5G가 네트워크의 모든 것을 바꿀 수 있는 이유

임박한 5G 모바일 네트워크로의 이동과 관련하여 오늘날의 시장에서는 많은 말들이 오고가고 있습니다.

어떤 방식으로 활용될 것인가?

어떤 부분을 기대할 수 있는가?

어떤 분야에서 5G를 운용할 것인가?

이 글에서는 다가올 5G 세상에 대해 심층적으로 설명하고 사실과 허구를 밝혀보겠습니다.

5G란 무엇인가?

4G 다음으로 사용될 차세대 모바일 네트워크란 점 이외에는 사실 아무도 그 실체를 알지 못 합니다.

그 이유는 5G가 아직 표준화되지 않았기 때문이며 표준화 작업이 완료되려면 상당한 기간이 소요될 것으로 예상됩니다.

그러나 사람들은 매우 긍정적으로 생각하고 있으며 통신 산업에서는 이 차세대 모바일 네트워크 인프라에서 성능이 개선될 것이라는 예측 또는 희망을 그만두지 않고 있습니다.
5G를 보는 관점은 서비스 주도형 관점과 네트워크 주도형 관점의 두 가지 견해가 존재합니다.

이 게시물에서는 후자에 초점을 맞추도록 하겠습니다.
장비 공급업체부터 MNO(모바일 네트워크 사업자)까지 무선 네트워크 산업의 다양한 이해 관계자들은 5G 모바일 네트워크에 대한 매우 다양한 비전을 가지고 있습니다.

다음은 모바일 분야에서 예상되는 성능 증가의 몇 가지 예입니다.

유닛 영역당 최대 1,000배 대역폭 증가
연결되는 장비 수 최대 100배 증가
현장의 모바일 장비에 대한 최대 10Gbps 연결 속도
99.999%의 네트워크 가용성 실현
100% 네트워크 커버리지 실현
최대 1ms의 종단 간 왕복 지연(지연 시간)
네트워크 에너지 사용률 최대 90% 절감

대역폭 증가는 오늘날의 모바일 가입자가 모바일 영상을 원활하게 시청하기 위해 가장 원하는 것이기는 하지만 5G는 단순하게 대역폭 증가만이 아닌 훨씬 많은 이점을 제공할 수 있습니다.

가장 중요한 성능 대 비용 간 균형을 유지하기 위해 고군분투해야 하기 때문에 이렇게 높게 치솟은 기대치는 결국에는 누그러질 것입니다.

그러나 다른 분야에서는 훨씬 높은 수치 개선을 보일 것으로 예측됩니다.

그럼에도 이 차세대 핵심 네트워크 인프라에 대한 목표치를 높게 잡아야 하겠지요?

큰 목표를 달성하기를 희망한다면 그 전에 큰 꿈을 품어야 합니다.
여기서 "크다"라는 의미는 매우 주관적인 의미입니다. 그렇지 않나요?

어떤 방식으로 5G 지원 네트워크를 구축해야 하는가?

속도, 지연 시간 및 커버리지 분야에서 높은 성능을 얻으려면 어떻게 해야 할까요?

WiFi 셀, 소형 셀 그리고 역사가 오래 된 매크로 셀을 비롯한 다른 유형의 셀로 구성된 이기종(Heterogeneous) 네트워크를 설계하면 됩니다.

이를 일반적으로 HetNet이라고도 합니다.

이 네트워크는 모든 시간과 위치에서 기술적 측면과 경제적 측면에서 유리하게 이러한 셀 유형을 지능적으로 활용합니다.

그 결과로 전반적인 성능이 크게 향상된 최적화되고 유연한 5G 모바일 네트워크 아키텍처가 구현됩니다.

5G 네트워크로의 진화는 전체 종단 간 네트워크 인프라에 영향을 주게 될 것입니다.

RAN(Radio Access Network)과 EPC(Evolved Packet Core) 가상화에서부터 무선 및 공중파 인터페이스 업그레이드 그리고 무선 기반 네트워크를 지상 기반 네트워크, 즉 MBH(모바일 백홀 네트워크)에 상호 연결하는 세그먼트까지 모든 부분이 영향을 받습니다.

5G 구현으로부터 예상되는 용량, 가용성 및 지연 시간 측면의 중대한 성능 개선은 궁극적으로 다양한 수준으로 MBH 네트워크에 적용될 것입니다.

 

이러한 용량 수요를 어떻게 해결할 것인가?

1GbE에서 100GbE까지(수년 내에는 400GbE도 포함) 이더넷 속도를 활용하면 용량 수요 증가를 해결할 수 있습니다.

이 경우 속도는 각 WiFi, 소형 셀 또는 매크로 셀, 또는 다양한 셀 사이트에서 발생하는 트래픽을 집선하는 코어 노드에서 예상되는 트래픽 수요에 따라 선택하게 될 것입니다.

후자의 경우 코어 네트워크로 집중되는 엄청난 양의 트래픽을 발생시켜 사용자가 액세스하는 컨텐츠를 호스팅하는 거대 데이터 센터에 트래픽을 지속적으로 전송시킬 것입니다.
코어 네트워크 대역폭 성장은 100G, 200G 또는 그 이상 속도의 코히어런트 DWDM(고밀도 파장 분할 다중 방식) 기술을 활용하여 해결할 수 있습니다.

이는 4G 기술의 채택이 증가되고 있는 오늘날에 이미 사용되는 기술이기도 합니다.

