1 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

RF 기반의 제어 네트워크 시스템

: 무엇이 문제이고 대안은 무엇인가

- 기술적인 평가서

어바이 굽타 & 마이크 테네포스 (Abhay Gupta & Mike Tennefoss) / 애쉴론

2005 년 6 월

이 문서는 2005 년 6 월 애쉴론에서 발표한 기술자료를 한글로 번역한 것이다. 영문 원본은

http://www.echelon.com/support/documentation/documents/005-

0171A_RF_White_Paper.pdf 을 참조하도록 한다.

목차

- 서론

- RF Everywhere and Nowhere

- 시그널 전파 손실의 문제

- 공용 주파수에서 네트워크 트래픽의 문제

- RF 멀티 패스와 왜곡(Distortion) 의 문제

- 밧데리 수명

- 시스템적인 고려사항

- 시스템 설계자가 해야 할 일

- 결론

- 부록 1

그림

- 그림 1. WiFi 라우터와 ZigBee 802.15.4 라디오와의 전파 간섭

- 그림 2. ZWave 시스템에 대한 홈 테스트 결과

표

- 표 1. 애쉴론 전력선 통신 기술과 ZWave 무선 기술과의 비교

2 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

서론

제어 네트워크 (control network) 는 센서, 액추에이터, 디스플레이와 기타 제어

어플리케이션을 수행하는 디바이스가 공통의 통신 매체에 의해 연결되고 서로간에 정보를 주고

받도록 구성되어 있는 네트워크를 의미한다. 안정적인 정보 교환을 보장하기 위해서는

디바이스간에 연결된 통신 자체에 대해 높은 신뢰성이 보장되어야 하고 설치될 환경에서

예측되는 간섭(interference)와 노이즈 문제에 대처할 수 있어야 한다.

이러한 제어 네트워크를 구축하기 위해 주로 사용되는 통신 매체로는 TP(twisted-pair), 즉

구리선을 이중으로 꼬아만든 통신선이나, 전력선(powerline), 광섬유 케이블(fiber optic), 동축

케이블(coaxial cable), 적외선(infrared) 통신 그리고 무선(RF) 통신 등이 있다. 각각의 통신

매체에는 나름대로의 장단점이 있다. (부록 1 참고 바람) 아울러 사용자는 설치할 운영 환경의

조건에 따라 어떤 통신 매체를 사용할 것인지를 결정하게 된다.

종종, 사용자는 두개 또는 그 이상의 통신 매체를 제어 시스템에 적용하기도 한다. 운영 비용과

통신 신뢰성을 고려하여 여러 매체 통신을 사용하여, 이를 통합/구성하게 것이다. 예를 들어,

원거리에 있는 모든 디바이스와의 통신을 위해 긴 유선 통신선을 설치하는 것보다 TP(유선)

통신과 전력선 통신을 적절히 혼합하는 것이 보다 비용 효율적인 솔루션이 될 수 있다. 또

금속 성분이 많이 있는 환경과 이미 다른 무선 데이터 네트워크가 있는 환경에 추가로 RF

기반의 제어 네트워크를 구성하면 통신 신뢰도를 현격히 저하시키는 요인이 되기도 한다. 이

경우에는 하이브리드 타입의 RF (hybrid RF) 와 TP 네트워크를 적절히 혼합하는 것이 대안이

될 수도 있다. 제어 네트워크에서 어떠한 통신 매체, 어떠한 하이브리드 솔루션을 적용하느냐의

문제는 통신의 신뢰성과 안정성, 그리고 운영관리를 차별화하는 데에 중요한 항목이 된다.

RF Everwhere and Nowhere

요즘 인기인는 기술 문서에서 새로운 RF 기반 제어용 기술의 잇점과 기능을 많이 찾아볼 수

있다. 리피터를 기반으로하여 메쉬(mesh, 그물망) 네트워크를 구성하고 새로운 프로토콜을

탑재함으로서 이러한 RF 기술이 작은 개수의 기기 네트워크에 대해서는 더 적은 설치 비용으로

유선(TP) 솔루션만큼의 성능을 제공한다고 알려지고 있다. 이러한 새로운 RF 기술에는 ZigBee,

ZWave, Millennial Net, 그리고 Dust 등이 있다.

