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

 

 

본 블로그에서는 5G 기술을 이용한 기업의 Private 5G망 (사설 5G망) 구축 방안에 관해 정리해 본다.

 

"Private 5G망"이란,

일반 대중들이 스마트폰 등을 통해 누구나 5G망에 접속/연결하고 인터넷, 전화, VR 스트리밍과 같은 오픈 5G 서비스를 받을 수 있는 공중망과 달리,

특정 기업 (예를 들어, 공장, 공항, 항구, 병원, 오피스, 대학, 물류센터, 지자체, 정부 기관, 국정원, 발전소, 등등)에 속한 사람이나 사물의 접속/연결을 허용하고(폐쇄된 연결성), 이들만 필요한 특정 서비스(특화된 서비스)를 제공해주는 사설망이다.

 

기업의 Private 5G망은 크게 두 가지 방안으로 구현될 수 있다.

• 첫째는 이통사의 공중 5G망과 무관한 독립적인/고립된 사설 5G망(섬)을 구축하는 것이고(기업내 유선LAN이나 와이파이 무선 LAN을 구축하는 것처럼), 이 경우 사설 5G망은 기업이 스스로 구축하거나 이통사가 구축해줄 수도 있다.

• 둘째는 이통사의 공중 5G망 자원을 공유하여 사설 5G망 구축하는 방안으로 이통사가 구축해준다.  

 

 

		이통사의 공중 5G망과 무관한 독립적인/고립된 사설 5G망(섬)		이통사의 공중 5G망 자원을 공유하여 사설 5G망 구축
사설망과 공중망의 분리		물리적 분리: 섬마다 Full Set가 구축됨		논리적 분리 (Network Slicing, MEC Data Plane)와 물리적 분리의 병행
사설망의 형태		기업 부지/건물내 물리적 독립망 구축  (마치 기업내 유선 LAN이나, 무선 LAN처럼)		논리적으로 구분된 사설망  (마치 MPLS VPN처럼)
사설망의 지리적 범위  (기업트래픽의 유통범위)		기업 부지/건물내		기업 부지/건물내와 이통사의 Edge/Central Cloud
기업내 5G 장비		5G RAN, 5G Core, UDM, MEC		5G RAN (또는 5G RAN의 일부), 5G Core (선택적), UDM (선택적), MEC (선택적)
구축 주체 | 주파수		기업 자가 구축 | Unlicensed/Shared Freq.  이통사 구축 | Licensed/Unlicensed /Shared Freq.		이통사 구축 | Licensed Freq.
Data Privacy and Security		*****		**
기업의 부지/건물로 광케이블 포설		없어도 됨 (즉각적 사설 5G망 구축 가능)		광케이블 포설해야 (이동사망에서 해당 건물로 광케이블이 포설되어 있지 않은 경우, 광까는 데 한참 걸림)
이통사망 장애시 영향		사설망에 없음		사설망 통신 두절
기업별 요구사항 반영의 용이성		******		**
구축비용		기업의 자가 구축시 기업의 투자 비용 부담 이통사가 구축시: 이통사의 투자 비용임    * 물리적으로 별도의 사설 5G망을 구축해주므로, 사설망 구축 비용이 가장 큼		이통사가 기업내 구축해줌 (이통사의 투자 비용임)      * 이통사의 공중 5G 자원을 공유하여 사설망을 구축해주므로, 사설망 구축 비용 절감
이용 요금 (기업의 지출)		자가 구축시: 이용 요금을 안 내도 된다 이통사 구축시: 이용 요금을 매달 내야		이용 요금을 매달 내야
운영 인력		자가 구축시, 5G 운영 인력을 기업이 확보해야 이통사 구축시: 이통사가 운영 대행		이통사가 운영 대행
Private 5G망 구조들		1안) 기업 자가 구축형 5G LAN 2안) 이통사가 구축해주는 5G LAN		3안) 사설망과 공중망간에 기지국만 공유 (RAN Sharing) 4안) 사설망과 공중망간에 RAN과 5GC Control Plane을 공유 5안) 사설망과 공중망간에 RAN and Core Sharing (End-to-End Network Slicing) 6안) N3 LBO (Local Breakout) 7안) F1 LBO (Local Breakout)

  

