무엇이 스마트 홈을 만드는가? 프로토콜 및 애플리케이션 안내서

본 글은 IoT를 지원하는 기술에 관한 5부 시리즈의 기사를 요약한 내용입니다. 기사 전문은 wevolver.com을 참조하시기 바랍니다.

소개

기술의 발전 덕분에, 응용 분야와 역할이 늘어나면서 '스마트 홈'의 정의는 계속해서 발전을 거듭해 왔습니다. 그러나 스마트 홈이 집을 자동화되고 편안하며 스트레스 없는 환경으로 만들기 위해 함께 작동하는 다중 시스템으로 구성된다는 점은 여전히 변함이 없습니다.

최근 스마트 홈 시스템 변화의 중요한 계기는 사물 인터넷(IoT)입니다. IoT는 환경 요소와 사물을 인터넷에 연결할 수 있다는 약속과 함께 등장했습니다. 이로 인해 스마트 홈을 비롯한 많은 분야와 수직적 시장을 통해 거대하고 역동적인 변화를 가져왔습니다. IoT 덕분에 예전에는 서로 데이터만 공유하던 스마트 홈 장치들이 이제는 인터넷에서도 데이터를 공유할 수 있게 된 것입니다. 이를 통해 스마트 홈 사용자는 어디에서나 실시간으로 집 및 인프라와 상호 작용할 수 있습니다. 이는 스마트 홈 솔루션을 '스마트'하게 만들고 클라우드 컴퓨팅과 머신 러닝/인공 지능(AI)을 활용하여 데이터를 처리하고 실시간으로 시나리오를 평가하며 일반적인 사전 프로그래밍 논리를 뛰어 넘는 현명한 결정을 내릴 수 있는 여러 가지 새로운 응용 분야를 위한 길을 열었습니다. 이러한 잠재력이 활용되고 있으며 몇 가지 새로운 스마트 홈 장치/솔루션이 등장하고 있습니다.

스마트 홈 시스템을 가능하게 하고 IoT를 활성화하기 위한 길은 통신 프로토콜입니다. 통신 프로토콜은 인프라를 제공하고 집 안의 사물을 자동화하기 위해 장치가 통신하는 조건을 지시합니다. 이 기사에서는 스마트 홈의 현재 트렌드를 가능하게 하는 통신 프로토콜과 표준에 대한 안내서를 제공합니다.

스마트 홈 통신 프로토콜

스마트 홈 애플리케이션은 다중 장치, 센서, 액추에이터 등의 상호 통신 기능을 중심으로 구축되었습니다. 실내 온도를 조절하기 위해 에어컨과 소통하는 온도 조절기부터 빈 방의 조명을 끄는 동작 센서까지 있습니다. 이러한 스마트 홈 애플리케이션에서 통신 프로토콜은 필수적인 부분이 되었습니다. 그러나 특징, 기능, 작동 모드, 요구 사항의 차이로 인해 제조업체는 다양한 애플리케이션에 여러 가지 통신 프로토콜을 채택하고 있습니다. 널리 사용되는 스마트 홈 통신 프로토콜은 다음과 같습니다.

1. WiFi

2. Zigbee

3. Z-Wave

4. BLE

5. Matter

스마트 홈 솔루션 아키텍쳐

통신 프로토콜과 IoT 스마트 홈 애플리케이션의 관계 이해

제조업체의 선호도(동일한 프로토콜로 제품군을 만들고자 하는 요구 등)와 같은 사소한 요인이 의사 결정 과정에 영향을 미치기도 하지만, 스마트 홈 시스템의 통신 프로토콜 선택은 궁극적으로 애플리케이션의 요구 사항에 의해 좌우됩니다. 사용되는 프로토콜을 결정하는 애플리케이션의 기능 중 일부는 다음과 같습니다.

1. 데이터 볼륨

2. 전력

3. 작동 주기

4. 플랫폼 호환성

5. 비용

스마트 홈 허브와 다중 프로토콜 허브 및 게이트웨이 통합

집 안의 여러 스마트 홈 장치가 여러 애플리케이션에 걸쳐 흩어져 있으면 관리해야 할 장치가 많아집니다. 각 애플리케이션에 대한 서로 다른 제어/인터페이스는 사용자를 지치게 하고 집을 스마트하고 자율적으로 만들기 위해 스마트 홈 애플리케이션 간에 존재해야 하는 동기화 수준을 달성하지 못하게 합니다.

이를 해결하기 위해 스마트 홈 허브가 개발되었습니다. 스마트 홈 허브(브리지 또는 게이트웨이)는 사용자가 스마트 홈 장치를 통합하여 단일 인터페이스에서 제어할 수 있도록 하는 하드웨어 장치입니다.

