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IoT 세상의 무선통신 기술
김남억
(cyberpass@naver.com)
개요
WiFi
BLUETOOTH
ZIGBEE,Thread
Z-Wave
LTE, 5G, LTE-M, NB-IoT
LPWAN(LoRa, Sigfox)
ETC
참고문헌
 SmartHome
Product Category Sample Size Number1 Number2 Number3
Gateway/Hub 145 WiFi(61%) Zigbee(35%) Bluetooth(27%)
Plug...
 Smart World
* 출처 : Libelium
 Smart World(Smart City)에는 다양한 종류의 Wireless 기술이 적용 됨
 Wireless IoT connectivity technologies
* 출처 : Scientific Research Publishing Inc
 Wireless Power vs. Cost
 Wi-Fi Alliance (https://www.wi-fi.org/)
• Wi-Fi Alliance (WFA)는 WLAN의 국제화 및 인증을 위해 1999년에 설립
• 현재 700개 이상의 회원사가 참여하고 있으며...
 IEEE 802.11 Revisions
* 출처 : IEEE
 IEEE 802.11 Standards Pipeline
* 출처 : IEEE
 WiFi 버전별 비교
구분 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n 802.11ac
주파수 2.4GHz 5 GHz 2.4 GHz 2.4GHz , 5GHz 5GHz
전송방식 DSSS OFDM OFDM ...
 WiFi Data Rates
 802.11n
• MIMO 적용, 40MHz 채널 대역 사용으로 최대 데이터 전송률을 600Mbps로 향상
• OFDM에서는 20MHz 대역을 3.125KHz 크기의 Subcarrier 로 나눈 총 64개의 Subc...
 802.11ac
• 채널 대역폭의 확대 : 의무적 80 MHz, 선택적 160 MHz
• 8개의 공간적 스트림까지 지원
• Multi User MIMO
• BPSK , QPSK, 16/64/256QAM 변조
• MI...
 802.11ac
* 출처 : Cisco
 802.11ad(WiGig®)
• 60GHz 대역을 이용해 WLAN환경에 맞는 PHY/MAC 표준 제정.
• Channel : 4, Channel B/W :2.16GHz, , Spatial Stream 개수 : 1
...
 802.11ad 주파수 할당
 802.11ah(HaLow)
• 1GHz 미만(Sub-1GHz) 주파수 대역 중 TVWS(TV White Space)가 사용하지 않는 대역을
이용해서 스마트그리드, 센서네트워크 및 M2M과 같은 서비스를 지원하는 것...
 802.11ah Use Case
 802.11ah Channel
• US : 26, EU:5, Japan:13, Korea:6, China :32
 802.11ah throughput vs. coverage
 802.11ac VS 802.11 ah PHY
 802.11af(Super WiFi)
• TV방송대역 중에서 지역적으로 사용하지 않고 비어있는 대역(Tv White Space)을 활용하여
부족한 주파수 자원을 효율적으로 사용한 WLAN기술
• Channel B/W...
 802.11ax HEW(High efficiency Wireless)
• 2018년 상용화 목표로 무선 기술 최초의 기가급 체감 속도를 지향하는 차세대 Wi-Fi 기술
• 하나의 AP가 다수의 디바이스를 밀도 있게 ...
 802.11ax HEW(High efficiency Wireless)
• 5Key Use Cases
 802.11ax HEW(High efficiency Wireless)
• 802.11ac의 OFDM이랑 OFDMA의 차이점 및 비교 테이블
 802.11ay
• 802.11ad의 Throughput을 20Gbps이상으로 올리기 위한 후속 표준
• 802.11ay 디바이스는 57~64GHz 주파수 밴드를 사용.
• MAC data Service Access...
 802.11ay Use Case
• 802.11ay의 Use case인 근접 통신 시나리오인 Ultra Short Range(USR) Communication 시
나리오는 두 단말 간의 빠른 대용량 데이터 교환을 위...
 802.11ay Use Case
• USR Wireless Docking Usage Model은 11ay 인터페이스가 스마트폰 및 무선 충전 패드에
포함되며, 스마트폰이 패드 위에 놓여져 USR 통신
• Intera...
 802.11ay Use Case
• AR/VR Headsets and other High-End wearable Usage Model은 high-end wearable(e.g.
AR/VR headsets, 고화질 안...
 802.11ba WUR(Wake up Radio)
• IoT 지원 초저전력 전송 기술 (1mW 이하 수신전력)
• 초저전력 동기 신호 및 프레임 전송 기술
• WUR On/Off 동작 기술 (Main Wi-Fi와 W...
 WiFi Home Design
• Wi-Fi CERTIFIED Home Design™은 주택 건설업자들이 집 안과 밖의 거주 공간 전반에서
빌트인 Wi-Fi 네트워크를 제공할 수 있도록 해주는 Wi-Fi Allian...
 2.4GHz Frequency Table
Channel Frequency(MHz) North America Japan Most of world
1 2412 Yes Yes Yes
2 2417 Yes Yes Yes
3 ...
 802.11ac Frequency allocation
• 5.00GHz~6.00GHz까지 5MHz 단위 200개 채널 번호 배정 (1~200)
 국내 WLAN 주파수 분배 현황
 안테나 개수에 따른 Wi-Fi 신호 강도 및 범위의 관계
* 출처 : Cisco
 WiFi Regulatory Reference
FCC definition
Freq Range 2400 ~ 2483.5 M
Hz 5150~5250MHz 5250~5350MHz 5470~5725MHz
5725~5825M...
 Bluetooth
• 블루투스의 유래는 10세기의 덴마크와 노르웨이를 통일한 국왕이자 바이킹 영웅인 하랄
드 블라톤(영어식 이름 해럴드 블루투스)의 이름에서 따온 것
• 블루투스의 로고도 하랄드 블라톤의 이니셜 H와...
 Bluetooth 구성형태
• Single mode와 Dual mode로 구성
• Dual Mode의 명칭은 Bluetooth Smart Ready로 기존 Bluetooth 3.0와 호환 가능
• Single Mod...
 Bluetooth core system architecture
MK1
슬라이드 41
MK1 Martin Kim, 2017-07-29
 Bluetooth history
 Bluetooth history
Spec 4.1
- 공존성(Coexistence)향상 : 블루투스와 LTE 무선이 서로 통신 상태를 조정해 가까운 대역폭으로
인한 간섭 현상을 줄여준다.
- 더 나은 연결(Better...
 Bluetooth history
Spec 5.0
- 전송 속도 2배 증가 : 최대 속도는 2Mbs, 2M PHY will double the bandwidth up to 1.4Mbps.
- 전송 거리 4배 향상
- ...
 BLE Operation
• Devices can advertise for a variety of reason.
- To broadcast promiscuously
- To transmit signed data to...
 BLE Operation
• Once a connection is made
– Master informs slave of hopping sequence and when to wake
– All subsequent t...
 Bluetooth 5.0
• 기존의 Physical Layer(PHY)에 2개의 형태를 추가하여 고속과 장거리를 지원
• LE Coded PHY의 통신 속도 감소와 최대 출력의 향상으로 지원.
• 최대 출력 : 10...
 Bluetooth 5.0
• TX Output Power : 0.01mW(-20dBm, Min)~100mW(+20dBm, Max)
• LE PHY Power classes
• BR/EDR Power classes
 Bluetooth Mesh
• Mesh Profile: BLE 무선 기술을 위한 상호 운용 가능한 mesh 네트워킹 솔루션을 구현하기
위한 기본 요구 사항 정의
• Mesh Model: Mesh 네트워크에서 노드의 ...
 Bluetooth Mesh System Architecture
• Model Layer: Bluetooth Mesh Model 사양 또는 상위 계층 사양 정의
• Foundation Model Layer: 메쉬 네트...
 BR/EDR Topology
• Master는 최대 7개의 Slave가 연결되어 하나의 Piconet 형성
• 장치 A는 Piconet의 Master, B,C,D,E는 Slave이며 Piconet A는 두 개의 물리...
 LE Topology
• 하나의 device가 두 개 이상의 piconet에 참여되어 있는 상태를 Scatternet
• A는 장치 B,C가 종속된 Piconet의 master로 BR/EDR slave와 달리 LE ...
 Mesh Topology
• Q,R,S라는 3개의 Relay node가 Friend feature N이랑 Friend node O,P를 지원
• O는 저전력 node L,M의 Friend이고 P는 저전력 node I...
 Bluetooth Smart Protocol
• Physical : 2.4GHz ISM 대역에서 1Mbps의 속도로 패킷 송수신 역할
• LL(Link Layer):RF 상태 제어(Advertiser, Scanner...
 Bluetooth Channel
• BR/EDR : 79 channels with 1MHz channel spacing
• LE : 40 channels with 2MHz channel spacing
• 3개의 Ad...
 Bluetooth Protocol
Protocol Specification Version
AVCTP A/V Control Transport 1.4
AVDTP A/V Distribution Transport 1.3
B...
 GATT Profile and Service
Profile Specification Version
ANP Alert Notification Profile 1.0
ANS Alert Notification Service...
Profile Specification Version
CTS Current Time Service 1.1
DIS Device Information Service 1.1
ESP Environmental Sensing Pr...
Profile Specification Version
HTS Health Thermometer Service 1.0
IAS Immediate Alert Service 1.0
IPS Indoor Positioning Se...
Profile Specification Version
RSCP Running Speed and Cadence Profile 1.0
RSCS Running Speed and Cadence Service 1.0
RTUS R...
 Zigbee
• IEEE802.15.4 기반의 저전력, 저가격, 사용의 용이성을 가진 무선 네트워크
• 2003년 IEEE 802.15.4 작업분과위원회에서 표준화된 PHY/MAC 층을 기반으로 상위
Protocol...
 Zigbee Standard Overview
 Zigbee stack
• 802.15.4는 가벼운 무선 네트워크를 위한 간단한 패킷 데이터 프로토콜로 배터리 수명이
중요한 애플리케이션을 모니터링 하고 컨트롤하기 위해서 만들어졌으며 Zigbee의 뛰어난
배터리 수...
 Zigbee Packet
• PPDU(PHY Protocol data Unit) format
- SHR(Synchronization header) : 송수기의 동기(Synch&lock)담당
- PHR(PHY head...
 Zigbee Channel
 Zigbee Topology
• Star Topology
-> 쉬운 동기화, 저전력 동작, Low latency
• Tree Topology
->저비용의 라우팅, 수면 모드를 지원하는 superframes , 다중 ...
 Zigbee Topology
• Mesh Topology
-> 강력한 멀티 홉 통신, 유연한 네트워크,Low latency
-> 슈퍼프레임 형성 안됨(수면 모드 지원 못함), 라우팅 테이블을 위한 스토리지 필요한 단...
 Zigbee Home Automation
• 쉬운 설치, 세계 어디서나 제어 가능, 원격으로 전원 제어 가능
• 보안 센서의 배터리 수명을 7년 이상으로 향상시키고 장치 페어링을 표준화하며 소비자
및 사용자 지정 설...
 Zigbee Smart Energy 2.0
• 전기, 가스, 물 및 열을 포함한 여러 상품들의 미터링 지원
• 부하 프로필, 역률, 합산, 수요 및 계층과 같은 여러 측정 유형 지원 및 실시간 정보 지원
• 발전과 ...
 Thread
• Requirements : Low Power, Resilient(mesh), Internet protocol based, Open
Secure and user friendly, Fast time to...
 Thread
• Powerful Technology designed for the home
->Designed specifically for the home
->Robust self-healing mesh netwo...
 Thread Solution for IoT
 Z-Wave
• 덴마크 회사인 Zensys와 Z-wave alliance에서 개발한 무선통신 프로토콜
• 600개의 회사가 가입, 2100개 이상의 제품
• PHY 및 MAC 계층은 ITU-T Recommendati...
 Z-Wave Specification
• 송신항목
- Transmit Frequency error (ITU-T G.9959 A.3.1.2) : ±27 ppm
- RF Power measurement (ITU-T G....
 Z-Wave Protocol Stack
• 모든 Z-wave 제품에는 Home ID와 Node ID가 있음
• Home ID는 Z-Wave 네트워크내의 고유한 32bit 숫자
−> Each Z-Wave Network...
 Z-Wave RF Spec
• Saw Filter를 이용해서 서로 다른 3개의 Region 을 분류함
-> E(Europe), U(North and South America), H(Asia), Region이 정해지면...
 Z-Wave Node Information Frame
 Z-Wave module compare
 Z-Wave 인증절차
• 100, 200, 300, 400 Series : Z-Wave Classic Certification
->Technical Certification only : Device Class, Co...
 Z-Wave Verification Test Overview
 Z-Wave 인증비용
1. Advanced command classes에는 보안 CC, 다중 채널 CC, 다중 채널 연관 CC, 펌웨어 메타 데이터 CC 및 다중
명령 CC가 포함.
2. 네트워크 동작에 영향을 미치...
 이동통신의 변화
 LTE(Long Term Evolution)
• 3GPP 컨소시엄에서 개발한 4세대 무선 통신 기술로 Release 8에서 소개
• 2004년 시점에서 2020년경까지의 긴 시간 동안의 통신 수요를 지원하자는 의미에...
 LTE 단말(UE) Category
* TTI(Transmission Time Interval,전송 시간 간격, 1ms)
• 첫 항목은 1TTI에 수신 가능한 DL데이터 들의 총 최대 크기를 의미(DL데이터는 MAC...
 LTE-A(Advanced)
• 3GPP에서 2011년 3월 Release 10을 기반으로 완성한 WCDMA 계열의 4G
• 반송파 집적(Carrier Aggregation)기술
-> 전송에 사용하는 채널 대역폭을 ...
