OAM 기술동향 및 OAM Agent 설계

1. 3GPP 관리 참조 모델

이동통신망 사업자는 고객에게 음성통화 이외의 다양한 서비스를 제공하기 위한 시스템을 구축한다. 서비스 제공자(Service Provider)가 구축한 시스템은 전체 이동통신망의 관점에서는 망을 구성하는 하나의 요소인 NE(Network Element, 망 요소)로 구분되며, 서비스 제공자는 NE에 대한 운용 및 유지보수를 위해 EMS (Element Management System)를 구축하여야 한다. EMS는 NMS(Network Management System)와의 연동기능과 운용자 정합(Human Interface)을 통한 OAM 기능을 제공하여야 한다.

(그림 1)과 같이 3GPP의 관리 참조 모델[5]에 의하면 EM과 NE와의 연동은 Type 1 Interface에 속하며, EM과 NM과의 연동은 Type 2 Interface에 속한다. EM는 NE와의 Type 1 Interface를 통해 OAM 기능을 구현한다.

EM과 Type 1 Interface를 통해 연동하는 NE는 이동통신사의 환경에 맞게 개발되어 운용되고 있으며, 구성관리, 장애관리, 성능관리 등의 기능을 수행한다. EM은 Type 2 Interface를 통해 서비스 제공자가 개발한 시스템(NM)와 연동하여 OAM 기능을 제공한다. 일반적으로 서비스 제공자는 구축한 시스템에 특화된 OAM 기능을 제공하기 위한 별도의 EMS를 구축하지만, 경우에 따라서는 EM을 구축하지 않고 NE에서 NM과의 연동 기능과 OAM 기능을 구현하기도 한다. 마지막으로 EM은 시스템의 운용 및 유지보수 작업을 처리하기 위한 운용자 정합 기능(Human Interface Function)을 제공하기 위해 OAM 클라이언트와 연동하는 기능을 제공하여야 한다[1].

(그림 2)는 Type 1 Management 인터페이스상의 기능구조를 기술하고 있다[4][6][7]. BB Device는 Broad-band Device로서 일반적으로 Access Provider 도메인을 경유하는 Transport Layer Connectivity를 제공하는 Residential Gateway로 Routing, NAT(Network Add-ress Translation) 및 방화벽 기능을 제공한다. HeMS는 HeNB의 구성관리/장애관리/성능관리, HeNB 식별 및 위치검증, Serving HeMS/Serving SeGW/MME 발견 및 할당, HeNB Management 관련 파일 업로드/다운로드 기능을 수행한다. 또한, HeMS는 TR-069 Manager와 File Server를 포함하고 있는데, TR-069 Manager는 TR-069 ACS(Auto-Configuration Server) 기능을 수행하고[8], File Server는 HeMS Management(예, Performance Measurement 파일 또는 Alarm Logs) 관련된 파일 업로드/다운로드 기능을 수행하거나, 망 운용자에 의한 다른 목적으로도 사용 가능하다. SeGW (Security Gateway)는 HeNB와 MME 간의 HeNB 보안통신 터널링 인증 기능을 제공한다.

2. IRP(Integration Reference Points)

3GPP는 Management Interface 개발을 목적으로 통신망에서 표준화된 Management Interfaces의 폭넓은 채택을 장려하기 위해 IRP로 알려진 Interface 개념을 개발해 왔다. IRP 개념과 관련 방법론은 그 목적을 성취하기 위한 프로토콜 특유의 Solution Set뿐만 아니라 프로토콜 및 기술적 모델링 방법을 사용한다[9].

(그림 3)과 같이 각 IRP는 망을 관리하기 위한 요구사항과 인터페이스에 대한 정의를 제공하며, IRP 구현을 위한 요소인 요구사항(Requirements), 정보 서비스(IS: Information Service)와 솔루션 세트(SS: Solution Set)가 정의되어 있다. 솔루션 세트는 일반적으로 CORBA, XML, SOAP 등을 사용하지만, 소형셀에서는 SOAP를 사용한다.

3GPP에서는 OAM 아키텍처를 위해 3-Level Approach를 사용하는 IRP 기반의 프레임워크[9]를 TS 32.150, TS 32.151, TS 32.152, TS 32.153, TS 32.154, TS 32.155에서 정의하였다.

