초연결 사회를 위한 광 네트워크 인프라 기술

Optical Network Infra Technology for Hyper-Connected Society

저자
윤지욱, 이한협, 김광준, 권태현, 김선미 / 광전달망시스템연구실
권호
31권 1호 (통권 157)
논문구분
초연결 통신인프라 기술 특집
페이지
99-110
발행일자
2016.02.01
DOI
10.22648/ETRI.2016.J.310110
초록
본고에서는 초연결(Hyper-connectivity) 사회 구현에 필수적인 초저지연, 고속/대용량화, 고집적화, 저전력화와 같은 요구사항들을 만족하기 위해 빠르게 진화하고 있는 광 네트워크 인프라 기술을 광 전달망, 가입자망, 광 트랜시버 영역으로 나누어서 영역별로 기술추세와 관련 표준화 동향을 살펴보고 이를 기반으로 미래 광 네트워크 인프라 기술의 진화방향을 조망한다.
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Ⅰ. 서론

수년 내에 도래할 초연결(Hyper-connectivity) 시대에는 웨어러블 단말기, 센서, 정보단말기 등을 활용하여 모든 사물과 인간이 네트워크를 매개로 정보를 전달 및 공유하게 된다. 이를 지원하기 위해서 광 네트워크 인프라는 기존의 고속, 대용량에 대한 요구사항뿐 아니라 초저지연, 고집적화, 저전력화와 같은 새로운 요구사항을 만족하여야 한다. 본고에서는 초연결 사회를 구축하기 위한 광 네트워크 인프라 기술을 광 전달망 기술, 가입자망 기술 그리고 광 트랜시버 기술로 나누어서 고찰한다.

Ⅱ. 광 전달망 기술

광 전달망 기술은 Wavelength Division Multiplexing(WDM)과 Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing(ROADM)을 기반으로 보다 높은 대역폭의 신호를 신뢰성 있게 장거리 전송하는 방향으로 발전해 왔다. 현재는 5G 등이 지향하는 초연결 사회를 구현하기 위해 광 전송 계층에서의 저지연 특성과 망의 유연성을 보장하면서 트래픽 빅뱅[1]을 수용할 수 있도록 Optical Transport Network(OTN) 기술과 Multi-Protocol Label Switching-Transport Profile(MPLS-TP) 기술이 통합된 구조로 발전해 가고 있다[2]. 현재, 100G 이더넷과 100G OTN이 상용화되었으며, 400G 이더넷과 Beyond 100G(B100G) OTN 기술이 개발 중이다.

1. OTN 기술

OTN 기술은 신호 프로토콜에 무관하게 모든 형태의 클라이언트 신호를 수용하기 위해 고안된 점대점 프로토콜로 ITU-T SG15에서 표준화를 담당하고 있다[3]. OTN에서는 IP 트래픽 기반의 버스트 데이터를 효과적으로 수용하기 위해서 클라이언트 신호의 대역폭에 맞춰 1.25Gbps 단위로 ODU신호의 크기를 조절하는 ODUflex 기술과 서비스 운용 중에 ODUflex 신호의 대역폭을 증감할 수 있는 Hitless Adjustment of ODU flex(HAO, Generic Framing Procedure: GFP)[4] 기술을 개발하여 상용화하였다. 현재 OTN 기술에서 가장 큰 이슈는 OTN 공유메쉬 보호절체 기술[5]과 OTN Beyond 100G 기술[6]이며, 이외에 OIF Physical and Link Layer(PLL) 워킹그룹에서 Flexible 이더넷 기술[7]의 표준화를 시작함에 따라 이를 수용하기 위한 FlexO 기술이 논의되고 있다.

(그림 1)

OTN B100G 프레임 구조[6]

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OTN 공유메쉬 보호절체 기술은 1-stage 프로토콜과 2-stage 프로토콜이 1년 넘게 첨예하게 대립해 오다가, 2015년 3월 Ottawa 회의에서 1-stage 프로토콜 방식으로 합의가 이루어져, 현재 Alcatel-Lucent 방식과 Huawei 방식이 논의 중이다[2][8]. OTN B100G (Beyond 100G) 기술은 IEEE에서 표준화가 진행되고 있는 400G 이더넷[9]을 수용하면서 광 채널당 200Gbps 이상의 신호를 장거리 전송하기 위한 표준이다. (그림 1)은 현재까지 합의된 OTN B100G 프레임 구조를 보여준다. 1바이트 인터리빙 방식을 사용하여 n개의 100G OTUC 신호들을 OTUCn에 매핑한다. (그림 2)는 OTN B100G에서의 신호 매핑 및 다중화 방식을 나타낸다. 400G 이더넷 신호를 포함한 100Gbps 이상의 Constant Bit Rate(CBR) 신호들은 Bit synchronous Mapping Procedure(BMP) 매핑방식을 사용하여 ODUflex에 매핑된다. 반면에, 5Gbps 이하의 클라이언트 신호들은 다중화 영역에서 5Gbps Tributary Slot(TS)에 직접 매핑된 후 ODUCn에 다중화된다. 기존의 ODU2/3/4 신호들은 LO Optical channel Data Unit level k(ODUk) 또는 HO ODUk 신호에 직접 매핑 및 다중화된다. OTN B100G관련하여 보다 상세한 내용은 참고문헌[8]에 기술되어 있다.

