2021.02.15

5G를 완성하는 무선 가상화, 네트워크 슬라이싱의 이해

Jon Gold | Network World
네트워크 슬라이싱(Network Slicing) 기술이 등장했을 때 무선 네트워킹 커뮤니티가 열광한 이유는 간단하다. 하나의 물리적인 인프라를 통해 여러 개의 논리적인 네트워크를 제공하고 각 네트워크에 특정 사용자 요구를 맞는 고유한 특성을 부여할 수 있기 때문이다.
 
ⓒ Getty Images Bank

이는 부족한 무선 주파수를 재사용해 단순한 연결 외에 더 다양한 서비스를 제공할 수 있음을 의미한다. 인프라를 보유한 제공자가 새로운 가치를 만들 수 있어 통신 대기업이 관심을 보이고 있고, 특히 5G 셀룰러 서비스를 도입하는 기업도 마찬가지다.
 

네트워크 슬라이싱의 정의

네트워크 슬라이싱은 무선 네트워크 서비스에 적용된 가상화 계층이다. 클라우드 또는 컨테이너의 서버가 단순한 물리적인 서버가 아니라 가상 구조물 형태를 띠는 것처럼, 네트워크에도 자동화된 대역폭 할당, QoS 규칙, 기타 네트워크 기능을 통해 하나의 큰 물리적인 네트워크 내에 자체적인 논리적 네트워크를 생성한 것이다.

실제 구현 과정은 기술을 제공하는 기업마다 약간 차이가 있다. 그러나 기본적으로 하나의 큰 네트워크 위의 여러 개 슬라이스를 동적으로 관리하기 위해 자동화와 연계된 SDN(Software-Defined Networking)과 네트워크 기능 가상화 기술을 활용한다. 네트워크 슬라이스에는 다른 네트워크와 마찬가지로 같은 제어면, 사용자면, 액세스 네트워크 인터페이스가 포함되고 여러 개의 가상 네트워크를 지원해야 할 때 일부를 분배한다. 이런 방식으로 하나의 네트워크를 논리적으로 여러 개의 네트워크로 분리해, 각 용도에 적합한 용량과 기능을 부여할 수 있다.
 

주파수 효율성

주파수는 유한하며 일반적인 QoS 기술은 이를 최대한 활용하지 못한다. 접속이 최대한으로 몰릴 때는 주파수의 상당 부분이 사용되지 않고 오히려 일부만 너무 혼잡한 상황이 벌어지기도 한다. 예를 들어, 대규모 행사 중 넓은 공공장소 근처의 기지국은 음성, 비디오, 앱 트래픽이 압도적으로 증가한다. 동시에 운영사가 스마트 계량기 판독 또는 스마트 홈 서비스 등 M2M(Machine to Machine) 용도로 설정한 대역폭은 대부분 사용되지 않는다.

이럴 때 네트워크 슬라이싱을 활용하면 가상 네트워크를 재빨리 재구성하고 리프로비저닝(Reprovisioning)해 대역폭과 다른 리소스를 M2M 용도에서 행사 참가자에게 할당해 주파수 부족을 완화하고 더 좋은 서비스를 제공할 수 있다.
 

네트워크 슬라이싱 활용 사례

네트워크 슬라이싱에 관한 논의의 많은 부분이 5G를 중심으로 이뤄지고 있다. 슬라이싱을 통해 비로소 통신사가 5G에 대해 광고했던 새로운 기능을 제공할 수 있기 때문이다. 통신사는 기업 사용자에게 단순한 연결성 외의 서비스를 제공하는 것이 얼마나 중요한지 잘 알고 있다. 그리고 상황에 따라 개인화된 가상 네트워크를 생성할 수 있는 열쇠가 슬라이싱 기술에 달려 있다. 5G 측면에서 네트워크 슬라이스 기술을 활용할 수 있는 장점은 다음과 같다.

향상된 모바일 연결: 모바일 연결은 전통적인 데이터-스마트폰 서비스다. IEEE에 따르면,
네트워크 슬라이싱을 이용하면 적당한 신뢰성과 약 10-3의 패킷 오류율을 지원하면서 데이터 속도를 극대화하는 eMBB(enhanced mobile broadband)를 구현할 수 있다. 이렇게 하면 시스템이 eMBB 연결에서 사용할 클리어 채널을 선택하고 관리할 수 있다.

mMTC(Massive Machine-To-Machine Connections): 사물 인터넷(IoT)의 이행 중 하나는 가정에 간헐적으로 통신하는 다수의 데이터 수집 기기를 배치해 이를 위한 소량의 데이터 서비스를 제공하는 것이다. 이런 연결을 mMTC라고 하는데, 낮은 지연 속도와 높은 대역폭보다는 네트워크가 다수의 저대역폭 연결을 동시에 지원해야 한다. mMTC의 핵심은 특정 무선 주파수 대역에 최대한의 도착률을 제공하면서도 패킷-오류율을 약 10-1로 허용하는 것이다. 이는 eMBB의 10-3 목표율보다 훨씬 높지만 전송되는 메시지의 크기가 작아서 충분히 용인할 수 있는 수준이다.

