NB-IoT(Narrowband Internet of Things)란?

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NB-IoT(Narrowband Internet of Things)란?

NB-IoT(Narrowband Internet of Things)는 LPWA(Long Range Wide Area) 사물 인터넷 기술 중 하나로, 저전력 네트워크에서 작동하는 기기와 통신하는 데 사용되는 표준화된 통신 기술입니다. NB-IoT는 3GPP(제3세대 파트너십 프로젝트)에서 표준화되었으며, 기존 셀룰러 네트워크의 하위 세트로 작동하며 전송 거리를 늘리고 배터리 수명을 연장하여 사물 인터넷 응용 프로그램에 이상적입니다.

 

NB-IoT는 대역폭을 좁혀서 데이터 전송을 효율적으로 처리하며, 이 기술은 주로 낮은 데이터 전송 속도와 넓은 커버리지를 필요로 하는 사물 인터넷 응용 프로그램에 적합합니다. 그래서 NB-IoT는 주로 센서 기반 응용 프로그램에 사용되며, 센서 데이터의 수집, 모니터링 및 제어를 위한 솔루션을 제공합니다.

 

이 표준은 GSM 또는 LTE 네트워크에서 동작하며, 데이터 전송 속도가 수백 kbps 이하이고 10km 이상의 광역 서비스를 제공하는 동시에 200kHz 대역폭으로 IoT 기기 20만 대를 지원할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다.

 

NB-IoT는 배터리 수명을 최대한 연장하여 스마트 미터, 위치 추적 기기, 스마트 도둑 알리미 서비스 등 넓은 지역에 다수의 기기를 배치하는 초저전력 IoT 사업 모델에 적합하고, 기기의 교체 없이 최대 10년 동안 작동하는 IoT 모듈을 구현할 수 있습니다.

 

NB-IoT의 주요 특징

1. 저전력 원격조작

NB-IoT는 저전력 소모 및 원격 조작이 가능한 LTE 기반의 원격 통신 기술입니다. NB-IoT는 PSM(Power Saving Mode), eDRX(Extended Discontinuous Reception), RAI(Release Assistance Indication) 등과 같은 절전 기능을 사용하여 배터리 수명을 10년 이상 유지할 수 있습니다.

2. LPWAN/IoT

NB-IoT는 SigFox 및 LoRa와 같은 LPWA(Long Range Wide Area) 기술과 비슷한 수준의 성능을 가지며, 넓은 지역에 다수의 기기를 설치하는 초저전력 IoT 사업 모델에 적합합니다. 스마트 미터, 위치 추적 기기, 스마트 도둑 알리미 서비스 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다.

3. 통신사 주도

NB-IoT는 셀룰러 네트워크 기반에서 통신사가 주도하여 구축됩니다. LTE 캐리어 내 또는 LTE 가드 대역 내에 NB-IoT를 구축할 수 있으며, 독립형 솔루션으로도 구축할 수 있습니다. 또한, 5G NR의 유연한 Numerology를 활용하여 NB-IoT의 5G 대역 내 작동을 빠르게 구축할 수 있습니다.

4. 대용량 연결

NB-IoT는 커버리지 측면에서는 164dB MCL (도달 거리 약 10km 수준)을 제공하여 넓은 범위에 걸쳐 통신이 가능합니다. 용량은 한 셀룰러 당 55,000개의 기기를 지원할 수 있고 비용 측면에서는 기기(모듈) 당 5달러 미만으로 저렴한 가격을 제공합니다. 배터리 수명은 PSM(Power Saving Mode)을 포함하여 10년 이상 동작할 수 있습니다. 지연 시간은 10초 이내로, 알람과 같은 실시간 데이터 전송에 빠른 응답을 제공합니다.

5. 안정성과 보안

NB-IoT는 셀룰러 네트워크의 안정성과 보안을 기반으로 하며, 통신사가 구축한 셀룰러 인프라를 활용하여 데이터의 안전한 전송과 기기의 안정적인 연결을 보장합니다. NB-IoT는 신뢰성 있는 통신을 위해 셀룰러 네트워크의 안정성을 이용하여 통신 장애나 간섭에 강건하게 대응할 수 있고 보안 기능을 통해 데이터의 안전성과 기기의 인증, 암호화를 보장하여 외부로부터의 불법적인 접근을 방지합니다.

 

 

NB-IoT의 단점

전송 속도가 낮음: NB-IoT는 최대 150 kbps의 데이터 전송 속도를 지원하므로, 대용량 데이터 전송이 필요한 응용 프로그램에는 적합하지 않습니다. 스트리밍, 대용량 파일 전송과 같은 고속 데이터 전송이 요구되는 서비스에는 제한이 있을 수 있습니다.

 

모듈 가격이 비싸다: NB-IoT 모듈의 가격은 저렴해지고 있지만, 여전히 LoRa나 SigFox와 같은 비면허 대역의 LPWAN 기술에 비해 상대적으로 비싸다는 단점이 있습니다. 이는 초기 투자 비용이 높아져 일부 기업들이 새로운 서비스 도입에 주저할 수 있는 이유가 될 수 있습니다.

 

전파 간섭이 있을 수 있음: NB-IoT는 LTE 대역에서 동작하기 때문에, 기존 LTE 신호와의 간섭 문제가 발생할 수 있습니다. 또한, NB-IoT는 Half Duplex 방식을 사용하므로, 동시에 양방향 통신을 수행하는 서비스에는 제한이 있을 수 있습니다.

