손장우 (Harrison J. Son)     넷매니아즈 | (주)엔앰씨컨팅그룹 대표이사     son@netmanias.com

 

1. 현재 4G 망의 구조
2. 이슈 - 수많은 종류의 사물이 이동통신망에 연결
3. 에지 컴퓨팅이 해결!
4. 4G망에서의 MEC
5. 5G망에서의 MEC

 

First Release: 01/18/2019, Last Modified: 05/21/2019

 

1. 현재 4G 망의 구조

 

 

4G망의 특징 (그 이전 Generation도 마찬가지이다)은 이동성 관리(핸드오버), 과금(어카운팅) 등의 이유로 단말에서 발생한 모든 트래픽이 중앙의 SP-GW (SGW, PGW)까지 전달된다는 점이다.

 

이용자/단말의 트래픽(User IP 패킷)은 기지국에서 PGW까지 GTP 터널상으로 전달되며, PGW 도달 후 비로소 IP 세계 (IP 서비스 서버: IMS, 인터넷, OTT, 포탈 등)를 만나게 된다.

 

세계 각국의 통신사업자들의 4G 망구조는 거의 유사하며, SP-GW는 전국에 몇개의 사이트에 집중되어 있다.

 

이 구조에서 단말과 서비스(응용 서버)간에 물리적인 거리가 수십 ~ 수백 Km에 이르며 RTT가 수십 ms에 이른다.  

 

4G망에서 단말은 인간이 쓰는 스마트폰이고, 주요 서비스는 전화 (IMS), 인터넷 접속, 다양한 포털/OTT를 통한 메시징/비디오 등의 서비스이다.

 

이러한 스마트폰 응용 서비스들은 지연에 매우 민감하지는 않고 용량도 많아야 수십 Mbps 정도로 작아 4G망의 중앙집중형 망 구조가 큰 문제가 없었다. 그리하여 2010년 4G 서비스 개시 후 지금까지 이 구조가 유지되어 왔다.  

 

2. 이슈 - 수많은 종류의 사물이 이동통신망에 연결

 

 

이러한 구조에 문제가 발생한 것은 최근 몇 년간 지속적으로 떠오르고 있는 스마트폰이외의 다양한 사물(IoT)들의 출현이다. 

 

즉, 이동통신망에 연결되는 단말이 기존의 스마트폰(인간) 뿐만 아니라 차, 드론, 센서, VR 헤드셋, 카메라, 로봇 등의 사물로 매우 다양화되고 있다.

 

이는 통신 사업자들이 스마트폰 중심의 이통시장이 이미 매출/가입자수 측면에서 포화상태에 이른 상태에서 새로운 수익을 창출할 수 있는 새로운 시장이다.

 

이를 현실화/구현하기 위해, 신규 수익을 발생시킬 수 있는 새로운 단말과 이를 커버하는 서버들이 통신사업자망에 도입되어야 한다.

 

문제는 이 응용 서비스들이 스마트폰과 다르게 수 ms~ 10ms 이내의 초저지연(RTT)을 요구하며 and/or 스트림당 수백 Mbps에서 수 Gbps까지 대용량 대역폭을 요구한다는 점이다.

 

즉, 단말이 서비스를 만나기까지 너무 멀어,

 

1) 단말과 서버간의 RTT가 수십 ms (이통사 클라우드내 서버)~ 수백 ms(인터넷상의 클라우드 서버)가 소요되어 초저지연 응용 서비스를 제공할 수 없고,

2) 또한 대용량 응용의 트래픽을 백홀을 통해 나르려면 막대한 백홀 용량이 요구되어 이또한 사실상 불가능하다.

 

즉, 새로운 서비스 (단말/서버)가 부상하는 데, 기존의 중앙 집중형 이동통신망 구조(단말 - 기지국 - 긴 백홀 - 코어 - 서비스)는 이를 수용할 수 없는 구조이다.

 

3. 에지 컴퓨팅이 해결!

 

업계에서는 초저지연, 대용량 응용을 이동통신망에서 수용할 수 있는 방안을 만들어 왔다.   

 

그 답은 MEC (Mobile|Mutli-access Edge Computing)로 단말 가까이에서 응용 서비스를 위한 컴퓨팅/프러세싱 (로봇/드론 제어, 4K/8K 스트리밍, AR/VR 렌더링, 감시카메라 영상 분석/추론 등)를 제공해주는 개념이다. 