 LTE 국내 주파수 현황
• SKT는 보유한 LTE 주파수를 모두 결합하려면 5-CA(carrier aggregation, 다른 주파수 대역
을 묶어 주는 기술)가 필요, KT는 4-CA, LG U+는 3-CA가 필요
 5G
• 대표적인 글로벌 5G 표준 기관은 ITU와 3GPP임.
• 20Gbps 전송 용량 목표(3G 대비 100배)
• ITU에서 5G 표준화를 주도하는 곳은 ITU-R에서는 SG5 Working Party 5D ...
 5G
• eMBB(초고속)은 가상현실, 증강현실 분야에 활용
• mMTC(초연결)은 IoT기반 공장제어 분야 등 다양한 산업융합에 활용
• URLLC(실시간)은 원격수술, 커넥티드카 분야에 활용
 5G
• ITU 5G 성능지표
 5G Requirements
* 출처 : Nokia
 5G
• IMT-2020 표준을 위한 Timeline
 5G
• 3GPP는 Release 14에서 5G 규격을 위한 선행 연구를 시작, Release 15와 Release 16에서
본격적으로 5G 규격 작업을 진행
• Release 15에서는 5G 기본 feature들을...
 5G
• 3GPP의 5G 표준화 추진현황
• 2가지 시나리오 고려
- Non-Standalone (NSA) NR deployment : 새로운 5G 주파수가 추가되는 동안 기존의 LTE무선망과 코어망
을 앵커로 활용...
 5G 주파수 대역 동향
• 5G 주파수 후보 대역 : 11개 대역
• 주파수 결정 : 2019년 10월 ~11월(WRC-19)
• 26.5~29.5GHz는 WRC-19 후보 주파수 대역은 아니나 Mobile로 기 할...
 5G 주파수 대역 동향
• 3GPP RAN4에서 관련 표준화 진행중
• **(28㎓) 24.25-27.5㎓, 26.5-29.5㎓ 두 대역으로 결정
• *(NR 채널대역폭) Rel.15 기술 규격이 지원하는 최대 채널...
 5G 주파수 대역 동향
• 28GHz이 적합한 이유
- 11개 대역 중 5G 주파수는 2019년에 결정되나 본 대역은 일부 국가에서 사용계획을 이미
발표
- 본 대역은 이동업무로 기 분배되어있어 자국 내 이동통신 용...
 5G 시범 서비스
 LTE-M
• LTE-M의 정확한 용어는 LTE MTC(Machine Type Communication)
구분 LTE-M NB-IoT
Cat.1 Cat.0 Cat.M1
표준화(3GPP) Rel.8 Rel.12 Rel...
 LTE-M
• LTE Cat.0이 나온 배경은 LPWA로 LoRa, Sigfox등이 나오면서 저전력 IoT분야에 대해 기술
주도권을 뺏기는 것에 대한 위기 의식으로 3GPP에서 기존보다 전력 소모와 가격을 낮추는
데...
 LTE-Cat.M1
• LTE Cat.0로는 LoRa, Sigfox대응에 역 부족..그래서 Release 13에서 Cat.M1을 정의
(eMTC(enhancement MTC)라고도 함 )
• 5Watt기준으로 배터리...
 LTE-M
• PSM(Power saving mode)
- 장치가 네트워크 상태를 기억하면서 데이터 전송간에 "최대 절전 모드"를 유지(재 등록 필요
없음)
- 최대 절전 모드시 소비 전력 : 4 μA
- Gain ...
 LTE-M
• eDRX(Extended Discontinuous Reception)
- 기존 최대 2.56sec이던 DRX cycle을 짧게는 수십 초에서 길게는 수십 분으로 단말의 긴 idle mode설정
가능하게...
 NB-IoT
• Release 13에서 정의된 LTE Cat.M1은 Release 12의 연장성이라고 할 수 있는 반면 Release
13에서 정의된 NB-IoT는 전혀 새로운 규격이라고 봐야 함
• NB-IoT의 ...
 NB-IoT
• In-band와 guard-band 모드에서 링크 버짓 불균형의 주요 원인은 LTE와 NB-IoT 간 공유되
는 RF 모듈
 NB-IoT
• 전송방식
- 다운 링크 및 업 링크의 최소 시스템 대역폭 - 180kHz
- 200kHz의 GSM 반송파,
- LTE 캐리어 / 보호 대역 내의 PRB (Physical Resource Block)는...
 NB-IoT
• NB-IoT는 NB-IoT를 위해 14개 주파수 대역을 정의하고 있다. 그 중 10 개는 sub-GHz 대역
으로, 저주파 대역이 갖는 커버리지 이점을 활용, Rel.14에서 밴드 11,25,31,7...
 NB-IoT
• NB-IoT와 LTE 채널 대역폭 정의
 NB-IoT
• 미터링등과 같은 저속, 소량 데이터는 NB-IoT시장
• 헬스케어나 무선 결재등과 같은 고속, 대량 데이터는 LTE-M시장
• 현재 Module 상황은 대다수의 업체에서 Cat.1에서 NB-IoT로 ...
 LoRa
• Long Range의 약자로 저전력 장거리 무선통신 기술
• 2012년 SEMTECH이 프랑스 Cycleo SAS로부터 LoRaWAN기술을 인수
• 현재 LoRaWAN Spec 1.0.2는 Open 되어...
 LoRa
• LoRaWAN Network Topology
- End-Devices : 센서 데이터를 수집하여 LoRa표준 규격으로 무선 송신
- Gateway(기지국) : LoRa 디바이스와 LoRa Network ...
 LoRa
• LoRaWAN Classes
• 디바이스의 DL 수신 기능 시간에 따라 Class A/B/C 타입으로 구분
Class 구분 동작 방식 Use Case
A
(All END-Devices)
디바이스는 UL송...
 LoRa
• LoRaWAN Regional Parameters
- EU 863-870MHz ISM Band
- 아래3 개의 기본 채널은 모든 EU 868MHz 최종 장치에 구현되어야 함
- EU gateways ar...
 LoRa
- US 902-928MHz ISM Band
- 915 MHz ISM 대역은 다음의 채널 계획으로 구분
- Upstream : 125kHz BW를 사용하여 64개의 채널(0~63), DR0~DR3, codi...
 LoRa
- US 902-928MHz ISM Band
[TX Data Rate ]
[TX Power ]
 LoRa
- China 779-787MHz ISM Band
- ERP(Effective Radiation Power, 실효방사 전력)이 10mW(10dBm)미만인 경우 사용
- End-device transmit d...
 LoRa
- EU 433MHz ISM Band
- ERP(Effective Radiation Power, 실효방사 전력)이 10mW(10dBm)미만인 경우 사용
- End-device transmit duty-cyc...
 LoRa
- AU 915-928MHz ISM Band
- AU ISM 대역은 다음의 채널 계획으로 구분
- Upstream : 125kHz BW를 사용하여 64개의 채널(0~63), DR0~DR3, coding ra...
 LoRa
- AU 915~928MHz ISM Band
[TX Data Rate ]
[TX Power ]
 LoRa
- CN 470-510MHz ISM Band
- This band is defined by SRRC to be used for civil metering applications.
- 470 MHz ISM 대...
 LoRa
- CN 470-510MHz ISM Band
[TX Data Rate & Power ]
 LoRa
- AS 923MHz ISM Band
- 아시아 나라별 주파수: Brunei, Indonesia, Cambodia, Laos[923-925MHz],
Hong Kong, Singapore, Thailand, ...
 LoRa
- 한국 920~923MHz ISM Band
- Default EIRP output power for end-device(920.9~921.9MHz): 10 dBm
- Default EIRP output p...
 LoRa
- 한국 920~923MHz ISM Band
[TX Data Rate & Power ]
 LoRa
- SKT LoRa단말의 채널 정보
단말 출력 중 괄호()안의 내용은 출력 상향 이전의 최대 출력값임
[TX Power ]
 LoRa
- India 865~867MHz ISM Band
- Default MaxEIRP : 30dBm
[TX Data Rate & Power ]
 LoRa
• SKT Infra이용한 IoT 전용망 활용 방향
- SKT 전국망을 활용하여 저렴한 비용으로 가능
- Data에 대한 공유/분석 등 SKT와의 추가적인 협력을 희망하는 기업에 적합
 LoRa
• 독립망 이용한 IoT 전용망 활용 방향
- 별도로 N/W서버 및 사업장의 Coverage에 맞는 자체 기지국을 구축
- SKT와 연동성 없는 별도 독립망
- 사업장내 고정형 디바이스만을 대상으로 Data...
 LoRa
• SKT 기지국 로밍 IoT 전용망 활용 방향
- 고객사가 자체 기지국을 구축하지 않고 LoRa 기지국 이용 Private Network을 구축
- 기지국 난립으로 인한 간섭 최소화하면서 Data Owne...
 LoRa
• SKT 요금제
 LoRa
• 전세계 현황
 Sigfox
• 비면허 주파수 대역인 ISM 밴드 주파수 사용, UNB(Ultra Narrow Band)기술
• Uplink : Repetition-3(fixed for any device), 100bps@868MH...
 Sigfox
• 하루 최대 12바이트짜리(Uplink) 메시지를 300baud 속도로 최대 140회까지 사용하도록 제
공(~1 every 10mins)
- 6 bytes: GPS coordinate – Locatio...
 Sigfox
• Philosophy of Sigfox Network
 Sigfox
• Sigfox Network Architecture
- Sigfox객체(objects)는 스타 토폴로지를 사용하여 Gateway에 연결
- Cloud와 서버와의 인터페이스는 SNMP, MQTT, HTT...
 Sigfox
• Sigfox Protocol Stack
- RF Layer: 엔드 포인트 및 기지국에서 주파수 할당 및 송수신 전력 요구 사항을 처리
Sigfox receiver sensitivity should b...
 EnOcean
• 주로 건물 자동화 시스템에 사용되는 Energy Harvesting 무선 기술
• Energy Harvesting Wireless Technology회사인 EnOcean의 기술
• EnOcean 기...
 EnOcean
• EnOcean의 무선 데이터 패킷 길이는 14 bytes, 전송량 125kbps
• 이 센서와 스위치의 무선 신호는 최대 300m 거리에서 무선으로 전송할 수 있으며 건물 내
부에서 최대 30m 거...
 EnOcean
• Layer Architecture
• EnOcean Serial Protocol 3 (ESP3)
 EnOcean
• Physical Layer
- Electrical Specification
 EnOcean
• Protocol. Application Layer
Bit 7 Bit 0
H_Seq (3 bits)
0 unknown transmitter ID received
1 known transmitter I...
 EnOcean
• Radio Approval Overview
 Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network)
• 2012년 4월에 설립
• IEEE 802.15.4g 표준에 기반을 둔 기술로, 900 MHz 대역을 활용한 근거리 무선 통신 기술
• Dat...
 Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network)
• Wi-SUN Profiles
• Wi-SUN Alliance는 PHY 및 MAC 계층의 프로파일 사양과 네트워크/전송 계층을 개발
 Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network)
• Wi-SUN Alliance가 제정한 애플리케이션
• HAN과 FAN의 가장 큰 차이는 주요 애플리케이션의 응용 범위의 옥내외 여부
• RLM...
 Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network)
• Wi-SUN HAN은 차세대 스마트 미터와 주택 내의 에너지 관리 시스템(HEMS)사이의 통신
규격
• HEMS와 기기 사이를 일대다로 연결하...
 Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network)
• Wi-SUN FAN은 스마트 미터링, 배선 자동화를 실현하는 스마트 그리드 및 인프라 관리, 지
능형 교통 시스템, 스마트 조명등을 위한 것
...
 6lowPAN
• IETF의 워킹 그룹으로 L2 layer에 IEEE 802.15.4를 기반 으로 하는 센서 네트워크 상에 IPv6
를 지원하기 위한 이슈를 다루는 그룹
• IEEE802.15.4를 PHY/MAC으로...
 6lowPAN
• Protocol Stack
• 6lowPAN구성도
 6lowPAN
• Architecture
- Device types: H-Host, R-Router, ER-Edge Router
- Simple lowPAN :Single Edge Router
- Extended l...
 Weightless
• IoT를 위해 특별히 설계된 저전력, LPWAN 기술로 Sub-1GHz에서 동작
• 영국 캠브리지 주변의 ARM, Neul, CSR등이 주축이 되어 만든 개방형 표준 기반의
LPWAN기술을 개...
 Weightless
Name of Standard Weightless-W Weightless-N Weightless-P
Frequency TV whitespace
(400-800 MHz)
Sub-GHZ ISM 169...
 DASH7
• 초저전력 무선 데이터 기술로서 433MHz 대역에서 air interface 통신을 정의하는 국제 표
준인 ISO/IEC 18000-7이 지니고 있는 상호운영성의 한계점을 극복하기 위해 새롭게 등장
한...
 DASH7
• Full Stack Specification
 Open Standards IP-based Reference Model
 주요 사이트
• WiFi : https://www.wi-fi.org/
• IEEE 802.11 : http://www.ieee802.org/11/
• Bluetooth : https://www.bluetooth.co...
Io t 무선통신 기술
Io t 무선통신 기술
Io t 무선통신 기술
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Io t 무선통신 기술

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IoT에 사용되는 무선 통신 기술들을 정리한 내용(WiFi, BLE, Zigbee, Zwave, LTE, 5G, LTE-M, NB-IoT, LoRa, Sigfox, Wi-sun..)

