상호 연결된 스마트 시티는 아름다운 꿈을 현실로 만들어 줍니다. 이러한 도시에서는 디지털 기술이 여러 고유한 시민 기능을 통합하여 운영 효율성과 지능성을 향상시킵니다. 2050년까지 전 세계 인구의 70%가 건강하고 행복하며 안전한 삶을 누리는 스마트 시티에 거주하게 될 것으로 예상됩니다. 결정적으로, 스마트 시티는 지구 파괴에 맞서는 인류의 마지막 비장의 무기인 친환경 도시가 될 것입니다.
하지만 스마트 시티는 쉽지 않습니다. 신기술은 비용이 많이 들고, 지방 정부는 제약을 받으며, 정치는 짧은 선거 주기로 전환되고 있어 전 세계 또는 국가적으로 도시 지역에서 재사용 가능한 운영 및 재정 효율성이 높은 중앙 집중식 기술 배포 모델을 구축하기가 어렵습니다. 실제로 언론에 보도되는 주요 스마트 시티 대부분은 다양한 기술 실험과 지역별 부수 프로젝트의 집합체일 뿐이며, 확장 가능성은 거의 없습니다.
센서와 분석 기능을 갖춘 스마트 쓰레기통과 주차장을 살펴보겠습니다. 이러한 맥락에서 투자 수익률(ROI)을 계산하고 표준화하는 것은 어렵습니다. 특히 정부 기관이 매우 분산되어 있을 때(공공 기관과 민간 서비스, 그리고 도시, 지역, 국가 간) 더욱 그렇습니다. 대기 질 모니터링을 살펴보겠습니다. 깨끗한 공기가 도시의 보건 서비스에 미치는 영향을 어떻게 쉽게 계산할 수 있을까요? 스마트 시티는 구현하기 어렵지만, 거부하기도 어렵습니다.
하지만 디지털 변화의 안개 속에서도 한 줄기 빛이 보입니다. 모든 공공 서비스에 도입되는 가로등은 도시가 스마트 기능을 도입하고 여러 애플리케이션을 결합할 수 있는 플랫폼을 처음으로 제공합니다. 미국 샌디에이고와 덴마크 코펜하겐에서 시행 중인 다양한 스마트 가로등 프로젝트를 살펴보면 그 수가 점점 늘어나고 있습니다. 이러한 프로젝트는 가로등 기둥에 고정된 모듈식 하드웨어 장치와 센서 어레이를 결합하여 조명 자체를 원격으로 제어하고 교통량 측정, 대기질 모니터링, 심지어 총기 탐지기와 같은 다른 기능도 실행할 수 있도록 합니다.
가로등 기둥 높이에서부터 도시는 교통 흐름과 이동성, 소음과 대기 오염, 그리고 새로운 사업 기회 등 거리의 "거주성"을 고려하기 시작했습니다. 전통적으로 주차장에 매립되던 주차 센서조차도 저렴하고 효율적으로 조명 인프라에 연결할 수 있습니다. 도로를 파헤치거나 공간을 임대하거나 더 건강한 삶과 더 안전한 거리에 대한 추상적인 컴퓨팅 문제를 해결하지 않고도 도시 전체를 네트워크화하고 최적화할 수 있습니다.
이러한 주장이 설득력을 갖는 이유는 대부분의 스마트 조명 솔루션이 처음부터 스마트 솔루션의 비용 절감에 대한 기대를 가지고 계산된 것이 아니기 때문입니다. 오히려 도시 디지털 혁명의 실현 가능성은 조명 기술의 동시적 발전에서 비롯된 우연한 결과입니다.
백열전구를 고체 LED 조명으로 교체하여 에너지를 절감하고, 손쉽게 구할 수 있는 전원 공급 장치와 광범위한 조명 인프라를 갖추면 스마트 시티가 실현 가능해집니다.
