죄송합니다. 더 이상 지원되지 않는 웹 브라우저입니다.

Wi-Fi는 고객에게 무엇이 중요한가?

글/Cees Links, Qorvo 무선 커넥티비티 사업부 총책임자
    GreenPeak Technologies의 창립자이자 전 CEO

Wi-Fi를 사용할 때 고객이 가장 중요하게 생각하는 것은 세 가지이다. 물론, 그밖에도 쉬운 연결, 쉬운 설치와 같은 고려 사항도 있다. 쉬운 연결은 그동안 장족의 발전을 거두었으며, 쉬운 설치도 분산형 Wi-Fi의 보편화를 통해 개선되고 있다(이를 통해 범위 문제도 간접적으로 해결). Wi-Fi 속도를 느리게 만들 수 있는 이웃의 신호 간섭 문제도 존재한다.

수용력

빠른 데이터 전송 속도가 가장 중요한 문제처럼 보이지만 다수의 사용자가 동시에 Wi-Fi를 사용할 수 있는 수용력에 대해 먼저 살펴보자. 오늘날 대부분의 사람들은 라우터를 가지고 있으며, 그 라우터에 연결한 모든 사람은 동일한 Wi-Fi 채널을 사용한다. 이것은 이 사용자들이 동일한 대역폭과 동일한 원시 데이터 전송 속도를 공유한다는 것을 의미하기도 한다. 중계기를 사용하면 대역폭은 더 많은 사람들에 의해 공유된다. 사용자가 동일한 채널에서 중계기와 통신하는 동안 중계기는 라우터와 통신하기 때문에 동일한 채널의 트래픽을 효과적으로 배가시킨다.
여기에 분산된 Wi-Fi를 적용하면 극적인 개선을 달성할 수 있다. 네트워크의 모든 노드는 자체 주파수 대역을 통해 최종 사용자와 통신하면서 동시에 다른 주파수 대역을 통해 인터넷에 연결된 메인 라우터와 통신할 수 있다.
합리적인 관점에서 처음에 Wi-Fi가 이웃과 동일한 채널을 사용하는 것을 피하기 위해 3개의 채널(2.4GHz 대역에서)을 효과적으로 사용했던 것을 생각해 보자. 오늘날 “현대적인 Wi-Fi”는 40 MHz의 채널 대역폭을 사용하고 2.4GHz 대역과 5GHz 대역에서 10개의 채널을 효과적으로 지원하기 때문에 이웃과 채널이 중첩되는 것을 쉽게 피할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자마다 다른 채널을 사용할 수 있고 집에 여러 개의 액세스 포인트가 있는 분산형 Wi-Fi의 무선 인프라를 구축할 수 있어 가정에서의 사용도 최적화할 수 있다.

분산형 Wi-Fi - 말처럼 단순하지 않은 기술

Wi-Fi에서 다양한 채널에 대해 얘기하는 것은 마치 디지털 라디오에서 버튼을 눌러 채널을 변경하는 것처럼 쉽게 들리지만 현실은 좀 더 냉엄하다. 저렴한 Wi-Fi 무선 기술은 근접 채널의 교신 장애(Bleeding)를 쉽게 초래하며, 특히 최대 또는 높은 출력 파워를 사용할 때 이러한 현상이 두드러진다. 이러한 교신 장애로 인해 인접한 채널을 사실상 사용하지 못하게 됨으로써 전체 수용력은 크게 줄어들게 된다.
오늘날 Wi-Fi에서 가장 중요한 것은 이러한 교신 장애를 차단하기 위해 채널이 잘 분리되어 있어야 한다는 것이다. Wi-Fi 제품을 만들 때 Wi-Fi 칩만 중요한 것이 아니다. 이제 분산형 Wi-Fi 시스템의 수용력에 큰 영향을 미치는 “프론트 엔드(Front-ends)”, 즉 Wi-Fi 칩과 안테나 사이의 필터와 증폭기도 매우 중요하다.

더 빠른 데이터 전송 속도의 중요성

원시 데이터 전송 속도 얘기로 돌아가보자. 빠른 데이터 전송 속도에 대한 우리의 욕구는 만족할 줄을 모른다. 다음 표는 데이터 전송 속도가 그동안 어떻게 변해왔으며 앞으로 어떻게 발전될 것인지를 보여준다.
이 표는 원시 데이터 전송 속도에 초점을 맞추고 있다는 것이 중요하다. 물론, 실제 사용에서 원시 데이터 전송 속도와 실제 처리량 사이에는 큰 차이가 있으며, 때로는 원시 데이터 전송 속도의 반에도 미치지 못할 수 있다는 것을 우리 모두 알고 있다. 그런 점에서 IEEE 802.11ax(2019년 발표 예정)는 원시 데이터 전송 속도를 다소 향상시키고, 무엇보다 이 표준의 주요 목적인 실제 처리량을 IEEE 802.11ac보다 4배 향상시키게 될 것이라는 것은 반가운 소식이다. 이러한 수용력 향상을 통해 MIMO 통신 스트림을 분할하여 여러 사용자에게 할당함으로써 처리량을 최적화할 수 있다.

