5G 서비스를 위한 모바일 프론트홀/백홀 구조의진화 방향

정복래 한국차세대컴퓨팅학회 2018 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.14 No.2

The IoT(Internet of Things), VR/AR(Virtual/Augmented Reality), autonomous vehicles, and UHD (ultra–high definition) broadcasting service are closely approaching to the edge of our life, and will soon be a requisite like a smartphone. Such services can be made on innovative 5G(5th Generation mobile communication) technologies based on the existing LTE infrastructure for radio access network: the enhanced mobile broadband, the mission critical service, and the massive connectivity. In this paper, the advent of 5G and its generic technologies are first introduced. In addition, the evolution path to C-RAN(Cloud-Radio Access Network) structure and alternative fronthaul solutions are presented for the streamlined transition from LTE to 5G. From the case analysis worldwide, technical issues that make telecom operators hesitant in adopting 5G network and the solutions are suggested. 사물 인터넷, 가상/증강현실, 자율주행자동차, 초고화질방송(UHD)는 이미 우리 삶의 언저리에 와 있으며 조만간스마트폰과 같은 필수품으로 자리 잡을 것이다. 이러한 서비스는 기존 LTE 무선접속망 인프라를 바탕으로 초고속, 고신뢰성, 초연결성의 혁신을 가능하게 하는 5G(5th Generation Mobile Communication) 이동통신 기술을 통해 실현될 수 있다. 본 논문에서는 우선 5G가 출현하기까지의 배경과 이를 위한 기반 기술에 대하여 소개한다. 또한기존 LTE에서 5G이동통신 네트워크로의 자연스러운 전환을 위한 C-RAN(Cloud-Radio Access Network) 구조의 진화 경로와 다양한 프론트홀(Fronthaul) 기술들을 비교한다. 마지막으로 국내·외 연구사례 분석을 통하여, 5G망 도입에 걸림돌이 되고 있는 프론트홀 관련 기술적 이슈 및 해결 방안을 제시한다.

EPON-WiMAX 통합망에서 QoS를 지원하는 HOB 구조 및 대역폭 예약 프로토콜

정복래 한국차세대컴퓨팅학회 2013 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.9 No.2

EPON과 WiMAX 네트워크의 결합에 있어서, 서로 다른 특성을 가지는 EPON과 WiMAX MAC단의 정합은 종단 간 QoS를 보장하기 위해 중요하다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 논문은 우선 하드웨어 구조적인 측면에서 이종망 간 QoS 연속성 기능을 지원하는 하이브리드 광종단장치-기지국 구조를 제안한다. 다음으로 프로토콜 측면에서, 종 단간 QoS 보장을 위해 WiMAX 기지국과 EPON 광종단장치 사이에서 상호 유기적인 대역폭 할당 및 QoS 매핑을 수행하는 QBRP 방식을 소개한다. 하이브리드 광종단장치-기지국 구조에서 동작하는 QBRP는 광종단장치와 기지 국간의 협업이 이루어지지 않는 기존의 MHTM 방식에 비해, 평균 지연 시간, 패킷 지연 편차 (지터), 패킷 손실 비율에서 우수한 성능을 보인다.

