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무선 메시 네트워크 시대의 도래

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글/캣 켄트(Kat Kent), 캐나다에서 활동 중인 기술 저널리스트이자 무선 애플리케이션 엔지니어(출처: 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor) ULP WirelessQ)

최신 기술을 활용해 성공적으로 제품을 공급하기 위해서는 방법론을 충분히 이해해야 하는데, 무선 메시 네트워킹(Wireless Mesh Networking)처럼 복잡한 기술인 경우, 특히 어려운 문제가 될 수 있다. 이러한 네트워크는 많은 기기들을 모니터링하거나 제어해야 하고, 전용 유저 인터페이스보다 보편적인 액세스가 적합한 조건에서 선호되고 있다. 대표적인 애플리케이션으로는 홈 오토메이션, 산업용 무선 센서 네트워크, 빌딩 관리 등이 있다.
메시 네트워크의 복잡성을 파악하는 한 가지 방법은 개별 노드들이 오직 중앙 허브와 통신하는 스타 토폴로지와 달리, 모든 노드가 다른 모든 노드와 직간접적으로 연결되어 있는 메시 네트워크를 상상해 보는 것이다. 대부분 실제 구현에서는, 보다 단순한 라우팅을 제공하는 다른 노드를 통해 서로 데이터를 전송한다. 일반적으로 각 노드가 다른 노드에 데이터를 전송하는 방법은 여러 가지가 있으며, 데이터를 중복 전송하여 네트워크의 신뢰성을 높이도록 구현한다.
스마트 홈 애플리케이션은 메시 네트워크의 장점을 활용할 수 있다. 예를 들어, 메시 네트워크에 연결된 스마트 조명은 소비자가 스마트폰이나 허브, 리모콘을 통해 네트워크 상의 모든 조명과 연결할 수 있으며, 네트워크의 모든 조명의 상태나 휘도, 컬러 등을 제어하는 명령을 전송하고, 다시 상태 정보를 수신할 수 있다.
이러한 기술이 보편화되면, 유선으로 된 벽 스위치는 이전의 전화모뎀 통신 소켓과 동일한 과정을 겪게 될 것이다.
메시 네트워크 기반 기술로는 초저전력 무선 프로토콜인 ANT 또는 블루투스(Bluetooth®) 저에너지가 주목받고 있다. 개발자들은 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)의 nRF51422 또는 멀티-프로토콜 nRF52832 SoC(Systems-on-Chip)와 같은 무선 연결 솔루션을 사용하여 스마트 홈 제품에 이러한 프로토콜(또는 원하는 경우 2.4GHz 전용 프로토콜)을 내장할 수 있다.
또한 필요한 경우, ANT나 블루투스 저에너지로 와이파이 허브 장치와 연결함으로써 인터넷과 연결할 수 있기 때문에 소비자가 집을 비운 동안 시스템을 제어할 수 있다.

신뢰성 구축

장기간의 네트워크 신뢰성과 운영 용이성을 보장하기 위해 설계자는 자가 구축(Self-Forming) 및 자가 복구(Self-Healing) 기능을 메시 네트워크에 추가하는 것을 고려해야 한다. 자가 구축이란 새로운 노드(예를 들어, 새로 추가된 스마트 조명)가 근처 노드를 탐지하고, 기존 메시 네트워크에 참여하거나 사용자가 별도의 입력을 하지 않아도 새로운 네트워크를 형성할 수 있는 능력을 말한다. 이 경우, 사용자가 가정에 하나 또는 수십 가지의 스마트 조명을 설치하고 나면, 스마트 조명이 자동으로 서로를 검색하고, 발견하고, 연결할 수 있기 때문에 사용자는 별다른 작업을 하거나 개입할 필요가 없음을 의미한다. 자가 구축 네트워크는 설치를 간소화하고, 사용자가 조명의 통신 방법을 이해할 필요가 없도록 해준다.
자가 복구란 하나 이상의 노드가 작동하지 않거나, 또는 특정 무선 링크가 차단되어도 네트워크가 계속 동작할 수 있는 능력을 말한다. 예를 들어, 자가 복구 네트워크는 고장난 조명 대신 다른 스마트 조명을 통해 메시지를 전송함으로써 대응할 수 있다. 마찬가지로 하나의 스마트 조명이 다른 조명과 연결이 끊기면(간섭이나 장애로 인해), 자가 복구 네트워크는 이러한 두 조명 간의 메시지를 다른 스마트 조명을 통해 전송하도록 경로를 변경하게 된다.
또 다른 이점은 장애가 발생한 노드에 대해 사용자에게 즉시 알릴 수 있다는 점이다. 이러한 기능은 노드가 외부 보안 조명으로 사용되는 경우에 매우 유용하다.
또한 인접한 건물의 조명과 네트워크로 연결하여 조명 고장으로 어두워진 영역을 비출 수 있도록 가장 가까운 조명을 켬으로써 홈 보안을 강화할 수 있다. 아무도 주변이 갑자기 어두워지는 것을 원하지 않을 것이기 때문에 이러한 시스템을 위한 추가적인 제어 레이어가 필요하다...(중략)