광인터넷 기술 동향 및 진화 전망

이종현* 전경표* 이형호* 김해근* 양재우**

최근 인터넷 트래픽이 폭증하고 서비스 품질에 대한 요구가 증가함에 따라, 기존의 인터넷 백본 망은 광을 기반으로 하는 광 인터넷 망으로 급속히 전환되고 있다. 즉, 2004년경에는 지금보다 100배 빠른 100Mb/s, 2010년경에는 지금보다 1,000배 빠른 1Gb/s 인터넷이 우리들의 가정, 사무실, 일상생활을 연결하여 전자상거래, 사이버 교육, 사이버 의료 서비스 등의 각종 사이버 공간 서비스가 활성화 될 것이다. 이러한 추세로 볼 때, 2005~2010년경에는 인터넷 노드 하나가 처리해야 할 트래픽은 수십~수천 테라 비트/초가 될 것이며, 이의 수용, 교환처리, 전달을 위해서는 광통신 기술과 인터넷 기술을 결합하는 광 인터넷 기술 외에는 다른 기술적인 대안이 없는 실정이다. 본 논문에서는 광 인터넷 기술의 국내외 관련 기술개발동향과 발전방향을 살펴보았다. ▧

I. 서 론

최근 ADSL을 기반으로 하는 초고속 인터넷 서비스가 보편화 됨으로써 기존 전기통신망은 커다란 변혁을 맞이하고 있다. 거의 대부분의 데이터 단말이 TCP/IP 프로토콜을 사용하고 새로운 서비스나 응용들 역시 IP(Internet protocol)를 기반으로 하기 때문에 IP가 핵심 네트워킹 기술로 자리매김하고 있다[1]. 이에 따라 IP기반의 인터넷 트래픽은 거의 매 6개월마다 2배 정도로 급격히 증가하고 있으며 이런 추세는 당분간 지속될 것으로 예상된다[2]. 현재까지 음성 서비스를 위주로 하는 전화망이 전기 통신망의 주요 부분을 차지하고 있긴 하지만, 우리나라를 위시한 일부 국가에서는 이미 데이터 트래픽 양이 음성 트래픽 양을 초과하고 있으며 수년내 전세계 데이터 트래픽 양이 음성 트래픽 양을 추월할 것으로 보인다.

가입자 망의 경우 ADSL에 이어 가입자 당 10Mb/s 이상의 전송속도를 제공해 주는 VDSL서비스가 보편적 서비스로 자리잡고, 가입자 당 155Mb/s 전송속도를 제공해 주는 ATM-PON을 이용한 FTTH(Fiber To The Home) 서비스가 제공되게 되면 가입자 트래픽은 폭발적으로 증가될 것으로 예상된다. 따라서 이러한 트래픽을 효과적으로 처리할 수 있는 기간 망의 고도화는 필연적으로 뒤따라야 할 것이다. 즉, 2004년경에는 지금보다 100배 빠른 100Mb/s, 2010년경에는 지금보다 1,000배 빠른 1Gb/s 인터넷이 우리들의 가정, 사무실, 일상 생활을 연결하여 전자상거래, 사이버 교육, 사이버 의료 서비스 등의 각종 사이버 공간 서비스가 활성화 될 것이다. 이러한 추세로 볼 때, 2005~2010년경에는 인터넷 노드 하나가 처리해야 할 트래픽은 1초당 수십~수천 테라 비트가 될 것이며, 이의 수용, 교환처리, 전달을 위해서는 광통신 기술과 인터넷 기술을 결합하는 광 인터넷 외에는 다른 기술적인 대안은 없다고 판단된다[3]. 이를 가능케 하는 기술의 하나로서 WDM(Wavelength Division Multiplexing)을 들 수 있다[4]. WDM기술의 진보로 광 섬유 링크의 가용 대역을 획기적으로 증대시킬 수 있게 되었는데, TDM (Time Division Multiplexing) 시스템의 경우 용량 증대에는 많은 제약이 있어 40Gb/s 시스템이 아직까지 상용화되지 못하고 있다. 그러나 WDM을 이용하게 되면 광 섬유 한 개를 통해 수백 Gb/s를 쉽게 전송할 수 있다. 또한 WDM은 파장 라우팅을 이용하여 광 물리 계층 위에 IP 라우터나 ATM 스위치로 이루어지는 가상 상위 계층을 형성할 수 있기 때문에 IP 라우터나 ATM 스위치에서의 처리 능력과 광 링크의 전달 능력 사이의 격차를 해소할 수 있으며 기존 인터넷에서 지원이 불가능하던 트래픽 엔지니어링 기능 구현이 용이해진다.

광 인터넷 망은 이처럼 기존 IP가 갖는 범용성 및 규모성과 WDM의 풍부한 대역 제공 능력을 결합하여 폭증하는 인터넷 대역 요구를 경제적, 효과적으로 수용할 수 있게 하는 차세대 통신 망이라 할 수 있다. 광 인터넷 기술 중 중요 핵심기술은 (그림 2)와 같이 광인터넷 네트워크 및 체계종합 기술, 광 교환/라우터 기술, WDM기반으로 하는 광전송 기술, 광 가입자망 기술, 광소자/부품 기술로 분류할 수 있다.

본 고에서는 각 기술별 기술동향, 표준화 추세 및 발전방향을 조명해 보기로 한다.

II. 광인터넷 기술 동향

1. 광 인터넷 네트워크 기술

선진국에서는 광 인터넷 개발을 위한 노력이 이미 10여 년 전부터 시작되었으며, 다양한 프로젝트와 시범 망을 통한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다[5],[6].

