사물인터넷은 문자 그대로 사물이 인터넷에 연결되어 사용자에게 특정한 기능을 제공하는 서비스를 통칭한다.
즉 명확히 어떠한 기능 하나를 의미한다기 보다, "인터넷"에 연결되어있는 "사물" 이라면 사물인터넷이라는 단어가 내포한 의미에서 크게 벗어나지 않는다. 다만 시장에서 통용되는 사물인터넷이라는 용어는 일반적으로 그러한 사물들을 제어하고 관제하며, 해당 데이터를 기반으로 특정한 응용 서비스를 제공하는 분야를 기술적으로 의미하고 있다.
사물 인터넷 서비스는 구축하려는 장소나 서비스의 특성에 따라 특수한 요구사항이 발생한다. 먼저 유연한 네트워크 구성을 위한 확장성으로 주로 각각의 디바이스들이 라우터(노드) 역할을 수행하는 메시 네트워크의 개념을 필요로한다. 다음은 설치 · 시공상의 이슈로 전원이 공급되기 어렵거나 포터블 or 웨어러블 환경에서 필요로한 배터리 타입 적용을 고려한 저전력성이다. 그 밖에 저속 데이터 통신, 저가의 칩(모듈) 단가 등의 요구사항을 시장에서는 필요로 한다.
이 글에서는 주로 내부개인통신망WPAN 을 이루는 네트워크 프로토콜의 개요와 간단한 특징에 대해 설명하며, LoRa와 같은 저전력광대역통신명LPWA 에 대해서는 다루지 않는다.
TCP/IP
TCP/IP는 대다수의 사물인터넷 서비스들이 장비를 통해 데이터를 구성하고 응용 서비스를 제공하는데 거의 필수적으로 사용되는 프로토콜이다. 사물인터넷 장비는 보통 아래 서술할 Zigbee, Bluetooth, RS485 같은 사물인터넷을 위해 특별히 설계된 WPAN을 사용하는데, 해당 네트워크 프로토콜을 기반으로 오가는 패킷들은 통상 "게이트웨이" 라는 장비를 거쳐서 TCP/IP 프로토콜을 타고 구축되어있는 데이터베이스나 WAS로 향한다. 즉 사물인터넷 기술에서 TCP/IP는, 지역에서 얻어낸 정보들을 외부로 내보내는데 사용되는 기술이라 할 수 있다. 최근 해당 게이트웨이의 제조사들은 다양한 사물인터넷 전용 프로토콜을 모두 지원하는 통합형 게이트웨이를 선보이고 있으며, 해당 네트워크를 위한 소규머 서버와 웹 기반의 프론트엔드를 제공하기도 한다. TCP/IP를 통해서 인터넷에 접속하는 시스템을 우리는 이더넷Ethernet 이라고 부른다.
WiFi
무선 기반의 고속데이터 통신을 위해 특별히 설계된 이 프로토콜은 이미 설명할 필요도 없이 우리 생활에 필수적인 요소로 자리잡았다. 사물인터넷에서 Wi-Fi 기술을 기반으로 WPAN을 구축할때 바로 이 요소가 고려된다. 이미 보편화된 Wi-Fi 인프라를 그대로 사용하여 별도의 장비를 추가할 필요 없이 사물인터넷 네트워크를 구축할 수 있다.
단 실제 Wi-Fi 기반의 사물인터넷 제품들은 홈네트워크 제품들을 위주로 출시되고 있는데, 그 이유는 Wi-Fi가 가지고 있는 태생적인 특징으로 인해 비롯된 것이다.
먼저 Wi-Fi는 고속으로 대용량의 데이터를 전송하는데 적합한 프로토콜로 그에 따라 전력소모량이 비교적 높다. 사물인터넷 제품들 중 센서 디바이스들은 배터리 타입을 적용하는 사례가 적지 않은데, 이 경우 배터리 교체주기가 짧아지고 실제 현장에서 관리해야할 포인트가 늘어난다.
