17. RAN (Radio Access Network)의 변화

RAN에 대해 알아보도록 하자.

 

1. RAN의 역사 ~ 3G

영상 속 역사 설명 그림

RAN의 역사를 3G부터 간략하게 알아보자.

 1-1. 3G RAN

3G의 RAN은 Core - RNC - Node B의 구조로 되어있다. 이때 RNC(Radio Network Controller)는 다수의 Node B를 컨트롤 하며, 무선 네트워크를 제어하고,  Node B는 안테나가 달려있어 UE와의 통신을 하게 된다.

 

하지만 이 방식은 RNC의 의존도가 매우 크다. RNC가 컨트롤 기능을 상실하면 Node B들을 제어하지 못하기 때문이다.

또한 4G, 5G로 넘어오면서 동영상 재생, 실시간 스트리밍과 같이 데이터 사용량이 증가하게 되면서 UE의 활동량이 커졌고, 3G의 RAN구조는 이 패킷들을 감당하는데 너무 비효율적이었다. (UE에서 Core까지 가는 딜레이가 길어짐)

 

따라서 RNC가 다수의 Node B를 관리하는 것이 아닌 각자 분담해서 담당하는 D-RAN 구조를 4G에서 채택하였다.

 

 1-2. D-RAN

D-RAN(Distributed-RAN)은 Core와 eNB를 직접 연결하는 구조를 말한다. 이 때 eNB는 3G의 RNC의 기능과 Node B의 기능을 가지고 있다. 하지만 D-RAN 또한 문제가 있다. 모든 기술은 항상 문제가 있지..

 

1. 한쪽 노드가 과부하가 와도 다른 노드에 분산을 시켜줄 수 없다. (물리적으로 CPU, 메모리가 분리되어있기 때문)

2. 분산돼어 있어 중앙집권(centralized)이 불가능하다. (eNB의 대장을 어떻게 정할 수가 없음)

3. 가상화를 하기 위해서는 데이터를 모아놓은 센터가 필요한데 이 센터가 없다. (2번이유와 비슷)

 

이러한 이유로 다시 C-RAN(Centralized-RAN) 방식을 채택하게 된다.

 

1-3. C-RAN

C-RAN이지만 5G로 넘어오면서 그 모습이 3G와는 다르게 바뀌었다. 우선 RNC와 같은 역할을 CU(Central Unit)가 있고 그 아래에 DU(Distributed Unit)이 있다. CU-DU를 묶어서 gNB(gNodeB)라고도 부른다.

영상 속 gNB 프로토콜 스택 설명 그림

gNB는 그림과 같은 프로토콜들로 구성되어 있다. 물리계층, 맥 계층, RLC 계층, PDCP 계층, RRC 계층으로 이루어져 있고 각 계층을 간단히 소개해보겠다.

 

1. 물리 계층(Physical Layer) - 아날로그 신호를 디지털 신호로 변,복조함, 데이터 전송 및 수신

2. MAC 계층(Mac Layer) - 무선 자원 할당 및 유저 간 충돌 방지 (스케줄링을 관리한다고 생각하면 될 듯)

3. RLC 계층(Radio Link Control Layer) - 무선 링크 제어 및 데이터의 신뢰성 보장 (ARQ, Segmentation and reassembly,

                                                                  Status reporting의 역할)

4. PDCP 계층(Packet Data Convergence Protoco Layer) - 패킷 데이터를 효율적으로 전송하는 역할 (헤더 압축, 암호화, 무결성 보장 등)

5. RRC 계층 (Radio Resource Control Layer) - 무선 자원을 관리하고 이동성 관리를 수행함 ( 사용자와 무선 연결을 담당)

 

이러한 계층들을 만들어 놓음으로써 쉽게 역할을 구분할 수 있고 문제가 생길 경우 계층을 교체할 수도 있게 되었다.

이 계층들을 어떻게 나누어 CU, DU에 할당할 것인가에 대한 경우의 수를 옵션화하여 만들었는데 다음 그림을 보자.

