5G 네트워크를 위한 이동성 관리 기술동향

Trends of Mobility Management Technologies for 5G Network

저자
서지훈, 강유화, 김재호, 전선미, 박노익 / 5G코어네트워크연구실
권호
31권 1호 (통권 157)
논문구분
초연결 통신인프라 기술 특집
페이지
14-24
발행일자
2016.02.01
DOI
10.22648/ETRI.2016.J.310102
초록
최근 ITU-R의 5G 서비스 및 성능 요구사항의 기준을 시작으로 각 표준화 단체 및 국가에서는 2020년을 목표로 5G에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이 논문은 5G 서비스 및 기술적인 요구사항을 충족시킬 수 있는 네트워크 구조의 동향에 대해 살펴보고, 특히 5G 네트워크를 위한 이동성 관리 기술동향을 소개한다. 또한, 기존 4G 네트워크의 중앙집중형 이동성 관리 기술이 5G 서비스를 제공하는 데에 어떤 단점이 있을지에 관해 기술한 다음, 분산형, 평면형 이동성 관리 기술로 대표적인 Locator-Identifier Separation Protocol(LISP)과 Distributed Mobility Mana-gement(DMM) 기술을 소개하여, 각 이동성 관리 기술의 특징 및 장단점을 비교한다. 마지막으로, 5G에서의 이동성 관리 기술 요구사항을 도출하여, LISP과 DMM의 적용 가능성을 분석하여 최적의 5G 이동성 관리 기술을 도출하는 데 도움을 주고자 한다.
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Ⅰ. 서론

LTE로 대표되는 4G는 이동통신 시장에서 크게 성공하였으며 현재 빠르게 보급되고 있다. 한편 LTE를 표준화한 3GPP에서는 Rel-13 표준부터 ITU-R의 IMT-2020 기준을 만족하는 새로운 기술에 대해 논의하고 있으며, 통상적으로 이를 5G 기술 중의 하나로 볼 수 있다.

3GPP 뿐만 아니라 여러 표준화 단체와 제조사, 통신사업자들도 5G에 대한 논의를 진행하고 있으며 현재까지는 주로 무선 전송에 대한 KPI, 요구사항들이 제안되었다.

ITU-R에서는 5G 주요 서비스들이 갖는 특징을 크게 세 가지로 정리하였으며, 차례대로 Enhanced Mobile Broadband, Massive Machine Type Communications(MTC), Ultrareliable and Low Latency Communications 이다[(그림 1) 참조]. 5G 주요 서비스들은 ① 더 큰 대역폭을 요구하거나 ② 많은 수의 MTC 장비들이 연결되거나 ③ 고신뢰, 저지연을 요구하는 특징을 가지며 서비스에 따라 2개 이상의 특성을 동시에 나타낼 수도 있다[1].

(그림 1)

IMT-2020 Usage Scenarios[1]

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이러한 상황에서, 5G 주요 서비스들이 요구하는 이동성 관련 요구사항은 4G에서의 그것과 차이가 있을 수 있다. 예를 들어 MTC 서비스의 경우 원격 계량기와 같은 다수의 MTC 장비는 이동성 관리를 필요로 하지 않는다. 하지만 현재 LTE 네트워크의 경우 서비스를 받기 위해 단말이 켜지면 그 순간부터 네트워크에 의해 이동성 관리가 수행되며 이를 위해 단말과 네트워크가 많은 시그널링을 주고받아야 한다. 5G에서는 MTC 단말과 같이 이동성 관리를 필요로 하지 않거나 제한된 이동성 관리만을 필요로 하는 단말에 대하여 차등적으로 이동성을 제공할 수 있어야 할 것이다.

원격 수술, 원격 운전 등 저지연 통신을 해야 하는 서비스의 경우 지연 시간에 매우 민감한데, 현행 LTE에서는 액세스 네트워크인 Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)뿐만 아니라 코어 네트워크인 Evolved Packet Core(EPC)에서 발생하는 지연이 커서 저지연 서비스가 요구하는 수 ms 수준의 지연시간을 만족하기 어렵다. EPS에서의 지연은 대부분 시그널링 때문에 발생하며, 그중에서 EPC 코어 네트워크에서는 이동성 제공 등을 위해 사용되는 GPRS Tunneling Protocol(GTP) 터널링 시그널링이 상당한 부분을 차지한다.

