최근 이동통신 세계 회의(Mobile Word Congress)와 초고속 인터넷 세계 포럼(Broadband World Forum) 행사의 주요 화제는 차세대 모바일 인프라 표준인 LTE(Long Term Evolution)였다. LTE의 기본 목표는 사업자가 자유롭게 비즈니스 모델을 선택하도록 지원하는 동시에 가입자에게 유비쿼터스 모바일 광대역을 제공하는 것이다.

그레이엄 에드미스튼(Graham Edmiston) / 프리스케일 반도체

   지난 10년 동안의 막대한 인프라 투자는 투자금 상환이 차후 네트워크 발전에 중대한 역할을 하게 되는 결과로 이어졌다. 사업자들이 배치된 2G 및 3G 장비의 채무를 아직 완전히 상환하지 못했으므로, LTE는 기존 네트워크와 겹쳐지는 형태로 배치될 가능성이 높다.
   규모의 경제와 비용의 이유로 인해 LTE를 녹지대 형태로 배치하는 것은 바람직하지 못하다. 더구나 LTE로 인해 기존 네트워크 장비가 잉여물이 되는 일도 없어야 한다. 간단히 말하자면 LTE가 기존 2G 및 3G 인프라와 공존하면서 매끄럽게 상호 연동되어야 한다는 것이다.
   본 글은 인프라 장비 제조업체, 보드 제조업체, 소프트웨어 설계자 및 사업자 등이 RAS(Radio Access Network)를 LTE에 적합하게 업그레이드할 때 직면하게 되는 문제를 소개한다. 또한 LTE 액세스 포인트에는 이더넷 연결에서 보안 IP만 제공하면 된다는 속설을 파헤친다. 더불어 전송, 비용, 환경과 관련된 문제와 고려사항에 대해서도 다룬다.

액세스 간소화?
   가입자가 이동 중에도 광대역 환경 및 서비스를 가정에서와 같이 누릴 수 있도록 하는 것이 LTE의 목표이다. ‘유비쿼터스 모바일 광대역’이나 ‘언제 어디서나 즐기는 광대역’과 같은 문구는 이러한 목표를 나타내는 것으로, 출퇴근 또는 출장 중에 라이브 비디오 콘텐츠를 보거나 실시간 대화형 게임을 즐기는 이미지를 상기시킨다.
   LTE가 DSL 또는 WiMAX와 경쟁하려면 무엇보다 어떤 방법으로든 이러한 고급 서비스를 실현하고, 음성 및 NRT(비실시간) 데이터 등의 기존 모바일 서비스를 확대해야 한다는 점은 분명하다.
  3GPP는 출범 초기부터 LTE 액세스 포인트(RAN)가 SAE(System Architecture Evolution)를 따라야 한다고 규정했다(3GPP TS 36.300 version 8.7.0 Release 8). 2G BSC(Base Station Controller, 기지국 제어기) 및 3G RNC(Radio Network Controller, 무선 네트워크 제어부) 등의 중계 프로세싱 노드는 LTE RAN에서 제외되었다.
   왕복 전송 대기 시간을 IPTV나 실시간 게임과 같은 고급 실시간 서비스 및 콘텐츠에 적합한 수준으로 낮추려면 이러한 SAE 기준이 필요하다. 또한 SAE에는 BSC 및 RNC 기능을 액세스 포인트(BTS)에서 모두 로컬 형태로 처리하도록 규정하고 있으므로, 제어 스택을 실행하는 CPU에 대한 부담이 가중된다. (그림 1)에 LTE용 RAN 아키텍처가 자세히 나와있다.
   3GPP는 LTE RAN에 eNB 및 S1이라는 WAN 인터페이스가 포함되어야 하며, IP가 S1에서 ‘유일한’ 사용자 전송망(transport bearer)이어야 함을 규정한다. 더불어 전송 계층에서 S1 연결에 대한 보안 적용을 규정하고 있으므로 IPsec 또한 필수 사항이다. 이 네트워크 토폴로지가 표면상으로는 비교적 간단해 보이나, 3GPP Release 8(LTE)에서 기존 무선 기술과 상호운용성을 요구하고 있다는 점은 간과되는 경우가 많다. 이러한 요구조건으로 인해 코로케이션(colocation), 프로토콜 연동, 상호운용성 테스트, 동기화, 보안, 스케줄링, QoS, 대역 할당, 전송, TCO 등의 다양한 문제가 비롯되는 것이다.
   또한 사업자들은 RAN 업그레이드는 자본 및 운영 지출을 줄이는 동시에 LTE에서 기대되는 차별화 서비스의 대폭적인 확산을 촉진하는 방향으로 수행되어야 한다고 요구한다. 또한 상업적으로 실행 가능한 LTE 배치는 기존 네트워크 인프라를 완전히 활용해야 하는데, 이 점도 사양만으로는 바로 인지하기 어려운 사실이다.
이는 본질적으로 인프라 장비 제조업체를 다음과 같은 곤경에 처하게 만드는 요소이다.
▶ IPTV와 같은 광대 역 서비스의 촉진을 위해 다운링크 대역폭 확장
▶ 예를 들어 이동 중 에 사회적 네트워크 사이트에서 블로그 활동을 할 수 있도록 업링크 대역폭 확장
▶ 실시간 게임 등의 서비스 지원을 위해 대기 시간 축소
▶ 자본 및 운영 지출 절감과 더불어 소비 전력 절감
▶ LTE 액세스 네트워크에 포함된 기존 2G 및 3G 장비의 채무 상환
▶ 기존 전송망 및 기존 장비와의 연동
▶ 네트워크 보안 확보
▶ 만족스러운 QoS 보장
▶ 친환경화

    인프라 장비 제조업체가 이러한 문제를 해결하려면 사업을 진행하기 전에 검토해야 할 것이 있다.

