위치, 위치, 위치: 자산 추적을 위한 LoRaWAN을 사용한 IoT 설계

LoRaWAN을 언급할 때 가장 먼저 떠오르는 것이 온도 및 습도 센서라면 충분히 이해할 수 있습니다. 이러한 종류의 센서는 LoRaWAN의 초기 "킬러 앱"이었습니다. 레스토랑 주방, 식품 물류 창고, 원격 농장 등 다른 연결 기술이 어려운 환경과 위치에서 기술이 매우 잘 작동했기 때문입니다. LoRaWAN은 금속 표면과 콘크리트 벽이 있는 매우 어려운 RF 설정에서 작동할 수 있기 때문에 온도 및 습도 측정값이 식품 안전에 중요한 레스토랑과 창고에 이상적입니다. 그리고 LoRaWAN은 기존 통신 인프라 없이 매우 먼 거리에 걸쳐 데이터를 전송할 수 있어 가장 가까운 셀 타워나 Wi-Fi 라우터 에서 멀리 떨어진 농장의 농업용 센서에 이상적입니다 . 게다가 전력 소비가 매우 낮아서 다양한 상황에 이상적입니다.

LoRaWAN은 처음에는 중요하지만 틈새 시장에서 주목을 받았지만 현재는 온도 및 습도 측정 이상의 용도로 사용되고 있습니다. IoT Analytics 의 연구원에 따르면 LoRaWAN의 사용은 지난 몇 년 동안 급속히 가속화되어 매년 40~50%의 성장이 예상됩니다 . 그러한 성장을 이끄는 주요 추세는 무엇입니까? LoRaWAN의 더 큰 킬러 앱: 자산 추적.

LoRaWAN은 다양한 수직 산업에서 장치, 장비, 재료 및 제품 추적을 위한 기술로 자리 잡았습니다. 여기에는 산업, 농업 및 운송 분야의 장비 및 차량 추적이 포함됩니다. 병원 및 의료 환경에서 의료 기기 및 기타 장비를 추적하고 모니터링합니다. 소매업의 상품 추적; 공급망 물류의 제품 추적; 그리고 훨씬 더. 

LoRaWAN이 자산 추적에 그렇게 강력한 채택을 보이는 이유는 무엇입니까? 온도 및 습도 모니터링에 즉시 적합하도록 만든 강점은 자산 추적 요구 사항과도 완벽하게 일치하는 것으로 나타났습니다. 즉, 까다로운 RF 환경에서의 안정적인 성능, 통신 인프라가 불안정한 경우에도 장거리 데이터 전송 기능 등이 있습니다. 근처에 있지 않으며, 초저전력 소비. 자산 추적에는 이 세 가지가 모두 필요하며 LoRaWAN(현재 형태와 LoRaWAN 로드맵의 향상된 기능 모두)은 다른 기술보다 이 세 가지 상자를 모두 확인하는 데 더 효과적인 것으로 입증되었습니다.

이전에 LoRaWAN을 사용해 본 적이 없는 엔지니어링 팀의 배경으로, 통신 인프라가 존재하지 않는 지역에서도 최대 10마일까지 매우 먼 거리에서 IoT 네트워크 와의 안전한 양방향 데이터 전송 및 통신을 제공합니다 . 10마일 간격으로 저렴한 LoRaWAN 릴레이를 추가하면 해당 범위를 무한정 확장할 수 있습니다. LoRa의 GHz 미만 주파수 전파(400~900MHz)는 지평선 밖에 있지만 직접 가시선 내에 있는 장치와 직접 통신할 수 있습니다. 그리고 기둥, 옥상 또는 언덕 꼭대기에서 LoRaWAN 장치의 높이를 높이면 해당 범위를 늘릴 수 있습니다. 실제 구현에서는 예상 10마일 범위(릴레이 간)가 종종 초과된다는 점에 유의해야 합니다. 저는 프로젝트에서 해당 거리의 2배 또는 3배에 달하는 신뢰할 수 있는 신호를 달성하는 것을 보았고 제가 읽은 한 실험에 따르면 특수 안테나를 사용하여 수백 킬로미터에 걸쳐 신호를 보낼 수 있었습니다. 자산 추적에는 가장 가까운 LTE 또는 Wi-Fi 신호 에서 멀리 떨어진 영역 안팎으로 물체의 이동이 포함되는 경우가 많다는 점을 고려할 때 LoRaWAN의 범위는 이러한 사용 사례에 매우 바람직합니다. 이 범위는 자산 추적의 주요 과제 중 하나를 해결합니다.

IoT LoRaWAN 장치 작동

LoRaWAN이 해결하는 또 다른 자산 추적 문제는 특히 실내 애플리케이션이나 금속, 콘크리트 및 무선 간섭이 많은 시설 내에서 이동하는 자산의 경우 RF 환경의 복잡성입니다. 다른 연결 기술은 이러한 환경에서 어려움을 겪을 수 있지만 LoRaWAN은 이러한 시나리오에서 안정적으로 작동합니다. 신호는 스테인리스 스틸, 두꺼운 단열재, 콘크리트 벽을 통과할 수 있을 뿐만 아니라 RF 간섭이 심한 환경에서도 잘 작동합니다.