URLLC(Ultra-Reliable, Low - Latency Communications): 네트워크 슬라이싱을 통해 가능해진 다양한 신규 무선 서비스가 URLLC다. 연방통신위원회(FCC)에 따르면, 중요 인프라, 외과 수술 등의 의료 서비스, 커넥티드 차량, 제조 부문 등에서의 실시간 처리 조율에 대한 지원 등이 여기에 포함된다. IEEE는 이런 유형의 전송이 mMTC와 마찬가지로 간헐적이지만 상대적으로 작은 데이터 블록을 사용하고 지연 속도 요건이 엄격하므로 훨씬 높은 수준의 신뢰성(10-5의 패킷 오류율)이 요구된다고 설명했다.
 

표준의 문제

네트워크 슬라이싱 기술 자체는 QoS 및 트래픽 쉐이핑(Traffic Shaping)의 업그레이드로 볼 수 있다. 그러나 이를 실제 구현하려면 RAN(Radio Access Networking) 기술이 필요한 데, 이 기술은 여전히 상대적으로 덜 성숙한 상태다. 이를 관장하는 표준도 아직 완성되지 않았다. 에릭슨 등의 유명 무선 장비 업체도 최근에야 자사의 RAN 기술에 슬라이싱 기능을 배치하기 시작했기 때문에 이를 구현할 하드웨어가 나오려면 여전히 갈 길이 멀다.

게다가 관련된 모든 제공업체가 여전히 사전 표준 장비를 생산하고 있다. 7개의 통신 표준 개발 기관이 연합한 3GPP(3rd Generation Partnership Project)가 표준을 개발하고 있지만, 대규모 네트워크 슬라이싱 구현을 위한 핵심 스택 부분을 아직 완성하지 못했다. 더구나 같은 채널을 통해 여러 개의 신호를 주고받는 MIMO(Multiple-Input, Multiple-Output), 차량용 무선 연결의 발전, RAN 슬라이싱 자체는 모두 3GPP의 관할 범위여서 최소한 2022년 중반까지는 최종 표준이 완성되기 힘들 것으로 보인다. editor@itworld.co.kr
 


2021.02.15

5G를 완성하는 무선 가상화, 네트워크 슬라이싱의 이해

Jon Gold | Network World
네트워크 슬라이싱(Network Slicing) 기술이 등장했을 때 무선 네트워킹 커뮤니티가 열광한 이유는 간단하다. 하나의 물리적인 인프라를 통해 여러 개의 논리적인 네트워크를 제공하고 각 네트워크에 특정 사용자 요구를 맞는 고유한 특성을 부여할 수 있기 때문이다.
 
ⓒ Getty Images Bank

이는 부족한 무선 주파수를 재사용해 단순한 연결 외에 더 다양한 서비스를 제공할 수 있음을 의미한다. 인프라를 보유한 제공자가 새로운 가치를 만들 수 있어 통신 대기업이 관심을 보이고 있고, 특히 5G 셀룰러 서비스를 도입하는 기업도 마찬가지다.
 

네트워크 슬라이싱의 정의

네트워크 슬라이싱은 무선 네트워크 서비스에 적용된 가상화 계층이다. 클라우드 또는 컨테이너의 서버가 단순한 물리적인 서버가 아니라 가상 구조물 형태를 띠는 것처럼, 네트워크에도 자동화된 대역폭 할당, QoS 규칙, 기타 네트워크 기능을 통해 하나의 큰 물리적인 네트워크 내에 자체적인 논리적 네트워크를 생성한 것이다.

실제 구현 과정은 기술을 제공하는 기업마다 약간 차이가 있다. 그러나 기본적으로 하나의 큰 네트워크 위의 여러 개 슬라이스를 동적으로 관리하기 위해 자동화와 연계된 SDN(Software-Defined Networking)과 네트워크 기능 가상화 기술을 활용한다. 네트워크 슬라이스에는 다른 네트워크와 마찬가지로 같은 제어면, 사용자면, 액세스 네트워크 인터페이스가 포함되고 여러 개의 가상 네트워크를 지원해야 할 때 일부를 분배한다. 이런 방식으로 하나의 네트워크를 논리적으로 여러 개의 네트워크로 분리해, 각 용도에 적합한 용량과 기능을 부여할 수 있다.
 

