JP2005184811A

JP2005184811A - ギガビットイーサネット（登録商標）受動光加入者網及び方法

Info

Publication number: JP2005184811A
Application number: JP2004358058A
Authority: JP
Inventors: Hak-Phil Lee; 学弼李; Se-Kang Park; 世剛朴
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2005-07-07
Also published as: US20050135803A1; KR20050061140A; KR100547828B1

Abstract

【課題】データのエラーをより正確に検出することができるギガビットイーサネット（登録商標）基盤の受動光加入者網を提供する。
【解決手段】本発明のギガビットイーサネット（登録商標）基盤の受動光加入者網は、イーサネット（登録商標）フレームのエラーを検査して、結果値(ＦＣＳ１)をイーサネット（登録商標）フレームに追加し、データを暗号化し、暗号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームのエラーを検査し、結果値(ＦＣＳ２)をイーサネット（登録商標）フレームに追加し、送信するＯＬＴと、送信されたＦＣＳ１及びＦＣＳ２が含まれたイーサネット（登録商標）フレームの送信エラーを、ＦＣＳ２を用いて検査し、暗号化されたデータを復号し、復号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームの暗号化及び復号化エラーを、ＦＣＳ１を用いて検査する少なくとも一つのＯＮＴとで構成される。
【選択図】図６

Description

本発明は、ギガビットイーサネット（登録商標）受動光加入者網(ＧＥ-ＰＯＮ)に関し、特に、データを暗号化/復号化及び送信する場合に発生するデータエラーを検出するためのシステム及び方法に関する。

現在の多種多様な無線網や、超高速通信網等のネットワークの拡充は、オンライン(online)上で、大量のデータを共有することを可能としている。

また、ＣＤ及びＤＶＤなどの低価格の大容量記憶媒体によるオフライン(off line)上でのデータ共有も、幅広く利用され始めている。そして、使用者は、オンラインやオフラインを通じて、共有された多種のデータを得ることができる。

このように、オンライン及びオフラインの共有システムは、多様でありながらも大量のデータを使用者に容易に提供しているが、一方で、商業上のマルチメディアデータ、または、保安が必要なデータに対するセキュリティは、非常に脆弱な構造を有することとなる。

受動光加入者網は、光ケーブル網を通じてエンドユーザーに信号を伝達する通信網システムである。受動光加入者網は、通信会社に設置されている一台のＯＬＴ(Optical Line Terminal)と、加入者の近所に設置されている複数のＯＮＴ(Optical Network Terminal)で構成される。そして、一般的には、最大３２個のＯＮＴが一台のＯＬＴに接続している。

受動光加入者網は、１つのシステムで、下りに６２２Ｍｂｐｓ、上りに１５５Ｍｂｐｓの帯域幅を使用者に提供することができる。この帯域幅は、複数の受動光加入者網の使用者に割り当てることができる。また、受動光加入者網は、ケーブルＴＶシステムや、同軸ケーブルを使用する隣接したビルや家のイーサネット（登録商標）ネットワークのような大規模システムの間で、トランク（幹線）として利用することも可能である。

一方、ＯＬＴは、光ケーブルを通じて信号をＯＮＴに送信する。ＯＮＴは、ＯＬＴから送信される信号を受信して、所定の方式に従って信号処理した後に、最終加入者に送信する。ここで、サービス加入者側の送信システムであるＯＮＴは、最終使用者にサービスインターフェースを提供する光通信網の終端装置である。

ＯＮＴは、複数の相異なる方法で、加入者に受信したデータを送信することが可能である。例えば、ＯＮＴは、ＦＴＴＣ(Fiber To The Curb)、ＦＴＴＢ(Fiber To The Building)、ＦＴＴＦ(Fiber To The Floor)、ＦＴＴＨ(Fiber To The Home)、及びＦＴＴＯ(Fiber To The Office)などを利用してデータを送信する。このような光ファイバ接続を利用することによって、ＯＮＴは、加入者に、より高いサービスアクセス性を提供することができる。ＯＮＴは、加入者と接続して加入者から送信されたアナログ信号を送るケーブルと、ＯＬＴと接続し光信号を送受信する光学装置を接続する機能を遂行する。したがって、ＯＮＴは、ＯＬＴから送信された光信号を電気信号に変換して加入者に送信する光電変換と、加入者から送信された電気信号を光信号に変換してＯＬＴに送信する電光変換とを実行する。

図１は、ＧＥ-ＰＯＮでのデータの下り送信の構造を示した図であり、図２は、ＧＥ-ＰＯＮでのデータの上り送信構造を示した図である。

図１に示すように、ギガビットイーサネット（登録商標）受動光加入者網(以下、ＧＥ-ＰＯＮと称する)は、１個のＯＬＴ１０が、複数のＯＮＴ２０・２２・２４と光分配器１５によってツリー構造(tree structure)で接続した構造を有しており、ＡＯＮ(Activity-on-Node)システムより低コストで効果的な加入者網を構成することができる方式である。

ＧＥ-ＰＯＮの形態としては、非同期送信モード受動光加入者網(Asynchronous Transfer Mode Passive Optical Network:以下、ＡＴＭ-ＰＯＮと称する)が、先に開発され標準化がなされた。ＡＴＭ-ＰＯＮは、ＡＴＭのセル(cell)を一定の大きさで束ねたブロック(block)形態で、上り及び下り送信がなされる。一方、イーサネット（登録商標）受動光加入者網(Ethernet Passive Optical Network System:以下、Ｅ-ＰＯＮと称する)は、大きさが異なるパッケージを一定の大きさのブロックで束ねて送信する。したがって、Ｅ-ＰＯＮは、ＡＴＭ-ＰＯＮに比べて、やや複雑な制御構造を有する。