1안) 기업이 자가 구축하는 고립된 5G LAN (Local 5G Frequency, Full Private, No-Sharing)
2안) 이통사가 구축해주는 고립된 5G LAN (Licensed Frequency, Full Private, No-Sharing)
3안) 사설망과 공중망간에 기지국만 공유 (RAN Sharing)
4안) 사설망과 공중망간에 RAN과 5GC Control Plane을 공유 (RAN and Control Plane Sharing)
5안) 사설망과 공중망간에 RAN and Core Sharing (End-to-End Network Slicing)
6안) N3 LBO (Local Breakout): SK Telecom 케이스
7안) F1 LBO (Local Breakout): KT 케이스

 

1안) 기업이 자가 구축하는 5G LAN (Local 5G Frequency, Full Private, No-Sharing)

 

 

기업내(부지/건물)에 5G Network Full Set ( gNB ,  UPF ,  5GC CP ,  UDM ,  MEC )를 구축한다. 기업내의 5G 주파수는 이통사의 Licensed 주파수가 아닌 Local 5G Freq.이며, 이 사설용 주파수가 할당/정의되어 있는 나라의 경우에 구축 가능한 구조이다(현재, 일본, 독일, 미국 등의 선진국은 가능하다).

 

누가 구축하나: 일반적으로 기업이 스스로 구축하는 모델이나, 각 국의 정부 정책에 따라 이통사를 포함한 제 3자가 구축 운영을 대행해줄 수도 있다.

 

기업들이 Local 5G 주파수로 5G LAN을 스스로 구축하여 기존의 유선 LAN, 무선 LAN의 갑갑함 (유선 배선 공사의 갑갑함, 무선 LAN의 짧은 거리와 망안정성, 보안에 대한 갑갑함 등)에서 벗어날 수 있고 5G의 대용량, 초저지연, 초연결성을 활용하여 다양한 기업용 응용들을 새로이 만들어 나거나 기존의 응용들을 최적화시킬 수 있게 된다. 

 

장점: 기업 공간내 독립적인 5G 망 Full Set가 다 있으므로,

• 보안 (Privacy and Security): 사설망이 공중망과 물리적으로 분리되어 있어 완벽한 데이터 보안 제공 (사설망 단말에서 발생한 데이타 트래픽, 사설망 단말의 가입정보와 운영 정보, 이 모두가 기업내에서만 유통 및 저장되며 외부 유출이 않됨!)
• 초저지연 (Ultra-Low-Latency): 단말과 응용 서버간의 네트워크 지연이 수ms이내이어서 URLLC 응용 서비스들을 구현할 수 있다.
• 우리 건물에 이통사의 광케이블이 들어와 있지 않아도: 이통사 에지로의 백홀링크가 필요없다. 사설 5G망 구축을 즉각적으로 할 수 있다. 
• 이통사망 장애가 발생해도: 이통사 국사가 불타도, 이와 무관히 사내 5G 사설망은 잘 돌아간다.

단점: 

• 구축 비용: 일반 기업이 5G망 Full Set를 자기 부담으로 사서 구축하는 것이 쉽지 않다. 특히, 규모가 작은 기업일 수록
• 운영 인력: 기존의 사설 LAN (유선 이더넷, 무선 와이파이) 운영팀이 5G망을 구축하고 운영하는 노하우가 없다. 마땅한 인재를 확보해야!  

[관련글] 아래 글들을 읽어보세요.

• 넷매니아즈 Tech-Blog (2019.07.11): 독일의 'Private 5G' 구축 현황 - 이통사 서비스를 받냐? 기업이 자체로 구축하냐?
• 넷매니아즈 One-Shot (2019.06.11): 비-이통사의 사설-이통망 구축: 미국, 일본, 독일의 주파수 개방 현황
• 넷매니아즈 Tech-Blog (2019.05.28): 일본 '로컬 5G (5G LAN)" 사업화 선언: 일본내 기업은 누구나 5G망을 구축할 수 있고, 누구나 기업대상 5G 서비스를 제공할 수 있다.
• 넷매니아즈 Tech-Blog (2019.03.13): 일본 정부(총무성)의 5G 확산 전략: 기업이 와이파이처럼 쓸 수 있는 5G 자영 주파수 할당 작업 개시
• 5G ACIA의 Non-Public Network 시나리오상의 1안에 해당

 

2안) 이통사가 구축해주는 5G LAN (Licensed Frequency, Full Private, No-Sharing)

 

 

망구조/모델은 1안과 동일하다. 이통사가 자신의 Licensed Freq.로 기업에 5G LAN을 구축해주고 운영 대행해주는 것이 다르며, Local 5G 주파수가 할당되어 있지 않은 나라들에서도 독립형 5G LAN을 구축할 수 있다. 

