전기컴퓨터공학부 정보컴퓨터공학전공 문석준

요약

본 Survey 보고서에서는 무선통신 네트워크 프로토콜 중 IEEE 802.11의 차세대 무선통신을 위한 기술 및 표준화 동향에 대한 조사 및 이전 세대 프로토콜과의 차이점을 비교하였습니다. Multi-Link, Beamforming 기술을 이용한 전송 속도 향상으로 증가하는 트래픽 및 대용량 데이터 처리를 해결하였습니다. 그리고 측위, 저전력 등 요구사항에 따라 표준을 세분화하는 것이 이전 표준화 방향과의 차이점이었습니다.

서론

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이동통신 단말기의 성능이 향상되고 네트워크 환경이 발달하면서 무선 네트워크를 통한 비디오 컨텐츠 소비가 증가하고 있습니다. 지난 3월 17일 통계청에서 발표한 ‘OTT 서비스 이용빈도’¹를 보면, 전체 8293명 중 52.7%가 하루에 한번 이상 OTT 서비스를 이용하고 있으며, ‘OTT 서비스 이용매체’²에 따르면 전체 중 98.7%가 스마트폰으로 OTT 서비스를 이용하는 것을 알 수 있습니다. 이렇게 무선랜에 연결된 단말기를 통해 영상같은 대용량 데이터에 대한 수요가 증가하면서 초고속 초저지연 네트워크에 대한 필요성이 꾸준히 요구되었습니다. 따라서 본 보고서에서는 무선통신 네트워크의 여러 프로토콜 중 IEEE 802.11의 기술 및 표준화의 방향에 대해 조사하고자 합니다.

본론

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차세대 와이파이 표준 802.11be

IEEE 802.11에서는 Beamforming, Multi-Link을 이용한 차세대 무선통신 표준 802.11be를 제정했습니다. ‘차세대 무선통신 네트워크 기술 동향 및 보안 이슈 분석’³에 따르면, 2024년 상용화를 목표로 하고 있는 802.11be (WiFi 7)의 목표는 비디오나 AR/VR, 클라우드 컴퓨팅 환경에서 더 짧은 지연 시간으로 더 높은 처리량을 달성하는 것이 핵심입니다. 차세대 표준과 이전 세대 표준의 목표를 비교하면 다음과 같습니다.

구분	802.11ax (Wi-Fi 6/6E)	802.11be (expected)
상용화 날짜	2019/2021	2024
목표	HEW(고효율 무선) 다중 사용자 전송 밀집 환경에서의 BSS(Basic Service Set) 운영 개선 밀집 환경에서의 사용자 경험 향상	EHT(극고 처리량) 최소 30Gbps의 최대 처리량 최악의 지연 시간 및 지터 개선 주파수 범위: 1 ~ 7.250 GHz

표1. 802.11ax와 802.11be 표준의 목표 비교

극고 처리량을 위해, 먼저 Beamforming 기술을 도입합니다. 많은 안테나를 이용하여 빔을 특정 부분에 집중시켜 데이터를 전송하는 Beamforming 기술은 QAM을 기존 1024에서 4096으로 4배를 끌어올려 이전보다 같은 신호에 더 많은 양의 데이터를 더 조밀하게 내장할 수 있습니다. 인텔에서 발표한 ‘Wi-Fi 기술 가이드’⁴에서는 QAM을 4096으로 올렸을 때 Beamforming 기술을 적용했을 때의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)은 적용하지 않았을 때 보다 38dB 적은 수치를 보였습니다. 이로 인해 이전 세대 표준보다 4배 더 조밀해진 데이터 전송이 가능합니다. 이로써 무선 통신의 안전성이 향상되어 보다 높은 대역폭을 지원할 수 있게 되었습니다.

다음 기술은 Multi-Link로, 하나의 AP에서 다중 링크를 지원하는 구조입니다. 이러한 구조 때문에 여러 링크를 사용하여 비동기적인 채널 접속과 데이터 전송이 가능해집니다. 앞서 언급했던 Intel의 ‘WiFi 기술 가이드’⁴에 따르면, 기존에 1개에서 2개 이상의 링크를 사용함으로써 처리량 향상, 채널 접근 기회 증가로 인한 지연 시간 감소, 중요 패킷의 중복 전송으로 인한 신뢰성 향상 등의 이점이 있습니다. 이로 인해 전송 속도는 기존보다 두배 빨라졌습니다.

이렇게 Multi-Link 와 Beamforming 기술을 적용한 802.11be 와 이전 세대 표준인 802.11ax를 전송 속도와 밀접한 대역, 대역폭, QAM과 최대 전송 속도를 비교해보면 다음과 같습니다.

