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Research

6G 시대를 앞당길 네트워크-클라우드 협력 프레임워크 개발

  • 조회. 355
  • 등록일. 2020.08.20
  • 작성자. 홍보팀

DGIST 곽정호 교수팀, 차세대 네트워크를 위한 새로운 네트워크-클라우드 협력 프레임워크 개발
AR, 자율주행, 원격 의료 등 미래 6G 시대의 킬러 어플리케이션에 활용 기대돼

 

곽정호 대구경북과학기술원(DGIST) 정보통신융합전공 교수이다.
 
 
  DGIST 정보통신융합전공 곽정호 교수팀은 차세대 네트워크 시스템에 활용 가능한 새로운 네트워크-클라우드 협력 프레임워크를 개발했다. 또한 개발한 프레임워크 상에서 자율주행이나 원격 의료, 원격 수술 등 다양한 차세대 어플리케이션을 활용하는 방안을 함께 제시해 향후 6G 시대 사회의 청사진을 제공할 것으로 기대된다.

 현재 네트워크 사업자와 클라우드 서버 사업자는 서로의 이익과 편의성을 고려해 서비스를 개별적으로 운영해왔다. 하지만 최근 증강현실(AR), 가상현실(VR) 등 차세대 네트워크의 킬러 어플리케이션1)의 경우, 네트워크와 클라우드 서버 사업자들이 서로의 서비스를 활용해야만 작업 수행이 가능한 상황이 많아지고 있다. 

 특히 증강현실 어플리케이션은 컴퓨팅 자원과 네트워크 자원의 지원이 동시에 이루어져야한다. 따라서 현재는 클라우드 사업자로부터 엣지 컴퓨팅2) 서비스를, 네크워크 사업자로부터 네트워크 슬라이싱3) 서비스를 따로 제공받아야만 안정적인 어플리케이션 운영이 가능하다.

 곽 교수팀은 현재 분리돼 운영되는 네트워크, 클라우드 서버 서비스는 한계가 있을 것으로 예측했다. 따라서 곽 교수팀은 하나의 클라우드 서버를 엣지 클라우드(Edge Cloud), 미들 클라우드(Middle Cloud), 센트럴라이즈드 클라우드(Centralized Cloud) 세 부분으로 분할, 클라우드 서버 서비스 사업자와 네트워크 사업자가 유기적으로 협력할 수 있는 ‘네트워크-클라우드 협력 프레임워크’를 구성했다.

 이번 연구를 통해 개발한 프레임워크는 처리가 필요한 프로그램을 구분해, 처리에 최적화된 클라우드에 할당한다. 예를 들어 AR 작업을 처리하는 경우, 전송 속도보다 전송 지연을 줄이는 것이 중요하므로 엣지 클라우드를 활용할 수 있다. 하지만 빅데이터 분석처럼 큰 규모의 프로세싱 자원이 필요한 작업은 센트럴라이즈드 클라우드의 자원을 활용하도록 해 클라우드 서버를 효율적으로 활용할 수 있다.

 또한, 곽 교수팀은 개발한 프레임워크를 활용한 유기적인 협력 방안 연구도 함께 진행했다. 연구를 통해 네트워크-클라우드 협력 프레임워크 상에서 활용할 수 있는 차세대 프로그램 선별과 협력 시나리오를 분석한 결과, 기존 방식 대비 최대 77%의 성능개선을 확인했다.

 DGIST 정보통신융합전공 곽정호 교수는 “이번 연구는 시공간의 변화에 따라 네트워크와 컴퓨팅, 스토리지 자원을 동적으로 활용하는 차세대 어플리케이션의 성능 최적화에 적합한 구조”라며 “향후 자율주행 차량 서비스와 초저지연 원격 의료 및 수술 서비스처럼 6G 시대의 킬러 어플리케이션 활용의 청사진을 제공할 수 있도록 하는 것이 목표다”고 말했다.

