DEVOCEAN

왜 연재를 하는가?

필자는 전자공학 전공자로, 컴퓨터 네트워크 박사학위를 가지고 있고, 10여년 이상 삼성전자에서 이동통신 시스템을 개발해 왔고,

SKT에서는 현재 Kubernetes 관련 일을 하고 있다.

이력을 먼저 이야기 한 이유는, 필자는 어찌 보면 "박쥐" 같은 포지션에 있는 인물인데다가 INPT다.

아닥하고 중년의 사춘기를 맞아 남성호르몬이 떨어져 자존감을 좀 찾어보려고 잘난척 하려는 것이다.

칭찬받고 싶다. (머리가 날라가고 숨이차다 -_-;; )

[출처] Intp draw. (ig: sakkowo). INTP는 그림은 왜 거의다 여성일까?

오해 하지 말자

본 글은 필자 개인의 의견이다. SK Telecom과 무관하다.

5G도 뭔지 모르겠는데, 6G는 뭔가?

이건 아주 긴 이야기다. 간단하게 이야기 할 수 없는 문제이다.

매우 복잡한 문제이며, 네트워크는 결국 사람과의 관계가 기반이 되고, Protocol(약속)에 관한 것이다.

특히 이동통신은 국가의 Infra로 단순히 요구사항 이상의 복잡한 높은신 양반들의 이해관계와 국가전략과 연관이 있다.

물론 이해하기 쉽게 억지로 틀을 만들어 설명 할 수도 있다. 혹은 비유를 통해 설명 할 수도 있다.

하지만 이런 방법은 쉽게 다가갈 뿐 오해를 만들고 아집을 만드는 것을 필자는 많이 경험했다. "나이스한 뻘소리"일 뿐 이다. 있는 그대로 봐야한다. 그리고 이를 위해서 필자의 느낌을 그냥 가감없이 전달하려고 한다.

어찌되었건...어렵다는 것이다. 이해하기 보다는 우선 느낌을 가지도록 하자.

모자이크처럼 보이던 세상이 언젠가는 또렷해 질 것이다.

(뭐 그렇다고 나의 삶이 발전 하지는 않는다. 삶을 위해서는 그 시간에 맛난것을 사먹자. 고양이를 보던가)

그래서 이야기 했지 않는가? 이건 매우 긴 이야기라고, 일단 그래서 이번 연재는 "라떼는 말이야"를 시전 해 볼까 한다.

1st Generation 이동 통신 : Cellular Network

이동통신이라면 이동해야 한다. 따라서 우선 무선이어야 한다.

그 다음은 이동통신이라고 이야기 된 후로는 결국 핸드폰이란게 생긴 것을 의미한다.

이는 개인과 개인의 통신이란 이야기다.

당연한 이야기를 한 이유는 당연하지 않았던 옛날을 상상해야 1st Generation이 주는 그 위대함을 느낄 수 있기 때문이다. 정반합 이라는게 있다고 한다. 어떤 세대를 이해하려면 그전 세대를 이해해야 한다.

아래 그림은 가장 원시적인 무선통신 장비이다. 즉 무전기다. 영화에서 보면 경찰차에 있는 바로 그것이다.

PTT(Push to Talk)이라고 한다. PTT는 하나의 통로를 여럿이 공유하기에 이야기 하기 전에 "저요"라고 버튼을 누르라는 의미다. 우선 라디오 처럼 채널(주파수, 이야기를 하는 통로)를 선택하면, 선택된 주파수에 접속한 모든 사람은 그 소리를 들을 수 있다. 이야기하고 싶은 사람은 수화기에 버튼을 누리고 이야기 한다. "김철수 나와라 오버". 필자는 1세대 이전의 무선통신으로 PTT를 예로들어 설명하고자 하는 것 이다.

(이 PTT는 지금도 유요한 Usecase 다. 흔이 이야기하는 재난안전망이라는게 PTT를 전국단위의 경찰과 소방관이 사용 할 수 있게 하자는 것이 기본이다. 물론 이 기본은 뒤로 한체 다른이야기들만 하고들 있지만... 왜 이러는걸까?)

