2020.04.27

김진철의 How-to-Big Data | 빅데이터의 미래 (6)

김진철 | CIO
5G 이동통신 기술과 사이버 물리 시스템
지난 서른다섯 번째 글에서, 앞으로 빅데이터, 사이버 물리 시스템 기술 발전에 가장 큰 영향을 미칠 기술로 미래의 유무선 통신 기술을 든 바 있다[2]. 유선 네트워크 기술은 곧 테라비피에스(Tbps)급 네트워크 기술이 확산될 것으로 보이고, 무선 네트워크 및 이동통신 기술에서도 100Gbps에서 1Tbps에 이르는 고대역폭 무선 통신과 1ms 이하의 초저지연 무선 통신 기술이 머지않아 상용화될 것이라고 언급한 바 있다[2].

지난 서른일곱 번째 글에서는 차세대 이동통신 기술에서 클라우드 컴퓨팅 기술이 수용되면서 나타나는 중요한 변화로 “네트워크 기능 가상화(Network Function Virtualization)”와 “네트워크 슬라이싱(Network Slicing)”을 통한 이동통신 자원의 멀티테넌시 지원, 지능형 이동통신 인프라 운영,  제어를 위한 “네트워크 데이터 분석 기능(NetWork Data Analytics Function; NWDAF)”에 대해서도 소개한 바 있다. 그리고, 차세대 이동통신 기술에서 도입되는 이들 클라우드 컴퓨팅 기술이 사이버 물리 시스템에서 왜 중요한지 V2X 통신 및 커넥티드 자율주행차의 예를 들어서 간단하게 소개하였다[3].

네트워크 인프라를 위한 클라우드 컴퓨팅 기술이 워낙 중요하다 보니 사이버 물리 시스템과 클라우드 컴퓨팅과의 관계를 살펴보는 이전 서른일곱 번째 글에서 꽤 자세하게 소개한 바 있다. 이번 글에서도 같은 내용을 또 다루게 될 텐데, 이번 글에서는 클라우드 컴퓨팅의 관점이 아닌 미래 통신기술의 맥락에서 좀더 다루어 보려고 한다. 글 내용이 다소 중복될 수 있지만, 빅데이터의 미래를 생각하는 데 미래 통신 기술의 역할을 빼놓을 수 없고, 미래 통신 기술의 발전에 클라우드 컴퓨팅 기술이 중요한 역할을 하고 있기 때문에 다른 맥락에서 다시 한번 살펴보는 과정이 필요하니, 글이 다소 지루해지더라도 독자 여러분들께서 넓은 마음으로 양해해주시길 바란다.

2019년 국내의 이동통신 3사인 SK텔레콤, KT, LG Uplus가 공동으로 5G 이동통신 서비스를 세계 최초로 상용화하면서 5G 이동통신 서비스가 본격적으로 시작되었다. 5G 이동통신 서비스가 시작된 지 1년이 지난 지금, 5G 이동통신 서비스를 사용해본 많은 소비자는 기존 LTE보다 5G 서비스에서 어떤 게 달라졌는지 크게 느끼지 못하겠다는 의견이 꽤 많다[4-8]. 5G 서비스를 제공하는 SK텔레콤에서 일하고 있는 필자의 입장에서 위와 같은 고객들의 의견을 듣는 것은 참 안타깝고 마음 아픈 일이지만, 조만간 위와 같은 의견들이 곧 “와우”와 같은 경탄으로 바뀌리라 생각한다.

5G는 3GPP라는 이동통신 표준 제정을 위한 민간국제기구에서 지속해서 개정, 관리하는 이동통신 표준의 새로운 개정 버전이다. 5G 표준 전에 우리가 사용하던 이동통신 기술을 LTE라고 부르는 것을 많은 독자분들이 알고 계실 텐데, LTE는 Long-Term Evolution의 축약어이다. 그 말에서 알 수 있듯이, LTE 표준은 긴 시간에 걸쳐 진화하는 3GPP 이동통신 기술 표준을 상징하는 말이며, 3GPP가 설립된 근본적인 이유를 대변하기도 한다[9-16].

우리가 5G라고 부르는 새로운 이동통신 기술은 3GPP에서 제정하는 이동통신 기술 표준에서 15, 16 개정판(Release 15, Release 16)에 해당하는 것이다. 이 15, 16개정판의 공식 브랜드명을 3GPP에서 “5G”라고 명명한 것이다. 지금까지 이동통신 업계에서는 이동통신 네트워크의 주요 발전에 따른 기술 단계를 1세대, 2세대와 같은 형식으로 언급하고는 했는데, 우리가 현재 많이 사용하는 LTE는 4세대 이동통신 기술에 해당한다. 5G의 경우 5세대 이동통신 기술을 그냥 3GPP에서 브랜드화한 것이다[9-16, 19].

5G 이동통신 기술이 이전의 4세대 이동통신 기술인 LTE를 비롯한 과거 이동통신 기술과 가장 큰 차이점은 네트워크 기술과 IT기술의 융합이 본격적으로 이루어진 이동통신 기술 표준이라는 점이다. 5G 이동통신 기술에서 시작되는 네트워크 기술과 IT기술의 본격적인 융합이 필자가 빅데이터 기술과 데이터 사이언스의 미래 지향점으로 계속 소개하고 있는 사이버 물리 시스템의 발전에 그 어떤 정보통신기술보다도 가장 큰 영향을 미치고 있다[12, 14-16, 19].

5G 이동통신 기술이 중요한 이유를 좀더 자세히 알아보도록 하자. 첫번째로, 5G 이동통신 기술이 사이버 물리 시스템 발전에 중요한 이유는 휴대폰이 아닌 기계와 사물을 이어주는 것이 주목적이 된 최초의 이동통신 기술 표준이라는 것에 있다.



5G 이동통신이 중점을 두고 있는 서비스는 크게 세 가지이다. 첫번째로, 5G 이동통신은 초광대역 서비스(eMBB: enhanced Mobile Broadband)를 주요 지향점을 두고 있다. 전통적으로 이동통신 기술은 대역폭을 높이면서 가능하면 많은 데이터를 전송할 수 있도록 발전해왔다. 이런 측면에서 초광대역 서비스를 목표로 5G 표준이 새로 제정, 합의되는 것은 과거 이동통신 기술의 발전사를 돌아보면 크게 유별난 것은 아니다.
 


5G 이동통신에서는 최대 데이터 전송률(peak data rate)이 20Gbps까지 지원되는 것을 목표로 하는 데, 이는 LTE에서 1Gbps급의 데이터 전송률을 지원하는 것을 목표로 했던 것에 비하면 20배나 더 많은 데이터를 전송할 수 있는 이동통신 서비스를 목표로 하는 것이다. 최대 데이터 전송률이 20Gbps까지 지원되는 이동통신 기술을 5G라고 정의하지만, 실제 서비스에서 사용자가 체감하는 평균 데이터 전송률은 수 Gbps에서 10Gbps 정도가 될 것으로 보인다. 그렇다고 해도, LTE 때의 사용자 체감 데이터 전송률이 100Mbps에서 150Mbps 정도였던 것을 생각하면 단위 시간당 10배에서 100배 정도 많은 데이터를 보낼 수 있는 것이다[9-10, 12, 13-16]. 

