갈아먹는 5G [2] Mobile Edge Computing 백서 전반부

들어가며

5G 관련 공부를 하면서 mobile edge computing라는 기술 분야를 접하게 되었습니다. 간단히 말해 기지국 근처에 소규모 데이터 센터를 설치하고, 여기에 미리 컨텐츠를 옮겨 놓거나 제어 명령을 내림으로써 5G의 핵심 기술인 초저지연을 가능하게 해주는 것입니다. 위키 피디아를 살펴보니 재미있게도 MEC이라는 기술 분야에 대한 white paper(백서)[1]라는게 있었고, 훑어보게 되었습니다.

 

발행 기관: ETSI(3G, 4G, 5G 등 기술 표준을 제정하는 표준화 기관)

발행 연도: 2014

원문 주소: https://portal.etsi.org/Portals/0/TBpages/MEC/Docs/Mobile-edge_Computing_-_Introductory_Technical_White_Paper_V1%2018-09-14.pdf

 

36장 정도의 문서이지만 굉장히 쉽게 서술하여 읽기 편했습니다. 실제로 MEC가 어떠한 분야에 적용이 될 수 있고, 이를 가능케 하기 위해서는 어떠한 기술들이 필요하며, 어떠한 아키텍쳐를 근본으로 하는 지를 알 수 있었습니다. 백서의 내용을 기반 제 나름대로 MEC의 개념부터 기술적인 부분까지 한번 다뤄보도록 하겠습니다. 

 

그럼 시작하겠습니다!

MEC란?

출처: SK 텔레콤 [2]

백서의 내용으로 들어가기에 앞서서 MEC를 아주 간단하게 소개하겠습니다. 일반적으로 우리가 모바일 단말기로  인터넷에 접속한다면 꽤나 복잡한 과정을 거치게 됩니다. 먼저 현재 위치에서 가장 가까운 기지국에 신호를 보내고, 기지국은 다시 교환기로 신호를 전달합니다. 교환국을 거쳐서 인터넷 망에 접속하게 되고, 그 안에서 접속하고자 하는 서버를 찾아내어 원하는 정보를 받아오게 됩니다.

 

하지만 MEC를 적용하게 되면은 이 과정이 대폭 줄어듭니다. 기지국이나 교환국 근처에 서버를 설치해서 인터넷 망에 접속하지 않아도 원하는 정보를 받아올 수 있게끔 구현하는 기술이 MEC입니다. 딱 들어도 굉장히 편리한 기술일 것 같은데요, 왜 이것이 5G와 함께 핫한 기술로 떠오르게 되었을까요?

MEC가 5G에서 중요한 이유

5G 네트워크는 크게 세 가지 특징을 지닙니다. 

1. 고속 대용량 통신 (eMBB: enhanced Mobile Broadband)

2. 고신뢰, 저지연 통신 (URLLC: ultra reliable and low latency communication)

3. 다수 동시 접속 (mMTC: massive Machine Type Communication)

 

이 중에서 고신뢰 저지연 통신의 특징을 만족하기 위해서는 통신 지연 시간이 1ms 이하여야 합니다. 현재의 4G 네트워크의 지연 시간이 10ms 정도임을 감안하면 이를 1/10 수준으로 줄여야 하는 어려운 기준입니다. 또한 5G 네트워크를 통해서는 VR, AR, 초 고화질 동영상 등 대용량 컨텐츠들의 전송이 가능해야합니다. 이러한 대용량 컨텐츠들을 그 때마다 인터넷 망에 접속하여 다운받게 되면 자연스레 지연 시간이 늘어나게 되므로, MEC와 같은 기술이 필요하게 된 것입니다.

MEC 정의 및 특징

본격적으로 백서의 내용을 다뤄보겠습니다. 백서에서는 MEC를 다음과 같이 정의합니다.

 

"Mobile Edge Computing provides IT and cloud-computing capabilities
within the Radio Access Network(RAN) in close proximity to mobile subscribers"

 

즉, 모바일 사용자 근처의 무선 접속망(RAN)에서 IT와 클라우드 컴퓨팅을 제공하는 기술을 의미합니다. 여기서 무선 접속망이라 하면 단말기가 무선 통신을 통해 접속하는 기지국과 교환국으로 구성된 네트워크를 의미하며, 코어 네트워크로 접속하기 이전 단계 입니다. 즉, 인터넷 망에 접속하지 않고서도 클라우드 컴퓨팅이나 IT 서비스를  사용자들이 제공받게끔 함으로써 지연 속도를 줄여주는 기술이라 할 수 있습니다. 그림으로 표현하면 아래와 같습니다.

MEC의 주요 특징은 아래와 같습니다.

 

1. On-Premise

엣지는 지역 종속성이 있으며 나머지 네트워크와 분리됩니다. 코어 네트워크를 통해서 접속하는 Cloud 서버와는 반대의 성격을 갖습니다.

2. Proximity

데이터가 발생하는 지점과 가까워 빅데이터 분석에 유용합니다. 개별 모바일 디바이스와도 직접적으로 연결될 수 있어서 비즈니스 적으로 활용 가치가 높습니다.

