브로드밴드의 속도 혁명 이끄는 IPTV

[특집] 브로드밴드의 속도 혁명 이끄는 IPTV

최근 통신업체와 MSO들은 브로드밴드 인터넷 접속 대역폭을 IPTV와 VoIP 등의 새로운 서비스를 제공할 수 있는 100Mbps급까지 끌어올리기 위해 다양한 방법을 모색하고 있다. 각 업체의 환경에 따라 적합한 방식을 찾아 현재는 FTTH와 유사 FTTH, 그리고 곧 선보이게 될 DOCSIS 3.0 등의 브로드밴드 기술이 각광을 받고 있다.

온더넷 신동윤 기자

디지털 방송의 활성화와 함께 IP를 통한 다양한 서비스의 통합이라는 차원에서 IPTV의 등장은 필연이라고 할 수 있다. IPTV는 인터넷 망을 이용해 기존의 디지털 방송이 제공하던 서비스를 모두 제공할 수 있으며, 여기에 양방향 통신까지 가능하다는 점을 통해 더욱 다양한 부가 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
하지만 이같은 IPTV가 보급의 활로를 열어가기 위해서는 각각의 사용자단까지 HD급의 고품질 동영상을 제공하며, 이외에도 다양한 서비스를 위한 여분의 대역폭을 확보할 수 있어야 한다. 이를 위해 국내 통신업체들은 FTTH나 DOCSIS(Data-Over-Cable Interface Specification) 3.0과 같은 100Mbps급의 브로드밴드 서비스 보급에 많은 관심을 보이고 있다.
이미 KT, 하나로통신 등은 FTTH를 이용한 서비스를 시작하고 있으며, 최근에는 케이블 MSO 들도 pre-DOCSIS 3.0 기반의 100Mbps급 브로드밴드 서비스를 준비하고 있다.

FTTH의 종류
IPTV 보급을 위한 기반 인프라로 각광을 받고 있는 FTTH는 네트워크 연결 형태에 따라 다양한 방식으로 구성된다.
FTTH는 크게 능동형 광가입자망인 AON(Active Optical Network)과 수동형 광가입자망인 PON(Passive Optical Network)으로 나눌 수 있다. AON과 PON의 큰 차이점은 중간에 분기 기능을 하는 분배기에 있다. 능동형(전원 공급) 분배기는 일반적으로 광모듈을 포함한 스위치가 담당하며 다중화와 역다중화 과정이 진행된다.
반면 수동형(전원 공급 안함) 분배기는 항상 다중화와 역다중화의 기능이 모두 수행되는 것은 아니다. GE-PON의 경우는 그렇지 않지만 WDM-PON의 경우 AWG(Arrayed Waveguide Grating)가 다중화와 역 다중화 기능을 수행한다.
광 네트워크의 아키텍처 또한 여러 가지 방법으로 구성될 수 있다. 먼저 일대일 방식인 홈런(Home Run) 방식은 통신업체의 액세스 망 접점인 집선 스위치에서 각 사용자까지 광케이블을 개별적으로 설치하기 때문에, 메트로 이더넷을 각 가정에서 사용하는 것과 같은 효과를 제공하며, 대역폭을 극대화할 수 있다. 하지만 망 구축 비용이 많이 들기 때문에 비용에 개의치 않고 프리미엄 서비스를 원하는 기업용으로는 적합하지만 각 가정에서 사용하기는 힘들다. 그러나 사용자 측면에서 보면 완전한 FTTH 방식이고, FTTH 기술 요소의 가격이 현실화될 경우 대중적으로 보급될 수 있을 것으로 보인다. 현재 일본의 전력업체들이 이 방식을 사용해 초고속 인터넷 서비스를 제공하고 있다.

