모바일트래픽분산을위한스몰셀의중요성대두 * 스마트폰확산에따른데이터트래픽의급증은이통사들이차세대네트워크구축만으로는네트워크품질유지가어렵다는우려를갖게함으로써스몰셀을통한우회망전략을적극적으로추진하기시작 지난 2 월바르셀로나에서개최된 MWC 2011 에서는펨토셀 (femto cell) 과와이파이등소위스몰셀 (small cell) 에대한신제품발표가줄을이었음 - 펨토셀은 10-15 (1,000 조분의 1) 을뜻하는펨토와이동전화의통신기능범위를의미하는셀의합성어로반경 10 미터이하의커버리지를제공할수있는기지국을말함 - 보통셀룰러통신에서셀은비교적넓은범위를커버하는매크로셀 (macro cell) 을말하며, 펨토셀과함께피코셀, 메트로셀, 와이파이등좁은범위를커버하는셀을스몰셀로지칭 - 스몰셀의주요역할은매크로셀이미치지못하는통신음영지역의커버리지를보완하는것과그반대로데이터트래픽이밀집된지역에서네트워크부하를분산시키는일 - 올해 MWC 에서는스몰셀이점차모바일산업내에서기술적으로성숙해지고있으며차세대네트워크등다른네트워크기술과결합되는양상이많아짐 - 스몰셀의부상은모바일네트워크의구성이복잡하고다양해질수있음을시사하며밸류체인에따라새로운기회와과제가형성되고있음을의미 < 표 1> 2011 Mobile World Congress 에서발표된주요스몰셀기술 구분벤더 / 이통사주요내용 PicoChip 펨토셀 Ubiquisys SoftBank SKT Ruckus Wireless 와이파이 WeFi < 자료 >: NIPA 정리 - 동글크기의 3 세대시스템온칩, USB 형시제품발표 - Vodafone 의 SureSignal 펨토셀서비스용칩 - 프랑스통신업체 SFR 의셋탑박스인 Neuf 에 USB 삽입형태의접속포인트 (AP) 발표 - 일본 SoftBank 의와이파이 / 펨토셀 / 브로드밴드통합라우터발표 - 펨토셀과무료와이파이를통합 - 데이터트래픽분산을위한데이터전용펨토셀 - 와이파이와셀룰러네트워크를통합하는 ZoneFlex Mobile Internet Smart Wi-Fi System - 셀룰러사업자품질의와이파이솔루션 * 본내용과관련된사항은정보서비스팀 ( 042-710-1130) 으로문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 NIPA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 21
최근스몰셀의중요성이커지고있는것은커버리지보완보다는네트워크부하를분산하기위한필요성이많아지고있기때문 - Ovum 은전세계모바일인터넷가입자수가 2008 년 1 억 8,000 만명에서 2014 년에는약 20 억명으로연평균 50% 씩증가할것으로전망 - Cisco 는모바일 WiMAX 나 LTE 와같은 4G 보급을전제로했을때, 모바일데이터의월사용량이 2010 년에서 2015 년사이에연평균 92% 씩성장할것으로예측 - FCC 는모바일데이터이용량이 2008 년월 6 페타바이트에서 2013 년에는월 400 페타바이트로 66 배이상증가할것으로내다봄 - Beyond4G 의전망에따르면 2020 년에스마트폰의피크타임시간당데이터소비량은 200MB 에달하고, 월평균트래픽은 25GB 에이를것으로예상 모바일트래픽이증가하는주요원인은단말기의다변화, 모바일동영상과모바일클라우드서비스의확산등 - 스마트폰과태블릿외에도넷북, MID( 모바일인터넷디바이스 ), 노트북등과같은단말이새로운형태의모바일브로드밴드서비스를제공하는추세이며, 향후소비자가전이나 M2M 으로시장확대가전개될전망 - 스마트폰보급의급증에따라동영상서비스의트래픽이모바일로점차확산되고있으며, Allot 에따르면전체모바일데이터트래픽의약 10% 가 YouTube 를통해발생 - 스마트폰, 노트북, 넷북과같은휴대용모바일단말에서애플리케이션을구동할때단말기외부의데이터스토리지와프로세싱을활용하는모바일클라우드인프라의확산도모바일 페타비이트 / 월 7,000 3,500 1.5% 4.7% 6.1% 20.9% 66.4% 모바일 VoIP 모바일게임모바일 M2M 모바일 P2P 모바일웹 / 데이터모바일비디오 0 2010 2011 2012 2013 2014 2015 ( 연도 ) < 자료 >: Cisco VNI, 2011. 2. ( 그림 1) 전세계모바일데이터트래픽추이전망 (2010~2015 년 ) 22
