“모든 와이파이 문제를 해결한다” 802.11ax 가능성과 실익 점검

PCWorld

와이파이 네트워크가 대폭 업그레이드된다. 802.11ac를 802.11ax로 바꾸면, 브로드밴드 연결이 필요한 다양한 무선 디바이스의 수가 급증하면서 초래된 문제를 해결할 수 있는 최신 네트워크 허브를 구축할 수 있다.

현대적인 스마트폰이 처음 보급된 2007년만 하더라도, 무선 디바이스가 많은 집조차 무선 라우터에 연결된 하드웨어는 극소수에 불과했다. 그러나 지금은 태블릿, 스마트 홈 디바이스, 미디어 스트리밍 디바이스, 스마트TV, 게임기, 보안 카메라 등 무선 라우터에 연결된 디바이스가 20~30개를 넘는다. 또 이런 무선 디바이스의 수는 앞으로 계속 증가할 전망이다.

무선 LAN 표준을 관장하는 IEEE 엔지니어링 그룹은 이런 복잡한 환경이 제대로 동작하도록 하기 위해 802.11ax 표준을 적극적으로 추진하고 있다. 802.11ax는 방대한 네트워크 처리량을 요구하고, 수 많은 이동 및 고정 와이파이 클라이언트가 연결된 고밀도 기업 네트워크에 적용할 때 많은 이점을 얻을 수 있다. 하지만 가정이나 SOHO에서도 마찬가지이며, 특히 비디오 스트리밍이나 파일 전송 측면에서 얻을 수 있는 이점이 크다.



기존 와이파이 환경에서 기업은 건물과 캠퍼스 전체의 무선 네트워크를 관리해야 하는 부담이 적지 않다. 가정과 소규모 기업은 라우터의 무선 범위 내에 여러 네트워크가 중복되면 문제에 직면해 있다. 802.11ax는 혼잡한 도시 및 교외 환경에서 전파 간섭과 방해를 줄이고, 처리량(속도)을 높이는 여러 가지 기법을 도입했다. 지금까지는 통상 해결하기 힘들어 많은 ‘불만’을 초래했던 문제들이다.

802.11ax는 완성된 표준이 아니다. 그러나 제조업체들은 지난 15년 간 새로운 와이파이 기술이 등장했을 때마다 그랬듯이, 이번에도 발걸음을 재촉하고 있다. 따라서 빠르면 6월에 일부 제품이 상용화될 전망이며, 연말에는 더 많은 제품이 출시될 것이다. 그렇지만 얼리 어댑터가 누릴 수 있는 ‘혜택'은 많지 않을 것으로 분석된다. 스마트폰과 노트북, 기타 디바이스에 탑재된 클라이언트 어댑터가 지원을 하고, 훨씬 더 안정적인 ‘완성 ‘버전을 기다리는 것이 나을 수도 있다.

무선 주파수와 와이파이 표준의 발전
거의 모든 국가가 전파를 규제하며, 미국을 비롯한 많은 국가가 2.4GHz와 5GHz 2개 주파수를 와이파이에 할당하고 있다. 이 주파수 대역은 시작 주파수와 끝(종료) 주파수가 정해진 채널로 나눠진다.

와이파이(무선) 라우터와 노트북 컴퓨터 같은 발신 장치와 수신 장치는 동일한 채널을 사용해 서로 통신을 한다. 이때 수십, 또는 수백 대의 디바이스가 동일한 채널에서 액세스 포인트를 통해 데이터를 중계할 수도 있다. 도시와 도시 주변 교외의 경우, 인접한 수 많은 네트워크가 동일한 채널을 놓고 서로 경합을 할 수도 있다.

1999년, 각각 54Mbps와 11Mbps의 데이터 전송 속도를 지원하는 5GHz 802.11a 표준과 2.4GHz 802.11b 표준으로 무선 LAN 혁신이 시작됐다. 데이터 전송 속도는 항상 최고 속도를 가리키며, 네트워크 오버헤드가 포함되어 있다. 따라서 각 디바이스는 보통 최고 속도의 40~90%의 속도(처리량)를 이용한다.