(그림 2)

OTN B100G 매핑 및 다중화 방식[6]

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2. PTN 기술

(그림 3)

FlexEthernet 활용 예[11]

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Packet Transport Network(PTN) 기술은 이더넷 기술을 전달망에서 사용하기 위해서 연결지향형 이더넷 기술인 MPLS-TP 기술을 활용하여 이더넷 망의 신뢰성을 회선망 수준으로 높인 캐리어 이더넷 기술이다. 주요기술로는 MPLS-TP 기술[10]과 이더넷 기술이 있으며, 이외에 FlexEthernet 기술 표준화가 OIF PLL 워킹그룹에서 2015년부터 진행되고 있다. MPLS-TP 기술은 MPLS를 기반으로 전달망 요구사항을 반영하여 확장된 기술이다. 기본적으로 IP 포워딩 기능 없이 동작하며, MPLS와 동일한 패킷 포워딩 방식을 사용하고 전달망 요구사항을 만족하기 위해 OAM 및 보호절체 기능이 추가되었다. FlexEthernet 기술은 OIF에서 정의하고 있는 다중링크 기어박스(Multi-link Gearbox) 기술과 이더넷 기술을 활용하여 sub-rating 기능과 bonding channelization 기능을 구현함으로써, 라우터와 전달망 장비 간에 유연한 이더넷 인터페이스를 제공한다. (그림 3)은 FlexEthernet의 활용 예로써, 100G 이더넷 Physical Medium Dependent(PMD)를 사용하여 150G FlexEthernet을 구현하는 일 예를 보여준다[11]. <표 1>은 현재 논의 중인 변조방식별 비트 속도를 나타낸다[12].

<표 1>

>변조방식별 비트 속도[12]

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3. POTN 기술

고속 신호를 안전하고 효율적으로 장거리 전송하기 위한 기술은 과거 Synchronous Optical NETworking(SONET)/Synchronous Digital Hierarchy(SDH) 기반의 광 전송망에서 OTN 기반의 WDM/ROADM 망으로 발전해 왔으며, 앞으로 Packet Optical Transport Network(POTN) 망으로 발전해 나갈 전망이다. 이는 회선신호 중심의 광 네트워크 트래픽이 IP 트래픽으로 빠르게 변해가고 있기 때문이다. 버스트 특성을 가지는 IP 트래픽을 효율적으로 수용하기 위해서는 OTN 스위칭 기능과 연결지향형 이더넷 기반의 L2 스위칭 기능을 동시에 지원하는 광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템이 필요하다. <표 2>는 현재 시장에 출시되고 있는 POTN 상용 시스템의 주요특징들을 보여준다[2]. 수 테라급의 시스템 용량에 ODUk(k=0,1,2,3,flex) 스위칭 기능과 MPLS-TP 기능을 지원하고 있으며, Transport Software Defined Networking(T-SDN) 기능을 2016년까지 구현할 예정이다.

<표 2>

>상용 POTN 시스템별 주요특징 비교표[2]

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4. 다계층 통합 제어기술

네트워크 CapEx와 OpEx를 획기적으로 절감하기 위해서는 네트워크를 통합 운용 및 제어 관리할 수 있는 다계층 통합 제어 관리 기술이 필연적으로 요구된다[13]. 특히, Path Computation Element(PCE) 기반[14][15]의 다계층 통합 자동경로제어는 선택이 아닌 필수적인 기술로 인지되고 있다. 다계층 통합 제어기술은 다계층으로 구성된 네트워크 상황에서 네트워크를 통합적으로 운용하고, 단순화, 자동화 및 지능화된 네트워크 제어의 기술을 도입함으로써, 네트워크 운용비용을 절감하고 운용 편의성을 높이는 동시에 네트워크 자원을 효율적으로 제어 관리할 수 있는 기술이다[13]. 다계층 통합 제어기술의 핵심요소기술로는 통합 자원관리기술, 통합 경로계산기술 그리고 통합 자동경로제어기술 등이 있다. Generalized MPLS Multi-Protocol Label Switching(GMPLS) 기반의 다계층 통합 네트워크에서 계층 간 연동을 통해 최적의 경로를 설정하는 방법은 PCE 기반의 연동으로 결정되었으며[16], 이러한 PCE 기술은 현재 네트워크에서 최적의 경로계산을 수행할 수 있는 유일한 표준기술로, 다계층 통합 자동경로제어를 위한 핵심기술로 사용된다.

