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5G 인프라로 구현되는 새롭고 급진적인 애플리케이션

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글/M. 팀 존스(M. Tim Jones), 마우저일렉트로닉스(Mouser Electronics)

5G 무선통신 인프라가 새롭게 구축되면 새로운 애플리케이션으로 향하는 문이 열릴 뿐만 아니라 4G 등 기존 세대에서 활용되는 애플리케이션의 성능도 대폭 향상될 것이다. 5G 네트워크의 뛰어난 성능을 바탕으로 통신 속도는 더욱 빨라지고, 대기시간이 눈에 띄게 감소해 상호작용이 증가할 것이다. 이는 소비자의 경험뿐만 아니라 M2M(사물지능) 통신에도 좋은 소식이다.
5G는 다음 3가지 등급의 서비스를 포함하며, 모두 단일의 모바일 네트워크를 통해 데이터를 전달할 것이다.
• 초광대역 이동 통신(eMBB): 사람이 콘텐츠와 서비스 접속
• 대규모 사물 통신(mMTC): 완화된 수준의 서비스를 제공하는 저전력 장치간 데이터 교환
• 초고신뢰 저지연 통신(URLLC): 제한적 서비스를 제공하는 장치간 데이터 교환
이번 글에서는 5G 네트워크가 기존 애플리케이션의 성능을 향상시키는 방법 및 더욱 혁신적인 애플리케이션에 필요한 플랫폼을 만드는 과정을 살펴보겠다.

5G 무선 및 애플리케이션

5G 통신은 목적에 필요한 수단(장치간 통신 기술)이지만 기존 애플리케이션의 성능을 향상시키는 기술이다. 5G 무선 네트워크가 기존 애플리케이션과 향후 떠오르는 애플리케이션에서 어떤 의미를 갖는지 살펴보자.

- 인터넷 성능 향상
5G 네트워크가 최초이자 최대 규모로 집중 구축되는 분야는 소비자용 스마트폰과 태블릿 PC의 인터넷 연결이 될 것이다. 5G의 빠른 속도와 낮은 대기시간을 경험하는 소비자는 소비자용 장치뿐만 아니라 가정(유선 무선 접속)에서도 5G 연결을 통해 인터넷에 접속하는 통로로 생각할 것이다. 모든 방향으로 신호를 방출하는 것이 아니라 특정 사용자에게 신호를 빔처럼 보내는 빔포밍 같은 기술들은 사용자 신호의 무결성을 향상시키면서도 다른 사용자에 대한 신호 간섭을 최소화할 것이다.

- 가상현실 및 증강현실
가상현실(VR) 기술에서 헤드셋을 착용하면 사용자가 상호작용할 수 있도록 (컴퓨터가 만든) 인공적인 세상이 구축된다. VR 헤드셋에는 머리의 움직임을 실시간으로 추적하는 기술이 적용되어 사용자의 제어에 따라 세상을 보는 관점이 변경된다. 증강현실(AR)은 인공적인 세상을 만들지 않는다. 대신 헤드셋이나 스마트폰을 이용해서 사용자가 보는 세상에 인공적인 세상을 덮어씌운다.
두 기술 모두 5G 네트워크의 앞선 데이터 처리용량의 이점을 누릴 것이다. 5G의 빠른 속도는 원격 클라우드로부터 인공적인 세상을 구축해서 VR 장치로 전송하는 것을 지원할 것이다(클라우드 렌더링). 5G의 낮은 대기시간을 이용한 통신은 머리의 움직임을 빠른 응답속도로 제공해 사용자가 현재 보는 세상에서 필요한 부분만 렌더링한다.

- 사물인터넷
사물인터넷(IoT)은 식기세척기, 초인종 등 모든 사물에 인터넷이 연결되는 기술을 지칭한다. 5G 네트워크의 빠른 속도와 뛰어난 처리용량이 새로운 IoT 장치의 확대로 이어지겠지만 비용이 감소하기 전까지는 실현되지 않을 것이다. 부분적으로 보면 이렇게 IoT 장치들이 확대되는 현상은 좁은 공간에 많은 장치들을 연결할 수 있는 5G 네트워크의 결과가 될 것이다(예를 들어, 1제곱미터 공간에 종단점 장치 1백만개). 특정 지역에서 많은 장치에 5G 네트워크를 지원하는 방식 중에는 MIMO(다중입출력)라고 불리는 기술이 있다. MIMO는 기지국에 더 많은 안테나를 설치해서 네트워크 용량을 확대할 수 있다. 여기에는 다중 통로 전파 방식을 이용해서 동일한 무선 채널로 1개 이상의 데이터 신호를 주고받는 것도 포함될 수 있다. 어떠한 경우라도 무선 스펙트럼을 추가하지 않더라도 용량이 증가해서 더 많은 장치와 통신할 수 있음을 의미한다.

