<C2F7BCBCB4EB20B9ABBCB120B3D7C6AEBFF6C5A928C3D6C1BEBABB295FBCF6C1A42E687770>

차세대 무선네트워크와 플랫폼 이 호 연, 문 봉 교 동국대학교 컴퓨터공학과 hoy8318@dongguk.edu, bkmoon@dongguk.edu 1. 서론 2. 차세대 무선네트워크 기 술 2.1. 차세대 무선 LA N 2.2. 무선 mesh 네트워크 2.3. 3G 네트워크의 진화 2.4. IEEE 802.16 2.5. IEEE 802.20 2.6 4G 네트워크 3. 차세대 무선네트워크를 위 한 플랫폼 3.1. IMS (IP Multimedia Subsystem) 3.2. 4G Platform 3.3. Ambient Networks 4. 결론 1. 서 론 최근 이동통신기술은 거의 10년을 단위로 세대가 바뀌면서 눈부신 발전을 거듭하고 있다. 특히 최근 유선과 무선 네트워크가 통합되고 방송과 통신의 구분이 모호해지면서 대용량 데 이터를 초고속으로 전송할 수 있는 형태로 새로운 기술에 관심이 집중되고 있다. 또한 통신 매체에 있어서는 유선통신 서비스 시장은 정체되고 있는 반면 무선 네트워크를 사용하는 이 동통신의 수요는 빠르게 증가하고 있는 상황이다. 즉, 소비자들은 무선을 기반으로 고품질의 음성통신은 물론 더 빠르고 더 방대한 용량의 데이터를 자유롭게 주고받기를 원하고 있는 것이다. 이러한 시장 환경은 보다 진화된 새로운 형태의 차세대 무선 네트워크의 등장을 요 구하고 있다. 한편 음성, 데이터, 영상 등을 포함하는 멀티미디어 서비스를 전세계적으로 제공할 목적으로 개발된 IMT-2000은 지역마다 서비스를 실현하는 기술방식이 다르고 국가나 지역마다 사용

하는 주파수 대역이 달라 글로벌 로밍을 완벽하게 실현하는데 근본적으로 한계가 있었다. 그리하여 이동통신시장에서는 3세대 또는 3.5세대 이동통신 서비스가 자리를 잡기도 전에 일찌감치 4세대 이동통신에 대한 논의가 나오고 있다. 그 주된 이유는 글로벌 로밍을 위한 문제뿐만 아니라 폭발적으로 증가하는 멀티미디어 트래픽을 수용하는데 한계가 있으며, 완 전한 통합 이동통신 네트워크가 아니므로 사용자와 사업자 모두 고비용을 지불해야만 하기 때문이다. 4세대 이동통신은 2010년 이후 상용화를 목표로 표준화 및 기술개발이 활발하게 진행되고 있다. 4세대 이동통신의 비전을 실현시키기 위하여 논의되고 있는 주요기술로는 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), SDR (Software Defined Radio), 스마 트 안테나 (Smart Antenna) 그리고 All-IP (Internet Protocol) 등을 들 수 있다. 4세대 이동통신의 구현을 위한 국제기구와 세계 각국의 표준화 및 기술 개발현황을 살펴보 면 국제연합의 ITU, 유럽의 WWRF(Wireless World Research Forum), 일본의 mitf(mobile IT Forum), 중국의 FuTuRE(Future Technologies for Universal Radio Environment) 등을 들 수 있다. ITU-R의 WP8F의 계획은 먼저 Beyond IMT-2000의 주파 수를 할당받고, 2010년까지 무선접속 기술의 요구사항 및 표준화작업을 마무리하여 서비스 를 시작한다는 목표를 가지고 있다. EU의 WWRF는 유럽의 이동통신 제조업체, 사업자, 대 학교 등등이 주로 참여하여 IMT2000 이후의 무선통신연구를 목표로 하고 있다. 2001년 만 들어진 중국의 FuTuRE 프로젝트는 방송 네트워크, 셀룰러 네트워크 및 무선 LAN의 통합 에 의한 4세대 시스템의 개발을 목표로 두고 있다. 국내에서는 ETRI와 삼성전자가 독자적 으로 4세대 기술 개발을 선도하고 있으며, 정부가 산학연 공동체로 Vision 위원회를 구성하 여 전반적인 4세대 이동통신의 기술개발과 표준화를 추진하고 있다. 4세대 이동통신은 단순히 이동전화의 개념을 넘어 유비쿼터스 세계로 가는 길목이며, 향후 무한한 비즈니스의 가능성을 여는 중요한 단서가 될 것이기 때문에 차세대 이동통신 기술을 선점하고 상용화하기 위한 전략 개발은 매우 중요한 과제일 것이다. 본 논문에서는 우선 2 장에서는 기존 무선네트워크 기술의 진화 과정에 대해 살펴보고 4G로 가기 위한 길목에서 새롭게 출현한 차세대 무선네트워크 기술을 알아본다. 3장에서는 향후 다가올 4G네트워크를 위해 여러 가지 차세대 무선네트워크 기술들이 상호 운용될 수 있는 플랫폼에 대해 살펴본 다. 2. 차세대 무선네트워크 기술 무선네트워크는 크게 WLAN으로 대표되는 이동성 없는 무선(local-area network)과 셀룰러 망으로 대표되는 이동성 있는 무선네트워크(wide-area network)로 나뉜다. WLAN의 경우 저렴한 비용으로 초고속 인터넷을 즐길 수 있지만 이동성을 제공하지 않는 다는 단점이 있

