5G와 네트워크 슬라이싱
5G가 널리 언급될 때 가장 많이 논의되는 기술은 네트워크 슬라이싱입니다. KT, SK텔레콤, 차이나 모바일, DT, KDDI, NTT와 같은 통신 사업자 및 에릭슨, 노키아, 화웨이와 같은 장비 공급업체 모두 네트워크 슬라이싱이 5G 시대에 이상적인 네트워크 아키텍처라고 생각합니다.
이 새로운 기술을 사용하면 운영자가 하드웨어 인프라에서 여러 개의 가상 엔드투엔드 네트워크를 분할할 수 있으며, 각 네트워크 슬라이스는 다양한 서비스 유형의 서로 다른 특성을 충족하기 위해 장치, 액세스 네트워크, 전송 네트워크 및 코어 네트워크에서 논리적으로 분리됩니다.
각 네트워크 슬라이스에는 가상 서버, 네트워크 대역폭, 서비스 품질(QoS)과 같은 전용 리소스가 완벽하게 보장됩니다. 슬라이스는 서로 분리되어 있으므로 한 슬라이스의 오류나 장애가 다른 슬라이스의 통신에 영향을 미치지 않습니다.
5G에 네트워크 슬라이싱이 필요한 이유는 무엇입니까?
과거부터 현재 4G 네트워크까지 모바일 네트워크는 주로 휴대폰에 서비스를 제공하며, 일반적으로 휴대폰에 대한 일부 최적화만 수행합니다. 그러나 5G 시대의 모바일 네트워크는 다양한 유형과 요구 사항을 가진 기기를 지원해야 합니다. 언급된 애플리케이션 시나리오에는 모바일 광대역, 대규모 IoT, 미션 크리티컬 IoT 등이 포함됩니다. 이러한 애플리케이션 시나리오는 모두 서로 다른 유형의 네트워크를 필요로 하며, 이동성, 회계, 보안, 정책 제어, 지연 시간, 안정성 등에 대한 요구 사항도 서로 다릅니다.
예를 들어, 대규모 IoT 서비스는 고정 센서를 연결하여 온도, 습도, 강우량 등을 측정합니다. 모바일 네트워크에서 주요 서비스 제공 단말기의 핸드오버, 위치 업데이트 및 기타 기능이 필요하지 않습니다. 또한, 자율주행이나 로봇 원격 제어와 같은 미션 크리티컬 IoT 서비스는 수 밀리초의 엔드투엔드 지연 시간을 필요로 하는데, 이는 모바일 광대역 서비스와는 매우 다릅니다.
5G의 주요 응용 시나리오
각 서비스마다 전용 네트워크가 필요하다는 뜻인가요? 예를 들어, 하나는 5G 휴대폰, 하나는 5G 대규모 IoT, 그리고 다른 하나는 5G 미션 크리티컬 IoT를 지원합니다. 네트워크 슬라이싱을 사용하면 별도의 물리적 네트워크에서 여러 논리적 네트워크를 분리할 수 있으므로, 각 서비스마다 전용 네트워크가 필요하지 않습니다. 이는 매우 비용 효율적인 방법입니다!
네트워크 슬라이싱을 위한 애플리케이션 요구 사항
NGMN이 발표한 5G 백서에 설명된 5G 네트워크 슬라이스는 아래와 같습니다.
엔드투엔드 네트워크 슬라이싱을 어떻게 구현하나요?
(1)5G 무선 접속망 및 코어망: NFV
오늘날의 모바일 네트워크에서 주요 장치는 휴대폰입니다.RAN(DU 및 RU)과 핵심 기능은 RAN 공급업체가 제공하는 전용 네트워크 장비에서 구축됩니다.네트워크 슬라이싱을 구현하려면 네트워크 기능 가상화(NFV)가 필수입니다.기본적으로 NFV의 주요 아이디어는 네트워크 기능 소프트웨어(예: 패킷 코어의 MME, S/P-GW 및 PCRF 및 RAN의 DU)를 전용 네트워크 장치에 별도로 배치하는 대신 상용 서버의 가상 머신에 모두 배치하는 것입니다.이렇게 하면 RAN은 에지 클라우드로, 핵심 기능은 코어 클라우드로 처리됩니다.에지에 위치한 VMS와 코어 클라우드 간의 연결은 SDN을 사용하여 구성됩니다.그런 다음 각 서비스(예: 폰 슬라이스, 대규모 IoT 슬라이스, 미션 크리티컬 IoT 슬라이스 등)에 대한 슬라이스가 생성됩니다.
네트워크 슬라이싱(I) 중 하나를 구현하는 방법은 무엇입니까?
아래 그림은 각 서비스별 애플리케이션을 가상화하여 각 슬라이스에 설치하는 방법을 보여줍니다. 예를 들어, 슬라이싱은 다음과 같이 구성할 수 있습니다.
