상호 연결된 스마트 도시는 아름다운 꿈을 현실로 만들어 줍니다. 이러한 도시에서는 디지털 기술이 다양한 공공 기능을 통합하여 운영 효율성과 지능을 향상시킵니다. 2050년까지 세계 인구의 70%가 스마트 도시에 거주하며, 그곳에서 건강하고 행복하며 안전한 삶을 누릴 것으로 예상됩니다. 무엇보다 스마트 도시는 친환경적일 것이며, 지구 파괴에 맞서는 인류의 마지막 비장의 무기가 될 것입니다.
하지만 스마트 시티 구축은 쉽지 않은 일입니다. 신기술은 비용이 많이 들고, 지방 정부는 재정적 제약에 직면해 있으며, 정치는 짧은 선거 주기로 돌아가기 때문에 전 세계 또는 국가 차원에서 재사용할 수 있는 고도로 효율적인 중앙 집중식 기술 배포 모델을 구축하는 것이 어렵습니다. 실제로 언론의 주목을 받는 대부분의 주요 스마트 시티는 다양한 기술 실험과 지역적 소규모 프로젝트의 집합체에 불과하며, 확장을 기대할 만한 구체적인 사례는 거의 없습니다.
센서와 분석 기능을 갖춘 스마트 쓰레기통과 주차장을 예로 들어보겠습니다. 이러한 환경에서 투자 수익률(ROI)을 계산하고 표준화하는 것은 매우 어렵습니다. 특히 정부 기관이 공공 기관과 민간 서비스 기관 간, 그리고 도시, 지역, 국가 간에 파편화되어 있는 경우에는 더욱 그렇습니다. 대기 질 모니터링을 생각해 보세요. 깨끗한 공기가 도시의 의료 서비스에 미치는 영향을 어떻게 쉽게 계산할 수 있을까요? 논리적으로 스마트 도시는 구현하기 어렵지만, 그 필요성을 부인하기도 어렵습니다.
하지만 디지털 변화의 안개 속에서도 한 줄기 희망이 있습니다. 모든 도시 공공 서비스의 가로등은 도시가 스마트 기능을 도입하고 다양한 애플리케이션을 처음으로 결합할 수 있는 플랫폼을 제공합니다. 미국 샌디에이고와 덴마크 코펜하겐에서 시행되고 있는 다양한 스마트 가로등 프로젝트를 살펴보십시오. 이러한 프로젝트는 점점 더 늘어나고 있습니다. 이 프로젝트들은 가로등 기둥에 고정된 모듈형 하드웨어 장치와 여러 센서를 결합하여 가로등을 원격으로 제어할 뿐만 아니라 교통량 측정, 대기질 모니터링, 심지어 총기 탐지기와 같은 다른 기능도 실행할 수 있도록 합니다.
도시들은 가로등 기둥 높이에서부터 교통 흐름과 이동성, 소음 및 대기 오염, 새로운 사업 기회 등 거리의 "생활 편의성" 문제를 해결하기 시작했습니다. 심지어 기존에 주차장에 묻어두던 주차 센서조차도 저렴하고 효율적으로 조명 시설에 연결할 수 있습니다. 이제 도시 전체를 네트워크로 연결하고 최적화하는 것이 가능해졌으며, 도로를 파헤치거나 부지를 임대하거나 더 건강한 삶과 안전한 거리에 대한 추상적인 컴퓨팅 문제를 해결할 필요가 없어졌습니다.
이러한 현상이 나타나는 이유는 대부분의 스마트 조명 솔루션이 애초에 비용 절감을 목표로 설계되지 않았기 때문입니다. 오히려 도시 디지털 혁명의 실현 가능성은 조명 기술의 동시 발전에 따른 우연한 결과라고 할 수 있습니다.
백열전구를 고체형 LED 조명으로 교체함으로써 얻는 에너지 절감 효과와 더불어, 풍부한 전력 공급 및 광범위한 조명 인프라를 통해 스마트 시티 구현이 가능해집니다.
