셀룰러 및 GPS SiP를 사용하여 농업 및 스마트 시티에 대한 자산 추적 구현

작성자: Stephen Evanczuk

DigiKey 북미 편집자 제공

2020-11-11

산업, 농업 및 스마트 시티용 사물 인터넷(IoT), 자산 추적 장치 및 시스템 개발자는 장거리에서 최소의 전력으로 오랫동안 통신할 수 있어야 합니다. RFID 태그, Bluetooth, Wi-Fi와 같은 무선 기술은 자산 추적 솔루션에 이미 널리 사용되고 있지만, 범위가 제한적이고 너무 많은 전력을 소비합니다. 따라서 이미 널리 배포되어 있고 Wi-Fi 또는 Bluetooth에서 사용할 때보다 더 긴 범위에서 통신하도록 설계된 셀룰러 네트워크와 같은 인프라를 조정하고 GPS를 조합해야 합니다.

LTE 기반 셀룰러 네트워크는 원래 모바일 제품 및 장치의 광대역 무선 연결에 사용하도록 고안되었습니다. 반면에 IoT 응용 제품에서는 LTE-M(Long-Term Evolution for Machine) 및 NB-IoT(Narrowband IoT)와 같은 저전력 협대역 셀룰러 기술을 사용할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 RF/무선 설계는 어려우므로, 특히 셀룰러와 관련하여 경험이 부족한 개발자라면 셀룰러와 GPS 위치 서비스 모두에 대한 국제 규제 지침과 특정 캐리어 요구 사항을 충족하면서 동시에 무선 성능과 전력 소비를 최적화하는 고도의 설계를 구현하는 데 큰 어려움이 있습니다.

이 기사에서는 자산 추적의 트렌드와 설계 요구 사항을 설명합니다. 그런 다음 Nordic Semiconductor의 GPS 및 셀룰러 협대역 시스템 인 패키지(SiP) 솔루션을 소개하고, 이 솔루션을 통해 자산 추적과 기타 농업 및 스마트 시티 IoT 응용 분야에서 GPS 지원 셀룰러 장치 구현을 획기적으로 간소화할 수 있는 방법을 살펴봅니다.

자산 추적의 중요성이 커지고 있는 이유

상거래에서는 제품을 효과적으로 배송할 수 있어야 합니다. 2019년 Amazon은 약 50억 개 패키지를 배송하였으며 배송비로 약 380억 달러를 지출했습니다. 이는 2018년과 비교하면 37% 증가한 수치입니다^[1,2]. 배송 회사의 경우 지연, 손상 및 도난은 제조업체, 유통업체 및 고객에게 큰 부담을 줍니다. Amazon의 경우 패키지가 손상되어 약 1/4(21%)이 반품되었습니다^[3].

Amazon으로서는 배송 관련 예산을 크게 늘리는 것 말고는 별다른 방법이 없습니다. 공급망관리전문가협회(CSCMP)의 2020 물류 현황 보고서에 따르면 기업에서 2019년에 배송비로 약 1조 7,000억 달러를 지출하여 미국 국민총생산(GDP)의 7.6%를 차지했습니다^[4]. 이러한 상황에서 패키지를 추적하고 지연 및 손상을 파악할 수 있다면 제조업체와 구매자가 배송 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.

공급망을 통해 패키지를 추적하는 이외에 대부분의 기업은 자체 자산을 추적하고 잘못 배송된 상품을 찾을 수 있는 향상된 방법이 필요합니다. 하지만 전체 기업의 절반은 아직도 수동으로 자산을 기록하고, 그중 대부분은 직원들이 창고, 공장, 물리적 위치를 뒤져서 누락된 자산을 찾고 있습니다^[5].

자산 추적용 연결 기술 비교

자산 추적을 자동화하도록 도와주는 많은 솔루션이 등장했지만 기본 기술의 적용 범위가 제한적이거나, 단위당 비용이 높거나, 전력 요구 사항이 높습니다. 자산 추적 및 원격 IoT 장치는 배터리 구동 장치이므로 후자의 경우 중요합니다.

