KR20030038266A - 기가비트 이더넷 수동 광 네트워크 시스템 및 그 매체접속 제어 방법 - Google Patents

Abstract

PON 시스템에서, 기가비트 이더넷 프레임의 MCA 속성을 이용하여 OLT는 ODN를 통하여 적어도 둘 이상의 ONU들에 대한 슬롯의 위치 및 슬롯 사이즈 정보를 포함하는 제어 프레임과 이더넷 프레임들을 포함하는 하향 윈도우를 상기 ODN으로 전송한다. 또한, 상기 OLT는 상기 다수의 ONU들로부터 TDMA로 전송되어 상기 ODN을 통해 수신되는 상향 윈도우 내의 RAU들의 내용을 분석하여 상기 ONU들 각각에 대응하는 상기 타임슬롯 및 슬롯 사이즈를 허락한다. 상기 ODN에 접속된 다수의 ONU들은 상기 하향 윈도우의 제어 프레임에 포함된 자신 정보의 수신에 응답하여 자신의 타임 슬롯 위치 및 슬롯 사이즈를 할당받고, 상기 할당된 슬롯에 자신 큐의 정보를 가지는 RAU 프레임 및 이더넷 프레임을 송신한다. 상기와 같은 기가비트 이더넷 PON의 MAC 구조에 의해 OLT와 다수의 ONU들 보다 신속하게 상호간의 메시지를 전달할 수 있게 된다.

Description

기가비트 이더넷 수동 광 네트워크 시스템 및 그 매체 접속 제어 방법{GIGABIT ETHERNET PASSIVE OPTICAL NETWORK SYSTEM AND METHOD FOR MEDIA ACCESS CONTROL THEREOF}

본 발명은 수동 광 네트워크(Passive Optical Network:이하 "PON"이라 칭함) 시스템에 관한 것으로, 특히 기가비트 이더넷 프레임 수동 광 네트워크 시스템 (Gigabit Ethernet Passive Optical Network system: 이하 "GE-PON 시스템"이라 칭함) 및 매체 접속 제어(Media Access Control: 이하 "MAC"이라 칭함) 방법에 관한 것이다.

통상적으로, PON 시스템은 FTTH(Fiber To The Home) 또는 FTTC(Fiber To The Curb) 등의 가입자 억세스 노드와 망 단말기(Network Termination : 이하 "NT"라 칭함) 사이에 수동분배기 또는 파장분할 다중화(WDM: Wave Division Multiplexing) 소자를 사용하는 구조로 모든 노드는 버스나 트리 구조 형태로 분산된 토플로지 이다. 일반적인 PON시스템은 ATM(Asynchronous Transfer Mode)-PON의 형태로 이미 이 기술 분야에서 잘 알려져 있으며, ITU-T(International Telecommunication Union - T) G.983.1에 비교적 상세하게 기술되어 있다. 또한, ATM-PON의 MAC기술 역시 표준화가 완료된 상태로 이 기술 분야에 잘 알려져 있다.

그 대표적인 예로서는, 미합중국에서 1999년 11월 2일자로 "Gigad Ghaib"에 다수인에게 특허한 미국특허 "5,973,374"(PROTOCOL FOR DATA COMMUNICATION OVER A POINT-TO-MULTIPOINT PASSIVE OPTICAL NETWORK) 및 1999년 9월 15일자로 공개된 국내 공개특허공보 제1999-70901호(비동기전송방식 수동 광 통신망 매체접속제어 프로토콜 구현 방법)를 들 수 있다. 상기와 같은 선행 특허들은 ATM-PON에서의 데이터 통신을 위한 MAC에 대하여 설명하고 있다. ATM-PON 시스템에서의 MAC에 대한 동작을 간략하게 설명하면 하기와 같다.

도 1은 ITU-T G.983으로 채택된 ATM-PON 시스템의 개략적인 블럭 구성을 나타낸 도면이다. 도 1과 같은 ATM-PON 시스템은 트리 구조의 루트에 위치하며, 억세스망의 각 가입자들에게 정보를 제공하기 위하여 중심적인 역할을 수행하는 하나의 OLT(Optical Line Termination) 10을 포함한다. 상기 OLT 10에는 트리(tree) 토플로지 구조를 가지고 상기 OLT 10으로부터 전송되는 하향(Downstream)의 데이터 프레임을 분배하고, 역으로 상향(Upstream)의 데이터 프레임을 멀티플렉싱하여 상기 OLT 10으로 전송하는 ODN(Optical Distribution Network) 12가 접속된다. 또한, 상기 ONU 14에는 상기 하향 데이터 프레임을 수신하여 사용자 16i들에게 제공하고 그들로부터 출력되는 데이터를 상향 데이터 프레임으로서 상기 ODN 12으로 전송하는 둘 이상의 ONU(Optical Network Unit) 14i(여기서 i는 a,b,c이며, 상기 a,b,c 등은 자연수임)들로 구성된다. 상기 도 1에서 16i은 사용자로서, NT을 포함하여 PON에서 사용될 수 있는 여러 종류의 가입자망 종단장치를 의미한다.

