NG-AP(Next Generation Access Platform) 표준기술 노선식광주대학교정보통신학과부교수 1. 머리말방송통신기술과영상기술의발달을통해 HDTV(High Definition TV), 3DTV, UHDTV(Ultra HDTV) 등브로드캐스트 (broadcast) 서비스와 HSI(High-Speed Internet), VoIP(Voice over IP), VOD(Video On Demand), SDV(Switched Digital Video) 등내로캐스트 (narrowcast) 서비스에대한사용자의수요가증가하고있다. 특히사용자들은시간과지역의제한을받지않고영상콘텐츠를이용하길원하기에 VOD 와 SDV 를기반으로하는내로캐스트서비스에대한수요는급증하고있다 [1-3]. 사용자들의요구사항을만족하기위해급증하는서비스를가격, 공간, 전원측면에서효율적으로제공할수있는 NG-AP(Next Generation Access Platform) 기술의개발및표준의제정이 MSO(Multiple System Operator) 들에게절실히필요하다. 특히 NG-AP 는 IP 를기반으로브로드캐스트서비스와내로캐스트서비스를통합적으로제공하는구조로진화하고있으므로 MSO 들 (Comcast, TWC, Cox Communication, Cablevision Systems 등 ) 뿐만아니라망장비사업 자들 (ARRIS, Alcatel-Lucent, Junifer 등 ) 의 NG-AP 에대한관심이고조되고있다. 이에따라 Comcast 중심으로 CMAP(Converged Multiple Access Plat-form) [4,5], Time Warner Cable(TWC) 중심으로 CESAR (Converged Edge Services Access Router) 를제시하였으며, CableLabs 에서는 CCAP(Converged Cable Access Platform)[6] 를규정하고있다. 본고에서는 NG-AP 표준화동향에대하여살펴보고, 대표표준으로주목받고있는 CCAP 의기술내용에대하여서술한다. 또한 CCAP 를구현함에있어요구되는표준들의내용및연관성을기술한다. 2. NG-AP 표준동향 2.1 CMAP Comcast 에서는 VOD, 네트워크기반 DVR, SDV, DOCSIS 서비스등내로캐스트서비스를효율적으로관리할수있는차세대고밀도플랫폼을개발하기위해 2008 년에 CMAP(Converged Multiple Access Platform) 를제안했다. CMAP는브로드캐스트 / 내로캐스트서비스를제공하기위해사용되는기존 TTA Journal Vol.138 067
Headend (Today) Headend with CMAP Router Broadcast & Narrowcast (VOD, SDV, DOCSIS) Legacy OOB Analog Broadcast VOD SDV Edge-QAM Combiner Tx (Laser) CMTS Core Rx DOCSIS-IP Service CMAP = CMTS + Edge- QAM Legacy OOB Analog Combiner Down stream CMAP Upstream Split Legacy OOB [ 그림 1] CMAP 개념 의케이블장비들의공간과요구전력을줄이기위해 CMTS(Cable Modem Terminal System) 과 Edge- QAM(Quadrature amplitude modulation) 을하나의플랫폼에서제공하는것을목적으로한다. 또한대용량서비스에대한사용자들의요구사항을만족시키기위해 PON(Passive Optical Network) 에대한인터페이스를제공한다. MSO 관점에서는서비스운영을단순화할수있도록다양한서비스를하나의 RF 포트를통해제공할수있게한다. CMAP 는구현관점에서통합구조 (Integrated Architecture) 와모듈러구조 (Modular Architecture) 로구분된다. 통합구조는모든기능이하나의장비에구현되는구조이다. 