KR100542402B1 - 이더넷-폰 구조에서 ＯＮＵ Ｒｅｑｕｅｓｔ 전송방법 - Google Patents

이더넷-폰 구조에서 ＯＮＵ Ｒｅｑｕｅｓｔ 전송방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이더넷-폰(Ethernet-Passive Optical Network;이하, E-PON이라 한다) 구조에서 ONU의 상향 Request 정보를 상향 이더넷 프레임의 프리엠블(Preamble)에 추가하여 OLT로 전송함으로써 OLT가 계속적으로 ONU의 상태정보를 알 수 있도록 하는 E-PON 구조에서의 ONU Request 전송방법에 관한 것이다. 본 발명은, 하나의 OLT에 다수의 ONU가 하향 이더넷 프레임을 공유하고 상기 ONU에서 상기 OLT로의 상향 대역폭은 시분할 다중접속(TDMA) 방식으로 OLT가 상기 ONU에게 할당하는 이더넷-폰(E-PON) 구조에서의 ONU Request 전송방법에 있어서, ONU는 OLT로 전달하는 상향 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블에 상기 ONU의 상향 Request 정보를 삽입하여 상기 OLT로 전송하고 상기 OLT가 상기 전송되는 상향 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블로부터 각 ONU의 Request 정보를 추출하는 것을 특징으로 한다.
E-PON, ONU, OLT, Request(대역 요구), 이더넷 프레임, 프리엠블

Description

이더넷-폰 구조에서 ＯＮＵ Ｒｅｑｕｅｓｔ 전송방법{A Method of ONU's Request Transmission in Ethernet-PON}
도 1은 본 발명이 적용되는 이더넷-폰 구조에서의 데이터 전송을 보이는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이더넷 계층의 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이더넷 프레임의 프리엠블 구성도이다.
도 4는 본 발명의 적용에 따른 효과를 설명하기 위한 동작도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11 : OLT 12,13,14 : ONU
15,16,17 : 가입자 18 : 이더넷 프레임
21,24 : MAC 제어계층 22,25 : MAC 계층
23,26 : RS 계층
본 발명은 이더넷-폰(Ethernet-Passive Optical Network;이하, E-PON이라 한 다) 구조에서 ONU(Optical Network Unit) Request 전송방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, E-PON 액세스 망 구조에서 이더넷 프레임의 프리엠블(Preamble)에 ONU의 상향 대역요구(이하, Request라 한다) 정보를 추가함으로써 상향 데이터 프레임으로부터 계속적으로 ONU의 상태정보를 알 수 있도록 하는 E-PON 구조에서의 ONU Request 전송방법에 관한 것이다.
E-PON 시스템은 액세스 노드와 광 종단 장치간에 광 스플리터(Optical Splitter)를 이용한 점 대 다중점(Point to Multipoint) PON 구조로 상하향 데이터는 이더넷 프레임을 사용하여 전송한다. 또한, 상기 E-PON 시스템은 하나의 OLT(Optical Line Terminal)에 여러 개의 ONU가 하향 신호를 공유하는 구조이며 상향 대역폭은 시분할다중접속(TDMA;Time Division Multiple Access) 방식으로 OLT가 ONU에게 할당한다. 이와 같이, E-PON 시스템 구조에서는 OLT에서 ONU로 전달되는 하향 프레임은 다수의 ONU가 공유하는 구조이며 ONU에서 OLT로의 상향 대역폭을 TDMA 방식으로 공유하는 구조이므로, 상향 대역폭을 효과적으로 사용하기 위한 방법으로 OLT가 ONU로부터 받은 상향 Request 정보를 이용하여 각 ONU에게 할당하게 된다.
종래에는 ONU가 OLT로부터 상향 대역폭을 할당 받기 위해서 컨트롤 메시지인 이더넷 프레임을 사용한 Request/Reply 방법을 사용함으로써 OLT가 ONU의 상향 대역폭 요구 정보를 알기 위해서는 매번 별도의 Request 이더넷 프레임을 ONU로부터 받아야 했었다. 또한, OLT가 ONU의 상태 정보를 정확히 알기 위해서는 자주 ONU로부터 Request 이더넷 프레임을 받아야 하므로 실질적인 상향 데이터 대역폭의 감소를 가져오게 되며, 이로 인한 상향 데이터 지연 시간도 증가하게 되었다. 이를 피하기 위해서 가끔씩 ONU로부터 Request 이더넷 프레임을 받게 되면 실시간 데이터 전송이 어려워지는 문제점이 있었다.
