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Ⅰ. 서론
카멜레온처럼 군복의 색깔이 주변 환경에 맞게 변하고, 입기만 해도 힘이 세지는 근육군복, GPS를 이용한 위치확인 및 지형인지, RFID에 의한 피아 식별, UWB(Ultra Wideband) 레이더를 통한 주변 생명체 등의 위치를 확인, Mesh Network을 통한 소형Device에 의해 병사의 피로도, 체온, 맥박 등을 수 백Km 떨어진 본부에 전송하는 등초인적인 전투능력을 갖는 Wareable Computing 군복 지급이 4~5년 이내에 가능할 것으로 예상된다. 또한 이러한 웨어러블 컴퓨팅은 시각장애인이나, 노약자, 어린이가 휴대폰이나 PDA를 가지지 않고도 길안내, 노약자보호, 어린이 찾기 등의 휴먼기술(Humantech)에도 효과적으로 활용될 것이다.
이러한 미래 통신 기술의 핵심요소를 보면 Spread Spectrum 방식(CDMA, FHMA, UWB)과 Smart Antenna와의 만남, 각각 다른 서비스(휴대전화, TRS)에 따라 기기와 통신망을 바꿀 필요가 없는 SDR(Software Defined Radio), 빈 주파수 공간을 알아서 찾아다니면서 통신을 하는 주파수 분배와 할당의 개념정립을 다시 해야 할지도 모르는 CR(Cognitive Radio), 모든 사물과 사물간의 통신, 물류유통에 사용될 RFID (Radio Frequency IDentification), 하나의 AP(Access Point)에 의한 통신 개념에서 벗어나 하나의 휴대폰이나 휴대 Device(PDA, 노트북 등) 각각이 통신의 주체가 되어 중계, 라우팅 역할을 하므로 기지국이나 새로운 통신망 구성이 없이 통신망 확장을 가능케 하는 Mesh Network 등이 있다. 본고에서는 Mesh Network에 대해 최근 동향과 전망을 다뤄보고자 한다.
Ⅱ. Mesh Network 개요
Mesh Network은 고전적인 네트워크 기술 패러다임이 Base station 기반에서 Bluetooth와 같이 Flexible한 Ad-hoc 네트워크로 변화되고, 이러한 Ad-hoc 네트워크는 각각의 구성 device들 간에 데이터 통신을 하는 주체가 되고 같은 네트워크 안의 다른 device들로부터 받은 traffic을 다른 device에 릴레이해주고, 라우팅해주는 기능을 갖는 우수한 시스템이다.
Mesh Network의 출발은 미국 군사기술을 민간용으로 전환한 것으로, 무선 메쉬 네트워크 기능을 탑재한 무선LAN AP는 전원연결만 되면 네트워킹이 가능함으로 설치가 편리하고, 유선망과의 연결 없이 망 확장이 용이하다. IEEE 802.11b의 2.4GHz 대역에서 사용할 경우 약 1.5km범위에서 2Mbps 정도의 통신이 가능하고 시속 400km까지의 이동통신에서도 이용이 가능한 것으로 확인 되었다.
타 Wireless Network과 비교
10년 전만 하더라도 무선 LAN은 유선에 비해 속도가 너무 떨어져 이용가치가 없는 것으로 여겨졌으며, 거의 모든 노트북에 장착돼 있는 무선LAN의 표준은 1999년 2.4GHz 대역에서 IEEE 802.11b와 5GHz 대역의 IEEE 802.11a의 표준이 제정되고 상용화 되면서 무선 LAN 시장이 활성화 되고 802.11a와 g의 제품이 시장에 출시되면서 최대 54Mbps의 데이터 전송이 가능하게 되고 IEEE 802.11n의 Task Group에서는 물리계층과 MAC 계층을 동시에 고려하여 최대 100Mbps까지 높이는 목표를 두고 있다.
Ⅲ. 세계적인 무선 LAN 기술 동향
1. 세계적인 무선 LAN 관련 표준화 비교
2. IEEE 802 연구 그룹
IEEE 802.11에는 약 29개 IEEE 802.11 TG, MAC, PHY, a, b, b-Cor1, c, d, e, f, g, h, I, j, k, l, m, n, o, q, r, s, t, u, v, x, SG, ADS, SC의 Task Group, Study Gruop, Standing Committee가 운영되고 있으며 매회 2,000명 이상이 참가하는 국제기구이다.