애쉴론에서는 최근 1 여년에 걸쳐 이러한 RF 기반의 제어 기술에 대해 분석을 했으며, 이러한

기술들의 수준이 우리가 처음 예상했던 것 보다 훨씬 못하다는 결론에 이르렀다. 유선 TP

통신에 견줄만한 퍼포먼스와 통신 안정성을 기대했지만 결과는 그와 정 반대였다. 이러한 신규

RF 기술은 주파수 간섭 문제에 있어서 심각한 통신의 불안성을 보여주었으며 통신 거리의 문제,

밧데리의 문제 그리고 어떤 경우에는 응답 시간이 지연 되는 문제 등등을 발견할 수 있었다.

이러한 제어 네트워크에 사용되는 RF 용 모뎀, 또는 이러한 모뎀에 사용된 기반 기술은 몇몇

반도체 제조업체에 의해 제공된 것이고, 비록 각각의 RF 기술 제공 업체가 각기 자신의

솔루션을 독특하게 차별화하려고 노력하지만 여기에는 기본적으로 공통의 문제점이 내재되어

있다. 예를 들어 모든 시스템은 메쉬 네트워크로서 모든 RF 기반 디바이스는 통신 거리 확장을

위해 리피터(repeater) 로 동작하게 된다. 이러한 리피터 기능이 제공됨에도 불구하고 몇몇

시스템은 상업용 건물이나 농장 스타일의 홈(미국지역에 많은)에서는 안정적인 통신을

제공하지 못한다.

3 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

이제부터 우리가 발견한 몇가지 문제점과 한계 사항에 대해 설명하고 그 이유를 언급하고자

한다. RF 기술은 언젠가 제어 네트워크 분야에서 폭발적으로 도약하는 기술이 될 수도

있겠지만, 현재의 수준으로는 연구소에 돌아가 그들이 시작한 개발을 완성도 있는 수준으로

끝내는 것이 더 중요하다고 할 수 있다.

시그널 전파 손실의 문제

노이즈나 간섭 물질이 없는 경우 오픈 환경에서 RF 시그널은 거리에 비례하여 6dB 씩 감소된다.

그러나 건물 자재에 흔히 사용되는 석고 판넬이나 금속 성분이 포함된 벽, 알루미늄 성분의

버팀목, 그리고 기타 사무실이나 공장의 집기들이 RF 시그널의 강도를 감소시키게 된다.

따라서 실질적으로는 이러한 노이즈와 간섭물질이 있는 건물 환경에서 RF 시그널의 크기는

거리에 비례하여 약 25dB 감소되게 된다. 메쉬 RF 네트워크 솔루션을 제공하는 업체는 통신

거리를 얘기할 때 노이즈와 간섭물질이 존재하지 않는 경우를 기준으로 명시하곤 한다. 이는

차의 연비를 얘기할 때 내리막 길만을 운전하는 경우에 대한 연비를 알려주는 경우와 같다.

일반적인 건물 또는 집 (대략 70 여평)과 같은 실제 환경에서 메쉬 RF 네트워크는 전혀 다른

성능을 보여주고 있었다. 우리가 조사해본 어떤 RF 네트워크도 금속 또는 석고 성분의 벽과

금속판 성분이 포함된 벽과 바닥, 그리고 이러한 성분이 포함된 L 자형 집 환경에서 안정적으로

통신하지 못했다. 30 미터 거리에서 통신하는 RF 기술은 없었고 기껏해야 10m 정도가

통신하는 수준이었다. 아울러, 시간이 지날수록 통신에 필요한 마진이 충분하지 못했고 몇몇

노이즈원에 전원을 인가하면 통신 거리는 현저히 떨어저 매 5 또는 8 미터마다 리피터가

필요했다.

공용 주파수에서 네트워크 트래픽의 문제

RF 시그널링은 정부에 의해 주파수 범위가 제한되어 있다. 따라서 모든 RF 기술 공급업체는

공통으로 할당받은 RF 주파수 스펙트럼을 공유해야 하고 인준을 받은 다른 RF 기술과의

공존성을 보장해야 한다. 즉, 868MHz(유럽), 915MHz(미국), 그리고 ISM 2.4GHz 대역을

공유하고 있는 제어용 RF 네트워크는 이미 시장에서 상용화되어 사용중인 802.11(WiFi)

라우터와 네트워크 인터페이스, 무선 전화기, Bluetooth 디바이스, 그리고 오디오 비디오

확장기기와 CCTV 및 기타 제어용 디바이스와 공존할 수 있어야 한다.

