Ciena의 Mobility and Architecture의 선임 자문가이며 Ciena CTO Advanced Architeture Team의 일원인 Remus Tan님이 보내온 기고글입니다.
1980년대 핸드폰이 도입된 후부터 무선 기술은 약 10년을 주기로 주요한 변화를 거쳐왔다. 1세대 무선 기술의 주요 특징은 아날로그 음성이었고, 2세대는 2G 즉 음성의 디지털화였다. 3세대에는 데이터 접근이 포함되었고 4세대는 (현재 고도로 산업이 발달한 국가에서 가능한) 초고속 데이터와 종단간(end-to-end) IP 네트워킹 기술이 특징이다.
증가하는 일반 사용자로부터의 대역폭 수요에 대응하기 위해서, 그리고 새로운 서비스를 네트워크를 통해 제공하는 것이 가능하도록 하기 위해서는 이러한 네트워크 업그레이드가 필요했다. 모든 서비스 제공자가 아는 것처럼 대역폭 수요는 매년 평균 45%로 지속해서 증가하며 이러한 수요는 향후 수년간 네트워크를 연결하는 수십억개의 사물인터넷 장치에 의해 더 심해질 것이다.
또한 서비스 제공자들은 수익을 올릴 방법과 이 분야의 주요 경쟁자들과 경쟁할 방법을 찾고 있는 중이다. 이런 것들은 IMT-2020이라고 알려져 있거나 좀 더 흔히는 5G 네트워크라고 알려진 다음 세대의 모바일 기준에 영향을 끼치는 주요 요인 중 일부이다.
이전에 있었던 진화와는 달리 5G는 4G를 완전히 대체하기보다는 구현 초기 단계에서 4G와 같이 진행되어 4G를 보완한다. 비 독립형 모드 (NSA) 라고 알려진 최초의 5G 표준은 2018년 5월 말쯤 완료될 것으로 예상되며 5G는 현재 가용한 것보다 셀 영역 당 100배는 더 빠른 데이터 속도, 10배 더 낮은 지연, 더 높은 장비밀도가 특징이 될 것이다.
이 세 가지 특징은 모두 합했을 때 셀 수 없이 많은 새로운 서비스와 애플리케이션, 비즈니스 모델을 가능하게 할 것이다. 새롭게 연결된 모든 사물인터넷 장치와 결합할 경우 모델은 사용자 영역 데이터와 제어 영역 데이터 모두1,000배 이상의 데이터가 5G 네트워크를 통해 흐를 것이다.
5G 네트워크는 다음과 같이 진행 중인 네트워크 진화가 있을 때 가능하다.
- 애플리케이션 영역, 제어 영역, 원격 측정 영역, 패킷 전송체계의 데이터 영역이 서로 다른 엔티티로 완전히 분해되는 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)의 구현
- 기존 네트워크 구조에서 네트워크 기능 가상화 (NFV) 가 있는 가상화 네트워킹 구조로의 네트워크 체계 진화
- 오픈 네트워킹 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스 (API)와 데이터 모델 사용에 대한 바람과 기존 프로토콜 및 관리 객체를 폐기하고자 하는 바람
- 네트워크 운영과 네트워크 제어에 좀 더 지능적이며 더 자동화된 것을 요구하는 바람
- 다중 엑세스 에지 컴퓨팅 (MEC)와 결정적 전송기술 (Deterministic Transport)을 소개함으로써 콘텐츠와 사용자를 연결할 때 저지연 문제를 해결하고자 하는 바람
모든 네트워크 진화에 있어서, 특히 기존의 네트워킹 장비 세트가 운영중인 재개발 네트워크 시나리오의 경우, 전면적으로 교체하는 전략을 통해 다음 세대 네트워크를 실현하는 것은 거의 불가능하다. 이 점은 운영자가 5G 모바일 네트워크를 기존의 LTE 또는 어드벤스드 LTE 네트워크로 도입하기 시작할 때 적용된다.
5G 네트워크 진화의 세 가지 흐름은 다음과 같이 예상된다.