3. Mesh Network 표준화 동향(IEEE 802. 11s)
무선 메쉬 네트워크 관련 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 무선LAN 기반의 무선 메쉬 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 메쉬 네트워크 표준화에 대한 잠정 PAR(Project Authorization Request)를 시작으로, 2004년 1월 캐나다 벤쿠버 회의에서 SG로 승인되었으며, 2004년 6월 TGs로 승인되어 현재 Draft 표준안 개발이 한창 진행 중에 있다.
4. Mesh Network의 표준화 동향
무선LAN 무선메쉬 네트워크 기술은 IEEE 802.11b/a/g/n등 다양한 물리계층을 수용하며 QoS 및 IEEE 802.11n을 지원하기 위한 적정 MAC 계층이 물리계층 위에 요구된다. 또, 메쉬 기능을 위한 경로설정 알고리즘, 보안, 메쉬네트워크 측정 등의 기능이 MAC 계층 위에서 구현되며, 상위계층에서 다른 메쉬 네트워크 간에 연동을 위한 기능과 메쉬 설정 및 관리를 하는 기능이 요구 되는 것으로 구분하고 있다.
 그림 IEEE 802.11s 표준화 대상 계층
가. 사용모델의 표준화
IEEE 802.11n에서 개발되어진 사용모델을 기반으로 무선LAN 메쉬 환경에 적합한 가정, 사무실, 캠퍼스/공중장소, 공공안전에 관한 4가지 사용모델을 개발 하여 샘플 토폴로지를 설정하였다.
나. 표준화 범위
DS(Distribution Services) 계층은 802.11 장비의 접속, 해제, 분산, 통합 등의 기능을 하며, MLME(MAC Layer Management Entity)는 무선MAC(비이콘발생, 프로브, 제어프레임, 동기, 재전송 등)의 인증, 인증해제, 개인정책, MSDU(MAC Service Data Unit) 전송 기능을 하게 된다. 이를 기준으로 ESS(Extended Service Set) 메쉬는 DS(Distribution Services)계층과 WM(Wireless Medium) 계층 사이에 존재하게 되며, DS를 통해 메쉬 AP간의 상호연결의 기능을 하게 된다. 이러한 무선LAN에서의 메쉬네트워크의 표준화 범위는 BSS 간의 WDS를 통해 ESS로 확장하는 메쉬 AP간의 메쉬네트워킹을 위한 표준화로 범위를 규정하였다.
다. 기술적 이슈
무선메쉬 네트워크에서 기존의 IEEE 802.11에서 구현되는 일반적 기술 등에 확장된 것으로 메쉬 발견, 링크연결, 메쉬 포인트 연결(Association) 및 인증(Authentication)을 기본적 기능으로 한다. Mesh 네트워크는 Multihop 라우팅, Self-healing 기술 및 Auto-configuration 등과 같은 여러 기술들이 융합된다.
Ⅳ. Mesh Network 이용 Application
■ 비상통신분야(Emergency Response)
사고지역에서 긴급재난 관제청은 신속하고 쉽게 전개될 수 있는 확실한 재난관리통신을 요구하고, 다층구조 건물 또는 넓게 펼쳐진 창고 시설은 신뢰할만한 통신환경을 어렵게 한다.
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건물 내에서는 사람의 위치를 추적하거나 다른 위험한 환경들이 존재한다. 무선메쉬 네트워크 기술은 소출력 통신을 통한 넓은 서비스 커버리지 확보가 가능하며, 유연성 있는 장비의 설치 및 재배치를 통한 네트워크 노드 당 경제성이 높은 기술이다. 특히 무선메쉬 네트워크 기술은 다른 이동 호스트로의 연결을 제공하기 위한 고정된 제어장치를 갖지 않으며, 각 이동 호스트가 라우터로 동작하여 이동 호스트로부터의 패킷을 다른 이동 호스트로 relay 하는 방법으로, 화재 재해에 있어 소방 정보 통신 시스템으로 공중망을 이용한 통신 서비스가 아닌 소방원과 소방 장비간의 통신을 통해 재해 상태나 소방요원들의 안전을 진단 할 수 있어, 소방 재해를 신속히 대처 할 수 있도록 해준다. |
■ Law Enforcement 또는 Military Use
Mesh Network는 노트북이나 휴대형 컴퓨터 기능을 갖춘 차량에서 경찰관이 이동사무를 가능하게 할 수 있다. 경찰관은 DB, 감시카메라 및 현장에서 보다 효율적인 보고 체계에 실시간으로 접속이 가능해 더 많은 사건상황 정보를 공유하게 되어 경찰과 민생의 안전성을 높일 수 있다. 이러한 Mesh Network는 기존의 셀룰라 데이터 방식보다 10배에서 50배의 광대역 서비스를 제고할 수 있다.
