스마트 광 분배망 기술 및 표준화 동향

광대역 서비스의 증가와 무선 접속 개인 단말이 급격히 늘어나면서, 가입자망의 고도화를 위하여 전세계적으로 PON 시스템의 도입이 확대되었다. (그림 4)에 나타낸 Infonetics사의 2013년 2/4분기 분석자료에 따르면 2013년도 PON 가입자 수는 약 1억이 넘는 상황이며 해마다 약 20%씩 증가하고 있는 추세이다[3].

(그림 4)

전세계 FTTx 가입자 수 증가 추이(단위: 백만명)

PON 시스템의 적용범위도 단순한 데이터 서비스를 넘어 고부가가치의 방송서비스, 비즈니스 가입자를 대상으로 하는 데이터서비스, 모바일 백홀 서비스 등 다양화 되고 있다. 따라서 망 사업자들은 망 구축 시에 단순히 설비 투자비용만을 고려하는 것이 아니라 보다 신뢰성이 높고, 낮은 운영비용을 가지는 시스템을 원하게 되었다. 따라서, 물리계층의 성능을 감시하고 장애가 발생했을 경우, 해당 장애 위치를 정확히 식별하는 기술의 필요성이 날로 증가하고 있다.

기존 광선로 감시를 위한 OTDR(Optical Time Domain Reflectometry) 시장을 주도하고 있는 기업인 EXPO(미국), JDSU(미국), Anritsu(일본) 등은 자사 OTDR 장비를 활용한 광계층 감시시스템 구축을 통해 자동화된 감시 및 알람 기능을 포함하는 통합 솔루션 형태의 제품을 출시하고 있다.

현재 상용제품으로 출시되고 있는 PON용 OTDR은 (그림 5)와 같이 OLT(Optical Line Terminal) 외부에 설치되고 다수의 OLT 포트를 공유하는 형태로 운용된다. ONU(Optical Network Unit) 측에는 감시광 반사필터를 사용하여 특정 감시광 파장(1625nm or 1650nm)만 반사하도록 하고 OTDR은 수신된 감시광의 피크를 시간축상에서 판별하여 특정 ONU 링크의 장애 유무를 판별하는 기술을 사용한다[4].

(그림 5)

반사 필터를 사용한 외장형 OTDR 시스템

EXFO는 NQMSfiber라는 웹 기반의 EMS 시스템과 연동되는 원격시험 유닛(Remote Test Unit)을 포함하는 통합 솔루션을 제공하고 있다. 이 솔루션은 자동화된 감시 및 시험 운용, 웹 기반의 EMS 연동을 통한 원격 관리시스템 제공, PtP뿐만 아니라 PtMP의 FTTH 시스템에 적용 가능한 RTU 장비, GIS 위치정보 기반의 장애 상황 리포트 및 보고서 작성 기능 등을 포함한다.

JDSU는 자사의 OTDR 장비인 OUT-8000 시리즈를 활용한 ONMSi라는 원격 광선로 시험 시스템을 제공하고 있다. EXFO와 마찬가지로 OTDR 및 광 스위치를 포함하는 원격 시험 유닛과 XML 기반의 웹서버(또는 SNMP 수용 가능)와 관리 소프트웨어, GIS 위치정보를 활용한 통합 솔루션 형태의 망 감시 및 관리 솔루션을 제공한다.

하지만 최근 들어 국사의 PON 포트 수가 증가하면서 광선로 감시를 위한 OTDR을 OLT 외부에 별도로 두고 여러 OLT가 공유하는 전통적인 방식은 여러 OLT의 PON 포트들을 실시간으로 감시하려는 망 사업자의 요구를 충족시키지 못하고 있다.

이에 따라, OTDR을 이용한 PON망 감시기술은 실시간 감시 및 OPEX 절감, 효율적인 복구 등의 이유로 PON 라인카드에 OTDR 기능을 통합하는 Embedded OTDR 형태로 발전하고 있다. 그 중에서 OLT 광트랜시버에 OTDR 기능을 내장하는 내장형 OTDR의 개발이 활발히 이루어지고 있으나 외장형에 비해 감시 성능이 낮고 OLT 광모듈 가격이 높아진다는 점은 여전히 해결해야 할 과제로 남아있다.

