연결은 모든 IoT 디바이스에서 가장 중요한 부분이다. IoT 디바이스에 연결 기능을 제공하는 유선 및 무선 옵션은 다양하다. 그 중에서도 셀룰러 기술은 적어도 연결 보장이 필요한 디바이스(예: 화재 센서)에 있어서는 실질적인 표준 선택안이 되는 데 필요한 모든 잠재력을 갖추고 있다. 이러한 연결 부문을 활용하려면 셀룰러 서비스 제공업체(MNO)가 몇 가지 문제를 해결해야 한다. 이 글에서는 MNO가 이를 사용하여 셀룰러 기술을 IoT 연결에 완벽한 솔루션으로 만들 수 있는 네트워크 내 서비스 제공 프레임워크의 몇 가지 개선 사항을 제안한다. 또한 제시된 개선안이 어떻게 MNO가 무선 네트워크를 더 뛰어난 방식으로 계획할 수 있도록 해주는지도 설명한다.
글.
라잔 스리바스타바(Rajan Srivastava), 컨버지 제품 리눅스 아키텍트 엔지니어, 프리스케일 반도체
매니시 굽타(Maneesh Gupta), 컨버지 제품 제품 소프트웨어 매니저, 프리스케일 반도체
도입
MNO는 네트워크 인프라에 투자하고 있지만 투자대비 ARPU(사용자당 평균 수익률)가 저조한 탓에 경영수지 개선의 압박에 시달리고 있다. IoT 디바이스의 수는 향후 4~6년 내에 수백억 개에 이르게 된다. 따라서 MNO가 IoT 시장을‘가입자 연결 구간(last mile)’솔루션으로 활용할 수 있게 된다면 박리다매를 통해 손쉽게 큰 수익을 얻게 될 것이다.
IoT 디바이스와 네트워크(인터넷 또는 인트라넷) 사이의 연결은 IoT의 핵심이다. 다른 모든 연결 기술과 마찬가지로, IoT 디바이스도 기반 연결 기술에서 일종의 QoS를 기대한다. 연결의 QoS 요건은 주로 IoT 디바이스의 유형에 따라 결정된다. 일부 IoT 사용 사례에서는 적절한 수준의 연결만 가능하면 문제가 없다. 예를 들어 냉장고 등의 가전기기와 사용자 사이의 연결을 보자. 둘 사이의 통신에 몇 초 정도 지연이 발생하더라도 냉장고는 이상 없이 작동한다. 이 문서에서는 이러한 유형의 IoT 디바이스(예: 냉장고)를 비응급 기기로 지칭한다. 응급 유형에 해당하는 IoT 사용 사례의 경우 연결 보장과 낮은 지연이 필요하다.
예를 들어 화재, 도난, 간병, 반사회적 행위, 홍수와 같은 자연 재해를 감지하기 위해 배치된 센서의 경우 통신이 100% 보장되어야 한다. 또한 그 외에도 정상적인 비즈니스 운영을 위해 연결 보장과 빠른 속도가 필요한 경우도 있다. 한 가지 흥미로운 예는 재고 관리다. 산소 실린더는 모든 병원에서 매우 중요한 자원이다. 실린더가 병원 네트워크에 ‘연결되어’있다면 응급 상황에서 창고 관리자가 모든 실린더를 조회하여 대형 병원 내부에서 실린더의 위치를 손쉽게 파악할 수 있다. 이 문서에서는 이러한 IoT 디바이스(예: 화재 센서, 산소 실린더)를 응급 기기로 지칭한다.
디바이스를 네트워크에 연결하는 데에는 수많은 옵션이 존재하며, 이 문서의 1부에서는 왜 셀룰러 기술이 IoT에 적합한 연결 옵션인지에 대해 집중적으로 논의한다. 2부에서는 MNO의 인프라에서 셀룰러 기술을 최적의 연결 솔루션으로 만들 수 있는 개선 영역이 어떤 부분인지 논의한다. 마지막으로 3부에서는 MNO가 이러한 IoT 사업 기회를 활용하지 않을 경우 어떤 위험에 직면하게 되는지 논의한다.
1부
1부에서는 응급 기기의 경우 왜 셀룰러 기술이 유일한 선택인지에 대해 논의한다. 유의미한 디바이스가 직접 또는 간접적으로 인터넷에 가장 많이 연결되는 디지털 홈의 경우를 살펴보자. 그림 1에 나온 디지털 홈의 경우 화재 및 도난 감지 센서가 있으며, 냉장고와 에어컨도 연결되어 있다. 그림 1에 나온 모든 가정용 디바이스는 다음중 한 가지 방법으로 인터넷에 연결할 수 있다.