주파수 효율성

주파수는 유한하며 일반적인 QoS 기술은 이를 최대한 활용하지 못한다. 접속이 최대한으로 몰릴 때는 주파수의 상당 부분이 사용되지 않고 오히려 일부만 너무 혼잡한 상황이 벌어지기도 한다. 예를 들어, 대규모 행사 중 넓은 공공장소 근처의 기지국은 음성, 비디오, 앱 트래픽이 압도적으로 증가한다. 동시에 운영사가 스마트 계량기 판독 또는 스마트 홈 서비스 등 M2M(Machine to Machine) 용도로 설정한 대역폭은 대부분 사용되지 않는다.

이럴 때 네트워크 슬라이싱을 활용하면 가상 네트워크를 재빨리 재구성하고 리프로비저닝(Reprovisioning)해 대역폭과 다른 리소스를 M2M 용도에서 행사 참가자에게 할당해 주파수 부족을 완화하고 더 좋은 서비스를 제공할 수 있다.
 

네트워크 슬라이싱 활용 사례

네트워크 슬라이싱에 관한 논의의 많은 부분이 5G를 중심으로 이뤄지고 있다. 슬라이싱을 통해 비로소 통신사가 5G에 대해 광고했던 새로운 기능을 제공할 수 있기 때문이다. 통신사는 기업 사용자에게 단순한 연결성 외의 서비스를 제공하는 것이 얼마나 중요한지 잘 알고 있다. 그리고 상황에 따라 개인화된 가상 네트워크를 생성할 수 있는 열쇠가 슬라이싱 기술에 달려 있다. 5G 측면에서 네트워크 슬라이스 기술을 활용할 수 있는 장점은 다음과 같다.

향상된 모바일 연결: 모바일 연결은 전통적인 데이터-스마트폰 서비스다. IEEE에 따르면,
네트워크 슬라이싱을 이용하면 적당한 신뢰성과 약 10-3의 패킷 오류율을 지원하면서 데이터 속도를 극대화하는 eMBB(enhanced mobile broadband)를 구현할 수 있다. 이렇게 하면 시스템이 eMBB 연결에서 사용할 클리어 채널을 선택하고 관리할 수 있다.

mMTC(Massive Machine-To-Machine Connections): 사물 인터넷(IoT)의 이행 중 하나는 가정에 간헐적으로 통신하는 다수의 데이터 수집 기기를 배치해 이를 위한 소량의 데이터 서비스를 제공하는 것이다. 이런 연결을 mMTC라고 하는데, 낮은 지연 속도와 높은 대역폭보다는 네트워크가 다수의 저대역폭 연결을 동시에 지원해야 한다. mMTC의 핵심은 특정 무선 주파수 대역에 최대한의 도착률을 제공하면서도 패킷-오류율을 약 10-1로 허용하는 것이다. 이는 eMBB의 10-3 목표율보다 훨씬 높지만 전송되는 메시지의 크기가 작아서 충분히 용인할 수 있는 수준이다.

URLLC(Ultra-Reliable, Low - Latency Communications): 네트워크 슬라이싱을 통해 가능해진 다양한 신규 무선 서비스가 URLLC다. 연방통신위원회(FCC)에 따르면, 중요 인프라, 외과 수술 등의 의료 서비스, 커넥티드 차량, 제조 부문 등에서의 실시간 처리 조율에 대한 지원 등이 여기에 포함된다. IEEE는 이런 유형의 전송이 mMTC와 마찬가지로 간헐적이지만 상대적으로 작은 데이터 블록을 사용하고 지연 속도 요건이 엄격하므로 훨씬 높은 수준의 신뢰성(10-5의 패킷 오류율)이 요구된다고 설명했다.
 

표준의 문제

네트워크 슬라이싱 기술 자체는 QoS 및 트래픽 쉐이핑(Traffic Shaping)의 업그레이드로 볼 수 있다. 그러나 이를 실제 구현하려면 RAN(Radio Access Networking) 기술이 필요한 데, 이 기술은 여전히 상대적으로 덜 성숙한 상태다. 이를 관장하는 표준도 아직 완성되지 않았다. 에릭슨 등의 유명 무선 장비 업체도 최근에야 자사의 RAN 기술에 슬라이싱 기능을 배치하기 시작했기 때문에 이를 구현할 하드웨어가 나오려면 여전히 갈 길이 멀다.

게다가 관련된 모든 제공업체가 여전히 사전 표준 장비를 생산하고 있다. 7개의 통신 표준 개발 기관이 연합한 3GPP(3rd Generation Partnership Project)가 표준을 개발하고 있지만, 대규모 네트워크 슬라이싱 구현을 위한 핵심 스택 부분을 아직 완성하지 못했다. 더구나 같은 채널을 통해 여러 개의 신호를 주고받는 MIMO(Multiple-Input, Multiple-Output), 차량용 무선 연결의 발전, RAN 슬라이싱 자체는 모두 3GPP의 관할 범위여서 최소한 2022년 중반까지는 최종 표준이 완성되기 힘들 것으로 보인다. editor@itworld.co.kr
 


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