군용 통신에 있어 무선 메쉬 네트워크 기술은 이미 미국방위고등연구 계획국(DARPA)에서 기본특허를 가지고 활용하고 있었으며, IP기반의 약 400Km/h의 이동 속도를 보장하는 망을 구현하였다. 전시의 경우 망 인프라가 없는 상황에서 상호간 통신이 요구 되며, 신뢰성 있는 전송으로 신속히 대처 할 필요가 있다. 이러한 요구 조건에 무선메쉬 네트워크 기술은 군용 통신으로 적합하며, 다양한 군용통신 분야에 이용 될 수 있다. 지상과 항공기 사이 모든 군용장비 간 메쉬 네트워킹이 이루어지면 어느 지역이나 신뢰성 있는 통신이 가능 하며, 또한 고속이동의 보장과 군용장비간의 상호 위치 추적도 가능하다. 이러한 다양한 응용 서비스가 무선메쉬 네트워크 기반에 제공 될 수 있으며, 전시에 유용한 서비스 제공이 될 것 이다.
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■ Intelligent Transportation
지능형교통시스템(ITS)은 국가의 중요한 인프라로 되어 있고, 국가보안, 재난관리, 총체적인 교통체증을 해결하는 방법으로 인식되고 있으나 반면 각 감시카메라마다 새로운 광대역통신장비, 광케이블 설치 등 고 비용을 요구한다. 이러한 ITS 시스템도 이동 컴퓨터, 카메라, 교통감지장치와 같은 휴대 및 이동 device에 의존한다. ITS 네트워킹을 해결하기 위해서는 광케이블보다 유연하고 신속한 배치가 가능하도록 하며 비용절감 면에서도 Mesh Network의 강점이다. |
■ Mobile Wi-Fi
공공무선 LAN(PWLAN) 사업자와 무선인터넷 서비스사업자는 핫스팟 네트워크를 통해 수입을 늘리는 방법과 필요성을 찾고 있으며 운송 사업자는 고객의 만족도를 높이기 위해 이용자의 이동시간을 더 생산적이고 즐겁게 보낼 수 있는 것을 찾고 있다. 공공교통차량에서의 인터넷 서비스이다. Wi-Fi 기술은 움직이는 버스, 기차 또는 지하철에서 네트워크에 접근하기 위한 것이다. Mesh 이동식 핫스팟 솔루션은 상업네트워크접속사업자들과 공공교통사업자들을 위하여 802.11과 핫스팟 활동을 통합하여 제공한다. Mesh Network는 하나의 사건에서 무선 광대역 통신망을 자동적으로 만드는 self-forming, self-healing 기술을 가지고 있으며, 어떤 기존의 네트워크 하부 구조도 필요하지 않다. GPS 위성에 의지하지 않고 건물 내 위치정보을 제공한다. 이것은 다층 건물 내부에서도 즉시 사람의 위치를 확인 할 수 있는 것이다.
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■ Telematics
초기에는 안전보안 및 교통정보 서비스가 대부분이었으나 향후 통신방송 서비스와 접목되어 BcN, DMB 등 타 성장 동력의 발전을 수용하는 종합서비스 산업으로 진화될 것으로 예상됨에 따라 관련 사업자들의 서비스 제공이 활발하게 진행되고 있다.
해외는 GM, Nissan과 같은 자동차업계가 TSP (Telematics Service Provider)로서 텔레매틱스 서비스 제공을 주도하고 있다. |
자동차 업계에 의해 주도되는 텔레매틱스 서비스는 GM의 OnStar와 같이 자동차회사의 자체센터를 통해 서비스를 제공하는 방식과, 다임러크라이슬러와 AT&T Wireless와의 제휴와 같이 전문 서비스 업체를 이용해 서비스하는 방식으로 나뉜다.
미국의 경우에는 안전 및 보안서비스 위주의 서비스가 제공되고 있는 반면, 유럽에서는 네비게이션과 정부주도의 교통정보센터(VICS; Vehicle Information & Communication System)를 활용한 교통정보서비스가 주로 제공되고 있다.
텔레매틱스 서비스 시장에 대한 예측은 안전 및 보안서비스 구현이 법규화 되어 차량안전 서비스 시장 등이 조기 창출될 경우, 2007년에는 252억 달러까지 성장할 수 있을 것으로 예상된다. 이러한 조기 서비스 상용과 경제성 있는 망 구축을 통한 저가의 서비스 제공을 위해서는 무선메쉬 네트워크 기술이 중요 할 것으로 고려된다. 특히, 다음 그림1-9에서와 같이 자동차 간의 통신을 통한 정보 전달과 디지털 오디어 서비스, 차량 고장 정보 제공 서비스 등 다양한 서비스 제공을 신뢰성 있게 하기위해 무선메쉬 네트워크 기술은 텔레메틱스 서비스 분야에서는 필수적이라 할 수 있겠다.
