전기전자/정보통신

Telecommunication_2017.6. 특집 (p9~31)

Future Network
미지의 네트워크와의 조우
ㅎ
인터넷이나 모바일의 발전은 세계를 크게 변화시켜 왔다. 우리들의「미래」는 네트워크 기술의 진화와 함께 있다. 그럼 도대체 미래의 네트워크에는 어떤 진화가 기다리고 있는가? 5G나 고속위성통신, 정보지향 네트워크, 테라헤르츠(THz) 무선 등, 지금은 아직 실현되지 않은「미래의 네트워크」의 세계에 대해 소개한다.

Part 1. 20Gbps 모바일을 어떻게 사용하는가?
2020년 5G의 여행

도쿄올림픽∙패럴림픽이 열리는 2020년에는「5G」의 상용서비스가 시작된다. 실현 과정과 5G개시 후의 모바일 네트워크의 모습을 소개한다. 「2020년에는 고객에게서 요금을 받을 수 있는 본격적인 5G 서비스를 시작하고 싶다」. 전부터 2020년부터 5G서비스를 개시할 것이라고 호언장담하였던 NTT도코모. 그것이 시험서비스 수준일지, 아니면 본격적인 상용서비스 수준일지에 대해서는 지금까지 확실히 밝히지는 않았지만, NTT도코모 5G추진실의 오쿠무라(奥村) 씨는 이렇게 말했다.

「세계에 앞서 2020년에 5G를 실현한다」라고 총무성이 2014년에 주장한 것을 계기로, 일본에서 5G는 “국가목표”의 대상이었다. 이제 불과 3년 후면 2020년이다. 그 움직임이 드디어 분주해졌다. 지금까지 5G의 제공 시기에 관해 구체적인 언급을 피해 온 KDDI도 올 2월에「2020년에 5G의 서비스 개시를 목표로 한다」라고 표명하였다. 이어 3월에는 소프트뱅크도「2020년 무렵의 상용서비스 개시」라는 방침을 분명히 하였다.

소프트뱅크가「2020년 무렵」이라고 한 것은, 2020년보다 뒤로 넘어갈 수도 있다는 것을 의미하는 것은 아니다.「고객의 요구가 있다면, 2019년에라도 상용화할 수 있도록 준비를 추진하고 있다」라고 소프트뱅크 모바일 네트워크본부 기술기획부의 후나요시(船吉) 부장은 말한다.

-- 2019년 상용화도 가능 --
-- 스카이 트리에서 5G를 --
-- 최대통신속도는 20Gbps --
-- 1밀리초의 저지연도 실현 --
-- 당초에는 최대 5Gbps? --
-- 낮은 주파수대일수록 5G를 --

Part 2. 우주에서「전파」가 내린다
지구 통째로 IoT화 계획

산간 벽지나 재해 시의 통신 수단으로서 중시되어 온 위성 통신이 큰 변화의 시기를 맞이하고 있다. 앞으로 위성 통신에 의한「고속대용량」「저지연」「저비용」의 인터넷 시대의 막이 열린다. 「위성 통신으로 고속인터넷」. 이 말을 듣고 바로 이해하는 사람이 얼마나 있을까? 「현실감이 없다」라는 느낌을 받는 사람도 적지 않을 것이다. 그러나 우주에서 내려 오는 전파로 고속인터넷이 가능한 시대는 거의 눈앞에 다가와 있다.

「차세대 위성 통신 회사인 미국의 OneWeb에 10억 달러를 투자한다. OneWeb에서 다시 한 번 통신 혁명을 일으키고 싶다」. 2017년 3월에 소프트뱅크그룹의 손정의 사장이 이렇게 언급한 OneWeb은, 위성 통신에 의한 고속인터넷을 실현하고자 2012년에 설립된 위성 통신 벤처다.

OneWeb은 지상에서 위성으로의 업링크는 25Mbps, 반대인 다운링크는 50Mbps라는 고속인터넷 서비스를 2020년 무렵까지 지구 전체의 커버리지로 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 소프트뱅크 외에도 영국 버진그룹, 유럽의 에어버스그룹, 미국의 코카콜라와 퀄검 등, 세계의 유명 기업으로부터 자금을 모으고 있다.