또한, 고해상도 비디오, 스마트 오피스, 방송 관련 서비스 등 사용자에게 높은 대역폭을 제공해 줄 것으로 생각되는 5G 서비스를 위해서는, 대역폭 확대를 위한 이기종 액세스 망에 대한 통합 기술을 필요로 한다. 5G를 도입할 때 4G evolution 액세스와 Fixed/WiFi와 같은 Non-3GPP 액세스 등 기존의 액세스 기술과 5G를 위해 새롭게 등장하는 New RAT을 포함한 Multiple Radio access Technology(Multi-RAT)를 어떻게 지원할 것인지에 대해 Next Generation Mobile Networks(NGMN)는 3가지 옵션을 제시하고 있다[(그림 2) 참조].

(그림 2)

액세스 기술 도입 방안[2]

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첫 번째 옵션은 LTE의 코어인 EPC에서 New RAT도 지원하는 방안으로, 4G RAN의 수정이 불필요하고 변혁적인 5G 네트워크 기능들을 새로 만들 필요가 없다는 장점이 있지만 모든 새로운 use case에 대해 레거시 패러다임에 종속된다는 단점이 있다.

두 번째 옵션은 4G evolution 액세스와 New RAT을 각각 EPC와 5G Network function이 담당하는 것으로, 4G RAN 수정이 불필요하고 5G Network function에 가상화 등의 새로운 기술을 적용하여 New RAT을 최적으로 지원할 수 있다는 장점이 있지만, 이러한 최적화가 New RAT 커버리지에만 적용될 수 있다는 것과 4G-5G 간 이동성 지원에 시그널링 부담이 클 것이라는 단점이 있다.

세 번째 옵션은 5G Network function이 New RAT뿐만 아니라 4G evolution RAT과 Fixed/Wi-Fi 까지도 지원하는 방안으로, 5G Network function이 4G-5G 간 이동성을 지원하기 때문에 별도의 인터페이스/시그널링이 필요하지 않고 New RAT과 4G evolution 액세스 모두 5G Network function의 새로운 기능들로 인한 이득을 볼 수 있다는 장점이 있으나, 4G evolution 액세스가 5G Network function에 연결되기 위해 약간의 수정이 필요할 것으로 예상된다. NGMN은 세 옵션 중 이 세 번째 옵션이 가장 바람직할 것으로 보고 있다.

가장 바람직한 방향으로 논의되는 세 번째 옵션에 따르면 5G 네트워크가 셀룰러뿐만 아니라 Wi-Fi, 유선 액세스까지 수용하는 단일망으로 발전하여야 하고 이에 따라, 다양한 액세스 네트워크 사용 시나리오를 효과적으로 지원할 수 있는 새로운 이동성 관리 기술도 필요할 것이다.

Ⅱ. 이동성 관리 연구동향

4G 네트워크의 이동성 관리 기술은 Mobility Management Entity(MME)라는 엔티티와 Serving Gateway(S-GW), Packet Data Network Gateway(P-GW) 등의 이동성 앵커(mobility anchor)에서 이동성을 관리하고 트래픽을 처리하는 중앙 집중형 이동성 관리 기술(Centralized MM)이다. 로컬 네트워크 내에서 처리될 수 있는 트래픽도 모두 앵커 포인트를 통해 전달되어야 하며, 앵커 포인트가 failure 상태에 있으면 통신을 할 수 없는 Single Point of Failure(SPOF) 문제가 발생한다. 또한, 이동성 관리 기능을 선택적으로 제공하는 것이 불가능하여 이동성 관리가 필요하지 않은 노드에도 일관적으로 이동성 관리를 제공하고 있다. 이처럼, 중앙 집중형 이동성 관리 기술은 계층적인 망 구조를 기반으로 하기 때문에 급격히 증가하는 모바일 인터넷 트래픽 수요를 감당하기 어렵고, 트래픽이 앵커 포인트로 집중되어 확장성이 낮다.

5G 네트워크는 기존 4G 네트워크의 중앙집중형, 계층형 구조와 다르게 분산형, 평면형 구조를 채용할 것으로 예상된다. 본 장에서는 대표적인 분산형, 평면형 이동성 관리 기술인 Locator-Identifier Separation Protocol(LISP)과 Distributed Mobility Management(DMM)에 대해 살펴보기로 한다.

1. LISP

가. 등장 배경

전통적인 인터넷은 IP 주소라는 단일 주소 체계를 통해 노드 식별과 라우팅의 두 가지 기능을 수행하고 있는데, 이로 인해 멀티호밍, 트래픽 엔지니어링, 집약 불가능한 주소 할당 & 관리 등으로 인한 인터넷 Default-Free Zone(DFZ)의 급격한 증가 측면에서 많은 단점을 가지고 있다.