LED 전환 속도는 이미 정체된 반면, 스마트 조명은 급성장하고 있습니다. 스마트 인프라 분석업체인 노스이스트그룹에 따르면, 2027년까지 전 세계 3억 6,300만 개의 가로등 중 약 90%가 LED로 교체될 예정입니다. 이 중 3분의 1은 스마트 애플리케이션도 탑재될 것으로 예상되는데, 이는 몇 년 전부터 시작된 추세입니다. 실질적인 투자와 구체적인 설계안이 발표되기 전까지는, 가로등은 대규모 스마트 도시에서 다양한 디지털 기술을 위한 네트워크 인프라로서 가장 적합한 역할을 수행할 것으로 보입니다.
LED 비용 절감
조명 및 센서 제조업체들이 제시하는 일반적인 지침에 따르면, 스마트 조명은 인프라 관련 관리 및 유지 보수 비용을 50~70% 절감할 수 있습니다. 하지만 이러한 절감액의 대부분(약 50%, 상당한 차이를 만들어낼 수 있는 수준)은 에너지 효율이 높은 LED 전구로 교체하는 것만으로도 달성할 수 있습니다. 나머지 절감액은 조명 장치를 연결 및 제어하고, 조명 네트워크 전체에 작동 방식에 대한 지능형 정보를 공유함으로써 얻을 수 있습니다.
중앙 집중식 조정 및 관찰만으로도 유지 보수 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 스케줄링, 계절별 제어 및 시간 조정, 고장 진단, 유지 보수 차량 방문 횟수 감소 등 다양한 방법이 있으며, 이러한 방법들은 서로 보완적인 역할을 합니다. 조명 네트워크 규모가 커질수록 그 효과는 더욱 커지며, 초기 투자 수익률(ROI)에도 긍정적인 영향을 미칩니다. 시장에서는 이러한 접근 방식이 약 5년 안에 투자 비용을 회수할 수 있으며, 주차 센서, 교통 모니터링, 대기질 관리, 총기 탐지기 등과 같은 "소프트" 스마트 시티 개념을 통합하면 더 짧은 기간 내에 투자 비용을 회수할 수 있을 것으로 예상합니다.
시장 분석 기관인 가이드하우스 인사이트(Guidehouse Insights)는 200개 이상의 도시를 추적하여 변화의 속도를 측정하고 있습니다. 이에 따르면 전체 도시의 4분의 1이 스마트 조명 시스템을 도입하고 있으며, 스마트 시스템 판매량은 급증하고 있습니다. ABI 리서치(ABI Research)는 전 세계 매출이 2026년까지 10배 증가한 17억 달러에 이를 것으로 예측합니다. 지구촌의 "획기적인 변화"는 바로 여기에 있습니다. 인간 활동과 밀접하게 관련된 가로등 인프라는 더 넓은 맥락에서 스마트 도시를 위한 플랫폼으로서 미래를 이끌어갈 핵심 요소입니다. ABI는 이르면 2022년까지 신규 가로등 설치의 3분의 2 이상이 여러 스마트 도시 센서의 데이터를 통합하기 위해 중앙 관리 플랫폼에 연결될 것이라고 전망했습니다.
ABI 리서치의 수석 분석가인 아다르시 크리슈난은 "스마트 시티 공급업체들은 무선 연결, 환경 센서, 심지어 스마트 카메라까지 설치하여 도시 가로등 인프라를 활용할 수 있는 사업 기회를 많이 가지고 있습니다. 관건은 사회가 비용 효율적인 방식으로 다중 센서 솔루션을 대규모로 도입하도록 장려하는 실행 가능한 비즈니스 모델을 찾는 것입니다."라고 말했습니다.
이제 문제는 연결 여부가 아니라 어떻게, 그리고 애초에 얼마나 연결할 것인가입니다. 크리슈난이 지적했듯이, 이 문제의 일부는 비즈니스 모델과 관련이 있지만, 민간 기업이 벤처 캐피털의 성공을 대가로 재정적 위험을 감수하는 협력적 공공사업 민영화(PPP)를 통해 스마트 시티에 이미 자금이 유입되고 있습니다. 구독 기반의 "서비스형" 계약은 투자금을 회수 기간에 걸쳐 분산시켜 관련 활동을 촉진하기도 했습니다.
