JP3788779B2 - ギガビットイーサネット受動光ネットワークシステム及びその媒体接続制御方法 - Google Patents

ギガビットイーサネット受動光ネットワークシステム及びその媒体接続制御方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受動光ネットワーク(Passive Optical Network：ＰＯＮ)システムに係り、特に、ギガビットイーサネット（登録商標）フレーム受動光ネットワーク(Gigabit Ethernet Passive Optical Network：ＧＥ−ＰＯＮ)システム及びその媒体アクセス制御(Media Access Control)方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ＰＯＮシステムはＦＴＴＨ(Fiber To The Home)又はＦＴＴＣ(Fiber To The Curb)のような加入者アクセスノードと網端末機(Network Termination：ＮＴ)との間に受動分配器又は波長分割多重化(Wave Division Multiplexing：ＷＤＭ)素子を使用する構造を有する。このような構造では、すべてのノードはバスやツリー構造で分散され、これによって全体的なトポロジイ(topology)を形成する。一般的なＰＯＮシステムはＡＴＭ(Asynchronous Transfer Mode)−ＰＯＮの形態としてすでにこの技術分野で広く知られており、そのＡＴＭ−ＰＯＮのＭＡＣ技術はＩＴＵ−Ｔ(International Telecommunication Union-T)Ｇ.983.1に詳細に記述されている。
【０００３】
従来のＡＴＭ−ＰＯＮシステムに使用されるＭＡＣプロトコルは、米国特許第５,９７８,３７４号(1999年11月2日付け登録の題名：“PROTOCOL FOR DATA COMMUNICATION OVER A POINT-TO-MULTIPOINT PASSIVE OPTICAL NETWORK”)及び韓国特許公報第１９９９−７０９０１号(1999年9月15日付け公開の題名：“非同期伝送方式の受動光通信網媒体接続制御プロトコールの具現方法”)に開示されている。以下、ＡＴＭ−ＰＯＮシステムにおけるＭＡＣについて簡略に説明すると、次の通りである。
【０００４】
図１ａ及び１ｂはＩＴＵ−Ｔ Ｇ.９８３で採択されたＡＴＭ−ＰＯＮシステムのブロック構成を示した図である。図１ａまたは１ｂに示したＡＴＭ−ＰＯＮシステムはツリー構造のルート(route)に位置し、アクセス網の各加入者に情報を提供するための重要な役割を担う一つのＯＬＴ(Optical Line Termination)１０を含む。ＯＬＴ１０はツリートポロジイ構造を有し、ＯＤＮ(Optical Distribution Network)１２に接続される。ＯＤＮ１２は、図１ａに示したように、ＯＬＴ１０から伝送されるダウンストリーム(downstream)データフレームを分配し、図１ｂに示したように、アップストリーム(upstream)データフレームは多重化してＯＬＴ１０に伝送する。さらに、ＯＤＮ１２は、少なくとも二つのＯＮＵ(Optical Network Units)１４ｉ(ここで、ｉはａ，ｂ，ｃであり、ａ，ｂ，ｃは自然数である)に接続される。ＯＮＵ１４ｉはＯＤＮ１２から出力されるダウンストリームデータフレームを受信した後、図１ａに示したように、多数のユーザ１６ｉ(ここで、ｉはａ，ｂ，ｃであり、ａ，ｂ，ｃは自然数である)に伝送する構造である。図１ｂに示したように、ＯＮＵ１４ｉはユーザ１６ｉから出力されるデータをアップストリームデータフレームとして使用し、ＯＤＮ１２にそのアップストリームデータフレームを伝送する。図１ａ及び１ｂにおいて、参照符号１６ｉ(１６ａ〜１６ｅ)はユーザーを示すが、ＮＴ又はＰＯＮで使用可能な各種の加入者網終端装置として示すこともできる。
【０００５】
図１ａ及び１ｂに示した従来のＡＴＭ−ＰＯＮシステムは、５３バイトのサイズを有するＡＴＭセルを一定のサイズに分けたデータフレームの形態でダウンストリーム及びアップストリーム伝送を行う。図１ａ及び１ｂに示したツリー形状のＰＯＮ構造において、ＯＬＴ１０はダウンストリームフレーム内に多数のＯＮＵ１４ｉの各々に分配されるダウンストリームセルを適宜に挿入する。アップストリーム伝送の場合、ＯＬＴ１０は時分割多重(ＴＤＭ:Time Division Multiplexing)方式で多数のＯＮＵ１４ｉから伝送されたデータにアクセスする。この際、ＯＬＴ１０と多数のＯＮＵ１４ｉとの間に接続されたＯＤＮ１２は受動素子(passive componet)である。ＯＬＴ１０はレンジング(ranging)アルゴリズムを用いた仮想距離補正(virtual distance correction)によってＯＤＮ１２におけるデータの衝突を防止する。さらに、ＯＬＴ１０がダウンストリームデータを多数のＯＮＵ１４ｉに伝送するとき、ＯＬＴ１０とＯＮＵ１４ｉは相互間の秘密を保障するため暗号鍵と維持管理保守のためのＯＡＭ(Operation，Administration and Maintenance)メッセージをやり取りする。このために、アップストリーム／ダウンストリームフレームには、所定の間隔でメッセージを送受信する専用ＡＴＭセル又は一般ＡＴＭセル内の該当データフィールドが備えられている。