트래픽증가의또다른요인 모바일트래픽증가는데이터서비스시장확대로이어질수있으나, 이통사들은현재트래픽이매출로이어지지않는투자- 매출의격리현상에고민하는중 - 스마트폰으로촉발된트래픽폭주에따라네트워크유지및향상을위한투자비용은기하급수적으로늘어나는것에반해, 수익은데이터정액요금제로인해비례적으로증가하지못하므로대부분의통신사들은트래픽- 매출액간의불균형에직면하고있음 - 2008 년북미모바일시장의경우전체수익의 78% 를차지하는음성통화트래픽비중은 31% 인반면, 수익의 22% 에불과한데이터서비스가트래픽의 69% 를차지하는비대칭구조를보여주고있음 - 이는전세계적으로나타나는보편적현상으로주요국가의데이터트래픽비중과데이터매출액비중을비교하면대부분비례선에서벗어나있음을알수있음 모바일데이터트래픽수용을위해통신사업자들은차세대네트워크로진화해가야할입장이지만 4G 가구축되더라도트래픽을감당할수있을지는미지수 - KT 의경우현재 3G: 와이브로 : 와이파이네트워크별트래픽처리비율이 1:2:7 로전체의 90% 를와이파이와와이브로가수용하고있는상태 - 이러한추세를감안하면 KT 는 2014 년에 LTE 가본격도입되더라도현재의데이터트래픽증가를감당할수없을것으로보고있음 - 과거 2G 에서 3G 로전환할당시이통사들은수조원의네트워크구축비용을투입하였으나결과적으로영상통화나고음질음성서비스등의킬러앱을성공시키는데실패 - 여기에또다시 4G 를위해조단위의설비투자로네트워크용량을획기적으로늘린다할 30 기가비이트 / 월 25 20 15 10 5 0 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 ( 연도 ) < 자료 >: Beyond4G, 2010. 3. ( 그림 2) 스마트폰의월평균데이터이용량추이전망 (2009~2020 년 ) 23
지라도트래픽을감당할수있을지자신할수없을뿐더러, 현재의수익구조로는투자금액을회수할수없다는점은이통사들이차세대네트워크구축전략을재검토하게만드는주요요인 - 실제로현재보유기술의진화로드맵상 LTE 이외에는선택의여지가없는이통사들을제외하면, 4G 대신현재의 3G 네트워크의효율을극대화해주는 HSPA+ 도입계획을발표하는이통사들이늘어나고있음 - LTE 등 4G 자체로는모바일데이터트래픽급증문제를대처할수있는근본적해결책이될수없을뿐아니라, 투자회수를가능하게해줄킬러앱이나혁신적사업모델이확실하지않은상황에서수조원이들어가는투자를서두를이유가없기때문 이통사입장에서는트래픽- 매출의불균형을해결하기위한비용효율적인대안마련이시급한과제로대두 - 데이터트래픽의증가로인한네트워크부하를해결하기위한전략으로는특정이용자가발생시키는트래픽혹은특정애플리케이션에서발생하는트래픽을제한하거나차단하는방안이있음 - 최근무제한요금제에서데이터상한요금제로바뀌고있는추세의스마트폰요금제도데이터트래픽을관리하기위한전략의일환 서비스매출에서데이터의비중 매출 - 트래픽비례선 50% 40% 30% 20% 10% 0% 20% 40% 60% 80% 100% < 자료 >: Chetan Sharma Consulting, 2010 ( 그림 3) 각국이동통신사의매출과트래픽에서데이터가차지하는비중비교 24
- 위의두가지전략이비네트워크적요소의제어를통한트래픽관리라면, 네트워크변형을통한트래픽관리전략으로는우회망전략을들수있음 우회망전략은모바일네트워크부하를줄이기위해트래픽을분산 (offload) 할수있는대체및대안경로를구축하는것 - 트래픽을분산시키는방안으로가장널리사용되는것이와이파이이며, 최근에는펨토셀이주목받고있는데이들모두의공통점은스몰셀이라는점 - ABI Research 에따르면펨토셀과와이파이를통해분산되는트래픽이이통사전체트래픽에서차지하는비중은 2010 년 16% 에서 2015 년에는 50% 수준으로높아질정도로스몰셀이이통사의네트워크에서차지하는비중은급속히높아질전망 와이파이에이어주목받는펨토셀은커버리지반경이 10m 이하인초소형기지국으로 