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Io t 무선통신 기술

  1. 1. IoT 세상의 무선통신 기술 김남억 ([email protected])
  2. 개요 WiFi BLUETOOTH ZIGBEE,Thread Z-Wave LTE, 5G, LTE-M, NB-IoT LPWAN(LoRa, Sigfox) ETC 참고문헌
  3.  SmartHome Product Category Sample Size Number1 Number2 Number3 Gateway/Hub 145 WiFi(61%) Zigbee(35%) Bluetooth(27%) Plug 76 WiFi(38%) Z-Wave(28%) Bluetooth(12%) Sensor : Motion 71 WiFi(44%) Zigbee(28%) Z-Wave(18%) Sensor : Door 54 Zigbee(35%) Z-Wave(31%) Sub-GHz(11%) Thermostat 49 WiFi(63%) Z-Wave(20%) Zigbee(11%) Sensor : Light 40 WiFi(43%) Bluetooth(35%) Z-Wave(30%) Sensor: Air Quality 18 WiFi(89%) Bluetooth(39%) Energy Monitor 9 WiFi(55%) Sub-GHz, Zigbee,Z-Wave(11%) * RF 중복 허용 * 출처 : SmartHome DB  Smart Home용으로 주로 사용되는 Wireless기술은 WiFi, Bluetooth, Z-Wave, Zigbee등이 있음
  4.  Smart World * 출처 : Libelium  Smart World(Smart City)에는 다양한 종류의 Wireless 기술이 적용 됨
  5.  Wireless IoT connectivity technologies * 출처 : Scientific Research Publishing Inc
  6.  Wireless Power vs. Cost
  7.  Wi-Fi Alliance (https://www.wi-fi.org/) • Wi-Fi Alliance (WFA)는 WLAN의 국제화 및 인증을 위해 1999년에 설립 • 현재 700개 이상의 회원사가 참여하고 있으며, 21곳의 공인 테스트랩을 통해 35,000개의 제품이 인증 을 받았으며 그 수는 계속 늘어나고 있음 • 기본적으로 Wi-Fi라는 이름으로 나가는 Device는 WFA를 통해서 certification받아야 함.(매뉴얼등에 Wi-Fi라는 문구 사용 시 반드시 Certi.받아야 함, 인증 받지 않은 제품은 WLAN으로 표기) • Wi-Fi CERTIFIED n, Wi-Fi CERTIFIED ac, Wi-Fi Direct, Miracast 등은 certification program 이름임  Wi-Fi Alliance 표준 응용 기술 (상위 Layer, Application) Wi-Fi Alliance 무선 접속 기술 (PHY/MAC) IEEE 802.11- PHY/MAC 기술 규격 개발 - 802.11 인증 규격 개발 - 제품 인증 (연계 시험소) - 인증 마크 획득 기술 협력 - 인증 마크 획득 - 기술 규격 개발 - 인증 규격 개발 - 제품 인증 인증 표준 기술 표준 (+인증) 상위 계층(서비스) 표준 필요
  8.  IEEE 802.11 Revisions * 출처 : IEEE
  9.  IEEE 802.11 Standards Pipeline * 출처 : IEEE
  10.  WiFi 버전별 비교 구분 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n 802.11ac 주파수 2.4GHz 5 GHz 2.4 GHz 2.4GHz , 5GHz 5GHz 전송방식 DSSS OFDM OFDM OFDM OFDM 변조방식 CCK BPSK,QPSK,16QAM, 64QAM BPSK,QPSK,16QAM, 64QAM BPSK,QPSK,16QA M, 64QAM BPSK,QPSK,16 QAM, 64QAM ,256Q AM 거리 70~100m 15~35m 50~80m 실내 70m 실외 250m 100m 채널 대역폭 20MHz 20MHz 20MHz 20/40MHz 20/40/80/160 MHz 최대 다운로드속 도 11Mbps 54 Mbps 54 Mbps 600Mbps 6.93Gbps 장점 저가제품으 로 구현 가능 간섭현상이 상대적 으로 낮음 802.11b와 호환 802.11b와 802.11g 와 호환가능 고속통신 (초고화질 HD 영상 전송) 단점 블루투스와 간섭현상 발 생 위성통신 주파수를 사용하기때문에 일 부 국가에서는 사용 할 수 없음 블루투스와 간섭현상 발생 WEP, WPA, TKIP 미지원 5GHz는 통신위 성 주파수 대역
  11.  WiFi Data Rates
  12.  802.11n • MIMO 적용, 40MHz 채널 대역 사용으로 최대 데이터 전송률을 600Mbps로 향상 • OFDM에서는 20MHz 대역을 3.125KHz 크기의 Subcarrier 로 나눈 총 64개의 Subcarrier로 구성 (3.125Khz * 64 = 20 MHz) • 중심 주파수의 미사용 부 반송파는 인접 채널과의 간섭 방지를 위하여 데이터 전송용으로 사용하지 않으며 중앙에 1개와 파일롯 부반송파 4 또한 위상 동기화 등을 위해 항상 송출되는 반송파이므로 데이터에 미사용 • 11n 혹은 HT에서는 데이터 전송용으로 4개 더 많은 총 52개의 Subcarrier가 데이터 전송에 사용함으로 이로 인해 11Mbps가 늘어난 65Mpbs가 최대 throughput이 됨 • 가드인터벌(무선상에 데이터를 연속적으로 보낼 때 민감한 무선상에서 데이터의 영향을 줄이기 위해 다음 신호를 보내기 전에 대기하는 시간)을 400nsec으로 두어 802.11 a/g대비 감소된 만큼 Subcarrier를 사용할 수 있게 되어 전체 throughput은 72Mbps가 됨. • 40Mhz채널 본딩으로 얻어지는 throughput은 가드 인터벌에 의해 72Mbps x2(채널본딩) + 6Mps(인접 채널 방지용 Subcarrier복원)=150Mbps가 됨
  13.  802.11ac • 채널 대역폭의 확대 : 의무적 80 MHz, 선택적 160 MHz • 8개의 공간적 스트림까지 지원 • Multi User MIMO • BPSK , QPSK, 16/64/256QAM 변조 • MIMO 구현에 사용된 안테나 수 만큼을 사용하여 빔포밍 구현 • 하위 통신 규격을 위한 변조 제한 기능 • 1 안테나 AP - 1 안테나 클라이언트 대역폭 80MHz STA 통신 기준 433Mbps • 1 안테나 AP - 1 안테나 클라이언트 대역폭 160MHz STA 통신 기준 867Mbps • 2 안테나 AP - 2 안테나 클라이언트 대역폭 80MHz STA 통신 기준 867Mbps • 2 안테나 AP - 2 안테나 클라이언트 대역폭 160MHz STA 통신 기준 1.69Gbps • 4 안테나 AP - 2 안테나 클라이언트 대역폭 160MHz STAs 통신 기준 1.69Gbps 전체 채널 대역폭 3.39Gbps • 8 안테나 AP - 4 안테나 클라이언트 대역폭 160MHz STAs 통신 기준 3.39Gbps 전체 채널 대역폭 6.77Gbps
  14.  802.11ac * 출처 : Cisco
  15.  802.11ad(WiGig®) • 60GHz 대역을 이용해 WLAN환경에 맞는 PHY/MAC 표준 제정. • Channel : 4, Channel B/W :2.16GHz, , Spatial Stream 개수 : 1 • Peak PHY Rate : 6.7Gbps • 802.11을 기반으로 기존의 WiFi 지원, 2.4GHz, 5GHz, 60GHz 주파수 대역에서 동작하는 장 치들 간의 통신을 지원 • 빔포밍(Beamforming)을 통해 신호 강도를 극대화,10m이내 근거리 • AES암호화 알고리즘을 이용한 향상된 보안기능 제공 • HDMI, DisplayPort, USB, PCIe의 기능을 무선으로 구현하도록 지원
  16.  802.11ad 주파수 할당
  17.  802.11ah(HaLow) • 1GHz 미만(Sub-1GHz) 주파수 대역 중 TVWS(TV White Space)가 사용하지 않는 대역을 이용해서 스마트그리드, 센서네트워크 및 M2M과 같은 서비스를 지원하는 것을 목표로 하 는 표준. • 802.11ac PHY의 down-clocked operation에 기반 • 외부 1km까지 확장된 범위에서 다양한 저비율모드(150 kb/s~)와 높은 처리량을 요구하는 애플리케이션에서의 고비율모드(~347 Mbps)를 제공함 • OFDM PHY 변조를 사용 • Outdoor 응용을 위해 2007 개가 넘는 단말에 대한 association을 지원(8,191개의 단말과 연결) • 802.11 시스템의 네트워크 구조를 유지, 802.15.4및 802.15.4g 디바이스와의 coexistence 를 지원. • 배터리를 사용해 동작하며 긴 배터리 교체 주기를 갖는 단말을 위한 향상된 파워 세이빙 을 지원. • Channel B/W : 1/2/4/8/16 MHz, Spatial Stream 개수 : 4 • Peak PHY Rate : 346.7 Mbps(16MHz BW,256QAM)
  18.  802.11ah Use Case
  19.  802.11ah Channel • US : 26, EU:5, Japan:13, Korea:6, China :32
  20.  802.11ah throughput vs. coverage
  21.  802.11ac VS 802.11 ah PHY
  22.  802.11af(Super WiFi) • TV방송대역 중에서 지역적으로 사용하지 않고 비어있는 대역(Tv White Space)을 활용하여 부족한 주파수 자원을 효율적으로 사용한 WLAN기술 • Channel B/W : 6,7,8 MHz • Coverage <1Km • 주파수 :54~790MHz
  23.  802.11ax HEW(High efficiency Wireless) • 2018년 상용화 목표로 무선 기술 최초의 기가급 체감 속도를 지향하는 차세대 Wi-Fi 기술 • 하나의 AP가 다수의 디바이스를 밀도 있게 지원할 수 있어 커패시티 최대화(최단 시간 에 최대 사용자에게 전송되는 전체 데이터 양)를 통해 WiFi 성능을 극대화 • 기차역, 공항, 경기장 등 밀집도가 높은 시나리오에서 사용자당 평균 스루풋을 4배 상승 • 다중 사용자 동시 전송 기술 (OFDMA): 256FFT 기반의 새로운 OFDM numerology • 서브 캐리어간 간격은 312.5kH->78.125kHz로 좁아졌고, 시간 축에서 OFDM 한 심볼의 길 이는 기존의 3.2us에서 12.8us로 증가, 또한 기존 64FFT 기반의 OFDM에서 사용된 0.4us 및 0.8us의 CP 길이를, 256FFT 기반의 OFDM에서는 0.4/0.8/1.6us들로 다변화하여 채 널 지연이 큰 실외 환경에서의 성능 개선을 지원 • 상하향링크 다중 안테나 기술 (8x8 MU-MIMO DL/UL) • 새로운 변조 및 코딩 세트(MCS 10 및 11)와 1024-QAM을 제외하고는 데이터 속도와 채널 폭이 802.11ac와 유사 • 트래픽 흐름 및 채널 액세스가 개선 • 효과적인 전력 관리로 배터리 수명 증가 • 표준화 일정
  24.  802.11ax HEW(High efficiency Wireless) • 5Key Use Cases
  25.  802.11ax HEW(High efficiency Wireless) • 802.11ac의 OFDM이랑 OFDMA의 차이점 및 비교 테이블
  26.  802.11ay • 802.11ad의 Throughput을 20Gbps이상으로 올리기 위한 후속 표준 • 802.11ay 디바이스는 57~64GHz 주파수 밴드를 사용. • MAC data Service Access Point(SAP)에서 측정 했을 때 최소한 최대 throughput이 20 Gbps달성할 수 있어야 함. • 802.11ad에 대한 backward compatibility를 제공 • 동일 밴드를 사용하는 legacy device에 대한 coexistence를 제공 • indoor 환경에서는 10미터 이상의 range, LOS(Line of Sight) 채널 조건의 outdoor 환경에 서는 100미터 이상의 range를 제공. • 최소한 legacy device와 동일한 power efficiency 를 지원 • Outdoor operation을 지원,보행자 속도(예, 3km/h) 혹은 body movement에서 mobility operation을 지원 • VR 헤드셋 연결성 제공, 서버 백업 지원, 낮은 지연 속도가 필요한 클라우드 애플리케이션 취급 등의 기타 용도에서도 역할을 찾을 수 있을 전망
  27.  802.11ay Use Case • 802.11ay의 Use case인 근접 통신 시나리오인 Ultra Short Range(USR) Communication 시 나리오는 두 단말 간의 빠른 대용량 데이터 교환을 위한 Usage Model • 100msec 이내의 빠른 link setup, 1초 이내의 transaction time, 10cm 미만의 초근접 거리 에서 10 Gbps data rate을 제공해야 하며, 400mW 미만의 낮은 전력 소모를 요구 Video/audio clip, magaz ine, newspaper, etc. Train StationTrain Station KioskKiosk Movie, video/audio clip, magazine, newspaper, etc. @ 70% MAC-App eff iciency Size 11ay Device 11ad Device 4K UHD movie 60 GB 1.1 min @ 10Gbps 11.4 [email protected] HD movie 5 GB 5.7 sec @ 10Gbps 57.1 sec @ 1Gbps SD movie 1.5 GB 1.7 sec @ 10Gbps 17.1 sec @ 1Gbps Picture library 1 GB 1.1 sec @ 10Gbps 11.4 sec @ 1Gbps 4K movie trailer 1.2 GB 1.4 sec @ 10Gbps 13.7 sec @ 1Gbps HD movie trailer 100 MB 0.1 sec @ 10Gbps 1.1 sec @ 1Gbps E-magazine 250 MB 0.3 sec @ 10Gbps 2.8 sec @ 1Gbps
