지난 11월 초, KT는 LG U+와 'NB-IoT 공동협력'을 선언하고 2017년 1분기 (Q1)에 NB-IoT를 상용화한다고 발표하였다. 이어서 11월 말에는 2017년 6월까지 NB-IoT 전국망을 구축한다고 발표하였다. 11월 들어 SK 텔레콤이 LoRa 기반 소물인터넷 상용 서비스를 시작하면서, KT가 소물인터넷 시장 진입을 서두르고 있는 것이다.   

 

소물인터넷은 소량의 데이터 (온도/습도 등 센서 데이터, 위치 데이터 등) 전송에 특화된 서비스로, 저전력 광역 (LPWA; Low Power Wide Area) 기술을 기반으로 한다. 진입 장벽을 낮추려면 무엇보다 저비용이 요구된다. 낮은 네트워크 비용, 낮은 모듈/기기 가격, 낮은 요금 등. 

 

KT와 SK 텔레콤 양사 모두 소물인터넷 망으로 지난 3월 LTE-M 망을 상용화하였다. 그러나 저전력, 모듈 가격, LTE와의 coexistence 효율성, 생태계 확장성 등을 고려하여, 주력 소물인터넷 망으로는 SK 텔레콤은 LoRa 망을 KT는 NB-IoT 망을 선택했다.

 

SK 텔레콤은 지난 6월 LoRa 기반 IoT 전용망 전국 구축을 완료하고, 11월 상용서비스에 들어갔다. 일찌감치 통신사업자에서 플랫폼 사업자로의 변환을 선언했던 SK 텔레콤은 소물인터넷 사업을 플랫폼 중심으로 가져가려 한다. 플랫폼 확산을 위해서는 무엇보다 시장 선점이 중요한 바, SK 텔레콤은 생태계 구축에서 앞서있는 LoRa를 이용하여 발 빠르게 소물인터넷 사업을 추진하고 있다 (넷매니아즈 블로그 1, 2, 3과 리포트 참조). SK 텔레콤이 LoRa를 선택한 데는 1) LoRa 모듈이 저가인 점, 2) open source로 플랫폼 중심의 에코시스템 구축/확장이 용이한 점을 들 수 있다.  

 

이에 비해 KT는 3GPP 표준 기술인 NB-IoT를 기반으로 소물인터넷 사업을 추진하고 있다. 평창올림픽 주관 통신사로 5G 시범서비스 준비에 매진하고 있는 KT는 SK 텔레콤처럼 별도의 IoT 망을 구축할 여유와 여력은 없어 보인다. KT처럼 3GPP 표준에 기반한 IoT 추진은 1) 글로벌 표준으로 향후 기술진화 수용이 용이하고, 2) 글로벌 로밍 (roaming)이 가능하며, 3) 면허대역을 이용함으로써 QoS를 보장하고 보안 및 간섭 성능이 우수하다는 장점을 가진다. 또한 별도의 IoT 망을 구축하지 않고 기존 LTE 망을 활용할 수 있어 비용 효율적이다.

 

하지만, NB-IoT는 지난 6월 Release 13에서 처음 표준화되었고 Release 14에서 계속 표준화되고 있다. 텔레콤은 이미 LoRa 상용 서비스에 들어갔고, 일반적으로 표준화 후 1년 ~ 1년 반 후 서비스가 상용화됨을 감안할 때 NB-IoT는 시장 진입에서 한발 늦고 있다. 또한, 기존 LTE 망을 활용하여 NB-IoT 망을 구축하더라도 기존 시스템이 Release 13 NB-IoT 기능을 지원하려면 추가 투자는 필요하다. KT는 늦은 시장 진입에 대한 해결책을 모색해야 하고 효율적인 NB-IoT 망 구축 방법을 강구해야 한다.  

 

이번 글에서는, KT의  소물인터넷 추진전략을 NB-IoT 를 중심으로 살펴보고, NB-IoT 관련 기술을 간단히 정리한다.   

