[기고] IoT 자산 추적 기술의 현황과 전망

[유블럭스=디에고 그라시(Diego Grassi)] 십여년 전만 하더라도 어린 자녀나 반려 동물 또는 가족 구성원 중 노약자의 정확한 위치를 파악할 수 없는 것은 어찌보면 당연한 일이었다. 기업도 마찬가지였다. 고가의 화물이 공급업체를 떠나는 순간부터 구매자의 재고로 추가되는 순간까지 정확한 소재와 상태를 파악하는 것이 거의 불가능했다.

하지만 오늘날, 이런 가시성 확보의 결여는 실행능력의 부족, 비효율 또는 무책임으로 여겨지는 추세다.

자동차나 스마트폰, 손목 밴드뿐만 아니라 기업의 물류 체인 전반에서 GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 기반의 추적 장치가 광범위하게 채택됨에 따라, 관심을 갖고 있는 거의 모든 것의 위치를 사물인터넷(IoT) 추적 장치를 이용해 실시간으로 파악할 수 있게 됐다. 이로 인해 기술 변화에 민감한 기업들은 이미 추적 장치가 제공하는 가시성을 활용해 업무 효율은 물론 수익까지 높이고 있다.

하지만 모든 경우에 적용할 수 있는 솔루션을 찾아보기 힘든 것처럼, IoT 추적 장치도 다양한 활용 분야의 요구조건을 충족시킬 수 있도록 여러가지 형태와 크기로 제공되며, 계속해서 다양한 기술이 도입되고 있다. 기기의 크기, 측위 정확도, 전원 자율성, 업데이트 빈도, 요구되는 메시지 크기, 지연시간, 확장성, 솔루션 복잡성, 유지보수 요구, 업그레이드 용이성, 서비스 가용성, 그리고 비용은 기기 제조업체가 추적 솔루션을 개발할 때 고려해야 할 다양한 제약 조건의 일부에 불과하다.

다행히 오늘날의 디바이스 개발자들은 다양한 기술을 활용해서 더 소형화되고 우수한 성능의 하드웨어 솔루션을 설계하고, 개발 시간을 단축하며, 백엔드 클라우드 IoT 플랫폼에 대한 통합을 간소화하고, 제품의 총 소유비용을 줄임과 동시에 수익성을 높일 수 있게 됐다.

이 글에서는 산업용 자산 추적의 대표적인 활용 사례와 거기에 사용되는 기반 기술, 그리고 시장을 이끌어가고 있는 주요 개발 동향에 대해서 알아보겠다.

IoT 추적 솔루션의 다양한 구성 요소

사람이나 자산의 위치와 상태를 실시간으로 정확하게 파악함으로써 안전성을 높이고, 비효율적인 프로세스를 찾아 개선하고, 효율을 향상시킬 수 있다. IoT 추적 솔루션을 활용해 이런 가치를 끌어내기 위해서는 기술적으로 다음과 같은 요소들이 필요하다.

ㆍ 태그: 추적하고자 하는 자산에는 위치추적 시스템을 사용해서 해당 자산의 위치를 계산하는 데 필요한 데이터를 감지할 수 있는 태그를 부착해야 한다[그림 1].

ㆍ 위치추적 시스템: 위치추적 시스템은 원하는 지역을 포괄해야 한다. 이 시스템은 GNSS와 같은 위성 기반 기술을 사용할 수 있다. 또는 기존에 구축된 셀룰러 네트워크 기지국이나 WiFi 액세스 포인트, 현장에 설치된 비콘 등을 사용할 수도 있다. 여기에 위치추적 시스템을 보완하기 위한 추가적인 서비스도 사용할 수 있다.

ㆍ 위치추적 엔진: 위치추적 엔진은 태그나 인프라에 의해 확인된 물리적 측정 위치와 함께 추가적인 정보를 통해 정확한 위치를 계산한다. 위치추적 엔진은 태그나, 로컬 프로세서, 또는 클라우드 환경에서 실행할 수도 있다.

ㆍ 클라우드 연결을 위한 무선 통신: 위치 데이터가 최종 사용자에게 유용하게 활용되려면 로컬 또는 클라우드 상의 추적 소프트웨어에 연결하기 위한 무선 통신 채널이 필요하다. 구현 방식에 따라서 태그가 곧바로 클라우드로 데이터를 전송하거나, 또는 모바일 단말기나 무선 게이트웨이를 거쳐서 전송할 수도 있다.

일반적으로 IoT 추적 장치는 클라우드로 연결하기 위해, 공개 표준 기반의 보안 기능을 제공하면서도 확장성이 뛰어난 휴대형 저전력 무선 통신 채널을 제공해야 하며, 이는 주요 하드웨어 빌딩 블록에 최적의 에너지 효율을 제공해야 한다.

IoT 추적 활용 사례

IoT 추적 장치를 사용하면 거의 모든 것의 위치를 실시간으로 파악할 수 있다. 다음에 설명할 일부 적용 분야만 보더라도, 이런 추적 솔루션의 아키텍처와 성능 요구가 얼마나 다양한지 알 수 있다.

