KR100609695B1

KR100609695B1 - Ｅｐｏｎ 망에서의 효율적인 ｆｅｃ 운용 제어 방법

Info

Publication number: KR100609695B1
Application number: KR1020040033066A
Authority: KR
Inventors: 이훈; 유태환; 이형호
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2006-08-08
Also published as: KR20050062339A

Abstract

본 발명에 의한 FEC 운용 제어 방법은 OLT와 ONU간에 송수신되며 FEC 수행여부를 지시하는 FEC 프레임 식별자, 데이터, FEC 기능을 제공할 수 있음을 지시하는 제1플래그, 그리고 현재 프레임을 FEC 인코딩할 것을 요구하는 제2플래그를 포함하는 FEC 프레임을 구성하는 단계; FEC 기능을 비활성화하는 것으로 OLT를 초기화하는 단계; ONU로부터 수신하는 FEC 프레임 식별자를 기초로 상기 ONU가 FEC 운용을 요구하는지 판단하는 단계; 상기 ONU가 FEC 운용을 요구하는 경우에는 IPG stretching 을 수행하는 단계; 및 상위계층으로부터 PCS 부계층으로 입력되는 프레임의 제2플래그를 기초로 FEC 인코딩을 수행하여 ONU로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며, EPON 망에서 광 링크의 품질에 따라 RTT를 변화시키지 않고 ONU 및 OLT의 FEC 운용을 효과적으로 제어할 수 있으며, 결과적으로 FEC가 필요한 경우에만 사용하도록 함으로써 링크 관리를 용이하도록 하고, 불필요한 FEC 사용으로 인한 약 35% 정도의 과도한 throughput 감소를 방지할 수 있다.

EPON, FEC, Reed-Solomon, Auto-negotiation, Auto-configuration

Description

ＥＰＯＮ 망에서의 효율적인 ＦＥＣ 운용 제어 방법 {Method for effective configuration methodology of FEC in EPON}

도 1은 선행기술에 의한 PON 망 구조도이다.

도 2는 선행기술에 의한 EPON 시스템 계층 구조도이다.

도 3a, 3b는 선행기술에 의한 EPON FEC 송신기 및 수신기 구조도이다.

도 4는 선행기술에 의한 EPON FEC frame format을 나타낸다.

도 5는 선행기술에 의한 EPON discovery 절차도이다.

도 6은 본 발명에 의한 EPON frame의 preamble 구조도이다.

도 7은 본 발명에 의한 EPON FEC 송신기 구조도이다.

도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 의한 FEC 운용 제어 절차도이다.

본 발명은 이더넷 기반 수동형 광가입자망((Ethernet based Passive Optical Network;이하 "EPON"이라고 한다) 시스템에 사용되는 순방향에러정정 (Forward Error Correction; 이하 "FEC"라고 한다)의 효율적인 운용 제어 방법에 관한 것이다.

EPON 시스템은 도 1에서 보는 같이 OLT(101)를 정점으로 해서 분기된 각 분기점에 연결된 ONU(102₁내지 102_n)로 이루어진 PON 분배망 구조에서 OLT와 ONU 간의 통신, ONU 와 ONU 간의 통신을 하기 위한 물리적 정합과 Ethernet 링크 정합 기능을 담당한다.

ONU측에서 OLT로 전송하는 것을 upstream, 역으로 OLT에서 ONU로 전송하는 것은 downstream 전송이라 한다. PON 구조는 downstream 전송 Ethernet frame은 물리적으로 모든 ONU 가 수신하는 broadcast 전송 특성을 갖는다. 그러나 upstream은 한 ONU 가 OLT 이외의 다른 ONU에는 직접 Ethernet frame을 전송할 수 없는 특징을 갖는다.