모듈러구조는 CMAP의기능을패킷처리기능을담당하는 PS(Packet Shelf) 와상 / 하향채널에대한접근을제어하는 AS(Access Shelf) 로구분하여구현하는구조이다. Comcast, Cox Communications, Cablevision, Rogers Communications, Charter Communications, Liberty Global, Cable Europe Labs 을중심으로한유럽케이블사업자, NCTC(National Cable Television Cooperative) 등이 CMAP 개발에참여하였으며, CableLabs 에서는 2010 년 12 월 CMAP 에대한표준을발표하였다. 2.2 CESAR CESAR(Converged Edge Service Access Router) 는 CMAP와유사한목적으로 Time Warner Cable 사를중심으로 2011 년초에제안된구조이다. CESAR 의주된목적은기존의케이블서비스와새로운 IP 기반서비스를하나의종단장비를통해제공하는것이다. CESAR 이 CMAP 와다른점은장비의규모가크면전력요구량이많기때문에장비의크기를작게하는점이다. CAMP 는대소규모서비스그룹에초점을맞추어제안한반면 CESAR 은지역적인관점에서소규모지역을대상으로제안했다. CMAP 와마찬가지로 CESAR 도통합구조와모듈러구조를제안하고있지만통합구조에더욱비중을두고있다. 또한 CESAR 은장비의규모를작게하기위해보안기능을분리하고있다. 2.3 CCAP CMAP 와 CESAR 은유사한목적을갖지만개발하고자하는장비의특성이서로다르다. 반면 MSO 와케이블장비생산업체는유사한목적을갖는두개의표준이시장에존재함으로써시장의혼잡성및장비생산의이중성을가중시킬것에대하여우려하였다. 이러한문제점을해결하기위해 CableLabs 에서는 CMAP 와 CESAR 의요구조건을모두수용할수있는 NG-AP 로 CCAP(Converged Cable Access Platform) 를규정하여발표하였다. 068 11/12 2011
CCAP의목표는브로드캐스트서비스와내로캐스트서비스를하나의하향 RF 포트로통합하여제공하고, DOCSIS 3.0[7] 기반의상하향서비스를제공하는 CMTS 와 Egde-QAM 을하나의장비로통합함으로써공간과전력을절약할수있는 NG-AP 를개발하는것이다. 또한브로드캐스트서비스와내로캐스트서비스를하나의장비를통해 allip 기반으로제공하는것을목표로하고있다. 결국 CCAP 의궁극적인목표는초고화질대용량영상, 음성, 데이터를 IP기반으로제공할수있도록스위치, 라우터, CMTS, Edge-QAM 의기능을통합하여제공할수있는 NG-AP 를개발하는것이다. CCAP 는 CMAP 와 CESAR 의기능을통합하는구조를갖고있다. 서비스그룹을설정하는관점에서기존의장비들이지역단위로서비스그룹을설정하였지만, CCAP 는서비스별로서비스그룹을설정한다. 장비의크기면에서는대규모서비스그룹을지원할수있는장비스펙과소규모서비스그룹을지원할수있는장비스펙을제시함으로써 CMAP 와 CESAR 의요구사항을모두만족시켰다. 외부보안장비에대한인터페이스를제공함으로써보안기능이통합되길원하는 CMAP 요구사항과보안기능을분리하길원하는 CESAR 의요구사항을모두수용하였다. CCAP 는사용자에게대용량서비스를제공하기위해동일한장비를통해 DOCSIS 기반의 EPON(Ethernet PON) 인터페이스를제공한다. CCAP에대한개발은 CableLabs 를중심으로활발히진행되고있다. 2012 년후반에는 CCAP 시제품이개발되어테스트가이루어지고, 2013 년후반이나 2014 년초반에상용장비를생산할전망이다. MSO 들은 2014 년 2015 년에 CCAP 기반망으로전환할전망이다. 3. CCAP 기술 3.1 CCAP 특징 3.1.1 CMTS 와 Edge-QAM 의통합 CCAP는 CMTS와 Edge-QAM 의기능을통합하 여하나의장비에서제공한다. 이를통해기존장비들이필요한공간을 1/2 로줄일수있는특징을갖고있다. 또한 Edge-QAM 을포함하고있을뿐만아니라내로캐스트서비스에다양하게할당할수있기에 SDV 나 VOD 서비스를제공하기위해추가적인 Edge-QAM 이필요하지않다. 기존장비대비공간의축소는기존장비들이요구하는전원및냉각시스템을 1/2 로축소하는특징이있다. 