미국에서는 Gigabit Optical Networking 기술의 개발을 목적으로 1987년부터 시작된 Rainbow- II를 거쳐 AON(All Optical Network)을 위한 기술개발을 추진, 1993년도부터 시작된 AON의 2단계 사업인 MONET(Multiwavelength Optical Networking)에서는 WDM 기반 OXC를 이용하여 WAN에 적용 가능한 전광통신 망 구축 기술을 연구 완료하였다. NTON(National Transparent Optical Network)에서는 차세대인터넷을 위한 페타급의 multi-layered optical network 기술을 추진하고 있다. 한편, ONRAMP(Optical Network for Regional Access with Multi-wavelength Protocols)라는 프로젝트를 통해서는 WDM과 IP기반의 액세스망 구축을 위한 광 노드시스템 및 아키텍처를 연구하고 있다.

캐나다에서는 세계 최초의 광인터넷 인프라 구축을 목표로 CA*net3를 1998~2002년 5년간 추진하고 있으며, 이를 토대로 2003년부터 광인터넷 구축에 필요한 제반 기술 개발을 위해 CA*net4를 현재 기획중에 있다. 여기에는 DWDM, PON, layer 3 광인터넷 서비스, IPv6 등의 기술 개발과 이의 현장시험 및 시제품 개발을 포함하고 있다.

유럽의 광 관련 연구는 IST(Information Society Technologies)의 KA4(Key Action 4)에서 주로 수행되고 있는데 여기에 포함된 주요 프로젝트로는, configurable OADM을 채용하여 metropolitan DWDM 링을 개발하기 위한 METEOR, WDMA/TDMA 기반의 액세스 망 개발을 위한 HARMONICS, 테라급 용량의 무재생 장거리 전송을 가능하게 하는 WDM 전송 기술을 개발하기 위한 ATLAS, 광전달 망 위의 IP서비스를 위한 네트워킹 기술을 연구하는 LION 등이 있다.

한편 국내의 경우, ETRI의 광인터넷 개발 사업의 일환으로 네트워크 기술연구가 올해부터 진행되면서 광 네트워크 구조연구, 광인터넷 기능구조 연구, 서비스 연구, 표준화 연구 등이 시작되었다. 아울러, 민간차원에서 학계, 산업계, 연구계가 연계하여 광인터넷 포럼(Korea Optical Internet Forum: KOIF)을 결성, 광인터넷 기술의 기반확대에 노력하고 있다[7].

2. 라우터 기술

라우터는 입력측 링크와 출력측 링크 사이에 IP 패킷을 전달함으로써 인터넷 네트워크 구성 요소들을 연결시켜 주는 장치이다. 이러한 연결은 입력된 IP 패킷에 포함된 3계층 주소에 따라 목적지까지의 최적 경로상에 있는 다음 노드로 보냄으로써 이루어진다. 요소 기술로는 라우터 시스템 내부에서의 패킷 데이터 전송방식, 패킷 포워딩의 고속화 기술, 인터넷 전화나 방송, VPN(Virtual Private Network) 등과 같은 실시간 혹은 대역폭 요구 서비스들을 처리하는 QoS 보장 기술 및 라우팅 성능 향샹을 위한 네트워크 프로세서 기술 등이 있다[8]-[10].

 (그림 3)은 기가비트 액세스 라우터, 테라비트 백본 라우터 및 광교환 스위치 등으로 구성될 광인터넷 망의 한 예이다.

Avici Networks 는 현재까지 현장에서의 실험을 통해 성공적으로 확장 가능한 제품구조를 갖고 있음을 보인 유일한 회사라 할 수 있다. 14개의 베이(bay)라 부르는 거대한 샤시(oversized chassis)를 I/O능력의 손실 없이 연결하여 수 테라비트의 성능을 낼 수 있다. 최대 5.6Tb/s (=400×14)의 성능을 제공한다.

Juniper는 업계 최초로 10Gb/s급인OC-192C 카드를 출시한 회사이지만, 중앙 집중화된 공유메모리(centralized shared-memory) 시스템이기 때문에, 시스템 용량은 최대 160Gb/s (80Gb/s full duplex, M-160 모델)로 한계를 갖는다.

Cisco사의 GSR 은 8대의 12016으로 구성되는 라우터 시스템으로서 120개의 OC-192나 480개의 OC-48 인터페이스 카드를 장착할 수 있다. 따라서 Cisco의 테라비트 시스템은 2.5Tb/s (1.2Tb/s full duplex)까지 확장 가능하다.

Lucent사의 Nexabit NX64000은 멀티 테라비트 인터넷 백본 라우터이다. 이 시스템은 DWDM optical connection을 포함하며, NX64000 시스템은 기존의 스위치 패브릭 구조를 탈피한다고 하나 구체적인 내용은 아직 알려지지 않고 있으며, 6.4Tb/s의 스위칭 능력과 DS-3로부터 최대 OC-192의 라인접속 기능을 제공한다.

Pluris사 역시 샤시간 상호연결을 fiber optic cable을 사용하는 확장 가능한 플랫폼을 준비중이다. Pluris사의 Teraplux 제품은 스위치 장치가 하이퍼큐브 구조로 최대 스위칭 능력은 한 샤시 당 1.44Tb/s 라고 밝히고 있다.

한편 국내에서는 ETRI가 정보통신부 출연 선도기반 기술사업으로 80 기가비트급 라우터를 2001년 말 상용화를 목표로 개발중에 있으며, 2003년에 640기가비트급 라우터, 2005년에 5.2테라비트급의 라우터를 상용화하기 위한 개발에 착수하였다. 이밖에 국내 산업체에서 개발 중인 SOHO용 라우터로는 삼성전자의 ISDN 라우터 SmartEther SR4901, LG전자의 Gold Stream LR3100등이 있으며, 2개 내지 3개의 T1/E1 port를 제공하는 소형 엔터프라이즈 라우터로 다산 인터네트의 VERTEX 2501/2503, 쌍용정보통신의 NetFrontier SR-3501, LG전자의 GoldStream LR3101, 한아시스템의 Rustle Router 4501 등이 시판되고 있다.

