5G 이동성 관리 기술

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경미 만
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1 5G 네트워크슬라이싱기술 이승익, 신명기 Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI) Abstract 5G 네트워크기술은 4G LTE 이동통신기술의후속기술로서, ITU-R, ITU-T, NGMN, 3GPP 등의표준화그룹을중심으로고성능, 저지연, 고가용성등의특성을가지는새로운 Clean-slate 형태의이동통신시스템및네트워크구조를설계중이다. 특히다양한 5G 융합서비스를효율적으로제공하기위해서비스및네트워크자원의독립성및유연성을지향하는네트워크슬라이싱을적용한구조를도입하고자한다. 본고에서는 5G 네트워크슬라이싱기술의개념및요구사항을분석하고, 3GPP SA2 에서진행중인 5G 코어네트워크의네트워크슬라이싱기술의표준화현황을소개한다. I. 서론 5G 네트워크기술은 4G LTE 이동통신기술의후속기술로서, 유선을비롯하여다양한방법으로접속되는네트워크의모든대상들 ( 기술, 도메인, 계층, 장비 / 기기, 사용자인터랙션등 ) 이고도로융합된단대단 (End-to- End; E2E) 시스템을지향하고있다. [1] 이를위해 ITU-R, ITU-T, NGMN, 3GPP 등의표준화그룹을중심으로고성능, 저지연, 고가용성등의특성을가지는무선및유선네트워크기술의구현을위해전혀새로운 Clean-

2 slate 형태의시스템및네트워크구조를설계중이다. 5G 네트워크의새로운구조적특징중가장두드러지는것은라디오엑세스네트워크 (Radio Access Network; RAN) 및코어네트워크 (Core Network; CN) 구조에대한네트워크슬라이싱 (Network Slicing) 기술의도입이다. 이는네트워크자원과네트워크기능 (Network Function) 들을개별서비스에따라하나의독립적인슬라이스로묶어제공함으로써네트워크시스템기능및자원의분리 (Isolation), 맞춤형 (Customization), 독립적관리 (Independent management and orchestration) 등의속성을이동통신네트워크구조에적용하고자함이다. 이러한네트워크슬라이싱기술을이용하면서비스, 사용자, 비즈니스모델등의기준에따라 5G 시스템의네트워크기능들을선택및조합하여독립적이고유연한 5G 서비스의제공이가능해진다. 5G 네트워크슬라이싱기술은 NGMN 5G White Paper [1-2] 에서그개념이초기정립되었으며, 이에따른요구사항이 3GPP SMARTER 규격 [3] 에서구체화되었다. 이러한개념및요구사항에따라 3GPP SA WG2 ( 이하 SA2) 에서는 5G의코어네트워크구조및기능등을기술하는 Stage-2 규격인 FS_NextGen 기술문서 (TR ) [4] 에서 5G 네트워크슬라이싱기술의상위구조를개발하였고, 향후 5G 시스템구조및절차에대한규격개발작업진행을통해네트워크슬라이싱표준기술을구체화할예정이다. 본고에서는 5G 네트워크슬라이싱기술의개념및요구사항을분석하 고, 3GPP SA2 에서진행중인 5G 코어네트워크의네트워크슬라이싱기 술의표준화현황을소개한다.

II. 5G 네트워크슬라이싱개념및요구사항 5G 네트워크슬라이싱기술은기존이동통신네트워크기술에서는사용되지않았던 5G 네트워크의새로운개념으로서, 이동단말이요청하는서비스에필요한네트워크자원과네트워크기능들을하나의독립적인슬라이스로묶어서제공하는기술이다.

3 II. 5G 네트워크슬라이싱개념및요구사항 5G 네트워크슬라이싱기술은기존이동통신네트워크기술에서는사용되지않았던 5G 네트워크의새로운개념으로서, 이동단말이요청하는서비스에필요한네트워크자원과네트워크기능들을하나의독립적인슬라이스로묶어서제공하는기술이다. 이를통해네트워크사업자는각서비스및사용자에특화된네트워크자원을독립적으로할당할수있고, SDN/NFV 기술기반의자원가상화를통해네트워크의유연성을확보함으로써, 서비스및네트워크자원운용의확장성및신뢰성을제공할수있게된다. 다음그림은네트워크슬라이싱기술을이용해다양한 5G 서비스를독 립적인슬라이스를통해제공하는예제를보인것이다. 그림 1. 네트워크슬라이싱예제 [1] 5G 네트워크에서의슬라이스는코어네트워크및라디오액세스네트워 크에서특정서비스에필요한 5G 서비스를위한 CP (Control Plane) 및 UP

