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IoT의 새로운 솔루션 ‘Wi-Fi 6’

기사승인 2019.01.23  08:49:58

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- 메시로 기존 문제를 해결한 새로운 Wi-Fi 솔루션

[테크월드=양대규 기자] 2018년 10월 Wi-Fi 얼라이언스(Wi-Fi Alliance)가 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 미국 전기전자학회)의 IEEE 802.11ax의 새로운 이름으로 ‘Wi-Fi 6’를 채택했다. IEEE 802.11ax 또는 Wi-Fi 6는 기존 802.11ac의 문제점을 개선하기 위해 등장한 것으로, 업계 일각에서는 “Wi-Fi의 모든 문제점을 해결하는 솔루션”이라고도 말한다. 속도와 메시 네트워킹, 전력 효율 등 다양한 분야에 걸쳐 업그레이드가 이뤄졌기 때문이다.

Wi-Fi는 IEEE의 무선 통신 표준 기술 중 하나인 IEEE 802.11를 기반으로 디바이스 간의 무선 데이터 전송 규약이다. Wi-Fi는 802.11의 데이터 기술이 바뀔 때마다 버전이 바뀌는데, 802.11b, 802.11a, 802.11g 등 알파벳들을 추가하는 방식으로 이름을 지었다. 하지만 이런 방식은 이름들이 길고 복잡해 대중이 잘 기억할 수 없다는 단점이 있었다. 이에 지난 10월 Wi-Fi 얼라이언스는 3GPP의 이동통신 표준인 3G, 4G, 5G처럼 Wi-Fi도 이름을 단순화하기로 했다. 그 결과, 최신 Wi-Fi 규격인 802.11ax는 Wi-Fi 6, 802.11ac는 Wi-Fi 5, 802.11n은 Wi-Fi 4로 명명했다. Wi-Fi 얼라이언스의 방침에 따라, 앞으로 출시되는 스마트폰, 태블릿, 노트북 등 Wi-Fi를 사용하는 기기들은 802.11 시리즈가 아닌, Wi-Fi 5 지원 또는 Wi-Fi 6 지원 등으로 표기된다.

IoT를 위한 무선통신 솔루션, Wi-Fi 6

그러면 Wi-Fi 6는 기존의 Wi-Fi 5와 무엇이 달라졌을까? Wi-Fi의 버전업은 이동통신의 4G/LTE가 5G로 변한 모습과 사뭇 비슷하다. 기존보다 속도가 월등히 빨라졌으며, 다자간 접속 지원 등 다양한 기술적 지원을 통해 IoT에 적합한 통신 기술이 됐다는 것이다.

기존의 Wi-Fi 5는 256QAM으로 최대 1Gbps의 속도에 불과하지만 Wi-Fi 6는 1024QAM을 도입해, 최대 10Gbps의 속도를 구현할 수 있다. 또한, 대역폭은 기존의 5GHz에 2.4GHz도 추가돼, 보다 넓은 환경에서 운용이 가능해졌다. 보안의 경우에도 기존의 Wi-Fi가 WPA2를 적용하고 있는데 반해, 새로운 WPA3를 도입해 더욱 안전한 통신망을 구축했다.

Wi-Fi 6는 AP와 단말이 밀도 높게 혼재된 실내외 환경에서 사용자가 실질적으로 체감할 수 있는 고효율의 무선 LAN 기술이다. 기존의 무선 LAN 표준들이 최대전송률(Peak Rate) 향상에만 초점을 둬, 실제 환경에서 체감 성능 향상이 높지 않았던 것에 반해, Wi-Fi 6는 고밀도 중첩 무선 LAN 환경에서 사용자별 실질적 체감 성능 향상을 목표로 개발됐다. 다양한 기기를 속도 문제없이 사용한다는 것이다. 이를 위해 OFDMA, MU-MIMO 등 다양한 기술이 도입됐다.

인텔이 표현한 Wi-Fi 6(11ax)와 다른 Wi-Fi의 차이(출처: 인텔)

▲OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)

밀도가 높은 AP와 단말 환경에서는 기존의 CSMA와 같은 단일 사용자 채널 접속보다 향상된 다중 사용자 채널 접속 기술의 개발이 필수적이다. 이에 Wi-Fi 6는 셀룰러 시스템에서 광대역 지원과 다채널 효율 향상을 위해 사용된 OFDMA 기법을 채택했다. OFDMA를 통해 채널을 다양한 부채널로 분리할 수 있다. 부채널은 다양한 경로로 여러 디바이스로 전송되며, 특정 부채널의 간섭이나 노이즈를 다른 부채널과 분리할 수도 있다. 명확한 수신을 위해 전체 속도를 낮추거나, 재전송할 확률이 줄어드는 것이다. Wi-Fi 6는 OFDMA를 이용한 다중 사용자 동시 접속 기술을 상·하향 전송에서 기본 구현 기술로 사용한다.

