KR20150088626A

KR20150088626A - 소프트웨어 정의 네트워킹 방법

Info

Publication number: KR20150088626A
Application number: KR1020140009156A
Authority: KR
Inventors: 조승현; 두경환; 윤빈영; 박혁; 이상수; 이종현
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2015-08-03
Also published as: US20150215914A1

Abstract

소프트웨어 정의 네트워킹 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 소프트웨어 정의 네트워킹 방법은, 광 통신 네트워크, 유무선 융합 가입자망, 유선 광대역 가입자망, 분산형 이동 통신 기지국 망 등에 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 망 자원 관리 및 운용이 가능하다.

Description

소프트웨어 정의 네트워킹 방법 {Software defined networking method}

본 발명은 소프트웨어로 정의된 네트워크 기술에 관한 것이다.

통신시장의 이슈로 급부상한 소프트웨어 정의 네트워크(Software Defined Network: 이하 SDN)는 소프트웨어 프로그래밍을 통해 네트워크의 경로 설정과 제어 및 복잡한 운용관리를 편리하고 쉽게 처리할 수 있는 차세대 네트워킹 기술이다. 이를 위해 SDN에서는 네트워크의 데이터 평면(data plane)과 제어 평면(control plane)을 분리하고 이 사이에 표준화된 인터페이스를 제공한다. 네트워크 운용자가 여러 네트워크 상황에 맞추어 제어 평면을 프로그래밍하여 데이터 평면에서 이루어지는 통신 기능을 다양한 방식으로 제어할 수 있다.

현재의 네트워크 구조 및 관리 체계는, 모바일 단말 장치 시장의 성장과 대용량 및 고화질 컨텐츠의 증가와 클라우드 기반 가상화 서비스의 수요 급증 등으로 인해 재검토가 필요하다. 특히, 트래픽 패턴의 변화, 가상화 기술의 전개, 정체를 일으키는 복잡한 구조, 네트워크 관리의 문제, 벤더 의존성 등의 문제로 인해 그 재검토가 시급한 실정이다.

네트워킹 환경 변화와 시장의 요청 및 네트워크 요소들 간의 불협화음이 결국 SDN을 낳게 한 주(main) 요인이다. 오픈플로우(OpenFlow) 프로토콜과 결합한 SDN은 기존의 네트워크에서는 구성할 수 없는 복잡한 경로 구성이 가능하다. 또한, 트래픽 패턴의 변화에 효과적으로 대처할 수 있다. 나아가, 가상 머신의 생성과 삭제 및 이동이 빈번해지는 클라우드 환경에서 필요한 가상 네트워크를 신속하게 구성할 수 있다. 그리고, 대용량 네트워크를 경제적으로 구축할 수 있고, 가변 가능한 적응형 라인 레이트(Line rate)의 성능을 실현할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 대용량 주문형 트래픽 처리가 가능한 소프트웨어 정의 네트워킹 방법을 제안한다.

일 실시 예에 따른 광통신망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법은, 제어장치가, 트래픽 흐름을 감시하여 노드의 트래픽 요청에 따라 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하고, 소프트웨어 정의된 제어 파라미터에 대한 제어명령을 오픈플로우를 이용하여 제어 채널을 통해 적어도 하나의 노드에 전달하는 제어명령 전달 단계와, 제어장치로부터 제어명령을 수신한 노드가, 제어명령을 실행하는 제어명령 실행 단계를 포함한다.

다른 실시 예에 따른 유무선 융합 가입자망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법은, 제어장치가, 트래픽 흐름을 감시하여 가입자 단말 장치의 트래픽 요청에 따라 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하고, 소프트웨어 정의된 제어 파라미터에 대한 제어명령을 오픈플로우를 이용하여 제어 채널을 통해 중앙 기지국 장치에 송신하는 제어명령 송신 단계와, 중앙 기지국 장치가, 제어장치로부터 수신된 제어명령을 망 자원 분배를 통해 유선 또는 무선 형태의 각 가입자 단말 장치에 전달하는 제어명령 전달 단계와, 가입자 단말 장치가, 중앙 기지국 장치로부터 제어명령을 수신하여 실행하는 제어명령 실행 단계를 포함한다.

또 다른 실시 예에 따른 아날로그 무선-광전송 기반 이동통신 기지국 망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법은, 제어장치가, 트래픽 흐름을 감시하여 라디오 유닛의 트래픽 요청에 따라 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하고, 소프트웨어 정의된 제어 파라미터에 대한 제어명령을 오픈플로우를 이용하여 제어 채널을 통해 디지털 유닛에 송신하는 제어명령 송신 단계와, 디지털 유닛이, 제어장치로부터 수신된 제어명령을 각 라디오 유닛에 전달하고, 제어명령에 따라 디지털 기저대역 신호를 아날로그 신호로 변환 후 중간 주파수 신호로 상향 천이하고 이를 다중화하여 각 라디오 유닛에 전송하는 제어명령 전달 단계와, 각 라디오 유닛이, 제어명령을 수신하여 이를 실행하고, 제어명령에 따라 디지털 유닛으로부터 수신된 신호로부터 중간 주파수 신호를 추출하며 이를 고주파 신호로 변환하여 전송하는 제어명령 실행 단계를 포함한다.

모바일 장치와 대용량 및 고화질 컨텐츠의 증가 및 클라우드 기반 가상화 서비스 수요 증가와 같은 기술적 및 경제적 이슈들로 인해 현재의 네트워크 구조와 관리 구조에 대한 재검토가 요구된다. 이를 해결하기 위해서, 본 발명은 상위 계층에서 논의되고 있는 SDN 구조를 하위 물리계층까지로 그 개념을 확장하여 적용한다.

이에 따라, SDN 기반의 네트워킹 구조가 근본적으로 갖고 있는 장점을 그대로 살리면서, 물리계층의 전송 파라미터를 효율적으로 제어 및 관리할 수 있다. 궁극적으로는 버스트(burst)한 특성을 갖는 주문형 고화질 컨텐츠 등의 비디오 컨텐츠 전송 등에 적합한 망 구성 및 운영이 가능하다.

