KR100570842B1 - 파장 분할 다중화 수동 광 가입자망(ｗｄｍ-ｐｏｎ)에서의통신, 방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 및서비스 파장 할당방법 - Google Patents

파장 분할 다중화 수동 광 가입자망(ｗｄｍ-ｐｏｎ)에서의통신, 방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 및서비스 파장 할당방법 Download PDF

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윤현호
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김남욱
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Abstract

본 발명은 하이브리드형 파장 분할 다중화 수동형 광 가입자망(WDM-PON)에서 멀티캐스트 그룹의 변화시 한정된 방송형 파장을 점유한 멀티캐스트 서비스 그룹의 채널 공유도를 확인하여 최대 채널 효율을 위해 동적 멀티캐스트 그룹 관리 및 멀티캐스트 서비스 파장 할당방법에 관한 것이다.
본 발명은 하이브리드형 WDM-PON망에서 IGMP-스누핑(Snooping) 기술을 기반으로 방송형 파장 및 데이터 파장을 이용하는 모든 멀티캐스트 서비스 그룹의 파장 공유도를 주기적으로 파악하고, 그 파악된 결과에 따라 방송형 파장을 이용하는 그룹의 채널 공유도가 데이터 파장을 이용한 그룹의 채널 공유도보다 작을 경우, 동적으로 멀티캐스트 그룹의 파장할당을 변경하여 방송형 파장을 이용하는 멀티캐스트 그룹의 파장 공유도를 최대화하여 한정된 자원내에서 최대한의 멀티캐스트 서비스를 수용하는 방법을 제공한다.
하이브리드, 파장분할다중화 수동형광가입자망(WDM-PON), 멀티캐스트, 방송형 파장, 공유도, 파장 할당

Description

파장 분할 다중화 수동 광 가입자망(ＷＤＭ-ＰＯＮ)에서의 통신, 방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 및 서비스 파장 할당방법{Dynamic Multicasting Group Management and Service Wavelength Allocation Method for Communication and Broadcasting Converged Service in WDM-PONs}
도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드형 파장 분할 다중화 수동형 광 가입자망(WDM-PON)의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 WDM-PON에서의 최종 광 가입자 단말장치(ONT) 및 광 선로 종단장치(OLT)의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 WDM-PON의 OLT에서의 동적 멀티캐스트 그룹의 관리 및 서비스 파장 할당을 위한 테이블 구조도이다.
도 4는 본 발명에 따른 WDM-PON의 OLT에서의 동적 멀티캐스트 그룹의 관리 및 서비스 파장 할당방법을 보이는 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 WDM-PON의 OLT에서의 동적 멀티캐스트 그룹의 파장 공유도를 이용한 그룹 스와핑(Swapping) 과정을 보이는 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
102 : 데이터 파장 103 : 방송 파장
105 : OLT 106 : ONT
본 발명은 파장 분할 다중화 수동형 광 가입자망(WDM-PON)에서 동적 멀티캐스트 서비스에 관한 것으로, 특히 하이브리드형 파장 분할 다중화 수동형 광 가입자망(WDM-PON)에서 멀티캐스트 그룹의 변화시 한정된 방송형 파장을 점유한 멀티캐스트 서비스 그룹의 채널 공유도를 확인하여 최대 채널 효율을 위해 동적 멀티캐스트 그룹 관리 및 멀티캐스트 서비스 파장 할당방법에 관한 것이다.
점대점(Point-to-Point) 정보 교환의 기능을 가지는 통신은 정보 흐름이 양방향으로 진행되고, 특정인을 대상으로 하기 때문에 그 효과가 제한적, 개인적인 것에 비해, 점대다중점(Point-to-Multipoint) 정보 분배의 기능을 가지는 방송은 정보 흐름이 단방향으로 진행되고 다수의 가입자를 대상으로 정보가 공유되는 특징을 가지고 있다.
기존의 통신 사업자 입장에서 방송형 서비스를 수용하기 위해 통신망을 통하여 방송형 서비스 및 통신 서비스를 동시에 제공하는 기술 분야는 현재 유럽에서 추진중인 ACTS(Advanced Communications Technologies and Services) 프로젝트 중에서 가입자망의 광대역화 진화 프로젝트인 PLANET(Photonic Local Access Network)와 미디어와 통신, 방송이 융합한 인터넷 방송을 들 수 있다.
ACTS-PLANET에서는 투자 비용을 줄일 수 있는 슈퍼폰(SuperPON)을 개발하고 있다. 상기 SuperPON의 전송률은 하향 스트림(Downstream)은 2.5Gbps, 상향 스트림 (Upstream)은 311Mbps이다. 이러한 SuperPON은 주문형 비디오(VoD:Video on Demand)와 같은 매우 높은 하향 스트림 전송률을 가지는 고화질 방송(HDTV) 형태의 서비스를 가입자에게 제공하는 것을 목적으로 한다. SuperPON의 신호는 WDM 필터에 의해 분리가 되며 주목할 것은, PLANET 증폭 스플리터(PLANET Amplified splitter)는 기존의 ATM-PON과 유사한 광 증폭기(Optical Amplifier)와 광 스플리터(Optical Splitter)를 포함하고 있다. SuperPON은 종래의 에이티엠-폰(ATM-PON)이나 이더넷-폰(Ethernet-PON)에서 분기율과 전송용량을 개선시키는 방향으로 진행하고 있다.
