TECHNOLOGY 23호

Wideband Protocol for DOCSIS
케이블의 미래 '와이드밴드' 등장

IP기반 TPS 서비스 제공 … HFC 기반 1Gbps 고속 서비스

이블 사업자는 어떻게 하면 FTTH를 뛰어넘을 수 있을까? 그리고 HFC 망을 이용해 네트워크 상의 가정용(또는 기업용) 업스트림과 다운스트림을 50Mbps나 100Mbps 속도로 전송할 수 있을까? 정답은 기존의 장비들을 단순히 재배치하는 것만으로도 가능하다. 이는 신기술, 즉 기존의 광망과 동축망을 이용해 대역폭을 자유롭게 확장시키는 시스코의 '와이드밴드 프로토콜 포 닥시스(Wideband Protocol for DOCSIS)' 기술이 있기 때문이다.

시장조사 기관인 양키 그룹의 브로드밴드 액세스 기술 수석 애널리스트인 린세이 슈로드(Lidsay Schroth)는 DOCSIS용 와이드밴드 프로토콜을 "통신사업자들이 현재 고대역폭 DSL로 경쟁하고 있는 유럽과 아시아 지역에서 특히 효과적인 기술"이라고 부른다. 이어 이 기술이 미국에서도 중요한 비중을 차지할 것이라고 덧붙인다.

기존 인프라 보호
그러나 DSL 속도가 현재로선 훨씬 느리기 때문에 미국 케이블 사업자들은 차후 통합될 DOCSIS 3.0 표준이 출시될 때까지 기다릴 것으로 예상된다. (DOCSIS(Data over Cable Service Interface Specification)는 케이블랩(CableLabs) 표준이다)

인구가 밀집돼 있는 유럽과 아시아에서 FTTH 구축은 저렴한 편이다. 통신사업자들은 도시에서 10~100Mbps 속도로 이더넷을 전송하고 있으며, 어떤 곳은 1Gbps로 전송한다. 어떤 국가나 도시에서는 고대역폭을 제공하기 위해 통신 캐리어가 필요하다는 정부 지시로 인해 사용자 요구 사항이 힘을 얻고 있다. 이로 인해 새로운 기술에 대한 아시아와 유럽 공급업체측의 관심이 증가하고 있다. 케이블 회사가 브로드밴드 가정 시장의 2/3를 점유하고 있는 미국에서조차 높은 관심을 보이고 있다.

시스코 케이블 제품 마케팅 이사인 존 매트슨(John Mattson)은 "대역폭이 부족한 애플리케이션 사용자의 경우, 통신사업자가 제공하는 서비스의 질과는 상관없이 호응을 보낼 것이다. 예를 들면, 인터렉티브 게이머의 경우 현 서비스에서 원하는 만큼 양질의 그래픽 해상도나 낮은 지연현상(low latency)을 구현할 만한 대역폭을 얻을 수 없다면, 다른 서비스 공급업체로 바꿀 것"이라고 말한다.

향후 주요 애플리케이션 중 하나는 영화를 다운로드하는 것이다. "고화질 스트리밍 비디오에는 20Mbps가 소비되며, 압축 시는 10Mbps 내지 12Mbps가 사용된다. 저장 다운로드의 경우, 기존 고속 인터넷 연결 시 시간이 훨씬 많이 걸리는데 비해 50Mbps 링크에서는 불과 몇 초 정도면 충분하다. 저속 링크에서는 몇 시간이 걸릴 수도 있다. 와이드밴드 DOCSIS로 인해 케이블 회사들은 유리한 위치를 선점하게 될 것"이라고 매트슨은 덧붙인다.

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속도와 용량 한계 극복
새로운 와이드밴드 기술을 만든 CDE(Cisco Ditinguished Engineer)인 존 채프먼에 따르면, DOCSIS용 와이드밴드 프로토콜은 업스트림 파이프와 관계없이 다운스트림 채널이 추가될 수 있다. 이로써 놀랄 만큼 낮은 비용으로 우수한 작업처리 다운스트림 파이프를 제공한다.

