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IBS Journal

유비쿼터스 기반의 지능형건축물 구축을 위한 Mesh Network의 활용 방안

[ IBS Journal Vol.7 No.4, December, 2009 ] 세미나룸에 게재되었던 원고입니다.

※ 원본 파일은 IBS Korea 홈페이지 (www.ibskorea.org)에서 다운로드 받으실 수 있습니다. 

 

유비쿼터스 기반의 지능형건축물 구축을 위한 무선 Mesh Network의 활용 방안            

                                                                                                           김 기 동 | 삼성SDS(주)

 

제1장 서론 (기술의 개요)


제1절 기술의 개념


최근 무선 메시 네트워크에 대한 관심과 수요가 증가하고 있다. 특히 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network : WMN)가 유비쿼터스 시대를 앞당길 수 있는 핵심 인프라중 하나로 주목을 받으며 무선 시장의 성장 촉매제로 부상하고 있다(이후 WMN으로 표기). 언제 어디서나 네트워크에 접속할 수 있는 U-시티를 만들기 위한 인프라로 적합하다는 평가를 받고 있으며 세계적으로도 유선 인프라가 취약한국가를 중심으로 확산속도에 가속이 붙고 있는 가운데 국내에서는 U-시티 등 도시가치를 높일 수 있는저비용 고효율 시스템으로 주목을 받으며 시장 확대가 기대되고 있다.
WMN은 애드혹(Ad-hoc) 통신 기술에서 유래했다. 고정형뿐 아니라 이동 중에도 기지국 대 기지국, 단말 대 단말, 기지국 대 단말 등 모든 노드에서 통신이 이뤄지는 다중경로를 가지는 메시형 토폴로지를 무선에 적용시킨 것이다. 무선 메시 네트워크는 와이파이(WiFi) 기술과 접목되면서 광대역 모바일 서비스를 손쉽고 경제적으로 구축할 수 있다는 것이 무엇보다 매력적이다. [그림 1]

 

 

[그림 1] 무선 메시 네트워크 개념도

 

[그림 2] WMN의 확장성

 

 

WMN은 새롭게 제안되는 네트워크 구조라기보다 기존에 사용되고 있는 다양한 무선 접속 기술을 연동하여 사용할 수 있는 방안을 제공하여 주며, 애드혹(Ad-hoc) 네트워크의 자가 구성 및 자가 치료의 특성을 가지고 있어서 저비용으로 빠르게 네트워크를 구축할 수 있는 장점을 갖는다. 본 기술보고서에서는 WMN의 세부 기술내용과 표준화에 대하여 살펴본다. 또한 국내외 기술 및 시장 동향을 살펴보고 해결되어야 할 문제점들을 살펴본다. 현장적용사례는 삼성SDS(주)가 WMN을 활용한 실제 구축 현장을 통하여 WMN의 활용분야를 살펴보았다.


제2절 대상 기술(또는 제품)의 중요성(필요성)


