[네트워크 목차]

 

 

1.초저지연 부하분산 서비스, MEC(Mobile Edge Computing) 개요

  • 이동통신 서비스를 이용하려는 사용자와 가까운 곳인 기지국 등에 서버를 설치, 데이터가 수집되는 현장에서 바로 데이터를 처리하고 연산 결과를 적용하는 엣지컴퓨팅 기술
  • 이동통신 기지국에 대용량 클라우드 기술을 적용하여 다양한 컨텐츠를 사용자와 가까운 위치에서 제공하여 모바일 코어망의 혼잡을 최소화하는 기술
  • 단말(스마트폰 등의 기기)과 서비스를 제공하는 서버 간 데이터가 오고 가는 이른바 ‘전송구간’을 줄이는 고도의 분산컴퓨팅 기술
  • 5G 등 모바일 네트워크에서의 IoT의 확산 및 신규 서비스 개발 지원을 위한 엣지컴퓨팅이 접목된 개념(클라우드컴퓨팅+모바일컴퓨팅+무선네트워크 결합인 MCC의 확장)
  • 클라우드와 달리 단말 기기 주변부의 컴퓨팅 파워를 활용해 서비스를 제공하는 플랫폼으로 클라우드처럼 중앙이 아닌 가장자리의 단말기기를 사용하는 의미에서 ‘엣지(Edge)’로 명명(기존 EC과 다른점은 유동체 대상)

 

2. MEC(Mobile Edge Computing) 특징 및 핵심요소

1) MEC(Mobile Edge Computing) 특징

구분 특성 설명
시간/비용
감소 측면		 Lower Latency
(초저지연성)		 - 물리적으로 가까운 거리에 위치하여 서비스를 제공하여 지연시간의 감소(전송구간 축소)
Proximity
(근접성)		 - 모바일 이용자와 근접한 위치에서 서비스를 제공함에 따라 Backhaul의 Bandwidth 등 자원 사용 감소
서비스
활용 측면		 Network Status Awareness
(네트워크 상태 인식성)		 - 단말이 위치한 네트워크와 무선 접속 상태를 이용하여 차별화된 서비스 제공에 활용 가능
Location Awareness
(위치 인식성)		 - MEC 서버가 지역 단위로 분산되어 있어 지역 단위 및 특화 서비스 제공 가능
- 다양한 지리적 기지국 분포 대응 서비스
기능 측면 최적화 - 네트워크 경로를 최적화하여 트래픽·연산을 효과적으로 처리
- 부하분산 서비스
지능화 - 이동통신망이 서비스 기반 컴퓨팅 아키텍처로 지능화
- 단순 데이터 전송 통로로 데이터 수집,처리 (컴퓨팅) 시스템

- MEC의 특성을 기반으로 사용자에게 다양한 5G 융합 서비스 제공

- 네트워크 엣지에서 클라우드 컴퓨팅 기능과 IT 서비스 환경도 제공

 

2) MEC(Mobile Edge Computing) 핵심요소

기술 핵심요소 설명
클라우드 및 가상화 기술 자원의 on-demand서비스 - 하나의 플랫폼 상에 복수의 가상머신들을 활용하여 자원 효율화 하는 MEC 핵심기술
대용량 표준 서버기술 대용량 IT 하드웨어 자원 제공 - 패킷 처리와 같은 막대한 하드웨어 자원을 사용하는 프로그램과 서비스 지원
응용 및 서비스 생태계 API, 사용자 친화적 프로그래밍 모델/도구 - MEC 생태계 조성을 위한 지원 프로그램
- 서로 다른 벤더의 플랫폼 적용을 위한 표준 지원

트래픽 및 서비스 컴퓨팅을 중앙 집중식 클라우드에서 네트워크 에지로 이동시켜 고객과 더 가깝게 만듬

모든 데이터를 처리하기 위해 클라우드로 전송하는 대신 네트워크 에지에서 데이터를 분석, 처리 및 저장

고객 가까이에서 데이터를 수집하고 처리하면 지연 시간이 단축되고 고대역폭 애플리케이션에 실시간 성능이 제공

 