이러한 PON 구조의 특성상 다수의 ONU가 OLT로 Ethernet frame을 upstream 전송할 때 frame 간의 충돌이 발생하지 않도록 각 ONU의 frame 전송 시간을 제어하는 MPCP(MultiPoint Control Protocol) 기능을 사용한다. OLT는 각 ONU가 사용할 수 있는 upstream 전송시간을 결정하여 해당 ONU에 알려주고, 해당 ONU는 OLT에 의해서 결정된 전송 시간 동안에 Ethernet frame을 upstream으로 전송한다. 이때, OLT가 전송시간을 결정하기 위해서는 각 ONU에서 upstream으로 보낼 Ethernet frame이 있는지 알아야 하므로 ONU는 OLT에게 upstream으로 보낼 Ethernet frame의 유무를 OLT에 미리 알려준다. 이와 같이 upstream TDMA를 하기 위한 정보들이 OLT와 ONU간에 전달되는데 MAC(Media Access Control) Control 부계층(sublayer)에서 이러한 정보를 갖는 MPCP MAC Control Frame을 생성하고 종단한다.

새로운 ONU가 PON 링크에 참여하는 것은 Plug & Play 방식으로 가능하도록 해야 한다. 즉 임의의 ONU가 PON 링크에 연결되면 규정된 시간 내에 OLT, ONU 간에 PON 정합에 관련된 변수의 교환이 이루어져 자동적으로 정상 동작 상태가 될 수 있어야 한다. 이러한 동작에서는 OLT, ONU 상호간의 절충을 하는 것은 아니고, 단지 OLT, ONU 의 동작 변수를 일방적으로 교환하여 정상동작이 이루어지는 것을 의미한다. 관련 변수의 교환은 MAC control Frame을 통해 의해서 이루어진다.

새로운 ONU를 PON 링크에 참여(또는 등록) 시키는 과정을 discovery 과정이라 하며, 이 과정은 도 5와 같은 절차를 따른다. OLT는 PON에 달려있는 모든 ONU가 수신할 수 있도록 Broadcast LLID, Broadcast MAC Address가 지정된 Broadcast Gate Frame을 발생시켜서 임의의 ONU에게 upstream 접속할 수 있는 시간 영역을 지정한다. 임의의 등록되지 않은 ONU는 이 frame을 수신하여 OLT에 등록 요청할 수 있는 시간 영역을 인지한다. 이 시간 영역을 Discovery Window 라고 하는데, 이 시간 영역동안 등록이 되어 있지 않은 복수의 ONU가 동시에 등록 요청을 할 수 있고, 경우에 따라서는 등록 요청 정보가 서로 충돌할 수도 있다.

OLT는 discovery window를 지정하는 gate를 발생시킬 때 OLT 의 동작 변수 등 capability 변수들을 gate message에 포함하여 전달함으로써 등록 요청하는 ONU 가 OLT 의 수신 성능을 알 수 있도록 한다. ONU도 OLT에 등록을 요청할 때 ONU의 동작변수를 포함한 capability 변수를 message에 포함시켜 전달한다.

ONU의 등록 신청, 즉 Register Request Frame이 충돌없이 전달되면 OLT는 해당 ONU에 대한 논리적링크(Logical Link) 및 링크에 관련된 동작 변수들을 OLT에 설정하고 해당 LLID(Logical Link IDentification)를 ONU에 전달한다. 이때 ONU로의 등록 완료된 정보 전달은 Register MAC Control Frame에 의해서 이루어지며 전술한 LLID, ONU의 동작변수의 echo 정보 등이 ONU로 전달된다.

ONU는 아직 자기에게 할당된 LLID를 모르기 때문에 Register MAC Control Frame은 Broadcast LLID로 전달되나 DA(Destination Address)는 ONU가 Register Request 할 때 OLT에 전달한 MAC Address로 지정된다. ONU는 Register Frame을 수신하여 정상적으로 등록되었음을 인지한다. OLT가 그 후에 Gate Frame을 보내면 그 Gate Frame에 의해서 지정된 시간영역을 통해 Register Acknowledge Frame을 전송하여 OLT에 ONU가 정상 등록을 인지하였음을 알려주고 그 이후 OLT, ONU 는 모두 정상 동작 상태로 동작을 하게 된다.