•옵션 a: 각 디바이스를 다음 중 하나를 통해 IAD(인터넷 액세스 디바이스, 예: DSL 라우터)에 연결
① 유선 LAN(이더넷, HomePNA) 또는
② 무선 LAN(802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth, ZigBee)
•옵션 b: 각 디바이스를 셀룰러 기술에 대한 직접 연결을 통해 인터넷에 연결(예: 기기에 직접 SIM 카드 기반의 MS를 삽입)
•옵션c: 응급 기기는 셀룰러 기술을 통해 연결하고 다른 디바이스는 IAD에 연결 이 문서에서는 옵션 b와 c를 집중적으로 검토한다.
옵션‘a’는 복잡하고 불완전한 솔루션이지만, 저렴한 가격 덕분에 IoT 기기를 인터넷에 연결하는 데 가장 널리 사용되는 방식이다. 이 방식이 복잡한 이유는 기기를 IAD에 연결하려면 고객이 IP 네트워킹의 기본 원리를 이해해야 하기 때문이다. 하지만 이 옵션의 가장 큰 문제는 인터넷에 대한 연결이 보장되지 않는다는 점이다. 즉, IAD에 장애가 발생하면 전체가 마비된다. 응급 상황에서 IAD와 ISP 사이의 인터넷 연결이 작동하지 않는다면 센서와 주택 소유자 사이의 통신이 불가능해진다.
옵션‘b’의 경우 모든 기기에 셀룰러 기술에 직접 연결할 수 있는 SIM 카드와 관련 회로가 있으며, 기기와 인터넷 사이의 연결이 보장된다. 옵션 b는 연결이 보장된다는 측면에서 옵션 a보다 훨씬 더 적합한 방식이다. 각각의 응급 기기마다 전용 SIM 카드 가입이 필요하다. MNO는 기기 SIM에 대해서도 동일한 유형의 요금제를 적용하므로 기기 SIM과 일반 SIM의 가입 형태를 구분하지 않는다. 높은 가입 비용에 기기의 수를 곱하게 되면 옵션‘b’의 경제성은 떨어지게 된다.
옵션‘c’는 응급 기기에 대해서는 SIM 기반의 연결을, 나머지 기기에 대해서는 LAN 기반의 연결을 적용함으로써 이러한 경제적 부담을 완화할 수 있다. 옵션 b와 c의 또 다른 중요한 문제는 SIM과 관련된 책임에 대한 우려이다.
ⓐ 악의적인 조직이 도난 SIM 카드를 악용할 경우 SIM 소유주가 법적 절차의 대상이 된다.
ⓑ 다른 사람이 도난된 SIM 카드를 사용하여 통신 서비스를 이용한다면 SIM 소유주가 금전적인 문제를 겪게 될 수 있다.
위와 같은 위험을 완화하려면 SIM 소유주는 SIM 카드를 분실한 사실을 알게 된 후 빠른 시간 안에 SIM 카드의 분실/도난을 경찰과 서비스 제공업체에 보고해야 한다. 이러한 책임 문제와 비용상의 이유로, 대부분의 사람들은 일반적으로 응급 기기에 대해서도 옵션 b와 c를 사용하지 않고 옵션 a를 사용하려는 경향이 있다.
이 문서가 권하는, MNO가 추구해야 할 기회가 바로 여기에 있다. 즉, 상기된 문제를 해결하고 응급 기기에 대해 소비자가 옵션 b와 c를 선택하도록 유도하는 것이다. 도난된 SIM 카드와 관련된 책임 문제가 해결된다면, 응급 기기 소비자는 셀룰러 이외의 다른 연결 기술을 선택할 이유가 없다. 동시에, 기기별 가입에 대한 반복 비용(높은 요금제로 인한)이 감소된다면 소비자는 모든 유형의 기기에 셀룰러 연결을 선호하게 될 것이다.
이 문서의 다음 부분에서는 MNO가 IoT 활용 사례에서 SIM 카드를 어떻게 실현 가능하게 만들 수 있는지 설명한다.
2부
앞서 설명한 것처럼, IoT 디바이스에서 SIM 카드 기반의 연결을 사용하는 데에는 몇 가지 단점이 있다. SIM 카드와 관련된 책임, SMS 전달 보장 불가, 높은 가입 요금으로 인한 높은 반복 비용 등이다. 2부에서는 이러한 문제를 상세히 논의하고 문제의 해결책을 제시한다.
