'Teknowledge Mobile Studio'  API Development and Mobile - Account Manager인 Romit Atta님이 보내온 기고글입니다.

 

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source: LoRa Alliance homepage

 

세계 전역의 통신사업자들 사이에서 LoRaWAN 인기가 빠르게 상승하고 있다. 2016년 말까지 LoRa IoT 프로토콜은 개인 및 공용 네트워크를 포함해서 50개국에서 구현되었다. 최근 추세로 보아 업계 전문가들은 50억 이상의 IoT 지원 장치 (즉, 연결된 장치) 중 약 61 %가 2021 년 LoRa 기술로 동작할 것으로 전망했다. 그럼, 이 LPWAN 프로토콜이 전 세계 통신사업자들에게 어떠한 점에서 유리하게 작용할지 자세히 살펴보도록 하자.

 

# 독보적인 배터리 성능

 

LoRa 네트워크에서 동작하는 기기는 ISM 주파수 사용 규정에 따라 기기 출력이 10 - 25 mW 이상을 넘지 않는다. 이로 인해 전체 데이터 소비 수준이 감소하고 기기 배터리 수명이 평균 9 ~ 10년으로 향상된다. 이 수치는 LTE Cat-M (2년 미만) 및 협대역 (8년 미만) 기기의 배터리 성능보다 훨씬 높다. 태생적으로 LoRa는 '저전력 '을 사용하므로 배터리 성능이 경쟁 기술보다 더 높다.

 

# 적응적 데이터 전송률

 

LoRa 네트워크의 ADR (Adaptive Data Rates)은 통신사업자가 선택하는 데 있어 매우 필요한 유연성을 제공한다. 'LoRaWAN R1.0 Open standard for the IoT' (2015)에 따라, 이 LPWAN 프로토콜은 데이터 전송 속도가 0.3 Kbps - 50 Kbps 범위에서 동작한다. ADR은 개별 기기 별로 적용되는 특정 알고리즘을 사용해서 네트워크 서버가 관리한다. 결과적으로 전체 네트워크 용량이 최적으로 활용되고 LoRa 구현이 훨씬 쉽고 효율적으로 되고, 기기 배터리 수명이 한층 증가한다.

 

# 우수한 커버리지

  

LoRa 기술의 가장 큰 장점 중 하나는 도시 및 농촌을 비롯한 모든 유형의 환경에서 끊김없이 원활하게 사용할 수 있다는 점이다. 실제로 농촌/준도시 지역에서는 LoRa 네트워크의 커버리지가 15 - 18 Km에 달하며 도시에서도 10 Km가 넘는다. 결과적으로 단지 몇 개의 LoRa 기지국 설치만으로도 도시 전체를 커버할 수 있어 '스마트 도시' 조성이 용이해진다. 예를 들어, 벨기에 거의 전체 (9/10)를 커버하는 데는 360개 기지국, 스위스 전체를 커버하는 데는 250개 기지국, 네덜란드의 경우 500 개 기지국으로 충분하다

 

# 고유 가치 제안

 

일반적으로 LPWAN, 그리고 그 중에서도 특히 LoRaWAN 표준은 틈새 시장 서비스를 공략한다.이는 LPWAN의 경쟁 기술 대부분이 제공할 수 없는 서비스이다. Zigbee, Bluetooth 및 WiFi 같은 무선 기술은 일반적으로 근거리에서 동작하며 짧은 커버리지를 요구하는 애플리케이션에만 사용할 수 있다. 반면에 NB-IoT와 같은 셀룰러 기술은 보다 강력하고 빠른 데이터 전송을 제공하지만 LoRa보다 훨씬 더 비싸다. 비용 차이는 이러한 셀룰러 기술을 업그레이드할 필요성을 고려하면 더욱 두드러진다. 저전력, 장거리 IoT 네트워크로는 LoRa가 가장 실용적이다.