포인트 투 멀티포인트 방식이 대세
PON 기술에서 기본적으로 사용하는 포인트 투 멀티포인트(Point-to-Multipoint) 방식은 일대일 방식의 광케이블 연결 형태를 유지하면서 비용을 줄이기 위해 고안됐으며 PON에서 일반적으로 많이 사용되는 방식이다. 국사에 OLT(Optical Line Terminal)가 위치해 기존의 집선 스위치와 같은 역할을 담당하고 PON 인터페이스에서 하나의 선을 통해 분배기(스플리터)에 연결하면 최고 32개의 분기를 통해 각 사용자의 ONT(Optical Network Terminal)마다 물리적으로 하나의 선이 연결된다. 이 때 사용되는 기술이 GE-PON일 경우, 이론적으로 사용자들은 최고 100Mbps(10분기 이하일 경우), 최저 30Mbps(32분기일 경우)의 상, 하향 트래픽을 전송할 수 있다.
이 때 연결 형태의 유연성을 확보하기 위해 다단 분기로 연결할 수 있다. 즉, 32분기 분배기를 사용하는 것이 아니라 OLT에는 4분기 분배기가 연결되고 ONT에는 8분기 분배기가 연결돼 4?=32 분기가 가능하다. PON에서 사용되는 분배기는 전원이 공급되지 않고 단순히 광 신호를 수동적으로 브로드캐스팅하기 때문에 다단분기를 구성하는데 있어 특별한 제약사항은 없다.
이 형태는 가입자까지 연결되는 광케이블을 절약하고 서비스 원가를 낮출 수 있는 장점이 있지만 신호 처리 절차가 복잡하고 각 사용자 측에 위치한 ONT까지 광케이블을 포설해야 한다. 우리나라의 경우 해외 업체의 PON 칩에 의존하기 때문에 기술 제어가 쉽지 않은 단점이 있다. 그러나 아파트와 같은 공동주택이 아니고 분산돼 있는 단독 주택일 경우 분배기를 이용하기 때문에 일대일 방식보다는 원가가 절감되며 어차피 MDF와 같은 관리 영역이 따로 존재하지 않을 경우 보다 현실적인 방법일 수 있다.

IPTV 서비스시 고려 사항
IPTV 시장이 기존의 아날로그와 디지털 방식의 방송 신호를 이용하는 TV보다 활성화되기 위해서는 FTTH의 PON을 통한 IPTV 서비스를 제공할 때 다음과 같은 사항을 고려해야만 한다.

-가입자단에서 추가로 IP 셋톱박스를 설치하지 않고 IPTV를 이용할 수 있는 방안
-IPTV의 채널을 변경할 때 발생하는 지연시간(채널 잽핑)을 최소화하는 방안
-PVR 등의 차세대 응용 서비스를 제공하는 방안.

IP 방식의 방송 신호를 디지털 방식의 방송 신호로 변환하는 기능을 PON에서 지원한다면, 가입자는 별도의 셋톱박스를 설치하지 않고 IPTV를 이용할 수 있을 것이다.
ONU와 ONT에서 IP 방식의 방송신호를 TV가 수신할 수 있는 디지털 방식의 방송 신호로 변환하는 기술을 이용한다면 별도의 셋톱박스를 설치하지 않고 IPTV를 디지털TV를 통해 시청할 수 있을 것이다.

경제성 앞세운 유사 FTTH 방식
ETTH(Ethertnet To The Home)와 같은 유사 FTTH 방식은 경제성을 앞세워 브로드밴드 시장에 진출하고 있다. 일대일 방식이 기본적으로 통신업체의 스위치와 각 사용자 사이를 광케이블로 연결하는 것에 비해, 이 방식은 광케이블을 ONU(Optical Network Unit)까지 연결하고, ONU에 연결된 DSLAM(DSL Access Multiplexer)이나 패스트 이더넷 스위치를 통해 각 가정까지 전화선 또는 LAN 케이블을 통해 연결하는 것이다.
현재 아파트와 같은 공동주택이 많은 우리나라의 경우 통신업체 관점에서 비용을 줄일 수 있는 형태다. 이 방식의 또 다른 장점으로는 기존의 DSL를 완전히 대체할 필요없이 그대로 연동할 수 있다는 점과, 광랜에서 사용된 3계층 스위치 역시 그대로 사용할 수 있다는 점이다. 특히 이같은 장점은 건설업체 입장에서도 분양가를 낮출 수 있는 요인이 되기 때문에 선호하고 있으며, 신축 아파트 뿐 아니라 기존 완공된 아파트에도 적용할 수 있다는 점에서 유리하다. 특히 아파트의 경우 MDF 등의 구축이 용이하고 다수의 가입자망을 한 곳에서 제어할 수 있다는 것이 장점이다.
유사 FTTH 방식은 아직 FTTH의 킬러 애플리케이션이 나타나지 않은 상태에서 선택할 수 있는 가장 효율적인 방식이다. 이 방식은 완전한 FTTH 형태가 아니기 때문에 유사 FTTH나 ETTH로 불리고 있으며, 경제성 면에서 뛰어나고 광 선로의 관리가 비교적 쉽기 때문에 앞으로 아파트를 중심으로 빠르게 전개될 예정이다.
이외에도 케이블 진영에서는 기존의 기존의 HFC 망을 이용해 100Mbps급의 대역폭을 제공하는 또 다른 기술인 ETTH에 많은 관심을 보이고 있다.
ETTH는 케이블모뎀 서비스를 위한 CMTS를 ENM(Ethernet Node MODEM)으로 대체해 HFC 망을 통해 100Mbps급의 대역폭을 제공할 수 있는 기술로, 국내에서는 케이블웨이커뮤니케이션즈가 하나로텔레콤과 기술 독점사용에 대한 양해 각서를 체결하고 상용 서비스를 제공하고 있다. 이같은 ETTH 기술은 기존의 HFC망 구조를 변경하지 않고 적용할 수 있어, FTTH 대비 1/3 비용으로 100Mbps급의 서비스를 제공할 수 있다는 것이 장점이다. 또한 가입자단의 케이블모뎀이 필요없어, 유지보수 비용과 장애 발생 요인을 크게 줄일 수 있다는 것이 특징이다.

