전기전자/정보통신

Telecommunication_2019.6 특집 요약 (p8-27)

이동통신 네트워크의 메가 트렌드
5G시대에 돌입한 Career Network의 변혁

5G시대에 돌입한 이동통신 네트워크. 전 산업에 막대한 영향을 미칠 것으로 예상되는 5G. 그러나 5G를 계기로 이동통신 네트워크도 무선 액세스만이 아니라 모든 영역에서 ‘변혁’이 가속된다. 5G 시대, 통신사업자의 네트워크는 일체 어떻게 변모해 나갈 것인가? 이동통신 네트워크의 ‘메가 트렌드’에 대해 알아보자.

Part 1. 5G는 이렇게 실용화된다
5G 기반 전개율, MEC 등 4개의 키워드로 해설

5G용 주파수가 4월에 할당되었다. 국내 이동통신사는 2020년의 정식 전개를 위해 빠르게 움직이고 있다. 5G 기반 전개율, 네트워크 슬라이싱, MEC, QoS를 키워드로 향후 전개에 대해 해설한다.

향후 이동통신 네트워크의 트렌드를 논하는데 있어서 빠뜨릴 수 없는 것이 5G다. 미국이나 한국 등 일부 국가에서는 이미 상용 서비스가 시작되었다. 일본에서는 총무성이 4월 10일에 NTT도코모, KDDI, 소프트뱅크, 라쿠텐모바일에 주파수를 할당하였다. 도코모는 ‘럭비 월드컵 2019’ 개최에 맞춰서 9월 20일에 사전서비스를 시작한다. KDDI와 소프트뱅크도 여름 이후에 사전서비스를 시작한다. 그리고 2020년 봄에서 여름에 걸쳐 상용서비스를 시작할 예정이다. 국내에서도 5G의 실용화가 드디어 목전까지 다가왔다.

3G나 LTE는 휴대전화나 스마트폰 등 ‘사람’을 대상으로 했지만 5G는 모든 ‘사물’이 대상이다. 또한 초고속∙초저지연∙다수동시접속이라는 특징을 활용하여 다양한 산업이나 엔터테인먼트에 변혁을 초래할 것으로 기대하고 있다. 일본의 이동통신사는 5G 네트워크를 구체적으로 어떻게 전개해 나갈 생각일까?

-- 4사 4색의 5G 기지국 전개 --
-- NW 슬라이싱으로 변하는 QoS --
-- MEC로 비즈니스 가능성도 --

Part 2. 통신인프라는 ‘공유’한다
비용을 억제해 전국 전개

독자적으로 인프라를 구축했던 모바일 업계에서도 공유가 확산되고 있다. 총무성도 공유를 촉진하기 위해 가이드라인을 책정. 5G 시대를 앞두고 인프라 공유가 증가할 것으로 보인다.

소유에서 이용으로. 최근에 사람∙사물∙장소∙탈것∙돈 등 모든 것을 공유하게 되었다. 모바일 업계에서도 공유가 확산되고 있다.

지금까지도 일부 영역에서 설비를 공유하는 사례는 있었다. 예를 들면, 지하철 등 수용 공간이 부족한 공간에서는, 이동통신사의 멤버 등이 임원을 맡고 있는 사단법인 ‘이동통신기반정비협회’가 주도하여 누설 동축 케이블이나 광전송장치, 안테나 등을 설치하여 공유하고 있었지만 어디까지 예외적인 케이스다. 유저에 대한 중요한 어필 포인트인 에어리어 확대를 위해 각 이동통신사는 경쟁적으로 인프라에 투자해 왔다.

-- 5G는 인프라 비용이 커진다 --
그러나 앞으로는 5G를 계기로 조금 바뀔 것이다. 올 4월에 할당 받은 5G용 주파수는 3.7GHz/4.5GHz대와 밀리파 28GHz대. 3G나 4G/LTE용으로 할당 받은 기존의 주파수와 비교하면 직진성이 높고 장해물에 약하다. 때문에 안테나를 다수 설치하여 커버할 필요가 있다.

