M2M 네트워크 아키텍처에 대한 엔지니어 개요

M2M(Machine-to-Machine) 통신을 통해 기계와 장치는 소량의 정보를 다른 기계에 전달할 수 있습니다. 여기에는 연기 감지기, 도어록, 경보기, 수량계, 농업용 센서, 스마트 빌딩, 스마트 조명, 환경 센서 등과의 통신이 포함됩니다.

모든 IoT 애플리케이션에는 달성해야 하는 무선 범위 및 에너지 소비 측면에서 서로 다른 제약 조건이 있습니다. 따라서 M2M 네트워크 아키텍처는 무선 자원을 적절하게 활용하는 것입니다. 아래 나열된 각 네트워크는 이러한 리소스를 처리하기 위해 서로 다른 방법을 사용합니다. 예를 들어, 셀룰러는 자체적으로 허가된 주파수 공간을 사용하는 유비쿼터스 M2M 네트워크의 유일한 유형입니다. 나머지는 일반적으로 허가되지 않은 무료 주파수를 사용하여 공존합니다. 규제 제약으로 인해 회사는 다른 네트워크에 비해 불공정한 이점을 갖도록 네트워크를 설계할 수 없으므로 네트워크 아키텍처를 만들 때 이러한 회사의 질문은 비면허 스펙트럼을 효율적으로 활용하는 방법입니다.

아래에서 상위 7개 M2M 네트워크 아키텍처의 이점과 고려 사항을 살펴보겠습니다.

1. 셀룰러

셀룰러는 오랫동안 M2M 공간을 지배해 왔습니다. 셀룰러의 주요 이점은 유비쿼터스 커버리지이지만 셀룰러의 주요 단점은 짧은 배터리 수명, 높은 비용 엔드포인트 및 높은 반복 요금입니다. 배터리로 구동되는 모든 애플리케이션은 셀 모뎀을 사용하는 데 어려움을 겪을 것입니다. 셀룰러 네트워크도 끊임없이 변화하고 있습니다. 예를 들어, M2M이 시작되었을 때 대부분의 셀룰러 세계는 GSM 기반 기술을 사용하고 있었습니다(현재 단계적으로 중단됨). GSM은 대부분 3G와 LTE로 대체되었으며, M2M 애플리케이션을 위한 이러한 기술은 결국 단계적으로 폐지되고 LTE-M으로 대체될 것이라는 이야기가 있습니다. 따라서 셀룰러 모뎀을 배포한 회사는 하드웨어가 향후 몇 년 동안 지원되지 않을 수 있음을 인지해야 합니다.

2. 와이파이

WiFi는 지난 5년 동안 더 널리 퍼진 M2M 옵션이 되었습니다. 이는 부분적으로 GainSpan과 같은 WiFi 칩 제조업체가 매우 단순한 인터페이스로 더 낮은 비용, 저전력 칩셋을 만들어 이 공간을 목표로 하고 있기 때문입니다. 이 새로운 칩을 사용하면 컴퓨터와 WiFi 드라이버가 필요하지 않습니다. 대신 범용 비동기 수신기/트랜시버(UART)를 사용할 수 있습니다. 그러나 셀룰러 범위는 어디에나 있지만 WiFi 범위는 그렇지 않습니다. 이는 M2M 시장에서 WiFi의 주요 몰락 중 하나입니다. 예를 들어, 뉴욕 고층 빌딩의 모든 아파트에 키 카드 도어록을 만들고 WiFi를 사용한다면 프로비저닝은 악몽이 될 것입니다.