 

이와 같이 서비스를 에지를 전진 배치함으로서 초저지연 응용의 응답시간 요구사항을 충족시켜주고, 또한 통신사업자의 백홀망 증설 비용도 대폭 감소시켜줄 수 있다. 

 

 

 

각 국의 이동통신사업자들은 MEC를 4G망이나 5G망에도입하여 B2C 매출과 B2B 매출을 창출하려 노력하고 있다.

 

현재 전세계 대부분의 통신사가 4G 서비스를 하고 있으므로 4G 망에서 MEC가 먼저 표준화/상용화되고 있으며, 5G 망에서도 우리나라와 일본, 중국, 미국 등에서 MEC 기반 서비스가 테스트되고 있으며 올해부터 우리나라 통신 3사가 상용 서비스를 제공할 예정이다. 

 

4. 4G망에서의 MEC

 

 

4G망에서 MEC의 구축은 1) S1 Breakout (Bump in the Wire), 2) Distributed SP-GW, 3) Distributed EPC 가 제시되어 있다[ETSI, MEC Deployments in 4G and Evolution towards 5G, 2018.02].

 

첫번째 안인 S1 Breakout은 eNB 상단에 MEC 서버를 두고 MEC 서버가 단말에서 올라오는 트래픽의 User IP 패킷의 SrcIP, DstIP 등을 보고 특정/로컬 응용의 트래픽은 SP-GW로 보내지 않고 GTP Decap하여 Local Breakout시켜 MEC 서버내 MEC 응용 서버 또는 별도의 응용 서버로 전달하는 것이다. 통신 사업자가 구축/운영하고 있는 기존의 4G망에 변화없이 로컬 서비스를 제공할 수있다는 점이 가장 큰 장점이다.

 

<MEC in 4G (1) S1 Breakout>

 

<BT의 MEC 적용 Industry Automation 사례>

 

두번째, 세번째 안은 주로 기업에 적용되는 안으로 특정 기업 전용 4G Core를 기업내 새로이 구축해주는 안이다. 

 

ETSI의 MEC 표준의 특징은 1) 에지에서 IP 서비스 만나기 (트래픽 오프로딩 - S1 Breakout, SGi: 이중에 S1 Breakout이 가장 큰 역할/존재감을 줌), 2) MEC Platform 서비스 (RNIS, LS 등), 3) MEC 응용의 라이프사이클 자동화 (MECO, MEPM) 이다.

 

5. 5G망에서의 MEC

 

 

4G망(2010년 상용화)상에서 MEC(2015년 표준 제정 시작)의 구현은 기구축된 4G망 구조위에 오버레이된 (4G망과 독립적인) 방식을 취할 수밖에 없었다. 

 

5G망에서는 이통사들의 수익원이 되는 MEC를 애초부터 고려해 5G망 표준을 설계하였고, 따라서 5G NF들이 MEC 서비스를 위해 충분히 활용되도록 5G를 표준화하였다.

 

4G망에서는 MEC 응용이 Mp1 인터페이스를 통해 Traffic rule을 MEC 플랫폼으로 전달해주면, MEC 플랫폼은 Mp2 인터페이스를 통해 Data Plane에 Traffic rule을 설정한다.

 

5G망에서는 MEC의 Data plane이 5G망의 UPF에 해당하며  MEC 플랫폼은 5G망에서의 AF (MEC AF)에 해당하고 MEC 응용들은 5G망에서 Local DN에 해당한다.

 

MEC 플랫폼(MEC AF)가 Traffic rule과 Local DN을 5G 코어의 PCF로 전달하고 이는 SMF로 전달되며, SMF는 이를 UPF에 설정한다.

 

4G망은 Traffic Steering 절차가 3GPP NE와 무관하게 MEC 시스템내에서 독립적으로 이루어지며, 5G망에서는 3GPP NE (5G 코어)를 활용하여 이루어진다는 점이 큰 차이점이다.

 

<5G망에서 MEC 수용 구조: AF가 Traffic Steering을 트리거링하는 Case>

[ETSI, MEC in 5G Networks, 2018.06]

 

 

현실로 다가오고 있는 초저지연, 대용량 응용을 이동통신망에서 효율적으로 수용하기 위해 MEC가 제시되고 있으며, 4G, 5G망에서의 MEC 수용 구조를 살펴 보았다.

 

올해부터는 국내외에서 MEC 기반의 응용 서비스들이 상용화되기 시작할 것으로 예상되며, 넷매니아즈에서는 이를 지속적으로 분석할 예정이다.