또한, 주소 자원 측면에서 바라보면 IPv4 주소가 고갈되어 기존의 IPv4 주소를 더 잘게 나눠 사용하게 되어 IP주소 집약이 어려워졌고, IPv6에서도 비슷한 문제가 존재했다.

그러던 중, 2006년 10월 열린 Internet Architecture Board-Routing and Addressing Workshop에서 인터넷 라우팅 테이블이 커짐에 따라 발생하는 문제점을 인식하고 이를 해결하기 위해 위치자와 식별자를 분리하기 위한 연구를 시작했다[3].

큰 규모의 네트워크에서도 라우팅이 잘 동작하려면, 위치자는 토폴로지에 맞게 할당되어야 하고 토폴로지가 변경되면 위치자도 변경되어야 하는데, LISP는 식별자(Endpoint Identifier: EID)와 위치자(Routing Locator: RLOC)를 분리함으로써 이 사항을 만족한다.

나. 개요

LISP은 기존의 IP 주소가 담당했던 노드 식별과 라우팅의 두 가지 기능을 식별자와 위치자인 EID와 RLOC으로 분리하여[(그림 3) 참조], 전통적인 IP 주소 구조에 비해 다양한 장점이 있다.

먼저 LISP은 네트워크 기반 기술이기 때문에 이동성 관리를 단말이 아닌 네트워크가 수행한다. 또한, 단말의 수정을 필요로 하지 않기 때문에 현재 보급된 장치를 수정하지 않고도 도입할 수 있으며, 이때 네트워크는 장치의 IP 주소를 EID로 간주하여 동작한다.

다른 장점으로는, 하나의 EID가 여러 개의 RLOC과 매핑될 수 있기 때문에 이를 이용하여 동시에 여러 네트워크에 접속하는 멀티호밍(multi-homing)을 지원할 수 있다. 이를 이용하여 네트워크 장애에 대비할 수 있고, 각 RLOC별로 priority와 weight를 설정할 수 있어서 부하 분산(load balancing)에도 활용할 수 있으며, make-before-break 등의 기법을 이용하여 더 향상된 이동성을 제공할 수도 있다.

(그림 3)

LISP 개요[4]

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* PETR & PITR(PxTR)

다. LISP-MN

LISP-MN기술은 식별자(EID)와 위치자(RLOC)를 분리하여 사용하는 LISP 기술을 이용하여 이동성(mobility) 기능을 제공하는 기술로, 2009년에 제안되었다[4][5].

LISP-MN 지원 단말은 자체적으로 하나의 LISP site 로 동작하며, 동작 개요는 다음과 같다. LISP-MN 지원 단말이 켜지면 내부적으로 EID를 할당받고, 내장된 ETR & ITR(xTR)은 Provider로부터 IP 주소(RLOC)를 할당받은 뒤 EID-RLOC 매핑을 만들어 Map-Server[6]에 등록한다[(그림 4) 참조]. 단말이 다른 지역으로 이동하면 RLOC은 변경되지만 EID는 그대로 유지되므로 이 EID를 이용하여 상대 노드(Correspond Node: CN)와 끊김 없이 통신할 수 있다.

(그림 4)

EID-RLOC 매핑 등록[4]

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LISP-MN 기술은 단말에 LISP 기능(xTR 등)을 탑재하고 단말이 이동성 제어를 실시하기 때문에 호스트 기반 이동성 관리 기술이며, 추가적으로 Map-Resolver, Map-Server 등의 네트워크 엔티티를 필요로 한다.

LISP-MN에서는 control plane과 data plane이 분리되어 있으며, Proxy Ingress Tunnel Router(PITR)/Proxy Egress Tunnel Router(PETR)와 같은 엔티티를 이용하여 non-LISP site에 있는 노드와도 통신할 수 있다.

라. 한계

LISP은 위치자와 식별자를 분리하여 scalability 문제를 해결하고 추가적으로 multi-homing, mobility 기능을 제공하는 데에 사용될 수 있다. 하지만 이 기술이 전 세계의 인터넷 범위에서 의미 있게 동작하려면 Ingress Tunnel Router(ITR), Egress Tunnel Router(ETR), Map-Server(MS), Map-Resolver(MR) 등의 엔티티가 전 세계의 인터넷에 설치되어야 하며, ITR, ETR에 트래픽이 일시적으로 집중될 여지가 있다. 또한, non-LISP site와 통신하는 경우에는 PITR, PETR을 이용하여 통신하는 방법이 제안되었으나 이 PITR, PETR이 일시적으로 anchor point로 작동하기 때문에 트래픽 집중, SPOF, 비최적 경로, 삼각 라우팅 등의 문제가 발생할 수 있다. 그리고 LISP-MN은 각 모바일 노드가 ITR과 ETR을 내장하고 LISP의 제어 기능을 모두 처리해야 하는 단말 기반 이동성 기술이기 때문에 단말의 컴퓨팅 능력, 전력 소모 등을 고려하면 바람직한 방향은 아니다.

