한국통신학회 KICS

한림대학교 소프트웨어융합대학 김태운 조교수 (taewoon@hallym.ac.kr)

  코로나19의 영향으로 호황을 맞이한 분야 중 하나는 네트워크 분야이다. 비대면 업무 문화의 확산, 온라인 수업의 확대, 게임/동영상을 이용한 여가시간의 증가로 인해 전세계적으로 네트워크 트래픽이 급증하였다 [1]. 최근 발표한 보고서에 따르면 폭증하는 네트워크 트래픽 수요는 통신사업자들의 5G 설비 투자의 증가를 촉진하여, 네트워크 장비 업계의 실적이 크게 향상될 것으로 전망하고 있다. 이미 5G 가입자의 월평균 트래픽이 30GB에 도달한 지금 [2], 지속적으로 증가하는 트래픽 수요를 감당하기 위해서는 3.5GHz 대역의 고도화 및 초고주파(mmWave) 대역 서비스 상용화를 위한 지속적인 연구 투자가 필요하며, 통신 시스템은 전례 없는 빠른 속도로 발맞추어 진화하고 발전해야 한다.

통신 사업자의 수익성을 해치지 않음과 동시에(즉, 설비투자비용CAPEX과 운영지출OPEX을 적정 수준으로 유지하며) 폭증하는 트래픽 수요에 즉각 대응하여 네트워크 용량을 늘리기 위한 많은 연구가 있었다. 특히 그 중에서 개방형 무선 접속 네트워크 또는 오픈 랜 (Open Radio Access Network, Open-RAN)이 최근 들어 재조명 받고 있다. 개방형 무선 접속 네트워크는 지속적으로 논의되어 온 네트워크 아키텍처 이며 최근까지도 활발하게 연구되고 있는 분야이다 [3-7]. 개방형 무선 접속 네트워크 기술은 무선 기지국 연결에 필요한 인터페이스와 기지국 운용체계(OS)를 개방형 표준으로 구축하는 것을 목적으로 한다 [8]. 특히, 소프트웨어(SW)로 이동통신 기지국을 구현하여 네트워크 하드웨어(HW) 장비 종속성을 없애고 유연한 기술/서비스의 발전을 가능케한다 [9]. 또한, 3GPP 5G 시스템의 구조적 특징이 소프트웨어 기반 구조, 유연한 구조, 공통 코어 구조 [10] 라는 점을 고려할 때, 5G 시스템은 개방형 무선 접속 네트워크를 현실화 하기에 적합한 환경이라 할 수 있다.

개방형 무선 접속 네트워크 분야에서 가장 왕성한 활동을 보이는 단체는 2018년 2월에 설립된 O-RAN Alliance [11] 이다. 기존의 상호 운용 가능한 개방형 인터페이스, 빅 데이터 기반의 지능형 제어, 무선 접속 네트워크 가상화 기술 개발을 목적으로 하는 xRAN Forum과 C-RAN Alliance가 통합하여 O-RAN Alliance 를 설립했다. 설립 멤버는 AT&T, China Mobile, Deutsche Telekom, NTT DOCOMO, Orange이며, 이후 SK Telecom, KT, Verizon 등 대형 통신사들이 합류했다. 2018년 6월에 첫 이사회 개최, 2019년 9월에 첫 workgroup 미팅을 시작으로 O-RAN Alliance의 활동이 이어져 오고 있으며, 현재 26개의 operator member 및 170여개의 contributor member가 참여하고 있다 [12]. O-RAN Alliance는 “O-RAN: Towards an Open and Smart RAN” (2018년 10월) [13] 및 “O-RAN Use Cases and Deployment Scenarios” (2020년 2월) [14] 백서(white paper)를 발간 했는데, 그 중 [13]에서 O-RAN Alliance의 비전과 참조 아키텍처(reference architecture)를 설명하고 있다 (참고: [15]).

