공공 와이파이 기술 동향

국내에서는 2000년대 중반부터 중앙 부처 및 지자체를 중심으로 공영 무선랜 사업이 진행되었다. 방송통신위원회는 2010년 ‘광대역 무선망 발전계획안’을 통해 PPP 모델 기반의 매칭 펀드를 조성하고 공공 와이파이 인프라 구축을 꾀하였다.

이를 이어 미래창조과학부(현, 과학기술정보통신부)는 2014년 국민 누구나 이용 가능한 ‘공공 와이파이’를 현재 2,000개 수준에서 2017년까지 12,000개로 확대하겠다는 계획을 발표하였다. 이를 위해 이동통신사에서 구축한 와이파이 6,000개소를 개방하고 신규로 6,000개소의 와이파이 존을 구축하겠다는 계획을 수립하였다.

이 사업은 전통 시장, 복지 시설 등의 공공장소를 중심으로 진행되어 서민들의 통신비 완화는 물론, 디지털 정보 격차를 줄이고 스마트 서비스 생태계를 확대하는데 소기의 성과를 거둔 것으로 평가된다.

그러나 정부 용역 보고서에 따르면 도서관, 박물관, 관광지 등 공공 와이파이가 필요한 곳은 약 11만 9,000곳에 달하지만, 구축률은 10% 수준에 머무르고 있다. 특히 인구 10만 명당 공공 와이파이가 설치된 장소는 21.9곳으로 싱가포르 46곳, 홍콩 44곳에 비해 낮은 실정이다[3].

현재 정부는 가계 통신비 절감을 위한 방안 가운데 하나로 ‘공공 와이파이 2.0’ 구축 사업을 추진하고 있다. 이 사업은 기존 소외 지역을 중심으로 이루어지던 공공 와이파이 구축 사업을 도심 밀집 지역이나, 도로, 지하철 등 공공 편의 시설 20만 곳에 공공 와이파이를 확대 설치하는 방안을 담고 있다. 특히, 버스 5만 대와 학교 15만 곳에 공공 와이파이를 순차적으로 설치하면 직장인과 학생 1천268만 명이 연간 4천800억∼8천500억 원에 이르는 데이터 요금 경감 효과를 누릴 것으로 예측되고 있다. 그 밖에도 ‘공공 와이파이 2.0’에는 예산 증대와 수익형 모델, 성능과 보안성 유지, 유지 보수 체계 확립, 이동통신사들의 와이파이 개방 확대 등 다양한 과제들을 포함하고 있다[4].

가. 버스 공공와이파이

과학기술정보통신부는 2018년 4월, 전국 17개 지자체와 ‘공공 와이파이 확산 협약식’을 맺고 올 9월부터 서울, 부산, 광주 등 전국 16개 지역 시내버스 4,200대에서 공공 와이파이 서비스를 개시하기로 하였다.

버스 공공 와이파이 사업은 총 3단계로 이루어지며, 최종적으로 전국 시내버스 2만 4,000대에 공공 와이파이 접속 장치를 갖추는 사업으로 올 9월 1단계 사업이 시행되게 되는 것이다.

버스 공공 와이파이는 버스가 80km/h의 속도로 이동할 때 버스당 최소 20Mbps의 속도를 제공하여, 버스 내 승객 10~20여 명이 동시 접속할 때 개인 평균 2Mbps를 제공할 수 있도록 하였다. 이는 동영상 시청시 270p 및 480p에 해당하는 화질의 동영상 시청에 문제가 없는 수준이다[5].

전국에서 운행 중인 시내·시외·좌석·고속버스 5만 대에 공공 와이파이를 설치하면 버스로 출퇴근하는 약 637만명 이 연간 3천439억∼5천722억 원에 해당하는 요금 절감 혜택을 받을 수 있을 것으로 예측되고 있다[4].

지방 자치 단체들 역시 공공 와이파이 구축을 위한 사업을 추진하고 있다. 대략적인 지자체들의 공공 와이파이 추진 현황은 다음과 같다.

• 서울시: 이동통신 3사와 협력하여 시내 주요 거리, 광장 등 공공시설에 공공 와이파이를 설치. 2018년 1월 기준으로 모두 1만 786개의 공공 와이파이 접속 장치가 설치됨. 2022년까지 향후 5년간 정보 소외계층 이용 시설에 공공 와이파이를 중점 설치하기로 함[6].