[출처] 구글..

무전기의 경우, 이동할 수 있다. 무선이다. 하지만 이동통신 1세대라고 하지는 않는다. 우선 무전기는 개인과 개인의 통신이 아니다, 공개된 통신이다.

또한 주파수 전파 범위에 따라 모든 참여자가 통신이 가능하지 않다.

아래는 무전기 통신의 예이다. 사실 비슷한 지역에 있지만, 전파 도달거리에 따라 통신이 안될 수 있다.

즉 A,C,B는 서로 통신 가능하고 B,C,D 서로 통신 가능하지만, A,D는 서로 통신이 불가능하다.

이 한계를 뛰어 넘어, 국가나 대륙내 모든 단말기가 서로 통신 가능하게 만든 개념이 Cellular Network 이다.

위 무전기와 다르게, 안테나를 지리적으로 분산해서 미리 설치해 놓는 Infra의 개념이 도입된 것 이다.

이 미리설치된 분산된 안테나가 Cover하는 지역이 Cell 이다. 그래서 Cellular 다.

여기에 통신 주파수의 지리적 재활용을 통해 동시에 여러명이 통신할 수 있게, 서로 인접한 안테나에서는 다른 주파수를 사용하는 Coloring이라는 개념이 도입되었다.

현재도 외국에서 Handphone을 Cell Phone이라 부르는 배경에는 위대한 발명이 있다.

또한 Cellular Network은 Network Architecture (Network 이란, 주소와 주소를 연결하는 개념을 의미한다.

예를 들어 전화번호로 상대방을 호출하여 통신할 수 있어야 하며, 혹은 IP 주소로 통신이 가능한(여기서 주소는 전화번호/IP address) 구조를 제공해야 한다.)를 제시한다.

이 구조는 5G에서도 유효하다. 기술에 따라 그 이름은 다양하지만, Cell을 관리하고 이동성을 제공하는 Mobility Gateway와 서비스와 연동되는 Service Gateway 구조다.

Mobility gateway는 단말이 어떤 Cell에 있는지 Tracking을 하고, 무선 자원을 할당한다.

Service Gateway는 무선자원에 실어 나를 수 있는 서비스와 연결해 준다.

이 단순한 2단계 Network Architecture로 인해, 사람들은 어디서든지 전화를 통해 안부를 물을 수 있게 되었다.

2G 이동통신 : Digital

Cellular Network 이후의 Generation은 1세대와 비하면 단순히 용량을 늘리면서, 가격을 싸게하는 기술의 발전이다.

즉, 기본적으로 장비가 낙후되어 교체되는 시기에 용량을 늘이며 가격을 낮추는 최신 기술이 적용되었다고 보면된다.

이 부분이 높으신 양반들이 이동통신을 국가 전략으로 보는 이유다.

즉 인프라는 결국 교체하는 시기가 오는데, 이때 어떤 기술을 어떻게 적용하는가에 따라, 어떤 기술을 갖는 업체가 돈을 버는지와 직결된다. (대충 보면 5년 주기)

• 이동통신 시장은 주기적으로 발생하는 단일 기술이 적용되는 셰계규모의 시장이다.

일단 소자 측면에서 살펴보자. 간단하게 아래 사진을 보다. 헤비메탈의 근간의 되는 Marshall 기타 앰프의 내부이다.

아날로그 회로로 되어 있다. 앰프에 Filter(특정 주파수만 뽑는 기술)를 건 후, Distortion을 주어, "위이이잉"하는 소리를 내게 해 주는 장비이다.

일부러 Delay를 주어 돌림노래처럼 울림을 주는 것과 같이 다양한 효과(effect)를 줄 수 있다.

결국 코일과 Capacitor를 조합한 RLC 회로다. (즉 복잡하다는 이야기고 쉽게 고장나고 크다는 거다.)

[출처] 마살엠프 홈페이지

아래는 Digital 기술로 만든, 최근의 기타용 해드폰 앰프다.

