내나라 내땅 내두발로

오늘은 스마트홈의 구성 요소와 플랫폼에 대하여 한번 정리하고자 하는데,

먼저 이러한 구성 요소에 대하여 학문적으로 딱히 정립된 것은 없는 듯 하여,

지난 7년간 경험속에서 얻은 지식을 바탕으로 임의로 분류했음을 미리 밝히는 바이다.

허브와 브릿지

스마트홈 허브와 브릿지들은 하위의 센서 및 장치들을 클라우드 및 다른 허브들과 연결하고,

그 놈들을 관리하고 제어하며 자동화를 수행하는 등 스마트홈의 두뇌 역할을 하는 장치이다.

그런데 아직 스마트홈 분야는 표준화가 미진하여, 제조사별로 허브와 브릿지가 존재하는게 현실이어서,

나는 ST 허브, 휴 브릿지, 루트론 브릿지, 위모 브릿지, 아카라 허브, 샤오미 게이트웨이를 모두 사용하고 있는데,

다양한 브릿지들을 함께 사용하는 장점도 단점도 공존하는게 사실이다. - 스마트홈에서 물리적인 브릿지의 장점

네트워크

스마트홈에서 유선랜은 골격과도 같으며, 무선랜은 혈관과도 같은 중요한 존재인데,

유무선, 지그비, 지웨이브등 다양한 통신 프로토콜이 함께 어우러져 협업을 한다.

서버

스마트홈에서 홈브릿지, 미 커넥터 같은 사용자 솔루션(Customer Solution)의 실행을 위해서는 서버가 필요한데,

보통 시놀로지 나스나 라즈베리파이의 도커위에서 24시간 항상 구동되어 스마트홈의 심장부라 말 할 수 있겠다.

장치

스마트홈에서 다양한 센서와 장치들은 종단에서 실제로 동작하는 발다리들인데,

통신 방법별(Ethernet, wifi, zigbee, zwave, bt, ir, rf등), 전원 연결별(AC 연결, 배터리 연결),

용도별(AI 스피커, 스위치류, 플러그류, 센서류등), 접점별(어플, 음성등)등 다양한 분류가 가능하다.

플랫폼

이러한 구성 요소들이 결합된 플랫폼은 시스템 또는 생태계(Eco System)로 정의할 수 있는데,

스마트홈의 대표적인 플랫폼에는 홈킷, 스마트싱스, 샤오미(아카라), HA등이 있으며,

이러한 플랫폼들도 단독보다는 2-3개가 협업하여 더 효과을 높이는 것이 일반적이다.

4식구 모두가 아이폰을 사용하는 우리집은 홈킷을 메인 플랫폼으로 정하고,

스마트싱스와 샤오미(아카라)를 서브 플랫폼으로 구성하였는데 매우 안정적으로 운영되고 있다.

스마트홈은 여러 가지 구성 요소가 유기적으로 결합하여 플랫폼을 이루고, 

그 플랫폼들이 다시 연동하며 돌아가는 한 편의 오케스트라(orchestra)인 것이다.

오늘은 라우터의 MAC Filter 옵션으로 홈네트워크의 보안(Security)을 조금 더 강화하여 보았다.

지난달에 게스트 네트워크와 핫스팟 시스템을 구축했음에도, 라우터에 생소한 MAC Address가 눈에 띄어서,

조용히 조사를 하였더니 마누라가 교회 구역 모임에 참석한 지인들에게 홈네트워크 비밀번호를 알려준 모양이다.

그래서 또다시 짱구를 굴려서 라우터의 MAC Filter 옵션으로 홈네트워크로의 접근을 통제하기로 하였다.

라우터의 MAC Filter 옵션에는 whitelist와 blacklist의 2가지 방법이 있는데,

whitelist는 등록된 장비만 네트워크 접근을 허용하며, 나머지 모든 장비는 접근을 불허하는 옵션이며,

blacklist는 등록된 장비만 네트워크 접근을 차단하며, 나머지 모든 장비는 접근을 허용하는 옵션이다.

