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[테마기획]‘미래 u사회의 핵심 인프라-무선메시 네트워크’

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<이영로 한국정보사회진흥원 u인프라구축단장 약력> -1996∼2000년 초고속정보통신망 구축 실무책임 -2001∼2003년 한국전산원 인터넷 부장 차세대인터넷(IPv6) 보급확산계획 수립 -2002년 고려대학교 경영학(MIS) 석사 -2003∼2004년 한국전산원 BcN기획팀장 -2004∼2005년 BcN(Broadband convergence Network) 계획 입안 -2006년∼현재 한국정보사회진흥원 u인프라구축단 단장 미래통신, IP-USN, 메시네트워크 등 u인프라 등 계획 입안 중 요즘 ‘무선메시 네트워크’라는 용어를 심심찮게 접할 수 있다. 광의의 의미에서 이 기술은 애드혹(Ad-hoc) 통신 기술로부터 유래했다. 무선인프라 환경에서 고정이나 이동중에 기지국대 기지국, 단말대 단말, 기지국대 단말 등 모든 노드가 통신을 할 수 있는 다중경로를 가지는 ‘메시형 토폴로지(topology)’를 무선망에 도입한 기술이다. 무선메시 네트워크는 와이파이 기술과 접목하면서 광역 무선LAN 구축을 더욱 쉽고 경제적으로 할 수 있게 됐다. 이같은 무선LAN 메시 시장은 2000년 초반 북미를 중심으로 와이파이 기반의 무선메시 장비 업체들이 등장, 실내 및 핫스폿용으로 사용한 무선LAN을 실외의 광역 도시 네트워크 개념으로 확장시켰다. 특히 도시 무선네트워크(Municipal Wireless Network)라는 이름으로 최근 1∼2년새 인도 뭄베이, 마케도니아, 케냐, 방글라데시아 등 동남아, 아프리카, 중국 등 유선 인프라가 열악한 국가를 중심으로 급속히 확산되고 있다. 샌프란시스코, 필라델피아 등 미국의 많은 도시가 무선메시 네트워크를 이용한 u시티 구축을 하는 상황이다. ◇u시티를 위한 무선메시 네트워크 장점= u시티를 위한 무선인프라 구축 관점에서 무선메시 네트워크 기술의 장점은 경제적인 망 구축, 이동성 제공, 망 확장성과 이를 통한 정보 격차의 해소 등이다. 첫째 이동성 제공은 IP기반 데이터 서비스가 증가하면서 사용자들은 이동중에도 다양한 응용 서비스에 접속하길 원한다. 기존 이동통신 기술은 제한된 대역폭과 고가의 구축비용으로 저렴한 고품질의 이동 데이터 서비스가 어렵지만 무선메시 네트워크 기술은 비 면허대역을 이용해 VoIP 및 멀티미디어 데이터 서비스를 고속이동 중에도 이음새없이 제공할 수 있다. 둘째 망 확장성. 광대역 유선망이 신뢰성있는 통신환경을 제공하지만 경제적인 관점에서 망 확장은 어렵다. 무선매쉬 네트워크는 음성, 비디오, 데이터 등 다양한 서비스를 멀티라디오(multi-radio) 구조를 통해 쉽게 망을 확장한다. 셋째 정보격차 해소. 자본주의 발전으로 도시와 농촌간의 생활의 격차가 벌어지고, 이에 따른 정보 공유에 대한 격차도 점점 증가한다. 그렇다고 망 구축을 무작정 통신사업자망에만 의존할 수는 없다. 무선메시 네트워크는 정보격차 해소를 위한 기본 인프라 구축에 매우 경제적이다. 넷째 경제성. 고가의 송신탑이나 기지국마다 유선망의 인입이 필요하지 않아 전체적 망 구성 비용이 저렴하다. IP기술을 이용함으로써 기존 망과 연동이 용이하며 단계적 망 확장과 커버리지를 증가할 수 있어 계획적인 망구축이 가능해진다. ◇기술적 특징=기술적 관점에서 볼 때 물리계층부터 무선메시 네트워킹을 위한 라우팅이 이뤄지는 MAC 또는 네트워크 계층까지 상호 연동돼 동작된다. 