수많은 사물인터넷이 인류의 미래를 연결합니다

소형 장치를 IoT에 연결하는 것은 어려운 문제였는데, 이는 스마트 장치들이 서로 호환되지 않는 다양한 기술을 사용했기 때문입니다. 오늘날 셀룰러 IoT LPWAN은 WLAN과 클라우드 간 장거리 무선 연결성에 대한 요구를 충족시키면서 급성장하고 있습니다. ITU-R은 NB-IoT와 LTE-M을 5G 표준의 핵심 부분으로 지정하여 지속적인 발전을 보장하고 있으며, DECT NR+는 대규모 IoT에 필요한 모든 기술 요건을 충족하고 5G 기술로 정의됩니다. 이를 통해 엔지니어는 SIM 없이도 자신만의 고밀도 프라이빗 메시 네트워크를 구축할 수 있습니다. 셀룰러 IoT와 DECT NR+는 높은 밀도의 IoT 애플리케이션에 이상적입니다. Nordic Semiconductor는 미래 수십억 대의 스마트 장치를 연결하는 데 사용될 이 기술의 핵심 부품을 설계하고 있습니다.

벨 연구소의 Advance Mobile Phone System (AMPS) 셀룰러 네트워크에서 오늘날의 5G 인프라로의 개발 경로는 주요 기술 도약으로 특징지어졌습니다. 각각은 ‘세대’로 표현됩니다. 1970년대 후반과 80년대 초의 ‘1G’는 음성 통화를 아날로그 시스템을 사용하고 백홀에서는 디지털을 사용한 셀룰러 모바일 통신에 기반을 두고 있었습니다. 올-디지털(모두 디지털화된) 2G는 1990년대 초에 등장했습니다. 세기가 바뀌기 직전, 3G는 스마트폰의 출현을 지원하기 위해 더 높은 처리 속도를 가져왔습니다. 4G는 2009년부터 Long Term Evolution (LTE) 표준을 도입했습니다. 4G의 최대 처리 속도 100 Mbps는 고화질 비디오 지원을 가능하게 했습니다. 5G 표준은 2016년에 도입되었습니다. 이 기술은 인터넷 광대역에 대한 섬유 네트워크와 직접적으로 경쟁할 수 있으며, 이전 세대에 비해 낮은 지연 시간과 향상된 스펙트럼 효율성을 제공합니다. 또한, 5G는 대규모 IoT로 이어지는 대규모 머신 타입 커뮤니케이션(mMTC) 요구 사항을 염두에 두고 정의된 최초의 모바일 표준입니다.

매시브 IoT는 수십억에서 궁극적으로는 수조 개의 소형 장치가 인터넷에 직접 연결될 미래의 네트워크를 설명하기 위해 만들어진 용어입니다. 이러한 ‘사물’은 소비자들이 인터넷과 연관 짓는 PC, 서버, 스마트 TV, 스마트폰이 아닙니다. 오히려 인간-기계 인터페이스가 없는 작고 자원이 제한된 센서와 액추에이터일 가능성이 더 높습니다. Ericsson은 매시브 IoT 애플리케이션을 “지연 시간이 덜 민감하고 비교적 낮은 처리량 요구 사항을 가지지만, 뛰어난 커버리지를 갖춘 네트워크에서 저비용, 저에너지 소비 장치가 대량으로 필요한 것”으로 정의합니다. 이 회사는 광범위한 영역에 걸친 연결성을 활용하고 다수의 연결을 처리할 수 있는 IoT 사용 사례의 인기가 높아지면서 매시브 IoT에 대한 수요를 촉진하고 있다고 설명합니다.

불과 몇 년 전만 해도 작은 사물들을 IoT에 연결하는 것은 어려웠으며, 비싸고 복잡한 게이트웨이에 의존해야 했습니다. 하지만 오늘날 우리는 셀룰러 IoT, 특히 LPWAN 옵션인 LTE-M 및 NB-IoT 형태로 우아한 솔루션을 보유하고 있습니다. 셀룰러 IoT LPWAN은 WLAN과 클라우드 간의 에너지 친화적이고 비용 효율적이며 장거리 무선 연결에 대한 요구를 충족시키기 때문에 급성장하고 있습니다.

고속 이동통신 기술은 매우 복잡하고 비용이 많이 들며, 하드웨어는 부피가 크고 전력 소모가 많습니다. IoT 엔지니어들에게는 고속 이동통신 기술의 높은 비용, 복잡성 및 전력 소비가 배터리로 구동되는 소형 센서로 구성된 IoT 네트워크를 구축하는 것을 어렵게 만듭니다.

