물오른 IoT, ‘5G 날개’ 단다

5G 셀룰러 기술이 보급되고 상용 서비스가 이미 안착 및 고도화되면서 사물 인터넷(IoT) 분야가 한층 가속화될 전망이다. 

옥내 셀룰러 기기용 분산형 안테나 시스템을 제조하는 코닝(Corning)의 무선 솔루션 및 제품군 관리 부사장 미쉘 엔가토는 “5G에 제공되는 주파수 대역 증가로 전체적인 대역폭이 증가하고 많은 수의 IoT 장치를 연결할 수 있다”라고 말했다.

통신 서비스 제공자 버라이존 비즈니스의 무선, IoT 및 파트너십 부사장 스티브 스자보는 “5G의 여러 특성 덕분에 산업과 연결성이 혁신되고 있다”라고 전했다. 그중 하나는 매우 높은 처리량이다. 스자보는 “벤더들과의 시험 운영에서 4Gbps의 첨두 속도를 목격했고 이를 통해 5G가 (10Gbps에 도달할 수 있는 잠재력으로) 무엇을 할 수 있는지 예상할 수 있다”라고 말했다.

또 다른 하나는 높은 데이터 수집용 센서 밀도이며, 이를 통해 복잡한 배선이나 구형 기술 없이 공장 디지털화 및 추가적인 시각화와 생산성을 달성할 수 있다. 스자보는 “높은 센서 밀도의 핵심은 수천 또는 수백만 개의 센서를 넣고 자산 추적, 경보 등에 활용하는 것이다. 밀리미터파(mmWave) 기술의 5G는 연결된 수백만 개의 센서를 처리하도록 설계됐으며 실제로 (제곱킬로미터당) 100의 연결된 장치를 관리할 수 있다”라고 말했다.

또한 5G는 MEC를 통해 매우 낮은 지연 속도를 실현하며, 이러한 특성은 워크로드를 엣지에서 처리할 가능성을 제시한다. 

5G는 IoT에 어떤 도움이 되는가?
5G가 IoT에 언제 얼마나 영향을 미칠지는 실용성에 달렸다. 5G의 주된 속성에는 매우 빠른 데이터 처리량, 인간의 상호작용이나 관리 없이 다수의 기계나 장치가 통신할 수 있는 대규모 기계 통신 지원, 신뢰성이 높은 저지연 통신 등이 포함된다고 리서치기업 가트너의 책임 수석 분석가 빌 메네제스가 말했다.

이 기술의 높은 신뢰성은 와이파이 등 이더넷 기반 기술을 통한 우수한 서비스 품질 및 ‘실시간’ 통신을 제공하는 능력에서 비롯된다고  메네제스가 말했다. 또한 5G는 추후 릴리즈에서 현 세대 와이파이의 20~40밀리초가 아닌 1밀리초 미만의 이론 지연 속도를 갖게 된다.

메네제스는 “이 모든 속성이 IoT와 관련돼 있지만 현실의 관련성은 IoT의 종점과 애플리케이션의 요건에 따라 달라진다”라고 말했다.

예를 들어, 적절한 기능을 위해 높은 데이터 속도나 10밀리초 미만의 지연 속도를 요구하지 않는 애플리케이션을 가진 많은 수의 저전력 종점이 적합할 수 있다. 이런 시나리오에서는 주로 NB-IoT(Narrowband IoT) 연결을 지원하는 5G의 미래 기능을 활용하는 것이며 장치 밀도는 이론상 킬로미터당 최대 100만 개의 저전력 종점이라고 메네제스가 말했다. NB-IoT는 일련의 셀룰러 장치와 서비스를 지원하는 저전력 광역 네트워크 무선 기술 표준이다.

5G 또한 많은 대역폭을 필요로 하는 더 적은 수의 장치 배치에 활용될 수 있다. 메네제스는 “감시용 비디오 카메라를 배치하는 사용례가 대표적이다. 이 사용례는 5G의 높은 처리량/낮은 지연 속도 능력에 더 의존하여 훨씬 낮은 장치 밀도 요건으로 UHD 8K 실시간 비디오 제공을 가능하게 할 것이다”라고 말했다.

자동차, 제조(스마트 공장), 건축 및 광업과 석유가스 등의 천연자원 부문에서도 IoT에 5G를 활용할 수 있다고 메네제스가 말했다. 그는 “하지만 요건이 광범위하다. 사용례마다 다를 것이다”라고 말했다.

