빅데이터와 인공지능, 사물인터넷 등 이제 개인 간의 소통을 넘어 사물과 개인, 사물과 사물이 소통하고, 통신속도도 비약적으로 빨라졌다. 그 가운데서 5G 네트워크는 중추적인 역할을 시행한다. 5G의 4차 산업혁명으로 우리 일상은 어떻게 변화할 것이며, 5G가 만들어갈 핵심 인프라 기술은 어떤 의미를 가질까?

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이동통신 기술 진화에서 5G가 지니는 특별한 의미

5G는 모바일 네트워크의 5세대 기술이라는 의미를 지니고 있으며, 일반적으로 5세대 이동통신 시스템이라 불린다. 이동통신 시스템에서 각 세대별 진화는 특별한 의미를 지니고 있다. 먼저 1980년대에 개발된 1세대 이동통신은 이동통신 시대의 막을 열었다는 점에서 특별했다. 이후 90년대에 개발된 2세대 이동통신 시스템은 1세대 이동통신 기술인 아날로그 방식에서 디지털로의 전환을 가져왔다. 그 결과 무선 주파수의 효율적인 이용이 가능해져, 이때부터 비로소 이동통신의 대중화가 이루어졌고 모바일 데이터통신 서비스도 비로소 가능해졌다

모바일에서 데이터 통신을 이용할 수 있게 된 사용자들은 통신 네트워크의 고속화를 요구하게 된다. 이러한 사용자들의 요구에 응답하는 형태로 개발된 것이 3세대 이동통신 기술이다. 3세대 이동통신 기술은 데이터 통신의 고속화에 더해 이때부터 비로소 세계 표준 규격의 이동통신 시스템이 등장하게 되었다는 의미를 지닌다. 3G시대에 접어들면서 비로소 사람들은 자신이 국내에서 사용하던 휴대폰을 해외로 가지고 나가서도 사용할 수 있게 되었다.

이후 스마트폰이 등장하면서 사용자들은 보다 더 고속의 모바일 네트워크 기술을 요구하게 된다. 사실 4G기술이 스마트폰을 염두에 두고 개발된 것은 아니지만, 3G보다 훨씬 고속의 모바일 데이터 통신을 가능하게 함으로써 결과적으로 4G는 ‘스마트폰을 위한 모바일 네트워크 기술’이라는 위치를 차지하게 되었다.

그럼 4G의 뒤를 이어 등장한 5G가 지니는 특별한 의미는 무엇일까? 한마디로 말하자면 5G는 ‘4차 산업혁명 시대에 등장하게 될 다양한 디바이스와 어플리케이션을 위한 모바일 네트워크’라고 할 수 있다.

5G가 제공해야 할 통신능력

5G 표준화를 담당하고 있는 ITU-R에서는 5G가 제공해야 할 통신능력을 다음 3가지 관점에서 정의하고 있다. 첫번째는 초 고정밀 디스플레이와 3차원 비디오, AR(Augmented Reality) 통신을 가능하게 하는 초고속 모바일 통신이다. 두번째는 스마트시티나 IoT에서 사용되는 대량/다지점 통신, 그리고 세번째는 원격 수술이나 자율주행차 등에서 요구하는 안정적인 실시간 통신을 실현하는 초 고신뢰 저지연 통신이 그것이다. ITU-R은 이 3가지 관점에 대한 구체적인 수치 목표도 정하고 있다. 그 구체적인 내용은 아래의  <표>와 같다.

제공해야 할 통신능력 항목 수치목표
초고속모바일통신(Enhanced Mobile Broadband: eMBB) 최대 통신속도 20Gbps(하향)
10Gbps(상향)
데이터 통신의 최대 지연시간 4밀리초(상향/하향)
대량/다지점 통신(Massive Machine-Type Communication: mMTC) 디바이스의 밀집 정도 100만 디바이스/km2
단말의 배터리 수명 10년 이상(15년이 바람직)
초고신뢰의 저지연 통신(Ultra-reliable and low latency communication: URLLC) 데이터 통신의 최대 지연시간 0.5밀리초
모바일 전반 대응 가능한 최대 이동속도
불통시간(mobility interruption time) 0.0밀리초

<표> 5G가 제공해야 할 통신능력과 구체적인 수치 목표
(출처 : 3GPP TR 38.913 version 14.3.0 Release 14, 2017. 10)

5G기술이 가능하게 하는 4차 산업혁명 시대의 애플리케이션 사례

ITU-R이 제시하고 있는 5G가 제공해야 할 통신능력에 대한 요구조건을 보면 5G에는 사람 간에 이루어지는 커뮤니케이션 용도에 더해 IoT 시대의 네트워크 인프라로서의 역할이 기대된다는 점을 알 수 있다. 따라서 5G는 4차 산업혁명 시대에 등장할 다양한 단말에서 사용하는 어플리케이션용 인프라로서의 역할을 하게 될 것이다.

