5G망을 위한 유무선 융합 네트워크 기술

Convergence of Wired and Wireless Network Technologies for 5G Networks

저자
문정모, 박노익, 이상호, 김영진 / 유무선융합구조연구실
권호
28권 6호 (통권 144)
논문구분
스마트 유무선 네트워크 특집
페이지
1-0
발행일자
2013.12.15
DOI
10.22648/ETRI.2013.J.280601
초록
미래 데이터 트래픽은 유선에서 무선으로 트래픽의 비중이 증가하고 있으며 데이터 트래픽의 규모도 급격히 증가될 것으로 예측되고 있다. 데이터 트래픽을 효과적으로 수용하기 위하여 단일한 전송 기술을 이용하는 방식 보다는 다양한 유무선 전송 기술을 기반으로 효과적으로 다양한 유무선 자원을 제어하고 상황에 따라 최적의 전송 기술을 적용함으로써 제한된 유무선 자원을 효율적으로 이용하는 기술이 필요하다. 미래 통신 네트워크는 다양한 액세스 망을 통합 관리함으로써 망구축 비용 및 운영비용을 절감하고 효과적으로 망 자원을 이용하며 새로운 요구사항을 가지는 신규 서비스에 적절히 대응하기 위하여 유연하고 지능화된 유무선 융합 네트워크 구조로 발전되어야 한다. 본 문서에서는 유무선 융합 네트워크 기술을 중심으로 지금까지 진행된 융합 기술에 대해 간단히 살펴보고 유럽을 중심으로 현재 연구되고 있는 유무선 융합 기술에 대하여 설명한다. 그리고, 2020년의 1,000배 트래픽을 수용하기 위한 5G 모바일 코어망의 요구사항에 대하여 살펴 본다.
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I. 서 론

인터넷과 웹을 기반으로 하는 다양한 멀티미디어 서비스의 등장으로 인하여 대용량의 데이터 트래픽이 증가되고 있으며, 스마트폰의 등장으로 인하여 이동통신망도 기존의 음성위주의 서비스에서 데이터 서비스가 많은 부분을 차지하고 있다. 이러한 무선통신을 이용한 데이터 트래픽은 2020년에 2010년 대비 1,000배 이상으로 증가할 것으로 예측되고 있으며 이를 대비하기 위한 다양한 기술들이 제안되고 있다[1].

현재의 3GPP(3rd Generation Partnership Project)로 대표되는 LTE(Long Term Evolution) 이동통신 혹은 IEEE802.11ac 등의 무선랜 등의 단일 무선통신 기술로는 급격하게 증가되는 데이터 트래픽을 수용하기 어려우며 새로운 무선전송 기술에 대한 연구가 필요하다. 또한 단일 무선전송 기술로 미래의 대용량 트래픽을 효과적으로 수용하기 위해서는 넓은 대역의 무선 채널을 확보해야 하며 모든 지역을 서비스 영역으로 포함하면서 대도시의 도심과 같은 대용량의 트래픽이 발생하는 핫스팟 지역도 고려해야 하는 등 가용 주파수 확보 및 투자비·운용비 측면에서 효과적이지 못하다. 그러므로, 미래의 대용량을 트래픽을 효과적으로 수용하기 위해서는 단일 무선전송 기술만을 이용하는 것보다는 현재 혹은 미래의 다양한 무선전송 기술을 이용하여 다양한 주파수 대역을 확보하는 동시에 무선 환경, 데이터 트래픽 특성 및 이동 환경에 따라 적절한 무선전송 기술을 선택하거나 동시에 적용하여 효과적으로 데이터 서비스를 전송할 수 있는 기술이 필요하다.

현재의 무선 통신에서 대용량의 데이터 트래픽의 형태를 분석해 보면 대도시의 도심지역에서 대부분이 발생하고 있고, 이를 해결하기 위하여 좁은 지역에 많은 수의 기지국이 설치되어 있으며 무선랜을 통하여 무선 트래픽을 분산처리하고 있다. 이동통신에서는 핫스팟 지역에서 데이터 트래픽을 수용하기 위하여 펨토셀을 포함하는 스몰셀 기술을 이용하여 주파수 재사용 및 전송률을 높여 트래픽을 수용하고 있지만, 광역셀과 스몰셀 간 혹은 스몰셀 사이의 주파수간 간섭 및 협력 통신에 대한 문제점이 있으며, 이동 모바일코어망의 부하를 분산하기 위한 데이터 오프로딩에 대한 연구도 진행 중에 있다. 무선랜을 이용한 핫스팟 지역에서 오프로딩도 많이 이용되고 있지만 무선랜 AP(Access Point)간의 채널 중복으로 인한 간섭 문제와 많은 수의 단말의 접속 및 데이터 서비스에 대한 서비스 품질 제공이 어려운 점 등 해결해야 할 문제점이 있다.

