자가조직네트워크 (Self Organizing Networks) 자가조직화의필요성과능력 지난수년간셀룰러네트워크는그크기와복잡성에서지속적인성장을해왔습니다. 다수의요소가이러한성장배경에기여하고있습니다. 그중몇개의예를들자면인터넷에서전달되는콘텐츠와소셜미디아의폭발적증가, 셀룰러네트워크에대한기대의증가등이있습니다. 이러한현상의인지와요구의증가로인해네트워크는그용량에급격한압력을받기시작했습니다. 네트워크성장의요구로인해모바일네트워크는매십년에서십오년마다기술면에서폭발적변화를흡수하면서수익을창출해왔습니다. 성장의필요성은기술적발전을촉진시키고, 그결과소비자관심과수요에대한인식을더욱높이게되었습니다. 네트워크의폭발적증가로인해네트워크관리, 전체네트워크의퍼포먼스를최대화하면서일관성이있고안정적인상태로유지해야하는필요성을느끼게하였습니다. 이과제는거대한네트워크로하여금자기관리를할수있도록가르침으로써해결할수있습니다. 그리하여자가관리네트워크 (self organizing network) 가탄생하게된것입니다. 저희 HSC 는 2009 년이래다양한방법으로자기-최적화네트워크 (Self-optimizing networks) 를개발해왔습니다. SON 이특정한의미의약어로써사용되기시작했지만 ( 저희회사에서최초의 SON 경험은무선랜공간에서입니다 ). 현재는아주광대한의미의용어로사용되고있습니다. 현재자가조직이란단어는설정 (configuration)/ 최적화 (optimization)/ 회복 (recovery)/ 치유 (healing) 등의요구와관련된복합적인측면을포함합니다. SON 은다음과같은다수의큰문제에해결책을제공할것으로주목을받고있습니다. 문제중에는커버리지와용량최적화, 간섭감소, 자동이웃관계, 모빌리티최적화, 로드밸랜싱등이있습니다. SON 에관해더욱숙고했을때이해결점은네트워크가자신의상태를이해 ( 측정과분석 ) 하고사태에대해개선 / 교정과같은적절한행동을취할수있는능력에기반을둔다는것을알수있습니다. 이과정은네트워크의새로운상태와네트워크사용자에적응하는동안지속적이고능동적으로이루어져야합니다. 이러한배경지식을가지고모든 SON 솔루션의핵심요소는다음과같다고할수있습니다.: 지속적인측정 (Continuous measurement) 개선사항을발견하기위한측정의지능적분석 (Intelligent analysis of measurement to identify improvement) 지속적인반복개선 (Continuous iterative improvement) 솔루션의능동적인적응성 (Dynamic adaptability of the solution) 로컬과글로벌최적화에중점 (Focus on both local and global optimization)
차세대 SON 솔루션은최적화를위해다방면의파라미터를목표로할수있습니다. 스펙트럼사용 (sq.km 커버리지당단위주파수당스펙트럼의실제데이터속도 ) 에서부터, 에너지소비 ( 네트워크 ), 서비스질 (Quality of Service), 사용자배터리수명 ( 특히이부분은현재전력소모와데이터소모가많은스마트폰에서중요한부분입니다 ) 그리고그외많은요소를다룰수있습니다. SON 이란단어가상업적으로사용됐을때, 하나또는소수의언급된파라미터에초점을맞춘특정 SON 경우를의미합니다. 자기적응능동적하이브리드네트워크에이전트 (HSC SADHNA 1 : Self Adaptive Dynamic Hybrid Network Agent) 이전단락에서간략하게설명했지만, HSC 는지난 5~6 년간 SON 의다양한분야에서연구해왔습니다. 그중지난이년동안은단편적인연구들을모아다른모드의최적화와상호작용과상호영향에대한종합적인이해를가진하나의공통프레임워크개발에노력을쏟았습니다. 저희 HSC 는 SON 이다음과같은세개의커다란구성요소를가진계층적도메인으로보고있습니다. 네트워크최적화. 이분야는전력보존, 간섭완화, 능동적용량관리, 모빌리티안정성등에관한문제와관련이있습니다. 트래픽공학과로드밸런싱. 이분야는로드밸런싱, 승인제어, QoS 컨트롤등과같은부분을다룹니다. 서비스최적화. 서비스최적화는보이스질, 미디어전달의안정성등과같은특정어플리케이션에집중합니다. HSC 는네트워크최적화와트래픽공학영역을아우르는 SON 의다양한하위영역에관심이 있습니다. 1 SADHNA 는힌두어로 연습하여성취하라 라는뜻입니다. is a Hindi word that means to practice and accomplish
