IoT 기술은 다양한 업계에서 새로운 가치를 창출하기 위한 기술로 주목받고 있다. 모든 사물로부터 데이터를 수집하고 분석, 해석해 편리성을 높이며 이상 징후 조기 발견, 방지, 자동 제어에 활용된다. IoT 시장에서는 서비스 개발에 주목하는 경향이 있지만, 솔루션 구축의 경우 소프트웨어뿐 아니라 설치 및 유지보수, 도입의 용이성이 고려되지 않은 시스템으로는 가치를 창출할 수 없다. 이를 뒷받침하는 코어 기술이 바로 센싱 기술 및 무선 통신 기술이며, 이러한 기술이야 말로 IoT 확대를 지원하는 데 반드시 필요하다.

근거리 무선 통신 방식

모든 사물로부터 데이터를 수집하기 위해서는 센싱과 그 데이터를 집약하는 시스템이 필요하다. 센서는 보통 여러 개가 존재하며, 온도·습도·조도와 같은 환경 데이터를 비롯해 사람 또는 기계의 움직임, 위치, 소비 전력 등의 데이터를 수집한다. 수집된 데이터는 해석 및 분석을 위해 서버에 저장되므로, 센서에서 서버까지의 네트워크를 구축할 필요가 있다.

로옴 그룹은 다양한 근거리 무선 통신 방식에 대응할 수 있는 라인업을 구비하고 있다(표 1). 근거리 무선 통신에도 다양한 종류가 있으므로, 어디에 센서를 설치하고 어떻게 동작시키는가에 따라 최적의 방식을 선택할 필요가 있다. 또한, 접속성도 배려할 필요가 있기 때문에 다음과 같은 항목을 염두에 두고 라인업화를 추진하고 있다.

▲ 표 1. 로옴 그룹의 근거리 무선 통신 디바이스 라인업

① 통신 프로토콜이 국제 규격으로 규정되어 있을 것

② ‌고객의 애플리케이션(용도)에 따라 최적의 무선 방식을 제공할 것

③ ‌전파법 인증(공사 설계 인증)은 모듈로 취득해 세트 설계의 공수를 삭감할 것

로옴 그룹은 무선 통신 LSI 및 무선 모듈을 제품화함으로써 고객의 니즈에 대응하고 있다. 고주파 패턴 설계가 가능한 고객용의 경우, 무선 통신 LSI 단품으로 제공이 가능하다. 또한 설계 공수 삭감이 필요하거나 무선 도입 경험이 없는 고객용으로는 모듈로 제공 가능하다. 특히 모듈의 경우 소프트웨어 내장, 안테나 내장품(전파법 인증 완료)의 제품화에 주력하고 있어 고객이 고주파 설계를 하지 않아도 된다는 이점이 있다.

또한, 무선 통신 주파수에 대해서도 2012년에 전파법 개정을 통해 허용된 920MHz대(이하, Sub-GHz 대역)에 적용 가능한 라인업을 구비하고 있다. Sub-GHz 대역 주파수를 사용하는 무선은 다음과 같은 세 가지 특징에 의해 향후 적용되는 애플리케이션 확대가 크게 기대되는 기술이다.

① ‌2.4GHz 대역 대비, 전파의 회절·회입 특성이 우수하여 통신 가능 영역이 넓다.

② ‌2.4GHz 기기의 영향을 받지 않으므로, 혼신(混信)의 우려가 없다.

③ ‌공장 설비 및 전자레인지 등 2.4GHz 대역에서 외부 노이즈의 영향이 적다.

다음에는 로옴에서 추진하고 있는 Sub-GHz 무선 통신을 몇 가지 소개한다.

스마트미터에 채용된 Wi-SUN 통신

‘Wi-SUN’이란 Wireless Smart Utility Network의 약자로, 최대 약 1km 정도 거리에서 상호 통신을 실행하는 저전력 무선 통신 규격이다. 물리층 IEEE802.15.4g, MAC층 IEEE802.15.4e로 규격화되어 있으며, 스마트미터(차세대 전력량계)용 무선 방식으로서 인증받고 있다. 또한, 스마트미터 및 가정용 에너지 관리 시스템(HEMS)과, 가전제품 등을 연계하는 Home Area Network용으로 ‘Wi-SUN HAN’도 책정되어 있으며, 2016년 4월부터 전력 자유화에 따른 스마트미터가 설치 확대됨에 따라 컨트롤러 기기에 대한 탑재가 추진되는 무선 통신 방식이다(그림 1). 기존에는 제조사에 의존하던 가정 내 기기의 연계가 오픈된 통신 규격으로 실현 가능해짐에 따라, 소비자는 제조사에 상관없이 편리성을 누릴 수 있다.

