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LoRaWAN이 장거리 저전력 IoT 추적에 가장 적합한 선택인 이유

2024년 10월 12일
사물인터넷 사례 연구

2024년 10월 12일
사물인터넷 사례 연구

소개

사물 인터넷(IoT)의 등장은 자산 추적에 혁신을 가져왔으며, 자원을 효과적으로 모니터링하고 관리할 수 있는 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 다양한 연결 기술 중에서도 LoRaWAN(장거리 광역 네트워크)은 공장, 항만, 캠퍼스, 주차장, 병원, 심지어 전국적인 추적 프로젝트에도 최적의 선택으로 손꼽힙니다. 본 논문에서는 특히 주차장, 공장, 창고 또는 가축 추적 분야에서 LoRaWAN의 장점을 살펴보고, 이러한 분야에 가장 적합한 연결 기술인 이유를 제시합니다.

LoRaWAN의 장점

LoRaWAN, 장거리 커버리지

LoRaWAN 기술은 수 킬로미터에 달하는 광범위한 커버리지 성능으로 유명합니다. 이는 특히 건물, 공터, 외딴 지역 등 넓은 지역에 차량이 분산되어 있는 주차장에 유용합니다. 장거리 커버리지 기능을 통해 추적 장치는 위치에 관계없이 게이트웨이와 효과적으로 통신할 수 있습니다.

Lansitec 배지 추적기 통신 거리:
· 게이트웨이와 추적기 사이에 몇 개의 건물과 숲이 있는 SF9에서 5km 거리입니다.
· 19km @SF9. 게이트웨이는 해안가에 있는 30m 높이의 건물에 있고, 추적 장치는 선박에 있습니다.

태양광 블루투스 게이트웨이:
· 게이트웨이와 추적기 사이에 몇 개의 건물과 숲이 있는 SF9에서 3km 거리.

SF를 10, 11, 12로 늘리면 거리가 더 멀어질 수 있습니다.
LoRaWAN 적용 범위에 대해 자세히 알아보려면 "IoT에서 LoRaWAN 범위에 영향을 미치는 요소는 무엇입니까??”

장거리 커버리지 기능을 갖춘 LoRaWAN은 다음과 같은 추적 프로젝트에 적합합니다.
· 딜러 주차장에서의 차량 및 열쇠 추적
· 해상 어부 및 근로자 추적

LoRaWAN, 저전력 소모

LoRaWAN의 주요 장점 중 하나는 낮은 전력 소비입니다. LoRaWAN을 사용하는 장치는 한 번의 배터리 충전 또는 작은 비충전식 배터리 하나로 장시간 작동할 수 있으며, 이는 배터리 교체가 어려운 추적 애플리케이션에 매우 중요합니다. 이 기능은 유지 보수 비용을 절감하고 인력, 차량 및 자산을 중단 없이 지속적으로 모니터링할 수 있도록 합니다.

셀룰러 네트워크에 비해 TX 및 RX 전류가 낮으므로 배터리 출력에 대한 요구 사항도 줄어들어 배터리 옵션이 더 많아집니다.

MCU: nRF52832
로라 RF: SX1262
SF9
데이터 크기: 9바이트
확인된 메시지
시스템 평균 TX 전류: 110.78mA
시스템 평균 RX 전류: 4.97mA
총 전력 소비량: 16.01mC, 0.00445mAh

LoRaWAN, 비용 효율성

LoRaWAN은 자산 추적을 위한 경제적인 솔루션입니다. 이 기술은 고가의 인프라를 필요로 하지 않아 예산이 한정된 모든 프로젝트에 적합합니다. 전 세계적으로 무료로 사용할 수 있는 ISM 대역을 사용하므로 누구나 자신만의 LPWAN을 구축할 수 있습니다.

LoRaWAN은 배터리 교체가 최소화되고, 다양한 가격대의 LoRaWAN 게이트웨이와 네트워크 서버(NS), 그리고 낮은 데이터 전송 요금 등 운영 비용이 낮아 비용 효율성이 더욱 향상됩니다. 일부 LoRaWAN 게이트웨이에는 네트워크 서버가 내장되어 있어 소규모 프로젝트에 적합합니다.

또한, LoRa Alliance의 기기 제조업체, NS, APP 공급업체 등 다양한 공급업체에 대한 추가 옵션을 찾아 솔루션을 최적화할 수 있습니다.

