[데이터넷] 디지털 뉴딜에 대한 관심이 높아지고 가운데 5G 단독모드(SA) 상용화를 향한 통신사업자들의 경쟁에도 속도가 더해지고 있다. 밀도가 높은 저지연 엣지 네트워크를 합리적인 가격으로 안전하게, 그리고 쉽게 유지 관리할 수 있는 방식으로 구축해야 하는 상황이다. 그러나 통신사업자들이 더 빠른 연결, 안정적인 데이터 스트리밍, 그리고 잠재적인 비즈니스 이점들을 확보하기 위해서는 새롭게 직면하게 된 도전과제들을 해결해야 한다. <편집자>

5G 배치까지의 과정은 결코 간단하지 않다. 새로운 5G 네트워크는 밀도가 높고 복잡하며, 운영 및 유지관리 비용도 높기 때문이다. 커넥티드 카(Connected Car)처럼 특정 분야에 적용하기 위해서는, 초지연성뿐 아니라 예측 가능성과 같은 확정성이 필수적이다. 이에 더해 통신사업자(CSP)들은 잠재적인 보안 문제도 고려해야 한다.

5G가 직접적으로 영향을 미치는 분야는 무선 접속 네트워크(RAN: Radio Access Network)의 설계와 아키텍처다. 간단히 설명하면, RAN은 모바일 디바이스를 통신 사업자의 코어 네트워크와 연결해주는 엣지 기반의 기능을 총칭한다. 하지만 RAN은 단순한 문제가 아니다. 5G가 필요로 하는 지연 속도와 네트워크 로드는 RAN에 엄청난 부담을 주고, RAN 장비를 배치하기 위해 사용했던 기존의 방법들은 이렇듯 새로운 니즈를 제대로 충족하지 못할 것이기 때문이다.

이에 따라 CSP들은 5G에 요구되는 성능과 유연성, 그리고 비용 효율성을 보장하는 새로운 클라우드 기반의 가상 RAN(vRAN)을 필요로 하는 상황이다.

원활한 5G 배치 위해 해결해야 할 과제들

1. 5G 분산형 네트워크 복잡성 경감
5G 네트워크는 현재 생산 중인 그 어떤 네트워크보다 복잡하다. 여기에는 여러 가지 이유가 있지만, 첫 번째 요인은 바로 밀도이다. 5G 네트워크는 4G에 비해 밀도가 훨씬 더 높다. 표준 4G의 경우 단 하나의 매크로셀로 약 25km2에 달하는 면적을 커버할 수 있는 반면, 5G는 동일한 면적을 커버하기 위해 개별 안테나와 RAN 하드웨어가 설치된 20여개 이상의 셀이 필요하기 때문이다. 뿐만 아니라 5G 신호가 실내로 들어가게 되면 밀도는 더욱 높아진다.

5G 네트워크는 밀도가 높기 때문에 변환 및 관련 트래픽 관리가 중요하며, 다음과 같은 이유로 상당한 엣지 컴퓨팅 파워가 필요하다.

• MIMO는 기지국과 사용자 단말기 모두에서 알고리즘으로 작동
• ‘빔포밍(beamforming)’은 대역폭 사용을 최적화하는 반면, 컴퓨팅 리소스에 부담
• 5G의 이중 데이터 트래픽 아키텍처와 빠른 속도로 인해, 4G와는 비교가 되지 않을 만큼 엄청난 양의 데이터를 생성

매시브 MIMO(Multiple In Multiple Out) 기술은 무선 데이터 송수신에 다수의 안테나를 사용하는 것으로, 매시브 MIMO 기술을 사용하게 되면 5G 네트워크의 안테나당 속도가 빨라진다. 기지국과 모바일 사용자 단말기(UE)에 설치된 송수신용 안테나의 수도 늘어나게 된다. 따라서 동시 송수신을 통해 데이터 전송 속도가 극대화될 수 있다.

