LoRaWAN® 기술의 활용 극대화하기
(자료: Tally/Shutterstock.com)
팬데믹 기간 동안 코로나의 확산세를 완화하는 과정에서 사람들이 집에 머무르는 시간이 늘어나면서, 이로 인해 교통 혼잡이 줄어들고 시내 공기도 상당 수준 정화되었다. 미국 경제 연구국(National Bureau of Economic Research)의 보고서에 따르면, 미국 도시들의 자동차 통행량이 줄어들면서 천식, 폐질환, 심장질환 등 대기질 관련 질병의 발병률이 전국적으로 약 25% 감소했다.
하지만 이는 임시방편적인 현상일 뿐이다. 팬데믹 이후의 시대를 준비하는 차원에서 세계 각국이 다시 국경을 차츰 개방하면서 교통량 또한 혼잡해지고 있다. 이와 함께 늘어나는 교통량은 호흡기에 치명적인 2.5µm 직경 이하의 대기 중 미립자 물질(Particulate Matter, PM)을 비롯해 각종 유해 물질을 지속적으로 배출한다. 이 “PM2.5”, 쉽게 말해 초미세먼지는 폐 깊숙이 침투함으로써 건강에 가장 위협적인 오염물질로 작용한다. 그 중에서도 빈곤층은 특히 열악한 대기질이라는 세계적인 문제로 인해 가장 큰 고통을 받고 있다. 예를 들어, 자동차 정비 상태가 미흡해 극심한 혼잡을 겪는 인도의 뭄바이에서는 대기질 문제가 심각하다. 인도 매체 '타임스 오브 인디아(Times of India)' 에 따르면 뭄바이는 전 세계 859개 도시 중 63번째로 오염이 심한 도시이며, '메가시티' 중에서는 4번째로 오염이 심한 도시이다. 해당 매체에 따르면 뭄바이는 유엔(UN)이 규정한 빈곤선 아래에 거주하는 인구가 20%인 광역 도시로, 빈곤선이란 하루 미화 1.90달러 미만으로 생활하는 수준이라고 정의된다.
오늘날 급속도로 성장하고 있는 사물인터넷(IoT)은 선진국과 개발도상국 모두에게 대기질 문제에 대한 장기적인 해결책을 제공한다. LoRaWAN®과 같은 저전력 광역 네트워크(LPWAN)를 통해 IoT에 무선으로 연결된 상업용 대기질 센서의 본격적인 상용화는 도시 계획에 있어 대기 오염 문제를 해결하는 데 필요한 세분화된 데이터를 제공한다.
취약계층 보호를 위한 조치
앞서 언급된 문제는 뭄바이만의 문제가 아니다. 유엔에 따르면, 전 세계적으로 10억 명 이상의 도시 인구가 빈민가에 거주하고 있으며, 열악한 대기질로 인해 불균형적으로 고통받고 있다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 대기 오염은 비전염성 질병의 주 원인으로, 전체 성인 사망자 중 약 24%가 심장병, 25%가 뇌졸중, 43%가 만성 폐쇄성 폐질환, 29%가 폐암으로 사망한다.
유엔은 이와 같은 취약 계층의 삶의 질과 안전을 향상시키기 위해 긴급한 조치가 필요하다는 것을 인지하고 있다. 이에 따라 2015년 유엔 회원국들은 '2030 지속가능발전 의제(2030 Agenda for Sustainable Development)'를 채택했다. 17개의 지속 가능한 개발 목표(SDG)로 구성된 이 계획에는 도시들을 안전하고 회복성이 있으며 지속 가능하게 만드는 목표가 포함되어 있다. 그리고 그 중엔 대기질을 개선하는 내용도 들어 있다.
이를 위해 IoT 기술을 선도하는 단체들이 유엔의 의제를 적극적으로 지지하고 있다. 대표적으로는 LoRa Alliance라는 비영리 단체를 들 수 있는데, 이 단체의 회원사들은 LoRaWAN 프로토콜을 홍보하기 위해 긴밀히 협력하고 있다. 이 단체의 회원사들은 "LoRaWAN for Good"이라는 캠페인 하에 다양한 대기 오염 완화 이니셔티브를 개발 중이다.
도시 계획자들은 LoRaWAN을 통해 클라우드에 연결된 저비용의 소형 무선 센서에서 데이터를 빠르게 생성, 대조 및 분석할 수 있는 IoT의 기능을 통해 "빅 데이터"를 활용하여 대기 오염 제어 기능을 개선할 수 있다. 해당 시스템은 다음과 같은 요소로 구성된다.
오염 정도를 실시간으로 모니터링하고 보고하는 무선 대기질 센서
근거리 무선 센서 네트워크에서 클라우드로 데이터를 전송하기 위한 LoRaWAN 연결
수만 개의 무선 센서의 지속적인 데이터 스트림을 분석할 수 있는 기능을 갖춘 클라우드 서버
대기 오염이 위험한 수준으로 악화되는 것을 방지하기 위한 조치를 제안하는 예측 알고리즘
무선 대기질 센서는 배기 가스에 널리 퍼져 있는 이산화질소(NO2)와 일산화탄소(CO)를 측정하여 자동차로 인한 대기질 오염 수준을 전반적으로 파악할 수 있도록 해준다. 이와 같은 PM2.5 및 가스 센서는 저렴하면서도 설치가 그리 복잡하지 않기 때문에 도시 전역에 널리 보급되어 대기질의 오염 수준을 모니터링할 수 있다.