나아가, 광 통신 네트워크, 유무선 융합 가입자망, 유선 광대역 가입자망, 분산형 이동 통신 기지국 망 등에 SDN 기반의 망 자원 관리 및 운용이 가능함에 따라, 개별 가입자 또는 기지국 등의 트래픽 변화 요구에 유연하게 대응할 수 있고, 전송 성능 개선 및 용량 증대가 단순하면서도 경제적으로 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주문형 트래픽 처리를 위해 SDN 개념이 적용된 광통신 네트워크 구조도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어장치와 각 노드 사이에 확장된 오픈 플로우(extended OpenFlow) 기반 논리적 제어명령 전달 구조도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2의 광통신 네트워크에서 트래픽 제어명령 전달을 위한 프로세스를 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메인 노드(Main node)가 서브 노드(Sub Node)와 별도의 독립적인 데이터 전송 채널과 제어 채널을 갖는 경우, 제어장치와 서브 노드 사이의 확장된 오픈플로우 기반 제어명령 전달을 위한 물리계층의 논리적인 구조도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 4의 통신 네트워크에서 트래픽 제어명령 전달을 위한 프로세스를 도시한 흐름도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 개념이 도입된 광 네트워크의 3단계 구조를 도시한 구성도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 개념이 적용된 유무선 융합 가입자 망/유선 광대역 가입자 망 구조도,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 TDM-PON 기반 유무선 융합 가입자 망/유선 광대역 가입자망에 대한 논리적 제어명령 전달 구조도,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 8의 유무선 융합 가입자 네트워크/유선 광대역 가입자 네트워크의 제어 흐름도,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 개념이 도입된 광 네트워크의 3 계층 중 유무선 융합 액세스 망의 계층적 위치 및 연결 구조를 나타내는 구조도,
도 11a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 기반의 아날로그 무선-광 전송 기술과 중간 주파수를 이용한 다중화 기술을 사용하는 이동통신 기지국 네트워크 구조도,
도 11b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 11a의 네트워크 구조에서의 대역폭 제한 예를 설명하기 위한 그래프,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주문형 트래픽 처리가 가능한 아날로그 무선-광 전송 기반 이동통신 기지국 망에 대한 논리적인 제어명령 전달 구조도,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 12의 주문형 트래픽 처리가 가능한 아날로그 무선-광 전송 기반의 이동통신 기지국 네트워크를 위한 논리적 제어명령 전달 프로세스를 도시한 흐름도,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주문형 트래픽 처리가 가능한 아날로그 무선-광 전송 기반의 이동통신 기지국 네트워크를 도시한 구조도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주문형 트래픽 처리를 위해 소프트웨어 정의 네트워크(Software Defined Network: 이하 SDN) 개념이 적용된 광통신 네트워크 구조도이다.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 광통신 네트워크는 5개의 노드(A, B, C, D, E)(11,12,13,14,15)를 포함하고, 각 노드들(11,12,13,14,15)의 연결은 반-메쉬(semi-mesh) 형태이다. 일 예로 노드 A(11)에서 노드 B(12)로 전송되는 트래픽의 전송속도는 10 Gb/s이고, 파장은 λ₁을 사용하며 이를 지원하는 전송 포맷은 임의로 지정 가능하다. 노드 D(14)에서 노드 C(13)로 전송되는 트래픽은 반-정적(semi-static) 서킷 방식의 스위칭을 통해 진행되고 QPSK 전송 포맷을 사용하며 트래픽 양은 임의의 값을 갖는다. 노드 C(13)에서 노드 E(15)로 전송되는 트래픽은 OOK 전송 포맷을 가지고 임의의 전송속도로 전송 가능하다.

전술한 모든 과정은, 데이터 채널(data channel)과 분리된 제어 채널(control channel)을 통해서, 중앙에서 실시간으로 네트워크 성능을 감시하는 제어장치(10)의 관리 정책에 따라 운영된다. SDN 개념이 접목된 광통신 네트워크에서는 제어장치(10)가 항시 트래픽의 거동을 감시한다. 감시 중에 특정 시간에서 QoS(Quality of Service) 정책이 고려된 트래픽의 변화 요청이 감지되면, 제어장치(10)는 소프트웨어 기반의 관리 및 제어 개념을 활용하여 트래픽 변화 요청에 대응한다. 예를 들어, 제어장치(10)는 광통신 네트워크 내에서 물리계층 내 전송과 관련된 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하여 각 노드들을 제어함에 따라 전송 효율을 극대화한다.

SDN 개념이 접목된 네트워크는 기존 네트워크와는 다른 다양한 스위칭 패러다임이 적용되어 운영된다. 즉, 기존에는 정적(static) 스위칭만 가능했다면, SDN 개념이 접목되는 네트워크에서는 반-정적(semi-static) 스위칭뿐만 아니라 동적(dynamic) 스위칭도 가능하다. 따라서, 좀더 유연한 트래픽 제어가 가능하고, 이를 통해 전력소비 효율을 개선하는 등 전반적인 운영 비용을 절감할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어장치(20)와 각 노드(21,22) 사이에 확장된 오픈 플로우(extended OpenFlow) 기반 논리적 제어명령 전달 구조도이다.

도 2를 참조하면, 각 노드(21,22)는 네트워크 운용 자원에 해당하는 파장 변환, 전송 속도, 변조 포맷, 채널 간격, 경로 스위칭 등의 제어가 가능한 기능 블럭들로 구성된다. 제어장치(20)는 각 노드(21,22)의 기능 블럭들 각각을, 확장된 오픈플로우 기반 프로토콜을 이용해 제어한다.

제어장치(20)의 상위계층은 플로우 제어를 위한 GUI 형식의 플로우 맵(flow Map)(200)으로 이루어진다. 각 맵(200)의 하위계층은 효율적인 제어를 위해 소프트웨어 정의된 플래너(planner)들(202)로 이루어진다. 예를 들어, 플래너들(202)은 소프트웨어 정의된 파장 변환 플래너, 소프트웨어 정의된 전송 속도 플래너, 소프트웨어 정의된 변조 포맷 플래너, 소프트웨어 정의된 경로 스위칭 플래너 등일 수 있다.

제어장치(20)의 가장 하위계층에는 확장된 오픈플로우 제어부(Extended OpenFlow Controller)(204)가 위치하여, 입력된 제어명령을 확장된 오픈플로우 API(Extended-Open Flow application programming interface: 이하 E-Openflow API)(206)를 통해 각 노드(21,22)에 전달한다. 각 노드(21,22)의 E-Openflow API(210,220)는 제어장치(20)로부터 전달받은 제어명령을 프로그래머블한 언어로 변환하여 각 노드(21,22)에서 실제 동작 가능하도록, 하드웨어 제어를 담당하는 각 펌웨어(firmware)(212,222)에 전달한다. 각 펌웨어(212,222)는 최종적으로 제어명령과 관련된 하드웨어(214,224)의 동작을 제어하여 실제로 전달된 제어명령에 따라 적합한 동작이 이루어질 수 있도록 한다.

이때 중요한 것은 제어명령을 전달하기 위한 채널(208)은 부가적으로 분리되어 존재한다는 사실이다. 제어 채널(208)은 물리적 경로가 데이터 전송 채널과는 독립적으로 추가되어 운영될 수 있다. 또는 물리적인 경로는 공유하나 논리적으로는 분리되어 운영될 수도 있다. 이 경우, 제어 채널(208) 구성을 위해서 파장 또는 주파수 등의 물리계층 망 자원을 부수적으로 할당하여 운용이 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2의 광통신 네트워크에서 트래픽 제어명령 전달을 위한 프로세스를 도시한 흐름도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제어장치(20)는 플로우 맵(200)을 통해 트래픽 흐름을 감시하여 요청사항을 확인한다(300). 트래픽 흐름 감시 중에 임의의 노드로부터 트래픽 변화를 요청받으면 전체 망에서 운영되고 있는 자원의 운용 상황을 분석하고 요청사항에 적합한 대응방안을 도출한다(310).

