[논문]SCA 기반 다중모드 SDR 단말기 구조

김준식; 김홍숙; 박남훈; 김진업; 권오준

doi:10.22648/etri.2008.j.230307

문제 정의

본 고에서는 SDR 기반 통신 애플리케이션 소프트웨어를 지원하는 하부구조 관점에서 SCA Core Framework 의 구조 및 기능을 기술하고, ETRI 에서 SCA 2.2 규격을 준수하여 구현한 SCARLET 미들웨어 및 SDR 공용 단말 하드웨어를 소개하고 SCA 기반 HSDPA/T-DMB 응용 컴포넌트 구현을 통한 실험 내용을 소개한다.
본 고에서는 무선 데이터 통신 서비스인 HSDPA 와 T-DMB 프로토콜 규격을 만족하는 통신 애플리케이션 컴포넌트를 설계 및 구현하였다. 범용 프로세서 기반의 공용 단말 하드웨어 상에서, SDR 기술의 핵심 중의 하나라고 할 수 있는 단말 미들웨어 플랫폼과 함께 통신 애플리케이션 재구성 기능에 대한 구현을 통해 상용화의 가능성을 검증하였다.

가설 설정

SCA 는 계층적인 소프트웨어 구조를 가정한다. SCA 소프트웨어 구조는 크게 운영 환경 (operating environment) 계층과 운영 환경 계층에서 제공하는 서비스를 이용하여 구현되는 애플리케이션 리소스계층으로 구분할 수 있다.
. SPD: 소프트웨어 컴포넌트의 구현들에 대한 정보를 유지한다. 소프트웨어 패키지의 이름, 작성자, property 파일 정보 및 구현 코드의 정보, 하드웨어/소프트웨어 의존성(실행 가능한 플랫폼, 실행 환경, 실행에 필요한 최소 메모리, CPU 요구량) 등의 정보를 기술한다.

제안 방법

SPD: 소프트웨어 컴포넌트의 구현들에 대한 정보를 유지한다. 소프트웨어 패키지의 이름, 작성자, property 파일 정보 및 구현 코드의 정보, 하드웨어/소프트웨어 의존성(실행 가능한 플랫폼, 실행 환경, 실행에 필요한 최소 메모리, CPU 요구량) 등의 정보를 기술한다.
SCARLET 시스템이 탑재된 공용 단말 하드웨어는 T-DMB, HSDPA 이외에 현재 개발이 진행중인 Mobile WiMAX 까지 수용 가능하도록 설계하였다. 미들웨어 플랫폼을 수용하기 적합한 구조를 가지도록 하였고, RF 모듈은 커넥터를 통해서 독립적으로 연결되도록 하였다.
설계하였다. 미들웨어 플랫폼을 수용하기 적합한 구조를 가지도록 하였고, RF 모듈은 커넥터를 통해서 독립적으로 연결되도록 하였다.
단말기에서의 SCARLET 과 SDR 통신 애플리케이션의 동작을 확인하기 위하여 공용 단말 하드웨어를 제작하고, SCA 기반의 컴포넌트로 HSDPA[12], T-DMB[13] 용 애플리케이션을 개발하여 시험하였다. 각각의 애플리케이션을 구성하는 컴포넌트들은 SCARLET 시스템에 의해 GPP/DSP/FPGA 디바이스로 배치되어 구동되게 되며, 이러한 정보는 XML 형태의 도메인 프로파일에 기재된다.
SDR 단말용 SCA 기반 재구성 가능한 미들웨어플랫폼 시스템 SCARLET 관리 및 진단 기능을 위하여, GUI 기반의 클라이언트 프로그램인 Waveform Manager 를 MS Windows 상에서 개발하였다. 공용 단말 하드웨어와 Waveform Manager 는 LAN으루.
HSDPA 서비스 시험을 위한 동영상 플레이어와 같은 애플리케이션과 호 설정 및 해제용 GUI 는 TE 에서 실행되며 Waveform Manager 에 의해 단말 하드웨어에 실장된 HSDPA 모드의 응용컴포넌트와 연동하여 발신호 처리 절차를 거친 후 streaming server 를 이용한 동영상 서비스 시험을 수행하였다. HSDPA Node-B 와 UMTS 망 기능은 일본 Anritsu 사의 MD8480C 시험장비를 이용하여 실시하였다.
HSDPA 서비스 시험을 위한 동영상 플레이어와 같은 애플리케이션과 호 설정 및 해제용 GUI 는 TE 에서 실행되며 Waveform Manager 에 의해 단말 하드웨어에 실장된 HSDPA 모드의 응용컴포넌트와 연동하여 발신호 처리 절차를 거친 후 streaming server 를 이용한 동영상 서비스 시험을 수행하였다. HSDPA Node-B 와 UMTS 망 기능은 일본 Anritsu 사의 MD8480C 시험장비를 이용하여 실시하였다.
T-DMB 서비스 시험을 위한 방송수신 플레이어와 같은 애플리케이션은 TE 에서 실행되며 Waveform Manager 에 의해 단말 하드웨어에 실장된 T-DMB 모드의 응용컴포넌트와 연동하여 T-DMB 기지국에서 방송중인 T-DMB 방송 동영상을 SDR AT 의 T-DMB 수신용 안테나를 거쳐 TE 에 위치한 T-DMB 방송 수신용 플레이어를 통해 수신하는 시험을 수행하였다.
컴포넌트를 설계 및 구현하였다. 범용 프로세서 기반의 공용 단말 하드웨어 상에서, SDR 기술의 핵심 중의 하나라고 할 수 있는 단말 미들웨어 플랫폼과 함께 통신 애플리케이션 재구성 기능에 대한 구현을 통해 상용화의 가능성을 검증하였다. 종래의 ASIC 기반 무선 통신 단말은 규격이 개정되거나 새로운 규격이 출현하는 경우 새로운 칩을 출시하기까지 많은 시간과 비용이 요구되는 어려움이 있었으나, 본 SDR 단말에서는 통신 애플리케이션 소프트웨어의 변경만으로 언급한 문제가 해결되는 장점을 가진다.
본 고에서는 SDR 단말 소프트웨어를 구성하고, 미들웨어 및 통신 애플리케이션의 컴포넌트화 구현과 관련하여 다음과 같이 접근하였다.
SCA 에서 제공하는 규격을 근거로 구현된 미들웨어 플랫폼 상에서 SDR 단말용 통신 애플리케이션컴포넌트를 설계 및 구현하기 위해, 우선 현존하는 다양한 통신 서비스들을 분석하여 이들 중 현실성, 활용 가능성 그리고 개발 용이성 등을 고려하여 양방향 통신 서비스를 포함한 HSDPA, T-DMB와 Mobile WiMAX 의 조합을 선정하였다. 선정된 서비스들을 수행하기 위하여 기존의 프로토콜들을 SCA wrapper 와 SCA adapter 를 사용하여 SCA 의 기준에 맞도록 설계 및 변경하였고, 이들과 미들웨어 간의 연동을 위하여 assembly controller 를 설계 및 구현하였다.
WiMAX 의 조합을 선정하였다. 선정된 서비스들을 수행하기 위하여 기존의 프로토콜들을 SCA wrapper 와 SCA adapter 를 사용하여 SCA 의 기준에 맞도록 설계 및 변경하였고, 이들과 미들웨어 간의 연동을 위하여 assembly controller 를 설계 및 구현하였다. 이에 따라, 현재 HSDPA 와 T-DMB 는 개발이 완료된 상태이고, Mobile WiMAX 는 개발이 진행 중이다.
이에 따라, 현재 HSDPA 와 T-DMB 는 개발이 완료된 상태이고, Mobile WiMAX 는 개발이 진행 중이다. 또한 세 가지 모드의 통신 애플리케이션 컴포넌트들이 모두 수행될 수 있는 SDR 공용 단말 하드웨어도 구현하였다. 개발된 통신 애플리케이션 컴포넌트들은 공용 단말 하드웨어와 미들웨어 상에서 원활히 수행됨을 확인하였으며, Core Framework 의 지시에 따라 재구성 동작이 원활히 수행됨을 확인함으로써 상용화 가능성을 검증하였다.

