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우리는 이미 자율주행차, 실시간 원격의료, 사물인터넷(IoT) 기기, 빅데이터 등 수많은 정보 송·수신이 생활 속에서 이뤄지고 있다. 앞으로는 더욱 거대한 양의 데이터 정보가 생겨날 전망이다. 8K UHD 실험방송, 가상현실(VR)과 증강현실(AR), 홀로그램 등 새로운 미디어 확산을 통한 초실감 사회를 위해서는 무엇을 준비해야 할까? 폭증하는 유·무선 데이터 서비스를 효과적으로 사용하기 위한 핵심기술 개발이 필요한 때다.
인간이 촉감을
느끼는 0.001초 실현
인간이 귀를 통해 소리를 듣고 구분할 수 있는 감각은 1/10초, 눈은 1/100초, 촉각은 1/1000초까지 정보 전달을 느낄 수 있다고 한다. 이렇게 인간의 감각을 빗대어 빠른 정보 전달이 가능한 인터넷을 촉각 인터넷(Tactile Internet)이라고 한다.
이동통신 기지국을 통해 와이파이(WiFi) 통신에 연결되었을 때 손으로 감각을 느끼듯 정보를 전달받기 위해서는 반드시 선행되어야 하는 기술이 있다. 바로, 광액세스 기술인데 20km 이내 구간에서 서비스 제공자와 가입자 사이의 구간을 광섬유로 연결해 유·무선 서비스를 제공하는 광(光) 네트워크 기술이다.
이 때문에 광액세스망을 고속화, 저지연화, 저전력화, 저가화, 소형화, 지능화를 혁신적으로 개선하는 것이 연구의 선결과제라 할 수 있다. ETRI는 사용자 정의 네트워크(SDN)기반 유·무선 액세스 통합 광네트워킹 기술(SWAN)개발에 총력을 기울였다.
그 결과 지난 2018년 11월, 기존 유선 인터넷의 최대 속도인 2.5Gbps를 뛰어넘는 25Gbps급 인터넷이 가능한 핵심원천기술 개발에 성공했다. 이는 인간이 촉감을 느낄 수 있는 0.001초만에 데이터 전달이 가능한 수준으로 본격적인 촉각 인터넷 시대를 연 기술로 평가받는다.
촉각 인터넷 시대,
활짝 여는 ‘TiC-TOC’
그동안 인터넷은 통신 이용을 위해 많은 사용자가 연결되었을 때 속도가 느려지는 한계가 있었다. 이유는 인근 통신국까지 약 20km 내 존재하는 액세스망(Access network)에서 트래픽을 처리하는 속도가 오래 걸렸기 때문이다. 연구진은 이러한 기술적 난제를 25기가급 촉각 인터넷 기술로 해결하였으며, 본 기술을 ‘틱톡(TiC-TOC)’이라고 명명했다.
ETRI는 고속 광 수신 모듈 기술과 맥(MAC)기술이 핵심이라고 설명했다. 고속 광 수신 모듈은 낮은 광 입력 세기로도 깨끗하게 신호를 복원해주는 기술이다. 또한, 맥기술은 광섬유로 전달되는 트래픽이 초저지연(Low Latency)으로 처리될 수 있도록 패킷을 관리하는 기술이다. 본 기술들을 활용하면 인터넷 선로로 이용되는 기존 광섬유를 그대로 사용하면서 레이저 동작 속도를 10배 키워 방대한 양의 데이터를 빠르게 전달할 수 있다. 다시 말해 통신망을 광섬유 추가 포설(鋪設)없이 장비 개선만으로도 용량을 키우고 속도도 빨라진 셈이다.
연구진은 광 송·수신 모듈과 광트랜시버, 맥 기술을 하나로 묶어 마치 하나의 보드처럼 라인카드 내에 내장했다. 이후 본 기술을 통신국에 설치된 기존 가입자수용장치(OLT), 아파트나 빌딩 등에 있는 광네트워크단말(ONU)에 업그레이드하면 초고속, 초저지연 인터넷 서비스가 가능해 진다.
연구진은 본 기술은 ETRI가 기존에 보유한 채널본딩 기술 저지연 대역할당 기술 고감도 광수신 모듈 및 광송·수신 기술 등이 기반이 되었다고 밝혔다. 특히 기존 인터넷에서는 하나의 채널로 사용자마다 속도를 나누어 썼다면 이번 기술은 채널수와 속도를 증가시켜 많은 사람이 속도의 저하 없이 더 빠른 인터넷을 사용할 수 있게 된다고 설명했다.
400Gbps를 넘어
1TB 개발에 도전
ETRI는 실감형 디지털 라이프 확산을 목표로 언제 어디서나 편리한 네트워크 접속이 이뤄질 수 있는 연구개발을 진행 중이다. 그 결과 ETRI는 모바일 백홀망과 소형 메트로망에서 1초에 200G 데이터를 보낼 수 있는 세계 최소형 크기의 광 트랜시버와 관련 기술을 개발했다. 이로써 데이터 병목현상을 해소하고, 소모전력과 장비 크기도 대폭 줄일 수 있어 초연결 시대를 앞당기는 데 큰 도움이 될 전망이다.
연구진은 기술구현을 위해 빛의 세기를 바꾸는 변조 방식을 변경했다. 한 번에 1비트씩 보내는 2단 변조(NRZ) 기존 방식 대신 한 번에 2비트씩 보내는 4단 고차변조(PAM-4) 방식을 채택하여 전송용량을 크게 늘린 것이다. 연구진은 기존 포털 업체의 데이터센터 내부 1km 이내에서만 사용되던 PAM-4 변조 방식을 80km 구간까지 확장해 성과를 낼 수 있었다.
또한, ETRI는 본 기술개발을 토대로 지난 3월, 400Gbps 속도를 내기 위한 요소 기술로 광 송·수신 엔진을 개발하는 데 성공했다. 연구진의 기술을 적용하면 10만 명이 동시에 고화질 유튜브 영상을 스트리밍할 수 있는 수준이다. 연구진의 기술을 종합해 적용하면, 통신 장비의 전력 및 비용 문제도 개선할 수 있다. 기존 방식 대비 소모전력이 1.5배 낮고, 밀도도 4배 높아 장비 투자 비용을 획기적으로 줄일 수 있기 때문이다.
본 기술은 초고속 대용량 광연결을 이루는 핵심기술로, 고품질 영상, 초실감 미디어 서비스 등에 필요한 광 인프라 기술을 선도적으로 개발해 향후 테라바이트(TB) 속도의 빛으로 연결되는 초실감 인터넷 시대의 주역이 될 것으로 기대한다.
현재 ETRI는 본 기술을 국내 광부품 업체들에 이전하여 일본의 수출 규제에 대비하고 있으며 데이터센터 시장에서 글로벌 기업과 경쟁할 수 있도록 지원할 계획이다. 국민 모두가 미래사회 기술을 더욱 빠르게 체감할 수 있도록 ETRI의 연구는 계속 진행될 것이다.