또한 앞으로는 루럴(Rural) 지역에 대한 조기 전개도 필요해진다. 3G나 4G/LTE 시대는 이익을 내기 어려운 루럴 지역의 정비는 미뤄졌었다. 그러나 총무성은 5G용 주파수를 할당할 때 지방에도 조기에 전개할 수 있는가를 중시. 2년 이내에 전역에서의 서비스 개시를 요구하였다. 이동통신사 측도 적극적인 지방 전개 계획을 총무성에 제출하고 있다.

도심에도 과제가 있다. 통상 스몰셀용 안테나는 건물의 옥상이나 중저층의 벽면에 장착한다. 그러나 경관을 해친다는 이유로 빌딩 소유자가 허가를 하지 않는 경우가 있어 안테나를 설치하기가 쉽지 않다. 이러한 배경 속에서 각 이동통신사는 투자 부담을 억제하면서 신속하게 서비스 에어리어를 확대하는 방법으로 공유에 기대하고 있다.

정부의 움직임도 순풍이다. 총무성은 18년 12월 ‘이동통신 분야에서 인프라 공유와 관련된 전기통신사업법 및 전파법의 적용 관계에 관한 가이드라인 안’을 발표, 원칙이나 관계법령의 적용 조건 등을 제시하였다. 철탑이나 안테나, 기지국 장치 등의 각 영역에서 인프라 공유를 촉구하고 있다.

-- 옥내에서 비용 1/2을 목표 --
-- 옥외에서도 추진되는 공유 --
-- 전봇대 위에 기지국 설치 --

Part 3. 기지국은 휴대하는 시대로
비닐테이프형에서 맨홀형, 버스정거장형까지

트래픽의 급증으로 추진되고 있는 스몰셀화. 밀리파를 사용하는 5G는 보다 많은 기지국에서 빈틈없이 에어리어를 커버할 필요가 있다. 그러나 더 큰 문제는 설치 장소다. 경관을 해치지 않고 에어리어화할 수 있는 기지국이 증가하고 있다.

거리에서 빌딩 옥상에 기지국 안테나가 세워져 있는 것을 흔히 볼 수 있다. 앞으로는 그러한 광경이 바뀔지도 모른다.

기지국이나 안테나가 다양화되고 있다. 트래픽이 매년 증대하고 있는 가운데 고속 모바일 통신 서비스를 안정적으로 제공하기 위해서는 스몰셀화를 추진해야 하지만 기지국을 설치하는 장소 확보가 어려워졌기 때문이다.

설치 가능한 공간이 한정적인데다가 모든 이동통신사가 주목하는 장소가 같기 때문에 경쟁이 치열해지고 있다. 특히 관광지나 명승지에서는 안테나 설치에 적합한 건물이 없어, 경관을 해치지 않고 통신설비를 설치하는 것이 어렵다고 한다.

그래서 기존과는 다른 새로운 설치 장소를 개척하기 위해 기지국/안테나에 대해 많은 연구를 하고 있다. 배경에는 기술혁신으로 집적도가 높아지고 기지국의 소형화가 가능해진 것도 있다.

NTT도코모는 작년 4월, 맨홀 안에 기지국을 설치한 ‘맨홀형 기지국’ 시작기를 개발했다고 발표하였다. 안테나가 땅속 10cm의 깊이에 설치되어 있다. 무선장치에 대한 광회선 접속과 전원 확보는, 지하에 매설한 배관을 통해 지상에서 끌어들여 사용한다. 서비스 에어리어는 반경 90m 정도다. 맨홀 위에 사람이 서 있어도 신체에 영향을 미치지 않는 범위로 전파 강도를 조정하고 있다고 한다.