가입자 망 기술의 개발과 도입으로 인해 점차 인터넷의 전송속도 문제가 향상되기 시작하면서, 인터넷 방송의 모습은 비디오, 오디오 파일을 직접 전송받으면서 동시에 실행되는 스트리밍(Streaming) 기술을 이용하는 형태로 바뀌었다. 현재, 인터넷 방송은 액세스 라인의 대역폭 확장을 위해 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)에서 FTTH(Fiber-to-the-Home) 방식으로 천이하는 단계에 와 있다. 국내의 통신 사업자들도 인터넷 방송 서비스를 통한 새로운 기회의 창출을 위해 다각적인 노력을 기울이고 있는 중이며, 곧 본격적인 서비스가 제공될 것으로 보인다.
현재, 인터넷 트래픽은 고품질의 음성, 영상 데이터를 실시간으로 서비스 가입자에게 제공하는 광대역 에플리케이션의 등장 및 보편화로 인해 용량면에서 지수적인 증가 추세를 보이고 있다. 특히, 통신과 방송의 융합서비스를 단일 데이터 전송망을 통해 제공하고자 하는 통합망 서비스의 등장으로 인해, 이러한 트래픽 증가 추세는 향후 더욱 커질 것으로 예측된다. 이러한 광대역 서비스는 지속적인 가용 용량의 증가를 이룬 백본망 및 메트로망에서는 큰 무리없이 수용될 것이다. 그러나 현재의 가입자망 구조에서는 기본적으로 협소한 가입자당 대역폭 및 프로토콜의 혼재로 인해 이러한 실시간 광대역 서비스를 제공하기에 많은 문제가 있다.
최근 진행되고 있는 FTTH(Fiber To The Home) 기반의 광가입자망 사업은 최종적으로 개별 서비스 가입자와 중앙국(Central Office) 사이에 광 파이버를 포설하여 광기술 기반의 광대역 전송 대역폭을 제공하는 것을 목표로 한다. 이를 위하여 기존의 백본에 사용되던 광기술을 기반으로 효율적이고 경제적인 광 가입자망 구축을 위한 광선로기술, 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing;이하, WDM이라 함) 기술, 광소자기술, 광선로 분배기술 등 관련 기술들이 급속히 개발되고 있다. 이에 의해, 단일 스타(Star) 형태의 가입자망에서 에이티엠(ATM:Asynchronous Transfer Mode) 및 이더넷(Ethernet) 기반의 수동형 광 가입자망(Passive Optical Network;이하, PON이라 함)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 현재 상용화 단계에 이르고 있다. 그러나, 근본적으로 시분할 다중화(TDM:Time Division Multiplexing) 기술을 이용하는 이러한 PON 구조는 전송 용량의 한계로 인해 궁극적으로는 요구 대역을 만족하면서 각 가입자에 독자적인 파장을 할당하는 WDM-PON 형태로 진행될 것으로 보이며, 미국, 일본, 유럽등에서 이에 대해 활발한 연구가 이루어지고 있다.
WDM-PON은 각 가입자에게 개별 파장을 할당하므로, 기가급의 대용량 데이터 서비스를 무리없이 제공할 수 있는 광 분배 구조이며, 특히 개별 데이터 채널외에 방송형 채널을 모든 망내 최종 가입자 단말장치(Optical Network Terminal;이하, ONT라 함)가 공유하는 하이브리드(hybrid)형 WDM-PON은 광 계층에서 모든 데이터가 물리적으로 모든 ONT로 분배되므로 향후 방송형 멀티캐스팅 서비스 수용에 매우 유리하다.
FTTH WDM-PON은 기본적으로 가입자 댁내 종단 장치인 ONT에 광 링크를 제공하여 다양한 서비스 제공에 충분한 대역폭을 할당하는 것을 목표로 한다. 이때 ONT는 FTTC(Fiber To The Curb) 망의 광 망 종단장치(ONU:Optical Network Unit)와는 달리 타 가입자들의 트래픽과 집선이 이루어지지 않는 독자적인 개별 서비스 종단점이 된다. 따라서 OLT와 ONT간의 실제 서비스 트래픽의 패턴은 사용자의 인터넷 사용형태에 근거하여 장시간 지속되는 형태가 아닌 매우 동적인 대역 변화를 보인다. 특히 이러한 성향은 멀티캐스트 서버에서 ONT로의 단방향 대역폭 요구가 지속되는 방송 서비스보다 일반적인 파일전송, 화상통신 및 고품질 VoD등의 데이터 서비스에서 보다 두드러진다. 따라서 하이브리드형 WDM-PON 내의 OLT는 지속형 방송 서비스와 일반 데이터 서비스를 분리하여 각기 상이한 광파장으로 전송함으로써, 방송 서비스가 데이터 서비스에 의해 품질이 저하되는 것을 막고, 멀티캐스팅 및 포트당 그룹 관리를 통해 한정된 대역폭 내에서 최대한의 방송형 채널 공유가 가능하도록 동적으로 관리한다. 기본적으로 OLT는 멀티캐스트 라우터와 ONT간의 멀티캐스트 그룹 등록 및 해제를 IGMP(Internet Group Management Protocol) 스누핑(Snooping)을 이용하여 모니터링하며, 새로운 방송형 서비스 채널이 양단간에 형성될 때 이의 전송은 공유된 방송 광파장을 이용한다. 이러한 방송형 데이터 프레임은 하향 광분배기에 의해 물리 계층에서 모든 ONT에 분배되어 해당 그룹에 속하는 ONT는 단순히 필터링을 통해 수신 가능하므로 망내 자원의 공유도를 높일 수 있다.
