스마트 공간: 연결성

게다가, 설계 시 해당 용도에 적합하지 않은 통신 방법을 채택하면 설계 결함으로 곤혹을 치르게 될 뿐만 아니라 처음에 선택했던 기본 하드웨어가 다른 통신 기술과 호환되지 않을 수 있으므로 처음부터 다시 설계를 해야 할 수도 있습니다.

그렇기 때문에 엔지니어들은 반드시 프로젝트에 무엇이 요구되는지, 각각의 통신 기술이 무엇을 제공할 수 있는지, 그리고 어떤 기술이 해당 상황에 가장 적합한지를 시간을 두고 정확히 파악해야 합니다.

스마트 공간 연결성 옵션을 선택할 때 어떤 요소가 중요합니까?

연결성 기술을 선택할 때는 수많은 요소들이 해결책을 만들 수도, 해결책을 망칠 수도 있습니다. 스마트 공간의 경우에는 범위, 전력, 광역폭, 신뢰성, 기능 및 보안이 이러한 요소가 될 것입니다.

범위를 기준으로 하여 연결성 옵션을 선택하면 기기들이 더 먼 거리에서 작동할 수 있겠지만 그 만큼의 전기 요금이 발생할 것입니다. 범위는 소비되는 전력과 직접적인 연관이 있으므로 가장 먼 거리를 지원하는 기술이 전기를 가장 많이 소비할 것입니다(그 광역폭을 희생하지 않는다면).

전력은 무선 솔루션을 구현할 때 고려해야 할 두 번째로 중요한 요소인데, 이는 기술들마다 전력 소비량이 크게 다르기 때문입니다. 더 낮은 광역폭과 범위를 지원하는 기술들은 고전력, 장거리 기술에 비해 에너지가 훨씬 더 적게 소비되곤 할 것이며, 바로 사용할 수 있는 전력의 양이 한정되어 있는 배터리로 구동되는 장치에는 이런 기술이 바람직할 것입니다.

일부 기기들은 다량의 정보를 전송해야 할 테지만(예: 카메라) 어떤 기기들은 시간 당 몇 바이트만 전송하면 될 것이므로, 광역폭이라는 요소도 고려해야 합니다. 최대한 가장 낮은 광역폭을 시도하고 사용하면 거리도 더 넓어지고 전력 소비량도 크게 줄어들곤 하기 때문에 이 방법이 가장 좋습니다.

신뢰성은 실시간 응답을 제공해야 하는 설계의 경우 문제가 될 수 있는 요소입니다. 이것은 데이터가 항상 전송된다는 뜻이 아니라 어떤 이벤트가 발생하는 순간에 그 기기나 기기와 연결된 서비스가 즉시 대응할 수 있어야 한다는 뜻입니다. 신뢰성을 제공하지 못하는 무선 통신 기술은 이벤트를 놓칠 수 있으므로 신뢰할 수 없는 시스템이 될 수 있습니다.

모든 무선 통신 기술은 데이터 전송을 기본적인 서비스로 제공하지만 몇몇 기술들은 위치 결정 같은 추가 기능을 제공할 수 있습니다. 이러한 기능은 추가 비용 없이 추가적인 기능성을 설계에 추가할 수 있을 것입니다.

하지만 위에 나열한 모든 요소들 중 가장 중요한 것은 단연코 보안입니다. 오늘날 전자장치에서 개인 정보와 보안의 중요성이 커짐에 따라, 미래의 스마트 공간은 인터넷이 가능한 기기들이 주가 될 것이며 개인 정보(얼굴, 생체 정보 등)를 수집해야 할 가능성이 있으므로 스마트 공간에 있는 기기들의 보안이 필요하게 될 것입니다. 그러므로 어떤 무선 통신 기술을 선택하든지 공격으로부터 보호되어야 할 것입니다.

스마트 공간 기술에는 주로 어떤 것들이 있나요?

여러 가지 무선 기술이 있는데, 가장 일반적인 기술은 Wi-Fi, 블루투스, 셀룰러, 초광대역(UWB) 기술입니다. 그 밖에 LoRaWAN이나 위성 같은 기술이 있지만 이런 기술들은 센서가 극도로 멀리 떨어진 지역에서 발견될 수 있는 더 전문적인 분야에 사용됩니다.

Wi-Fi는 양호한 범위와 높은 데이터 전송 속도를 필요로 하는 분야에 아주 훌륭한 기술입니다. Wi-Fi는 가전 제품을 염두에 두고 개발되었기 때문에 게임, 동영상 스트리밍 및 파일 공유 등 매우 까다로울 수 있는 분야에 사용하도록 설계되었습니다. 그러나 낮은 지연율과 높은 광역폭, 그리고 넓은 사용 범위는 전력 소비를 많이 요구하므로 Wi-Fi는 배터리로 구동되는 기기에는 좋은 선택이 아닐 수 있습니다.

블루투스는 Wi-Fi와 동일한 주파수 스펙트럼(2.4GHz)에서 작동하는 무선 기술이지만 Wi-Fi와 달리 작동 범위가 몇 미터밖에 되지 않고 데이터 전송 속도가 훨씬 더 낮습니다. 따라서 블루투스는 에너지 소비량이 매우 낮은(Wi-Fi에 비해) 옵션이며, 블루투스 저에너지의 개발은 장시간 동안 배터리에 의존해서 운영되는 분야에 훨씬 더 좋은 요소로 작용하고 있습니다. 그러나 광역폭이 작기 때문에 큰 데이터 패킷을 전송하는 센서의 경우 다른 기술을 적용하는 것이 더 좋을 것입니다.