 

장점: 1안과 같다.

단점: 이통사의 투자 비용이 크다(기업에 5G Full Set를 넣어줘야 함).

 

[관련글]

• 넷매니아즈 Tech-Blog (2019.03.06): 일본 이통사 소프트뱅크의 '기업전용 5G-LAN' 서비스: 유선 LAN, 무선 LAN을 넘어 모바일 LAN의 시대로
• 5G ACIA의 Non-Public Network 시나리오상의 1에 해당

 

3안) 사설망과 공중망간에 기지국만 공유 (RAN Sharing)

 

 

 UPF ,   5GC CP ,   UDM ,  MEC 는 기업내 별도로 구축되어 공중망과 물리적으로 분리된다. 기업내 기지국(gNB)만 사설망과 공중망간에 공유된다(RAN Sharing: 논리적 분리). 

 

☺ Private Slice (사설망)에 속한 단말들의 데이타 트래픽(■)은 기업내 전용  UPF 로 전달되며, Public Slice(공중망)에 속한 단말들의 데이타 트래픽(■)은 이통사의 에지 클라우드에 있는  UPF 로 전달된다. 즉, 기업내 기기 제어 데이타, 사내 비디오 데이타  등과 같은 사설망 트래픽은 기업내에서만 머무르며, 전화와 인터넷 같은 공중망 서비스 트래픽은 이통사망으로 전달된다. 기지국이 물리적이 아니고 논리적으로 분리되어 있으나 RAN 레벨에서 사설망내 데이터 정보를 수집하는 것은 거의 어려워 기업내 사설망 데이터 트래픽 보안도 역시 확실하다고 볼 수 있다.

 

☺ 기업 전용 사설  5GC CP 과  UDM 이 기업내 따로 있어, 기업내 사설망 단말들의 가입정보와 운영 정보가 사내에 저장/관리되어 기업 외부(이통사망, 인터넷)로 누출되지 않는다. 

 

☺ 기업내에  UPF 와  MEC 가 위치하여 단말-gNB-UPF-MEC간에 초저지연 통신을 제공해주어 자율주행, 실시간 로봇/드론 제어와 같은 URLLC 응용을 이용하는 기업에게 적합한 구조이다.

  

 이통사의 투자 비용이 크다.

 

[관련글]

• 넷매니아즈 Tech-Blog (2019.07.11): 독일의 'Private 5G' 구축 현황 - 이통사 서비스를 받냐? 기업이 자체로 구축하냐?
• 5G ACIA의 Non-Public Network 시나리오상의 2에 해당

 

4안) 사설망과 공중망간에 RAN과 5GC Control Plane을 공유

 

 

기업내에는 해당 기업 전용  UPF 와  MEC 가 구축된다. 기업내 기지국(gNB)과 이통사망내 5GC CP과 UDM이 사설망과 공중망간에 공유된다(RAN and Control Plane Sharing: 논리적 분리). 사설망과 공중망간에 gNB, 5GC CP, UDM은 논리적으로 분리되며, UPF와 MEC는 물리적으로 분리된다.

 

☺ Private Slice(사설망)에 속한 단말들의 데이타 트래픽(■)은 기업내 전용  UPF 로 전달되며, Public Slice(공중망)에 속한 단말들의 데이타 트래픽(■)은 이통사의 에지에 있는  UPF 로 전달된다. 즉, 기업내 기기 제어 데이타, 사내 비디오 데이타  등과 같은 사설망 트래픽은 기업내에서만 머무르며, 전화와 인터넷 같은 공중망 서비스 트래픽은 이통사망으로 전달된다. 3) RAN Sharing과 마찬가지로 기업내 데이터 트래픽 보안도 역시 확실하다고 볼 수 있다.

