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IoT 위한 다양한 무선 프로토콜의 이해: 적절한 무선 접속 실현 방법

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글/아드난 니샷(Adnan Nishat), 실리콘랩스, IoT MCU & 와이어리스 제품 사업부

IoT용 커넥티드 디바이스의 수가 폭발적으로 늘어남에 따라서 이러한 디바이스들이 커넥티드 홈 같은 스마트 환경에서 상호 간에 어떻게 통신하는지 이해하는 것이 필요하게 되었다. 이러한 통신을 위해서 무선 통신 프로토콜의 역할이 매우 중요하다. IoT 용 커넥티드 디바이스에 주로 사용되는 다섯 가지 무선 커넥티비티 기술은 다음과 같다:

•독자적인 프로토콜

•블루투스 스마트(블루투스 저에너지: BLE)

•와이파이

•지그비(ZigBee)

•스레드(Thread)프로토콜(Thread Group이 현재 개발 중인 프로토콜)

이들 각각의 무선 기술이 IoT 애플리케이션에 적절하게 활용된 사례들이 각각 다르며, 어떤 한 프로토콜이 다른 프로토콜에 비해서 특별히 우월한 사용성을 보이지 않을 것이다. 그러므로 특정한 애플리케이션에 적합한 프로토콜 조합을 선택하는 것이 무선 IoT 디바이스를 개발할 때의 중요한 과제가 되고 있다.

IoT를 위해 기본 무선 기술을 선택시 고려사항

그러면 다양한 IoT 프로토콜들을 살펴보기에 앞서서, 특정한 애플리케이션으로 무선 기술을 선택할 때 기본적으로 고려해야 할 사항들을 살펴보자.

네트워크 토폴로지, 규모, 거리

네트워크 토폴로지는 네트워크 노드들을 상호 간에 연결할 수 있는 수단을 제공한다. 무선 네트워크에 사용할 수 있는 세 가지 기본적인 토폴로지는 점대점(point-to-point), 스타형(star), 메쉬(mesh) 토폴로지이다. 점대점 연결의 예로는 차고문 개폐 장치에 고유기술 무선 프로토콜을 사용하는 것을 들 수 있다. 이러한 장치는 차고문을 열고 닫는 한 가지 기능만 하도록 되어 있다. 스타형 토폴로지는 네트워크 내의 모든 노드들을 하나의 중앙 노드로 연결한다. 스타형 토폴로지의 대표적인 예로는 스마트폰이 중앙 장치로 동작하고 스마트 워치와 블루투스 스피커 등이 주변장치로 동작하는 블루투스 네트워크를 들 수 있다.

메쉬 토폴로지는 각기 노드를 다수의 다른 노드들로 연결할 수 있고 네트워크 내에서 하나 이상의 노드들이 한 노드에서 다음 노드로 메시지를 전달 또는 중계하는 일을 한다. 메쉬 토폴로지의 대표적인 예로는, 각기 노드가 라우터이거나 단말 디바이스이고 게이트웨이로 직접적으로 또는 간접적으로 연결되는 지그비 네트워크를 들수 있다. 스타형 네트워크와 메쉬 네트워크를 구분하는 또 다른 속성은 규모이다. 스타형 네트워크는 통상적으로 1~20 노드로 제한되는 반면에, 메쉬 네트워크는 통상적으로 10개 노드에서부터 많게는 1000개 이상의 노드까지 이를 수 있다. 또한 메쉬 네트워크의 많은 노드 수와 고유의 토폴로지는 메시지를 한 노드에서 다음 노드로 중계할 수 있으므로 훨씬 더 긴 거리를 커버할 수 있다.

표준 기반 프로토콜 대 독자적인 프로토콜

무선 네트워크를 구현할 때 또 다른 중요한 고려사항은 상호운용성이다. 표준 기반 구현은 여러 업체들의 다양한 디바이스들로 이루어진 이종 네트워크로 상호운용을 가능하게 한다. 반면에 독자적인 기술구현은 네트워크 내의 모든 디바이스들을 통상적으로 한 업체로부터 구입한 동종 네트워크로만 상호운용을 가능하게 한다. 표준 기반 구현의 예로는 와이파이를 들 수 있고, 독자적인 네트워크의 예로는 차고문 개폐 장치를 들 수 있다. 그런데 또 알아두어야 할 점은, 표준 기반 구현이라 하더라도 상호운용에 있어서 어느 정도 제한이 있을 수 있다는 것이다. 와이파이와 스레드(Thread)가 바로 그런 경우이다. 두 프로토콜 모두 IP 기반 표준이나 애플리케이션 층을 정의하지 않는다.

IP 지원

IoT에 사용되고 있는 기존의 프로토콜은 IP와 비-IP 스택의 조합이다. 다양한 시장과 네트워크가 IP로 융합되고 있다. 특정한 네트워크 또는 디바이스에 따라서 각기 다른 다양한 어드레싱, 루팅, 보안 메커니즘을 선택할 수 있고 그러면서도 애플리케이션 층 변환을 하지 않고 메시지를 엔드투엔드(end-to-end)로 어드레싱 하고 루팅 할 수 있기 때문이다. 다양한 산업 및 시장 분야로 인터넷이 빠르게 확산되고 있는 것은 이 기술을 사용함으로써 적절한 IP 인프라 상으로 빠르게 혁신을 이루고 새로운 서비스와 디바이스를 개발할 수 있기 때문이다.

또한 IP를 사용함으로써 각기 다른 MAC/PHY 사이에 브리징 장치를 사용해서 근간을 이루는 기술들을 혼합적으로 사용할 수 있다. 그럼으로써 집안에서 이더넷으로 연결된 PC 상에서 실행되는 애플리케이션을 와이파이나 셀룰러 접속을 사용해 휴대전화로 무선기능을 실행할 수 있다. 소비자들이 집안에서 제어할 수 있는 것만 아니라 이동 중에 휴대전화를 사용해서도 제어할 수 있기를 원함에 따라서 새로운 많은 애플리케이션들로 이러한 매끄러운 커넥티비티가 중요하게 요구된다.

많은 반도체 및 소프트웨어 회사, OEM, 시스템 통합회사, 서비스 회사, 유통업체들까지도 적극적으로 혁신적인 새로운 디바이스 및 서비스들을 개발함에 따라서 IoT 시장이 빠르게 성장하고 있다. 어떤 애플리케이션은 높은 대역폭을 필요로 할 경우 와이파이를 사용하는 것이 좀더 적합할 수 있다. 또 한편으로 무선 메쉬 네트워크 상의 센서 노드 같이 전력에 민감한 배터리 사용 애플리케이션은 저전력 802.15.4 무선을 필요로 한다. 이러한 애플리케이션의 경우에 현재는 에너지 효율적인 지그비 스택을 실행하다가 향후에 스레드 스택으로 이전할 수 있다...(중략)

leekh@seminet.co.kr
(끝)
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