허브는 하나의 인터페이스에서 여러 장치/애플리케이션에 액세스할 수 있는 기능을 넘어 사용자가 해당 장치/애플리케이션 간의 관계 및 상호작용을 생성할 수 있도록 지원합니다. IP 기반이 아닌 프로토콜을 기반으로 하는 장치의 경우 장치에서 인터넷으로(또는 그 반대로) 데이터를 가져오는 데 허브를 사용하는 경우도 있습니다.

그러나 허브의 존재는 다중 프로토콜로 인한 스마트 홈 시스템의 상호 운용성 문제를 더욱 드러냈습니다. 예를 들어, Zigbee 기반 허브가 있는 Zigbee 기반 스마트 홈 장치를 몇 대 구입한 경우, 계획하지 않는 한 Zigbee 이외의 다른 프로토콜을 기반으로 하는 장치/애플리케이션 세트를 이용하는 것을 허용하지 않습니다. 해당 프로토콜을 기반으로 다른 허브를 구하거나 해당 장치/애플리케이션을 독립 실행형으로 실행해야 합니다.

삼성 Smartthings 허브와 Wink 허브 2와 같은 멀티 프로토콜 허브/게이트웨이는 사용자가 Zigbee, Z-wave, WiFi 등을 포함한 여러 프로토콜을 기반으로 장치를 서로 연결할 수 있는 방법을 제공합니다. 하지만 추가 비용이 발생하므로 사용자에게 추가적인 부담을 주고 스마트 홈 솔루션 채택을 저해합니다.

다른 요인 간의 상호 운용성 문제와 스마트 홈 이용에 미치는 영향으로 인해 프로토콜/표준 통합이 필요하며, 이것이 바로 Matter와 같은 프로토콜/표준이 필요한 이유입니다.

Matter가 필요한 이유

2020년 Google과 Accenture가 실시한 연구에 따르면 스마트 홈 이용의 주요 장벽 중 하나는 스마트 홈 솔루션 간의 상호 운용성 부족입니다. 아시아 태평양 지역에 초점을 맞춘 보고서에 따르면, 소비자들은 이해 부족으로 인해 장치를 구매하지 않거나 장치를 최대한 활용하지 못합니다. 많은 가정에서 대부분의 장치가 서로 연결되어 있지 않기 때문에 원활하지 못한 경험을 제공하고, 이는 스마트 기능을 완전히 사용하지 못한다는 의미입니다. 이것은 모든 사용자에게 분명한 문제이며 스마트 홈 솔루션 공급업체/제조업체는 시간이 지남에 따라 연합을 형성하여 통일된 표준/프로토콜을 만들기 위해 노력했습니다. 이에 대한 좋은 예가 Zigbee 연합입니다.

상당한 진전이 있었지만, 연합이 구축된 프로토콜의 일부와 관련된 근본적인 문제는 연합의 생존력을 떨어뜨리고 연합을 통해 진정한 잠재력에 도달하는 것을 막았습니다.

이것이 바로 가정에서 스마트하게 상호 연결하는 데 필요한 단순성, 보안, 우아함을 바탕으로 설계된 통신 표준인 Matter가 등장하는 이유입니다.

Matter는 이전 연합과 표준이 실패했던 부분을 모두 해결했습니다.

Matter는 스마트 홈 산업의 주요 업체가 지원하고 공동 개발하는 프로토콜(희귀한 업적)일 뿐만 아니라 개방형 특성과 각 장치에 고유한 주소를 제공하는 IP 기반 아키텍처로 인해 IoT 기반 스마트 홈 시스템의 미래를 위해 매우 중요합니다. 이 두 가지 요인은 다른 IP 기반 프로토콜에 대해 이미 수행된 강력한 작업을 활용하여 솔루션 배포의 복잡성을 줄이고 보안 문제와 개인 정보 보호 문제를 해결할 수 있습니다.

결론

스마트 홈 시스템은 응용 분야에 의해 정의되며, 기술이 계속 발전함에 따라 특히 메타버스가 도래하고 있는 지금, 응용 분야와 역할이 발전하고 더 복잡해질 것입니다. 통신 프로토콜은 이러한 변화에서 필수적인 역할을 계속 수행할 것이며 따라서 통신 프로토콜도 진화해야 합니다. 진정한 통합형 스마트 홈 경험의 필요성이 증가하고 인터넷에 연결된 가정용 장치가 많아지면서 보안, 개인 정보 보호, 에너지 효율 등에 대한 우려가 깊어질 것입니다. 진정한 통합 스마트 홈 환경을 구현하려면 보안에 사용할 수 있는 모든 지식을 활용하고 높은 수준의 개인 정보 보호, 손쉬운 배포, 향상된 상호 운용성을 지원하는 프로토콜이 필요합니다.

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