설계에서의 이러한 변화와 엣지 컴퓨팅에 가중되는 부하로 인해, 기존의 하드웨어 기반 RAN 장비를 사용해서 5G를 구현하는 일은 사실상 매우 어렵다. 때문에 업계에서 현재 주목받고 있는 솔루션 중 하나는 RAN을 가상화하는 것이다. 가상 RAN(vRAN)을 사용하면, RAN 관리를 통합할 수 있을 뿐만 아니라 장비 관련 지출을 절감할 수 있다.

vRAN 구동 시 소프트웨어 플랫폼이 매우 중요한데, 네트워크 전체 구현과 배치, 그리고 엣지 애플리케이션과 인프라 관리를 위한 유연성을 확보해야 한다. 5G 생태계의 일부인 애플리케이션과 더불어 코어 네트워크 기능을 주관하는 물리적으로 분산된 가상 인프라를 생성해야 하며, 통신 회사에 있어 이렇듯 지리적으로 분산된 가상화 전략은 가장 중요한 요소 중 하나로 꼽힌다.

특히 클라우드 플랫폼의 경우 오픈소스의 컨테이너화된 설계를 특징으로 하는데, 이는 엔드투엔드 클라우드 솔루션으로 지리적으로 분산된 네트워크 아키텍처의 문제를 해결해 준다. 윈드리버 클라우드 플랫폼(Wind River Cloud Platform)의 경우 쿠버네티스(Kubernetes) 기반의 플랫폼은 도커(Docker), 아마다(Armada), 헬름(Helm) 및 기타 최첨단 오픈소스 프로젝트를 지원하며, 컨테이너화된 기술을 통해 5G 네트워크 관리자가 vRAN 인스턴스를 빠르고 쉽게 배치 및 변경할 수 있도록 구성된다.

vRAN 환경을 위해서는 단일 노드 서버에서 데이터 센터 전체 구성에 이르기까지, 5G 네트워크가 소형 풋프린트 전반에서 확장하기 위해 필요한 유연성과 통합된 엣지 클라우드 관리 및 네트워크 전체 통합 기능을 지원하는 플랫폼을 확보해야 한다.

2. 4G에서 5G로의 전환 과정에서 운영비용 절감
네트워크의 20배에 달하는 하드웨어를 추가하면 운영비용이 상당히 증가하리라는 것은 누구나 상상할 수 있다. 장비에 들어가는 비용과 더불어 구성 작업과 네트워크 테스트 및 관리, 소프트웨어 업데이트 등을 위한 비용도 발생한다.

이러한 비용 절감을 위해 네트워크를 물리적으로 설치하지 않아도 5G 네트워크가 어떻게 작동할지 시뮬레이션할 수 있게 돕는 시뮬레이션 소프트웨어가 유용하게 활용될 수 있다. 시뮬레이션 시나리오는 여러 장비 종류부터 운영 시스템, 소프트웨어 애플리케이션, 그리고 네트워크 구성/로드까지 고려해 다양하게 확보돼야 한다.

윈드리버 시믹스(Wind River Simics)의 경우 아직 제조되지 않은 하드웨어의 성능 특성까지 시뮬레이션해 볼 수 있는 기능이 탑재됐다. 회로 설계에 대한 전반적인 밑그림만 있다면 하드웨어의 성능을 미리 모델링해 볼 수 있는 것이다.

이렇게 유연한 모델링 기법을 갖춘 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하면, 네트워크 설계 과정에서 드는 시간과 노력을 상당히 절약할 수 있다. 특히 ▲사용 시나리오 및 배치 패턴 ▲설계상 결함 및 네트워크 장애 발생 시 장애극복기능 확인이 가능해진다.

이와 함께 엣지 클라우드 인프라 관리를 위한 오픈소스형 운영 등급의 분산형 쿠버네티스 솔루션을 활용할 수 있다. 오픈스택 스탈링X(OpenStack StarlingX) 프로젝트를 기반으로 하는 윈드리버 클라우드 플랫폼은 분산형 5G 네트워크를 효과적으로 배치 및 관리하는 데 필요한 기능을 제공하는 동종 업계 최고의 오픈소스 기술이다. 통합된 엣지 클라우드 관리와 네트워크 전체 통합 기능을 제공하는 이 플랫폼의 장점은 다음과 같다.

