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손장우 (Harrison J. Son) 넷매니아즈 | (주)엔앰씨컨팅그룹 대표이사 son@netmanias.com |
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을 먼저 읽으시길 바랍니다.
5G와 Network Slicing
최근 5G에 관해 논의가 활발해지면서 네트워크 슬라이싱(Network Slicing)이란 개념이 자주 거론되고 있다. 국내외 통신사업자들(KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT 등)와 벤더들(Ericsson, Nokia, Huawei 등)이 모두 5G 시대의 네트워크 구조로 네트워크 슬라이싱을 제시하고 있다.
네트워크 슬라이싱이란 물리적으로 하나의 네트워크를 통해 Device, Access, Transport, Core를 포함하여 End-to-End로 논리적으로 분리된(마치, HDD를 C와 D로 파티셔닝해서 쓰는 것처럼) 네트워크를 만들어 서로 다른 특성을 갖는 다양한 서비스들에 대해 그 서비스에 특화된 전용 네트워크를 제공해주는 것이다.
각 네트워크 슬라이스(Network Slice)는 자원(가상화된 서버내 자원, 가상화된 망 자원)을 보장받으며, 각 슬라이스가 서로간에 절연되어 있어 특정 슬라이스내에 오류나 장애가 발생해도 다른 슬라이스의 통신에는 영향을 주지 않는다.
그럼 5G 시대에 왜 Network Slice 구조가 필요한가?
4G까지는 이통망이 처리해주는 단말이 폰이고 폰에만 최적화된 망 구조가 요구됬다면 5G에서
는 서로 다른 속성을 갖는 다양한 단말들을 대상으로 서비스를 제공해주야 한다. 5G 시대의 대표적인 Use-Case로 꼽히는 Mobile Broadband, Massive IoT, Mission-critical IoT 등은 Mobility, Charging, Security, Police Control, Latency, Reliability 등의 측면에서 속성과 망 요구 사항이 상이하다.
예를 들어 온도, 습도, 강우량 등을 측정하는 고정형 센서들이 이통망에 연결되는 Massive IoT 서비스의 경우에는 폰과 달리 Handover나 Locate update같은 기능은 필요없다. 또 자율 주행이나 원격 산업용 로봇 제어같은 Mission-critical IoT 서비스의 경우는 모바일 브로드밴드 서비스와 달리 수 ms이내의 낮은 latency를 요구한다.
표1. 5G의 주요 Use case와 특성
| 5G Use Case | Example | Requirements | |
| Mobile Broadband | 4K/8K UHD, 홀로그램, AR/VR | high capacity, video cache | |
| Massive IoT |
센서 네트워크 (검침, 농업, 빌딩, 물류, 시티, 홈 등) |
massive connection(200,000/km2) 주로 고정형 단말 |
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| Mission-critical IoT |
Motion control, Autonomous driving, 공장 자동화, Smart-Grid |
low latency (ITS 5ms, Motion control 1ms) high reliability |
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그럼 5G 폰망, 5G Massive IoT망, 5G mission-critical IoT망을 따로 만드나?
그렇지 않고 하나의 물리적인 망상에 여러 개의 논리적인 망을 만들어 비용을 절감해주는 것이 네트워크 슬라이싱이다.
그림 1. 네트워크 슬라이싱이 왜 필요한가?
아래 그림 2는 NGMN의 5G White Paper에 나오는 5G 네트워크 슬라이스 구조이다.
그림 2. NGMN의 5G 네트워크 슬라이스 구조
E2E Network Slices를 어떻게 만드나? (1) 5G RAN과 Core: NFV
그림 2은 네트워크 슬라이스의 개념을 표현한 것인데, 다소 추상적이다. 네트워크 슬라이스가 실제 어떻게 만들어지는 지 살펴보기로 하자.
❶ 현재 이동통신망은 단말은 폰이고 RAN(DU, RU)과 Core가 RAN 벤더의 전용 네트워크 장비이다. ❷ 네트워크 슬라이스가 만들어질려면 우선 제공되어야 할 기술이 NFV(네트워크 기능 가상화)이다. 네트워크 장비가 아닌 가상화된 상용 서버(COTS)에 Network Function S/W (Packet Core의 MME, S/P-GW, PCRF, RAN의 DU)을 VM에 탑재한다(이게 NFV죠). 그러면 RAN은 에지 클라우드가 되고 Core는 코어 클라우드가 된다. 에지 클라우드와 코어 클라우드에 있는 VM들간의 네트워크 연결은 SDN으로 설정한다. ❸ 그리고 서비스별로 슬라이스를 - 즉, Phone 슬라이스, Massive IoT 슬라이스, Mission-critical IoT 슬라이스 - 를 생성한다.
