[테크월드=선연수 기자] 지난 20년간 승승장구해 온 블루투스는 여전히 가장 빠르게 성장하고 있는 무선 프로토콜이다. 블루투스가 인기를 끄는 이유 중 하나는 적응력과 진화 능력이 뛰어나기 때문이다. 불과 10년 전만 하더라도 무선 비콘을 아는 사람이 그리 많지 않았지만, 이제는 일상이 됐다.
최근 블루투스는 시장의 요구에 부응해 운영 전력을 낮추고, 보다 유연한 네트워크 토폴로지를 위해 애쓰고 있다. 메시 네트워킹의 원조라고는 할 수 없지만 블루투스가 메시 네트워킹을 받아들임으로써, 앞으로 더 다양한 사물인터넷(IoT) 애플리케이션과 환경에 블루투스를 사용할 수 있게 됐다.
블루투스는 비인가 대역에서 다른 무선 프로토콜들과 공존하며, 많은 프로토콜들은 IoT에서의 애플리케이션별 무선 기술 요구에 맞추기 위해 서브 GHz 대역을 채택하고 있다. 이런 애플리케이션들은 거리, 저전력, 낮은 대역폭과 같은 특정 요구들을 만족해야 한다.
2018년 3월, 온월드(ON World)는 ‘저전력 광역망(LPWAN)에 관한 보고서’를 통해 서브 GHz 대역으로 43가지의 애플리케이션을 분류한 자료를 발표했다. 이 애플리케이션들은 더욱 스마트한 도시, 공장, 가정을 이루기 위한 것으로[그림 1], 온월드는 2022년 이런 디바이스와 서비스 매출 규모가 500억 달러 이상을 기록할 것으로 전망한다.
저전력 광역망
서브 GHz 주파수 대역에서 동작하면 Sigfox나 LoRa와 같은 무선 기술로 저전력 광역망(LPWAN, Low-power Wide-area Network)을 통해 전송거리를 수십 킬로미터까지 확대할 수 있다. 서브 GHz 신호의 강점은 긴 거리로, 와이파이나 저전력 블루투스 등 2.4GHz 대역에서 동작하는 신호들보다 감쇠나 경로 손실이 적다. 전송 거리가 길어 원격지에 설치한 단일 디바이스와 네트워크로 연결할 수 있으며, 이때 원격 기기들은 게이트웨이나 집중국과의 통신만 주고받을 뿐 주변 단말들과 상호작용하지 않는다. 따라 원격 기기와 네트워크의 연결 가능성은 IoT 네트워크의 모습을 근본적으로 변화시킨다.
LPWAN 단말기는 포장을 풀면, 바로 네트워크에 연결해 사용할 수 있도록 구성돼있을 가능성이 높으며, 이는 ‘설치만 하면 그다음에는 신경 쓸 일이 없는(Fit and forget)’ 사용자 경험을 효과적으로 제공한다. 이런 접근법은 스마트 센서나 엑추에이터와 같은 타깃 애플리케이션을 설치할 때 많은 이점을 가진다. 그러나 LPWAN은 저전력과 낮은 페이로드를 염두에 두고 설계돼, LPWAN 접속을 통해 스마트 센서와의 ‘의미 있는 통신’이 실질적으로 어렵다. 따라서 통신을 활용해 고장 여부를 파악하는 것이 거의 불가능하며, 무선(OTA) 업데이트가 어려운 것이다.
네트워크는 원격 기기의 결함을 알려줄 수는 있지만, 셀룰러처럼 단말이 폴백(Fallback) 무선 연결을 통합하고 있지 않은 경우 로컬단에서 수리가 이뤄져야 한다. 또한, 엔지니어가 현장에 도착했을 때, 디바이스에 연결하는 것은 문제가 될 수 있다. 엔지니어가 가까이 있어도 LPWAN의 낮은 대역폭 문제를 극복할 수 없을 것이기 때문이다.
이 같은 경우 저전력 블루투스(Bluetooth Low Enegry)와 같은 표준 기반 기술을 사용해 LPWAN 애플리케이션을 보완할 수 있다. 다중 프로토콜 솔루션이 속속 출시됨에 따라 블루투스와 서브 GHz 기술을 모두 지원하는 무선 기기를 사용하고, 단일 디바이스로 두 프로토콜의 장점을 모두 취할 수 있게 된 것이다. 물리적으로 접근할 필요 없이, 최대 2Mbps의 데이터 속도를 지원하는 블루투스를 사용해 단말을 제어하고 업데이트할 수 있다.