3.1.2 QAM 채널동적할당구현의용이성과관리의단순성을위해 CCAP 는다수의 QAM 채널을브로드캐스트서비스와내로캐스트서비스로분리하여설정한다. 내로캐스트서비스에할당된 QAM 채널그룹은각 RF 포트별로독립적으로구현한다. 브로드캐스트서비스에할당된 QAM 채널은 DLC(Downstream Line Card) 에있는모든 RF 포트들이공유한다. 각서비스에할당된 QAM 채널의수는망구성정책이나시간에따른망구성요구사항에따라망설정기능을통해동적으로할당한다. 기존에는각서비스별로망자원을할당하였으나 CCAP 는하나의장비를통해모든서비스에대한망자원을관리할수있다. 3.1.3 서비스다중화기존케이블망이망자원을할당할때지리적인특성에의해할당되었다면, CCAP 는서비스별로망자원을할당한다. 이를통해 CCAP 는브로드캐스트서비스와내로캐스트서비스를다중화한다. 즉 CCAP 에서는하나의 DLC 에서제공하는 RF포트를통해모든브로드캐스트서비스와내로캐스트서비스를제공한다. 150Gbps 의하향전송용량을제공하기위해서하나의 DLC 에는 12 개의하향 RF포트를제공하며각하향 RF 포트는 96개의브로트캐스트서비스 QAM 채널과 62 개의내로캐스트서비스 QAM 채널로구성된 158 개의 QAM 채널을다중화하여전송한다. TTA Journal Vol.138 069
Internet Switched Digital Multicast Source DSG-Enabled Headend Controller Linear Digital Broadcast Source PacketCable Voice Digital Video Source Distribution and Aggregation Network NNI (10GEPON) Video NSI Session Resource Manager (SRM) CCAP Service Process Video Processor CMTS Packet Processor HeadEnd Edge Resource Manager (ERM) ERMI Access PON Transceiver QAM Downstreams DOCSIS Reciever DPoE DRFI OSSI EQAM PMI PHY PON Operations Support System (Config and Mgmt) OSSI HE Combining HFC C M Gateway ONU MTA CM STB Video CM CM to CPE IP STB Physical Connection Logical Connection [ 그림 2] 통합 CCAP(I-CCAP) 구조 3.1.4 신뢰성하나의포트를통해모든서비스그룹을제공하기에 CCAP 는망에대한신뢰성이매우필요하다. 이를위해 CCAP 는 N+1 이중화구조를기본구조로제시하고있다. 3.1.5 망설정및관리 CCAP 에서는 CMTS 와 Edge-QAM의설정기능을동시에제공하기위해 XML기반의망설정기능을수행한다. 기존의방식에서제공하는 CLI(Command Line ) 설정기능뿐만아니라차세대망설정프로토콜인 NETCONF[8] 프로토콜을제공한다. 3.2 CCAP 구조 CCAP는구현하는방식에따라통합 CCAP 구조 (I-CCAP, Integrated CCAP Architecture) 와모듈러 CCAP 구조 (M-CCAP, Modular CCAP Architecture) 로구분할수있다. 통해구현한구조이다. [ 그림 2] 는통합 CCAP 를이용하는케이블망구조를나타낸다. 디지털영상서비스를제공받기원하는사용자는 SRM(Session Resource Manager) 에서비스를요청한다. SRM은요청서비스를제공할수있는지확인한후 ERM(Edge Resource Manager) 에망자원할당을요청한다. 유용한망자원이있으면, ERM은망자원을할당하고, 할당정보를 SRM과 CCAP 에전송한다. CCAP 는해당영상정보 SPTS(Single Program Transport Stream) 을다른정보와혼합된 MPTS(Multiple Program Transport Stream) 로다중화하여사용자에게전송한다. 