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

 

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source: LoRa Alliance homepage

 

인류는 '고연결성 사회'로의 여정에 있으며 그 길에 갈림길 따위는 없다. '사물인터넷' ('만물인터넷'에 더 가까움)에 대한 관심이 사상 최고치에 달하고 있으며, 그 관심의 대상이 홈 오토메이션과 커넥티드카/자율주행차로만 국한되지도 않는다. 최근 McKinsey 보고서에 따르면, 대규모 IoT 채택 사례가 꾸준히 증가함에 따라 스마트 시티 산업의 전반적인 가치가 2020년까지 4천억 달러에 달할 것으로 전망된다. 이 글은, IoT 확장을 위한 차세대 무선 표준으로 불리곤 하는 Semtech의 독점적인 LoRa 기술 (저전력, 광역)의 중요성에 대해 설명한다. 아래에서는 LoRa & IoT의 최신 동향과 예측 가능한 미래에 기술이 어떻게 성장할 것인지를 살펴보겠다.

 

1. 전 세계적 채택

 

아직 초기 단계에 있긴 하지만 LoRa Wide Area Networks (LoRaWAN)는 이미 전 세계 통신 회사와 스마트 서비스 제공업체들 사이에서 널리 받아 들여지고 있다. LoRaWAN 네트워크는 현재 50개국 이상에서 운영되고 있으며 매 분기 더 많은 국가로 확장되고 있다. 가장 최근 합류한 호주의 경우 1월말에 LoRa를 호주 최초의 IoT 네트워크로 공식 선정했다. LoRa 기술의 다양한 장점으로 인해 향후 5년 동안, 비선진국을 비롯한 많은 국가들이 추가로 LoRa 기술로 전환할 것으로 전망된다.

 

2. 무선 기술 세그먼트에서의 우위

 

2020년까지 약 16억 개의 스마트 기기가 LPWAN 기술로 구동될 것으로 추정된다. 트랜시버, 액추에이터, 무선 센서, 트래커 및 특히 스마트 시티에서 유용하게 사용될 수 있는 기타 첨단 툴과 전반적인 스마트 환경을 포함하여 이러한 디바이스의 특성은 다양하다. 이에 따라 Sigfox 같은 기타 기술, NB-IoT 같은 3GPP 솔루션 등과 더불어 LoRa의 성장 가능성이 대폭 높아질 것으로 보인다. 스마트 시티를 위한 150개의 새로운 IoT 미터링/추적 장치가 LoRa 기기들을 이용하여 설치될 것이다. LoRaWAN 없이는 이러한 전개가 불가능했을 것이라 봐도 무방할 것이다.

 

3. 낮은 비용; 전례 없는 우수한 배터리 성능

  

이 두 가지 요소는 LoRa 기술의 주요 동력으로 대두되어야 한다. Semtech에서 설계한 'Chirp  기반 스펙트럼'으로 만들어진 LoRa는 원활한 양방향 통신을 제공한다 (대부분의 LoRa 경쟁 기술은 단방향만을 지원한다). 비면허 저주파 대역이 사용되기 때문에 비용은 최소화되면서 커버리지 성능이 우수하다. 뿐만 아니라 LoRa 칩셋을 탑재한 기기는 일반적으로 배터리 수명이  8 ~ 10년에 달해, 전력 요구량이 매우 낮다 (예, 하루에 두 번 날씨 모니터링). 

 

참고: LoRa가 사용하는 실제 주파수는 지역마다 다르다. 북미 지역에서는 915 MHz를 유럽은 868 MHz를 사용하는 반면 아시아에서는 매우 낮은 433 MHz 주파수 대역을 사용한다.

 

4. 시장 가치의 급등

 

작년 말 LPWAN 업계 (LoRa, Sigfox 및 LTE-NB1)의 전 세계 시장 가치는 10억 달러를 넘었다. 이 수치는 2021년 12월에는 무려 245억 달러에 달할 것으로 예상되는데 연평균 복합 성장률 (CAGR)이 89%를 넘는다. 소프트웨어 개발 및 IoT 분야의 전문가들은 그 때까지 (Business Intelligence (BI)에 의해 보고된 바와 같이) LPWAN 기반 IoT 툴의 총 수가 7억을 넘을 것으로 예상한다. 이에 비해 Zigbee, Wi-Fi 등의 근거리 기술은 완만한 성장을 보여 2025년에는 현재 보급률에서 2% 미만 증가한 72%가 될 것으로 전망된다. LPWAN 사용이 가장 적은 소비자 가전 제품이 이러한 근거리 기술의 주요 동력이 될 것이다.