  28.  802.11ay Use Case • USR Wireless Docking Usage Model은 11ay 인터페이스가 스마트폰 및 무선 충전 패드에 포함되며, 스마트폰이 패드 위에 놓여져 USR 통신 • Interactive Game Docking Station, Remote Desktop/Cloud PC, 무선 충전 지원 Gigabit Docking 등에 활용 • 사용자 이벤트 발생에 서 스크린 업데이트까지 10~50ms정도의 latency, 양방향 트래픽, 1Gbps 전송에 대해 200mW이하의 낮은 전력 소모, 20cm미만의 근접 거리 통신 등을 요구 • 8K UHD Wireless Transfer at Smart Home Usage Model은 가정에서 8K UHD 콘텐츠를 스 트리밍하기 위해 소스 장치(예 : 셋톱 박스, 블루 레이 플레이어, 태블릿, 스마트 폰)와 싱크 장치(예 : 스마트 TV, 얇은 디스플레이)간에 인터페이스 • 장치간 거리는 5m미만, 비 압축 8K UHD 스트리밍(60fps, 픽셀 당 24 비트, 최소 4:2:2)을 전송하려면 링크에 최소 28Gbps의 데이터 속도가 필요, jitter <5ms, delay <5ms. Wireless Power Charging Video stream transfer & Data transfer Side View TV or Display Set-top box (TV controller) Blu-ray player Smart phone/Tablet Replacement of wired interface Wireless Transfer from fixed device Wireless Transfer from mobile device 8K UHD Service
  29.  802.11ay Use Case • AR/VR Headsets and other High-End wearable Usage Model은 high-end wearable(e.g. AR/VR headsets, 고화질 안경, etc.) 그리고 관리 디바이스(e.g. 게임 콘솔, 스마트 폰, etc.) 에는 11ay interfaces가 장착되어 PBSS(Personal basic service set)를 구성 • 작동 환경은 실내에서 5m미만 • Data rate at ~20 Gbps, latency < 5 ms, jitter <5 ms, PER<10E-2 Features Requirements Notes Distance 5 m Video Quality 3D 4K [1] HDMI 2.0 Range of Motion for head-worn w earable Neck Roll [2] 0.17 (s/60deg) Neck Pitch[2] 0.14(s/60deg) Neck Yaw[2] 0.13 (s/60deg) Device mobility Pedestrian speeds < 4km/hr
  30.  802.11ba WUR(Wake up Radio) • IoT 지원 초저전력 전송 기술 (1mW 이하 수신전력) • 초저전력 동기 신호 및 프레임 전송 기술 • WUR On/Off 동작 기술 (Main Wi-Fi와 WUR간 모드 전환 기술) • 표준화 일정 January 2017 • TG 1st meeting • TG Leadership selection • Start on TG documents • Technical Presentations March 2017 • Complete TG documents • Start SFD • Technical Presentations July 2017 • Continue with the SFD development November 2017 • Draft 0.1 and start CC March 2018 • Complete CC comment resolution and prepare draft 1.0 • Start WG LB September 2018 • Draft 2.0 and Recirculation 2018 2019 Jan. ‘17 - TGba formation Nov. ‘17 - TGba D0.1 2017 Mar. ‘18 - TGba D1.0 10 mo. 4 mo. Mar. ‘19 - MDR 6 mo. Jul. ‘19 SB pool formation Sep. ‘19 SB Sep. ‘18 - TGba D2.0 Jul. ‘20 RevCom 20202018
  31.  WiFi Home Design • Wi-Fi CERTIFIED Home Design™은 주택 건설업자들이 집 안과 밖의 거주 공간 전반에서 빌트인 Wi-Fi 네트워크를 제공할 수 있도록 해주는 Wi-Fi Alliance의 새로운 인증 프로그램 • Wi-Fi Home Design은 주택 건설업자가 턴키 방식의 Wi-Fi 홈 네트워크를 제공함으로써 주택 구매자가 입주와 동시에 쉽고 편리하게 고성능 Wi-Fi 연결해서 사용 • 집 전체에 대한 커버리지: 주택 스펙에 따른 최적의 액세스 포인트 배치를 통해 주차장, 마 당을 비롯한 집 전체에서 안정적이고 끊김 없는 커버리지 제공. • 탁월한 사용자 경험: Wi-Fi Home Design 네트워크는 최신 듀얼밴드 Wi-Fi CERTIFIED™ ac 장치를 활용하여 4K 비디오 스트리밍에서부터 온라인 게임까지 다양한 트래픽 요구를 동 시에 지원. • 장기적인 만족: Wi-Fi Home Design 네트워크는 스마트 홈의 향후 요구와 Wi-Fi 사용 증가 를 고려하여 다양한 최신 생활 가전과 시스템들을 가정 내에서 손쉽게 도입할 수 있도록 지원.
  32.  2.4GHz Frequency Table Channel Frequency(MHz) North America Japan Most of world 1 2412 Yes Yes Yes 2 2417 Yes Yes Yes 3 2422 Yes Yes Yes 4 2427 Yes Yes Yes 5 2432 Yes Yes Yes 6 2437 Yes Yes Yes 7 2442 Yes Yes Yes 8 2447 Yes Yes Yes 9 2452 Yes Yes Yes 10 2457 Yes Yes Yes 11 2462 Yes Yes Yes 12 2467 No Yes Yes 13 2472 No Yes Yes 14 2484 No Yes(11b Only) No
  33.  802.11ac Frequency allocation • 5.00GHz~6.00GHz까지 5MHz 단위 200개 채널 번호 배정 (1~200)
  34.  국내 WLAN 주파수 분배 현황
  35.  안테나 개수에 따른 Wi-Fi 신호 강도 및 범위의 관계 * 출처 : Cisco
  36.  WiFi Regulatory Reference FCC definition Freq Range 2400 ~ 2483.5 M Hz 5150~5250MHz 5250~5350MHz 5470~5725MHz 5725~5825MH z ch1~ch11 15.407 , UNII-1 15.407 , UNII-2 15.407 , UNII-2 exten ded 15.247 , UNII-3 /ISM 15.247, ISM Ban d DFS request DFS request MAX Power 30dBm(PK) 17dBm(PK) 24dBm(PK) 24dBm(PK) 30dBm(PK) ETSI definition Freq Range 2400 ~ 2483.5 M Hz 5150~5250MHz 5250~5350MHz 5470~5725MHz 5725~5825MH z ch1~ch13 ETSI 301-893 ETSI 301-893 ETSI 301-893 Restricted Ban dETSI 300-328 DFS request DFS request MAX Power 20dBm(EIRP)(AV G) 23dBm(EIRP)(AVG) 23dBm(EIRP)(AV G) 30dBm(EIRP)(AVG) Japan definition Freq Range 2400 ~ 2483.5 M Hz 5150~5250MHz 5250~5350MHz 5470~5725MHz 5725~5825MH z ch1~ch14 W52 W53 W56 Restricted Ban dTELEC DFS request DFS request MAX Power 10mW/MHz 10mW/MHz 10mW/MHz(TPC) 10mW/MHz Korea definition Freq Range 2400 ~ 2483.5 M Hz 5150~5250MHz 5250~5350MHz 5470~5650MHz 5725~5825MH z ch1~ch13 KC KC KC (ch100 ~ 128) KCKC DFS request DFS request MAX Power 10mW/MHz 2.5mW/MHz 10mW/MHz 5mW/MHz 10mW/MHz (General saying) BAND-1 BAND-2 BAND-3 BAND-4
  37.  Bluetooth • 블루투스의 유래는 10세기의 덴마크와 노르웨이를 통일한 국왕이자 바이킹 영웅인 하랄 드 블라톤(영어식 이름 해럴드 블루투스)의 이름에서 따온 것 • 블루투스의 로고도 하랄드 블라톤의 이니셜 H와 B에서 따온 것 • Ericsson 이 1994년 최초로 기술을 개발하여 상용화한 무선 기술. • 1998년 Ericsson, Nokia, Intel, Toshiba and IBM에 의해서 BT SIG가 결성되면서 상용화 • 2.4GHz ISM(Industrial, Scientific, Medical) 대역 사용 • FHSS(Frequency Hop Spread Spectrum) 방식 사용 [TDD(Time Division Duplex)] 1 hop/packet, 1600 hop/s for 1 slot packet, 1 slot : 625uS • BR(Basic Rate)의 Data rates는 721.2kb/s, EDR(Enhanced Data Rate)의 Data rates는 2.1Mb/s
  38.  Bluetooth 구성형태 • Single mode와 Dual mode로 구성 • Dual Mode의 명칭은 Bluetooth Smart Ready로 기존 Bluetooth 3.0와 호환 가능 • Single Mode의 명칭은 Bluetooth Smart로 기존 Bluetooth 3.0과 통신 불가 • Single Mode는 Voice 지원하지 않음
  39.  Bluetooth core system architecture MK1
  40. 슬라이드 41 MK1 Martin Kim, 2017-07-29
  41.  Bluetooth history
  42.  Bluetooth history Spec 4.1 - 공존성(Coexistence)향상 : 블루투스와 LTE 무선이 서로 통신 상태를 조정해 가까운 대역폭으로 인한 간섭 현상을 줄여준다. - 더 나은 연결(Better Connections) : 블루투스 연결 장치끼리의 거리가 증가해 잠시 연결이 끊 어지게 되면, 블루투스 4.1 장치는 거리 내로 되돌아올 시 자동으로 재 연결. - 데이터 전송 개선(Improved Data Transfer) : 블루투스를 사용하는 악세서리 장치(헬스 기구)등 과의 통신 전송 상태를 보다 효율적으로 개선. - 개발자에게 더 많은 유연성 제공(More Flexibility to Developers) : IPV6 사용, 128bit AES암호 화 추가 Spec 4.2 - 전송속도 2.5배 증가, 패킷 용량은 10배 증가 - IPSP(인터넷 프로토콜 지원 프로파일)개발로 인터넷 직접 접속 가능 및 IPv6와 6LoWPAN 지원 - 사용자의 허락 없이 블루투스 기기 위치 추적 불가 - 개인정보와 사생활 보호를 위한 보안 기능을 제공, 128비트 AES암호화 - 측정한 센서 데이터를 Gateway를 통해 인터넷에 직접 전송할 수 있음
  43.  Bluetooth history Spec 5.0 - 전송 속도 2배 증가 : 최대 속도는 2Mbs, 2M PHY will double the bandwidth up to 1.4Mbps. - 전송 거리 4배 향상 - 8배의 Advertising Packet size 지원: Advertisement payload grows from 31B to 254B - 3개의 광고 채널에서 최대 37개의 광고 채널로 광고 데이터를 오프로드하는 기능을 지원 버전별 Link Layer의 Packet size 버전별 통신주기
  44.  BLE Operation • Devices can advertise for a variety of reason. - To broadcast promiscuously - To transmit signed data to a previously bonded device – To advertise their presence to a device wanting to connect – To reconnect asynchronously due to a local event
  45.  BLE Operation • Once a connection is made – Master informs slave of hopping sequence and when to wake – All subsequent transactions are performed in the 37 data channels. Transaction can be encrypted – Both device can go into deep sleep between transactions • A Broadcaster cannot enter the Connecting state. • An Observer cannot enter the Initiating state.
