원거리에서 클라우드와 센서 연결하기

Sub-1㎓ 기술 사용

갈수록 더 많은 디바이스들이 클라우드로 연결되면서 사물인터넷(IoT) 시장이 빠른 속도로 성장하고 있다. 홈 자동화 같은 애플리케이션을 사용하면, 외부에서 모바일 기기를 사용해서 집의 조명을 켜거나 끄고, 원하는 온도를 맞추고, 문제가 있을 경우에는 집 앞에 도착하자마자 휴대폰으로 알림을 받을 수 있다. 다양한 무선 커넥티비티 기술 덕분에 이제는 저전력 디바이스들을 클라우드로 연결할 수 있게 되었다. 문제는 어떤 무선 기술이 자신의 애플리케이션에 적합하냐는 것이다.
TI가 작성한 이 글을 통해 Sub-1GHz 대역의 통신을 사용하면 어떠한 장점들이 있는지 알아보자.

사물 인터넷(IoT)의 예시
인터넷에서 사물 인터넷(IoT)이 적용된 기기를 찾아보면 커넥티드 토스터, 립스틱, 장난감 자동차 등의 다양한 모크업(mockup) 제품을 볼 수 있다. 우유를 다 마셨을 때 알려주는 기능을 탑재한 말하는 냉장고나, 아이들이 좋아하는 유머와 게임을 학습하는 인형의 데모도 있다. 커넥티드 공장과 농장, 도시에 대한 비전을 제시하는 글도 볼 수 있을 것이다.
이렇듯 IoT를 검색하면 재미있는 예시들을 몇 가지 볼 수 있다. 하지만 이 재미있는 상상력의 이면에는 이를 구현하기 위한 다양한 디바이스들이 존재한다. 토스터와 냉장고에는 온도 센서가, 장난감 자동차와 인형에는 가속도계가, 그리고 립스틱 안에는 압력 센서가 작동한다. 농장은 습도 센서를 사용해서 수확물을 확인할 수 있고, 공장은 장비에 가속도계를 사용하여 유지 보수가 필요한지 감지할 수 있다. 데이터에 쉽게 접근하기 위해서는 이 모든 센서를 클라우드에 연결해야 하지만, 많은 시간과 자원이 소요된다.

TI의 Sub-1㎓ 기술
TI의 Sub-1㎓ 센서와 클라우드 산업용 IoT 레퍼런스 디자인(TIDEP0084)은 이러한 설계 요구를 충족하며 일련의 커넥티비티 프로세스를 간소화한다. 엔지니어들은 기기를 연결하고자 할 때, 무선 커넥티비티에 대해 완벽한 전문가가 되는 대신, 이 검증된 레퍼런스 디자인으로 설계를 시작할 수 있다. 이 레퍼런스 디자인을 바탕으로 현재 및 미래의 제품에 Sub-1GHz 기술을 손쉽게 통합할 수 있다.
이 레퍼런스 디자인은 원거리 Sub-1GHz 무선 네트워크를 통해 클라우드에 센서를 연결하는 방법을 보여주며, 산업 및 소비자용 애플리케이션에 적합하다.
이 디자인은 TI의 Sitara™ AM335x 프로세서와 SimpleLink™ Sub-1GHz CC1310 및 듀얼 밴드 CC1350 무선 마이크로컨트롤러(MCU)로 동작한다. 그리고 이 레퍼런스 디자인은 Sub-1GHz 스타형(star) 네트워크 커넥티비티를 위한 TI 15.4-Stack 소프트웨어와 Linux  TI Processor SDK를 통합하고 있다.
또한 TI의 디자인 네트워크 파트너사인 stackArmor는 클라우드 커넥티비티의 클라우드 애플리케이션 서비스와 센서 노드 데이터의 시각화를 지원한다. 이처럼 TI Designs(TI 디자인스)의 레퍼런스 디자인은 매끄러운 설계를 위한 하드웨어와 소프트웨어 요소를 모두 통합하고 있다.
확장 가능한 네트워크의 구축이 반드시 번거로울 필요는 없다. 클라우드 디자인에 Sub-1GHz 센서를 사용함으로써, 모듈러 및 플러그 앤 플레이 방식으로 1개, 2개, 3개, 또는 최대 50개의 기기를 손쉽게 연결할 수 있다.
이 디자인과 함께 사용할 수 있는 SensorTag(센서태그) 키트는 적외선, 습도, 빛, 압력 등의 센서를 지원하며, 모두 단일 코인 전지를 사용한다. Amazon Web Services나 Microsoft Azure 또는 stackArmor를 지원하는 표준 클라우드 인터페이스 등 클라우드 애플리케이션 제공 업체에 단 하나의 데이터 비트까지도 매끄러운 연결이 가능하다.
하지만 무엇보다도 중요한 목표는 직면한 문제의 해결이다. 공장에서 사용하는 가속도계의 경우를 보자. 크레인이나 지게차와 같은 기계 장비를 사용하는 공장은 성능과 안전성 측면에서 주기적으로 장비를 수리해야 한다.
그렇다면 작업자는 어떻게 수리가 필요한지 알 수 있을까? 이 장비에 가속도계를 사용하면, 고장이 났을 때 부랴부랴 대처하거나 어림짐작으로 수리를 하는 것이 아니라 장비의 불규칙한 움직임을 감지할 수 있다. 이 장비에 비싼 배선을 연결할 필요 없이 가속도계가 원거리로 무선 연결이 가능하다.
또한 모든 데이터 비트를 수동으로 다운로드할 필요 없이 클라우드에 센서가 직접 스트리밍하고, 필요할 때에는 작업자에게 즉시 통보하게 할 수 있다. 이 Sub-1GHz 센서와 클라우드 레퍼런스 디자인은 프로세스의 모든 단계를 매끄럽게 처리한다.

