IoT 디바이스는 사물에 부착 또는 내장되어 Sensor/액추에이터, 마이크로 컨트롤러 및 통신 기능을 포함한 초소형 장치입니다. IoT 기술은 최근 클라우드 서비스 기반의 인공지능, 빅데이터 처리 기술과 융합하여 스마트홈과 같은 다양한 응용 서비스에 활용되고 있습니다.
IOT 디바이스 계층
IoT 서비스의 계층은 IoT Platform 종류와 아키텍처에 대한 글에서 살펴본 바와 같이, 아래 그림과 같이 물리계층, 전송계층, 미들웨어, 애플리케이션으로 구분할 수 있습니다.
IoT 디바이스는 노란색 박스로 표시된 Physical Layer와 Transport 통신 Layer를 의미합니다. 상단의 미들웨어, 애플리케이션의 경우 AWS IoT 및 구글 클라우드 IoT 와 같은 서비스를 통해 솔루션으로 제공받을 수 있습니다.
클라우드 IoT 서비스에 대해서는 다른 글에서 따로 정리해 보겠습니다.
| 계층도 | 설명 |
| 애플리케이션 | 디바이스로부터 정보를 실시간으로 분석하거나 모니터링, Control 하는 서비스로 보통 구글, AWS Cloud IoT 서비스를 이용합니다. |
| 미들웨어 | 디바이스의 생성, 삭제, 관리를 담당하는 Platform이 이에 해당합니다. 장치에 접근할 수 있는 RESTful API 및 JDBC API를 제공하며, 상위 애플리케이션의 서비스를 구현하는데 필요한 interface를 제공합니다. |
| 전송계층 | IPv4 및 IPv6 프로토콜에 기반한 CoAP, UDP, HTTP 프로토콜에 따라 IoT 디바이스 장치 접근 서비스를 제공합니다. |
| 물리계층 | 디바이스 하드웨어 및 센서, 액츄에이터, 통신기능을 포함합니다. 이 문서에서 다루는 IoT 디바이스에 해당합니다. |
이 중에서 IoT 디바이스의 구성요소에 해당하는 전송계층과 물리계층에 대해서 좀 더 자세히 알아보겠습니다.
IoT 디바이스 구성요소
IoT 디바이스를 구성하는 장치는 크게 센서/액추에이터, 마이크로 컨트롤러 그리고 통신모듈로 구성됩니다.
센서/액추에이터
집안의 가스를 감지한 경우를 예로 들어보겠습니다. 가스가 누출된 경우 이를 감지하는 장치가 ‘센서’에 해당하며 가스밸브가 닫히도록 잠그는 장치가 ‘액추에이터’입니다. 액추에이터는 물리적 작동방식에 따라 4가지로 구분됩니다.
- 유압식
- 공압식
- 전기식
- 기계식
가령, 거실의 밝기를 센서로 인식하여 조명을 제어하는 것도 마찬가지로 센서와 액추에이터를 통해 가능합니다. 이에 대한 제어는 실제 마이크로컨트롤러에 의해 가능하며, 수집된 정보는 통신 프로토콜을 이용해 전송합니다.
마이크로 컨트롤러
디바이스 제어를 위해 센서들이 전송하는 데이터를 처리하고 제어신호를 생성할 수 있는 Unit이 필요합니다. IoT 디바이스에 사용되는 MCU는 다음의 특징을 가져야 합니다.
- 고효율 전력기술 (저전력 동작)
- 빠른 처리속도
- 다양한 통신 규격에 대응이 가능해야 함 (단거리, 장거리 네트워크)
일반적으로 라즈베리파이나 아두이노 역시 저렴한 디바이스 컨트롤러 장치로 활용되며, 보다 고성능 산업용 디바이스의 경우 인피니언 같은 ARM 계열의 저전력 고성능 PSoC MCU를 사용합니다.
통신 프로토콜
IoT 디바이스는 저전력 환경에서 동작하며 소형배터리를 사용하기도 합니다. 따라서 매우 낮은 전력에서 디바이스 동작과 데이터 전송이 가능해야 합니다. 통신 기술은 IoT 디바이스 동작 환경에 따라 단거리, 장거리 네트워크 기술을 적용할 수 있습니다.
| 네트워크 유형 | 설명 및 기술 |
| 단거리 네트워크 | 가정이나 사무실과 같은 소규모 환경에 적합하며 가격 또한 장거리 통신에 비해 저렴합니다. 다음과 같은 기술이 사용됩니다. – Bluetooth (BLE): 음성, 데이터 전송 최대 10m 이내 – NFC: 10cm 이내의 단거리 범위 지원 – Z-Wave: 저전력으로 Mesh 네트워크 구성에서 통신 – Zigbee: 소형 저전력 네트워크 접합 – WIFI 수십 m 이내 가정, 사무실 네트워크 |
| 장거리 네트워크 | Low Power WAN (LPWAN) 기술로 불리며 보통 500m를 이내의 전송 커버리지, 최소한의 전력으로 동작하는 통신기술 – LoRaWAN: 0.3kbps ~ 50kbps 속도로 동작하며, 5km~15km 범위 광대역 통신이 가능 – 4G, 5G LTE IoT – LTE Cat-M1 – sigfox |
IoT 활용사례
IoT 기술을 응용한 서비스는 스마트팩토리, 스마트홈, 스마트팜과 같은 다양한 활용사례가 있습니다. 관련하여 아래의 이전 글들을 참고하시기 바랍니다.