3. 블루투스 저에너지(LE)

지난 4년 동안 사용할 수 있게 된 또 다른 옵션은 Bluetooth 4.0 또는 Bluetooth Smart라고도 하는 LE(Bluetooth Low Energy)입니다. Bluetooth LE는 기존 Bluetooth보다 훨씬 적은 전력을 사용하지만 이전 제품과 마찬가지로 사용자는 범위와 패킷 크기에 따라 상당히 제한됩니다. Bluetooth LE는 전화나 컴퓨터를 통해 온라인으로 아주 작은 정보만 전송하도록 되어 있습니다. 따라서 Bluetooth LE는 심박수 모니터 또는 피트니스 트래커와 같은 애플리케이션에 이상적이지만 더 강력한 전력 소모 또는 더 넓은 범위가 필요한 애플리케이션에는 이상적이지 않습니다.

4. 지그비

ZigBee는 범위 문제를 해결하려는 메시 네트워크 프로토콜입니다. Bluetooth LE와 같은 것보다 훨씬 더 나은 범위를 제공하지만 메시 네트워크와 함께 제공되는 범위 제약과 단점이 있습니다. 예를 들어, 메시 네트워크의 일부 노드는 정보를 전달하기 위해 존재하므로 일정한(그리고 다소 불필요한) 전력 소모가 발생합니다. 따라서 ZigBee는 배터리 구동 장치에는 적합하지 않지만 전원이 무제한인 전력망 모니터링에는 적합합니다. 간단히 말해서, ZigBee는 일부 틈새 시장에서 계속 채택되고 있지만 M2M 공간의 모든 사람의 요구를 충족시키지는 못할 것입니다.

참조: ZigBee 대 M2M 통신을 위한 WiFi 전투

5. 시폭스

저전력, 광역 네트워크(LPWAN) 공간은 최근 더욱 포화 상태가 되었으며 현재 그룹의 선두주자는 SIGFOX입니다. 이 M2M 네트워크는 작고 느린 데이터 버스트를 전송하므로 경보 시스템이나 단순 계량기와 같은 것에 이상적입니다. 비대칭 링크 예산으로 인해 네트워크는 제한된 양방향성만 허용하므로 게이트웨이에서 네트워크 변두리에 있는 노드로 데이터를 다시 보낼 수 없습니다. (이것은 다른 LPWAN 플레이어들이 해결하고자 하는 문제입니다.)

6. LoRaWAN

LoRaWAN은 LoRa 물리 계층을 사용하는 M2M 애플리케이션 생태계를 만들기 위해 LoRa Alliance에서 만든 M2M 프로토콜입니다. SIGFOX와 마찬가지로 LoRaWAN은 업링크 중심 네트워크이므로 센서 기반 장치에 적합합니다. 이는 부분적으로 모든 장치(게이트웨이 포함)를 1% 듀티 사이클로 유지하는 유럽의 규정 때문입니다. 미국의 규제 차이로 인해 더 많은 "명령 및 제어" 기반 응용 프로그램을 허용하는 프로토콜을 설계하여 시장의 큰 부분을 해결할 수 있습니다. Link Labs가 초점을 맞추려고 노력한 부분입니다.

7. 심포니 링크

Symphony Link는 Link Labs에서 다른 M2M 아키텍처가 제시하는 몇 가지 문제를 해결하기 위해 개발한 IoT 네트워크입니다. 예를 들어 단일 Symphony 게이트웨이를 사용하여 10,000개의 노드와 통신할 수 있으므로 건물 전체를 덮을 수 있습니다. Symphony는 또한 배터리 수명을 목표로 합니다. 10분마다 메시지를 보내는 우리 네트워크의 노드는 애플리케이션에 따라 8년에서 10년 동안 지속 가능합니다.

결론

보시다시피 많은 IoT 네트워크를 사용할 수 있습니다. 그들 각각은 표준 엔지니어링 문제, 즉 비용, 성능 및 복잡성을 절충하는 방법을 해결하기 위해 고유한 접근 방식을 시도하고 있습니다. 모든 엔지니어는 이러한 모든 것을 최대한 활용할 수 없다는 것을 알고 있지만 특정 애플리케이션에 맞는 네트워크를 만들 수는 있습니다. 이러한 네트워크 아키텍처가 향후 몇 년 동안 어떻게 개선, 발전 및 성장하는지 보고 싶습니다.