가. PCE 및 GMPLS 표준화 동향

IETF에서 PCE 관련 표준화는 PCE 워킹그룹에서, GMPLS 관련 표준화는 Common Control And Measurement Plane(CCAMP) 워킹그룹에서 이루어지고 있다. 최근 PCE 워킹그룹에서는 인터-도메인(Inter-Domain)을 위한 계층적 PCE 기반 구조와 P2MP 경로계산절차, 인터-레이어(Inter-Layer)를 위한 PCE 발견 및 PCE communication Protocol(PCEP) 요구사항, Vendor-Specific 제약사항을 위한 PCEP 확장 그리고 Application-Based Network Operations (ABNO)을 위한 PCE 기반 구조 등의 표준화를 완료하였다[17]. 한편, CCAMP 워킹그룹에서는 MPLS-TP 제어 평면 프레임워크, Traffic Engineering Database(TED) 관리정보, G.709 광 전달망의 GMPLS 및 PCE 제어를 위한 프레임워크 그리고 G.709 광 전달망을 위한 GMPLS 확장 등의 표준화를 완료하였으며, GMPLS를 위한 시그널링 및 라우팅 프로토콜 등의 추가 확장들이 논의 중에 있다[18]. PCE 워킹그룹에서는 이미 표준화된 RFC들 이외에도 Active Stateful PCE에서 경로의 상태 업데이트 제어와 설정 및 해제를 할 수 있도록 하는 PCEP 확장들을 비롯하여 인터-레이어를 위한 PCEP 확장, GMPLS를 위한 PCEP 확장 등의 PCEP 표준 확장들이 진행되고 있다[17].

나. PCE 기반 다계층 통합 경로 제어기술

(그림 4)

PCE 기반 다계층 통합 자동경로설정방식

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* Permanent Connection(PC)

* Switched Connection(SC)

* Soft Permanent Connection(SPC)

광 전달망에 지능성을 부여하기 위한 ITU-T의 자동화된 제어 평면 구조인 Automatic Switched Optical Network(ASON)에서 경로설정방식은 제어 평면을 이용하는 방식, 관리 평면과 제어 평면을 함께 이용하는 방식 그리고 관리 평면만을 이용하는 방식으로 구분된다[19]. PCE 기반 다계층 통합 자동경로제어기술은 GMPLS 제어 평면을 이용하는 분산 제어뿐만 아니라, Software-Defined Networking(SDN)에서 요구되는 소프트웨어 기반의 중앙 집중화된 다계층 통합 자동경로 정 및 제어, 관리가 가능해야 한다[(그림 4) 참조]. (그림 5)는 PCE 기반 다계층 통합 자동경로제어의 일례를 간략히 도식화한 것으로, 대전과 부산 사이에 MPLS-TP 전송경로설정을 위한 PTN의 가용 자원(또는 링크)이 없는 경우에 광주에서 부산까지의 다계층 통합 경로계산 및 경로설정절차를 단계별로 보여준다. 이러한 PCE 기반 다계층 통합 자동경로제어기술은 값비싼 전송자원의 사전 프로비져닝으로 인한 전달망 자원의 비효율적 사용의 문제점을 제거하고, 상위 전송 서비스를 위한 하위 전송자원(예, ODU0) 필요시, 필요한 만큼의 하위 전송자원을 실시간으로 자동 할당 또는 해제함으로써 통합 전달망의 자원 활용률을 극대화할 수 있다. 또한, 서비스의 특성과 전달망의 가용 자원 상태에 따라 다양한 전송경로를 유연하게 설정할 수 있어, 최적의 전송 서비스를 제공할 수 있다. 현재, PCE 기반의 다계층 통합 자동경로제어기술은 ABNO 및 SDN 기술의 세부 핵심요소기술로 발전 및 진화하고 있다.

