‘스마트 홈’이라는 개념은 수십 년 전에 등장했다. 하지만 실생활에 도입된 것은 불과 최근의 일이고, 그것도 집안에 온갖 장비들을 들여놓는 데 드는 많은 비용을 감당할 수 있는 소비자들에게만 접근 가능한 것이었다. 하지만 이제 무선 인터넷, 사물인터넷(IoT), 음성 인식/제어, 인공지능(AI) 같은 혁신 기술들을 융합함으로써 좀더 많은 소비자들이 홈 오토메이션에 다가갈 수 있게 되었다. 오늘날에는 식기세척기, 냉장고, 세탁기, 에어컨, 커피 메이커, 그 밖에 다양한 가전기기들 이름 앞에 ‘스마트’라는 수식어가 붙는다.
다른 한 편에서는 아마존, 구글, 애플, 마이크로소프트 같은 유수의 하이테크 기업들이 스마트 홈을 위한 지능형 제어 허브로서 디지털 어시스턴트를 제공하기 위해 각축전을 벌이면서, 보통의 가정에서도 스마트 TV와 엔터테인먼트 시스템에서 한발 더 나아가 원격으로 제어 가능한 조명, 난방, 보안 시스템 같은 것들을 도입할 수 있게 되었다. 인터넷 서비스 회사들 역시 홈 오토메이션과 무선 네트워크 솔루션을 구축할 수 있는 서비스를 제공하고 있다.
많은 시장조사 회사들이 향후 5년 동안 전 세계 스마트 홈 시장이 대폭 성장할 것으로 전망하고 있다. 구체적인 전망 수치는 조사마다 다르다. 지온의 보고서에서는 2022년에 530억 달러, 오르비스는 2023년에 1,500억 달러 이상, 마켓앤마켓의 최근 조사는 2024년에 1,510억 달러 이상으로 보고 있다.
홈 오토메이션은 해마다 CES에서 한 자리를 차지하는 주제였다. 하지만 모든 마케팅 활동과 대대적인 미디어의 관심에도 불구하고 실제로 자신의 집안에 스마트 기기를 들여놓고자 하는 소비자들은 아직 많지 않다. 이유 중 하나는 보안과 데이터 프라이버시에 대한 염려 때문이다.
아마존 에코(Amazon Echo)가 개인적인 대화 녹음을 사용자의 주소록에 있는 임의의 연락처로 전송한 것과 같은 사건이 발생하고, 엔터프라이즈급 인터넷 보안 시스템이 있었다면 방어할 수 있었을 것으로 짐작되는 주요 호텔 체인과 항공사들에 대한 여러 사이버 공격에 대한 소식들이 전해지자 소비자들은 항상 자기 자신에게 귀를 기울이면서 데이터를 수집하고 있는 스마트 홈 디바이스를 경계하게 되었다. 마이크로소프트의 예측에 따르면, 2020년에는 각각의 스마트 홈으로부터 하루에 평균 50GB의 엄청난 양의 데이터가 생성될 전망이다.
사람들의 생활 공간인 스마트 홈을 위한 시스템을 설계하기 위해서는 적절히 연결을 구축하고 에너지 효율이 우수하고 통합하기 손쉬울 뿐만 아니라 보안적이면서 신뢰할 수 있는 기술이 필요하다. 그러면 홈 오토메이션을 실현하기 위해서 어떤 솔루션들을 사용할 수 있는지 알아보자.
