KR20050059630A

KR20050059630A - 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식수동형 광가입자망 및 그것에서의 비대칭 패킷 데이터통신을 위한 매체접속 제어 방법

Info

Publication number: KR20050059630A
Application number: KR1020030091332A
Authority: KR
Inventors: 김태연; 유정주; 김병휘
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-21
Also published as: US7330655B2; US20050129400A1; KR100516152B1

Abstract

본 발명은 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망 및 그것에서의 비대칭 패킷 데이터 통신을 위한 매체접속 제어 방법에 관한 것으로, 상기 WDM/SCM-PON 네트워크는 OLT와 ONT간의 상하향 데이터 전송에 파장 대역을 주파수 대역으로 세분하는 SCM(Sub-Carrier Multiplexing) 기법을 적용하여 각 SCM 채널을 하나의 링크로 구분하여 사용함으로써, 특정 SCM 채널이 고정적으로 배정되지 않고 독립적으로 구성될 수 있도록 한다. 그 결과, WDM/SCM에서 발생할 수 있는 Inventory 문제를 해결할 수 있게 된다. 그리고, 비대칭 동적 대역할당 및 상하향 전송의 비대칭 서비스를 지원함으로써, 채널 그룹을 통해 차세대 서비스에서 필요로 하는 대역을 동적으로 제공하고, 광 간섭 효과를 최소화시켜줄 수 있게 된다.

Description

부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망 및 그것에서의 비대칭 패킷 데이터 통신을 위한 매체접속 제어 방법{WDM/SCM-PON and method for medium access control for asymmetric packet communication in the same}

본 발명은 수동형 광가입자망(Passive Optical Network : PON)에 관한 것으로, 특히 수동형 광가입자망 및 그것을 위한 매체접속제어 방법에 관한 것이다.

기존의 전화선을 이용하여 가입자에게 데이터 서비스를 제공하기 위해 디지털가입자회선(xDSL) 기술이 개발되어 이용되고 있으며, 그밖에 동축 케이블을 이용한 케이블 망이 또 다른 가입자 데이터 서비스를 위한 방안으로 제기되고 있다. 가입자가 현재 사용하고 있는 인터넷 트래픽의 통화량을 감안할 때 현재까지는 큰 문제가 없을 것으로 보이지만, 댁내 근무, 원격 동화상 회의, HDTV(high definition television)급 동영상 서비스, 원격 교육, 원격 진료 등과 같은 향후 초고속 서비스가 일반 가입자에게 보편화되기 위해서는, 대역이나 거리의 제한을 가진 현재의 가입자 망으로는 고대역 고품질의 서비스를 충분히 제공하기 어려울 것으로 예측된다.

이를 대체할 수 있는 기술로 FTTC(Fiber To The Curb), FTTH(Fiber To The Home) 등의 광통신 기술을 들 수 있으며, 사용자가 요구하는 고대역의 서비스를 제공하기 위한 가입자 액세스 방법으로 수동형 광가입자망 기술이 대두되고 있다. 이는 OLT(Optical Line Terminator)에서 수동분배기(Passive Optical Splitter)까지의 링크를 공유하고, 수동 분배기에서 가입자까지는 다수개의 ONU(Optical Network Unit)로 분기되는 구조로서, 방송형 서비스에 적합하다. 즉, 데이터의 하향 서비스에 있어서 수동분배기의 특성에 따라 데이터의 방송 서비스가 자연스럽게 이루어지는 구조이지만, 상향 서비스에 있어서 OLT에서 수동분배기까지의 공유 링크에서 경합이 발생하게 된다. 이를 해결하기 위해 동일 주파수대를 시간적으로 분할하여 신호가 겹치지 않도록 상호통신을 하는 시분할다중화(Time Division Multiple : TDM) 방식이 ATM(Asynchronous Transfer Mode)-PON이나 Ethernet-PON 등에서 사용되고 있다.

도 1은 TDM을 기반으로 하는 수동형 광가입자망(Passive Optical Network)에서의 데이터 전송 예를 보여주는 도면으로서, 하나의 파장을 기준으로 하여 FTTH 서비스를 제공하기 위한 일반적인 방안을 나타낸다.

도 1을 참조하면, OLT의 외부망에 연결된 서비스 제공자(Service Provider : SP)와 ONT에 연결된 서비스 이용자(User) 사이에는 수동 분배기(Passive Optical Splitter)가 구비되어 있어, 서비스 제공자로부터 제공되는 패킷을 다중 분기하여 복수 개의 ONT에게 전달하는 구조를 가진다. 이 경우, 하향전송(DownStream)은 자연스럽게 광 도메인(Optical Domain)에서 분기되고, ONT에서 광-전 변환(Optical-Electronic conversion) 된 후, 패킷의 주소나 별도의 ID(예 : EPON의 LLID)등을 이용하여 필터링하는 방식으로 수행된다. 그리고, 상향 전송(Upstream) 시에는 ONT 별로 정해진 시간에 정해진 시간간격 만큼의 타임슬롯(Time-Slot) 동안 서로 독립적으로 상향 패킷을 전송하게 된다. 이 경우, OLT에서 ONT 까지는 별도의 공유방안이 필요 없지만, ONT에서 OLT에 이르는 상향 전송에 있어서는 타임슬롯별로 나누어 전송하는 방안이 필요하다.