셀룰러 통신(예: 4G, 5G)은 Wi-Fi에 비해 적은 에너지를 사용하면서 훌륭한 사용 범위와 광역폭을 제공합니다. 이 기술의 또 다른 장점은 모바일 통신 영역에서는 센서가 네트워크에 연결할 때 특별한 장치를 설치할 필요가 없다는 점입니다. 그러나 셀룰러 서비스가 항상 좋은 것은 아니어서 외딴 곳에서는 특히 네트워크 접속이 어려울 수 있습니다.

UWB 는 Wi-Fi와 셀룰러보다 에너지를 훨씬 더 적게 사용하면서 장거리 통신을 제공할 수 있다는 점에서 최근에 주목을 받기 시작한 네트워크 기술입니다. 게다가 넓은 스펙트럼과 순간적인 에너지 폭발을 이용하므로 기기의 위치를 매우 정확하게 파악할 수 있습니다. 그러므로 UWB는 특히 이동 중인 자산의 추적을 필요로 하는 분야에서 이점이 있습니다.

어떤 스마트 공간 연결성 옵션이 가장 좋나요?

엔지니어가 사용할 수 있는 여러 가지 연결성 옵션들을 검토해본 결과, 한 가지 질문이 남습니다. 어느 것이 가장 좋은가요? 어떤 연결성 기술을 사용할 것인지는 설계 요구사항에 따라 달라지므로 이 질문에 정답은 없습니다.

도심 지역의 실외 스마트 공간의 경우, 사용 범위가 넓고 대부분의 위치에 기기를 설치할 수 있는 반면에 신호가 안정적으로 수신되고 배터리로 작동하기에 적합하다는 점에서 셀룰러 네트워크가 매우 유리할 수 있습니다. 그리고 셀룰러 네트워크를 이용하면 기기와 ISP 사이에 라우터, 브리지, 또는 모뎀을 추가할 필요가 없어서 하드웨어의 복잡성이 크게 줄어듭니다.

실내 스마트 공간(예: 집)의 경우, 사용 범위가 양호하고 일반 개인들이 널리 사용할 수 있으며 메시지 전송 지연율이 낮고 기존의 IoT 기기에 널리 사용할 수 있는 Wi-Fi를 이용할 수 있습니다. Wi-Fi는 에너지를 필요로 하지만 내부에 설치된 기기들은 주 전원을 이용할 수 있을 것입니다.

전원 인프라가 없는 스마트 공간에서는 배터리에 의지할 것이며, 이런 경우에는 블루투스나 UWB를 사용하는 것이 좋을 것입니다. 기계의 힘(예: 초인종)을 통해 전원을 공급받는 일부 저에너지 블루투스 기기가 이미 시중에 나와 있는데, 이는 블루투스 기기를 실행하는 데 전력이 얼마나 적게 필요한지를 단적으로 보여줍니다.

움직임 감지 센서를 이용하는 분야(예: 팰릿 대차, 사람, 또는 화물)의 경우에는 넓은 사용 범위와 적은 에너지, 그리고 정확한 추적 기능을 제공하는 UWB를 사용할 수 있습니다. UWB는 이미 Apple AirTag와 같은 자산 추적 기기에 사용되고 있으며 스마트폰 설계 시 UWB가 통합되는 경우가 점점 더 많아지고 있습니다.

스마트 공간 산업은 어디를 향하게 될까?

현재 사용되고 있는 모든 통신 기술 중에서 셀룰러가 스마트 공간을 위한 궁극적인 솔루션이 될 것으로 보입니다. 첫째, 미래의 스마트 공간은 도시, 산업 현장, 그리고 가정이 될 가능성이 높고 이 공간들은 모두 이동전화 수신이 가능합니다. 이 말은 네트워킹 장비를 새로 설치하지 않고도 스마트 공간에 기기를 추가할 수 있으며 새로운 기기를 추가할 때 기기를 적절한 클라우드 서비스에 연결하기만 하면 된다는 뜻입니다.

현재 5G가 출시되어 있고 이미 6G를 개발 중인데, 6G는 최초의 통합 네트워크가 될 것이라는 주장도 나온 상황이라서 유일하게 필요한 무선 네트워크는 6G가 될 것입니다. 물론, 블루투스와 Wi-Fi는 여전히 제역할을 할 테지만, 중앙화된 네트워크는 사용 범위가 더 우수하고 설치가 더 간단하다는 큰 이점을 가져다줄 수 있을 것입니다. 게다가, 스마트 공간에는 수백 개의 센서가 장착될 텐데, 현재의 Wi-Fi 네트워크는 이렇게 연결된 많은 기기들을 동시에 처리하도록 설계되어 있지 않습니다(반면에 셀룰러 네트워크는 처리가 가능함).

이미 개발 단계에 깊숙하게 들어와 있는 설계를 변경하려고 한다면 비용이 너무 많이 발생할 수 있으므로 여러 가지 연결 기술 가운데에서 자신의 분야에 적합한 것을 선택하는 것이 중요합니다. 기술에 대해 결정을 할 때는 자신의 설계의 주된 요건이 무엇인지 개략적으로 파악한 다음, 어떤 기능들을 포함시킬 것인지에 생각해 보십시오. 마지막으로, 기기를 미래의 솔루션과 호환되게 만들면 교체되어야 하는 기기에 비해 엄청난 경쟁 우위를 갖게 될 것이므로 관련 산업이 어디를 향하게 될 것인지에 대해 생각해 보십시오.