pre-DOCSIS 3.0의 시장 진입
기존의 xDSL 시장이 급격히 FTTH 시장으로 넘어가는 흐름을 보여주고 있는 것을 지켜보던 MSO들도 10Mbps 정도의 대역폭을 제공하는데 불과했던 기존의 케이블망을 100Mbps급의 pre-DOCSIS 3.0으로 전환하려는 움직임을 보이고 있다.
pre-DOCSIS 3.0은 케이블망을 이용해 최대 160Mbps 이상의 속도를 제공할 예정인 DOCSIS 3.0 국제 표준이 확정되기 이전에 기존 DOCSIS 2.0 인프라를 활용해 100Mbps급 대역폭을 제공하기 위한 기술이다. DOCSIS 2.0 라인카드 4개를 채널 본딩으로 연결해 최대 120Mbps의 속도를 제공하는 pre-DOCSIS 3.0은 DOCSIS 3.0 표준 제정이 계속 지연되고 있는 반면 통신업체들의 FTTH 시장 공략이 거세짐에 따라 이를 극복하기 위한 방안으로 등장했다. 이미 국내에서도 많은 MSO들이 시범, 혹은 상용 서비스에 들어가고 있어 pre-DOCSIS 3.0의 국내 도입이 점차 원활해질 것으로 예상된다.
하지만 이같은 pre-DOCSIS 3.0의 경우 비표준이라는 점 때문에 해외 대형 MSO들은 도입을 미루고 있는 상황에서 브로드밴드 서비스업체간의 속도 경쟁에 의해 국내 시장에서만 유별난 사랑을 받고 있다.
한편 DOCSIS 3.0의 경우는 지난 2006년 말 ‘Issued02’ 버전이 완료돼, 표준 제정이 거의 눈 앞에 다가와 있으며, 케이블랩을 중심으로 세부적인 표준 규격 제정을 위해 노력하고 있다. 그러나 표준 제정과 함께 초기 출시될 CMTS와 케이블모뎀 등의 가격을 생각했을 때, 본격적인 활성화는 2009년 이후가 될 것으로 예측되고 있다.

DOCSIS 3.0 표준의 대두
HFC망에서의 데이터 전송 프로토콜인 DOCSIS는 하향(Downstream)은 TDM(Time Division Multiplexing) 방식, 상향(Upstream)은 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식을 사용해 타임 슬롯(Time Slot) 기반으로 각각의 모뎀을 제어하는 구조를 갖고 있기 때문에 DOCSIS 계층에서 VoIP나 지연에 민감한 멀티미디어 데이터에 대한 QoS 적용이 가능하다.
더구나 지금까지 FTTH 등의 경쟁 서비스에 비해 상대적으로 저속으로 알려져 있었지만, 최근 DOCSIS 3.0의 채널 본딩(Channel Bonding) 기술을 적용한 CMTS가 등장하면서 100Mbps급의 넓은 대역폭을 제공할 수 있게 됐다.
2006년 8월에 처음 정의돼, 2007년 2월에 첫 번째 개정안이 발표된 DOCSIS 3.0 표준은 케이블 네트워크에서 확장대역폭(Wideband)을 기반으로 한 All IP화에 중요한 요소들을 정의하고 있다.
첫째로, 채널 본딩(Channel-Bonding)을 통한 상, 하향 대역폭의 확대다.
기존 DOCSIS 2.0에서는 상, 하향 각 1채널을 사용해 하향 최대 42Mbps, 상향 최대 30Mbps급 서비스를 지원했었다. 하지만 DOCSIS 3.0에서는 모뎀에서 각 채널을 결합해서 동시에 여러 채널을 사용함으로써 대역폭을 확장했으며, 최소 상, 하향 각 4채널 본딩을 기본으로 하고 있다. 또한 본딩 채널 수를 확대해 하향은 약 42Mbps * N개 채널, 상향은 30Mbps *N개 채널만큼의 대역폭을 확장할 수 있다. 이를 위해, 각 본딩 채널에 대한 데이터 분산 전송 및 재조합을 위한 메커니즘을 주요 내용으로 정의하고 있다.

