PAN (personal area network)

PAN은 대개 10 m 안팎의 개인 영역 내에 위치한 정보기술 장치들 간의 상호 통신을 말한다. 예를 들면 노트북 컴퓨터와 PDA 및 휴대용 프린터를 가지고 여행하는 사람은 일종의 무선 기술을 이용하여 서로 간에 플러그를 꼽지 않고서도 이 장치들을 상호 연결시킬 수 있게 되는 것이다. PAN은 일반적으로 인터넷이나 기타 다른 네트웍에도 회선 없이 연결시킬 수 있다. 무선이라는 의미의 Wireless라는 단어를 앞에 붙여 만든 WPAN이라는 용어도 PAN과 같은 뜻으로 사용되고 있는데, 그것은 어떤 종류의 PAN이라 하더라도 무선 기능을 갖추는 것은 기본이기 때문이다. 개념적으로 PAN과 무선 LAN과의 차이는 PAN이 한 개인을 지원하는 것에 초점을 맞춘 것에 비하여, 무선 LAN은 회선 연결 없이 다수의 사용자를 지원하는 것이다.

PAN의 정의

단거리 (10m)이내에 놓여 있는 컴퓨터와 주변기기, 이동단말기, 가전제품 등을 상호 무선 네트워크로 연결하여 기기간 양방향 통신을 이루어 다양한 응용분야를 지원하는 기술

PAN의 특징

• 단거리 컴퓨터와 주변기기, 이동단말기, 가전제품 등 상호 양방향 무선통신을 지원하는 통신 기술

• 저가격, 저전력, 저가의 구현 기능을 지원하는 무선 통신기능

• PAN의 핵심은 CMOS 저 전력기술과 기저 대역 모뎀과 RF의 one-chip화 기술 및 무선 LAN의 간섭 회피 기술 이다.

• 데이터 전송 속도가 수백 Kbps 정도로 제한적인 단점이 있다.

PAN의 종류

Bluetooth

• IEEE802.15.1 표준으로 지정

• SM 밴드를 이용하여 10M 내외의 근거리 디바이스간 통신을 지원하기 위한 무선 접속 규격

UWB(Ultra WideBand : High Data Rate)

• IEEE802.15.3 표준으로 지정

• FCC에서 군용 레이더 및 원격탐지용 주파수에 대한 상업적 이용을 허용하면서 근거리 광대역 통신용 기술 표준화

ZigBee(Low Data Rate)

• IEEE802.15.4 표준으로 지정

• 저 전력, 저 비용이 특징인 2.4 GHz 기반의 가정용 무선 네트워크 규격

빠른 상용화 통해 시장 선점 성공한 블루투스

블루투스는 통상 10m(최대 100m) 떨어진 기기를 장애물이 있어도 연결 가능하게 하는 무선 통신 기술이다. 블루투스의 데이터 전송 속도는 대칭인 경우 433.9Kbps, 비대칭인 통신 모드의 경우 723.2Kbps이다. 음성 전송의 경우 64Kbps 동기 전송 방식이 사용되고, 최대 세 개 음성 채널을 이용할 수 있다.

1994년 에릭슨에서 처음으로 연구돼, 인텔, IBM, 노키아 등이 표준화한 블루투스는 당시로는 빠른 전송속도와 비교적 높은 전력 효율로 PAN 기술의 대표주자로 자리 잡을 것이라는 기대를 한 몸에 받았다. 하지만 인식 부족과 높은 패킷 에러율 등의 기술적 한계, 그리고 높은 칩 당 제조 단가가 확산의 걸림돌이 됐다.

그러나 2, 3년 전부터 헤드셋과 핸즈프리, 노트북, 휴대폰, 프린터 등과 같은 휴대용 기기 제조업체를 중심으로 블루투스 탑재 제품들이 하나둘씩 선보이고, 또한 각 제조업체 간 기술적인 규격 통합인 블루투스 SIG를 이뤄내면서 높은 성장세를 거듭하고 있다.

블루투스의 활용 분야

- 헤드셋과

- PMG(Personal Mobile Gateway) 서비스

- 유무선 통합 서비스

등이다. 블루투스 연합회인 블루투스 SIG는 지난 2006년 1월부터 사용자가 블루투스 제품을 잘 알아볼 수 있도록 익스피어리언스 아이콘 프로그램(Experience Icon Program)을 실시했다. 이 프로그램은 어떻게 아이콘이 상품을 보다 명확히 구별할 수 있게 하고, 사용자에게는 블루투스 제품의 보다 상세한 사용법 혹은 애플리케이션을 설명하도록 도와주는 것이다.