Figure 1 A multilayered SON 네트워크최적와의하위영역들 전력관리의문제점 (The Problem of Power Management) 글로벌최적화문제로서전력관리는정착이돼있습니다. 구형라디오네트워크는 2000 년굽타의논문에서기록된글로벌간섭문제를풀기쉬운일련의지역화된문제 (localized problems) 로전환하기위해고정네트워크플래닝 (static network planning) 과광범위한재사용거리 (reuse distances) 를사용했습니다. 그러나이러한방법도 UMTS 에서아주어렵다는것이증명되었습니다 (Gunnarsson, 2003). 이후, 셀룰러네트워크의발전은 MINO 의광범위한배치, 단일주파수네트워크, 스펙트럼부족으로인한엄격한재사용요인을가져오게되었고, 그결과글로벌간섭관리시스템 (global interference management system) 에서애드혹 / 단속적인 (intermittent) 네트워크노드 ( 스몰셀 ) 이다시주목을받기시작했습니다. 802.11 기반한애드혹네트워크를위한전력최적화 (Power Optimization for 802.11 Based adhoc Networks) HSC 는 OFDM 기반 FDD 네트워크노드의전송전력을애드혹네트워크에서최적화하는솔루션을제공해왔습니다. 저희 HSC 에서개발한솔루션은 WLAN 네트워크에서실효성을보여주었고, LTE 기반헷넷 (hetnet) 에서도개념적으로설치가가능합니다. 저희솔루션의주요차별점은완전하게분배된다는사실입니다. 최적화기능은각 AP 에서독립적으로실행됩니다. 최적화중앙제어가필요하지않습니다. 각노드는액티브사용자가경험하는간섭을측정하도록준비가갖춰져있습니다. 측정과과거상태정보에기반을두어각 AP 는개별적으로전송전력을조절합니다. 전력분배최적화알고리즘 (The distributed power optimization algorithm) 은 TCP 네트워크혼잡알고리즘 (TCP s network congestion algorithm) 과동일한아이디어에기반합니다. 이두개의알고리즘은혼잡한방에서소리치기 ( shouting in a crowded room ) 와같은문제를
해결하려는것입니다. 이에반해다이내믹전력최적화문제 (the dynamic power optimization problem) 는간섭측정을사용합니다. Figure 2 Multistate dynamic SON algorithm 저희 HSC 에서개발한솔루션은인지되는혼잡의변화에스스로적응하고, 능동적으로전력을조절합니다. 최적화노드는시스템에서최적화이웃 (optimizing neighbors) 의추가 / 취소에공정합니다. 이솔루션은전체시스템레벨뿐만아니라노드레벨에서도확실하게전력절감의장점을보여주었습니다. 현제는확률적최적화원칙 (stochastic optimization principles) 에기반한 2 세대알고리즘을구상중입니다. SON 과 QoS 네트워크최적화의두번째주요측면은사용자인지 QoS (user perceived QoS) 의관리입니다. QoS 관리는무선네트워크의다른레벨에서배분되는기능임을주목해야만합니다. 물리적레이어 (HARQ 와 ARQ), 미디어엑세스레벨 ( 다른베어러클레스와대응처리요구사항 ) 과상위레이어셋업 ( 베어러 / 세션셋업과승인제어, 혼잡관리등 ) 에 QoS 관련기능들이있습니다. 다른무선간섭은이러한 QoS 관련기능들을처리하는데각기다른방법을가지고있습니다 ; 예를들어 802.11e/WMM 은특정트래픽클래스를처리하는데다른컨텐션과수면모드파라미터 (contention and sleep mode parameters) 를사용합니다. 반면 3gPP 는베어러레벨에서 QoS 를관리하고물리적과 MAC 레이어에서엑세스처리와 BER 의대응플로우다운 (corresponding flow-down of BER) 을명시합니다. 하지만개인네트워크노드의레벨을넘어선다면요소연동의문제를발견합니다. 즉두개의네트워크노드간, 다중네트워크노드간과결과적으로다른네트워크간에문제를발견합니다. 저희의관점으로다른네트워크는로드 (load) 와커버리지를인계받도록공존할수있을뿐만아니라적절하게다른클래스의트래픽을분리하고알맞은서비스를제공할수있습니다. 예를들어셀룰러-iRAT 시나리오에서음성전화는 GSM 네트워크로 ( 회선교환폴백 : circuit switched fall-back) 연결하고, 데이터콜은 LTE 로연결하는방법으로 GSM 과 LTE 네트워크두개의네트워크가공존할수있습니다.