(1)UHD 슬라이싱: 엣지 클라우드에서 DU, 5G 코어(UP), 캐시 서버를 가상화하고, 코어 클라우드에서 5G 코어(CP), MVO 서버를 가상화
(2) Phone Slicing: 코어 클라우드에서 완전한 모빌리티 기능을 갖춘 5G 코어(UP 및 CP) 및 IMS 서버 가상화
(3) 대규모 IoT 슬라이싱(예: 센서 네트워크) : 코어 클라우드에서 간단하고 가벼운 5G 코어를 가상화하는 것은 모빌리티 관리 기능이 없음
(4) 미션 크리티컬 IoT 슬라이싱: 엣지 클라우드에서 5G 코어(UP) 및 관련 서버(예: V2X 서버)를 가상화하여 전송 지연을 최소화합니다.
지금까지 다양한 요구 사항을 가진 서비스별로 전용 슬라이스를 생성해야 했습니다. 가상 네트워크 기능은 각 슬라이스의 다른 위치(예: 엣지 클라우드 또는 코어 클라우드)에 배치되는데, 이는 서비스 특성에 따라 달라집니다. 또한, 과금, 정책 제어 등과 같은 일부 네트워크 기능은 슬라이스에 따라 필요하지만, 다른 슬라이스에는 필요하지 않을 수 있습니다. 운영자는 원하는 방식으로 네트워크 슬라이싱을 맞춤 설정할 수 있으며, 이는 아마도 가장 비용 효율적인 방식일 것입니다.
네트워크 슬라이싱(I) 중 하나를 구현하는 방법은 무엇입니까?
(2) 엣지와 코어 클라우드 간 네트워크 슬라이싱: IP/MPLS-SDN
소프트웨어 정의 네트워킹은 처음 도입되었을 당시에는 단순한 개념이었지만, 점점 더 복잡해지고 있습니다. 오버레이(Overlay)를 예로 들면, SDN 기술은 기존 네트워크 인프라에서 가상 머신 간의 네트워크 연결을 제공할 수 있습니다.
엔드투엔드 네트워크 슬라이싱
먼저, 에지 클라우드와 코어 클라우드 가상 머신 간의 네트워크 연결 보안을 확보하는 방법을 살펴봅니다. 가상 머신 간의 네트워크는 IP/MPLS-SDN과 전송 SDN을 기반으로 구현되어야 합니다. 본 논문에서는 라우터 공급업체에서 제공하는 IP/MPLS-SDN에 중점을 둡니다. 에릭슨과 주니퍼는 모두 IP/MPLS SDN 네트워크 아키텍처 제품을 제공합니다. 운영 방식은 약간 다르지만, SDN 기반 가상 머신 간의 연결은 매우 유사합니다.
코어 클라우드에는 가상화된 서버가 있습니다. 서버의 하이퍼바이저에서 내장된 vRouter/vSwitch를 실행하세요. SDN 컨트롤러는 가상화된 서버와 DC G/W 라우터(클라우드 데이터 센터에서 MPLS L3 VPN을 생성하는 PE 라우터) 간의 터널 구성을 제공합니다. 각 가상 머신(예: 5G IoT 코어)과 코어 클라우드의 DC G/W 라우터 간에 SDN 터널(예: MPLS GRE 또는 VXLAN)을 생성하세요.
SDN 컨트롤러는 이러한 터널과 MPLS L3 VPN(예: IoT VPN) 간의 매핑을 관리합니다. 에지 클라우드에서도 동일한 프로세스가 적용되어 에지 클라우드에서 IP/MPLS 백본, 그리고 코어 클라우드까지 연결된 IoT 슬라이스를 생성합니다. 이 프로세스는 현재까지 완성도가 높고 사용 가능한 기술과 표준을 기반으로 구현될 수 있습니다.
(3) 엣지와 코어 클라우드 간 네트워크 슬라이싱: IP/MPLS-SDN
현재 남은 것은 모바일 프런트홀 네트워크입니다. 엣지 클라우드와 5G RU 사이의 이 모바일 프런트홀 네트워크를 어떻게 분리할 수 있을까요? 우선, 5G 프런트홀 네트워크를 정의해야 합니다. 현재 논의 중인 몇 가지 옵션(예: DU와 RU의 기능을 재정의하여 새로운 패킷 기반 포워드 네트워크 도입)이 있지만, 아직 표준 정의는 없습니다. 다음 그림은 ITU IMT 2020 워킹그룹에 제시된 다이어그램으로, 가상화된 프런트홀 네트워크의 예를 보여줍니다.
ITU 조직에 의한 5G C-RAN 네트워크 슬라이싱의 예
게시 시간: 2024년 2월 2일