서로 다른 무선 디바이스간의 간섭(interference) 의 문제는 이들간의 통신 신뢰성을 현저히

감소시키게 된다. 다양한 RF 기술들은 저 나름대로 이러한 간섭 문제를 해결하는 기술을

사용하고 있다. 예를 들어 WiFi 와 ZigBee 는 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)

방식을 채택하고 있고 블루투스 (BlueTooth) 는 FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)

방식을 이용하여 랜덤하게 채널과 채널을 움직이는 방식을 채택하고 있다. 하지만 이러한

DSSS 와 FHSS 방식을 사용하는 무선 전화기가 이미 도처에 설치 사용되고 있다. 근접한

주파수에서 여러 개의 DSSS 디바이스가 동작하게 되면 사용주파수의 스펙트럼 파장에의한

오버래핑 현상이 발생하여 상호 통신 간섭(interference)의 원인이 된다. 따라서 제한된 주파수

범위를 공용으로 사용하는 것은 시스템 퍼포먼스를 저하시키는 결과를 초래하게 된다.

공용 주파수 범위에서 동작하는 RF 디바이스의 개수가 증가함에 따라 RF 트래픽의 혼잡도 역시

증가하게 된다. 이에 따라 통신의 안정성은 떨어지게 된다. 현존하는 그 어떠한 메쉬 구조의 RF

4 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

기술도 트래픽이 많은 RF 밴드에서 안정성을 보장하지 못한다.: 트래픽이 혼잡할 때 유효한

대역폭이 상당히 낮은 것으로 조사되었으며 아주 가혹한 환경에서는 아예 통신 자체가

불가능한 것으로 조사되었다. 아래의 <그림 1>은 한 개의 802.11 (WiFi) 라우터가 ZigBee 가

사용하는 주파수 범위에 얼마나 많은 양의 에너지를 분사하는지를 보여준다. 이러한 라우터와

함께라면 ZigBee 시그널링의 통신 안정성은 보장하기 힘들다.

[그림 1. WiFi 라우터와 ZigBee 802.15.4 라디오간의 간섭(interference)]

이미 WiFi 디바이스, 무선 전화기, 블루투스 통신이 내장된 디바이스와 그와 유사한 디바이스가

각 가정과 건물과 공장에 확산됨에 따라 ZigBee 기반의 디바이스는 더더욱 전파 간섭에

노출되기 쉬워진다. 물론 경우에 따라 메쉬 RF 네트워크가 먼저 설치되어 처음에는 이러한

문제가 발견되지 않을 수도 있다. 하지만, WiFi 를 비롯해서 다른 간섭 디바이스들이 언제든지

추가 설치될 수 있다. 물론 서비스 요원이 파견되어 해당 간섭 기기를 다시 배치할 수도

있겠지만, 해당 디바이스의 목적이나 소유권등등에 따라 이러한 작업이 항상 가능한 것은

아니다.

RF 멀티 패스와 왜곡(Distortion) 의 문제

몇몇 제조업체는 DSSS 와 FHSS 의 군용 스프레드 스펙트럼 전파(spread spectrum radio)가

매우 효율적이고 혼잡의 문제(jamming), 멀티 패스 문제 (특정 금속 표면과 물질에 대한

반사작용에 의해 생기는 고스트 시그널)와 시그널 왜곡(distortion)의 문제를 해결할 수 있다고

말한다. 사실적인 관점에서 본다면 현존하는 메쉬 구조의 RF 기술중 그 어떤 것도 군용

무선기술에 비교될만큼 복잡하고 강력한 프로세싱 파워를 지원하지 않는다. 따라서 이러한

이러한 RF 시스템은 스프레드 스펙트럼 기술을 응용하였음에도 불구하고 안정성을 보장할 수

없는 것이다.

5 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

예를 들어, ZigBee 스프레드 스펙트럼 라디오 기술은 금속 또는 금속판 성분의 표면 반사에

의한 멀티패스 간섭에 취약함을 보여주고 있다. 멀티패스 시그널은 오리지날 RF 시그널을

소멸시키게 되며 이에 따라 에러가 발생하게 된다. 시그널 왜곡에 의해 발생한 다른 형태는

이러한 스프레드 스펙트럼 라디오의 민감도를 떨어뜨리고 작동 범위를 크게 감소시키게 된다.

시그널 멀티패스에 의한 간섭과 시그널 왜곡이 시간과 장소에 따라 다양하게 변화되므로 RF

네트워크가 설치되는 시점에는 관찰되지 않을 수 있다. 현장에서 금속 성분 장비, 또는 석고벽

뒷편의 금속 성분 장비의 위치가 변경됨에 따라 멀티패스 간섭이 생성될 수 있고 이는 처음

설치되는 시점에는 존재하지 않았던 것일 수도 있다. 메쉬 구조의 리피터를 둔다고 해서 이러한

문제가 해결되는 것은 아니다. 왜냐하면 멀티패스 간섭의 원인을 구체적으로 파악하기가

힘들고 금속 물질의 간섭을 극복하는 것이 쉽지만은 않기 때문이다.

