2019.12.03

IoT 센서, 전력 효율을 위해 2개의 라디오를 가진다

Patrick Nelson | Network World
배터리 수명을 연장하려면 IoT 라디오는 전송할 데이터가 있을 때만 데이터를 전송하게끔 전원을 공급해야 하며, 두 번째 전원 공급용 라디오는 본 라디오를 깨우는 신호로만 수신해야 한다. 학계에서는 이를 실현시키는데 많은 진전이 있었다. 
 
ⓒ Getty Images Bank 

사물인터넷이 유비쿼터스가 되려면 센서와 라디오의 전원 공급에 있어 비효율성을 제거해야 한다고 많은 사람이 믿고 있다. 물리적 배터리는 충분하지 않으며, 배터리 교체가 필요할 때마다 트럭 롤(truck-rolls)을 계속하는 것은 너무 비싸다. 대부분의 경우, 태양광 배터리 충전은 해결책이 되지 않는다. 일반적으로 예전 기술은 모바일이나 즉석 애드혹 네트워크에 적합하지 않기 때문이다. 

결국 배터리 수명을 연장할 수 있는 더 우수한 화학 물질이나 더 효율적으로 충전할 수 있는 칩과 전자 장치를 찾기 위해 노력하고 있다. 이와 함께 따라오는 생각은 데이터 전송이 있을 때만 네트워크 라디오를 깨우는 것이다. 학계에서는 이 분야에 상당한 진전을 보이고 있다고 말한다. 

미국 샌디에이고 캘리포니아대학 전기컴퓨터공학부 교수 패트릭 메르시에는 언론보도를 통해 “현재 문제는 기존 장치가 네트워크와 동기화할 시기를 정확히 알지 못하기 때문에 통신할 것이 없는 경우에도 주기적으로 깨어난다”면서, “웨이크업(wake-up) 용 수신 장치를 추가함으로써 소형 IoT 기기의 배터리 수명을 수개월에서 수년으로 개선할 수 있었다”고 설명했다.  

웨이크업 용 수신 장치 

이 대학교는 웨이크업 용 수신기를 유용하게 사용하기 위한 핵심은 매우 높은 주파수 대역에서 구현하는 것이라고 밝혔다. 주파수가 높을수록 안테나를 포함한 모든 것이 더 작아질 수 있기 때문이다. 이 대학은 연구원들이 안테나, 변압기, 기타 칩 부품을 포함한 모든 것을 더 작게 만들고 있다”고 설명했다. 이 학교의 해결책은 9GHz, 즉 X 밴드에 있다.   

이 장치는 IoT 센서의 웨이크업 용 수신기 칩으로 웨이크업 시그니처(wake-up signature)라고 하는 특정 라디오 신호를 사용해 작동한다. 이 라디오는 데이터 라디오 칩보다 적은 에너지 소비로 작동할 수 있으며, 목적은 웨이크업 시그니처를 수신하는 것이다. 

이 장치는 22.3나노와트만을 사용한다. 이 대학은 LED 야간 조명이 사용하는 전력의 약 50만분의 1에 해당한다고 밝혔다. 또 다른 에너지 소비량이 많은 라디오는 웨이크업 라디오에 의해 필요에 따라 켜지며, 실제로 데이터를 전송하는 것과 같이 더 많은 작업을 수행한다.   

스탠포드 대학교 또한 IoT 웨이크업 솔루션을 개발하고 있다. 필자는 2018년에 1나노와트, 초음파 장치에 대해 기사를 쓴 적이 있다. 스탠포드 대학교는 더 높은 주파수를 사용하면 더 작은 전자 제품을 설계할 수 있다는 것을 전제로 연구하고 있다. 이 대학은 웹사이트를 통해 이 칩이 구식 크리스마스 전구 하나에 사용되는 전력의 10억분의 1을 사용했다고 주장했다. 

중요한 것은 두 대학의 해결책을 통해 현재 일반적인 휴면 상태 또는 수면 상태가 아닌, 사용하지 않는 장치의 실제 전력 데이터 무선을 끌 수 있다는 점이다. 

샌디에이고 대학은 이 X 밴드 장치가 2개의 추가 계수에 앞서 나온 어떤 것보다 이점이 있다고 생각한다. 이 설계는 다양한 주변 온도에서 우수한 성능을 발휘한다고 설명했다. 영하 10도에서 영상 40도에서 사용할 수 있다고 주장했다. 이 온도 범위는 예를 들어, 해상 건조물과 같은 외부 구현에 웨이크업을 사용할 수 있다는 것을 의미한다.  

또한 감도 수치가 -69.5dBm로, 지금까지 발행된 연구 중에서 가장 최고라고 말했다. 그러나 지연 시간이 540ms로 절충되는 경향이 있다. 그러나 이는 환경 탐지용으로 사용되는 것과 같이 짧은 버스트, 주기적인 데이터 전송이 많은 IoT 사용에는 문제가 되지 않는다.  

