CZ-ME310G1모뎀 AGPS 꼭 쓰세요~!! 첫번째 이야기

 
CZ-ME310G1모뎀은 AGPS를 지원합니다. 
 

 

GNSS 속도의 한계를 깨는 키, A-GPS

GNSS 모듈이 맨 처음 켜졌을 때(Cold Boot) 하늘에 떠 있는 위성 신호를 직접 다 잡아 위치를 계산하려면 보통 수분이 걸립니다. 하지만 A-GPS를 사용하면 이야기가 달라집니다.

• 동작 원리: LTE 기지국 네트워크를 통해 위성 좌표 데이터를 서버에서 초고속으로 다운로드하여 참조합니다.
• 성능 향상:
  • 콜드 부트(Cold Boot): 최초 위치 확보(TTFF) 속도를 극적으로 단축합니다.
  • 웜 부트(Warm Boot): 칩이 깨어나는 즉시 신속하게 현재 위치를 타겟팅합니다.

💡 검증된 퀄컴(Qualcomm) 인프라 활용 A-GPS의 성능은 데이터를 뿌려주는 서버의 상태에 좌우됩니다. CZ-ME310G1모뎀은 업계 표준인 퀄컴의 글로벌 위치 서비스 서버를 기본 제공하므로, 상용 제품 수준의 독보적인 신뢰성과 빠른 속도를 안정적으로 누릴 수 있습니다.

 
얼마나 빨리 접속하는지는 뒤에서 테스트코드와 데모영상으로 보여 드리겠습니다. 
CZ-ME310G1모뎀은 AT커맨드 몇 줄로 간단하게 AGPS를 사용하실 수 있습니다. 
 
일단 TransparentBridge example을 올려서 AT커맨드로 바로 사용해 보겠습니다. 

 
부팅 후 모뎀을 사용할 수 있는 준비가 되면 아래와 같이 Bridge Communication Enabled 메시지가 출력됩니다. 

 
이제 Serial Monitor를 Carriage Return, 115200baud로 설정합니다. 

 
Serial Monitor 아래 입력창에 AT 입력 후  Enter키를 눌렀을 때 OK라고 나오면 이제 시작하겠습니다.

 
순서대로 살펴보겠습니다.
 

1. AGPS 준비과정 : AGPS 설정 후 REBOOT 해야 AGPS를 사용할 수 있음
1)  AGPS 설정되어 있는가?
AT$AGNSS?
$AGNSS: 0,0,0
OK
--> 반환값이 $AGNSS: 0,0,0 이면 AGPS 설정이 안 되어 있는 상태
 
2)  AGNSS 설정
AT$AGNSS=0,1
OK
 
3) Qualcomm XTRA 데이터 자동 다운로드 설정
아래 내용을 참고해서 설정 합니다. 

• 1일 치 파일: 12.993 KB
• 3일 치 파일 (기본값): 17.827 KB
• 7일 치 파일: 27.489 KB

XTRA 데이터는 세 번째 값이 0이면 24시간에 1회, 1이면 72시간 1회(기본값), 2면 168시간 1회
AT$AGNSSCFG=0,0,0
OK
 
4) 셋팅값 확인 
AT$AGNSS?
$AGNSS: 0,0,1   현재는 0이고 재부팅 후에는 1이 될 거야.
OK
 
5) REBOOT후 AT OK 반환될 때까지될때까지 대기 후 진행
AT#REBOOT
OK

 

2. AGPS 사용
1)  AGPS 설정되어 있는가? è 반환값이 $AGNSS: 0,1,1 이면 AGPS 설정 완료되어 있는 상태
AT$AGNSS?
$AGNSS: 0,1,1
OK
 
2) 망에 연결되었는지 체크, 연결되면 다음으로 진행
AT+CEREG?
+CEREG: 0,5
OK
 
3) 기지국에서 IP 획득
AT#SGACT=1,1
#SGACT: 10.87.179.130
OK
 
4) NTP 설정 준비
AT#NTPCFG=1,0
OK
 
5) NTP 서버를 통해 RTC설정  
AT#NTP="216.239.35.0",123,1,5,36
#NTP: 26/06/24,21:26:56+36
OK
 