  46.  Bluetooth 5.0 • 기존의 Physical Layer(PHY)에 2개의 형태를 추가하여 고속과 장거리를 지원 • LE Coded PHY의 통신 속도 감소와 최대 출력의 향상으로 지원. • 최대 출력 : 10dBm에서 20dBm으로 향상 • 통신 속도 : LE Coded PHY PDU를 이용하여 125Kbps으로 감소. [Data rate] [Coded PHY data rate effects on range and packet time]
  47.  Bluetooth 5.0 • TX Output Power : 0.01mW(-20dBm, Min)~100mW(+20dBm, Max) • LE PHY Power classes • BR/EDR Power classes
  48.  Bluetooth Mesh • Mesh Profile: BLE 무선 기술을 위한 상호 운용 가능한 mesh 네트워킹 솔루션을 구현하기 위한 기본 요구 사항 정의 • Mesh Model: Mesh 네트워크에서 노드의 기본 기능을 정의하는 데 사용되는 models을 소개 • Mesh Device Properties: Mesh 모델 사양에 필요한 장치 등록 정보를 정의 [Mesh system architecture] [Publish/Subscribe] • Publish : 메시지를 보내는 행위 • Subscribe:노드는 처리를 위해 특정 주소로 전송 된 메 시지를 선택하도록 구성되며 이것을 subscribing
  49.  Bluetooth Mesh System Architecture • Model Layer: Bluetooth Mesh Model 사양 또는 상위 계층 사양 정의 • Foundation Model Layer: 메쉬 네트워크를 구성하고 관리하는 데 필요한 상태, 메시지 및 모델을 정의 • Access Layer: 상위 응용 프로그램이 상위 전송 계층 사용 방법 및 응용 프로그램 데이터 형식,상위 전송 계층에서 수행되는 응용 데이터 암호화 및 복호화를 정의하고 제어 • Upper Transport Layer: 상위 전송 계층은 응용 프로그램 데이터를 암호화, 복호화 및 인증 하며 액세스 메시지의 기밀성을 제공하도록 설계 및 전송 제어 메시지를 사용하는 방법을 정의. • Lower Transport Layer 하위 전송 계층은 상위 전송 계층 메시지가 다른 상위 전송 계층 메시지를 다른 노드로 전달하기 위해 어떻게 상위 전송 계층 메시지가 분할되어 여러 하위 전송 PDU로 재 조립되는지 정의. • Network Layer: 전송 메시지가 하나 이상의 요소를 향하여 처리되는 방법을 정의 • Bearer Layer: 네트워크 메시지가 노드간에 전송되는 방법 정의
  50.  BR/EDR Topology • Master는 최대 7개의 Slave가 연결되어 하나의 Piconet 형성 • 장치 A는 Piconet의 Master, B,C,D,E는 Slave이며 Piconet A는 두 개의 물리적 채널 보유 • B,C는 Adaptive 주파수 호핑(ADH)을 지원하지 않아 기본 Piconet 실제 채널 사용 • D,E는 ADH을 지원할 수 있어 적응된 Piconet 물리 채널 사용 • A는 ADH이 가능하며, Slave가 어드레스되는 것에 따라 두 물리 채널 모두에서 TDM 기반 으로 동작 • Piconet D의 경우 J가 ADH를 지원하지 않기 때문에 이 Piconet에 사용할 수 없음 • Piconet F의 경우 ADH를 지원하지 않기 때문에 이 Piconet에 사용할 수 없음 • K는 다른 장치와 동일한 지역에 표시, Piconet 맴버가 아니지만 다른 블루투스 장치에 서비 스 제공 중 • Piconet M은 Adaptive piconet물리 채널을 통해 장치 E 및 N에 Profile broadcast 데이터 전송 • L은 다른 장치와 동일한 지역에 표시 Piconent 맴버가 아니고 Synchronization scan physical channel
  51.  LE Topology • 하나의 device가 두 개 이상의 piconet에 참여되어 있는 상태를 Scatternet • A는 장치 B,C가 종속된 Piconet의 master로 BR/EDR slave와 달리 LE slave는 master와 공 통된 물리적 채널을 공유하지 않음. 각 slave는 master와 별도의 물리적 채널을 통해 통신 • 장치 K는 Scatternet에 있습니다. 장치 K는 장치 L의 master이고 장치 M의 slave. • 장치 O 또한 Scatternet에 있습니다. 장치 O는 장치 P의 slave이고 장치 Q의 slave. • 장치 D는 advertiser, 장치 A 는 initiator (known as group D). • 장치 E는 scanner, 장치 C는 advertiser (known as group C). • 장치 H는 advertiser, 장치 I, J 는 scanners (known as group H). • 장치 K는 advertiser, 장치 N은 initiator (known as group K). • 장치 R은 advertiser, 장치 O는 initiator (known as group R)
  52.  Mesh Topology • Q,R,S라는 3개의 Relay node가 Friend feature N이랑 Friend node O,P를 지원 • O는 저전력 node L,M의 Friend이고 P는 저전력 node I,J,K의 Friend • Node T는 GATT Bearer를 사용하는 Mesh network에만 연결 따라서 S는 T와 주고받은 모 든 메시지를 중계해야 함 • Example: T에서 L로 메시지 전송 -> T는 GATT Bearer를 사용하여 Node S에 전송 ->Node S는 ADV Bearer를 사용하여 node S 의 무선 범위내에 있는 node H,R,N,O에 재전송 ->Node L의 친구인 Node O는 메시지를 저장 ->Node L은 새로운 메시지를 확인하기 위해 node O를 폴링 ->Node O가 메시지를 node L 에 전송
  53.  Bluetooth Smart Protocol • Physical : 2.4GHz ISM 대역에서 1Mbps의 속도로 패킷 송수신 역할 • LL(Link Layer):RF 상태 제어(Advertiser, Scanner, Initiator) • HCI(Host controller interface): Controller와 Host간의 통신 layer • L2CAP(Logical Link Control to Adaptation layer Protocol):상위 레벨로 데이터 서비스를 제공하고 Controller로 보낼 패킷을 쪼개거나 조합하는 layer • SM(Security Manager):AES-128bit 엔진을 사용해 사용자 인증 및 보안 layer • ATT(Attribute Profile): 주변 장치의 서비스 제어 layer • GATT(Generic Attribute Profile):ATT를 이용하여 Profile과 서비스를 주고 받을 것인지를 제 어 • GAP(Generic Access Profile):장치간 연결제어(Advertising and Connections)
  54.  Bluetooth Channel • BR/EDR : 79 channels with 1MHz channel spacing • LE : 40 channels with 2MHz channel spacing • 3개의 Advertisement 채널(37,38,39)와 37개의 Data Channels로 구성 • 3개 채널은 Broadcasting에 사용, Discoverable, connectable등 device의 상태 정보 포함 • Beacon은 3개의 Advertisement로 구성되어서 WiFi CH인 1,6,11 CH과는 물리적으로 겹치 지 않게 구성
  55.  Bluetooth Protocol Protocol Specification Version AVCTP A/V Control Transport 1.4 AVDTP A/V Distribution Transport 1.3 BNEP Bluetooth Network Encapsulation Protocol 1.0 IrDA IrDA Interoperability 2.0 MCAP Multi-Channel Adaptation Protocol 1.0 RFCOMM Radio Frequency Communication 1.2
  56.  GATT Profile and Service Profile Specification Version ANP Alert Notification Profile 1.0 ANS Alert Notification Service 1.0 AIOP Automation IO Profile 1.0 AIOS Automation IO Service 1.0 BAS Battery Service 1.0 BCS Body Composition Service 1.0 BLP Blood Pressure Profile 1.0 BLS Blood Pressure Service 1.0 BMS Bond Management Service 1.0 CGMP Continuous Glucose Monitoring Profile 1.0.1 CGMS Continuous Glucose Monitoring Service 1.0.1 CPP Cycling Power Profile 1.1 CPS Cycling Power Service 1.1 CSCP Cycling Speed and Cadence Profile 1.0 CSCS Cycling Speed and Cadence Service 1.0
  57. Profile Specification Version CTS Current Time Service 1.1 DIS Device Information Service 1.1 ESP Environmental Sensing Profile 1.0 ESS Environmental Sensing Service 1.0 FMP Find Me Profile 1.0 FTMP Fitness Machine Profile 1.0 FTMS Fitness Machine Service 1.0 GSS GATT Specification Supplement 1.0 GLS Glucose Service 1.0 HIDS HID Service 1.0 HOGP HID over GATT Profile 1.0 HPS HTTP Proxy Service 1.0 HRP Heart Rate Profile 1.0 HRS Heart Rate Service 1.0 HTP Health Thermometer Profile 1.0
  58. Profile Specification Version HTS Health Thermometer Service 1.0 IAS Immediate Alert Service 1.0 IPS Indoor Positioning Service 1.0 IPSP Internet Protocol Support Profile 1.0 LLS Link Loss Service 1.0.1 LNP Location and Navigation Profile 1.0 LNS Location and Navigation Service 1.0 NDCS Next DST Change Service 1.0 OTP Object Transfer Profile 1.0 OTS Object Transfer Service 1.0 PASP Phone Alert Status Profile 1.0 PASS Phone Alert Status Service 1.0 PXP Proximity Profile 1.0.1 PLXP Pulse Oximeter Profile 1.0 PLXS Pulse Oximeter Service 1.0
  59. Profile Specification Version RSCP Running Speed and Cadence Profile 1.0 RSCS Running Speed and Cadence Service 1.0 RTUS Reference Time Update Service 1.0 ScPP Scan Parameters Profile 1.0 ScpS Scan Parameters Service 1.0 TDS Transport Discovery Service 1.0 TIP Time Profile 1.0 TPS TX Power Service 1.0 UDS User Data Service 1.0 WSP Weight Scale Profile 1.0 WSS Weight Scale Service 1.0
  60.  Zigbee • IEEE802.15.4 기반의 저전력, 저가격, 사용의 용이성을 가진 무선 네트워크 • 2003년 IEEE 802.15.4 작업분과위원회에서 표준화된 PHY/MAC 층을 기반으로 상위 Protocol 및 Application을 규격화한 기술 • 주파수 대역별 특징 • 송신은 최소한 -3dBm(0.5mW)에서 송신(보통0dBm(1mW)), 수신은 최대 입력 레벨이 –20 dBm (0.01 mW) 이상 구분 2.4GHz 868Mhz 915Mhz 국가 Worldwide 유럽 미국 Data Rate 250Kbps 20Kbps 40Kbps Channel 11~26 1 10 DSSS 32-chip PN code 15-chip PN code Modulation O-QPSK BPSK Symbol Rate 62.5Ksym/s 20Ksym/s 40Ksym/s Chip Rate 2.0M chips/s 300K chips/s 600K chips/s Sensitivity -85dBm -92dBm
  61.  Zigbee Standard Overview
  62.  Zigbee stack • 802.15.4는 가벼운 무선 네트워크를 위한 간단한 패킷 데이터 프로토콜로 배터리 수명이 중요한 애플리케이션을 모니터링 하고 컨트롤하기 위해서 만들어졌으며 Zigbee의 뛰어난 배터리 수명의 근원 • 802.15.4는 IEEE long/short addressing 둘 다 적용 가능, Short addressing은 네트워크 ID 가 임시로 정해지는 네트워크 관리에 사용,65,000여개의 네트워크 노드를 사용 가능케 함 • Network layer는 MAC layer의 적절한 운영 보장, Application layer에 인터페이스를 제공, 스타, 트리, 매쉬 토폴로지를 지원하며 네트워크 시작,결합,소멸, 검색되는 곳으로 라우팅과 보안을 담당 • Application 프레임워크는, 애플리케이션 객체가 데이터를 주고 받을 수 있는 실행 환경. 애 플리케이션 객체는 디바이스의 생산자에 의해서 정해진다.
