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No.1 전자엔지니어 전문몰 아이씨뱅큐 : 네이버 블로그

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근거리 무선 통신

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근거리 무선 통신

근거리 무선 통신(近距離無線通信, 영어: Near Field Communication, NFC)는 13.56MHz의 대역을 가지며, 아주 가까운 거리(접촉 및 근접 비접촉 모두 포함)의 무선 통신을 하기 위한 기술이다. 현재 지원되는 데이터 통신 속도는 초당 424 킬로비트다. 교통, 티켓, 지불 등 여러 서비스에서 사용할 수 있다.

모드 [ 편집 ]

모드 동작 응용분야 카드 모드 NFC를 탑재한 기기가 기존의 비접촉식 카드와 같이 동작 신용카드, 교통카드, 멤버십 카드등 각종 카드 Read/Write 모드 NFC를 탑재한 기기가 RFID 태그 리더기로 동작 스마트 포스터 같은 옥외광고, 작품 설명 등 P2P(Peer-to-Peer) 모드 NFC 기기 간 데이터 송수신 개인 간 데이터 전송, 명함 교환, 개인 송금 등

규격 [ 편집 ] [kbit/s] 능동식 장치 수동식 장치 424 kbps 맨체스터, 10% ASK 맨체스터, 10% ASK 212 kbps 맨체스터, 10% ASK 맨체스터, 10% ASK 106 kbps Modified Miller, 10% ASK 맨체스터, 10% ASK

블루투스와의 비교 [ 편집 ]

NFC 블루투스 블루투스 (저 에너지) RFID 호환 ISO 18000-3/18092 동작 동작 표준화 기구 ISO/IEC 블루투스 SIG 블루투스 SIG 네트워크 표준 ISO 13157 등 IEEE 802.15.1 IEEE 802.15.1 네트워크 유형 P2P WPAN WPAN 암호화 RFID와 동시에 안 됨 이용 가능 이용 가능 범위 < 0.2 m ~10 m (클래스 2) ~1 m (클래스 3) 주파 수 13.56 MHz 2.4-2.5 GHz 2.4-2.5 GHz 비트 레이트 424 kbit/s 2.1 Mbit/s ~1.0 Mbit/s 설정 시간 < 0.1 초 < 6 초 < 1 초 소비 전력 < 15mA (읽기) 클래스에 따라 다양함 < 15 mA (xmit) IC칩 [ 편집 ] NFC(Near Field Communication)의 근접통신기술은 USIM칩 또는 IC칩과 함께 RF칩이 활용된다. 같이 보기 [ 편집 ]

근거리무선통신, 근거리무선통신 기술과 활용예들

안녕하세요 레이닝덕 레덕입니다!

오늘은 블루투스로 익히 잘 알려진 근거리무선통신에 대해서 알아보겠습니다.

근거리 무선통신

근거리 무선통신은 전파를 전송매체로 이용하여 가까운 거리에 있는 각종 기기들 간의 정보를 교환하게 하는 통신기술입니다. 최근 멀티 홉을 이용하여, FAN* 등의 광범위 통신으로 확대

*FAN(Field Area Network) : 특정지역에 분산된 많은 장치가 연결되는 네트워크

[무선 센서 네트워크 기술 : 멀티 홉 네트워크]

메시지가 송신 노드로부터 직접적으로 최종 목적 노드로 전송되는 것이 아니라, 1개 이상의 중간 노드를 경유하는 전송 방식을 말합니다. 기기가 통신거리가 짧더라도 중간중간에 라우터 역할을 하는 노드들이 릴레이 역할을 해주어 멀리 떨어진 수신 노드까지 정보를 전달합니다. 단말기 간 직접 상호 통신하는 싱글 홉에 비해, 다른 단말기를 경유함으로써 광범위한 단말기와의 통신이 가능합니다. 멀티 홉은 통신 거리가 길어질 뿐만 아니라, 장애물에 강한 이점을 가집니다.

근거리 무선통신 기술(WPAN:Wireless Personal Area Network)

일상생활 반경(Personal Area)에 해당하는 20~30미터 이내 거리에서 통신 가능한 기술을 말합니다.

근거리 무선통신 기술을 표준화하는 단체는 국제표준화기구 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)와 국제표준화기구 ISO(International Organization for Standardization) 산하의 국제전기표준회의 IEC(International Electrotechnical Commission)가 있습니다.

국제표준화기구 IEEE에서 규격으로 정한 기술로는

802.15.1 : Bluetooth V1.1

802.15.1a : Bluetooth V1.2(WLAN 간섭배제)

802.15.3 : High rate WPAN, 11~55Mbps

802.15.3a : High rate WPAN, 500Mbps, UWB

802.15.4 : Low rate, Low Power, 200kbps, Zigbee

802.15.4a : High Precision ranging/location capability

있으며

국제전기표준회의 IEC에서 규격화한 기술로는

JTC1/SC31/WG4 : Automatic Identification&Data Capture, RFID 가 있습니다.