2. DMM

가. 개요

DMM의 개념은, 단일 이동성 앵커(Mobility Anchor: MA)를 없애고 단일 MA가 담당하던 기능들을 네트워크 곳곳에 분산하여 다수의 MA들이 독립적으로 자신의 영역에 위치한 단말들의 이동성 관리를 지원하도록 하는 것이다. 2012년에 IETF에 Working Group이 만들어진 이후 두 개의 RFC(RFC 7333, RFC 7429)[7][8]가 발표되었으며, 현재 다양한 Internet Draft들이 업데이트되고 있다.

현재 DMM 연구는 기존의 이동성 기술(Mobile IP: MIP, Proxy Mobile IPv6: PMIP 등)에서 이동성 관리를 담당하는 노드를 분산시키는 방향으로 진행되고 있다. DMM 기술은 이동성 관리 기능이 주로 어느 엔티티에서 수행되는지에 따라 호스트 기반(host-based) 기술과 네트워크 기반(network-based) 기술로 분류할 수 있으며, data plane이 분산되는 것뿐만 아니라 control plane이 분산되는지에 따라 완전 분산(fully distributed) 방식과 부분 분산(partially distributed) 방식으로 나눌 수 있다.

나. Host-based DMM

단말 기반 이동성 관리 기법은 이동성 제공을 위한 관리/제어 시그널링 등의 절차를 단말과 네트워크 모두에서 처리하는 기술이며 이 때문에 네트워크뿐만 아니라 단말에도 이동성 관련 기능이 탑재되어야 한다.

단말 기반 DMM의 단점은, ‘단말 기반’이기 때문에, 단말과 네트워크 모두 MIP를 지원해야 하며 네트워크뿐만 아니라 단말도 이동성 제어에 관여해야 하므로 단말의 컴퓨팅 파워, 전력 소모 등에 영향을 끼친다는 점이다.

다. Network-based DMM

네트워크 기반 이동성 관리 기법은 이동성 기능을 제공하면서 단말의 수정을 요구하지 않거나 최소한의 수정만을 요구하며, 이동성 제공을 위한 관리/제어 시그널링 등의 절차를 단말이 아닌 네트워크에서 수행하기 때문에 단말의 부담이 적다. 현재 이동성을 필요로 하는 단말 대부분이 스마트폰이며 이를 포함한 다른 모바일 기기들의 하드웨어/소프트웨어 성능이 PC 또는 네트워크 장비에 비해 낮고 또한 배터리 전원으로 동작하는 등 성능상의 제한이 있기 때문에 향후 5G 네트워크에서는 단말 기반 기술보다는 네트워크 기반 기술이 더 적합할 것이다.

네트워크 기반 DMM은 ‘네트워크 기반’ 기술이기 때문에 단말에는 PMIP 기능을 탑재할 필요가 없다는 장점이 있지만, 위의 단말 기반 DMM과 마찬가지로 단말이 이동할 때 기존 세션을 계속 유지한다면 그동안 거쳤던 모든 MA가 해당 단말의 reachability를 위해 binding 정보를 저장하고 터널을 관리해야 한다는 단점이 있다.

라. Fully-distributed DMM

Fully-distributed(완전 분산형) DMM은 Partially-distributed DMM과 대비되어, 이동성 기능을 제공하는 데 필요한 관리 정보들이 특정 엔티티에 집중되지 않고 여러 노드에 분산되어 저장되는 형태를 가리킨다[(그림 5) 참조]. DMM에서 사용자 트래픽은 분산 구조 상에서 처리되기 때문에 관리/제어 트래픽이 분산되었는지의 여부에 따라 Fully/Partially-distributed로 나눠지는 것이다.

