KR100547752B1 - 이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 방법및 그 장치 - Google Patents

이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 방법및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광가입자망장치(ONU)별로 할당된 전송률에 의거하여 상기 광가입자망장치(ONU)별 토큰을 생성하고 광가입자망장치(ONU)별로 전송될 데이터를 동적버퍼에 저장한 후 상기 토큰과 상기 동적버퍼에 저장된 하향데이터의 용량 비교결과에 의거하여 하향데이터의 전송여부를 결정함으로써, 광가입자망장치(ONU)별로 협약된 대역을 보장할 수 있고 이로 인해 광가입자망장치(ONU)들간의 공평성을 제어할 수 있다는 효과가 있다. 또한 이로 인해 광가입자망장치(ONU)별로 계약된 대역에 대한 감시 및 제어가 가능하다는 특징이 있다.
수동형 광 가입자망, 하향데이터, 트래픽 제어

Description

이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING DOWN STREAM TRAFFIC IN ETHERNET PASSIVE OPTICAL NETWORK}
도 1은 통상적인 수동형 광 가입자망의 예를 나타낸 블록구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 방법에 대한 처리 흐름도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도착률 측정기에서 도착률을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 버퍼제어부에서 버퍼의 크기를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 기반 수동형 광 가입자망을 나타낸 블록구성도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하향 트래픽 제어부에 대한 개략적인 블록구성도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패킷처리부에 대한 개략적인 블록구성도.
본 발명은 본 발명은 수동형 광 가입자망(Passive Optical Network: 이하, "PON"이라 칭함)에 관한 것으로서, 특히, 이더넷 기반의 수동형 광 가입자망(Ethernet Passive Optical Network: 이하 "EPON"이라 칭함)에서 토큰을 이용하여 하향 트래픽을 제어하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
전화국부터 빌딩 및 일반 가정까지의 가입자망 구성을 위해, 최근에는 다양한 망 구조와 진화방안들이 제시되고 있다. 그 예로 xDSL(x-Digital Subscriber Line), HFC(Hybrid Fiber Coax), FTTB(Fiber To The Building), FTTC(Fiber To The Curb), FTTH(Fiber To The Home) 등을 들 수 있다. 이들 중 FTTx(x=B, C, H)는 능동 광 가입자망(Active Optical Network: 이하 "AON"이라 칭함)구성에 의해 구현된 능동형 FTTx와, PON 구성에 의해 구현된 수동형 FTTx로 구분될 수 있다.
이 때, 수동형 FTTx의 구현에 관여한 PON은 수동 소자에 의한 점-대-다점(point-to-multipoint)의 토폴로지(topology)를 갖는 망 구성으로 인해, 향후 경제성이 있는 광 가입자망 구현 방안으로 제시되고 있다. 즉, PON은 하나의 광선로 종단장치(Optical Line Termination: 이하 "OLT"라 칭함)와 다수의 광 가입자망 장치(Optical Network Unit, 이하 "ONU"라 함)들을 1×N의 수동형 광 분배기(Optical Distribution Network: 이하 "ODN"이라 칭함)를 사용하여 연결함으로써, 트리 구조의 분산 토폴로지를 형성한다.
이러한 PON의 형태로는 비동기전송모드 수동광가입자망(Asynchronous Transfer Mode Passive Optical Network: 이하 "ATM-PON"이라 칭함)이 가장 먼저 개발되고 표준화가 이루어졌는데, 그 표준화 내용은 ITU-T(International Telecommunication Union - Telecommunication section)에서 문서화한 ITU-T G.982, ITU-T G.983.1, ITU-T G.983.3에 기술되어 있다.
또한, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)의 IEEE802.3ah TF에서는 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet) 기반의 GE-PON 시스템의 표준화 작업이 진행 중에 있다.
한편, 점-대-점(point-to-point)방식의 기가비트 이더넷과 ATM-PON용 MAC(Medium Access Control) 기술은 이미 표준화가 완료되어 있는 상태로서, 그 내용은 IEEE 802.3z 및 ITU-T G.983.1에 기술되어 있다. 아울러 1999년 11월 2일자로 미국에서 특허 발행된(issued) 미국특허번호 5,973,374("PROTOCOL FOR DATA COMMUNICATION OVER A POINT-TO-MULTIPOINT PASSIVE OPTICAL NETWORK")에는 ATM-PON에서의 MAC 기술이 상세히 개시되어 있다.
도 1은 통상적인 PON의 예를 나타낸 블록구성도이다.
