5G 네트워크 슬라이싱

3. 주요 개념

과거 이동통신 네트워크(2G, 3G, 4G)는 모든 서비스에 동일한 네트워크를 제공하는 방식이었지만, 이는 기계 간 통신, 초고신뢰 저지연 통신, 향상된 모바일 광대역 콘텐츠 전송과 같이 서로 다른 특성을 가진 다양한 애플리케이션의 요구를 충족시키기에는 부족했다.^[1][3][12]

5G 네트워크 슬라이싱은 이러한 다양하고 상반될 수 있는 서비스 품질(QoS) 요구 사항을 하나의 물리적 네트워크 인프라에서 수용하기 위한 핵심 기술이다.^[1][23] 네트워크 슬라이싱은 네트워크 아키텍처를 여러 개의 논리적이고 독립적인 네트워크로 "분할"하여 각 서비스 요구 사항에 맞게 구성한다.^[1][2][4][5]

이를 구현하기 위해 사용되는 기술은 다음과 같다.^[1][2][4][5]

5G 네트워크 슬라이싱은 스마트폰, 기계간 통신(M2M), 고신뢰 통신 등 다양한 서비스의 QoS 요구사항에 개별적으로 대응하기 위한 기술 중 하나로,^[36] 가상화 기술과 SDN의 오케스트레이션 기능 등이 활용된다.^[37][38][39]

3. 1. 영향 및 응용

4. 아키텍처 개요

4. 1. 서비스 계층

4. 2. 네트워크 기능 계층

4. 3. 인프라 계층

4. 4. 네트워크 슬라이스 컨트롤러

• 종단간 서비스 관리: SLA 요구 사항 측면에서 표현된 다양한 서비스 인스턴스를 서비스 제약 조건을 충족할 수 있는 적절한 네트워크 기능과 매핑한다.
• 가상 자원 정의: 네트워크 기능 할당에 수행되는 자원 관리 작업을 단순화하기 위해 물리적 네트워크 자원을 가상화한다.
• 슬라이스 수명 주기 관리: 가능한 SLA 요구 사항 변경에 맞게 각 슬라이스를 동적으로 재구성하기 위해 세 계층 전체에서 슬라이스 성능을 모니터링한다.

5. 슬라이스 격리

네트워크 슬라이싱에서 동일한 인프라를 공유하는 여러 슬라이스가 동시에 공존할 수 있도록 하는 것은 핵심 개념이자 중요한 요구사항이다.^[1] 각 슬라이스의 성능은 다른 슬라이스의 성능에 영향을 미치지 않도록 보장된다. 이러한 설계는 네트워크 슬라이스 아키텍처를 다음 두 가지 측면에서 향상시킨다.^[1][3]

• 슬라이스 보안: 사이버 공격(사이버 공격) 또는 오류가 발생해도 해당 슬라이스에만 영향을 미치고, 다른 슬라이스의 작동에는 큰 영향을 주지 않는다.
• 슬라이스 프라이버시: 각 슬라이스와 관련된 개인 정보(예: 사용자 통계, MVNO 비즈니스 모델)는 다른 슬라이스와 공유되지 않는다.

6. QoS 보장

네트워크 슬라이싱은 5G 네트워크의 중요한 부분이 되었지만, QoS(서비스 품질) 보장을 잊어서는 안 된다. 일부 연구에 따르면 QoS를 확률적 문제로 공식화하면 AP(접근 지점)의 평균 처리량을 극대화하면서 QoS 관련 제약 조건을 충족할 수 있음을 보여준다.^[1][24]

7. 5G 네트워크 슬라이싱 수익화

5G 네트워크 슬라이싱은 제조, 운송, 의료 등 다양한 산업에 맞춤형 서비스를 제공하는 효과적인 방법 중 하나이다. AIOps, ML/AI 기반 자동화 및 5G 라이프사이클 최적화와 결합하여 네트워크 사업자의 운영 비용(OpEx)을 절감하고 수익을 증대시킬 수 있다.^[1]

8. 5G 코어 네트워크 슬라이싱

3GPP 5G 코어 아키텍처에서는 사용자 평면(UP) 기능과 제어 평면(CP) 기능이 분리되어 있다. 세션 관리, 접근 인증, 정책 관리, 사용자 데이터 저장과 같은 제어 평면 기능은 사용자 평면 기능과 독립적이다. 사용자 평면은 패킷 전달, 캡슐화 또는 캡슐 해제 및 관련 전송 계층 세부 사항을 처리한다. 이러한 분리는 네트워크 슬라이스의 가장자리에 가까운 곳에 사용자 평면 기능을 배포(예: 지연 시간 단축)하고 제어 평면과 독립적으로 만든다.^[1]

주요 5G 코어 네트워크 엔터티는 다음과 같다:^[1]

AMF는 운영자의 서비스를 사용하도록 인증된 UE를 제어하고 gNB 간의 UE 이동성을 관리한다. SMF는 UE의 세션을 관리하는 반면, AMF는 UE와 SMF 간의 세션 관리 메시지를 전송한다. UPF는 사용자 데이터의 처리 및 전달을 수행한다. NSSF는 네트워크 슬라이스의 관리 및 오케스트레이션을 담당한다. CSMF는 서비스 요구 사항을 네트워크 슬라이스 관련 요구 사항으로 변환한다.^[1]