E-PON에서 패킷 버스트를 이용한 네트워크 코딩의 적용 방안

정복래 한국차세대컴퓨팅학회 2013 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.9 No.5

현재 실시간 스트리밍 서비스와 P2P 파일 공유와 같은 대용량 데이터 전송에 대한 지역 가 입자들의 요구는 날이 갈 수록 증가하고 있는 추세이다. E-PON 시스템은 기본적으로 IEEE 802.1D 브리지 기능을 사 용하여 지역가입자간 데이터를 주고받는 방법을 제공한다. 그러나 증가된 지역 가입자간 전송 요구는 동일한 링 크 대역폭을 공유하는 외 부 인터넷 트래픽의 품질에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 지역 가입자간 데이터 교환을 위해 단순히 발신지의 패킷 을 목적지에 전달하는 기존의 통신 방법으로는 이에 대한 효과적인 대처를 할 수 없다. 본 연구에서는 지역 통신의 방법으로 패킷 burst 개념의 네트워크 코딩을 적용한 E-PON 시스템을 제안한다. 제안된 시 스템은 하향으로 전달 되는 지역 패킷 량을 줄여서 외부 인터넷 트래픽을 수용할 수 있도록 상대적으로 확장된 대 역폭을 제공한다. 기존의 전송 방법에 비해 제안된 시스템은 PON 내부 트래픽에 대하여 throughput, delay 성능을 향 상시킬 뿐 아니라, 외부 인터넷 서비스의 품질 저하를 줄일 수 있는 효과가 있음을 실험 결과는 보여주고 있다.

라즈베리파이를 이용한 이동형 와이파이 확장기 구현

정복래 대한산업경영학회 2022 산업융합연구 Vol.20 No.1

학교와 회사 건물의 복도 천장에는 보통 공용으로 사용할 수 있는 와이파이 엑세스 포인트(WiFi Access Point)가 설치되어 있다. 철문과 같이 신호 감쇠가 큰 재료로 구성된 출입문을 통해 와이파이 신호가 들어오는 건물 구조일 경우 문을 닫으면 인터넷 연결이 자주 끊기거나 실패하게 된다. 본 연구는 이를 해결하기 위해 라즈베리파이 (Raspberry Pi)와 보조 배터리를 이용하여 경제적이고 이동 가능한 와이파이 확장기를 구현한다. 시중에 판매되는 와이파이 확장기는 전원 플러그가 위치한 곳에만 설치해야 하는 장소의 제약이 있고 스마트폰 핫스팟 기능에 기반 한 와이파이 확장은 일부 고급형 기종에서만 가능하다는 단점이 있다. 그러나 제안 시스템은 출입문 안쪽에서 와이 파이 수신 신호가 가장 좋은 위치에서 설치 가능하므로 원신호의 손상 가능성을 최소화하면서 와이파이 범위를 확 장할 수 있다. 그 결과 출입문이 닫힌 환경에서 사무실내 전파 음영을 해소하고, 웹브라우징과 720p 해상도의 동영 상 스트리밍 시청이 가능함을 실험을 통해 확인한다. In schools and corporate buildings, public WiFi Access Points are installed on the ceilings of hallways. In the case of an architectural structure in which a WiFi signal enters through a steel door made of a material with high signal attenuation, Internet connection is frequently cut off or fails when the door is closed. To solve this problem, our research implements an economical and portable WiFi extender using a Raspberry Pi and an auxiliary battery. Commercially available WiFi extenders have limitations in the location where the power plug is located, and WiFi extension using the WiFi hotspot function of an Android smartphone is possible only in some high-end models. However, because the proposed device can be installed at the position where the Wi-Fi reception signal is the best inside the door, the WiFi range can be extended while minimizing the possibility of damage to the original signal. Experimental results show that it is possible to eliminate the shadows of radio waves and to provide Internet services in the office when the door is closed, to the extent that web browsing and real-time video streaming for 720p are possible.

