IoT를 위한 장거리 무선 규격··· ‘와이파이 할로우’ 따라잡기

와이파이 할로우(Wi-Fi HaLow)는 몇몇 IoT 시나리오에서 와이파이 5나 6에 비해 준수한 대안이 될 수 있다. 적합한 대역폭과 긴 도달 거리, 무면허 주파수, 절전성, 단순성 등의 특징 덕분이다.
 

와이파이 할로우(Wi-Fi HaLow)는 IEEE 802.11ah 표준에 대해 와이파이 얼라이언스(Wi-Fi Alliance)가 선택한 마케팅 용어다. 기술적으로는 기존 와이파이의 장거리, 저전력, 저속 버전이라고 할 수 있다. 와이파이 할로우는 센서, 웨어러블, M2M 애플리케이션, 스마트 빌딩 및 스마트 시티와 같은 IoT 장치의 배포 측면에서 가능성을 지닌다.

특히 와이파이 할로우는 HD급 동영상 정도를 처리할 수 있는 대역폭을 지원하고 심지어 비도시 지역 통신이나 이동통신 타워 트래픽 절감용도로도 활용할 수 있다.  

할로우 표준은 2016년 9월 승인을 거쳐 2017년 5월 공표됐다. VHF 및 UHF 대역의 텔레비전 화이트 스페이스 스펙트럼(television white space spectrum)에서 작동하는 유사한 저전력 표준 802.11af와는 달리, 할로우는 무면허 대역에서 작동하므로 배포가 더 쉽다. 

또한 할로우는 유사한 무면허 스펙트럼 기술들에 비해 이점이 있다. 다른 몇몇 기술의 독점 표준을 기반으로 구축된다. 또 다른 기술은 복잡해 클라이언트 장치에 IP 연결을 얻기 위한 고유의 하드웨어를 요구하기도 한다. 

이러한 이점에도 불구하고 도입은 느렸다. 와이파이 얼라이언스의 제품 검색기 목록에 등재된 인증 와이파이 할로우 제품(Certified Wi-Fi HaLow products)을 보유하고 있는 회사는 3곳 뿐이다. AP 및 클라이언트를 갖춘 메소드2비즈니스(Methods2Business), 최종 사용자 장치 및 클라이언트에 사용되는 SoC를 만드는 뉴라콤(Newracom), 모스 마이크로(Morse Micro)가 그들이다.

왜 할로우를 사용할까? 
와이파이 5 및 와이파이 6과 같은 대부분의 와이파이 기술은 2.4 및 5 GHz 대역의 주파수에서 작동한다. 와이파이 할로우는 미국의 902 – 928 MHz와 같이 1 GHz 미만의 라이센스 면제 주파수를 사용한다. 

주파수가 낮을수록 신호 범위가 길어지고 벽 및 기타 재료를 통한 신호 침투가 개선된다. 따라서 와이파이 할로우 신호는 1 km(0.62 마일) 이상의 거리에도 도달할 수 있다. IoT 분야에서는 대단한 장점이다.

할로우를 사용하는 장치는 고성능 대역폭을 요구하지 않는 것이 일반적이기 때문에 저전력 무선(lower power radios)을 사용할 수 있다. 이는 매우 적은 전력을 소비하므로 장치의 배터리 수명이 일부 경우에는 5년 이상 늘어남을 의미한다.  

또 할로우는 낮은 대역폭 클라이언트를 조직의 주요 와이파이 네트워크 밖에 배치할 수 있도록 할 수 있기에 기존의 와이파이를 보완하는 특성도 지닌다. 아울러 유휴 클라이언트는 에어타임(airtime)을 독차지하지는 않는다. 단 수백 혹은 수천 개의 IoT 무선 장치를 배포하려는 경우 네트워크 성능에 어느 정도 영향을 미친다. 

한편 와이파이 헤일로(Wi-Fi Halo)의 경우, 작동할 수 있는 자체 대역을 제공하고 더 많은 처리량이 필요한 장치를 위해 상위 대역을 남겨둘 수 있다. 

할로우는 낮은 대역폭 애플리케이션을 위해 설계되었으나 HD급 비디오 정도는 처리할 수 있다. 액세스 지점의 기능 및 클라이언트-장치 사양, 거리에 따라 달라지기는 한다.

와이파이 할로우에 필요한 인프라는?
유사한 IoT 기술과는 달리 와이파이 할로우는 자체 컨트롤러, 허브 혹은 게이트웨이를 필요로 하지 않는다. 할로우 액세스 지점을 기존 LAN에 연결하기만 하면 할로우 클라이언트는 인터넷을 포함한 IP기반 네트워크에 연결할 수 있다. 또는 WAN에 대한 4G LTE 연결을 갖춘 게이트웨이 장치를 선택할 수 있다. 