3. 광패킷 라우터 기술

광패킷 라우터 기술은 IP 패킷들을 하나의 optical data packet으로 묶어 백본 망에서 라우팅하는 방식으로서, OXC 기반의 광 회선 분배 기술에 비하여 버스트 특성의 인터넷 서비스를 수용하는 데 유리하다. (그림 4)는 광패킷 라우터를 응용한 광 인터넷 망의 한 예로서, 대용량 IP 라우터 간을 광 패킷 라우터를 이용하여 가상 회선으로 상호 연결함으로써 망 이용률과 망 구성의 융통성을 극대화 시킬 수 있다.

광패킷 라우터는 망 외부에서 입력된 add/drop 트래픽과 다른 광패킷 라우터로부터 전달된 transit 트래픽을 optical data packet 단위로 전달함으로써 용량의 제한을 극복할 수 있게 되어 Single-stage router의 용량을 수 테라비트급 이상으로 구현 가능한 차세대 대용량 라우터 기술이라 할 수 있다[11].

광패킷 라우팅 방식으로는 data packet 길이를 가변으로 하고 control packet 을 이용해 사전 경로설정을 함으로써 광 버퍼 없이도 패킷 라우팅이 가능한 optical burst switching(OBS) 방법과 data packet 에 헤더정보가 결합된 고정 길이의 광 패킷 단위로 라우팅하는 optical packet switching(OPS) 방법이 있다. OBS 기술은 광 회선분배 기술과 광패킷 스위칭 기술의 장단점을 보완한 기술로서 비교적 느린 광 스위칭 속도에서도 offset time과 delayed reservation 프로토콜을 이용하여 버스트 속성을 갖는 IP를 효율적으로 수용할 수 있어 최근 활용 가능성에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다[12],[13].

유럽은 ACTS 프로젝트 등 다른 지역보다 광스위칭 기술에 대한 기초 및 응용 연구 사업을 가장 활발히 추진하고 있어, Alcatel에서는 10Gb/s 링크 속도의 16×16 WDM 광패킷 스위치 연구 시제품을 이미 발표한 바 있으며, 현재는 차세대 인터넷 백본 망의 구축을 목표로 OBS 방식의 2.5/10 테라비트 용량 광패킷 라우터 연구 개발을 수행중에 있다.

일본은 NTT를 중심으로 방송-선택 방식의 optical LAN을 광패킷으로 상호 연결하기 위한 광 패킷 스위치에 대한 연구가 진행중에 있다. 주요 연구 결과로서는 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 기반의 320Gb/s 용량의 광 ATM 스위치 실험 시제품이 있으며 현재는 수 Tb/s 급 광패킷 스위칭 시스템 기술을 연구중에 있다.

미국은 최근 차세대 인터넷 서비스 수용을 목표로 DARPA의 지원 하에 UC Davis 등을 중심으로 Optical Label Switching 기술 확보에 주력하고 있다. 한편 현실적으로 대용량 광 버퍼의 구현이 어려우므로 광 버퍼를 필요로 하지 않으면서도 광패킷 스위칭이 가능한 OBS 기술이 크게 부각되어 워싱턴 대학 및 AT&T에서 이에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.

국내의 경우에는 ’95년도부터 ETRI에서 WDM 방식을 이용한 광 ATM 스위치 선행 연구로 광파장 라우터, 파장변환기, 셀 동기, 파장필터, 셀 헤더 변환 등의 요소 기술에 대한 실험실 수준의 시제품을 연구한 바 있다. 2000년에 수 ㎲ 및 ㎳ 속도의 광패킷 스위칭 핵심 기술인 파장변환 LD 제어 기술, 가변 파장 변환 기술, 평탄 이득 광신호 증폭 기술, WDM 상호연결 기술 등의 광 모듈 연구를 수행하여, 앞으로 2005년까지 OBS 혹은 OPS 방식의 10 테라비트급 광패킷 라우터 개발을 목표로 연구 개발을 추진할 예정이며, 광부품의 국산화를 고려하여 광신호 감쇄기, 파장 라우터 등 핵심 부품도 연구 개발할 예정이다.

4. ETDM 전송 기술

ETDM(Electrical Time Division Multiplexing) 기술은 현재 10Gb/s 시스템이 상용화 되어 있고 국내에서도 HAN/B 사업으로 연구가 추진되어 상용시험을 완료하여 2001년 하반기에 국내 통신망에 사업적용 될 예정이다. 일반적으로 초고속 대용량 광전송을 하기 위해 WDM 기술을 사용하고 있지만 WDM 방식에서도 주파수 자원이 유한하기 때문에 단위 채널 당 전송속도를 높이기 위해 ETDM 전송 기술 개발을 추진하고 있다.

40Gb/s TDM 시스템은 동급의WDM 시스템 시스템의 network element(NE) 수를 효과적으로 줄일 수 있기 때문에 여러 가지 장점이 있다.

현재까지 40Gb/s 연구개발은 Lucent(미국), NTT, KDD, NEC(일본), Alcatel(프랑스), Nortel Networks(영국), Siemens(독일) 등에서 주도적으로 수행하고 있다. Lucent의 경우 전자소자개발 기술의 한계로 ETDM 과 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 기술이 혼합된 40Gb/s 광링크 시험을 완료한 상태이다. 이때 20Gb/s까지는 ETDM으로, 20Gb/s에서 40Gb/s까지는 OTDM 방식을 이용하여 시험을 하였다. 최근 40Gb/s 수신기 관련 클럭 재생회로 및 limiting 증폭기 등의 핵심 고속 전자소자 칩을 개발하여 전시한 바 있어 1~2년 내에 40Gb/s 관련 시스템 개발을 완료할 것으로 예상된다.

NTT의 경우 10Gb/s 4채널과 2개의 20Gb/s 2:1 MUX를 이용하여 20Gb/s 2채널을 생성하고, 이들과 1개의 40Gb/s 2:1 MUX를 이용하여 40Gb/s 1채널을 발생시켰다. 또한 50Gb/s 급 수신기 등을 상용화하여 40Gb/s 급의 시스템 개발에 선두적인 위치를 굳혀가고 있다[14].

