광-회선-패킷 통합 전달망 기술 동향

Technology Trends of Optical-Circuit-Packet Converged Transport Networks

저자
김홍주, 이현재, 유제훈, 고제수, 김태일, 주범순, 이종현 / 광전달망시스템연구실
권호
28권 6호 (통권 144)
논문구분
스마트 유무선 네트워크 특집
페이지
49-0
발행일자
2013.12.15
DOI
10.22648/ETRI.2013.J.280605
초록
광-회선-패킷 통합 전달망 장비는 광전송망, 회선 망, 패킷 전달망 계층을 하나로 통합한 장비로써, 패킷-회선 교환 전달, ROADM(Reconfigu-rable OADM(Optical Add/Drop Multiplexer)) 광파장 교환 전달, GMPLS(Genera-lized MPLS(Multi-Protocol Label Switching) 기반 통합제어 및 관리기능을 수행하면서 네트워크 구조의 단순화, 네트워크 제어의 지능화, 그리고 네트워크 용량의 광대역화를 구현한다. 트래픽 폭증과 전송용량 부족 현상을 해결하고, 트래픽 증가 대비 수익의 탈동조화 현상을 극복하기 위해 네트워크 CAPEX(Capital Expenditures)/OPEX(Operating Expenditures)를 절감함으로써 통신사업자의 투자 여건을 우호적으로 조성하면서 최근 주목 받고 있는 기술이다. 본고에서는 광-회선-패킷 통합 전달망의 기술동향을 기술한 것으로써, 배경, 필요성 및 개념, 개발동향 및 경쟁기술에 대해서 살펴보고, 기술발전 로드맵 및 주요 기술 동향과 시장및 사업화 전망에 대해서 분석한다.
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I. 서론

멀티미디어 서비스의 확산, 스마트폰, 태블릿컴퓨터 등의 모바일 서비스의 증가로 인터넷 데이터 트래픽 양상은 가히 폭발적인 증가 상태이며, 시스코 백서[1]에 따르면 2012~2017년까지 트래픽은 1년에 평균 23%(CAGR) 증가하여 2012년에 43.6EB(Exa Bytes)/월이였던 것이 2017년에는 120.6EB/월로 3배 정도 증가할 것으로 예측하고 있다. 그리고 사이언스매거진[2]에 의하면 2020년경 광 전송기술 발전이 트래픽 증가 속도(7년간 10배)를 따라가지 못하는 ‘전송용량 부족’(capacity crunch) 상황을 예측하고 있다. 이러한 데이터트래픽의 폭증은 통신사업자의 설비 증설을 계속적으로 요구하고 있으나 수익은 정체 내지 감소하는 상황으로, ‘트래픽증가 대비 수익의 탈동조화 현상’[3]이 발생하고 있다. 또한 통신사업자의 현 전달망은 광 전송망, 회선 망, 패킷망이 각 계층 별로 개별적으로 설치, 운용되고 있어, 망관리가 복잡하고, 장비를 설치하는 상면적이 커서 시설확장이 용이하지 않으며 네트워크 장비의 소비 전력도 해마다 증가하는 문제점을 내포하고 있다[4].

이러한 당면 현안들에 대한 해법으로 데이터 트래픽 폭증에 따른 향후 전송용량 부족 상황이 발생할 것에 대비하여 광전송 용량 확장을 위한 초고속 광전송 기술인 Beyond 100G 기술(400G, 1T), 공간 분할 광전송 등에 대한 연구개발을 진행하고 있다. 또한 통신사업자의 트래픽 증가 대비 수익의 탈동조화 현상을 극복하고 투자 요인을 제공하기 위해서는 새로운 서비스 창출을 통한 수익증대와 더불어 네트워크 CAPEX(Capital Expenditures)/OPEX (Operating Expen-ditures)를 획기적으로 절감할 수 있는 새로운 네트워크 장비 및 망 구조를 필요로 하고 있다. 그리고 통신사업자들의 현 전달망의 구조적인 문제점을 해결하기 위해서는 각 계층별로 설치된 네트워크 장비의 제어관리를 단순화 하고, 장비의 설치 면적 및 전력 소비량을 최소화 할 수 있는 통합 네트워크 및 장비의 중요성이 부각되고 있다. 또한 클라우드 네트워크환경으로의 전환이 확대되면서 IDC 내/간 접속에서 요구하는 저지연, 고품질, 확장성, 자동 장애복구 등이 보장되는 네트워크 기술 수요가 증대되고 있다.

대용량 고품질 전달성능을 유지하면서 전달망의 CAPEX/OPEX 절감, 효율성 제고를 위한 광-회선-패킷 통합형 전달 장비 및 네트워크가 통신사업자에 의해서 최근 중요하게 주목을 받고 있다[5]. 즉, 광전송망, 회선 망, 패킷 전달망의 계층을 하나로 통합한 장비로써, 패킷-회선 교환전달, ROADM(Reconfigurable OADM) 광파장 교환전달, GMPLS(Generalized MPLS) 기반 통합제어 및 관리기능을 수행하면서 네트워크 구조의 단순화, 네트워크 제어 지능화, 네트워크 용량의 광대역화를 구현하는 차세대 전달장비 및 통합 네트워크라 할 수 있겠다.

