KR100281402B1 - 비동기 전송 모드-폰 시스템의 광 선로 종단장치에서의 하향메시지 할당 방법 - Google Patents

비동기 전송 모드-폰 시스템의 광 선로 종단장치에서의 하향메시지 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음성, ISDN(Integrated Service Digital Network) 및 디지털 TV 신호를 전송하는 구조로 되어있는 ATM-PON(Asynchronous Transfer Mode - Passive Optical Network) 시스템에 있어서, 하향 데이터 암호화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, OLT(Optical Line Termination) 및 다수의 ONU(Optical Network Termination)를 포함하는 ATM-PON(Asynchronous Transfer Mode - Passive Optical Network) 시스템의 암호 키 변경이 이루어지는 하향 메시지 할당 방법에 있어서, 상기 OLT가 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 미리 지정하는 제 1 단계와; 상기 다수의 ONU 중 활성화된 ONU가 상기 OLT로부터 새로운 암호 키를 요청하는 메시지를 수신함에 따라, 새로운 암호 키를 상기 OLT에 송신하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 새로운 암호 키를 수신한 상기 OLT가 상기 제 1 단계에서 미리 지정한 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 상기 ONU에게 송신하는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하향 메시지 할당 방법이 제공된다.

Description

비동기 전송 모드-폰 시스템의 광 선로 종단 장치에서의 하향 메시지 할당 방법 (Method for allocating downstream messages on a ATM-PON OLT)
본 발명은 ATM-PON 시스템의 하향 메시지 할당 방법에 관한 것이며, 특히, 암호 키를 변경하는 것을 제어하기 위한 전용 프로세서를 사용하지 않고, 간단한 논리 회로로 처리하는 효율적인 하향 메시지 할당 방법에 관한 것이다.
ATM - PON(Asynchronous Transfer Mode - Passive Optical Network)은 VOD(Video On Demand)등과 같이 분배계 양방향 비대칭 서비스, 예컨대, 프로그램을 요구하는 측은 대역 폭을 작게 하고, 비디오를 제공하는 측은 대역 폭을 크게 하는 것과 같은 서비스를 다루는데 적합한 가입자계 액세스 네트워크 구성이다.
한편, ATM - PON 방식에는 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, PON에 의한 가입자계 액세스 네트워크의 모든 정보는 전 사용자에게 동보되기 때문에, 다른 사용자 정보도 수신할 수 있다. 따라서, 상위 애플리케이션 레벨에서 정보에 스크램블(Scramble : 사용자 정보를 암호화하여 송신함으로써, 수신측에서 특정한 키를 사용하지 아니하면 본래 정보로 복원할 수 없도록 하여 보안성을 유지하는 방법)을 수행하여, 타인에게 정보가 누설되지 않게 조치할 필요가 있다.
상기한 바와 같은 강력한 정보 보호 보장을 위하여 ITU-T 권고안 G.983으로 채택된 내용의 일부분을 살펴보면, 다음과 같다.
키 변경 과정에서 OLT(Optical Line Termination)와 ONU(Optical Network Termination)간의 정확한 동기를 위하여 CKU(Churning_key_update) 메시지는 3 번에 걸쳐서 미리 정하여진 시간 간격(32*Tploam)으로 전송하도록 하고 있다.
그러나, 상기 ITU-T 권고안 G.983의 내용을 실현하기 위하여는, 이와 같이 정확한 시간 간격으로 암호 키를 변경하는 것을 제어하는 것을 소프트웨어로 구현하는 것은 시스템에 부담이 많다는 문제점이 있었다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 암호 키 변경 관련 메시지를 소정 시간 간격으로 전송할 수 있도록 암호화 관련 메시지 운반용 PLOAM 셀을 미리 지정해 놓은 뒤에 활성화된 ONU에 대해서만 실제 암호화 관련 메시지를 해당 ONU로 전송하는 효율적인 ATM-PON 하향 메시지 할당 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 ITU-T 권고안 G.983으로 채택된 ATM-PON 시스템의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 대칭형 및 비대칭형 ATM-PON의 전송 프레임의 구조를 나타낸 구성도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 ATM-PON 시스템에서의 암호화 신호 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ATM-PON 시스템의 OLT에서 하향 PLOAM 메시지 생성 기능을 수행하는 처리기의 구성을 나타낸 블록도이고,
도 5는 도 4에 도시된 메시지 타이밍 생성부에서 만들어지는 데이터 포맷의 구조도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
1 : 메시지 타이밍 생성부 2 : 메시지 조립부
3 : 하향 PLOAM 생성부 4 : 메시지 저장부
5 : 암호화 처리부
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, OLT(Optical Line Termination) 및 다수의 ONU(Optical Network Termination)를 포함하는 ATM-PON(Asynchronous Transfer Mode - Passive Optical Network) 시스템의 암호 키 변경이 이루어지는 하향 메시지 할당 방법에 있어서, 상기 OLT가 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 미리 지정하는 제 1 단계와; 상기 다수의 ONU 중 활성화된 ONU가 상기 OLT로부터 새로운 암호 키를 요청하는 메시지를 수신함에 따라, 새로운 암호 키를 상기 OLT에 송신하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 새로운 암호 키를 수신한 상기 OLT가 상기 제 1 단계에서 미리 지정한 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 상기 ONU에게 송신하는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하향 메시지 할당 방법이 제공된다.
