[IoT] IoT Network - 통신기술에 관하여

본 글에서는 IoT Network와 관한 기술에 대해 기술한다.

 

 

Zigbee (IEEE 802.15.4)

 

- IEEE 802.15.4 무선 표준을 기반으로하는 저전력 무선 통신 기술 중 하나로, 센서 네트워크 및 자동화 제어 어플리케이션에서 사용되는 프로토콜 스택 및 네트워크 구성을 제공함. 

- 2.4GHz, 868MHz 및 915MHz 주파수 대역에서 작동함.

- 네트워크는 Star, Mesh 및 Cluster Tree 구성을 지원하며, 최대 65,000개의 노드를 지원함. 

- 조명, HVAC (난방, 환기 및 공조), 보안 시스템, 홈 자동화, 센서 네트워크 등에서 다양한 응용 분야에서 사용됨.

 

1. 저전력 및 저속도: 저전력 및 저속도 무선 통신 기술로, 높은 전력 소비가 필요하지 않으며, 작은 배터리로도 오랫동안 사용할 수 있음.
2. 안정성 및 안전성: 무선 네트워크가 중단되는 경우 재시작 및 재연결을 지원함. 또한, 노드간에 통신이 암호화되어 있어 안전하게 데이터를 전송할 수 있음.
3. 적은 비용: 저렴한 비용으로 구현 가능함.
4. Mesh 네트워크: Mesh 네트워크 구성을 지원하므로, 하나의 노드가 중간자로서 데이터를 릴레이해 다른 노드에 전달하는 능력을 갖고 있음. 따라서, 네트워크의 확장성과 안정성이 향상됨.
5. Interoperability: IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 하며, 이를 통해 다른 무선 프로토콜과의 상호 운용성을 보장함. 이를 통해 Zigbee 노드는 다른 무선 통신 시스템과 상호 작용할 수 있음.
6. 멀티 어플리케이션 지원: 다양한 어플리케이션에서 사용 가능함. 집 자동화, 스마트 에너지, 무선 제어 및 감시, 산업용 제어 등의 분야에서 활용됨.

 

 

IEEE 802.15.4e

 

- 저전력 무선 통신 기술의 표준인 IEEE 802.15.4의 개선 버전임.

- Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)를 위한 표준임.

- 저전력, 고신뢰성, 대규모 무선 센서 네트워크의 지원을 목적으로 함.

- 아래 특징으로 저전력 고신뢰 무선 네트워크를 구축하기 위한 여러 산업 및 IoT 애플리케이션에 적합한 기술로 인정받고 있음.

 

1. Time-Slotted Channel Hopping (TSCH): TSCH는 IEEE 802.15.4e에서 사용하는 주요 저전력 기술로, 무선 디바이스 간 충돌을 피하기 위해 각 디바이스가 자체적으로 계획된 시간에만 무선 통신을 수행하도록 구성됨. 또한, 다양한 주파수 채널을 사용하여 간섭을 최소화함.

2. 암호화: IEEE 802.15.4e는 기본적으로 보안 기능을 내장하고 있음. 각 무선 디바이스는 키를 사용하여 데이터를 암호화하고, 무선 네트워크 간에는 암호화된 연결을 설정할 수 있음.

3. 자가 치유 기능: IEEE 802.15.4e는 무선 디바이스 간의 신뢰성을 보장하기 위해 자가 치유 기능을 제공함. 이를 통해 네트워크 내의 다른 디바이스로 통신을 변경하여 통신에 문제가 생겼을 때도 네트워크가 작동할 수 있음.

4. 네트워크 관리: IEEE 802.15.4e는 무선 디바이스의 라우팅 및 다른 네트워크 관리 작업을 수행하는 네트워크 관리자 역할을 수행하는 네트워크 서버를 포함함.

5. 대규모 센서 네트워크의 지원: IEEE 802.15.4e는 대규모 센서 네트워크를 지원하기 위해 설계되었음. 이를 위해 대량의 무선 디바이스를 처리하고 관리할 수 있으며, 이러한 디바이스는 대부분 저전력으로 작동하고 여러 주파수 채널을 사용하여 통신함.

 

 

WIFI (IEEE 802.11)

 

- 무선 랜 기술을 규정하는 표준 중 하나로, Wi-Fi라고도 불림. 

- 다양한 주파수 대역을 지원하며, 무선 네트워크에서 데이터를 안정적으로 전송하는 기술적인 문제들을 해결하는 기술을 제공함.

1. 다양한 주파수 대역 지원: IEEE 802.11은 2.4GHz와 5GHz 대역을 모두 지원하며, 이는 다양한 무선 기기들과의 호환성을 보장함.
2. 다양한 데이터 전송 방식: IEEE 802.11은 다양한 데이터 전송 방식을 제공함. 대표적으로는 DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum), OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), MIMO (Multiple Input Multiple Output) 등이 있음.
3. 높은 전송 속도: IEEE 802.11은 무선 네트워크에서 높은 전송 속도를 제공함. 최신 기술인 IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6)에서는 최대 9.6Gbps의 전송 속도를 지원함.
4. 안전한 데이터 전송: IEEE 802.11은 WEP, WPA, WPA2 등 다양한 보안 프로토콜을 지원함. 이를 통해 무선 네트워크에서 안전하게 데이터를 전송할 수 있음.
5. 적은 전력 소비: IEEE 802.11은 무선 기기들이 적은 전력으로 작동할 수 있도록 설계되어 있음. 이를 통해 무선 기기의 배터리 수명을 연장하고, 더욱 효율적으로 무선 네트워크를 구성할 수 있음.
6. 다양한 네트워크 구성 방식: IEEE 802.11은 Ad-hoc 모드와 Infrastructure 모드를 지원함. Ad-hoc 모드에서는 무선 기기들끼리 직접 통신을 하며, Infrastructure 모드에서는 무선 액세스 포인트를 통해 통신을 함. 이를 통해 다양한 네트워크 구성 방식을 구현할 수 있음.