즉, TDM-PON은 PON 서비스의 장점인 광케이블의 포설이나 확장성, 경제성에 있어서 이득이 있고, TDM 방식을 적용함에 따라 하향 전송 서비스에 별도의 제어가 필요 없으며, 고속의 하향전송 서비스가 가능하다는 장점이 있으나, 상향전송에 있어서는 TDM 방식의 복잡성이나 패킷 전송의 지연문제(TDM Delay) 등이 문제가 될 수 있다. 또한, 가입자별로 ONT에서 처리해야 하는 계층 2 패킷의 처리율(Capacity)이 OLT와 ONT간의 링크 속도 이상으로 처리해야 하는 부담이 커질 수 있다.

도 2는 능동 노드(Active Node)를 통하여 가입자와 접속되는 능동형 가입자망에서의 데이터 전송 예를 보여주는 도면이다. 도 2에 도시된 교환 방식은 흔히 홈-런(Home-Run) 방식이라고 불리는 능동형 교환 방식이다.

도 2를 참조하면, 능동형 교환 방식은 능동 노드를 통해서 OLT에서 ONT에 이르기까지 점 대 점 방식으로 물리링크를 분리하여 사용하는 방식이다. 능동 노드에서는 광-전변환을 통하여 해당하는 포트를 알아내야 하며, 다시 전-광변환을 통하여 ONT까지 또는 OLT까지 광 전송을 수행해야한다.

이와 같은 능동형 가입자망은 사용자의 각 ONT가 서로 독립적이고, 상하향 전송에 있어서 동일한 방식으로 서비스를 제공할 수 있는 장점이 있는 반면, 광케이블의 포설이나 확장성, 경제성에 있어서 PON 방식에 비해 열악하며, 가입자 분배,접속 구간에서 광-전변환과, 또 역으로 전-광변환이 되어야 한다는 부담을 가진다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존의 인터넷 서비스를 만족하기 위한 이더넷 호환성을 만족하며, 상하향 트래픽의 비대칭 서비스를 지원하여 망의 효율을 높이고, 상하향 SCM 채널을 여러 가입자가 효율적으로 공유할 수 있는 비대칭 패킷 데이터 통신을 위한 WDM/SCM-PON 네트워크 및 그것을 위한 매체접속 제어 방법을 제공하는데 있다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망은, 파장 내의 부반송파다중화(Sub-Carrier Multiplexing : SCM) 채널을 상향과 하향으로 분리하여 독립적인 링크를 제공하는 광선로종단장치(Optical Line Termination : OLT); 및 상기 수동 분배기를 통해 상기 광선로종단장치에 연결되어 상하향 데이터 전송을 수행하되, 상기 부반송파다중화 채널을 가변적으로 운용하고, 상기 광선로종단장치와의 독립적인 링크를 구성하는 복수 개의 가입자단말장치(Optical Network Terminal : ONT)들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망에서의 비대칭 패킷 데이터 통신의 매체접속 제어를 위한 프레임 분배 방법은, (a) 가입자단말장치 또는 광선로종단장치로부터 유입되는 데이터 패킷의 프레임 헤더로부터 목적지 주소를 읽어들이는 단계; (b) 포워딩 데이터베이스에서 상기 목적지 주소를 룩업하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서의 룩업에 의해 상기 목적지 주소가 특정 포트를 가지는 단일채널에 해당되는 경우, 해당 포트로 상기 패킷을 포워딩하는 단계; 및 (d) 상기 (b) 단계에서의 룩업에 의해 상기 목적지 주소가 특정 포트를 가지지 않는 그룹 채널에 해당되는 경우, 상기 목적지 주소와 채널 그룹 ID를 키로 하는 해쉬함수를 적용하여 목적 포트를 선택하고, 선택된 상기 포트로 상기 패킷을 포워딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망에서의 비대칭 패킷 데이터 통신의 매체접속 제어를 위한 그룹 채널에 대한 프레임 분배 방법은, (a) 가입자단말장치 또는 광선로종단장치로부터 유입되는 데이터 패킷의 프레임 헤더로부터 목적지 주소를 읽어들이는 단계; (b) 포워딩 데이터베이스에서 상기 목적지 주소를 룩업하여 포워딩될 가상 그룹포트를 선택하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서의 룩업에 의해 상기 가상 그룹포트가 결정되었으면 상기 목적지 주소와 동일한 목적지 주소를 가진 패킷이 지나간 MAC 트레이스 포트가 존재하는지 여부를 판별하는 단계; (d) 상기 (b) 단계에서의 룩업에 의해 상기 가상 그룹포트가 결정되지 않았으면, ARP(Address Resolution Protocol)를 이용하여 VGP를 결정한 후 상기 MAC 트레이스 포트가 존재하는지 여부를 판별하는 단계; (e) 상기 (c) 또는 상기 (d) 단계에서의 판별결과, 상기 MAC 트레이스 포트가 존재하면 상기 MAC 트레이스 포트로 상기 패킷을 포워딩하는 단계; 및 (f) 상기 (c) 또는 상기 (d) 단계에서의 판별결과, 상기 MAC 트레이스 포트가 존재하지 않으면 상기 목적지 주소와 포트 그룹을 매개변수로 하는 해쉬 함수를 사용하여 특정 포트를 선정하여 상기 패킷을 포워딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망(WDM/SCM-PON)에서의 데이터 전송 예를 보여주는 도면이다. 도 3에 도시된 광가입자망은 파장분할다중화(Wavelength-Division Multiplexing : WDM) 광 가입자 망이므로 WDM 다중화기/역다중화기가 필요하지만, 하나의 파장을 기준으로 동작되므로 이를 생략하였다.

