다양한 무선 기술을 결합한 스마트 홈에서의 사물인터넷 응용

ZigBee는 메쉬 토폴로지와 게이트웨이를 결합하여 네트워크를 형성합니다

ZigBee(802.15.4)와 BLE(Bluetooth ® Low Energy)는 현재 시장에서 가장 인기 있는 IoT 저전력 무선 프로토콜이며, 각각 고유한 장점과 단점을 갖고 있습니다. ZigBee는 소량의 데이터를 중거리로 전송하기 위해 설계된 메쉬 네트워크 프로토콜입니다. 이것은 메쉬 토폴로지 네트워크에서 작동하며, 단일 센서 노드의 정보가 그룹(또는 "메쉬") 모드를 통해 전달되어 게이트웨이에 도달합니다.   ZigBee는 지역 네트워크(LAN)에 속합니다. 따라서 가정 자동화 및 스마트 조명에 이상적인 프로토콜입니다. ZigBee가 더 넓은 범위를 갖고 있기는 하지만 여전히 한계가 있으며, 산업 IoT 애플리케이션과 같은 고도의 계측 환경에서는 최적의 선택이 아닙니다. ZigBee 네트워크는 메쉬 토폴로지로 인해 높은 지연 시간을 갖는데, 이는 여러 노드가 단일 노드를 통해 게이트웨이에 접근하려고 할 때 병목 현상을 유발할 수 있습니다.

짧은 BLE 네트워킹 범위와 높은 데이터 전송 속도

BLE은 사용자 주변의 장치와 연결하기 위해 설계된 개인 영역 네트워크(PAN)로, ZigBee에 비해 네트워킹 범위가 훨씬 짧지만 데이터 속도는 훨씬 높습니다. BLE의 데이터 전송 속도는 짧은 시간 동안 최대 2 Mbit/s입니다. BLE는 이러한 짧은 전송 사이에 "절전" 상태로 전환될 수 있는 기능이 있는데, 이는 ZigBee가 가지고 있지 않은 기능으로 데이터와 전력 소비가 감소합니다.   많은 BLE 애플리케이션은 스마트폰을 게이트웨이로 사용하는 것을 목표로 설계되었지만, 이는 스마트폰이 있는 경우에만 가능합니다. 스마트워치나 피트니스 밴드와 같은 웨어러블 장치도 게이트웨이 역할을 할 수 있지만, 상업 및 산업용 애플리케이션에서 사용되는 센서는 종종 무인 상태로 운영되기 때문에 스마트폰 게이트웨이를 구현하는 것이 비실용적이거나 불가능한 경우가 많습니다.

BLE 및 ZigBee로 강력한 PAN 및 LAN 구축

사실 BLE와 ZigBee는 서로를 보완할 수 있습니다. 일부 개발자는 BLE와 ZigBee를 결합하여 매우 강력한 PAN 및 LAN 장치를 만들 수 있다는 점을 발견했습니다.   스마트 도어 잠금 장치를 예로 들어보겠습니다. 사용자는 스마트폰을 사용하여 BLE 링크를 통해 도어 잠금을 열 수 있습니다. 동일한 도어 잠금 장치는 ZigBee를 통해 가정용 라우터에 연결되고 인터넷 연결을 통해 제어될 수 있습니다. 따라서 사용자가 도어에 접근하면 스마트폰이 셀룰러 네트워크 또는 Wi-Fi를 사용하여 라우터와 통신하고 라우터 내부 ZigBee 스택을 사용해 자동으로 문을 열 수 있습니다. 그러나 인터넷 연결이 끊겨 있는 경우 사용자는 스마트폰을 사용해 BLE를 통해 도어 잠금 장치를 열 수 있습니다.