 

<KT 소물인터넷 추진 전략> 

 

■ 소물인터넷 사업 분류: Massive IoT, Critical IoT

KT 는 소물인터넷 사업 영역을 Massive IoT 영역과 Critical IoT 영역으로 구분한다. Massive IoT는 소량 데이터와 저속으로 전송되는 영역으로 NB-IoT 기반으로 서비스를 제공한다. Critical IoT는 대용량 데이터 and/or 고속으로 전송되는 영역으로 LTE-M 기반으로 서비스를 제공한다.

• Massive IoT (NB-IoT): 스마트 미터링, 스마트 쓰레기통, 방재환경, 칩입안전, 자산관리, 위치추적, 스마트 팩토리
• Critical IoT (LTE-M): 헬스케어, 무선결재, 홈제어, 차량통신, 교통 SoC, 위치추적, 스마트 팩토리 

 

KT 소물인터넷 분류 (source: KT)

 

■ 소물인터넷 추진 경과 및 계획

 

KT 소물인터넷 추진 경과 및 계획

 

• LTE-M 추진 현황

2016년 3월말 LTE-M 전국망 구축을 완료하고, 11월 말 혈액박스 운반을 위한 콜드 체인 서비스를 상용화하였다. 올 봄 자전거 도난방지 서비스를 상용화할 예정이다.  

 

 

LTE-M 콜드체인 서비스 (혈액 박스 운반) 

 

LTE-M 자전거 도난 방지 서비스

 

• NB-IoT 추진 현황 및 계획

2016년 8월에 KT는 LTE 상용망 환경에서 coverage 확대 기술을 시연하였고, 9월에는 산악 안전 자켓과 텐트 등으로 산악 환경에서 NB-IoT 서비스를 시연하였다.

올해 3월에는 85개시에 NB-IoT 상용망을 구축하고 6월에는 NB-IoT 전국 상용망을 구축할 계획이며, 상반기 안에 NB-IoT 상용서비스를 시작할 계획이다. 

 

NB-IoT 상용망 시연 (좌) 및 서비스 시연 (우)

 

■ NB-IoT 사업 특징

NB-IoT는 LTE 진화 기능으로 면허 대역을 사용하는 만큼, KT는 비면허 대역을 이용하는 LoRa에 비해 NB-IoT가 서비스 품질을 보장하고 보안이 강화된다는 점을 강조한다. SIM 기반 인증으로 보안을 강화하였고, 음성 통화를 지원하여 응용 범위가 넓으며, LTE 기지국 외에 30만여 개의 중계기를 활용할 수 있어 실내, 지하 및 외곽지역에서도 서비스가 가능하다. 또한 기지국 출력을 3W 이상 낼 수 있어 최대 200mW인 LoRa에 비해 커버리지가 넓으며, 셀 당 15,000개 기기 연결을 지원하는 대용량인 점도 사업성에 유리한 점이다.  

KT NB-IoT 주요 기능으로는 10년 이상의 배터리 수명, $5 이하의 모듈, 7배 이상 확장된 커버리지를 들 수 있다 (3GPP NB-IoT 요구사항과 관련 기술은 블로그 후반부 참조). 

 

■ NB-IoT 사업 추진 방향

KT의 NB-IoT 사업은 크게 미터링, 자산 관리, 어린이/노인 케어, 스마트 시티, 산업 IoT로 구분할 수 있다.

 

<NB-IoT 사업> 

(source: KT)

 

스마트 미터링은 NB-IoT 보안 기술로 신뢰성을 높이고, 자산 관리는 로밍 및 KT Sat 위성을 통해 글로벌 물류 관리로 확장할 계획이며, 어린이/노인 케어는 지하와 외곽 지역도 모두 포함하는 넓은 커버리지를 제공하도록 추진할 계획이다.   

 

■ KT와 LG U+와 NB-IoT 협력 방향

지난 11월 들어 SK 텔레콤이 LoRa 상용 서비스를 시작하면서, 11월 초 KT와 LG U+는 NB-IoT를 조기 상용화를 위한 상호 협력을 발표하였다. 올해 1분기에 공동으로 NB-IoT 망을 상용화하고 칩셋, 모듈, eSIM, 단말 등을 공동 소싱하여 빠르게 생태계를 구축하고, 기술 표준화와 글로벌 시장 확대를 공동 추진할 계획이다. 또한 NB-IoT 사업 아이디어를 공동 발굴하고, NB-IoT 개발 지원 시설을 공유할 계획이다. 