PON기반 5G 프론트홀의 캐싱 성능 평가

정복래 중소기업융합학회 2020 융합정보논문지 Vol.10 No.1

5G 인프라 보급과 더불어 기하급수적으로 증가하는 1인 미디어 방송, 유튜브와 같은 모바일 콘텐츠 서비 스를 안정적으로 제공하기 위해서는 사용자 부근에 캐시 서버를 분산 배치하는 콘텐츠 전송 네트워크 (CDN:Content Delivery Network) 도입이 필수적이다. 지역 캐시 없이 사용자가 콘텐츠 사업자(Content Provider)로부터 직접 서비스를 받는 트래픽이 늘어날수록 모바일 백홀(Backhaul)과 프론트홀(Fronthaul)에서 감당해야 할 부담은 상당히 증가하게 된다. 본 연구는 광기반 5G 프론트홀 구조와 캐싱 방법을 제안하여 모바일 백홀의 대역폭 및 서비스 품질을 개선하는 데 목적이 있다. 이를 위해 우선 전용 광케이블을 프론트홀로 사용하는 콘텐츠 전송 네트워크와 수동광가입자망(PON:Passive Optical Network)을 사용하는 구조를 제안한다. 그 위에 PON 캐싱에 특화된 집화된 콘텐츠 요청 방법을 제안하고 모델링과 시뮬레이션을 통해 그 성능을 기존의 방식과 비교한다. 제안된 PON 캐싱은 기존 캐싱이 없는 구조에 비해 최대 0.5초의 평균접근시간 감소, 1/n개의 수신된 요청 패킷 감소, 약 60% 백홀 대역폭 절감 효과를 나타냈다. 이 연구는 모바일 백홀 비용과 서비스 품질 사이에서 고민하는 통신사업자들에게 하나의 참고 자료가 될 수 있으며, 추후 캐시 적중률을 더욱 끌어올리는 방안으로 확장 될 것이다. With the deployment of 5G infrastructure, content delivery network (CDN) will be a key role to provide explosive growing services for the independent media and YouTube which contain high-speed mobile contents. Without a local cache, the mobile backhaul and fronthaul should endure huge burden of bandwidth request for users as the increase number of direct accesses from contents providers. To deal with this issue, this paper fist presents both fronthaul solutions for CDN that use dark fibers and a passive optical network (PON). On top of that, we propose the aggregated content request specialized for PON caching and evaluate and compare its performance to legacy schemes through the simulation. The proposed PON caching scheme can reduce average access time of up to 0.5 seconds, 1/n received request packets, and save 60% of backhaul bandwidth compared to the no caching scheme. This work can be a useful reference for service providers and will be extended to further improve the hit ratio of cache in the future.

중복 전송 제거를 위한 동영상 캐싱 제어 프로토콜 연구

정복래 국제차세대융합기술학회 2020 차세대융합기술학회논문지 Vol.4 No.6

유튜브와 넷플릭스와 같은 동영상 스트리밍 서비스 요구는 해마다 폭발적으로 증가하고 있으며 모바일 백홀의 용량은 그 한계에 도달하고 있다. 콘텐츠 전송 네트워크(CDN:Content Delivery Network)가 이를 해결하 기 위한 대안으로 제시되고 있으나 지역 캐시에서 미적중된 콘텐츠에 대한 중복된 동영상 전송은 여전히 미해결 과제로 남아 있다. 본 논문은 우선 브로드캐스트와 중앙집중적인 트래픽 관리가 가능한 이더넷수동광가입자망 (EPON:Ethernet Passive Optical Network)을 전송망으로 구성한 CDN 구조를 제시한다. 이를 기반으로 미적중 된 동영상 요청에 대한 중복 전송 제거 프로토콜은 제안하여 네트워크 효율을 개선한다. 제안된 프로토콜은 원본 서버(OS:Origin Server)에 도달한 요청 수, 미적중된 동영상 요청 수와 원천 서버의 최대 동영상 개수에 따른 대 역폭 절감 비율의 측면에서 중복제거가 없는 캐싱에 비해 상당한 효과가 있음을 시뮬레이션 결과를 통해 확인할 수 있다. The demand for video streaming services such as YouTube and Netflix is exploding every year and reaching the limit of mobile backhaul capacity. A Content Delivery Network (CDN) is proposed to resolve this problem, but duplicate video requests for content that is missed in a local cache still cause backhaul bandwidth waste. This paper proposes a caching network architecture using Ethernet Passive Optical Network (EPON), which has features with broadcast and centralized traffic management. The control protocol operated in this architecture can improve network efficiency by doing works involved in eliminating repetition of the missed video requests. The performance of the proposed compared to the existing one without deduplication in terms of the number of requests reached to Origin Server(OS) and bandwidth saving ratio according to missed video requests and maximum number of videos in OS respectively.