 

5. 전국적 커버리지 보장의 용이함

 

250여 개의 LoRa 기지국만으로도 스위스 전체를 커버할 수 있다. 네덜란드의 경우 대략 500개 정도의 기지국이 필요하다. 2015년 MWC에서 소개된 LoRa 기술은 2015년 6월 첫 번째 버전 (v.1.0)이 출시된 이후로 다양한 변화를 겪어왔다(60여 개국에서 네트워크 테스트가 실시됨). 기지국/유닛 설치에 대한 요구 사항이 낮아짐에 따라 통신 회사의 구축 비용 (스마트 시티에 LoRa를 구축하기 위한 비용)이 감당할 수 있는 수준으로 유지되었다. 또한 LoRaWAN은 공공 네트워크 뿐만 아니라 100개 이상의 센서로 구성되는 사설 네트워크에 모두 통합될 수 있어 하이브리드 기능을 제공한다.

 

6. LoRa 연합체의 규모 확장

 

이달 초 Wipro가 LoRa 연합체 (LoRa Alliance)의 최신입 멤버로 합류하였다. 2015년 Sentech, Cisco, IBM 등 20개 회원사로 시작된 이래, LoRa 연합체의 규모는 빠르게 성장했으며 현재 400여 회원사를 보유하고 있다. LoRa 연합체 회원사들은 '스폰서', '기관', '어답터 (Adopter)', '기고사' 등 4개 카테고리의 회원사로 분류된다. 연합체는 비영리 조직으로 운영되며 LoRaWAN 기술의 새로운 시장 진출을 도모하고 IoT 관련 혁신 업무를 담당한다. 향후 1 ~ 2년 안에 각국의 주요 통신업체를 비롯하여 기업들이 추가로 LoRa 연합체에 가입하여 그 규모가 더욱 확장될 예정이다.

 

7. IoT 병목 현상의 극복

 

Cisco는 2020년말까지 500억 개 이상의 기기가 연결될 것이라 예측한다 (2017년 추정치 284억의 거의 두 배). IoT의 급속한 확산에 대해서는 의심의 여지가 없지만 잠재적 저해요인으로 보이는 암호화 표준, 네트워크 용량, 기기/배터리 기능 등 몇 가지 제한 사항이 있다. 그러나 LoRa 기술이 인기를 얻고 더 다듬어지면서 이러한 문제는 백그라운드에서 사라질 것이다. LoRaWAN 프로토콜은 네트워크 성능과 배터리 성능을 모두 향상시키는데,  이는 adaptive data rate 알고리즘 덕분이다. 데이터는 LoRa의 양방향 기능을 이용해 방송될 수 있으며 암호화 (128 AES 암호화)는 세 가지 다른 레벨 (애플리케이션, 네트워크, 기기)에서 사용할 수 있다. IoT를 위한 빠르고 안정적이고 안전하며 값싼 무선 표준, 이것이 바로 LoRa가 갖고 있는 잠재력이다.

 

참고: LoRaWAN의 또 다른 장점은 게이트웨이 하나가 수많은 (수백만) 노드를 지원할 수 있다는 점이다. 사전 준비가 없어도 저렴한 비용으로 빠르게 LoRa 인프라를 구축할 수 있으며, 개별 신호가 커버할 수 있는 거리도 상당하다. 

 

8. 셀룰러 네트워크 대비 비용 우위

 

도시 지역의 경우에는 10km 정도에서, 교외/시골 지역의 경우에는 30km 이상까지, LoRa와 다른 셀룰러 네트워크의 커버리지 크기에는 분명한 차이가 존재한다. LoRa 기술은 전통적인 메쉬 인프라 대신 'star-on-star 토폴로지'로 구축되며, 전체 수명 기간에 걸쳐 다른 셀룰러 네트워크 대비 약 10배 이상의 유틸리티를 제공한다. 또한 LoRa의 비용 우위도 놀랄 만하다. 최근 연구에 따르면 셀룰러 네트워크의 경우 M2M (Machine-to-Machine) 운영을 위한 연간 비용이 $25 ~ $30 수준인 것으로 나타났다. 반면에 비면허 LoRaWAN 주파수 대역의 경우 동 비용이 $10 정도에 불과하다 (NB-IoT의 연간 $15~$20 보다도 저렴). 당연히 LoRa는 상당한 경쟁 우위를 확보했으며 훨씬 더 높은 시장 점유율을 확보할 수 있었다.