수동 무선 주파수 식별(RFID)을 기반으로 하는 기존 추적 방법은 전송 중인 실시간 데이터를 제공할 수 없으며, 패키지에 부착된 RFID 태그를 감지하기 위해 패키지를 일부 물리적 검사점으로 통과시켜야 합니다. 배터리 구동 능동형 RFID 태그는 실시간 위치 데이터를 제공할 수 있지만 추가적인 인프라가 필요하고 적용 범위가 여전히 제한적입니다.

RFID 태그에 비해 Bluetooth 저에너지(BLE) 및 Wi-Fi는 각 기술에 적합한 고정 로케이터가 부착된 적용 영역 내에서 범위가 점점 더 커지고 있습니다. 풍부한 장치 및 소프트웨어 에코시스템을 기반으로 구축된 BLE 및 Wi-Fi는 각각 코로나19 접촉자 추적, 기존 실시간 위치 서비스(RTLS)와 같은 위치 기반 응용 분야에서 이미 적용되고 있습니다. Bluetooth 5.1에서 방향 찾기 기능의 출시로 도래각(AoA) 및 발사각(AoD) 데이터를 기반으로 태그 위치를 정확히 계산할 수 있습니다(그림 1).

정밀 위치를 지원하는 Bluetooth의 고급 방향 찾기 기능을 보여주는 구성도 그림 1: Bluetooth의 고급 방향 찾기 기능은 3D 공간에서 정밀한 태그 위치 찾기를 지원합니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

BLE 응용 제품은 여전히 단거리 응용 분야로 제한되지만 Wi-Fi는 폭넓은 범위로 인해 창고 또는 엔터프라이즈 캠퍼스 내에서 자산 추적 응용 분야에 효과적으로 사용할 수 있습니다. 하지만 Wi-Fi RTLS 태그는 일반적으로 전력 요구 사항이 높은 고가의 장치로서, 배터리를 사용할 수 없으므로 더 크고 비싼 자산을 추적하는 것으로 사용이 제한됩니다. 동시에 이러한 기술을 사용하는 대규모 배포에서는 수신 대역폭에서 높은 잡음이 발생하여 패킷 손실로 이어져서 위치 감지 기능이 저하됩니다.

로컬 자산 추적에 대한 잠재적인 사용에도 불구하고 RFID, BLE 및 Wi-Fi는 창고 또는 엔터프라이즈 캠퍼스를 벗어나면 자산을 쉽게 추적하는 데 필요한 적용 범위를 제공할 수 없습니다. 지역 또는 전 세계적으로 패키지 또는 장비를 추적하는 기능은 확장된 범위와 저전력 작동을 모두 실현할 수 있는 무선 기술의 가용성에 달려 있습니다.

저전력 초광대역(UWB) 기술을 기반으로 하는 대체 방법에서는 상당한 범위를 실현할 수 있지만 네트워크 적용 범위가 여전히 제한적입니다. 실제로 모바일 통신 표준을 정의하는 국제 컨소시엄인 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에 의해 정의된 저전력 광역 네트워크(LPWAN) 기술 표준을 기반으로 하는 LPWAN 셀룰러 솔루션에서 이미 사용되고 있는 글로벌 적용 범위를 제공할 수 있는 대안을 일부에 불과합니다.

셀룰러 연결을 통한 글로벌 범위 실현

3GPP 표준 중에서 LTE-M 및 NB-IoT 기술을 기반으로 하는 표준은 데이터 전송률, 대역폭 및 전력 소비에 대한 IoT 요구 사항을 충족하는 상대적 경량 셀룰러 프로토콜을 제공하도록 특별히 고안되었습니다.

