IIoT 연결을 위한 와이파이® 5 + 블루투스® 5.2 콤보 무선 모듈

June 10, 2024

산업용 사물 인터넷(Industrial Internet of Things, IIoT)는 센서, 디바이스, 시스템을 인터넷에 연결할 뿐 아니라 이들을 제조 현장에서 직접 사용함으로써 클라우드를 통해 수집한 데이터를 이용해 인공 지능을 구동하고 예측 분석을 수행합니다. 하지만 스마트 의료, 공장 및 가정 자동화는 안정적인 무선 연결과 관련하여 다양한 문제들을 직면하고 있습니다. 예컨대 소프트웨어 통합, 공존, 안테나 설계, 전 세계적 규정 준수를 위해서는 상당히 복잡한 작업들을 처리해야 합니다.

-이번 포스트에서는 인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies)의 글로벌 에코시스템 파트너인 레어드 커넥티비티(Laird Connectivity)가 인피니언의 와이파이/블루투스 콤보 SoC를 활용하여 제공하는 세계적으로 인증된 모듈과 세계적 수준의 설계 서비스, 제조, 고객 지원을 소개합니다.

-와이파이 및 블루투스 관련 설계 고려 사항

와이파이와 블루투스는 모두 2.4GHz 주파수 대역을 사용합니다. IEEE 802.11은 주파수 대역을 포함하여 다양한 와이파이 표준들을 정의하고 있습니다. 높은 대역폭과 더 확장된 범위(100m)를 가진 와이파이는 인터넷 연결에 사용되고, 이보다 대역폭이 낮고 범위가 짧은(10m) 블루투스는 주로 장치 간 연결이나, 모바일 애플리케이션을 사용하는 와이파이 네트워크 상에서의 프로비저닝 용도로 사용됩니다. 사용자는 최적의 기능을 이용할 수 있기를 바라기 때문에 와이파이와 블루투스를 모두 사용할 수 있는 편이 이상적일 것입니다.

-또한 IIoT 사용자는 보안 이슈를 최소화하기를 바랍니다. 이는 WPA(Wi-Fi Protected Access) 및 블루투스 LE 보안 연결을 통해 처리됩니다. 적절한 안테나 성능은 설계 초기부터 고려되어야 합니다. 사용자가 시스템에 대한 규제 및 인증 승인을 받고자 한다면 이를 위해 각별한 주의를 기울여야 합니다. 이 때, 사전 인증된 모듈을 사용하면 규제 인증에 드는 비용과 시간을 크게 절약할 수 있습니다. 사용자가 직접 (와이파이/블루투스) SoC 칩셋을 사용해 설계를 하려면 매우 복잡한 RF 하드웨어 설계, 다양한 규제 및 인증 프로세스를 이해해야 하고, 제품 출시 일정을 맞추는 데에도 많은 어려움이 따를 수 있습니다.

-IEEE 802.11ac

IEEE 802.11b(2.4GHz), g(2.4GHz), n(2.4GHz/5GHz)은 레거시 네트워크 표준입니다. 802.11ac(와이파이 5)는 IoT를 지원합니다. 레거시 802.11b/g/n와 비교할 때, 802.11ac(2.4GHz/5GHz)는 4가지 중요한 이점을 제공합니다.

▶ 첫 번째 장점은 빔포밍에서 비롯합니다. 빔포밍은 신호를 특정 방향으로 보다 집중해서 보내는 것입니다. 빔포밍의 방향성은 더 나은 커버리지를 제공하고 사각지대를 줄일 뿐 아니라 간섭을 줄이므로 중계기를 사용할 필요가 없게 합니다. 빔포밍은 액세스 포인트에서 사용되지만, 기지국이 이 기능을 지원하여 빔을 해당 방향으로 향하게 하는 데 필요한 정보를 제공하도록 요구합니다.

-▶ 두 번째 장점은 비트당 에너지가 낮다는 것입니다(그림 1). 비트당 낮은 에너지는 활성 무선 시간을 줄여 송수신에 드는 전력 소모를 줄입니다. 더 빠른 전송 시간과 더 효율적인 데이터 페이로드 전송 특성 덕분에, 802.11ac(와이파이 5)는 저전력 IoT 애플리케이션에 이상적인 선택입니다.

그림 1: IEEE 802.11ac의 비트당 낮은 에너지는 활성 무선 시간을 줄여 송수신에 드는 전력 소모를 줄입니다. (출처: Laird Connectivity/Infineon Technologies)

▶ 세 번째 장점은 채널 간격입니다(그림 2). 80MHz 및 40MHz 채널은 더 나은 스펙트럼 활용을 제공하며, 이는 혼잡을 줄여 노드를 보다 밀도 높게 전개할 수 있게 해줍니다.

-▶ 마지막으로, 5GHz 채널은 오디오, 비디오 및 클라우드 서비스에 보다 깨끗한 스펙트럼을 제공합니다. 802.11ac(와이파이 5)에만 해당하는 것은 아니지만, 5GHz 스펙트럼은 훨씬 깨끗하고 덜 혼잡한 RF 환경을 제공합니다. 덕분에 더 높은 대역폭, 더 안정적이고 전력 효율적인 연결이 가능합니다.