더욱 강력한 Bluetooth

더 큰 대역폭 경쟁의 또 다른 예는 IEEE 802.11 표준의 60GHz 대역이다(원래 WiGig에서 발표했으나, 현재 Wi-Fi Alliance에 합병됨). 첫 번째 버전(IEEE 802.11ad)은 수년간 사용되어 왔으나 아직 보편화되지는 않았으며, 아래에 보여진 것과 같이 차세대 버전이 이미 개발되고 있다.
안타깝게도 60GHz는 벽을 통과하지 못한다는 문제가 있으며, 따라서 방 안에서만 신호가 “유지”된다. 그런데, 이것이 정말 문제가 될까? 방 안에서만 신호가 유지된다는 것은 이웃은 물론 다른 방에서 동일한 채널/주파수를 사용해도 간섭을 받지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 매우 좋은 상황이 아닌가? 이쯤되면, 60GHz 802.11ad가 다년간 존재했음에도 불구하고 그 시장이 활성화되지 않은 이유가 궁금해질 것이다.

무언가 잘못되었다

이 문제를 이해하기 위해 도로망에 비유해 보자. 고속도로는 도시들을 연결하고, 직통 도로는 인근 지역을 연결하며, 동네에는 골목길이 있다. 도로망에는 계층이 있으며, 이러한 계층에는 타당성이 있다. 동네에 고속도로가 없고, 큰 도시를 연결하는 골목길은 없는 것처럼 말이다. 하지만 집에서의 인터넷은 상황이 다릅니다.
인터넷 또는 클라우드는 고속도로처럼 서로를 고속으로 연결한다(100Gb/s 이상). 하지만 출구 차선, 즉 “로컬 루프”(또는 무선 용어로 “소형 셀”)라고 하는 우리 집으로 들어오는 회선은, 1Gb/s 파이버나 10Gb/s DOCSIS® 3.1이 부상하고 있음에도 불구하고, 일반적으로 최대 100Mb/s이다. 우리는 집이나 건물에서 1Gb/s의 802.11ac 또는 유선 10Gb/s 이더넷 케이블 등으로 분산 Wi-Fi 네트워크를 구축할 수 있다. 마지막으로 엔드 노드(TV, 게임 스테이션, 태블릿, 스마트폰)에 1Gb/s로 연결할 수 있으며, IEEE 802.11d(WiGig)를 사용할 경우에는 7Gb/s까지 달성할 수 있다.
뭔가 이상하지 않나? 계층은 어디로 갔지? 집 안에서 구현되는 빠른 속도는 집으로 들어오는 회선에서 지원되는 것이 아니다. 집 안에 고속도로가 있고, 골목길이 집으로 연결되고 있다. 심지어 집 안에는 계층이 없다. 다음 도식이 이 개념을 이해하는 데 도움이 될 것이다.

불균형(100Mb/s - 1Gb/s - 7Gb/s)

이 상황에서 WiGig는 무용지물

이제, WiGig(IEEE 802.11ad)가 보편화되지 않는 것이 놀랍지 않을 것이다. 1Gb/s 파이프를 통해 1차선 도로인 100Mb/s 로컬 루프에 연결하는 데 왜 방 안에 수 Gb/s의 고속도로를 놓을 필요가 있겠습니까? 이 상황에서는 수십 Gb/s(IEEE 802.11ay) 달성도 터무니없이 높은 것은 아니라는 사실도 놀랍지 않다. 엔드 노드에 대한 데이터 전송 속도는 빠를수록 좋지만 인프라가 이것을 지원하지 않는다면 무슨 소용이 있나?
따라서 IEEE 802.11ac에서 IEEE 802.11ax로의 이동이 데이터 전송 속도의 향상보다 집에서의 수용력(동시에 여러 사용자 지원) 향상에 초점을 맞춘 것은 매우 타당한 결과이다. 하지만 진짜 장애는 갈수록 많아지는 데이터 전송에 있다.

