14. 5G IoT

이번 포스팅은 IoT에 대해 이야기해보겠다.

 

IoT는 Internet of Things의 줄임말로 사물 기기들을 모두 네트워크로 연결하여 무선통신을 할 수 있도록 하는 개념이다.

이런 IoT를 실현하기 위해서 여러 매개들이 사용되었는데 몇가지 살펴보도록하자.

 

1. IoT를 위한 노력들

첫번째로 IEEE의 802.15.4가 있다.

 이것은 저전력 근거리 무선 통신을 위한 국제 표준으로 이것을 기반으로 나온 무선 통신 기술 중 하나 Zigbee이다. 스마트 전구, 동작 감지 센서, 가전제품 원격 제어 등이 Zigbee를 사용한 예시이다.

 

두번째로 RFID(Radio Frequency Identification)가 있다.

우리에게 친숙한 이 녀석은 무선 주파수를 이용하여 사물을 식별하고 추적하는 기술로 보통 물체에 부착된 RFID 태그를 리더기에 찍어서 정보를 읽어낸다. 교통카드가 가장 보편화된 예시이다.

 

세번째로 3GPP에서 만든 표준들이 있다.

NBIoT, eMTC, V2X는 모두 IoT를 위한 표준들로 여러 분야에 활용되고 있다.

NBIoT는 NarrowBand IoT를 뜻하고 저전력 장거리 통신 기술로써 스마트 시티, 산업 자동화와 같은 곳에 사용된다.

eMTC, V2X는 NBIoT와 비슷한 결로 이해하면 될 것 같다.

 

2. IoT 요구사항

IoT를 필요로 하는 기기들은 몇가지 요구사항이 필요하다.

 

1. 저전력으로 움직여야 한다.

 

배터리가 빨리 닳게 되면 IoT의 의미가 없다. 긴 기간 동안 사물 간 통신을 해야하기 때문에 에너지를 적게 써야 한다.

 

 

2. 데이터 전송 속도가 빠르지 않아도 된다.

 

IoT 기기들은 큰 데이터(동영상 스트리밍, 사진 다운로드 등)를 사용하지 않는다. 속도 대신 Latency와 Reliability가 더 중요하다. V2X, NBIoT와 같은 기술을 통해 움직이는 기기들이 만약 느리고 안전하지 않다면 자동차의 경우 교통사고, 공장 자동화의 경우 인명피해로도 이어질 수 있기 때문이다.

 

 

3. 디바이스가 움직이지 않을 수도 있다.

 

고정된  곳에서 계속해서 사물 간 통신을 할 수도 있기 때문에 이 부분도 고려하여야 한다.(ex. 냉장고, 풍차, 전구 등)

 

 

3. 3GPP Solutions로 구현한 IoT 기술들

영상 속 IoT 구현을 위한 3GPP Solution 설명 그림

 

IoT의 통신기술을 구현할 때 기존에 구현된 통신 프로토콜들에서 필요없는 부분을 빼서 구현한다. (새로운 것을 추가할 필요가 없다.) 그 중 가장 자주 등장하는 CAT-M1과 NB-IoT에 대해 알아보았다.

 

두 기술은 IoT 환경에서 많이 사용되는 저전력 광역 통신(LPMA)기술이라는 공통점이 있다. 하지만 CAT-M1은 더 높은 데이터 전송 속도를 지원하며 Latency도 NB-IoT보다 더 작다. 추가로 음성 통화 기능도 지원한다.

반면, NB-IoT는 좁은 대역폭을 사용하고 전력 소비또한 매우 낮다. 안정적인 연결을 할 때 NB-IoT를 사용하곤 한다.

 

이 NB-IoT를 네트워크에 배치할 때 3가지 방법이 있다.

 

첫번째는 LTE 대역폭에 끼워넣는 것으로 효율이 떨어질 뿐만 아니라 LTE와의 간섭이 발생할 수 있다.

 

두번째는 가드밴드 안에 위치시키는 것으로 주파수 효율성이 증대하고 유연한 제어가 가능하다. (NB-IoT의 대역폭이 작기 때문에 가능함)

 

세번째는 NB-IoT를 독립적으로 사용하는 것인데, 두번째보다 효율성이 좋지 못하다. NB-IoT만을 위한 대역폭을 새롭게 할당해야하기 때문이다.

 

4. 5G IoT

5G를 이용하면 어떠한 IoT가 가능해질까?? 영상에서는 다음과 같은 것이 가능하다고 말하고 있다.

영상 속 5G를 통해 가능한 IoT 설명 그림

 

그림을 보면 알겠지만 공장 자동화, V2X, 스마트 병원과 같은 것들이 가능해진다는 것을 유추할 수 있다. 5G로 넘어오면서 4G에서는 불가능했던 것들이 가능해진다고 보면 될 것 같다.

 

이렇게 새로운 IoT가 가능해지기 위해서 5G는 4G와 어떤점이 다를까? 

 

영상 속 5G IoT가 구현되는 기술적인 측면

 

Numerology가 기억날지 모르겠다. 4G에서는 SCS가 약 15khz로 고정이였다면 Numerology기술을 통해 5G에서는 SCS를 늘렸다 줄였다 할 수 있었다. 그러면서 라디오 프레임에 대해 간략히 설명했었다. (1 Frame = 10 subframe만 고정)

 

4G는 SCS가 15khz로 고정된 경우이다. 아래 30, 60khz는 5G의 경우이며 이 때 slot이 더 작아지면서 스케줄링 속도가 빨라진다. Mini Slot으로 더 쪼개서 스케줄링 속도를 더 올릴 수 있고 Latency를 줄일 수 있게 된다. 여기에 더 많이 반복적으로 보내서 Reliablity까지 올릴 수 있다.

 

이 외에도 그림에서처럼 프로토콜을 이용하여 IoT를 위한 성능을 올릴 수 있다. 다음에 알아보도록하자...

 

포스팅을 하다보면 공부했던 기술들이 또 다른 새로운 기술에 접목되서 기능을 구현하는 것을 볼 수 있다. 잘 공부하고 있다는 증거라고 생각한다. ㅎㅇㅌ

 

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원작자의 동의를 받고 출처를 밝히며 적습니다.

 

출처

https://www.youtube.com/watch?v=6PuOdV_KPh0&list=PLdjcO8otM2M-uJRGgmv3rHRqMInwHRwMd&index=13