  63.  Zigbee Packet • PPDU(PHY Protocol data Unit) format - SHR(Synchronization header) : 송수기의 동기(Synch&lock)담당 - PHR(PHY header) : including ‘Frame length’ - PDSU(PHY service data unit) : 실제 전송되는 가변적 길이를 갖는 payload
  64.  Zigbee Channel
  65.  Zigbee Topology • Star Topology -> 쉬운 동기화, 저전력 동작, Low latency • Tree Topology ->저비용의 라우팅, 수면 모드를 지원하는 superframes , 다중 홉 통신 허용 ->경로 재구성 비용이 높고 대기 시간이 긴 단점 PAN Coordinator Full Function Device Reduced Function Device PAN Coordinator Full Function Device Reduced Function Device
  66.  Zigbee Topology • Mesh Topology -> 강력한 멀티 홉 통신, 유연한 네트워크,Low latency -> 슈퍼프레임 형성 안됨(수면 모드 지원 못함), 라우팅 테이블을 위한 스토리지 필요한 단점 * 지그비 코디네이터 : 가장 중요한 디바이스로 네트워크를 형성하고 다른 네트워크들과 연결. 각각의 네트워크에는 단 한 개의 코디네이터가 있 으며 네트워크에 관한 정보를 저장, trust center 또는 보안 키를 위한 저장소로서의 역할 * 지그비 라우터 : 라우터는 애플리케이션 기능뿐만 아니라, 다른 디바이스로부터의 데이터를 전달할 수 있는 라이터로서의 기능 * 지그비 엔드 디바이스 : 부모 노드와 통신할 수 있는 기능 및 노드가 오랜 시간을 대기할 수 있도록 하여 배터리 수명을 더욱 길게 연장 가능
  67.  Zigbee Home Automation • 쉬운 설치, 세계 어디서나 제어 가능, 원격으로 전원 제어 가능 • 보안 센서의 배터리 수명을 7년 이상으로 향상시키고 장치 페어링을 표준화하며 소비자 및 사용자 지정 설치자를 위한 설치 및 유지 관리를 단순화 • Zigbee PRO Networking, 실내 최대 70m, 옥외 최대 400m의 무선 범위 • 조명, 보안, 점유, 모션 감지 및 편의를 위한 제어 및 모니터링 장치 통합 • 네트워킹 유연성, 수천 개 디바이스 적용을 위한 확장성
  68.  Zigbee Smart Energy 2.0 • 전기, 가스, 물 및 열을 포함한 여러 상품들의 미터링 지원 • 부하 프로필, 역률, 합산, 수요 및 계층과 같은 여러 측정 유형 지원 및 실시간 정보 지원 • 발전과 소비를 기록, 수요 응답 및 부하 제어 • Pricing, Text messaging, File download, Flow reservation, Prepayment metering • Billing communication, Distributed Energy resources
  69.  Thread • Requirements : Low Power, Resilient(mesh), Internet protocol based, Open Secure and user friendly, Fast time to market, Existing radio silicon • Supports IPv6 addresses and simple IP bridging • Is built upon a foundation of existing standards • Is optimized for low-power / battery-backed operation • Is intended for control and automation (250kbps) • Can support networks of 250 nodes or greater • Supports low latency (less than 100 milliseconds) • Offers simplified security and commissioning • Runs on existing 802.15.4 wireless SoCs
  70.  Thread • Powerful Technology designed for the home ->Designed specifically for the home ->Robust self-healing mesh network ->No single point of failure ->Interoperable by design using proven, open standards and IPv6 technology with 6LoWPAN as the foundation ->Requires just a software enhancement for today’s 802.15.4 products • Simple, Secure, Scalable ->Simple installation using your smartphone, tablet or computer ->Scalable to connect 250+ devices into a single network supporting multiple hops ->Provides security at network and application layers ->Product install codes are used to ensure only authorized devices can join the network ->Supported by banking-class, public-key cryptography • Battery Friendly design ->Extensive support for sleepy nodes allows for years of operation, even on a single AA battery ->Based on the power efficient IEEE 802.15.4 MAC/PHY ->Short messaging conserves bandwidth and power ->Streamlined routing protocol reduces network overhead and latency ->Designed to run on readily available, low power wireless system-on-chips
  71.  Thread Solution for IoT
  72.  Z-Wave • 덴마크 회사인 Zensys와 Z-wave alliance에서 개발한 무선통신 프로토콜 • 600개의 회사가 가입, 2100개 이상의 제품 • PHY 및 MAC 계층은 ITU-T Recommendation G.9959에 의해 정의 • AES128 암호화, IPV6 및 다중 채널 지원 • 최대 100kbps의 데이터 속도를 지원(9,600bit/s, 40Kbit/s) • 통신 거리는 30M, 500시리즈는 40M • There are 2 types of Appliances: Controllers and Slaves. • 2 types of controllers : Primary and Secondary. • Max. network nodes 는 232 • Power consumption : 1uA(sleep), 35mA(RX), ~46mA(TX,+6dBm) • OpenADR, SEP 1, SEP 1.1 및 기타 스마트 에너지 프로토콜을 사용하여 성공적으로 연결 및 시 험 사용 가능
  73.  Z-Wave Specification • 송신항목 - Transmit Frequency error (ITU-T G.9959 A.3.1.2) : ±27 ppm - RF Power measurement (ITU-T G.9959 A.3.1.6) : KC Requlatory 10mW이하 - Transmit power adjustments(ITU-T G.9959 A.3.1.7) : 2dB step, Range(Pnominal -20dB) - Modulation Quality : Separation frequency ±10% • 수신항목 - Receiver Sensitivity (ITU-T G.9959 A.3.1.8) : At least -95dBm(R1), -92dBm(R2),- 89dBm(R3) - Clear channel assessment (ITU-T G.9959 A.3.1.9) : LBT(listen before talk) with -80dBm threshold - Receiver spurious requirement (ITU-T G.9959 A.3.1.10) - Receiver blocking (ITU-T G.9959 A.3.1.11) : Maximum level of desired is -20dBm
  74.  Z-Wave Protocol Stack • 모든 Z-wave 제품에는 Home ID와 Node ID가 있음 • Home ID는 Z-Wave 네트워크내의 고유한 32bit 숫자 −> Each Z-Wave Network will have a unique HomeID. −> All devices within the same Z-Wave Network will have the same HomeID. −> The Home ID of a Z-Wave network is based on the Home ID of the controller that initiated the Z-Wave network • Node ID는 Z-Wave 네트워크의 각 노드에 고유한 8bit숫자 −> Each NodeID is unique within the Z-Wave network −> Node IDs are assigned to the nodes by the controller that creates the network
  75.  Z-Wave RF Spec • Saw Filter를 이용해서 서로 다른 3개의 Region 을 분류함 -> E(Europe), U(North and South America), H(Asia), Region이 정해지면 해당하는 나라의 firmware를 모듈에 Programming하면 해당 나라의 주파수에 맞게 동작함
  76.  Z-Wave Node Information Frame
  77.  Z-Wave module compare
  78.  Z-Wave 인증절차 • 100, 200, 300, 400 Series : Z-Wave Classic Certification ->Technical Certification only : Device Class, Command Class 검증 • 500 Series (SD3503, SD3502 / ZM5304, ZM5202, ZM5101) : Z-Wave+ Certification ->Technical Certification : Role Type, Device Type, Command Class 검증 ->Marketing Certification : Z-Wave Alliance Homepage에 Certification 대상 제품 정보등록
  79.  Z-Wave Verification Test Overview
  80.  Z-Wave 인증비용 1. Advanced command classes에는 보안 CC, 다중 채널 CC, 다중 채널 연관 CC, 펌웨어 메타 데이터 CC 및 다중 명령 CC가 포함. 2. 네트워크 동작에 영향을 미치지 않는 비 기술적 제품 수정, 다른 변경은 안됨
  81.  이동통신의 변화
  82.  LTE(Long Term Evolution) • 3GPP 컨소시엄에서 개발한 4세대 무선 통신 기술로 Release 8에서 소개 • 2004년 시점에서 2020년경까지의 긴 시간 동안의 통신 수요를 지원하자는 의미에서 Long Term, WCDMA/HSxPA기술의 진화형 기술이라는 의미에서 Evolution이란 용어 사용 • LTE는 무선 기술 분야이고 무선 접속 기술은 E-UTRA(Evolved Universal Terrestrial radio access)이고, 무선 네트워크 노드와 무선 접속 기술을 포함하는 무선 네트워크는 E-UTRAN 이며, 무선 네트워크와 대칭되는 코어 네트워크는 EPC(Enhanced Packet core), EPC와 E- UTRAN으로 이루어진 전체 시스템을 EPS(Enhanced packet system)이라고 함 • EPS는 순전히 IP 기반으로 실시간 서비스와 datacom 서비스는 모두 IP 프로토콜에 의해 운송되며 IP 주소는 모바일 스위치가 켜지면 할당되고 스위치가 꺼지면 해제 • OFDMA기반이며 최대 64QAM 변조, 최대 20MHz의 대역폭 Case Data Rate(Mbps) Downlink (64QAM, 20MHz) 2x2 MIMO 150.8 4x4 MIMO 302.8 Uplink (20MHz) 16QAM 51 64QAM 75.4
  83.  LTE 단말(UE) Category * TTI(Transmission Time Interval,전송 시간 간격, 1ms) • 첫 항목은 1TTI에 수신 가능한 DL데이터 들의 총 최대 크기를 의미(DL데이터는 MAC계층에서 PHY계층으로 전달은 MAC PDU(Transport Block)들), DL 데이터의 총 크기로 결국 UE의 최대 속도를 결정
  84.  LTE-A(Advanced) • 3GPP에서 2011년 3월 Release 10을 기반으로 완성한 WCDMA 계열의 4G • 반송파 집적(Carrier Aggregation)기술 -> 전송에 사용하는 채널 대역폭을 확장하여 전송 성능과 최대 데이터 속도 및 주파수 사용 효율을 향상하기 위한 기술 -> LTE 주파수를 최대 5개를 묶어서 하나의 주파수처럼 사용하는 기술 -> 최대 데이터 전송 속도 DL : 1Gbps, UL:500Mbps달성 가능 • LTE-A의 공간다중화(SM):LTE보다 안테나 포트 수 증가시킴 -> DL일 경우 기본적으로 4x4, 최대 8x8 MIMO지원 -> UL일 경우 기본적으로 2x4, 최대 4x4 MIMO지원 • Uplink에서 Spatial Multiplexing(SM)을 사용하여 Peak data rate증가
  85.  LTE 국내 주파수 현황 • SKT는 보유한 LTE 주파수를 모두 결합하려면 5-CA(carrier aggregation, 다른 주파수 대역 을 묶어 주는 기술)가 필요, KT는 4-CA, LG U+는 3-CA가 필요
  86.  5G • 대표적인 글로벌 5G 표준 기관은 ITU와 3GPP임. • 20Gbps 전송 용량 목표(3G 대비 100배) • ITU에서 5G 표준화를 주도하는 곳은 ITU-R에서는 SG5 Working Party 5D (WP5D), ITU-T 에서는 SG13 Focus Group IMT-2020 (FG IMT-2020). • ITU-R WP5D은 2015년 5G 이동통신을 'IMT-2020'으로 정의하고, 5G usage scenario로 eMBB(enhanced mobile broadband,초고속), mMTC(massive Machine Type communications 초연결), URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communications,실시간)을 정의
  87.  5G • eMBB(초고속)은 가상현실, 증강현실 분야에 활용 • mMTC(초연결)은 IoT기반 공장제어 분야 등 다양한 산업융합에 활용 • URLLC(실시간)은 원격수술, 커넥티드카 분야에 활용
  88.  5G • ITU 5G 성능지표
  89.  5G Requirements * 출처 : Nokia
  90.  5G • IMT-2020 표준을 위한 Timeline
  91.  5G • 3GPP는 Release 14에서 5G 규격을 위한 선행 연구를 시작, Release 15와 Release 16에서 본격적으로 5G 규격 작업을 진행 • Release 15에서는 5G 기본 feature들을 정의하여 5G Phase 1 규격을, Release 16에서는 추가적인 feature들을 정의하여 5G Phase 2 규격을 2020년 3월에 release할 계획
  92.  5G • 3GPP의 5G 표준화 추진현황 • 2가지 시나리오 고려 - Non-Standalone (NSA) NR deployment : 새로운 5G 주파수가 추가되는 동안 기존의 LTE무선망과 코어망 을 앵커로 활용하여 모빌리티 관리와 커버리지를 감당하는 것 - Standalone (SA) NR deployment : 5G NR을 위한 사용자평면과 제어평면 전체 기능이 5G NR 안에서 가 능함을 의미하며, 3GPP에서 개발 중인 5G 코어망 아키텍처 규격을 활용
  93.  5G 주파수 대역 동향 • 5G 주파수 후보 대역 : 11개 대역 • 주파수 결정 : 2019년 10월 ~11월(WRC-19) • 26.5~29.5GHz는 WRC-19 후보 주파수 대역은 아니나 Mobile로 기 할당(Worldwide)
  94.  5G 주파수 대역 동향 • 3GPP RAN4에서 관련 표준화 진행중 • **(28㎓) 24.25-27.5㎓, 26.5-29.5㎓ 두 대역으로 결정 • *(NR 채널대역폭) Rel.15 기술 규격이 지원하는 최대 채널대역폭은 6㎓ 이하 대역은 100㎒, 6㎓ 이상 대역은 400㎒로 결정하고, 비단독모드(NSA) 시나리오에서의 CA 대역폭 방향 합의 - (6㎓ 이하 대역) 200MHz 조합(100㎒ x 연속된 2 CC)에 대한 요구사항 정의 - (24㎓ 이상 대역) [800MHz] 조합(400㎒ x 연속된 2 CC)(최종 값은 차기 회의에서 결정)에 대한 요구사 항 정의
  95.  5G 주파수 대역 동향 • 28GHz이 적합한 이유 - 11개 대역 중 5G 주파수는 2019년에 결정되나 본 대역은 일부 국가에서 사용계획을 이미 발표 - 본 대역은 이동업무로 기 분배되어있어 자국 내 이동통신 용도로 사용에 국제적인 문제가 없음 - 24 ㎓ 이상에서 5G 기술 구현 중인 주파수 대역은 28 ㎓ 외 에 백홀 용도로 검토 중인 60/70 ㎓에 불과 - 사용이 어려운 국가(유럽)는 다른 인접 대역 사용을 연구 중 (Tuning Range Concept ) • 3GPP NR 주파수대역 (회의결과): 24.25-27.5㎓, 26.5-29.5㎓ 두 대역으로 정의하기로 결정 - 17년 5월: 일반사항(채널대역폭, 변동대역폭, 부반송파 간격 등) 결정 및 ACLR(인접채널 누 설비) 연구 - 17년 6월: MPR(최대전력감소) 평가 가정(MOP-최대 출력 값, SEM-스펙트럼방사마스크, ACLR등) 결정 - 17년 9월: REFSENS(Reference Sensitivity Power level, 수신단감도), MPR, A-MPR 평가 가정 결정 - 17년 11월: 모든 대역 및 대역 조합 관련 요구사항 결정
  96.  5G 시범 서비스
  97.  LTE-M • LTE-M의 정확한 용어는 LTE MTC(Machine Type Communication) 구분 LTE-M NB-IoT Cat.1 Cat.0 Cat.M1 표준화(3GPP) Rel.8 Rel.12 Rel.13 Rel.13 Operating mode In-band In-band In-band In-band Guard band Standalone 대역폭 20MHz 20MHz 1.4MHz 180KHz 통신속도 DL 10Mbps 1Mbps 1Mbps 50kbps UL 5Mbps 1Mbps 1Mbps 50kbps 안테나 수 2 1 1 1 Max Tx Power 23dBm 23dBm 20dBm 23dBm Duplex mode Full duplex Half duplex Half duplex Half duplex 배터리 수명 10 years 10 years 10 years Price >$10 >$10 >$5
  98.  LTE-M • LTE Cat.0이 나온 배경은 LPWA로 LoRa, Sigfox등이 나오면서 저전력 IoT분야에 대해 기술 주도권을 뺏기는 것에 대한 위기 의식으로 3GPP에서 기존보다 전력 소모와 가격을 낮추는 데 포커스를 맞추고 Release 12(Cat.0)을 발표. • Cat.0라고 이름을 명명한 이유는 Cat.1보다 성능이 떨어지기 때문임. • Coverage : 140.4dB • Cat.0 기존 Cat.1대비 차이점 - Modem complexity(50%)와 Power Consumption을 최대한 줄이는 데 중점 - Maximum data rate가 1Mbps이어서 transport block size와 메모리 size를 줄일 수 있 - Half duplex FDD지원(특정 시간 동안만 송신하거나 수신 하는 것 - RF 안테나 1개만 사용 - PSM(Power Saving Mode)지원- UE가 PSM상태에 진입을 하게 되면 paging 모니터링을 포 함해서 그 어떤 동작도 안함 • Cat.0에 대한 시장 반응은 Cat.1 대비 매력적이지 않다.