O-RAN Alliance의 비전은 크게 “Openness”와 “Intelligence” 두 가지 이다. O-RAN Alliance는 Openness를 위해 개방형의 표준화된 가상의 네트워크 요소들로 구성된 참조 아키텍처를 제안했다 (아래 그림 참고). 또한, 지능적인 네트워크 시스템의 필요성을 강조하고, 기계학습/인공지능을 활용하여 실시간으로 획득한 네트워크 정보(빅 데이터)를 이용한 자율적 통신 시스템을 추구한다. 이를 위해 O-RAN Alliance의 workgroup에서는 다음과 같은 핵심적인 분야에 대한 연구와 논의를 시작했다: Software Defined & AI enabled RAN Intelligent Controller, RAN Virtualization, Open Interfaces, White Box Hardware, Open Source Software 등. O-RAN Alliance에서 제안하는 참조 아키텍처는 아래와 같다 (아키텍처를 구성하는 컴포넌트에 대한 설명은 백서 [13] 참고).

[O-RAN Alliance Vision 1: Openness] 다양한 장비와 모듈을 결합할 수 있는 형태의 무선 네트워크는 비용 효율적이고 유연한 확장성 가지며, 발빠르게 변화하여 사용자 수요 변화에 즉각 대응할 수 있다. 개방형의 표준화된 인터페이스를 제안하는 것을 시작으로, O-RAN Alliance는 무선 접속 네트워크 생태계 구축을 목표로 한다. 즉, 컴포넌트 기반의 확장을 통해서 무선 통신 서비스를 쉽게 구현/업그레이드 할 수 있고, 네트워크 장비 선택 시 기존의 폐쇄적 공급자 구조를 벗어나 공급자 선택의 제약 없이 다양한 상용의 장비를 사용할 수 있는 환경을 마련하는 것이다. 이는, 단기간에 통신 서비스 확장/개선 및 맞춤형 서비스 제공을 가능케한다. 이에 더해, Open Source Software(OSS)의 사용, 하드웨어 참조 디자인 공개 등을 통해 O-RAN Alliance는 무선 접속 네트워크의 개방화 및 표준화를 시도하고 있다.

[O-RAN Alliance Vision 2: Intelligence] 응용 서비스가 다양해 지고 사용자의 수요가 다변화되면서 5G 네트워크 및 앞으로의 통신망은 기존 시스템에 비해 훨씬 복잡해 질 것이다. 또한, 5G 시스템에서는 무선 라디오 헤드(Remote Radio Head, RRH)의 고밀도화로 인해 네트워크를 구성하는 요소의 수가 크게 증가한다. 이로 인해 네트워크 운용 및 자원 최적화의 복잡도가 증가하고, 기존과 같은 엔지니어에 의존한 네트워크 장비/서비스 배치, 자원 최적화, 네트워크 관리/운영은 어려워질 것으로 보인다. 높아진 네트워크 운용/최적화의 복잡도 문제를 해결하기 위해서는 자동화된 기법의 도입이 필수적이며, O-RAN Alliance는 실시간으로 획득한 네트워크 빅 데이터 정보와 머신 러닝/딥 러닝 기술을 활용하여 모든 네트워크 계층 요소를 자동화 하는 것을 목표로 한다.

이러한 목표를 달성하기 위해, O-RAN Alliance는 개방형의 표준화된 상호 운용 가능한 인터페이스를 확립하고, 무선 접속 네트워크를 가상화 하고, 빅 데이터 기반의 지능형 무선 접속 네트워크를 실현하고, 상용 하드웨어 사용을 최대화하고(= 사유의 하드웨어 사용을 지양하고), API 와 인터페이스를 통일하고, OSS 사용을 확대하는 계획을 가지고 있다.

O-RAN Alliance 외에도, 개방형 무선 접속 네트워크 표준화, 연구 및 개발 활동은 국내 외에서 활발하게 진행중이다.

◼ 2020년 5월 삼성전자는 마이크로소프트, 구글, 페이스북, 인텔 등과 함께 차세대 무선 통신망개방 협의체인 Open RAN Policy Coalition [16]의 창립 멤버로 합류하여, 개방형의 상호 운용 가능한 무선 접속 네트워크를 위한 정책 발전에 협력하기로 했다. 이 단체는 오픈 인터페이스를 표준화하고 개발하는 정책 발전을 통해 서로 다른 업체 간 상호 운용성을 보장하고 새로운 혁신 기업들의 진입 장벽을 낮추는 것을 목표로 한다 [17].

◼ 2019년 10월 7일, 보다폰(Vodafone)이 아시아(터키)와 아프리카(콩고민주공화국)에 매크로 파라렐 와이어리스(Parallel Wireless) 오픈 랜 파일럿 장비를 설치했다 [18].

