역호환성·커버리지·단말 등 신중히 검토해야 … 2008~2009년 11n 표준 완료
최근 무선랜은 유선에 버금가는 안정성을 확보하며 빠르게 시장이 확대되고 있다. 무선랜 표준 역시 지속적으로 발전해 최대 540Mbps의 속도를 지원하는 801.11n 표준도 내년이면 완료될 전망이다. 2회에 걸쳐 802.11n 네트워크의 특징 및 고려사항과 4세대 무선랜의 특징 및 기술적 요구사항 점검을 통해 진화하고 있는 무선랜 기술을 살펴본다. <편집자>
연재순서
1회 : 802.11n 네트워크 특징 및 고려사항(이번호)
2회 : 4세대 무선랜 특징 및 기술적 요구사항
이광수 // 한국메루 컨설팅팀 이사
klee@merunetworks.com
IEEE 802.11 위원회는 2004년 1월에 802.11n이라는 고속화 무선랜의 표준을 만들기 시작했다. 칩셋 개발업체들 역시 향후 기술 및 시장 경쟁 우위 점유를 위해 EWC(Enhanced Wireless Consortium) 버전을 이용한 칩셋을 경쟁적으로 출시하고 있다. EWC는 802.11n이 확정되기 전에 표준을 신속히 제정하고 무선랜 기술을 장려하며 시장 확대를 목적으로 무선랜 칩셋 업체들이 설립한 컨소시엄으로 브로드컴, 아테로스, 마벨, 메타링크 등이 참여하고 있다.
이후 표준화 활동은 TGnSync, WWiSE, MITMOT 등 3개의 표준제안그룹이 주도하고 있다. TGnSync는 인텔, 삼성전자, 노텔, 시스코, 소니, 애플 등이, WWiSE는 TI, 브로드컴 등이, MITMOT는 모토로라, 미쓰비시 등이 각각 참여하고 있다. 2006년1월 IEEE 802.11n 테스크 그룹은 이러한 표준제안그룹의 기술제안 절충안과 EWC의 제출안을 기초로 802.11n 초안(드래프트 1.0)을 도출했다.
802.11n은 기존 802.11a/b/g 표준과 비교해 10배 이상의 성능을 지원한다. 향후 무선랜을 통해 초고속 멀티미디어 서비스 수요가 증가할 것이라는 전망에 따라 표준화 작업을 시작한 것으로 기존의 다양한 표준보다 스팩트럼 사용, 안테나, 물리적 계층 인코딩(Physical Layer Encoding) 등 다양한 옵션을 제공하는 것이 특징이다. 다시 말하면 802.11n은 고속화(802.11a/g보다 약 6배 성능 향상)를 구현하고, 더 넓은 커버리지(802.11a/g보다 약 2배)를 지원한다.
-무선 채널에 대한 두 배의 스펙트럼 제공(20MHz에서 40MHz로 증가)
-64QAM 인코딩과 다중입출력(MIMO) 기술을 적용해 고속화 구현
-MAC 프로토콜의 효율성, 블록 전송과 늦은 블럭 인식 강화
802.11n은 더 많은 스팩트럼, 더 높은 데이터레이트를 지원하는데 기존 802.11a/g 표준의 성능(802.11a/g를 22Mbps 가정)보다 현재 6배의 성능이 향상된 132Mbps를 제공한다. 이와 같이 고성능을 통해 음성, 데이터, 영상이 혼재된 기업망의 요구사항을 지원, 무선랜을 네트워크 접속 수단으로 액세스 서비스를 지원할 수 있는 가능성을 열었다.
아직은 802.11n이 정식 표준으로 발표되지 않은 상태로 현재는 초안을 만족시키는 ‘프리-스탠더드(Pre-standard) N’ 제품들이 출시되고 있다. 이중에는 802.11n 정식 발표 표준을 향후 소프트웨어 업그레이드만으로 지원하는 제품들도 있다. 또한 Wi-Fi 얼라이런스에서는 초안 2.0을 지원하는 제품에 대한 인증도 시작했고, 칩셋 개발 업체들 역시 향후 기술 및 시장 경쟁에서 우위를 점유하고자 EWC 버전을 이용한 칩셋을 경쟁적으로 출시하고 있는 상황이다.