두번째는 IP 멀티캐스트 세션에 대한 DOCSIS 1.1 기반 QoS 지원이다. DOCSIS 1.1 표준에서 소개된 서비스 흐름(service-flow)에 대한 QoS 패러미터가 정의된 서비스 클래스를 참조하는 ‘Group Service Flow’와 멀티캐스트 트래픽을 본딩 채널에 전송하기 위한 하향 채널 리스트인 ‘Downstream Channel Set’라는 개념을 정의해 본딩 채널 또는 단일 하향 채널을 통해 전송되는 IP 멀티캐스트 트래픽에 대해 QoS를 적용할 수 있도록 했다.
DOCSIS 기반의 안정된 QoS 제공은 IP 멀티캐스트 세션을 사용하는 멀티미디어 서비스를 일반 데이터 트래픽으로부터 보호함으로써 보다 높은 품질의 멀티미디어 서비스 제공이 가능해졌음을 의미한다.
세번째는 SSM(Source Specific Multicast) 지원으로, DOCSIS 3.0 이전에 사용되던 케이블모뎀에서 IGMP 스누핑(Snooping) 기능을 제거하는 등 향후 다양한 멀티캐스트 애플리케이션 지원을 위해 케이블모뎀의 기능을 단순화했다. 대신 CMTS가 모든 IP 멀티캐스트 세션에 대한 정보 관리기능을 담당하고, 본딩 채널을 이용해 IP 멀티캐스트 트래픽을 전송할 수 있도록 DOCSIS를 위한 멀티캐스트 제어 프로토콜을 정의했다. 이 프로토콜을 사용해 멀티캐스트 소스와 그룹 어드레스(Group Address)에 대해 어떤 채널을 사용할 것인지와 어떤 그룹 서비스 흐름(Group Service Flow)를 할당할 것인가를 결정할 수 있다. 이같은 SSM을 적용하기 위해서는 CMTS와 CPE에서 IGMPv3 기능 지원이 필수적이다.
마지막으로는 케이블모뎀에서 IPv4와 양립할 수 있는 IPv6 지원이다.

QoS 보장에 유리한 DOCSIS
현재는 CMTS 업체들이 DOCSIS 3.0의 주요 기술 중 하나인 하향 채널 본딩 기술만을 상용화해 pre-DOCSIS 3.0 제품을 선보이고 있으며, 이를 이용해 최대 150Mbps급의 대역폭을 제공할 수 있는 수준에 이르고 있다.
이외에도 DOCSIS 3.0 표준과 연계된 모듈라 CMTS 표준화가 병행되고 있다.
DOCSIS 3.0의 채널 본딩은 필연적으로 CMTS의 상, 하향 인터페이스를 많이 사용할 수 밖에 없는 구조다. 따라서 경제적인 DOCSIS 3.0 도입과 향후 유연한 확장성을 고려하여 현재 사용되고 있는 CMTS 형태인 통합형(Integrated) CMTS 즉, CMTS의 모든 모듈이 하나의 개체 안에서 동작하는 방식을 탈피해 M-CMTS 코어, 에지 QAM, DOCSIS 타이밍 서버 등으로 분리 구성하는 방식을 제시하고 있으며, 분리된 각 모듈간의 인터페이스 표준을 정의하고 있다.
이 외에 DOCSIS 3.0 CMTS는 HFC망에서의 QoS를 보장하는 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 PCMM(PacketCable Multimedia)과 결합될 것으로 예상된다. PCMM은 QoS 정책처리에 사용하는 인터넷 표준 프로토콜인 COPS 프로토콜(RFC 2748)을 HFC망에 적용해, HFC망의 다양한 멀티미디어 서비스에 대해 RSVP(Resource Reservation Protocol : RFC 2205) 플로우스펙(FlowSpec) 형식을 사용하는 QoS를 보장할 수 있도록 허용하는 표준이다. 현재 이 PCMM 표준은 HFC망에서의 IMS(IP Multimedia Subsystem) 플랫폼을 정의한 패킷케이블(PacketCable) 2.0과 결합해 차세대 NGNA IMS 기반에서의 다양한 멀티미디어 서비스에 대한 인터넷 표준 기반 QoS 보장을 지원하고 있으며, 현재 상용 장비와 시스템이 출시된 상태다.

출처: 온더넷 6월호