Oct 15, 2026BY SwollowS
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이동통신 LAB 구축 시리즈 이동통신 세대별 RAN 코어 구조와 오픈소스 구현
5G 독립형(Standalone, SA) 랩을 구축하려면 무선 접속망과 코어 네트워크를 별도로 이해해야 한다. 무선 접속망(Radio Access Network, RAN)은 단말과 기지국 사이의 무선 연결을 처리하고, 코어 네트워크는 가입자 인증, 이동성, 데이터 세션, 외부망 연결을 처리한다.
이 구분은 오픈소스 프로젝트를 선택할 때도 그대로 적용된다. Osmocom, OpenBTS, srsRAN_4G, OCUDU, OpenAirInterface(OAI), Open5GS는 모두 이동통신을 다루지만 구현하는 세대와 망 기능이 서로 다르다. 이들을 모두 같은 종류의 "소프트웨어 기지국"으로 분류하면 필요한 구성 요소를 빠뜨리기 쉽다.
이 글은 1G부터 5G SA까지 RAN과 코어의 기능 배치가 어떻게 바뀌었는지 세대 순서대로 설명한다. 먼저 기지국, 무선망 제어기, 코어가 분리된 초기 구조를 살펴보고, 4G에서 RNC 기능이 eNodeB에 통합되고 EPC가 패킷 중심으로 전환된 과정을 다룬다. 이어 5G의 CU와 DU 기능 분리, 서비스 기반 5GC 구조를 설명한 뒤 Osmocom, OpenBTS, srsRAN_4G, OCUDU, OpenAirInterface, Open5GS가 구현하는 범위를 비교한다. 마지막으로 B210 직접 연결과 O-RAN 7-2x 구성을 구분한다.
이 글은 5G 무선 접속 기술인 New Radio(NR)를 5G 코어 네트워크(5G Core, 5GC)에 직접 연결하는 SA Option 2를 기준으로 설명한다. NR과 4G Long Term Evolution(LTE)을 함께 사용하는 비독립형(Non-Standalone, NSA) 구성은 다루지 않는다.
이동통신 LAB 구축 시리즈
- 현재 글: 이동통신 세대별 RAN, 코어 구조와 오픈소스 구현
- B210, OCUDU, Open5GS 5G SA 아키텍처
- OCUDU, Open5GS 기본 5G SA 구축
- 인터넷 프로토콜 멀티미디어 서브시스템(Internet Protocol Multimedia Subsystem, IMS) 등록과 IMS 기반 단문 메시지 서비스 구축
- Vector 멀티미디어 메시지 서비스 센터(Multimedia Messaging Service Center, MMSC)를 이용한 단말 착신 멀티미디어 메시지 서비스(Multimedia Messaging Service, MMS) 구축
- 5G NR 음성 서비스(Voice over New Radio, VoNR) 구축 상태와 검증 기준
- IMS 영상통화 구축 상태와 검증 기준
- Galaxy S26 Ultra 5G SA, IMS 종단간 검증
먼저 알아둘 망 구성 요소
이동통신망은 단말, RAN, 코어 네트워크로 나눠 볼 수 있다. 단말(User Equipment, UE)은 휴대전화나 모뎀처럼 이동통신망에 접속하는 장치다. RAN은 UE와 무선 신호를 주고받고 무선 자원을 배분한다. 코어 네트워크는 가입자를 인증하고 UE의 위치와 데이터 연결을 관리한다.
망 내부의 데이터는 역할에 따라 두 평면으로 나뉜다.
- 제어 평면은 접속, 인증, 이동성, 세션 설정에 필요한 신호를 전달한다.
- 사용자 평면은 음성, 영상, 인터넷 패킷처럼 사용자가 실제로 주고받는 데이터를 전달한다.
인터페이스는 두 망 요소가 교환할 메시지와 전송 방식을 규정한 표준 경계다. 표준 인터페이스가 있어야 서로 다른 망 요소를 분리해 구현하고, 각 구간의 패킷과 로그를 독립적으로 분석할 수 있다.
1G부터 5G까지 무선 방식뿐 아니라 RAN과 코어의 구성 요소, 인터페이스도 함께 바뀌었다.