WIFI의 각 세대별 특징은 아래와 같음.

1. 802.11a (WIFI 2 / 1999)

• 5GHz 대역 지원
• 최대 54Mbps의 데이터 전송 속도 지원
• 동시에 최대 23개의 채널 사용 가능
• 적은 전파 범위와 장애물에 취약한 단점이 있음

2. 802.11b (WIFI 1 / 1999)

• 2.4GHz 대역 지원
• 최대 11Mbps의 데이터 전송 속도 지원
• 802.11a에 비해 전파 범위가 넓고, 장애물에 강함
• 하지만, 동시에 사용 가능한 채널이 적음

3. 802.11g (WIFI 3 / 2003)

• 2.4GHz 대역 지원
• 최대 54Mbps의 데이터 전송 속도 지원
• 802.11b와 거의 동일한 전파 범위와 장애물에 강한 특징을 가짐
• 802.11a에 비해 동시에 사용 가능한 채널이 적음

4. 802.11n (WIFI 4 / 2009)

• 2.4GHz 또는 5GHz 대역 지원
• 최대 600Mbps의 데이터 전송 속도 지원
• MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술을 사용하여 이전 시리즈보다 더 빠르고 안정적인 통신 가능
• 동시에 사용 가능한 채널이 많아짐

5. 802.11ac (WIFI 5 / 2013)

• 5GHz 대역 지원
• 최대 6.9Gbps의 데이터 전송 속도 지원
• MIMO 기술을 개선하여 802.11n에 비해 더욱 빠르고 안정적인 통신 가능
• 동시에 사용 가능한 채널이 많아짐

6. 802.11ax (WIFI 6 / 2019)

• 2.4GHz 또는 5GHz 대역 지원
• 최대 9.6Gbps의 데이터 전송 속도 지원
• MU-MIMO(Multi-User Multiple Input Multiple Output) 기술을 사용하여 여러 사용자의 동시 접속 시도에도 안정적인 통신 가능
• 동시에 사용 가능한 채널이 많아짐

 

 

BlueTooth

 

- 무선을 사용하여 주변 기기와 데이터를 주고받을 수 있는 기술이며, 매우 편리한 무선 연결 방식으로 인기가 높음.

- 1994년에 에릭슨(Ericsson)에서 개발되었으며, 현재까지 여러 차례 버전 업그레이드를 거쳐 발전해왔음. 

 

1. 1세대 Bluetooth: Bluetooth 1.x

• 전송 속도: 1Mbps
• 주파수 대역폭: 2.4GHz
• 최대 전송 거리: 10m
• 주로 데이터 전송에 사용되었으며, 복잡한 기기와는 연결이 어렵고 안정성이 낮았습니다.

2. 2세대 Bluetooth: Bluetooth 2.x

• 전송 속도: 2.1Mbps
• 전송 거리: 10m
• 주로 데이터 전송, 음성 통화 등의 다양한 용도로 사용됨.
• EDR(Enhanced Data Rate) 기술을 적용하여 데이터 전송 속도를 높였으며, A2DP(Advanced Audio Distribution Profile)를 적용하여 고품질 음악 재생이 가능해짐.

3. 3세대 Bluetooth: Bluetooth 3.x

• 전송 속도: 24Mbps
• 전송 거리: 10m
• 주로 고품질 멀티미디어 전송 등의 용도로 사용됨.
• HS(High Speed) 기술을 도입하여 전송 속도가 대폭 개선됨.

4. 4세대 Bluetooth: Bluetooth 4.x

• 전송 속도: 25Mbps
• 전송 거리: 100m
• LE(Low Energy) 기술을 도입하여 전력 소모가 적어졌음.
• BLE(BLE) 프로토콜을 적용하여 IoT 기기와의 연결에 적합해졌으며, iBeacon이나 지문 인식 등의 기술이 도입되어 다양한 용도로 활용됨.

5. 5세대 Bluetooth: Bluetooth 5.x

• 전송 속도: 50Mbps
• 전송 거리: 200m
• 주파수 대역폭: 2.4GHz 및 5GHz
• 대역폭 확장 및 연결 안정성 향상을 위해 새로운 PHY(Physical Layer) 기술 도입
• IoT 기기와의 연결, 대용량 파일 전송, 실시간 영상 스트리밍 등 다양한 용도로 사용됨.

LE 통신모드

블루투스 LE(Bluetooth Low Energy)는 전력 소비가 낮은 무선 통신 기술로, 스마트폰, 스마트워치, 웨어러블 디바이스, IoT 장치 등에서 널리 사용됨. 블루투스 LE는 통신 모드에 따라 3가지로 나뉘어짐.

1. Non-connectable undirected advertising mode: 주변에 블루투스 디바이스의 존재를 알리기 위해 사용되며, 일반적으로 "Beacon"이라고 불리는 기능임. 이 모드에서는 연결이 필요하지 않으므로 전력 소비가 매우 낮아져 배터리 수명을 늘리는데 도움이 됨.
2. Directed advertising mode: 특정 디바이스와 연결하기 위해 사용됨. 다른 블루투스 디바이스에 직접적으로 노출되지 않으므로 보안성이 높음.
3. Connection mode: 특정 디바이스와 연결된 후, 데이터를 송수신하는 모드임. 연결된 디바이스 간의 데이터 통신을 위해 사용됨. 이 모드에서도 전력 소비를 줄이기 위해 여러 가지 최적화 기술이 사용됨.

 

Zigbee,WIFIi, BLE 비교

 

1. Zigbee

- 저전력 무선 네트워크를 구성하기 위해 설계된 프로토콜. 

- 주로 스마트 홈, 산업용 제어 시스템, 빌딩 자동화 등에서 사용됨. 

