NETMANIAS TECH-BLOG Please visit www.netmanias.com to view more posts 5G 와 E2E Network Slicing - 뭐고, 왜필요하고, 어떻게만드나? November 23, 2015 By 유창모, 손장우 (tech@netmanias.com) 이글을읽기전에 5G 시대, 모바일네트워크구조의변화는? - RAN과 의변화 KT가그리는 5G 네트워크구조는? - KT의 5G 네트워크구조분석을먼저읽으시길바랍니다. 5G 와 Network Slicing 최근 5G에관해논의가활발해지면서 Network Slicing이란개념이자주거론되고있다. 국내외통신사업자들 (KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT 등 ) 와벤더들 (Ericsson, Nokia, Huawei 등 ) 이모두 5G 시대의네트워크구조로 Network Slicing을제시하고있다. Network Slicing 이란물리적으로하나의네트워크를통해 Device, Access, Transport, 를포함하여 End-to-End 로논리적으로분리된 ( 마치, HDD 를 C 와 D 로파티셔닝해서쓰는것처럼 ) 네트워크를만들어 서로다른특성을갖는다양한서비스들에대해그서비스에특화된전용네트워크를제공해주는것이다. 각네트워크슬라이스는자원 ( 가상화된서버내자원, 가상화된망자원 ) 을보장받으며각슬라이스가 서로간에절연되어있어특정슬라이스내에오류나장애가발생해도다른슬라이스의통신에는영향을 주지않는다. 그럼 5G 시대에왜 Network Slicing 구조가필요한가? 4G까지는이통망이처리해주는단말이폰이고폰에만최적화된망구조가요구됬다면 5G에서는서로다른속성을갖는다양한단말들을대상으로서비스를제공해주야한다. 5G 시대의대표적인 Use-Case로꼽히는 Mobile Broadband, Massive IoT, Mission-critical IoT 등은 Mobility, Charging, Security, Police Control, Latency, Reliability 등의측면에서속성과망요구사항이상이하다. 예를들어온도, 습도, 강우량등을측정하는고정형센서들이이통망에연결되는 Massive IoT 서비스의경우에는폰과달리 Handover나 Locate update같은기능은필요없다. 또자율주행이나원격산업용로봇제어같은 Mission-critical IoT 서비스의경우는모바일브로드밴드서비스와달리수 ms이내의낮은 latency를요구한다. 1
표 1. 5G 의주요 Use case 와특성 5G Use Case Example Requirements Mobile Broadband 4K/8K UHD, 홀로그램, AR/VR high capacity, video cache Massive IoT 센서네트워크 ( 검침, 농업, 빌딩, 물류, 시티, 홈등 ) Mission-critical IoT Motion control, Autonomous driving, 공장자동화, Smart-Grid massive connection(200,000/km2) 주로고정형단말 low latency (ITS 5ms, Motion control 1ms), high reliability 그럼 5G 폰망, 5G Massive IoT 망, 5G mission-critical IoT 망을따로만드나? 그렇지않고하나의물리적인망상에여러개의논리적인망을만들어비용을절감해주는것이 Network Slicing 이다. 4G 망 : 폰, 통신서비스, 통신산업 5G 망요구사항 : 모든단말, 모든서비스, 모든산업수용 통신서비스 ( 음성, 문자, 인터넷 ) 서비스 / 단말 서비스 / 산업 Mobile Broadband ~ 20Gbps 통신 / 인터넷 4G 망 Massive IoT 200,000/Km 2 5G 망 물류, 농업, 기후 Mission-critical IoT 1ms 차, 공장 어떻게? 여러개 5G 망? X 네트워크슬라이싱! 통신 / 인터넷망 Mobile Broadband 5G 망 통신 / 인터넷망 Slice 통신 / 인터넷 물류, 농업, 기후망 Massive IoT 물류, 농업, 기후망 Slice 차, 공장망 Slice 물류, 농업, 기후 차, 공장망 Mission-critical IoT 차, 공장 그림 1. 네트워크슬라이싱이왜필요한가? 2
