IoT 및 M2M의 통신 및 설계 차이점

사물 지능 통신(M2M)과 사물 인터넷(IoT)은 관련은 있지만 다릅니다. 그러나 종종 동의어로 사용되곤 합니다. 바로 이 점이 각각의 고유한 특성, 기능, 설계 및 구현 요구 사항에 대한 오해와 혼동을 초래합니다.

이 기사에서는 둘 간의 차이점을 설명하고 각 접근 방식을 예를 들어 소개한 후 Multi-Tech Systems, FreeWave Technologies, Hirschmann 및 B+B SmartWorx의 설계 솔루션을 사용하여 M2M의 고유성을 IoT 시스템과 비교하여 자세히 설명합니다. 또한 네트워크 기능을 강화하고 진입 장벽을 낮추는 무선(OTA) 업데이트, 다층 보안과 같은 새로운 M2M 기능을 살펴봅니다. 마지막으로 설계자가 올바른 M2M 데이터 요금제를 선택하여 데이터 통신 비용을 절감할 수 있는 방법을 알려줍니다.

M2M과 IoT의 차이점

M2M 및 IoT 기술은 모두 데이터 전송을 구동하는 데이터 공유 및 링크와 관련이 있지만, 서로 차이가 있습니다. 즉, IoT는 인터넷에 연결되는 장치의 네트워크인 반면, M2M은 두 개 이상의 전자 장치 지원 시스템(또는 기계 또는 장치) 간에 자동화된 방법으로 통신하는 공정입니다. M2M 지점 간 또는 지점과 다중 지점 간 연결에 참여하는 기계 또는 장치로는 센서, 액추에이터, 내장형 시스템, 기타 연결된 소자가 있습니다.

M2M은 IoT라는 용어가 생겨나기 전에도 있었고 1990년대 중반 상용 인터넷이 등장하기 이전에도 있었습니다. M2M의 기원은 20세기 초에 양방향 무선 통신이 발명된 이후에 등장한 원격 측정 응용 분야로 거슬러 올라갑니다. 하지만 1990년대 최초의 디지털 셀룰러 네트워크인 GSM의 출시로 M2M 통신 개발에 새로운 국면을 맞이했습니다.

약 10년 후에 IoT가 개방형 IP 기반 네트워크를 통해 사물을 연결하는 기본 수단으로 등장했습니다. 이때부터 이 두 통신 기술 사이의 경계가 흐려지기 시작했습니다. 이 흐려진 경계를 이해하려면 예시 응용 제품(이 경우 심박수 센서)을 사용하여 해당 제품이 M2M 모델과 IoT 모델 모두에 얼마나 적합한지를 알아보는 것이 좋습니다.

의사에게 환자의 건강 관련 정보를 지속적으로 제공하기 위해 환자의 심박수를 모니터링하는 센서를 외부 장치 또는 의료기기 등급 서버에 연결할 때 M2M 응용 제품을 활용할 수 있습니다. 대신에 심박수 센서를 환자의 옆에 있는 대화식 장치에 통합하여 스마트폰으로 환자의 의사 또는 가족 구성원에게 알림을 전송할 경우 이는 IoT 영역에 해당됩니다.

유선, 무선 및 셀룰러 연결 메커니즘을 채택하는 M2M 응용 분야에는 전기 계측기 자동 판독, 지능적인 교통 신호등 연결, 홈 보안용 감시 카메라, 장애인 개호용 장비 등이 있습니다. 이 네트워킹 기술에서 M2M 통신은 유사한 IoT 설계와 결합하기 시작하는 기로에 있습니다.

IoT가 M2M을 구현하는 방법

넓은 맥락에서 M2M 통신은 IoT 시대의 새로운 단계로 진입했습니다. IoT의 사촌격인 M2M은 특히 무선 연결에서 급속도로 발전하는 IoT의 고급 연결 기술 및 솔루션을 동일하게 사용할 수 있습니다. Multi-Tech Systems의 MTC-H5-B01-US-EU-GB MultiConnect Cell 100 계열 셀룰러 모뎀은 M2M 응용 분야와 IoT 응용 분야를 모두 지원하는 좋은 사례입니다(그림 1).