이어서, 소프트웨어 정의된 플래너들(202)을 통해 제어 파라미터를 소프트웨어 정의한다(320). 제어 파라미터는 파장 변환, 전송 속도, 변조 포맷, 경로 스위칭 등의 물리 계층 전송을 위한 망 자원일 수 있다. 그리고, 확장된 오픈플로우 제어부(204)의 제어(330)에 의해 E-Openflow API(206)가 제어명령을 제어 채널(208)을 통해 각 노드(21,22)에 전달한다(350). 각 노드(21,22)는 E-Openflow API(210,220)를 통해 제어명령을 수집(360)하여 프로그래머블한 언어로 변환(370)하고 각 장치에서 실제로 동작이 가능하도록 하드웨어 내에서 제어를 담당하는 펌웨어(212,222)에 전달해 주고, 펌웨어(212,214)는 최종적으로 제어명령과 관계된 하드웨어(214,224)의 동작을 제어하여 실제로 전달된 제어명령에 적합한 동작이 이루어질 수 있도록 명령을 수행하게 된다(380).

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메인 노드(Main node)(41)가 서브 노드(Sub Node)(42)와 별도의 독립적인 데이터 전송 채널(407)과 제어 채널(409)을 갖는 경우, 제어장치(40)와 서브 노드(42) 사이의 확장된 오픈플로우 기반 제어명령 전달을 위한 물리계층의 논리적인 구조도이다.

도 4는 세부적으로, 서브 노드(42)가 제어장치(40)와 직접 연결되는 제어 채널을 갖지 못하고, 메인 노드(41)와 형성된 제어 채널(409)을 통해 제어장치(40)와 연결되는 경우의 물리계층 파라미터에 대한 네트워크 구성을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 도 2를 참조로 전술한 네트워크와는 다르게, 일 실시 예에 따른 네트워크는 서브 노드(42)가 제어장치(40)와 직접적으로 연결되지 않고, 메인 노드(41)를 통해 제어장치(40)와 별도의 독립적인 데이터 전송 채널과 제어 채널을 갖는다. 메인 노드(41)와 서브 노드(42) 사이의 연결 방식은 이해를 돕기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 1:1 연결 구조를 도시하였지만, 필요에 따라 1:N 연결 구조를 가질 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 4의 통신 네트워크에서 트래픽 제어명령 전달을 위한 프로세스를 도시한 흐름도이다.

도 5는 세부적으로, 확장된 오픈플로우 기반의 제어 프로토콜과 메인 노드(41)와 서브 노드(42) 사이의 제어 채널을 사용하여, 제어장치(40)에서 서브 노드(42)의 물리계층 전송 파라미터들을 제어하기 위한 제어 흐름도이다.

대부분의 제어 흐름(500,510,520,530,540,550,590,592)이 도 3을 참조로 전술한 제어 흐름과 크게 다르지 않다. 그러나, 메인 노드(41)에서 서브 노드(42)로 제어신호를 전달해 주는데 필요한 메인 노드(41)의 제어명령 수집(560), 서브 노드(42)로 제어명령 전달(570), 서브 노드(42)의 제어명령 수집(580) 단계가 추가적으로 요청된다.

추가된 3단계의 절차(560,570,582)는 특별한 부가 기능을 요구하지 않으며, 단순히 확장된 오픈플로우 기반 제어신호의 원활한 전달을 위한 재전송 개념의 단순한 역할을 수행한다. 따라서, 전술한 절차를 통해 제어장치(40)는 메인 노드(41)와 서브 노드(42)의 물리계층 전송과 관련된 주요 기능들을 제어할 수 있고, 나아가 각 노드(41,42) 별로 시시각각으로 변화하는 트래픽의 요청사항에 적합한 제어명령을 수행할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 개념이 도입된 광 네트워크의 3단계 구조를 도시한 구성도이다.

도 6은 세부적으로 SDN 개념이 도입된 광 네트워크를 코어(core) 망(60)/메트로(metro) 망(62)/액세스(Access) 망(64) 3단계로 구분한 것이다. 도 6을 참조로 한 설명을 통해 후술되는 다양한 종류의 네트워크들 사이의 상호 관계와 역할에 대한 정의를 명확히 하고자 한다.

도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 SDN 기반 광통신 네트워크는 코어 망(60)을 지칭한다. 코어 망(60)에서의 제어장치(600)는 백본 트래픽에 대한 각 노드(602,604,606,608) 별 요청사항 변경에 따라 각 노드(602,604,606,608) 별로 삽입, 추출 또는 스위칭되는 트래픽의 정량적 및 정성적인 특성을, 소프트웨어 정의된 상위 애플리케이션 형식의 제어명령을 사용하여 자동/반-자동으로 변화시킨다.

여기서 중요한 사항은 각 노드(602,604,606,608) 별 데이터 채널을 통한 연결은 주로 광케이블(Optical fiber)로 이루어지며, 제어장치(600)와 각 노드들(602,604,606,608) 사이의 제어 채널을 통한 연결은 광케이블을 포함한 다양한 통신 경로 구성 방법을 사용할 수 있다. 통신 경로 구성 방법 예로는 RF 신호를 이용한 무선 전송이나 가시광 통신 방법 등이 있으나 이에 한정되지는 않는다. 나아가, 각 노드들(602,604,606,608)은 직접적으로 제어장치(600)와 제어 채널을 통해 연결될 수도 있고, 메인 노드 및 서브 노드의 개념으로 임의의 메인 노드와 제어장치(600) 사이의 제어 채널을 통해 연결도 가능하다. 이때, 메인 노드와 서브 노드 사이에는 독자적인 제어 채널이 존재하는 것을 특징으로 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 개념이 적용된 유무선 융합 가입자 망/유선 광대역 가입자 망 구조도이다.

최근 들어, 이동통신 서비스의 급격한 활성화로 인해 유선 가입자 망 인프라와 무선 가입자 망 인프라를 통합하여 구축, 운영 및 관리하고자 하는 노력들이 진행 중이다. 이러한 노력 하에 통신 사업자의 CAPEX(capital expenditure) 및 OPEX(Operating Expenditure)를 절감하여 궁극적으로는 사업자 입장에서의 ARPU(Average Revenue Per User)를 개선하고자 한다. 특히, 가장 동질성이 많은 유선 기반의 초고속 광 가입자 망과 이동통신 기지국의 프론트 홀 망을 단일 인프라로 통합하여 운영하려는 시도가 일부 시작 중이거나 일부는 이미 셋업이 완료되어 상용 서비스가 시행 중이다. 이와 같은 유무선 융합 가입자 망에서는 주로 유선 가입자 망 구축에 있어서 핵심 기술인 PON(passive optical network) 기술이 사용되며, 그 중에서도 TDM(time division multiplexing), WDM(wavelength division multiplexing), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), SCM-PON(Sub-Carrier Multiplexing-PON) 등의 기술이 많이 사용된다.

PON 기술에서는 물리적인 망 자원을 분할하여 각 가입자들과 상·하향 통신을 하는 것이 일반적인데, TDM-PON에서는 time slot을, WDM-PON에서는 파장을, OFDM-PON에서는 직교 주파수를, SCM-PON에서는 주파수 영역의 서브 캐리어를 가입자 별로 할당하여 통신하게 된다. 일반적으로 각 유선 가입자들의 요청 대역폭에 적합하도록 물리적 망 자원을 적당히 분배하여 전화국(중앙 기지국)과 통신하는데 사용해왔다. 그러나, 최근 들어 4세대 이동통신 시스템과 같이 대용량 트래픽의 전송을 요청하는 시스템의 경우, 기존의 유선 가입자망에서 가입자당 할당해 오던 트래픽 양과 유사한 양의 트래픽을 각 기지국 시스템에 할당해야 한다. 이에 따라, 유선 가입자 망을 구성하던 일부 분배 망을 직접 이동통신 기지국 시스템 운영에 필요한 프론트 홀 망으로 변환하여 사용하기 시작했다. 따라서, 전술한 time slot, 파장, 직교 주파수, 서브 캐리어 등의 망 자원이, 이동통신 기지국 시스템 트래픽 전송에 사용되기 시작하였다.