우리집은 예전부터 모든 장비의 MAC Address를 관리하며 고정IP를 사용하고 있어서,

MAC Filter whitelist 옵션에 유무선 디바이스 108개를 씩씩거리며 모두 등록을 하였다.

이제 우리집 홈네트워크에는 사전에 MAC Address가 등록된 장비만 접근이 가능하며,

설령 마누라가 지인들에게 홈네트워크 비밀번호를 슬쩍 알려주어도 AP접근부터 튕겨져 나가서,

반드시 게스트 네트워크와 핫스팟의 이중 인증(SSID와 파우치 비번)을 통해서만 인터넷 연결이 가능하다.

아, 속이 후련하다.

오늘은 우리집 홈네트워크에 VLAN(Virtual LAN)을 구축하여 보았다.

VLAN은 메인 네트워크와 분리된 서브 네트워크 정도로 이해하면 쉬운데,

PC의 파일들도 갯수가 적을 때는 루트 디렉토리에 모두 깔고 사용하여도 문제가 없지만,

그 갯수가 많아지면 서브 폴더를 만들어서 관리하는 것이 업무에 더 효율적이듯이,

홈네트워크의 장비들도 갯수가 적을 때는 메인 네트워크에 모두 배치해도 상관이 없지만,

스마트홈을 꾸미면서 그 갯수가 많아지면 VLAN을 만들어 분산시키는 것이 더 좋아 보였다.

그래서 브로드캐스트와 멀티캐스트가 많은 AI스피커와 네트워크 카메라 용도로 'VLAN10'을,

벨킨 위모와 소노프 같은 2.4Ghz 저속 장치 용도로 'VLAN20'이라는 VLAN을 각각 만들고,

'SJ-IoT'라는 스마트홈 장비 전용의 무선랜도 하나 생성하여 VLAN에 연결하여 주었다.

VLAN과 무선랜 생성 및 네트워크 연동을 위한 자세한 구축 방법은 아래의 기술문서를 참조하였다.

Best Practices for Manageing Chromecast/Google Home on Unifi Network

그러나 스마트홈 장비들의 무선랜 재연결은 재설정(초기화)과 거의 동일하여서 결코 만만치가 않더라.

벨킨 위모는 VLAN에 연결된 무선랜을 한번에 인식하지 못해서 2-3번을 반복하였으며,

천장속에 매립된 소노프는 전등을 내려야 무선랜 재설정이 가능해서 엄두가 나지 않았다.

무엇보다 결정적으로 구글 커넥터에서 진행이 막혔는데,

메인 네트워크의 구글 커넥터 도커 서버가 VLAN에 배치된 구글 홈 미니를 인식하지 못해서,

TTS가 반드시 필요한 구글 홈 미니 4대는 도리없이 메인 네트워크로 원복을 시켰다.ㅠㅠ

홈네트워크에 VLAN 구축은 이론적으로 매우 진보된 생각임에 틀림이 없으나,

스마트홈 장비 제조사들이 VLAN까지 염두에 두고서 솔루션을 만들지는 않아서,

현재의 스마트홈 환경에서는 아직 시기상조(時機尙早)로 보였다. 

그래도 VLAN 구축 삽질 덕분에 네트워크 공부는 많이 했다.

'쇠뿔도 단김에 빼라'는 속담처럼 필을 받은 김에 재실 센서들을 활용하여,

외출과 귀가시에 현관에서 인사(greeting)하는 구글 홈을 설치해 보았다.

침실에서 활용도가 떨어지던 구글 홈 미니의 무선랜을 재설정하여 '현관 구글홈'으로 이름을 바꾸고,

현관 천장에 1인치 타공후 모션센서(Aeotec MultiSensor 6)의 전기 콘센트에 전원을 연결하고,

외출과 귀가시에 인사하는 TTS(Text To Speech)를 테스트 웹코어 피스톤으로 간단하게 만들었다.

현관문 도어 센서를 트리거(Trigger)로 비콘 재실과 wifi 재실을 조건(Condition)으로 사용했는데,

현관문이 열리고 [비콘 재실=ON & wifi 재실=ON]이면 외출(Go out)로 판단하였고,

현관문이 열리고 [비콘 재실=ON & wifi 재실=OFF]이면 귀가(Return Home)로 생각하였다.