[출처] 알리 익스프레스

즉 Transistor 반도체의 발달은 HW적으로 너무나 명확하게 소형화 저전력화 또한 내구력에 대한 비약적인 발전을 주었다.

상상해 보자 아날로그 기술의 적용된 장비는 추위와 더위 먼지등에 더욱더 취약하고 이는 비용 증가를 의미한다.

하지만 디지털 기술로 만든 2G 장비는 싸며, 설치가 쉽고 잘 고장이 나지 않는다.

즉 2G 는 대중화가 가능한 비용 구조를 제공한 것이다. 우리로 치면 CDMA 기술이 보급되기 시작 했던 90년도 후반이다.

HW 적인 측면을 넘어서. Digital 기술은 Digital Signal Process를 통해 비약적으로 통신 용량을 키 울 수 있게 되었다.

아래는 그 유명한 Shannon capacity 다. C가 용량(Capacity)다. B가 Bandwidth 다. Bandwitdth는 물리적으로 데이타가 지나가는 통로의 넓이라고 생각하자.

중요한 것은 Log 안의 S(Signal)/N(Noise) 의 비율이다. 즉 Noise가 너무 크면 Capacity가 Zero고 Noise가 Zero이면 용량은 무한대라는 것이다.

쉽게 생각하면 너무 시끄러운 곳에서는 대화가 불가능하다는 것이다.

결론적으로, 수신기에서 수신한 아날로그 신호를 Digital 신호로 바꾸어서, 컴퓨터에 넣어 준 후, 결국 신호에서 잡음을 빼거나, 잡음이 덜 생기는 방향으로 신호생성을 유발하는 것이다.

컴퓨터로만 할 수 있는 이유는 Noise라는게 상황에 따라 바뀌기 때문에, Noise 제거가 동적으로 되야 하기 때문이다.

X세대들은 아마 Walkman의 Train mode라는 것을 알 것 이다.

지하철의 반복적인 저음(쿠궁 쿠궁)에 맞춰서 반대파를 보내서 노이즈를 제거하는 기능이다(기껏해야 Vocal를 조금 더 잘들리게 하는 정도).

이에 비해 현재 이어폰에 들어가는 Noise canceling 기능은 기가 막힌다. Adaptive noise canceling 기능이기 때문이다.

통신도 마찬가지다. 디지털 기술로 Adaptive noise conceling 기능을 통해 정보 전달량을 늘릴 수 있기 된 것이다.

Noise(잡음)을 최소화 하기 위해, Digital Filter를 사용하는 방법 부터, Power control 그리고 자원 재활용을 높이기 위한 multiple access,

저하된 Noise 환경에서 용량을 높이는 QAM 등 뭐 기술이야 많지만, 그 본질은 위에 설명한 것 이다. 즉 동적으로 노이즈를 줄이거나 노이즈를 회피하는 것 이다.

요약하면, Digital 기술로 장비는 더 싸고/작게 만들 수 있었고, DSP(Digital Signal Processing)의 도입으로 동적으로 Noise를 관리 할 수 있게 되었다. 
이는 Coverage와 용량을 같이 증가 시키는 결과를 도출했다. 
즉 2G는 한마디로 기술의 진보로 대중화를 이끈 세대이다. 

사실 필자가 개인적으로 꼽는 2G의 혁신은 SMS (Short Message Service)다. Digital로 간 김에 문자를 보낼 수 있게 된 것 이다.

사실 이 기능은 주요기능이 아니었다. 따라서 Control Message의 일부를 활용한 그냥 있으면 좋지 않을까 정도의 기능이었다.

즉 비주류(underdog)의 기능이었다. 하지만 언제나 세상은 비쥬루가 이끄는거 아닌가?

3G 이동통신 : Multimedia

3G 이동통신은 2G의 맥을 이어서, 더 최신의 Digital 기술의 결과물이다.

뭐 이런저런 발전이 없던 것은 아니지만은 필자가 보기에는 별루다.