3G/4G 와동일한허가받은주파수대역을사용하는것이특징 - 펨토셀에대한표준화는 2007 년초 3GPP 에서처음제안되었으며, 이후 3GPP2 에서도본격적인표준화활동이진행되었음 - 3GPP 에서는펨토셀을 HNB 라부르고있으며, WCDMA 를기반으로한 3G HNB 와 LTE 기반의 LTE HeNB 에대한표준화논의를진행중 - 펨토셀은가정이나사무실등옥내에설치된브로드밴드망을이용해서이동통신코어네트워크에접속하는초소형이동통신기지국으로, 3G 네트워크는 2G 에비해기지국이촘촘하지못하므로신호가약한공간에펨토셀을설치하여이를보완할수있음 - 펨토셀은실내커버리지를확대하고네트워크품질을향상시키며다양한유무선융합서비스를효율적으로제공할수있는장점을보유 - 또한 3G 나 4G 의허가받은이동전화주파수를그대로사용하기때문에와이파이처럼별도의네트워크옵션을설정하지않아도일반휴대전화에서그대로사용이가능 - 이용자는기지국에연결된것인지, 펨토셀에연결된것인지알필요가없으며, 펨토셀을벗어나면자동으로다른펨토셀이나기지국으로연결되므로와이파이와는달리자연스러운핸드오버가가능함 - 허가받은주파수를사용하기때문에비인가대역을사용하는와이파이보다외부전파의간섭으로부터안정성이높고, 이론적속도는와이파이에비해낮지만접속자가많을경우자동으로기지국에연결되기때문에속도저하문제는발생하지않음 - 펨토셀은핸드오버와보안을위해모든관리와데이터트래픽이 IEEE 802.16 에규정된 ASN-GW( 접속서비스게이트웨이 ) 와보안게이트웨이를통과하도록하고있는반면, 와이 25
파이는데이터트래픽이중앙로케이션을거칠것을요구하지않음 - 와이파이와 3G 를동시에연결하지않아도되기때문에단말기배터리소모가적은것도또다른장점 이동통신사업자입장에서자가조직화속성을가진펨토셀은설비투자와운영비용을낮출수있는이점이있음 - 자가환경설정기능은기지국추가설치시기지국내부의구성에따른설치변수를자체적으로생성하여자동설치하는것으로, 인접기지국식별및관계설정과등록, 코어망과의연결설정등도진행 - 자가최적화기능은인접기지국간신호및트래픽유형의정보를활용하여기지국신호세기를제어하고핸드오버변수를최적화하는것 - 자가모니터기능은기지국내부또는인접기지국모니터링으로부터수집한트래픽, 라우팅정보등을통해서비스성능이저하되지않고시스템이다운되지않도록자체제어하는것 - 펨토셀은기존이동통신망을이용하는것이므로 3G/4G 와동일한서비스와애플리케이션을이용할수있어이통사의주도권을유지할수있는이점도있음 펨토셀확산의최대걸림돌로단말기가격이거론되었으나, 저가펨토셀의등장에따라향후급속도로성장할수있는요건을구비 - 시장조사업체인 Dell'Oro 와 ABI Research 는펨토셀가격이 100 달러이하로하락하면본격적인시장확산이가능할것으로전망하였는데, 2009 년평균 200 달러였던가격은 2010 년에평균 150 달러로하락하였음 - 전세계펨토셀시장을선도하고있는영국의 PicoChip 은 2010 년 9 월제조원가 50 달러미만의새로운참조모델을발표한바있음 - PicoChip 의경쟁업체인 Ubiquisys 는 FemtoEngine 이라는플랫폼을출시하였으며, Sercomm 은이플랫폼을이용해서 2010 년초에최초로 100 달러펨토셀을개발 - 시장조사기관 Informa 는 2010 년전세계적으로 18 개이통사가펨토셀을도입하였으며, 30 개사업자가향후도입계획을발표하는등 2011 년은펨토셀기술이도약하는해가될것으로전망 - Informa 의전망에는메이저칩제조업체인 Broadcom 이펨토셀업체인 Percello 를인수하면서펨토셀시장에진입한것도한가지요인으로작용 - Informa 는 2010 년 4 분기에만펨토셀의접속포인트 (AP) 가 170 만대추가되었고, 2014 년까지는 4,900 만대, 이용자는 1 억 1,400 만명에이를것으로전망 26
