셀룰러 4G와 5G

WiFi는 공유기가 있는 범위 안에서만 작동합니다. 걸어다니면서, 고속도로를 달리면서 인터넷에 연결하려면 훨씬 넓은 커버리지가 필요합니다. 셀룰러 네트워크는 도시 전체, 나아가 국토 전체를 통신 범위로 만들기 위해 설계된 인프라입니다.

셀과 기지국

셀룰러라는 이름은 커버리지를 벌집처럼 작은 셀로 나누는 설계에서 왔습니다. 각 셀마다 기지국(Base Station)이 있고, 단말기는 가장 가까운 기지국에 접속합니다. 이동 중에 신호가 약해지면 단말기는 인접 기지국으로 자동으로 연결을 넘깁니다. 이 과정을 핸드오버라 합니다. 핸드오버가 자연스럽게 이루어지기 때문에 사용자는 기지국이 바뀌는 것을 느끼지 못합니다.

셀이 작을수록 단위 면적당 수용할 수 있는 사용자 수가 늘어납니다. 번화가에는 셀을 촘촘하게 배치하고, 외곽에는 넓게 배치하는 이유입니다. 5G의 밀리미터파 대역은 도달 거리가 짧아 셀 크기가 WiFi 수준으로 작아집니다.

4G LTE의 구조

4G LTE는 기지국(eNodeB)이 단말기(UE)와 직접 연결되고, 기지국들이 코어 네트워크(EPC)와 연결되는 구조입니다. 코어 네트워크는 인증, 이동성 관리, 인터넷 게이트웨이 역할을 합니다. 단말기는 기지국에 붙는 것이지 인터넷에 직접 닿는 것이 아닙니다. 기지국과 코어 네트워크가 중간에서 IP 연결을 중계합니다.

4G는 데이터 전송에 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용합니다. 주파수 대역을 잘게 나눠 여러 사용자가 동시에 다른 주파수 조각을 사용하도록 합니다. 이론적 최대 다운로드 속도는 수백 Mbps에 이릅니다.

5G가 달라지는 지점

5G는 크게 세 가지 방향을 추구합니다. 첫째는 eMBB(enhanced Mobile Broadband)로, 초고화질 스트리밍처럼 대용량 데이터를 빠르게 전달하는 것입니다. 둘째는 URLLC(Ultra-Reliable Low-Latency Communications)로, 자율주행이나 원격 수술처럼 지연이 1ms 이하여야 하는 응용을 위한 것입니다. 셋째는 mMTC(massive Machine-Type Communications)로, IoT 센서처럼 수많은 소형 기기가 간헐적으로 데이터를 보내는 환경을 위한 것입니다.

5G 코어는 4G와 달리 네트워크 기능을 가상화하고 소프트웨어로 구현합니다. 다음 장에서 다룰 SDN과 NFV 개념이 5G 코어 설계에 그대로 녹아 있습니다. 무선 기술과 네트워크 가상화는 이렇게 이어집니다. 다음 장에서는 이 무선 네트워크를 위협하는 보안 이슈와 그 대응 방법을 살펴봅니다.