5G를 위한 백홀 및 프로트홀 통합 전달망 기술동향

Trend of Integrated Backhaul and Fronthaul Transport Network Technologies for 5G Networks

저자
배정숙, 최용석 / 기가액세스연구실
권호
31권 5호 (통권 161)
논문구분
5G 기가통신 기반기술 특집
페이지
59-69
발행일자
2016.10.01
DOI
10.22648/ETRI.2016.J.310507
초록
4G 대비 50배 이상의 최대 전송률, 1Gbps 이상의 사용자 체감 전송율, 10TB/s/km2의 단위 면적당 트래픽 용량, 1ms 이내의 전송 지연, 107/km2 고연결 밀도 등의 핵심 성능 지표[1]를 목표로 5G 기술 연구개발이 진행되고 있다. 5G 성능 지표의 달성을 위해 스펙트럼 효율을 증가시키는 무선 전송 기술, 유연성 있는 스펙트럼 사용 기술, 초고주파 대역 활용 전송 기술, 밀집 소형셀 기술 등의 신기술이 무선 액세스망에 적용되고 있으나, 백홀, 미드홀 그리고 프론트홀 등의 전달망 구간에도 높은 데이터 전송률과 매우 낮은 지연 시간을 제공할 새로운 해결책이 요구된다. 본고에서는 다양한 링크 전송 기술과 SDN/NFV를 수용하면서 패킷 스위칭 통합 망을 향해 연구되고 있는 5G 전달망 기술동향을 기술한다.
   7032 Downloaded 8745 Viewed
목록

Ⅰ. 서론

휴대형 스마트 기기의 대중적 보급, Internet of Things(IoT)의 폭발적인 성장, 증강 현실(augmented reality) 및 홀로그램(hologram) 등의 대용량 융합 서비스의 등장으로 모바일 트래픽이 급격히 증가하고 있는 추세이다[2]. 2020년경에는 500억개 이상의 통신 기기 및 사물들이 연결되고, 세계 모바일 트래픽은 <표 1>에서와 같이 2015년 월평균 3,685PB에서 향후 5년 동안 8.3배 증가하여 2020년 월평균 30,564PB를 기록할 것으로 예측된다[3].

<표 1>

세계 모바일 트래픽 전망(단위: PetaByte)[3]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_t001.jpg

트래픽의 폭주, 초저지연과 고신뢰성을 요하는 융합 서비스의 등장과 셀사이트의 고밀도화에 대응하기 위하여, 높은 주파수 효율, 저지연 및 고연결 밀도 등의 핵심 성능 지표를 목표로 5G 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.

5G 성능 지표의 달성을 위해 5G 무선 액세스망에서는 ① 스펙트럼 효율을 증가시키는 Massive Multiple Input and Multiple Output(MIMO), Multi-Carrier(MC) 및 Carrier Aggregation(CA) 기반의 무선 전송 기술, ② 주파수 이용 효율 증가를 위한 In-band Full Duplex (IFD)나 동적 Time Division Duplex(TDD) 등의 유연성 있는 스펙트럼 사용 기술, ③ 넓은 대역폭을 제공하는 초고주파 대역 활용 전송 기술, ④ 트래픽 오프로딩을 통한 용량 증대를 위한 비면허 대역 셀룰러 기술과 이종 접속 기술 또는 대역 간의 결합 및 연동 기술, ⑤ 단위 면적당 셀의 수를 증가시켜 망 용량을 증대하는 소형 셀 구성 기술 등의 적용이 고려되고 있다[4].

5G 성능 지표의 충족을 위해 액세스망과 코어망 간 백홀(backhaul), 다수의 소형 셀과 매크로 셀 또는 코어망과의 연결을 위한 미드홀(midhaul), Remote Radio Unit(RRU)와 BaseBand processing Unit(BBU)간 프로트홀(fronthaul) 등의 전달망 구간[(그림 1) 참조]에도 높은 데이터 전송률과 매우 낮은 지연 시간을 제공할 새로운 해결책이 요구된다.

