IoT 인프라를 위한 IPv6 기반 개방형 표준 아키텍처 활용
  • 2016-03-07
  • 김언한 기자, unhankim@elec4.co.kr
  • 글|존 레오나드(John Leonard), 제품 마케팅 매니저 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)



IoT(Internet of Things)가 빠르게 확산되도록 하기 위해서는 인프라가 TCP/IP와 같은 개방형 표준 아키텍처에 기반을 해야 한다. 이는 경쟁관계의 기업들이 도입하고 있는 이러한 기술들이 상호 원활하게 구동할 수 있어야 하기 때문이다.

IoT의 확산을 위해 많은 기업들이 상호호환성을 높일 수 있는 기존 인터넷 표준에 관심을 보이고 있다. IoT가 빠르게 확산되도록 하기 위해서는 인프라가 TCP/IP와 같은 개방형 표준 아키텍처에 기반을 해야 한다. 이는 경쟁관계의 기업들이 도입하고 있는 이러한 기술들이 상호 원활하게 구동할 수 있어야 하기 때문이다.

IoT는 이종의 네트워크를 하나로 융합하고, 무선으로 연결된 수십억 개의 객체들을 써드 레이어(Third Layer)에 추가함으로써 우리가 일상에서 사용하고 있는 소소한 제품들까지 상호연결시켜 스마트한 기능을 구사하도록 만들어준다. 완벽하게 구현된 IoT는 임베디드 무선 센서에서 강력한 클라우드 서버에 이르기까지 엄청난 양의 데이터에 액세스할 수 있다. 이러한 미래의 IoT를 통해 수집되고, 처리되어야 하는 수많은 미가공 데이터들은 저렴한 소형 센서에서 생성된다.

블루투스 스마트 기술은 처음부터 최소한의 전력만 소비하도록 디자인됐으며, 이미 개방형 표준 초저전력 무선 기술로 입증되어 여러 주요 실리콘 벤더들로부터 제품이 공급되고 있다. 이 기술은 매우 빠르게 버스트 데이터를 주기적으로 전송한 다음, 저전력 슬립 상태로 되돌아간다. 이러한 동작은 IoT와 연결된 무선 센서에 매우 적합하다.

하지만 블루투스 스마트는 인터넷과 직접 연결하기 위해서는 스마트폰이나 태블릿, 와이파이 브리지와 같은 복잡한 게이트웨이 리소스가 필요하다. 따라서 상업용 IoT를 구현하는 경우에는 이러한 게이트웨이의 비용부담이 제기된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 프로토콜을 변환하지 않고 블루투스 스마트 센서에서 인터넷으로 직접 간단하게 데이터를 전달할 수 있는 저렴한 헤드리스(Headless) 라우터를 이용한 클라우드-커넥티비티가 필요하다(그림 1 참조).


IoT 최상의 아키텍처, IPv6

IoT 디바이스에 IPv6(IP version 6)를 적용하면, 헤드리스 라우터로 릴레이되어 유선 혹은 무선 접속으로 인터넷과 연결되며, 모든 다른 IPv6 기반 디바이스와 원활하게 통신 및 정보교환이 가능하다. IoT의 경우 이러한 디바이스는 수백만 개에 이르는 센서 데이터를 빠르게 처리할 수 있는 강력한 클라우드 서버와 연결이 가능하다.

또한 IPv6 기반 객체들은 다른 IPv6 기반 객체들과 컴퓨터를 이용하지 않고도 통신이 가능하다. 그 결과 센서들은 각기 다른 무선 또는 유선 프로토콜(블루투스 스마트, 지그비, 클래식 블루투스, 이더넷, 와이파이 등)을 사용한다 하더라도 다른 센서와 소통이 가능하며, 대등 접속 기기의 성능을 고려하여 동작을 최적화할 수 있다.