4 (User Plane) 네트워크기능들을조합하여맞춤형 5G 네트워크서비스를제공하게된다. 따라서, 해당서비스에불필요한네트워크기능이나트래픽을분리시켜서비스의독립성과안정성및자원사용의효율성을확보할수있게된다. 나아가, 네트워크기능별로표준화된인터페이스제공을통해서로다른지역, 도메인, 벤더, 성능등의속성을지니는네트워크기능의조합및사용이가능해지므로, 5G 네트워크구조의유연성을제공함과동시에 5G 네트워크자원및서비스가하나의도메인이나사업자에국한되지않은실질적인네트워크의개방및공유가가능해지게된다. 5G 네트워크슬라이싱의개념적구조 [2] 는아래그림처럼다음의 3 계 층으로나뉜다. - 서비스인스턴스 1 계층 (Service instance layer) - 네트워크슬라이스인스턴스계층 (Network slice instance layer) - 자원계층 (Resource layer) 그림 2. 네트워크슬라이싱개념도 [2] 1 여기에서인스턴스 (Instance) 라함은실질적인서비스의실행이가능한런타임 (run-time) 개 체혹은그의그룹을의미하며, 이는논리적인설계및로직을기술하는템플릿에서비롯된다.

5 특정서비스인스턴스를제공하기위해서하나의네트워크슬라이스인스턴스가할당되는데, 이는실질적인네트워크기능및자원을통해 5G 서비스를제공하며, 다른네트워크슬라이스인스턴스와공유가능한하위네트워크인스턴스 (Sub-network instance) 를하나이상포함할수있다. 이러한네트워크슬라이싱기술의정의와구조에기반하여 5G 시스템에 적용하기위해만족해야하는주요요구사항은다음과같다. [3] - 사업자는네트워크기능의독립적인조합을통해네트워크슬라이스를구성할수있어야한다. 이러한네트워크기능들은서로다른벤더 (Vendor) 로부터제작된것일수도있고, 서비스목적에따라다른설정값을지닐수있다. - 사업자는다양한서비스시나리오에따라특화되고하나의완전한네트워크를구성할수있는네트워크슬라이스를동적으로생성할수있어야한다. - 5G 시스템은개별네트워크슬라이스에연결할수있는터미널과가입자를식별할수있어야한다. - UE 는가입정보및터미널유형에따라특정한네트워크슬라이스로부터서비스를받을수있어야한다. - 사업자는복수개의네트워크슬라이스를동시에독립적으로 ( 예를들어서로다른슬라이스간의데이터통신을금지시키는방법으로 ) 운용할수있어야한다. - 사업자는전체네트워크가아닌개별네트워크슬라이스에대해서비스기반보안관리방법을제공해야한다. - 사업자는네트워크슬라이스에대한사이버공격에대항하기위해네트워크슬라이스간분리 (Isolation) 레벨을제공할수있어야한다. - 사업자는제3의사업자및서비스제공자 (3rd party) 가미리정한

6 규칙과 API 에따라네트워크슬라이스를만들거나그설정을관리할수있도록해야한다. - 5G 시스템은다른네트워크슬라이스나진행중인서비스에영향을주지않고네트워크슬라이스의성능 (Capacity) 을변경할수있는방법을제공해야한다. - 5G 시스템은가입자가다른슬라이스로부터제공받는서비스에대한영향을최소로유지한상태에서네트워크슬라이스를추가및삭제하거나그설정을갱신하는방법으로슬라이스를변경할수있어야한다. 네트워크슬라이싱기술은그기본개념과구조가 NFV (Network Functions Virtualisation) 기술 [5] 의그것과유사하여, 네트워크슬라이스는 NFV 의 ' 네트워크서비스 ' (Network Service; NS), 네트워크기능은 NFV 의 ' 가상네트워크기능 ' (Virtualised Network Function; VNF) 로대응되어구현가능할것으로전망된다. III. 네트워크슬라이싱표준화현황 3GPP (3rd Generation Partnership Project) SA WG2 에서는 4세대 LTE 이동통신기술의후속기술로서기존이동통신망구조의개선 (Evolution) 혹은 Clean-state 구조를통해새로운 RAT, elte, non-3gpp (WLAN) 액세스등을지원하는차세대이동통신네트워크및시스템구조인 5G 코어네트워크구조의설계및표준화를진행중이다. 이를위해 2015년 11월부터 2016년 11월까지 5G의코어네트워크구조및기능을기술하는 Stage-2 규격인 FS_NextGen (Study on Architecture for Next Generation System) 기술문서의개발을진행해왔으며, 세부연구이슈로서네트워크슬라이싱, 세션관리, 이동성관리, QoS 프레임웍등 22개의키이슈를정의하고, 이를