도 3을 참조하면, OLT의 외부망에 연결된 서비스 제공자(Service Provider : SP)와 ONT에 연결된 서비스 이용자(User) 사이에는 WDM/SCM를 기반으로 하는 수동 분배기(Passive Optical Splitter)가 구비되어 있어, 서비스 제공자로부터 제공되는 패킷을 다중 분기하여 복수 개의 ONT에게 전달한다. 이 경우, OLT와 ONT간의 상하향 데이터 링크에는 파장 대역을 주파수 대역으로 세분하는 SCM(Sub-Carrier Multiplexing) 기법이 적용되고, 각 SCM 채널을 하나의 링크로 구분하여 사용한다. 그리고, ONT1은 1번 채널을, ONT2는 2번 채널을, ONT3은 3번 채널을 각각 선택하여 데이터를 전송한다.

이를 위해 OLT는 다수의 가입자가 파장 자원을 보다 효율적으로 공유하도록 하기 위해 부반송파(Sub-Carrier)대역 단위로 하나의 단방향 채널을 구성하고, 복수 개의 ONT 가입자들을 하나의 링크, 또는 하나의 링크 그룹으로 처리한다. 그리고, 각각의 ONT는 최대 하나의 채널 그룹(Channel Group)을 구비하되, SCM 채널의 RF 대역은 조정 가능하도록 구성된다. 이는 OLT에 접속되는 ONT의 Inventory 문제를 해결하기 위한 것으로서, OLT의 제어에 따라 SCM 채널 대역을 가변적으로 운용하게 된다.

이러한 특징을 가지는 WDM/SCM-PON 망에서는 PON의 장점인 광케이블의 포설이나 확장성, 경제성을 준수하면서도 서로 독립적인 채널이 보장되므로, 다른 가입자와의 연관성이 적으며, 별도의 타임슬롯을 사용하여 상향전송을 하지 않아도 되는 장점을 얻을 수 있다. 또한 OLT 에서 ONT에 이르는 가입자 분배/접속 망의 링크를 광-전변환 없이 보장할 수 있게 된다. 이와 같은 WDM/SCM-PON 망의 구조를 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 파장별로 다수의 SCM(Sub-Carrier Multiplexing) 채널을 관리하고 접속 제어를 수행하는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광선로종단장치(Optical Line Termination : OLT)(300)의 구조를 보여주는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 OLT(300)는 복수 개의 패킷 처리부(310), 가산기(314), 광 송수신장치(320,330), 및 비대칭 채널 그룹 제어부(asymmetric channel group control unit ; 340)를 포함한다.

OLT(300)에 포함된 각각의 패킷 처리부(310)에는 RF 모듈레이터(313), RF 필터(315), 및 믹서(Mixer ; 316)가 구비된다. 패킷 처리부(310)는 다수의 가입자가 파장 자원을 보다 효율적으로 공유하도록 하기 위해 부반송파(Sub-Carrier)대역 단위로 하나의 단방향 채널을 구성한다. 구체적으로, RF 모듈레이터(313)는 MAC/PHY 계층(311,312)의 Tx에 해당하는 링크를 특정 고정 RF주파수대역으로 모듈레이션하여 하나의 하향 SCM 채널로 구성하고, RF 모듈레이터(313)로부터 발생된 하향 채널은 가산기(314)를 통해 다른 RF 대역의 하향 채널들과 더해진 후, 특정 WDM 대역을 가지는 광 송신장치(320)를 통해 ONT로 전송된다. 그리고, ONT로부터 전송된 상향 채널은 특정 WDM 대역을 가지는 광 수신장치(330)를 통해 수신되어 믹서(316)를 통해 검출된 후, RF 필터(315)를 통해서 MAC/PHY 계층(311,312)의 Rx에 해당하는 링크와 동일한 RF대역에 해당되는 하나의 상향 SCM 채널로 필터링된다. 그 결과, OLT(300)는 파장 내에서 포트별로 고정된 상-하향 SCM 채널을 가지게 된다.