네트워크 유연성
네트워크 토폴로지 측면에서는 다중 프로토콜 기술을 사용하는 것이 유용할 수 있다. LPWAN은 대체로 성형(Star) 토폴로지로 동작하지만, 블루투스는 점-대-점과 메시 네트워킹을 모두 지원한다. 네트워크로 단말을 원하는 만큼 추가할 수 있으며, 메시 네트워크를 통해 빠른 전송 속도로 통신할 수 있다. 또한, IoT 애플리케이션의 일정 범위 내에 있는 디바이스들이 FAN(Field Area Network)을 형성할 수 있는 토대를 제공한다.
이처럼 저전력-장거리, 고대역폭-단거리 특성의 조합은 무선 커넥티비티용으로 효과적이고 포괄적인 솔루션을 제공할 수 있다. 블루투스와 서브 GHz 대역에서 동작하는 독자 프로토콜의 단점을 극복하고 장점을 고루 취할 수 있는 것이다.
이런 장점 중 하나가 바로 위치 기반 서비스다. 블루투스의 특징 중 하나인 비콘 모드를 추가해 가까이 다가오는 디바이스에 비콘 기능을 실행할 수 있고, 이벤트는 후속 시스템에 의해 관리된다. 이런 식으로 비콘 기능을 활용할 수 있는 방식은 거의 무궁무진하다. 삼각측량법을 사용한 위치 추적 지원, 실내 내비게이션이나 길 찾기 등 점점 더 유용하게 사용되고 있다.
또한 산업용 환경이나 물류 창고에서 스스로 움직이거나 운반되는 자산에 센서 노드를 부착하고, 블루투스 기반 비콘 기술을 활용해 자산을 추적하고 위치를 식별할 수 있다. 위치 정확도는 해당 환경과 인근에 존재하는 비콘 숫자에 따라서 달라지며, 최저 1미터 수준의 정확도를 달성한다. 이를 통해 제공되는 정보를 활용해 안전성과 생산성을 높일 수 있다.
단일 칩 솔루션
서브 GHz와 2.4GHz 무선 기술 모두를 지원하는 기기를 사용해 BOM(Bill Of Materials)을 최소화할 수 있다. 마이크로컨트롤러, 여러 프로토콜, 주파수 대역을 지원하는 단일 RF 트랜시버가 통합된 시스템 온 칩(SoC, System On Chip)을 사용하면 된다. SoC 아키텍처를 사용하면, 2개의 디스크리트 무선 서브시스템을 사용하는 설계 대비 BOM 비용, 보드 면적, 시스템 전력을 절감할 수 있다. 이 단일 SoC는 [그림 2]에서 보는 것과 같이, 애플리케이션 펌웨어를 실행해 두 프로토콜 간 프로세싱 자원을 배분한다. 일례로 블루투스 통신용으로 낮은 듀티 사이클을 사용하면, 이 디바이스는 서브 GHz 주파수 상에서 비교적 긴 간격 동안 청취 모드로 있을 수 있다.
결론
IoT 게이트웨이 없이 단말 노드를 인터넷에 연결하는 것이 어려울 경우, 서브 GHz 기술은 시장에서의 저~중간 스루풋에 대한 긴 전송거리에 대한 요구를 충족할 수 있다. 여기에 블루투스를 추가해 단말 노드를 직접 액세스할 수 있게 만들면, 서브 GHz 네트워크의 기능을 보완할 수 있다. 다중 프로토콜 다중대역 SoC에 첨단 무선 스케줄링 기법을 함께 사용해, 블루투스 비콘 기술과 서브 GHz 기술을 결합함으로써, 위치 기반 서비스를 지원하는 편리하고 경제적인 플랫폼을 제공할 수 있게 된다.
글: 블루투스 제품 담당 선임 마케팅 매니저 미코 사볼라이넨(Mikko Savolainen)
자료제공: 실리콘랩스
- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <EPNC 電子部品> 2019년 12월 호에 게재된 기사입니다.
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