3GPP 릴리스 13에 정의된 LTE Cat M1은 다운링크 전송과 업링크 전송 모두에서 1Mbit/s를 지원하고 대기 시간이 10ms ~ 15ms이고 대역폭이 1.4MHz인 LTE-M 표준입니다. 3GPP 릴리스 13에 정의된 Cat-NB1은 26Kbits/s 다운링크와 66Kbits/s 업링크를 제공하고 대기 시간이 1.6초 ~ 10초이고 대역폭이 180kHz인 NB-IoT 표준입니다. 3GPP 릴리스 14에 정의된 다른 NB-IoT 표준인 Cat-NB2는 127Kbits/s 다운링크와 159Kbits/s 업링크의 더 높은 데이터 전송률을 제공합니다.

폭넓은 이 두 LPWAN 기술 클래스의 특정 특성은 이 요약 기사의 범위를 벗어나지만, 두 기술 모두 일반 자산 추적 응용 분야에 효과적으로 적용될 수 있습니다. 콤팩트 패키지에 센서와 글로벌 포지셔닝 위성(GPS) 기능을 결합한 LTE-M 또는 NB-IoT 기반 셀룰러 LPWAN을 기반으로 하는 자산 추적 솔루션은 자산 관리와 엔드 투 엔드 물류에 필요한 기능을 지원할 수 있습니다.

향상된 효율성과 비용 절감을 실현하는 LPWAN의 잠재성을 감안할 때 셀룰러 LPWAN은 물류에서 계속 중요한 역할을 차지할 것입니다. Nordic Semiconductor nRF9160 SiP의 출시로 개발자는 더 효과적인 자산 추적 또는 다른 IoT 응용 분야에 필요한 LPWAN 기반 장치에 대한 증가하는 수요를 쉽고 빠르게 처리할 수 있습니다.

SiP 장치에서 드롭인 자산 추적 솔루션을 제공할 수 있는 방법

Nordic Semiconductor의 저전력 nRF9160 SiP 장치는 Nordic Semiconductor nRF91 시스템 온 칩(SoC) 장치를 지원 회로망과 결합하여 단일 10mm x 16mm x 1.04mm LGA(랜드 그리드 어레이) 패키지에서 완벽한 LPWAN 연결 솔루션을 제공합니다. 응용 처리 전용 Arm® Cortex®-M33 기반 마이크로 컨트롤러와 함께 nRF91 SoC 변형은 LTE-M 모뎀을 NRF9160-SIAA SiP에 통합하고, NB-IoT 모뎀을 NRF9160-SIBA SiP에 통합하고, LTE-M 및 NB-IoT 모뎀과 GPS를 모두 NRF9160-SICA SiP에 통합합니다. 또한 nRF9160 SiP는 글로벌, 지역 및 캐리어 셀룰러 요구 사항을 충족하는 것으로 사전 인증을 받았으므로, 개발자가 일반적으로 규정 준수 테스트와 관련된 지연 없이 셀룰러 연결 솔루션을 빠르게 구현할 수 있습니다.

모든 SiP 버전은 마이크로 컨트롤러 기반 응용 프로세서 및 모뎀을 센서 설계에 종종 필요한 12비트 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 비롯한 포괄적인 주변 장치와 결합합니다. 또한 SiP는 SoC를 RF 프런트 엔드 전력 관리 집적 회로(PMIC) 및 추가 부품과 함께 패키지로 결합하여 LPWAN 연결용 드롭인 솔루션을 구축합니다(그림 2).

Nordic Semiconductor의 nRF9160 SiP 구성도 그림 2: Nordic Semiconductor nRF9160 SiP는 자산 추적 또는 기타 IoT 응용 분야를 위한 콤팩트 저전략 셀룰러 기반 설계를 구현하는 데 필요한 다른 부품과 함께 SoC를 응용 프로세서 및 LTE 모뎀과 결합합니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