 

참고: NB-IoT의 구현은 4G/LTE 기지국을 구축할 수 있는 장소로 제한된다. 또한 전체 기지국 수는 동일한 서비스 커버리지에 대해 LoRa 네트워크 인프라 구조에서 보다도 7 - 10 배 이상이 된다.

 

# 상당한 비용상의 이점

 

LoRa 네트워크 프로토콜을 구현하려면 advanced LoRa 게이트웨이 및 컨센트레이터 (concentrators)가 필요하다. 초기에는 이러한 비용이 추가 비용인 것처럼 보일 수 있지만 (예를 들어, NB-IoT는 게이트웨이가 필요하지 않다 ) 게이트웨이는 매우 경쟁력 있는 가격으로 책정된다. 또한 무선 칩셋 가격은 2 달러 미만 이며, 통신업체가 지불해야 할 연간 가입비는 기기 당 1 달러에 불과하다. 막대한 선행 투자가 필요 없고 전반적인 비즈니스 위험 요소를 크게 완화시킨다.

 

# 이상적인 대역폭 요구사항

 

LoRa는 좁은 대역폭 및 비면허 주파수 대역  (미국 915 MHz, 유럽 868 MHz)에서 동작한다. 결과적으로, 이 기술은 낮은/매우 낮은 데이터 전송 및 데이터 변동 가능성이 있는 IoT 사용 사례에 이상적이다. 다시 말해, LoRa 기술의 좁은 대역폭 요구사항은 최종 사용자에게 '정보 전달' (예, 주차 공간이 가득 찼음)만 하는 IoT 기기에 딱 들어맞는다. 비면허 주파수 스펙트럼을 사용하므로 수수료나 면허 비용도 들지 않는다.

 

# 용이한 설치 및 확장

 

전통적인 메쉬 구조 대신 LoRa 설치는 'star-of-stars 토폴로지'를 따르므로 통신사업자가 손쉽게 설치하고 확장할 수 있다. 네트워크 구조는 오류 가능성이 거의 없으며 구현 비용이 많이 들지 않는다. 무엇보다, 말 그대로 수천 노드/기기가 하나의 게이트웨이와 연결될 수 있어 관리 관련 부담이 적다. LoRa 인프라의 물리 계층에서 사용되는 'Chip Spread Spectrum' (CSS)은 송신기 전력을 낮추면서 무선 주파수 (RF) 링크 버짓을 일정하게 유지하여 더 높은 배터리 성능을 얻을 수 있다.

 

# 개방형 표준

 

LoRa와 Sigfox는 모두 개방형 표준이지만 LoRa가 IoT 솔루션 공급자에게 더 큰 장점과 더 나은 적용성을 제공한다. 우선, LoRa 대역폭이 Sigfox 보다 넓으면서 전송할 수 있는 메시지의 수 역시 훨씬 많다. 단일 사설 기관이 유지 관리하는 Sigfox와 달리 LoRa 프레임워크는 400 회원을 거느린 강력한 LoRa Alliance가 유지 관리 하므로 필요한 경우 백엔드 수정을 보다 쉽고 신속하게 할 수 있다. LoRa 생태계 또한 강력 하며 개방형 혁신에 대해 이상적이다. 네트워크 IP는 타사 벤더에게 라이센스를 부여할 수 있다. 개방형 IoT 표준이므로 LoRa는 응용 프로그램간에 원활한 상호 작용을 지원하며 또한 신속하게 배포할 수 있다.