図１を参照して、データの下り送信について説明する。下り送信(Downstream)の場合には、ＯＬＴ１０は、ＯＮＴ２０・２２・２４に送信するデータを配信(broadcasting)する。光分配器１５は、ＯＬＴ１０から送信されたデータを受信すると、各ＯＮＴ２０・２２・２４に、受信されたデータを送信する。各ＯＮＴ２０・２２・２４は、光分配器１５から送信されたデータから、各使用者３０・３２・３４へ送信するデータを検出して、検出されたデータのみを各使用者３０・３２・３４に送信する。

図２を参照して、データの上り送信について説明する。上り送信(Upstream)の場合には、各使用者３０・３２・３４から送信された各データは、各ＯＮＴ２０・２２・２４に送信される。このとき、各ＯＮＴ２０・２２・２４は、各使用者３０・３２・３４から送信されたデータを、ＯＬＴ１０からの送信規則に従って、光分配器１５に送信する。このとき、各ＯＮＴ２０・２２・２４は、ＴＤＭ(Time Division Multiplexing)方式で設定された時間の間に、受信された各データを上り送信する。これにより、光分配器１５においては、データの上り送信による、データの衝突が発生することはない。

図３は、ＩＥＥＥ８０２．３ah規格に提示されたイーサネット（登録商標）フレームのフォーマットを示す図である。

図３に示すように、ＩＥＥＥ８０２．３ahイーサネット（登録商標）フレームフォーマットは、オーバーヘッドである待機時間情報と、目的地で必要とする実際の情報であるイーサネット（登録商標）フレームと、オーバーヘッドであるエラーチェック値で構成される。

イーサネット（登録商標）フレームの前に挿入されるオーバーヘッドは、待機時間値と前置領域(preamble)で構成される。イーサネット（登録商標）フレームは、目的地アドレス（Destination Address：ＤＡ)フィールドと、ソースアドレス（Source Address：ＳＡ)フィールドと、データ長さ/タイプ情報(Length or Type)フィールドと、データフィールドとで構成される。イーサネット（登録商標）フレームの後に挿入されるオーバーヘッドは、イーサネット（登録商標）フレームのエラーをチェックするためのエラー検出コードで構成される。図にはエラー検出コードとして、ＦＣＳ/ＣＲＣが挿入されている。

現在のような情報化社会では、通信サービスは一つの技術的概念を越えて、多くの付加価置を新たに創造する事業的な側面が強く、通信サービスの利用者は、相手と単に音声を交換し、データを取り交わすという欲求を越えて、一つの端末を通じて、音声、データ及びビデオなど多様なサービスを、時間と場所にかかわらず、利用者が希望する時間に、充足することを求めている。このため、世界中の各国では、先を争って超高速情報通信網を構築しており、イリジウム事業等の衛星通信事業も進行中であり、マルチメディア通信、移動通信、応用ソフトウェア開発などの研究開発が活発に行われている。

また、このような情報化社会では、デジタルデータの効率的で信頼性ある送信及び保存方法に対する重要性が増大している。そして、信頼性あるデータ送信システムを設計するためのエラー制御コーディング方式についての研究が重要になっている。

エラー制御コーディングに対する研究は、１９４８年にＣ．Ｅ．Shannonが発表した「通信に関する数学的理論(A Mathematical Theory of Communication)」という論文に始まる。Shannonは、この論文で情報に確率概念を取り入れて、情報をビットで表現して、雑音チャンネルと無雑音チャンネルでエラーなしに情報を送る理論を提唱した。その後、雑音がある環境下で、エラー制御のためのエンコードとデコーディングに関する研究が活発に行われており、エラー制御のための符号(code)の使用は、通信システムとデジタルコンピューターの設計に必須的な要素になった。

エラー制御のための符号は、ブロック符号(block code)と畳み込み符号(convolutional code)とに、分類できる。ブロック符号は、ｋビットの情報をｎビットの符号ワードで作り上げるものであって、線型符号(linear code)と巡回符号(cyclic code)とに分類できる。

一方、畳み込み符号は、現在の入力シーケンスだけでなく、過去の入力シーケンスによっても影響を受ける出力シーケンスを有する符号のことをいう。

巡回符号は、Ｅ．Prangeによって公表された一連の技術報告書で論議され始め、ＢＣＨ符号や、リードソロモン符号（Reed-Solomon code）に発展した。この巡回符号は、豊富な代数的構造を有し、多くの研究成果が発表され、高速のシフトレジスター(shift register)を基盤として、エンコーダとデコーダを簡単に実現することができるので、ＣＤプレーヤー及びギガビット／毎秒級の高速通信など、多様な分野で広く実用化されている。

データを送信するＯＬＴ１０及びデータを受信するＯＮＴ２０・２２・２４は、それぞれ送信するデータ及び受信したデータについてエラー検出を実行する。このとき、使用されるエラー検出方法としては、ＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)エラー検出法及びＦＣＳ(Frame Check Sequence)エラー検出法等がある。

ＣＲＣエラー検出法は、シリアル送信でデータの信頼性を検証するためのエラー検出方法の一種である。ＣＲＣエラー検出法は、パリティー(parity)ビットによるエラー検出方法とチェックサム(check-sum)によるエラー検出方法がある。ここで、パリティービットによるエラー検出方法は、同時に２ビットや４ビットのデータが変化する場合には、エラー検出をすることができない。また、チェックサムによるエラー検出法は、あるバイトで+１、他のバイトでは-１でエラーが生ずる場合には、エラーを検出することができない。つまり、ＣＲＣエラー検出法はエラーを検出する確率が低い方式であるといえる。

パリティー及びチェックサムによるエラー検出法は、バーストエラーに対して信頼性のあるエラー検出手段を提供することができない。このため、最近では、データのエラー検出のために多項式コードを使用するＣＲＣエラー検出法が使われている。これは、送信側が送信するフレームの内容を使用して計算したエラー検出コードを、フレームの最後部分に挿入して、受信側が、送信側と同一に受信したフレームの内容を使用して計算したエラー検出コードと、受信したエラー検出コードを比較して、エラー検出を遂行するものである。ここで、エラー検出コードは、ＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)または、ＦＣＳ(Frame Check Sequence)とすることができる。ＣＲＣを計算する場合、データセットは１と０で構成された非常に長いストリング(またはメッセージ)である。このストリングは、生成多項式と呼ばれる小さな２進ストリングの固定されたサイズに分割される。このような二進法分割（division）の余りが、ＣＲＣチェックサムである。