하지만, OLT가 이러한 FCFS(First Come First Service) 방식으로 방송형 채널을 할당할 경우, 방송형 파장의 모든 대역폭이 기존 멀티캐스트 그룹에 의해 점유되어 있으면 한정된 방송형 파장의 대역폭에 의해 특정 시점에서는 새로운 멀티캐스팅그룹의 서비스 요청을 방송형 파장을 이용하여 수행할 수 없는 문제가 발생된다. 이 경우, OLT는 각 ONT의 독립적인 데이터 파장을 이용하여 멀티캐스팅을 수행하며, 이 경우는 기존의 스위치 내의 점대점 멀티캐스팅 방식과 동일하다. 만일 현재 방송형 광파장을 이용하여 제공되는 멀티캐스트의 서비스 ONT의 개수가 데이터 광파장을 이용하는 멀티캐스트 그룹 내의 ONT의 개수보다 작다면, 이는 공유된 채널의 낭비를 초래하며 하이브리드 구조의 장점을 제대로 이용하지 못하게 되는 것이다.
이와 같이, 제한된 방송용 파장의 대역폭 내에 많은 수의 방송형 멀티캐스트 서비스 및 데이터 서비스를 수용하기 위한 효율적인 관리 방안이 아직까지 제시되지 못했으며, 특히 한정된 자원 내에서 멀티캐스팅 서비스를 효율적으로 수용하는 방안이 제시되지 못했다.
한편, 미국 공개특허 2004/0184806(명칭: Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network capable of Integrating Broadcast and Communication Services)에는 파장 분할 다중화 방식을 이용하여 디지털 방송 서비스와 통신 서비스를 융합하여 전송하는 수동형 광 가입자망이 개시되어 있으며, 또한, 미국 공개특허 2003/0123453 (명칭: Method and Apparatus of Directing Multicast Traffic in an Ethernet MAN)에는 GMRP, GVRP를 지원하지 않는 호스트들에게도 IP 계층의 IGMP 패킷을 이용하여 이더넷의 원하는 2계층 멀티캐스트 그룹 및 가상랜에 등록이 가능하게 하기 위해, 이더넷 스위치에서 IGMP 패킷을 통해 2계층 멀티캐스트 그룹 및 가상랜을 관리하는 방법이 개시되어 있다. 나아가, 국제 공개특허 WO 98/048343 (명칭:System, Device, and Method for Managing Multicast Group Memberships in a Multicast Network)에는 멀티캐스트 네트워크에서 로컬 라우터로부터 멀티 캐스트 라우팅 프로토콜을 오프로드시키기 위한 시스템, 디바이스 및 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 선행특허들은 WDM-PON에서 제한된 방송형 파장의 대역폭 내에 상기 방송형 파장을 이용하고 있는 개별 멀티캐스트 그룹에 대한 채널 효율을 극대화하는 기술은 제시되지 않았으며, 특히 상기 멀티캐스트 그룹의 서비스 효율을 최대화하기 위한 멀티캐스트 그룹 관리 및 서비스별 파장 할당방법은 제시하지 않았다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 하이브리드형 WDM-PON 내에서 실시간 동적 멀티캐스트 그룹 관리 및 서비스별 파장 할당을 통해, 한정된 방송형 파장의 대역폭 내에서 최대한의 채널 공유도를 유지하여 가입자들에게 최대 다수의 방송형 멀티캐스트 서비스를 효율적으로 제공하도록 하는 WDM-PON에서의 통신, 방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 및 멀티캐 스트 서비스 파장 할당방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동적 멀티캐스팅 그룹 관리방법은, 광선로종단장치(OLT) 및 다수의 광가입자단말장치(ONT)를 포함하는 IGMP-스누핑(Snooping) 기반 파장분할다중화 수동형광가입자망(WDM-PON)에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 방법에 있어서,
OLT에서 각 ONT로 개별 데이터 파장(λc) 및 공유형 방송 파장(λb)을 각각 할당하고, 개별 ONT와 멀티캐스트 서버간의 IGMP 제어 메시지를 체크하는 제1단계; 상기 체크결과, 상기 메시지가 특정 ONT의 멀티캐스트 그룹 등록일 경우, 상기 그룹이 새로 생성된 그룹인지, 기존에 등록된 그룹인지를 판단하는 제2단계; 상기 판단결과, 새로 생성된 그룹이면, 상기 방송 파장(λb)의 대역폭 내의 최대 허용가능한 멀티캐스트 그룹의 수(Depth)를 파악하여 상기 그룹의 멀티캐스트 타입을 결정하며, 기존에 등록된 그룹이면, OLT 내의 정보 테이블에 상기 ONT에 대응되는 포트 정보를 등록하고 상기 방송 파장(λb)의 대역폭 내의 최대 허용가능한 멀티캐스트 그룹의 수를 파악하여 상기 그룹의 공유도를 향상시키는 제3단계; 상기 체크결과, 특정 ONT의 명시적 그룹 탈퇴(Leave) 메시지이거나 또는 특정 질의에 대한 타임아웃일 경우, 상기 ONT를 해당 그룹에서 제거하고 상기 그룹의 공유도를 감소시키는 제4단계; 및 상기 ONT가 제거된 그룹의 공유도를 체크하여, 공유도가 0이면 상기 해당 그룹을 삭제하고, 공유도가 0이 아니면 상기 해당 그룹의 최대 허용가능한 멀 티캐스트 그룹의 수(Depth)를 파악하여 상기 그룹의 공유도를 향상시키는 제5단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동적 멀티캐스팅 그룹 서비스 파장 할당방법은, 광선로종단장치(OLT) 및 다수의 광가입자단말장치(ONT)를 포함하는 IGMP-스누핑(Snooping) 기반 파장분할다중화 수동형광가입자망(WDM-PON)에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 서비스 파장 할당방법에 있어서,