이중 프로토콜을 지원하는 IoT 플랫폼의 참조 디자인

Arrow Electronics는 Zigbee와 BLE를 지원하는 STM32WB를 사용한 참조 디자인도 제공합니다. 이 솔루션은 동일한 하드웨어로 Zigbee 및 BLE 스택을 지원할 수 있으며, RF 프런트 엔드 IC를 통합하여 모듈이 장거리 애플리케이션을 위한 20dBm 출력을 생성할 수 있도록 합니다. 또한 참조 애플리케이션은 Zigbee 및 BLE 스택을 동시에 실행하는 데 사용할 수 있습니다.   STM32WB는 듀얼 코어, 멀티 프로토콜 및 초저전력 2.4GHz MCU 시스템 온 칩(System-on-Chip)입니다. BLE 5.0 및 IEEE 802.15.4 프로토콜을 지원하며(단일 및 동시 모드), 다양한 IoT 애플리케이션 요구를 충족합니다. 이 모듈은 ST의 최고 수준 초저전력 MCU를 기반으로 하며 개발 시간을 단축하고 BOM 비용을 절감하며 애플리케이션 배터리 수명을 연장할 수 있는 폭넓은 주변장치 세트를 보유하고 있습니다. 소형 폼 팩터로 완전한 참조 디자인을 통합하며 동일한 제품군 패키지를 중심으로 설계되고 다양한 인증을 제공합니다.   참조 디자인은 새로운 제품 디자인 개발 과정을 간소화하기 위해 설계된 회로 다이어그램 세트, PCB 도면, 코드 예제(예: PIR 제어, 조명 제어) 및 문서를 포함합니다. 개발자는 무선 보안, OTA 소프트웨어 업데이트 및 배터리 작동을 위한 저전력 대기 모드와 같은 소프트웨어 리소스를 사용할 수 있습니다.   Arrow Electronics의 엔지니어링 솔루션은 IoT 제어 외에도 STM32WB에 비디오 및 오디오 스트리밍 기능을 통합합니다. STM32WB 모듈의 BLE MAC 및 듀얼 코어 MCU 기능을 활용하여 시스템은 JPEG 이미지와 오디오를 300m 범위 내의 다양한 IoT 기기에 전송할 수 있습니다. 개발자는 이 독창적인 기능을 활용하여 제품의 차별화를 이룰 수 있습니다. 예를 들어 오디오 통신을 도어벨에 추가하여 Zigbee 장치를 제어하고 Zigbee 게이트웨이와 통신하는 오디오 도어벨 제품을 만들 수 있습니다.

AI 기술과 결합된 스마트 홈 시스템

AI 기술과 결합된 스마트 홈은 다수의 IoT 기기를 연결하는 능력뿐만 아니라 AI의 우수한 처리 및 학습 능력을 지원할 수 있습니다. 애로우 일렉트로닉스(Arrow Electronics)는 AI 열 감지, 비디오/오디오 스트리밍, 음성 UI, IoT 제어 및 AGV(자동 유도 차량)까지 폭넓은 AI 스마트 홈 솔루션을 제공합니다. 다른 제품과의 주요 차별점은 저비용 MCU를 사용하여 소비자 전자 제품 시장에서 AI 스마트 홈 애플리케이션을 위한 저비용 고성능 솔루션을 제공한다는 점입니다.   아래는 모든 개발자가 이용할 수 있는 AI 스마트 홈 솔루션 목록입니다:

Arrow Electronics와 ST가 개발한 스마트 홈 솔루션은 두 개의 ST MCU(STM32WB 및 STM32H7)를 사용합니다. 이 솔루션은 일상생활에서 다양한 응용 프로그램에 사용할 수 있으며, 여기에는 아기 모니터, 초인종 및 도어락, 스마트 홈 카메라, 게임 콘솔 및 에어컨, 홈 오디오, 세탁기 등의 스마트 홈 가전제품이 포함됩니다.

더 편리한 60GHz 밀리미터파 무선 주파수 송수신기

또한, ST는 60GHz 밀리미터파를 기반으로 한 독특하고 혁신적인 초저전력 무선 주파수 트랜시버(ST60) 시리즈를 개발했습니다. 이는 밀리미터파 비접촉 커넥터로도 알려져 있으며, 다양한 분야에 적용되고 있습니다.   ST60은 저지연 통신 응답을 제공하는 장점이 있으며, 응답 시간은 7마이크로초로 5G보다 100배 빠릅니다. ST60 비접촉 통신 데이터 전송 속도는 채널당 최대 6.25Gbps에 달하며, 여러 채널을 결합하여 더 높은 속도 요구를 쉽게 충족할 수 있습니다. 비접촉 디스플레이 시스템에서는 720p 디스플레이에 단일 채널이 필요하고, 1080p 디스플레이에는 두 개의 채널이 필요하며, 4K 디스플레이에는 네 개의 채널이 필요하여 다양한 해상도 요구를 충족합니다.   ST60 시리즈에는 두 가지 제품 번호가 있습니다. ST60A2는 초고속 데이터 대역폭과 산업 온도를 지원합니다. SLVS 입력 인터페이스를 통해 DP, SATA, PCIe 및 SGMII 기가비트 이더넷과 같은 데이터 채널과 호환되어 더 폭넓게 적용될 수 있습니다. 또한 ST60A3은 USB2 연결에 적응된 장치를 위한 eUSB2 인터페이스를 지원합니다.

결론

다양한 무선 전송 프로토콜이 서로 경쟁하는 것처럼 보이지만, 이들을 장점과 결합하면 시스템의 기능성과 효율성이 향상됩니다. Arrow Electronics는 ST와 협력하여 다양한 통신 프로토콜을 결합한 영상 및 오디오 전송 시스템과 IoT 센서 시스템을 출시했습니다. 인공지능과 결합하면 사용자 인터페이스(UI)가 더 직관적으로 되고 객체 판단이 더 정확해집니다. 이러한 참조 설계는 고객이 관련 스마트 홈 IoT 시스템 개발을 가속화할 수 있도록 도울 것이며, 관심 있는 제조업체들로부터 심층적인 이해와 참조를 받을 가치가 있습니다.