구글, 해저 광케이블 수요 예측부터 최신 기술 소개

구글은 여러 지역 파트너와 함께 캐나다와 아시아를 연결하는 최초의 해저 광섬유 케이블 건설 프로젝트인 토파즈(Topaz)를 진행하고 있다. 2023년 완공을 목표로 추진되고 있는 토파즈는, 캐나다 밴쿠버와 포트 알버니 그리고 일본의 미에현과 이바라키현을 태평양을 가로지르는 해저 광케이블로 연결하는 프로젝트다.

프로젝트가 종료되면 16개의 광섬유 쌍으로 이루어진 토파즈 해저 광케이블을 이용해, 일초에 240 테라비트(Terabit)의 데이터를 전송할 수 있다. 구글 검색, 구글 클라우드, 지메일, 유튜브 등 구글이 제공하는 다양한 서비스에서 더 많은 데이터를 더 빠르게 전송할 수 있게 될 전망이다. 여기에는 WSS(Wavelength Selective Switch)라는 광네트워크 지원 기술이 적용된다.


구글은 해저 광케이블을 대륙과 대륙이나 국가와 국가 사이의 네트워크 백본으로 활용하고 있다. 수요와 용량 예측을 통해 계획부터 완공까지 수년이 걸리는 해저 광케이블 건설에 많은 비용과 시간을 꾸준하게 투자하고 있다. (자료 : Google)

구글은 이렇게 자사의 클라우드 및 다양한 서비스를 제공하기 위해, 데이터센터와 네트워크 건설에 막대한 비용을 투자하고 있다. 특히 바다를 가로지르는 해저 광케이블을 꾸준하게 건설하고 네트워크 용량을 확장하며, 대륙과 대륙이나 국가와 국가를 연결하는 네트워크 백본 확장과 유지 관리에 적지 않은 노력을 기울이고 있다.

그렇다면 구글의 해저 광케이블 구축에는 어떤 과정과 기술이 사용될까? 구글이 이런 궁금증을 해결하는 데 도움이 될만한 자료를 공식 블로그를 통해 공개했다. 간단하게 요약하자면 네트워크 트래픽 예측과 용량 계획, 네트워크 안정성과 데이터 전송 속도와 효율을 높이기 위한 기술 개발, 지속적인 관리와 유지 보수로 나눌 수 있다.

해저 광케이블 건설은 계획하고 구현하는 데 최소 몇 년 이상 소요되기 때문에, 어느 정도의 네트워크 용량이 필요한가를 결정하는 용량 계획은 그 보다 훨씬 먼저 이루어져야 한다. 또한 케이블의 수명이 20년 이상이라는 점까지 감안한다면, 몇 개월이 아닌 몇 년이라는 긴 시간 동안 수요 예측이 필요하다고 밝혔다. 그럼에도 불구하고 수요를 예측해 적정 용량을 계획하는 것은 쉽지 않은 일이다.


미국과 영국 및 스페인을 연결하는 그래이스 호퍼 프로젝트는 2022년 완공을 목표로 건설 중이다. 캐나다 밴쿠버와 일본 미에현 및 이바라키현을 연결하는 토파즈 프로젝트는 2023년 완공 예정이다. (자료 : Google)

구글은 이러한 예측 과정에서 구글 클라우드 고객으로 인해 발생할 수 있는 트래픽 급증, 새로운 지역을 추가할 때 필요한 더 높은 네트워크 용량, 새로운 위치에 대한 중복 경로 등을 고려한다. 이를 기반으로 민감도를 분석하여 3-6개월, 3년, 5년 뒤의 수요를 예측한다. 그리고 네트워크를 세 가지로 범주로 나누고, 지연 시간과 같은 구글 클라우드의 요구 사항을 충족하면 비용과 균형을 유지하는 최적의 투자 규모를 결정한다.

네트워크 범주는 대륙과 대륙을 가로질러 주요 대도시 지역을 연결하는 메트로 간 네트워크(Inter-metro network), 대도시를 중심으로 일정 지역 내에서 데이터센터를 연결하는 지역(Regional), 구글 네트워크와 인터넷 서비스 제공업체와 연결하는 엣지(Edge)로 구분한다. 이러한 세 가지 네트워크 유형에 앞에서 언급한 여러 가지 요소를 적용해 수요를 예측한다는 것이다.

계획이 수립되면 계획 용량을 제공하기 위한 광케이블 테스트, 안정성과 효율을 높이는 새로운 기술을 연구하고 이를 실제 현장에 적용한다. 예를 들어 공간 분할 다중화(SDM ; Space Division Multiplexing)와 파장 선택 스위칭(WSS ; Wavelength Selective Switching) 같은 광케이블 제작이나 전송 기술을 꼽을 수 있다.

기존의 광케이블은 6개 또는 8개의 광섬유 쌍으로 케이블을 제작했지만 SDM은 16개의 광섬유 쌍으로 케이블을 제작한다. 광섬유 케이블 쌍이 2배 이상 늘어난 만큼 데이터 전송량도 증가한다. 미국과 영국 및 스페인을 해저 광케이블로 연결하는 그래이스 호퍼(Grace Hopper)도 SDM을 활용한 프로젝트로, 2022년 완공하는 것을 목표로 건설되고 있다.

WSS는 하나의 광케이블 선로를 통해 여러 개의 광채널을 전송하는 기술이다. 넓은 파장 대역을 여러 개의 파장 대역으로 분리하고, 각각의 파장 대역에서 여러 광채널을 다시 역다중화하는 방법으로 전송 효율을 높인 것이다. WSS는 메인 트렁크와 분기 경로 사이에서 파장(Wavelength)에 따라 신호를 분할하고, 동일한 광섬유를 통해 이를 전송한다. 그래서 각각의 링크마다 전용 광섬유 쌍을 설치할 필요가 없다.

해저 광케이블은 관리 및 보수하는 과정에도 적지 않는 비용과 시간이 소요된다. 해저 광케이블이 손상의 2/3는 어선이나 선박의 닻으로 인해 발생한다. 이렇게 케이블의 물리적인 손상이 발생하면 이를 수리하는 데 최소한 몇 주의 시간이 필요하다. 구글은 이러한 상황에서 서비스가 영향을 받지 않도록, 추가 용량으로 네트워크를 설계하고 우회 경로를 통한 서비스 중단이 발생하지 않도록 한다고 전했다.

1858년 유럽과 미국을 연결하는 해저 케이블이 처음 개통되면서, 전 세계에는 해저 케이블 시대가 열렸다. 최초의 해저 케이블은 모스 부호(Morse code)를 사용하는 전신 메시지 송수신을 위해 건설됐고, 모스 부호로 된 문자 하나를 전송하는 데 2분 5초의 시간이 소요됐다. 지금은 해저 광케이블을 통해 최대 340Tbps의 데이터 전송이 가능하고, 국제 네트워크 트래픽의 99%를 해저 광케이블이 담당하고 있다. ciokr@idg.co.kr