• 인천시: 2020년까지 시내버스 1,900대에 버스 공공 와이파이 설치 사업을 추진[7].

• 충청남도: 문화체육관광부와 함께 서산마애삼존불, 부여 서동요테마파크 등 도내 주요 관광지 93곳에 공공 와이파이 구축 사업을 실시[8].

• 전라북도: 한국관광공사, SKT와 협약을 맺고 11개 시군 39개 주요 관광지에 공공 와이파이 구축 사업을 추진[9].

2017년 한국 공항 공사는 기존 김포공항 국제선 등 일부 공항에서만 제공하던 공공 와이파이 서비스를 전국 공항 대합실로 확대 제공하였다. 이를 통해 국내 이동통신 사용이 불가능했던 외국인 및 노트북 등 무선 단말기를 이용하는 공항 이용객의 편의가 크게 향상되며, 공항 이용객의 인터넷 접근성이 크게 향상될 것으로 기대하고 있다[10].

인천국제공항은 42억 원의 예산을 통해 무선 중계기 860여 대를 설치한다고 발표하였다. 인천국제공항은 이미 2010년부터 통신 3사의 지원을 받아 공공 와이파이 서비스를 제공하고 있었으나 최근 평균 접속자 수가 급증함에 따라 기설치된 240여 대 정도의 무선 중계기로는 속도 저하 및 접속 장애 등의 문제가 자주 발생하자 공항 자체 무선 중계기를 설치하여 이와 같은 문제를 해결하고자 하였다. 특히 사용자의 위치 기반 정보와 실시간 트래픽 정보를 바탕으로 최적의 성능을 제공하는 시스템을 구축하여 무선랜 성능을 기존 대비 2배 이상 향상시켰다고 발표하였다[11].

국세청은 전국 세무서 민원 봉사실에(140개소) 민원인이 마음껏 이용할 수 있는 ‘국세청 공공 와이파이’ 설치를 완료했다고 발표하였다[12]. 이를 통해 민원인이 대기 시간을 더욱 알차게 활용할 수 있어 만족도가 증대될 것으로 기대하고 있으며, 향후 신설되는 세무서에서도 공공 와이파이 설치를 의무화하였다.

정부의 가계 통신비 절감 정책 기조에 호응하여 이동통신사의 와이파이 개방도 잇따르고 있다. LG유플러스는 이미 2012년 7만여 개의 자사 와이파이를 전면 개방하였고, 2017년 SK텔레콤이 약 8만 개, KT가 10만여 개의 와이파이를 개방하였다[13].

가. 홍콩

홍콩 공공 와이파이 서비스 명인 ‘GovWiFi’는 정부 투자의 대표 사례이다. 홍콩은 정부정보화책임관실(OGCIO) 주도로 ‘2008 Digital 21 Strategy’하에 2008년 3월 공공 와이파이 사업을 시작하였으며, 2008~ 2017년 투입 예산은 총 423억 원이고 이중 300억 원의 정부 부담 금액이 포함되었다. OGCIO는 홍콩 최대의 통신회사인 PCCW를 사업자로 선정하고 공공 와이파이를 구축해 운영과 서비스를 시작했으며 2016년 12월 기준 주요 공원과 정원, 방문자센터, 공공 도서관, 스포츠 경기장, 문화센터, 터미널, 정부기관 건물 등 610곳에서 서비스한다[14].

나. 마카오

마카오 역시 정부 주도로 우편 및 전자통신국에서 2010년 9월 공공 와이파이 서비스인 ‘FreeWiFi.MO’를 시작했다. 단말 당 하향링크 최대 3Mbps, 상향링크 최대 2Mbps의 속도를 지원하며, 2015년 2월 기준으로 정부기관, 공공시설, 그리고 관광지 위주로 164곳에서 서비스를 제공한다[14].

