KRNet 2018 IoT 커넥티비티표준기술동향 - 스마트홈중심 - 2018. 6. 26 LG 전자차세대표준연구소조한규
수백, 수천억개의디바이스가 커넥티드 될때, SmartHome 에는몇개의 커넥티드 디바이스가있을까? (1/2) 1) Statista, 2018 1
수백, 수천억개의디바이스가 커넥티드 될때, SmartHome 에는몇개의 커넥티드 디바이스가있을까? (2/2) Qualcomm, 2017. 2
서로다른 디바이스는, 서로다른 서비스를원한다. 이를만족하기위한커넥티비티기술은? Services Home Car Industry Health 커넥티비티 ( 광의의의미 ) Platform Discovery Data Mgmt. Device Mgmt. Security, ID &Permission Network (Transport) 커넥티비티 ( 협의의의미 ) Wi-Fi BT Zigbee Z-Wave NFC Devices Rich Devices / GWs Constrained Devices Cloud / Data Ctr. 3
서로다른 IoT 서비스는 서로다른 User Experience (Ux) 를요구하고, 서로다른 Ux 는 서로다른 커넥티비티기술을요구한다. User Experience (Ux) 전송속도 (Throughput) 커버리지 (Coverage) 소모전력 (Power) 비용 (Cost) Platform Network (Transport) Wi-Fi BT Zigbee Z-Wave NFC 4
커넥티비티기술비교 서비스속성 (B2B/B2C), 적용시나리오 (Outdoor/Indoor), 주파수대역 ( 면허 / 비면허 ), 기술특성 ( 전송속도, 커버리지, 전력소모등 ) 으로구분 C-IoT (WAN IoT) Local IoT Date Rate 1 Local IoT SigFox LoRa NB-IoT Wi-Fi (802.11ah) Wi-Fi (802.11ac) BT 고속 Wireless LAN Cellular (LTE-A, 5G) 전송속도 < 1kbps < 5kbps 30kbps (Rel. 13) >1Gbps ~7.8Mbps (Multi-stream) ~2Mbps Bluetooth 802.11 ah 2 C-IoT (WAN IoT) 커버리지 >10km >10km >10km ~1km ~100m (Open Space) ~ 수십 저속 ZigBee Thread 비표준 : SigFox, Lora 표준 : NB-IoT 채널대역폭 (BW) 200kHz ~500kHz 200kHz 1/2MHz 20MHz 2MHz 근거리 원거리 Coverage 주파수대역 비면허대역 (900MHz 대역 ) 비면허대역 (900MHz 대역 ) 면허대역 (LTE) 비면허대역 (900MHz 대역 ) 비면허대역 (5GHz 대역 ) 비면허대역 (2.4GHz 대역 ) 5
근거리전송기술비교 11ac BR/EDR BLE Video Audio Message 전송속도 1) 450Mbps 2.1Mbps 1Mbps 250kbps 9.6/40kbps 424kbps In house 커버리지 2) 30m 15m 15m In room 5m (single-hop) 10m In touch 4cm 평균소모전력 3) ( 대기, 전송 ) X10 X2 대기전력 (X1) X2 Zero 5uA/30mA 1uA/20mA 0.5uA/15mA 0.5uA/30mA 1uA/20mA N/A 비용 High Low Low Low Low Very low 기타장단점 + 상용성 + IP 지원 + 상용성 * 전구등에활용 - 스마트폰미탑재 - 상용성 * Pay 등에활용 1) 최대전송속도 (Over the air, single antenna), 2) 유효거리, 3) 대기 : Sleep/Off, 전송 @0dBm 6
연간 60 억개이상의신규 Wi-Fi/BT 디바이스출현 Wi-Fi Chipset Shipments Bluetooth Chipset Shipments Units: Billions * Source: IHS 7
Wi-Fi 기술동향 Wi-Fi 기술진화 가용성 (Wi-Fi s ubiquity), 사용자친화력 (user Affinity) 및기술력 ( 고속데이터전송, 저지연 (low latency), IP 지원등 ) 에서장점을가진 Wi-Fi는 IoT의핵심커넥티비티기술로진화하고있음 : 상용화 2.4 & 5GHz ( 범용무선랜 ) 1997 2008 2014 2020 802.11a/b/g/n 802.11ac 16.1H (R2) 802.11ax 체감전송속도 4 배이상향상 19.2H Mobile 60GHz ( 근거리고속전송 ) 802.11ad 16.2H 802.11ay 20Gbps 이상고속전송 20 Smart Home 802.11ba (WUR 1) ) 초저전력 Wi-Fi (1mW 이하 ) 21 센서, 웨어러블 Sub 1GHz (Long Range) 802.11ah 1km 커버리지확장 TBD 1) Wake-Up Radio 8
