4G/5G 백홀 네트워크에 대한 최신 정보

엑스홀이란 무엇인가?

엑스홀은 셀 사이트를 상호 연결하고 궁극적으로 액세스되는 컨텐츠를 호스팅하는 데이터 센터에 연결하는 프런트홀, 미드홀 및 백홀 전송 네트워크를 의미합니다. 5G는 네트워킹 슬라이싱 기술을 통해 다음 세 가지의 주요한 5G 사용 사례를 지원하며, 각 사용 사례는 모바일 서비스가 프런트홀, 미드홀 그리고 백홀 네트워크에서 전송될 때 자체적인 네트워크 성능 요구 사항을 가집니다. 

• eMBB(enhanced Mobile Broadband)는 상당한 유선 용량 증가를 필요로 합니다.
• mMTC(massive Machine-Type Communications)는 수 백만에서 수 십억 대에 이르는 기계 장치(대규모 사물 인터넷)를 최적으로 연결하기 위해 분석 기반 자동화를 필요로 합니다.
• urLLC(ultra-reliable Low-Latency Communications)는 매우 낮은 예측 가능 지연 시간 목표를 달성하기 위해 MEC(다중 액세스 에지 컴퓨팅) 및 예측 가능 패킷 광 전송 기술을 필요로 합니다. 

네트워크 사업자, 모바일 및 도매 사업자 모두는 네트워크 전체 수명 주기 동안 각 네트워크 슬라이스의 성능을 보장할 수 있어야 합니다. 이는 유선 도메인에서 특정 트래픽 관리 기능이 프런트홀, 미드홀 및 백홀 네트워크에서 필요함을 의미합니다. 이를 통해 이들 네트워크는 단순히 용량을 증가시키는 것을 넘어 효율적으로 기능하여 5G 서비스를 적합하게 지원할 수 있습니다. 프런트홀 및 미드홀 네트워크와 비교하여 지연 시간 요구 사항이 덜 엄격한 백홀의 경우 용량은 핵심 성능 업그레이드 요소이며 현재의 일반적인 4G용 1GbE에서 5G용 10GbE 및 그 이상 용량으로 이동할 것입니다.

프런트홀 및 미드홀 네트워크와 비교하여 지연 시간 요구 사항이 덜 엄격한 백홀의 경우 용량은 핵심 성능 업그레이드 요소이며 현재의 일반적인 4G용 1GbE에서 5G용 10GbE 및 그 이상 용량으로 이동할 것입니다.

엑스홀은 어디에 위치하는가?

4G 환경에서 프런트홀 네트워크는 RRH(Remote Radio Head)를 원거리에 있는 중앙화/클라우드 BBU(Baseband Units)에 연결하며 백홀 네트워크는 BBU를 다시 4G EPC(Evolved Packet Core)에 연결합니다. 5G 환경의 경우에는 NR(New Radio)이 CU(Central Unit ) 및 DU(istributed Unit)로 분리 및 가상화되는 BBU에 연결됩니다. 새로운 5G eMBB 서비스를 전달하기 위해 MNO가 현재 집중하고 있는 백홀 네트워크는 4G 백홀과 비슷합니다. 다만 5G NR이 제공하는 높은 성능과 높은 대역폭으로 인해 훨씬 많은 트래픽을 전송합니다.

그림 1: 4G에서 5G 엑스홀 네트워크로 진화

백홀은 새로운 25GbE, 50GbE 및 궁극적인 400GbE 인터페이스뿐 아니라 1GbE, 10GbE, 및 100GbE 인터페이스로도 제공됩니다. 전송 거리는 일반적으로 100킬로미터 미만에서 수 백킬로미터에 이르며 더 긴 전송 거리는 일반적으로 플러그형 폼 팩터에서 DWDM 옵틱, 코히어런트 및 비 코히어런트 기술을 사용합니다. 

보통 10ms ~ 300ms인 백홀 지연 시간 요구 사항은 프런트홀 및 심지어 미드홀 네트워크보다 훨씬 엄격하지 않습니다. 백홀 네트워크는 일반적으로 이더넷 기반(IP 페이로드 전송)이지만, 광 케이블에 대한 액세스가 불가능하거나 경제적이지 않은 경우 다크 파이버, 마이크로웨이브 기반 무선 또는 최신 IAB(Integrated Access Backhaul) 기반일 수도 있습니다. 각 백홀 기술은 각자의 이점과 위치가 있으며 따라서 이 모든 것을 혼합하여 5G를 위해 활용할 수 있습니다.

5G NSA(Non-Stand-Alone) 및 5G SA(Stand-Alone) 모드

2017년 12월에 3GPP 그룹은 5G NR 사양을 승인했으며, 이는 5G로 향하는 경쟁을 알리는 중대한 이정표가 되었습니다. 승인된 사양을 통해 업계는 5G NR이 사용 가능해지는 즉시 표준 기반 5G NR을 출시할 수 있게 되었습니다. 이후 MNO는 무선 성능 및 표준 준수에 대한 시험을 진행하고 RF(무선 주파수) 모델링과 계획 작업을 수행하며 궁극적으로 기지국, 안테나 기둥, 건물 및 기타 위치의 상부에 물리적으로 이 장치들을 구축할 수 있게 되었습니다.