【０００６】
上述したように、ＡＴＭ-ＰＯＮシステムが一定サイズのＡＴＭセルを基本にしてダウンストリーム／アップストリームフレームを構成し、点対多点(point to multi-point)連結のツリー構造によるアップストリーム伝送に関してはＴＤＭＡ方式を用いたＭＡＣプロトコルを実行するので、複数のＯＮＵの帯域割り当てアルゴリズムが複雑になる。
【０００７】
一方、インターネット技術の発達によって加入者はより広い帯域幅を要求する。したがって、ＡＴＭ技術の代わりに、ギガビットイーサネットを用いて終端対終端(end to end)伝送を行うためのＰＯＮシステムが開発されている。ＡＴＭ技術は高コストかつ制限帯域幅を有してインターネットプロトコルパケット分割を要するが、ギガビットイーサネットは相対的に低いコスト及び広帯域幅を確保することができる。
【０００８】
加入者網のＰＯＮ構造で、ＡＴＭの代わりにイーサネットフレームを用いるＧＥ−ＰＯＮシステムの代表的な例としてはAlloptics社の製品がある。Alloptics社のＧＥ−ＰＯＮシステムは各ＯＮＵに２msの固定サイズを有するタイムスロットを割り当てる。このようなAlloptics社のＧＥ-ＰＯＮシステムの場合、ＯＮＵに割り当てられるタイムスロットを一定のサイズに固定することにより、帯域割り当てアルゴリズムを簡易に具現することができるが、アップストリーム又はダウンストリームデータのない場合は帯域の浪費をもたらすという問題点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、ギガビットイーサネットフレームを用いてＰＯＮのＭＡＣプロトコルを実行できるＧＥ-ＰＯＮシステム及びその制御方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、ギガビットイーサネットフレームをＰＯＮ構造でより効率的に使用し、ＱｏＳ(Quality of Service)保証、ＯＡＭ及び暗号化のためのフィールドを備えるＭＡＣプロトコル方法を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらなる他の目的は、ギガビットイーサネットフレーム自体の可変性及び機能上の特性をそのまま維持してすでに実用化されているギガビットイーサネット用のＭＡＣ制御器及び物理階層の制御器を必要最小限の修正又は簡単な付加装置の取り付けにより継続してそのまま使用可能にするＰＯＮシステムのＭＡＣプロトコルを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、光スプリッタから構成されるＯＤＮ(Optical Distribution Network)を備えるＰＯＮ(Passive Optical Network)システムのＧＥ(Gigabit Ethernet（登録商標）)−ＰＯＮシステムにおいて、ギガビットイーサネットフレームのＭＡＣ特性を用いてＯＬＴはＯＤＮを通じ、少なくとも二以上のＯＮＵ(Optical Network Units)に対するタイムスロットの位置及びサイズ情報を有する制御フレームとギガビットイーサネットフレームとを含むダウンストリームウィンドウをＯＤＮへ伝送し、多数のＯＮＵからＴＤＭＡ(Time DivisionMultiplexing Access)方式で伝送されてＯＤＮを通じて受信したアップストリームウィンドウ内のＲＡＵ(Request Access Units)の内容を分析しＯＮＵの各々に対応するタイムスロットの位置及びサイズを許可するＯＬＴ(Optical Line Termination)であって、多数のＯＮＵの各々から受信されるギガビットイーサネットフレームの個数及びそのサイズをカウントするミラーカウンタと、各ＯＮＵからアップストリーム伝送されるＲＡＵフレームを通じて、各ＯＮＵが伝送要求しているイーサネットフレームのキュー長さ及び許可要求状況値をカウントするリクエストカウンタと、を備えるＯＬＴと、ＯＤＮに接続され、ダウンストリームウィンドウの制御フレームに含まれるそれぞれの情報に応答して割り当てられたタイムスロットの位置及びサイズを有し、その割り当てられたタイムスロットに／からそれぞれのキュー情報を有するＲＡＵフレーム及びイーサネットフレームを送受信する少なくとも二以上のＯＮＵと、を備え、前記ＯＬＴは、前記各ＯＮＵに対応するミラーカウンタの値及びリクエストカウンタの値に基づいて、それぞれの該当ＯＮＵに対するタイムスロットの位置及びサイズの割り当てを行うことを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、イーサネットフレームがギガビットイーサネットフレームを有し、ダウンストリームウィンドウ及びアップストリームウィンドウはそれぞれ２msのサイズを有するとよい。
【００１４】