다. 반면, 셀룰러망의 경우 이동성은 좋지만 비싼 비용과 낮은 데이터 전송률이라는 한계를 갖고 있다. 현재 무선네트워크 기술을 바탕으로 초고속 인터넷을 가능하게 하는 차세대 무 선네트워크에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 본 절에서는 우선 IEEE 기구에서 제정하여 현재 널리 보급된 기술인 802.11b 11Mbps급 무선 LAN 시스템에서 54Mbps급인 고속 무선 랜 기술과 100Mbps급 이상의 무선 랜 기술 표준안들을 살펴본다. 그리고 기존의 3G 네트워크의 진화하는 모습들과 무선 기술을 Broadband Network로 확장시킨 IEEE 802.16 계열의 표준 개발 현황 및 IEEE 802.20 같은 Wireless MAN 기술에 대해서도 살펴본다. 그림 1과 표 1은 적용 영역별 무선 네트워크 기 술과 그 표준안에 대해 보여준다. 가장 작은 범위인 PAN에서부터 아직 표준화가 진행되지 않는 WAN까지 나타내고 있다. 본 절에서는 IEEE 802.15 시리즈의 무선 PAN에 대한 자세 한 내용은 논의 대상에서 제외하기로 한다. WAN (Wide Area Network) MAN (Metropolitan Area Network) LAN (Local Area Network) PAN (Personal Area Network) 그림 1 무선 네트워크의 유형과 커버리지 영역 PAN LAN MAN WAN Standards Bluetooth 802.11 HiperLAN2 802.16 MMDS, LMDS GSM, GPRS, CDMA, 2.5-3G Speed < 1Mbps 11 to 54 Mbps 11 to 100+ Mbps 10 to 384Kbps Range Short Medium Medium-Long Long Applications Peer-to-Peer Device-to-Device Enterprise networks T1 replacement, last mile access PDAs, Mobile Phones, cellular access 표 1 무선 네트워크의 유형 별 특 징

2.1 차세대 무선 LAN WLAN (Wireless LAN)은 비교적 낮은 가격으로 높은 데이터 전송률을 제공하기 때문 에 세계적으로 널리 사용되고 있는 무선네트워크 기술 중 하나이다. IEEE 802.11의 WLAN 은 유선 이더넷을 대체하는 단계에서 벗어나 상용 무선통신기술을 위한 다양한 기술표준으 로 진화하고 있다. WLAN 서비스는 초기 2.4 GHz 대역에서의 IEEE 802.11b 기술을 기반으 로 최대 11Mbps로 전송할 수 있었다. 하지만 멀티미디어 트래픽의 증가 및 인터넷 의 발전 으로 보다 높은 전송속도가 필요하게 되었고 이로 인해 55Mbps의 전송속도를 가진 5GHz 대역의 IEEE 802.11a기술과 2.4 GHz 대역의 IEEE 802.11g기술이 표준화 되었다. 결과적으 로 WLAN의 표준 규격인 IEEE 802.11, 802.11b, 802.11a/g는 각각 2Mbps, 11Mbps, 54Mbps 의 전송률을 지원한다. 최근에 IEEE 802.11 WG (Working Group)은 WLAN에서 더 높은 처리량과 향상된 속도를 제공하기 위하여 802.11n Task Group을 구성하였다. 즉 IEEE 802.11n 표준에서는 100Mbps의 전송속도를 가진 차세대 무선 LAN기술을 표준화하고 있다. 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n Standard Approved Sept. 1999 Sept. 1999 June 2003 May 2009 Available Bandwidth 83.5 MHz 580 MHz 83.5 MHz 83.5/580 MHz Frequency Band of Operation 2.4 GHz 5 GHz 2.4 GHz 2.4/5 GHz # Non-Overlapping Channels (US) 3 24 3 3/24 Data Rate per Channel 1 11 Mbps 6 54 Mbps 1 54 Mbps 1 600 Mbps Modulation Type DSSS, CCK OFDM DSSS, CCK, OFDM DSSS, CCK, OFDM, MIMO 표 2 IEEE 802.11 WLAN 주요 표준 - IEEE 802.11n 기존의 WLAN은 빠른 속도를 목표로 설계되었지만 속도가 빨라질수록 그에 따른 오버헤드 도 증가하여 결국 속도의 향상에는 한계가 있었다. 따라서 802.11n 표준에서는 속도 향상을 목표로 하지 않고 대신 데이터 처리량(throughput)에 중점을 두고 PHY 계층과 MAC 계층 을 정의하고 있다 [2]. 2002년 7월에 WLAN의 처리량 향상을 주제로 IEEE 802.11 HTSG(High Throughput Study Group)가 구성되었고, 2003년 9월에 HTSG를 대체하는 새로운 IEEE 802.11n Task

Group(TGn)의 첫 공식 회의가 열렸다. 802.11n은 기존의 802.11 표준을 바탕으로 MIMO 기 술을 추가하여 2.4GHz와 5GHz 주파수 대역에서 최대 540Mbps 전송 속도를 지원한다. 이 는 802.11b보다 50배, 802.11a/g보다 10배 정도 향상된 성능이다. 802.11g의 경우 Half Duplex 방식을 사용하여 송신과 수신이 동시에 일어날 수 없고 비효율적인 MAC 계층으로 인해 실제 사용자의 체감 속도는 54Mbps의 절반 수준인 20Mbps 정도로 감소한다. IEEE 802.11n TGn은 2006년 11월 802.11n draft 1.06을 승인하였고, 2007년 1월에 draft 2.0 을 발행하였다. IEEE 802.11 WG은 2009년 5월에 802.11n 표준을 공표할 계획이다[4][5]. 그 림 2는 WLAN을 이용하여 30분 분량의 HD 비디오 파일을 전송했을 때 걸리는 시간을 비 교한 도표이다. 802.11b를 사용할 경우 42분이 걸리지만 MIMO 기술을 사용하는 802.11n의 경우 1분도 채 걸리지 않는다[3]. 그림 2 최적의 조건에서 30분 분량의 HD 비디오 전송 시간 2.2 무선 Mesh 네트워크 IEEE 802.11의 TGs (Mesh SG)에서는 WLAN 기반의 무선 메쉬 네트워크의 표준화가 진 행되고 있다. 또한 IEEE 802.16에서도 메쉬 토폴로지를 사용하는 경우에 대하여 옵션사항으 로 표준화가 제정되어 있다. 그 밖에 IETF의 MANET그룹에서는 Ad-hoc 라우팅에 대한 표준화와 관련하여 무선 메쉬(mesh) 네트워크에 대한 표준화를 진행하고 있으며 IEEE 80 2. 15 TG 5에 서 도 홈 네트워킹 을 위한 무선 PA N 환 경 에서 무선 메쉬 네트워크 기 술에 대한 표준화를 추진중에 있다. 다음 그림 3은 무선 mesh 네트워크의 전형적인 예를 보여준다.

