기가비트가 넘는 속도, 다양한 기능과 능력, 인상적인 가격 대비 성능을 감안했을 때, 새로운 무선 랜(LAN) 특허가 사라지는 날이 가까웠다고 생각할지 모르겠다.
그러나 여러 다양한 와이파이 기술과 관련된 고수준의 활동이 계속되고 있다. 새로운 물리 계층, 와이파이 얼라이언스(WI-Fi Alliance) 산하 IEEE 802.11 WG(실무 그룹)의 기술 개발, 엔터프라이즈급 IoT의 실시간 요구 사항과 관련된 다양한 애플리케이션을 예로 들 수 있다.
이렇게 와이파이의 혁신 속도가 더디어질 신호가 보이지 않는다. 오히려 향후 5년 동안 여러 기술이 발전할 전망이다. 더 높은 스루풋(Throughput, 처리량 또는 속도)을 넘어, 다양한 요구 사항에 발을 맞추는 새로운 세대의 제품이 등장할 것으로 예상된다.
이에 와이파이 기술과 제품의 개발 현황을 소개한다. 또 아직 극복해야 할 주요 문제와 도전과제를 탐구한다.
당면 과제: 레이턴시, 밀도, 60GHz 대역
무선 랜 속도가 당시로는 경이적인 1Mbps 및 2Mbps에 도달한 IEEE 802.11 표준이 개발된 1997년으로부터 20년이 흘렀다. 현재 개발되고 있는 새로운 표준의 속도는 10Gbps, 20Gbps이다. 그러나 미래의 와이파이가 극복해야 할 진짜 문제, 열어야 할 진짜 기회는 스루풋과 큰 관련이 없다.
핵심 문제, 그리고 기회는 스루풋 낮고, 레이턴시(Latency)가 높은 IoT에서 4K 비디오 스트리밍까지 모든 애플리케이션의 용량(Capaity), 비용, 관리, 지원과 관련이 있다. 물론 스루풋 향상은 도움을 줄 것이다.
스루풋은 대역폭(bandwidth), 모듈화(modulation, 정보를 인코딩하는 방식), 채널 코딩(channel coding, 무결성을 추가시키고, 물리적 무선 채널 요구 사항을 처리), 가드 인터벌(guard interval, 특정 전송 직후 반사를 처리하는데 허용되는 시간), 다른 와이파이와 와이파이 외 트래픽의 간섭 등 동시 다발적으로 발생하는 무선 환경 또는 조건, 기타 관련 요소로 구성된 하나의 '함수(Function)'이다.
802.11ac의 비공식 명칭인 웨이브(Wave) 2에는 최첨단 와이파이 기술이 통합되어 있지만, WLAN 상향에서의 성능이 뚜렷하지 않다. 802.11ad는 7Gbps에 가까운 성능을 구현하지만, 비면허 ISM 대역인 60GHz이다. 첫 5GHz 표준인 802.11a에서처럼, 네트워크 전문가들은 좁은 도달 범위(Range)로 인해 60GHz를 멀리했다.
그런데 좁은 도달 범위가 유리한 때가 많다. 액세스 포인트 배포 밀도를 높여, 가용 채널을 더 효율적으로 재사용할 수 있기 때문이다. 와이파이 채널 대역폭이 20에서 40, 80, 심지어 160MHz로 증대되면서 점차 더 중요해지고 있는 부분이다. 특정 위치의 동시 채널 수를 줄일 수 있기 때문이다.
국가에 따라 가용한 7~9GHz 스펙트럼에서, 60GHz는 가용 대역폭의 공급이 부족하지 않다. 그러나 개발업체들의 관련 제품 생산이 더디었다. 고객의 요구와 수요가 부족하고, 802.11ac가 현재 존재하는 애플리케이션의 요구 사항을 충족하기 때문이다.
그러나 결국에는 60GHz가 도입될 것으로 예상한다. 레이턴시 개선을 요구하는 애플리케이션, 기기, 사용자 수가 계속 증가할 것이기 때문이다.
개발 현황: IEEE 802.11ax, 802.11ay 등
현재 업계 대부분은 이런 요구 사항을 충족하기 위해 개발 중인 802.11ax 표준에 집중하고 있다. 5GHz 대역에서 10Gbps를 달성하면서, 802.11ac와 달리 2.4GHz에 배포가 가능한 표준이다.