<Applications>
Vehicle-to-Vehicle Communications
Automated Road Hazard Warning Systems
Roadside Information Networks
Infotainment and Mobile Internet Access |
■ Digital Home, office and public Networking
- Home Networking : 고속의 광대역 인터넷 접속, 개인용 컴퓨터의 보급 증가, 무선 기술의 발달과 함께 네트워크화 된 홈 오락기 시스템은 디지털 홈 네트워킹 화하는 모든 요인이다. 따라서 개인용 컴퓨터와 가정용 오락기 사이의 구분이 더욱 어려워지고 있다. 홈네트워크 환경에서는 현재 Bluetooth, ZigBee, UWB등 다양한 표준기술 등이 IEEE 802.15를 중심으로 진행되고 있다. 가정환경에서는 무엇보다 사용자의 설치와 이용의 편리성이 중요하며, 작은 서비스 영역에서의 높은 데이터 전송량 확보가 중요한 문제가 된다. 이러한 홈네트워크 서비스 환경에서 무선메쉬 네트워크를 이용한 홈네트워크 구현은 매우 유용한 서비스 환경을 제공 할 수 있으며, 홈네트워크 시장의 확산에도 크게 기여가 될 것으로 본다. Mesh는 모든 장비들이 router/repeater의 역할을 하여 무선 홈 네트워크를 확장하는 Multi-Hopping ad hoc 네트워킹을 구성한다.
| - Office Networking : 일반적으로 기업 환경에서의 초기 무선메쉬 네트워크 활용은 다음 그림과 같이 무선LAN AP간의 무선메쉬 네트워킹을 통한 활용이 이루어질 것으로 예상되며, 모든 기기 간의 무선메쉬 네트워킹은 관련 표준화 및 기술개발의 정도에 따라 서비스 적용이 이루어 질 것으로 예상 한다. 무선메쉬 네트워크를 통한 망 설계는 공간적 주파수 재사용 효과가 있어 효율적 주파수 사용이 가능하며, AP간 WDS (Wireless Distribution System)기능을 통한 접속으로 작은 출력으로 넓은 서비스 영역을 가질 수 있는 장점을 가지고 있다. |
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- Public Network : 공중무선LAN 시장에서 무선메쉬 네트워크 기술은 기존 공중무선LAN의 제한된 서비스 영역과 더불어 통신품질을 높여, 새로운 서비스 시장을 창출 할 수 있는 기회를 가져 올 수 있으며, 이를 위해서는 무선메쉬 네트워크 기술 외 보안, QoS, 인증, 로밍 등의 기술이 서로 조화되어야 한다. 특히, VOIP와 같은 서비스가 무선메쉬 네트워크 기술과 통합?제공 되어 질 경우 기존 이동통신 서비스 영역에 큰 영향을 줄 수 있으며, 차세대 이동통신의 영역을 대체할 수 도 있다. 공중 무선LAN 영역에서의 무선메쉬 네트워크 기술이 적용된 서비스 사례로 기존 공중무선LAN의 설치 및 서비스 영역의 제한 된 문제점을 많이 해소 시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
■ Sensor Networks
저 출력, 효율적 에너지 전파와 프로세서가 현실의 모든 타입의 sensor networks 만들었다. sensor networks는 건강상태(체온) 또는 화학조건의 변화를 측정할 수 있는 장치로서 일반적으로 정의 한다. 최근, 높은 데이터처리속도(즉 이미징 또는 비디오 센서)와 심지어 이동식 sensor nets의 개념이 논의 및 시도 되고 있다. 다행히도, Ad-hoc 네트워킹(Mesh) 기술은 일반적으로 크게 실행을 강화할 수 있고, 필요 에너지를 낮출 수 있는 sensor nets의 감시성을 개선할 수 있다.
RFID의 경우, 기존의 바코드를 대신하여 기업 물류 활동에 중대한 변화를 가져올 킬러 응용서비스로서, 또한 유비쿼터스 네트워크의 센서기능을 담당하는 핵심 기술로서 RFID(Radio Frequency IDentification)가 최근 정부 및 관련업체의 주목을 받고 있다. 이미 70년대 미사일 탄도 추적기술을 기원으로 RFID에 관한 활용가능성 연구를 지속해 오고 있는 미국의 경우, 정부와 학계 그리고 업체를 중심으로 컨소시엄을 구성하고, ‘Auto-ID센터’를 설립하여 RFID의 적용가능성에 관한 활발한 논의를 진행하여 오고 있으며, 일본은 지난 1986년 동경대학 사카무라 켄 교수 등의 발의와 정부의 지원을 통해 ‘유비쿼터스 ID 센터’를 설립하여 연구에 박차를 가하고 있다.