WMN의 중요성은 초기 인프라 구축 비용만 투자하면 사용에 따른 회선이나 패킷비용 등 고정 비용이 없어 자가망 구축이 필요한 기업이나 지방자체단체에 적합한 솔루션을 제공할 수 있다는 것이다.                                                               첫째, 확장성: 무선 메시는 실내용 무선랜 서비스가 아닌 옥외 무선 자가망 구축을 위한 다중 홉 기반의 무선 네트워크로 최소한의 유선 연결만으로 무선구간을 계속해서 연장할 수 있어 이론상으로는 단일 노드에서 수 백, 수 천 노드까지 확장이 가능하다. 기존의 무선랜에서는 AP까지 유선을 구축해야하는 한계가 있었으나 Mesh 방식을 적용하면 기존의 유선 구축에 대한 한계를 극복할 수 있다. [그림 2]
각각의 네트워크는 가상랜, 메시 ID 등으로 분리돼 개별 서비스에 영향을 주지 않을 뿐 아니라 IP와의 연동을 통한 네트워크 확장성이 기존 유선 케이블에 비해 빠르고 유연해 단계적인 네트워크 확장과 커버리지를 넓힐 수 있다.                    둘째, 안정성: 무선랜이 포인트 투 포인트 또는 포인트 투 멀티포인트 방식인 반면 무선 메시는 멀티포인트 투 멀티 포인트 방식을 통해 하나의 링크가 끊겨도 다른 우회 경로를 제공하여 네트워크 접속이 항상 살아 있게 된다. 또한 다양한 경로로 트래픽을 분산시켜 부하를 줄일 수 있다. [그림 3]
WMN의 단말들은 자신들 사이의 메시 연결을 자동 설립 하고 관리할 수 있는 애드혹 특성을 통해 네트워크를 자가 구성할 수 있다. 따라서 모든 노드는 호스트이자 라우터로 동작한다. 즉 목적지가 직접적인 무선 통신 반경에 있지 않는 다른 노드들을 위해 중간노드들이 패킷을 대신 전달해 준다. 이러한 특성은 저비용으로 네트워크의 구성 및 관리를 가능하게 해주고 메시 형태의 연결은 전달 경로의 신뢰성을 높여주게 된다. 개인용 컴퓨터, 노트북, PCA 등과 같은 기존의 단말은 무선 인터페이스 카드(NICs)를 장착하여 메시 라우터에 직접 연결될 수 있고, 무선 NIC이 없는 단말들은 이더넷과 같은 기존의 유선네트워크 접속기술을 사용 하여 메시 라우터에 연결될 수도 있다. 이를 통해 WMN은 사용자들에게 언제나, 어디서나 항상 온라인 상태를 유지할 수 있는 방안을제공해 준다. 또한, 메시 라우터의 게이트웨이/브리지 기능들은 다양한 이종 네트워크와의 연동 방안을 제공해 준다. 이러한 통합된 WMN의 네트워킹 구조를 통해 사용자들은 기존의 네트워크 접속 기술만으로는 받을 수 없는 서비스를 제공받게 된다. 또한 기존 무선 네트워크의 단점으로 지적되는 신뢰성 및 안정성이 결여된 통신 특성을 향상시켜 준다.
셋째, 사용의 용이성: 802.11 무선표준을 기반으로 기지국과 중계기간 자동 구성 및 자동 라우팅 설정을 통해 손쉬운 설치와 설정이 가능하다. 또한 라이선스가 필요 없이 누구나 사용할 수 있는 비면허 주파수 대역을 사용하기 때문에 주파수 사용료가 필요 없어 운영비용 절감이 가능하고, 주파수 재사용 효과도 높다는 것이 특징이다.

 

 

[그림 3] WMN의 안정성

 

넷째, 고속 로밍 기술(Fast Roaming) 지원: 기존의 WiFi 서비스는 핫스폿 형태로 제공돼 이동 중에 접속이 끊기거나 넓은 광역망을 가지기 위해 모든 유선망을 인입해야 하는 어려움이 있다. 그러나 WMN는 메시 노드에 전원만 공급되면 광역의 망을 구성할 수 있다. 특히 커버리지 내에서 고속 로밍을 지원하기 때문에 기차, 지하철 등과 같은 고속 이동체에 대한 서비스에도 유용하다. 장비마다 상이하겠지만 시속 200∼300km속도까지 데이터 로밍을 지원하는 것으로 알려져 있다.

