DigiMesh vs LoRaWAN, IoT 무선 센서 네트워크 비교

DigiMesh는 데이터 무결성과 신뢰성, 대역폭이 중요한 산업 환경에, LoRaWAN은 긴 배터리 수명과 낮은 비용이 중요한 환경에 맞습니다.

DigiMesh와 LoRaWAN은 IoT 무선 센서 네트워크에 쓰는 대표적인 무선 기술입니다. 구현 방식은 다르지만 적용 방식이 비슷해, 두 기술을 비교하면 특정 환경에서 어느 쪽이 유리한지 확인하고 요구 사항에 맞는 쪽을 고를 수 있습니다.

DigiMesh와 LoRaWAN 비교 관련 이미지

배경

모든 환경에 맞는 무선 기술은 없고 환경마다 맞는 기술이 다릅니다

IoT 무선 센서 네트워크 분야는 지난 5년 동안 크게 발전해 IoT 네트워크용 무선 기술이 다양해졌습니다. 각 기술은 특정 환경에서 다른 기술보다 나은 장점이 있고, 적용 환경에 따라 단점이 되기도 합니다.

스마트 홈, 빌딩, 도시 응용에서는 LoRaWAN이 빠르게 표준으로 자리잡는 것 같습니다. 주거용 건물 자동화, 스마트 주차, 폐기물 관리 같은 신규 적용 대부분은 헬륨, 사물 네트워크, 액티비티 같은 공용 네트워크든 개인 네트워크든 어떤 형태로든 LoRaWAN®을 씁니다. NB-IoT 같은 셀룰러 통신은 허가된 스펙트럼에서 써야 하고 정기 구독(사용료)이 필요하며 개방되어 있지 않아 이 비교에서 제외합니다.

산업 및 농업 같은 전문 응용에서는 상황이 간단하지 않습니다. 사용 사례의 세부 사항에 따라 LoRaWAN이 최선이 아닐 수 있고, DigiMesh(ZigBee 기반) 같은 기술이 더 나을 수 있습니다.

DigiMesh

DigiMesh는 단일 노드 유형의 자가 치유 메시 네트워크입니다

DigiMesh 네트워크 관련 이미지

DigiMesh는 ZigBee Mesh와 같은 물리 계층 위에 구축됐지만 노드 유형이 하나뿐이라 네트워크가 완전히 균일합니다. 그 덕분에 네트워크 운영이 크게 단순해지고 배포가 빠릅니다. ZigBee에서는 일부 노드(코디네이터, 라우터)가 상시 전원이 필요한 것과 달리, 모든 노드를 배터리로 구동할 수 있습니다.

ZigBee보다 범위가 넓고 최대 페이로드 크기가 큽니다(256바이트 대 80바이트). LoRaWAN을 쓰는 다른 IoT 방식과 비교할 때 가장 큰 장점입니다. LoRaWAN처럼 800MHz, 900MHz, 2.4GHz 대역에서 동작하며, LoRaWAN®은 2.4GHz 대역에서는 아직 새로워 성능이 충분히 파악되지 않았습니다. DigiMesh는 IoT 응용용으로 설계한 ZigBee 버전이어서 센서 네트워크 배포의 요구에 더 맞는다고 볼 수 있습니다.

DigiMesh는 ZigBee와 LoRaWAN 무선 통신에도 기여한 것으로 알려진 Digi International이 개발한 독점 무선 네트워킹 프로토콜입니다.

DigiMesh 메시 토폴로지 관련 이미지

• 토폴로지: 메시 토폴로지를 중심으로 설계됐습니다. 단순 지점 간 연결이나 LoRaWAN의 스타 토폴로지와 달리 장치를 서로 연결해 데이터가 소스에서 대상까지 여러 경로를 쓸 수 있습니다. 한 노드가 다운돼도 주변 다른 노드를 거쳐 전송을 마치므로 전송 실패를 줄입니다.
• 주파수: 전 세계에서 쓸 수 있는 2.4GHz 대역에서 자주 동작합니다. GHz 미만 주파수(800/900MHz)에서도 동작할 수 있어 더 나은 범위를 얻을 수 있지만, 지역에 따라 규제 제한이 있을 수 있습니다.
• 자가 치유: 노드가 실패하거나 중단되면 데이터를 자동으로 다시 라우팅합니다.
• P2P(Peer-to-Peer): 모든 노드가 서로 통신해(브로드캐스트) 분산화되므로 네트워크 중복성이 높고 단일 실패 지점이 없습니다.
• 적응형 라우팅: 네트워크 혼잡도, 경로 안정성, 홉 수를 기준으로 데이터 패킷의 최적 경로를 계산합니다.
• MAC 수준 자동 재전송: 서비스 품질을 보장하는 내장 메커니즘입니다.

