IoT,사물 인터넷이라는 단어가 일반인에게 익숙해지고 생활속으로 점점 다가옴에 따라 IoT의 필수불가결 요소인 Internet 및 네트워크 관련 분야도 확대되고 있습니다. 수년전 LoRa 모듈을 활용하여 수km 단위의 범위에서 데이터 송수신을 해본적이 있는데 최근 동향을 살펴보니 만들기를 좋아하는 일반인들에게도 접근할 수 있는 영역까지 온 것 같아 LoRa WAN에 대해서 설명해볼까 합니다.
최근 IoT 제품군들 대다수가 Wifi 모듈을 적용하여 공유기와 연결되는 구조를 취하고 있어 망 범위는 무선공유기의 범위에 종속적인 관계를 지니게됩니다. 물론 집안 및 사무실 등에서 IoT 기기를 스마트폰과 연계한다면 공유기의 망 범위 내의 IoT기기를 어디서든 부족함 없이 활용할 수 있지만 무선 공유기의 망 범위 밖의 IoT 기기는 활용할 수 없다는 치명적인 단점을 안고 있습니다. 특히 이런 문제점은 넓은 면적을 활용하는 스마트팜, 포터블 IoT 디바이스에서 잘 나타나곤 합니다.
LoRa WAN은 Long Range Wide Area Network 의 약자로 저전력, 광대역 네트워크(LPWAN = Low Power Wide Area Network) 사양을 지니며 IoT 디바이스 및 포터블 디바이스의 운용성을 제공하여 앞서 언급한 문제점들을 해소하는데 의의가 있습니다.
LoRa WAN은 복잡한 망 구축을 필요로 하지 않으며(비면허 주파수 대역 활용) 개인,기업 모두 IoT 디바이스를 사용할 수 있으며 저전력, 낮은 비용의 특징을 지닙니다. 먼저 LoRa WAN과 우리가 흔히 단말기로 많이 접해온 3G/4G의 휴대폰 네트워크 부터 LAN의 대표주자로 꼽히는 Wifi, BLE(Bluetooth)와의 차이점을 살펴보도록 하겠습니다.
출처 : https://lora-alliance.org/
스마트폰에 적용되는 단말기 네트워크(사진상의 Cellular Network)는 비교적 넓은 범위의 커버리지를 가지며 높은 데이터 처리량을 처리하는 기기에 사용됩니다. 인터넷부터 영상과 같은 미디어 매체를 실시간으로 처리하기 위해선 필수적인 부분이라고 볼 수 있으며 사용 유저들은 데이터 사용량에 따라 비용적인 부분을 고려해야합니다.(ex: 통신사 요금)
비교적 가까운 거리의 소수의 장치들을 묶는 LAN의 경우 무선 공유기로 주로 활용하는 Wifi나 스마트폰을 통해 소형 디바이스와 연결하곤 하는 블루투스 등이 속해있는데요, 비교적 저전력에 속하거나 배터리 사용량이 높은 편도 있지만 활용률에 따라 배터리 사용량이 급격히 준다는 단점 또한 지닙니다. 쉽게 예를 들어 우리가 일상속에서 블루투스 이어폰을 오래 사용할 수록 충전 또한 자주 해줘야하는 원리와 비슷합니다.
위에서 설명한 두가지 단점들을 해소한 통신 프로토콜이 LoRa WAN이며 일, 달 단위가 아닌 년단위의 배터리수명을 지니며 낮은 비용(모듈 및 라우터 포함)을 지니고 실시간 데이터 보다 특정 주기(분,시간 단위)의 데이터를 전송하는 IoT 기기 및 센서등의 어플리케이션 활용에 특화되었습니다. 반대로 스마트폰에서 활용하는 4G나 3G, 무선 공유기로 부터 데이터 송수신이 가능한 Wifi와 같이 실시간에 가깝게 높은 데이터 전송율을 보이지 않는 다는 단점이 있지만 기존 무선 통신 프로토콜과 IoT 생태계에서 아쉬웠던 부분을 매꿔줄 수 있는 통신 프로토콜이라고 생각합니다.
출처 : https://lora-alliance.org/
LoRa WAN의 Payload(데이터 연결성)는 위와 같습니다. LoRa 통신 모듈을 활용할 경우 각종 센서들이 자리잡고 있는 엔드 노드과 게이트웨이의 중간자 역할을 하며 게이트웨이 형태의 LoRA WAN 모듈의 경우 이더넷을 활용하여 네트워크 서버나 어플리케이선 서버단으로 연결할 수 있습니다.
LoRA WAN 활용에 앞서 BLE나 WiFi, Zigbee등의 통신모듈을 활용했던 유저라면 LoRa 통신 모듈 또한 쉽게 사용할 수 있으며 국내 전자제품 사이트인 디바이스마트,엘레파츠,등 여러 사이트에선 LoRa 모듈을 활용하여 양방향 통신을 지원하는 제품들을 판매하고 있습니다. 초심자들도 쉽게 활용할 수 있게끔 아두이노 쉴드 타입의 호환 제품들, 소형 LoRa 모듈 등을 위주로 판매하고 있으며 대부분 시리얼통신위주로 인터페이스를 지원하는 만큼 다양한 컨트롤러에 쉽게 적용할 수 있습니다. (국내 판매중인 LoRa 모듈의 경우 평균적으로 ROS 최대 10km를 지원합니다.)
직접 모듈을 활용하는 모습까지 담아봤으면 좋겠지만 코드나 활용 데이터등을 담기에 시일이 걸리는 만큼 오늘은 LoRa WAN의 개요 및 간략한 소개 정도로 마치고 시간이 된다면 예전에 다뤄봤던 LoRa 모듈을 두고 수km 밖에서 데이터를 주고 받는 모습도 담아보겠습니다.
본문은 LoRaWAN Technical overview를 기반으로 작성되었으며
아래 링크를 통해 보다 상세한 정보를 살펴볼 수 있습니다.
https://lora-alliance.org