그림 3 홈 네트워킹 환경 에 서 무선 m es h 네트워크 - 기업형 무선 LAN 메쉬 네트워크 기업형 무선 LAN을 이용하여 메쉬 네트워크를 구축하면 제한된 출력을 확장하여 서비스 영역 및 통신 전송량을 높일 수 있다. 또한 무선 네트워크 기능을 탑재한 무선 LAN AP는 네트워크의 자동 설정 (self configuration)이나 자동 관리 (self management) 기능을 이용하 여 메쉬 링크간의 신뢰성 있는 전송과 자동 라우팅을 할 수 있어야 한다. 즉, 전원이 연결 되면 스스로 네트워킹이 가능하게 함으로써 간편한 설치와 효율적인 관리를 할 수 있게 된 다. - 공중 무선 LAN 메쉬 네트워크 공중 무선 LAN 메쉬 네트워크 기술을 이용하면 제한된 서비스 영역과 통신 서비스 품질을 높여 새로운 서비스 시장을 창출할 수 있다. 특히, VoIP와 같은 서비스가 공중 무선 메쉬 네트워크 기술과 통합될 경우 기존 이동통신 서비스 영역에 큰 영향을 줄 수 있으며, 차세 대 이동통신의 영역을 대체할 수도 있게 된다. 다만, 공중 무선 LAN 환경에서 무선 메쉬 네트워크 기술을 적용할 경우, 무선 메쉬 홉(hop)의 수에 따른 throughput 저하의 문제가 발생할 수 있다. 이를위해 다중 채널을 통한 통신방식을 통해 이를 해결하기 위한 연구가 진행 중이다. - 고정접속 무선 메쉬 네트워크

IEEE 802.16을 중심으로 고정접속 무선 메쉬 네트워크 기술에 대한 표준화가 이루어졌고, 북미를 중심으로 무선 메쉬 네트워크 기술을 활용한 광대역 고정접속 서비스가 이루어지고 있다. 이러한 기지국과 가입자 간의 LOS (Line of Sight) 환경이 중요한 고정통신 무선 메 쉬 네트워크 기술은 점대다(point-to-multipoint)의 제한된 구축환경에서 가입자국간의 LOS 만으로도 서비스가 가능하므로 망 구축에 많은 유연성을 제공할 수 있다. 또한, 지형적 장애 물이 있더라도 가입자 국간의 메쉬 네트워킹을 통한 넓은 서비스 영역을 가질 수 있어, 경 제적인 망 구성이 가능하다. 그림 4 복잡한 도심에서의 무선 메쉬 네트워크의 예 2.3 3G 네트워크의 진화 이동통신 기술은 GSM과 CDMA로 대표되는 2G를 지나 3GPP의 WCDMA와 3GPP2의 CDMA2000 계열로 나뉘어 3G 기술로 발전하였다. 현재 3G 진영에서는 4G로 가기 위한 길 목에서 활발한 진화과정이 일어나고 있다. - 3GPP LTE (Long Term Evolution) 3GPP LTE(Long Term Evolution)은 현재 3GPP에 의해 Release 7과 함께 진행되고 있는 프로젝트로(Release 8) 2007년 12월에 표준규격을 완성할 계획이다. IMT-2000 진화의 첫 단계라고 할 수 있는 HSDPA가 중장기적 계획이라면 LTE는 날로 증가하는 이동통신에 대 한 사용자의 요구에 부합할 수 있도록 효율성과 서비스의 향상, 낮은 가격, 다른 표준들과의

통합을 목표로 하여 향후 10년 이후를 내다보는 장기적 계획이라고 할 수 있다. LTE의 air interface E-UTRA(Evolved UTRA)는 다운링크 시 OFDMA를 사용하고 업링크 시에는 SC-FDMA(Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) 기술을 사용한다. 또한, 기지국 당 안테나를 4개까지 사용하는 MIMO 기술을 채택하였다. 3GPP LTE의 요구 사항 은 다음과 같다[14]. 최대 데이터 전송률 : 20MHz 대역폭에서 다운링크 100Mbps, 업링크 50Mbps의 속도 지연 시간 : 휴식(camped) 상태에서 활동(active) 상태 또는 수면(dormant) 상태로 상 태 변이 시 100ms 이하, 수면 상태와 활동 상태 간에는 50ms 이하의 지연 시간 그림 5 상태 변이 지연 시간 수용력 : 5MHz까지의 대역폭에서 셀 당 활동 상태에 있는 사용자 최소 200명 지원 전송 속도 : 다운링크 시 HSDPA의 3-4배, 업링크 시 2-3배 이동성 : 0-15km/h에 최적화, 15-120km/h에서 좋은 성능, 최대 500km까지 지원 서비스 범위 : 5km 범위를 목표, 30km 이하에서 약간의 성능 저하, 100km까지 지원 주파수 대역 : 1.25MHz/1.6MHz/2.5MHz/5MHz/10MHz/15MHz/20MHz 주파수 대역 뿐만 아니라 3GPP에서는 LTE와 함께 높은 데이터 처리율과 짧은 지연시간을 제공하는 네 트워크 구조를 결정하기 위한 SAE (System Architecture Evolution)가 진행 중에 있다. SAE는 All-IP 기반 네트워크를 바탕으로 다양한 무선 액세스 기술과 이종 네트워크 간 핸 드오버 지원을 목표로 한다. - 3GPP2 UMB (Ultra Mobile Broadband) 3GPP의 LTE와 경쟁하게 될 3GPP2의 기술은 CDMA2000이 발전한 UMB (Ultra Mobile Broadband)라는 명칭의 CDMA2000 1x EV-DO Revision C이다. UMB 시스템은 시스템의 수용력과 데이터 전송 속도 증가, 낮은 가격 및 현재 존재하는 서비스의 향상과 새로운 어

