차세대 무선 인터넷의 표준, 와이파이 7
향상된 기능을 활용하여 생산성 높이기
이미지 출처: Dzmitry
장-자크 들릴(JJ Delisle), 마우저 일렉트로닉스
2023년 9월 15일
Wi-Fi Alliance(WFA)에서는 몇 년마다 오랜 무선 통신을 바탕으로 새로운 와이파이(Wi-Fi® ) 표준과 규격을 발표한다. 가장 최근인 2022년에 출시된 사양인 와이파이 6E(IEEE 802.11ax)는 확장된 5GHz 스펙트럼과 다양한 새로운 기능을 도입했다. 2024년에도 Wi-Fi Alliance는 새로운 스펙트럼을 도입하고 대역폭을 확장하며 와이파이 세계에 몇 가지 새로운 기능을 추가할 새로운 IEEE 802.11 표준인 802.11be EHT(Extremely High Throughput, 와이파이 7이라고도 함)을 도입할 계획을 가지고 있다. 와이파이 7의 초안은 2021년 3월에 공개되었으며, 최종안은 2024년 초에 발표될 예정이다.
Wi-Fi Alliance에 따르면 이는 다음과 같다:
오늘날 개발 중인 IEEE 802.11be 표준 기반의 와이파이 7은 와이파이 기술을 차세대로 진화시킬 것이다. 와이파이 7은 성능을 향상시키고 와이파이 혁신을 실현하며 사용 사례를 확장하기 위해 최소 30Gbps의 최대 처리량을 지원할 수 있는 물리적(PHY) 향상 및 매체 액세스 제어(MAC) 향상에 중점을 둔다. 또한 와이파이 7는 AR/VR, 4K 및 8K 비디오 스트리밍, 자동차, 클라우드 컴퓨팅, 게임 및 비디오 애플리케이션, 미션 크리티컬 및 산업용 애플리케이션을 비롯하여 시간에 민감한 네트워킹 애플리케이션의 지연 시간 및 지터 감소를 지원하는 등의 향상을 선보일 것이다. 다른 와이파이 세대와 마찬가지로 와이파이 7은 이전 버전과 호환되며 2.4, 5, 6GHz 스펙트럼 대역의 레거시 장치와 공존하게 될 것이다.[i]
본 글은 와이파이 7 표준에 대해 독자들에게 알리고 2023년 말 또는 2024년 초에 출시될 것으로 예상되는 와이파이 7 장치에서 기대할 수 있는 사항들을 설명하는 것이 목적이다(최종 와이파이 7 표준은 2024년에야 완성될 가능성이 높다).
와이파이 7 사양
와이파이 7은 예상과 같이 이전 와이파이 버전의 기능을 기반으로 하지만 대역폭 증가, 보다 심층적인 변조 방식을 비롯한 중요 업그레이드를 거듭하고 있다. 와이파이 7은 단순히 데이터 속도를 높이는 것 외에도 우선순위 애플리케이션의 안정성과 지연 시간을 개선하는 몇 가지 기능을 도입했다. 본문에서는 와이파이 7 표준의 핵심 기능과 와이파이 7(또는 향후 와이파이 표준)에 포함될 수 있는 기타 기능에 대해 중점적으로 설명한다.
핵심 기능
와이파이 7의 핵심 기능은 4096 직교 진폭 변조(4K-QAM), 확장 주파수 6GHz 대역, 추가 고대역폭 모드, 다중 링크 작동(MLO) 및 다중 리소스 장치(Multi-RU) 펑처링이다.
4K-QAM
새로운 4K-QAM 변조 방식은 심볼 당 10비트 용량을 전송할 수 있는 1024 QAM(1K-QAM)과 달리 심볼 당 12비트를 전송할 수 있다. 이 심층 변조 모드는 1K-QAM을 사용하는 와이파이 6에 비해 이론상 전송 속도를 20% 향상시킨다. 또한 와이파이 7은 16개의 공간 스트림을 통해 공간 다중화를 수행할 수 있다.
향상된 대역폭
표준 IEEE 802.11b는 320/160+160MHz 및 240/160+80MHz의 추가적인 연속 및 비연속 대역폭 모드를 도입할 예정이다. 320MHz 대역폭 모드는 와이파이 6보다 대역폭 가용성이 두 배 더 높다. 4K-QAM과 결합된 확장 대역폭 모드는 단일 사용자 디바이스의 최대 데이터 속도를 5.8Gbps까지 끌어올릴 수 있다. 이는 와이파이 6E의 최대 데이터 속도인 2.4Gbps의 2.4배로, 와이파이 7의 경우 고차 변조, 향상된 대역폭, 공간 스트림의 결합에 대한 최대 처리량을 이론상 30Gbps 이상으로 허용해야 한다. 이는 와이파이 6E의 최대 처리량인 9.6Gbps(그림 1)의 수 배에 달하는 비약적인 발전이다.