또 다양한 물리계층을 수용해 멀티플랫폼을 지원할 수 있는 시스템으로 다수의 업체가 기술을 개발하는 상황이다. 무선메시 네트워크는 아래와 같이 주요 특징을 가지고 있다. 첫째 자동 망 구성 기능(Self Discovery & Configuration). 이 기능의 가장 큰 특징은 메시형 네트워크 토폴로지를 무선 환경에서 항시 자동으로 구성한다는 것이다. 이에 따라 생존성이 낮은 기존 점대 다점의 무선통신 방식에 비해 다중 경로에 따른 통신의 신뢰성을 높일 수 있다. 이같은 특성은 소방 및 재난통신이나 군통신과 같이 기존 통신 인프라가 열악하거나 상황에 따라 즉시 자동 구성해 통신이 이뤄져야하는 응용 분야에 유용하다. 둘째 자동 망 복구 기능(Self Healing). 무선메시 네트워크는 단일경로를 통한 통신방식이 아니기 때문에 통신이 이뤄지던 노드에서 물리적 절체나 트래픽의 과부하 등으로 노드에 문제가 생기면, 현 통신망에서 최적의 새로운 라우팅 경로를 찾게 된다. 이러한 망 복구를 위해 모든 노드에선 주기적으로 최적의 무선링크를 탐색하며 자신 노드에서 처리되는 트래픽의 양 및 지연율 등을 계산, 최적의 통신망 구성할 수 있도록 한다. 셋째 비면허 소출력 통신을 통한 광역 커버리지 네트워크 구축. 무선메시 네트워크를 이용한 망 구성은 다음 <그림 1>과 같이 기존 점대 다점의 무선통신이 100이라는 전력이 필요할 때, 멀티 홉을 통해 통신 커버리지를 확장하는 무선메시 네트워크는 33이라는 저전력으로 3홉을 가져가며 점대 다점의 통신방식과 같은 커버리지를 가져갈 수 있다. 비면허대역의 소출력 통신을 하는 무선LAN 기반의 메시 네트워크 통신 방식도 넓은 커버리지를 커버할 수 있다. 또 자동주파수 선택(Smart Frequency Selection) 기능이 있어 주파수 재사용 효과가 높다. 넷째 고속 로밍 기술(Fast Roaming). 고속로밍을 지원하는 것도 장점이다. 기존의 와이파이 서비스는 핫스폿 형태로 제공돼 이동 중에 접속이 끊기거나 넓은 광역 망을 가지기 위해 모든 유선망을 인입해야 하는 어려움이 있다. 그러나 무선메시 네트워크는 메시 노드에 전원만 공급되면 광역의 망을 구성할 수 있다. 특히 커버리지 내에서 고속 로밍을 지원하기 때문에 아래 <그림 2>와 같이 기차, 지하철 등과 같은 고속 이동체에 대한 서비스에도 유용하다. 장비마다 상이하겠지만 시속 200∼300km속도까지 데이터 로밍을 지원하는 것으로 알려져 있다. ◇세대별 동향= 장비는 대부분 와이파이 기반으로 개발되며 각 벤더마다 독특한 응용 분야에 적합한 라우팅 알고리듬 및 장비 특성을 가지고 있다. 무엇보다 중요한 요소는 홉당 전송률(Throughput)과 노드당 지연율(Latency)이다. 1세대 무선메시 네트워크는 1개의 무선을 이용하는 솔루션으로 주로 2.4㎓대역 IEEE 802.11b/g 기술을 통해 메시 노드 간 백홀 및 가입자 접속을 동시에 처리하는 솔루션이다. 동시에 가입자 및 백홀(Backhole)을 한 개의 무선에서 이용해 1홉이 증가 할 때마다 전송률이 50%씩 감소한다. 11g를 이용하는 경우라도 3홉 이상의 메쉬망 구성 어려움으로 u시티와 같은 광역의 솔루션에는 적합하지 않다. 2세대 무선메시 네트워크는 메시 노드 간 백홀은 5㎓대역인 IEEE 802.11a로, 가입자 접속은 IEEE 802.11g로 분리시킨 장비로 가입자와 메시 백홀을 분리시켰다는 점에서 전체 접속 전송률에서는 이득을 보았다. 