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영국의 에딘버러 대학의 Harald Haas교수에 의하여 명명된 LiFi(Light Fidelity)는 LED전구의 파장과 밀접한 관계가 있다. 기존의 WiFi는 라디오 파동을 사용하였다면 LiFi는 빛의 파동을 사용하며 빛의 파동 위에 데이터를 실어서 전송하는 방식이다. 

그러므로 LiFi는 WiFi 802.11과 유사하게 무선으로 동작하고, 기존에 설치되어 있는 LED조명을 사용한다는 의미는 아니다. 이 기술을 응용할 때에는 새로운 전구가 사용되고 스마트폰과 PC에 포토센서를 설치하여야 한다. 포토센서(또는 포토 디텍더)는 입력되는 빛의 정보를 판독하는 센서이다. 

TV 리모컨은 IR신호를 TV에 전달하며 IR신호에 이진수 정보(binary code)를 바꾸는 원리와 동일하다. 하기 그림에서 알 수 있듯이 인터넷과 라우터/서버가 케이블에 연결되어 있으며, 케이블은 가정에 설치되어 있는 LED 전구에 부착된다. LED 전구는 휴대 전화 나 노트북에 광 검출기가 빛의 파장을 포착하고 이를 디코딩하는 동안 빛의 파동을 변조하여 데이터를 전송한다.

▲ LiFi의 동작 원리

LiFi의 장점을 요약하면

1. 기존 WiFi에 비해 음영지역이 거의 없고 커버리지가 매우 넓다(주파수 대역이 385 ~ 780 THz로 WiFi 주파수 보다 만 배 이상 넓음).

2. WiFi 속도 보다 100배 이상 빠르다(>1 Gbps).

3. 광역 주파수 대역이어서 데이터 밀도가 높고 이용자 수에 따른 속도저하가 없다.

4. 가시공간 내에서만 통신이 가능하고 빛을 차단만하면 통신이 단절되므로 보안성이 높다. 

5. 별도의 통신 장비가 필요없어 경제적이다.

6. 전파간섭이 있는 곳에서도 사용이 가능하다.

그러나 아직까지 보안하여야 할 과제는 아래와 같은 핵심 이슈들이 남아있다.

1. 태양을 직접 받는 환경(또는 그와 유사한 조명이 강하게 투입되는 환경)에서는 포토 디텍터가 빛의 파장을 검출할 수 없어 사용이 불가하다. 그러므로 주간에 야외에서 사용이 어렵다.

2. 송수신 LiFi용 전구와 다른 연결 등과의 통신이 원활하지 않아서 만약 거실에 주 통신용 전구가 설치되어 있다면 안방에서는 통신이 잘 되지 않는 문제가 있다.

3. LiFi 조명 설치 및 배선 인프라를 위한 재투자가 필요하다.

▲ LiFi의 문제점. [사진] makeuseof.com

아직 초기단계이긴 하지만, 최근 LED 조명시장의 성장 및 사물인터넷의 발전으로 한국을 포함한 많은 나라에서 가시광통신에 대한 기술 개발과 상용화가 진행되고 있다. 국내에서는 한국전자통신연구원(ETRI)과 관련 기업들이 기술 개발을 주도하고 있다. 특히 가시광통신은 우리나라가 국제표준 제정에 주도적 역할을 하고 있어 향후 상용화 확대 및 시장 개척에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 해럴드 교수는 2015년 9월 TED 글로벌에서 태양열 집열판을 가시광 무선통신의 수신기로 이용하는 기술을 선보였다. LED에서 나온 빛이 태양열 집열판을 통해 전달되면서 이와 연결된 단말기에 전원을 공급하는 동시에 무선 인터넷 서비스를 제공하게 된다.

LED 가 장착된 LiFi 중계기가 고속으로 데이터를 전송하면 태양열 집열판은 브로드밴드 데이터를 수신하면서 동시에 LiFi 장비에 에너지를 공급함으로써, 상용화된다면 향후 야외의 LED 조명에서 태양열 집열판을 갖춘 인근시설이나 가정, 자동차 등에 인터넷 서비스를 제공할 수 있다. 

해럴드 교수는 태양열 집열판을 결합한 가시광통신 모델을 제시하면서, 이 모델이 유무선통신의 인프라가 취약한 개발도상국의 정보 접근성을 높이는데 크게 기여할 것이라고 주장했다. 구체적인 사례를 들지는 않았지만, 가시광통신의 장점과 태양열 집열판을 결합하여 확보할 수 있는 시너지가 크다는 것은 충분히 이해할 수 있다.

▲태양열 집열판을 가시광 무선통신의 수신기로 이용하는 기술. [사진]ted.com

일반적으로 개발도상국에서 기존의 인터넷 보급 모델들은 인터넷 시설이나 장비의 구동을 위한 전력공급이 취약한 상태에서 이를 동시에 개선하지 않고는 인터넷 보급을 확대 할 수 없는 근본적 한계를 갖고 있었다. 해럴드 교수의 새 모델은 이 문제를 동시에 해결하면서도 가시광통신의 장점을 활용하여 개발도상국의 인터넷 보급을 촉진할 수 있다는 점에서 효율성 있는 대책으로 생각된다.