이러한 근거리무선통신기술은 사물인터넷 IoT(Internet of Things) 환경을 구축하는데 필수적인 제반 기술입니다.

근거리무선통신기술의 종류를 알아보면,

Bluetooth, UWB(Ultra Wide-Band:초광대역 통신), Zigbee를 대표적으로 꼽을 수 있습니다.

각각의 특징을 보면

Bluetooth는 근거리 유선 케이블을 대체하는 목적으로 10m 이내의 거리에서 1Mbps의 데이터 전송속도를 가집니다. 주파수 대역은 2.4GHz를 사용하며, 휴대용 기기들을 통해 음성, 팩스 등의 다양한 M2M(Machine to Machine) 통신을 지원합니다. 단점으론 3초가량의 느린 초기 접속이 있습니다. 일반인들에게 가장 익숙한 근거리무선통신기술이 블루투스가 아닐까 합니다. 에어팟, 갤럭시 버즈 등으로 인해 블루투스 이어폰은 이미 일상화되어 있으며, 자동차 오디오와 휴대폰 연결 등 너무나 익숙해져 버린 기술입니다.

UWB(Ultra Wide-Band:초광대역 통신)는 근거리 기기간 고속 Data 통신을 목적으로 2~10미터 거리에서 통신이 가능합니다. 데이터 전송속도는 500Mbps 이며, 주파수 대역은 3.1~10.6GHz를 사용합니다. 고속으로 Data 전송이 가능하며 보안성 또한 높으며 장애물에 대한 간섭 내성이 좋아 수많은 벽, 사람, 그 밖의 장애물로 혼잡한 신호 환경에서도 매우 높은 정확성을 갖춘 상대적인 위치정보를 제공할 수 있습니다.

Zigbee는 저전력 저가의 기기 제어를 목적으로 30미터까지 통신이 가능하며, 20kbps, 40kbps, 250kbps의 데이터 전송속도가 있습니다. 주파수 대역은 868/915MHz와 2.4GHz를 사용하며 전자제품과 센서를 연계한 기기를 제어하는 데 사용됩니다. 최대 2년까지 사용 가능한 Battery 시간이 최대 장접이며, 빠른 접속 시간(30ms), 높은 전송 안정성 또한 장점입니다.

사물인터넷(IoT) 활용 근거리무선통신기술

1. RFID(Radio-Frequency Identification)는 주파수를 이용하여 ID를 식별하는 방식으로 작동원리는

① 칩과 안테나로 구성된 태그에 활용 목적에 맞는 정보를 입력하고 대상에 부착

② 게이트, 계산대, 톨게이트 등 부착된 리더에서 안테나를 통해 발사된 무선 주파수 태그에 접촉

③ 태그는 주파수에 반응하여 입력된 데이터를 안테나로 전송

④ 안테나는 전송받은 데이터를 디지털 신호로 변조, CRC 체크하여 리더로 전달

⑤ 리더는 데이터를 해독하여 호스트 컴퓨터로 전달하여 정보를 읽게 됩니다.

장점 단점 1. 반영구적 사용

2.대용량의 메모리 내장 이동 중 인식 가능

3.원거리 인식 가능

4.반복 재사용 가능

5.다수의 Tag/Label 정보를 동시 인식 가능

6.데이터 신뢰도 높음

7.공간 제약없이 작동가능

8.데이터변환(Write) 및 저장 용이 1.비싼 가격

2.개인 프라이버시 침해 가능

3.국가별 주파수가 다름

4.모든 정보 유출 가능성

1-1. NFC(Near Field Communication, 근거리 무선통신)

– RFID 기술의 한 종류로 13.56MHz의 주파수 대역을 사용하는 비접 촉식 근거리 통신기술 데이터 읽기와 쓰기 기능을 모두 사용함으로 RFID의 리더 불필요

– 블루투스 등 기존의 근거리 통신기술과 비슷하지만 블루투스처럼 기기 간 설정 불필요

RFID NFC 사용주파수 125kHz ~ 2.45 GHz 13.56 MHz 연결범위 최대 100m 10cm 내외(근거리) 통신 단방향 통신(태그/리더 별도) 양방향 통신(태그/리더 통합) 장점 장거리 인식 가능 높은 보안성

1-2 NFC 활용사례 : 스마트폰 자동차

운전자가 스마트폰을 도어 핸들에 갖다 대면 도어 핸들 안에 삽입된 NFC 수신기가 스마트폰의 NFC 신호를 인식하여 도어록을 해제, 운전석에 앉아 거치대에 스마트폰을 올려놓고 시동 버튼을 누르면 무선충전이 시작되면서 블루투스로 차량과 스마트폰이 페어링(연결)된다. 동시에 운전자 체형에 맞게 시트가 조절되면서 폰 화면이 차량의 대화면 디스플레이와 연동된다. 운전자의 음성 명령에 따라 평소 즐겨 듣던 음악이 재생되고 운전 중 전화가 오면 실내 통화모드로 전환된다. 주차⋅하차 후 다시 도어 핸들에 스마트폰을 대면 차 문이 잠긴다. 폰화면에는 NFC 통신으로 주고받은 차량 상태와 주행기록, 그리고 주차위치 등이 표시된다.

