메타버스와 네트워크
기본적으로 메타버스는 컴퓨팅 집약적인 작업을 원격으로 실행하거나, 대규모 데이터베이스에 액세스 하거나, 자동화된 시스템 간에 통신하거나, 사용자 간에 공유 경험을 제공하는 등 광범위한 네트워크 액세스에 의존합니다. 이러한 애플리케이션의 다양한 요구를 해결하기 위해 메타버스는 5G 이상의 미래 모바일 네트워킹 기술에 크게 의존하게될 것입니다.
특징 1 - 처리량이 높고 대기 시간이 짧음.
메타버스는 매우 고해상도 콘텐츠를 실시간으로 전송하기 위해 엄청난 양의 대역폭을 필요로 할 것입니다. 많은 대화형 응용 프로그램은 동작 대 광자 지연 시간, 즉 사용자의 동작과 작업이 화면에 미치는 영향을 사용자 경험의 주요 동인 중 하나로 간주합니다. 미래의 멀티미디어 애플리케이션의 처리량 요구는 기하급수적으로 증가하고 있습니다. 5G의 향상된 기능(최대 10Gb/s)은 대량의 데이터(AR/VR, 클라우드 게임, 커넥티드 차량)의 실시간 전송에 의존하는 수많은 애플리케이션에 문을 열어 주었습니다. 이러한 광범위한 기술을 상호 연결함으로써, 메타버스의 대역폭 요구 사항은 트래픽의 가장 큰 부분을 고해상도 비디오 흐름이 차지하고, 퍼베이시브 센서 배치에 의해 생성되는 대량의 데이터 및 메타데이터가 그 뒤를 이을 것입니다. 모바일 네트워크와 같은 공유 매체에서 메타버스는 가용 대역폭의 상당한 부분을 필요로 할 뿐만 아니라 다른 애플리케이션과 경쟁할 가능성이 높습니다. 따라서, 우리는 메타버스의 요구 사항이 5G의 가용 대역폭을 초과할 것으로 예상합니다. 대기 시간 요구사항은 애플리케이션에 따라 크게 달라집니다. 온라인 및 클라우드 게임과 같은 상호 작용성이 높은 애플리케이션의 경우, 일반적으로 130 ms가 더 높은 임계값으로 간주되고 , 일부 연구에서는 지연 시간에 대한 사용자 성능이 23 ms까지 떨어지는 것으로 나타났습니다. 시스루 AR 또는 VR과 같은 헤드 마운티드 디스플레이와 햅틱 피드백 장치는 사용자의 몰입도를 유지하기 위해 밀리초까지 동작 대 광자 지연 요구 사항을 보여줍니다.
많은 요소가 하드웨어 센서 캡처 시간(예: 프레임 캡처 시간, 터치스크린 누름 ) 및 계산 시간의 움직임 대 광자 지연 시간에 기여합니다. 밀리초 단위로 대기 시간이 필요한 애플리케이션의 경우 OS 컨텍스트 스위칭 주파수(100Hz ~ 1500Hz 사이로 설정됨), 서로 다른 구성 요소 간의 메모리 할당 및 복사 시간(예: CPU와 GPU 메모리 공간 간 복사)도 전체 동작 대 광자 지연 시간에 상당한 영향을 미칩니다. 이러한 연결 파이프라인에서 네트워크 운영은 추가적인 대기 시간을 초래합니다. 5G가 상당한 지연 시간 개선을 약속했지만, 무선 액세스 네트워크 (RAN) 자체는 4G와 매우 유사한 지연 시간을 나타내지만, 대부분의 개선 사항은 gNB와 운영자 코어 네트워크 사이의 통신에서 얻어집니다. 그러나 대부분의 5G 네트워크는 NSA(Non Standalone) 모드로 구현됩니다. 여기서 gNB에 대한 RAN만 5G 라디오를 사용하고 오퍼레이터 코어 네트워크는 주로 4G로 유지됩니다. 게다가, 향상된 모바일 광대역 (eMBB)의 경우 RAN 지연 시간을 4 ms로 표준화하고, 초고신뢰성 저 지연 시간 통신 (uRRLC – 여전히 구현되지 않음)의 경우 0.5 ms 에도 불구하고, gNB와 코어 네트워크 간의 통신은 종종 ISP의 왕복 지연 시간 (10 ms 사이의)의 대부분을 차지합니다.. 따라서, 서버가 5G gNB에 직접 연결되지 않는 한, 클라우드 컴퓨팅에 비해 에지 컴퓨팅의 장점은 상당히 제한적일 수 있습니다. 지연 시간 단축을 위한 또 다른 고려사항은 콘텐츠 제공자들이 네트워크 가상화를 사용하여 ISP 내부에 도달함으로써 전체 종단 간 경로를 제어하는 것입니다. 이러한 비전을 위해서는 AS 간의 계약 체결보다 더 광범위한 ISP와 콘텐츠 제공자 간의 상업적 계약이 필요합니다. 메타버스가 성공하기 위한 핵심 조건 중 하나는 안정적이고 짧은 지연 시간 및 높은 처리량 연결을 보장하기 위한 모든 행위자(애플리케이션 개발자, ISP, 콘텐츠 제공자)의 완전한 조정입니다.