7 지원하기위한복수개의솔루션을개발했다. FS_NextGen 기술문서에서는새로운 5G 시스템구조에따른세부기능을정의하고, 이들간의참조점 (Reference point) 을정의하였다 2. 특히네트워크슬라이싱기술을전술한요구사항에따라코어네트워크에적용하기위해서, 아래그림과같이 5G 기능을네트워크기능 (Network Function) 으로추상화하고이들을서비스별로하나의슬라이스인스턴스로묶어이들간에연동할수있는구조및메카니즘을개발했다. 이를바탕으로네트워크슬라이스는서비스별로선택된네트워크기능과그들의연동구조로정의될수있다. 그림 3. 5G 네트워크슬라이싱세부기술정의개념도 나아가이러한네트워크슬라이스는자원및설치에대한요구사항을규 정하는템플릿 (Template) 으로기술되고, 해당템플릿에따라네트워크기 2 FS_NextGen 규격에서는점대점참조점 (Point-to-point reference point) 과서비스기반구조 (Service-based architecture) 의 2 가지형태로 5G 시스템구조를기술한다.

8 능을설치및실행하는작업을거치게된다. 네트워크슬라이스의설치 (Instantiation) 및자원관리는 SA WG5 등에서따로기술된다. [6] SA2 에서는네트워크슬라이싱구조개발에필수적인핵심기술이슈 (Work task) 를아래와같이 5 개로세분화하여각이슈를구현할수있는 솔루션및구조를개발하였다. - 네트워크슬라이스인스턴스선택및연결 (Network Slice Instance Selection and Association): UE 의초기연결및서비스요청에따라해당서비스를제공하기위해현재사업자가제공하는복수개의네트워크슬라이스인스턴스 (Network Slice Instance; NSI) 중하나를선택하거나, UE 이동성등에따른슬라이스변경선택하는방법을기술하고자한다. 아울러, 신규연결에대한허가 (Authorization), 네트워크슬라이스인스턴스의발견및식별자 (Identification) 등을포함한다. - 네트워크슬라이스분리 (Network Slicing Isolation): 네트워크슬라이스인스턴스간의간섭을최소화하기위해보안, 자원, OAM (Operations, administration and management) 지원등의분리 (Isolation) 방법을기술한다. - 네트워크슬라이싱구조 (Network Slicing Architecture): 5G 시스템에서네트워크슬라이싱을지원하기위해필요한네트워크기능과인터페이스를정의하고, UE 가하나이상의네트워크슬라이스인스턴스와연결하는방법을기술한다. - 네트워크슬라이싱로밍지원 (Network Slicing Roaming support): 로밍을지원하기위해홈망 (Home network) 과방문망 (Visited network) 에서필요한네트워크기능을기술한다.

- 네트워크슬라이싱용어및정의 (Network Slicing terminology & definitions): 단대단 (End-to-end) 개념의슬라이스적용에따른액세스망및코어망에서슬라이스인스턴스의정의및용어를기술한다. 이에따라 FS_NextGen 기술문서에서는총 10개의솔루션을개발하여각핵심기술이슈에따른다양한접근방법을논의및기술하였다.

9 - 네트워크슬라이싱용어및정의 (Network Slicing terminology & definitions): 단대단 (End-to-end) 개념의슬라이스적용에따른액세스망및코어망에서슬라이스인스턴스의정의및용어를기술한다. 이에따라 FS_NextGen 기술문서에서는총 10개의솔루션을개발하여각핵심기술이슈에따른다양한접근방법을논의및기술하였다. 다음그림은그중하나의솔루션에서기술한네트워크슬라이싱구조및예제를보인것이다. 그림 4. 솔루션 #2-5G 코어네트워크슬라이싱구조 [4] SA2 에서는각솔루션에따라다양하게정의및기술된네트워크슬라이싱구조및동작방법을하나의일관된구조로통일하기위해, 논의와솔루션별평가를거듭하여서술서형태의합의사항 (Agreement) 을도출하기에이르렀다. 이러한합의사항은 SA2 에서 5G 네트워크슬라이싱기본