(그림 5)

Fully Distributed DMM 동작 절차[10]

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Home Address(HoA)-Care-of Address(CoA) 매핑과 같은 이동성 정보가 집중되지 않고 여러 관리 노드에 분산되어 있기 때문에 ① 매핑 저장 시에 해당 정보를 모든 관리 노드에 플러딩하거나 ② 매핑 질의가 오면 해당 질의를 모든 관리 노드에 플러딩해야 한다. ①과 ② 모두 정보의 플러딩이 필요하기 때문에 네트워크와 노드에 많은 부하를 발생시키며, ②의 경우 만약 질의에 대한 응답이 늦어지면 그만큼 데이터 패킷의 라우팅도 늦어지게 된다.

마. Partially-distributed DMM

Partially-distributed(부분 분산형) DMM은 Fully-distributed DMM과 대비되어, 이동성 기능을 제공하는 데 필요한 정보들을 관리하는 노드가 mobility agent와 분리되어 집중된 형태로 존재하는 것을 가리킨다.

Mobile Node(MN)가 망에 접속하면 여러 MA (Mobility Agent) 중 해당 MN을 담당하는 MA(일반적으로 가장 가까운 MA가 선택될 수 있다)는 MN에게 HoA를 할당하고 해당 MN의 정보를 중앙 집중형 control function에 등록한다. 이후에 CN이 MN에 데이터를 보내려고 하면, CN을 담당하는 MA는 destination인 MN의 위치를 알아내기 위해 control function에 위치 질의를 한다. Control function은 MN의 위치를 알려 주며, 이를 통해 두 MA가 통신할 수 있다[(그림 6) 참조].

(그림 6)

Partially Distributed DMM 동작 절차[10]

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중앙제어 기반 DMM의 단점은, 만약 control function에 장애가 생기면 이동성 서비스를 제공할 수 없다는 것이다.

3. 비교 및 분석

가. 등장 배경 및 기본 개념

LISP은 locator와 identifier를 분리하기 위해 새롭게 제안된 기술이며, 기본적으로는 라우팅 테이블의 확장성 문제를 해결하는 것이 기본 목적이었지만, ‘1 EID: n RLOC’의 매핑 관계를 이용하여 multi-homing을 지원할 수 있고 또한 EID가 변하지 않는다는 특성을 활용해 이동성 지원을 위해서도 사용될 수 있다. 이후 LISP-MN은 LISP 기술을 기반으로 모바일 노드의 이동성 지원을 위해 새롭게 제안되었으나, 네트워크 기반 기술인 LISP과 달리 호스트 기반 기술이다. 이에 반해 DMM 은 현재 존재하는 모든 이동성 관리 기술이 집중적 기술이라는 것에서 오는 문제점을 해결하기 위해 제안되었으며, 현재 특정 기술로 정해진 것이 아니라 기존에 존재하는 다양한 이동성 관리 기술의 이동성 관리 기능을 분산하는 방향으로 연구가 진행되고 있다.

나. 이동성 관련 정보의 저장 위치

LISP(-MN)은 집중적일 수도 있고(RFC 6833-MS, MR에 존재) 분산적일 수도 있다(RFC 6836-각 ITR, ETR에 존재). 이는 DMM도 마찬가지로, 이동성 정보가 분산될 수도 있고(fully distributed), 집중될 수도 있다(partially distributed).

다. 주소 체계

기존의 IP 주소 체계에서는 IP 주소가 식별자(Identifier)와 위치자(Locator)의 역할을 모두 수행하지만, LISP은 식별자와 위치자를 분리하여 한 노드의 네트워크 위치에 따라 위치자가 변하더라도 식별자가 변하지 않아 연결성을 유지할 수 있다는 장점이 있다.

DMM에서는 HoA와 CoA가 있어서 HoA와 식별자와 유사한 역할을, CoA가 위치자와 유사한 역할을 수행한다.

라. Anchoring point

LISP의 경우, 통신하고 있는 두 노드가 각각 다른 LISP site에 있다면 각 LISP site의 xTR이 일시적인 트래픽 통로가 된다. 하지만 노드가 다른 LISP site로 이동하면 그에 따라 xTR도 바뀌기 때문에 영구적인 anchoring point는 없다고 할 수 있다.

LISP-MN의 경우 LISP-MN이 non-LISP site 노드와 통신하려면 PITR, PETR을 거치게 되는데 그렇더라도 LISP-MN은 자체적으로 xTR 기능을 수행하면서 이동성을 확보하기 때문에 PITR, PETR이 영구적인 anchoring point라고 할 수는 없다.

DMM의 경우 Home Agent(HA) 또는 Local Mobility Anchor(LMA)에 해당하는 네트워크 엔티티를 분산하여 anchoring을 피하고자 하였다.