(그림 1)

모바일 백홀, 프론트홀, 미드홀의 정의[9]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f001.jpg

Centralized Radio Access Network(C-RAN)은 소형화된 다수의 셀 사이트를 관리하기 위한 효율적 구조이다. 그러나, 기존의 프로트홀 구간은 주로 회선 기반 인터페이스 또는 광교환 인터페이스 방식으로 구축되어, 5G에서 수십 TB(TeraByte) 이상으로 증가하는 해당 구간의 트래픽을 전송하기에 무리가 있다. 이러한 문제에 대응하기 위해 BBU와 RRU의 기능 재정의로 트래픽 용량을 줄이고, 전용 회선이 아닌 패킷 스위칭망으로 구축하려는 방안들이 제시되고 있다[10][13]. 한편, 5G에서 대용량 트래픽에 대응한 백홀 링크의 증설 최소화와 고신뢰성 저지연 서비스 지원을 위하여 패킷 코어와 응용 서버의 기능이 각 셀 사이트에 가깝게 배치되는 구조가 전개될 것으로 예측된다[5]. 이러한 상황에서 프론트홀과 백홀의 개념이 모호해지게 되면서, CAPital Expenditure(CAPEX)와 OPerational Expenditure(OPEX)를 절감시킬 수 있는 통합된 제어, 데이터 및 관리 평면 기능을 가지는 단일화된 전달망 구조에 대한 연구도 진행되고 있다[6].

본고에서는 높은 주파수 효율, 저지연 및 고연결 밀도 등의 핵심 성능 지표를 가지는 5G를 위한 백홀과 프로트홀 등의 전달망 기술 동향을 살펴보고자 한다.

Ⅱ. 5G 백홀 및 프론트홀 전달망 기술

1. 통합 전달망 기술

5G Public Private Partnership(5GPPP)는 5G 망의 프로트홀과 백홀 구간을 통합하여 멀티 테넌트(multi-tenant)하고 서비스 지향적인 통일된 관리 환경에서 모든 네트워킹 요소들의 유연하면서 소프트웨어 정의된 재구성을 가능하게 하는 Xhaul 전달망 개발을 목표로 Crosshaul 프로젝트를 진행하고 있다[6]-[9].

Xhaul 전달망은 (그림 2)와 같이 고용량 스위치와 이종의 전송링크들(예, 광섬유, 무선 광, 고용량 구리선, 밀리미터파)로 구성된다. 전송링크는 RRU, 매크로 셀과 소형셀 등의 5GPoA(5G Points of Attachment), 클라우드 처리 장치, 서비스 제공자 코어망의 Point of Presence(PoP)들을 연결한다. Xhaul 전달망은 분산된 5G 무선 액세스망과 코어망 기능을 다음의 요소를 통해 유연하게 상호 연결한다.

(그림 2)

Xhaul 물리적 하부 구조[6]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f002.jpg

• Xhaul Control Infrastructure(XCI)

제어 평면 통합을 위한 통일된 추상화 모델을 사용하는 제어 하부 구조로, Software Defined Network(SDN) 구조를 확장하여 North Bound Interface(NBI)및 South Bound Interface(SBI)를 위한 서비스와 멀티 테너시를 지원

• Xhaul Packet Forwarding Element(XFE)

데이터 평면에서 공통 데이터 프레임으로 서로 다른 전송 기술들을 통합하고 확정적 지연 속도 스위치 구조를 가짐

Xhaul은 Xhaul Common Frame(XCF)에 의한 공통 프레임화를 통해 단일화된 기술로 백홀과 프론트홀의 기능들을 통합하고, Xhaul의 데이터 경로는 이종의 전송 기술들을 상호 연결하는 XFE에 의해 처리된다[(그림 3) 참조].