3G 막판에는 물론 인터넷 서비스도 제공하여 기능적으로는 느린 4G 정도의 사용자 경험을 선사했지만, 약간 누덕누덕 기워서 만든것 같은 느낌이다.

처음에 이야기 했듯이, 이동통신은 국가 인프라로 낡으면 최신형으로 바꾸는 개념이다.

게다가 2G는 사람들의 생활을 바꾸는 큰 성공을 이뤘기 때문에, 후속작에 대한 기대가 컸고, 날파리들이 더 꼬였다.

돈이 된다고 생각하니 밑도 끝도 없이 진행된 것 이다.

보통 이런 진화에는 상상속의 요구사항이 생기고 쓸데 없이 시스템은 비대해지며, 지키지 못할 약속이 난무하며 기득권의 억지가 모두 어울려 아사리판이 된다.

결국 단말이 출시되기 전에, 망 장비만 설치되어 2~3년간 서비스가 안되어, NGMN을 출범 시켰다. (2~3년은 필자의 기억에 의존한 것 이다. 정확하지 않다.)

하여간, 큰 성공 후 큰 실패가 따르는건 인간은 항상 똑 같은 실수를 반복하는 역사의 굴레인가 보다.

여하튼, 3G 이동통신은 필자의 개인적 소견으로는 다시한번 이야기하지만 그저 그런 것이다. 2.5G라 불려도 되지 않을까 싶다.

하지만, 난세에 영웅이 태어난 다고 했다.

바로 아이폰의 등장이다.

[이것이 아이폰이다]

3G는 탐욕의 결정체라고 생각하고 있다. Network이란 원래 특정 Service 전용망인 경우가 대부분이었다.

이동통신망은 이동전화를 위한 Network이었다. 하지만 SMS로 데이타 통신이 새로운 돈벌이란것을 업계는 알게 되었다.

더 나아가서 Multimedia의 (돈을 벌)가능성을 Internet를 통해 모두가 인지하고 있었다.

큰 욕심에 3G 서비스는 이동통신사가 모든 서비스의 관문이 되려고 했다.

기득권을 지키려고 단말기의 종속성을 줄인다는 명목으로 여러가지 단말기 Platform을 도입하고 제어 해서 인터넷 서비스를 특정 관문을 통해서만 사용 할 수 있게 했다.

일종의 통행로를 받기위한 수단을 여러가지 명목으로 만든거다.

하지만 IPhone은 기존의 룰을 따르지 았았고, 고객에게 인터넷 서비스을 App을 통해 제공했다.

특히 표준 Web Browser를 제공했기 때문에, 매우 개방적인 장치였다.

잘 생각해 보자. 과거 아이폰이 아닌 폰은 다 통신사 로고가 들어가 있었다. 아이폰은 기존 질서를 깬 것 이다.

아이폰 이후, 이동망 사용 패턴은 완전히 달라졌고, 3G 용량은 Iphone의 Traffic을 감당하지 못 했다.

결국 4G LTE가 빨리 상용화 되었다. LTE의 약어를 아는가 Long Term Evolution이다. 필자가 LTE선행 개발할 때, 한참을 연구만 할 줄 알았다.

4G 이동통신 : OFDM , All IP 그리고 Dummy pipe

LTE 는 정말 잘 만든 시스템이다.

Long Term Evolution 답게, 목표도 잘 잡았다. (물론 욕심의 헛빨짓도 포함한다.)

• OFDM/MIMO 기술을 통해 더 빠른고 효율적인 무선 전송 기술을 도입한다.

• All IP Network 도입을 통해, 망 투자비용을 줄이고 효율을 높인다.

• IMS(Internet Multimedia System)을 통해 망과 서비스를 분리한다. (하지만 내가 관문이다 --> 이게 뻘짓임)

OFDM, OFDMA는 원래 광통신에 사용하던 기술이다. 이론적으로 광은 무한의 용량을 가지고 있다(Noise가 거의 없다).

따라서 엄청 많은 양의 데이터를 한번에 보낼 수 있다. 하지만 이를 무선환경에 적용하려면 엄청난 노이즈에 의해서 신호가 뒤틀린다.

