[5G 통신 기술] 5G 무선 기술, 삶의 패러다임을 바꾼다 2

[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

5G 시대를 견인할 6대 서비스 시나리오

■ 모바일 콘텐츠 스트리밍 서비스
비디오 콘텐츠는 유무선망을 통틀어 전 세계 데이터 사용량 증가를 견인하는 가장 큰 요인이다. 5세대 무선통신 시대에는 UHD나 홀로그램과 같은 디스플레이 기술 및 코덱 기술 등이 발전함에 따라, 지금보다 수십∼수백 배의 콘텐츠 사용량이 증가될 것으로 예상되며, 사람들이 비디오 콘텐츠를 유통하고 소비하는 방법에도 일대 변화가 있을 것으로 예측된다.

예를 들어 유선과 무선을 구분하지 않는 기기 간 자유로운 콘텐츠 이동은 물론, SNS를 통한 대규모 실시간 영상 공유, 다시점 TV, 증강현실, 가상현실 등 다양한 비디오 콘텐츠 및 스트리밍 서비스가 등장하게 될 것으로 전망된다.

5세대 이동통신은 거실과 안방에서 서로 다른 콘텐츠를 수신하는 사용자들에게도 단말당 최대 1Gbps 급의 고화질 스트리밍 데이터를 원활하게 제공할 수 있는 초광대역 전송 기술 (Hyper-transmission) 개발을 목표로 하고 있다. 이는 또한 전통적인 방송과 통신의 경계를 허물고 두 분야가 융합하여 다양한 부가가치 서비스를 등장시키는 계기가 될 것으로 보인다.

■ 소셜 지식 공유 서비스
웹이나 SNS 등을 통해 수집되는 빅데이터는 인간의 사회 생활을 이해하고 지식을 창출하는 중요한 서비스 수단으로 활용되고 있다.
웨어러블 장치 등 다양한 IoT 디바이스들이 발전함에 따라 이 디바이스로부터 수집 및 공유되는 빅데이터가 양적 질적으로 발전하게 되고, 인간을 위한 다양한 지능형, 융합형 서비스를 창출하는 데 활용될 수 있다.

이러한 IoT 디바이스들의 특징은, 비록 단말 1개당 생성하는 데이터 및 에너지 소비량은 크지 않지만, 전체적으로 봤을 때 전체 디바이스에서 생성되는 데이터 및 에너지 소비량은 엄청나게 클 것이라는 점이다.
예를 들어 개인용 블랙박스 장치 등을 통해 일상생활을 기록하는 라이프로깅 서비스는 그날 그날의 중요한 일들을 자동으로 메모해 주고, 소셜 네트워크를 통해 중요한 일상을 공유하는 등 더욱 편리하고 유익한 서비스를 창출하는 데 활용될 수 있다.

그림 5. 대규모 실시간 방송 및 콘텐츠 공유 서비스 개념도

그림 6. 모바일 콘시어지 서비스

그러나 이 같은 서비스를 제공하기 위해 개인당 발생하는 수십기가바이트 이상의 영상 및 음성정보 등을 매일 실시간 전송하고 처리하려면, 기지국당 수십기가바이트 이상의 데이터 처리 능력이 필요하다.

농산물이나 수산물, 축산물의 생장 관리를 위해 사용되는 센서로부터 매일 수집되는 정보 또한 막대한 양이 될 수 있으며, 이와 같이 많은 디바이스들이 생성하는 데이터를 신뢰성 있게 수집하기 위해서는 5세대 통신망에 효율적인 데이터 송수신 능력(Hyper-transmission), 대규모 연결 관리 능력(Hyper-connectivity) 및 에너지 관리 능력(Hyper-energy Efficiency)이 필요해진다.

그림 7. 고밀도 네트워크 서비스 개념도

■ 고밀도 네트워크 서비스
스마트폰을 통한 모바일 인터넷 사용이 늘어나면서, 일대일 음성통화 서비스 위주로 발전해온 기존의 이동통신 패러다임은 항시적인 연결성(Always-on)을 필요로 하는 데이터 서비스 위주로 바뀌고 있다. 더욱이 1인당 소유한 디바이스 수가 늘어나면서 대규모 군중이 모이는 집회, 전시장, 경기장, 회의장 등에서도 디바이스들의 끊김없는 연결성(Hyper-connectivity)을 제공하는 것이 5세대 통신의 주요 이슈가 되고 있다.