이 표준이 802.11n 이전 표준의 장치들을 퇴역시키는데 필요한 마지막 인센티브를 제공할 것으로 기대한다. 802.11ax는 아직 개발 전인 표준이지만, 우리는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), 양방향 멀티 유저 MIMO(802.11ac MU-MIMO는 다운링크만 지원), 기타 효율성과 신뢰도를 높일 기능이 포함될 것으로 기대한다. 또한 표준은 2019년 초 이후에야 완성되겠지만, 2018년에 첫 802.11ax 제품이 시장화될 것으로 전망한다.
60GHz의 경우, 802.11ad가 아직 토대조차 구축하지 못했지만, 후속 기술인 802.11ay는 20Gbps 이상, 더 나아가 100Gbps 이상을 구현할 것이다. 다시 강조하지만 스루풋의 중요도가 낮아지면서, 802.11ay는 802.11ad처럼 수요가 한정되어 있을지 모른다.
그렇지만 802.11ax조차 추가 대역폭에 대한 수요가 유의미한 비중의 사용자들로 하여금 60GHz를 경험하도록 견인할 것으로 예상한다. 또 802.11ay의 인기도 지금 예상하는 것보다 높아질 전망이다.
기타 802.11aq(Pre-Association Discovery) 및 802.11az(Next-Generation Positioning)가 개발되고 있다. 802.11aq의 경우, 사용자가 연동 프로세스 및 연결 이전에 특정 네트워크에 가용한 서비스를 결정할 수 있다. 802.11az는 위치와 추적, 포지셔닝에 왕복 시간을 적용, 현재보다 더 정확한 결과를 전달한다.
11az가 블루투스 LE 기반 비콘과 경쟁하면서 실내 포지셔닝 애플리케이션에 앞서 나갈 모멘텀을 형성할 것으로 예상한다.
와이파이 얼라이언스: 최우선 순위
역대 가장 큰 성과를 일궈낸 업계 연합인 와이파이 얼라이언스(Wi-Fi Alliance)는 급부상한 802.11 기술과 관련된 호환성 테스트 및 인증을 제공하기 위해 만들어진 조직이다. IEEE가 인증과 컴플라이언스, 성능 테스트를 제공하지 않았기 때문에, 와이파이 얼라이언스의 활동이 802.11의 초기 성공에 큰 역할을 했다.
이후 와이파이 얼라이언스는 역할이 확대됐다. 예를 들어, 802.11 WEP 보안 문제를 극복하기 위해 WPA(Wi-Fi Protected Access)를 개발했다. 최근에는 60GHz 촉진을 위해 WiGig(Wireless Gigabit Alliance, 와이기그)를 인수했다. 현재 와이파이 얼라이언스는 다양한 분야에서 활동을 펼치고 있는데 대표적인 활동 분야는 다음과 같다.
- 802.11ax 인증: 최근 와이파이 얼라이언스 CEO 에드가 피게로아는 "최종 표준이 발행되기 전에 임시로 802.11ax에 대한 와이파이 인증을 하게 될 것이다. 802.11 PHY 발전의 전철을 따르고, 802.11ax 제품 시장화에 박차를 가하기 위해서다"고 말했다.
- 사용자 경험 향상: 용량, 밀도, 다중 대역(멀티 밴드) 운용이 최우선 순위다. 다중 대역과 관련된 활동은 이미 여러 엔터프라이즈급 와이파이 시스템에서 사유 기술로 제공되고 있는 밴드스티어링(bandsteering)의 표준화에 목표를 두고 있다(공식적인 표준 기관이 아닌 업계 연합을 통합).
- 연결성 경험 최적화: 피게로아는 또 링크 셋업(IEEE 802.11ai와도 관련)과 연결 속도 향상, 특정 시간대에 가장 좋은 액세스 포인트 선택, 클라이언트와 시스템 전체의 성능이 개선된 경우에도 로밍을 거부하는 클라이언트 문제 해결을 위해 노력하고 있다고 언급했다.
대역폭 문제
또 다른 중요한 와이파이 관련 활동이 있다. 비면허 대역의 LTE를 중심으로 대역폭 '경쟁자'와의 공존 문제를 해결하는 것에 초점을 맞추고 있다.