- 저전력 소비, 강한 네트워크 보안 기능, 멀티 채널 기능, 메시 네트워크 구성 등의 장점이 있음.

 

2. Wi-Fi

- 인터넷에 연결하기 위해 사용되는 무선 통신 기술임. 

- 높은 대역폭을 가지며, 데이터 속도가 빠르고 안정적임. 

- 주로 스마트폰, 노트북, 태블릿 등 개인용 기기에서 사용됨.

 

3. BLE

- BLE는 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy)의 준말로, 스마트 홈 기기, 헬스케어 기기, 웨어러블 디바이스 등에서 사용됨.

- 매우 저전력을 소비하며, 주로 저전력 기기 간에 데이터를 전송하는 데 사용됨.

• 전력 소비: Zigbee와 BLE는 저전력을 지원하며, Wi-Fi는 상대적으로 높은 전력을 필요로 함.
• 대역폭: Wi-Fi는 높은 대역폭을 가지며, Zigbee와 BLE는 상대적으로 낮은 대역폭을 가짐.
• 전송 거리: Zigbee는 전송 거리가 길지만, Wi-Fi와 BLE는 상대적으로 짧음.
• 보안: Zigbee는 멀티 채널 기능과 강력한 보안 기능을 지원하며, Wi-Fi와 BLE는 보안 기능이 지원되지만, 보안 수준이 낮을 수 있음.
• 비용: Zigbee와 BLE는 비교적 저렴하게 사용할 수 있으며, Wi-Fi는 비용이 높을 수 있음.

 

 

LPWAN

 

- LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)은 대용량의 데이터를 저전력으로 전송하는 무선통신 기술임. 

- 이는 IoT 기기들이 배터리를 오랫동안 사용할 수 있도록 하며, 전송 거리가 멀고 신호가 약한 환경에서도 통신이 가능하게 함. 

- 대부분의 기존 무선 통신 기술과 달리 전력 소모를 매우 절약하며, 지리적으로 넓은 범위에서 저렴한 비용으로 통신할 수 있음.

- 여러 가지 프로토콜과 기술이 존재하지만, 그 중에서도 LoRaWAN과 Sigfox가 대표적입니다.

- LoRaWAN은 LoRa(Long Range)라는 무선통신 기술을 이용하여 먼 거리에서 대용량의 데이터를 저전력으로 전송하는 기술임. 노드, 게이트웨이, 네트워크 서버 등의 구성 요소로 이루어져 있으며, 이들이 협력하여 데이터를 안정적으로 전달함. 전송 거리가 10km 이상이며, 실내에서도 잘 작동함. 또한, 대규모 센서 네트워크를 구성할 수 있으며, 저전력이라는 특징 때문에 배터리 수명이 길어짐.

- Sigfox는 전 세계적으로 이용 가능한 규모의 무선 네트워크를 구축하여 낮은 비용으로 저전력 IoT 장치들이 네트워크에 접속할 수 있도록 하는 IoT 통신 서비스임. 장거리 통신이 가능하며, 전송하는 데이터 크기가 작은 것이 특징임. 1일에 140바이트의 데이터 전송 제한이 있으며, 대용량의 데이터를 보내려면 별도의 비용이 필요함. 그러나, 세계적으로 이용 가능한 네트워크를 제공하기 때문에 전 세계 어디서든 사용이 가능함.

 

- 디바이스(Device): LPWA 디바이스는 저전력 소비, 오랜 배터리 수명 및 연결성을 지원하는 저비용의 센서 및 노드임. 이러한 디바이스는 보통 몇 초에서 몇 분 사이의 주기로 데이터를 전송하며, 데이터는 게이트웨이 또는 네트워크 서버로 전송됨.

- 게이트웨이(Gateway): LPWA 게이트웨이는 디바이스와 네트워크 서버 간의 다리 역할을 함. 게이트웨이는 디바이스에서 수집한 데이터를 수집하고, 클라우드 또는 서버와 통신하기 위해 필요한 데이터를 전송함.

- 네트워크 서버(Network Server): LPWA 네트워크 서버는 게이트웨이로부터 수신한 데이터를 처리하고, 이를 애플리케이션 서버 또는 다른 시스템에 전달함. 네트워크 서버는 또한 디바이스에게 전송할 데이터를 게이트웨이에 전달하고, 게이트웨이를 통해 데이터를 디바이스에게 전송함.

 

 

LPWA LORA

 

- 저전력 광범위한 지역 통신 기술을 의미하며, LoRa는 LPWA 기술 중 하나로, Long Range Wireless Area Network의 약자임. 

- 센서, 기기, 모듈 등의 디바이스에서 저전력으로 동작하며, 이들 디바이스가 서로 통신하여 무선 네트워크를 형성함.

- IoT 기기 등이 인터넷에 연결되어 데이터를 주고받을 수 있음.

- LoRa는 주로 스마트 시티, 스마트 농업, 스마트 홈, 산업 IoT 등에서 활용됨. 

- 스마트 시티에서는 환경 모니터링, 공공 안전 등에, 스마트 농업에서는 작물 상태 모니터링, 농작물 자동 관리에 사용.

- 스마트 홈에서는 홈 오토메이션 등에, 산업 IoT에서는 자동화, 설비 관리 등에 활용됨.

1. Long Range: LoRa는 2~5km 이상의 긴 거리를 커버할 수 있습니다. 이는 기존 무선 통신 기술들보다 훨씬 더 넓은 지역을 커버할 수 있게 합니다.
2. Low Power Consumption: LoRa는 저전력으로 동작하며, 디바이스의 배터리 수명을 크게 늘릴 수 있습니다.
3. Low Cost: LoRa는 기존 무선 통신 기술들보다 낮은 비용으로 구축할 수 있습니다. 또한, 센서나 기기 등의 디바이스를 저렴하게 생산할 수 있어 적용 범위가 넓습니다.
4. Scalability: LoRa는 수천 개의 디바이스가 동시에 통신할 수 있는 확장성을 가지고 있습니다. 따라서 대규모 IoT 네트워크 구축이 가능합니다.
5. Security: LoRa는 128비트 AES 암호화를 제공하여 안전한 데이터 통신이 가능합니다.

