[Tech Report] 셀룰러 및 클라우드 기반 위치확인 서비스로 애플리케이션 혁신 가속

[노르딕세미컨덕터=최수철] 메타버스 시대가 다가오고 있다. 미래학자들이 주장하는 예측이 사실이라면, 우리는 조만간 AR/VR과 홀로그램 아바타 및 비디오 등으로 구성된 온라인 가상 세계에서 넓고 방대한 상상의 지역을 넘나들며, 일상의 많은 시간을 보내게 될 것이다. 

그러나 현재 우리의 가장 큰 관심사는 지구의 천연자원과 생산 제품들을 지속 가능한 방식으로 유지해야 하는 물리적 영역에 남아 있다. 지속 가능성을 보장하기 위해서는 얼마나 많은 가용 자원이 남아 있고, 이를 어떻게 사용해야 하는지, 그리고 결정적으로 가용 자원이 어디에 존재하는지 파악하는 것이 매우 중요하다. 

마지막 질문에 대한 해결 방안으로 GNSS(Global Navigation Satellite System)와 같은 위치확인 기술이 발전해 왔다. GNSS는 내비게이션과 같이 누구나 쉽게 도시를 탐색하는데 사용되고 있을 뿐만 아니라 가치 있는 상품의 위치 추적에도 점점 더 많이 적용되고 있다. 반면 GNSS의 단점은 배터리를 빠르게 소모하고, 위성의 직접적인 가시권 안에 존재해야 한다는 것이다. 

이제 GNSS를 보완할 수 있는 셀룰러와 IoT 및 클라우드 기술이 발전하면서 ‘위치확인 서비스’를 훨씬 더 많은 자산 추적 애플리케이션에서 실행할 수 있게 되었으며, 훨씬 더 광범위한 산업 분야와 기업들이 이러한 이점을 더 쉽게 이용할 수 있게 되었다. 즉, 위치확인 인텔리전스의 민주화가 실현되고 있는 것이다. 

특히 물류 산업은 보다 향상된 위치 정보를 보다 적극적으로 수용하고 있으며, 애플리케이션에서 보다 극적인 효과를 거둘 수 있는 분야로 주목받고 있다. 글로벌 공급망은 국제 경제를 연결하고 유지하는 중요한 동맥이다. 신선 농산물과 가정용 소비재, 중장비 및 의료용품에 이르기까지, 수많은 필수 물품들이 복잡한 운송경로와 고속도로 및 항공망을 거쳐 매일 전세계를 횡단하고 있다. 

공급망의 가시성

글로벌 비즈니스 운영은 매우 중요하지만, 문제도 많다. 일부 예측 자료에 따르면, 기업은 해상 화물의 손상 또는 손실로 인해 연간 24억 달러(3조 1400억 원), 도난으로 인해 연간 300억 달러(39조 3300억 원) 이상의 피해를 보고 있는 것으로 나타났다. 이러한 사실은 역사상 최악의 화물 피해 사례 중 하나로 꼽히는 덴마크 컨테이너선을 통해 분명히 알 수 있다. 2014년 네덜란드와 스리랑카를 오가던 이 컨테이너 선은 520개의 컨테이너가 선외로 손실되고, 250개의 유닛이 손상되었다. 또한 대형 소매업체인 아마존(Amazon)에 반품된 품목의 5분의 1 이상이 파손된 상태로 도착한다는 포레스터 리서치(Forrester Research)의 조사 결과에서도 이러한 문제들을 확인할 수 있다. 

이러한 수치를 감안하면, 물류 회사들과 해당 고객들이 공급망의 가시성 향상에 주목하는 것은 놀라운 일이 아니다. 자산의 위치 및 자산 상태에 대한 데이터가 없으면, 잠재적 문제를 감지하고 완화시키는 것을 저해할 수 있으며, 상당 규모의 위험 상황이 발생하게 된다. 

이에 대한 해결책은 자산 추적이다. 이 기술을 이용하면, 운송 컨테이너와 팔레트 또는 수하물 등과 같은 물리적 자산을 운송할 때 이동되는 지점마다 모니터링이 가능하다. 이러한 추적 기술은 물품을 운송 중이거나 현장이나 시설에 적치한 경우에도 유용하게 활용할 수 있다. 물류 회사들은 자산의 위치를 보다 명확하고, 지속적으로 파악함으로써 공급망을 보다 효율적으로 관리하고, 문제 및 사고 발생 시 보다 신속하게 대응할 수 있다.