통상적으로 PON은 하나의 OLT와 다수개의 ONU들을 포함하는데, 도 1의 예에서는 하나의 OLT(10)에 3개의 ONU들(12a,12b,12c)이 ODN(16)을 통해 접속된 예를 나타내었다. 도 1을 참조하면, OLT(10)는 트리 구조의 루트에 위치하며 억세스(access) 망의 각 가입자들에게 정보를 제공하기 위한 중심적인 역할을 수행한다. 이러한 OLT(10)에는 ODN(16)이 접속되는데, ODN(16)은 트리(tree) 토플로지 구조를 가지고 OLT(10)로부터 전송되는 하향(downstream)의 데이터 프레임을 ONU들(12a,12b,12c)에게 분배하고, 역으로 ONU들(12a,12b,12c)로부터의 상향(upstream)의 데이터 프레임을 멀티플렉싱하여 OLT(10)로 전송하는 역할을 한다. 한편, ONU들(12a,12b,12c)은 하향 데이터 프레임을 수신하여 종단 사용자들(14a,14b,14c)에게 제공하고 종단 사용자들(14a,14b,14c)로부터 출력되는 데이터를 상향 데이터 프레임으로서 ODN(16)을 통해 OLT(20)으로 전송한다. 이 때, 상기 각 ONU들(12a, 12b, 12c)에 각각 연결된 종단 사용자들(14a,14b,14c)은 NT(Network Terminal)를 포함하는 PON에서 사용될 수 있는 여러 종류의 가입자망 종단장치를 의미한다.
일반적으로 ATM-PON에서는 53바이트의 크기를 가지는 ATM 셀(cell)을 일정한 크기로 묶은 데이터 프레임 형태로 상/하향 전송하는데, 도 1과 같은 트리 형태의 PON구조에서 OLT(10)는 하향 프레임 안에 ONU들(12a,12b,12c) 각각에 분배될 하향 셀을 적절히 삽입하게 된다. 또한, 상향 전송의 경우 OLT(10)는 TDM(Time Division Multiflexing) 방식으로 ONU들(12a,12b,12c)로부터 전송된 데이터를 억세스하게 된다. 이 때, OLT(10)와 ONU들(12a,12b,12c)사이에 접속된 ODN(16)은 수동 소자이므로, OLT(10)는 레인징(ranging)이라는 가상거리보정 알고리즘을 이용하여 수동소자인 ODN(16)에서 데이터가 충돌하지 않도록 하고 있다.
이러한 PON 중 특히 이더넷을 기반으로 하는 PON을 EPON(Ethernet Passive Optical Network)이라 한다. 이러한 EPON은 상기 PON에 대한 설명시 언급된 바와 같이 상향트래픽의 경우 TDM 방식으로 전송되지만, 하향트래픽의 경우 기간망에서 전송되는 데이터프레임을 별도의 제어없이 가입자망에 전송하므로써 ONU 사이에 공평성 문제가 야기될 수 있다는 문제점이 있다. 특히, 임의의 ONU로 전송되는 버스트 트래픽이 발생할 경우에는 나머지 ONU의 트래픽은 지연되거나 손실되어 서비스 품질(QoS : Quality of Service)을 보장받지 못하는 결과를 초래할 수 있다.
따라서 EPON에서 하향 트래픽에 대한 제어는 가입자의 계약된 대역에 대한 감시 및 제어, ONU 간의 공평성 제어, 효율적인 망 자원의 이용, 버스트 트래픽에 대한 QoS 보장 등을 위하여 필수적으로 요구된다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 보완하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 EPON에 있어서 가입자의 계약된 대역에 대한 감시 및 제어가 가능한 하향 트래픽 제어 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제2 목적은 EPON에 있어서 ONU 마다 협약된 대역을 보장함으로써 ONU들 간의 공평성을 제어하는 하향 트래픽 제어 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제3 목적은 EPON에 있어서 효율적인 망 자원의 이용이 가능한 하향 트래픽 제어 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제4 목적은 EPON에 있어서 버스트 트래픽에 대한 QoS 보장이 가능한 하향 트래픽 제어 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 EPON의 하향 트래픽 제어 방법은 광가입자망장치(ONU)별로 할당된 전송률에 의거하여 상기 광가입자망장치(ONU)별 토큰을 생성한 후 그 토큰을 광가입자망장치(ONU)별로 저장하는 제1 과정과, 하향데이터가 발생하면 그 하향데이터가 전송될 광가입자망장치(ONU) 정보에 의거하여 상기 하향데이터를 분류한 후 그 하향데이터를 광가입자망장치(ONU)별 전송버퍼에 저장하는 제2 과정과, 상기 제2 과정에서 상기 광가입자망장치(ONU)별 전송버퍼들에 저장된 하향데이터가 해당 광가입자망장치(ONU)에게 할당된 토큰정보에 의해 전송가능한지를 판단하는 제3 과정과, 기 판단결과 전송 가능한 것으로 판단된 하향데이터들을 각각 EPON 프레임으로 변환하는 제4 과정과, 상기 EPON 프레임들 각각이 전송될 광가입자망장치(ONU)의 주소 정보를 상기 EPON 프레임들 각각에 첨부한 후 상기 EPON 프레임들을 다중화하여 전송하는 제5 과정과, 상기 제5 과정의 전송결과에 따라 대응되는 광가입자망장치(ONU)의 토큰정보를 변경하는 제6 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적들을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 EPON의 하향 트래픽 제어 장치는 하향데이터가 전송될 광가입자망장치(ONU) 의거하여 하향데이터를 분류하는 패킷분류기와, 광가입자망장치(ONU)별로 구성되며 대응되는 광가입자망장치(ONU)에게 할당된 토큰정보를 저장하여, 상기 패킷분류기에서 대응되는 광가입자망장치(ONU)로 분류된 하향데이터와 상기 토큰정보의 전송용량에 의거하여 하향데이터의 전송여부를 결정하는 패킷처리부와, 상기 패킷처리부로부터 각 광가입자망 장치(ONU)로 전송될 하향데이터를 수신하여 상기 광가입자망장치(ONU)와 연결된 광케이블로 전송하는 패킷전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이 때, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 방법에 대한 처리 흐름도이다. 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 하향 트래픽 제어를 위해서는 먼저, EPON을 구성하는 모든 ONU별 토큰(TOKEN)을 생성한 후 저장한다(S110). 상기 과정(S110)은 OLT에서 수행됨이 바람직하다.
