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5G로 가는 여정, 4G LTE가 발판이 되다

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5G는 엄청난 잠재력을 가진 것으로 알려진다. 하지만 이 기술의 잠재력을 최대한 활용하기 위해서는 가야 할 길이 멀고 장기적인 관점의 접근법이 필요하다.

글/루트거 뵈거링(Ludger Boeggering), 유블럭스 셀룰러 시장개발 및 제품전략 선임

4차 산업 혁명으로 접어들고 있다는 뉴스는 이제 더 이상 새롭지 않다. IoT(사물 인터넷), 인공 지능, 보편적 무선 커넥티비티, 혼합 현실, 블록체인, 자율 주행차, 클라우드, 그 밖에 무수히 많은 신기술들이 산업의 지평을 바꿔놓고 있다. 디지털 시스템과 물리 시스템이 산업용 IoT(IIoT)로 융합되고 있으며, 이 가상-물리 시스템이 산업 4.0의 토대를 이룬다.
현재 모두의 이목이 쏠려 있는 기술이 5G다. 어떤 기업들은 5세대 셀룰러 통신 기술이 과대선전 되고 있다고 여기고, 또 어떤 기업들은 얼리어답터로서 근본적인 변화에 대비하기 위해서 분주히 움직이고 있다. 이 중간의 기업들은 기술이 자리를 잡고 성숙해졌을 때 고객들이 필요로 하는 새로운 제품과 솔루션을 제공하기 위해서 신중하게 5G에 투자하고 있다.
이러한 떠들썩한 선전에도 불구하고, 산업용으로 5G는 널리 채택되기 위해서 아직 몇 년이 더 걸릴 것이며, 전통적으로 보수적인 산업 분야는 새로운 표준인 릴리즈 17이 최종적으로 발표되기 전까지는 IIoT에 대한 투자를 유보하려고 할 것이다. 그렇다면 조만간 퇴출될 것처럼 비쳐지는 기술인 4G LTE에 돈을 쏟아 부을 이유가 있을까?
대답은 간단하다. 4G LTE가 쓸모 없어지려면 아직 멀었으며, 앞으로 여전히 계속해서 성장하고 기반을 넓혀갈 것이며, 지금까지보다도 더 오래 동안 시장을 지배할 것으로 전망되기 때문이다. 실제로 4G LTE 네트워크는 5G가 자리잡도록 보완하고 떠받치는 역할을 할 것이다.
5G를 둘러싼 떠들썩함 가운데서 한 가지 놓치는 점은, 2020년대가 거의 끝나갈 때까지도 산업용 IoT 솔루션 용으로 4G LTE가 가장 강력한 경쟁자로서 살아남을 것이라는 점이다. 이 글에서는 왜 그런지 그 이유를 알아본다. 또한 새로운 5G 시대에 어떻게 잘 대비할 수 있으며, 오늘날의 4G LTE 기술을 활용해서 5G의 잠재력을 어떻게 잘 활용할 수 있는지 살펴본다.

▲ 사이버-물리 시스템은 인더스트리 4.0을 구성하는 기본 구성 요소이다.

궁극의 게임 체인저

5G가 근본적인 변화를 가져올 것임은 의심의 여지가 없다. 5G가 선전하는 것들 대부분이 현실로 실현될 것이다. 실제로 약속한 대로 사회적으로 근본적인 변화들을 가져올 것이다. 이것의 정점을 찍는 것이 ‘만물 인터넷(Internet of Everything)’이다. 이것은 다음과 같은 혁신에 의해서 가능하다.
• 5G는 서브 1GHz와 밀리미터파(24GHz 이상)를 포함한 새로운 스펙트럼 대역을 추가함으로써 용량을 확장한다.
• 밀리미터파 대역으로 최대 1GHz 채널 대역폭을 제공하므로 극히 높은 광대역 속도를 달성한다.
• 다양한 용도에 사용하도록 범용성이 뛰어난 새로운 무선 인터페이스(5G NR)를 도입한다.
• 산업용으로 요구를 충족하고 필요한 성능을 제공하기 위해서 새로운 코어 네트워크를 필요로 하고 스몰 셀, 네트워크 슬라이싱, 네트워크 가상화, 에지 컴퓨팅 같은 것들을 사용해야 할 것이다.
글로벌 셀룰러 통신 표준을 정의하는 표준화 기구로서 3GPP에서 정의한 5G 표준은 산업용 애플리케이션으로 다양한 새로운 활용 사례를 가능하게 한다. 5G는 다음과 같은 세 가지 향상을 이룸으로써 차세대 인간 기계 인터페이스에서부터 자동화 제조, 유비쿼터스 센싱, 클라우드 커넥티비티에 이르기까지 다양한 활용 사례를 가능하게 한다:
• 향상된 모바일 광대역(enhanced mobile broad-band: eMBB)는 데이터 전송 속도를 10Gbps 이상으로 높이고 용량을 30배 이상 높인다.
• 초고신뢰 초저지연 통신(ultra-reliable low latency communication: URLLC)은 99.9999%에 이르는 놀라운 신뢰성과 밀리초 대의 지연시간을 달성한다.
• 대규모 머신 타입 통신(massive machine type communication: mMTC)은 오늘날의 저전력 광역(LPWA) 네트워크를 더욱 확장해서 낮은 전력과 낮은 비용으로 분산적인 데이터를 제공한다.

