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사물 인터넷 (IoT)
사물 인터넷 (IoT) (출처 : Unsplash)
사물 인터넷 (IoT - Internet of Things)은 각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 무선 인터넷으로 연결하는 기술이며, AI와 빅데이터, 인터넷 기술 발달로 인해 사물 인터넷과 연관되지 않은 산업이 없을 정도로 무섭게 성장하고 있습니다.
사물 인터넷 IoT 시스템을 구축시 확인해야할 점은 다음 3가지입니다.
1.
IoT(사물 인터넷) 활용: 모든 시스템이 IoT 기술을 기반으로 하여 센서와 장비들을 네트워크에 연결, 데이터를 수집하고 실시간으로 분석 및 제어할 수 있어야 합니다.
2.
데이터 기반 관리: 각 시스템은 센서를 통해 수집된 데이터를 분석하여 시스템 운영을 최적화하고 문제를 사전에 예방할 수 있어야 합니다.
3.
원격 모니터링 및 제어: 스마트폰 앱, 웹 인터페이스 등을 통해 원격으로 시스템을 모니터링하고 제어할 수 있는 기능을 제공할 수 있어야 합니다.
IoT 시스템 장단점
일반적으로 IoT 시스템을 구축하기 위해서는 다음과 같은 제품들을 사용하여 데이터를 주고 받으며 시스템 동작을 돕습니다.
IoT 시스템 | 기능 | 장점 | 단점 | 사용 분야 |
아두이노 | - 센서 데이터 수집
- 간단한 프로토타입 개발 | - 쉬운 설정
- 저렴한 비용
- 풍부한 커뮤니티 지원 | - 제한된 처리 능력
- 운영 체제 없음 | |
라즈베리파이 | - 다양한 애플리케이션 실행 - 복잡한 데이터 처리 | - 강력한 성능
- 확장성
- 저렴한 비용 | - 높은 전력 소비
- 초기 설정 복잡 | |
데이터 로거 | - 환경 데이터 감지 및 기록 | - 정확한 데이터 기록
- 내구성
- 독립적 작동 가능 | - 제한된 처리 능력
- 확장성 제한 |
IoT 시스템 전기 및 통신
사물 인터넷 (IoT)을 구현할 때 다음과 같이 고려해야 할 다양한 전기 및 통신 기술, 프로토콜, 장치 및 개념을 이해해야 합니다.
용어 | 설명 | 분류 |
3상 전력(Three-phase power) | 전기 시스템에서 세 개의 교류 전원이 서로 120도씩 위상 차이를 가지며 전력을 공급하는 방식으로, 대규모 산업용 장비나 대형 전기 기기에서 사용됩니다. | 전기 |
RS-485 | 산업 환경에서 흔히 사용되는 직렬 통신 표준으로, 노이즈 저항성이 강하고, 최대 32개의 장치가 연결될 수 있습니다. 긴 거리에서 신뢰성 높은 데이터 전송이 가능합니다. | 통신 |
블루투스(Bluetooth) | 근거리 무선 통신 기술로, 주로 소형 기기 간의 데이터 전송에 사용됩니다. BLE(Bluetooth Low Energy) 기술은 IoT 기기에서 전력 소모를 줄이는 데 유용합니다. | 통신 |
Zigbee | 저전력 소비와 짧은 거리에서의 데이터 전송에 최적화된 무선 통신 표준으로, 스마트 홈 및 산업용 IoT 애플리케이션에서 널리 사용됩니다. | 통신 |
LoRaWAN | 장거리 무선 네트워크 기술로, 낮은 전력 소비로 수 킬로미터 떨어진 IoT 장치와의 통신을 가능하게 합니다. 스마트 시티와 농업 등에서 많이 사용됩니다. | 통신 |
NB-IoT (Narrowband IoT) | 이동통신 네트워크를 통해 저전력, 저속도 데이터 전송이 가능한 통신 기술로, 물류, 원격 측정, 스마트 미터링 등에 사용됩니다. | 통신 |