각 계층별로 개별적으로 설치/운용되고 있는 현 전달망을 광-회선-패킷(L0-L1-L2) 레이어 통합장비와 통합 전달망 형태로 전환하여 CAPEX/OPEX 절감과 고품질/대용량의 전달 성능을 제고하고, 단-대-단(end-to-end) 전달 방식으로 회선(SDH: Synchronous Digital Hierarchy) 기반에서 연결지향형 패킷(MPLS-TP: MPLS-Transport Profile) 기반으로 전환하여 통계적 다중으로 효율성을 증가시키면서 패킷 품질 및 신뢰성을 확보하고, 교환 방식으로는 패킷과 OTN 데이터를 단일 스위치 패브릭에서 가능하게 함으로써 패킷 및 OTN 데이터 혼용 수용을 통한 비용 절감과 운용의 편의성을 높일 수 있다. 그리고 다계층 통합제어 및 관리를 통해 네트워크 자원 사용의 효율성을 증가시킬 수 있으며, 운용비용을 절감할 수 있다.

본고는 I장 서론의 배경, 필요성, 개념에 이어 II장에서는 개발동향 및 경쟁기술, III장에서는 기술발전 로드 맵 및 주요 기술의 동향, IV장에서는 시장 및 사업화 전망을 살펴보고, V장에서 결론을 맺도록 한다.

II. 개발 동향 및 경쟁 기술

1. 국내외 장비업체 개발 동향

국내외 주요 벤더들은 통신사업자의 향후 수요에 대비하여 중용량(320~480기가급, 메트로용) 장비와 대용량(1.2~3.8테라급, 메트로/코어용) 장비로 기능을 분류하여 통합장비의 개발을 진행 중이다. <표 1>에서 보는 바와 같이 테라급 광-회선-패킷 통합 전달 장비의 개발 방식은 알카텔-루선트 1830-PSS64(예전 1870-TTS로 명명)[6], 화웨이의 OSN8800[7], 시에나의 RSS5430[8] 등과 같은 주요 광전송 벤더들의 장비는 자사의 기존 ROADM과 레이어1(ODU(Opticalchannel Data Unit)k/SDH) 통합 스위치 장비에 추가적으로 레이어2(MPLS-TP) 스위치 기능을 부가하려는 개발 방식을 지향하고 있다. 각 벤더의 레이어 1 스위치는 유니버설 스위치 구조로써 패킷 스위치 기능의 추가가 용이한 구조를 가지고 있어 동일 플랫폼으로 패킷 전달 (MPLS-TP) 기능까지 향후 지원하는 것을 계획 중이다. 반면, 에릭슨[9], Cariant(NSN에서 분리)[10], ECI[11] 등의 벤더들은 레이어 1과 레이어 2의 통합(Converged Packet+OTN) 스위치 형태로 바로 개발하는 방식으로 진행하고 있으며, ROADM 기능은 별도 박스 내지는 셀프 내 설치가 가능한 구조로 접근하고 있다.

<표 1>

국내외 장비업체 개발 동향

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라우터 벤더는 광전송 벤더와는 다른 방향으로 기존 자사의 대용량 라우터에 MPLS 블레이드를 추가하여 MPLS 스위치를 구현하는 형태로 접근하고 있다. Juniper[12]는 자사의 Mx시리즈 라우터에 MPLS 블레이드와 광전송장비(FSP3000, ADVA OEM) 기능을 추가하여 라우터와는 별도의 전용 패킷 전달 스위칭(PTX: Packet Transport Switch) 시스템으로 추진하고 있다. Cisco[13]는 CRS(Carrier Routing System)-1 또는 CRS-3 코어 라우터에 MPLS 블레이드를 추가하여 IP(Internet Protocol)라우터와 MPLS 기반 패킷 전달시스템을 겸용시스템으로 활용하는 테라급 장비를 추진하고 있으며, 메트로용은 별도 IETF MPLS-TP 기반의 패킷 전달 시스템인 CPT-600 장비[14]를 MSPP 교체용으로 출시하고 있다.

국내에서는 ETRI와 국내 산업체(코위버 등)의 공동 연구로 480G급 패킷-광 전달 장치(POINTS)를 개발(2008~2011)한 바 있으며, 특히 480G 캐리어 이더넷 기반 패킷 전달망(PTN: Packet Transport Network) 장비는 국내 통신사업자 적용을 위해 국내 산업체가 상용 화를 진행 중에 있다[15]. 테라급 광-회선-패킷 전달 장비[16]는 ETRI와 국내 산업체(코위버, 우리넷, 텔레필드 등)의 공동 연구로 테라급 통합 전달망 장치(OCES: Optical Carrier Ethernet System)를 개발(2012~2016)진행 중에 있으며, 2015년 이후 국내 통신 사업자망과 자가망 등에 적용 가능하도록 패킷-회선 통합(Packet+ OTN) 스위치와 별도 ROADM 셀프의 통합 형태로 3.2테라급 광-회선-패킷 전달 장비를 현재(2013년) 개발 중이며, 수십 테라급 장비까지 용량 확장 개발을 계획하고 있다.

