RFID, UWB 등 다른 RTLS 기술과 Bluetooth RTLS의 비교

(주)피플앤드테크놀러지가 Bluetooth Low Energy 기반의 RTLS 사업을 시작한지가 이제 횟수로는 만 3년이 넘어가고 있습니다.

(주)피플앤드테크놀러지의 IndoorPlus+ RTLS 솔루션을 고객에게 소개하는 기회가 점점 많아지면서, 유사한 질문들을 많이 받는데, 그중에 하나가 바로 RFID, UWB, (Zigbee는 거의 질문이 안들어와서 이번 포스팅에서는 논외로 하겠습니다.) 등 다른 RTLS 기술과 원천 기술쪽으로는 무슨 차이점이 있는가? 하는 부분입니다.

사실, 이 부분은 저희 피플앤드테크놀러지도 IndoorPlus+ RTLS 솔루션을 개발하면서, 끊임없이 자문자답 해왔던 부분이었기 때문에, 이제는 조금 일정정도 정리된 형태로 답변을 드릴 수 있을 것 같습니다.

단, 지금부터 말씀드릴 본 포스팅의 주제는 저희 피플앤드테크놀러지가 현재 Bluetooth 기반의 RTLS 솔루션에 집중하고 있기 때문에, 다소 편향적인 형태의 기술적인 설명일 수도 있다는 부분을 먼저 말씀드립니다.
혹시나 기술적인 부분에서 저희가 수긍할 만한 다른 Fact를 제시해주신다면, 그 부분에 대해서는 언제든지 본 포스팅 내용을 수정하도록 하겠습니다.

피플앤드테크놀러지 RTLS 기술비교
피플앤드테크놀러지 RTLS 기술비교

위의 내용과 같이 Bluetooth Low Energy 기반의 RTLS는 한마디로 “현존하는 RTLS에서 적정 기술” 이라는 표현을 쓸수가 있습니다.
BLE RSSI기반의 측위 기술 그 자체는 측위 정밀도로는 UWB에 비해 우월하다고 볼 수 없습니다.
(TDoA의 기술적인 우위성에 대해서는 이론의 여지가 없습니다.)

하지만, Passive RFID에 비해서 도달 거리가 긴 근접 거리에서 적정한 측위 정밀도 ( 2~3m 내외)에  안정성 높은 ( 측위 Accuracy 뿐만 아니라 Stability – 안정적으로 튐 현상 없이 측위 좌표를 제공) 기술을 제공합니다.
물론 풍부한 Bluetooth Hardware Eco System은 여러 다양한 HW Device를 적정한 가격에 제공 받을 수 있게 해줍니다.

BLE RTLS 기술은 실제 다양한 장애물이 존재하는 실세계 공간에서 가장 적합한 적정 기술이다.

1. 그렇다면 Passive RFID 기술과의 가장 큰 차이점은 무엇인지 한번 보겠습니다.

Passive RFID 기술을 가장 잘 표현한 그림이 바로 아래 그림입니다.

피플앤드테크놀러지 RTLS 기술비교
  1. RFID TAG에 나선형으로 감겨있는 코일은 RFID 리더기의 RF wave에 의해 자기장 유도로 반응이 됩니다.
  2. 자기장이 유도가 되면 RFID 칩에 있는 정보(ID 값 등)이 RFID 리더기에 의해 읽혀집니다.
  3. 따라서, 배터리가 필요없으므로, 저가의 태그 양산이 가능합니다. 태그 가격이 극단적으로 싸야 하는 USE CASE를 가지고 있는 RTLS의 경우, Passive RFID 외에는 대응이 사실상 어려운 고객 사이트들이 있습니다. 보통 RFID 태그는 이런 이유로 한번 쓰고 버립니다.
  4. 자기장 유도를 통해서 읽는 방식이므로, 태그와 리더기 사이에 장애물이 존재하면 리더기로 읽을 수가 없습니다.
  5. 또한, 자기장 유도로 전달할 수 있는 거리의 한계가 존재합니다. ( 보통 1~2m 라고 합니다. 위에 건 타입의 RFID 리더기로 물건을 detection 하는 것이 바로 좋은 예입니다. 물론 특정 회사에서 RFID 리더기의 성능을 개선하여 극단적으로 거리를 늘린 사례가 있습니다. 하지만 이것 역시 실제로 Real Site에 보면 10m 이내 안에서만 가능하다고 이야기 하고 있습니다. )