마. Mobility agent 유무

LISP의 경우 초기에 ETR이 Map-Server에 EID-RLOC 매핑 정보를 등록하고 추후에 노드가 다른 LISP site로 이동하면 이전 xTR와 이후 xTR이 이동성에 관여하기 때문에 이들을 mobility agent라고 할 수 있다.

LISP-MN에서는 LISP-MN 노드 자체적으로 xTR을 내장하고 이동성 관리 기능을 수행하기 때문에 LISP-MN 노드 자신이 mobility agent로 동작하며, non-LISP site 노드와 통신하는 데 필요한 네트워크 엔티티인 PITR, PETR도 mobility agent로 동작한다.

DMM에서는 MIP의 HA/FA, PMIP의 LMA/MAG와 같은 이동성 지원 엔티티가 분산되어 작동하기 때문에 이들이 mobility agent라고 할 수 있다.

바. Tunneling

LISP과 LISP-MN은 L3 Tunnel(IP in IP) 방식으로 동작하며, DMM도 MIP/PMIP 기반으로 개발된다면 L3 Tunnel(IP in IP) 방식으로 동작할 것이다.

사. 호스트 기반 vs 네트워크 기반

LISP은 네트워크 기반 기술이기 때문에 단말의 수정은 불필요하지만 xTR, MR, MS 등의 새로운 네트워크 엔티티가 필요하며 LISP site에 대한 정의와 관리가 필요하다. 이에 비해 LISP-MN은 호스트 기반 기술로 단말에 xTR 기능을 탑재하고 단말이 하나의 LISP site로 동작하기 때문에 네트워크에는 xTR과 LISP site에 대한 고려가 필요하지 않다. 단, EID-RLOC 매핑의 질의와 응답을 위한 MR, MS 등의 엔티티를 네트워크에 배치할 수는 있으나 이는 네트워크의 수정을 필요로 하는 것은 아니다. 한편 DMM은 현재 다양한 후보 기술들이 제안되고 있어 각각의 기술에 따라 호스트 기반 또는 네트워크 기반으로 분류될 수 있다. 예를 들어 MIP 기반 분산 이동성 관리 시스템이 등장한다면 호스트 기반 기술일 것이고, PMIP 기반이라면 네트워크 기반 기술일 것이다.

아. 시그널링 오버헤드

5G 네트워크의 게이트웨이 간 이동성(Inter-GW Mobility) 제공을 위해 LISP을 사용할 때 ① 각 게이트웨이가 xTR 역할을 하는 경우와 ② 각 단말이 LISP-MN 으로 동작하는 경우에 대해 논의해보자.

먼저 각 게이트웨이가 xTR 역할을 하는 경우에 a) 매핑 정보를 중앙집중식으로 저장하는 Map-Server Interface 구조와 b) 매핑 정보가 각 xTR에 분산된 LISP Alternative Topolo-gy(LISP+ALT)[9] 구조 모두 고려될 수 있다. a)의 경우 ETR이 매핑 등록 시에는 특정 MS를 정하여 등록하고, 다른 ITR이 매핑 조회 시에는 MR에 질의하고 MR은 이 질의를 MS에게 포워드하기 때문에 매핑 등록/조회 시에 메시지 플러딩이 발생하지 않는다. 반면 b)의 경우 ETR이 MS에 매핑을 등록하면 ALT 라우터들이 BGP를 사용하여 다른 MS/MR에게 매핑 정보를 공유하는데 이 때 ALT 라우터 간 플러딩이 발생하기 때문에 매핑 등록이 짧은 시간에 많이 발생할 경우 시그널링 오버헤드가 많아 성능이 저하될 가능성이 있다.

한편 각 단말이 LISP-MN으로 동작한다면 각 단말이 기지국 사이를 이동할 때마다 단말에 내장된 xTR을 이용하여 자신의 매핑을 Map-Server에 업데이트해야 한다. 단말의 수가 많아지거나 단말 이동이 자주 일어난다면 등록/변경 시그널링이 매우 많이 발생할 것이고 이는 네트워크와 엔티티에 부담이 될 수 있다.

DMM의 경우, Fully-distributed DMM은 이동성 관리 정보가 여러 MA에 분산 저장되기 때문에 ① 각 노드가 네트워크에 등록될 때 해당 매핑 정보를 모든 MA에 플러딩하거나 ② 매핑 질의가 오면 해당 질의를 모든 MA에 플러딩해야 하므로 네트워크에 많은 시그널링 오버헤드를 발생시킬 수 있다. 반면 Partially-dis-tributed DMM은 매핑 정보 등록과 질의를 모두 중앙집중형 control function에 하기 때문에 플러딩이 필요하지 않다.

