8 모바일 IPTV 멀티캐스트전송및서비스기술동향 경북대학교고석주 * 한국전자통신연구원엄태원 이현우 1. 서론 1) 최근국내외적으로 IPTV 서비스기술및표준화에대한관심이급격히증대되고있다. 국내에서는이미 IPTV 서비스가다양한부가서비스와함께제공되고있고, 국제적으로는관련표준기술선점을위한경쟁이치열하게전개되고있다 [1]. 특히, 최근에는무선 / 이동통신망에서 IPTV 서비스제공을위한 모바일 IPTV 서비스기술에대한논의가한창진행중이다. 이에본고에서는모바일 IPTV 서비스를위해요구되는표준기술들에대하여알아보고, 각주요기술의표준화현황을살펴보고자한다. 먼저, 이동통신망에서모바일 IPTV/ 멀티캐스트서비스제공을위해요구되는다양한기술들을 네트웍전송 (bearer) 기술과 서비스관리 (system) 기술을분류하면그림 1과같다. 모바일 IPTV 핵심기술은 IP 멀티캐스팅기술이다. 이를위해 IETF 에서표준으로제정한멀티캐스트라우팅프로토콜과 IGMP 기술이요구된다. 이동통신접속망에서의멀티캐스트전송을위한 네트웍전송 그림 1 모바일 IPTV 기술의분류 * 종신회원 본연구는지식경제부및한국산업기술평가관리원의 IT 핵심기술개발사업의일환으로수행하였음 [2008-S-006-02, 유무선환경의개방형 IPTV(IPTV 2.0) 기술개발 ]. 기술로는 MBS(WiMAX), MBMS(3GPP), BCMCS(3GPP2), DVB-H (DVB 포럼 ) 등이있다. 아울러, 시스템차원의 서비스관리 기술로는퀄컴사의 MediaFLO, OMA 포럼의 BCAST, DVB 포럼의 CMBS 등이있다. 2. 이동통신멀티캐스트전송기술이동통신망에서멀티캐스트데이터전송을위해서는다음 2가지기술이요구된다. IP 멀티캐스트데이터전송기술 무선접속망 ( 링크계층 ) 에서의멀티캐스트데이터전달기술 2.1 IP 멀티캐스트기술인터넷망에서의멀티캐스트데이터전송을위해서는먼저서브넷 (subnet) 에서의시그널링기술인 IGMP (IPv4)/MLD(IPv6) 기술과라우터간멀티캐스트트리 (tree) 구성을위한멀티캐스트라우팅프로토콜기술이요구된다 [2,3]. 2.1.1 IGMP/MLD IGMP(Internet Group Management Protocol) 와 MLD (Multicast Listener Discovery) 프로토콜은각각 IPv4 및 IPv6 서브넷망에서, 호스트와라우터간에수행되는시그널링기술로서, 라우터로하여금서브넷호스트의그룹멤버쉽 (membership) 정보를파악할수있도록한다. 그림 2에서알수있듯이, 라우터는 IGMP Query 메시지를전송하여서브넷호스트들이어떤그룹 ( 멀티캐스트 ) 주소에가입하고있는지를파악한다. 각호스트는 IGMP 멤버쉽메시지로응답한다. IGMP 는또한그룹탈퇴의경우에도사용된다. IGMP 를통해호스트의그룹멤버쉽정보를파악한라우터는, 상위의라우터에게멀티캐스트데이터전송을요청하고, 이에따라멀티캐스트트리가구성되는데, 이를멀티캐스트라우팅프로토콜이라한다. 모바일 IPTV 멀티캐스트전송및서비스기술동향 67
그림 2 IGMP 시그널링 그림 3 데이터 전송을 위한 라우터간 멀티캐스트 트리 2.1.2 멀티캐스트 라우팅 프로토콜 특정 멀티캐스트 주소에 대하여 IGMP/MLD 프로토 콜을 사용하여 멤버를 확인한 라우터들은 데이터 전 송 및 전달을 위해 트리를 구성한다. 그림 3은 멀티캐 스트 라우터(MR)간 멀티캐스트 트리 구성 예제이다[3]. 멀티캐스트 라우팅 프로토콜은 라우터간 트리구성 을 위해 사용되는 시그널링 프로토콜로서 트리 구성 방식 및 세부 알고리즘에 따라 다양한 프로토콜이 제 안되어 왔다. 이 중에서 특히 다음 프로토콜이 주로 사용되고 있다. PIM-SM(Protocol Independent Multicast - Sparse Mode) PIM-SSM(PIM - Source Specific Multicast) 2.2 무선망 멀티캐스트 기술 무선/이동통신망에서 멀티캐스트 데이터 전송을 위 해서는, IP 계층의 멀티캐스트 기술 외에도 무선 링 크계층에서의 멀티캐스트 전송 기술이 요구된다. 이러 한 무선망 멀티캐스트 기술은 하부 무선 접속망 기술 별로 다르게 정의되어야 하므로, 각 해당 표준화 기 구에서 관련 표준기술 개발이 진행되어 왔다. 2.2.1 3GPP/MBMS 3GPP 이동통신망에서 멀티캐스트 기술 표준을 MBMS 그림 4 3GPP/MBMS 시스템 구성도 68 2009. 8. 정보과학회지 제27권 제8호