이 때 '토큰(TOKEN)'이란 토큰링 네트웍을 따라 돌아다니는 일련의 특별한 비트열을 말한다. 컴퓨터들은 네트웍을 따라 순환하는 토큰을 자신이 잡았을 때만 네트웍에 메시지를 보낼 수 있다. 각 네트웍에는 오직 단 한 개의 토큰만이 존재함으로써, 두 개 이상의 컴퓨터가 동시에 메시지를 전송할 가능성을 사전에 차단한다.
이와 같이 토큰이란 네트웍상에서 특정 길이(예컨대, 1 Byte)의 데이터 전송을 위한 일종의 '허가증'과 같은 의미로 사용된다. 본 발명에서 이와 같이 ONU별 토큰을 생성하는 것은 각 ONU별로 계약된 전송률에 의해 데이터를 전송할 수 있도록 하기 위함이다.
통상적으로 ONU들은 트래픽 특성에 의하여 자원할당에 대한 계약을 하게 된 다. 따라서 각 ONU들을 ONUi라고 표현하면 ONUi는 계약에 의해 할당된 전송률(Reserved rate, Ri), 평균 전송률(Average rate, Mi), 최대 전송률(Peak rate, Pi)의 트래픽 특성을 가지며, 각 트래픽 특성들간의 관계는 수학식 1과 같다.
Figure 112003026993400-pat00001
일반적으로 가입자에게는 평균 전송률(Mi)을 보장해야 하므로 계약에 의해 할당된 전송률(Ri)은 수학식 1에 나타난 바와 같이 평균전송률(Mi)과 최대 전송률(Pi) 사이의 값을 가진다.
상기 과정(S110)에서는 각 ONU별로 계약된 전송률에 따라 서로 다른 수의 토큰이 생성된다. 수학식 2는 계약에 의해 할당된 전송률(Ri)에 따른 토큰의 발생률(Gi)을 나타낸다.
Figure 112003026993400-pat00002
이 때 하나의 토큰은 한 바이트의 서비스를 허락한다.
또한 모든 ONU에 대하여 할당된 전송률의 합은 수학식 3에 예시된 바와 같이 전체 대역(C)과 같다.
Figure 112003026993400-pat00003
이 때, 'N'은 전체 ONU의 수이고, 'C'는 하향전송의 전체 전송률 또는 대역(예컨대, 1 Gbps)를 의미한다.
이와 같이 ONU별 토큰을 생성하였으면 EPON은 하향데이터의 전송을 위한 사전 준비가 끝난 것이다. 따라서 EPON이 종료할 때까지(S120) 일련의 하향데이터 전송과정(S130 내지 S190)을 반복 수행한다. 이 때, EPON이 종료한다는 것은 네트웍상의 오류 또는 기 설정된 종료 조건 등으로 인해 EPON 서비스를 종료하는 것 또는 시스템 정비/테스트 등으로 인해 EPON 서비스를 잠시 멈추는 것 등을 의미한다.
일련의 하향데이터 전송과정(S130 내지 S190)은 다음과 같다.
먼저 기간망으로부터 ONU들로 전송될 하향데이터가 발생하면(S130) 그 하향데이터가 전송될 ONU 정보에 의해 ONU별 도착률을 결정한다(S140). 즉, 하향데이터를 ONU에게 전송하기 위해서는 하향데이터가 전송될 ONU 정보에 의해 하향데이터를 분류한 후 그 하향데이터들을 각 ONU별로 할당된 버퍼에 각각 저장하는데, 이 때 일정시간동안 해당 버퍼에 도착된 하향데이터(즉, 패킷)의 평균길이를 도착률로 결정한다. 도착률을 결정하는 구체적인 방법에 대하여는 도 3을 참조하여 설명할 것이다.