물론 이론적으로 이를 해결하는 방법이 있었다(Channel code란 것이다. 일종의 에러 수정 코딩).

하지만 이방식의 구현을 위해서는 넘나 빠른 컴퓨터가 필요했다.

3G Network도 Packet Network을 서비스 네트워크로 사용했고, 장비간 연결도 다양한 Packet Network을 지원했다(e.g ATM).

이는 결국 시스템 복잡성을 야기했고 이는 CAPEX 뿐 아니라 OPEX 증가를 가져왔다.

필자가 이야기 했듯이 이동통신 세대라는 것이 주기적으로 오기 때문에, 기술을 알려면 그당시 기술을 알아야 한다.

컴퓨터의 발전을 우선 보면, 4G 시대 Intel이 황의 법칙을 이야기하며, 반도체 기술이 비약적으로 발전했다.

인간의 발전을 보자(알고리즘의 발전). Turbo code라는 성능은 조금 낮지만 부하를 확줄인 노이즈제어 알고리즘의 발명되었다.

[참고] Turbo code는 노이즈를 Noise를 관리하기 위한 알고리즘이다. 보통 우리는 이런 기술을 Channel coding이라고 한다. 대 부분의 Channel coding의 원리는 전송하고 싶은 Data와 미리정해진 Data pattern을 결합한다. 그 후 수신측에서는 Coding된 Data와 Noise를 같이 수신하게 되는데 Coding된 Data pattern으로 Noise와 원래 전송하고자 하는 Data를 구별해 내는 것 이다. 내가 목동이라고 생각하자. 내가 키우는 양에만 특별한 표시를 한다 .예를 들어 목에 방울을 단다. 방목을 하다보니 다른 양떼와 섞이다. 하지만 걱정 없다. 방울이 있기에 내 양만 골라 낼 수 있다. Channel code란게 같은 원리이다. 수학자들이 Noise와 Channel를 구별할 수 있는 지문을 만들어 낸 것 이다.

이 하드웨어와 알고리즘의 발전으로 광통신에 사용하던 효율적인 기술을 무선통신에서도 구현 할 수 있게 된 것 이다.(물론 RF 소자, 안테나, 필터의 소재등 발전을 무시하고자 하는 것은 아니다. 모든 것이 발전했지만 그냥 필자가 친숙한 것만 이야기한 것이라고 이해하자.)

게다가 IP Network(TCP/IP)만이 살아 남았다. 게다가 이미 인터넷 서비스가 세상을 지배했다. 사실 IP Network은 Scalability와 살아있음(분산) 목적인 망 이다. 그 당시 ATM에 비하면 단순히 무식하게 힘만쌘 기술이었다. 하지만 Simple이 Best고 Cost가 왕이었던 것 이다. 싸면 맛집이지 않은가? ㅋㅋ

IP천하 통일은 유션통신관련 부품단가를 엄창 낮출 수 있었다. (HW는 많이 쓰면 싸진다. 많이 만드니까.. 그리고 말 했지 않는가? 더 간단하니 싸게 만들 수 있다) 또한 유선 Network연결의 경우의 수 자체가 없어져버렸기에 설치/운영비가 확 줄었다.

여기에 아이폰의 등장으로, 과거와 다르게 용량이 딸려 LTE로 강제 이전시키는 상황이 연출되었다.

물론 세계적으로 보면 아직 2G를 쓰는 곳도 많이 남아 있었다. 그만큼 3G는 매력적이지 않았다.

LTE로 강제 이전은 빠른 스피드가 요구되었고, 빠른 스피드를 위해 꼭 필요하지 않은 많은 기능들은 자연스럽게 로드맵이 되었다. 4G LTE는 저렴한데 용량도 큰 그리고 매우 실용적인 시스템이 되었다. 또한 아이폰은 세상을 멱살잡아 신기술로 이끌었다.

또한 Iphone은 IMS가 왜필요한지에 대한 큰 의문을 만들었다.IMS 없이도 불편함이 없었던 것 이다.