만약에 Discovery Window 기간에 ONU의 Register Request가 OLT에 충돌이나 기타 링크에러로 잘못 전달된 경우에는 OLT가 Register Frame을 발생하지 않거나, Register Frame의 ONU 동작 변수의 echo 내용이 당초 ONU가 보낸 값과 틀리게 된다. 이때는 ONU가 정상 등록을 하지 못한 것으로 판단하여 적절한 Back-off 동작 후에 재 등록을 시작한다.

PON 분배망에서 각 ONU는 OLT로부터 임의의 거리에 위치한다. 따라서 TDMA 방식으로 ONU에 upstream 전송 시간을 할당할 때 RTT(전송 지연 시간, Round Trip Time) 만큼 보정해 주어야 OLT 에서 upstream 신호를 수신할 때 시간적으로 정렬되어 충돌이 일어나지 않는다. 따라서 RTT를 보상하기 위해서는 RTT 를 측정해야 하며, 이 과정을 ranging이라 한다.

EPON 시스템의 MAC/PHY(Physical) 계층 구조는 도 2에서 보는 바와 같이 MAC 부계층, RS(Reconciliation Sublayer), PCS(Physical Coding Sublayer), FEC, PMA(Physical Media Attachment), PMD(Physical Media Dependent) 부계층으로 구성된다. FEC 부계층은 크게 송신기, 수신기, 동기 블록으로 구성된다. 송신기는 도 3 (a)에 도시되어 있다. 먼저 패킷경계검출부(304)는 PCS 부계층으로부터 TBI(Ten Bit Interface)를 통해 입력되는 8B10B 인코딩된 frame의 경계식별을 수행한다. 8B10B 디코더(301)는 이 frame을 8B10B 디코딩 하여 다시 바이트 단위의 데이터 frame으로 변환한 후 239 바이트 단위의 블록으로 나눈다. FEC 인코더(302)는 239 바이트 단위로 나뉘어진 데이터 블록을 각각 Reed-Solomon<239,255,8> 코드 인코딩하여 각 블록별로 16바이트의 parity를 생성하여 출력하고, 패리티 옥텟 버퍼(303)는 생성된 parity들을 저장한다.

선택부(305)는 8B10B 디코더(301)의 출력 혹은 FEC 인코더(302)의 출력중 하나를 선택하여 8B10B 인코더(306)로 전달한다. 8B10B 인코더(306)가 Reed-Solomon 코드 인코딩 과정을 거친 데이터 및 결과로서 도출되는 parity를 다시 8B10B 인코딩하여 출력하면, 도 4에서 보는 바와 같이 별도의 frame 식별자가 삽입되어 FEC frame으로 구성된 후 TBI를 통해 PMA 부계층으로 전달된다. FEC 프레임 생성에 사용되는 식별자는 frame의 시작을 알리는 S_FEC 및 frame의 끝을 알리는 T_FEC이다.

이때 도 4에서 보는 바와 같이 S_FEC는 /K28.5/D/K28.5/D/S/ 와 같으며, 이는 PCS 프레임의 시작을 알리는 SPD(Start Packet Delineator)인 /S/에 /K28.5/D/K28.5/D/가 추가된 형태이다. 또한 T_FEC는 /T/R/I/T/R 또는 /T/R/R/I/T/R로서 PCS frame의 끝을 알리는 EPD(End Packet Delineator)인 /T/R/ 또는 /T/R/R/에 /I/T/R/이 추가된 형태이다.

이때 /K28.5/D/K28.5/D/ 및 /I/는 모두 IDLE code-group을 표시하며, 8B10B 인코더 및 디코더에서 idle로 인식된다. 수신기는 도 3의 (b)에서 보는 바와 같이 PMA 부계층으로부터 TBI를 통해 입력된 8B10B code-group으로부터 동기 블록을 통해 8B10B frame 경계식별을 수행하여 Reed-Solomon code payload 및 parity 데이터를 구분한 후 8B10B 디코딩을 하여 바이트 단위의 데이터로 변환한다. 이때 FEC frame 생성을 위해 사용된 식별자는 제거된다. 변환된 바이트 단위의 데이터는 Reed-Solomon<239,255,8> 코드 디코딩하여 에러를 정정한 후 8B10B 인코딩하여 TBI를 통해 PCS 부계층으로 전달된다.

