MU-MIMO 와이파이에 대해 알아야 할 사실 13가지

Computerworld

와이파이(Wi-Fi)가 등장한지 20년이 지난 지금, 가장 중요한 혁신 기술 중 하나가 보급되기 시작했다. 다름 아닌, 새 802.11ac 무선 표준 웨이브(Wave) 2의 옵션 기능인 MU-MIMO이다.

MU-MIMO는 'Multi-User Multiful Input & Multiple Output(다중 사용자, 다중 입력 및 다중 출력)'의 약자로, 802.11n 표준과 함께 10년 전에 도입된 SU-MIMO(Single-User MIMO)에 토대를 두고 있다.

SU-MIMO는 무선 디바이스 한 쌍이 동시에 여러 데이터 스트림을 송수신하도록 지원해 와이파이 속도를 향상시킨다. MU-MIMO는 이를 발전시킨 기술로, 여러 디바이스가 동시에 여러 데이터 스트림을 수신한다. 현재 가장 복잡한 와이파이 기능 중 하나이다.


SU-MIMO 기술은 한 번에 하나의 디바이스에 여러 개의 입출력 스트림을 지원하는 반면, MU-MIMO는 여러 대의 디바이스와 동시에 커뮤니케이션할 수 있다.

802.11ac 웨이브 2 무선 라우터와 액세스 포인트가 상용화되고 있기 때문에 와이파이 서비스를 지원해야 하는 사람들은 MU-MIMO가 무엇인지 공부해야 하는데, 다음은 반드시 알아야 할 13가지 중요한 사실이다.

1. MU-MIMO는 다운링크 연결에만 적용된다.
MU-MIMO는 현재 SU-MIMO와 달리 다운링크 무선 연결만 지원한다. 무선 라우터와 AP는 동시에 여러 사용자에게 하나 또는 여러 스트림의 데이터를 전송할 수 있을 뿐이다. 스마트폰과 태블릿, 노트북 컴퓨터 같은 무선 디바이스 또한 무선 라우터나 AP에 데이터를 전송해야 한다. 이때 SU-MIMO로 여러 스트림을 전송한다.

따라서 관리자는 사용자의 다운로드가 업로드보다 많은 네트워크에서 MU-MIMO를 더 유용하게 활용할 수 있다. 차세대 와이파이 표준인 802.11ax에는 업링크 MU-MIMO가 추가될 전망이다.

2. MU-MIMO는 5GHz 와이파이 대역에서만 작동한다.
SU-MIMO는 2.4GHz 및 5GHz 와이파이 주파수 대역을 모두 지원하지만, MU-MIMO는 아니다. 무선 라우터와 AP는 더 높은 대역인 5GHz에서만 여러 사용자를 지원할 수 있다. 불행히도 더 작고 혼잡한 낮은 대역에서는 이 기술을 이용할 수 없다. 그러나 MU-MIMO를 이용하는 듀얼 밴드 디바이스가 증가할 전망이므로, 도입할만한 가치는 충분할 것이다.

3. 직접 신호를 지원하는 '빔포밍(Beamforming)'
MU-MIMO는 무작위로 모든 방향으로 신호를 보내지 않고, 특정 무선 디바이스에만 직접 전송하는 802.11ac의 기능 중 하나인 '빔포밍'을 이용한다. 신호를 더 효율적으로 이용하기 때문에 와이파이 도달 범위와 속도 개선에 도움을 준다.

802.11의 경우에도 옵션으로 빔포밍을 이용할 수 있다. 그러나 대부분의 업체가 독자 개발한 버전을 지원하고 있다. 물론 이들 업체가 계속 독자 개발한 기술을 이용할 수도 있다. 그러나 802.11ac 제품에서 빔포밍이나 MU-MIMO를 지원할 계획이라면, 더 단순하고 표준화된 버전을 지원해야 한다.