다. 싱가포르

‘정부·통신사 매칭 펀드’ 사례의 하나인 싱가포르 공공 와이파이 ‘Wireless@SG’은 싱가포르 정보통신발전관리국(IDA)에서 주관하며 3개의 통신 사업자(iCELL Net-work, QMAX Communications, SingTel)와 협력하여 2006년부터 서비스를 시작하였다. IDA와 통신 3사가 공공 와이파이 구축비 848억 원을 3 대 7 비율로 부담하였으며, 2013년부터 구축과 운영비를 통신사가 부담하고, IDA는 인프라 향상 보조금을 지원한다. 2013년 2개의 사업자(StarHub와 Y5Zone)가 추가된 반면, iCELL은 IDA의 요구사항을 만족하지 못하여 서비스 사업자에서 탈락하였다. 2016년 싱가포르 의회는 단말 당 하향링크 5Mbps, 상향링크 2Mbps를 목표로 하며 20,000개소 이상 지역의 서비스를 목표로 한다고 발표하였다[14].

라. 그 외

위에 언급된 사례 외에도 유럽연합(EU) 역시 최근 EU 통신정책 개혁의 일환인 ‘와이파이4EU’ 계획을 실행한다고 발표하였다. 2년간 1억 2000만 유로(약 1,350억 원)의 자금을 지원해 공원, 도서관, 병원, 지하철, 지역공동체 센터 등 공공시설에 공공 와이파이 구역을 설치한다는 계획으로 EU는 2017년 말부터 공공 와이파이 망 설치를 신청하는 EU 전역 공공시설 6,000~8,000곳에 장비와 설치 비용 일체를 지원한다[15]. 또한 멕시코와 스페인 등에서도 공공 와이파이 사업이 진행 중에 있다[16].

가. 미국 뉴욕

미국 뉴욕시는 ‘통신사 투자’ 형태로 공공 와이파이를 운영한다. 2014년 뉴욕시는 더 이상 쓸모없어진 공중전화 부스를 철거하면서 새로운 통신시스템으로 LinkNYC 계획을 선보였다. 노후 공중전화 부스를 다기능 키오스크로 바꾸고 태블릿을 설치하면서 인터넷, 전화, 충전 서비스 등을 제공한다. Qualcomm과 광고·제작 기업이 함께한 CityBridge 컨소시엄이 12년간 진행하는 공공 와이파이 LinkNYC 사업은 2,300억 원의 총 구축 예산을 정부 예산 없이 민간 투자를 통해 마련한다. 무료로 인터넷을 제공하는 대신 광고 효과를 노리며 12년간 5억 달러(약 5,580억 원)의 광고 수익이 발생할 것으로 예상된다. 해당 서비스가 시작된 이래 2017년 5월 기준으로 1년 반 동안 1,500만 달러(약 167억 원)의 통신비 절감 효과를 가져온 것으로 나타났다[14], [17].

나. 일본

일본 공공 와이파이는 ‘공공 와이파이 이용 사업자 부담’ 형태로 2013년 통신사업자 NTT 히가시니혼 주도로 공공 와이파이 서비스를 시작했다. 공공 와이파이 서비스는 NTT 히가시니혼이 운영하는 무선 AP(Access Point)인 ‘히카리 스테이션’을 이용하는데 쇼핑몰, 음식점, 관광지 등 민간사업자가 고객이나 관광객에게 공공 와이파이를 서비스하고 이용료를 통신사에 지불한다. 정부가 비용을 들이는 투자는 전혀 없다[14]. 국토교통성(MLIT)에서 주관하며 통신사업자 NTTBP가 제공하는 공공 와이파이 서비스명은 J-C-F Wi-Fi(Japan Connected-Free Wi-Fi)이며, 동경, 요코하마, 홋카이도 등의 86,000개소 이상에서 서비스하며 16개국의 언어를 지원한다. 또한 일본 총무성은 2020년 도쿄올림픽을 위해 방일 외국인들에게 무료로 무선 와이파이 제공을 위해 SAQ(Selectable, Accessible, Quality)2 JAPAN 프로젝트를 공표하였다.

다. 캄보디아

우리나라 기업인 KT는 2018년부터 캄보디아 현지 국영통신사인 텔레콤캄보디아(TC)와 손잡고 젊은이들과 외국인 관광객이 많이 몰리는 프놈펜 훈센공원과 로열팰리스공원에 공공 와이파이망을 구축했다. 말레이시아, 베트남 등 외국 통신사들이 제공하는 LTE 서비스보다 5~7배로 빠른 최대 600Mbps 속도로 서비스된다[18].