(그림 5)

PCE 기반 다계층 통합 자동경로설정 예

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Ⅲ. 가입자망 기술

1. PON 기술

Passive Optical Network(PON)기술은 고속 서비스를 가입자에게 제공하기 위한 기술로서, 광회선 종단장치(Optical Line Terminal: OLT) 기술, 광망 종단장치(Optical Network Unit: ONU) 기술, 가입자망 링크 및 운용관리 기술 등을 포함한다. PON기술은 OLT와 ONU 사이에 전력공급이 필요 없는 수동형 광소자를 사용하기 때문에 유지보수가 편리하다는 장점이 있어서 광가입자망 서비스에 널리 사용되고 있다. 대표적인 PON 기술로 Ethernet PON(EPON), 10G EPON과 Gigabit capable PON(GPON), XG-PON 기술이 있다. EPON 및 GPON은 각각 1G급 및 2.5G급 전송속도를 제공하며 한국, 일본, 중국 등 아시아와 북미 등에서 가입자서비스용으로 사용되고 있다. 2010년부터 10G급 TDM-PON의 사용이 한국과 중국을 중심으로 증가하고 있으며, 가파르게 증가하고 있는 가입자 트래픽량에 대처하기 위해 10G급 이상의 40G급 또는 100G급 PON기술이 사용될 것으로 예상된다. 40G급 이상의 대용량 PON을 위해서 기존의 TDM 방식과 WDM 방식이 결합된 WDM/TDM-PON에 대한 연구가 지속적으로 진행되었다. 대표적인 WDM/TDM-PON으로는 ITU-T에서 표준화된 40G급 NG-PON2(Next Generation PON2)기술이 있다. (그림 6)과 같이 ITU-T NG-PON2 기술은 광가입자 서비스를 위한 Time and Wavelength Division Multiplexing–PON(TWDM-PON) 기술과 비즈니스 및 광무선백홀 서비스를 위한 Point to Point Wavelength Division Multiplexing–PON(P-t-P WDM -PON) 기술을 포함하고 있다[20]-[23].

(그림 6)

NG-PON2를 이용한 가입자/백홀 서비스

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TWDM-PON은 40G 하향신호 용량을 지원하기 위해 4개의 WDM 광신호를 송신하고 파장당 10Gbps의 전송속도를 사용한다. ONU에서 OLT로 송신되는 상향신호는 파장당 2.5Gbps 전송속도로 서로 다른 파장 4개의 광신호가 사용되며 TWDM-PON은 파장가변 ONU 광송수신기를 사용한다. TWDM-PON과 같은 WDM/ TDM-PON은 파장가변 송수신 기술이 적용된 ONU를 사용하여 상하향 광신호의 파장을 손쉽게 변경할 수 있어 통신파장당 트래픽 부하균등화 기능과 Power saving 기능 등 새로운 운용기능을 제공할 수 있는 장점을 가진다. 국내에서는 ETRI와 산업체를 중심으로 TWDM-PON용 광트랜시버와 MAC 칩셋의 핵심기술을 개발하고 있으며, 2016년 이후에 본격적으로 TWDM-PON의 실상용화가 국내외에서 이루어질 것으로 예상된다.

ITU-T NG-PON2의 기술 중 P-t-P WDM-PON 기술은 OLT와 각 ONU들이 서로 다른 파장의 광신호를 사용하여 통신하기 때문에 운용되는 ONU의 수와 관계없이 항상 일정한 대역폭을 사용자에게 제공할 수 있다. 따라서 채널 수, 전송용량의 증가, 프로토콜이나 전송속도에 무관하게 망을 구성할 수 있는 장점이 있다. P-t-P WDM-PON은 주 응용분야로 모바일 백홀과 프론트홀을 대상으로 하고 있다. 최근 표준화가 시작된 100G EPON은 WDM/TDM 방식으로 하향 및 상향으로 최소 25G급 및 10G급 광신호의 사용이 논의되고 있으며, 최대 100Gbps까지 PON 용량을 증가시키는 것을 목표로 하고 있다[24].

2. 모바일 프론트홀 기술

모바일 망의 데이터 트래픽 폭증으로 인하여, Digital Unit(DU)와 Remote Unit(RU)가 분리된 기지국 형태의 Cloud-Radio Access Network(C-RAN)기술이 사용되고 있다. C-RAN의 DU와 RU사이는 대부분 Common Public Radio Interface(CPRI)가 적용되고 있다. CPRI는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정이 필요하므로, 20MHz 대역폭의 LTE 신호를 2×2 MIMO 구조를 사용하여 전송하는 경우, 전송 데이터 용량이 2.5Gbps급으로 100배 이상 증가하게 된다. 따라서 5G와 같이 높은 무선신호 대역폭을 요구하는 서비스에 CPRI 기술을 사용할 경우, 디지털 데이터 용량이 감당하기 힘들 정도로 증가하게 된다. 이런 문제를 극복하기 위하여, CPRI 데이터를 압축하여 전송하는 기술과 디지털 광링크를 아날로그 광링크화하는 Radio over Fiber(RoF) 기술이 제안되고 있다.

