응용분야 ‘광범위’
우수한 이동성·확장성·경제성 ‘제공’ … 망 구축·운용비용 절감 ‘우수’
무선 메시 네트워크 기술은 U-시티 본래의 서비스 요구를 가장 잘 만족시키며, 저렴한 망 구축 및 운용비용을 만족시키는 솔루션으로 주목을 받고 있다. 이에 U-시티의 무선 네트워크 아키텍처를 위한 무선 메시 네트워크의 기술적 특징 고찰을 시작으로 다양한 응용분야, 표준화 동향 및 향후 발전방향 등을 3회에 걸쳐 상세히 살펴본다. <편집자>
연재순서
1회 : U-시티 구축을 위한 무선 메시 네트워크 기술 특징(이번 호)
2회 : 무선 메쉬 네트워크 이용한 다양한 응용분야
3회 : 무선 메쉬 네트워크 표준화 동향 및 향후 발전방향
이태진 //
브로드웨이브 대표이사
ltj@broadwave.co.kr
최근 무선 메시 네트워크라는 용어가 적잖게 다양한 분야에 걸쳐 거론되고 있다. 무선 메시 네트워크 기술은 U-시티 본래의 서비스 요구를 가장 잘 만족시키며, 저렴한 망 구축비용(CAPEX) 및 운용비용(OPEX)을 만족시킬 솔루션으로 주목을 받고 있다.
무선 메시 네트워크 기술은 광의의 의미에서 애드혹(Ad-hoc) 통신이라는 기술로부터 유래됐다고 할 수 있다. 즉, 무선인프라 환경에서 고정이나 이동 중에 기지국과 단말과의 스타형 토폴로지의 통신망이 아닌 기지국 대 기지국, 단말 대 단말, 기지국 대 단말 등 모든 노드가 통신을 할 수 있는 다중경로를 가지는 메시형 토폴로지를 무선망에 도입한 기술인 무선 메시 네트워크의 유래라고 할 수 있다.
2000년 초 북미 중심으로 무선 메시 등장
2000년 초반 북미를 중심으로 Wi-Fi 기반의 무선 메시 장비 업체들이 등장하기 시작, 실내 및 핫스팟(Hot Spot)용으로 사용되던 무선랜을 실외의 핫존(Hot Zone) 개념으로 활용하기 시작했다. 이러한 무선망은 ‘MWN(Municipal Wireless Network)’이라는 명목 하에 급속히 확산돼 현재 수 십 개 이상의 미국 도시들이 무선 메시 네트워크를 이용한 U-시티를 구축하고 있는 상황이다.
www.municipalwireless.com에 따르면 2005년 5월에 비해 2006년 6월 지자체 무선망에 대한 요구가 2배 이상 증가하고 있는 것을 볼 수 있다. 또한 IDC는 미국의 지자체 무선 시장이 2006년 8천800만달러에서 2010년 5만1천200만달러로 성장할 것으로 예측했다.
무선 메시 네트워크에서 제공하는 U-시티 솔루션
무선 메시 네트워크 기술의 장점은 경제적인 망 구축, 이동성 제공, 망 확장성, 정보격차의 해소 등 다양하다.
■ 이동성 : IP 기반의 데이터 서비스가 증가하면서 사용자들은 다양한 응용서비스를 이동 중에도 접속하길 원하고 있다. 기존의 이동통신 기술은 제한된 대역폭과 고가의 구축비용으로 저렴한 고품질의 이동 데이터 서비스가 어려우나 무선 메시 네트워크 기술은 비면허대역을 이용, VoIP 및 멀티미디어 데이터 서비스를 고속이동 중 끊김없이 제공할 수 있다.
■ 망 확장성 : 광대역 유선망은 신뢰성 있는 통신환경을 제공하지만 경제적인 관점에서 망 확장은 어려운 상황이다. 무선 메시 네트워크는 음성, 비디오, 데이터 등 다양한 서비스를 멀티라디오(multi-radio) 무선 메시 네트워크 구조를 통해 쉽게 망을 확장해 무선의 음영지역을 해소할 수 있다.
■ 정보격차 해소 : 자본주의 발전으로 도시와 농촌간의 생활 격차가 벌어지고, 이에 따른 정보 공유에 대한 격차도 점점 증가하고 있는 시점이다. 정부나 시의 입장에서 다양한 정보의 혜택을 주기 위해서는 인프라 구축이 필수적이며, 이는 통신사업자의 망에만 의존할 수 있는 것이 아니다. 무선 메시 네트워크는 이러한 정보격차 해소를 위한 기본 인프라 구축에 매우 경제적이며 유연하게 활용할 수 있다.