 

lpwa lora의 세가지 모드

1. Class A: Class A 모드는 가장 일반적인 모드로, 단방향 통신 방식을 사용합니다. 디바이스는 데이터를 전송한 후 일정 시간 동안 수신 대기를 진행합니다. 이 시간 동안 게이트웨이가 응답하지 않으면 디바이스는 수신 대기를 종료하고, 다음 데이터를 전송할 때까지 대기합니다. 이 모드는 전력 소모가 가장 적지만, 게이트웨이와의 통신이 단방향으로 이루어지기 때문에 응답 시간이 다소 지연될 수 있습니다.
2. Class B: Class B 모드는 Class A와 유사하지만, 추가적인 수신 대기 슬롯을 사용하여 게이트웨이와의 양방향 통신을 지원합니다. 게이트웨이는 일정 시간마다 Class B 디바이스에게 비동기적으로 비컨을 보내고, 디바이스는 이를 감지하고 추가적인 수신 대기를 진행합니다. 이 모드는 Class A에 비해 약간 더 많은 전력을 소모하지만, 게이트웨이와의 양방향 통신을 지원하여 응답 시간이 단축됩니다.
3. Class C: Class C 모드는 양방향 통신을 지원하는 Full Duplex 모드로, 게이트웨이와의 통신 채널이 항상 열려 있습니다. 이 모드는 Class A와 Class B에 비해 가장 많은 전력을 소모하지만, 실시간 통신을 지원하기 때문에 응답 시간이 가장 짧습니다. 디바이스는 항상 수신 대기 상태를 유지하며, 게이트웨이는 데이터를 전송하기 전에 디바이스에게 알림 신호를 보냅니다. 디바이스는 이 신호를 감지하고 수신 대기 상태를 즉시 종료하여 게이트웨이로부터 데이터를 수신할 수 있습니다.

 

 

LPWA Sigfox

 

- LPWA(Low-Power Wide Area) 기술 중 하나로, 2010년에 설립된 프랑스의 기업임. 

- Sigfox는 전 세계적인 IoT 네트워크를 구축하는 것을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 네트워크 인프라를 구축하고 IoT 디바이스와 통신을 할 수 있는 기술을 제공함.

- 스마트 시티, 스마트 랜드, 자동차, 건강 관리, 보안 및 안전 등 다양한 분야에서 활용될 수 있음.

1. 저전력: Sigfox는 매우 저전력으로 동작합니다. 따라서 배터리가 오랫동안 지속될 수 있습니다. Sigfox 모듈은 평균 20μA의 전력을 사용하며, 디바이스는 하루에 한 번의 메시지를 전송하더라도 10년 이상 지속될 수 있습니다.
2. 긴 거리: Sigfox는 LPWA 기술 중에서 가장 긴 거리를 커버할 수 있습니다. 하나의 Sigfox 기지국은 최대 10km의 거리까지 커버할 수 있으며, 이는 높은 빌딩이나 산간 지역과 같이 다른 무선 기술이 도달하기 어려운 지역에서 유용합니다.
3. 낮은 대역폭: Sigfox는 낮은 대역폭을 사용합니다. 한 번에 전송되는 데이터 양이 매우 적기 때문에, Sigfox는 전송 시간이 매우 짧습니다. 이러한 특징은 디바이스에서 발생하는 데이터 양이 적은 IoT 애플리케이션에서 효율적입니다.
4. 신뢰성: Sigfox는 안정적인 통신을 제공합니다. Sigfox는 전 세계적으로 표준화되어 있으며, 세계 각지에 배치된 수백 개의 Sigfox 기지국을 통해 전 세계 대부분의 지역에서 사용 가능합니다. 또한, 강력한 암호화 및 보안 기능을 제공하여 데이터 보호를 보장합니다.
5. 비용: Sigfox는 저렴한 비용으로 구축할 수 있습니다. LPWA 기술 중에서 최소한의 인프라를 구축하며, 디바이스의 대역폭 요구 사항이 낮기 때문에 전체적인 비용이 저렴합니다.

 

 

NB-IoT

 

- Narrowband IoT의 약자로, 산업용 IoT 서비스에서 사용되는 저전력, 저비용, 장거리 통신 기술임. 3GPP에서 개발되었으며, LTE 네트워크 기반 위에 구축됨. 

- 높은 신뢰성과 보안성을 갖고 있으며, 기존의 셀룰러 네트워크에 비해 더 많은 디바이스를 연결할 수 있도록 설계되었으며, 기존의 LTE와는 다른 채널을 사용함.

- 전 세계적으로 활발한 개발과 도입이 이루어지고 있으며, 스마트시티, 스마트홈 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있음.

1. 저전력 소비: NB-IoT는 대부분의 IoT 디바이스에서 저전력 소비를 위해 설계되었습니다. 이를 위해 기존의 LTE와는 다른 슬림한 디바이스와 채널 구조를 사용합니다.
2. 높은 연결 밀도: NB-IoT는 셀룰러 네트워크를 기반으로 하며, 기존의 LTE보다 더 많은 디바이스를 지원할 수 있습니다. 이를 통해 대규모 IoT 디바이스를 관리하고 통신할 수 있습니다.
3. 장거리 통신: NB-IoT는 기존의 LTE와는 다른 높은 신호 수신 감도와 긴 전파 거리를 갖습니다. 이를 통해 대규모 장비를 이용한 센서망 등을 구축할 수 있습니다.

 

 

ZWave

 

- 저전력 무선 통신 기술로서, IoT 기기들 간의 통신을 위해 개발된 프로토콜임. 