플리케이션을 가능하게 하는데 목적을 두고 있다. OFDMA 기반의 air interface와 FDD 방 식을 사용하며, 1.25MHz-20MHz의 확장 가능한 대역폭을 가진다. OFDMA 시스템은 특히 5MHz 이상의 대역폭에 적합하다. 혼합된 셀 크기(macro-cellular, micro-cellular와 pico-cellular)를 제공하며 TCP/IP 네트워크에서 운영된다. OFDMA와 MIMO, SDMA, BF(BeamForming) 기술을 사용하여 이론적으로 최대 280Mbps 속도를 지원할 수 있다. 퀄 컴이 발표한 2007년 로드맵에 따르면 2008년에 UMB를 공개할 예정이며, 2010년에는 이를 상용화할 것이라고 밝히고 있다 [15]. 2.4 IEEE 802.16 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 또는 Fixed WiMAX라고 불리 는 IEEE 802.16은 wireless MAN (Metropolitan Area Network)에 관한 표준이다. 초창기 IEEE 802.16은 10-66GHz의 인가된 주파수 대역에서 운영되는 광대역 무선시스템이었으나, 2003년 1월 승인된 개정안 802.16a에서 2-11GHz의 낮은 주파수 대역을 제정함으로써 NLOS(Non-Line-of-Sight)이 가능해 졌다. 그 후 2004년 6월 기존의 IEEE 802.16, 802.16a, 802.16c를 개정, 병합한 IEEE 802.16-2004가 승인되었다. 무선이긴 하지만 이동성을 지원하 지 않는 802.16-2004 표준에 이동성을 추가하여 Mobile WiMAX라고 불리는 IEEE 802.16e 또는 802.16e-2005 표준이 2005년말 확정되었다. IEEE 802.16e는 국내의 휴대 인터넷 기술 인 WiBro(Wireless Broadband)를 포함하고 있다. 2005년 10월 결정된 Mobile WiMAX 시스템 프로파일은 OFDMA/TDD 방식을 정의하고, 무선 성능 향상을 위해 MIMO, BF(BeamForming) 기술을 포함하고 있으며, 2006년 11월에 Release 1.0이 발표되었다[6]. Mobile WiMAX 시스템 프로파일을 모두 만족하는 제품의 상 용화는 2007년 말로 예측되고 있으며, WiBro는 이보다 앞선 2006년에 상용화를 시작하였다. Mobile WiMAX는 2.3GHz, 2.5GHz, 3.3GHz, 3.4-3.8GHz의 승인된 주파수에서 운용되며, 1.25MHz-20MHz의 채널 대역폭을 갖는다. 업링크와 다운링크 시 이론상 최대 70Mbps의 속도를 기대 할 수 있으나, 실제로는 2-5km 반경에서 최대 30Mbps의 속도를 제공한다. WiBro는 2.3GHz 대역을 사용하며 이는 최초로 Mobile WiMAX를 위한 주파수 대역을 지 정한 예이다. WiMAX에 이동성을 추가한 Mobile WiMAX는 광대역 통신을 위해 하나의 기 지국으로 고정망 액세스와 모바일 액세스 모두를 가능하게 한다. Mobile WiMAX는 WLAN 의 높은 데이터 전송률과 셀룰러망의 높은 이동성 사이의 중간적 위치를 지향 한다[7].

Backbone Network Routing ACR ACR IP Cloud for L2 Mobility RAS RAS L2 Path Extended L2 Path RAS Extended L2 Path RAS RAS RAS Subnet 1 Subnet 2 MSS MSS MSS MSS (1) Handover using L2 Path Extension (2) (3) Handover over different ACRs using L2 Path Extension 그림 6 IEEE 802.16e (WIBro)의 네트워크 구조의 사례 2.5 IEEE 802.20 2002년 12월 IEEE 표준화 기구에 의해 WG(Working Group)으로 출범한 IEEE 802.20은 원 래 IEEE 802.16 산하의 SG(Study Group)에서 기원하였다. IEEE 802.20은 IP 기반의 서비 스를 효율적으로 전송하기 위한 PHY 계층과 MAC 계층의 명세서를 정하기 위해 만들어졌 다 [8]. MBWA(Mobile Broadband Wireless Access)라고도 불리는 IEEE 802.20은 저렴한 비용으로 다른 시스템과 상호운용이 가능한 모바일 광대역 무선 액세스 네트워크에 대한 표 준을 목표로 두고 있다. 즉, 3.5GHz 이하의 승인된 주파수 대역(500MHz-3.5GHz)을 사용하 며 5MHz 이하의 채널 대역폭(1.25MHz, 5MHz)을 갖는다. 250km/h 이상의 자동차나 기차 에서 다운링크 시 1Mbps (1.25MHz) / 4Mbps (5MHz) 이상, 업링크 시 300Kbps (1.25HMz) / 1.2Mbps (5MHz) 이상의 데이터 전송률을 지원한다. 또한, 실시간 트래픽에 20ms 이하의 지연시간을 보장하여 VoIP 등의 실시간 서비스를 지원하기 알맞다 [9]. IEEE 802.16e와 IEEE 802.20은 태생이 같은 만큼 많은 부분에서 유사점을 보인다. 그러나 궁극적으로 802.16e는 PDA나 laptop을 들고 다니는 보행자 속도에 적합하며, 802.20은 자동 차 속도의 이동성을 제공하는데 목표를 둔다. 표 3에서 802.16e, 802.20 및 3G를 비교하였다

