Dotdot, IEEE 802.15.4 호환 PHY 사용
RF 프로토콜인 스레드와 지그비의 협업
일상의 모든 사물의 연결 속성 단일 언어로


스마트 홈, 커넥티드 홈, 홈 IoT 등의 개념은 이미 우리 주변에서 현실화되고 있다. 최종 장비 제조업체들 또한 지금까지는 틈새시장 위주이기는 하지만 다양한 제품을 개발하고 있다. 특히 아마존(Amazon)의 에코(Echo) 및 애플의 홈팟(HomePod)과 같은 음성명령 장치 사용이 증가함에 따라 적용 속도는 더욱 빨라질 것으로 보인다.
“알렉사(Alexa), 조명을 더 밝게 해줘”와 같은 음성 명령은 알렉사가 현재의 공간을 파악하고, 주변 환경을 인식하고, 제어 채널을 통해 ‘사물’을 제어할 수 있도록 더 많은 센서 데이터를 제공하는 시스템 설치를 촉진시키게 될 것이다. 동시에 무선 네트워킹 기술이 새롭게 개발됨에 따라 지속적으로 보다 향상된 성능과 유연성은 물론, 뛰어난 상호 운용성이 제공되어야 한다.

메시(Mesh) 방식을 이용하는 안정적인 저전력 무선 네트워크는 산업 및 가정환경에 모두 매력적인 솔루션이다. 기술이 성공하기 위해서는 조작이 간편하고, 즉시 사용할 수 있어야 하고, 결함이 없는 제품이어야 한다. 예를 들어, 주택 소유자의 경우에는 반품 가능성을 고려하여 간단한 설정 및 안정적인 운영이 가능하도록 해야 한다.

마찬가지로, 얼리 어답터들의 경우 호환이 되지 않는 독립 제품군의 기기들에 만족할 수 있겠지만, 시장 잠재력을 극대화하기 위해서는 여러 공급업체의 제품을 함께 사용할 수 있는 환경이 조성되어야 한다. 따라서 표준이 필요하다.

우리는 표준 재정의 논의를 시작할 수 있도록 하는 일련의 과정들을 이미 경험한 바 있다. 순간의 뛰어난 아이디어가 산업에서 사용될 기술을 선점하게 된다. 이러한 아이디어를 어떻게 성공적으로 제품화할 것인지에 대해서는 여러 개념들이 존재하고 있다. 기본적으로 그룹화와 협업 등이 있으며, 또한 표준이 되기 위해 매우 짧은 시간, 여러 다른 후보 기술들과 경쟁하는 것이다.

다른 분야의 기술 기반 제품 개발 과정에서 전개된 역사적 표준 ‘전쟁’과 비교하면, 저전력 단거리 무선 기술은 이 분야에서 얻고 있는 혜택에 비해 상대적으로 큰 어려움은 없었다. 여러 동일한 기본 요소들을 이용해 독점적이고 상호 운용성이 없는 제품을 제공하는 블루투스(Bluetooth)와 ANT, 지그비(Zigbee), 스레드(Thread)는 기본적으로 각자의 기술 영역을 구축하고 있다.


표준의 성숙
저전력의 기본적인 아이디어는 20여 년 전으로 거슬러 올라가 빠르지 않은 데이터 속도의 무선 프로토콜을 이용하여 모니터링 및 제품의 제어를 하는 것이었다.

2002년에 결성된 지그비 얼라이언스(Zigbee Alliance)는 광범위한 표준을 개발해 왔으며, 현재는 홈 오토메이션 및 조명 제어, 스마트 에너지를 비롯한 다양한 애플리케이션에 부합하는 사양을 갖추고 있다. 이들 회원사들은 현재 전 세계 시장에 수많은 제품을 구축하고 있다.

2014년에 스레드 그룹(Thread Group)이 구성된 스레드 프로토콜은 이후 저전력 메시 네트워킹 분야에 등장했다. 해당 그룹을 구성할 당시에는 Arm, 삼성전자, 퀄컴 등이 회원사로 이름을 올렸다. 스레드 프로토콜은 인터넷 프로토콜(IPv6 주소지정)을 사용하여 구성되며, 6LoWPAN 표준을 따른다. 지그비와 마찬가지로 IEEE 802.15.4 RF 하드웨어를 이용하며, 여러 공급업체들의 실리콘을 이용할 수 있다.

스레드 그룹은 기존의 IP 기반 기법을 이용해 보안 기능을 내장함으로써 특히 홈 오토메이션 분야를 위해 설계된 프로토콜을 제시했다. 또한 ‘배터리 친화적’ 동작이 필요하고, ‘제한된 리소스의 임베디드 디바이스에서 인터넷 표준으로 사용’할 수 있는 기술을 도입했다.

한편 홈 오토메이션 분야에서 무선 포인트-투-포인트(Point-to-Point), 장치간 연결을 겨냥한 다른 접근방식의 블루투스가 등장했다. 블루투스는 블루투스 LE(Bluetooth Low Energy)로의 진화에 이어 최신 버전(블루투스 5)에서는 도달거리 및 처리량(동시 동작은 지원되지 않음)을 향상시켰으며, 블루투스 메시 1.0 릴리스를 통해 메시 네트워킹을 지원하고 있다.