(그림 4)와 같이 IRP 표준은 요구사항(Requirements) level, IS-Level(Information Service Definition), 그리고 SS-Level(Solution Set Definition)의 3-Level을 사용하여 명시된다. 요구사항 레벨은 이 IRP에 대한 연속적인 요구사항의 정의뿐만 아니라 특정 Management Interface 형태에 대한 개념 정의 및 Use Case를 제공하는 것을 목적으로 한다. IS 레벨은 IRP의 Technology에 독립적인 사항을 제공한다. SS 레벨은 IS 정의를 하나 이상의 Technology-Specific Solution Set으로의 mapping을 제공한다.

1. 3GPP LTE(LTE-A) 소형셀 기지국 구조

3GPP LTE(LTE-Advanced) 네트워크 구조는 LTE eNODE-B(not Evolved NODE-B) 간에 Full Mesh Con-nectivity를 요구하는 All-IP 구조에 기반을 두고 있다. (그림 5)는 LTE E-UTRAN 구조에서 다양한 노드들이 어떻게 서로 연결되어 있는지를 보여준다. eNBs는 S1 인터페이스를 통하여 EPC와 S-GW(Serving Gate-way)에 연결된다. eNBs는 역시 X2 인터페이스를 통하여 연결되고, 각종 Server에 연결된다.

소형셀 기지국 시스템은 급증하는 무선 인터넷 트래픽을 수용하는 용량증대 기술로 이동통신 시스템의 에너지 절감에도 기여하면서, 가정, 빌딩, 도심 내 Hot spot 및 음영지역, 교외지역 등에서 사용 가능하다.

2. 소형셀 시스템의 OAM Agent 설계

본 절에서는 OAM Agent 블록(OAB: OAM Agent Block)의 설계 개념, 구성 및 기능, 설계 내용 등을 기술한다. OAB는 망의 각 요소가 안정적으로 서비스되기 위한 운용(Operations), 운용을 위한 효율적인 관리 방안(Administration) 및 서비스의 가용성을 위한 예방 및 조치 활동(Maintenance)을 하기 위해 소형셀 구동 시 망 요소(HeMS 및 MME)와의 IP 연결 설정 및 망 요소에 등록하는 개통지원 기능을 수행한 후, 구성 파라미터를 관리하는 구성관리 기능과, 성능 데이터를 수집하여 보고하는 성능관리 기능, 장애 발생 시 보고하는 장애관리 기능 및 SON(Self-Organizing Network) Agent 블록/RRM(Radio Resource Management) 블록/호제어 블록 메시지를 처리 및 전달하는 메시지 처리 지원 기능을 수행한다. 이를 지원하기 위해 OAB는 HeMS 및 SON/RRM/호제어 블록 간에 인터페이스를 가진다.

(그림 6)은 TR-069 기반 OAB-HeMS 간 연동 구조를 보여준다. HeMS는 원격의 Agent(소형셀 또는 CPE)를 관리하기 위하여 표준화된 프로토콜인 TR-069를 사용하는데, TR-069 간 송수신되는 메시지는 SOAP으로 되어 있고, 이러한 OAB 메시지는 HTTP 프로토콜 위에서 수행한다. 따라서 TR-069 통신을 하기 위해 OAB와 HeMS는 SOAP 메시지 및 HTTP 메시지를 분석할 수 있어야 한다. 또한, SOAP 메시지는 XML 형식이기 때문에 XML을 분석할 수 있어야 한다.

3. OAM 절차

가. 개통지원(Discovery and Registration Procedures)

개통지원 기능은 소형셀 구동 시 구체적으로 소형셀 내 OAB 구동 시 HeMS 및 MME에 해당 소형셀을 등록하여 개통을 지원하여야 한다. 이러한 개통 지원을 위해 OAB 구동 시 HeMS 및 MME와의 IP 연결을 설정하는 디스커버리 절차를 수행한다.

배치 시나리오를 수용하기 위해 초기 HeMS를 경유한 서빙 HeMS 디스커버리 절차는 (그림 7) 및 (그림 8)과 같이 2가지 방법 중 하나를 선택할 수 있다.