도 1과 같이 구성된 ATM-PON 시스템은 이미 이 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이 53바이트의 크기를 가지는 ATM 셀(ATM cell)을 일정한 크기로 묶은 데이터 프레임 형태로 하향 및 상향 전송이 이루어진다. 도 1과 같은 트리 형태의 PON구조에서, OLT(Optical Line Termination) 10은 하향 프레임 안에 다수의 ONU 14i들 각각에 분배될 하향 셀(cell)을 적절히 삽입하게 된다. 또한 상향 전송의 경우 상기 OLT 10은 TDM(Time Division Multiflexing) 방식으로 다수의 ONU 14i들로부터 전송된 데이터를 억세스하게 된다. 이때, 상기 OLT 10과 다수의 ONU 14i사이에 접속된 ODN 12는 수동 소자이다. 따라서, 상기 OLT 10은 레인징(ranging)이라는 알고리즘을 이용하여 가상 거리 보정을 통해 수동소자인 ODN 12에서 데이터가 충돌하지 않도록 하고 있다. 또한, 상기 OLT 10에서 다수의 ONU 14i들로 하향 데이터 전송 시, OLT 10과 ONU 14i들 상호간은 비밀 보장을 위해 암호화를 위한 암호 키와 유지 관리 보수를 위한 OAM(Operations, Administration and Maintenance) 메시지를 서로 주고받도록 되어 있다. 이를 위해 상/하향 프레임에는 일정간격으로 메시지를 주고받을 수 있는 전용 ATM 셀 또는 일반 ATM 셀 내에 해당 데이터 필드가 마련되어 있다.

상기와 같은 ATM-PON 시스템은 상술한 바와 같이 일정한 크기의 ATM 셀을 기본으로 하향/상향의 프레임을 구성하고 점 대 다점(point to multi-point) 연결의 트리 구조에 따라 상향 전송에 대해서는 TDMA방식을 사용하여 MAC 프로토콜을 행함으로써 ONU들의 대역 할당 알고리즘이 복잡하게 되는 문제점이 발생한다.

한편, 인터넷 기술이 발달함에 따라 가입자(사용자) 측에서는 더욱 더 많은 대역폭을 요구하게 됨에 따라 상대적으로 고가 장비이며 대역폭에 제한이 있으며, 인터넷 프로토콜(Internet Protocol) 패킷을 분할(segmentation)해야 하는 ATM기술보다는 상대적으로 저가이며 높은 대역폭을 확보할 수 있는 기가비트 이더넷으로 종단 대 종단(end to end) 전송을 목표로 PON 시스템이 개발되고 있다.

예를 들면, 가입자 망의 PON 구조에서도 ATM이 아닌 이더넷 프레임을 사용하는 것으로, GE-PON의 형태로 제시된 alloptics사의 제품이 그 것이다. 상기 alloptics사의 제품은 각 ONU에 2ms로 고정된 크기의 타임슬롯(time slot)을 할당하는 방식이 있다. 그러나, alloptics사에서 제공하는 GE-PON 시스템의 경우 ONU에 할당되는 타임슬롯을 일정한 크기로 고정하므로써 대역 할당 알고리즘은 비교적 간단히 구현될 수 있으나 상향 또는 하향 데이터가 없을 때에는 대역의 낭비가 생길 수밖에 없는 문제점이 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 기가비트 이더넷 프레임을 이용하여 PON의 MAC 프로토콜을 수행하도록 하는 GE-PON 시스템 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기가비트 이더넷 프레임을 PON 구조에 보다 효율적으로 사용 가능하고 QoS(Quality of Service) 보장 및 OAM, 암호화를 위한 필드가 마련된 MAC 프로토콜 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 또한, 기가비트 이더넷 프레임 자체의 가변성 및 기능상의 속성은 가능한 그대로 유지되도록 하여 이미 상용화되어 있는 기가비트 이더넷 용 MAC 제어기 및 물리계층의 제어기를 필요한 최소한의 수정 또는 간다난 부가 장치의 부착으로 그대로 사용할 수 있도록 하는 PON 시스템의 MAC 프로토콜을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광스플리터로 구성되는 ODN를 구비하는 수동 광통신 네트워크 시스템에 있어서, 적어도 둘 이상의 ONU들에 대한 슬롯의 위치 및 슬롯 사이즈 정보를 포함하는 제어 프레임(control frame)과 이더넷 프레임들을 포함하는 하향 윈도우(Downstream window)를 상기 ODN으로 전송하고, 상기 다수의 ONU들로부터 TDMA로 전송되어 상기 ODN을 통해 수신되는 상향 윈도우(Upstream window)내의 리퀘스트 억세스 유닛(Request Access Unit: 이하 "RAU"라 칭함)들의 내용을 분석하여 상기 ONU들 각각에 대응하는 상기 타임슬롯 및 슬롯 사이즈를 결정하는 OLT와, 상기 ODN에 접속되며 상기 하향 윈도우의 제어 프레임에 포함된 자신 정보의 수신에 응답하여 자신의 슬롯 위치 및 슬롯 사이즈를 할당받고, 상기 할당된 슬롯에 자신 큐(Queue)의 정보를 가지는 RAU 및 이더넷 프레임을 송수신하는 다수의 ONU들을 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

