통신센서와 네트워크 협대역과 광대역

통신 센서 

센서(Sensor)는 감지기라고 부르는데, 직접적으로 피측정 대상에 접촉하거나 그 근접 거리에서 데이터를 알아내어 필요한 정보를 신호 형태로 전달하는 장치를 말한다. 즉, 센서는 열, 빛, 온도, 소리 등의 물리적인 양이나 그 변화를 감지하거나 구분 및 측정하 여 일정한 신호 형태로 제공해 주는 것이다. 가령, 폐쇄형 회로 텔레비전(CCTV)에서 화 면 안에 동작의 움직임을 감지하는 센서, 소리의 크기 기준인 데시벨(dB)의 정도를 인식하는 센서, 압력의 힘에 의해 누름의 정도로 힘의 반응을 계측하는 센서 등이 대표적인 사례이다. 이처럼 센서는 온도, 압력, 유량, 자기, 광, 음향, 동작, 미각, 후각, 화재, 통행 카드 등 다양한 형태로 응용될 수 있다. 

 

 

센서(제품) 

센서는 하나 또는 그 이상으로 주변 환경에서 데이터를 수집하는 역할을 담당하는 각 종 타입의 센서 부품이 있다. 또한, 이를 지원하는 중앙처리장치 형태의 작업 처리가가 능한 마이크로프로세서를 가지고 있으며, 송·수신기 형태로 주변 환경에 변환경 맞도록 데이터를 전송하는 통신 역할을 수행하는 통신 모듈이 있다. 또한, 임시 데이터 및 처리과정에서 생성되는 데이터를 저장하여 사용하는 기억장치인 메모리와 모든 부품에 에너지를 공급하여 충분한 수명을 보장하기 위한 배터리인 에너지 저장장치가 있다. 아울러, 센서노드에서 수집된 정보를 외부로 내보내는 기능을 하는 싱크노드를 포함한 모든 기능을 센서라고 부른다. 

 

센서를 탑재한 제품은 센서로 센싱이 가능하고 수집된 정보를 가공하는 프로세서 등으로 구성된다. 즉, 수집된 정보를 이용하여 가공, 처리, 저장을 통해 하나의 완벽한 데 이터 형태로 재탄생되는 것이다. 이때, 유·무선 네트워크를 이용하여 음성, 이미지, 데 이터, 동영상 및 멀티미디어 형태의 센서 데이터를 센서망을 이용하여 전송하게 된다. 바로 이러한 망이 센서 네트워크인 것이다. 기존의 네트워크와는 다르게 센서 네트워크는 의사소통의 수단일 뿐만 아니라 자동화된 원격 정보 수집을 주목적으로 하는 망이라 고 볼 수 있다. 현재에는 의학용, 군사용 및 여러 상업용 분야에 활용이 되고 있지만, 대역폭은 복합 신호에 포함된 주파수 범위나 해당 채널을 통과시킬 수 있는 주파수 범위(Hz)를 말하며, 채널이나 링크에서의 전송속도(bps)를 의미하기도 한다. 즉, 서비스 품 질(QoS)의 가장 중요한 요소 중 하나가 양질의 대역폭인 것이다. 기술이 진화 과정에서 과거에는 음성 및 단문메시지 중심의 좁은 대역폭인 협대역을 이용하여 서비스를 제공하고 있었지만, 현재를 지나 미래에는 수많은 데이터, 동영상 및 멀티미디어 서비스 중 심의 더 넓은 대역인 광대역을 요구하는 것이 시대적 흐름이다. 가령, 4세대 이동통신인 LTE(Long Term Evolution) 서비스에서 대역폭은 10 MHz 단위로 최대 75 Mbps급의 전송 속도를 제공하고 있다. 따라서 캐리어 병합 기술인 CA(Carrier Aggregation)을 통해 여러 캐리어를 동시에 병합함과 동시에 협대역을 여러 개 묶어서 광대역화를 만들면 75 Mbps(대역폭) 만큼 전송속도는 증가하게 된다. 40 MHz로 광대역화를 하면, 최대 전송속도 가 300 Mbps급이 전송 가능하고, 추가 주파수 대역폭을 주파수 경매를 통해 획득할 경우 2 배 더 늘리게 되면 최대 600 Mbps급으로 확장되는 원리이다. 개인, 기업 및 국가 단위의 크고 작은 프로젝트 개발 및 상용화로 확대되는 추세이다. 