상기 과정(S140)에서 ONU별 하향데이터의 도착률을 결정하였으면 그 도착률에 의해 해당 ONU에 할당된 동적버퍼를 제어한다(S150). 이 때, 상기 동적버퍼들은 상기 과정(S110)에서 생성된 토큰을 받아 출력할 때까지 입력된 패킷데이터들을 저장하기 위한 것으로서, 이러한 버퍼들은 각각의 ONU마다 존재하며 해당 ONU의 트래픽 특성에 따라 그 버퍼의 크기를 다르게 할당할 수 있지만 구현상의 용이성을 위하여 모든 버퍼의 크기를 동일하게 구현한 후 해당 버퍼로 전달되는 패킷데이터들의 도착률에 의해 그 버퍼의 길이를 동적으로 제어하는 것이 바람직하다. 동적버퍼를 제어하는 구체적인 방법에 대하여는 도 4를 참조하여 설명할 것이다.
이와 같이 동적버퍼의 제어과정(S150)을 수행하였으면 상기 과정(S110)에서 기 저장된 토큰 정보에 의거하여 하향데이터의 전송여부를 결정한다(S160). 즉, 상기 '동적버퍼에 저장된 데이터의 길이'와 해당 ONU에 대하여 생성된 '토큰에 의해 전송 가능한 데이터의 길이'를 비교하여 해당 데이터의 전송여부를 결정한다(S170). 만일 상기 '동적버퍼에 저장된 데이터의 길이'가 해당 ONU에 대하여 생성된 '토큰에 의해 전송 가능한 데이터의 길이' 보다 짧다면 토큰을 받아 해당 데이터를 전송한다(S180). 그리고 그 전송결과에 따라 해당 ONU에 대한 토큰정보를 변경한다(S190). 즉, 전송된 데이터의 길이에 해당하는 만큼의 토큰을 감한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도착률 측정기에서 도착률을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 즉, 도 3은 도 2의 과정 S140에서 도착률을 측정하는 방법에 대한 설명을 위한 도면이다. 도 3에서 가로축은 시간(time)을 의미하고, 가로축에 수직으로 표시된 막대는 해당 시간에 도착한 패킷의 길이를 의미한다.
임의의 시간 'k'에 ONUi 에 도착하는 패킷의 길이를 li(k)라고 정의하면, 't'라는 시간에 측정된 ONUi 의 도착률(ai(t))은 수학식 4와 같이 정의한다.
Figure 112003026993400-pat00004
이 때, 'T'는 도착률 측정 단위시간이다.
이와 같은 도착률은 각 버퍼의 입력부에 구비된 패킷도착률(arrival rate) 측정기에 의해 측정될 수 있다.
이와 같이 ONU별 하향데이터의 도착률을 결정하는 이유는 그 도착률에 의해 해당 버퍼의 길이를 동적으로 조절함으로써 EPON을 구현하는 하드웨어 시스템 자원을 효율적으로 이용할 수 있도록 하기 위함이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 버퍼제어부에서 버퍼의 크기를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 즉, 도 4는 도 2의 과정 S150에서 동적 버퍼를 제어하는 방법에 대한 설명을 위한 도면이다.
먼저, 버퍼의 길이를 동적으로 제어함에 있어서, 모든 ONU의 최대 전송률의 보장을 위하여 상기 버퍼의 길이는 기 설정된 최소 크기 이상이 보장되어야 한다. 수학식 5는 크기가 'S'인 버퍼의 최소크기를 산출하기 위한 계산식을 예시하고 있다.
Figure 112003026993400-pat00005
따라서, 버퍼는 상기 최소크기로부터 버퍼의 크기(S) 범위 내에서 그 저장용량이 가변되도록 제어하여야 한다.
또한 버퍼의 길이를 동적으로 제어함에 있어서, 버퍼의 길이가 버스트에 의한 급격한 패킷의 손실과 버퍼로 인한 전달지연의 증가를 최소화할 수 있도록 설정되어야 한다. 이는 서비스 품질을 보장하기 위함이다. 이를 위해 본 발명에서는 도착률에 의거하여 버퍼의 저장용량을 가변시키기 위한 가변상수를 산출하고 그 가변상수에 의거하여 버퍼의 저장용량을 제어하는 방법을 예시하고 있다. 즉, 본 발명의 예에서는 가변상수에 의거하여 버퍼의 저장용량을 제어하기 위한 소정의 가변임계치를 산출하고 그 가변임계치에 의해 버퍼의 저장용량을 제어한다. 이 때, 상기 가변 임계치는 패킷의 도착률에 따라 기 설정된 임계치의 최소값부터 버퍼 크기까지 변한다.
도 4에는 크기가 'S'이고, 최소임계치가 'hmin'이고, 최대임계치가 'hmax'인 버퍼에 대하여 버퍼의 크기를 제어하는 방법을 설명하기 위한 예가 도시되어 있다.