이러한 망을 유무선 융합 가입자 망으로 통칭하며, SDN 개념이 적용된 유무선 융합 가입자 망은 도 7에 도시된 바와 같이 중앙 기지국(7)에 SDN 실행을 위한 제어장치(70)가 포함된다. 유선 광대역 가입자 네트워크는 구조적으로 융합 가입자 네트워크와 동일하나, 다만 분배 망 종단에 이동통신 기지국 시스템이 종속 시스템으로 구축되지 않고, 모두 유선 가입자 단말장치로만 분배 망이 구성되는 경우를 일컫는다.

제어장치(70)는 PON 분배 망에 개별 연결된 가입자 단말 및 서비스 종류에 따라 트래픽의 거동을 상시 감시한다. 임의의 분배 망에 연결된 단말 혹은 시스템에서 트래픽의 가감을 요청하면 전체 망에서 운영되고 있는 자원의 운용 상황을 파악하고 요청사항에 적합한 대응조치를 취할 수 있도록 해준다.

도 7에서는 유선 광대역 가입자 네트워크로서, 다세대 주택(residential multi-dwelling) 망(72), 단일주택(residential) 망(74), 기업(enterprise) 망(78) 등을 도시하였고, 무선 가입자 네트워크로 무선 프론트 홀 망(76)을 예로 들었다.

일 예로, 기업 망(78)에서는 약 100 Gb/s급의 트래픽을 요청하는 경우를 가정한다. 이 경우, 제어장치(70)는 임의의 단일 혹은 다중 파장 또는 주파수 자원을 할당하고 특정한 변조 방법을 선택하여 100 Gb/s급 트래픽 전송이 가능하도록 제어한다. 이를 위해 제어장치(70)는 경로, 파장, 시간 또는 주파수 할당, 변조 방법, 채널 대역폭 및 간격 등을 소프트웨어적으로 정의하고, 해당 기능을 수행할 수 있도록 전송 환경을 구성한다.

다른 예로, 이동통신 기지국이 존재하는 분배 망의 관리를 위해서, 제어장치(70)는 무선 프론트 홀 망(76)에 적합한 기지국 시스템 운용 및 제어를 수행한다. 예를 들어, 낮 시간 동안에는 다수의 이동통신 가입자가 요청하는 대용량 트래픽의 처리를 위해 10 Gb/s급 트래픽 처리가 가능하도록 파장(또는 주파수 및 시간) 자원을 적절히 할당한다. 그리고, 심볼율을 증가시켜 분광학적인 전송 효율을 증대하는 방법 중 하나인 16 QAM 변조 방법을 활용하여 목표 트래픽에 대한 처리를 가능케 한다.

이에 비해, 밤 시간에는 낮 시간 대비 약 10% 미만의 트래픽 요청사항이 발생하므로, 1 Gb/s급의 트래픽 처리가 가능하도록 파장(또는 주파수 및 시간) 자원을 적당히 할애한다. 그리고, 심볼율이 감소된 OOK 변조 방법 등을 사용해 목표 트래픽을 처리하게 된다. 전술한 모든 과정들은 중앙기지국(7)에 위치하는 제어장치(70)의 감시 및 제어 하에 이루어지며, 제어명령의 전달 및 실행은 이와 관련된 제어 채널 경로를 통해서 이루어진다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 TDM-PON 기반 유무선 융합 가입자 망/유선 광대역 가입자망에 대한 논리적 제어명령 전달 구조도이다.

도 8은 세부적으로 트래픽 제어를 위해 SDN 개념을 도입하고 이와 관련된 구체적인 제어, 감시 명령 기능을 수행할 수 있는 유무선 융합 가입자 망에 대한 논리적인 구조를 도시한 것이다. 특히, 도 8은 현재 가장 널리 사용되고 있는 GPON(gigabit capable passive optical network) 및 GEPON(gigabit Ethernet passive optical network)과 같은 TDM-PON 기반의 유무선 융합 가입자 망을 기본으로 하는, SDN 개념이 도입된 유무선 융합 가입자 망에 대한 논리적 제어명령 전달을 위한 구조를 나타내었다.

도 8을 참조하면, 중앙기지국(OLT)(81)과 가입자단말(ONU)(82)은 네트워크 운용 자원에 해당하는 time slot, 변조 포맷, 순방향 에러 정정 코드 등의 기능과 관련하여 각각의 네트워크 운용자원에 대한 가변 제어가 가능한 PHY 기능 블럭과 MAC 기능 블럭을 포함한 하드웨어(814,824)를 갖는다.

제어장치(80)는 이들 각 기능을 확장된(extended) 오픈플로우 기반의 프로토콜을 이용해 제어한다. 단, 여기서 언급된 가변 가능한 기능은 단지 예시일 뿐이며 특정 기능에 대한 한정의 의미가 아니다.

제어장치(80)의 상위계층은 플로우 제어를 위한 GUI 형식의 플로우 맵(flow map)(800)으로 이루어지고, 각 맵(800)의 하위계층은 효율적인 제어를 위해 소프트웨어 정의된 플래너들(802)이 위치하게 된다. 플래너들(802)은 소프트웨어 정의된 time slot 플래너, 소프트웨어 정의된 변조 포맷 플래너, 소프트웨어 정의된 순방향 에러 정정 코드 플래너 등일 수 있다.

WDM-PON의 경우 플래너들(802)은 소프트웨어 정의된 파장 플래너, 소프트웨어 정의된 변조 포맷 플래너, 그리고 소프트웨어 정의된 파장 간격 플래너 등이 존재할 수 있다. OFDM-PON의 경우 플래너들(802)은 소프트웨어 정의된 OFDM 서브 캐리어 플래너, 소프트웨어 정의된 변조 포맷 플래너, 그리고 소프트웨어 정의된 FFT size 플래너 및 대역폭 플래너 등이 존재할 수 있다.

제어장치(80)의 가장 하위계층에는 확장된 오픈플로우 제어부(804)가 위치하여, 입력된 제어명령을 중앙기지국(OLT)(81) 또는 가입자단말(ONU)(82) 별로 전달이 가능하도록 E-OPenFlow API(806)와 연결된다.

E-OPenFlow API(810)는 제어장치(80)로부터 수신된 제어명령을 프로그래머블한 언어로 변환하여 각 장치에서 실제로 동작이 가능하도록 하드웨어 내에서 제어를 담당하는 펌웨어(812)에 전달해 준다. 펌웨어(812)는 최종적으로 제어명령과 관계된 하드웨어(814)의 동작을 제어하여 실제로 전달된 제어명령에 적합한 동작이 이루어질 수 있도록 명령을 수행하게 된다.