特定の数学的な特徴に従う生成多項式を選択することにより、最後のチェックサムに基づいて、メッセージ内のほとんどすべてのエラーを検出することができる。このような生成多項式のうちで最も強力なものは、一つまたは二つのビットエラーと、連続的なエラービットの長さが奇数であるすべてのエラーとを検出することができる。また、バーストエラー(Burst Error、エラーが連続的に発生するエラーシーケンス)までも９９．９９%以上検出可能である。

このようなＣＲＣによるエラー検出法は、高い信頼度を有し、エンコーダ及びデコーダの実現が容易であり、エラー検出のためのオーバーヘッドが少なく、ランダムエラーやバーストエラーを含むエラーの検出に非常に高い性能を有する。ＣＲＣの原理は、除算をした結果の余りを、送信するデータの余剰分として付加して送信し、受信端でこの余剰分と一緒に送信されたデータを、元のデータで割った値で除算し、余りが０であるかを検査してエラーを検出する。ここで、余りは、ＣＲＣ方式で一番重要な部分として、ＦＣＳ(Frame Check Sequence)と呼ばれる。データ送信時に、送信側では、ＣＲＣを検査するために、各データフレームごとに、送信されたフレームのエラーを受信側で検出することができるように、エラー検出コードであるＦＣＳを含んで送信する。

このようなＣＲＣは、二進数に基づいて、すべての演算がなされる。すなわち、送信側と受信側では、すべてのストリームデータを、二進法多項式(binary polynomials)として扱う。元のデータフレームが与えられれば、送信側では、元のデータフレームのエラー検出のためのＦＣＳを生成する。送信側でＦＣＳを生成するためには、除算のための除数であるＣＲＣ多項式(polynomials)が必要である。前述したように、送信するデータフレームを、ＣＲＣ多項式で除した余り値が、ＦＣＳになる。ＦＣＳは、元のデータフレームの後に付けて送信されるため、結果のフレーム(元のデータフレームとＦＣＳが含まれたフレーム)は、受信側であらかじめ定義された多項式によって、正確に除することができる。ここで、あらかじめ定義された多項式を、除数(divisor)またはＣＲＣ多項式(ＣＲＣ Polynomial)という。

結果のフレームを受信した受信側では、ＣＲＣ検査をするが、検査する方法は、受信されたデータフレームを、送信時に使用したものと同じＣＲＣ多項式で除して、余りを検査する。この時、余りが０ではない数である場合には、送信時にエラーが発生したものと判断する。

しかしながら、ＩＥＥＥ８０２．３ahには暗号化と関連したパッケージフォーマットがまだ提案されていない。

図４及び図５は、従来のイーサネット（登録商標）通信における暗号化方法及びエラー検出方法を示した図である。

図４は、データを暗号化する前に、データのエラーを検査するイーサネット（登録商標）通信における暗号化方法及びエラー検出方法を示した図である。

まず、ＯＬＴ１０は、エラー検出コードであるＦＣＳを使用して、データのエラーを検査する。ここでデータは、まだ暗号化されていないものである。それから、ＯＬＴ１０は、イーサネット（登録商標）フレームから、データ領域（データフィールド）を分離して暗号化を実行する(ステップ１１。なお、図中では、ステップをＳと略す。以下同じ。)。

分離したデータの暗号化が終了すると、ＯＬＴ１０は、暗号化されたデータを再びイーサネット（登録商標）フレームに結合して(ステップ１３)、ＯＮＴ２０・２２・２４に送信する(ステップ１５)。

暗号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームを受信したＯＮＴ２０・２２・２４は、ＯＬＴ１０で実行した動作の逆の順序で、受信したデータに対する復号を実行する。すなわち、ＯＮＴ２０・２２・２４は、受信したイーサネット（登録商標）フレームからデータ部分を分離して復号化を実行する(ステップ１７)。データに対する復号化が完了すると、ＯＮＴ２０・２２・２４は、イーサネット（登録商標）フレームに、復号されたデータを結合する。このとき、ＯＮＴ２０・２２・２４は、イーサネット（登録商標）フレームの終端部分に含まれたＦＣＳを使用して、イーサネット（登録商標）フレームのエラーを検査する(ステップ１９)。

このように、データを暗号化する前に、イーサネット（登録商標）フレームについてエラー検査する場合には、受信側では、以下の３つの場合によって発生したエラーを含むＦＣＳエラーを検出することとなる。すなわち、ステップ１１で、送信側による暗号化過程中で発生したエラーと、ステップ１５で、送信側から受信側に送信する過程中で発生したエラーと、ステップ１７で、受信側で復号化過程中で発生したエラーとの３つである。

したがって、図４のように、データを暗号化する前にエラー検査をする場合には、データの暗号化時や、データの送信時や、データの復号化時に発生するエラーについては、修正することができないという問題点がある。

図５は、データを暗号化した後に、データのエラーを検査するイーサネット（登録商標）通信における暗号化方法及びエラー検出方法を示した図である。

まず、ＯＬＴ１０は、イーサネット（登録商標）フレームからデータ領域を分離して、データについて暗号化を実行する(ステップ２１)。データに対する暗号化が完了すると、ＯＬＴ１０は、暗号化されたデータをイーサネット（登録商標）フレームに結合する。このとき、ＯＬＴ１０は、暗号化されたデータと目的地アドレス領域(ＤＡ)、ソースアドレス領域(ＳＡ)、及びデータタイプ/長さ領域(Type/Length)に対するＦＣＳエラー検査を実行する(ステップ２３)。

