[주간기술동향 2150호] ICT 신기술 : 앰비언트 IoT 기술 동향 요약

I. 서론

IoT 기술의 사용이 점차 확산되면서 5G와 6G 네트워크에서 IoT의 중요성이 부각되고 있다. 특히, 모바일 IoT 연결 수는 2028년까지 전 세계적으로 54억 연결에 도달할 것으로 예상되며, 6G에서는 이러한 IoT 기술의 성능과 용도가 더 확장될 것이다. 이 보고서는 6G IoT 기술의 진화와 앰비언트 IoT 기술에 대한 최신 동향을 설명하고자 한다.

II. 5G와 6G에서 IoT 기술

5G에서 IoT 기술

5G는 다양한 IoT 유즈케이스를 지원하기 위해 NB-IoT, LTE-M, NR-IIoT 기술을 제공하고 있다. NB-IoT는 저속 고정형 센서에 적합하며, LTE-M은 저속 이동체 디바이스를 위해 설계되었다. RedCap 단말은 비용 효율적인 중간 사양의 IoT 단말을 지원하며, Rel-17에서는 비지상망을 통한 IoT 기술이 도입되었다.

6G에서 IoT 기술

6G에서는 IoT 연결 밀도가 5G보다 크게 증가할 것으로 예상되며, Ubiquitous Connectivity와 같은 새로운 유즈케이스가 추가된다. 6G의 앰비언트 IoT 기술은 고밀도 센서 네트워크를 지원하며, 기존 5G 기술의 확장된 성능 요구사항을 충족할 수 있을 것으로 보인다.

III. 앰비언트 IoT 기술

앰비언트 IoT 유즈케이스

앰비언트 IoT 기술은 에너지 하베스팅을 통해 배터리 없이 작동하는 디바이스를 가능하게 하며, 재고 조사, 센서 데이터 수집, 포지셔닝 등의 다양한 유즈케이스를 지원한다. 앰비언트 IoT 디바이스는 기존 5G mMTC 기술보다 낮은 복잡성과 전력 소비를 특징으로 한다.

앰비언트 IoT 요구사항

기능 요구사항

 

• 통신 측면
  • 그룹 통신: 5G 시스템은 5G 네트워크 또는 앰비언트 IoT 디바이스를 지원하는 단말이 그룹 내 여러 앰비언트 IoT 디바이스와 동시에 통신할 수 있도록 지원해야 한다.
  • 인증: 5G 네트워크는 앰비언트 IoT 디바이스를 지원하는 단말이 안전하게 통신할 수 있도록 인증 메커니즘을 제공해야 한다.
• 포지셔닝
  • 위치 서비스: 5G 시스템은 앰비언트 IoT 디바이스에 대한 정확한 위치 서비스를 제공해야 하며, 이를 통해 디바이스의 위치 추적 및 관리를 가능하게 해야 한다.
• 관리
  • 인애이블/디스애이블: 5G 시스템은 RF 신호 전송을 인애이블된 앰비언트 IoT 디바이스의 신호 전송 기능을 디스에이블하거나, 반대로 디스에이블된 디바이스의 RF 신호 전송 기능을 인애이블할 수 있는 기능을 제공해야 한다. 이를 통해 네트워크 운영자는 디바이스의 전력 소모 및 통신 효율성을 제어할 수 있다.
• 외부 연동(Exposure)
  • 3rd party 연동: 사용자 동의, 통신사업자의 정책, 제3자의 요청에 따라 5G 시스템은 앰비언트 IoT 디바이스로부터 수집된 정보를 제3자에게 제공할 수 있는 기능을 지원해야 하며, 이는 센서 데이터 수집 및 활용과 같은 서비스에 필수적이다.
• 보안
  • 보안 보호: 5G 시스템은 앰비언트 IoT 디바이스에 대한 시큐리티 보호 기능을 제공해야 하며, 데이터 통신의 무결성과 기밀성을 유지할 수 있도록 보안 메커니즘을 갖추고 있어야 한다.

성능 요구사항

각 유즈케이스별로 최대 단대단 지연, 통신 범위, 위치 정확도, 데이터 속도 등이 설정되어 있으며, 예를 들어, 재고 조사 유즈케이스는 통신 범위 30~50m, 위치 정확도 3m의 성능을 요구한다.

 

앰비언트 IoT 토폴로지

앰비언트 IoT는 기지국과 디바이스 간의 양방향 통신을 기반으로 하며, 여러 토폴로지에서 데이터 전송과 수신이 이루어진다. 기지국-디바이스-중간 노드 간 연결을 통해 통신 범위를 확장할 수 있다.

앰비언트 IoT 프로시저

앰비언트 IoT 프로시저는 **리더(reader)**와 디바이스 간의 데이터 전송 과정을 포함하며, 무선계층 상위에서의 데이터 송수신이 단계별로 이루어진다. 재고 관리와 명령 유즈케이스에서는 특정 디바이스 식별과 데이터 전송이 주로 이루어진다.

앰비언트 IoT 프로토콜

앰비언트 IoT는 초저전력 및 초저복잡도를 지원하기 위해 5G NR에서 사용되는 기존 프로토콜을 최소화하고 MAC 계층과 물리계층만을 지원한다. RRC, PDCP 등의 상위 계층은 배제되며, 페이징 기능과 랜덤 액세스 프로시저가 추가된다.

앰비언트 IoT 물리계층

앰비언트 IoT의 물리계층은 멀티플 액세스와 물리 채널의 반복 기능을 지원하며, 프레임 구조와 타이밍 조정이 가능하다. CSI(Channel State Information) 피드백은 제외되고, 간단한 제어 정보만 포함된다.

IV. 결론

앰비언트 IoT는 6G에서 중요한 기술로 자리잡을 것으로 예상되며, 배터리 없는 IoT 디바이스의 가능성을 제공한다. 6G 상용화를 위해서는 국가적 차원의 기술 개발과 표준화가 필요하며, 앰비언트 IoT 기술도 이러한 발전을 지원할 유력한 후보 기술이 될 것이다.