이때 중요한 것은 제어명령을 전송을 위한 물리적 채널은 부수적으로 분리되어 존재한다는 사실이다. 제어 채널은 물리적인 경로가 데이터 전송 채널과는 독립적으로 운영될 수도 있고, 물리적인 경로는 공유하나 논리적으로는 분리되어 운영될 수 있다. 이 경우는 제어 채널을 구성을 위해서 파장 또는 주파수 등의 물리계층 망 자원을 부수적으로 할당하여 운용이 가능하다.

도 8에서는 가입자 망의 특성상 단수의 중앙기지국(OTL)(81)과 다수의 가입자단말(ONU)들을 직접적으로 연결하는 복수 개의 제어장치(80)와의 제어 채널들을 분리하여 구성하지 않고, 단순히 중앙기지국(OTL)(81)과 가입자단말(ONU)(82) 사이의 P2MP(point to multi point) 연결 구조를 변경 없이 사용하는 구조를 사용한다. 즉, 이미 설정이 완료된 중앙기지국(OTL)(81)과 가입자단말(ONU)(82) 사이의 데이터 채널(807) 내부에 부수적으로 논리적인 제어 채널(809)을 부가적인 파장, time slot 또는 주파수 등을 활용하여 생성하고, 가입자단말(ONU)(82)의 기능적 제어는 중앙기지국(OTL)(81)을 통해서 이루어진다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 8의 유무선 융합 가입자 네트워크/유선 광대역 가입자 네트워크의 제어 흐름도이다.

세부적으로, 도 9는 도 8에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 시스템에서 확장된 오픈플로우 기반의 제어 프로토콜과 중앙기지국(OLT)(81)과 가입자단말(ONU)(82) 사이의 제어 채널(809)을 사용하여, 제어장치(80)가 중앙기지국(OLT)(81)과의 제어 채널(809)을 통해 가입자단말(ONU)(82)의 물리계층 전송 파라미터들을 제어하기 위한 프로세스를 나타내었다.

대부분의 제어 흐름(900,910,920,930,940,950,990,992)은 도 3 및 도 5를 참조로 전술한 제어 흐름도들과 크게 다르지 않다. 다만, 중앙기지국(OLT)(81)에서 가입자단말(ONU)(82)로 제어신호를 전달해 주는데 필요한 OLT 제어명령 수집(960), ONU로 제어명령 전달(970) 및 ONU 제어명령 수집(980) 단계가 추가된다. 추가된 3단계 프로세스(960,970,980)는 특별한 부가적인 기능을 덧붙이지 않으며, 단순히 확장된 오픈플로우 기반 제어신호의 원활한 전달을 위한 재전송 개념의 역할을 수행한다. 전술한 제어 프로세스를 통해 제어장치(80)는 중앙기지국(OLT)(81)과 가입자단말(ONU)(82)의 물리계층 전송과 관련된 주요 기능들을 제어할 수 있다. 나아가, 중앙기지국(OLT)(81) 및 가입자단말(ONU)(82) 별로 시시각각으로 변화하는 트래픽의 요청사항에 적합한 제어명령을 전달할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 개념이 도입된 광 네트워크의 3 계층 중 유무선 융합 액세스 망의 계층적 위치 및 연결 구조를 나타내는 구조도이다.

도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 SDN 기반의 유무선 융합 가입자 망은 액세스 망(Access Network)(640)을 지칭한다. 도 10에 도시된 바와 같이 액세스 망(Access Network)(640)은 유선 가입자 장치와 무선 가입자 장치가 융합되어 있음을 확인할 수 있다.

제어장치(600)는, 가입자별 요청 트래픽에 대한 전체 망 차원의 트래픽 흐름에 따라 각 가입자 별로 공급되는 트래픽의 정량적 및 정성적인 특성을, 소프트웨어 정의된 상위 애플리케이션 형식의 제어명령을 사용하여 상황에 따라 자동/반-자동으로 변화시킨다.

도 11a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 기반의 아날로그 무선-광 전송 기술과 중간 주파수를 이용한 다중화 기술을 사용하는 이동통신 기지국 네트워크 구조도이다.

최근 들어, 3세대 및 4세대 이동통신 서비스 및 시장의 빠른 확산으로 인하여 모바일 단말을 이용하는 이동통신 서비스 가입자 수는 폭발적으로 증가하였다. 이에 따라, 기존의 이동통신 기지국 시스템으로는 폭발적으로 증가하는 가입자 수를 지원하기 위한 트래픽 처리용량에 한계가 있다. 이를 개선하기 위한 방법 중 하나가 분산형 안테나 시스템이고, 가까운 미래에 대부분의 기지국이 분산형 안테나 시스템 기반으로 구축될 것이다. 그러나, 이러한 분산형 안테나 시스템으로도 빠르게 진보하는 이동통신 서비스의 대역폭 증가 추세를 만족시키지 못해, 조만간 트래픽 처리용량의 한계에 다다를 것으로 예측된다.

이를 획기적으로 개선할 수 있는 기술 중 하나가 아날로그 무선-광 전송 기술이다. 기존의 아날로그 무선-광 전송 기술은, 이동통신 서비스에서 직접 사용하는 RF 영역의 반송파에 데이터를 직접 변조하여 광 전송하였다. 그러나, 이 방법의 경우 구현 및 운영 비용 절감효과가 뛰어나지 않고 고주파 사용에 따라 전송시 링크 버짓이 제한되는 성능 문제가 있다.

이에 광학적 영역에서 이동통신 서비스 신호를 중간 주파수(IF)로 변환하여 전송하고, 다시 기지국의 종단인 라디오 유닛(이하 RU)에서 이동통신 서비스에 적합한 RF 반송파로 변환하여 자유공간에 전파하는 아날로그 무선-광 전송 및 IF 다중화 전송 기술이 현재 많은 관심을 끌고 있다. 아날로그 무선-광 전송 및 IF 다중화 전송 기술을 현실화할 경우, 구현 비용이 저렴하고 기지국 시스템을 대용량화 및 광역화할 수 있는 장점이 있다. 이에, 4세대 이후 또는 5세대 이동통신 시스템용 이동통신 기지국 전용 프론트 홀 기술로서 적합하다는 평가를 받고 있다. 그러나, 다수의 디지털 유닛(이하 DU)을 대용량화하여 관리해야 하고, 다수의 RU의 전송 특성을 개선하기 위해 다양한 물리계층의 전송 성능과 관련된 파라미터들을 제어 및 관리해야 하는 새로운 기술적 문제가 발생한다.

전술한 문제를 개선할 수 있는 수단이, SDN 개념을 이동통신용 DAS(Distributed Antenna System) 기반 기지국 시스템에 도입하는 것이다. SDN 개념을 도입하게 되면, 무선-광 전송 전송용 파장, 중간 주파수, 대역폭, 이동통신 시스템용 OFDM 관련 파라미터 및 변조 방법 등을 소프트웨어 정의된 방법으로 보다 손쉽게 제어 및 관리할 수 있다. 이에 따라, 시스템 운영 차원에서의 소요 비용을 획기적으로 개선할 수 있게 되고, 나아가 각 RU(DAS 시스템 내 안테나) 별로 요청하는 트래픽 량에 맞도록 망 자원을 효율적으로 운영할 수 있다.

