[학술] 자가 구성 망 (Self Organizing Network: SON)
[학술] 자가 구성 망 (Self Organizing Network: SON)
  • 임형진 / 전자전기공학과 통합과정
  • 승인 2010.11.03 16:46
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무선 이동통신 망을 위한 핵심 기술

스스로 설정하고 운용하여 고품질 통신 상태를 확보
관련 기술 표준화에 대한 논의는 2009년부터 시작돼

 최근 인터넷과 인터넷 기반의 각종 서비스들로의 무선 접속이 증가함에 따라 향상된 사용자 경험을 제공하고자 하는 움직임이 크게 일어나고 있다. 광대역 이동통신망에서의 대역 효율성과 커버리지(Coverage)는 네트워크의 경제성을 결정하는 주요 요소들인데, 이들에 대한 효율적인 운용과 관리를 통해서 무선 이동통신 사업에서의 이득을 얻을 수 있다.

 차세대 무선 이동통신 시스템으로 주목 받고 있는 표준화 단체인 IEEE 802.16m와 3GPP LTE-advanced에서는 효율적인 운용과 관리를 위한 핵심 기술로서 자가 구성 망(Self Organizing Network)을 고려하고 있다. 자가 구성 망은 기존의 통신망과는 달리, 물리적인 설치 이후 전원을 공급하면 자동적으로 주변 환경을 인식하고 코어 네트워크로의 접속을 시도해서 통신망을 구성하고 운영한다. 또한 통신 장애가 발생하였을 때 스스로 치유하여 고품질의 통신이 이루어지도록 한다. 이러한 자가 구성 망 기술은 기반 인프라가 부족한 상황에서도 셀 내의 데이터 전송 용량 및 커버리지를 확대 할 수 있어, 기반 시설의 확충 및 설치에 드는 투자비용을 줄이고 시간적인 제약을 극복할 수 있다. 또한 주파수와 전력과 같은 주요 통신 자원을 능동적으로 관리 할 수 있어 유지 보수비용을 줄이는 데에도 큰 역할을 한다.

 자가 구성 망의 주요 기능은 특성에 따라 크게 자가 설정(Self Configuration), 자가 최적화(Self Optimization) 그리고 자가치유(Self Healing)로 나눌 수 있다. 위 기능들 중 자가 망 구성을 위한 자가 설정 기능이 자가 구성 망에 필수적으로 적용되어야 하고, 이에 네트워크 운용의 최적화와 높은 신뢰성을 부여하기 위한 자가 최적화 기능과 자가 치유 기능이 추가되어야 한다.

<그림 1> 자가 구성 망 기능 할당을 위한 주요 기준
<그림 2> 자가 구성 망 기능 할당 가이드 라인
 자가 설정은 기지국 또는 중계기의 물리적 설치 이후 전원을 공급하면 스스로 IP 주소 및 기타 물리적 파라미터들을 설정한 후 코어 네트워크와 연결하여 자가 망을 구성하고 서비스가 가능한 상태로 만드는 기능이다. 이를 위해 플러그 앤 플레이 기능을 기반으로 근처 노드들을 찾아서 그 목록을 확보하고 관리하는 기술과 코어 네트워크에 자동으로 연결하기 위한 IP 주소 및 물리적 셀 ID 할당 전략이 요구된다. 자가 설정 기능을 통해 임의의 지역에서 기지국이나 중계기가 설치되었을 때 코어 네트워크 및 인접 네트워크들과의 상호 작용이 이루어지도록 하고 이를 통해 셀 커버리지의 확장을 용이하게 할 수 있다.

 자가 최적화 기능은 주변의 무선 환경을 지속적으로 측정하여 상황의 변화에 따라 네트워크 내의 각종 파라미터들을 최적화한다. 따라서 무선 인지 기술을 통해 셀 내외에 존재하는 각종 무선 신호들과 간섭 신호들을 인식하고, 주파수와 전력 등과 같은 주요 통신 자원들의 상황, 무선 채널의 특성 등을 파악할 수 있다. 파악된 정보들은 자원을 효율적으로 관리하여 자가 망의 커버리지와 전송 용량을 향상시키는 자원 최적화를 위해 활용된다.