LoRaWAN 네트워크 옵션

LoRaWAN의 중요한 장점 중 하나는 누구나 다양한 종류의 프로젝트를 위해 온프레미스 또는 클라우드 기반 LoRaWAN 네트워크를 구축할 수 있다는 것입니다. 사용자는 개인 네트워크 외에도 프랑스, 벨기에, 네덜란드와 같은 국가의 기존 전국 네트워크를 활용할 수 있습니다. 이러한 기존 네트워크는 LoRaWAN 지원 기기에 포괄적인 커버리지와 인프라를 제공합니다.

더욱 분산화된 접근 방식을 원하는 사람들에게 Helium은 흥미로운 대안을 제시합니다. Helium의 네트워크는 전 세계적으로 운영되며, 개별 사용자가 관리하는 분산형 핫스팟 네트워크를 기반으로 합니다. 이러한 분산형 모델은 더 넓은 커버리지와 뛰어난 유연성을 제공하여 전 세계 IoT(사물 인터넷) 애플리케이션에 매력적인 선택이 될 것입니다.

위성 기반 LoRaWAN 통신은 가축, 차량 및 컨테이너를 추적하는 또 다른 방법을 제공합니다. 다음과 같은 고유한 기능이 포함되어 있습니다.

LoRaWAN 글로벌 커버리지: 위성 연결을 통해 LoRaWAN 장치는 지상 네트워크 인프라가 제한된 원격 지역이나 시골 지역을 포함하여 지구상 거의 모든 곳에서 통신할 수 있습니다.

LoRaWAN 확장성: LoRaWAN 위성 네트워크는 많은 수의 장치를 수용할 수 있으므로 대규모 IoT 배포에 적합합니다.

LoRaWAN 비용 효율성: LoRaWAN 위성 솔루션은 기존 위성 통신 기술에 비해 비용 효율적인 대안을 제공하는 경우가 많습니다.

LoRaWAN 신뢰성: 위성 통신은 까다로운 환경에서도 높은 수준의 신뢰성과 탄력성을 제공합니다.

사용자는 어부 경보 및 추적 시스템과 같이 몇 개의 장치와 간소화된 네트워크만 필요한 경우 LoRaWAN 외에도 P2P 통신을 사용할 수 있습니다.
따라서 LoRaWAN 네트워크는 유연하며 선원과 어부를 추적하기 위해 선박만큼 작을 수도 있고 전국적으로 추적할 수도 있습니다. 컨테이너, 팔레트, 및 임대 자산.

LoRaWAN 네트워크 용량

대부분의 모니터링 시스템에서는 LoRaWAN 네트워크 용량이 문제가 되지 않습니다. 보고 빈도가 몇 분에서 몇 시간으로 짧거나 이벤트에 따라 트리거될 수 있기 때문입니다. 그러나 추적 프로젝트에서는 사용자가 자산이나 인력을 몇 초에서 몇 분 간격으로 추적해야 합니다.

예 1:

GNSS 추적기: 750개
보고 간격: 5분
데이터 크기: 9바이트
SF7, LoRaWAN 게이트웨이 용량률은 3.6%입니다.
SF8, LoRaWAN 게이트웨이 용량률은 7%입니다.
SF9, LoRaWAN 게이트웨이 용량률은 14%입니다.

네트워크 용량을 극대화하고 패키지 손실을 최소화하려면 용량 비율을 15%보다 낮게 유지하는 것이 좋습니다.

예 2:

GNSS 추적기: 50개
보고 간격: 15초
데이터 크기: 9바이트
SF7, LoRaWAN 게이트웨이 용량률은 5%입니다.
SF8, LoRaWAN 게이트웨이 용량률은 10%입니다.
SF9, LoRaWAN 게이트웨이 용량률은 20%입니다.

자세한 네트워크 용량 평가는 "8채널 LoRaWAN 네트워크 용량 평가", PN: 511-00054를 참조하세요.

예시 1과 2에서 알 수 있듯이 LoRaWAN 네트워크의 용량은 게이트웨이 밀도의 함수입니다. 확산 계수(SF), 데이터 크기, 대역폭은 단일 게이트웨이 네트워크의 용량을 결정합니다. 통신 채널을 추가하여 네트워크 용량을 확장할 수도 있습니다. EU868에서는 업링크 채널을 8개에서 16개로, US915, AU915, CN470에서는 8개에서 16개 이상(최대 64개)으로 확장할 수 있습니다. LoRaWAN 게이트웨이를 추가하여 용량을 늘릴 수도 있습니다.