(그림 3)

Xhaul 개념 설계[6]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f003.jpg

Xhaul 전달망은 (그림 4)에서와 같이 데이터 평면에서 이종의 전송 기술들에 대해 단일화된 형태로 백홀과 프로트홀 트래픽의 다중화를 지원한다. 또한, SBI를 경유하여 SDN/NFV 기반 제어 평면과 인터페이스되고, NBI를 통해 멀티 테넌시, 모바일 엣지 컴퓨팅, 이동성 등의 망 응용들을 지원한다.

(그림 4)

Xhaul 구조

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f004.jpg

Xhaul의 데이터 평면에서 XFE는 (그림 5)에서와 같이 다계층 구조로 패킷 스위치인 Xhaul Packet Forwarding Element(XPFE)와 회선 스위치인 Xhaul Circuit Switching Element(XCSE)로 구성된다. 패킷 스위칭 경로는 지연 감내성이 있는 프로트홀과 백홀 트래픽에 적용되며, 회선 스위칭 경로는 저지연을 요구하는 5G 서비스, CPRI 지원 및 오프로딩에 적용된다.

(그림 5)

Xhaul 데이터 평면 구조[8]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f005.jpg

회선 스위칭 경로상의 XCSE의 대표적인 구현은 (그림 6)에서와 같이 TDM 프레임을 기반으로 이루어진다. TDM 프레임 기반의 XCSE에서 파장 채널(wave-length channel)들은 광신호에서 전기 신호로 변환된 후 스위치를 거쳐 확정 지연의 프레임화가 이루어진다.

(그림 6)

TDM 프레임 기반의 XCSE[8]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f006.jpg

패킷 스위칭 경로상의 XPFE는 무선 액세스 트래픽들의 통계적 다중화를 지원하기 위하여 (그림 7)에서 도시된 기능 구조를 포함한다. 공통 제어 평면 에이전트(common control plane agent) 는 XCI와 인터페이스한다. 장치 에이전트(device agent)는 모든 장치에 공통이며, 장치 관련 정보와 장치상에서 활용 가능한 동작들을 XCI에 알린다. 적응 계층(adaptation layer)은 장치 에이전트와 장치들간에 장치 능력에 대한 단일화된 형태를 제공하게 되는데, 장치 특정 파라미터를 장치 에이전트가 사용하는 공통 장치 모델로 변경해 준다. 공통 스위칭 계층(common switching layer)은 XCF를 사용하여 백홀과 프론트홀의 이종 프로토콜 간/이종 인터페이스 간/이종 물리적 기술 간에 패킷 전송을 가능하게 한다. 스위칭 엔진은 전송 기술에 구속받지 않고 하부 인터페이스(예, 밀리미터파, 광 매체)의 추상화된 자원 모델(예, 대역폭, 지연 시간, BER, 지터)과 트래픽 요구 사항(예, 프로트홀 또는 백홀, 지터 감내치, 패킷 손실)에 의존적이다. 공통 스위칭 계층의 하부에 존재하는 각 물리적 인터페이스에 대한 매퍼(mapper)는 제어 평면의 명령들을 프로토콜 및 기술 특정적 인터페이스에 매핑하여 제어 평면의 정책을 집행하도록 한다.

(그림 7)

XPFE 기능 구조[8]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f007.jpg

XPFE의 공통 스위칭 계층은 XCF에 기반을 둔 것으로, XCF를 제공하지 않는 기존 스위칭 장치와의 상호 운용을 위해서, (그림 8)의 구조로 적응 기능을 수행하는 Xhaul Adaptation Function(XAF)가 요구된다. XAF는 XPFE의 요소에 적응 계층(adaptation layer)과 이더넷, NGFI, CPRI 등의 프론트홀 및 백홀 트래픽 프로토콜까지 포함한다. 적응 계층은 프로트홀이나 백홀 프로토콜을 XCF로 변환/적응시키고 XCF 전송을 제어한다.