비대칭 채널 그룹 제어부(340)는 복수 개의 ONT 가입자들을 하나의 링크로 처리하거나, 하나의 링크 그룹으로 처리하는 기능을 수행한다. 이를 위해 비대칭 채널 그룹 제어부(340)는 매트로망이나 백본망으로부터 OLT(300)로 유입되거나 OLT(300)와 ONT간의 데이터 프레임을 스위칭함에 있어서, 목적하는 ONT로 전송하고자 하는 프레임을 해당 채널 그룹으로 분배하여 전송하는 기능을 수행한다. 또한, 반대로 특정 ONT에 해당하는 채널 그룹으로부터 전송된 데이터 프레임을 수집하는 프레임 수집 기능을 수행한다. 그리고, 운용상의 요구에 따르거나 서비스의 QoS(Quality of Service)를 보장하기 위해 동적으로 ONT 간의 SCM 채널그룹이 변동되는 경우가 있는데, 비대칭 채널 그룹 제어부(340)는 이것의 처리를 제어한다.

도 5는 하나 이상의 SCM 채널로 OLT(300)에 접속하기 위한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가입자단말장치(Optical Network Terminal : ONT)(400)의 구조를 보여주는 블록도이다.

본 발명에 따른 ONT(400)는 복수 개의 SCM 채널 처리부(410), 가산기(414), 광 송수신장치(420, 430), 및 비대칭 채널 제어부(asymmetric channel control unit ; 440)를 포함한다.

ONT(400)에 포함된 각각의 SCM 채널 처리부(410)에는 RF 모듈레이터(413), RF 필터(415), 및 믹서(416)가 구비된다. SCM 채널 처리부(410)는, 패킷 처리를 위한 MAC/PHY계층(411,412)의 Tx 링크를 상향 SCM 채널에 배정하고, Rx 링크를 하향 SCM 채널에 대응시킨다. 즉, ONT(400)는 도 4에서 설명된 OLT(300)의 동작과 반대의 동작을 수행한다.

ONT(400)에서는 최대 하나의 채널 그룹(Channel Group)이 구비되어 있는데, ONT(400)에 구비된 SCM 채널의 RF 대역은 조정 가능하도록 구성된다. 이는 OLT(300)에 접속되는 ONT(400)의 Inventory 문제를 해결하기 위한 것으로서, OLT(300)의 제어에 따라 SCM 채널 대역을 가변적으로 운용하게 된다.

따라서, ONT(400)의 비대칭 채널 제어부(440)는 OLT(300)에 구비되어 있는 비대칭 채널 그룹 제어부(340)와 같이 복수 개의 채널 그룹에 대한 채널 할당 및 분배/수집 기능을 수행하지는 않지만, 해당 ONT(400)내에서의 채널 그룹 데이터 분배/수집 기능, 및 OLT(300)로부터 전달된 제어에 응답해서 SCM 주파수 대역을 가변적으로 제어하는 기능을 수행한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하향 전송 매체 접속 메커니즘을 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 하나의 파장대역은 n개의 SCM 채널로 분기되어 하향 전송이 수행되며, SCM 채널의 집합 으로 구성된다. OLT(300)의 하나의 파장대역에 접속되는 ONT의 수(N)는 최대 n개가 되며, N=n 인 경우는 하나의 채널이 하나씩 ONT 가입자에게 분배되어 있는 경우라고 볼 수 있다.

OLT(300)에서 관리되는 채널그룹분배기(Distibutor ; 350)는 단일 채널이 아닌 둘 이상의 채널 그룹이 하나의 ONT에 할당되는 경우, 데이터(DATA_ONT1, …, DATA_ONTN) 전송시 프레임을 채널 그룹에 분배하는 기능을 수행한다. 따라서, 총 분배기 수 k는 최대 n/2를 넘을 수 없게 구성된다.

각각의 ONT가 시동되기 시작하면, OLT(300)의 비대칭 채널 그룹 제어부(340)에서는 각 ONT의 비대칭 채널 제어부와 서로 채널을 동기화 시킨다. 결과적으로, 하나의 SCM 채널로 하나의 ONT가 연결될 수도 있고, 몇 개의 채널 그룹으로 하나의 ONT가 연결될 수도 있다. 따라서, 분배기(350)의 개수(k)는 동적으로 변동된다.

한편, ONT(400, …, 900)의 경우에는, OLT(300)와 달리 데이터(DATA_ONT1, …, DATA_ONTN)가 채널 그룹으로 전송될 때, 이를 하나의 링크처럼 수집하는 수집기(Collector ; 470)를 필요로 한다. 즉, OLT(300)와 동기를 맞추는 과정에서 ONT(400, …, 900)에 수집기(470, …, 970)가 필요할 수도 있고 아닐 수도 있다. 단, 제 1 ONT(400)에서 제 N ONT(900)까지 활성화(Activation) 되어 있는 수집기(470, …, 970)의 총 개수는 OLT(300)의 분배기(350)의 개수와 같다. 예를 들어, ONTx로 분배되는 SCM 채널이 이라고 할 때, 이며, Fx의 cardinality는 양의 수가 되며, 전체 채널 수인 n보다 클 수는 없게 된다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

|Fx|이 n과 같은 경우는 특정 ONTx가 모든 채널을 사용하고 있는 경우이고, |Fx|이 0인 경우는 현재 ONTx는 사용하지 않는 중인 경우이며, |Fx|이 1인 경우는 ONTx에 단일 채널이 배정되어 있는 경우이다.