이때 parity 바이트는 IDLE code로 대체되며, IDLE code는 8B10B 디코더를 통해 zero byte로 디코딩 된다. 수신부는 또한 FEC인코딩되지 않은 frame을 수신하는 경우에 non-FEC packet boundary detect 회로에서 frame을 검출한 뒤 matching delay를 통해 PCS 부계층에 바로 전달한다. PMA 부계층으로부터 입력되는 COMMA_DETECT 신호는 PMA 부계층에서 수신된 비트 데이터로부터 COMMA를 검출한 뒤 검출된 COMMA의 위치를 근간으로 8B10B code-group을 재구성한 결과로서의 COMMA의 위치를 FEC 부계층에 전달하는 신호이다. COMMA 검출은 8B10B 코드의 code-group중 특수 코드의 하나인 K28.5를 검출하는 것으로서, 이를 통해 frame의 시작을 검출할 수 있다.

FEC는 239바이트 단위 블록마다 16바이트의 parity를 추가하며, 또한 FEC frame 생성을 위한 S_FEC 및 T_FEC 등의 식별자를 추가한다. 따라서, 이들 추가 정보를 위한 공간을 마련해 주어야 하며, 이 기능은 MAC에서 이루어진다. MAC은 전송되는 데이터의 frame 크기에 따라서 parity 및 식별자를 추가할 수 있도록 IPG(Inter-Packet Gap)를 stretching해 준다.

FEC 부계층에서 사용하는 Reed-Solomon<239,255,8> 코드는 239 바이트의 정보 데이터에 16바이트의 패리티를 추가하여 255바이트의 코드워드를 생성하며, 패리티를 포함한 255바이트의 코드워드 내에서 발생하는 최대 8바이트의 에러를 정정한다. Reed-Solomon 코드가 239 바이트 단위로 정보 데이터를 처리하므로, Ethernet frame과 같이 최소 64 바이트, 최대 1500 바이트 이상의 가변 데이터 길이를 가지는 frame을 처리하기 위해 FEC 부계층은 PCS 부계층으로부터 입력되는 데이터 frame을 239 바이트 단위의 블록으로 나누어 처리하고, 이때 마지막 블록이 239 바이트 보다 적은 크기를 가지는 경우 zero-padding을 한다.

상기한 EPON 시스템의 경우 FEC를 운용하는데 다음과 같은 세 가지 문제가 발생한다. 첫째, OLT의 경우 어느 ONU도 FEC를 사용하지 않는 경우에도 FEC를 사용해야 하며, ONU 역시 설치 초기에 FEC를 사용하도록 했으면 항상 FEC를 사용해야만 한다. 이의 결과로 추가적인 FEC 식별자 및 Reed-Solomon code parity 등의 FEC overhead로 인해 실제 인터넷 데이터 전송 환경에서 throughput이 약 35% 감소한다. 둘째, EPON의 초기 포설 단계에서 ONU의 수가 적을 경우 광 링크의 상태가 양호하여 각 ONU의 FEC를 사용하지 않도록 하였다가 추후 ONU를 추가할 필요성이 발생하여 FEC를 사용해야 하는 경우 관리자 또는 망 사업자는 기존에 설치된 각 ONU의 FEC를 수작업을 통해 직접 기동 해야 한다. 셋째, FEC를 사용하지 않는 상태에서 광 링크의 품질이 저하되어 FEC를 새로이 운용하는 경우 RTT가 달라져서 ONU는 discovery 과정을 다시 거쳐야 한다. 따라서 상기한 문제를 해결하기 위해서는 OLT 및 ONU가 스스로 광 링크의 상태를 파악하여 필요에 따라 FEC를 사용하거나 또는 사용하지 않도록 하는 제어 방법이 필요하다.