그리고 직접 들락거리며 테스트를 해보았는데 외출시 뒤통수로 인사를 받는 것이 조금은 어색했지만 동작은 잘 하여서,

우리집 4식구를 모두 넣고서 출근(평일 07시~10시)과 퇴근(평일 17시~20시)시에만 인사하는 정식 웹코어 피스톤을 만들었다.

스마트홈에서 재실 센서 3총사인 GPS 재실, wifi 재실, 비콘 재실을 잘 조합하면,

매우 유용하고 재미있는 자동화 루틴을 많이 만들 수 있을 것 같다. 

오늘은 비콘과 OwnTracks-Connector 솔루션으로 스마트싱스(이하 ST)에 비콘 재실을 구축하였다.

비콘은 BLE 4.0을 기반으로 일정 반경 내에서 정보를 주기적으로 전송하는 센서인데,

스마트폰 소지자가 별도의 행동을 취하지 않더라도 자동으로 위치를 파악하는 장점이 있으며,

OwnTracks-Connector는 '아기나무집'님이 OwnTracks와 ST를 연동하게 만든 솔루션이다.

스마트홈에서 재실 정보는 자동화의 트리거 또는 조건으로 활용이 가능한데, 보통 GPS 재실, Wifi 재실, 비콘 재실을 많이 사용한다.

GPS 재실은 집 주위에 일정 반경의 지오펜스(Geofence)를 설정하고 스마트폰이 GPS 신호를 수신하여,

반경내에 있으면 재실로 밖에 있으면 외출로 판단하는 방법인데 life360 어플이 대표적이다. 

Wifi 재실은 집안 라우터(공유기)의 무선(wifi) 신호와 스마트폰의 연결 여부를 감지하여,

wifi에 연결되어 있으면 재실로 lte에 연결되어 있으면 외출로 판단하는 방법인데,

내가 사용하는 라우터의 Unifi Presence Sensor 솔루션으로 최근에 구축하였다.

그리고 오늘 비콘 재실까지 구축하여 스마트홈 재실 3총사를 모두 내 손안에 넣었다.

이 포스팅은 오리지널 OwnTracks-Connector 구축기의 무작정 따라하기 버전이어서,

비콘도 'BeaFon 비콘 i4'라는 똑같은 녀석을 옥표에서 22,800원에 구매하여,

박스를 개봉하고 내장을 열어보자 CR2477 배터리가 들어 있었으며,

전원 스위치를 5초 가량 길게 누르면 파란색 LED가 한 번 길게 깜박이며 전원 ON이 되었으며,

다시 5초 가량 길게 누르면 파란색 LED가 여러 번 짧게 깜박이며 전원 OFF가 되더라.

1. 비콘 설정

1) 'BeaconSet'이라는 어플을 앱스토어에서 다운로드

2) UUID 메뉴에서 5번째 UUID 항목을 선택하고 저장 - 비콘 종류에 따라서 선택이 다른 것으로 보임

3) Transmission Power에서 1번을 선택하고 저장 - 나는 감지 반경을 좁히기 위하여 1번을 선택

4) Broadcasting Interval에서 100ms를 선택하고 저장 - 배터리의 빠른 소모에도 불구하고 신속한 감지를 위하여 선택

5) 나머지 항목들은 건드리지 말고 디폴트(Default)로 두자 - 민감한 것인지? 띨빡한 것인지? 인식에 실패하는 경우가 있었다.