이런 USE CASE를 보면  Passive RFID를 이용한 RTLS 기술이 적절한 곳이 있습니다.

바로, 저가의, 대량의 자산(물건)에 대해서 트래킹을 해야 하며, 트래킹 Route Path가 컨베이어벨트 처럼 지정되어 있다면 Passive RFID 방식의 RTLS가 적합할 수 있습니다. 만약 이런 조건이 아니라면, Passive RFID 보다는 BLE 기반의 RTLS를 선택하셔야 합니다.

2. 이제 UWB 기술과 비교를 해보겠습니다.UWB 방식은 TDoA(Time Difference of Arrival) 라는 측위 알고리즘에서 그 성격이 바로 드러납니다. 수 mili-Seconds를 구분하는 레벨의 TIME STAMP 값을 이용하므로 측위 정밀도가 수십 cm 단위로 높은 기술적인 특성을 가지고 있습니다. 즉 UWB TDoA를 지원하는 HW 에 좀 더 의존적인 기술입니다.

하지만, 여기에 바로 그 단점 또한 내포되어 있습니다.

  1. 도달 시간의 차이를 이용해서 거리를 측정하는 방식이므로, 장애물이 없는 오픈 환경에서는 최적의 정확도를 보여줄 수 있으나,
  2. Base Station 간에 시간 동기화에 오류가 있거나,
  3. 장애물로 인한 다중경로 ( Multi-Path)가 문제가 되는 실내환경에서는
  4. 이로 인한 수 mili-Seconds의 시간 차이도 심각한 오차 ( 100m가 넘어간다던지..) 를 보여줄 가능성이 있습니다.

이런 이유로 UWB 방식의 측위의 경우, 잘못 적용될 경우 측위 정밀도가 30cm ~ 100m를 왔다갔다 할 수 있는 기술적 문제점을 내포하고 있습니다.

피플앤드테크놀러지 RTLS 기술 비교

사실 이정도의 Multi-Path는 BLE RTLS에서는 큰 문제가 안되지만, Time을 수 mili seconds 단위로 체크하는 UWB에서는 큰 오차를 불러 올 수 있습니다.

이런 이유로 실제 설치를 하는데 있어서도 UWB 리더기는 Multi-Path 이슈 때문에 반드시 각도와 지지대를 고려해서 Deploy를 해야 합니다. 만약 진동이 심한 공장과 같은 환경이라면, UWB 리더기가 설치된 이후에 각도 등이 변경이 되어 최초 설치되었을 때 발생하지 않았던 Multi-Path 이슈가 발생할 수 있습니다.

피플앤드테크놀러지 RTLS 기술 비교

Time Synchronization에 대해서 좀 더 detail 하게 알아보겠습니다.

TDoA 방식의 경우 시간 동기화(Time Synchronization)이 Anchor들 간에 필수적으로 일어나야 합니다. 이는 보통 Wireless 방식으로 구현되고 있는데, Wireless의 특성상 Anchor-Master Group 의 하위 Group anchor 들이 시간 동기화가 가능한 위치 ( 즉 Line of Sight가 보장된 위치)에 설치되어야 합니다. 이는 Open Space의 경우 문제가 없을 수 있으나, Open Space가 아닌 실내 공간에서는 여러 제약사항이 존재합니다. 결국 상대적으로 비싼 UWB 리더기를 촘촘히 달아야 하는 이슈가 발생합니다.