내장형 OTDR 개발동향을 살펴보면, Alcatel Lucent는 2010년 9월 자사의 PON 시스템에 OTDR 기능을 내장한 제품을 발표하였다. (그림 6)에 나타낸 스마트 트랜시버(transceiver)라 불리는 OTDR 내장형 광모듈은 OTDR 센서 기능을 내장하고 ALU의 ISAM(Intelligent Service Access Manager) OLT에 장착된다. 다단으로 구성된 분배망의 두 번째 스플리터까지 시험이 가능하며 자사의 SW 기반 망 분석기(Motive Network Analyzer)와 연동하여 OTDR 시험기능을 수행할 수 있다.

(그림 6)

ALU의 Embedded-OTDR 시스템[5]

Neo-Photonics사는 2012년 10월 내장형 OTDR을 포함한 SFP(Small Form Factor Pluggable) 타입의 GPON OLT용 광모듈을 발표하였다. 2010년 PMCSierra는 OTDR 기능이 포함된 광 송수신기 구성방법과 운용방법에 대한 특허를 출원하였고, 출원된 특허를 기반으로 OTDR 기능이 포함된 10GEPON 시스템용 MAC chip을 개발 중이다.

Huawei에서는 OFC 2014에서 OTDR 기능 내장형 트랜시버를 접목한 NG-PON2 시제품을 전시하여 많은 눈길을 끌었다.

(그림 2)에서 살펴본 바와 같이 광 분배망 내에서 광 커넥터와 포트 간의 접속관리는 현장 엔지니어에 의해 종이 라벨로 식별을 하는 매뉴얼방식으로 이루어지고 있다. 따라서 망을 운영하고 있는 통신사업자의 입장에서도 광 분배망이 어떤 식으로 체결되어 있는지 엔지니어가 직접 현장에서 눈으로 확인하지 않는 한 알기 어려운 것이 현실이다. 신규 네트워크 서비스 가입자 또는 기존 가입자의 탈퇴로 인해 광 분배함의 광 커넥터 환경설정을 주기적으로 변경하다 보면 광 분배함 내의 광커넥터와 포트 간 식별이 어려워 잦은 결속 에러 및 서비스 개통 지연과 같은 문제점이 발생한다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 NTT에서는 (그림 7)과 같이 광 분배망을 구성하는 광 커넥터, 스플리터, 광 단자함 등에 바코드 또는 QR 코드 등을 활용하여 광 섬유 인프라의 인식이 쉽도록 연구개발을 진행해 왔다. 한편, Huawei에서는 (그림 8)과 같이 전자 ID 태그를 이용한 광 분배망 관리 플랫폼으로 Intelligent ODN(Optical Distribution Network) 시스템을 개발하여 마케팅 및 표준화에 노력하고 있다.

(그림 7)

NTT의 광 분배망 관리시스템[6]

(그림 8)

스마트 광 분배망 기술 관련 국제 표준화 동향

가. NTT의 광 분배망 관리기술동향

NTT에서는 2차원 코드를 사용하는 방대한 양의 실내장비의 관리를 목표로 중앙국사에서 운용되는 광케이블 관리시스템을 운용하고 있으며 관리의 대상이 되는 모든 구성요소에는 유일한 식별코드가 부착되어 있다. 가령, 광케이블의 양단에 코드가 부착되고 스플리터 어댑터의 모든 소켓에도 코드가 부착된다. 관리대상인 구성요소가 설치되거나 결합 또는 분리될 때, 구성요소에 부착된 코드는 코드리더로 전자방식으로 읽혀서 OSS(Ope-ration Support Systems)에 전달된다. 이렇게 각 구성요소의 코드가 모두 전달되고 나면 OSS는 관리대상인 구성요소를 관리할 수 있다.

