LoRa - 5. LoRa 데이터 분석 및 최적화 (5-2. 배터리 절약을 위한 저전력 모드 적용)

🔹 5-2. 배터리 절약을 위한 저전력 모드 적용

LoRa 모듈은 장거리 통신이 가능하지만, 전력 소비를 최적화하지 않으면 배터리 수명이 짧아질 수 있습니다.
이 섹션에서는 LoRa 디바이스의 배터리 절약을 위한 저전력 모드(Sleep 모드) 구현 및 효율적인 데이터 전송 방식(주기적 전송 vs 이벤트 기반 전송) 을 다룹니다.

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📌 1. Sleep 모드 구현 (저전력 모드 적용하기)

LoRa 디바이스의 전력 소모를 최소화하는 가장 효과적인 방법은 Sleep 모드를 활용하는 것입니다.
Sleep 모드는 LoRa 모듈과 MCU(Arduino, ESP32 등)가 사용하지 않는 동안 전력을 소모하지 않도록 절전 상태로 전환하는 기능입니다.

✅ 저전력 모드 종류

모드	소비 전력	설명
활성 모드 (Active Mode)	10~50mA	데이터 송수신 상태
대기 모드 (Idle Mode)	1~5mA	LoRa 모듈이 유휴 상태
Sleep 모드 (Deep Sleep Mode)	1μA~100μA	CPU 및 LoRa 모듈 모두 절전 상태

✅ LoRa 통신이 필요할 때만 활성화하고, 나머지 시간에는 절전 모드로 전환하면 배터리 수명을 대폭 연장할 수 있음

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✅ 1-1. Sleep 모드 구현 코드 (Deep Sleep)

아래 코드는 LoRa 데이터를 송신한 후 60초 동안 절전 모드(Deep Sleep)로 전환하는 예제입니다.

#include <ArduinoLowPower.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Serial.println("LoRa 데이터 전송");
  delay(1000);
  Serial.println("Deep Sleep 모드 진입");
  
  // 60초 동안 저전력 모드 (1분마다 깨어나서 데이터 전송)
  LowPower.deepSleep(60000);
}

✅ ArduinoLowPower 라이브러리를 사용하여 저전력 모드 구현 가능
✅ 60초마다 깨어나서 데이터를 송신하고 다시 Sleep 모드로 진입
✅ 이벤트 기반으로 설정하면, 필요할 때만 깨어나 LoRa 데이터를 전송할 수 있음

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📌 2. LoRa 주기적 전송 vs 이벤트 기반 전송

LoRa 데이터를 효율적으로 전송하는 방법에는 두 가지 방식이 있습니다.

✅ 2-1. 주기적 전송 (Periodic Transmission)

• 일정한 간격으로 데이터를 전송하는 방식
• 예: 환경 센서(온습도, 대기 질 등)가 5분마다 데이터를 송신
• 단점: 필요하지 않은 데이터도 계속 송신하여 배터리 소모 증가

🔹 주기적 전송 코드 예제

void loop() {
  Serial.println("LoRa 데이터 전송");
  delay(300000); // 5분마다 데이터 전송
}

✅ 주기적 전송은 일정한 데이터 흐름이 필요한 경우 적합
❌ 배터리 소모가 크므로 저전력 장치에는 부적합

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✅ 2-2. 이벤트 기반 전송 (Event-Triggered Transmission)

• 센서 값이 특정 임계치를 초과할 때만 데이터를 전송하는 방식
• 예: 온도가 30°C를 초과하면 데이터 송신, 문이 열리면 알림 전송
• 배터리를 절약할 수 있음 (필요한 데이터만 송신)

🔹 이벤트 기반 전송 코드 예제

#include <ArduinoLowPower.h>

int sensorValue = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  sensorValue = analogRead(A0); // 센서 데이터 읽기

  if (sensorValue > 500) { // 특정 조건(임계치) 초과 시 데이터 전송
    Serial.println("이벤트 감지! LoRa 데이터 전송");
  }

  Serial.println("Deep Sleep 모드 진입");
  LowPower.deepSleep(60000); // 60초 동안 절전 모드
}

✅ 이벤트 기반 전송은 필요할 때만 데이터 전송하여 배터리 절약
✅ 환경 센서, 보안 시스템, 모션 감지 등과 같이 특정 이벤트 발생 시 데이터 전송하는 시스템에 적합

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📌 3. LoRa 저전력 최적화 전략

✅ 전력 최적화 전략 요약

최적화 방법	설명
Sleep 모드 사용	CPU 및 LoRa 모듈을 유휴 상태에서 절전 모드로 전환
이벤트 기반 전송 활용	센서 데이터 변화가 있을 때만 데이터 송신
SF(Spreading Factor) 조정	SF 값을 줄이면 배터리 소모 감소 (단, 거리 감소)
출력 전력 조정 (Tx Power)	불필요하게 높은 전송 전력을 사용하지 않도록 설정

✅ Sleep 모드를 활용하면 배터리 수명을 3~10배까지 연장 가능
✅ 이벤트 기반 전송을 사용하면 불필요한 데이터 송신을 줄일 수 있음

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📌 정리 (배터리 절약을 위한 저전력 모드 요약)

전략	설명
Sleep 모드	사용하지 않을 때는 절전 모드로 전환하여 배터리 절약
주기적 전송	일정 시간마다 데이터를 송신 (5분 간격 등)
이벤트 기반 전송	특정 이벤트 발생 시에만 데이터를 송신
SF 최적화	SF 값을 줄여 전력 소모 감소 (거리와 속도 고려)
Tx Power 조정	최소한의 전송 전력을 사용하여 배터리 절약

✅ LoRa 모듈과 MCU의 전력 소비를 최적화하면 배터리 수명을 대폭 연장할 수 있음
✅ 이벤트 기반 전송 + Sleep 모드를 활용하면 최적의 저전력 LoRa 네트워크 구현 가능