또한 일반적인 사용 환경보다 크고 넓은 상업시설의 경우 적용이 어려워 진다. 이후 설명할 타 프로토콜들이 각각의 IoT 디바이스들이 라우터기능을 수행할 수 있도록 설계되어있는데 반해, Wi-Fi는 중계기를 추가로 설치해야하는 소요가 발생한다.
Wi-Fi Alliance에서는 이러한 단점들을 극복하고 사물인터넷 시장에서 도미넌스를 가져가기 위해 WI-Fi HaLow 라는
저전력 · 장거리 통신을 지원하는 방향으로 상용화를 시도하고 있다.
Bluetooth
Bluetooth는 사물통신 M2M 을 고려하여 표준화된 기술로 와이파이에 필적할 정도로 보편화되어있는 프로토콜이다. 이 기술은 일반적으로 오디오, 웨어러블 기기같은 제품에 Bluetooth Classic 이라는 이름으로 많이 적용되었다. 사물인터넷 기술에서는 통상 BLE (Bluetooth Low Energy) 라는 Bluetooth 기반의 특정한 프로토콜 스택을 적용한다. BLE는 IoT 에 대한 요구사항에 맞추어 적용된 사양으로, 각각의 BLE Module 이 라우터로써 그물망 형식의 네트워크를 형성하여 각각의 사물들이 서로 먼 거리를 안정적으로 통신할 수 있게 한다. 또한 저전력 통신을 지원한다.
시중에 BLE를 적용한 제품을 보면, 게이트웨이를 별도로 두지 않고 직접제어만 가능하도록 상품화된 것들을 종종 볼 수 있다. 즉 사용자의 스마트폰이 서비스를 사용할때 IoT 운영 서버를 보고 사용하는 것이 아니라 제품과 직접 통신하여 제어하는 형태로 아키텍처가 구성되어있다. 이러한 제품들은 외부에서 제어와 관제가 불가능하다는 치명적인 단점을 가지고 있다. 서론에서 언급한 사물인터넷의 정의에 대한 관점에서 보면, 사물인터넷 제품이라고 부를 수 없는 제품들인 것이다.
최근 Bluetooth 5 에서는 데이터 통신 속도를 낮추고 이에 대한 보상으로 통신 거리를 증가시킬 수 있게 되었다.
Zigbee
Zigbee는 앞서 설명한 사물인터넷 네트워크에 필요로하는 요구사항을 충족시키기 위해 표준화된 기술로 IEEE 802.15.4 에서 그 표준을 정의하고 있다. 주로 스마트홈, 빌딩제어 시스템(BEMS) 의 네트워크를 구축하는데 사용된다.
Zigbee는 2.4 Ghz대역에서 250kbps의 저속 데이터통신을 지원하며 각각의 Zigbee 통신 모듈들이 Router로서 동작이 가능하다. 이는 Zigbee Device들이 메쉬 네트워크를 구성하고 확장성을 가져갈 수 있게 한다.
Zigbee Device들은 Coordinator, Router, End-device 의 3가지 종류고 구성되며 여기서 Coordinator는 네트워크를 대표하는 디바이스로 해당 네트워크에 대한 정보를 저장한다. Router는 Zigbee 통신을 수행하며 동시에 다른 Deivce의 데이터를 중계하는 역할을 수행한다. End-device는 중계기능을 제외하여 더 저전력인 상태로 장치를 구동시킬 수 있어 통상 배터리타입에 적용한다.
결론
앞서 설명한 기술들 외에도 실제 사물인터넷에 적용되고 있는 기술들은 매우 많다. 이러한 각각의 기술들은 해당 기술이 등장하게 된 배경과 각자의 특징을 보유하고 있기 때문에 적합한 적용 분야가 다르다. 따라서 우리는 이러한 기술들이 가진 특징을 이해하고 구현하고자 하는 서비스에 적합한 기술을 고려하여 선정하여야 한다.