  99.  LTE-Cat.M1 • LTE Cat.0로는 LoRa, Sigfox대응에 역 부족..그래서 Release 13에서 Cat.M1을 정의 (eMTC(enhancement MTC)라고도 함 ) • 5Watt기준으로 배터리 수명은 약 10년 작동(트래픽 및 서비스 요구사항에 따라 다름) • 낮은 장치 비용: GPRS/GSM 디바이스와 유사 • Extended Coverage : >155.7dB MCL(Maximum coupling loss, 최대 결합 손실) • 모든 LTE spectrum에 배치 가능 • 동일한 대역폭 내에서 다른 LTE 서비스와 공존 • FDD, TDD및 반이중(HD) Mode지원 • 1.08MHz 대역폭의 협 대역 동작 • frequency diversity를 위한 협대역 재조정을 이용한 주파수 호핑 • TTI 번들링 / 반복을 통해 광범위한 적용 범위 향상 • 기존 대비 차이점 - 밴드 폭을 1.4MHz로 낮추고 최대 출력을 20dBm 수준으로 구현 - 채널코딩 및 변조방식 간소화 - 전력 사용 절감 기술로 eDRX 기술 사용 • Rel-14 enhancements - Support for positioning (E-CID and OTDOA) - Support for Multicast (SC-PTM) - 주파수 간 측정을 위한 이동성 - Higher data rates
  100.  LTE-M • PSM(Power saving mode) - 장치가 네트워크 상태를 기억하면서 데이터 전송간에 "최대 절전 모드"를 유지(재 등록 필요 없음) - 최대 절전 모드시 소비 전력 : 4 μA - Gain on battery lifetime: x2 (compared to shutting modem off) - Ex: Tx 670 bytes / Rx 350 bytes on 2500mAh AA battery - 1 transmission every 1 hour=> 1 year battery life - 1 transmission every 6 hours=> 5 years battery life - 1 transmission every 24 hours=> 19 years battery life
  101.  LTE-M • eDRX(Extended Discontinuous Reception) - 기존 최대 2.56sec이던 DRX cycle을 짧게는 수십 초에서 길게는 수십 분으로 단말의 긴 idle mode설정 가능하게 하여 전력 감소 - 기존 DRX에서 단말이 깨어나는 주기를 증가시켜서 전력 감소 - 단말,RAN(Radio Access Network), CN(Core Network)이 모두 지원해야 가능 - 장치 종료 응용 프로그램 (예 : 개체 추적, 스마트 그리드)의 네트워크 메시지 모니터링 간 시간 연장 - 장치가 수신 메시지를 더 자주 수신하지 못하도록 함
  102.  NB-IoT • Release 13에서 정의된 LTE Cat.M1은 Release 12의 연장성이라고 할 수 있는 반면 Release 13에서 정의된 NB-IoT는 전혀 새로운 규격이라고 봐야 함 • NB-IoT의 타겟은 배터리를 가지고 동작하며 짧은 메시지만을 간헐적으로 전송 • 새로운 RAT기술로 Backward compatibility를 필요로 하지 않고 단독 운영이 가능 • 기존 LTE 대비 차이점으로는 핸드오버 지원 불가, QoS 지원 불가(IMS지원 안됨) • 확장된 커버리지 :164dB MCL(독립형의 경우) • 방대한 수의 디바이스 지원:~50,000 per cell • NB-IoT는 180KHz의 대역폭을 사용하는데, 이는 LTE에서 한 개의 Resource Block에 해당 • Operation Modes - Stand alone : GSM 서비스를 목적으로 하는 GSM 주파수 대역 그리고 잠재적으로 IoT 서 비스를 위한 주파수 밴드를 이용하여 NB-IoT 서비스를 단독으로 제공하는 모드 - Guard band : LTE 주파수 밴드에 정의되어 있는 가드 대역(Guard-band) 내에 사용되지 않 는 RB를 이용하여 NB-IoT 서비스를 제공하는 모드 - In band : LTE 주파수 밴드에 있는 RB를 이용하여 NB-IoT서비스를 제공하는 모드
  103.  NB-IoT • In-band와 guard-band 모드에서 링크 버짓 불균형의 주요 원인은 LTE와 NB-IoT 간 공유되 는 RF 모듈
  104.  NB-IoT • 전송방식 - 다운 링크 및 업 링크의 최소 시스템 대역폭 - 180kHz - 200kHz의 GSM 반송파, - LTE 캐리어 / 보호 대역 내의 PRB (Physical Resource Block)는 NB-IoT 캐리어로 대체 가능 - OFDM을 이용한 다운 링크에서 15 kHz의 12 부반송파, SC-FDMA를 사용하는 업 링크에서 3.75/ 15 kHz - 3.75/ 15 kHz tone 간격의 single tone - 15kHz tone 간격의 다중 tone 전송 - Downlink에 대한 Turbo code지원 안함 - PBCH, PDSCH, PDCCH 를 위한 SFBC의 단일 전송 모드 - 새로운 협대역 채널 : NPSS, NSSS, NPBCH, NPDCCH, NPDSCH, NPUSCH, NPRACH • Rel-14 enhancements - OTDOA is supported - Baseline signal(s) are: NB-IoT Rel-13 signals, LTE CRS/PRS in 1 PRB - Support for Multicast (SC-PTM) - 전력 소비 및 대기 시간 감소 - Non- Anchor PRB enhancements - 이동성 및 서비스 연속성 향상 - New Power Class(es) (if appropriate, specify new UE power class(es) (e.g. 14dBm))
  105.  NB-IoT • NB-IoT는 NB-IoT를 위해 14개 주파수 대역을 정의하고 있다. 그 중 10 개는 sub-GHz 대역 으로, 저주파 대역이 갖는 커버리지 이점을 활용, Rel.14에서 밴드 11,25,31,70이 추가됨
  106.  NB-IoT • NB-IoT와 LTE 채널 대역폭 정의
  107.  NB-IoT • 미터링등과 같은 저속, 소량 데이터는 NB-IoT시장 • 헬스케어나 무선 결재등과 같은 고속, 대량 데이터는 LTE-M시장 • 현재 Module 상황은 대다수의 업체에서 Cat.1에서 NB-IoT로 이동하는 형태(Cat.0 Module 이 거의 없는 형태) • 3GPP에서 규격이 계속 Release되면서 IoT관련 통신 기술도 업데이트 되는 추세(Release 15에서 5G)
  108.  LoRa • Long Range의 약자로 저전력 장거리 무선통신 기술 • 2012년 SEMTECH이 프랑스 Cycleo SAS로부터 LoRaWAN기술을 인수 • 현재 LoRaWAN Spec 1.0.2는 Open 되어 있으며 2017년내에 1.2가 Release될 예정 • 비면허 대역인 Sub-GHz사용, Data rates는 0.3 kbps to 50 kbps • AES-128 기반 디바이스-서버 End-to-End암호화 및 디바이스 인증 지원, LTE AES-128기반 암호화와 동일 수준의 보안 레벨을 제공함을 의미함 • 배터리 수명과 전반적인 네트워크 용량을 최대화하기 위해 LoRa 네트워크 인프라는 ADR (adaptive data rate) 방식을 통해 각 최종 장치의 데이터 속도와 RF 출력을 개별적으로 관 리 가능 • Channel환경(기지국이 수신한 SNR로 판단)에 따라 SF(Data Rate)를 변경
  109.  LoRa • LoRaWAN Network Topology - End-Devices : 센서 데이터를 수집하여 LoRa표준 규격으로 무선 송신 - Gateway(기지국) : LoRa 디바이스와 LoRa Network Server간의 무선 송수신으로 패킷 전달 역할 - Network Server : LoRa MAC 프로토콜 처리, Device 인증 및 관리
  110.  LoRa • LoRaWAN Classes • 디바이스의 DL 수신 기능 시간에 따라 Class A/B/C 타입으로 구분 Class 구분 동작 방식 Use Case A (All END-Devices) 디바이스는 UL송신 후 정해진 시간(1s) 간격으로 2번 DL신호 감지(4ms) 배터리 탑재된 UL위주 서비 스 B (Beacon) 디바이스는 정해진 주기(최대 128s)에 동기화하여 DL가능 배터리 탑재된 DL위주 서비 스 C (Continuous) 디바이스는 항상 DL가능 별도 전원 공급이 가능한 서 비스
  111.  LoRa • LoRaWAN Regional Parameters - EU 863-870MHz ISM Band - 아래3 개의 기본 채널은 모든 EU 868MHz 최종 장치에 구현되어야 함 - EU gateways are typically using 8 channels - End-devices must be capable of at least 16 channels [TX Data Rate ] [TX Power ]
  112.  LoRa - US 902-928MHz ISM Band - 915 MHz ISM 대역은 다음의 채널 계획으로 구분 - Upstream : 125kHz BW를 사용하여 64개의 채널(0~63), DR0~DR3, coding rate 4/5사용 902.3MHz에서 200kHz씩 증가하여 914.9MHz - Upstream : 500kHz BW를 사용하여 8개의 채널(64~71), DR4 903.0MHz에서 1.6MHz씩 증가하여 914.2MHz - Downstream : 500kHz BW를 사용하여 8개의 채널(0~7), DR8~DR13 923.3MHz에서 600kHz씩 증가하여 927.5MHz - Default radiated transmit output power: 20 dBm - Devices, when transmitting with 125 kHz BW may use a maximum of +30dBm. The transmission shall never last more than 400ms. - Devices, when transmitting with 500 kHz BW may use a maximum of +26dBm
  113.  LoRa - US 902-928MHz ISM Band [TX Data Rate ] [TX Power ]
  114.  LoRa - China 779-787MHz ISM Band - ERP(Effective Radiation Power, 실효방사 전력)이 10mW(10dBm)미만인 경우 사용 - End-device transmit duty-cycle should be lower than 1%. - 최소 주파수 : 779.5MHz, 최대 주파수 : 786.5MHz [TX Data Rate ] [TX Power ]
  115.  LoRa - EU 433MHz ISM Band - ERP(Effective Radiation Power, 실효방사 전력)이 10mW(10dBm)미만인 경우 사용 - End-device transmit duty-cycle should be lower than 1%. - 최소 주파수 : 433.175MHz, 최대 주파수 : 434.665MHz [TX Data Rate ] [TX Power ]
  116.  LoRa - AU 915-928MHz ISM Band - AU ISM 대역은 다음의 채널 계획으로 구분 - Upstream : 125kHz BW를 사용하여 64개의 채널(0~63), DR0~DR3, coding rate 4/5사용 915.2MHz에서 200kHz씩 증가하여 917.8MHz - Upstream : 500kHz BW를 사용하여 8개의 채널(64~71), DR4 915.9MHz에서 1.6MHz씩 증가하여 927.1MHz - Downstream : 500kHz BW를 사용하여 8개의 채널(0~7), DR8~DR13 923.3MHz에서 600kHz씩 증가하여 927.5MHz - Default radiated transmit output power: 20 dBm - All Devices may use a maximum of +30dBm. - Devices, when transmitting with 125 kHz BW must frequency hop using a minimum of 20 channels. . The transmission shall never last more than 400ms. - Devices, when transmitting with 500 kHz BW may use a maximum of +26dBm
  117.  LoRa - AU 915~928MHz ISM Band [TX Data Rate ] [TX Power ]
  118.  LoRa - CN 470-510MHz ISM Band - This band is defined by SRRC to be used for civil metering applications. - 470 MHz ISM 대역은 다음의 채널 계획으로 구분 - Upstream : 125kHz BW를 사용하여 96개의 채널(0~95), DR0~DR5, coding rate 4/5사용 470.3MHz에서 200kHz씩 증가하여 489.3MHz (Channel 38 및 45에서 77은 주로 China Electric Power에서 사용) - Downwnstream : 125kHz BW를 사용하여 48개의 채널(0~47), DR0~DR5, coding rate 4/5 사용, 500.3MHz에서 200kHz씩 증가하여 509.7MHz - The radio device EIRP is less than 50mW (or 17dBm). - The transmission never lasts more than 5000ms - 기본 방사 출력은 14dBm
  119.  LoRa - CN 470-510MHz ISM Band [TX Data Rate & Power ]
  120.  LoRa - AS 923MHz ISM Band - 아시아 나라별 주파수: Brunei, Indonesia, Cambodia, Laos[923-925MHz], Hong Kong, Singapore, Thailand, Vietnam[920-925MHz], Japan[920-928MHz], New Zealand [915-928 MHz], Taiwan [922-928 MHz] - Default EIRP : 16dBm [TX Data Rate & Power ]
  121.  LoRa - 한국 920~923MHz ISM Band - Default EIRP output power for end-device(920.9~921.9MHz): 10 dBm - Default EIRP output power for end-device(922.1~923.3MHz): 14 dBm - Default EIRP output power for gateway: 23 dBm - 국내 기술기준에 적합한 LBT(Listen Before Talk) 기능을 사용하도록 설정 가능해야 함 (917~923.5 ㎒ 주파수 기술기준 LBT 기능: 송신전 5ms 이상 수신하여 그 수신 신호의 세기 가 -65 dBm 이하인 경우에 한하여 전파를 발사하고, 4 초 이내에 송신을 중단하여 50 ms 이상 휴지할 것) - 917~923.5 ㎒ 안테나는 안테나 이득이 Average Gain -2dBi 이상을 만족
  122.  LoRa - 한국 920~923MHz ISM Band [TX Data Rate & Power ]
  123.  LoRa - SKT LoRa단말의 채널 정보 단말 출력 중 괄호()안의 내용은 출력 상향 이전의 최대 출력값임 [TX Power ]
  124.  LoRa - India 865~867MHz ISM Band - Default MaxEIRP : 30dBm [TX Data Rate & Power ]
  125.  LoRa • SKT Infra이용한 IoT 전용망 활용 방향 - SKT 전국망을 활용하여 저렴한 비용으로 가능 - Data에 대한 공유/분석 등 SKT와의 추가적인 협력을 희망하는 기업에 적합
  126.  LoRa • 독립망 이용한 IoT 전용망 활용 방향 - 별도로 N/W서버 및 사업장의 Coverage에 맞는 자체 기지국을 구축 - SKT와 연동성 없는 별도 독립망 - 사업장내 고정형 디바이스만을 대상으로 Data공개 의사가 없는 기업에 적합
  127.  LoRa • SKT 기지국 로밍 IoT 전용망 활용 방향 - 고객사가 자체 기지국을 구축하지 않고 LoRa 기지국 이용 Private Network을 구축 - 기지국 난립으로 인한 간섭 최소화하면서 Data Ownership을 확보하고자 하는 기업에 적 합
  128.  LoRa • SKT 요금제
  129.  LoRa • 전세계 현황
  130.  Sigfox • 비면허 주파수 대역인 ISM 밴드 주파수 사용, UNB(Ultra Narrow Band)기술 • Uplink : Repetition-3(fixed for any device), [email protected] 12 bytes Max • Downlink : [email protected] 8bytes Max • End Node Transmit power : -20dBm to 20dBm • Uplink Data Rate : 100bps to 140 Message/day • Downlink Data Rate : to 4 Message of 8 bytes/day
  131.  Sigfox • 하루 최대 12바이트짜리(Uplink) 메시지를 300baud 속도로 최대 140회까지 사용하도록 제 공(~1 every 10mins) - 6 bytes: GPS coordinate – Location report with below 3m precision(GPS technical accuracy is above 3m) - 2 bytes: temperature reporting – Lab thermometer with -100°/+200° range, 0.004° precision - 1 byte: speed reporting - Speed Radar up to 255km/h - 1 byte: object state reporting – up to 8 switches report like set in day/night, hot/cold, on/off - 0 byte: heartbeat – Object is in working state, battery is OK - 0 byte: Request for duplex operation – Do you have some information for me?
