NB-IoT(Narrowband IoT)를 알아보고 LoRa와 상세 비교 해보자

📡 NB-IoT(Narrowband IoT)란?

NB-IoT(Narrowband Internet of Things)는 저전력 광역 통신(LPWA, Low Power Wide Area) 기술 중 하나로, 기존 이동통신망(LTE, 5G)을 활용하여 저전력, 저비용, 장거리 통신이 필요한 IoT(사물인터넷) 기기에 최적화된 네트워크 기술입니다.

NB-IoT는 3GPP(국제 이동통신 표준화 기구)에서 정의한 셀룰러 기반 IoT 표준이며, LTE 네트워크의 협대역(180kHz)을 사용하여 저속 데이터 전송을 지원합니다.

 

🔹 NB-IoT의 주요 특징

1️⃣ 저전력 (Low Power)

• 배터리 수명 최대 10년 이상 지속 가능.
• IoT 기기의 전력 소모를 최소화하기 위해 PSM(Power Saving Mode) 및 eDRX(Extended Discontinuous Reception) 등의 절전 기능 지원.

2️⃣ 광역 통신 (Wide Coverage)

• 지하, 건물 내부, 외곽 지역에서도 안정적인 통신 가능.
• 기존 LTE보다 20dB 이상 신호 감도가 향상되어 도심, 농촌, 산업 지역에서도 우수한 연결성 제공.

3️⃣ 저비용 (Low Cost)

• 기존 LTE 네트워크를 활용하므로 별도의 새로운 인프라 구축이 필요 없음.
• 하드웨어(모듈) 비용이 낮고, 유지보수 비용도 절감 가능.

4️⃣ 소량의 데이터 전송 최적화

• 데이터 속도가 낮고(수십 kbps 수준) 주로 센서 데이터 전송에 적합.
• 실시간 대용량 데이터 전송이 필요한 영상 스트리밍, 고속 통신에는 적합하지 않음.

5️⃣ 면허 대역 사용 (Licensed Spectrum)

• NB-IoT는 이동통신 사업자의 면허 주파수를 사용하여 보안성과 신뢰성이 높음.
• 비면허 대역을 사용하는 LoRa, Sigfox보다 간섭이 적고 네트워크 품질이 뛰어남.

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🔹 NB-IoT의 활용 분야

NB-IoT는 저전력·저비용·장거리 통신이 필요한 IoT 기기에서 널리 활용됩니다.

✅ 1. 스마트 미터링 (Smart Metering)

• 수도, 전기, 가스 원격 검침 시스템(AMR, AMI) 구축.
• 주기적으로 소비 데이터를 수집하고, 필요 시 원격으로 제어 가능.

✅ 2. 스마트 시티 (Smart City)

• 주차 관리 시스템: 빈 주차 공간 감지 및 정보 제공.
• 가로등 제어: 조명 밝기 조절 및 원격 관리.
• 환경 모니터링: 공기질, 소음, 온습도 측정.

✅ 3. 스마트 농업 (Smart Agriculture)

• 온실 온습도 관리, 토양 수분 모니터링, 가축 위치 추적.
• 넓은 농경지에서 장기간 데이터를 수집하는 데 최적.

✅ 4. 자산 및 물류 관리 (Asset & Logistics Tracking)

• 물류 및 창고 관리: 화물 위치 및 상태 모니터링.
• 자산 관리: 고가 장비 및 기기의 실시간 위치 추적.

✅ 5. 헬스케어 및 웨어러블 (Healthcare & Wearables)

• 원격 환자 모니터링(혈압, 심박수, 혈당 데이터 전송).
• 고령자 및 치매 환자 위치 추적 시스템.

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🔹 NB-IoT의 작동 방식 (NB-IoT Workflow)

NB-IoT는 크게 4단계로 작동합니다.

1️⃣ NB-IoT 기기(End Device) 데이터 수집 및 전송

• 센서 또는 IoT 디바이스(NB-IoT 모듈 포함)가 주변 데이터를 수집
• 예: 온도 센서, 스마트 미터(전기, 가스), 차량 위치 추적기
• 수집된 데이터는 NB-IoT 네트워크를 통해 셀룰러 기지국(Base Station)으로 전송

2️⃣ 기지국(Base Station)에서 데이터 처리

• NB-IoT는 기존 LTE 기지국(4G/5G 인프라)과 동일한 네트워크를 사용
• 별도의 새로운 인프라 없이 NB-IoT 신호를 처리할 수 있도록 최적화됨
• 데이터가 기지국에서 수집되고, Core Network(코어 네트워크)로 전달됨

3️⃣ 코어 네트워크(Core Network)에서 데이터 라우팅

• 기지국에서 받은 데이터를 이동통신사의 코어 네트워크에서 처리
• NB-IoT는 좁은 주파수 대역(180kHz)을 사용하여, 네트워크 자원을 효율적으로 활용
• 데이터는 인터넷(Cloud Server, Application Server)으로 전송됨

4️⃣ 클라우드 및 사용자 애플리케이션 처리

• 데이터가 클라우드 또는 특정 서버로 전송되어 분석됨
• 사용자(기업, 개인)는 웹 또는 모바일 애플리케이션을 통해 데이터를 확인
• 예: 스마트 미터링(전력 사용량 모니터링), 스마트 시티(가로등 제어), 물류 추적(위치 모니터링)

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🔹 NB-IoT 통신 구조

NB-IoT의 네트워크는 다음과 같이 구성됩니다.