현재 802.11n의 가정 및 소호 시장에서는 더 높은 성능, 더 넓은 커버리지, 더 좋은 안정성 등을 지원한다. 반면 기업시장에서의 기존 무선랜은 이메일이나 인터넷 정도의 데이터 트래픽을 처리하기 위한 네트워크 접속 도구였다. 그러나 무선은 기업의 주요 애플리케이션인 음성 및 영상 등의 다양한 트래픽 처리를 위한 첫 번째 네트워크 연결성을 제공하는 수단으로 부상할 전망이다. 802.11n이 기존의 단말접속 수단인 유선랜 연결을 무선랜으로 흡수하는 한편 단순이 속도 증대만을 의미하는 것이 아니라 기존 기업망의 유선 백본의 네트워크 아키텍처의 변화에도 많은 영향을 줄 것으로 예측된다.
802.11n으로 업그레이드 고려사항
802.11n은 기존 802.11a/b/g 제품과 역호환성(backward compatibility)을 제공하지만 802.11a/b/g 제품은 무선채널당 증가된 스팩트럼을 사용하지 못한다. 따라서 802.11n은 기존 802.11a/b/g와 공존을 위해 다음과 같은 기능을 지원한다.
-802.11a/b/g의 무선채널당 20MHz의 주파수 대역을 동일하게 사용하는 호환모드 제공
-모든 802.11n 프레임이 기존 물리계층 헤더 및 프레임보다 먼저 선행하는 모드 제공
-고기능 MAC 동작 모드 제공
기존 802.11a/b/g에 대한 역호환성 제공을 위해 802.11n 장치는 성능저하모드(Degraded mode)를 제공, 802.11n만 단독으로 사용할 때 보다 성능은 떨어지지만 호환성을 증대해 802.11a/b/g에 대한 중첩기간을 제공해 점차 802.11n 단말로 업그레이드를 유도할 수 있다.
이는 역호환성을 처음으로 지원하는 것은 아니다. 802.11g(2.4GHz 주파수, 20MHz 무선채널, OFDM 인코딩, 54Mbps 최고속도)도 기존 802.11b(2.4GHz주파수, 20MHz 무선채널, CCK 인코딩, 11Mbps 최고속도) 단말에 대해 역호환성을 제공했었다. 속도 저하가 초래되기는 했지만 802.11b가 급속히 802.11g로 대체됐듯 12~18개월 정도면 802.11n으로 빠르게 변화해 나갈 것으로 기대되고 있다. 물론 모든 단말이 802.11n을 지원해 802.11n 단독 모드로 구성될 때 성능 및 커버리지에 대한 이점을 충분히 살릴 수 있다.
무선 서비스 범위 및 커버리지
802.11a/b/g와는 다르게 802.11n은 안테나 기술을 통해 무선서비스 범위의 향상을 가져왔다. 특히 802.11n은 다음과 같은 두 가지 원리를 사용한다.
-802.11n은 간섭(interference), 멀티패스(multipath), 잡음(noise)을 극복하기 위한 독립 Tx와 Rx 경로를 결합하기 위해 적어도 각각 두개의 Tx와 Rx 논리적 포트를 요구한다. 또 CDMA와 비슷하게 2×2(2Tx, 2Rx) 또는 3×3(3Tx, 3Rx) 구성이 선호된다.
-Tx와 Rx의 경로를 조율해 유니캐스트 통신을 개선하기 위한 방향성이 있는 빔 형성을 선택적으로 제공한다.
가정용 또는 소호 환경 같은 하나의 AP 환경에서 802.11n는 같은 속도에 대한 더 넓은 무선 서비스 셀을 형성할 수 있다. 그러나 기업 네트워크에서는 미묘한 건축적인 연결 관계를 갖는다. 또한 무선 커버리지는 커졌으나 이 커버리지에 대한 정확한 거리 예견은 기존 802.11a/b/g 무선랜보다 어렵다. 왜냐면 이 무선 커버리지의 향상은 MIMO(Multi Input / Multi Output)를 통한 향상이기 때문이다.
기존 마이크로 셀/멀티채널 아키텍처에서의 무선채널 및 파워에 대한 조심스러운 설계를 통한 동일채널에 대한 간섭(co-channel interference)을 없애려고 한다. 하지만 802.11a/b/g무선랜에 대한 무선 셀 및 채널에 대한 설계 툴(예 : 이카하우 소프트웨어 등)은 있으나 802.11n에 대한 무선 셀 및 채널에 대한 정확한 설계 툴은 거의 없는 상황이다.
