(요약/배경) IoT 디바이스를 사용할 때, 센서 노드의 역할은 무엇인가? 센서 노드는 유용하고 향후 우수한 사업적 시장을 형성하는 것일까? 전원관계는 무한할까?

(IoT 디바이스 센서 노드의 역할) 많은 업체들이 기존 제품들에 더해서 산업용 IoT 제품 및 서비스를 추가하고 있으며, 이들 업체의 고객들은 기존 장비와 신규 장비가 혼합된 환경으로 이러한 제품들을 설치하고 있다. 그러므로 산업용 WSN으로 지능을 구축함으로써 기존의 필드 작업자들이 산업용 IoT제품으로 이전하는 작업을 간편하고도 매끄럽게 할 수 있도록 해야 한다.네트워크가 신속하게 스스로 구성할 수 있게 해서 설치 작업자가 네트워크가 안정적으로 작동하는 것을 확인하고서 현장을 떠날 수 있도록 해야 하며, 접속이 취약하거나 접속이 끊어졌을 때 스스로 조치를 취해서 서비스 중단이 일어나지 않도록 해야 하며, 서비스 중단이 발생했을 때는 자동으로 보고와 진단을 하도록 해야 하며, 설치 후에는 유지보수를 거의 또는 전혀 필요하지 않게 함으로써 비싼 인건비가 들어가는 현장 파견을 피하도록 해야 한다. 또한 많은 애플리케이션에서 성공적인 구현을 달성하기 위한 한 가지 관건은 접근하기 어렵거나 또는 위험한 위치에 설치를 할 수 있느냐 하는 것이다. 이럴 때는 IoT 장비를 배터리로 작동해야 하고 배터리로 작동하면서 수명이 통상적으로 5년 이상 지속돼야 한다. 산업용 IoT제품에 대해서, 상기와 같은 여러 가지 역할을 센서노드가 수행함.

그림1(좌측) 센서노드의 전원용으로, 페열하베스트에너지 사용해서, 영구적으로 가동되는 저전력 무선 센서 노드설치하고 추가적인 데이터를 포착할 수 있다.

그림2(우측) 변화가속화 Brains.App 소프트웨어와 같은 소프트웨어 분석을 사용함으로써, 산업용 무선 센서 네트워크로부터 얻은 데이터를 활용해서 플랜트 가동을 능률적으로 개선하고, 수율을 높이고 안전성을 향상시킬 수 있다.

(산업용 센서노드의 전원하베스팅기술)

산업용 IoT 애플리케이션을 위해서는 센서나 제어 위치를 적재적소에 배치해야 한다. 무선 기술은 선 없이 통신을 할 수 있다고 하지만 무선 노드를 구동하기 위해서 전력망으로 연결해야 한다든 지, 아니면 수시간마다 혹은 수개월마다 재충전을 해야 한다면 설치비용이 급격히 올라가고 실용성 또한 떨어질 것이다. 예를 들어, 유선이라면 가동 중인 장비의 상태를 모니터링 하기 위해서 회전하는 장비로 센서를 부착하는 것이 가능하지 않을 것이다. 그런데 가동 중인 장비를 모니터링 해서 얻는 정보를 사용해서 중요도 높은 장비를 예방적으로 유지관리함으로써 높은 손실을 초래하는 예기치 않은 시스템 중단을 피할 수 있다. 그러므로 비용을 절감하면서 유연하게 구축을 할 수 있도록 하기 위해서는 산업용 WSN의 모든 노드가 배터리를 사용해서 최소한 5년 이상 작동할 수 있어야 한다. 산업용 TSCH 기반 WSN의 예로서, 리니어 테크놀로지의 SmartMesh 제품은 정격적으로 50μA 보다 훨씬 미만으로 동작하므로 2개AA 배터리를 사용해서 다년간 동작할수 있다. 우수한 하베스트 에너지 소스를 사용할 수 있는 환경이라면 에너지하베스팅을 사용해서 노드들을 영구적으로 가동할 수도 있다.

(산업용 센서노드의 지능화 및 기술)

오늘날 “사물들”로 갈수록 더 높은 지능을 집어넣고자 하고 있으며, 산업용 IoT 애플리케이션을 위해서 지능화는 비단 이 지점에서만 필요한 것이 아니다. 산업용 IoT 네트워크는 지능적인 최종 노드를 구현해야 할 뿐만 아니라 지능적인 네트워크 및 보안 관리 기능들을 포함해야 한다. 네트워크를 고도로 구성 가능하게 해서 특정한 애플리케이션 필요에 재빨리 적응할 수 있도록 해야 한다. 또한 배터리 수명을 연장하기 위해서는 전력 소모를 낮춰야 하므로 네트워크의 가용 전력을 스스로 인지하고 네트워크 차원의 전력 소모를 최소화하도록 지능적인 루팅을 할 수 있어야 한다. 또한 네트워크를 RF 환경이 변화하는 것에 자동으로 적응할 수 있도록 해야 하고, 이를 위해서 토폴로지를 동적으로 변경할 수 있게 하면 더욱 더 유리할 것이다. 리니어 테크놀로지의 SmartMeshNetwork Manager는 네트워크 보안, 관리, 루팅 최적화를 할 수 있을 뿐만 아니라, 필요하다면 사용자가 무선으로(over the air) 노드들을 재프로그램할 수 있으므로 향후 요구의 변화에 따라 편하게 업그레이드 할 수 있는 수단을 제공함.

Tip

많은 업체들이 기존 제품들에 더해서 산업용 IoT 제품 및 서비스를 추가하고 있으며, 이들 업체의 고객들은 기존 장비와 신규 장비가 혼합된 환경으로 이러한 제품들을 설치하고 있음. 산업용 IoT 제품 및 서비스에 지능적인 네트워크 및 보안 관리 기능들을 포함해야 하므로, 이 분야에 창업하면 시장개척에 용이함.

<참고자료·문헌> ☞ 본문 답변과 관련된 사이트, 문헌자료

다음의 인터넷 사이트를 참고하면, 드론 프로펠러에 관련한 추가적인 사항 등을 볼 수 있음.

www.linear.com/docs/52627

<전문용어>

드론 프로펠러, 양력, 추력, 쿼드콥터