현재 ITU-R에서 논의 중인 고밀도 네트워크 지원 능력은 km2당 100만 개의 디바이스 연결성을 원활히 지원하는 능력을 목표로 하고 있다. 이것은 1m 간격으로 디바이스가 촘촘히 배치된 지역, 혹은 베이징이나 마카오 등과 같은 인구밀집지역 출퇴근 시간의 유동인구를 원활히 지원할 수 있을 정도의 통신능력을 필요로 한다.
그런데 이러한 고밀도 네트워크의 특징은 디바이스들의 밀집현상이 항시적이 아니고 주기적이거나 일시적일 수 있다는 것이다. 이 경우 기지국 등 네트워크 자원을 과잉 배치하는 것은 낭비이다.

따라서 주변 네트워크의 유휴 자원들을 유동적으로 재배치하여 일시적인 밀집 현상을 해소하는 등 비용 효율적인(Hyper-cost-effectiveness) 네트워크 구조, 유연한 자원 재배치 기술 등이 필요하다.

그림 8. 스마트 피지컬 시스템 개념도

■ 스마트 피지컬 시스템 서비스
IoT의 성장이 결국 이동통신 기술을 5세대로 진화시키는 동인이 될 것으로 예상되면서, 이제까지의 이동통신과 구분되는 5세대 통신의 또 다른 패러다임 변화로 기계 간 통신이 중요하게 논의되고 있다. 기계 간 통신은 아이러니하게도 사람 사이의 음성 통신보다 더욱 엄격한 지연 조건, 신뢰성 조건 등을 필요로 한다.

예를 들어 교차로에서 마주 오는 자율주행 차량 간에는 충돌을 회피하기 위해 높은 신뢰성과(Hyper-reliability) 최대 1msec 이내의 통신 지연 성능이 필요하다.[15] 또한 원격 수술로봇 제어, 비행드론 제어, 원격 게임 등으로의 응용을 지원하기 위해서도 매우 빠른 반응속도(Hyper-response)가 필요하다.

데이터 송수신과 직접적인 관련은 없으나, 송수신 전파 속도 등을 이용한 고도의 단말 위치 파악 능력(Hyper-positioning) 또한 통신망을 통한 로봇 제어, 공장 및 건설 자동화 시스템 등에서 반드시 필요한 기술 중 하나이다.

그림 9. 5G 공공안전 서비스 개념도

■ 공공안전 서비스
지금까지 경찰, 소방관, 해양경비대 등 공공을 위한 특수임무 수행자들은 전용 무전장치와 주파수를 사용해 왔으나, 4G 기술 확산과 비용 절감 등의 이유로 공공분야에 이동통신 기술이 적용되는 사례가 늘고 있다. 최근에는 700MHz 대역을 이용한 재난통신(PS-LTE) 및 철도용 안전통신(LTE-R) 분야에 LTE 기술이 적용되고 있으며, 점차 해양 및 교통안전 등 각종 공공안전 분야에서 이동통신 기술이 광범위하게 적용되고 있다.[16]

그림 10. 6가지 5G 대표 서비스 및 8대 Hyper-requirements 매핑

이와 같이 상용 서비스를 위해 발전해온 이동통신 기술이 공공안전 분야에 적용되면서 4세대까지의 상용망에서는 생각하지 못했던 새로운 요구사항이 나타나기 시작했다. 예를 들어 공공안전을 위한 통신은 지진이나 화재, 전쟁 등의 천재지변 상황에서도 고도의 생존성을 유지하도록 분산/독립형, 이중화 구조로 설계되어야 하는데, 기존의 이동통신 네트워크 구조의 경우에는 재난에 대비한 설계가 고려되어 있지 않다.

또한 공공임무 수행에 적합하도록 고도의 도청 및 해킹 방지, 무선교란 방지 등이 요구되지만, 현재 적합한 기술은 물론 표준조차 없는 실정이다.
5세대 이동통신은 상용 분야의 서비스뿐만 아니라 공공분야 서비스에도 적용이 확대될 것으로 예상되는 만큼, 특수임무 수행을 위한 안전, 신뢰성 강화 기술 개발이 요구되고 있다.