가. CPRI 데이터 압축기술

(그림 7)

CPRI 압축 기술개요

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(그림 7)은 CPRI 압축 기술의 개요도이다. IQ 데이터 압축 기술은 아날로그 신호에 대해 필터처리를 이용하여 압축과 복원을 실시하는 단계와 디지털 신호로 처리된 2진 데이터에 대해 비트 수를 줄이고 늘리는 단계로 나눌 수 있다. CPRI 데이터 압축을 위한 요구사항은 다음과 같다. 압축률 50%, Error Vector Magnitude(EVM)은 압축기술 적용 전후에 큰 차이가 없어야 하며, 압축기술 적용 시 추가되는 지연시간도 현재 운영하고 있는 시스템에 영향을 주지 않아야 한다. 이와 같은 요구사항을 반영하여 표준화 단체인 ETSI ORI는 CPRI에 적용 가능한 IQ 데이터 압축기술을 포함한 ORI 표준안을 2014년 10월에 발행하였으며 주요 규격으로 압축률 50% 이상, EVM저하치 3% 이하, 추가 지연시간 100μsec(권고 20μsec)이내의 기준을 제시하였다. 그러나 현실적으로 통신사업자는 이보다 더 낮은 수치인 EVM 저하치 0.5% 이하, 추가 지연시간 5μsec 이내를 요구하고 있다.

나. Radio over Fiber 기술

(그림 8)

RoF 기술개요도

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RoF(Radio over Fiber) 기반 모바일 프론트홀 기술은 (그림 8)과 같이 DU와 RU 사이의 이동통신 기저대역 신호를 전송할 때 디지털화 과정을 거치지 않고 아날로그 신호형태로 전송함으로써 프론트홀 구간의 전송속도를 감소시킬 수 있다. 이 구조는 LTE/LTE-A에서 사용되고 있는 광섬유 망을 그대로 사용하면서, 5G 이동통신에서 디지털 신호처리, 프레임 결합 및 해체 과정에서 신호지연을 피할 수 있는 장점이 있다. DU에서는 이동통신 기저대역 신호를 임의의 캐리어 주파수에 실어서 아날로그 광신호로 DU로부터 RU까지 혹은 그 반대로 전달하며, DU와 RU에서 디지털화 과정을 거치지 않으므로 기본 신호 대역폭 이상의 대역폭 점유가 없는 장점을 제공한다. 또한, WDM 방식을 사용하여 이동통신 기저대역의 수를 증가시킬 수 있으므로 비용 효율적인 대용량 전송이 가능하다. RoF 광전송 기술을 활용하는 모바일 프론트홀 기술의 실용화를 위해서는 임의 주파수 대역 내에서 광전 또는 전광 변환하여 왜곡없이 원하는 곳까지 전달하는 RoF 광링크 기술, RoF 광링크와 연동이 가능한 대용량 DU 정합장치및 Compact RU 기술, 단일 DU에 종속된 다수개의 RU를 관리 및 제어할 수 있는 프론트홀 관리제어장치 및 이를 이용한 관리/제어기술 등에 대한 연구가 필요하다. RoF 기술 표준화는 ITU-T SG15 G.RoF에서 진행 중이며, RoF 기술 정의, 주요 핵심요소기술 및 응용 분야 등에 대해 다루고 있다[25].

Ⅳ. 광 트랜시버 기술

광 트랜시버는 전기신호를 광신호로 변환하여 전송하고 이를 받아 다시 전기신호로 복원하는 기능을 수행한다. 광 트랜시버는 통신 시스템에 장착되어 사용되지만 실제적으로 통신 시스템 제조업체는 광 트랜시버를 외부 시장으로부터 공급받는 경우가 많기 때문에 이들 사이의 접속 규격은 다양한 표준과 Multi-Source Agreement(MSA)로 관리된다. 광 트랜시버는 크게 단거리 전송용과 장거리 전송용으로 나눌 수 있다. 단거리 전송은 통상 수십 km 이내에서 전송매체(광섬유)를 단일 광 트랜시버가 독자적으로 사용하며 이더넷 광전송이 대표적이다. 장거리 전송은 수십 km 이상의 거리에서 전송매체를 DWDM기반으로 여러 광트랜시버가 공동으로 사용하며, OTN 광전송이 주도하고 있다. 초연결 사회에 진입하기 위해서는 급격하게 증가하는 트래픽을 효율적으로 처리하기 위해 네트워크 장비 용량이 커져야 하며, 이는 포트당 속도의 증가가 전제되어야 한다. IEEE 802.3에서는 2010년에 40G/100G급 이더넷 표준을 정하였고 이에 맞추어 ITU-T에서도 100G 이더넷 신호를 수용하는 OTN 표준을 정한 바 있다. 현재 진행되고 있는 400G 이더넷 표준이 2017년에 완료될 때에 맞추어 DWDM 기반 광전달망에서 400G 신호 전송을 위한 OTN 표준이 ITU-T SG15에서 제정될 것으로 보인다.