제2장 본론

제1절 국내외 기술개발


마이크로 소프트 연구소인 MSR은 애드 혹 라우팅과 링크상태 측정 소프트웨어인 MCL (Mesh Connectivity Layer)을 개발했다. MCL은 윈도우 운영체제를 위한 가장 디바이스 드라이버 형태로 동작되고, 애드혹 네트워크가 가상 네트워크로 보이도록 네트워크 어뎁터 형태를 구현하였다. 애드혹 네트워크의 라우팅 프로토콜은 DSR을 변형해서 LQSR을 개발하였다. 구현된 MCL은 작은 이동성, 제한받지 않은 전력 소모와 작은 통신 반경의 네트워크를 위해 구성된 프로토콜이다.
광범위한 연구개발을 진행하고 있는 인텔은 다중홉 메시 네트워크의 기술적 난제를 해결하기 위해 연구하고 있다. 초기 작업은 센서 네트워크 구축 사업이었는데 자가 구성 가능한 저비용의 적응형 네트워크 구축이 목적이었다. 또한 인텔의 네트워크 구조 연구소는 메시 네트워크의 난제를 해결하려는 연구를 진행하고 있다. 즉, 저비용, 저전력으로 사용가능한 AP프로토 타입과 노드들의 연구 및 보안, 트래픽 특성, 자동 라우팅 구성 그리고 QoS 문제 등이 난제 기술에 해당된다.
WMN의 장비 관련 업계는 이미 자체 관련 프로토콜을 구축하여 상용화하고 있다. MeshNetworks, Tropos Networks, Radiant Networks, Firetide, BelAir Networks, Strix System들이 메시 네트워킹 기술에 대한 솔루션을 보유한 업체로 초기 도입단계에는 802.11 표준을기반으로 개발되었는데, 점차 자체기술을 개발하여 적용하고 있다.
대표적으로 Tropos사의 경우 댁외 시스템은 셀룰라기반의 Wi-Fi 네트워크를 사용하는데, 각 Wi-Fi 셀은 무선 LAN처럼 동작한다. 또한 이 회사는 고유의 무선라우팅 프로토콜인 PWRP(Predictive Wireless Routing Protocol)을 개발하여 적용하고 있다. PWRP는 목적지까지의 hop 수를 기준으로 경로를 설정하지 않고, 경로 설정 시 링크의 패킷오류율을 비교하여 최적
의 경로를 찾는다. 또한 LocustWorld사와 같이 공개 소프트웨어를 기반으로 메시 네트워크를 구현하는 회사도 있다. 이 회사의 메시 라우터인 Meshboxes는 공개된 리눅스 기반의 AODV(Ad hoc On-Demand distance Vector)를 기반으로 개발되었다. 이는 보다 적은 메모리를 사용하면서 라우팅이 가능하도록 하기 위하여 사용하는 라우팅 프로토콜이다.

제2절 국내외 시장동향

무선 메시 솔루션 전문업체인 스트릭스는 브로드웨이브와 국내 총판 계약을 통해 무선 메시 시장 개척에 나서고 있다. 국내 총판인 브로드웨이브는 그 동안 다양한 용역수주와 애플리케이션 개발을 통해 축적한 경험과 함께 현대HDS와 제휴로 영업력을 한층 강화한 가운데 U-시티, 공공, 항만, 공장 등 다양한 시장 접근 전략을 구사하고 있다. 파이어타이드는 무선 메시 전문 벤더로는 처음으로 국내 지사를 설립하며 U-시티, 기업 등 다양한 시장 확대에 나서고 있다.
U-청계천, 부산 펀 비치(Fun BEACH), 대명스키장, 버즈 두바이를 비롯 KT와 함께 제주 기상/해양 관측시스템, 강릉/공주시 무선 메시 네트워크 구축 사업등 다양한 레퍼런스와 프로젝트를 추진하며 시장 기반을 다지고 있다. 파이어타이드는 단순 인터넷 서비스용이 아닌 애플리케이션의 장거리 전송을 위한 다양한 서비스를 개발하는 등 차별화 전략과 더불어 글로벌텔레콤을 총판으로 서울통신기술 등 7개의 프리미어 파트너를 확보한 가운데 홀해는 10여개로 파트너를 더욱 늘릴 예정이다. 지난해 레퍼런스를 바탕으로 올해 역시 U-시티, 지하철, ITS 등 공공분야는 물론 건설사 등 기업 시장 공략을 한층 강화해 국내무선 메시 네트워크 시장을 선도하는 계획이다.
벨에어 역시 에드윈와이어리스와 국내 총판 계약을 통해 시장 공략에 나서고 있다. 에드윈와이어리스는 포스데이타 등 파트너와의 공조 강화는 물론 OEM관계에 있는 알카텔-루슨트와의 협력도 국내에서 계속 이어가고 있다. 벨에어는 SK텔레콤의 신촌일대 핫스팟 시범 서비스를 비롯 신라호텔, 광주과학기술원, 삼광유리공업 인천공장, 국방부, 고신대학교 등을국내 레퍼런스로 확보하고 있다. 에드윈와이어리스는 U-시티를 중점 공략하는 한편 리조트, 물류창고, 신항만 등으로 시장을 넓혀 나가고 있다. 특히 RFID 태그, 미들웨어, 리더기 등의 국산화를 추진 중으로 올 하반기 개발이 완료되면 무선 메시 네트워크와 연계 시켜 시장 확대에 한층 힘을 받을 것으로 기대하고 있다. 더불어 무선 메시 네트워크 와이브로백 홀로써의 가능성도 타진해 나갈 계획이다.
무선 메시 전문업체들의 국내 시장 공략 강화에 맞선 대형 외산 업체를 비롯하여 국내 업체들의 움직임 역시 빨라지고 있다. 모토로라, 시스코 등이 WMN 시장 공략을 본격화하고 있는 가운데 노매딕텍스 등 국내 업체들도 속속 시장 진입에 나서고 있다. 데이터 네트워크 사업을 강화하고 있는 모토로라는 무선 광대역 솔루션의 모토메시(MotoMESH)솔로 및 듀오 등을 앞세워 무선 광대역 시장 공략에 나서고 있다.
시스코는 국내 레퍼런스 확보를 기반으로 유무선 통합 능력을 강점으로 신도시 등 U-시티 프로젝트에 컨설팅을 진행하는 등 메시 엑세스와 유선 백본, 데이터센터와의 연결 등 WMN의 가이드라인 제시를 통한 차별화로 시장 개척에 나서고 있다. 국산 솔루션으로는 노매딕텍스가 두각을 나타내고 있다. WMN 장치를 활용한 네트워크 서비스 모델 및 장치 특허를 보유한 노매딕테스는 무선 메시 네트워킹을 기반으로 하는 무선 이동통신 장치 및 솔루션 개발을 주력으로 WMN 시장 공략을 본격화할 계획이다. 이외에도 고속이동 핸드오버기술을 개발한 이나루티앤티는 부천시 도시 무선인터넷망 구축 시범사업에 참여하는 등 WMN 시장 개척을 본격화하고 있다. 더불어 산학 협력을 통한 WMN 솔루션 개발도 진행되고 있어 다양한 국산 솔루션의 출시가 기대되고 있는 가운데 국내외 업체간의 경쟁은 한층 더 치열해질 전망이다.