1. NB-IoT 디바이스 (End Device)
   • 센서, 미터링 기기, 추적 장치 등이 NB-IoT 모듈을 탑재
   • 배터리 기반으로 저전력으로 장기간 운영됨
2. NB-IoT 기지국 (Base Station, eNB)
   • 기존 LTE 기지국과 동일한 인프라 사용
   • NB-IoT 데이터 패킷을 수집하여 Core Network로 전달
3. 코어 네트워크 (Core Network, EPC)
   • 이동통신사의 백엔드 서버 역할
   • NB-IoT 데이터를 라우팅하여 클라우드 서버로 전송
4. 클라우드/애플리케이션 서버 (Cloud / App Server)
   • 데이터 저장, 분석 및 사용자 인터페이스 제공
   • 웹/모바일 앱에서 데이터 시각화 및 원격 제어 가능

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🔹 NB-IoT 통신 방식

NB-IoT는 LTE 기반의 통신 기술이지만, 기존 LTE와는 다른 세 가지 주요 작동 모드를 지원합니다.

1️⃣ Standalone Mode (독립형)

• 기존 2G/3G 주파수 대역을 NB-IoT 전용 네트워크로 전환하여 사용
• 독립적인 NB-IoT 망을 구축할 수 있음
• 기존 이동통신과 별도로 NB-IoT만 운영 가능

2️⃣ Guard-band Mode (가드 밴드 모드)

• 기존 LTE 주파수 대역에서 사용하지 않는 Guard-band 영역을 활용
• LTE와 함께 사용되며, 추가 주파수 할당이 필요 없음

3️⃣ In-band Mode (인밴드 모드)

• 기존 LTE 네트워크 내에서 NB-IoT 신호를 함께 전송
• LTE 네트워크 자원을 공유하여 활용하는 방식

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🔹 NB-IoT의 주요 프로토콜 및 기술

1️⃣ PSM (Power Saving Mode) – 초저전력 절전 모드

• IoT 기기가 네트워크와 연결을 유지하면서 데이터를 주기적으로 송신하고, 나머지 시간은 절전 모드
• 배터리 수명을 10년 이상 연장 가능

2️⃣ eDRX (Extended Discontinuous Reception) – 연장된 절전 수신 모드

• 네트워크가 IoT 기기를 주기적으로 깨워 데이터를 수신하도록 함
• 절전 효과와 데이터 동기화를 모두 유지 가능

3️⃣ UDP 및 CoAP 프로토콜 활용

• 일반적인 TCP/IP 대신 UDP(User Datagram Protocol)와 CoAP(Constrained Application Protocol) 사용
• 작은 데이터 패킷을 효율적으로 전송하기 위해 경량화된 통신 프로토콜 활용

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📡 LoRa vs. NB-IoT 상세 비교

LoRa(LoRaWAN)와 NB-IoT는 저전력 장거리 무선 통신(LPWA, Low Power Wide Area) 기술로, IoT(사물인터넷) 기기에서 데이터를 효율적으로 송수신하는 데 사용됩니다.

하지만 두 기술은 네트워크 구조, 주파수 대역, 전송 속도, 배터리 수명, 사용 사례 등에서 차이점이 있습니다.
아래에서 상세 비교해 보겠습니다.

 

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🔹 LoRa와 NB-IoT의 핵심 차이점

항목	LoRa (LoRaWAN)	NB-IoT
주파수 대역	비면허 대역 (EU: 868MHz, US: 915MHz, KR: 920MHz)	면허 대역 (LTE 주파수: 700MHz ~ 2.1GHz)
네트워크 유형	개별 네트워크 구축 가능 (독립적)	이동통신사 네트워크 이용 (셀룰러)
데이터 전송 속도	0.3~50kbps (느림)	20~250kbps (빠름)
통신 거리	최대 15km (도심 2~5km)	최대 10km (도심 1~3km)
배터리 수명	10년 이상 가능 (저전력)	5~10년 (PSM/eDRX 활용)
네트워크 구축 비용	개별 LoRa Gateway 설치 필요	이동통신사 서비스 사용 (추가 구축 불필요)
QoS (서비스 품질)	낮음 (비면허 대역 간섭 가능)	높음 (면허 대역으로 안정적)
이동성 지원	제한적 (핸드오버 미지원)	지원 (셀룰러 네트워크 기반)
지연 시간 (Latency)	2~5초 (비동기 통신)	1~10초 (네트워크 상황에 따라 다름)
초당 데이터 전송 횟수	제한적 (Duty Cycle 제약)	연속적인 데이터 송신 가능
보안	기본적인 암호화 (AES 128)	이동통신 수준의 보안 (SIM 인증)
사용 사례	스마트 농업, 스마트 미터링, 환경 모니터링	스마트 시티, 원격 미터링, 자산 추적