 

사설망 단말과 공중망 단말에 대한 Control Plane 기능(인증, Mobility 등)은 이통사 에지 클라우드내의 5GC CP과 UDM이 수행한다. 즉, 기업내 사설망 단말, gNB, UPF를 공중망에서 연동/관리(N2, N4 인터페이스)한다. 기업내 사설망 단말의 운영 정보와 가입정보가 사내가 아닌 이통사 서버에 저장되는 것이 기업에겐 우려가 될 수 있다. 

 

☺ 기업내에  UPF 와  MEC 가 위치하여 단말-gNB-UPF-MEC간에 초저지연 통신을 제공해주어 자율주행, 실시간 로봇/드론 제어와 같은 URLLC 응용을 이용하는 기업에게 적합한 구조이다.

 

 이통사의 투자 비용이 크다.

 

[관련글]

• 5G ACIA의 Non-Public Network 시나리오상의 3에 해당

 

 

5안) 사설망과 공중망간에 RAN and Core Sharing (End-to-End Network Slicing)

 

 

기업내에는 gNB만 구축하고 UPF와 MEC는 이통사 에지 클라우드에만 존재하는 경우이다. 사설망과 공중망이 "5G RAN과 Core" 전체 (gNB, UPF, 5GC, MEC, UDM)을 논리적으로 분리하여 공유한다(End-to-End Network Slicing임). 

 

 UPF와 MEC가 기업내 위치하는 3, 4안과 달리, 이 구조에서는 기업내에는 gNB 밖에 없다. 따라서, 기업내 사설망 5G 단말과 기업내 인트라넷(LAN) 단말간의 기업내 트래픽 유통 경로가 없어, 이통사의 에지 클라우드에 있는 UPF까지 올라갔다가 전용회선 등을 통해 다시 기업내로 내려와 LAN 단말과 통신을 해야 한다. 또한 기업내 5G 단말에게 5G 응용 서비스를 제공하는 MEC가 저 멀리 이통사의 에지 클라우드에 있다. 이 구조에서는 기업과 이통사 에지 클라우드(UPF, MEC)간의 거리에 따라 네트워크 지연(RTT)이 큰 문제가 될 수 있다.

 

 사설망 단말의 트래픽이 기업을 벗어나 이통사망까지 전달되므로 데이타 트래픽 보안에 걱정이 생긴다. 이통사가 자사 에지 클라우드에 있는 UPF와 MEC를 슬라이싱하여 우리 사설망 트래픽이 공중망 트래픽, 타사의 사설망 트래픽과 분리가 되도록 잘 하겠지만, 기업내 CCTV 비디오 트래픽이 기업 외부로 누출이 된다는 사실 때문에 소심한 CEO들은 우려가 깊을 것이다.

 

 4안과 마찬가지로 기업내 사설망 단말의 운영 정보와 가입정보가 사내가 아닌 이통사 서버에 저장되는 것은 기업으로서는 불안하다. 

 

☺ 2, 3, 4안에 비해 이통사의 투자 비용이 작다.

 

이 구조는 기업내 UPF나 5GC CP 등을 구축해주어야 하는 2, 3, 4안에 비해서 이통사의 기업내 사설망 구축을 위한 투자 비용은 가장 적게 들겠지만, 기업으로서는 보안(사설망 단말에서 발생한 데이타 트래픽, 사설망 단말의 가입정보와 운영 정보)과 지연(5G 사설망 단말과 응용 서버, 사설망내 인트라넷/LAN간 통신시 네트워크 지연)의 측면에서 우려가 있는 구조이다.  

 

[관련글]

• 5G ACIA의 Non-Public Network 시나리오상의 4에 해당

 

6안) N3 LBO (Local Breakout): SK Telecom 케이스

 

 

(a)에 보이듯이 5안처럼 기업내에 gNB를 구축한다. CCTV 카메라든 폰이든, 단말이 접속하면 gNB와 UPF간에 N3 GTP Tunnel이 생성된다. 이 단말들은 모두 공중망 단말들이다.

 

(b)에 보이듯이 기업내에 MEC Data Plane (: non-3GPP 장비임. ETSI MEC)을 도입하고 MEC(MEC Applications)를 도입한다. 이통사의 Orchestrator내의 MEP (Mobile Edge Platform)가 MEC DP에 Mp2 인터페이스로 Traffic Rule을 보낸다(Destination IP가 Local Network-사내 5G단말, 사내 유선 LAN 단말, 사내 MEC 응용 서버-이면 Local Breakout시켜라).   