그림의 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access, FDMA)은 사용자별로 주파수 채널을 나누는 방식이다. IS-95 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access, CDMA)은 여러 사용자를 서로 다른 코드로 구분한다. GSM 진화형 고속 데이터(Enhanced Data Rates for GSM Evolution, EDGE)는 GSM 계열 패킷 데이터 전송률을 높인 기술이다.
세대별 구조를 한눈에 비교하기
회선교환은 통화 중에 전용 경로를 유지하는 방식이다. 패킷교환은 데이터를 작은 패킷으로 나누고 여러 사용자가 공유하는 망으로 전달하는 방식이다. 이동통신 코어는 2G와 3G에서 두 방식을 함께 사용했고, 4G부터 패킷 기반 구조를 중심으로 전환했다.
| 세대 | RAN 구조 | 코어 구조 | 주요 표준 경계 | 오픈소스 구현 관점의 변화 |
|---|---|---|---|---|
| 1G | 제조사별 아날로그 기지국 | 회선교환 음성망 | 지역별 규격과 제조사 종속 경계 | 전용 하드웨어와 비공개 운용 소프트웨어에 의존했다. |
| 2G | 기지국과 기지국 제어기로 구성한 무선망 | 회선교환 코어, 패킷 서비스 도입 후 패킷 코어 병존 | 기지국, 제어기, 코어 사이를 각각 분리 | 표준 인터페이스의 양쪽 기능을 독립 소프트웨어로 구현할 수 있게 됐다. |
| 3G | 무선 기지국과 무선망 제어기로 구성 | 회선교환 코어와 패킷교환 코어 | 기지국, 무선망 제어기, 두 코어 도메인 사이를 분리 | 무선 자원 제어가 별도 제어기에 집중됐고 장비 내부 구현은 여전히 폐쇄적이었다. |
| 4G | 무선 제어를 포함한 기지국 중심 구조 | 패킷 전용 코어 | 제어 평면과 사용자 평면을 분리 | 별도 무선망 제어기가 사라지고 범용 서버와 소프트웨어 무선을 이용한 전체 스택 구현이 확산됐다. |
| 5G SA | 중앙 장치와 분산 장치로 나눌 수 있는 RAN | 서비스 기반 5GC | RAN 내부와 RAN, 코어 사이를 기능별로 분리 | RAN과 코어 기능을 독립 프로세스와 표준 인터페이스 단위로 배치할 수 있다. |
이 표의 약어와 각 구성 요소의 역할은 다음 절부터 세대 순서대로 설명한다.
1G: 전용 장비에 묶인 아날로그 이동통신망
1G는 지역마다 서로 다른 아날로그 규격을 사용했다. 북미의 첨단 이동전화 시스템(Advanced Mobile Phone System, AMPS), 북유럽의 노르딕 이동전화(Nordic Mobile Telephone, NMT), 영국계 종합접속통신시스템(Total Access Communication System, TACS)이 대표적이다. 이들 시스템은 아날로그 음성을 주파수 채널에 실어 전송했고, 코어는 회선교환 음성 서비스를 제공했다.
기지국은 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 회로, 채널 처리 장치, 제어 장치를 전용 섀시와 보드로 구성했다. 교환망 역시 특정 제조사의 운용 소프트웨어, 진단 도구, 라이선스에 의존했다. 망 동작을 수정하려면 공개된 프로토콜만으로는 부족했고 제조사 하드웨어와 소프트웨어를 함께 다뤄야 했다.
이 구조에서는 무선 신호를 수신해 분석할 수 있어도 기지국과 교환기의 내부 상태를 동일한 환경에서 재현하기 어려웠다. 오픈소스 이동통신 구현이 본격적으로 등장하기 전의 가장 큰 제약은 소스 코드뿐 아니라 하드웨어 버스와 운용 체계까지 폐쇄돼 있었다는 점이다.
2G: 기지국 제어와 코어 기능을 표준 인터페이스로 분리
2G는 음성과 제어 정보를 디지털화했다. 세계 이동통신 시스템(Global System for Mobile Communications, GSM)은 가입자 식별 모듈(Subscriber Identity Module, SIM)을 이용한 가입자 인증과 단문 메시지 서비스(Short Message Service, SMS)를 도입했다. SIM은 가입자 식별 정보와 인증용 비밀 값을 저장하고, SMS는 짧은 문자 메시지를 전달한다.