3. Lower Latency

유저 디바이스 근처에서 동작하므로 당연히 지연 시간이 낮습니다. 이는 네트워크 혼잡 효과도 갖습니다.

4. Location Awareness

엣지 네트워크는 지역성이 있습니다. 이를 통해 연결된 단말기들의 위치 정보를 수집할 수 있습니다.

5. Network Context information:

실시간 네트워크 데이터를 애플리케이션과 서비스에서 사용할 수 있습니다.

 

말은 어렵게 했지만 결국 사용자 근처에서 저지연 서비스를 제공해줄 수 있으며, 실시간성과 지역성을 기반으로 다양한 서비스가 가능해진다고 정리할 수 있습니다. 그렇다면 MEC를 구체적으로 어떠한 용도로 써먹을 수 있는지 알아보겠습니다.

MEC 적용 용도

1. 단말기 위치 추적

사용자 근처의 기지국들에서 수신한 신호를 바탕으로 단말기의 위치 추적을 구현할 수 있습니다. 현재는 단말기에서 위치를 알고 싶으면 GPS를 사용하는데요, 이는 실시간성이 떨어지고 실내에서는 정확도가 떨어지는 등의 한계가 있습니다. 이를 기지국 근처에 MEC 서버를 설치하고, 무선 신호를 바탕으로 위치를 계산할 수 있는 Geo-loc app을 배포함으로써 네트워크 신호만으로 단말기의 실시간 위치 추적을 구현할 수 있다고 합니다. 이를 통해서 현재 GPS가 커버하고 있지 못하는 지역에 대해서도 사용자 위치 기반 서비스를 제공할 수 있습니다.

2. AR 컨텐츠 전송

AR 컨텐츠의 경우 지역성이 강한 컨텐츠입니다. 예를들어 특정 관광 명소에 가면 볼 수 있는 AR 컨텐츠가 있습니다. 따라서 AR 컨텐츠를 제공할 지역 근처에 MEC 서버를 설치하고 미리 AR 컨텐츠를 캐시해놓는다면 지연 속도를 줄이고 서비스 품질과 사용자 경험을 향상시킬 수 있습니다.

3. 비디오 분석

cctv는 AI를 가장 활발하게 접목시키고 있는 분야 중 하나입니다. 하지만 수집만대에 달하는 CCTV로부터 모두 실시간으로 고화질의 영상을 받아와서 중앙 서버에서 분석하기란 불가능에 가깝습니다. 이러한 비디오 분석 작업을 MEC 서버에서 수행할 수 있습니다. 카메라에서 실시간으로 전달되는 비디오 스트림에서 물체를 검출하거나 이벤트를 감지하는 등의 분석 작업을 수행합니다. 그 다음 분석 결과만 중앙 서버로 전송함으로써 방대한 양의 비디오 데이터의 분석이 가능해집니다.

4.  RAN aware 컨텐츠 최적화

RAN이란 radio access network로 무선 단말기가 접속하는 기지국들과 교환국들로 구성된 네트워크를 의미합니다. RAN을 통해서 특정 지역의 사용자들이 선호할 만한 컨텐츠들을 미리 MEC 서버에 캐시해 놓는 컨텐츠 최적화도 가능합니다. 지역 사용자들의 구독 ID, 방문한 링크 등의 데이터를 Contents Optimizer에게 전달하고, 이를 통해 사용자들이 앞으로 선호할 만한 컨텐츠들을 미리 MEC 서버에 올려 놓아 서비스 지연 시간을 줄입니다.

5. 분산 컨텐츠, DNS 캐싱

중간에 보이는 Backhaul이란 코어 네트워크와 엣지 네트워크 사이를 연결해주는 네트워크입니다. 모바일 네트워크에서는 기지국에 연결된 단말기들로부터 수집된 데이터를 코어 네트워크에 전달해주는 역할을 합니다. 이 중간에 MEC를 설치하고 사용자가 소비한 컨텐츠라던가 DNS를 캐시해놓으면 코어 네트워크의 부담을 줄여줄 수 있습니다. 백서에서는 컨텐츠 캐시의 경우 backhaul 설비 용량의 35%를 줄여 줄 수 있고, DNS 캐시의 경우 웹 페이지 다운로드 시간을 20%가량 줄여줄 수 있다고 제시합니다.

6. Application aware 성능 최적화

특정 지역에 따라서 사용되어 지는 어플리케이션이 다를 수 있습니다. 예를들어 브라우징을 많이 사용하는 지역, 비디오 시청이 많은 지역 등이 그렇습니다. 이같은 정보를 MEC 단에서 분석할 수 있으며, 이를 통해 개별 애플리케이션 별로 네트워크를 최적화 할 수 있습니다.

마치며

이상으로 MEC 백서 전반부를 마치겠습니다. MEC에 대한 개념과 특징, 필요한 이유와 적용 용도를 알아보았습니다. 후반부에서는 이러한 MEC를 어떻게 운영하는지, 아키텍쳐는 어떤 것들이 있는지, 필요한 핵심 기술과 이를 개발하는플레이어들은 누구인지를 다뤄보겠습니다. 

 

감사합니다.

Reference

[1] Mobile Edge Computing,  ETSI, 2014

[2] SK 텔레콤