 

MEC DP는 gNB에서 올라오는 모든 GTP Tunnel들의 패킷들을 까서(GTP Decap) Destination IP를 보고 Local Traffic이면 User IP 패킷을 사내망으로 라우팅시키고, 공중망 트래픽이면 다시 GTP Encap하여 이통사의 에지에 있는 UPF로 전달한다.

 

이렇게 하면 (ETSI MEC의 Bump in the Wire 방식임), 3GPP 표준 방식은 아니지만 사설망과 공중만의 분리가 가능해진다. 

 

ETSI MEC의 Bump in the Wire 방식: ETSI, MEC Deployments in 4G and Evolution towards 5G

 

☺ 5안에 비해 사설망 트래픽이 이통사망으로 전달되지 않으므로 3, 4안처럼 기업내 사설망 데이터 트래픽 보안도 역시 확실하다고 볼 수 있다.

 

☺ 3, 4안과 달리 비싼 UPF를 기업내 넣주지 않고 저가의 MEC DP(실체는 일종의 SDN/P4 스위치)를 넣어주므로 사설망 구축 비용이 매우 절감된다(UPF가 5G 표준상의 장비중에 가장 비싸다).

 

☺ 또한 MEC도 기업내 존재하고 MEC DP가 LBO시켜준 트래픽을 처리해주므로 초저지연 응용 서비스를 제공할 수 있게 된다.

 

 다만, MEC DP가 UPF가 아니므로 사설망 단말의 이동성 관리, 과금은 할 수 없다(물론 MEC DP는 이통사가 스펙을 정해 만들면 되므로 이러한 기능들의 일부를 구현할 수도 있다).

 

 또한, 4, 5안과 마찬가지로 기업내 사설망 단말의 운영 정보와 가입정보가 사내가 아닌 이통사 서버에 저장되는 것은 기업으로서는 불안하다. 

 

[관련글] 

• 넷매니아즈 One-Shot, 넷매니아즈' Understanding about SK Telecom's 5G MEC (Mobile Edge Computing), 2019.11.07
• SK Telecom White Paper (2019.07.31): Case Study of Scaled-Up SKT 5G MEC Reference Architecture

 

7안) F1 LBO (Local Breakout): KT 케이스

 

 

6안과 동일하나, 기업내 RU/DU만 구축해주고 CU는 이통사 에지 클라우드에 두는 점과 N3 인터페이스가 아닌 F1 인터페이스에서 사설망 트래픽을 Local Breakout시키는 것이 다르다. 

 

기업내 RU/DU와 저가의 MEC DP만 넣어주어 사설망 구축 투자 비용을 최소화하면서 데이타 트래픽 보안과 초저지연 응용 지원을 해줄 수 있는 구조이다.

 

6안처럼 사설망 단말의 이동성 관리, 과금 이슈와 사설망 단말의 운영 및 가입정보가 기업 외부에서 관리된다는 이슈는 동일하다.

 

마치며

 

어떤 분야간에 모든 선택의 상황에서는 항상 복수개의 안이 존재한다. 1차적으로는 가장 예쁘고 탐나는 안을 먼저 갖고 싶어 한다. 하지만 최종 선택 단계에서 어느 안을 선택할 것인가는 "내가 무엇이 어디까지 필요하지?"와 "내가 가진 돈이 얼마이지"로 결정된다.

 

일상 생활의 예로, 차를 사려한다고 하자. 가장 좋은 차는 페라리이다. 하지만, 실제 차를 사려할 때는 내가 가진 돈과 내가 원하는 차의 기능/유지비를 보고 적당한 차를 선택하여 산다. 시장에 그 많은 차들이 생존하여 있는 이유이다.

 

마찬가지로 위에서 기술한 Private 5G 망의 구조들은 각각의 장단점을 가지고 있으며, 하나의 구조가 모든 상황에 최적인 것은 아니다. 각 기업이 원하는 요구사항과 구축/운영 예산에 따라 자신에게 최적화된 구조를 선택하면 된다.