5G 통신에 대한 소고

1. 5G 통신 표준의 필요성

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규격이 달라서 생기는 여러 가지 문제들이 있다. 예를 들어, 국가 간 통신 체계가 다르게 되면 해외에 갔을 때 현지에 맞는 이동통신 전화기를 구매 또는 대여해야 하는 어려움이 있었다. 그래서 국제 표준을 만들어서 21세기 글로벌 세계화 시대에 걸맞게 대량 생산 경제 규모의 실현, 중복 기술투자 방지, 기술이전 가능 등 연구 개발 비용의 절감을 도모할 수 있어야 한다. 따라서 이동통신 분야의 국제 표준은 필수적이라 할 수 있다.

 

2. 표준에서의 G의 의미

출처: https://fsfe.org/activities/ftf/ngi0.en.html

우리가 이동통신의 발달 순서에서 1G, 2G, 3G, 4G, 5G 등으로 부를 때 G라는 것은 Generation의 줄임말로 세대를 의미한다. 1G에서는 통화만 가능했고, 2G에서는 전화, 문자, 사진이 가능하고, 3G에서는 인터넷까지 가능해졌다. 현재 많이 사용되고 있는 4G는 3G를 보완해서 동영상까지 끊김없이 스트리밍 가능하다. 사실 세대라는 것은 국제 표준 기술을 의미하는 것이다. 그래서 우리가 4G를 친숙한 LTE라는 이름으로 부르는데, 이것은 사실 3GPP(3rd Generation Partnership Project)가 만든 표준의 이름이다.

 

3. 5G의 표준을 정하는 주체

출처: http://news.itu.int/wp-content/uploads/2017/10/sevsv.png

출처: https://i1.wp.com/www.gsma.com/newsroom/wp-content/uploads//3GPP_TM_RD_pr.png?fit=650%2C320&ssl=1

5G의 표준을 정하는 주체는 크게 ITU(International Telecommunication Union)과 3GPP이다. ITU는 UN 산하의 국제 기구인데 여기서 비전과 목표를 제시하고, 3GPP에서 주요 회사나 단체가 모두 모여 국제 5G 표준을 구체화하고 개발하고 있다고 한다. 3GPP는 전세계 이동통신 사업자, 장비 제조사, 단말 제조사, 칩 제조사 및 세계 각국의 표준화 단체와 연구기관 등 약 500여개 업체가 참여하는 최대 국제 이동통신 표준화 단체이다. 3GPP는 크게 무선접속 기술을 다루는 RAN(Radio Access Network) 그룹, 서비스와 시스템 구조를 다루는 SA(Service & System Aspects) 그룹, 코어 네트워크와 단말을 다루는 CT(Core Network & Terminals) 그룹으로 나누어 각 그룹 안에는 좀 더 세분화된 Working Group들이 있다. RAN과 SA는 각각 6개, CT는 4개의 WG가 속해있다.

 

4. 5G 통신의 기술적 특징

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5G 무선 네트워크 통신은 세 가지 특징을 가지고 있다. 첫째, 초광대역 서비스(eMBB), 둘째, 고신뢰 및 초저지연 통신(URLLC), 셋째, 대량연결(mMTC)가 그것이다. 쉽게 말해서 엄청나게 많은 정보를 엄청나게 빠르게 많은 것들을 동시에 연결하는 것이다. 구체적으로 설명하자면 초광대역 서비스는 기존의 주파수 대역폭보다 더 큰 대역폭을 사용하고 더 많은 안테나를 사용해서 훨씬 더 빠른 데이터 전송속도를 제공하는 것이다. 이렇게되면 주요경기가 열리는 경기장 같이 사용자가 밀집된 장소에서도 끊김 없는 동영상 고화질 스트리밍이 가능해질 것이다. 고신뢰 및 초저지연 통신에서는 로봇 원격제어나 주변 교통 상황을 통신하고 공유하는 자율주행차량, 실시간 인터랙티브 게임 등 반응속도가 중요한 분야에서 빠른 속도로 정보가 처리될 수 있도록 함에 있다. 이 기술이 가능해진다면 응급차에서 의사가 없어도 원격으로 응급 처치가 가능해지고, 자율주행차량의 제동거리가 짧아져서 안전을 확보할 수 있다. 셋째로 대량연결의 경우 우리 주변의 매우 많은 인터넷 사용가능 기기들을 모두 묶어서 한 번에 사용할 수 있도록 하는 것이다. 이것이 가능해지면 진정한 의미의 IoT가 구현 가능해질 것이다.