통합 CCAP 에서인터넷기반의영상, 음성, 데이터서비스는 DOCSIS 를기반으로 HFC 망과 EPON 망을통해제공된다. HFC 망에서는 DOCSIS 3.0 을기반으로서비스를제공한다. PON 망은대용량데이터전송을위해 CCAP 에서인터페이스를제공하는것으로 DOCSIS 를기반으로한 DPoE(DOCSIS Provisioning over EPON) 인터페이스 [9] 를통해사용된다. 3.2.1 통합 CCAP 구조 (I-CCAP) 통합 CCAP 구조는 CMTS 와 E-QAM 의기능을하나의장비에통합한구조이다. 데이터를처리하는부분과다양한가입자망인터페이스가하나의장비를 3.2.2 모듈러 CCAP 구조 (M-CCAP) 모듈러 CCAP 는기능을 Packet Shelf(PS) 와 Access Shelf(AS) 로나누어서구현한다 [ 그림 3]. PS는데이터 070 11/12 2011
VOD SPTS Unicast OSS ERM Broadcast Multicast CRAN ER SDV Multicast SPTS Packet Shelf Management LC NSI Data Forwarding LC Route/ Switch Engine PASI Adapter Access Shelf 1 Switch Control LC PASI Adapter Switch Engine DLC 1 Data Processing DLC n Replicator DPIC 1 RF Switch DPIC 1 RF Ports 1-5 DSG-Enabled Headend Controller Data Processing Replicator RF Switch RF Ports 1-5 Internet PacketCable Voice [ 그림 3] 모듈러 CCAP(M-CCAP) 구조 처리와관련된기능을수행하며구체적으로는패킷처리, 흐름제어, QoS 제공및 OSS (Operations Support System) 와의인터페이스를담당한다. AS는 PS에서제공한데이터를특정가입자망을통해전송하는기능을수행한다. 즉 AS는가입자망에따른 MAC(Medium Access Control) 기능과 PHY(Physical Layer) 기능을제공한다. 현재 CCAP 는가입자망으로 HFC 망과 PON 망을고려하고있다. 따라서각각 HFC AS와 PON AS가구현될수있다. 하나의 PS는다수의 AS와연결될수있다. 4. CCAP 관련표준 4.1 CCAP 관련표준 CCAP 는헤드엔드내에서구현된다. 헤드엔드내에서구현되는다른장비들이나외부장비들과의인터페이스를통해서로정보를전송한다. CCAP OSSI[10] 는망초기화, 망오류관리및성능관리를위해 CCAP 와 OSS의인터페이스를규정한다. M-CCAP 에서 PS 와 AS간의인터페이스는 PASI(Packet-Access Shelf ) 에서규정하고있다. ERMI[11] 는 Edge-QAM, M-CMTS, ERM 간의인터페이스를위해정의된규격이며, CCAP 에서는 ERM과 의통신을위해 ERMI 의규격중 ERM에대한등록및제어인터페이스규격의정의가필요하다. CCAP 에서 Edge-QAM 을통한 MPEG 전송스트림의송수신및처리는 EQAM VSI[12] 에서규정하고있다. DRFI[13] 는 E-QAM 과 CMTS 에서하향스트림 RF 인터페이스를규정한표준으로 CCAP 에서도하향스트림 RF 인터페이스를위해 DRFI 를사용한다. 4.2 HFC 망관련표준 HFC 망에서데이터전송을위한표준규격은 DOCSIS 를사용한다. DOCSIS 는 DOCSIS1.0/1.1, DOCSIS 2/0 의규격이있으며, 기존케이블망을통해대용량데이터를전송하기위한기술인채널결합 (Channel Bonding) 기능을중심으로 DOCSIS 3.0 이발표되었다. CCAP 에서는 HFC 망에서데이터전송을위해 DOCSIS3.0 기반기능이구현되어야한다. 이를위해 MAC 프로토콜을규정한 MULPI, 물리계층인터페이스를규정한 PHY, 보안기능을규정한 SEC 표준들의구현이필요하다. 4.3 PON 관련표준 CCAP에서는대용량고속데이터전송을위해 TTA Journal Vol.138 071
