(김범수 교수의 월요객석) 지연시간 측면에서 바라본 5G의 기술인터넷 가능성
작성 : 2019년 07월 18일(목) 11:29
게시 : 2019년 07월 19일(금) 09:12
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바야흐로 5G의 서막이 열렸다. 최근 연합뉴스 기사에 의하면 한국 모바일 인터넷 속도가 세계 14위였던 1년 전에서, 4월 5G 서비스를 세계최초로 시작한 이래로 세계 1위를 차지하게 된 것도 5G 상용화 서비스 덕택이라고 분석했다. 5G 서비스를 단순히 수십배 빨라진 인터넷과 통신속도라고 폄하하는 사람도 물론 있다. 5G 서비스는 고화질 영화를 수 초 내에 내려받거나 실시간으로 볼 수 있다는 통신속도의 증가 측면 외에도, 초광대역과 고신뢰, 초저 지연시간(latency)의 통신으로 단위면적당 대량 연결이 가능한 연결을 지원한다는 목표를 가지고 있다. 즉, 주파수 영역의 광대역화를 통해 더 많은 정보량을 전달하기 위해서 밀리미터파 영역과 같은 초고주파의 대역을 활용함과 동시에 대량 MIMO(multiple input multiple output) 기술 등으로 더욱 촘촘하게 나눠 대량의 사용자가 사용하게끔 하는 기술이다. 이는 점점 대용량의 데이터를 사용하는 현대의 사용자들에게는 획기적인 통신속도를 보장하게 한다.
5G의 매력적인 기술 중 필자는 지연시간의 측면에서 5G의 장점과 가능성을 조명해보고 싶다. 지연시간이란 컴퓨터사용자에게는 Ping이라는 말로 통신종단 간의 왕복 시간을 재는 것으로 쓰이며, DSP 등의 장치 사용자에게는 레이턴시라는 말로 기기 내의 아날로그 디지털 간의 변화 및 프로세스 시간에 따른 신호의 지연으로도 쓰인다. 흔히 사물인터넷(Internet of Things)이 미래기술로서 LTE 시절부터 주목받아온 명제라면, 5G에서는 Internet of Skills(기술인터넷이라 명명해보자)의 발전 가능성도 엿볼 수 있고, 이는 5G 초저 지연시간의 성취에 비례한다고 할 수 있다. 기술을 가진 인간의 실시간적인 반응이 기기제어에 중요한 요소로 작용하게 되고, 고용량의 제어 신호, 영상신호, 음성신호 등이 실시간으로 가깝게 양방향 통신을 이루는 것이 IoS의 성공 여부에 무척 중요한 조건이라는 것을 알 수 있다. 실시간으로 원격의료 및 수술을 하는 의사가 순간적으로 변화하는 환자에 조처를 할 때를 가정해보면, 인간의 가장 낮은 지연시간을 요구하는 촉각 신호의 최저지연시간에 맞춰야 이물감이 낮은 햅틱 기구와 수술기구를 연동하는 데 기준점이 될 것이다.
IoS의 분야에서는 상대적으로 저용량인 음악 연주신호를 실시간으로 통신하는 연구를 다루는데 이는 LTE 시대에서도 연구되는 주제다. 음악 신호의 일반적인 수준인 16bit 44.1 kHz의 실시간 전송은 4G 수준으로도 가능한 데이터양이다. 하지만 실시간 원격연주의 4G 서비스 내에서의 시도는 큰 열매를 맺지는 못했다. 이는 LTE의 최저지연시간이 50ms대로서, 인간이 지연된 소리나 에코 등으로 느끼는 15~30ms (연주자들은 10ms 전후)의 지연시간을 통신서비스 내에서 극복하지 못했기 때문이다. 5G 시대를 맞이해 해외에서는 오케스트라나 밴드의 원격연주를 시도하고 있으며, 한국은 에릭슨과 한국기업의 공동연구를 통해 5G 초기모델의 7ms 이하의 통신지연시간으로 오디오와 비디오 신호를 실시간 전송하며 원격밴드의 실연을 시연한 바 있다. 이를 통해서 차세대의 유망한 사업 분야의 하나로 원격교육과 원격예술의 형태로 부각되고 있으며, CES 2019에서도 많은 기업이 이 분야의 가능성 있는 계획을 데모로 발표했다.
하지만, 현행 한국의 5G 서비스는 논스탠드얼론 (NSA) 방식으로 유선 LTE 망을 빌려 쓰기 때문에, 20ms 이상의 지연시간이 성능시험 돼 사용자들의 불만은 지속적으로 제기되고 있다. 더 큰 제약은, 각각의 사용자가 쓰고 있는 하드웨어의 디지털-아날로그 간 변환에 필요한 지연시간, 그리고 그 하드웨어들의 연결을 통한 합산지연시간이 레이턴시를 추가하게 된다는 점이다. 예를 들어 48 샘플의 하드웨어 버퍼를 통해 48 kHz 샘플링된 오디오 신호를 오디오 인터페이스를 통해 원격통신을 한다고 가정하면, 왕복 2ms의 버퍼지연시간과, 아날로그-디지털 변환지연시간, 운영체계 등의 지연시간에 더해 통신망의 지연시간까지 합산돼 원격통신을 진행해야 한다. 이에 추가해 각종 이펙터와 무선마이크, 무선모니터링, DSP를 근간으로 하는 프로세서 등을 선호하는 연주자들은 실시간 원격공연을 위한 초저지연시간 위주의 하드웨어 구성을 디자인해야 할 것이다.
결국 더 빠른 프로세서와 효율적인 알고리즘을 통해 이와 같은 레이턴시를 어느 정도 극복할 수 있다면, 혹은 클래시컬 음악 장르처럼 대부분을 추가 과정 없이 실연 및 녹음하는 설정이라면, 5G의 최저지연시간인 1~2 ms로 수백 킬로 떨어진 지역 간의 원격콘서트, 원격녹음, 원격교육은 종단 사용자 선에서도 가능성 있는 이야기가 된다. 더욱 정교함을 필요로 하는 원격진료, 원격시술 등도 햅틱기술의 발전과 더불어 5G 상에서의 가능성은 높아질 것이다. 일반적으로 5G의 상용서비스 모델 중에서 속도와 용량을 강조하는 서비스가 사용자를 만족시키는 지배적인 서비스가 되겠지만, 기술인터넷을 위한 최소지연시간이 보장되는 상용서비스의 수요도 점진적으로 증가할 것으로 판단된다.
김범수 원광대학교 정보통신공학과 교수
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