가로등의 기지국화도 추진되고 있다. 예를 들면 ‘Zero Site’는 에릭슨이 필립스와 공동 개발한 기지국 수용형 LED 가로등이다.

안테나나 무선기, 전원 유닛, 배터리를 내부에 수납하고 있어 가로등 역할만이 아니라 LTE 기지국 및 Wi-Fi 액세스 포인트로서의 역할을 담당한다. “가로등의 전원용량은 한정적이지만 LED는 소비전력이 적기 때문에 기지국에도 이용할 수 있다”라고 에릭슨재팬의 후지오카(藤岡) CTO는 말한다. Zero Site는 미국이나 유럽 각지에서 도입되었다. 일본에서도 히로시마현 후쿠야마시에서 실증실험이 진행되고 있다.

에릭슨은 영국에서는 버스정거장 설치 기지국도 전개하고 있다. 정거장 지붕 위에 무선 유닛을 내장한 소형 상자를 설치, 5W의 출력으로 반경 수백 m를 커버한다.

-- ‘투명’ 안테나도 --
-- 언제 어디서나 5G 에어리어화 --

Part 4. 부품을 유연하게 조합
네트워크기기의 기능 분리 / 오픈화 가속

이동통신망을 구성하는 네트워크기기는 지금까지는 수직통합형 중후장대한 장치가 대부분이었다. 이를 분해하여 오픈화하는 움직임이 코어 네트워크 전체로 확산되고 있다.

SDN/NFV 기술의 보급은 이동통신 네트워크의 가상화나 오픈화를 촉진해 왔다. 기존에는 일체형으로 제공되었던 네트워크기기를 하드웨어와 소프트웨어로 혹은 기능별로 분해하여 오픈 인터페이스로 제어할 수 있도록 함으로써, 유연하고 신속한 구성 변경이나 컴포넌트마다 개별 조달, 기능추가 등을 가능하게 하는 것이 목적이다.

이러한 분리/오픈화가 선행되었던 영역은 라우터나 스위치 등으로 구성되는 IP패킷 전송 영역이다. 컨트롤 플레인과 데이터 플레인의 분리나, 하드/소프트의 분리와 가상화가 진전. 최근에는 화이트박스 스위치 등의 범용 하드웨어 상에서 오픈 소스의 네트워크 OS를 가동시키는, 이동통신사 스스로 신기능을 개발하여 운용하는 등의 시도도 시작되었다.

-- 영역별로 다른 ‘분리 방식’ --
이 움직임은 다른 영역으로도 확산되고 있다. Cisco Systems의 고다마(児玉) 씨는 “라우터/스위치, 광전송, RAN(광액세스네트워크)의 각 도메인에서 동시다발적으로 일어나고 있다”라고 말한다. 그 ‘분리 방식’과 진행 정도는 도메인에 따라 다르다.

라우터/스위치 영역에서는 에릭슨이나 노키아, 시스코와 같은 유력 벤더도 포함하여 기능 분리가 진행되었다. 예를 들면, NTT도코모는 16년부터 멀티벤더에 의한 가상 LTE 네트워크를 운용. NTT커뮤니케이션도 SDN에 의한 네트워크제어 영역을 데이터센서에서 WAN으로 확대하려 하고 있다.

한편, 소프트웨어가 담당하는 부분이 적은 광전송은 하드웨어 내에서의 기능 분리가 시작되었다. 이를 통해 광전송 시스템을 구성하는 트랜스폰더나 ROADM 등의 컴포넌트를 분리하여 기술진화가 빠른 트랜스폰더만을 교체하는 등 유연한 운용이 가능해진다.

오픈커뮤니티 ONF(Open Networking Foundation)에서, 광전송의 기능 분리를 추진하는 프로젝트 ‘Open and Disaggregated Transport Network(ODTN)’를 주도하는 NTT커뮤니케이션즈의 가시와(柏) 부장은 “신기술이나 기능을 바로 사용할 수 있도록 하는 것, 부품의 선택지를 늘려 용도에 따라 변경할 수 있도록 하는 것이 목적이다”라고 말한다.

