5G와 네트워크 슬라이싱
5G가 널리 언급될 때, 그중에서도 네트워크 슬라이싱은 가장 많이 거론되는 기술입니다. KT, SK텔레콤, 차이나모바일, DT, KDDI, NTT와 같은 이동통신 사업자들과 에릭슨, 노키아, 화웨이와 같은 장비 공급업체들은 모두 네트워크 슬라이싱이 5G 시대에 이상적인 네트워크 아키텍처라고 믿고 있습니다.
이 새로운 기술을 통해 통신 사업자는 하드웨어 인프라 내에서 여러 개의 가상 종단 간 네트워크를 분할할 수 있으며, 각 네트워크 슬라이스는 디바이스, 액세스 네트워크, 전송 네트워크 및 코어 네트워크와 논리적으로 격리되어 다양한 유형의 서비스 특성에 맞춰 구성할 수 있습니다.
각 네트워크 슬라이스에는 가상 서버, 네트워크 대역폭, 서비스 품질과 같은 전용 리소스가 완벽하게 보장됩니다. 슬라이스는 서로 격리되어 있으므로 한 슬라이스에서 발생하는 오류나 장애는 다른 슬라이스의 통신에 영향을 미치지 않습니다.
5G에 네트워크 슬라이싱이 필요한 이유는 무엇일까요?
과거부터 현재의 4G 네트워크에 이르기까지, 모바일 네트워크는 주로 휴대폰을 대상으로 서비스를 제공했으며, 일반적으로 휴대폰 최적화에만 초점을 맞췄습니다. 그러나 5G 시대에는 모바일 네트워크가 다양한 유형과 요구 사항을 가진 기기들을 지원해야 합니다. 모바일 광대역, 대규모 IoT, 미션 크리티컬 IoT 등 다양한 애플리케이션 시나리오가 있으며, 이러한 시나리오들은 각각 다른 유형의 네트워크를 필요로 하고 이동성, 과금, 보안, 정책 제어, 지연 시간, 신뢰성 등 여러 측면에서 각기 다른 요구 사항을 가지고 있습니다.
예를 들어, 대규모 IoT 서비스는 고정 센서를 연결하여 온도, 습도, 강우량 등을 측정합니다. 이 경우 모바일 네트워크에서 메인 서비스 제공 휴대폰이 필요로 하는 핸드오버, 위치 업데이트 등의 기능은 필요하지 않습니다. 또한 자율 주행 및 로봇 원격 제어와 같은 미션 크리티컬 IoT 서비스는 종단 간 지연 시간이 수 밀리초에 불과해야 하는데, 이는 모바일 광대역 서비스와는 매우 다른 기준입니다.
5G의 주요 응용 시나리오
그렇다면 각 서비스마다 전용 네트워크가 필요하다는 뜻일까요? 예를 들어, 하나는 5G 휴대폰용, 하나는 5G 대규모 IoT용, 그리고 또 하나는 5G 미션 크리티컬 IoT용처럼 말입니다. 하지만 그럴 필요는 없습니다. 네트워크 슬라이싱을 사용하면 하나의 물리적 네트워크에서 여러 개의 논리적 네트워크를 분리할 수 있고, 이는 매우 비용 효율적인 접근 방식입니다!
네트워크 슬라이싱을 위한 애플리케이션 요구 사항
NGMN이 발표한 5G 백서에 설명된 5G 네트워크 슬라이스는 아래와 같습니다.
엔드투엔드 네트워크 슬라이싱은 어떻게 구현할까요?
(1) 5G 무선 액세스 네트워크 및 코어 네트워크: NFV
오늘날 모바일 네트워크에서 핵심 장치는 휴대폰입니다. RAN(DU 및 RU)과 코어 기능은 RAN 공급업체가 제공하는 전용 네트워크 장비로 구축됩니다. 네트워크 슬라이싱을 구현하려면 네트워크 기능 가상화(NFV)가 필수적입니다. 기본적으로 NFV의 핵심 아이디어는 네트워크 기능 소프트웨어(예: 패킷 코어의 MME, S/P-GW 및 PCRF, RAN의 DU)를 전용 네트워크 장비에 개별적으로 배포하는 대신 상용 서버의 가상 머신(VMS)에 모두 배포하는 것입니다. 이러한 방식으로 RAN은 에지 클라우드처럼, 코어 기능은 코어 클라우드처럼 취급됩니다. 에지에 위치한 VMS와 코어 클라우드 간의 연결은 SDN을 사용하여 구성됩니다. 그런 다음 각 서비스(예: 전화 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: 에지 클라우드에서 DU, 5G 코어(UP) 및 캐시 서버를 가상화하고, 코어 클라우드에서 5G 코어(CP) 및 MVO 서버를 가상화하는 것
(2) 폰 슬라이싱: 코어 클라우드에서 완전한 이동성 기능을 갖춘 5G 코어(UP 및 CP) 및 IMS 서버 가상화
(3) 대규모 IoT 슬라이싱(예: 센서 네트워크): 코어 클라우드에서 단순하고 가벼운 5G 코어를 가상화하는 것은 이동성 관리 기능을 제공하지 않습니다.