배터리 효율성은 LoRaWAN이 강력한 이점을 갖고 있는 자산 추적의 또 다른 과제입니다. LTE 와 같은 기술은 배터리 수명과 관련하여 심각한 단점을 가지고 있습니다. 반면 LoRaWAN 센서는 배터리 교체 없이 수년간 작동할 수 있습니다. LoRaWAN 노드는 다른 기술에 비해 가격도 저렴하므로 자산 추적 사용 사례를 위한 센서의 대량 배포에 특히 유용합니다.

프로젝트를 위해 LoRaWAN을 고려하는 엔지니어링 팀은 LoRaWAN의 한계도 알고 있어야 합니다. 주요 제한 사항은 데이터 처리량입니다. 높은 데이터 속도의 애플리케이션에는 적합하지 않지만 자산 추적 사용 사례에서는 높은 데이터 속도가 필요한 경우가 거의 없습니다. 일반적으로 자산 추적 애플리케이션에서는 정기적 또는 이벤트 기반 데이터의 작은 패킷을 전달해야 하므로 이러한 제한은 이러한 설계 프로젝트의 요소가 아닙니다.

자산 추적을 위해 이미 GPS 기술을 사용하고 있는 엔지니어링 팀은 LoRaWAN이 보완 기술로서 중요한 역할을 할 수 있다는 점을 인식해야 합니다. GPS는 일반적으로 LTE를 사용하여 데이터를 전송하지만 해당 기술은 배터리를 많이 사용하고 비용이 많이 듭니다. 또한 많은 자산 추적 사용 사례에서는 LTE 인프라가 일관되게 근처에 있지 않을 수도 있습니다. GPS 데이터 전송에 LoRaWAN을 사용하면 팀은 배터리 수명을 늘리고 비용을 절감하며 LTE 타워를 사용할 수 없는 위치에서도 데이터를 성공적으로 전송할 수 있습니다. LEO 위성을 사용하여 대양에서 LoRaWAN을 통해 GPS 데이터 전송을 가능하게 하는 실험도 진행 중입니다. 이를 통해 자산 추적의 주요 과제를 해결할 수 있습니다. 

제가 언급해야 할 LoRaWAN의 또 다른 장점은 현장 배포가 간편하다는 것입니다. 다른 연결 기술이 포함된 장치를 배포하는 것은 해당 센서 네트워크를 최적화하는 데 필요한 RF 전문 지식으로 인해 때로는 복잡할 수 있습니다. LoRaWAN은 노드와 게이트웨이에서 자체 검색 기술을 사용하여 이를 단순화합니다. 네트워크의 각 세그먼트를 설정하기 위해 중앙 게이트웨이를 주요 물리적 장애물이 없는 위치에 배치한 다음 추적할 자산에 스틱 앤 고 센서를 부착합니다. 게이트웨이가 켜지면 네트워크는 센서를 자체적으로 발견하고 네트워크는 꺼진 상태에서 설계된 대로 작동합니다. 자산이 다른 게이트웨이 범위 내의 새로운 위치로 이동하면 네트워크는 LoRaWAN 장치를 다시 검색하여 계속 추적할 수 있습니다. 

자산 추적의 주요 과제 중 하나는 자산 위치가 변경되어 RF 역학이 변경됨에 따라 성능을 최적화하는 것입니다. 예를 들어, 자산이 장애물 뒤로 이동하거나 여러 자산이 서로 가까이 있는 경우 네트워크는 어떻게 연결이 강력하게 유지되도록 보장합니까? LoRaWAN은 센서와 LoRaWAN 게이트웨이 간의 연결을 자동으로 최적화하기 위해 지속적으로 주파수를 조정하는 ADR(Adaptive Data Rate)을 사용하여 이러한 조정을 실시간으로 자동화합니다. ADR은 신호 대 잡음비를 모니터링하고 주파수를 조정하여 강력한 연결을 유지하고 성능을 최적화합니다. LoRa의 이러한 기능은 LoRaWAN이 자산 추적 사용 사례에 매우 매력적인 또 다른 이유입니다. 

LoRaWAN 의 채택 가속화를 지원하기 위해 현재 시장에는 과거보다 훨씬 더 많은 하드웨어 솔루션이 있습니다. 이러한 모듈, 센서 및 게이트웨이는 LoRaWAN을 IoT 장치에 통합하고 자산 추적 네트워크를 배포하는 프로세스를 단순화합니다. LoRaWAN의 초기 애플리케이션은 식품 서비스 분야에 있었을지 모르지만 자산 추적의 강점으로 인해 점점 더 많은 엔지니어링 팀이 작업하는 기술이 되었습니다.