그림 1: 와이파이 7은 향상된 변조 방식 등 이전 버전에 비해 많은 이점을 제공한다. (출처: Intel®[ii])
멀티링크 동작(Multi-link Operations, MLO) 및 확정적 지연시간(Deterministic Latency)
와이파이는 전통적으로 표준의 결정성 부족과 불안정한 지연 시간이 주요 한계점이었으며, 이는 보다 중요한 작업이나 지연 시간이 짧은 애플리케이션에 비해 전반적으로 너무 높다. 과거의 경우, 기존의 와이파이 표준에서는 디바이스가 단일 채널을 통해서만 연결할 수 있었고, 첫 번째 채널의 연결이 끊어지면 보조 채널을 백업으로 사용했다. Wi-Fi Alliance는 와이파이 7을 활용함으로써 MLO와 확정적 지연시간을 통해 이를 변화시키려고 한다. 이는 MLO가 특정 애플리케이션 요구 사항에 따라 데이터 흐름을 할당하여 우선순위가 높은 데이터가 추가 지연 없이 전송되도록 보장하기 때문에 작동 가능한 것이다. 가상 현실/증강 현실(VR/AR), 산업용 사물 인터넷(IIoT), 자율 이동 로봇(AMR), 물류 설비 자동화 등이 그 예이다.
현재 MLO에는 eMLSR(enhanced Multi-Link Single-Radio)와 MLMR(Multi-Link Multi-Radio)의 두 가지 측면이 있다. eMLSR은 공간적으로 다중화된 여러 채널(싱글 라디오 사용자 디바이스의 2×2 MIMO 라디오 이상)을 통해 싱글 라디오 디바이스로 통신할 수 있는 멀티 라디오 링크 지원 액세스 포인트를 사용한다. 이렇게 하면 채널 중 하나를 비워두어 우선순위가 높은 애플리케이션의 안정성을 보장하고 지연 시간을 최소화하는 동시에 다른 채널에서는 우선순위는 낮지만 처리량이 많은 애플리케이션을 서비스할 수 있다. MLMR은 액세스 포인트와 사용자 디바이스 모두에 동시 듀얼 라디오 기능이 있는 경우 작동한다. 그러면 두 무전기가 공간적으로 다중화된 두 채널을 통해 동시에 연결하고 통신할 수 있다. 또한 이러한 라디오는 데이터가 두 채널에서 중복으로 공유되거나 집계를 통해 더 높은 처리량을 제공하는 데 사용될 수 있는 경우 더 높은 안정성과 낮은 지연 시간을 보장할 수 있다. 이 접근 방식은 이전 와이파이 세대에 비해 최대 1/100의 지연 시간을 제공할 것으로 예상된다.
멀티-RU 펑쳐링 또는 유연한 채널 활용
과거의 와이파이 표준은 한 디바이스가 채널을 완전히 사용하지 않더라도 단일 디바이스에서 사용 중인 경우 전체 대역폭 채널을 폐쇄했다. 이로 인해 전체 채널의 기능이 필요하지 않은 디바이스가 고대역폭 및 고속 채널을 보유하는 시나리오가 발생할 수 있었다. 이제 Wi-Fi Alliance는 와이파이 7을 통해 고속 채널을 세분화하여 사용 가능한 대역폭이 있는 한 여러 디바이스에서 동시에 사용할 수 있도록 하는 멀티-RU 펑쳐링을 연구하고 있다(그림 2). 이는 기존 신호가 채널 대역폭의 일부를 지배할 수 있고 기존의 와이파이 디바이스가 전체 채널을 점유한 것으로 간주해야 하는 5GHz 및 6GHz 대역에서 특히 유용하다.
그림 2: 멀티-RU 펑쳐링을 통해 부족한 채널 스펙트럼을 보다 효율적으로 사용할 수 있다. (출처: Intel®[ii])
후보 기능
추가적인 와이파이 기능은 이론적으로는 초기 릴리스에 포함되지 않더라도 추후 업데이트를 통해 와이파이 7 표준에 포함될 수 있다. 이러한 기능에는 다중 액세스 포인트 조정 기능이 포함되어 있어 조정/공동 전송이 가능하다. 이 기술은 우선순위가 높은 데이터 스트림의 안정성을 더욱 향상시키고 지연 시간을 줄일 수 있다. 안정성을 향상시킬 수 있는 또 다른 잠재적인 기능으로는 링크 적응 및 재전송 프로토콜을 강화하는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)이 있다. 또한 와이파이 7은 지연 시간이 짧은 실시간 애플리케이션을 위한 IEEE 802.1Q의 TSN(Time-Sensitive Networking)과 IEEE 802.1AS 타이밍 및 동기화 기능을 통합할 수 있다. 와이파이 7에 통합될 수 있는 기타 IEEE 802 기능으로는 강력한 오디오-비디오 스트리밍을 위한 802.11aa MAC 향상, 브리지 네트워크 내 전송 링크를 위한 802.11ak 향상, 802.1Qav 크레딧 기반 제한 지연 시간, 802.1Qch/Qbv 주기/시간 인식 트래픽 조절, 802.1Qcr-2020 비동기 트래픽 스케줄링, 지터/지연 감소를 위한 802.11ax 예약 작업 확장이 있다.
