기출 LPWAN(Low Power Wide Area Network)과 LoRa(Long Range)

1. 문제

LPWAN(Low Power Wide Area Network)과 LoRa(Long Range)의 개념을 설명하고, LoRa가 LPWAN 기술 중 하나로서 가지는 특징과 활용 사례를 분석하시오.

---

2. 답안

2.1. LPWAN(Low Power Wide Area Network) 개요

LPWAN(저전력 광역 네트워크)은 낮은 전력 소비로 장거리 통신을 가능하게 하는 무선 네트워크 기술을 의미한다. 기존의 Wi-Fi, 셀룰러 네트워크(3G, 4G, 5G) 등과 비교했을 때 전력 소비가 적고, 긴 통신 범위를 제공하는 것이 특징이다.

(1) LPWAN의 주요 특징

1. 저전력 → 배터리로 수년간 운영 가능
2. 광역 통신 → 수 km ~ 수십 km까지 통신 가능
3. 낮은 데이터 전송 속도 → 소량의 데이터를 송수신하는 IoT 기기에 적합
4. 비용 절감 → 저비용으로 대규모 IoT 네트워크 구축 가능
5. 다양한 기술 표준 → LoRa, Sigfox, NB-IoT, LTE-M 등 다양한 기술 존재

(2) LPWAN 주요 기술 비교

기술	주파수 대역	전송 속도	전력 소비	커버리지(도심)	라이선스 여부
LoRa	비면허(ISM 대역)	0.3~50kbps	매우 낮음	2~15km	비면허
Sigfox	비면허(ISM 대역)	100bps	매우 낮음	10~40km	비면허
NB-IoT	셀룰러(면허 대역)	20~250kbps	낮음	1~10km	면허 필요
LTE-M	셀룰러(면허 대역)	300kbps~1Mbps	낮음	1~10km	면허 필요

---

2.2. LoRa(Long Range) 개요

LoRa는 LPWAN 기술 중 하나로, 비면허 주파수 대역(ISM, Industrial, Scientific, and Medical Band)을 사용하여 장거리 통신이 가능한 무선 네트워크 기술이다.

(1) LoRa의 주요 특징

1. 비면허 주파수 대역 사용 → 누구나 자유롭게 사용할 수 있음.
2. 장거리 통신 가능 → 도시에서 2~5km, 시골에서는 10~15km까지 도달 가능.
3. 낮은 전력 소비 → 배터리 하나로 10년 이상 사용 가능.
4. 낮은 데이터 속도 → 0.3~50kbps의 저속 데이터 전송.
5. 스타(Star) 또는 메시(Mesh) 네트워크 지원 → 다양한 IoT 기기 연결 가능.

(2) LoRa 네트워크 구성 요소

구성 요소	설명
LoRa 노드(Node)	센서 또는 IoT 기기로 데이터를 수집 및 전송
LoRa 게이트웨이(Gateway)	여러 개의 노드에서 송신된 데이터를 수집하여 네트워크 서버로 전달
LoRa 네트워크 서버	데이터를 분석하고, 클라우드 또는 애플리케이션 서버로 전달
애플리케이션 서버	데이터를 사용자 인터페이스(UI) 또는 API를 통해 활용 가능하도록 제공

(3) LoRaWAN과의 차이

• LoRa: 물리 계층(Physical Layer) 기술로, 주파수 변조 방식(Semtech사의 CSS, Chirp Spread Spectrum)을 의미.
• LoRaWAN: LoRa 기반의 네트워크 프로토콜로, 데이터 전송 방식과 장치 간 통신 규칙을 정의함.

---

2.3. LoRa 활용 사례

분야	활용 예시
스마트 시티	스마트 가로등, 주차 관리, 대기 오염 모니터링
스마트 농업	온도/습도 센서, 자동 급수 시스템
스마트 공장	장비 상태 모니터링, 원격 유지보수
스마트 헬스케어	원격 환자 모니터링
환경 모니터링	홍수 감지, 산불 감시 시스템

---

3. 현재 상황 및 향후 전망

• 현재:

  • LoRa는 스마트 시티, 스마트 농업, 환경 모니터링 등 광범위한 IoT 서비스에서 활용 중.
  • LoRaWAN 네트워크가 세계적으로 확대되며, 기존 셀룰러 기반 NB-IoT, LTE-M과 경쟁 중.

• 향후 전망:

  • 6G와의 연계를 통해 저전력 장거리 통신이 더욱 발전할 것으로 예상됨.
  • AI와 빅데이터 분석을 결합하여 스마트 IoT 애플리케이션이 증가할 전망.
  • LoRa 기반 위성 통신이 개발되면서, 기존 지상 네트워크를 넘어 글로벌 IoT 커버리지가 확장될 것으로 기대됨.

---

4. 어린이 버전 설명

"LPWAN은 아주 적은 전력으로도 멀리까지 데이터를 보낼 수 있는 특별한 네트워크예요! 예를 들어, 산속에 있는 나무가 불이 나면 LoRa 기술을 사용해서 멀리 있는 소방서에 ‘불이 났어요!’라고 알려줄 수 있어요.

LoRa는 스마트 농장에서 온도와 습도를 측정해서 농부에게 알려주거나, 도시에 있는 주차 공간을 확인해 주는 데 사용할 수 있어요. 배터리를 몇 년 동안 쓸 수 있어서 전기를 자주 충전할 필요도 없어요!"