이 기사에서, 가장 일반적으로 사용되는 저전력 광역 옵션 중 일부를 검토합니다., 셀룰러 기술에 집중 (협대역 IoT 및 LT-M), 허가되지 않은 대역폭을 사용하는 WPAN 뿐만 아니라, 로라/로라완, 그리고 시그폭스. 또한 LPWAN과 WPAN 기술의 차이점도 알아봅니다.. 더 높은 주파수를 사용하는 방송 기술은 저주파 라디오보다 더 많은 데이터와 더 빠른 비트 전송률을 전송할 수 있습니다.. 더 높은 주파수는 더 많은 전력을 요구하지만 이동 범위는 더 낮은 주파수만큼 멀지 않습니다.. 건물에서, 건설 지역, 또는 다른 간섭원이 있는 지역, 범위는 더 작습니다. 플랫의 모든 주파수, 열린 공간은 간섭이 적기 때문에 건물이 있는 지역보다 더 넓은 범위를 갖습니다.. 이러한 기본 사항을 학습한 후, 또한 귀하의 애플리케이션에 적합한 기술을 선택하는 방법을 안내해 드립니다., 사용 가능한 전력을 고려하여, 전송해야 하는 데이터 양, 그리고 달성하고자 하는 범위.
RF 기반 사물 인터넷 네트워크
네트워크에는 많은 RF 기반 IoT 장치 통신 솔루션이 있습니다.. 토론을 위해, 우리는 그들을 두 가지 범주로 나눕니다:
- 근거리 기술, 또는 Bluetooth와 같은 WPAN 기술, 와이파이, Z-웨이브, 그리고 지그비, 거리가 짧다, 비트 전송률이 높거나 낮고 더 높거나 낮은 전력을 소비할 가능성이 있는.
- 장거리, 또는 저전력 광역 기술, 전력 사용량이 낮습니다, 긴 거리, 및 낮은 비트 전송률.
무선 개인 영역 네트워크 (WPAN)
WPAN 기술은 범위가 제한적입니다., 그러나 메쉬 토폴로지를 사용하여 확장할 수 있습니다.. 메시 토폴로지는 각 장치가 주변의 다른 장치에 반복적으로 신호를 보내는 네트워크 구현입니다.. 아래 내용과 같이, WPAN의 주요 사용 사례는 범위에 크게 신경 쓰지 않는 경우입니다..
와이파이
Wi-Fi는 2.4GHz 또는 5GHz에서 실행할 수 있습니다.. 이 주파수가 더 높기 때문에, WIFI 데이터 속도도 더 높습니다.. 각 장치에는 1:1 네트워크 라우터와의 관계. 우리가 전에 본 것처럼, RF파의 고주파로 인해 통신 범위가 매우 짧습니다.. 기존 Wi-Fi 장치에는 더 높은 전력 요구 사항이 있습니다., 사용 가능한 대부분의 장치는 주전원으로 전원을 공급받아야 함을 의미합니다.. 와이파이 6 매개변수는 IoT 장치가 Wi-Fi를 사용할 수 있도록 Wi-Fi IoT 장치의 전력 소비를 줄이는 것을 목표로 합니다.. 하지만, 이러한 새로운 사양을 사용하는 장치가 쉽게 액세스할 수 있으려면 아직 멀었습니다.. WI-FI는 대량 데이터를 즉시 전송해야 하는 상황에 이상적입니다.. 예를 들어: 4K 비디오 클립을 업로드해야 하는 카메라 장비.
WI-FI 솔루션은 다음 애플리케이션에 적합합니다.:
- 높은 데이터 속도
- 높은 품질의 서비스 (메시지 전달 가능성)
- 짧은 대기 시간
Wi-Fi 솔루션은 다음 애플리케이션에 적합하지 않습니다.:
- 장치와 라우터 사이의 매우 넓은 범위
- 배터리 구동 장치
블루투스
여러 블루투스 모드 지원. 사물 인터넷과 가장 관련이 있는 모드는 Bluetooth Low Power입니다. (가되었다). BLE는 2.4GHz에서 작동합니다., 그러나 소량의 데이터만 전송. 게다가, 또한 간섭에 대응하기 위해 FHSS 변조 기술을 사용합니다.. BLE 블루투스 4 1Mbps에서 데이터 전송을 구현합니다. 블루투스 5 최대 2Mbps를 제공합니다.. BLE 범위는 노드 간에 메시지를 전달하는 방식으로 Bluetooth Mesh에 의해 증가될 수 있습니다., 그러나 광범위한 영역에서 연결된 상태를 유지하려면 많은 양의 노드가 있어야 합니다..