"그럼에도 불구하고 이 기술은 현재 DOCSIS 1.x와 2.0 케이블 모뎀 터미네이션 시스템과 함께 작동되며, 외부 QAM(quadrature amplitude modulation) 장비 가격이 하락하는 상황에서 이점을 제공하고 있다. 일반적으로 HFC는 10만 명이 거주하는 도시를 지원할 수 있는 1테라비트 용량을 제공하고 있다. 하지만 실제로는 단지 1.9%만 사용되고 있다"고 채프먼은 설명한다.


최단시간내 업그레이드 가능
다운스트림 와이드밴드 채널의 경우 외부 QAM을 사용할 수 있으며, CMTS(cable modem termination system)보다 기능 면에서 떨어지기 때문에 포트 당 가격이 저렴하다. CMTS는 VoD나 정규 방송처럼 DOCSIS(디지털)와 non-DOCSIS(아날로그) 트래픽 모두를 처리하고 있다. 에지(edge) QAM은 다운스트림 디지털 채널을 아날로그 HFC 네트워크 위에 결합시킨다.

와이드밴드 DOCSIS의 핵심은 DOCSIS 프레임을 188 바이트 MPEG-TS 패킷으로 포맷하는 것이다. 이때 패킷은 조각으로 나뉘어져 24 또는 48 QAM 채널로 동시에 전송된다. 채프먼은 이를 병렬 채널(parallel channels)로 패킷을 "할당(Striping)"하는 기술이라고 부른다.

대형 패킷들을 다수의 덩어리(chunks)로 나눠서 동시에 전송함으로써 와이드밴드에서는 지연현상(latency)이 발생하지 않는다. 각각의 패킷에 매겨진 시퀀스 번호의 경우, 필요한 만큼 채널에서 분해하기 위해 프레이머(framer)를 보내며 재수집 시에는 수신 프레이머를 전송시킨다. QAM 채널은 서로 인접해 있을 필요가 없다. 특정 QAM 채널을 non-DOCSIS용으로 사용하도록 미리 지정해두었다면, 와이드밴드 DOCSIS는 사용 가능한 다른 채널을 사용하면 된다.

채프먼에 따르면, MPEG-TS 패킷은 바이트나 일반적인 패킷이라기보다는 사업자들의 전송매체로서 선택되었다. 그 이유는 물리적인 레이어 상단과 MAC 레이어 하단에 있는 전송 통합 레이어(transmission convergence layer)에서 채널을 결합하도록 허용하기 때문이다. 어떤 레이어에도 영향을 주지 않으므로 와이드밴드 DOCSIS는 전통적인 DOCSIS 프로토콜을 통과할 수 있다. "이는 기존의 DOCSIS 환경을 최대한 재활용하기에 아주 효과적"이라고 채프먼은 지적한다. 다운스트림 신호는 표준 DOCSIS 다운스트림 신호 채널을 통해 발생한다. 그러므로 와이드밴드와 오늘날의 케이블 모뎀은 네트워크 상에서 공존할 수 있다.

업스트림과 다운스트림 전송은 다르다. CMTS와 에지 QAM은 다운스트림을, 케이블 모뎀은 업스트림을 전송하는 등 신호를 생성하는 장비가 서로 다르기 때문이다. 업스트림시 데이터는 MPEG-TS 패킷 안에서 이동하지 않는다. 대신 IP 패킷은 패킷 스트리밍 큐 서비스 플로우에 저장된다. 그런 다음 서로 다른 업스트림 QAM 측에 동적으로 할당되는 와이드밴드 채널을 통해 CMTS로 나뉘어져 전송된다.

채프만이 새롭게 고안한 패킷 스트리밍 큐는 패킷 스트리밍 프로토콜을 구성하는 개념이다. 패킷은 QoS 단계나 다른 정책에 따라 큐로 분류될 수 있으며, 다양한 서비스 요구 사항으로 제공된 서비스 플로우 상에서 움직인다.