구분	802.11ax (Wi-Fi 6/6E)	802.11be (expected)
대역	2.4GHz, 5GHz	2.4GHz, 5GHz, 6GHz
대역폭	20MHz, 40MHz, 80MHz, 80+80MHz, 160MHz	20MHz, 40MHz, 80MHz, 80+80MHz, 240MHz, 160+160MHz, 320MHz
최대 데이터 전송 속도	9.6Gbps	46Gbps
QAM	1K	4K
핵심 기술	Uplink Multi-user, 8x8 MU-MIMO, OFDMA, Spatial Reuse	Beamforming, Multi-link, Multi AP, 16x16 MU-MIMO, HARQ

표2. 802.11ax와 802.11be 표준의 속도 및 특성 비교

표준화의 방향성

다음은 IEEE 802.11의 표준화 방향입니다. IEEE는 요구사항에 따라서도 표준을 제정하고 있습니다. ‘IEEE 802.11 개정 트랜드 분석’⁵에 따르면, WiFi 6 라고도 불리는 IEEE 802.11ac 까지는 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 기술을 이용하여 전송 속도를 최대한 높이려는 방향으로 표준화 및 상용 개발이 되어왔습니다. 하지만 이후의 방향성에는 차이점이 발생합니다.

하나는 기존과 비슷한 극단적으로 빠른 속도의 통신이 가능한 표준인 802.11be 이고 다른 하나는 요구 사항에 따라 다시 달라지는데, 고밀도 안전성 혹은 정밀한 위치 측정 등에 따라 자세한 표준이 나뉩니다. 초정밀 실내 위치 측위를 위한 표준 802.11az, 저전력 IoT 앱을 위한 표준 802.11ba, 광통신을 위한 표준 802.11bb, 무선랜 센싱 기술 표준인 802.11bf 등을 제정하고 있습니다. 기술과 특징에 따른 표준을 분류하면 다음과 같습니다.

표준	기술 및 특징	활용
802.11ax	MU-MIMO 와 OFDMA을 이용한 처리량 증가	밀집 환경(경기장, 공항)에서의 성능 향상을 위해 사용
802.11ay	SU/MU MIMO를 이용한 속도 향상, 8개의 up/down stream, 채널 본딩	초단거리 통신, 8K UHD, AR/VR, 웨어러블 기기에 사용
802.11az	초정밀 Indoor Location	실내 내비게이션 (1m 이내 오차), 안전한 위치 확인, 스마트폰으로 차량, 컴퓨터 열기에 사용
802.11ba	웨이크 업 라디오 저전력 IoT 앱	스마트홈, 웨어러블 디바이스에서 사용
802.11bb	광통신, 최소 10Mb/s의 단일 링크 처리량, 최소 5Gb/s 속도 제공	산업, 의료, 기업, 가정에서 사용
802.11bd	차세대 무선랜 V2X 기술	자동차 운전 지원, 차량 위치 및 자동 운전 보조에 활용
802.11be	매우 높은 처리량, 저지연 통신 지원	AR/VR, 4K 및 8K 비디오 스트리밍, 클라우드 컴퓨팅, 비디오 통화 및 회의 등에 사용
802.11bf	무선랜 센싱 기술	WLAN 신호를 사용하여 특정 환경에서 목표물의 범위, 속도, 각도, 움직임 등을 측정하여 각종 환경에서 객체를 감지

표3. 기술 및 특징별 802.11 표준 분류

이렇게 센싱, 측위, 극초고속 등 요구사항과 기술에 따라 표준을 세분화하면서 무선통신 표준을 제정하는 방향으로 나아가고 있습니다.

결론

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IEEE 802.11의 차세대 기술 및 표준과 방향성에 대해 알아보았습니다. Beamforming, Multi-Link 기술을 도입하여 이전보다 더 조밀한 데이터를 더 넓은 대역폭에서 전송할 수 있게되어 비약적인 속도 향상을 기대하고 있습니다. 이를 통해 초고속 저지연 통신이라는 요구사항을 충족시킬 것으로 보입니다. 또한 속도 뿐만 아니라 측위 기술, 센싱 기술 등을 위한 표준을 분리시켜 제정하면서 차세대 무선통신 기술과 표준을 세분화하여 진행하고 있었습니다. IEEE 802.11의 세분화된 기술과 표준화는 무선 통신 분야의 중추적인 부분을 차지하고 있으며, 계속해서 발전해 나가야 합니다. 이는 우리의 디지털 생활과 각종 산업, 의료 등의 기술적 발전에 큰 기여를 할 것입니다.

참고문헌

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