또한 테슬라의 CEO 일론 머스크 씨가 2002년에 설립한 스페이스X는「미국이나 인터넷이 정비되지 않은 지역에서, 고속∙저지연의 저가 네트워크를 제공한다」라고 미국 상원의 통상∙과학∙운수위원회에서 선언하였다. 스페이스X는 1유저 당 1Gbps의 고속 위성 통신 서비스를 목표로 하고 있다.

-- 변화하는 위성 통신 비즈니스 --
-- 광파이버 수준의 고속 통신 --
-- 코모디티화하는 위성 --
-- 커넥티드 카도 위성 통신으로 --
-- IoT에서도 위성 통신이 활약 --

Part 3.「에지」와「슬라이스」로 진화
네트워크(NW)에 지성이 깃든다

캐리어망은 앞으로 실세계의 사물을 움직이는 기반으로 진화할 것이다. 그를 위해서는 네트워크 내에 지성을 갖출 필요가 있다. 이를 실현하는 2개의 조류가 에지 컴퓨팅과 네트워크 슬라이싱이다. 「네트워크의 진화 방향성이 변한다」. 통신업계 관계자들 대부분이 이렇게 말한다. 우선, 역할이 변한다. 지금까지의 네트워크는 상대와 연결하여 정보를 얻기 위한 것이었다. 그러나 NTT 미래넷연구소의 카와무라(川村) 소장은「앞으로는 물리적인 사물을 움직이는 역할을 담당한다」라고 말한다. 예전과는「네트워크의 역할이 결정적으로 다르다. 그에 따라 새로운 요건이 나온다」.

-- NW를 바꾸는 2개의 조류 --

● 에지 컴퓨팅 : “지산지소(地産地消)”로 새로운 가치 캐리어 복권의 계기도
에지 컴퓨팅은 왜 필요한가? 가장 큰 이유는 저지연화다. 광전송에는 1m에 5ns(나노 초)가 반드시 소요된다. 응답성을 높이기 위해서는 데이터 처리 장소를 가깝게 하는 수밖에 없다. 에지 컴퓨팅은 현재로서는 저지연화를 실현하기 위한 유일한 해답이다.

그 이외에도 다양한 이점이 있다. 에지로 즉시 통신을 되돌리거나, 클라우드에 보낼 필요가 없는 트래픽을 인터넷에 오프로드하는 등 트래픽 엔지니어링의 효과도 크다. 클라우드 측의 처리 오프로드로도 이어진다.

-- 데이터해석은 클라우드에서 망 안으로 --
-- 에지는 어디에 놓이는가? --

● 네트워크 슬라이싱 : 실현을 위한「MPLS의 다음」 트랜스포트도 변혁
실은 네트워크 슬라이싱에 대한 정의는 아직 정립되지 않았다. 게다가 가상 슬라이스를 만드는 기술에는 이미 VPN이 있다. 이것과 무엇이 다른지 의문을 갖는 사람도 많을 것이다. 이 점에 대해 NEC의 무라카미(村上) 씨는「서비스 요건에 따라 보다 세세하게 자를 수 있다. 그리고 필요한 때에 필요한 만큼 사용할 수 있는 다이내믹성이 다르다」라고 말한다.「이를 통해 셰어 효과가 높아지고, 또한 새로운 사용법도 생겨난다」. 이러한 운용을 실현하기 위한 기능 개발과 병행하여, 표준화가 3GPP, ITU-T 등에서 진행되고 있다.

네트워크 슬라이스는 5G의 요소 기술의 하나이기도 하지만, 역으로 5G의 실용화에 의해 슬라이스의 활용 범위가 현격하게 확산될 가능성도 있다. LTE의 경우는 무선 구간에 복수의 슬라이스를 만들 수 없었지만,「5G에서는 무선 구간에서도 슬라이스를 만들 수 있도록 하고 있기 때문」이라고 무라카미 씨는 말한다.