이렇게 최대 데이터 전송률ㄹ이 크게 높아지게 된 5G의 초광대역 서비스가 과거의 이동통신 기술과 두드러지게 다른 점은 그 세부 서비스가 폭넓게 다양화된다는 점이다. LTE에 이르러 크게 발전하기 시작한 대용량 미디어 스트리밍 서비스는 좀더 높은 샘플링 빈도(sampling frequency)와 고해상도 영상을 지원하도록 하여 영상, 음성의 품질이 과거에 비해 훨씬 더 자연스럽고 높아지는 것은 기본이며, 증강현실(Augmented Reality; AR), 가상현실(Virtual Reality; VR), 홀로그램(Hologram) 등의 3차원 입체 영상을 활용하여 전송 데이터양이 기하급수적으로 늘어나는 서비스들도 실현이 가능하게 될 전망이다.

두 번째로, 5G 이동통신은 초고신뢰/초저지연 통신(URLLC: Ultra Reliable & Low Latency Communications)을 목적으로 한다. 음성과 문자 메시지 전달, 그리고 최근에는 미디어 스트림 데이터 전송을 주목적으로 했던 과거의 이동통신 기술과는 달리, 자동차와 드론과 같은 안전에 민감한 사물이 5G 이동통신으로 연결되어 서로 간의 상호 작용을 하거나 원격 제어가 가능할 정도로 초고신뢰/초저지연 통신을 목적으로 하는 첫 이동통신 기술이 될 전망이다.

4세대 이동통신인 LTE에서는 지연 시간이 최소 10ms 이상인 것을 목표로 하여 표준이 정의되었으나, 5G에서는 지연 시간이 최소 1ms까지 낮아지게 하는 것을 목표로 하고 있다. 이 역시 실제 사용자가 체감하는 지연 시간은 LTE의 경우는 50ms~150ms 정도이지만, 5G의 경우는 10ms 안팎이 될 것으로 보여 역시 10배 이상의 지연 시간 향상을 사용자들이 느낄 수 있을 것으로 보인다.

지금까지 우리가 사용했던 휴대전화와 스마트폰을 위한 이동통신 서비스는 통신이 일시적으로 끊기더라도 약간 불편할 뿐이지 휴대폰이나 스마트폰을 사용하는 사용자가 위험해지는 일은 없다. 다만, 통신 서비스가 중단된 시간만큼 이용자들이 불편을 느끼고 통신 서비스 품질에 불만을 느껴 다른 이동통신 회사로 옮겨 서비스를 받게 되면 이동통신회사의 수익에 영향은 미칠 수 있다.

5G가 목적으로 하는 IoT 및 사물 간 통신에는 잠깐의 통신 장애가 안전사고나 큰 손실로 이어질 수 있는 자동차, 드론, 스마트 팩토리와 같은 응용 분야를 포함한다. 자동차와 같이 빠르게 움직이는 이동체가 통신에 의존한 주행이나 안전기능을 사용하고 있을 때, 초 단위의 짧은 시간의 통신 장애도 수십 미터의 주행에 영향을 주어 탑승자나 주변 보행자가 죽거나 다칠 수 있다. 스마트 팩토리의 사물 및 공정 장비들이 잠깐의 통신 장애로 인해 통신에 의한 프로세스 조율이 서로 원활하게 이루어지지 않으면 공정이 잘못 수행되거나 제조하는 상품의 품질에 문제가 생겨 몇 초간의 장애 때문에 큰 금액의 금전적 손실이 일어날 수 있다.

5G부터 지원하기 시작하는 초고신뢰/초저지연 통신은 다양한 사물이 5G 이동통신에 연결되었을 때 수집되는 빅데이터를 사물 간 서로 교환하고 동작을 조율하거나 사람이 원격으로 사물들이 수집한 데이터를 전송받고 서비스에 이용할 수 있도록 하는 데 중요하게 활용된다. 이런 5G 이동통신의 초고신뢰/초저지연 통신 서비스로 인해 사물들이 수집하는 데이터를 활용한 다양한 지능형 서비스가 크게 늘어날 것으로 전망된다[9-10, 12, 13-16, 19].

세 번째로, 5G 이동통신은 대량연결(mMTC: massive Machine-Type Communications)을 지원할 수 있도록 개발되는 최초의 이동통신 기술이다.

지금까지 이동통신 기술은 이동통신 이용자가 사용하는 휴대용 통신 단말, 즉 좀더 쉬운 용어로 우리가 보통 사용하는 휴대폰과 스마트폰으로 전화를 하기 위한 음성 신호와 문자 메시지를 위한 문자 데이터 전송에 최적화되어 디자인된 기술들이었다. 3세대 이동통신 기술에 이르러 DMB와 모바일 인터넷 서비스와 같은 멀티미디어 서비스를 지원하기 시작했지만, 여전히 이동통신에서 가장 큰 비중을 차지하는 데이터 흐름은 음성 신호와 문자 메시지였다. 이동통신 기술 자체가 디지털 통신 기술이기 때문에 기본적으로 부호화된 데이터를 전송할 수 있는 역량을 가지고 있지만, 그 대역폭이 제한되어 있어 기본적으로 음성신호와 문자 메시지 데이터를 전송하는 데에 우선 초점을 맞추게 되었다.

4G 이동통신 기술인 LTE에 이르러 “진화된 패킷 코어(Evolved Packet Core; EPC)” 기술이 도입되기 시작하면서 본격적으로 데이터 통신의 비중이 높아지기 시작했으며, 스마트폰의 출현으로 전화를 위한 음성 신호 전송보다는 스마트폰 응용 프로그램을 위한 데이터 통신이 압도적으로 많아지기 시작했다. LTE-A기술과 함께 등장한 반송파 묶음(Carrier Aggregation) 기술로 대역폭이 커지기 시작하면서 고화질 영상과 대용량 데이터를 전송할 수 있게 되어 이동통신사들의 통신요금체계가 기존의 음성 통신 위주의 요금 체계에서 데이터통신 위주의 요금 체계로 바뀌게 된다.

4G 이동통신 기술인 LTE 후반에 이르러 사물인터넷에 대한 관심이 높아지면서 LoRa, Cat M.1, LTE-M 등의 사물인터넷(IoT) 지원을 위한 이동통신 기술이 상용화되기는 하였지만, 사물인터넷 시장이 아직 성숙하지 않은 이유로 데이터 흐름이 많지는 않았다.