LoRaWAN이 지원되는 최종 기기는 이와 같은 무선 대기질 센서 네트워크에 통합되며, 그 다음 LoRaWAN 게이트웨이 네트워크에 연결된다. 해당 기기들은 10년 동안 지속되는 배터리가 장착된 최종 장치를 사용하여 도시 지역에서 5km, 시골 지역에서 최대 15km까지 데이터를 전송할 수 있다. 그렇기 때문에 LoRaWAN은 어느 도시 지역에서든지 무선 센서 네트워크의 빠르고 비용 효율적 확대를 위한 중추적 역할을 할 수 있다.
안정적인 인프라의 중요성
LoRaWAN은 신뢰할 수 있는 장기적 성능을 제공하기 위해 산업용 장비로 제작되어야 한다. 따라서 게이트웨이는 통신 체인에 있어 중요한 링크이며, 다행히도 다양한 산업 옵션이 검증되어 있다. 한 가지 예는 어드밴텍(Advantech) WISE-6610 산업용 LoRaWAN 게이트웨이로 이 제품은 안정적인 산업 환경용 LoRaWAN 연결을 보장한다. 어드밴텍 게이트웨이 제품은 사설 및 공용 LoRaWAN 네트워크를 지원하고 인터넷 프로토콜(I.P.) 제품군의 일부를 형성하는 경량 네트워크 프로토콜인 MQTT를 제공한다.
WISE-6610 게이트웨이의 하드웨어 및 소프트웨어 유연성은 엣지 컴퓨팅 시스템을 지원하며 연결 손실을 방지하는 중복성 강화 기능을 포함한다. 또한 안전한 통신을 위한 VPN 터널 생성과 LoRaWAN 데이터를 로컬로 암호화 및 변환할 수 있는 네트워크 서버를 통해 높은 수준의 보안을 뒷받침한다. 다른 특징으로는 868~915MHz 주파수 범위, 9~36VDC의 전원 입력 범위, DIN 레일 또는 벽면 장착, IP30 인클로저 등급을 들 수 있다.
LoRaWAN 게이트웨이에서 클라우드로 전송된 데이터를 집계하고 분석하여 도시 전체의 대기 오염이 어떻게 변화하는지 거의 실시간으로 세밀하게 파악할 수 있다. 기록물 데이터베이스가 발전함에 따라 알고리즘은 과거의 이벤트를 참조하여 미래의 패턴이 어떻게 전개될지 정확하게 예측할 수 있으며, 이를 통해 당국은 필요한 예방 조치를 취할 수 있다. 이와 같은 정보는 교통 흐름을 규제하고, 친환경 자동차의 도로 통행료를 일시적으로 낮추며, 곧 위험에 처할 가능성이 있는 지역을 피하도록 신속하게 시민들에게 권고하는 것과 같은 신중하고 사전 예방적인 개입을 가능하게 할 것이다.
지속 가능한 개발 목표에 한발짝 더 다가가기
디젤이나 가솔린 차량의 배기 파이프에서 PM2.5이 배출되는 한 인간의 건강은 잠재적인 위험에 노출될 수밖에 없을 것이다. 그러나 호흡기 질환으로 인한 생산성 저하와 의료 시스템의 부담 증가가 주요 문제로 대두되고 있으며, IoT 및 LoRaWAN은 기존 모니터링 시스템의 약점을 해결하기 위한 기술로 떠오르고 있다. 도시 계획자들은 거의 실시간으로 정확한 데이터의 연속 스트림을 생성하는 무선 센서 네트워크를 통해 대기질이 특히 안 좋은 날 오염을 줄이기 위해 교통 흐름을 차단하는 등 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있다.
엔지니어가 이제 도시 전역의 LoRaWAN 인프라를 기반으로 하는 차세대 무선 센서 네트워크를 출시함에 따라 도시를 안전하고 탄력적이며 지속 가능하게 만들기 위한 유엔의 11번째 지속 가능한 개발 목표에 훨씬 더 가까워졌다. 또한 이는 LoRa 기술이 어떻게 활용될 수 있는지 확인하기 위한 완벽한 기회이다.
맺음말
전 세계의 도시들은 대기 오염으로 고통 받고 있으며, 빈곤층은 특히 취약하기 마련이다. IoT의 확산과 더불어 이산화질소(NO2 ) 및 일산화탄소(CO) 측정이 가능한 저비용 무선 센서의 등장은 오늘날의 대기질 문제를 해결할 수 있는 좋은 기회이다. 무선 대기질 센서는 LoRaWAN 인프라의 지원을 통해 고분자 오염의 장단기적 문제를 해결하는 데 필요한 빠르고 세분화된 데이터를 제공한다.