또한 동일한 채널이 둘 이상의 ONT에 중복 배정이 되면 안되므로, 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상향 전송 매체 접속 메커니즘을 보여주는 도면이다.

일반적인 TDM-PON의 경우, ONT(400, …, 900)로부터 OLT(300)로의 상향 전송 시에는 시간축 상의 동기화를 통해서 특정 ONT가 일정한 시간 동안 전송을 수행하도록 하는 시분할 다중화 기법을 이용하는 반면, SCM 채널 다중화 방안에서는 도 7과 같이 주파수 대역을 분리하여 채널의 수를 다중화 하는 방안을 사용한다.

도 7을 참조하면, ONT(400, …, 900)의 채널 그룹 관리자(미 도시됨)에서는 분배기(450, …, 950)를 통해 배정된 채널로 프레임을 분배하며, 이 때 사용되는 분배 방법은 OLT(300)에서의 분배 방법과 동일한 방법을 사용한다. OLT(300)는 수집기(370)를 통해 채널 그룹의 데이터 전송을 그룹별로 수집한다. ONT(400, …, 900)로부터 OLT(300)로의 상향 전송시의 채널 배정 규칙은 도 6에서 설명된 하향 전송시의 채널 배정과 같으며, 사용되는 채널 그룹 또한 동일하다.

네트워크를 고정적으로 운용할 경우에는 ONT(400, …, 900)마다 그룹채널의 수를 고정해 놓고 해당 채널만큼을 ONT(400, …, 900)에서 항상 사용하도록 하는 방법이 가능하다. 이러한 고정적인 방법은 운용이 간단하지만 네트워크의 효율성이 좋지 않으므로, 동적으로 그룹 채널을 변경할 수 있어야 한다. 이 때, 상향과 하향을 독립적으로 운용하기 위해 ONT 별로 상향과 하향 그룹채널을 별도로 운용할 수도 있다. 하지만 앞에서 설명한 바와 같이 특정 ONT(400, …, 900)에서 상향이나 하향 채널로 지정이 된 채널은 이미 다른 ONT(400, …, 900)에서 사용할 수 없으므로, 상하향 그룹채널을 별도로 가지는 것이 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명에서는 상향과 하향의 그룹채널을 그대로 유지하면서 분배 기능을 다르게 함으로써, 특정 채널을 마스킹 하는 방법을 사용한다. 이러한 요구가 발생하는 경우는, 광의 특성상 간섭현상으로 인한 링크의 성능을 보장하기 위해서 상향과 하향을 달리 하는 경우이다. 예를 들면, WDM/SCM-PON 에서 하향 전송은 동일한 광원이 수동형 광 분배기를 통하여 분기되기 때문에 광원의 채널은 그대로 유지되어 채널의 수에 크게 관계가 없는 반면, 상향 전송은 서로 다른 광원이 ONT(400, …, 900)로부터 광 접속기를 통하여 병합되기 때문에 광의 간섭이 발생할 수 있다. 이를 최소화하기 위한 방안의 하나로 동일 ONT(400, …, 900)에서 상향 전송 시에 사용하는 채널의 수가 하향 전송에 사용하는 채널보다 작은 하나 혹은 두개의 채널로만 전송하는 방법이 있다. 이 경우, 통계적으로 하향이 상향에 비해서 트래픽이 월등히 많다. 그러므로, 비대칭 운용은 망의 효율성 측면을 고려하여 수행되어야 한다.

또 하나의 비대칭 트래픽을 필요로 하는 경우, 현재 사용하고 있는 상향 혹은 하향 그룹 채널 중에서 하나의 채널을 감소하는 요구가 입력되면 즉시 채널 그룹을 변경하지 않고 일정 보상 시간을 주고 특정 채널의 버퍼상의 데이터를 모두 소진한 후 채널을 삭제하여야 한다. 이 경우, 상향과 하향의 그룹 채널을 별도로 변경하면서 사용하기에는 복잡도가 높으므로, 본 발명에서는 상하향의 동일 채널 그룹에 대해 비대칭 채널을 운용한다.

도 6 및 도 7에 도시된 상하향 트래픽의 수집기(370, 470, …, 970)에서는 각 채널 그룹으로부터 입력되는 데이터를 하나의 링크처럼 수집하여 전송하면 되기 때문에 별도의 제어가 필요 없다. 하지만, 분배기(350, 450, …, 950)에서는 채널 그룹에 별도의 마스킹이 필요하므로 해쉬 함수를 이용하여 채널을 구분하여 분배한다. 여기서, 상기 분배기(350, 450, …, 950) 및 수집기(370, 470, …, 970)는 OLT 또는 ONT 내에 구비되어 있는 중앙처리장치(CPU) 또는 이에 상응하는 프로세서 내에 탑재되어 운용되며, 시스템의 구성 방식에 따라 소프트웨어 방식은 몰론 하드웨어적인 방식으로도 구성 가능하다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OLT(300)와 ONT(400, …, 900)에 구비되어 있는 분배기에서 수행되는 프레임 분배 기능을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 분배기(350)는 ONT(또는 OLT)로부터 유입되는 데이터 패킷을 받아들이고(351), 받아들인 상기 패킷을 원하는 곳으로 포워딩하기 위해 프레임 헤더를 읽어들인다(353). 그리고, 읽어들인 프레임 헤더를 통하여 프레임이 유효하다고 판단이 되면 프레임 헤더의 목적지 주소(Destination Address : DA)를 읽어들여 시스템의 포워딩 데이터베이스에서 해당 주소를 찾는다(355).