1. 단거리용 광 트랜시버 기술

단거리 광전송에는 다양한 표준이 있다. 예를 들어 Fiber Channel(FC)는 INternational Committee for Information Technology Standards(INCITS)의 T11 Technical Committee에서 표준 규격을 정한다[26]. 한한편 IEEE 802.3에서 표준화 작업을 맡고 있는 이더넷 표준은 데이터 센터 등에 광범위하게 적용되며, 단거리 광전송 분야에서 주도적 역할을 하고 있다. 1982년에 10Mbps 표준이 나온 이래 (그림 9)와 같이 속도가 빨라지면서 매질도 SMF로 확장되어 10km, 40km에 이르는 넓은 전송거리를 포함하고 있다[27].

(그림 9)

이더넷 표준 전송거리와 속도[27]

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40G/100G 이더넷 표준은 2010년도에 제정된 뒤 2015년까지 보완되었다. 큰 특징은 100G 신호의 경우 단일 채널로 전송하는 대신 복수의 10G 혹은 25G 채널들을 병렬로 연결하여 경제성을 확보한다는 점이다. IEEE 802.3bs에서 2017년도 제정을 목표로 400G 이더넷 표준에 관한 논의가 진행되고 있다[9]. 2015년 9월에 500m, 2km, 10km SMF용으로는 종래의 단순한 OOK(Non Return to Zero: NRZ) 대신 4-Pulse Amplitude Modulation(PAM-4) 변조방식을 도입하여 심볼당 비트 수를 두 배로 늘려 채널 수를 절반으로 줄이는 데 합의하였다. 단거리 광전송을 위한 광 트랜시버의 물리적 규격은 다양한 MSA를 통해 정해진다. 40G/100G 이더넷 표준 발표에 맞춰 Centum Form factor Pluggable(CFP) MSA에서 2009년에 CFP 규격을 발표하였다[28][29]. 이어서 CFP2 규격을 2013년에 제정되었으며[30], 2014년도에 CFP4 규격이 제정되었다[31]. 한편 CFF Committee에서는 QSFP28 규격을 정하였다. (그림 10)에 다양한 광 트랜시버의 물리적 특성이 나와 있다. 상면적과 에너지 절감을 위해서 일부 기능을 밖으로 내보내면서라도 작은 크기의 모듈이 선호되는 경향이 있다.

(그림 10)

다양한 광트랜시버 모듈 규격

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2. 장거리용 광 트랜시버 기술

장거리 광전송은 SONET 혹은 SDH 방식이 주류를 이루었으나 1990년대 말에 WDM 기술이 보편화되면서 ITU-T에서 2.6Gbps(OTU1), 10.7Gbps(OTU2), 그리고 43Gbps(OTU3)의 세 가지 프레이머를 규정한 OTN 표준으로 점차 대체되고있다. 이후, IEEE에서 100G 이더넷 신호 표준을 추진함에 따라 이를 수용할 수 있는 112Gbps의 속도를 갖는 OTU4의 표준이 2007년부터 논의가 시작되어 2010년에 완료되었다. 단거리 광전송에서는 전송매체를 하나의 광 트랜시버가 독점적으로 사용하는 반면에, 장거리 광전송에서는 전송매체를 여러 광 트랜시버가 50GHz 간격으로 나눠 함께 사용하는 DWDM 기술이 전제가 된다. 따라서 112Gbps 속도의 OTU4 신호를 50GHz 대역폭에 수용하기 위한 방법으로 OIF 주도로 Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying(DP-QPSK) 변조방식이 채택되었다. 코히어런트 방식을 사용하기 때문에 수신단에 고속의 ADC 및 DSP 기술이 개발되어 적용되었다. 100G 장거리 광전송 광 트랜시버의 물리적 규격은 6”×7” MSA로 출발하여, 4”×5” MSA가 후속으로 출현하였고 이는 다시 CFP 계열로 진화하고 있다. 현재, 400G 이더넷 신호 표준이 만들어지고 있으므로 이를 수용할 400G 장거리 광신호 전송 기술이 필연적이다. 400G 장거리 광 트랜시버 기술은 2개의 파장을 사용해서 파장별로 Dual-Polarization 16 Quadrature Amplitude Modulation (DP-16QAM)변조방식을 이용해 200G씩 전송하는 기술이 유력하며, 이미 여러 장비회사와 칩 공급업체에서 200G 용량의 DSP칩을 확보하고 있다.