2. 경쟁 기술 및 비교

Cisco, Juniper 등 전통적인 라우터 장비 벤더들은 라우터의 라인카드에 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) Tunable 트랜스폰더를 실장하여 라우터에서 직접 광파장을 제공하는 IPoDWDM 방식을 사용하여 IP계층과 전송계층을 통합하고 있다. 기존 방식은 DWDM 장비의 광채널 트랜스폰더를 사용하는 구조였으나 이를 사용하지 않음으로써 CAPEX/OPEX를 절감할 수 있는 장점이 있어 최근 일부 통신사업자가 채택하고 있는 기술이다[17]. 그러나 IPoDWDM 망의 문제점은 여전히 코어 라우터로의 트래픽 집중으로 트래픽 증가에 따라 지속적으로 코어 라우터 용량을 증대시켜야 하고, 멀티홉라우팅 구조로 인한 망 지연이 존재하게 된다. 또한 IPoDWDM 구조에서 라우터와 DWDM 장비의 벤더가 상이한 경우, 즉 Third-party의 DWDM 장비를 사용하여 장거리 전송을 하는 경우 광송수신기 구조와 광선로 증폭기 구조 등이 최적화 되어 있지 않아 광전송 성능이 떨어질 수 있으며, 장애관리 시스템의 통합이 용이하지 않기 때문에 운용에 어려움을 초래할 수 있다. 또한 향후 광파장의 속도가 100G급 이상으로 올라가기 때문의 고도의 광 성능 기술을 라우터 벤더에서 수용하기 어려울 수도 있다. 그리고 통신사업자 내부 조직은 오랜 기간동안 IP 서비스 조직과 네트워크 인프라 조직으로 분리되어 운용되어 왔다. 얼마 전까지만 해도 이더넷과 광전송 조직이 분리 운영되었으나 L2까지는 네트워크 인프라 조직으로 통합하였으며 L3 이상의 IP 서비스 조직은 분리된 구조를 선호하고 있다. 그래서 IPoDWDM 장비의 도입은 IP 서비스 조직과 네트워크 인프라 조직의 통합을 요구하는 것으로 현재의 조직 체계에서는 IPoDWDM 장비의 관리는 어느 조직에서 관리해야 할 것인가라는 문제는 남아 있게 된다.

지원하는 벤더의 수 측면에서 IPoDWDM은 Cisco, Juniper 등 소수 라우터 벤더에 의한 독과점 형태의 구조를 가지고 있으며, L2 이하의 전달망 장비는 표준을 우선시하는 많은 벤더들의 경쟁으로 장비가격의 하락이 기대된다. L3 이상 계층은 service oriented 기능으로 사업자의 새로운 서비스 요구사항과 벤더 측의 이유로 빈번한 업그레이드가 발생하는 반면, L2 이하 계층은 네트워크 인프라 기능의 간단성으로 인해 상대적으로 적은 업그레이드로 운용 유지가 가능하다.

서비스 계층인 L3 이상과 인프라 계층인 L2 이하의 장비를 분리한 광-회선-패킷 통합장비는 L0, L1, L2 계층 기능을 통합한 장비로써 IP 네트워크의 구조적 결함을 개선하여 IP QoS(Quality of Service), IP망의 신뢰성, IP망의 용량 확장성 문제 등을 해결할 수 있다. 그러나 IPoDWDM에 비하여 개발 자체가 늦어지게 되어 통신사업자 네트워크에 적용사례는 미미하나 몇몇 글로벌 통신사업자들은 저계층(L0~L2) 통합장비의 도입을 위해 검토 및 시범 운영을 계속하고 있는 상태이다. 또한 광-회선-패킷 통합장비는 코어 라우터의 Transit 트래픽 (70~80%)을 패킷 전달계층 또는 회선 계층에서 바이패스 시킴으로써 대용량 라우터의 증설 및 신설을 억제하여 트래픽 증가 대처에 유리하며 CAPEX/OPEX를 절감할 수 있다. 그리고 싱글홉라우팅 구조가 가능하여 저지연 고품질의 망구축이 가능하다. IPoDWDM 구조의 라우터에서는 노드를 바이패스하는 Transit 트래픽에 대해서도 포워딩 처리를 하여야 하기 때문에 높은 포트 비용은 여전히 존재하며, 통합망 장비를 이용할 시 Transit 트래픽의 해당 포트에 대한 제거가 가능함으로써 비용을 절감할 수 있다. <표 2>는 두 방식에 대해 비교 정리한 내용을 간단하게 보여주고 있다.