광전자 소자 개발 측면에서 최근 SHF사(독일), Nortel Networks, Lucent Technologis, NTT, Giga(Intel) 등에서 ETDM 40Gb/s 급 상용 광전자소자 개발의 활성화(그림 5)로 상용 시스템은 1~2년 내에 출현할 것으로 예상된다.

현재 ETRI에서는 40Gb/s 송수신 및 40Gb/s NRZ 신호 단일모드광섬유 240km(60km×4)이상 광링크 전송 능력을 갖는 기술을 개발중에 있으며, 2003년에 TM형 ETDM 40Gb/s 시스템 개발을 완료할 예정이다[7].

5. WDM 전송 기술

종래의 광섬유 전송이 하나의 광섬유 내에 단일 파장의 광 신호를 전송하고 있음에 반해, WDM(Wavelength Division Multiplexing) 기술은 하나의 광섬유 내에 서로 다른 파장의 광신호를 다중화하여 전송하고 수신단에서는 파장별로 광신호를 분리함으로써 단일 광섬유의 전송용량을 증대시킬 수 있다. 따라서 WDM은 추가적인 광섬유 망의 구축과 고속 전송장비를 사용하지 않고도 전송용량을 배가시킬 수 있어 인터넷 이용의 증가와 광대역 네트워킹의 진전 및 새로운 광대역폭 서비스의 출현 등으로 대량의 정보를 수용할 수 있는 기술로 각광을 받고 있다. WDM기술의 주요 핵심기술은 광주파수 안정화 기술, WDM 다중/역다중 기술, 광링크 전송 기술, 시스템 운용관리 기술 및 전송 망 관리 기술이 있다.

2.5Gb/s 종속신호를 기본으로 한 WDM 시스템은 20Gb/s(8채널), 40Gb/s(16채널) WDM 시스템이 상용화 완료되어 널리 도입되고 있으며, 32채널(80Gb/s급)에서 80채널(200Gb/s급)의 WDM 시스템이 개발되어 최근 시장에 도입되고 있다. 10Gb/s 종속신호를 기본으로 한 WDM 시스템의 경우 16채널(160Gb/s급)~40채널(400Gb/s급) 시스템이 일부 외국 업체에 의해 상용화되었다(<표 2> 참조).

국내의 경우 LG전자에서 20Gb/s 용량(2.5Gb/s×8채널)의 WDM 단국시스템을 개발하여 한국통신 망에 적용한 바 있으며, 삼성전자에서 40Gb/s(2.5Gb/s×16채널)급 시스템 개발을 추진한 바 있고, 일부 벤처 기업에서 2.5Gb/s 기반의 40채널 시스템을 개발하고 있다. 그러나 현재까지 국내 전송 망에서는 외국제품이 대부분의 시장을 장악하고 있는 상태로서, 이에 대한 국내 시스템 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 10Gb/s 기반의 WDM시스템은 ETRI 주도로 개발을 추진하여, 2000년에 160Gb/s(10G×16채널) ADM 링 WDM시스템을 개발하였고, 현재 80채널 시스템을 개발하고 있으며, 향후 1.6Tb/s(160채널)급의 시스템 기술 개발을 계획하고 있다.

망관리 기능 분야의 제품을 WDM 시스템에 제공하는 대표적인 업체들을 살펴보면, Nortel의 Preside, Lucent의 NavisCore(EMS)와 WaveStar(NMS), CIENA의 LightWorks ON-Center (WaveWatcher), Sycamore의 Silvx NMS, Siemens의 TransXpress TNMS와 ENMS를 들 수 있다. 이 제품들은 TMN 표준을 대부분 제공하지만 시장성과 경제성을 고려하여 SNMP 인터페이스로 제공하기도 한다. 그러나 실제적인 연동에 CORBA platform을 사용하는 추세로, ITU-T에서도 M.3120으로 CORBA Generic Network and NE Level Information Model 제정이 이루어지고 있다.

6. 광 회선분배 기술

OXC(Optical Cross-Connect)는 상위 계층 스위치와의 연동을 통해 노드를 통과하는 트래픽에 대해 상위 계층 스위치를 통과하지 않도록 함으로써 광/전/광 변환을 피해 광신호 상태로 신호를 전달할 수 있는 장치이다. OXC를 사용할 경우 대용량의 신호를 교환할 수 있을 뿐 아니라 라우팅이나 스위칭으로 인한 지연 및 정보 손실을 최소화할 수 있고 나아가 트래픽의 변화에 맞게 광채널을 실시간으로 설정/변경/해제하는 기술을 제공할 수 있다.

OXC의 주요 핵심 기술로는 MEMS 등을 이용한 대용량 광 스위치 기술, 다른 파장을 이용하는 광채널들을 연결하여 주는 파장 변환 기술, 본격적인 메시 형태의 전광 통신 망 구현에 따른 광통신망의 운용 보전 기술 등을 들 수 있다. 그 외에도 파장 가변 광원, 파장 가변 필터, 가변 광 감쇄기 등의 가변 소자 기술이나 광신호 성능 감시 기술, 저손실 광다중/역다중 기술 등의 하드웨어 기술과 GMPLS(Generalized Multi Protocol Label Switching)를 이용한 트래픽 엔지니어링, 상위 스위치와의 제어 평면 통합 관리, 대용량 메시 망에서의 파장 라우팅 및 파장 할당 기술 등이다.

미국, 유럽, 일본 등의 기술 선진국에서는 범 국가적인 컨소시엄을 구성하여 WDM, OXC, EDFA등으로 구성된 광전달 망 연구를 진행하여 WDM 기술 및 광전달 망 복구 기술 등 기본기술 위주로 개발을 진행하였다. 현재 Lucent, Nortel, Corvis 등을 포함한 많은 광전송 장비 회사들이 OXC 시스템의 제품 개발을 진행하고 있으며, 일부 회사에서는 1,000×1,000 이상의 용량을 개발하였다고 발표하고 있다.