지금까지의 네트워크 발전 방향은 3GPP, 3GPP2 등 액세스 기술을 중심으로 각 액세스 기술별로 독립적으로 발전되어 왔으며 타 액세스망과의 접속 문제는 각 네트워크의 구조에 영향을 주지 않는 범위내에서 제한된 범위로 단순 연동의 수준에서 이루어져 왔다. 이와 같은 이유로 각각의 네트워크들은 망 구성시 구축 비용의 중복성이 발생하고 망자원을 효과적으로 이용하지 못하며 사용자에게는 액세스별로 별도의 식별자를 가져야 하는 문제점이 발생하고 있다. 그러므로, 망 자원을 효율적으로 이용하고 망 구축 비용와 운용비용을 절감하기 위하여 다양한 액세스망을 통합하여 수용하고, 사용자에게 단일한 식별자를 이용하여 네트워크에 접속하며 단일화된 제어방식과 공통된 전달망을 제공할 수 있는 유무선 융합 네트워크 기술이 필요하다.

사용자의 데이터 서비스 사용 측면에서 지금까지는 단순 웹 브라우징이나 채팅앱과 같은 메시지 서비스 혹은 유튜브와 같은 인터넷 포털을 이용한 멀티미디어 서비스가 많은 부분을 차지하고 있다. 그러나 향후 예측되는 미래 서비스들은 단순한 형태의 서버/클라이언트 구조의 점대점 전송을 이용하는 데이터 서비스 외에 M2M(Machine To Machine)의 사물통신 및 디바이스간의 직접통신이 증가될 것으로 예상되며, 멀티미디어 온라인 게임이나 원격 운전 제어등 실시간 서비스를 요구하고 전송 지연 등에 민감한 서비스들도 등장할 것으로 예상되고 있다. 서비스의 특성에 따라 미래의 유선 및 이동통신망은 단순히 사용자인 클라이언트와 정보 제공자인 서버 사이의 데이터 전달 기능을 가지는 ‘단순 파이프’ 형태에서 벗어나 사용자 데이터의 특성을 정확히 파악하고 이를 효과적으로 전달망에서 처리해 줌으로써 전송 지연 시간을 줄이고 전달망의 부하를 줄일 수 있는 지능화된 전달망 기능이 필요하다.

유무선 융합 기술은 이동망(가상 기지국 RoF 기술 포함)에 광 전달 기술을 적용하는 전송 기술의 융합도 포함될 수 있지만 본고에서는 유무선 융합 네트워크 기술을 중심으로 지금까지 진행된 융합 기술에 대해 간단히 살펴보고 유럽을 중심으로 현재 연구되고 있는 유무선 융합 기술에 대하여 설명한다. 그리고, 2020년의 1,000배 트래픽을 수용하기 위한 5G의 모바일코어망으로 적용하기 위한 기술 요구사항에 대하여 살펴본다.

II. 유무선 연동 기술

1. FMC(Fixed Mobile Convergence)

2000년 초반까지 유무선 융합 기술은 상이한 네트워크 플랫폼을 통해 동일하거나 유사한 서비스를 전송하는 기술이나 이러한 서비스를 제공하는 단말기의 통합으로 정의되었다[2]. 이러한 유무선 융합 기술은 독립적은 액세스 네트워크를 구성하고 이를 서비스 수준에서 통합하여 사용자에게 접속하고 있는 액세스 기술에 관계없이 같거나 유사한 품질의 서비스를 제공하는 것을 목적으로 하였다.

초기의 유무선 융합 기술은 다양한 액세스 기술을 통하여 음성 서비스를 제공하는 것을 목적으로 하였으며 주로 유선망 사업자를 중심으로 진행되었다. 이동통신의 발전에 따라 회선망의 유선 가입자들이 이동통신으로 이동하게 되었고, 이에 따라 유선망 사업자들이 이동전화 서비스 영역으로 서비스 영역을 확장함으로써 고객을 확보하고 전화 트래픽을 유지하고자 하는 요구에서 FMC 기술이 등장하였다[3].