이와 대조적으로 유럽의 가로등은 기존의 허니콤 네트워크(일반적으로 2G부터 LTE(4G)까지)뿐만 아니라 새로운 허니콤 IoT 표준 장치인 LTE-M에도 연결되고 있습니다. 또한 독자적인 초협대역(UNB) 기술과 Zigbee, 일부 저전력 블루투스, 그리고 IEEE 802.15.4 파생 기술도 활용되고 있습니다.
블루투스 기술 연합(SIG)은 스마트 시티에 특히 중점을 두고 있습니다. 이 단체는 스마트 시티용 저전력 블루투스 출하량이 향후 5년 동안 5배 증가하여 연간 2억 3천만 대에 이를 것으로 예측합니다. 대부분은 공항, 경기장, 병원, 쇼핑몰, 박물관과 같은 공공장소의 자산 추적에 사용됩니다. 하지만 저전력 블루투스는 실외 네트워크에도 적용될 수 있습니다. 블루투스 기술 연합은 "자산 관리 솔루션은 스마트 시티 자원의 활용도를 높이고 도시 운영 비용을 절감하는 데 도움이 된다"고 밝혔습니다.
두 가지 기법을 조합하는 것이 더 좋습니다!
각 기술에는 나름의 논란이 있지만, 그중 일부는 논의를 통해 해결되었습니다. 예를 들어, UNB는 페이로드 및 전송 일정에 대한 더욱 엄격한 제한을 제안하여 여러 센서 애플리케이션이나 카메라와 같이 병렬 지원이 필요한 애플리케이션에 대한 지원을 배제합니다. 단거리 기술은 비용이 저렴하고 조명 플랫폼 개발에 더 높은 처리량을 제공합니다. 중요한 것은 WAN 신호 연결이 끊어진 경우 백업 역할을 할 수 있으며, 기술자가 디버깅 및 진단을 위해 센서 데이터를 직접 읽을 수 있는 수단을 제공한다는 점입니다. 예를 들어, 저전력 블루투스는 시중에 나와 있는 거의 모든 스마트폰과 호환됩니다.
밀도가 높은 그리드는 안정성을 향상시킬 수 있지만, 아키텍처가 복잡해지고 상호 연결된 지점 간 센서에 더 많은 에너지가 소모됩니다. 전송 범위 또한 문제입니다. Zigbee와 저전력 블루투스를 사용한 커버리지는 최대 수백 미터에 불과합니다. 다양한 단거리 기술이 경쟁력이 있고 그리드 기반의 인접 지역 센서에 적합하지만, 이러한 기술은 결국 신호를 클라우드로 전송하기 위해 게이트웨이를 사용해야 하는 폐쇄형 네트워크입니다.
일반적으로 벌집형 연결은 마지막 단계에 추가됩니다. 스마트 조명 업체들은 게이트웨이 또는 센서 장치 간 5~15km의 커버리지를 제공하기 위해 포인트 투 클라우드 벌집형 연결을 사용하는 추세입니다. 벌집형 기술은 넓은 전송 범위와 간편함을 제공하며, 즉시 사용 가능한 네트워킹 솔루션과 높은 수준의 보안을 제공한다고 벌집형 커뮤니티는 설명합니다.
이동통신 사업자를 대표하는 업계 단체인 GSMA의 사물인터넷(IoT) 부문 책임자인 닐 영은 다음과 같이 말했습니다. "운영자는 전체 지역을 커버할 수 있는 통신망을 갖추고 있으므로 도시 조명 장치와 센서를 연결하기 위한 추가 인프라가 필요하지 않습니다. 허가된 주파수 대역에서 구축된 허니콤 네트워크는 안전성과 신뢰성을 보장하며, 이는 운영자가 최적의 조건을 확보하여 훨씬 긴 배터리 수명과 최소한의 유지보수, 그리고 저비용 장비의 장거리 전송 거리 등 다양한 요구 사항을 충족할 수 있음을 의미합니다."
