[5G 통신 기술] 5G 무선 기술, 삶의 패러다임을 바꾼다 1 - 새로운 무선 인터넷 세상

[5G 통신 기술] 5G 무선 기술, 삶의 패러다임을 바꾼다 2 - 6대 서비스 시나리오

최근 스마트폰이 저가화, 일반화되면서 모바일 분야는 정치, 경제, 사회 모든 분야와 융합하고 응용 영역을 넓히며 우리의 삶에 변화와 혁신을 가져오고 있다. 여기서는 5G 포럼에서 정의한 5세대 이동통신의 서비스 개념과 목표, 전망 및 6가지 핵심 서비스에 대해 소개하고, 이를 제공하는 데 필요한 8가지 조건에 대해 알아본다.

1977년 미국에서 최초(1G)의 아날로그 방식 이동전화 서비스가 상용화된 이래 3G, 4G로 구분되는 이동통신의 세대 변화에는 기술적 변화와 서비스 변화, 그리고 사회를 변화시키는 패러다임 변화가 함께 나타났다. 즉, 2G 시대에는 휴대폰이 생활 필수품으로 자리잡으면서 문자서비스의 광풍이 불었다. 

독특한 쿼티 자판의 블랙베리폰이 등장한 3G 시대에는 이동 중 인터넷을 사용할 수 있게 되면서, 전자메일이 팩스와 종이편지를 박물관으로 몰아냈다. 또한 스마트폰은 사람들을 모바일 인터넷 세상으로 빠져들게 했으며,  ‘빠름, 빠름’ 이라는 슬로건으로 상징되는 4G 시대를 열게 했다.

5G, 새로운 무선 인터넷 세상

이 같은 모바일의 세대별 진화가 가져온 시대적 변화상을 봤을 때, 다가올 5G 시대에는 이제까지의 변화를 압축한 더욱 이질적이고 놀라운 미래가 도래할 것임을 예상할 수 있다. 우선, 수치상으로 예측할 수 있는 변화는 2G 문자서비스 시절부터 줄기차게 성장해온 모바일 데이터 트래픽 사용량이다. 오는 2020년대에는 트래픽 사용량이 4G의 1000배까지 증가할 것으로 전망된다.[1], [2]

그림 1. 글로벌 인터넷 디바이스 설치 추이(예상)

모바일의 트래픽 폭증이 예상되는 주 요인은 비디오 기술 발전으로 인한 UHD TV나 홀로그램 등 초고화질, 초고용량 비디오 서비스의 사용량 증가도 한몫하겠지만, 그보다는 IoT(Internet of Things) 라는 용어로 친숙하게 다가온 디바이스의 폭증과 그로 인한 빅데이터의 성장이 더욱 큰 견인차 역할을 할 것으로 보인다.[3]

사물인터넷, 즉 IoT는 최근 센서와 프로세서 등 디바이스 제조 단가 하락, 웨어러블 기기 발달, 아두이노와 같은 오픈소스 DIY 디바이스 확산, 정부 지원 정책 등 여러가지 조건이 맞물리면서 지속적인 성장세를 보이고 있다.[4] 여러 시장분석 보고서에서는 향후 10년 내에 인류의 생활 방식을 또 한번 바꿀 각종 IoT 장치들이 등장하게 될 것으로 예측하고 있다.[5] 

낙관적인 관점에서, 2020년대 약 1조 개에 달하는 장치들이 유무선을 통해 연결되는 초연결(Hyper Connected) 네트워크를 이루게 될 것으로 예상하기도 한다.[6], [7] 이는 우리나라와 같이 정보화가 발달한 국가에서는 1인당 1천 개에 달하는 디바이스가 사회 곳곳에 배치되어 사용되는 디지털 문명사회를 이루게 된다는 뜻인데, CCTV와 같은 고정된 기기뿐만 아니라 항공기에서 대량으로 살포되는 센서, 한번 쓰고 버리는 1회용 디바이스, 바다와 땅의 모든 농수산 생산물마다 부착되는 센서 등 사물 디바이스들이 연결된 하이퍼 네트워크의 세상이 될 것이라는 의미이기도 하다.