등록 절차는 디스커버리 절차에 의해 획득한 IP 주소로 소형셀을 (그림 9)와 같이 HeMS에 등록하는 절차[4]와 MME에 등록하는 절차[11]로 구분된다.

나. 구성관리(Configuration Management)

구성관리 기능은 개통지원 기능이 완료된 후, HeMS로부터 '소형셀 기지국 소프트웨어/펌웨어 이미지 파일'을 다운로드 하는 기능, HeMS를 통해 소형셀 기지국을 reboot하는 기능, HeMS를 통해 초기에 필요한 구성 데이터를 전송 받는 기능, 자동구성(Auto-Configuration) 파라미터가 변경되면 HeMS에 알려주는 기능 등을 TR-069 세션을 통해 수행하고, 이러한 기능을 수행하면서 필요한 블록(SON/RRM/호제어)에 해당 메시지를 전달하는 기능을 수행한다.

또한, SON/RRM/호제어 블록 간 지원 기능을 위해 HeMS와 OAB 간에는 get Mo Attributes, set Mo Attri-butes 오퍼레이션과 notify Attribute Value Change Notification 등을 이용하는데, get Mo Attributes는 HeMS가 OAB에서 관리하는 관리 정보(Management Information)을 검색하기 위하여 요구하는 기능이고, set Mo Attributes는 HeMS가 OAB에서 관리하는 관리 정보(Management Information)을 변경하기 위하여 요구하는 기능이며, notify Attribute Value Change는 프로토콜 스택 또는 SON/RRM/호제어 블록의 하나 또는 다수의 속성이 변경될 경우 HeMS에 알리는 기능이다[12][13].

(그림 10)은 get Mo Attributes 동작 절차의 예를 보여준다.

다. 성능관리(Performance Management)

성능관리 기능은 소형셀 기지국 내에서 성능 측정 서비스를 제공하는데, 구체적으로는 성능 측정 데이터를 모니터링하여 수집하는데 필요한 성능 측정을 시작(create Measurement Job), 중지(stop Measurement Job), 보류(suspend Measurement Job), 재시작(resume Measurement Job)하는 기능, 측정이 시작된 기능 목록을 검색하는 기능(list Measurement Jobs), 측정 상태 변화에 의하여 HeMS에게 통보하는 기능(notify Mea-surement Job Status Changed), 성능 파일이 준비되어 업로드 하기 위해 통보하는 기능(notify File Ready, notify File Preparation Error), 소형셀 기지국 내 측정 관련 저장된 파일 목록을 검색하는 기능(list Available Files)을 수행한다[14].

(그림 11)은 create Measurement 동작 절차의 예를 보여주고 있다.

라. 장애관리(Fault Management)

장애관리 기능은 소형셀 기지국 내에서 비정상적으로 동작하고 있는 구성 요소 및 기능을 검출, 격리, 복구하는 일련의 기능을 수행한다.

장애는 일반적으로 아래의 범주로 구성된다.

따라서, 장애의 영향으로 물리적/논리적 자원과 관련된 알람이 해당 자원에서 생성된다. 장애와 관련된 기능은 일반적으로 장애 및 경보처리, 유지보수 시험, 상태 감시 등이 있을 수 있는데, 소형셀에서는 장애관리를 위해 알람 속성관리, 알람 보고방식 요청, 알람 ACK (Acknowledge Alarms), 알람 UNACK(unack-now-ledged Alarms), 알람 Clear(clea rAlarms), 알람 Com-ment 설정(set Comment), 알람 List 조회(get Alarm List), 알람 Count 조회(get Alarm Count), 알람 발생 통보(notify New Alarm), 알람 Clear 통보(notify Cleared Alarm), 알람 ACK 상태 변경 통보(notify Ack State Changed), 알람 perceived Severity 상태 변경 통보(notify Changed Alarm), 알람 정보 재구성 통보(notify Alarm List Rebuilt), 알람 Comment 통보(notify Comments) 기능 등을 지원한다[15].

(그림 12)는 acknowledge Alarms 동작 절차의 예를 보여준다.