차세대 통신기술들의 등장 5G 통신환경 고도화

초저지연 및 고효율 전송기술로 세대교체

이동통신 환경이 5G로 고도화되면서 기존 통신기술의 세대교체도 빠르게 이어지고 있다.

통신품질은 전체 네트워크 구조상 가장 낮은 성능의 인프라로 정해지는 경향이 있기 때문에 여타 통신기술의 고도화가 함께 이루어지지 않으면 5G도 제 성능을 내기가 어려워진다.

단순히 속도만 올리는 것이 아니라, 어떻게 하면 가장 높은 효율로 트래픽을 제어할 수 있을지에 대한 해답을 찾아가는 과정이라고 할 수 있다.

시간확정형 네트워킹 기술

'시간확정형 네트워킹(DetNet)' 기술은 원거리에서 연결된 기기 간 데이터 전달 시간을 최소화하면서 데이터 손실이 없어 정밀한 제어를 가능하게 한다.

한국전자통신연구원(ETRI)과 한국정보화진흥원(NIA)은 지난해 10월 대전~서울 간 왕복 430km에서 광전송 시스템을 연결하는 노드 간 기가(Gbps)급 데이터 전송 시연에 성공했다.

현재 인터넷을 구성하는 패킷 장비들은 간섭이 발생하면 트래픽을 전달하는 과정에서 얼마나 지연이 발생할지 알 수 없고 네트워크 장애가 발생하면 이를 복구하는 과정에서 전달 중이던 정보가 손실된다.

복구를 하더라도 정보를 다시 보내야 하는 등 부가 작업이 필요하기 때문에 서비스 품질이 떨어지게 된다.

'뎃넷(DetNet)' 기술은 트래픽이 폭주하는 상황에서도 최대 지연시간이 정해져 있다. 따라서 아무리 늦어도 노드당 10㎲(10만분의 1초) 이하의 지연시간으로 데이터를 전송할 수 있다.

또한 전송 중 네트워크에서 장애가 발생하더라도 데이터 손실이 없기 때문에 추가 지연이나 중요 정보 유실을 근본적으로 차단할 수 있다.

특히 근거리망(LAN)에 국한된 기존 기술을 개선하여 보다 넓은 범위인 전국 규모의 기업망에서도 통신이 가능하도록 개발되었다.

본 기술은 인터넷 국제표준화 단체 IETF에서 표준화 작업이 진행 중이다.

SK텔레콤과 코위버, 우리넷 등 중소기업과의 공동연구를 통해 개발한 '뎃넷' 연구 시제품뿐만 아니라 중소기업의 시간민감형네트워크(TSN) 스위치까지도 연동에 성공해 큰 의미가 있다는 설명이다.

ETRI 측은 노드당 지연시간을 4㎲(100만분의 4초) 이내로 줄여 현재보다 2.5배 지연 성능을 개선하고 장애가 다중으로 발생해도 손실이 없도록 고도화할 계획이다.

아울러 전송시간도 기존 1기가급에서 10기가(Gbps)급 이상으로 끌어올린다는 방침이다.

400Mbps급 위성통신 기술

위성신호를 필요한 곳에 능동적으로 보냄으로써 통신효율을 높인 기술도 개발됐다.

ETRI는 수요에 따라 위성 자원을 가변 할당할 수 있는 '빔 호핑(Beam Hopping)' 기술을 활용한 위성통신 모뎀을 개발했다.

특정 지역에 고정적으로 위성 자원을 할당하는 기존 위성통신의 경우, 통신 수요가 거의 없는 넓은 바다나 영공에도 동일하게 신호를 보내야 했다.

반대로 트래픽이 많이 발생하는 지역이라도 추가 자원 할당이 불가능해 통신 효율성이 떨어졌다.

'빔 호핑' 기술은 넓은 지역에서도 꼭 필요한 선박, 항공기가 있는 곳에만 신호를 보냄으로써 통신 속도를 높일 수 있다.

테스트 결과, 서비스 관점에서 데이터 용량 및 분배 효율이 각각 기존 기술 대비 최대 15% 및 20% 증가했고 통신 속도는 빔당 최대 400Mbps를 기록했다.

현재 동일 주파수 대역으로 가능한 최대 속도는 150Mbps 수준으로 본 기술 적용 시 비행기 내에서 동시에 100명 이상의 사용자가 HD 동영상 스트리밍을 수신할 수 있게 된다.

위성신호가 변화함에 따라 위성 지상 관문국 간 신호를 동기화하는 '망 동기' 기술과 '가변 데이터 전송기술'이 핵심이다.

데이터를 사용자 요구사항에 맞춰 동적으로 변화시켜 전송해준다.

ETRI는 망 동기 기술을 보완하고 고속모뎀을 개발해, 현재 400Mbps급의 속도를 1Gbps급으로 높일 계획이다.

이동형 기가 와이파이 기술

버스에서도 기가급 와이파이를 사용할 수 있게 된다.

ETRI는 22GHz 대역 밀리미터파 주파수를 활용하여 버스와 지상 기지국을 연결하는 백홀통신망 기술인 'MN(Moving Network)' 시스템을 선보였다.

현재 버스에서 제공되는 공공 와이파이 서비스는 LTE 기술을 이용하고 있다.

서비스 품질을 높이기 위해서는 높은 대역의 밀리미터파를 이용해야 한다. 하지만 밀리미터파는 신호 도달거리가 짧고 회절이 잘 일어나지 않아 실외 환경에서 사용이 어렵다는 난제가 있었다.

'MN' 시스템은 필요한 곳에 효율적으로 신호를 보내는 빔포밍(Beam Forminh) 기술과 여러 개의 빔을 제어하고 관리할 수 있는 빔스위칭(Beam Switching) 기술을 통해 이를 극복한다.

ETRI는 작년에 기지국 시스템과 차량단말용 시스템을 각각 대전시청 인근 건물 옥상 등 시야각이 잘 나오는 3곳과 차량에 설치해 성능을 테스트했다.

시험 결과, 기지국 장치와 차량 단말 간 최대 2.5Gbps 전송속도를 냈다. 현재 버스 와이파이에서 제공되는 20Mbps 속도를 최대 120배까지 높인 속도다.

2022년까지 모든 버스에서 1Gbps 와이파이 서비스가 가능하도록 만들겠다는 목표다.