와이파이(Wi-Fi)가 좋은 이유는 속도가 빠르고 무료라서 좋습니다. 그러나 이 와이파이는 배터리 소모량이 무척 높습니다. 때문에 와이파이는 저전력이 아주 중요한 사물인터넷의 통신 서비스로 사용하기에는 무리가 있습니다. 그래서 블루투스 기술을 개선한 무선 통신이 사물인터넷 통신으로 부각되고 있습니다. 속도도 빠르고 블루투스보다 먼 거리까지 데이터를 전송하지만 소비전력이 높다는 와이파이의 걸림돌을 해소할 기술이 나왔습니다.
Wi-Fi 소비 전력을 1만 분의 1로 줄이는 패시브 와이파이(Passive Wi-Fi)
워싱턴 대학의 연구팀이 개발한
패시브 와이파이(Passive Wi-Fi)
는 통신 속도에는 영향을 주지 않으면서 기존 와이파이에 비해 소비전력은 1만 분의 1로 줄인 기술입니다. 이렇게 저전력이 되면 스마트폰 배터리 용량을 늘리지 않아도 늘린 효과를 낼 수 있게 되죠. 또한, 사물인터넷 시장도 좀 더 활기를 띠겠네요
이 패시브 와이파이(Passive Wi-Fi)는 이해하려면 배터리 없이 무선 통신이 가능해서 사물인터넷에 적합한 기술인 와이파이 백스케터(Wi-Fi Backscatter)라는 기술을 이해해야 합니다.
배터리를 사용하지 않고 무선통신이 가능한 와이파이 백스케터 기술(WiFi Backscatter)
먼저 왜 우리가 쓰는 와이파이가 전기를 많이 잡아먹는 지를 알아야 합니다. 일반적인 와이파이 장치는 디지털 신호를 처리하는 베이스 밴드가 디지털 신호를 아날로그로 변환합니다. 그리고 이 신호를 RF(고주파 신호 발신기)를 통해서 무선 데이터 신호를 공중으로 발산합니다. 이 RF라는 고주파 신호 발신기가 많은 전기를 쪽쪽 빨아 먹습니다. 그래서 집에서 은근히 전기를 많이 먹는 것이 셋톱박스와 유무선 공유기라고 하잖아요.
이렇게 무선 데이터 신호를 발생시키는 RF(고주파 신호 발신기)와 이 고주파 신호를 받은 RF 수신기는 모두 전력을 많이 소비합니다. 때문에 사물 인터넷에서 와이파이 신호를 이용하는 것은 무척 어렵습니다.
그래서 연구팀이 고안한 아이디어가 전기를 많이 소비하는 RF(고주파 신호 발신기)는 전원을 공급받는 장치가 담당하고 신호를 받는 Passive 디바이스(수동 단말기)에는 공기 중에 발산되고 있는 아날로그 무선 신호를 받아서 디지털 신호로 변환시켜주는 베이스 밴드 만을 탑재해서 수신 부분에서 전력 소비가 많은 RF 부분을 떼어 버려서 전력 소비를 낮추자는 아이디어를 냈습니다.
여기서 와이파이 백스케터(Wi-Fi Backscatter) 기술이 사용됩니다.
와이파이 백스케터(Wi-Fi Backscatter)는 RF Powered Device(무선 급전 장치)가 Wi-Fi 라우터로 부터 받은 전파를 PC 등의 다른 단말기에 반사(전달) 할 것인지 아닌지 여부를 고속으로 ON/OFF를 합니다. 이를 2 진수의 디지털 데이터로 전송합니다.
이 와이파이 백스케터(Wi-Fi Backscatter) 기술은 인터넷에 연결하는데 필요한 전력이 10 마이크로 와드(0.01 밀리와트)로 초초초전력만 사용합니다. 이렇게 적은 전력도 어떤 배터리로 작동하는 것이 아닌 아닌 주변에 떠 다니는 RF 신호를 모아서 전력을 만들어냅니다. 이
와이파이 백스케터(Wi-Fi Backscatter) 기술은 스텔스 전투기 기술을 응용했습니다. 레이더 반사 면적을 크게 하거나 작게 하는 기술을 응용했습니다. 2014년 세상에 처음 선보였는데 당시는 2m 거리에서 1kb라는 낮은 속도로 통신을 성공했습니다
무슨 소리인지 모르시겠죠?
