민첩하고 비용 효율적인 클라우드 BNG 배포

author-image

기준

소개

BNG(Broadband Network Gateway)는 통신 네트워크에서 가입자 세션을 구축 및 관리하고 고정 광대역 가입자 트래픽을 종료하는 네트워크 장치입니다. CPE(Customer Premise Equipment)에 연결하여 고객이 디지털 가입자 회선(xDSL)이나 FTTX(Fiber-to-the-X) 등의 다양한 액세스 네트워크에서 단일 연결을 통해 집적된 인터넷, VoIP(Voice over Internet Protocol), IPTV(Internet Protocol television)와 같은 다양한 광대역 가입 서비스에 액세스할 수 있도록 합니다.

BNG는 고급 기술이며, 인증 제공, 폴리싱, 트래픽 필터링, 서비스 품질(QoS), 서비스 네트워크 내 라우팅과 같은 다양한 기능을 지원합니다. 원래 BNG는 대부분 지역 위치에서 통신 네트워크 에지의 하드웨어 기반 플랫폼으로 구현되었습니다. 현재 인터넷 트래픽 동향은 가입자 회선의 액세스 측면에서 처리량이 증가하고 소비자가 생성하는 볼륨이 증가함에 따라 BNG에 대한 부하가 증가하고 있음을 보여줍니다. 이것은 특히 비디오 인터넷 서비스의 사용량 증가와 관련이 있습니다. 따라서 통신 사업자는 이제 새롭게 증가하는 볼륨과 처리량 수요를 고려하여 네트워크 추가 확장을 위한 새로운 비용 효율적인 솔루션 구현 방법을 고려해야 합니다. 크로아티아 시장을 주도하고 있는 Hrvatski Telekom(HT)은 가상화된 BNG 솔루션을 구현하여 클라우드화 경로를 선택했습니다.

최근 Cisco VNI 보고서에 따르면 IP 트래픽은 최대 30%의 연평균 성장률(CAGR)까지 계속 성장할 것입니다. 이러한 추세는 사용량이 많은 시간대의 인터넷 트래픽 CAGR(최대 37%)이 평균 트래픽 증가율을 능가한다는 점에서 광대역 사업자에게 추가적인 문제가 됩니다. 광대역 네트워크는 사용량이 많은 시간대의 트래픽을 고려하여 프로비저닝 및 구축해야 합니다.

이러한 추세는 통신 사업자가 서비스를 제공해야 하는 트래픽 볼륨과 수익이 별도로 움직인다는 잘 알려진 산업 현상과 관련이 있습니다.

이를 위해서는 광대역 프로비저닝에 대한 새로운 접근 방식이 필요합니다. 고정 액세스 네트워크에 클라우드 기술을 적용하면 통신 사업자에게 새로운 플랫폼 접근 방식을 제공하고, 네트워크 에지에서 기회를 늘리는 동시에 비용을 절감할 수 있는 기회를 제시합니다.

클라우드 BNG의 비즈니스 동인

2019년 가을, HT는 고정 액세스 네트워크 전환 목표를 달성하기 위해 이 새로운 방향으로 나아가기로 했습니다.

HT는 모든 무선 코어와 유선 액세스 네트워크 기능의 클라우드화를 포함하는 소프트웨어 정의 통신 전략을 채택했습니다. 또한 NFV 및 클라우드 원칙을 레거시 고정 액세스 하드웨어에 적용했으며, 이는 코어 네트워크 전환에 적용했던 것과 동일한 혁신적이고 파괴적인 접근 방식입니다. 이것은 새로운 클라우드 BNG 접근 방식인 Cloud BNG로 대체되었습니다.

이 전략은 HT가 용량 확장이라는 유연성 목표를 달성하고 수평적 소프트웨어 확장에 있어 증가하는 트래픽 요건을 충족할 수 있도록 합니다. 이러한 접근 방식을 통해 HT가 보다 최적화되고 비용 효율적인 모델에서 지속적으로 증가하는 동적 성능과 처리량 개선을 달성할 수 있도록 지원합니다.

또한 이 접근 방식은 HT의 자본 효율성을 크게 개선할 것으로 예상되었습니다. 프로그램의 주요 목표 중 하나는 소프트웨어/클라우드 기반 접근 방식으로의 전환과 결합된 상업용 제품 및 서비스(COTS) 하드웨어가 광대역 트래픽에서 기가비트당 상당한 절감을 가능하게 하는지 파악하는 것입니다.

HT는 소프트웨어 중심 접근 방식으로 새로운 소프트웨어 확장 모델을 유연하게 배포하여 하드웨어를 배포하는 동안 사용했던 이전의 자본 집약적 접근 방식을 대체합니다.

마지막으로, HT는 이 새롭게 단순화된 중앙 집중식 배포 방식을 통해 현장 서비스 업그레이드와 서비스 가동 시간/중복성의 관점에서 훨씬 더 많은 운영 비용을 절감할 수도 있었습니다.

솔루션 - 클라우드 BNG로의 이동

HT의 인프라는 Zagreb, Rijeka, Split의 지역 데이터 센터에서 구현되도록 설계되었습니다.