우리나라의 경우 1992년에서 1996년까지 ETRI에서 수행한 동기식 회선분배 실용시스템 개발을 통해 동기식 신호 회선 분배 및 자동 망 복구 기능 등 시스템 기술이 확보되어 있다. 또한 1996년부터 1998년까지 동 기관에서 수행한 40G 급 OXC 실험모델 개발 연구를 통해 소용량 광 스위칭 기술, 파장변화 기술, 광 transponder 기술에 대한 기초 연구가 수행되었으며, 2000년 완료된 160G급 WDM 광전송시스템 과제를 통해 10G 링크 감시제어 기술이 확보되어 있다. 또한 2001년부터 광인터넷 기술 개발 사업의 일환으로 1.3Tb/s급 광회선분배 시스템의 기술 개발이 진행되고 있다.

7. 기가비트 이더넷 기술

10기가비트 이더넷(10GbE) 기술은 IEEE 802.3에서 표준화가 진행중인 초고속 LAN 기술로서 Gb/s에 그쳤던 LAN의 속도 개선과 아울러 광전송장비를 거치지 않고 WAN/MAN 통신 망의 종단 망의 일부로 LAN을 사용할 수 있도록 하는 차세대 기간 망 기술이다. (그림 6)은 10기가비트 이더넷 시스템이 어떻게 활용되는지를 보여 준다[24].

최근 이더넷과 관련한 가장 주요한 이슈는 이더넷이 LAN 영역에 머무르지 않고 MAN/ WAN 영역으로 확장되는 추세이다. 이것은 이더넷이 이미 시장에서 성공했으며 이 과정에서 다른 기술에 비해 성능 대비 가격이 월등히 저렴하다는 점, 현재 거의 모든 LAN이 이더넷이며 인터넷 트래픽의 약 95% 이상이 이더넷이라는 점, MAN/WAN도 이더넷 기반으로 구성하면 프로토콜을 변환할 필요가 없다는 점 때문이다. 따라서, LAN사업자와 통신사업자는 각자 자신의 10 기가비트 이더넷 시스템 구조를 독자적으로 설정하고 표준에 반영함과 동시에 시제품 개발을 진행중이다. 2001년 하반기에는 본격적으로 상용화 제품이 출시될 것으로 예상하고 있다. 그러나 표준화가 진행중인 모든 구조의 제품이 출시되기까지는 상당한 시일이 걸릴 것으로 예상된다. 2000년 2월에는 쓰리콤, 시스코시스템즈, 익스트림네트웍스, 인텔, 노텔네트웍스, 선마이크로시스템즈, 월드와이드패킷의 7개 업체로 구성된 10GEA(10Gigabit Ethernet Alliance)가 정식 출범하였는데 현재까지 50여 개의 회원사로 증가한 상태이다. 국내에서도 한국전자통신연구원, 삼성전자, 파이온이 회원으로 가입하여 활동하고 있다.

8. 광 가입자 망 기술

가입자 망은 공중 망의 일부로서 네트워크 접속점과 각 가입자 사이에 구성되는 망을 의미한다. 여기에서 네트워크 접속점은 기존 전화 망의 경우는 전화국사의 교환기가 되고, 인터넷인 경우는 인터넷 접속점(Point-of-Presence)에 있는 Access Router에 해당한다. 가입자 망은 동선 전화선, 동축케이블, 광섬유 등 수동 가입자 선로가 주요 구성 요소이며, 가입자 데이터 전송 기능, 선로 집선/다중화 기능, 고품질 데이터 채널을 제공하기 위한 디지털 반송 기능 등을 갖고 있다. 광 가입자 망은 가입자 망의 일부분 혹은 전체가 광섬유로 구성된 가입자 망을 의미하며 광의 종단점에 따라서 FTTC(Fiber-To-The-Curb), FTTH(Fiber-To-The-Home) 등 다양한 광 가입자 망이 구성된다.

북미, 유럽 등의 광 가입자 망은 DLC(Digital Loop Carrier)의 디지털 전송 구간을 광으로 대체하고 전화뿐만 아니라, 전용선, ADSL/DSLAM 등 복합 서비스 기능을 갖는 NGDLC(Next Generation DLC) 장비가 적용되고 있다. NGDLC 는 1,000 가입자 규모의 대형 Remote Terminal로 구성된 1980년대의 NGDLC 와 1990년대 들어서 가입자 규모를 줄여 경제성을 확보하고, 다양한 가입자 환경에 적용할 수 있도록 다양한 매체 접속, 환형 망, 그물 망 등 다양한 망구성이 가능한 2세대 NGDLC 등으로 발전하여 가입자 망에 적용되고 있다. 대표적인 장치와 제작자가 <표 4>에 정리되어 있다.

궁극적인 광 가입자 망은 가입자 댁내까지 광섬유를 설치하여 가입자 선로 전구간에서 광통신 방식으로 통신하는 것이다. 이를 위한 유력한 방법으로 광섬유로 수동 이중 성형 망(Passive Optical Network: PON)을 구성하는 방식이 고려되고 있다. 1차 성형 구조는 국사에 설치되는 OLT 에 복수의 PON 망이 연결되는 것으로 구성되고, 이차 수동 성형 분기는 각 PON 망에서 수동 광 분기장치를 통해 한 가닥의 광섬유가 여러 가닥의 광섬유로 분기되어 복수의 ONU와 연결되는 것이다. PON 방식으로 광가입자 망을 구성한 것은 1990년대 초 BT(British Telecom)의 20Mb/s 반송속도를 갖는 T-PON 이 최초였으며, ATM-PON은 1990년 초반 기본 구조가 제안되어 1998년 국제 표준 권고안이 확정되었다[39],[40]. 현재, 일본은 1997년 자체 규격의 PON 방식을 적용하였고 1998년 이후 ATM-PON을 적용하여 대략 500개 가량의 OLT를 설치하여 ATM 전용선 위주의 서비스를 진행하고 있다[41]. 그 외 BellSouth, SBC 등 북미 통신사업자는 기존 T1 전용선을 광 가입자 망으로 대체하는 방안으로 ATM-PON을 적용하고 있고, 이때 가입자 인근에 설치되는 ONU에서 T1 신호가 접속되어 T1 전송 거리를 단축하고 있다. 2001년을 전후하여 FTTH 형태로 ATM-PON을 일반 가입자에게 적용하는 움직임이 BellSouth, SBC, FT, BT 등에서 이루어지고 있다[42],[43]. 현재 초기 상용 제품을 출시하였거나 준비하고 있는 업체로는 Alcatel, NEC Eluminant, Paceon, Quantum Bridge, Terawave 등이 있다.

