IoT 네트워킹 기술 심층 분석: 2025년을 위한 핵심 솔루션

2025 년 1 월 3 일
사물인터넷 기본

IoT 네트워킹 기술은 디지털 세상에서 우리가 연결하고 상호작용하는 방식을 완전히 바꿔 놓았습니다! 오늘날 무선 프로토콜과 통신 표준은 스마트 시티, 커넥티드 카, 환경 모니터링 등 IoT 구축의 거의 모든 측면에서 중요한 역할을 합니다. IoT 애널리틱스에 따르면, 글로벌 커넥티드 IoT 기기 시장은 18.8 억 2024년 말까지 13% 성장할 것으로 예상됩니다. 한편, 연결된 기기의 수가 폭발적으로 증가함에 따라 견고하고 확장 가능하며 효율적인 통신 기술에 대한 필요성은 그 어느 때보다 커지고 있습니다. 이 글에서는 IoT 통신에 널리 사용되는 몇 가지 프로토콜을 살펴보겠습니다. 선택하기 전에 주요 IoT 네트워킹 솔루션에 대해 더 깊이 이해하시기를 바랍니다.

뭐 IoT 네트워킹인가

IoT 네트워킹은 IoT 기기가 서로 연결되고 중앙 시스템과 통신하는 방식을 의미합니다. 이를 통해 스마트 기기들이 함께 작동하는 자율적인 생태계가 형성됩니다.

일반적으로 IoT 생태계는 기기, 데이터, 연결 기술, 그리고 사용자라는 네 가지 주요 계층으로 구성됩니다. 보시다시피 이러한 계층은 IoT 네트워크의 구성 요소를 형성하며, 네트워크 아키텍처는 모든 요소 간의 효율적인 통신을 가능하게 하는 백본 역할을 합니다.

IoT 네트워크에는 기기 간 원활한 연결을 지원하는 강력한 통신 기술이 필요하다는 것은 당연한 일입니다. 이러한 네트워크 프로토콜은 인간의 의사소통에서 언어가 하는 역할과 같은 역할을 합니다. 기본적으로 IoT 기기의 고유한 요구 사항에 맞춰 특별히 설계되었습니다. 전력 소비, 범위, 대역폭, 기기 밀도 측면에서 특별한 고려 사항이 있습니다. 이러한 요구 사항을 고려할 때, IoT 프로젝트 계획의 중요한 측면은 적절한 IoT 프로토콜을 선택하는 것입니다.

이전 글에서는 몇 가지 네트워크 프로토콜과 그에 적합한 애플리케이션에 대해 살펴보았습니다. 여기에서는 IoT 프로젝트 참고를 위해 널리 사용되는 단거리 및 장거리 무선 기술을 소개합니다.

주요 단거리 IoT 네트워킹 기술

단거리 무선 통신 기술은 짧은 거리에서 무선 전송을 구현하는 기술을 말합니다. 일반적으로 전송 범위는 수십 미터 또는 수백 미터 이내입니다. 일반적인 예로는 다음과 같습니다. 블루투스, 와이파이, 지그비, UWB, NFC 및 RFID(여기서는 자세한 소개 없음).

블루투스 및 BLE

블루투스는 가장 널리 사용되는 단거리 무선 기술 중 하나입니다. 무선 이어폰부터 차량용 시스템, 스마트워치, 피트니스 트래커까지, 블루투스는 어디에서나 사용됩니다.

최신 블루투스 표준 6.0년 2024월에 출시된 Bluetooth 4.0은 Bluetooth 채널 감지와 같은 새로운 기능을 제공합니다. 하지만 현재 널리 사용되는 표준은 Bluetooth 5.0, 5.0 이상입니다. Bluetooth 2은 최대 4.2Mbps의 전송 속도를 제공하는 반면, 1는 최대 XNUMXMbps의 전송 속도를 제공합니다.

블루투스의 전력 소모에 대한 약점을 해결하기 위해 저전력 블루투스(BLE)가 도입되었습니다. 이 프로토콜은 성공적으로 개발되어 전 세계적으로 널리 채택되었습니다. 주요 이유 중 하나는 기존 블루투스 기기와의 호환성을 유지하면서도 전력 소모를 크게 줄일 수 있다는 것입니다.

Bluetooth Low Energy는 사물 인터넷(IoT)에 사용되는 저전력 장치를 위해 특별히 설계되었다는 점을 이해해야 합니다. 기존의 클래식 블루투스를 대체하거나 대체하는 것이 아닙니다. BLE는 블루투스와 동일한 2.4GHz ISM 대역을 사용합니다. 단일 마스터 장치에 최대 7개의 장치를 연결할 수 있는 클래식 블루투스와 달리, BLE는 최대 128개의 장치를 연결할 수 있습니다. BLE는 40개의 2MHz 폭 채널을 사용하며, 적응형 주파수 호핑 알고리즘을 활용하여 성능을 최적화하고 간섭을 최소화합니다.

