포커스 WiGig 기술 개발 및 표준화 동향 이요섭* 문필주** 최근에 모바일 기기의 사용 증가에 따른 와이파이(Wi-Fi)의 트래픽이 포화상태에 이르고 있다. 기존 와이파이의 개념도 단순한 무선 인터넷 액세스 외에 2개 이상의 이 기종 장비들 사이의 신 속한 무선 동기화 쪽으로 서비스 범위를 확대해 가고 있다. 이러한 서비스들은 프로젝터와 TV 간의 무선 디스플레이, 선 없는 컴퓨팅을 가능하게 한다. 본 고에서는 차세대 와이파이 기술인 와이기그(WiGig) 기술에 대한 소개와 기술 개발 및 표준화 현황에 대해 서술하고자 한다. I. 서 론 Ⅰ. 서 론 Ⅱ. WiGig 기술 개요 Ⅲ. WiGig 기술 개발 및 표준화 현황 Ⅳ. 결 론 * edreams/대표 ** 평택대학교 정보통신학과/교수 최근의 와이파이(Wi-Fi) 기술은 단순 한 무선 인터넷 액세스와 적은 서비스 반 경, 수백 Mbps 를 지원하는 전송속도에 한 계를 느끼고 있으며, 이러한 한계를 극복 하기 위해 단순한 인터넷 액세스 외에 여 러 개의 이 기종 장비 간의 신속한 무선 동기화나 수 Gbps 급의 전송속도를 제공 하고 서비스 반경을 넓혀가는 방향으로 발 전해 가고 있다. 이러한 와이파이 기술에 대한 요구사항들을 만족하여 개발하고 있는 기술이 바로 와이기그(Wireless Gigabit: WiGig)와 슈퍼 와이파이(Super Wi-Fi)이다. 와이기그는 무선기반의 기가비트 연합 13
주간기술동향 2012. 12. 26. (Wireless Gigabit Alliance)에서 만들어낸 고속 무선 네트워크 규격으로, 기존의 와이파 이에서 사용하는 2.4GHz 나 5GHz 와 같은 비 면허 대역(Unlicensed Band)인 60GHz 대 역에서 현재 와이파이(Wi-Fi, 803.11n)보다 10 배 이상 빠른 1~7Gbps 전송속도로 와이 파이 통신이 가능한 기술을 말한다[1]. 무선 기가비트 연합에는 브로드콤, 시스코 시스템 즈, 델, 인텔, 마이크로소프트, 노키아, 퀄콤, 삼성전자 등 현재 정보통신 산업을 이끌고 있 는 회사들이 핵심 멤버로 참여하고 있다. 반면, 슈퍼 와이파이 기술은 미연방통신위원회(FCC)가 만든 용어로 TV 의 유휴 전파 대역(500MHz/700MHz)을 이용한 고속 무선 인터넷 서비스를 의미한다[5]. 2010 년 9 월 23 일 미국 연방통신위원회는 일명 화이트 스페이스(white spaces)라고 불리는 빈 공중파 채널을 수퍼 와이파이와 다른 다양한 애플리케이션과 같은 신기술을 활성화하기 위해 풀 어주는 조치를 취했다. 텔레비전의 화이트 스펙트럼은 주파수의 특성상 진동수가 낮을 수 록 신호가 잘 전파되고 또한 건물, 나무 등의 장애물이 존재할 경우, 기상환경이 열악할 경우에도 탁월한 성능을 보이기 때문에 모바일 무선 기기를 위한 이상적인 황금 자산으로 여겼다[2]. 본 고에서는 이러한 차세대 와아파이 기술로 각광받고 있는 와이기그와 슈퍼 와이파이 중에서 최근 활발하게 연구 및 서비스 개발이 이루어지고 있는 와기기그에 대한 기술을 상세하게 소개하고 기술 개발 및 표준화 현황에 대해 기술한다. II. WiGig 기술 개요 2009 년 말에 와이기그 연합에서 발표한 와이기그 스펙(Specification)은 성능을 극대 화하고, 구현의 복잡도와 비용을 최소화 하며, 기존의 와이파이와 호환성을 제공하기 위한 주요한 특징을 포함하고 있으며, 주요 사항은 다음과 같다[3]. - 최대 7Gb/s 의 데이터 전송률을 지원한다. - 컴퓨터와 같은 고성능 장치뿐만 아니라 휴대폰과 같은 저전력이 소모되는 모바일 기 기도 지원하도록 설계한다. - IEEE 802.11 을 기반으로 기존의 와이파이를 지원하고 2.4GHz, 5GHz, 60GHz 주파 수 대역에서 동작하는 장치들 간의 통신을 지원한다. 14 www.nipa.kr