◇ 연결성
NXP반도체의 JN5168-001-M0xx 시리즈는 극저전력 고성능 표면실장 무선 모듈로서, IEEE 802.15.4, JenNet-IP, 지그비 라이트 링크, 지그비 스마트 에너지, RF4CE 네트워킹 애플리케이션에 사용하기에 적합하다. 이들 기성품 모듈을 사용함으로써 맞춤형 RF 보드와 테스트 세트를 개발하기 위한 비용과 시간을 아낄 수 있다. 따라서 홈 오토메이션 디바이스 제조사들은 매력적인 제품을 더 적은 비용으로 빠르게 시장에 선보일 수 있다. 이들 모듈 제품은 NXP의 JN5168 무선 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)을 기반으로 하며, 대용량의 메모리 자원, 고성능 프로세서 코어, 강력한 무선 성능(모든 필요한 RF 소자 포함)을 포함한다. 무선 제어 또는 센싱 제품을 개발하고 제조하기 위해서 전원장치와 주변장치(스위치, 엑추에이터, 센서)를 연결하기만 하면 되므로 개발 작업을 크게 간소화할 수 있다.
브리지텍의 FT90x 32비트 임베디드 MCU는 고속 인터페이스 브리징용으로 개발된 것으로서, 다수의 I/O를 제공한다. 병렬 카메라 입력, 10/100 Base-TX 이더넷 인터페이스, CAN 버스와 USB 2.0 고속 주변장치 및 호스트 포트들을 포함한다. 각각의 MCU에 포함된 FT32 프로세서 코어는 3.1DMIPs/MHz로 동작하고, 100MHz에 이르기까지 진정한 제로 대기 상태(0WS) 동작이 가능하다. 폐쇄 회로 모니터링, 보안 디지털 비디오 녹화, 보안 네트워크 시스템에 사용하기에 적합한 이들 MCU는 고유의 데이터 스트리밍 영역을 포함한다. 따라서 내부적으로 데이터를 전달하기 위해서 복잡한 직접 메모리 액세스(DMA) 인터페이싱이 필요하지 않아 확정적 프로세싱 모델 구현이 가능하다. 256kB의 프로그램/쉐도우 메모리와 64kB의 데이터 메모리를 포함하고 있다.
◇ 자동화
싸이프레스반도체의 EZ-BLE 및 EZ-BT 임베디드 디바이스용 무선 인터넷 커넥티비티(WICED) 제품은 홈 오토메이션 하드웨어 설계와 개발을 간소화한다. 높은 통합 수준의 이들 모듈 제품은 크리스털 오실레이터, 플래시 메모리, 수동 소자들, 32비트 ARM Cortex-M3 프로세서를 채택한 CYW207xx 시스템온칩(SoC)을 포함한다. 저전력 제품으로서, 펄스 폭 변조(PWM)와 아날로그-디지털 컨버터(ADC)뿐 아니라 UART, SPI, I2C 직렬 통신을 지원한다.
EZ-BT WICED 모듈 제품은 PCM/I2S 오디오 인터페이스와 512kB 직렬 플래시 메모리에 로열티가 없는 블루투스 5.0 호환 스택을 포함한다. EZ-BLE WICED 제품은 128kB 플래시 메모리와 60kB SRAM을 포함하며, OTA 업데이트와 자족적 동작에 적합하다. 또한 블루투스 4.1 규격과 호환 가능한 로열티 없는 BLE(Bluetooth low energy) 스택을 포함한다. 두 모듈 제품 모두 IoT 용으로 와이파이와 블루투스를 하나의 통합 개발 환경(IDE)으로 통합한 이 회사의 WICED 스튜디오 소프트웨어 개발 키트(SDK)를 지원한다.
온세미컨덕터의 RSL10 다중 프로토콜 시스템-인-패키지(SiP)는 극저전력 무선 커넥티비티를 가능하게 하므로 IoT와 홈 오토메이션 분야의 다양한 커넥티드 애플리케이션에 사용하기에 적합하다. 블루투스 5 인증을 취득하고 범용성이 뛰어난 이 SiP는 2Mbps RF 링크와 2.4GHz 고유기술 또는 맞춤형 프로토콜을 지원한다. 48MHz ARM Cortex-M3 프로세서에 32비트 듀얼 하버드 DSP 코어를 결합함으로써 신호 처리 집중적인 작업을 지원할 수 있다. 플래시와 RAM을 포함한 포괄적인 메모리 아키텍처는 블루투스 스택뿐만 아니라 그 밖의 애플리케이션을 저장할 수 있다. 이 패키지에는 DAM 컨트롤러, 오실레이터, 고효율 전원 관리 유닛도 포함된다. 1.1V~3.3V의 전압 전압으로 동작한다.