최근 와이파이 얼라이언스가 발표한 보고서에 따르면, 지역에 따라 와이파이 트래픽 증가를 해결하기 위해 2025년까지 500MHz~1GHz 사이의 새로운 대역폭이 필요할 전망이다.
규제 당국이 이 정도의 대역폭을 비면허 대역폭으로 할당하지는 않을 것이다. 보고서에서 선택한 모델에 따르면, 트래픽의 10~20%는 60GHz를 이용한다. 앞서 언급했듯, 802.11ad와 802.11ay가 예상보다 더 많이 도입될 것이라는 점을 말해준다.
또한 가용한 채널의 제한된 크기를 감안했을 때, 802.11af로 지원하는 TV 화이트 스페이스 대역이 증가하지는 않을 전망이다. 그러나 이 스펙트럼으로 일부 옥외 IoT를 지원하게 될 것이다. 와이파이 얼라이언스 또한 IoT에 활발히 참여하고 있다.
대다수 엔터프라이즈급 와이파이 링크는 도달 범위가 좁다. 이 점을 감안했을 때, 대역폭에 있어 가장 큰 도전과제는 LAA-LTE 및 LTE-U를 통해 비면허 대역에서 LTE를 배포하는 것에 대한 관심이 점차 높아지는 것과 관련이 있다. 이와 관련해, 와이파이가 아무 문제 없이 공존할 수 있을 것이라는 보장은 없다.
대부분의 기업이 내부에 배포한 시스템과 솔루션을 직접 관리한다는 점을 감안했을 때, 대부분의 기업에서 이는 사소한 문제가 될 것이다. 그러나 공공 공간과 주거 공간이 추후 위험에 놓일 가능성이 있다. 전문가들은 이동통신과 와이파이 링크 간 하드 핸드오프(Hard Handoff)가 '답'이 될 것으로 판단하고 있다. 와이파이 얼라이언스는 이를 위한 노력을 경주하고 있다.
와이파이와 IoT
아주 다양한 애플리케이션과 시장을 대상으로 개발되는 와이파이 기술이 많다. 시간이 지나면서 와이파이가 IoT 시장을 지배하게 될 것이라는 증거들이 확고하다.
IoT 애플리케이션, 브로드밴드 등에서 경쟁력이 있는 와이파이를 구현할 전력, 폼 팩터, 구성 요소 비용, 관련된 물리적, 전자적 특징 측면에서 장점을 갖고 있는 와이파이 기술이 많다.
무엇보다 중요한 것은, 와이파이 기반의 IoT 클라이언트는 기존의 인프라를 이용, 솔루션 구현 비용을 크게 낮출 수 있다는 장점이 있다. 초기에는 WLAN, 지금은 802.11ah의 영역인 900MHz 대역을 이용할 IoT 애플리케이션이 많다.
자율주행 자동차 등 차량 관련 애플리케이션에 특히 중요한 DSRC(Dedicated Short-Range Communications)는 802.11p의 지원을 받는다. 무선과 모바일 애플리케이션에서 와이파이의 역할은 절대적이다. 현재 이를 대체할 기술은 존재하지 않는다.
문화가 될 와이파이
와이파이 애플리케이션과 관련된 기회는 최종 사용자 네트워크 액세스를 넘어 확대될 깊이와 넓이를 갖고 있다. 블루투스는 음악과 무선 전화용 오디오 링크와 헤드셋 기술로 입지를 유지할 것이다. 하지만 와이파이는 기업, 주거지, 고밀도의 공공 장소, 새로운 애플리케이션 시장으로 지배력을 확대할 전망이다.
병원은 건물과 부지 내부 안내, 실시간 의료 기록 업데이트, 증강 현실에 기반을 둔 수술에 와이파이를 이용할 것이다. 기업은 건물 보안, 감시, 환경 및 에너지 감시와 관리, 실시간 비디오 전송 등으로 와이파이를 확대할 것이다.