HT는 비즈니스 목표를 실현하기 위해 독립 소프트웨어 공급업체인 5x9 Networks(5x9) 및 인텔과 협업하여 새로운 클라우드 BNG 솔루션을 구현했습니다.

BNG 설계의 기반인 5x9 솔루션은 패킷 처리 워크로드에 최적화된 오픈소스 SDK인 인텔의 데이터 플레인 개발 키트(DPDK)를 활용했습니다. 이를 통해 5x9는 DPDK에서 제공하는 기본 라이브러리를 사용하여 처음부터 모든 기능을 갖춘 BNG를 구축할 수 있었습니다.

소프트웨어 솔루션 스택은 HPE(Hewlett Packard Enterprise) 서버에 구축되었으며, 인텔® 셀렉트 솔루션 포워딩 플랫폼 개념을 기반으로 합니다. 이 플랫폼 접근 방식은 인텔 기반 COTS 서버에서 최적의 패킷 처리를 위한 필수 서버 설계 지침을 제공합니다.

가상 광대역 네트워크 게이트웨이(vBNG) 솔루션은 CUPS(제어 및 사용자 분리)와 함께 배포되었으며, 이는 사용자 영역과 컨트롤 영역 기능의 독립적인 확장이 가능한 분리형 BNG 솔루션을 구현하는 데 필요합니다.

5x9는 이러한 오픈소스 구성 요소를 사용하여 턴키 방식의 광대역 에지 솔루션을 개발하였으며, 이 솔루션은 HT가 개발을 시작한 지 2분기 이내에 라이브 네트워크 테스트를 시작했습니다. 개념을 수립한 지 불과 12개월 만에 광대역 네트워크에 고도로 최적화된 솔루션을 구축했습니다. 이 솔루션은 HT의 모든 비즈니스 목표를 달성하여 고가의 전용 네트워크 에지 하드웨어에서 필요한 효율성, 유연성 및 비용 특성을 갖춘 일관된 클라우드 인프라로 이동하려는 주요 의도를 충족할 수 있도록 합니다.

5x9 솔루션은 아래 그림 3과 같이 3개의 필수 요소로 구성되어 있습니다:

  1. Virtual BBRAS Forwarder(vBF)
  2. Virtual BBRAS Controller(vBC)
  3. Virtual Dashboard(vDB)

vBF는 Cloud BNG DPDK를 기반으로 구축되었으며, PPPoE(Point-to-Point Protocol over Ethernet) 및 IPoE(Internet Protocol over Ethernet), 사용자 세션 종료, 이더넷 및 IP 트래픽 전달, QoS, 낮은 수준의 사용자 통계 생성과 같은 기본적인 BNG 포워딩 영역 관련 작업을 전담합니다.

vBC는 제어 영역과 관련된 작업을 수행하며 시스템 프로비저닝 및 관리, 내부 시스템 구성 요소 및 외부 사용자 IP 주소 지정, 라우팅, 중복성, 확장성, 탄력성을 담당합니다.

vDB는 시스템 구성, 관리 및 부하/상태 개요 전용 웹 프론트엔드와 기본 SDN(소프트웨어 정의 네트워킹) 기능을 갖춘 응용 프로그램입니다. 전체 시스템을 구성하고 관리하는 단일 지점이며 다중 API(Netconf/YANG, REST)는 타사 플랫폼과 간단하게 통합할 수 있는 기능도 제공합니다.

HT 솔루션은 하이퍼바이저로 Linux 커널 기반 가상 머신(KVM)을 사용하여 OpenStack 클라우드 컴퓨팅 플랫폼에 배포되었습니다. 기본 서버 하드웨어는 컴퓨팅 노드당 2개의 인텔® 제온® Gold 프로세서와 8개의 10/25Gb 이더넷 네트워크 어댑터를 갖춘 HPE 서버로 구성되어 있습니다. 이를 통해 이론적으로 서버당 200GB의 플랫폼 처리 기능을 사용할 수 있습니다.

5x9의 고유한 접근 방식을 사용하여 OpenStack API 액세스가 활성화되고 필요한 제로 데이 구성이 구축되면, vDB는 HT의 완전한 중복 배포에 필요한 모든 필수 가상 머신을 자동으로 구동했습니다.

시스템은 확장성과 유연성을 테스트했으며, 현재 연결된 고객 수와 다양한 처리량 요구 사항에 따라 가상 포워딩 노드를 확장하거나 축소할 수 있습니다.

수동 구성이나 IP 주소 지정은 vDB에서 자동으로 처리되므로 새로운 노드에는 필요하지 않습니다. 기존 BNG 솔루션에 비해 5x9 솔루션의 또 다른 이점은 IP 풀 이중화가 필요하지 않다는 것입니다. 5x9 알고리즘에서 이를 관리하므로 운영 중단 시 IP 주소가 자동으로 할당되고 IP 주소 풀을 새 가상 시스템에 재배포할 수 있습니다.

이 서버는 현재 HT의 특정 광대역 요건을 충족하는 단일 서버에서 80,000명의 사용자를 호스팅하고 80Gbps(500바이트 패킷)의 처리량을 제공합니다.