을 위한 블루투스 게이트웨이 정적인 센서의 경우, 적응형 데이터 전송률(ADR) 메커니즘을 사용하는 것이 필수적입니다. ADR의 주요 목표는 LoRaWAN 엔드 노드의 배터리 전력을 절약하는 것입니다. 게이트웨이에 가장 가까운 엔드 노드가 가장 낮은 확산 계수를 사용하여 전송하면 통신 시간을 최소화하고 배터리 수명을 연장할 수 있습니다. 더 먼 거리에 있는 센서는 더 높은 확산 계수로 전송합니다. 확산 계수가 높을수록 게이트웨이가 더 멀리 있는 장치에 연결할 수 있으므로, 배터리 전력과 거리 사이에는 상충 관계가 있습니다.

하지만 이동형 추적기의 경우, LoRaWAN 게이트웨이와의 거리가 다를 때 전력을 절약하기 위해 고정 데이터 속도를 사용하는 것이 더 좋습니다. 고정 데이터 속도는 모바일 기기, 즉 추적기의 안정적인 통신을 유지하는 데에도 도움이 됩니다.

LoRaWAN 로밍 및 모빌리티

LoRaWAN에서는 엔드 노드가 특정 게이트웨이에 연결되지 않습니다. 대신, 노드에서 전송된 데이터는 일반적으로 여러 게이트웨이를 통해 수신되어 중앙 네트워크 서버로 전달됩니다. 중앙 네트워크 서버에서 메시지는 검증 후 APP로 안전하게 전달됩니다. 지능과 복잡성은 네트워크를 관리하는 네트워크 서버로 전송되어 수신된 중복 패킷을 필터링하고, 보안 검사를 수행하고, 최적의 게이트웨이를 통해 확인 응답을 예약하고, 적응형 데이터 속도를 구현하는 등의 작업을 수행합니다. 노드가 이동 중이거나 이동하는 경우, 게이트웨이 간에 제어권을 전달할 필요가 없으며, 이는 자산 추적 애플리케이션의 핵심 기능입니다.

LoRaWAN 고보안

모든 추적 프로젝트에서 보안은 가장 중요한 고려 사항이며, 특히 민감한 데이터를 다룰 때 더욱 그렇습니다. LoRaWAN은 AES-128과 같은 강력한 암호화 표준을 사용하여 장치와 게이트웨이 간에 전송되는 데이터를 안전하게 보호하고 무단 접근으로부터 보호합니다. 이러한 높은 수준의 보안은 추적 정보의 무결성과 기밀성을 유지하는 데 필수적입니다.

LoRaWAN 페이로드 크기, 데이터 전송 속도 및 지연 시간

LoRaWAN은 최대 11~242바이트(주파수 대역 및 확산 계수에 따라 다름), 255bps~50kbps의 데이터 속도, 그리고 RECEIVE_DELAY 설정에 따라 초 단위로 측정되는 지연 시간을 제공하는 다재다능한 데이터 전송 프로필을 제공합니다. 이러한 매개변수는 모든 측면에서 NB-IoT, CAT-M 또는 Cat-1을 능가하는 것은 아니지만, 다양한 추적 애플리케이션에 적합합니다.

LoRaWAN 사례 연구 및 실제 구현

딜러 주차장의 자동차와 열쇠

Lansitec B-Mobile® 솔루션 블루투스 비콘과 블루투스 게이트웨이를 LoRaWAN과 결합하여 원활한 차량 및 열쇠 추적 기능을 제공합니다. 작동 방식은 다음과 같습니다.

블루투스 비콘: 이 작은 장치는 열쇠에 부착하거나 백미러에 달아서 자신의 존재를 지속적으로 알릴 수 있습니다.

블루투스 게이트웨이: 전략적으로 배치된 블루투스 게이트웨이는 이러한 비콘이 범위 내에 들어오면 이를 감지합니다. 이 게이트웨이는 LoRaWAN 네트워크를 통해 비콘 데이터(주요, 부, 배터리 상태 및 수신 강도)를 전송합니다.