5G 이동통신 표준은 스마트폰 단말기뿐만 아니라, 5G 통신에 연결되는 다양한 사물의 개수가 폭발적으로 늘어날 것을 대비하여 디자인된 최초의 이동통신 표준이다. 1km2당 백만(1,000,000) 개의 사물이 연결될 수 있는 통신 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다[9-10]. 이는 LTE에 비해 10배 이상 많은 사물 간 통신을 지원하려는 것으로, 에지 컴퓨팅 기술과 임베디드 고성능 컴퓨팅의 발전과 함께 사람 간 통신 데이터보다 기계와 사물 간 통신 데이터가 더 많아지는 IoT 시대를 가속하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대되고 있다.

이와 같이 5G 이동통신 표준에서 목표로 하는 세 가지 서비스 특성, 즉 초광대역 서비스(eMBB: enhanced Mobile Broadband), 초고신뢰/초저지연 통신 (URLLC: Ultra Reliable & Low Latency Communications), 대량연결(mMTC: massive Machine-Type Communications) 서비스는 사람 간 통신보다는 기계와 사물 간 통신을 더 염두에 두고 정의되는 표준인 것을 금방 알 수 있다. 쉬지 않고 동작하는 기계와 사물들이 쏟아내는 데이터들이 5G 이동통신망을 타고 흐르게 되면, 이들 기계와 사물들이 쏟아내는 빅데이터를 처리해서 비즈니스 가치를 만드는 빅데이터 기술과 서비스 비즈니스의 수요가 급증할 것으로 보인다. 이 때문에 5G 이동통신 기술이 빅데이터 비즈니스와 기술의 미래에 중요한 역할을 하게 될 것이다.

두번째로, 5G 이동통신 기술이 사이버 물리 시스템 기술에 미치는 중요한 영향은 이동통신 기술 역사에서 통신-IT융합 인프라로 발전하게 되는 최초의 이동통신 기술 표준이 될 것이라는 사실이다.

오픈스택(OpenStack) 기반 클라우드 컴퓨팅 기술이 발전하면서 네트워크 장비 기술 분야에도 많은 영향을 미쳤다. 이는 오픈스택에서 사용되는 클라우드 컴퓨팅 기술들을 수용하는 과정에서 나타나기도 했지만, 클라우드 컴퓨팅의 요구사항을 네트워크 장비가 수용하다 보니 기존 네트워크 운영체제에서 모든 요구 사항을 수용하기에는 한계가 있었다. 이렇다 보니, 리눅스 운영체제가 탑재된 네트워크 장비가 등장하거나, 아예 네트워크 운영체제가 전혀 탑재되지 않고 일반 서버나 데스크톱 컴퓨터와 같이 사용자가 원하는 네트워크 운영 체제를 깔 수 있는 화이트박스 네트워크 장비가 나타나기도 했다.

이런 경향을 잘 보여주는 제품 중의 하나가, 오픈스택의 발전과 함께 많은 주목을 받으며 성장했던 네트워크 장비 업체인 “플러리버스 네트워크(Pluribus Network, Inc.)”를 들 수 있다. 플러리버스에서 개발한 초기의 화이트박스(white box) 네트워크 장비는 우선 보통 네트워크 장비와 다르게 x86서버 하드웨어에 준하는 사양을 가지고 있다. 

플러리버스 네트워크의 네트워크 운영체제인 넷바이저(NetVisor)는 시작부터 가상 머신을 지원할 수 있도록 하여, 네트워크 기능 가상화를 위한 가상 네트워크 어플라이언스 탑재가 용이하다.  VxLAN과 같은 네트워크 가상화 프로토콜을 지원하고, RESTful API가 제공되며, VMWare의 NSX와 오픈 스택의 네트워크 가상화와 관리를 담당하는 “뉴트론(Neutron)”과의 연동이 쉽게 개발되어 있다. 넷바이저는 리눅스를 기반으로 만들어져 있어, x86서버와 리눅스를 기반으로 사설 클라우드 인프라와 연동된 네트워크 운영, 관리 자동화에도 적합하다. 오픈플로우(OpenFlow) 기반 소프트웨어-정의 네트워크도 지원하여 네트워크 운영 자동화 및 프로그래머빌리티(programmability)를 높일 수 있도록 한다.

오픈스택 기반의 클라우드 컴퓨팅 기술은 이동통신 기술이 클라우드 컴퓨팅 기술을 수용하도록 하는 데 영향을 끼쳤으며, 이 때문에 앞의 서른일곱 번째 글에서 소개한 바와 같이 클라우드 컴퓨팅의 멀티테넌시와 네트워크 가상화의 개념을 수용한 개념인 “네트워크 슬라이싱(Network Slicing)”이 5G 이동통신 표준에도 반영되었다[3, 13-16, 19]. “네트워크 기능 가상화(Network Function Virtualization)”, “가상 네트워크 기능 관리자(Virtual Network Function; VNFM)”, “가상 인프라스트럭처 관리자(Virtual Infrastructure Manager)”, “NFV 자동화 및 오케스트레이션(NFV Management and Orchestration; MANO)”등의 개념들도 오픈스택의 발전과 함께 구체적으로 정의되고 테스트되었으며, “가상 인프라스트럭처 관리자(Virtual Infrastructure Manager)”와 같은 개념은 아예 오픈스택과 같은 클라우드 컴퓨팅 소프트웨어를 염두에 두고 정의한 개념이다.

위와 같이 리눅스 기반 네트워크 운영체제의 출현, 일반 x86 서버와 같이 네트워크 운영체제를 새롭게 설치, 구성할 수 있도록 하는 화이트박스 네트워크 장비, 그리고 클라우드 컴퓨팅의 개념이 많이 수용된 5G 이동통신 표준의 경향들은 네트워크 기술과 IT장비가 융합, 수렴하는 추세를 극명하게 보여준다. 

세번째로, 5G 이동통신 기술은 이동통신 인프라 자체가 지능형 사이버 물리 시스템으로 발전하기 시작한 최초의 이동통신 표준이다.

지난 서른일곱 번째 글에서 잠시 소개한 바와 같이, 5G 표준에서 새로이 제안된 “네트워크 데이터 분석 기능(Network Data Analytics Function; NWDAF)”라는 개념은 5G 인프라와 네트워크의 빅데이터를 대량으로 수립하고, 이 빅데이터를 가공, 분석하여 인공지능 기술을 이용해 5G 네트워크 인프라의 운영 의사 결정과 판단을 자동화하려는 것이다[3, 19-21].