지금까지는 코어망에 복수의 가상 슬라이스를 만들어도, 단말 1대에 하나의 슬라이스만 연결할 수 있었다. 예를 들면 스마트폰용으로, 동영상발신에 적합한「광대역 슬라이스」와, 저용량의 센서 데이터를 보내는「IoT 슬라이스」를 준비해도 동시에 2개를 사용하는 것은 불가능했다.

그러나 5G가 실현되면, 1대의 단말에서 앱/서비스 별로 다른 슬라이스를 사용하게 된다. 자동차 내비게이션의 경우, 자율주행∙안전운전지원용「저지연∙고신뢰 슬라이스」와, 교통정보∙지도경신용 슬라이스, 영상∙음악발신용「광대역 슬라이스」를 병용할 수 있게 되는 것이다. 이는 모바일 서비스의 활성화에 있어서 큰 지원이 될 것이다.

-- 이미 자동운용도 상용화 가능 --
-- Segment Routing 대두 --
-- IPv6와 융합으로 진가 발휘 --

Part 4.「정보지향 네트워크」라는 새로운 패러다임
IP의 “한계”를 초월하는 날

“이 데이터 갖고 있는 사람 있어요?”이라고 물어보면, 가장 가까운 곳에서 직접 입수할 수 있다. 이러한 편리한 네트워크를 만들려는 구상이 있다. IP의 제약을 푸는「정보지향 네트워크」인 ICN이다. 「통신은 IP주소를 바탕으로 하는 것이다」라는 인터넷 상식이 변할지도 모른다. IP네트워크는「원하는 데이터/콘텐츠가 있는 장소」, 즉 IP주소라는「주소」를 바탕으로 한「1 대 1」의 정보 전달을 목적으로 만들어지고 진화되어 왔다. 원래 서버나 단말이 이동하는 것이나,「1 대 多」「多 대 多」의 통신 등은 상정하지 않았었다. 전화망과 근본적인 설계 사상은 변하지 않는 것이다.

그러나 유저의 이용 형태는 이전부터 그 설계 사상의 범위를 넘고 있다. 항상 이동하는 모바일 디바이스, 1 대 多와 多 대 多로 소통하는 SNS, 다수의 유저가 동시 시청하는 비디오 발신. 이러한 모든 것은 IP네트워크가 생겨났을 때는 생각하지 못했던 것들이다. 또한, 머지 않아 방대한 수의 사물과 사물, 사물과 사람이 정보를 상호 전달하는 IoT의 세계가 다가온다. 이러한 시대에 IP주소라는 장소를 지정한 통신은 상당히 낭비가 많다.

-- 이미 알려진「IP의 한계」--
-- 망 안에서 데이터 직접 입수 --
-- 서버리스 통신이 쉽게 --
-- IP의「치환」은 가능한가? --
--「Cisco Systems, 본격적으로 움직이다」--

Part 5. 건강진단부터 응급처치까지 자동화
AI가 네트워크 운용의 사령탑으로

사람이 발견하기는 어려운 네트워크 문제를 AI가 감지하여 고친다. 네트워크의 자율적인 운용을 가능하게 하는 기술 개발이 추진되고 있다. 이르면 올해에 실용화를 위한 움직임이 시작될 것 같다. 「여기가 위험하니까 고쳤으면 좋겠다」라고 네트워크 운용을 담당하는 오퍼레이터에게 AI가 지시를 내린다. 그런 미래가 머지 않아 찾아 온다. 사람이 특정하기 어려운 장해 원인을 AI로 찾아내는 기술 개발이 추진되고 있기 때문이다.

네트워크의 가상화가 진전되는 가운데, 대역 확장이나 설정 변경, 경로 제어 등의 운용 작업의 자동화가 발전하고 있다. 또한, 클라우드/서버의 설정 자동화 툴과 연동하여, 어플리케이션 측이 요구하는 요건에 응한 가상 네트워크를 자동 생성하는 등의 운용도 현실이 되고 있다.

