Research Highlight (최지환 교수)

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- 위성망 슬라이싱: 빠르게 이동하는 저궤도 위성 기반 인터넷 서비스 구현 기술 -

 

이번 Research Highlight에서는 우리 학과 최지환 교수와 DGIST 곽정호 교수와의 공동연구인 “위성망 슬라이싱” 연구를 소개한다.

 

   

< (왼쪽부터) KAIST AE 최지환 교수, DGIST 곽정호 교수, DGIST 김태영 박사과정 >

 

우리학과 최지환 교수팀은 차세대 저궤도 위성망시스템에 활용 가능한 새로운 엣지컴퓨팅 오프로딩 및 네트워크 슬라이싱 기법을 개발했다.

현재 5G 통신망에서는 많은 사용자의 다양한 저지연 대용량 고신뢰 서비스 요구를 만족하기 위해 가상화 및 추상화 기술에 기반하여 사용자별 가상망을 생성하는 네트워크 슬라이싱 기법을 적용하고 있다. 하지만 원웹, 스타링크 등으로 대표되는 저궤도 위성망은 기지국이 되는 위성이 빠른 속도로 이동하고 무선 채널 환경이 날씨와 거리 등에 많은 영향을 받아 랜덤하게 변화한다는 것이 지상망과 다른 점이다. 또한, 기존의 정지궤도 위성망은 전파지연이 지상망에 비해 훨씬 길기 때문에 비실시간 저용량 서비스를 위한 장거리 백홀망으로 주로 사용되었던 것에 비해, 저궤도 위성망은 전파지연이 줄어듦으로 인해서 실시간 저지연 서비스를 제공할 수 있도록 위성 엣지컴퓨팅을 활용한 오프로딩 기술이 필요한 시점이다.

 

< 위성 항공-지상 통합망 가상화 및 슬라이싱 개념도 >

 

최 교수가 이끄는 ACAI Lab 연구팀은 여러 서비스가 가상화된 시나리오에서 저궤도 위성의 분포 및 이동 특성 및 무선 채널 환경 등의 특성을 활용하여 네트워크 슬라이싱 기법을 제안하고, 동시에 위성 엣지컴퓨팅에서의 코드 및 데이터 오프로딩 기법을 제안했다. 저궤도 위성중 고도가 상대적으로 높은 위성서버로 오프로딩하는 것이 전송/계산용 온보드 전력 사용 측면에서는 효율적이지만, 지연시간을 줄이는 측면에서는 낮은 고도의 위성서버가 유리하다는 결과를 도출했다. 따라서 엣지컴퓨팅을 위한 위성망 설계 시, 서비스 타겟 지연시간 수준과 위성 서버 온보드 구현 비용을 다각적으로 검토하는 것이 위성망의 경제성을 위해 중요하다고 할 수 있다.

 

네트워크 슬라이싱을 통해 위성망 사용자에게 안정적인 서비스를 제공하기 위해서는 사용자별 가상망 요구(VNR)를 실제망에 임베드함과 동시에 저궤도 위성의 고속 이동 때문에 발생하는 접속 위성 핸드오버 관리가 필요하다. 핸드오버 발생 시 위성 종단간 라우팅 경로도 함께 업데이트되어야 하고, 결과적으로 사용자 서비스 슬라이스 유지를 위한 가상망과 실제망의 임베딩도 재설정된다. 시뮬레이션 결과에 의하면, 슬라이스에 임베드된 위성간 링크 용량은 전체 네트워크 용량을 결정하게 되며, 접속 위성 용량은 시스템 비용 당 용량으로 표현되는 네트워크 효율성에 중요한 영향을 미친다.

 

< 가상망 요구(VNR) 임베딩 및 접속 위성 핸드오버 관리를 포함하는 위성망 슬라이스 설계 예시 >

 

스타링크 등의 저궤도 위성 인터넷 서비스가 상용화되고 6G 위성망 기술이 많은 관심을 받고 있는 시점에서 이번 연구를 통해 개발한 엣지컴퓨팅 및 슬라이싱 기법은 네트워크 자원의 효율적 활용 및 사용자 맞춤 서비스 제공을 위해 필수적인 저궤도 위성망 기술을 한단계 진일보 시켰다는 의미를 갖는다. 특히 네트워크 가상화를 위해 실제 접속 위성 핸드오버 및 위성망 경로 라우팅이 어떻게 설계되고 운영되어야 하는지에 대한 최초의 분석 연구 시도로 볼 수 있다.

 

우리학과에 파견연구중인 김태연 디지스트 박사과정 김태연 학생이 1저자로 참여하고 디지스트 곽정호 교수와 공동 수행한 연구 결과는 관련 분야 국제학술지인 ‘IEEE Internet of Things Journal‘ (Impact Factor 10.238)과 ‘IEEE Vehicular Technology Magazine’ (Impact Factor 13.609)에 게재되었다.

 

 

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원문                      최지환[jhch@kaist.ac.kr]

편집                    김태현[kth95@kaist.ac.kr]