2.4GHz 대역에서의 멀티패스 간섭 문제는 종종 해당 기기를 아주 짧은 거리 (3cm 또는

6cm 이내) 로 옮겨서 반사 파장의 영향을 피하게 하는 방법으로 해결할 수 있다. 이러한 방법은

핸드폰이나 무선 전화기에서 멀티패스의 문제를 경험했던 사람들이 자주 사용하는 방법이다.

하지만 제어용 디바이스는 위치를 옮기는 것이 쉬운 것만은 아니다. 시간대별로 멀티패스의

문제가 발생한다고 해서 제어용으로 고정된 디바이스를 움직일 수는 없지 않은가!

멀티패스와 시그널 왜곡의 문제를 해결하기 위해서는 기술자가 현장에서 직접 원인을 파악하고

조치해야 하는 어려운 문제이다. 따라서 디바이스 제조업체 관점에서 본다면 TP 통신이나

전력선 통신보다 훨씬 더 큰 보증수리 비용이 따르게 된다.

밧데리 수명

밧데리를 사용하는 무선 기술은 또 다른 오퍼레이션과 유지보수의 문제를 야기하게 된다. 메쉬

구조의 RF 기술을 제공하는 업체들은 시스템 호출시간 대비 밧데리 수명 시간을 고려하여야

한다. – 여기서 시스템 호출시간(latency)이란 시그널 전송후 동작하기까지의 지연시간을

의미한다. Dust 와 같은 RF 네트워크는 밧데리 타입의 리피터를 허용하고, 밧데리 수명을

절약하기 위해 가끔씩 wake-up 을 해주는 방식을 사용한다. 이러한 방식은 좋지만 밧데리

비용이 만만치 않으며 전송된 시그널에 대한 응답이 오기까지 15 초 이상의 시그널 지연이

발생할 수 있다. 이렇게 긴 지연시간이라면 실시간 어플리케이션과 같은 보안 모니터링, 조명

제어, 알람과 원격 제어 및 피이드백 전달이 필요한 어플리케이션에서는 사용할 수 없다.

또 다른 RF 기술인 MillennialNet 인 경우 리피터에 밧데리가 아닌 정상 전원이 투입되어야 한다.

이 말은 몇몇 디바이스는 밧데리 기반이라 하더라도 나머지 디바이스는 전원 투입형

디바이스여야 한다는 뜻이다. 이러한 아키텍쳐라면 이 기술이 과연 밧데리 기반의 무선

기술이라고 말할 수 있는지 근본적인 질문부터 해야할 것이다.

예를 들어 조명 기기 근처에 있다던지 하는 이유로 제어용 RF 디바이스에 밧데리를 사용할

필요가 없을 수도 있지만, 밧데리로부터 전원을 공급받아야 하는 RF 리피터 기술은 반드시

필요하다. 왜냐하면 멀티패스 간섭이라든가 시그널 왜곡 등을 피하여 디바이스가 리피팅을

제대로 하기 위해서 최적의 위치를 찾아야 할 필요가 있는데, 그 위치에 전원 라인이 있다고

보장할 수는 없기 때문이다.

디바이스의 밧데리 수명은 쉽게 계산할 수 있다. 예를 들어 간단한 프로제서와 센서로 구성된

디바이스가 정상 상태에서 20mA@3V 를 소비한다고 가정할 때, 여기에 RF 라디오 송수신에

보통 20mA 가 더 필요하게 된다. 여기에 디바이스가 매 2 초마다 5ms 간 wakeup 상태를

6 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

유지해야 한다고 가정해보자. 디바이스가 sleep 기간 동안 소비하는 에너지는 무시한다

치더라도 필요한 평균적인 전류값은 40mA * 5ms / 2sec 즉 100uA 가 된다. 이러한 규모라면

1.15Ahr 알카라인 밧데리는 아마도 1.15Ahr 나누기 100uA, 즉 11500 시간을 버틸 수 있고

이는 16 개월에 해당한다. 대규모 건물이나 홈에서 사용된 경우라면 수백개의 RF 디바이스에

대한 밧데리 교체 작업과 비용, 일정은 무시하지 못할만한 수준이 될 것이다.

