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광가입자망 표준화 및 시장 동향
AON, PON, WDM-PON, G-PON, E-PON, XG-PON, NG-PON2 표준화 및 시장 동향
November 11, 2014 | By 조성민, 고득녕 [이상 SK Telecom], 이한협 [ETRI]
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가입자망(Access Network) 종류

  • 가입자망은 크게 '무선 가입자망'과 '유선 가입자망'으로 분류할 수 있습니다.
  • 무선가입자망은 Air라는 매체로 Data를 전달하는 기술입니다. 무선 가입자망으로는 LTE, WCDMA, Wibro, Wi-Fi 등이 있습니다.
  • 유선가입자망은 Air가 아닌 광케이블, 동축케이블, UTP 케이블 등의 매체로 Data를 전달하는 기술입니다. 이 중, 광케이블은 다른 매체에 비하여 매체의 우수성으로 인하여 중장거리 네트워크를 구축하는데 가장 많이 사용이 되는 유선 매체입니다.
  • 광케이블 매체를 이용하는 가입자망 기술은 크게 AON(Active Optical Network)과 PON(Passive Optical Network)으로 나뉩니다.

AON(Active Optical Network) vs. PON(Passive Optical Network)

  • AON과 PON의 구별은 광신호를 분기시키는데 (전원을 필요로 하는) Active Equipment를 필요로 하느냐, 필요로 하지 않느냐로 나눕니다.

  • Ethernet Switch나 Router와 같은 Active Equipment로 광 신호를 분기시켜 광 통신 네트워크를 구성하는 것이 바로 AON 입니다.
  • 이처럼 AON의 경우에는 광신호를 분기시키는데 Ethernet Switch나 Router같은 고가의 장비가 필요합니다. 이것은 통신 사업자로 하여금 가입자망을 구축하는데 상당한 부담감을 줍니다.

  • 반면, PON의 경우에는 광신호를 분기시키는데 저가의 Splitter만 있으면 되므로 확장성 및 관리를 하는데 있어 AON보다 유리합니다.
  • 따라서, 통신사업자들은 광가입자망(Optical Access Network)를 구축하는데 PON 방식을 사용합니다.

 

 

 

 

 

 

TDM-PON, WDM-PON, TWDM-PON

  • PON은 상향 다중화 방식에 따라 TDM(Time Division Multiplexing)-PON과 WDM(Wavelength Division Multiplexing)-PON 그리고 TWDM(Time and Wavelength Division Multiplexing)-PON으로 나뉩니다.   

표 1. PON 종류

  • TDM-PON은 Downstream, Upstream은 각각 1 파장씩 사용하고, Downstream은 Broadcasting 방식으로 Upstream은 TDMA 방식으로 정보를 전달합니다.  현재 국내 통신사들의 광가입자망인 G-PON, E-PON, XG-PON, 10G-PON이 TDM-PON입니다. 따라서, 흔히 PON이라 함은 TDM-PON을 뜻합니다(kt에서 WDM-PON을 일부 사용하기도 하였습니다).

그림 2. TDM-PON

  • 반면 WDM-PON은 각 가입자별로 별도의 파장을 할당합니다. TDM-PON이 하나의 파장을 공유하는 것인 반면에 WDM-PON은 가입자별로 독립적인 파장을 할당해주기 때문에, 가입자의 속도 측면에서는 WDM-PON이 TDM-PON에 비해서 훨씬 뛰어납니다. 하지만, WDM에 들어가는 Transceiver 가격이 상당히 고가라서 WDM-PON 기술은 시장에서 외면을 당하였습니다. 이를 보완하기 위하여 SK, ETRI 등에서 Transceiver를 저가화하는 연구가 진행되고 있습니다.

그림 3. WDM-PON

  • TWDM-PON은 TDM-PON과 WDM-PON이 혼합된 방식으로 다수의 파장을 TDM으로 분할하여 사용자에게 할당하여 통신하는 방식입니다. 해당 표준으로는 SK가 표준화 작업을 하고 있는 NG-PON2가 있습니다.