◼ 2020년 2월, O-RAN Alliance와 텔레콤 인프라 프로젝트(Telecom Infra Project, TIP)가 상호 운용 가능한 개방형 무선 접속망 솔루션을 개발하는 공통 관심 분야에서 상호 협력하기로 협의했다 [19].

◼ 국내에서는 개방형 5G 프론트 홀 인터페이스 표준 개발 애드혹(ad-hoc) 그룹이 TTA(한국정보통신기술협회, Telecommunications Technology Association)산하에 신설되었다. 이동통신 사업자, 장비 제조사 등 10여 개 기관이 공동으로 O-RAN Alliance규격을 기반으로 국내 요구사항을 반영한 표준을 개발하고 있다 [10].

◼ 2020년 6월 국내 통신3사 및 삼성전자, 에릭슨, 한국전자통신연구원(ETRI), 한국네트워크산업협회 (KANI) 등이 참여한 5G 프런트 홀 워킹 그룹이 출범했다 [2].

◼ SK텔레콤은 AIX기술센터를 중심으로 O-RAN Alliance를 비롯한 인텔, 페이스북, 노키아와 설 립한 텔레콤 인프라 프로젝트와 활발하게 교류하며 기술 상용화를 준비 중이다 [9].

◼ KT는 융합기술원이 국내 중계기 업체와 협력해 오픈 랜 기술을 개발 중이다 [9].

◼ 삼성전자는 2019년 9월 AT&T와 39GHz 대역 주파수를 사용해 오픈 랜 기술을 시범적용하고 통화에 성공했다.

[1]     정보통신신문, “코로나 이후 폭증한 트래픽 ‘발등의 불’”, 2020.04.13.

[2]     정보통신신문, “폭증하는 트래픽…네트워크장비 최대실적 기대감 고조”, 2020.07.06.

[3]     J. Kempf et al., “OpenRAN: A new architecture for mobile wireless Internet radio access networks,” IEEE Communication Magazine, May 2002.

[4]     S. K. Singh et al., "The Evolution of Radio Access Network Towards Open-RAN: Challenges and Opportunities." 2020 IEEE Wireless Communications and Networking Conference Workshops (WCNCW). May 2020.

[5]     L. Gavrilovska et al., "From Cloud RAN to Open RAN." Wireless Personal Communications, Mar. 2020.

[6]     S. Niknam et al. "Intelligent O-RAN for Beyond 5G and 6G Wireless Networks." arXiv preprint arXiv:2005.08374, May 2020.

[7]     M. Yang et al., “OpenRAN: A software-defined RAN architecture via virtualization,” ACM Special Interest Group on Data Communication (SIGCOMM), Aug. 2013.

[8]     ET프리미엄, 오픈랜, https://premium.etnews.com/ict/index.html?id=679. [Accessed: 2020.08.11]

[9]     전자신문, “오픈 랜(RAN) 상용화 '속도'···이통기지국 SW방식으로 구현”, 2020.06.17.

[10]  신명기 외, “5G 네트워크/시스템(5GS) 표준기술 동향,” TTA Journal, vol 184, 2019.08.10.

[11]  O-RAN Alliance, https://www.o-ran.org/.

[12]  O-RAN Alliance Membership, https://o-ran.org/membership.

[13]  O-RAN Alliance, “O-RAN: Towards an Open and Smart RAN”, white paper, Oct. 2018. [URL: https://www.o-ran.org/s/O-RAN-WP-FInal-181017.pdf].

[14]  O-RAN Alliance, “O-RAN Use Cases and Deployment Scenarios”, white paper, Feb. 2020. [URL: https://www.o-ran.org/s/O-RAN-Use-Cases-and-Deployment-Scenarios-Whitepaper-February-2020.pdf].

[15]  S. Abeta et al., “O-RAN Alliance Standardization Trends”, NTT DOCOMO Technical Journal, vol. 21, no. 1, July 2019.

[16]  Open RAN Policy Coalition, https://www.openranpolicy.org/.

[17]  이투데이, “삼성전자, MS-구글-인텔 등과 5G 글로벌 개방형 연합 합류”, 2020.05.07.

[18]  연합뉴스, “[PRNewswire] 파라렐와이어리스, 보다폰의 오픈랜 비전 구현 지원”, 2019.10.07.