[AD & Tech] 5G는 어떻게 동작하나요? (2) 5G Mobile Infra
[AD & Tech] 5G는 어떻게 동작하나요? (2) 5G Mobile Infra
  • Bruce Lee
  • 승인 2019.05.14 08:34
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2019년 04월 03일, 전세계 최초의 5G 모바일 상용서비스가 한국에서 시작됐다.

한국의 모바일 이동통신 3개사인 SK텔레콤, KT, LG유플러스가 4월 3일 밤 전격 1호 가입자를 받아서 지구촌 최초의 5G 모바일 상용서비스를 시작하게 되었다. 미국의 버라이즌의 예정보다 일주일 앞당긴 5G서비스 개통을 삼성전자에서 정보를 입수하고 과학기술정보통신부에 전달한 후 정부로부터 예정된 시간보다 앞서서 상용서비스 인가를 받아 가능했다.

우리나라가 이동통신에서 세계 최초의 기록을 가지고 있는 것은 이동통신 세대별로 다양하다. 1988년 7월1일 아날로그(AMPS: Advanced Mobile Phone Service) 방식 기술을 이용한 첫 휴대전화 서비스, 2G에서는 1996년 1월 코드분할다중음성방식인 CDMA(Code Division Multiple Access) 방식의 디지털 이동전화서비스를 시행하였고, 3G에서는 2000년 10월에 CDMA2000 1x방식을 사용하여 세계 최초의 서비스를 시행하였다. 2002년 1월에는 CDMA20001x의 진화된 CDMA2000 1x EV-DO(Evolution Data Optimized)를 서비스하게 되었다. 그리고 2006년 세계최초의 WiBro(Wireless Broadband, Mobile Wimax라고 불리움) 서비스를 시행하면서 3.5G 서비스의 새로운 표준을 주도하게 되었다. 4G로 넘어와서 2013년 세계 최초의 LTE-A 상용화까지 우리나라가 세계 이동통신 서비스에서 남긴 업적은 과히 신화적이다.

대표 서비스로 정리해본 세대별 이동통신 서비스는 다음과 같다.

1G는 카폰서비스의 음성전용서비스, 2G는 문자서비스인 SMS(Short Messaging Service)와 간단한 이메일(e-mail)서비스이며 3G는 사진, 음악, 동영상을 전송하며 영상통화를 서비스했다. 4G에서 영화를 다운로드 받거나 실시간으로 스포츠중계를 보고 모바일인터넷을 통해서 다양한 게임을 즐길 수 있었다. 5G에서는 멀티미디어와 소셜네트워크의 확산과 IoT(Internet of Things)의 등장으로 인해서 데이타에 의한 폭발적인 트래픽양의 증가, 각종 모바일 디바이스의 증가 및 클라우드 컴퓨팅 기반의 모바일 서비스가 예상된다. 아울러 모바일 기반의 AR(Augmented Reality)/VR(Virtual Reality) 그리고 AR과 VR의 합성인 MR(Mixed Reality), AR/VR/MR을 함께 경험할 수 있는 XR(Extended Reality)이 제공될 예정이며, 3D홀로그램/UHD(Ultra High Definition) 기반의 모바일 서비스 등 새로운 가상의 신세계가 펼쳐질 것이다. 이러한 상황에서 빅데이터기반, 인공지능 기반의 지식서비스가 모바일 플랫폼과 결합하여 새로운 분야의 서비스를 창출해 내고 있다.(커넥티트카, 원격진료, 무인점포, 드론배달 등)

출처: 5G 서비스 시작 전망, 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1838호(2018. 3. 21. 발행)에 기고한 원고, https://purplefrog.tistory.com/244
출처 : 5G 서비스 시작 전망, 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1838호(2018. 3. 21. 발행)에 기고한 원고, https://purplefrog.tistory.com/244

이러한 5G Mobile Infra는 어떻게 만들어질까? 필자도 무척 궁금한 사항이다.

5G이동통신의 표준을 제공하고 있는 곳은 3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)로 7개의 통신표준 개발기구(ARIB, ATIS, CCSA, ETSI, TSDSI, TTA, TTC)를 통합하고 회원들에게 3GPP 기술의 정의하는 사양보고서(Spec.)를 생성할 수 있는 안정된 환경을 제공하고 있다.

출처 : 3GPP 홈페이지, https://www.3gpp.org/about-3gpp/about-3gpp
출처 : 3GPP 홈페이지, https://www.3gpp.org/about-3gpp/about-3gpp

1988년 결성된 3GPP의 원래 범위는 진화된 GSM 코어 네트워크와 이것이 지원하는 주파수 분할(Frequency Division Duplex)과 시분할(Time Division Duplex)을 지원하는 3G 모바일 시스템에 대한 기술사양 및 기술 보고서를 작성하는 것이였다. 3G부터 글로벌 통합 사양으로 구축하기 시작한 이동통신은 4G LTE, LTE-A를 걸쳐서 5G까지 꾸준한 진척을 보이고 있다.

본격적인 5G 이동통신 구성요소는 다음과 같다. 필자는 통신전문가가 아니기 때문에 전문적인 통신스펙과 세부 사항을 표기하기 보다는 즉시적으로 인식할 수 있도록 기존 5G 관련 개념도를 기준으로 설명하고자 한다.