바람직하기론, 상기 이더넷 프레임은 기가비트 이더넷 프레임을 가지며, 상기 하향 윈도우 및 상향 윈도우의 사이즈는 2ms의 크기를 가지는 것이 좋다.

또한, 상기 하향 윈도우의 제어 프레임은 상기 ODN에 접속된 다수의 ONU들에 대한 ID(identification)와 슬롯 위치 및 슬롯 사이즈들을 결정하는 퍼미트 정보(permit information)들이 실리게된다.

상기 하향 윈도우에는 상기 ODN에 접속된 다수의 ONU들에 대한 OAM 관련 정보 및 랭깅 제어에 관한 정보 공유 및 동작 지연을 최소화할 수 있도록 하는 OAM 프레임이 일정한 간격으로 삽입되는 것이 바람직하다.

도 1은 ITU-T 권고안 G.983으로 채택된 ATM-PON 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기가비트 이더넷 패시브 옵티칼 네트워크 시스템의 개략적인 블럭 구성도를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 적용되는 기가비트 이더넷 프레임의 구조를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기가비트 이더넷 수동 광 네트워크 시스템에서의 하향 윈도우 포멧을 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기가비트 이더넷 수동 광 네트워크 시스템에서의 상향 윈도우 포멧을 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상향 및 하향 채널 전송 구조를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미러 카운터와 리퀘스트 카운터에 의한 대역 할당을 설명하기 위한 도면.

본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GE-PON 시스템의 개략적인 블럭 구성도를 도시한 도면으로서, OLT 100과 수동 소자인 광스플리터로 구성되는 ODN 102 및 ONU 104i들 상호간의 연결 구성은 전술한 도 1의 구성과 거의 같다. 도 2와 같이 구성된 GE-PON 시스템은, 집중국인 하나의 OLT 100과 사용자 106i(여기서, i는 a,b,c를 의미하며 자연수임) 측의 ONU 104i가 적절한 대역할당 및 예상 광세기 (Optical power budget)가 고려되어 ONU의 개수를 정의할 수 있다. 상기 ONU 104i는 필요에 따라 빌딩 및 아파트 단지의 분배함이나 개인 주택 단지의 입구 등에 설치되어 ADSL과 같은 다양한 서비스를 제공하는 기능을 가져야 한다. 또한, 상기 OLT 100은 백본망(backbone network)으로부터 데이터를 전송 받아 ODN 102를 통해 각 ONU 104i에 데이터를 분배하거나 TDM방식으로 ONU 104i들로부터 데이터를 억세스한다. 이를 위해 OLT 100은 최소한 계층 2의 MAC 어드레스 대한 스위치 기능을 수행하여야 하며 ONU 104i들은 계층 2, 계층 3의 인터넷 프로토콜 스위치/라우터(IP switch/router) 기능을 수행되도록 설계되어야 한다.