현재 전통적인 이파이 액세스 포인트들은 2.4GH 및 5GHz 대역을 지원하지만 할로우 대역은 지원하지 않는다. 그러나 더 긴 범위에의 연결이 필요한다면 이를 지원하는 단일 AP가 다층 오피스 건물 혹은 창고 전체를 커버할 수 있다. 물론 클라이언트에 제공하려는 데이터 속도, 전송 전력, 안테나 및 간섭을 포함한 많은 요인이 변수가 될 수 있다. 와이파이 할로우는 또한 무선 메시 모드로 배포되어 유선 연결 없이 신호를 더 멀리 전송할 수 있다. 

와이파이 할로우 채널 스킴 및 데이터 속도는? 
미국의 와이파이 할로우는 902MHz~928MHz 범위의 26 1MHz 채널을 보유하고 있으며, 각각 100 Kbps 처리량을 제공할 수 있다. 기존의 와이파이와 마찬가지로 할로우 장치는 대역폭을 늘리기 위한 채널 폭 옵션을 갖추고 있다. 1MHz부터 16 MHz까지의 5개의 채널 폭이 있지만 모든 장치가 모든 폭을 지원하는 것은 아니다.

채널이 좁을수록 전송은 더 멀리 이동하지만 속도가 더 느리다는 점을 기억할 필요가 있다. RF 감쇠가 있는 1km와 같은 장거리의 경우 1MHz 채널 하나만 사용하는 150kbps 데이터 속도를 이용할 수 있다. 더 짧은 범위나 시야의 경우 최적의 상황은 이론적인 16MHz 및 짧은 가드 간격을 갖춘 86.7Mbps다. 

뉴라콤은 가시거리 3km에서 2Mbps의 UDP 처리량을 달성했다고 주장한다. 그러나 이 시험은 해상에서 무선 간섭 없이 진행됐다. 현실 조건에서 1.5km에서 몇 Mbps 속도를 예상할 수 있다. 

간섭은 어떨까? 
900 MHz 대역을 와이파이 할로우가 독점적으로 사용하지는 않는다. 이전에는 무선 전화기로 다소 붐볐다. 아마추어 무선 통신 사업자(Ham radio operators) 또한 이 대역을 이용할 권리가 있다(2차적 기반으로만 가능하다). 이는 할로우가 다른 소스의 간섭을 받아들여야 함을 의미한다. 

2.4GHz 및 GHz 밴드를 사용하는 와이파이 5 및 와이파이 6 장치의 수와 비교할 때 와이파이 할로우에서 간섭은 큰 문제가 안될 것이다. 또한 와이파이 할로우 장치는 기존 와이파이 장치에 비해 적은 양의 데이터를 더 낮은 빈도수로 전달하는 경향이 있기 때문에 에어타임을 위한 경쟁은 그다지 걱정할 게 못된다. 

할로우는 얼마나 안전할까? 
와이파이 할로우는 기존 와이파이 장치와 동일한 와이파이 보호 접속(Wi-Fi Protected Access, WPA3) 보안 및 와이파이 인핸스드 오픈 (Enhanced Open) 기능을 제공한다. 다른 와이파이만큼 안전하다는 의미다. 일부 장치는 802.1X 인증으로 WPA3의 엔터프라이즈 모드를 지원할 수도 있다. 레거시 WPA2 보안은 와이파이 인증 제품에는 필요하지 않으나 일부 할로우 장치는 이를 지원할 수 있다.

할로우는 엔터프라이즈 배포를 위한 준비가 되었을까? 
뉴라콤 등에 따르면 아직 시장에 출시된 와이파이 할로우 장치는 거의 없다. 그러나 현재 엔터프라이즈 배포를 위한 준비가 되어 있다. 와이파이 인증 제품 외에도 아직 인증을 받지 못한 와이파이 할로우를 지원하는 제품들이 있다. 여기에 포함된 제품은 다음과 같다. 

- 알파(Alfa)는 PoE, a USB 타입-C 할로우 AP/CPE 및 모듈을 갖춘 실외 AP/CPE를 제공한다. 
- 디바이스월스(DeviceWorx)는 산업용 IoT 게이트웨이, 센서 및 비콘을 생산한다. 
- 엘라스텔(Elastel)은 다른 IoT 제품들과 더불어 IoT 게이트웨이를 가지고 있다. 
- 팔마 시아 세미디자인(Palma Ceia SemiDesign)은 802.11ah 액세스 지점, 스테이션 및 클라이언트 장치, 송수신기를 가지고 있다. 

사이렉스 테크놀로지(Silex Technology)는 802.11ah 액세스 지점, 무선 브릿지 및 모듈을 가지고 있다. 'Airetos/VoxMicro', 'Azurewave', 'LiteOn', 'Reyax'와 같은 일부 회사는 와이파이 모듈만을 제공한다. 

기존 와이파이 네트워크와 마찬가지로, 와이파이 할로우 배포 전후에 RF 사이트 조사를 수행하는 게 좋다. 대부분의 네트워크 엔지니어들에게 생소한 기술일 가능성이 높기 때문에 특히 그렇다. 특히 장거리에서 할로우를 사용하거나 더 높은 대역폭 클라이언트를 사용할 경우 실시간 테스트 및 분석을 수행하는 게 좋다. ciokr@idg.co.kr