이후 802.11g(2.4GHz), 802.11n(2.4GHz 및 5GHz), 802.11ac(5GHz) 웨이브 1과 2 표준을 통해 와이파이는 지속적으로 발전했다. 802.11ax는 두 대역의 성능을 모두 향상시킨다. 또 단일 채널에서 동시에 수십 대의 디바이스에 Gbps에 달하는 제공해 압축 HD와 4K HDR 비디오 스트리밍, 기가바이트급 파일 전송이 가능해졌다. 하지만 전세계적으로 100Mbps~1Gbs 브로드밴드 연결을 이용하는 사용자의 수는 증가하고 있는 추세이며, 현재의 와이파이 속도는 걸림돌이 될 운명에 처했다.



와이파이 표준이 업그레이드 될 때마다 데이터 전송 속도는 빨라졌다. 하지만 802.11ax는 기존에 새 표준이 나올 때보다 훨씬 더 큰 성능 및 속도 향상을 약속한다. 802.11ax 기지국(와이파이 라우터)의 데이터 전송 속도는 최대 14Gbps에 달한다. 앞선 세대 표준인 802.11ac 라우터의 3.5Gbps보다 훨씬 더 빠른 속도이다. 물론 실제 사용하면서 이런 최대 속도를 경험하지 못하겠지만, 기존 표준보다 몇 배 더 빠른 속도로 와이파이를 이용할 수 있다. 특히 여러 사람이 동시에 훨씬 더 빠른 속도로 비디오 스트리밍 서비스를 이용하거나, 파일을 전송할 수 있다.

802.11ax가 어떤 방법으로 이런 성능 향상을 구현하는지 살펴보자.

더 밀도 높은 데이터 인코딩
와이파이는 전파로 데이터를 인코딩 한다. 그런데 주어진 주파수에서 전송할 수 있는 데이터의 양에 한계가 있다. 물론 무선 LAN 표준들이 계속 발전하면서 ‘최대 한계’가 계속 확대되고 있는 추세이다. 또 신호를 처리하는 칩이 갈수록 강력해지면서, 동일한 공간에 더 효율적으로 데이터를 인코딩 할 수 있게 되었다. 특히 기지국(라우터)과 수신 장치의 거리가 가까울 때 효과적이다. 두 장치가 같은 방에, 가시권에 위치한 경우를 예로 들 수 있다.



802.11ac부터 혁신이 시작됐는데, 기존 표준보다 33%가 많은 데이터를 인코딩할 수 있는 표준이었다. 802.11ax는 여기에 25%가 추가된다. 달걀 용기를 예로 들어보자. 보통 사용하는 정사각형의 열과 행으로 배열된 달걀 용기가 802.11ac라면, 802.11ax는 정사각형 대신 육각형을 이용한다. 그리고 달걀 사이의 칸막이 수를 줄인다. 물론 깨지는 달걀의 수가 많아질 것이다. 무선 LAN에서는 이렇게 밀도가 높은 경우, ‘실수’나 ‘오류’로 무선 신호가 소실되는 문제가 발생한다. 그러나 더 많은 달걀을 담을 수 있다.

2.4GHz를 이용한 성능 향상
2.4GHz 대역은 대수롭지 않은 취급을 받는 때가 많다. 베이비 모니터, 무선 도어벨, 무선 전화기 등 고속 와이파이 네트워크와 잘 어울리지 않지만, 무선 데이터를 이용해야 하는 이른바 ‘무면허’ 디바이스들로 혼잡한 대역이기 때문이다. 그런데 이렇게 와이파이를 사용하지 않는 디바이스가 가운데 상당수가 이제 다른 대역을 사용하거나, 더 나아가 와이파이를 사용하고 있다. 802.11ax는 근 10년 만에 처음으로 2.4GHz 성능을 향상시킨 표준이다. 많게는 Gbps급 속도로 더 많은 데이터를 전송한다. 또 5GHz보다 긴 파장을 유리하게 이용할 수 있다. 파장이 길수록, 신호가 더 효과적으로 벽이나 바닥, 가구 등 단단한 물체를 통과하는 경향이 있다.