3. MQTT 통신으로 위도, 경도 좌표 전달

연결 끊김 없이 LTE와 GPS를 번갈아 쓰는 비법 IoT 단말을 개발하다 보면 MQTT 데이터 전송과 GPS 위치 수신을 번갈아 해야 할 때가 많습니다. 다행히 매번 서버 접속을 끊고 다시 연결(Re-connect)하는 수고를 겪을 필요가 없습니다. 서버와 한 번 연결된 상태만 잘 이용하면 끊김 없는 연속 통신이 가능합니다. 비밀은 모뎀 내부의 '아비터(Arbiter)' 블록에 있습니다. 일시 중지(Suspend) 마법: 모뎀 내부의 중재자인 아비터는 GNSS 위치를 잡아야 할 때, 기존에 서버와 접속 중이던 LTE 통신 블록을 잠시 '일시 중지(Suspend)' 상태로 만듭니다. 타임아웃의 활용: 연결이 완전히 끊긴 것이 아닙니다! 설정해 둔 타임아웃(예: MQTT Keep-Alive 120초) 이내에 GPS 수신을 끝내고 다시 LTE 모드로 복귀하기만 하면 기존 접속이 그대로 유지됩니다. 이 원리는 순수 소켓(Socket) 통신에서도 똑같이 통합니다. 지정된 Socket Timeout 시간 내에만 LTE 상태로 돌아온다면 서버는 단말이 계속 연결되어 있다고 판단하므로, 빠르고 전력 효율적인 디바이스를 설계할 수 있습니다.

 
이 개념을 염두에 두고 아래 AT커맨드 동작흐름을 살펴보겠습니다. 

 
AT#MQEN=1,1
OK
 
AT#MQCFG=1,"broker.emqx.io",1883,1,0
OK 
 
AT#MQCFG2=1,120,0 //Keep-Alive 120초 설정
OK 
 
//MQTT 서버 연결  
AT#MQCONN=1,"myIoTDevice","",""
OK
 
AT$GPSCFG=3,0  //RF우선순위를 GPS로 변경, 서버는 연결된 상태로 120초간 유지됨.모드 변경에 3초 소요
OK 
 
AT$GPSP=1 //GPS를 켜준다. AGPS로 동작시작.
OK 
 
AT$GNSSACP           //8번째 매개변수가 2 이상이 되면 AGPS가 위치를 잡은 상태임. 그때부터 위도, 경도값 사용
$GNSSACP: ,,,,,,,1,,,,,,,  //8번째 매개변수 값이 2 : 2D Fix, 3 : 3D Fix
OK 
 
AT$GNSSACP
$GNSSACP: ,,,,,,,1,,,,,,,
OK 
 
AT$GNSSACP           //8번째 매개변수 3 : 3D Fix, 13번째 매개변수 07: 현재 연결된 위성갯수 7개, 좌표획득!!
$GNSSACP: 123602.000,240626,3730.3641N,12704.7538E,22.9,1.4,1.0,3,0.0,0.0,0.0,AANNNN,07,22.41,36.25
OK
 
AT$GPSCFG=3,1 //RF우선순위를 LTE로 변경, 모드 변경에 3초 소요
OK
 
AT#MQPUBS=1,"czme310/topic/put",0,0,"3730.3730N,12704.7397E"    //위도, 경도 좌표 Publish
OK
 
AT$GPSCFG=3,0 //RF우선순위를 GPS로 변경, 모드 변경에 3초 소요
OK
 
AT$GNSSACP
$GNSSACP: 123930.000,240626,3730.3645N,12704.7478E,40.,0.9,0.8,3,0.0,0.0,0.0,AANNNN,11,5.62,9.34
OK
 
AT$GPSCFG=3,1 //RF우선순위를 LTE로 변경, 모드 변경에 3초 소요
OK 
 
AT#MQPUBS=1,"czme310/topic/put",0,0,"3730.3645N,12704.7478E"    //위도, 경도 좌표 Publish
OK
 
//MQTT 서버 DisConnect 
AT#MQDISC=1
OK
 
//MQTT Disable 
AT#MQEN=1,0
OK
 
//기지국 해제
AT#SGACT=1,0
OK
 
마지막으로 GNSSACP 프로토콜 스펙입니다. 