• 단일 노드 서버에서 데이터센터 전체까지 애플리케이션 구동 중에도 상관없이 5G 인프라 관리, 유지보수 및 확장 가능
• 완전 자율운영 모드인 ‘제로 터치’를 사용해 워크로드 재분배 가능
• 원격 컨트롤러 활성화
• 새로운 워커 노드(worker node) 등록
• 필요시 네트워크 운영을 방해하지 않고 업데이트 취소 가능

3. 확정적 초저지연성 확보
5G 네트워크 작동을 위해서는 저지연성이 필요하며, 5G 네트워크에서 새롭게 등장하는 몇몇 엣지 디바이스는 확정적 초저지연성을 필요로 한다. 이러한 디바이스의 신(新) 시장은 초신뢰 및 초저지연 통신(URLLC)을 요구한다는 것이 특징이다.

이를 위해서는 네트워크 인프라 전체를 가로지르는 일방향 통신에 단 1000분의 1초의 시간이 허용된다. 이는 레거시 시스템의 한계를 훨씬 뛰어넘는 빠른 속도다. 이러한 확정적 초저지연성은 자율주행차, 산업용 로봇 제어 및 안전과 관련된 영역에 유용하다.

URLLC 디바이스의 니즈를 성공적으로 충족시키는 통신사업자가 미래 시장을 선점할 수 있다고 볼 수 있는데, 욕토(Yocto) 프로젝트에 기반한 오픈소스 운영체제인 윈드리버 리눅스(Wind River Linux)의 경우 이러한 저지연성을 필요로 하는 타깃을 충족시키도록 설계됐다. 임베디드 애플리케이션의 초신뢰 및 초저지연 구현을 통해 이미 입증된 바 있으며, RAN 엣지 애플리케이션을 위해 선택되어온 운영 시스템이자, 오늘날 전 세계에서 다수의 5G RAN 장비를 구동하고 있는 제품이기도 하다.

새로운 기능이 곧 새로운 시장으로

5G가 주목받는 이유는 통신 업계를 넘어 모든 산업을 변화시킬 잠재력을 가지고 있기 때문이다. 이는 모든 산업이 통신 사업자들의 고객이 될 수 있다는 것, 즉 엄청난 규모의 신 시장을 의미한다.

예를 들어 5G는 자율주행차와 V2V(vehicle-to-vehicle) 애플리케이션의 기반이 될 수 있다. 또한, 산업용 센서와 기타 사물인터넷(IoT) 기기들이 서로 작동 및 소통하는 방식을 변화시키기도 한다. 5G는 심지어 ‘증강현실(AR)’에서도 중요한 역할을 할 것으로 기대되는데, 이는 ‘스마트 시티’에도 활용될 수 있다.

이러한 5G 서비스의 성공적인 활용을 위해 통신사업자들의 역할은 더욱 중요해질 것이다. 산업 시장을 비롯해 스마트 시티 구축을 목표로 하는 정부기관, 자동차 제조업체 등 곳곳의 영역에서 5G의 높은 대역폭과 엄청난 수의 엔드포인트 관리를 위해 통신사업자에게 의존하게 될 것이다. 이는 통신사업자들에게 엄청난 수익 기회를 의미한다.

하지만 동시에 이렇게 새로운 시장에서의 성공을 위해서는 낯선 요구사항을 제시하는 고객들을 감당해야 한다. 가령 대규모 산업용 IoT 환경을 구축하는 일은 기존의 통신사업을 운영하던 것과는 완전히 다르다. 새로운 기회는 이전에 없었던 과제를 안겨주는 미지의 영역인 것이다.