도 4에 예시된 바와 같은 경우에 있어서, 가변 임계치(hi(t))는 수학식 6 및 수학식 7에 예시된 바와 같은 계산식을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112003026993400-pat00006
Figure 112003026993400-pat00007
수학식 6에는 버퍼의 최소 저장용량(예컨대, 최소 임계치(hmim))에 가변상수(
Figure 112003026993400-pat00008
)를 더한 값에 의거하여 상기 버퍼의 저장용량을 제어하는 방법이 예시되어 있고, 수학식 7에는 버퍼의 최대 저쟝용량(예컨대, 최대 임계치(hmax))에서 가변상수(
Figure 112003026993400-pat00009
)를 뺀 값에 의거하여 상기 버퍼의 저장용량을 제어하는 방법이 예시되어 있다.
이 때, 수학식 6에 의해 얻어진 가변 임계치는 손실에 민감한(loss sensitive) 특성이 있고, 수학식 7에 의해 얻어진 가변 임계치는 지연에 민감한(delay sensitive) 특성이 있다. 즉, 수학식 6에 의해 가변 임계치를 산출하여 버퍼를 제어할 경우 데이터의 손실은 감소하는 반면 데이터의 지연이 발생할 확률이 높고, 수학식 7에 의해 가변 임계치를 산출하여 버퍼를 제어할 경우 데이터의 지연은 감소하는 반면 데이터의 손실이 발생할 확률이 높은 특성이 있다.
이와 같은 가변 임계치에 의해 제어되는 동적 버퍼는 입력되는 패킷의 크기가 남은 전체 버퍼의 용량(S) 보다 큰 경우 그 패킷을 버리고, 버퍼의 상태가 임계치 이하이면 패킷을 받아들인다. 한편, 버퍼의 상태가 임계치를 넘으면 수학식 8의 확률조건을 만족하는 경우에만 패킷을 버린다.
Figure 112003026993400-pat00010
수학식 8은 단위도착률(ai(t))당 계약에 의해 ONUi에 예약된 전송률(Ri)이 '0'과 '1'사이인 조건을 나타낸 식으로서, 수학식 8을 참조하면 단위도착률(ai(t))당 계약에 의해 ONUi에 예약된 전송률(Ri)이 '0'과 '1'사이인 경우 패킷을 버린다.
이 경우 단위 도착률(ai(t))이 많게 되면 단위도착률(ai(t))당 계약에 의해 ONUi에 예약된 전송률(Ri)은 '1' 보다 작게될 확률이 높으므로 수학식 8을 만족하기 힘들게 되기 때문에 패킷을 버릴 확률이 적어지고, 단위 도착률(ai(t))이 적게 되면 단위도착률(ai(t))당 계약에 의해 ONUi에 예약된 전송률(Ri)은 '1' 보다 크게 될 확률이 높으므로 수학식 8을 만족할 확률이 많아지므로 패킷을 버릴 확률이 많아진다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 기반 수동형 광 가입자망을 나타낸 블록구성도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 하향 트래픽을 제어하기 위한 EPON은 OLT(100)에 하향트래픽 제어부(300)를 포함한다.
이 때, OLT(100)는 기간망과 가입자를 연결하는 가입자망의 하나로 기간망에 연결되고, ONU(12)와 광케이블로 연결되며, 수동소자(일명, ODN)(16)에 의해 다수의 ONU들(12a, 12b, 12c)로 전송되는 데이터들을 분배/전송한다.
하향트래픽 제어부(300)는 OLT(100)에서 ODN(16)을 통해 ONU(12)로 전송될 하향데이터의 트래픽을 제어하기 위한 장치이다.
도 5에서 언급되지 않은 참조부호 14는 ONU(12)에 연결된 종단사용자를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하향 트래픽 제어부에 대한 개략적인 블록구성도이다. 도 6을 참조하면, 하향 트래픽 제어부(300)는 패킷 분류기(310)와, 패킷처리부(330)와, 패킷 전송기(350)를 포함한다.
패킷분류기(310)는 기간망에서 입력되는 패킷을 ONU별로 분류하여 패킷처리부(330)에 전달한다.
그러면 ONU별로 각각 구현된 패킷처리부(330)에서는 일단 그 패킷들을 버퍼에 저장한다. 그리고 그 저장된 패킷의 용량과 해당 ONU에게 할당된 토큰에 의해 전송가능한 데이터 용량을 비교하고 그 결과에 따라 해당 패킷의 전송여부를 결정한다. 예를 들어, 패킷처리부(330)는 상기 버퍼에 저장된 패킷이 용량이 해당 ONU에게 할당된 토큰에 의해 전송가능한 데이터 용량 이하인 경우에만 해당 패킷을 전송하는 것으로 결정한다. 이를 위해 패킷처리부(330)는 해당 ONU에게 할당된 토큰 정보를 알고 있어야 한다. 이러한 패킷처리부(330)에 대한 구성 및 동작은 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명될 것이다.