<표 2>

경쟁 기술 비교

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III. 기술발전 로드맵 및 주요 기술

1. 기술발전 로드맵

(그림 1)에서 전달망 기술의 발전 로드맵을 살펴보면 회선 계층의 기술 발전은 음성서비스 위주의 1990년대 SONET/SDH 시대를 거쳐 SDH와 이더넷을 통합한 MSPP 장비 시대가 2000년대 중반부터 활성화 되었고, 광 계층의 기술 발전은 단일 광채널로부터 WDM 기반의 OADM(Optical Add/Drop Multiplexer), ROADM, 향후 차세대 ROADM인 CDCF(Colorless Directionless Contentionless Flexible-Grid) ROADM으로 발전할 것이다. 그리고 WDM의 표준 인터페이스로 존재하던 OTH(Optical Transport Hierarchy)/OTN(Optical Transport Network) 기술은 ODU0(GbE레벨)의 n배 형태로 스위칭이 가능한 ODUflex(Opticalchannel Data Unit Flexible) 구조로 발전하면서 서브 파장 스위칭이 가능한 Switched OTN으로 진화하고 있으며, 전송속도는 100G에 이어 400G, 1T급 OTN으로 발전할 것이다.

(그림 1)

전달망의 기술발전 로드맵

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패킷 계층의 기술 발전에서 이더넷은 데이터 서비스의 대표 전달 기술로써 LAN 영역에서 지속적인 발전을 하면서 캐리어급 전달 특성과 확장성을 위해 링크 OAM(Operation Administration Maintenance)을 갖는 캐리어이더넷으로 발전하였다. IEEE의 PB(Provider Bridge), PBB(Provider Backbone Bridge), PBB-TE (PBB-Traffic Engineering) 방식은 통신사업자의 선호성이 낮아 제품 공급 벤더가 적은 상태이고, MPLS에 전달 기능을 추가한 T-MPLS는 호환성 문제로 IETF/ITU-T의 MPLS-TP 방식의 새로운 패킷 전달망 기술로 발전하면서 통신사업자의 선호성이 높아 제품 공급 벤더가 대부분 지원하는 편이다. 이더넷의 전송 속도도 OTN과 유사하게 100G에 이어, 400G, 1T급 이더넷으로 발전할 것이다.

광 전달망에 지능성을 부여하기 위한 자동화된 제어 평면(control plane) 구조인 ASON(Automatic Switched Optical Network)이 ITU-T에서 제안되었으며, 사용 프로토콜로는 데이터망에서 검증된 GMPLS 프로토콜을 채택하고 있다. WDM, OTN, MPLS-TP 계층 간 통합을 이룬 광-회선-패킷 다계층 통합 전달망에서의 제어 평면은 GMPLS 프로토콜을 이용하여 분산 제어를 함으로서 최적의 네트워크 제어를 수행하는 구조를 가진다. 향후에는 네트워크 제어평면과 데이터 전달평면이 분리되고, 집중화된 중앙제어구조를 광-회선-패킷 통합 전달망에 적용하는 소프트웨어 정의 광전달망(SDON) 형태로 발전할 것이다.

각 계층의 개별기술은 자체적으로 계속 발전해 나갈 것으로 보이며, SONET/SDH 장비(MSPP 장비 포함)등의 회선전달 기술과 시장은 서서히 축소되면서 캐리어이더넷 기반의 패킷전달망 장비(PTS)로 전환, 대체해 나갈 것으로 보인다. 패킷 전달(이더넷, MPLS-TP 등) 기술과 대용량 광전송(OTN, ROADM) 기술 및 시장은 지속적인 발전, 확산 추세를 보일 것이다. 또한 각 전달망 계층의 개별기술의 발전과 더불어, 광-회선-패킷 (L0-L1-L2) 통합 전달망 기술과 통합제어/관리를 통해 CAPEX/OPEX 절감을 추구하는 레이어 통합장비형 태의 발전이 전달망의 패러다임 전환을 주도할 것이다.

1세대 통합장비는 패킷 스위치와 OTN 인터페이스를 통한 WDM 통합이 이루어진 중용량 장비로 정의하고, 2세대 통합장비는 패킷 스위치와 OTN 인터페이스 및 Switched OTN, 그리고 ROADM이 100G 이상의 광채널로 통합한 테라급의 대용량 장비로 정의한다. Heavy Reading에서도 P-OTS 2.0으로 정의하고 있다[18]. 그리고 3세대 통합장비는 향후 SDON 기능을 탑재한 중앙집중 제어 구조의 광-회선-패킷 통합 전달망 장비로 정의한다.

2. 주요 기술 동향

광-회선-패킷 통합 전달망 장비는 광 전송망, 회선망, 패킷 전달망 계층을 하나로 통합하여 레이어 통합제 어 기능을 수행하는 장비로써, <표 3>에서 보는 바와 같 이 개별기술인 MPLS-TP 기반 패킷 교환 전달 기술 (L2), OTN 기반 회선 교환 전달기술(L1), ROADM 광파 장 교환 전달 기술(L0)등으로 구성된다. 본 절에서는 광 -회선-패킷 통합 장비의 각 계층별 주요 기술과 GMPLS 기반 다계층 통합제어 기술 등의 동향에 대해 서 살펴본다.