(4) 미션 크리티컬 IoT 슬라이싱: 전송 지연 시간을 최소화하기 위해 엣지 클라우드에서 5G 코어(UP) 및 관련 서버(예: V2X 서버)를 가상화
지금까지는 요구사항이 서로 다른 서비스들을 위해 각각 전용 슬라이스를 생성해야 했습니다. 그리고 가상 네트워크 기능은 각 슬라이스 내에서도 서비스 특성에 따라 서로 다른 위치(예: 에지 클라우드 또는 코어 클라우드)에 배치되었습니다. 또한, 과금, 정책 제어 등의 일부 네트워크 기능은 특정 슬라이스에서는 필요하지만 다른 슬라이스에서는 필요하지 않을 수도 있습니다. 통신 사업자는 원하는 방식, 그리고 아마도 가장 비용 효율적인 방식으로 네트워크 슬라이싱을 맞춤 설정할 수 있습니다.
네트워크 슬라이싱(I) 중 하나를 구현하는 방법은 무엇입니까?
(2) 에지 클라우드와 코어 클라우드 간 네트워크 슬라이싱: IP/MPLS-SDN
소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)은 처음 도입되었을 때는 단순한 개념이었지만, 점차 복잡해지고 있습니다. 오버레이 방식을 예로 들면, SDN 기술은 기존 네트워크 인프라 상의 가상 머신들 간의 네트워크 연결을 제공할 수 있습니다.
엔드투엔드 네트워크 슬라이싱
먼저, 엣지 클라우드와 코어 클라우드 가상 머신 간의 네트워크 연결 보안을 확보하는 방법을 살펴보겠습니다. 가상 머신 간 네트워크는 IP/MPLS-SDN 및 전송 SDN을 기반으로 구현해야 합니다. 본 논문에서는 라우터 제조사에서 제공하는 IP/MPLS-SDN에 초점을 맞춥니다. 에릭슨과 주니퍼는 모두 IP/MPLS SDN 네트워크 아키텍처 제품을 제공합니다. 운영 방식에는 약간의 차이가 있지만, SDN 기반 가상 머신 간의 연결 방식은 매우 유사합니다.
코어 클라우드에는 가상화된 서버들이 있습니다. 서버의 하이퍼바이저에서는 내장된 vRouter/vSwitch가 실행됩니다. SDN 컨트롤러는 가상화된 서버와 데이터센터(DC)의 게이트웨이 라우터(클라우드 데이터센터에서 MPLS L3 VPN을 생성하는 PE 라우터) 간의 터널 구성을 제공합니다. 각 가상 머신(예: 5G IoT 코어)과 코어 클라우드의 DC 게이트웨이 라우터 간에 SDN 터널(예: MPLS GRE 또는 VXLAN)을 생성합니다.
SDN 컨트롤러는 이러한 터널과 IoT VPN과 같은 MPLS L3 VPN 간의 매핑을 관리합니다. 엣지 클라우드에서도 동일한 프로세스가 적용되어 엣지 클라우드에서 IP/MPLS 백본을 거쳐 코어 클라우드까지 연결된 IoT 슬라이스가 생성됩니다. 이 프로세스는 현재 사용 가능한 성숙한 기술 및 표준을 기반으로 구현할 수 있습니다.
(3) 에지 클라우드와 코어 클라우드 간 네트워크 슬라이싱: IP/MPLS-SDN
이제 남은 과제는 모바일 프런트홀 네트워크입니다. 에지 클라우드와 5G RU 사이의 모바일 프런트홀 네트워크를 어떻게 구축할까요? 우선 5G 프런트홀 네트워크를 정의해야 합니다. 현재 몇 가지 방안이 논의되고 있지만(예: DU와 RU의 기능을 재정의하여 새로운 패킷 기반 프런트홀 네트워크를 도입하는 방안), 아직 표준 정의는 마련되지 않았습니다. 다음 그림은 ITU IMT 2020 워킹 그룹에서 제시된 다이어그램으로, 가상화된 프런트홀 네트워크의 예를 보여줍니다.
ITU 기구에서 제공하는 5G C-RAN 네트워크 슬라이싱 예시
게시 시간: 2024년 2월 2일