호스트 프로세서 역할을 하는 SoC의 마이크로 컨트롤러는 IoT 장치, 자산 추적 시스템을 비롯하여 연결된 장치의 증가하는 보안 수요를 충족하도록 설계된 많은 보안 기능을 통합합니다. Arm TrustZone 아키텍처를 기반으로 구축된 이 마이크로 컨트롤러에는 중요 데이터를 보호하도록 설계된 메커니즘과 공용 키 암호화 가속기를 결합한 Arm Cryptocell 보안 블록이 내장되어 있습니다. 또한 보안 키 관리 장치(KMU)는 키 쌍, 대칭 키, 해시, 비공개 데이터를 비롯한 다양한 유형의 보안 데이터에 대한 보안 스토리지를 제공합니다. 또한 별도의 시스템 보호 장치(SPU)에서 메모리, 주변 장치, 장치 핀 및 기타 리소스에 대한 보안 액세스를 제공합니다.

작동 시 SoC의 마이크로 컨트롤러는 응용 소프트웨어를 실행하고 모뎀을 시작 및 중지하여 호스트 역할을 합니다. 호스트의 시작 및 중지 명령에 응답하는 이외에 이 모뎀은 전용 프로세서, RF 트랜시버, 모뎀 기저대역을 비롯한 통합 블록의 주요 보완 기능을 사용하여 자체 작동을 처리합니다. 내장된 펌웨어를 사용하여 이 모뎀은 3GPP LTE 릴리스 13 Cat-M1 및 Cat-NB1을 완벽히 지원합니다. 릴리스 14 Cat-NB2는 하드웨어에서 지원되지만 작동하려면 추가적인 펌웨어가 필요합니다.

nRF9160 SiP에서 저전력 셀룰러 연결을 실현하는 방법

nRF9160 SiP는 포괄적인 하드웨어 기능을 전체 전력 관리 기능과 결합합니다. 포함된 PMIC는 전력 사용을 모니터링하고 클록과 공급 조정기를 자동으로 시작 및 중지하여 가능한 가장 낮은 전력 소비를 실현하는 전력 관리 장치(PMU)에서 지원합니다(그림 3).

PMU를 포함하는 Nordic의 nRF9160 SiP 구성도 그림 3: nRF9160 SiP에는 클록 및 공급 조정기를 자동으로 제어하여 전력 소비를 최적화하는 PMU가 포함되어 있습니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

장치를 절전 해제하는 데 필요한 회로에만 전력 공급을 유지하는 시스템 끄기 전력 모드와 함께 PMU는 시스템 켜기 전력 하위 모드 쌍을 지원합니다. 파워 온 리셋(POR) 후에 장치는 저전력 하위 모드로 전환되어 응용 프로세서, 모뎀, 주변 장치를 비롯한 기능 블록을 유휴 상태로 전환합니다. 이 상태에서 PMU는 필요에 따라 다른 블록에 대한 클록 및 전압 조정자를 자동으로 시작 및 중지합니다.

개발자는 대신에 일관된 대기 시간 하위 모드로 전환하여 기본 저전력 하위 모드를 재정의할 수 있습니다. 일관된 대기 시간 하위 모드에서 PMU는 일부 리소스에 대한 전력을 유지하여 예측 가능한 응답 대기 시간을 제공하는 기능에 대한 증분적 전력 소비 증가를 처리합니다. 개발자는 외부 활성화 핀으로 세 번째 전력 모드를 호출하여 전체 시스템을 끌 수 있습니다. 이 기능은 호스트 시스템의 주 프로세서에 의해 제어되는 통신 보조 프로세서로 nRF9160 SiP를 사용하는 시스템 설계에서 일반적으로 사용됩니다.

이 전력 최적화 기능을 사용하면 SiP에서 자산 추적 장치에서 확장된 배터리 수명을 보장하는 데 필요한 저전력 작동을 실현할 수 있습니다. 예를 들어 마이크로 컨트롤러가 유휴 상태이고 모뎀이 꺼진 상태에서 SiP는 실시간 카운터를 활성화한 상태로 2.2mA의 전류만 소비합니다. 마이크로 컨트롤러와 모뎀이 모두 꺼지고 범용 입/출력(GPIO) 기반 백업 회로망에만 전력을 유지한 상태에서 SiP는 1.4mA의 전류만 소비합니다.