아래그림은 NGMN 의 5G White Paper 에나오는 5G Network Slicing 구조이다. 그림 2. NGMN 의 5G 네트워크슬라이스구조 E2E Network Slices 를어떻게만드나? (1) 5G RAN 과 : NFV 그림 2 은 Network Slice 의개념을표현한것인데, 다소추상적이다. Network Slice 가실제어떻게 만들어지는지살펴보기로하자. ❶ 현재이동통신망은단말은폰이고 RAN(, RU) 과 가 RAN 벤더의전용네트워크장비이다. ❷ Network Slice가만들어질려면우선제공되어야할기술이 NFV( 네트워크기능가상화 ) 이다. 네트워크장비가아닌가상화된상용서버 (COTS) 에 Network Function S/W (Packet 의 MME, S/P-GW, PCRF, RAN의 ) 을 VM에탑재한다 ( 이게 NFV죠 ). 그러면 RAN은에지클라우드가되고 는코어클라우드가된다. 에지클라우드와코어클라우드에있는 VM들간의네트워크연결은 SDN으로설정한다. ❸ 그리고서비스별로슬라이스를 - 즉, Phone Slice, Massive IoT Slice, Mossion-critical IoT Slice - 를생성한다. 3
❶ 현재망 ( ) RU RAN Fronthaul IP Backhaul PCRF MME S/P-GW ❷ 가상망생성 NFV ( 상용서버에, 등의 Network Function을가상화하여올림 ) SDN ( 네트워크연결제공 ) 에지클라우드 코어클라우드 VM/VNF= VM/VNF = 그냥서버 SDN (VM 간네트워크연결설정 ) 그냥서버 ❸ 네트워크슬라이싱 : 여러개의가상망생성 ( 망을가로로자름 ) 에지클라우드 코어클라우드 UHD 슬라이스 Phone 슬라이스 Massive IoT 슬라이스 Mission-critical IoT 슬라이스 SDN 그냥서버 그냥서버 이예에서 는 User Plane 임 그림 3. 네트워크슬라이스만들기 4
UHD slice에는에지클라우드에, 5G (UP), Cache 서버가가상화되어들어가고코어클라우드에는 5G (CP) 과 MVO 서버가가상화되어탑재된다. Phone slice의코어클라우드에는 Full Mobility 기능이다들어간 5G (UP, CP) 가탑재되고 Massive IoT slice ( 예, 센서네트워크 ) 에는 Mobility Management는필요없는가벼운 5G 가탑재된다. Mission-critical IoT slice에는 transmission delay를최소화하기위해 5G 가에지클라우드로내려간다. 이와같이서로다른요구사항을갖는서비스별로별도의슬라이스가만들어지며 Network Function도슬라이스마다다른위치 ( 에지 / 코어클라우드 ) 에존재하게된다. 또한어떤슬라이스에는있는네트워크기능 (Charging, Policy, 등 ) 이다른슬라이스에는필요없을수도있다. 비용효율적으로꼭필요한만큼만각자만들면된다. 에지클라우드 코어클라우드 UHD 슬라이스 Cache MVO Phone 슬라이스 Massive IoT 슬라이스 TCP-Opt. IoT 서버 IMS Access Mgt Session Mgt Mobility Mgt Charging Mission-critical IoT 슬라이스 Access Mgt Session Mgt V2X 서버 V2X 서버 SDN 그림 4. 네트워크슬라이스만들기 ( 계속 ) 여기까지는 NFV 영역인데, SDN 은 Network Slicing 에서어떤역할을하나? 궁금해진다. E2E Network Slices 를어떻게만드나? (2) 에지클라우드와코어클라우드구간의네트워크슬라이싱 : IP/MPLS-SDN 초기의 SDN 컨셉은심플했으나지금은각업체진영마다자기들이하는것이 SDN 이라고주장하고있어 그컨셉이매우비대해졌다. 여기서는기존네트워크인프라를활용하면서 VM 들간의연결을제공해주는 SDN 접근방식 (Overlay 류 ) 을예로 Network Slicing 을접근해보도록하겠다. 5
