[논문]IoT 서비스 활성화를 위한 스펙트럼 정책 및 기술

김영수; 박덕규; 송경민

doi:10.5515/kjkiees.2017.28.7.528

IoT 서비스 활성화를 위한 스펙트럼 정책 및 기술
Spectrum Policy and Technologies for Promoting IoT Services 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.28 no.7, 2017년, pp.528 - 539

김영수 (경희대학교 전자공학과) , 박덕규 (목원대학교 정보공학과) , 송경민 ((주)와이비텔)

초록
AI-Helper

4차 산업혁명 도래와 함께 초연결 사회를 실현할 중추 기술로 IoT가 급부상하고 있으며, IoT 투자 촉진 및 서비스 활성화를 위하여 영국을 비롯한 선진외국에서는 IoT 서비스 수요에 대응하는 주파수 관리정책을 최우선 순위 중의 하나로 추진하고 있다. 국내에서도 2016년 7월에 IoT 관련 유망 신산업 활성화를 위해 IoT 용도로 110 MHz 폭 주파수를 신규로 추가 공급하였다. 그리하여 본 논문에서는 IoT 통신 네트워크의 미래 발전방향과 기술개발 방향을 제시하고, 선진외국의 IoT 주파수 정책을 분석하여 국내의 IoT 서비스를 활성화하기 위한 스펙트럼 정책을 제안하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Since IoT is expected to enable hyper-connected society to be realized with the advent of the $4^{th}$ Industrial Revolution, many advanced foreign countries as well as United Kingdom identified IoT spectrum policy as one of the first priority in spectrum management in order to cope with the frequency demands required for the promotion of IoT service. In Korea, the frequencies of 110 MHz bandwidth has been also supplied additionaly for IoT in July 2016 in order to activate a promising new IoT industry based on wireless communication, which has great potential for future industrial growth. Therefore, in this paper, we propose spectrum policy and the research and innovation trends on IoT to promote IoT industry by analyzing the major communication network, the key challenge technologies and the spectrum policy framework of foreign countries.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 IoT 개념 정의 변화에 따른 새로운 IoT 핵심기술을 중심으로 향후 개발되어야 할 주요 기술들을 제시하고, 외국의 스펙트럼 정책분석을 수행하여 국내 IoT 서비스 활성화를 위한 효율적인 스펙트럼 정책을 제안하고자 한다. 이를 위해 Ⅱ장에서는 IoT 무선네트워크 기술 및 IoT 핵심 기술을 분석하고, Ⅲ장에서는 IoT 통신기술과 미래의 연구개발 방향을 제안한다.
본 논문에서는 IoT 영역 확장에 따라 매우 다양하게 크로스 도메인으로 구성되어 있는 IoT 응용분야에서 광역 IoT 서비스를 효율적으로 제공하기 위해서는 저전력, 저비용, 저감쇄, 대용량을 만족할 수 있는 LPWAN IoT 네트워크 기술개발이 절대적으로 필요하다는 점을 제안하였다. 또한 외국의 IoT 주파수정책을 분석하였고, 그를 토대로 국내에서 필요한 주파수 정책을 제안하였다.
본 논문에서는 이러한 내용 가운데 최근에 일본에서 중점적으로 진행하고 있는 주요 IoT 서비스 활성화를 위한 전파정책을 분석한다.
이러한 상황에 주목하여 일본 총무성에서는 국가차원의 다양한 부분의 전파이용 활성화를 위해, 총무대신이 주관하여 2016년 7월에 「전파 정책 2020간담회 보고서」를 발표하였다^[9]. 이 보고서에서는 IoT의 중요성과 IoT 기반의 새로운 모바일서비스 실현을 위한 다양한 정책 및 추진과제를 제시하고 있다. 특히 총무성의 담당부서에서는 “IoT/Bigdata 시대를 위한 새로운 정보통신정책 방향”, “IoT 관련 기술개발·표준화 전략”, “IoT 시대를 위한 이동통신정책”, “IoT 시대의 무선 통신시스템”, “「IoT, AI, 로봇」에 대한 전략”, “로봇·IoT 에서 전파이용 고도화” 등 다양한 추진전략을 제시하고 있으며, 산업체, 학계, 정부가 함께 하는「IoT 추진컨소시엄」이 2015년 10월에 설립되어 기술개발, IoT 이용과 활용, 정책과제 해결을 위한 협력을 추진하고 있다.

