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주간기술동향 통권 1361호 2008. 8. 27.
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IT/BT 융합분야에서의 WBAN 개발 동향
1. WBAN 이란?
통신 서비스의 종류가 다양화되고 이에 따른 사용자의 요구사항을 충족시키기 위한 고속 멀
티미디어 데이터 통신기술이 필요함에 따라 네트워크 환경은 점점 다양화되고 있다. 따라서 새
로운 네트워크 환경에 대한 연구가 현재 활발히 진행되고 있는데 기존의 백 미터 내외에서 사용
되는 WLAN(Wireless Local Area Network) 기술과 십 미터 내외에서 사용되는 WPAN
(Wireless Personal Area Network) 기술에 이어 수 미터 내외 및 인체 내에서 용도에 따라
수
kbps 에서 수 십 Mbps 에 이르는 데이터를 전송하는 새로운 전송방식인 WBAN(Wireless
Body
Area Network) 기술에 관한 연구가 주목을 받고 있다[1]. IEEE802.15 TG6에서
2006년부터
표준화에 대한 논의를 시작한 WBAN은 인체 내에 이식된 의료장치나 사람이 착용하는 옷 또는
인체에 부착된 여러 장치들, 몸을 중심으로 약 3미터 이내에 장착된 장치들을 무선으로 연결하
여 상호 통신을 하는 새로운 유형의 네트워킹 기술로써 체내 혹은 인체의 주변에서 일어나는 근
거리 통신, 바이오센서, 인체 내부에 이식하기 위한 극소형의 나노기술, 인체 부착형 RF 인터페
이스, 구동체 등의 다양한 기술이 복합적으로 적용되고 있다.
또한 WBAN은 (그림 2)와 같이 용도에 따라 의료용과 비의료용으로 구분할 수 있다. 즉 인
체를 기준으로 하여 인체 외부 3 미터 이내의 가전기기(Consumer Electronics)들 간의 통신을
목적으로 운동이나 훈련 시 인체의 상태 관련 정보를 수집하거나 분석하고, 인체 중심의 다양한
IT 기획시리즈 융합기술 ⑧
최영우
한국전자통신연구원 U-컴퓨팅연구부 선임연구원
[email protected]
김유진, 이형수, 김재영
한국전자통신연구원 U-컴퓨팅연구부
1. WBAN 이란?
2. WBAN 의 주파수 분배 동향
3. WBAN 표준화 동향
4. 결론
* 본 컬럼은 한국전자통신연구원 U-컴퓨팅연구부에서 작성한 내용입니다. 본 내용과 관련된 사항은
한국전자통신연구
원 U-컴퓨팅연구부 최영우 선임연구원 (☎ 042-860-6857)에게 문의하시기 바랍니다.
** 본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT 신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로
수행하였음[2008-F-
050-01, WBAN In-body 시스템과 On-body 시스템 개발].
*** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITA의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.
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정보 기기와 외부 네트워크 간의 통신이 가능하도록 신체 주변 컴퓨터나 기기들의 상호 연결을
위해 이용한다. 또한 의료 분야는 인체 내부에 이식되어 심전도, 근전도 등의 생체신호를 측정하
거나 만성 환자나 노약자들의 건강상태를 장기적으로 감지 혹은 지속적 상황을 확인할 수 있는
체내 건강상태에 대한 모니터링, 이를 통해 인체에 이상이 발생했을 경우 무선으로 데이터를 전
송한다[2].
WBAN이 WPAN, WLAN 등 다른 네트워크와 구별되는 큰 특징 중 하나는 의료용 장치 혹
은 인체 내부에 이식되는 implant 장치에 대한 응용이다. 현재 전 세계적으로 수백만의 인구가
활동형 의료용 이식 장치에 의존하며 살아가는데, 이러한 활동형 이식장치들은 심장박동 조절,
통증조절, 약물투여, 당뇨병 인슐린 조절 등과 같이 광범위한 치료적 기능을 수행한다. 기술의
진화, 고령화 사회 진입에 따라 앞으로 이러한 장치들에 대한 인류의 의존도는 점점 더 높아질
것이라 예상된다.
(그림 1) WBAN 서비스 개념도
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Implant 장치의 경우 신호 감쇄, 안테나의 크기 등 여러 가지 제약 사항을 가지고 있기 때문
에 기존의 무선 통신 기술을 그대로 적용할 수 없다. 또한 인체의 특성에 따라 전파의 감쇄 정도
가 달라질 수 있으므로 인체 영역에서의 채널 모델링을 위해 여러 가지 사항을 복합적으로 고려
(그림 2) WBAN 의 용도별 구분
(그림 3) WBAN 의 다양한 응용 분야
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해야 한다. 그리고 implant 장치의 경우 기기의 충전이 매우 어려우므로 한번의 이식 수술을 통
해 몇 년 동안 동작할 수 있을 정도로 전력 소모량이 작아야 한다.
