49. Time Sync

 

오늘은 Time Sync에 대해서 알아보겠다.

 

1. Time Sync

Time sync랑 Time synchronization을 줄임말로 시간 동기화를 뜻한다. 이동통신 세계에서는 시간 동기화가 굉~~~~~~~~~장히 중요한데 그 이유를 한번 알아보자.

 

영상 속 Time sync 중요성 설명 그림

 

위 그림에 나온 스케줄링, CA/ENDC, 핸드오버는 Time sync의 중요성을 설명하기 아주 좋은 예시들이다.

 

먼저 스케줄링은 자원을 할당하기 위해서 주파수 단위로 쪼갤 것인가 시간 단위로 쪼갤 것인가를 고민하기 때문에 Time sync가 맞지 않다면 제대로 된 스케줄링을 할 수 없게 된다.

 

두 번째로 CA/ENDC이다. CA는 MAC 계층에서 여러 캐리어를 묶어서 큰 캐리어로 사용하는  기술이었고 ENDC는 4G와 5G를 같이 사용하는 기술이라고 설명했었다. 이 때 캐리어들을 묶거나 4G와 5G를 같이 사용하려고 할 때 Time sync가 맞지 않다면 어떻게 될까?

CA의 경우 시간이 맞지 않으면 캐리어들을 제대로 묶을 수 없게 되고 ENDC의 경우는 서로 다른 통신 표준이 충돌할 수도 있게 될 것이다. 

 

마지막으로 핸드오버이다. 셀 to 셀 또는 gNB to 다른 gNB로 갈 때 time sync가 맞지 않으면 User data가 제대로 넘어가지 않거나 handover자체를 할 수 없게 될 것이다. 

 

위 3가지 예시만 봐도 RAN protocol에서 Time sync가 굉장히 중요하다는 것을 알 수 있다.

그렇다면 서로 다른 시간을 가진 두 gNB 또는 셀들의 시간을 어떻게 똑같은 시간으로 맞출 수 있을까?

 

2. Time sync를 하는 법

 

영상 속 Time sync 방법 설명 그림

 

영상 속에서는 3가지의 방법을 이야기하고 있다. GPS, SyncE 그리고  PTP.

 

이 세가지 중 time Sync를 제일 오차없이 맞출 수 있는 것은 무엇일까?? 나는 틀렸다...

 

바로 GPS이다. GPS의 경우 인공위성의 원자시계를 기반으로 사용하기 때문에 매우 정확하게 Time sync를 맞출 수 있다.

대부분의 통신사들은 GPS를 time sync의 첫번째 옵션으로 사용한다. 

 

두 번째는 SyncE라는 것인데, 이 기술은 물리 계층에서 이더넷 프레임의 일부로 시간정보를 보낸다. GPS 보다 약간의 딜레이가 있긴 하지만, backup 옵션으로 사용할 수 있는 기술 중 하나이다.

 

마지막으로 PTP(Precision Time Protocol)이다. 

 

영상 속 PTP 프로토콜 설명 그림

 

PTP는 시간 stamp를 찍어서 패킷으로 만들고 보내어 time sync를 하는 방법이다. 하지만 그림을 봐도 알 수 있듯 굉장히 많은 딜레이가 걸리는 것을 알 수 있다. 

1. 하위 계층으로 갈 때 걸리는 딜레이  2. network에서 전송될 때 딜레이 3. 패킷을 상위 계층으로 올리는 딜레이 등...

굉장히 많은 딜레이가 걸린다.

 

그러면 PTP가 아무 짝도 쓸모 없는 녀석이냐? 그것은 또 아니다. 어딘가 쓸모있으니 소개했겠지..?

당연히 딜레이를 줄이는 방법을 가지고 있다. 이번엔 그 방법에 대해 소개해보려고 한다.

 

영상 속 PTP 딜레이 줄이는 방법 그림

 

Master Clock Server가 100s 일때 gNB는 75s라고 가정하고 시작해보겠다.

 

1. 우선 Clock Server에서 100s에 시간 정보를 보낸다. 하지만 프로세싱을 거치는 딜레이가 1초가 걸려 최종적으로 101s에 시간 정보를 gNB에게 보내게 된다.

 

2. gNB에서는 자기 시간 기준 78s에 받게 된다. 이 후 Clock serv에서 자기가 101초에 보낸 사실을 한 번더 gNB에게 보낸다. (101초 보냈다는 것을 보낸 후에 알게되기때문에 한번 더 gNB에게 보내는 것임)

 

3. 이 때 gNB는 딜레이를 계산한다 101-78=23 (서버 기준 보낸시간 - 내 기준 받은시간 = 차이) 즉, 23s 차이가 난다. 하지만 23s의 딜레이는 아직 75초와 100초간의 time sync를 맞추지 못한다.

 

4. Time sync는 결국 쌍방향으로 이루어져야하기 때문에 앞서 맞추지 못한 딜레이를 gNB가 Clock serv에 보내면서 sync하게 된다. gNB는 delay req를 serv에게 보내고 serv는 자기가 받은 시간을 다시 dely resp로 보내준다. 

그 결과, 112-108=4가 된다. 하지만 4s는 신호가 오고갈때 걸린 딜레이 이므로 2로 나누어 갈 때의 딜레이만을 측정한다.

따라서 4/2=2s가 된다.

 

최종적으로 Serv에서 gNB로 보낼 때 23s, gNB에서 Serv로 보낼 때 2s의 딜레이가 생긴 것을 알게 되고 이 차이를 sync하게 된다. 따라서 Time Sync가 완벽하게 맞게된다.

 

 

이번 포스팅을 하면서 Time sync의 필요성에 대해 완벽히 알게 되었는데, 마지막 T100과 같은 것을 보니까 인터넷 프로토콜 배울 때 ACK, NACK가 떠올라서 반가웠다.

 

다음 포스팅은 빔포밍으로 찾아오겠다.

 

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원작자의 동의를 받고 출처를 밝히며 적습니다.

 

출처

https://www.youtube.com/watch?v=28_na-js4SU&list=PLdjcO8otM2M-uJRGgmv3rHRqMInwHRwMd&index=49