[10]. 3G 802.16e 802.20 부가적인 이동성을 필요로 하 데이터 서비스를 요구하는 음 높은 이동성과 데이터 처리를 는 초고속 무선망 사용자 사용자 성 서비스 사용자 요구하는 사용자 짧은 지연시간의 데이터 서비 짧은 지연시간의 서비스 부족 짧은 지연시간의 데이터서비스 스와 실시간 음성서비스 제공 이동통신 음성 서비스 제공자 고정무선서비스제공자가 서비 무선 데이터 서비스 제공자 - 서비스 (데이터 서비스 지원 고려) 스 향상을 위해 이동성 추가 미개발 분야 개척 제공자 글로벌 이동성과 로밍 제공 지역적 이동성과 로밍 제공 글로벌 이동성과 로밍 제공 기술 WCDMA, cdma2000 802.16a PHY & MAC 확장 패킷에 최적화된 PHY & GSM 또는 IS-41의 진화 고정 기지국과의 호환성 MAC 2.7GHz 이하의 승인된 주파수 2-6GHz 승인된 주파수 높은 이동성 5MHz 이하의 채널 대역폭 5MHz 이상의 채널 대역폭 3.5GHz 이하의 승인된 주파수 circuit 지향 구조 (다운링크 packet 지향 구조 5MHz 이하의 채널 대역폭 시 packet 전송 고려) 멀티미디어서비스 QoS를 보장 packet 지향 구조 모바일 음성 서비스를 위한 채 하기 위한 채널 관리 Mobile IP 기반의 멀티미디어 널 관리 능률적 데이터 전송 서비스를 위한 채널 관리 중간 수준의 다운링크, 낮은 짧은 지연시간 능률적 데이터 전송 수준의 업링크 짧은 지연시간 긴 지연시간 표 3 802.16e, 802.20, 3G 이동통신 표준 비교 2.6 4G 네트워크 1G - 3G가 주로 셀룰러 시스템을 의미하는 반면, 4G는 하나의 특정 액세스 기술이 아닌 셀룰러 시스템과 WLAN 등을 포함한 여러 액세스 기술을 총칭한다. 각각의 액세스 기술은 4G를 이루는 하나의 컴포넌트 역할을 하며 이들 간의 호환성과 상호운용성이 4G의 핵심이 다. 전통적으로 이동통신 관련 표준은 ITU(International Telecommunication Union) 국제회 의를 통해 제정되었다. 흔히 2G, 3G, 4G라고 불리는 'G(Generation)'이란 표준은 ITU에 의 해 칭해진 용어이다. 그러나 기술의 발달로 WLAN에 이동성이 추가되면서 PHY 계층과 MAC 계층의 표준을 담당하는 IEEE에서도 3G 이후의 이동통신 관련 표준을 논의하고 있 다. 그림 7은 4G로 가기 위한 셀룰러망(wide-area coverage)과 WLAN(local-area coverage)의 발전 과정을 보여주고 있다 [1].

Mobility 1995 2000 2005 2012 4 G High Speed Medium Speed Low Speed 2G (Digital) Cdma2000 EV-DO/DV W-CDMA/HSDPA (BCMCS/ DMB) 1G High speed Wideband RFID (Analog) Wireless WLAN WLAN ZigBee 가입자망 5 GHz Wi-Max MANet AMPS WLL WLAN ETACS 2.4 GHz JTACS WLAN 802.11b Bluetooth NMT PAN Data ~ 14.4 kbps 144 kbps 384 kbps <50 Mbps <100 Mbps rates 전송 속도 그림 7 4G로의 발전과정 cdma/gsm/tdma 3G (IMT-2000) 802.11a/g Portable Internet Wi-Bro 셀룰러 시스템은 WLAN처럼 높은 데이터 처리율을 제공하는 방향으로 발전하고 있다. 이와 는 반대로 WLAN의 발전 방향은 셀룰러 시스템의 특성인 이동성, 장소에 구애받지 않는 고 른 품질의 서비스, 전파의 효율적인 사용, 고품질의 음성/데이터/멀티미디어 서비스를 제공 하는 것이다. 즉, 앞서 크게 둘로 나눈 무선 네트워크의 두 분야는 4G의 중요한 특징인 높 은 데이터 처리율과 중간 이상의 이동성을 동시에 제공하는 방향으로 발전하고 있는 것이 다. 이동통신 업체(2G-3G) 측면에서 바라본 4G는 셀 방식 무선통신의 확장이다. 이러한 접 근법은 그림 7의 상단에 묘사되어 있다. 반면 WLAN 관련 IT 회사는 단거리 통신 시스템 의 확장으로 4G를 바라본다. 이러한 관점은 그림 7의 하단에 묘사되어 있다. 위의 두 가지 관점 외에도 4G의 시작을 WMAN(Wireless Metropolitan Area Network)으로 여기는 제 3 의 시각이 존재 한다. 4G에 대한 상이한 접근법은 각 분야의 이권이 달린 미묘한 문제이지 만 어떤 관점으로 바라보는지에 관계없이 4G의 특성을 다음과 같이 정리할 수 있다. 최대 데이터 전송률 : 100Mbps (wide area), 1Gbps (local area) 네트워크 구 조 : A l l -IP 액 세스 /코 어 네트워크 짧은 지연시간 : 연결 지연시간 < 500ms, 전송 지연시간 < 50ms 저렴한 데이터 전송 비용 : 3G의 1/10-1/100 수준 저렴한 네트워크 기반 시설 비용 : 3G의 1/10 수준 플러그 & 액세스 네트워크 구조 사람과 사람, 사람과 기계, 기계와 기계간의 통신 가능