- 빔포밍(beamforming)과 신호 세기의 최대화의 지원으로 10 미터 이내의 전송거리 에서 안정적인 통신을 제공한다. - AES(Advanced Encryption Standard) 암호화 알고리즘의 Galois/Counter 모드를 이용한 향상된 보안 기능을 제공한다. - HDMI, DisplayPort, USB, PCIe 의 기능을 무선으로 구현하도록 지원한다. 1. 와이기그 구조 와이기그의 프로토콜 스택은 (그림 1)과 같이 물리계층(PHY), 미디어 액세스 계층(MAC) 그리고 프로토콜 적응계층(PAL)으로 이루어진다. 와이기그 스펙은 IEEE 802.11 을 기반 으로 물리계층과 미디어 액세스 계층을 정의한다. 이것은 60GHz 대역에서도 IP 네트워킹 을 지원하는 것을 가능하게 한다. 또한, 트라이밴드 라디오(Tri-band radios) 즉, 2.4 GHz, 5GHz 및 60GHz 주파수 대역을 모두 사용하는 와이파이와 와이기그 사이에 상호 통신할 수 있는 장치들을 간단하고 적은 비용으로 생산할 수 있게 한다. 와이기그 연합은 60GHz 상의 특정 데이터와 디스플레이 표준을 지원하기 위해 프로토 콜 적응계층(Protocol Adaptation Layers: PALs)을 정의했다. 프로토콜 적응계층은 와이 기그 미디어 액세스 제어계층과 물리 계층에서 직접 실행할 수 있는 이러한 표준 인터페 이스들의 무선 구현을 가능하게 한다. 초기에 프로토콜 적응계층은 HDMI 와 디스플레이 포트를 지원하기 위해 정의된 A/V 프로토콜 적응계층과 USB 와 PCIe 를 지원하기 위해 정 의된 I/O 프로토콜 적응계층을 정의하고 있다. PAL IP DisplayPort HDMI PCIe USB A/V PAL I/O PAL MAC Common Upper MAC (Management) BB & Lower MAC (Management) PHY 2.4GHz 5GHz 60GHz (그림 1) 와이기그의 구조 15
주간기술동향 2012. 12. 26. 2. 물리계층(PHY) 기존의 와이파이에서 2.4GHz 와 5GHz 대역을 사용하는 것과 같이 와이기그에서도 비 면허 대역인 60GHz 대역을 사용한다. 60GHz 대역은 2.4GHz 와 5GHz 대역보다 더 넓은 스펙트럼을 가지고 있으며, 여러 개의 채널들로 나뉘어진다. 60GHz 대역은 이용 가능한 스펙트럼이 많기 때문에 채널들은 멀티 기가비트 전송률이 가능할 만큼 넓어지게 된다. 와이기그 스펙은 네 개의 채널들을 정의하며, 각 채널은 802.11n 에서 사용하는 채널보다 50 배 넓은 대역폭을 가진다. 넓어진 이 채널들은 와이기그가 압축하지 않은 비디오 전송 과 같은 아주 빠른 통신을 제공하는 애플리케이션이 가능하도록 한다. 가. 변조 및 코딩 방식 서로 다른 장점을 지닌 2 가지의 변조 및 코딩 방식을 지원한다. - OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing): 최대 7Gbps 지원 - SC(Single Carrier): 최대 4.6Gbps 지원 3. 미디어 액세스 제어계층(MAC) 와이기그의 미디어 액세스 제어계층은 와이파이 네트워크의 통합을 쉽게 하고, 전력 소 비를 감소시키고, 강력한 보안을 제공하는 향상된 사용 모델을 지원한다. 가. 네트워크 구조 두 개의 디바이스(Device)가 서로 빠른 동기화를 허용하면서 프로젝터나 TV 에 오디 오 비디오 데이터를 전송하는 등 두 개의 디바이스가 서로 직접 통신할 수 있는 새로운 네트워크 구조를 정의한다. 현재 와이파이 네트워크의 공유된 무선 공유기를 사용하는 등 802.11 네트워크도 지원한다. 나. 연속된 멀티 밴드 운용 2.4GHz 와 5GHz 대역의 채널을 포함해서 60GHz 채널에서 빠르고 연속적인 통신이 이루어질 수 있다. 60GHz 와이기그 접속이 가능하지 않은 경우에도 2.4GHz 와 5GHz 주 파수 대역의 와이파이를 이용하는 것이 가능하다. 멀티 밴드 운용은 향상된 사용자 경험을 제공한다. 멀티 밴드 디바이스들을 가진 사용 16 www.nipa.kr