ＦＣＳエラー検査を完了すると、ＯＬＴ１０は、エラー検査が完了したイーサネット（登録商標）フレームを目的地に送信する(ステップ２５)。

ＯＮＴ２０・２２・２４は、イーサネット（登録商標）フレームを受信すると、暗号化されたデータと目的地アドレス領域(ＤＡ)、ソースアドレス領域(ＳＡ)、及びデータタイプ/長さ領域(Type/Length)に対するＦＣＳエラー検査を実行する。エラー検査を完了すると、ＯＮＴ２０・２２・２４は、イーサネット（登録商標）フレームから暗号化されたデータを分離して復号化を実行する(ステップ２７)。

データの復号化を完了すると、ＯＮＴ２０・２２・２４は復号化されたデータをイーサネット（登録商標）フレームに結合する(ステップ２９)。

このように、データを暗号化した後にデータエラーを検査して送る場合において、受信側でＦＣＳエラー検査によるエラーが検出されれば、このようなエラーは、ステップ２５のイーサネット（登録商標）フレームが送信される過程中に発生したエラーであるといえる。このような方法で、受信側でエラー検査を実行する場合には、送信側で暗号化過程中に発生するエラーについては全く検出することができず、そして、受信側で復号化過程中に発生するエラーについても全く検出することができないという問題点がある。

上記背景に鑑みて、本発明の目的は、一つのＯＬＴと複数のＯＮＴとの間のエラー検出性能を向上させて、データを安定的に送受信するためのＧＥ-ＰＯＮ及びデバイスと、これを利用したデータエラー検出方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、データ暗号化時と、データ送信時と、データ復号化時とに発生することがあるイーサネット（登録商標）フレームのエラーを検出及び復元して、安定的な暗号化イーサネット（登録商標）通信が可能なＧＥ-ＰＯＮ及びこれを利用したデータエラー検出方法を提供することにある。

本発明のギガビットイーサネット（登録商標）受動光加入者網は、データを暗号化する前に、イーサネット（登録商標）フレームのエラーを検査して、結果値(ＦＣＳ１)をイーサネット（登録商標）フレームに付加し、イーサネット（登録商標）フレームに含まれたデータを暗号化し、前記暗号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査し、結果値(ＦＣＳ２)を前記暗号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームに追加して目的地に送信するＯＬＴと、ＯＬＴから送信されたＦＣＳ１及びＦＣＳ２が含まれたイーサネット（登録商標）フレームについて、送信エラーを、ＦＣＳ２を使用して検査し、暗号化されたデータを復号して、該復号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームについて暗号化及び復号化エラーを、ＦＣＳ１を使用して検査する少なくとも一つのＯＮＴを有する。

好ましくは、前記ＯＬＴは、第１のエラー検出部、フレーム分離部、暗号化部、フレーム結合部、及び第２のエラー検出部を有する。

第１のエラー検出部は、暗号化されなかった目的地アドレス、ソースアドレス、データタイプ/長さ、及びデータで構成されたイーサネット（登録商標）フレームが入力されれば、イーサネット（登録商標）フレームについてエラー検査して、前記エラー検査結果値(ＦＣＳ１)を、前記イーサネット（登録商標）フレームに付加する。

フレーム分離部は、ＦＣＳ１が付加したイーサネット（登録商標）フレームからデータを分離する。

暗号化部は、イーサネット（登録商標）フレームから分離したデータを、あらかじめ設定された暗号化アルゴリズム及び暗号化キーを使用して暗号化する。

フレーム結合部は、暗号化されたデータと、フレーム分離部でデータと分離した目的地アドレス、ソースアドレス、データタイプ/長さとを結合してイーサネット（登録商標）フレームを形成する。

第２のエラー検出部は、フレーム結合部で結合されたイーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査し、結果値(ＦＣＳ２)をフレーム結合部で結合されたイーネット（登録商標）フレームの最後の部分に付加して目的地に送信する。

好ましくは、前記ＯＮＴは、送信エラー検出部、フレーム分離部、復号化部、フレーム結合部、及び暗号/復号エラー検出部を有する。

送信エラー検出部は、ＯＬＴから送信されたＦＣＳ１及びＦＣＳ２が含まれたイーサネット（登録商標）フレームを、ＦＣＳ２を使用してデータの送信エラーを検査する。

フレーム分離部は、送信エラーが検査されたイーサネット（登録商標）フレームから暗号化されたデータを分離する。

復号化部は、分離した暗号化されたデータを、あらかじめ設定された暗号化アルゴリズム及び復号化キーを使用して復号化する。

フレーム結合部は、復号化されたデータと、フレーム分離部でデータが分離したイーサネット（登録商標）フレームを結合する。

暗号/復号エラー検出部は、復号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームを、ＦＣＳ１を使用してデータの暗号化エラー及び復号化エラーを検査する。

また、本発明のデータエラー検出方法は、Ｅ-ＰＯＮ構造で一つのＯＬＴと複数のＯＮＴとの間に、データを安定的に送受信するためのイーサネット（登録商標）通信のデータエラー検出方法であって、ＯＬＴが、データを暗号化する前に、イーサネット（登録商標）フレームのエラーを検査して、結果値(ＦＣＳ１)をイーサネット（登録商標）フレームに付加し、イーサネット（登録商標）フレームに含まれたデータを暗号化し、暗号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームについて、エラーを検査して、結果値(ＦＣＳ２)を暗号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームに付加し、目的地に送信する第１の段階と、ＯＮＴが、ＯＬＴから送信されたＦＣＳ１及びＦＣＳ２が含まれたイーサネット（登録商標）フレームを、ＦＣＳ２を使用して、データの送信エラーを検査し、暗号化されたデータを復号して、復号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームを、ＦＣＳ１を使用してデータの暗号化エラー及び復号化エラーを検査する第２の段階を有する。