CMTS는 최근 DOCSIS의 출시로 케이블 모뎀에서 QoS를 관리하고, 우선순위 패킷이 낮은순위 패킷 뒤에 붙어있는 헤드-오브-라인 블로킹(head-of-line blocking) 현상을 방지한다. 바로 이것이 와이드밴드 DOCSIS와 이전 표준 간의 주요 차이점이다. 반면 케이블 모뎀에서 CMTS으로 요청해서, 할당 인증(allocation grants)을 얻은 대역폭에 대해, 전송은 케이블 모뎀과 CMTS간의 신호를 위한 DOCSIS 실행을 고수하고 있으며 DOCSIS 2.0 연결 및 분열과 호환가능하다.

와이드밴드 DOCSIS를 네트워크 안에 장착하는 것은 새로운 WAN 인터페이스 카드를 CMTS 내부에 설치하는 문제라고 할 수 있다. 이 카드는 24 혹은 48 업스트림과 다운스트림 QAM 캐리어를 취급하면서 MAC과 프레이밍 기능을 향상시킨다. 외부 QAM은 신호를 HFC 망으로 연결시킨다. MPEG-TS 패킷과 함께 DOCSIS 기반 IP 서비스도 지원한다.

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비용은 1/10·대역폭은 10배
업스트림과 다운스트림 채널 모두 가용성이 매우 높다. 다운스트림, 즉 와이드밴드 채널 속의 QAM 중 하나가 다운되면 와이드밴드 DOCSIS 프로토콜은 해당 채널에는 패킷을 할당하지 않는다. 보다 높은 수준의 가용성이 요구된다면 와이드밴드 프로토콜은 RF 스위치와 여분의 QAM을 요청할 수 있다. 업스트림 시 서비스 플로우를 가진 라인 카드 중 하나가 실패할 경우, 와이드밴드 채널은 동적으로 관련 환경설정을 재구성할 수 있다.

DOCSIS는 다이내믹 채널 체인지(Dynamic Channel Change)를 통해 다양한 로드밸런싱 기능을 지원한다. 다이내믹 채널 체인지는 원래 음성 트래픽용으로 채프먼에 의해 고안된 것이다. 그러나 이 기술은 두 개에서 네 개 채널과 같이 사용될 때 효과가 가장 크다. 하나의 커다란 채널을 만들어내는 와이드밴드 DOCSIS의 경우, 많은 수의 QAM과 고대역폭을 요하는 비디오 및 게임 트래픽에서 더 효과적이다.

업스트림과 다운스트림 와이드밴드 채널은 와이드밴드 프로토콜을 만들어 내면서 동적인 환경설정이 가능하다. 특히 사용자들이 짧은 시간내에 고대역폭을 요구하는 경우에 능동적으로 대응한다. "케이블 사업자는 가입자들이 게임이나 P2P 파일 전송 시 사용하는 일종의 '터보 버튼'을 제공할 수 있다"고 양키 그룹의 슈로드는 말한다.

와이드밴드 DOCSIS는 DOCSIS 3.0의 일부로 진화하는 과정에 있다. 이는 사용자들이 새로운 시스템으로 옮겨가는 것을 막으면서 관리 비용을 절약하고 DOCSIS 프레임워크 내부 와이드밴드 서비스를 전개시키고 싶어 하는 다수 케이블 사업자들의 의지에 따라 부분적으로 발생한다. 현재의 DOCSIS 인프라를 재활용하고, 와이드밴드에 전송하는 동안 와이드밴드와 일반 다운스트림 상의 전통적 서비스를 결합시킬 수 있기 때문이다.