자들은 자신들의 디바이스들이 60GHz 에서 낮은 주파수의 와이파이 채널로 전환되면 중 단 없이(Seamless) 네트워크에 연속적으로 액세스할 수 있게 된다. 현재의 와이파이 제품 보다 더 좋은 성능을 얻을 수 있고, 언제라도 60GHz 의 추가 속도의 이점을 얻을 수 있다. 다. 전력 관리 와이기그 디바이스들은 전력 소비를 감소시킬 수 있는 스케줄된 액세스 모드의 장점을 가진다. 직접 링크를 통해 서로 통신하는 두 개의 디바이스들은 통신하는 시기의 일정을 작성할 수 있다. 통신하는 시간과 통신하는 시간 사이에는 전력 소비를 줄이기 위해 휴면 모드로 들어갈 수 있다. 디바이스들의 실제 트래픽 작업량에 대한 전력 관리를 정확하게 조정할 수 있게 해주며, 휴대폰이나 배터리로 구동되는 모바일 기기에 특히 중요하다. 라. 강력한 보안 와이기그 스펙은 IEEE 802.11n 에서 사용된 강력한 보안 메커니즘 위에서 만들어졌다. 와이기그는 FCC 에서 권고하는 AES(Advanced Encryption Standard) 기반의 강력한 암 호화를 제공하는 Galois/Counter 모드를 사용한다. 이 모드는 10Gbps 이상의 통신 속도 를 지원하도록 설계된 아주 효율적인 운용 모드이다. 4. 프로토콜 적응계층(PALs) 프로토콜 적응계층은 디스플레이의 무선 접속과 같은 기능을 가진 디바이스들을 손쉽 게 만들 수 있게 해준다. 이 계층은 와이기그의 미디어 액세스 제어계층과 물리계층에서 직접 정의되었기 때문에 손쉽게 효율적인 구현이 가능하게 하며, 성능을 최대화하고, 전력 소비를 감소시킨다. 가. 오디오-비쥬얼(A/V) A/V 프로토콜 적응계층은 컴퓨터나 디지털 카메라에서 TV 나 프로젝터로 영화 전송 과 같은 오디오-비디오 데이터의 무선 전송을 가능하게 한다. 이 계층은 HDMI(High Definition Multimedia Interface)와 디스플레이 포트 인터페이스의 연결을 무선으로 구현 할 수 있도록 지원한다. 뿐만 아니라 이러한 인터페이스들 상에서 HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection) 구조도 지원하며 압축된 비디오나 압축하지 않은 비디오 전 17
주간기술동향 2012. 12. 26. 송도 허용되도록 한다. 나. 입력-출력(I/O) I/O 프로토콜 적응계층은 60GHz 상에서 널리 사용된 컴퓨터 인터페이스들(USB, PCIe) 의 높은 성능의 무선 구현을 정의한다. USB 프로토콜 적응계층은 USB 디바이스들 간에 멀티 기가비트 무선 접속을 가능하 게 하며, USB 도킹 스테이션과 같은 제품의 개발을 쉽게 해준다. PCIe 는 CPU 나 메모리를 기억장치나 네트워크 카드, 다른 인터페이스들을 지원하는 I/O 컨트롤러와 연결하는 데 주로 사용된다. 또한 화질이나 CPU 의 오프로드 프로세싱 (Offload Processing)을 향상시키기 위해 미디어나 비쥬얼 프로세서에 접속하는데 사용된 다. PCIe 프로토콜 적응계층은 디바이스들간의 멀티 기가비트 무선 동기화나 기억장치와 다른 고속의 주변장치와의 접속을 가능하게 해준다. 5. 서비스 모델 와이기그는 (그림 2)와 같이 다양한 형태의 서비스 모델을 제공한다. 첫째, 무선 인터 Instant Wireless Sync - IP-based P2P applications - Using I/O PAL Peer-to-Peer Kiosk Sync & Data Exchange Wireless Display - HD streams over HDMI - or DP using A/V Pal - CE, PE and HH usages Wireless Display Cordless Computing - Combination of Wireless Display using A/V PAL, sync And I/O using I/O PAL Internet Access - Using native Wi-Fi, 802.11ad support Distributed Peripherals Wi-Fi (그림 2) 와이기그를 이용한 서비스 모델 18 www.nipa.kr
