Brain핵심 인사이트 (3줄 요약)
- 본질: LPWAN(Low-Power Wide-Area Network, 저전력 광역 통신망)은 수십 킬로미터에 달하는 광역 커버리지를 확보하면서도 배터리 수명을 수년~수십 년으로 유지하는 초초저전력 IoT 전용 무선 통신 기술입니다.
- 가치: 스마트미터(电力/수도 원격 검침), 환경 모니터링, 시설물 관리 같은 초소용량·초저전력·초장거리가 필요한 비대면 서비스에 최적화되어, 기존 celular망의 전력·비용 문제를 획기적으로 해결합니다.
- 융합: 비면허 대역(LoRaWAN, Sigfox)과 면허 대역(NB-IoT, LTE-M)으로 나뉘며, 각각 서로 다른 스펙트럼 특성과 비즈니스 모델을 기반으로 ** умная 계량기, 스마트 팩토리, 환경 IoT** 등 광범위한 산업에 적용됩니다.
Ⅰ. 개요 및 필요성 (Context & Necessity)
개념 정의
LPWAN(Low-Power Wide-Area Network, 저전력 광역 통신망)은 IoT(사물인터넷) 기기에 특화된 차세대 무선 통신 기술입니다. 기존 Wi-Fi나 Bluetooth는 짧은 거리(수십 미터) 내에서만 작동하며 배터리 소모가 큰 반면, 기존 celular망(LTE, 4G)은 커버리지는 넓지만 전력 소비가 높아 IoT 센서처럼 작은 데이터를 주기적으로만 보내는 기기에는 과적합 문제가 있었습니다.
LPWAN은 이 두 극단 사이의 격차를 메우는 "멀리까지, 천천히, 오래" 통신 기술입니다. 한 번의 메시지당 수십 바이트를 보내고 수분~수시간 간격으로 수면 모드를 유지하며, AA 배터리 한 개로 최대 10년 이상 동작할 수 있습니다.
왜 LPWAN이 등장했는가?
전 세계 IoT 기기 수는 2025년 기준 약 300억 개에 달하며, 이 중 상당수가 **전력 인프라(배터리 교체가 어려운 곳)**에 위치해 있습니다. 가스미터, 수도미터, 지하 매설물 센서, 농장 토양 센서, 해상 부표 센서 등에서는 다음과 같은 특성이 요구됩니다:
- 초장거리: 수 킬로미터~수십 킬로미터
- 초저전력: 배터리 교체 주기 수년 이상
- 초소용량: 초당 수십 비트~수 킬로비트 수준
- 초저가: 모듈 단가 5달러 이하
기존 기술로는 이 네 가지 조건을 동시에 만족하는 것이 불가능했습니다. LPWAN이 바로 이 문제를 근본적으로 해결합니다.
LPWAN 시장 성장 배경
| 동인 | 내용 |
|---|---|
| 스마트 시티 확대 | 스마트미터(AMI), 스마트 가로등, 환경 센서 등 도시 IoT 수요 폭증 |
| 농업 IoT 수요 | 스마트 농업(토양 수분, 환경 모니터링)으로 농촌 광역 통신 수요 증가 |
| 환경 규제 강화 | 탄소배출 모니터링, 수질 관리 등 환경 규제에 따른 센서 네트워크 구축 의무화 |
| LPWAN 모듈 가격 하락 | 2018년 20달러 → 2025년 3~5달러로 급락, 도입 임계점 돌파 |
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│ LPWAN 시장 성장 궤적 및驱动 요인 │
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│ [2016] [2018] [2020] [2022] [2024] [2026] │
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│ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ │
│ 3억 ┌──── 8억 ┌──── 20억 ┌──── 50억 ┌──── 100억 ┌── 180억 │
│ 개 │ 개 │ 개 │ 개 │ 개 │ 개 │
│ │ │ │ │ │ │
│ 초기│ 모듈│ 규제│ 商用│ 5G │ AI+LPWAN│
│ 導入│ 가격│ 확산│ 화 │ 융합 │ 결합 │
│ │
│ 🌟 LPWAN은 단순한 통신 기술이 아닌, │
│ 도시·농업·환경의 '사물인터넷 신경계'로서 기능한다. │
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[다이어그램 해설] LPWAN 시장은 2016년 초기 도입기부터 2020년商用화期, 2024년 AI 융합기까지 급격한 성장 궤적을 그리고 있습니다. 중요한 점은 단순히 '연결되는 기기의 수'만 증가하는 것이 아니라, 각 기기가 보내는 데이터의智能化 수준도 함께 상승하고 있다는 것입니다. 2026년에는 LPWAN으로 연결된 센서들이 AI와 결합하여 단순한 데이터 전송을 넘어 지능형 판단의 원천으로 기능하는 단계에 이릅니다.