이처럼 잠재적인 기능들은 와이파이 7 릴리스의 중요 목표가 와이파이 통신 링크의 안정성을 향상시키고 대기 시간을 낮추며 더 큰 결정성을 실현하는 것임을 보여준다. 이는 경쟁적인 전도성 네트워킹 솔루션에서 실행될 가능성이 높으며, 자동화된 애플리케이션에서 다수의 애플리케이션을 활성화할 준비가 되어 있는 5G URLLC(Ultra-Reliable Low-Latency Communication) 기능에 대한 경쟁 서비스로 와이파이를 포지셔닝 하기 위함이다.
초기 와이파이 7 디바이스의 기능과 예상 스펙
802.11be 태스크 그룹(TG)은 퀄컴(Qualcomm), 인텔(Intel), 브로드컴(Broadcom)의 인사들이 주도하고 있으며, 맥스리니어(MaxLinear), NXP 등의 대표들이 고위직을 맡고 있다. 이 태스크 그룹은 주로 제품 개발 주기에서 표준 개발에 대한 사전 공지 혜택을 받는 칩셋 제조사들로 구성된다. 표준은 아직 최종 단계에는 이르지 못했지만 이미 초기 데모 및 베타 릴리스에 와이파이 7 칩셋이 사용되고 있다. 따라서 2023년에는 와이파이 7 칩셋이 출시되어 와이파이 액세스 포인트 및 유저 장비 제조사들이 와이파이 7 표준이 출시되기 전에 칩셋에 액세스할 수 있을 가능성이 높다. 초기 와이파이 7 칩셋에는 와이파이 7에서 예상되는 모든 핵심 기능이 포함될 가능성이 높다. 여기에는 향후 소프트웨어 업데이트를 통해 소프트웨어 또는 구성 가능한 하드웨어로 해당 기능을 활성화하기 위한 일부 후보 기능이나 조항이 포함될 수 있다.
이러한 기능에는 320MHz 대역폭 채널, 2.4GHz/5GHz/6GHz 주파수 대역, 4K-QAM 및 16개의 공간 멀티플렉싱 스트림이 포함된다. 퀄컴에서는 최대 33Gbps의 와이파이 최고 PHY 속도를 자랑하는 네트워킹 장치 칩셋인 Networking Pro 1620 Platform을 포함한 와이파이 7 제품 목록을 보유하고 있다. 이 칩셋의 제품 설명서에는 MLO/확정적 지연시간 기능과 멀티-RU 펑쳐링 기능에 대한 광고도 포함되어 있다. 따라서 다른 칩셋 제조사들에서도 이 같은 기능을 갖춘 제품들을 출시할 가능성이 높다. 대부분의 칩셋 제조사들은 네트워킹 인터페이스, 사용자 아키텍처 및 보안 기능 등의 추가 기능을 포함하여 출시할 가능성이 높다.
맺음말
와이파이 7 칩셋과 이에 따른 디바이스들이 현재 개발 중에 있으며 향후 와이파이 7 표준 릴리스와 함께 출시될 예정이다. 와이파이 7의 새로운 기능들은 단순히 빠른 링크 속도뿐만 아니라 안정성, 낮은 지연 시간, 결정성에 중점을 두고 개발되고 있다.
출처:
[i]. Wi-Fi Alliance “Current Work Areas.” Accessed August 30, 2023. https://www.wi-fi.org/who-we-are/current-work-areas.
[ii]. “What Is Wi-Fi 7?” Intel Corporation. Accessed September 5, 2023. https://www.intel.com/content/www/us/en/products/docs/wireless/wi-fi-7.html.
저자 소개
장-자크 들릴(Jean-Jacques DeLisle, JJ)은 미국 로체스터공과대학교(Rochester Institute of Technology, RIT)에서 전기 공학 학사 및 석사 학위를 취득했다. 그는 학창 시절 RF/마이크로웨이브를 중점적으로 연구했고, 대학 잡지에 글을 기고했으며, RIT 최초의 즉흥 코미디 극단 멤버였다. 학위를 마치기 전 그는 Synaptics Inc.에서 IC 레이아웃 및 자동화 테스트 설계 엔지니어로 근무하기 시작했다. 그는 동축 내 안테나와 무선 센서 기술을 개발하고 특성화하는 등 6년간의 독창적인 연구 끝에 RIT에 다수의 기술 문서를 작성하고 미 특허를 취득했다. 이후 그는 그의 부인인 알리아(Aalyia)와 함께 뉴욕으로 옮겨 커리어를 이어갔다. 그는 Microwaves & RF 잡지사의 기술 엔지니어링 편집자로 근무했다. 그곳에서 그는 그가 갖춘 기술과 RF 엔지니어링 및 기술 문서 작성에 대한 열정을 결합하는 법을 터득했다. 다음으로, 그는 업계에 기술적 지식을 갖춘 작가와 객관성을 갖춘 산업 전문가가 필요하다는 점을 깨닫고 자신의 회사인 RFEMX를 설립했다. 이 같은 목표에 더욱 다가가고자 그는 본인이 세운 회사의 업무영역과 비전을 넘어 IXS(Information Exchange Services)를 설립하게 되었다.