강력한 IoT 및 스마트 홈 네트워크 구축: 와이파이 6, 스레드, 매터의 융합
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와이파이(Wi-Fi® )는 지난 20여 년 동안 무선 네트워킹 기술을 지배해왔다. 이는 더 빠른 속도와 더 넓은 범위를 제공하도록 수년에 걸쳐 비약적인 발전을 거듭해왔다. 와이파이는 대용량의 데이터를 빠르게 처리할 수 있기에 스트리밍 비디오와 같은 고대역폭 애플리케이션에 탁월한 옵션이다.
최근에는 사물 인터넷(IoT)과 스마트 홈이 등장하면서 와이파이의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 그러나 모든 무선 기술에는 한계가 있으며, 와이파이는 기본적으로 높은 처리량을 제공하도록 설계되었기 때문에 전력 소비가 높아 스마트 홈이나 IoT 에코시스템에 사용되는 저전력 또는 배터리 구동 장치에 적용하기에는 제한적이다. 하지만 이러한 제한은 와이파이 6 표준의 출시와 매터(Matter) 표준, 스레드(Thread) 프로토콜과의 상호 운용성을 통해 완화되었다.
와이파이 6
다행히 와이파이 6 표준은 보다 긴 배터리 수명을 위해 설계 시 처리량 일부를 맞바꿀 수 있도록 허용하는 절전 기술을 탑재함으로써 작동 조건을 향상시켰다. OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access, 직교 주파수 분할 다중 접속)라는 다중 접속 변조 기술을 사용하면 와이파이 6의 20MHz 채널 각각을 수백 개의 하위 채널로 분할할 수 있어 더 많은 기기를 동시에 지원할 수 있다. 와이파이 6는 이 같은 기능 향상 덕택에 보안 카메라, 스마트 온도 조절기, 스마트 스피커와 같은 스마트 가전 제품에 적합한 옵션으로 활용될 수 있다.
매터(Matter)
와이파이는 스마트 홈 에코시스템에 상호 운용성을 가져올 새로운 매터 표준에서 기초적인 역할을 수행한다. 매터는 저전력 무선 연결이 필요한 경우에는 스레드를 통합하는 반면 보다 높은 처리량이 필요할 때는 와이파이를 사용함으로써 더 많은 전력을 사용할 수 있다. 매터에는 커미셔닝을 위한 이더넷 유선 표준과 블루투스 LE(Bluetooth® Low Energy)도 포함되어 있다. 와이파이는 매터에 활용되는 다른 프로토콜과 함께 인터넷에서 데이터를 빠르게 전달하기 위한 네트워크 계층 통신 표준인 인터넷 프로토콜(IP)을 지원한다. IP와의 상호 운용성은 각 스마트 홈 제품을 클라우드에 매우 쉽게 연결할 수 있도록 해주기 때문에 스마트 홈 애플리케이션을 매우 강력하고 유연하게 만들 수 있다.
매터는 애플이나 아마존, 구글, 노르딕, 삼성을 비롯한 그 외 수백 개 기업의 지원에 힘입어 이전에는 파편화되어 있던 스마트 홈 부문을 체계화하고 있다. 이제 고객들은 모든 주요 제조사에서 생산된 스마트 기기를 구매하고, 선호하는 스마트 홈 에코 시스템에 쉽게 통합할 수 있게 될 것이다. 이는 소비자들에게 부가가치가 높은 스마트 홈 서비스를 제공하여 기기 판매 수익을 늘리고자 하는 대부분의 제조사들에게도 반가운 소식일 것이다. '밴티지 마켓 리서치(Vantage Market Research1)'에 따르면, 2020년 750억 달러 규모였던 스마트 홈 부문은 2028년까지 5.5배 이상 성장하여 연간 4,200억 달러 이상의 매출을 달성할 것으로 전망된다. 이에 따라 와이파이 기반 스마트 홈 기기 출하량은 2021년부터 2025년까지 연평균 21%의 성장률을 기록할 것으로 예상된다.
스레드(Thread)
스레드는 IoT를 위해 특별히 설계된 비교적 최신식 프로토콜이다. 스레드는 저전력 기기에 최적화된 IP 기반 프로토콜로, 배터리 전원으로 작동하는 스마트 홈 기기에 적합하다. 또한 매우 안정적이면서도 안전하도록 설계되어 보안이 중요한 애플리케이션에 적합한 옵션이기도 하다.