실제로 대규모 물류 회사들은 글로벌 물류 분야에 자산 추적 솔루션을 적용함으로써 1조 9천억 달러(2490조 9000억 원)의 경제적 가치를 창출할 수 있다고 판단하고 있다. 자산 추적은 이러한 상당한 경제적 이점 외에도, 기업들의 운송 작업을 보다 면밀하게 감독하고자 하는 규제당국과 상품에 대한 정확한 배송 정보를 요구하는 고객의 기대치를 모두 충족하는데 도움이 될 수 있다. 

공급 부족 사태와 지연으로 인해 야기된 최근의 글로벌 공급망 위기는 자산 추적의 필요성을 더욱 부각시키고 있다. 팬데믹과 운송 인력 부족으로 인한 혼란은 글로벌 공급망에 큰 피해를 일으킨 여러 요인 중 하나였다. 오랫동안 공급망의 최적화에만 과도하게 중점을 둔 이러한 체계에서는 선적 컨테이너 부족과 같은 예기치 못한 충격에는 대처하기 어려웠다. 

뉴욕 타임즈에 따르면 “린(Lean) 재고관리의 장점을 홍보했던 컨설턴트들이 이제는 공급망의 탄력성을 설파하고 있다.”고 지적했으며, 하버드 비즈니스 리뷰(Harvard Business Review)에서는 사업자들이 직면한 난제에 대해 “경쟁력을 약화시키지 않으면서 공급망을 보다 탄력적으로 만드는 것”이라고 언급하기도 했다. 

물류 회사들은 효율성과 예기치 않은 충격을 위한 대비책 사이에서 더 나은 균형을 유지할 수 있도록 공급망 내의 자산 이동에 대한 보다 명확하고, 세밀한 정보를 확보할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 더 나은 자산 추적 솔루션이 필요하다. 

위치확인 기술

궁극적으로 소유주가 충분히 가치가 있다고 판단하는 모든 자산이나 객체는 이론적으로 추적이 가능하며, 공급망 최적화를 넘어 다양한 자산 추적의 이점을 실현할 수 있다.

클레이턴 하인(Clayton Hine) 노르딕 세미컨덕터 비즈니스 개발 매니저는 “의료 분야의 한 회사는 이미 인공호흡기 및 의료용 침대와 같은 중요한 의료 장비의 위치를 추적하여 귀중한 시간 및 에너지가 낭비되는 것을 방지하고 있다.”고 설명했다.

건설 및 제조 분야의 기업들 또한 장비의 사용과 특정 위치에서 소요된 시간을 추적하여 리소스의 사용 방식과 향후 프로젝트에 대한 최적화 방안 등을 효과적으로 파악할 수 있다. 마찬가지로 농장주들은 가축에 대한 추적 기능을 통해 무리를 효과적으로 관리할 수 있다. 클레이턴 하인은 반려동물을 대상으로 한 추적 장치의 사용은 일반 소비자를 위한 자산 추적의 가능성을 보여주는 것이라고 언급했다. 이러한 맥락에서 음식 배달 또한 소비자들의 강력한 이용 사례로 제시되고 있다. 

지난 수년 동안 다양한 자산 추적 기술이 등장했지만, 이러한 기술들이 모든 상황에 적합한 것은 아니다. 예를 들어, 바코드 및 RFID는 공장 및 물류 환경에서 자산 추적을 위해 한동안 사용되어 왔으며, 일반적으로 화물의 최종 위치 정보를 제공한다. 그러나 바코드의 경우에는 수동 스캔이 필요하고, RFID를 사용하려면 추가 인프라 설치가 필요하며, 매우 짧은 범위에서만 동작이 가능하다. 따라서 이러한 솔루션은 일반적으로 자산의 실시간 추적을 지원하기는 어렵다. 

