클라우드 라디오 액세스 네트워크 오픈 오케스트레이션 테스트베드

본 논문은 클라우드 라디오 액세스 네트워크(C‑RAN)의 핵심 과제인 무선 인프라의 가상화와 동적 관리 문제를 해결하기 위해, ETSI가 정의한 NFV MANO 아키텍처를 기반으로 한 Open Orchestration Cloud Radio Access Network(OOCRAN) 프레임워크와 그 구현 테스트베드를 제안한다. 먼저 서론에서는 클라우드 컴퓨팅과 소프트웨어 정의 라디오(SDR)의 융합이 무선 통신에 가져올 변혁을 설명하고, 기존 4G LTE 네트워크가 용량·지연 측면에서 한계에 봉착했음을 지적한다. 이어서 NFV와 SDN 기술을 활용한 가상화 기반 네트워크 기능(VNF) 구현 사례들을 소개하고, 특히 ETSI NFV MANO의 Orchestrator, VNF Manager, VIM 세 구성요소가 무선 인프라 관리에 어떻게 적용될 수 있는지를 논의한다. 테스트베드 목표는 (1) VNFs 실행을 위한 클라우드 플랫폼 제공, (2) 이기종 자원 풀에 대한 실시간 자원 관리, (3) 높은 유연성·확장성 확보, (4) ETSI NFV MANO와의 호환성 보장을 포함한다. 이를 위해 OOCRAN은 물리적 자원을 가상화하고, 제한된 컴퓨팅·라디오 자원에 대한 공유 접근을 정책 기반으로 관리한다. 하드웨어 구성은 컨트롤러 역할을 하는 Intel i7 기반 서버와 두 대의 SuperMicro Xeon 워크스테이션, 40 Gbps InfiniBand 스위치, 그리고 RAU와 연결된 다수의 USRP N210, ZedBoard‑AD‑FMCOMMS3, LimeSDR 등 다양한 SDR 라디오 헤드를 포함한다. 이러한 구성은 데이터센터 수준의 연산 능력과 실시간 RF 신호 처리 능력을 동시에 제공한다. 소프트웨어 스택은 크게 여섯 개 모듈로 나뉜다. GUI는 Python/Django 기반으로 사용자가 웹 인터페이스를 통해 네트워크 서비스(NS)와 VNF를 정의·배포·관리하도록 지원한다. MONITOR 모듈은 InfluxDB와 Grafana를 이용해 VNF와 인프라의 메트릭을 실시간 수집·시각화하고, 사전 정의된 알람 조건에 따라 트리거를 발생시킨다. NS_ENGINE은 RabbitMQ 기반의 작업 큐를 활용해 NS와 VNF의 라이프사이클을 제어하고, 알람에 매핑된 액추에이터를 실행한다. RF_ENGINE은 SDR 파형을 실제 RF 신호로 변환·전송하는 역할을 수행하며, QUEUE_TASKS와 DRIVERS는 비동기 작업 스케줄링과 하드웨어 드라이버 인터페이스를 담당한다. 현재 구현된 VNF는 오픈소스 srsLTE를 포크한 LTE 베이스밴드 스택이며, VM 내부에서 SDR 파형을 실행해 실제 무선 채널을 통해 LTE 소형 셀을 구성한다. 운용 사례로는 동적 LTE 소형 셀 네트워크 배포가 제시된다. 사용자는 웹 UI를 통해 원하는 셀 수와 스펙트럼 대역을 정의하고, OOCRAN은 자동으로 필요한 VM을 생성·배포하고, 라디오 헤드에 파라미터를 전파한다. 실험 결과, VM 프로비저닝부터 RF 파라미터 적용까지 평균 15초 이내에 완료되었으며, 네트워크 트래픽 변화에 따라 실시간으로 자원을 재배치하는 것이 가능함을 확인했다. 또한, WIP, WSP, WTP 세 역할을 동일 프레임워크 내에서 전환함으로써 인프라 제공자와 서비스 제공자, 테스트 제공자 각각의 정책을 독립적으로 실험할 수 있다. 결론에서는 OOCRAN이 차세대 5G 초밀집 네트워크, 엣지 컴퓨팅, Tactile Internet 등 고성능·저지연 서비스 연구에 필요한 실험 환경을 제공함을 강조한다. 향후 연구 과제로는 다중 RAT(Radio Access Technology) 지원, 자동화된 스케일링 알고리즘 고도화, 그리고 실제 상용 프론트홀·백홀 네트워크와의 연동을 들었다. OOCRAN은 오픈소스 기반이며 AGPL 라이선스로 배포돼, 학계·산업계가 공동으로 확장·개선할 수 있는 기반을 마련한다.