(그림 8)

XAF 기능 구조[8]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f008.jpg

Xhaul의 전송 포맷인 XCF는 XPFE가 다양한 프론트홀 및 백홀 트래픽과 전달망 링크 기술들의 지연 시간 및 지터에 대한 요구 사항을 충족시키면서 데이터를 전송할 수 있도록 하는 정보를 담는 프레임 구조를 제공해야 한다. 기존 장치와의 상호 운용성과 이더넷의 폭넓은 활용도에 의해 이더넷 기반의 MAC-in-MAC이 유력한 XCF 구조로 고려되고 있다.

5GPPP Crosshaul 프로젝트는 2015년에 7월에 시작되어 2018년 1월까지 30개월 간 진행되며, 2016년 6월에 시스템 구조, XFE의 포함 기술, 프로젝트 진행보고에 관련된 첫 번째 성과 문서들을 배포한 상태이다.

2. 패킷 기반 프로트홀 전달망

현재 C-RAN에서의 BBU와 RRU에 정의된 분할 기능과, 프로트홀 구간의 Common Public Radio Interface (CRPI), Open Base Station Architecture Interface (OBSAI), Open Radio Interface(ORI)등의 회선 기반 인터페이스나 Wavelengh Division Multi-plexing(WDM), Optical Transport Network(OTN) 등의 광 기술 기반 인터페이스는 프로트홀에 많은 데이터의 전송을 유발시키고, 과다한 설치 비용을 발생시켜 5G에서 새로운 프로트홀 인터페이스의 등장이 요구된다.

이를 위해 IEEE 1914 WG NGFI(Next Generation Fronthaul Interface)는 5G를 위한 효율적이고 확장성있는 프론트홀 전달망 개발을 목표로 패킷 기반 프로트홀 전달망의 표준을 위한 프로젝트인 P1914.1을 진행하고 있다[10]. NGFI하에서 RRU와 BBU 간에 전달되는 트래픽을 감소시켜 프론트홀의 전송 부담을 절감하기 위하여, 두 장치들간에 기능 이동(예, BBU의 기저대역 처리 기능 이동)이 이루어져, (그림 9)에서와 같이 BBU는 Radio Cloud Center(RCC)로 RRU는 Radio Remote System(RRS)로 재정의된다. 그리고, 프로트홀은 점대점 연결에서 다중점 대 다중점의 패킷 스위치 기반 전달망으로 변경된다.

NGFI는 통계적 다중화 특성으로 트래픽양에 비례하여 프론트홀 구간의 대역폭이 변화하도록 하며, 공동 스케줄링과 공동 송수신 등의 용량 증대에 기여하는 협력 알고리즘의 효율적 지원과 RRU의 안테나 개수에 무관하게 트래픽양을 유지하는 특성을 제공한다.

(그림 9)

NGFI 기반의 5G CRAN 구조[10]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f009.jpg

NGFI를 실현하기 위한 가장 필수적인 방법은 RCC와RRS 간 기능 분할을 재정의하는 것이다. 기능 분할은 프로트홀 구간의 트래픽 양의 감소를 위해 안테나와 관련된 처리 기능을 분리시키거나, 트래픽 양에 따라 통계적 다중화의 잇점을 얻고 RCC의 전력 소모를 줄일 수 있도록 셀 처리부와 UE 처리부를 분리시키는 형태가 될 수 있다. 또한, 상향 링크와 하향 링크의 필요 대역폭의 차이에 의해 각 링크간에 비대칭적인 기능 분할이 적용될 수도 있다. 기능 분할의 사례로 LTE 프로토콜을 기반으로 동작하는 RCC와 RRS간에 (그림 10)에서와 같이 안테나 관련 처리 기능과 셀 처리부 기능 분할을 적용하여 다양한 기능 분할이 이루어질 수 있다. RCC와 RRS 간에 적합한 기능 분할은 프론트홀 전송 인터페이스가 제공하는 대역폭과 지연 시간 그리고 협력 기술의 필요성에 의해 결정된다.