 

# 확장성 및 보안성

 

'우수한 무선 IoT 표준 '으로 꼽히기 위해서는 솔루션의 확장성이 필요하다. LoRaWAN은 이 점에서 큰 점수를 받는다. 최종 어플리케이션의 정확한 요구사항에 따라 LoRa 기기의 커버리지는 2 - 3 Km에서 12 - 15 Km까지 다양하다. 이 가변성의 대표적인 예로, 상용으로 사용 가능한  Micro Cell 및 Macro Cell 게이트웨이 를 꼽을 수 있다. 또한 네트워크는 최첨단 AES-128 암호화 표준을 통해 100% 데이터 무결성 및 보안을 보장한다. LoRa 엔드 노드의 서비스는 가상 사설망 (VPNs)의 서비스와 비슷하여, 앱 서버와 네트워크 노드 간에 전달되는 모든 데이터가 암호화된다. LoRa 기술은 최고 수준의 보안, 안정성 및 확장성으로 통신업계에 훌륭한 도구로 떠오르고 있다.  

 

# 최소 간섭

 

Bluetooth 또는 WiFi와 비교하여 LoRa 네트워크의 성능은 간섭에 의한 영향이 훨씬 적다 . 이 장점은 LoRa가 비면허 sub-gigaHz 주파수 스펙트럼에서 작동하기 때문이다. 이들 스펙트럼에서는 초저전력으로도 다양한 종류의 장애물 (다른 말로 하자면 2.4 GHz에서의 WiFi 기능들)을 통해 데이터를 원활하게 통과시킬 수 있다. LoRaWAN 구조에서 사용되는 칩 및 센서 역시 확산 스펙트럼 방식 덕분에 보다 뛰어난 적응성과 최적화된 데이터 교환을 제공한다.

 

참고 : 절전 모드에서 LoRa 엔드 노드는 200 nA의 전력만을 소모한다. 수신기는 10 mA를 사용한다.

 

# 양방향 통신 지원

 

서로 다른 IoT 애플리케이션은 기능이 다르므로 다양한 능력이 필요하다. 실질적으로 모든 유형의 최종 어플리케이션의 호환성을 보장하기 위해 LoRa 모듈은 양방향 통신을 지원한다 (Sigfox도 양방향 통신을 제공하나 링크 버짓은 훨씬 더 작다). 지원되는 통신 형태에 따라, LoRa 기기는 3개 클래스로 분류된다:

a) Class A 기기 - ALOHA 프로토콜을 따르며, 모든 상향 링크 전송 후 2개의 작은 하향 윈도우를 갖는다, 

b) Class B 기기 - 추가적인 '수신 윈도우'를 열기 위해 LoRa 게이트웨이로부터 동기화된 비콘을 수신한다, 

c) Class C 기기 - 전송 중일 때를 제외하고 '수신 윈도우'를 계속 열어놓는다.

 

# 스마트 도시를 위한 LoRa

 

벨기에, 네덜란드, 한국, 호주, 중국, 인도 등 여러 국가의 통신업계가 LoRa 기술을 구현하기 시작했다 (개방형 LoRa 구현). 이 LPWAN 툴을 사용하는 이유는 매우 간단하다. LoRa를 사용하면 스마트 주차 슬롯, 공공 조명 및 폐기물 관리 도구, 커넥티드 카 지원, 홈 오토메이션, 물 및 오염 계량기, 예측 유지 보수 센서 및 심지어 도시 드론에 이르기까지 광범위한 IoT 어플리케이션을 만들 수 있다. 도시 종단 간 커버리지 (광역, 저전력, 간헐적인 데이터 전송용)에는 LoRa가 최상의 솔루션인 것이다.

 

 

올해 2 월 초, Actility사는 세계 최초의 글로벌 LoRaWAN 네트워크를 구축하기 위해 Inmarsat과 손을 잡았다. 사설망에서의 LoRa 적용 또한 증가하고 있어, 많은 회사가 이 기술을 사용하여 '스마트 작업 공간'을 구축하고 있다. 이 프로토콜은 5G가 지원되는 기지국과도 통합될 수 있어 미래에도 생존이 보장된다. LPWAN 시장은 초기 단계에서 '초기 성숙' 단계로 나아갔다. 통신회사가 LoRa 플랫폼을 활용하여 비즈니스를 확장할 수 있는 영역은 무수히 많다. 이 기술은 무시하기에는 장점이 너무 많다.