ダウンストリームウィンドウは少なくとも二以上のギガビットイーサネットフレームを有するようにしてもよい。このダウンストリームウィンドウの制御フレームには、ＯＤＮに接続された多数のＯＮＵに対するＩＤと、タイムスロット位置及びサイズと、を決める許可情報が含まれるとよい。また、ダウンストリームウィンドウには、ＯＤＮに接続された多数のＯＡＭ(Operation, Administration and Maintenance)に対するＯＡＭ関連情報及びレンジング制御情報を含むＯＡＭフレームが一定の間隔で挿入されることが好ましい。このようにＯＡＭフレームを数個に分割挿入し、全体ＯＮＵを所定数のグループにわけて多数のＯＮＵが一つのＯＡＭフレームを共有するようにすると、動作遅延を最小化することができるようになる。
【００１５】
ダウンストリームウィンドウ内の制御フレームは、５バイトで構成される各ＯＮＵに対するタイムスロットのサイズ及びアップストリームウィンドウ内のタイムスロットの位置情報が挿入されて、３２個のＯＮＵに対するアップストリーム伝送を許可する構造を備えると好ましい。
【００１６】
アップストリームウィンドウ内のＲＡＵフレームは最小限のギガビットイーサネットフレームからなり、各ＯＮＵはダウンストリームウィンドウ内の許可制御フレームによりアップストリームウィンドウ内にＲＡＵを挿入することができる。また、ダウンストリームウィンドウ内にはＯＡＭ関連情報及びレンジング情報を含む少なくとも４個以上のＯＡＭフレームが所定の間隔で挿入され、全てのＯＮＵが所定数のグループに分けられ、多数のＯＮＵが一つのＯＡＭフレームを共有できるようにするとよい。
【００１８】
また、本発明はＧＥ−ＰＯＮシステムの媒体アクセス制御方法を提供する。すなわち、本発明では、集中局としてのＯＬＴ、少なくとも一以上のＯＮＵ及び前記ＯＬＴとＯＮＵとの間に接続されるＯＤＮを備えるＧＥ-ＰＯＮシステムの媒体アクセス制御方法において、ａ）アップストリームウィンドウ内に伝送される多数のＯＮＵに対するイーサネットフレームのタイムスロット位置及びサイズ情報が挿入される許可制御フレームと、前記多数のＯＮＵに伝送される多数のギガビットイーサネットフレームと、を含むダウンストリームウィンドウを前記ＯＬＴがブロードキャストする過程と、ｂ）前記ブロードキャストされるダウンストリームウィンドウの許可制御フレームの情報を分析してアップストリームウィンドウ内のタイムスロット位置及びサイズを前記ＯＮＵに割り当て、それぞれの伝送キュー状態を含むＲＡＵフレームを前記割り当てられたタイムスロットのサイズに応じてアップストリームウィンドウ内のタイムスロットの位置にＴＤＭＡ伝送する過程と、を含み、多数のＯＮＵの各々から受信されるギガビットイーサネットフレームの個数及びそのサイズを前記ＯＬＴのミラーカウンタでカウントすると共に、各ＯＮＵからアップストリーム伝送されるＲＡＵフレームを通じて、各ＯＮＵが伝送要求しているイーサネットフレームのキュー長さ及び許可要求状況値を前記ＯＬＴのリクエストカウンタでカウントし、前記各ＯＮＵに対応するミラーカウンタの値及びリクエストカウンタの値に基づいて、それぞれの該当ＯＮＵに対するタイムスロットの位置及びサイズの割り当てを行うことを特徴とする。
【００１９】
ダウンストリームウィンドウ内の許可制御フレームには、５バイトで構成される各ＯＮＵのアップストリーム伝送に対するタイムスロットのサイズ及びアップストリームウィンドウ内のタイムスロットの位置情報が挿入されるとよい。また、ダウンストリームウィンドウ内にはＯＬＴとＯＮＵの相互間の暗号化及び維持管理保守のためのＯＡＭ情報とレンジングに対する情報がローディングされる少なくとも４個以上のＯＡＭフレームが所定の間隔で挿入され、全てのＯＮＵが所定数のグループに分けられ、多数のＯＮＵが一つのＯＡＭフレームを共有できると好ましい。
【００２０】
各ＯＮＵからアップストリーム伝送されるＲＡＵフレームは、最小限のギガビットイーサネットフレームからなり、アップストリームウィンドウ内に必須的に挿入されて伝送されるとよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。下記の説明においては、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能または構成に関する具体的な説明は省略する。
【００２２】
図２ａ及び２ｂは本発明の望ましい実施例によるＧＥ−ＰＯＮシステムのブロック構成を示した図である。図２ａ及び２ｂを参照すれば、ＯＬＴ１００、受動素子である光スプリッタからなるＯＤＮ１０２及び多数のＯＮＵ１０４ｉ(ここで、ｉはａ，ｂ，ｃであり、ａ，ｂ，ｃは自然数である)の相互連結構造は、図１ａ及び１ｂに示した該当構造とほとんど同一である。図２ａ又は２ｂに示したＧＥ-ＰＯＮシステムは、集中局としての一つのＯＬＴ１００、多数のユーザー１０６ｉ(ここで、ｉはａ，ｂ，ｃであり、ａ，ｂ，ｃは自然数である)及び多数のＯＮＵ１０４ｉから構成される。ここで、ＯＮＵの個数は適宜な帯域割り当て及び予測光強度を考慮して決められる。ＯＮＵ１０４ｉは、必要によっては、ビルディング及びアパート団地の分配ボックスや個人住宅団地の入口などに設けられてＡＤＳＬのような各種のサービスを提供することもできる。さらに、ＯＬＴ１００はバックボーン網(backbone network:図示せず)からデータを受信してＯＤＮ１０２を通じ各ＯＮＵ１０４ｉにデータを分配するか、ＴＤＭ方式でＯＮＵ１０４ｉからのデータをアクセスする。このためＯＬＴ１００は少なくともレイヤ２のＭＡＣアドレスに対するスイッチ機能を行い、ＯＮＵ１０４ｉはレイヤ２、レイヤ３のＩＰ(インターネットプロトコル)スイッチ／ルータ(router)機能を行うように設計されるべきである。