4. MU-MIMO는 무제한 동시 스트림과 디바이스를 지원하지 않는다.
불행히도 MU-MIMO 라우터나 AP는 스트림과 디바이스를 제한 없이 동시에 지원할 수 없다. 지원할 수 있는 스트림의 수가 정해져 있다. 통상 3~4개이다. 또 동시에 전송할 수 있는 스트림에도 제한이 있다. 하지만 MU-MIMO 라우터나 AP는 여러 디바이스에 걸쳐서 이들 스트림을 이용하도록 선택할 수 있다. 예를 들어, 4개 스트림 AP는 동시에 4개의 1개 스트림 디바이스를 지원하거나 1개의 1개 스트림 디바이스, 1개의 3개 스트림 디바이스를 지원하도록 선택할 수 있다.

5. 사용자 디바이스에 여러 개의 안테나가 필요 없다.
SU-MIMO처럼 MU-MIMO를 처음부터 지원하는 무선 디바이스만 MU-MIMO 신호를 수신할 수 있다. 그러나 SU-MIMO 기술과 달리, 무선 디바이스는 여러 개의 안테나가 없어도 무선 라우터와 AP가 보내는 MU-MIMO 스트림을 수신할 수 있다. 안테나가 한 개인 무선 디바이스도 AP의 MU-MIMO 데이터 스트림을 수신할 수 있다.

안테나가 많을 수록 동시에 더 많은 데이터 스트림을 수신할 수 있다(통상 안테나당 스트림 1개). 이는 디바이스의 와이파이 성능에 도움을 준다. 하지만 안테나를 여러 개 장착하면 더 많은 전력과 공간이 필요해 원가가 상승한다. MU-MIMO는 SU-MIMO보다 하드웨어 요구사항이 적다. 디바이스 제조업체들이 이 기술을 도입할 가능성이 높아지는 것이다.

6. 액세스 포인트가 프로세싱에서 많은 부분을 처리한다.
최종 사용자 디바이스의 요구사항을 더욱 단순화시키는 특징이 있다. MU-MIMO는 AP가 신호 처리(프로세싱)의 상당 부분을 처리하도록 설계되어 있다. 사용자 디바이스가 신호를 많이 처리해야 하는 SU-MIMO보다 개선된 부분이다. MU-MIMO 디바이스 제조업체가 전력, 공간, 원가를 절약할 수 있기 때문이다.


7. 단순한 디바이스가 누리는 혜택이 가장 크다.
3~4개의 스트림을 지원하는 디바이스보다 1~2개의 스트림을 지원하는 단순한 디바이스들만 있을 때 가장 큰 혜택을 누릴 수 있다. 이 기술은 개별적인 속도를 향상시키지 않는다. 동시에 여러 디바이스를 지원, 네트워크 처리량을 향상시킨다.

예를 들어, AP가 3개 스트림을 지원한다고 가정하자. 네트워크에 3개 스트림을 지원하는 디바이스들만 있다면, MU-MIMO와 SU-MIMO의 네트워크 처리량에는 차이가 없을 것이다. 하지만 1개 스트림만 지원하는 디바이스들만 있다면, MU-MIMO는 AP에서 전송한 스트림을 대기시키지 않고, 동시에 최대 3개를 지원한다. 대부분의 무선 디바이스들이 더 적은 스트림을 지원하기 때문에, 대부분의 와이파이 네트워크에서 이를 확인할 수 있을 전망이다.


MU-MIMO는 같은 시간에 SU-MIMO보다 3배 많은 데이터를 전송할 수 있어서 각 디바이스의 입출력량을 두 배 이상 높여준다.

8. 일부 디바이스에는 MU-MIMO 지원 기능이 숨겨져 있다.
현재 MU-MIMO를 지원하는 AP, 라우터, 모바일 디바이스는 소수이다. 그러나 와이파이 칩 제조업체인 퀄컴에 따르면, 일부 디바이스 제조업체들은 지난 몇 년 동안 일부 최종 사용자 디바이스에 이를 지원할 수 있는 하드웨어를 탑재했다. 이런 디바이스는 간단한 소프트웨어 업데이트로 신기술을 지원할 수 있다. 따라서 네트워크가 802.11ac 디바이스로 업그레이드 되면서, 이 기술이 더 빠르게 보급될 전망이다.

