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AWS는 다양한 유형의 IoT 솔루션을 구축하는 데 도움을 드리기 위해 고객과 긴밀히 협력합니다. 우리는 종종 IoT에서 전력 소비를 적절히 관리해야 한다는 요구에 대해 고객의 의견을 듣습니다. 이번 포스팅에서는 AWS IoT 코어에 연결하는 동안 전력 소모를 줄이는 옵션 중 하나에 대해 설명 드리겠습니다. 특히, 무선 전송 방식이 배터리 수명을 연장하는 방법을 보여줄 것입니다. 통신은 무선으로 가정하고 Wi-Fi 또는 LPWAN을 사용할 수 있습니다.

 

다수의 IoT 프로젝트에서 장치에 전원을 공급하는 것은 문제가 되지 않으며 회선 전원을 사용할 수 있습니다. 프로젝트에 따라 장치에 직접 전원을 공급하지 못할 수도 있습니다. 이는 건물 규정에 의해 발생 될 수도 있습니다. 전력선을 가동하기 위한 비용 또는 장치에 이동성도 필요합니다. 이와 같은 상황에서는 장치에 사용되는 배터리 전원이 고려되어야 할 것 입니다. 우리는 모든 솔루션 설계에 대한 직접적인 통제로 가능한 선에서 배터리 수명을 연장 할 수 있습니다.

 

Wi-Fi는 잘 알려져 있는 것이지만 더 많은 전력을 사용하는 동시에 더 높은 전송률을 제공합니다. LPWAN은 기존 Wi-Fi보다 적은 전력을 사용하는 저전력 광역 네트워크입니다.

 

다음 설계에서는 Wi-Fi 메커니즘과 해당 시나리오에 대한 가능한 설계 옵션을 보여줍니다.

 

초기 디자인

장치는 현재 상태 및 이벤트 로그를 영구 저장소에 보관합니다. 배터리 수명을 늘리기 위해 Wi-Fi의 전원이 꺼져 있어야 합니다. 아래의 다이어그램과 같이 장치는 주기적으로 다음 작업을 수행합니다.

 

• Wi-Fi를 켜고 Wi-Fi 게이트웨이에 연결합니다.
• 엔드포인트에 연결합니다.
• MQTT에 이벤트 히스토리를 올립니다.
• 현재 구성 설정(상태)를 AWS IoT 장치 섀도우에 업로드 합니다.
• AWS IoT 장치 섀도우에서 새로운 원하는 구성 설정(상태)을 다운로드 합니다.
• 원하는 상태에 따라 구성 설정을 변경합니다.
• Wi-Fi를 끕니다.

 

 

배터리 수명을 연장하려면 데이터 업로드 간격을 신경써야 합니다. 장치를 사용하지 않을 것으로 예상되는 경우 더 긴 기간으로 설정할 수 있습니다.

 

장치 클러스터

상대적으로 가깝고 상태 및 이벤트 기록을 주기적으로 통신해야 하는 장치의 클러스터를 포함하도록 초기 설계를 확장 시킬 수 있습니다.

 

이 시나리오에서는 모든 장치가 데이터를 전송할 때 전력이 많이 드는 Wi-Fi 연결을 사용해야 하는 것은 아닙니다. Bluetooth 저에너지 (BLE)는 장치에서 클러스터의 BLE / Wi-Fi 장치로 데이터를 가져오는데 에너지 효율적인 방법을 제공합니다. 이 BLE / Wi-Fi 장치는 네트워크에 연결되어 실제 장치를 대신하여 데이터를 전송합니다. 지금부터 이 장치를 ‘장치 게이트웨이’ 로 지칭하겠습니다.

 

 

BLE는 개별 장치들이 스스로를 알릴 수 있게 하며 상태 또는 제공 서비스에 대한 추가 정보를 제공합니다. 개별 장치는 다음과 같은 정보를 게시 할 수 있습니다.

 

• 이벤트 기록이 마지막으로 검색된 이후의 시간.
• 히스토리 상의 주요 이벤트.
• 현재 배터리 수준.