제3절 세부요소기술


무선 네트워크 접속 기술은 단말이 유선 연결을 통해 고정된 상태에서 접속되어야 하는 제한을 제거하고 언제 어디서나 네트워크에 접속 할 수 있는 유비쿼터스 네트워킹 방안을 제공해 준다. 향후 전개될 유비쿼터스 네트워크는 유무선 네트워킹 기술이 통합되어 사용자에게 시간과 장소에 구애받지 않는 통신 기능을 제공할 것으로 예상된다.
[그림 4]에 나타낸 것처럼 WMN은 메시 라우터와메시 단말들로 구성된다. 기존의 무 선 라우터가 가지고 있는 라우팅 능력과 더불어 무선 메시 라우터는 메시 네트워킹을 지원하기 위한 기능에 중점을 두고 있다. 또한 향상된 메시 네트워킹을 제공하기 위해다중 무선 인터페이스 규격을 지원한다. 즉, 다양한 무선 접속기술, 무선 다중통신을 기반으로 하고 있기 때문에 기존의 무선 라우터에 비해 무선 메시 라우터는 더욱 작은 전송 파워를 가지고도 같은 넓이의 무선 영역을 가질 수 있다. 무선 단말역시 메시 네트워킹을 위한 기능이 요구 되지만, 메시 라우터와 달리 게이트웨이나 브리징을 위한 기능이 요구되지는 않는다. 일반적으로 메시 단말은 하나의 무선 인터페이스를 갖게 되므로 하드웨어나 소프트웨어 모두 메시 라우터보다 간단하게 구현될 수 있으므로 다양한 디바이스가 무선 단말로 이용될 수 있다. 노트북, 개인용 컴퓨터, 포켓 PC,
PDA, IP 전화, RFID 리더, BACnet(Building Automation and control networks) 제어기 등이 여기에 해당된다.

 

[그림 4] 메시 네트워크 구조

 

