주파수대를 사용하고 있지만)전파는 그 만큼 침투하지 않는 것은 아닌가라고 느꼈다」(가와사키 씨).

가와사키 씨는「중요한 것은 전파가 도착하는 거리를 늘리는 것이 아니라, 사람의 위치를 확실하게 파악하는 것이다」라고 말한다. 예를 들면 데이터 송신빈도가 적절한가 그렇지 않은가? 1회 데이터를 취득할 수 없었다고 하여, 그 사이에 사람이 상당한 거리를 이동해 버린다면 데이터 취득빈도를 올리지 않으면 안 된다. TREK TRACK의 단말은 1회 충전으로 5일 사용할 수 있지만, 위치정보를 보내는 빈도는 배터리의 소모 정도를 좌우한다.

그래서 도보보다 이동 스피드가 빠른 백 컨트리 스키로도 시험해 볼 생각으로, 2017년 1월에 니가타현에 위치한 가구라 스키장에서 실증 실험 제2탄을 실시하였다. TREK TRACK 서비스는 2017년에 개시할 예정이다.

-- 공조기의 설비보수 비용 삭감 모색 --
-- 탁 트인 산중에서 전파가 어디까지 도달할 것인가? --
-- 도시의 건물내외에서 비거리(飛距離) 시험 --

     -- 끝 --