Wi-Fi 기술동향 차세대 Wi-Fi 802.11ax (1/2) 2019 년상용화목표로무선기술최초의기가급체감속도를지향하는차세대 Wi-Fi 기술 하루 700 만개의신규 Wi-Fi 디바이스출현 1) 으로무선체감속도급감 많은디바이스동시서비스 @Smart Home 커버리지향상 @ Smart Home/Mobile 언제어디서나기가급체감속도실현 전력소모개선 @Wearables, control 고품질실시간서비스 @ Anytime, Anywhere 11ax 주요기술 다중사용자동시전송기술 (OFDMA) 실내외환경동시지원기술 (4x Frame Structure) 상하향링크다중안테나기술 (DL/UL MIMO) 1) ABI research 표준화일정 14. 5 11ax Task Group 16. 11 11ax D1.0 18. 6 11ax D3.0 9
Wi-Fi 기술동향 차세대 Wi-Fi 802.11ax (2/2) 10
Wi-Fi 기술동향 2018 년, 30 억개이상의 Wi-Fi 칩셋이시장에나옴. 그중의 80% 는 802.11ac 11
Wi-Fi 기술동향 차세대 60GHz 802.11ay (1/2) 20Gbps 이상의고속전송을실현하는 60GHz 무선전송기술 4K/8K UHD, zero/low compression 무선전송요구 유선인터페이스 (USB, HDMI, DP 1) ) 대체 Multi-hop back-hole 20Gbps 이상고속전송실현 고화질, 저지연비디오전송 고속 P2P 2) 서비스 11ay 주요기술 Hybrid beamforming 다중안테나기술 채널결합기술 (Channel Bonding) 다중전송기술 (FDMA, MIMO) 표준화일정 15. 5 11ay TG 17. 9 11ay D1.0 18. 7 11ay D2.0 1) Display port, 2) Point-to-Point 12
Wi-Fi 기술동향 차세대 60GHz 802.11ay (2/2) Channel bonding 최대 4 개의채널 (2.16GHz*4) 로동시전송하여, 전송속도 4 배향상 ( 한국은최대 3 배 ) MIMO Multi-array 기반전송속도향상 MIMO 11ay 전송속도개선 Channel Bonding 1 CH 2CH 3CH 4CH 1 stream 1X 2X 3X 4X 2 stream 2X 4X 6X 8X 3 stream 3X 6X 9X 12X 4 stream 4X 8X 12X 16X : Uncompressed 4K feasible 1) 1) 4K@120p, 4:4:4 Chroma sampling, 10bit per pixel, Info. Rate/ max PHY rate = 50% 가정 13
Wi-Fi 기술동향 초저전력 Wi-Fi 802.11ba: Wake-Up Radio (WUR) (1/2) IoT 지원초저전력전송기술 (1mW 이하수신전력 ) IoT 디바이스수요급증에따른저전력전송기술필요 스마트홈 IoT 단말지원 웨어러블단말지원 - Control by Smartphone 소모전력수십배감소실현 창고 / 가게관리 ( 위치, 상태 report) 센서네트워크관리 11ba 주요기술 OFDM based OOK 1) signal 전송, 초저전력프리엠블 WUR On/Off operation (Main Wi-Fi 와 WUR 간모드전환 ) 표준화일정 16. 11 11ba TG 18. 7 11ba D1.0 14
Wi-Fi 기술동향 초저전력 Wi-Fi 802.11ba: Wake-Up Radio (WUR) (2/2) Wi-Fi 는 off 상태에있고, 수신할 packet 있을시 WUR 가 Wi-Fi 를 on 으로 trigger 함 기존 Wi-Fi 와동일한 coverage 로수백 uw 수신전력제공 Transmitter Data Packet Transmission range 802.11 2 or Receiver 802.11+ 1 Wake-up Packet e.g. 11ba 기술탑재 11ax AP 802.11 ON OF F Wake-up signal LP- ON WUR 모듈 add-on Wake-up 기능외간단한제어메시지전달가능 Smart scanning 기술도입으로효율적인 AP 접속가능 15
Wi-Fi 기술동향 Wi-Fi 기술진화방향 전송효율 ( 체감속도, 커버리지 ) Main Drivers: 폭발적 Wi-Fi 시장성장세 : 신규 Wi-Fi 기기하루 700 만개 1) 802.11ax 현재 Wi-Fi 802.11ay 전송속도 (Data Rate) Main Drivers: 초고속서비스요구급증 : 60GHz 칩 ( 19 년, 15 억개 2) ) Main Drivers: IoT 디바이스수요급증 : 20 년, 260 억개디바이스연결 3) WUR 4) 소모전력 (Power Efficiency) 1), 2) ABI research, 3) Gartner, 4) Wake-Up Radio 16
Bluetooth 기술동향 Bluetooth 기술진화 저비용, 저전력, 오디오관점에서장점을가지는 Bluetooth 는 Low-end IoT 무선솔루션으로서활용되고있음 1km Long Range / 2Mbps LE Advertising Extension 5.x (or 6) 저전력 High Quality BLE Audio (Broadcast/Multicast, M:N 연결, BLE 음성인식, High Quality) Multi-Antenna 초정밀측위 17