자료제공 | TI(www.ti.com)

사물인터넷에 Sub-1GHz를 사용해야 하는 이유

긴 거리:
-주파수를 절반으로 낮추면 거리는 두 배가 된다. 따라서 Sub-1GHz 같은 저주파수는 고주파수보다 더 먼 거리를 도달할 수 있다.
-실내 공간 전체와 인근까지 커버할 수 있다: 감쇠는 벽 같은 물체를 통과할 때 주파수에 따라 증가하므로, Sub-1GHz는 2.4GHz보다 물체들을 더 잘 통과할 수 있다. 또한 저주파수는 ‘모서리를 도는 데’ 더 우수하므로 실내 커버리지가 향상된다.
-협대역이 가능하다: Sub-1GHz 솔루션은 협대역 모드로 동작할 수 있어, 간섭의 가능성을 줄이고 거리를 늘린다.

견고성:
-혼잡한 대역을 피할 수 있다: 2.4GHz 대역은 블루투스Ⓡ, ZigbeeⓇ, Wi-FiⓇ 등으로 인해 혼잡하다. 반면, Sub-1GHz ISM 대역은 주로 낮은 듀티 사이클 링크에 사용돼 간섭 가능성이 낮다.
-간섭에 덜 취약하다: Sub-1GHz 솔루션은 협대역 모드로 동작할 수 있어 간섭 가능성을 낮춘다.
-주파수 호핑(frequency hopping)이 가능하다: TI 15.4 스택 소프트웨어를 사용해 주파수 호핑을 적용할 수 있다. 이로써 FCC 대역으로 더 먼 거리를 달성할 수 있으며 대역내 간섭을 더 잘 방지할 수 있다.

초저전력:
-2.4GHz보다 적은 송신 전력으로 동일한 거리를 달성할 수 있다. 그러므로 Sub-1GHz는 배터리 사용 애플리케이션에 사용하기 적합하다. TI의 SimpleLink™ Sub-1GHz CC1310 무선 마이크로컨트롤러(MCU)는 업계에서 가장 낮은 전력을 소모한다.

-코인 셀 배터리로 다년간 동작할 수 있다: Sub-1GHz는 다른 트랜스미터들의 방해를 덜 받는 보다 조용한 환경에서 동작한다.