LiFi는 편리성과 확장 가능성 때문에 개발도상국의 정보 접근성을 높여 정보격차를 해소하는 방안 중의 하나로 거론되어 왔다. 개발도상국은 높은 비용 때문에 유무선 통신망을 구축하기가 어렵고, 낙후지역에는 인터넷 서비스를 제공하기가 매우 어렵다. 

그러나 낙후지역에 LED가 설치된 거점시설을 만들거나, 기존에 컴퓨터가 설치된 시설에 LED를 설치하여 WiFi 보다 저렴한 가격에 효과적으로 인터넷 서비스를 제공할 수 있을 것이다. 물론 이러한 시설에 전력이 공급되어야 하고, LED로부터 인터넷 신호를 받는 수신장치가 필요하다. 

만약 해럴드 하스 교수가 최근 제시한 태양열 집열판을 이용한 인터넷 신호 수신이 가능해지면, 낙후지역에 전기를 공급하는 동시에 인터넷 서비스를 제공할 수 있는 장점이 있어 서비스 제공 범위와 영역이 확대될 수 있다. 물론 주간에 태양열이 LiFi의 신호에 영향을 미쳐 인터넷의 효율이 떨어진다는 점을 감안하여 이를 개선하거나, 주간에는 태양열 집열판을 통한 에너지 충전에 집중하고 야간에 인터넷을 활용하는 등 보완책이 필요하다. 

많은 개발도상국에서는 인터넷 서비스를 제공하면서 교육 환경을 개선하고 기회를 확대하는데 중점을 두고 있다. 인터넷 서비스는 또한 교육 및 정보 활용뿐 아니라 다른 필수 서비스를 제공하거나 확대하는데 기여할 수 있다. 그 대표적인 예가 금융 및 결제 서비스가 될 것이다.

개발도상국의 낙후지역에서는 교육기반시설 및 인력 문제 등으로 원격교육의 필요성이 제기되어 왔으나, 인프라의 한계와 구축 문제 때문에 큰 진전이 없었다. 낙후지역 교육시설에 인터넷을 보급하는 것은 단순히 컴퓨터 하드웨어의 설치 및 보급만으로 가능한 것이 아니라, 안정적인 전력 공급과 인터넷의 확보가 필수적인 요건이다. 

많은 경우 인프라가 갖춰지지 않아 시범 교육 수준의 소수 사례를 제외하고 광범위하게 확산이 어려웠던 것이 사실이다. 전력 공급 문제와 인터넷 서비스를 공급하는 것이 별개의 문제로 진행되어 왔으며 이를 동시에 해결하기가 어려웠다. 태양열 집열판을 연결한 LiFi의 경우 위의 문제들을 함께 해결하면서 인프라스트럭처를 효율적으로 갖출 수 있다. 

즉, 원격교육에 필요한 하드웨어나 장비에 전력을 공급하면서 동시에 무선 인터넷을 이용함으로써 비용이나 편의성 측면에서 보다 효과적인 원격교육이 가능해진다.

원격교육의 품질과 다양성 차원에서도 LiFi가 갖는 장점이 있다. 개발도상국의 유무선 인터넷 서비스는 아직 속도나 품질 면에서 멀티미디어 등 고품질 콘텐츠를 구동하기에는 역부족이다. LiFi 의 경우, 기존 와이파이보다 속도가 빨라 보다 효율적인 콘텐츠 구동이 가능해진다.

특히, ‘무들(Moodle)’과 같이 최근 부상하는 교육용 오픈 소스 플랫폼이나 ‘MOOC’와 같은 온라인 오픈 코스 등은 실시간으로 교육할 필요가 없는 시스템으로 인터넷 접속만 가능하면 자율적인 학습이 가능하다. 낙후지역에 LiFi 를 통한 인터넷 시설이 커뮤니티나 학교에 갖춰지면 이러한 서비스나 자원에 접속하여 자발적으로 학습하는 것이 가능해진다. 이는 이론적으로 낙후지역에 더 많은 컴퓨터만 보급된다면 LiFi 의 접속 편의성 및 확장성으로 더 많은 원격 교육이 가능해짐을 의미한다.

가시광 무선통신이 단점을 보완하면서 본격적으로 상용화되기 위해서는 아직 시간이 필요하다. 또한, 가시광통신이 상용화되지 않은 상태에서 개발도상국의 인터넷 환경 개선에 얼마나 기여할 수 있을지를 판단하는 것도 무리가 있다. 그러나 가시광 무선통신이 가진 장점을 확대하고 단점을 보완하면 개발도상국의 제한된 정보통신 인프라와 기존 통신기술의 한계를 보완하면서 인터넷 서비스의 활용 영역과 범위를 넓혀 줄 수 있을 것이라고 예측할 수 있다. 

특히, 태양열 집열판 등 기존에 나와 있는 인프라를 적극적으로 활용한다면 보다 많은 비즈니스 모델을 개발하고 다양한 서비스를 제공할 수 있을 것으로 예상된다. 이는 가시광통신이 독자적인 솔루션으로 역할을 하는 것 외에 다른 기술이나 서비스와 결합함으로써 시너지를 높일 가능성이 큰 기술임을 보여준다.

박종천 객원전문기자 _ 레이딕스텍 부사장