유무선 융합 기술은 유선통신 서비스와 무선 통신 서비스를 기술적인 연결 없이 단순 통합형태의 요금 결합형 상품에서 시작하였다. 이후, 이동통신 단말에 무선랜인터페이스를 추가하여 동일한 무선 단말로 실내에서는 무선랜을 통한 통신서비스를 제공하고 실외에서는 이동 통신망을 이용한 통신 서비스를 제공하는 FMC 서비스로 발전하였다. FMC의 특징은 무선랜과 이동통신망 사이에 핸드오버 기능까지는 지원함으로써 이기종간 무선 액세스의 변경 시에도 끊김 없는 통화가 가능하다는 점이다.

(그림 1)

UMA 방식의 유무선 융합 기술

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FMC의 대표적인 기술로 (그림 1)의 UMA(Unlicensed Mobile Access) 방식은 이동전화, 데이터, IMS/SIP(IP Multimedia Subsystem/Session Initiation Protocol) 응용 서비스를 IP 네트워크를 이용해서 제공하는 사업으로 3GPP에서‘GAN(Generic Access to A/Gb interfaces)’란 이름으로 표준화를 진행하였으며 유럽에서 상용화된 대표적인 유무선 융합 기술이다[4]. GAN(Generic Access Network)의 대표적인 응용 서비스로는 GSM(Global System for Mobile Communications)/무선랜 이중 모드의 단말을 가지고 GSM 혹은 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)의 망을 이용해서 이동 통신 혹은 무선랜을 이용한 음성 및 데이터 서비스를 제공하는 것으로 이동통신과 무선랜 사이의 끊김 없는 서비스를 제공한다.

2. 3GPP 유무선 연동 기술

이동통신망에서도 유무선 융합을 위한 이종 액세스간 연동을 위한 표준화를 진행하고 있는데 3GPP에서는 3GPP 계열이 아닌 비3GPP망과의 이기종 간 연동을 위한 표준화는 Release 6부터 무선랜망과의 연동을 위한 작업이 이루어져 왔으며 3G LTE망과 무선랜을 포함한 비 3GPP와의 핸드오버에 대한 작업이 Release 8부터 이루어져 왔다[5][6]. 3GPP에서는 다른 무선 접속망과의 연동 시 다른 접속망이 신뢰성이 있는가의 여부에 따라 다른 연동구조를 가진다. 신뢰성이 있는 망이란 사용자가 서비스 접속 시 제공되는 네트워크 접속 보안, 무선 접속망들의 유선 구간에서의 네트워크 도메인 보안, 비 3GPP 액세스 망 내에서의 비 3GPP 도메인 보안, 사용자와 운용자간 응용 프로그램간의 응용 도메인 보안 및 이동 단말 내부에서 이루어지는 사용자 도메인 보안이 보장되는 망으로 정의할 수 있지만, 일반적으로 망운용자들의 결정에 따라서 신뢰성이 있는지에 대한 여부가 분류되기도 한다. 일반적으로 무선랜은 신뢰성이 없는 망으로 분류하며 3GPP는 무선랜과의 접속을 위하여 PDG(Packet Data Gateway)혹은 ePDG(evolved Packet Data Gateway)를 두어 신뢰성을 보장하도록 한다

무선랜 직접 IP 접근 방식인 경우 무선랜망에서 인증을 제외한 새로운 기능이 요구되지 않지만 무선랜 3GPP IP 접근인 경우 3GPP망의 자원을 이용하고 3GPP의 서비스에 접근하기 위해 새로운 망 요소와 기능들이 요구된다. 무선랜 3GPP IP 접근인 경우 신뢰성 있는 접근을 위해 이동 단말(이후 UE: User Equipment)과 3GPP망 사이에 보안 경로 설정 과정을 수행한다. UE는 무선랜망에 접속시 할당된 IP 주소를 이용해 IPSec 터널을 PDG와 설정하며 IPSec 터널 설정 과정의 마지막 절차에서 3GPP망 내 서비스 이용 시 사용될 IP 주소가 할당된다. 무선랜 연동을 위한 망 요소에 대한 간단한 설명은 다음과 같다.

무선랜 3GPP IP 접근인 경우 사용되는 WAG(WLAN Access Gateway)는 PDG로 패킷에 대한 라우팅을 수행하며 과금 정보를 수집하고 패킷에 대한 필터링을 담당한다. PDG는 UE가 이용하는 서비스의 종류에 따라 운용자의 홈망이나 방문망에 위치하며 UE에게 IP 주소를 할당하며 외부망과 UE 사이의 패킷에 대한 라우팅을 담당하고 UE에게 기본 라우터로 동작한다.