GSM의 기지국 서브시스템(Base Station Subsystem, BSS)은 다음 두 요소로 구성된다.
- 기지국(Base Transceiver Station, BTS)은 UE와 무선 신호를 송수신한다.
- 기지국 제어기(Base Station Controller, BSC)는 여러 BTS의 무선 자원과 채널을 제어한다.
이동통신 교환국(Mobile Switching Centre, MSC)은 통화 설정과 이동성을 처리한다. BTS와 BSC 사이의 Abis 인터페이스는 무선 채널 제어 정보와 트래픽을 운반한다. BSC와 MSC 사이의 A 인터페이스는 회선교환 제어 정보와 음성을 전달한다.
범용 패킷 무선 서비스(General Packet Radio Service, GPRS)는 기존 회선교환 코어 옆에 패킷 데이터 경로를 추가했다. 서빙 GPRS 지원 노드(Serving GPRS Support Node, SGSN)는 UE의 패킷 접속과 이동성을 관리한다. 게이트웨이 GPRS 지원 노드(Gateway GPRS Support Node, GGSN)는 외부 패킷망과 연결하고 데이터 세션의 기준점을 제공한다. BSS와 SGSN 사이의 Gb 인터페이스는 패킷 데이터와 이동성 신호를 전달한다.
결과적으로 2G 코어에서는 음성과 데이터가 서로 다른 기능을 거쳤다. 음성은 MSC가 담당했고, 패킷 데이터는 SGSN과 GGSN이 담당했다.
2G 구조도에 표시되는 보조 요소의 역할도 구분해야 한다. 이동국(Mobile Station, MS)은 GSM 단말을 뜻하고, Um은 MS와 BTS 사이의 무선 인터페이스다. 패킷 제어 장치(Packet Control Unit, PCU)는 GPRS 무선 패킷 자원을 처리하고 Gb를 통해 SGSN에 연결한다. 홈 위치 등록기(Home Location Register, HLR)는 가입자 정보를 저장하고, 방문자 위치 등록기(Visitor Location Register, VLR)는 현재 서비스 지역에 있는 가입자의 임시 위치 정보를 관리한다. 인증 센터(Authentication Centre, AuC)는 가입자 인증에 필요한 비밀 정보와 인증 벡터를 관리한다.
2G 오픈소스 구현: Osmocom과 OpenBTS의 차이
Osmocom과 OpenBTS는 모두 GSM을 다루지만 출발점과 망 구성이 다르다. Osmocom은 표준 GSM 망 요소와 인터페이스를 공개 코드로 구현하는 방향으로 발전했다. OpenBTS는 GSM 무선 인터페이스를 소프트웨어 정의 무선 장비에서 처리하고 인터넷 전화망으로 연결했다.
Osmocom은 상용 BTS의 네트워크 측 기능에서 출발했다. OpenBTS는 소프트웨어 무선 장비와 인터넷 전화망 사이에 GSM 무선 인터페이스를 구현했다.
Osmocom: 표준 GSM 망 요소를 공개 코드로 구현
Osmocom은 상용 GSM BTS의 반대편 프로토콜을 구현하면서 시작됐다. Harald Welte와 Dieter Spaar는 2008년 Siemens GSM BTS의 Abis 트래픽을 분석했다. 초기 코드는
bs11-abis, bsc-hack, OpenBSC로 발전했다. 이 연혁은 OsmoBSC 매뉴얼에 정리돼 있다.초기 OpenBSC는 디지털 비트를 무선 파형으로 변환하는 물리 계층(Physical Layer, PHY)이나 RF 송수신기를 구현하지 않았다. 상용 BTS가 무선 처리를 맡고 OpenBSC가 BSC와 코어의 상태 기계를 실행했다.
Osmocom은 이후 BSC, MSC, 가입자 데이터베이스, SGSN을 개별 프로세스로 분리했다. 연구자는 위치 갱신, 페이징, 통화 설정 절차를 프로토콜 메시지와 소스 코드에 연결해 분석할 수 있게 됐다. OsmocomBB는 2010년 단말 측 GSM 스택을 공개했다.