5G 독립 모드(Stand Alone; SA)가 합의되어 발표되는 3GPP 이동통신 표준 16 개정판에서, 네트워크 데이터 분석 기능(NWDAF)은 5G 네트워크 인프라의 주요 운영 요소에 대한 통계 정보, 예측 분석, 자동화된 추천과 같은 지능형 정보 및 피드백 제공을 목표로 한다. 이를 위해서, 5G 스마트폰을 비롯한 5G 통신 단말과 5G 이동통신망에 연결되어 있는 사물들(그림 1의 (2)), 스마트 시티 및 스마트 팩토리와 같이 5G가 활용되고 있는 인프라와 “버티컬(vertical; 스마트 시티, 스마트 팩토리 등 5G 이동통신과 다른 수직계열화된 산업분야에 맞도록 5G 이동통신 인프라 요소와 기능을 정렬, 통합하여 특화된 서비스를 제공하는 것을 지칭함. (필자 주, [27]))”(그림 1의 (3)), 5G 네트워크 인프라 장비의 데이터(그림 1의 (1)) 및 운영, 관리 데이터(위 그림 1의 (4))를 수집하여 네트워크 데이터 분석 기능(NWDAF)에서 처리하게 된다[20].

위와 같이 수집된 다양한 5G 인프라 및 버티컬 서비스 데이터를 이용해 5G 인프라를 최적화하고, 지능적으로 운영, 제어할 수 있도록 하는 분석 결과를 5G 네트워크 인프라와 운영 자동화 및 관리 시스템(Operation Automation and Management; OAM)에 피드백하여 네트워크 운영을 위한 파라미터와 관리 요소들의 상태를 업데이트하게 된다. 수집된 데이터를 분석, 가공해 자동화된 인프라 운영, 관리를 위한 피드백과 상태 업데이트를 전달하고 반영하는 과정에서 클라우드 컴퓨팅과 가상화 기술이 중요한 역할을 하게 된다.

클라우드 컴퓨팅과 네트워크 기능 가상화(NFV)가 적용되어 있지 않은 과거 이동통신 네트워크 인프라는 각 장비의 상태와 장애 유무를 원격으로 모니터링하기는 하지만, 잘못 설정된 설정값으로 대규모 장애가 일어날 수 있는 네트워크 장비의 특성상 원격으로 장비의 상태 값을 일괄적으로 변경하지는 않는다. 클라우드 컴퓨팅과 네트워크 기능 가상화(NFV), 운영 관리 자동화 및 오케스트레이션(Management and Orchestration; MANO) 기술을 통해 5G 이동통신 인프라 전체가 원격으로 프로그램, 제어 가능한 인프라로 새롭게 변화되어야 위의 네트워크 데이터 분석 기능(NWDAF)을 온전하게 실현할 수 있다. 

클라우드 컴퓨팅과 네트워크 기능 가상화(NFV), 운영 관리 자동화 및 오케스트레이션(MANO)은 5G 이동통신 인프라에서 소위 소프트웨어-정의 인프라(Software-Defined Infrastructure; SDI)의 개념을 구현할 수 있게 하는 기술이다. “소프트웨어-정의(Software-Defined)”라는 말의 의미에는 “프로그래머빌리티(programmability)”가 중요한 특성으로 포함되어 있다. 클라우드 컴퓨팅과 가상화 기술을 이동통신 인프라에 적극적으로 포용한 네트워크 기능 가상화(NFV), 운영 관리 자동화 및 오케스트레이션(MANO) 기술은 5G 이동통신 인프라를 종단 간(end-to-end)으로 프로그램할 수 있도록 유연하게 해준다. 이를 통해, 오랫동안 자동화와 지능화가 어려웠던 이동통신 인프라에 네트워크 데이터 분석 기능(NWDAF)과 같은 지능형 운영 기술이 비로소 실현될 수 있게 된 것이다.

이렇게 네트워크 기능 가상화(NFV), 운영 관리 자동화 및 오케스트레이션(MANO) 기술이 빅데이터 분석 기술, 인공지능 및 기계학습 기술과 결합하여 데이터 수집, 가공, 자동화, 지능화된 의사 결정과 판단, 피드백 및 실행(action)의 순환 루프(loop)가 완성되며, 이를 통해 5G 이동통신 시스템 자체도 거대한 사이버 물리 시스템의 하나로 거듭나게 된다.

물론 5G 이동통신 시스템이 영화 터미네이터에 나오는 스카이넷처럼 거대한 인공지능이 될 만큼 근시일내에 고도로 자동화, 지능화되지는 않을 것이다. 앞으로도 꽤 오랜 시간동안, 5G, 그리고 그 이후의 이동통신 시스템(Beyond 5G)도 운영, 관리에 많은 부분 사람의 의사 결정과 판단, 조작이 필요하게 될 것이다. 이를 통한 5G 이동통신 시스템의 자동화, 지능화와 사이버 물리 시스템화는 사람의 의사 결정, 조작 과정의 실수를 줄이고, 복잡한 운영과 관리 작업을 더 간편하고 쉽게 하여 5G 이동통신 시스템의 결함과 장애를 줄이며, 더 복잡하고 지능적인 이동통신 서비스를 제공하여 사회의 ICT 서비스와 인프라의 지능화 수준을 높이는 데 활용될 것이다. 이렇게, 5G와 그 이후의 이동통신 시스템은 “사람이 중요한 구성 요소의 하나인 사이버 물리 시스템(Human-in-the-Loop Cyber-Physical System)”으로 발전하게 될 것이다.

지금까지 5G 이동통신 시스템이 사이버 물리 시스템과 사이버 물리 시스템에 필요한 빅데이터 기술의 발전과 어떤 연관성이 있는지 간단하게 살펴보았다. 5G 이동통신은 사회의 ICT 서비스와 인프라의 연결과 협업을 가속하여 사회의 주요 기반 서비스와 인프라를 사이버 물리 시스템으로 발전시키는 역할을 할 뿐 아니라, 5G 이동통신 시스템 자체도 사이버 물리 시스템으로 진화하고 있다고 설명하였다. 5G 이동통신 시스템으로 거대한 사이버 물리 시스템으로 진화하는 각종 ICT 서비스와 인프라, 그리고 그 자체가 거대한 사이버 물리 시스템이 되어가고 있는 5G 이동통신 시스템이 사이버 물리 시스템으로서 완결된 지능화에 도달하기 위해 더 수준 높고 발전된 빅데이터 수집, 처리, 분석 기술이 필요하기 때문에, 빅데이터 기술과 데이터 과학의 중요성이 점점 더 높아진다고 설명하였다.

이제 클라우드 컴퓨팅과 가상화 기술과 함께 5G 이동통신에서 중요한 기술로 부상하고 있는 모바일 에지 컴퓨팅(Mobile Edge Computing; MEC)”을 살펴보면서, 미래의 사이버 물리 시스템에서 새로운 컴퓨팅 모델과 기술로서 중요하게 부각될 “데이터센터 스케일 협력 분산 컴퓨팅(Datacenter-scale Collaborative Distributed Computing)”에 대해서 같이 생각해보자.




