제품 출시가 얼마 안된 것 치고는 간단하게나마 소개 자료가 없는 것 같아서 작성하게 됨
아무래도 Wi-Fi는 VR에서도 중요하다보니 소개하고 싶었어.
(원래는 예전부터 써보려고 했다가 반응이 좋지 않을까봐 부담이 있어서 미루고 있다가 오늘에서야 올리게 되었음)
그림들은 다른 곳에서 가져왔음.
다른 곳에서 복사해서 가져와서 서식이 멀쩡할지 모르겠다 ㅋㅋㅋ
IEEE 802.11 무선랜(Wireless LAN)과 Wi-Fi
IEEE 802.11 무선랜은 보통은 가장 친숙한 이름인 Wi-Fi로 알려져 있어. Wi-Fi는 IEEE 802.11 통신 표준을 바탕으로 하는 인증 규격이야. (Wi-Fi Alliance라는 단체가 있음)
예를 들자면, Wi-Fi 5는 IEEE 802.11ac, 6는 IEEE 802.11ax, 7은 IEEE 802.11be를 바탕으로 하는 규격이지.
Wi-Fi 인증을 받은 기기들은 상호 운용이 잘 된다는 의미로 보면 되지만, 사실 Wi-Fi 인증을 받지 않더라도 기기가 IEEE 802.11 표준을 사용한다면 통신이 돼. 우리나라에서 가장 널리 사용되는 무선 공유기만 해도 Wi-Fi 인증을 받지 않은 것들이 많지만, 통신은 잘 되는 것 처럼.
하지만 Wi-Fi 표준을 보면 사실 IEEE 802.11 표준만 사용하는 것은 아니야. Mesh 기능을 들어봤을텐데, Wi-Fi EasyMesh라는 표준에서는 Mesh 동작을 위한 데이터 교환 규격을 IEEE 802.11이 아닌 프로토콜로 정의하고 있어.
아래 내용부터는 Wi-Fi와 IEEE 802.11 표준을 왠만해서는 구분해서 말할거야.
IEEE 802.11be 개요
IEEE 802.11be는 Extremely High Throughput(EHT*) 라는 별칭을 가지고 있어. 그 이름처럼이나 매우 빠른 전송 속도를 목표로 하고 있었고, 최소한 30 Gbps를 지원하는 적어도 하나의 동작 모드가 있어야 한다는 것이 주 목표야. 그 외에도, 지연 감소를 위한 목표가 있었어.
IEEE 802.11be 표준 승인은 올해가 목표고, 사실 주요 기능들은 완벽히 완성된 상태야. 사실 제품도 한창 출시중이고, Wi-Fi 인증도 진행중이니까 더 이상 큰 표준 사양의 변경은 없다고 봐야해. 새로운 기능들은 IEEE 802.11bn (Wi-Fi 8이 될 8세대 무선랜 표준)에서 볼 수 있고, 한창 개발중이야.
*각각의 IEEE 802.11 표준에는 별칭이 붙기도 해. 예를 들어서, Wi-Fi 4(비공식)의 기반인 IEEE 802.11n이 High Throughput이야, Wi-Fi 5의 기반인 IEEE 802.11ac가 Very High Throughput이야. 그 이름처럼 n과 ac에서는 전송 속도가 매우 빨라졌지. (각각 최대 속도 54 -> 700 Mbps, 700Mbps->7Gbps) Wi-Fi 6의 기반인 IEEE 802.11ax는 속도 향상보다는 다수 사용자가 무선랜을 사용할 때 효율성 향상에 기능을 뒀어 (최대 속도는 7 Gbps -> 9.6Gbps). 별칭도 High Efficiency(HE)지. Wi-Fi 8이 될 예정인 IEEE 802.11bn도 한창 개발중이야. 별칭은 Ultra High Reliability (UHR). 이름처럼 속도 향상보다는 안정성에 주안점을 두고 있어.
IEEE 802.11be 주요 기능
Multi-Link Operation(MLO): IEEE 802.11be에서 가장 중요한 기능이라고 할 수 있어. 뒤에서 더 설명할게.
->EMLSR(enhanced multi-link single radio), EMLMR(enhanced multi-link multi-radio)
->NSTR (non-simultaneous transmit and receive), STR(simultaneous transmit and receive)
Restricted Target Wake Time (R-TWT): 우리가 잘 아는 메타에서 주로 제안한 기술이야. 저지연 통신 시간이 설정되면, 그 통신 시간 이전에 보통 단말은 전송을 멈추고 저지연 데이터가 있는 단말이 우선 전송해.
Triggered TXOP Sharing: AP가 (공유기가) 저지연이 필요한 단말이나 직접 통신(P2P)를 해야 하는 단말에게 통신 시간을 할당해주는 기능이야.