V. 결론

본고에서는 초연결 사회를 구현하기 위한 광 네트워크 인프라 기술에 대해 살펴보았다. 고속화, 초저지연, 대용량과 같은 초연결 사회의 특성을 수용하기 위해서 광 네트워크 인프라 기술은, 400Gbps 이상의 광 신호를 전송하기 위한 초고속 광 전송기술과 유연한 물리적 인터페이스를 제공하는 FlexE/FlexO 기술을 포함하는 광 전달망 기술, 40G/100G급 PON기술과 CPRI 압축기술 및 RoF 기술을 포함하는 초고속 유무선 가입자망 기술, 그리고 망 가상화를 기반으로 운용/관리 계층을 통합하여 단순화 시키는 다계층 통합 제어기술로 발전해나갈 것으로 전망된다.

약어 정리

ASON

Automatic Switched Optical Network

ABNO

Application-Based Network Operations

ASON

Automatic Switched Optical Network

B100G

Beyond 100G

BMP

Bit synchronous Mapping Procedure

CBR

Constant Bit Rate

CCAMP

Common Control And Measurement Plane

CFP

Centum Form factor Pluggable

CPRI

Commom Public Radio Interface

C-RAN

Cloud-Radio Access Network

DP-16AQM

Dual-Polarization 16 Quadrature Amplitude Modula-tion

DP-QPSK

Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying

DU

Digital Unit

EPON

Ethernet PON

EVM

Error Vector Magnitude

FC

Fiber Channel

FlexE

Flexible Ethernet

FlexO

Flexible OTN

GFP

Generic Framing Procedure

GMPLS

Generalized MPLS Multi-Protocol Label Switching

GPON

Gigabit capable PON

HAO

Hitless Adjustment of ODUflex(GFP)

HO ODU

Higher Order ODU

INCITS

INternational Committee for Information Technology Standards

LO ODU

Lower Order ODU

MPLS-TP

Multi-Protocol Label Switching-Transport Profile

MSA

Multi-Source Agreement

NRZ

Non Return to Zero

ODUk

Optical channel Data Unit level k

OLT

Optical Line Terminal

ONU

Optical Network Unit

OOK

On-Off Keying

OTN

Optical Transport Network

PAM-4

4-Pulse Amplitude Modulation

PC

Permanent Connection

PCE

Path Computation Engine

PCEP

PCE communication Protocol

PLL

Physical and link Layer

PMD

Physical Medium Dependent

PON

Passive Optical Network

POTN

Packet Optical Transport Network

PTN

Packet Transport Network

P-t-P

Point to Point

ROADM

Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing

RoF

Radio over Fiber

RU

Remote Unit

SC

Switched Connection

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

SDN

Software-Defined Networking

SONET

Synchronous Optical NETworking

SPC

Packet Transport Network

TED

Traffic Engineering Database

TS

Tributary Slot

T-SDN

Transport Software Dfined Networking

TWDM

Time and Wavelength Division Multiplexing

WDM

Wavelength Division Multiplexing

[1] 

Cisco, “Visual Networking Index Forecast and Service Adoption for 2014 to 2019,” 2014.

[2] 

윤지욱 외, “광전달망 기술 및 표준화 동향,” 전자통신동향분석, 제 30권 제1호, 2015. 2, pp. 51-64.

[3] 

ITU-T Rec. G.709, “Interface for the Optical Transport Network,” Feb. 2012.

[4] 

ITU-T Rec. G.7044, “Hitless Adjustment of ODUflex(GFP),” Oct. 2011.

[5] 

ITU-T Rec. G.odusmp, “OTN Protection Switching-Shared Mesh Protection,” Sept. 2014.

[6] 

ITU-T SG15, “B100G Status and Questions,” SG15 Plenary Meeting, June 2015.

[7] 

OIF PLL Working Group, “FlexEthernet Project,” http://www.oiforum.com/technical-work/current-oif-work/

[8] 

윤지욱, 정태식, “OTN Beyond 100G 기술 및 표준화 동향,” 주간기술동향, 통권 1725호, 2015. 12. pp. 1-12.