好ましくは、第１の段階は、暗号化されなかった目的地アドレス、ソースアドレス、データタイプ/長さ、及びデータで構成されたイーサネット（登録商標）フレームが入力されれば、イーサネット（登録商標）フレームについて、エラーを検査し、結果値(ＦＣＳ１)を前記イーサネット（登録商標）フレームに付加する段階と、ＦＣＳ１が付加したイーサネット（登録商標）フレームからデータを分離する段階と、イーサネット（登録商標）フレームから分離したデータを、あらかじめ設定された暗号化アルゴリズム及び暗号化キーを使用して暗号化する段階と、暗号化されたデータと、フレーム分離部でデータと分離した目的地アドレス、ソースアドレス、データタイプ/長さを結合する段階と、結合されたイーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査して、結果値(ＦＣＳ２)を結合されたイーサネット（登録商標）フレームの最後の部分に付加して目的地に送信する段階と、を含む。

好ましくは、前記第２の段階は、ＯＬＴから送信されたＦＣＳ１及びＦＣＳ２が含まれたイーサネット（登録商標）フレームについて送信エラーを、ＦＣＳ２を使用して検査する段階と、送信エラーが検査されたイーサネット（登録商標）フレームから、暗号化されたデータを分離する段階と、分離した暗号化されたデータを、あらかじめ設定された暗号化アルゴリズム及び復号化キーを使用して復号化する段階と、復号化されたデータと、データが分離したイーサネット（登録商標）フレームを結合する段階と、復号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームについて暗号化及び復号化エラーを、ＦＣＳ１を使用して検査する段階とを含む。

本発明によれば、送信側では、データを暗号化する前と暗号化した後とに、それぞれデータのエラーを検査して、受信側に送信し、受信側では、データの暗号化した後に検査した結果値であるエラー検出コード(ＦＣＳ２)を使用して、データの送信エラーを検査し、データの暗号化前に検査した結果値であるエラー検出コード(ＦＣＳ１)を使用して、データの暗号化時及び復号化時に発生したエラーを検査することで、データのエラー検出性能を向上させて、データをより安定的に送受信することを可能としている。

以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を使用するものとする。

本発明の実施形態によるＧＥ-ＰＯＮ構造で、一つのＯＬＴと複数のＯＮＴとの間にデータを安定的に送受信するための、データのエラー検出方法について詳しく説明する。本発明の実施形態では、ＧＥ-ＰＯＮにおけるデータ暗号化は、ＧＥ-ＰＯＮイーサネット（登録商標）フレーム全体を暗号化する。

図６は、本発明の実施形態による、安全なデータ送信のためのより正確なデータエラー検出が可能なＧＥ-ＰＯＮの実施例を示すブロック図である。図に示すように、本実施形態のデータ暗号化のためのプロセスは、ＯＳＩ(Open Systems Interconnection communications)７階層の２階層に該当するデータリンク階層(Data Link Layer)またはＧＥ-ＰＯＮＭＡＣ(Gigabit Ethernet Passive Optical Network Media Access Control)階層でなされる。

図６に示すように、ＧＥ-ＰＯＮは、送信媒体２００を通じて相互にチャンネルを設定してデータを送受信するＯＬＴ１００と少なくとも一つのＯＮＴ３００で構成される。

具体的に、ＯＬＴ１００は、第１のエラー検出部１１０と、フレーム分離部１２０と、暗号化部１３０と、フレーム結合部１５０と、第２のエラー検出部１７０とを有する。

第１のエラー検出部１１０は、暗号化されなかった目的地アドレスフィールドと、ソースアドレスフィールドと、データタイプ/長さフィールドと、元データからなるデータフィールドとで構成されたイーサネット（登録商標）に対するエラー検査を実行する。そして、第１のエラー検出部１１０は、第１のエラー検出結果であるＦＣＳ１をイーサネット（登録商標）フレームの最後の部分に付加して、フレーム分離部１２０に出力する。

フレーム分離部１２０は、ＦＣＳ１が付随するイーサネット（登録商標）フレームからデータフィールドを分離する。そして、フレーム分離部１２０は、分離したデータフィールドを暗号化部１３０に出力する。同時に、フレーム分離部１２０は、データフィールドを除くイーサネット（登録商標）フレーム(目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド、データタイプ/長さフィールド及びＦＣＳ１)を、フレーム結合部１５０に出力する。

暗号化部１３０は、フレーム分離部１２０から出力されたデータフィールドのデータを、あらかじめ設定された暗号化アルゴリズム及び暗号化キーを使用して暗号化を実行する。そして、暗号化部１３０は、暗号化を完了すると、暗号化されたデータからなるデータフィールドをフレーム結合部１５０に出力する。

フレーム結合部１５０は、フレーム分離部１２０から出力された暗号化されていない目的地住所フィールド、ソース住所フィールド、データタイプ/長さフィールド及びＦＣＳ１、並びに、暗号化部１３０から出力されたデータフィールドを、一つのイーサネット（登録商標）フレームフォーマットで結合する。そして、フレーム結合部１５０は、結合したイーサネット（登録商標）フレームを、第２のエラー検出部１７０に出力する。

第２のエラー検出部１７０は、フレーム結合部１５０から出力されたイーサネット（登録商標）フレームについて、エラー検査を実行する。そして、第２のエラー検出部１７０は、検出した結果を、第２のエラー検査結果であるＦＣＳ２とし、フレーム結合部１５０から出力されたイーサネット（登録商標）フレームの最後の部分に付加する。このような過程を通じて、ＦＣＳ１及びＦＣＳ２が付加するイーサネット（登録商標）フレームは、送信媒体２００を通じて、ＯＮＴ３００に送信される。

一方、ＯＬＴ１００から送信されたイーサネット（登録商標）フレームを受信したＯＮＴ３００は、受信したイーサネット（登録商標）フレームについて、エラー検出及びデータの復号化を遂行する。

