초록 ▼

가. 과제목표
본 과제의 최종 결과물은 WiBro/WiMAX 인빌딩 솔루션을 위한 초소형 기지국 제어기 시스템이며, IEEE802.16/16e, TTA 및 WiMAX Forum 규격 및 휴대인터넷 통신사업자의 관련 표준안과 호환성을 제공한다. 본 과제에서는 2007년부터 시작되는 1단계 휴대인터넷 기지국 제어기 장비의 기지국 제어 기능을 모두 포함하고, 통신사업자의 관련 표준, 즉 R3/R4/R6 규격을 수용하며, 인빌딩 솔루션을 위한 인빌딩 AP를 관리/제어하는 기능을 수행한다. 본 과제의 결과물을 휴대인터넷 망에 적용할

가. 과제목표
본 과제의 최종 결과물은 WiBro/WiMAX 인빌딩 솔루션을 위한 초소형 기지국 제어기 시스템이며, IEEE802.16/16e, TTA 및 WiMAX Forum 규격 및 휴대인터넷 통신사업자의 관련 표준안과 호환성을 제공한다. 본 과제에서는 2007년부터 시작되는 1단계 휴대인터넷 기지국 제어기 장비의 기지국 제어 기능을 모두 포함하고, 통신사업자의 관련 표준, 즉 R3/R4/R6 규격을 수용하며, 인빌딩 솔루션을 위한 인빌딩 AP를 관리/제어하는 기능을 수행한다. 본 과제의 결과물을 휴대인터넷 망에 적용할 경우, 저렴한 가격으로 확장된 일반 가입자 및 기업가입자를 수용하여 통신 사업자에게는 수익 창출, 사용자에게는 광대역 서비스 제공을 가능하게 한다.
본 과제의 초소형 기지국 제어기는 19 인치 표준랙에 실장되는 하나의 쉘프로 구성되며, WiMAX ASN Gateway Profile Type A 기능 처리, R4 연동에 따른 서버 정합 기능, DHCP Server/Relay 기능, 단말 인증 및 과금 기능, 인빌딩 AP 관리 기능, 인빌딩
AP와 연계한 동기 제공 기능 등을 제공한다.
(1) 시제품 결과물
WiBro/WiMAX 인빌딩 솔루션을 위한 초소형 기지국 제어기 시스템의 구성 요소 및 결과물은 다음과 같다. 초소형 기지국 제어기 시스템을 구성하는 아래의 각 모듈들은 하나의 카드로 구성되며, 19인치 상용랙에 실장되는 Pizza Box 형식으로 개발되는 기지국 제어기 시스템에 실장된다.
● 초소형 기지국 제어기 시스템
▶ Ingress Network Processor : IP Network → AP 방향의 패킷 처리
▶ Egress Network Processor : AP → IP Network 방향의 패킷 처리
▶ Central Processing Unit : R3/R4/R6 신호 처리 및 AP 관리/제어
▶ Mother Board : AP 및 IP Network 정합
본 과제의 결과물은 휴대인터넷 서비스를 위해서 IEEE802.16/16e, TTA 및 WiMAX Forum의 ASN Gateway 호처리 관련 규격과 호환성을 제공하고, 통신사업자의 R1/R3/R4/R6 규격에 따라 AP 및 망연동을 수행하며, WiBro/WiMAX 이동형 무선 호처리 관련한 다음과 같은 기능을 포함한다.