3. 차세대 무선네트워크를 위한 플랫폼 차세대 무선 네트워크 서비스를 제공하기 위해서는 현재 논의되고 있는 차세대 무선 액세스 기술들이 다른 기술과 함께 상호 운용될 수 있어야하며 이들 이종의 기술들이 함께 공존할 수 있는 서비스 플랫폼에 대한 연구가 필요하다. 본 절에서는 사용자에게 알맞은 액세스 기 술을 선택하여 서비스를 제공 할 수 있도록 하기위해 차세대 무선 네트워크를 위한 플랫폼 에 관해 살펴본다. 3.1 IMS (IP Multimedia Subsystem) IMS (IP Multimedia Subsystem)는 본래 3G 이동통신망에서 IP 기반의 멀티미디어 서비스 를 제공하기 위해 3GPP에 의해 개발된 프로토콜이다. 초기 유선 인터넷망에서 세션을 설정 하고 관리하기 위해 IETF에서 표준화된 SIP를 바탕으로 이동성을 추가하여 확장한 것이 IMS이다. 3GPP Release 5에서 처음 IMS를 소개하였으며, Release 6에서는 WLAN과의 연 동을 포함한 개정안을 발표하였다. 초기에는 이동통신망을 위해 개발된 IMS가 현재는 NGN 의 핵심 프로토콜로써 자리 잡으며 그 역할이 수정, 보완되고 있다[17]. NGN (Next Generation Network)은 모든 정보와 서비스를 IP 기반의 단일 네트워크를 통 해 전송하기 위한 네트워크 플랫폼이다. 고정 네트워크와 모바일 네트워크를 하나로 통합한 형태인 FMC(Fixed-Mobile Convergence) 네트워크를 구축함으로써 미래에는 고정 네트워 크와 모바일 네트워크 사이의 구분이 사라질 것으로 예측하고 있다[18]. 유럽의 ETSI TISPAN, 북미의 ATIS, 세계 표준화 기구인 ITU-T 등에서 NGN 관련 표준화가 진행되고 있다. Best Effort 서비스에 그쳤던 기존의 인터넷과 달리 세션에 대한 자원 할당을 수행하 여 QoS를 보장하고 액세스망에 독립적인 환경을 제공하는 IMS는 NGN 서비스 제어를 위 한 기본 플랫폼으로 ETSI TISPAN에 의해 선정되었다. 그림 8에서 IMS를 이용한 모바일- 모바일 간의 멀티미디어 Call Session 설정하는 과정을 보여준다[19]. 한편 IMS는 사용자에게 고정라인(fixed line)을 통한 NGN 접근을 가능하도록 진화한다. 2005년 12월에 착수된 TISPAN NGN Release 1은 3GPP Release 6를 기반으로 IMS가 유 선 액세스망에 적용될 수 있도록 보완 및 수정 작업을 수행하였고, 이를 3GPP Release 7에 반영하였다. NGN의 고정 네트워크에 적용되기 위해 변형된 IMS를 Core IMS 또는 NGN IMS라 부른다. 향상된 이동성, 보안, 네트워크 관리에 중점을 둔 TISPAN NGN Release 2 가 현재 진행 중에 있으며, TISPAN과 3GPP는 NGN을 위한 IMS 중심 코어 네트워크를 정 의하기 위해 협력하고 있다. ITU-T NGN은 TISPAN의 표준화 작업을 반영하여 IMS를 NGN의 기본 플랫폼으로 적용하였고 ATIS 역시 TISPAN의 IMS를 바탕으로 NGN을 구성

하였다. Home Network of MN A Home Network of MN B HSS-A User Profile 3 5 I-CSCF-B 4 HSS-B I-CSCF-A S-CSCF-A S-CSCF-B User Profile REGISTER INVITE Call Control 6 REGISTER 1 2 7 MN A P-CSCF-A P-CSCF-B MN B Visited Network of MN A Visited Network of MN B 그림 8 IMS를 이용한 모바일-모바일 간의 멀티미디어 Call Session 설정과정 3.2 4G Platform 사용자가 바라보는 4G 플랫폼의 외견은 단순히 큰 규모의 단일 네트워크다. 사용자는 단말 기와 장소에 관계없이 필요한 서비스를 언제든지 제공 받기를 원한다. 모든 정보의 전송과 커뮤니케이션은 단일 4G 시스템을 통해 이루어지며 이는 Being Always Connected, Everywhere, Anytime" 라는 4G 개념에 부합된다. 그러나 이와 같이 겉으로는 단순해 보이 는 서비스를 제공하기 위해 무선 통신 시스템 분야의 상당한 발전이 요구된다. 사용자 눈에 는 커다란 단일 네트워크인 4G 플랫폼이 실제로는 다른 액세스 기술들과 호환성을 갖는 다 수의 이종 액세스 기술들이 모여 상호 운용되는 것이다. 하나의 4G 플랫폼을 이루는 여러 액세스 기술의 계층 구조를 그림 9에서 묘사하고 있다 [1]. 4G 플랫폼의 계층을 나누는 기 준은 서비스가 제공되는 지리적 규모에 따라 결정된다. 그림에는 포함되지 않았지만 가장 큰 규모를 갖는 계층은 위성을 이용한 DAB (Digital Audio Broadcasting)나 DVB (Digital Video Broadcasting) 서비스를 제공하는 계층이다. 완벽한 이동성을 갖는 이 계층은 개인 간의 통신보다는 혼합된 정보를 전송한다. 다음은 수십 킬로미터 규모의 Macro Cells과 Micro Cells로 이루어진 2G나 3G 셀룰러 네트워크 계층이다. 위성을 이용한 광대역 계층과 마찬가지로 완벽한 이동성을 제공하지만 개인간의 통신을 제공하는 것이 목적이라는 차이점 이 있다. 다음 계층은 WiMAX나 WiBro로 대표되는 Metropolitan 네트워크 계층이다. 이 계