図６に示すＯＮＴ３００は、送信エラー検出部３１０と、フレーム分離部３２０と、復号化部３３０と、フレーム結合部３５０と、暗号/復号エラー検出部３７０とを有する。

送信エラー検出部３１０は、受信したイーサネット（登録商標）フレームのＦＣＳ２フィールドを参照して、イーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査する。送信エラー検出部３１０が、ＦＣＳ２を参照してエラーを検査することで、暗号化されたデータが含まれたイーサネット（登録商標）フレームが送信チャンネル２００を通じて送信される際に発生するエラーを検出することができる。そして、送信エラー検出部３１０は、エラーの検出動作を完了すると、イーサネット（登録商標）フレームの暗号化されたデータからなるデータフィールドと、目的地アドレスフィールドと、ソース住所フィールドと、データタイプ/長さフィールドと、ＦＣＳ１とをフレーム分離部３２０に出力する。

フレーム分離部３２０は、送信エラー検出部３１０からの出力から、暗号化されたデータからなるデータフィールドを分離する。そして、フレーム分離部３２０は、分離したデータフィールドを復号化部３３０に出力し、目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド、データタイプ/長さフィールド及びＦＣＳ１については、フレーム結合部３５０に出力する。

復号化部３３０は、フレーム分離部３２０から出力されたデータフィールドを、あらかじめ設定された復号化アルゴリズム及び復号化キーを使用して復号化する。これによって、復号化部３３０は、復号化された、すなわち、暗号化以前の元データからなるデータフィールドをフレーム結合部３５０に出力する。

フレーム結合部３５０は、フレーム分離部３２０から出力された目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド、データタイプ/長さフィールド及びＦＣＳ１、並びに、復号化部３３０から出力されたデータフィールドを、一つのイーサネット（登録商標）フレームフォーマットに結合する。そして、フレーム結合部３５０は、結合したイーサネット（登録商標）フレームを、暗号/復号エラー検出部３７０に出力する。

暗号/復号エラー検出部３７０は、フレーム結合部３５０から出力されたイーサネット（登録商標）フレームのＦＣＳ１を参照してイーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査する。これにより、イーサネット（登録商標）フレームに含まれたデータの暗号化時及び復号化時に発生したエラーを検出することができる。

したがって、送信側では、データを暗号化する前及び暗号化した後に、それぞれデータのエラーを検査して受信側に送信し、受信側では、データを暗号化した後に検査した結果値であるエラー検出コード(ＦＣＳ２)を使用して、データの送信エラーを検査して、データの暗号化の前に検査した結果値であるエラー検出コード(ＦＣＳ１)を使用して、データの暗号化時及び復号化時に発生したエラーを検査することで、データのエラー検出性能を向上させて、データをより安全に送受信することができる。

図７は、本発明の実施形態によるＧＥ−ＰＯＮを利用したデータのエラー検出方法を示す処理の流れ図である。まず、第１のエラー検出部１１０は、目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド、データタイプ/長さフィールド及びデータフィールドで構成されたイーサネット（登録商標）フレームが入力されると、イーサネット（登録商標）フレーム全体についてエラー検査を実行する。このとき、第１のエラー検出部１１０は、第１のエラー検出結果であるＦＣＳ１をイーサネット（登録商標）フレームの最後の部分に付加する。フレーム分離部１２０は、ＦＣＳ１が付加したイーサネット（登録商標）フレームからデータフィールドを分離する。暗号化部１３０は、イーサネット（登録商標）フレームから分離したデータフィールドのデータを、あらかじめ設定された暗号化アルゴリズム及び暗号化キーを使用して、暗号化を実行する(ステップ１１０)。このとき、暗号化部１３０は、暗号化を完了すると、暗号化されたデータからなるデータフィールドを、フレーム結合部１５０に出力する。

フレーム結合部１５０は、フレーム分離部１２０でイーサネット（登録商標）データからデータフィールドが分離した暗号化されていない目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド、データタイプ/長さフィールド及びＦＣＳ１、並びに、暗号化部１３０で暗号化されたデータからなるデータフィールドを一つのイーサネット（登録商標）フレームフォーマットで結合する。第２のエラー検出部１７０は、結合したイーサネット（登録商標）フレームについてエラー検査を実行する(ステップ１２０)。

そして、第２のエラー検出部１７０は、検出したエラー検査結果であるＦＣＳ２を、フレーム結合部１５０から出力されたイーサネット（登録商標）フレームの最後の部分に付加する。このような過程を通じて、暗号化されたデータとＦＣＳ１及びＦＣＳ２が加えられたイーサネット（登録商標）フレームは、送信媒体２００を通じて、ＯＮＴ３００に送信される(ステップ１３０)。

送信エラー検出部３１０は、ＯＬＴ１００から送信されたイーサネット（登録商標）フレームのＦＣＳ２フィールドを参照して、イーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査する。フレーム分離部３２０は、送信エラー検出部３１０からエラー検出されたイーサネット（登録商標）フレームから、暗号化されたデータからなるデータフィールドを分離する。復号化部３３０は、フレーム分離部３２０でイーサネット（登録商標）フレームから分離したデータフィールドに含まれる暗号化されたデータを、あらかじめ設定された暗号化アルゴリズム及び復号化キーを使用して復号化する(ステップ１５０)。そして、復号化部３３０は、復号化された、すなわち、暗号化以前の元データからなるデータフィールドを、フレーム結合部３５０に出力する。

フレーム結合部３５０は、フレーム分離部３２０から出力された目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド、データタイプ/長さフィールド及びＦＣＳ１、並びに、復号化部３３０から出力されたデータフィールドを一つのイーサネット（登録商標）フレームフォーマットに結合する。暗号/復号エラー検出部３７０は、フレーム結合部３５０から、出力されたイーサネット（登録商標）フレームのＦＣＳ１を参照して、イーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査する(ステップ１７０)。

そして、ＦＣＳ１を参照してイーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査することで、イーサネット（登録商標）フレームに含まれたデータの、暗号化時及び復号化時に発生したエラーを検出することができる。