BLE 솔루션은 까다로운 애플리케이션에 가장 적합합니다.:
- 저전력 소비
- 고품질 서비스
- 짧은 대기 시간
- 중거리용 블루투스 그리드 사용
BLE 솔루션은 적합하지 않습니다.:
- 장기간 사용
지그비와 Z-Wave
지그비 각각 1000MHz 및 2.4GHz에서 작동. z-wave는 약 900MHz에서 작동합니다.. 신호는 간섭의 영향을 덜 받고 더 낮은 주파수의 장애물을 통과할 수 있습니다.. 주파수가 낮으면 데이터 전송률이 낮아집니다.. Z-Wave와 Zigbee는 범위가 짧은 반면, 그리드의 여러 장치로 네트워크의 전체 범위를 확장할 수 있습니다.. Zigbee 및 Z-Wave는 고품질 서비스와 소량의 데이터를 요구하는 에너지 소비가 적은 장치에 이상적입니다., 예를 들어, 가정의 전등 스위치 및 온도 센서.
Zigbee 및 Z-Wave가 가장 적합합니다.:
- 저전력 소비
- 고품질 서비스
- 짧은 대기 시간
- 다양한 장치의 유연한 범위
Zigbee 및 Z-Wave는 적합하지 않습니다.:
- 엄청난 양의 데이터
- 장거리
저전력 광역 네트워크 (LPWAN)
LPWAN 기술은 장거리 및 저전력 네트워크의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.. 네트워크가 장거리를 커버해야 하는 경우, 또는 건물과 같은 장애물을 가로질러야 합니다., 그렇다면 저전력 광역 솔루션이 훌륭한 옵션입니다.. 저전력 광역 솔루션은 허가된 대역과 비면허 대역에 걸쳐 다양한 주파수에 걸쳐 있습니다.. 다음 섹션에서, 우리는 더 인기 있는 LPWAN 기술 중 일부에 대해 논의할 것입니다.
셀룰러 – LPWAN과 WPAN의 차이점
셀룰러 네트워크는 라이센스 대역을 사용합니다., 일반적으로 500MHz ~ 4GHz 범위, 5G 기술은 100GHz에 가까운 주파수를 사용할 수 있지만. 처음에는, 셀룰러 네트워크는 고속 데이터 통신을 위해 태어났습니다., 예를 들어, 더 많은 양의 데이터를 전송하기 위해 더 높은 주파수에서 실행되는 음성 통화. 주파수가 높을수록, 거리가 짧다, 따라서 이제 더 먼 거리를 달성하기 위해 저주파 IoT 통신을 위한 셀룰러 네트워크 표준이 있습니다.. IoT 애플리케이션을 위해 고려해야 할 두 가지 주요 셀룰러 사양이 있습니다..
두 기술 모두 5G에 해당: 협대역 IoT
- NB-IoT, CAT-M2 또는 CAT-NB라고도 함, 주파수 채널 폭이 좁은 셀룰러 통신 카테고리입니다.. NB-IoT는 둘 다 더 먼 거리에서 LTE-M보다 적은 전력을 사용합니다..
- LTE-M은 nB-iot보다 데이터 전송률이 높고 대기 시간이 짧습니다.. LTE-M은 또한 NB-IoT를 통해 장치 이동성을 가능하게 하는 이점이 있습니다., 따라서 데이터 전송 중에 장치가 움직이면, 다른 기지국으로 전환할 수 있습니다.. 셀룰러 네트워크의 데이터 전송률은 저전력 광역 솔루션 중 가장 높습니다., 그래서, 보낼 수 있는 패킷의 크기가 증가했습니다..
