지난 몇 년 동안, 무선 인프라 구축은 점점 분산형 기지국 아키텍처로 전환되어 왔다. 이러한 아키텍처는 수퍼 매크로(Super Macro)라고 불리기도 하는데, 베이스밴드 프로세싱 풀(pool)을 중앙 집중화하여 더 많은 무선을 처리할 수 있기 때문에 커버리지 및 부하 밸런싱에 훨씬 효과적이다. 클라우드 RAN(Cloud RAN) 컨셉은 데이터 센터의 콘텐츠나 데이터 저장소와 공존하는 클라우드에 중앙 기지국 풀(pool)을 항상 유지하는 것이다.

글/ 하르핀더 싱 마타루 (Harpinder Singh Matharu),
자일링스 통신 사업부 수석 제품 매니저

 이러한 클라우드 RAN의 장점은 낮은 비용의 컴퓨팅 및 상용 서버 섀시를 이용하여 보다 비용 효과적인 RAN 구축 및 부하 밸런싱, 네트워크 프로비저닝을 용이하게 할 수 있다는 것이다. 이와 동시에 ETSI MEC ISG(Mobile Edge Computing Industry Standard Group)가 지원하고 있는 모바일 엣지 컴퓨팅은 사용자에게 향상된 서비스를 제공하고, 로컬 콘텐츠 캐시를 유지하기 위해 베이스밴드 풀(pool)과 공존하는 엣지에 컴퓨팅을 배치하는 컨셉으로 주목받고 있다. 지연을 낮추기 위한 사용자의 환경설정에 기반한 로컬 콘텐츠 캐싱과 위치기반 분석과 같은 임시 데이터 처리는 엣지 컴퓨팅이 필요하다. 이러한 두 아키텍처 컨셉은 네트워크 내의 각기 다른 노드에 컴퓨팅을 배치하는 방향으로 제안되고 있다. 표면적으로 이러한 두 경쟁 아키텍처는 상반되는 지향점을 가지고, 네트워크 내부에서 양분되어 있는 것처럼 보인다. 하지만 좀더 깊게 살펴보면, 균형있는 접근법으로 두 아키텍처의 장점을 활용하여 네트워크를 구축할 수 있기 때문에, 이러한 두 경쟁 기술로의 이행은 새로운 서비스를 구현하는데 있어 상호 보완이 가능하다. 

10여년 전에, 분산형 기지국 컨셉은 타워 하단에 위치한 기존의 기지국에서 타워의 꼭대기에 탑재된 안테나까지 동축 케이블을 이용해 신호를 전송할 때 전력 손실을 극복하기 위해 도입되었다. 무선 헤드는 전력 손실을 줄이기 위해 타워 꼭대기의 안테나와 가장 인접한 원격지에 위치해 있었다. 원격 무선 헤드는 광을 이용해 베이스밴드 BTS 섀시와 연결되었고, CPRI(Common Public Radio Protocol)와 같은 프로토콜은 데이터를 전송하고, 원격 무선을 동기화하기 위해 고안되었다. 일부분의 경우, 광을 이용할 수 없을 때, 마이크로파나 밀리미터파 무선이 CPRI 페이로드 전송을 위해 사용되었다. 이러한 아키텍처의 변화를 통해 사업자들은 비용을 낮추고, 공급망을 개선하고, 재고관리를 용이하게 하기 위해 각기 다른 시스템 벤더들의 무선 및 베이스밴드 섀시를 혼합하여 구성할 수 있는 기회를 갖게 되었다. 상호 운용성 문제가 방해요소가 되기는 하지만, 선도 시스템 벤더들이 지역별로 빠르게 증가하는 다양한 무선을 관리하기 위해 소규모 벤더들의 무선을 활용할 수 있는 가능성을 열린 것이다. 

분산형 기지국 아키텍처는 확고한 입지를 구축했다. 이러한 아키텍처는 수퍼 매크로로 불리기도 하는데, 베이스밴드 프로세싱 풀(pool)을 중앙 집중화하여 더 많은 무선을 공급할 수 있기 때문에 커버리지 및 부하 밸런싱에 훨씬 효과적이다. 서버 팜에서 구동하는 기지국 풀(pool)을 가상화함으로써 분산형 기지국 아키텍처를 확장한 클라우드 RAN 컨셉의 등장으로 데이터 센터 및 클라우드 컴퓨팅은 성공할 수 있었다. 클라우드 RAN의 장점은 낮은 비용의 컴퓨팅 및 상용 서버 섀시를 활용함으로써 경제적인 RAN 구축이 가능하고, 부하 밸런싱, 네트워크 프로비저닝을 상당히 간소화할 수 있다는 것이다. 클라우드 RAN이 광범위하게 구현되면, 써드파티 공급자들이 네트워크를 소유할 수 있게 됨으로써 다수의 가상 네트워크 공급업체들이 콘텐츠 및 서비스에 집중할 수 있게 된다. 

