1. 서언
차세대 무선통신 기술은 2020년 말 세계 최초로 상용서비스 예정인 5G 이동통신 시스템과 접목되어 초고속 모바일 인터넷, 지능통신(P2P/D2D/M2M), 사물인터넷(IoT) 등으로 발전하고 있다. 이러한 기 술구현을 통해 Giga급 무선통신 환경과 고속 이동 성을 갖춘 지능적인 무선통신 서비스를 제공하고자 한다. 이러한 기술발전의 중심에 Li-Fi(Light Fidelity) 무선통신 기술이 급부상하고 있다. 이 연 구에서는 차세대 비접촉식 근거리 무선통신 서비스 로 관심이 집중되고 있는 Li-Fi 시스템을 중심으로 기술 및 정책적 이슈에 대해 설명한다.
2. Li-Fi 시스템의 개요
1) 기본개념 및 기술개발 배경
Li-Fi 무선통신 기술은 고효율 조명으로 주목받 고 있는 LED(Light Emitting Diode) 기술과 무제 한 인터넷 공유기술로 자리잡아온 Wi-Fi 기술을 융 합시킨 기술이다. Wi-Fi(Wireless Fidelity) 기술은 RF(Radio Frequency : 무선주파수 즉, 전파)를 이 용한 정보송수신인 반면, Li-Fi 기술은 전송매체 (media)가 전파가 아닌 가시광선을 이용하여 초고 속으로 정보를 전송할 수 있는 차세대 무선 네트워 크라 할 수 있다. 사물인터넷 및 웨어러블 기기 등 다양한 스마트 미디어기기의 폭발적인 증가로 인한 데이터 트래픽의 폭증은 초고속/대용량/고품질 미
글 : 박세환 (world00117@reseat.re.kr) 한국과학기술정보연구원 ReSEAT프로그램 전문연구위원
차세대 근거리 무선통신 기술 및 정책적 이슈 1)
- Li-Fi 네트워크를 중심으로 -
1) 이 논문은 미래창조과학부의 과학기술진흥기금과 복권기금 출연사업인 한국과학기술정보연구원이 수행하는 ReSEAT프로그램의 지원으로 수행 되었다.
디어에 대한 새로운 수요를 발생시키고 있다. 아울 러 광대역 초고속 전송속도를 실현할 수 있는 새로 운 방식의 근거리 무선통신 기술의 필요성이 대두되 었다. 전 세계 유무선 네트워크 트래픽 증가양상을 간단히 요약하면 다음과 같다(Cisco, 2013. 5; 정보 통신산업진흥원, 2013. 7; 방송통신위원회, 2012.
10).
- 2020년 전 세계 유무선 네트워크 트래픽은 35ZB(Zeta Byte : 1021Byte)에 이를 것으로 예 상하고 있다. 또한 향후 10년 내 M2M 단말 보 급률은 500배 증가할 것이며, 단말당 데이터 트 래픽은 20~120배 증가할 것으로 예상된다.
- 2017년 스마트폰의 데이터 트래픽은 전체 무선 네트워크의 49%까지 증가할 것으로 예상된다.
특히 IoT 서비스의 본격화가 예상되는 2017년 네트워크 트래픽은 2012년 대비 82% 증가할 것 으로 예상된다.
- 2017년 전 세계 스마트폰 사용자수가 46억 3,500 만 명으로 증가할 것으로 예상되면서 이에 따른 네트워크 트래픽은 2016년을 기점으로 유선 네트 워크 트래픽을 초과할 것으로 예상된다.
현재의 이동통신 시스템으로는 이처럼 폭발적으 로 증가하고 있는 유무선 네트워크 트래픽을 수용하 는 데 주파수 대역 할당에 한계가 있다. 아울러 근래 들어 근거리(가정이나 사무실 혹은 소형 빌딩 내)에 서 스마트폰을 통한 저 전력 무선통신 서비스 수요 가 증가하면서 근거리 무선통신 서비스 기술이 주목 받고 있다. 10m 정도 이내의 근거리 무선통신 기술
과, 10㎝ 이내의 비접촉식 양방향 데이터통신 기술 이 다양한 수요자 층을 형성하면서 빠르게 확산되고 있다. 이러한 근거리 무선통신 기술을 한 단계 더 업 그레이드하여 고효율 조명기술인 LED와 무제한 인 터넷 공유기술인 Wi-Fi 기술이 융합된 Li-Fi 기술 은 주파수 할당이 필요 없이 근거리 무선통신 기술 을 구현할 수 있어 차세대 근거리 무선통신 기술로 주목받고 있는 것이다.