데이터 전송 속도에 영향을 미치는 스트리밍 (Streaming) 과 버스팅 (Bursting)

상황을 더욱 복잡하게 만드는 것은 스트리밍과 버스팅으로 인한 영향도 고려해야 한다는 것이다. 이 모든 것을 더욱 복잡하게 만드는 또 다른 요인도 있다. 스트리밍과 버스팅 사이에는 차이점이 있다. 영화를 스트리밍하려면 장시간 많은 연속 대역폭이 필요하다(예: 고화질의 경우 연속 20Mb/s). 이것은 집으로 들어오는 100Mb/s 회선의 경우 가능한 것처럼 들립니다. 하지만 이 100Mb/s에는 약간의 통계적 속성이 있다. 이 골목의 모든 사람이 영화를 본다면 사용자의 집으로 들어오는 100Mb/s의 속도는 급격하게 떨어진다. 토요일 저녁에 이 골목(또는 소형 셀)에서 사용자 혼자만 영화를 스트리밍하는 것이 아니라면 그것은 매우 힘든 경험이 될 것이다. 이것은 집에서 모든 사람이 동시에 샤워를 할 경우 수압이 떨어지는 것과 같은 이치이다.
버스트(Burst)는 또 다른 통계적 영향이다. 이것은 집에서 모든 수도꼭지를 틀어 물을 가능한 많이 흘려보내는 것과 같다. 영화를 가능한 빠르게 다운로드하려는 경우(예를 들어 나중에 보기 위해), 시스템은 즉시 한 집에 가능한 100Mb/s에 가까운 속도를 제공하기 때문에 데이터 소모 버스트가 발생한다. 단시간 동안에는 문제가 없지만, 다른 이웃들의 속도가 급속히 저하되기 때문에 지속될 수는 없다. 통계적인 측면에서 골목의 모든 사람이 동시에 영화를 다운로드할 확률은 그렇게 높지 않지만, 버스트가 사용 가능한 대역폭에 영향을 미친다는 사실은 분명하다.

실용적인 솔루션(1Gb/s - 500Mb/s - 100Mb/s)

이 상황에서 무엇이 필요한가?

이 모든 것을 염두에 두고, 붕괴된 계층 문제를 다시 생각해보도록 하자. 계층의 균형을 회복하기 위해서는 무엇이 필요할까? 이 문제가 해결되기 전까지는 집 안에서 데이터 전송 속도를 향상시키는 것은 매우 어려울 것이다.
이제 집에서의 사용 패턴 즉, 집에 몇 명이 살고 있고, 몇 개의 방(층)이 있으며, 사용자당 몇 개의 장치를 동시에 사용하는가 등이 중요해졌기 때문에 이 문제를 자세히 살펴보도록 하자.
4인 가족을 예로 들어보자. 한 방에서 인터넷 라디오가 재생되고 있고, 엄마는 다른 방에서 화상 회의를 하고 있으며, 아빠는 컴퓨터에 대용량 보고서를 다운로드하고 있다. 아들은 비디오 게임을 플레이하고 있고, 딸은 TV에 영화를 스트리밍하면서 휴대폰에서 YouTube를 보고 있다. 이 가족은 아래 그림과 같이 집으로 연결되는 1Gb/s 회선, 집 안에서 500Mb/s 분산 시스템, 단말 장치에서 액세스 포인트로 100Mb/s 속도 액세스가 구현되면 매우 만족할 것이다.
앞서 언급했던 것처럼 집으로 연결되는 회선이 1Gb/s를 구현하는 것이 당면 과제이다. 10Gb/s DOCSIS 3.1이 출시되기 시작되었지만, 대부분의 사람들은 여전히 100Mb/s 이하를 사용하고 있다. 현재 건물 내의 모든 인프라와 엔드 노드의 원시 데이터 전송 속도는 1Gb/s를 초과하기 때문에 이것은 확실한 설비 과잉 상태임을 나타낸다.

이 문제에 대한 다른 측면의 접근

우리는 반대의 질문을 할 수도 있다. 휴대폰이나 태블릿에서 7Gb/s 802.11ad가 당연해지는 것은 언제일까? 가정 내 인프라가 15-20Gb/s를 처리할 수 있고 집으로 연결되는 회선이 30-50Gb/s를 구현하게 될 때일 것이다. 안타깝게도, 이렇게 되려면 시간이 걸릴 것 같다.
현재 가정용 파이버(FTTH)는 DOCSIS 3.0의 경우 1Gb/s으로 애드버타이즈된다. 차세대 DOCSIS 3.1 FD(full duplex)는 10Gb/s(2020년?)를 보장하기 때문에 실현을 눈앞에 두고 있지만 그 이상에 대한 계획은 아직 없다.
가정 내 분산 Wi-Fi의 경우, IEEE 802.11ax는 건물 내 분산에 4Gb/s 이상을 지원하지는 않지만, 가정이나 사무실에서 많은 설치가 이루어지게 될 것이다. 필요하면 10-100Gb/s 이더넷이 도움을 줄 것이다.

현실적으로 무엇을 기대할 수 있는가?
가까운 미래에는 1Gb/s IEEE 802.11ac를 사용하는 엔드 노드, 4Gb/s IEEE 802.11ax를 사용하는 홈 인프라, 10Gb/s DOCSIS 3.1 FD와 같은 것이 정착될 수 있다. 이것은 균형 잡힌 계층을 실현하며, 집과 건물에서의 인터넷 액세스를 위한 업계의 안정화 지점이 될 수 있다. 이 상황에서는 모든 리소스가 효율적으로 균형을 이루고 적절한 계층에 분배된다.