▲ LTE 네트워크는 향후 10년 잉상 더 활용이 가능할 뿐 아니라, 5G 시대에도 계속 진화할 것으로 예상된다.

주춤거리는 출범 시기

앞으로 많은 일들이 이루어질 것이다. 하지만 5G가 전세계에서 본격적으로 출범하기 위해서는 시간이 걸릴 것이다. 모바일 네트워크 사업자들은 시장으로 등장하는 비즈니스 모델이나 투자를 하고자 하는 자신들의 의지나 역량에 따라서 일정을 조율할 것이다. 그런데다가 3GPP는 모든 산업 분야와 관련해서 5G 표준을 한 번에 내놓고 있지 않다. 대신에 매 새로운 릴리즈마다 추가적인 기능들을 도입하고 있다.
3GPP 릴리즈 15는 주로 eMBB와 (컨슈머 시장과 관련해서) 고속 데이터 전송을 가능하게 하기 위한 것이다. 릴리즈 15는 3개의 서브 릴리즈로 구성된다. 첫 번째 서브 릴리즈는, 4G LTE 네트워크의 토대 위에서 NSA(non-stand-alone) 구현에 관한 것으로서 패스트 트랙에 상정되어서 2017년 하반기에 발표되었다. 그리고 주요 MNO들이 도심 지역의 주요 시장으로 이 기술을 도입했다.
두 번째 서브 릴리즈는 5G SA(stand-alone) 구현에 관한 것으로서, 2018년 중반에 최종적으로 마무리되었다. 세 번째 서브 릴리즈는 2019년 초에 나왔으며, 몇 가지 기술적 향상을 추가했다. MNO들이 여전히 5G NSA를 구축하느라 바쁜 가운데, SA 구현이 본격적으로 자리잡기까지는 몇 년이 더 걸릴 것으로 보인다.
2020년 상반기로 예정되어 있는 3GPP 릴리즈 16은 URLLC와 mMTC에 관한 것이며, 특히 전용적인 네트워크 구현을 필요로 할 것이다. 2021년 4분기로 예정되어 있는 릴리즈 17에서는 이 두 가지를 더 확장한다.

▲ 데이터는 실시간 품질 관리, 예방 경비, 통합 공급 및 유통망, 인력 모니터링 등을 실현할 수 있는 도구로서 전략적 가치를 얻고 있다.

LPWA의 매끄러운 이전

3GPP 컨소시엄은 오늘날 빠르게 가속화하고 있는 LPWA의 수명을 길게 하면서 4G LTE에서 5G 기술로 매끄럽게 넘어갈 수 있도록 좀 돌아가는 길을 택하고 있다.
LTE 네트워크는 또 다른 십 년 혹은 그 이상까지 사용될 뿐만 아니라, 5G 시대로 접어들고서도 전력 소모, 성능, 디바이스 크기, 기능, 비용 같은 것들을 향상시키면서 계속해서 진화할 것으로 예상된다. 5G가 메인스트림으로 자리를 잡더라도 역호환성을 통해서 4G LTE 솔루션이 계속해서 제공될 것이다. 오늘날 4G 네트워크로 사용되는 ‘레거시’ LPWA 디바이스가 5G 네트워크와 호환이 가능하게 될 것이다.
이 점에서 왜 일부 산업 분야들에서 운영을 합리화하고 효율과 생산성을 높이기 위해서 향상된 4G LTE를 수용하고 있는지 이해할 수 있다. 이러한 추세는 5G 시대로 접어들고서도 오히려 가속화할 것이며, 오늘날 여전히 매우 분열적인 유선 기술들이 장악하고 있는 공장 환경으로 판도 변화를 가져올 것이다.
오늘날 제조 설비는 ‘커넥티비티 섬’들로 이루어졌으며 이들 섬은 게이트웨이를 통해서 연결된다. 기존 기술들은 분열적이고 상호운영이 불가능하다. 그러므로 각기 다른 산업용 네트워킹 기술을 연결하기 위해서 일련 프로토콜 변환이 필요하다.
이와 달리 산업 4.0은 모든 프로세스와 자산을 어느 때나 파악할 수 있다. 상품, 생산 시스템, 조달망, 사람, 프로세스 간에 매끄럽게 통신할 수 있으며, 단일화되고 견고하고 신뢰할 수 있는 무선 커넥티비티가 이것을 가능하게 한다.