패킷전송부(350)는 패킷처리부(330)로부터 각 ONU로 보내지는 패킷을 수신하여 그 패킷을 EPON 프레임으로 변환하고 해당 ONU의 주소정보를 첨부한 후 다중화하여 ONU와 연결된 광케이블로 전송한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패킷처리부(330)에 대한 개략적인 블록구성도이다. 도 7을 참조하면 패킷처리부(330)는 도착률측정기(332), 버퍼제어부(334), 버퍼(336), 전송제어부(338), 토큰발생기(340) 및 토큰저장부(342)를 포함한다. 이러한 패킷처리부(330)는 ONU별로 각각 구성된다.
버퍼(336)는 대응되는 ONU로 전송될 패킷을 임시 저장한다. 이 때, 버퍼(336)는 버퍼제어부(334)의 제어에 의해 그 크기가 변하는 동적버퍼이다. 즉, 버퍼(336)는 그 버퍼(336)로 전달되는 패킷데이터들이 도착률에 의해 길이가 동적으로 변한다.
이 때, 버퍼(336)는 해당 ONU의 트래픽 특성에 따라 그 크기를 다르게 구현 할 수도 있지만 구현상의 용이성을 위하여 모든 버퍼의 크기를 일단 동일하게 구현한 후 해당 버퍼로 전달되는 패킷데이터들의 도착률에 의해 그 버퍼의 길이를 동적으로 제어하는 것이 바람직하다.
이러한 버퍼(336)의 크기를 변화시키는 방법은 버퍼제어부(334)에 대한 설명시 언급될 것이다.
이와 같이 그 길이가 가변되는 버퍼(336)는 입력되는 패킷의 크기가 남은 전체 버퍼의 용량 보다 큰 경우 그 패킷을 버리고, 버퍼의 상태가 임계치 이하이면 패킷을 받아들인다. 한편, 버퍼의 상태가 임계치를 넘으면 소정의 확률조건(예컨대, 수학식 8)을 만족하는 경우에만 패킷을 버린다. 즉, 단위도착률(ai(t))당 계약에 의해 ONUi에 예약된 전송률(Ri)이 '0'과 '1'사이인 경우 패킷을 버린다.
이 경우 단위 도착률(ai(t))이 많게 되면 단위도착률(ai(t))당 계약에 의해 ONUi에 예약된 전송률(Ri)은 '1' 보다 작게될 확률이 높으므로 수학식 8을 만족하기 힘들게 되기 때문에 패킷을 버릴 확률이 적어지고, 단위 도착률(ai(t))이 적게 되면 단위도착률(ai(t))당 계약에 의해 ONUi에 예약된 전송률(Ri)은 '1' 보다 크게 될 확률이 높으므로 수학식 8을 만족할 확률이 많아지므로 패킷을 버릴 확률이 많아진다.
도착률측정기(332)는 버퍼(336)에 저장된 패킷데이터의 도착률을 측정한다. 예를 들어, 도착률측정기(332)는 일정시간동안 버퍼(336)에 도착된 하향데이터(즉, 패킷)의 평균길이를 도착률로 결정한다. 도착률을 결정하는 구체적인 방법은 도 3을 참조한 설명과 같다.
버퍼제어부(334)는 도착률측정기(332)에서 측정된 도착률에 의거하여 버퍼(336)를 제어한다. 즉, 버퍼제어부(334)는 일정시간동안 버퍼(336)에 도착된 데이터의 평균길이를 참조하여 버퍼(336)의 크기를 가변시킨다. 버퍼제어부(334)에서 버퍼(336)의 크기를 가변시키는 구체적인 방법은 도 4를 참조한 설명과 같다.
한편, 토큰생성기(340)는 계약에 의해 해당 ONU에게 할당된 전송률에 따라 토큰을 생성하고 토큰저장부(342)는 토큰생성기(340)에서 생성된 토큰을 저장한다. 토큰저장부(342)에 저장된 토큰은 해당 ONU의 데이터 전송결과에 따라 실시간으로 갱신된다. 즉, 해당 ONU로 패킷데이터가 전송되면 그 전송용량에 해당되는 수의 토큰을 제거한다.
전송제어부(338)는 버퍼(336)에 저장된 데이터의 용량 및 토큰저장부(342)에 저장된 토큰에 의해 전송가능한 데이터의 용량의 비교 결과에 의거하여 버퍼(336)에 저장된 데이터의 전송여부를 결정하고, 전송가능한 경우 버퍼(336)에 저장된 데이터를 도 6의 패킷전송부(350)로 전송한다. 즉, 전송제어부(338)는 버퍼(336)에 저장된 데이터의 용량이 토큰저장부(342)에 저장된 토큰에 의해 전송가능한 데이터의 용량 이하인 경우에 버퍼(336)에 저장된 데이터를 패킷전송부(350)로 전송한다.
그리고, 그 전송결과를 토큰저장부(342)로 전달하여 전송용량 만큼의 토큰을 토큰저장부(342)에서 삭제하도록 한다.