WMN의 구조는 다음과 같은 세 가지 형태로 구분된다.
인프라/백본 WMN : [그림 4] 의 중간영역 에 해당되는 네트워크를 말한다. 메시 라우터들은 무선 단말들을 위한 인프라 구조의 형태를 가지고 연결된다. 이 경우에 사용될 수 있는 무선기술은 다양하지만 주로 IEEE 802.11이 사용된다. 메시 라우터들의 메시구조는 게이트웨이 기능을 통해 인터넷과 연결되는 백본 역할과 다양한 무선 접속 기술과의 연동을 제공한다.
무선 단말들의 WMN : 노드들의 메시는 이동노드들 사이의 점 대 점 연결을 제공해준다. 이동 단말들은 메시 네트워크 구조를 통해 단말들 간의 라우팅과 네트워크 구성 기능을 수행하므로 메시 라우터와는 독립적인 네트워크의 형태를 가질 수도 있다. 기본적인 구조는 [그림 4]의 하위 단에 표현해 놓았다.
즉, 메시 라우터에 의존하지 않고 중간 경로 상의 단말들의 다중 홉을 통해 송신에서 수신으로 데이터가 전달될 수 있다.
하이브리드 WMN : [그림 4]에 나타낸 것처럼 인프라 구조의 WMN과 무선 노드들 만으로 구성되는 WMN이 연결되어 있는 통합된 구조를 말한다. 메시노드들은 메시 라우터를 통해 네트워크에 접속될 수도 있고, 단말들 간의 직접연결을 통해 상호 통신할 수도 있다. 인터넷, WiFi, WiMAX, 셀룰라 및 센서네트워크와 같은 이종의 네트워크와의 연동을 네트워크 인프라가 제공하는 동안, 단말의 라우팅 기능은 통신연결의 신뢰성을 증가시키고 WMN의 통신 영역을 확장하는 효과를 준다. 따라서 하이브리드 WMN이 가장 적합한 네트워크 구조라고 말할 수 있다.
WMN는 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). WMN는 단일경로를 통한 통신방식이 아니기 때문에 통신이 이뤄지던 노드에서 물리적 절체나 트래픽의 과부하 등으로 노드에 문제가 생기면, 현 통신망에서 최적의 새로운 라우팅 경로를 찾게 된다. 이러
한 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 커버리지네트워크 구축. WMN를 이용한 망 구성은 기존 점대 다점의 무선통신이 100이라는 전력이 필요할 때, 멀티 홉을 통해 통신 커버리지를 확장하는 WMN는 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.


제4절 현장적용 사례 (실적)


삼성SDS는 삼성물산이 시공중인 UAE Burj Dubai 현장에 WMN을 적용하여 초고층빌딩 공사현장에 가설 네트워크로 기존 통신수단의 한계를 간단히 해결할 수 있다는 사실이 증명되어 앞으로 국내에서도 본격적으로 시공될 초고층빌딩의 현장에도 많이 적용될 것이다.

 

 

 

[그림 5] 건설현장의 가설네트워크 구축 사례 (Burj Dubai)

 

Burj Dubai는 160층 이상의 초고층 건축물로서 수직 높이가 약 800m에 이르기 때문에 시공상 다음과 같은 문제가 있었다. 첫째, 기존에 사용하는 아날로그 방식의 Point to Point 방식의 통신 무전기(워키토키)로는 전송지연 및 의사전달의 어려움이 있었다. Burj Dubai현장은초고압 콘크리트 Pumping의 제어같은 첨단 공법이 적용되었는데 지상부와 최상부 타워크레인과 혹은 작업자와 작업자간의 면밀한 통신이 필요하였다. 둘째, 안전과 작업 현황 파악을 위하여 CCTV의 설치가 필요하였는데 무선 메시 네트워크 기술을 활용하여 AP(Access Point)를 설치하여 무전기 통화불능지역을 해소 하였으며, IP Camera를 통한 실시간 영상감시로 화재나 작업자의 출입을 감시하여 작업장의 안전성을 크게 높였다.[그림 5]
또한 삼성SDS와 서울시가 2007년 5월부터 약 7개월간에 걸쳐 구축한 U-청계천은 청계천 전구간에 WMN를 통한 무선망을 구성하고 e-Seoul Net과 연동한 유무선 통합 서비스망을 구축하였다.[그림 6]

 

 

[그림 6] U-청계천 사업 개요


이를 기반으로 유비쿼터스 인프라 및 서비스를 원격 통합관리해주는 통합운영플랫폼과 청계천의 지형지물을 3차원으로 모델링하여 가상현실을 구현하는 인프라를 구축하였다.[그림 7]

 

 

