IoT 장비들을 묶어 주는 기술들:
Wi-Fi, Bluetooth, BLE, Zigbee 그리고 Z-wave
바야흐로 접속의 시대다. 사람들 간에는 SNS가 넘쳐나고, 전세계 어디에 있는 사람들과 언제 어디서나 의견과 자료를 공유할 수 있다. 게다가 이젠 사람들과의 접속을 뛰어넘어, M2M(Machine to Machine) 그리고 사물인터넷 즉 IoT(Internet Of Things) 시대가 어느덧 우리 주변에 펼쳐져 있다.
가깝게는 이젠 너무나 쉽게 볼 수 있는 스마트 폰과, 이어폰을 이어주던 긴 선을 조금씩 대신하고 있는 블루투스 이어폰이 널리 사용되고 있고, 언제 부터인가 필자의 주변 사람들 중엔 수면 시간, 하루동안의 운동량, 그리고 심박등을 측정 보관해 주는 Smart Watch들을 사용하고 있는 사람들을 쉽게 볼 수 있으며, 거대 통신업자인 SKT나 LG U+에서 지원하는 Z-wave 방식의 가스밸브 개폐센서도 있게 찾아 볼 수 있게 되었다.
샤오미나 필립스에서 제공하는 Light-bulb 같은 스마트 전구 제품은, 스마트 폰을 이용하여, 원격에서 집에 설치되어 있는 bulb를 6만여 컬러중의 하나로 설정 가능토록 지원해주고 있다. (애플이 자랑하는 Siri양을 호출하면 오늘 같은 날에 맞는 음악을 블루투스 스피커를 통해 들려주고, 오늘 날씨에 맞는 적절한 조명도 제안해 주기도 한다, 가격도 $10~20불 근방의 착한 Bulb도 많고, 시리양의 추천곡은 정말 위로가 될 때가 많다)
현재 Home Security분야를 포함하여, 다양한 분야에서 IoT센서들이 경쟁적으로 늘어나고 있는데, 그 중에서 집안의 온도 측정 센서나 화재인식센서로 유명한 Google에 인수된 Nest Sensor도 있고, Qualcomm이라는 회사에서 주도하는 AllJoyn이라는 Open Protocol(프로토콜)을 사용하는 센서들도 많이 사용되고 있고, 또 최근 들어서는 유럽에서 시작되어 널리 퍼지게된 Sigma Design이라는 회사에서 주도하는 Z-wave Sensor들도 있다. 모두 무선을 사용하고, 사람들의 지척에서 물건(Things)들을 이어주고 있다.
IoT 기술의 춘추 전국시대이다. 언젠가는 몇 개의 주요한 기술들이, IoT 세상을, 혹은 사람들을 편리하게 해줄 각종 Sensor들을 통합시키겠지만, 아직까지는 비슷 비슷한 기술과 장단점을 가지고 소비자들을 현혹시키고 있다. 그중에서 가장 많이 들리는 단어들이 “Wi-Fi”, “Bluetooth”, “BLE”, “Bluetooth Smart”, “Bluetooth Smart Ready", “Zigbee”, “Z-wave”등이다.
그렇다면 근본적으로는 동일한 근거리 Wireless 통신기술인 Wi-Fi, Bluetooth, BLE, Zigbee, Z-wave의 차이점은 무엇이며, 왜 각 Sensor 개발업체나 장비 개발 업자들이 특정 무선통신방법을 선택 하였으며, 추후 IoT 시장을 장악할 최후의 Technology는 어떤 것이 될 것인가? Smart Home 시장 혹은 IoT시장을 위한 Wireless Technology는 어떤 특징들이 필요할 것인가? 어떤 기술이 추후 Sensor 시장을 장악할 것인가? 이에 대한 본인의 이해를 위해 다음과 같이 해당 기술들에 대해 정리해 보았다.
Wi-Fi
가장 많은 사용자층을 가지고 있는 Wi-Fi는 대중들에게 가장 널리 알려져 있으며, 대부분의 가정 집에 이미 구축되어 있다. 동영상 Streaming, Web Browsing, Torrent 등과 같은 high-bandwidth 네트워킹, Power 소모가 심한 멀티미디어 서비스, 그리고 아주 단순한 파일 전송 서비스까지, 지금까지의 Wireless Network를 대부분 이끌어 왔다.
하지만 위와 같이 잘 알려진 서비스 외의 영역에서, 특히 PC시장 밖에서 경쟁하는, 상당수의 IoT 장비나 스마트 Home 장비들은 Wi-Fi연결을 피하고 있는데, 실질적으로 Wi-Fi를 지원하는 Product device들은 전원 콘센트에 직접적으로 연결되거나, 고용량의 배터리를 사용하고 있는 것을 보면 쉽게 그 차이를 알 수 있다.
우리 회사에서 만들어지고 있는 Wireless Camera을 포함하여, 현재 상용화 되어 있는 거의 전부의 Wireless Camera/ 혹은 IP Camera (Network Camera)들은 Power Outlet에서 직접 전원을 공급받는다. Wearable Camera등도 Wi-Fi로 Stream을 전송하고자 할 때는, 모드가 변화하는 방식으로 개발되어 있다.
거의 완벽하지만 전력 소모라는 약점을 극복하기 위해, 근본적으로는 유사한 RF통신이지만 Bluetooth, Zigbee, 그리고 Z-wave와 같은 대체 Method들이 나오고 있는 것이다. IoT 센서가 소형화 될 수록, 기술의 흐름은 더욱더 Wi-Fi가 아닌 다른 기술이 주목 받을 확률은 더욱 더 커져간다. (저전력 기반의 타 센서들은 한번 충전에 몇개월도 가능하다, 중환자실의 심박을 측정하는 의료센서를 상상해 보면, 저전력 통신의 중요성은 금방 느낄 수 있다) 게다가 다른 무선통신기술들과 비교해 보았을 때, Wi-Fi 칩은 상대적으로 비싸다. 그렇기 때문에 CE(Consumer Electronics)시장과 같은 장비업체에서는, Wi-Fi에 비해서는 조금 더 저렴한 방식을 채택할 가능성이 높아 보인다.