6) 상위 메뉴에서 설정값을 모두 저장 - 초기 비밀번호 : minew123

2. SmartApps와 dth 설치

1) ST ide에서 fison67/owntracks-connector/master로 Update from Repo에 등록

2) SmartApps와 dth 설치 - SmartApps 설치시엔 반드시 OAuth를 enable

3. OwnTracks과 ST 연결

1) ST OwnTracks SmartApp에서 Config 누름

2) Config 내역을 클립보드 또는 메모장에 복사

3) OwnTracks 어플 왼쪽 상단에 위치한 'i'표시를 누름

4) OwnTracks 어플 중단에 위치한 'Settings'를 누름

5-1) Mode를 HTTP로 변경 - 위치가 눈에 잘 띄지 않음

5-2) TrackerID : 적당한 숫자 - 나는 우리집의 우두머리여서 1번을 선택

5-3) DeviceID : 적당한 숫자 - TrackerID와 구분을 위하여 10번을 선택

5-4) UserID : 적당한 이름 - 우리집은 가족들의 영문 이름 이니셜을 사용

5) Authentication은 Disable로 변경

6) Secret encryption key : 2)번에서 클립보드에 복사해 둔 Config 내역을 붙여 넣기

4. OwnTracks과 비콘 연결

1) OwnTracks 어플 우측 하단에 위치한 Regions 누름

2-1) Name : 비콘이 설치된 장소의 적당한 이름 - 우리집은 현관에 설치하여 'entrance'라고 명명

2-2) Latitude 0, Longitute 0

2-3) 1. 비콘 설정에 있었던 UUID, Major, Minor값을 정확하게 복사하여 붙이기

5. ST에 비콘 디바이스 생성

1) ST OwnTracks-Connector에서 'ADD Device' 누름

2) OwnTracks 어플의 Settings에서 'Publish Settings' 누름

3) ST OwnTracks-Connector에서 USER ID와 DEVICE ID가 보이면 Done & Done

이렇게 위의 1단계 부터 5단계의 과정을 차분하게 따라하면 ST에 비콘 재실 디바이스가 자동으로 생성되며,

OwnTracks 어플의 Regions에 재실(Home)일 경우 빨간색으로 외출(Away)일 경우 파란색으로 표시가 된다.

또한 홈브릿지에 등록하여 우리집 스마트홈 통합 플랫폼인 애플 홈킷까지 연동하여,

GPS 재실, wifi 재실과 함께 비콘 재실까지 홈앱에서 한 눈(目)에 현황을 파악할 수 있도록 하였다.

그리고 거실부터 비콘이 설치된 현관까지 걸으면서 여러 번 테스트를 해보았는데,

약간의 차이는 있었지만 대략 2m부터 0m사이에서 스마트폰이 비콘을 빠르게 인식하더라.

반대로 엘리베이터를 내려 도어락 앞에서도 스마트폰이 현관 비콘을 바로 인식하였는데,

그 장면은 도무지 찍을 용기가 나지 않아 새벽에 아무도 없을 때 조용히 촬영하였다.ㅠㅠ

우리집 스마트홈에 GPS 재실, Wifi 재실에 이어서 비콘 재실까지 모두 구축을 하였는데,

당초 우려가 되었던 비콘 인식 시간이 매우 빨라서 자동화에 충분히 활용이 가능하지 싶어,

현관 천장에 구글 홈 미니를 매달고 외출과 귀가시에 인사(greeting)하는 비서를 만들어볼까 한다.

비콘 재실 센서... 스마트홈에서 활용 가능성이 매우 풍부하고 아주 재미있는 디바이스이더라.

휴일 아침에 애플티비 tvOS를 13.3.1(17K5795a)로 올렸더니 해저 화면보호기 4종이 추가되어 캡처를 하였는데,

그저 눈요기로 한번 구경해 보시길 바란다. 화면보호기만 처다보고 있어도 몸과 마음이 편안하게 힐링이 되더라.

<프랑스령 폴리네시아의 혹등고래>

< 캘리포니아 해안의 짧은 부리 참돌고래>

<타히티 해안의 부서지는 파도>

<이집트 근처 홍해의 산호초>

<멕시코 해안의 황금 소코 가오리>

<캘리포니아 해안의 다시마숲>

<알래스카 해안 근처의 물해파리>

보통 스마트홈에서 브릿지라 하면 시놀로지 또는 라즈베리파이의 도커 컨테이너(oznu/homebridge)를 먼저 떠올리지만,

위모 브릿지, 휴 브릿지와 같은 물리적인 장치들도 서드파티 액세서리들을 홈킷과 연동하는 광의(廣義)의 홈브릿지이다.

그래서 오늘은 스마트홈에서 물리적인 브릿지 사용시 장점(長點)에 대하여 간략하게 이야기를 해볼까 한다.