따라서 블루투스 스마트 디바이스가 헤드리스 라우터를 이용해 인터넷과 접속하게 되면 어떠한 IPv6 기반 기기와도 통신이 가능하게 된다. 이 라우터는 중립적 기기처럼 간단하게 동작하기 때문에 어떠한 분석이나 가공작업 없이 인터넷 상에서 IPv6 패킷을 다른 디바이스에 릴레이한다. 이전에는 블루투스 스마트 센서와 호환되지 않았던 셋톱박스나 와이파이 라우터와 같은 수백만 개의 디바이스들이 라우터처럼 동작하게 될 것이다.

특히 IPv6는 128비트 16진법 구조를 사용하고 있어 2 exp128 어드레스(또는 3.4×10 exp38)를 제공하므로 앞으로 수년 동안 IoT와 연결되는 거의 모든 객체들에 IP 어드레스를 할당할 수 있을 만큼 충분하다. 또한 이용 가능한 어드레스 수의 증가 이외에도 IPv6는 IPv4에 비해 여러 다른 장점을 가지고 있는데, 보다 향상된 패킷 페이로드를 비롯해 멀티캐스팅(단일 전송 동작으로 다중 목적지로의 패킷 전송, IPv4에서는 옵션), 간소화된 프로세싱 및 향상된 모빌리티 등이 있다.

IPv6 기반 블루투스 스마트

그렇다면 이제 블루투스 스마트 기기에 IPv6 기능을 추가하는 일만 남았다. 블루투스 SIG(Special Interest Group)는 IPSP(Internet Protocol Support Profile)를 도입하여 이를 지원하고 있다. 엄밀하게 IPSP는 블루투스 4.2 버전에 추가됐지만 4.1 버전에서도 적용이 가능하다. IPSP는 디바이스가 IPSP를 지원하는 다른 디바이스를 인식하고, 통신할 수 있도록 해주며, IPSP를 지원하는 기기간의 통신은 블루투스 저에너지 전송 방식을 통해 IPv6 패킷을 이용해 수행된다.

노르딕 세미컨덕터는 업계 최초로 IPv6 기반 블루투스 스마트 기술을 상용 솔루션으로 공급하고 있다. 이미 2014년 12월에 발표한 블루투스 스마트 소프트웨어에 완벽한 IP 스택을 구현했으며, nRF51 시리즈 하드웨어를 기반으로 솔루션을 지원한다.

이 스택은 nRF51 시리즈 SoC와 함께 노르딕의 S110, S130 ‘SoftDevice’(블루투스 스마트 스택), 그리고 IPSP, 6LoWPAN 어댑션 레이어, IPv6 인터넷 라우팅 레이어, UDP(User Datagram Protocol) 및 TCP(Transmission Control Protocol) 전송 레이어, CoAP(Constrained Application Protocol), MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 애플리케이션 레이어로 구성되어 있다.

노르딕의 nRF51 IoT SDK(Software Development Kit)는 아두이노(Arduino) 및 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 컴퓨터와 호환(이러한 저렴한 디바이스를 헤드리스 라우터처럼 사용 가능)이 가능하기 때문에 개발자들은 클라우드 기반 서버 또는 이종 IP 네트워크의 하나인 다른 블루투스 스마트 센서와 직접 통신할 수 있는 nRF51 시리즈 블루투스 스마트 디바이스를 개발할 수 있다.(그림 2 참조)

 

이전에 업계 전문가들은 IP-to-Node(종단 노드에 IP를 부여하는 것)에 대해 회의적이었다. 이는 노드가 너무 복잡하고, 감당할 수 없을 정도로 전력소모가 증가하며, 엔드 노드가 게이트웨이를 통해 인터넷에 연결되는 고유의 솔루션을 사용할 것으로 생각했기 때문이다. 노르딕이 제공하는 IP 스택은 적은 메모리 공간만을 차지하기 때문에 nRF51 시리즈 SoC에 내장된 ARM 프로세서 상에서 완벽한 프로토콜 스택을 구동할 수 있으며(더불어 관련 애플리케이션도 구동할 만큼 여유가 있음), 개발자들은 최종 제품의 전력 및 크기, 비용을 최소화할 수 있다. 이제 노르딕의 SoC와 최적화된 소프트웨어를 결합하여 고객들은 고가의 게이트웨이를 사용하지 않고도 IP-to-Node를 구동할 수 있게 됐다. 

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