WiFi

Wi-Fi는 전체 IoT 연결의 31%를 차지합니다. 여기에서는 기존 WiFi 무선 통신 방식과 더불어 장거리 저전력 IoT 애플리케이션을 위해 특별히 설계된 WiFi HaLow(802.11ah)에 대해 살펴보겠습니다.

WiFi 6는 다른 무선 프로토콜과 동일한 2.4GHz 및 5GHz ISM 대역을 사용하며, 6E는 6GHz 대역 지원을 추가합니다. 범위는 환경 요인과 전송 전력에 따라 실내 10m에서 실외 100m 이상까지 크게 달라집니다. Bluetooth의 지점 간(point-to-point) 아키텍처와 달리 WiFi는 장치가 중앙 액세스 포인트(라우터)를 통해 연결되는 스타형 네트워크 토폴로지를 따릅니다.

6년에 출시된 WiFi 6/802.11E(2021ax)는 현재 널리 사용되는 표준입니다. 속도 측면에서는 최대 9.6Gbps까지 도달할 수 있으며, 이는 최대 5Gbps였던 WiFi 802.11(3.5ac)보다 빠릅니다. 802.11ac/n/g 이전 표준을 사용하는 기기를 본 적이 있을 것입니다. WiFi의 하위 호환성 덕분에 이러한 이전 표준 기기도 최신 표준 기기와 계속 작동할 수 있습니다. 최신 WiFi 표준은 이전 표준보다 더 긴 도달 범위를 제공합니다.

WiFi HaLow는 1GHz 미만 주파수에서 작동합니다. 벽 투과율이 더 높고 도달 범위가 더 넓으며(최대 1km), 전력 소모도 더 적습니다. 그럼에도 불구하고, Bluetooth LE처럼 업계에서 널리 채택되지는 않았습니다.

가장 중요한 점은 WiFi가 단일 액세스 포인트에 대해 수백 개의 동시 연결을 지원하지만, 실제적인 제한으로 인해 네트워크 구성에 따라 이 숫자가 줄어드는 경우가 많다는 것입니다.

지그비 (ZigBee)

지그비는 개인 통신망(PAN)용으로 설계된 저비용, 저전력 무선 통신 표준입니다. 산업 및 홈 자동화 애플리케이션을 위해 특별히 개발되었습니다. 지그비는 WiFi만큼 널리 사용되지는 않지만, 전구, 온도 조절기, 보안 센서 등 스마트 홈 분야에서 점점 더 보편화되고 있습니다.

ZigBee는 2002년 ZigBee 얼라이언스(현재의 Connectivity Standards Alliance)가 결성되면서 탄생했습니다. 현재는 필립스, 텍사스 인스트루먼트, 삼성, 아마존과 같은 대기업들이 ZigBee 프로토콜을 발전시키고 있습니다.

솔직히 말해서 ZigBee는 자동화를 위해 특별히 설계되었으며, 장치 설정과 연결이 쉽고, 전력 소모가 적어 배터리 수명이 길고, 보안성이 매우 강력합니다.

이 아키텍처는 802.15.4 표준을 기반으로 구축되었습니다. ZigBee의 가장 큰 장점은 단일 네트워크에서 최대 65,000개의 노드를 지원할 수 있는 개방형 프로토콜이라는 것입니다. ZigBee는 특히 메시 네트워킹 기능으로 유명합니다.

ZigBee 프로토콜은 네트워크에서 세 가지 주요 장치 유형을 정의합니다.

코디네이터(ZigBee 네트워크에서 하나만 가능)
라우터(데이터 전송을 위한 중개자)
ZigBee 엔드 장치(대부분 절전 모드에서 부모 노드와만 통신)

Texas Instruments와 Silicon Labs는 ZigBee 칩의 주요 공급업체입니다.

UWB

UWB(초광대역)는 새롭게 부상하는 통신 프로토콜 중 하나입니다. 아직 많은 기기에서 본 적은 없겠지만, 빠르게 도입되고 있습니다. 스마트폰부터 자동차 키, 스마트 홈 기기, 산업 현장에 이르기까지 UWB는 현대 기술에 점점 더 많이 도입되고 있습니다.

다른 무선 기술과 마찬가지로 UWB는 정해진 스펙트럼에서 작동하지만, 협대역 시스템과 달리 3.1GHz에서 10.6GHz까지 넓은 주파수 범위에 걸쳐 전송을 분산시킵니다. 일반적으로 1~50미터의 수신 범위를 가지며, 기기 또는 앵커 간 가시거리(LOS)에서 가장 잘 작동합니다.

