DOCSIS 3.0

DOCSIS 3.0 (Data-Over-Cable ServiceInterface Specification 3.0) 표준

HFC망에서의 데이터 전송 프로토콜인 DOCSIS는 하향(Downstream)은 TDM(Time Division Multiplexing) 방식, 상향(Upstream)은 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식을 사용하여 Time Slot 기반으로 각각의 모뎀을 제어하는 구조를 가지고 있기 때문에 DOCSIS Layer에서 VoIP나 지연에 민감한 멀티미디어 데이터에 대해 QoS 적용이 가능하다. 일반적으로 Time Slot을 사용하지 않는 Ethernet MAC(Media Access Control)기반의 데이터 전송은 QoS에 매우 취약한데 반해 DOCSIS는 상당한 장점을 가지고 있다. 다만, 수개월 전까지는 HFC망 기반 인터넷 서비스는 그 대역폭의 한계 때문에Ethernet MAC을 기반으로 한 경쟁 서비스에 비해 저속 서비스로 인식되어 왔으나, 최근 DOCSIS3.0의 채널 묶음(Channel Bonding)기술을 적용한 CMTS(Cable Modem Termination System)가 상용화 되면서 그 한계를 극복할 수 있는 계기를 마련하였다.

2006년 8월에 처음 정의되었고 2007년 2월에 첫 번째 개정안이 발표된 DOCSIS3.0 표준은 케이블 네트워크에서 확장대역폭(Wideband)을 기반으로한 ALL-IP화에 중요한 요소들을 정의하고 있다. 첫째로, 채널 본딩(Channel-Bonding)을 통한 상, 하향 대역폭의 확대이다. 기존 DOCSIS2.0에서는 상, 하향 각 1채널 사용으로 하향 최대 42Mbps, 상향 최대 30Mbps급 서비스를 지원했었다. 하지만 DOCSIS3.0에서는 모뎀에서 각 채널들을 결합해서 동시에 여러 채널을 사용함으로써 대역폭 확대를 가능하게 하였고, 최소 상, 하향 각 4채널 본딩을 기본으로 하고 있다. 또한 본딩 채널 수를 확대하여 하향은 약 42Mbps * N개 채널, 상향은 30Mbps * N개 채널만큼의 대역폭 확장이 가능하다. 이를 위해, 각 본딩 채널에 대한 데이터 분산 전송 및 재조합을 위한 매커니즘을 주요 내용으로 정의하고 있다. 이러한 채널 본딩 기술은 나날이 고속화 경쟁이 심화되고 있는 국내 인터넷 시장에서 경쟁력 확보는 물론, IP 멀티미디어 서비스 제공을 위한 기반을 마련할 수 있다는데 그 의의가 있다고 하겠다.

둘째로, IP Multicast 세션(session)에 대한 DOCSIS1.1 기반 QoS 지원이다. 
DOCSIS 1.1 표준에서 소개된 service-flow에 대한 QoS Parameter가 정의된 Service Class를 참조하는 "Group Service Flow"와 Multicast 트래픽을 본딩 채널에 전송하기 위한 하향 채널 리스트인 "Downstream Channel Set"라는 개념을 정의하여 본딩(Bonding)채널 또는 Single 하향 채널을 통해 전송되는 IP Multicast 트래픽에 대해 QoS 적용이 가능하도록 하였다. DOCSIS기반의 안정된 QoS 제공은 IP Multicast 세션을 사용하는 멀티미디어 서비스를 일반 데이터 트래픽으로부터 보호함으로써 보다 높은 품질의 멀티미디어 서비스 제공이 가능해졌음을 의미한다.