단 5G가 모든 IoT 네트워크에 최선의 선택인 것은 아니다. 조직들은 계속 와이파이, 블루투스, 지그비 및 4G NB-IoT 등 다양한 연결 방법을 사용할 것이라고 메네제스가 말했다. 그는 “기업들은 필요한 배치 시나리오에서 다른 플랫폼이 제공할 수 없지만 구현에 필요한 성능 기준에 맞는 속성이 무엇인지 확인해야 한다”라고 말했다.

5G와 다른 옵션의 조합
오늘날 IoT 장치는 대부분 유선 기술을 통해 연결되어 있다고 엔가토가 말했다. 여기에는 두 가닥으로 꼰 차폐형 동축 케이블선 LAN과 동축 케이블이 포함된다. 그녀는 “제한된 영역에서 와이파이를 활용할 수도 있다. 하지만 항상 이상적인 것은 아니다. 5G를 이용하면 케이블 및 케이블을 위한 전선관 없이 많은 센서를 배치할 수 있다”라고 말했다.

하지만 이 새로운 무선 기술은 “IoT의 각종 니즈를 충족하기 위해 고안된 여러 네트워킹 솔루션 중 하나가 될 것이다”라고 리서치기업 IDC의 IoT 및 모바일 네트워크 인프라 책임 연구 분석가 패트릭 필킨스가 말했다.

필킨스는 “예를 들어, 5G는 지연 속도, 신뢰성 및 보안을 요구하는 종점을 처리할 수 있다. 5G는 IoT를 위한 단일 플랫폼 맥가이버 칼이 되겠지만 일부 기업들은 5G의 모든 기능이 필요하지 않을 수도 있다. PLWAN 등 많은 경우에 LoRaWAN 등의 대체제를 통해 연결성을 달성할 수 있다”라고 말했다.

그에 따르면 잠재적인 신뢰성 손실에도 불구하고 와이파이6 및 와이파이 HaLoW도 밀집되고 범위가 짧은 IoT 사용례에서 활용될 수 있다.

필킨스는 “5G는 0에 가까운 패킷 손실을 가능하게 하는 새로운 기술을 도입하여 제로 다운타임 통신을 약속하는 측면에서 LTE보다 발전했다”라고 설명했다. 이런 기술에는 빔포밍(Beamforming), 네트워크 고속 시스템 대체 작동(리던던트 인프라 및 토폴로지), 무선 패킷 리트레인(Retrain) 및 SDN(Software-defined Network) 등이 있다.

필킨스는 “또한 5G는 전용 주파수 채널을 극대화하기 위해 활용하는 고급 동기화 및 기타 채널 분리 기법을 활용하여 서비스 품질을 확보한다. 이를 통해 통신사 5G 환경에서 (높은) 신뢰성이 확보된다”라고 말했다.

와이파이 vs. 5G
와이파이가 가지는 신뢰성 측면의 가장 큰 문제는 ‘범위’라고 필킨스가 말했다. 그는 “서비스 수준을 보장할 수 있거나 없을 수 있지만 분명 중단거리에서만 보장할 수 있다”라고 말했다. 또한 대부분의 와이파이 시스템은 비 면허 대역에 배치되며 더 많은 패킷이 채널을 공유하면서 간섭 가능성이 커진다.

와이파이 6는 주파수를 리소스 단위로 슬라이싱 하여 신뢰성 문제를 해결하지만 이런 개선점에도 불구하고 여전히 주파수 문제 자체가 남아 있으며, 이로 인해 간섭 가능성이 존재한다.

배치 비용, 범위, 간섭 및 IoT 장치의 기능은 모두 IoT 구현을 위한 적절한 메인 또는 보완 연결성 옵션을 확인할 때 고려하는 요소라고 메네제스가 말했다.

메네제스는 “구현의 네트워크 성능 요건에 따라 결정을 내려야 한다. 따라서 종점 또는 애플리케이션이 요구되는 수준에서 기능하기 위해 5G 성능이 필요 없다면 연결성 옵션을 선택하는 데 도움이 될 것이다”라고 말했다.

와이파이 6 또는 지그비는 스마트 빌딩 관리의 일부 요소에 완벽하게 적합할 수 있지만 유동적인 광역 용도는 그렇지 않다고 메네제스가 말했다.

메네제스는 “또한 기본적으로 상품화된 블루투스, 지그비, RFID 또는 와이파이 등의 연결 기술을 사용하는 종점 환경에서는, 5G가 경쟁력을 확보할 만큼의 시장 규모에 도달하지 않은 시나리오에서 훨씬 비용 효율적일 수 있다”라고 말했다.