👉 LoRa는 사용자가 독립적으로 네트워크를 구축할 수 있으며, 장거리 전송과 저전력이 강점
👉 NB-IoT는 이동통신사의 셀룰러 네트워크를 활용하여 QoS가 높고, 실시간 데이터 송신이 가능

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🔹 LoRa vs. NB-IoT 상세 비교

📌 1️⃣ 주파수 대역 (Licensed vs. Unlicensed)

• LoRa: 비면허 대역을 사용 (국가별로 주파수 할당이 다름)
  • 한국: 920MHz
  • 유럽: 868MHz
  • 미국: 915MHz
  • 중국: 470~510MHz
    → 무료로 사용할 수 있지만, 간섭이 발생할 가능성이 있음.
• NB-IoT: 이동통신사의 면허 대역을 사용 (LTE, 5G 네트워크 기반) → 통신 품질이 높고 간섭이 거의 없음.

✅ NB-IoT가 품질(QoS) 면에서 안정적이고 신뢰성이 높음
✅ LoRa는 비용이 저렴하고, 네트워크 구축이 자유로움

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📌 2️⃣ 네트워크 구조

• LoRa: 사용자가 직접 LoRa Gateway를 설치하여 독립적인 네트워크를 운영 가능
• NB-IoT: 이동통신사의 기지국을 활용하는 셀룰러 기반 서비스

✅ LoRa는 별도의 이동통신망 없이도 운영 가능
✅ NB-IoT는 별도 구축이 필요 없고, 서비스 안정성이 높음

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📌 3️⃣ 데이터 전송 속도 및 용량

• LoRa: 0.3~50kbps (낮은 데이터 속도, 저주파수 대역폭 활용)
• NB-IoT: 20~250kbps (LTE 기반, 속도가 빠름)

✅ NB-IoT가 LoRa보다 빠르게 데이터를 전송 가능
✅ LoRa는 작은 데이터(센서 데이터, 상태 정보) 송신에 적합

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📌 4️⃣ 통신 거리

• LoRa: 최대 15km (도심에서는 2~5km)
• NB-IoT: 최대 10km (도심에서는 1~3km)

✅ LoRa가 NB-IoT보다 긴 거리에서 통신 가능
✅ NB-IoT는 안정적인 서비스 제공 가능

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📌 5️⃣ 배터리 수명

• LoRa: 10년 이상 가능 (센서 장치에서 초저전력으로 활용)
• NB-IoT: PSM(절전 모드)과 eDRX(저전력 수신 모드)로 5~10년 유지 가능

✅ LoRa가 더 적은 전력을 소비하지만, NB-IoT도 절전 기술 활용 가능
✅ 자주 데이터를 전송하는 경우 NB-IoT의 전력 소비가 증가할 가능성 있음

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📌 6️⃣ 지연 시간 (Latency)

• LoRa: 2~5초 (비동기 전송, 실시간 응답이 어려움)
• NB-IoT: 1~10초 (LTE 네트워크 상태에 따라 다름)

✅ 실시간 데이터 전송이 필요한 경우 NB-IoT가 유리
✅ LoRa는 주기적인 데이터 수집(예: 센서 데이터)에 적합

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📌 7️⃣ 이동성 (Mobility)

• LoRa: 핸드오버 미지원 (고정된 장치에서 주로 사용)
• NB-IoT: 셀룰러 네트워크 기반으로 이동하면서도 사용 가능

✅ 이동하면서 데이터를 송신해야 하는 경우 NB-IoT가 필수적
✅ LoRa는 고정된 위치에서 장기간 센싱하는 용도로 적합

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🔹 LoRa vs. NB-IoT 활용 사례

사용사례	LoRa (LoRaWAN)	NB-IoT
스마트 미터링	🔹 가능 (비용 저렴)	✅ 가능 (실시간 데이터 지원)
스마트 시티	✅ 환경 센서, 주차 관리	✅ 가로등 제어, 교통 관리
스마트 농업	✅ 토양 센서, 온습도 모니터링	🔹 대규모 IoT 네트워크 활용
위치 추적	❌ 어려움 (핸드오버 없음)	✅ 가능 (이동 중 연결 유지)
헬스케어 및 웨어러블	❌ 어려움	✅ 가능 (환자 모니터링)
산업용 IoT (스마트 팩토리)	🔹 일부 가능	✅ 실시간 데이터 전송

 

🔹 결론

NB-IoT는 기존 LTE/5G 네트워크를 활용하여 IoT 기기에 특화된 저전력 장거리 통신 기술입니다.
이를 통해 배터리 수명이 중요한 IoT 기기에서 비용 절감, 네트워크 안정성, 저전력 운영이 가능해지며, 스마트 미터링, 스마트 시티, 스마트 농업, 물류 추적 등 다양한 산업에서 활용되고 있습니다. 🚀