시스템적인 고려사항

제어 네트워크에는 통신 매체 못지 않게 중요한 요소가 많이 있다. 시스템 설치, 업그레이드,

유지보수, 써포트 등이 얼마나 쉽고 효율적인가는 이러한 요소들을 모두 고려함으로서

결정되는 것이다. 그물망 RF 기술이 다방면의 제어 어플리케이션에 사용됨에 따라 많은

클레임이 있을 것이다. 몇가지 아이템은 다음과 같다.:

- 검증된 기술인가의 문제 : 메쉬 RF 기술중 그 어떤 것도 실제 환경에서 수백만개가

설치된 사례가 없다. 사실 수십만개가 설치된 사례도 없다고 본다. 또한 다양한

어플리케이션에서 안정적인 통신을 보고한 사례도 찾기 힘들다. 우리가 테스트한

것처럼 현재의 낮은 퍼포먼스가 실제 현장 환경에 적용되기에는 부족한 점이 많아서 일

것으로 추측한다.

- 개방형 표준 : 메쉬 RF 기술이 사용하는 프로토콜중 개방형 표준으로 인정된 것은

아무것도 없다. ZigBee 가 IEEE 표준이라고 하지만, 이는 프로토콜에 대한 것은

아니다. IEEE 802.15.4 는 오로지 물리 계층(physical layer)에 대한 규격일 뿐이고

프로토콜은 업체가 독자적으로 구현해야 한다. 즉, 서로 다른 제조사의 ZigBee

디바이스는 서로 다른 프로토콜을 사용하므로 상호운용 호환성을 제공하지 못한다.

이렇게 독자적인 방식으로 구현된 ZigBee 제품들이 ZigBee 얼라이언스라는 공통의

이름으로 마케팅을 하고 이에 따라 사용자는 ZigBee 디바이스가 서로 호환성을

보장한다고 착각하게 된다. 하지만, 결국에는 단일 벤더의 제품만 사야하는 일이

생기게 된다.

- 오류에 대한 내성 (Fault Tolerance) : 메쉬 네트워킹은 RF 시그널이 여러 디바이스에

의해 반복(repeat)되므로 오류에 대한 내성 기능을 제공한다고 주장하고 있다. 그러나

ZWave, MillennialNet 과 그밖의 메쉬 RF 네트워크는 네트워크 상에서 메쉬 리피터를

관장하는 콘트롤러에 의존하고 있다. 이 콘트롤러는 그물망을 제대로 작동하게 하기

위하여 항상 동작 상태에 있어야 한다.. 만일 이 콘트롤러에 문제가 생기면 해당 망

전체가 동작하지 않게 된다. (다음장의 ZWave 비교 자료 참조). 이렇게 한 개의

장비( 콘트롤러)에 메쉬 RF 네트워크가 의존하는 것은 single point of failure 의

취약성, 즉, 전체 시스템 아키텍쳐에서 주요 약점이 된다.

특히 제어 네트워크에서 꼭 필요한, 시스템 전체적인 관점에서 보아야 할 주요 항목을 <표 1>에

나열하였다. 아울러 이러한 항목에 대해 애쉴론 전력선 통신 기술과 ZWave RF 기술의

제공하는 내용을 적어보았다. 여기서 언급된 ZWave 솔루션은 현재 상용화된 제품을 대상으로

하였다.

애쉴론과 ZWave 솔루션 사이에는 결정적인 차이점이 있다. 특히 기능과 보증(warranty)

서비스에 따르는 비용, 그리고 써포트의 문제 등에서 많은 차이점을 볼 수 있다. 그리고 실제

테스트에서 (그림 2 참조) 이러한 ZWave RF 기술의 낮은 퍼포먼스를 직접 확인할 수 있었다.

7 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

표 1. 애쉴론 전력선 통신 기술과 ZWave RF 비교

항목 애쉴론 전력선 통신 ZWave RF

검증된 기술인가

결론

예. 3 천만개 이상의 애쉴론

전력선 통신 제품이 설치됨 (2006 년초기준)

검증된 기술

아니오.

퍼포먼스가 알려져 있지 않음

개방형 표준 프로토콜

결론

예.

ANSI/CEA 709

EN14908

IEEE 1473L

SEMI E54.16

AAR US

GB China

다양한 벤더, 인준된 기술

아니오

ZWave 는 독자적 프로토콜

방식이며 아직 어떠한 표준

단체에서 인정받지 못했음

긍국적으로 단일 업체 기술,

인준받지 못한 기술

단일 솔루션으로 국내용

국제용 제품 개발 가능

결론

예. 전세계 주파수 범위 만족.