Bluetooth 기술동향 LE Audio 그룹모드 : 1: N Multicast( 동기화 ), 다채널, PTT 쉬운제어 : 쉬운 1:N 연결, Src/Sink 전환, 볼륨제어 공유모드 : 음악공유, 음악 Relay 음성지원 : 음성인식, 음성알림 LE Audio Voice Request 18
Bluetooth 기술동향 사용자인증 Context aware Battery-less Routing Mesh Flooding Mesh Mesh Data Sync 결재 (FIDO, Paypal) Wearable BT 기술진화및응용 Chip AoA/AoD Multi-Antenna 측위 1km Long Range, 2Mbps LE, Packet 확장 (256 bytes) Beacon (1m 정밀도 ) IP Gateway Audio P2P Gateway (CoAP) IPv6, HTTP BT 4.2 기반기술 ( 16 1Q) BT 5.0 완료 (~ 16.12) BT 5.0 이후 LE Audio :N:N Broadcast, Multicast : 저전력 (BT3.0 대비 1/3) Easy Pair P2P Pairing DoT BLE 기기검색 Easy Pairing Agent + UX 개선 19 BLE triggered Wi-Fi BLE-BR/EDR Connection Handover
커넥티비티융합기술및응용기술 Easy Connect (1/2) Discovery of Things (DoT): BT 표준기술 BLE-based low power discovery Handover to BT Audio, Wi-Fi Direct/Miracast after discovery Easy Pairing: BT 표준기술 BT device paring by agent device (e.g. smart phone) UX enhancement by connection control of devices (e.g. Wi-Fi Miracast) Another usage is for sensor/device without I/O BLE Discovery BLE Wi-Fi BR/EDR WiGig WFD Connection & Data Transmission Wi-Fi BR/EDR WiGig WFD 20
커넥티비티융합기술및응용기술 Easy Connect (2/2) Wi-Fi EasyConnect: Wi-Fi Alliance 표준기술인 Device Provisioning Protocol (DPP) 의브랜드명 4 수신한 Wi-Fi 연결정보로해당 AP 에연결 1 Configurator 은 AP 에이미접속됨 2 Bootstrapping & Wi-Fi 보안채널설정 3 Wi-Fi 연결정보암호화하여전달 Enrollee Configurator 1. Configurator는 DPP 프로시져이전 AP에연결됨 ( 즉, AP에연결정보를가지고있음 ) 2. Bootstrapping을통해서 Enrollee의 Public Key을획득함 1) 획득한 Public key 기반으로 Configurator-Enrollee 사이에암호된정보전달가능 3. 암호화된방법으로 AP의연결정보를 Configurator -> Enrollee로송신함 4. 수신한 AP 연결정보를바탕으로 Enrollee가 AP에접속함 1) QR-code, NFC, BT 을통해서 Public key 를전달 21
커넥티비티융합기술및응용기술 Mesh (1/2) Wi-Fi EasyMesh: Wi-Fi Alliance 표준기술인 Multi-AP 의브랜드명 Onboarding Channel selection Backhaul Optimization Discovery Capability reporting Security Configuration Link Matric reporting Higher layer data payload Client Steering 22
커넥티비티융합기술및응용기술 Mesh (2/2) Mesh: BT 표준기술 [Coverage] Mesh 로기기제어범위확대 ( 멀티룸, 층간연결 ) [ 연결호환성 ] 가전용 BLE 표준프로파일 [ 에너지관리, Serial 통신 ] B2B, 산업용기기제어 A 구역 B 구역 C 구역 Cloud Relay Node Non-Relay Node BR Profiles (A2DP, AVRCP, HFP, etc) BR Protocols (OBEX, RFCOMM, AVDTP, etc) SDP (Service Discovery Protocol) GAP (Generic Access Profile) SMP (Security Manager Protocol) Batter Service/Profile Proximity GATT (Generic Attribute Profile) ATT (Attribute Protocol) L2CAP (Link Logical Control and Adaption Protocol) HCI (Host Controller Interface) Mesh Proxy Service Mesh Provision Service Battery Model On/Off Model Sensor Model Foundation Model Layer Access Layer Higher Transport Layer Lower Transport Layer Network layer BR/EDR (v2.1) LE (v4.x) BR/EDR Link Controller & Manager BR/EDR Baseband BR/EDR PHY LE Link Layer LE PHY Mesh (CSA 1) ) 23