중복성과 적응성 덕분에 신뢰성이 중요한 시나리오에서 선호됩니다. IoT 응용, 홈 자동화, 산업 자동화, 노드가 어려운 지형이나 방해받는 환경에 놓일 수 있는 환경 모니터링이 해당합니다. 중저역 무선 기술이므로 마을이나 동네 전체 같은 대규모 환경보다 공장, 창고, 온실처럼 건물이나 부지로 제한된 밀도 높은 환경에 맞습니다.

LoRaWAN

LoRaWAN은 스타 토폴로지의 저전력 장거리 네트워크입니다

LoRaWAN은 엔드 디바이스가 비교적 드물게 작은 데이터 패킷을 보내는 IoT 응용을 위해 만든 프로토콜입니다. 통신 범위가 넓고 대기 시간이 짧으며 전력 소비를 낮게 유지해 배터리 소모가 적습니다. DigiMesh처럼 800/900MHz(지역에 따라 다름)의 Sub-GHz 대역에서 주로 동작하며, 최근 2.4GHz 대역(글로벌 가용성)을 포함하도록 사양이 업데이트됐습니다.

LoRaWAN 스타 토폴로지 관련 이미지

• 토폴로지: 센서 장치(엔드 노드)가 스타 구조로 게이트웨이와 직접 통신합니다. 게이트웨이는 노드 인증, 패킷 중복 제거, 데이터 암호 해독, 페이로드 디코딩과 구문 분석 등에 필요한 프로토콜 메커니즘을 통합한 중앙 집중식 네트워크 서버인 LNS(LoRaWAN 네트워크 서버)에 정보를 중계합니다.
• 주파수와 변조: 지역에 따라 다른 GHz 미만 대역에서 동작합니다(예: 유럽 EU868MHz, 미국 US915MHz). LoRa® 변조가 장거리와 저전력 소모를 가능하게 하는 기초 기술입니다.
• ADR(적응형 데이터 속도): 게이트웨이와 노드의 근접성에 따라 데이터 속도를 동적으로 조정합니다. 가까운 노드는 높은 속도로, 먼 노드는 더 나은 범위를 위해 낮은 속도로 전송해 범위, 용량, 무선 전달 시간, 간섭 면에서 네트워크가 스스로 최적화됩니다. 노드가 이동하는 환경을 제외하고 주로 쓰입니다.
• 저전력: 수년간 배터리로 작동해야 하는 장치용으로 설계됐습니다. 효율적인 LoRa 변조와 절전 모드, 낮은 처리 요구 사항과 작은 페이로드를 결합하지만, 그만큼 작은 페이로드와 낮은 처리 용량이 전제입니다.
• 양방향: 주로 업링크(장치에서 서버로)에 집중하지만 구성이나 제어를 위한 다운링크 메시지(서버에서 장치로)도 지원합니다.
• 사용 사례별 클래스: 작동 방식이 상당히 다른 3가지 클래스(클래스 A, B, C)의 장치가 있어 다양한 응용에 적용할 수 있습니다.

장거리와 저전력 설계 덕분에 데이터 전송이 너무 빈번하지 않고 멀리 보내야 하는 환경에 특히 맞습니다. 스마트 시티, 농업, 공급망과 물류, 계량 등에 쓰입니다. 반면 여러 매개변수를 동시에 모니터링하거나 진동처럼 많은 센서 데이터가 필요한 복잡한 프로세스를 측정하는 등 데이터 무결성이 중요하고 대용량 페이로드를 보내야 하는 시나리오에는 맞지 않습니다.

비교

두 네트워크는 토폴로지와 용도가 다릅니다

사례 1

진동 분석처럼 데이터가 많은 환경은 DigiMesh가 맞습니다

LoRaWAN보다 DigiMesh가 맞는 환경은 충분한 데이터를 위한 신뢰성, 빈번한 전송, 큰 페이로드 전송 능력이 중요한 예측 유지 관리와 진동 분석입니다.

NCD의 진동 센서는 3축 값과 온도 값을 내고 전류 모니터까지 추가할 수 있어 많은 데이터를 출력합니다. 높은 샘플링 속도로 가속도, 속도, 변위 측정값을 전송하는 센서도 있습니다. FFT 분석 기능이 내장돼 주요 왜곡 구성 요소를 확인하거나, Total/Raw 도메인 데이터(매우 큰 패킷)를 보내 현장 진동 분석을 자세히 하는 옵션도 있습니다.

DigiMesh는 기기 간 통신이 대부분이고 인터넷으로 데이터를 보내는 경우가 상대적으로 드물어, LNS가 필요하지 않다는 점에서 LoRaWAN 같은 클라우드 중심 시스템과 달리 온프레미스 환경에 잘 맞습니다. ModBus 같은 브로드캐스트 집약 응용에도 적합하며, 유선으로 운영하던 ModBus 설치를 업그레이드하는 방법이기도 합니다.

