KR20200107207A - 이동 통신 시스템의 네트워크 슬라이싱 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

이동 통신 시스템의 네트워크 슬라이싱 방법 및 장치가 제공된다. 이동 통신 시스템이 서비스 요구를 수신하면, 서비스 요구의 서비스 특성 및 요구 사항을 기반으로 서비스 유형을 판단하며, 서비스 유형에 따라 상기 이동 통신 시스템이 포함하는 복수의 노드에 대해, 각 노드별 독립적인 네트워크 슬라이싱에 따라 해당 서비스를 처리할 수 있는 지를 판단한다. 노드별 독립적인 네트워크 슬라이싱에 따라 서비스 처리가 가능한 경우, 해당 노드의 네트워크 슬라이싱에 따라 구현되는 적어도 하나의 슬라이스 인스턴스를 통해 해당 서비스가 처리된다. 반면, 노드별 독립적인 네트워크 슬라이싱에 따라 서비스 처리가 가능하지 않은 경우, 적어도 둘 이상의 노드의 결합을 통해, 각 노드의 네트워크 슬라이싱에 따라 구현되는 적어도 하나의 슬라이스 인스턴스를 통해 해당 서비스가 처리된다.

Description

이동 통신 시스템의 네트워크 슬라이싱 방법 및 장치{Method and apparatus for network slicing in mobile communication system}

본 발명은 이동 통신 시스템의 네트워크 슬라이싱 방법 및 장치에 관한 것이다.

현재까지 고객(개인고객, 기업고객 및 장비)은 이동 통신 네트워크에서 주어지는 서비스를 선택의 여지없이 사용해야 했으며, 모든 이동통신 네트워크는 비슷한 서비스를 제공했다. 특히, 4G 시스템까지는 트래픽 용량을 증대하는 기술에 주력하였고 전용망이 모든 서비스를 동일하게 처리하는 구조이기 때문에, 시스템 자원의 활용 효율성이 낮았으며 네트워크 구성 변경이 용이하지 않아서 다양한 서비스 및 요구사항에 적극적으로 대응하기가 효율적이지 않다.

따라서 5G 차세대 통신환경에서는 요구사항도 세분화되고 다양하여 저 지연(Low Latency)이나 고 신뢰성(High Reliability) 중심의 다양한 서비스들이 대세를 이룰 것으로 예상되기 때문에, 다양한 요구사항 및 서비스를 제공하기 위한 네트워크 슬라이싱 기술 같은 네트워크 구조가 요구된다. 특히, 5G 네트워크 슬라이싱 기술은 기존 이동 통신 네트워크 기술에서는 사용되지 않았던 5G 네트워크의 새로운 개념으로서, 이동 단말이 요청하는 서비스에 필요한 네트워크 자원과 네트워크 기능들을 하나의 독립적인 슬라이스로 묶어서 제공하는 기술이다. 이를 통해 네트워크 사업자는 각 서비스 및 사용자에 특화된 네트워크 자원을 독립적으로 할당할 수 있고 자원 가상화를 통해 네트워크의 유연성을 확보함으로써, 서비스 및 네트워크 자원 운용의 확장성 및 신뢰성을 제공할 수 있다.

지금까지 네트워크 슬라이싱에 대한 세계 표준화 노력은 아직 초기 단계에 있으며 대부분 수직적 슬라이싱(Vertical Slicing)에 초점을 두고 있다. NGMN, 3GPP, 5GPPP Co-Funded 프레임워크 및 WWRF의 작업을 포함하여 수직 네트워크 슬라이싱에 대한 업계 전반의 연구가 진행 중이다. 특히, 3GPP에서 수직 네트워크 슬라이싱은 5G 표준화에서 개발될 핵심 기술 중 하나로 확인되고 있으며, 핵심 네트워크 슬라이싱에 대한 연구가 진행 중이다. 업계에서 현재 논의되고 있는 사항은, 수직 네트워크 슬라이싱의 개념과 요구 사항, 슬라이싱을 수행하는 방법과 세밀성, CN(Core Network), RAN(Random Access Network) 및 장치에서의 네트워크 슬라이스의 영향 및 네트워크 슬라이싱을 기반으로 하는 잠재적 시스템 아키텍처에 중점을 두고 있다. 수직 네트워크 슬라이싱은 주로 NFV(Network Functional Virtualization) 및 SDN(Software Defined Networking)과 같은 기술로, 활성화된 코어 네트워크 노드에 중점을 두고 있다.

한편, 수직 네트워크 슬라이싱 이외에, 수평적 슬라이싱 즉, 수평 네트워크 슬라이싱도 연구되고 있다. 수평 네트워크 슬라이싱은 슬라이스별로 고유한 물리적 자원을 갖거나 인접 네트워크 슬라이스의 자원을 공유할 수 있도록 지원한다. 수평 네트워크 슬라이싱은 네트워크의 가상화가 전적으로 수행 가능한 환경에서 최적의 솔루션을 제공할 수 있다. 그리고 서비스 및 사용자 요구사항에 맞춤형으로 필요한 불필요한 기능을 제외하고 반드시 필요한 기능들로 슬라이싱을 구성할 수 있어서 5G 시스템의 다양한 서비스 및 비균일 트래픽 환경에서 효율적으로 대응할 수 있는 새로운 기술이다.