[그림 7] U-청계천 무선 메시 네트워크 도입 사례


이러한 인프라를 바탕으로 관광객의 위치를 자동 인식하여 청계천 역사물의 정보를 다국어과 멀티미디어로 제공하는 GPS역사탐방과 청계천을 방문한 국내외 관광객이 유비쿼터스 기술을 체험할 수 있는 정보부스와 미디어보드 그리고 관광객이 직접 디지털 방명록과 사용자 동영상콘텐츠(UCC)의 작성 및 이메일 서비스가 가능한 프리보드 등 다양한 서비스를제공하고 있다.
이외에도 무선망을 통한 IP제어가 가능한 첨단 가로등과 청계천의 생태 학습장 풍경을 실시간 동영상으로 서비스 하는 무선 CCTV 외에도 USN으로 수질과 수위의 실시간 모니터링하는 기능이 제공되고 있다.[그림 8]

 

 

[그림 8] U-청계천 USN수질/수위관리

 

제5절 응용기술


WMN은 광케이블 포설 등 유선 인프라 구축이 곤란한 지역을 우선으로 시장이 확대되고 있다. 최소한의 유선 케이블을 기반으로 확장이 손쉬운 무선 메시 노드만 구축하면 유선에 버금가는 인프라 구축이 가능하기 때문이다. 이에 건설현장의 가설 네트워크는 물론 공장, 항만, 리조트, 학교 등에서 도입이 확대될 전망이다. 또한 지자체들이 경쟁적으로 추진하고 있는 U-시티는 무선에서 네트워크를 꽃피울 최적의 시장으로 주목을 받고 있다.
WMN을 효율적으로 적용할 수 있는 U-시티의 경우 국가나 지자체가 주도하고 있는 해외와 달리 국내의 경우는 서비스 사업자가 주도하고 있어 시장확대에 걸림돌이 되고 있는 것이 사실이다. 더불어 시장 활성화를 위해서는 무선 주파수 대역, 안테나 출력 문제 등 법률 및 제도 정비도 필요한 상황이지만 관련 업계에서는 응용분야가 다양한 만큼 시장수요는 지속적으로 증가할 것으로 낙관하고 있다.
WMN은 U-시티를 위한 무선 인프라로 경제적인 자가망 구축은 물론 우수한 안정성, 이동성, 확장성등이 강점으로 제시되고 있다. 무선 메시 네트워크의 상호 연동으로 서비스 망이 이중화돼 무정지 서비스가 가능할 뿐 아니라 뛰어난 L2/3 기반 로밍을 통해 고속이동 중에도 음성, 멀티미디어 데이터 서비스를 끊김없이 제공할 수 있기 때문이다. 또한 멀티라디오 아키텍처를 통한 손쉬운 망 확장으로 데이터, 음성, 영상 등 다양한 서비스 제공이 가능하다.[그림 9]

 

 

[그림 9] 무선 메시 네트워크의 다양한 Application

 

따라서 WMN는 기존 공중 무선랜 서비스 지역인 핫스팟의 한계를 극복, 고속 로밍은 물론 보다 광범위한 지역을 커버하는 핫존(Hot Zone), 핫리전(Hot Region) 구축을 통해 U-시티 기초 무선 인프라로 적극 활용될 전망이다. 또한 IP-USN의 요소 기술로서 기상/해양 관측, 하천/저수지 관리, 간이 상수원 수질 관리, 교량 안전관리 등 환경과 안전 관리 분야에 적용될 수 있다.

 

 

[그림 10] 무선 메시 네트워크와 연동하는 서비스


IP-USN과 연계된 메시 노드의 이더넷 인터페이스를 통한 TCP/IP 통신과 연동이 가능, 대기오염을 비롯 수질, 기상 등 환경정보를 원격으로 수집 및 정보를 빠르고 손쉽게 제공할 수 있기 때문으로 점차 다양한 분야로 확대 적용될 전망이다.[그림 10]  또한 유선망을 설치하기 어려운 항만에도 WMN 기반의 U-Port망을 구축하여 항만과 배, 배와 배 사이의 무선 통신이 가능하게 구축할 수 있다.[그림 11]
유선 인프라가 잘 갖춰져 있는 국내에서는 제한적이라는 평가도 있지만 단순 무선 인프라가 아닌 교통, 공공안전, 환경 등 다양한 분야에 접목되며U-시티의 핵심 인프라로 자리 잡을 가능성이 높다.[그림 12]

 

 

 

[그림 11] 무선 메시 네트워크를 활용한 U-Port 구축

 

 

 

[그림 12] 무선 메시 네트워크를 활용한 U-City 구축

 