한편, 고장에 대한 대응이 복잡해지는 것이 새로운 문제로 대두하고 있다. NTT네트워크 기반기술연구소 트래픽 엔지니어링 그룹의 카와하라(川原) 씨는「네트워크의 가상화가 진행되면, 기기 고장이나 폭주와 같은 성능을 열화시키는 위험 요인이 복잡화된다」라고 말한다.

-- 고장 포인트를 모른다!? --
-- 2018년까지 실용화 목표 --
-- 유저의 행동 모델도 학습 --
-- NW가 자동으로「정밀검사」--
-- 베테랑의 지식을 수평 전개 --

Part 6. 광파이버도 대체하는 100기가 이상의 와이어리스
인류가 아직 개척하지 못한 테라헤르츠(THz)파

데이터센터 내의 대량의 케이블이 “무선화”된 미래가 도래할 가능성도 있다. 인류가 아직 개척하지 못한 주파수대를 활용하여, 초고속 통신을 실현하는「THz 무선」은, 광파이버도 대체할 수 있기 때문이다. 「인류가 활용하지 않는 최후의 미개척 주파수대」. NTT첨단집적디바이스연구소에서 주간연구원을 맡고 있는 야이타(矢板) 씨는 THz파를 이렇게 소개한다. 일반적으로 0.1~10THz의 주파수를 의미하는 THz파. 이보다 상위 주파수는 적외선이다. 즉, 전파가 아니라 빛이 된다. 전파와 빛의 중간의 성질을 갖는 THz파는, 발생시키는 것도 검출하는 것도 기술적으로 곤란했었기 때문에 오랫동안 “미개척”의 영역이었다.

그러나 드디어 이 미개척 영역이 개척되고 있다. NTT, 후지쓰, NICT는 작년에, 세계 처음이 되는 300GHz대를 이용한 THz 무선용 소형 송수신기를 개발. 1m를 초과하는 전송거리에서 20Gbps의 에러 프리 전송과, 직교편파(直交偏波)에 의한 약 40Gbps에서의 데이터 전송에 성공하였다. 같이 실시한 대용량 콘텐츠의 KIOSK 다운로드 실험에서는 DVD 1장 분량의 데이터를 약 3초에 다운로드할 수 있었다고 한다.

이 공동연구는 총무성의 위탁연구「초고주파 반송파에 의한 수십 기가비트 무선전송 기술의 연구개발」의 일환이다. 야이타 씨에 따르면, 총무성을 필두로 THz 무선에 주력하는 일본은 물론, 독일이나 미국에서도 연구가 활발하다고 한다. IEEE의 표준화도 시작되었다. IEEE 802.15 위원회의 TG3d(Task Group 3d)로서, 2014년 3월부터 표준화 작업이 시작되었으며, 이미 마무리 국면에 접어든 것 같다.

-- 테라헤르츠 무선이란? --
-- 광파이버를 “무선화” --
-- 사람을 추적하는 어플리케이션 --

Part 7. IoT디바이스에 효율적으로 전력 공급
전력공급은 유선에서 무선으로

IoT화가 진행된 미래에는 데이터뿐만 아니라 전력도 와이어리스로 보내는 것이 당연하게 될지도 모른다. 배선이나 배터리 교환이 불필요하며, 전력을 공급할 수 있는 와이어리스 전력 공급에 대한 기대가 높아지고 있다. 인터넷에 연결된 IoT 디바이스 수는, 2020년에는 300억 혹은 500억 대가 된다고도 한다. 아무튼 현재를 크게 웃도는 수의 디바이스가 넘쳐나게 되는 것은 틀림없다.

IoT 디바이스 작동에는 전원이 필요하다. 그러나 유선이나 배터리 교환에 의한 전력 공급의 경우, 방대한 수의 디바이스에 대응하기 위해서는 배선이나 배터리 교환 비용 등에서 큰 과제가 있다. 따라서 본격적인 IoT 시대가 도래하기 전에, IoT 디바이스에 적합한 전력을 공급하는 방법으로서, 와이어리스 전력 공급이 주목을 받고 있다.

-- 높은 자유도 실현 --
-- 인체에 대한 영향 우려 --

  -- 끝 --