 한편, 이번 연구는 서울대학교 이경한 교수 연구팀, 성균관대학교 김동인 교수 연구팀, 아일랜드 트리니티 칼리지 더블린(Trinity College Dublin)의 조지 이오시피디스(George Iosifidis)교수 연구팀 등이 참여했다. 연구 결과는 관련 분야 국제학술지인 ‘IEEE Network‘에 8월 12일(수) 온라인 게재됐다.

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1) 킬러 어플리케이션(Killer Application): 주로 컴퓨터 프로그래밍 소프트웨어 제품 중  인기나 유용성이 높아 그 제품을 사용을 위해 필요한 하드웨어, 운영체제 등 플랫폼도 구매하게 하는 인기와 수요가 높은 응용 프로그램

2) 엣지 컴퓨팅(Edge Computing): 응답 시간 개선, 대역폭 절약을 위해 필요한 곳에 연산과 데이터 스토리지를 도입하는 분산 컴퓨팅 패러다임의 하나

3) 네트워크 슬라이싱(Network Slicing): 일명 ‘네트워크 쪼개기’. 5G 핵심기술로, 하나의 물리 ‘코어 네트워크’를 독립된 다수 가상 네트워크로 분리해 서비스를 제공하는 방식

 

 

   연구결과개요 


Collaboration of Network Operators and Cloud Providers in Software-Controlled Networks
(Jeongho Kwak (DGIST), Long Bao Le (INRS, Canada), George Iosifidis (Trinity College Dubin, Ireland), Kyunghan Lee (Seoul National University) and Dong In Kim (SKKU))
(IEEE Network, online published on August 12th, 2020) 

 

차세대 네트워크는 매우 엄격한 성능 요구를 하는 서비스의 대규모 요청을 지원할 필요가 있고, 그러한 서비스의 제공에는 상당한 컴퓨팅과 스토리지 자원을 필요로 한다. 모바일 증강현실 및 가상현실 서비스, 대규모 IoT 데이터 처리 및 모바일 데이터 분석 등이 그 예시가 될 수 있다. 
이러한 문제를 해결하기 위해 모바일 네트워크 사업자(MNO)는 혁신적인 해결책이 필요하며, 그 중 하나는 클라우드 서비스 사업자(CSP)와의 긴밀한 협력이다. 이 논문에서는 네트워크, 컴퓨팅 및 스토리지 자원을 통합적으로 제어할 수 있는 Network Softwarization에서의 최신 개발을 활용하여 MNO 및 CSP의 인프라를 통합하는 새로운 시스템 아키텍처를 제안한다. 우리는 CSP와 MNO가 리소스 가용성과 사용자 요구에 대한 실시간 정보를 교환하고 서비스 정책을 공동으로 개발하는 다중 계층 아키텍처를 설계하였다. 또한, 빅데이터의 분산 컴퓨팅에 중점을 둔 아키텍처와 어려 어플리케이션 예제 및 Case study를 제공함으로써 미래 6G 통신네트워크의 킬러 어플리케이션의 지원에 대한 청사진을 제시한다. DOI 
10.1109/MNET.001.1800329

 

 

   연구성과문답 

Q. 이번 성과 무엇이 다른가?

지금까지의 연구와 현재 시장에서는 네트워크 사업자와 클라우드 사업자가 각자의 이익을 위한 환경이 고려되고 서비스가 제공되고 있는 실정이다. 하지만 현재와 미래에 각광받을 것으로 기대되는 네트워크 어플리케이션은 컴퓨팅과 스토리지 자원을 함께 요구함으로써 두 사업자의 서비스를 동시에 활용해야 하는 경우가 많다. 본 연구팀은 이 점에 착안하여 네트워크 사업자와 클라우드 사업자 간 긴밀한 협력을 통해 미래 킬러 어플리케이션의 성능을 최적화할 수 있는 프레임워크를 제안하였다는 점이 차별점으로 볼 수 있다.

Q. 어디에 쓸 수 있나?

현재 5G 통신의 킬러 어플리케이션이라고 할 수 있는 초고해상도 비디오 스트리밍, AR/VR 서비스, IoT데이터 분석 뿐만 아니라 미래 6G 통신에서의 자율주행 차량 서비스와 초저지연 원격 의료/수술 서비스까지 컴퓨팅,스토리지와 네트워킹 자원을 동시에 활용하는 여러 네트워크 어플리케이션의 성능 최적화에 활용될 수 있다.