RSL10 SiP 평가 보드는 표준적인 0.1인치 헤더를 통해서 모든 입력과 출력을 연결할 수 있다. 임베디드 통신 인터페이스 회로와 J-Link 기능을 제공하므로 엔지니어들이 USB/PC 연결을 통해서 이 하드웨어를 디버그 할 수 있다.
◇ 편의성
TE커넥티비티의 HTU21D 디지털 상대 습도 센서는 3mm x 3mm 크기의 리플로우 솔더링 가능 DFN 패키지를 채택하고 있다. I2C를 통해서 캘리브레이션 및 선형화 신호를 제공한다. 이 저전력 디바이스는 HVAC 시스템이나 보안 카메라 등에 사용하기에 적합하도록 설계된 전문적인 플러그-앤-플레이(P2P) 습도 및 온도 트랜스듀서이다. 모듈러 습도/온도 디지털 출력을 통해서 MCU로 직접 인터페이싱 할 수 있다. 모든 센서를 개별적으로 캘리브레이션 및 테스트하며, 분해능을 조절할 수 있다(RH/T로 8/12비트부터 12/14비트까지). 체크섬 기능을 사용해서 통신 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이온업의 EnOcean 스마트 홈 키트는 집안에서 조명 디밍, 전동 블라인드, 창문 센서, 온도 제어 같은 다양한 솔루션을 가능하게 한다. 이 키트는 PTM210 전기력식 푸시버튼 트랜스미터, 2개의 테스트 로커, STM329 무선 마그넷 윈도우 접촉 모듈, STM330 무선 온도 센서 모듈, Eltako/BSC 무선 접촉 스위치, 그리고 이 회사의 범용 입출력(GPIO) 어댑터 보드를 포함한다. 출하 시에 통신 주파수를 유럽은 868MHz로, 북미는 902MHz로 설정할 수 있다.
ams AG의 스마트 조명 엔진은 널리 사용되고 있는 이 회사의 Cognitive Lighting 제품군에 속하는 것으로서, 정교한 임베디드 센싱, 센서 허브 기능, 자율 관리 기능이 특징이다. 이 제품을 사용해서 사용자는 설정한 조건으로 적응하는 IoT 스마트 조명을 설계할 수 있다. 디지털 조도 센서를 내장한 AS7211 네트워킹 가능 IoT 스마트 조명 관리 디바이스가 폐쇄 루프 및 자동 일광 관리 기능을 제공한다. 네트워크 접속을 통해서 또는 0V~10V 디머로 연결해서 IoT 조명을 제어할 수 있으며, 제어 출력은 LED 드라이버로 직접 PWM을 포함한다. 단순한 텍스트 기반 스마트 조명 명령 세트와 직렬 UART 인터페이스는 표준 네트워크 클라이언트로 통합을 수월하게 한다.
◇ 갈수록 똑똑해지는 스마트 홈 기술
홈 오토메이션 하드웨어/소프트웨어가 널리 보급되기까지는 시간이 한참 걸릴 것이다. 진정한 홈 오토메이션을 실현하기 위해서는 지속적인 기술 개발이 필요하겠지만 머지않아 현재 스마트 디바이스들의 한계점들을 극복할 것이다. AI 같은 첨단 기술이 이를 위해서 중요한 역할을 할 것이다. 이러한 디바이스들은 똑똑하게 만들어야 할 뿐만 아니라, 높은 수준의 보안을 달성하도록 설계해야 한다. 그래야 사용자가 자신의 스마트 홈 안에서 진정으로 안심하고 생활할 수 있을 것이다.