무선 연결 선택의 기로, Wi-Fi · 블루투스 혹은 둘 다?

Wi-Fi와 블루투스 중 디바이스에 가장 적합한 무선 연결 방식은 무엇일까? 이에 대한 답은 물론 "상황에 따라 다르다"는 것이다. 이는 디바이스의 목적에 따라 다를 수밖에 없다. 무엇에 연결할 것인지, 데이터 전송 속도와 전송량, 그리고 배터리 용량과 무선 주파수 환경, 여기에 무엇보다 중요한 가격 등과 같은 수많은 요소를 고려해야 한다.

선택의 여지를 좁힐 수 있는 방법 중 하나는 가장 인기있는 무선 프로토콜은 무엇인지, 그리고 이런 프로토콜을 설계에 적용하는 적절한 방법을 이해하는 것이다.

이제 주변 어느 곳에서나 볼 수 있는 Wi-Fi는 광범위하게 사용되고 있는 IEEE 802.3 이더넷 표준의 Cat5 케이블과 RJ45 커넥터라는 물리 인터페이스를 보다 간편하게 사용하기 위해 무선으로 바꾼 것이다. Wi-Fi는 이런 유선 네트워크로부터 물려받은 유산으로 인해 상대적으로 복잡하고 많은 전력을 소모한다. Wi-Fi 칩과 모듈은 일반적으로 인터넷 연결을 가능하게 하는 TCP/IP 프로토콜 스택에 대한 지원을 통합하고 있다. 그러나 이런 통합은 상대적으로 복잡한 소프트웨어를 운용해야 한다는 것을 의미한다. 이는 결국 구현에 소요되는 비용과 전력 소비에 영향을 준다. Wi-Fi 기반 네트워크는 여러 개의 디바이스에 대해 인터넷으로의 연결을 제공하는 액세스 포인트를 중심으로 한 스타 토폴로지를 구성한다.

반면 블루투스는 이동통신 시대 초기에 사용되던 여러 무선 연결 표준을 대체하기 위해 일반적인 무선, 혹은 '선 없는 유선' 기술로 개발됐다(재미있는 사실은 이와 흡사하게 USB 커넥터를 대체하는 무선 기술로 만들어진 WUSB(Wireless Universal Serial Bus)는 수 억 달러의 투자에도 불구하고 사장되고 말았다). 이런 개발 배경으로 인해 블루투스는 Wi-Fi 연결에 비해 훨씬 낮은 전력을 소모하며, 대신 데이터 전송은 보다 느리고 도달거리도 짧다. 또한 Wi-Fi의 스타 토폴로지 대신 P2P나 메시(Meah) 네트워크 토폴로지를 사용한다.

많은 IoT 디바이스 디자이너들에게 전력 소모는 무선 인터페이스 선택의 중요한 기준이 되고 있다. Wi-Fi는 일반적으로 이런 문제때문에 제외되는 경우가 많다. 블루투스가 일반적인 데이터 전송 중에 약 3mA의 전력을 소모하는 데 비해, Wi-Fi는 약 300mA의 전력을 소모하고 심지어 대기 상태에서 블루투스가 약 50nA를 소모하는 데 비해 Wi-Fi가 소모하는 1mA의 전력 소모량은 너무나 큰 차이다. 만약 단추형 전지(Coin Cell)을 사용하는 디바이스(예를 들면 도어 개폐 센서 등)를 만든다면, 이런 전력 소모는 선택에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 블루투스는 또한 처음 소개된 이후 끊임없이 혁신을 이어오고 있다. 예를 들면 BLE(Bluetooth Low Energy)는 전력 소모를 크게 줄였으며, 이로 인해 운동 모니터링, 장난감, 원격 감지 장치 등의 새로운 분야에 성공적으로 도입되고 있다.

디자이너들이 무선 표준을 선택할 때 고려해야 할 또 다른 중요한 이슈는 '제작할 것 것인가, 혹은 구매할 것인가'의 결정이다. 즉, 무선 인터페이스를 새롭게 구현해 디자인의 차별성을 만들어 낼 것인지, 아니면 무선 인터페이스를 쉽게 구매해 사용하는 것만으로 충분한지 결정해야 한다. 약 후자라면 디자이너는 패키지화된 솔루션을 구입함으로써 복잡한 RF 엔지니어링 과정과 PCB 설계, 펌웨어 개발고 검증, 그리고 인증 과정 등을 간단히 무시하고 넘어갈 수 있다. 물론 이는 일반적으로 DIY 방식에 비해 더 많은 비용이 드는 것으로 생각될 수도 있지만, 시장 출시에 소요되는 시간을 크게 단축할 수 있으며, 이를 통해 경쟁업체보다 한발 빠르게 양산 단계에 도달할 수도 있다.