그림 4. TWDM-PON

 

TDM-PON 표준 특징

  • TDM-PON의 표준을 제정하는 곳은 ITU-T(International Telecommunications Union - Telecommunication)와 IEEE(Institute of Electronical and Electronics Engineers)가 있습니다.
  • ITU-T가 제정한 표준은 G-PON, XG-PON, NG-PON2 순으로 만들어졌습니다.
  • IEEE가 제정한 표준은 E-PON, 10G-EPON, NG-EPON 순으로 만들어졌습니다. 
  • 각 표준의 특징을 정리한 것이 아래 표입니다.  

표 2. TWDM-PON 표준기술별 특징

  • 현재 SKbroadband의 주력 유선 가입자망은 G-PON이고 kt, LGU+는 E-PON입니다.
  • 위 표에서 분기수는 하나의 OLT PON Interface에 몇 개의 ONU/ONT가 연결될 수 있는지를 나타냅니다.
  • ​PON 기술별 파장 할당 대역은 표3과 같습니다.

표 3. 각 표준별 상,하향 파장

  • 현재 통신사의 주력 가입자망은 G-PON, E-PON이지만 언젠가는 XG-PON, 10G-PON으로 진화할 것입니다. 이럴 경우 표3에 보듯이, {G-PON, E-PON}의 상향 파장과 {XG-PON, 10G-EPON}의 상향 파장이 겹칩니다. 따라서, 하나의 ODN(Optical Distribution Network)에 {G-PON, E-PON} 과 {XG-PON, 10G-EPON} 혼합 수용하기 위하여 Co-existence 이슈가 발생합니다.

하향 1G급(G-PON, E-PON) 기술 동향

  • 하향 1G급 PON기술로는 ITU-T에서 만든 G-PON(Gigabit Capable - Passive Optical Network)과 IEEE에서 만든 E-PON(Ethernet - Passive Optical Network)이 있습니다.
  • KT, LG는 E-PON만 사용하는 반면에, SKbroadband G-PON, E-PON을 상황에 맞게 선택적으로 사용하고 있습니다. SKbroadband의 주력은 G-PON입니다.
  • KT/LG가 사용하는 E-PON의 경우 하향 최대 속도가 1.25G인 반면에 SK만이 사용하고 있는 G-PON은 하향 최대 속도 2.5G까지 지원하여 E-PON 대비 속도면에서 기술 우위에 있습니다.

하향 10G급(XG-PON, 10G-EPON) 기술 동향

  • 하향 10G급 PON기술로는 ITU-T에서 만든 XG-PON(10Gigabit Capable - Passive Optical Network)과 IEEE에서 만든 10G-EPON(10Gigabit - Ethernet Passive Optical Network)이 있습니다.
  • 초창기 XG-PON의 표준이 만들어질 때, 하향/상향 10G/2.5G와 10G/10G가 있었습니다. 이것을 구분하기 위하여 상향 2.5G를 지원하는 XG-PON을 XG-PON1이라 불렀고, 상향 10G를 지원하는 XG-PON을 XG-PON2이라 불렀습니다. 하지만, 표준화 작업 중에 상향 10G는 제외가 되었으며, 따라서 XG-PON1과 XG-PON2를 구분하는 것이 의미가 없어졌습니다. 따라서, 현재는 XG-PON1, XG-PON2의 용어를 사용하지 않고, XG-PON이라는 용어만 사용합니다.