 

 

센서의 주요 기능 

 

센서는 주파수 비면허 대역인 ISM(산업, 과학, 의학용) 주파수 대역을 이용하여 제한된 커버리지 안에서 여러 개의 센서와 상호 연결하는 형태로 구성 및 사용되고 있다. 센서는 넓은 지역에서 수백~수천 개의 센서노드의 전력에너지가 오래 지속되도록 서비스를 제공하기 위해서는 반드시 초절전 전력에너지를 사용해야 한다. 또한, 전력 지원 및 운용 간 다양한 환경에서 견고하고 내구성을 높여서 고장에 대처할 수 있는 고장 감 지 기능을 보유하고 있어야 한다. 그리고 센서는 다양한 무선환경에서 자동 구성을 통한 다중 경로 통신의 신뢰도를 향상하고, 물리적 절체나 트래픽 과부하 시 통신망 안에서 최적화된 라우팅 경로를 찾고, 망의 보호 및 복구가 가능한 구조이어야 한다. 아울러, 센서는 채널을 자동으로 인식하는 기능과 여러 노드를 거쳐 통신할 수 있어야 하므로, 소출력을 이용하여 광대역 커버리지 서비스가 가능해야 할 것이다. 

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광대역과 협대역 

 

광대역 

광대역(Broadband)이란 기술 개발의 정도에 따라 현재 보다 아주 넓거나 빠른 대역폭을 가리키는 상대적 개념을 말한다. 이 경우 주파수 대역폭 이외에도 데이터 전송속도, 공간적 개념 등 더 확장된 개념이다. 가령, 서울과 부산 간 2차선 고속도로에서 5년 후 4 차선 광대역 고속도로로 확장한다고 가정할 경우 기존 협대역 대비 2배로 확장된 차선을 제공할 수 있기 때문에 제한속도는 기존 60Km/h 수준에서 100Km/h 이상으로 트래픽 제어 수준으로 상향될 것이다. 즉, 광대역 도로망 확장을 통해 전송속도는 그만큼 더 빨라짐을 알 수 있다. 이는 개인 차량별 최고속도와는 다르게 트래픽을 제어하는 최소한의 마지노선을 제시하는 것이다. 또한, 광대역이란 용어는 도로에 해당하는 전송로뿐만아니라 네트워크 전체 망 안에 각종 시스템과 이기종 연동 시스템 등을 통칭하여 광대역 정 보통신망으로 표현되기도 한다. 아울러, 서비스의 경우에도 기존의 협대역 음성, 이미지 데이터 서비스를 넘어 더 확장된 광대역 멀티미디어 서비스로 확장하여 각종 음성, 영상 가상현실(VR) 등을 병합하여 전송할 경우에도 광대역이라는 용어를 사용한다. 

 

나. 협대역 

협대역(Narrowband)이란 광대역의 반대말로 좁은 대역을 의미한다. 가령, 개별 반송파는 협대역 신호로 구성되어 있지만, 전체 신호는 광대역이라고 표현하기도 하고, 전송 주파수 대역인 BW(Band Width)가 채널별로 1.25 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 20 MHz단위에서 여러 개를 병합하여 40 MHz, 80 MHz, 160 MHz 이상으로 확장하여 제공할 시 협대역에서 광대역으로 확장된다고 표현한다. 즉, 협대역이란 데이터 통신의 주파수 중 좁은 대역에서 음성이나 단문메시지(SMS) 등의 저용량, 저속도를 제공하는 시스템에서 사용하는 개념이라고 볼 수 있다. 가령, 무선주파수 대역에서 데이터 전송 대역폭이 좁다는것을 의미하는 것으로 4세대 이동통신(LTE)에서는 일반적으로 10 MHz 대역을 의미한다. 따라서, 지금 이 순간에도 정보통신기술의 진화는 계속되고 있고, 현재의 협대 역 서비스는 광대역으로 지속 확장되고 있는 추세라고 볼 수 있다. 또한, 확장된 광대역 폭을 이용하여 더 많은 데이터를 더 빠르게 전송할 수 있게 되는 것이라고 볼 수 있다.