초광대역(UWB)은 블루투스의 500MHz 또는 1MHz 채널과 달리 최소 2MHz 폭의 채널을 사용합니다. 또한 UWB는 초단 펄스 전송을 사용하여 협대역 시스템보다 위치 정확도가 더 높습니다.

UWB 전송의 최대 전력 스펙트럼 밀도는 41.3dBm/MHz입니다. 이는 평균 전송 전력으로 약 0.5mW에 해당합니다. 이는 WiFi나 블루투스와 같은 기존 협대역 시스템과의 간섭을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 낮은 전력은 UWB의 보안성을 높여줍니다. 넓은 주파수 분포와 낮은 전력 밀도로 인해 UWB 신호는 가로채기가 어렵습니다.

단거리 IoT 네트워킹 기술 비교

기술	블루투스(BLE)	WiFi	지그비 (ZigBee)	UWB
범위	10 - 100m	실내 50~100m	10 - 100m	10m
데이터 속도	1 - 2 Mbps의	최대 1Gbps+	250의 Kbps	27 Mbps의 최대
전력 소비	매우 낮은	높음	매우 낮은	높음
주파대	2.4 GHz	2.4 GHz, 5 GHz	2.4 GHz	3.1 - 10.6 GHz
장점	- 저전력 소비 – 널리 지원됨 – 구현이 용이함 – 저렴한 비용	– 높은 데이터 전송 속도 – 범용 호환성 – 강력한 보안 옵션	- 저전력 소비 – 대규모 네트워크 지원 – 자가 치유 메시	– 정확한 위치 지정 – 높은 보안 – 간섭에 면역
단점	– 제한된 범위 – 제한된 노드 – 잠재적 간섭	– 높은 전력 소모 – 제한된 배터리 수명 – 네트워크 정체	– 낮은 데이터 전송 속도 – 단거리 – 복잡한 구현	– 제한된 범위 – 더 높은 비용 – 제한된 채택
주요 용도	웨어러블, 스마트 홈, 실내 위치 지정, 자산 추적, 관심 지점	홈 자동화, 비디오 스트리밍, 고대역폭 애플리케이션	홈 오토메이션, 산업 제어, 센서 네트워크	실내 위치 지정, 자산 추적, 보안 액세스

장거리 IoT 네트워킹 기술 비교

기술	로라/로라완	SIGFOX	셀룰러(4G/5G)	NB-IoT
범위	2 - 15km	최대 40km	수 km	1 - 10km
데이터 속도	0.3 50-Kbps의	100 bps	최대 1Gbps+	250의 Kbps
전력 소비	매우 낮은	매우 낮은	높음	높음
주파대	GHz 이하	GHz 이하	라이센스 밴드	라이센스 밴드
장점	– 장거리 – 뛰어난 배터리 수명 – 침투성이 좋음	– 초장거리 – 매우 낮은 전력 – 간단한 배포	– 보편적 보장 – 높은 신뢰성 – 높은 데이터 전송 속도	– 건물 침투성이 좋음 – 라이센스된 스펙트럼 – 긴 배터리 수명
단점	– 낮은 데이터 전송 속도 – 게이트웨이 종속성 – 지역 제한	– 매우 낮은 데이터 전송 속도 – 구독이 필요합니다 – 하루 제한된 메시지	– 높은 전력 소모 – 비싼 – 월 수수료	– 네트워크 종속성 – 더 높은 지연 시간 – 적용 범위 제한
주요 용도	자산 추적, 주차 관리, 환경 모니터링, 농업 감지, 스마트 미터링	자산 추적, 환경 모니터링	커넥티드카, 스마트시티, 모바일 애플리케이션	스마트 미터링, 자산 추적

뭐 만약 IoT n에칭 t전자 기술 나에게 맞는 것은?

IoT 네트워크는 까다로운 환경에서도 기기를 연결하고 관리할 수 있기 때문에 매우 유용합니다. 특히 IoT 네트워크는 대규모, 다양한 기기 유형, 실시간 운영 요구 사항 등의 변수를 고려하여 연결된 세상에서 성장하고 있습니다.

연결 기술은 IoT 프로젝트를 개발할 때 내려야 할 가장 중요한 결정 중 하나입니다. 이 선택은 프로젝트의 성공, 비용, 그리고 성과를 어느 정도 좌우할 것입니다. 특정 기술을 살펴보기 전에 다음과 같은 중요한 질문을 스스로에게 던져보세요.

– 기기는 어디에서 사용될 예정인가요? 실내에서 사용될 예정인가요, 아니면 실외에서 사용될 예정인가요?