그러나 셀룰러 모뎀—기본적으로 간소화된 모바일 핸드셋 모뎀—은 고가의 원격 자산을 클라우드에 연결하는 틈새 시장을 찾아냈습니다. 예를 들어, 스마트 전기 배전망을 제어하는 데 사용되는 농촌 지역의 지능형 전자 장치(IED)는 셀룰러 모뎀을 통해 정보를 정기적으로 제어 센터로 전송합니다. 그리고 자판기와 같은 상업용 장비의 운영자는 재고를 수동으로 확인하기 위해 서비스 담당자를 파견하는 대신 셀룰러 모뎀을 사용하여 정보를 본사로 전송할 수 있습니다.

하지만 이러한 애플리케이션을 구동하는 모뎀은 IoT를 구성할 저전력 및 자원이 제한된 장치에는 적합하지 않습니다. 대신, 셀룰러 IoT의 기원은 7개의 통신 표준 개발 조직으로 구성된 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 LTE 사양 Release 13에서 찾을 수 있습니다. 이 사양은 IoT를 위한 LPWAN의 요구 사항을 지원하는 새로운 저복잡도 RF 모뎀을 정의했습니다.

2016년에 채택되었을 때 Release 13은 LPWAN 지원을 위한 세 가지 새로운 기술을 명시했습니다: Extended Coverage GSM Internet of Things (EC-GSM-IoT), LTE-M 및 NB-IoT. 이후로 가장 큰 영향을 미친 것은 후자의 두 기술입니다. LTE-M은 1.4 메가헤르츠 대역폭을 갖춘 반 또는 완전 이중(full-duplex) 시스템으로 작동합니다. 원시 데이터 처리량은 다운링크에서 초당 300 킬로비트, 업링크에서 초당 375 킬로비트로, 인터넷 프로토콜(IP)을 실행하는 애플리케이션 양방향으로 약 초당 100 킬로비트를 제공합니다. 이동성은 기존 LTE와 동일한 셀 핸드오버로 완전히 지원됩니다. 반면, NB-IoT는 주로 에너지 효율과 건물 및 지하로의 더 나은 침투를 위해 설계되었습니다. 이러한 설계로 인해 상대적으로 적은 처리량이라는 타협이 따릅니다. NB-IoT는 LTE 물리 계층(PHY)에 기반하지 않으며, 대신 LTE-M 모뎀보다도 복잡성이 낮은 새로운 유형의 RF 기술입니다. NB-IoT는 좁은 200 킬로헤르츠 대역폭을 사용합니다.

2016년 Release 13 이후로 셀룰러 IoT에 대한 사양은 계속 발전해 왔습니다. 예를 들어, Release 14에서는 더 높은 처리량을 특징으로 하는 NB-IoT의 두 번째 형태인 CAT-NB2를 도입하고 NB-IoT를 위한 몇 가지 고급 위치 기술을 도입했습니다. 그리고 Release 17은 처리량을 더욱 증가시켰습니다. 아마도 가장 중요한 점은 NB-IoT와 LTE-M이 초기에는 4G LTE 표준의 일부로 개발되었지만, 3GPP는 네트워크가 진화함에 따라 지속적인 발전을 보장하기 위해 NB-IoT와 LTE-M을 5G 표준의 핵심 부분으로 만들었다는 것입니다.

대규모 IoT 성장의 다음 단계는 이러한 5G 네트워크를 활용할 것입니다. 엔지니어들은 앞으로 필요할 것을 예측하기 위해 미리 생각해왔으며, ‘대규모 기기 간 통신’(mMTC)을 포함한 미래를 정의했습니다. 이는 기계 간 통신(M2M) 애플리케이션을 위한 저전력 무선의 대규모 설치를 예상하는 미래입니다. 이러한 기술은 1제곱킬로미터당 최대 백만 대의 기기를 배치할 수 있도록 설계될 것입니다.

Nordic Semiconductor는 2018년에 LTE-M/NB-IoT 모뎀과 GNSS가 통합된 저전력 SiP인 nRF9160을 출시하며 셀룰러 IoT 솔루션을 선보였습니다. 이는 셀룰러 IoT라는 신기술 분야에서 회사가 선구자가 될 수 있는 기반을 마련해 주었으며, 오늘날 Nordic은 이를 바탕으로 완전 통합된 최고급 대규모 IoT 솔루션을 최초로 제공하는 기업이 되었습니다. Nordic의 솔루션은 셀룰러 IoT 설계, 제조 및 배포에 있어 단순성, 안정성 및 비용 효율성을 제공합니다.

IoT가 약속된 잠재력에 도달하기 위해서는 포괄적으로 설계된 기반이 필요합니다. Nordic은 셀룰러 IoT에 대한 엔드 투 엔드 지원을 도입하여 지속 가능한 IoT 인프라를 구축하는 데 고객을 돕는 선도 기업 중 하나입니다. 그러나 회사는 이제 막 시작 단계에 있습니다. Nordic의 계획은 수년에 걸쳐 수십억 개의 미래 스마트 기기를 연결하는 데 사용할 중요한 인프라 구성 요소를 설계하고 공급하는 주요 업체가 되는 것입니다.