- 자율 자동차
자율 자동차(AV)는 사람이 동작 명령을 입력하지 않아도 운행하는 자동차이다. 현재 AV는 5G 무선 인프라가 없어도 작동한다. 그러나 속도가 빠르고 대기시간이 짧아진 5G 통신을 바탕으로 AV 기술이 적용된 새로운 서비스가 도입될 것이다. 이렇게 통신 성능이 향상되면 엔터테인먼트(가령, 영상, 음악) 및 광대역 접속 등 운전자 또는 승객이 이용할 수 있는 서비스의 범위가 확대될 것이다. 운전자는 사고 또는 극심한 교통상황에 대한 정보가 업데이트되면서 주행 경로를 자동으로 조정하는 네비게이션을 이용할 수 있다. 차량간(V2V) 통신을 이용해 국지적으로 차선을 서로 변경하는 등 교통 흐름을 최적화하는 데 사용될 수도 있다.

감시
영상 및 음성을 기반으로 활동 또는 습관을 모니터링하는 감시 활동 또한 5G 기술과 함께 크게 변화할 것이다. 대부분의 감시 솔루션은 인터넷 프로토콜(IP) 네트워크를 이용한다. IP 네트워크는 Wi-Fi를 통해 제한된 대역폭을 제공하는 인터넷 서비스 제공자(ISP)에 연결된다. 이러한 솔루션 중 다수는 양방향 통신을 허용하지만 비대칭적 IP 네트워크의 방해를 받을 수 있다(다운로드 속도는 빠르지만 업로드 속도는 느리다.). 그러나 5G 네트워크가 제공하는 대역폭을 이용하면 1080p 고화질(HD) 등 더 높은 해상도를 갖춘 영상을 부드럽게 스트리밍할 수 있을 것이다. 기존 3G 또는 4G 무선 네트워크는 간단하게 지원할 수 없는 서비스이다.
5G의 빠른 속도는 클라우드 내에서 실시간으로 안면 감지 및 인식 기능을 지원할 것이다. 카메라가 고해상도 프레임으로 영상을 수집하면, 클라우드에 프레임마다 영상을 업로드해서 처리할 수 있을 것이다. 이 처리 과정은 카메라에서 안면을 감지한 후 수집된 데이터(얼굴마다 프레임으로 처리된 구역)를 클라우드 내 개별 서버로 분산시킴으로써 최적화될 수 있다. 이 단계는 5G 인프라를 더욱 잘 사용하도록 촉진할 것이다. 클라우드로 전달된 이미지는 크기가 더욱 작을 것이며, 이미지를 수신하는 대로 처리할 수 있어 복잡한 인식 과정을 병렬 처리하기 때문이다.

- 스마트 시티
스마트 시티는 계량기, 컨트롤러, 조명, 디스플레이 등 다양한 유형의 IoT 센서를 채용하고, 그 결과 수집된 데이터를 이용해 도시를 효율적으로 운영하는 시스템이다. 대중교통, 전력, 수자원, 쓰레기, 범죄 등 도시에서 생산되는 꽤 많은 양의 데이터를 이용한다. 예를 들어, 청소차가 재활용 쓰레기들을 처리하면서 무게를 계산한 후 쓰레기 처리장까지 흐름을 예측해서 적합한 처리장을 결정할 수 있을 것이다.
스마트 시티라는 아이디어가 처음 나온 시기는 이미 10년 이상 되었지만 당시에는 도시 속에 공존할 수 있는 많은 센서들과 효율적으로 통신할 수 있는 방법이 나오지 않았다. 예를 들어, 특정 구역에 센서들을 설치하면 수심과 흐름을 파악해서 홍수를 감지할 수 있다. 5G 기술은 이러한 센서들이 스스로 클라우드 인프라와 통신하는 등 공존할 수 있는 플랫폼을 제공한다. 5G 무선 네트워크만이 IoT 센서들이 생산해서 도시만 한 양으로 축적되는 데이터를 지원할 수 있다. 이렇게 탄력적으로 생산되는 데이터에 대한 수요를 관리할 수 있는 처리 성능을 클라우드가 제공하기 때문이다.