2. 비콘(Beacon)

특정 주파수를 가지고 일정한 신호를 전송하는 비지향성 전송하는 기술로, 애플에서 블루투스 기반인 BLE(Bluetooth Low Energy : 저전력 블루투스) 기반 iBeacon 개발하였습니다.

특징으로는

1. 다양한 센서 및 NFC와 결합

2. 초절전으로 배터리 수명 연장

3. 최대 500미터까지 거리 확대

4. 100원 동전의 4분의 1 크기로 소형화가 됩니다.

작동원리는

① 비콘 단말은 자신의 신호 도달 거리 내로 스마트폰을 가진 사람이 들어오면 특정 신호(ID값)를 보냄

② 스마트폰 애플리케이션에서 ID값 인식, 서버로 전달

③ 이에 대한 적절한 액션 서비스 정보를 다시 스마트폰 애플리케이션으로 송신 및 사용자 인식하게 되며 활용사례를 통해 좀 더 이해해보겠습니다.

2-1. 비콘 활용사례

○ 강의출석도 스마트하게, 청주대 음파출결시스템

– 충북 청주대학교 스마트 캠퍼스 구축의 하나로 국내 대학 처음으로 하드웨어 없는 음파출결 시스템 도입, 음파출결 시스템은 유리창이나 출입문 밖으로는 신호가 전달되지 않고 강의실에 있는 학생들만 출석을 처리한다.

○ 스마트홈 전용 미아방지 밴드

– 비콘을 활용한 리니어블의 미아방지 밴드는 1~9세 유아동을 위한 스마트 솔루션으로 밴드를 착용한 아이가 부모로부터 일정 거리(20~30m) 이상 멀어지면 스마트폰에서 알람이 울려 아이가 사라지는 것을 미연에 방지한다.

이와 같이 특정 거리 이내에서 어떤 이벤트가 일어나기를 원할 때 다수와 소수를 가리지 않고 원하는 이벤트의 여부를 모니터링하는 데 사용 가능합니다.

글을 마치며

근거리무선통신기술은 블루투스로 이미 일상의 영역으로 들어와 있습니다. NFC 또한 결재 분야에서 다양하게 활용되고 있습니다. 평소에 블루투스는 알았지만, NFC에 대해서는 잘 몰랐는데 잘 이해할 수 있어 유익한 시간이었습니다. 아이를 키우는 집에서는 비콘의 미아방지 밴드가 큰 도움이 될 것 같습니다. 애들이 사라지는 건 정말 한순간이더라고요. 읽어주셔서 감사합니다.

레이닝 덕입니다.

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감사합니다♡

장거리 대 근거리 무선 통신: 프로젝트에 가장 적합한 것은 무엇입니까? > NEWS & CASE STUDY

장거리 대 근거리 무선 통신:

프로젝트에 가장 적합한 것은 무엇입니까?

Rob Faludi, Head of Product, Perceptive Things /

무선 모듈 솔루션을 선택하는 것은 쉬워야 합니다. 모든 것이 완벽하다면 통신 범위가 가장 긴 것을 선택하기만 하면 됩니다. 그렇게 하면 장치가 얼마나 멀리 배치되어 있어도 항상 통신할 수 있습니다. 하지만 안타깝게도 현실은 그렇게 간단하지 않습니다. 다행스럽게도 저희는 장거리 무선 통신에서 단거리 또는 그 사이의 모든 사용 사례에 맞는 솔루션이 있습니다.

어떤 무선 모듈이 가장 좋은지 사물 인터넷 전문가에게 물어보면 “그것은 상황에 따라 다릅니다”라고 대답할 것입니다. 각 무선 장치 유형에는 고유한 강점과 약점이 있기 때문입니다. 한 프로젝트에서 훌륭한 것이 다른 프로젝트에서는 끔찍할 수 있습니다. 예를 들어 배터리 전력을 거의 사용하지 않는 모듈은 대역폭도 낮을 수 있습니다. 이는 개인용 무선 체중계에서는 이상적인 솔루션이지만 회의실에서 라이브 비디오를 스트리밍하는 경우에는 불가능한 솔루션입니다. 물론 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

이런 솔루션들은 모든 무선 범위의 경우에도 마찬가지입니다. 사용 사례를 평가하고 장비와 환경에 따라 무선 신호가 전파되는 방식을 어느 정도 이해해야 합니다. 이 기사에서는 프로젝트에 대한 모듈 범위 및 유형에서 최상의 선택을 결정하기 위한 모든 고려 사항을 살펴봅니다.

무선 신호 범위에 영향을 미치는 요소

통신 범위는 무선 네트워크에서 두 안테나 사이에 통신이 존재할 수 있는 최대 거리로 정의됩니다. 그러나 이 범위는 순수하게 거리만 고려해서는 안됩니다. 다음은 몇 가지 중요한 고려 사항입니다.