【００２３】
図２ａまたは図２ｂに示したＧＥ-ＰＯＮシステムの各種の機能及び動作は次の通りである。その一つの機能は、ＰＯＮ構造でアップストリーム／ダウンストリームデータのＱｏＳを保証するように各ＯＮＵ１０４ｉに対する帯域割り当てを所定のレベルに維持することである。他の機能は、暗号化、ＯＡＭ機能及びレンジング機能のような各種の付加機能を行うためのＭＡＣ構造を提供することである。ここで、暗号化はブロードキャストダウンストリームデータに対して隣接するＯＮＵ１０４ｊ(ここで、ｊはａ，ｂ，ｃであり、ａ，ｂ，ｃは自然数を示し、ｉ≠ｊである)が特定のＯＮＵ１０４ｉのデータを読み取れないようにする。さらに、通信上の物理的なエラーの発生時、ＯＡＭ機能はＯＬＴ１００とＯＮＵ１０４ｉとの間で物理的なエラーのやり取りを可能にする。レンジング機能は、ＯＤＮ１０２をデータが通過した後、ＯＬＴ１００から各ＯＮＵ１０４ｉまでの距離が変動するため、アップストリーム伝送の場合、ＯＤＮ１０４ｉでデータの衝突が発生しないようにＯＬＴ１００とＯＮＵ１０４ｉとの仮想距離を一定に設定して維持することである。イーサネットフレームを用いて上述したようなＭＡＣを提供するためには、イーサネットフレームを所定のウィンドウ形態にバインディングするフォーマットが必要であり、このようなフォーマットによるＭＡＣプロトコルの構造を詳細に説明すると、次の通りである。
【００２４】
図３は本発明による標準化ギガビットイーサネットフレームの構造を示した図である。図３を参照すれば、ギガビットイーサネットフレームは、フレームの開始部分に先行する特定のビットストリームとしてのフレーム同期化又は物理的な安定化のために用いられる７バイトのプリアンブル(preamble)と、特定形態のビットストリームとしてのフレーム開始部分を示す１バイトのＳＦＤ(Start Frame Delimiter)と、それぞれ６バイトのサイズを有するターゲットハードウェアアドレス(target hardware address)及びソースハードウェアアドレス(source hardware address)と、データフィールドの長さを示す２バイトのＬＤＦ／ＴＹＰ(Length of Data Field)と、０〜１５００バイトの範囲で可変するデータフィールド(LLC DATA)と、データフィールドのデータが最小フレームのサイズより小さいときに用いられるパディング(padding)フィールド(ＰＡＤ)と、４バイトのＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)フィールドと、を備えてなる。上述したギガビットイーサネットフレームは、IEEE 802.3zに詳細に説明されている。
【００２５】
図４は本発明の望ましい実施例によるギガビットイーサネット受動光ネットワークシステムのＯＬＴ１００から多数のＯＮＵ１０４ｉに伝送するダウンストリームウィンドウ(downstream window)フォーマットを示した図である。図４を参照すれば、ＯＬＴ１００から伝送されるダウンストリームウィンドウの長さは２msに固定される。これは、非常に短いダウンストリームウィンドウ長さの可変的なギガビットイーサネットフレームで２msのダウンストリームウィンドウを構成すると、ダウンストリームウィンドウ長さに比べてオーバーヘッドの占有比率が相対的に高くなるからである。一方、ダウンストリームウィンドウ長さを非常に長くするときは、各ＯＮＵ１０４ｉのアクセス間隔も長くなり、ＱｏＳ及びＯＡＭ機能を実行することができなくなる。このことから、２msのダウンストリームウィンドウはトレードオフ長さ(trade-off length)と呼ばれている。
【００２６】
図４に示したダウンストリームウィンドウには、許可制御フレーム(permit control frame)が挿入されており、各ＯＮＵ１０４ｉからのアップストリームＴＤＭＡ伝送のためにタイムスロット及びタイムスロットのサイズが割り当てられる。各ＯＮＵ１０４ｉに割り当てられるタイムスロットの合計サイズは、イーサネットフレームが可変長を有するため、オクテット(octet)単位で可変的に割り当てられる。これは、各ＯＮＵ１０４ｉで要求されるトラフィック負荷が相異なる場合、固定のタイムスロット割り当てでは帯域の浪費をもたらすことになるので、可変的なタイムスロットの割り当てによって最大限効率的に帯域を管理するためである。さらに、ダウンストリームウィンドウには、最小イーサネットフレーム(ethernet frame)６４バイト)からなる４個のＯＡＭフレーム(図４のＯＡＭ＃１?ＯＡＭ＃４を参照)が一定の時間間隔で挿入される。各ＯＡＭフレームには、ＯＮＵ１０４ｉを指定するＯＮＵ ＩＤ(ONU ID#)と、データ暗号化のための暗号鍵と、ＯＮＵ１０４ｉのプラグアンドプレイ(plug & play)機能と、各種の警告信号(alarm signals)と、レンジング機能のためのメッセージフィールド(message field)と、が備えられている。
【００２７】
