LoRa
LoRa
개요
LoRa(롱레인지, Long)는 저전력 광 네트워크(LPWAN, Low-Power Wide-A Network)를 구현하기 위한 무선 통신 기술로, 장거리 통신과 낮은 전력 소비를 동시에 실현하는 것이 특징이다. LoRa는 IoT(Internet of Things) 환경에서 센서 데이터를 장시간 동안 배터리로 구동하며 수 킬로미터 이상 거리로 전송할 수 있어, 스마트 시티, 스마트 농업, 산업 자동화 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. LoRa는 물리 계층(Physical Layer) 기술이며, 이를 기반으로 한 네트워크 프로토콜인 LoRaWAN과 함께 사용되어 완전한 통신 시스템을 구성한다.
기술적 특징
1. 변조 방식: Chirp Spread Spectrum (CSS)
LoRa는 기존의 FSK(Frequency Shift Keying)나 PSK(Phase Shift Keying)와는 달리 Chirp Spread Spectrum(CSS)이라는 고급 변조 방식을 사용한다. 이 방식은 주파수를 시간에 따라 선형적으로 변화시키는 '치르프(chirp)' 신호를 이용하여, 잡음이 많거나 신호가 약한 환경에서도 안정적인 통신이 가능하다. CSS는 높은 신호 감도(-148 dBm까지 가능)와 강력한 간섭 저항성을 제공한다.
2. 주파수 대역
LoRa는 주로 ISM(Industrial, Scientific, and Medical) 대역을 사용하며, 지역에 따라 다음과 같은 주파수를 지원한다:
- 유럽: 868 MHz
- 북미: 915 MHz
- 아시아(한국 포함): 920~923 MHz
이러한 주파수 대역은 라이선스 없이 사용 가능하며, 장거리 전송에 적합한 초단파(VHF) 및 극초단파(UHF) 대역에 속한다.
3. 데이터 전송 속도 및 거리
LoRa는 전송 거리와 데이터 속도 사이의 트레이드오프를 조절할 수 있는 여러 Spreading Factor(SF, 확산 계수)를 제공한다. SF는 7에서 12까지 설정 가능하며, 값이 클수록 전송 거리는 늘어나지만 데이터 속도는 느려진다.
| Spreading Factor | 대략적인 데이터 속도 | 전송 거리 (도심 기준) |
|---|---|---|
| SF7 | ~5.5 kbps | ~2 km |
| SF10 | ~0.9 kbps | ~5 km |
| SF12 | ~0.3 kbps | ~10 km 이상 |
도시 외곽이나 개활지에서는 최대 15km 이상의 통신 거리가 가능하며, 지하나 건물 내부에서도 비교적 우수한 침투 성능을 보인다.
LoRa와 LoRaWAN의 차이
- LoRa: 무선 신호를 전송하는 물리 계층(PHY Layer) 기술이다. 즉, 데이터를 어떻게 주파수에 실어 전송할지를 결정한다.
- LoRaWAN: LoRa를 기반으로 한 네트워크 프로토콜로, MAC 계층 이상을 다룬다. 게이트웨이, 네트워크 서버, 엔드 디바이스 간의 통신 규칙, 보안, 주기적인 데이터 전송 등을 관리한다.
LoRaWAN은 다음과 같은 주요 특징을 가진다:
- 양방향 통신: 엔드 디바이스에서 서버로 데이터를 보내고, 서버에서 디바이스로 명령을 전달할 수 있다.
- 보안: AES-128 암호화를 사용하여 네트워크 키파일과 애플리케이션 키파일을 통해 데이터 보안을 강화한다.
- 다중 액세스: 하나의 게이트웨이는 동시에 수천 개의 디바이스를 지원할 수 있다.
주요 활용 분야
1. 스마트 시티
2. 스마트 농업
3. 산업 IoT
4. 스마트 미터링
- 전기, 수도, 가스 미터의 원격 읽기
- 실시간 요금 청구 및 사용량 분석
장점과 한계
장점
- 저전력: 배터리 수명이 수년 이상 가능 (특히 수동 센서)
- 장거리: 도심 기준 2~5km, 개활지 기준 10~15km
- 비용 효율적: 인프라 구축 비용이 비교적 낮음
- 다수 디바이스 지원: 하나의 게이트웨이가 수천 개의 노드를 처리 가능
한계
- 낮은 데이터 전송 속도: 실시간 영상이나 대용량 데이터 전송에는 부적합
- 지연 시간: 긴 전송 주기로 인해 실시간성 낮음
- 대역폭 제한: 동시 다중 전송에 제약 존재
관련 표준 및 조직
LoRa 기술은 LoRa Alliance라는 비영리 단체에 의해 표준화 및 보급되고 있다. 이 단체는 전 세계 수천 개의 기업이 참여하고 있으며, LoRaWAN의 개방형 표준을 유지하고 확장하는 역할을 한다. LoRa Alliance는 기술 사양 공개, 인증 프로그램 운영, 글로벌 상호 운용성 확보 등을 목표로 한다.
참고 자료 및 관련 문서
- LoRa Alliance 공식 웹사이트
- Semtech Corporation – LoRa 기술 개발사
- ITU-T, 3GPP 등과의 LPWAN 기술 비교 (NB-IoT, Sigfox 등)
- 관련 기술: Sigfox, NB-IoT, Wi-SUN
LoRa는 5G와 같은 고속 통신 기술과는 상호 보완적인 관계에 있으며, IoT의 다양한 요구 조건을 충족시키는 핵심 기술 중 하나로 자리 잡고 있다.
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