OLT에서 각 ONT로 개별 데이터 파장(λc) 및 공유형 방송 파장(λb)을 각각 할당하는 파장할당단계; 상기 OLT에서 상기 공유형 방송 파장(λb)을 통해 방송용 데이터를 전송하고, 상기 개별 데이터 파장(λc)을 통해 제어용 데이터를 전송하는 제1데이터전송단계; 상기 공유형 방송 파장의 대역폭이 초과되었는지를 판단하는 판단단계; 및 상기 공유형 방송 파장(λb)의 대역폭이 초과되지 않았으면 상기 공유형 방송 파장(λb)을 통해 방송용 데이터를 계속 전송하고, 상기 대역폭이 초과되었으면, 이후에 형성되는 방송용 데이터 및 제어용 데이터는 상기 데이터 파장(λc)을 통하여 전송하는 제2데이터전송단계를 포함한다.
본 발명은 하이브리드형 WDM-PON 망에서 IGMP-Snooping 기술을 기반으로 방송형 채널 및 전용 데이터 채널을 이용하는 모든 멀티캐스팅 서비스 그룹의 채널 공유도를 주기적 혹은 그룹 정보 변경시마다 파악하고, 그 파악 결과를 기반으로 방송형 파장을 이용하는 그룹의 파장 공유도가 데이터 파장을 이용하는 그룹의 공 유도보다 낮을 경우, 동적으로 멀티캐스팅 그룹의 파장 할당을 변경하여, 상기 방송 파장을 이용하는 멀티캐스팅 서비스의 채널 공유도를 최대화함으로써, 한정된 자원내에서 최대한의 멀티캐스팅 서비스를 수용하는 방법을 제공한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대하여는 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드형 파장 분할 다중화 수동형 광 가입자망(WDM-PON)의 전체 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 하이브리드형 WDM-PON(100)은 광분배기(101)를 기점으로 전형적인 트리 구조를 갖는다. 이는 다수의 가입자 서비스에 사용되는 광파이버를 최대한의 거리까지 공유함으로써 가격 절감의 효과를 갖는다. WDM 기술을 PON 형식의 가입자 분배구조에 적용키 위해, 상기 광분배기(101)는 하나의 광 섬유에서 다수의 다중화된 파장을 분리해내는 파장다중화기/역다중화기가 사용되며, 현재의 기술로는 AWG(Arrayed Waveguide Grating)를 이용해서 최대 16 또는 32 파장 정도를 사용할 수 있다. 이러한 다중화기(또는 역다중화기)를 통해 OLT(105)는 각각의 ONT(106)에게 전이중 통신방식의 데이터 서비스용 파장인 λc(102)를 할당하여, 총 N개의 점대점 방식의 논리적인 데이터 서비스 망이 형성된다. 또한, 상기 OLT(105)는 모든 ONT(106)에게 광분배기(101)를 통한 파장분배 방식을 이용하여 일괄적으로 반이중 통신방식의 방 송 서비스용 파장인 λb(103)를 할당하며, 이 파장(λb)은 모든 ONT(106)에 의해 공유된다. 따라서, 개별 ONTi는 데이터 파장인 λc,i 와 공유형 방송 파장인 λb의 쌍(λc,i,λb)(104)을 할당받게 된다. 이러한 하이브리드 WDM-PON(100)은 TDM 방식을 기반으로 하는 복합형 WDM 망 구조보다 근본적으로 높은 대역폭을 제공할 뿐 아니라 향후 통신,방송 융합형 서비스 제공에 있어 광계층에서의 신호 분할이 가능하게 되어, 구조적으로 우수한 서비스 특성을 지니게 된다. 도 1에 도시된 구조에서, 그룹 등록 및 탈퇴, 멀티캐스트 그룹의 질의(Query) 및 응답(Response) 등의 모든 제어 데이터는 λc를 이용하며, λb는 멀티캐스트 데이터 트래픽만이 수용된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 WDM-PON에서의 최종 광 가입자 단말장치(ONT) 및 광 선로 종단장치(OLT)의 개략 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하이브리드형 WDM-PON 시스템(200)을 살펴보면, OLT의 방송 서비스 포트(214)는 방송 파장(λb)을 통한 전송을 위해 단일 고정형 레이저(LD1)(211)를 사용하고, 개별 데이터 파장(λc)을 위해서는 배열구조의 N개의 레이저(LDN)(212)를 사용한다. OLT의 스위치 모듈(213)은, IGMP 스누핑(Snooping)과 가상랜(VLAN) 기술에 의해 방송 데이터는 해당 단일 포트로 방송 서비스이지만, λb의 대역폭이 초과된 후 형성되어 일반 데이터 채널을 이용하는 멀티캐스팅 트래픽이나 일반적인 인터넷 데이터 트래픽을 해당 포트로 스위칭한다. 또한 멀티캐스트 서버와 ONT 사이의 멀티캐스트 그룹 제어에 관한 모든 패킷을 스누핑(Snooping)하여 테이블을 유지하는 역할도 수행한다. 각 개별 ONTi(220)의 경우, 개별 데이터 파장 λc,i을 통해 데이터를 송,수신하는 고정형 PD(Photo detector)(221) 및 고정형 레이저(LD2)(222)가 한쌍으로 구성된 데이터 송수신기 모듈(223)과, 공유된 λb를 통한 방송 서비스를 수신하기 위한 λb용 고정형 PD(224)로 구성된다. 따라서, OLT(210)에서부터 ONT(220)로 이루어지는 하향 트래픽 전송의 경우, 방송 서비스와 일반 데이터 서비스는 기본적으로 상호 독립적으로 운영된다.
