KR100582550B1

KR100582550B1 - 수동형 광 네트워크에서의 방송 데이터 서비스 시스템 및서비스 방법

Info

Publication number: KR100582550B1
Application number: KR1020040015595A
Authority: KR
Inventors: 이강복; 조광수; 윤빈영; 고남석; 이형섭
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-02-11
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2006-05-22
Also published as: KR20050081132A

Abstract

본 발명은 Ethernet PON(Passive Optical Network, EPON)에서 ONT(Optical Network Terminal) 기반의 FTTH(Fiber To The Home) 가입자들에게 단일 광케이블을 통해 방송과 통신의 동시 서비스를 가능하게 하는 수동형 광 네트워크에서의 방송 데이터 서비스 시스템 및 서비스 방법에 관한 것이다.

본 발명이 개시하는 수동형 광 네트워크에서의 방송 데이터 서비스 시스템은 방송 데이터를 이더넷 프레임 형태로 구성하고 인터넷 데이터와 상기 이더넷 프레임 형태의 방송 데이터를 다중화하여 EPON 프레임으로 변환하는 OLT; 상기 OLT로부터 상기 EPON 프레임을 전송받아 가입자단에 분배하기 위해 상기 가입자단의 수만큼 상기 EPON 프레임을 복제하는 광 분배기; 및 상기 광 분배기로부터 상기 복제된 EPON 프레임을 전송받아 방송 프레임과 인터넷 프레임으로 구분한 후 최종 사용자에 전송하는 ONT를 포함하여 본 발명의 목적 및 기술적 과제를 달성한다.

Description

수동형 광 네트워크에서의 방송 데이터 서비스 시스템 및 서비스 방법{System for servicing broadcasting data in Passive Optical Network and Method thereof}

도 1은 현재 운용되고 있는 케이블 TV망의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2는 EPON을 통한 통신과 방송을 동시에 서비스하는 망의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 3은 EPON망에서의 상하향 데이터의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명이 개시하는 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.

도 5는 이더넷 프레임을 이용한 방송 스트림 구성기의 일례를 보여주는 도면이다.

도 6a는 일반적으로 사용되는 이더넷 프레임의 형태를 보여주는 도면이다.

도 6b는 이더넷 프레임이 방송 프레임일 경우 그 방송 프레임의 채널을 식별이 가능하게 한 변형된 이더넷 프레임의 형태를 보여주는 도면이다.

도 7은 본 발명에 적용되는 ONT의 바람직한 일실시예의 구성을 보여주는 도면이다.

도 8a는 본 발명이 개시하는 방법의 일실시예의 흐름도를 보여주는 도면이다.

도 8b는 도 8a의 S4 단계의 상세 흐름도를 보여주는 도면이다.

인터넷을 포함한 광대역 멀티미디어 서비스에 대한 수요가 증가함에 따라 가입자망을 고도화시킬 필요성이 대두되고 있다. 가입자망의 고도화는 FTTH(Fiber to The Home)망의 구축을 궁극적인 목표로 하고 있으며, PON을 비롯한 현재 다수의 기술들이 그 후보로 떠오르고 있다.

PON(Passive Optical Network)은 수동 광분기기를 이용하여 다수의 ONT(Optical Network Terminal)가 하나의 OLT(Optical Line Terminal)를 공유하는 점 대 다중점의 망 구조를 가지고 있으며 PON을 통해 전달되는 광 신호들은 전달되는 방향에 따라 광분기기(optical coupler)에 의해 여러 개의 광섬유로 분리되거나 단일 광섬유로 합쳐지게 된다. PON망은 ATM-PON, Ethernet PON 등과 같은 여러 종류의 구현 방법이 제시되고 있으며, 현재 1 Gbps 급 전송이 가능한 기술들이 제안되고 있다.