3. MEC(Mobile Edge Computing) 구성 및 구성요소

1) MEC(Mobile Edge Computing) 구성

2) MEC(Mobile Edge Computing) 구성 요소

구분 기능 설명
호스팅 인프라 하드웨어 자원 - 하드웨어 리소스
- 서버, 스토리지, 네트워크 스위치 등 HW 자원
가상화 레이어 - 플랫폼상에 호스트되는 응용프로그램들에게 추상화
- KVM, Docker 등 하드웨어 자원 가상화
응용 플랫폼 가상화 관리자 - Openstack, Kubernetes 가상화 자원관리, IssS도구 제공
- 멀티테넌시의 실시간 호스팅 환경 제공
응용 플랫폼 서비스 - 미들웨어 서비스와 인프라 서비스 제공
- MEC 서버내 서비스 연결 의사소통 서비스
- Communication Service: 인프라 서비스는 응용들과 MEC 서버 내 서비스들을 연결
- Service Registry: MEC 서버에서 이용가능한 서비스들의 목록을 관리하고 공표
MEC응용 응용 서비스 - 서비스 벤더, 통신 사업자, 제3 서비스 사업자로부터 제공
- 가상 머신(VM) 또는 파드(Pod)에서 응용 서비스를 제공

 

4. MEC(Mobile Edge Computing) 서비스

구분 적용 세부 사례
실시간 서비스 지연최소화 서비스 –  AR/VR, 커넥티드 자동차, 촉각 인터넷, 스마트시티
– 10ms 이하의 지연 요구, 지터(Jitter, 신호 불안정)에 민감
– 디바이스나 이용자 최인근에 인프라를 배치, 지연 최소화
증강현실(AR) – 몰입형 서비스 영역으로 저지연과 광대역 통신이 필요
– 3D, 비디오/오디오 신호를 생성/처리하여 오버레이 구현
– 근접 연산/콘텐츠 캐싱 필요, 실시간 위치 정보 전달
IoT Gateway – 정밀 제어 시 상황에 따라 실시간 반응 초저지연 신호전달
– V2X 등 안전성 확보 위한 교통상황에 따른 차량 제어
독립형 /프라이빗 서비스 위치기반 독립형서비스 – 파이프라인, 풍력/태양발전 등 지리적 위치 기반 서비스
– 공연장, 비행기 등 지리적 범주 내 부가서비스 제공
정보 스크리닝 – 기업 내 특화 서비스 제공 시 보안 강화 툴로 사용
– 의료 정보 익명 처리, 부서 간 정보 접근 통제, 권한 부여
원가 절감 – 모든 정보를 클라우드로 전송 시 통신 자원 낭비
– 동영상 감시, IoT G/W, 번호판 인식 등 Raw data 처리

- 저지연을 요구하는 자율주행차, 클라우드게임, 스마트팩토리 서비스 등 다양한 환경에 대응

- 28GHz MEC 단독모드에서 0.001s(기존 MEC: 0.01s, 5G: 0.02s) 구현 목표

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[네트워크 목차]

 

1. MQTT (Message Queueing Telemetry Transport)

 - publish, subscribe를 기본 동작으로 하는 IoT를 위한 저전력 경량 메세징 프로토콜

 

1) MQTT 구성

항목 설명
Broker 메세지 중계 서버
Publish 메세지 송신
Subscribe 메세지 수신 등록
Topic 계층적 메세지 채널. 와일드카드 +(한 레벨) ,#(모든레벨)
예) 
1) ITPE / 심화반 / 메타반
2) ITPE / 영등포 / 메타반
3) ITPE / 온라인 / 심화반 / 메타반