게다가 DOCSIS는 아주 명확한 장점을 갖고 있다는 게 시스코 브로드밴드 에지 & 미드레인지 라우팅 비즈니스 담당 제품 매니저인 앤디 페이지(Andy Page)의 견해다. "와이드밴드 DOCSIS는 프로비저닝, 빌링, 보안 등의 영역에서 탁월한 성능을 발휘하고 있다.

예를 들어, DOCSIS 프로토콜은 해킹하기 매우 힘들고 서비스를 훔치는 것도 어렵다. 케이블 사업자는 고정 요금, 시간제(time-based), 종량제(volume-based) 같은 요금 패러다임을 선택할 수 있다. 프로비저닝은 DSL보다 훨씬 능률적으로 다양한 기능을 사용하기에 편하고 공급업체가 제품을 구별하거나 가입자 측 요구에 맞추기 쉽다"고 페이지는 말한다.

그는 이어 "시스코는 DOCSIS 3.0을 통해 지적재산권으로 묶어 놓는 대신 개방형 시스템의 철학에 따라 관련 기술을 업계에 제공할 계획"이라며 "와이드밴드 DOCSIS는 일반적인 IP 인프라를 통해 서비스를 제공하려는 케이블 사업자에게 있어 필연적인 마이그레이션 경로"라고 덧붙인다. 이 기술은 올 후반기에 미국에서 실험을 거친 후 2006년 상반기에 제품이 상용화될 예정이다.

케이블 사업자, 일본에서 와이드밴드 프로토콜 실험

히마와리 네트워크(Himawari Network Inc)社는 일본 아이치현 도요타 드림 홈(Dream Home)에서 DOCSIS용 와이드밴드 프로토콜을 테스트 중에 있다. 시스코 uBR10012 CMTS 플랫폼을 기반으로 한 이 실험에서 비디오와 데이터 트래픽을 싱글 IP 기반, 고속 서비스 전송으로 통합시킬 수 있는 기능이 소개되었다. 히마와리측은 VoD와 온라인 게임 같은 초고속 부가서비스를 전송하기 위해 기존 모뎀 구축과 병행해 이 기술을 사용할 예정이다. 보다 자세한 사항을 알고 싶다면, cisco.com/packet/172_5c1을 방문하기 바란다.


가입자당 매출 최적화
DFC 연구보고서에 따르면, 세계 게임 시장 규모는 2003년 19억 6000만 달러에서 2006년 52억 달러, 2009년에는 98억 달러로 증가할 것으로 예상하고 있다. 또한 미국에서 인터넷을 통한 주문형(on-demand movies) 영화 이용자가 2005년 3%에서 2008년 16%까지 늘어날 것으로 전망하고 있다.

최근 MDR/Instat의 설문조사에 따르면, 미국 가정의 64.6%가 브로드밴드를 통해 파일을 공유하고, 43.9%가 영상자료를 보며, 42.1%는 음악을 듣고, 30.6%는 비디오를 보고, 29.9%가 IP 전화를 이용한다고 한다. 매트슨은 "와이드밴드 DOCSIS가 있으면, 별 걱정 없이 비디오-냅스터 사이트를 개설할 수도 있으며, 그렇게 해서 멋지게 수익을 창출할 수도 있을 것"이라 말한다.

"이 모든 것들의 견인차는 가입자당 평균 매출의 최적화"라는 것이 챔프먼의 말이다. "변화하는 트래픽 패턴과 서비스, 이용자 니드에 순응할 수 있는 적응력 강하고 저렴한 아키텍처가 굉장히 유용하다. 케이블 산업은 DOCSIS에서 명백한 이점을 얻는다. DOCSIS는 과거로부터 서비스 번들링과 매력적인 컨텐츠에 초점을 맞추고 있으며, 이제 아주 넓은 대역폭(wide pipe)을 표준화할 수 있다"고 그는 설명한다.

그는 최소 1Gbps 다운스트림 데이터 용량과 100MbPs 업스트림 용량을 5년 내에 실현시키자고 제안한다. 그는 묻는다 "도전을 받아들일 준비가 되었는가?"

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