자. 지연

LISP에서 한 노드가 다른 노드에게 패킷을 보내려고 하면 먼저 ITR이 EID-RLOC 매핑을 질의하는데 이 질의는 가장 빠르게는 Map-Resolver가 응답할 수도 있고 가장 느리게는 Map-Resolver, Map-Server를 거쳐 담당 ETR이 응답할 수도 있다. 매핑 습득이 완료되면 이후의 패킷은 ITR 캐시에 저장된 매핑을 이용하여 보낼 수 있고, 역방향 전송 또한 ITR, ETR이 자동으로 캐싱했기 때문에 추가 질의 없이 보낼 수 있으므로 매핑 습득으로 인한 지연은 크지 않을 것이다.

만약 LISP 단말이 이동하면 기존 담당 ETR이 자신과 통신하던 ITR들에게 Solicit Map Request를 보내 ITR 들로 하여금 매핑을 업데이트하도록 만드는데, 이 과정은 약 수~수십 ms가 걸릴 것으로 예상된다. 또한 LISP 규격에는 xTR 간 패킷 포워드 터널 등이 정의되지 않아 노드 이동 이후에 기존 ETR로 전송된 패킷은 유실된다는 문제가 있다.

DMM의 제안 기술 중 PMIP 기반 기술의 경우, LMA 역할을 하는 노드와 Mobile Access Gateway(MAG) 역할을 하는 노드를 분산시킨 구조이며 단말이 이동하면 LMA 노드, MAG 노드 간 이동성 처리와 관련된 제어 메시지를 주고받고 이를 통해 트래픽 경로를 변경한다. 이때 소요되는 시간은 LISP의 경우와 비슷한 수~수십 ms가 걸릴 것이며, 포워드 터널이 사용된다면 비교적 낮은 지연으로 핸드오버 시의 패킷을 처리할 수 있을 것이다.

Ⅲ. 이동성 기술 요구사항

5G 주요 서비스/시나리오와 각 연구단체의 네트워크/이동성 연구동향을 고려하면, 향후 5G 네트워크는 기존의 중앙집중형, 계층형 구조와는 다른 분산형, 평면형 구조로 예상된다. 이에 따라 5G 네트워크에 대한 새로운 요구사항들이 존재할 것으로 예상되며, 다음은 5G 네트워크의 이동성 측면에서의 요구사항을 제안한 것이다.

· R1

- 5G 네트워크는 트래픽을 분산 수용할 수 있어야 함

· R2

- 데이터 평면과 컨트롤 평면이 분리되어야 함.

· R3

- 5G 무선 액세스간 단말이 이동하더라도 끊김 없는 서비스를 제공할 수 있어야 함.

· R4

- 다양한 무선접속망간 이동성을 지원해야 함.

· R5

- 액세스 네트워크의 상황 인지를 통한 이동성을 지원해야 함.

· R6

- 서비스의 특성 인지를 통한 액세스 네트워크로의 이동성을 지원해야 함.

· R7

- 유·무선 액세스 기술과 무관하게 공통된 방식으로 사용자 트래픽 세션을 제어 및 관리 할 수 있어야 함.

· R8

- 기존 이동통신망과 연동할 수 있어야 함.

앞에서 설명한 5G 네트워크의 특징은 이동성 관리 영역에도 동일하게 적용되어, 이동성 관리 기술은 제안된 5G 네트워크의 이동성 요구사항을 만족하여야 적용 할 수 있다. <표 1>에서는 앞에서 소개한 LISP 과 DMM 이 5G 네트워크에 적용하기 위하여 제안된 이동성 요구사항에 부합하는지 여부를 보여준다.

<표 1>

이동성 기술 요구사항(LISP vs DMM)

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위의 표에서 알 수 있듯이, LISP과 DMM 각각은 5G 서비스를 위한 이동성 기술 요구사항을 모두 만족하지는 못한다. 따라서, 기존 이동성 관리 기술은 5G 네트워크에 그대로 적용하기에는 적합하지 않기 때문에, 5G 네트워크 요구사항을 만족시킬 수 있는 새로운 이동성 관리 기술이 필요할 것으로 여겨진다.

