High Performance Browser Networking: Ch 07 모바일 네트워크

모바일 네트워크의 진화와 그 영향

모바일 네트워크는 빠른 속도로 진화하고 있으며, 이는 사용자 경험과 웹 성능에 직접적인 영향을 미친다. 2013년 기준으로 전 세계에는 약 64억 개의 모바일 연결이 있으며, 이 숫자는 계속 증가할 것으로 예상된다. 이러한 성장은 소비자들의 스마트 기기에 대한 욕구가 크다는 것을 의미한다. 하지만 단순히 연결된 기기의 수만 늘어나는 것이 아니라, 이들 기기를 지원하기 위한 고속 인터넷과 유비쿼터스한 광역 무선 연결의 수요도 함께 증가하고 있다.

세대별 무선 네트워크 기술의 발전

모바일 네트워킹 기술은 GSM, CDMA, HSPA 그리고 LTE와 같은 몇 가지 주요 무선 기술로 구성되어 있다. 예를 들어, 1G는 데이터를 지원하지 않는 아날로그 시스템이었고, 2G는 최초의 디지털 시스템이 도입된 시점이다. 3G와 4G는 각각 향상된 데이터 전송 속도를 제공하며, 특히 4G는 데이터 전송 속도가 기가비트급에 이른다. 그러나 '최대' 데이터율은 이상적인 환경에서만 가능한 수치임을 명심해야 한다. 여기서는 5G 나오기 전까지의 책이어서 포함되어 있지 않다.

3GPP와 3GPP2 표준의 진화

3GPP와 3GPP2는 각기 다른 경로로 표준을 발전시켜 왔다. 3GPP는 유럽의 GSM을 기반으로 UMTS와 LTE 표준을 개발했으며, 3GPP2는 미국의 CDMA2000 기술을 기반으로 표준을 발전시켰다. 이렇게 다른 기술 기반의 두 표준이 따로 발전해 오다가 파트너십을 가지고 진행하였고, LTE 부터는 통합 표준을 만들기 시작했다. 이러한 표준들은 사용자 장비의 성능에 따라 다양한 성능을 제공하며, 네트워크마다 지정된 사용자 장비 카테고리의 요건을 충족시켜야 최상의 성능을 발휘할 수 있다.

프로토콜의 개요

Radio Resource Controller (RRC)는 3G/4G의 유니크한 기능으로 무선 기기와 기지국 사이의 연결을 관리하는 기능이다.

Radio Resource Controller (RRC)

WiFi와 Ethernet는 항상 네트워크와 연결되어 있다고 본다. 그러므로 무선 기기 혹은 다른 쪽에서도 항상 패킷을 전송할 수 있고, 지연시간(latency)를 최적화 하기 용이하다. 그럼에도 불구하고 전송 매체를 공유하기 때문에 예상하지 못한 패킷 충돌로 인해 성능 저하가 발생할 수 있다. 그리고, 네트워크가 항상 켜져 있기 때문에 파워 소모가 높을 수 있어서 무선 기기의 배터리 효율이 중요한 최적화 요소가 되기도 한다.

이러한 측면에서 RRC는 네트워크 효율적인 사용과 무선 전력 소모를 효과적으로 할 수 있다. 즉, 전송할 데이터가 있는 경우에만 무선 자원(radio resource)를 할당하도록 한다. 거꾸로 수신할 데이터가 있는 경우에도 유사한 과정을 통해서 연결되게 된다.

스마트폰과 같은 무선 기기의 경우, 대형 화면이 가장 큰 전력 소모를 하는 모듈이다. 그 다음이 WiFi 혹은 무선 네트워크 연결과 같은 모듈이다. 그렇기 때문에, 이 무선 모듈을 항상 켜 놓는 것은 무선 기기에게 적절한 해결책이 아니다. 그러므로, 데이터를 전달해야 하지 않는 경우에는 무선 자원을 끊고 데이터 전송이 필요한 경우에만 무선 자원을 사용하는 것이 효과적이다. RRC는 이러한 동작을 수행하는 중추적인 역할을 한다.

RRC 상태 설명

RRC Idle은 저전력 상태이다. 이 때에는 모바일 기기를 컨트롤 하는 작은 메시지만 수신하고 데이터 전송을 위한 라디오 리소스는 할당이 되어 있지 않은 상태이다. 실재로 데이터를 전송해야 하는 상황이 되면 몇번의 컨트롤 메시지 교환을 통해서 라디오 리소스가 할당된다.

RRC Connected가 되면 실재로 많은 데이터 량을 전송하는 상태(State)로 많은 배터리를 소모한다. 데이터를 송신하거나 수신하기 위해 기다립니다. 지정된 라디오 리소스(dedicated radio resource)가 할당되게 되어 있다.

Shrt DRX(Discontinous Reception) 상태는 네트워크의 연결 컨택스트와 네트워크 리소스 할당은 해 놓은 상태로 조금 더 빠르게 다시 네트워크와 연결 상태가 될 수 있다. 이와는 다르게 Long DRX의 경우는 연결 컨텍스트는 유지하지만, 리소스는 해제하여 연결의 시간을 줄이지만 리소스를 다른 곳에 할당하여 전송 효율을 높일 수 있다. 아래 그림과 같이 단말은 모니터링 해야 하는 슬롯을 줄여서 사용 전력을 절약할 수 있다.

LTE RRC State Machine

이러한 모바일 네트워크의 특징을 참고한다면 데이터를 뜨문뜨문 보내게 되면 빈번한 연결 동작을 요구하게 되어 지속적으로 베터로 소모가 많을 수 있다. 그러므로 데이터를 몰아서 보내고 수신하는 방법을 사용하는 것이 배터리 소모에는 효과적일 수 있다. 즉, 아래 그림에서 데이터 전송 구간(Data Transfer)을 하나로 몰아서 추가적으로 소모 될 수 밖에 없는 구간(energy tail)이 발생하는 것을 줄일 수 있다면 효과적일 수 있다.

 

결론

모바일 네트워크의 미래는 밝지만, 그 도달에는 여러 도전이 따른다. 기술적 장벽과 높은 비용은 모바일 네트워킹의 발전을 어렵게 만들 수 있다. 하지만 기술이 진화함에 따라 사용자 경험은 향상되고, 웹 성능은 최적화될 것이다. 이러한 변화를 이해하고 준비하는 것이 중요하다.

 

참고 문헌

[1] 일리아 그리고릭, "구글 엔지니어에게 듣는 네트워킹과 웹 성능 최적화 기법", 정해권, 오현주 공역, 인사이트(insight)

[2] High Performance Browser Networking Ch7 Ch8, https://docs.google.com/presentation/d/17UMWZ8V_CcBBTaqg50Ug_yvB2csL9SB_QgoPlniFoqo/edit?usp=sharing