초연결 사회의 스타트 라인에 서다

그림 2. 생각하는 하이퍼 네트워크 사회 개념도

하이퍼 네트워크는 단순히 많은 디바이스 들이 연결된 상태만을 의미하는 것이 아니다. 이는 프로세싱 능력이 발달한 디바이스들이 마치 신경망처럼 유기적으로 연결되고 발전하며 지능화되어 생각하는, 거대 지능 네트워크화를 의미한다. 

예를 들어 가정의 전등이나 스위치 하나에도 프로세서와 기억장치, 학습모듈 등이 내장되어 언제 어떻게 동작해야 사용자에게 최상의 결과를 가져올지 장치들끼리 서로 끊임없이 대화하며 생각한다. 사용자가 착용하는 안경, 벨트, 신발 등의 장치들도 사용자의 동작, 대화, 신체변화 등을 끊임없이 읽고 저장하고 분석하여 사용자가 필요로 하는 정보와 환경, 심지어 주변인과의 사회적 관계에 이르기까지 모든 것을 서비스한다.

이러한 하이퍼 네트워크 사회에서는 사람이나 동식물 등 살아 있는 모든 것들의 움직임, 소리, 대화, 상태 정보 등이 1조 개가 넘는 IoT 디바이스들에 의해 수집되고 공유되어 사람과 자연을 위해 유익하게 쓰이고자 하므로, 이를 감당해야 하는 유무선 네트워크는 4G의 1천배 이상 되는 처리 성능이 필요하게 된다. 5G가 추구하고자 하는 기술개발 목표는, 이와 같이 1천 배로 성장하는 디바이스 폭증, 트래픽 폭증 시대에 대비하여 늘어나는 트래픽 부담을 원활히 감당할 수 있는 유무선 네트워크 기술을 적기에 개발하여 시장에 공급하고자 하는 것이다.

그런데 1천 배로 늘어난 디바이스, 트래픽과 함께 늘어나는 에너지 소모량은 풀어야 할 숙제다.[8], [9] 데이터의 양이 1천배 늘어난다면, 이를 처리하기 위한 고성능 장치들이 소모하는 전체 에너지량은 단순히 계산해도 1천 배 이상 늘어날 것이다. 이것은 엄청난 자원낭비와 탄소가스 방출을 초래할 것이며, 이러한 재앙을 막기 위해서는 지금보다 1천 배 이상의 성능을 가진 디바이스와 네트워크를 개발해야 하며, 동시에 에너지 효율은 오히려 1천 배 더 좋아지게 하는 두 마리 토끼를 모두 잡아야 하는 것이다.[10], [11]

그림 3. 5G 이동통신 개념 및 특징 (미래 이동통신 산업발전전략, 미래부, 204.01)

미래부는 일찍이 이러한 미래 사회에 대한 각계 전문가들의 분석과 예측을 토대로, 5세대 모바일 기술 목표를 1천 배의 용량 증대, 1천 배의 디바이스 증가, 1천 배의 에너지 효율 증가 및 1천 배의 반응속도 개선이라는 Quad(4개)×1000 목표를 수립했으며, 이를 달성하기 위해 기가코리아 등 정부 R&D 기술개발 투자를 추진하고 있다.[12]

그림 4. 5G 포럼 주요 활동목표( http://5gforum.org)

또한, 민간차원의 5G 교류 모임인 5G 포럼 출범을 통해 자생적인 5G 생태시장 조성을 지원하고 있다. 이러한 정부의 선구적인 노력은 세계 각국이 벤치마킹하고 있으며 중국, 일본 등도 이와 유사한 IMT-2020 PG, 5G Promotion Group 등이 조직되었고, 유럽 연합은 메티스(Metis) 프로젝트 등을 통해 우리와 유사한 1천 배의 기술개발 목표를 세워 4G에 이어 5G에서도 기술 주도권을 이어가고자 노력하고 있다.[13]