Ⅳ. 결론

본고에서는 5G 네트워크를 위한 이동성 관리 기술동향을 살펴보았다. 5G 네트워크에서의 이동성 관리 후보기술로 살펴본 LISP과 DMM은 게이트웨이 간의 이동성에 적합한 기술로, 게이트게이 내의 이동성 관리 기술로는 적합하지 않다. 현행 EPC에서 게이트웨이 내의 이동성에 대해서는 GTP 기술을 사용하고 있는 것처럼, 5G 네트워크에서의 게이트웨이 내 이동성을 제공할 수 있는 기술에 대한 연구가 필요하다. 따라서, 게이트웨이 간의 이동성과 게이트웨이 내의 이동성을 동시에 고려하여, 5G 네트워크에 적용 가능한 통합적인 이동성 관리 기술 연구가 필요하다.

5G 네트워크에 적용 가능한 이동성 관리 기술은 분산구조의 anchor point가 없고, path control이 적용될 수 있으며, 단말 특성이나 서비스 특성에 맞게 adaptive 한 이동성을 제공할 수 있어야 한다. 이러한 새로운 구조에 적합하면서도(분산적인), LISP과 DMM이 갖고 있는 한계를 극복할 수 있는 이동성 관리 기술에 대한 연구가 필요하다.

약어 정리

CN

Correspondent Node

CoA

Care-of Address

DFZ

Default-Free Zone

DMM

Distributed Mobility Management

EID

Endpoint Identifier

EPC

Evolved Packet Core

ETR

Egress Tunnel Router

E-UTRAN

Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network

FA

Foreign Agent

GTP

GPRS Tunneling Protocol

HA

Home Agent

HoA

Home Address

ITR

Ingress Tunnel Router

LISP

Locator-Identifier Separation Protocol

LISP+ALT

LISP Alternative Topology

LMA

Local Mobility Anchor

LTE

Long Term Evolution

MA

Mobility Anchor

MAG

Mobile Access Gateway

MIP

Mobile IP

MME

Mobility Management Entity

MN

Mobile Node

MR

Map-Resolver

MS

Map-Server

MTC

Machine Type Communication

Multi-RAT

Multiple Radio Access Technology

NGMN

Next Generation Mobile Networks

PETR

Proxy Egress Tunnel Router

P-GW

Packet Data Network Gateway

PITR

Proxy Ingress Tunnel Router

PMIP

Proxy Mobile IPv6

PxTR

PETR & PITR

RLOC

Routing Locator

S-GW

Serving Gateway

SPOF

Single Point of Failure

xTR

ETR & ITR

[1] 

ITU-R, “IMT Vision-Framework and Overall Objectives of the Future Development of IMT for 2020 and Beyond,” 22nd Meeting of Working Party 5D, 2015.

[2] 

NGMN, “NGMN 5G Initiative White Paper,” 2015.

[3] 

D. Farinacci et al., “The Locator/ID Separation Protocol (LISP),” IETF RFC 6830, Jan. 2013..

[4] 

A. Cabellos et al., “LISPmob: Mobile Networking through LISP,” Whitepaper, http://lispmob.org

[5] 

D. Farinacci et al., “LISP Mobile Node,” IETF draft-meyer-lisp-mn-13, July 2015.

[6] 

V. Fuller and D. Farinacci, “Locator/ID Separation Protocol (LISP) Map-Server Interface,” IETF RFC 6833, Jan. 2013.

[7] 

H. Chan et al., “Requirements for Distributed Mobility Management,” IETF RFC 7333, June 2014.

[8] 

D. Liu et al., “Distributed Mobility Management: Current Practices and Gap Analysis,” IETF RFC 7429, Jan. 2015.

[9] 

V. Fuller et al., “Locator/ID Separation Protocol Alternative Logical Topolo-gy(LISP+ALT),” IETF RFC 6836, Jan. 2013.

[10] 

고석주, “Distributed Mobility Management: Status and Challenges,” ,Korea Internet Conference (KRnet), 2012

(그림 1)

IMT-2020 Usage Scenarios[1]

images_1/2016/v31n1/ETRI_J003_2016_v31n1_14_f001.jpg
(그림 2)

액세스 기술 도입 방안[2]

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(그림 3)

LISP 개요[4]

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* PETR & PITR(PxTR)

(그림 4)

EID-RLOC 매핑 등록[4]

images_1/2016/v31n1/ETRI_J003_2016_v31n1_14_f004.jpg
(그림 5)

Fully Distributed DMM 동작 절차[10]

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(그림 6)

Partially Distributed DMM 동작 절차[10]

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<표 1>

이동성 기술 요구사항(LISP vs DMM)

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