스마트 농업은 여러 가지 중요한 기술에 의존하여 처리, 저장, 네트워킹 및 물리적 이동과 같은 작업을 수행합니다. 그러나 이 모든 작업을 하나로 묶어 스마트 농업을 위한 놀라운 IoT 솔루션을 가능하게 하는 기술이 있습니다. 바로 무선 통신입니다. 스마트 농업 분야에는 다양한 통신 방법이 있지만, 여기서는 일반적이며 기본적인 몇 가지 통신 방법에 대해 알아보겠습니다.
스마트 농업의 Wi-Fi 사용
세계 어디서나 확실히 통용되는 무선 솔루션인 Wi-Fi는 스마트 농업에서 광범위하게 사용하고 있습니다. 라우터 하나로 최대 300피트까지 실외 사용이 가능한 Wi-Fi는 독립형 허브에 사용할 경우 중소 규모의 농장을 위한 훌륭한 솔루션이 됩니다. Wi-Fi는 인기가 덜한 무선 기술 네트워크에 비해 상당히 앞선 솔루션입니다. 기술의 성숙도와 도입률을 높여 주므로 광범위한 솔루션 또는 플랫폼에 통합하기가 더 쉬워집니다.
Wi-Fi는 900MHz, 2.4GHz, 3.6GHz, 4.9GHz, 5GHz, 5.9GHz 및 60GHz 대역을 차지하므로 다양한 환경 및 거리에서 유연한 RF 연결이 가능합니다. 이러한 주파수는 빠른 데이터 전송이 가능하지만 흡수율이 높기 때문에 RF 신호가 간섭에 의해 흡수될 수 있는 가시선 근접 분야에서 일반적으로 가장 많이 사용합니다. 이렇게 제한된 범위로 인해 보통 넓은 물리적 면적에서 이루어지는 스마트 농업에는 바람직하지 않아 보일 수 있지만, 특정한 틈새 스마트 농업 분야에서는 장거리 무선 솔루션보다 유용합니다. 예를 들어 기존의 농업을 그대로 식당 및 시장으로 옮겨 놓은 Farmshelf라는 소규모 실내 스마트 농업 솔루션은 Wi-Fi를 사용하여 사용자에게 정보를 전달합니다.
LPWAN: 스마트 농업 발전을 위한 솔루션
장치, 도구, 자산 및 리소스 등을 개조하여 '스마트'해진 기존의 농업 분야가 많습니다. 그러나 일반적으로 농장 또는 다른 농업 부지에서 흔히 볼 수 있는 방대한 거리 간 전송을 위해서는 이러한 개조 기술에 상당한 장거리 무선 솔루션이 필요합니다. 또한 이러한 장거리 전송 장치는 원격 위치에서 배터리 또는 태양광으로 구동되는 경우가 많으므로 모든 장치를 저전력으로 작동해야 합니다. LPWAN(저전력 광역 네트워크)은 이러한 스마트 농업 운영을 위한 완벽한 기술입니다. 인가 RF 대역은 물론 비인가 RF 대역에도 다양한 LPWAN 기술이 있습니다.
전 세계적으로 가장 널리 사용되는 세 가지 LPWAN 기술, 즉 LoRa, Sigfox, NB-IoT는 모두 스마트 농업의 선두 주자입니다.
1) 2009년 도입된 LoRa는 장거리 통신 기능(long-range communication capabilities)에서 이름을 따왔으며, 2012년에 Semtech에 의해 확대되었습니다. LoRa는 최대 50km(30마일) 거리에서 작동하는 저전력, 저비용 무선 통신에 전 세계적으로 사용되는 일반적인 LPWAN으로 자리잡았습니다.
2) 현재 유럽 시장에서 주로 사용되는 Sigfox는 일반 기업인 동시에 전 세계로 확장 중인 통신 사업자입니다.
3) NB-IoT는 다양한 스마트 농업 및 산업 IoT 분야에 적용할 수 있도록 매우 단순하고 저전력으로 설계된 LTE 기반의 협대역 LPWAN 기술입니다.