- 주로 스마트 홈 기술에서 많이 사용되며, Zigbee와 함께 가장 널리 사용되는 IoT 통신 프로토콜 중 하나임.

- 800~900MHz 대역을 사용하며, 짧은 거리에서도 높은 신뢰성과 안정성을 제공함. 

- 또한 네트워크 구성이 쉽고, 상호 운용성도 높기 때문에 다양한 기기 간의 통신에 유용함.

- 네트워크는 트리 구조를 기반으로 하며, 네트워크 구성에는 컨트롤러, 노드, 리피터, 게이트웨이 등이 사용됨. 

- 노드는 스마트 홈 기기와 같은 IoT 기기를 의미하며, 컨트롤러는 네트워크를 제어하고, 게이트웨이는 인터넷과의 연결을 담당함. 리피터는 네트워크 범위를 확장시켜주는 역할을 함.

- AES 128비트 암호화와 같은 보안 기능을 제공하며, 효율적인 전력 소모로 인해 배터리로 동작하는 기기에 적합함. 

- 또한, 다른 주파수 대역과의 간섭을 피하기 위해 주파수를 동적으로 변경할 수 있는 Frequency Agility 기능도 제공함.

- 최대 232개의 노드를 지원하며, 전송 속도는 100kbps 임. 또한, 다른 무선 기술과 비교하여 비교적 저렴한 가격으로 제공되는 것이 큰 장점 중 하나임.

 

 

WirelessHART

 

- 산업용 프로세스 자동화 시스템에서 사용되는 무선 통신 프로토콜로서, 기존의 유선 HART 프로토콜을 대체하기 위해 개발되었음. 

- IEEE 802.15.4(Zigbee) 무선 기술을 기반으로 하며, 산업용 환경에서 필요한 안전성, 신뢰성, 안정성을 보장함.

- 멀티 홉 메시 네트워크를 지원하여, 여러 개의 무선 장비가 다양한 경로를 통해 통신할 수 있도록 합니다. 이를 통해 무선 네트워크의 범위와 신뢰성을 높일 수 있음. 

- 저전력 기술을 사용하여 배터리 수명을 연장하고, 산업용 환경에서 발생할 수 있는 노이즈나 간섭에도 강건하게 동작함.

- 산업용 자동화 분야에서 다양한 장비와 시스템과 통합될 수 있으며, 예를 들어, 센서, 제어 밸브, 모터, 펌프, PLC 등과 연동하여 산업 공정의 자동화를 지원함. 

- 기존의 HART 프로토콜과 호환되므로, 유선과 무선 장비를 모두 사용하는 혼합 시스템에서 유용하게 사용될 수 있음.

 

 

ISA100.11.a

 

- 산업용 무선 센서 네트워크를 위한 표준 프로토콜임. 제조, 에너지, 유틸리티, 교통 등 다양한 산업 분야에서 사용됨.

- IEEE 802.15.4(Zigbee) 표준 기술을 기반으로 하며, 무선 메시 네트워크를 위해 설계되었음. 향상된 안전성과 신뢰성을 제공하기 위해 산업적인 환경에서 맞춤화 된 프로토콜을 제공함.

- 안전성과 신뢰성이 매우 높은 산업용 무선 센서 네트워크를 제공하며, 이것은 다양한 산업 분야에서 사용될 수 있으며, 무선 센서 네트워크를 구성하는 데 매우 유용함.

1. 안전성: ISA100.11a는 안전성이 매우 높은 산업용 무선 네트워크를 제공함. 이것은 고장 감지와 복구를 제공하여 네트워크의 안정성을 유지함.
2. 신뢰성: ISA100.11a는 신뢰성이 매우 높은 무선 센서 네트워크를 제공함. 이것은 높은 수준의 신호 강도 및 경로 다양성을 제공하여 무선 간섭을 방지함.
3. 저전력: ISA100.11a는 저전력 특성을 가지며, 배터리 수명을 최적화하여 배터리 교체 주기를 늘릴 수 있음.
4. 멀티 패스: ISA100.11a는 멀티 패스 특성을 가지며, 여러 경로를 통해 데이터 전송이 가능함. 이것은 무선 간섭을 방지하고 센서 데이터의 신뢰성과 안정성을 향상시킴.
5. 적응성: ISA100.11a는 네트워크 크기와 구성에 따라 적응적으로 동작함. 이것은 네트워크의 성능을 최적화하며, 다양한 산업 분야에서 적용 가능함.

 

 

WI-SUN

 

- "Wireless Smart Utility Network"의 약자로, 스마트 그리드, 도시 인프라, 산업 자동화, 건물 자동화 등의 분야에서 사용되는 무선 통신 기술임. 

- WI-SUN은 전 세계적인 산업 표준 기구로서 동작하며, 전력 회사, 기술 공급 업체, 정부 기관 등이 참여하고 있음.

- 높은 신뢰성, 보안성, 상호 운용성, 저전력성 및 확장성을 갖춘 IPv6 기반의 무선 메시 네트워크 기술임. 

- 900MHz 및 2.4GHz 주파수 대역을 지원하며, 멀티-홉 메시 네트워크를 지원하여 더 넓은 지역을 커버할 수 있음.

- 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있음. 예를 들어, 전력 회사에서는 WI-SUN을 사용하여 전력 그리드의 지능형화를 실현하고, 도시 인프라에서는 거리 조명, CCTV, 자동차 카운팅 등의 IoT 기기를 연결하여 지능형 도시를 구축할 수 있음. 또한, 산업 자동화 분야에서도 사용되어 산업 제어 및 모니터링 시스템을 무선으로 구축할 수 있음.

- 멀티-홉 메시 네트워크를 지원하며, 이를 통해 노드 간의 자율적인 라우팅이 가능함.