SIM 카드와 관련된 책임
도난 SIM 카드는 소비자에게 금전적, 법적 문제를 일으킬 수 있다. MNO는 기기 SIM 카드와 관련된 책임을 완화(또는 제거)해야 한다. 기기 SIM 카드를 다른 서비스에 사용할 수 없다면(다른 기기에도 사용 불가), 도난 SIM 카드와 관련된 위험이 사라진다. 또한 기기 SIM 카드를 다른 목적이나 다른 기기에 사용할 수 없다면 아무도 SIM 카드를 훔치거나 악용하려고 시도하지 않을 것이다.
SIM 카드와 관련된 책임 완화
여기서 문제는 도난된 기기 SIM 카드를 다른 목적으로 사용할 수 없도록 하는 것이다. 물론 다른 기기에서도 사용할 수 없어야 한다. SIM 카드의 도난을 방지하는 한가지 좋은 방법은 해당 SIM 카드와 관련된 서비스를 매우 제한적으로, 원래 소비자에 한정되도록 맞춤 구성하는 것이다. 예를 들어, MNO는 다음과 같은 기능을 가진 SMS 서비스만을(음성 및 데이터 등 다른 서비스는 제외) 제공하는 SIM 카드를 개발할 수 있다.
•IoT 디바이스의 경우, MNO는 소비자에게 음성/데이터 통화에 사용되는 일반 SIM 카드 프로파일과 다른 ‘기기 SIM 카드’프로파일을 부여해야 한다. MNO는 또한 기기 SIM 카드의 가입 기간 동안 기기 SIM 카드에서 생성되는 SMSM 전달 대상의 전화번호를 기록해야 한다.
•위 SIM 카드는 SMS에만 사용할 수 있다. 이 SIM 카드를 사용하여 개시된 다른 서비스는 MNO 네트워크에서 수락되지 않아야 한다. 거의 모든 IoT 디바이스는 SMS 전용 서비스를 사용하여 작동 가능하다. 이는 도난 SIM 카드를 음성 및 데이터 서비스에 사용할 수 없으며, SMS 발송에만 사용할 수 있음을 의미한다. 하지만 SMS로도 일부 금전적, 법적문제가 일어날 수 있으며, 이러한 우려에 대한 해결책은 아래‘c’이다.
•기기의 번호에서 발송되는 모든 SMS는 MNO의 데이터베이스에 저장된 사전 등록(위 #a 참조) 대상 전화번호로만 전송되어야 한다. 이는 도난 SIM 카드를 소유한 사람이 SMS 전송을 시도하더라도 사전 등록된 대상 전화번호로만 SMS가 전송됨을 의미한다.
MNO가 관련 네트워크 노드의 소프트웨어를 보강하여 위에 설명한 것과 같은 SMS 서비스를 제공할 수 있다면, 소비자는 SIM 카드 악용의 우려 없이 IoT 디바이스에 SIM 카드 기반의 연결을 사용할 수 있을 것이다. 이러한 유형의 SIM 카드에는 주소록 및 애플리케이션용으로 대량의 SIM 카드상 메모리가 필요하지 않으므로 MNO는 기기 SIM 카드로 저가형 하드웨어를 선택할 수 있다.
기기에서 생성되는 SMS에 대한 QoS 요건
응급 기기에서 생성된 SMS의 전달은 다음 두 가지 기준을 따라야 한다. SMS 전달을 신뢰할 수 있어야 하고, 네트워크에서 SMS의 시간 내 전달을 보장해야 한다.
신뢰성 높은 SMS 전달
여기서 신뢰성이란 SMS가 최종 수신자에게 전달됨을 보장하는 것을 의미한다. 한 연구에 따르면 일반적인 상황에서 SMS의 5%가 전달 중에 소실된다. 새해 전야와 같은 기간에는 소실 비율이 훨씬 더 높아진다. 응급 기기의 경우 반드시 전달 성공률이 100%여야 하고, 이를 보장하려면 MNO가 인프라를 보강해야 한다. 이제 사람들이 IP 기반‘소셜 네트워킹’서비스를 더 많이 사용함에 따라 새해 전야와 같은 기간에도 심한 SMS 트래픽이 발생하지는 않는다. 그러한 상황이 되더라도 c에 제시된 해결책으로 신뢰성을 보장할 수 있다.
SMS의 시간 내 전달
SMS는 적절한 시간 내에 지정된 대상에게 전달되어야 한다. 신뢰성 보고서에 따르면 SMS의 90%가 5분 내에 전달된다. 이는 대부분의 응급 기기에서 용납할 수 없는 수준이다. 이는 최소한 응급 기기의 경우 MNO가 개선해야 할 또 다른 영역의 하나이다.
