요즘 통신 3사들이 5G에 대해서 경쟁적으로 5G 상품 출시하고 마케팅을 열심히 하고 있습니다. 4G LTE에 비해 빠른 속도 이외에는 다른 점을 느끼지 못할 수 있다는 생각을 하였습니다. 그래서, 5G가 현재와 어떤 차이가 있는지에 대해서 한번 찾아보았습니다.
우선 4G와 5G 차이점을 비교할 수 있는 도표를 아래 같이 비교해 보았습니다.
항목
4G LTE
5G
지연시간
10 ms
Less than 1 ms
최대 전송 속도
1Gbps
20Gbps
최대 기기 연결 수
10만개/km2
100만개/km2
고속 이동성
350Km/h
500Km/h
면적당 데이터 처리용량
0.1Mbps/m2
10Mbps/m2
주파수 효율성
-
4G 대비 3배
에너지 효율성
-
4G 대비 100 배
대부분의 5G를 사용하는 사람 또는 사용하려는 사람의 경우 빠른 속도만을 장점으로 알고 있습니다. 하지만, 위에 표에서도 찾을 수 있지만 5G의 핵심에는 빠른 전송 속도 이외에도 다른것들이 많이 존재합니다.
10x Low Latency ( 초저지연 ) : 4G LTE 대비 10분의 1 수준의 지연시간. 초저지연성은 4차혁명에서 필요로 하는 기술 중에 하나입니다. AI와 자율주행에 있어서 꼭 필요한 기능입니다.
20x Throughput ( 전송속도 ) : 4G LTE 대비 20배 빠른 전송속도는 다 아시겠지만 많은 data를 빠른 시간 안에 전달 할 수 있습니다. 더 좋은 품질의 영상과 VR, AR, 홀로그램 등 서비스를 즐기기 위해서는 필요한 핵심 기술입니다.
10x Connectivity ( 연결성 ) : 10배 많은 기기 연결성은 자율주행, IoT 서비스등을 위해서 더 많은 기기들을 동시에 서비스 할 수 장점을 가지고 있습니다.
이외에도 에너지 효율성, 고속 이동성 등 추가적인 장점을 가지고 있습니다. 또한 아래 그림과 같이 중계기 크기 같은 것도 작아져서 운용측면에서도 장점을 가지고 있습니다. 다순히 속도만을 위해서 5G를 사용하는 것이 아닌 것을 다양한 장점이 있으니 한번쯤은 관심을 가져 보는 것도 좋을 것 같습니다.
5G와 LTE 기지국 비교./사진=SK텔레콤
물론, 위에서 언급한 부분 장점만을 가지고 있는 것이 아닌 단점 또한 존재합니다. 아래 내용과 같이 제대로 된 5G 서비스를 위해서는 많은 투자(18x 추가 기지국)가 이루어져야 합니다. 그래서, 단기간에 이론적인 5G 장점을 가진 서비가 바로 실현되지는 않을 수 있습니다. 대도시 지역 위주로 시작되고 더 많은 시간과 비용을 투자해서 전국으로 확대될 것으로 생각됩니다. 하지만, 전국 그리고 전세계가 5G 시대로 들어가게 되면 4차 혁명에서 이야기하는 많은 서비스들이 실생활에 적용되어 사용될 것으로 생각합니다. 그러면 우리 생활은 지금까지와는 다른 환경으로 바뀌게 될 것입니다.
4G LTE 기지국 하나는 장애물이 없을 경우 일반적으로 반경 15킬로미터 지역을 커버할 수 있다고 한다. 반면 5G는 커버리지 반경이 3.5 킬로미터로 훨씬 좁다. 단순하게 면적만 비교하면 현재 4G 기지국 1개가 커버하는 면적을 동일하게 커버하려면 무려 18개의 5G 기지국을 설치해야 한다는 계산이 나온다.
4x TRex Performance Increase for Tx & Rx Napatech Link™ Capture Software for Intel® PAC with Intel Arria® 10 GX FPGA
Testing and validating network performance is of the utmost importance to network equipment manufacturers, operators and owners. In the past, the traditional approach to testing network performance was based on proprietary traffic generators. But while such solutions have indeed proved efficient for a long series of use cases, they either fall short or prove massively cost prohibitive when it comes to complex and realistic traffic generation.
To manage the cumulating density of functionalities and workloads, the industry now demands a testing regime that not only delivers outstanding performance – but also offers better scalability and drastic cost improvements.