가입자망의 대역폭이 증가함에 따라 통신망을 통해 방송 데이터를 전달하려 는 서비스와 기술들도 등장하고 있는데, 가입자의 요청에 따라 필요한 방송 자료를 제공하는 VOD(Video on Demand)서비스는 그 대표적인 경우이다. 그러나, 이러한 방송 서비스는 대역폭의 제한과 가입자망의 병목 현상으로 인해 TV와 같이 다수 채널을 서비스하기가 용이하지 않다. 또한 통신과 방송의 융합 시대에 가정내의 통신과 방송은 여전히 분리되어 있다. 즉 통신은 xDSL 혹은 Cable 모뎀 등을 통해서 그리고 방송은 유선 방송, 지상파 방송, 그리고 위성 방송 등을 통해 이뤄지고 있는 실정이어서 서비스 제공자나 일반 가입자들에게 경제적 측면에서 특히 문제가 된다.

현재 일반 가정 가입자들의 경우, 인터넷 서비스는 전용의 ISP(Internet Service Provider)를 통해 서비스를 이용하고, 방송은 지상파, 케이블 TV, 위성방송 등의 다양한 형태로 서비스를 받고 있다. 이로 인해 가정내로 인입되는 각종 배선의 복잡함과 다양한 형태의 서비스를 수용하기 위한 어려움은 가중되고 있다. 따라서 가정으로 인입되는 하나의 라인으로 모든 서비스를 수용할 수 있다면 큰 경제적인 장점과 부가 이익을 얻을 수 있다.

SO(System Operator)로 기능하는 분배 센터(101)부터 가입자(102)까지 광케이블과 동축 케이블이 혼재되어 있어 HFC(Hybrid Fiber Coaxial)망으로 불리며, 케이블 TV 서비스와 인터넷 서비스를 동시에 제공할 수 있다. 이 케이블망의 주된 목적은 케이블 TV의 시청에 있고, 설치된 망의 대역폭 활용을 위하여 인터넷 서비스, VOD(Video on demand) 서비스, 전화 서비스 등의 결합을 시도하고 있다. 도 1에 제시된 케이블 TV망은 현재 상용화된 방송과 통신을 동시에 서비스 할 수 있는 유일 한 방법이다.

그러나, CATV망은 현재 고도의 가입자 밀도로 인해 인터넷 서비스의 대역폭이 부족한 상태이고 방송은 아날로그 방송을 위한 망으로 구축되었으므로 향후 진행될 디지털 방송을 위해서는 많은 투자가 이뤄져야 한다.

도 2는 오버레이(overlay) 구조를 통해 EPON을 통한 통신과 방송을 동시에 서비스하는 망의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

본 망에서는 OLT(Optical Line Terminal,201)에서 수동형 광분기기(203)를 거쳐서 ONT(202)가 위치하는 가입자 구간에 이르러 광케이블(204)내의 파장을 다중화하여 각각의 파장에 인터넷과 방송을 할당하는 방법이다.

현재 EPON망을 이용한 오버레이 구조(overlay structure)가 연구중이며 EPON 하향용(207)은 1490nm, EPON 상향용(205)은 1310nm, 방송용 하향(206)은 1550nm 의 파장을 할당하여 사용중이다. 이러한 방법은 채널수에 제한 받지 않고 거의 무제한인 광케이블의 대역폭을 통신과 방송에 각각 활용할 수 있으며 쉽게 구현할 수 있는 장점이 있다.

그러나, VOD와 같은 가입자의 요구에 의해 이루어지는 방송은 여전히 인터넷 데이터로 처리되어 EPON 하향용 파장(1490nm)을 이용하게 된다. 또한 파장 분할과 광파워 증폭에 대한 필요성으로 인해 고가의 광 부품을 사용해야하므로 경제적인 부담이 크다는 단점이 있다. 이는 기술적으로는 가능하나 경제성 있는 망의 구축은 불가능하므로 소비자들의 선택은 기대하기 힘든 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 본 발명의 목적 및 이루고자하는 기술적 과제는 Ethernet PON망을 통해 FTTH의 광대역 인터넷 서비스와 다채널의 디지털 방송을 동시에 제공할 수 있는 수동형 광 네트워크에서의 방송 데이터 서비스 시스템 및 서비스 방법을 제공함에 있다.