이 솔루션은 상용 트래픽 배포에서 HT에 의해 검증되었습니다. 시스템은 가입자 밀도나 처리량 요구 사항에 따라 이러한 매개 변수를 조정할 수 있는 유연성을 지원합니다.

5x9는 500바이트 패킷 크기에서 최대 200Gbps까지 처리량 속도를 높이고 호스트당 160,000명의 가입자를 지원할 수 있으며, 사용자 영역에서 혁신을 지속하고 있습니다. Intel® DPDK를 통해 기존의 물리적 BNG를 훨씬 뛰어넘는 달러 당 성능 효율성을 달성하면서 인텔의 최신 서버 기술의 모든 기능을 활용할 수 있었습니다. Cloud BNG의 접근 방식을 채택하여 물리적 BNG와 동일한 안정성과 처리량 요구 사항을 충족하는 동시에 HT의 총 소유 비용(TCO)을 절감하는 고유한 기능을 갖춘 제품을 제공하게 되었습니다.

또한 클라우드 지원 중앙식 중복 설계가 더욱 간단해졌습니다. Zagreb에 있는 두 사이트는 북부, 중부, 동부 크로아티아 트래픽의 50%를 각각 실행하며, 서로 중복됩니다. 또한 Zagreb은 Split와 Rijeka에 중복성을 제공합니다.

데이터 센터 마이그레이션이 진행 중이며, 현재까지 450,000명의 라이브 고객이 BNG Cloud를 운영 중입니다. vDB GUI는 시스템을 모니터링하는 데 사용되며 Grafana는 성능 KPI를 시각화하는 데 사용됩니다. 이 솔루션은 HT OSS 레이어에 완전히 통합되었습니다.

결과 및 결론

HT는 Cloud BNG 접근 방식을 채택하여, 클라우드 기반 원칙에 따라 소프트웨어 정의 통신사가 되는 데 필요한 기본 단계를 따랐습니다. HT는 Cloud BNG를 통해 새로운 서비스를 도입하고 트래픽 증가에 필요한 용량과 유연성 요건을 충족하는 동시에 자본 지출과 운영비를 절감할 수 있습니다.

또한 HT는 중요한 투자 효율성 목표를 달성했으며 투자 비용 또한 35% 절감했습니다. 클라우드 구현을 통해 프로젝트의 후속 단계에서 도입될 추가적인 고급 클라우드 자동화 기능도 사용 가능합니다.

새로운 물리적 BNG를 생산하는 것에 비해 훨씬 더 빠르고 저렴하게 설치할 수 있는 제로 터치 자동화 설치 방식인 새로운 Cloud BNG 인스턴스를 추가하여 수평적 확장을 구현했습니다.

이 프로그램은 완전한 성공을 거두었으며, HT는 이제 자사 광대역 가입자를 Cloud BNG 인프라로 완전히 마이그레이션하는 작업을 진행 중입니다.

향후 개선은 FTTX 속도를 높이고 적용 범위를 확대하려는 HT의 계획에 따라 더 높은 액세스 대역폭을 위한 더욱 효율적인 솔루션 제공을 목표로 합니다.

클라우드 환경에서 BNG 기능을 가상화하는 것은 컨버지드 5G 코어를 위한 중요한 단계입니다. 5G FMC(Fixed Mobile Convergence) 표준화를 위한 노력은 BNG를 AGF(Access Gateway Function)로 변환하는 새로운 기능을 제공하여 유무선 액세스를 위한 고유한 컨트롤을 보장합니다.

Hrvatski Telekom

HT는 크로아티아의 주요 통신사로, 유무선 전화 서비스, 데이터 전송, TV 서비스, 인터넷, 국제 통신 등에 이르는 모든 범주의 통신 서비스를 제공합니다. HT의 비전은 크로아티아의 모든 사람들에게 그들의 삶을 개선할 수 있도록 디지털화할 수 있는 기회를 제공하여 지속 가능하고 수익성 있는 성장을 달성하는 것입니다.

5x9 Networks

5x9 Networks는 프로그래머로서의 마인드와 스킬을 갖춘 숙련된 네트워크 엔지니어들이 설립한 기업입니다. 공동 작업과 솔루션 지향적인 당사의 목표는 사용이 간편하고 비용 효율적이며 고객에게 가치 있는 NFVI(Network Functions Virtualization Infrastructure) 기반 제품을 만드는 것입니다.

인텔

인텔은 세계적인 진보를 가능하게 하고 삶을 풍요롭게 만들며 세계를 변화시키는 기술을 창조하는 업계의 선두 주자입니다. 인텔은 무어의 법칙에서 영감을 받아 반도체 설계와 제조를 발전시키기 위해 지속적으로 노력하며 고객의 가장 큰 과제 해결을 지원합니다. 클라우드, 네트워크, 에지 및 모든 종류의 컴퓨팅 장치에 인텔리전스를 구축함으로써 데이터의 잠재력을 발산시켜 비즈니스와 사회를 더 나은 방향으로 변화시킵니다.