- 📢 섹션 요약 비유: LPWAN은 **"옅은 우표一枚로 全地球를 보내는 우체국"**과 같습니다. 일반 등기우편(LTE)은 무거운 소포(대용량 데이터)를 빠르고 정확하게 배달하지만 엄청 비싸고(높은 전력), 普通우편(LoRa)은 가벼운 엽서(수십 바이트)를 천천히 배달하지만 우표값이 거의 들지 않습니다(초저전력). 스마트미터의 전기使用량 같은 가벼운 메시지를 멀리 있는 산꼭대기까지 보낼 때는 당연히 엽서가 最良의 선택입니다.
Now I need to write section Ⅱ on architecture and core principles. Let me write about the two types of LPWAN: licensed (NB-IoT, LTE-M) and unlicensed (LoRaWAN, Sigfox).
Ⅱ. 아키텍처 및 핵심 원리 (Deep Dive)
LPWAN 두 가지 분류 — 면허 대역 vs 비면허 대역
LPWAN 기술은 사용하는 주파수 대역에 따라 **면허 대역(Licensed Band)**과 **비면허 대역(Unlicensed Band)**으로根本적으로 나뉩니다. 이 차이는 서비스 품질, 커버리지, 비용 구조에 직접적 영향을 미칩니다.
| 구분 | 비면허 대역 LPWAN | 면허 대역 LPWAN |
|---|---|---|
| 주파수 | 868MHz(유럽), 915MHz(미국), 920MHz(한국) | LTE 보호대역 활용 |
| 대표 기술 | LoRaWAN, Sigfox | NB-IoT, LTE-M (eMTC) |
| 스펙트럼 비용 | 무료 (별도 비용 없음) | 이동통신사에 주파수 사용료 지불 |
| 커버리지 | 도시 외곽·농촌에 유리 (LPWAN 우회 특성) | 도심 지하·실내에 유리 (celular 인프라 활용) |
| 데이터 속도 | 0.3~50kbps (LoRaWAN 최하) | 100kbps~1Mbps (NB-IoT 최상) |
| 모듈 가격 | 3~5 USD (가장 저렴) | 8~15 USD |
| 통신사 종속 | 자유 (자체 구축 가능) | 이동통신사 망 필수 |
| 국가별 전개 | 한국: Thuraya·Kweather 등 | 한국: SKT·KT·LG U+ 모두 지원 |
LoRaWAN vs NB-IoT 상세 비교
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│ LoRaWAN vs NB-IoT 아키텍처 비교 │
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│ [LoRaWAN — 비면허 대역, 자유로운 구축] │
│ │
│ [End Node] [End Node] [End Node] │
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│ │ (LoRa 무선, 920MHz) │
│ ▼ │
│ ┌──────────┐ │
│ │ Gateway │ (수신 감도 -148dBm, 1개로 수 km 커버) │
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│ │ (TCP/IP · 4G 백홀) │
│ ▼ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ Network Server│ (LoRaWAN 서버, TTN 등) │
│ └──────┬───────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ Application │ (자사 서버 or 클라우드) │
│ │ Server │ │
│ └──────────────┘ │
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│ [NB-IoT — 면허 대역, 기존 celular망 활용] │
│ │
│ [End Node] [End Node] [End Node] │
│ │ │ │ │
│ └────────────┼────────────┘ │
│ │ (NB-IoT 무선, LTE 보호대역) │
│ ▼ │
│ ┌────────────────┐ │
│ │ LTE 기지국 │ (기존 celular 기지국에 NB-IoT 칩만 추가)│
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│ │ (기존 LTE 핵심망) │
│ ▼ │
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│ │ IoT Platform │ (移动通信사 플랫폼) │
│ │ (通信사 관제 시스템) │ │
│ └────────────────┘ │
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[다이어그램 해설] LoRaWAN은 스타(Star)拓扑 구조를 채택하여 모든 엔드 노드가 직접 게이트웨이和自己와 直接 통신합니다. 이 구조의 장점은 게이트웨이 간섭이 적고 확장성이 뛰어나다는 것입니다. 반면 NB-IoT는 기존 LTE蜂窝망(Cellular)拓扑 구조를 그대로 활용하여 기지국 → 핵심망 → IoT 플랫폼 순서로 데이터가 전달됩니다. LoRaWAN의 가장 큰 장점은 자가 구축 가능성입니다. 별도의 통신사 계약 없이도 기업이나 지자체가 자체 게이트웨이를 설치하여 프라이빗 IoT 네트워크를 구축할 수 있습니다.