<표 3>

각 계층의 기능

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가. MPLS-TP 기반 패킷 교환/전달 기술

MPLS-TP 기반 패킷 전달 기술은 패킷 전달 경로의 신뢰성을 회선망 수준으로 높이기 위해 MPLS 포워딩 방식을 유지하면서 연결지향형 특성을 제공하고, OAM 및 보호절체 기능을 개선한 기술이다[19][20]. ITUT/IETF에서 제안된 MPLS-TP 연결지향형 패킷 전달 기술은 OAM 및 선형/링/메쉬 보호 절체 기술 등이 표준화가 완료되었거나 일부는 현재 진행 중에 있으며 MPLS-TP 주요 표준화 진행 현황과 일정은 (그림 2)와 같다. MPLS-TP 패킷 스위치 기반 장비에서 OTN 스위치 기능을 추가할 경우, 비용 절감과 운용의 편의성을 위하여 장비 내 스위치를 단일 패킷 패브릭으로 구현하여 패킷과 OTN 겸용 스위치로 활용하는 것이 효과적이라고 알려져 있다[21].

(그림 2)

MPLS-TP 주요 표준화 일정

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나. OTN 기반 회선 교환/전달 기술 동향

OTN 광전달 전송계위는 2000년대 초 WDM 표준 광 인터페이스(싱글채널)로 ITU-T에서 표준화가 이루어졌으며, 최근에는 GbE을 직접 매핑하는 ODU0, n x 1.25G(n=1~80)의 ODUflex, GMP라는 매핑 방식이 표준화되었다[22]. 따라서 OTN 기반 광전달망은 파장 단위 이하의 ODUk 대역으로 스위칭이 가능한 Switched OTN 구조로 발전하면서 대역폭을 효과적으로 배분할 수 있고 저지연 트래픽 서비스 가능하다는 장점이 있다 [23].

(그림 3)

OTN over Packet Fabric Protocol 방식

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OIF(Optical Interworking Forum)에서 (그림 3)과 같이 패킷 기반의 스위치 패브릭을 통해 ODUk 신호를 스위칭할 수 있는 OFP(OTN over Packet Fabric Protocol) 방식을 표준화하여 패킷 스위치와 OTN 스위치의 통합을 가능하게 하였다[24].

다. ROADM 광파장 교환/전달 기술 동향

ROADM은 광 Add-Drop 스위치가 손실이 적고 프로세서 제어가 가능한 WSS(Wavelength Selective Switch) 광소자가 나오면서 ROADM 구현 및 시장이 활성화되었다. 최근 광파장은 100G 신호를 수용하는 추세이며 자유도(degree of freedom)는 다방향성(multi-degree) 형태의 광신호 레벨의 광 분배(cross-connection)가 가능한 구조로 확장되고 있다[25] [26]. ROADM은 파장과 관계없는 분기/결합(C: Coloreless), 방향과 상관없는 채널 연결(D: Directionless), 파장 충돌 없는 채널 연결(C: Contentionless), 가변 대역폭 지원(F: Flex-grid) 기능을 가지고, 기능 조합에 따라 CD/CDC/CDCF ROADM으로 분류할 수 있다. (그림 4)는 CDC ROADM 구조를 보여주고 있다[27].

(그림 4)

Coloreless, Directionless, Contentionless ROADM

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라. GMPLS 기반 통합 제어 기술 동향

광(WDM), 회선(ODU), 패킷(MPLS-TP) 계층으로 구성된 다계층에서 상위계층 서비스를 위한 하위계층 자원의 자동 할당 및 제어를 제공함으로써, 불필요한 사전 프로비저닝을 제거하고 고가의 네트워크 자원 활용률을 극대화할 수 있는 기술이다. GMPLS 프로토콜을 이용한 다계층 경로 자원 제어 기능은 (그림 5)에서 보는 바와 같이 노드 내 상위 계층에서 경로 자원 부족 시 하위 계층의 경로 설정 및 경로 자원을 운용하는 레이어 간(cross-layer) 제어 기능, 노드 간 동일 계층 내에서 경로 설정 및 경로 자원을 운영하는 레이어 내(per-layer) 제어 기능으로 구분한다[28].

(그림 5)

다계층 통합 제어

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IV. 시장 및 사업화 전망

1. 국내외 시장 전망

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템과 관련된 세계 장비 시장은 <표 4>에서 보는 바와 같이 ① 광전송 장비 및 ② 캐리어 이더넷 장비 시장으로 구분하고, 2012년 기준 해당 기술과 직접 관련된 장비 시장의 규모는 약 215억 달러에서 2017년까지 연평균 7.6%로 성장하여 약 310억 달러에 이를 전망이다.