그림 1: M2M 응용 분야에 맞게 설계된 Multi-Tech Systems의 MTC-H5-B01-US-EU-GB 셀룰러 모뎀(왼쪽)은 IoT 서비스에도 사용될 수 있습니다. (이미지 출처: Telit)

이러한 셀룰러 모뎀은 GSM부터 Cat 4 및 Cat-M1 4G 네트워크까지 지원하며 공정 자동화, 비상 서비스, 원격 환자 모니터링, 재생 에너지 시스템, 열차 후부 감시 시스템 관리와 같은 M2M 응용 분야에 유용합니다.

Cell 100 계열 모뎀은 RS-232 및 USB 직렬 인터페이스를 비롯한 여러 인터페이스 옵션을 제공하여 광범위한 응용 분야의 요구 사항을 충족합니다. 이 하드웨어는 USB 및 직렬 장치를 자동으로 감지하고, 필요한 드라이버를 다운로드하고, 통신 포트가 M2M 연결 설정을 위해 올바르게 매핑되는지 확인하는 소프트웨어 패키지인 MultiTech Connection Manager에 의해 지원됩니다.

벤더들은 고집적 연결을 사용하여 저전력 IoT 솔루션으로 작업하므로 이는 다양한 전압 입력 및 네트워크 구성으로 제공되는 콤팩트 M2M 무선 통신을 촉진하는 데에도 유용합니다.

좋은 예로는 FreeWave Technologies의 MM2 계열 900MHz RF 모듈이 있습니다. 이러한 모듈은 지점 간 네트워크 토폴로지와 지점과 다중 지점 간 네트워크 토폴로지 모두에서 종단점으로 사용될 수 있습니다. RF 프런트 엔드 모듈은 갈륨비소(GaAs) FET 및 다단계 표면 음향파(SAW) 필터링을 통합하여 고감도와 과부하 내성을 결합합니다. 데이터 전송률(115.2kbps 또는 153.6kbps)을 선택할 수 있습니다.

MM2 계열의 출력 전력, 입력 감도 및 범위 사양은 각각 1W, 1mW로 참조되는 -108dB(dBm) 및 최대 20마일입니다. 이러한 범위는 가시거리가 선명하다는 전제로 기반으로 산정된 값입니다.

M2M 보안 및 신뢰성

M2M 응용 분야에서는 일반적으로 인간의 상호 작용이 포함되지 않으므로 M2M 설계와 IoT 설계에서 공유되는 특성인 보안과 신뢰성은 M2M 응용 분야에서 훨씬 더 중요합니다. 실제로 보안과 신뢰성은 M2M 네트워크 롤아웃의 확산을 방해하는 주요 장애물입니다.

따라서 유선 영역에서 Hirschmann의 RS20/RS30 산업용 DIN 레일 이더넷 스위치를 사용하면 엔지니어가 신뢰성 요구 사항에 따라 M2M 네트워크를 구성할 수 있습니다. RS20 스위치는 4대 ~ 25대의 고속 이더넷 포트를 제공하여 극히 높은 장애 허용 오차 범위를 보장합니다(그림 2). 마찬가지로 이 회사의 RS30 스위치는 2대의 기가비트 이더넷 포트와 8대, 16대 또는 24대의 고속 이더넷 포트로 8대 ~ 24대의 포트 밀도를 지원합니다.

그림 2: Hirschmann RS20 이더넷 스위치는 4대 ~ 25대의 고속 이더넷 포트를 제공하여 고장이 발생할 기회를 최소화합니다. (이미지 출처: Hirschmann)

고속 이더넷 포트와 기가비트 이더넷 포트를 개별적으로 정의할 수 있으므로, M2M 설계자가 특정 설계 요구 사항에 따라 이중화 프로토콜과 보안 메커니즘을 선택할 수 있습니다.

