[IoT] Wifi Mesh와 Bluetooth Mesh

  Wireless Mesh Network란 일종의 무선 Ad Hoc 네트워크의 형태로 Mesh 라우터와 클라이언트로 구성되어 각각의 노드가 1이상의 링크를 거쳐 이웃하는 라우터나 클라이언트에 전달한다. Mesh 네트워크를 통해 데이터 전송의 안정적인 속도는 보장하고 넓은 커버리지 확대효과를 얻는다.[5] 본 주제에서는 WiFi와 Bluetooth Mesh에 대해 알아보고 비교하여 결론을 얻도록 하겠다.

 

1. WiFi Mesh

  Mesh WiFi는 WiFi6(IEEE 802.11ax)을 통합하여 다중 액세스 포인트(AP)에서 WIFI 연결, 성능 및 효율성을 향상시킨다[6]. 기존의 단일 WiFi AP에서 단점으로 지적되고 있는 커버리지 문제를 극복하기 위해 하나의 디바이스가 모뎀에 연결하여 메인 허브가 되고, 다른 디바이스(노드)는 해당 신호를 전달하여 통신한다. 이를 통해 넓은 지역에서 단일네트워크를 사용하여 사용성을 높이고 커버리지를 확장하여 성능과 효율성을 높인다[6].

 

다음은 WiFi Alliance에서 제공한 EasyMesh의 기능이다.

 

[그림 ] WiFi EasyMesh 기능 (WiFi Alliance) [6]

 

 

  [그림 1]에서 보인바와 같이 WiFi 6기반 작동에서 더 많은 동시 서비스와 높은 데이터 처리량을 보이고 추가적인 노드배치를 통해 커버리지를 확대 시키며, 우선순위 지정으로 최상의 경로로 연결하여 간섭을 피한다. 또한 여러 업체의 EasyMesy를 추가하여 확장성을 높일 수 있다.

 

  작동 방식으로는 아래 [그림 2]와 같이 1개의 AP에는 네트워크에 연결되며, 나머지 노드는 메인 허브의 SSID와 PASSWORD를 공유하여 동일네트워크 상에서 동작하는 방식이다[7]. 기존의 범위 익스텐더와 디바이스의 SW상에서 최적의 네트워크를 자동으로 탐색 엑세스 방식과의 차이점은 Mesh WiFi는 로밍 프로토콜을 제공하여 동일 네트워크에서 균일한 신호를 전달하여 핸드오버 과정에서의 딜레이가 존재하지 않는 반면에 기존에 Mesh 기능을 제공하지 않는 범위 익스텐더는 다른 네트워크를 구성하거나 다른 SSID를 가지고 있어 핸드오버 과정에서 딜레이가 존재하는 문제가 있다[7].  

 

[그림 ] WiFi Mesh 작동방식 [7]

 

 

  이름에서도 알 수 있듯이 WiFi Mesy의 토폴로지는 Mesy(그물) 형태로 이뤄져 있기 때문에 한 개의 노드가 불능이 되더라도 다른 데이터링크를 통해서 통신 할 수 있기 때문에 안정적이다. 또한 접속하는 디바이스가 별도의 노드로 통신하기 때문에 성능과 속도 부분에서 강점이 있다[6][7].

 

 

2. Bluetooth Mesh

  Bluetooth Mesh는 1:1 통신 방식에서 N:N를 지원하는 방식으로 앞서 알아본 WiFi Mesy와 동일한 토폴로지로 하나의 기기에서 하나 이상의 기기로 데이터 전송과 커버리지 혹은 레인지 확장에 목표를 두고 있다. 그 외에도 네트워크와 어플리케이션의 별도의 키(Key)를 통해 보안성을 증대시키고 하나의 노드가 단절되어도 통신이 가능한 생존성과 현 시장에 존재하는 디바이스로 구축이 가능한 호환성을 제공한다[8].

 

[그림 ] Bluetooth Mesh 연결성[9]

 

 

[그림 ] Bluetooth Mesh Stack [9]

 

 

 

  [그림 4]는 공식문서를 기반으로 한 Bluetooth Mesh Stack 구조이다. [그림 4]를 기반으로 각 계층의 역할을 아래 [표 1]에 정리하였다.

계층	역할
Model, Foundation Layer	스택의 최상위 계층 동작, 시나리오 표준화 네트워크 구성 및 제어를 정의
Access Layer	하위계층 송/수신을 위한 정보 변환
Upper, Lower Transport Network Layer	Upper: Access Layer에서 받은 내용 암/복호화 Lower: upper에서 생성된 명령어 분할 뒤 재조립. - Network: Transport에서 생성된 패킷을 송신하기 위해 형식 변환.
Bearer Layer	노드 간 메시지 교환 방식 정의

 

 

 

 

  또한 디바이스와 연결되어 있는 노드는 다른 접속하는 기기의 데이터 전송을 수행해야 함으로 안정적인 전력 환경에서 이뤄져야 한다. 그렇기 때문에 저전력에서 이뤄져야 하는 환경이나 지속적인 전력 공급이 어렵고 배터리 교환이 어려운 환경에서는 적합하지 않다[9].

 

 

3. 결론

  앞서 WiFi와 Bluetooth Mesh Network에 대해 알아보았다. 공통적으로 1개 이상의 노드를 추가하여 통신 범위 확대와 하나의 노드가 단절되어도 다른 데이터 링크 이용으로 생존성의 특징을 지니고 있었다. 두 기술을 두고 사용자가 특수목적으로 사용함에 있어서는 WiFi와 Bluetooth 모두 원초적인 WiFi 6와 Bluetooth Classic, BLE를 기반으로 발전된 형태이기 때문에 그에 특성에 맞게 사용되어야 할 것이다. 빠르고 많은 데이터를 요구하는 환경에서는 WiFi를 선택하고 저전력, 비교적 빠른 연결성을 필요로 한다면 Bluetooth 환경을 선택해야 할 것이다.

 

 

3.  참고문헌

[5] Wikipedia Mesh_Network (https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_mesh_network)

 

[6] WiFi Alliance – EasyMesh (https://www.wi-fi.org/ko/node/38116)

 

[7] Tp-Link(Mesh WiFi란 무엇입니까 ? (https://www.tp-link.com/kr/mesh-wifi/#b)

 

[8] Bluetooth Mesh Profile (https://www.bluetooth.com/specifications/specs/mesh-profile-1-0-1/)

 

[9] BLE 블루투스 메시(Blog) (https://enidanny.github.io/ble/ble-mesh/)

 

 

 

 

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