투자 규모와 협력 항목 등 핵심이 빠져있어 협력에 대한 진정성은 느끼기 어렵지만. 소물인터넷 시장에 LoRa가 먼저 진입함에 따라 NB-IoT 조기 상용화가 양사가 당면한 공동 목표임은 분명하다. 양사 협력이 현실화되면 NB-IoT 생태계 구축과 확산에 긍정적으로 작용할 것이다. 소물인터넷 진입은 SK 텔레콤보다 늦어졌지만, NB-IoT 조기 상용화를 통해 소물인터넷 시장 성장을 NB-IoT 중심으로 가져가겠다는 것이 이들의 전략이다.  

 

KT와 LG U+의 NB-IoT 협력 방향성

 

■ NB-IoT 전국망 구축 전략 

KT는 기존 LTE 망을 upgrade하여 NB-IoT 망을 구축할 계획이다. 이를 위해서 KT는 지난 11월 말, 기존 LTE 기지국 제조사인 삼성, 에릭슨 엘지, 노키아와 NB-IoT 전국망 구축 협약식을 가졌다. KT NB-IoT 망은 1.8 GHz 대역에서 200 KHz를 대역폭으로 이용한다. 기존 LTE 기지국은 신 기지국인 경우 SW 업그레이드 (NB-IoT SW 설치)를 하고, 구 기지국인 경우 NB-IoT 모뎀을 추가하고 SW 업그레이드함으로써 LTE 망이 NB-IoT 기능을 지원하게 된다. NB-IoT 모뎀을 장착한 모듈과 이를 장착한 기기도 필요하다.

 

NB-IoT는 3GPP 표준이다. 아래에서는 3GPP NB-IoT 기술 현황을 간단히 살펴본다. 

 

<3GPP NB-IoT 기술> 

 

LoRa SIGFOX 등 비 3GPP LPWA 기반 소물인터넷 서비스가 이미 상용화되어 소물인터넷 시장이 확대됨에 따라 3GPP에서도 NB-IoT 표준에 박차를 가해 왔다. 2016년 6월 Release 13에서 NB-IoT core 파트에 대한 표준이 완성되었다. Release 13에서는 NB-IoT 요구사항 및 운용모드 (Standalone mode, Guard-band Mode, In-band Mode)가 정의되고 NB-IoT core 파트로 상/하향 링크 전송 방식이 정의되었다. Cell capacity는 셀 당 5만 device, 기기 배터리 수명은 10년 이상을 요구한다.  

 

<NB-IoT 요구사항>

 

올해 3월 완료 예정인 Release 14에서는 보다 향상된 NB-IoT (enhanced NB-IoT; eNB-IoT) 기능이 정의되고 있다. Tracking 서비스 지원을 위한 Positioning 기술, SW/FW update, 그룹 메시지 전송을 위한 멀티캐스트 전송, mobility와 서비스 연속성 향상, 더 작은 form-factor 배터리 (예, wearable)를 위한 새로운 Power Class 등의 기능들이 추가될 예정이다. Release 15와 16에서 진행될 5G에서는 massive MTC 및 ultra reliable low latency communication 요구를 만족하기 위한 기능들이 표준으로 진행될 예정이다.  

 

<LTE-M과 NB-IoT 비교> 

 

IoT 기기와 IoT 어플리케이션/서비스 간 데이터 전달을 효율적으로 지원하기 위하여 Release 13에서는 CIoT (Cellular IoT)를 위해 최적화된 EPS 구조를 정의하였다. 또한 IP 스택을 지원하지 않는 IoT 기기들을 위한 non-IP 데이터 전달을 지원한다.