한편, E-PON 구조에서 상향 대역폭의 성능을 개선하기 위한 기술의 일예로서, 선행논문(Glen Kramer, "IPACT:A Dynamic Protocol for Ethernet PON(EPON)", IEEE Communication Magazine, Feb, 2002)에 E-PON을 위한 동적 대역 할당방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 E-PON에서 ONU에서 OLT로의 상향 데이터 전송제어를 위해 병렬 처리형 폴링(interleaved polling)방식을 사용한다. 기본적으로는 OLT에서 ONU의 전송을 허락하는 OLT 주도형 대역 할당방식을 취하고 있으며 ONU는 전송 허락된 대역만큼의 데이터 패킷과 함께 다음 대역 할당을 위해 요구하는 대역 크기를 제어 메시지로 하여 OLT에 전송한다. 그러나, 이와 같은 방법은 Grant와 Request 메시지 모드 상하향 데이터에 실어 보내므로 상향 대역폭이 감소되어 상향 대역폭의 사용 효율이 저하되는 문제가 있으며, 데이터 전송의 성능 및 서비스 품질이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, E-PON 액세스 망 구조에서 ONU에서 데이터 전송을 위해 OLT로 전달하는 상향 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블에 각 ONU의 Request 정보를 추가하여 전송하고 상기 OLT는 상기 전송되는 ONU의 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블로부터 각 ONU의 Request 정보를 계속적으로 파악함으로써 실시간 동적대역할당(Dynamic Bandwidth Allocation:DBA)을 효과적으로 구현하도록 하는 E-PON 구조에서 ONU Request 전송방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하나의 OLT에 다수의 ONU가 하향 이더넷 프레임을 공유하고 상기 ONU에서 상기 OLT로의 상향 대역폭은 시분할 다중접속(TDMA) 방식으로 OLT가 상기 ONU에게 할당하는 이더넷-폰(E-PON) 구조에서의 ONU Request 전송방법에 있어서, ONU는 데이터 전송을 위해 OLT로 전달하는 상향 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블에 상기 ONU의 상향 Request 정보를 삽입하여 상기 OLT로 전송하고 상기 OLT가 상기 전송되는 상향 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블로부터 각 ONU의 Request 정보를 추출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 E-PON 액세스 망 구조에서의 ONU Request 전송방법을 제공하는 것으로서, 이더넷 프레임을 전송하는 단위로 하는 E-PON 액세스 망 구조에서 ONU에서 OLT로의 상향 Request 정보를 보내는 방법을 제공하는 것이다. 특히, 각 ONU의 상향 대역 요구 정보를 OLT에 전송하는 경우 ONU는 OLT로부터 데이터 Grant를 받아서 OLT로 보내는 매 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블(Preamble) 구간에 ONU의 상향 대역 요구 정보를 실어 보냄으로써 OLT에서는 상기 전송된 상향 데이터 프레임의 프리엠블로부터 각 ONU의 상향 대역 요구 정보를 계속적으로 얻을 수 있게 되며, 이로써 실시간으로 DBA 알고리즘을 적용할 수 있게 된다.
상술한 목적 및 특징들, 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 E-PON 구조에서의 이더넷 데이터 프레임 전송을 보이는 개략도로서, 상향/하향 이더넷 데이터 프레임 전송과정을 개략적으로 도시하고 있다. 도 1을 참조하여 E-PON 시스템의 상향/하향 데이터 프레임 전송에 대한 개략적인 동작을 설명한다. 먼저, 하향 프레임 전송과정을 설명하면, 하나의 OLT(11)에서 여러 개의 ONU(12,13,14)로의 하향 프레임(18)은 IEEE802.3 프로토콜에 따른 최대 1,518 바이트의 가변 길이 패킷으로 브로드캐스트 된다. 상기 각 프레임(18)은 특정 ONU만 처리할 수 있거나 또는 모든 ONU가 처리할 수 있게 되며 상기 ONU는 상기 프레임을 각 해당 가입자(15,16,17)에게 전달한다.
다음으로, 상향 이더넷 프레임 전송과정을 설명하면, 여러 ONU(12,13,14)에서 하나의 OLT(11)로의 상향 프레임(18)을 전달하는 경우에는 TDMA 방식을 사용하여 상기 ONU(12,13,14) 간에 서로 충돌이 생기지 않도록 상기 OLT(11)에서 정해준 시간 동안에만 상향 프레임(18)을 전송하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 이더넷 계층의 블럭도를 도시한 것으로서, OLT와 ONU에서의 ONU Request 정보 전달을 위한 계층구조를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하여 이를 설명하면, MAC(22)의 상위 계층인 MAC 제어계층(21)에서는 기존의 IEEE802.3의 MAC 제어 기능이 있으며 E-PON 전송 제어 기능인 MPCP(Multi-Protocol Control Protocol)가 추가된다. OLT는 ONU 별로 대역을 할당하기 위해 각 ONU의 버퍼 상태, 전송 지연 시간, 서비스 상태, 트랜시버의 지연 특성 등의 정보를 알아야 한다. 기존 IEEE802.3에서는 컨트롤 프레임의 종류로서 플로우(Flow) 컨트롤을 위한 포즈(PAUSE) 메시지만이 정의되어 있으며, 본 발명에서는 여기에 PON 전송 제어를 위한 컨트롤 메시지를 추가로 정의하여 대역 요구, 전송 허락, 레인징(Ranging), ONU 등록, 동적으로 대역을 할당하기 위한 DBA 등을 위한 목적으로 사용함으로써 MPCP를 구성한다.