LoRa vs LoRaWAN — 혼동 주의
| 구분 | LoRa | LoRaWAN |
|---|---|---|
| 관계 | 반송파 기술 (물리층) | 네트워크 프로토콜 (MAC층) |
| 역할 | Chirp Spread Spectrum (CSS) 변조 방식으로 저전력·장거리 통신을 가능하게 하는 무선 변조 기술 | LoRa 반송파를 활용하여 엔드 노드-게이트웨이-서버 간 데이터를 安全하게 주고받는 통신 프로토콜 |
| 혼동 원인 | LoRa 칩(Semtech 사유 기술)을买了해도 LoRaWAN 프로토콜이 없으면 데이터 통신이 불가능 | LoRaWAN을 쓰려면 반드시 LoRa 무선 모듈이 있어야 함 (의존 관계) |
LPWAN 통신 프로토콜 — MQTT-SN과의 관계
LPWAN 자체는 물리층·MAC층 기술이며, 그 위에는 애플리케이션층 프로토콜이 필요합니다. 대표적인 조합은 다음과 같습니다:
-
LoRaWAN + MQTT-SN: MQTT의 센서/기기 최적화 버전인 MQTT-SN를 LoRaWAN 위에 올려 센서 데이터를 云으로 전달
-
NB-IoT + CoAP: 제약 기기용 프로토콜 CoAP를 NB-IoT의 저대역폭 채널에 최적화
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Sigfox + 커스텀 프로토콜: 시그폭스는 독자적 바이너리 프로토콜을 사용
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📢 섹션 요약 비유: LoRa는 **'천둥소리(변조 기술)'**에 비유할 수 있습니다. 천둥소리(LoRa)는 산에서 울려 퍼지면 골짜기 끝에서도 들릴 수 있지만(장거리), 아무 규칙 없이 막 울리면(반송파만 있으면) 의미를 알 수 없습니다. LoRaWAN은 천둥소리에 **"한국어로 3번 반복해서 말해라"**라는 통신 규칙(프로토콜)을 추가한 것입니다. 이렇게 비유하면 LoRa와 LoRaWAN의 관계가 명확해집니다.