도 3은 본 발명에 따른 WDM-PON의 OLT에서의 동적 멀티캐스트 그룹의 관리 및 파장 할당을 위한 테이블 구조도이다. 특히, 도 3은 방송 파장인 λb의 최대 채널 공유도를 유지하면서, 다수의 멀티캐스트 서비스를 효율적으로 지원하기 위해, OLT에 의해 이루어지는 IGMP-VLAN 및 포트 관리 테이블 구조를 나타낸다. 앞서 기술한 바와 같이, 멀티캐스팅은 기본적으로 단방향 반이중 통신 방식의 공유형 파장 λb를 통해 제공되며, IGMP 질의(query) 및 응답(response) 메시지는 모두 각 ONT 마다 독립적으로 할당된 λc를 통해 이루어진다.
따라서, 도 3의 OLT에서의 멀티캐스트 그룹 관리 테이블(300)에 도시된 바와 같이, 멀티캐스트 서버 및 멀티캐스트 라우터와 ONT간에 멀티캐스트 서비스 Group 1이 형성되었음이 IGMP Snooping을 통해 OLT에 인식되면(11), OLT 스위치 모듈(213)은 먼저 비할당된 VLAN (a)를 생성하여 해당 Group 1에 할당하고(12), IGMP 응답(response) 메시지가 수신된 데이터 채널, 즉 이 경우는 ONT1에 대응하는 λ c,1에 대응되는 스위치 포트 1번을 VLAN (a) 멤버 정보인 포트정보(Port Information)에 등록한다(13). 이때, 기본적으로 멀티캐스트 방송 서비스이고, 깊이(Depth)가 M에 도달하지 않았으므로(14), 멀티캐스트 타입(Multicast Type)은 공유(Shared)로 설정된다(15). 최대 서비스 수용 용량에 대해 상대적인 사용량을 지시하는 깊이(Depth)는 λb의 대역폭 내에서 최대 허용 가능한 멀티캐스트 그룹의 수를 나타낸다. 예를 들어, λb의 대역폭이 B이고, 단일 방송형 서비스의 필요 대역폭이 L일 경우, 최대 허용 가능한 멀티캐스트 그룹의 수는 inf{B/L}이 된다. 만일, 깊이(Depth)가 최대치(M)를 넘었을 때, 새로운 멀티캐스트 그룹 형성이 감지되는 경우, 해당 그룹의 멀티캐스트 타입(Multicast Type)은 전용(Dedicated)으로 설정된다(16). 멀티캐스트 타입은 OLT가 하향 멀티캐스트 트래픽을 어떠한 방식으로 포워딩 할지를 결정하는 필터링 플레그로서, 공유(Shared)일 경우 멀티캐스트 트래픽은 VLAN에 의해 구성된 포트 정보(Port Information)에 등록된 포트 정보를 따르지 않고, 공유된 λb 채널에 대응된 포트_방송(Port_Broadcast)으로 전송된다. 반대로, 멀티캐스트 타입이 전용(Dedicated)일 경우, 방송형 트래픽일 경우에도 해당 그룹에 대응되는 VLAN 그룹내의 포트 정보(Port Information)에 따라 다수의 패킷을 복사하여 전송한다.