최초의 와이파이 규격으로써 1997년에 확정되었다. ISM(Industrial Scientific Medical) 대역을 기반으로 하며, 누구나 사용할 수 있는 주파수 대역 특성상 DCF (Distributed Coordinated Function) 이라고 불리는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 기반의 주파수 공유 기술을 적용하였다[19]. 그럼으로써 다수의 사용자들에 대하여 중앙 제어 없이 와이파이 서비스를 가능하게 한다.

세 가지 물리 계층 규격을 정의하였는데 적외선 방식, FHSS(Frequency-Hopping Spread Spectrum), 그리고 DSSS(Direct-Sequence Spread Spectrum)이 그것이다. FHSS와 DSSS 방식은 2.4GHz의 ISM 대역을 지원하며 최대 2Mbps의 속도를 낼 수 있다[20].

802.11a 규격은 1999년에 확정되었으며 5GHz ISM 대역을 지원한다. 기존 802.11 Legacy 규격과 동일한 Data link 프로토콜과 프레임 포맷을 사용한다. 그러나 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 기반의 Air Interface를 적용하는 등의 물리 계층 상의 개선이 있었다.

OFDM 적용으로 인하여 규격상 최대 전송 속도 54Mbps 가 지원된다. 또한, 2.4GHz 대역에 비하여 단말 수가 적어서 간섭이 적은 장점이 있으나, 고대역 주파수 사용으로 인한 커버리지 감소가 있다.

802.11b 규격은 802.11a 규격과 동시에 표준화가 완료되었지만 상용화는 더 빨리 진행되어서 2000년도 초반에 최초의 상용 제품이 출시되었다. Legacy 규격과 같이 DSSS 방식을 사용하였으며 2.4GHz 대역에서 최대 11Mbps 전송 속도를 지원한다.

802.11g 규격은 2003년에 완성되었다. 2.4GHz 대역을 지원하며 OFDM 기술을 기반으로 하여 최대 54Mbps의 전송 속도를 지원한다. 802.11g 단말은 802.11b 단말과 Backward compatibility를 유지한다.

2009년에 완성되었으며 물리 계층에서 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 기술을 적용하고 MAC 계층에서 Frame aggregation을 적용하여 전송률을 증대시킨 것이 특징이다. MIMO 동작을 위해서는 AP(Access Point)와 단말에서 다중 안테나가 구성되어야 한다. MIMO 방식으로는 Spatial beamforming, Spatial multiplexing, Spatial diversity 등을 지원한다.

802.11n 기기는 2.4GHz 대역과 5GHz 대역을 모두 지원하며 최대 600Mbps 전송 속도를 낼 수 있다[21].

802.11n을 기반으로 하며 2013년에 표준화가 완료되었다. 5GHz 대역에서 최대 160MHz까지의 광대역 채널을 사용할 수 있게 되었으며 256QAM을 지원하고, 최대 8개의 MIMO stream 및 최대 4명의 MU-MIMO(Multi-User MIMO)를 지원하여 주파수 효율을 대폭 향상시켰다. 그럼으로써 최대 3.466Gbps 전송 속도를 가능하게 한다[22].

60GHz 부근의 밀리미터파 대역을 기반으로 하는 최초의 와이파이 표준이다. 기존 2.4GHz 및 5GHz와 매우 다른 밀리미터파 전파 환경에 대응하는 물리 계층 규격을 가지게 된다. 즉, 좁은 빔폭을 기반으로 운영하는 Beamforming을 적용한다. (그림 1)과 같이 순차적인 빔 스위핑(Sweeping)을 통해 송신빔과 수신빔의 일치시키는 과정을 거쳐서 정밀한 빔포밍을 가능하게 한다.

(그림 1)

밀리미터파 빔포밍

802.11ad 규격은 최대 7Gbps 전송 속도를 가능하게 하며 전송 방식으로는 Single carrier와 OFDM 방식을 지원한다[23].

기존의 TV가 사용하는 주파수 대역 중 지역적 또는 시간적으로 사용하지 않는 대역인 TVWS(TV White Space)를 이용하여 와이파이 서비스를 지원한다. 즉, 다른 와이파이 표준들이 ISM 대역 같은 Unlicensed 대역을 사용하는 것과 달리 802.11af는 Licensed 대역을 인지 무선(Cognitive Radio) 기술을 이용하여 주파수를 재사용하는 기법이다.