다음 단계에서의 PON 기술은 WDM 기술을 접목하는 것이다. WDM-PON에서는 코어 혹은 Metro 망에 구성되는 WDM-Ring 과 상호 연동하여 가입자 단대단으로 상위 전송프로토콜에 무관한 투명한 파장채널을 제공할 수 있다. WDM-PON을 가입자에게 본격적으로 적용하기 위해서는 WDM 용 광원, 수광소자, WDM 필터, 광증폭 기술 등 코어 망에서 개발된 WDM 기술들이 가입자망에 적용될 수 있도록 저가화, 양산성 및 내환경성 확보가 주요 관건이 된다.

한편 국내에서는 ETRI의 광인터넷 기술개발 사업의 일환으로 1999년부터 ATM-PON 기술 개발이 수행되어 2002년 상용화가 될 예정이다. 또한 2002년부터는 WDM 기술을 이용한 Hybrid WDM/ATM PON 기술 개발이 추진될 예정이다.

III. 광인터넷 표준화 동향

IETF, ODSI, OIF, MSF, IEEE PIN, ISC, ITU, ETSI 등의 표준화 관련 기구를 중심으로 광전 혼합 망에서의 서비스 보장을 위한 광 네트워크 프로토콜 연구, 광 네트워크에서의 품질보장을 위한 네트워크 품질보장 프로토콜, 광네트워크 접속 프로토콜, 개방형 접속 프로토콜, 인터넷 기반 멀티미디어 서비스 접속 프로토콜, IP 멀티캐스팅 프로토콜, IP 이동성 지원 프로토콜, 광경로 기반 서비스 접속 프로토콜 등에 대한 표준화 연구가 진행중이다.

ODSI에서는 ODSI 기능규격 v1.2와 MIB v1.6 그리고 overlay망 실현구조를 근간으로 TCP기반의 시그널링 v1.4.5를 정의하고, 기능규격의 상호운용성 검증을 위한 상호운용성 시험도 진행하여 신속한 광 네트워크의 전개를 추진하고 있다.

OIF(Optical Internetworking Forum)는 광통신 장비 제조업체, 사용자, 서비스 제공자들이 협력하여 광통신 망의 상호 운용성에 대한 요구사항을 개발하고 문제점들을 해결할 수 있는 장을 마련하는 것을 목표로 하는 준 표준화 기관으로 <표 5>에서와 같이 크게 5개의 작업반(WG: Working Group)으로 구성되어 있다. 현재 OIF의 활동은 UNI 1.0(User-Network Interface)와 VSR(Very Short Reach)의 물리계층 규격을 정하는 문제에 집중되어 있다[25]. UNI 1.0은 IP 라우터, SONET/SDH, ATM과 같은 종속(client) 장비에서 필요한 대역폭을 광통신 망으로 할당 받고자 할 때 요구되는 시그널링 프로토콜 등에 대한 규격으로서, Signaling WG, Architecture WG 및 OAM&P WG이 함께 참여하고 있다. VSR은 대용량 라우터 사이의 통신, 라우터와 광전송 장비간의 통신 등 주로 600m~2km 이내의 짧은 거리에서 고속(10~40Gb/s)의 데이터를 전송하고자 할 때 사용할 수 있는 전송 규격으로 Physical Link Layer WG에서 주도하고 있다.

IETF에서는 전자기반 및 광기반 네트워크상에서 투명한 IP 전달을 위하여 GMPLS(Generalized MPLS)를 제안하여 기존의 IP 시그널링이나 라우팅 프로토콜을 보완하는 데 초점을 맞추고 있으며, 최근에는 이를 위한 OXC 구조를 제시하였고, traffic engineering에 대한 활발한 작업이 진행중에 있다.

WDM 기술과 관련하여 대표적으로 ITU-T, OIF에서 표준화 활동을 진행하고 있다. ITU-T는 SG 13 및 SG 15에서 OTN(Optical Transport Network)을 기반으로 점대점 시스템, add/drop 및 cross-connect 시스템, 광계층 생존성의 주제로 시장 및 기술 발전을 고려하여 1999년부터 2003년까지 순차적으로 진행하고 있다[20]-[23].

향후 optical networking에 필요한 망구조, 신호의 특성, 물리계층 특성 및 관리 측면의 권고를 OTN 프레임 안에서 제정하고 있다. OTN 망구조 측면의 특성을 다루는 G.872에서는 OTN을 3개의 계층(Och: Optical Channel, OMS: Optical Multiplex Section, OTS: Optical Transmission Section)으로 나누고 각 계층별 기능구조 및 망 측면에서의 관리 및 생존성 기능 특성을 다루고 있고, 이를 바탕으로 다른 권고안이 마련되고 있다. G.709에서는 OTN의 접속 요구사항을 정의하고 있으며, 다양한 OTN 접속신호 즉, OTM(Optical Transport Module) 신호 및 2.5G, 10G, 40G 신호에 대한 Och 신호 구조, 프레임 구성, 오버헤드의 정의, FEC 기능 정의 등을 다루고 있다. 이를 바탕으로 G.798에서는 OTN 각 계층별 유지보수 신호 체계, 오버헤드의 정의 등 각 기능블록별 특성을 정의하고 있다[21].