<표 4>

국내외 광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 관련 장비시장[29][30][31]

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1) 2013년 이후 세계 캐리어 이더넷 장비 시장의 경우 2008년부터 2012년까지의 추세를 반영하여 추정

2) 2017년 국내 광전송장비 시장의 경우 2012년에서 2016년까지의 추세를 반영하여 추정, (수치) 부분이 국내 시장 표시

3) 국내 캐리어 이더넷 장비 시장의 경우 2012년 기준 전세계 네트워크 장비 시장에서의 국내시장 비중 1.23%(Gartner,2013.)을 고려하여 추정

* POTP(Packet Optical Transport Platform)

MSPP 장비와 SDH 장비는 2012년~2017년간 연평균 성장율이 각각 -7.0%, -8.8%로 매출액이 감소할 것으로 예측하고 있다. Metro WDM 장비는 연평균 성장률은 +7.5%로 예측하고 있으며 지속적인 성장을 예상하고 있다. 특히 P-OTP 장비 (IDC정의: PTS, P-OTS 포함) 시장은 이머징 시장(연평균 성장률 20% 이상)으로 2012년~2017년간 연평균 성장률 +21.31%로 급속히 신장하여 2017년에는 41억 달러의 시장이 형성될 것으로 예상한다.

캐리어 이더넷 장비(CERS: Carrier Ethernet Router & Switch)에 대한 시장 전망은 사설망 서비스와 인터넷 전용회선, 무선 백홀 서비스 등으로 기존의 TDM(Time Division Multiplexing) 서비스, 프레임 릴레이, ATM 서비스 시장을 대체하고 있는 중이다. 캐리어 이더넷 장비 시장은 2012년~2017년간 연평균 성장율은 11.2%이며 2017년 시장 규모 전망치는 142억 달러를 예상 한다.

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템과 관련된 국내 장비 시장은 <표 4>에서 괄호 안의 수치로써 2012년 기준 해당 기술과 직접 관련된 장비 시장의 규모는 약 3.7억 달러에서 2017년까지 연평균 3.8%로 성장하여 약 4.4억 달러에 이를 전망이다.

국내 MSPP 장비의 경우 국내 광전송 장비 제조사가 85%에 이르는 높은 국산화 비율로 국내 광전송 시장을 일정 부분 점유하였으나, 패킷 전달의 비효율성과 같은 제한사항으로 인해 시장은 2012년~2017년간 연평균 성장률이 -14.2%로 매출액이 감소하여 기존 MSPP 산업의 기반이 약화될 수 있는 환경으로 국내 MSPP 산업체에 불리한 상황이라 할 수 있다. 따라서 MSPP 대체 시장으로 부상하고 있는 고품질, 고신뢰성의 표준형 패킷 전달 기술(MPLS-TP)을 탑재한 캐리어 이더넷 기반의 패킷 전달장치를 조속히 상용화하는 것이 국내 산업체의 과제이며, 2013년 이후 본격적인 장비의 도입을 통해 시장이 형성될 것으로 예상한다.

ROADM 장비는 연평균 성장률 +33.3%로 이머징 시장을 예측하고 있으며 이미 국내 광전송 장비 제조사가 시스템 기술을 보유하고 있으며 국내 광전송 장비의 독자적이고 경쟁력 있는 기술 개발로 국내 통신 사업자 망과 공공기관 망을 중심으로 ROADM 광 전송 시장을 주도해 나가면서 국내 시장의 점유율을 높이고, 국내 광전송 장비 산업체가 해외 시장에 진출하는 기회를 가져야 할 것이다.

국내 P-OTP 장비 시장은 이머징 시장으로 2012년~2017년간 연평균 성장률 +22.1%로 급속히 신장하여 시장을 형성할 것으로 예상한다. 단기적으로 연결지향형 패킷 전달망 시장이 확대되고, 장기적으로 광-회선-패킷 통합 전달망 장비시장이 메트로 영역부터 진입하여 향후 코어 영역까지 확산될 것이다. P-OTP 장비의 시장 도입 시점은 글로벌 영역에서 현재 초기 시장 형태를 보이고 있으며, 국내 시장은 2015년경 이후부터 국내 통신사업자 망 적용이 예상된다.

2. 국내외 사업자 전망

국외 통신사업자 동향을 살펴보면 미국 Verizon은 4단계로 적용지역을 분류하고 백본코아망 영역에 통합 플랫폼 적용을 계획하고 있다. Verizon은 연결지향형 패킷 전달 기술은 MPLS-TP 기술을 적용하고, 코어 영역에서 ODUk 레벨의 스위칭 기능을 요구하고 있으며, 통합 플랫폼 구조를 적극적으로 추진하고 있는 사업자로서 2012년 Ciena의 RSS5430 장비를 시범 도입한 바 있다.

일본 NTT는 차세대 전달망 구조로 L0, L1, L2의 저계층 통합 플랫폼을 선호하고 L0는 다방향성 Colorless/ Directionless ROADM으로 광파장은 100G 전송, L1은 ODUflex 기능을 갖는 switched OTN기능, L2는 MPLS-TP 교환전달 기능으로 계층간 최적화를 요구하고 있다.