OpenBTS: GSM 무선 인터페이스를 인터넷 음성망에 연결
OpenBTS는 범용 소프트웨어 무선 주변장치(Universal Software Radio Peripheral, USRP)에서 GSM 무선 인터페이스를 구현한다. USRP는 소프트웨어 정의 무선(Software-Defined Radio, SDR) 장비로, RF 신호와 디지털 동상 및 직교 위상 샘플 사이의 변환을 담당한다.
표준 GSM 단말은 OpenBTS 셀에 접속한다. 통화는 세션 개시 프로토콜(Session Initiation Protocol, SIP)과 오픈소스 인터넷 전화 사설교환기인 Asterisk로 전달된다. 이 구성은 전통적인 BTS, BSC, MSC 구조를 그대로 복제하지 않는다. GSM 무선 스택과 일부 통화 제어를 범용 컴퓨터에서 실행하고, 음성 서비스를 인터넷 프로토콜(Internet Protocol, IP) 전화망에 연결하는 대체 구조다.
전통적인 GSM 구성도에서 MSC 다음에 표시되는 공중 교환 전화망(Public Switched Telephone Network, PSTN)은 일반 유선 전화망을 뜻한다. OpenBTS는 이 경로의 일부를 SIP와 Asterisk 기반 인터넷 음성망으로 대체한다.
따라서 Osmocom과 OpenBTS 중 무엇이 더 완전한지를 단순 비교하기보다 필요한 실험 범위를 먼저 정해야 한다. 표준 GSM 코어 절차와 망 요소를 분석하려면 Osmocom의 구성이 적합하다. GSM 무선 접속을 SIP 기반 음성망에 연결하려면 OpenBTS의 구조가 직접적이다.
3G: RNC에 무선 자원 제어를 집중
범용 이동통신 시스템(Universal Mobile Telecommunications System, UMTS)의 RAN은 지상 무선 접속망(UMTS Terrestrial Radio Access Network, UTRAN)이다. UTRAN은 무선 송수신을 담당하는 NodeB와 무선망 제어기(Radio Network Controller, RNC)로 구성된다.
RNC는 무선 자원, 무선 베어러, RAN 내부 이동성, 핸드오버를 제어한다. 각 망 요소는 다음 인터페이스로 연결된다.
- Iub는 NodeB와 RNC를 연결한다.
- Iu-CS는 RNC와 회선교환(Circuit Switched, CS) 코어를 연결한다.
- Iu-PS는 RNC와 패킷교환(Packet Switched, PS) 코어를 연결한다.
Uu는 UE와 NodeB 사이의 3G 무선 인터페이스다.
3G도 회선교환 도메인과 패킷교환 도메인을 함께 유지했다. 2G보다 구성 요소와 인터페이스가 체계적으로 분리됐지만 무선 제어 상태가 RNC에 집중됐고, RAN의 내부 동작은 전용 장비에 크게 의존했다.
2G와 3G는 망 요소 사이의 인터페이스를 표준화했지만 회선교환과 패킷교환 도메인을 함께 유지했다.
표준은 망 요소가 주고받을 메시지와 인터페이스를 정의한다. 그러나 스케줄러, 오류 복구, RF 보정, 진단 도구 같은 장비 내부 구현까지 공개하지는 않는다. 오픈소스 구현은 이 내부 동작을 코드와 로그로 확인할 수 있게 했다는 점에서 의미가 있다.
4G: RNC를 제거하고 패킷 코어에 직접 연결
LTE의 진화형 범용 지상 무선 접속망(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN)은 RNC를 사용하지 않는다. 진화형 NodeB(Evolved Node B, eNodeB)가 무선 자원 제어와 스케줄링을 맡고 진화형 패킷 코어(Evolved Packet Core, EPC)에 직접 연결된다. 4G 코어와 서비스는 IP를 기본 전달 방식으로 사용한다.