$GNSSACP: 111417.000,240626,3730.3331N,12704.7752E,43.9,1.0,0.9,3,00,0.0,0.0,AANNNN,10,10.00,7.92   1. 측정된 UTC 시간 : 111417.000 (<UTC>) (11시 14분 17.000초). 2. 측정된 날짜 : 240626 (<date>) (2024년 6월 26일, ddmmyy 형식). 3. 위도 데이터 : 3730.3331N (<latitude>) (북위 37도 30.3331분). 4. 경도 데이터 : 12704.7752E (<longitude>) (동경 127도 04.7752분). 5. 고도 : 43.9 (<altitude>) 해수면을 기준으로 한 해발 고도(미터) (43.9m). 6. 수평 위치 정밀도 저하율 : 1.0 (<hdop>) (낮을수록 정밀함). 7. 수직 위치 정밀도 저하율 : 0.9 (<vdop>). 8. 위치 고정(Fix) 상태 : 3 (<fix>) 3은 고도까지 정확하게 잡아낸 완벽한 3D Fix 상태를 의미. (0, 1은 invalid fix) 9. 진행 방향(Course over Ground)을 진북을 기준으로 나타낸 도(degrees) 값 : 00 (<cog>). 10. 지면 이동 속도 : 0.0 (<spkm>) (0.0 km/h). 11. 지면 이동 속도 노트 단위 : 0.0 (<spkn>) (0.0 knots). 12. AANNNN (<mode>): 6개의 위성 시스템(GPS, GLONASS, Galileo, BDS, QZSS, NavIC) 동작 모드를 차례대로 나타냄. A는 단독(Autonomous) 모드로 성공적으로 위치를 잡고 있음, N은 사용되지 않음(No fix)을 의미. 즉, 첫 번째와 두 번째 시스템인 GPS와 GLONASS 두 개의 위성망을 사용 중. 13. 10 (<nsat>): 현재 위치 획득에 실제로 사용 중인 위성의 총 개수

 
이제 AGPS를 사용해서 ColdBoot, WarmBoot에서 GNSS 위치를 잡는데 얼마나 빨라지는지 아래 간단한 테스트 코드로 확인해 보겠습니다. 