블루투스 SIG(Bluetooth Special Interest Group)는 특히 스마트 조명 분야에서 메시 네트워크의 옵션으로 성공적인 마켓 행보를 보이고 있다고 밝혔다. 블루투스 LE는 현재 사용되고 있는 모든 스마트폰과 태블릿에서 기본적으로 지원되고 있으며, 블루투스 SIG는 소비자들에게 무선 홈 오토메이션 장치를 제어할 수 있는 익숙한 인터페이스로 혜택을 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다.


단일 언어로 구현
블루투스 SIG가 홈 오토메이션 애플리케이션을 위해 제품을 개선하는 동안 스레드와 지그비도 멈춰 있었던 것은 아니다. 이 그룹들은 오히려 새로운 표준화 노력을 지원하기 위해 힘을 합쳤으며, 그 결과가 ‘Dotdot’이다. Dotdot은 기존 표준 스택의 상위 애플리케이션 레이어에서 표준화를 확장하려는 움직임을 보여주고 있다.
Dotdot은 IoT 활성화를 목표로 일상의 모든 사물의 연결 속성을 처리할 수 있는 단일 언어를 만들기 위한 노력의 결과물이다. 이는 지그비가 개발한, IEEE 802.15.4 호환 PHY(Physical Layer)를 사용하는 ‘개방형의 범용 프로토콜’이라 할 수 있다. 동시에 스레드의 IP 기반 플랫폼에서도 실행된다.

따라서 Dotdot은 새로운 표준은 아니다. 지그비는 이를 ‘범용 플랫폼으로서 스레드와 IoT(기기)를 위한 범용 레이어’로 간주하고 있다. 또한 Dotdot은 완전히 새롭게 개발된 것은 아니며, 지그비 사양인 ZCL(Zigbee Cluster Library)에서 이미 제시된 애플리케이션 레벨 기능에 기반하고 있다.

현재 ZCL은 Dotdot으로 명명되었다. Dotdot은 여러 지그비 프로파일을 포괄하는 일련의 명령 및 속성으로, 개발자가 다른 제조업체의 제품과 상호 동작을 구현하거나 또는 지그비 공개 프로파일, 예를 들어서 지그비 스마트 에너지 등을 이용한 제품을 구현할 때 사용할 수 있다. Dotdot은 스마트폰에서 사용되는 앱 스토어 모델과 유사하게 모든 적절한 호환 가능한 기기에서 애플리케이션을 실행할 수 있도록 한다.

Dotdot의 실현성을 가장 필요로 하는 사람은 개발자들이다. 따라서 이들은 이미 상호 운용 가능한 장치 레벨의 코드를 작성하는데 어려움은 없을 것이다. 반면 소비자는 Dotdot의 브랜드 이름과 로고를 보게 되겠지만, 기술적인 세부 사항에는 큰 관심이 없을 것이다. 이들 소비자들에게 중요한 것은 네트워크로 연결된 장치들이 간단하고, 직관적이며, 제대로 동작하는 것이기 때문이다.

표준 전쟁은 여러 가지 방법을 통해 해결된다. 일부 경쟁자가 사라지거나 협업과 융합 중 하나를 선택하게 될 수도 있다. 또는 하드웨어 측의 상황에 따라 도움을 얻을 수도 있다. 특정 기술 분야에서 IC가 지속적으로 진화하면서 경험이 축적되고, 집적도 또한 증가하게 된다. 초기 세대의 제품 라인은 각기 다른 펌웨어/소프트웨어 표준을 가진 각기 다른 실리콘이 될 수도 있다. 이후 반복적인 작업이 이뤄지면서 기능 세트 구성에 대한 최적의 선택은 개발자들을 좁은 옵션의 위험으로부터 자유롭게 해주는 모든 관련 프로토콜과, 표준을 수용할 수 있는 멀티프로토콜 부품을 통해 실현될 것이다.
가령 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)의 nRF52840 멀티 프로토콜 SoC는 Arm 32bit Cortex-M4F 마이크로프로세서를 기반으로 1MB 플래시와 256kB RAM을 통합하고 있다. 이 칩은 블루투스 5와 ANT는 물론, 구성 가능한 독점적인 2.4GHz 동작도 지원한다. nRF52840은 표준 기반의 모든 프로토콜을 지원하기 위해 IEEE 802.15.4 PHY도 포함하고 있다.

이 칩은 스레드 1.1 인증(OpenThread 스택 실행)을 획득했으며, 스레드 및 지그비를 위한 nRF5 SDK(Software Development Kit)를 함께 제공하고 있다. 이외에도 지그비/스레드 및 블루투스 LE 환경 간의 동시 동작을 지원함으로써 차세대 가정용, 상업용, 산업용 네트워크에 부합하는 가장 유연한 제품을 구현할 수 있도록 한다.

이 기사는 그레이엄 프로핏(Graham Prophet)에 의해 작성되었습니다. 프로핏은 EDN 유럽의 기자로 재직한바 있으며 현재 전자 분야에서 프리랜서 기자로 활동하고 있습니다.