한편, 버퍼(336)에 저장된 데이터의 용량이 토큰저장부(342)에 저장된 토큰 에 의해 전송가능한 데이터의 용량을 초과할 경우 전송제어부(338)는 버퍼(336)에 저장된 데이터를 무시한다. 즉, 버퍼(336)에 저장딘 데이터를 패킷전송부(350)로 전송하지 않는다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
상기와 같은 본 발명은 ONU 마다 협약된 전송률에 의거하여 ONU 별로 할당된 토큰에 의해 하향데이터를 전송하고 각 ONU별로 전송되는 데이터의 도착률에 근거하여 ONU별 버퍼의 크기를 가변시킴으로써 ONU별로 협약된 대역을 보장하고 ONU들간의 공평성을 제어할 수 있다는 효과가 있다. 또한 이로 인해 ONU별로 계약된 대역에 대한 감시 및 제어가 가능하다는 특징이 있다. 그리고 본 발명은 하향 전송을 원하는 모든 ONU들에게 최소/ 최대전송률을 보장할 수 있다는 장점이 있으며 EPON에 있어서 버스트 트래픽에 대한 서비스 품질(QoS)을 보장할 수 있는 효과가 있다. 따라서 EPON에 있어서 효율적인 망 자원의 이용이 가능하다.

Claims (15)

  1. 하나의 광선로종단장치(OLT)와 연결된 광분배장치(ODN)와 상기 광분배장치(ODN)와 접속된 복수의 광가입자망장치(ONU)를 가지며 각 광가입자망장치(ONU)는 복수의 가입자들과 연결된 이더넷 기반의 수동형 광 가입자 망 시스템에서, 상기 광선로종단장치(OLT)로부터 상기 광가입자망장치(ONU)로 전송되는 하향데이터의 트래픽 제어 방법에 있어서,
    상기 광가입자망장치(ONU)별로 할당된 전송률에 의거하여 상기 광가입자망장치(ONU)별 토큰을 생성한 후 그 토큰을 광가입자망장치(ONU)별로 저장하는 제1 과정과,
    상기 하향데이터가 발생하면 그 하향데이터가 전송될 광가입자망장치(ONU) 정보에 의거하여 상기 하향데이터를 분류한 후 그 하향데이터를 광가입자망장치(ONU)별 전송버퍼에 저장하는 제2 과정과,
    상기 제2 과정에서 상기 광가입자망장치(ONU)별 전송버퍼들에 저장된 하향데이터가 해당 광가입자망장치(ONU)에게 할당된 토큰정보에 의해 전송가능한지를 판단하는 제3 과정과,
    기 판단결과 전송 가능한 것으로 판단된 하향데이터들을 각각 EPON 프레임으로 변환하는 제4 과정과,
    상기 EPON 프레임들 각각이 전송될 광가입자망장치(ONU)의 주소 정보를 상기 EPON 프레임들 각각에 첨부한 후 상기 EPON 프레임들을 다중화하여 전송하는 제5 과정과,
    상기 제5 과정의 전송결과에 따라 대응되는 광가입자망장치(ONU)의 토큰정보를 변경하는 제6 과정을 포함함을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 과정은
    상기 하향데이터를 외부 제어에 의해 저장 용량이 소정 범위 내에서 가변하는 광가입자망장치(ONU)별 전송버퍼에 저장하는 것을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 과정은
    일정시간동안 상기 광가입자망장치(ONU)별 전송버퍼에 도착된 하향데이터의 평균길이를 해당 광가입자망장치(ONU)의 하향데이터 도착률로 산출하는 제2-1 과정과,
    상기 도착률에 의거하여 상기 전송버퍼의 저장용량을 가변시키기 위한 가변상수를 산출하고 그 가변상수에 의거하여 상기 전송버퍼의 저장용량을 가변시키는 제2-2 과정과,
    상기 가변된 전송버퍼의 저장용량과 상기 전송버퍼에 저장될 하향데이터의 용량을 비교하는 제2-3 과정과,
    상기 비교결과에 의해 기 설정된 저장조건을 만족하는 경우에만 상기 하향데이터를 상기 전송버퍼에 저장하는 제2-4 과정을 포함함을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2-4 과정은
    상기 전송버퍼에 저장될 하향데이터의 용량이 상기 전송버퍼의 저장용량 보다 큰 경우 그 하향데이터를 상기 전송버퍼에 저장하지 않는 것을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광가입자망의 하향 트래픽 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2-4 과정은
    상기 전송버퍼가 상기 가변상수에 의해 가변된 저장용량을 초과한 상태이고 상기 제2-1 과정에서 산출된 도착률과 해당 광가입자망장치(ONU)에 예약된 전송률의 비교결과 상기 도착률당 상기 전송률이 '0'과 '1' 사이인 경우 상기 하향데이터를 상기 전송버퍼에 저장하지 않는 것을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광가입자망의 하향 트래픽 제어 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제3 과정은
    상기 광가입자망장치(ONU)별 전송버퍼들에 저장된 데이터의 용량과 해당 광가입자망장치(ONU)에게 할당된 토큰에 의해 전송 가능한 데이터 용량을 비교하는 제3-1 과정과,
    상기 비교결과 상기 전송버퍼들에 저장된 데이터의 용량이 해당 광가입자망장치(ONU)에게 할당된 토큰에 의해 전송 가능한 데이터의 용량 이하인 경우 상기 전송버퍼들에 저장된 데이터를 전송 가능한 것으로 판단하는 제3-2 과정을 포함함을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 방법.