다양한 새로운 비즈니스 모델 등장

변화를 맞는 것은 운영뿐만 아니다. 데이터에 손쉽게 접근할 수 있게 됨으로써 비즈니스 모델 자체가 완전히 바뀌고 있다. 갈수록 더 많은 데이터가 생성되고 있으며, 실시간 품질 관리, 예측적 유지보수, 통합적 유통망 관리, 인력 모니터링 등을 위해서 데이터의 전략적 가치가 높아지고 있다. 그럼으로써 산업 전반으로 근본적인 변화를 가져오고 있다.
산업 4.0이 ‘오늘 주문한 것을 내일 납품한다’는 슬로건을 내세우며 가속화되고 있다. 수십 년 동안 계속되어 왔던 중앙집중적 대량 생산이 바뀌고 있다. 대량생산하던 상품을 소량 맞춤화 생산하기 위해서는 최종 고객에 가까운 곳에서 생산해야 한다.
또 다른 혁신은 추적가능성이다. 산업 4.0에서는 작업 관리자가 생산에 사용되는 모든 부품의 정확한 출처를 알 수 있다. 현장에 설치하고 난 다음에는 지속적인 모니터링을 해서 취약점을 발견해 내고 이것을 반영해서 다음에 생산하는 제품의 품질을 개선할 수 있다. 그리고 새로운 차원에서 데이터로부터 통찰을 이끌어내고 이를 활용해서 서비스와 지원을 향상시킬 수 있다.
또한 산업 4.0은 유선 커넥티비티가 필요하지 않은 기술을 사용해서 제조를 더 민첩하고 유연하게 할 수 있다. LPWA와 5G 기술은 과거의 유선 솔루션보다 더 손쉽게 구축할 수 있으므로, 다량의 데이터를 수집하기 위해서 필요한 투자를 줄일 수 있다. 기존 설치나 신규 설치로 빠르게 구현할 수 있다. 고품질 정보를 제공하며, 작업자 안전을 향상시킬 수 있다. 훨씬 더 유연하게 구현할 수 있고, 손쉽게 확장할 수 있다.

산업 자동화 한 차원 도약

이러한 대량의 데이터 풀을 활용하고 이로부터 유용한 통찰을 끌어내기 위해서는 자원, 상품, 사람뿐만 아니라 조달, 생산, 유통망의 흐름에 대해서 전체적인 관점에서 접근법이 필요하다. 모든 기계와 여타 설비의 가동과 유지보수, 작업자들의 안전도 포함된다.
상품, 생산 시스템, 프로세스 사이에 이러한 통신을 구축하기 위해서는 모든 프로세스에 대한 이해와 감독이 필요하다. 컨베이어 벨트 상으로 프로세스를 합리화하기 위해서 정교한 계획, 실행, 프로세스 관리가 필요하며, 현지에서의 생산 역량을 강화하는 것 또한 필요하다.
이러한 접근법을 위해서는 OT(operational tech-nology)와 IT(information technology)를 융합해야 하며, 이것의 정점을 이루는 것이 디지털 트윈이다. 디지털 트윈은 모든 제조 프로세스에 관한 정보를 가상적으로 표현한 것이다. 디지털 트윈이 범위와 깊이에 있어서 진보하고 성숙함에 따라서 자원, 상품, 자산뿐만 아니라 가동 인프라, 기계, 외부 조달망에 대해서까지 점점 더 상세한 데이터와 정보를 연결할 수 있을 것이다.