그림 3. 네트워크 슬라이스 만들기
서비스별 서버들도 가상화하여 해당 슬라이스에 넣는다. 다음은 각 슬라이스가 구성되는 예시이다.
이와 같이 서로 다른 요구 사항을 갖는 서비스별로 별도의 슬라이스가 만들어지며 Network Function도 슬라이스마다 다른 위치(에지/코어 클라우드)에 존재하게 된다. 또한 어떤 슬라이스에는 있는 네트워크 기능(예, Charging, Policy Control, 등)이 다른 슬라이스에는 필요없을 수도 있다. 비용 효율적으로 꼭 필요한 만큼만 각자 만들면 된다.
그림 4. 네트워크 슬라이스 만들기 (계속)
여기까지는 NFV 영역인데, SDN은 네트워크 슬라이싱에서 어떤 역할을 하나? 궁금해진다.
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언제나 좋은자료 올려주셔서 감사합니다.
현재의 기술 표준으로 구현이 가능하다는것이 장점이겠군요.
질문 몇개만 하겠습니다.
1. 전용장비를 사용하는 것보다 서버에 VM으로 Network Function S/W 를 올리는것의 장점이 전용장비가 아니라 그냥 일반적인 서버를 이용가능하다는점으로 알고 있습니다. 이것이 맞는지요
2. 가상화의 단점이 무엇이 있는지에 대해 알고 싶습니다.
너무 기초적인 질문인지 모르겠습니다.
현실에서는 다를 수 있지만.. 이론적으로는 아래와 같은 장단점이 있는 것 같습니다...
1. NFV의 장점은 클라우드의 장점과 거의 같은 것 같습니다. 일반 서버를 사용하니까 저렴하고, 동적으로 시스템을 만들고 없앨 수 있으니까 Agile 하고 등 등
2. 단점은 Carrier Grade를 보장하기 어렵고, 기존 Telco의 운용체계에서 수용하기 어렵고, 등 등이 있을 것 같습니다.
위에 분 께서 좋은 말씀 해주신 것 같습니다 제가 생각하는 바로는
1. 범용서버를 사용함으로써 얻을 수 있는 비용적인 혜택(Capex/Opex)과 용도 전환이 용이 하다는 점(이 역시도 비용과 관련되겠네요)이 큰 장점일 것 같고, 또한 보다 유동적인 망 구현이 가능하다는 점이 있겠습니다
2. 범용서버란 것은 결국 서비스를 위한 전용 플랫폼 기반으로 개발되지 않은 것이므로 Performance가 그 전만 못할 가능성이 큽니다(그럴 가능성이 크다는 얘기이지, 꼭 가상화라고 떨어진다는 얘기는 아닙니다)
마지막으로, 물리적인 H/W 위에 여러 서비스가 구동 중인 상황에서 Physical한 장애가 발생되면 여러 서비스가 동시에 중단될 수 있는 Risk가 충분히 존재합니다
잘 봤습니다. 항상 좋은 자료 감사합니다.
네트워크 슬라이싱은 conceptual한 용어이고 실제 구현하기 위한 기술이 VXLAN이나 VRF같은 것인지요?
VXLAN, VRF도 Network Slicing을 위해 필요한 기술요소 이지만, SDN과 NFV가 더욱 핵심 기술인 것으로 보입니다. 한 발 더 나아가서는 각 Network Slice 별 각기 다른 서비스를 제공하기 위해 NSH 기반의 SFC도 Network Slicing 구현을 위한 표준 기술입니다.
SomeMan에 동의합니다.
많은 부분이 그렇듯이, 윗 레이어가 그 서비스의 상용화의 핵심이라고 생각합니다.
기술적으로든, 사업적으로든.
좋은 자료 감사합니다.
5G 관련 수십개의 문서를 보고서도 개념이 쉽지 않았는데, 이 자료는 충격입니다.^^
정말 감사합니다.
시원한 설명 감사합니다.
설명이 직관적으로 와닿게 잘 정리되어 있네요.
감사합니다.
이제 이해가 됩니다. 감사합니다.
이 기술문서 너무 설명 잘 되어있네요 감사합니다
너무 좋은자료 감사합니다.
미래의 E2E 는 2가지 방향으로 나아갈 것입니다.