802.11af 표준은 2014년에 완성 되었으며, 특징으로는 대역의 License를 가지고 있는 기존의 TV 및 무선 마이크 등의 기기와의 간섭을 방지하기 위해 Geolocation 데이터베이스를 구축하여 비어있는 대역을 사용하는 것을 특징으로 한다. OFDM 전송을 기반으로 하며 8MHz 대역 채널에서 최대 568.9Mbps 전송 속도를 낼 수 있다[24].

802.11ax 표준은 802.11ac를 기반으로 하며 OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)와 1024QAM을 적용하여 전송률 극대화를 목적으로 한다. 2.4GHz와 5GHz 대역을 모두 지원한다. OFDMA에 의해 시간-주파수 자원의 최적 할당이 가능하다. 2019년 완성을 목표로 표준화가 진행 중이다.

802.11ay 표준은 802.11ad를 확장하여 전송 속도, 도달 거리, 사용 환경 개선을 목적으로 한다. 즉, Indoor뿐만 아니라 Outdoor backhaul 등의 목적으로 사용 할 수 있도록 한다. Channel bonding, MU-MIMO, 256QAM 등을 지원하여 최대 8.64 GHz 대역에서 최대 전송 속도 176Gbps를 지원하려고 한다. 이러한 고속 링크 전송 속도는 VR(Virtual Reality) 등의 새로운 무선 서비스를 가능하게 한다[25].

가. WiBro(Wireless Broadband)

WiBro는 국제 표준인 IEEE 802.16e 규격을 준수하는 기술로 해외에서 Mobile WiMAX로 알려져 있고 IMT-Advanced 요구사항을 만족하도록 지속적으로 진화하여 왔다. 한국 통신사업자 KT와 SKT는 국내 주요 도시의 지하철에 WiBro 백홀 망을 구축하고 차량 내에 WiBro-to-WiFi 변환장치를 설치함으로써 와이파이 서비스를 제공하고 있으나 현재 국내 지하철에서 상용화된 WiBro 백홀망은 최대 20Mbps(평균 10Mbps 이하) 수준의 전송속도를 제공하는 것이 한계이기 때문에 수백 명 이상의 사용자들이 탑승하는 지하철 환경에서는 서비스 품질이 매우 저하되어 만족할만한 서비스를 제공하지 못하고 있는 실정이다[26].

나. LTE

고속철도 KTX의 경우, 서울 지하철과 달리 이동통신 사업자가 국내 커버리지 90% 이상인 세계 최고 수준의 LTE망을 활용하여 객차 내 승객들에게 무료 와이파이 서비스를 제공하고 있다. 서비스 방식은 LTE망의 액세스 링크 대역폭 중 일부를 KTX 내 설치된 릴레이 장치가 접속한 후 내부 승객에는 와이파이로 서비스를 제공하는 형태이다. 하지만 LTE 이동통신망의 무선주파수 자원을 열차 내 일반 사용자와 릴레이 장치가 나누어 사용하여야 하므로 사실상 높은 와이파이 서비스 품질을 제공하기는 불가능하여 지하철에서와 마찬가지로 매우 열악한 상황이다.

다. TVWS(TV White Space)

TVWS는 470~698MHz D-TV 대역에서 시간적 및 공간적으로 비어있는 채널을 활용한 비면허 대역 무선 전송방식이다. LTE Wi-Fi 백홀의 경우, 높은 데이터 비용으로 인해 적지 않은 운영비를 감수하여야 하는 반면[27], TVWS는 이와 달리 운영비가 저렴하고 전파의 특성이 1GHz 이상의 대역에 비해 전파 도달 거리가 길고 투과율이 좋기 때문에 이동형 와이파이 서비스뿐만 아니라 공공 안전을 포함한 다양한 영역에 활용 가능하다. 국내 업체 이노넷는 TVWS를 이동형 와이파이의 모바일 백홀로 활용해 시속 68km 주행에서 끊김 없는 동영상 전송 시연을 보여줌으로써 TVWS의 적용 가능성을 시사했다[27]. 하지만 TVWS Master 등 별도의 장비 설치가 필요하기 때문에 전국에 TVWS를 활용한 와이파이 서비스 제공을 위해서는 망 구축비용을 부담해야 하는 단점도 존재한다[28].