▶ 사람, 반려동물, 목축용 추적기

사람이나 반려동물, 목축용 추적기는 통상적으로 크기가 작고 배터리로 구동되며 몸에 착용하는 기기로서, 주로 실외에서 운용된다. 정확한 요구 조건은 적용 분야마다 다를 수 있으나, 대체로 중간 정도에서부터 높은 수준의 위치추적 정확도와 위치 업데이트 주기를 필요로 한다.

다음 충전 때까지 이용 시간을 극대화하기 위해서는 전력 최적화가 중요하다. 변화가 심한 야외 환경에서 사용되기 때문에 IoT SIM 카드가 필요하며, 클라우드로 데이터를 전달하기 위해 셀룰러 데이터 연결을 필요로 한다.

▶ 이송 중인 화물 컨테이너 추적기

화물 컨테이너 추적기는 전원 자율성을 극대화하도록 설계되며 다양한 무선 통신 기술을 사용할 수 있다. 이러한 무선 통신 기술로는, 가용한 커버리지 내에 있을 때 저전력 광역 셀룰러 연결을 사용하거나, 위성 통신을 위한 로컬 허브나 게이트웨이로의 연결을 위해 블루투스나 WiFi 연결을 사용하거나, 혹은 태블릿이나 기타 유사한 기기로 데이터를 전송하기 위해 근거리 통신 기술을 사용할 수 있다.

전력 소모를 최소한으로 유지하기 위해, 컨테이너 추적기는 위치추적 업데이트 빈도를 크게 낮추고 클라우드 기반 위치추적 엔진을 사용하는 경우가 많다.

▶ 자동차, 전기자전거, 마이크로모빌리티 군집 추적기

자동차나 마이크로모빌리티 차량 군집의 실시간 위치 추적에 사용되는 IoT 추적기는 차량의 배터리를 활용할 수 있다. 이들의 위치 데이터는 종종 요금 부과나 교통 법규 준수를 위한 용도로 활용되므로, 차량 군집 추적기는 까다로운 도심 환경에서 정확한 위치추적을 필요로 한다.

셀룰러 네트워크 핑거프린팅과 어시스티드 GNSS(Assisted GNSS)는 차량의 위치를 계산하는 데 드는 시간을 단축시킬 수 있으며, 이를 통해 전력 사용을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 추측항법 솔루션에 관성 센서 데이터를 결합해, GNSS 커버리지가 중단되는 문제를 극복하고 GNSS 신호가 건물에 부딪혀 반사됨으로 인해서 발생하는 멀티패스 효과를 완화할 수 있다.

주행 금지 구역이나 속도 제한 구역 같은 제한 규정을 준수하기 위해, 솔루션들은 미터 수준의 오차 정확도를 지원하는 표준 GNSS 기술에서 이제는 GNSS 보정 서비스를 사용해서 수 센티미터 대의 오차 정확도를 달성하는 멀티밴드 추측항법 솔루션으로 진화해 나가고 있다. 이런 솔루션은 위치 데이터를 고객의 백엔드로 전송하고 GNSS 보정 데이터를 지속적으로 수신하기 위해서 중간 대역폭 셀룰러 통신 기술을 필요로 한다.

▶ 전동 공구 추적기

전동 공구 추적기는 건설 현장의 실내외에 걸쳐서 끊김 없는 커버리지를 제공할 수 있는 위치추적 시스템을 필요로 한다. 이런 추적기가 건설 현장 관리자에게 사용 가치를 가지려면 작은 크기와 긴 배터리 사용 시간, 높은 가용성이 필수다.

예를 들어, 이러한 솔루션이 실외 위치추적을 위한 GNSS 기술에 블루투스 실내 위치추적 솔루션을 결합하면 GNSS 신호를 사용할 수 없을 때 커버리지를 보완할 수 있다.

IoT 추적 기술 동향

IoT 추적 기술은 지난 10여 년 동안 발전을 거듭해왔다. 공급자 측에서는 지속적인 기술 발전 덕분에 보다 정교하면서도 높은 성능을 활용할 수 있어 적용 분야가 확장되고 있으며, 이런 급격한 발전 속도에 맞춰 수요자의 기대 수준 또한 계속 높아지고 있다.

다음은 수요자 측면에서 확인할 수 있는 요구사항들이다.

ㆍ 실내외 혼합 환경에서 지리적으로 더 넓은 커버리지 요구

ㆍ 정확도와 신뢰성 측면에서 보다 향상된 성능

ㆍ 전력 소모를 줄임으로써 배터리 사용 시간 연장 또는 최종 기기의 소형화

ㆍ 통합 수준을 높임으로써 BOM(Bill of Materials)과 부품 공급사의 수를 줄임으로써 공급 체인 관리 간소화

ㆍ 개발 시간 단축

ㆍ 총 소유 비용 저감

다행인 것은 공급자 측에서 이런 요구를 충족하기 위한 혁신이 지속됨에 따라, 매 새로운 기술 세대마다 커버리지, 성능, 전력 요구량, 기술적 통합 수준 등이 향상되고 있다는 것이다.