Ⅲ. 융합 비교 및 다각도 분석
LPWAN vs 기타 IoT 통신 기술 비교
| 기술 | 범위 | 데이터 속도 | 전력 소비 | 배터리 수명 | 주요 용도 |
|---|---|---|---|---|---|
| LPWAN (LoRaWAN) | 수십 km | 0.3~50kbps | 극저 | 5~10년 | 스마트미터, 환경센서 |
| LPWAN (NB-IoT) | 수 km (셀룰러) | 100~250kbps | 매우저 | 3~5년 | 지하실·실내용 센서 |
| Bluetooth LE (BLE) | ~100m | 2Mbps | 低 | 수개월~1년 | 웨어러블, 비콘 |
| Wi-Fi | ~50m | 数百Mbps | 高 | 수시간~수일 | 영상·고속 데이터 |
| Zigbee | ~100m | 250kbps | 低 | 2~5년 | 스마트홈, 산업 Sensor |
| LTE (기존) | 수 km | 100Mbps+ | 高 | 수시간 | 스마트폰, 테블릿 |
LPWAN 선택 결정 트리
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│ LPWAN 기술 선택 결정 트리 │
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│ [시작] 어떤 환경인가? │
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│ ├─── 도시 외곽·농촌·해상 ───→ LoRaWAN (자가 구축) │
│ │ │
│ ├─── 도심 지하·실내 밀집 ───→ NB-IoT (셀룰러) │
│ │ │
│ ├─── 기업 소유 Sites ────→ LoRaWAN (프라이빗) │
│ │ │
│ └─── 기존 celular고객 ──────→ LTE-M (NB-IoT) │
│ │
│ [핵심 판단 기준] │
│ 전력 공급 가까운가? → 아니오 → LPWAN 선택 │
│ 데이터 자주 보내는가? → 예 → Bluetooth LE 고려 │
│ 영상 전송 필요한가? → 예 → Wi-Fi / 5G 고려 │
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[다이어그램 해설] LPWAN 기술 선택의 핵심은 **"전력 공급이 안 되는 곳에서 몇 년 동안 배터리로 동작해야 하는가?"**가 첫 번째 판단 기준입니다. 이것이 '예'이면 LPWAN 계열이 유일한 정답이며, 그 다음에 도심인지 시골인지에 따라 LoRaWAN과 NB-IoT 중 선택이 결정됩니다. 반면 영상 전송처럼 고속 대용량이 필요하면 Wi-Fi나 5G로 전환해야 합니다. LPWAN은 あくまで 초소용량·초저전력 특化 기술임을 인식해야 합니다.
과목 융합 관점
전파공학 관점: LoRaWAN의 Chirp Spread Spectrum (CSS) 변조 방식은 확산 스펙트럼(Spread Spectrum) 기술의 일종입니다. 협대역( Narrowband) 신호를 넓은 대역에 풀어 뿌림으로써 간섭에 강하고, 동일한 전력으로 더 먼 거리까지 도달할 수 있습니다. 이것은军事通信의 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) 기술과 같은Fundamental 원리입니다.
네트워크 공학 관점: LPWAN의 가장 큰設計課題는 엔드 노드의 복잡성 제한입니다. 센서 MCU(Microcontroller Unit)가 매우 제한적이라 TLS/SSL 같은 표준 보안 프로토콜을 탑재하기 어렵습니다. 따라서 LoRaWAN은 AES-128 기반의 네트워크 레벨 보안(네트워크 키 + 애플리케이션 키 2단계)을 사용하며, 이 구조는 완벽한 종단 간 보안(E2E Security)에는 한계가 있습니다.
- 📢 섹션 요약 비유: LPWAN 선택은 물고기 종류를 고르는 일과 같습니다. 참치(5G/LTE)는 엄청 빠르게 헤엄치지만 금방 지쳐버리고(높은 전력), 놀(LoRaWAN)는 엄청 천천히 헤엄치지만 도마 위에서 하루 종일 버티는 녀석입니다(극저전력). 물고기 종류를 잘못 선택하면 참치를 키우려다 금방 Exhausted 시키거나, 놀을 키우려다 엄청 느린../(저속도) 통신에 답답해하게 됩니다. 내가 길러야 할 '물고기(IoT 서비스)'의 특성에 맞춰 적합한 기술을 선택해야 합니다.
Ⅳ. 실무 적용 및 기술사적 판단
실전 시나리오 — 한국 전력 Corp (KP) 스마트미터 AMI
한국 전력은 전 국민의 전기 사용량을 원격으로 자동으로 검침하는 AMC(Advanced Metering Infrastructure) 시스템을 구축 중이며,农村·산간 지역에 LPWAN(LoRaWAN)을 적용할 계획입니다.
- 문제: 한국 전력은 전국 1,500만 가구의 전기 사용량을 月次로 검침工人가 수동으로 읽어가고 있습니다. 이 방식은 인건비가高昂할 뿐 아니라, 순간的な 전기使用량(power quality) 데이터가 없어 네트워크 안정성 분석이 불가능합니다.