E-PON에서 QoS 지원 및 에너지 절감 효과가 있는 동적대역할당 방식

정복래 한국차세대컴퓨팅학회 2016 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.12 No.2

UCS(upstream centric scheduling)을 이용하여 수면/활성 상태를 제어하는 E-PON에서의 에너지 절감률은ONU의 송, 수신기를 동시에 on/off 할 수 있다는 측면에서 상당히 효과적인 것으로 알려져 왔다. 그러나 E-PON 동적대역할당(DBA:Dynamic Bandwidth Allocation)방식으로 흔히 사용되고 있는 IPACT(Interleaved Polling with Adaptive cycle time) 제한된 서비스(limited service)에서는 상향 트래픽 요구에 따라 폴링 주기가 수시로변하므로 저부하 트래픽에서 고정대역할당(FBA:Fixed Bandwidth Allocation)에 비해 에너지 절감 효과가 상당히떨어진다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 고정 폴링 사이클 갖는 제한된 서비스(LSFC: Limited Service with Fixed Cycle)을 동적대역할당 방식으로 제안한다. 시뮬레이션 결과에 의하면, 이 방식은 기존의 제한된 서비스 보다저부하 구간에서 queuing delay, throughput 성능 저하를 유발시키지만, QoS(Quality of Service) 요구 사항을만족시키는 범위 내에서 오버헤드 시간(overhead time)에 따라 약 11~66% 에너지 절감 효과를 볼 수 있다. It has been widely known that the energy efficiency of E-PON using UCS(upstream centric scheduling) which controls active/sleep state is quite effective due to the functionality to turn on and off a transmitter and a receiver at the same time. However, for the IPACT(Interleaved Polling with Adaptive cycle time) with the limited service which is commonly used as a E-PON dynamic bandwidth allocation (DBA), the performance of energy efficiency will get worse compared to the fixed bandwidth allocation (FBA) due to frequently varying polling cycles depending on the requests of upstream traffic. To handle this problem, the paper propose a DBA called limited service with fixed cycle (LSFC). From the simulation results, the proposed scheme substantially gains energy savings of about 11 to 16 percent according to overhead time within tolerance of quality of service (QoS) in spite of some performance deterioration of queuing delay and throughput when the offered load is low.

수면 모드 가능한 E-PON에서 수면 시간과 네트워크 성능에 관한 연구

정복래 한국차세대컴퓨팅학회 2015 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.11 No.4

수면 모드를 이용한 E-PON(Ethernet-Passive Optical Network)에서 대역 할당 방식, 폴링 주기, 오버헤드 타 임 등과 같은 요소들은 수면 시간과 네트워크 성능에 중대한 영향을 미치는 것으로 알려져 왔다. 그러나 지금까지 이러한 요소들의 유기적인 영향의 관점에서 수면 시간을 분석하고 성능을 평가한 연구는 미미했다. 본 논문에서는 우선 동적 대역 할당(DBA)와 에너지 절감 기능을 결합한 UCS(upstream centric scheduling)기반 수면 모드 ONU(Optical Network Unit)의 스케줄링 동작 과정을 소개한다. 동적 대역 할당 방식으로 널리 알려진 제한된 서비스(limited service) 기반의 IPACT를 이용하여 동적 또는 고정 대역폭 할당 방식에 따른 수면 시간과 폴링 주기, 오버헤드 시간과의 관계를 분석해 본다. 이러한 분석 결과를 OPNET 시뮬레이션을 이용하여 부하에 따른 평균 수면 시간, ONU 큐잉 지연, 오버헤드 시간에 따른 평균 수면 시간 측면에서 검증하고 평가해 본다. The bandwidth allocation scheme, the polling cycle time and the overhead time in Ethernet-Passive Optical Network (E-PON) with the sleep mode have been considered for important factors to affect the sleep time and the network performance. However, to date rarely has research made attempting to analyse and evaluate relationship between the sleep time and the network performance in a context of the interactional influence among the above factors. In this paper, we first present the scheduling procedure of the upstream centric scheduling (UCS) based on the sleep mode optical network unit (ONU) which is responsible for the dynamic bandwidth allocation (DBA) as well as energy saving. The analysis is then followed to find relationship between the sleep time, and the polling cycle time and the overhead time according to both the DBA using IPACT with the limited service and the fixed bandwidth allocation (FBA). The simulation is performed to validate and evaluate the analytical results in terms of the average sleep time with the offered load, the ONU queuing delay, and the average sleep time with the overhead time.