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) | IoT 장치 간의 데이터 전송에 사용되는 경량 메시징 프로토콜로, 저전력 소모와 낮은 대역폭에서도 효율적으로 동작합니다. | 통신 프로토콜 |
CoAP (Constrained Application Protocol) | 제한된 네트워크에서 IoT 장치 간의 통신을 위해 설계된 경량 프로토콜로, HTTP와 유사하지만 더 가볍고 효율적입니다. | 통신 프로토콜 |
802.11 (Wi-Fi) | 무선 LAN을 통해 IoT 기기들이 인터넷과 연결될 수 있도록 하는 통신 표준입니다. 다양한 데이터 속도와 주파수 대역을 지원합니다. | 통신 |
IPv6 (Internet Protocol version 6) | IoT 기기들이 인터넷에 연결될 수 있도록 더 많은 IP 주소를 제공하는 인터넷 프로토콜 버전입니다. 기존 IPv4의 주소 부족 문제를 해결합니다. | 네트워크 프로토콜 |
게이트웨이(Gateway) | IoT 장치와 중앙 서버(클라우드) 간의 데이터 전송을 관리하는 중계 장치로, 다양한 프로토콜 간의 통신을 지원합니다. | 네트워크 장치 |
LPWAN (Low Power Wide Area Network) | 낮은 전력 소비와 넓은 커버리지를 제공하는 무선 네트워크 기술의 총칭으로, 주로 장거리, 저전력 IoT 애플리케이션에 사용됩니다. | 통신 |
RFID (Radio Frequency Identification) | 무선 주파수를 이용해 데이터를 전송하는 기술로, 주로 물류 및 재고 관리, 접근 제어 등에 사용됩니다. | 통신 |
CAN Bus (Controller Area Network Bus) | 차량, 산업용 기계, 공장 자동화 시스템 등에서 기기들 간의 안정적이고 빠른 데이터 통신을 위한 직렬 통신 표준입니다. | 통신 |
Modbus | 산업용 자동화 시스템에서 널리 사용되는 직렬 통신 프로토콜로, PLC(Programmable Logic Controller)와 같은 장치 간의 데이터 교환을 용이하게 합니다. | 통신 프로토콜 |
Ethernet | 유선 네트워크를 통한 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 통신 기술로, IoT 환경에서는 대용량 데이터 전송이 필요한 경우에 사용됩니다. | 통신 |
NFC (Near Field Communication) | 근거리 무선 통신 기술로, 주로 짧은 거리에서 데이터 교환이 필요할 때 사용됩니다. 스마트폰 결제 및 액세스 제어 등에 활용됩니다. | 통신 |
Edge Computing | 데이터 처리를 IoT 장치 가까운 곳(엣지)에서 수행하는 기술로, 실시간 데이터 처리와 대기 시간 감소에 유리합니다. | 컴퓨팅 기술 |
Cloud Computing | 인터넷을 통해 중앙 서버에서 데이터 저장, 처리, 분석을 수행하는 기술로, IoT 시스템에서 수집된 데이터를 저장하고 분석하는 데 사용됩니다. | 컴퓨팅 기술 |
Digital Twin | 실제 물리적 장치나 시스템의 디지털 복제물로, IoT 장치의 상태 모니터링과 예측적 유지보수에 사용됩니다. | 컴퓨팅 기술 |
IoT 시스템 센서 리스트
일반적으로 IoT 시스템 구성시 글로벌 공급망 등을 활용하여 비교적 저렴하게 생산된 센서들을 수출입 및 자체 데이터들을 활용한 캘리브레이션 (Calibration) 작업등을 통해 솔루션으로 재구성을 합니다. IoT 시스템 구성에 활용하는 센서들의 리스트는 다음과 같습니다.
