IoT 게이트웨이란 무엇이며 어떻게 선택하나요?

IoT 에코시스템은 일반적으로 최종 디바이스, IoT 게이트웨이, 클라우드 플랫폼으로 구성됩니다. 이러한 서로 다른 구성 요소 간의 통신은 서로 다른 communication 프로토콜을 통해 이루어집니다. 이 글의 주된 관심사는 이러한 다양한 communication 프로토콜의 변환을 담당하는 IoT 게이트웨이에 관한 것입니다. 이는 인터넷 라우터와 동일한 작동 원리를 에뮬레이트하는 텔레코1TP14통신에서 사용되는 개념과 매우 유사합니다.

그러나 인터넷 라우터는 홈 네트워크에 연결된 장치를 인터넷 서비스 제공업체(ISP)의 LAN(근거리 통신망)과 연결하지만, IoT 게이트웨이의 경우 게이트웨이는 유형과 구성이 다른 여러 센서를 클라우드 플랫폼에 연결합니다.  

IoT 배포 과제

이제 IoT의 작동 원리에 대해 자세히 살펴보기 전에 IoT 게이트웨이를 사용하게 되는 IoT 시스템에 부과되는 몇 가지 배포 문제를 살펴볼 필요가 있습니다.

1. 연결 문제

디바이스와 클라우드 플랫폼 간의 연결은 IoT 영역에서 매우 중요한 문제입니다. 대부분의 최종 디바이스는 에너지 효율에 최적화되어 있기 때문에 인터넷이나 광역 네트워크(WAN)에 직접 연결할 수 없습니다. 대신, 이러한 디바이스는 일반적으로 다음과 같은 이기종 무선 네트워크에서 작동합니다. ZigBee, BLE, Z-Wave, 로라완등 - 를 사용하여 데이터를 전송할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 IoT 디바이스는 두 가지 형태를 취할 수 있습니다:

• 디바이스와 에지 레벨 센서는 클라우드에 직접 연결되는 경로를 제공합니다.
• 디바이스와 엣지 레벨 센서는 센서와 WAN 사이에 게이트웨이와 라우터를 중심으로 집계 및 클러스터를 형성합니다.

첫 번째 형태는 비용이 많이 들며 2G/3G, Wi-Fi, 이더넷 등과 같은 네트워크 연결 모듈이 내장된 디바이스가 필요합니다. 장치와 클라우드 플랫폼 간의 통신에 널리 사용되는 프로토콜로는 CoAP(Constrained Application Protocol), MQTT(메시지 큐 원격 측정 전송), HTTP, AMQP(고급 메시지 큐 프로토콜) 등이 있습니다. 이러한 장치는 충분한 컴퓨팅 성능과 I/O를 지원해야 합니다. 또한 이러한 디바이스는 무선(OTA) 펌웨어 업데이트를 지원하지 않으므로 최종 사용자가 디바이스 펌웨어를 업그레이드할 책임이 있습니다.

따라서 보다 이상적이고 비용 효율적인 솔루션은 저전력 무선 네트워크가 있는 디바이스를 중앙 IoT 게이트웨이에 모아 클라우드 플랫폼에 연결하는 두 번째 형태입니다.

2. 상호 운용성 과제

다양한 공급업체의 디바이스와 다양한 구성이 사용되기 때문에 상호 운용성은 대규모 IoT에서 가장 큰 과제 중 하나입니다. IoT 애플리케이션에 사용되는 프로토콜에는 두 가지 유형이 있습니다. 사우스 바운드 프로토콜은 배터리로 구동되는 최종 디바이스의 전력 절약을 목적으로 하는 디바이스 간 통신을 가능하게 하는 프로토콜입니다. 예를 들어 지그비, 모드버스, LoRaWAN이 있습니다. 노스바운드 프로토콜은 클라우드 플랫폼에 대한 communication을 활성화하는 역할을 하며, 매우 안전하며 게시/구독 메커니즘을 기반으로 합니다. CoAP, HTTPS, MQTT, AMQP가 널리 사용되는 노스바운드 프로토콜입니다.

IoT 애플리케이션은 이 두 가지 유형의 프로토콜을 모두 활용합니다. 따라서 이러한 프로토콜을 적절히 조화시킬 수 있는 솔루션을 사용해야 합니다.  