그림 5 3GPP 이동통신서비스 제공방식 (Multimedia Broadcast Multicast Services)라 한다. 본 래 MBMS는 3GPP의 무선망 접속기술인 W-CDMA, HSPA에서 논의된 기술이며, 최근에 제안되고 있는 LTE(Long Term Evolution) 혹은 LTE Advanced 접속 기술을 대상으로는 embms(evolved MBMS) 기술이 개 발 중에 있다[4]. 그림 4는 MBMS 기반 멀티캐스트 시스템 구성도이다. 상기 그림을 토대로 MBMS 시스템의 주요 특징을 정리하면 다음과 같다. 기존 무선망구간은 1-1 유니캐스트 전송만 허용 하는 반면에, MBMS는 무선구간에서 1-N 멀티캐 스트 전송을 위해 Uu 인터페이스를 새로이 정의함. MBMS 서비스 관리 및 데이터 전송 제어를 위해 BM-SC (Broadcast Multicast - Services Center) 노드를 도입하고, SGmb(제어 평면) 및 SGi(데이 터 평면) 인터페이스를 정의함. SGmb 인터페이스는 멀티캐스트 사용자 가입/관 리, 세션 가입/등록/관리 등의 서비스 제어 기 능을 제공한다. 반면에, SGi 인터페이스는 PDN Gateway(라우터)간 멀티캐스트 데이터 전송을 위 한 것으로, 멀티캐스트 라우팅 프로토콜 등이 SGi 인터페이스로 사용됨. 다음 그림 5는 3GPP 이동통신시스템에서 MBMS 적 용 시나리오를 보여준다. 기존 VoD 서비스는 PDN 게 이트웨이 등을 통해 제공되는 반면에, 멀티캐스트 서 비스는 BM-SC와 MBMS 게이트웨이를 통해 제공된다. 2.2.2 3GPP2/BCMCS 3GPP2에서도 MBMS와 유사한 BCMCS(Broadcast Multicast Services) 표준기술을 개발하고 있다. 3GPP2/ 그림 6 3GPP2/BCMCS 시스템 구성도 BCMCS 표준은 CDMA 접속망에서 멀티캐스트 전송 지 원을 위한 무선접속 규격을 정의하고, 그림 6과 같은 시스템 구성요소를 정의한다[5]. 그림에서 멀티캐스트 서비스 제공을 위해 BCMCSC (BCMCS Controller)와 BSN(BCMCS Supporting Node) 노드가 정의된다. BCMCSC는 멀티캐스트 세션관리, 사 용자 접속, 인증 등의 제어 기능을 수행한다. 반면에 BSN 노드는 멀티캐스트 라우팅을 활용하여 CS(Contents Server)로부터 멀티캐스트 데이터를 전송받는다. 3GPP/MBMS 및 3GPP2/BCMCS 시스템을 비교하면, MBMS 시스템의 BM-SC 노드는 BCMCS 시스템의 BSN 노드와 BCMCSC 노드 기능을 동시에 제공한다. 2.2.3 WiMAX/MBS MBS(Multicast Broadcast Services) 기술은 IEEE 802.16e 무선 접속망에서 멀티캐스트 전송을 지원하는 표준기술이다. WiMAX 포럼에서 관련 표준을 개발 중에 있으며, 최근에는 IMT Advanced 기술로 알려진 IEEE 802.16m 접속기술에서 멀티캐스트 전송을 지원하 는 enhanced MBS (e-mbs) 표준이 개발되고 있다[6]. 그림 7은 WiMAX/MBS 네트웍 구성도를 보여준다. CSN의 멀티캐스트 서버에서 ASN의 게이트웨이까지 모바일 IPTV 멀티캐스트 전송 및 서비스 기술동향 69