로라완: 넓은 범위와 저전력 추적을 제공합니다. LoRaWAN 게이트웨이는 도심 지역에서 최대 5km, 교외 지역에서 20km 이상의 범위를 지원하여 넓은 지역을 커버합니다. Chirp 확산 스펙트럼 변조 방식은 간섭에 대한 복원력을 보장합니다.

이익

향상된 고객 경험: 실시간 추적을 통해 감사 및 상호작용 중에 고객 서비스가 향상됩니다.

블루투스 비콘 긴 배터리 수명: 블루투스 비콘은 5년 이상 지속되어 지속적인 추적이 가능합니다.

태양광 블루투스 게이트웨이: Bluetooth 게이트웨이의 Bluetooth 수신 장치는 주변 비콘을 지속적으로 수신하여 LoRaWAN에 즉시 보고할 수 있습니다. 낮은 전력 소모로 Bluetooth 게이트웨이는 유지 보수가 필요 없습니다.

컨테이너 추적

사용자는 섬, 공장, 창고 사이의 항구에 LoRaWAN 게이트웨이를 구축하여 원활한 연결을 제공할 수 있습니다.

컨테이너 추적: 랜시텍 LoRaWAN 컨테이너 추적기 섬 간 운송 중 실시간 가시성을 제공합니다. 선박, 트럭, 창고 등 어디에 있든 컨테이너의 위치를 항상 파악할 수 있습니다.
공장이나 창고의 팔레트, 기계 또는 기타 자산에 이 추적 장치를 부착하세요. 이동 상황을 모니터링하고, 업무 흐름을 최적화하며, 분실이나 도난을 방지할 수 있습니다.

기계 사용 모니터링: 장비 사용 패턴을 추적하고, 유휴 장비를 파악하거나 작동 중 이상을 감지합니다.

자산 관리: 도구, 예비 부품 또는 귀중한 재고 등 어떤 것이든 이 추적기는 Bluetooth를 통해 자산 관리를 간소화하고 LoRaWAN을 통해 정보를 전송합니다.

근로자 추적

Lansitec 배지 추적기와 헬멧 센서는 건설 현장, 석유 플랫폼 또는 해상 풍력 발전소에서 근로자를 추적하는 데 사용할 수 있습니다.

배지 추적기

Lansitec 배지 추적기는 GNSS, Bluetooth 5.0, LoRa 기술을 기반으로 설계되었습니다. 실내외 추적을 지원합니다. 이 배지는 주로 인사 및 자산 관리에 사용됩니다.
내장된 3축 가속기는 단말기의 동작 상태를 파악하는 데 사용될 수 있습니다. 이를 통해 배터리 절약과 사용자 경험 향상에 도움이 될 수 있습니다.

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헬멧 센서

Lansitec 헬멧 센서는 GNSS, Bluetooth 5.0 및 LoRaWAN 기술을 기반으로 설계되었습니다. 실내 및 실외 추적을 지원합니다.
산업 환경에서 쉬운 관리에 기여하는 다양한 기능을 지원합니다. 내장된 3축 가속기는 단말기의 동작 상태를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 따라서 배터리를 절약하고 사용자 경험을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

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UWB 고정밀 추적

LoRaWAN은 UWB 고정밀 추적 시스템에서 데이터 동기화 및 전송에 사용될 수 있습니다. 20~30m 떨어진 곳에 배치된 앵커는 LoRaWAN의 낮은 전력 소모 덕분에 배터리로 5년 이상 작동할 수 있습니다. LoRaWAN과 UWB를 지원하는 추적 장치는 거리 정보를 LoRaWAN 게이트웨이로 전송하여 서버가 위치를 계산할 수 있도록 합니다.
이 LoRaWAN 기반 UWB 추적 솔루션에서는 앵커와 추적기 모두 배터리로 구동되므로 배포 유지 관리 작업이 크게 줄어듭니다.

LoRaWAN 기반 UWB 추적 솔루션에 대한 자세한 정보를 얻으려면 언제든지 저희에게 문의하세요.

결론

LoRaWAN은 장거리 커버리지, 낮은 전력 소비, 비용 효율성, 그리고 높은 보안성으로 인해 지역 추적 프로젝트에 가장 적합한 연결 기술로 부상하고 있습니다. LoRaWAN을 활용하면 주차장, 항만, 병원, 건설 현장 등에서 자산을 효과적으로 모니터링하고 관리하여 보안과 운영 효율성을 강화할 수 있습니다.