3GPP망과 비 3GPP망과의 핸드오버에 대한 연구는 3GPP에서 기존 3세대 시스템과 비교하여 고품질의 다양한 서비스를 제공할 수 있는 차세대 이동망에 대한 표준화를 위해 논의되었던 SAE(System Architecture Evolution)에서 시작되었다. SAE에서는 비 3GPP망과의 핸드오버를 위한 앵커 기능을 담당하는 노드로 SAE 앵커를 두고, 이 노드를 이용하여 신뢰성이 있는 비 3GPP IP 접속망 혹은 ePDG(evolved PDG, UTRAN의 PDG 기능)와 연결된 신뢰성이 없는 비 3GPP IP 접속망들과의 핸드오버를 제공한다.

비3GPP망과의 핸드오버에 대한 구체적인 논의는 TS23.402에서 이루어지고 있으며 현재 규격에 대한 마지막 정리 작업이 이루어지고 있다. 3GPP에서는 차세대 이동통신 기술인 3GPP LTE를 정의하였고 3GPP LTE를 위한 차세대 이동통신망 기술인 EPS(Evolved Packet System)를 정의하였다. 차세대 비 3GPP망과의 핸드오버는 EPS에서 정의되어 있으며 기본적으로 IETF의 이동성 방법을 이용하여 비 3GPP망과의 이동성을 제공하도록 설계되어 있다. EPS는 망기반의 이동성 제공 기법인 PMIP(Proxy Mobile IP)과 호스트 기반의 이동성 제공 기법인 MIP(Mobile IP) 혹은 DSMIPv6 (Dual Stack Mobile IPv6)를 지원한다. 기본적인 설계 목표는 망 접속 시 인증 및 권한 검증으로 인한 핸드오버 지연 시간을 줄이며 사용자 트래픽의 라우팅 경로를 최적화하기 위해서 라우팅 경로가 홈망을 경유하지 않아도 되는local breakout을 지원하도록 되어 있다. UE는 동시에 두 개 이상의 무선망에 접속하는 듀얼 라디오 방식과 한 순간에 하나만의 무선망에만 접속하는 싱글 라디오 방식을 가질 수 있고 두 가지 형태에서 핸드오버가 수행되어야 한다.

(그림 2)

비 3GPP 망과의 핸드오버를 위한 망구조

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(그림 2)는 비 3GPP 망과의 핸드오버를 제공하기 위한 망구조를 보여준다. MME(Mobility Management Entity)는 UE의 이동성을 관리하기 위한 노드로 인증과 권한 검증을 전달 혹은 수행하며 유휴모드의 UE에 대한 위치 관리와 보안 협상들을 수행한다.

3. 3GPP와 BBF 연동 기술

3GPP와 브로드밴드 포럼(BBF: Broadband Forum)은 유무선 융합을 위해 2010년 워크숍 후 유무선 융합을 위해 요구사항, 구조, 보안 및 운영 보전에 대한 정의를 위해 3GPP에서 작업을 표준작업을 수행하였다. 표준화 작업으로 나온 시스템 구조는 BBF 액세스와의 연동을 위한 구조로 기본 연결, 이동성, 인증, 권한 검증, 서비스 품질, IP 플로 이동성, 데이터 오프로딩과 융합에 대한 부분을 정의하고 있다[7]. 이 유무선 융합 구조에서는 BBF 액세스 망을 통하여 무선랜 AP 혹은 H(e)NB (Home (evolved) Node B)를 연결할 수 있는 구조를 제안하며 무선 데이터 트래픽은 EPC(Evolved Packet Core)를 통하거나 데이트 오프로딩 시에는 BBF 액세스를 통하여 외부망과 연동된다.

(그림 3)

비 신뢰 BBF를 위한 EPC 연동 구조

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(그림 3)은 3GPP EPC와 BBF와의 로밍이 아닌 망 참조모델로 데이터 트래픽은 EPC망을 경유하는 구조이다. Gxc는 S5 구조가 PMIP일 경우에만 사용되며 서비스 품질에 관련된 정보와 과금 정책에 관련된 정보를 전달한다. PGW(Packet Data Network Gateway)는 BBF 구조에서 BPCF(Broadband Policy Control Function)를 통하여 접속할 경우 S2b 인터페이스를 통하여 UE가 사용할 IP 주소를 할당한다. S9a는 3GPP의 PCRF(Policy and Charging Rules Function)와 BBF의 BPCF사이에 정의된 인터페이스로 같은 사업자 혹은 다른 사업자의 관계가 있으며 PCRF로부터 시작되는 세션에 대한 제어 인터페이스로 서비스 품질에 대한 제어 정책과 IP 터널 정보 및 BBF의 FQDN(Fully Qualified Domain Name)에 관련된 정보를 포함한다.