  7. 하나의 광선로종단장치(OLT)와 연결된 광분배장치(ODN)와 상기 광분배장치(ODN)와 접속된 복수의 광가입자망장치(ONU)를 가지며 각 광가입자망장치(ONU)는 복수의 가입자들과 연결된 이더넷 기반의 수동형 광 가입자 망 시스템에서, 상기 광선로종단장치(OLT)로부터 상기 광가입자망장치(ONU)로 전송되는 하향데이터의 트래픽을 제어하는 장치에 있어서,
    상기 하향데이터가 전송될 광가입자망장치(ONU) 의거하여 하향데이터를 분류하는 패킷분류기와,
    상기 광가입자망장치(ONU)별로 구성되며 대응되는 광가입자망장치(ONU)에게 할당된 토큰정보를 저장하여, 상기 패킷분류기에서 대응되는 광가입자망장치(ONU)로 분류된 하향데이터와 상기 토큰정보의 전송용량에 의거하여 하향데이터의 전송 여부를 결정하는 패킷처리부와,
    상기 패킷처리부로부터 각 광가입자망장치(ONU)로 전송될 하향데이터를 수신하여 상기 광가입자망장치(ONU)와 연결된 광케이블로 전송하는 패킷전송부를 포함함을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 패킷처리부는
    상기 대응되는 광가입자망장치(ONU)로 분류된 하향데이터의 용량과 해당 광가입자망장치(ONU)에게 할당된 토큰에 의해 전송 가능한 데이터 용량을 비교하고, 그 결과 상기 하향데이터의 용량이 해당 광가입자망장치(ONU)에게 할당된 토큰에 의해 전송 가능한 데이터의 용량 이하인 경우 하향데이터를 전송하는 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광가입자망의 하향 트래픽 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 패킷처리부는
    사전 계약에 의해 대응되는 광가입자망장치(ONU)에게 할당된 전송률에 따라 해당 광가입자망장치(ONU)에게 할당할 토큰을 생성하는 토큰생성기와,
    상기 토큰생성기에서 생성된 토큰을 저장하는 토큰저장기와,
    대응되는 광가입자망장치(ONU)에게 전송될 패킷을 임시 저장하는 전송버퍼 와,
    상기 전송버퍼에 저장된 데이터의 용량 및 상기 토큰저장기에 저장된 토큰에 의해 전송 가능한 데이터의 용량 비교결과에 의거하여 상기 전송버퍼에 저장된 데이터의 전송여부를 결정하는 전송제어부를 포함함을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광가입자망의 하향 트래픽 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전송버퍼는
    외부 제어에 의해 저장 용량이 소정 범위 내에서 가변하는 동적버퍼인 것을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광가입자망의 하향 트래픽 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 패킷처리부는
    기 설정된 일정시간동안 상기 전송버퍼에 도착된 하향데이터의 평균길이를 도착률로 결정하는 도착률측정기와,
    상기 도착률측정기에서 측정된 도착률에 의거하여 상기 전송버퍼의 저장용량을 가변시키기 위한 가변상수를 산출하고 그 가변상수에 의거하여 상기 전송버퍼의 저장용량을 제어하는 버퍼제어부를 더 포함함을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광가입자망의 하향 트래픽 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 버퍼제어부는
    상기 전송버퍼의 최소 저장용량에 상기 가변상수를 더한 값에 의거하여 상기 전송버퍼의 저장용량을 제어하는 것을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광가입자망의 하향 트래픽 제어 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 버퍼제어부는
    상기 전송버퍼의 최대 저장용량에서 상기 가변상수를 뺀 값에 의거하여 상기 전송버퍼의 저장용량을 제어하는 것을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광가입자망의 하향 트래픽 제어 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 전송제어부는
    상기 전송버퍼에 저장된 데이터의 전송결과에 의거하여 상기 토큰저장기에 저장된 토큰정보를 변경하는 것을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광가입자망의 하향 트래픽 제어 장치.
  15. 제7항에 있어서, 상기 패킷전송부는
    상기 패킷처리부로부터 수신된 하향데이터를 이더넷 기반 수동형 광가입자망(EPON) 프레임으로 변환하고 전송될 광가입자망장치(ONU)의 주소정보를 첨부한 다음 상기 광케이블로 전송하는 것을 특징으로 하는 이더넷 기반 수동형 광 가입자망의 하향 트래픽 제어 장치.
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