Network - 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? 

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4G까지는 이통망이 처리해주는 단말이 폰이고 폰에만 최적화된 망 구조가 요구됬다면 5G에서는 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.

 

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
Mission-critical IoT	Motion control, Autonomous driving, 공장 자동화, Smart-Grid	low latency (ITS 5ms, Motion control 1ms) high reliability

 

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 N네트워크 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.

• UHD 슬라이스에는 에지 클라우드에 DU, 5G Core (UP), Cache 서버가 가상화되어 들어가고 코어 클라우드에는 5G Core (CP)과 MVO 서버가 가상화되어 탑재된다. 
• Phone 슬라이스의 코어 클라우드에는 Full Mobility 기능이 다 들어간 5G Core (UP, CP)와 IMS 서버가 가상화되어 탑재되고 Massive IoT slice (예, 센서 네트워크)에는 Mobility Management는 필요없는 가벼운 5G Core가 탑재된다. 
• Mission-critical IoT 슬라이스에는 transmission delay를 최소화하기 위해 5G Core (UP)와 관련 서버 (예, V2X  서버)가 에지 클라우드로 내려간다.  

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

출처: https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=blog&no=13250