GNSS의 가능성

GNSS는 정확한 실시간 위치 정보를 얻기 위해 널리 사용되고 있는 방법으로, 특히 자동차와 내비게이션 기기 및 스마트폰과 같은 컨슈머 가전기기에 폭넓게 적용되고 있다. GPS(GNSS의 미국 비전)의 잠재력은 IoT 및 자산 추적 애플리케이션에도 활용되고 있다. 큐브 트래커(Cube Tracker)의 큐브 GPS(Cube GPS)가 대표적인 예이다. 이 트래커는 GNSS 기능을 내장한 노르딕의 nRF9160 셀룰러 IoT SiP를 사용하여 중요 자산의 위치를 모니터링하고, 전송한다. 

그러나 클레이턴 하인은 위치를 결정하기 위해 GNSS를 사용하게 되면, 특히 다양한 위치에서 장기간 동작해야 하는 배터리 기반 IoT 기기의 경우 상당한 절충요소들이 수반된다고 언급했다. 그는 “GNSS는 매우 정확한 위치확인이 가능하지만, 여러 위성과 직접 연결되어야 하기 때문에 추적기는 실외에서만 작동이 가능하고, 일반적인 자산추적기는 상당한 전력요구로 인해 매우 빠르게 배터리가 소모된다.”고 지적했다. 

다행히도, 기술 혁신을 통해 이제 셀룰러 삼각측량을 사용하여 기기의 위치를 결정할 수 있게 되었다. 이러한 삼각측량 기술과 광범위한 셀룰러 네트워크는 자산 추적을 보다 다양한 상황에 적용할 수 있는 옵션으로 만들고 있다. 클레이턴 하인은 “셀룰러 인프라는 이미 널리 구축되어 있는데다, 전세계 대부분의 지역을 커버하고 있어 자산 추적에 매우 적합하다. 이는 고비용이 수반되는 인프라에 대한 투자 없이 거의 모든 곳에서 아이템의 위치 정보를 얻을 수 있음을 의미한다.”고 설명했다.

이와 함께 클레이턴 하인은 특히 데이터 및 저전력 요건을 필요로 하는 애플리케이션을 위해 LTE-M 및 NB-IoT와 같은 셀룰러 표준이 개발됨에 따라 배터리로 구동되는 자산 추적기의 지속시간을 연장할 수 있게 되었다고 덧붙였다. 셀룰러 네트워크를 통해 실행되는 위치확인 서비스는 실내에서도 동작이 가능하며, 이는 GNSS 대비 또 다른 이점을 제공한다.

셀룰러 IoT 자산 추적 솔루션은 위치 추적 이상의 다른 이점들도 제공할 수 있다. 예를 들어, 노르웨이 기업인 메시테크(Meshtech)가 노르딕의 nRF9160을 기반으로 개발한 환경 자산 추적기는 nRF9160 SiP의 내장 센서를 이용하여 선적 화물의 위치 확인은 물론, 온도 모니터링과 화물의 낙하여부까지 확인할 수 있다. 이는 식품이나 의약품과 같이 부서지거나 부패하기 쉬운 물품에 유용하다. 부패하기 쉬운 물품의 경우, 운송 중 연간 약 350억 달러에 달하는 폐기물 손실이 발생하는 것으로 추정되고 있다. 

클라우드 환경 구축

셀룰러 IoT는 점차 기기의 정교성이 증가하고, 빠른 확산을 위해 비용 하락이 동시에 촉진되면서 PC 및 스마트폰과 같은 기술의 발전 추세와 유사한 흐름을 보이고 있다. 그러나 기업들이 점점 더 많은 셀룰러 IoT 기반 자산 추적기를 환경 내에 추가함에 따라, 수백 또는 수천 개의 기기를 관리하고, 생성되는 데이터를 빠른 시간 내에 통합 및 해석해야 하는 새로운 과제가 대두되고 있다.

일부 상용 IoT 클라우드 관리 솔루션을 통해 이러한 과제를 지원할 수 있지만, 정교하지 못한데다, 소규모 기업들이 이러한 제품을 셀룰러 IoT 솔루션에 통합하기 어려울 수 있다. 이러한 문제에 대응하기 위해 노르딕 세미컨덕터는 최근  ‘nRF 클라우드 위치확인 서비스(Cloud Location Service)’를 출시했다.