차후에 네트워크에 대한 완전 가상화가 실현된다면 수직적 슬라이싱과 수평적 슬라이싱을 동시에 활용할 수 있는 환경에서는 하나의 디바이스가 여러 슬라이스에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 스마트폰은 모바일 광대역(Mobile Broadband, MBB) 서비스의 수직적 슬라이스, 건강 관리 서비스의 수직적 슬라이싱 및 웨어러블 장치를 지원하는 수평적 슬라이싱에서 동작할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이동 통신 시스템에서 수평적 슬라이싱을 기반으로 네트워크를 슬라이싱하는 효율적으로 수행하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따른 방법은, 이동 통신 시스템에서의 네트워크 슬라이싱 방법으로서, 상기 이동 통신 시스템이 서비스 요구를 수신하면, 서비스 요구의 서비스 특성 및 요구 사항을 기반으로 서비스 유형을 판단하는 단계; 상기 서비스 유형에 따라 상기 이동 통신 시스템이 포함하는 복수의 노드에 대해, 각 노드별 독립적인 네트워크 슬라이싱에 따라 해당 서비스를 처리할 수 있는 지를 판단하는 단계; 노드별 독립적인 네트워크 슬라이싱에 따라 서비스 처리가 가능한 경우, 해당 노드의 네트워크 슬라이싱에 따라 구현되는 적어도 하나의 슬라이스 인스턴스를 통해 해당 서비스가 처리되는 단계; 및 노드별 독립적인 네트워크 슬라이싱에 따라 서비스 처리가 가능하지 않은 경우, 적어도 둘 이상의 노드의 결합을 통해, 각 노드의 네트워크 슬라이싱에 따라 구현되는 적어도 하나의 슬라이스 인스턴스를 통해 해당 서비스가 처리되는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 차세대 이동통신 시스템에서 네트워크 수평적 슬라이싱을 효과적으로 운용하여 사용자가 요청한 서비스를 최적의 효율성을 제공함으로써 트래픽의 서비스 품질을 개선하고 시스템의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 수직 네트워크 슬라이싱의 개념을 나타낸 도이다.
도 2는 수평 네트워크 슬라이싱의 개념을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 슬라이싱의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 슬라이싱 방법에 따른 처리 절차의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 슬라이싱 장치의 구조도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템은 다양한 이동 통신 네트워크에 적용될 수 있다. 예를 들면, 이동 통신 시스템은 현재의 무선 접속 기술(radio access technology, RAT) 기반의 이동 통신 네트워크 또는 5G 및 그 이후의 이동 통신 네트워크에 적용될 수 있다. 3GPP에서는 IMT-2020 요구사항을 만족하는 새로운 RAT 기반의 5G 표준 규격을 개발하고 있으며, 이러한 새로운 RAT를 NR(New Radio)이라고 할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 NR 즉, 차세대 기반의 이동 통신 시스템을 예로 들어서 설명하지만, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고 다양한 이동 통신 시스템에 적용될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 슬라이싱 방법 및 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 수직 네트워크 슬라이싱의 개념을 나타낸 도이다.

네트워크 슬라이싱은 물리적으로 하나의 네트워크를 다수의 네트워크처럼 동작하도록 만드는 가상화 기술로, SDN(Software Defined Network)과 NFV(Network Function Virtualization)라는 기술을 바탕으로 하는데, 이 기술들은 유선망의 운용 효율성 강화를 위해 등장한 개념이다. 지금까지 특정 산업이나 기업에게 전용망을 제공하기 위해서는 사용자의 복잡한 요구사항을 반영해야 하는 만큼 서비스 제공에 많은 자원이 필요하다. 네트워크 슬라이싱은 네트워크를 조각조각 '썰어' 사용하는 활용하는 것으로 실제로 대역폭을 나누는 것은 아니고, 물리적인 네트워크 인프라 위에 여러 개의 논리적 네트워크를 얹어 사용하는 방식이다. 네트워크에서 물리적인 자원과 기능을 분리한 후 필요에 따라 별도로 묶어서 제공하는 것이다. 이 각각의 묶음을 슬라이스(Slice)라고 하는데 슬라이스별로 맞춤 설정이 가능하다. 어떤 슬라이스는 HD(High Definition) 동영상 스트리밍에, 어떤 슬라이스는 보안에, 또 다른 슬라이스는 많은 기기를 연결해 사용할 수 있도록 최적화할 수 있다. 예를 들어, 스마트폰은 HD급 동영상이 주류를 이루는 서비스이기 때문에, 첨부한 도 1의 슬라이스 1(slice 1) 같은 형태의 구조를 설정하여 서비스를 제공하고, 실시간성과 저지연(Low Latency)을 필요로 하는 차량용 디바이스(Automotive device)들에 대해서는 슬라이스 2(slice 2) 같은 형태의 구조를 설정하여 서비스를 제공하며, 저전력의 연결성만 필요로 하는 매시브 IOT 디바이스((Massive IoT device)들에 대해서는 슬라이스 3(slice 3)과 같은 형태의 구조를 설정하여 서비스를 제공할 것이다.