● 시스템 소프트웨어 기능
▶ WiBro/WiMAX 무선 기본 호처리, 핸드오버 호처리
▶ AP 및 기지국 연동/관리 기능 (R6)
▶ 기지국 제어기 연동 기능 (R4)
▶ 인증 서버, QoS 서버 연동 기능 (R3)
▶ 위치 서버 연동 및 페이징 기능 (R3)
▶ 유지보수 및 운용관리 기능
(2) 규 격
● 호환성 : IEEE802.16/16e, TTA WiBro, WiMAX Forum
● 연동 규격 : WiMAX Forum ASN Gateway Profile A
● 세부 규격 : R3, R4, R6
● 가입자 수용 : 1,000명/5,000명 (Active/Active+Idle)
● 인빌딩 AP 수용 : 50 대
● 트래픽 처리 : 양방향 800Mbps (IPv4, 64바이트 기준)
● 다운링크 포트 : 4 GbE
● 업링크 포트 : 2 GbE (Link Aggregation)
● 네트워크 정합 : 인증 서버, 페이징 서버, 과금 서버
(3) 성능 및 기능
● 성능 및 용량
▶ 가입자 수용 용량 : 1,000명/5,000명 (Active/Active+Idle)
▶ AP 수용 용량 : 50 대
▶ 트래픽 처리 성능 : 800Mbps 양방향 (IPv4, 64 바이트 패킷 기준)
▶ 다운링크 포트 수 : 4 GbE GBIC
▶ 업링크 포트 수 : 2 GbE GBIC (Link Aggregation)
● 기능
▶ 핸드오버 제어, RRM, 페이징 기능
▶ AAA, R3, R6 만족
▶ 단말의 IP 할당을 위한 DHCP Server/Relay 기능 지원
▶ DIAMETER 기반의 과금 정보 수집 및 전송
▶ AP 관리를 위한 SNMP 지원
▶ WiBro 인빌딩 AP와 연동하여 시각/주파수 동기 기능 지원
▶ 19인치 랙 실장 용, 440mm(W) * 300mm(D) * 44mm(H)
● 상세 기능
▶ WiMAX Forum Profile A 준용
▶ 통신사업자 WiBro 요구 사항 준용
▶ Initial Network Entry
▶ Idle Mode Operation
▶ Inter-ACR Handover
▶ Traffic Buffering
(4) 용 도
본 과제의 결과물은 1단계 휴대인터넷 기술/서비스의 기술 제약 사항인 일반가입자/기업가입자를 위한 WiBro 솔루션 제공용으로 사용되는 동시에 통신 사업자에 의해서 주도되는 R3/R4/R6 관련 표준안을 위한 플랫폼 역할을 하여 휴대인터넷 서비스의 확산에 기여한다. 또한 순수한 국내 기술에 의한 휴대인터넷 핵심 기술 개발에 의해서 국내 시장 보호 및 주도, 기술료 방어 및 해외 수출에 따른 산업 경제적 효과를 목표로 하며, 4G 이동통신 기술 및 표준화를 주도할 수 있는 기술로도 사용된다.
(5) 수요자 및 수요자의 Needs
본 과제의 결과물의 최종 수요처는 휴대인터넷 통신사업자이며, 국내에는 KT와 SKT가 있으며, 각 나라 별로 휴대인터넷 서비스 사업권을 획득한 통신사업자가 해당된다. 제안사는 2004년부터 국내의 휴대인터넷 통신사업자인 KT, SKT 및 휴대인터넷 Turn-Key 시스템 개발사인 국내의 다국적 기업과 “휴대인터넷 관련 정보 제공 요청서(RFI)" 및 ”휴대인터넷 사업 관련 협약“을 체결하여, 2007년 상용화가 시작되는 휴대인터넷 서비스에 대한 공동 개발 및 협의를 진행하고 있으며, 개발 및 협의 진행 과정에서 도출된 2단계 휴대인터넷 서비스의 요구 사항은 다음과 같으며, 본 과제에서는 아래의 통신사업자의 요구사항을 모두 포함하는 서비스 확산에 따른 2단계 휴대인터넷 망을 위한 요구 사항 기술이 적용된 기지국 제어기 시스템을 개발한다.