노르딕의 클라우드 서비스 제품 매니저인 빌-베이코 헬피(Ville-Veikko Helppi)는 “이 서비스는 nRF9160과 같은 노르딕의 셀룰러 IoT 솔루션과 함께 동작하도록 설계되었으며, 셀룰러 IoT 기기군을 쉽게 구성하고, 관리 및 유지보수할 수 있도록 지원한다.”고 설명했다. 

또한 nRF 클라우드 위치확인 서비스는 기기 관리를 지원하는 것 외에도, 고객들이 위치확인 서비스를 선택하여 정확도와 전력소모 간의 균형을 최적화할 수 있도록 해준다. 정밀한 위치 정보를 제공하는 GNSS는 특히 GNSS 장치가 위성 신호와 내비게이션 데이터를 검색하기 위해 ‘TTFF(Time to First Fix)’를 실행할 때 상당한 전력을 소모한다. 따라서 오랜 기간이 소요되는 운송 애플리케이션과 같이 장기간에 걸쳐 저전력으로 동작이 실행되어야 하는 장치에는 적합하지 않을 수 있다. 

이에 대한 대안으로 nRF 클라우드 위치확인 서비스는 전력소모를 절감할 수 있도록 GNSS 모뎀을 사용하지 않는 단일 셀 및 다중 셀 위치확인 기능을 제공한다. 단일 셀은 가장 가까운 셀 타워를 이용해 약 1km의 정확도로 기기의 대략적인 위치 정보를 제공한다.

헬피 매니저는 “이는 정확한 위치 정보가 필요 없는 화물이나 컨테이너를 추적하는 경우 매우 적합하다. 예를 들어, 남아프리카행 비행기에 탑재되어야 하는 화물이 프랑크푸르트 공항에 있는 경우, 화물이 공항의 어느 위치에 있는지 정확히 알 필요는 없을 것이다.”고 지적했다. 다중 셀 옵션은 유사한 프로세스를 사용하지만, 하나의 셀이 아닌 여러 셀 타워를 이용해 위치를 결정하며, 정확도는 수백 미터 수준이고, 전력소모 또한 적다. 

배터리 수명 연장

고객들이 셀룰러 서비스 보다 더 정확한 위치 데이터가 필요하지만, GPS의 전력소모를 줄이고자 하는 경우, nRF 클라우드 위치확인 서비스가 지원하는 A-GPS(Assisted GPS) 및 P-GPS(Predicted GPS) 옵션을 이용하여 배터리 수명을 연장할 수 있다. ‘지원 데이터(Assistance Data)’는 일반적으로 전력소모가 많은 저속 무선 링크인 위성을 통해 획득되지만, A-GPS에서는 제3자 공급업체의 빠르고 효율적인 셀룰러 연결을 통해 수집함으로써 TTFF를 단축할 수 있다. 이 데이터는 추적 장치가 위치를 찾고, 예측해야 하는 위성의 수를 줄임으로써 위성의 위치를 결정하는데 걸리는 시간을 단축하고, 배터리 수명을 연장할 수 있도록 해준다. 

P-GPS는 수 시간대의 데이터를 제공하는 A-GPS와 달리 최대 2주 동안 예측된 ‘지원 데이터’를 이용하여 이러한 기법을 구현하고 있다. 헬피 매니저는 “5일 동안 바다에 머물 예정인 선박의 출항을 생각해 보자. ‘추적기’는 P-GPS를 사용하여 해당 5일 동안의 지원 데이터를 가져와 셀룰러 네트워크나 인터넷에서 멀리 떨어져 있는 동안에도 위성의 위치를 찾을 수 있는 예측 데이터를 제공할 수 있다.”고 설명했다. P-GPS는 새로운 지원 데이터의 수집 필요성을 줄임으로써 정확한 위치 정보를 제공하면서도 A-GPS 보다 전력소모를 줄일 수 있다. 

셀룰러 인프라 및 기술의 발전과 함께 클라우드 컴퓨팅의 지속적인 성장으로 더욱 향상된 위치확인 서비스가 가능하게 될 것이다. 예를 들어, 폴테(Polte)의 C-LoC(Cloud Location over Cellular)는 로밍 중에도 셀룰러 기기에 대한 지속적이면서도 매우 정확한 위치 확인을 지원한다. 고객들은 노르딕의 nRF 클라우드 위치확인 서비스 및 nRF9160 SiP를 통합한 폴테와 같은 솔루션을 통해 직접적으로 이러한 발전의 혜택을 얻을 수 있다. 한편 폴테는 노르딕 파트너 프로그램(Nordic Partner Program)에 합류하여 솔루션 파트너로서의 협력관계를 더욱 강화하고 있다. 