그림 7 WiMAX/MBS 네트웍 구성도 그림 8 WiMAX/MBS 인터페이스 는 멀티캐스트 라우팅 프로토콜에 따라 트리가 구성 되고 데이터 전달이 이루어진다. 무선 구간에서의 멀 티캐스트 전송을 위해 MCID(Multicast Connection ID) 가 정의되었다. 동일한 MCID가 여러 개의 기지국(BS) 에 걸쳐 사용될 수 있는데, 이러한 지역의 모음을 MBS Zone이라 한다. MBD Zone은 고유의 ID로 식별되며, macro diversity 안테나 기술을 사용하여 구현된다. 그림 8은 WiMAX 노드에서 MBS 기능이 요구되는 인터페이스를 도시하고 있다. R1 인터페이스의 MBS 기능은 IEEE 802.16에서 정의되는 반면에, 나머지 인 70 2009. 8. 정보과학회지 제27권 제8호 터페이스들(R2~R5)은 IP 멀티캐스트와 관련되어 있 고, WiMAX포럼에서 작업되고 있다. 2.2.4 DVB/DVB-H 앞선 3가지 기술은 이동통신망에서의 멀티캐스트 기술인 반면에, DVB(Digital Video Broadcasting) 포럼 에서는 방송망에서의 멀티캐스트 기술을 위해 DVB-H (hand-held) 기술을 개발하였다. DVB-H 기술은 DVB-T (Terrestrial) 기반 휴대형 단말기에 방송 서비스 제 공을 위해 휴대 단말기 전력소모 최소화 기술과 안정 적인 이동수신을 위한 오류 정정(error correction) 기
그림 9 MediaFLO 기술 개요 술을 추가한 규격이다. DVB-H 단말은 GPRS/UMTS 등의 이동통신망에도 접속할 수 있다. 3. 모바일 IPTV 서비스 제공 기술 지금까지 무선망에서의 멀티캐스트 전송기술에 대 하여 살펴보았다. 실제 모바일 IPTV 서비스 제공을 위 해서는 서비스 관리 및 가입자 인증 등의 기술이 필 요하며, 크게 다음 3가지 기술이 논의되고 있다. 3.1 Qualcom/MediaFLO MediaFLO(Forward Link Only) 기술은 미국 퀄컴사 가 제안한 독자적인 휴대 방송기술이다. 순방향(forward) 멀티캐스트 방송서비스를 위해 국내 지상파 방송사들의 VHF 주파수 대역의 방송망을 그대로 사 용하면서, 역방향(backward) 유니캐스트 전송은 CDMA 이동 통신망을 사용하는 기술로서, 일종의 방송과 통 신 융합 모델로 볼 수 있다[7]. 그림 9는 MediaFLO 기술의 개념도를 보여준다. 멀티캐스트 컨텐츠는 NOC 센터에서 송출되어 지 상파 방송채널을 통하여 각 휴대단말에 전송된다. 만 약 멀티캐스트 컨텐츠에 대하여 역방향 데이터 전송 이 필요한 경우, 휴대 단말은 이동통신망을 활용하여 데이터를 전송한다. MediaFLO와 관련된 주요 노드의 기능은 다음과 같다. National Operations Center (NOC): MediaFLO 시스템의 중심 역할: 과금, 분배, 컨 텐츠 관리 Local Operation Centers (LOC) NOC의 지역적 역할: 지역적인 컨텐츠 관리 FLO Transmitters 이동단말에 컨텐츠를 전달하기 위한 FLO waveform 전송기능 수행 그림 10 OMA/BCAST 프로토콜 스택 3.2 OMA/BCAST OMA 표준기구에서 개발중인 BCAST 표준기술 작 업은 BAC(Browser and Contents) WG 산하의 서브그 룹에서 진행되고 있다. 방송서비스 지원을 위한 시스 템 기술로서, 방송형, 대화형, 혼합형 서비스를 모두 지원한다[8]. OMA/BCAST 관련 서비스 프로토콜 스택은 그림 10 과 같다. OMA/BCAST에서는 기존 3G 이동통신망 뿐만 아니 라, MBMS, BCMCS의 멀티캐스트 이동통신망과 DVB-H 방송통신망을 모두 고려하고 있다. OMA/BCAST 표준 은 IP 기반의 멀티캐스트 방송서비스 제공을 위한 서 비스 관리 프레임워크를 제공한다. 그림 11은 BCAST 방송서비스 제공을 위한 기능구 조를 보여준다. 그림 12는 OMA/BCAST에서 제공되는 기능 및 절차 를 보여준다. 서비스 안내 및 방송 데이터 전송은 모 바일 방송망(MBMS, BCMCS 등)을 통해 이루어지고, 로밍, 핸드오버 및 보안 기능은 1-1 유니캐스트망 (interaction network)을 통해 제공된다. 3.3 DVB/CBMS 한편 방송사업자 중심의 DVB 포럼에서는 OMA/ BCAST와 유사한 CBMS(Convergence of Broadcast and Mobile Services) 표준을 개발하였다. CBMS는 BCAST 와 유사한 서비스 관리 프레임워크를 제공한다[9]. 모바일 IPTV 멀티캐스트 전송 및 서비스 기술동향 71