그러나 메시 노드 입장에서 들어오는 채널과 나가는 채널을 결국 같이 공유·사용함에 따라 홉당 50%씩 전송률이 절감되는 단점을 극복하지 못했다. 일반적으로 대부분의 무선메시 네트워크 장비 벤더가 2세대에 속한다. 3세대 무선메시 네트워크는 멀티라디오를 이용해 전이중화(Full duplex)되는 메시 네트워크 환경을 제공한다. 즉 메시 노드 관점에서 들어오는 채널과 나가는 채널을 분리시켜 홉당 저하되는 전송률을 최적화 시켰으며 이에 따른 전송 지연율도 낮췄다. 멀티 SSID, VLAN 등 다양한 네트워크 관리 기능과 VoIP와 같은 CBR(Constant Bit Rate) 서비스도 가능하다. ◇u시티를 위한 고려 사항= u시티를 위한 무선메시 네트워크 고려 사항은 첫째 신뢰성있는 망 구성 및 망 확장을 위한 장비의 모듈화. 무선메시 네트워크 시스템은 u시티와 같은 기본 인프라를 제공하는 기반 인프라 장비다. 그러므로 전세계적으로 인정되고 u시티와 같은 대형 인프라 구축 경험이 많은 시스템 도입이 필요하다. 계획적인 망 구축 및 향후 망 운영시 망 증설을 위해서는 모듈화된 시스템이어야 한다. 둘째 멀티홉에서의 전송률 보장 및 낮은 지연율. 무선메시 네트워크가 진정하게 u시티 개념에서 이뤄지려면 평균적으로 5∼6홉 정도 이상 홉당 전송률 저하가 적어야하며 지연율 또한 낮아야 한다. 그래야만 VoIP 및 영상 서비스를 제공할 수 있다. 그러기 위해서는 3세대 무선메시 네트워크의 멀티 라디오가 필수적이며, 역동적인 메시 라우팅이 요구된다. 셋째 실내형, 실외형, 가입자형 등 다양한 시스템 구성. 무선메시 네트워크를 통해 u시티와 같은 대규모 망 구축을 위해서는 실외형 환경 및 실내 환경에서 메시 기능이 되는 라우터가 필요하다. 또 가입자에 필요한 가입자형 장비(CPE: Customer Premise Equipment)가 필수적으로 요구된다. 넷째 다양한 네트워크 관리 기능 제공. 무선메시 네트워크는 기본 인프라를 제공하는 솔루션으로 와이파이 메시의 경우 보안, 인증, 멀티 SSID, VLAN, VPN 등 다양한 네트워크 관리 기능이 수용돼야 한다. 또 트래픽을 제어할 수 있는 QoS(Quality of Service) 기능도 제공돼야 한다. ◇국내 u시티 관련 무선메시 네트워크 동향= 최근 행정서비스의 질적 향상과 업무 효율화를 위해 주요시 및 행정부에서 공공 서비스를 위한 무선 자가망 구축을 고려하며 일부 시범서비스가 진행되고 있다. 자가망 구축을 위해 무선LAN 기반의 메시 네트워크 기술이 해외 사례를 통해 수집되고 있으며 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기술과 접목돼 다양한 센서 정보를 수집·가공하는 목적으로 이용하는 움직임이 일고 있다. 광대역 무선 공공 서비스를 위한 신규 주파수 확보와 서비스·네트워크간 상호 운영성 등의 이슈를 해결하기 위해 WiMA(Wireless Mesh Network Association)라는 무선매쉬네트워크협의회가 10일 공식 발족했다. ◆이영로 한국정보사회진흥원 u인프라구축단장 lyr@nia.or.kr

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