층은 수 킬로미터 범위의 도시에서 중간 정도의 이동성과 데이터 전송률을 제공한다. 그 다 음은 가정이나 오피스에서 주로 사용되는 Hot Spot(WLAN)으로 대표되는 Local-Area Layer로 수백 미터를 넘지 않는 Pico-Cell 규모이다. Local-Area Layer는 지역적 이동성과 글로벌 로밍을 제공한다. 마지막으로 사용자 바로 근처(10m 이하)에서 통신을 제공하는 Personal area network(pan) 계층이 있다. PAN 계층은 BAN(Body Area Networks)을 포 함한다. 즉, 4G 무선네트워크란 사용자의 상태를 고려하여 적절한 이동성과 데이터 전송 속 도를 갖는 서비스를 제공하기 위하여 여러 계층의 네트워크들이 상호 운용되고 있는 통합 플랫폼이 라고 할 수 있 다. 이 와 같은 이 종 네트워크간 의 고른 네트워크 운 영을 가 능 하게 하 는 것이 IP 네트워크 계층이다. 이는 4G 플랫폼을 위해 액세스 네트워크와 코어 네트워크 모두 All-IP 네트워크가 되어야하는 이유이다. Application Server Framework Server Other Service Capability Servers OSA/Parlay Access Gateway Signaling Gateway Soft Switch Call Control and Signaling Function MGC Media Gateway Call Agent All IP Transport N/W Wireline Home/Office FTTx/XDSL/Cable PAN Mobile Bluetooth/ ZigBee/ UWB/RFID Ad-hoc N/W Hot Spot (Airport, Campus) CDMA2000/ WCDMA/ WiBro Telematics/ DMB MANet WLAN/ Wi-MAX 그림 9 네트워크 규모 관점의 4G 플랫폼 그러나 4G Platform을 실제 구현하기 위해서는 아직 해결해야 할 문제가 남아있다[16].

4G 정의 : 표준화 작업을 시작하기 전에 세계적으로 일치된 4G 정의가 필요하다. 고른 연결 : 시간과 공간의 제약을 받지 않고 서비스를 제공하기 위하여 네트워크 간 또는 네트워크 내부의 연결이 중요하며 이종 네트워크 간 핸드오버 문제를 해결해야 한다. 지연 시간 : 다양한 액세스 구조와 커버리지를 갖는 네트워크에서 짧은 지연 시간을 보장하는 것은 쉬운 일이 아니다. 사용자 중심의 접근 : 사용자의 기대와 요구 사항을 기반으로 4G 시스템을 개발한다. 새로운 액세스망 구조 : 새로운 액세스망이 기존의 액세스망을 대체할 수 있어야 한 다. 복잡성 숨기기 : 실제 4G 시스템의 구현은 복잡한 구조로 이루어지지만 사용자에게는 단순한 단일 시스템으로 보여야 한다. 주파수 : 무선 시스템을 설계하기 위해선 주파수에 관한 지식이 수반되어야 한다. 자원 할당 : 시간, 공간, 주파수 자원 관리가 효율적으로 이루어져야 한다. 간섭 : 이종 액세스 기술 간 간섭을 최소화해야 한다. 전력 소모 : 많은 기능을 갖는 미래의 4G 단말기는 그에 따른 전력 소모가 커진다. 따라서 단말기의 전력 소모 문제와 발열량 문제를 해결해야 한다. 비용 : 시스템 기반 시설 개발비용이 4G 성공의 핵심이다. 또한 사용자가 이용하기 적절한 수준의 단말기 가격과 서비스 비용이 제공되어야 한다. 3.3. Ambient Networks Ambient Networks는 EU(European Union)의 6번째 프레임워크 프로그램의 일환으로 진행 되는 프로젝트다[22]. 미래의 유비쿼터스 환경에서는 다양한 네트워크가 존재할 것이다. 따 라서 사용자에게 위치에 관계없이 원하는 서비스를 제공하기 위해서는 이들 이종 네트워크 가 서로 공조할 수 있는 플랫폼이 필요하다. 특히 모바일 환경에서는 이종 네트워크 간의 공조가 실시간에 이루어져야 한다. Ambient Networks 프로젝트는 이종 네트워크간의 빠른 공조를 실제로 가능하게 하는 것이 목표다. 다음은 Ambient Networks가 무엇인지 잘 설명 해 줄 수 있는 가상 시나리오이다[20]. 1) 베이징 올림픽 개막이 이틀 앞으로 다가왔다. "Europe Today" 방송국에서 일하는 Alice는 올림픽 취재를 맡게 되었다. Alice는 비행기를 타고 베이징으로 가서 그녀의 동 료와 합세하였다. 올림픽 취재를 할 수 있는 시간이 너무 촉박하였지만 다행히 그녀의 PAN(Personal Area Network)이 그 지역의 PANs과 어려움 없이 연결되어 현재 하나