아울러, 본 발명이 개시하는 수동형 광 네트워크에서 방송 데이터를 서비스하는 방법은 (a)방송 데이터를 이더넷 프레임 형태로 구성하는 단계; (b)인터넷 데이터와 상기 이더넷 프레임 형태의 방송 데이터를 다중화하여 EPON 프레임으로 변환하는 단계; (c)상기 EPON 프레임을 전송받아 가입자단에 분배하기 위해 상기 가입자단의 수만큼 상기 EPON 프레임을 복제하는 단계; 및 (d)상기 복제된 EPON 프레임을 전송받아 방송 프레임과 인터넷 프레임으로 구분한 후 최종 사용자에 전송하는 단계를 포함하여 본 발명의 목적 및 기술적 과제를 달성한다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위해, 본 발명의 실시예에 근거 하여 그 구성 및 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.

우선, 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해의 편의를 돕기 위하여 본 발명의 동작 방식을 간략히 언급하고자 한다.

도 3은 EPON에서의 상하향 데이터(트래픽)의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.

가입자로 향하는 파장 다중화된 하향 트래픽(30)은 수동 광분배기를 거쳐서 모든 가입자들에게 전송되고 가입자단에 위치한 각각의 ONT는 자신에게 할당된 파장에 해당하는 트래픽(301,302,···,30n)을 선택하여 수용한다. 반면에 상향 트래픽(U1,U2,···,Un)은 OLT가 지정한 방식을 통해 각각의 ONT들이 분할하여 사용하고 있다. 본 발명은 이러한 EPON에서의 상하향 데이터(트래픽)의 흐름 특성을 이용하여, EPON에 할당된 하나의 광 파장만을 이용하여 인터넷 서비스와 방송을 가입자에게 제공하는데 목적이 있다.

하나의 광 파장에 인터넷과 방송을 수용하기 위하여, 방송 트래픽은 이더넷프레임으로 변환되어 다중화되며, 다중화된 방송 트래픽은 인터넷 트래픽과 동일한 밴드(한 개의 광 파장)로 구성되어 전송된다. 가입자측에서 수신된 데이터는 인터넷 데이터와 방송 데이터로 구분되며, 각각의 데이터는 별도의 처리과정을 거쳐서 최종 단말로 제공된다. 이러한 형태의 방송 방식을 인밴드(Inband) 방송 방식이라 하며, 본 발명은 이러한 인밴드 방송을 위한 망의 구조 및 각 가입자단말에 해당하는 ONT의 구조를 제시하고 있다.

도 4는 본 발명이 개시하는 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이며 도 8a와 도 8b는 본 발명이 개시하는 방법의 일실시예의 흐름도를 보여주는 도면이다.

EPON 망의 시작점인 OLT(401)는 방송 데이터를 이더넷 프레임 형태로 구성하고(S1), 인터넷 데이터와 SO(System Operator, 402)로부터 수신하는 모든 종류의 방송 데이터를 다중화하여 EPON 프레임으로 변환(S2)하여 광케이블을 통해 전송한다. 이 때, SO(402)는 PP(Program Provider)나 ISP(Internet Service Provider)로부터 방송 데이터를 공급받는다.

수동형 광분배기(403)는 OLT(401)로부터 수신되는 EPON 프레임을 자신에 접속된 ONT의 수만큼 복제(S3)하여 모든 ONT(404,405)에 전송한다. ONT(404,405)는 수신된 EPON 프레임을 방송 프레임과 인터넷 프레임으로 분류하고(S4) 각각의 처리과정을 거쳐서 해당하는 최종 사용자에 해당하는 최종 단말(406,407)-인터넷 트래픽의 경우 PC(406), 방송 트래픽의 경우 셋톱박스(STB,407)-로 전송한다. 셋톱박스(407)는 수신된 채널 데이터를 복조하여 TV로 출력하게 된다.