TRex
TRex is an open source traffic generator developed specifically to address these shortcomings through an innovative and extendable software implementation. What differentiates TRex is its portability, cost, capacity and flexibility.
As for any other traffic generation solution, the ability for TRex to reliably generate packets at line rate across all packet sizes is paramount. Whether simply packet blasting or replaying PCAP files for testing, the ability to send traffic for small packets at the maximum speed is a prerequisite.
Traffic reception is also of critical importance. The ability to receive the generated traffic once it has traversed the Device Under Test (DUT) is the only way of measuring the effectiveness of the solution. If the traffic reception does not match the generation capabilities, testing is compromised as one cannot identify if it is the DUT that is dropping traffic or the test equipment itself.
Accelerated
TRex performance In addressing this challenge, Napatech has created a hardware acceleration solution that greatly increases TRex performance. This has been achieved by making the Napatech Link™ Capture Software available as an Acceleration Stack for the Intel® Programmable Acceleration Card (PAC) with Intel Arria® 10 GX FPGA.
Optimized for lossless transmit and receive, the solution demonstrates substantial performance advantages for TRex compared to a standard Network Interface Card (NIC): • 2x traffic generation performance • 4x traffic reception performance
Turning acceleration into value
These performance advantages ultimately allow you to: • Maximize your server performance by improving CPU utilization • Minimize your TCO by reducing number of servers, thus optimizing rack space, power, cooling and operational expenses • Diminish your time-to-resolution, thereby enabling greatly increased efficiency
TRex generates layer 4-7 traffic based on pre-processing and smart replay of real traffic templates. TRex amplifies both client and server-side traffic. When running on the Intel PAC with Napatech Link™ Capture Software, TRex can both generate and receive traffic at 40G line rate regardless of packet size. This enables scalability both of bandwidth and feature complexities, thus providing businesses a highperformance and massively cost-efficient alternative to proprietary traffic generators.
TRex Stateless functionality includes support for multiple streams, the ability to change any packet field and provides per stream statistics, latency and jitter. Advanced Stateful functionality includes support for emulating L7 traffic with fully-featured scalable TCP layer.
Test configuration
The outstanding improvements achieved with this solution were demonstrated by comparing TRex performance running on a Dell PowerEdge R740 with a standard 40G NIC card and the Intel PAC. Test configuration: dual-socket Dell R740 with Intel® Xeon® Gold 6138 2.0 GHz, 128GB RAM running CentOS 7.5.
Key solution features
• Line rate network throughput for all packet sizes • Lossless capture for perfect inspection and detection • Onboard packet buffering during micro-burst or PCI Express bus congestion scenarios • Advanced host memory buffer management for ultra-high CPU cache performance • Packet classification, match/action filtering and zero-copy forwarding • Intelligent and flexible load distribution to as many as 64 queues improving CPU cache performance by always delivering the same flows to the same cores
Napatech Link™ Capture Software for Intel® PAC
The Intel® Programmable Acceleration Card (PAC) with Intel Arria® 10 GX FPGA is a PCIe-based FPGA accelerator card for data centers supporting both inline and lookaside acceleration.
As the leader in FPGA-based SmartNIC software and hardware, Napatech has made its Link™ Capture Software available as an Acceleration Stack for the Intel PAC.
Napatech’s Reconfigurable Computing Platform flexibly offloads, accelerates and secures open, standard, high-volume and low-cost server platforms allowing them to meet the performance requirements for networking, communications and cybersecurity applications.
TRex
TRex is an ideal example of the type of critical enterprise security application that can achieve better performance through hardware acceleration with the Intel PAC and Napatech dataplane software.
TRex is an open source, low cost, stateful and stateless traffic generator. Typical use cases include:
• Creating high scale benchmarks for stateful networking gear, e.g. firewalls, DPI, IPS and load balancers • Simulating high scale DDOS attacks • Performing high scale, flexible testing for switches • Performing scale tests for huge numbers of clients/ servers for controller-based testing • Performing EDVT and production tests
TRex can be compiled with native support for hardware acceleration based on the Intel hardware and Napatech software. Instructions specific to building TRex with support for Napatech are listed in the Installation Quick Guide available at the Napatech Documentation Portal.