> 장애물, 지형 및 전파 물리학이 모두 범위에 영향을 미칩니다.

> 또 다른 요인은 주파수 대역 및 임피던스 등을 고려한 안테나 설계 입니다.

> 노이즈는 또 다른 중요한 요소입니다. 붐비는 파티에서 누군가의 소리를 듣기 어렵듯이, 무선 노이즈가 많은 환경에서는 무선 신호를 고르는 것이 어렵습니다.

네트워크의 장치가 얼마나 잘 통신하는지에 영향을 줄 수 있는 다양한 고려 사항 및 요인에는 다음과 같은 10가지 요인이 있습니다.

1. 처리량 (Throughput)

IoT에서는 원격지에서 소량의 데이터를 통신해야 하는 경우가 많습니다. 데이터 처리량은 범위에 상당한 영향을 미칩니다. 데이터 전송률이 증가하면 장치 간의 효과적인 통신 범위가 줄어들 수 있습니다. 이는 빠른 데이터 전송률이 성공적인 복조(demodulation)를 위해서 노이즈 대비 더 높은 신호를 필요로 하기 때문입니다.

시끄러운 방에 있는 누군가가 매우 빠르게 말한다면 그것을 알아듣기 어렵습니다. 하지만 속도가 느려지면 더 이해하기 쉽습니다. 무선 정보도 비슷하게 작동합니다. 많은 IoT 장치는 하루에 한 번 정도의 단일 센서 값을 보냅니다. 해당 데이터가 낮은 비트 전송률로 전송되면 훨씬 더 멀리 감지될 수 있습니다.

2. 전력 (Power)

무선 신호는 유선을 통해 전달되는 메시지와 달리 가속 방식으로 감쇠하기 때문에 많은 전력(Power)이 필요합니다. 소스에서 무선 신호가 발산되면서 수영장의 물결처럼 빠르게 퍼져 나갑니다. 이 때 역제곱 법칙에 따라 소리와 전파가 감쇠됩니다. 거리를 두 배로 늘릴 때마다 4배의 전력(Power)이 필요하므로 장거리를 횡단하는 것은 짧은 거리에 비해 훨씬 더 많은 에너지를 사용합니다.

3. 노이즈 (Noise)

RF 네트워크에서 신호는 장치 간에 전송되는 정보이며 노이즈는 이것과는 다른 것입니다. 신호 대 노이즈 비율은 신호 출력 수준과 노이즈 출력 수준을 비교하는 메트릭입니다. 이는 무선 시스템의 범위 를 결정하는 중요한 요소인데, 그 이유는 무선 범위란 순수하게 무선 신호가 이동할 수 있는 거리(무한)라는 의미가 아니라 무선 신호와 노이즈를 확실하게 구별하는 것이기 떄문입니다. 무선의 노이즈는 자연 환경의 일부이며 다음을 포함합니다.

> 우주 배경 복사 및 태양 간섭

> 번개와 같은 대기 소스

> 전력선, 모터, 형광등, 스위치, 컴퓨터 및 다른 무선 통신과 같은 인적 소스

4.주파수 (Frequency)

저주파 무선 신호는 물체 주변에서 쉽게 회절되고 대기에 의해 반사되어 유효 범위가 증가할 수 있습니다. 그러나 주파수가 낮으면 대역폭이 제한되어 처리량이 제한됩니다. 주파수의 경우에는 훨씬 더 높은 처리량을 제공하지만 장애물 주변에서 회절되기 어렵고 대기에 의해 반사되지 않아 범위가 제한됩니다.

5. 자유 공간 손실 (Free space loss)

무선 신호는 진공 상태일지라도 공간을 통해 이동하기 때문에 에너지를 더 넓은 영역으로 퍼뜨릴 때 그 신호는 줄어들 것입니다. 이 확산은 역제곱 법칙을 따르며 이는 거리에 따른 기하급수적인 전력 손실을 설명합니다. 우리는 송신기와 수신기 사이의 거리를 줄임으로써 주어진 주파수에서 자유 공간 손실을 해결합니다.

6. 회절 (Diffraction)

무선 신호는 경로에서 물체를 만나면 산란되거나 회절되며 에너지의 일부는 물체 주위로 휘어지지만 나머지는 수신기에서 멀어져 손실됩니다. 날카로운 모서리는 신호를 더 많이 흡수하는 경향이 있는 둥근 물체보다 더 잘 회절됩니다. 회절은 신호 경로에서 물체를 피하는 많은 이유 중 하나입니다.

7. 다중 경로 (Multipath)

우주 공간과 같은 장애물 간섭에 이상적인 환경에서는 송신기에서 보낸 무선 신호가 표면이나 물체에 반사되지 않고 항상 직접 도착합니다. 하지만 여기 지구에서는 상황이 불가피하게 더 복잡합니다. 시야가 명확하게 확보된 경우 일부 신호는 직접 도착하지만 다른 신호는 근처의 물체와 지형에 반사되어 왜곡됩니다. 무선 프로토콜 및 시스템은 일반적으로 일부 다중 경로 간섭을 해결하도록 설계되었습니다. 안테나를 높은 곳에 놓고 장애물을 피하는 것도 도움이 됩니다.