이렇게 와이파이는 모든 장소에서 모든 애플리케이션에 이용될 것이다. 와이파이는 거의 모든 장소와 애플리케이션의 기대와 요구 사항을 충족하는 커버리지(도달 범위)와 용량을 발판으로 '문화'가 될 것이다. 이는 절대 바뀌지 않을 것이다
그러나 여러 다양한 와이파이 기술과 관련된 고수준의 활동이 계속되고 있다. 새로운 물리 계층, 와이파이 얼라이언스(WI-Fi Alliance) 산하 IEEE 802.11 WG(실무 그룹)의 기술 개발, 엔터프라이즈급 IoT의 실시간 요구 사항과 관련된 다양한 애플리케이션을 예로 들 수 있다.
이렇게 와이파이의 혁신 속도가 더디어질 신호가 보이지 않는다. 오히려 향후 5년 동안 여러 기술이 발전할 전망이다. 더 높은 스루풋(Throughput, 처리량 또는 속도)을 넘어, 다양한 요구 사항에 발을 맞추는 새로운 세대의 제품이 등장할 것으로 예상된다.
이에 와이파이 기술과 제품의 개발 현황을 소개한다. 또 아직 극복해야 할 주요 문제와 도전과제를 탐구한다.
당면 과제: 레이턴시, 밀도, 60GHz 대역
무선 랜 속도가 당시로는 경이적인 1Mbps 및 2Mbps에 도달한 IEEE 802.11 표준이 개발된 1997년으로부터 20년이 흘렀다. 현재 개발되고 있는 새로운 표준의 속도는 10Gbps, 20Gbps이다. 그러나 미래의 와이파이가 극복해야 할 진짜 문제, 열어야 할 진짜 기회는 스루풋과 큰 관련이 없다.
핵심 문제, 그리고 기회는 스루풋 낮고, 레이턴시(Latency)가 높은 IoT에서 4K 비디오 스트리밍까지 모든 애플리케이션의 용량(Capaity), 비용, 관리, 지원과 관련이 있다. 물론 스루풋 향상은 도움을 줄 것이다.
스루풋은 대역폭(bandwidth), 모듈화(modulation, 정보를 인코딩하는 방식), 채널 코딩(channel coding, 무결성을 추가시키고, 물리적 무선 채널 요구 사항을 처리), 가드 인터벌(guard interval, 특정 전송 직후 반사를 처리하는데 허용되는 시간), 다른 와이파이와 와이파이 외 트래픽의 간섭 등 동시 다발적으로 발생하는 무선 환경 또는 조건, 기타 관련 요소로 구성된 하나의 '함수(Function)'이다.
802.11ac의 비공식 명칭인 웨이브(Wave) 2에는 최첨단 와이파이 기술이 통합되어 있지만, WLAN 상향에서의 성능이 뚜렷하지 않다. 802.11ad는 7Gbps에 가까운 성능을 구현하지만, 비면허 ISM 대역인 60GHz이다. 첫 5GHz 표준인 802.11a에서처럼, 네트워크 전문가들은 좁은 도달 범위(Range)로 인해 60GHz를 멀리했다.
그런데 좁은 도달 범위가 유리한 때가 많다. 액세스 포인트 배포 밀도를 높여, 가용 채널을 더 효율적으로 재사용할 수 있기 때문이다. 와이파이 채널 대역폭이 20에서 40, 80, 심지어 160MHz로 증대되면서 점차 더 중요해지고 있는 부분이다. 특정 위치의 동시 채널 수를 줄일 수 있기 때문이다.
국가에 따라 가용한 7~9GHz 스펙트럼에서, 60GHz는 가용 대역폭의 공급이 부족하지 않다. 그러나 개발업체들의 관련 제품 생산이 더디었다. 고객의 요구와 수요가 부족하고, 802.11ac가 현재 존재하는 애플리케이션의 요구 사항을 충족하기 때문이다.
그러나 결국에는 60GHz가 도입될 것으로 예상한다. 레이턴시 개선을 요구하는 애플리케이션, 기기, 사용자 수가 계속 증가할 것이기 때문이다.
개발 현황: IEEE 802.11ax, 802.11ay 등
현재 업계 대부분은 이런 요구 사항을 충족하기 위해 개발 중인 802.11ax 표준에 집중하고 있다. 5GHz 대역에서 10Gbps를 달성하면서, 802.11ac와 달리 2.4GHz에 배포가 가능한 표준이다.