10 구조와한계를규정하는것이며, 향후상세표준규격개발의바탕이될것 이다. 본합의사항은 FS_NextGen 기술문서에수록되었으며, 이를요약하면 다음과같다. - 기본구조및정의 : 네트워크슬라이스는액세스네트워크와코어네트워크를논리적으로통합한네트워크를일컫는다. 단, 라디오액세스네트워크의슬라이싱구조는 3GPP RAN WG 의개발방향에따른다. 같은서비스및속성을제공하더라도특정그룹의 UE 를위해각각다른네트워크슬라이스인스턴스를할당할수있다. UE 는하나의 RAN 을통해복수개의네트워크슬라이스인스턴스에동시에연결할수있다. 이경우, 서로다른네트워크슬라이스인스턴스는특정제어계층의네트워크기능, 예를들어 AMF (Access and Mobility management Function), NSSF (Network Slice Selection Function) 등을공유하여사용할수있으며, 이를 ' 공통제어네트워크기능 ' (Common Control Network Function; CCNF) 이라부른다. 코어네트워크에속하는네트워크슬라이스인스턴스의선택은 CN 에서담당한다. - CCNF 및 NSI 선택 : 코어네트워크슬라이스를구성하는 CCNF 와 NSI 의선택은 ' 네트워크슬라이스선택보조정보 ' (Network Slice Selection Assistance Information; NSSAI) 를이용한다. NSSAI 는 RAN 및 CN 에속하는네트워크슬라이스인스턴스를선택하기위해필요한복수개의매개변수 (Parameter) 를포함하며, UE 의기능 (Capability), 가입정보 (Subscription data) 등과함께 CCNF 및 NSI 를선택하는데사용된다. NSSAI 는슬라이스별로 SM-NSSAI (Session Management NSSAI) 를포함하는데이는제공대상이되는 ' 슬라이스및서비스타입 '

11 (Slice/Service Type; SST) 과 ' 슬라이스구별속성 ' (Slice Differentiator; SD) 정보로이루어지며슬라이스선택후 ' 세션관리기능 ' (Session Management Function) 의선택에도사용된다. - RAN 의 CCNF 및슬라이스라우팅 : UE 의초기연결시, RAN 은 NSSAI 를이용해서메시지를전달할초기 CCNF 를선택한다. 이를위해 UE 는 NSSAI 를 RAN 및 CN 에제공하게되며, UE 가제공하는 NSSAI 는사업자에의해초기에지정된 ' 설정 NSSAI' (Configured NSSAI) 와사업자에의해검증및수락된 ' 수락 NSSAI' (Accepted NSSAI) 로나뉜다. 만약 UE 가 RAN 에 NSSAI 를제공하지않거나, 제공된 NSSAI 에따라적절한 CCNF 를 RAN 이선택하지못할때에는디폴트 (Default) CCNF 를선택하여 UE 시그널링 (Signaling) 을전달한다. UE 의초기접속요청에따라 CN 은응답시사업자로부터수락된 Accepted NSSAI 와함께선택된 CCNF 및 NSI 를가리키는 'Temp ID' 를같이리턴한다. 본 Temp ID 와 Accepted NSSAI 를초기접속이후 UE 시그널링에포함시킴으로써선택된 CCNF 및슬라이스인스턴스에연결할수있도록한다. - 슬라이스변경 : 네트워크는로컬정책, UE 의이동성, 가입정보변경등에따라이미선택된네트워크슬라이스인스턴스를다른것으로변경할수있다. 네트워크슬라이스변경시네트워크는새로운 Accepted NSSAI 를 UE 에게리턴하고, UE 는이동성관리절차 (Mobility Management Procedure) 에따른시그널링에새로운 NSSAI 를포함시켜전송함으로써슬라이스인스턴스의재선택을유발한다. 슬라이스인스턴스의변경에따라이를지원하는 CCNF 도변경될수있다. - CCNF 변경 :