가설 설정

i) 광역 혹은 빌딩 내 커버리지가 요구될 때는 보다 낮은 주파수 스펙트럼이 필요하고, ii) IoT 서비스 가용성과 QoS 보장이 요구될 때는 면허 스펙트럼이 필요하며, iii) 기기의 배터리 수명 최적화가 요구될 때는 낮은 복잡도를 기반으로 한 네트워크가 필요하다. 이러한 요소들을 고려하여 Ofcom에서는 그림 5와 같은 IoT 서비스용 주파수 분배 프레임워크를 제시하였다.

제안 방법

본 논문에서는 IoT 영역 확장에 따라 매우 다양하게 크로스 도메인으로 구성되어 있는 IoT 응용분야에서 광역 IoT 서비스를 효율적으로 제공하기 위해서는 저전력, 저비용, 저감쇄, 대용량을 만족할 수 있는 LPWAN IoT 네트워크 기술개발이 절대적으로 필요하다는 점을 제안하였다. 또한 외국의 IoT 주파수정책을 분석하였고, 그를 토대로 국내에서 필요한 주파수 정책을 제안하였다. 특히 800 MHz 여유주파수 대역은 IoT 전용대역과 공동사용대역으로 재배치하고, 서비스품질을 요구하는 IoT 서비스에는 Light Licensing 제도를 도입할 것을 제안하였다.
본 절에서는 IoT 기기와 통신망 간에 사용되는 무선통신기술을 살펴보도록 하며, 그림 2는 IoT 전체 네트워크의 일반적인 네트워크 구조를 보여주고 있다. IoT의 무선 통신 기술은 크게 기기간 통신, 근거리 및 장거리 IoT 통신기술로 구분할 수 있다.
스마트폰과 테블릿 PC로 인한 이동 광대역 서비스 수요가 증대되고 있는 가운데 IoT 통신으로 인한 수요가 더욱 증대되고, 추세에 맞추어 최근의 Ofcom 스펙트럼 관리 정책 중에서 IoT 서비스 수요에 대응하는 정책수립을 최우선 순위 중의 하나로 설정하였다. 그림 4는 스펙트럼 사용 이해 당사자들이 제시한 IoT 스펙트럼 관리정책의 4가지 우선순위를 보여주고 있다.
이것들의 9개 이용 및 활용분야에 전개를 추진하기 위하여, 5G 도입 전에 연구개발과 실증단계부터 다양한 이용 및 활용분야와 제휴를 수행하는 것이 중요하다. 이를 위하여, 9개의 이용 및 활용분야에 5G의 조기도입을 추진하기 위하여 5G의 주요 조건인「초고속」, 「다수동시접속」, 「초저지연」을 기본으로 「Ultra-broadband」, 「Wireless IoT」,「차세대 ITS」의 3개 프로젝트를 추진하는 것을 나타내고 있다. 여기에서「초고속」은 LTE(제4세대)의 100배를 초과하는「초고속통신」(10 Gbps), 「다수동시접속」은 LTE의 1천배 사용자를 수용할 수 있는 대용량화(1 km2당 100만대 기기와 접속 가능), 「저지연화」는 무선구간의 전송지연을 1ms 이내로 정의하고 있다.
본 논문에서는 IoT 개념 정의 변화에 따른 새로운 IoT 핵심기술을 중심으로 향후 개발되어야 할 주요 기술들을 제시하고, 외국의 스펙트럼 정책분석을 수행하여 국내 IoT 서비스 활성화를 위한 효율적인 스펙트럼 정책을 제안하고자 한다. 이를 위해 Ⅱ장에서는 IoT 무선네트워크 기술 및 IoT 핵심 기술을 분석하고, Ⅲ장에서는 IoT 통신기술과 미래의 연구개발 방향을 제안한다. Ⅳ장에서는 IoT 서비스 확장 및 미래 주파수 수요에 능동적으로 대응하기 위한 영국, 미국 및 일본의 IoT 스펙트럼 분배 정책을 분석 정리하고, Ⅴ장에서 IoT 핵심 기술 중의 하나인 LPWAN(Low Power Wide Area Network)을 위한 주파수 분배 방안, 주파수 공동사용 기반 IoT 스펙트럼 정책, 800 MHz 대역의 효율적인 주파수 이용방안을 제안하고, Ⅵ장에서 결론을 맺는다.
또한 외국의 IoT 주파수정책을 분석하였고, 그를 토대로 국내에서 필요한 주파수 정책을 제안하였다. 특히 800 MHz 여유주파수 대역은 IoT 전용대역과 공동사용대역으로 재배치하고, 서비스품질을 요구하는 IoT 서비스에는 Light Licensing 제도를 도입할 것을 제안하였다. LPWAN을 위한 1 GHz 이하에서의 Light Licensing 도입 정책과 TVWS 및 이동통신용 대역 등에서 IoT 서비스를 위하여 공동사용 기반으로 하는 스펙트럼 이용정책 추진이 필요하다는 점을 강조하였다.
표 4는 대표적인 LPWAN(Low Power Wide Area Network) 통신표준 기술들간의 특성 비교를 보여주고 있다. 표 5는 3 GPP에서 그동안 추진해 왔던 IoT 통신 표준을 비교분석하였으며, 최종적으로 2016년 6월에 NB-IoT로 표준이 확정되었다. NB-IoT(Narrow- band IoT)는 LTE 대역을 사용하지만 LTE와는 호환이 안되며, 데이터 속도도 저속인 200 kbps 정도로서 일종의 맞춤형 IoT이다.
향후, 프로젝트 추진에 따라 통신사업자와 통신기기 Vendor뿐만 아니라, 이용과 활용 분야의 관계자를 포함하여 실시체제를 구축하고, 프로젝트의 구체적인 내용도 제시하였다.