C-Band CEN 모드 지원

제품 종류 단순화

아니오. 미국, 유럽,

일본등에서 다른 주파수를

사용하여야 함.

제품 종류가 많아져야 함.

신뢰성

결론

99.7% 이상의 성공적인

메세징

금속성분의 제품 및 철근

콘크리트, 무선전화기 및 무선

확성기 등등에 영향받지 않음

가정내 제어 기기에 적용 가능

고객 만족

메시지 성공률 50% 이하

금속성분의 제품 및 철근

콘크리트, 무선전화기 및 무선

확성기 등등이 퍼포먼스에

영향을 줌

신뢰성이 별 문제가 되지 않는

어플리케이션에서 짧은 거리

통신에 적합

보증 비용 상승, 고객 불만족

시스템의 강건함(robustness)

결론

매우 높음

플러그-앤-플레이 방식의

연결. 가정내에서는 별도의

리피터 필요없이 통신 가능.

경우에 따라 상간 통신도 가능

써포트 비용 저렴

낮음

환경에 따라 플러그-앤-

플레이 방식의 연결이

불가능할 수 있음

써포트 비용의 증가

리피터 필요 없음

단순하고 저렴한 비용의

시스템이 됨. 밧데리 교체

작업 필요 없음.

필요함 – 직접 AC 전원

공급이 되던가 아니면 밧데리

수명이 아주 짧음

시스템 셋업이 복잡

오류에 대한 내구성

매우 높음

디바이스가 개별적으로

시스템에 대해 간섭됨 없이

낮음

노드(디바이스)를 제거하는

경우 모두 켜기/모두 끄기와

8 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

결론

제거되거나 변경될 수 있음

각각의 디바이스는

독립적으로 동작하며 동작의

주체 역할을 할 수 있다. 물론

콘트롤러 기반의 설계도

가능하나 이는 바람직하지

않다.

저렴한 써포트 비용

같은 명령은 2 초이상 lock 에

빠질 수 있다. 왜냐하면

디바이스를 제거하는 동안

ACK 를 잃어버리기 때문이다.

몇몇 ZWave 디바이스의 경우

설정값을 바꾸면 디바이스를

지우고 다시 시작해야 하는

경우도 있다.

콘트롤러 기반의 아키텍쳐 –

만일 콘트롤러에 밧데리

오류가 발생하면 전체

시스템은 동작하지 않는다.

써포트 비용 증가

확장 가능성 (scalability)

결론

풍부한 확장 기능

제어 네트워크에 최적화된

완성도 높은 프로토콜 : 조명,

냉난방, 보안, 에너지,

블라인드 제어, 기상 예보

스테이션, A/V, 멀티룸 IR

시스템, 개수 시스템 등등에

두루 적용된 기술

같은 제품으로 여러

어플리케이션에 사용 가능

최소

단순한 on/off/디밍(dimming)

어플리케이션 정도만 가능한

프로토콜. 별도의 프로세서가

필요함.

제한적인 어플리케이션

(홈)댁내 통신 퍼포먼스

결론

플러그-앤-플레이 방식

보증 및 서비스 비용 절감

불안한 시그널링 (그림 2

참조)

보증 비용 및 서비스 비용

증가

자가 설치 (self-installation)

결론

가능

칩에 내장된 LonTalk

프로토콜과 뉴런 코어를

이용하여 자가 설치를

자동으로 설정할 수 있도록

프로그래밍 가능

애쉴론에서는 플러그-앤-

플레이 방식, 또는 플러그-

press-앤-플레이 방식의

구성 시스템을 지원함

불가

프로토콜이 단순하여

프로세서에 자가 설치를

지원하는 기능을 지원하기에

한계가 있음

설치에 별도 툴이 필요함

상호운용 호환성

(interoperability)

가능

LonMark 가이드라인에 따라

여러 업체 디바이스의

메시지가 상호운용 호환성을

보장함

불가

디바이스 클래스가

만들어져야 함. 현재 약

40 여가지의 클래스가

만들어져 있고 각각의

클래스는 디바이스 메모리를

9 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

사용함. 사용자는 자신만의

고유한 클래스 생성 할 수

없음.

다양한 통신 매체 지원 가능

애쉴론의 론웍스 기술은

전력선 통신 뿐만 아니라 TP,

RF, IR, coaxial, Fiber Optic

등 다양한 매체 통신을

지원한다.

불가

오직 RF 만 지원. 환경에 따라

RF 통신에 제약이 많을 경우

고가의 리피터가 필요함.

[그림 2. ZWave 시스템을 이용한 홈 테스트]

금속 성분이 들어간 벽면 주변에서 통신이 불안함.