図５は本発明の望ましい実施例によるギガビットイーサネット受動光ネットワークシステムにおけるアップストリームウィンドウフォーマットを示した図である。すなわち、図５はデータが多数のＯＮＵ１０４ｉからＴＤＭＡ方式によってイーサネットフレーム及びＲＡＵ(Request Access Units)に割り当てられたタイムスロットで伝送されるときのアップストリームウィンドウ構造を示したものである。図５を参照すれば、アップストリームウィンドウの場合には各ＯＮＵ１０４ｉが最小イーサネットフレーム(６４バイト)からなるＲＡＵを挿入してＯＬＴ１００に伝送する。ＲＡＵ内には、ヘッダー(head)、ＯＮＵ１０４ｉのキュー情報ＱＬ、帯域割り当てに必要なトラフィック情報、ダウンストリームＯＡＭフレームに応答する内容及び伝送に必要な情報を挿入するためのメッセージフィールド(message field)が備えられている。
【００２８】
図６は本発明の望ましい実施例によるダウンストリーム及びアップストリーム伝送構造を示した図である。より詳しくは、図６は一つのＯＬＴ１００と３個のＯＮＵ１０４ｉとの間のデータ送受信状態を示した図である。図６を参照すれば、参照符号“Ｇ”は一つのＯＮＵ１０４ｉに対するＩＤ、タイムスロット及びタイムスロットサイズ情報を含むグラント(grant)メッセージを示し(PERMIT MESSAGE HAVING TIMESLOT SIZE AND POSITION)、“Ｒ”はＯＮＵ１０４ｉのキュー長さ情報及びトラフィック優先権情報を含むＲＡＵを示す(REQUEST MESSAGE HAVING QL AND TRAFFIC PRIORITY)。さらに、“ＤＡＴＡ”はＯＡＭフレーム及びイーサネットフレームから構成されるユーザデータ(USER DATA(PACKET TRAIN))である。
【００２９】
図７は本発明の望ましい実施例によるミラーカウンタとリクエストカウンタによる帯域割り当てを説明するための図である。詳しくは、図７は、ＯＬＴ１００からブロードキャストされるダウンストリームウィンドウによる許可情報とＲＡＵによるＯＮＵ１０４ｉのキュー情報とを採用して行うタイムスロットの割り当て及びデータ伝送方法を示した図である。ここで、各ＯＮＵ１０４ｉは１サイクルで一つのギガビットイーサネットフレームのみを伝送することができると仮定される。
【００３０】
以下、本発明の望ましい実施例の動作を図２ａ乃至図７を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図２ａまたは図２ｂに示したＧＥ-ＰＯＮシステムが動作すると、ＯＬＴ１００は、図４に示したダウンストリームウィンドウを２ｍｓごとにＯＤＮ１０２を通じて多数のＯＮＵ１０４ｉにブロードキャストする。図４に示したように、ダウンストリームウィンドウの開始部には許可制御フレーム(PERMIT CONTROL FRAME)が配置されている。許可制御フレームには、ヘッド(HEAD)と、ツリー構造でＯＤＮ１０２に接続された多数のＯＮＵ１０４ｉ(３２個のＯＮＵ)の各々に対するＩＤ情報（ONU ID#）と、該当ＯＮＵ１０４ｉに対してアップストリームウィンドウ内で伝送許可される各イーサネットフレームのタイムスロット及びサイズ情報とが備えられている。ここで、一つのＯＮＵに対する許可に必要な情報はタイムスロットの位置及びサイズ(TIMESLOT SIZE + TIMESLOT POSITION)であり、これを示すためには５バイトが必要である。したがって、３２個のＯＮＵを管理するためには、許可制御フレームを“[ヘッダー＋(３２×５バイト)＋オーバーヘッド]”で計算して１７８バイトのサイズで構成することができる。
【００３２】
図４に示したダウンストリームウィンドウ内では、最小イーサネットフレーム(例えば、６４バイト)からなるＯＡＭフレーム(例えば、ＯＡＭ＃４)にＯＬＴ１００のＯＡＭ関連メッセージ(ＯＡＭメッセージフィールド(OAM MESSAGE FIELD)及びレンジング関連メッセージ(レンジングフィールド(RANGING FIELD)がローディングされて多数のＯＮＵ１０４ｉに伝送されるが、２msのダウンストリームウィンドウ内では４個に分散されて挿入される。このように４個に分散して挿入することは、ＯＡＭフレーム間の時間間隔を長すぎないようにするためである。すなわち、ＯＬＴ１００の現在のＯＡＭフレーム内の優先順位メッセージは４個のＯＡＭフレーム内の現在のＯＡＭフレームに隣接する次のＯＡＭフレームにローディングされるため、メッセージ伝送時の遅延時間を減少することができる。ダウンストリームウィンドウ内の４個のＯＡＭのためのイーサネットフレームは、それぞれ８個のＯＮＵ１０４ｉ(例えば、総３２個のＯＮＵ)に対するプラグアンドプレイ機能及びレンジング機能を管理及び実行する。ダウンストリームウィンドウの最後の部分にＰＡＤを挿入するのは、イーサネットフレームの可変性により２msのウィンドウ長さを十分に充填しない場合や、空白(Null)トラフィックを伝送する場合があるためである。図４に示したようなダウンストリームダウンストリームウィンドウ構造はＩＦＧ(Inter Frame Gap)とプリアンブルを含み、１５１８バイトのギガビットイーサネットフレームを１６０個まで収容することができる。音声データの場合も、アップストリーム／ダウンストリームウィンドウの固定サイズによる最大２msまで収容する遅延時間以外は、ＯＮＵ１０４ｉに音声データを伝送するのに何ら問題はない。
【００３３】
