5G 유무선 네트워크 구조

5G 네트워크 구조에서 가장 큰 특이점은 바로 네트워크 슬라이싱 개념이 도입되었다는 점입니다.
네트워크 슬라이싱 기술은 네트워크의 물리적인 자원과 네트워크의 기능을 개별 서비스의 요구 사항에 맞추어 하나의 독립적인 슬라이스로 묶어서 제공하는 것을 의미합니다. 이렇게 하면 네트워크는 기능과 자원이 분리됨으로써 독립적으로 관리될 수 있습니다.

 

너무 어렵나요? 슬라이스는 말 그대로 조각을 의미합니다. 조각으로 나눠서 쓰면 특정 서비스의 문제가 다른 서비스에 장애로 연결되는 것을 막을 수 있습니다. 물론 특정 조각에서 트래픽이 늘어나면 다른 조각의 자원을 끌어서 쓸 수 있습니다. 네트워크 슬라이스는 기지국과 교환기를 논리적으로 통합한 네트워크를 의미합니다. 예를 들어 속도가 아주 빨라야 하는 서비스가 있을 수 있고 IoT처럼 속도는 빠르지 않아도 되지만 다수의 동시 접속을 요구하는 서비스도 있을 수 있습니다. 이런 서비스의 요구 사항에 맞추어 네트워크 자원을 보다 효율적으로 사용하기 위해 만든 개념이 네트워크 슬라이싱입니다.

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네트워크 슬라이싱 기술을 적용하면 서비스 요구 사항에 따라 네트워크 기능들을 선택적으로 조합하여 독립적이고 유연한 서비스 제공이 가능해집니다. 이동통신 사업자는 네트워크 슬라이스 기술을 이용하여 서비스에 특화된 네트워크의 자원을 독립적으로 할당할 수 있고 자원의 유연성도 확보할 수 있게 됩니다. 네트워크 슬라이싱은 SDN(Software Defined Network)/NFV(Network Function Virtualization)와 유사한 개념으로 특정 서비스에 필요한 Control Plane과 User Plane 기능을 조합하여 맞춤형으로 서비스를 제공할 수 있게 되는거죠.

 

5G의 기술적 목표가 eMBB, URLLC, mMTC라고 앞서 설명드린 바 있는데, 네트워크 슬라이싱은 바로 이러한 서비스가 요구하는 특성에 맞추어 각 서비스를 별도의 평면(Plane)으로 분할하여 제공함으로써 독립성과 유연성을 확보하겠다는 개념입니다. 네트워크 슬라이스가 가능하려면 단말기 또는 가입자를 네트워크가 어떤 슬라이스에 연결해야 하는지 구별할 수 있어야 합니다. 그리고 요구 사항이 같은 서비스들은 하나의 슬라이스 인스턴스로 묶어서 서비스를 처리하게 됩니다. 단말기가 요청하는 서비스의 속성이 같더라도 서로 다른 네트워크 슬라이스 인스턴스를 할당할 수 있으며 단말기는 하나의 기지국을 통해 여러 개의 네트워크 슬라이스 인스턴스와 동시에 연결될 수도 있습니다. 단말기가 초기에 연결될 때 기지국은 NSSAI(Network Slice Selection Assistance Information)을 통해 초기의 CCNF(Common Control Network Function)을 선택하게 됩니다. 단말기는 NSSAI를 기지국과 교환기에 제공하게 되는데 만약 단말기가 이를 제공하지 않거나 또는 제공된 NSSAI에 따라 적절한 CCNF를 선택하지 못할 경우 Default CCNF를 통해 시그널링 정보를 전달하게 됩니다. 단말기의 이동성이나 가입 정보가 변경될 경우 이미 선택된 네트워크 슬라이스는 다른 것으로 변경될 수도 있습니다. 결론적으로 이렇게 네트워크 슬라이싱 개념을 도입한 것은 서비스별로 네트워크를 논리적으로 분리하여 네트워크의 유연성을 높이는 위함입니다.

 
5G에서는 코어 네트워크 기능 중 제어 기능과 데이터 전달 기능을 분리합니다. 그리고 이렇게 분리된 기능을 클라우드 기반으로 가상화하게 됩니다. 5G에서 Edge Cloud 개념이 도입되었는데 이것은 더 빠른 데이터 처리를 위해 네트워크의 기능을 용도별로 나누어 제어 부분은 Central Cloud에 배치하고 데이터 전달과 관련된 기능은 Edge Cloud에 분산 배치한 것입니다. Edge Cloud는 기지국 근처에 위치하여 데이터의 트래픽 처리를 담당합니다. Edge Cloud의 도입 이유는 5G의 목표 중 하나인 저지연성을 달성하기 위한 것입니다. Edge Cloud에서 데이터를 처리하게 되면 중앙의 교환기의 부하는 감소하게 되고 더 빠른 결과 전달이 가능해집니다. Central Cloud는 Edge Cloud 장비를 관리하는 역할을 하고 인증이나 과금, 제어 기능 등을 수행합니다.

 

이제 5G 기지국 구조를 간단히 살펴보도록 하죠. LTE에서 Cloud 기반 기지국의 개념이 사용되었습니다. 이것은 DU(Digital Unit)을 한군데에 모아서 서비스를 한다는 개념으로 이해하시면 되겠습니다. 이렇게 DU를 한군데로 모으게 되면 중앙집중형으로 관리할 수 있어 비용 절감이 가능해집니다. 이것은 클라우드 컴퓨팅과 비슷한 개념입니다. 클라우드 컴퓨팅도 서버 자원을 데이터 센터에 집중시키고 단말기가 거기에 접속하는 구조를 가지고 있습니다. 물론 이동통신에서는 DU 이외에 단말기와의 무선 접속을 위한 RU(Radio Unit)가 별도로 있는데 안테나를 포함한 RU는 해당 서비스 지역에 설치됩니다. 그리고 DU와 RU는 전용 회선이나 Optical Fiber로 연결됩니다.

 

5G의 경우 LTE와 동일한 형태로 기지국을 구축할 경우 프런트홀의 전송 용량 증대로 엄청난 유선 구축 비용이 발생하게 됩니다. 그래서 5G의 기지국은 새로운 형태로 정의되었는데 CU(Central Unit)과 DU(Distributed Unit)으로 구성됩니다. 시스템 제조사별로 조금씩 다르긴 하지만 CU는 RAC(Radio Access Cloud)로 부르기도 하며, DU는 RAU(Radio Access Unit)와 RU(Radio Unit)로 구성됩니다. AAU(Active Antenna Unit)는 Massive MIMO를 지원하기 위한 것으로 RU와 안테나를 결합시킨 것입니다.

 

기지국의 구조와 직접적인 관련은 없지만 중요한 내용이라 한 가지 추가로 설명드리고 싶습니다. 앞서 LTE에서 설명드렸지만 단말은 특정 환경에서 여러 개의 셀이 중첩된 환경에서 서비스를 받게 됩니다. 예를 들어 매크로셀과 피코셀(또는 펨토셀)에 모두 속할 수 있습니다. 이럴 때 매크로셀에서 커버리지의 보장과 핸드오프를 수행하고, 피코셀이나 펨토셀에서 고속 데이터 전송을 제공받을 수 있는데 이것을 Dual Connectivity라고 부릅니다.