▲ 그림 1. Wi-SUN 통신의 적용 사례

대응 무선 통신 모듈을 제품화했으며, 관련 제품이 스마트미터 및 게이트웨이에 채용되고 있다. 일본 내 전파법의 인증 취득뿐 아니라, Wi-SUN 얼라이언스가 운영하는 상호 접속 시험의 기준기 인증도 취득(CTBU: Certified Test Bed Unit)하여, 안심하고 도입할 수 있는 디바이스이다. Wi-SUN B루트에 대응 가능한 BP35A1을 이미 양산화했으며, 차세대 제품으로서 Wi-SUN B루트/HAN에 모두 대응하는 BP35C0, BP35C2의 샘플 출하를 개시했다. BP35C0은 소형화를 추구한 면 실장 타입, BP35C2는 USB 동글 타입으로 USB 포트를 탑재한 기존 게이트웨이에서 하드웨어를 변경하지 않고도 Wi-SUN 통신을 실현할 수 있다 (표 2).

▲ 표 2. Wi-SUN 통신 대응 모듈 제품 라인업

배터리 없는 센서를 실현하는 EnOcean 통신 모듈

로옴은 Wi-SUN과 같이 Sub-GHz 주파수 대역을 채용한 배터리 없는(Battery-less) 무선 통신이 가능한 EnOcean 통신 모듈도 판매 중이다. 무선 센서를 설치하는 데에는 전원(배터리) 공급 과제 및 배터리 교환 운용 과제도 있으므로, 배터리가 없는 센서노드를 설치하면 설계 공수를 삭감하고 유지보수를 줄일 수 있어, 다양한 애플리케이션에서의 채용이 추진되고 있다(그림 2).

▲ 그림 2. 배터리 없는 센서노드 적용 사례

초저소비전력 무선 통신 프로토콜과 에너지 하베스팅(환경 발전) 기술을 조합한 모듈이고, 손가락으로 누른 압력을 전기로 변환하는 전자 유도 발전과 조합한 배터리 없는 무선 스위치 모듈 및 소형 광발전을 구비한 무선 온도 센서 모듈, 무선 개폐 센서 모듈은 이미 판매되고 있다.

배터리 없는 실증용 진동 센서 개발

로옴은 디바이스 레벨의 지원뿐 아니라, 애플리케이션 개발도 적극 지원하고 있다. 센서 기기, 게이트웨이를 포함한 시스템 등은 외부 파트너사의 협력을 바탕으로 시스템 레벨 실증 실험을 추진하고 있다. 아이디어 레벨을 신속하고 손쉽게 실증하고 그 효과를 검증해 나감으로써, IoT 시장에서의 비즈니스화를 가속시키고 있다. 다음에는 로옴에서 개발한 배터리 없는 실증 실험용 진동 센서를 소개한다.

IoT 시장에서 특히 주목받고 있는 것이 공장용 센싱 솔루션이다. 독일에서 제창되고 있는 Industory4.0 및 IIC( Industry Internet Consortium) 등, 제조 현장에서의 IoT화에 대한 논의가 활발하게 진행되고 있으며, 제조 설비의 고장을 사전에 검지하는 기능도 중요한 애플리케이션중 하나로 생각되고 있다.

로옴은 배터리 없는 무선 통신 기술을 활용해 제조 장치에 대한 센서 설치 실증 실험을 추진하고 있다(그림 3). 

▲ 그림 3. 배터리 없는 진동 센서 데모기 개발 사례

가속도를 검지하여 장치의 진동을 모니터링하는 시스템에서 저소비 EnOcean 무선 통신과 진동 발전 소자, 전류 발전 소자 조합, 배터리 및 배선 없는 센서노드를 구축했다. 이처럼 센서노드를 배선 없이 구성할 경우 추가 탑재가 용이하고 설치 공사를 생략할 수 있으므로, 기존 설비에 센서를 추가할 때의 부담이 크게 경감되어 공장 전체의 센서 네트워크 구축에 기여할 수 있다.

배터리 없는 센싱 데이터를 Wi-SUN 통신으로 중계하여, 광대역에서 무선 통신을 실행하기 위한 네트워크화도 실현 가능하다.

로옴에서 이전부터 추진해 온 온도, 습도 등의 환경 센싱과 더불어 진동 센싱을 시스템에 통합함으로써 공장 관리 및 감시에 필요한 센서 네트워크를 구축할 수 있어 제조 현장에서의 공정 개선에 크게 기여할 수 있다. 개발한 데모 환경을 활용해 제조 장치에 설치한 후 데이터를 취득하여 해석 및 분석을 실시하고, 예방 보전을 실현하는 알고리즘 개발을 위한 빅데이터를 취득할 예정이다.

또한 로옴의 공장뿐 아니라, 파트너사인 고객의 공장에서도 실증 설치를 시행하여, 센서 네트워크 솔루션의 부가 가치인 데이터 분석으로 연결시킬 계획이다. 

로옴 주식회사(ROHM Semiconductor)