 

BLE의 알림 구조에 대한 소개는 Bluetooth 블로그의 이 게시물을 참조하십시오.

다음과 같은 내부 매개 변수는 ‘장치 게이트웨이’의 동작을 제어합니다.

 

• 수집이 필요하기 전에 이벤트 기록을 개별 장치에 유지해야 하는 기간.
• 이벤트 이력이 중요한 이벤트가 발생한 개별 장치에서 즉시 수집되어야 하는지에 대한 여부.

 

그런 다음 ‘장치 게이트웨이’는 다음 다이어그램과 같이 기준과 일치하는 BLE 알림을 주기적으로 수신합니다.

 

다이어그램의 첫 번째 BLE 장치가 업로드 사이의 최대 시간을 초과했습니다. 다이어그램의 마지막 BLE 장치에는 중요한 이벤트가 업로드 되어야 합니다.

 

 

하나 이상의 개별 장치에 대한 이벤트 기록을 업로드 해야 하는 경우 ‘장치 게이트웨이’ 는 (각 장치에 대해) 다음을 수행합니다.

 

• BLE를 사용하여 장치에 연결합니다.
• 장치 정보를 검색합니다.

 

o 이것은 디바이스 데이터가 전달되어야 하는 대상 MQTT 주제를 계산하는 데 사용되는 일련 번호 또는 MQTT 주제 자체를 포함 할 수 있습니다.

 

• Wi-Fi를 켜고 Wi-Fi 게이트웨이에 연결합니다.
• IoT 엔드포인트에 연결합니다.
• 개별 장치 히스토리를 생성 / 지정 된 MQTT 주제에 게시합니다.
• 이벤트 기록이 성공적으로 전송되었음을 독립 장치에 알립니다.
• 독립 장치의 현재 구성 설정(상태)를 IoT 장치 섀도우로 업로드 합니다.
• AWS에서 원하는 새로운 구성 설정(상태)에 대한 다운로드는? IoT 장치 섀도우를 생성하고 개별 장치로 전송합니다.
• 장치의 시간을 게이트웨이와 동기화합니다.
• Wi-Fi를 끕니다.
• BLE 라디오를 활성 상태에서 연결 해제합니다.

 

BLE 장치의 알림 간격을 줄이고 BLE 무선 장치의 송신 전력을 클러스터의 거리에 대한 적절한 수준으로 줄임으로써 배터리 수명을 더 늘릴 수도 있습니다. 데이터 전송 간격 요구 사항 및 장치 수에 따라 BLE 주파수를 일정 시간 동안(예를 들면, 데이터 수집을 시간 간격으로 또는 더 자주 수행해야 하는 경우) 끌 수 있습니다. 독립적인 장치와 장치 게이트웨이의 BLE 무선 장치가 매시간 20분 동안 꺼져 있다면 무선 장치를 켰을 때 최소한 10분의 오버랩 되는 부분이 남아있게 됩니다. 모든 장치가 게이트웨이를 통해 데이터를 전송할 수 있는 충분한 시간이 있다면 이 또한 옵션이 될 수 있습니다. 시간이 동기화되었거나 동기화되지 않아도 작동 될 것 입니다.

 

결론

이번 포스팅은 IoT 애플리케이션 상의 많은 전력 관리 솔루션 중 하나를 보여주었습니다. BLE 및 Wi-Fi 기술과 무선의 선택적 전력 공급 및 일괄 데이터 전송을 결합하여 전원 수명 연장을 가능하게 할 수 있습니다.

 

유용한 블루투스 레퍼런스

https://blog.bluetooth.com/bluetooth-low-energy-it-starts-with-advertising
https://docs.mbed.com/docs/ble-intros/en/latest/Introduction/BLEInDepth/
http://www.weightless.org/about/the-argument-for-lpwan-in-the-internet-of-things

 

원문 URL: https://aws.amazon.com/ko/blogs/iot/using-aws-iot-core-in-a-low-power-application/

 

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