< 표 1> CCAP 관련 DPoE 표준 표준명 내용 DPoE-SP-ARCHv1.0 DPoE 망의구조정의 DPoE-SP-MEFv1.0 DPoE Metro Ethernet Forum(MEF) 의이더넷서비스제공을위한규격정의 DPoE-SP-MULPIv1.0 DPoE 망에서 MAC 프로토콜과상위계층프로토콜규격정의 DPoE-SP-OAMv1.0 DPoE 망에서망관리규격정의 DPoE-SP-OSSIv1.0 DPoE 망에서 OSS와관련된인터페이스정의 DPoE-SP-PHYv1.0 DPoE 망에서 EPON 물리계층인터페이스정의 DPoE-SP-SECv1.0 DPoE 망에서보안관련규격정의 EPON 을수용하고있으며, CCAP 와 EPON 의규격은 DPoE[9] 라는표제아래다수의표준으로발표되었다. 5. 맺음말시청자들의요구사항이다양해지고경쟁망기술이급격하게발전함에따라 MSO 및케이블망장비사업자들은시청자들의요구사항의수용및기술발전을위한다양한노력을하고있다. 케이블망은대용량브로드캐스트 / 내로캐스트서비스제공, 케이블방송망 (CATV) 과 DOCSIS 기반케이블데이터망의통합, 다양한가입자망 (HFC, PON, 이동통신망 ) 인터페이스제공등의방향으로진화하고있다. CCAP 는케이블망의진화의핵심적인역할을담당하는장비로제시되고있다. 특히케이블망은케이블방송망과케이블데이터망의통합과광네트워크와접목을통해새로운대용량통신서비스를제공하고다양한사용자인터페이스를제공하기에 MSO 뿐만아니라네트워크장비사업자들에게는 CCAP 에대한기술개발및장비의개발이필수적이다. 따라서국내에서도 CCAP 에대한연구및기술개발을통해 NG-AP 에대한핵심기술을선점하고, 향후케이블망의진화에빠르게대응하는것이필요하다. [ 참고문헌 ] [1] 이호숙, 최동준, NG-HFC: 케이블망전송기술의진화동향,ʼ 주간기술동향제1517 호, pp.1~17, 2011.10. [2] IP Migration strategies for Cable Video Part1 Series Introduction: Market Drivers and Technical Challengesʼ ARRIS Whitepaper, Aug. 2011. [3] Analyzing Cable IP Distribution Network Migration Strategies Part2 Preparing to Implement IP Cable TV Servicesʼ ARRIS Whitepaper, Aug. 2011. [4] Mike Robuck, CMAP: Next-gen platform,ʼ CED Magazin, Sep. 2010. [5] CMAP Architecture,ʼ CM-TR-CMAP-V01-101222, CableLabs, Dec. 2010. [6] Converged Cable Access Platform Architecture,ʼ CM-TR- CCAP-V02-110614, CableLabs, June 2011. [7] DOCSIS 3.0 MAC and Upper Layer Protocols Specification,ʼ CM-SP-MULPIv3.0-I16-110623, CableLabs, June 2011. [8] IETF RFC4741, NETCONF Configuration Protocol, December 2006. [9] http://www.cablelabs.com/dpoe/specifications/index.html [10] Converged Cable Access Platform Operations Support System Specification,ʼ CM-SP-CCAP- OSSI-I01-110930, CableLabs, Sep. 2011. [11] Edge Resource Manager Specification,ʼ CM- SP- ERMI-I04-110623, Nov. 2011. [12] Edge QAM Video Stream Specification,ʼ CM- SP-EQAM-VSI-I01-081107, CableLabs, Nov. 2008. [13] Downstream RF Specification,ʼ CM-SP- DRFI-I11-110210, CableLabs, Feb. 2011. 072 11/12 2011