네트워크 슬라이싱은 다양한 종류의 단말이 서로 다른 가상 네트워크 자원을 통하여 서비스를 제공받는 상황으로 스마트폰, 자율주행 차량, 매시브 IoT 디바이스 등 단말의 종류에 따라 서로 다른 네트워크 슬라이스에 서로 다른 무선 연결 기술(RAT, Radio Access Technology)을 통해서 연결될 수 있다. 서로 다른 단말은 각각의 네트워크 슬라이스를 통해서 단말의 특성에 적합한 서로 다른 품질의 단대단(end-to-end) 서비스를 제공받을 수 있다. 이때, 각 네트워크 수직적 슬라이싱은 하나의 물리적인 네트워크의 구성 요소(액세스 노드(Access Node)/클라우드 노드(Cloud Node)/네트워킹 노드(Networking Node)) 중 상호 매핑된 슬라이스로 구성된 가상화된 네트워크가 될 수 있으며, 각 네트워크 슬라이스마다 CP(Control Plane)와 UP(User Plane)를 처리하는 구성 요소가 서로 다를 수 있다. 현재, NGMN, 3GPP, 5GPPP Co-Funded 프레임 워크 및 WWRF의 작업을 포함하여 수직 네트워크 슬라이싱에 대한 업계 전반의 연구가 진행 중이며 특히, 3GPP에서 수직 네트워크 슬라이싱은 5G 표준화에서 개발될 핵심 기술 중 하나로 핵심 네트워크 슬라이싱에 대한 연구가 진행 중이다

본 발명의 실시 예에서는, 네트워크 슬라이싱 적용을 통한 코어 네트워크 및 RAN(Random Access Network)에서 맞춤형 네트워크 서비스를 제공한다. 이에 따라 해당 서비스에 불필요한 네트워크 기능이나 트래픽을 분리시켜 서비스의 독립성과 안정성 및 자원 사용의 효율성을 확보하여 네트워크 구조의 유연성을 확보한다. 또한, 네트워크에서 제공해야 하는 서비스에 대하여 대역폭(Bandwidth), 응답시간(Latency), 신뢰성(Reliability), 긴급성(Emergency), 중요성(Priority), 보안(Security)등의 우선순위 같은 세분화된 서비스 분류를 하여, 네트워크 슬라이싱 방법으로 효율적인 처리를 수행한다.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시 예는 기존의 수직적 슬라이싱 개념보다는 로컬 슬라이싱 기능들을 독립적으로 또는 상호 유기적으로 조합하여 서비스 및 사용자 요구사항을 완전하게 처리할 수 있도록 하는 수평적 슬라이싱을 기반으로 하는 네트워크 슬라이싱을 제공한다.

5G 이후 단계에서는 네트워크 용량과 사용자 환경을 더욱 향상시켜야 할 것으로 예상된다. 그러나 용량 증가는 종단간 단일화를 필요로 하지 않는다. 용량 확장 계수는 사용자에 가까울수록 높을 수 있으며 인프라 네트워크에 더 깊이 들어가면 낮을 수 있다. 네트워크의 최첨단에서 10,000배 용량의 스케일링과 네트워크 코어에서 10배의 스케일링을 제공한다. 이러한 비균등 용량 확장은 새로운 유형의 사용자 트래픽 및 서비스에 의해 주도되고 통신 기술의 기본 원칙에 의해 결정된다. 우리는 끊임없이 증가하는 장치 수와 이로 인해 네트워크 에지(edge)에서 대량의 사용자 트래픽이 발생할 것으로 예상된다. 서비스 기능 및 장치 감지가 지역적이므로, 감지된 데이터 처리 및 해당 결정 및 조치를 로컬로 유지하여 대기 시간을 줄이고 개인 정보 보호 및 보안을 향상시키는 것이 바람직하다. 결과적으로 더 깊은 네트워크로 들어가는 데이터의 양은 줄어들 것이고 트래픽 조정은 비 균일성이 증대될 것이다. 비 균일 트래픽 스케일링은 불균등한 네트워크 용량 확장을 필요로 하며, 비균일 용량 스케일링의 타당성은 통신 이론에서 잘 입증되어 왔는데, 비 균일 용량 스케일링은 통신을 돕기 위해 사용하는 것으로 에지 컴퓨팅 및 프로세싱은 인프라 네트워크로의 트래픽을 감소시키는 것으로 볼 수 있다. 예를 들어, 기지국(예: RAN)은 컴퓨팅 자원의 일부를 슬라이싱하여 휴대용 장치에서 컴퓨팅을 돕고, 휴대용 장치는 컴퓨팅 자원의 일부를 슬라이싱하여 웨어러블 장치의 계산을 돕는 등 사용자 경험을 제공하는 데 활용될 수 있다.

따라서 본 발명의 실시 예에서는 비균일 용량에 효율적으로 대처하기 위해서, 로컬 슬라이싱 기능들을 독립적으로 또는 상호 유기적으로 조합하여 서비스 및 사용자 요구사항을 완전하게 처리할 수 있도록 하는 수평적 슬라이싱을 기반으로 하는 네트워크 슬라이싱을 제공한다.