▲MU-MIMO

MIMO(공간다중화) 기술은 여러 물리 경로에서 여러 곳으로 데이터를 전송하는 기술이다. 송수신자 간에 다수의 안테나를 사용해 최대 8개의 공간스트림(Spatial Stream)을 동시에 전송할 수 있어, 비약적인 속도 향상이 가능하다. 이 기술은 Wi-Fi 4(802.11n)에서 처음 적용됐으며, Wi-Fi 5(802.11ac)에서는 향상된 다중 사용자 MIMO 기술이 사용됐다. Wi-Fi 6는 상향과 하향 모두에서 MU-MIMO를 지원하며, OFDMA 기술과의 결합으로 다중 사용자 성능을 향상시킬 수 있다.

▲ 대량신속처리(High Throughpu)

Wi-Fi 6는 최대 전송률 향상을 위해 데이터 모듈레이션 기법으로 1024QAM을 도입했다. 이는 기존의 256QAM보다 25% 높은 전송 속도를 달성할 수 있다. 256FFT에서 0.8µ8 CP 옵션과 더 많은 데이터 서브 캐리어 할당 등을 통한 15% 전송 속도 향상 등을 함께 고려하면, 10Gbps의 속도까지 전송 속도를 올릴 수 있다.

▲ 2.4GHz 대역 추가

Wi-Fi 6는 기존의 Wi-Fi 표준에서 사용하는 5GHz 외에도 2.4GHz 대역도 활용한다. 2.4GHz는 5GHz보다 긴 파장을 유리하게 이용할 수 있다는 장점이 있다. 이를 통해 벽이나 바닥 등을 통과하는 신호를 사용할 수 있다. 이런 특성으로 Wi-Fi 6는 메시 네트워크에 유리하다. 2.4GHz의 빠른 데이터 전송 속도와 투과율로 전체 네트워크 속도를 높일 수 있다.

▲ WPA3

Wi-Fi 6는 보안을 위해 향상된 WPA3 기술을 사용한다. 기존의 Wi-Fi에서 널리 사용되는 WPA2는 암호없이 Wi-Fi 트래픽을 가로채는 크랙(KRACK)에 취약하다는 문제점이 있다. WPA3는 보안성을 강화해 이런 문제를 해결할 수 있다고 한다. WPA3는 기존의 인증에 앞서 SAE(Simultaneous Authentication of Equals)라는 기술을 도입해 크랙을 막을 수 있다. 또한, 통신 트래픽의 암호화나 무력 공격에 대한 방지기능, 통신 도청이나 네트워크 무단 침임 방지 등의 기술이 탑재됐다.

Wi-Fi 얼라이언스는 Wi-Fi 6에 OFDMA와 MUI-MIMO 기반 상·하향 링크 데이터를 동시에 전송하기 위한 물리계층 기술로 ▲실외 확산 지연과 오버헤드를 고려한 OFDM 심볼 구조 설계인 OFDMA ▲OFDMA를 위한 20MHz 미만 주파수 블록과 Tone Plan 설계 ▲상·하향 링크 다중사용자 동시 전송과 실외 통신 지원을 위한 복수 프레임 포맷 ▲하향 링크 다중사용자 시그널링을 위한 헤더 설계 ▲다중사용자 동시 전송을 위한 전력 제어 기술 ▲ 상·하향 링크 다중사용자 채널 추정 기술 ▲하향링크 MU-MIMO를 위한 다중 사용자 채널 추정과 동시 피드백 시퀀스 등을 개발했다.

또한, 고밀도 AP·단말 환경에서 무선 LAN 성능과 효율성 향상을 위한 매체 접근 제어 계층 기술로 ▲상·하향 링크 다중사용자 동시 전송 시그널링과 동기화를 위한 트리거 프레임 포맷 ▲상·하향 링크 다중사용자 연속 전송을 위한 케스케이딩(Cascading) 시퀀스와 동시 전송 시 히든 노드 최소화를 위한 MU-RTS/CTS 기술 ▲효율적인 다중사용자 Block Ack 포맷 ▲OFDMA 기반 상향링크 다중사용자 랜덤 액세스 기술 ▲주기적인 트리거 프레임 기반 저전력 통신 기술 ▲BSS Color에 기반한 CCA 임계값 조절과 이중 NAV 설정을 통한 OBSS 성능 향상 기술 등도 포함된다.

양대규 기자 yangdae@epnc.co.kr

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