EPC의 주요 구성 요소는 다음과 같다.
| 구성 요소 | 전체 이름 | 역할 |
|---|---|---|
| MME | Mobility Management Entity, 이동성 관리 개체 | UE 접속, 인증 절차 연계, 이동성 신호를 제어한다. |
| S-GW | Serving Gateway, 서빙 게이트웨이 | E-UTRAN 쪽 사용자 평면의 이동성 기준점으로 패킷을 전달한다. |
| P-GW | Packet Data Network Gateway, 패킷 데이터망 게이트웨이 | 외부 데이터망에 연결하고 UE의 IP 세션을 종단한다. |
| HSS | Home Subscriber Server, 홈 가입자 서버 | 가입자 식별 정보, 인증 정보, 서비스 프로필을 관리한다. |
| PCRF | Policy and Charging Rules Function, 정책과 과금 규칙 기능 | 서비스 품질과 과금에 적용할 정책 규칙을 결정한다. |
eNodeB와 EPC 사이의 S1 인터페이스는 제어 평면과 사용자 평면으로 나뉜다. S1-MME는 eNodeB와 MME 사이의 제어 신호를 전달한다. S1-U는 eNodeB와 S-GW 사이의 사용자 패킷을 전달한다.
LTE-Uu는 UE와 eNodeB 사이의 무선 인터페이스다. S11은 MME와 S-GW 사이에서 세션과 이동성에 필요한 제어 신호를 전달한다.
LTE는 eNodeB를 EPC에 직접 연결하고 제어 평면과 사용자 평면을 분리한다.
LTE 무선 구간의 프로토콜 계층
LTE가
All-IP 구조라는 말은 서비스와 코어의 기본 전달 방식을 IP로 통합했다는 뜻이다. 무선 구간 자체에는 역할이 다른 여러 프로토콜 계층이 존재한다.- PHY는 디지털 비트와 무선 파형을 변환한다.
- 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)는 무선 자원을 스케줄링한다.
- 무선 링크 제어(Radio Link Control, RLC)는 데이터를 분할하고 재조립하며 필요한 경우 재전송한다.
- 패킷 데이터 수렴 프로토콜(Packet Data Convergence Protocol, PDCP)은 헤더 압축, 암호화, 제어 평면 무결성 보호를 담당한다.
- 무선 자원 제어(Radio Resource Control, RRC)는 UE와 기지국 사이의 연결과 무선 베어러를 설정한다.
- 비접속 계층(Non-Access Stratum, NAS)은 UE와 코어 사이에서 인증, 이동성, 세션 관리 신호를 전달한다.
- GPRS 터널링 프로토콜 사용자 평면(GPRS Tunnelling Protocol User Plane, GTP-U)은 사용자 패킷을 터널로 전달한다.
RNC가 사라지고 RAN과 코어의 경계가 단순해지면서 범용 서버에서 LTE PHY와 프로토콜 스택을 실행하는 구성이 실용화됐다. 주류 서버용 x86 프로세서의 벡터 연산 성능과 SDR 장비의 처리 성능도 이 변화에 기여했다.
초기 LTE와 국제전기통신연합(International Telecommunication Union, ITU)이 정의한 4G 성능 요구 체계인 International Mobile Telecommunications-Advanced(IMT-Advanced)는 같은 개념이 아니다. LTE-Advanced가 IMT-Advanced 요구사항을 충족했다. 이동통신 세대의 성능을 비교할 때 초기 LTE와 LTE-Advanced를 구분해야 한다.
srsLTE, srsRAN_4G와 OAI
srsLTE는 LTE PHY 라이브러리에서 시작해 UE, eNodeB, EPC를 포함하는 소프트웨어 제품군으로 확장됐다. 프로젝트는 2021년 srsRAN으로 이름을 바꿨다. LTE 구현은 현재
srsRAN_4G 저장소에서 유지된다.LTE UE와 eNodeB를 모두 공개 코드로 실행하면 RRC와 NAS의 상태 전이를 양쪽 로그에서 비교할 수 있다. 프로세스 사이에 메시지를 전달하는 ZeroMQ를 가상 RF 경로로 사용해 프로토콜을 먼저 검증한 뒤 SDR로 전환할 수도 있다.
OpenAirInterface(OAI)는 4G와 5G의 RAN, UE, 코어 구현을 제공한다. EURECOM의 연구에서 시작해 2014년 OpenAirInterface Software Alliance의 공동 개발 프로젝트로 확장됐다. OAI는 한 계층만 제공하는 라이브러리가 아니라 RAN, UE, 코어를 함께 실행할 수 있는 범위를 제공한다.