WDM 전송망 관리 측면에서의 표준화 활동을 살펴보면, ITU-T는 관리 요구와 지원 정보 모델의 정의를 위한 일반화된 틀로써 TMN 개념을 규정하고 있다. 관리 요구사항과 정보 모델은 현재 ITU-T M.3010, M.3013, M.3020 및 M.3400 권고들에 포함된 내용에 기반을 두고 추진되고 있다. WDM 시스템 관리 기능과 관련하여 표준화가 이루어지고 있는 것은 광전달 망 요소의 관리 측면(G.874)과 망요소 관점에서의 OTN관리 정보 모델이다(G.875).

기가비트 이더넷 기술의 표준화는IEEE 802.3 회의에서 이루어지고 있다. 특히 10Gb/s의 속도는 전송 백본 망의 가장 경제적인 기본 속도에 해당하는 것으로 이더넷이 이제 LAN 영역을 벗어나 WAN 영역까지 진출하여 장거리 고속 백본 망을 독점해온 SONET/SDH 등과 피할 수 없는 시장쟁탈을 벌이게 될 전망이다. IEEE 802.3 워크 그룹에서는 2000년 3월 802.3ae를 10기가비트 이더넷 프로젝트로 정식 승인하였고, 2002년 2월 표준 완료를 목표로 표준화 작업을 진행하고 있다[29]-[31]. 10기가비트 이더넷 표준화에 참여하고 있는 멤버들은 크게 기존 LAN사업자와 통신 사업자, 부품 관련된 사업자로 구분된다. 이중 LAN 업체를 대표하는 시스코시스템즈, 쓰리콤과 WAN 업체를 대표하는 노텔네트웍스, 루슨트테크놀로지 등이 시스템 구조를 독자적으로 설정하여 이를 표준화에 반영하고 있다.

한편, 광 가입자 망 구축을 위한 표준화 분야에서는 복합 서비스 가입자 망의 저가화, 조기 실현을 위해 KT, FT, BellSouth, NTT, BT, SBC 등 21개의 주요 통신사업자들이 FSAN Initiative 단체를 결성하였다. 1996년 이후 FTTH, FTTC 광 가입자 망에 대한 통신사업자 공통 규격 연구를 진행하였고, 그 결과로 ITU-T에 ATM-PON 규격을 제정하는 데 주도적인 역할을 하였다. 2001~2002년 기간 동안 ATM-PON DBA, high-speed ATM-PON, WDM-PON, PON-OAM, VDSL 등 경제성이 있는 광가입자망의 조기 실현을 위한 ITU-T 추가 권고안 작성 활동을 계속하고 있다[47].

한편 2000년 말부터 IEEE 802.3 EFM group에서 Ethernet 프로토콜을 기반으로 하는 가입자 망 규격 연구가 시작되었다. 2001년 3월 정식으로 연구의제가 통과되어 정식으로 연구반(Study Group) 활동이 이루어지고 있다. CSMA/CD 방식의 가입자 망 규격을 연구하는 것을 주요 목표로 하고, 그 연구 범위에 포함되어 있는 가입자 망 구성 방식은 점대점, 점대다점 광전송 방식, 점대점 동선 신호 전송 방식 등이고, 물리계층 규격은 PON, 동선 전송, 가입자 망 적용 Gigabit Ethernet 등이다. EFM 연구반의 목표에서 기술된 바와 같이 Ethernet 기반 가입자망은 상대적으로 저가로 구현될 가능성이 있기 때문에 ITU-T 의 ATM-PON 과 경쟁적으로 가입자 망에 도입될 것으로 전망된다.

IV. 기술 진화 방향

광인터넷 망의 1세대 기술은 WDM을 기반으로 하는 광전송 망으로 고속 라우터를 연결하여 주는 단순 IP 전달 망 형태로 이루어 질 것이다. 이 시점에서는 기존의 데이터 전달방식을 그대로 수용한 다양한 형태가 복합적으로 전달 망을 구축할 것이다. 즉 IP 데이터를 전달하기 위해 ATM 전달층과 SDH 전달 망을 활용할 경우 IP over ATM over SDH 형태의 전달 망이 사용될 것이고, ATM망을 사용하지 않을 경우 IP over SDH 형태의 IP 데이터 전달이 이루어 질 것이다. 2단계 망으로서 데이터 전달 망의 하부에 WDM 기술을 활용하는 전달 망이 이어질 것이다. 즉 백본 망의 전송용량이 늘어나면서 WDM 기술의 사용으로 데이터 전달층의 단순화가 급속히 진행될 것으로 판단된다. 즉, 광의 투명성으로 WDM을 이용한 전달 망의 통합화가 이루어 질 것이다. 또한 전송 회선이 집중되는 노드에는 광회선분배 시스템을 활용한 메시형 광전달 망이 구축되고 유연한 망 보호복구를 위해 기존의 MPLS 의 트래픽관리 기술을 활용한 MPLamdaS 기술이 도입될 것이다. 이 단계에서는 전자적 헤더 프로세싱을 통한 단순한 파장 단위의 라우팅을 수행하는 초기단계를 거쳐, 점차 파장을 논리적으로 분할하여 bandwidth on demand 수준의 granularity를 지원할 수 있는 Switched WDM 네트워크 단계로 발전할 것이다. OBS(Optical Burst Switch) 기술이 이 단계의 대표적 기술인데, 그 기본 개념은 완전한 광패킷 라우팅이 불가능한 시점에서 Large container packet switching 기술과 전자기반의 헤더처리 기술을 결합 사용한다는 것이다.

3단계망으로는 이제까지의 단계가 광전 혼합 망의 성격인데 반하여, 궁극적으로는 광기반의 패킷 처리 기술이 확보되어 광 패킷 스위칭에 기반의 전광통신 망(All Optical Network)이 실현될 것이다. 이 때, 전자기반의 네트워크 기술이 복수 서비스의 효율적인 지원을 위하여 궁극적으로 connection-oriented network인 MPLS 기술로 발전한 것과 마찬가지로, 광 기반에서도 마찬가지로 all optical packet switch 네트워크로의 발전보다는 광전 혼합 label switch 기술에서 자연스럽게 all optical label switch 네트워크 기술로의 천이가 예상된다. 이 단계에서의 광 네트워크에서는 가입자 단말에까지 IP/MPLS+/WDM 기술이 도입되어 end-to-end 간 완전 광 네트워크 시대의 도래가 예상된다[12].