したがって、図４に示したダウンストリームウィンドウの伝送により、ＯＤＮ１０２にツリー構造で接続された３２個のＯＮＵ１０４ｉの各々に対してギガビットイーサネットフレームデータを伝送すると同時に、ＯＮＵ１０４ｉの各々に対するタイムスロットの位置及びタイムスロット長さを許可する。
【００３４】
アップストリームウィンドウの構造は図５に示した通りである。ＯＬＴ１００から伝送された許可制御フレームの内容によれば、各ＯＮＵ１０４ｉのアップストリームギガビットイーサネットフレームは許可された自分のタイムスロットに挿入される。ダウンストリーム伝送と同様に、一つのＯＮＵ１０４ｉにすべてのアップストリーム伝送許可情報がある場合、１５１８バイトのイーサネットフレームを最大１６０個までアップストリームウィンドウ構造で収容することができる。
【００３５】
従来のアップストリームウィンドウの場合、従来のＰＯＮシステムに連結された各ＯＮＵ１４ｉは、アップストリーム伝送されるフレームがなくても、少なくとも一つのＲＡＵフレームがアップストリームウィンドウ内に挿入されるようにダウンストリームウィンドウ内の許可制御フレームを通じてタイムスロットが割り当てられるように設計されている。これは、ＯＮＵ１４ｉの伝送キューの情報とＯＡＭ関連メッセージを続けてＯＬＴ１０に知らせ、次のアップストリーム伝送に備えて、ＯＮＵ１４ｉの状態をＯＬＴ１０に知らせるためである。
【００３６】
図２ａ及び２ｂに示した本発明のＧＥ-ＰＯＮシステムでは、ＯＮＵ１０４ｉのキュー状態情報を聞き／確認(inquires/checks)した後、アップストリーム伝送に対する許可情報の伝送構造であるＩＴＵ−Ｔ Ｇ.983．1で提案されたＡＴＭ-ＰＯＮにおける浪費要素を改善するために、ＯＮＵ１０４ｉのキュー状態を伝送する許可過程を省略したということに有意すべきである。
【００３７】
上記過程によって一つのＯＮＵ１０４ｉのアップストリーム／ダウンストリームの最大伝送容量は９６０Mbpsであり、３２個のＯＮＵ１０４ｉのアップストリーム／ダウンストリーム同時伝送可能容量は３０Mbpsまで保証される。ここで、２msの上アップストリーム／ダウンストリームウィンドウ内に存在するオーバーヘッドの比率は約４％となる。仮に、１６個のＯＮＵ１０４ｉを制御すると仮定すれば、１６個のＯＮＵ１０４ｉに約６０Mbpsの伝送容量を許可することができる。このような動作を図６を参照して詳細に説明する。
【００３８】
図６を参照すれば、各ＯＮＵ１０４ｉはＯＬＴ１００からブロードキャストされるダウンストリームウィンドウの許可制御フレームの割り当て内容Ｇに応じた自己のタイムスロットを待つ。その後、各ＯＮＵ１０４ｉは伝送メッセージＲとデータをアップストリームウィンドウ内に挿入する。
【００３９】
図４及び図５に示したダウンストリーム及びアップストリームウィンドウの送受信により、タイムスロットの帯域割り当てが変化する。このような帯域割り当てを図７を参照して具体的に説明する。
【００４０】
図７は、ＯＬＴ１００から多数のＯＮＵ１０４ｉにブロードキャストされるダウンストリームウィンドウによる許可情報とＲＡＵによるＯＮＵ１０４ｉのキュー情報とを採用して行うタイムスロットの割り当て及びデータの伝送方法を示した図である。このため、ＯＬＴ１００は各々のＯＮＵ１０４ｉに対するＭＣ(Mirror Counter)１０７及びＲＣ(Request Counter)１０８を備えている。ＯＬＴ１００で各ＯＮＵ１０４ｉのアップストリーム伝送に対するタイムスロットのサイズ割り当ては、無条件に各ＯＮＵ１０４ｉに対応するＭＣ及びＲＣによって行われる。ＯＬＴ１００内のＭＣは、ＯＮＵ１０４ｉから実際にアップストリーム伝送されるギガビットイーサネットフレームの個数及びその長さをカウントする。ＯＬＴ１００内のＲＣは、アップストリーム伝送されるＲＡＵに記録されている許可要求状況値をカウントする。したがって、ＯＬＴ１００は二種のカウンタＭＣ及びＲＣの値をチェックすると、許可要求に対するアップストリーム伝送許可状況を正確に進行することができる。より具体的に説明すると、次の通りである。
【００４１】
図７を参照すれば、ＯＮＵ１０４ｉ内のキュー値ＱＬは、ユーザ１０６ｉの要求によってギガビットイーサネットフレームが到着する度に増加し、イーサネットフレームをアップストリーム伝送する度に減少する。ＯＮＵ１０４ｉ内の伝送キュー値ＱＬが“２”に設定された状態で、ＯＬＴ１００が上述した許可制御フレームを含むダウンストリームウィンドウをブロードキャストすると、ＯＮＵ１０４ｉは割り当てタイムスロットの位置に自分の伝送キュー情報“２＋”とＯＡＭ情報とがローディングされたＲＡＵフレームをＯＬＴ１００にアップストリーム伝送する。この際、ＯＬＴ１００内のＯＮＵ１０４ｉに対応するＭＣ及びＲＣは、アップストリーム伝送されるＲＡＵフレームに含まれたキュー長さ及び許可要求状況値がそれぞれ“２＋”に設定されるので、それぞれ“２”に設定される。
【００４２】
ＯＬＴ１００がダウンストリームウィンドウを通じて該当ＯＮＵ１０４ｉに伝送するイーサネットフレームのデータと許可制御フレームとを通じて上述したアップストリーム伝送を許可すると、ＲＣ値は“１”に減少する。次のサイクルでアップストリーム伝送をもう一度許可すると、ＲＣ値は“０”に減少する。この際、ＯＮＵ１０４ｉの割り当てられたタイムスロットの位置に許可されたタイムスロットサイズに該当するギガビットイーサネットフレームと自己の伝送キュー値ＱＬとをアップストリーム伝送すると、ＯＬＴ１００内のＭＣ値とＯＮＵ１０４ｉ内のキュー長さ値ＱＬは減少する。