도 3에 나타난 바와 같이, 지속적인 IGMP 질의(query)에 의해 다수의 멀티캐스트 그룹이 생성되며, 서비스에 해당하는 포트, 즉 ONT 정보 역시 각 그룹에 할당 및 유지된다. 이때 포트 정보 이외에 각 그룹마다 서비스에 등록되어 있는 총 ONT 수를 나타내는 공유도(Share_Index)를 기록한다(17). 이러한 공유도(Share_Index) 는 그룹이 형성된 이후 명시적인 IGMP 응답(response)을 전송한 ONT가 그룹에 추가되는 경우 증가하며, 명시적 IGMP 탈퇴(Leave) 메시지나 포트 타입아웃(Time_Out)이 발생하여 해당 그룹에서 삭제되는 경우 감소하게 된다(18). 이를 통해 OLT는 공유된 λb의 채널 효율을 그룹 변경 시마다 쉽게 파악할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 최대 공유 허용도인 M에 도달한 이후에 생성된 멀티캐스트 그룹 M+1의 멀티캐스트 타입은 전용(Dedicated)으로 설정되며(19), 해당 서비스 구성원인 ONT2는 데이터 채널인 λc,2를 통해 멀티캐스트 트래픽을 수신한다. 이 경우 공유도(Share_Index)는 1로 그룹 1과 동일하다(20). 그러나 기본적으로 방송형 서비스는 지속성을 지니고 있고, 먼저 서비스 되고 있는 방송형 서비스의 품질 유지를 및 시스템 복잡도(Complexty)의 감소를 위해, 이 경우는 그룹 스와핑(Group Swapping)을 시행하지 않는다. 이후, 그룹 M+2가 생성된 후 새로운 멤버로 ONT 5와 ONT 7이 그룹 M+2에 추가되었을 때, 해당 그룹의 공유도(Share_Index)는 3으로 증가한다(21). 이는 동일한 멀티캐스트 트래픽이 각 멤버 ONT들에게 독립 할당된 λc를 통해 스위치 모듈 내에서 멤버의 수만큼 복사되어 점대점 방식으로 전송되어야 함을 의미하고, 결국 망내의 채널 효율을 감소시키게 된다. 만일 이러한 트래픽이 광계층이 공유된 λb를 통해 전송된다면, 단일 프레임이 전송되어도 광분배기에 의해 분배되므로, 광계층에서 멀티캐스팅을 이룰 수 있어 스위치 모듈의 프레임 프로세싱을 줄일 수 있고, 동시에 [(공유도 -1 ) ×L] 만큼의 대역폭 사용을 감소시킬 수 있게 되어, 데이터 전송에 필요한 대역폭을 망 내에서 효율적으로 유지할 수 있게 된다.
반대로, 그룹 1의 경우는 FCFS방식으로 공유(Shared) 형태의 멀티캐스트 타입을 할당 받았으나, 그룹의 멤버는 ONT 1 하나로 극히 낮은 상황이다(22). 따라서, 공유 채널의 전체 효율은 극히 낮아지게 된다. 이러한 경우 OLT는 공유(Shared) 형태의 멀티캐스트 타입을 할당받은 그룹 중에서, 그룹 M+2와 비교할 때 가장 낮은 공유도(Share_Index) 값을 가지고 있는 그룹 1과 그룹 스와핑(Group Swapping)을 시행하게 된다(23). 이와 같이 그룹 스와핑된 이후의 망내의 λb의 전체 채널 공유도는 2만큼 증가하게 되어, 공유채널을 최대한 활용하는 효과가 발생하게 된다.
결국, 이러한 동적 멀티캐스트 그룹 관리에 의해 공유 파장인 λb의 한정된 대역폭 내에서 최대 수의 멀티캐스트 그룹을 효율적으로 수용할 수 있을 뿐 아니라, 방송형 서비스와 데이터형 서비스를 최대한 분리함으로써, 서비스별로 안정적인 서비스 품질(QoS) 정책을 수행할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 WDM-PON의 OLT에서의 동적 멀티캐스트 그룹의 관리 및 서비스별 파장 할당 과정을 보이는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, OLT(210)는 시스템 콜드 스타트(System cold start)의 경우, 먼저 IGMP 스누핑(Snooping) 데몬을 활성화한 후(S40), 개별 ONT와 멀티캐스트 서버간의 IGMP 제어 메시지에 대한 수신대기 상태가 된다(S41). 상기 수신대기 상태에서 IGMP 제어 메시지가 수신되면(S42), 상기 IGMP 제어 메시지의 정보를 분석한다(S43). 이때, 상기 수신된 IGMP 제어 메시지가 IGMP 질의(query)에 대한 특정 ONT의 등록(Join) 메시지일 경우는 S44 단계로 진행하고, 명시적 탈퇴(Leave) 메시지이거나 또는 특정 질의(Specific Query)에 대한 타임아웃(Timeout)일 경우는 S50 단계로 진행한다. 먼저, 상기 수신된 IGMP 제어 메시지가 등록(Join) 메시지일 경우, 기존 등록된 멀티캐스트 그룹인지 여부를 체크하여(S44), 기존의 멀티캐스트 그룹일 경우 포트 정보(Port Information)에 해당 ONT에 대응되는 포트를 등록한다(S45). 이어, 기존 등록된 멀티캐스트 그룹의 현재 깊이(Depth)를 체크하여(S46), M보다 클 경우 공유도(Share_Index) 비교 절차(도면에 "A"로 표기)를 통해 현재의 공유도를 향상시키는 절차를 수행하고, M보다 작을 경우 공유도 비교 절차가 불필요하다. 상기 단계(S44)에서의 체크결과, 기존의 멀티캐스트 그룹이 아닌 새로 생성되는 멀티캐스트 그룹일 경우에는, 현재의 멀티캐스트 그룹 깊이(Depth)를 파악하여(S47), 공유(Shared) 타입 또는 전용(Dedicated) 타입의 전송 방식을 결정한다(S48,S49). 즉, 현재의 멀티캐스트 그룹의 깊이가 M보다 작을 경우 공유 타입의 전송 방식을 결정하고(S48), M보다 클 경우 전용 타입의 전송 방식을 결정한다(S49). 이때 신규 멀티캐스트 그룹이 공유일 경우(S48)에는 충분한 λb 대역폭이 존재함을 의미하므로, 각 멀티캐스트 그룹의 공유도(Share_Index)를 통한 공유도 향상이 불필요하다. 또한 신규 전용(Dedicated)그룹으로 등록되었을 경우(S49)에도 현재의 공유도(Share_Index)는 1이므로, 공유도의 비교 절차가 불필요하다.