ABI에 따르면, 현재 사용 가능한 모든 연결 기술 중에서 허니콤(HONEYCOMB)이 향후 몇 년 동안 가장 큰 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 5G 네트워크에 대한 관심과 5G 인프라 구축 경쟁이 심화되면서 통신 사업자들은 가로등 기둥에 허니콤 형태의 소형 장치를 설치하여 도심 환경에 적극적으로 도입하고 있습니다. 미국에서는 라스베이거스와 새크라멘토가 AT&T와 버라이즌을 통해 가로등에 LTE 및 5G 네트워크와 스마트 시티 센서를 구축하고 있습니다. 홍콩은 스마트 시티 사업의 일환으로 5G 지원 가로등 400개를 설치하는 계획을 발표했습니다.
하드웨어의 긴밀한 통합
닐슨은 다음과 같이 덧붙였습니다. "노르딕은 nRF52840 SoC를 통해 저전력 블루투스, 블루투스 메시, 지그비는 물론 스레드 및 자체 2.4GHz 시스템을 지원하는 멀티모드 단거리 및 장거리 제품을 제공합니다. 노르딕의 허니콤 기반 nRF9160 SiP는 LTE-M과 NB-IoT를 모두 지원합니다. 이 두 기술의 조합은 성능과 비용 측면에서 이점을 제공합니다."
주파수 분리를 통해 이러한 시스템들은 공존할 수 있으며, 전자는 허가 없이 사용 가능한 2.4GHz 대역에서, 후자는 LTE 서비스 지역에서 작동합니다. 저주파수와 고주파수에서는 더 넓은 영역 커버리지와 더 큰 전송 용량 사이에 상충 관계가 존재합니다. 하지만 조명 플랫폼에서는 일반적으로 단거리 무선 기술은 센서 간 상호 연결에 사용되고, 엣지 컴퓨팅은 관측 및 분석에 사용되며, 허니콤 IoT는 데이터를 클라우드로 전송하고 더 높은 수준의 유지 관리를 위한 센서 제어에 사용됩니다.
지금까지는 단거리 및 장거리 무선 통신 모듈이 별도의 부품으로 추가되었으며, 동일한 실리콘 칩에 통합되지 않았습니다. 조명 장치, 센서 및 무선 통신 모듈의 고장 유형이 모두 다르기 때문에 구성 요소를 분리하는 경우도 있었습니다. 그러나 두 개의 무선 통신 모듈을 단일 시스템에 통합하면 기술 통합이 더욱 강화되고 구매 비용이 절감되어 스마트 시티 구축에 중요한 이점을 얻을 수 있습니다.
Nordic은 시장이 그러한 방향으로 나아가고 있다고 판단하고 있습니다. 이 회사는 단거리 무선 및 허니콤 IoT 연결 기술을 개발자 수준에서 하드웨어와 소프트웨어에 통합하여 솔루션 제조업체가 테스트 애플리케이션에서 두 기술을 동시에 실행할 수 있도록 했습니다. Nordic의 nRF9160 SiP용 보드 DK는 개발자가 "허니콤 IoT 애플리케이션을 작동시킬 수 있도록" 설계되었으며, Nordic Thingy:91은 초기 제품 설계를 위한 기성 프로토타이핑 플랫폼 또는 개념 증명으로 사용할 수 있는 "완벽한 기성품 게이트웨이"로 설명됩니다.
두 제품 모두 멀티모드 허니콤 nRF9160 SiP와 멀티프로토콜 단거리 nRF52840 SoC를 특징으로 합니다. 노르딕에 따르면, 상용 IoT 구축을 위해 두 기술을 결합한 임베디드 시스템은 "몇 달" 안에 상용화될 예정입니다.
노르딕 닐슨은 "스마트 시티 조명 플랫폼은 이러한 모든 연결 기술을 위해 구축되었습니다. 시장은 이러한 기술들을 어떻게 결합할지 명확히 알고 있으며, 우리는 제조업체 개발 위원회에 솔루션을 제공하여 이러한 기술들이 어떻게 연동되는지 테스트할 수 있도록 했습니다. 이러한 기술들을 비즈니스 솔루션으로 통합하는 것은 필수적이며, 머지않아 실현될 것입니다."라고 밝혔습니다.
게시 시간: 2022년 3월 29일