2G 현황
    (그림 2)에 2G RAN의 기본적인 아키텍처를 나타낸다.
   2G의 아비스(Abis) 인터페이스는 일반적으로 T1 또는 E1이며, GSM은 전송에 TDM을 활용한다. EDGE로 운영되는 데이터 서비스의 경우에도 전송망은 TDM이다. 현재 네트워크 서비스 제공업체들은 아직 GSM 시스템을 배치하고 있으며, 아직까지는 GSM이 전세계적으로 가장 널리 보급된 기술이다.
   사업자들은 인프라에 수십억 유로의 자금을 투자했다. TDM 전송망은 본질적으로 확장성과 QoS 문제를 가지고 있으므로 GSM의 인기는 시간이 지나면서 줄어들 것이다. 예를 들어 GSM은 단일 사용자에 대해 약 384kbps에서 포화 상태가 된다. 각 사용자 전송망에 고정 TDM 타임슬롯이 필요하므로 통계적 멀티플렉싱도 불가능하므로 트래픽 손실에 따른 매출 손실이 필연적이라는 점도 GSM의 수명 연장을 제한하는 또 다른 중요한 요소이다.
   반면에 음성과 기본적인 데이터 서비스에는 아직 GSM이 현실성 높은 옵션이다. GSM은 가장 먼저 배치된 디지털 기술이며, 따라서 해결해야 할 하위 호환 연동성 문제가 전혀 없다.

3G 현황(IP 이전)
   (그림 3)에 3GPP Release '99 액세스 체계를 나타낸다.
   3G 세계에서는 기술 발표에 따라 선호 전송망이 달라진다. Release '99의 경우 IUB 전송망이 ATM이다. 저밀도 지역에서는 ATM 포럼의 IMA 프로토콜을 사용하여 ATM이 TDM(E1 또는 T1)상에 결합된다. 고밀도 지역에서는 E3/T3 또는 SONET(OC-3) 또는 SDH(STM-1)가 사용된다. ATM은 본질적으로 QoS를 고려하여 설계되었으므로 ATM 전송망은 TDM 전송망에 비해 확연한 장점을 가지고 있다.   ATM은 또한 통계적 멀티플렉싱을 지원하므로 QoS 기능을 더욱 강화할 수 있다.
   3GPP는 초기부터 3G 기술이 2G와 호환되도록 규정했다. 따라서 사업자들은 3G를 오버레이 형태 또는 직교 형태로 배치할 것인가 하는 과제에 직면했다. 오버레이 형태에는 다음과 같은 장단점이 있다.
▶  코로케이션을 통해 시설과 전송망을 공유할 수 있으므로 비용이 절감됨
▶ 네트워크 관리가 복잡함
▶ 복잡한 QoS직교 배치 형태에는 다음과 같은 장단점이 있다.
▶ 더 많은 인프라 투자가 필요함
▶ QoS 및 네트워크 관리 간소화
▶ 3G와 2G 간 핸드오버가 복잡함

   3G 배치에는 주로 비용의 문제로 거의 대부분 오버레이 전략이 채택되었다. 따라서 3G용 RAN에는 XXXXXXXXXX에서 볼 수 있는 것처럼 2G 액세스 포인트가 포함되어 있다.
ATM상에서 AAL1을 사용하여 TDM 프레임을 원래대로 전송하려면 CES(Circuit Emulation Service)가 필요하다. 이를 통해 같은 시설에서 2G 및 3G BTS의 코로케이션이 가능하며, 설치 및 유지보수 비용도 절감할 수 있다.

3G IP 현황
   3GPP Release 5의 가장 두드러진 특징은 IP를 RAN에서 주도적인 전송망으로 도입했다는 점이다. (그림 4)에 3GPP Release 5 RAN을 나타낸다.
   저밀도 지역에서는 IP를 번들링 프로토콜로 손쉽게 전달할 수 있는 MLPPP를 사용하여 결합 E1 및 T1 링크상에서 IP가 전송된다. 대역폭 활용을 극대화하려면 헤더 압축과 같은 기능이 지원되어야 한다. 고밀도 지역에서는 고속 또는 기가비트 이더넷상에서  IP가 전송된다. 또 다시 비용 문제로 인해 IP 지원 인프라가 네트워크 서비스 제공업체의 기존 2G 및/또는 3G 인프라에 오버레이 형태로 배치된다. 2G 및 3G '99 배치로 인해 코로케이션과 상호운용성은 이전보다 더욱 복잡해진다. 이에 대한 예가 (그림 5)이다.
  IP와 2G 간의 상호운용성에는 PWE  (Pseudo Wire Emulation)가 필요하다. 이를 통해 IP상에서 TDM 프레임을 전송할 수 있다. 3G Release '99와 Release 5 간의 연동에는 ATM 대 IP 프로토콜 변환이 필요하다. 또한 PWE를 사용하여 Release '99 및 Release 5 간의 상호 연동도 가능하다. BTS 내의 백플레인 또한 거의 대다수가 이더넷 기반이다.
   일부 기지국 시설의 경우 동시 IUB 전송망도 사용할 수 있으며, 그 예로 TDM상의 ATM 전송망으로