또 다른 실용적인 방법은 거의 동일한 풋프린트에 Wi-Fi나 블루투스, 혹은 두 기술을 통합한 모듈을 생산하는 공급업체를 찾는 것이다. 예를 들면 파나소닉은 Wi-Fi 모듈과 블루투스를 통합한 모듈을 제공하므로 이런 솔루션을 선택하는 방법도 있다.

'파나소닉 PAN9420 임베디드 Wi-Fi 모듈'은 2.4GHz 대역에서 802.11b/g/n 등의 Wi-Fi 표준을 지원한다. 이는 온보드 CPU를 통해 웹 서버, 내부의 SRAM, 그리고 시스템 내부의 프로그래머블 플래시 메모리와 함께 전체 네트워크 IP 스택을 운용할 수 있다(그림 1). 이 모듈은 액세스 포인트와 인프라스트럭처 모드를 동시에 지원하므로 스마트 디바이스와 가정내 인터넷 공유기에 대한 Wi-Fi 동시 연결을 쉽게 설정할 수 있다. 펌웨어는 클라이언트와 마이크로 AP(Access Point), 그리고 애드혹(ad-hoc) 모드 애플리케이션을 지원한다. 이는 IoT 디바이스의 중요한 기능 중 하나인 OTA(Over-The-Air) 업데이트를 가능하게 해 준다.

보다 정교한 애플리케이션을 위해 파나소닉은 'PAN9026 Wi-Fi 앤드 블루투스 라디오 모듈'을 제공하고 있다(그림 2). 이 모듈은 2.4GHz와 5GHz 대역폭에서 802.11a/b/g/n Wi-Fi 표준과 함께, 이와함께 블루투스와 BLE 프로토콜을 지원한다. 이 모듈은 디자이너에게 Wi-Fi와 블루투스 연결을 양쪽을 모두 지원하는 하이브리드 디바이스를 제작할 때 매우 큰 도움을 줄 수 있다. 이를 통해 Wi-Fi 액세스 포인트를 통해 인터넷과 연결하고, 동시에 저가의 BLE 디바이스들을 서로 연결해 메시 네트워크를 구성하는 방법도 가능하다. 또한 이 모듈은 여러 Wi-Fi 네트워크와 블루투스 그리고 LTE와 같은 모바일 네트워크 간의 조정을 가능하게 하는 상호 인터페이스(Coexistence interface)가 있으며, 이를 통해 더욱 유연한 커넥티비티 솔루션이 될 수 있다는 것을 의미한다.

PAN9420과 PAN9026은 모두 몇가지 지원을 받을 수 있다. PAN9420의 평가 키트에는 PAN9420 Wi-Fi 모듈과 함께 PAN9420 호스트 보드, 2개의 USB to UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 컨버터, 그리고 PAN9420 타깃 보드 등이 포함돼 있다. 이 모듈에는 IoT 애플리케이션을 구현하거나 웹 콘텐츠를 서비스할 수 있는 예제 펌웨어를 포함하고 있다.

PAN9026 평가키트에는 마이크로SD어댑터와 코어텍스 A9 마이크로컨트롤러, 그리고 마이크로SD 카드, 그리고 욕토(Yocto) 리눅스 XFCE 데스크톱 환경 이미지 등이 포함돼 있다. 또한 여기에는 USB-A to 5.5/2.5mm 플러그로 구성된 전원 케이블이 포함돼 있다.

처음 이 글의 시작 부분에서 "Wi-Fi와 블루투스 중 디바이스에 가장 적합한 무선 연결 방식은 무엇일까?"라는 질문을 했으며, 이에 대해 "상황에 따라 다르다"고 답을 했었다. 하지만 지금 이 글에서 소개한 임베디드 모듈의 가능성을 고려한다면 최소한 선택의 난이도는 무척 낮아질 것이다. 이는 다시 말해 어떤 상황에서는 둘 중 하나를 선택하기 위해 많은 고민을 할 필요가 없다는 것을 의미한다. 왜냐하면 두가지를 한번에 가질 수 있기 때문이다.

Written by 마우저(Mouser) & Provided by 마우저 일렉트로닉스 (Mouser Electronics)

[편집자 주] 본 기사는 글로벌 전자부품 유통회사인 마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)의 후원을 바탕으로 진행되는 EPNC의 단독 외부 기고입니다.