따라서 현재 5G는 최신 멀티미디어 애플리케이션의 일반 요구 사항을 거의 해결할 수 없으며, 시스루 AR이나 VR과 같은 미래 애플리케이션에 비해 지연 시간이 너무 높습니다. URLLC 서비스 클래스는 짧은 지연 시간과 높은 안정성을 보장하며, 이는 표준화된 0.5ms RAN 지연 시간으로 종종 충돌하는 두 가지 목표입니다. 그러나, URLLC는 현재 클라이언트에서 서버로 지연 시간 보장을 제공하기 위해 전체 네트워크 아키텍처를 포괄하는 프레임워크가 부족합니다. 따라서, 지금까지 어떤 URLLC도 상업적으로 배치된 적이 없습니다. 또한 urRLC는 의료, 스마트 그리드, 커넥티드 차량과 같이 대기 시간이 짧은 애플리케이션을 공공 액세스 AR, VR과 같은 엔터테인먼트 애플리케이션보다 우선시할 것으로 예상됩니다. 5G 규격이 제공하는 세 번째 서비스 클래스는 mMTC(Massive Machine Type Communication)입니다. 이 클래스는 인터넷에 연결되는 장치 수가 증가하는 문제를 해결하기 위해 특별히 자율적인 기계 대 기계 통신을 대상으로 합니다. 수많은 메타버스 응용 프로그램은 스마트 빌딩과 스마트 시티, 로봇과 드론, 커넥티드 차량 등 사용자의 손이 닿지 않는 곳에서 기기 간 통신을 처리하기 위해 mMTC가 필요합니다. 미래의 모바일 네트워크는 수십억 개의 자율 장치와 인간형 애플리케이션 사이의 주파수를 효율적으로 공유해야 하는 중대한 과제에 직면할 것입니다. 네트워크 슬라이싱에서 이러한 서비스 클래스의 적용은 메타버스 내의 모든 애플리케이션에 처리량, 지터, 지연 시간 보장을 제공함으로써 메타버스의 핵심 지원 요소가 될 것이라고 요약합니다. 그러나, URLLC와 마찬가지로, 현재 네트워크에 네트워크 슬라이싱을 배치하는 것은 네트워크 상태가 장비 또는 사용자의 안전에 상당한 영향을 미칠 수 있는 미션 크리티컬 애플리케이션을 대상으로 할 가능성이 높습니다. 게다가, 네트워크 슬라이싱은 종종 상충되는 요구 사항이 있는 네트워크 슬라이스를 유한한 물리적 자원에 매핑하기 위해 네트워크 자원을 효율적으로 조정하는 문제를 여전히 해결해야 합니다. 마지막으로 처리량과 대기 시간을 모두 크게 개선할 수 있는 5G의 또 다른 기능은 새로운 주파수 대역의 사용입니다. 밀리미터파 대역(24 GHz-39 GHz)은 넓은 채널(최대 800 MHz)을 허용하여 처리량이 크고 1ms 미만의 대기 시간을 최소화합니다. mmWave 주파수는 낮은 범위와 장애물 침투로 인해 어려움을 겪고 있습니다. 이와 같이, mmWave는 2018년 평창 올림픽 (한국) 또는 나리타 공항 (일본)과 같이 혼잡한 환경에서 주로 기지국 밀집 배치를 통해 사용되어 왔습니다. 이러한 고밀도 배치 덕분에 RAN에서 높은 처리량과 짧은 대기 시간을 유지하면서 훨씬 더 많은 사용자를 동시에 처리할 수 있었습니다.
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