OCUDU는
srsRAN Project를 계승한 5G RAN 프로젝트이며 Linux Foundation 거버넌스에서 개발된다. LTE UE, eNodeB, EPC를 다루는 srsRAN_4G와는 별도 코드베이스다.5G SA: 서비스 기반 코어와 분리형 RAN
3세대 이동통신 표준화 협력체(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)는 Release 15에서 5G 시스템(5G System, 5GS)을 정의했다. 5GS는 제어 평면을 네트워크 기능 단위로 나누는 서비스 기반 아키텍처(Service-Based Architecture, SBA)를 사용한다. RAN도 하나의 장비로만 구성할 필요가 없으며 중앙 장치와 분산 장치로 나눌 수 있다.
5G 코어: 제어 기능을 서비스 단위로 분리
SBA에서는 제어 평면을 네트워크 기능(Network Function, NF) 단위로 나눈다. 각 NF는 자신의 서비스를 제공하거나 다른 NF의 서비스를 호출한다. 사용자 평면은 별도의 기능으로 분리된다.
프로토콜 데이터 단위(Protocol Data Unit, PDU) 세션은 UE에 데이터 연결을 제공하는 5G 세션이다. 각 네트워크 기능의 전체 이름과 역할은 다음 표와 같다.
| 네트워크 기능 | 전체 이름 | 역할 |
|---|---|---|
| AMF | Access and Mobility Management Function, 접속과 이동성 관리 기능 | UE 등록, 접속 인증 절차 연계, 이동성 신호를 처리한다. |
| SMF | Session Management Function, 세션 관리 기능 | PDU 세션을 만들고 변경하거나 해제하며 사용자 평면의 전달 규칙을 제어한다. |
| UPF | User Plane Function, 사용자 평면 기능 | RAN과 외부 데이터망 사이에서 사용자 패킷을 전달한다. |
| AUSF | Authentication Server Function, 인증 서버 기능 | 가입자 인증 절차를 수행한다. |
| UDM | Unified Data Management, 통합 데이터 관리 기능 | 가입자 데이터와 인증에 필요한 정보를 관리한다. |
| UDR | Unified Data Repository, 통합 데이터 저장소 | UDM과 다른 NF가 사용하는 가입자 및 정책 데이터를 저장한다. |
| PCF | Policy Control Function, 정책 제어 기능 | 세션과 서비스에 적용할 정책을 결정한다. |
| NRF | Network Repository Function, 네트워크 저장소 기능 | NF의 등록 상태를 보관하고 필요한 서비스를 찾게 한다. |
AMF가 UE 등록과 이동성 절차를 처리하고, SMF가 PDU 세션을 관리하며, UPF가 실제 사용자 패킷을 전달한다. N4는 SMF와 UPF 사이에서 사용자 평면 전달 규칙을 제어한다. N6는 UPF와 외부 데이터망을 연결한다. 서비스 기반 인터페이스(Service-Based Interface, SBI)는 NF가 서로 서비스를 요청하고 응답할 때 사용한다.
5G 코어는 제어 평면을 NF 단위로 나누고 사용자 패킷 전달을 UPF에 분리한다.
SBA는 각 NF를 독립적으로 배치하고 확장할 수 있는 논리 구조를 제공한다. 하지만 NF를 컨테이너로 실행한다고 장애 격리와 복원력이 자동으로 확보되는 것은 아니다. 상태 저장, 재시도, 서비스 발견, 인증서, SBI 접근 제어를 별도로 설계해야 한다.
5G RAN: CU, DU로 기능을 분리
차세대 무선 접속망(Next Generation RAN, NG-RAN)은 5G 기지국인 gNodeB(gNB)를 중앙 장치(Central Unit, CU)와 분산 장치(Distributed Unit, DU)로 나눌 수 있다.
CU는 다시 두 기능으로 분리할 수 있다.
- 중앙 장치 제어 평면(Central Unit Control Plane, CU-CP)은 RRC와 코어망 제어 신호를 처리한다.
- 중앙 장치 사용자 평면(Central Unit User Plane, CU-UP)은 사용자 데이터 프로토콜을 처리한다.
DU는 실시간성이 높은 무선 링크 계층과 상위 PHY 처리를 담당한다. CU와 DU는 F1 인터페이스로 연결된다. F1-C는 제어 평면을, F1-U는 사용자 평면을 전달한다. CU-CP와 CU-UP은 E1 인터페이스로 제어 정보를 교환한다.
NG-RAN과 5GC 사이에는 두 가지 핵심 인터페이스가 있다.