넷 동기화 서비스이다. 이는 무선 I/O 무선 적응계층을 이용해 IP 기반의 P2P 애플리케이 션 간의 무선 동기화를 제공한다. 둘째, 무선 디스플레이 서비스이다. 이는 A/V 프로토콜 적응계층을 이용한 고화질 스트림 데이터의 무선 디스플레이 기술을 제공한다. 셋째, 선 없는(Cordless) 컴퓨팅 서비스로 A/V PAL 과 sync 기술을 이용한 무선 디스플레이와 I/O PAL 을 이용한 I/O 를 조합하여 무선으로 주변기기의 연결을 지원한다. 넷째, 와이파이와 802.11ad 를 사용하여 고속의 무선 인터넷 액세스 서비스도 사용할 수 있다. III. WiGig 기술 개발 및 표준화 현황 1. 기술개발 현황 최근 델 컴퓨터는 업계 최초로 와이기그 기능을 탑재한 윈도 8 울트라북을 발표하였 다. 퀄컴과 윌로시티(Wilocity)는 (그림 3)과 같이 울트라북용 트라이 밴드(Tri-band: 2.4 GHz, 5GHz, 60GHz)를 지원하는 무선 카드를 발표하였다[4]. 이 카드는 이미 델의 6430u 울트라북에 사용되었으며, 2013 년에는 무선 도킹 스테이션을 포함하는 많은 주변기기들 에 사용될 예정이다[6]. 인텔은 샌프란시스코에서 열린 인텔 개발자 포럼 2012 에서 와이기그 멀티기가비트 무 선 도킹 기술을 시연하였다. 노트북과 하드 디스크, 2 대의 모니터 등이 이 무선 접속 기술 을 통해 서로 연결되었으며 노트북은 전원 선을 포함해 어떠한 물리적 연결도 없는 상태였다. 주요 무선랜 칩셋 제조사인 마블 테크놀로지와 아데로스는 와이기그를 지원 할 칩을 준비 중에 있다고 언급하였다[7]. 퀄컴 아데로스(Qualcomm Atheros)는 2012 년 2 월 기가비트급 와이파이 성능의 802.11ac 제품 에코 시스템을 발표하였다. 이 제품군은 스마트폰, PC, 노트북, TV, 가정용 라우터, 게이트웨이, 기업용 AP (Application Processor) 등을 포함한 모 (그림 3) 윌로시티와 퀄컴 아데로스의 트라이밴드 무선카드 19
주간기술동향 2012. 12. 26. 바일, 가정 및 사무용 네트워크를 목표로 한다[8]. 2012 년 10 월 와이기그 연합과 VESA(Video Electronics Standards Association)는 와이기그 디스플레이 포트 비디오 표준 인증을 발전시키기 위해 조인트 워킹그룹(Joint Working Group)을 만들기로 하였다. 이 조인트 워킹그룹은 디스플레이 포트 표준과 와이 기그의 디스플레이 확장 프로토콜 적응계층 사이의 상호운용성에 대한 논의를 할 것이다. 워킹그룹의 작업이 종료되면 디스플레이 포트와 인증된 와이기그 디바이스들은 상호접속 이 가능하게 될 것이다[9]. 2. 표준화 현황 현재 60GHz 의 비 면허 대역을 사용하는 전송 기술에 대한 표준화 활동은 다양하게 진 행되고 있다. 이들의 활동은 <표 1>과 같이 ECMA-387, IEEE 802.15.3c, WirelessHD, IEEE 802.11ad, 와이기그 등이다. ECMA-387 은 벌크(Bulk) 데이터 전송과 멀티미디어 스트리밍을 위한 고속 WPAN (Wireless Personal Area Network) 전송 기술로 채널당 6.35Gbit/s 를 제공하여 최대 4 개 채널을 이용하여 25.4Gbit/s 를 제공하며 2010 년 12 월에 규격 2.0 이 발표되었다. <표 1> 60GHz 비면허 대역의 표준화 작업 그룹[11] Forum Status Max. data rate Remarks ECMA-387 IEEE802.15.3C WirelessHD IEEE802.11ad Wireless Gigabit Alliance(WiGig) 2nd version released: Dec 2010 Released: Oct. 2009 Specification 1.1 released: Aril 2012 PAR approved, release: Dec 2012 Common standardization with IEEE802.11ad 6.35Gbit/s per channel, 25.4Gbit/s (4 channels max.) 5.8Gbit/s 7.14Gbit/s per channel, 28.6Gbit/s (4 channels max.) >6.8Gbit/s - high-data-rate WPAN transport for both bulk data transfer and multimedia streaming - High-data-rate WPAN specification - Focus on point-to=point applications - Basis for WirelessHD