"올해 초 상용화를 목표로 하던 5G 이동통신 시장이 지난 4월 기점으로 서비스가 출시되었다. 서비스 퀼리티에 대한 말은 많지만, 전 세계 최초라는 화두는 기술 엔지니어로서 볼 때, 의미 있는 한마디이기도 하다. 그러나 업계 엔지니어의 견해로는 아직까지 진정한 5G라 부르기에 기술적 미진한 점이 일부 있어, 왜 현재의 5G가 진정한 5G라고 보기 어려운지 살펴보았다."

엔지니어만 아는 5G를 5G라 부르지 못하는 3가지 이유!

“현실적으로는 사용자가 체감하는 저 지연 서비스는 안 되고 있다고 보입니다.
사용자와 기지국에 붙어 있는 서버 사이의 통신을 통한 저 지연성은 서비스는 잘 되고 있는 것으로 보이며, 좋은 기술이라고 보입니다만, 종단간의 실질적 저 지연 서비스가 되려면 아직 풀어야 할 숙제가 여전히 존재하고 있습니다. “
2019 KRnet ETRI 정태식 박사 발표중

왜 현재의 5G를 진정한 5G라 부르지 못하는가?

현재의 5G 서비스가 왜 진정한 5G 서비스가 되지 못하는지에 대해 이해하려면, 우리가 흔히 알고 있는 3GPP LTE, LTE-A와 같은 4G 이동통신 사용자와의 이용 서비스를 비교해 보면 쉽게 이해할 수 있다.

현재 5G 이동통신 단말기 사용자는 통신사 발표 자료 기반 최대 20Gbps 속도를 내고 있다고 함에도 불구하고, 사용자의 실제 사용 사례를 보면 기존의 4G LTE를 통해 사용하던 서비스와 별반 다르지 않는 영화 다운로드, 면대면 커뮤니케이션, 빠른 속도의 게임 접속 및 수행 정도이며, 산업계에서는 5G기반의 자율주행차량 시범 운행 정도인 것으로 보인다. 실제 VR서비스를 한다고는 하지만 종단간의 실시간 스트리밍을 통한 VR 서비스라기 보다는 다운로드 후 시청하는 VOD 서버스에 가깝다.

그러나 우리가 애초에 들었던 5G 서비스는 지금 사용하고 있는 서비스와 비교하기 어려울 정도의 대량의 실시간 데이터 통신을 요하는 사항으로, 바로 아래 그림과 같은 VR/AR , AI Assistant , Auto Vehicle , SmartCity, Robot , Disaster 등과 같은 내용이다. 즉 1ms에서 10ms 사이의 지연성을 준수하고, 초당 80Mbps에서 2Gbps의 속도를 종단 간 소화해 낼 수 있는 서비스 이것을 우리는 처음 5G라고 불렀었다.
- 지연성 이슈
첫째 우리가 사용하는 5G가 엔지니어링적 측면에서 5G라 불리지 못하는 가장 중요한 포인트는, 종단 간 1ms에서 10ms 사이의 저지연성 기반으로 네트워킹하지 못한다는 것이다. 실제 사람과 사람, 사람과 사물 사이의 자연스러운 실시간성을 보장하기 위해서는, 10~15ms 이내의 지연성이 보장 되어야 자연스러운 의사소통이 가능하다. 네트워크 상에서는 2ms 내 지연성이 보장되어야 하는데 이는 시스템간의 트래픽 이동 지연 부분을 감안해야 하기 때문이다. 유선망의 경우 현재 광케이블이 1km당 0.5ms를 보장한다고 한다. 이 경우 400km까지는 실시간성이 보장 될 수 있어 유선상 에서의 실시간성은 현재 충분히 보장되고 있다고 볼 수 있다.

그러나 현재 5G에서는 무선 상으로 살펴볼 때 현재 H.264 캡쳐 이미지 전송 기준으로 종단 간 지연시간이 39.9ms를 기록하여, 사용자간 혹은 원격지상에서의 실시간성은 보장되지 않는다. 이는 일반적인 통신 분야와 달리 미션 크리티컬한 분야일 경우 자칫 인명피해 내지 자산의 큰 손실을 불러일으킬 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 통신사에서는 MEC(Multi Access Edge Computing)와 같은 에지 단 에서의 데이터 분석, 처리, 저장 하는 컴퓨팅 서비스를 적용하고 있다. 즉 사용자가 주고받는 데이터를 중앙화된 클라우드까지 모두 전송하는 대신, 에지 단에서 필요하다고 판단되는 데이터만 클라우드로 전송하고, 대부분 에지에서 처리하여 지연 시간을 단축하는 기술로 고대역폭 애플리케이션에 적용되고 있다.
- 기준 미비 이슈
둘째 원격제어 기반 산업융합 서비스의 안정적 제공을 위한 고정밀 네트워킹 기술이 아직 기준 조차 확립되지 못하였기 때문이다.