만일, 상기 단계(S43)에서 분석결과, 상기 수신된 IGMP 제어 메시지가 명시적 탈퇴(Leave) 메시지이거나 특정 질의에 대한 타임아웃(Timeout)이 발생할 경우, 상기 IGMP 스누핑(Snooping) 데몬은 해당 ONT 포트를 멀티캐스트 그룹의 포트 정보 (Port Information)에서 삭제한다(S50). 이로 인해, 멀티캐스트 그룹의 등록 멤버가 0인지, 즉 공유도가 0인지 판단하여(S51), 0일 경우에는 더 이상 불필요한 서비스 등록이므로 해당 멀티캐스트 그룹을 삭제하며(S52), 공유도가 0이 아닐 경우는, 멀티캐스트 그룹 등록멤버가 존재할 경우이므로, 현재 깊이(Depth)를 체크하여(S46), M보다 클 경우 공유도(Share_Index) 비교 절차(도면에 "A"로 표기)를 통해 현재의 공유도를 향상시키는 절차를 수행하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 WDM-PON의 OLT에서의 동적 멀티캐스트 그룹의 파장 공유도를 이용한 그룹 스와핑(Swapping) 과정을 보이는 흐름도를 나타낸 도면으로서, OLT의 공유도(Share_Index) 체크, 비교 및 그룹 스와핑(Group Swapping) 과정을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 전형적인 공유도 체크 요청 메시지의 대기상태(S53)에서 공유도 체크 요청 메시지를 수신하게 되면(S54), 데몬은 공유타입의 모든 멀티캐스트 그룹 중 가장 작은 공유도를 가진 그룹과 전용타입의 멀티캐스트 그룹 중 가장 큰 공유도를 갖는 그룹을 탐색한다(S55,S56). 이때 전자의 공유도가 후자의 공유도보다 더 클 경우 그룹 스와핑 없이 도 4의 S41단계로 진행되지만, 만일 후자의 공유도가 전자의 공유도보다 더 클 경우, 이는 현재 전용타입으로 설정되어 개별 데이터 파장을 통해 전송되는 그룹을 공유 파장을 이용해 전송할 때 대역을 더 효율적으로 사용할 수 있는 상황임을 의미하므로, 그룹 스와핑을 수행하여 두 그룹의 전송 형태를 변경한 후(S58), 도 4의 S41단계로 진행한다.
이상에서 설명한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명에 따른 WDM-PON에서의 동적 멀티캐스트 그룹 관리방법에 대한 양호한 실시형태를 예시적으로 설명한 것이며, 이러한 기재내용에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 상세한 설명 또는 도면에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위에 의해 결정되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 WDM-PON 망에서 IGMP 스누핑(Snooping) 기술을 기반으로 한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, WDM 계층에서 모든 데이터가 물리적으로 멀티캐스팅을 지원하는데, 이는 기존의 데이터 망에서의 IP 데이터그램을 복사하는 IP 멀티캐스팅 기술보다 광 스플리터를 통한 광 계층에서 멀티캐스팅을 하는 것이 훨씬 더 간단하고, 효율적으로 대역폭을 사용할 수 있다.
둘째, 고정적이고 지속적인 방송 서비스의 품질을 보장한다. 이는 지속형 방송 서비스와 일반 데이터 서비스를 분리하여 각기 상이한 파장으로 전송함으로써 방송형 서비스가 데이터 서비스에 의해 품질이 저하되는 것을 막을 수 있다.
셋째, WDM-PON 망에서 OLT와 ONT간의 방송 및 통신 트래픽 변화에 능동적으로 대응 가능하다. 이는 FTTH WDM-PON망의 경우 최종 가입자인 ONT에 보내지는 방 송과 통신의 서비스 트래픽 패턴이 사용자의 형태에 따라 대역폭 요구가 변하게 되며 각각의 서비스 대역폭 상황에 맞게 동적으로 대역폭을 관리하는 적절한 방식이 된다.
넷째, 통신 방송 융합형 망을 유연하게 구성할 수 있다. 즉, OLT는 멀티캐스트 라우터와 ONT간의 멀티캐스트 그룹 등록 및 해제를 IGMP 스누핑(Snooping)을 통해 모니터링함으로써 융합망 구성의 유연성이 보장되고 이를 실현하기 위한 프로토콜의 혼잡도 증가가 없다.

