[헬로티]

오늘날 무선 통신은 우리 생활 곳곳으로 파고들어 사용되고 있다. 소파에 앉아서 인터넷을 검색할 때든, 물건을 쇼핑하고 비접촉 카드를 사용해서 지불을 할 때든, 스마트폰으로 조명을 끌 때든, 의식하지도 못한 채 일상적으로 무선 기술이 사용되고 있다.

전자기기를 구매할 때는 기기들끼리 통신이 되는지가 매우 중요하다. 예를 들어서 새로 구매하는 시스템을 기존에 가지고 있는 시스템과 통합해야 할 수 있다. 그런데 통합하고자 하는 시스템들이 전혀 다른 통신 기술을 사용한다면 둘이 서로 통신하는 것이 매우 까다롭거나 아예 불가능할 수도 있다. 또한 새로 구매하는 시스템은 설치하고자 하는 환경에 적합한 통신 기술을 지원해야 한다.

이 글에서는 와이파이, 블루투스, 지그비, Z-Wave를 비롯해서, 오늘날 사용되고 있는 주요 무선 통신 기술에 대해서 살펴본다. 각각의 무선 기술의 특징과 적합한 애플리케이션을 설명한다. 또한 새롭게 부상하는 기술들을 설명한다.

무선 통신이 가정과 직장에서 전자기기를 사용하는 방식을 크게 변화시키고 있다. 무선 통신을 위해서 다양한 무선 기술이 사용되고 있다. 각각의 기술이 거리, 전력 소모, 데이터 전송 속도 같은 것들이 다 다르므로, 상황마다 적합한 기술이 다를 수 있다. 이 글에서는 새롭게 부상하는 것들을 포함해서 오늘날 사용되는 주요 무선 기술의 특징과 적합한 애플리케이션에 대해서 설명한다.

와이파이

무선 통신이라고 했을 때 가장 먼저 떠올리게 되는 것이 와이파이(Wi-Fi)일 것이다. 이제는 거의 모든 곳에서 사용되고 있는 와이파이는 무선 근거리 통신망(WLAN)을 형성하고 여기로 컴퓨터, 휴대전화, 태블릿, 스마트홈 기기, 여타 전자기기를 연결할 수 있다. 이 모든 디바이스들이 중앙 액세스 포인트를 통해서 통신할 수 있으며, WLAN을 다시 인터넷으로 연결할 수 있다. 또한 와이파이는 액세스 포인트를 거치지 않고 직접적으로 디바이스들 사이에 “애드혹” 네트워크를 형성할 수 있다.

와이파이가 등장한 지는 꽤 되었으며, 그 동안에 속도와 보안성 같은 것들이 지속적으로 향상되어 왔다. IEEE 802.11 표준에서 하드웨어와 통신 프로토콜을 정의하고 있으며, 와이파이 얼라이언스(Wi-Fi Alliance)에서 인증 절차와 상호운영성 테스트를 관할한다. 와이파이 로고를 부착하고자 하는 제품이나 시스템은 이 절차를 통과해야 한다.

와이파이는 두 가지 주파수 대역을 사용한다(2.4GHz와 5GHz). 실내 거리는 최고 30미터까지 이를 수 있으나, 대개는 벽이나 여타 장애물로 인해서 제한된다. 동일한 주파수 대역을 사용하는 다른 디바이스들로부터 간섭이 거리를 떨어트리는 또 다른 방해 요인이다. 블루투스 역시 2.4GHz 대역으로 동작한다. 베이비 모니터 같은 디바이스를 들 수 있다.

와이파이 버전은 표준 개정판에 따라서 구분된다. 802.11b가 처음으로 널리 사용되기 시작했다. 새로운 디바이스들은 역호환이 가능하다. 그러므로 802.11n 디바이스는 해당 표준 버전과 그 이전의 모든 버전을 지원한다.

현행 표준은 다음과 같다.
• 802.11b: 기본적인 2.4GHz 표준
• 802.11a: 5GHz 표준으로서, 속도는 더 높으나 거리가 짧다.
• 802.11g: 802.11b의 업그레이드 버전. 데이터 인코딩 방식을 변경함으로써 최대 3배 더 빠른 속도가 가능하다.
• 802.11n: 이 표준은 2.4GHz 및 5GHz로 다수의 안테나를 사용해서 빔형성을 함으로써 속도와 거리 둘 다 향상시킨다(실내에서 최대 70미터). 빔형성은 신호를 목표 디바이스로 향하도록 하는 기술이다.
• 802.11ac: 이 표준은 더 많은 수의 안테나와 새로운 인코딩 방식을 사용해서 5GHz 대역으로 훨씬 더 높은 데이터 레이트를 가능하게 한다.
• 802.11ax: 이 표준은 가용 스펙트럼을 더 효율적으로 활용한다. 그럼으로써 최대 4배 더 높은 데이터 쓰루풋과 더 높은 디바이스 밀도를 가능하게 한다.