먼저 n개(Ch 1 ~ Ch n)의 방송 채널에 해당하는 각 방송 데이터는 각 채널에 할당된 Encoder(501)를 통해 인코딩된 후 버퍼(502)에 저장된다. 인코딩은 방송 데이터의 인코딩에 대표적으로 사용되는 방식은 MPEG이다. 버퍼(502)를 통해 출력되 는 인코딩된 방송 스트림은 Ethernet encapsulation 부(503)에서 이더넷 패킷으로 변환된다. 이 때 이더넷 패킷의 헤더(header)에는 채널 정보와 방송 트래픽임을 알려주는 정보가 추가된다. 추가 정보에 관한 상세한 사항은 후술될 것이다.

이더넷 프레임으로 변환된 n개의 방송 데이터들은 다중화부(504)에 의해 다중화되어 EPON망으로 보내지게 된다. 이더넷 프레임을 이용한 이러한 방송 스트림의 구성은 OLT(201)에서 이루어지거나 SO(402) 또는 PP, ISP에서 이루어질 수도 있다.

위에서 언급한 바와 같이 이더넷 패킷의 헤더(header)에는 채널 정보와 방송 트래픽임을 알려주는 정보가 추가되는데, 이는 EPON의 ONT(404)에서 인터넷 트래픽과 방송 트래픽을 구분하기 위해서 필요하다. 구분을 위해 송신측에서 트래픽의 종류를 구분하는 인수(식별자)를 추가한다. 트래픽의 종류를 식별시키는 방식에는 여러 방식이 가능한데, 그 일례로써 이더넷 프레임에 정의된 Type 부분을 이용하는 방법을 설명한다.

도 6a는 일반적으로 사용되는 이더넷 프레임의 형태를 보여주는 도면이며, 도 6b는 이더넷 프레임이 방송 프레임일 경우 그 방송 프레임의 채널을 식별이 가능하게 한 변형된 이더넷 프레임의 형태를 보여주는 도면이다.

LENGTH/TYPE(601) 부분은 이더넷 프레임의 크기 및 종류를 나타내는 부분으로써 'TYPE'이 트래픽의 종류를 식별하는데 이용된다. 이 부분(601)은 통상 16 Bit로 구성되며 그 값에 따라 이더넷 프레임을 구분하고 있다. 예를 들어 TYPE 부분이 0x0800 이면 보통의 이더넷 패킷이며, 0x8100 이면 VLAN(Virtual LAN) 패킷, 0x8847이면 MPLS((Multiprotocol Label Switching) 패킷임을 의미한다. 본 발명에 서는 일례로써 0x9000과 같이 별도의 값으로 방송 패킷임을 지정할 수 있다.

도 6b에 의하면, 도 6a에 제시된 이더넷 프레임에 방송 채널을 식별하기 위한 VLAN Tag(602) 부분을 삽입하여 이더넷 프레임을 통해 방송의 채널 구분을 용이하게 한다. 예를 들어, 'VLAN Tag' 이 0x9001 이면 채널 1번, 0x9002 이면 채널 2번, 0x9003 이면 채널 3번으로 식별할 수 있다.

도 7은 본 발명에 적용되는 ONT(Optical Network Terminal, 206)의 바람직한 일실시예의 구성을 보여주는 도면이다.

ONT(206)는 크게 EPON MAC 부(EPON Media Access Control, 701), 분류부(702), 인터넷 데이터 분배부(703), 방송 데이터 분배부(704), 그리고 인터페이스부(705)로 구성된다.

EPON MAC(701)은 OLT(206)로부터 전송되는 EPON 프레임으로부터 EPON 헤더를 제거하여 순수한 이더넷 프레임을 추출(S41)한다. 분류부(702)는 상기 이더넷 프레임이 인터넷 트래픽인지 방송 트래픽인지를 구분하여 분류(S42)한다. 구분하는 방법은 앞서 기술된 바와 같이 송신측에서 보낼 때 사용한 방법과 동일한 방법을 사용하게 된다. 즉, 분류부(702)는 이더넷 프레임의 Type 부분을 참조하여 구분 및 분류한다.