以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づき説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限るものでなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。

ＧＥ-ＰＯＮにおけるデータの下り送信構造を示した図。ＧＥ-ＰＯＮにおけるデータの上り送信構造を示した図。ＩＥＥＥ８０２．３ah標準で提示されたＧＥ-ＰＯＮフレームのフォーマットを示した図。既存のＧＥ-ＰＯＮ通信で暗号化方法及びエラー検出方法の例を示した処理流れ図。既存のＧＥ-ＰＯＮ通信で暗号化方法及びエラー検出方法の例を示した処理流れ図。本発明の実施形態による安定的なデータ送信のための正確なデータエラー検出が可能なＧＥ-ＰＯＮのを示したブロック図。本発明の実施形態によるＧＥ-ＰＯＮを利用したデータのエラー検出方法の実施例を示した図。

符号の説明

１００：ＯＬＴ
１１０：第１のエラー検出部
１２０：フレーム分離部
１３０：暗号化部
１５０：フレーム結合部
１７０：第２のエラー検出部
２００：送信媒体
３００：ＯＮＴ
３１０：送信エラー検出部
３２０：フレーム分離部
３３０：復号化部
３５０：フレーム結合部
３７０：暗号／復号エラー検出部

Claims

イーサネット（登録商標）フレームのエラーを検査し、検査結果である第１のエラー検出コードを前記イーサネット（登録商標）フレームに付加し、前記イーサネット（登録商標）フレームのデータフィールドのデータを暗号化し、該暗号化されたデータを含むイーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査し、検査結果である第２のエラー検出コードを、前記暗号化されたデータを含むイーサネット（登録商標）フレームに付加し、目的地に送信するＯＬＴ(Optical Line Terminal)と、
前記ＯＬＴから送信された前記第１のエラー検出コード及び前記第２のエラー検出コードを含むイーサネット（登録商標）フレームについて、送信エラーを前記第２のエラー検出コードを使用して検査し、前記データフィールドの暗号化された前記データを復号し、前記復号化されたデータを含むイーサネット（登録商標）フレームについて、暗号化エラー及び復号化エラーを、前記第１のエラー検出コードを使用して検査する、少なくとも一つのＯＮＴ(Optical Network Terminal)と、
を有することを特徴とするギガビットイーサネット（登録商標）受動光加入者網。
前記ＯＬＴは、
目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド、データタイプ/長さフィールド及びデータフィールドで構成されたイーサネット（登録商標）フレームについて、エラーを検査し、前記第１のエラー検出コードを前記イーサネット（登録商標）フレームに付加する第１のエラー検出部と、
前記第１のエラー検出コードを含むイーサネット（登録商標）フレームから、前記データフィールドを分離するフレーム分離部と、
前記イーサネット（登録商標）フレームから分離した前記データフィールドのデータを、所定の暗号化アルゴリズム及び暗号化キーを使用して暗号化する暗号化部と、
前記暗号化されたデータからなるデータフィールドと、前記フレーム分離部で前記データフィールドと分離した前記目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド、データタイプ/長さフィールド及び前記第１のエラー検出コードとを結合するフレーム結合部と、
フレーム結合部で結合したイーサネット（登録商標）フレームについて、エラーを検査して前記第２のエラー検出コードを前記フレーム結合部で結合されたイーサネット（登録商標）フレームの最後の部分に付加して目的地に送信する第２のエラー検出部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のギガビットイーサネット（登録商標）受動光加入者網。
前記第１のエラー検出部は、前記第１のエラー検出コードを前記イーサネット（登録商標）フレームの端(tail)またはヘッド(head)に付加することを特徴とする請求項２に記載のギガビットイーサネット（登録商標）受動光加入者網。
前記第２のエラー検出部は、
前記第２のエラー検出コードを前記イーサネット（登録商標）フレームの端(tail)またはヘッド(head)に付加することを特徴とする請求項２に記載のギガビットイーサネット（登録商標）受動光加入者網。
前記第１及び第２のエラー検出コードは、前記イーサネット（登録商標）フレームの端(tail)に付加されることを特徴とする請求項２に記載のギガビットイーサネット（登録商標）受動光加入者網。
前記ＯＮＴは、
前記ＯＬＴから送信された前記第１のエラー検出コード及び前記第２のエラー検出コードを含むイーサネット（登録商標）フレームについて、送信エラーを前記第２のエラー検出コードを使用して検査する送信エラー検出部と、
前記送信エラーが検査されたイーサネット（登録商標）フレームから、前記暗号化されたデータからなるデータフィールドを分離するフレーム分離部と、
前記分離したデータフィールドの暗号化されたデータを、所定の暗号化アルゴリズム及び復号化キーを使用して復号化する復号化部と、
前記復号化されたデータからなるデータフィールドと、前記フレーム分離部で前記データフィールドが分離したイーサネット（登録商標）フレームとを結合するフレーム結合部と、
前記結合したイーサネット（登録商標）フレームについて、暗号化エラー及び復号化エラーを、前記第１のエラー検出コードを使用して検査する暗号/復号エラー検出部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のギガビットイーサネット（登録商標）受動光加入者網。
Ｅ-ＰＯＮ構造で一つのＯＬＴと複数のＯＮＴとの間でデータを安定的に送受信するためのデータエラー検出方法であって、
イーサネット（登録商標）フレームのエラーを検査して、結果値である第１のエラー検出コードを、前記イーサネット（登録商標）フレームに付加し、前記イーサネット（登録商標）フレームのデータフィールドのデータを暗号化し、該暗号化されたデータからなるデータフィールドを含むイーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査し、結果値である第２のエラー検出コードを、前記暗号化されたデータからなるデータフィールドを含むイーサネット（登録商標）フレームに付加して目的地に送信する、第１の段階と、
前記ＯＮＴが、前記ＯＬＴから送信された前記第１のエラー検出コード及び前記第２のエラー検出コードを含むイーサネット（登録商標）フレームについて、送信エラーを前記第２のエラー検出コードを使用して検査し、暗号化されたデータを復号し、前記復号化されたデータからなるデータフィールドを含むイーサネット（登録商標）フレームについて、暗号化エラー及び復号化エラーを、前記第１のエラー検出コードを使用して検査する、第２の段階と、