셀룰러 솔루션의 주파수는 허용됩니다., 간섭을 줄일 수 있습니다, 메시지를 보낼 수 있습니다. 결과적으로, 셀룰러 기술은 고품질 서비스와 짧은 대기 시간을 제공합니다.. 사용 사례에 즉각적인 조치가 필요한 경우, 누출이 발생하면 장거리에서 가스 밸브를 잠그는 것과 같은, 그런 다음 Cellular를 고려할 수 있습니다..
셀룰러 네트워크는 일반적으로 모바일 네트워크 제공업체에 속합니다.. IoT 솔루션을 위한 셀룰러 네트워크 선택, 대상 지역의 적용 범위를 기반으로 이미 구축된 인프라를 활용할 수 있습니다.. 그럼에도 불구하고, 셀룰러 IoT 사양은 비교적 새롭습니다.,이것이 네트워크 공급자가 여전히 지원 시스템으로 시스템을 설정하는 이유입니다.. 또한 네트워크 공급자의 적용 범위가 제한되어 있으며 하나 또는 다른 사양을 선택할 수 있습니다. (협대역 IoT 또는 LTE-M) 고객에게 서비스를 제공하기 위해. (메모: 둘 다 주어진 네트워크 공급자에 의해 구현될 가능성은 거의 없습니다.)
셀룰러 IoT 구현에 적합한 한 가지 사용 사례는 전기 계량입니다.:
- 높은 데이터 속도 및 페이로드 길이
- 높은 품질의 서비스
- 짧은 대기 시간
시그폭스와 로라
Sigfox 및 LoRa는 장거리에 걸쳐 저주파 신호를 전송하기 위해 433MHz에서 928MHz 사이의 비허가 대역을 사용합니다.. 우리가 볼 것처럼, 이러한 기술은 몇 가지 공통된 특성을 공유합니다.. 셀룰러 네트워크와 달리, LoRa 네트워크 및 Sigfox는 스타 네트워크 토폴로지를 사용합니다.,이는 브로드캐스트 메시지가 특정 범위의 모든 기지국에서 수신 및 클라우드로 전달될 수 있음을 의미합니다.. 이렇게 하면 장치가 여러 기지국의 외부 범위에 있을 때 신호가 캡처될 가능성이 높아집니다.. Sigfox와 LoRa는 모두 Cellular보다 더 먼 거리를 커버하고 에너지를 덜 사용합니다.. 대신에, 둘 다 데이터 전송 속도가 느리고 데이터 및 주파수에 더 많은 제한이 있습니다.. 메시지당 더 많은 양의 데이터를 보낼 수 있습니다., LoRa로 더 자주 방송, Sigfox로 최대 전위 범위 얻기.
Sigfox와 LoRa의 공통점:
- 장거리
- 저전력 소비
시그폭스
Sigfox는 에 설립되었습니다. 2010, 최초의 현대식 저전력 광역화. Sigfox는 862MHz ~ 928MHz 주파수에서 비허가 대역을 사용합니다., 초협대역 변조를 사용하여 100Hz 폭의 메시지 전송. 이는 Sigfox 장치가 주어진 작동 범위에서 임의의 채널로 전송함을 의미합니다., 배경 소음 간섭 가능성을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.. Sigfox는 우리가 분석하는 모든 기술의 최대 범위를 달성할 수 있습니다., 그러나 사용된 협대역 때문에 데이터 전송률이 낮아질 것입니다.. 그러므로, 보다 적은 양의 데이터가 각 메시지별로 전송되어야 합니다. 12 바이트.
Sigfox 사용자는 장치에서 클라우드로 시간당 최대 6개의 메시지를 보낼 수 있습니다. (상류) 클라우드에서 장치로 보내는 메시지는 하루에 4개 이하입니다. (하류). 이러한 제한은 Sigfox가 하루에 몇 가지 간단한 값만 전달하면 되는 저전력 애플리케이션에 이상적임을 의미합니다..
지금 Sigfox 공용 네트워크를 등록해야 했습니다.. 하지만 괜찮아, Sigfox를 사용하면 PAN 기술을 제공하여 네트워크의 개인 인스턴스를 실행할 수 있습니다..
- Sigfox의 장점: 모든 저전력 광역 옵션 중 가장 긴 범위.