SiP는 다양한 처리 부하를 실행하면서 계속해서 저전력 작동을 실현합니다. 예를 들어 64MHz 클록으로 CoreMark 벤치마크를 실행하는 데 약 2.2mA의 전류만 필요합니다. 물론 활성화된 주변 장치가 많을수록 전력 소비는 그에 따라 증가합니다. 그럼에도 불구하고 많은 센서 기반 모니터링 응용 제품이 감소한 가동률로 효과적으로 작동할 수 있으므로 저전력 작동을 유지하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어 16Ksamples/s 시나리오에서 샘플링에 사용되는 정확도가 높은 클록을 정확도가 낮은 클록으로 전환하면 통합 차동 연속 근사화 레지스터(SAR) ADC의 전류 소비가 1288mA에서 298mA 미만으로 감소합니다.

또한 장치에서는 GPS를 비롯한 다른 기능 블록을 위해 다른 전력 최적화 기능을 사용합니다. 정상 작동 모드에서 GPS로 지속적으로 추적하는 데 약 44.9mA가 소비됩니다. GPS 절전 모드를 활성화하면 지속적 추적을 위한 전력 소비가 9.6mA로 감소됩니다. 개발자는 GPS 샘플링 속도를 연속에서 2분 정도로 줄여서 상당한 전력을 절감할 수 있습니다. 예를 들어 싱글샷 GPS 수정을 2분마다 수행할 경우 GPS 모듈은 2.5mA의 전류만 소비합니다.

또한 다른 절전 작동 모드에 대한 장치 지원이 nRF9160 SiP 모뎀으로 확장됩니다. 이 장치에서 개발자는 배터리 구동 연결 장치의 전력을 절감하도록 특별히 설계된 특수 셀룰러 프로토콜을 지원하는 모뎀 기능을 활성화할 수 있습니다.

저전력 셀룰러 프로토콜 활용

무선 장치와 마찬가지로 호스트 프로세서 이외에 전력 소비에 가장 크게 기여하는 요소는 일반적으로 무선 통신 서브 시스템입니다. 기존 셀룰러 무선 통신 서브 시스템에서는 셀룰러 표준에 내장된 절전 프로토콜을 활용합니다. 스마트폰 및 기타 모바일 장치에서는 일반적으로 불연속 수신(DRX)이라는 기술을 사용하여, 캐리어 네트워크에서 지원하는 시간 동안 장치에서 무선 통신 수신기를 끌 수 있습니다.

마찬가지로 확장된 불연속 수신(eDRX) 프로토콜을 사용하면 배터리 구동 자산 추적기 또는 다른 IoT 장치와 같은 저전력 장치에서 네트워크에 다시 체크인하기 전에 절전 상태로 유지할 시간을 지정할 수 있습니다. eDRX 작동을 활성화하여 LTE-M 장치에서는 최대 약 43분 동안 절전 상태를 유지하고 NB-IoT 장치에서는 최대 약 174분 동안 절전 상태를 유지하여 배터리 수명을 상당히 연장할 수 있습니다(그림 4).

Nordic의 nRF9160 SiP 모뎀 절전 그래프 그림 4: nRF9160 SiP 모뎀은 확장된 불연속 수신을 지원하므로 장치에서 셀룰러 네트워크와 협상된 시간 동안 절전 상태로 전환하여 상당한 전력을 절감할 수 있습니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

절전 모드(PSM)라는 다른 셀룰러 작동 모드를 사용하면 장치가 절전 모드에서 네트워크에 연결할 수 없는 상태에서도 셀룰러 네트워크에 등록된 상태로 유지할 수 있습니다. 일반적으로 셀룰러 네트워크에서는 일정 시간 내에 장치에 연결할 수 없는 경우 장치 연결을 종료하므로 정치에서 재연결 절차를 수행하는 과정에서 점점 더 많은 전력이 소비됩니다. 배터리 구동 장치를 장시간 작동할 경우 이 소량의 반복적인 전력 소비로 인해 배터리 충전량이 고갈되거나 크게 감소할 수 있습니다.