이러한 기술 구조적인 변화와 함께, 네트워크 진화의 또다른 큰 축을 형성하고 있는 것이 개방형 통신기술이다. 개방형 통신기술은 네트워크를 access plane, switching plane, control plane, service plane, 그리고 management plane으로 분리하고, 이들 간에 표준 인터페이스를 적용함으로써 각 plane단위의 독립적인 기술발전을 지향할 수 있게 하는 것이다. 개방형 통신기술의 활성화는 광 네트워크의 진화에 유연성, 효율성, 경제성 그리고 가속성을 부여할 것이다.

광 가입자 망은 점대점, 점대다점, 환형, 메시 등 가입자 망 환경에 따라 다양한 망 구성으로 운영될 전망이다. 점대다점 방식으로는 PON이 유력한 방식으로 적용될 것이며, ATM 전송프로토콜을 사용하는 ATM-PON 은 북미, 유럽, 중국에서는 원거리에 위치하는 신축 지역 가입자와 T1 전용선 서비스의 교체 방안으로 2001년을 기점으로 본격적인 보급이 예상된다. 향후 1~2년 내에 ATM-PON 의 접속 속도의 향상이 이루어지고, 광부품의 양산 기술 확보를 통하여 관련 광부품의 저가격화도 지속적으로 이루어질 것으로 예견된다. 이미 ITU-T G.983.3으로 초안 작성이 완료된 WDM-PON 은 Coarse-WDM 형태로 도입되어 PON 광 가입자 망의 효율성을 높일 수 있을 것으로 전망된다.

Ethernet PON 방식은 IEEE 802.3 EFM 연구반에서 규격화가 이루어질 전망이나, 기존의 복합 서비스 수용이 용이한 ATM-PON과 비교하여 경쟁적으로 도입될 전망이며, Gigabit Ethernet과도 가입자 망 시장을 분점할 것으로 전망된다.

 (그림 9 )은 각 세부 기술별 발전전망을 나타내고 있다.

V. 결 론

본 논문에서는 전 세계적으로 활발히 연구가 진행되고 있는 광 인터넷 기술에 대한 세계적 기술개발 동향과 기술발전 방향을 살펴봄으로써 향후 우리가 적극적으로 추진해 나가야 할 연구개발 방향을 조명해 보았다. 국내의 경우 ADSL 가입자 전송 기술의 보급이 활발이 진행됨으로서 백본 망의 초고속 광대역화가 절실히 요구되고 있고, 정보통신 서비스의 경우도 음성서비스 보다는 IP 데이터를 기반으로 하는 데이터 트래픽이 주요 서비스로 자리를 차지하고 있다. 따라서 음성서비스를 기반으로 구축되어 있던 초고속 정보통신 망의 환경이 데이터 서비스를 기반으로 하는 정보통신 망으로의 전환이 시급한 시점이라 할 수 있다. 그리고 현재 정부가 적극적이고 의욕적으로 추진하고 있는 “광 인터넷 기술개발” 사업 투자는 전세계 기술개발 동향이나 기술발전 추세에 미루어 볼 때 시기 적절한 시점에 정책 결정이 이루어졌다고 판단된다. 따라서 2001년부터 의욕적으로 추진되고 있는 “광 인터넷 기술 개발” 사업의 성공적인 결과를 얻기 위해서는 관련 산, 학, 연의 긴밀한 업무협조가 이루어져야 할 것이다. 그리고 국내 통신 사업자들의 경우 사업자간에 과열된 경쟁으로 외국장비의 무모한 도입보다는 보다 전략적이고 국민 산업발전을 고려한 보다 치밀한 망구축 전략을 기반으로 시설 투자를 하여야 할 것이다. 그리고 국내 산업체의 경우 시스템 개발을 위한 중장기적인 연구개발 투자를 기반으로 국내 통신망 환경에 적합하고 신뢰성 높고 가격경쟁력을 갖고 있는 시스템 개발을 위한 노력이 뒤따라야 할 것이다. 또한 국산 시스템의 가격 경쟁력을 높이기 위해 광통신 관련 핵심부품의 국산화가 활발이 이루어져야 할 것이다. 이는 광인터넷 기술 개발 사업 내에서 시스템과 핵심부품의 연계 개발을 통해 일부 활성화 될 것으로 판단되나 보다 원천적인 기술확보를 위한 노력이 이루어져야 할 것이다. 그리고 기 기획된 연구개발 계획들은 급변하고 있는 정보통신 기술 환경변화에 유연하게 대처하기 위해 매년 Rolling Plan을 통해 수정 보완될 계획이다.

<참 고 문 헌>

[1]    D. Dowden et al., “Next Generation networks,” Bell Labs Tech.J., Oct.-Dec. 1998.

[2]    J. Anderson et al., “Protocol and architecture for IP optical networking,” Bell Labs Tech.J., Feb.-Mar. 1999.

[3]    강민호,이종현, “광인터넷 진화와 국책연구개발 사업,” SK Telecom. Review, 제11권 2호, 2001.

[4]    Monique Renaud, “Key components for optical packet switching and Network and System concepts for optical packet switching,” IEEE Comm. Magazine, Vol.35, No.4, April 1997.

[5]    이순석, 강국창, 박노익, 강서연, 김영부, 전경표, “광인터넷 진화 시나리오,” 한국통신학회지 정보통신, 제18권 2호, 2001.

[6]    이재승, “Optical Networks and Systems for Internet Communications,” 제1회 광인터넷 워크샵, 2000.

[7]    이종현, 김봉규, “국내 광인터넷 기술 현황,” 한국통신학회지 제18권 2호, 2001.

[8]    이형호, 이규호, 주성순, “초고속 대용량 라우터 기술