이런 특성은 메시 네트워크에 특히 유용하다. 현재 메시 네트워크는 통상 2.4GHz와 GHz의 두 가지 무선으로 구성된다. 이 가운데 하나를 노드 간 통신에 사용한다. 802.11ax 메시 네트워킹은 더 빠른 데이터 전송 속도와 높은 침투율을 지원하는 2.4GHz 대역을 이용, 전체 네트워크의 속도를 높일 수 있다.

동시에 여러 디바이스와 통신
802.11 표준에서 처음으로 MIMO(Multiple in Multiple out)로 불리는 ‘공간 다중화 기술’이 채택됐다. MIMO는 여러 물리 경로 전역에 여러 데이터 스트림을 전송하는 기술이다. 각 스트림에 추가적인 무선과 다중 송수신 안테나가 필요한 방식이다. 그러나 소형 휴대용 디바이스나 스마트 홈 디바이스를 중심으로 다중 무선을 지원하지 않는 장치들이 많다. 이런 이유로 MIMO가 탑재된 무선 라우터는 하나의 스트림만 이용할 수밖에 없을 때, 대역폭 가운데 상당수를 낭비하게 된다.



802.11ac부터 라우터들은 동시에 여러 디바이스와 통신을 할 수 있게 되었다(MU-MIMO). 효율성이 높아졌다는 의미이다. 그런데 802.11ax의 경우, 클라이언트 디바이스가 동시에 응답을 할 수 있다. 이는 스트리밍 미디어 플레이어에 큰 도움을 준다. 플레이어에서 라우터로, 그리고 라우터에서 ‘시청’ 디바이스(스마트 TV, 미디어 스트리머, 스마트폰, 디지털 오디오 플레이어)로 더 신뢰도 높게 오디오와 비디오를 전송해 재생할 수 있도록 도와주기 때문이다. 또 802.11ax는 스트림의 수가 4개에서 8개로 증가했다. 그러나 이 기능은 가정용 디바이스보다는 값비싼 기업용 디바이스에만 적용될 가능성이 크다.

부채널(하위 채널)
802.11ax는 4G LTE와 앞서 도입된 몇몇 표준들을 참고, 와이파이 채널을 많게는 수천 개의 밀집된 부채널(하위채널)로 분리하는 기법을 도입했다. 이들 부채널은 다양하게 결합된 페이로드를 여러 디바이스로 전송할 수 있다. 또한 특정 부채널의 간섭이나 노이즈를 다른 부채널로부터 분리시킬 수 있다. 따라서 명확한 수신을 위해 전체 통신 속도를 낮추거나, 재전송을 해야 하는 필요성이 줄어든다. 이른바 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)로 불리는 기술이다.



아주 큰 컨테이너를 실은 아주 큰 트럭이 고속도로 하나를 차지하고 있는 모습, 다양한 작은 상자들을 실은 작은 트럭 여러 대가 간격이 좁은 도로를 주행하는 모습을 비교해 생각하면 된다. 애널리스트와 제조업체들에 따르면, 상황이 적절한 경우 OFDMA는 기존 네트워크보다 4배 빠른 속도(처리량)를 제공한다.



다른 네트워크를 더 효과적으로 처리
도시와 도시 주변 교외 지역은 수십 또는 수백 개의 와이파이 네트워크가 중복되는 경우가 많다. 802.11ax에는 자신의 네트워크 신호와 다른 네트워크의 약한 신호를 효과적으로 구분해 처리할 수 있는 기능이 포함되어 있다. 이를 통해 속도를 높인다.

