[Gateway] IoT Hub

소개

IoT 허브는 사용자들의 IoT 기기들을 클라우드 서버와 연결하고, TV(STB)와 스마트 기기의 UI 를 통해 제어하고 모니터링하는 데 필수적인 장치입니다.

풀버전 기준으로 Z-Wave, ZigBee, Bluetooth, Wi-Fi 4가지 통신 인터페이스를 지원하며, 고객의 요구에 따라 선택적으로 양산하거나 다른 통신 인터페이스를 검토할 수도 있습니다.

기기들의 데이터를 클라우드 서버로 올려보내고, 클라우드 서버를 통해 수신된 사용자의 제어 명령을 다시 기기로 전송합니다.

허브가 왜 따로 필요할까요?

집 안의 센서들이 인터넷에 직접 붙으면 될 것 같은데, 실제로는 그러기 어렵습니다.

문 열림 센서 같은 기기는 건전지 하나로 몇 년을 버텨야 합니다. Wi-Fi 를 켜고 인터넷에 붙어 있으려면 전력이 많이 들고, 암호화 통신까지 처리하려면 칩도 비싸집니다. 센서 하나 값이 몇 천 원인데 통신 부품이 그보다 비싸면 제품이 성립하지 않습니다.

그래서 센서는 아주 적은 전력으로 짧은 거리만 말하는 방식을 쓰고, 인터넷으로 나가는 일은 전원을 꽂아 둔 허브 한 대에게 맡깁니다. 통역과 우체국을 겸하는 자리입니다.

네 가지 통신 방식은 무엇이 다른가요?

방식	특징	주로 쓰는 곳
ZigBee	저전력, 기기끼리 신호를 이어 주는 메시 구성	센서, 스위치, 전구
Z-Wave	저전력 메시. 주파수 대역이 Wi-Fi 와 겹치지 않아 간섭에 강함	도어락, 보안 기기
Bluetooth	스마트폰이 기본으로 갖고 있어 직접 붙이기 편함	웨어러블, 근거리 설정
Wi-Fi	전력을 많이 쓰지만 대역폭이 큼	카메라처럼 영상이 오가는 기기

여기서 메시(mesh) 는 기기들이 서로 신호를 전달해 주는 구성입니다. 전파가 방 하나를 겨우 넘는 세기여도, 중간의 전구가 이어 주면 안방까지 닿습니다. 집 전체를 덮으려면 이 방식이 유리합니다.

문제는 이 규격들이 서로 말이 안 통한다는 점입니다. 사용자 입장에서는 "우리 집 기기"일 뿐인데 안에서는 언어가 넷입니다. 허브가 이걸 하나의 형태로 바꿔서 클라우드에 올려 줍니다.

위로는 MQTT, 아래로는 각자의 규격

허브 아래쪽은 기기마다 다른 무선 규격을 다루고, 위쪽은 클라우드와 MQTT 로 이야기합니다.

MQTT 를 쓰는 이유는 K-IMS 쪽 정리와 같습니다. 연결을 유지한 채 작은 메시지를 주고받을 수 있고, 서버가 먼저 명령을 내려보낼 수 있기 때문입니다. TV 리모컨으로 불을 끌 때 곧바로 반응해야 하는데, 기기가 서버에 주기적으로 물어보는 방식으로는 그 즉각성이 나오지 않습니다.

Structure

담당 범위

• 기기와 게이트웨이 모뎀 간 MQTT 프로토콜 처리
• 개발환경: Node.js, MQTT, ZigBee, Z-Wave, BLE

정리

IoT 는 화면보다 연결이 끊겼을 때 무엇을 할 것인가가 더 어려운 분야였습니다. 기기는 배터리가 떨어지고, 전파는 벽에 막히고, 인터넷은 가끔 끊깁니다. 허브가 그 사이에서 얼마나 조용히 버텨 주느냐가 체감 품질을 결정하는 것 같습니다.