이 때, 해당 목적지 주소(DA)가 특정 포트를 가진다면, 이는 단일 포트의 ONT에 해당되므로 해당 포트의 인덱스를 찾아서 목적 포트로 포워딩하고(359), 목적 포트가 단일 포트가 아니라 그룹 채널(i) 이라면 목적지 주소(DA)의 해쉬 함수와 그룹채널 i의 마스킹 함수를 이용하여 Group(i)에 속하는 포트 중의 하나를 목적 포트로 선택한 후(357), 선택된 목적 포트로 포워딩한다(359).

해쉬 함수의 인자로서 목적지 주소(DA)를 사용하는 것은 동일한 conversation인 프레임이 서로 다른 채널에 전송이 되어 패킷의 유실이나 순서가 뒤바뀌는 현상을 최소화하기 위함이다. 도 8에서는 단일 포트 및 그룹 채널에 속하는 포트에 대한 프레임 분배 기능이 모두 설명되었다. 이 중 그룹 채널에 속하는 포트에 대한 프레임 분배 과정을 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OLT(300)와 ONT(400, …, 900)에 구비되어 있는 분배기에서 수행되는 그룹 채널에 속하는 포트에 대한 프레임 분배 기능을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 분배기(350)는 ONT(또는 OLT)로부터 데이터 패킷을 받아들이고(3510 단계), 이를 원하는 곳으로 포워딩하기 위해 프레임 헤더로부터 목적지주소(DA)를 읽어들인다(3530 단계). 이와 같이 패킷이 도착하게 되면, 패킷의 헤더 중에서 착신주소(즉, 목적지 주소)를 읽어들여 포워딩 테이블(Forwarding Table)을 통해 목적하고자 하는 포트로 패킷을 전송하게 된다. 이 때, 본 발명에서 찾는 목적 포트는 사실상 하나 이상의 포트를 가지는 가상의 그룹포트(Virtual Gateway Protocol : VGP)가 된다. 즉, 도 6 및 도 7에 도시된 여러 개의 SCM 채널들이 하나의 VGP가 된다. VGP가 결정이 안 된다면 ARP를 통하여 목적 VGP를 찾아야 한다. 이 과정은 다음과 같다.

먼저, 3530 단계에서 목적지 주소가 읽혀지고 나면, 상기 목적지 주소를 근거로 하여 시스템의 포워딩 데이터베이스를 검색하여 포워딩될 VGP가 결정되었는지 여부가 판별된다(3550 단계). 3550 단계에서의 판별 결과, 포워딩될 VGP가 결정되지 않았으면, 인터넷 주소를 물리적 하드웨어 주소로 매핑하는 ARP(Address Resolution Protocol)를 이용하여 VGP를 결정하게 된다(3555 단계).

3550 단계에서의 판별 결과, 포워딩될 VGP가 결정되었으면, 또는 3555 단계에서 ARP를 이용하여 VGP가 결정되었으면, 이전에 수행된 MAC 트레이스 포트(trace port)가 존재하는지 여부가 판별된다(3560 단계). 즉, 목적 VGP가 결정되면 해당 VGP에 속한 여러 개의 물리적 포트 중에서 어느 포트로 포워딩할지를 결정한다,

3560 단계에서의 판별 결과, 이미 목적지 주소(DA)를 가진 패킷이 지나간 MAC 트레이스 포트(trace port)가 있다면, 그 포트를 해당 패킷의 전송 포트로 설정하여 패킷을 포워딩한다(3590 단계). 이는 서로 같은 Conversation이 다른 포트로 전송되면 패킷의 시퀀스를 재 정렬(Reordering)해야 하는 등, 추가적인 작업이 필요하기 때문에, 추가적인 과정들을 줄이기 위함이다.

그리고, 3560 단계에서의 판별 결과 MAC 트레이스 포트가 존재하지 않으면 목적지 주소(DA)와 포트 그룹을 매개변수로 하는 해쉬 함수를 사용하여 특정 포트를 선정하고, 이를 해당 패킷의 트레이스 포트로 결정한다(3570 단계). 그리고 나서, 결정된 포트로 패킷을 포워딩한다(3590 단계).