도 2는 수평 네트워크 슬라이싱의 개념을 나타낸 도이다.

수평 네트워크 슬라이싱(horizontal network slicing)은 도 2에서와 같이, 수평적 영역에서, 네트워크 계층의 인접 계층에 있는 물리적 자원(무선의 관점에서 계산 장치, 저장 장치 등)이 슬라이스 되어 수평 분할 영역을 형성한다. 수평 네트워크 슬라이싱은 슬라이스별로 고유한 물리적 자원을 갖거나 인접 네트워크 슬라이스의 자원을 공유할 수 있도록 지원하며, 가상화가 전적으로 수행 가능한 환경에서 최적의 솔루션을 제공할 수 있다.

또한, 수평 네트워크 슬라이싱은 서비스 및 사용자 요구사항에 맞춤형으로 필요한 불필요한 기능을 제외하고 반드시 필요한 기능들로 슬라이싱을 구성할 수 있다. 예를 들어, 로컬로 처리 가능한 서비스를 처리할 때, 기존의 수직 네트워크 슬라이싱은 단말부터 코어 네트워크까지 슬라이싱이 1:1 또는 1:n으로 반드시 구성되어야 하지만, 수평 네트워크 슬라이싱은 최소한의 단위로 처리가능할 수 있도록 개념을 정의하였기 때문에, 단말에서 코어 네트워크까지 슬라이싱이 반드시 매핑 관계를 가질 필요가 없다. 이에 따라, 사용자의 체험(Experience)을 필요로 하는 서비스나 저지연(Low Latency)을 필요로 하는 서비스 및 사용자 요구사항을 역동적으로 제공해줄 수 있어서 시스템의 성능과 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.

이러한 수평 네트워크 슬라이싱은 수직 네트워크 슬라이싱보다 향상된(Advanced) 기술이며, 새로운 비균일 용량 스케일링 추세를 수용하고 에지 클라우드 컴퓨팅 및 컴퓨팅 오프 로딩을 지원하여 로컬로 처리하도록 설계되었다. 앞서 예를 든 것처럼, 기지국 및 휴대용 장치(또는 고성능 장치)의 컴퓨팅 자원이 수평으로 슬라이스되며, 이 슬라이스와 웨어러블 장치(또는 저 성능 장치)의 계산 자원 슬라이스는 새로운 5G 무선 인터페이스 설계를 통해 가상 컴퓨팅 플랫폼을 형성하도록 통합되어, 향후 휴대용 및 웨어러블 장치의 컴퓨팅 기능을 크게 향상시키고 로컬 트래픽 처리를 수행하게 된다. 수평 슬라이싱을 사용하면 트래픽 흐름이 방향 통신 링크가 있는(가까운 거리에 있을 가능성이 있는) 장치들 사이에 만들어진 수평적 슬라이싱 내에서 끝나기 때문에, 수평적 슬라이싱의 종단간 트래픽 흐름은 일반적으로 국부적이며, 수평적 슬라이싱의 두 끝단, 예를 들어 웨어러블 장치와 휴대용 장치 사이 또는 웨어러블 장치와 소형 셀(RAN) 액세스 지점 사이에서 발생하게 된다.

그러나 수직 네트워크 슬라이싱에서, 각각의 네트워크 노드는 보통 슬라이스들 사이에서 유사한 기능을 구현하고 네트워크 노드의 동적 구현은 대개 동적으로 각 슬라이스에 자원을 할당하는 것이 대부분이기 때문에, 5G 시스템의 다양한 서비스와 비균일 트래픽을 처리하기 위한 슬라이싱으로는 수평 네트워크 슬라이싱이 효율적인 측면에서 절대적으로 유리할 수 있다. 그리고 수평 네트워크 슬라이싱에서는 서비스 및 사용자 요구사항에 따라서 슬라이스를 지원할 때, 네트워크 노드에서 불필요한 기능을 제외하고 반드시 필요한 기능을 수시로 생성하여 최적화된 슬라이싱을 새로 만들 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 이러한 수평적 슬라이싱을 기반으로 하는 네트워크 슬라이싱을 제공한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 슬라이싱의 개념도이다.

첨부한 도 3에서와 같이, 본 발명의 실시 예에서는, 이동 통신 시스템은 크게 포터블(Portable) 도메인(10), RAN(Random Access Domain) 도메인(20)과 코어(Core) 도메인(30)을 포함하며, 각각의 도메인은 슬라이싱 처리되어, 적어도 하나의 슬라이스 인스턴스를 포함한다. 여기서 각각의 도메인은 노드라고 명명될 수 있으며, 각 노드별로 수평적 슬라이싱이 이루어지며, 각 노드의 수평적 슬라이싱은 서비스 유형에 따라서 독립적으로 서비스를 수행하도록 정의될 수 있다.