이론/모형

SUN은 발전과 배전에 관련된 기존 전력망에 가정과 상업 지구에 존재하는 미터기, 가전기기, 공공시설 및 전기자동차의 전력 소비량 계측과 모니터링을 능동적이고 쉽게 수행하기 위해 필요한 양방향 통신 방식을 제공한다. ISM 대역과 917～923.5 MHz(국내) 주파수를 사용하고, 전송율은 4.8～200 kbps로서 비교적 저속이며, 전송거리는 실외에서 1 km로서 IEEE 802.15.4g(802.15.4 수정 표준) 표준을 사용한다.

후속연구

870과 915 MHz 외에 1 GHz 이하에서 비면허 기반으로 추가적인 스펙트럼의 필요성이 제기되어서 검토할 계획이다. 700 MHz 대역처럼 1 GHz 이하의 스펙트럼을 사용하면 보다 장거리와 깊은 지역까지 서비스 제공이 가능하므로 IoT 이용 가능성을 적극 검토할 계획이다. 추가적인 대역폭 발굴은 사용대역을 회수하거나 혹은 보다 많은 기기가 사용할 수 있도록 대역 사용 기술기준을 완화함으로써 IoT 서비스가 더욱 활성화될 수 있도록 스펙트럼 관리정책을 수립할 계획이다.
870과 915 MHz 외에 1 GHz 이하에서 비면허 기반으로 추가적인 스펙트럼의 필요성이 제기되어서 검토할 계획이다. 700 MHz 대역처럼 1 GHz 이하의 스펙트럼을 사용하면 보다 장거리와 깊은 지역까지 서비스 제공이 가능하므로 IoT 이용 가능성을 적극 검토할 계획이다.
FCC는 IoT 서비스 폭증으로 부터 제기되는 PAN/LAN 주파수 수요 증대에 대응하기 위하여 주기적으로 체계적으로 지속적으로 모니터링을 하며, 분석과 계획을 수정할 계획이다. IoT 관련 산업/기업의 계획을 가이드하기 위하여 보다 구체적이고 시의적절하게 IoT 주파수 정책을 수립할 계획이다. 긴 수명을 요구하는 IoT 기기는 무선기술 진화에 덜 민감하면서 근거리 통신이 가능한 비면허 대역을 사용하도록 하고 있다^[8].
11ah를 들 수 있다. 보다 장거리 IoT 통신에는 IoT용으로 최적화 되었거나 사용되어 왔던 맞춤형 IoT 네트워크와 이동통신 네트워크이 주요 역할을 할 것이다. 맞춤형 IoT 네트워크는 IoT 서비스의 상세 요구사항을 만족하도록 설계되어 있기 때문에, 매우 효율적으로 동작할 수 있는 잠재성이 있다.
각 기기의 데이터 교환량은 매우 적고 하루에 기기당 수백 kbytes 정도로 낮을 것으로 Ofcom은 예상하고 있으나, IoT가 성숙 되었을 때를 대비하여 장기적으로는 추가적인 스펙트럼이 필요하다고 인식하고 있다. 비디오 기반 IoT 서비스에 대한 수요가 출현하는 경우에 스펙트럼의 요구가 발생할 것이고, 미래 IoT의 성숙과 정확한 시장크기를 장기적으로 정확하게 예측하는 것은 쉽지 않으나, Ofcom은 IoT를 포함한 다양한 용도를 위해서 추가적인 스펙트럼이 사용가능토록 할 예정이다. 추가 스펙트럼에는 870～876 MHz와 915～921 MHz 대역에서 비면허로 사용을 허용하는 것을 포함하고 있으며, 870～873 MHz에서는 High duty cycle network인 중계국이 light license 기반으로 운용되도록 허용하고 있다.
앞으로, IoT는 처리되고 분석되어야 할 보다 많은 데이터를 생성하고, 디지털시장에서 도전적인 기술들을 혁신 개발하기 위해서는 IoT 응용은 새로운 비즈니스 모델과 제품-서비스의 결합 등을 요구할 것으로 기대된다. IoT는 가상, 디지털, 실제 세계를 연결해 주는 것이며, 이동네트 워크는 수십억 개의 사물이 상호 연결되도록 스케이러블 할 필요가 있다^[7].