MRP(Media Redundancy Protocol), MSTP(Multiple Spanning Tree Protocol)와 같은 표준을 지원하여 신뢰성이 중요한 M2M 응용 분야에서 높은 네트워크 가용성을 보장합니다. 마찬가지로 IP 및 MAC 포트 보안, SNMP V3, SSHv2, 802.1x 다중 클라이언트 인증을 비롯하여 이러한 산업용 이더넷 스위치에서 지원하는 많은 보안 메커니즘이 있습니다.

무선 분야의 경우 B+B SmartWorx의 AirborneM2M 이더넷 라우터 및 브리지는 단일 직렬 포트 모델과 이중 직렬 포트 모델을 모두 제공하여 M2M 응용 분야의 신뢰성을 강화합니다(그림 3). B+B SmartWorx의 이중 포트 장치는 2.4GHz 대역과 5GHz 대역을 모두 사용하여 Wi-Fi 연결을 설정할 수 있습니다. 따라서 경쟁적인 무선 통신 활동으로 2.4GHz 대역의 사용량이 많을 경우 M2M 라우터와 브리지는 5GHz 대역으로 전환하여 데이터 흐름을 유지할 수 있습니다.

그림 3: 매우 안전한 Wi-Fi 브리지 및 라우터를 사용하여 이더넷 또는 직렬 링크를 통해 M2M 장치를 연결하는 방법을 보여줍니다. (이미지 출처: B+B SmartWorx)

또한 AirborneM2M 네트워킹 장치는 802.11i/WPA2 엔터프라이즈 인증 형태의 무선 보안과 EAP(Extensible Authentication Protocol) 인증을 지원하는 네트워크 보안을 포괄하는 다중 계층 보안 방식을 통합합니다.

이러한 M2M 장치는 SSH(Secure Shell) 공개 키 인증과 완벽하게 암호화된 데이터 터널을 제공하여 네트워크 보안을 강화합니다. 또한 장치 레벨에서 이러한 M2M 라우터와 브리지는 다중 수준 암호화 기능을 제공하여 구성 데이터를 보호합니다.

셀룰러 연결을 사용하는 M2M 서비스의 경우 보안과 인증이 일반적으로 LTE 표준에 반영되어 있습니다. 물리적 보안과 관련하여, 기판에 직접 납땜되는 eSIM은 악용을 위해 SIM을 변조 및 제거하는 것이 거의 불가능하도록 해줍니다.

M2M 응용 분야에 사용되는 SIM을 설명하면서 최종 주제인 선택과 사용에 관한 M2M 데이터 요금제 및 관련 질문을 살펴보겠습니다.

M2M 데이터 요금제

모든 주요 모바일 운영자가 M2M 서비스를 위한 데이터 요금제 및 가격 패키지를 제공하므로 M2M 설계자와 사용자는 다양한 M2M 데이터 요금제 옵션을 선택할 수 있습니다. 하지만 응용 분야를 위한 맞춤 설정 정도를 비롯하여 이러한 옵션을 평가하기 위한 몇 가지 주요 기준이 있습니다.

또한 일부 하위 캐리어는 M2M 서비스를 전문으로 하여 이들을 MVNO(Mobile Virtual Network Operator)라고도 합니다. 이러한 모바일 운영자는 무선(OTA) 서비스를 통해 M2M 연결을 원격으로 프로비저닝 및 관리합니다.

여기서 휴대폰에 사용되는 기존 SIM과 달리 전문 운영자가 제공하는 M2M SIM을 이용하면 사용자가 데이터 사용과 기타 기능(예: 활동 모니터링, SIM 잠금)을 제어할 수 있습니다. 또한 터널링 네트워크 기능을 사용하여 이러한 SIM을 프로비저닝하고 특정 응용 서버에 연결할 수 있습니다.