현재 블루투스의 가장 큰 경쟁력은 시장에서의 높은 인지도와 함께 유사 경쟁 기술에 비해 표준 규격이 명확하다는 점이다. 블루투스 SIG는 차세대 초고속 블루투스 기술 개발을 위해 UWB 기술의 와이미디어(WiMedia) 표준진영과 협력한다고 발표했다. 2Mbps(버전 2.0 + EDR)에서 최고 100Mbps 속도로 전송할 수 있는 와이미디어 얼라이언스 MB-OFDM의 UWB 기술과의 협력은 블루투스의 적용 분야를 확대하려는 블루투스 진영의 행보를 잘 보여준다. 블루투스의 현재 전송속도 3Mpbs로는 차세대 멀티미디어 애플리케이션 구현에 한계가 있기 때문이다.

블루투스 업체들은 기기 간 접속 부문의 신호 전달 역할을 맡아 모든 네트워크 기기에 블루투스가 탑재되는 것을 목표로 하고 있다. 다른 근거리 무선 기술이 표준화에 난항을 겪으면서 제품화가 지연되는 동안 블루투스는 한발 앞선 규격화를 통해 자신의 영역을 확장하고 있는 것이다.

• 크기가 작고 저가와 저 전력으로 휴대폰, 래탑 PC 등과 같은 휴대장치, 네트워크 접속 점 등의 연결을 제공하는 무선 인터페이스 규격

• 2.4 GHz의 ISM 대역의 주파수 사용 장애물 투과 가능

• 최대 전송 속도 1Mbps

• 전송거리 반경 10m 정도, 출력 앰프가 있을 경우 100m 까지 확대 가능

UWB, 초고속 데이터 전송으로 무선 멀티미디어 시대 주도

UWB는 저전력으로 넓은 주파수 영역에서 최고의 속도로 디지털 데이터를 전송할 수 있는 차세대 PAN 기술이다. 최근까지도 UWB에 관한 연구와 활용은 규제로 인해 주로 군사용 레이더에 한정됐다. 그러나 2002년 2월 미국의 FCC가 -41.3dBm/MHz 이하의 펄스를 전송하는 조건으로 상업적 용도의 UWB 사용을 허가하면서, 본격적인 UWB 기술 개발이 촉발됐다. UWB는 기존 무선 통신 기술과 비교해 여러 가지 근본적인 장점을 가지고 있다.

UWB는 기존의 전파이용자에게 간섭을 주지 않을 정도의 매우 낮은 출력과 500MHz 이상의 넓은 주파수 대역을 이용해 10m 이내의 가까운 거리에서 블루투스보다 전송속도가 100∼200배나 빠른 480Mbps의 초고속 정보전송이 가능하다.

UWB는 최대 20m의 단거리에서 480Mbps 이상의 대용량 전송이 가능하고, 반송파를 이용하지 않아 전통적인 헤테로다인 송수신기의 무선 통신 부품(VCO, 믹서, 필터)들이 필요없어 소형으로 저렴하게 제조할 수 있다. 또한 주기가 짧은 펄스의 특성을 이용해 cm 수준까지 정확한 위치 추적이 가능하고, 근본적으로 QoS를 보장할 수 있는 특징이 있으며, 복수 경로로 인한 신호 간섭의 영향을 덜 받는다는 장점이 있다.

예를 들어 휴대폰에 저장된 2시간 분량의 영화를 10m 이내에 있는 다른 사람의 휴대폰으로 10여 초 만에 전송할 수 있다. 또한 캠코더로 찍은 동영상이나 PC에 저장된 DVD를 선을 연결하지 않고도 디지털 TV로 볼 수 있다. PC의 대용량 데이터를 프린터에 고속 전송해 인쇄가 가능하며, 디지털 캠코더로 찍은 영상을 TV나 PC로의 무선으로 전송하는 등 홈 게이트웨이, TV 영상전송, 다채널오디오 등의 홈네트워크 무선기기 시스템에 활용될 것이다.

이런 발전 가능성 때문에 각 업체들의 주도권 경쟁이 치열하다 못해 성장의 발목을 잡고 있다. 현재 UWB 표준화 위원회인 IEEE 802.15.3a 워킹그룹은 산업 촉진을 위한 단체인 와이미디어(WiMedia) 진영과 UWB 표준 관련 이익 단체인 MBOA(Multiband OFDM Alliance) 진영으로 양분돼 표준화는 공식적으로 해체된 상황이며, 결국 사실상 표준(de facto)으로 자리잡기 위해 경쟁을 치열하게 전개되고 있다. 이에 따라 그동안 표준 경쟁을 벌이던 인텔, TI, 위즈에어(Wisair), 스타카토, 삼성전자 등이 참여하는 MB-OFDM 방식의 와이미디어 진영과 모토로라 주도의 DS-CDMA 방식을 주장하는 UWB포럼 진영이 경쟁하고 있다.

• 고속의 근거리 무선통신망을 제공할 수 있는 해결책으로 원래 군사용 레이더에 사용되던 기술로 임펄스 통신이라고도 함

• 아주 짧은 임펄스를 직접 통신에 사용하므로 기존의 무선통신에서 사용하던 변복조 기능이 없어도 되고 통신 장비의 가격 및 전력을 낮추는 것이 가능

• 투과성이 좋아서 건물내의 벽이나, 비금속 칸막이 등을 통과할 수 있다.