장치에서는 주기적으로 사용 가능한 상태로 전환할 시간과 절전 모드로 다시 전환하기 전에 충전 가능한 상태로 유지할 시간을 나타내는 일련의 타이머 값을 네트워크에 제공하여 PSM을 활성화합니다(그림 5).

셀룰러 PSM 프로토콜 절전 모드 그래프 그림 5: 셀룰러 PSM 프로토콜을 사용하면 장치에서 충전할 수 없는 특정 기간을 협상하여 재연결 전력 비용 없이 저전력 절전 모드를 활용할 수 있습니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

PSM 협상 덕택에 캐리어 네트워크에서는 장치가 분리되지 않습니다. 실제로 언제든지 장치를 절전 해제하여 통신을 재개할 수 있습니다. 필요에 따라 통신을 위해 절전 해제해야 하는 경우 저전력 절전 모드를 사용하여 즉시 통신할 수 있다는 이점이 있습니다.

nRF9160 SiP는 eDRX와 PSM을 모두 지원하므로 장치에서 최소한의 전력 소비로 작동 상태를 유지할 수 있습니다. PSM으로 충전할 수 없는 상태에서는 장치에서 2.7μA의 전류만 소비합니다. eDRX에서는 82.91초 주기일 때 Cat-M1 작동 중에 18μA, Cat-NB1 작동 중에 37μA를 소비하여 약간 더 많은 전류를 사용합니다.

저전력 자산 추적 솔루션 개발

nRF9160 SiP를 기반으로 자산 추적 장치에 대한 하드웨어 설계를 구현하려면 감결합 부품, 안테나, GPS 안테나와 LTE 안테나의 별도 정합 네트워크에 필요한 부품 이외에 몇 가지 추가 부품이 필요합니다(그림 6).

그림 6: Nordic Semiconductor nRF9160 SiP를 사용하여 완전 셀룰러 기반 자산 추적기 또는 다른 IoT 장치에 대한 하드웨어 설계를 구현하려는 개발자는 몇 가지 추가 부품이 필요합니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

개발자는 nRF9160 SiP를 Bluetooth 장치(예: Nordic Semiconductor의 NRF52840 Bluetooth 무선 마이크로 컨트롤러와 센서)와 쉽게 결합하여 스마트폰 및 기타 Bluetooth 지원 모바일 장치를 통한 데이터 액세스를 지원하는 정교한 센서 기반 GPS 지원 셀룰러 자산 추적기를 구현할 수 있습니다.

또한 Nordic Semiconductor는 개발자가 한 쌍의 개발 키트를 통해 셀룰러 기반 설계 평가를 빠르게 시작할 수 있도록 도와줍니다. 센서 기반 자산 추적 응용 제품의 시제품을 빠르게 제작하기 위해 Nordic Semiconductor NRF6943 THINGY:91 셀룰러 IoT 개발 키트는 nRF9160 SiP를 NRF52840 Bluetooth 장치, 여러 센서, 기본 사용자 인터페이스 부품, 1400mAh 충전용 배터리 및 SIM 카드와 연결하여 기성 셀룰러 연결을 가능하게 해주는 완벽한 배터리 구동 센서 시스템을 제공합니다(그림 7).

그림 7: Nordic Semiconductor NRF6943 THINGY:91 셀룰러 IoT 개발 키트는 셀룰러 연결과 Bluetooth 연결 모두에서 센서 기반 응용 제품의 시제품을 빠르게 제작할 수 있는 완벽한 플랫폼을 제공합니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

맞춤형 개발의 경우 Nordic Semiconductor NRF9160-DK 키트는 새 설계에 대한 즉석 개발 플랫폼 및 참고 자료 역할을 합니다. THINGY:91과 같은 센서를 포함하지 않지만 NRF9160-DK 키트는 nRF9160 SiP를 NRF52840 Bluetooth 장치와 결합하며 SEGGER J-Link 디버거 인터페이스를 비롯한 여러 커넥터와 함께 SIM 카드를 포함합니다(그림 8).