2020.04.27

김진철의 How-to-Big Data | 빅데이터의 미래 (6)

김진철 | CIO
5G 이동통신 기술과 사이버 물리 시스템
지난 서른다섯 번째 글에서, 앞으로 빅데이터, 사이버 물리 시스템 기술 발전에 가장 큰 영향을 미칠 기술로 미래의 유무선 통신 기술을 든 바 있다[2]. 유선 네트워크 기술은 곧 테라비피에스(Tbps)급 네트워크 기술이 확산될 것으로 보이고, 무선 네트워크 및 이동통신 기술에서도 100Gbps에서 1Tbps에 이르는 고대역폭 무선 통신과 1ms 이하의 초저지연 무선 통신 기술이 머지않아 상용화될 것이라고 언급한 바 있다[2].

지난 서른일곱 번째 글에서는 차세대 이동통신 기술에서 클라우드 컴퓨팅 기술이 수용되면서 나타나는 중요한 변화로 “네트워크 기능 가상화(Network Function Virtualization)”와 “네트워크 슬라이싱(Network Slicing)”을 통한 이동통신 자원의 멀티테넌시 지원, 지능형 이동통신 인프라 운영,  제어를 위한 “네트워크 데이터 분석 기능(NetWork Data Analytics Function; NWDAF)”에 대해서도 소개한 바 있다. 그리고, 차세대 이동통신 기술에서 도입되는 이들 클라우드 컴퓨팅 기술이 사이버 물리 시스템에서 왜 중요한지 V2X 통신 및 커넥티드 자율주행차의 예를 들어서 간단하게 소개하였다[3].

네트워크 인프라를 위한 클라우드 컴퓨팅 기술이 워낙 중요하다 보니 사이버 물리 시스템과 클라우드 컴퓨팅과의 관계를 살펴보는 이전 서른일곱 번째 글에서 꽤 자세하게 소개한 바 있다. 이번 글에서도 같은 내용을 또 다루게 될 텐데, 이번 글에서는 클라우드 컴퓨팅의 관점이 아닌 미래 통신기술의 맥락에서 좀더 다루어 보려고 한다. 글 내용이 다소 중복될 수 있지만, 빅데이터의 미래를 생각하는 데 미래 통신 기술의 역할을 빼놓을 수 없고, 미래 통신 기술의 발전에 클라우드 컴퓨팅 기술이 중요한 역할을 하고 있기 때문에 다른 맥락에서 다시 한번 살펴보는 과정이 필요하니, 글이 다소 지루해지더라도 독자 여러분들께서 넓은 마음으로 양해해주시길 바란다.

2019년 국내의 이동통신 3사인 SK텔레콤, KT, LG Uplus가 공동으로 5G 이동통신 서비스를 세계 최초로 상용화하면서 5G 이동통신 서비스가 본격적으로 시작되었다. 5G 이동통신 서비스가 시작된 지 1년이 지난 지금, 5G 이동통신 서비스를 사용해본 많은 소비자는 기존 LTE보다 5G 서비스에서 어떤 게 달라졌는지 크게 느끼지 못하겠다는 의견이 꽤 많다[4-8]. 5G 서비스를 제공하는 SK텔레콤에서 일하고 있는 필자의 입장에서 위와 같은 고객들의 의견을 듣는 것은 참 안타깝고 마음 아픈 일이지만, 조만간 위와 같은 의견들이 곧 “와우”와 같은 경탄으로 바뀌리라 생각한다.

5G는 3GPP라는 이동통신 표준 제정을 위한 민간국제기구에서 지속해서 개정, 관리하는 이동통신 표준의 새로운 개정 버전이다. 5G 표준 전에 우리가 사용하던 이동통신 기술을 LTE라고 부르는 것을 많은 독자분들이 알고 계실 텐데, LTE는 Long-Term Evolution의 축약어이다. 그 말에서 알 수 있듯이, LTE 표준은 긴 시간에 걸쳐 진화하는 3GPP 이동통신 기술 표준을 상징하는 말이며, 3GPP가 설립된 근본적인 이유를 대변하기도 한다[9-16].

우리가 5G라고 부르는 새로운 이동통신 기술은 3GPP에서 제정하는 이동통신 기술 표준에서 15, 16 개정판(Release 15, Release 16)에 해당하는 것이다. 이 15, 16개정판의 공식 브랜드명을 3GPP에서 “5G”라고 명명한 것이다. 지금까지 이동통신 업계에서는 이동통신 네트워크의 주요 발전에 따른 기술 단계를 1세대, 2세대와 같은 형식으로 언급하고는 했는데, 우리가 현재 많이 사용하는 LTE는 4세대 이동통신 기술에 해당한다. 5G의 경우 5세대 이동통신 기술을 그냥 3GPP에서 브랜드화한 것이다[9-16, 19].

5G 이동통신 기술이 이전의 4세대 이동통신 기술인 LTE를 비롯한 과거 이동통신 기술과 가장 큰 차이점은 네트워크 기술과 IT기술의 융합이 본격적으로 이루어진 이동통신 기술 표준이라는 점이다. 5G 이동통신 기술에서 시작되는 네트워크 기술과 IT기술의 본격적인 융합이 필자가 빅데이터 기술과 데이터 사이언스의 미래 지향점으로 계속 소개하고 있는 사이버 물리 시스템의 발전에 그 어떤 정보통신기술보다도 가장 큰 영향을 미치고 있다[12, 14-16, 19].

5G 이동통신 기술이 중요한 이유를 좀더 자세히 알아보도록 하자. 첫번째로, 5G 이동통신 기술이 사이버 물리 시스템 발전에 중요한 이유는 휴대폰이 아닌 기계와 사물을 이어주는 것이 주목적이 된 최초의 이동통신 기술 표준이라는 것에 있다.



5G 이동통신이 중점을 두고 있는 서비스는 크게 세 가지이다. 첫번째로, 5G 이동통신은 초광대역 서비스(eMBB: enhanced Mobile Broadband)를 주요 지향점을 두고 있다. 전통적으로 이동통신 기술은 대역폭을 높이면서 가능하면 많은 데이터를 전송할 수 있도록 발전해왔다. 이런 측면에서 초광대역 서비스를 목표로 5G 표준이 새로 제정, 합의되는 것은 과거 이동통신 기술의 발전사를 돌아보면 크게 유별난 것은 아니다.
 


5G 이동통신에서는 최대 데이터 전송률(peak data rate)이 20Gbps까지 지원되는 것을 목표로 하는 데, 이는 LTE에서 1Gbps급의 데이터 전송률을 지원하는 것을 목표로 했던 것에 비하면 20배나 더 많은 데이터를 전송할 수 있는 이동통신 서비스를 목표로 하는 것이다. 최대 데이터 전송률이 20Gbps까지 지원되는 이동통신 기술을 5G라고 정의하지만, 실제 서비스에서 사용자가 체감하는 평균 데이터 전송률은 수 Gbps에서 10Gbps 정도가 될 것으로 보인다. 그렇다고 해도, LTE 때의 사용자 체감 데이터 전송률이 100Mbps에서 150Mbps 정도였던 것을 생각하면 단위 시간당 10배에서 100배 정도 많은 데이터를 보낼 수 있는 것이다[9-10, 12, 13-16]. 