- LPWAN 접근: 도심은 5G/LTE-M으로,农村·산악 지역은 LoRaWAN으로 각각 커버합니다. 각 가구 전기미터에 LoRaWAN 모듈을 붙여 15분 단위로 사용량 데이터를 게이트웨이로 전송합니다.
- 判断: LPWAN이 가장 효과적인 분야입니다. 전기미터는 전기에 연결되어 있어 전력은無궁핬지만, 데이터 전송량이極少(수십 바이트)이고 설치 위치가分散되어 있어 wired 연결이 불가능한 경우가 대부분입니다.
실전 시나리오 — 지하 주차장 환경 모니터링
대형 쇼핑몰의 지하 3층 주차장은 LTE/5G 신호가 약해 통신 사각지대가 형성됩니다.
- 문제: 주차장의 미세먼지(PM2.5), 일산화탄소(CO), 온도·습도 센서를部署하여 환경 안전을 실시간监控하려 합니다. LTE 모듈은 전력 소비가 크고地下에서는通信不可입니다.
- NB-IoT 접근: NB-IoT는 LTE 보호대역(200kHz)을 사용하므로 도심 지하에서도 LTE 기지국을 활용하여 관통 침투할 수 있습니다. 게다가 NB-IoT의 Coverager Enhancement (CE) Modes는 신호가 매우 약한 환경에서도 동작하도록增强되어 있습니다.
- 判断: 도심 지하· 실내 밀집 환경에서의 IoT 센서는 NB-IoT가 최优先 선택지입니다. Sigfox도地下 커버리지가 있으나, 한국에서는Sigfox 서비스가 종료되어運用 불가능합니다.
도입 체크리스트
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커버리지 설계: LPWAN 서비스|area를首先要确认하세요. LoRaWAN은 시골·산악에 유리, NB-IoT는 도심 지하·실내에 유리
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주파수 혼신: 비면허 대역(LoRaWAN)은 다른 기기(Sigfox, 다른 LoRa)와 채널을 공유하므로 ** Duty Cycle( duty cycle) 1% 제한**을遵守해야 통신 사각지대가 생기지 않습니다
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데이터 볼륨: 한 번에 보내는 데이터가 수십 킬로바이트 이상이면 LPWAN이 부적합 — LTE-M(1Mbps) 또는 Wi-Fi 고려
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보안: LPWAN은 تطبيق層에서 추가 암호화가 필요합니다. 민감 데이터(개인 에너지 사용량 등)는 TLS/DTLS 또는 LoRaWAN의 애플리케이션 키를 반드시 활용하세요
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📢 섹션 요약 비유: LPWAN 도입은 등산길 오도를 두는 일과 같습니다. 산이 아무리 높고 가파르더라도(장거리·저전력), 등산로가 정확하지 않으면(커버리지 설계)山顶(목적지)에 도달하지 못합니다. LoRaWAN 주파수 公道 cycle 1% 제한은 "한 번에 100걸음만 걷고 10분간 멈춰야 한다"는 규칙과 같아서, 이를 어기면 정상의 다른 등산객(다른 기기)과 발이 걸려大家一起 멈추게 됩니다.入念한事前 준비(커버리지 설계)가 Successful implementation의 열쇠입니다.
Ⅴ. 기대효과 및 결론
LPWAN 도입 기대효과
| 구분 | 도입 전 | 도입 후 | 개선 효과 |
|---|---|---|---|
| 검침 인건비 | 전국 1,500만 가구 수동 검침 (연 수천억 원) | 자동 원격 검침 | 인건비 80% 절감 |
| 데이터 빈도 | 월 1회 | 15분 단위 실시간 | 데이터 해상도 3,000배 향상 |
| 센서 배터리 수명 | 1년 (기존 무선) | 5~10년 (LPWAN) | 유지보수 비용 80% 절감 |
| 네트워크 장애 탐지 | 고객 민원 이후 탐지 | 실시간 이상 감지 | 장애 대응 속도 수일→수시간 |
5G LPWAN 융합 — URLsLC와 mMTC의 만남
LPWAN의 가장 큰 기술적 한계는 대용량 데이터를 보낼 수 없다는 점입니다. 그러나 5G의 세 가지 핵심 서비스(eMBB, URLLC, mMTC) 중 **mMTC(Massive Machine Type Communication)**는 LPWAN과 동일한Domain을 담당합니다. 향후 5G mMTC와 LPWAN은 상호 보완적 공존으로 진화할 전망입니다.