- ABI Research 에따르면 2010 년한해동안 17 개통신사업자들이 130 만대의상용펨토셀을구축하였으며, 향후 5 년간연평균 154% 로성장하여 2015 년에는 7,020 만대가구축될것으로전망 - 전세계에구축된기지국수가 220 만개임을감안하면, 올해안에펨토셀수는기지국수를넘어설가능성이높음 이동통신사들은트래픽분산을목적으로구축한펨토셀을기반으로다양한부가서비스를개발하는데도초점을맞추고있음 - 펨토셀서비스인 Airave 를런칭한미국 Sprint Nextel 은펨토셀기반으로존재확인및위치기반애플리케이션의잠재수요를이끌어냄으로써펨토셀유료화에대한정당성확보를시도 - 미국의중소이통사인 Cellcom 은안드로이드스마트폰에서음악다운로드시빠른데이터처리를보장하는펨토셀에연결되어있을때만내려받기를시작하는서비스를개발중 - Cellcom 은또한 IP-PBX 와연동되는펨토셀을기반으로기업용서비스를개발중인데, 펨토셀에접속할경우이용자위치에따라적절한애플리케이션바로가기가제공되는서비스등이포함되어있음 - 펨토셀을홈네트워킹서비스와연계하여디지털홈의허브역할로작동하게하려는시도또한활발히진행중 ( 단위 : 백만대 ) 50 45 Yankee Group(2Q03) 40 ABI(2Q09) 35 isuppi(1q10) 30 25 20 15 10 5 0 2009 2010 2011 2012 2013 2014 ( 연도 ) < 자료 >: Chetan Sharma Consulting, 2010 ( 그림 3) 각국이동통신사의매출과트래픽에서데이터가차지하는비중비교 27
< 표 2> 각국통신사의펨토셀서비스전개현황 통신사 국가 서비스요금 네트워크용량 서비스개시일 Sprint 미국 월 4.99 달러 최대 3명, 2G 가입자 2007 년 9월 Startup 싱가포르 월 32.10 달러 최대 4명, 3G 가입자 2008 년 11 월 Verizon 미국 249.99 달러 최대 3명, 2G 가입자 2009 년 1월 Vodafone UK 영국 월 5유로 최대 4명, 3G 가입자 2009 년 7월 AT&T 미국 159 달러 최대 4명, 3G 가입자 2009 년 9월 SFR 프랑스 199 유로 최대 4명, 3G 가입자 2009 년 11 월 NTT DoCoMo 일본 월 10 달러 최대 4명, 3G 가입자 2009 년 11 월 China Unicom 중국 월 10RMB 최대 4명, 3G 가입자 2009 년 11 월 Optimus 포르투갈 월 8유로 최대 4명, 3G 가입자 2009 년 12 월 Singtel 싱가포르 월 53.50 S 달러 최대 4명, 3G 가입자 2010 년 1월 Vodafone Spain 스페인 월 15 유로 최대 4명, 3G 가입자 2010 년 6월 SoftBank 일본 무료 최대 4명, 3G 가입자 2010 년 6월 Vodafone Qatar 카타르 공공접속메트로 최대 4명, 3G 가입자 2010 년 6월 KDDI 일본 무료 최대 4명, 3G 가입자 2010 년 7월 Vodafone Greece 그리스 무료 ( 월 40 유로상당이하 ) 최대 4명, 3G 가입자 2010 년 7월 Movistar 스페인 월 9유로 ( 기업용 ) 최대 4명, 3G 가입자 2010 년 8월 T-Mobile UK 영국 기업용 최대 4명, 3G 가입자 2010 년 10 월 Mold Telecom 몰디바 3G 무제한가입자에부가서비스 최대 4명, 3G 가입자 2010 년 11 월 < 자료 >: Informa Telecoms & Media, 2011. 2. 펨토셀에대한이통사와칩제조업체의관심이높아지고는있지만, 스몰셀의주종을이루고있는와이파이와의비교우위에손을들어주는평가도다수존재 - 펨토셀의접속포인트 (AP) 가격은와이파이의 AP 에비해 5~10 배가량비싸기때문에보급과확산을위해서는가격인하및비용부담의주체를명확히하는것이필요하며, 와이파이 AP 는보다단순하고대량생산이되고있음 - 모바일데이터수요가일차적으로발생하는기기는노트북, 넷북, 스마트폰으로서이중노트북과넷북은거의대부분와이파이접속기능을가지고있으며, 스마트폰도절반이상이와이파이를지원하고있고그비율은빠르게증가하는추세 - 와이파이 AP 가가정, 회사, 소매업체, 공공장소등도처에설치되어있고사람들이대부분가정이나직장에서시간을보낸다는점에서이미와이파이접속이가능하므로또다시펨토셀을구축할필요성은줄어들고있음 - 와이파이는더많은주파수대역을사용할수있는것에비해펨토셀에서는매크로셀과펨토셀이동일한주파수대역을사용하므로양자사이에그리고펨토셀사이에주파수가용 28