III. 유럽 유무선 융합 기술 동향

유럽은 ‘Future Networks(이하 미래 네트워크)’ objecttive 1.1 이란 이름으로 미래 네트워크 기술에 대한 연구과제를 진행하고 있으며 2007년부터 현재까지 총 128개의 과제에 56억 유로의 연구비를 투입하고 있다[8]. 미래 네트워크 과제들은 미래 네트워크 구조 및 네트워크 관리(Future Internet Architectures and Network Management), 무선 액세스와 스펙트럼(RAS:Radio Access and Spectrum) 및 융합 및 광 네트워크(CaON: Converged and Optical Networks)로 분류하여 관리하고 있다. 해마다 새로운 프로젝트들이 시작되며 (그림 4)와 같이 2013년에는 Call 8(200년 Call 1 시작)이 시작되었다.

(그림 4)

Call 8 연구과제 분류

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미래 네트워크 과제는 에너지 집약적인 미래 네트워크 구조와 이종 액세스인 광대역 이동, 유선 및 무선 네트워크의 융합과 상호 운용성을 목적으로 다양한 분야에 대한 연구를 진행하고 있다. 이 연구 분야에서 Call 8에 속하는 과제들 중 유무선 융합 기술과 관련된 과제들에 대한 연구 내용을 분석하고 소개한다[9].

1. COMBO(COnvergence of fixed and Mobile BrOadband access/aggregation networks)

COMBO는 유선 및 이동 광대역 액세스를 통합하는 네트워크 구조와 기술을 연구하는 프로젝트로 에릭슨, 알카텔-루슨트, 오렌지 및 다수의 기업과 연구소가 참여하고 있다. 현재의 유선과 이동 네트워크는 여전히 구조적으로 분리되어 있으며 각각의 액세스 기술에 따라 서로 배타적인 표준화가 이루어져 오고 있으며 이 결과 유무선 융합 기술은 서비스 수준에서만 구현되는 문제점이 존재한다. 이를 해결하고자 COMBO는 유무선 융합을 네트워크 수준에서 처리하여 사용자에게 끊김 없는 최적의 서비스 체감을 제공하며 최적화된 유무선 네트워크를 구성함으로써 전체 네트워크의 성능을 향상시키고 비용을 줄이며 에너지 집약적인 네트워크 구조와 기술 제안을 목적으로 하고 있다.

(그림 5)

COMBO가 고려하고 있는 연구 범위

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(그림 5)는 COMBO가 고려하고 있는 연구 범위의 영역이다. COMBO는 유선 액세스, 무선랜 등의 무선 액세스 및 2G/3G/4G 및 5G의 이동 액세스를 수용하는 것을 목적으로 하며 이동 코어망과 고정 액세스망의 기능들도 연구범위의 대상이다.

COMBO는 유무선 융합 네트워크를 위한 새로운 네트워크 개념으로 유선 액세스망과 이동 액세스망을 동시에 수용하는 NG-POP(Next Generation Point of Presence)을 제안하며 이 NG-POP에서 유무선 융합을 위한 필수적인 기능, 장비와 구조에 대한 정의를 하고 있다. 제안하는 FMC 네트워크 구조는 비용, 에너지 소비, 전송 성능, 지연, 서비스 품질에서 성능이 우수해야하며 부가적으로 네트워크 사업자와 서비스 제공자에게 개방성과 유연성을 목적으로 한다.

연구의 주요 사항은 다음과 같다

• CAPEX(Capital Expenditures) 및 OPEX (Operating Expenses)에 대한 비용 절약

• 급격히 증가하는 데이터 트래픽 및 다양하게 변경되는 응용 서비스에 대한 대처

• 유선과 이동 네트워크의 서로 상이한 요구사항에 대한 네트워크 구조 접목

• 네트워크의 지능화

• 멀티 네트워크 사업자와 멀티 제조사 환경 지원

• 네트워크의 지속적인 성능 추적 및 관리

• 에너지 절약

(그림 6)