2) 기술의 가치
Li-Fi 기술은 전자기 스펙트럼을 통해 데이터를 전송하는 점에서는 Wi-Fi 기술과 유사하지만, Wi-Fi는 RF를 이용하고, Li-Fi는 가시광을 이용한 다는 점에서 크게 다르다. 또한 주파수 사용 측면에 서 1.25~20MHz를 이용하는 4G 이동통신 시스템 과 300MHz~30GHz 주파수를 이용하는 WLAN 시
스템에 비해 가시광선의 주파수 영역은 무선통신 전 체 주파수보다 만 배 이상 넓은 380~750THz의 초 고주파를 이용한다. 이 때문에 속도 면에서 Wi-Fi 나 WLAN 시스템보다 100배 이상 빠른 전송속도를 구현할 수 있다. Li-Fi와 Wi-Fi 기술의 비교결과를
<표 1>에 나타낸다.
3. Li-Fi 네트워크의 정책적 이슈
1) Li-Fi 네트워크의 확산 필요성
Li-Fi 무선통신 기술은 전 세계 전역에 구축되어 있는 LED 인프라2)를 이용하기 때문에 한 번에 여러 대의 스마트기기를 동시에 사용해도 신호성분이나 전력이 크게 줄어들지 않는 특징이 있다. 이로써 비 접촉식 근거리 WLAN 등에서 발생하는 여러 문제점 을 극복할 수 있다. 이러한 특장점으로 인해 지능형 교통시스템(ITS), 실내 내비게이션, 문화콘텐츠 전송 및 u-홈 구축 등 다양한 산업분야에 응용될 수 있다.
또한 LED 인프라를 이용하는 가시광통신은 빛이 차 단되면 신호정보가 실외로 새어나갈 염려가 없다. 따 라서 Bluetooth/UWB/ZigBee/NFC/PSC/Z-Wave 등과 같은 기존의 접촉식/비접촉식 무선통신 기술을 이용한 WLAN에 비해 보안성이 강화된 획기적인 기 술로 평가받고 있다. Li-Fi 네트워크의 장점을 간단 히 요약하면 다음과 같다(박세환, 2016)
- 가시광선을 이용하기 때문에 Wi-Fi 대비 사용 주파수대역에 제한이 없어 주파수부족 문제를 해소할 수 있다.
- 전파영역 보다 주파수대역이 1만 배 이상 넓은
2) 현재 전 세계 약 400억 개가 구축되어 있으며, 수년 내에 형광등이나 벡열전등을 모두 LED 전구로 교체될 예정이다.
구분 Wi-Fi 기술 Li-Fi 기술
전송속도 - 1Gbps - 150Gbps
전송매체 - 전자파 - LED 전구에서 발생하는 가시광선
사용주파수 - 이동통신/WLAN : 300MHz~30GHz - 전자파 : 2.4GHz, 5GHz
- 가시광선 : 380~750THz - 가시광선영역의 주파수 사용
특징
- 이동통신/WLAN/전자파별 사용주파수가 다름 - 통신장비 활용
- 주파수가 제한적임
- 트래픽 폭주 시 간섭으로 인한 통신품질 저하
- 무선통신 전체주파수 대비 1.2만배 이상 - LED전구 활용
- LED색상에 따라 사용 주파수가 상이함
Li-Fi 신호전송 개념
자료 : Purelifi.com, Li-Fi/Wi-Fi기술 관련 자료를 종합하여 저자 재구성
전 세계 공통 주파수이며, 무료로 이용할 수 있 는 무한한 시장성장 잠재력을 갖고 있다. 또한 데이터 송수신 효율성이 매우 높고 빛이 있는 곳이면 어디에서나 가능하다는 장점이 있다.
- 광대역 주파수특성이 있어 간섭이나 충돌현상
이 전혀 없다. 따라서 불필요한 외부 네트워크 침입을 원천적으로 차단할 수 있어 보안성이 매 우 뛰어난 전송특성을 제공할 수 있다.
Li-Fi 기술은 무엇보다 주파수 할당의 문제가 없 어 전 세계적으로 호환성이 매우 좋으며, 가시광 스
펙트럼 사용에 대한 규제도 없어 자유로운 통신을 구현할 수 있는 장점이 있다. 아울러 에너지효율성 이 매우 높아 차세대 근거리 무선통신 기술 분야에 적극 적용될 수 있을 것으로 전망되는 미래유망기술 이다. 아울러 신호전송 체계가 디지털에서 디지털로 이동하므로 별도의 변환장치(converter)가 필요 없 으며, 무선전파를 사용하지 않기 때문에 항공기나 선박, 원자력발전소 등 전파간섭이 민감한 장소에도 효과적으로 적용할 수 있다.
2) Li-Fi 네트워크의 해결과제
Li-Fi 기술이 극복해야 할 기술적 장벽으로는 ①광 파(light wave)를 이용하기 때문에 반사(reflection) 특 성은 양호하나, 투과(permeability) 특성이 없어 단말 기 사이에 장애물이 있으면 통신이 불가능하며, ②장 애물로 인해 빛이 차단되면 신호가 끊길 수 있으며,
③태양광 등 외부로부터 강한 빛이 들어오면 통신하 는 데 지장이 있을 수 있으며, ④빛의 세기에 따라 통
신거리가 달라질 수 있어 원거리 통신에는 한계가 있 다는 점이다. 이러한 장애요인을 해결한다면 현재 근 거리 무선통신의 과부하 상태를 해소할 수 있는 차세 대 무선 근거리 정보통신 기술로 자리 잡을 수 있을 것이다. 정책적/경제적/사회적/기술적 측면에서 Li-Fi 기술의 촉진요인 및 저해요인을 <표 2>에 나타 낸다.