영상 속 옵션 설명 그림

옵션은 총 8개로 그냥 각 계층마다 잘게 다 쪼갰다. 여기서 가장 많이 사용되는 옵션은 바로 Option2이다.

기능이 비슷한 것끼리 묶었을 때 RRC와 PRCP는 어플리케이션 프로토콜의 성격이 강하고 RLC부터 RF까지는 라디오 프로토콜의 성격이 강하기 때문이다. (성격이 비슷한 프로토콜끼리 묶어야 Latency가 낮아진다!)프로토콜을 잘 알면 바로 안다는데 일단 말씀하신대로 알고 있자.. 

 

 

영상 속 C-RAN 구조와 Split 설명 그림

그림을 보면 정말 어질어질한데.. 내가 이해한만큼 최대한 적어보겠다.

 

물리 계층을 둘로 쪼개서 상위 물리계층, 하위 물리계층으로 나눈 버전이 split 7이고 물리계층과 DFE만 나눈 것을 split 8이라고 한다. split  7c처럼 나눈이유는 5G 때문인데 바로 DFE의 처리 부담을 줄이기 위함이다.

 

DFE가 무엇인가?

DFE(Digital Feedback Equalization)은 무선통신에서 발생하는 채널 왜곡을 보상하여 수신 신호의 품질을 향상시키는 기술이다. 5G는 고주파수(mmWave, Beamforming, Massive MIMO)를 사용하면서 채널 왜곡이 심해지는데 이것은 DFE에 많은 처리 부담을 준다.

 

따라서 물리계층을 쪼개어 DFE에 붙여줌으로써 DFE의 일 처리 부담을 낮춰준 것이다. 그리고 하위 물리계층과 DFE를 합쳐서 RU(Radio Unit)이라고 부른다. Split 7 = CU+DU+RU가 되는 것이다.

 

각 split을 보면 FH,MH,BH이 보인다. 이것들은 프론트홀, 미드홀, 백홀을 뜻하고 5G 통신에서 중요한 용어들이다.

 

FH(FrontHual) - RU-DU 사이를 연결하는 통신링크

MH(MidHual) - DU-CU 사이를 연결하는 통신 링크

BH(BackHual) -  CU-Core network 사이를 연결하는 통신 링크

UE와 가까운 곳부터 FH > MH > BH 순으로 외우면 될 듯하다.

 

이렇게 해서 C-RAN에 대해 알아보았다.

1-3. V-RAN, O-RAN

V-RAN

V-RAN은 Virtualization-RAN을 뜻하며 CU부분을 가상화시킨 RAN을 말한다. CU부분을 가상화 시키면 맨 처음에 말했던 한쪽 노드에 과부하가 오면 다른 노드에서 이것을 분산시켜주는 것이 가능해진다. 이렇듯 V-RAN을 적용하면 CU의 자원을 공유할 수 있게 된다.

 

O-RAN

간단한 O-RAN 설명 사진

 

O-RAN은 Open-RAN을 뜻하며 개방형 무선 접속망이라고 이해하면 된다. 기존에는 한 업체의 장비들로만 통신망을 구축할 수 있었다면 O-RAN에서는 다른 업체의 장비와도 상호 운용을 할 수 있게 된다. 

 

업체들에게 반가운 소리는 아니지만 소비자 입장에서는 장비들을 싼 값에 사서 네트워크를 구축할 수 있기 때문에 좋아진다.

 

이렇게 RAN에 대해서 간략히 알아보았다. (간략한가..?)

지금까지 했던 포스팅 중에서 제일 힘들고 길었던 포스팅 같다...

하지만 그만큼 아는 것도 더 많이 늘었다고 생각한다. 계속해보자!

 

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원작자의 동의를 받고 출처를 밝히며 적습니다.

 

출처

https://www.youtube.com/watch?v=HVZeAUBNERM&list=PLdjcO8otM2M-uJRGgmv3rHRqMInwHRwMd&index=16