전술한 개념을 실행하기 위해, 일 실시 예에 따른 이동통신 기지국 시스템은 중앙 집중형 대용량 DU(1100)에 제어장치(1102)를 형성한다. DU(1100)는 제어장치(1102)와는 별도의 독립적인 제어 채널을 통해 연결된다. 그리고, 일 실시 예에 따른 DU(1100)는 각 RU(1110,1120,1130)와는 물리적인 연결 경로 내에 부가적인 파장 또는 중간 주파수 등을 활용해 생성한 제어 채널을 통해 연결된다.

일 실시 예에 따른 SDN 개념이 접목된 아날로그 무선-광 전송 기반의 이동통신 기지국 시스템에서, 대용량의 단일 DU(1100)와 다수의 RU(1110,1120,1130) 사이는 광케이블(optical fiber)과 같은 전송매체를 사용하여 물리적으로 연결된다. 단일 DU(1100)와 다수의 RU(1110,1120,1130) 사이의 연결을 위한 구성은 사업자의 환경 및 기지국들의 분포현황에 따라 다양한 토폴로지의 적용이 가능하다. 일 예로, 도 11a에서는 링 형을 도시하였지만, 이는 단순히 예일 뿐이고 실제로는 1:N의 접속 구조를 실현할 수 있는 버스형, 스타형, 점대점 형 등의 다양한 형태로 구성이 가능하다. 링 형의 경우에는 중앙에 대용량 DU(1100)를 중심으로 다수개의 RU(1110,1120,1130)를 광케이블로 연결할 수 있다. 이때 사용되는 광케이블은 단일 모드 광섬유, 다중 모드 광섬유, 나아가 플라스틱 광섬유도 가능하다.

이와 같은 DAS(분산형 기지국 안테나) 시스템의 응용 분야는 기존의 이동통신 시스템용 기지국 구축뿐 아니라 댁내 혹은 빌딩 내 단거리 분산형 안테나 시스템 구축시에도 적용이 가능하다. 비교적 짧은 거리를 수용하는 시스템에서는 필요에 따라 다중 모드 광섬유 또는 플라스틱 광섬유를 전송매체로 이용할 수 있다.

도 11a를 참조하면, 일 실시 예에 따른 SDN 개념이 접목된 아날로그 무선-광 전송 기반의 이동통신 기지국 시스템의 대용량화를 위해서, 중간 주파수(IF) 다중화 방식을 사용한다. 일 예로 현재 상용 서비스가 활성화된 LTE 이동통신 시스템의 경우, 기본적으로 최대 약 20 MHz의 대역폭을 갖는 신호를 DU와 RU 사이에서 전송하기 위해 최대 10 Gb/s의 디지털 신호로 변환하여 전송하게 된다. 이 경우 과도한 대역폭으로 인해 망 구축 및 운영 비용이 증가하게 되는 것은 자명하다. 이를 저가화하기 위해서, DU가 20 MHz 대역에 존재하는 디지털 기저대역 OFDM 신호를 아날로그 신호로 변환시킨 후 직접 주파수 영역에서 다수 개의 아날로그 신호로 다중화하여 전송시키는 구조를 채용하면 망 구축 및 운영 비용을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

이를 위해 DU는 단일 파장 내에 아날로그 변환된 OFDM 기반 LTE 신호를 임의의 IF 신호로 상향 천이하고 이를 주파수 영역에서 다중화하여 광 전송한다. 반대로 수신시에는 RU가 IF가 실린 채 광 수신된 신호를 광전 변환한 후 주파수 하향 천이를 통해 IF를 추출한다. 그리고, 이를 자유 공간 전송에 적합하도록 임의의 적절한 필터링 과정 및 증폭 과정을 거친 후 목표로 설정된 RF 캐리어 주파수로 다시 상향 천이하여 전송한다. 따라서, 시스템 전체에서 (수용 가능한 파장 수)×(파장 당 다중화 가능한 IF 캐리어의 수)만큼, 단일 DU가 수용할 수 있는 RU의 개수가 도출된다. 예를 들어, 80개의 파장을 수용하고 48개의 IF 다중화가 가능한 시스템이라면, 최대 단일 DU에 3,840개의 RU를 수용 가능하다. 물론, 단일 파장에 실리는 IF의 총 개수와 각 IF 사이의 간격 및 대역폭 등은 한정하지는 않는다.

제어장치(1102)는 이동통신 기지국 분배 망에 개별 연결된 가입자 단말 및 서비스 종류에 따라 트래픽의 흐름을 상시 감시한다. 제어장치(1102)는 임의의 분배 망에 연결된 단말 혹은 시스템에서 트래픽의 가감을 요청하면, 전체 망에서 운영되고 있는 자원의 운용 상황을 파악하고 요청사항에 적합한 대응 조치를 취한다.

일 예로, RU-1(1110)이 3 FA, 3 SECTOR, 8×8 MIMO 시스템을 운용하고 있으면, 이에 상응하는 트래픽을 제어장치(1102)에 요청한다. 이 경우, 제어장치(1102)는 임의의 단일 혹은 다중 파장 또는 IF 자원을 할당하고 특정한 변조 방법을 선택하여 현재 요청되는 트래픽 량에 대한 전송이 가능하도록 파장, IF 할당, 변조 방법, 채널 대역폭 및 OFDM 관련 파라미터 등을 소프트웨어적으로 정의 및 제어하여 전송환경을 구성한다.

다른 예로, 2 FA, 2 SECTOR를 가지는 RU-2(1120)를 위해서, 제어장치(1102)는 RU-2(1120)에 적합하도록 파장 및 IF 자원을 적절히 할당하여 목표 트래픽에 대한 처리를 가능하게 한다. 또 다른 예로, 2 FA, 2 SECTOR, 8×8 MIMO 시스템을 운용하고 있는 RU-3(1130)를 위해서, 제어장치(1102)는 RU-3(1130)에 적합한 트래픽의 처리가 가능하도록 파장 및 IF 자원을 적절히 할당하여 목표 트래픽에 대한 처리를 가능하게 한다. 전술한 모든 프로세스들은 제어장치(1102)의 감시 및 제어명령 전송을 위한 제어 채널을 통해 이루어진다.

도 11b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 11a의 네트워크 구조에서의 대역폭 제한 예를 설명하기 위한 그래프이다.

일 실시 예에 따른 도 11a의 네트워크 구조는, 직접변조 광원(direct modulation laser: DML)을 사용하여 IF의 개수 및 변조 대역폭 등에 대해 제한함에 따라 시스템 전체의 가격 경쟁력을 확보한다. 예를 들어 도 11b에 도시된 바와 같이, 3 GHz 이하의 영역에서 점유가 이루어지도록 변조 대역폭을 제한한다. 도 11b의 그래프에 있어서, 참조부호 1112는 도 11a의 RU-1(1110)을 포함한 IF 그룹에서 IF를 그룹화하여 파장 단위로 전송함을 보여주는 것이고, 참조부호 1122는 도 11a의 RU-2(1120)을 포함한 IF 그룹에서 IF를 그룹화하여 파장 단위로 전송함을 보여주는 것이며, 참조부호 1132는 도 11a의 RU-3(1130)을 포함한 IF 그룹에서 IF를 그룹화하여 파장 단위로 전송함을 보여주는 것이다. 만약, 보다 큰 용량을 갖는 시스템을 구현하고자 하는 경우에는 외부 변조기를 사용할 수 있다. 이때, 외부 변조기의 가능한 변조 대역폭 내에서 자유롭게 IF의 수용 개수와 대역폭 등을 결정할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주문형 트래픽 처리가 가능한 아날로그 무선-광 전송 기반 이동통신 기지국 망에 대한 논리적인 제어명령 전달 구조도이다.

