5G는 데이터 해방과 민주화를 목표로 하고 있다.
(5G is set to liberate and democratize data)

5G(5세대 이동통신)는 단순히 또 다른 새로운 세대의 통신이 아니라 모바일 네트워크가 설계되고 사용되는 방식에 있어서 진정한 혁신이다. 몇 년 전 4G 네트워크는 이전 세대(2G, 3G)에서 직면했던 연결성 및 속도 문제를 극복하고 개인간 통신을 가속화했다. 5G 기술은 이 길을 따라가는 또 하나의 작은 발걸음이 아니라 이전에는 불가능했던 근본적으로 새로운 비즈니스 기회를 열어준다.

지금까지 동일한 물리적 인프라는 요구사항이 매우 다르지만 매우 다양한 사용 사례를 제공해야 했다. 그러나 5G 네트워크의 초유연성은 통신인프라 사용자들의 요구사항을 충족하기 위해 다양한 방식으로 분할하거나 구성할 수 있다는 것을 의미한다.

이 아이디어를 유연성이 떨어지는 고속도로 인프라와 비교할 수 있다. 외부 환경(교통량에 따라 차선을 통과하거나 폐쇄 또는 개방해야 하는 구급차)에 적응시키려는 경우 외부 관리자는 다양한 수준의 성공으로 이러한 새로운 용도를 충족시키기 위해 이를 수정한다.

반대로 5G 개념을 적용하면 스마트 인프라 시스템이 새로운 차선을 열거나 한 방향에서 다른 방향으로 차선을 전환하거나, 비가 올 때 더 울퉁불퉁한 도로 표면으로 변경할 수 있다. 마찬가지로 5G는 네트워크 자체 내에 가상 회사 네트워크를 만들거나 다른 기능들 중에서 대역폭(bandwidth) 요구사항, 응답 속도, 연결된 장치의 수 등이 다른 사용 사례에 대응할 수 있다.

이것이 5G가 네트워크에서 다양한 사용 사례를 구축하는 데 도움을 줄 수 있는 방법이다. 네트워크의 지능은 높은 대역폭과 우수한 커버리지(향상된 모바일 광대역 - eMBB ; enhanced Mobile BroadBand), 짧은 대기 시간 및 매우 높은 신뢰성(URLLC ; Ultra Reliable Low Latency Communications)을 필요로 하는 서비스뿐만 아니라 많은 수의 장치를 안전하게 연결하는 데에도 적합하다.

이드리카, 세계 최초 물산업용 원격판독기 ‘5G-NR’ 개발
(Idrica develops the world’s first 5G-NR device specifically for the water industry)

이드리카(Idrica)는 2021년 11월 음용수 소비량의 실시간 원격 판독을 위한 ‘5G-NR(New Radio)’ 장치를 세계 최초로 개발했다. ‘5G-NR’ 이란, 5G에서 단말과 기지국 사이의 무선 접속(Radio Access 또는 무선 인터페이스) 기술이다. 이드리카가 독점 개발한 시범 기술은 ‘5G-NR’을 기반으로 발렌시아 공과대학교(Universidad Politecnica de Valencia)의 30개에 달하는 수도관 내 접근이 어려운 지하통로 등에 스마트 미러링(Smart Mirroring)을 통해 가시성(visibility)을 향상시킨 것이다. 이 기술은 수도관 내 접근이 어려운 지역 등 불리한 조건에서도 최상의 서비스를 보장하고 중요한 인프라 관리에서 다운타임(downtime)이 가능한 것이 특징이다.

이드리카의 이번 프로젝트는 2025년까지 5G용 기지국 1만4천500개 확보를 목표로 스페인 정부의 5G 인프라 사업에 발맞춘 것이다. 연구진의 수많은 실험을 거쳐 완성된 이번 기술은 향후 아주 작은 영역에 수백만 개의 센서를 달아 물산업에 적용 가능한 기존 기술, 특히 스마트 계량기보다 기능면에서 훨씬 뛰어날 뿐만 아니라 네트워크 장애 및 누출사고 등을 훨씬 더 일찍 감지하고 더 빠르게 해결할 수 있다. 이 기술은 수도관 내 접근이 어려운 지역 등 불리한 조건에서도 최상의 서비스를 보장하고 중요한 인프라 관리에서 다운타임이 가능한 것이 특징이다.

전 세계에 걸친 ‘5G-NR’의 진화
(5G-NR evolution across the world)

한국, 미국, 중국 등 세계 주요 통신 강국들은 2019년부터 5G 개발을 주도하기 위해 경쟁해왔고, 가장 파괴적인 이용 사례의 이행을 추진하기 위해 각기 다른 전략을 채택하고 있다. 지금까지 상용 배치는 비독립형 버전을 기반으로 하여 그 이점 측면에서 더 제한적이었다. 그러나 앞으로 나아가는 데 큰 관심이 있기 때문에 2022년에는 첫 번째 독립 실행형 배치를 볼 수 있을 것으로 예상된다.