LED 전환 속도는 이미 정체되어 있으며, 스마트 조명은 붐을 이루고 있습니다. 스마트 인프라 분석 기업인 노스이스트 그룹(Northeast Group)에 따르면, 2027년까지 전 세계 3억 6,300만 개의 가로등 중 약 90%가 LED로 조명될 예정입니다. 이 중 3분의 1은 스마트 애플리케이션도 구동할 예정이며, 이는 몇 년 전부터 시작된 추세입니다. 상당한 자금 지원과 청사진이 발표되기 전까지는 가로등은 대규모 스마트 시티에서 다양한 디지털 기술을 위한 네트워크 인프라로 가장 적합합니다.
LED 비용 절감
조명 및 센서 제조업체들이 제안한 경험칙에 따르면, 스마트 조명은 인프라 관련 관리 및 유지 보수 비용을 50~70%까지 절감할 수 있습니다. 하지만 이러한 절감액의 대부분(약 50%로, 실질적인 변화를 가져올 수 있는 수준)은 에너지 효율적인 LED 전구로 전환하는 것만으로도 실현될 수 있습니다. 나머지 절감액은 조명 장치를 연결 및 제어하고 조명 네트워크 전반에 걸쳐 작동 방식에 대한 지능형 정보를 전달하는 데서 비롯됩니다.
중앙 집중식 조정 및 관찰만으로도 유지 관리 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 여러 가지 방법이 있으며, 이러한 방법들은 서로 보완적입니다. 일정 계획, 계절별 제어 및 시간 조정, 고장 진단 및 유지 관리 트럭 운행 감소 등이 있습니다. 이러한 효과는 조명 네트워크 규모에 따라 증가하며, 초기 투자 수익률(ROI) 계산에도 반영됩니다. 시장에서는 이러한 접근 방식이 약 5년 안에 투자 회수가 가능하며, 주차 센서, 교통 감시 장치, 대기 질 관리, 총기 감지기 등 "소프트" 스마트 시티 개념을 통합하면 더 짧은 시간 안에 투자 회수가 가능할 것으로 예상합니다.
시장 분석 기관인 가이드하우스 인사이트(Guidehouse Insights)는 200개 이상의 도시를 추적하여 변화의 속도를 가늠합니다. 가이드하우스 인사이트에 따르면, 도시 중 4분의 1이 스마트 조명 계획을 도입하고 있으며, 스마트 시스템 판매는 급증하고 있습니다. ABI 리서치(ABI Research)는 2026년까지 전 세계 매출이 10배 증가하여 17억 달러에 이를 것으로 추산합니다. 지구의 "전구 순간"은 바로 이렇습니다. 인간 활동과 밀접한 관련이 있는 가로등 인프라는 더 넓은 맥락에서 스마트 시티를 위한 플랫폼으로서 미래로 나아가는 길입니다. ABI는 이르면 2022년부터 신규 가로등 설치의 3분의 2 이상이 여러 스마트 시티 센서의 데이터를 통합하는 중앙 관리 플랫폼에 연결될 것이라고 밝혔습니다.
ABI Research의 수석 애널리스트인 아다르쉬 크리슈난은 "무선 연결, 환경 센서, 심지어 스마트 카메라까지 구축하여 도시 가로등 인프라를 활용하는 스마트 시티 업체들에게는 훨씬 더 많은 사업 기회가 있습니다. 과제는 사회가 비용 효율적인 방식으로 대규모 멀티 센서 솔루션을 구축하도록 장려하는 실행 가능한 사업 모델을 찾는 것입니다."라고 말했습니다.
문제는 더 이상 연결할지 여부가 아니라, 어떻게, 그리고 애초에 얼마나 연결할 것인가입니다. 크리슈난이 지적했듯이, 이러한 연결의 일부는 비즈니스 모델과 관련이 있지만, 민간 기업이 벤처 캐피털에서 성공하는 대가로 재정적 위험을 감수하는 협력적 공공 서비스 민영화(PPP)를 통해 이미 스마트 시티에 자금이 유입되고 있습니다. 구독 기반 "서비스형" 계약은 투자금을 회수 기간에 걸쳐 분산시켜 투자 활성화를 촉진했습니다.