(그림 10)

RCC와 RRS 간 기능 분할 사례[10]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f010.jpg

NGFI를 실현하기 위한 무선 인터페이스 기능 요구 사항은 다음 <표 2>와 같이 정리된다.

<표 2>

NGFI 무선 인터페이스 기능 요구 사항

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_t002.jpg

IEEE NGFI WG은 2017년 12월 IEEE-SA(Standards Association)에 규격 초안 제출을 목표로 NGFI 구조, O&M, 절체 보호, 지연 시간 및 지터 등의 성능과 관련된 성과 보고서를 작성하고 있다.

3. 이더넷 기반 프로트홀 전송 기술

용량 한계에 대처하고, NGFI와 같은 새로운 인터페이스의 적용을 위해 프론트홀에 대한 패킷 기반 전달망으로의 변화가 요구되고 있다. 이를 위해 기업내 망 구축 및 데이터 센터 시장에서 안정되고 효율적인 속도와 용량을 제공해주고 있는 이더넷 기술이 프로트홀 구간에 도입되어, (그림 11)과 같은 이더넷 기반 프론트홀 패킷망이 설계되고 있다.

(그림 11)

이더넷 기반 프론트홀 패킷망 구조[12]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f011.jpg

이더넷은 프로트홀 구간에 다중점 간 연결, 유연한 라우팅과 통계적 다중화를 제공할 수 있으나 패킷 스위칭 특성에 의해 발생한 동기화 및 증가된 지연 시간 문제에 대한 해결책이 필요하다[11].

이더넷 장비 간 주파수 동기화 기법으로 SYNC-C와 시간 동기화 기법으로 IEEE 1588v2 프로토콜 등이 적용이 고려되나, 정밀도가 떨어지고 타임 호핑으로 인한 비연속적 전송이 발생하는 문제점으로, 부가적인 동기화 기법이 필요로 된다.

패킷 스위칭 장비의 지터를 최소화하기 위한 연구는 IEEE P802.1 CM(Time-Sensitive Networking for Fronthaul), 802.1Qbu(Frame preemption), 802.1Qbv (Scheduled traffic) 등의 프로젝트와 IETF Deter-ministic Working Group(DETNET) 등에서 진행되고 있다.

프론트홀의 이더넷 기반 패킷망화를 위한 표준화는 IEEE 1904.3 Radio over Ethernet(RoE) 프로젝트에서 이루어지고 있다[13]. RoE 표준은 이더넷 기반 전달망에 있는 종단간에 시간 민감성을 가지는 무선 데이터를 위한 전송 프로토콜과 캡슐화 형식 및 매핑을 위하여 다음을 정의한다.

- 디지털화된 무선 IQ 페이로드, 벤더 특정 데이터, 제어 데이터에 대한 캡슐화 지원

- CPRI와 같은 기존의 디지털화된 무선 전송 포맷의 헤더 포맷 및 매핑 방법 정의

RoE의 수용을 위해 기존 이더넷 패킷의 구조는 (그림 12)와 같이 변경되지 않는다.

(그림 12)

RoE를 수용하는 이더넷 프레임 구조[13]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f012.jpg

EthType 필드에서 RoE 데이터의 전송이 명시되며, Payload 필드에서 RoE 형식으로 캡슐화된 데이터 패킷, 제어 패킷, CPRI 매퍼 패킷들이 담긴다. RoE 패킷들의 헤더는 (그림 13)의 구조를 가진다.

(그림 13)

RoE 헤더 구조[13]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f013.jpg

6 비트의 pktType은 RoE 패킷의 종류를 식별하는 것으로 control packet, simple tunneling CPRI data packet, structure agnostic CPRI data packet, native RoE data flow data packet, Slow C&M CPRI 패킷 등을 지원한다. 8 비트의 flowID는 단방향성을 가지며, RoE 개체간 복수 데이터 흐름들의 다중화에 사용된다. 32비트의 orderingInfo는 순서 번호(sequence number)나 타임스탬프(timestamp)등을 저장한다. 16비트의 length는 8 바이트의 공통 헤더 이후의 데이터 크기를 나타낸다.