RS(Reconciliation Sublayer;23)의 주요 기능으로는 OLT 도메인에 속한 ONU 간의 P2P(Peer-to-Peer) 통신을 할 수 있도록 P2PE(Point-to-Point Emulation) 기능, 물리계층에서의 OAM(Operation and Management)기능, 그리고 본 발명에 따른 ONU의 Request 정보 삽입/추출 기능을 수행한다. 상기 P2PE 기능은, 하나의 OLT에 연결된 다수의 ONU간의 점대점 통신을 위하여 PON의 물리적인 전송 특성을 이더넷 전송 표준이 허락하지 않기 때문에 이를 보정하기 위해 필수적으로 요구되는 것으로 MAC 프레임의 프리엠블에 ONU의 물리적 ID(PON-태그)를 부착하여 수행한다. ONU에서는 상기 물리적 ID를 이용한 프레임 필터링 기능과 MAC 프리엠블 복구 기능을 수행한다. OLT에서 ONU로의 하향 프레임의 프리엠블에서의 물리적 ID는 목적지 ONU를 나타내며, ONU에서 OLT로의 상향 프레임의 프리엠블에서의 물리적 ID는 출발지 ONU를 나타낸다. 상기 ONU에서의 상기 물리적 ID는 레인징 시에 이더넷 PON OLT로부터 부여 받게 된다. ONU의 RS(26)에서는 OLT로부터 수신한 프레임의 프리엠블에 있는 물리적 ID와 자신의 물리적 ID를 비교하고 상기 수신한 프레임의 모드에 따라 상위 계층(25)으로 보내거나 폐기하게 된다. E-PON을 위한 OAM 기능은 PON 내부에서 OLT-ONU간 전송에 대한 에러 감시, 정상 동작 여부 테스트, 에러시 대처 기능 등을 제공한다.
한편, ONU의 Request 정보를 프리엠블에 추가하는 기능을 살펴보면, ONU가 OLT로부터 전송 허락(Grant)을 수신하면 OLT로 보내는 가입자 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블에 자신의 Request 정보 즉, 가입자 데이터의 우선순위와 양을 표시하여 함께 전송하게 된다. OLT에서는 각 ONU로부터 수신한 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블로부터 각 ONU의 Request 정보를 수집하여 MAC 제어계층(24)으로 전송하며 DBA에 사용하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블 구조도로, ONU 상향 프레임의 프리엠블에 ONU의 Request 정보를 추가하는 포맷 구조도를 도시한 것이다. 도 3(a)는 기존 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블(31)과 SFD(Start of Frame Delimiter;32)로 프리엠블은 7바이트로 수신 단에서의 프레임에 대한 동기에 사용된다. 상기 프리엠블(31)의 값은 0x55이며 상기 SFD(32)는 0xD5이다. 상기 SFD(32)는 목적지 주소의 시작과 디리미터(Delimiter)의 끝을 알 수 있도록 하는 기능을 갖는다. 도 3(b)의 경우 E-PON에서는 상향 이더넷 프레임의 처음 8바이트를 프리엠블(33)로 사용하며, 상기 프리엠블(33)은 SOP(Start of Packet)(34), OAM(35), ONU의 Request(36), 물리적 ID(37), 그리고 CRC(38) 등으로 구성된다.
도 4는 본 발명의 적용에 따른 효과를 설명하기 위한 동작도이다. 도 4를 참조하여 이더넷 컨트롤 프레임을 사용하여 ONU의 Request 정보를 보내는 방법 및 프리엠블에 추가하는 방법에 의한 DBA와 상향 데이터 지연에 대하여 설명한다. 도 4를 참조하면, 도 4(a)는 OLT에서 DBA를 하기 위해 매번 ONU의 Request 정보를 컨트롤 프레임으로 받는 경우를 나타내고, 도 4(b)는 OLT에서 DBA를 하기 위해 ONU의 Request 정보를 가끔씩 받는 경우이며, 도 4(c)는 본 발명에 의한 프리엠블에 ONU의 Request 정보를 포함하여 전송하는 경우를 나타낸다.