● 표준 규격 호환성 : IEEE802.16/16e, TTA, WiMAX Forum
● 장비 호환성 : WiMAX Forum ASN Gateway Profile A 적용
● 기업가입자를 위한 인빌딩 솔루션 : 인빌딩 AP 정합 기능
● 통신사업자의 표준안 준수 : 통신사업자와 연계한 규격 작성
● 저가의 기지국 제어기 시스템 제공 : 소형기지국 대비 가격경쟁력 우수
● 가입자의 특수 요구 사항 적용 : 보안 요구 사항을 적용할 수 있는 플랫폼
나. 최종과제 결과물의 수준
(1) 시장창출능력
휴대인터넷 서비스의 국내 사업 개시 5 년 이내에, SK 텔레콤은 1,078만 가입자로 추정하고 있으며, 정보통신정책연구원 KISDI)은 927만 가입자, KT는 832만 가입자로 각각 추정하고 있다.(2004년 3월, 휴대인터넷 서비스 및 워크숍 자료 참조) 또한 2003년 10월 ETRI 자료에 의하면 휴대인터넷 사업 개시 후 5 년 간 36조원의 시장이 형성되어 약 27만 명의 신규 고용 창출이 예상되며, 특히 휴대인터넷 사업 도입으로 인한 IT 기기 시장 창출 규모는 약 10조원 이상으로 추산된다. 이동형 OFDMA/TDD 방식을 기반으로 IEEE802.16e의 이동성을 제공하는 2.3GHz 휴대인터넷 서비스는 다이버시티 기지국 시스 템을 이용해서 전 세계적으로 국내에서 최초로 2007년 상용화가 진행되고 있다. 국내의 휴대인터넷 서비스의 경우 2007년부터는 다이버시티 기술을 이용해서 1 단계의 서비스가 진행되며, 2007년 이후부터는 본 과제에서 연구 개발되는 인빌딩 솔루션을 위한 AP 및 초소형 기지국 제어기를 이용한 서비스 확장 및 적응 배열 안테나 또는 스마트 안테나 기술을 이용해서 2 단계 휴대인터넷 서비스가 진행될 예정이다.
(2) 독창성ㆍ혁신성
WiBro/WiMAX 인빌딩 솔루션을 위한 초소형 기지국 제어기 시스템
2007년부터 시작된 국내의 휴대인터넷 서비스를 위한 장비 구성은 단말기와 기지국, 그리고 기지국 제어기로 구성된다. 기지국 및 기지국 제어기는 표준형, 즉 대형 시스템으로 구성되며, 즉 통신사업자 입장에서는 투자 부담을 안게 되는 것이다. 통신사업자들은 투자의 효율성을 확보하기 위해서 광 중계기 및 RF 중계기 등 중계기를 이용하여 음영 지역을 서비스하면서 커버리지를 확대하는 방법을 사용한다. 그러나 중계기를 사용하는 방법은 커버리지를 확대하는 측면에서 본다면 제 기능을 수행하지만, 일반가입자 및 기업가입자들의 보안 등의 특수 요구 사항을 제공하기 어렵고 무선의 특성 상 대용량 무선 대역을 확보할 수 없다는 단점을 보이게 된다. 또한 2007년 초기 휴대인터넷 사업화 이후의 통신사업자들은 WiMAX Forum의 ASN Gateway 규격에 따른 자체적인 표준안을 준비하고 있으며, 기존의 기술 개발사들은 기존 개발 제품에 통신사업자의 표준안을 적용하는 것을 보수적인 자세로 견지하고 있다. 제안사는 WiBro/WiMAX 인빌딩 솔루션을 위한 초소형 기지국 제어기 시스템을 개발함에 있어서, 현재 통신사업자들이 안고 있는 문제점을 모두 해결하는 방법, 즉 가입자의 특수 요구 사항을 제공할 수 있는 플랫폼 설계, 가격경쟁력이 있는 휴대인터넷 기술/제품 개발, 그리고 통신사업자와 연계한 표준안 개발 및 적용을 추진한다. 다음 그림은 이와 같은 요구 사항이 적용된 초소형 기지국 제어기 시스템을 이용한 휴대인터넷 망 구성도를 나타낸 것이다.