KT는 SI 사업으로 지자체 및 공공기관 등의 자가망에 국산 PTN 장비 설치를 추진 중이며, 국내 PTN 장비 개발사를 대상으로 SI 사업용 캐리어 이더넷 장치의 대/중/소 용량 장비 기능시험을 실시(2013년 5월) 한 바 있다. 또한, KT는 2013년 6월 SDN(Software Defined Network) 기반 NaaS 개념의 전송 인프라를 통하여 망 비용 절감, 망 효율성 향상, 서비스 개선 계획을 발표하고 2017년까지 3조 원을 투자하여 스마트 네트워크를 김홍주외/광-회선-패킷 통합 전달망 기술 동향 59 구축하겠다고 발표한 바 있다. 그리고 궁극적으로 네트워크 계층을 통합하는 방향성에 대해서 동의하고 수 년내에 P-OTN 기술이 사업자의 핵심 네트워크 기술이 될 것으로 예상하고 있다[32].

LGU+는 국산 PTN 장비 설치를 추진하기 위해 캐리어 이더넷 소용량 장비를 시범사업용으로 국산제품을 일부 설치하였으며, 대/중용량 장비의 시험을 조만간 계획하고 있다.

SKT는 MSPP 장비를 대체하기 위해 MPLS-TP 장비의 국산화를 위해 PTN 시스템 공동개발업체로 국내 산업체를 선정(2013년 1월)하여 대/중/소 용량 장치에 대한 공동개발을 진행 중이며, 조만간 BMT(Bench Marking Test)를 실시할 예정이다.

3. 사업자 망 구축 전망

통신사업자의 현 메트로 전달망은 이더넷 집선 스위치로 구성된 메트로 이더넷 망, SDH 기반의 MSPP 장비로 구성된 전용선 망, 그리고 Metro-WDM(또는 ROADM) 장비로 구성된 광전송 기반으로 구성되어 있다. 메트로 이더넷 망은 저가의 서비스를 제공하는 장점은 있으나, 보호절체 특성이 없고 QoS 기능이 미흡하며 OAM/유지보수가 어렵다는 단점이 있다. MSPP 구성망은 보호절체, QoS, OAM 기능 지원이 우수하다는 장점은 있으나 타임슬롯 기반의 비효율적 패킷 처리, All IP에 대한 확장성/업그레이드 능력 미흡 등의 문제점이 있다. 또한 메트로 망은 복잡한 장비 구성 및 망 관리로 CAPEX, OPEX가 증가하고 잦은 O/E/O 변환으로 에너지 소모, 지연 증가의 단점이 있다.

코어IP 서비스 망은 IP 서비스 특성에 따라 최선(best effort) IP 망 또는 프리미엄 IP 망으로 구분되고, 코어 전달망은 SDH 기반의 OXC(Optical Cross-Connect)와 대용량/장거리 전송을 위한 Long Haul-DWDM(또는 ROADM) 전송 기반으로 구성되어 있다. 현재 대부분 통신사업자의 IP 망은 라우터를 기반으로 한 대용량 센터노드의 코어 라우터를 중심으로 에지 라우터가 연결되는 트리형 멀티 홉 라우팅 망 구조이다. 코어 라우터로 네트워크 전체 트래픽이 집중되어 트래픽 증가 대처에 불리하며 지속적인 라우터 용량을 증대해야 한다는 문제점이 있다.

(그림 6)

광-회선-패킷 통합 전달망 구조

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(그림 6)에서 보는 바와 같이 광-회선-패킷 통합 전달망 구조를 살펴보면, 메트로-에지망의 이더넷 집선 스위치와 SDH 기반의 MSPP 장비는 320G~480G 캐리어 이더넷 기반의 패킷 전달망(PTN)장비로 점진적으로 전환될 것이며, 트래픽이 증가함에 따라 Metro-WDM(또는 ROADM) 장비는 통합망 구조의 광-회선-패킷 통합 전달망 장비로 대체될 것이다. 백본망은 여전히 최선 IP 망 또는 프리미엄 IP 망으로 구성되나 지속적인 용량 확장은 지양될 것이고, SDH 기반의 OXC와 대용량/장거리 전송을 위한 LH-DWDM(또는 ROADM) 장비는 메트로-코어용 테라급 이상 수준의 광-회선-패킷 통합 전달 시스템으로 진화할 것이다.

V. 결론

광-회선-패킷 통합 전달망 구조와 400G/채널의 초고속 광전송 기술 확보로 트래픽 폭증 현상[1]과 전송용량 부족 문제[2]를 해결하고 레이어 통합 제어로 트래픽 종류 및 특성에 최적화된 자원 할당을 통한 장비 설치 및 운용비용 절감, 광/회선 전송 사용 극대화를 통한 소비전력 감소 등으로 통신사업자의 투자 여건을 우호적으로 조성할 수 있다. 광-회선-패킷 전달망은 글로벌 초기 시장으로 향후 사업자 망 또는 자가망의 전달 인프라로써의 역할을 충분히 할 것으로 기대된다. 또한 대용량 초고속 저지연 서비스 트래픽 처리 기술 확보로 클라우드 컴퓨팅의 전달 인프라로써의 활용과 미래의 대용량/저전력 그린 네트워크를 개발하는데 필요한 기반 기술로 활용할 수 있을 것이다. 2020년경에는 광채널당 1테라급 속도, 수십 테라급 용량을 갖는 통합 전달망 시스템이 요구되는바, 현재 대비 10배 이상의 용량을 가지고 한계를 극복하는 신기술을 창출할 수 있어야 한다. 그러므로 지속적이고 발전적 형태의 수십 테라급 광-회선-패킷 통합 전달망의 연구개발이 계속 추진되어야 할 것이다.