#include <Arduino.h> #include <ME310.h> #define ON_OFF 2 /*Select the GPIO to control ON_OFF*/ // 모듈과 연결된 시리얼 포트 (ESP32나 Mega 등 하드웨어 시리얼 사용 시 Serial1 추천) #define MODEM_SERIAL Serial1 #define DEBUG_SERIAL Serial using namespace me310; ME310 myME310; ME310::return_t rc;  // Enum of return value  methods unsigned long startTime = 0; int lv = 0; // 함수 선언 String sendATCommand(String command, const int timeout); String extractParameter(String payload, int index); double nmeaToDecimalDegrees(String nmeaString); void setup() {   DEBUG_SERIAL.begin(115200);   MODEM_SERIAL.begin(115200);   delay(100);   myME310.debugMode(true);   myME310.powerOn(ON_OFF);   DEBUG_SERIAL.println("=== ME310G1 AGPS & 좌표 변환 Test Started ===");   // 1. 망 접속 확인 (AT+CEREG?)   DEBUG_SERIAL.println("\n1. Network Registration Check...");   while (true) {     String response = sendATCommand("AT+CEREG?", 2000);     if (response.indexOf("0,5") != -1 || response.indexOf("0,1") != -1) {       DEBUG_SERIAL.println("-> Network Registered!");       break;     }     DEBUG_SERIAL.println("-> Not registered yet. Retrying in 2 seconds...");     delay(2000);   }   // 2. PDP 컨텍스트 활성화   DEBUG_SERIAL.println("\n2. Activating PDP Context...");   sendATCommand("AT#SGACT=1,1", 5000);   // 3. NTP 설정   DEBUG_SERIAL.println("\n3. Configuring NTP...");   sendATCommand("AT#NTPCFG=1,0", 2000);   // 4. NTP 동기화 (한국 시간)   DEBUG_SERIAL.println("\n4. Synchronizing Time with NTP...");   sendATCommand("AT#NTP=\"216.239.35.0\",123,1,5,36", 10000);   // 5. 런타임 우선순위 GNSS로 변경   DEBUG_SERIAL.println("\n5. Setting GNSS Runtime Priority...");   sendATCommand("AT$GPSCFG=3,0", 2000);   // 6. GNSS 엔진 가동!   DEBUG_SERIAL.println("\n6. Powering up GNSS Engine...");   sendATCommand("AT$GPSP=1", 2000);   startTime = millis();   DEBUG_SERIAL.println("\n*** Timer Started! Waiting for GPS Fix... ***\n"); } void loop() {   String response;   if (lv == 0) {     // 7. 위치 정보 확인 (AT$GNSSACP 실행)     response = sendATCommand("AT$GNSSACP", 1500);     if (response.indexOf("$GNSSACP:") != -1) {       // "$GNSSACP: " 이후의 실제 데이터 문자열만 분리       int payloadStart = response.indexOf(':') + 1;       String payload = response.substring(payloadStart);       payload.trim();  // 양쪽 공백 제거       // 8번째 매개변수(<fix> 상태) 추출 -> 인덱스 번호는 7 (0부터 시작)       String fixStr = extractParameter(payload, 7);       int fixVal = fixStr.toInt();       if (fixVal == 0 || fixVal == 1) {         DEBUG_SERIAL.println("Connecting...");       } else if (fixVal >= 2) {         // 🌟 2D 또는 3D Fix 성공! 🌟         unsigned long elapsedTime = millis() - startTime;         // 위도(3번째 매개변수, 인덱스 2)와 경도(4번째 매개변수, 인덱스 3) 추출         String raw_lat = extractParameter(payload, 2);         String raw_lon = extractParameter(payload, 3);         // NMEA 포맷을 Decimal Degrees(십진수) 포맷으로 변환         double dd_lat = nmeaToDecimalDegrees(raw_lat);         double dd_lon = nmeaToDecimalDegrees(raw_lon);         // 결과 출력         DEBUG_SERIAL.print("\n====================================\n");         DEBUG_SERIAL.print("🌟 AGPS 연결 성공! 🌟\n");         DEBUG_SERIAL.print("소요 시간(TTFF): ");         DEBUG_SERIAL.print(elapsedTime / 1000.0);         DEBUG_SERIAL.println(" 초");         DEBUG_SERIAL.println("전체 응답값: " + response);         DEBUG_SERIAL.println("------------------------------------");         DEBUG_SERIAL.println("[좌표 변환 결과]");         DEBUG_SERIAL.print("원본 위도 (NMEA): ");         DEBUG_SERIAL.println(raw_lat);         DEBUG_SERIAL.print("변환된 위도 (DD): ");         DEBUG_SERIAL.println(dd_lat, 6);         DEBUG_SERIAL.print("원본 경도 (NMEA): ");         DEBUG_SERIAL.println(raw_lon);         DEBUG_SERIAL.print("변환된 경도 (DD): ");         DEBUG_SERIAL.println(dd_lon, 6);         DEBUG_SERIAL.print("====================================\n");         DEBUG_SERIAL.println("\nPowering off GNSS Engine...");         sendATCommand("AT$GPSP=0", 2000);         delay(3000);         DEBUG_SERIAL.println("\nPowering on GNSS Engine...");         sendATCommand("AT$GPSP=1", 2000);         startTime = millis();         DEBUG_SERIAL.println("\n*** Timer ReStarted! Waiting for GPS Fix... ***\n");         lv++;       }     }   }   else {       // 7. 