■ 경제성 : 무선 메시 네트워크는 고가의 송신탑이나 기지국마다 유선망의 인입이 필요하지 않기 때문에 전체적인 망 구성비용이 저렴해 경제성 있는 망 구축이 가능하다. 또한 무선 메시 네트워크의 기반은 IP 기술을 이용함으로 기존 망과 연동이 용이하며, 단계적인 망 확장과 커버리지를 증가할 수 있어 계획적인 망을 구성할 수 있다.
무선 메시 네트워크 기술적 특징
무선 메시 네트워크는 기술적 관점에서 볼 때 물리계층부터 무선 메시 네트워킹을 위한 라우팅이 이뤄지는 MAC 또는 네트워크계층까지 상호 연동돼 동작되며, 또한 다양한 물리계층을 수용해 멀티 플랫폼을 지원할 수 있는 시스템으로 다수의 업체가 기술을 개발하고 있다. 다음 무선 메시 네트워크가 가지고 있는 주요 특징이다.
■ 자동 망 구성 기능
무선 메시 네트워크의 가장 큰 특징은 메시형 네트워크 토폴로지를 무선 환경에서 항시 자동으로 구성한다는 것이다. 이에 따라 기존의 생존성이 낮은 점 대 다점의 무선통신 방식에 비해 무선 메시 네트워크에서는 다중 경로에 따른 통신의 신뢰성을 높일 수 있다. 이러한 특징으로 인해 소방 및 재난통신이나 군통신과 같이 기존 통신 인프라가 열악하거나 상황에 따라 즉각적인 자동 구성으로 통신이 이뤄져야 하는 응용분야에 무선 메시 네트워크 기술은 필수적이다.
■ 자동 망 복구 기능
무선 메시 네트워크는 단일경로를 통한 통신방식이 아님으로 통신이 이뤄지던 노드에서 물리적 절체나 트래픽의 과부하 등으로 노드 트러블이 생기면 현 통신망에서 최적의 새로운 라우팅 경로를 찾게 된다. 이러한 망 복구를 위해 모든 노드에서는 주기적으로 최적의 무선링크를 스캔하고 있으며, 자신 노드에서 처리되는 트래픽의 양 및 지연율 등을 계산해 최적의 망을 구성할 수 있도록 한다.
■ 소출력 광역 커버리지 네트워크
무선 메시 네트워크를 이용한 망 구성은 기존 점 대 다점의 무선통신이 100이라는 전력이 필요할 때, 멀티 홉을 통해 통신 커버리지를 확장하는 무선 메시 네트워크는 33이라는 저 전력으로 3홉을 가져가며 점 대 다점의 통신방식과 같은 커버리지를 가져 갈 수 있다. 이렇게 메시 네트워크 통신 방식은 소출력 장비로 넓은 커버리지를 커버할 수 있는 것이 특징이다. 일반적으로 무선 메시 네트워크 장비는 최적의 채널을 자동으로 인지하는 기능(Smart Frequency Selection)이 있어 공간적 주파수 재사용효과를 생기게 해 주파수 재사용 효과를 높일 수 있다.
■ 고속 로밍 기술(Fast Roaming)
무선 메시 네트워크의 또 하나의 기술적 특징은 고속 로밍을 지원한다는 점이다. 기존의 Wi-Fi 서비스는 핫스팟 형태로 제공돼 이동 중에 접속이 끊기거나 넓은 광역의 망을 가지기 위해서는 모든 유선망을 인입해야 하는 어려움이 있었다. 그러나 무선 메시 네트워크는 메시 노드에 전원만 공급되면 광역 망을 구성할 수 있으며, 커버리지 내에서 고속로밍을 지원해 기차, 지하철 등과 같은 고속 이동체에 대한 서비스에도 북미를 비롯 동남아, 중국 등에서 활발하게 활용되고 있다. 무선 메시 네트워크 장비벤더마다 상이하겠지만 시속 200~300km까지의 속도까지 데이터 로밍을 지원한다.
무선 메시 네트워크 장비 발전방향
현재의 무선 메시 네트워크 장비는 Wi-Fi 기반에서 대부분 개발되고 있으며, 각기 벤더마다 독특한 응용분야에 적합한 라우팅 알고리즘 및 장비특성을 가지고 있다. 무엇보다도 무선 메시 네트워크에서 중요한 요소는 홉당 전송률(Throughput)과 노드 당 지연율(Latency)이다. 특히 U-시티와 같이 다양한 응용서비스와 가입자 관리를 위해서는 멀티라디오를 통한 동적인 라우팅으로 최적의 전송률 및 낮은 지연율이 요구된다.