 

통신사와의 협력 필요: NB-IoT는 면허 대역의 LPWAN 기술로 통신사의 인프라를 활용해야 합니다. 따라서, 새로운 서비스를 개발하고자 할 때, 통신사와의 협력이 필수적입니다. 이는 개발과 상용화 과정에서 추가적인 협업과 절차가 필요하게 되어 개발 시간과 비용을 증가시킬 수 있습니다.

 

상용화 움직임이 더디다: NB-IoT는 2016년에 표준화가 완료되었지만, 아직까지 상용화하는 과정이 일부 지연되고 있습니다. 일부 통신사들은 테스트 단계에 있으며, 상용화 일정이 미정인 경우도 있습니다. 이로 인해 시장에서의 보급과 서비스의 안정성에 대한 불확실성이 존재할 수 있습니다.

 

다른 LPWAN과 NB-IoT의 장단점 비교

 

기술	장점	단점
NB-IoT	- LTE 대역에서 사용 가능 - 면허 대역의 보안성과 신뢰성 높음 - 저전력/원격 조작 가능 - 실내까지 커버 가능 - 많은 기기 연결 가능	- 전송 속도 낮음 (150 kbps 이하) - 모듈 가격 비싸며 (5$ 미만) - 전파 간섭 있을 수 있음 - 새로운 서비스 개발 위해 통신사와 협력 필요
LoRa	- 전파 도달 거리가 최대 20km에 달함 - 모듈 가격이 NB-IoT보다 저렴함 - 비면허 대역이므로 다양한 서비스 개발 가능 - 초저전력이므로 배터리 교체 주기를 늘릴 수 있음	- 비면허 대역이므로 주파수 간섭이 있을 수 있음 - 새로 전용망을 구축해야 하는 단점이 있음 - 데이터 전송 속도가 낮음 (50 kbps 이하) - LTE 대역과 호환되지 않음
SigFox	- 전파 도달 거리가 최대 40km에 달함 - 모듈 가격이 NB-IoT보다 저렴함 - 비면허 대역이므로 다양한 서비스 개발 가능 - 초저전력이므로 배터리 교체 주기를 늘릴 수 있음	- 비면허 대역이므로 주파수 간섭이 있을 수 있음 - 새로 전용망을 구축해야 하는 단점이 있음 - 데이터 전송 속도가 매우 낮음 (100 bps 이하) - LTE 대역과 호환되지 않음 - 하루에 보낼 수 있는 메시지 수가 제한됨 (140개 이하) - 메시지 길이가 제한됨 (12 바이트 이하)

 

NB-IoT 사용 예시

- 스마트 미터: 유틸리티 사업자나 기업은 NB-IoT를 활용하여 스마트 미터를 원격으로 관리할 수 있습니다. NB-IoT를 통해 미터의 사용량을 실시간으로 검침하고, 이를 통해 에너지 사용량을 모니터링하고 관리할 수 있습니다. LP 가스 관제, 수도 원격 검침 등과 같은 응용 사례가 있습니다.

 

- 자산 관리: NB-IoT를 활용하면 고가의 장비나 개인 차량 등의 자산을 실시간으로 추적하고 상태를 모니터링할 수 있습니다. 위치 정보를 기반으로 한 자산 추적과 센서 데이터를 통한 상태 감지를 통해 택배 또는 화물 물류 관리, 자전거 또는 스쿠터 공유 서비스 등에 활용할 수 있습니다.

 

- 노약자 보호: NB-IoT를 이용하여 아동이나 치매 환자와 같은 취약 계층의 실종을 방지할 수 있습니다. 신체에 부착된 디바이스를 통해 위치 정보를 실시간으로 전송하거나 비상 호출을 할 수 있습니다. 이를 통해 실시간 모니터링 및 대응을 통해 보호 기능을 제공할 수 있습니다.

 

- 스마트 시티: NB-IoT를 통해 스마트 시티를 구현할 수 있습니다. NB-IoT를 활용하여 다양한 센서로부터 데이터를 수집하고 분석함으로써 시설 관리, 환경 감시, 재난 대응 등의 공공 목적을 달성할 수 있습니다. 맨홀 감시 솔루션, 쓰레기통 용량 감지 솔루션, 대기질 측정 솔루션과 같은 응용 사례가 있습니다.

 

정리

NB-IoT는 저전력 사물 인터넷을 위한 표준화된 통신 기술로, LPWA 기술 중 하나입니다. 이를 통해 저전력 소모와 넓은 커버리지를 제공하여 대규모 사물 인터넷 응용 프로그램에 이상적인 솔루션을 제공합니다.

 

NB-IoT는 대용량 연결과 안정성, 보안을 강조한 특징을 가지고 있으며 수많은 장치를 한 번에 연결하고 안정적인 통신을 지원함으로써 스마트 시티, 자산 관리, 노약자 보호와 같은 다양한 응용 분야에서 활용됩니다.

 

또한, NB-IoT는 통신사 주도로 구축되며 셀룰러 네트워크의 안정성과 보안을 기반으로 합니다. 기존 LTE 네트워크를 활용하여 배포 및 구현이 용이하며 앞으로 5G NR의 유연한 Numerology를 통해 더욱 발전된 기능을 제공할 것으로 기대됩니다.

 

NB-IoT를 통해 스마트 미터링, 자산 관리, 노약자 보호, 스마트 시티와 같은 혁신적인 서비스를 구현할 수 있으며 이를 통해 효율적이고 지능적인 사회를 구축하며 사물 인터넷 기술의 발전과 혁신을 이끌어 나갈 수 있습니다.