네트워크 코딩을 이용한 PON기반 무선백홀 연구

정복래 한국인터넷방송통신학회 2013 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.13 No.2

구리선 기반의 기존 무선 백홀 기술들은 급속히 증가하는 무선 멀티미디어 서비스 요구를 수용하지 못하고 조만간 용량의 한계에 도달할 것이다. PON 기술은 광섬유의 대역이득으로 획기적인 네트워크 용량을 제공하는 동시 에 유지 및 보수비용이 저렴하여 기존 무선 백홀을 대체할 기술로 주목 받고 있다. 수십 기가대의 넓은 대역폭을 제 공하는 PON기반 무선 백홀을 바탕으로, 무선 환경에서도 화상회의와 IPTV와 같은 광대역 멀티미디어 서비스를 무리 없이 받을 수 있다. 본 논문에서는 우선 PON기반 무선 백홀 기술의 개요와 장점을 소개한다. PON-무선 결합망의 현 실적인 예로 EPON-WiMAX의 세 가지 결합망 구조를 제시하고 그 특징을 경제적인 측면과 네트워크 성능의 측면에 서 비교 분석한다. 그 후, PON-무선 결합 망에서 상당 부분을 차지할 멀티캐스트 기반 트래픽 전송에 효과적인 네트 워크 코딩을 적용할 경우 기대되는 효과, 결합 망구조, 적용방안을 제시한다. With rapidly growing mobile wireless services, the existing copper-based mobile backhaul technologies suffer from reaching the capacity limits. PON technologies is drawing attention as a key solution to replace the existing mobile backhaul technologies due to not only providing innovative network capacity but also cost-effective maintenance caused by the bandwidth gain from optical fibers. With a PON-based mobile backhaul, broadband wireless multimedia services such as a video conference and IPTV can be seamlessly provided. In this paper, we first introduce overview of the PON-based mobile backhaul technology. For a example of practical integration, three types of EPON-WiMAX integrated architectures are proposed and comparatively analyzed in term of costs and network performance. Then, applicable plan and anticipated effects are presented when applying network coding on the PON-based mobile backhaul to improve the performance of delivering multicast traffic.

Request Deduplication Scheme in Cache-Enabled 5G Network Using PON

정복래 한국정보통신학회 2020 Journal of information and communication convergen Vol.18 No.2

With the advent of the 5G era, the rapid growth in demand for mobile content services has increased the need for additional backhaul investment. To meet this demand, employing a content delivery network (CDN) and optical access solution near the last mile has become essential for the configuration of 5G networks. In this paper, a cache-enabled architecture using the passive optical network (PON) is presented to serve video on demand (VoD) for users. For efficient use of mobile backhaul, I propose a request deduplication scheme (RDS) that can provide all the requested services missed in cache with minimum bandwidth by eliminating duplicate requests for movies within tolerable range of the quality of service (QoS). The performance of the proposed architecture is compared with and without RDS in terms of the number of requests arriving at the origin server (OS), hit ratio, and improvement ratio according to user requests and cache sizes.