 

요즘은 VR이나 AR, 실감형 콘텐츠나 유튜브와 같이 대용량 동영상 고화질 스트리밍 서비스, 넷플릭스나 왓챠같은 영화나 드라마 감상 서비스가 널리 퍼지면서 데이터의 사용량이 폭증하고 있다. 그래서 더욱 LTE로는 원활한 스트리밍이 어려운 것이 현실이다. 5G 통신 기술의 개발은 자율주행자동차와 원격 수술 등을 넘어서서 우리 일상 속에서 겪는 통신의 속도저하, 끊김 현상 등을 완화할 수 있는 방안이 될 것이다. 5G 통신 기술이 가능해지면 15GB의 HD 비디오를 다운로드 하는데에 4G로는 4분 걸리던 것이 5G로는 6초면 된다. 또한, 시속 100km로 달리고 있는 자율 주행자동차가 급정거할 때 걸리는 제동거리가 4G일 때는 1.4m인 반면 5G에서는 2.8cm로 확연히 줄어드는 것을 알 수 있다. 반경 1제곱킬로미터 내외에서 4G는 약 10만개의 기기를 연결할 수 있지만 5G는 그의 10배인 100만개의 디바이스를 연결할 수 있게 된다.

 

5G의 개발 목적 중 하나가 통신보안의 목적도 있다. ETRI(한국전자통신연구원)에서 발표한 전자통신동향분석 2019 Vol.34 No.1 ‘초연결 지능화 인프라 보안기술 동향 - 5G 시대의 이동통신 보안 중심’을 보면 5G 보안 이슈로 크게 8가지의 유형을 제시하고 있다. 첫째는 사용자 식별자의 기밀성이다. LTE 환경에서 취약점 중 하나인 IMSI 획득 공격으로부터 보호할 수 있는 방법을 5G 표준을 마련할 때 반영해야 한다. 둘째는 단말과 네트워크간 상호 인증 및 키 공유이다. LTE 4G 네트워크의 상호 인증 및 키 공유를 위해서 EPS-AKA 알고리즘이 사용되고 있다. 이는 매우 효율적인 장점을 가지고 있지만 공개 키 기반 방식의 경우 인증을 위해 홈 네트워크에 접근할 필요가 없고 서비스 요청에 대한 거부 방지가 가능한 특성 등으로 인해 5G 보안에서 재검토되어야 할 것이다. 셋째는 시그널링 무결성 및 기밀성이다. 지연에 민감한 초저지연 서비스를 목표로 하고 있는 5G의 특성상 NAS 보안 설정 및 AS 보안 설정에 소요되는 시간도 이슈로 부각될 수 있다. LTE의 시그널링 무결성과 기밀성은 NAS 보안 설정과 AS 보안 설정으로 나뉘는데, 단말이 유휴모드 상태일 때는 AS 보안 설정이 해제되어 있기 때문에 시그널링이 완전히 보호되지 않는다는 문제점이 있다.

넷째는 네트워크 인터페이스 보안이다. 현재 3GPP 규격에서는 IPsec 사용을 강제하고 있지만 백홀 링크에서는 사용자 평면에 대해서만 규정하고 있다. 이 부분이 유효한지에 대해서도 5G 표준을 만들 때 반영해야 할 것이다. 다섯째는 보안 가시성 및 설정 가능성이다. 보안 가시성과 설정가능성을 통해 이동통신 환경에서 적용될 보안의 특성과 알고리즘을 결정하지만, 네트워크 사업자가 굮가 규제 등을 이유로 암호화를 활성화시키지 않거나 특정 알고리즘만을 허용하는 경우가 있을 수 있다. 5G에서는 보안 설정 가능성의 범위를 좀 더 확대해야 할 것이다. 여섯째는 플랫폼 보안이다. LTE 규격에 따르면 안전한 실행환경과 신뢰할 수 있는 플랫폼에 대한 필요성을 언급하고 있지만 어떤 유형의 플랫폼이 5G에서 적합할지 논의하여 검토하여야 할 것이다. 일곱 번째는 서비스 거부 공격 방어이다. 서비스 거부 공격을 완화시킬 수 있는 방법에 대한 심도 있는 논의가 필요할 것이다. 마지막으로 여덟 번째는 SDN/NFV 도입이다. 새로운 네트워킹 패러다임으로 인한 새로운 보안 요구사항들이 추가적으로 논의되어야 할 것이다.

 

출처 1 : 삼성전자, ‘5G 국제 표준의 이해’

출처 2 : ETRI, '초연결 지능화 인프라 보안기술 동향‘