또한 일부 M2M 전문가는 M2M 응용 분야를 완성된 작업으로 설정하여 데이터 요금제를 모뎀 및 기타 M2M 장비(예: 게이트웨이)와 함께 패키지로 제공합니다. 이러한 M2M 운영자는 일반적으로 캐리어에 구애받지 않고 M2M 요구 사항에 따라 적용 범위를 구축합니다.

예를 들어 의료 모니터링 서비스는 단일 셀룰러 네트워크 적용 범위로 충분할 수도 있지만, 트럭 수송 부문의 경우 열 모바일 네트워크 실장 면적이 필요할 수 있습니다. 또한 M2M 사용자는 문제 해결 기능을 실천하고 실시간에 원격으로 문제를 해결할 수 있는지 확인해야 합니다.

데이터 요금제 계층

마지막으로 M2M 데이터 전송 비용과 결과적인 데이터 요금제의 경제성의 측면에서 응용 분야의 특성은 매우 중요합니다. 예를 들어 무선 판매 시점 관리(PoS), 주차 계측기와 같은 M2M 응용 분야에서는 작은 데이터 패킷을 간헐적으로 사용하므로, 이 경우 장치당 요금제나 정액 데이터 요금제보다 종량제 데이터 요금제가 더 유용합니다.

또한 자동 검침, 자산 및 차량 추적, 보안 경보 시스템과 같은 M2M 응용 분야의 경우 월별 사용량이 50Kb ~ 3Mb인 소액 월별 요금제로 충분할 수 있습니다. 반면에 월별 5Mb ~ 150Mb 사이의 중간 사용 M2M 요금제는 자동 판매기, 소매 및 의료 응용 분야에 효과적일 수 있습니다(그림 4).

그림 4: M2M 데이터 요금제는 패키지에 따라 다릅니다. (이미지 출처: Data2Go Wireless)

하이엔드 레벨에는 디지털 사이니지, 산업 모니터링 및 제어용 PLC, 스마트 빌딩 관리 등을 위한 고용량 요금제가 있습니다. 이러한 요금제는 300Mb ~ 4Gb 범위에 해당하며 일반적으로 대규모 파일 또는 콘텐츠 스트리밍을 전송하기 위한 원격 위치 실시간 액세스를 규제하는 M2M 장치에 사용됩니다.

8Gb ~ 100Gb 이내의 매우 높은 사용량에 대한 M2M 데이터 요금제도 있습니다. 이러한 요금제는 일반적으로 고용량 데이터를 스트리밍하기 위해 24시간 연중무휴로 M2M 연결이 필요한 장치에 적합합니다. 그런 M2M 응용 분야에는 백업 및 이중화 링크, 자산 관리를 위한 영상 감시 시스템 등이 있습니다.

사용자가 여러 SIM의 데이터 사용량을 집계할 수 있는 M2M 데이터 요금제도 있습니다. 이 경우 한 M2M 장치에서 데이터를 초과 사용할 경우 데이터 사용량이 적은 다른 연결된 장치로 보정할 수 있습니다. 응용 분야와 운영자에 따라 이러한 데이터 요금제에서는 사용자가 GPRS, 2G, 3G, LTE 4G 데이터 파이프 등 연결 기술을 선택할 수 있습니다.

결론

밀접하게 관련된 M2M 및 IoT 통신 환경을 자세히 살펴보면 네트워크 아키텍처와 구현 요구 사항의 측면에서 두 기술은 고유하지만, RF 모듈, 모뎀, 스위치, 라우터, 게이트웨이 등과 같은 공통 구성 요소를 공유하기도 합니다. 셀룰러 연결 및 관련 데이터 요금제는 두 네트워킹 기술 간에 또 다른 공통 기반을 제공합니다.

하지만 이러한 공통성으로 인해 산업 자동화 설계를 보정하기 위해 관련 보안, 연결 가용성과 신뢰성, 인터페이스 옵션, RF 내구성이 필요한 경우 M2M 시스템과 IoT 시스템을 구분할 수 있어야 합니다.