기지국(AP), 기지국 제어기 간 호환성 제공
2007년의 1단계 휴대인터넷 벤더 간 또는 장비 간 호환성 규격은 단체 표준에서는 정해지지 않았으며, 각 통신사업자 별로 인터페이스를 정의하는 작업이 진행 중이다. WiMAX Forum에서는 현재 기지국과 기지국 제어기의 기능 구분에 따라서 프로파일
A/B/C 등 세 가지로 기능 분류를 하고 표준화 작업을 진행 중이다. 프로파일 A에서는 기지국에서 무선 물리 계층 처리와 호처리 관련 신호에 대한 릴레이 기능을 수행하고, 무선 자원 관리 등 무선 호처리와 관련된 기능을 기지국 제어기에서 수행하는 규격이며, 프로파일 C에서는 프로파일 A의 무선 자원 관리 기능을 기지국에서 수행하는 규격이다. 프로파일 B는 기지국 제어기 없이 모든 기능을 기지국 시스템에서 처리하는 규격이다. 본 과제의 기지국 제어기 시스템에서는 1차적으로 현재 진행 중인 통신사업자의 휴대인터넷 A/IR 인터페이스와 WiMAX Forum의 프로파일 A를 기준으로 구현한다. 그리고 WiMAX Forum의 규격 확정 및 통신사업자의 요구사항에 따라서 프로파일 B/C를 추가로 구현할 수 있는 플랫폼을 설계, 개발한다.
(3) 부가가치성
본 과제의 연구개발비 총액은 약 6억 원 또는 6만US$이며, 아래 표는 본 과제의 결과물을 이용한 매출 계획을 나타내며, 본 과제의 기술적인 파급 효과를 고려하지 않은 직접적인 매출 효과만 보여 주는 것이다. 본 과제의 결과물을 사업화하기 위해서 필요한 추가의 사업화 자금이 소요된다고 가정하더라도, 매출이 발생하는 연구개발 완료 이후 1년에는 매출에 의해서 연구개발비를 완전히 보존할 수 있으며, 연구 개발 완료 1년차 중 또는 2년차부터는 영업이익에 의한 이익이 실현될 것으로 기대된다.

Abstract ▼

This project is concerned with pico-type base station controller system for WiBro and mobie WiMAX in-building solution which supports the inter-operability with IEEE 802.16d/e, TTA, and WiMAX Forum network working group (NWG)
specifications. This in-building base station controller could be opera

This project is concerned with pico-type base station controller system for WiBro and mobie WiMAX in-building solution which supports the inter-operability with IEEE 802.16d/e, TTA, and WiMAX Forum network working group (NWG)
specifications. This in-building base station controller could be operated according to standard-based specifications (R3/R4/R6), control in-building access points, and offer the functionalities provided by standard outdoor base station controllers as well. With in-building base station controller, mobile wireless operators can accommodate public and private users with differentiated service strategies in indoor areas to be benefitted in terms of virtual private network services, security/firewall policies, etc. In-building base station controller also interacts with wireless servers with standard R4 specification, performs precision time protocol for the synchronization between base stations, and could be mounted into standard 19 inch rack facility.