와이파이와 스레드는 서로 다른 기술이며, 서로 간 경쟁하는 기술이 아니다. 실제로 이 두 가지 기술을 함께 사용하면 더욱 강력한 IP 네트워크를 구축할 수 있다. 매터 표준과 마찬가지로 예를 들어보면, 와이파이는 스마트 TV나 스트리밍 기기와 같은 고대역폭 장치를 연결하는 데 사용될 수 있는 반면, 스레드는 스마트 온도 조절기나 센서와 같은 저전력 기기에 사용될 수 있다.
와이파이와 스레드를 함께 사용할 때 얻을 수 있는 이점 중 하나는 IoT 시스템을 보다 유연하게 설계할 수 있다는 것이다. 고속 연결이 요구되는 기기에는 와이파이가 더 적합할 수 있고, 저전력 작동이 요구되는 기기에는 스레드가 더 적합할 수 있다. 설계자들은 이 두 가지 기술을 모두 사용하여 기기별로 요구 사항을 충족하도록 시스템을 맞춤화할 수 있다.
와이파이와 스레드를 함께 사용할 때의 또 다른 이점은 네트워크의 안정성을 향상시킬 수 있다는 것이다. 와이파이는 간섭이 발생하기 쉽지만 저전력 디바이스에 스레드를 사용하면 설계자는 간섭의 위험을 줄이고 더욱 안정적인 네트워크를 개발할 수 있다.
와이파이와 스레드는 모두 IoT용 IP 네트워크를 구축하는 데 탁월한 옵션이다. IoT가 지속적으로 성장함에 따라, 스마트 기기용 IP 네트워크 구축에 따르는 고유 문제 해결을 위해 설계된 프로토콜과 기술이 더 많이 등장할 것으로 예상된다.
설계자 관점에 맞춰 설계된 노르딕 제품들
노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)는 개발자가 저전력 IoT 애플리케이션을 혁신하고 스마트 홈에서 점점 더 중요성이 부각되는 와이파이의 역할을 보다 쉽게 활용할 수 있도록 nRF7002 와이파이 6 컴패니언 IC 및 관련 개발 키트(DK) 제품을 시장에 내놓았다. 해당 IC 제품은 원활한 듀얼 밴드(2.4GHz 및 5GHz) 연결을 제공하는 저전력 와이파이 6 디바이스이다. 또한 nRF7002는 블루투스 LE, 스레드, 지그비 무선 통신과 뛰어난 공존성을 제공하며, 와이파이 6의 핵심 절전 기능인 TWT(Target Wake Time)를 지원한다. 해당 DK는 nRF5340 SoC 호스트 프로세서를 갖추고 있어 개발자들이 nRF7002 기반으로 개발을 손쉽게 시작할 수 있도록 해준다. nRF5340 멀티 프로토콜 SoC는 스레드, 블루투스 LE를 지원하기 때문에 매터 표준 관련 모든 무선 기술을 활용한 개발에 적합하다고 할 수 있다.
맺음말
스마트 홈이 대중화되고 주류로 자리 잡기 위해서는 기기들 간의 원활한 연동이 중요하며, 와이파이와 IP의 상호 운용성, 매터에 대한 지원은 스마트 홈의 성공에 핵심적인 역할을 할 것이다. 결국 와이파이 6와 스레드의 절전 기능, 매터의 상호 운용성을 활용한다면, 강력하고 유연하면서도 에너지 효율적인 스마트 홈 기기를 제작할 수 있을 것이다.
저자 소개
노르딕 세미컨덕터는 동급 최고의 무선 성능과 정교함을 자랑하는 자사의 초저전력(ULP) 무선 칩을 가장 비용에 민감한 소비자 제품에도 사용할 수 있는 가격으로 제공한다. 노르딕 세미컨덕터의 칩은 무선 PC 주변기기, 게임 컨트롤러, 스포츠 및 피트니스 센서, 장난감, 고급 멀티미디어 컨트롤러, 디지털/위성 TV(셋톱박스) 리모컨 등의 제품에 사용된다.