 

Optimized EPS architecture for CIoT (non-roaming case) - Network for NB-IoT data delivery (위)

 

이 구조는 기존 EPS와 달리 small 데이터를 사용자 평면 뿐 아니라 제어 평면 상에서 전달할 수 있는 CIoT EPS 최적화 기능 (Control/User plane)을 지원한다. 이를 위해 C-SGN (CIoT Service Gateway Node)과 SCEF (Service Capability Exposure Function)라는 새로운 엔터티를 도입하고 MME와 S-GW간에 데이터 전달을 위한 S11-U 인터페이스를 추가로 정의하였다. C-SGN은 EPC 노드들인 MME, S-GW, P-GW를 결합한 노드로, 이들 EPC 노드들의 기능을 간략화하고 CIoT EPS 최적화 기능을 지원한다. SCEF는 3rd party에 서비스 capability를 제공하기 위하여 도입된 엔터티인데 MME에 연결되어 non-IP 데이터를 전달 (Non-IP Data Delivery; NIDD) 하는데도 사용된다. 

• Non-IP Data Delivery: Non-IP 데이터는 SCEF나 SGi 인터페이스를 통해 어플리케이션/서비스 서버로 전달될 수 있다. SGi 인터페이스로 전달되는 경우 P-GW가 IP encapsulation하여 전달한다.
• Control plane CIoT EPS optimization: Small NB-IoT 데이터를 제어 평면 상에서 전달하기 위한 방법이다. Radio 구간에서 DRB (Data Radio Bearer)를 생성하지 않고 SRB (Signaling Radio Bearer)를 이용하여 전달한다. NAS PDU 형태로 MME에 도착한 NB-IoT data는 MME에서 SCEF를 거치거나 S/P-GW를 거쳐 전달된다. Non-IP 데이터인 경우만 SCEF를 거쳐 전달될 수 있다. Non-IP 데이터가 S/P-GW를 통해 전달될 경우 IP 터널에 encapsulation되어 전달된다.
• User plane CIoT EPS optimization: NB-IoT 데이터를 LTE 데이터처럼 사용자 평면 상에서 전달한다. Idle 상태에서도 단말과 기지국에 UE Context를 유지하여 connection 상태로 전환할 때 시그널링이 줄어든다. 제어 평면에서 전달하는 것보다 오버헤드는 증가하나 데이터는 순서대로 전달된다. 

 

지난 11월부터 SK 텔레콤이 LoRa 기반 소물인터넷 서비스를 출시하기 시작했고, 올해 1분기에는 KT와 LG U+가 NB-IoT 상용 서비스를 출시할 계획이다. 이로써 올해는 3사 모두 massive IoT를 위한 소물인터넷 전국망을 구축하게 되므로, 3사 간 소물인터넷 시장 경쟁이 본격화될 전망이다.

 

KT와 LG U+는 NB-IoT 조기 상용화를 위해 협력을 선언하고, NB-IoT가 LoRa에 비해 시장 진입이 늦지만 글로벌 표준에 기반하므로 생태계가 빠르게 형성될 것이고 향후 소물인터넷 시장이 NB-IoT 중심으로 성장할 것으로 전망하였다. 한편 SK 텔레콤은 NB-IoT가 상용화되고 활성화되는 동안 LoRa IoT 전용망을 기반으로 IoT 플랫폼 확산에 매진하면서, NB-IoT 시장이 확대되면 NB-IoT도 도입하여 LoRa와 같이 병행할 것으로 전망된다.

 

IoT 기기 수는 2020년 수백억 개로 예상되고 이 중 대부분은 소물이 차지한다. 소량 데이터에서 가치를 창출하는 소물인터넷 시장의 진입장벽을 낮추려면 무엇보다 저렴한 기기와 요금이 중요한데, 이는 소물인터넷 연결이 폭발적으로 증가하더라도 연결 수익 (ARPC)은 적음을 의미한다. 더구나 소물인터넷 연결 수익은 갈수록 감소할 것으로 전망된다. NB-IoT의 도입으로 3사 간 소물인터넷 시장 경쟁이 치열해지겠지만, LoRa냐 NB-IoT냐 보다는 플랫폼은 어떠냐, 어떤 서비스이냐가 중요할 것이다.