ITPE/#/메타반 -> topic 1, 2, 3 모두 수신
ITPE/+/메타반 -> topic 1,2 수신

 2) MQTT 헤더

고정헤더 Message
Type		 통신하는 메세지의 종류
DUP 재전송 메세지 여부
QoS Level 0~2 메세지 처리 등급
RETAIN 서버 저장 여부
Remainig
length		 고정헤더 제외 패킷 길이

3) MQTT의 QoS

QoS Lv. 0 (At most Once) subscriber 전달여부 확인 안함
QoS Lv. 1 (At least Once) 최소 한번 전달. 중복 전달 가능성 존재
QoS Lv. 2 (Exactly Once) 정확히 한번 전달.
전달 후 종료 절차. 성능 부하.

 

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[네트워크 목차]

 

1. 네트워크 기능 가상화, NFV(Network Function Virtualization) 개요

  가. NFV의 개념

      - 네트워크 자원 최적화와 트래픽 변화 대응 위해 가사화 기술을 사용하여 네트워크 자원을 통합,연결이 가능한 구조로

        가상화하는 네트워크 기능 추상화 기술

  나. NFV의 특징

      - 가상화 기반 클라우드 서비스에 적합

      - Data/Control Plane의 기능과 데이터 분리

      - 물리 작업 불필요, 트래픽 변화 빠른 적용

      - 네트워크 기능을 소프트웨어 형태로 운영

 

2. NFV의 기능 구조 및 구성요소

  가. NFV의 기능 구조 

   나. NFV의 구성요소

  

           - VNF 관리 시 NFV 환경문제는 VNFM에서 관리하고, 네트워크 기능(SW 로직)문제는 EM(Element Management)

             에서 관리

           - VNFM, VIM, NFVO를 MANO(Management and Orchestration)로 정의하여 전체적인 NFV를 관리

 

3. NFV와 SDN 비교

비교 항목 NFV SDN
실제 구현 Appliance의 소프트웨어 기능을 가상화된 VM 탑재 트래픽의 중앙 집중식 제어와 네트워크 프로그램화
운영 주체 통신 서비스 사업자 데이터센터, 클라우드 사업자
핵심 목표 Data Plane의 가상화 Control Plane의 소프트웨어화
표준화 기구 ETSI NFV Workgroup ONF(Open Networking Forum)

- NFV와 SDN은 상호 보완적인 관계로 독립적으로 구성하거나 통합 구성 가능   "끝"

     

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[네트워크 목차]

 

LPWAN (Low Power Wide Area Network)

 

What? 저전력의 광역네트워크

Why? 소규모장치 에서 장거리 통신을 허용하도록 하기위해서

How? 전용망 방식(ISM 대역), 비전용망 방식(Lisensed 대역)

 

1. LPWAN의 개념

  • 저전력의 광역 네트워크로 센서와 같은 소규모 장치를 통한 장거리 통신을 하기위한 기술
  • Wi-Fi, Blutooth의 경우 무료로 사용 가능한 통신이지만 통신거리가 짧다는 단점이 있어, 저용량 데이터 처리를 위한 장거리 통신기술로 LPWAAN 기술이 개발됨
  • 특징 ) 저전력, 장거리, 낮은 비용, 전송 지연

  • 넓은 커버리지 기반으로 IoT 서비스 통신망 구축 가능(저비용)

 

2. LPWAN 기반 기술

1) LPWAN 기술 분류

  • LPWA 기반 저전력 광역 IoT 기술은 면허 대역과 비 면역 대역의 기술로 분류함
    구분 NB-IoT LTE-MTC(Cat-M) LoRA Wi-SUN Sigfox
    전파도달거리 ~15km 2.5~5km ~10km ~5km ~12km
    주파수 대역 면허대역 면허대역 비면허대역 비면허대역 비면허대역
    통신속도 ~150kbps 1Mbps ~10kbps ~300kbps ~100kbps
    표준화 3GPP Rev.13 3GPP Rev.13~14 비표준 IEEE 표준화 비표준
    배터리 수명 ~10년 ~10년 ~10년 ~15년 ~10년
    장점
    • LTE 망 업그레이드 만으로 서비스 가능
    • 신규 인프라 구축 비용 절감
    		  