최근 위기에서 드러났듯이, 공급망의 중요성과 사이버 위협에 대한 지속적인 보호의 필요성이 제기되면서 자산 추적 솔루션에서도 보안이 최우선 과제가 되고 있다. 이미 널리 알려진 셀룰러 네트워크 보안 외에도, nRF9160과 같은 셀룰러 IoT 디바이스는 중요 구성요소를 하드웨어적으로 강제 격리하는 Arm의 트러스트존(TrustZone)을 사용하여 추가 보안 계층을 제공한다.

클라우드 솔루션은 기기와 클라우드 간에 이동하는 데이터에 대한 인증 암호화를 적용하는 nRF 클라우드 위치확인 서비스를 통해 추가 보안 계층을 구현할 수 있다. 또한 nRF 클라우드 위치확인 서비스는 무선 펌웨어 업데이트를 통해 이러한 작업을 간소화하며, 보안 문제 외에도, 기기 수의 증가에 따른 고객들의 관리 부담을 덜어준다. 

미래의 위치확인 서비스

고품질 셀룰러 네트워크 및 클라우드 지원 기능과 동급 최상의 SiP로 구성된 보다 안전한 통합 에코시스템은 위치확인 서비스를 보다 쉽게 이용할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 새로운 아이디어와 가능성을 실현할 수 있는 기회를 제공한다. 예를 들어, nRF 클라우드 위치확인 서비스 사용자는 클라우드 스토리지에 대한 액세스 기능을 통해 새로운 서비스와 애플리케이션을 개발할 수 있다.

헬피 매니저는 “클라우드와 셀룰러 IoT를 결합하면, 데이터를 저장하는 유일한 옵션으로 자산 추적 기기만 사용할 수 있는 것이 아니다. 클라우드 스토리지에 더 많은 추적 데이터를 확보함으로써 기존의 자산 위치와 특정 시점의 상태 정보 등의 이력 정보를 확인할 수 있다.”며, “이러한 이력 정보는 보험 및 수사 또는 경로 예측 및 최적화와 같은 적용 사례에 매우 유용하게 될 것이다.”고 언급했다. 또한 이와 유사한 방식으로 클라우드 위치확인 서비스와 셀룰러 IoT 추적 기능을 결합하면, 임대회사들이 임대 장비의 이동거리 및 시간에 대한 클라우드 기반 통찰력을 확보함으로써 서비스 기반 비즈니스 모델을 보다 쉽게 구축할 수 있다. 

이와 함께 보다 스마트한 위치확인 서비스 애플리케이션은 공급망의 자동화를 더욱 가속화할 수 있다. 실리콘 밸리에 기반을 둔 아이텍스(IoTeX)는 자사의 페블 트래커(Pebble Tracker)와 블록체인 기술을 결합하여 새로운 가능성을 제시하고 있다. 이 트래커는 노르딕의 nRF9160을 사용하여 환경 및 위치 데이터를 블록체인 기반 백엔드 서비스 및 애플리케이션에 안전하게 전송하여 ‘스마트 계약’의 이행 조건을 판단할 수 있다. 자산이 손실되거나 손상되면, 블록체인 계약은 자동으로 운송회사에 불이익을 주고, 고객에게는 보상을 진행한다. 

클라우드 위치확인 서비스의 등장은 혁신적인 애플리케이션 개발을 보다 가속화할 것으로 예상되며, 특히 기업들이 추적기를 관리하고 통합하는데 따른 부담을 덜어주고, 새로운 아이디어를 개발하는데 시간과 노력을 집중할 수 있도록 해줄 것이다. 로이터(Reuters)에 따르면, 이러한 혁신이 가속화됨에 따라 2027년까지 약 2,670억 개의 IoT 자산 추적기가 배치될 것으로 전망되며, 미래의 위치확인 서비스는 더욱 보편화될 것으로 예상된다.