Wearable 장치의 경우도 역시 휴대성이 보장되어야 하기 때문에 전원 연결보다는 배터리를
사용해야 하며 이를 위해서는 전력 소모량을 반드시 줄여야 한다. 또한 WBAN 은 사람의 생명
에 직접적인 영향을 줄 수 있기 때문에 EMC, SAR(Specific Absorption Ratio) 등을 고려한
높
은 신뢰성과 안전성이 요구되며 이를 위해 암호화 및 인증 등의 보안 기술과 초저전력 네트워크
및 통신 기술이 필요하다. WBAN이 가져야 할 기술적 요구사항은 과 같다.
2. WBAN 의 주파수 분배 동향
WBAN의 표준화가 진행되기 전에 와 같이 전세계적으로 다양한 주파수를 각국의 사
정에 맞게 사용하고 있었다. 가장 많이 사용되는 주파수 대역은 전파사용료 부담이 없는 근거리
소출력 주파수 대역으로써, 비허가 주파수 대역인 ISM 대역과 근거리 통신용인 Telemetry 대
역이다[3],[4]. 의료 용도로 사용되는 주파수는 안정성을 우선적으로 고려해야 하므로 ITU-R
에서는 MICS 대역을 체내 이식형 무선통신 전용 주파수 대역으로 분배하였다.
MICS 대역은 인체 내에서의 안전한 통신을 보장하기 위해 전세계적으로 같은 402~405
WBAN 기술 요구사항
구분 Requirement Proposed Range
Operating Space In, On, or around the body Up to 3m
Data rate Scalable Up to 10Mbps
Target bands Unlicensed and Medical approved bands MICS, MEDs,
ISM, UWB, WMTS
Device duty cycle Scalable Up to 100% - For example, between
0.001-1% in stand-by
mode up to 100% in fully active mode
Peak Power consumption
Scalable
Up to 40mW - For example, between 0.01-0.1mW in stand-
by mode up to 40mW in fully active mode - Ability to be
switched-off completely
Coexistence Coexistence with legacy devices, primaries, and self
-coexistence
Simultaneous nearby operation of hundreds devices belonging to
different BANs
Security High Authentication, privacy, encryption, etc.
Safety High Meet regulation requirements for SAR
Topology Multiple simultaneous links Tens of simultaneous links,
no single point of failure, and multi-hop support
Network Setup Required Secure and under a few seconds
Location information Desirable Localization within a radius of a
few centimeters
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MHz 대역을 사용하여 왔지만 최근 IT 와 BT 의 융합에 따른 의료용 센서와 다양한 응용 분야
의 개발이 가속화되고 있기 때문에 인체 외부의 wearable 의료용 기기에 대한 새로운 요구도
증대되고 있다. 이에 따라 최근 인체 내 2~3cm 내에서 사용되는 바이오 센서용이나 u-Health
장비의 수요 증가에 대한 일환으로 의료기기 제조업체와 더불어 기존 통신회사들까지 의료용 센
싱장비에 대한 주파수를 요구하게 되었다. 따라서 미국과 유럽에서는 401~402MHz,
405~406MHz대역을 추가하여 각각 MedRadio서비스, MEDS 서비스라 명명하였다[5].
현재 IEEE에서 표준화를 추진하고 있는 WBAN 장비에 대한 요구사항을 기준으로 했을 때
10Mbps 급의 전송속도를 만족시키면서 인체에도 적용할 수 있는 비허가 주파수 대역은 한 개
대역으로는 충분하지 못하여 인체 내부 혹은 외부용으로 1Mbps급 이하의 저속(Low rate)에는
400MHz 대역인 MICS/MedRadio 를 사용하고, 10Mbps 급의 중속(Medium rate)에는 ISM
대
역을 고려하고 있지만 ISM 대역은 현재에도 다양한 무선 장비가 사용되고 있으므로 이 대역을
사용하게 될 경우 간섭에 대한 고려가 필수적이다.