COMBO 구조

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(그림 6)은 COMBO에서 제안하는 구조이다. NG-POP은 유선망은 ONT/OLT의 PON(Passive Optical Network) 구조로 광노드들을 중앙집중적으로 수용하여 광가입자들을 제어하고, 이동기지국들은 RU-DU (Radio Unit-Digital Unit)의 구조를 이용해 NG-POP에서 DU 기능의 BBU 풀을 제공하여 무선 자원에 대한 할당 및 제어를 담당한다. NG-POP은 이종 액세스인 Wi-Fi와 이동 액세스 사이의 협력 기능을 제공하여 다양한 액세스 구간에 대한 집중화를 제공한다. 또한 이동통신망의 코어 노드들에 대한 기능을 분산 수용하고 인터넷망에 있는 콘텐츠를 NG-POP으로 지역화함으로써 처리 성능을 높일 수 있는 분산 구조를 제안하고 있다.

COMBO는 위와 같은 개념으로 무선랜과 이동망 사이의 유연한 핸드오버를 제공할 수 있으며 필요에 따라 데이터 오프로딩도 쉽게 제공할 수 있다. NG-POP은 다양한 이종 액세스를 하나의 네트워크 요소에 수용함으로써 유선 과 무선 액세스에 대한 단일한 접속 게이트 웨이를 제공할 수 있으며 모든 단말 사용자에게 최적화된 콘텐츠 전송을 가능하게 할 수 있는 장점이 있다.

2. CROWD(Connectivity management for eneRGy Optimised Wireless Dense network)

CROWD는 데이트 트래픽이 급격히 발생하는 핫스팟 지역에서 최적화된 연결 관리, 에너지 절약, 백홀 기술 및 IEEE 802.11과 3GPP LTE의 MAC(Media Access Control)의 수정을 통한 성능 향상을 목적으로 한다. CROWD는 매해 두 배씩 증가하는 무선 사용자의 수용에 대한 문제와 최상의 서비스 품질과 고속의 전송 속도 제공을 위하여 스몰셀의 밀도를 증가하고 이기종들의 무선전송 기술을 이용하여 해결하고자 하며 이 CROWD는 대용량의 트래픽을 수용하고 자원을 효율적으로 이용하는 기술을 연구한다.

(그림 7)

CROWD 네트워크 구성도

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(그림 7)은 CROWD의 네트워크 구성도이다[10]. CROWD 셀은 광역 지역을 커버하는 매크로 셀과 스몰셀로 구성되며 네트워크 사업자가 관리할 수 없는 Wi-Fi를 포함한다. 또한 높은 밀집도를 가진 핫스팟 지역의 특성상 재구성이 가능한 동적 백홀의 문제도 다루고 있으며 액세스 노드와 코어 노드(게이트웨이) 사이에 정적구성 형태가 아닌 2계층의 기능 분담과 동적 기능이 기지국과 백홀 노드에 할당된다. 이동 단말이 초기 접속지점이 아닌 다른 셀로 이동할 때 발생하는 삼각 라우팅의 문제인 이동성 프로토콜의 특성상 중앙 집중적인 제어 방식이 필요한 문제와 단말 별로 이동성을 제공해야 되는 문제를 해결하기 위하여 분산 방식의 이동성 에이젼트를 두어 분산 제어와 연결 관리를 수행하는 방법을 연구하고 있다.

3. MCN(Mobile Cloud Networking)

MCN은 이동 네트워크, 계산 능력, 저장 기능들을 단일 서비스로 구성하여 사용자에게 일괄적으로 제공할 수 있는 기술을 목적으로 한다. 현재의 클라우드 컴퓨팅은 데이터 센터에서 주로 이루어지고 있으며 이동망에 적용하여 상용화 하기에는 이동망의 클라우드 기술이 부족한 상황이다. 이동망은 클라우드 서비스를 제공하기에는 신뢰성이 적으며 네트워크 인프라를 공유할 수 있는 기술이 부족해 가상 이동 사설망 사업자(MNVO:Mobile Virtual Network Operator)와 같은 모델을 적용하기가 힘든 문제가 있다. 또한, 이동 네트워크는 전형적인 회선서비스를 제공하는 IMS 기반의 서비스 외에 다른 신 서비스를 제공하지 못하고 있으며 인터넷 포털 서비스와 연동하지 못하는 문제로 단순 데이터 패킷의 전달 역할만을 수행하여 더 이상의 수익을 창출하지 못하는 문제에 직면하고 있다.