specification - Specification for wireless high-definition digital interface - WVAN for uncompressed A/V streaming and highspeed media transmission - WLAN in the 60GHz band - Fast session transfer between 60GHz and 2.4GHz/ 5GHz - Global wireless ecosystem of interoperable, highperformance devices(ec, PC, IC, handheld) - Multi-gigabit-speed wireless communications in the 60GHz band 20 www.nipa.kr
WirelessHD 는 가전 제품의 무선 고선명 신호 전송을 위한 무선 디지털 네트워크 인 터페이스에 대한 규격으로 비 압축 A/V 스트리밍과 고속 미디어 전송을 위한 WVAN (Wireless Video Area Network)에 대한 무선 프로토콜을 정의한다. 이 기술은 채널당 7.14Gbit/s 의 전송속도를 제공하며, 최대 4 개 채널을 이용하여 28.6Gbit/s 를 제공한다. 이 표준은 2010 년 4 월 규격 1.1 이 발표되었다. IEEE 802.15.3c 는 WirelessHD 를 기반으로 고속 WPAN 을 위한 규격으로 밀리미터 파(Milimeter Wave)를 이용하여 최소 1Gbit/s 에서 최대 5.8Gbit/s 의 전송속도를 제공하 며, 2009 년 10 월에 표준으로 승인되었다. 와이기그는 2010 년 1.0 버전이 발표된 이후 2011 년 6 월 1.1 버전이 완성된 상태이 다. 이 규격을 기반으로 현재 WLAN 표준을 위한 IEEE 802.11ad 표준화 작업이 진행중 이며, 2012 년 12 월에 표준 승인이 이루어질 예정이다. 와이기그 MAC 과 PHY 규격 1.1. 버전은 다음과 같은 기능들을 지원한다[10]. - 802.11n 의 10 배인 7Gbit/s 의 전송속도를 지원한다. - 802.11 MAC 계층을 지원, 확장, 802.11 표준과의 호환성을 제공한다. - 기가비트 급 상호운용성과 통신을 보장함으로써 물리적 계층에서 저전력, 고성능의 와이기그 디바이스들을 허용한다. - 프로토콜 적응계층은 PC 주변장치를 위한 데이터 버스를 포함한 특정 시스템 인터 페이스와 HDTV, 모니터, 프로젝터를 위한 디스플레이 인터페이스를 지원하도록 개 발된다. - 빔포밍(beamforming)을 지원함으로써 10 미터의 거리에서도 안정적인 통신을 제공 한다. - 와이기그 디바이스를 위한 진보된 보안과 파워 관리를 제공한다. 가. 와이기그의 응응 규격(Application Specification) 2010 년 11 월 3 일 와이기그 얼라이언스는 와이기그 버전 1.0 A/V 와 I/O 프로토콜 적응계층 규격을 발표했다. 이 애플리케이션 규격은 PC 주변장치를 위한 데이터 버스를 포함한 특정 시스템 인터페이스와 HDTV, 모니터, 프로젝터를 위한 디스플레이 인터페이 스를 지원하도록 개발된다. 21
주간기술동향 2012. 12. 26. (1) 와이기그 디스플레이 익스텐션(WiGig Display Extension) - 오디오/비디오 데이터의 무선 전송을 지원한다. - 높은 대역의 디지털 콘텐트 프로텍션 2.0 특징을 포함한 무선 디스플레이 포트와 다른 디스플레이 인터페이스들을 지원한다. - 컴퓨터나 디지털 카메라에서 HDTV, 모니터, 프로젝터로 간단하게 압축되거나 압축되지 않은 비디오의 전송과 같은 A/V 애플리케이션을 제공한다. (2) 와이기그 버스 익스텐션(WiGig Bus Extension)과 와이기그 시리얼 익스텐션(WiGig Serial Extension)[12] - 60GHz 에서 많이 사용되는 컴퓨터 인터페이스의 고성능 무선 접속 기능들을 정 의한다. - 기억장치와 다른 고속 주변장치와 같이 두 개의 디바이스 사이에서 멀티 기가비 트의 무선접속을 가능하게 한다. IV. 