도 2와 같이 구성된 본 발명의 GE-PON 시스템의 구체적 목표는 PON구조에서 상/하향 데이터의 QoS가 보장될 수 있도록 각 ONU 104i들에 대한 대역 할당을 적절히 일정 수준으로 유지하는 것과, 브로드케스팅(broadcasting) 전송되는 하향 데이터에 대해 이웃하는 또다른 ONU 104j(여기서 j는 a,b,c로서 자연수이며, i≠j임)가어떤 특정 ONU 104i의 데이터를 읽어 들이지 못하도록 하는 암호화, 통신상의 물리적 오류 발생 시 이를 OLT 100 및 ONU 104i들 상호간에 전달할 수 있도록 해주는 OAM기능, 상기 ODN 102를 통과하고 난 후 상기 OLT 100으로부터 각 ONU 104i들까지의 거리가 제각각 다를 수 있으므로 상향 전송 시 상기 ODN 104i에서 데이터 충돌이 일어나지 않도록 가상적으로 상기 OLT 100과 ONU 104i들간의 거리를 동일하게 설정 유지하게 해줄 수 있는 레인징(ranging) 기능 등 여러 가지 부가적 기능이 수행될 수 있는 MAC 구조를 제공하는 것이다. 이더넷 프레임을 이용하여 상기와 같은 MCA를 제공하기 위해서는 이더넷 프레임을 일정한 윈도우 형태로 묶는 포맷이 필요로하며, 이러한 포맷에 의한 MAC 프로토콜의 구조는 후술하는 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 표준화된 기가비트 이더넷 프레임의 구조를 도시한 도면이다. 도 3를 참조하면, 본 발명에 적용되는 기가바이트 이더넷 프레임은, 프레임의 시작부분에 선행되는 특정 비트 스트림으로 프레임 동기화와 물리적 안정화를 위해 사용되는 7바이트의 프리엠블, 특정 형태의 비트 스트림으로 프레임의 시작을 나타내는 1바이트의 SFD(Start Frame Delimiter), 각각 6바이트 크기를 가지는 목적지 하드웨어 주소 및 발신 하드웨어 주소, 데이터 필드의 길이를 나타내는 2바이트의 LDF(length of Data Field), 0~1500바이트로 가변되는 데이터 필드, 그리고 상기 데이터 필드의 데이터가 최소 프레임 크기 보다 작을 경우 채워지는 패딩(pading) 및 4바이트의 CRC필드로 구성되어 있다. 상기와 같이 구성된 기가비트 이더넷 프레임은 IEEE 802.3z에 매우 상세하게 언급되고 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기가비트 이더넷 수동 광 네트워크 시스템의 OLT 100에서 다수의 ONU 104i로 전송하는 하향 윈도우 포멧을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, OLT 100으로부터 전송되는 하향 윈도우의 사이즈는 2ms의 크기로 설정된다. 가변적인 기가비트 이더넷 프레임들로 구성되는 하향 윈도우의 길이를 2 ms로 설정한 이유는 너무 작은 크기로 구성될 때 윈도우의 크기에 비해 오버헤드가 상대적으로 차지하는 비율이 커지게 되고 윈도우의 길이를 너무 크게 했을 때에는 각 ONU 104i의 억세스 인터발(access interval)이 너무 길어져 QoS 및 OAM기능을 제대로 수행할 수 없는 이유 때문에 적절히 평균화(trade off) 되어진 길이이다.