Claims (11)

  1. 광선로종단장치(OLT) 및 다수의 광가입자단말장치(ONT)를 포함하는 IGMP-스누핑(Snooping) 기반 파장분할다중화 수동형광가입자망(WDM-PON)에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 방법에 있어서,
    OLT에서 각 ONT로 개별 데이터 파장(λc) 및 공유형 방송 파장(λb)을 각각 할당하고, 개별 ONT와 멀티캐스트 서버간의 IGMP 제어 메시지를 체크하는 제1단계;
    상기 제1단계에서의 체크결과, 상기 메시지가 특정 ONT의 멀티캐스트 그룹 등록일 경우, 상기 그룹이 새로 생성된 그룹인지, 기존에 등록된 그룹인지를 판단하는 제2단계;
    상기 제2단계에서의 판단결과, 새로 생성된 그룹이면, 상기 방송 파장(λb)의 대역폭 내의 최대 허용가능한 멀티캐스트 그룹의 수(Depth)를 파악하여 상기 그룹의 멀티캐스트 타입을 결정하는 제3단계; 및
    상기 제2단계에서의 판단결과, 기존에 등록된 그룹이면, OLT 내의 정보 테이블에 상기 ONT에 대응되는 포트 정보를 등록하고 상기 방송 파장(λb)의 대역폭 내의 최대 허용가능한 멀티캐스트 그룹의 수를 파악하여 상기 그룹의 공유도를 향상시키는 제4단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계에서의 체크결과, 특정 ONT의 명시적 그룹 탈퇴(Leave) 메시지이거나 또는 특정 질의에 대한 타임아웃일 경우, 상기 ONT를 해당 그룹에서 제거하고 상기 그룹의 공유도를 감소시키는 단계; 및
    상기 ONT가 제거된 그룹의 공유도를 체크하여, 공유도가 0이면 상기 해당 그룹을 삭제하고, 공유도가 0이 아니면 상기 해당 그룹의 최대 허용가능한 멀티캐스트 그룹의 수(Depth)를 파악하여 상기 그룹의 공유도를 향상시키는 단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 그룹의 공유도 감소 단계는,
    상기 해당 그룹의 공유도를 상기 제거된 ONT의 개수만큼 감소하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 그룹 공유도 향상은,
    공유타입 멀티캐스트 그룹 중에서 최소 공유도를 검색하는 단계;
    전용타입 멀티캐스트 그룹 중세서 최대 공유도를 검색하는 단계;
    상기 최대 공유도가 최소 공유도보다 클 경우 그룹 스와핑을 수행하여 상기 두 멀티캐스트 그룹의 타입을 변경하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3단계의 멀티캐스트 그룹 타입 결정은,
    상기 새로 생성된 그룹의 최대 허용가능한 멀티캐스트 그룹의 수(Depth)가 미리 설정된 최대치(M)보다 크면 전용 타입의 멀티캐스트 그룹으로 결정하고, M보다 작으면 공유타입의 멀티캐스트 그룹으로 결정하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전용타입의 멀티캐스트 그룹의 공유도는 1인 것을 특징으로 하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 최대 허용가능한 멀티캐스트 그룹의 수(Depth)는 하기 수식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 그룹 관리 방법.
    [수식]
    Depth = inf{B/L}
    (여기서, B:OLT에서 ONT로 할당된 공유형 방송 파장의 대역폭, L:단일 방송형 서비스의 필요 대역폭)
  8. 광선로종단장치(OLT) 및 다수의 광가입자단말장치(ONT)를 포함하는 IGMP-스 누핑(Snooping) 기반 파장분할다중화 수동형광가입자망(WDM-PON)에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 서비스 파장 할당방법에 있어서,
    OLT에서 각 ONT로 개별 데이터 파장(λc) 및 공유형 방송 파장(λb)을 각각 할당하는 파장할당단계;
    상기 OLT에서 상기 공유형 방송 파장(λb)을 통해 방송용 데이터를 전송하고, 상기 개별 데이터 파장(λc)을 통해 제어용 데이터를 전송하는 제1데이터전송단계;
    상기 공유형 방송 파장의 대역폭이 초과되었는지를 판단하는 판단단계; 및
    상기 공유형 방송 파장(λb)의 대역폭이 초과되지 않았으면 상기 공유형 방송 파장(λb)을 통해 방송용 데이터를 계속 전송하고, 상기 대역폭이 초과되었으면, 이후에 형성되는 방송용 데이터 및 제어용 데이터는 상기 데이터 파장(λc)을 통하여 전송하는 제2데이터전송단계; 를 포함하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 서비스 파장 할당방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어용 데이터는,
    멀티캐스트 그룹의 등록, 탈퇴 및 멀티캐스트의 질의/응답을 포함한 데이터인 것을 특징으로 하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 서비스 파장 할당방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 OLT는 상기 공유형 방송 파장 및 데이터 파장을 이용하는 멀티캐스트 그룹의 파장 공유도를 주기적으로 확인하는 공유도 확인단계; 및
    상기 확인결과, 상기 방송 파장을 이용하는 멀티캐스트 그룹의 파장 공유도가 상기 데이터 파장을 이용하는 멀티캐스트 그룹의 파장 공유도보다 작을 경우, 상기방송 파장을 이용하는 멀티캐스트 그룹의 파장 공유도가 최대화되도록 상기 멀티캐스트 그룹의 파장 할당을 변경하는 파장할당 변경단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 서비스 파장 할당방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 공유도 확인단계는,
    상기 멀티캐스트 그룹의 정보 변경시마다 파장 공유도를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON에서의 통신,방송 융합을 위한 동적 멀티캐스트 서비스 파장 할당방법.
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