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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