■ 항공·해양·우주 서비스
미래 이동통신 서비스는 더 이상 지상에만 머무르지 않고 항공과 해양, 그리고 우주 영역으로 확대되어 갈 것이다.
최근 미국 FCC는 기내에서의 전자기기 사용을 허가했는데, 이와 같이 항공기 내 디지털기기 사용이 늘면서 지상에서와 마찬가지로 기내에서도 고용량 HD 비디오 콘텐츠 등을 사용하고자 하는 요구가 늘고 있다. 그러나 지상 30km 상공에서 최대 1000km/h 속도로 비행하는 항공기에 1Gbps급 이상의 고속 데이터 서비스를 원활히 제공하기 위해서는 혁신적인 5세대 통신 기술이 개발되어야 한다.

최근 연구되고 있는 항공 셀룰러 통신[17] 기술과 항공 애드호크 기술[18]은 항공기 간, 혹은 항공기로 중계되는 항공기와 선박 간 통신을 가능하게 하기 위한 시도이며, 이를 통해 5세대 이동통신 서비스의 범위를 범 지구적으로 확대시킬 수 있을 것으로 기대된다.

항공기에 의해 중계되는 항공 중계망을 구성할 경우, 개발도상국 등에서는 비교적 신속하게 5세대 통신 전국 서비스를 도입할 수 있으므로 국가 간 이동통신 서비스 격차를 줄이는 것은 물론, 5세대 통신 시장이 빠르게 성장하는 데 도움이 될 것이다.

이와는 별도로 지상의 이동통신 단말이 별도의 수신장치 없이 위성에 의해 중계되는 이동통신 서비스를 받을 수 있게 하는 기술도 빠르게 발전하고 있다. 이러한 위성 중계 기술은 이동통신 기지국이 부재한 곳이나 재난 등의 상황에서 신속하게 통신을 복구할 수 있는 수단이 될 것이다.

항공기 및 위성을 이용한 입체적인 서비스 커버리지 확대 기술은 미래의 5세대 통신 서비스를 지구상 모든 곳으로 신속하게 확장하는 진정한 글로벌 로밍 서비스를 제공할 수 있게 할 것이다.

4세대까지의 이동통신과 비교해 봤을 때, 5세대 이동통신은 통신의 개념적 및 영역적 파괴와 확장을 활발하게 전개하고 있다. 모바일은 1차 산업은 물론 제조업, 공공서비스, 교통 등 전 산업 분야로 응용분야를 넓혀 새로운 융합산업을 창출하는 성장 동력을 제공할 것으로 기대된다.

5세대 시장 성장 이전에 IoT 발전이 선행되어야 하며, 이러한 하이퍼 네트워크 시대를 조기에 달성하기 위한 제도적, 산업적 노력이 요구된다. 예를 들어 구글과 같은 인터넷 회사에 비하면 아직도 폐쇄적인 통신사들의 전통적인 사업 방식은 개방화와 공유화를 추구하도록 변화되어야 한다.

또한 앞으로는 누구나 창조적인 아이디어만 있다면 이동통신망을 이용하는 IoT 디바이스와 서비스를 쉽게 개발하여 시장에 선보일 수 있도록 제도적 및 사업적으로 뒷받침되어야 할 것이다.
이와 같이 전 국민이 함께 참여하는 크라우드소싱 형태의 노력이 집중될 때 우리나라는 5세대 이동통신 선진국이 될 수 있을 것이다.

참고문헌

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[4] 이재환, “IoT 전개 동향 및 주요 이슈”, ICT Spot Issue, Institute for Information & Communications Technology Promotion, 2014.06
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[10] Suresh Goyal, “GreenTouch:Inventing sustainable, Ultra Energy-Efficient ICT Networks”, Green Research Leader, Bell Labs,http://www.greentouch.org, 2010. 5. 11
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[12] 오상진, 이상국, “창조국가 실현을 위한 ‘미래 이동통신 산업 발전전략’ 마련 - 2020년까지 연구개발, 표준화, 및 기반조성에 1.6조원 투자 -“, 미래창조과학부 보도자료, 2014. 1. 22
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[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