Qos 제어를위한네트워크공존과요소간의연동 (Network Coexistence And Inter-Working For Qos Control. ) 네트워크주도핸드오버 (network directed handovers) 의형태에서로드밸런싱은특별히 새롭지는않습니다. 하지만핫스팟과 IFOM 의도입으로인해전체단말기 (UE) 와반대의 의미인개인적프로우의레벨에서시행할수있도록가능케했습니다. 이것은특정 트래픽에게독점적으로가능한오프로드네트워크 (offload network) 를만들수있다는것을 의미합니다. 그래서 GAS 와다른프로토콜에광고를해서단말기로하여금특정한트래픽을 새로운네트워크로자동으로스위치하도록할수있습니다. 이러한일련의과정을프로우 레벨에서이루어짐으로써네트워크오퍼레이터는네트워크트랙픽에대해유연성있는 제어를유지하고특정트래픽타입에맞는특정네트워크를사용할수있습니다. 저희 HSC 는 WLAN-WLAN 과 WLAN- 셀룰러공존특성을위해, 다른네트워크가각기다른 레벨의서비스를공급하기위해존재하는 Passpoint, Hotspot 2.0 와 IFOM 을중심으로 솔루션을개발해왔습니다. 예를들어, 캐리어 - 와이파이환경에서오퍼레이터는다중 네트워크를배치할수있고그중하나는확실한 QoS 트래픽에게내정합니다 ( 가입자또는 플로우레벨에서 ). 끊김없이완벽하게연결되기위해서는사용자장비가자동으로현 네트워크의존재를인지하여서자동인증과충전을하여스스로그네트워크에자신 ( 또는 적절한플로우 ) 이리다이렉트되도록허용해야합니다. 이모든것을부드럽게연결하기 위해서 HSC 는 Passpoint( 인증 ), GAS/ANQP( 네트워크광고 ), IFOM( 트래픽의플로우레벨 리다이렉션를위해 ) 의특징을사용하였습니다. IFOM 기반 IP 플로우의능동적로드밸런싱 (IFOM based Dynamic Load Balancing of IP flows) IFOM 의장점은싱글단말기가다중네트워크에동시에엑세스할수있어서 QoS 제어 네트워크와일반적목적의네트워크를동시에사용할수있다는점입니다. 저희 HSC 의 솔루션의플로우레벨 QoS 최적화를위한규칙의특징은먼저중앙모니터링이며, 멀티벤더 보장설정, 멀티네트워크커미트먼트의유지입니다. 지상레벨에서는최적화노드 (enbs/aps ) 가주요파라미터를측정하고, 로컬간섭상황을분석하고중앙서버에전달합니다. 그러고 나서핫스팟을위해새롭게개발된시그널메커니즘을사용해서단말기에액세스네트워크 정보를능동적으로제공합니다. 그러면개별단말기는 IP 레벨에서데이터트래픽을실제로 나누어다중 IPws 를위해다중네트워크를동시에사용할수있습니다. 주요새네트워크 컴포넌트는네트워크상태를모니터하고트래픽에라우팅정책을정하는 ANDSF 서버입니다. 이서버는이번솔루션의한부분으로 HSC 가개발한것입니다.
Figure 3 IFOM based dynamic load balancing 결론 자가조직화네트워크는다양한사용케이스로폭발적인관심을끌고있는기술적도메인입니다. 각액세스네트워크는최적화의주체인주요파라미터를갖고있습니다. 그래서 SON 은측정, 시그널링과액션을위한공동프레임워크에기반을둔네트워크최적화를위한테크놀러지의집합체로변하고있습니다. 각액세스네트워크는공동프레임워크위에서지어진특정 SON 애플리케이션을사용할것입니다.