    • 저렴한 초기 구축비용
    • 국가별 주파수가 거의 동일하여 로밍에 강점
    • 낮은 지연속도, 다중 통신 경로 제공하는 메시 네트워크 기반
    • 확장성, 펌웨어 업그레이드 용이성
    • 저렴함 모듈, 칩가격
    • 간단한 데이터를 주고 받는 소물 인터넷 서비스 영역이 주된 사용처

 

2) LPWAN 기술 유형

종 류
설 명
사례
전용망 방식
(LPWA 전용망)
- 비면허 대역 광역 IoT기술
- 독자적인 저전력 사물인터넷 통신망, ISM밴드 주파수 사용
- 저렴한 구축 비용
- LoRA
- Sigfox
비전용망 방식
(셀룰러 IoT)
- 셀룰러기반 광역 IoT기술
- 기존 이동통신 주파수 사용
- 기존 구축된 LTE네트워크를 그대로 활용 가능
- 3GPP표준
- LTE-M
- NB-IoT

 

3. LPWAN 활용 방안

구 분
설 명
IoT Device
- 각종 센서 장비로 정보 수집
IoT 기지국
- IoT Device 수집 정보 취합용 Gateway
Backend 서버
- IoT Device 정보 저장 및 분석
Service Platform
- 각종 IoT Device 확인 및 검증
- 사용자 View 제공
 

 

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[네트워크 목차]

 

  • 개념 : IEEE 802.15
    • 비교적 짧은 거리(약 10m 이내)인 개인활동공간 내의 저전력 휴대기기 간의 무선 네트워크
    • 10m 이내의 짧은 거리에 존재하는 컴퓨터 및 주변기기, 휴대폰, 가전제품 등 디지털 장치를 식별하고, 기기 사이의 데이터 전송 및 제어가 가능한 ad-hoc 기반의 무선 네트워크 기술 
  • WPAN의 특징
특징 설명
ad-hoc 네트워크 AP(Access Point)와 같은 통신 중계기의 도움 없이 기기(단말)간 직접 무선 데이터 교환이 가능하며, WPAN 영역 접근 시 자동 동기화 기능으로 사용상의 편의성 제공
저전력 통신 센서의 전력소비를 최소화해 배터리 교체에 따른 유지보수 부담 경감
전송거리/속도 비교적 단거리에서 빠른 데이터 속도를 요구함
간섭 최소화 여러 네트워크에서 통신이 이루어지기 때문에 혼선 등의 간섭 작용이 없어야 함
저비용 센서를 분산시키기 위해서 저비용의 chip 사용
  • WPAN 기술

Bluetooth vs. UWB vs. Zigbee

구분 Bluetooth UWB Zigbee
표준 IEEE 802.15.1 IEEE 802.15.3 IEEE 802.15.4
서비스 범위 약 10~40m
(5.0에서 400m까지 지원)		 약 10m 이내 약 10m ~ 1km
통신속도 중속(약 1Mbps ~ 2Mbps)
(5.0에서 2Mbps 지원)		 고속(11Mbps ~ 500Mbps) 저속(20bps ~ 250kbps)
동작 주파수 2.4GHz 3.1 ~ 10.6GHz 868MHz, 900~928MHz, 2.4GHz
사용 대역폭 1MHz 수십 MHz 20~250KHz
변조 FHSS QFK/PAM/PPM DSSS
접속방식 TDMA CDMA/OFDM CSMA/CA
음성지원 가능 지원 가능 사용 대역폭에 따라 가능/불가능
전력관리 저전력 저전력 초저전력
네트워크 구성 P2P, Star P2P P2P, Star, Mesh

 

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