Bluetooth and BLE (Bluetooth Low Energy)
애플의 스티브 잡스가 아이폰을 통해 시장에 널리 퍼트렸던 블루투스는 이제 모든 핸드폰에 기본적으로 들어가 있는 무선통신기술이다. 물론 배터리 소모를 줄이기 위해 블루투스를 항상 꺼놓는 사용자들도 많지만, Wi-Fi에 비하면 블루투스는 배터리 소모가 아주 적은 무선통신기술이다.
초기의 블루투스는 Wi-Fi와 비슷하게 좀 더 빠른 데이터 송수신속도에 맞추어 개발되었으나, 시장에서 Wi-Fi의 선호도가 높아져가면서, 점차 Wi-Fi와는 다른 방식으로, Bluetooth만의 독자 영역을 차지하는 방식으로 발전방향이 선회되었고, 저전력 통신이라는 독자적인 무선통신 영역을 차지하게 되었다.
따라서 현재 최신 사양의 블루투스 장비는 초기 개발된 블루투스 장비보다 전송속도가 더 느리다. 전송속도를 포기하면서까지 전력소모를 최적화 한 것이다. 또 다른 블루투스 특징은 보안성이다. IoT 장비나 무선통신 기술의 특성상 보안이 민감한 이슈가 되는데, Wi-Fi와의 기술 경쟁 시 살아남기 위한 전략으로 저전력과 함께 신경 쓴 부분으로 Low Level 단계에서부터 Government-grade급 암호화 기법들이 사용되고 있다. 이러한 점은 IoT에서 Bluetooth가 점차 커질 기술이라고 예측되고 있다. (저전력 센서는 보안을 위한 에너지도 고려해야 한다)
이러한 진화 방향을 살펴보면 Wi-Fi와 경쟁하지 않고, 독자적인 영역을 만들기 위한 Bluetooth SIG (Special Interesting Group)의 노력을 살펴 볼 수 있는데, 이에 대한 결과 Bluetooth는 버전별로 약간의 다른 특성을 가지고 있다. 그중 하나가 BLE (Bluetooth Low Energy)이다.
데이터 전송속도 수준으로 보자면, Zigbee / Z-wave에 비해 더 빠른 Higher bandwidth를 가지고 있으며 (Wi-Fi 보다는 느리다), 단순한 “Switch On/Off” 기능이나 “설치 위치가 변경되었다” 수준의 정보를 전송하는 수준 보다는 더 많은 일을 할 수 있으며, Mobile / PC / Electronics에 상관없이 직접 접속 가능하다. (Zigbee / Z-wave는 대중화된 Computing-device와 통신하기 위해서는 Wi-Fi를 이용한다).
Bluetooth를 한마디로 정리하자면, 주변의 스마트 장비나 센서를 “Secured Connection”, 보안화된 연결을 해준다는 것이 특징인데, IoT의 단점이 될 수 있는 보안 문제를 Physical Link 수준에서 부터 도와 준다는 점에서, 가장 유망해 보이는 기술이다. 물론 다른 기술들도 계속 보완 발전되가고 있기는 하다.
Zigbee and Z-wave
Zigbee와 Z-wave는 유사하지만 동일한 기술은 아니다. 비슷한 점은 Home Control 장비에서 많이 쓰이고 있다는 것이다. 특징은 Mesh Network을 지원하며, 초저전력 장비에 용이하다. Mesh Network라고 함은 각각의 장비가 무선공유기가 된다는 말이다. 예를 들자면, Wi-Fi 무선공유기에서 멀리 떨어질 수록, 무선 신호의 세기가 점점 약해지는데 반해, Z-wave 장비는 장비끼리 무선 신호를 전달해 주기 때문에, 가까운 영역에 동일한 Z-wave 장비가 있다면, 집안 구석 구석까지 장비들을 연결 할 수 있다.
또 다른 장점은 스펙이 단순하기 때문에, 구현하기 쉽다는 점이다. 이러한 이유때문에 현재 스마트 홈을 구축하는 대부분의 센서가 Z-wave (초반에는 Zigbee가 많았으나, 현재는 Z-wave)로 구축되어 있다. 하지만 단순하다는 장점이 불리한 점으로 작용하기도 하는데, 극히 단순하기 때문에 전력 소모가 적긴 하지만, 데이터를 전송하는 bandwidth가 낮아서 극히 단순한 정보만 교환 가능하고(예를 들자면 On/Off), 스마트 폰이나 개인의 PC를 통하여 Z-wave 장비를 제어하고자 할때는 반드시 Wi-Fi Router를 사용해야 하는 단점이 있다.
이러한 점때문에 Z-wave 기술은 SK Telecom이나 LG U+에서 선호하는 기술이 된 것 같기도 하다. 스마트 홈을 구축하려면 자신들의 Wi-Fi망을 반드시 사용해야 하기 때문이다.
디바이스 사이의 On/Off와 같은 단순한 정보 교환은 Zigbee나 Z-wave가 사용되고, 사용자와의 연결 즉 스마트폰이나 PC제어는 Wi-Fi를 거쳐는 구조는 Internet Router를 사용해야하는 구조는 큰 단점이기는 하나, 현재까지는 가장 많은 센서들을 생산해 내고 있는 기술이다.
댓글 없음:
댓글 쓰기