도 4에 도시된 하향 윈도우는 퍼미트 제어 프레임(permit control frame)을 삽입하여 각 ONU 104i로부터 상향 TDMA전송을 위한 타임슬롯 및 슬롯 사이즈를 할당하게 된다. 각 ONU 104i에 할당되는 타임슬롯의 총 길이는 이더넷 프레임 자체가 가변적인 길이이므로 옥텟(octet) 단위로 가변적으로 할당하게 되는데, 이는 각 ONU 104i에서 요구되는 트래픽(traffic) 부하가 다를 경우 고정된 타임슬롯 할당은 대역의 낭비를 초래하므로 가변적인 타임슬롯 할당을 통해 가장 효율적으로 대역을 관리하기 위함이다. 또한 하향 윈도우에는 일정 시간 간격으로 최소 이더넷 프레임(64 byte)으로 구성된 4개의 OAM 프레임들이 삽입된다. 상기 OAM 프레임에는 ONU들을 지정하는 ONU ID와, 암호화에 필요한 암호키, ONU 104i의 플레이 앤드 플러그(play & plug) 기능, 각종 경고신호, 레인징(ranging)을 위한 메시지 필드가 마련된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기가비트 이더넷 수동 광 네트워크 시스템의 다수의 ONU 104i들로부터 TDMA 방식으로 이더넷 프레임 및 RAU가 할당받은 타임슬롯의 위치 및 사이즈로 전송될 때의 상향 윈도우 구조를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 상향 윈도우의 경우에는 각 ONU 104i가 최소 이더넷 프레임(64 byte)으로 구성된 RAU(Request Access Unit)를 삽입하여 OLT 100으로 전송되는데, 상기 RAU내에는 헤더와 ONU 14i의 큐(queue) 정보 QL등 대역 할당에 필요한 트래픽 정보 및 하향 OAM 프레임에 응답하는 내용 및 전송에 필요한 정보를 삽입할 수 있는 메시지 필드가 마련되어 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하향 및 상향 전송 구조를 나타낸 도면으로서, 하나의 OLT 100과 3개의 ONU 104i들간의 데이터 송수신의 상태를 도시한 예이다. 도 6에서, G는 하나의 ONU 104i에 대한 ID와 타임슬롯 및 슬롯 사이즈 정보를 포함하는 그란트 메시지, R은 ONU 104i 자신의 큐의 길이(Queue lenth) 정보와 트래픽 우선권(traffic priority) 정보를 포함하는 RAU이며, 데이터는 OAM 프레임 및 이더넷 프레임으로 구성되는 사용자 데이터이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미러 카운터와 리퀘스트 카운터에 의한 대역 할당을 설명하기 위한 도면으로서, OLT 100으로부터 브로드케스팅되는 하향 윈도우를 통한 허락 정보와 RAU를 통한 ONU 104i 자신의 큐 정보 전송을 통해 어떻게 타임슬롯이 할당되고 데이터가 전송되는지를 나타낸 도면이다. 본 발명의 명세서에 첨부된 도 7은 각 ONU 104i들이 1싸이클에 오직 1개의 기가비트 이더넷 프레임 만을 전송할 수 있다는 가정하에 작성된 것이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 동작을 상술한 도 2 내지 도 7를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2와 같이 구성된 GE-PON 시스템이 동작되면, OLT 100은 도 4와 같이 구성된 하향 윈도우를 매 2ms마다 ODN 102를 통해 다수의 ONU 104i로 브로드케스팅 한다. 상기 하향 윈도우의 선두에는 퍼미트 제어 프레임이 위치되어 있다. 퍼미트 제어 프레임에는 도 4에 도시된 바와 같이, 헤드와 트리 구조로 ODN 102에 접속된 다수개의 ONU 104i들(32개의 ONU) 각각에 대한 ID와 해당 ONU 104i에 대하여 상향 윈도우 내에 전송 허락되어 질 각 이더넷 프레임의 타임 슬롯 및 사이즈에 대한 정보가 실려 전송된다. 여기서, 1개의 ONU에 대한 허락에 필요한 정보는 타임슬롯의 위치 및 사이즈이며 이를 나타내기 위해 5바이트가 필요하다. 따라서 32개의 ONU를 관리하기 위해서는 "[헤더+ (32 ×5바이트) + 오버헤드]"로 계산되어 상기 퍼미트 제어 프레임은 178바이트의 크기로 구성될 수 있다.

도 4와 같은 하향 윈도우 내에서, 최소 이더넷 프레임(에로서, 64바이트)으로 구성된 OAM 프레임에는 OLT 100의 OAM관련 메시지와 레인징 관련 메시지가 실려 다수의 ONU 104i로 전송되는데, 2ms의 하향 윈도우 내에서 4개로 분산 삽입된다. 이처럼 4개로 나누어 삽입하는 이유는 OAM 프레임간의 시간 간격이 너무 길어지지 않도록 하기 위함이다. 즉, OLT 100 자신의 OAM정보 중에 우선 순위 메시지는 4 개중 다음 출력되어질 OAM 프레임에 실을 수 있게 되므로 메시지 전달에 대한 지연 시간을 줄일 수 있게 된다. 하향 윈도우내 4개의 OAM을 위한 이더넷 프레임은 각각 8개의 ONU 104i들에 대한 플러그 앤드 플레이와 레인징 등의 기능을 관리하고 수행하게 된다. 맨 마지막에 PAD를 삽입하는 이유는 이더넷 프레임이 가변성 때문에 한 윈도우의 길이인 2 ms 길이를 정확히 채우지 못할 때를 대비하거나 널(Null) 트래픽을 전송하기 위함이다. 도 4와 같이 구성된 하향 윈도우 구조는 IFG(Inter frame Gap)과 프리앰블(preamble)을 포함하여 1518바이트의 기가비트 이더넷 프레임을 160개까지 수용할 수 있으며, 음성 데이터의 경우에도 상,하향 윈도의 고정 사이즈에서 비롯된 최대 2ms까지 수용될 수 있는 지연 시간 이외에는 ONU 104i에 음성 데이터를 전송하는데 아무런 문제가 없다.