일례로 5G의 네트워크 슬라이싱 기술과 다중 액세스 엣지 컴퓨팅(MEC: Multi-access Edge Computing) 기술은 자율주행차에서 사용될 것으로 기대되는 여러 애플리케이션을 가능하게 한다.

5G를 통해 가능해지는 자율주행차 애플리케이션은 크게 2가지가 있다. 첫번째는 자동차와 멀리 떨어져 있는 서버에 탑재된 소프트웨어가 자동차의 운행을 제어하는 원격운전 애플리케이션이다. 이러한 애플리케이션에서 중요해지는 것은 통신 지연 문제이다. 시속 60km로 주행하고 있는 자동차는 0.1초 동안 약 1.7미터를 달린다. 이 때 통신 지연시간이 0.1초만 되어도 원격으로 브레이크를 밟을 때 자동차가 정지하기까지 1.7미터나 이동해 버리게 된다. 급브레이크를 밟았을 때 사고가 날 확률이 높아지게 되는 것이다. 5G에서는 무선구간의 지연시간이 0.5밀리 초 이하일 것을 요구한다. 이 요구사항을 클리어하게 되면 시속 60km로 운전하고 있는 자동차에서 급브레이크를 밟았을 때 이동거리는 1cm 이하가 되어 사고 확률이 크게 낮아진다.

자율주행차가 필요로 하는 또다른 통신 애플리케이션은 주행 관련 영상 정보나 3차원 고정밀 디지털 지도의 송수신이다. 여기서는 엄청난 양의 데이터를 주고받아야 하기 때문에 고밀도 대용량 통신능력이 요구된다.

이처럼 자율주행차는 원격제어와 영상/지도의 송수신이라는 서로 다른 통신능력을 필요로 하는 여러 애플리케이션을 실행하게 된다. 원격제어는 통신량은 적지만 지연이 짧을 것과 높은 신뢰성이 요구된다. 한편 영상/지도통신은 대량 데이터의 송수신 능력이 요구되는데 이에 비해 지연에 대한 요구는 그다지 엄격하지 않다.

이처럼 한 대의 자동차가 서로 다른 통신능력을 동시에 요구할 때 네트워크 슬라이싱 기술이 활용된다. 이 기술은 데이터 송신의 우선도를 높이거나 네트워크 대역의 할당을 조정하는 등의 방법으로 네트워크 리소스를 낭비 없이 활용하여 서로 다른 통신능력을 효율적으로 이용할 수 있게 한다.

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한편 다중 액세스 엣지 컴퓨팅(MEC)은 일정 범위의 지역 내에 통신 서버를 두고 그 지역 내에서 발생한 통신 트래픽은 해당 서버에서만 처리하는 기술이다. 일반적으로 모바일 통신은 단말-무선망-중계기-서버를 거치며 이루어지는데, MEC 기술을 사용하면 중계망과 인터넷망을 거치지 않아도 되기 때문에 이를 통해 발생하는 통신지연을 막을 수 있다.

MEC 기술을 활용한 자율주행차 애플리케이션으로는 자동차와 자동차가 서버를 거치지 않고 직접 대용량 영상 데이터를 주고받을 수 있는 서비스가 있을 수 있다. 서버에는 데이터의 생성시간이나 생성장소와 같은 데이터의 속성과 데이터의 저장 장소만을 관리한다. 예를 들어 눈길을 주행한 자동차가 촬영한 영상을 그 다음에 그 장소를 주행 예정인 자동차가 다운받아서 도로 상황을 확인한 뒤 그 장소를 지나갈 것인지 다른 경로로 주행할 것인지를 선택할 수 있다. 후속 자동차는 서버에서 그 길을 지난 자동차를 찾아서 그 자동차로부터 직접 영상을 다운로드 받는 것이 가능하다. 이렇게 하면 엄청난 트래픽 절감 효과를 기대할 수 있다.

4차 산업혁명 시대의 핵심 인프라 기술로 자리매김하게 될 5G

4차 산업혁명 시대에는 자율주행차 이외에도 다양한 IoT 디바이스들이 등장하고 이들 디바이스를 대상으로 한 다양한 애플리케이션들이 개발될 것이다. 이들 애플리케이션 중에는 자율주행차를 원격 제어하거나 원격 수술과 같은 인명과 것들도 많이 있다. 이러한 미션 크리티컬한 애플리케이션들이 요구하는 네트워크 요구 조건은 매우 엄격하다. 현재로서 이러한 요구조건을 클리어할 수 있는 네트워크 기술은 5G밖에 없다. 따라서 향후 5G는 ‘4차 산업혁명 시대에 등장하게 될 다양한 디바이스와 어플리케이션을 위한 모바일 네트워크’로서 4차 산업혁명 시대의 핵심 인프라 기술로 자리매김하게 될 것으로 보인다.

 

 

한지형 | 이머징테크 대표, <IT전략컨설턴트가 설명하는 4차 산업혁명> 저자

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