먼저, 도 4(a)의 경우 OLT에서 DBA를 하기 전에 ONU의 상태를 매번 확인하지만 이로 인하여 상향 대역의 손실을 가져오게 된다. 도 4(b)의 경우 Request 컨트롤 프레임을 가끔씩 받은 후에 DBA를 구현하므로 상향 대역의 감소가 도 4(a)보다는 적지만 적절한 DBA를 구현하기는 어렵게 된다. 반면, 도 4(c)의 경우 ONU의 Request 정보를 상향 프레임의 프리엠블에 매번 포함하여 전송하게 되므로 OLT에서 정확한 DBA를 구현할 수 있고 상향 대역 손실을 막을 수 있다. 또한, 컨트롤 프레임에 의하여 발생되는 가입자 데이터의 지연을 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 ONU와 OLT 간의 동기화와 MAC 상위 계층과 밀접하게 동작하는 Grant 메시지는 이더넷 데이터 프레임으로 전송하고 ONU의 Request 메시지만 상향 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블에 실어 보냄으로써 기존의 이더넷 프레임을 변경하지 않으면서 상향 대역폭의 감소를 막을 수 있다.
본 발명의 상세한 설명 및 도면에는 본 발명을 이해를 돕기 위한 바람직한 일실시예를 개시한 것으로서 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 권리의 범위는 상기한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 청구범위에 결정되어야만 할 것이다.
본 발명에 의하면, ONU는 OLT로 보내는 매 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블 구간에 ONU의 상향 대역 요구 정보를 실어 보내므로 OLT에서는 상기 상향 데이터 프레임의 프리엠블로부터 각 ONU의 상향 대역 요구 정보를 계속해서 얻을 수 있고 이로써 상향 대역폭의 효율과 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기와 같이 OLT가 각 ONU의 상향 대역 요구 정보를 끊임없이 얻을 수 있으므로 실시간으로 DBA 알고리즘을 적용할 수 있게 된다.
나아가, Request 이더넷 컨트롤 프레임으로 인해 발생되는 데이터 지연 시간 을 줄일 수 있으므로 지연에 민감한 서비스를 하는데 있어 효과적이다.
상술한 상세한 설명 및 도면에 개시된 내용은 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 명백한 것이다.

Claims (7)

  1. 하나의 OLT에 다수의 ONU가 하향 이더넷 프레임을 공유하고 상기 ONU에서 상기 OLT로의 상향 대역폭은 시분할 다중접속(TDMA) 방식으로 OLT가 상기 ONU에게 할당하는 이더넷-폰(E-PON) 구조에서의 ONU Request 전송방법에 있어서,
    ONU는 데이터 전송을 위해 OLT로 전달하는 상향 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블에 상기 ONU의 상향 Request 정보를 삽입하여 상기 OLT로 전송하고, 상기 OLT가 상기 전송되는 상향 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블로부터 각 ONU의 Request 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 E-PON 구조에서의 ONU Request 전송방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 ONU의 Request 정보를 상기 상향 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블에 매번 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는 E-PON 구조에서의 ONU Request 전송방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상향 이더넷 데이터 프레임의 처음 8바이트를 프리엠블로 사용하는 것을 특징으로 하는 E-PON 구조에서의 ONU Request 전송방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 프리엠블은,
    SOP(Start of Packet), OAM(Operation and Management), ONU의 Request 정 보, 물리적 ID 및 CRC(Cyclic Redundancy Checking)를 포함하는 것을 특징으로 하는 E-PON 구조에서의 ONU Request 전송방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 ONU는,
    ONU RS 계층에서 상기 OLT로의 상향 이더넷 데이터 프레임의 기존 프리엠블을 E-PON용의 프리엠블로 변경하고, E-PON ONU MAC 제어계층으로부터 Request 정보를 수신하여 상기 변경된 프리엠블에 삽입하는 것을 특징으로 하는 E-PON 구조에서의 ONU Request 전송방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 OLT는,
    OLT RS 계층에서 상기 다수의 ONU로부터 전송된 상향 이더넷 데이터 프레임의 프리엠블로부터 ONU Request 정보를 추출하여 E-PON OLT MAC 제어계층으로 전달하고, 상기 상향 이더넷 데이터 프레임을 기존 프리엠블로 변경하여 상위 계층으로 전송하는 것을 특징으로 하는 E-PON 구조에서의 ONU Request 전송방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 E-PON OLT MAC 제어계층은,
    E-PON 전송 제어기능을 수행하는 MPCP를 포함하는 것을 특징으로 하는 E-PON 구조에서의 ONU Request 전송방법.
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