시스템 차원에서 슬라이싱을 관리하는 오케스트레이션(Orchestration) 부분 즉, 슬라이싱 관리부(slice management and orchestration)(40)이 있다. 슬라이싱 관리부(40)는 사용자 또는 디바이스(Device)로부터 서비스 요청이 들어오면 서비스 유형 및 특성에 따른 서비스 인스턴스(instance)를 구성하고 이에 따른 슬라이싱 처리 방법 및 유형을 결정한다. 포터블 도메인(10), RAN 도메인(20), 그리고 코어 도메인(30)에서 독립적으로 처리가 가능하면 독립적인 처리가 이루어지도록 하고, 인접 도메인의 협조가 필요하면 이들 도메인 상호간에 유기적으로 결합하여 처리할 수 있도록 한다. 이와 같은 수평 슬라이싱은 네트워크의 가상화가 전적으로 수행 가능한 환경에서 최적의 솔루션을 제공할 수 있고 서비스 및 사용자 요구사항에 맞춤형으로 불필요한 기능을 제외하고 반드시 필요한 기능들로 슬라이싱을 구성할 수 있어서 5G 시스템의 다양한 서비스 및 비균일 트래픽 환경에서 효율적으로 대응할 수 있는 기술이다.

본 발명의 실시 예에서는, 포터블 도메인(10), RAN 도메인(20), 그리고 코어 도메인(30)은 서비스에 따라서 다양한 형태의 슬라이싱 인스턴스로 구성될 수 있다. 각각의 슬라이싱 인스턴스는 포터블 도메인(10), RAN 도메인(20), 그리고 코어 도메인(30)의 슬라이싱 인스턴스와 독립적으로 또는 상호 유기적으로 동작할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예는 또한, 수직적 슬라이싱의 기본 기술인 CP 및 UP를 구분하여 처리하는 기능을 포함할 수도 있으며, 운용 방법에 대해서는 서비스 및 요구사항에 따라서 모든 인스턴스가 CP/UP를 동시에 처리할 수도 있고, CP의 일부 또는 UP의 기능만을 처리할 수도 있다. 또한, CP는 하나의 인스턴스에서 처리하고 UP는 복수의 인스턴스에서 나누어 처리할 수 있다. 이것은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 슬라이싱 방법을 적용할 때, 진행된 수직적 슬라이싱의 기술을 그대로 수용할 수 있음을 의미한다. 수직적 슬라이싱 서비스 지향 네트워크 관점에서 볼 때 네트워크 슬라이싱은 단대단 네트워크 슬라이스(End-to-end network slice) 지원이 필요하다. 따라서, 현재 집중적으로 논의 중인 코어 네트워크에서의 네트워크 슬라이싱 지원뿐만 아니라 무선 액세스 망(RAN)에서도 코어 네트워크와 연동하여 어떻게 단대단 네트워크 슬라이스를 지원할지에 대한 솔루션이 필요하다. 하지만 수평적 슬라이싱 서비스 관점에서는 기존과 다른 새로운 단대단(end-to-end) 서비스 정의 및 지원이 필요하지만, 여기서는 논외로 한다.

차세대 통신에서는 끊임없이 증가하는 장치 수와 이로 인해 네트워크 에지에서 대량의 사용자 트래픽이 발생할 것으로 예상한다. 서비스 기능 및 장치 감지가 지역적이므로 감지된 데이터 처리 및 해당 결정 및 조치를 로컬로 유지하여 대기 시간을 줄이고 개인 정보 보호 및 보안을 향상시키는 것이 바람직하다. 결과적으로, 더 깊은 네트워크로 들어가는 데이터의 양은 줄어들 것이고 트래픽 조정은 비 균일성이 증대될 것이므로, 비 균일 트래픽 스케일링은 불균등한 네트워크 용량 확장을 필요로 하며 비균일 용량 스케일링을 처리하기 위한 통신 방식을 적용하고자 포터블 도메인(10)을 사용한다.

한편, 포터블 도메인(10), RAN 도메인(20) 및 코어 도메인(30)은 물리적인 자원을 고려한 슬라이싱을 구성하고 처리하는 기능을 한다. 즉, 요구 서비스 트래픽 유형에 따라서 시스템의 자원 할당을 포함한 슬라이싱 처리 유형별 분류를 하여 최적화된 슬라이싱을 처리하도록 한다. 각 도메인은 서비스를 독립적으로 처리할 수 있으며, 인접 도메인의 협조가 필요하면 상호 유기적으로 결합하여 서비스를 처리할 수도 있다.

포터블 도메인(10)은 차량통신이나 MTC(machine Type Communiation), DTD(Device To Device) 통신 같은 로컬로 서비스가 필요한 경우에 제공할 수 있는 서비스 슬라이싱 도메인이다. 포터블 도메인(10)은 5G와 같은 차세대 통신에서 가장 빈번하고 가장 많은 유형의 통신이 될 것으로 예상되며, 이러한 통신을 위해서는 수평적인 개념의 슬라이싱 기술이 가장 효율적일 것으로 기대된다.

RAN 도메인(20)은 기지국내에서 처리 가능한 실시간성 서비스를 처리하기 위한 MEC(Mobile Edge Computing) 기능들을 포함하며, 이를 위해 코어 망에서의 CP/UP 기능도 RAN 도메인(20)에서 처리 가능한 구조로 서비스 슬라이싱 도메인을 구성한다.

코어 도메인(30)은 RAN 도메인(20)보다 실시간성이 필요하지 않고 초연결성의 특징을 갖는 서비스들을 처리할 수 있는 구조로 서비스 슬라이싱 도메인을 구성한다.