8. 흡수 (Absorption)

무선 신호는 감쇠 요소가 없다면 빈 공간을 가로질러 무한한 거리를 이동할 수 있습니다. 그러나 물체를 만나면 에너지의 일부가 흡수됩니다. 무선 신호는 벽을 통과할 수 있지만 그 과정에서 감쇠됩니다. 또한 공기 중의 습도는 무선 에너지를 흡수할 수 있기 때문에 고주파 신호를 방해하기에 충분한 요소입니다. 신호 경로의 나무 잎과 기타 초목은 신호를 충분히 분산시키기 때문에 더 낮은 주파수에서 문제를 일으킬 수 있습니다.

9. 지형 (Terrain)

언덕이나 산은 목적지에 도달하는 신호를 흡수, 회절, 반사 또는 완전히 차단할 수 있습니다. 지면 자체의 구성은 저주파에서 영향을 미칠 수 있으며 신호는 사막과 같은 건조한 지역보다 호수, 바다 또는 늪에서 더 잘 전달됩니다. 안테나 사이의 대략 축구공 모양의 영역인 프레넬 영역은 통신 성능을 최적화하기 위해 지형과 장애물이 최대한 없어야 합니다.

10. 안테나 및 범위 (Antennas and Range)

안테나는 전기 신호를 전파로 변환하여 “공중으로” 정보를 전송합니다. 수신기의 경우 전파는 컴퓨터가 이해할 수 있는 전기적 변형으로 다시 변환됩니다. 올바른 안테나를 올바르게 사용하는 것이 중요합니다. 잘못된 선택은 통신 범위를 제한하고 배터리 전력을 낭비하며 잘 계획된 시스템을 적절하게 지원하지 못할 수 있습니다. 자세한 내용은 당사 가이드인 10 가지 안테나 설계 고려 사항 을 참조하십시오.

통신 범위에 대한 전원 및 배터리 수명 고려 사항

지금까지 살펴본 것처럼 무선 통신에는 범위와 전력이 서로 얽혀 있습니다. 오늘날 많은 어플리케이션에서 광대한 지역에 수천 개의 무선 장치를 배포하고 있기 때문에 배터리 관리에 드는 시간과 비용을 고려하는 것이 중요합니다. 아래에 그 요인에 대한 간략한 개요가 있습니다.

1. 전원 관리

신중한 장치 전원 관리는 배터리 수명을 며칠에서 몇 년으로 연장할 수 있습니다. 전력을 절약하는 가장 좋은 방법은 무선 범위를 어플리케이션 요구 사항에 맞추는 것입니다. 더 짧은 통신 범위의 프로토콜을 선택하거나 수동으로 전송 전력을 제한하여 통신 범위를 효과적으로 제한할 수 있다면 배터리 수명이 늘어납니다.

일부 프로토콜은 장치를 신뢰할 수 있는 범위 내에서 전송 전력을 동적으로 제한하는 적응형 데이터 속도 기능으로 전송 전력을 자동으로 제한할 수 있습니다. 이는 장치가 이동하거나 시간이 지남에 따라 무선 환경이 변화할 때(계절 단풍 변화, 무선 소음 환경의 일상적인 변화 등) 특히 유용합니다.

2. 절전 모드

에너지를 절약하고 배터리 수명을 연장하기 위해 IoT 장치는 필요하지 않을 때 종종 절전 모드를 사용합니다. 절전 상태의 무선 통신 모듈은 일반적으로 어떤 전송도 수신하지 않습니다. 그러나 많은 IoT 활용 사례에서는 현장의 장치가 송수신되어야 합니다.

네트워크 또는 프로토콜 설계에서 지원하는 경우 저장 후 전달 방법을 사용할 수 있습니다. 특정 프로토콜에서는 절전되어 있는 “하위” 무선 노드가 깨어나서 요청할 때까지 이 하위 노드에 대한 전송을 임시로 저장하는 기능이 “상위” 무선 노드에 의해서 활성화됩니다. 또 다른 프로토콜에서는 중앙 네트워크 서버가 상위 역할을 하며 원격 장치의 “웨이크업”를 감지한 경우에만 메시지를 전달합니다. 적절한 전력 관리를 한다면 배터리와 태양열 시스템만으로도 유지보수 없이 여러 해 동안 장치가 작동할 수 있습니다.

무선 범위별 Digi 제품군 소개

Digi XBee® 무선 모듈은 다양한 IoT 어플리케이션 및 환경에 맞게 다양한 범위에서 사용할 수 있습니다. Digi XBee 플랫폼은 일반적인 물리적 폼 팩터, 공유 인터페이스 및 수십 년 간의 안정성을 통해 사무실 내부에서만 통신하거나 또는 전 세계에서 통신하거나 어떠한 환경에 상관없이 무선 네트워킹 분야의 선두 주자로 자리매김하고 있습니다. 또한 최근 Digi LoRaWAN® 솔루션을 추가함으로 Digi 제품군이 더욱 확장되었습니다.