커넥티비티서비스플랫폼 OCF Smart Home Project Open Connectivity Foundation (OCF) 표준화된공통플랫폼과디바이스프로파일을통해서스마트홈기기간상호호환성제공 Service / Vertical Smart Home Automotive Healthcare Common Platform OCF Resource Type OCF Core Security Connectivity Any Connectivity (IPv6 over Wi-Fi) 24
커넥티비티서비스플랫폼 Open Connectivity Foundation (OCF) OCF Smart Home 규격에는총 44 개의 Smart Home 기기의 Device Type 과필수 Resource type 정의 기기종류 Device Type Required Resource 에어컨 oic.d.airconditioner Binary Switch, Temperature 공기청정기 oic.d.airpurifier Binary Switch 건조기 oic.d.dryer Binary Switch, Mode 제습기 oic.d.humidifier Binary Switch 식기세척기 세탁기 oic.d.dishwasher oic.d.washer Binary Switch, Mode Binary Switch, Operational state 냉장고 oic.d.refrigerator Temperature TV 로봇청소기 oic.d.tv oic.d.robotcleaner Binary Switch, Audio Control, Media Source List Binary Switch, Mode 기기종류 Device Type Required Resource 스피커 공기질모니터 oic.d.speaker oic.d.airqualitymonitor Binary Switch, Audio Control Air Quality Collection 배터리 oic.d.battery Battery 블라인드 oic.d.speaker Open Level 카메라 oic.d.camera Media 커피머신 oic.d.coffeemachine Binary Switch, Operational State 출입문 oic.d.door Open Level 선풍기 oic.d.fan Binary Switch 전구 oic.d.light Binary Switch 스마트플러그 oic.d.smartplug Binary Switch 온도조절기 oic.d.thermostat Temperature 1, Temperature 2 25
커넥티비티서비스플랫폼 OCF 적용스마트홈시나리오 Intelligent한제어 / 모니터링 (Scene/Mode Engine) 특정모드 (or 시나리오 ) 에서여러개의 OCF Server를동시에제어 ex) 외출모드, 독서모드, 요리모드, 영화감상모드 Off Off OCF Server 외출모드 On OCF Client Enable OCF Server (including embedded client) OCF Server OCF Server 26
커넥티비티서비스플랫폼 Group Management (Lighting Control) 여러개의 OCF Server를 Group으로묶어통합제어 ex) 스마트빌딩, 스마트라이팅 OCF 적용스마트홈시나리오 On/Off Lighting 거실, 주방 On 2 층전체 Off Lighting Group 1 Lighting Group 2 27
커넥티비티서비스플랫폼 OCF 적용스마트홈시나리오 Energy-saving management 집안내사용소비전력량을모니터링함 심야 / 전기료낮은시간에세탁 28
커넥티비티서비스플랫폼 Remote Access OCF 적용스마트홈시나리오 집밖에서도 Local 제어 (Wi-Fi Coverage 內 ) 와동일한제어 / 모니터링을클라우드를통해서수행함 OCF Cloud 29
커넥티비티서비스플랫폼 Audio/Video Playback OCF 적용스마트홈시나리오 단순제어명령이아닌 Video, Audio 등실시간, 대용량미디어데이터를전송 Video Streaming Multi-room Audio Streaming Living Room OCF Client Bedroom 30
LG 전자 Smart Home 방향성 전가전 Wi-Fi 탑재 31
LG 전자 Smart Home 방향성 Openness + Open Platform Open Connectivity Open Partnership 32
OCF 적용 InstaView ThinQ 냉장고 (CES 2018) 33
Q&A 2017. 3. 28 LG 전자차세대표준연구소