가정용 등 경우에 따라 와이파이는 일반적으로 셀룰러보다 IoT에 더 적합하다고 커넥티드 주방 및 세탁용 기기 등 IoT 서비스를 제공하는 소비재 제조사 월풀의 글로벌 제품 조직 부사장 슈리 댄데카가 말했다.

댄데카는 “기술 세계에서는 이런 관점이 일반적이며 5G 기술로 상황이 달라질 가능성이 낮다. 심지어 가장 저렴한 셀룰러 기술[NB-IoT 또는 LTE-M]도 와이파이보다 훨씬 비싸다”라고 말했다.

한편, 월풀의 공장은 상황이 다르다. 회사의 IT부사장 마이클 버렌슨은 “그 환경은 종점과 기계가 너무 많기 때문에 와이파이가 적합하지 않을 수 있다. 특히 금속이 많으면 와이파이 신호에 영향을 미칠 수 있다”라고 말했다.

그는 “월풀은 5G가 더 넓은 범위를 제공하고 넓은 공간에서 더욱 일정할 수 있기 때문에) 오하이오주에 위치한 세탁기 공장에서 자사의 일부 자율주행 자동차에 5G를 테스트하고 있다”고 말했다.

더 나은 성능을 위한 네트워크 슬라이싱
통신사들은 5G가 성숙하면서 네트워크가 점차 발전하고 있으며, 이를 통해 IoT의 가능성이 더 많이 열릴 것으로 기대하고 있다. 

AT&T 비즈니스(AT&T Business)의 5G CoE 책임자 제이슨 인스킵은 “네트워크가 발전하고 SDN을 통한 엣지 구조 모델링이 가능해지면서 대역폭이 계속 향상될 것이다”라고 말했다.

인스킵은 “5G가 제공할 것으로 기대되는 또 다른 기능은 (RAN에서 전용 리소스 블록을 허용하는) 네트워크 슬라이싱이다. 이를 통해 셀룰러 네트워크는 MPLS 네트워크 같은 느낌이 들며 더 높은 성능을 얻을 수 있는 가능성을 통해 자율주행 자동차나 ‘초지평선’ 드론 운영 등의 사용례를 유도할 수 있다”라고 말했다.

인스킵은 “5G는 셀룰러 네트워크의 각 슬라이스에서 특정 성능 임계치를 유지할 수 있으며, 이는 과거 유선에서만 구현됐던 속성이다”라고 말했다. 

그는 이어 “이런 자동차와 드론은 많은 데이터를 수집하며 이를 신속하게 처리해야 성공 가능성이 높아진다. 5G와 엣지 컴퓨팅이 끝에서 끝까지 제공하는 속도와 낮은 지연 속도에 네트워크 슬라이싱이 결합되어 네트워크 자체의 ‘레인’이 제공되면 데이터가 훨씬 짧은 시간에 해당 장치로 되돌아 가는 데 도움이 된다”라고 전했다.

필킨스는 “5G 네트워크 슬라이싱이 IoT와 만나면 특히 현재 여러 사용례를 운용하고 있는 조직에서 5G 플랫폼의 통합을 활용할 수 있는 방법이 드러난다”라고 말했다.

필킨스는 “하나의 네트워크 슬라이스가 LPWAN IoT 이니셔티브에 할당되고 다른 슬라이스는 초저지연 속도를 요구하는 종점들을 연결할 수 있다. 5G를 통해 이론적으로 기존에는 유선 및 무선 링크의 조합을 오버레이 하여 해결하던 IoT 사용례를 해결할 수 있는 단일 플랫폼을 구성하게 된다. 5G를 통해 무선을 활용하여 이런 사용례의 대부분을 단일 플랫폼에서 해결할 수 있다”라고 설명했다. 

이에 따라 관리 및 운영 비용 측면에서 IoT의 가치를 높이고자 하는 조직들이 주목하지 않을 수 없다고 필킨스가 말했다.

종점 밀도가 더욱 향상
추가적인 미래의 개선 영역을 통해 제곱킬로미터당 라디오당 세션이 증가할 수 있다고 인스킵이 말했다. 그는 “5G로 이동하면서 그 수가 기하급수적으로 증가하고 있기 때문에 종점 밀도가 증가할 수 있다. 이런 일이 발생하면 생태계가 더욱 지능화될 것이다. 그리고 IoT의 기능도 증가할 수 있다”라고 말했다.