RFID 분야에서 무선메쉬 네트워크 기술은 시스템 운영 및 주파수 활용 차원에서 보다 효과적으로 이용될 수 있다. 센서 네트워킹에서의 무선메쉬 네트워크를 활용하기 위한 노력은 미국을 중심으로 몇몇 업체들이 개발 하고 있으며 이에 대한 국내도 적절한 대응이 필요한 시기이다. RFID의 수요는 컨테이너 등에 태그를 부착하고 전파를 이용하여 컨테이너 정보(Identification) 및 이력정보를 인식하여 각 컨테이너의 정보를 수집, 저장, 가공 및 추적함으로써 컨테이너에 대한 측위, 원격처리·관리 및 컨테이너 간 정보교환 등 다양한 서비스를 제공 외에 우정사업관련 된 등기, 소포 관리, RKE(Remote Keyless Entry)와 같은 무선도어 잠금장치, TMPS와 같은 타이어 압력 경보시스템 등 다양한 분야에 폭넓게 사용되어 우리 생활에 밀접하게 활용 될 서비스이며, 이러한 RFID 기술에 무선메쉬 네트워크 기술은 보다 확장된 서비스와 다양한 응용 서비스를 개발 시킬 수 있을 것이다. 
■ 차세대 이동통신과 Mesh Network
4세대 이동통신의 발전과 더불어 무선메쉬 네트워크 기술은 다음 그림과 같이 기존의 점 대 다점의 이동통신의 환경의 문제점인 고가의 기지국 및 망 설치비용과 쎌 설계의 복잡성을 해소 할 수 있다. 특히, 무선메쉬 네트워크의 공간 주파수 재사용 효과로 서비스 커버리지를 확장 및 시스템 가용성을 증가 할 수 있게 된다. 무선메쉬 네트워크는 저가의 무선 라우터와 무선 접속 장치로 구성되며 자체구성기능 및 자체 관리기능을 통해 무선메쉬 통신을 하게 된다. 이러한 무선메쉬 통신은 휴대인터넷 및 4세대 이동통신 등에서 활용 될 수 있으며, 이미 이러한 기능을 수용하기 위한 여지를 가지고 표준화가 진행되고 있다.
Ⅴ. 결론
유비쿼터스를 위한 기반기술로 다양한 기술과 콘텐츠가 개발될 것이고, 그 중에 무선LAN 분야의 기술이 활용될 것이다. 무선Mesh 네트워크 기술은 무선LAN 뿐만 아니라 CR(Cognitive Radio) 및 SDR(Software Define Radio)기술과 같이 다양한 무선통신 기능과 접목되어 서비스 영역 및 다양한 응용분야를 창출 하는 시스템 기술이라고 할 수 있다. 특히 Multihop 라우팅 및 auto-configuration, auto-healing 등과 같은 여러 기술들의 융합은 유비쿼터스 네트워크형성에 매우 중요한 역할 을 할 것으로 예상된다. 미국의 Mesh 산업체로는 MS, MIT, Meshnetworks Inc, Meshdynamics Co, Tropos Networks Inc, Nortel Inc 등이 있다. 우리나라도 Mesh Network 기술의 연구와 국내 산업 도입에 따른 영향 등을 검토하고 있으며, 국내에서는 Broadwave(주)에서 무선 Mesh Network 솔루션을 개발하고 국내외활동에 적극 참여하고 있는 것으로 보인다. 전파자원의 효율적 이용과, 적은 비용으로 더욱 효과적인 통신망 확대 및 광대역 통신을 가능하게 하는 국제적 선도 기술로 더욱 관심을 갖고 국제회의 등에서 리더해 나가야 할 것이다. 
| 참고문헌
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2. (주)브로드웨이브 이태진 “무선메쉬 네트워크 응용 서비스 동향 및 표준화 동향“ 2004. 5
3. MS, http://research.microsoft.com/mesh
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5. Nortel networks, http://www.nortelnetworks.com
6. “Opportunities and Challenges of Community Wireless Networks” Victor Bahl Microsoft Research 2004.
7. Steven Conner Intel Corp. “Wireless Mesh Networking for Home Networks” Feb 21. 2002
8. IEEE 802.11, 802.15 http://grouper.ieee.org/groups/802/
9. IETF MANET, ZeroConfWorking Groups http://www.ietf.org/
10. WiFiAlliance http://www.weca.net/ | |