RoE는 (그림 14)와 같이 기존 레거시 전송을 지원하기 위한 구조와 네이티브 RoE 전송을 지원하기 위한 구조에 대한 사용 사례를 제공한다.

2016년 4월 이후로 RoE 프로젝트는 IEEE 1914 NGFI WG로 이관되어 NGFI를 수용하는 이더넷 기반 기술로 통합 추진되고 있으며, Broadcom을 중심으로 개발 및 상용화가 적극적으로 진행되고 있다.

(그림 14)

RoE 사용 사례[13]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f014.jpg

4. 밀리미터파 기반 전달망 기술

전달망을 구성시 유선 전송 매체가 설치될 수 없는 지역이나 설치에 너무 높은 비용이 드는 경우, 무선 전송 기술이 중요한 대체 전송 기술로 선호된다. 또한, 밀집한 소형 셀이 배치되는 환경에서 매크로 망과의 연결을 위한 전달망 기술로 무선 전송 기술은 설치 비용 절감 효과를 가져와 (그림 15)에서와 같이 5G 통합 전달망을 위한 주요 전송 기술로 고려되고 있다.

(그림 15)

5G 통합 전달망에서의 전송기술[9]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f015.jpg

5G에서 요구되는 4G 대비 1000배 이상의 용량 증대, 소형셀들의 고밀도화 및 종단간 1ms 이하의 전송 지연을 제공하기 위하여 광대역을 확보할 수 있는 밀리미터파 기반 전송 기술이 프론트홀과 백홀 트래픽 전송을 위해 각광받고 있다.

밀리미터파 대역의 거리에 비례한 높은 경로 손실과 강우와 대기 감쇄 등의 전파 환경의 특성에 의해 소형셀들이 고밀집된 환경에서 매쉬 구조의 점대 다중점 망구성을 위한 기술로, 밀리미터파 기반 전송 기술을 활용하는 연구가 진행되고 있다[9].

(그림 16)의 Interdigital Edgehaul[14]은 밀집된 소형셀들을 위해 밀리미터파를 기반으로 중앙 제어 방식의 다중 홉 매쉬 전달망을 제공하는 시스템으로, 60GHz 밀리미터파 대역에서 IEEE 802.11ad WiGig 기반의 MAC/PHY 접속 기술을 사용하여 Gbps급의 전송 속도를 제공한다.

(그림 16)

Intedrdigital Edgehaul[14]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f016.jpg

Edgehaul은 OpenVSwitch를 기반으로 한 가상 스위치와 밀리미터파 MAC/PHY/RF 무선 인터페이스를 제공하는 Edgehaul 노드, OpenDayLight 기반의 SDN 프레임워크하에서 다양한 벤더들의 이종망을 통합하는 매쉬 제어기[(그림 17) 참조]와 클라우드 서버에서 원격 운용 및 관리를 위한 웹 기반 인터페이스를 제공하는 O&M 소프트웨어로 구성된다.

(그림 17)

Edgehaul 노드와 매쉬 제어기 기능[14]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f017.jpg

Edgehaul 매쉬 전달망은 (그림 18)과 같이 지향성 스캐닝(directional scanning), 연결(association) 메시지, 중앙 집중 방식의 매쉬 형성 및 라우팅 테이블 갱신, 액티브 데이터 패스 등의 기술에 의해 자가 형성된다.