또한, OLT(Optical Line Termination) 및 다수의 ONU(Optical Network Termination)를 포함하는 ATM-PON(Asynchronous Transfer Mode - Passive Optical Network) 시스템의 암호 키 변경이 이루어지는 하향 메시지 할당 방법을 실행시킬 수 있는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서, 상기 OLT가 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 미리 지정하는 제 1 단계와; 상기 다수의 ONU 중 활성화된 ONU가 상기 OLT로부터 새로운 암호 키를 요청하는 메시지를 수신함에 따라, 새로운 암호 키를 상기 OLT에 송신하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 새로운 암호 키를 수신한 상기 OLT가 상기 제 1 단계에서 미리 지정한 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 상기 ONU에게 송신하는 제 3 단계를 실행시킬 수 있는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공된다.
아래에서, 본 발명에 따른 양호한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 ITU-T 권고안 G.983으로 채택된 ATM-PON 시스템의 구성도로서, OLT(Optical Line Termination), ODN(Optical distrubution Network) 및 ONU(Optical Network Termination)으로 구성되어 있다.
ODN은 수동 광소자를 이용하여 OLT 및 ONU 사이의 광 전송 수단을 제공하고, ONU는 ODN에 연결되어 액세스 망의 사용자측 정합 기능을 제공한다.
또한, OLT는 하나 이상의 ODN에 연결되어 액세스 망의 망측 정합 기능을 제공하고, ATM 전송 시스템에서 PON 관련 모든 기능을 관리하는 역할을 수행하며, 표준 인터페이스(VB5.x, V5.x, NNI 등)를 통하여 교환망에 연결된다.
ATM-PON의 계층 구조는 물리 매체(Physical Medium) 계층, TC(Transmission Convergence) 계층 및 경로(Path) 계층으로 구분된다.
경로 계층은 ATM 계층의 가상 경로(VP : Virtual Path)에 해당한다.
TC 계층은 B-ISDN의 TC 부계층에 해당하며, 이는 응용(Adaptation) 부계층과 PON 전송 부계층으로 구분된다.
응용 부계층에서는 셀 속도 정합 및 HEC(Header Error Correction) 계산 및 오류 정정 기능을 제공하고, PON 전송 부계층은 광 분배망 상에서 PON 고유의 전송 기능 즉, 레이징(Ranging), 셀 슬롯 할당, 대역 할당, 정보 보호, 프레임 정렬, 버스트 동기 및 비트/바이트 동기 기능을 제공한다.
물리 매체 계층은 광선로를 사용하여 데이터 비트열을 전송하는 기능을 수행한다.
도 2는 대칭형(상하향 155,520 Mbps) 및 비대칭형(하향 622.08 Mbps, 상향 155.520 Mbps) ATM-PON의 전송 프레임의 구조를 나타낸 구성도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
상하향 대칭형 ATM-PON의 전송(155,520 Mbps) 프레임의 경우에는, 매 28 타임 슬롯마다 PLOAM 셀이 존재하므로, 2개의 PLOAM 셀 슬롯과 54 개의 53 바이트 ATM 셀 슬롯으로 구성된다.
비대칭형 ATM-PON의 하향 전송(622.08 Mbps) 프레임의 경우에는, 8 개의 PLOAM 셀 슬롯과 216 개의 53 바이트 ATM 셀 슬롯이 있으므로, 하향 Tframe 내의 ATM 셀 수가 대칭형 ATM-PON의 4 배이다.
비대칭형 ATM-PON의 상향 전송(155,520 Mbps) 프레임의 경우에는, 53 개의 타임 슬롯이 있으며, 각 타임 슬롯은 OLT의 제어에 의하여 PLOAM 셀 슬롯, ATM 셀 슬롯, 분할 슬롯(Divided Slot) 중 어느 하나로 할당된다. 분할 슬롯은 MAC 프로토콜의 동적 대역 할당을 위한 ONU 큐 상태를 전달하는데 사용된다. 또한, 상향 타임 슬롯 56 바이트는 3 바이트의 오버 헤더 정보와 53 바이트의 ATM 셀로 구성된다.