반면 유럽의 가로등은 기존의 허니콤 네트워크(일반적으로 2G부터 LTE(4G)까지)와 새로운 허니콤 IoT 표준 장치인 LTE-M에 연결되고 있습니다. Zigbee, 저전력 블루투스의 일부인 IEEE 802.15.4 파생 기술과 함께 독자적인 초협대역(UNB) 기술도 도입되고 있습니다.
블루투스 기술 연합(SIG)은 스마트 시티에 특히 중점을 두고 있습니다. 이 단체는 스마트 시티 내 저전력 블루투스 출하량이 향후 5년간 5배 증가하여 연간 2억 3천만 대에 이를 것으로 예측합니다. 대부분은 공항, 경기장, 병원, 쇼핑몰, 박물관 등 공공장소의 자산 추적과 연결됩니다. 하지만 저전력 블루투스는 실외 네트워크도 목표로 합니다. 블루투스 기술 연합은 "자산 관리 솔루션은 스마트 시티 자원 활용도를 높이고 도시 운영 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다."라고 밝혔습니다.
두 가지 기술을 결합하면 더 좋습니다!
각 기술에는 나름의 논란이 있지만, 그중 일부는 논의를 통해 해결되었습니다. 예를 들어, UNB는 탑재량 및 전달 일정에 대한 더 엄격한 제한을 제안하여 여러 센서 애플리케이션이나 카메라와 같이 병렬 지원이 필요한 애플리케이션에 대한 지원을 배제합니다. 단거리 기술은 더 저렴하고 플랫폼으로서의 조명 설정 개발에 더 높은 처리량을 제공합니다. 중요한 것은 WAN 신호가 끊길 경우 백업 역할을 할 수 있으며, 기술자가 디버깅 및 진단을 위해 센서를 직접 읽을 수 있는 수단을 제공한다는 것입니다. 예를 들어 저전력 블루투스는 시중에 나와 있는 거의 모든 스마트폰과 호환됩니다.
고밀도 그리드는 견고성을 향상시킬 수 있지만, 구조가 복잡해지고 상호 연결된 지점 간 센서에 더 많은 에너지를 요구합니다. 전송 범위 또한 문제가 있습니다. 지그비와 저전력 블루투스를 사용할 경우 커버리지는 기껏해야 수백 미터에 불과합니다. 다양한 단거리 기술이 경쟁력을 갖추고 그리드 기반 이웃 센서에 적합하지만, 이러한 기술은 궁극적으로 클라우드로 신호를 다시 전송하기 위해 게이트웨이를 사용해야 하는 폐쇄형 네트워크입니다.
허니콤 연결은 일반적으로 마지막에 추가됩니다. 스마트 조명 공급업체의 추세는 포인트 투 클라우드 허니콤 연결을 사용하여 5~15km 거리의 게이트웨이 또는 센서 장치 커버리지를 제공하는 것입니다. 비하이브(Beehive) 기술은 넓은 전송 범위와 간편함을 제공하며, Hive 커뮤니티에 따르면 기성 네트워킹과 더 높은 수준의 보안을 제공합니다.
이동통신사업자를 대표하는 산업 단체인 GSMA의 사물인터넷 부문 책임자인 닐 영은 "액션 사업자들은… 전 지역을 커버할 수 있기 때문에 도시 조명 장치와 센서를 연결하는 데 추가 인프라가 필요하지 않습니다. 허가된 스펙트럼에서 허니콤 네트워크는 안전성과 신뢰성을 갖추고 있어, 사업자가 최적의 환경을 갖추고, 훨씬 긴 배터리 수명, 최소한의 유지 보수, 그리고 저렴한 장비의 긴 전송 거리 등 다양한 요구 사항을 충족할 수 있습니다."라고 말했습니다.