(https://www.tp-link.com/kr/blog/1074/wifi-7%EC%9D%98-%EC%B4%88%EA%B4%91%EB%8C%80%EC%97%AD-320-mhz-%EC%B1%84%EB%84%90%EC%9D%B4-%ED%95%84%EC%9A%94%ED%95%A0%EA%B9%8C%EC%9A%94-/)
320MHz 채널 대역폭: 기존 IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6)는 최대 160 MHz 대역폭이니까, 기존보다 2배 증가했어. MLO만큼이나 전송 속도 향상에 기여한 바가 커. 채널을 도로로 비교하면 차선으로 보면 돼. 2차선 도로가 4차선 도로가 되면 교통량을 2배 더 수용할 수 있는 것 처럼, 채널 대역폭이 늘어나면 전송 속도가 늘어나.
4096-Quadrature Amplitude Modulation(QAM): 위 그림은 16-QAM이야. 평면에 점이 16개 있지? 한 점을 심볼(symbol)이라고 해. 점이 16 (= 2^4)개면, 한 점이 4비트를 나타내. 1024 (=2^10)-QAM이면 한 점이 10비트를 나타내지. 여기까지가 IEEE 802.11ax야. 11be에서는 저 평면에 점이 4096(= 2^12)개가 존재해. 한 점이 12비트를 나타낼 수 있게 되었어.
논의되었지만 반영이 되지 않은 기능들도 있어. 대표적인 2가지를 보면:
Multi-AP: 8세대 무선랜에서 논의중이야.
16 NSS**: 16X16 MIMO를 지원하는 사양은 빠졌어. 현재는 최대 8X8만 지원해.
**MIMO를 또 다시 도로로 비유하자면, 고가도로라고 하는 것이 좋을 것 같아. (비유가 정확한지는 애매하네.) 고가도로를 설치해서 교통량을 더 많이 수용하는 것 처럼, 무선통신에서도 더 많은 안테나를 이용해서 더 많이 전송하려고 하는거야.
IEEE 802.11be의 최대 속도와 MLO
먼저 가장 중요한 속도에 대해 보자. 현재는 1개 링크당 최대 23Gbps를 지원해. (8X8 MIMO, 320MHz 채널, 4K-QAM을 사용할 경우 최대치.) 아직도 Wi-Fi 7이 46 Gbps까지 지원한다는 말이 많이 돌지만, 표준상으로는 지원을 하지 못해. 원래 IEEE 802.11be가 16X16 MIMO를 지원하는 것에 대한 주된 논의가 있을 때에는 맞았지만, 결국은 표준상으로는 최대 8X8만 지원하는 것으로 확정되었어. 어디까지나 표준상에서 그렇다는 것이고, 비표준으로는 구현 가능하겠지.
여기에 multi-link를 지원하면 전송 속도가 더 증가해. Multi-Link operation(MLO)가 IEEE 802.11be의 핵심 기술이야. MLO를 아주 간단하게 말하자면 무선 주파수에서 여러 채널들을 사용해 동시에 통신하는 기술이야.
현실적으로는, 보통 단말들이 2X2 MIMO를 가지고 있는 것을 생각할 때 MLO를 사용하지 않으면 2.88 Gbps 통신 속도를 사용할 수 있어. MLO로 2개 채널을 사용하면 5.76 Gbps가 나오는데, 이렇게 하면 퀄컴 홍보 사이트에서 말하는 속도와 같아지지. 현실적으로는 5.76 Gbps 통신 속도를 가진 기기들이 가장 널리 사용될 것으로 보여. (https://www.qualcomm.com/products/technology/wi-fi/wi-fi-7)
MLO 동작은 대분류로는 2개로 분류 가능해. 첫 번째는 라디오 동작 (무선 모듈 동작)에 관한 것이고, 두 번째는 동시 송수신이 가능한지에 대한 것이야. 먼저 라디오 동작 관련으로 알아보자.설명의 편의를 위해, RF chain이나 Baseband같은 용어들을 RF 모듈로 뭉뚱그릴게. (사실 내가 물리계층은 잘 모르기도 해서 주로 매체 접근 제어 동작으로 주로 설명한 부분도 있고.)
통신 모듈을 여러개 사용해서 여러 주파수(링크)에서 동작하게 하는거야. 여러 링크에서 동시에 데이터 송신 및 수신을 할 수 있어. (물론 뒤의 동시 송수신이 가능한 지에 따라서 다르지만, 기본적으로는 그래.)가장 단순하고 성능 좋은 방법이야. 하지만 하드웨어가 비싸진다는 단점이 있어.
[EMLSR: 단일 무선 모듈로 MLO 구현하기]
(https://www.intel.co.kr/content/www/kr/ko/products/docs/wireless/wi-fi-7.html)
EMLSR은 여러 링크에서 통신이 있는지 없는지를 확인하지만***, 데이터 통신은 한번에 한 링크에서만 할 수 있어.MLMR처럼 여러 주파수에서 동시에 데이터를 읽기 위한 많은 하드웨어가 필요 없어. 단가가 싸지겠지.채널이 어느 정도 혼잡률이 있는 경우에는 EMLSR도 MLSR (무선 모듈을 여러개 사용해서 동시에 송수신이 되는...)보다 성능이 감소하지 않을 수 있어. 어떤 링크는 사용중인데 다른 링크가 비어있으면 거기에서 전송하면 되고, 또 다시 빈 곳이 생기면 그곳에서 전송하면 되기 때문이야. 물론, 최대 속도는 MLMR보다는 당연히 작겠지?