700 MHz 대역처럼 1 GHz 이하의 스펙트럼을 사용하면 보다 장거리와 깊은 지역까지 서비스 제공이 가능하므로 IoT 이용 가능성을 적극 검토할 계획이다. 추가적인 대역폭 발굴은 사용대역을 회수하거나 혹은 보다 많은 기기가 사용할 수 있도록 대역 사용 기술기준을 완화함으로써 IoT 서비스가 더욱 활성화될 수 있도록 스펙트럼 관리정책을 수립할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	2014년 산업통상자원부 자료에 따르면, IoT 시장은 어떻게 구성되어 있는가?	2014년에 산업통상자원부 자료에 의하면 IoT 기기 생 태계는 반도체 및 센서, 통신모듈 및 단말기로 구성되고, 사물인터넷 서비스 생태계는 사물인터넷 플랫폼, 서비스, 통신으로 구성되어 있으며, 시장 참여자는 디바이스의 생 산 및 사용자(센서, 통신모듈, 단말기), 솔루션 및 플랫폼 개발 및 제공자, 소비자(개인, 가정, 산업, 공공)로 구성되 어 있다고 발표하였다[3]. 이러한 구분을 토대로 IoT 구성 기술을 살펴보면 그림 1에 보여진 것처럼 센서기기, 네트 워크, 플랫폼 및 서비스로 분류될 수 있으며, 사이버 침해 공격과 프라이버시 유출 위협을 예방하는 안전하고 신뢰 성 높은 IoT 서비스를 제공하기 위한 보안 기술로 분류할 수 있다[4].
	초연결 사회란 무엇을 일컫는가?	초연결 사회는 IT를 바탕으로 사람, 프로세스, 데이터, 사물이 서로 연결됨으로써 지능화된 네트워크를 구축, 이 를 통해 새로운 가치와 혁신의 창출이 가능해지는 사회 를 일컫는다. 이러한 초연결 사회를 실현할 중추 기술로 사물인터넷(IoT)이 급부상하고 있으며, 상호 연결된 단말 의 개수도 기하급수적으로 증가하고 있는 추세이다[1].
	LTE Direct 기술의 장점은 무엇인가?	LTE Direct는 기지국을 거치지 않고 스마트폰 간에 직 접 통신할 수 있는 기술로서, 반경 500 m～1 km 범위 내 의 LTE 기기 간 통신이 가능하다. 주파수 재사용 효율이 증 가되며, 면허대역을 사용하므로 서비스품질이 보장된다.

참고문헌 (10)

한국정보화 진흥원, "창조적 가치연결, 초연결사회의 도래", IT & Future Strategy, 2013년 11월.
Gartner, "Harness IoT innovation to generate business value share", Oct. 2016.
KT 경제경영 연구소, "융합산업이 이끄는 창조경제", ICT 융합과 정책, 디지에코 오픈 세미나 발표자료. 2016년.
ETRI, "IoT 시장 및 서비스 전망", 2016년.
Gartner Identies the Top 10 IoT Technologies for 2017 and 2018, online at http://www.dash7.org
Ofcom 보고서, "Promoting investment and innovation in the internet of things summary of responses and next steps", Ofcom, Jan. 2015.
Ovidiu Vermesan and Peter Priess, Digitizing Industry the IoT Connecting the Physical, Digital and Virtual Worlds, River Publishers, 2016.
FCC 보고서, "How will IoT impact communications networks in 5, 10 years?", Technical Advisory Committee, Oct. 2014.
전파정책 2020간담회 보고서, 일본 우정성, www.soumu.go.jp/main_sosiki/kenkyu/denpa2020/02kiban09_03000328.html 2016년 7월.
로봇？IoT에서 전파이용고도화 등 최근 전파정책, 우정성 총합통신기반국, http://kiai.gr.jp/jigyou/h28/PDF/0617p1.pdf 2016년 6월.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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