그림 2: IoT 장치의 수가 증가함에 따라 IEEE 802.11ac 노드를 보다 밀도 높게 배포할 필요가 있습니다. 802.11ac는 채널 간격에서 더 나은 스펙트럼 활용으로 인해 보다 밀집된 노드 배포가 가능합니다. (출처: Laird Connectivity/Infineon Technologies)

솔루션

레어드 커넥티비티의 ‘Sterling-LWB5+’ 와이파이 및 블루투스 모듈과 레어드 커넥티비티 Sterling LWB5+ 개발키트는 와이파이 5(802.11ac) 및 블루투스를 지원함으로써 차세대 무선 IoT에 대한 요구에 대응합니다(그림 3). 안전하고 안정적이며 강력한 기능 세트를 갖춘 Sterling-LWB5+는 IIoT 연결을 위해 특별히 제작된 것으로, 1x1 듀얼밴드(2.4/5GHz) 와이파이 5(802.11ac) 및 블루투스를 제공하는 인피니언의 AIROC™ CYW4373E 듀얼밴드 802.11ac + 블루투스 5.2 SoC로 구동됩니다. 이 제품은 애초부터 IoT용으로 설계되었기 때문에 완전히 인증되고 통합이 간편하며 제품 출시까지 가장 빠른 경로를 제공합니다.

Sterling-LWB5+ 모듈은 제조 가능성을 염두에 두고 제작되었으며, 진입 장벽을 낮추기 위해 여러 규제 영역에 대해 사전 인증을 받았습니다. 안테나 다이버시티와 함께 전력 증폭기(PA) 및 저잡음 증폭기(LNA)를 통합하고 있어 열악한 RF 환경에서도 안정적인 연결을 보장합니다. 이 제품은 산업 온도 범위(-40˚C ~ +85˚C)에서 안정적으로 동작하며, 이 제품의 솔더다운 모듈은 최신 WPA3 보안 표준을 지원하는 동시에 산업 진동 및 충격 요건들을 충족합니다.

그림 3: 레어드 커넥티비티(Laird Connectivity)의 Sterling-LWB5+ 와이파이 및 블루투스 모듈과 USB 어댑터.

레어드 커넥티비티는 최근 LWB5+ 제품군에 USB 어댑터를 추가했습니다. 새로운 제품은 전체 산업 온도 범위를 지원하며, 와이파이 및 블루투스를 위한 간단한 플러그 앤 플레이 통합 기능이 추가되었습니다.

-IoT 애플리케이션을 위한 유연한 OS 지원

리눅스는 가정용 의료 게이트웨이 장비, 테스트 및 측정 장비, 중장비, 차량용 텔레매틱스, 환자 모니터 등 마이크로프로세서 기반 애플리케이션을 위한 탁월한 운영 체제(OS)입니다. Sterling-LWB5+ Linux 백포트 패키지는 이전 버전과의 호환성을 보장하기 위한 많은 리눅스 커널을 지원합니다.

-이 접근 방식은 이전 커널 버전과의 위험 컴파일 이슈에 대한 우려를 낮추고 통합에 필요한 시간을 줄이며 출시 시간을 앞당깁니다. 또한 고객이 선호하는 커널 버전을 사용할 수 있는 유연성을 제공하고 이전 버전과의 호환성을 위해 포맷을 표준화하여, 특정 커널 버전에 대한 패치를 수동으로 적용할 필요가 없습니다. 이러한 특성은 NXP i.MX, Nvidia, Xilinx Zynq 및 기타 널리 사용되는 플랫폼과 쉽게 통합할 수 있는 프로세서 유연성을 제공합니다.

-향후 출시될 버전은 인피니언의 유연하고 보안 성능이 강화된 초저전력 PSoC™ 6 MCU 같은 마이크로컨트롤러 기반 애플리케이션을 위한 실시간 운영 체제(RTOS)를 제공하여 태양광 인버터, 관개 시스템, 전동 공구, 홈 오토메이션, 그리고 웰빙 기기 등의 활용 사례를 지원할 예정입니다.

IIoT 연결 구현을 방해하는 일반적인 문제와 함정을 피하고 싶다면, 레어드 커넥티비티와 인피니언이 와이파이 5(802.11ac) + 블루투스를 차세대 무선 제품에 적용하기 위한 완벽한 조합입니다. 레어드 커넥티비티의 Sterling-LWB5+ 무선 모듈은 AIROC™ CYW4373E 듀얼밴드 802.11ac + 블루투스 5.2 SoC를 호스팅하고 사용자에게 쉬운 생산 경로를 제공합니다. Sterling-LWB5+는 리눅스/안드로이드 및 RTOS 설계를 위해 광범위한 소프트웨어 지원을 제공하는 소형 폼 팩터의 견고하고 세계적으로 인증된 와이파이/블루투스 모듈입니다. 엔지니어는 이들 개발 키트, 모듈, M.2 카드, 소프트웨어 예제 프로젝트를 이용함으로써 설계 및 생산 일정을 가속화하여 제품 출시 시간을 앞당길 수 있습니다.