– 어느 정도 범위를 커버해야 하나요? 미터, 킬로미터, 아니면 그 중간인가요?

– 얼마나 많은 데이터를 얼마나 자주 전송할 예정인가요?

– 전력 예산은 어떻게 되나요? 배터리로 사용하시나요, 아니면 일반 전원으로 사용하시나요?

– 배포 위치에는 어떤 네트워크 인프라가 있습니까?

– 보안 요구 사항은 무엇입니까?

– 하드웨어와 지속적인 연결 비용을 위한 예산은 얼마인가요?

위에서 다룬 기술은 연결 유형의 전체 목록은 아니지만 대부분의 IoT 프로젝트를 시작하는 데 도움이 될 것입니다.

짧은-r천사 t기술 p연습하다

단거리 무선 통신 기술 중 WiFi는 높은 처리량의 데이터 전송을 제공합니다. 가정과 공공장소에서 WiFi는 무선 네트워크 커버리지를 주도하고 있습니다. 많은 건물에 이미 WiFi가 구축되어 있으므로 스마트 홈, 보안 카메라, 통합 추적 솔루션과 같은 IoT 애플리케이션에 이상적입니다.

소비자 시장에서는 블루투스 저에너지(BLE)가 확고한 우위를 보이고 있습니다. 비용 측면에서 단거리 위치 서비스 분야에서 선호되는 선택지가 되었습니다. 시장 상황은 이를 반영합니다. 블루투스 위치 서비스 기기 출하량 2024년에는 BLE가 스마트홈 분야에서도 큰 성장을 보일 것으로 예상됩니다. Matter 표준에 포함됨에 따라 더욱 다양한 스마트홈 애플리케이션이 등장할 것으로 예상됩니다.

지그비는 스마트홈에서 간과할 수 없는 핵심 기술입니다. 현재 산업 자동화 및 스마트홈 애플리케이션에서 더 많이 사용되고 있습니다. 지그비의 메시 네트워크는 연결 거리를 확장하고 더 많은 네트워크 노드를 지원할 수 있습니다.

UWB 기술은 앞의 세 가지 기술만큼 널리 사용되지는 않았습니다. UWB의 주요 장점은 센티미터 수준의 정확한 위치 추적입니다. 하지만 상대적으로 구축 비용이 높습니다. 따라서 정밀한 위치 추적이 필요한 특정 사용 사례에 더 적합합니다.

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장거리 무선 IoT 기술 중 LoRa와 LoRaWAN은 다양한 IoT 구축을 선도하고 있습니다. 매우 낮은 전력 소비로 뛰어난 커버리지를 제공합니다. LoRaWAN은 기기가 장시간 배터리 전원으로 작동해야 하는 경우 매우 효과적이며, 데이터 전송 시 약간의 지연 시간도 허용합니다. 이 기술은 동물 추적, 차량 추적, 주차 관리, 환경 모니터링, 농업 감지, 공공 시설 계량 등에 널리 사용됩니다.

Sigfox는 LoRaWAN보다 더욱 간소화된 설계를 자랑합니다. 기기 비용과 복잡성을 줄이도록 설계되었지만, 데이터 전송 속도는 저하됩니다. Sigfox와 LoRaWAN은 경우에 따라 유사한 용도로 사용될 수 있지만, 사설 네트워크나 양방향 통신이 필요한 경우에는 LoRaWAN을 사용하는 것이 좋습니다.

NB-IoT와 LTE-M은 기존 셀룰러 인프라를 활용할 수 있다는 큰 이점을 제공합니다. 이러한 기술은 특히 넓은 지역에 걸쳐 자산을 추적할 때 일부 LoRaWAN 및 Sigfox 애플리케이션과 겹칩니다. 물류 분야는 특히 셀룰러 기반 추적 솔루션을 적극적으로 도입하고 있습니다. 그러나 셀룰러 옵션은 가입비로 인해 비용이 더 많이 듭니다.

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작성자 ——

황 YK

YK는 MOKOSMART R&D 부서의 숙련된 제품 관리자로, 40년 이상의 스마트 기기 개발 경험을 보유하고 있습니다. PMP 및 NPDP 자격증을 보유하고 있으며, 다양한 기능 팀을 관리하는 방법에 대한 지식을 갖추고 있습니다. 데이터 기반 인사이트를 활용하여 XNUMX개 이상의 커넥티드 제품을 성공적으로 출시했습니다. 전자 및 엔지니어링 분야의 배경을 바탕으로, YK는 복잡한 기술적 가치 제안을 소비자 및 산업용 애플리케이션 모두를 위한 사용자 친화적인 IoT 솔루션으로 전환하는 데 탁월한 역량을 발휘합니다.

황 YK

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