따라서, 상기 도 4와 같은 하향 윈도우의 전송에 의해 ODN 102에 트리 구조로 접속되는 32개의 ONU 104i들 각각에 대하여 기가바이트 이더넷 프레임의 데이터를 전송함과 동시에 상기 ONU 104i들 각각에 대한 타임 슬롯의 위치 및 슬롯 길이를 허락한다.

상향 윈도우의 구조는 도 5와 같다. OLT 100에서 전송되어진 퍼미트 제어 프레임의 내용대로 각 ONU 104i의 상향 기가비트 이더넷 프레임들이 허락된 자신의 타임슬롯에 삽입되며 하향과 마찬가지로 1개의 ONU 104i에 모든 상향 전송 허락이 있을 경우엔 1518 바이스의 이더넷 프레임이 최대 160개까지 수용될 수 있다. 상향 윈도우의 경우 PON에 연결되어 있는 각 ONU 104i는 자신이 상향 전송될 프레임이 없더라도 최소한 1개의 RAU프레임이 삽입되도록 하향 윈도우 내의 퍼미트 제어 프레임을 통해 타임슬롯을 할당받게 되어 있다. 이는 ONU 104i 자신의 전송 큐의 정보와 OAM 관련 메시지를 지속적으로 OLT 100에 알려 다음 상향 전송에 대비하고, 자신의 상태를 OLT 100측에 알리기 위함이다.

본 발명의 GE-PON 시스템에서 유의하여야 할 점은 에서는 ONU 104i의 큐의 상태 정보를 묻고 그 큐의 상태 정보를 확인한 후, 상향 전송에 대한 허락을 내려보내는 구조인 ITU-T G.983.1에서 권고된 ATM-PON에서의 낭비 요소를 개선하기 위해서 ONU 104i의 큐 상태를 전송하기 위한 허락과정을 생략하였다는 것이다.

상기와 같은 과정을 통해 1개의 ONU 104i의 상/하향의 최대 전송 용량은 960Mbps 이며 32개 ONU 104i들이 동시에 상/하향 전송 가능한 용량은 30Mbps까지 보장될 수 있다. 여기서 2ms 상/하향 윈도우 내에 존재하는 오버헤드는 약 4% 내외가 된다. 만일 16개의 ONU 104i를 제어한다고 가정하면, 16개의 ONU 104i에 약 60 Mbps의 전송 용량을 허락할 수 있다. 이와 같은 동작 내용은 도 6에서 보는 바와 같다.

도 6을 참조하면, 각 ONU 104i는 OLT 100으로부터 브로드케스팅되는 하향 윈도우의 퍼미트 제어 프레임의 할당 내용 G에 따라 자신의 타임슬롯을 기다렸다가 전송할 메시지 R과 데이터를 상향 윈도우에 삽입하는 형태를 보여 준다.

상기 도 4 및 도 5와 같은 하향 윈도우 및 상향 윈도우의 송수신에 의해 타임슬롯의 대역할당이 가변되는데, 도 7를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 하기와 같다.

도 7은 OLT 100로부터 다수의 ONU 104i로 브로드케스팅되는 하향 윈도우를 통한 허락 정보와 RAU를 통한 ONU 104i 자신의 큐 정보 전송을 통해 어떻게 타임 슬롯이 할당되고 데이터가 전송되는지 보여 준다. 이를 위하여 상기 OLT 100내에는 각각의 ONU 104i들에 대한 MC(Mirror Counter)와 RC(Request Counter)를 구비하고있다. 상기 OLT 100에서 각 ONU 104i들의 상향 전송에 대한 타임슬롯의 크기 할당은 무조건 각 ONU 104i들에 대응되는 MC와 RC에 의존하여 실행한다. 상기 OLT 100내의 MC는 ONU 104i로부터 실제 상향 전송되는 기가비트 이더넷 프레임의 개수와 그 길이를 카운트한다. OLT 100내의 RC는 상향 전송되는 RAU에 기입되어 있는 허락 요구 상황을 카운트한다. 따라서 상기 OLT 100은 상기 두 가지 카운터 MC 및 RC의 값을 체크하면 허락 요구에 대한 상향 전송 허락 상황을 실수 없이 진행할 수 있게되며, 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

ONU 104i내의 큐의 값 QL은 사용자 106i의 요구에 의해 기가바이트 이더넷 프레임이 도 7과 같이 도착할 때마다 증가하고, 이더넷 프레임을 상향 전송할 때 감소한다. ONU 104i내의 전송 큐의 값 QL이 "2"로 설정된 상태에서, OLT 100가 전술한 바와 같은 퍼미트 제어 프레임을 포함하는 하향 윈도우를 브로드케스팅하면, 상기 ONU 104i는 할당받은 타임슬롯의 위치에 전술한 바와 같이 자신의 전송 큐의 정보 QL의 값 "2+"와 OAM정보가 실린 RAU 프레임을 OLT 100으로 상향 전송한다. 이때, 상기 OLT 100내의 ONU 104i에 대응하는 MC 및 RC는 상기 ONU 104i로부터 상향 전송되는 RAU 프레임에 포함된 큐의 길이 및 허락 요구 상황이 "2+"이므로 각각 "2"로 세팅된다.