미래(30Gb/s - 15Gb/s - 7Gb/s)

클라우드 vs 엣지

흥미롭게도 붕괴된 계층에 대한 또 다른 솔루션이 있다. 하지만 간단한 솔루션은 아니다. 이 솔루션의 개념은 이렇다. “클라우드에서” 모든 작업을 수행하는 대신, 클라우드와 사용자 사이에 레이어(Layer)를 구축한다는 것이다. “엣지 컴퓨팅(edge computing)”이라고도 불리는 이 레이어는 통합된 서버를 통해 클라우드에서 로컬 “슈퍼” 엣지 라우터로 정보를 사전에 분산하는 매우 스마트한 솔루션이다.
예를 들어보자. 뉴스에 관심이 많은 한 사용자가 아침 6시에 모든 뉴스 기사와 비디오 클립을 자신의 로컬 라우터/서버로 다운로드하는 서비스를 구독하고 있다. 이 사용자는 8시에 아침 식사를 하며 지연없이 매우 빠른 속도로 뉴스를 살펴보고 비디오 클립을 시청할 수 있다. 인터넷에서 정보를 가져올 때 발생하는 정체 문제가 해결되었다. 여기서 라우터/서버는 전통적인 우편함 역할을 하며, 뉴스는 사용자의 우편함(라우터/서버)에서 하루 종일 계속 업데이트된다.
다른 측면에서도 “엣지 컴퓨팅”은 유용하다. 완전한 음성 명령, 채팅 또는 대화를 처리하기 위해 클라우드로 보낼 필요 없이, 이미 라우터에서 처리가 진행되기 때문에 전송될 데이터의 양을 줄인다.
이러한 아키텍처 점검은 엄청난 작업임에는 틀림없지만 고속 인터넷이라는 고속도로의 모든 출구의 배선을 바꾸는 것보다는 저렴한 솔루션이다. 이 경우 소비자가 좀 더 성능이 뛰어난 엣지 라우터 및/또는 "엣지 라우팅" 서비스 구독을 통해 비용을 지불하기 때문에 네트워크 제공자에게는 확실히 저렴한 솔루션이다.

실용적인 다음 단계(10Gb/s - 4Gb/s - 1Gb/s)

이 모든 것은 무엇을 의미하는가?

다음과 같은 몇 가지 흥미로운 결과와 결론이 도출될 수 있다.
1. 새로운 Wi-Fi 표준 IEEE 802.11ax가 가장 먼저 분산 Wi-Fi 시스템에 나타날 것이다. 이것은 트래픽이 통합되는 첫 번째 장소이기 때문에 높은 데이터 전송 속도의 혜택을 가장 많이 보게 된다.
2. 엔드 노드의 IEEE 802.11ax는 높은 데이터 전송 속도를 지원하는 인프라가 없기 때문에 당분간은 마케팅에 의지하게 될 것이다.
3. 11ax는 복잡하고 그에 비해 혜택이 비교적 적기 때문에 엔드 노드 IEEE 802.11ac가 꽤 오랫동안 선호될 것으로 보이다. 심지어 더 낮은 성능의 엔드 노드 802.11n도 얼마간 좋은 솔루션이 될 것이다.
4. 실내용 분산 Wi-Fi 인프라 대역폭을 증가하기 위해 IEEE 802.11ax의 뒤를 이을 표준이 필요하다. 15-25Gb/s은 좋은 타겟이 될 것이다. IEEE 802.11ay의 역할을 정의하는 것으로 60GHz IEEE 802.11ad의 활용을 검토해야 한다.
5. IEEE 802.11ad 및 802.11ay의 가까운 미래는 여전히 꽤 암울해 보이다. 장기적으로, 인프라가 구축되면 이 표준이 중요해질 것이다.
6. 가정에서 고속 액세스를 제공하는 DOCSIS 3.1 FD 로컬 루프는 현재의 병목 현상을 크게 향상시킬 것이다.
7. 마지막으로, 원시 데이터 전송 속도를 억지로 높이는 것보다 스마트하게 문제를 해결할 수 있는 방법이 있다. 클라우드와 엔드 노드 사이의 엣지 라우터 기능은 인터넷이라는 고속도로의 진입 차선과 출구 차선의 압박을 제거할 수 있다. Wi-Fi 를 위한 최고의 솔루션은 아직 구현되지 않았지만 다양한 새로운 가능성의 적절성과 타이밍을 이해하기 위해 광범위하게 전체 상황을 살펴보는 것이 중요하다.

leekh@seminet.co.kr
(끝)
<저작권자(c) 반도체네트워크, 무단 전재-재배포 금지>