용어해설

OCES 광캐리어 이더넷 시스템의 약어로써 테라급 광-회선-패킷 통합시스템의 ETRI 개발 제품의 명칭

IPoDWDM (IP over DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)) 라우터의 라인카드에 DWDM Tunable 트랜스폰더를 실장하여 라우터에서 직접 광파장을 제공하는 방식으로 대부분 표준 OTN 인터페이스를 가짐.

SDON 패킷망에서 제안된 제어평면과 데이터 전달평면이 분리된 중앙제어 구조의 SDN 기능을 광전달망에 확장 적용한 소프트웨어 정의 광 전달망을 의미

약어정리

ASON     Automatic Switched Optical Network

ACR      Access Control Router

BFD      Bidirectional Forwarding Detection

BMT      Bench Marking Test

BR       Backbone Router

CAPEX    Capital Expenditures

CDCF     Colorless Directionless Contentionless Flexible-Grid

CERS     Carrier Ethernet Router & Switch

CFP      Centum Form-factor Pluggable

CP       Control Plane

CRS      Carrier Routing System

DC       Data Center

DWDM     Dense Wavelength Division Multiplexing

EPC      Evolved Packet Core

EB       Exa Bytes

ER       Edge Router

ETH      Ethernet

FEC      Forwarding Error Correction

GMP      Generic Mapping Procedure

GMPLS    Generalized MPLS

GSR      Gigabit Switch Router

IP       Internet Protocol

IPoDWDM  IP over DWDM

LSP      Label Switched Path

MAC      Media Access Control

MP       Management Plane

MPLS     Multi-Protocol Label Switching

MPLS-TP  MPLS-Transport Profile

MSPP     Multi-Service Provisioning Platform

NG-SDH   Next Generation SDH

NMS      Network Management System

OADM     Optical Add/Drop Multiplexer

OAM      Operation Administration Maintenance

OCES     Optical Carrier Ethernet System

ODU      Opticalchannel Data Unit

ODUflex  Opticalchannel Data Unit Flexible

OIF      Optical Interworking Forum

OFP      OTN over Packet Fabric Protocol

OMLT     Optimized Multilayer Transport

OPEX     Operating Expenditures

OSPF     Open Shortest Path First

OTH      Optical Transport Hierarchy

OTN      Optical Transport Network

OTU      Optical channel Transport Unit

OEO      Optical-Electrical-Optical

OXC      Optical Cross-Connect

P2P      Point to Point

P2MP     Point to MultiPoint

PB       Provider Bridge

PBB      Provider Backbone Bridge

PBB-TE   PBB-Traffic Engineering

PC       Path Computation

PCE      Path Computation Element

PDH      Plesiochronous Digital Hierarchy

PE       Provider Edge

POTN     Packet Optical Transport Network

POTP     Packet Optical Transport Platform

POTS     Packet Optical Transport Systems

PTL      Packet Transport Layer

PTN      Packet Transport Network

PTX      Packet Transport Switch

QoS      QoS Quality of Service

RFI      Request For Information

ROADM    Reconfigurable OADM

SDH      Synchronous Digital Hierarchy

SD(O)N    Software Defined (Optical) Network

SER      Service Edge Router

SONET    Synchronous Optical Network

TDM      Time Division Multiplexing

TE       Traffic Engineering

TEDB     Traffic Engineering Data Base

T-MPLS   Transport-MPLS

WDM      Wavelength Division Multiplexing

WSON     Wavelength Switched Optical Network

WSS      Wavelength Selective Switch

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이호송 외, “통신사업자 관점에서의 패킷-광 전달 네트워크 기술 전망,” Proc. ITFE Summer Conf.,Aug.2013,pp. 37~40.

(그림 1)

전달망의 기술발전 로드맵

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(그림 2)

MPLS-TP 주요 표준화 일정

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(그림 3)

OTN over Packet Fabric Protocol 방식

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(그림 4)

Coloreless, Directionless, Contentionless ROADM

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(그림 5)

다계층 통합 제어

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(그림 6)

광-회선-패킷 통합 전달망 구조

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<표 1>

국내외 장비업체 개발 동향

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<표 2>

경쟁 기술 비교

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<표 3>

각 계층의 기능

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<표 4>

국내외 광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 관련 장비시장[29][30][31]

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1) 2013년 이후 세계 캐리어 이더넷 장비 시장의 경우 2008년부터 2012년까지의 추세를 반영하여 추정

2) 2017년 국내 광전송장비 시장의 경우 2012년에서 2016년까지의 추세를 반영하여 추정, (수치) 부분이 국내 시장 표시

3) 국내 캐리어 이더넷 장비 시장의 경우 2012년 기준 전세계 네트워크 장비 시장에서의 국내시장 비중 1.23%(Gartner,2013.)을 고려하여 추정

* POTP(Packet Optical Transport Platform)

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