제6절 WMN의 표준화


WMN의 표준화는 IETF(Internet Engineering Task Force) Manet(Mobile Ad Hoc Network Working Group)그룹의 Ad-hoc 라우팅에 대한 표준화와 IEEE 802.11의 Task Ggroup s(MESH SG)에서의 무선 LAN 기반의 무선 메시 네트워크 표준화가 진행되고 있다. IEEE 802.11 TGs는 Self configuration multi-hop 토폴로지에서 broadcast/multicast 및 unicast를 지원하고 IEEE 802.11 MAC/PHY를 이용한 WDS(Wireless Distribution System)을 통해 IEEE 802.11 ESS(Extended Service Set) Mesh 표준화를 개발하고 있다. 2003년 하반기 인텔, 모토롤라, NRL(Naval Research Lab.) 등을 중심으로 무선LAN 메시 네트워크 표준화에 대한 잠정 PAR(Project Authorization Request)를 시작으로, 2004년 1월 캐나다 벤쿠버 회의에서 SG로 승인되었으며, 2004년 6월 TGs로 승인되어 2009년 현재 Draft 표준안(802.11s TG-Draft3.0) 개발이 진행중에 있다.[그림 13]

 

 

[그림 13] IEEE 802.11s 표준화 대상 계층

 

제3장 결론

제1절 동향분석 및 시사점


국내 무선 메시 시장은 성장 잠재력은 높지만 아직은 시장 확산 초기단계다. U-시티 등 시간이 오래 걸리는 프로젝트가 주 타깃이라는 점도 있지만 시장 활성화를 위한 선결과제도 만만치 않다. 서비스사업자에 의존하지 않는 지자체의 의지뿐 아니라 부족한 애플리케이션, 무선 주파수 분배, 안테나 출력 문제, Wibro와 차별화 등 아직 많은 문제들이 있는 것이다. 특히 Wibro를 기반으로 하는 무선 광대역 서비스가 WMN의 확산에 걸림돌로 작용할 전망이다.
하지만 무선 메시와 Wibro는 과도기적인 일시 경쟁일 뿐 장기적으로는 상호 보완적인 기술로 자리를 잡을 것으로 관련업계에서는 예측하고 있다. 무엇보다 할당된 주파수만을 사용하는 서비스사업자를 중심으로 무선 광대역 시장이 전적으로 형성되지는 않을 것이란 판단이다. 여기에 투자 및 운영비용 절감, 손쉬운 설치, 확장성, 비면서 주파수 사용 등 사용자 혜택 역시 높기 때문에 WMN와 다양한 애플리케이션과의 접목 확대로 활용성을 높인다면 충분한 시장 기회가 있을 것이란 전망이다.