이렇게 최대 데이터 전송률ㄹ이 크게 높아지게 된 5G의 초광대역 서비스가 과거의 이동통신 기술과 두드러지게 다른 점은 그 세부 서비스가 폭넓게 다양화된다는 점이다. LTE에 이르러 크게 발전하기 시작한 대용량 미디어 스트리밍 서비스는 좀더 높은 샘플링 빈도(sampling frequency)와 고해상도 영상을 지원하도록 하여 영상, 음성의 품질이 과거에 비해 훨씬 더 자연스럽고 높아지는 것은 기본이며, 증강현실(Augmented Reality; AR), 가상현실(Virtual Reality; VR), 홀로그램(Hologram) 등의 3차원 입체 영상을 활용하여 전송 데이터양이 기하급수적으로 늘어나는 서비스들도 실현이 가능하게 될 전망이다.

두 번째로, 5G 이동통신은 초고신뢰/초저지연 통신(URLLC: Ultra Reliable & Low Latency Communications)을 목적으로 한다. 음성과 문자 메시지 전달, 그리고 최근에는 미디어 스트림 데이터 전송을 주목적으로 했던 과거의 이동통신 기술과는 달리, 자동차와 드론과 같은 안전에 민감한 사물이 5G 이동통신으로 연결되어 서로 간의 상호 작용을 하거나 원격 제어가 가능할 정도로 초고신뢰/초저지연 통신을 목적으로 하는 첫 이동통신 기술이 될 전망이다.

4세대 이동통신인 LTE에서는 지연 시간이 최소 10ms 이상인 것을 목표로 하여 표준이 정의되었으나, 5G에서는 지연 시간이 최소 1ms까지 낮아지게 하는 것을 목표로 하고 있다. 이 역시 실제 사용자가 체감하는 지연 시간은 LTE의 경우는 50ms~150ms 정도이지만, 5G의 경우는 10ms 안팎이 될 것으로 보여 역시 10배 이상의 지연 시간 향상을 사용자들이 느낄 수 있을 것으로 보인다.

지금까지 우리가 사용했던 휴대전화와 스마트폰을 위한 이동통신 서비스는 통신이 일시적으로 끊기더라도 약간 불편할 뿐이지 휴대폰이나 스마트폰을 사용하는 사용자가 위험해지는 일은 없다. 다만, 통신 서비스가 중단된 시간만큼 이용자들이 불편을 느끼고 통신 서비스 품질에 불만을 느껴 다른 이동통신 회사로 옮겨 서비스를 받게 되면 이동통신회사의 수익에 영향은 미칠 수 있다.

5G가 목적으로 하는 IoT 및 사물 간 통신에는 잠깐의 통신 장애가 안전사고나 큰 손실로 이어질 수 있는 자동차, 드론, 스마트 팩토리와 같은 응용 분야를 포함한다. 자동차와 같이 빠르게 움직이는 이동체가 통신에 의존한 주행이나 안전기능을 사용하고 있을 때, 초 단위의 짧은 시간의 통신 장애도 수십 미터의 주행에 영향을 주어 탑승자나 주변 보행자가 죽거나 다칠 수 있다. 스마트 팩토리의 사물 및 공정 장비들이 잠깐의 통신 장애로 인해 통신에 의한 프로세스 조율이 서로 원활하게 이루어지지 않으면 공정이 잘못 수행되거나 제조하는 상품의 품질에 문제가 생겨 몇 초간의 장애 때문에 큰 금액의 금전적 손실이 일어날 수 있다.

5G부터 지원하기 시작하는 초고신뢰/초저지연 통신은 다양한 사물이 5G 이동통신에 연결되었을 때 수집되는 빅데이터를 사물 간 서로 교환하고 동작을 조율하거나 사람이 원격으로 사물들이 수집한 데이터를 전송받고 서비스에 이용할 수 있도록 하는 데 중요하게 활용된다. 이런 5G 이동통신의 초고신뢰/초저지연 통신 서비스로 인해 사물들이 수집하는 데이터를 활용한 다양한 지능형 서비스가 크게 늘어날 것으로 전망된다[9-10, 12, 13-16, 19].

세 번째로, 5G 이동통신은 대량연결(mMTC: massive Machine-Type Communications)을 지원할 수 있도록 개발되는 최초의 이동통신 기술이다.

지금까지 이동통신 기술은 이동통신 이용자가 사용하는 휴대용 통신 단말, 즉 좀더 쉬운 용어로 우리가 보통 사용하는 휴대폰과 스마트폰으로 전화를 하기 위한 음성 신호와 문자 메시지를 위한 문자 데이터 전송에 최적화되어 디자인된 기술들이었다. 3세대 이동통신 기술에 이르러 DMB와 모바일 인터넷 서비스와 같은 멀티미디어 서비스를 지원하기 시작했지만, 여전히 이동통신에서 가장 큰 비중을 차지하는 데이터 흐름은 음성 신호와 문자 메시지였다. 이동통신 기술 자체가 디지털 통신 기술이기 때문에 기본적으로 부호화된 데이터를 전송할 수 있는 역량을 가지고 있지만, 그 대역폭이 제한되어 있어 기본적으로 음성신호와 문자 메시지 데이터를 전송하는 데에 우선 초점을 맞추게 되었다.

4G 이동통신 기술인 LTE에 이르러 “진화된 패킷 코어(Evolved Packet Core; EPC)” 기술이 도입되기 시작하면서 본격적으로 데이터 통신의 비중이 높아지기 시작했으며, 스마트폰의 출현으로 전화를 위한 음성 신호 전송보다는 스마트폰 응용 프로그램을 위한 데이터 통신이 압도적으로 많아지기 시작했다. LTE-A기술과 함께 등장한 반송파 묶음(Carrier Aggregation) 기술로 대역폭이 커지기 시작하면서 고화질 영상과 대용량 데이터를 전송할 수 있게 되어 이동통신사들의 통신요금체계가 기존의 음성 통신 위주의 요금 체계에서 데이터통신 위주의 요금 체계로 바뀌게 된다.

4G 이동통신 기술인 LTE 후반에 이르러 사물인터넷에 대한 관심이 높아지면서 LoRa, Cat M.1, LTE-M 등의 사물인터넷(IoT) 지원을 위한 이동통신 기술이 상용화되기는 하였지만, 사물인터넷 시장이 아직 성숙하지 않은 이유로 데이터 흐름이 많지는 않았다.