결 론 향후 무선 네트워크 환경은 와이기그와 슈퍼 와이파이 기술의 발달로 기존 와이파이의 전송 속도나 짧은 서비스 반경 등과 같은 문제점을 해결하여 많은 분야에 변화를 일으키 며 관련 산업도 급성장하리라고 예측된다. 슈퍼 와이파이 기술은 현재 TV 유휴 대역 (White Space)을 사용하는 IEEE 802.11af 와 900MHz 대역을 사용하는 IEEE 802.11ah 로 나누어 표준화가 진행되고 있으며 2013 년경에 최종 승인될 예정이다. 반면에 10m 이 내의 짧은 전송거리에서 초고속의 데이터 전송 서비스가 요구되는 선 없는 컴퓨팅 환경에 서는 와이기그 기술이 주로 적용될 것으로 전망된다. <참 고 문 헌> [1] WiGig White Paper, http://wirelessgigabitalliance.org [2] 슈퍼_와이파이-위키백과, http://ko.wikipedia.org/wiki/슈퍼_와이파이. [3] Wireless Gigabit Network Specification Completed, http://www.xbitlabs.com/news/networking/display/20091210151007_wireless_gigabit_network _Specification_Completed.html 22 www.nipa.kr
[4] Dell Latitude 6430u Brings Wilocity's 802.11ad WiGig Solution to Consumers, http://www.anandtech.com/show/6423/dell-latitude-6430u-brings-wilocitys-80211ad-wigigsolution-to-consumersa. [5] 슈퍼_와이파이 그리고 공유 무선랜 의 기억, http://mykoreaone.tistory.com/445. [6] 'Tri-Band Card by Wilocity and Qualcomm-Atheros Brings First WiGig Solution to Ultrabooks, http://ultrabooknews.com/2012/11/08/tri-band-card-by-wilocity-and-qualcomm-atherosbrings-first-wigig-solution-to-ultrabooks/. [7] 모니터도 무선 연결 인텔, 울트라북용 무선도킹 기술 시연, http://www.ciokorea.com/news/13988. [8] Qualcomm Atheros Launches 802.11ac Product Ecosystem to Provide End-to-End, Gigabit- Capable Wi-Fi Performance, http://www.qca.qualcomm.com/corporate/content.php?nav1=119&news=421. [9] WiGig, VESA partner on WiGig DisplayPort certification, http://www.telecompaper.com/news/wigig-vesa-partner-on-wigig-displayport-certification-- 908374 [10] WiGig Alliance Announces Completion of its Multi-Gigabit Wireless Specification, http://www.businesswire.com/portal/site/home/permalink/?ndmviewid=news_view&newsid=20 091210005111&newsLang=en. [11] Millimeter wave communication standards, http://www2.rohde-schwarz.com/en/technologies/wireless_connectivity/mmwave/information/. [12] 정민호, 이석규, 방승찬, 차세대 무선랜 최신 기술동향, http://ettrends.etri.re.kr/pdfdata/27-2_001-010.pdf. * 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 NIPA 의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다. 23