Nordic는 5년에 걸친 셀룰러 IoT의 전 세계 확장 기간 동안 시간을 현명하게 활용했습니다. Nordic이 한 일은 경쟁사들을 훨씬 앞서는 플랫폼 솔루션을 처음부터 개발한 것입니다: nRF91 시리즈, nRF9160 LTE-M/NB-IoT SiP부터 시작되었습니다.

셀룰러 IoT 제품을 동전형 배터리처럼 작은 것으로 구동할 수는 없지만, 약간 더 큰 일반 배터리를 사용하여 장시간 구동할 수는 있습니다. 배터리 기술의 최신 발전은 셀룰러 IoT 응용 프로그램이 블루투스 무선 기술과 유사한 기간 동안 작동할 수 있게 할 가능성을 열어줍니다. 이는 일부 사용 사례에서 수년을 의미합니다. 에너지 수확 기술의 최근 발전은 머지않은 미래에 이 배터리 작동 수명을 수년, 아니면 수십 년까지 연장할 수 있는 가능성을 제시합니다.

Nordic의 nRF9160 SiP에 이어 셀룰러 IoT SiP 제품군에 두 가지 강력한 새로운 추가 제품이 합류했습니다: nRF9161 및 nRF9131 LTE-M/NB-IoT 및 DECT NR+ (‘NR+’) 솔루션. 이들은 셀룰러 IoT의 획기적인 상업적 및 기술적 가능성을 더욱 새롭게 정의할 뿐 아니라, 셀룰러 IoT에 최초로 기본 NR+ 지원 및 기능을 도입했습니다.

기존 셀룰러와 달리, NR+는 운영에 셀룰러 기지국을 필요로 하지 않습니다. NR+는 주파수 계획이나 스펙트럼 임대 비용 없이, 글로벌 비면허 1.9 GHz 대역을 사용하는 사설 네트워크로 작동할 것입니다. 그러나 NR+는 최첨단 5G 기술로, 훨씬 낮은 비용으로 셀룰러의 모든 이점을 제공할 것을 약속합니다. 여기에는 수백만 개를 넘어 수십억 개의 IoT 노드로 글로벌 확장이 원활하고, 셀룰러의 전설적인 보안성과 신뢰성을 포함한 이점이 포함됩니다.

NR+는 실패가 허용되지 않는 완전히 새로운 M2M 애플리케이션에서 초고신뢰 무선 연결을 제공할 것을 약속하는 순수 IoT 무선 기술입니다. 예를 들어, 자율 주행 차량이나 인간 공장 또는 창고 작업자와 함께 작동하는 고속 로봇을 생각해 보십시오. 또는 건물, 도시 및 유틸리티 네트워크의 주요 인프라를 생각해 보십시오.

전체 공급망을 소유하고 고객의 요구를 충족시키기 위해 Nordic의 현재 제품 제공은 모든 주요 무선 IoT 연결 프로토콜과 기술로 확장되었습니다. 여기에는 셀룰러 IoT(NB-IoT 및 LTE-M)뿐만 아니라 최신 대규모 IoT 기술인 DECT NR+, 저전력 Wi-Fi, Matter, Thread, Zigbee, Cloud 및 위치 서비스, PMIC, 그리고 신호 확장기가 포함됩니다.

Nordic은 처음에 nRF51 시리즈를 출시하면서 Bluetooth 무선 연결 시장을 재정의했습니다. 그리고 이제 최첨단 nRF91 시리즈로 셀룰러 IoT에서 가능한 것의 한계를 새롭게 정의하고 있습니다. Nordic은 경쟁사들이 뒤쫓아가는 동안, 자사는 차세대 돌파구를 개발하며 계층을 재정의하는 무선 IoT 연결 제품을 시장 최초로 출시한 기록을 가지고 있습니다. 또한, Nordic은 지원하는 다양한 표준 기반 IoT 기술에 대한 주요 업그레이드를 포함한 제품을 최초로 출시하는 회사이기도 합니다.

무엇보다도 Nordic의 고객들에게 있어 가장 중요한 점은, 제품에 Nordic 솔루션을 채택할 경우, 해당 장치가 여러 차세대 업그레이드를 처리할 수 있을 만큼 충분히 유능해진다는 것입니다. 이러한 미래 대비는 상당한 비용 절감을 가져올 뿐만 아니라 시장 출시 시간에서 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다.

IoT는 기후 변화, 지속 가능한 소비, 소중한 자연 자원의 보존, 건강 결과 향상 그리고 모두를 위한 더 행복하고 안전하며 건강한 세상을 만드는 것과 같은 지구의 가장 큰 문제들을 해결하는 데 주요한 역할을 할 것입니다. 오랜 시간이 걸렸지만, 2024년은 셀룰러 IoT 기술이 더 널리 보급되기 시작하는 해가 될 가능성이 큽니다. 이는 다양한 제품에 설치되고, 수많은 IoT 애플리케이션에 글로벌 연결성을 제공하는 중요한 백본을 형성하는 것을 의미합니다.