- 흐름 1 (현재 진행 중): IT 융합과 통신 회사(Telco) 클라우드를 위한 텔레콤에 대한 투자를 하는 텔코 변화에 중점
- 흐름2 (2018년 이후): 대용량 대역폭, 대용량 성능, 대용량 볼륨을 위해 제공하는 네트워킹 인프라에 대한 투자를 하는 5G 접근 진화에 중점
- 흐름 3 (2020년 이후): 네트워크와 애플리케이션에서 불가능한 것을 가능하게 만드는 인공 지능, 기계 학습, 고급 자율 네트워킹 발전이 도입되는 네트워크의 분산 지능에 중점
특히 MEC 플랫폼 기술 도입이과 함께 타킷 아키텍처 관점 (아래 그림 1참조)에서 무선 및 유선 모두가 서로 다른 텔코 클라우드 네트워크 부문에서 주로 가상화되고 분배될 것이라고 생각한다. 운영자 관점에서 볼 때, 접근 클라우드, 로컬 클라우드, 중앙 클라우드를 포함한 세 가지 네트워킹 클라우드 부문이 있을 것이라고 생각한다. 중앙 클라우드에서 접근 클라우드로 이동한다는 것은, 좀 더 낮은 지연 애플리케이션 트래픽과 서로 다른 MEC 플랫폼 구상을 처리하는 것이 접근 클라우드와 로컬 클라우드 둘 다에서 각각 실현되리라는 것을 의미한다.
이 타킷 아키텍처의 몇몇 주요 특징은 다음과 같다.
인프라 & 네트워킹 패브릭: 패킷 포워딩 프로토콜 일치가 여기서 실현될 것이다. 경로 지능이 소프트웨어 데이터 영역으로 이동해 들어옴에 따라 네트워킹 패브릭는 간략화될 것이며 WAN, 인터데이터 (데이터와 데이터 간) 센터 커뮤니케이션, 인트라 (데이터 내부의) 데이터 센터 커뮤니케이션을 위한 프로토콜 공동세트를 활용할 것이다. 프로토콜 일치와 간략화와도 별도로, ‘네트워크 기반’이라고도 알려진 이 네트워크 영역은 극도로 낮은 패킷 에러 분실률을 유지할 뿐 아니라, 일관된 방식으로 저지연 전달을 보장하는 결정적 이동을 제공할 수 있는 향상된 패킷 네트워킹 기술을 관찰하게 될 것이다.
분산 데이터 평면 : 이 네트워크 평면에서는, 네트워크 프로그램 작동 가능성에 중점을 두며 여러 다양한 클라우드 세그먼트 전체에 걸친 공동 데이터 평면 스택 실현에 또한 중점을 둔다. 네트워크 프로토콜과 경로 지능은 여기서 역동적으로 프로그램될 수 있고 네트워크 기능의 수명주기 작동 전반에 걸쳐 탄력적으로 바뀔 수 있다. 이 하위층의 다른 중요한 측면은 공동 프로그램 작동 가능성 API 실행과 인프라/네트워킹 패브릭 평면 내 기저 네트워크 I/O 기술에서의 변동에도 불구하고 최대 코드 재사용을 가능하게 할 수 있는 오픈 네트워킹 데이터 모델이다.
통합 제어 평면 : 제어 평면과 사용자 영역 분해는 전달체계와 함께 시작되었고, 3GPP Rel-14내 4G 진전된 패킷 코어 (EPC: Evolved Packet Core) 로 따로따로 도입된다. 3GPP Rel-15가 있으면, 5G 라디오 엑세스 네트워크 (RAN) 와 5G 차세대 코어 (NGC: Next Generation Core) 는 둘 다 이러한 분해구조로 또한 정의된다. 모든 네트워크 기능 제어 평면 요소가 분해될 경우, 일부는 실시간 프로세싱과 비실시간 프로세스 요소를 그 안에 갖게 됨으로써 상급 자율 end-to end네트워킹 제어가 실행될 수 있는 통합 제어 평면 기본 틀을 실현하기 위한 제어 소프트웨어 혁신이 시작되도록 해 준다. 이러한 자율적인 네트워크 제어에는 다음과 같은 것이 포함된다. 1) 네트워크 상태에 기반을 둬 그 자체를 변경할 수 있는 지능 end-to-end네트워크 슬라이싱, 2) 네트워크 부하에 기반한 클라우드 세그먼트 간 네트워크 기능의 역동적 이동, 3) 사용자 패턴 기반의 클라우드 기반 모바일 패킷 코어 리소스가 있는 클라우드 기반 RAN 리소스의 총체적인 자율최적화
지능, 자동화, 계획, 관리 & 수익창출: 여러 다양한 소프트웨어 모듈들이, 운영자들이 경쟁에서 운영자 자신들의 차별화에 도움이 되는 것이 가능하게 되는, 네트워크 평면에서 실현될 것이다. 이러한 소프트웨어 모듈들은 인공지능이나, 기계학습, 향상된 자율 네트워크 기술, 탄력적 정책 엔진 실행과 같은 기술들을 사용할 것이다. 이런 소프트웨어 모듈들의 일부를 같이 결합하게 되면, 운영자는 자체 네트워크 시대에서 불가능하던 것을 가능하게 할 수 있게 된다.