요컨데 액세스 속도의 증가는 글로벌 네트워크 전역에서 발생하고 있습니다.
높은 가용성 목표는 대부분 서비스 공급자 네트워크에서 이미 운용되고 있는 보호 기능과 이중화 기능을 통해 달성할 수 있습니다.

G.8032 이더넷 링과 같은 네트워크 보호 옵션을 활용하는 네트워크 사업자는 가용성이 매우 높은 집선/코어 네트워크를 구현할 수 있습니다.
이중 전원 공급 장치와 배터리/발전기 백업과 같은 장비와 전원 이중화 옵션을 통해 네트워크 노드 자체를 매우 가용성이 높은 상태로 보장할 수 있습니다.

네트워크 지능형 기능은 장애 지역이나 혼잡 노드에 대한 경로를 조정하거나 우회하며 이를 통해 모바일 사용자(사람 또는 시스템)는 불가피한 장애가 발생한 경우에도 지속적으로 네트워크 가용성 상태를 인지할 수 있습니다.

마이크로 서비스와 같은 소프트웨어적인 방법을 사용하는 경우에도 더 높은 수준의 안정성과 확장성을 갖춘 5G 모바일 네트워크를 구현할 수 있을 것입니다.

5G로 1ms 지연 시간 목표를 달성할 수 있는가?

5G 네트워크에서 지연 시간은 4G 네트워크보다 최대 5배 낮을 것으로 기대됩니다.

즉 최대 1ms 목표의 놀라운 수치가 논의 중에 있습니다. 오늘날 우리가 알고 있는 사실에 근거하면 빛의 속도와 같이 깨질 수 없는 기본적인 물리 법칙이 존재합니다.

이와 마찬가지로 광 케이블 코어의 본질적인 특성으로 인해 빛은 진공 상태에서보다 3분의 1 느린 속도로 광 케이블 내에서 전파됩니다.
무선 MBH는 공중파 기반 통신 매체이기 때문에 더 빠르지만, 용량, 전송 범위 및 가용성 측면에서 훨씬 많은 제한이 뒤따릅니다.

그럼에도 무선 백홀은 대부분의 MNO 네트워크에서 고유의 위치를 점하고 있고 미래에도 그 위치를 고수할 것입니다.

광 기반 MBH 또는 무선 기반 MBH의 필요성은 앞으로도 지속될 것이기에 이것은 의심의 여지가 없는 사실입니다.

넓은 시각에서 보면 1ms 지연 시간을 필요로 하는 모바일 서비스의 경우 모바일 사용자와의 거리가 1km 내에서 상호 연결이 발생해야 합니다.

따라서 이 지연 시간 목표를 달성하려면 다른 비-네트워크 기술도 사용해야 합니다.

모바일 에지 컴퓨팅 기술은 IT 기능과 관련 클라우드 컴퓨팅 기능을 직접 RAN 자체 내에 위치시킬 수 있도록 지원합니다.

컨텐츠, 서비스, 애플리케이션 및 기능을 모바일 사용자와 최대한 가까운 위치에 위치시킴으로써 지연 시간을 현저하게 개선할 수 있습니다.

그러나 기존 모바일 네트워크를 재설계하려면 막대한 투자가 수반되어야 합니다.

따라서 일부에서는 1ms 지연 시간 목표가 5G 표준에 포함되어야 하는지에 대한 회의적인 의견이 나오기 시작했으며 완전히 삭제하자는 견해도 존재합니다.

시간만이 진실을 말해 줄 것입니다. 4G보다 낮은 지연 시간 목표는 표준화되거나 표준화되지 않은 상태로 남아 있을 수 있습니다.

낮은 지연 시간이 새로운 서비스와 관련 수익 흐름을 만들 수 있으며 모바일 네트워크 사업자가 갈망하는 차별화를 실현할 수 있는 기회를 가져다 줄 수 있습니다.

이러한 모든 것의 의미는 무엇인가?

새로운 5G 네트워크의 실체가 여전히 논의 중에 있음에도 5G의 미래는 네트워크 성능 측면에서 모든 것을 변화시킬 것이며 수 많은 새로운 서비스의 구현을 가능하게 할 것입니다.

구현될 수 있는 혁신적인 새로운 서비스 대부분은 아직 꿈으로도 구체화되지 않았습니다!
핵심적인 MBH 네트워크는 기대되는 성능 목표치를 달성할 수 있을까요?

이러한 네트워크가 어떠한 형태가 되던지간에 말입니다.

저는 그렇다고 생각합니다.

외견상 가능한 목표를 달성할 수 있는 최고의 방법은 R&D(연구 및 개발) 커뮤니티에 그들이 그 목표를 달성할 수 없을 것이라고 말하는 것입니다.

그런 후 한발 물러서서 인간의 본성이 이를 어떻게 극복하는지를 지켜보면 됩니다.
불과 수 십년 전에만 해도 인류의 전체 지식을 손바닥 안에서 사용할 수 있게 될 것이라고 누가 생각이나 했을까요?

이 새로운 시대에 우리는 더 이상 도서관에 갈 필요가 없습니다.

도서관이 우리에게 오기 때문입니다.

5G가 모든 것을 변화시킬 것이라는 예측은 놀라운 일이 아닙니다.

5G 네트워크의 모습은 아직 베일에 가려져 있지만 오늘날의 기술자들이 다양한 난관에 대항하여 5G를 현실로 만들 것이라는 사실을 믿어 의심치 않습니다.

참조 자료: Understanding 5G - Perspectives on Future Technological Advancements in Mobile, 2014년 12월(GSMA Intelligence)