위치 정보 확인 (AT$GNSSACP 실행)       response = sendATCommand("AT$GNSSACP", 1500);       if (response.indexOf("$GNSSACP:") != -1) {         // "$GNSSACP: " 이후의 실제 데이터 문자열만 분리         int payloadStart = response.indexOf(':') + 1;         String payload = response.substring(payloadStart);         payload.trim();  // 양쪽 공백 제거         // 8번째 매개변수(<fix> 상태) 추출 -> 인덱스 번호는 7 (0부터 시작)         String fixStr = extractParameter(payload, 7);         int fixVal = fixStr.toInt();         if (fixVal == 0 || fixVal == 1) {           DEBUG_SERIAL.println("Connecting...");         } else if (fixVal >= 2) {           // 🌟 2D 또는 3D Fix 성공! 🌟           unsigned long elapsedTime = millis() - startTime;           // 위도(3번째 매개변수, 인덱스 2)와 경도(4번째 매개변수, 인덱스 3) 추출           String raw_lat = extractParameter(payload, 2);           String raw_lon = extractParameter(payload, 3);           // NMEA 포맷을 Decimal Degrees(십진수) 포맷으로 변환           double dd_lat = nmeaToDecimalDegrees(raw_lat);           double dd_lon = nmeaToDecimalDegrees(raw_lon);           // 최종 결과 출력           DEBUG_SERIAL.print("\n====================================\n");           DEBUG_SERIAL.print("🌟 AGPS 연결 성공! 🌟\n");           DEBUG_SERIAL.print("소요 시간(TTFF): ");           DEBUG_SERIAL.print(elapsedTime / 1000.0);           DEBUG_SERIAL.println(" 초");           DEBUG_SERIAL.println("전체 응답값: " + response);           DEBUG_SERIAL.println("------------------------------------");           DEBUG_SERIAL.println("[좌표 변환 결과]");           DEBUG_SERIAL.print("원본 위도 (NMEA): ");           DEBUG_SERIAL.println(raw_lat);           DEBUG_SERIAL.print("변환된 위도 (DD): ");           DEBUG_SERIAL.println(dd_lat, 6);           DEBUG_SERIAL.print("원본 경도 (NMEA): ");           DEBUG_SERIAL.println(raw_lon);           DEBUG_SERIAL.print("변환된 경도 (DD): ");           DEBUG_SERIAL.println(dd_lon, 6);           DEBUG_SERIAL.print("====================================\n");           DEBUG_SERIAL.println("\nPowering off GNSS Engine...");           sendATCommand("AT$GPSP=0", 2000);           // 테스트 종료 (무한 대기)           while (true) {             delay(10000);           }         }       }     }     delay(1000);  // 1초 간격으로 반복 조회   }   // ---------------------------------------------------------   // [헬퍼 함수] AT 커맨드 전송 및 응답 수신   // ---------------------------------------------------------   String sendATCommand(String command, const int timeout) {     String response = "";     MODEM_SERIAL.println(command);     long int time = millis();     while ((time + timeout) > millis()) {       while (MODEM_SERIAL.available()) {         char c = MODEM_SERIAL.read();         response += c;       }     }     return response;   }   // ---------------------------------------------------------   // [헬퍼 함수] 콤마(,)로 구분된 데이터에서 특정 인덱스의 값 추출   // ---------------------------------------------------------   String extractParameter(String payload, int index) {     int start = 0;     for (int i = 0; i < index; i++) {       start = payload.indexOf(',', start) + 1;       if (start == 0) return "";  // 콤마가 모자라면 빈 문자열 반환     }     int end = payload.indexOf(',', start);     if (end == -1) end = payload.length();  // 마지막 파라미터인 경우     return payload.substring(start, end);   }   // ---------------------------------------------------------   // [헬퍼 함수] NMEA 포맷을 Decimal Degrees로 변환하는 함수   // ---------------------------------------------------------   double nmeaToDecimalDegrees(String nmeaString) {     int dotIndex = nmeaString.indexOf('.');     if (dotIndex == -1) return 0.0;  // 잘못된 데이터 처리     // '분(Minute)'은 항상 소수점 앞 2자리부터 시작합니다.     int minIndex = dotIndex - 2;     // '도(Degree)'와 '분(Minute)' 문자열 분리     String degStr = nmeaString.substring(0, minIndex);     String minStr = nmeaString.substring(minIndex);     // 숫자로 변환 (이때 뒤에 붙은 N, E 등의 문자는 자동으로 제외됨)     int degrees = degStr.toInt();     double minutes = minStr.toFloat();     // 공식: 도 + (분 / 60)     double decimalDegrees = degrees + (minutes / 60.0);     // (Pro-Tip) 남반구(S)나 서반구(W)일 경우 음수로 변환하는 방어 로직 추가     if (nmeaString.endsWith("S") || nmeaString.endsWith("W")) {       decimalDegrees *= -1.0;     }     return decimalDegrees;   }