(그림 4) WBAN 주파수 제안 대역
지역별 WBAN 주파수 이용대역 분석
이용국가 주파수(MHz)
유럽 북남미 아시아 서비스 비고
402.00 ~ 405.00 √ √ √ MICS 기상용/MICS용
433.05 ~ 434.79 √ General Telemetry 비허가/SRS용
602.00 ~ 614.00 √ WMTS 비허가/방송용
868.00 ~ 870.00 √ General Telemetry 비허가/SRS용
902.00 ~ 928.00 √ ISM 비허가/소출력용
2400.0 ~ 2500.0 √ √ √ ISM 비허가/포화상태
5650.0 ~ 5925.0 √ √ √ ISM 비허가
3100.0 ~ 10600.0 √ √ √ UWB 미약전파
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3. WBAN 의 표준화 동향
WBAN을 위한 국제 표준화는 IEEE 802.15 WG TG BAN을 중심으로 진행 중이며, 국내에
서는 TTA PG317 WBAN에서 표준화가 진행 중이다. IEEE 802.15 WPAN WG은 연구 분야에
따라 TG, SG, IG로 구성된다. IEEE 802.15 TG BAN 은 2006년 5월에 IG BAN으로
구성된
후 현재까지 다수의 IEEE 802 Plenary 회의와 두 번의 Interim 회의를 거치면서 현재까지
활발
한 표준화 활동을 진행 중이다. IEEE 802.15 TG BAN에서는 응용, 주파수 그리고 기술적인 요
구사항들에 대해 포괄적으로 논의되었다. (그림 5)는 IEEE 802.15 WPAN 표준화 그룹의 현황
을 나타내고 있다[10]. WBAN은 인체의 특성을 고려한 PHY, MAC, 네트워크 및 응용 분야를
연구하기 위해 IEEE 802.15.6 으로 승격되었고 국내에서는 한국전자통신연구원(ETRI), 한국전
파진흥원(KORPA), 삼성전자, LG 전자 및 학계를 중심으로 참여하고 있으며 현재 BAN 의 PHY/
MAC 계층에 대한 표준화 작업이 진행 중이다[6],[7].
WBAN 표준화 대상 항목은 WBAN PHY 기술에서는 변복조 방식, 채널 모델 등의 무선 기
술 규격을 정의하고 세부적으로 변복조 기술, 채널 모델링 기술, 초저전력 통신 기술 등으로 나
누어져 있다. WBAN MAC 은 PHY 상위 계층의 매체 접근 제어 프로토콜을 의미하며, 액세스
(그림 5) IEEE 802.15 WPAN WG 구성도
IEEE 802.15
WPAN
IEEE 802.15
WNG
IEEE 802.15
SG RFID
IEEE 802.15.1
Bluetooth
IEEE 802.15.2
Coexistence
IEEE 802.15.3
High rate
IEEE 802.15.4
Low rate
IEEE 802.15.5
Mesh
IEEE 802.15.6
BAN
IEEE 802.15.4c
Alternative PHY for China
IEEE 802.15.4d
Alternative PHY for Japan
IEEE 802.15.4e
WPAN Enhancement
IEEE 802.15
IG THz
IEEE 802.15
IG VLC
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제어 기술, 무선 링크 제어 및 QoS 기술, 초저전력 프로토콜 스택 기술의 표준을 개발한다. WBAN
네트워크에서는 WBAN 의 PHY/MAC 기반의 네트워크 계층에서 토폴로지 지원 기술, 데이터
서비스와 관리 서비스 기술, 라우팅 프로토콜 등에 대해 표준화 하고, WBAN 응용 프로파일에
서는 응용 계층 프로파일 정의를 위해 보안 서비스 제공자 기술, 응용 프레임워크 규격, WBAN
응용 프로파일 기술에 대한 표준을 개발한다[8]. 국제 WBAN 표준화를 위해 2006 년 IEEE
802 표준화 WG에서 WPAN의 SG BAN 의장에 의해 기고서가 작성되었고, 2007년 11월 제
51차 IEEE 802.15회의에서 TG6 BAN으로 승인되었으며, 2008년 7월 13일까지 제안 의향
서(Call For Intent: CFI)를 받은 결과 71개 기관에서 제안서(Call For Proposals:
CFP)를 낼 의
사를 IEEE 802.15 TG6에 제시한 상태이다. 2008년 7월 회의에서는 당초 2008년 11월까지
제안서를 마감할 계획이었으나 채널 모델링에 대한 결과가 완료되지 않아 2009년 3월로 제안
서 마감이 연기되었다. 따라서 2009년 상반기까지는 IEEE 802.15 TG6 에서 PHY/MAC 계층
에 대한 표준화를 위한 기고와 연구가 진행되어 표준 규격이 제정될 것이다.