5G 패킷 전송망 내 결정적 네트워킹 (Deterministic Networking)
위에서 간략하게 논의된 바와 같이, 다음과 같은 것을 동시에 가능하게 하려고 향상된 패킷 전송 기술이 5G 네트워크 전송 체계로 도입될 것이다.
1) 일관된 방식으로 패킷 에러 분실률이 낮은 확실한 패킷 전송과 낮은 지연을 제공한다.
2) 통계적 다중화와 그루밍, 낮은 우선순위 트래픽의 초과 신청을 제공한다.
3) 전송망 슬라이싱 내 하드 슬라이싱과 소프트 슬라이싱 둘 다를 지원 가능하게 한다.
IEEE 802.1 TSN (Time Sensitive Networking)이라고 알려진 고급 이더넷 기술은 위에 요약된 세 가지 네트워킹 요구조건을 실현하기 위해 통신망에서 활용될 수 있다. 802.1 TSN의 구성요소 사양 요약은 아래에 제시되어 있다.
각각의 TSN 구성요소는 모바일 홀세일 망 내 SLA 보장 네트워크 슬라이싱 뿐 아니라 5G (그리고LTE-A Pro) 패킷화된 프론트홀 (Fronthaul) 네트워크 내에서, 그리고 매우 신뢰할만한 저지연 커뮤니케이션 애플리케이션을 위해 결정적 백홀 (backhaul) 내에서 적절하게 사용될 것이다.
TSN 구성요소 기준은 주로 IEEE 802.1Q 기능에 대한 주요 개선 사항이며 TSN 기능의 일부 구성요소들은 IEEE 802.1Q-2014 사양으로 통합되었고 추가 수정사항이 2015/2016년도에 포함되었다.
또한. 802.1 사양이 개선 (예, 현재 진행 중인 프레임 복제성 및 제거에 관한 IEEE 프로젝트)되었고 802.3 사양에 특정 개선안(예, Frame Preemption 802.3br는 802.3이 개선된 것)이 있다.
TSN 구성요소 기준은 다음과 같은 네 가지 주요 범주로 나뉜다.
1) 결정적 이더넷 네트워크 내 타이밍 동기화를 제공한다.
2) 경계가 있는 저지연 이더넷 페이로드 전달을 보장한다.
3) 이더넷 네트워크 내 강력한 신뢰성 전송 메커니즘을 제공한다.
4) 오픈 네트워킹 API 및 데이터 모델을 통한 관리 및 제어.
우리는 TSN 기술이 모바일 네트워크의 5세대 전송을 위한 중요한 네트워킹 기술이 될 것으로 생각한다.
저자 소개
레무스 탄 (Remus Tan)은 시에나 (Ciena) 모빌러티 네트워크앤 아키텍쳐 (Mobility and Architecture)의 선임 자문가이자 시에나 CTO 선진 아키텍쳐 팀의 일원이며 싱가포르에서 주로 활동한다. 시에나가 기가비트 LTE 전략과 5G, 모빌러티 제품 포트폴리오 개발을 돕는 일을 하고 있다.
레무스는 시에나를 대표하며 ITU-T 연구그룹 13, IEEE 1914 다음세대 프런트홀 인터패이스 실무그룹 (Next Generation Fronthaul Interface Working Group), xRAN.org, NGMN (다음 세대 모바일 네트워크)와 같은 표준기구에 일조하고 있다. 레무스는 IETF 내 다양한 모바일 관련 RFC뿐 아니라 다양한 3GPP 모바일 사양에 정통하다.
레무스는 전기통신 산업계에서 18년 이상 몸 담아 왔고, L0/L1/L2/MPLS 전달기술과 모바일 패킷 코어기술을 모두 연구해오고 있는데, 3GPP 정책전달에 관한 제품 EPC 네트워크의 구조설계, QoS 관리, 직경 신호법에 깊이 관여하고 있다.
시에나에 근무하기 전 경력을 살펴보면, 레무스는 오라클에 근무했고 오라클의 커뮤니케이션 비즈니스 유닛 내에 있는 다양한 신호법제품을 위한 NFV 기술에 깊이 관여했다.
