5GC Principle

Cellular Network의 구조는 크게 2가지로 나눌 수 있다.

• UE - gNB 사이의 통신망인 NG-RAN
• gNB - Core 사이의 구조, 5GC

NG-RAN은 우리가 5G NR에 대해서 정리할 때 사용한 Layer 1, 2, 3에 대한 Protocol들이 대부분 NG-RAN에 속한다. 어느 정도는 정리가 되었다고 생각하기 때문에 이번 페이지부터는 5GC에 대한 설명을 추가하도록 한다.
  

NG-RAN의 역할

NG-RAN의 역할에 대해 다시 한 번 언급하자면,

• 다른 Cell과의 Radio Resource 관리
• Resource Block (RB) 관리 (쉽게 말해서 Cell 의 주파수 자원관리)
• Mobility Connection 관리 (Handover 관리)
• Channel 상태 파악과 정보 제공
• 스케쥴러를 통한 Dynamic한 Resource Control
• HARQ, Channel Coding 등 다양한 기술들을 통한 통신 성능 향상

와 같이 실제 RF Signal을 보내기 위해, 주파수, Power 자원을 효율적으로 컨트롤하는 Protocol이 비중 있게 다뤄진다. 하지만 5GC는 이보다는 Mobility, Storage, 외부 Internet망과의 연결 등 추상적인 내용들이 조금 더 많다. 이 부분에 대해서 조금 거시적인 그림부터 parameter에 이르기까지 다양한 Protocol에 대해 정리하고자 한다.
  

5GC

5GC는 Security (보안)과 Idle 상태 User의 Mobility Handling을 담당하는 AMF 파트, User의 IP를 관리하고, Session(서비스 연결)을 관리하는 SMF 파트 등으로 이루어진 C-Plane과 Mobility를 담당하고 User 데이터 교환을 담당하는 UPF 파트 등으로 이루어진 U-Plane으로 구성되어있다.

 

5GC Principle

5G 네트워크를 구성하는 3가지 요소 UE / NG-RAN / 5GC 중에 UE와 NG-RAN사이의 프로토콜에 대해서 정리했다. 이제는 5G Core Network (5GC)의 정리를 시작한다. 5GC라는 새로운 시스템의 구조를 알아보기 위해 어떤 철학과 구조적인 특징을 가지고 설계가 시작되었는지 알아보자.

 

1. Software based Core Architecture & Service-Based Architecture

SDN/NFV라는 개념이 도입되면서, Core Network의 다양한 NF들이 SW화 되어서 배치되었다. 이전까지는 새로운 NF가 추가되면, NF간의 서비스 제공을 위해 별도의 Interface가 정의되어야 했다. 하지만, Service-Based Architecture는 각 SW화된 NF들이 하나의 서비스 제공자(Service Provider)로서 다른 NF들이 요청하는 정보들을 넘겨주는 하나의 객체처럼 행동한다는 개념이다. 

이렇게 함으로써 얻는 이익은 새로운 NF가 추가되어도 Core Network의 허가를 받았으면, 서비스 소비자(Service Consumer)로서 쉽게 다른 NF기능을 제공 받을 수 있다는 점이다. 마치 C++ 프로그래밍 시간에 배웠던 ‘객체지향’처럼 말이다. 

 

 2. Common Core Network

 5G의 Core Network (e.g., AMF, UPF)등에 Non-3GPP의 Access Point(Wi-Fi)도 바로 접근할 수 있고, 같은 Interface로 오픈해주는 개념이다. 둘을 동시에 사용할 일이 있는지 궁금할 수 있지만, 우리가 사용하는 스마트 폰도 Wi-Fi와 5G 통신 사이의 Handover를 위해 동시에 2 종류의 Antenna를 켜두는 Dual-Radio 기능을 지원한다. 이전까지는, Core망에 Wi-Fi같은 Non-3GPP의 통신이 접근하려고 하면, ePDG라는 검문소를 거쳐 오도록 했다. 하지만, 5GC에서는 이 검문소를 없애고, Core 망에서 같은 NF Interface를 제공함으로써 Non-3GPP / 3GPP 통신을 통합적으로 관리할 수 있는 비즈니스 모델을 구축할 수 있다.

 

3. Flexible Core Network

 Control Plane과 Use Plane을 분리하여 효율적인 운용이 가능하도록 설계되었다. CP와 UP를 필요에 따라 배치하고, 자기한테 필요한 NF 조합들을 쏙쏙 뽑아서 사용할 수 있게 됨으로써 서비스를 효율적으로 제공받을 수 있게 되었다. 더 나아가, 쏙쏙 뽑은 조합으로 자신의 상황에게 맞는 서비스를 제공받을 수 있게 되었다.

이 같은 5GC의 기본적인 구조를 바탕으로 LTE와 비교했을 때 NF의 기능이 나눠지기도 하고, 합쳐지기도 했다. 다음 글에서는 이런 NF에 대해서 조금 더 깊게 정리한다.