Delay jitter란 무엇이고, 왜 필요할까

5G 통신에 대한 연구가 진행되고, 상용화가 시작되면서 통신의 네트워크 성능, 그 중에서도 latency (지연)에 대한 비중이 높아지고 있다.

앞서서 소개한 기술들 역시 궁극적으로는 초저지연의 서비스를 목표로 하고 있으며, 5G 성능에 대한 자료들을 관심있게 봐왔다면 LTE와는 다르게 전송지연 시간에 대한 언급이 많은 것을 알 수 있다. 흔히 Ultra-reliable low-latency communications (URLLC)라고 하여 1ms의 초저지연 통신을 목표로 하고 있는 것이 5G 통신이다. 여기서 속지 말아야 할 부분은, 1ms의 말도 안 되는 적은 지연시간이 내가 인터넷 request를 보내고, 받을 때 까지의 시간은 아니라는 것이다. 이 초저지연 기준은 보통 단말기에서 기지국까지 무선구간에서의 need time을 말한다. 뭐 이게 중요한 것은 아니고, delay jitter가 무엇이고, 왜 중요하게 언급이 되는지 알기 위해서는 이 URLLC의 need가 왜 생겼는지 이해를 하면 좋다.

5G에서는 통신을 더이상 휴대폰 단말기끼리만 하지 않는다. 게임 콘솔을 가상화하여 cloud gaming을 제공하고, 자동차끼리도 자율주행 등을 위해 서로 통신을 하며 정보를 주고 받게 된다. 이러한 여러 어플리케이션들 중에, 앞에서 언급했던 gaming이나 자율주행은 매우 낮은 통신지연이 안정적으로 제공이 되는 것을 요구하게 된다. 이러한 흐름에서 URLLC의 need가 생기게 된 것이다.

이러한 이유로 지연에 대한 분석이 많이 이루어지게 되었다. 보통 지연을 분석하게 되면 연구가 진행되는 계층에서 주요한 지연 요인을 기준으로 평균적인 지연 값을 분석하게 된다. 하지만, 5G에서는 안정적인 서비스도 목표로 연구가 되고 있다. 평균이 낮다고 반드시 좋은 성능을 나타내는 것은 아니다.

(심슨이 이 심슨이 맞나.... 어쨋든 글에 사진 하나도 없으면 이상하니까...)

대표적인 예시가 유명한 심슨의 역설 (Simpson's paradox)이다. 자세한 내용은 궁금하면 알아서 찾아보기를 바라고, 요지는 무조건 통계적인 평균값이 좋은 것을 선택하는게 최선의 선택은 아닐 수 있다는 것이다. Jitter 역시 이러한 맥락에서 필요로 되는 값이 된다. 간단하게 말해서 Delay Jitter란, delay의 분산을 의미한다. 내 연구에서도 jitter에 대한 분석이 들어갔었는데, 여러 random variable로 구성된 delay 모델을 충분히 많이 simulation 돌려주고, 그 결과들을 통계처리해서 delay의 표준편차로 jitter를 구해주었다. 자세한 내용은 아직 컨퍼논문 투고만 한 상황이라.... 결과가 좋으면 publish된 논문 내용에 대해 리뷰를 해보는 글을 통해 다시 자세히 정리를 할 생각이다. jitter가 높다는 것은 그 서비스의 안정성이 떨어진다는 것을 의미하며, 이는 worst case에서 큰 성능의 저하를 암시하게 된다. 

5G 통신으로 넘어오면서 큰 흐름 중에 하나는 통신 성능을 분석할 때 SNR이나 BER과 같은 정량화된 quality of service (QoS)가 아닌, quality of experience (QoE)에 더 초점을 둔다는 것이다. 관련 연구들을 찾아보다 보면 QoE를 직접 언급하거나, user profit 등과 같이 유저의 경험을 최적화하는 분석을 하는 경향이 있다는 것을 알 수 있을 것이다. QoE의 특징은 QoS와 같이 정량화된 방법이 없으며, 이러한 QoE를 보장해주기 위해서 delay 값 뿐만아니라 그 값의 jitter를 분석해주는 경우가 많아지는 것이다. (그리고 jitter를 분석하기 위해서는 통계를 기본적으로 내야 하기 때문에 문제 설계가 너무 간단하게 되는 것을 막을 수 있다는 장점도 없지않아 있는 것 같다.)

 

마지막으로, 이러한 전공관련 내용을 얼마나 많은 사람들이 내 블로그를 통해 보는지 모르겠지만, 여기서 언급된 내용들에 대해 궁금한 점이나 지적할 사항, 그리고 설명을 하기 위한 더 좋은 비유가 있다면 많은 댓글 부탁드립니다.