혹자(或者)들은 집안에 물리적인 브릿지들을 숨기기가 어려워 미관상 보기가 싫으며,

24시간 구동으로 전기를 더 잡아 먹는다는 마누라의 잔소리로 많이들 부정적이지만, 

7년 간의 경험상 이러한 단점을 상쇄하고도 남을 만큼의 장점들이 아래와 같이 있었다.

1. 물리적인 브릿지들은 애플 인증 장치이다.

도커 홈브릿지 장비엔 '이 액세서리는 인증되지 않았으며 homekit과 안정적으로 동작하지 않을 수 있습니다'라는 경고문이 뜨지만,

물리적인 브릿지들은 홈킷 코드와 함께 'Works with Apple Homekit'이라는 로고가 애플 인증(Certification) 장치임을 증명한다.

그래서 조금은 억지스럽지만 '아버지가 양반이면 자식도 양반'이라는 조선시대 종부법(從父法)을 대입하면,

부모 장치(브릿지)가 인증 장치이면 자식 장비(하위 액세서리)도 인증 장비라는 논리가 성립되어,

샤오미 라이트 센서도 부모 장치(미 스마트 허브)를 통하여 인증 장비로 신분이 상승되는 것이다.

2. 자식 장비들이 로컬(Local) 방식으로 작동한다.

스마트홈에선 인터넷(WAN)의 연결 유무에 따라서 클라우드(Cloud) 방식과 로컬(Local) 방식으로 구분하는데,

물리적인 브릿지에 연결된 자식 장비들은 인터넷 연결과 무관한 로컬 방식으로 작동하여 속도가 매우 빠르다.

3. 장애시 위험 분산 효과가 있다.

홈킷과 연동되는 경로를 여러 개의 물리적인 브릿지들로 분산하여 놓으면,

장애시 해당 브릿지에 연결된 장비만 서비스가 중단되고 나머지 장비들은 멀쩡하게 구동된다.

4. 장애시 원인 규명과 복구 속도가 빠르다.

홈킷 장애시 원인 규명이 매우 빠르고 복구 시간이 많이 단축되는데,

대부분 해당 브릿지만 재시작하면 해결되어서 우리집 마누라도 조치를 하더라.

5. 도커 홈브릿지의 부하를 경감시킨다.

대부분 ST 허브의 장비들과 연동되는 도커 홈브릿지는 연결된 장비의 갯수가 무척이나 많은데,

이렇게 물리적인 브릿지로 분산하여 놓으면 도커 홈브릿지의 부하(Overload)를 다소간 경감시킨다.

애플 홈킷을 스마트홈 主플랫폼으로 사용하는 우리집은 총 6종 10개 브릿지로 시스템이 구성되어 있다.

1) 위모 브릿지 (14개 액세서리) : 벨킨 위모 제품 담당. 초기엔 불안정 하였으나 현재는 안정적

2) 루트론 브릿지 (4개 액세서리) : 루트론 카세타 제품 담당. 가끔 RF 끊김은 있으나 브릿지는 안정적

3) 휴 브릿지 (3개 브릿지와 56개 액세서리) : 필립스 휴 제품 담당. 트리플 브릿지로 변경 후 안정적

4) 미 스마트 허브  (2개 액세서리) : 현재 샤오미 라이트 센서 2개만 테스트 중

5) 아카라 허브 : (24개 액세서리) : 대부분의 아카라 제품 담당. 가끔 멈춤 현상이 있음

6) 홈 브릿지 (44개 액세서리) : ST 허브와 연동하는 도커 브릿지. 초기엔 불안정 하였으나 현재는 안정적

7) 미 브릿지 (31개 액세서리) : 미 커넥터와 연동하는 장비들을 담당. 초기엔 불안정하였으나 현재는 안정적

8) 네스트 브릿지 (3개 액세서리) : 네스트 온도조절기와 프로텍터 담당. 가끔 재인증시 튕김 현상

한강 다리와 스마트홈 브릿지는 가능하면 다다익선(多多益善)이다.