그림 8: Nordic Semiconductor NRF9160-DK 키트는 자산 추적 및 기타 IoT 솔루션에 대한 맞춤형 셀룰러 기반 응용 제품 구현을 위한 포괄적인 개발 플랫폼을 제공합니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

자산 추적 응용 제품의 소프트웨어 개발을 위해 Nordic에는 완벽한 nRF9160 자산 추적 응용 제품과 해당 nRF Connect 소프트웨어 개발 키트(SDK)가 포함되어 있습니다. SDK는 Nordic의 nrfxlib 소프트웨어 라이브러리(SoC용), Zephyr Project 실시간 운영 체제(RTOS)의 Nordic 포크(리소스 제약이 있는 장치용) 및 MCUboot Project 보안 부트로더의 Nordic 포크를 결합합니다.

THINGY:91 및 NRF9160-DK 키트는 Nordic의 자체 nRF Cloud IoT 플랫폼에 연결하도록 설계된 자산 추적 응용 제품이 사전 로드된 상태로 제공됩니다. 어느 키트에서든 사전 구성된 설정을 사용하여 개발자는 셀룰러 기반 자산 추적 평가 및 자체 응용 제품의 시제품 제작을 즉시 시작할 수 있습니다.

사전 로드된 펌웨어와 함께 Nordic은 자산 추적 응용 제품에 대한 전체 소스 코드를 제공합니다. 개발자는 이 코드를 검사하여 NRF9160 SiP의 기능을 세부적으로 파악하고, 자산 추적 응용 분야에서 GPS 현지화 및 LTE-M/NB-IoT 연결에 어떻게 사용되는지를 이해할 수 있습니다.

이 샘플 소프트웨어의 기본 루틴에서는 맞춤형 자산 추적 응용 제품을 구현하기 위한 기본 설계 패턴을 보여줍니다. 시작하면 기본 루틴에서 일련의 초기화 루틴을 호출합니다. 루틴 중 초기화 루틴 하나에서 모뎀을 구성하고 주의(AT) 문자열을 보내 연결 파라미터를 정의하고 모뎀에 내장된 기능을 호출하여 캐리어 네트워크에 연결함으로써 LTE 연결을 설정합니다. 다른 초기화 루틴인 work_init는 센서, GPS 및 개발 기판 버튼용 작업 대기열을 비롯하여 Zephyr RTOS 작업 대기열을 초기화합니다(목록 1).

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static void work_init(void)
{
       k_work_init(&sensors_start_work, sensors_start_work_fn);
       k_work_init(&send_gps_data_work, send_gps_data_work_fn);
       k_work_init(&send_button_data_work, send_button_data_work_fn);
       k_work_init(&send_modem_at_cmd_work, send_modem_at_cmd_work_fn);
       k_delayed_work_init(&send_agps_request_work, send_agps_request);
       k_delayed_work_init(&long_press_button_work, long_press_handler);
       k_delayed_work_init(&cloud_reboot_work, cloud_reboot_handler);
       k_delayed_work_init(&cycle_cloud_connection_work,
                         cycle_cloud_connection);
       k_delayed_work_init(&device_config_work, device_config_send);
       k_delayed_work_init(&cloud_connect_work, cloud_connect_work_fn);
       k_work_init(&device_status_work, device_status_send);
       k_work_init(&motion_data_send_work, motion_data_send);
       k_work_init(&no_sim_go_offline_work, no_sim_go_offline);
#if CONFIG_MODEM_INFO
       k_delayed_work_init(&rsrp_work, modem_rsrp_data_send);
#endif /* CONFIG_MODEM_INFO */
}