(TX5 가 리피터로 설정되었지만, 제 기능을 발휘하지 못했음)

10 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

시스템 설계자가 해야 할 일

현재 메쉬 RF 기술의 제약사항 때문에 많은 설계자들이 미완성 단계의 RF 기술을 고려하기를

꺼리고 있다. 즉, 회사의 명성, 시스템 유지 비용, 보증 업무 등등을 고려해볼 때 현재의 RF

기술을 적용하기에는 위험을 감수해야 한다는 것이다.

그렇다면 무선 기술을 제어 시스템에 적용하려면 어떻게 해야 하는가? 먼저 해야할 일은

실질적인 통신 범위를 주의깊게 평가하고 밧데리 수명과 시스템 유지 비용 등에 대해 자세히

파악하여야 한다. 단순히 실험실에서 메쉬 RF 기술을 테스트해본 것과 수백개의 테스트

사이트에서의 결과는 전혀 다르다. 아마도 애쉴론에서 했던 테스트를 결과처럼 현재의 메쉬 RF

기술은 아직 준비되지 않은 기술이고 넓은 범위에 적용하기에는 무리가 따른다는 결론에

도달할 것이다.

다행스럽게도 메쉬 RF 기술에 비해 더 안정적이고 경쟁력있는 비용의 솔루션이 있는데, 그것이

바로 애쉴론사의 전력선 통신 기술이다. 이미 전력선 통신은 건물 자동화와 홈네트워크와 같은

여러 산업 분야에서 RF 기술의 대안으로 사용되고 있다. 다행스럽게도 대부분의 제어

시스템을 구성하는 디바이스에는 이미 전기가 연결되어 있다. AC 건 DC 건 하는 것은 둘째

문제이다. 따라서 이러한 어플리케이션에서는 전력선 통신이 이상적이라 할 수 있다.

신규 건물에 대해서는 TP 타입의 유선 통신이 안정적인 통신으로 신뢰받고 있다. 여기에는

밧데리 교체의 이슈도 없고 유지보수 비용도 아주 저렴하다. (Free topology 이므로) 상업용

빌딩의 개보수인 경우 비상등과 같은 어플리케이션은 전력선 통신이 메쉬 RF 네트워크보다 더

신뢰성있는 대안이 될 것이다

결론

우리는 시간이 지날수록 RF 기술이 발전에 발전을 거듭하리라고 생각한다. 그렇지만

제조업체는 검증되지 않은 기술을 사용해서 대해 상용 제품을 만들 수는 없다. 현재의 메쉬 RF

기술 개발업체는 다시 실험실로 돌아가 보다 안정적인 솔루션이 될때까지는 연구를 거듭해야

해야 할 것이다. RF 기술은 밧데리를 사용하는 센서 모니터링 시스템에 아주 저가형으로

사용될 때 의미가 있는 것이고 현재와 같이 무선 통신 환경의 질이 보장되지 못하는 제어

시스템 레벨에서는 적합하지 않다.

11 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

부록 1 – 제어 네트워크에서의 통신 매체 비교

매체 장점 단점

TP 유선 - 통신 신뢰성이 뛰어남

- 저렴한 비용

- 비전문가에 의한 설치 가능

- 추가 배선의 문제

전력선

(Powerline)

- 통신의 신뢰성 뛰어남 (애쉴론

전력선 통신의 경우)

- 저렴한 비용

- 통신을 위한 추가 배선 필요 없음

( no-new-wire 기술)

- 몇가지 디바이스는 전문 기술자가

전원 연결을 해야 할 필요가 있음.

(필터 또는 커플러)

광섬유

(Fiber optic)

- 통신의 신뢰성 뛰어남

- 전기적 노이즈에 강함

- 고가의 비용

- 반드시 전문가에 의한 설치가

필요함

동축 케이블

(Coxial cable)

- 통신의 신뢰성 뛰어남 - 보통의 디바이스 비용

- 보통의 설치 비용

- 추가 배선의 문제

적외선

(Infrared)

- 통신을 위해 추가 배선 필요 없음

- 저렴한 비용

- 잘 제어된 오퍼레이션

- 짧은 거리에만 해당

- 벽이나 바닥을 통과할 수 없음

- 설치 환경에 따라 신뢰도가 결정됨.