논리적 Rx 포트는 신호가 약하거나 일그러진 신호에 대해서도 수신을 할 수 있으나 동일채널에 의한 간섭은 여전히 남아 있다. 이는 무선서비스 범위는 증가했지만 간섭이 있는 범위 또한 증가했음을 의미한다. AP 수량이 매우 적은 가정 및 소호 환경의 무선랜에서는 그다지 간섭의 영향이 없지만 기업망과 같이 다수의 AP의 커버리지가 겹치는 환경에서는 동일채널에 의한 간섭은 커진다. 따라서 기업망에 802.11n 도입을 고려한다면 간섭을 보다 완화하는 기술 및 솔루션에 관심을 가져야 한다.
802.11n에 대한 무선 커버리지에 관한 셀 형태에 대한 예견 툴은 거의 없는 상황이고, 또 어떻게 퍼질지 예견하기는 매우 어렵다. 무선랜은 단일 층에도 구현되지만 기업환경의 무선랜은 다계층 건물에 설치돼 무선 AP의 셀이 특정 무선채널과의 파워를 조정하기는 어려운 상황이다. 이것은 802.11n이 될 때는 더욱 간섭의 문제가 부각되고, 이것을 관리하기가 더욱 어렵게 될 것이다. 요약하면 기업망에서의 802.11n의 기본 고려사항은 다음과 같다.
-802.11n 무선 커버리지는 802.11a/b/g 무선랜보다 예견이 어렵다. 특히 기존 무선 AP의 파워를 줄여 동일채널간의 간섭을 완화하는 구성(마이크로 셀 아키텍처)은 더 많은 간섭 요소가 있을 수 있다.
-동일채널 간섭을 완화하는 것은 802.11a/b/g에서도 문제거리다. 따라서 802.11n에서의 간섭을 없애려면 근본적으로 동일채널 간섭을 없애는 기능이 있는 특별한 AP를 사용하는 것이 권장된다.
802.11n 설치 및 구현
무선랜 설치에서 유선 케이블의 AP 위치까지 설치 및 무선랜 RF 설계 및 유지보수 비용 등을 감안해야 한다. 기존 802.11a/b/g용 AP는 802.11n과 틀린 칩셋을 사용해 물리적으로는 업그레이드가 불가능하다. 즉, 802.11n용 AP는 기존 802.11a/b/g AP와 별도의 모델이 출시되고 있다.
2.4GHz의 20MHz 채널에서는 3개의 중복이 안 되는 채널이 있고, 5GHz는 독립채널로 13개가 있다. 802.11n은 2.4GHz와 5GHz 양쪽 모두 사용 가능하다. 그러나 중복채널에 의한 간섭현상은 802.11a/b/g에서도 해결하기 쉽지 않은 문제고, 802.11n은 40MHz 채널을 사용하는데 2.4GHz에서는 1번과 6번을 동시에 사용하는 채널 한개만 구현이 가능, 기존 802.11a/b/g의 1번, 6번과의 동일채널에 의한 간섭현상을 피할 수 없다.
802.11n의 원래 성능을 구현하려면 802.11n 사용자에 대해 802.11n을 2.4GHz보다는 5GHz로 구현하는 것이 좋다. 802.11n이 802.11a보다 더 넓은 무선 커버리지를 지원하지만 무선 커버리지에 대한 예견이 쉽지 않고, RF설계 관련 툴이 미흡해 RF 설계시 보다 조심스럽게 접근해야 한다.
다양한 무선 단말
무선랜에서의 주요 문제점은 다양한 무선 단말과 다양한 무선 관련 드라이버 소프트웨어에 의해 일어나는 경우가 많다는 것이다. 802.11b/g 혼합모드의 무선 AP를 802.11b 무선 단말은 상대적으로 빠른 802.11g 무선단말의 성능을 저하시키는데, 이러한 저속 무선 단말을 ‘스티키(Sticky) 무선 단말’이라고 칭한다. 현재 거의 모든 무선랜 제품에서 이러한 현상이 일어나고 있다.
기존 802.11a/b/g 무선랜 단말을 수용키 위한 802.11n 환경은 늦은 단말에 의한 속도저하 현상이 큰 문제다. 반면 802.11n 무선랜은 다양한 옵션을 제공한다. 즉, 802.11n 지원 AP는 스팩트럼 사용, Tx와 Rx에 대한 구성, 인코딩, MAC 구성 등 다양한 옵션이 있다.