클라우드 RAN 아키텍처는 사업자들이 원격 무선 헤드를 구축할 수 있는 상당한 광케이블 자산을 보유하고 있는 아태지역에서 조기에 도입되고 있는 것을 나타났다. 통신 사업자들은 레이어 1-3 기지국 스택 호스팅 및 가상 머신과 같은 상용 서버 상의 발전된 패킷 코어를 검토하고 있다. 범용 컴퓨팅은 높은 처리량과 낮은 지연을 위한 레이어 1 베이스밴드 기능이나 패킷 프로세싱, 보안 등을 효율적으로 구현할 수 없다. 이러한 기능은 특수 가속기 카드를 사용하는 서버가 필요하다. 일련의 소프트웨어 기능으로 기지국을 호스트하는 기능은 상당한 혜택을 제공한다. 통신 사업자는 최대 용량 요건에 따라 네트워크 기어를 더 이상 증축할 필요가 없다. 대신 필요한 커버리지 및 용량을 제공하기 위한 기준에 따라 기지국을 클라우드에서 인스턴스화할 수 있다. 클라우드 RAN은 대부분의 콘텐츠가 상주하는 데이터 센터에 기지국이 공존할 수 있도록 해준다. 

클라우드 RAN으로 이행하는데 있어 채택을 둔화시키는 몇 가지 장애물이 있다. 원격 무선 헤드와의 장거리 커넥티비티에 있어 지연시간 및 낮은 지터는 상당히 어려운 도전과제이다. 또한 상용 서버는 베이스밴드 프로세싱을 효율적으로 구동할 수 있는 컴퓨팅 리소스를 갖추고 있지 않으며, 레이어 1 베이스밴드를 위한 가속기 카드를 갖춘 텔코-등급(Telco-Grade)의 서버는 가상화된 환경에서 구동하는 베이스밴드 프로세싱 풀(pool)을 호스트할 수 있어야 한다. 한편 특정 지역에서 일부 뒤처져 있는 시스템 벤더들은 마켓 진출 및 마켓 점유를 방해하는 원인을 찾기 위해 고군분투하고 있으며, 안전하게 마켓을 점유하기 위해 기존의 방식을 강요받고 있다. 
 
분산형 기지국은 대기시간에 민감한 애플리케이션 소스와 밀접한 데이터를 프로세싱하고, 향상된 서비스를 제공하기 위한 사용자의 환경설정에 따른 콘텐츠 캐싱 측면에서 고유의 장점을 보유하고 있다. 유저와 근접한 엣지에서는 지연시간이 매우 낮은 액세스를 가능하게 함으로써 맞춤형 서비스를 구축할 수 있도록 해준다. MEC(Mobile Edge Computing)는 네트워크 엣지에서 새로운 서비스 및 비즈니스 개발을 가능하게 하는 IT 및 통신 분야의 컨버전스를 추동해 나갈 것으로 예상된다. 위치 서비스 및 IoT(Internet of Things), 비디오 분석, 가상현실, 로컬 콘텐츠 분배, 데이터 캐싱은 MEC로 구현 가능한 이용사례들 중 일부다. MEC 아키텍처는 새로운 애플리케이션을 위한 로컬 컴퓨팅 및 스토리지를 위해 매크로 및 수퍼 매크로 기지국 사이트에 서버를 추가할 것을 권장한다. 애플리케이션 개발 스택 및 툴, 프레임워크는 여러 비즈니스 분야를 위한 서비스를 통합하고, 새로운 애플리케이션을 위한 에코시스템이 출시될 수 있도록 만들어지고 있다. MEC로의 이행에 있어 주요 장애물은 기지국 및 유지관리, 과금정책을 위해 서버 및 스토리지를 추가하는데 따른 공간대여 비용이다. 현재 과금정책 및 룰 기능은 통신 사업자에 의해 제어되는 코어 네트워크의 일부분이다. 파생 PCRF 기능은 통신 사업자 및 다른 콘텐츠 제공업체들이 서비스 사용자에게 공정하게 과금할 수 있도록 기지국 로컬 호스팅을 위해 필요할 수도 있다. 