셋째로, SSM(Source Specific Multicast) 지원으로, 기존의 ASM (Any Source Multicast)에 비한 일반적 장점 이외에 아래와 같은 DOCSIS3.0만의 특징을 가지고 있다. DOCSIS3.0이전에 사용되던 Cable Modem에서 IGMP Snooping기능을 제거하는 등 향후 다양한 Multicast Application지원을 위해 Cable Modem의 기능을 단순화하였다. 그 대신 CMTS가 모든 IP Multicast 세션에 대한 정보 관리기능을 담당하게 되었고, 본딩채널을 이용해 IP Multicast 트래픽을 전송하기 위해 DOCSIS-Specific 멀티캐스트 제어 프로토콜을 정의하였다. 이 프로토콜을 사용하여 Multicast Source와 Group Address에 대해 어떠한 채널들을 사용할지와 어떠한 Group Service Flow를 할당할 것인가를 결정할 수 있다. 요약하면, DOCSIS3.0에서의 Multicast는 CMTS와 케이블 모뎀(CM)간의 DOCSIS Specific 제어 프로토콜을 새롭게 추가하였고, SSM은 CMTS에서 제어하게 되며 CM은 관여하지 않는다. 이는 Multicast Source Address Range를 구분하여 보다 세부적이고 유연한 IP Multicast 트래픽 전송 제어를 가능하게 한다. SSM 사용을 위해서는 CMTS와 가입자 단말(CPE)에서 IGMPv3기능 지원이 필수적이다.
마지막으로는 Cable Modem에서 IPv4와 양립할 수 있는 IPv6 지원이다. 위와 같이 기존의 DOCSIS2.0과의 가장 큰 차이점은 크게 채널본딩(Channel Bonding), Multicast QoS, SSM(Source Specific Multicast), IPv6 등으로 요약할 수 있으며, 이중 "본딩(Bonding)채널을 통한 고속 데이터 처리 방법", SSM과 Multicast QoS를 사용한 "IP Multicast Session에 대한 트래픽 처리 방법"을 가장 비중 있는 요소로 다루고 있다.

 현재 Arris, Cisco, Motorola등 CMTS 제조사들은 DOCSIS3.0 주요 요소 중에서 하향 채널 본딩(Downstream Channel Bonding)기술만을 상용화한 상태로, 최대 150Mbps급 전송속도로 인터넷 서비스가 가능한 상황이며, 다른 여러 기능들에 대해서는 2007~2008년까지 상용화 로드 맵(Road Map)을 가지고 있는 상황이다. 또한 DOCSIS3.0 표준과 연계된 Modular CMTS 표준화가 병행되고 있다. DOCSIS3.0의 채널 본딩은 필연적으로 CMTS의 상, 하향 인터페이스를 많이 사용할 수 밖에 없는 구조이다. 따라서 경제적인 DOCSIS3.0 도입과 향후 유연한 확장성을 고려하여 현재 사용되고 있는 CMTS 형태인 Integrated CMTS 즉, CMTS의 모든 모듈이 하나의 개체 안에서 동작하는 방식을 탈피하여 M-CMTS Core, Edge QAM, DOCSIS Timing Server 등으로 분리 구성하는 방식을 제시하였고, 분리된 각 모듈간의 Interface 표준을 정의하고 있다. 향후 DOCSIS3.0의 모든 기능을 지원하는 M-CMTS가 상용화 될 전망이다. 이 외에 DOCSIS 3.0 CMTS는 HFC망에서의 QoS 보장된 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 Cablelabs의 또 다른 표준인 PCMM(PacketCable Multimedia)과 결합하여 막대한 시너지 효과를 낼 수 있을 것으로 기대된다. PCMM은 QoS 정책처리에 사용하는 인터넷 표준 프로토콜인 COPS 프로토콜(RFC 2748)을 HFC망에 적용하여, HFC망의 다양한 멀티미디어 서비스에 대해 RSVP(Resource Reservation Protocol; RFC 2205) FlowSpec 형식을 사용하는 완벽한 QoS를 보장할 수 있도록 허용하는 Cablelabs의 표준이다. 현재 이 PCMM 표준은 HFC망에서의 IMS(IP Multimedia Subsystem) 플랫폼을 정의한 PacketCable 2.0과 결합하여 차세대 NGNA IMS 기반에서의 다양한 멀티미디어 서비스에 대한 인터넷 표준 기반 QoS 보장을 지원하고 있으며, 현재 상용 장비와 시스템이 출시된 상태이다.
DOCSIS3.0과 PCMM(Packetcable Multimedia)을 결합하여 H/E 시스템 설정만으로 자원의 동적 할당을 통해 QoS를 제공함으로써 서비스 단말(Cable Modem)은 단순하게 관리하면서 높은 전송 속도를 제공하고, QoS를 보장함으로써 멀티미디어 서비스를 포함하여 향후 등장할 다양한 Application 서비스에 대해서도 유연한 데이터 서비스 제공이 가능하게 될 것이다.