12 초기접속시 UE 의시그널링을디폴트 CCNF 에서선택된 CCNF 로변경 (Redirection) 할때두 CCNF 간의직접시그널링을통하거나 RAN 이이를대신중계할수있다. 초기접속이후에 CCNF 의변경이발생할경우에는이동성관리절차에따라새로운 NSSAI 를 UE 에게전달하여 RAN 을통해새로운 CCNF 로연결되게한다. 또한, 사업자의정책에따라서두 CCNF 간의직접시그널링을통한변경 (Redirection) 도가능하다. - SMF 선택 : 네트워크사업자는 ' 네트워크슬라이스선택정책 ' (Network Slice Selection Policy) 을 UE 에제공하고, 이는 UE 응용별로 SM-NSSAI 를매핑할수있는규칙을포함한다. CCNF 는 UE 가전달한 SM- NSSAI 및 DNN (Data Network Name) 정보와함께가입자정보, 로컬사업자정책등을이용해서 PDU 세션관리를위한 SMF (Session Management Function) 을선택한다. - 로밍 (Roaming): UE 의로밍 (Roaming) 시 NSI 에서사용되는네트워크기능들은 SM-NSSAI 를기반으로홈 PLMN (Home PLMN) 이나방문 PLMN (Visited PLMN) 의네트워크기능들을선택하여사용하게된다. 각 PLMN 은표준화된 SM-NSSAI 형식을사용하거나, PLMN 별로비표준화된형식을사용할수있다. 로밍시, 표준형식의 SM-NSSAI 가제공되면 HPLMN 및 VPLMN 이각각네트워크기능을선택하여서비스를제공할수있지만, 비표준형식의 SM-NSSAI 가제공되면 VPLMN 의 SM-NSSAI 형식으로매핑하는절차를거친후네트워크기능을선택할수있다.

13 IV. 결론 본고에서는 5G 네트워크슬라이싱기술의기본개념과상세요구사항을 분석하고, 이를기반으로 3GPP SA2 에서진행중인 5G 코어네트워크의 네트워크슬라이싱기술의표준화현황을살펴보았다. 네트워크슬라이싱기술은기존이동통신구조에서사용되지않은전혀새로운기술로써, 용어정의부터세부동작절차까지연구와논의가많이요구되는상황이다. 3GPP SA2 에서 2016년 12월에 FS_NextGen 기술문서에서기본구조와슬라이스선택등의기본동작절차에대한합의사항을이끌어냄으로써 1차적인개발을완료하였지만, 여전히세부기능과동작절차등이구체화되지않은상황이므로후속표준규격 (Technical Specification) [7-8] 개발작업에서본격적으로논의가이루어질전망이다. Acknowledgement 본연구는미래창조과학부및정보통신기술연구진흥센터의정보통신 방송 연구개발사업의일환으로수행하였음. [R , NFV Phase-2 기술 표준개발 ] References [1] NGMN Alliance, "5G White Paper," Next Generation Mobile Networks, White paper, [2] NGMN Alliance, "Description of Network Slicing Concept," Next Generation Mobile Networks, Deliverable,

14 [3] 3GPP TR v14.2.0, Study on New Services and Markets Technology Enablers (Release 14), [4] 3GPP TR v2.0.0, Study on Architecture for Next Generation System (Release 14), [5] ETSI ISG NFV, Network Functions Virtualization Introductory White Paper," [6] 3GPP TR v0.3.0, "Study on Management and Orchestration of Network Slicing (Release 14)," [7] 3GPP TS , "System Architecture for the 5G System (Release 15)," [8] 3GPP TS , "Procedures for the 5G System (Release 15),"

Biographies 이승익 - 2000년 2월 : 한동대학교전산전자공학부학사 - 2002년 2월 : 한국과학기술원정보통신공학석사 - 2009년 2월 : 한국과학기술원정보통신공학박사

kr 신명기 - 1992년 2월 : 홍익대학교전자계산학과학사 - 1994년 2월 : 홍익대학교대학원전자계산학과석사 - 2003년 8월 : 충남대학교대학원컴퓨터공학과박사 - 1994년

15 Biographies 이승익 년 2월 : 한동대학교전산전자공학부학사 년 2월 : 한국과학기술원정보통신공학석사 년 2월 : 한국과학기술원정보통신공학박사 년 5월~현재 : 한국전자통신연구원표준연구센터선임연구원 - 주요관심분야 : 5G network, NFV, SFC, SDN - seungiklee@etri.re.kr 신명기 년 2월 : 홍익대학교전자계산학과학사 년 2월 : 홍익대학교대학원전자계산학과석사 년 8월 : 충남대학교대학원컴퓨터공학과박사 년 2월~현재 : 한국전자통신연구원표준연구센터실장 / 책임연구원 - 주요관심분야 : 5G network, NFV, SDN, 미래인터넷, IoT - mkshin@etri.re.kr

IEEE 표준 기술 동향

IEEE 표준 기술 동향 5G 네트워크관리와 ETSI NFV 가상화기술 이지현 Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI) Abstract 5G 네트워크관리기술은 3GPP SA5 WG(Working Group) 에서관련표준규격들을개발하고있으며 2020년실제모바일환경에적용을목표로하고있다. 이를위하여 3GPP SA5 WG에서는크게두가지방향으로네트워크관리기술에대한연구및표준을개발하고있다.