아래에서 각 모듈 유형을 간단히 살펴보겠습니다. XBee 제품군에 대한 자세한 정보는 XBee 구매 가이드 를 참조하십시오. Digi LoRaWAN에 대한 자세한 내용은 Digi LoRaWAN 장치-클라우드 솔루션 에 대한 기사를 참조하십시오.

1. 근거리 통신

근거리 무선 통신은 전력, 크기, 열 및 비용을 최소한으로 유지합니다. 주거용 에너지 모니터링, 상업용 건물 자동화 또는 고밀도 온실 감지를 위한 완벽한 솔루션입니다. 메시 네트워킹을 사용할 때 메시지는 목적지로 가는 도중에 모듈 사이를 호핑하여 개별 무선 장치의 범위보다 훨씬 더 큰 네트워크를 생성할 수 있습니다. 이점이 많기 때문에 IoT 어플리케이션을 위한 솔루션을 평가할 때 가장 먼저 고려해야 할 범주입니다.

Digi XBee 3 (Regular Power) – Zigbee, DigiMesh and 802.15.4

세 가지 무선 네트워킹 프로토콜과 BLE 및 온보드 프로그래밍 기능을 지원하는 작은 단일 모듈입니다. 시야 범위가 4,000피트인 이 제품은 가정 자동화, 산업 제어 및 환경 감지를 위한 훌륭한 솔루션입니다. 단거리 통신 및 중간 대역폭은 긴 배터리 수명을 지원합니다. 메시 옵션을 사용하면 대규모 가정이나 소규모 야외 농장을 포괄하는 개별 노드 범위보다 더 큰 네트워크를 사용할 수 있습니다.

Digi XBee Wi-Fi

이 Wi-Fi 임베디드 모듈은 가장 인기 있는 무선 네트워킹 기술 중 하나를 Digi XBee 플랫폼에 제공합니다. 표준 Wi-Fi 범위(300피트)와 뛰어난 처리량으로 근처의 모든 기지국과 상호 운용됩니다. 이는 Wi-Fi의 전력 소모가 더 많은 프로토콜의 추가 비용과 추가 프로비저닝 복잡성을 부분적으로 상쇄합니다. 기존 네트워크에 장치를 추가하는 것에 적합합니다. 시간이 지남에 따라 변경되는 여러 인증 설정을 관리하기 위한 충분한 리소스가 프로비저닝 계획에 포함되어 있는지 확인하십시오.

Bluetooth Low Energy (Digi XBee 3 라인 )

모든 Digi XBee 3 모듈은 선택된 기본 프로토콜 외에 BLE를 통합합니다. BLE는 스마트폰에서 흔히 볼 수 있으므로 모듈을 구성하거나 배터리로 구동되는 무선 센서의 데이터를 기록하거나 위치 비콘을 생성하는 쉬운 방법입니다. BLE는 일반적으로 매우 짧은 범위(300피트 이하)이지만 전력을 매우 적게 사용하므로 IoT 솔루션을 위한 훌륭한 보조 프로토콜입니다.

2. 중거리 통신

중거리 무선 통신은 근거리 통신에 비해 더 많은 전력을 사용하고 더 많은 열을 발생시키며 일반적으로 더 많은 비용이 듭니다. 더 먼 거리나 메쉬 네트워크가 더 넓은 영역을 커버해야 할 때 가장 잘 사용됩니다. 이러한 프로토콜 중 상당수는 라이선스가 없는 기가헤르츠 미만 주파수를 사용하지만 지역에 따라 다르기 때문에 규정 준수에 더 주의를 기울여야 합니다. 태양광 분야, 도시 조명 제어 및 원격 장비 모니터링은 모두 중거리 모듈의 훌륭한 IoT 사용 사례입니다.

Digi XBee3-PRO(고전력) – Zigbee, DigiMesh 및 802.15.4

무선 네트워킹을 위한 Digi의 가장 작은 모듈의 고전력 버전에는 BLE 및 온보드 프로그래밍 기능이 포함됩니다. 2마일(약 3.2km)의 현장 범위로 건물 자동화, 공장 전체 제어, 스마트 도시 솔루션 및 대규모 농업 감지에 이상적입니다. 중거리 전송은 일반 전원 버전보다 더 많은 배터리를 사용하지만 여러 절전 옵션을 구현하여 이를 완화할 수 있습니다. 네트워크는 배터리 수명과 비용을 최적화하기 위해 고전력 및 저전력 모듈을 혼합하여 구성할 수도 있습니다.

Digi XBee-PRO 900HP

900HP 모듈은 넓은 영역에 걸쳐 있는 많은 협력 노드를 네트워크화하기 위한 메시 네트워크 옵션과 함께 광범위한 범위(고이득 안테나 사용시 최대 28마일/약 45km)를 제공합니다. 900MHz 주파수는 북미 및 기타 몇몇 국가에서만 사용할 수 있으며, 처리량이 매우 낮지만 사용 환경의 요구 사항과 일치한다면 최적의 훌륭한 솔루션을 제공합니다.