이 표준이 802.11n 이전 표준의 장치들을 퇴역시키는데 필요한 마지막 인센티브를 제공할 것으로 기대한다. 802.11ax는 아직 개발 전인 표준이지만, 우리는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), 양방향 멀티 유저 MIMO(802.11ac MU-MIMO는 다운링크만 지원), 기타 효율성과 신뢰도를 높일 기능이 포함될 것으로 기대한다. 또한 표준은 2019년 초 이후에야 완성되겠지만, 2018년에 첫 802.11ax 제품이 시장화될 것으로 전망한다.
60GHz의 경우, 802.11ad가 아직 토대조차 구축하지 못했지만, 후속 기술인 802.11ay는 20Gbps 이상, 더 나아가 100Gbps 이상을 구현할 것이다. 다시 강조하지만 스루풋의 중요도가 낮아지면서, 802.11ay는 802.11ad처럼 수요가 한정되어 있을지 모른다.
그렇지만 802.11ax조차 추가 대역폭에 대한 수요가 유의미한 비중의 사용자들로 하여금 60GHz를 경험하도록 견인할 것으로 예상한다. 또 802.11ay의 인기도 지금 예상하는 것보다 높아질 전망이다.
기타 802.11aq(Pre-Association Discovery) 및 802.11az(Next-Generation Positioning)가 개발되고 있다. 802.11aq의 경우, 사용자가 연동 프로세스 및 연결 이전에 특정 네트워크에 가용한 서비스를 결정할 수 있다. 802.11az는 위치와 추적, 포지셔닝에 왕복 시간을 적용, 현재보다 더 정확한 결과를 전달한다.
11az가 블루투스 LE 기반 비콘과 경쟁하면서 실내 포지셔닝 애플리케이션에 앞서 나갈 모멘텀을 형성할 것으로 예상한다.
와이파이 얼라이언스: 최우선 순위
역대 가장 큰 성과를 일궈낸 업계 연합인 와이파이 얼라이언스(Wi-Fi Alliance)는 급부상한 802.11 기술과 관련된 호환성 테스트 및 인증을 제공하기 위해 만들어진 조직이다. IEEE가 인증과 컴플라이언스, 성능 테스트를 제공하지 않았기 때문에, 와이파이 얼라이언스의 활동이 802.11의 초기 성공에 큰 역할을 했다.
이후 와이파이 얼라이언스는 역할이 확대됐다. 예를 들어, 802.11 WEP 보안 문제를 극복하기 위해 WPA(Wi-Fi Protected Access)를 개발했다. 최근에는 60GHz 촉진을 위해 WiGig(Wireless Gigabit Alliance, 와이기그)를 인수했다. 현재 와이파이 얼라이언스는 다양한 분야에서 활동을 펼치고 있는데 대표적인 활동 분야는 다음과 같다.
- 802.11ax 인증: 최근 와이파이 얼라이언스 CEO 에드가 피게로아는 "최종 표준이 발행되기 전에 임시로 802.11ax에 대한 와이파이 인증을 하게 될 것이다. 802.11 PHY 발전의 전철을 따르고, 802.11ax 제품 시장화에 박차를 가하기 위해서다"고 말했다.
- 사용자 경험 향상: 용량, 밀도, 다중 대역(멀티 밴드) 운용이 최우선 순위다. 다중 대역과 관련된 활동은 이미 여러 엔터프라이즈급 와이파이 시스템에서 사유 기술로 제공되고 있는 밴드스티어링(bandsteering)의 표준화에 목표를 두고 있다(공식적인 표준 기관이 아닌 업계 연합을 통합).
- 연결성 경험 최적화: 피게로아는 또 링크 셋업(IEEE 802.11ai와도 관련)과 연결 속도 향상, 특정 시간대에 가장 좋은 액세스 포인트 선택, 클라이언트와 시스템 전체의 성능이 개선된 경우에도 로밍을 거부하는 클라이언트 문제 해결을 위해 노력하고 있다고 언급했다.
대역폭 문제
또 다른 중요한 와이파이 관련 활동이 있다. 비면허 대역의 LTE를 중심으로 대역폭 '경쟁자'와의 공존 문제를 해결하는 것에 초점을 맞추고 있다.