의 움직이는 로컬 네트워크로 통합되었다. 2) 올림픽이 개최되는 도시에는 많은 로컬 네트워크와 서비스 제공자가 있다. 따라서 Alice가 이동 중에도 통신을 하기 위해서는 주변의 로컬 네트워크와 서비스 제공자와의 연결을 실시간으로 관리해야 한다. 그러나 Alice의 Ambient Network은 그녀가 알아채 지 못하게 스스로 서비스 제공자들과 교섭을 수행한다. 그림 10 Ambient Networks EU에서 수행중인 Ambient Networks 프로젝트는 총 세 단계로 구성되어 있다. Phase 1은 Ambient Networks에 대한 전체적인 접근법과 혁신적인 기술에 관해 제정한다. Phase 2에 서는 구현과 성능 평가를 통해서 이 프로젝트의 실행 가능성을 증명하고 표준화를 진행 할 것이다. Ambient Networks가 구현된다면 그 결과는 새로운 서비스의 출현을 용이하게 할 것이고, 모바일 통신 분야의 지속적인 성장을 가능하게 할 것으로 기대된다. 위의 두 시나리 오를 통해 알 수 있는 Ambient Networks의 특징을 살펴보면 다음과 같다[21]. 사용자는 집이나 사무실, 또는 몸에 부착된 여러 단말기들로 구성된 하나의 네트워크 를 갖고 이를 관리한다. Ambient Networks은 기존의 end node 대신 "end-environments"라는 관점을 갖는다. 즉, end node 간 통신이 아닌 네트워크 간 통신이 이루어진다. 하나의 네트워크는 전체 구조의 기본 요소 역할을 한다. 따라서 사용자가 원할 때 Plug & Play 방식으로 필요한 네트워크들을 조립하여 하나의 커다란 통합 네트워크 로 만든다.

네트워크는 이동성을 가지며, 사용자가 움직이는 동안 다른 네트워크와의 연결을 유 지하기 위해 네트워크는 self-composition과 self- management를 수행 한다. Ambient Networks는 다양한 네트워크 기술을 하나로 통합한 네트워크다. 그 결과 사용자는 알맞은 서비스와 기술을 자유롭게 선택할 수 있다. Ambient Networks는 현재 존재하는 네트워크에 추가될 수 있다. 4. 결론 본 논문에서는 차세대 무선 네트워크에 대해 여러 가지 관점에서 살펴보았다. 4G 서비스에 서 정의하는 정지시 1Gbps, 이동시 100Mbps의 전송 속도를 제공해야 한다는 조건은 하나 의 액세스 기술로 만족될 수 없다. 대신 정지시 1Gbps, 이동시 100Mbps 전송 속도를 보장 하는 이종 무선네트워크 기술들을 하나로 통합한 플랫폼 형태의 서비스가 이루질 것이다. 4G를 구성하는 차세대 무선네트워크 기술로써 차세대 WLAN, WiMAX, Mobile WiMAX, WiBro, MBWA, 3GPP LTE, UMB 등을 살펴보았다. 무선네트워크 기술을 통합한 플랫폼으 로써 4G Platform, NGN/IMS, Ambient Networks에 대해 살펴보았다. 여러 분야에서 동시 다발적으로 논의되고 있는 4G 통신을 한마디로 정의할 수는 없지만, 무선네트워크 분야가 4G를 향해 발전하고 있는 것만은 분명하다. Ambient Networks의 궁극적인 목표는 네트워 크가 컴포넌트 형태로 발전하여 마치 레고 블록을 조립하듯 실시간으로 다른 네트워크와 통 합되어 하나의 커다란 네트워크를 이루기도 하고 분리되어 처음부터 존재하지 않았던 네트 워크로 간주할 수 있기도 한다. 참고 문헌 [1] Marcos Katz and Frank H. P. Fitzek, On the Definition of the Fourth Generation Wireless Communications: The Challenges Ahead," IWCT 2005, Oulu, June 2005. [2] Yang Xiao, "IEEE 802.11n: Enhancements for Higher Throughput in Wireless LANs," IEEE Wireless Communications, December 2005. [3] "802.11n: Next-Generation Wireless LAN Technology," BROADCOM CORPORATION, April 2006. [4] Status of Project IEEE 802.11n (http://grouper.ieee.org/groups/802/11/reports/tgn_update.htm). [5] 802.11 Timelines (http://grouper.ieee.org/groups/802/11/reports/802.11_timelines.htm). [6] Mobile WiMAX System Profile, WiMAX Forum, November 2005. [7] "Mobile WiMAX: The Best Personal Broadband Experience!," WiMAX Forum, June 2006. [8] IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) (http://grouper.ieee.org/groups/802/20). [9] David Benson, Michael Gold, "Survey of Selected 802.xx Wireless Standards," SRI Consulting Business Intelligence, August 2003. [10] "Introduction to IEEE 802.20: Technical and Procedural Orientation," Mark Klerer, March 2003.

[11] UMTS HSDPA (http://www.umtsworld.com/technology/hsdpa.htm). [12] GSM World (http://www.gsmworld.com/news/press_2006/press06_44.shtml). [13] Ian Poole, "What exactly is UMTS TDD," IET Communications Engineer, August/September 2006. [14] UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) and 3GPP System Architecture Evolution (SAE) (http://www.3gpp.org/highlights/lte/lte.htm). [15] 퀄컴 2007년 로드맵, 저가 시장과 4G 시장 공략, 전자엔지니어 (http://www.eetkorea.com/art_8800448756_839578_9a007092200701.htm). [16] Marcos Katz, Frank H. P. Fitzek, Cooperative Techniques and Principles Enabling Future 4G Wireless Networks," EUROCON 2005, November 2005. [17] Keith Knightson, Naotaka Morita, Thomas Towle, "NGN Architecture: Generic Principles, Functional Architecture, and Implementation," IEEE Communications Magazine, October 2005. [18] Chae-Sub Lee, Dick Knight, "Realization of the Next-Generation network," IEEE Communications Magazine, October 2005. [19] TISPAN NGN (http://www.etsi.org/tispan/). [20] Ambient Networks (http://www.ambient-networks.org). [21] Nobert Niebert, Andreas Schieder, henrik Abramowicz, Christian Prehofer, Holger Karl, "Ambient Networks - An Architecture for Communication Networks Beyond 3G,". [22] Sixth Framework Program Mobile and Wireless Systems beyond 3G "Ambient Networks Phase 2".