9. MIMO를 지원하지 않는 디바이스도 혜택을 누린다.
와이파이 디바이스가 MU-MIMO를 지원해야 한다. 그러나 MU-MIMO를 지원하지 않는 디바이스도 라우터나 AP가 MU-MIMO를 지원하면 간접 혜택을 누릴 수 있다. 와이파이는 에어타임(Airtime)이 중요하다. MU-MIMO가 지원 디바이스를 더 빨리 지원할 수 있다면, 다른 디바이스에 할애할 에어타임이 증가한다.

10. MU-MIMO는 네트워크 용량 증가에 도움을 준다.
와이파이 속도를 높이려면 네트워크 용량을 확대해야 한다. 더 빨리 디바이스를 지원할 경우, 더 많은 에어타임으로 더 많은 디바이스를 지원할 수 있다. 즉 MU-MIMO는 와이파이 핫스팟 등 혼잡한 네트워크의 정체 현상을 줄이는데 도움을 준다. 스마트폰을 비롯한 모바일 디바이스가 계속 증가하고 있다는 점을 감안하면 아주 중요한 장점이다.

11. 모든 채널 폭을 지원한다.
와이파이 채널의 처리량을 증가시키는 방법 중 하나는 인접 채널을 통합해 폭이 2배인 하나의 채널을 만들어 와이파이 속도를 2배 향상시키는 '채널 본딩(Channel bonding)'이다. 802.11n 표준은 40MHz 폭 채널을 지원했으며, 1세대 802.11ac는 80MHz 폭 채널을 추가 지원하고 있다. 그리고 2세대 802.11ac 제품은 160MHz를 지원한다.


802.11ac 표준은 5GHz 대역에서 채널 폭을 최고 160MHz까지 지원한다.

더 큰 채널 폭이 가용한 채널의 수를 줄여 채널 간섭 발생 빈도가 증가하는 경우도 있다. 이런 방식이 적합하지 않은 네트워크가 있을 수 있다는 의미이다. 그러나 MU-MIMO의 경우 모든 채널 폭을 이용할 수 있다.

즉 네트워크가 좁은 20MHz~40MHz 폭 채널을 이용해도, MU-MIMO가 성능을 높이도록 도움을 준다. 속도는 네트워크에 위치한 지원 디바이스의 수, 각 디바이스가 지원하는 스트림의 수에 따라 달라진다. 하지만 폭이 넓은 채널 없이 MU-MIMO를 사용해도 각 디바이스의 다운링크 처리량을 2배 이상 높일 수 있다.

12. 신호 처리 방식이 보안을 강화한다.
MU-MIMO의 흥미로운 특징 하나는 라우터나 AP가 무선으로 전송하기 전에 데이터를 스크램블(Scramble)한다는 점이다. 지정된 수신 디바이스만 MU-MIMO로 전송된 데이터 암호를 해독할 수 있다. 물론 추후 다른 디바이스도 트래픽을 처리할 수 있는 도구가 개발될 수 있다. 하지만 현재는 MU-MIMO가 인접한 거리에서의 데이터 '도청'을 막는다. 이런 방식으로 핫스팟이나 개인 키(Personal Key), PSK(Pre-Shared Key), WPA나 WPA2 등으로만 보안 처리한 개방된 네트워크를 중심으로 와이파이 보안에 도움을 준다.

13. 고정된 와이파이 디바이스에 가장 이상적이다.
MU-MIMO에는 단점이 하나 있다. 빠르게 움직이는 디바이스에는 적합하지 않다는 것이다. 빔포밍 프로세스가 까다로워지고, 효과성이 떨어지기 때문이다. 따라서 계속 로밍을 하는 디바이스로 구성된 네트워크에는 큰 장점이 없다. 하지만 이런 디바이스들이 고정된 디바이스를 대상으로 한 MU-MIMO 기반 전송이나 성능에 영향을 주지 않는다.  editor@itworld.co.kr