- 엔터테인먼트
4G 네트워크를 활용하는 일은 보통 전화기나 태블릿 PC 등 최종 장치로 내용을 전달할 때 발생한다. 소유한 장치를 이용해 영상을 시청하는 사용자를 생각해 보자. 스포츠나 콘서트 같은 경우 실시간으로 데이터가 전송되면 문제를 유발한다. 많은 사용자가 동일한 콘텐츠를 스트리밍으로 이용하더라도 네트워크는 개별 사용자에게 따로 콘텐츠를 전달하기 때문이다. 하지만 멀티미디어 방송 다중 송출 서비스(MBMS)를 이용하면 하나의 스트림을 통해 전달되는 콘텐츠를 공유할 수 있어 데이터가 사용하는 대역폭이 감소한다. 이러한 기능은 동일한 콘텐츠에 접속하는 장치의 갯수가 사전 정의된 임계값을 초과할 때 유니캐스트에서 멀티캐스트로 동적으로 변환되는 MBMS 온디맨드(MOOD)를 통해 확장되어 왔다. 5G 네트워크를 통해 전달되는 콘텐츠의 양이 성장하면서 MOOD는 디지털 텔레비전을 변형시킬 것이다.

- 클라우드 기반의 게임
클라우드 게임(또는 주문형 게임)을 이용하면 클라우드가 스마트폰, 컴퓨터, 스마트TV 등 다른 장치에서 실행하는 게임을 즐길 수 있다. 다른 영상이 스트리밍 되는 것처럼 게임 영상도 장치로 스트리밍 되기 때문이다. 최근 구글이 개발한 클라우드 게임 플랫폼 Stadia™는 5G 성능을 제대로 이용하는 기회가 될 수 있다. 이 플랫폼은 태블릿 PC 등 피어 장치를 이용해서 게임의 연산 수준을 높이고 클라우드로 영상 렌더링을 처리하기 때문에 게임의 영상을 스트리밍으로 전달하고 사용자 입력으로 게임을 제어한다. 5G 대역폭과 낮은 응답시간은 클라우드에서 게임을 즐기는 데 이상적인 조건이다.

- 클라우드 저장
이렇게 새롭고 빠른 5G 네트워크를 이용할 수 있는 또다른 흥미로운 분야는 STaaS(Storage as a Service)로, 클라우드 인프라에서 탄력적인 저장 능력을 채용함으로써 저장 성능을 확장하는 방식이다. 클라우드 기반의 저장 능력을 갖추면 특정 장치에 얽매이지 않고 데이터의 보안을 유지할 수 있다. 그 결과 장치간 데이터를 공유할 수 있고 클라우드를 기반으로 데이터를 보호함으로써 데이터의 신뢰도와 가용성이 개선될 것이다. 이는 또한 최종 장치의 저장 성능에 따라 제한을 받는 콘텐츠의 구성 방식에도 변화를 줄 수 있다. 5G 네트워크는 이러한 애플리케이션을 활용할 수 있는 대역폭과 대기시간을 제공한다.

요약

기술이 진화함에 따라 기술은 이론적으로 가능한 한계에 도달하고 있다. 따라서 제품 개발자들은 사용할 수 있는 기술에 맞춰 제품의 성능을 구현할 수 있도록 기술적 한계를 실험하고 있다. 새로운 5G 무선 인프라가 제공하는 플랫폼과 기술적 발전은 새로운 영역의 제품이 개발될 수 있도록 통신의 한계를 확장하고 있다. 이러한 한계의 원인이 대역폭, 지연시간 또는 밀도이건, 소비자 입장에서 볼 때 5G 네트워크는 새로운 제품과 새로운 경험을 제공하는 촉매제를 의미한다. 5G 기술은 또한 장치들이 클라우드 기반의 인프라에 계속 의지하게 되는 IoT 등 혼합 컴퓨팅 환경에 대한 새로운 구조를 제공한다.