-- 중요한 것은 ‘분리한 후’ --
-- 이동통신망에의 적용에 도전 --
-- 전송(傳送)/전송(轉送)에 기능 배치 --
-- 분해에서 새로운 연결로 --

Part 5. 5G 기지국은 오픈화로
게임체인지의 방아쇠를 당기는 O-RAN Alliance

가상화/오픈화의 물결은 코어망에서 RAN(무선액세스망) 영역에도 미치기 시작하였다. 다양한 하드와 소프트를 조합시켜 목적에 맞춘 RAN을 만든다. 그런 세계가 이르면 연내에 도래한다.

NTT도코모, AT&T, 차이나모바일, 도이치텔레콤, 오렌지의 대형 이동통신사 5사가 중심이 되어 2018년 2월에 설립한 O-RAN Alliance. 현재는 이동통신사 19사와 50사 이상의 벤더가 참여하고 있다. O-RAN Alliance는 다양한 장치/모듈을 조합하여 구축할 수 있는 오픈 RAN(Radio Access Network: 무선액세스네트워크)을 실현을 목표하고 있다.

기존의 RAN은 메가 벤더가 혼자 제공하는 경우가 많았다. 이를 오픈화를 통해 바꾼다. 에코시스템 확대를 통한 비용 저감이나 RAN을 구성하는 컴포넌트 단위에서의 기능 확대를 가능하게 하려는 것이 O-RAN Alliance의 목적이다. 오픈 인터페이스를 규정하고, 다양한 벤더가 제공하는 ‘부품’을 조합할 수 있게 되면 다양한 요건에의 대응이나 서비스 전개를 신속화하거나 이노베이션이 활성화되는 효과를 기대할 수 있다. 또한 O-RAN Alliance는 RAN의 인텔리전트화도 목표로 내걸고 있다.

5G 네트워크는 LTE 시대와 비교해 복잡화될 것이며 사람에 의한 직접 운영이나 최적화는 곤란해진다. 그래서 AI 기술을 활용한 최적화, 네트워크 운용 자동화를 목표한 활동도 추진하고 있다.

-- 이르면 연내에 상용 가동? --
18년 2월 설립 후, 9월부터 본격적인 활동을 시작한 O-RAN Alliance. 올해 들어 눈에 띄는 성과가 나타났다.

19년 3월에 C-RAN(Centralized RAN) 구성에서 기저대역(Base Band) 처리부와 무선부를 접속하는 프론트홀 인터페이스 사양을 공개하였다. O-RAN Alliance에 참여하는 벤더는 이에 준거한 기지국 장치를 개발. 이동통신사도 테스트를 거쳐 19년부터 5G의 상용 네트워크에 도입할 방침을 표명하였다.

이 ‘O-RAN프론트홀’에 의해 이동통신사는 복수 벤더의 모국(母局)과 무선신호처리부(Radio Unit: RU)을 연결한 멀티벤더 RAN을 구축하는 것이 가능해진다.

5G는 커버 범위가 작은 기지국 장치를 다수 설치하는 형태에서의 RAN 전개를 전망하고 있기 때문에 설치 장소나 프론트홀 확보가 과제다. 멀티벤더화에 의해 선택지가 증가하면 설치장소나 전개 시나리오에 맞춰서 최적의 기지국 장치를 활용할 수 있게 된다.

조기에 O-RAN 사양에 준거한 RU를 개발한 것이 NEC다. 3.7/4.5/28GHz 대응의 소형∙경량 RU를 준비. 앞으로 다른 벤더의 장치와의 상호 접속 시험을 추진, 파트너제품을 조합하여 RAN솔루션을 제공한다고 한다. 상호 접속 시험의 테스트 스펙은 7월 이후에 퍼스트 버전이 공개될 예정이다.