그림 11 BCAST 방송서비스 제공 구조 그림 12 DVB/CBMS 프로토콜 스택 4. 결론 및 향후이슈 그림 13 DVB/CBMS 프로토콜 스택 그림 13은 DVB/CBMS 관련 서비스 프로토콜 스택 을 보여준다. CBMS 표준은 DVB-H 기반의 방송망을 통해 멀티캐스트 서비스를 제공하고, 기존 3G 이동 통신망을 통해 유니캐스트 서비스를 제공한다. 72 2009. 8. 정보과학회지 제27권 제8호 지금까지 이동통신망에서의 모바일 IPTV 서비스 표 준기술에 대하여 살펴보았다. 모바일 IPTV 표준기술 은 멀티캐스트 전송을 위한 네트웍 전달 기술과 서 비스 보급 및 가입자 관리를 위한 서비스 관리 기술 로 구분해 볼 수 있다. 네트웍 전달기술의 경우 IETF 에서 개발한 IP 멀티캐스트 전송을 다양한 무선/이동 통신망에서 지원하기 위해 MBMS(3GPP), BCMCS(3GPP2) 및 MBS(WiMAX) 등의 표준기술이 개발 중에 있다. 모바일 IPTV 서비스 관리 기술의 경우, OMA의 BCAST 표준과 DVB 포럼의 CBMS 표준이 개발되었다. 두 가지 표준 모두 사업자 관점에서 멀티캐스트 서
비스제공및보급에필요한프레임워크를제공하고있다. 또한, 퀄컴사의 MediaFLO 의기술에서는순방향방송서비스는기존의지상파방송기술을사용하고, 역방향유니캐스트전송은기존이동통신망을사용하는구조를채택하고있다. 현재까지유선 IPTV 기술및서비스는활발히보급되어어느정도성장궤도에올라있으나, 이동통신망에서의모바일 IPTV 기술의경우관련핵심표준기술개발및서비스보급등이아직미비한실정이다. 특히, 멀티캐스트이동성및보안제공을위한표준기술개발이요구되며, 나아가 DMB, DVB 등의기존방송서비스와모바일 IPTV 와의차별화를통한모바일 IPTV 수익모델발굴이필요할것으로보인다. 참고문헌 [ 1 ] ITU-T IPTV-GSI (Global Standard Initiative), http:// www.itu.int/itu-t/gsi/iptv/ [ 2 ] IETF (Internet Engineering Task Force), http:// www.ietf.org/ [ 3 ] IETF MBONE Deployment WG, http://www.ietf.org/ html.charters/mboned-charter.html [ 4 ] 3GPP Homepage, http://www.3gpp.org/ [ 5 ] 3GPP2 Homepage, http://www.3gpp2.org/ [ 6 ] WiMAX Forum, http://www.wimaxforum.org/ [ 7 ] Media FLO(Forward Link Only), http://www.mediaflo.com/ [8] Open Mobile Alliance (OMA), http://www.openmobilealliance.org/ [ 9 ] DVB Forum, http://www.dvbforum.com/ 고석주 1988~1992 KAIST 경영과학과공학사 1992~1994 KAIST 경영과학과공학석사 1994~1998 KAIST 산업공학과공학박사 1998~2004 ETRI 표준연구센터선임연구원 2004~ 현재경북대학교전자전기컴퓨터학부부교수 2000~ 현재 ITU-T SG13 및 JTC1/SC6 Editor 관심분야 : 미래인터넷, 이동성제어, SCTP, 멀티캐스트 E-mail : sjkoh@knu.ac.kr 엄태원 1994~1999 홍익대학교전기전자공학과공학사 1999~2000 ICU 공학부공학석사 2000~2006 ICU 공학부공학박사 2006~ 현재 ETRI 방송통신융합연구부문선임연구원 2005~2009 ITU-T SG13 Q.2 Editor 관심분야 : IPTV, 이동성제어, 광인터넷 E-mail : twum@etri.re.kr 이현우 1993 한국항공대학교항공전자공학과공학사 1995 한국항공대학교대학원정보통신공학과공학석사 2005 한국항공대학교대학원정보통신공학과공학박사 1995~현재한국전자통신연구원 IPTV인프라연구팀팀장관심분야 : 서비스제어기술, 통신망연동, 트래픽혼잡제어 E-mail : hwlee@etri.re.kr 모바일 IPTV 멀티캐스트전송및서비스기술동향 73