큰 단점은 프로토콜 표준이 공개되지 않아 Digi 제품이 아닌 다른 공급업체 장치와 상호 통신·운용이 불가능하다는 점입니다. 반대로 모든 장치가 기본적으로 같은 공급업체(Digi) 제품이라 네트워크 설정이 더 간단하다는 의미도 됩니다.

이런 센서는 작은 패킷 크기에 최적화된 LoRaWAN 같은 IoT 기술과 쓰기에는 너무 복잡하고 출력 데이터가 많습니다. DigiMesh는 데이터가 많은 IoT 응용에 실행 가능한 유일한 옵션 중 하나입니다. Wi-Fi는 큰 페이로드를 처리할 수 있지만 통신 거리, 보안, 배터리 수명 등에서 뚜렷한 단점이 있습니다.

DigiMesh 진동 분석 환경 관련 이미지

사례 2

온습도 모니터링처럼 가벼운 데이터는 LoRaWAN이 맞습니다

LoRaWAN 네트워크는 엔드 장치끼리 직접 통신하지 않으므로, 통신 빈도가 낮고(페이로드가 작고) 장치가 조밀하지 않은 환경에 더 맞습니다. LoRaWAN Relay 기능이 최근 추가됐지만 메시 네트워크와 달리 게이트웨이가 여전히 필요합니다(여전히 단일 실패 지점). 장점으로는 DigiMesh 같은 메시 네트워크보다 네트워크 지연(홉 감소)과 지터(통신 지연 변동)가 적고, 엔드 장치가 단순해 장치당 비용도 낮습니다.

긴 배터리 수명과 장치 비용 효율을 위해 크기를 최소화한 페이로드로, 비교적 빠른 전송이 필요하지 않은 온도·습도 모니터가 대표 사례입니다. 이런 네트워크는 DigiMesh보다 조금 더 복잡하지만 NB-IoT와 달리 공급자와 서비스 수준 계약이 필요하지 않습니다. 셀룰러 네트워크와 비슷하게 적용 범위와 용량(확산 요소)에 대한 네트워크 계획이 필요하지만 셀룰러보다 훨씬 간단하고 시간 효율적입니다. 다른 잠재적 단점은 게이트웨이가 단일 처리 지점이고 LNS가 더 복잡하고 강력한 하드웨어를 요구해 비용이 늘어난다는 점이며, 이는 DigiMesh에는 해당하지 않습니다.

시설이나 사무실의 온도·습도 모니터링이 LoRaWAN의 좋은 사용 사례입니다. 온도나 습도가 급격히 오를 가능성이 낮아 측정을 빠르게 할 필요가 없고, 센서는 페이로드를 아주 작게 유지하며 간단한 값만 보냅니다. 전체 상태를 보려면 한두 시간에 한 번 정도로 비교적 드물게 측정해도 되고, 방이나 공간마다 장치가 하나씩 필요하지 않아 네트워크가 조밀할 필요도 없습니다.

아래 사진의 환경은 LoRaWAN에 매우 적합합니다. 장치 수가 적어 높은 데이터 신뢰성이 필요하지 않고(하루에 몇 개의 온도 측정값이 누락돼도 큰 문제가 아닙니다), 주요 위치에 노드 몇 개만 두면 비용을 최소화할 수 있습니다.

LoRaWAN에 적합한 온습도 모니터링 환경

선택 기준

요구 사항에 따라 DigiMesh와 LoRaWAN을 고릅니다

일반적으로 상호 운용성을 위해 표준 프로토콜을 쓰고 공급업체 전용 프로토콜을 피하는 것이 건전한 전략입니다(플랫폼에 구애받지 않는 NCD 장치에는 해당하지 않습니다). 다만 특정 요구 사항에 따라 DigiMesh 같은 독점 방식이 더 맞는 경우가 있습니다. 더 많은 대역폭이 필요한 진동 분석 센서가 그 예입니다.

반대로 밀도가 높지 않은 네트워크나 산업 환경이 아닌 단순 온도·습도 센서 네트워크에는 LoRaWAN이 더 맞습니다. 비용을 낮추고 장치 수명을 높이며 필요한 데이터를 줍니다.

• DigiMesh: 데이터 무결성, 신뢰성, 대역폭, 노드 밀도가 중요한 산업 환경 응용에 맞습니다.
• LoRaWAN: 아주 긴 배터리 수명으로 비용 효율적인 사용을 원하고, 대용량 데이터 패킷과 잦은 전송, 중복성을 위한 추가 비용을 포기할 수 있을 때 선택합니다.

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MultiTech LoRaWAN 모듈

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자주 묻는 질문

참고 자료

• NCD
• Digi International
• LoRa Alliance