상기 OLT 100이 하향 윈도우를 통해 해당 ONU 104i로 전송할 이더넷 프레임의 데이터와 퍼미트 제어 프레임을 통해 전술한 바와 같이 상향 전송을 허락하면, RC의 값은 "1"로 감소된다. 다음 싸이클에서 상향 전송을 다시한번 허락하면, RC의 값은 "0"으로 감소된다. 이때, 상기 ONU 104i가 할당받은 타임슬롯의 위치에 허락받은 슬롯 사이즈에 해당하는 기가바이트 이더넷 프레임과 자신의 전송 큐의 값 QL을 상향 전송하면, OLT 100내의 MC값과 ONU 104i내의 큐의 길이 QL의 값들은 감소된다.

도 7과 같이 OLT 100과 ONU 104i들간은 하향 브로드케스팅되는 퍼미트 제어 프레임을 통한 허락 정보와, 상향 전송되는 RAU를 통하여 전송 큐의 정보 전송을 통해 타임슬롯의 위치 및 사이즈(대역)를 할당받아 이더넷 프레임을 전송함으로써 PON시스템에서의 MAC 프로토콜을 간소화할 수 있다.

만약, ONU 104i에서의 요청이 실제 상향 전송되어지는 데이터에 비해 더 많을 경우엔 OLT 100은 모든 상황을 고려하게 되는데, 해당 ONU 104i에 대한 대역할당을 더 크게 하던가 아니면 다른 ONU 104i의 대역을 뺏어 올만큼 여의 치 않는 상황일 경우엔 트래픽의 우선순위를 고려하여 우선 순위가 떨어지는 트래픽에 대해서는 상향 허락을 포기할 수도 있다. 따라서, ONU 104i에 대한 대역 할당은 ISP 등의 향후 PON 시스템의 구현 정책에 따라서도 많이 좌우될 것으로 가입자망의 특성상 많은 사항을 고려하여야한다.

상기한 실시예에 따른 본 발명은, 가입자 망에서 효과적인 대안인 PON 구조에 기가비트 이더넷 전송이 효율적으로 이루어 질 수 있는 MAC 구조를 제시함으로써 ATM-PON 보다 높은 대역을 제공할 수 있을 뿐 아니라 IP 패킷을 ATM 셀로 나누고 재조립하는 과정에 필요한 오버헤드를 줄일 수 있으므로 효율적인 가입자망을 구성할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 표준화된 기가비트 이더넷의 MAC 프레임 속성을 그대로 유지한 채 하향 전송되는 퍼미트 제어 프레임이나 OAM 그리고 RAU 등이 구성되므로 이미 시판되어 있는 기가비트 이더넷 MAC 제어기와 일부 물리계층 제어칩을 그대로 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 새로운 칩의 개발에 따른 비용과 시간을 최소화할 수 있으며 고가의 ATM장비를 대체할 수 있다.

Claims (12)

1. 광스플리터로 구성되는 ODN를 구비하는 PON 시스템에 있어서,

   적어도 둘 이상의 ONU들에 대한 슬롯의 위치 및 슬롯 사이즈 정보를 포함하는 제어 프레임과 이더넷 프레임들을 포함하는 하향 윈도우를 상기 ODN으로 전송하고, 상기 다수의 ONU들로부터 TDMA로 전송되어 상기 ODN을 통해 수신되는 상향 윈도우 내의 RAU들의 내용을 분석하여 상기 ONU들 각각에 대응하는 상기 타임슬롯 및 슬롯 사이즈를 허락하는 OLT와,