[EMLMR: 다중 무선 모듈로 특정 주파수에 몰아주기]
EMLMR은 MLMR과 EMLSR을 섞어둔 것 같은 동작이야. 라디오 모듈은 여러 링크에서 데이터 수신을 대기하다가, 한 링크에서 데이터가 수신되기 시작하면 그 링크로 라디오 모듈들을 몰기 시작해. 그러면 MIMO 가능한 수가 뻥튀기돼. 예를 하나 들어볼게. 3개의 링크에서 각각 2X2 MIMO를 사용하고, 그 중 1개의 링크에서 데이터가 수신되기 시작하면 6X6 MIMO를 사용할 수 있는 식이야. 단말이 전송할 때에도 마찬가지고. 물론 단말이 라디오 모듈을 한 링크로 몰아버리면, 다른 링크에서는 송신과 수신이 불가능해. 하지만 적어도 수신이 시작된 링크에서는 매우 고속으로 통신할 수 있다는 장점이 존재하지!
***무선랜에서는 단말이 무선 채널에 전송하기 전에 채널이 비었는지 항상 확인해야 해.
그 다음은 동시 송수신에 대한 여부야.
먼저 11be의 전이중 통신에 대해 먼저 간략히 설명할게. 전이중 통신은 송신과 수신이 동시에 되는 통신이고, 반이중 통신은 송신할 때 수신이 안되고, 수신할 때 송신이 안되는 통신이야. 전자는 전화기, 후자는 무전기를 생각하면 돼. 보통 전이중 통신 하면 송신하는 채널과 수신하는 채널이 따로 분리되어 운영되는 것을 생각해. 유선 이더넷(랜선 꽂아서 통신하는 유선랜)은 분리되어 있지. IEEE 802.11be에서 전이중 통신은 그렇게 송신 채널과 수신 채널 (그러니까, 전송 링크와 수신 링크)이 명확히 구분되어 있지 않아. (물론 지정할 수 있는 방법은 있지만, 그건 기본 설정이 아니고.)역시 자동차 차선 비유가 가장 좋은 것 같아. 일방통행 도로를 2개 붙이면 이더넷처럼 전이중 통신을 구현하는 것이야. 양방향 통행이 가능하지만 한번에 한 차밖에 못들어가면 그게 11be 이전 무선랜이야. 위의 양방향 통행이 가능한 도로를 2개 아니면 그 이상 붙여두면 그게 11be 무선랜 MLO고. 일단은 전이중 통신을 어떻게든 구현해뒀지? 차세대 무선랜 표준은 항상 이전 버전 무선랜 표준을 고려해야 하기 때문에 이전 버전과의 호환성을 맞추면서 간단하게 구현했어. 이렇게 하면 MLO를 지원하지 않는 이전 버전 무선랜이 11be를 보기에는 보통 무선랜 통신과 똑같아보이고, 11be는 기존 무선랜 통신 방법을 단순히 여러 주파수에서 재활용만 하면 되거든.
[STR: 동시 송수신]
한 링크에서 수신 중 동시에 다른 링크에서 송신이 가능해. 정말로 이것 뿐이고, 크게 설명할 만한 내용은 없는 것 같아.
[NSTR: 동시 송수신 불가]
한 링크에서 송신 중 다른 링크에서 수신이 불가능해. 그 이유는 바로 자기 간섭(self interference)때문이야. 단말이 자신의 안테나로 전송하면, 그게 수신을 해야 하는 다른 안테나에 에너지가 들어가서 영향을 끼치는거지. 사람이 말하는게 다시 스스로의 귀로 들리는 것과 같아. 링크마다 주파수가 이격되어 있지 않거나, 필터(특정 주파수만을 분리하는)가 좋지 않거나, 기타 등등 요인으로 인해서 발생해.
그렇기 때문에, 단말이 전송할 때에는 전송 시작 시점을 맞춰서 전송해야 해. 단말이 수신할 때에는, 단말로 전송하는 기기 (보통은 AP, 공유기겠지.)가 전송 완료 시점을 맞춰야 해. 단말이 이미 1개 링크로 전송중이면, 단말의 다른 링크로 전송을 하지 않아야 하고. (위 그림은 설명에 맞지 않은 것 같아. 일단 참고용으로만...)
이 부분이 기존 무선랜의 통신 방법을 가장 많이 바꾼 부분이야. 현재까지도 사양을 읽어보면 눈에 들어오지 않아. 대략은 이렇다 정도만 알면 돼.
마치며
11be에서 가장 중요한 부분이 MLO고, 그래서 이 글에서는 주로 MLO에 대해서 다뤘어. 그렇기 때문에 방대한 11be, Wi-Fi 7의 기능을 완전히 다 설명하지는 못했다고 생각해 (나도 여전히 모르는 부분이 너무나도 많고). 만약에 기회가 되면 메타가 넣은 저지연 기술인 R-TWT에 대해서 좀 더 자세히 설명해보고 싶어.
읽어줘서 고마워!