스자보는 “우리는 IoT와 관련하여 5G가 가진 잠재력의 일각만 맛보았을 뿐이다. 비즈니스 운영을 혁신하는 5G의 잠재력은 엄청나기 때문에 현재 존재하지 않는 사용례도 가능해질 것이다”라고 말했다.

예를 들어, 5G 네트워크는 잠재적으로 제곱마일당 200만 개 이상의 커넥티드 센서를 지원할 수 있다고 스자보가 말했다. “3D 가상 현실과의 협업은 엔지니어, 디자이너 및 마케팅팀이 ‘0’에 가까운 지연으로 신제품의 디자인을 비교하는 데 도움이 될 수 있다”라고 그는 덧붙였다.

버라이존은 5G 생태계를 확장하기 위해 파트너 및 개발자들과 협력하고 있다. 2020년 7월, E2E IoT 환경 간소화 및 가속화 계획을 발표했다. 그 중 하나가 마이크로소프트의 애저 클라우드와의 통합이다. 이로 인해 해당 통신사의 5G/LTE 네트워크, 씽스페이스 IoT 플랫폼(기업들이 버라이존 네트워크에서 IoT 장치의 프로토타입을 개발하고 테스트하며 연결할 수 있음) 및 CAS(Critical Asset Sensor) 장치(빛, 온도 및 압력 등의 조건 모니터링)를 IoT 개발자들이 새 애플리케이션을 신속하고 효율적으로 개발할 수 있다.

미래의 5G 버전(릴리즈 16 및 17)에는 다양한 유형의 IoT 사용례에 적용할 수 있는 고급 NB-IoT, 초저지연 속도 및 네트워크 슬라이싱이 포함될 것이라고 메네제스가 말했다.

메네제스는 “5G를 메인 또는 보완 [리소스로] 고려하고 있는 조직들은 계획된 IoT 사용례나 애플리케이션의 로드맵 또는 기존 IoT 구현에 대한 성능 업데이트를 고급 5G 릴리즈에 기초한 서비스 및 인프라의 상용 가용성과 일치시켜야 한다”라고 말했다.

5G로 IoT 활용성이 높아진다
전문가들은 5G의 지속적인 발전이 IoT 이니셔티브를 자극하는 데 도움이 될 수 있다고 진단했다.

엔가토는 “5G를 통해 시장에서 IoT 장치가 폭발적으로 증가할 것이다”라며, “5G의 초저지연 속도를 증강 및 가상 현실 등 새로운 사용례의 길을 닦을 것”이라고 말했다.

그는 이어 “의료, 스마트 제조 및 교육 등의 수직 영역을 디지털화 할 수 있는 새로운 획기적인 가능성을 열어준다. 교통, 치안 및 소매의 발전을 통해 스마트 시티 구현의 핵심 요소가 될 수 있다”라고 설명했다. 

대규모 M2M(Machine to Machine) 통신이 5G의 새로운 NB-IoT 통합 기능과 결합되면 IoT 보급이 가속화될 수 있다고 메네제스가 말했다. 여기에는 4G LTE나 와이파이 등의 무선 같은 다른 모바일 무선 기술을 통해 확장성이 낮아질 수 있는 스마트 시티가 포함된다고 메네제스가 말했다.

메네제스는 “5G의 추후 릴리즈는 범위 영역 내에서 훨씬 많은 장치를 지원하게 된다. 또한 중저대역 주파수에서 더 멀리 전파되어 와이파이보다 더 넓은 영역을 담당하게 된다”라고 말했다.

스자보는 “5G의 등장으로 산업 디지털 혁신을 유도하는 센서화 과정이 크게 가속화될 것이다. 대규모 IoT는 최대 12배의 센서 밀도를 지원할 수 있으며 (NB-IoT 등의) 기술이 발전할 것이다. 여기에서 데이터를 수집하고 디지털 트윈 등의 클라우드 기능을 활용하여 실시간에 가까운 시뮬레이션, 평가, 예측 및 교정이 가능해질 것이다”라고 말했다.

필킨스는 “IoT는 실제로 기능 역량과 비즈니스 운영 개선 사이에서 교량 역할을 하고 있다. 새로운 기술을 활용하기 위해 IoT 프로젝트를 배치하는 사람은 없다. 특정 산업에서 5G는 실내 및 실외 환경을 원활하게 연결하여 산업 자동화를 주도할 것이다”라고 말했다. dl-ciokorea@foundryco.com