 
2020년 정보화 시대를 위한 5G 계획은 클라우드 RAN 및 MEC 간의 아키텍처 풀(pull)로 인해 초래된 딜레마와 더불어 추가적인 문제가 가중되고 있다. 점차 한정된 스펙트럼의 결핍이 드러나면서 2020년에 예상되는 데이터 수요에 부합하기 위해 5G 제안은 6GHz 미만 또는 6GHz 이상의 스펙트럼을 위한 매시브 MIMO(Massive MIMO)와 같은 기법을 이용해 스펙트럼 효율 향상을 지속적으로 추구해 나가고 있다. 매시브 MIMO 시스템은 사용자당 빔을 생성하기 위해 다수의 안테나를 사용한다. 이는 에너지 효율 및 처리량을 상당히 개선할 수 있다. 매시브 MIMO의 또 다른 혜택은 안테나 신호 체인을 위해 저렴한 저전력 컴포넌트를 사용할 수 있다는 것이다. 매시브 MIMO 기법은 대규모 연속 청크(Contiguous Chunk)로 이용 가능한 저렴하면서도 유휴 스펙트럼인 밀리미터 및 센티미터 주파수에 매우 적합하다. 이러한 주파수의 내로우 펜슬 빔(Narrow Pencil Beam)은 높은 전파를 보상하는 대규모 안테나 게인을 얻을 수 있다. 이러한 혜택과 더불어 일부 장애요소도 존재한다. 디지털 빔포밍을 위해 사전 코딩된 레이어 1 베이스밴드와 다수의 액티브 무선 신호 체인을 지원하려면 복잡도가 상당히 증가한다. 또한 대역폭 요건도 베이스밴드 프로세싱 신호 체인 및 무선 간에 급격히 증가하게 된다. 이러한 시스템을 경제적으로 실현하기 위해서는 레이어 1 베이스밴드 신호 처리를 무선과 통합하는 것이 필요하다. 미래에는 이러한 기능 분할이 네트워크 노드를 모든 L1-L3 및 무선 기능이 공존하는 이전의 기지국 아키텍처로 회귀하도록 할 수도 있다. 

 
모바일 엣지 컴퓨팅 및 매시브 MIMO 기법은 분산형 기지국의 통합 가능성을 내재하고 있기 때문에 클라우드 RAM으로의 이행을 방해할 수 있다. 실제로 제한된 스펙트럼은 계속해서 증가하고 있는 대역폭에 대한 수요에 부합하기 위해 상호 공존하는 다수의 각기 다른 네트워크 아키텍처의 장점을 활용할 필요가 있으며, 셀 밀집화는 부족한 스펙트럼 리소스를 재사용할 수 있도록 해준다. 이러한 흐름으로 볼 때, 앞으로는 분산형 기지국 사이트가 미니 데이터 센터처럼 될 것이다. 반면 다수의 미니 데이터 센터로 분할된 클라우드 RAN은 원격 무선 헤드 커넥티비티의 타이트한 지연시간 및 동기화 요건을 극복하는 방안이 될 수 있다. 이 두 아키텍처는 중간에서 컨버전스가 일어날 수 있다. 클라우드 RAN 및 MEC 아키텍처는 상호 보완을 위해 공존할 수 있는데, 클라우드 RAN은 엣지 컴퓨팅 노드의 지연시간 및 근접성 장점을 활용할 수 있고, 엣지 컴퓨팅은 중앙 집중식 네트워크 구축 및 관리, 서비스 프로비저닝의 혜택을 얻을 수 있다. 이러한 두 아키텍처가 향후 3~5년 사이에 5G 구축을 위한 산업 동력으로서 어떻게 적용될 것인지는 오직 시간만이 알려줄 것이다. 최종 사용자 애플리케이션과 네트워크 구축 및 유지관리 비용에 기반한 사업자의 선호도, 그리고 장비 벤더들의 시스템 솔루션은 이러한 두 아키텍처 간의 미세한 균형에 영향을 미치는 주요 요인이 될 것이다. 

요약하자면, 무선 네트워크의 이종성은 계속해서 증가할 것으로 예상되며, 분명한 승자는 없을 것이다. 무선 광대역 서비스를 효과적으로 제공하기 위해서는 클라우드 지원 RAN 및 모바일 엣지 컴퓨팅 장비의 적절한 균형이 필요하다. 따라서 한 분야로 치닫기 보다는, 2020년 정보화 사회에 효과적으로 대응할 수 있는 최상의 기술을 지속적으로 구현해 나갈 수 있도록 광대역 무선 에코시스템에 대한 균형 있는 투자가 필요하다.