센서/장비 종류 | 기능 | 연관 프로젝트 |
LiDAR 센서 | 레이저를 사용해 주변 환경을 3D로 스캔하는 센서 | |
Radar 센서 | 전파를 사용해 물체의 속도와 거리를 측정하는 센서 | |
CCTV 카메라 | 영상 데이터를 수집하는 장비 | |
풍속 센서 | 바람의 속도를 측정하는 센서 | |
풍향 센서 | 바람의 방향을 측정하는 센서 | |
온도 센서 | 온도를 측정하는 센서 | |
습도 센서 | 습도를 측정하는 센서 | |
토양 습도 센서 (NPK) | 토양 습도를 측정하는 센서 | |
기압 센서 | 대기의 압력을 측정하는 센서 | |
강수량 센서 | 강우량을 측정하는 센서 | |
시정 센서 | 가시거리를 측정하는 센서 | |
운고계 | 구름의 높이를 측정하는 센서 | |
광 센서 | 광량을 측정하는 센서 | |
CO2 센서 | 이산화탄소를 측정하는 센서 | |
VOC 센서 | 휘발성 유기 화합물 (VOC) 농도를 측정하는 센서 | |
PM 센서 | 미세먼지 (Particulate Matter) 농도를 측정하는 센서 | |
pH 센서 | 토양의 산도 (pH)를 측정하는 센서 | |
NDVI 센서 | 식물생장지수를 측정하는 센서 | |
GPS 센서 | 위치 추적을 통해 사물의 위치를 실시간으로 파악하고, 경로 이탈 등을 모니터링. | |
가속도계 | 사물의 움직임, 속도 변화를 감지하여 주행 상태를 모니터링. (IMU - Inertial Measurement Unit) | |
자이로스코프 | 사물의 기울기, 방향 등을 측정하여 균형을 유지하고 주행 안정성을 높임. (IMU - Inertial Measurement Unit) | |
블루투스 모듈 | 사용자 스마트폰과의 연결을 통해 앱 제어, 잠금/해제 등의 기능을 제공. | |
통신 모듈 (LTE/5G) | 서버와 실시간 통신을 가능하게 하여, 위치 정보 및 상태 정보를 전송. | |
배터리 관리 시스템(BMS) | 배터리 상태를 모니터링하여 충전 수준, 온도, 전압 등을 관리하고 안전성을 확보. | |
잠금 장치 | 앱을 통해 원격으로 사물을 잠그거나 해제할 수 있는 기능을 제공. | |
충격 센서 | 충돌이나 넘어짐을 감지하여 안전 사고 발생 시 알림 전송. | |
LED 라이트 | 야간 주행 시 시인성 향상 및 주행 중 상태 표시. | |
RFID/NFC 모듈 | 간편한 사용자 인증을 위해 NFC 또는 RFID를 이용한 잠금/해제 기능. | |
속도 센서 | 주행 속도를 측정하여 과속이나 급정거 등을 감지하고 제어. |
IoT시스템 구축시 고려해야할 점
IoT시스템 구축시 고려해야할 점 중에 하나는 온도(열)에 대한 부분입니다. 외부에 설치된 장비들은 외부 온도와 더불어 장비가 구동하면서 생기는 열로 인해 시스템에 문제가 생길 수 있으며, 내부에 설치되어 공기질 및 온도를 측정하는 장비 같은 경우 배터리 등에서 생기는 열로 실내 온도를 정확하게 측정하지 못하는 문제가 생길 수 있습니다.
결론
사물 인터넷 (IoT) 기술은 현대 사회에서 다양한 시스템을 효율적으로 관리하고 최적화하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 다양한 분야에서 IoT와 센서 기술이 결합하여 새로운 혁신을 이끌어내고 있습니다. 이러한 기술들이 더 발전함에 따라, 우리는 더 스마트하고 효율적인 시스템을 경험하게 될 것입니다.
글쓰는 프로젝트 매니저
글쓰는 프로젝트 매니저 블로그 (Blog)입니다. 다양한 형태의 산업과 비즈니스 분야에 관심이 있는 프로젝트 매니저로서, 프로젝트 관리툴이자 협업툴인 노션 (Notion) 을 활용하여 포트폴리오 업데이트와 더불어 주기적으로 관심있는 분야에 대해 글을 씁니다.
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