이동 통신 서비스는 서비스 특성 및 요구사항에 따라 다양하게 구분될 수 있으며, 각각의 서비스를 세분화하고 특성에 따른 서비스를 처리하기 위하여, 서비스를 시스템 관점에서 포터블 도메인(10), RAN 도메인(20) 및 코어 도메인(30)을 노드별로 나누어 서비스 인스턴스별로 슬라이싱을 구성하여 처리한다.

즉, 서비스 요구사항 및 사용자 요구사항 기준에서 실시간성을 요하는 초저지연(Ultra-Low Latency) 성능을 가장 중요시하는 자율주행(autonomous driving), 차량(Vehicle), MTC, DTD 유형의 서비스는 가급적이면 포터블 도메인(10)에서 처리하도록 하여, RAN 도메인(20) 및 코어 도메인(30)의 슬라이싱을 최소로 구성하고, 포터블 도메인(10)에서 주로 슬라이싱을 구성하여 처리할 수 있다.

실시간성을 요하는 저지연(Low Latency) 성능을 가장 중요시하는 MEC 유형 기반의 서비스는 가급적이면 RAN 도메인(20)에서 처리하도록 하여, 포터블 도메인(10) 및 코어 도메인(30)의 슬라이싱을 최소로 구성하고 RAN 도메인(10)에서 주로 슬라이싱을 구성하여 처리하도록 할 수 있다.

신뢰성(reliability)을 중요시하는 매시브 IoT 서비스는 가급적이면 코어 도메인(30)에서 처리하도록 하고, 포터블 도메인(10) 및 RAN 도메인(30)의 슬라이싱을 최소로 구성하고 역할을 분담하도록 슬라이싱을 처리할 수 있다.

그리고 하나의 단일 도메인에서 처리할 수 없거나 도메인간의 상호 협력으로 보다 좋은 서비스를 제공할 수 있으면, 상이한 도메인간의 유기적인 결합으로 해당 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 양질의 전송용량을 최우선 필요로 하는 MBB(Mobile Broad Band) 서비스는 RAN 도메인(20)과 코어 도메인(30)이 역할 분담을 하여 처리할 수 있다.

이와 같이, 5G와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 차세대 이동통신 시스템에서 슬라이싱은 서비스별 특성 및 요구사항에 따라 분류될 수 있으며, 주요 성능 기준은 전송 신뢰성(Reliability), 요구전송 용량(Bandwidth), 지연시간(Latency) 등을 포함하며, 또한, 긴급성(Emergency), 중요성(Priority), 보안(Security)등과 같은 기준을 추가적으로 포함하여 서비스 유형이 구분되어, 서비스 제공에 효율성을 제공할 수 있다.

네트워크 슬라이싱은 코어 도메인 중심으로 수직적 슬라이싱에 대한 표준화가 진행되고 있지만 아직까지는 수직적 슬라이싱 기술에 관한 것으로 주로 자원관리를 효율적으로 활용하는 것을 주된 목적으로 CP와 UP를 분리하여 슬라이싱을 정의하는 단계이고, RAN 도메인에 대해서는 CP와 UP 분리뿐만 아니라 CU(Control Unit) 및 DU(Digital Unit)를 분리하여 슬라이싱을 정의하는 단계로서, 현재 시스템 구조에 기반한 수직적 슬라이싱 기능을 적용하기 위한 기술이다.

일반적으로 네트워크 슬라이싱을 전적으로 지원하기 위해서는 시스템의 서비스 및 요구사항에 맞게 서비스 인스턴스를 슬라이싱하고, 포터블 도메인, RAN 도메인 및 코어 도메인의 수평적 슬라이싱이 각각 지원되어야 시스템의 효율성을 극대화할 수 있다. 즉, 수평적 슬라이싱은 모든 네트워크가 가상화 기능을 갖는 환경에 적용하면 효율을 극대화할 수 있다. 물론, 추후에 웨어러블(wearable) 통신이 활성화되면, 웨어러블 도메인을 추가하여 슬라이싱 도메인을 확장할 수도 있다. 본 발명의 실시 예에서는 포터블 도메인, RAN 도메인, 코어 도메인으로 한정하여 수평적 슬라이싱 기법을 제안하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

다음에는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 슬라이싱 방법에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 슬라이싱 방법에 따른 처리 절차의 흐름도이다.

첨부한 도 4에서와 같이, 서비스 요구를 수신하면(S100), 네트워크 슬라이싱 장치(100)는, 서비스별 특성 및 요구사항에 따라 서비스 유형을 구분한다(S110). 서비스 유형은 전송 신뢰성(Reliability), 요구전송 용량(Bandwidth), 지연시간(Latency) 등을 기반으로 구분되지만, 더욱더 세분화되어 긴급성(Emergency), 중요성(Priority), 보안(Security) 등의 추가적인 서비스 유형 구분이 가능하다.

위에서 언급한 도 3에서와 같이, 포터블 도메인(10), RAN 도메인(20) 및 코어 도메인(30)이 각각 수평적 슬라이싱 처리되어 복수의 슬라이스 인스턴스를 포함하며, 본 발명의 실시 예에 따른 구분가능한 서비스 유형이 수평적 슬라이싱 단위로 최우선적으로 처리될 수 있다.