자신이 설계하는 디바이스가 와이파이를 통해서 통신할 수 있도록 하고자 하는 제품 디자이너는 모든 필요한 회로, 안테나, 마이크로컨트롤러뿐만 아니라 통신을 처리하기 위한 소프트웨어까지 포함하는 모듈 부품을 구입할 수 있다. 업체가 이미 인증을 취득하고 있는 모듈 부품을 사용함으로써 훨씬 수월하게 와이파이를 추가할 수 있다.

블루투스

와이파이와 더불어서, 블루투스(Bluetooth) 또한 일상적으로 사용되고 있다. 원래 블루투스는 서로 가까이 자리잡고 있는 디바이스들로 유선 연결을 대체하기 위한 용으로 개발되었다. 블루투스는 “무선 개인망(WPAN)”이라고 하는 것을 형성한다. 앞서 언급했듯이 블루투스는 2.4GHz 주파수 대역을 사용하는데, 원래는 와이파이보다 더 짧은 거리와 더 낮은 데이터 속도를 필요로 하는 애플리케이션을 겨냥해서 개발되었다.

최근 들어서는 블루투스가 에너지 소모가 낮다는 점에서 저전력 IoT 디바이스 용의 통신 기술로서 인기를 끌고 있다. 이러한 이유에서 최근에 이 표준은 거리를 늘리고 에너지 소모를 추가적으로 더 낮추는 것에 주안점을 두고 있다.

블루투스의 대표적인 활용 사례로는 다음을 들 수 있다.
• 휴대전화와 무선 헤드셋 연결
• 휴대전화를 차내 오디오 시스템으로 연결해서 핸즈프리 통화와 음악 재생
• 휴대형 스피커로 디바이스 연결
• 웨어러블 피트니스 트래커와 스마트 워치를 휴대전화나 컴퓨터로 연결
• 무선 컴퓨터 키보드와 마우스
• 디바이스들 간의 파일 전송

웨어러블 기술, 전자 의료 디바이스, IoT가 가속화함에 따라서 블루투스 기술에 대한 수요는 계속해서 증가할 것으로 예상된다. 2016년에 연간 블루투스 IC 출하는 16억 개에 달했다. 이 수치가 2017년에는 거의 두 배로 증가했으며, 2021년에는 50억 개에 달할 것으로 전망된다(출처: ABI Research).

이 표준은 Bluetooth SIG(Special Interest Group)에서 관할한다. 이 기관에서 표준의 개발과 블루투스 인증 프로세스를 관리한다. Bluetooth SIG가 이 상표를 소유하고 있으므로, 이 인증 프로세스를 성공적으로 통과한 디바이스들만 이 상표와 로고를 부착할 수 있다.

블루투스라는 이름은 덴마크 왕인 하랄드 블라톤 고름손에서 따온 것이다. 이 왕은 10세기에 재위했으며 여러 부족을 하나의 왕국으로 통일했다. 블루투스가 다수의 전자 디바이스를 하나의 에코시스템으로 묶는 것에 비유할 수 있다. 블루투스 로고는 하랄드 왕의 룬문자 이니셜을 합친 것이다.

지그비와 Z-Wave

블루투스(특히 블루투스 저에너지)가 홈 오토메이션 같은 애플리케이션으로 갈수록 인기를 끌고 있기는 하나, 가정에서 사용되는 무선 기술은 이뿐만 아니다. 지그비(Zigbee)와 Z-Wave가 또 다른 두 가지 기술로서, 둘 다 저비용이고 매우 적은 에너지를 소모하도록 설계되었다. 특히 가정에서 몇몇 센서나 컨트롤러는 아주 작은 배터리를 사용해서 수개월 혹은 수년 간 동작해야 한다는 점에서 낮은 에너지 소모가 중요하다.

결과적으로 지그비와 Z-Wave는 가시적인 거리로 수십 미터로 제한된다. 그러므로 두 기술 모두 매우 적은 양의 데이터를 이따금씩만 전송하면 되는 애플리케이션에 사용하기에 적합하다. 가정용 경보 시스템, 조명 스위치, 온도조절기, 산업용 제어 시스템을 예로 들 수 있다.

지그비는 지그비 얼라이언스(Zigbee Alliance)에서 정의하고 있는 공개 표준이다. 이 로고를 부착하고자 하는 제품 디자인은 이 기관의 인증 테스트를 통과해야 한다. 반면에 Z-Wave는 실리콘랩스(Silicon Labs)에서 소유한 고유기술이다(Mitsumi는 이차 공급사). Z-Wave는 지그비보다 대역폭이 낮으나 거리가 더 길다. 전반적으로 Z-Wave는 지그비보다 구현하기는 더 간단하나 유연성이 떨어지는 것으로 알려져 있다.

▲ NFC는 보안이 우수하므로 비접촉 지불, 출입 제어, 보안을 중요하게 요구하는 애플리케이션에 사용할 수 있다.

RFID와 NFC

그 밖의 무선 통신 기술로서, RFID(radio frequency identification)와 이의 하위 기술인 NFC(near-field communication) 역시 출입 제어 시스템, 제품 추적, 여타 비접촉 용도로 인기를 끌고 있는 기술이다.