(그림 8)

이동 클라우드 네트워크 구조 개념도

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MCN은 일관되고 단일한 이동 클라우드 컴퓨팅 서비스를 제공하기 위하여 이동통신 네트워크, 컴퓨팅 기술과 저장 장치들을 하나로 묶어 요구 시 번들 개념으로 제공할 수 있는 기술에 대한 연구를 수행하고 있다. 효율적인 이동 클라우드 컴퓨팅 서비스를 제공하기 위하여 이동 네트워크 구성 노드의 기능 분산화와 컴퓨팅 기능의 분산을 통하여 데이터 전송에 대한 지연 시간을 줄이고 이동 백홀에 대한 비용을 줄이는 동시에 저장 장치의 지능화를 통하여 필요 시 동적 구성이 가능한 이동 클라우드 네트워크 구조를 제안하고 있다. (그림 8)은 이동 클라우드 네트워크 구조에 대한 개념도이다[11].

MCN은 클라우드 기반 이동 네트워크 구조를 설계하고 이동 가입자에게 이동 클라우드 서비스를 제공할 수 있는 상용화가 가능한 사업 모델을 연구 목적으로 한다. 이동 네트워크는 3GPP LTE/EPC를 기반으로 BBU pool 기반 RAN(Radio Access Network) 가상화 서비스(RaaS: RAN as a Service), EPC 기반의 가상화 서비스(EPCaaS: EPC as a Service) 및 이동성에 대한 분산화까지를 연구 목표로 정하고 있다.

IV. 5G 코어망 기술 요구사항

현재 2020년에 등장 예정인 5G에 대한 서비스와 시스템에 대한 요구사항에 대한 연구가 시작되는 단계에서 5G 코어망에 대해 다양한 요구 사항이 나올 수 있지만 5G는 셀룰러 기반의 새로운 무선 전송 기술과 다양한 무선 전송 액세스를 수용하여 사용자에게 1Gbps급의 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 5G의 요구사항을 고려한 미래 유무선 융합 네트워크에 대한 요구사항은 다음과 같이 분석할 수 있다.

• 대용량 트래픽과 소형셀을 수용하기 위한 광기반 분산 네트워크 기술

• 이동성 지원을 위한 터널링 기반의 중앙 집중적인 트래픽 처리 구조에서 분산 트래픽 처리 기술

• 무선접속기술과 네트워크간의 기술종속성을 배제, 액세스 기술별 개별망 구조에서 다양한 액세스를 수용하는 융합 네트워크 기술

• 개별망에 독립적으로 적용되고 있는 상이한 접속제어(인증), 트래픽제어, 이동성제어 등의 제어메커니즘 단일화 기술

• 이종 무선자원에 대한 단일화된 관리 및 효율적인 자원 할당 기술

• 망 자원 이용의 유연성 확보 및 개방화를 통한 VNO 진입의 용이성 확보를 위한 네트워크 동적 가상화 실현

• 단순 파이프 형태의 네트워크 전달망에서 부가가치를 생성하는 콘텐츠 네트워크 기술

V. 결론

초기의 유무선 융합 기술은 유선 통신 서비스와 무선 통신 서비스들 사이에 시장을 점유하기 위해 유무선 액세스와 관계없이 같은 종류의 서비스를 제공하는 것을 목적으로 발전하였지만 이중 모드의 단말에 대한 요구사항과 통신 인프라의 부족 등으로 인하여 많은 시장을 차지하지는 못했다. 스마트폰의 등장으로 인하여 이동단말은 다양한 인터페이스를 지원하고 있고 데이터 트래픽의 급격한 증가로 인하여 유무선 융합 기술에 대한 요구가 증가하고 있다.

4세대 이후에 등장하는 5세대 네트워크는 폭발적으로 증가하는 이동 데이터 트래픽을 수용하고 다양한 미래 서비스를 수용하여야 한다. 가용한 통신 주파수 대역은 이미 포화 상태에 도달하는 등 단일한 전송 기술만을 적용하여 폭발적으로 증가하는 데이터 트래픽을 수용하는 방식 보다는 다양한 유무선전송 기술을 기반으로 효과적으로 다양한 유무선 자원을 제어하고 비용, 서비스 종류 혹은 이동 특성 등 상황에 따라 최적의 전송 기술을 적용함으로써 제한된 유무선 자원을 효율적으로 이용하는 기술이 필요하다. 본고에서는 이러한 데이터 트래픽을 다양한 전송 액세스들로 수용하기 위한 기술에 대해서 살펴 보았고 다양한 서비스를 수용하기 위한 연구들에 대해 설명하였다. 미래 네트워크 기술은 다양한 액세스를 수용하고 다양한 서비스를 제공할 수 있기 위하여 유무선 융합의 지능화된 네트워크 기술로 발전되어야 할 것이다.