- IPv6 기반의 프로토콜을 사용하여 IP 기반의 서비스를 지원함. 

- AES 암호화를 사용하여 보안성을 강화함. 

- 스마트 그리드 및 도시 인프라와 같은 긴 수명을 갖는 응용 분야에서 사용될 수 있도록 저전력성을 갖추고 있음.

 

 

 

Thread

 

- 저전력 무선 센서 네트워크 및 IoT 장치에서 사용되는 IP 기반 무선 메시지 프로토콜임. 

- 스레드는 네트워크 내의 장치 간 통신과 IPv6 기반 인터넷 연결을 제공함. 또한 다중 경로 통신 및 네트워크 보안을 지원하며 802.15.4(Zigbee) 무선 프로토콜을 기반으로함.

- Thread 네트워크는 직접적인 연결이 아닌 메시지를 전송하기 위해 노드 간의 경로를 사용함. 이러한 경로는 스레드 네트워크 내에서 생성되며, 일반적으로 다른 노드를 통해 전달되며, 확장성이 높은 네트워크를 만들어줌.

- 암호화 및 인증 등의 보안 기능을 지원하며, 이러한 기능은 모든 노드 간의 통신을 안전하게 보호함.

- 다양한 IoT 장치에서 사용되며, 홈 자동화, 스마트 빌딩, 스마트 시티 등에서 사용될 수 있음.

- Apple, Nest, Samsung 등의 대형 기업들이 Thread 기술을 채택하여 제품을 출시하고 있음.

 

 

KNX

 

- 하우스 오트메이션(HA, Home Automation) 분야에서 사용되는 통신 프로토콜임. 

- 이전에 EIB(European Installation Bus)라고 불렸으며, 1999년에 KNX 협회(Konnectivity Network Exchange)가 설립되면서 현재의 이름으로 바뀌었음.

- 빌딩 자동화 및 제어 시스템(BACS, Building Automation and Control Systems)에서 사용되는 표준 프로토콜로, 전력선 통신(Powerline Communication)과 무선 통신(Wireless Communication)을 지원함. 이는 전력선이나 무선 통신으로 제어 신호를 전송하고, 수신된 신호를 가지고 조명, 난방, 공기청정기, 창문, 문, 블라인드 등의 기기들을 제어할 수 있음.

- 케이블 구조를 사용하며, 이는 BACS 분야에서 높은 안정성과 신뢰성을 보장함. 

- 또한 다양한 기기 및 제어 장치에서 사용할 수 있으며, 이들이 서로 상호 운용할 수 있는 기능을 제공하여 시스템 전체의 통합성을 높임.

- 통신 방식과 표준 규격에 따라 다양한 제어 기능을 제공함. 이러한 기능에는 빌딩 내/외부 조명, 블라인드, 난방, 공기청정기, 보안 시스템 등이 포함된다. 또한 KNX는 ETS(European Installation Bus Tool Software)를 사용하여 각 기기 및 제어 장치의 프로그래밍이 가능함.

- BACS 분야에서 가장 보편적으로 사용되는 프로토콜 중 하나이며, 전 세계적으로 많은 건물 자동화 시스템에서 사용되고 있음.

 

 

 

6lowpan

 

- IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network의 약자로, 저전력 무선 네트워크에서 IPv6을 사용하기 위한 프로토콜 스택임. 

IPv6을 사용하면 인터넷에 직접 연결할 수 있어서, 스마트 그리드, 스마트 홈, 자동차 등 다양한 분야에서 적용이 가능하다.

- IEEE 802.15.4(Zigbee)와 같은 저전력 무선 기술을 기반으로 하며, 여러 개의 노드로 구성된 네트워크에서 이 노드들이 IPv6 패킷을 전송할 수 있도록 지원함. 또한, 많은 노드가 존재하는 네트워크에서는 네트워크 관리를 위한 기능도 제공함.

- IPv6 패킷을 802.15.4 패킷으로 변환하는 기능을 포함하고 있음. 이를 위해 IPv6 패킷을 작은 크기의 패킷으로 분할하고, 802.15.4 데이터 프레임에 적합한 형태로 변경함. 이를 통해, 전송할 데이터의 양을 줄이고 전송 시간을 단축시킴.

- 또한, IPv6의 ND (Neighbor Discovery) 기능을 이용하여 주변 노드의 정보를 수집하고 노드 간 경로를 설정할 수 있음. 이를 통해 노드들 간의 통신이 가능해지며, 이를 통해 노드들이 모두 인터넷에 연결될 수 있음.

- 무선 네트워크 환경에서 인터넷을 활용하기 위한 IPv6의 확장 프로토콜로서, 무선 환경에서도 인터넷의 기능을 제공할 수 있음. 이를 통해 IoT와 같은 다양한 응용 분야에서 활용이 가능함.

 

 

6lowpan-ND

 

- 6LoWPAN Neighbor Discovery (6LoWPAN ND)은 IPv6 주소를 자동으로 할당하고 6LoWPAN 네트워크에서 노드의 활동을 관리하기 위한 프로토콜임. 

- 6LoWPAN 노드가 상위 레이어와 통신하기 위해 필요한 주소 설정, 라우팅, 타임아웃, 보안 인증 등과 같은 기능을 제공함.

- RPL 프로토콜과 함께 사용될 수 있으며, 이를 통해 자동으로 노드의 IPv6 주소를 설정하고 RPL 라우팅 테이블을 업데이트 할 수 있음.

- 노드의 애플리케이션 레벨 트래픽을 캡처하고, 해당 노드가 네트워크에서 어떤 종류의 서비스를 제공하는지 식별하기 위한 서비스 디스커버리 기능도 제공함.

- 각 노드가 동적으로 IPv6 주소를 할당할 수 있도록 하며, 이는 네트워크를 구성하는 노드 수를 늘리고 유지 보수를 간소화하는 데 도움됨. 