   상기 ODN에 접속되며 상기 하향 윈도우의 제어 프레임에 포함된 자신 정보의 수신에 응답하여 자신의 타임 슬롯 위치 및 슬롯 사이즈를 할당받고, 상기 할당된 슬롯에 자신 큐의 정보를 가지는 RAU 프레임 및 이더넷 프레임을 송수신하는 다수의 ONU들을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 GE-PON 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 하향 윈도우는 기가비트 이더넷 프레임을 적어도 둘 이상 가짐을 특징으로 하는 GER-PON 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 하향 윈도우의 제어 프레임은 상기 ODN에 접속된 다수의 ONU들에 대한 ID와 슬롯 위치 및 슬롯 사이즈들을 결정하는 퍼미트 정보들이 실리는 것을 특징으로 하는 GE-PON 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 하향 윈도우에는 상기 ODN에 접속된 다수의 ONU들에 대한 OAM 관련 정보 및 랭깅 제어에 관한 정보 공유 및 동작 지연을 최소화할 수 있도록 하는 OAM 프레임이 일정한 간격으로 삽입됨을 특징으로 하는 GE-PON 시스템.
5. 제3항에 있어서, 상기 하향 윈도우 내의 제어 프레임은 각 ONU에 대한 타임슬롯의 사이즈 및 상향 윈도우 내의 타임 슬롯 위치 정보를 5바이트로 구성하여 삽입함으로써 32개의 ONU에 대한 상향 전송의 허락을 하는 구조를 가짐을 특징으로 하는 GE-PON 시스템.
6. 제2항에 있어서, 상기 상향 윈도우 내의 RAU 프레임은 최소한의 기가비트 이더넷 프레임으로 구성되며 하향 윈도우 내의 퍼미트 제어 프레임에 의해 각 ONU들이 상향 윈도우 내에 필수적으로 RAU를 삽입함을 특징으로 하는 GE-PON 시스템.
7. 제3항에 있어서, 상기 하향 윈도우 내에는 적어도 4개의 OAM 프레임이 분할 삽입되어 OAM관련 정보 및 레인징에 대한 정보 공유 및 동작 지연을 최소화할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 GE-PON 시스템.
8. 제1항 내지 제7항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 OLT는 다수의 ONU들 각각에 대응하여 상향 전송되는 기가비트 이더넷 프레임의 개수와 크기를 카운트하는 미러 카운터와, 상향 전송되는 RAU 프레임을 통하여 전송되는 ONU 전송 큐의 이더넷 프레임 상태를 카운트하는 리퀘스트 카운터를 구비하며, 상기 각 ONU에 대응하는 미러 카운터 및 리퀘스트 카운터의 값에 해당 ONU들에 대한 타임슬롯의 위치 및 사이즈를 할당함을 특징으로 하는 GE-PON 시스템.
9. 집중국인 OLT와 적어도 하나 이상의 ONU 및 상기 OLT와 ONU들 사이에 접속되어진 ODN를 구비하는 GE-PON 시스템의 MAC 제어 방법에 있어서,

   상향 윈도우 내에 전송되어 질 다수의 ONU들에 대한 이더넷 프레임의 타임슬롯의 위치 및 사이즈에 정보가 실리는 퍼미트 제어 프레임과, 상기 다수의 ONU들로 전송될 기가비트 이더넷 프레임들로 구성된 하향 윈도우를 상기 OLT가 브로드케스팅하는 과정과,

   상기 브로드케스팅되는 하향 윈도우의 퍼미트 제어 프레임의 정보를 분석하여 상향 윈도우 내의 타임슬롯 위치 및 사이즈를 할당받고 자신의 전송 큐 상태를 포함하는 RAU 프레임을 상기 할당받은 타임슬롯의 사이즈로 상향 윈도우 내의 타임슬롯 위치에 TDMA 전송하는 ONU의 전송과정를 포함함을 특징으로 하는 GE-PON 시스템의 MAC 제어 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 하향 윈도우 내의 퍼미트 제어 프레임은, 각 ONU의 상향 전송에 대한 타임슬롯의 크기 및 상향 윈도우 내의 위치 정보를 5바이트로 구성하여 삽입한 것임을 특징으로 하는 GE-PON 시스템의 MAC 제어 방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 하향 윈도우 내에는 상기 OLT와 ONU 상호간의 암호화 및 유지 관리 보수를 위한 OAM 정보와 랭깅에 대한 정보 공유 및 동작 지연을 최소화하기 위한 정보가 실리는 OAM 프레임이 적어도 4개 이상 분할 삽입됨을 특징으로 하는 GE-PON 시스템의 MAC 제어 방법.
12. 제8항에 있어서, 상기 각 ONU로부터 상향 전송되는 RAU 프레임은 최소한의 기가비트 이더넷 프레임으로 구성되며, 상향 윈도우에 필수적으로 삽입되어 전송됨을 특징으로 하는 GE-PON의 MAC 제어 방법.