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 WDM/SCM-PON 네트워크는 OLT와 ONT간의 상하향 데이터 링크에 대해 파장 대역을 주파수 대역으로 세분하는 SCM(Sub-Carrier Multiplexing) 기법을 적용하여 각 SCM 채널을 하나의 링크로 구분하여 사용하고, 특정 SCM 채널이 고정적으로 배정되지 않고 독립적으로 구성될 수 있도록 ONT를 구성한다. 그럼으로써, WDM/SCM 에서 발생할 수 있는Inventory 문제를 미연에 방지하고, 비대칭 동적 대역할당을 수행하며, 상하향 전송의 비대칭 서비스를 지원한다. 그 결과, 차세대 서비스에서 필요로 하는 대역을 동적으로 제공하고, 광 간섭 효과를 최소화시켜줄 뿐만 아니라, IP 서비스를 제공하기에 적합한 이더넷 서비스를 그대로 수용할 수 있도록 이더넷 호환성을 제공해 준다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망 및 그것에서의 비대칭 패킷 데이터 통신을 위한 매체접속 제어 방법에 의하면, 특정 SCM 채널이 고정적으로 배정되지 않고 독립적으로 구성될 수 있도록 ONT를 구성함으로써, WDM/SCM 에서 발생할 수 있는 Inventory 문제를 해결할 수 있게 된다.

그리고, 비대칭 동적 대역할당을 수행할 수 있고, 채널 그룹을 통해 차세대 서비스가 필요로 하는 대역을 동적으로 제공할 수 있으며, 상하향 전송의 비대칭 서비스를 지원하여 광 간섭 효과를 최소화할 수 있다.

그 외에도, IP 서비스를 제공하기에 적합한 이더넷 서비스를 그대로 수용할 수 있도록 이더넷 호환성을 제공할 수 있다.

도 1은 TDM을 기반으로 하는 수동형 광가입자망(Passive Optical Network)에서의 데이터 전송 예를 보여주는 도면이다.

도 2는 능동 노드(Active Node)를 통하여 가입자와 접속되는 능동형 가입자망에서의 데이터 전송 예를 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망(WDM/SCM-PON)에서의 데이터 전송 예를 보여주는 도면이다.

도 4는 파장별로 다수의 SCM(Sub-Carrier Multiplexing) 채널을 관리하고 접속 제어를 수행하는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광선로종단장치(Optical Line Termination : OLT)의 구조를 보여주는 블록도이다.

도 5는 하나 이상의 SCM 채널로 OLT에 접속하기 위한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가입자단말장치(Optical Network Terminal : ONT)의 구조를 보여주는 블록도이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OLT와 ONT에 구비되어 있는 분배기에서 수행되는 프레임 분배 기능을 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OLT와 ONT에 구비되어 있는 분배기에서 수행되는 그룹 채널에 속하는 포트에 대한 프레임 분배 기능을 설명하기 위한 흐름도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

300 : OLT 310 : 패킷 처리부

340 : 비대칭 채널 그룹 제어부 350 : 분배기

370 : 수집기 400, …, 900 : ONU

410 : SCM 채널 처리부 440 : 비대칭 채널 제어부

450, …, 950 : 분배기 470, …, 970 : 수집기

Claims

부반송파다중화 방식 및 파장 분할 다중화 방식 중 어느 하나를 기반으로 하는 수동 분배기가 구비된 수동형 광통신망에 있어서:

파장 내의 부반송파다중화(Sub-Carrier Multiplexing : SCM) 채널을 상향과 하향으로 분리하여 독립적인 링크를 제공하는 광선로종단장치(Optical Line Termination : OLT); 및

상기 수동 분배기를 통해 상기 광선로종단장치에 연결되어 상하향 데이터 전송을 수행하되, 상기 부반송파다중화 채널을 가변적으로 운용하고, 상기 광선로종단장치와의 독립적인 링크를 구성하는 복수 개의 가입자단말장치(Optical Network Terminal : ONT)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망.
제 1 항에 있어서,

상기 광선로종단장치 및 상기 가입자단말장치는, 이더넷 PHY 계층의 송신신호 및 수신신호를 부반송파다중화 상향채널 및 부반송파다중화 하향채널로 각각 독립적으로 구성하는 것을 특징으로 하는 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망.
제 1 항에 있어서,

상기 광선로종단장치 및 상기 가입자단말장치는, 시스템의 복잡성을 줄이고 파장 내의 부반송파다중화 채널의 할당을 제어하기 위해, 파장별로 고정된 부반송파다중화 채널을 가지는 것을 특징으로 하는 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망.
제 1 항에 있어서, 상기 광선로종단장치는,

MAC/PHY 계층의 송신신호에 해당하는 링크를 특정 RF 주파수대역으로 모듈레이션하여 하나의 하향 부반송파다중화 채널로 구성하고, 상기 복수 개의 가입자단말장치로부터 수신된 상향 채널을 상기 MAC/PHY 계층의 수신신호에 해당되는 특정 RF 대역의 상향 부반송파다중화 채널로 필터링하는 복수 개의 패킷 처리부들;

상기 복수 개의 패킷 처리부들 각각으로부터 발생된 상기 하향 부반송파다중화 채널들을 가산하는 가산기;

상기 가산기에서 수행된 상기 가산 결과를 상기 복수 개의 가입자단말장치들로 전송하고, 상기 복수 개의 가입자단말장치들로부터 상기 상향 채널을 받아들이는 광 송수신장치; 및

전송하고자 하는 프레임을 해당 채널 그룹으로 분배하고, 특정 가입자단말장치에 해당하는 복수 개의 채널 그룹으로부터 전송된 데이터 프레임을 수집하고, 상기 복수 개의 가입자단말장치들을 제어하여 상기 부반송파다중화 주파수대역을 가변적으로 제어하는 비대칭 채널 그룹 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망.
제 4 항에 있어서, 상기 광선로종단장치는,