  132.  Sigfox • Philosophy of Sigfox Network
  133.  Sigfox • Sigfox Network Architecture - Sigfox객체(objects)는 스타 토폴로지를 사용하여 Gateway에 연결 - Cloud와 서버와의 인터페이스는 SNMP, MQTT, HTTP, IPv6 등과 같은 다른 프로토콜 사용
  134.  Sigfox • Sigfox Protocol Stack - RF Layer: 엔드 포인트 및 기지국에서 주파수 할당 및 송수신 전력 요구 사항을 처리 Sigfox receiver sensitivity should be better than -135 dBm. - PHY Layer: 프리앰블 삽입 (송신단에서)과 제거 (수신단에서)를 처리, uplink에서 BPSK 변 조를 사용하고 downlink에서 GFSK 변조를 사용 - MAC Layer: MAC 메시지 관리를 처리, 주로 Sigfox 시스템은 uplink 전송에 사용. 또한 piggy backing 개념을 사용하여 downlink 전송에 사용 - Application Layer: 이 응용 프로그램은이 LTN 기술에서 지원. WAN (즉, 클라우드)과 서버 를 지원하기위한 다양한 인터페이스/프로토콜이 존재(SNMP, HTTP, MQTT, IPv6 등)
  135.  EnOcean • 주로 건물 자동화 시스템에 사용되는 Energy Harvesting 무선 기술 • Energy Harvesting Wireless Technology회사인 EnOcean의 기술 • EnOcean 기반 제품(예: 센서 및 전등 스위치)은 배터리없이 작동하며 유지 보수가 필요없 는 제품
  136.  EnOcean • EnOcean의 무선 데이터 패킷 길이는 14 bytes, 전송량 125kbps • 이 센서와 스위치의 무선 신호는 최대 300m 거리에서 무선으로 전송할 수 있으며 건물 내 부에서 최대 30m 거리까지 전송 • RF 패킷 충돌 가능성을 줄이기 위해 3개의 패킷이 의사 랜덤 간격으로 전송 • 전송보안: short telegrams ~ 1ms, 2 개의 비동기식 반복, 암호화 및 롤링코드(인증) • 각 송신기에는 고유한 주소(32Bit-ID) • 표준화 된 프로토콜 및 센서 프로파일(EEP) • Repeat 추가로 거리 90m까지 3배 가능 • EnOcean repeaters는 plug&play 방식으로 설치 및 작동이 쉽다
  137.  EnOcean • Layer Architecture • EnOcean Serial Protocol 3 (ESP3)
  138.  EnOcean • Physical Layer - Electrical Specification
  139.  EnOcean • Protocol. Application Layer Bit 7 Bit 0 H_Seq (3 bits) 0 unknown transmitter ID received 1 known transmitter ID received 2 new transmitter learnt Length (5 bits) Number of byte following the header (here:11) Status Status field Check Sum Checksum (LSB resulting from the addition of all bytes, not including the synchronisation byte or the checksum itself) ID Byte 3 32 bit transmitter ID ID Byte 2 ID Byte 1 ID Byte 0 Data Byte 3 Data byte Data Byte 2 Data Byte 1 Data Byte 0 H_Seq Length Header identification ORG Telegram type Description Sync_Byte1 (0xA5) Synchronization byte Sync_Byte2 (0x5A)
  140.  EnOcean • Radio Approval Overview
  141.  Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network) • 2012년 4월에 설립 • IEEE 802.15.4g 표준에 기반을 둔 기술로, 900 MHz 대역을 활용한 근거리 무선 통신 기술 • Data rates : 최고 300kbps • 전파도달거리 : 1Km • 낮은 지연속도 : 0.02sec • Sub GHz의 비면허 대역의 주파수 : 주로 902~928MHz(915MHz) • 한국에서는 FSK-920.6~923.5MHz에 200KHz씩 14개 채널 사용 • OFDM용으로 917~923.5MHz에 용도별 채널 할당 - 협대역용으로는 920.6~923.5MHz에 600KHz씩 4개 채널 할당 - 광대역용으로는 917~923.5MHz에 1200KHz씩 5개 채널 할당(실내/실외 용도 구분)
  142.  Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network) • Wi-SUN Profiles • Wi-SUN Alliance는 PHY 및 MAC 계층의 프로파일 사양과 네트워크/전송 계층을 개발
  143.  Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network) • Wi-SUN Alliance가 제정한 애플리케이션 • HAN과 FAN의 가장 큰 차이는 주요 애플리케이션의 응용 범위의 옥내외 여부 • RLMM(Resource Limited Monitoring and Management)은 주로 농업, 방재 등 전원 공급 이 충분하지 않는 환경에서의 IoT 실현을 목표 • 가스 미터용은 일본 도쿄가스공사가 주도적으로 도입을 검토하고 잇는 U-BUS를 기반
  144.  Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network) • Wi-SUN HAN은 차세대 스마트 미터와 주택 내의 에너지 관리 시스템(HEMS)사이의 통신 규격 • HEMS와 기기 사이를 일대다로 연결하는 단일 홉 HAN과 에어컨의 실외기와의 연결 등을 고려해 범위를 연장하는 릴레이 기능 및 배터리 구동 기기와 같은 에너지 전력을 위한 절 전 모드 등의 기기에 대처할 수 있는 기능을 탑재한 확장된 HAN(exHAN: Extended Han)
  145.  Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network) • Wi-SUN FAN은 스마트 미터링, 배선 자동화를 실현하는 스마트 그리드 및 인프라 관리, 지 능형 교통 시스템, 스마트 조명등을 위한 것 • IPv6 protocol suite - TCP/UDP, ICMPv6, Routing using RPL - 6LoWPAN Adaptation + Header Compression - DHCPv6 for IP address management - Unicast and Multicast forwarding. • MAC based on IEEE 802.15.4e + IE extensions - Frequency hopping, Discovery and Join - Protocol Dispatch(IEEE 802.15.9) - Several Frame Exchange patterns - Optional Mesh Under routing(ANSI 4957.210) • PHY based on 802.15.4g - Various data rates and regions • Security - 802. 1X/EAP-TLS/PKI Authentication - 802.11i Group Key Management - Optional ETSI-TS-102-887-2 Node 2 Node Key Management
  146.  6lowPAN • IETF의 워킹 그룹으로 L2 layer에 IEEE 802.15.4를 기반 으로 하는 센서 네트워크 상에 IPv6 를 지원하기 위한 이슈를 다루는 그룹 • IEEE802.15.4를 PHY/MAC으로 하는 저전력 WPAN상에 IPv6를 탑재하여 기존 IP Network 와 연결하는 Network • Data Rates : 20~250Kbps • Small packet size : 헤더를 제외한 최대 127byte, MAC 헤더 제외 시 102byte, 보안 적용 시 81byte • 16비트 단축형, IEEE 64비트 확장형 MAC 주소 지원 • Topology : star, mesh • 저전력, 저가, sleep mode 등 • 6lowpan 표준 문서 - RFC 4919 : IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (2015/10/14) - RFC4944 : Transmission of IPv6 Packets over IEEE 802.15.4 Networks (2015/10/14) - RFC6282 : Compression Format for IPv6 Datagrams over IEEE 802.15.4-Based Networks(2016/09/29) - RFC6775 : Neighbor Discovery Optimization for IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPANs) (2015/10/14) - RFC6568 : Design and Application Spaces for IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (2015/10/14) - RFC6606 : Problem Statement and Requirements for IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Network (6LoWPAN) Routing (2015/10/14)
  147.  6lowPAN • Protocol Stack • 6lowPAN구성도
  148.  6lowPAN • Architecture - Device types: H-Host, R-Router, ER-Edge Router - Simple lowPAN :Single Edge Router - Extended lowPAN: Multiple Edge Routers with common backbone link - Ad-hoc lowPAN: No Route outside the lowPAN
  149.  Weightless • IoT를 위해 특별히 설계된 저전력, LPWAN 기술로 Sub-1GHz에서 동작 • 영국 캠브리지 주변의 ARM, Neul, CSR등이 주축이 되어 만든 개방형 표준 기반의 LPWAN기술을 개발한 표준 협의체 • 도시 지역에서는 5km(3 마일)을 커버 • 저렴한 모듈가격과 사업자 입장에서 낮은 운영 비용으로 저렴한 서비스를 제공할 수 있는 기반을 제공 • Weightless-N과 Weightless-W를 제공하여 ISM 대역과 TV 화이트 스페이스 대역을 모두 사용할 수 있는 대역대 선택의 자율성 Weightless-N Weightless-P Weightless-W Directionality 1-way 2-way 2-way Feature set Simple Full Extensive Range 3km+ 2km+ 5km+ Battery life 10 years 3-8 years 3-5 years Terminal cost Very low Low Low-medium Network cost Very low Medium Medium
  150.  Weightless Name of Standard Weightless-W Weightless-N Weightless-P Frequency TV whitespace (400-800 MHz) Sub-GHZ ISM 169/433/470/780/8 68/915/923MHz Channel width 5MHz UNB(200Hz) 12.5kHz End Node Transmit Power 17dBm 17dBm 17dBm Packet Size 10 byte min Up to 20bytes 10 byte min Uplink Data rate 1 kbps to 10 Mbps 100bps 200bps to 100 kbps Downlink Data rate 1 kbps to 10 Mbps No downlink 200bps to 100 kbps Devices per Access Point unlimited unlimited unlimited Topology Star Star Star End node roaming allowed Yes Yes Yes
  151.  DASH7 • 초저전력 무선 데이터 기술로서 433MHz 대역에서 air interface 통신을 정의하는 국제 표 준인 ISO/IEC 18000-7이 지니고 있는 상호운영성의 한계점을 극복하기 위해 새롭게 등장 한 무선 데이터 기술 • 433MHz 주파수 대역에서 운영되는 개방형 표준으로서 UWB나 WiFi 보다 낮은 저전력으 로 방출이 되며 27.77kbps(최대 250kbps)까지 데이터 전송 • Wireless Sensor and Actuator Network Protocol (WSAN) • Extended to support IoT functionalities, Now support all sub-GHz ISM/SRD bands • Network topology : Star, Tree(no mesh) Frequency 433/868/915MHz ISM Channel width 25 KHz or 200KHz Range 5Km End Node Transmit Power Depending on FCC/ETSI regulations Packet Size 256 bytes max / packet Uplink Data rate 9.6 kb/s, 55.55 kbps or 166.667 kb/s Downlink Data rate 9.6 kb/s, 55.55 kbps or 166.667 kb/s Devices per Access Point NA (connectionless communication) Topology Node-to-Node, Star, tree End node roaming allowed Yes
  152.  DASH7 • Full Stack Specification
  153.  Open Standards IP-based Reference Model
  154.  주요 사이트 • WiFi : https://www.wi-fi.org/ • IEEE 802.11 : http://www.ieee802.org/11/ • Bluetooth : https://www.bluetooth.com/ • Zigbee : http://www.zigbee.org/ • Thread Group : https://threadgroup.org/ • Z-Wave : http://www.z-wave.com/ • LTE : http://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte • 5G : http://www.3gpp.org/news-events/3gpp-news/1787-ontrack_5g • 5G(ITU) : https://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020/Pages/default.aspx • LTE-M & NB-IOT : http://www.3gpp.org/news-events/3gpp-news/1766-iot_progress • LoRa : https://www.lora-alliance.org/ • Sigfox : https://www.sigfox.com/en • EnOcean : https://www.enocean.com/en/ • Wi-Sun : https://www.wi-sun.org/ • 6lowPAN : https://tools.ietf.org/wg/6lowpan/ • Weightless : http://www.weightless.org/ • DASH 7 : http://www.dash7-alliance.org/
www.profvest.com/

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