5G 이동통신 표준은 스마트폰 단말기뿐만 아니라, 5G 통신에 연결되는 다양한 사물의 개수가 폭발적으로 늘어날 것을 대비하여 디자인된 최초의 이동통신 표준이다. 1km2당 백만(1,000,000) 개의 사물이 연결될 수 있는 통신 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다[9-10]. 이는 LTE에 비해 10배 이상 많은 사물 간 통신을 지원하려는 것으로, 에지 컴퓨팅 기술과 임베디드 고성능 컴퓨팅의 발전과 함께 사람 간 통신 데이터보다 기계와 사물 간 통신 데이터가 더 많아지는 IoT 시대를 가속하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대되고 있다.

이와 같이 5G 이동통신 표준에서 목표로 하는 세 가지 서비스 특성, 즉 초광대역 서비스(eMBB: enhanced Mobile Broadband), 초고신뢰/초저지연 통신 (URLLC: Ultra Reliable & Low Latency Communications), 대량연결(mMTC: massive Machine-Type Communications) 서비스는 사람 간 통신보다는 기계와 사물 간 통신을 더 염두에 두고 정의되는 표준인 것을 금방 알 수 있다. 쉬지 않고 동작하는 기계와 사물들이 쏟아내는 데이터들이 5G 이동통신망을 타고 흐르게 되면, 이들 기계와 사물들이 쏟아내는 빅데이터를 처리해서 비즈니스 가치를 만드는 빅데이터 기술과 서비스 비즈니스의 수요가 급증할 것으로 보인다. 이 때문에 5G 이동통신 기술이 빅데이터 비즈니스와 기술의 미래에 중요한 역할을 하게 될 것이다.

두번째로, 5G 이동통신 기술이 사이버 물리 시스템 기술에 미치는 중요한 영향은 이동통신 기술 역사에서 통신-IT융합 인프라로 발전하게 되는 최초의 이동통신 기술 표준이 될 것이라는 사실이다.

오픈스택(OpenStack) 기반 클라우드 컴퓨팅 기술이 발전하면서 네트워크 장비 기술 분야에도 많은 영향을 미쳤다. 이는 오픈스택에서 사용되는 클라우드 컴퓨팅 기술들을 수용하는 과정에서 나타나기도 했지만, 클라우드 컴퓨팅의 요구사항을 네트워크 장비가 수용하다 보니 기존 네트워크 운영체제에서 모든 요구 사항을 수용하기에는 한계가 있었다. 이렇다 보니, 리눅스 운영체제가 탑재된 네트워크 장비가 등장하거나, 아예 네트워크 운영체제가 전혀 탑재되지 않고 일반 서버나 데스크톱 컴퓨터와 같이 사용자가 원하는 네트워크 운영 체제를 깔 수 있는 화이트박스 네트워크 장비가 나타나기도 했다.

이런 경향을 잘 보여주는 제품 중의 하나가, 오픈스택의 발전과 함께 많은 주목을 받으며 성장했던 네트워크 장비 업체인 “플러리버스 네트워크(Pluribus Network, Inc.)”를 들 수 있다. 플러리버스에서 개발한 초기의 화이트박스(white box) 네트워크 장비는 우선 보통 네트워크 장비와 다르게 x86서버 하드웨어에 준하는 사양을 가지고 있다. 

플러리버스 네트워크의 네트워크 운영체제인 넷바이저(NetVisor)는 시작부터 가상 머신을 지원할 수 있도록 하여, 네트워크 기능 가상화를 위한 가상 네트워크 어플라이언스 탑재가 용이하다.  VxLAN과 같은 네트워크 가상화 프로토콜을 지원하고, RESTful API가 제공되며, VMWare의 NSX와 오픈 스택의 네트워크 가상화와 관리를 담당하는 “뉴트론(Neutron)”과의 연동이 쉽게 개발되어 있다. 넷바이저는 리눅스를 기반으로 만들어져 있어, x86서버와 리눅스를 기반으로 사설 클라우드 인프라와 연동된 네트워크 운영, 관리 자동화에도 적합하다. 오픈플로우(OpenFlow) 기반 소프트웨어-정의 네트워크도 지원하여 네트워크 운영 자동화 및 프로그래머빌리티(programmability)를 높일 수 있도록 한다.

오픈스택 기반의 클라우드 컴퓨팅 기술은 이동통신 기술이 클라우드 컴퓨팅 기술을 수용하도록 하는 데 영향을 끼쳤으며, 이 때문에 앞의 서른일곱 번째 글에서 소개한 바와 같이 클라우드 컴퓨팅의 멀티테넌시와 네트워크 가상화의 개념을 수용한 개념인 “네트워크 슬라이싱(Network Slicing)”이 5G 이동통신 표준에도 반영되었다[3, 13-16, 19]. “네트워크 기능 가상화(Network Function Virtualization)”, “가상 네트워크 기능 관리자(Virtual Network Function; VNFM)”, “가상 인프라스트럭처 관리자(Virtual Infrastructure Manager)”, “NFV 자동화 및 오케스트레이션(NFV Management and Orchestration; MANO)”등의 개념들도 오픈스택의 발전과 함께 구체적으로 정의되고 테스트되었으며, “가상 인프라스트럭처 관리자(Virtual Infrastructure Manager)”와 같은 개념은 아예 오픈스택과 같은 클라우드 컴퓨팅 소프트웨어를 염두에 두고 정의한 개념이다.

위와 같이 리눅스 기반 네트워크 운영체제의 출현, 일반 x86 서버와 같이 네트워크 운영체제를 새롭게 설치, 구성할 수 있도록 하는 화이트박스 네트워크 장비, 그리고 클라우드 컴퓨팅의 개념이 많이 수용된 5G 이동통신 표준의 경향들은 네트워크 기술과 IT장비가 융합, 수렴하는 추세를 극명하게 보여준다. 

세번째로, 5G 이동통신 기술은 이동통신 인프라 자체가 지능형 사이버 물리 시스템으로 발전하기 시작한 최초의 이동통신 표준이다.

지난 서른일곱 번째 글에서 잠시 소개한 바와 같이, 5G 표준에서 새로이 제안된 “네트워크 데이터 분석 기능(Network Data Analytics Function; NWDAF)”라는 개념은 5G 인프라와 네트워크의 빅데이터를 대량으로 수립하고, 이 빅데이터를 가공, 분석하여 인공지능 기술을 이용해 5G 네트워크 인프라의 운영 의사 결정과 판단을 자동화하려는 것이다[3, 19-21].