- N2는 NG-RAN과 AMF 사이에서 NG 응용 프로토콜(NG Application Protocol, NGAP) 제어 신호를 전달한다.
- N3는 NG-RAN과 UPF 사이에서 GTP-U 사용자 패킷을 전달한다.
O-RAN: CU, DU 분리에 개방형 프론트홀과 운영 기능을 추가
O-RAN Alliance는 3GPP의 CU, DU 분리를 바탕으로 다음 구성 요소와 개방형 인터페이스를 정의한다.
- O-RAN 중앙 장치(O-RAN Central Unit, O-CU)는 제어 평면인 O-CU-CP와 사용자 평면인 O-CU-UP으로 나뉜다.
- O-RAN 분산 장치(O-RAN Distributed Unit, O-DU)는 상위 PHY와 무선 링크 처리를 담당한다.
- O-RAN 무선 장치(O-RAN Radio Unit, O-RU)는 하위 PHY와 RF 송수신을 담당한다.
O-DU와 O-RU 사이의 개방형 프론트홀(Open Fronthaul)은 데이터, 제어, 동기, 관리 정보를 전달한다. Open Fronthaul 7-2x는 상위 PHY와 하위 PHY 사이의 기능 분할 지점과 타이밍, 동기, 관리 요구사항을 정의한다.
RAN 지능형 제어기(RAN Intelligent Controller, RIC)는 RAN 상태를 바탕으로 최적화 애플리케이션을 실행한다. 비실시간 RIC(Non-Real-Time RIC, Non-RT RIC)는 장기 정책과 분석을 담당하고, 근실시간 RIC(Near-Real-Time RIC, Near-RT RIC)는 RAN 상태에 가까운 시간 단위로 최적화 제어를 적용한다.
서비스 관리와 오케스트레이션(Service Management and Orchestration, SMO)은 RAN 기능의 구성과 수명주기를 관리한다. 운영, 관리, 유지보수(Operations, Administration and Maintenance, OAM)는 장비 설정, 상태 감시, 장애 관리를 포괄한다. O-Cloud는 O-RAN 기능이 실행되는 클라우드 기반을 제공한다.
O-RAN 운영 인터페이스는 다음 역할을 맡는다.
- O1은 SMO와 O-RAN 망 기능 사이에서 구성, 성능, 장애 관리 정보를 전달한다.
- O2는 SMO와 O-Cloud 사이에서 클라우드 자원과 배포 수명주기를 관리한다.
- A1은 Non-RT RIC에서 Near-RT RIC로 정책과 보조 정보를 전달한다.
- E2는 Near-RT RIC가 O-CU와 O-DU 같은 RAN 노드의 상태를 수집하고 제어하도록 연결한다.
3GPP NG-RAN은 CU와 DU 분리를 지원한다. O-RAN은 O-RU, 개방형 프론트홀, 운영 인터페이스를 추가로 정의한다.
분리 구조가 PHY의 실시간 처리 조건을 없애지는 않는다. 높은 처리량에는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field-Programmable Gate Array, FPGA), 그래픽 처리 장치(Graphics Processing Unit, GPU), 주문형 반도체(Application-Specific Integrated Circuit, ASIC) 같은 가속기가 필요할 수 있다. 정밀한 주파수와 위상 동기, 프론트홀 지연 조건도 충족해야 한다.
B210 직접 연결과 O-RAN 7-2x를 구분해야 하는 이유
USRP B210을 USRP 장비 제어와 동상(In-phase, I), 직교 위상(Quadrature, Q) 샘플 입출력을 담당하는 USRP Hardware Driver(UHD)로 gNB에 직접 연결하면, gNB 소프트웨어가 SDR과 직접 샘플을 주고받는다. 이 구성에는 O-DU와 O-RU 사이의 Open Fronthaul 7-2x가 없다.
따라서 B210을 사용하는 것만으로 O-RAN O-RU 구성이 되지는 않는다. 직접 UHD 구성과 O-RAN 7-2x 구성을 구분해야 로그 위치, 동기 조건, 장애 범위를 올바르게 판단할 수 있다. 두 경로의 차이는 B210, OCUDU, Open5GS 5G SA 아키텍처에서 자세히 다룬다.