목차 Contents

• 제출문 ...1
• 요약문 ...2
• SUMMARY ...24
• CONTENTS ...25
• 목차 ...28
• 참고문헌 ...31
• 제1장 휴대인터넷 기술 및 서비스 ...33
• 제1절 기술 개발의 배경 ...33
• 1. 기술 개요 및 배경 ...33
• 2. 기술 개발의 설명 ...36
• 제2절 국내외 연구 동향 ...39
• 1. 국내외 관련기술의 현황 및 전망 ...39
• 가. 세계적 기술현황 및 전망 ...39
• 나. 국내 기술현황 및 전망 ...39
• 다. 제안기술과 관련된 국ㆍ내외 동일 또는 유사 기술의 개발 또는 상용화 내용 ...40
• 2. 기술개발의 파급효과 ...41
• 제3절 기술 개발의 시장성 ...43
• 1. 휴대인터넷 서비스 ...43
• 2. 휴대인터넷 인빌딩 서비스 ...45
• 가. 오피스시스템 적용 및 옥외망 연동 ...46
• 나. Private/Public 망 연동 ...47
• 다. WiMAX Forum ASN Profile A/C ...48
• 3. 휴대인터넷 서비스의 시장성 ...52
• 제2장 연구 개발의 내용 및 결과 ...54
• 제1절 휴대인터넷 표준 개발 ...54
• 1. References ...54
• 2. Network Reference Model ...54
• 3. Message Primitives Format ...56
• 가. Message ...56
• 4. Control Plane Protocol ...59
• 가. Initial Network Entry ...59
• 나. Idle Mode Operatioin ...62
• 다. Inter RAS Handover ...63
• 라. Inter-FA Handover ...65
• 마. De-Registration ...66
• 바. Keep Alive ...67
• 5. Message and Parameter Definitions ...68
• 가. Network Entry ...68
• 나. ldle Mode ...78
• 다. Handover ...85
• 라. Keep Alive ...103
• 마. De-Registration ...104
• 제2절 기지국 제어기 개발 ...106
• 1. 시스템 개요 ...106
• 2. 구조 및 형태 ...107
• 가. 제안 장비의 구조 및 형태 ...107
• 나. 시스템(H/W, S/W) 구성도 ...109
• 3. 기능 및 성능 ...117
• 가. 시스템 기능 및 성능 (용량 포함) ...117
• 나. 안정성 및 확장성 ...125
• 다. 지원 프로토콜 및 시스템 특 장점 ...125
• 라. 제공 가능 서비스 및 관련 서비스 망 구성도 ...126
• 마. 솔루션 제안 ...132
• 바. 성능평가 자료 ...132
• 사. 상세기능 ...133
• 제3절 주요 기술 ...178
• 1. 시스템 플랫폼 기술 ...178
• 2. 옥외형 (표준형) ACR 개발 경험 ...179
• 가. 용량 및 성능 ...180
• 나. 기능 제공 ...180
• 다. 특 장점 ...180
• 3. 망관리 기술 ...181
• 가. 운용관리 기술 ...181
• 나. 유지보수 기술 ...183
• 다. 운용, 유지보수 비용 등 비용 절감을 위하여 적용된 기술 ...185
• 제3장 연구 개발의 결과물 검증 ...187
• 제1절 기존 기술 비교 ...187
• 제2절 개발 결과물 검증 ...188
• 1. 시연 환경 망 구성 ...188
• 2. 인빌딩 RAS 기술 소개 ...191
• 가. 개요 ...191
• 나. 시스템 규격 ...192
• 다. 시스템 구성 ...194
• 3. 시연 결과 ...196
• 가. 휴대인터넷 규격 ...196
• 나. 링크 처리 용량 ...197
• 다. 핸드오버 시간 ...198
• 라. 트래픽 버퍼링 ...199
• 제3절 개발 결과물 ...202
• 1. 개요 ...202
• 2. 블록 다이어그램 ...204
• 3. 시스템 전원부 설계 ...205
• 가. On Board Power -48V Input ...205
• 나. 1.5V/5V Dual Power ...206
• 다. 1.0V/1.8V/3.3V Triple Power ...207
• 라. 2.5V Single Power ...208
• 마. 1.3V Single Power ...209
• 4. 시스템 클럭 설계 ...210
• 가. CPM 클럭 구성 ...211
• 나. NPM 클럭 구성 ...212
• 다. Ethernet 클럭 구성 ...213
• 5. Data Path ...214
• 가. Ingress NPM Data Path ...214
• 나. Egress NPM Data Path ...215
• 다. Ethernet Switch Data Path ...216
• 6. CPLD Functional Description ...217
• 가. CPM CPLD Logic ...217
• 나. NPM CPLD Logic ...218
• 7. Front Panel Description ...218
• 8. Placement ...219
• 가. CPM Part Placement ...219
• 나. NPM Part Placement ...220
• 9. WiBro In-Building Solution Pico-ACR H/W 회로도 설계 ...221
• 10. 개발 결과물 사진 ...232
• 제4장 결론 ...234