참고로 현재 IMS은 전화 서비스에만 활용되고 있다. 이는 전화서비스의 특징으로 전화번호로 전세계가 연결이 되기 때문에, 기존 전화망과의 연동이 표준으로 만들어 져야 되기에 뭐 이미 선언한 표준장비에 기능을 더하기 적절했기 때문이다.

하여간 4G는 결국 Mobile Internet 이 되었고, 서비스는 단말과 Server로 그 기능이 분리되었고, Network은 Dummy pipe가 되었다.

이제 부터 SW 이야기를 조금 해보겠다.

LTE의 망 구조를 보면, SDN의 개념이 녹아 있다. 이 부분이 SW Evolution에 단초가 되었다.

아래는 LTE(4G)의 망구조다. eNodeB는 기지국으로 안테나가 있는 장치이다. MME와 Serving GW는 과거 Mobility Gateway인데, Control Plane이 MME로 분리되었다.

SDN의 Concept과 같다. 사실 SDN의 Concept은 그리 새로운 것은 아니다. 과거 유션망에서 Soft switch라는게 있어서 큰 영향을 끼쳤다(관심 있으면 구글링).

MME는 이동성을 제공하는 Control plane이다. PCRF는 QoS나 IP Access와 같이 Service 정책을 제공하는 Control plane이다.

즉 아주 Clean하게 잘 나뉘어진 구조를 가지고 있다. (유선 컨트롤어와 무선 컨트롤러: 이것이 억지로 틀을 만들어 설명하는 예이다. ㅎㅎ)

SDN concept이 주는 영향력을 고찰해 보자. S-GW나 PDN-GW는 쉽게 보면 Router와 비슷한 아이다. 즉 변경이 잦지 않고, 않아야 된다.

하지만 MME나 PCRF는 고객의 니즈에 따라 혹은 표준변경에 따라 변경이 쉬게 발생할 수 있는 부분이다.

따라서, MME, PCRF는 SW로 만들어야 할 필요가 명확하다. 게다가 앞서 이야기 했듯이 LTE는 속도전이었다. 우선 설치 후 들어가야할 기능들이 점차 많아졌다.

또 한가지 주목해야 하는 점은 4G는 3G에 비해 분산시스템이라는 점 이다. 또한 LTE의 용량은 3G에 비해 비약적으로 컸기 떄문에, 중앙집중 구조로는 Scalability를 제공할 수 없다. 기지국이 할당받은 기능외도, OFDM/MIMO가 도입되면서 기지국은 더욱더 SW답게 바뀌게 되었다. 결과적으로 표준도 기지국에 더 많은 기능을 부여 했다.

다행이 기술적으로 반도체의 발전으로 작은 공간에 더 많은 Computing power를 넣을 수 있게 되었다. 표준대로 작은 기지국에 기능을 때려 밖을 수 있게 된거다. 복잡한 Digital Signal Processig도 하면서)

좀더 알고 싶은 독자가 있을지 모르지만 짧게 키워드만 셜명 하겠다. LTE는 Flexible bandwidth를 지원해야 한다.

또한 Dynamic Scheduling을 지원하며 간섭제어 기능도 제공한다. 이부분은 HW로 구현하기 불가능하다고 필자는 생각한다. SW 만들어야 하는 부분이다. (HW가 필요 없다는게 아니다. SW로 HW를 Dynamic하게 제어해야 한다는 것이다.)

과거에 비해 SW의 역활이 커진 기지국이 전국에 아무도 없는 곳에 설치되었다. SW란게 결국은 계속 변한다. 분산된 SW의 관리가 또 다른 Issue로 떠오른다. SW/IT 역량이 중요해 지기 시작했다.

4G 이동 통신은 SW 의 중요성이 크게 부각된 시스템이었다. 이미 많은 부분이 그럴 수 밖에 없어 그렇게 되었다.

마치며

5G에 대해서는 할말이 많기에 다음 연재에 별도로 진행하겠다.