향후 10년 내에 인류는 전례 없는 서비스를 경험하게 될 것이며, 비용을 절감하고 효율을 개선하며, 노동력을
최소화하기 위해 다양한 분야의 기기들이 상호 통신하는 혁명의 현장을 목격하게 될 것이다. 이러한 모든 것을
주도하고 있는 기반 기술이 바로 사물지능통신, 즉 M2M(Machine to Machine Communication)이다.

이동 시 자신의 위치를 스마트폰에 전송하는 자전거, 하이킹할 때 GPS 모듈과 통신하여 경치가 좋은 장소를 제안하는 카메라, 우유가 떨어졌을 때 이를 알리기 위해 문자 메시지를 전송하는 냉장고, 전력 피크 시간대가 아닐 때 세탁기를 작동시키는 지능형 계량기, 심박수 및 여러 생체 신호를 의료기관에 전송할 수 있는 트레드밀(Treadmill), 그리고 멀리 떨어진 곳에서도 제조업자에게 유지보수 또는 수리가 필요하다는 알림을 띄울 수 있는 산업용 장비를 상상해 보자.
지능적으로 상호작용이 가능한, 네트워크화 된 디바이스 세계의 가능성은 무한하며 그 혜택은 매혹적이다. 최근 20년 동안 무선 업계는 다양한 측면에서 발전을 거듭해 왔으며, 이를 통해 전 세계 모든 사람들이 연결될 수 있게 되었다.
 

M2M이란 정확히 무엇인가?

간단히 설명하면, M2M은 유무선 통신 네트워크를 통해 사람이 개입하지 않아도 기기들이 상호 통신할 수 있도록 하는 기술이다. M2M 기술은 일반적으로 센서, 액추에이터, MCU, RF 트랜시버 등을 사용하여 엔드 디바이스로부터 데이터 또는 이벤트를 획득하고, 통신 네트워크(GSM/GPRS, 전력선, 위성)를 통해 수신 데이터를 의미 있는 정보로 처리하는 애플리케이션 소프트웨어로 전송한다.
그림 1은 M2M 기술의 3가지 기본 단계를 나타낸 것이다. 산업용 애플리케이션의 경우 고감도 센서, 고성능 임베디드 마이크로컨트롤러, 유비쿼터스 무선 네트워크를 통해 M2M 기술들을 통합하고 있다. 다음에는 이와 관련된 몇 가지 사례들을 살펴본다.

그림 1. M2M 기술의 3가지 기본 단계

1. 산업용 장비를 위한 원격 모니터링 시스템
원격 모니터링 시스템은 장비 상태를 평가하기 위한 목적으로 진동, 유체 누출, 기계적 마모, 온도, 기계 노이즈 등과 같은 파라미터를 감지하는 데 다양한 센서를 활용한다. 각각의 센서들은 노드라고 하며, 그림 2(a)에 황색 원(옅은 원)으로 표시되어 있다.
이것은 청색 원(진한 원)으로 표시한 네트워크 코디네이터에 스타형 토폴로지로 연결되어 PAN(Personal Area Network)을 형성한다. PAN 네트워크 코디네이터는 PAN 및 GPRS 네트워크 사이에서 M2M 게이트웨이로 동작하며, 데이터를 원격 모니터링 스테이션에 전송한다. 파라미터가 정상 동작 임계값을 벗어나면 원격 모니터링 스테이션이 예방 차원의 유지보수 활동을 할 수 있도록 경보를 발생시킨다.