5G NR은 주로 기존 4G EPC 네트워크에 연결되어 무선 도메인을 통해 최종 사용자인 사람과 장치에 새로운 5G 성능을 제공하지만 유선 네트워크 도메인에서는 여전히 4G 성능을 제공합니다. 이 구성을 5G NSA(Non-Standard-Alone)라고 하며 오늘날 대부분 5G 최종 사용자가 경험하는 것입니다. 그 결과가 “사전 5G” 또는 “부분 5G”이며 5G NR을 가속화하기 위한 기발한 방법입니다. 반면 최근 승인된 3GPP Release-16에 따라 5G 코어와 엑스홀 네트워크는 지속적으로 업그레이드되고 있으며 Release-17은 표준 기반 기술의 대규모 상업적 출시를 지원합니다.

5G NSA 모드는 처음에 주로 영상 중심의 eMBB 사용 사례를 목표로 합니다. 최신 Ericsson Mobility Report에 따르면 이 분야는 2025년까지 모든 트래픽의 약 76%를 소비할 것으로 예측됩니다. 그러나 5G NSA는 네트워크 슬라이싱 기능, 5G QoS(서비스 품질) 또는 초저 지연 시간을 포함하지 않습니다. 즉 현재의 eMBB는 강력한 4G라고 볼 수 있으며 코어 유선 네트워크도 업데이트될 때까지 대부분의 소비자는 이 사용 사례를 경험하게 될 것입니다.

5G SA는 “완전한 5G”라고도 하며 5G NR이 5G 코어 네트워크에 연결될 때 구현됩니다. 5G SA는 5G NSA에서 사용되는 현재 4G EPC를 대체하고 종단 간 성능을 제공하여 5G가 약속하는 모든 것을 실현할 것입니다. 이것은 무선 및 유선 도메인의 네트워크 슬라이싱 기술과 5G 사용 사례 중 urLLC 및 mMTC 범주를 지원하는 5G QoS 프레임워크에 의해 구현될 것입니다. 주요 MNO들은 이미 상업적으로 사용 가능한 5G SA 서비스를 발표했습니다. 완전한 5G의 광범위한 상용화는 여러 해가 걸리는 여정이 될 것입니다. MNO의 비즈니스 목표에 따라 각자의 시작 지점과 종료 지점이 다르기 때문에 이 여정도 다르게 진행될 것입니다.

그림 2: 5G NSA(Non-Stand-Alone) 모드와 5G SA(Stand-Alone) 모드 비교

4G LTE 최종 사용자 한명과 비교할 때 5G 최종 사용자 한명이 최대 10배의 대역폭을 생성할 수 있기 때문에 5G NSA가 백홀 네트워크에 주는 주된 영향은 용량 증가입니다. 즉 5G 스마트폰 1대는 4G LTE 스마트폰 10대 이상의 무선 용량을 소모할 수 있습니다. 물론 각 5G 최종 사용자의 실제 영향력은 스마트폰 자체의 성능, 사용하는 무선 스펙트럼 범위, MNO가 제공하는 성능 등 다양한 실제 요소에 따라 달라질 것입니다. 우리는 곧 어떠한 상황이 펼쳐질 지 알게 될 것입니다.

5G 스마트폰 1대는 4G LTE 스마트폰 10대 이상의 무선 용량을 소모할 수 있습니다.

도매 네트워크 사업자의 중요성

우리가 MNO로부터 모바일 서비스를 구매하기 때문에 5G와 관련된 대부분의 관심은 MNO와 연관이 있습니다. 그러나 5G가 도매 네트워크 사업자에 주는 영향을 잊으면 안 됩니다. 도매 네트워크 사업자가 셀 사이트에 대한 유선 액세스가 없는 MNO와 소형 셀에서 매크로 셀까지 셀 사이트에 연결성을 제공하기 때문입니다.

무선 백홀 서비스는 특히 북미에서 널리 사용되는 서비스입니다. 즉 도매 사업자는 이미 서비스를 사용 중인 MNO 고객에게 필수 5G 성능(예: 지연 시간, 용량, 타이밍 및 동기화)을 전달하기 위해 네트워크를 업그레이드해야 합니다. 5G가 표준 기반의 개방형 프런트홀 및 미드홀 네트워크를 구현하기 때문에 도매 사업자는 연결 서비스 포트폴리오를 현재의 백홀 네트워크에서 이러한 프런트홀 및 미드홀 네트워크 범위로도 확장할 수 있습니다.

Ciena의 새로운 5G 라우터 포트폴리오

표준 기반의 개방형 엑스홀 전송 네트워크를 통해 모바일 사업자와 도매 사업자 모두는 4G/5G C-RAN 및 D-RAN 트래픽을 공통의 유선 인프라에 통합할 수 있으며, 그 결과 소유와 운영이 더 간편하고 비용 효과적인 통합 엑스홀 네트워크가 구현됩니다. 이러한 네트워크 환경은 Ciena가 최신 5164, 5166 및 5168 네트워크 슬라이싱 라우터를 설계할 때 구상했던 것입니다. 이러한 라우터 장비는 모두 액세스에서 메트로까지 자동성, 개방성 및 린 특성을 갖춘 표준 기반 IP 네트워크를 구축하는 차별화되고 더 나은 방법인 Aaptive IP^TM에 기반합니다. 

통합 4G 및 5G 엑스홀 네트워킹은 시장이 향하는 방향이며 Ciena가 실현하고 있는 인프라 환경입니다.