MLPS: Multi Phase Shifter, 하나의위상변환기에어레이안테나수에비례하는위상기를집적 HA: High Availability, 라우터다운시다른장비가트래픽을곧바로처리할수있도록하는장치 AAA: Authorization, Authentification, Account, 인증, 권한관리, 계정 < 자료 >: Chetan Sharma Consulting, 2010. ( 그림 3) 각국이동통신사의매출과트래픽에서데이터가차지하는비중비교 자원의트레이드- 오프관계가존재 - 현재의 3G 셀룰러네트워크는기본적으로실내음성서비스에적합하게설계된것이며, 음성통화의핸드오버문제를차치한다면, 데이터트래픽의분산이라는우회망의기본목적을달성하는데는와이파이가보다적합 그러나펨토셀의기술적완성도가높아지고대량생산이가능해질경우, 와이파이에대한비교우위도강화될수있음 - 펨토셀보급이확산되면이는곧대량생산과가격인하로이어지는것이가능 - 트래픽분산을위해음성통화용이아닌데이터전용펨토셀도구축되고있는데, SKT 가연내 1 만개를구축하겠다고발표한펨토셀은데이터펨토셀로서커버리지는 200m 수준이며동시접속가능인원은 8 명 - PicoChip 이 2011 년 3 월에발표한세계최초 USB 형펨토셀시스템온칩 (SoC) 은초소형기지국기술이 USB 메모리수준에이르러집적도가높아지고있음을증명하였으며, 따라서케이블모뎀이나셋탑박스에 USB 를플러그인하는것만으로도설치를마칠수있을정도로사용편의성이높아질전망 29
- 3G 망과달리처음부터데이터서비스를목적으로설계된 LTE 망의구축이본격적으로이루어지게된다면, LTE 용펨토셀은데이터펨토셀로서트래픽분산에보다기여할수있고, 개인과기업의이용의향도높아질가능성이있음 기술적발전이뒷받침된다면펨토셀의성공여부는결국소비자에게새로운가치를전달해줄수있는비즈니스모델발굴에달려있음 - 통화품질문제가거의없는우리나라와달리미국등해외에서는펨토셀의초기주요서비스영역이음성통화, 그중에서펨토존요금제가될가능성이높음 - 가정내통화시장은유선사업자와케이블사업자가장악해왔으나펨토셀을통해음성커버리지를확대하고펨토셀기반의요금할인제를도입하여신규고객을유치함으로써 FMS (Fixed Mobile Substitution, 무선의유선대체 ) 서비스가가능함 - 펨토셀은또한실내의무선데이터수요를충당하는무선브로드밴드강화수단으로이용할수있는데, 무선자원을많이차지하는멀티미디어트래픽등을옥외매크로셀에부담을주지않고펨토셀로분산함으로써무선데이터를활발히이용하는고객층확보가가능 - 또한콘텐츠의생성, 유통, 소비의허브역할을하는홈게이트웨이로활용할수있으며, 스마트기기, TV, 디지털가전등이정보를공유할수있고, 집안에서사용이많은콘텐츠와서비스를집밖에서도이용할수있도록함 펨토셀과와이파이등스몰셀에대한관심이높아지는것은데이터수요에따라모바일네트워크의구성이다양해지고유연해질것이라는점을의미 - 이통사들은 LTE 와모바일 WiMAX 등매크로셀에대한투자와함께스몰셀이혼재하는이종네트워크구성방향으로사업을전개 - 접속망에서와이파이와펨토셀등스몰셀의중요도가점차높아지는것은커버리지강화뿐아니라이론적인데이터속도와용량에매달리는네트워크진화로드맵이자존심이상의의미는없다는현실론이대두하고있기때문 - 또한늘어나는모바일데이터트래픽을매출로연결시키는데실패하고있어 4G 에대한과감한투자를즉각실행하는데주저할수밖에없는이통사들의현실적인고민도내포됨 - 현재도나타나듯이각도시나셀별로트래픽증가량은일정하지않으며, 따라서향후각도시나셀별로추가할인프라의유형도달라질수밖에없으므로셀구조의중요성이높아짐 - 이통사입장에서는매크로셀과스몰셀을고루구비하고있다면트래픽양에따라셀크기도유동적으로공급할수있는유연성을확보할수있음 - 향후매크로셀은여전히중요한역할을하겠지만, 이통사들은트래픽이집중적으로발생하 30
는지역에스몰셀을확대함으로써네트워크용량을확대해나갈것으로전망됨 - 이용자입장에서도스몰셀의확산은데이터이용속도를높이고, 이통사업자가망투자금액보전을명분으로데이터이용요금을무리하게인상하는것을막을수있다는점에서경제적인이익을얻는길이기도함 31