TRex는 DPDK에 의해 힘입어 오픈 소스, 저비용, 상태 저장(stateful) 및 상태 비저장(stateless) 트래픽 생성기입니다. Stateful 모드에서는 사전 처리(pre-processing)를 기반으로 클라이언트 및 서버 측 L4-7 트래픽을 생성합거나 실제 트래픽 템플릿의 스마트 재생을 합니다. Stateless 모드에서는 라인 속도로 여러 스트림을 생성 할 수 있고, 스트림 당 또는 인터페이스 당 통계를 계산할 수 있습니다.
Stateful
·Intel DPDK 1/10/40Gbps interface support ·High scale of realistic traffic, up to 200Gb/sec with one Cisco UCS ( 1개의 Cisco UCS 최대 200Gb/sec, 높은 수준의 현실적인 traffic생성 ) ·Latency/Jitter measurements ·Flow ordering checks ·NAT, PAT dynamic translation learning ·Python automation API
Stateless
·High scale - line rate 14MPPS per core, linear scale with number of cores ( 높은스케일 - 코어당 14MPPS, 코어수가linear scale ) · Support 1/10/40 Gb/sec interfaces · 인터페이스에 다중 트래픽 프로파일을 설정해서 사용할 수 있습니다. ·트래픽 프로필은 다중 스트림을 지원할 수 있습니다. 병렬로 10K 스트림으로 확장 ·각각의 스트림 o Packet 템플릿 - Scapy를사용하여모든패킷을빌드하는가능(e.g. MPLS/IPv4/Ipv6/GRE/VXLAN/NSH) -조작된 패킷(malformed packets) 생성이 가능합니다. o Field engine program -패킷내에 모든 필드를 변경할 수 있습니다. 예를들어, src_ip = 10.0.0.1-10.0.0.255 -패킷 사이즈를 변경할 수 있습니다. (e.g. Random packet size 64-9K) o Mode - Continuous/Burst/Multi burst support oRate can be specified in (pps/bps/percentage) o Support HLTAPI like profile definition o Action- stream can trigger a stream ·Interactive support- Fast Console, GUI ·Statistic per interface/per stream\ ·Latency and Jitter per stream ·Blazing fast Automation support ·Python Client API · Multi user support
DPDK는 다양한 CPU 아키텍처에서 실행되는 패킷 처리 작업을 가속화하는 라이브러리로 구성된 데이터 플레인 개발 키트(Data Plane Development Kit)입니다. 사람들이 통신하는 방식에 네트워크가 기본이 되는 세계에서 무선 코어 및 액세스, 유선 인프라, 라우터, 로드 밸런서, 방화벽, 비디오 스트리밍, VoIP 등과 같은 애플리케이션에 성능, 처리량 및 대기 시간이 점점 더 중요 해지고 있습니다. DPDK는 매우 빠른 패킷 처리를 가능하게 함으로써 통신 업계가 모바일 네트워크 용 백본 및 클라우드로에서 음성 처리와 같은 성능에 민감한 응용 프로그램을 이동할 수 있게합니다. 또한 원래 ETSI NFV White Paper 에서 NFV (Network Functions Virtualization)를 위한 핵심 기술을 가능케 하는 것으로 확인되었습니다.
DPDK의 역사
DPDK는 2010 년에 Intel에서 제작되었으며 허용 된 오픈 소스 라이선스에 따라 사용할 수 있습니다. 오픈 소스 커뮤니티는 2013 년 6WIND에 의해 DPDK.org에 설립되었으며 프로젝트의 지속적인 확장을 촉진했습니다. 그 이후로 커뮤니티는 기여자들, 패치 그리고 기여 조직에 관심으로 지속적으로 성장해 왔으며 5 개 주요 릴리스는 25 개 서로 다른 조직의 160 명 이상이 인원이 참여하여 완성되었습니다. DPDK는 이제 여러 공급 업체의 모든 주요 CPU 아키텍처와 NIC를 지원하므로 여러 플랫폼에서 사용이 가능한 응용 프로그램에 이상적입니다.
특징
DPDK는 빠른 패킷 처리를위한 일련의 라이브러리 및 드라이버입니다. DPDK는 다양한 CPU 아키텍처에서 실행되는 패킷 처리 작업을 가속화하는 라이브러리로 구성된 데이터 플레인 개발 키트입니다.