여기에 일부 국가는 이미 산업환경에 사설망을 구축하고 주파수 일부를 기업용으로 보유하고 있으며 5G를 통해 공정을 관리하는 유럽 최초의 스마트 팩토리 프로젝트(smart factory projects)까지 보기 시작했다. 시범 테스트 단계와 현재 부분 구축을 완료하면 2〜3년 안에 5G 적용 범위가 현재의 4G 네트워크와 비슷한 수준에 도달할 것이라는 전망이 나온다. 그때쯤이면 상용 모델로 옮겨갈 것이고, 물산업도 이런 변화에 동참할 것으로 예상하는 것이 합리적이다.

이를 위해서는 먼저 산업용 범위 및 무선 스펙트럼의 제한적인 가용성과 전 세계적인 칩(chip) 부족, IoT(사물인터넷) 장치의 높은 비용 등 몇 가지 장애물을 먼저 극복해야 한다. 부분적으로 이 기술을 새로운 일자리를 창출할 수 있는 경제적 동력으로 보는 정부의 지원 덕분에 2025년까지 완전한 5G 적용 범위에 도달할 것으로 예상된다.

물산업의 혁신적인 활용 사례
(Innovative use cases in the water industry)

5G가 가져오는 혁신은 기술의 기능과 이를 가능하게 하는 새로운 사용 사례로 구성된다. 여러 시험사업(pilot project)에서 그 잠재력을 완전히 탐구하고 있지만 고려할 가치가 있는 혁신이 많이 있다. 가장 중요한 것 중 하나는 MIoT(대규모 사물인터넷 ; Massive Internet of Things) 덕분에 ㎢당 수백만 개의 장치를 연결하는 것이다. 5G는 곧 260억 개의 장치가 연결될 세상에서 핵심적인 다른 장치의 디지털 변환과 스마트 계량의 공존을 보장한다.

센서가 경제적 및 환경적 지속 가능성과 호환되려면 그 수명이 연장되어야 한다. 5G는 현재 수준에 비해 배터리 소모를 최대 50%까지 줄일 수 있다. 이 기술은 또한 사이버 공격과 네트워크의 편재성(ubiquity) 즉, 중단 없는 적용 범위로부터 보호하기 위한 향상된 보안 통신 규약(protocol) 덕분에 인프라의 디지털 변환이 안전함을 보장한다.

또한 5G의 네트워크 슬라이싱(Slicing ; 편뜨기)은 중요 인프라 관리에 필수적이다. 주요 변화는 서비스 품질이 보장된 사실상 독립적인 네트워크의 정의 덕분에 네트워크가 기업의 요구에 적응하는 것이지 그 반대는 아니라는 것이다. 이러한 슬라이스(slices)는 실시간으로 원격 제어를 가능하게 한다. 

플랜트의 자율 운영, 로봇의 운전, 중요 기반시설을 점검하고 감시하기 위한 드론 조종 등이 일상화될 사례 중 일부에 불과하다. 초저 대기시간으로 하수도와 같이 위험하거나 접근이 어려운 영역을 기계가 점검할 수 있게 돼 예측 자산 유지관리가 개선된다. 또한 농업 분야에서는 파종 및 수확을 위한 자율 트랙터의 활용방안을 모색하고 있다.

또 다른 실용적인 응용 프로그램으로는 불필요한 이동을 피하고 어려운 공간에 대한 접근을 용이하게 하는 것이 있다. 원격 지원은 물산업에서 사고 해결을 향상시키기 위해 전문지식에 대한 접근을 가속화해야 한다.

2022년 물관리의 혁명
(2022 : the water management revolution)

세계적인 유틸리티 기업들은 물과 에너지 효율을 높이기 위한 수단으로 더 나은 결정을 내리기 위해 공정을 변화시키고 있다. 이 과정에는 센서에서 얻은 데이터의 가치를 활용하고, 이를 통해 더 나은 의사결정을 내릴 수 있도록 안전하게 수행하는 것이 포함된다. 짧은 대기 시간과 수백만 개의 장치를 연결할 수 있는 능력 덕분에 5G는 이러한 유틸리티의 주요 동맹자가 될 것이다. 더욱이, 투명성이 높아진 배경에서 5G 기술은 데이터를 자유롭게 하고 민주화하여 더 쉽게 접근할 수 있도록 도와준다.

21세기 소비자들은 자신들이 얼마나 많은 물을 소비했는지 뿐만 아니라 얼마나 많은 물이 저수조에 남아 있는지, 또는 자신들이 사용하고 있는 물의 수질을 실시간으로 알고 싶어하는데, 5G는 이러한 질문에 대한 답을 제공할 수 있다.

이러한 시민들의 요구와 환경 지속가능성과 관련된 다른 것들은 또한 정부에 의해 공유되고 있으며 수도시설의 로드맵에 있다. 결과적으로 5G는 혁신적인 사용 사례를 가능하게 하는 원동력으로서 그것의 배치와 채택에 대한 확고한 지원 받게 될 것이다. 

2022년 물산업은 5G가 가져다주는 장점을 통해 가장 소중한 자원의 관리를 더욱 혁신할 수 있는 기회를 갖게 된다. 사용 가능한 기술의 범위는 디지털 변환 정도에 관계없이 모든 수도시설에 도움이 될 것이다.

[『워터저널』 2022년 3월호에 게재]