앞서서 5G가 되면 현재의 네트워크가 진화하여 바뀌는 기술상에 대해서 확인해 보았다. 실제로 네트워크단에서의 변화와 전송속도의 변화와 새로이 만들어지는 서비스는 다음과 같이 확인해 볼 수 있다.

출처 : Digital design for 5G: A disruptive use case-driven approach, Whitepaper, Nokia https://onestore.nokia.com/asset/205313
출처 : Digital design for 5G: A disruptive use case-driven approach, Whitepaper, Nokia https://onestore.nokia.com/asset/205313

5G 네트워크를 사용하는 유저(디바이스)는 폭발적으로 증가하여 2025년에는 지금보다 100배 이상 증가하고, 네트워크의 속도 또한 100배 이상 빨라지고, 반대로 네트워크의 지연은 초지연으로 변경되어 예전에는 실행할 수 없었던 대용량 데이타의 전성시대가 오게 된다. 네트워크 기반의 서비스는 확실한 실행을 제공하는 SLAs(Service Level Agreement:서비스실행보장계약)를 보장하고, 나아가 현재는 논리적으로 1회선으로 사용하던 회선이 서비스의 실행과 종료에 따라서 수많은 논리적인 회선을 사용하게 된다. 특별히 이 기능을 네트워크 슬라이싱(Network Slicing)으로 불리며 기업은 자신만의 독자적인 회선을 필요에 따라 늘리고 줄이면서 고객 서비스를 보장하게 된다. 이것이야 말로 5G 네트워크 서비스의 핵심기술이다.

이러한 서비스의 변화에 따라서 기존 환경과 달리 구성되는 네트워크의 아키텍쳐는 어떤 것이 있을까? 어떤 네트워크 아키텍쳐가 이러한 획기적인 변화를 주도하고 있을까?

출처 : 5G Architecture, A System of systems, https://networks.nokia.com/5g/get-ready
출처 : 5G Architecture, A System of systems, https://networks.nokia.com/5g/get-ready

3GPP에서 제공하는 5G 네트워크 아키텍쳐는 전문가들이 봐도 어려운 용어들로 이루어져 있어서 5G에서 필수적으로 이야기되는 아키텍쳐를 쉽게 표현한 노키아의 Future-X 모델로 설명을 하고자 한다.

크게 8개의 분야에서 기존의 네트워크와 차별화 된다.

1. 거대한 용량의 네트워크 액세스가 발생하여 이 네트워크 부하를 기존의 중앙집중적인 방식이 아니라

2. 네트워크 말단(가장 먼저 네트워크를 받아들이게 되는 부분)에서 먼저 부하 분산을 하게 되고 필요한 연산을 처리하게 되는 새로운 방식의 컨버젼스 에지 클라우드가 차지하게 되고

3.네트워크의 부하와 네트워크의 용량을 가장 최적화하여 운영할 수 있도록 도와주는 차세대 스마트 네트워크가 기동하게 된다.

4. 네트워크를 통해서 전달된 서비스 요청을 필요에 따라 요청자와 공급자가 프로그래밍 레벨로 자기에게 필요한 방식으로 사전에 변경하거나 서비스를 사용하면서 변경하는 유연한 네트워크 코어가 서비스를 제공하게 된다.

5.6.7. 클라우드로 전달되는 가상 네트워크 위에서 수행되는 여러가지 가상 네트워크 환경 기반의 네트워크 기능(부하분산, 로드밸러싱, 가상 방화벽, 가상 기반의 인증 등의 서비스)들이 서비스 요구 사항을 보고 처리를 하게 되고 해당 서비스 처리에 대한 모니터링 그리고 고객에서부터 통신 서비스 사업자까지의 서비스 연결을 제공하게 된다.

그리고 마지막으로 8. 그동안 폐쇄망으로 운영되어 보안의 중요도가 다소 부각되지 않았던 네트워크단에 대한 암호화 통신과 PKI(Public Key Infrasturcture, 공개 키 기반 구조) 기반의 인증이 강화된다.

중요한 5G 네트워크 아키텍쳐의 키워드는 새로운 클라우드 기반의 가상화로 네트워크 서비스를 제공하게 되고 보안이 중요한 요소로 부각된다는 것이다. 이제 더 이상 클라우드 기반의 가상화가 전통적인 IT 기반만의 서비스가 아니라는 것이다. 또한 이러한 획기적인 네트워크 서비스 인프라의 변화로 저비용으로 획기적인 네트워크의 성능 효율을 향상시키고 사용자와 네트워크 제공자간의 엔드 투 엔드 서비스를 위한 네트워크를 손쉽게 만들수 있고, 고효율의 네트워크 서비스를 위한 송출장치를 만들어 냈다. 네트워크 서비스 자원과 서비스 네트워크의 분할(네트워크 슬라이싱)을 위한 인공지능이 사용되어 기존 네트워크 서비스보다 고효율이면서 비용은 30% 이상이 절감되는 효과를 볼 수 있다.

 


Bruce Lee 경영학박사, 현 노키아솔루션앤네트웤스코리아/상무, 산업정책연구원/연구교수, bruce052@gmail.com


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