이번엔 좀 쉽게 설명해 보겠습니다. 우리가 쓰는 와이파이 기술은 디지털 데이터를 와이파이 라우터(유무선 공유기)의 안테나를 통해서 아날로그 신호로 전환되어서 공중에 뿌려집니다. 고주파로 쏘아지기 때문에 전력 소비가 많습니다. 와이파이 라우터에서 가장 전력 소비가 많은 부분이 RF라는 녀석입니다. 디지털 신호를 아날로그 고주파로 만드려니 얼마나 힘이 들겠어요.
그런데 이 인터넷 라우터가 전력을 많이 소비하는 것은 어쩔 수 없어요. 그렇게 해야 공중에 무선 데이터로 뿌려지죠. 그런데 이 무선 인터넷 신호인 와이파이 신호를 수신하는 기기인 스마트폰이나 노트북이나 PC 등은 RF 수신기가 있습니다. 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환해 주는 녀석인데 이 녀석도 전기를 많이 잡아먹습니다. 사람도 그렇잖아요. 언어 번역하는데 시간도 에너지도 많이 들어가죠.
아날로그 신호를 공중에 뿌리는데 많은 에너지를 소비하는 모습을 지켜보던 연구진이 외부에서 아날로그 신호를 와이파이 백스캐터 기술로 간단하게 디지털 신호로 변환해 주는 기기를 설치하는 아이디어를 냅니다. 패시브 와이파이 단말기가 이 역할을 합니다. 이 녀석이 대신 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해 주고 이 디지털 신호를 스마트폰이나 사물인터넷 기기나 노트북으로 전송하죠. 이렇게 되면 스마트폰에서 RF수신기가 필요 없어서 소비 전력이 확 떨어집니다.
그 외부에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 이걸 다시 스마트폰과 사물 인터넷에 쏘는 역할을 하는 녀석이 패시브 와이파이 기기입니다.
한 연구원이 패시브 와이파이 단말기 앞에서 신호 수신을 받고 있네요.
패시브 와이파이 신호를 받은 신호를 스마트폰에서 보고 있습니다. 이 패시브 와이파이는 우리가 쓰는 와이파이보다는 속도가 떨어집니다. 현재 테스트 결과 1~11 Mbps 밖에 되지 않고 전송 거리도 30미터 밖에 되지 않습니다. 그러나 이 정도 속도도 쓸만합니다.
그러나 이 패시브 와이파이 기술이 정착되고 보급되면 노트북도 좀 더 오랜 시간 사용할 수 있고 스마트폰도 좀 더 장시간 사용할 수 있을 것입니다. 그러나 무엇보다 가정 내 사물인터넷 기기에게 무선 신호를 보낼 수 있는 중계기 역할을 톡톡히 할 것입니다. 설치는 벽에 부착하는 형태고 1대당 1달러 정도로 예상하고 있습니다.
패시브 와이파이 단말기(중계기)는 배터리가 필요 없습니다. 와이파이의 1만 분의 1 정도의 초전력 장치이고 저전력인 블루투스의 BLE의 1,000분의 1 정도입니다. 이마저도 공중에 떠 다니는 무선 신호를 전기 에너지를 변환해서 사용합니다. 이 기술이 상용화되면 사무실이나 가정에서는 블루투스를 대체할 것으로 보입니다.
집에 도착하면 벽에 부착된 패시브 와이파이 단말기가 쏘는 와이파이 신호를 잡아서 사용하면 스마트폰을 좀 더 오래 사용할 수 있습니다. 이 패시브 와이파이를 사용하려면 스마트폰과 노트북과 모바일 기기에 이 기술이 접목된 칩이 들어가야 할 것입니다. 따라서 당장 우리에게 다가올 기술은 아니고 좀 더 시간이 걸릴 듯합니다. 그럼에도 저전력 와이파이 시대가 열린다는 좋은 소식이네요.