- 산업·로봇 분야
산업 기업들은 5G를 지능 및 보안형 엣지 플랫폼의 기반으로 활용해서 자율 작동과 분산형 의사결정이 가능해지기를 원한다. 한 가지 난관은 ‘볼 수 있는’ 로봇과 같은 시각 기반 시스템이다. 이를 해결하기 위해서는 저지연성이 필수적이다. 그렇지 않으면 로봇이 시각적 입력 값에 대해 제 시간에 반응하지 못할 수 있기 때문이다. 이 분야에서 수년 동안 활발한 연구를 지속해 온 윈드리버는 산업용 로봇 운용을 지원하기 위해 반드시 필요한 저지연성과 보안 요건을 충족시키는 통합형 플랫폼 창출에 도움을 제공하고 있다.

- 오토모티브
‘디트로이트의 빅3(크라이슬러, 포드, 제너럴모터스)’와 같은 주문자 위탁생산 업체(OEM: Original Equipment Makers)들은 상업적으로 실현 가능한 자율주행차 생산을 위해 경쟁하고 있다. 이러한 업체는 사람이 마치 화물인 것처럼 운송할 수 있는 ‘레벨 4’의 자율주행차 생산을 목표로 하는데, 이는 사람의 제어가 전혀 필요 없이 차량이 모든 걸 알아서 운행하는 그런 수준이다. 레벨 4의 자율 주행차를 안전하게 운행하기 위해서는 어마어마한 양의 온보딩 컴퓨팅 파워가 요구된다. 하지만 이런 문제는 차량 내 컴퓨팅을 제공하는 소형 풋프린트 엣지 컴퓨팅 솔루션과 엣지 클라우드의 오프로딩 컴퓨팅으로 해결될 수 있다.

- 항공우주·국방
항공우주·국방 분야는 5G에 굉장히 큰 관심을 두고 있다. 도심 항공 모빌리티와 관련성이 높을 뿐 아니라 세계적인 기술 리더십을 유지할 수 있고, 국방 관련 통신을 최적화하는 동시에 보안을 높일 수 있기 때문이다. 해당 산업군의 오랜 파트너로 함께 한 윈드리버는 이 분야의 고객들이 기회를 활용하고 난관을 극복하는 데 기여해 왔다. 윈드리버는 5G에 필요한 저지연성과 보안을 제공함으로써 항공우주 및 국방 네트워크를 현대화하여 5G의 새로운 스펙트럼을 활용할 수 있는 지평을 제공한다.

새로운 종류의 보안 문제 해결

빠르게 등장하는 여느 신기술처럼, 5G 역시 새로운 종류의 보안 리스크를 생성할 것이다. 분산형 클라우드 토폴로지는 보안을 확보하기 위해 새로운 도구와 프로세스를 필요로 한다. 5G 원거리 엣지 노드의 분산형 및 원거리적인 속성을 고려해보면, 다음과 같은 리스크를 경감하기 위해 몇 가지 고유한 기능을 고려할 필요가 있다.

• 암호화 키를 통해 엣지에 위치한 하드웨어를 지키기 위한 신뢰 플랫폼 모듈(TPM: Trusted Platform Module)
• 키 보호 이외에도 필요한 퀵 어시스트 기술(QAT: Quick Assist Technology)
• 안전한 UEFI 부팅
• 인프라를 최신형으로, 그리고 안전하게 유지하기 위한 제로 터치 업데이트

윈드리버의 경우 안전한 5G 네트워크를 위해 이중 접근법을 사용한다. 먼저, 제품을 구축할 때부터 안전한 설계 원칙에 기반하며 모든 제품에 대해 지속적인 보안 모니터링과 패치를 제공한다. 다음으로, 고객을 안전하게 지키기 위한 방대한 범위의 전문 서비스가 보장되며, 5G 및 클라우드 운용과 관련해 보안에 대한 상담 또한 제공하고 있다.

윈드리버의 전문 서비스 및 상담팀은 하드웨어부터 애플리케이션 소프트웨어, 운용 시스템 및 스위치에 이르기까지, 모든 수준의 5G 네트워크를 모니터하고, 필요시 패치를 제공한다.