Digi XBee-PRO XSC

이 모듈은 Digi의 레거시 9XStream 라디오와의 상호 운용성을 특징으로 합니다. 표준 XBee의 스루홀(through-hole) 방식을 유지하면서 낮은 대역폭에서 넓은 범위(최대 28마일/약 45km 가시거리)를 제공합니다. 새로운 디자인의 경우 처리량 유연성이 더 높은 최신 모델인 Digi XBee-PRO 900HP가 권장됩니다.

3. 장거리 통신

먼 거리를 커버해야 하는 경우 장거리 무선 통신 프로토콜이 필요합니다. IoT의 경우 일반적으로 배터리로 동작해야 경우들이 많이 있으므로 긴 통신 범위를 유지하면서 낮은 처리량으로 전력을 절약하는 것이 일반적입니다. 스마트 도시 프로젝트, 산업 캠퍼스 모니터링, 원격 채굴 또는 시추, 광역 농업 시스템은 이러한 무선 방법 유형의 일반적인 어플리케이션들입니다. 이것은 보낼 데이터가 매우 작지만 장거리를 이동해야 할 때 특히 그렇습니다.

Digi XTend 900MHz

XTend는 XBee 표면 실장 형식과 이전 9XTend 설치 공간 모두에서 사용할 수 있습니다. 둘 다 Digi의 레거시 9XTend와의 상호 운용성을 위해 설계되었습니다. 그들의 장거리 통신 범위 (가시거리에서 40 마일/약 64km)는 상당히 중요한 전력 요구 사항, 광업 및 시추 작업, 태양열 충전 배터리를 유지하기 위해 절전을 구현하는 중장비 모니터링 또는 원격 기상 관측소에 적합합니다.

Digi XBee-PRO SX 900/868

이들은 Digi XBee 에코시스템의 “중요 모듈”로, 저전력, 미션 크리티컬 무선 시스템 구축을 위한 탁월한 안정성과 이중화를 제공합니다. 옵션인 메시 네트워킹을 사용하여 매우 넓은 영역(최대 65마일/약 104km 가시선)을 포괄하는 네트워크를 생성할 수 있습니다. 짧은 범위의 제품들에 비하여 많은 전력이 필요하고 거리가 멀어질수록 처리량은 제한됩니다. 그러나 확장된 범위, 강력한 간섭 차단 및 노이즈 플로어 아래에서 통신할 수 있는 기능을 갖춘 Digi XBee-PRO SX는 뛰어난 IoT 솔루션입니다.

Digi LoRaWAN

가장 최근에 Digi 라인에 추가된 것은 LoRaWAN 모듈 및 게이트웨이 키트 입니다.

Digi LoRaWAN 솔루션은 무선 통신의 센서 및 게이트웨이를 위한 특수 제품을 제공합니다. LoRa 무선 변조는 건물, 초목 및/또는 산업 기계와 같은 높은 RF 간섭 영역과 같은 장애물을 통과할 수 있는 비가시선 기술입니다.

LoRaWAN은 국가 규정에 따라 주로 900MHz, 868MHz 및 400MHz에서 작동하는 글로벌 표준으로 LoRa 변조 방식의 특정 구성을 사용합니다. LoRaWAN 센서는 저전력 양방향 통신으로 최대 100km의 가시 거리의 통신 거리를 자랑합니다. 일반적인 비-가시선 어플리케이션은 최대 20km입니다. 게이트웨이는 여러 장치를 연결하는 고성능 전원 시스템이며 Digi X-ON과 같은 클라우드 플랫폼을 통해 관리되어 대규모 확장성을 제공합니다.

LoRaWAN은 작은 페이로드와 게이트웨이당 최대 수천 개의 장치에 최적화되어 있으며 저전력 배터리 작동 또는 저지연 전원 작동을 위해 구성할 수 있습니다. LoRaWAN 솔루션은 유틸리티, 농업 및 산업 시스템과 같은 분산된 실외 인프라에 이상적입니다. Digi X-ON 클라우드는 LoRaWAN 무선 시스템을 관리할 뿐만 아니라 장치 및 게이트웨이에 대한 자동화된 프로비저닝 및 배포 기능을 제공합니다.

4. 셀룰러 – 혼용 및 범위 확장

개별 셀 모듈의 범위는 확실히 크지 않지만, 전 세계 모바일 네트워크 커버리지는 거의 모든 곳에 배치된 장치가 전 세계 다른 장치와 통신할 수 있다는 것을 의미하기 때문에 셀의 범위를 다른 프로토콜과 비교하는 것은 항상 까다롭습니다.

새로운 프로토콜은 배터리 수명에 대한 고민을 줄여주고 절전 모드로 전력을 절약하는 방법 등을 개선하고 있습니다. 모바일 데이터 요금제가 필요하지만 IoT의 저대역폭의 낮은 데이터량에 대한 요구에 부합하여 비용이 크게 절감되었습니다.