ABI에 따르면, 사용 가능한 모든 연결 기술 중 허니콤(HONEYCOMB)이 향후 몇 년 동안 가장 큰 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 5G 네트워크에 대한 관심과 5G 인프라 구축 경쟁으로 통신사들은 가로등을 확보하고 도시 환경의 작은 허니콤 유닛을 채우고 있습니다. 미국에서는 라스베이거스와 새크라멘토가 AT&T와 버라이즌을 통해 LTE와 5G, 그리고 스마트 시티 센서를 가로등에 구축하고 있습니다. 홍콩은 스마트 시티 계획의 일환으로 5G 지원 가로등 400개를 설치하는 계획을 발표했습니다.
하드웨어의 긴밀한 통합
닐슨은 다음과 같이 덧붙였습니다. "노르딕은 저전력 블루투스, 블루투스 메시, 지그비뿐만 아니라 스레드 및 독점 2.4GHz 시스템을 지원하는 nRF52840 SoC를 통해 다중 모드 단거리 및 장거리 제품을 제공합니다. 노르딕의 허니콤 기반 nRF9160 SiP는 LTE-M과 NB-IoT를 모두 지원합니다. 두 기술의 결합은 성능과 비용 측면에서 이점을 제공합니다."
주파수 분리를 통해 이러한 시스템들이 공존할 수 있습니다. 전자는 허가가 필요 없는 2.4GHz 대역에서 작동하고, 후자는 LTE가 있는 모든 곳에서 작동합니다. 주파수가 낮을수록 더 넓은 커버리지와 더 큰 전송 용량 사이에 상충 관계가 있습니다. 그러나 조명 플랫폼에서는 일반적으로 단거리 무선 기술이 센서 상호 연결에 사용되고, 엣지 컴퓨팅 성능은 관측 및 분석에 사용되며, 허니콤 IoT는 데이터를 클라우드로 다시 전송하고, 더 높은 수준의 유지 관리를 위한 센서 제어에 사용됩니다.
지금까지 단거리 및 장거리 무선 통신 장치는 동일한 실리콘 칩에 내장되지 않고 별도로 추가되어 왔습니다. 경우에 따라 조명, 센서, 무선 통신 장치의 고장 원인이 모두 다르기 때문에 구성 요소가 분리되어 있습니다. 그러나 두 개의 무선 통신 장치를 단일 시스템에 통합하면 기술 통합이 더욱 긴밀해지고 구매 비용이 절감될 수 있으며, 이는 스마트 시티의 핵심 고려 사항입니다.
Nordic은 시장이 그러한 방향으로 움직이고 있다고 생각합니다. Nordic은 단거리 무선 및 허니콤 IoT 연결 기술을 개발자 수준에서 하드웨어 및 소프트웨어에 통합하여 솔루션 제조업체가 테스트 애플리케이션에서 이 두 가지 기술을 동시에 실행할 수 있도록 했습니다. Nordic의 nRF9160 SiP용 보드 DK는 개발자가 "Honeycomb IoT 애플리케이션을 작동"할 수 있도록 설계되었습니다. Nordic Thingy:91은 초기 제품 설계를 위한 기성품 프로토타입 플랫폼 또는 개념 증명(PoC)으로 사용할 수 있는 "완벽한 기성품 게이트웨이"로 설명됩니다.
두 제품 모두 멀티모드 허니콤 nRF9160 SiP와 멀티프로토콜 단거리 nRF52840 SoC를 탑재하고 있습니다. 노르딕은 두 기술을 결합하여 상용 IoT 구축을 지원하는 임베디드 시스템이 상용화되기까지 불과 "몇 달"이 남았다고 밝혔습니다.
노르딕 닐슨은 "스마트 시티 조명 플랫폼은 이러한 모든 연결 기술을 기반으로 구축되었습니다. 시장은 이러한 기술을 어떻게 결합할 수 있는지 명확하게 알고 있으며, 제조업체 개발 보드에 솔루션을 제공하여 상호 작용 방식을 테스트할 수 있도록 했습니다. 이러한 솔루션을 비즈니스 솔루션으로 통합하는 것은 시간 문제일 뿐입니다."라고 밝혔습니다.
게시 시간: 2022년 3월 29일