【００４３】
ＯＬＴ１００とＯＮＵ１０４ｉとの間にイーサネットフレームを伝送するとき、図７に示した方式を採用することで、ＰＯＮシステムにおけるＭＡＣプロトコルを簡素化することができる。言い換えれば、従来は、ＯＮＵがＲＡＵを伝送するときもＯＬＴの許可が必要であったが、本発明ではその許可過程を減らして効率性を高めている。これを具体的に説明すると、次の通りである。
【００４４】
ＯＮＵ１０４ｉのキューメモリには、ＯＬＴ１００にアップストリーム伝送するデータが蓄積される。ＯＮＵ１０４ｉはキューメモリに蓄積されているデータ量及び緊急性をＯＬＴ１００に知らせる必要がある。したがって、ＯＮＵ１０４ｉは一般のデータフレーム以外にＲＡＵフレームをさらに備え、キューメモリ内の情報をＲＡＵフレームを通じてＯＬＴ１００にローディングする。このような情報に基づいてＯＬＴ１００はＯＮＵ１０４ｉに許可情報を有する許可制御フレームをダウンストリームブロードキャストする。許可制御フレームはデータをアップストリーム伝送する優先順位及び割り当て量(タイムスロットの位置及びサイズ(帯域))を示す。
【００４５】
ＯＮＵ１０４ｉにおける要求が実際にアップストリーム伝送されるデータに比べて非常に多い場合、ＯＬＴ１００はすべての状況を考慮する。例えば、該当ＯＮＵ１０４ｉに対する帯域割り当てをより大きくするか、または、他のＯＮＵ１０４ｉの帯域を占有するほどの帯域割り当て状況でない場合には、トラフィックの優先順位を考慮して低い優先順位のトラフィックに対アップストリーム許可を放棄することもできる。ＯＮＵ１０４ｉに対する帯域割り当てはＩＳＰなどの今後のＰＯＮシステムの具現プランによっても左右されるので、加入者網の特性による各種の事項を考慮すべきである。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、加入者網で使用されるＰＯＮ構造でギガビットイーサネット伝送を効率的に行うＭＡＣ構造を提案することにより、ＡＴＭ-ＰＯＮよりも広い帯域を提供するのみならず、ＩＰパケットをＡＴＭセルに分けて再度組立てる過程に必要なオーバーヘッドを減らすことができるので、効率的な加入者網を構成することができる。さらに、多数のＯＮＵの各々から受信されるギガビットイーサネットフレームの個数及びそのサイズをミラーカウンタでカウントすると共に、各ＯＮＵからのＲＡＵフレームを通じて、各ＯＮＵが伝送要求しているイーサネットフレームのキュー長さ及び許可要求状況値をリクエストカウンタでカウントし、前記各ＯＮＵに対応するミラーカウンタの値及びリクエストカウンタの値に基づいて、それぞれの該当ＯＮＵに対するタイムスロットの位置及びサイズの割り当てを行うことにより、許可要求に対するアップストリーム伝送許可を正確かつ簡素に進行することが可能となる。
【００４７】
また、本発明は、標準化ギガビットイーサネットのＭＡＣフレーム特性をそのまま維持しながら、ダウンストリームブロードキャストされる許可制御フレームやＯＡＭ、ＲＡＵなどを備えるので、すでに市販されているギガビットイーサネットＭＡＣ制御器と一部の物理階層制御チップをそのまま使用することができる。したがって、新たなチップ開発によるコスト及び時間を削減することができ、高コストのＡＴＭ装備に代替することができる。
【００４８】
前述の如く、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明は実施形態に限られるものではなく、各種の変形が本発明の範囲を逸脱しない限り、当該技術分野における通常の知識を持つ者により可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Ａ及びＢはＩＴＵ−Ｔ勧告案Ｇ.983で採択されたＡＴＭ-ＰＯＮシステムの概略的な構成を示した図。
【図２】 Ａ及びＢは本発明の望ましい実施例によるギガビットイーサネット受動光ネットワークシステムの概略的なブロック構成を示した図。
【図３】 本発明によるギガビットイーサネットフレームの構造を示した図。
【図４】 本発明の望ましい実施例によるギガビットイーサネット受動光ネットワークシステムにおけるダウンストリームウィンドウフォーマットを示した図。
【図５】 本発明の望ましい実施例によるギガビットイーサネット受動光ネットワークシステムにおけるアップストリームウィンドウフォーマットを示した図。
【図６】 本発明の望ましい実施例によるアップストリーム及びダウンストリームチャンネル伝送構造を示した図。
【図７】 本発明の望ましい実施例によるミラーカウンタとリクエストカウンタによる帯域割り当てを説明するための図。

Claims (11)

  1. ＰＯＮシステムのＧＥ−ＰＯＮシステムにおいて、