국내에서는 ETRI, 삼성전자, KORPA, 인하대학교 등에서 WBAN 에 대한 연구와 표준화를
진행하고 있으나 아직 초기단계이며, 한국정보통신기술협회에서 전파통신기술위원회의 PG317
을 신설하고 WBAN 표준화를 진행하고 있다. PG317에서는 WBAN의 QoS 보장, 다양한 채널
특성, 의료/비의료 응용 서비스 등을 고려하여 PHY, MAC, 네트워크 및 응용 인터페이스와 응
용 프로파일에 대한 표준화 작업을 수행하여 WBAN 상호간의 운용성을 증진하고자 노력하고
있다. 이를 위해 세부적으로 국내외 WBAN 표준화 동향 파악, WBAN 주파수 정책 및 기술 기
준 마련, WBAN PHY/MAC 표준 개발, WBAN 전송 메커니즘 표준화 추진, WBAN 이동성 지
원 및 망 관리 표준 마련, WBAN 응용 서비스 표준화에 이르기까지 다양한 작업을 수행하고 있
다. 특히 WBAN 주파수 정책에서는 인체 내/외부에 적용하기 위해 WBAN을 위한 MICS, MEDS,
WMTS등과 저전력 주파수인 ISM, UWB대역 주파수 정책에 대한 표준화 작업을 수행할 계획
이다.
4. 결론
본 고에서는 IT/BT 융합 분야에서의 WBAN의 개발 동향이라는 주제로 WBAN, 주파수 분
배, 표준화 동향에 대해서 간략하게 정리해 보았다. 앞에서 살펴본 바와 같이 WBAN 기술은 인
체 내/외부에서 여러 가지 용도에 따라 다양한 서비스를 제공할 수 있으므로 인간과 가장 가까
운 환경에서 구현되는 네트워크 기술이다. 또한 WBAN은 인간 중심의 기술이며, 궁극적으로 고령
화 사회에서 노인을 위한 헬스케어와 장애인을 위한 바이오닉(Bionic) 기술을 통하여 과거에 상
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상할 수 없었던 편리함을 누리게 하는 것에 목표를 두고 있다. 이러한 목표를 향해 ETRI에서는
학교 및 국내의 여러 관련 산업체와 함께 WBAN기술 개발 과제를 공동으로 수행 중이며 그 동
안 연구되어 왔던 WPAN, WLAN등의 연구 성과와 접목시켜 표준화 및 관련 산업 발전에 기여
하고자 한다.
하지만 현재 IEEE 802.15 TG6 BAN을 중심으로 주파수, PHY, MAC, 네트워크 및 응용 등
의 기술에 관련되어 기존의 무선 통신 환경과 다른 점이 많기 때문에 다양한 요구사항들이 발생
하고 있으며 이러한 사항들을 만족시키기 위해 여러 가지 기술을 충분히 검토하고, 분석한 후
WBAN의 특징 및 요구사항을 잘 반영할 수 있는 규격들이 제안되어야 한다. 2009년 상반기에
는 WBAN의 PHY/MAC 계층에 대한 표준 규격이 제정될 것이므로 각국 간의 표준화 선점 작
업이 치열할 것이라 생각된다. 특히 IT와 BT를 결합하여 언제, 어디서나, 누구나 의료 및 건강
관리 서비스를 이용할 수 있는 환경을 구현하는 u-Healthcare 서비스 분야에서도 WBAN 기술
은 매우 중요하므로 IT 관련 종사자뿐만 아니라 BT 관련 전공자들의 많은 관심과 협력이 필요
하다.
[1] 구재일, 안준오, “MICS 주파수 및 기술기준”, 주간기술동향 1326호, 2007. 12.
[2] 이형수, “WBAN 주파수 분배동향 및 주파수 대역 제안”, 한국통신학회지(정보와 통신) 제25권
제2호,
February 2008, pp.6-10.
[3] “State of ERC Recommendation 70-03”, Relating to use of
Short Range Device(SRD) Including
Appendixes and Annexes,” 2003. 5.
[4] “Limitation of Radiation from Industrial, Scientific and
Medical(ISM) Equipment”, Recommendation
ITU-R SM. 1056, 1994.
[5] Amendment of Parts 2 and 95 of the Commission’s Rules to
Establish the Medical Device Radio
Communications Service at 401-402 and 405-406MHz, FCC, July
2006.
[6] IEEE 802 TG BAN homepage,
http://www.ieee802.org/15/pub/SGmban.html.
[7] BAN Project Authorization Request(PAR) draft, IEEE
P802.15-07-0575-06.
[8] IEEE 802.15 WPAN WG homepage, http://www.ieee802.org/15
[9] 신준호, “WPAN/WBAN”, TTA Journal No.116, March April 2008,
pp.114-118.
[10] 김도현, 이성협, 윤양문, “WBAN 기술 표준화”, TTA Journal No.116, March
April 2008, pp.102-107.
[11] 이형수, 남상욱 외, “Relationship between Power Loss and Frequency
Band for Medical Implanted
Communations”, IEEE802.15, 2007. 11.
[12] 이형수, 곽경섭외, “Proposal for WBAN Frequency Band Allocation”,
IEEE802.15, 2007. 11.
1. WBAN 이란?2. WBAN 의 주파수 분배 동향3. WBAN 의 표준화 동향4. 결론