(그림 18)

Edgehaul 매쉬망 자가 구성[14]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f018.jpg

Edgehaul은 고용량, 저지연 및 고신뢰성이 보장되어야 하는 텔레프레즌스(telepresence), 가상 현실(virtual reality), 실감 멀티미디어 서비스(immersive multi-media service) 등의 5G 서비스를 모두 수용할 수 있는 구조이다. Edgehaul은 MWC 2016에서 텔레프리젠스 서비스 시연을 통해, 밀집 소형셀 환경에서 5G 무선 전달망으로서의 가능성을 보여 주었다.

Ⅲ. 결론

본고에서는 5G 서비스를 위한 높은 데이터 전송률과 매우 낮은 지연 시간 등을 제공하기 위해 다양한 링크 전송 기술과 SDN/NFV를 수용하면서 이더넷 기반의 패킷 스위칭 통합 망을 향해 연구되고 있는 5G 전달망 기술동향을 살펴보았다.

RRU와 BBU의 새로운 기능 분할과 패킷 코어와 응용 서버의 기능이 셀 사이트에 가깝게 배치되는 구조로 변화하는 5G 망에서, 통합된 제어, 데이터 및 관리 평면 기능을 가지는 단일화된 전달망 구조는 CAPEX와 OPEX를 절감시킬 수 있다.

한편, 5G 전달망 구성을 위한 유력한 기술로 이더넷은 패킷 스위칭 특성에 의해 발생한 동기화 및 증가된 지연 시간 문제를 위한 해결책이 필요한 상황이다. 그러나, 다중점간 연결, 유연한 라우팅과 통계적 다중화, 기존 장비와의 호환성 및 경제성을 제공할 수 있어 이미 주요 업체들에서 개발 및 상용화가 진행되고 있다.

5G 전달망 구성에 있어, 하부 링크 기술의 채택도 구성 비용과 환경을 고려할 때 주요한 요소가 된다. 고비용의 광케이블 연결을 피하고, 유선 연결이 어려운 지역에서의 전달망 구성이 가능하고 광대역을 확보할 수 있는 밀리미터파 기반 기술은 무선 전달망 링크 기술로 각광받게 될 것으로 기대된다.

용어해설

Xhaul 프로트홀과 백홀 구간을 통합하여 멀티 테넌트하고 서비스 지향적인 통일된 관리 환경에서 모든 네트워킹 요소들의 유연하면서 소프트웨어 정의된 재구성을 가능하게 하는 5G 전달망 구조

NGFI 5G를 위한 효율적이고 확장성있는 패킷 기반 프로트홀 전달망 인터페이스

RoE 프론트홀의 이더넷 기반 패킷망화를 위한 표준

약어 정리

CCTV

Closed-circuit Television

5GPPP

5G Public Private Partnership

BBU

BaseBand Processing Unit

CA

Carrier Aggregation

CAPEX

CAPital Expenditure

C-RAN

Centralized Radio Access Network

CRPI

Common Public Radio Interface

DETNET

Deterministic Working Group

IoT

Internet of Things

MC

Multi-Carrier

MIMO

Multiple Input and Multiple Output

NBI

North Bound Interface

NFV

Network Function Virtualization

NGFI

Next Generation Fronthaul Interface

OBSAI

Open Base Station Architecture Interface

OPEX

OPerational Expenditure

ORI

Open Radio Interface

OTN

Optical Transport Network

PoP

Point of Presense

RCC

Radio Cloud Center

RoE

Radio over Ethernet

RRS

Radio Remote System

RRU

Radio Remote Unit

SBI

South Bound Interface

SDN

Software Defined Networking

TCO

Total Cost of Ownership

TDD

Time Division Duplex

WDM

Wavelengh Division Multiplexing

XAF

Xhaul Adaptation Function

XCF

5G-Crosshaul Common Frame

XCI

5G-Crosshaul Control Infrastructure

XCSE

5G-Crosshaul Circuit Switching Element

XFE

5G-Crosshaul Forwarding Engines

XPFE

5G-Crosshaul Packet Forwarding

[1] 

Rec. ITU-R M.2083-0, “IMT Vision - Framework and Overall Objectives of the Future Development of IMT for 2020 and Beyond,” Sept. 2015.