SDN Controller 에지클라우드 VM (VNF) 생성, 제어 VM 간 connectivity: VM 간연결설정자동화 코어클라우드 E2E Network Slices vswitch/vrouter (UHD) PGW (UHD) (Voice) CDN cache (IoT) DC SDN Tunnel UHD VPN 100Gbps, BE Voice VPN IoT VPN IP/MPLS-SDN (MPLS L3 VPN) PGW (Voice) IMS DC SDN Tunnel CDN parent PGW (IoT) IoT 서버 SDN SW 5G Fronthaul DC G/W (PE) DC G/W (PE) T-SDN T-SDN (POTN) 그림 5. E2E 네트워크슬라이싱 코어클라우드와에지클라우드의 VM들간의네트워크연결이어떻게생성되는가살표보자. IP/MPLS SDN과그하단의 Transport SDN상으로 VM간네트워크연결이제공되어야하는데, 여기서는 IP/MPLS SDN-즉, 라우터벤더가제시하는 SDN-만살펴보자. Ericsson과 Juniper가모바일망에서에지클라우드와코어클라우드간에 IP/MPLS SDN 연결구조를제시하고있는데, 클라우드간 SDN을통한연결설정방식은두벤더모두거의동일하다. 클라우드에존재하는가상화된서버의 내에 vrouter/vswitch가탑재되어있고 SDN Controller가가상화서버와 DC G/W ( 클라우드데이터센터내의 MPLS L3 VPN의 PE 라우터 ) 라우터를 provisioning하여 VM( 예를들어 5G IoT ) 과 DC G/W라우터간에 SDN 터널 (MPLS GRE, VXLAN) 을생성한다. 이터널을 MPLS L3 VPN의 VRF(IoT VPN) 로매핑을해준다. 에지클라우드쪽도마찬가지이다. 그러면에지클라우드, IP/MPLS 백본, 코어클라우드간에 IoT 슬라이스가만들어진것이다. 여기까지는현재의기술 / 표준으로도구현가능하다. E2E Network Slices 를어떻게만드나? (3) 에지클라우드와셀사이트 RU 구간의네트워크슬라이싱 더이야기를계속해보면, 남은구간이 fronthaul 인데에지클라우드와 5G RU 간의 fronthaul 구간은어떻게 슬라이싱을해야할까? 이를위해서먼저 5G fronthaul 이정의가되어야하는데. 아직은여러 alternatives 들이이야기되고있고표준으로정해진것은없는상태이다 ( 와 RU 간에기능을재정의하여 6
패킷프론트홀을만드는등 ). 아래그림은 ITU Focus Group IMT 2020 에서나온그림인데, Fronthaul 의 가상화에관해예시를제시하고있다. 그림 6. ITU 의 5G C-RAN 네트워크슬라이스예시 [Report on Standards Gap Analysis, ITU, Focus groups on IMT-2020, Oct. 2015] 5G 시대에구현될 Network Slicing 개념은아직완성된것은아니며고민해야할부분들이많이남아있다. 넷매니아즈에서는국내외통신사, 벤더, 표준단체의진도를 F/U 해가며지속적으로 Network Slicing 개념의구체화에관해업데이트를해나갈예정이다. 7
We design the future We design the future We design the future Carrier Ethernet protocols IP/MPLS Wi-Fi LTE Infrastructure CDN Transparent Caching Services Networks embms Consulting IMS Analyze trends, technologies and market Report Technical documents Blog One-Shot gallery Future Analysis Concept Design DRM POC Training About NMC Consulting Group (www.netmanias.com) NMC Consulting Group is an advanced and professional network consulting company, specializing in IP network areas (e.g., FTTH, Metro Ethernet and IP/MPLS), service areas (e.g., IPTV, IMS and CDN), and wireless network areas (e.g., Mobile WiMAX, LTE and Wi-Fi) since 2002. Copyright 2002-2015 NMC Consulting Group. All rights reserved. 8