메르시에는 “이런 수치는 무선 통신 분야에서 상당히 인상적이다. 작고 매우 민감한 시스템에서 온도의 견고성을 유지하면서도 낮은 전력 소비가 가능하다”며, “이는 모든 종류의 새로운 IoT 애플리케이션을 가능하게 한다”라고 말했다. editor@itworld.co.kr 


2019.12.03

IoT 센서, 전력 효율을 위해 2개의 라디오를 가진다

Patrick Nelson | Network World
배터리 수명을 연장하려면 IoT 라디오는 전송할 데이터가 있을 때만 데이터를 전송하게끔 전원을 공급해야 하며, 두 번째 전원 공급용 라디오는 본 라디오를 깨우는 신호로만 수신해야 한다. 학계에서는 이를 실현시키는데 많은 진전이 있었다. 
 
ⓒ Getty Images Bank 

사물인터넷이 유비쿼터스가 되려면 센서와 라디오의 전원 공급에 있어 비효율성을 제거해야 한다고 많은 사람이 믿고 있다. 물리적 배터리는 충분하지 않으며, 배터리 교체가 필요할 때마다 트럭 롤(truck-rolls)을 계속하는 것은 너무 비싸다. 대부분의 경우, 태양광 배터리 충전은 해결책이 되지 않는다. 일반적으로 예전 기술은 모바일이나 즉석 애드혹 네트워크에 적합하지 않기 때문이다. 

결국 배터리 수명을 연장할 수 있는 더 우수한 화학 물질이나 더 효율적으로 충전할 수 있는 칩과 전자 장치를 찾기 위해 노력하고 있다. 이와 함께 따라오는 생각은 데이터 전송이 있을 때만 네트워크 라디오를 깨우는 것이다. 학계에서는 이 분야에 상당한 진전을 보이고 있다고 말한다. 

미국 샌디에이고 캘리포니아대학 전기컴퓨터공학부 교수 패트릭 메르시에는 언론보도를 통해 “현재 문제는 기존 장치가 네트워크와 동기화할 시기를 정확히 알지 못하기 때문에 통신할 것이 없는 경우에도 주기적으로 깨어난다”면서, “웨이크업(wake-up) 용 수신 장치를 추가함으로써 소형 IoT 기기의 배터리 수명을 수개월에서 수년으로 개선할 수 있었다”고 설명했다.  

웨이크업 용 수신 장치 

이 대학교는 웨이크업 용 수신기를 유용하게 사용하기 위한 핵심은 매우 높은 주파수 대역에서 구현하는 것이라고 밝혔다. 주파수가 높을수록 안테나를 포함한 모든 것이 더 작아질 수 있기 때문이다. 이 대학은 연구원들이 안테나, 변압기, 기타 칩 부품을 포함한 모든 것을 더 작게 만들고 있다”고 설명했다. 이 학교의 해결책은 9GHz, 즉 X 밴드에 있다.   

이 장치는 IoT 센서의 웨이크업 용 수신기 칩으로 웨이크업 시그니처(wake-up signature)라고 하는 특정 라디오 신호를 사용해 작동한다. 이 라디오는 데이터 라디오 칩보다 적은 에너지 소비로 작동할 수 있으며, 목적은 웨이크업 시그니처를 수신하는 것이다. 

이 장치는 22.3나노와트만을 사용한다. 이 대학은 LED 야간 조명이 사용하는 전력의 약 50만분의 1에 해당한다고 밝혔다. 또 다른 에너지 소비량이 많은 라디오는 웨이크업 라디오에 의해 필요에 따라 켜지며, 실제로 데이터를 전송하는 것과 같이 더 많은 작업을 수행한다.   

스탠포드 대학교 또한 IoT 웨이크업 솔루션을 개발하고 있다. 필자는 2018년에 1나노와트, 초음파 장치에 대해 기사를 쓴 적이 있다. 스탠포드 대학교는 더 높은 주파수를 사용하면 더 작은 전자 제품을 설계할 수 있다는 것을 전제로 연구하고 있다. 이 대학은 웹사이트를 통해 이 칩이 구식 크리스마스 전구 하나에 사용되는 전력의 10억분의 1을 사용했다고 주장했다. 

중요한 것은 두 대학의 해결책을 통해 현재 일반적인 휴면 상태 또는 수면 상태가 아닌, 사용하지 않는 장치의 실제 전력 데이터 무선을 끌 수 있다는 점이다. 

샌디에이고 대학은 이 X 밴드 장치가 2개의 추가 계수에 앞서 나온 어떤 것보다 이점이 있다고 생각한다. 이 설계는 다양한 주변 온도에서 우수한 성능을 발휘한다고 설명했다. 영하 10도에서 영상 40도에서 사용할 수 있다고 주장했다. 이 온도 범위는 예를 들어, 해상 건조물과 같은 외부 구현에 웨이크업을 사용할 수 있다는 것을 의미한다.  

또한 감도 수치가 -69.5dBm로, 지금까지 발행된 연구 중에서 가장 최고라고 말했다. 그러나 지연 시간이 540ms로 절충되는 경향이 있다. 그러나 이는 환경 탐지용으로 사용되는 것과 같이 짧은 버스트, 주기적인 데이터 전송이 많은 IoT 사용에는 문제가 되지 않는다.  

메르시에는 “이런 수치는 무선 통신 분야에서 상당히 인상적이다. 작고 매우 민감한 시스템에서 온도의 견고성을 유지하면서도 낮은 전력 소비가 가능하다”며, “이는 모든 종류의 새로운 IoT 애플리케이션을 가능하게 한다”라고 말했다. editor@itworld.co.kr 


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