ATM-PON 시스템의 OAM을 위한 PLOAM 셀은 5 바이트의 헤더와 48 바이트의 페이로더 정보로 구성되어 있고, 하향 PLOAM 셀의 페이로더 정보는 상향 타임 슬롯 허가 정보(Grant)와 유지 보수 관리 정보를 수송하기 위한 메시지로 이루어져 있으며, 상향 PLOAM 셀은 메시지와 광 전력 제어 정보로 이루어져 있다.
트리 구조를 갖는 ATM-PON 시스템에서 하향 사용자 데이터를 암호화 과정없이 전송하면, 다른 사용자가 쉽게 그 데이터를 쉽게 읽을 수가 있기 때문에, 개인의 점대점(Point-To-Point) 통신의 프라이버시를 보장하고 점대다(Point-To-Multipoint) 방송 서비스의 도용을 방지하기 위한 적당한 방법이나 절차가 필요하다. ATM-PON 시스템에서의 하위 수준의 표준 암호화 방법을 기존의 상위 레벨의 암호화 수단과 전송 시스템 혼화기와 구별하고자, 'Data Churning'이라는 용어를 사용한다. Data Churning의 목적은 무시할 정도의 간단한 논리 회로를 사용하여 하향 스트림 데이터 내 점대점 통신상의 도청을 방지하기 위함이다.
ATM-PON 시스템에서 하향 Data Churning은 OLT의 요청으로 ONU에 의하여 제공되는 3 바이트의 키를 사용한다. ONU에서 키 생성은 정보 보호 기능을 향상시키기 위하여 상향 사용자 데이터에서 추출한 3 바이트의 데이터와 랜덤하게 생성한 3 바이트 수와의 배타적 논리합을 수행하여 도출한다. 그리고, 강력한 정보 보호 기능을 제공하기 위하여 빠르게 또한 연속적으로 키를 변경하는데 OLT가 키 변경 주기를 제어한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 ATM-PON 시스템에서의 암호화 신호 흐름도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, OLT가 최소한 1초에 한 번 ONU에게 New_key_request(NKR) 메시지를 통하여 새로운 Churning key를 요청하면, ONU는 NKR 메시지를 통하여 OLT에게 새로운 Churning 키를 전달한다. OLT가 3번 동일한 키를 수신하면, ONU에게 Churning_key_update(CKU) 메시지를 3번에 걸쳐 미리 정하여진 시간 간격(32*Tploam)으로 전송 횟수와 함께 송신한다. 이것은 다른 메시지들보다 최상의 우선권을 갖고있는 CKU 메시지의 손실에 대비하기 위한 조치이다.
만일 ONU가 3 개의 CKU 메시지 중에서 최소한 하나만이라도 수신하면 메시지들 사이의 간격을 미리 알고 있으므로, 언제 새로운 키가 OLT에서 활성화되는지를 알 수가 있다. ONU가 첫 번째의 정확한 CKU 메시지를 수신한 후, 그 메시지 수신에 대한 Acknowledge(ACK) 신호를 OLT에게 전송한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ATM-PON 시스템의 OLT에서 하향 PLOAM 메시지 생성 기능을 수행하는 처리기의 구성을 나타낸 블록도로서, 메시지 타이밍 생성부(1), 메시지 조립부(2), 하향 PLOAM 생성부(3), 메시지 저장부(4) 및 암호화 처리부(5)로 구성되어 있고, 도 5는 도 4에 도시된 메시지 타이밍 생성부(1)에서 만들어지는 데이터 포맷의 구조도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
메시지 타이밍 생성부(1)는 하향 PLOAM 생성부(3)로부터 주기가 1초인 clk_1s 신호와 PLOAM 생성 주기 신호인 Tploam 신호를 입력받아, 도 4와 같이 clk_1s가 '0'인 구간에서는 32*Tploam 주기마다 nkr_ind 신호 및 nkr_addr 신호를 생성하고, clk_1s가 '1'인 구간에서는 cku_ind 신호, cku_addr 신호 및 cku_num 신호를 생성한다.
여기서 nkr_ind 신호는 현재 슬롯이 NKR(New_key_request) 메시지 전송을 위한 슬롯임을 나타내고, nkr_addr 신호는 해당 메시지의 ONU 주소를 나타내며, cku_ind 신호는 현재 슬롯이 CKU(Churning_key_update) 메시지 전송을 위한 슬롯임을 나타내고, cku_addr 신호는 해당 메시지의 ONU 주소를 나타내며, cku_num 신호는 해당 CKU 메시지가 첫 번째, 두 번째 혹은 세 번째인지를 나타내는 신호이다.