[2] 

배정숙, 최용석 “밀리미터파 기반 5G 이동통신 시스템의 구조와 성능,“ Telecommunications Review, 제25권 제3호, 2015.

[3] 

Cisco, “Virtual Networking Index - Global Mobile Data Traffic Forecast,” Feb. 2015

[4] 

한국정보통신기술협회, “ICT 표준화전략맵, ” 2016.

[5] 

http://www.netmanias.com/ko/post/blog/8144/5g-kt/analysis -of-kt-s-5g-network-architecture

[6] 

A. de la Olivia et al., “XHAUL: Toward an Integrated Fronthaul/Backhaul Architecture in 5G Networks,” IEEE Wireless Communications, vol. 22, no. 5, Oct. 27th, 2015, pp. 32-40.

[7] 

L. Cominardi et al., “5G-Crosshaul: Towards a Unified Data-Plane for 5G Transport Networks,” 25th European Conference on Networks and Communications, June, 2016.

[8] 

5G-Crosshaul, “Initial Specification of the System Architecture Accounting for the Feedback received from WP2/3/4,” D1.1, June 2016.

[9] 

5G-Crosshaul, “Detailed Analysis of the Technologies to be Integrated in the XFE based on Previous Internal Reports from WP2/3,” D2.1, June, 2016.

[10] 

C.M.R. Institute, “White Paper of Next Generation Fronthaul Interface,” v.1.0, June 2015.

[11] 

C. Lin I et al., “NGFI, the xXaul,” IEEE Globecom Workshops, Dec., 2015.

[12] 

김아정 외, “Xhaul에서의 Ethernet 응용 기술,” 한국통신학회지, 제33권 제1호, 2015. 12, pp. 49-53.

[13] 

http://www.ieee1914.org/3/meeting archive/2016/ 04/P00_ 1904._3_ngfi_1604_korhonen_19043_1.pptx

[14] 

http://www.interdigital.com/solution/edgehaul

(그림 1)

모바일 백홀, 프론트홀, 미드홀의 정의[9]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f001.jpg
(그림 2)

Xhaul 물리적 하부 구조[6]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f002.jpg
(그림 3)

Xhaul 개념 설계[6]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f003.jpg
(그림 4)

Xhaul 구조

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f004.jpg
(그림 5)

Xhaul 데이터 평면 구조[8]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f005.jpg
(그림 6)

TDM 프레임 기반의 XCSE[8]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f006.jpg
(그림 7)

XPFE 기능 구조[8]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f007.jpg
(그림 8)

XAF 기능 구조[8]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f008.jpg
(그림 9)

NGFI 기반의 5G CRAN 구조[10]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f009.jpg
(그림 10)

RCC와 RRS 간 기능 분할 사례[10]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f010.jpg
(그림 11)

이더넷 기반 프론트홀 패킷망 구조[12]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f011.jpg
(그림 12)

RoE를 수용하는 이더넷 프레임 구조[13]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f012.jpg
(그림 13)

RoE 헤더 구조[13]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f013.jpg
(그림 14)

RoE 사용 사례[13]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f014.jpg
(그림 15)

5G 통합 전달망에서의 전송기술[9]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f015.jpg
(그림 16)

Intedrdigital Edgehaul[14]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f016.jpg
(그림 17)

Edgehaul 노드와 매쉬 제어기 기능[14]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f017.jpg
(그림 18)

Edgehaul 매쉬망 자가 구성[14]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_f018.jpg
<표 1>

세계 모바일 트래픽 전망(단위: PetaByte)[3]

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_t001.jpg
<표 2>

NGFI 무선 인터페이스 기능 요구 사항

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_59_t002.jpg
Sign Up
전자통신동향분석 이메일 전자저널 구독을 원하시는 경우 정확한 이메일 주소를 입력하시기 바랍니다.