• 정밀한 거리와 위치 측정, 높은 해상도 제공

• 매우 높은 데이터 전송 특성과 보안성이 뛰어남

지그비, 초저전력 기반의 메시 네트워크 센서로 각광

블루투스나 UWB보다는 세간의 관심을 끌지 못했지만, 지그비는 센서 네트워크와 같은 영역에서 각광을 받을 전망이다. 지그비는 초저전력 지그비 송수신기를 센서(동작, 빛, 압력, 기온, 습도)와 결합해 대규모 센서 네트워크를 구성할 수 있다.

지그비 프로토콜은 하나의 네트워크 상에서 6만 5000개의 기기를 수용할 수 있고, 업무 자동화와 무선 제어와 같은 새로운 기회 창출이 가능하도록 디자인됐다. 이런 간단한 디자인과 손쉬운 운영은 제품 설치와 네트워크 유지가 단시간 내에 이뤄질 수 있게끔 해준다.

무엇보다도 지그비의 가장 큰 특징은 초저전력 소비에 있다. 송수신시 지그비의 평균 전력 소비 수준은 50mW 정도로, UWB 200mW, 무선 LAN 1W에 비하면 매우 낮은 수준이다. 게다가 지그비 슬레이브 장치는 마스터 장치로부터 호출이 왔을 경우에만 전력을 사용하기 때문에, 한번 배터리를 장착하면 최대 2~3년 정도 사용할 수 있다. 따라서 데이터 송수신 빈도가 높지 않은 가정 내 냉난방/ 환기 시스템, 가스/ 화재 탐지기, 도난 방지기, 하천 수량 감시 시스템 등에 적합하다.

예를 들어 빌딩 관리인은 빌딩 내 조명/ 화재감지/ 냉난방 시스템 등에 지그비를 도입함으로써 관리실이 아닌 휴대용 장치로도 원격으로 빌딩 시스템 관리와 제어 작업을 수행할 수 있다. 또한 병원 환자는 자신의 신체에 지그비 장치를 장착해 신체 상태와 건강도를 센서가 주기적으로 측정해 무선으로 진단 정보를 서버에 전달할 수 있다. 더 나아가 지역 전반에 걸쳐 화재 경보 장치로 이용하거나 지진, 홍수, 하천 범람 등을 대비한 감지 장치 등으로 사용할 수 있다. 이렇게 지그비는 산업, 가정, 의료, 군사 등 다양한 애플리케이션으로 자동화된 센서 네트워크를 구현하는 데 활용될 전망이다. 지그비의 마케팅이나 제품 인증과 같은 산업 촉진을 위해 설립된 지그비 얼라이언스(ZigBee Alliance)는 지그비 2006 버전을 발표했는데, 새 버전의 특징은 기기의 그룹화, 쉬워진 유지보수, 통신의 타깃화, 오버 더 에어(Over-the-Air) 설정 등이다.

우선 개별 기기간 그룹화를 통해 하나의 버튼으로 여러 개의 기기들을 제어할 수 있다. 그리고 단일 지점에서의 통신 실패를 방지하며 주변 기기의 정보 저장을 간단하게 처리해 기기의 손쉬운 대체 혹은 수정이 가능하다. 또한 새로운 버전은 라우터, 작동 중인 기기, 절전 상태의 기기 등 다양한 기기를 대상으로 한 통신이 가능해진다. 이를 통해 RAM의 필요성을 줄이고 지그비 제품을 구성하는데 있어 필요한 주변부품들의 가격 역시 줄여준다.

• 250kbps 이하의 낮은 데이터 속도

• 저속 전송속도를 갖는 홈 오토메이션 및 데이터 네트워크를 위한 표준 기술

명칭	Bluetooth	UWB	ZigBee
표준명칭	IEEE 802.15.1	IEEE 802.15.3a	IEEE 802.15.4
기술개요	10m 정도의 근거리, 수백 Kbps 정도의 동기 및 비동기 데이터 전송	10m 정도의 근거리, 480Mbps의 고속 전송	수십 Kbps의 저속 전송, 수개월 혹은 수년간의 배터리 사용 가능한 초저전력
표준주기	안정기	탄생기	성장기
추진형태	사실표준	사실표준	사실표준
주파수	2.4GHz(ISM Band)	500MHz	868M, 915M, 2.5G
변조	FHSS	임펄스	DSSS
전송속도	1M	500M	250K, 40K, 20K
전송거리	10m ~100m	10m	10m ~ 75m

PAN 시장 현황

• 무선 PAN의 경우에 세계 시장에서 Bluetooth가 현재 출시되고 있으나 아직 본격적으로 시장이 활성화되지 않고 있음

• 고속 무선 PAN 및 저속 무선 PAN의 경우에는 일부 연구소 및 업체에서 기술개발이 추진되고 있으나, 아직 시제품이 없는 상태

• 국내 시장은 Bluetooth가 현재 상용화되어 출시 되고 있음