4. 결언
RF를 이용한 근거리 무선통신은 주파수혼선 우려 가 있는 장소에서는 사용할 수 없다. 이에 비해 Li-Fi 네트워크는 전자파를 이용하지 않기 때문에 인체에 무해하고 전자기 간섭을 유발하지 않아 항공 기 기내, 병원, 원자력 발전소와 같이 전자파에 민감 한 분야에서도 인터넷 이용이 가능하여 차세대 초고 속 무선 근거리 정보통신 표준이 될 것으로 예상된 다. LED 전구를 일정 간격으로 건물에 배치해서
구분 촉진요인 저해요인
정책적 측면 - 1530/2060 프로젝트의 LED 조명 설치 가속화 - ICT산업에 대한 정부의 적극적인 투자 및 지원
- ICT산업 추진을 위한 정책변화 불가피 - LED 조명의 높은 가격
경제적 측면 - 백열전구/형광등 대비 저에너지 및 친환경성 - 글로벌 경제 불황에도 회복력이 빠른 ICT시장
- 저성장의 국내경제 및 급성장하는 중국시장 - 부품 및 소재의 높은 해외 의존도
사회적 측면 - 기존의 산업 인프라를 그대로 사용 - 산업 간 융복합화 추진 가속화
- 인프라 설치가 미비함 - ICT기반 전문 인력 부족
기술적 측면
- LED 기반 시설물에 LED-ID 기술적용 - 고성능 오디오 장치와 무선화 전송기술 - 기술개발에 따른 기술력 향상 및 수출증대
- 핵심기술 미비에 따른 기술 부족 표 2 : Li-Fi 기술의 촉진요인 및 저해요인
자료 : Li-Fi기술 관련 자료를 종합하여 저자 재구성
Li-Fi 네트워크를 이용할 수 있다. 이로써 범용의 LED 인프라를 이용하여 안정적인 무선인터넷 환경 을 통해 차세대 전자상거래 서비스로 빠르게 확산되 고 있는 O2O(Online to Offline/Offline to Online) 서비스를 가장 효과적으로 구현할 수 있을 것이다.
LED 조명기술 기반의 가시광통신(VLC) 기술을 이 용한 Li-Fi 네트워크는 실내 내비게이션, 지능형 교 통시스템, 문화콘텐츠 전송 및 u-홈 구축 등 다양한 산업 분야에 응용되면서 그 가치를 확산시켜가고 있 다. 실내 내비게이션 분야에서는 실내에서 작동하기 어려운 GPS 시스템의 장애요인을 해결할 수 있을 것이다. 지능형 교통시스템 분야에서는 다양한 유무 선 경로를 통한 교통정보를 바탕으로 교통시설을 상 황에 따라 자동으로 제어함으로써 운전자 편의서비
에서는 클라우드 컴퓨팅 기술과 IoT 기기, 웨어러블 기기 및 M2M/D2D 기기 간에 커뮤니케이션 서비스 대중화를 앞당길 수 있을 것이다. u-홈 구축 분야에 서는 유무선 네트워크 통합을 통해 지능적인 네트워 크 서비스를 구현할 수 있을 것이다.
멀티미디어 수요 증가와 고속 무선 정보통신 서비 스가 연계되면서 모바일 브로드밴드 시대가 빠르게 확산되고 있다. 이에 Li-Fi 네트워크는 모바일 통신 분야에 무한한 성장잠재력과 가능성을 제시하면서 차세대 근거리 무선통신의 블루오션으로 떠오르고 있다. 근거리 무선통신 패러다임은 언제 어디서나 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있는 지능적인 네트 워크를 요구하고 있다. 이에 Li-Fi 네트워킹 기술과 의 융합을 통해 이를 더욱 효율적으로 구현할 수 있 을 것이다.
김일규(2014. 1), 「밀리미터파 기반 5G 이동통신 기술 동향」, 한국전자 통신연구원.
김동기(2013. 4), 「5G 이동통신 기술의 전망 및 전략」, The Magazine of the IEEK, 전자공학회지.
Cisco(2013. 5), “Cisco Visual Networking Index: Forecast and Methodology 2012–2017”.
정보통신산업진흥원(2013. 7), 「5G 기술 개발을 위한 범유럽 연합체 METIS 2020 결성」, 해외 ICT R&D 정책동향.
방송통신위원회(2012. 10), 「스마트미디어 서비스 이용실태 조사」.
박세환(2016), 「Li-FI 및 BEACON 산업동향」, 하연.
정보통신산업진흥원 자료종합.
참고문헌