우선 다중 위성군 GNSS 수신기의 도입으로 실외 커버리지가 향상되고 있다. 이러한 수신기는 표준 GNSS 수신기보다 더 많은 수의 위성 신호를 수신할 수 있으므로 도심지 빌딩숲 같은 까다로운 환경에 사용하기에 적합하다. 어시스티드 GNSS는 수신기가 최초 위치 결정까지 걸리는 시간을 불과 수 초 수준으로 단축시킨다. 셀룰러 핑거프린팅 기법은 초기 위치 설정을 거의 필요 없게 만든다.

실내 위치 커버리지 역시 블루투스 방향 탐지 기능과 실내 위치추적, 초광대역 기술을 도입함으로써 점점 더 향상되고 있다.

무선 커넥티비티 솔루션도 커버리지가 향상되고 있다. 저전력 광대역 네트워크는 표준 소비자용 4G LTE 네트워크에 비해서 도달 범위를 향상시켜주고, 메시 기반 근거리 솔루션은 열차, 컨테이너선, 그리고 창고에서 사용되는 다양한 화물 운반기기에 걸쳐서 전송 거리를 늘려준다.

위치추적 성능도 멀티밴드 다중위성군 GNSS 수신기, RTK 같은 고정밀 위치추적 솔루션, 센티미터 수준의 정확도를 달성하는 GNSS 보정 서비스 등을 도입하면서 꾸준히 향상되고 있다. 추측항법 기술은 관성 센서 데이터와 차량 센서 데이터에 GNSS 수신기 출력과 차량에 특화한 동적 모델을 결합해서 멀티패스 효과의 영향을 줄이고 GNSS 신호 중단을 극복할 수 있게 해준다.

전원 자율성도 다양한 기술의 융합을 통해 지속적으로 향상되고 있다. 여기에는 고감도 안테나, GNSS 수신기 설계를 위한 저전력 부품, 4G LTE 셀룰러 무선 통신 기술이 포함된다. 클라우드 기반 위치추적은 위치 계산을 자주 하지 않아도 되는 애플리케이션에 초저전력 GNSS 위치추적의 새로운 길을 열어준다. 다중위성군 GNSS와 어시스티드 GNSS는 GNSS 수신기가 많은 전력을 소모하는 신호 포착 모드에서 소비하는 시간을 단축한다.

통합의 고도화는 와이파이 또는 셀룰러 소프트웨어 스택, 블루투스 저에너지, 그리고 컴퓨팅 컨트롤러를 결합한 강력한 듀얼 코어 MCU가 등장함에 따라 가능해진 또 다른 트렌드다. 독립형 애플리케이션 MCU와 무선 기술 스택을 별도의 프로세서 코어에서 사용하는 복잡한 아키텍처로부터, 이 모든 것을 듀얼 코어 MCU로 통합한 보다 단순한 아키텍처로 전환함으로써 부품 수와 부품 공급업체 수를 줄이고, 개발 시간을 단축할 뿐 아니라 남보다 앞서 제품을 출시할 수 있다.

아직은 시작 단계

IoT 기반 추적 솔루션이 산업용으로 채택되는 것은 이제 겨우 초기 단계일 뿐이다. 기술의 진가는 확실히 입증됐다. 하지만 기술의 발전과 시장에서의 경쟁, 그리고 최근의 공급망 위기 같은 예측할 수 없는 요인들로 인해, 제조사들은 점점 더 크기는 작고 가격대는 저렴하면서 성능은 더 우수하고 단순하며 클라우드 플랫폼과 에코시스템에 쉽게 통합할 수 있는 특징을 모두 다 갖춘 솔루션이라는 요구사항에 직면해 있다.

앞서 살펴본 바와 같이 IoT 추적 시장의 다양성으로 인해, 하드웨어 부품, 시스템 아키텍처, 클라우드 기반 서비스, 그리고 가장 기본이 되는 위치추적과 통신 기술을 사용해 적용 분야별로 특화된 맞춤형 솔루션들이 개발될 것이다.

공급자 측에서는 기술 혁신이 거듭되고 있다. 새로운 세대의 GNSS 수신기 기술이 등장할 때마다 성능, 커버리지, 절전 능력, 크기가 향상되고 있다. 매 새로운 버전의 무선 통신 표준은 데이터를 더 멀리, 더 빠르게, 더 효율적으로 전송할 수 있게 만들어 준다. MCU 성능도 계속해서 높아지고 있으며 동시에 클라우드는 더 많은 일, 더 복잡한 일을 처리하고 있다.

끝으로, 최근 출시된 블루투스 방향 탐지 기술과 함께, 저궤도 위성을 사용한 셀룰러 통신, 위치추적, 5G 위치 식별 등 전혀 새로운 기술들도 시장에 선보이고 있다.

더 많은 기업들이 IoT 추적을 활용하고자 함에 따라, 자산 추적 시장의 수요를 충족하기 위한 기술적 기반 또한 계속해서 확장되고 성장할 것이다.

디에고 그라시(Diego Grassi) | 유블럭스 산업 및 소비가전 IoT 담당 애플리케이션 마케팅 선임 매니저

자료 제공 | 유블럭스(u-blox)