네트워크 슬라이싱 장치(100)는 수신된 요구에 따른 서비스 유형이, 포터블 도메인 기반의 서비스인지 판단한다(S120). 본 발명의 실시 예에서는 서비스 유형 및 수평적 슬라이싱을 기반으로, 차량 통신, MTC 및 DTD 통신 같은 초저지연 및 고신뢰성 서비스에 우선 순위를 두기 위해서, 포터블 도메인 기반의 서비스인지를 판단한다.

특히, 단계(S120)에서, 포터블 도메인 기반 서비스인 경우, 시간지연의 최소화와 고신뢰성을 필요로하는 서비스기 때문에, 굳이 RAN 도메인(20) 및 코어 도메인(30)의 슬라이싱을 활용하지 않고도 포터블 도메인(10)에서만 슬라이싱 처리가능한지를 판단한다. 포터블 도메인(10)에서만으로도 슬라이싱 처리가능하면, 포터블 도메인(10)에서 필요한 자원을 활용하여 서비스를 처리한다. 즉, 포터블 도메인(10)의 슬라이스 인스턴스를 이용하여 서비스를 처리한다(S130).

한편, 포터블 도메인에서만 서비스를 슬라이싱 처리할 수 없다고 판단되면, 해당 서비스가 초저지연과 고신뢰성을 필요로 하는 서비스지만 부득이 RAN 도메인(20)과 유기적으로 결합하여 서비스를 처리할 수 있는지를 판단한다(S140). RAN 도메인(20)과 유기적으로 결합하여 서비스를 처리할 수 있는 경우, 포터블 도메인(10)과 RAN 도메인(20)에서 필요한 자원을 활용하여 서비스를 처리한다. 즉, 포터블 도메인(10)의 슬라이스 인스턴스와 RAN 도메인(20)의 슬라이스 인스턴스를 이용하여 서비스를 처리한다(S150).

단계(S140)에서, 포터블 도메인(10)과 RAN 도메인(20)이 유기적으로 결합하는 경우에도 서비스를 슬라이싱 처리할 수 없다고 판단되면, 초저지연과 고신뢰성을 필요로 하는 서비스지만, 포터블 도메인(10)과 RAN 도메인(20) 그리고 코어 도메인(30)과의 유기적 결합을 통해 서비스를 처리할 수 있는 것으로 판단하여, 해당 서비스를 처리한다(S160, S170). 즉, 포터블 도메인(10)의 슬라이스 인스턴스와 RAN 도메인(20)의 슬라이스 인스턴스 그리고 코어 도메인(30)의 슬라이스 인스턴스를 이용하여 서비스를 처리한다.

한편, 단계(110)에서, 서비스 유형이 RAN 도메인 기반의 서비스인 경우 해당 처리를 수행한다. 본 발명의 실시 예에서 MEC 같은 RAN 도메인(20)에서 처리하기 적합한 서비스에 우선순위를 두기 위해서 서비스 유형이 RAN 도메인 기반의 서비스인지 판단하고 해당 처리를 수행한다. 구체적으로, RAN 도메인 기반 서비스인 경우, 코어 도메인(30)의 슬라이싱을 활용하지 않고도 RAN 도메인(10)에서만 슬라이싱 처리가능한지를 판단한다(S180). RAN 도메인(20)에서만으로도 슬라이싱 처리가능하면, RAN 도메인(20)에서 필요한 자원을 활용하여 서비스를 처리한다. 즉, RAN 도메인(20)의 슬라이스 인스턴스를 이용하여 서비스를 처리한다(S190).

단계(S180)에서, RAN 도메인(20)에서만으로 서비스를 슬라이싱 처리할 수 없다고 판단되면, 코어 도메인(30)과 유기적으로 결합하여 서비스를 처리할 수 있는지 판단하여 처리한다(S200).

코어 도메인(30)과 유기적으로 결합하여 서비스를 처리할 수 있는 경우, RAN 도메인(20)과 코어 도메인(30)에서 필요한 자원을 활용하여 서비스를 처리한다. 즉, RAN 도메인(20)의 슬라이스 인스턴스와 코어 도메인(30)의 슬라이스 인스턴스를 이용하여 서비스를 처리한다(S210).

한편, 단계(S200)에서, RAN 도메인(20)과 코어 도메인(30)이 유기적으로 결합하는 경우에도 서비스를 슬라이싱 처리할 수 없다고 판단되면, 포터블 도메인(10)과 RAN 도메인(20) 그리고 코어 도메인(30)과의 유기적 결합을 통해 서비스를 처리할 수 있는 것으로 판단하여, 해당 서비스를 처리한다(S160, S170). 즉, 포터블 도메인(10)의 슬라이스 인스턴스와 RAN 도메인(20)의 슬라이스 인스턴스 그리고 코어 도메인(30)의 슬라이스 인스턴스를 이용하여 서비스를 처리한다.