도 12는 세부적으로, 트래픽 제어를 위해 SDN 개념을 도입하고 이와 관련된 구체적인 제어, 감시 명령 기능을 수행하여 주문형 트래픽 처리가 가능한 아날로그 무선-광 전송 기반 이동통신 기지국 망에 대한 논리적인 제어명령 전달 구조를 나타내었다.

DU(1210) 및 RU(1220)는 파장, IF, 대역폭, 변조 방법 및 OFDM 관련 파라미터 등의 네트워크 자원과 관련하여 각각에 대한 가변 제어가 가능한 PHY 및 MAC 기능 블럭을 갖는 하드웨어(1216,1226)를 포함한다. 단, 여기서 언급된 가변 가능한 기능은 단지 예시일 뿐이며 특정 기능에 대한 한정을 의미하지는 않는다.

제어장치(1200)는 DU(1210) 및 RU(1220) 각각을 확장된(extended) 오픈플로우 기반 프로토콜을 이용하여 제어한다. 제어장치(1200)의 상위는 플로우 제어를 위한 GUI 형식의 플로우 맵(1202)으로 이루어지고, 각 맵(1202)의 하위계층은 효율적인 제어를 위해 소프트웨어 정의된 플래너들(1024)로 구성된다. 예를 들어 플래너들(1204)은 소프트웨어 정의된 파장 플래너, 소프트웨어 정의된 IF 플래너, 소프트웨어 정의된 대역폭 플래너, 소프트웨어 정의된 변조 포맷 플래너, 소프트웨어 정의된 OFDM 플래너 등일 수 있다. 제어장치(1200)의 가장 하위계층에는 확장된 오픈플로우 기반 제어부(1204)가 위치하여, 입력된 제어명령을 DU 또는 RU 별로 전달 가능하도록 E-OpenFlow API(1208)와 연결된다.

E-OpenFlow API(1208)는 제어 채널(1209)을 통해 제어명령을 DU(1210)의 E-OpenFlow API(1210)에 전달하며, DU(1210)의 E-OpenFlow API(1210)는 수신된 제어명령을 프로그래머블한 언어로 변환하여 해당 장치에서 실제로 동작이 가능하도록 하드웨어 제어를 담당하는 펌웨어(1214)에 전달해 준다. 펌웨어(1214)는 최종적으로 제어명령과 관계된 하드웨어(1216)의 동작을 제어하여 실제로 전달된 제어명령에 적합한 동작이 이루어질 수 있도록 제어명령을 수행한다.

이때 중요한 것은 제어명령을 위한 물리적 채널은 부가적으로 분리되어 존재한다는 사실이다. 제어 채널은 물리적인 경로가 데이터 전송 채널과는 독립적으로 추가적으로 운영될 수도 있고, 물리적인 경로는 공유하나 논리적으로는 분리되어 운영될 수 있다. 이 경우는 제어 채널을 구성을 위해서 파장 또는 IF 등의 물리계층 망 자원을 부수적으로 할당하여 운용이 가능하다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분산형 안테나 시스템 기반의 이동통신 기지국 망의 특성상 단수의 DU과 다수의 RU들을 직접적으로 연결하는 복수 개의 제어장치(1200)와의 제어 채널들을 따로따로 분리하여 독립적으로 구성하지 않고, 단순히 DU(1210)와 RU(1220) 사이를 버스형 연결 구조를 사용하는 구조를 나타내었다. 즉 이미 제어 파라미터에 대한 설정이 완료된 DU(1210)와 RU(1220) 사이의 데이터 채널 내부에 부수적으로 논리적인 제어 채널을 부가적인 파장, IF 등을 활용하여 구축하고 각 RU(1220)의 기능적 제어는 DU(1210)를 통해서 이루어진다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 12의 주문형 트래픽 처리가 가능한 아날로그 무선-광 전송 기반의 이동통신 기지국 네트워크를 위한 논리적 제어명령 전달 프로세스를 도시한 흐름도이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 제어장치(1200)는 확장된 오픈플로우 기반 제어 프로토콜과 DU(1210)와 RU(1220) 사이의 제어 채널을 사용하여 DU(1210)와의 제어 채널(1209)을 거쳐 RU(1220)의 물리계층 전송 파라미터들을 제어한다. 대부분의 제어 흐름(1300,1310,1320,1330,1340,1350,1390,1392)은 이미 제시된 제어 흐름도들과 크게 다르지 않다. 다만, DU(1210)에서 RU(1220)로 제어신호를 전달해 주는데 필요한, DU(1210)에서의 제어명령 수집(1360), RU(1220)로의 제어명령 전달(1370) 및 RU(1220)에서 제어명령 수집(1380) 등의 단계가 추가적으로 요청된다.

추가된 3단계의 절차(1360,1370,1380)는 특별한 부가적인 기능 등을 덧붙이지 않으며, 단순히 확장된 오픈플로우 기반 제어신호의 원활한 전달을 위한 재전송 개념의 단순한 역할만을 수행한다. 전술한 절차를 통해 제어장치(1200)는 DU(1210) 및 RU(1220) 사이의 물리계층 전송과 관련된 주요 기능들을 제어할 수 있고, 나아가 각 RU(1220) 및 DU(1210) 별로 시시각각 변화하는 트래픽의 요청사항에 적합한 제어명령을 전달할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주문형 트래픽 처리가 가능한 아날로그 무선-광 전송 기반의 이동통신 기지국 네트워크를 도시한 구조도이다.

도 14는 세부적으로 SDN에 기반한 무선-광 전송 개념이 도입된 이동통신 기지국 네트워크의 위치를 이해하기 쉽도록, 코어/메트로/액세스 3단계로 구분된 네트워크에서 무선-광 전송 기반의 이동통신 기지국 네트워크는 모바일 코어/액세스 네트워크(Mobile core/access Network)(642)를 지칭한다. 이때, 제어장치(600)는 RU 별로 요청하는 트래픽 및 전체 망 차원의 트래픽 흐름에 따라 각 RU에 공급되는 트래픽의 정량적 및 정성적인 특성을, 소프트웨어 정의된 상위 애플리케이션 형식의 제어명령을 사용하여 상황에 따라 자동/반-자동으로 변화시킨다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