5G 독립 모드(Stand Alone; SA)가 합의되어 발표되는 3GPP 이동통신 표준 16 개정판에서, 네트워크 데이터 분석 기능(NWDAF)은 5G 네트워크 인프라의 주요 운영 요소에 대한 통계 정보, 예측 분석, 자동화된 추천과 같은 지능형 정보 및 피드백 제공을 목표로 한다. 이를 위해서, 5G 스마트폰을 비롯한 5G 통신 단말과 5G 이동통신망에 연결되어 있는 사물들(그림 1의 (2)), 스마트 시티 및 스마트 팩토리와 같이 5G가 활용되고 있는 인프라와 “버티컬(vertical; 스마트 시티, 스마트 팩토리 등 5G 이동통신과 다른 수직계열화된 산업분야에 맞도록 5G 이동통신 인프라 요소와 기능을 정렬, 통합하여 특화된 서비스를 제공하는 것을 지칭함. (필자 주, [27]))”(그림 1의 (3)), 5G 네트워크 인프라 장비의 데이터(그림 1의 (1)) 및 운영, 관리 데이터(위 그림 1의 (4))를 수집하여 네트워크 데이터 분석 기능(NWDAF)에서 처리하게 된다[20].

위와 같이 수집된 다양한 5G 인프라 및 버티컬 서비스 데이터를 이용해 5G 인프라를 최적화하고, 지능적으로 운영, 제어할 수 있도록 하는 분석 결과를 5G 네트워크 인프라와 운영 자동화 및 관리 시스템(Operation Automation and Management; OAM)에 피드백하여 네트워크 운영을 위한 파라미터와 관리 요소들의 상태를 업데이트하게 된다. 수집된 데이터를 분석, 가공해 자동화된 인프라 운영, 관리를 위한 피드백과 상태 업데이트를 전달하고 반영하는 과정에서 클라우드 컴퓨팅과 가상화 기술이 중요한 역할을 하게 된다.

클라우드 컴퓨팅과 네트워크 기능 가상화(NFV)가 적용되어 있지 않은 과거 이동통신 네트워크 인프라는 각 장비의 상태와 장애 유무를 원격으로 모니터링하기는 하지만, 잘못 설정된 설정값으로 대규모 장애가 일어날 수 있는 네트워크 장비의 특성상 원격으로 장비의 상태 값을 일괄적으로 변경하지는 않는다. 클라우드 컴퓨팅과 네트워크 기능 가상화(NFV), 운영 관리 자동화 및 오케스트레이션(Management and Orchestration; MANO) 기술을 통해 5G 이동통신 인프라 전체가 원격으로 프로그램, 제어 가능한 인프라로 새롭게 변화되어야 위의 네트워크 데이터 분석 기능(NWDAF)을 온전하게 실현할 수 있다. 

클라우드 컴퓨팅과 네트워크 기능 가상화(NFV), 운영 관리 자동화 및 오케스트레이션(MANO)은 5G 이동통신 인프라에서 소위 소프트웨어-정의 인프라(Software-Defined Infrastructure; SDI)의 개념을 구현할 수 있게 하는 기술이다. “소프트웨어-정의(Software-Defined)”라는 말의 의미에는 “프로그래머빌리티(programmability)”가 중요한 특성으로 포함되어 있다. 클라우드 컴퓨팅과 가상화 기술을 이동통신 인프라에 적극적으로 포용한 네트워크 기능 가상화(NFV), 운영 관리 자동화 및 오케스트레이션(MANO) 기술은 5G 이동통신 인프라를 종단 간(end-to-end)으로 프로그램할 수 있도록 유연하게 해준다. 이를 통해, 오랫동안 자동화와 지능화가 어려웠던 이동통신 인프라에 네트워크 데이터 분석 기능(NWDAF)과 같은 지능형 운영 기술이 비로소 실현될 수 있게 된 것이다.

이렇게 네트워크 기능 가상화(NFV), 운영 관리 자동화 및 오케스트레이션(MANO) 기술이 빅데이터 분석 기술, 인공지능 및 기계학습 기술과 결합하여 데이터 수집, 가공, 자동화, 지능화된 의사 결정과 판단, 피드백 및 실행(action)의 순환 루프(loop)가 완성되며, 이를 통해 5G 이동통신 시스템 자체도 거대한 사이버 물리 시스템의 하나로 거듭나게 된다.

물론 5G 이동통신 시스템이 영화 터미네이터에 나오는 스카이넷처럼 거대한 인공지능이 될 만큼 근시일내에 고도로 자동화, 지능화되지는 않을 것이다. 앞으로도 꽤 오랜 시간동안, 5G, 그리고 그 이후의 이동통신 시스템(Beyond 5G)도 운영, 관리에 많은 부분 사람의 의사 결정과 판단, 조작이 필요하게 될 것이다. 이를 통한 5G 이동통신 시스템의 자동화, 지능화와 사이버 물리 시스템화는 사람의 의사 결정, 조작 과정의 실수를 줄이고, 복잡한 운영과 관리 작업을 더 간편하고 쉽게 하여 5G 이동통신 시스템의 결함과 장애를 줄이며, 더 복잡하고 지능적인 이동통신 서비스를 제공하여 사회의 ICT 서비스와 인프라의 지능화 수준을 높이는 데 활용될 것이다. 이렇게, 5G와 그 이후의 이동통신 시스템은 “사람이 중요한 구성 요소의 하나인 사이버 물리 시스템(Human-in-the-Loop Cyber-Physical System)”으로 발전하게 될 것이다.

지금까지 5G 이동통신 시스템이 사이버 물리 시스템과 사이버 물리 시스템에 필요한 빅데이터 기술의 발전과 어떤 연관성이 있는지 간단하게 살펴보았다. 5G 이동통신은 사회의 ICT 서비스와 인프라의 연결과 협업을 가속하여 사회의 주요 기반 서비스와 인프라를 사이버 물리 시스템으로 발전시키는 역할을 할 뿐 아니라, 5G 이동통신 시스템 자체도 사이버 물리 시스템으로 진화하고 있다고 설명하였다. 5G 이동통신 시스템으로 거대한 사이버 물리 시스템으로 진화하는 각종 ICT 서비스와 인프라, 그리고 그 자체가 거대한 사이버 물리 시스템이 되어가고 있는 5G 이동통신 시스템이 사이버 물리 시스템으로서 완결된 지능화에 도달하기 위해 더 수준 높고 발전된 빅데이터 수집, 처리, 분석 기술이 필요하기 때문에, 빅데이터 기술과 데이터 과학의 중요성이 점점 더 높아진다고 설명하였다.

이제 클라우드 컴퓨팅과 가상화 기술과 함께 5G 이동통신에서 중요한 기술로 부상하고 있는 모바일 에지 컴퓨팅(Mobile Edge Computing; MEC)”을 살펴보면서, 미래의 사이버 물리 시스템에서 새로운 컴퓨팅 모델과 기술로서 중요하게 부각될 “데이터센터 스케일 협력 분산 컴퓨팅(Datacenter-scale Collaborative Distributed Computing)”에 대해서 같이 생각해보자.


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