최근 와이파이 얼라이언스가 발표한 보고서에 따르면, 지역에 따라 와이파이 트래픽 증가를 해결하기 위해 2025년까지 500MHz~1GHz 사이의 새로운 대역폭이 필요할 전망이다.
규제 당국이 이 정도의 대역폭을 비면허 대역폭으로 할당하지는 않을 것이다. 보고서에서 선택한 모델에 따르면, 트래픽의 10~20%는 60GHz를 이용한다. 앞서 언급했듯, 802.11ad와 802.11ay가 예상보다 더 많이 도입될 것이라는 점을 말해준다.
또한 가용한 채널의 제한된 크기를 감안했을 때, 802.11af로 지원하는 TV 화이트 스페이스 대역이 증가하지는 않을 전망이다. 그러나 이 스펙트럼으로 일부 옥외 IoT를 지원하게 될 것이다. 와이파이 얼라이언스 또한 IoT에 활발히 참여하고 있다.
대다수 엔터프라이즈급 와이파이 링크는 도달 범위가 좁다. 이 점을 감안했을 때, 대역폭에 있어 가장 큰 도전과제는 LAA-LTE 및 LTE-U를 통해 비면허 대역에서 LTE를 배포하는 것에 대한 관심이 점차 높아지는 것과 관련이 있다. 이와 관련해, 와이파이가 아무 문제 없이 공존할 수 있을 것이라는 보장은 없다.
대부분의 기업이 내부에 배포한 시스템과 솔루션을 직접 관리한다는 점을 감안했을 때, 대부분의 기업에서 이는 사소한 문제가 될 것이다. 그러나 공공 공간과 주거 공간이 추후 위험에 놓일 가능성이 있다. 전문가들은 이동통신과 와이파이 링크 간 하드 핸드오프(Hard Handoff)가 '답'이 될 것으로 판단하고 있다. 와이파이 얼라이언스는 이를 위한 노력을 경주하고 있다.
와이파이와 IoT
아주 다양한 애플리케이션과 시장을 대상으로 개발되는 와이파이 기술이 많다. 시간이 지나면서 와이파이가 IoT 시장을 지배하게 될 것이라는 증거들이 확고하다.
IoT 애플리케이션, 브로드밴드 등에서 경쟁력이 있는 와이파이를 구현할 전력, 폼 팩터, 구성 요소 비용, 관련된 물리적, 전자적 특징 측면에서 장점을 갖고 있는 와이파이 기술이 많다.
무엇보다 중요한 것은, 와이파이 기반의 IoT 클라이언트는 기존의 인프라를 이용, 솔루션 구현 비용을 크게 낮출 수 있다는 장점이 있다. 초기에는 WLAN, 지금은 802.11ah의 영역인 900MHz 대역을 이용할 IoT 애플리케이션이 많다.
자율주행 자동차 등 차량 관련 애플리케이션에 특히 중요한 DSRC(Dedicated Short-Range Communications)는 802.11p의 지원을 받는다. 무선과 모바일 애플리케이션에서 와이파이의 역할은 절대적이다. 현재 이를 대체할 기술은 존재하지 않는다.
문화가 될 와이파이
와이파이 애플리케이션과 관련된 기회는 최종 사용자 네트워크 액세스를 넘어 확대될 깊이와 넓이를 갖고 있다. 블루투스는 음악과 무선 전화용 오디오 링크와 헤드셋 기술로 입지를 유지할 것이다. 하지만 와이파이는 기업, 주거지, 고밀도의 공공 장소, 새로운 애플리케이션 시장으로 지배력을 확대할 전망이다.
병원은 건물과 부지 내부 안내, 실시간 의료 기록 업데이트, 증강 현실에 기반을 둔 수술에 와이파이를 이용할 것이다. 기업은 건물 보안, 감시, 환경 및 에너지 감시와 관리, 실시간 비디오 전송 등으로 와이파이를 확대할 것이다.
이렇게 와이파이는 모든 장소에서 모든 애플리케이션에 이용될 것이다. 와이파이는 거의 모든 장소와 애플리케이션의 기대와 요구 사항을 충족하는 커버리지(도달 범위)와 용량을 발판으로 '문화'가 될 것이다. 이는 절대 바뀌지 않을 것이다