피플앤드테크놀러지 RTLS 기술 비교

실제로 해외의 유수 UWB 솔루션 회사들의 홈페이지에는 다음과 같은 내용들이 언급되어 있습니다.

피플앤드테크놀러지 RTLS 기술 비교
피플앤드테크놀러지 RTLS 기술 비교

실제로 해외에서도 UWB의 성공적인 RTLS 사례라고 하는 곳을 자세히 보면, 공장과 같은 실내환경이지만, 충분히 UWB 기술을 잘 이해하여 Deploying 이 되어 있는 곳입니다. 바로 자동차 조립라인입니다. 정형화된 곳이고 충분히 LOs(Line of Sight)와 Multi-Path 이슈를 극복할 수 있는 공간에 최적화된 설치입니다.

또한, 국내에 OO UWB 솔루션 회사의 동영상을 보시면 UWB가 성능을 극대화 할 수 있는 USE CASE가 어떤 사례인지 확인할 수 있습니다.

즉 UWB를 활용할 수 있는 USE CASE는 다음과 같습니다.

장애물이 없는 오픈 된 공간에서 30cm 내외의 고정밀 측위가 필요한 곳이 있다면 UWB가 최적의 대안이 될 수 있습니다

3. Bluetooth Low Energy RTLS –  IndoorPlus+ RTLS

저희 회사 홈페이지와 저희 회사 블로그, 유투브등을 보시면 이제 Bluetooth 기반의 RTLS가 어떤 USE CASE에 적합한지 답을 찾을 수 있을 것입니다. 물론 아래 내용은 IndoorPlus+ RTLS에 국한된 이야기입니다. 왜냐하면 Bluetooth RTLS 기술은 Hardware 기술이라기 보다는 Software 기술이기 때문입니다. 대부분의 Bluetooth 하드웨어 제조업체가 RTLS의 핵심 기술 확보에 애로 사항이 있는 이유가 바로 여기에 있습니다.

  1. RSSI 하나만 바라보는 측위 기술이므로 2m 내외의 측위 정밀도도 충분한 USE CASE에 적합하다.
  2. RSSI 하나만 바라보는 측위 기술이므로 Hardware 보다는 Software가 훨씬 중요하다.
  3. 측위의 Accuracy 뿐만 아니라 Stability 가 필요한 사이트에 적합하다.
  4. Bluetooth Chip 을 내장 또는 USB로 확장할 수 있다면 Wi-Fi 이던, CCTV 이던,  PoS 단말이던, 어떤 단말도 BLE Scanner로 변신할 수 있는 기술적 가능성이 있어서 Deploying 비용이 감소한다.
  5. BLE TAG 역시 기본적으로 가격이 싸고, Battery가 타 기술에 비해서 오래 갈 수 있어서, 여러 분야에 활용될 수 있는 적정 기술이다.
  6. BLE는 SmartPhone과 완벽히 호환된다. SmartPhone이 비콘이 되거나 BLE Scanner 가 될 수 있다. 이 또한 고객 입장에서는 큰 장점이 된다.
  7. Security – 출입통제 보안 모델을 통해서 Dot 기반의 Security를 Line Tracking 기반의 Security 로 변경 할 수 있다.
  8. Safety – 작업자 안전 관리 모델 – 작업자가 사고가 나면 원인 조사등을 이유로 공장의 해당 라인이 멈춰 선다.
  9. Productivity – 중가, 고가의 자산 Tracking Model – 저가의 자산만 아니면 TAG 재사용을 통해서 생산성 향상에 쓰일 수 있다.
  10. Smart Warehouse – 층층이 쌓아놓는 창고 관리는 RFID가 대안이 될 수 없다. 선입선출이 중요한 창고관리 모델에서 BLE 기술의 적용 가능성이 증가하고 있다.

한마디로 정리하면,

Passive RFID와 UWB가 최적화된 몇개의 USE CASE를 제외하고는
모두 BLE RTLS – IndoorPlus+ RTLS가 최적의 대안이 되는 RTLS 기술입니다.