나. Huawei의 광 분배망 관리기술동향

Intelligent ODN 시스템은 Intelligent ODN equipment, Intelligent Field Tool, Management System과 OSS로 구성된다. Intelligent ODN equipment는 스플리터, 광 분배 프레임, 패치 코드, 광커넥터 등 ODN을 이루고 있는 구성요소에 ID 태그를 부착한 장치를 의미한다. Intelligent ODN equipment들의 ID 정보는 PDA 등으로 구현된 Intelligent Field Tool에 의해 수집되어 Management System으로 전송된다. Management System은 ID 데이터를 통합 저장하고 OSS와 연동하여 광 분배망을 관리한다. 전자 ID 태그의 구조를 살펴보면 태그 어댑터는 Intelligent ODN 장비에 고정되어 있으며, 전자 태그가 부착된 광 커넥터는 각 전자 태그 어댑터에 삽입되고 이때, 수집된 광섬유 커넥터 ID 와 삽입된 포트 ID 정보의 페어 정보가 Management System으로 전송되어 관리된다.

국제 표준화 기구인 ITU-T 에서는 SG15 내에 WP2 ‘Optical access/transport network technologies and physical infrastructures’의 Q17 ‘Maintenance and operation of optical fiber cable networks’ 그룹에서 Fiber O&M 이슈와 관련된 표준을 진행하고 있다. 최근 광계층 관리의 자동화를 위한 기술발전 추이에 맞추어 L.gpsm, L.ofid와 같은 다양한 Fiber identification 기술에 대한 표준화 작업이 진행 중 이다. <표 1>은 광 가입자망을 위한 광섬유 인프라 자동인식 및 운영관리와 관련한 ITU-T 표준을 나타낸다.

<표 1>

OSP 운영관리와 관련한 ITU-T 권고안 리스트

FSAN(Full Service Access Network)에서는 독일 베 를린에서 열린 2011년 2/4분기 회의에서 Interoperability Task Group 아래에 ‘광 분배망 감시(ODN Monitoring)’라는 주제로 새로운 스터디 그룹을 만들었다. 이 스터디 그룹의 목적은 광 분배망 감시와 관련하여 FSAN의 망 사업자 회원사의 요구사항을 수집하고 이에 대응하기 위한 적합한 기술적 해결책을 규정하는 것이다. 또한, 이 스터디 그룹의 작업은 BBF의 FAN(Fiber Access Network) WG과 협력으로 진행하여 BBF의 WT-287 기술문서를 완성하는 것을 목표로 하였다. 이후 2013년까지의 스터디 그룹 활동을 통해 BBF의 WT-287의 근간이 되는 다양한 기고서가 발표되었다.

광계층 관리(OLM: Optical Layer Management) 기술과 관련하여 BBF(Broadband Forum)에서는 Fiber Access Network WG 산하에 WT-287 ‘PON Optical-Layer Management’에 관한 표준을 진행 중이다[7]. WT-287 표준의 내용은 1) PON Optical Layer Management 구조 2) External OTDR의 기능적 요구사항 3) Chassis 기반 OTDR의 기능적 요구사항 4) Dedicated OTDR의 기능적 요구사항 5) 광링크 모니터링의 기능적 요구사항 6) 선택적 광파장 반사기의 기능적 요구사항등으로 이루어져 있으며, 부록으로는 OLM Use Cases, OTDR의 개요 및 OLM 관리 파라미터, 명령어, 리포트방식 등에 대한 내용으로 표준화가 진행되고 있다. (그림 10)은 OLM 기술관련 표준화 기관간 협력체계를 나타낸다.

(그림 10)

OLM 기술 관련 표준화기관 협력체계

ODN 운영 및 관리와 관련하여 BBF에서는 Operations & Network Management WG 산하에 WT-311 ‘Fiber Infrastructure Management System Architecture and Requirements’에 관한 표준을 진행 중이다[8]. WT-311은 2012년 5월 미국 New Mexico, Albu-querque 에서 개최된 BBF 2Q 미팅에서 Huawei, China Telecom, RITT, ZTE Corporation, Cambridge Industries Group Limited사와 함께 Intelligent ODN 구조 및 필요성에 대해 발표하였고. 2012년 11월 SD-311로 지정되어 스터디가 진행되었으며 2013년 9월 WT-311로 확정되어 현재 Ver. 4까지 진행되었다.

WT-311 표준의 내용은 1) FIMS 시스템 개요 2) FIMS 시스템의 기능 구조 3) 기능적 요구사항 4) 인터페이스 정의 등으로 이루어져 있으며 부록으로 FIMS의 Use Cases 및 구현 시나리오 등에 대한 내용을 포함하고 있다.