5G 코어 네트워크 기능은 다양한 UE에 대한 특정 서비스를 지원하도록 슬라이싱할 수 있다. 5G 코어의 모듈식 특성 덕분에 5G 코어의 네트워크 기능을 분할하여 다양한 네트워크 슬라이스 간에 공유하여 관리 복잡성을 줄일 수 있다.^[1]

일반적으로 두 가지 방식으로 5G 코어 네트워크 슬라이싱을 수행할 수 있다.^[1]

1. 네트워크 슬라이스당 전용 코어 네트워크 기능을 구현할 수 있다. 이 아키텍처에서 각 네트워크 슬라이스에는 완전히 전용된 코어 네트워크 기능 세트(예: AUSF, AMF, SMF 및 UDM)가 있다. UE는 네트워크 슬라이스와 다양한 코어 네트워크에서 다양한 서비스에 액세스할 수 있다.

2. 사용자 평면 기능과 같은 다른 기능은 슬라이스별(예: UPF)인 반면, 일부 제어 평면 기능을 네트워크 슬라이스 간에 공유할 수 있다. AMF는 일반적으로 여러 네트워크 슬라이스에서 공유되는 반면, SMF와 UPF는 일반적으로 특정 네트워크 슬라이스에 전용된다. UE가 동시에 여러 네트워크 슬라이스의 서비스를 사용할 때 이동성 관리 신호를 줄이기 위해 AMF 기능은 여러 네트워크 슬라이스 간에 공유된다. 예를 들어, UE가 다른 네트워크 슬라이스의 새로운 AMF에 연결될 때 UE 위치 관리 또는 UE와 이전 AMF 간의 제어 신호가 줄어든다. 또한 UDM 및 NSSF는 일반적으로 모든 네트워크 슬라이스에서 공유되어 네트워크 슬라이스의 관리 복잡성을 줄인다.^[1]

9. 네트워크 슬라이싱 보안

네트워크 슬라이싱은 네트워크 슬라이싱 수명 주기 보안, 슬라이스 간 보안, 슬라이스 내 보안, 슬라이스 브로커 보안, 제로터치 네트워크 및 관리 보안, 블록체인 보안과 같은 측면에서 새로운 보안 및 개인정보보호 문제를 야기한다.^[25] 따라서 네트워크 슬라이싱의 보안, 개인정보보호, 신뢰성 향상은 5G의 진정한 기능을 실현하기 위한 핵심 연구 분야가 되었다. 이러한 보안 위협, 과제, 문제를 해결하기 위해 다양한 보안 솔루션이 제안되었는데, 인공 지능 기반 솔루션, 보안 오케스트레이션, 블록체인 기반 솔루션, 보안 서비스 수준 계약(SSLA) 및 정책 기반 솔루션, 보안 모니터링 기반 솔루션, 슬라이스 격리, 설계 기반 보안 및 설계 기반 개인정보보호, 서비스로서의 보안 제공 등이 포함된다.^[25]

참조

_[1] 논문 Network slicing in virtualized 5G Core with VNF sharing https://www.scienced[...] 2023-06-01
_[2] 논문 Network Slicing to Enable Scalability and Flexibility in 5G Mobile Networks 2017
_[3] 논문 Network Slicing in 5G: Survey and Challenges https://www.pure.ed.[...] 2017
_[4] 논문 NFV and SDN—Key Technology Enablers for 5G Networks 2018
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_[6] 논문 Virtualization of 5G Cellular Networks as a Hierarchical Combinatorial Auction 2016
_[7] 서적 Network Slicing - Use Case Requirements GSMA 2018-04-01
_[8] 논문 Low-Complexity Distributed Radio Access Network Slicing: Algorithms and Experimental Results 2018
_[9] 논문 Network Slicing and Softwarization: A Survey on Principles, Enabling Technologies, and Solutions https://zenodo.org/r[...] 2018
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_[11] 웹사이트 RAN Sharing https://www.3gpp.org[...] 2019-07-03
_[12] 논문 5G: A Tutorial Overview of Standards, Trials, Challenges, Deployment, and Practice 2017
_[13] 웹사이트 What Is 5G Network Slicing? https://www.sdxcentr[...] 2020-02-20
_[14] 웹사이트 An Introduction to Network Slicing https://www.gsma.com[...] 2020-02-20
_[15] 웹사이트 Edge Computing and Network Slicing Will Make 5G Gamer-Friendly https://www.thefastm[...] 2020-02-20
_[16] 웹사이트 4 Reasons 5G Is Critical For Mass Adoption Of AR And VR https://www.forbes.c[...] 2020-02-20
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_[19] 서적 Description of Network Slicing Concept NGMN Alliance 2016
_[20] 서적 View on 5G Architecture 5GPPP 2017
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_[23] 논문 Network Slicing Based 5G and Future Mobile Networks: Mobility, Resource Management, and Challenges 2017
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_[25] 논문 A Survey on Network Slicing Security: Attacks, Challenges, Solutions and Research Directions 2023
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