네트워크는
무선망
액세스망
코어망
무선망은 미국의 OPEN-RAN 이고 NFV 를 통한 소프트웨어 위주의 방식을 클라우드에
적용을 할것이라 봅니다.
이미 에릭슨과 AT&T 가 진행을 했습니다.
두번째 ,, 액세스망은 미국의 시스코가 만들어 가는 멀티도메인입니다.
세번째 코어망은 일본과 미국의 인텔이 만들어 가는 IOWN이죠.
여기서 코어 분야입니다. IOWN이 만들어 가는 미래는 파장E2E 입니다.
IDC 중심으로 중앙컨트롤러를 통한 관리 방식을 도입하게 될것입니다.
모든 네트워크의 변화는
물리 ---SDN ----NFV ---- 마지막이 지능형입니다.
인텔리전스네트워크
지능형의 특징은 개별적 네트워크의 장비에 자율성을 제공하는가입니다.
E2E 는 연결 기반형의 네트워크 입니다.
서킷시반이죠. 패킷으로 구성을 한다.
그럼 수용의 측면이 어려워요 ,,
하드웨어의 접속이 인터넷망에 연결이 될려면 결국은 게이트웨이 장비가 필요하게 됩니다.
2030년 네트워크에 연결되는 하드웨어가 790억개라는 연구보고서가 있어요.
그러니 미래는 결국은 수용성과 확장성을 통한 초연결이 제공되어야 합니다.
다들 아실것이지만.
진화는 첫번째 중앙집중방식의 NFV 를 통한 클라우드 기반의 미래를 만들어 가고 있어요
누가 ? 일본과 미국이죠.
두번째는 서킷 기반의 자율성을 가진 E2E 전용 네트워크의 구현입니다.
NFV 의 초기 목적은 모든 통신망의 수용이 목적이었죠 ,,
그런데 , 이것의 구현이 SDN의 관리 측면이 소프트로 넘어가고
미국의 파워가 결국은 클라우드이죠 .
그래서 NFV 의 초기목적에서 벗어나는 소프트웨어 기반으로 만들어 가게 된 것입니다.
미국이 만들어 가는 미래가 있고
또 다른 대안책은 바로 지능형 E2E 네트워크 개념의 활성화입니다.
인터넷 기반의 클라우드 시스템의 단점은 바로 수많은 도메인의 연합이 되는 멀티도메인 기반이고
모든 데이터의 특성이 패킷이라는 것입니다.
그럼 연결성 기반에서 수용성과 확장성이 있는 새로운 아키텍처의 개발이 된다면
초연결의 특성이 나타납니다.
그리고 미래의 E2E 는 광기반 네트워크 입니다.
초연결 과 초고속이 제공되고
여기에 광전변환을 DOW 기술등 을 통하여 저지연을 만들어 갈것입니다.
6G의 요구사항에서 코어 분야입니다. 그리고 이것을 가입자단(DCE)까지 지능형 네트워크
장비의 설치가 가능하다면 코어와 액세스가 하나의 개념으로 연결될수 있어요.
수많은 망들이 만들어지고 서로 협력적으로 만들어 갈수 있어요 ,, 슬라이싱과 맞춤 서비스가 가능합니다.
지금의 패킷을 통한 미래를 만들어 가는 것은
수용성이 부족합니다. 모든 하드웨어가 패킷을 만들어 낼려면 프로세스를 가져야 하죠 .
그러면 가격이 비싸요 ,,
네트워크의 연결에서 무선망의 접속이 가능한 형태 ,, 5G 이든 6G 이든 결국은 통신모듈입니다.
수용성의 문제는 인터넷이 가지는 한계입니다.
이것이 슬라이싱이 불가능한 문제를 가지고 있어요
더군다나 미래는 AI 네트워크로 진화를 합니다.
개인 AI 입니다. 그리고 서비스 AI 의 구현이 만들어 지게 됩니다.
2가지 방향을 고민하시고 패킷의 미래를 만들어 가는 미국이
3개의 분야에 대한 미래를 알아야 합니다.
또한 그와 별도로 서킷 기반의 지능형 네트워크 장비를 통한 확장으로
세상의 변화를 만들어 낼수 있어요.
그래서 벨연구소는 E2E 아키텍처 연구를 담당하시는 분이 있어요.
IEEE 에서 퓨처 네트워크 그룹이 있습니다.
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미래를 어느 하나의 방향이 아닌 2가지 측면을 항상 고민하세요