[9] 

IEEE P802.3bs 400Gb/s Ethernet Task Force,http://www.ieee802.org/3/bs/index.html

[10] 

IETF RFC6654, “Requirements of an MPLS Transport Profile,” 2009.

[11] 

Vijay Vusirikala, “FlexEthernet (FlexE) Use Cases,” Ethernet Alliance TEF, The Rate Debate, 2014, http://www.ethernetalliance.org/

[12] 

IEEE 802.3, “Next Generation Enterprise Access BASE-T Study Group,” 2015.

[13] 

정태식 외, “패킷-광 통합 전달망 기술 동향,” 전자통신동향분석, 제25권 제6호, 2010. 12, pp. 92-109.

[14] 

IETF RFC 4655, “A Path Computation Element (PCE)-Based Architecture,” 2006.

[15] 

IETF RFC 5440, “Path Computation Element (PCE) Communication Protocol (PCEP),” 2008.

[16] 

IETF RFC 5623, “Framework for PCE-Based Inter-Layer MPLS and GMPLS Traffic Engineering,” 2009.

[17] 

IETF PCE Working Group Documents, https://datatracker.ietf.org/wg/pce/documents/

[18] 

IETF CCAMP Working Group Documents, https://datatracker.ietf.org/wg/ccamp/documents/

[19] 

ITU-T Rec. G.8080/Y1304, “Architecture for the Automatically Switched Optical Network,” 2012.

[20] 

ITU-T Rec. G.989, “40-Gigabit-Capable Passive Optical Network (NG-PON2) Sys-tems: Definitions, Abbreviations and Acronyms,” 2014.

[21] 

ITU-T Rec. G.989.1, “40-Gigabit-Capable Passive Optical Networks (NG-PON2): General Requirements,” Mar. 2013.

[22] 

ITU-T Rec. G.989.2, “40-Gigabit-Capable Passive optical Networks (NG-PON2): Physical Media Dependent (PMD) Layer Specification,” Aug. 2015.

[23] 

ITU-T Rec. G.989.3, “40-Gigabit-Capable Passive Optical Networks (NG-PON2): TC Layer Specification Framework,” Oct. 2015.

[24] 

IEEE P802.3ca 100G-EPON Task Force, http://www.ieee802.org/3/ca/index.shtml

[25] 

ITU-T Rec. G.RoF, “Radio Over Fiber Systems,” Under Study.

[26] 

http://www.incits.org/committees/t11

[27] 

http://www.ethernetalliance.org/wp-content/uploads/2013/04/Ethernet-Alliance-Technology-Roadmap-03-28-14.pdf

[28] 

http://www.cfp-msa.org/Documents/CFP-MSA-DRAFT-rev-1-0.pdf

[29] 

http://www.cfp-msa.org/Documents/CFP-MSA-HW-Spec-rev1-40.pdf

[30] 

http://www.cfp-msa.org/Documents/CFP2_HW-Spec-rev1.0.pdf

[31] 

http://www.cfp-msa.org/Documents/CFP-MSA_CFP4_HW-Spec-rev1.1.pdf

(그림 1)

OTN B100G 프레임 구조[6]

images_1/2016/v31n1/ETRI_J003_2016_v31n1_99_f001.jpg
(그림 2)

OTN B100G 매핑 및 다중화 방식[6]

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(그림 3)

FlexEthernet 활용 예[11]

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(그림 4)

PCE 기반 다계층 통합 자동경로설정방식

images_1/2016/v31n1/ETRI_J003_2016_v31n1_99_f004.jpg

* Permanent Connection(PC)

* Switched Connection(SC)

* Soft Permanent Connection(SPC)

(그림 5)

PCE 기반 다계층 통합 자동경로설정 예

images_1/2016/v31n1/ETRI_J003_2016_v31n1_99_f005.jpg
(그림 6)

NG-PON2를 이용한 가입자/백홀 서비스

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(그림 7)

CPRI 압축 기술개요

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(그림 8)

RoF 기술개요도

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(그림 9)

이더넷 표준 전송거리와 속도[27]

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(그림 10)

다양한 광트랜시버 모듈 규격

images_1/2016/v31n1/ETRI_J003_2016_v31n1_99_f010.jpg
<표 1>

>변조방식별 비트 속도[12]

images_1/2016/v31n1/ETRI_J003_2016_v31n1_99_t001.jpg
<표 2>

>상용 POTN 시스템별 주요특징 비교표[2]

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