 특히 전력과 주파수 같은 주요 통신 자원들은 사용 가능한 양과 운용이 제한적이기 때문에 이를 최적화하는 전략이 필수적이다. 전력의 경우, 최근 그린 IT와 연관하여 전세계적으로 저전력 및 에너지 소비 최소화가 중요해지고 있으며, 이동형 기지국과 중계기에서 자가 구성 망이 운용될 때 물리 계층에서의 최적화된 전력 할당과 네트워크 계층에서의 전력 운용 프로토콜 등을 통해서 소비 에너지를 절약할 수 있다. 주파수의 관리 전략 또한 셀 내 사용자들의 통신을 효율적으로 관리하고, 높은 전송 품질을 제공하기 위해서 필요하다. 주파수는 대부분 특정 통신 서비스에 대해서 일정 대역만 사용하도록 정해져 있으므로, 이를 관리하는 전략에 따라서 전송 품질과 통신의 연결성에 크게 영향을 미친다. 이러한 기술들을 통해서 자가 구성 망 내의 통신에 대해 일정 수준의 서비스 품질을 보장한다. 또한 부하 분산 기술을 이용해 자가 망 내에서 집중된 트래픽을 적절히 분산시키고 전송이 원활하게 이루어진다.

<그림 3> 네트워크 구성을 위한 자가 설정
 중계기, 단말들 간 통신 시 전송경로 최적화 기술을 통해 최적의 전송경로를 찾음으로써 전송 전력과 지연 시간을 최소화 할 수 있다. 경로 최적화의 효과는 최근 주목 받고 있는 네트워크 코딩 기술과 라우팅 경로 최적화 등을 이용하여 극대화 할 수 있다. 네트워크 코딩 기술은 통신 시 한 노드에 집중되는 여러 데이터들을 한 번의 전송으로 여러 노드에 전달하는 기술로 전력과 전송 시간을 크게 줄일 수 있다.

 자가 망 구성 시나 통신 시에는 다양한 간섭이 발생할 수 있는데, 간섭 신호들은 전송 신호를 크게 감쇄시켜 전송 효율과 안정성을 침해한다. 이에 대해 간섭 제거/조정 기술을 이용하여 네트워크 내 통신의 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

 자가 치유는 통신망 내의 장애 요소를 스스로 발견하고 치유하는 기능으로 자가 구성 망의 주요 기능으로서 필요성과 중요성이 주목 받고 있다. 자가 치유 기능은 망 내의 커버리지 및 라우팅 음영지역을 없애고, 망 내 노드들 간의 통신 연결성을 유지하도록 하여 무선 네트워크의 신뢰도와 안정성을 높인다. 이를 위해 셀 내 장애를 파악하는 기술과 더불어 다른 모바일 단말을 이동시켜 음영지역을 제거하거나 전송 경로를 우회시키는 기법 등을 통해 장애를 해소하고 통신을 재개할 수 있다. 또한 통신의 마비를 일으킬 수 있는 장애 요소를 미리 파악하여 제거하고, 전송 실패를 방지하는 것도 가능하다.

<그림 4> 음영지역 제거를 위한 자가 치유
 자가 구성 망 기술에 대한 표준화는 2009년부터 논의가 시작되었고, 3GPP 국제표준회의에서 연구 항목으로 선정되었다. 3GPP LTE-Advanced에서는 Release 8에서 자가 구성 망과 관련된 사용 예시를 제시하였으며, 2012년 이후에는 본격적인 시장이 형성될 것으로 예상된다. 특히 네트워크 최적화의 일환으로 모토롤라, 노키아, NEC 등에서는 자가 구성 망 기술을 자사의 이동통신망에 적용하려고 노력하고 있다. 유럽에서는 일찍부터 자가 구성 네트워크에 관심을 가졌으며, 일부 기업에서는 네트워크 자동화와 관련된 제품을 상용화하고 있다.

 국내의 경우 아직 자가 구성 망에 관련된 연구는 기초적인 단계에 머물러 있고 관련 표준안도 요구 사항 도출이나 활용 방안 제시에 그치고 있다. 하지만 통신 기간 시설이 잘 발달해 있을 뿐 아니라, LTE와 같은 차세대 통신망의 도입도 비교적 빠른 시일 내에 이루어질 것으로 보여 기존에 존재하는 시설을 통해 자가 구성 망의 도입 또한 용이할 것으로 기대된다. 자가 구성 망과 같이 무선 통신 서비스의 체감품질을 높이는 기반 기술의 개발은 새로운 시장의 창출을 통해 매우 높은 경제적 효과를 초래할 수 있다. 이에 대한 지속적인 지원이 이루어진다면 IT 최강국으로서의 확고한 자리 매김은 물론 국민소득 3만불 시대의 도래를 앞당기는 성장 동력이 될 것이다.


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