또한 공개된 인터페이스 사양은 5G와 4G LTE 양쪽을 서포트하고 있지만 NEC로서는 5G에 포커스를 맞춰서 전개할 방침이라고 한다. 이르면 19년 후반부터 내년에 걸쳐 O-RAN 준거 RAN에 의한 서비스가 시작될 것으로 보인다.

-- C-RAN의 기능 배치도 재검토 --
-- 가상화나 화이트박스화도 --
-- ‘게임체인지’의 기회 도래 --

Part 6. 5G망은 SRv6로 일필휘지
탈∙‘짜깁기’ 네트워크로

5G의 시대는 지금까지 상상도 못했던 서비스가 속속 생겨날 것이다. 그런 새로운 서비스를 간단하게 제공할 수 있고 운용도 심플하게 추진할 수 있다. 지금까지와는 완전히 반대의 이동통신 네트워크를 목표하는 움직임이 시작되었다.

다양한 기능과 프로토콜의 조합으로 구축되는 이동통신 네트워크 서비스. 만드는 방법은 패치워크와 같다. 그러나 예술에서 말하는 패치워크처럼 아름답지는 않다. 정말 ‘짜깁기’다. 그 정도로 현재의 이동통신 네트워크는 복잡하다.

5G 시대를 전망하고 소프트뱅크가 구축하려 하고 있는 새로운 네트워크에 대해 소프트뱅크의 고시로(古代) 과장은 “그 짜깁기가 하나의 선이 된다. ‘일필휘지’로 서비스를 제공할 수 있게 된다”라고 표현한다.

압도적으로 심플한 네트워크를 실현하기 위한 핵심 기술이 ‘Segment Routing’이다. 12년 무렵에 시스코시스템즈가 제창한 것으로, 현재 전세계의 이동통신사에서 설치되고 있다. 국내에서는 소프트뱅크가 17년부터 코어네트워크에 도입하기 시작하였다.

소프트뱅크는 현재는 보다 새로운 기술인 ‘Segment Routing IPv6(SRv6)’를 광역자치단체 차원의 네트워크에 도입하고 있다고 한다. 19년 4월부터 상용 네트워크에서 본격 운용을 시작하였다.

▶ Segment Routing이란?
입구에서 모든 것을 결정한다.

Segment Routing 및 SRv6는 어떤 기술일까? 간단히 말하면 패킷을 내보내는 입구에서 ‘이곳을 통과해’라고 지시하는 것 만으로 도착지나 경로를 지정할 수 있는 기술이다. 복잡한 프로토콜이나 패스 정보의 관리를 배제할 수 있다.

이동통신 네트워크는 IGP라는 베이스의 프로토콜과 함께 MPLS 등의 다양한 프로토콜을 동작시키는 복잡한 구조로 되어 있다. Segment Routing의 가장 큰 특징은 그들을 배제하고 IGP에 기능을 집약하는 것이다. 설계∙구축, 운용까지 상당히 심플해진다.

IGP(Interior Gateway Protocol)는 경로 정보를 통신기기 사이에서 교환하는 순서를 정한 프로토콜(OSPF나 IS-IS 등)의 총칭이다. MPLS(Multi-Protocol Label Switching)는 라벨이라고 불리는 식별자를 패킷에 부가하여 전송하는 기술이다. 이를 동작시키기 위해서는 네트워크를 구성하는 노드가 패킷이 지나는 길인 패스의 정보를 유지할 필요가 있다. 계속적으로 이 상태의 관리∙유지를 해야 한다.

-- SDN도 보다 심플하게 --

▶ SRv6의 매력
IPv6 벤더에서 프로그래밍

-- 인텐트를 헤더에 내장 --
-- MEC도 사용하기 쉽게 --
-- 미래는 기지국까지 SRv6화? --
-- LINE 등의 OTT에도 파급 --

 -- 끝 --