무선랜에서의 스티키 무선 단말은 상대적으로 고속인 무선 단말의 속도를 저속으로 끌어 내리며, 이런 단말은 AP의 점유시간을 늘리게 된다. 따라서 스티키 무선 단말이 기존의 정상적인 무선 단말에 대해 AP의 점유시간을 동일하게 배정함으로써 무선랜의 속도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 기존의 일반적인 무선랜에서는 이러한 개념이 적용이 안 돼어 있는 가운데 802.11n에서 이러한 기능은 매우 중요하다. 저속 무선 단말에 의해 정상적인 단말의 속도가 현저하게 저하될 우려가 있기 때문이다.
최적화 위한 다양한 사항 고려 ‘필수’
지금까지의 802.11a/b/g 무선랜에서 802.11n으로의 업그레이드할 때 고려사항에 대해 살펴봤다. 이를 정리하면 다음과 같이 요약할 수 있다.
-802.11n과 802.11a/b/g간 역호환성 : 802.11n은 기존 802.11a/b/g 무선 단말을 수용하려면 성능저하를 감수해야 한다. 따라서 802.11n 성능 최적화를 위해서는 802.11a/b/g 단말과 802.11n 단말을 서로 다른 무선채널로 구분해 별도로 수용해야 한다. 예를 들면 하나의 802.11a/b/g를 위해 11채널(2.4GHz, 20MHz)과 64채널(5.3GHz, 20MHz)을 사용하고, 나머지 무선채널은 802.11n 무선 단말을 사용하는 것이다. 만약 동일채널에서 간섭이 발생하는 무선랜의 경우에는 간섭문제를 해결하기 어렵다.
-802.11n 무선 커버리지 예견 및 셀 설계 어려움 : 안테나 기술을 통한 멀티패스를 사용하는 802.11n의 경우에는 파형이 삐쭉삐쭉 나가는 특성상 셀 커버리지 예견은 802.11a/b/g보다 어렵다. 따라서 커버리지 홀에 대해 더욱 면밀히 신경을 써야 한다.
-802.11n AP 설치 : 2.4GHz에서는 802.11n이 1~6번 채널을 사용해 기존 802.11b/g에 대한 역호환성을 지원하도록 구성한다면 2.4GHz에서 진정한 802.11n의 속도를 구현할 수 없다. 따라서 상대적으로 간섭에 자유로운 5GHz의 구현을 선택하는 것을 권고한다. 그러나 전파특성이 2.4GHz와 다르고 더욱 민감하게 반응하지만 아직은 802.11n에 관한 정확한 툴이 미흡한 실정이다.
-효과적인 무선랜 트래픽 처리 : 802.11n은 기존 802.11a/b/g보다 6~10배까지 고속화된 무선랜이다. 무선 컨트롤러 기반의 무선랜을 사용하는 경우 802.11n AP가 많아진다면 급증하는 데이터 트래픽을 무선 컨트롤러가 처리, 이는 유선 백본에 부담을 주게 된다. 따라서 분산처리 구조와 같은 효과적인 무선랜 트래픽 처리가 필요하다고 판단된다.
-다양한 802.11a/b/g 단말 수용 : 상대적으로 저속 무선 단말은 기존의 정상적인 무선 단말의 속도를 떨어트려 전체적인 무선랜 속도를 저하시킨다. 802.11n AP가 기존 802.11a/b/g 단말을 수용하려면 이런 현상은 감안해야 한다.
참고로 메루, 시스코 등이 802.11n 표준 2.0에 대한 Wi-Fi 인증을 마친 상태로 많은 무선랜 벤더들이 관련 시장에 진입하고 있는 상황이다. 시스코는 UWN(Unified Wireless Network)에 802.11n을 적용, 에어로넷 1250시리즈 AP와 48Gbps까지 확장 가능한 무선랜 컨트롤러를 통해 차세대 무선랜 구축에 필요한 유무선 인프라를 모두 지원한다.
메루 역시 AP300 시리즈를 통해 802.11n을 지원하다. 특히 AP311 모델은 한개의 802.11n라디오뿐 아니라 802.11a/b/g 라디오가 있어 기존 무선 단말을 수용해 802.11n의 성능을 최대한 구성할 수 있다. 또한 분산처리방식을 통해 액세스 스위치단의 무선 컨트롤러가 무선랜 데이터 패킷을 처리하게 구성해 분산처리를 구현하고, 가상셀 기술을 통해 무선 AP의 셀을 가상화해 802.11n에서의 커버리지 홀에 대한 대응 방법을 갖추고 있다.