하향 10G급(XG-PON, 10G-EPON) 시장 동향

  • 하향 10G급 PON 개발을 선도하고 있는 곳은 아시아 국가들입니다.
  • SKtelecom은 ETRI, HFR과 협력하여 순수 국산 기술로 XG-PON Chip 및 System을 개발하였고, 이번 부산에서 열리는 ITU-T 전권회의에서 세계 최초로 하향 10G 초고속 인터넷 서비스를 시연(다산 장비)하였습니다. 10G 인터넷 서비스는 기존 광랜(100Mbps) 서비스보다 100배 빠른 인터넷 서비스입니다. 1기가바이트 용량의 콘텐츠를 광랜(100Mbps)인터넷으로 다운받는데 1분 20초가 걸리는 데 반해, 10기가 인터넷으로 다운받는다면 0.8초가 걸립니다. 이는 사람이 눈을 한번 깜박이는 속도인 0.75초와 거의 같습니다.
  • KT는 6월경 E-PON Line Card와 10G-EPON Line Card를 모두 수용할 수 있는 대용량 OLT(유비쿼스)를 서울 지역에 배치하였습니다. 하지만, 10G-EPON OLT, ONU에 들어가는 Transceiver가 상당히 고가라 아직 서비스를 하고 있지 않습니다.
  • LG U+ 역시 10G-EPON OLT(유비쿼스) BMT를 완료하였습니다.
  • China Telecom, 2013년부터 큰 도시를 중심으로 10G-EPON 서비스를 하고 있으나, 아직까지 E-PON과 G-PON이 주력입니다. XG-PON 개발을 하였으나 IOP Test가 계속 지연이 되고 있습니다.
  • China Unicom, 2014년부터 큰 도시를 중심으로 10G-EPON 서비스를 하고 있으며, 상황은 China Telecom과 유사합니다. 
  • China Mobile, 중국내 3위 사업자로서 Broadband 인프라가 없습니다. 아직, 10G-EPON 서비스를 하지 않고 있고 G-PON 서비스만 하고 있습니다.
  • NTT, 2013년 10G-EPON를 개발 완료(Local Vendor)하였지만, 아직 서비스 계획은 없습니다.
  • KDDI, 내부적으로 NTT가 10G-EPON를 서비스하면 Follow한다는 계획을 가지고 있습니다.
  • Google, WDM-PON으로 google fiber 서비스를 시작하였으나 장비 단가 문제로 현재 G-PON을 주력 서비스로 사용하고 있습니다. 현재 10G-EPON 개발 중입니다.
  • Comcast, 미국에서 가장 큰 케이블 사업자인 Comcast는 HFC망과 E-PON, G-PON의 Co-Existence를 위하여 DPoE, DPoG를 개발 중에 있습니다. B2B 대상으로 10G-EPON을 검토 중에 있으나, 아직 개발을 진행 하지는 않았습니다.
  • Telfonica, XG-PON(Huawei)를 도입(’14.10.17)하였습니다. XG-PON을 이용하여 ‘15년부터 상/하향 1Gbps 서비스를 제공할 계획 입니다.

​하향 40G급(NG-PON2, NG-EPON) 기술 동향

  • IEEE에서는 2014년부터 하향 40G급을 지원하는 NG-EPON(Next Generation-Ethernet Passive Optical Network) 표준을 만드는 것을 검토하고 있습니다. 
  • ITU-T에서는 IEEE보다 빨리 표준화 작업이 진행이 되었고, 정식 표준화 이름은 “40 Gigabit Capable Passive Optical Networks(NG-PON2)” 입니다. 보통 NG-PON2(Next Generation-PON) 라고 부릅니다.
  • NG-PON(Next Generation-PON)은 이름 그대로 (XG-PON 이후의) 차세대 Optical Access Network를 일컫는 용어이었습니다.
  • 초창기에는 NG-PON를 NG-PON1, NG-PON2로 구분하였습니다. 기존 Optical Network(G-PON, XG-PON)과 혼용이 되는 NG-PON을 NG-PON1이라 불렀고, 기존 Optical Network와 혼용이 안 되기 때문에 신규로 Optical Network를 구축해야 되는 NG-PON을 NG-PON2로 구분하였습니다.
  • 하지만, 유럽/일본 사업자들의 요구에 의하여 NG-PON2도 G-PON, XG-PON과 혼용이 될 수 있도록 표준이 바뀌었습니다. 이에 따라, NG-PON1과 NG-PON2의 구분이 모호해졌고, NG-PON1의 용어는 더 이상 사용 안 하고 있습니다.