(다른 적외선 통신에 노출됨에 따르는

문제)

무선 (RF) 통신을 위해 추가 배선 필요 없음

(다만 어떤 종류의 리피터는 직접

전원 공급이 필요함)

저렴한 비용

- 벽이나 바닥을 통과하기 힘듬

- 현장에 따라 설치 비용 편차가 큼

리피터가 필요함

- 다양한 노이즈원으로부터의 영향과

다른 무선기술로부터의 간섭에 대한

영향이 제대로 분석되지 못했음

- 밧데리 교체에 따르는 비용과

절차의 문제

TP 기반의 유선 통신 기술이 제어 네트워크 분야에서 오랫동안 사용되어 왔다 이는 비교적

저렴하고 사용이 쉽고 통신의 안정성이 뛰어나기 때문이다. TP 케이블 공급업체가 수백개나

되고 다양한 분야에 사용될 수 있는 여러 종류의 케이블, 그리고 다양한 환경 (온습도, 각종

오염물질 및 전기적인 노이즈)에 내성을 갖는 저렴한 케이블들이 시장에 공급되고 있다. Free

Topology, FT 라고 불리우는 자유 배선방식의 유선 통신 기술은 각종 네트워크 토폴로지 –

버스, 스타, 루프, 데이지 체인 등등 다양한 물리적 결선이 가능한 채널이면서 안정적인 통신을

보장한다.

전력선 통신 기술은 고압 또는 저압의 AC 및 DC 전원 채널에 제어용 시그널을 부가하는

기술이다. 이러한 기술을 사용하여 장비나 기기는 전원선에 연결만 함으로서 제어 네트워크에

연결되게 된다. 따라서 통신을 위한 별도의 추가 배선이 필요 없는 것이다. 애쉴론의 전력선

통신 채널은 ANSI/CEA 709.2 전력선 통신에 호환되는 기술이고 복잡한 디지털 시그널링

프로세서와 에러 보정 알고리즘을 포함하고 있어서 노이즈 환경에서도 안정적인 통신을

제공하고 있다.

12 / 12 애쉴론 코리아 (www.echelon.co.kr)

광섬유 통신 기술은 유연성있는 유리나 플라스틱 케이블에 광파(light wave)를 전송함으로서

통신하게 된다. 광섬유 시스템은 전기적 노이즈에 대해 높은 절연성을 제공한다. (이는

광섬유가 전기적인 파형이 아닌 광파를 이용하기 때문이다.) 이에 따라 광섬유는 산업용

공장등과 같이 전기/자장 노이즈가 심한 환경에서 안정적인 통신 수단으로 각광받고 있다.

그러나 광섬유 채널 케이블링에는 특수한 연결 툴과 전문성이 요구되며 따라서 비교적 비싼

솔루션이다.

동축 케이블 기술은 전기적으로 쉴드된 케이블을 통해 데이터를 전송한다. 이렇게 쉴드 되어

있는 관계로 광섬유 만큼은 아니더라도 비교적 높은 절연성을 보장한다. 하지만 동축 케이블을

사용하는 관계로 전문 툴과 설치의 전문성이 요구된다.

적외선 기술은 눈에 보이지 않는 적외선을 이용하여 제어 시그널을 전송한다. 적외선 시그널은

광파가 갖는 장점을 갖지만 벽이나 바닥을 통과할 수 없도 분산되는 성질이 있다. 아울러

비교적 저렴한 기술이지만 근거리 통신에만 적합하고 몇몇 적외선 성분의 에너지를 갖는

형광등이나 햇빛은 적외선 통신 퍼포먼스에 영향을 줄 수 있다.

무선(RF) 기술은 라디오 주파수를 이용하여 제어 시그널을 전송한다. RF 시그널링은 (안테나의

특성에 따라 다르기는 하지만) 비교적 광범위하게 전파되고 사용 주파수에 따라 건물 자재를

투과하여 전파가 전달될 수 있다. 하지만 사용 가능한 주파수 범위는 나라마다 다르고 물론

전세계 공통으로 사용 가능한 주파수 ISM 밴드 (2.4GHz) 도 있다. 최근 몇 년사이 RF 솔루션

비용이 크게 낮아졌고 특히 근거리 통신용 RF 트랜시버의 비용은 상당히 저렴해 졌다. 그러나

금속 성분의 건물 자재에 의해 신뢰성의 문제가 야기되고, 사용 주파수가 공용 주파수인 관계로

점점 더 많은 RF 디바이스가 연결될수록 서로간의 간섭의 문제가 내제되어 있어서 근거리

통신용으로는 저렴한 기술이 될 수는 있지만, 어느 정도의 통신 거리를 확보하기 위해서는

복수개의 리시버나 리피터 등이 필요하게 되는 단점을 가지고 있다.