    少なくとも二以上のＯＮＵに対するタイムスロットの位置及びサイズ情報を有する制御フレームとギガビットイーサネットフレームとを含むダウンストリームウィンドウをＯＤＮへ伝送し、前記多数のＯＮＵからＴＤＭＡ方式で伝送されて前記ＯＤＮを通じて受信したアップストリームウィンドウ内のＲＡＵの内容を分析し前記ＯＮＵの各々に対応するタイムスロットの位置及びサイズを許可するＯＬＴであって、多数のＯＮＵの各々から受信されるギガビットイーサネットフレームの個数及びそのサイズをカウントするミラーカウンタと、各ＯＮＵからアップストリーム伝送されるＲＡＵフレームを通じて、各ＯＮＵが伝送要求しているイーサネットフレームのキュー長さ及び許可要求状況値をカウントするリクエストカウンタと、を備えるＯＬＴと、
    前記ＯＤＮに接続され、前記ダウンストリームウィンドウの制御フレームに含まれるそれぞれの情報に応答して割り当てられたタイムスロットの位置及びサイズを有し、前記割り当てられたタイムスロットに又はタイムスロットからそれぞれのキュー情報を有するＲＡＵフレーム及びイーサネットフレームを送受信する少なくとも二以上のＯＮＵと、を備え、
    前記ＯＬＴは、前記各ＯＮＵに対応するミラーカウンタの値及びリクエストカウンタの値に基づいて、それぞれの該当ＯＮＵに対するタイムスロットの位置及びサイズの割り当てを行うことを特徴とするＧＥ-ＰＯＮシステム。
  2. 前記ダウンストリームウィンドウは少なくとも二以上のギガビットイーサネットフレームを有する請求項１記載のＧＥ-ＰＯＮシステム。
  3. 前記ダウンストリームウィンドウの制御フレームは、前記ＯＤＮに接続された多数のＯＮＵに対するＩＤと、タイムスロットの位置及びサイズと、を決める許可情報を含む請求項２記載のＧＥ-ＰＯＮシステム。
  4. 前記ダウンストリームウィンドウには、前記ＯＤＮに接続された多数のＯＮＵに対するＯＡＭ関連情報及びレンジング制御情報を含む多数のＯＡＭフレームが一定の間隔で挿入される請求項３記載のＧＥ-ＰＯＮシステム。
  5. 前記ダウンストリームウィンドウ内の制御フレームは、５バイトで構成される各ＯＮＵに対するタイムスロットのサイズ及びアップストリームウィンドウ内のタイムスロットの位置情報が挿入されて、３２個のＯＮＵに対するアップストリーム伝送を許可する構造を備える請求項３記載のＧＥ-ＰＯＮシステム。
  6. 前記アップストリームウィンドウ内のＲＡＵフレームは最小限のギガビットイーサネットフレームからなり、各ＯＮＵはダウンストリームウィンドウ内の許可制御フレームによりアップストリームウィンドウ内にＲＡＵを挿入する請求項２記載のＧＥ-ＰＯＮ システム。
  7. 前記ダウンストリームウィンドウ内にはＯＡＭ関連情報及びレンジング情報を含む少なくとも４個以上のＯＡＭフレームが所定の間隔で挿入され、全てのＯＮＵが所定数のグループに分けられ、多数のＯＮＵが一つのＯＡＭフレームを共有できる請求項３記載のＧＥ-ＰＯＮシステム。
  8. 集中局としてのＯＬＴ、少なくとも一以上のＯＮＵ及び前記ＯＬＴとＯＮＵとの間に接続されるＯＤＮを備えるＧＥ-ＰＯＮシステムの媒体アクセス制御方法において、
    ａ）アップストリームウィンドウ内に伝送される多数のＯＮＵに対するイーサネットフレームのタイムスロット位置及びサイズ情報が挿入される許可制御フレームと、前記多数のＯＮＵに伝送される多数のギガビットイーサネットフレームと、を含むダウンストリームウィンドウを前記ＯＬＴがブロードキャストする過程と、
    ｂ）前記ブロードキャストされるダウンストリームウィンドウの許可制御フレームの情報を分析してアップストリームウィンドウ内のタイムスロット位置及びサイズを前記ＯＮＵに割り当て、それぞれの伝送キュー状態を含むＲＡＵフレームを前記割り当てられたタイムスロットのサイズに応じてアップストリームウィンドウ内のタイムスロットの位置にＴＤＭＡ伝送する過程と、を含み、
    多数のＯＮＵの各々から受信されるギガビットイーサネットフレームの個数及びそのサイズを前記ＯＬＴのミラーカウンタでカウントすると共に、各ＯＮＵからアップストリーム伝送されるＲＡＵフレームを通じて、各ＯＮＵが伝送要求しているイーサネットフレームのキュー長さ及び許可要求状況値を前記ＯＬＴのリクエストカウンタでカウントし、前記各ＯＮＵに対応するミラーカウンタの値及びリクエストカウンタの値に基づいて、それぞれの該当ＯＮＵに対するタイムスロットの位置及びサイズの割り当てを行うことを特徴とするＧＥ−ＰＯＮシステムの媒体アクセス制御方法。
  9. 前記ダウンストリームウィンドウ内の許可制御フレームには、５バイトで構成される各ＯＮＵのアップストリーム伝送に対するタイムスロットのサイズ及びアップストリームウィンドウ内のタイムスロットの位置情報が挿入される請求項８記載のＧＥ-ＰＯＮシステムの媒体アクセス制御方法。
  10. 前記ダウンストリームウィンドウ内には前記ＯＬＴとＯＮＵの相互間の暗号化及び維持管理保守のためのＯＡＭ情報とレンジングに対する情報がローディングされる少なくとも４個以上のＯＡＭフレームが所定の間隔で挿入され、全てのＯＮＵが所定数のグループに分けられ、多数のＯＮＵが一つのＯＡＭフレームを共有できる請求項８記載のＧＥ-ＰＯＮシステムの媒体アクセス制御方法。
  11. 前記各ＯＮＵからアップストリーム伝送されるＲＡＵフレームは最小限のギガビットイーサネットフレームからなり、アップストリームウィンドウ内に必須的に挿入されて伝送される請求項８記載のＧＥ-ＰＯＮの媒体アクセス制御方法。
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