하향 40G급(NG-PON2, NG-EPON) 시장 동향

  • Huawei, Alu, ZTE가 NG-PON2 표준을 따르는 NG-PON2 System을 개발 중에 있습니다. 아직까지 Prototype 수준이고 Vendor간 IOP Test가 진행 되지 않았습니다.
  • ETRI와 함께 순수 국산 기술로 XG-PON Chip을 만들었던 SKtelecom은 현재 NG-PON2의 표준화 작업에도 참가하고 있으며, ETRI, 텔리언과 함께 2016년 개발 목표로 NG-PON2 Chip과 System을 개발하고 있습니다.
  • Verizon은 2015년에 NG-PON2 도입 계획을 가지고 있으며, 현재 Vendor Souring 중에 있습니다. Verizon은 XG-PON, 10G-EPON을 건너뛰고 바로 NG-PON2로 진화하는 것입니다.

 

 
기고자 소개

 

조성민 팀장 (sungmin@sk.com)

  • SK텔레콤 Network기술원에서 전송, 광가입자망, CDN 등의 유선 네트워크 선행 연구를 총괄하고 있습니다.

고득녕 매니저 (engineer@sk.com)

  • SK텔레콤 Network기술원에서 차세대 광가입자망(XG-PON, NG-PON2) 및 IPv6 전환 기술, IPv6 보안 연구를 하고 있습니다.
  • KISA(한국인터넷 진흥원)의 IPv6 전문가 위원 및 TTA IoT Networking PG의 부위원장을 수행하고 있습니다. 
  • SKT,SKB 사내 강사로 활발히 활동하고 있으며 저서로는 “IPv6 Network의 이해”가 있습니다.

이한협 선임연구원 (hanhyub@etri.re.kr)

  • 한국전자통신연구원의 광인터넷연구부에서 차세대 광가입자망기술을 연구개발하고 있습니다.
  • TTA, ITU-T, IEC, IEEE, FSAN에서 차세대 광가입자망기술의 국내/국제표준화 활동을 하고 있습니다.
  • TTA PG201 광전송프로젝트그룹 및 한국ITU-T 연구위원회 SG15연구반 간사를 맡고 있습니다.
 
sundancekid 2014-11-18 08:00:49

새 포스트 기다리고 있었는데 ^^ 잘봤습니다. 감사합니다.

차세환 2014-11-25 21:56:16

잘봤습니다! 언제나 좋은글 감사 드립니다!
 

mania2014 2014-12-08 09:14:22

각 PON/AON별 지원 가능한 인터페이스 규격은 어떻게 되나요?

엄용식 2018-07-16 10:53:41

현재의 광가입자망 구조이해에도 큰 도움이 됩니다.

James 2018-10-16 15:01:02

정말 좋은 정보 감사합니다.

sin 2019-10-28 16:00:28

대역늘리는데 신경쓰지말고  ping  지연율 줄이는데 힘써야 앞으로 가입자 늘 겁니다    인터넷 속도라는게  대역폭이 전부가 아닙니다.  KT 가 왜 개별 댁내 가입자 지연율이 잘나올까요? 왜 KT 를 떠나지 않는지 TV/GAME 이제 댁내 가입자는 지연율이 중요한 서비스를 더 많이 즐깁니다.  앞으로 가입자의 눈높이는  500메가 월 3만원대 서비스만 사용해도 충분한 사람들은  1G 10G 40G 를 원하는게 아니라  진정한 통신의 왕복 지연율을 보게 될겁니다.  대역폭 자랑  IPV6 실적놀음에  헛물캐지말고  지연율 개선하세요 SKB 

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