한편, 단계(110)에서, 서비스 유형이 코어 도메인 기반의 서비스인 경우 해당 처리를 수행한다. 본 발명의 실시 예에서 서비스 유형이 신뢰성(reliability)을 중요시하는 매시브 IoT 서비스와 같은 코어 도메인 기반의 서비스인 경우, 코어 도메인에서 슬라이싱 처리 가능한지를 판단한다(S220). 또한, 서비스 유형이 초연결성 기반 서비스같이 레이턴시 뿐만 아니라 성능요구사항까지도 리던던시를 가질 수 있기 때문에 굳이 포터블 도메인(10) 또는 RAN 도메인(20)에서 처리하지 않고 코어 도메인(30)에서 처리해도 전혀 문제가 없기 때문에, 이러한 서비스 유형에 대해서 코어 도메인에서 슬라이싱 처리 가능한지 우선적으로 판단할 수 있다.

단계(S220)에서, 코어 도메인에서만으로 슬라이싱 처리 가능하면, 코어 도메인(30)에서 필요한 자원을 활용하여 서비스를 처리한다. 즉, 코어 도메인(30)의 슬라이스 인스턴스를 이용하여 서비스를 처리한다(S230). 그러나 단계(S220)에서, 코어 도메인에서만으로 슬라이싱 처리가 불가능하면 부득이 RAN 도메인(20)과 유기적으로 결합하여 초연결성 기반의 서비스를 슬라이싱 처리할 수 있다(S200, S210).

이와 같이, 서비스 요구별 특성에 맞게 수평적 슬라이싱을 적용함으로써, 비 균일 트래픽이 증대될 차세대 통신시스템의 비 균일 트래픽 부하 분산뿐만 아니라 서비스의 초저지연 및 고신뢰성 특성을 효율적으로 처리할 수 있게 되어 서비스 품질 개선뿐만 아니라 궁극적으로 시스템의 성능을 개선할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 슬라이싱 장치의 구조도이다.

첨부한 도 5에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 슬라이싱 장치(100)는 프로세서(110), 메모리(120), 입력 인터페이스 장치(130), 출력 인터페이스 장치(140), 네트워크 인터페이스(150) 및 저장 장치(160)를 포함하며, 이들은 버스(170)를 통해 통신할 수 있다.

프로세서(110)는 위의 도 3 및 도 4를 토대로 설명한 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(110)는 예를 들어, 수신되는 서비스 요구를 토대로 서비스 유형을 판단하고, 서비스 유형에 따라 노드(포터블 도메인, RAN 도메인, 코어 도메인)별로 독립적인 네트워크 슬라이싱을 통해 서비스 처리가 가능한지를 판단하고, 또는 노드간의 유기적 결합의 네트워크 슬라이싱을 통해 서비스 처리가 가능한지를 판단하며, 판단 결과에 따라 각 노드를 통한 서비스 처리가 이루어지도록 구성된다. 프로세서(110)는 중앙 처리 장치(CPU)이거나, 또는 메모리(120) 또는 저장 장치(160)에 저장된 명령을 실행하는 반도체 장치일 수 있다.

메모리(120)는 프로세서(110)와 연결되고 프로세서(110)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(120)는 프로세서(110)에서 수행하기 위한 명령어를 저장하고 있거나 저장 장치(160)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장할 수 있다. 프로세서(110)는 메모리(120)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행할 수 있다. 메모리는 ROM(121) 및 RAM(122)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 메모리(120)는 프로세서(110)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 메모리(120)는 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서(110)와 연결될 수 있다.

네트워크 인터페이스 장치(150)는 네트워크에 연결되어 신호를 송수신하도록 구성된다. 네트워크 인터페이스 장치(150)는 서비스 요구를 수신하여 프로세서(110)로 제공하도록 구성되거나 프로세서(110)로부터의 서비스 유형에 따른 판단 결과를 각 노드로 전달하도록 구성될 수 있다.

이러한 구조로 이루어지는 네트워크 슬라이싱 장치(100)는 도 3의 슬라이싱 관리부에 포함되는 형태로 구현될 수도 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

1. 이동 통신 시스템에서의 네트워크 슬라이싱 방법으로서,
   상기 이동 통신 시스템이 서비스 요구를 수신하면, 서비스 요구의 서비스 특성 및 요구 사항을 기반으로 서비스 유형을 판단하는 단계;
   상기 서비스 유형에 따라 상기 이동 통신 시스템이 포함하는 복수의 노드에 대해, 각 노드별 독립적인 네트워크 슬라이싱에 따라 해당 서비스를 처리할 수 있는 지를 판단하는 단계;
   노드별 독립적인 네트워크 슬라이싱에 따라 서비스 처리가 가능한 경우, 해당 노드의 네트워크 슬라이싱에 따라 구현되는 적어도 하나의 슬라이스 인스턴스를 통해 해당 서비스가 처리되는 단계; 및
   노드별 독립적인 네트워크 슬라이싱에 따라 서비스 처리가 가능하지 않은 경우, 적어도 둘 이상의 노드의 결합을 통해, 각 노드의 네트워크 슬라이싱에 따라 구현되는 적어도 하나의 슬라이스 인스턴스를 통해 해당 서비스가 처리되는 단계
   를 포함하는 네트워크 슬라이싱 방법.
   
   
   
   
   

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