2. 센서 노드 및 PAN 네트워크 코디네이터 구현 … 고성능 마이크로컨트롤러를 통해 설계 단순화

그림 2. 원격 모니터링 시스템 구현

그림 2(b)와 그림 2(c)는 센서 노드와 PAN 네트워크 코디네이터의 구현 방법을 나타낸 것이다. 장비의 센서 파라미터는 산업 공정 및 제어를 위한 엄격한 센서 신호 표준인 4-20mA 전류 루프를 통해 전송된다. MCU는 이러한 파라미터들을 ADC(Analog-to-Digital Converter)로 수신하고, 처리된 센서 데이터를 PAN 네트워크 코디네이터에 전송하는 IEEE802.15.4 트랜시버와 인터페이스하기 위해 MiWiTM와 같은 PAN 프로토콜 스택을 실행한다.
PAN 네트워크 코디네이터의 중심에는 전체 PAN 네트워크를 위해 통신 구동을 담당하는 임베디드 MCU가 있다. 이것은 시리얼 포트를 통해 IEEE802.15.4 트랜시버, GPRS 모듈 모두와 연결된다. MCU의 플래시 메모리는 전체 MiWi PAN 네트워크의 맵을 저장하고 있으며, 네트워크 주소를 할당하고 새로운 센서 노드에 대한 링크를 구축한다. 이것은 또한 PAN 프로토콜 데이터를 GPRS 포맷으로 전환하여 GPRS 네트워크를 통해 전송한다.
MCU는 데이터 전송을 위한 AT(Attention) 명령어를 사용하여 GPRS 모듈을 제어한다. 고성능 MCU는 충분한 메모리 용량, DMA(Direct Memory Access)를 지원하는 다양한 주변장치, 무료로 사용 가능한 MiWi 프로토콜 스택, GPRS 라이브러리 등을 통해서 PAN 네트워크와 GPRS 네트워크에 대해 안정적인 연결을 보장한다.
마이크로칩은 신속한 무선 애플리케이션 개발을 위해 그림 3(a)의 PIC32 Wi-Fi® G 데모 보드를 제공하고 있으며, 이를 통해 설계를 단순화하고 신속한 개발 과정을 지원한다.

그림 3. 마이크로칩의 M2M 솔루션

3. 가장 일반적인 M2M 애플리케이션, 차량 관리 시스템
M2M 기술은 상용 차량 관리에 폭넓게 활용되고 있다. 차량에 설치된 GPS 및 GPRS/GSM 모듈을 통해 차량을 추적하고 통신한다. GPS 모듈은 차량의 위치 좌표를 제공하고, CAN 버스는 ABS(Antilock Brake System), ECU (Engine Control Unit), 에어백 등 차량의 다양한 모듈에서 데이터를 수집하여 CAN/GPRS 게이트웨이로 전송한다.
32비트 마이크로컨트롤러는 CAN/GPRS 게이트웨이를 구동하고 CAN 버스뿐만 아니라 GPRS 및 GPS 모듈과 인터페이스한다. 이것은 CAN 데이터 포맷을 GPRS 포맷으로 변환하여 GPRS 네트워크를 통해 데이터를 차량 관제 시스템으로 전송한다. 차량 관리 애플리케이션을 구동하는 솔루션은 마이크로칩의 M2M PictailTM 도터 보드로, 그림 3(b)와 같이 다수의 AT 명령어와 다양한 기능들을 지원하는 GPS 및 GSM/GPRS 모듈을 포함하고 있다.
이 솔루션은 제품 개발 시간을 크게 단축시킬 수 있으며 스택, 양산 테스트 벤치 설계, 테스트 소프트웨어, 인증, 교육, 기술 문서 등 모든 하드웨어 정보와 소프트웨어 바이너리를 포함하고 있다. 그 결과 일반 가전, 산업 및 차량용 OEM 설계에 간편하게 통합할 수 있는 초소형 무선 저전력 통신 솔루션을 구현할 수 있는 동시에 대량 생산도 가능하다.
현재 세계 인구 수 이상의 많은 디바이스들이 인터넷을 통해 연결되어 있으며, 무선 업계의 트렌드에 따라 그 숫자는 더욱 늘어날 전망이다. 반도체와 유비쿼터스 통신 네트워크의 급속한 확장과 더불어 고속 4G 및 IPv6(Internet Protocol version 6) 등과 같은 첨단 기술이 등장함에 따라, M2M 디바이스가 가져올 새로운 지능형 연결에 의해 우리가 생활하고, 일하고, 즐기는 삶의 방식이 전혀 새로운 방향으로 변화하게 될 것이다. 

Ramanuja Konreddy / Microchip Technology Inc.