물류와 재고 관리 분야에서 RFID 태그가 생산 라인에서나 창고 안에서 물품의 위치를 추적하기 위해서 흔히 사용되고 있다. 이러한 태그는 점포에서 상품에 부착되어 있는 보안 장치 같은 것이다. 이러한 상품을 구입하기 위해서는 돈을 지불하고 보안 장치를 제거하거나 해제해야 한다. 이 기술은 빌딩 출입 제어 시스템, 전자 여권, 지불 시스템에도 사용된다. RFID 시스템은 태그(데이터 저장)와 리더로 이루어진다. 태그와 리더의 루프 안테나 사이에 전자기 유도를 통해서 리더가 태그의 데이터를 액세스한다.

태그는 두 가지 타입으로 구분된다. 능동 태그는 배터리를 포함함으로써, 자체적인 무선 신호를 발생시킬 수 있고 그럼으로써 더 긴 거리가 가능하다. 하지만 가격대가 더 비싸고 수명이 짧다. 반면에 수동 태그는 안테나로 포착된 신호로부터 에너지를 하베스트 할 수 있다. 그러므로 거리는 제한적이나 태그를 더 저렴하게 만들 수 있다.

위에서 열거했던 기술들과 달리 RFID는 어떤 단일 표준이 존재하지 않는다. 다양한 산업 기구와 국가들에서 자체적으로 개발하고 있으며, 다수의 고유기술 시스템이 사용되고 있다. 그런데다 문제를 더 복잡하게 하는 점으로서, 각기 국가들마다 각기 다른 무선 주파수를 사용할 수 있다. 그러므로 예를 들어서 유럽에서 사용되는 태그를 미국에서는 사용하지 못할 수 있다. 뿐만 아니라 RFID 태그는 대체로 보안이 제한적이므로, 태그가 부착된 상품을 착용하거나 휴대한 사람을 추적한다고 할 때 프라이버시 문제가 불거질 수 있다.

반면에 NFC는 ISO(International Organization for Standardization)와 NFC Forum 같은 기구들에서 정의하고 있는 표준이다. NFC는 RFID의 토대적인 기술을 향상시키고 디바이스 간에 좀더 유연한 통신을 가능하게 한다. NFC로는 어떤 디바이스가 리더도 될 수 있고 태그도 될 수 있다. 그러므로 통신이 양방향으로 피어-투-피어가 가능하다. 또한 NFC는 보안이 더 우수하므로 비접촉 지불, 출입 제어, 보안을 중요하게 요구하는 여타 애플리케이션에 사용할 수 있다.
 
새롭게 부상하는 무선 기술들

와이파이와 블루투스로 인해서 생활의 많은 측면으로 물리적인 케이블 숫자를 크게 줄일 수 있게 되었다. 하지만 집안을 둘러보면 케이블이 여전히 많이 남아 있다는 것을 알 수 있다. WiGig와 WirelessHD 같이 새롭게 부상하는 무선 기술은 텔레비전과 게임 콘솔 사이 같이 낮은 지연시간을 중요하게 요구하는 링크로 바로 이와 같은 케이블을 없애고자 등장한 것이다.

이들 기술은 와이파이보다 훨씬 더 높은 주파수(60GHz)를 사용해서 더 높은 데이터 레이트를 달성한다. 신호가 벽이나 인체를 통과할 수 없으므로, 이들 기술은 디바이스들 사이에 가시거리로 동작하며, 거리는 최대 약 10미터에 이른다. WiGig를 사용하면 컴퓨터들 간에 천 장의 사진을 복사하기 위해서 단 5초밖에 걸리지 않는다. 카메라에서 다른 디바이스로 2분짜리 HD 비디오를 복사하기 위해서는 3초밖에 걸리지 않는다(와이파이를 사용하면 60초가 걸림).

WiGig 표준은 Wi-Fi Alliance에서 관할하나, 역호환은 되지 않는다. WiGig의 취지는 와이파이를 보완하는 것이지 대체하는 것이 아니기 때문이다. 한편으로 WirelessHD는 고유기술로서, 비슷한 거리와 성능을 제공하고 비슷한 애플리케이션을 겨냥한 것이다.

디자이너와 구매자들의 과제

이것은 단지 새롭게 부상하는 무선 통신 기술 중에서 두 가지 예를 들었을 뿐이다. 이 중에서 어떤 것이 특정한 활용 용도로 와이파이나 블루투스처럼 인기를 끌게 될지는 두고 볼 일이다. 바로 이 점이 제품 디자이너나 구매자들에게 까다로운 과제를 제기한다.

어떤 기술이 특정한 면에서 제품이나 서비스를 차별화할 수 있다고 하더라도 시장에서 널리 보급되지 못한다면 제 가치를 발휘하지 못할 것이다. 또한 구매자가 어떤 시스템을 구매할 때는 자신이 사용하고 있는 기존 시스템이나 앞으로 사용하게 될 새로운 시스템과 상호운영이 되는지 고려해야 한다.

글 / 마크 패트릭(Mark Patrick) 마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics) EMEA기술 마케팅 관리자