SMS의 분류: 우선 대 비우선
모바일 통신 사양에는 이미 SMS[8SMSsPecs]의 우선 순위별 처리에 대한 조항으로 우선 메시지와 비우선 메시지가 있다. 중요한 것은 SC(서비스 센터)가 응급 기기에서 발송한 SMS에‘우선’등급을 부여하는 것이다.
기존 표준에는 대상 MS가 부재 중일 경우 어떻게 전달을 시도할 것인가 하는 측면에서만 우선 순위가 지정되어 있다. 응급 기기에서 발송한 SMS를 우선 처리해야 하므로 응급 SMS의 전달이 응급이 아닌 SMS보다 빨라야 한다는 점이 중요하다. 우선 처리는 사업자 및 RAT를 포함하여 전체 네트워크의 몇몇 지점에서 수행되어야 한다.
•무선 리소스 할당: 응급 기기가 SMS 전송에 필요한 무선 리소스를 요청할 경우, 네트워크(예: MSC/NodeB/eNodeB)는 발송 MS의 SIM 등급을 확인해야 한다. 네트워크에서 발송 MS가 응급 기기임을 감지하면 해당 요청에 대한 무선 리소스 할당이 다른 요청보다 높은 우선 순위로 고려되어야 한다. 종단 MSC/NodeB/eNodeB에서도 동일한 종류의 우선 순위화된 리소스 할당이 바람직하다.
•중간 노드에서의 처리: SC, SMSC, HLR, VLR, 대상 MSC/NodeB/eNodeB는 우선 SMS를 다른 기능보다 높은 우선 순위로 처리해야 한다.
기기 SIM 서비스에 대한 요금 인하
기기 SIM으로 인해 발생하는 트래픽은 미미한 수준이므로 MNO는 최종 사용자가 감당할 수 있도록 해당 서비스에 대한 요금을 줄여야 한다. 또한 아래 3부에 설명하는 것과 같은 비용 절감 덕분에 MNO가 요금을 인하할 수 있게 된다.
3부
IoT 디바이스의 수는 기하급수적으로 증가하고 있다. MNO가 이 문서의 2부에 제시된 맞춤형 서비스를 제공하지 않더라도, 다수의 소비자는 IoT 디바이스에 SIM 카드 기반의 연결을 선택할 것이며, 특히 응급 기기의 경우 그러하다. 기기 SIM에서 비롯되는 이러한 가입은 어떤 결과, 즉 위험을 초래할까?
한 지역에서 매번‘M’개의 새로운 무선 가입이 발생할 때마다 MNO가 컴퓨터 노드, 무선 리소스, 지원/유지보수 인력 등의 추가 리소스를‘R’개 배치한다고 가정한다. 단순화를 위해 모든 M 가입자가‘R’리소스를 음성, SMS, 데이터에 사용하는 고정된 패턴을 가지고 있다고 가정한다. ‘M’개의 새로운 가입 대부분이 기기 SIM이라면 MNO가‘R’개의 리소스를 추가하고자 이행한 투자가 정당화될까? 답은 분명히‘그렇지 않다’이다. 기기 SIM은 음성 또는 데이터 서비스를 유발하지 않으며 SMS가 유일한 트래픽 유형이기 때문이다. SMS 생성량 또는 속도는 어떨 것인가?
ⓐ 응급 기기는 응급 상황이 발생했을 때만 SMS를 발송하며, 이는 최대한으로 봐도 일년에 두어 번 일어나거나 또는 일어나지 않을 수도 있다!
ⓑ 비응급 기기 또한 기기 유형에 따라 하루에 두어번 이상의 SMS를 발송/수신하지 않을 것이다.
이는 MNO가 기기 SIM에 대해 별도의 프로파일을 관리한다면 CAPEX(설비투자비용)를 추가하지 않고 가입을 늘릴 수 있음을 의미한다.
요약
IoT 디바이스의 배치 속도를 살펴보면 MNO에게 상당히 큰 사업 기회가 존재함을 분명히 알 수 있다. 책임, QoS, 경제성의 문제만 극복한다면 MNO가 IoT 비즈니스의 상당 부분을 획득할 수 있다. 네트워크 보강 기술(대부분 소프트웨어 업그레이드를 통해 적용)을 사용하여 MNO가 이 시장에 손쉽게 진출할 수 있음을 알아보았다. 또한 MNO가 IoT 분야의 이러한 요구에 대응하지 못한다면 불필요한 CAPEX 추가로 이어질 것이라는 점도 확인했다.