사소하지만 다양한 기술 업그레이드
이 밖에도 작은 기술 업그레이드가 많다. 특정 도착지(대상) 한 곳을 대상으로 하는 데이터를 여러 조각으로 쪼개 가용한 슬롯에 부합하도록 만드는 기법, 인코딩한 데이터를 더 길게 실행시키는 기법, “beamforming” 에너지에 초점을 맞춰, 수신 장치를 더 정확히 하는 기법을 예로 들 수 있다. 또한 802.11ax는 이른바 ‘경합’ 문제를 더 효과적으로 처리한다.

클라이언트 배터리 성능 향상
속도와 관련 없는 ‘보너스’가 한 가지 더 있다. 모바일과 관련된 기능이 많이 개선되었다. 그 중 하나는 네트워크 클라이언트 디바이스의 와이파이 신호를 절전 모드로 바꿔, 전기를 절약하는 기능이다. 이는 와이파이와 연결된 전력 소비를 크게 줄이고, 배터리 사용 시간을 늘려준다.

얼리 어댑터가 직면할 수 있는 위험
IEEE 태스크 그룹에서 아직 개발을 하고 있는 표준이다. 그러나 일부 제조업체들은 가까운 장래에 아마도 독자적으로 해석한 예비 사양을 사용해 802.11ax 와이파이 라우터를 출시할 준비를 하고 있다. 예를 들어, 디링크와 에이수스는 지난 1월 CES에 802.11ax 라우터를 공개했다. 또 칩 업체들의 802.11ax 칩셋 개발이 완성 단계에 있기 때문에 802.11ax를 출시할 제조업체의 수는 계속 증가할 전망이다.

그런데 서둘러 구입할 경우, 대가를 치러야 할 수도 있다. 과거 몇몇 표준의 경우, 변화가 컸지만 제한적이었다. 업데이트를 하지 못해 문제가 된 라우터는 극소수에 불과했다. 그러나 802.11ax의 경우 업데이트와 변경 사항이 아주 많다. 초기에 출시된 라우터가 나중에 출시된 차세대 칩을 사용해 만들어진 라우터만큼 우수하지 못하거나, 표준에 충실하지 못할 가능성이 있다. 제조업체와 칩 업체들이 최종 결정을 내리는 IEEE 위원회와 제품의 호환성을 인증하는 와이파이 연합에 참여하고 있지만, 100% 안전한 것은 아니다.

또한 스마트폰과 태블릿, 컴퓨터 등의 장치에 새로운 클라이언트 어댑터가 도입되어야 802.11ax의 이점을 제대로 활용할 수 있다. 그런데 이런 클라이언트 어댑터는 통상 새로운 세대의 라우터 장치보다 늦게 업그레이드된다. 신형 디바이스에 802.11ax가 도입되는 시기는 2019년이 될 전망이다. 그리고 2~3년이 지나야 새로운 기술을 제대로 이용할 수 있을 정도로 디바이스의 수와 종류가 많아진다.

새로운 세대의 하드웨어에서 항상 문제가 되는 것이 ‘하위 호환성’이다. 그러나 와이파이는 역사적으로 앞선 표준을 효과적으로 지원해왔다. 802.11ax 라우터는 최신 네트워크 보안 기법을 가장 처음 지원한 802.11g 이후의 802.11 표준들을 모두 원활히 지원할 것으로 관측되고 있다. 몇몇 예외적인 경우를 제외하면, 과거 사용했던 디바이스를 모두 사용할 수 있을 것이다.

하위 호환성을 위해 특별히 설정을 할 필요도 없다. 그러나 일부 라우터에는 구형 와이파이 기술을 끌 수 있는 기능이 탑재될 것이다. 호환성에는 ‘간접비’가 수반된다. 구형 모델을 사용하지 않으면 속도를 향상시킬 수 있다.  editor@itworld.co.kr