오늘은 스마트홈 장비 운영 팁(Tip) 시리즈의 마지막 편으로 Z-Wave, IR(Infrared Rays),

RF(Radio Frequency), BT(Bluetooth) 장비를 운영하는 팁에 대하여 간단하게 이야기를 하고자 한다.

1. 스마트홈 유무선(Ethernet/Wifi) 장비를 운영하는 5가지 팁

2. 스마트홈 지그비(Zigbee)  장비를 운영하는 몇 가지 팁

우리집 스마트홈 디바이스의 대부분은 지그비(60%)와 유무선(30%) 프로토콜을 사용하지만,

부득이한 몇몇 곳은 Z-Wave, IR, RF, BT 디바이스를 채용했다.

Z-Wave 디바이스는 연결 안정성이 우수하지만 가격이 많이 비싸다는 단점이 있고,

IR 디바이스는 리모컨을 사용하는 AV와 가전들 때문에 도리없이 사용해야 했다.

1. Z-Wave 디바이스

1) Z-Wave 디바이스는 지역별로 주파수가 다르다.

예전에 DVD의 불법 유통을 막기 위하여 DVD 미디어에 지역 코드를 심었던 것처럼,

Z-Wave 디바이스는 지역별로 주파수가 달라서 구매시에 각별히 유의하자.

(국내 : 919-923 MHz, 미국 : 908.4, 908.42, 916 MHz, 유럽 : 868.40, 868.42, 869.85 MHz)

2) Z-Wave 디바이스는 한번 연결하면 그냥 냅둬라.

Z-Wave 디바이스는 불도그처럼 한번 물면 절대 놓지 않는 습성이 있어서,

디바이스 연결보다 해제(Exclusion & Network Repair) 절차가 더 힘들어서,

용처가 바뀌면 재설정을 하지 말고 디바이스 이름과 방만 바꾸어 그대로 사용해라.

2. IR 디바이스

1) 로지텍 하모니와 미 리모트는 태생부터 다르다.

로지텍 하모니는 글로벌 AV 기기들의 통합리모컨에서 출발했고,

미 리모트는 가전 기기들의 통합리모컨에서 시작해서 태생부터가 다르다.

그래서 AV 기기(TV, AV 리시버, 셋톱박스)는 로지텍 하모니의 프로파일 DB로,

가전 기기(에어컨, 선풍기등)는 미 리모트의 학습 기능으로 통합하는 것이 더 효율적이다.

2) 미 리모트의 학습에도 미 커넥터가 최고이다.

미 리모트에 가전 기기들의 직접 등록을 시도하다가 프로파일 DB 정보가 부족하여 실패했었는데,

가전 기기들의 오리지널 리모컨으로 미 리모트에 IR 코드를 학습시키는 미 커넥터 방식이 더 낫더라.

3. RF 디바이스

1) RF 디바이스는 비추이다.

주방과 화장실 2곳의 중성선 시공에 실패하여 RF를 사용하는 루트론 스위치를 설치했는데,

가끔씩 명령을 씹고 他제조사 디바이스와의 연동은 클라우드 방식이라 느려서 비추이다.

2) RF 디바이스도 리피터가 필요하다.

루트론 브릿지와 멀리 떨어진 디바이스와의 통신을 위해서는 RF 리피터도 필요한데,

배(루트론 스위치)보다 배꼽(루트론 리피터)이 더 커지는 경우가 발생하더라.

4. BT 디바이스

1) 미 스마트 허브의 블루투스 게이트웨이 기능은 괜찮다.

신형 미 스마트 허브엔 블루투스 게이트웨이 기능이 탑재가 되었는데,

샤오미 블루투스 온습도계의 데이터를 빠르게 넘겨서 샤오미 생태계내에서 블루투스용으론 괜찮다.

개인적으론 스마트홈 통신 프로토콜의 가짓수를 단순화하여 운영하는 방법을 추천하는데,

Ethernet/Wifi, Zigbee, Z-wave는 필수이고, IR은 선택이며, RF, BT는 약간 비추이다.

'가지 많은 나무에 바람 잘 날이 없다'는 속담처럼 스마트홈도 식구들이 늘어나면 짱돌은 꼭 있다.