TSN이라고 불리는 현재의 산업용 네트워크 기술은 이더넷 기반의 가장 빠르고 신뢰성 높은 차세대 산업용 네트워킹 기술이라고 볼 수 있다. IEEE 802.1 TSN Task Group 통해 기준이 정립되고 있으며, 현재 5G통신을 TSN 기술에 연동하기 위한 다양한 종류의 환경별 요구 사항을 확정하고, 이를 분과별로 나눠 개발하는 중에 있다.
“5G는 무선통신입니다. 무선으로 수많은 노드에 정보를 전달하죠. 무선이기 때문에 5G의 실시간성과 시간결정성은 기계의 정밀함을 만족시킬 수 없습니다. 또한 기계 내부 통신까지 5G로 할 수는 없는 노릇입니다. 따라서 5G 데이터를 OT 영역으로 내리려면 TSN과 함께 사용해야 합니다.”
지난 4월 본지와의 인터뷰를 진행한 B&R 사재훈 차장의 산업계에서 보는 5G에 대한 입장이다.

현재 사용하고 있는 5G 통신이 스마트 팩토리와 같은 산업분야에 연동 되려면 IEEE에서의 5G 지원을 위한 TSN 기술 표준화 작업이 완료되어야 한다.

현재 IEEE에서는 2012년부터 TSN에 대한 표준화를 진행 중에 있으며, IETF에서는 TSN의 기능을 확장하기 위한 IP/MPLS 기반의 DetNet기술 표준화 작업 또한 2014년부터 진행 중에 있다.

국내에서 TSN에 대한 기술 개발을 진행 중인 ETRI에 따르면 TSN은 현재 국제 표준화가 진행 중인 관계로 TSN을 완벽하게 지원하는 제품(칩셋, 엔드포인트, 스위치)은 없는 상태라고 하였다.

현재 TSN의 IEEE 표준 현황에서 크게 보면 시간 동기화 , 트래픽 무손실 , 패킷 스케쥴링 까지는 완료되었으나, 실제 현장에서 사용되기 위한 제어와 프로파일링이 초기 단계로, 실제 5G와 연계되어 산업 현장에서 5G를 TSN과 연결 하는 부분에 대한 구현은 불가능하다.

- 인프라 스트럭쳐 이슈
셋째는 실시간 인터액티브, 고정밀 원격제어 서비스를 위한 고가용 네트워킹 기술이 아직 미비한 현실이다.

네트워크에서 아무리 지연시간을 줄이더라도, 선로상 장애가 발생하여 패킷 손실이 발생한다면 서비스 입장에서는 다시 한 번 재전송을 해야 하는데, 이러한 경우 재전송으로 인한 지연이 발생할 수 있다. 또한 실시간으로 수집된 데이터는 손실 발생시, 다시 보낼 수 없는 크리티컬한 상황이 발생할 수도 있다.
이렇게 보면 단순히 지연 시간을 줄이는 것만 중요한 것이 아니라 네트워크에서의 가용성인 데이터 생존성과 같은 기술이 병행 개발되어야 한다.

현존하는 생존성 기술은 전통적으로 음성 서비스를 보호하는 수준의 기술로, 통화 장애시 50ms 이내에서 사용자가 통화할 때 끊어짐을 느낄 수 없는 정도의 품질이다.

이 정도의 생존성 기술 수준에서, 미션 크리티컬한 서비스의 경우 실질적인 데이터복구가 어렵다고 볼 수 있다.
경우에 따라 2ms의 복구 속도를 요구하거나, 혹은 무손실을 요구하는 미션 크리티컬한 상황이 있기 때문에 기존의 보호 절체 기술로는 실시간 인터액티브 및 고정밀 원격제어에 어려움이 있을 수밖에 없다.

2019 KRnet에서 초 저지연을 위한 5G 솔루션 발표를 진행한 ETRI의 정태식 박사는 "현재까지 데이터 보호절체기술이 트래픽이 많이 모이면 데이터만 전달하는 것이었다면, 앞으로는 종단 간의 실시간 크리티컬한 서비스에 적합한 보호절체 기술이 개발되어야 하며, 높은 데이터 생존성을 확보하기 위해 최대한 많은 백업 자원을 확보 위한 망 구축과 함께 그에 부응하는 기술 메커니즘이 준비되어야 한다." 라고 하며 "이외에도 실제 구축 비용 면에서 효율적인 생존성 메커니즘이나 방식이 연구되어야 할 필요가 있다." 고 하였다.

과거 어느 매체에선가 5G는 무엇인가? 라며, “5G는 전문 용어이면서 동시에 마케팅 어구이기도 하다” 라고 한 적이 있다. 2019년 5G 서비스를 세계 최초로 런칭한 대한민국 통신 기술이, “엔지니어들도 5G라 부를수 있는 5G"가 되기 위해서는, 초고속 통신 기본 3가지인 "저지연, 통신기준, 인프라 스트럭쳐" 3박자가 어울어져야 기술적 완성도 높은 5G로 자리 매김 하게 될 것이다.