오픈소스 프로젝트별 구현 범위
프로젝트를 선택할 때는 지원 세대보다 먼저 RAN, UE, 코어 중 어떤 기능을 구현하는지 확인해야 한다.
| 프로젝트 | 주요 구현 범위 | 적합한 분석 범위 |
|---|---|---|
| Osmocom | 2G와 3G의 망 요소, 일부 RAN과 코어 기능, GSM 단말 스택 | 표준 GSM 망 요소와 인터페이스, 위치 갱신, 페이징, 통화 설정 절차 |
| OpenBTS | GSM 무선 인터페이스, SIP와 Asterisk 연동 | GSM 단말을 SDR 기반 셀과 IP 음성망에 연결하는 구성 |
| srsRAN_4G | LTE UE, eNodeB, EPC | E-UTRAN과 EPC, RRC와 NAS 상태 전이, 가상 RF 또는 SDR 실험 |
| OCUDU | 5G CU-CP, CU-UP, DU RAN 스택 | 분리 가능한 NG-RAN과 5GC 연동 |
| OpenAirInterface | 4G와 5G RAN, UE, 코어 | RAN, UE, 코어를 포함한 전체 이동통신 스택 |
| Open5GS | LTE EPC, 5GC | LTE 코어와 SBA 기반 5G 코어의 NF와 인터페이스 |
Open5GS는 AMF, SMF, UPF, AUSF, UDM, NRF 등 5GC 기능을 제공한다. OCUDU 또는 OAI RAN과 연결하면 N2 제어 평면과 N3 사용자 평면을 각각 관찰할 수 있다.
랩 구축 전에 확인할 조건
오픈소스 프로젝트가 필요한 망 기능을 제공하더라도 특정 장비 조합의 동작까지 보장하지는 않는다. 구축 전에 다음 조건을 확인해야 한다.
- 표준 문서는 인터페이스와 절차를 정의한다. 특정 구현의 처리 성능이나 상호운용성을 보증하지 않는다.
- 저장소의 기능 목록만으로 특정 SDR, 주파수 대역, 대역폭, UE 조합의 성공 여부를 판단할 수 없다.
- SDR 기반 RAN은 프로세서의 실시간 처리 성능, 기준 클록, 송수신 이득, 필터, 안테나 경로의 영향을 받는다.
- O-RAN 호환성은 O-DU와 O-RU의 프로파일, 동기 방식, 프론트홀 구현을 실제 조합으로 시험해야 확인할 수 있다.
- 실험 환경과 송신 조건은 관할 전파 규정과 허가 범위에 맞춰 구성해야 한다.
이 글에서 정리한 세대별 구조는 다음 글의 설계 기준으로 사용한다. B210, OCUDU, Open5GS 5G SA 아키텍처에서는 RAN 서버, 코어 서버, SDR, UE 사이의 실제 인터페이스와 데이터 경로를 정의한다. 이어지는 구축 글에서는 기본망, IMS와 SMS, MMS, VoNR, 영상통화를 순서대로 추가한다. 마지막 글에서는 Galaxy S26 Ultra를 연결해 등록, 데이터 세션, 메시징, 통화를 종단간으로 검증한다.
참고 자료
- 3GPP, 이동통신 세대 개요
- 3GPP, Technical Specification 23.002, Network architecture
- 3GPP, Technical Specification 36.300, E-UTRA and E-UTRAN overall description
- 3GPP, Technical Specification 23.401, GPRS enhancements for E-UTRAN access
- 3GPP, Technical Specification 23.501, System architecture for the 5G System
- 3GPP, Technical Specification 29.500, Technical realization of Service Based Architecture
- 3GPP, Technical Specification 38.300, NR and NG-RAN overall description
- 3GPP, Technical Specification 38.401, NG-RAN architecture description
- Osmocom, OsmoBSC User Manual, OsmocomBB 공개 공지
- Range Networks, OpenBTS 저장소
- David A. Burgess, Harvind S. Samra, The OpenBTS Project
- srsRAN, srsRAN_4G 저장소, 변경 기록, OCUDU 전환 공지
- OCUDU, 공식 저장소
- OpenAirInterface Software Alliance, About OAI, 초기 역사
- O-RAN Alliance, Technical Groups, Working Group 4 Open Fronthaul 공개 자료, Working Group 6 Cloudification and Orchestration
- Open5GS, Quickstart, 저장소