LPWAN 장치
LPWAN 지원 장치는 고대역 무선 통신보다 훨씬 장거리에서 사용할 수 있습니다. 그러나 범위의 강점이 데이터 전송성에는 한계로 작용합니다. 예를 들어 LoRa 네트워크에서 4k 비디오 스트리밍은 적당하지 않지만, 토양 pH 및 습도 센서에서 데이터 패킷을 전송하는 것은 실용성이 꽤 높습니다. 현재 LPWAN의 가장 큰 제약은 가용성입니다. 현재 인프라에서 가장 높은 무선 통신 수요는 주로 고대역 통신에 몰려 있습니다. LPWAN 사용 시장이 엄연히 있지만, 도입과 사용 속도가 3G 셀룰러 기술이나 데이터 고밀도 통신 기술보다 느리다는 사실이 입증되었습니다.
농업에서의 GPS/GNSS 사용
GPS(전 세계 위치 파악 시스템)는 규모가 가장 크고 전 세계에서 가장 많이 도입된 무선 통신 인프라 중 하나입니다. 이 무선 기술은 Wi-Fi 또는 LPWAN 기술과 같은 의미의 포인트-투-포인트 통신 시스템은 아니지만 스마트 농업을 비롯하여 이 세상에 극적인 영향을 미쳤습니다.
20세기 중반에 처음 개발되어 1978년에는 시험 배치가 이루어졌으며, 1993년 미군에 의해 완전히 구현된 GPS는 24개에서 31개의 위성 네트워크를 사용하여 정확한 위치와 시간이 포함된 무선 신호를 전송합니다. 전문 수신기가 이 정보를 즉시 수집하고 처리하여 위성을 기준으로 한 위치를 파악한 후, 30cm 단위의 첨단 정확도로 지구상의 위치를 파악합니다. 그러나 GPS는 점점 과거의 기술이 되고 있으며, 언젠가는 더 발전된 GNSS(세계 위성 항법 시스템)로 대체될 것입니다. GNSS에는 유럽의 Galileo, 러시아의 GLONASS, 인도의 NavIC, 중국의 BeiDou가 있으며, 모두 21세기로 접어든 이후 일정 수준의 운영이 이루어졌습니다.
정밀 농업에서의 GPS
스마트 농업에서는 동물 떼 추적, 농기구, 농업 드론 등 수많은 용도로 위성항법 기술을 사용하고 있습니다. 지구상에서 가장 큰 농업 장비 제조업체로 손꼽히는 John Deere는 GPS 및 유사한 기술에 크게 의존합니다. John Deere의 정밀 농업 및 Guidance 장치와 같은 몇 가지 솔루션은 GPS를 사용하여 자동화된 농업 장비의 경로를 안내하고, 중요 프로세스의 생산성과 범위를 추적하며, 대규모의 데이터를 제공하여 농업 공정을 효율화합니다. 스마트 농업에서는 얼마 전까지도 보충 정보를 제공하는 데만 GPS를 사용했습니다. 그러나 최근 들어 엣지 프로세싱과 지능형 주행 기술이 발전하면서 GPS 데이터는 장비 제어를 위한 추가 입력 정보로 자리잡았습니다.
시사점
오늘날 스마트 농업에 사용되는 무선 통신 기술은 매우 다양합니다. Wi-Fi와 같은 빠른 데이터 전송 기술을 이용하여 많은 데이터를 근거리에서 빠르게 전송할 수 있습니다. LPWAN은 먼 거리에서도 저렴하고 유연하게 사용할 수 있지만 전송 가능한 데이터의 양은 제한적입니다. GPS 및 다른 GNSS는 제한적이지만 지구상 거의 모든 분야에 유용하고 귀중한 데이터 지점 집합을 제공합니다.
농업에 사용할 수 있는 매우 다양한 무선 기술은 의심할 여지 없이 기존의 방대한 산업을 계속해서 최적화하고 새 기술을 무리없이 받아들이는 '스마트'한 데이터 중심 산업으로 변모시켰습니다.