제어장치가, 트래픽 흐름을 감시하여 노드의 트래픽 요청에 따라 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하고, 소프트웨어 정의된 제어 파라미터에 대한 제어명령을 오픈플로우를 이용하여 제어 채널을 통해 적어도 하나의 노드에 전달하는 제어명령 전달 단계; 및
상기 제어장치로부터 제어명령을 수신한 노드가, 제어명령을 실행하는 제어명령 실행 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 파라미터는 파장 변환, 채널 간격, 대역폭, 전송속도, 변조 포맷 및 스위칭 중 적어도 하나를 포함하는 물리계층 전송 관련 파라미터이며,
각 제어 파라미터는 소프트웨어 정의되는 것을 특징으로 하는 광통신망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제어명령 전달 단계는,
트래픽 흐름을 감시하여 노드의 트래픽 요청을 감지하는 단계;
감지된 트래픽 요청에 대응하여 해당되는 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하는 단계; 및
소프트웨어 정의된 제어 파라미터를 기초로 하여 제어명령을 생성하고, 생성된 제어명령을 오픈플로우 API를 이용하여 제어 채널을 통해 해당 노드에 전달하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하는 단계는,
노드가 요청하는 트래픽 및 전체 망의 트래픽 흐름에 따라 각 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하는 것을 특징으로 하는 광통신망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제어명령 실행 단계는,
노드의 오픈플로우 API가 상기 제어장치로부터 제어명령을 수신하여 프로그래머블한 언어로 변환하는 단계; 및
변환된 제어명령과 관련된 하드웨어의 동작을 펌웨어를 통해 제어하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제어명령 전달 단계는,
제어장치가 제어명령을 오픈플로우를 이용하여 제어 채널을 통해 각 노드에 전달하며,
상기 제어명령 실행 단계는,
각 노드가, 상기 제어장치로부터 제어명령을 수신하여 실행하는 것을 특징으로 하는 광통신망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제어명령 전달 단계는,
제어장치가 제어명령을 오픈플로우를 이용하여 제어 채널을 통해 제1 노드에 송신하는 단계; 및
제1 노드가, 상기 제어장치로부터 제어명령을 수신하여 제어 채널을 통해 제2 노드로 전달하는 단계; 를 포함하며,
상기 제어명령 실행 단계는,
제1 노드가, 상기 제어장치로부터 제어명령을 수신하여 실행하는 단계; 및
제2 노드가, 상기 제1 노드로부터 제어명령을 전달받아 실행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 7 항에 있어서,
각 노드 간의 제어 채널은 물리적인 경로가 데이터 전송 채널과 독립적으로 분리된 채널이거나, 물리적인 경로는 동일하나 논리적 경로가 분리된 제어 채널인 것을 특징으로 하는 광통신망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 8 항에 있어서,
물리적인 경로는 동일하나 논리적 경로가 분리된 제어 채널은, 물리적인 경로 내에 물리계층 망 자원을 제어 채널에 할당하는 것을 특징으로 하는 광통신망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제어장치가, 트래픽 흐름을 감시하여 가입자 단말 장치의 트래픽 요청에 따라 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하고, 소프트웨어 정의된 제어 파라미터에 대한 제어명령을 오픈플로우를 이용하여 제어 채널을 통해 중앙 기지국 장치에 송신하는 제어명령 송신 단계;
중앙 기지국 장치가, 상기 제어장치로부터 수신된 제어명령을 망 자원 분배를 통해 유선 또는 무선 형태의 각 가입자 단말 장치에 전달하는 제어명령 전달 단계; 및
가입자 단말 장치가, 상기 중앙 기지국 장치로부터 제어명령을 수신하여 실행하는 제어명령 실행 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무선 융합 가입자망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제어 파라미터는 분배 망의 종류에 따라 그 종류가 상이한 물리계층 전송 관련 파라미터이며,
각 제어 파라미터는 소프트웨어 정의되는 것을 특징으로 하는 유무선 융합 가입자망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제어 파라미터는 TDM-PON인 경우 시간 슬롯, 변조 포맷 및 순방향 에러 정정 코드이고, WDM-PON인 경우 파장, 변조 포맷 및 파장 간격이며, OFDM-PON인 경우 OFDM 서브캐리어, 변조 포맷, FFT 크기 및 대역폭인 것을 특징으로 하는 유무선 융합 가입자망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 제어명령 송신 단계는,
분배 망에 연결된 각 가입자 단말 장치의 트래픽 흐름을 감시하여 트래픽 요청을 감지하는 단계;
감지된 트래픽 요청에 대응하여 해당되는 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하는 단계; 및
소프트웨어 정의된 제어 파라미터를 기초로 하여 제어명령을 생성하고, 생성된 제어명령을 오픈플로우 API를 이용하여 제어 채널을 통해 중앙 기지국 장치에 송신하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무선 융합 가입자망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 10 항에 있어서,
제어장치와 중앙 기지국 장치는 별도의 독립적인 제어 채널을 통해 연결되고, 중앙 기지국 장치와 각 가입자 단말 장치와는 물리적인 경로는 동일하나 논리적 경로가 분리된 제어 채널을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 유무선 융합 가입자망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 14 항에 있어서,
물리적인 경로는 동일하나 논리적 경로가 분리된 제어 채널은, 물리적인 경로 내에 물리계층 망 자원을 제어 채널에 할당하는 것을 특징으로 하는 유무선 융합 가입자망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제어장치가, 트래픽 흐름을 감시하여 라디오 유닛의 트래픽 요청에 따라 제어 파라미터를 소프트웨어 정의하고, 소프트웨어 정의된 제어 파라미터에 대한 제어명령을 오픈플로우를 이용하여 제어 채널을 통해 디지털 유닛에 송신하는 제어명령 송신 단계;
디지털 유닛이, 상기 제어장치로부터 수신된 제어명령을 각 라디오 유닛에 전달하고, 제어명령에 따라 디지털 기저대역 신호를 아날로그 신호로 변환 후 중간 주파수 신호로 상향 천이하고 이를 다중화하여 각 라디오 유닛에 전송하는 제어명령 전달 단계; 및
각 라디오 유닛이, 제어명령을 수신하여 이를 실행하고, 제어명령에 따라 디지털 유닛으로부터 수신된 신호로부터 중간 주파수 신호를 추출하며 이를 고주파 신호로 변환하여 전송하는 제어명령 실행 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 무선-광전송 기반 이동통신 기지국 망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 16 항에 있어서,
단일의 디지털 유닛이 수용할 수 있는 라디오 유닛의 개수는 수용 가능한 파장의 수 및 파장 단 다중화 가능한 중간 주파수 신호의 곱인 것을 특징으로 하는 아날로그 무선-광전송 기반 이동통신 기지국 망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 제어 파라미터는 파장, 중간 주파수, 변조 방법, 채널 대역폭, OFDM 관련 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는 물리계층 전송 관련 파라미터이며,
각 제어 파라미터는 소프트웨어 정의되는 것을 특징으로 하는 아날로그 무선-광전송 기반 이동통신 기지국 망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 제어장치와 디지털 유닛은 별도의 독립적인 제어 채널을 통해 연결되고, 디지털 유닛과 각 라디오 유닛과는 물리적인 경로는 동일하나 논리적 경로가 분리된 제어 채널을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 아날로그 무선-광전송 기반 이동통신 기지국 망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.
제 19 항에 있어서,
물리적인 경로는 동일하나 논리적 경로가 분리된 제어 채널은, 물리적인 경로 내에 물리계층 망 자원을 제어 채널에 할당하는 것을 특징으로 하는 아날로그 무선-광전송 기반 이동통신 기지국 망에서의 소프트웨어 정의 네트워킹 방법.