 

9. 다양한 분야의 응용

 

LoRa는 WiFi, 셀룰러 데이터 및 블루투스 기술이 가장 많이 사용되는 있는 consumer-IoT에 가장 적합한 기술은 아니다. 그러나 대규모 운영과 스마트 시티 창출을 위한 업무 관리 용도라면 Semtech의 플랫폼이 가장 이상적인 대안 중 하나이다. 스마트 주차, 공공 시설 관리, 애완 동물 관리 및 스마트 가로등 모니터링, 스마트 폐기물 관리/처리, 오염 제어 및 에너지 절약, 농업, 건강 및 재해 예방 및 관리(예, 손상 가능성을 감지하기 위한 정기적 교량 상태 모니터링) 등, LoRa는 다양한 활동 영역 및 응용 프로그램에서 채택 및 활용되고 있다. 한국의 통신 사업자인 SK 텔레콤은 작년 7월 전체 인구의 99%를 커버하는 상용 LoRaWAN 네트워크를 출시하였다. 머지않아 스마트 시티 IoT와 관련된 대부분의 것들이 LPWAN (LoRa 및 Sigfox) 기반으로 실행될 것이 확실하다.

 

10. 대역폭 요인

 

LoRa 기술은 웹 브라우징, 온라인 게임 등 넓은 대역폭을 요구하는 서비스를 감당할 만큼의 빠른 속도는 결코 제공할 수 없다. 그러나 LoRa 네트워크는 최대 대역폭 32kb/s만으로도, 사전 지정된 시간 간격으로 여러 센서 간에 데이터를 수신/전송/브로드캐스팅하는 맡은 바 역할을 충분히 잘 해내고 있다. 이에 비해 Zigbee나 WiFi 같은 근거리 기술은 이러한 용도로는 커버리지 측면에서 충분한 강점을 가지고 있지 않다. Semtech의 LoRa는 전체 IoT 시장의 틈새 시장 공략을 목표로 하고 있으며 그러한 용도와 기대에 부응하는 장점을 잘 제공하고 있다. 

 

11. IoT 연결 수의 급증

 

앞서 이미 향후 3 ~ 4년에 걸쳐 '연결 기기' 수가 급증할 전망임을 강조한 바 있다. 보다 구체적으로, 전 세계적으로 IoT 연결 규모는 기하 급수적으로 확장할 것으로 예상된다. 2015년에서 2025년 사이에는 IoT 연결 기기 수가 350% (60억에서 270억) 증가할 것이며, 이 중 약 28% (750만 개 정도)는 광역 기술로, 나머지는 근거리 기술로 지원될 것이다. 업계 전문가들은 2025년까지 광역 IoT 연결 10개 중 4개가 LPWAN에 의해 ​​구동될 것이며, LoRa가 이를 선도할 것이라 전망한다.

 

12. 성장 제약요인 극복

 

IoT에 LoRa 기술을 채택함으로써 얻을 수 있는 이점은 분명히 상당하지만 고려해야 할 몇 가지 중요한 문제가 있다. 우선, LPWAN IoT 플랫폼에 경험이 있는 유능한 전문가가 부족하다. LoRa가 구현되는 방법과 IoT 작업의 목표가 무엇인지 이해하는 데 있어 시각 차이가 있을 수 있기 때문에 프로젝트의 기술 규격 작성에 어려움이 있을 수 있다. LoRa 배포에 필수적인 요소인 센서들이 다소 고가 ($15 ~ $25)인 점도 간과하지 말아야 한다. 인지도를 높이고, 전문가에 의한 전담 교육을 제공하고, 주요 통신업체의 지속적인 지원을 확보한다면, LoRa는 이러한 문제들을 해결하고 지속적으로 성장할 수 있을 것이다.

 

ON World의 2016년 10월 보고서에 따르면, LPWAN 서비스 시장은 향후 5년간 급격한 성장을 거듭하여 2025년 말에는 시장 규모가 750억 달러에 달할 것으로 분석되었다. LoRa 네트워크는 이미 네덜란드, 프랑스, 벨기에 등의 유럽 국가들에서 강한 존재감을 보이고 있으며, 독일, 체코, 이탈리아 및 덴마크 시장으로 꾸준히 입지를 넓혀가고 있다. 인도에서는 Tata Communications가 HPE와 협력하여 전 세계에서 가장 큰 IoT 네트워크를 구축할 예정이다. LoRa 기술의 개발과 구현은 이미 흥미진진했으나 앞으로 다양한 영역에서 기술 성장을 실현하면서 더욱 흥미진진해질 것이다.