구분 및 분류된 인터넷 트래픽은 인터넷 데이터 분배부(703)로 전송되고, 방송 트래픽은 방송 데이터 분배부(704)로 전송된다. 인터페이스부(705)는 가입자에 위치하는 PC와 셋탑박스(STB)로 최종 데이터를 출력시키는데, 일반적으로 인터넷 데이터는 PC로 출력되고 방송 데이터는 셋탑박스로부터 요구가 있는 채널만 분리하 여 셋탑박스로 출력되어 최종적으로는 TV로 보여지게 된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

앞서 기술한 바와 같이 본 발명은 단일 광파장을 이용하여 방송과 통신을 동시에 서비스하는 방법을 제안하고 있다. 본 발명은 기존의 CATV망이나 Overlay 형태의 방법에 비해 여러 장점을 가진다. 첫째 방송을 위한 별도의 파장을 필요로 하지 않기 때문에 고가의 광 부품을 사용하지 않아도 된다. 둘째 현재의 CATV망에서 디지털 방송을 수용하기 위해서는 CATV 망 구간의 많은 장비들을 교체할 필요가 있으나 본 발명에서는 그러할 필요가 없어 경제성 있는 CATV망을 구축할 수 있다. 셋째 본 발명은 일반적인 케이블 방송 뿐 아니라 VOD 방송도 채널수에 관계없이 수용할 수 있으며, 일반 방송과 동일한 방법으로 인밴드내에서 다중화시켜 전송할 수 있다. 넷째 이더넷 프레임을 이용하여 전송함으로써, 복잡한 프로토콜을 사용하지 않고 간단하게 구현할 수 있다.

Claims

방송 데이터를 이더넷 프레임 형태로 구성하고 인터넷 데이터와 상기 이더넷 프레임 형태의 방송 데이터를 다중화하여 EPON 프레임으로 변환하는 OLT;

상기 OLT로부터 상기 EPON 프레임을 전송받아 가입자 단에 분배하기 위해 상기 가입자 단의 수만큼 상기 EPON 프레임을 복제하는 광 분배기; 및

상기 광 분배기로부터 상기 복제된 EPON 프레임을 전송받아 상기 EPON 프레임으로부터 EPON 헤더를 제거하여 순수 이더넷 프레임을 추출하는 EPON MAC; 및

상기 순수 이더넷 프레임이 인터넷 트래픽인지 방송 트래픽인지를 구분하여 분류하는 분류부를 포함하고,

상기 방송 트래픽과 인터넷 트래픽의 분류를 위해 상기 이더넷 프레임의 종류를 지시하는 부분에 상기 방송 트래픽을 의미하는 소정의 값을 설정하며, 상기 방송 트래픽의 채널을 식별하기 위해 VLAN tag 가 상기 이더넷 프레임에 부가되는 것을 특징으로 하는 수동형 광 네트워크에서의 방송 데이터 서비스 시스템.
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방송 데이터를 이더넷 프레임 형태로 구성하는 단계;

인터넷 데이터와 상기 이더넷 프레임 형태의 방송 데이터를 다중화하여 EPON 프레임으로 변환하는 단계;

상기 EPON 프레임을 전송받아 가입자 단에 분배하기 위해 상기 가입자 단의 수만큼 상기 EPON 프레임을 복제하는 단계;

상기 복제된 EPON 프레임을 전송받아 상기 EPON 프레임으로부터 EPON 헤더를 제거하여 순수 이더넷 프레임을 추출하는 단계; 및

상기 순수 이더넷 프레임이 인터넷 트래픽인지 방송 트래픽인지를 구분하여 분류하는 단계를 포함하고,

상기 방송 트래픽과 인터넷 트래픽의 분류를 위해 상기 이더넷 프레임의 종류를 지시하는 부분에 상기 방송 트래픽을 의미하는 소정의 값을 설정하며, 상기 방송 트래픽의 채널을 식별하기 위해 VLAN tag 가 상기 이더넷 프레임에 부가되는 것을 특징으로 하는 수동형 광 네트워크에서의 방송 데이터 서비스 방법.
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