LoRa는 지역에 따라 433MHz ~ 928MHz 사이의 비면허 주파수 대역을 사용합니다., 독점 CSS 변조 방식을 사용하여 협대역으로 더 넓은 채널 대역폭을 통해 데이터를 전달합니다. (125, 250 및 500kHz), 이런 식으로, 낮은 소음 수준 및 방해 전파 방지 기능을 보장할 수 있습니다.. 변조 방식은 전력 비용으로 더 먼 거리를 달성하기 위해 확산 계수를 변경하여 변경할 수 있습니다.. LoRaWAN은 게이트웨이와 장치 간의 통신을 정의하는 개방형 표준 프로토콜입니다..
LoRa의 범위는 Cellular보다 큽니다., 그러나 Sigfox보다 작음. 그럼에도 불구하고, 패킷 크기 제한에 유연합니다., 구성이 올바르면 Sigfox로 할 수 있는 것보다 더 많은 데이터를 전송할 수 있습니다.. 현재 있는 지역과 지원하려는 데이터 속도는 LoRa 메시지의 최대 패키지 크기를 결정합니다.. 주파수가 더 높기 때문에 더 높은 데이터 속도는 더 짧은 범위를 의미합니다..
많은 공용 LoRaWAN 네트워크 공급자가 시장에 나와 있습니다.. 그러나 자체 소프트웨어 및 게이트웨이를 사용하여 사설 네트워크를 설정할 수도 있습니다..
롤러에는 다양한 작업이 있습니다.:
- 클래스 A: 최소한의 전력이 필요합니다. 장치는 대부분의 시간 동안 절전 모드에서 깨어나 센서 값이 변경될 때 업링크 메시지를 보내기 위해 깨어납니다.. 서버로부터 메시지를 받는 창 (하류) 매우 제한적입니다.
- 클래스 B: 또한 매우 적은 에너지가 필요합니다.. 기기가 대부분의 시간 동안 절전 모드 상태입니다., 그러나 정시에 일어나서 센서 판독값이 변경되면 현재 판독값을 보고할 수 있습니다.. 서버로부터 메시지를 받는 창 (하류) 제한적이다.
- 클래스 C: 클래스 A 및 B 장치보다 더 많은 전력이 필요합니다., 그러나 장치는 업링크를 브로드캐스트하지 않는 한 항상 다운링크를 수신합니다.. 이러한 다중 클래스 작업의 유연성은 LoRaWAN에서 더 넓은 범위의 사용 사례를 지원할 수 있음을 의미합니다..
LoRaWAN의 장점:
- 최대 패킷 크기를 제어합니다., Sigfox보다 높은.
- 비용 효율적인 사설망 구축 용이.
- 유연한, 전력 및 지연 요구 사항이 다른 장치의 조합이 함께 작동.
결론 – LPWAN과 WPAN의 차이점
저주파는 고주파보다 더 적은 데이터를 전달하면서 더 긴 범위를 갖습니다.. Wi-Fi와 같은 WPAN 기술, 블루투스, Zigbee 및 Z-Wave는 주파수가 높고 장거리가 짧습니다.. 이러한 옵션은 거리가 중요한 시나리오에는 적합하지 않습니다.. LPWAN 기술은 WPAN 기술보다 더 넓은 범위를 달성하고 더 낮은 주파수에서 작동할 수 있습니다.. 올바른 저전력 광역 기술은 사용 사례에 따라 다릅니다.. NB-IoT 및 LTE-M과 같은 셀룰러 기술은 셀룰러 적용 범위 및 서비스가 필요한 시나리오에 대한 훌륭한 옵션입니다., 범위가 더 낮을 가능성이 높기 때문에 짧은 대기 시간과 많은 양의 데이터가 전력보다 더 중요합니다.. Sigfox는 데이터가 적고 전력 소모가 적은 장거리 전송을 원하는 상황에 적합합니다.. LoRa는 최대 제어를 허용합니다, 단순히 사설 네트워크를 설정하여 더 많은 양의 데이터를 보낼 수 있는 구성 가능한 기능, 클래스 C는 더 낮은 대기 시간을 지원합니다..