- 노드가 이동하는 경우 자동으로 IPv6 주소를 갱신하고 해당 노드가 어떤 위치에 있는지 식별할 수 있는 기능도 제공함.

 

 

RFID, NFC

 

- RFID (Radio Frequency Identification)와 NFC (Near Field Communication)은 둘 다 무선 통신 기술을 사용하는 무선통신 기술임. 그러나 목적과 적용 분야가 다름.

- RFID는 송신기(리더기)와 수신기(태그) 간의 무선 통신 기술로, 라디오 주파수를 이용하여 데이터를 주고받음. 주로 물류, 제조, 도서관 등에서 제품 및 물품 등을 인식하거나 추적하는데 사용됨. 태그는 기존의 바코드와 달리 물체가 실제로 있는 위치에서 읽기가 가능하며, 무선 통신 거리도 길고 대량으로 처리할 수 있기 때문에 물류 및 제조 분야에서 활용도가 높음.

- NFC는 근거리 무선 통신 기술로, 스마트폰이나 NFC 태그를 이용하여 무선으로 데이터를 송수신함. 주로 결제, 교통카드 등의 인증과 같은 비즈니스에서 많이 사용됨. RFID보다 짧은 거리에서 작동하며, 보안성이 높아 NFC 카드를 지갑에 넣어두면 카드를 빼낼 필요 없이 결제 등의 작업이 가능함. 또한 스마트폰에 태그를 달아서 다양한 기능도 구현할 수 있음.

 

 

COAP, MQTT 

 

- CoAP (Constrained Application Protocol)와 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)은 인터넷 통신 프로토콜 중 두 가지임.

- CoAP은 적은 메모리와 대역폭을 가진 장치에서 동작하기 위해 고안된 경량형 프로토콜임. 이는 UDP 프로토콜 위에서 동작하며, RESTful 디자인 패턴을 따릅니다. CoAP은 주로 IoT 기기에서 리소스를 관리하고 데이터를 전송하는 데 사용됨.

- MQTT는 높은 수준의 메시징 프로토콜로, TCP/IP 네트워크를 통해 메시지를 전송하며, 브로커(Broker)라는 중간 매개체를 사용하여 발행(Publish) 및 구독(Subscribe) 메커니즘을 제공함. MQTT는 IoT에서 사용되는 다양한 데이터 유형을 지원하며, 서로 다른 프로토콜 간의 상호 운용성을 제공함.

- CoAP과 MQTT는 모두 IoT 환경에서 사용되는 통신 프로토콜로, CoAP은 경량 프로토콜이며, MQTT는 보안성 및 대용량 처리를 위해 설계된 높은 수준의 프로토콜임. 선택하는 프로토콜은 사용 사례 및 시스템 요구 사항에 따라 달라질 수 있음.

 

 HTTP2/ HTTP3

 

- HTTP/2는 HTTP/1.1의 문제점을 개선하기 위해 설계된 새로운 버전의 HTTP 프로토콜임. HTTP/1.1의 문제점 중 하나는 느린 성능이며, HTTP/1.1에서는 한 번에 하나의 요청만 처리할 수 있으므로 여러 개의 요청을 보내면 각각의 요청에 대한 응답을 기다려야 함. 

- HTTP/2는 하나의 TCP 연결로 여러 개의 요청을 동시에 처리할 수 있기 때문에 더욱 빠른 성능을 보여줌. 또한 HTTP/2는 요청과 응답을 바이너리 형식으로 전송하기 때문에 더욱 효율적임.

- HTTP/3는 QUIC(Quick UDP Internet Connections) 프로토콜을 기반으로 설계된 새로운 버전의 HTTP 프로토콜임. HTTP/3는 UDP 프로토콜을 사용하기 때문에 더욱 빠른 성능을 제공함. 또한 HTTP/2에서 발생하는 Head of Line Blocking(HOLB) 문제를 해결하기 위해 멀티플렉싱과 흐름제어 기능이 강화되었음.

.- HTTP/2와 HTTP/3는 모두 최신 HTTP 프로토콜이며, HTTP/2는 현재 대부분의 웹 브라우저와 웹 서버에서 지원되고 있으며, HTTP/3도 점차 지원이 확대될 것으로 예상됨. 이 두 프로토콜은 모바일 환경에서 빠른 웹 사이트 로딩을 위한 중요한 역할을 담당하고 있음.

 

 

DNS-SD / mDNS

 

- DNS-SD(Domain Name System Service Discovery)와 mDNS(multicast Domain Name System)은 로컬 네트워크에서 서비스를 검색하는 기술임.

- DNS-SD는 DNS를 이용하여 로컬 네트워크에서 제공되는 네트워크 서비스를 찾아내는 기술임. 일반적으로 인터넷 도메인 이름과 IP 주소를 관리하는 DNS와 같은 방식으로 작동함. DNS-SD는 로컬 네트워크에서 서비스를 검색하고 자동으로 구성하도록 설계되어 있음.

- mDNS는 로컬 네트워크에서 사용되는 도메인 이름과 IP 주소를 찾는 데 사용되는 프로토콜임. 일반 DNS 쿼리 대신 mDNS는 로컬 네트워크에서 멀티캐스트를 사용하여 호스트 이름을 찾고, 호스트 이름과 IP 주소의 매핑 정보를 검색합니다. 이를 통해 로컬 네트워크에서 호스트 이름을 찾을 수 있음.

- 두 기술은 IoT 장치와 같은 로컬 네트워크에서 서비스 검색과 자동 구성을 수행하는 데 매우 유용함. DNS-SD와 mDNS를 사용하면 IoT 장치가 새로운 네트워크에 연결될 때 자동으로 서비스를 찾아 구성할 수 있음.

 

 

RPL

 

- RPL은 IPv6 기반의 Low-power and Lossy Network (LLN)에서 라우팅을 지원하기 위한 프로토콜임. 