모든프로세서에서실행되도록설계됨
대부분 Linux 사용자환경에서실행됨
DPDK는오픈소스 BSD 라이센스가부여된프로젝트
Architecture
안정화 릴리즈( Stable Release)
안정화 릴리스의 지침을 설명하는 문서 페이지가 따로 있습니다. 안정적 포인트 릴리즈는 메인라인 릴리즈에 따른다. 각 -rc 태그 후와 최종 버전 후에, 관련 버그 수정은 안정적 유지관리자에 의해 "버스트"에서 각각의 분기점으로 되돌아간다. 개발자는 stable@dpdk.org에만 패치를 보내 특정 패치를 제공할 수 있다( dev@dpdk.org는 피함). 관련 버그 수정이 모두 분기점으로 되돌간 후 회귀 테스트가 실행되고 명확한 경우 안정화 릴리스가 발표됩니다. 일반적으로 새로운 안정화 버전은 테스트 결과에 따라 메인라인 릴리즈 1-2 주 정도 후 발표됩니다.
스케쥴
19.08
Proposal deadline: June 3, 2019 Integration deadline: July 1, 2019 Release: August 1, 2019
19.11
Proposal deadline: September 6, 2019 Integration deadline: October 11, 2019 Release: November 8, 2019
현재가 KT의 경우는 5G 커버리지 현황에서 개통된 기지국 개수를 아래와 같이 고지하고 있지만 SKT, LGU+는 관련 정보를 찾을 수 없어서 정확한 내용을 확인하기 어렵습니다.
아래 내용은 한겨레 신문 6월12일 기사에서 LTE 기지국과 5G 기지국 설치대수를 비교한 자료입니다. 기사 내용에서 보면 현재 LTE 기지국 수에 비해 현저히 떨어지고 있으며 정부가 기준으로 삼은 전체 기지국 45만국(각사 15만국)의 13% 수준이라고 합니다. 기지국당 송수신 장치도 통상 3개가 필요하지만 아직까지는 2.3개에 그치고 있으며 현재 발표한 6만여 기지국 또한 앞으로 구축될 기지국 수까지 포함되었다고 합니다. 또한 실내 중계기의 경우 현재 개발 중에 있는 것으로 되어있습니다.
위 내용대로 계산을 하면 하반기에는 전반기 설치된 기지국 수에 약 7배의 설치가 이루어져야만 정부 권고수에 만족하는 5G 기지국이 설치될 수 있을것으로 생각합니다.
아래 Table은 올초 기사에서 나온 5G 기지국 구축 계획안 입니다. 2019년~2023년까지 5년간의 계획에 대해서 정부 발표자료입니다. 여기서 위의 기사 내용과 기지국 수가 다른점은 투자 계획이 조금 바뀌었을 가능성도 있지만 아래 표는 실내 기지국에 대해서는 구축 수에 포함하지 않은 것으로 생각됩니다.
모바일 웹 ( Mobile Web )은 우리가 흔히 접속하는 웹페이지(Webpage)입니다. 홈페이지라고도 말하는 인터넷 브라우저를 통해서 흔히 접속해서 사용하는 방식이라고 생각하면 됩니다.
앱과 어플은 Application의 줄임말로 같은 의미의 말입니다. 앱은 영어 Application에서 앞의 App만을 줄여서 쓴말이고, 어플은 한글 어플리케이션 발음에서 앞 두글자를 줄여서 사용한 것이라고 합니다. 따라서, 앱과 어플은 같은 뜻이지만 어플은 한글에서 줄임말이므로 외국사람에게 어플은 모르는 말이 될 수 있습니다. 외래어 표준어는 '앱' or '어플리케이션'으로 사용하사는 것이 표준어 입니다. '어플'은 단지 사람들 사이에서 사용되는 비표준어 입니다.
[네이버 사전 결과]
- 앱 application [명사] 전산 컴퓨터의 운영 체제에서 실행되는 모든 응용 소프트웨어. (=응용 프로그램)
브레드보드(빵판)는 아래와 같은 구조로 내부적으로 연결되어 있습니다. 파랑/빨강색 라인은 전원을 사용하고 초록색 라인은 저항, 센서 등 소자를 연결해서 사용하는 것으로 생각하면 됩니다.
브레드보드는 위에서 있는것과 같이 내부 연결 방향만 아시면 대부분은 사용하는데 문제가 없을 것으로 생각합니다. 혹시, 더 자세한 내용을 알고 싶으신 경우에는 아래 Link를 참고하시면 좋을 것 같습니다. 설명이 너무 잘되어 있습니다. 알고 있었던 내용이라도 다시 보게되니 아~ 이랬구나 하는 생각이 들었습니다.