최근 발간된 5G 포럼의 서비스분과 백서에서는 앞으로 도래할 5G의 주요 서비스 분야를 구체적으로 다음과 같이 6가지로 구분하고, 각 분야별로 성공적인 융합과 혁신을 이루기 위한 8가지 요구사항을 도출했다.[14]

참고문헌

[1] “cisco Visual Networking Index: Gloval Mobile Data Traffic Forecast Update, 2010-2015”, white paper, cisco, http://www.cisco.com, 2011.2.1
[2] “cisco Visual Networking Index: Gloval Mobile Data Traffic Forecast Update, 2014-2019”, white paper, cisco, http://www.cisco.com, 2015.2.3
[3] 이현우, “이동통신 트래픽 증가와 주파수 확보 방안”, KEIT PD ISSUE VOL.8, 2011.10
[4] 이재환, “IoT 전개 동향 및 주요 이슈”, ICT Spot Issue, Institute for Information & Communications Technology Promotion, 2014.06
[5] 최주옥, 정재욱, “성큼 다가온 미래, 이제는 IoT”, 한국정보화진흥원(NIA), http://www.nia.or.kr, 2014. 6. 30
[6] 윤미영, 권정은, “창조적 가치연결, 초연결사회의 도래”, IT & future Strategy, 한국정보화진흥원 (NIA), 제 10호, 2013. 11. 18
[7] 정재영, “Hyper-connection 시대가 오고 있다”, LGERI 리포트, LG Business Insight, 2009.07.15, pp1~20
[8] Dietrich Zeller, Ylva Jading, “Driving Down the Energy consumption of Wireless Infrastructure”,  EU FP7, Earch Project, 2010
[9] 이윤철, 이장우, 조성선, 문형돈, 김용균, “에너지위기와 저탄소경제 도래에 대응하는 IT산업동향 및 시사점”, IT Insight, 정보통신연구진흥원 (IITA), 2008. 10. 01
[10] Suresh Goyal, “GreenTouch:Inventing sustainable, Ultra Energy-Efficient ICT Networks”, Green Research Leader, Bell Labs,http://www.greentouch.org,  2010. 5. 11
[11] E. V. Belmega, S. Lasaulce, M. Debbah, “A Survey on Energy-Efficient Communications”, 2010 IEEE 21st Symposium on : Personal, Indoor and Mobile Radio Communicaitons Workshops, 2010.1
[12] 오상진, 이상국, “창조국가 실현을 위한 ‘미래 이동통신 산업 발전전략’ 마련 - 2020년까지 연구개발, 표준화, 및 기반조성에 1.6조원 투자 -“, 미래창조과학부 보도자료, 2014. 1. 22
[13] Panagiotis Demestichas, Andreas Georgakopoulos, Dimitrios Karvounas, Kostas Tsagkaris, Vera Stavroulaki, Jianmin Lu, Chunshan Xiong, and Jing Yao, “5G on the Horizon: Key Challenges for the Radio-Access Network”, IEEE Vehicular Technology Magazine, 2013.9, pp47-53
[14] “5G New Wave: Towards Future Societies in 2020s (version 1.0)”, White Paper, 5G 포럼, http://www.5gforum.org, 2015.2
[15] Gehard P. Fettweis, “A 5G Wireless Communications vision: Tactile Internet”, Microwave Journal, 2012. 12. 15
[16] Iain Sharp, “delivering Public Safety Communications with LTE”, white paper, http://www.3gpp.org/news-events/3gpp-news/1455-Public-Safety, 2013.01
[17] Zhang, C. “Terrestrial mobile networks for Air-to-Ground communications of the General Aviation”, International Conference on Wireless Communications and Signal Processing, WCSP 2011
[18] Kamesh Nauduri, Yan Wan, Mahdevan Gomatisankaran, “Mobile Ad Hoc Networks in the Sky: State of the Art, Opportunities, and Challenges”, Proceedings of the International Symposium on Mobile Ad Hoc Networking and Computing (MobiHoc), 2013, pp. 25-27

조재형 책임연구원 _ 한국전자통신연구원 통신인터넷연구소