- 높은 확장성과 안정성, 그리고 효율성을 제공하기 위해 설계되었음.

- 트리 구조를 사용하여 라우팅을 수행하며, 각 노드는 부모 노드와 자식 노드를 가짐. 

- IPv6 기반으로 설계되어 있기 때문에, 모든 노드는 고유한 IPv6 주소를 가지고 있음. 이러한 IPv6 주소는 노드가 전송하는 데이터를 구별하기 위해 사용됨.

- 여러 가지 최적화 기능을 제공합니다. 예를 들어, RPL은 다양한 최적화 기법을 사용하여 라우팅 경로의 길이를 최소화하고, 라우팅 오버헤드를 최소화하며, 전력 소모를 최소화함. 이러한 최적화 기능은 LLN에서 에너지와 대역폭 등의 제한된 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있게 해줌.

- 다양한 라우팅 요구사항에 대한 다양한 경로 선택 알고리즘을 지원함. 예를 들어, RPL은 목적지 노드와의 거리, 링크 품질, 대역폭, 라우팅 경로의 안정성 등을 고려하여 최적의 경로를 선택할 수 있음.

- IoT 환경에서 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며, IPv6 기반의 LLN에서 라우팅을 지원하는 주요 프로토콜 중 하나임.

 

 

LTE-M, LTE-CAT1

- LTE-M(LTE-Cat-M1)과 LTE-Cat1은 모빌리티 기능이 제한된 IoT 기기를 위한 새로운 저전력 광대역(Broadband) 기술임.

- 주로 센서 데이터 수집, 모니터링, 자동화, 위치 추적, 차량 정보 등을 전송하는 데 사용됨.

- 둘 다 모빌리티 기능이 제한된 IoT 기기를 위해 설계된 저전력 광대역 기술이지만, 기능과 성능면에서 차이가 있음.

• LTE-M (LTE-Cat-M1) : LTE-M은 Low Power Wide Area Networks (LPWAN)을 위한 3GPP 표준암. LTE-M은 저전력 소비, 높은 커버리지, 낮은 대기 시간 및 높은 안정성을 제공함. LTE-M은 대기 시간, 전송 속도, 대역폭, 품질 서비스(QoS) 및 위치 추적과 같은 다양한 기능을 지원함. 이는 산업 및 소비자 IoT 애플리케이션을 위해 최적화된 솔루션임.
• LTE-Cat1 : LTE-Cat1은 4G LTE에서 주로 사용되는 광대역 기술로, 높은 전송 속도와 빠른 대기 시간을 제공함. 이는 고성능 응용 프로그램을 위해 최적화된 솔루션임. 

- LTE-Cat1은 LTE-M보다 데이터 전송 속도가 빠르지만, 전력 소비와 커버리지 측면에서 LTE-M보다 약간 불리함. 

- LTE-Cat1은 비교적 더 많은 전력을 사용하며, 장거리 통신보다는 짧은 거리 통신에 적합함.

 

 

OCF, Matter 차이

 

- OCF (Open Connectivity Foundation)와 Matter는 모빌리티를 중심으로 IoT를 위한 개방형 표준 플랫폼으로, 서로 유사한 목표를 가지고 있지만 약간의 차이가 있음.

 

- OCF는 IoT를 위한 상호 연결성 및 상호 운용성을 지원하는 개방형 IoT 표준 플랫폼임. 기존의 오픈 소스 프로젝트인 IoTivity를 기반으로 하며, 멤버쉽 기반의 조직 구조를 가지고 있음. IoT 기기 간의 상호 운용성을 위한 프로토콜과 API를 제공하며, 보안 및 데이터 프라이버시를 강화하는 보안 모델도 제공함.

 

- Matter는 기존에 Google Nest와 Apple HomeKit으로 알려진 두 가지 스마트 홈 플랫폼을 대체하기 위해 개발된 표준 플랫폼임. 많은 기업들이 참여하는 프로젝트로, 간단한 Wi-Fi 연결 및 암호화된 프로토콜을 통해 IoT 기기 간의 상호 운용성을 제공함. 또한 Matter는 클라우드 서비스를 통한 원격 제어 및 IoT 기기의 보안성을 강화하는 기능도 제공함.

 

- OCF와 Matter는 모빌리티를 중심으로 IoT를 위한 개방형 표준 플랫폼으로 유사한 목표를 가지고 있지만, OCF는 멤버쉽 기반의 조직 구조를 가지고 있으며, 보안 및 데이터 프라이버시를 강화하는 보안 모델도 제공함. 반면, Matter는 많은 기업들이 참여하는 프로젝트로 간단한 Wi-Fi 연결 및 암호화된 프로토콜을 제공하여 IoT 기기 간의 상호 운용성을 제공함.

 

 

 

MTU

 

- MTU (Maximum Transmission Unit)란 네트워크 상에서 전송할 수 있는 패킷의 최대 크기를 말함.

- 네트워크에서 데이터를 전송할 때 데이터를 분할해서 전송하는데, 이때 한 번에 보낼 수 있는 최대 크기가 MTU임.

- 주로 네트워크 장비나 운영체제에 따라 다르게 설정되며, 네트워크 성능에 영향을 미치기도 함. 

- 큰 MTU를 가진 네트워크에서는 한 번에 많은 양의 데이터를 전송할 수 있기 때문에 전체적인 성능이 좋아지는 반면, 작은 MTU를 가진 네트워크에서는 데이터 전송 속도가 느려질 수 있음.

- IP 프로토콜에서 중요한 역할을 하며, 데이터그램의 크기가 MTU보다 크면 데이터그램을 분할하고, 수신측에서는 이를 재조립해서 원래의 데이터로 복원함. 이때 MTU는 데이터그램을 분할하는 기준이 되며, 이를 초과하면 데이터 손실이 발생할 수 있음.

 

 

 

 

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