 
결과가 콜드부트 연결 시 16.5초, 웜부트 연결시 5초 정도 소요 되었습니다. 
16.5초는 기록이 상당히 좋게 나왔는데 일반적으로 19초에서 30초 정도 콜드부트 GNSS 연결시간이 소요됩니다.
AGPS를 사용하지 않고 연결 시 1분에서 1분 30초 정도 걸리던 시간에서 상당히 단축되었습니다.(!!!)
 
콜드부트상태에서 최초 위치를 잡은 후 GNSS만 ON/OFF 하면서 사용하는데 다시 연결할 때는 2.5초에서 5초 정도로 상당히 빠른 속도로 위치를 잡습니다. 

AT AT AT AT$GPSP=1 AT$GPSP=0 === ME310G1 AGPS & 좌표 변환 Test Started === 1. Network Registration Check... -> Not registered yet. Retrying in 2 seconds... -> Network Registered! 2. Activating PDP Context... 3. Configuring NTP... 4. Synchronizing Time with NTP... 5. Setting GNSS Runtime Priority... 6. Powering up GNSS Engine... *** Timer Started! Waiting for GPS Fix... *** Connecting... Connecting... Connecting... Connecting... Connecting... Connecting... ==================================== 🌟 AGPS 연결 성공! 🌟 소요 시간(TTFF): 16.50 초 전체 응답값: AT$GNSSACP $GNSSACP: 133922.100,150726,3730.3769N,12704.7314E,-1.9,1.3,0.9,3,0.0,1.5,0.8,ANNNNN,06,35.41,41.95 OK ------------------------------------ [좌표 변환 결과] 원본 위도 (NMEA): 3730.3769N 변환된 위도 (DD): 37.506282 원본 경도 (NMEA): 12704.7314E 변환된 경도 (DD): 127.078857 ==================================== Powering off GNSS Engine... Powering on GNSS Engine... *** Timer ReStarted! Waiting for GPS Fix... *** Connecting... ==================================== 🌟 AGPS 연결 성공! 🌟 소요 시간(TTFF): 5.00 초 전체 응답값: AT$GNSSACP $GNSSACP: 133935.000,150726,3730.3607N,12704.7456E,11.2,1.1,0.8,3,0.0,0.0,0.0,AANNNN,09,17.55,21.68 OK ------------------------------------ [좌표 변환 결과] 원본 위도 (NMEA): 3730.3607N 변환된 위도 (DD): 37.506012 원본 경도 (NMEA): 12704.7456E 변환된 경도 (DD): 127.079093 ==================================== Powering off GNSS Engine...

 
영상(Youtube)
https://youtu.be/FYK6WQKIjdQ

 

위도, 경도를 구글맵에 표시한 지도는 아래와 같습니다.

상당히 정확하게 위치를 잡았습니다. 

 
LTE-CATM1 내장형 모뎀 대량 구매 상담, 외주 개발, 협업 문의, vodafone IoT유심 문의
(주)코드주
장병남 대표 010-8965-1323 rooney.jang@codezoo.co.kr  

코드주 LTE-CatM1 내장형 모뎀 CZ-ME310G1 / GNSS(GPS) 지원 / 외장 LTE 안테나 포함 / Zephyr 및 Arduino 지원

iot유심 : codezoo

LTE + GNSS Cabinet 안테나 : codezoo

CodeZoo LTE-CatM1 전용 아두이노 브레이크아웃 쉴드