적어도 둘 이상의 채널 그룹이 하나의 가입자단말장치에 할당되는 경우, 데이터의 전송시 프레임을 채널 그룹에 분배하는 채널그룹분배기; 및

상기 복수 개의 가입자단말장치로부터 전송되는 데이터를 그룹별로 수집하는 수집기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망.
제 4 항에 있어서, 상기 가입자단말장치는,

상기 MAC/PHY 계층의 송신신호에 해당하는 링크를 상기 상향 부반송파다중화 채널로 구성하고, 상기 광선로종단장치로부터 수신된 하향 채널을 상기 MAC/PHY 계층의 수신신호에 해당되는 상기 하향 부반송파다중화 채널로 필터링하는 복수 개의 부반송파다중화 채널 처리부들;

상기 복수 개의 부반송파다중화 채널 처리부들 각각으로부터 발생된 상기 상향 부반송파다중화 채널들을 가산하는 가산기;

상기 가산기에서 수행된 상기 가산 결과를 상기 광선로종단장치로 전송하고, 상기 광선로종단장치로부터 상기 하향 채널을 받아들이는 광 송수신장치; 및

해당 가입자단말장치 내에서의 채널 그룹 데이터 분배/수집 기능, 및 상기 광선로종단장치의 제어에 응답해서 상기 부반송파다중화 주파수대역을 가변적으로 제어하는 비대칭 채널 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망.
제 6 항에 있어서, 상기 가입자단말장치는,

데이터의 전송시 배정된 채널로 프레임을 분배하는 분배기; 및

상기 데이터가 상기 채널 그룹으로 전송될 때, 상기 데이터를 하나의 링크처럼 수집하는 수집기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망.
제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 분배기는 채널 그룹 데이터의 분배시 그룹의 변경이 없이 선택적으로 채널을 구분하여 분배하는 것을 특징으로 하는 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망.
제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 분배기는 상기 목적지 주소와 채널 그룹 ID를 키로 하는 해쉬함수를 적용하여, 각 채널 그룹별로 선택적인 채널 분배를 수행하는 것을 특징으로 하는 부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망.
부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망에서의 비대칭 패킷 데이터 통신의 매체접속 제어를 위한 프레임 분배 방법에 있어서:

(a) 가입자단말장치 또는 광선로종단장치로부터 유입되는 데이터 패킷의 프레임 헤더로부터 목적지 주소를 읽어들이는 단계;

(b) 포워딩 데이터베이스에서 상기 목적지 주소를 룩업하는 단계;

(c) 상기 (b) 단계에서의 룩업에 의해 상기 목적지 주소가 특정 포트를 가지는 단일채널에 해당되는 경우, 해당 포트로 상기 패킷을 포워딩하는 단계; 및

(d) 상기 (b) 단계에서의 룩업에 의해 상기 목적지 주소가 특정 포트를 가지지 않는 그룹 채널에 해당되는 경우, 상기 목적지 주소와 채널 그룹 ID를 키로 하는 해쉬함수를 적용하여 목적 포트를 선택하고, 선택된 상기 포트로 상기 패킷을 포워딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 패킷 데이터 통신의 매체접속 제어를 위한 프레임 분배 방법.
부반송파다중화 방식이 적용된 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망에서의 비대칭 패킷 데이터 통신의 매체접속 제어를 위한 그룹 채널에 대한 프레임 분배 방법에 있어서:

(a) 가입자단말장치 또는 광선로종단장치로부터 유입되는 데이터 패킷의 프레임 헤더로부터 목적지 주소를 읽어들이는 단계;

(b) 포워딩 데이터베이스에서 상기 목적지 주소를 룩업하여 포워딩될 가상 그룹포트를 선택하는 단계;

(c) 상기 (b) 단계에서의 룩업에 의해 상기 가상 그룹포트가 결정되었으면 상기 목적지 주소와 동일한 목적지 주소를 가진 패킷이 지나간 MAC 트레이스 포트가 존재하는지 여부를 판별하는 단계;

(d) 상기 (b) 단계에서의 룩업에 의해 상기 가상 그룹포트가 결정되지 않았으면, ARP(Address Resolution Protocol)를 이용하여 VGP를 결정한 후 상기 MAC 트레이스 포트가 존재하는지 여부를 판별하는 단계;

(e) 상기 (c) 또는 상기 (d) 단계에서의 판별결과, 상기 MAC 트레이스 포트가 존재하면 상기 MAC 트레이스 포트로 상기 패킷을 포워딩하는 단계; 및

(f) 상기 (c) 또는 상기 (d) 단계에서의 판별결과, 상기 MAC 트레이스 포트가 존재하지 않으면 상기 목적지 주소와 포트 그룹을 매개변수로 하는 해쉬 함수를 사용하여 특정 포트를 선정하여 상기 패킷을 포워딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 패킷 데이터 통신의 매체접속 제어를 위한 그룹 채널에 대한 프레임 분배 방법.