- 5G URLLC + mMTC 융합: 5G 네트워크 슬라이싱을 통해 자율주행(uRLLC 슬라이스)과 IoT 센서(mMTC 슬라이스)를同一 기지국에서 동시에提供服务
- Hybrid 구성: 스마트 팩토리에서는 고속·저지연 제어 데이터(로봇 팔的角度)에는 5G URLLC를, 환경 모니터링(온도·습도)에는 LoRaWAN을 동시에運用하여 통신 비용을 최적화하는 구성이 대세
결론: LPWAN은 IoT 혁명의 "화석 연료"입니다. 아무리 화려한 5G와 Wi-Fi 7가 나와도, 극소량의 데이터를 극소전력으로 극장거리까지 보내야 하는 시나리오에서는 현재로서 가장 합리적인 선택입니다. 다만 이것이 만능 기술이 아니며, "적합한 곳에 적합한 기술을"` 선택하는 것이 IoT 아키텍트의 가장 중요한 역할입니다.
- 📢 섹션 요약 비유: LPWAN은 **'등장애의 다리'**와 같습니다. 산을 오르는 데 가장 중요한 것은 산도 总련루이 아니라 자신의 두 발에 딱 맞는 등산화입니다. 5G는 맨발로도 빠르게 달릴 수 있는 능력자지만(대용량·고속), 산道(저전력·장거리)가 필요할 때는 等산화(LPWAN)가 없습니다. 결국 둘 다 중요한equipments이며,何时 어디서何种 신발을 신을지를 아는 것이 현명한 스마트 시티 설계자의 핵심 역량입니다.
📌 관련 개념 맵 (Knowledge Graph)
| 관련 개념 | 관계 설명 |
|---|---|
| LoRaWAN | 비면허 대역 LPWAN의 代表 기술. 자가 구축 가능, 數km~수십km 커버리지 |
| NB-IoT | 면허 대역 (LTE) LPWAN의 代表 기술. 도심 지하 커버에 특화, cellular망 활용 |
| Sigfox | 프랑스 발파사(Valpo) 기반의 超狭帯域(UNB) LPWAN. 全球最先 도입이나 周波数的特性상 한국에서는 서비스 종료 |
| LTE-M (eMTC) | LTE 기반의 MTC( Machine Type Communication) 특화 기술. NB-IoT보다 高데이터 속도, 음성 지원 |
| 5G mMTC | 5G의 3대 서비스 중 하나. LPWAN과 동일 영역 담당, 향후 5G 기반 IoT 통신의 중심 |
👶 어린이를 위한 3줄 비유 설명
- **LPWAN은 "우체국差别"**예요. 등기우편(5G)은 소포를 엄청 빨리 배달하지만 우표값이 아주 비싸고(전력 많이 사용), 보통 우편(LoRaWAN)은 편지엽서 한 장을 아주 천천히 보내지만 우표값이 아주 쌀어요.
- 우리 집 베란다에 달린 온도 센서는 매일 아침 맑은 날씨일 때 "오늘 25도야!" 하고 아주 작은 메시지를 1km 밖의 우리 엄마 휴대폰에 보내요. 배터리로 1년 넘게 다 돌아가요!
- 산꼭대기 등대에도 이差別를 써요. 等대에는 전기가 없지만 LPWAN 센서가 바람 세기를 아주아주 작은 메시지로 10km 밖의 管理소에 보내주면, 관리소 아저씨가 "오늘 바람 세다, 보트 조심해!" 하고 자동으로 해경에 알려줘요. 작은 메시지가 큰 역할을 해요!