제2절 향후 개선사항


WMN는 기존의 에드혹 네트워크, WLAN, WPAN, 그리고 WMAN 기술들이 가지고 있는 제한 사항을 해결하고 성능을 향상 시켜서 개인, 지역, 캠퍼스 및 도시 규모의 다양한 응용에게 무선서비스를 제공하기 위해 제안되었다. 최근 WMN에 대한 관심이 고조되고 많은 기술 향상이 이루어지고 있지만 여전히 실제 적용을 위해서는 모든 프로토콜 계층에서 해결되어야 할 다음과 같은 난제 요소들이 남아있다.
첫째, 네트워크 규모의 확장 (Scalability) : WMN에서 다중 홉 통신 방식은 일반적인 요구사항이다. 그러나 다중 홉 기반의 무선통신에서는 네트워크 규모가 커질수록 성능이 급격히 저하되는 문제를 가지고 있다. 네트워크 규모가 커질수록 최적의 통신경로를 찾기 위해 요구되는 제어 트래픽의 양이 늘어나게 된다. 또한 대표적인 전송프로토콜인 TCP를 사용하는 응용의 경우 홉 수가 증가할수록 데이터 처리율이 기하급수적으로 감소하는 특성을 보인다. 전형적인 예로서 현재의 IEEE 802.11 무선 MAC 프로토콜의 경우 응용에서 사용 가능한 TCP 데이터 처리율을 얻기 위해서는 4개 이상의 다중 홉을 통해서는불가능 한 것으로 보고되고 있다. (11Mbps 의 처리율을 갖는 IEEE 802.11b 을 사용하여 4개 이상의 다중 홉을 전달 경로로 설정할 경우 1Mbps 이하의 처리율을 보임)
둘째, 메시 연결 : WMN의 많은 장점은 이동노드들의 메시 연결 형태에서 기인한다. 메시 연결 형태는 MAC이나 라우팅 프로토콜의 설계시 주요한 요구사항이 된다. 또한 네트워크 자가 구성과 토폴로지 제어 알고리즘은 역시 일반적인 요구사항이다.
셋째, 광대역 및 QoS 보장 : 애드혹 네트워크와 달리 WMN의 대부분의 응용들은 QoS 지원을 요구하는 광대역 서비스들이다. 따라서 종단 간의 전송지연과, 채널 사용의 공정성, 지터, 데이터 처리율 및 패킷 손실률은 반드시 고려되어야 한다.
넷째, 상호운영성 : 이기종 무선 네트워크와 연동될 수 있는 상호 운영성은 WMN의 필수적 요구사항이다. 또한 메시 네트워크의 기능이 동작하지 않는 기존의 단말 역시 수용 가능해야 WMN의 특성을 얻을 수 있다.                                        다섯째, 보안 : 네트워크 보안사항은 비단 WMN만의문제가 아닌 모든 프로토콜 설계에서 선행적으로 고려되어야 할 사항이다.
여섯째, 사용의 단순함 : 에너지 관리, 자가 구성, 유동적인 네트워크 토폴로지 제어, 이동성으로 인한 순간적인 링크오류에 대한 대처, 빠른 사용자의 인증 및 가입 등의 처리를 위한 프로토콜은 가능하면 사용자의 부담 없이 자동 처리되도록 설계되어야 한다.


제3절 기대효과

WMN는 WiFi 기술과 접목하면서 광역 무선 LAN 구축을 더욱 쉽고 경제적으로 할 수 있게 됐다. 이같은 무선 LAN 메시 시장은 2000년 초반 북미를 중심으로 WiFi 기반의 무선 메시 장비 업체들이 등장, 실내 및 핫스폿용으로 사용한 무선LAN을 실외의 광역 도시 네트워크 개념으로 확장시켰다. 특히 도시 무선네트워크(Municipal Wireless Network)라는 이름으로 최근 1∼2년 새 인도 뭄베이, 마케도니아, 케냐,방글라데시아 등 동남아, 아프리카, 중국 등 유선 인프라가 열악한 국가를 중심으로 급속히 확산되고 있다. 샌프란시스코, 필라델피아 등 미국의 많은 도시가 WMN를 이용한 u-시티 구축을 하는 상황이다. WMN를 활용한 u-Application의 활용에 대한 기대효과는 다음과 같다.
첫째, 이동성 제공: IP기반 데이터 서비스가 증가하면서 사용자들은 이동 중에도 다양한 응용 서비스에 접속하길 원한다. 기존 이동통신 기술은 제한된대역폭과 고가의 구축비용으로 저렴한 고품질의 이동데이터 서비스가 어렵지만 WMN 기술은 비 면허대역을 이용해 VoIP 및 멀티미디어 데이터 서비스를 고속이동 중에도 이음새 없이 제공할 수 있다.
둘째, 망 확장성: 광대역 유선망이 신뢰성 있는 통신환경을 제공하지만 경제적인 관점에서 망 확장은 어렵다. WMN는 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. WMN는 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.
결론적으로 u-시티 등 u-Application에 대한 관점에서 WMN을 활용한 무선 인프라 구축의 장점은 경제적인 망 구축, 이동성 제공, 망 확장성과 이를 통한 정보 격차의 해소 등이라 할 수 있다.

참고문헌
[1] 강석오, 무선메시네트워크, Network Times, 2008. 2
[2] 조태진, 무선 MESH 네트워크를 활용한 U-인프라 구축, Wireless Networking World 2008 세미나, 2008.6
[3] 강남희, 무선 MESH 네트워크 기술현황, www.kosen21.org, 2005
[4] 이민호, Mesh Network 기술동향 및 Applications, www.kosen21.org, 2005

 

 저 / 자 / 소 / 개
삼성SDS(주) 수석연구원 김 기 동
◎ 약력
• 인하대학교 기계공학과
• 삼성전자(주) IBS설계
• 현, 삼성SDS(주) 수석연구원
◎ 연락처(이메일)
kd25.kim@samsung.com