용어해설

스몰셀 실내나 음영지역등 좁은 범위의 셀영역을 가지며 낮은 무선 전송 파워를 가지는 셀, 광역셀의 상대적인 개념으로 무선 주파수 재사용 및 이동코어망의 부하 경감등 데이터 트래픽을 분산처리용을 이용되며 스몰셀 기술은 이동통신의 핵심 기술중의 하나임.

3GPP Release 3GPP 개발자들에게 구현을 위한 안정적인 플랫폼을 제공하기 위한 목적으로 구분되며 새로운 기능을 추가하는 기준으로 이용

브로드밴드포럼 광대역 유선 솔루션을 제공을 목적으로 하는 국제 조직으로 제조사, 서비스 제공자와 사용자의 요구를 만족하는 융합 패킷 네트워크에 관련된 기술을 주도, 광대역 패킷 네트워킹에 대한 상호 운용성, 구조 및 관리 기술에 대한 표준화를 진행

약어정리

3GPP     3rd Generation Partnership Project

AP       Access Point

BBF      Broadband Forum

BBU      Base Band Unit

BPCF     Broadband Policy Control Function

CaON     Converged and Optical Networks

CAPEX    Capital Expenditures

DSMIPv6  Dual Stack Mobile IPv6

EPC      Evolved Packet Core

EPCaaS   EPC as a Service

ePDG     evolved Packet Data Gateway

EPS      Evolved Packet System

FMC      Fixed Mobile Convergence

FQDN     Fully Qualified Domain Name

GAN      Generic Access Network

GSM      Global System for Mobile Communications

H(e)NB   Home (evolved) Node B

IETF     Internet Engineering Task Force

IMS/SIP  IP Multimedia Subsystem/ Session Initiation Protocol

IPSec    IP Security

LTE      Long Term Evolution

M2M      Machine To Machine

MAC      Media Access Control

MIP      Mobile IP

MME      Mobility Management Entity

MNVO     Mobile Virtual Network Operator

NG-POP   Next Generation Point of Presence

OPEX     Operating Expenses

PCRF     Policy and Charging Rules Function

PDG      Packet Data Gateway

PGW      Packet Data Network Gateway

PMIP     Proxy Mobile IP

PON      Passive Optical Network

RaaS     RAN as a Service

RAN      Radio Access Network

RAS      Radio Access and Spectrum

RU-DU    Radio Unit – Digital Unit

SAE      System Architecture Evolution

UMA      Unlicensed Mobile Access

UMTS     Universal Mobile Telecommunication System

WAG      WLAN Access Gateway3GPP

[1] 

3GPP, 3GPPRAN-on Release 12 onward Workshop, 2012. 6.

[2] 

정인억 박상현, “유무선 융합서비스 발전과 정책이슈,” KISDI 이슈리포트, 2007.

[3] 

유재황 외 2인, “유무선 융합망의 현황 및 전망”, Telecommunication Review, 제18권 4호, 2008. 8, pp. 639-646.

[4] 

http://www.tacs.eu/Analyses/Wireless%20Networks/UMA/uma.htm

[5] 

3GPP TS 23.234 v. 8.0.0, “3GPP system to Wireless Local Area Network (WLAN) interworking; System description,”

[6] 

3GPP TS 23.402 v. 12.2.0, “Architecture enhancements for non-3GPP accesses.”

[7] 

3GPP TR 23.839v. 12.0.0, “Study on support of Broadband Forum (BBF) access Interworking,”

[8] 

http://cordis.europa.eu/fp7/ict/future-networks/

[9] 

D. Breuer et al., “Challenges in Fixed / Mobile Converged broad band access networks,” Future Netw. & Mobile Summit 2013.

[10] 

http://www.ict-crowd.eu/

[11] 

M. Fitch, “Supporting mobility in the RAN cloud,” Wireless World Research Forum (WWRF) Meeting 29, Berlin, Germany, 23-25 Oct. 2012.

(그림 1)

UMA 방식의 유무선 융합 기술

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(그림 2)

비 3GPP 망과의 핸드오버를 위한 망구조

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(그림 3)

비 신뢰 BBF를 위한 EPC 연동 구조

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(그림 4)

Call 8 연구과제 분류

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(그림 5)

COMBO가 고려하고 있는 연구 범위

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(그림 6)

COMBO 구조

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(그림 7)

CROWD 네트워크 구성도

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(그림 8)

이동 클라우드 네트워크 구조 개념도

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