を有することを特徴とするデータエラー検出方法。
前記第１の段階は、
暗号化されていない目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド、データタイプ/長さフィールド及びデータフィールドで構成されたイーサネット（登録商標）フレームが入力されれば、前記イーサネット（登録商標）フレームについてエラー検査し、該エラー検査の結果値である第１のエラー検出コードを、前記イーサネット（登録商標）フレームに付加する段階と、
前記第１のエラー検出コードが付加したイーサネット（登録商標）フレームから前記データフィールドを分離する段階と、
前記イーサネット（登録商標）フレームから分離したデータフィールドのデータを、所定の暗号化アルゴリズム及び暗号化キーを利用して暗号化する段階と、
前記暗号化されたデータからなるデータフィールドと、前記フレーム分離部で前記データフィールドと分離した前記目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド及びデータタイプ/長さフィールドとを結合する段階と、
前記結合されたイーサネット（登録商標）フレームについてエラー検査し、該エラー検査の結果値である第２のエラー検出コードを、前記結合されたイーサネット（登録商標）フレームの最後の部分に付加して目的地に送信する段階と、
を有することを特徴とする請求項７に記載のデータエラー検出方法。
前記第２の段階は、
前記ＯＬＴから送信された前記第１のエラー検出コード及び前記第２のエラー検出コードを含むイーサネット（登録商標）フレームについて、送信エラーを前記第２のエラー検出コードを使用して検査する段階と、
前記送信エラーが検査されたイーサネット（登録商標）フレームから暗号化されたデータからなるデータフィールドを分離する段階と、
前記分離したデータフィールドの暗号化されたデータを、あらかじめ設定された暗号化アルゴリズム及び復号化キーを使用して復号化する段階と、
前記復号化されたデータからなるデータフィールドと、前記データフィールドが分離したイーサネット（登録商標）フレームとを結合する段階と、
前記復号化されたデータを含むイーサネット（登録商標）フレームについて、暗号化エラー及び復号化エラーを前記第１のエラー検出コードを使用して検査する段階と、
を有することを特徴とする請求項７に記載のデータエラー検出方法。
前記第１のエラー検出コードは、前記結合されたイーサネット（登録商標）フレームの端(tail)またはヘッド(head)に付加されることを特徴とする請求項７に記載のデータエラー検出方法。
前記第２のエラー検出コードは、前記結合されたイーサネット（登録商標）フレームの端(tail)またはヘッド(head)に付加されることを特徴とする請求項７に記載のデータエラー検出方法。
前記第１及び第２のエラー検出コードは、前記イーサネット（登録商標）フレームの端(tail)に付加されることを特徴とする請求項７に記載のデータエラー検出方法。
イーサネット（登録商標）フレームについてエラーを検査して、結果値である第１のエラー検出コードを前記イーサネット（登録商標）フレームに付加して、イーサネット（登録商標）フレームの第１のエラー検査を実行する第１のエラー検出部と、
前記第１のエラー検出コードが付加したイーサネット（登録商標）フレームからデータフィールドを分離するフレーム分離部と、
前記イーサネット（登録商標）フレームから分離したデータフィールドのデータを暗号化する暗号化部と、
前記暗号化されたデータからなるデータフィールドと、前記フレーム分離部で前記データと分離した前記目的地アドレスフィールド、ソースアドレスフィールド、データタイプ/長さフィールド及び前記第１のエラー検出コードとを結合するフレーム結合部と、
前記フレーム結合部で結合されたイーサネット（登録商標）フレームについてエラー検査して、前記第２のエラー検出コードを前記フレーム結合部で結合されたイーサネット（登録商標）フレームの最後の部分に追加して、目的地に送信する第２のエラー検出部と、
を有することを特徴とするデバイス。
前記暗号化されたデータからなるデータフィールドと、第１のエラー検出コード及び第２のエラー検出コードを含む前記イーサネット（登録商標）フレームを少なくとも一つの目的地に送信する送信部をさらに有することを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
前記第１のエラー検出部は、前記第１エラー検出コードを、前記結合されたイーサネット（登録商標）フレームの端(tail)またはヘッド(head)に付加することを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
前記第２エラー検出部は、前記第２のエラー検出コードを、前記結合されたイーサネット（登録商標）フレームの端(tail)またはヘッド(head)に付加することを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
前記第１及び第２のエラー検出コードは、前記イーサネット（登録商標）フレームの端(tail)に付加されることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
外部装置より受信された、第１及び第２のエラー検出コードを含むイーサネット（登録商標）フレームについて、前記第２のエラー検出コードを使用して前記イーサネット（登録商標）フレームについて、送信エラーをチェックする第１のエラー検出部と、
前記イーサネット（登録商標）フレームのデータフィールドの暗号化されたデータを復号化する復号化部と、
前記第１のエラー検出コードを使用して暗号化エラーをチェックする第２のエラー検出部と、を有することを特徴とするデバイス。
前記イーサネット（登録商標）フレームを受信する受信部をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
前記イーサネット（登録商標）フレームから前記暗号化されたデータからなるデータフィールドを分離する分離部と、
前記イーサネット（登録商標）フレームを、前記第２のエラー検出コードを除いた復号化されたデータからなるデータフィールドと結合する結合部と、をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
前記第１のエラー検出コードは、前記イーサネット（登録商標）フレームの端(tail)またはヘッド(head)に付加されることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
前記第２のエラー検出コードは、前記イーサネット（登録商標）フレームの端(tail)またはヘッド(head)に付加されることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
前記第１及び第２のエラー検出コードは、前記イーサネット（登録商標）フレームの端(tail)に付加されることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。