이론/모형

Core Framework 서비스에서 사용하는 분산 컴포넌트 지원에 필요한 명명법(naming and typing), 오류 관리 (error management), 서비스 중개 관리 (service brokering management) 및 통신 링크 제어 (communication link control) 등의 하드웨어, 소프트웨어, 운영체제, 네트워크 프로토콜, 프로그래밍 언어의 차이에 따른 이기종 분산 컴퓨팅 관련 순수 미들웨어 기능은 OMG Minimum CORBA[9] 를사용한다.

성능/효과

실험 결과에 따르면, 재구성 시간(단말기가 새로운 모드로 전환하기 위해 통신모드 애플리케이션을 재구성 가능한 하드웨어상에 설치하고 시작될 때까지 소요되는 시간) 은 19 초 정도가 소요되었다. T-DMB 서비스는 모든 채널이 정상적으로 수신되어 동작하였으며, HSDPA 는 계측 장비를 통해 프로토콜 규격에 적합한 호처리를 확인하였으며 외부 망과 연동한 데이터 서비스를 제공하였다.
T-DMB 서비스는 모든 채널이 정상적으로 수신되어 동작하였으며, HSDPA 는 계측 장비를 통해 프로토콜 규격에 적합한 호처리를 확인하였으며 외부 망과 연동한 데이터 서비스를 제공하였다.
또한 세 가지 모드의 통신 애플리케이션 컴포넌트들이 모두 수행될 수 있는 SDR 공용 단말 하드웨어도 구현하였다. 개발된 통신 애플리케이션 컴포넌트들은 공용 단말 하드웨어와 미들웨어 상에서 원활히 수행됨을 확인하였으며, Core Framework 의 지시에 따라 재구성 동작이 원활히 수행됨을 확인함으로써 상용화 가능성을 검증하였다.

후속연구

단말기는 기지국에 비하여 컴퓨팅 리소스가 제한적일 수 밖에 없으므로 SCARLET이 사용하는 CORBA 미들웨어, XML 파서 등의 추가적인 경량화, 최적화 개발을 통해서 재구성 시간을 좀 더 합리적인 시간 범위 내로 단축하려는 노력이 필요한 것으로 판단된다. [11].

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