메시지 조립부(2)는 암호화 처리부(5)로부터 현재 ONU의 상태 정보인 nck_flag, cku_flag 신호 및 하향 PLOAM 생성부(3)로부터 Tploam 신호, msg_byte_en 신호를 입력받아, 상기 메시지 타이밍 생성부(1)로부터의 ink_ind 신호 및 nkr_flag 신호가 활성화되어 있으면, onu_addr 신호가 지시하는 ONU를 위한 NKR 메시지를 조립한다.
또한, cku_ind 신호 및 cku_flag 신호가 활성화되어 있으면, cku_num 신호가 지시하는 메시지 번호를 이용하여 onu_addr 신호가 지시하는 ONU를 위한 CKU 메시지를 조립하여 하향 PLOAM 생성부(3)로 전달한다.
nkr_ind 신호 또는 cku_ind 신호가 활성화되어 있지 않은 PLOAM 셀 슬롯 위치에서는 메시지 저장부(4)가 비워 있지 않으면(즉, msg_empty = 1), msg_rd를 활성화하여 저장된 메시지를 읽어 상기 하향 PLOAM 생성부(3)로 전달한다.
하향 PLOAM 생성부(3)는 메시지 생성에 필요한 타이밍 정보를 메시지 타이밍 생성부(1) 및 메시지 조립부(2)로 제공한다.
메시지 저장부(4)는 암호화 관련 메시지 이외의 모든 메시지를 저장하며, 메시지가 하나라도 있으면, msg_empty를 '0'으로 유지한다.
암호화 처리부는 현재 관리되고 있는 ONU들의 상태 정보를 갖고 있으며, 이들 상태 정보는 상기 메시지 타이밍 생성부로부터 제공되는 1초 주기의 flag_rst를 받아 초기화된다.
상기와 같은 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록되고, 컴퓨터에 의해 처리되게 된다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 키 변경 관련 메시지를 32*Tploam 시간 간격으로 전송할 수 있도록 암호화 관련 메시지 운반용 PLOAM 셀을 미리 지정해 놓은 뒤에 활성화된 ONU에 대해서만 실제 암호화 관련 메시지를 해당 ONU로 전송하는 방법을 사용함으로써, 전용 프로세서를 사용하지 않고 소프트웨어로 구현할 수 있기 때문에, 제작 비용 절감 효과가 있으며, 보다 신뢰성있는 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (4)

  1. OLT(Optical Line Termination) 및 다수의 ONU(Optical Network Termination)를 포함하는 ATM-PON(Asynchronous Transfer Mode - Passive Optical Network) 시스템의 암호 키 변경이 이루어지는 하향 메시지 할당 방법에 있어서,
    상기 OLT가 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 미리 지정하는 제 1 단계와;
    상기 다수의 ONU 중 활성화된 ONU가 상기 OLT로부터 새로운 암호 키를 요청하는 메시지를 수신함에 따라, 새로운 암호 키를 상기 OLT에 송신하는 제 2 단계와;
    상기 제 2 단계에서 새로운 암호 키를 수신한 상기 OLT가 상기 제 1 단계에서 미리 지정한 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 상기 ONU에게 송신하는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하향 메시지 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는,
    상기 OLT가 상기 OLT와 상기 ONU 간의 정확한 동기를 위하여 미리 정해진 소정의 시간 간격으로 3번에 걸쳐 상기 제 1 단계에서 미리 지정한 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 상기 ONU에게 송신하는 단계인 것을 특징으로 하는 하향 메시지 할당 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는,
    상기 ONU로부터 새로운 암호 키를 미리 지정한 횟수만큼 수신하면, 상기 OLT가 상기 제 1 단계에서 미리 지정한 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 상기 ONU에게 송신하는 제 3 단계
  4. OLT(Optical Line Termination) 및 다수의 ONU(Optical Network Termination)를 포함하는 ATM-PON(Asynchronous Transfer Mode - Passive Optical Network) 시스템의 암호 키 변경이 이루어지는 하향 메시지 할당 방법을 실행시킬 수 있는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서,
    상기 OLT가 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 미리 지정하는 제 1 단계와;
    상기 다수의 ONU 중 활성화된 ONU가 상기 OLT로부터 새로운 암호 키를 요청하는 메시지를 수신함에 따라, 새로운 암호 키를 상기 OLT에 송신하는 제 2 단계와;
    상기 제 2 단계에서 새로운 암호 키를 수신한 상기 OLT가 상기 제 1 단계에서 미리 지정한 암호 키 변경을 위한 메시지를 전달할 PLOAM 셀을 상기 ONU에게 송신하는 제 3 단계를 실행시킬 수 있는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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