각국의 통신사업자들은 xDSL기반으로 제공하던 초고속 인터넷서비스를 PON 기반의 FTTH 네트워크 기술로 빠르게 전환하고 있다. (그림 4)에서 보는 바와 같이 FTTH 가입자는 매년 20% 이상의 성장률을 보일 것으로 전망된다. 그 동안 Capex 문제로 고민하고 있던 각국의 통신사업자들은 최근 빠르게 증가하고 있는 광 분배망의 효율적인 운용관리를 위해 광 링크 장애 감시시스템과 광 분배망 관리시스템 도입이 필요한 시점으로 인식하고 있다.

또한, PON 기술은 일반 가입자(Residential)뿐만 아니라 기업망(Business), 무선 백홀망(Cell site) 등 Mission Critical한 네트워크로 그 적용범위가 확대됨에 따라 망 운용관리의 중요성은 더욱 높아지고 있는 실정이다.

케이블방송 사업자들은 전통적으로 HFC망을 사용하여 비디오와 데이터서비스를 제공하여 왔다. 하지만 통신사업자의 IP-TV 서비스 및 FTTH 초고속 인터넷서비스와 경쟁하기 위하여 점진적인 PON망으로의 진화가 이루어지고 있다. 최근에 북미 MSO들과 CableLabs는 IEEE EPON 기반의 RFoG(Radio Frequency over Glass) 지원을 위하여 DPoE(DOCSIS Provisioning over EPON) 기술을 선보였다. (그림 12)는 Comcast의 Deep Fiber 전략을 나타내며 결국 케이블방송 네트워크는 PON 기술과 밀접한 연관관계하에 발전할 것으로 예상되므로 PON 네트워크의 운용관리 필요성은 더욱 증대 할 것으로 예상된다.

(그림 12)

케이블방송 사업자의 Deep Fiber 전략[9]

^*MSO(Multiple System Operator)

U-City는 도시화에 따른 문제점들을 해결하고 지속 가능한 미래 창조 도시 구현을 추구하고자 전세계적으로 시범서비스가 진행 중이다. 국내에서도 화성 동탄, 용인 흥덕, 파정 운정, 성남 판교 등 신도시 위주로 U-City 건설사업을 추진하고 있다. 국내에서는 공공서비스 위주로 사업이 전개되고 있는 반면 국외에서는 첨단 정보기술을 도시의 고유한 기능과 접목하여 도시별 특성을 살리면서 경쟁력을 향상시키는 방향으로 서비스와 인프라가 구현되고 있다.

U-city 공공 자가망 구축은 다양한 유비쿼터스 도시 서비스를 언제 어디서나 제공할 수 있는 네트워크 인프라 구축이 요구된다. 판교 U-City 공공 자가망 설계사례를 살펴보면 통합관제 센터와 5개 동사무소 간의 네트워크 인프라 구성에 있어 코어망은 10Gbps MSPP Dual Ring 구조로 설계되었고 가입자단은 모두 PON 기술을 활용한 Star형 구조로 설계되어 구성되었다. 본 사례에서 보듯이 U-City 사업이 보다 활발히 진행되면 진행될수록 PON 링크관리를 위한 수요는 크게 증가할 것으로 예상된다.

기존 대형빌딩 및 학교 캠퍼스망 에서는 서비스별(인터넷 망, 방송망, 전화망, CATV망 등)로 독립된 망을 구축하여 왔으나 광통신기술의 발달로 모든 서비스를 하나의 광섬유로 제공할 수 있게 되어 전체 네트워크 구조를 매우 간결하게 시설할 수 있으며 시스템 단일화로 유지보수가 편리한 장점을 가지게 되었다. 도시화로 인한 초고층 대형 빌딩 건축이 전 세계적으로 확산될 것으로 예측되며 U-Learning의 서비스를 제공하고자 하는 디지털 캠퍼스 구축이 확대될 것으로 예측된다. PON 기술은 이러한 초고층 대형 빌딩 구내망 및 디지털 캠퍼스의 학교망에 적용될 수 있는 값 싼 솔루션으로서 광 분배망의 운용/관리 요구사항은 점차 확대될 것으로 기대된다.