■ 1세대 무선 메시 네트워크
1세대 무선 메시 네트워크는 1개의 무선을 이용하는 솔루션으로 주로 2.4GHz 대역 IEEE 802.11b/g 기술을 통해 메시 노드간 백홀 및 가입자 접속을 동시에 처리하는 메시 솔루션이다. 동시에 가입자 및 백홀을 한 개의 무선에서 이용하기 때문에 1홉이 증가할 때마다 전송률이 50%씩 감소하게 돼 11g를 이용하는 경우라도 3홉 이상의 메시망 구성이 어려워 U-시티 구축을 위한 광역 솔루션으로는 적합하지 않다. 초기 무선 메시 네트워크 장비벤더들이 1세대 무선 메시에 속한다고 할 수 있다.
■ 2세대 무선 메시 네트워크
2세 무선 메시 네트워크 솔루션은 메시 노드간 백홀은 5GHz 대역인 11a로 가입자 접속은 11g로 분리시킨 장비로 가입자와 메시 백홀을 분리시켰다는 점에서 전체 접속 전송률에서는 이득을 봤으나 메시 노드 입장에서 들어오는 채널과 나가는 채널을 같이 공유함으로써 홉당 50%씩 전송률이 절감되는 단점을 극복하지 못했다. 일반적으로 대부분의 무선 메시 네트워크 장비벤더가 2세대 장비에 속한다.
■ 3세대 무선 메시 네트워크
3세대 무선 메시 네트워크 솔루션은 멀티라디오를 이용해 풀 듀플렉스(Full duplex)되는 메시 네트워크 환경을 제공한다. 즉, 메시 노드 관점에서 들어오는 채널과 나가는 채널을 분리시켜 홉당 저하되는 전송률을 최적화시켰으며, 이에 따른 전송 지연율도 낮췄다. 또한 11a 및 11g를 동적으로 환경에 따라 메시 백홀로 이용함으로 다양한 무선 메시 환경에 적응할 수 있다. 평균 10홉에서 50ms 내외의 지연율을 보장하며 멀티플 SSID, 가상랜(VLAN) 등 다양한 네트워크 관리 기능과 VoIP와 같은 CBR(Constant Bit Rate) 서비스도 제공할 수 있다.
무선 메시 네트워크 선택시 고려사항
무선 메시 네트워크 시스템은 U-시티와 같은 기본 인프라를 제공하는 기반 인프라 장비로서 Wi-Fi 기술을 이용한 물리적 링크를 제공하는 것으로, 기존 무선랜 장비와는 신뢰성 및 기능이 틀린 시스템이다. 따라서 전 세계적으로 인정되고 U-시티와 같은 대형 인프라 구축 경험이 많은 시스템 도입이 필요하다. 또한 계획적인 망 구축 및 향후 망 운영시 증설을 위해서는 모듈화된 시스템이여만 중복된 투자 및 효율적인 망 확장이 가능하다.
특히 무선 메시 네트워크가 진정하게 U-시티 개념에서 이뤄지려면 평균적으로 5~6홉 이상 홉당 전송률 저하가 적어야 하며, 이에 따른 지연율 또한 낮아야 VoIP 및 화상 서비스를 제공할 수 있다. 그러기 위해서는 3세대 무선 메시 네트워크의 멀티라디오가 필수적이며, 다이내믹한 메시 라우팅이 요구된다.
뿐만 아니라 무선 메시 네트워크를 통해 U-시티와 같은 대규모 망을 구축하기 위해서는 실내외 환경에서 메시 기능이 지원되는 메시 라우터가 필요하다. 또한 가입자 및 엔드 유저에게 사용될 수 있는 가입자형 장비(CPE)가 필수적으로 요구된다. 가입자형 장비의 경우 일반 가정용 및 차량, 실외형 등 다양한 용도에 맞게 설계된 시스템이 필요하다.
이외에도 무선 메시 네트워크는 기본 인프라를 제공하는 솔루션으로 Wi-Fi 메시의 경우 보안, 인증, 멀티플 SSID, 가상랜, VPN 등 다양한 네트워크 관리기능이 수용돼야 한다. 또한 트래픽을 제어할 수 있는 QoS 기능도 제공돼야 한다.
이상 살펴보았듯이 무선 메시 네트워크는 기술적 유행에 지나치는 기술이 아닌 유비쿼터스 네트워크를 위한 핵심기술로 다양한 응용분야에 적용돼 확산되고 있다. 다음 호에서는 이러한 무선 메시 네트워크 기술이 어떠한 분야에 어떻게 사용되는 것인가에 대해 살펴보도록 한다.