셀룰러는 모바일 어플리케이션이나 자체 무선 네트워크 인프라를 구축하는 것이 어려운 환경에 적합합니다. 선적 컨테이너를 추적하거나, 자동 판매기를 모니터링하거나, ATM에서 환율 및 통화를 계산하는 경우에 셀룰러 모듈은 적은 예산으로 전 세계에 적용할 수 있습니다.

Digi XBee 3 셀룰러 Cat 1

이 LTE Cat 1 모듈은 5-7마일(약 8-11km)의 가시 거리, 온보드 프로그래밍 기능, BLE 및 프로젝트 출시 시간을 단축하는 친숙한 Digi XBee 인터페이스를 제공합니다. Cat 1 처리량은 비디오와 같은 미디어에는 충분하지 않지만 상당한 양의 데이터를 전송해야 하는 IoT 프로젝트에는 적 합합니다. Cat 1용 데이터 요금제는 저비용이며 SMS와 같은 기술이 포함되어 있어 많은 개발 유연성을 제공합니다. 모듈은 사전 활성화된 SIM과 함께 선택적으로 사용할 수 있으므로 불편함 없이 제품을 선정할 수 있습니다.

Digi XBee 3 셀룰러 LTE-M/NB-IoT

Cat 1과 마찬가지로 이 LTE-M/NB-IoT 모듈은 5-7마일(약 8-11km)범위, 온보드 프로그래밍 기능, BLE 및 친숙한 인터페이스를 제공합니다. LTE-M 및 NB-IoT 프로토콜은 모두 저비용으로 저전력 소비가 필요한 저대역폭 IoT 어플리케이션을 지원하도록 설계되었습니다. 두 프로토콜에 대한 데이터 요금제는 저렴하며 새로운 셀룰러 절전 옵션을 사용하면 장치 배터리를 몇 달 이상 사용할 수 있습니다. 사전 설치된 SIM은 선택적으로 사용 가능하므로 IoT 장치를 공장에서 바로 사용자의 손으로 가져갈 수 있어 배포가 간편합니다. 이것은 Digi의 IoT 솔루션 라인업에서 미래 지향적인 모듈 중 하나입니다.

5. 결합 솔루션: 근거리 + 장거리

때때로 가장 좋은 솔루션은 여러 연결 유형을 함께 결합하는 것입니다. 예를 들어, 원격 환경 감지 어플리케이션에서 Zigbee 또는 DigiMesh 단거리 네트워크를 사용하여 석유 굴착 장치와 같은 상대적으로 작은 영역을 조밀하게 구성한 다음에 Digi XBee-PRO SX와 같은 장거리 무선 통신으로 멀리 떨어진 제어 센터로 데이터를 통합 관리하는 것이 가장 좋습니다. 외진 곳이 아니라면 셀룰러를 사용하는 것도 훌륭한 선택이 될 수도 있습니다. 동일한 네트워크에서 로컬 스마트폰를 사용하여 직접 센서와 통신하는 매우 짧은 범위의 BLE도 구현할 수 있습니다. 여러 프로토콜을 결합하여 각각이 가장 잘 수행할 수 있도록 하는 것이 이상적인 IoT 솔루션을 만드는 가장 좋은 방법입니다.

이 차트는 프로토콜, 데이터 속도 및 전력 소비량에 대한 개요를 제공합니다.

출처 : Behr Tech

정리

무선 통신 범위와 무선 신호에 영향을 미치는 여러 요인에 대해 설명했습니다. 무선 신호가 얼마나 멀리 갈지에 대한 질문에 대한 답은 “그 환경에 달려 있습니다.”라는 것입니다. 환경, 건축 자재, 지형, 반사, 날씨, 안테나, 전송 전력, 프로토콜, 주파수, 특히 신호 대 잡음비가 모두 작동합니다. 그럼 어떻게 하면 가장 좋은 해결책을 찾을 수 있을까요?

먼저 다음을 포함한 모든 변수를 고려해야 합니다.

> 사용하려는 사용 사례가 실내입니까, 실외입니까?

> 그 어플리케이션은 이동형입니까, 고정형입니까?

> 어느 정도 거리를 커버해야 합니까?

> 전송할 데이터의 크기와 빈도는 어떻게 됩니까?

> 주변에 무선 노이즈가 많이 있습니까?

> 전원이 배터리에서 공급됩니까, 아니면 장치를 주 전원에 연결할 수 있습니까?

> 몇 개의 장치 또는 노드가 함께 연결됩니까?

> 어떤 유형의 건물 건설 또는 실외 지형을 예상하십니까?

> 세계 어느 지역에 장치가 배치될 예정입니까?

> 시스템 비용은 얼마이고 이보다 더 좋은 투자 수익을 제공할 수 있습니까?

Digi는 당신이 어떤 무선 통신거리가 필요하든 상관없이 최대한의 통신거리를 확보할 수 있도록 도와줄 것입니다. 자세한 내용은 IoT 기기 역할 개요 와 아키텍처 선택 가이드 에서 더욱 자세한 내용을 확인하실 수 있습니다.

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