Q. 실용화를 위한 과제는?

현재 네트워크 사업자와 클라우드 사업자는 서로에게 서비스를 제공해주는 방식으로 협력이 되고 있는 실정이고, 실제 협력 프레임워크를 물리적 구조, 논리적 구조까지 고려하여 완성하기 위해서는 여러 단계가 남아있다. 결국 해결해야 하는 과제는 네트워크 사업자와 클라우드 사업자가 긴밀한 협력에 대한 필요성을 인식하고 협력 프레임워크를 함께 구현하기 위한 의지에 달려 있다고 본다.

Q. 연구를 시작한 계기는?

본 연구팀은 과거 네트워킹 자원을 컴퓨팅과 스토리지 자원과 함께 최적화하는 연구에 관심이 있었다. 그런데 이런 공동 자원을 실제로 제공하는 인프라스트럭처는 네트워크 사업자와 클라우드 사업자가 따로 제공하고 있기 때문에 두 사업자가 협력을 한다면 더 높은 성능을 달성할 수 있을 것이라는 아이디어를 얻었다.

Q. 어떤 의미가 있는가?

현재와 미래에 활용되게 될 컴퓨팅, 스토리지, 네트워킹 자원을 시공간에 따라 다르게 요구하는 어플리케이션에게 적합한 자원을 효율적이고 최적으로 제공할 수 있는 프레임워크를 제공하였다는 측면에서 현재 5G 통신 네트워크 인프라 뿐만 아니라 미래 6G 통신 네트워크 표준화 및 인프라 구축에 청사진을 제공할 수 있다는 의미가 있다.

Q. 꼭 이루고 싶은 목표는?

제안한 네트워크-클라우드 협력 프레임워크를 국내 네트워크 사업자와 클라우드 사업자와 협력하여 프로토타입을 실제로 구현하고 성능을 실험해 보고 싶다. 

 

 

   그림 설명 

[그림 1] 제안한 네트워크-클라우드 협력 프레임워크의 청사진

 

 
(그림설명) 
 왼쪽 그림은 제안한 네트워크-클라우드 협력 프레임워크, 즉 HSD-Arch의 논리적 구조를 나타낸 것이고, 오른쪽 그림은 물리적 구조를 나타낸 것이다. 
 왼쪽 그림에서는 논리적으로 인프라 계층, 제어 계층, 어플리케이션 계층에서 어떤 데이터 및 파라미터들을 주고받아야 하는지를 나타내었고, 오른쪽 그림에서는 물리적으로 실제 네트워크 사업자와 클라우드 사업자가 운영하고 있는 기지국, 단말, 엣지/클라우드 서버들이 어떻게 협력하고 있는지를 나타내었다.

 

 

[그림 2] 제안한 협력 프레임워크 위에서의 예시 어플리케이션

(그림설명) 
 왼쪽 그림은 계층적 클라우드 컴퓨팅 서비스를 보여주고 있는데, 모바일 단말이 처리해야 할 태스크를 요청하면, 네트워크 사업자와 클라우드 사업자의 협력에 의하여 네트워크 혼잡도 등의 정보가 실시간으로 전달되고, 이 정보를 기반으로 어떤 계층에서 태스크를 처리하는 것이 제일 효율적인지가 결정이 된다. 
 오른쪽 그림은 분산 데이터 분석 서비스를 보여주고 있는데, IoT 단말이 수집한 Raw data를 전송하면, 네트워크 사업자와 클라우드 사업자의 협력에 의하여 활용가능한 VM(Virtual Machine)의 대수나 네트워크 환경 등의 정보가 Integrated Controller로 실시간으로 전달이 되고, 이 데이터가 Edge Cloud, Middle Cloud, Centralized Cloud 중 어떤 서버에서 프로세싱이 되는 것이 제일 효율적인지가 결정이 된다.

 

 

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