목록 1: Nordic 자산 추적기 샘플 응용 제품은 대기열 관리용 Zephyr RTOS 유틸리티를 기반으로 빌드되어 센서 데이터 수집, 클라우드에 전송과 같은 다양한 작업을 처리하기 위해 연결된 콜백 루틴을 통해 일련의 대기열을 생성합니다. (코드 출처 Nordic Semiconductor)

이 초기화 단계 중에 각 작업 대기열 초기화 호출 관련 함수는 필수 업데이트를 수행하는 데 필요한 초기화 작업을 비롯하여 해당 초기화 작업을 수행합니다. 예를 들어 work_init에 의해 호출되는 sensors_start_work_fn 함수는 클라우드에 센서 데이터를 전송하는 env_data_send 함수를 주기적으로 호출하는 폴링 메커니즘을 설정합니다(목록 2).

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static void env_data_send(void)
{
[code deleted]
       if (env_sensors_get_temperature(&env_data) == 0) {
              if (cloud_is_send_allowed(CLOUD_CHANNEL_TEMP, env_data.value) &&
                  cloud_encode_env_sensors_data(&env_data, &msg) == 0) {
                     err = cloud_send(cloud_backend, &msg);
                     cloud_release_data(&msg);
                     if (err) {
                           goto error;
                     }
              }
       }
 
       if (env_sensors_get_humidity(&env_data) == 0) {
              if (cloud_is_send_allowed(CLOUD_CHANNEL_HUMID,
                                    env_data.value) &&
                  cloud_encode_env_sensors_data(&env_data, &msg) == 0) {
                     err = cloud_send(cloud_backend, &msg);
                     cloud_release_data(&msg);
                     if (err) {
                           goto error;
                     }
              }
       }
[code deleted]

목록 2: Nordic 자산 추적기 샘플 응용 제품은 코드 조작에 표시된 센서 데이터를 비롯한 데이터를 전송하기 위한 기본 설계 패턴을 시연합니다. (코드 출처 Nordic Semiconductor)

Nordic Semiconductor NRF6943 THINGY:91 셀룰러 IoT 개발 키트에서 자산 추적기 샘플 응용 제품을 실행할 경우 응용 제품은 THINGY:91 기판 실장 센서의 실제 데이터를 전송합니다. Nordic Semiconductor NRF9160-DK 개발 키트에서 실행할 경우 SDK에 포함된 센서 시뮬레이터 루틴을 사용하여 시뮬레이션된 데이터를 전송합니다. 개발자는 이 소프트웨어 패키지를 쉽게 확장하여 자체 자산 추적 응용 제품을 구현하거나 코드 예제를 사용하여 자체 응용 아키텍처를 구현할 수 있습니다.

결론

기존 방법을 사용하여 중요한 패키지를 추적하거나 농업 또는 스마트 시티 환경에서 매우 중요한 자산을 찾는 기능은 RFID 태그, Bluetooth, Wi-Fi와 같은 무선 기술로 제한됩니다. 설계자는 더 긴 기간에 대한 더 폭넓고 정확한 위치 정보가 필요합니다. GPS와 결합한 LTE-M 또는 NB-IoT와 같은 저전력 LTE 셀룰러 표준은 이러한 요구 사항을 충족할 수 있지만, 어렵고 미묘하게 다른 RF 설계로 인해 구현하기가 까다롭습니다.

위에서 살펴본 바와 같이 Nordic Semiconductor SiP는 장거리 저전력 자산 추적을 위한 니어 드롭인 솔루션을 제공합니다. 이 사전 인증된 SiP와 해당 개발 키트를 사용하여 개발자는 셀룰러 연결을 빠르게 평가하고, 셀룰러 기반 GPS 지원 자산 추적 응용 제품의 시제품을 제작하고, LTE-M 및 NB-IoT 셀룰러 연결의 확장된 범위 및 저전력 요구 사항을 완벽하게 활용하는 맞춤형 자산 추적 장치를 구축할 수 있습니다.