사설망 - 5G로 가기 위한 발판

하지만 5G가 공용 네트워크로 본격적으로 출범하기까지는 몇 년이 더 걸릴 것이다. 이 동안에는 기업이나 전문적인 서비스 업체들에서 소유하고 운영하는 비공용 네트워크가 신뢰성, 가용성, 낮은 반환 시간, 데이터 프라이버시 같은 문제들을 해결하기 위해서 가장 빠른 방법이 될 것이다.
4G LTE를 사용해서 이미 가능한 비공용 네트워크는 네트워크 파라미터와 무선 스펙트럼 활용을 특정한 요구에 적합하게 조정할 수 있다. 이러한 사설망은 중요도 높은 애플리케이션을 지원할 수 있고, 5G에 버금가는 극히 낮은 지연 시간, 극히 높은 데이터 전송 속도, 높은 수준의 안전성을 달성할 수 있다.
제조 설비, 물류 창고, 조달망 등이 사설망을 유리하게 활용할 수 있는 분야들이다. 제조 설비는 다양한 기술들을 사용하기 때문에 단일의 플랫폼으로 통합하기가 어렵다. 4G LTE와 향후의 5G 사설망은 새로운 차원의 범용성, 확장성, 손쉬운 구현을 가능하게 할 것이다.
많은 국가들에서 전적으로 산업용 사설 셀룰러 네트워크 용으로 스펙트럼을 확보하기 시작했다. 독일은 3.7~3.8GHz 대의 스펙트럼을 예비하고 있으며, 스웨덴도 그 뒤를 따르고 있다. 일본은 2.4GHz, 4.5GHz, 4.6GHz, 28.2~29.1GHz 대의 스펙트럼을 예비하고 있고, 영국은 1.8GHz, 2.3GHz, 3.8~4.2GHz, 24.25~26.5GHz 대의 스펙트럼을 예비하고 있다.
독일 연방 네트워크 청은 최대 10년의 한정된 기간으로 주파수를 할당하고 있으며, 연간 사용료는 신청한 대역폭, 기간, 커버리지 범위에 따라서 유로로 4~5자릿대의 금액이다. 이렇게 매력적인 금액대로 제공할 수 있는 것은 이들 대역이 대체로 모바일 네트워크 사업자들에게 환영받지 못하는 대역들이기 때문이다.

커넥티드 산업의 미래를 이끌다

u-blox는 커넥티드 산업의 미래를 형성하는 데 기여하고 있다. 3GPP 컨소시엄에 적극적으로 참여하고 있는 회원사로서, NB-IoT와 mMTC 표준화에 힘을 보태고 있다. 또한 산업용으로 5G 기술을 활용하는 것에 관한 연구에도 참여하고 있다.
5G-SMART는 유럽 위원회에서 자금을 지원하는 연구 프로젝트로서, 업계(Bosch, ABB, Ericsson, u-blox 등)와 학계(룬드 대학, 발렌시아 공과대학, 프라운호퍼 연구소)의 파트너들이 참여하고 있으며 실제 제조 현장으로 5G의 잠재력을 평가하기 위한 것이다. 또한 u-blox는 5G-ACIA의 회원사로서, 여러 IT 및 OT 회사들과 팀을 이뤄서 커넥티드 산업으로 5G 기술과 5G 네트워크의 잠재력을 어떻게 최대한 활용할 수 있을지 연구하고 있다.

▲ 유럽 위원회로부터 자금 지원을 받고 있는 5G- SMART는 5G의 잠재가능성을 실제 제조 환경에서
평가하기 위한 파트너들을 산업계와 연구계로부터 끌어모으고 있다.

5G로 가는 여정 - 지금 당장 시작해야 한다

5G는 셀룰러 통신 기술을 활용할 수 있는 응용 범위를 넓힘으로써 커넥티드 산업을 한 차원 도약시킬 것이다. 하지만 이 표준이 산업용에 활용할 수 있을 만큼 성숙해지고 모바일 네트워크 사업자들이 5G 기반 솔루션을 구현하기 위해서 필요한 인프라를 구축하기까지는 몇 년이 더 걸릴 것이다. 다행인 것은 3GPP가 오늘날의 4G LPWA 기술에서 5G로 매끄럽게 넘어갈 수 있도록 좀 돌아가는 길을 택하고 있다는 것이다. 이것은 다시 말해서 지금 당장 5G 여정에 착수해야 하고, 4G LPWA가 이미 제공하는 가능성들을 활용해서 새로운 비즈니스 모델이 가능하고, 기술적으로 경쟁에서 앞서 나갈 수 있으며, 이렇게 하는 것이 장기적으로 이득일 수 있다는 뜻이기도 하다. 

leekh@seminet.co.kr
(끝)
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