라. MHN(Mobile Hotspot Network)

ETRI에서 개발한 MHN 이동무선백홀 기술은 밀리미터파(10GHz 이상)의 광대역 주파수 스펙트럼을 활용하여 고속 이동환경에서 Gbps 급 데이터 서비스 제공을 가능하게 하는 기술로서, 속도 400km/h 이상에서도 차량 내부 와이파이 서비스를 위한 Gbps 급의 이동무선백홀을 제공한다. MHN 시스템은 (그림 2)에서와 같이 기차선로를 따라 설치된 기지국 무선 유닛 mRU와 기차 앞뒤에 설치된 차량 단말 mTE 간의 이동무선백홀 링크와 차량 내부 와이파이를 이용한 액세스 링크로 이루어진다[29]. ETRI는 자체 개발한 MHN 이동무선백홀 전송 규격을 한국정보통신기술협회(TTA)에 TTA 국내 표준 초안으로 2015년 4월 29일에 제안하였고, TTA 표준화 그룹 WG9061과 PG906의 위원회 의견 수렴 및 검토 후 표준 문서 수정 및 보완 작업 등의 일렬의 표준화 절차를 거쳐 2015년 12월 16일 제87차 표준총회에서 최종적으로 국내 표준으로 제정되었다[30]. 2017년 2월에는 상용수준으로 개발한 MHN 상용시제품으로 서울지하철 8호선 5개 역사 구간에서 달리는 지하철 열차를 위한 세계 최초 기가급 이동무선백홀 기술을 시연하였다.

(그림 2)

MHN 이동무선백홀 시스템

[출처] J. Kim et al., “A Comprehensive Study on mmWave-based Mobile Hotspot Network System for High-Speed Train Communications,” IEEE Trans. Veh. Technol., Early Access.

뿐만 아니라, ETRI는 MHN 시스템의 진보된 기술인 MHN-E 시스템을 개발하였고[31], 2018년 2월 21일 (그림 3)에서와 같이 평창올림픽 강릉 홍보관 근처의 율곡로에서 5Gbps급 MHN-E 이동무선백홀 기술을 활용하여 버스 내 초다시점 미디어 전송 서비스를 시연하였다[32]. <표 1>은 MHN 시스템과 MHN-E 시스템의 기술적 차이점을 요약한 것이고 MHN-E 시스템의 가장 큰 특징은 MHN 시스템 대비 확장된 대역폭과 2×2 공간 다중화 MIMO 기술인 OLSM의 도입이다[31].

(그림 3)

MHN-E 이동무선백홀 시스템 평창 시연

<표 1>

MHN과 MHN-E 기술 비교

[i]

[출처] J. Kim et al., “A Comprehensive Study on mmWave-based Mobile Hotspot Network System for High-Speed Train Communications,” IEEE Trans. Veh. Technol., Early Access.

가. FLUIDITY

Fluidmesh Networks 사에서 개발하여 판매 중인 제품 FM4500 MOBI는 자체 기술인 FLUIDITY을 지원함으로써 차량과 열차에 빠르고 안정적인 무선백홀 링크를 제공한다. 본 제품은 차량 내 와이파이 서비스를 위한 무선백홀 뿐만 아니라, 철도 제어 통신(CBTC), Telemetry, 온라인 가상 블랙박스 등 다양한 용도로 활용될 수 있고 이미 수많은 철도 및 운송 관련 인증을 획득하여 미국 및 전 세계 여러 운송 시스템에서 널리 보급되고 있다[33]. 본 제품은 OFDM 전송 방식을 기반으로 최대 256QAM까지의 변조방식을 지원하고 Make-before-break seamless 핸드오버 방식을 적용하였으며 5GHz 비인가 주파수 대역(5.1~5.8GHz)에서 최대 80MHz까지의 대역폭을 활용함으로써 362km/h로 운행하는 열차당 최대 가용 전송률 500Mbps의 이동무선백홀 링크를 제공할 수 있다. <표 2>는 FM4500 MOBI 제품에 적용된 주요 기술에 대한 요약이다.

<표 2>

FM4500 MOBI 기술 개요