3. 보안 과제

보안은 센서에서 클라우드로 전송되는 데이터의 주요 관심사입니다. 사용자 개인정보를 보호하고 사기 행위로부터 소비자를 보호하기 위해 이 데이터는 안전하게 보호되어야 합니다. 사우스 바운드 프로토콜은 화이트리스트, OTA 활성화 및 암호화와 같은 보안 메커니즘을 제공합니다. 반면, 클라우드 플랫폼으로 통신하는 디바이스는 클라우드 플랫폼으로 전송하기 전에 서버에 인증하고 데이터를 암호화해야 합니다. IoT 애플리케이션에서 이러한 보안 요구 사항을 확인할 수 있는 조화로운 메커니즘이 있어야 합니다.

4. 데이터 필터링 및 처리 과제

클라우드에 직접 연결된 아키텍처에서는 모든 데이터가 클라우드로 전송되는데, 이는 불필요한 데이터가 있을 수 있고 대역폭을 낭비할 수 있기 때문에 이상적이지 않습니다. 또한 연결이 중단되면 데이터가 손실될 수 있습니다. 따라서 이러한 문제를 완화할 수 있는 솔루션이 필수적입니다.

IoT 게이트웨이는 어떻게 작동하나요?

IoT 애플리케이션에 존재하는 몇 가지 문제를 파악했다면, 이제 IoT 게이트웨이가 이러한 문제를 어떻게 해결할 수 있는지 평가할 차례입니다.

연결성 문제 사례에서 보았듯이 많은 수의 디바이스를 IoT 게이트웨이에 연결하면 IoT 애플리케이션의 비용과 복잡성을 이상적으로 줄일 수 있습니다. 이는 IoT 게이트웨이에서 라우팅 기능을 활성화하여 실현할 수 있습니다. IoT 게이트웨이는 BGP(보더 게이트웨이 프로토콜), OSPF(최단 경로 우선 개방), RIP(라우팅 정보 프로토콜) 및 RIPng와 같은 라우팅 프로토콜을 지원합니다. 주어진 데이터 패킷에 해당하는 목적지는 라우팅 테이블을 사용하여 구현됩니다.

상호 운용성 문제를 해결하기 위해 IoT 게이트웨이는 IoT 디바이스와 클라우드 플랫폼 사이의 가교 역할을 합니다. IoT 게이트웨이는 특정 사우스 바운드 프로토콜을 통해 최종 디바이스와 연결한 다음, 디바이스에서 필요한 모든 데이터를 구문 분석하여 저장하고 처리 및 분석을 위해 노스 바운드 프로토콜을 통해 클라우드 서버로 데이터를 전송합니다. 이 프로세스를 프로토콜 번역이라고 합니다. 또한 이 프로세스는 양방향으로 진행되므로 양쪽 모두에서 communication을 사용할 수 있습니다.

보안 연결을 구현하는 경우 IoT 게이트웨이가 중요한 역할을 합니다. communications의 기본 보안 형태는 방화벽을 활용하는 것입니다. IoT 게이트웨이의 경우 한 네트워크에서 다른 네트워크로의 정보 흐름을 필터링하고 제어하는 네트워크 방화벽을 사용합니다. 이를 통해 네트워크 트래픽에 대한 적절한 권한을 부여하고 포트 포워딩과 같은 메커니즘을 통해 필요한 포트만 열 수 있도록 합니다. 보안 디바이스 온보딩은 디바이스를 처음 구성할 때 IoT 게이트웨이에서 사용할 수 있는 또 다른 보안 기능입니다. 이를 통해 적절한 암호화가 가능합니다.

데이터 필터링 및 처리는 데이터 양과 네트워크 지연 시간을 줄이기 위해 원시 데이터를 집계, 상호 연관, 동기화하는 엣지 컴퓨팅을 통해 이루어집니다. 이러한 엣지 컴퓨팅 기능을 수행한 후 사전 처리된 데이터는 클라우드 플랫폼으로 전송됩니다. 이를 통해 고성능 최종 디바이스와 센서를 활용하는 데 드는 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 위에서 언급한 기능 외에도 엣지 컴퓨팅은 데이터 필터링 및 처리 문제를 완화하기 위해 다음과 같은 기술을 사용할 수 있습니다:

• 데이터 변질
• 보안 및 침입 탐지 분석
• 키 관리
• 규칙 엔진/이벤트 프로세서
• 캐싱 및 저장

IoT 게이트웨이의 특징

IoT 게이트웨이의 기능은 특정 애플리케이션 및 성능 요구 사항에 따라 크게 달라집니다. 그러나 기본적인 IoT 애플리케이션에만 사용되는 몇 가지 기본 기능과 산업용 IoT 게이트웨이와 같은 보다 복잡한 IoT 게이트웨이에 필요한 고급 기능으로 구분할 수 있습니다. 가장 중요한 기능은 다음과 같습니다:

• 디바이스 기능, 크기, 구성 및 co1TP14통신 프로토콜에 관계없이 디바이스 연결성.
• IoT 게이트웨이는 IoT 애플리케이션에 향상된 보안 기능을 제공하고 보안을 강화합니다.
• 데이터 사용량, 신호 무결성, 장애 이벤트 수, 대역폭 사용량, 네트워크 상태, 연결된 디바이스 및 클라이언트에 대한 세부 정보 등 IoT 애플리케이션에 대한 메트릭과 분석을 제공할 수 있습니다.
• 트래픽 쉐이핑 및 서비스 품질(QoS)을 활성화하여 혼잡 또는 가변적인 네트워크 부하를 처리할 때 서비스 수준을 보장해야 하는 배포에 유용합니다.
• 일부 IoT 게이트웨이는 애플리케이션 요구 사항에 따라 디바이스 또는 사용자의 네트워크 세분화가 수행되는 VLAN 기능을 사용할 수 있습니다.
• 장애 조치 및 대역 외 관리는 이동성이 높은 최종 디바이스와 관련된 애플리케이션의 고급 기능 중 일부입니다.
• 일부 IoT 게이트웨이는 사용자 지정 가능한 펌웨어를 제공하여 대규모 IoT 노드에서 매우 유용한 OTA 업데이트를 지원합니다.
• IoT 게이트웨이는 사양 및 애플리케이션 요구 사항에 따라 엣지 컴퓨팅을 수행할 수 있습니다.
• 프로토콜과 구성이 다른 디바이스와 다양한 클라우드 플랫폼을 통합할 수 있는 확장성을 제공합니다.

IoT 게이트웨이를 사용하면 어떤 이점이 있나요?

• IoT 게이트웨이를 사용하면 여러 프로토콜 인터페이스와 사용 사례 시나리오를 미리 통합하여 시장 출시 시간을 단축할 수 있습니다.
• 플러그 앤 플레이 아키텍처는 최종 장치를 쉽게 통합하고 새로운 사우스 바운드 및 노스 바운드 프로토콜 인터페이스를 추가하는 데 필요한 시간을 크게 단축할 수 있습니다.
• 엣지 컴퓨팅 기능은 응답 시간을 개선하고 네트워크 지연 시간을 줄여줍니다. 반면에 클라우드 플랫폼에서는 전송 비용을 절감하고 데이터 분석을 개선할 수 있습니다.
• IoT 게이트웨이는 네트워크 보안을 강화하고 네트워크 트래픽을 원활하게 관리하여 데이터 보호 및 개인 정보 보호를 보장합니다.
• 유선 및 무선 co1TP14통신 프로토콜을 모두 지원하여 광범위한 애플리케이션을 지원합니다.

올바른 IoT 게이트웨이를 선택하는 방법은?

IoT 또는 산업용 IoT 애플리케이션에 적합한 후보를 선택할 때 이러한 요소를 고려하세요.

• IoT 게이트웨이의 사용 목적을 올바르게 정의하세요. 게이트웨이가 데이터 분석 또는 성능 메트릭을 제공해야 하나요?
• 게이트웨이에서 처리해야 하는 데이터 양과 데이터 전송 속도를 평가하세요. 수천 또는 수백 개의 센서를 보유하고 있나요? 센서가 데이터를 얼마나 빠르게 기록하고 전송할 수 있을까요?
• 데이터 필터링, 집계, 캐싱 또는 저장이 필요한지 여부를 파악하세요. 필요한 엣지 컴퓨팅 기능을 갖춘 게이트웨이를 선택하세요.
• 게이트웨이를 어디에 설치할 것인가요? 게이트웨이가 충족해야 하는 다양한 표준을 파악하세요.
• 올바른 인증을 확인합니다. 게이트웨이 모델은 FCC/CE/IC 전자 제품 인증을 받은 제품이어야 합니다.
• 어떤 보안 기능이 필요하나요?
• 최종 디바이스 및 클라우드 플랫폼에서 사용하는 필수 communication 프로토콜은 무엇인가요? 게이트웨이에서 지원되나요?
• 마지막으로 애플리케이션에 향후 사용자 지정 기능이 필요한지 확인하고 게이트웨이의 사용자 지정 옵션을 확인합니다.