선행기술에 의한 방법으로는 Ethernet에서의 auto-negotiation 방법이 있을 수 있으며, 다음과 같이 다양한 auto-negotiation 방법이 고려될 수 있다. 예를 들어 선행특허 Configuring Ethernet devices(미국특허, US 6,457,055 B1)는 하나의 단말이 테스트를 등의 특수한 목적 또는 설계상의 제한으로 인해 특정한 속도와 전송 방식으로 고정되어 운용되는 경우 상대 단말이 auto-negotiation 과정을 통해 해당 단말이 고정된 속도와 전송 방식을 지원하는 것을 인식하고, 사용자에 의해 정해진 속도와 전송방식으로 데이터 전송을 수행하도록 하는 방법을 제공한다.

선행특허 Monitoring of connection between an Ethernet HUB and an end station(미국특허, US 6,538,994 B1)는 10Mbps 및 100Mbps 데이터 전송속도를 지원하는 Ethernet HUB와 10Mbps, 100Mbps중 임의의 속도를 지원하는 Ethernet 단말간의 초기 정합 과정에서 HUB에서 먼저 100Mbps 데이터를 전송하고, 상대 단말로부터 수신한 데이터의 심볼 에러를 측정하여 에러율이 정해진 기준값을 초과하는 경우 상대 단말이 100Mbps 전송속도를 지원하지 못하고 단지 10Mbps만을 지원하는 것으로 판단하여 10Mbps로 전송속도를 낮춘다.

System having at least one auto-negotiation enabled physical media dependent(PMD) interface device operable to perform auto-negotiation with remote link partner on behalf of all PMD(미국특허, US 5,809,249)는 다수개의 서로 다른 전송 물리계층을 가지는 단말과 상대 단말간 초기 정합 과정에서 다수개의 서로 다른 전송 물리계층 이외에 별도로 존재하는 NWAY PMD(Auto-negotiation enabled Physical Media Dependent)가 auto-negotiation 마스터 역할을 통해 각 전송 물리계층을 하나씩 상대 단말과 정합해 본 후 정합 가능한 가장 높은 성능을 지원하는 전송 물리계층을 이용하여 데이터를 전송한다.

Fast Ethernet combination chining of auto-negotiations for multiple physical layer capability(미국특허, US 5,922,052)는 역시 다수개의 서로 다른 전송 물리계층을 가지는 단말과 상대 단말간 초기 정합 과정에서 별도의 auto-negotiation 물리계층의 도움 없이 먼저 첫 번째 전송 물리계층을 이용하여 상대 단말과 auto-negotiation을 수행하여 정합되면 해당 전송 물리계층을 사용하고, 정합되지 않으면 다음 전송 물리계층을 이용하여 다시 auto-negotiation을 수행한다.

그러나, 선행기술에 의한 auto-negotiation 방법은 TDM 전송방식을 사용하는 EPON시스템에 적용하기 어렵다. 전술한 바와 같이 TDM 방식의 EPON 시스템은 RTT가 일정하게 유지되어야 하며, 광 링크의 상태에 따라서 각 ONU의 FEC 운용을 제어할 수 있어야 하는데, 상기한 선행기술에 의한 EPON 시스템에 auto-negotiation을 사용하려면 FEC 운용을 위한 별도의 auto-negotiation 채널을 구성해야 함은 물론, 별도의 채널을 구성한다고 하더라도 RTT의 변화가 불가피하고, 광 링크 품질을 측정할 수 있는 방법을 제공하지 못한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광 링크의 품질에 따라 RTT를 변화시키지 않고 ONU 및 OLT의 FEC 운용을 효과적으로 제어하며, FEC 기능을 제공하지 않는 ONU 또는 OLT와 FEC 기능을 제공하는 ONU 또는 OLT간의 정합 방법을 제공하는데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 FEC 프레임 구조는 순방향오류제어를 제공하는 송수신 장치간의 데이터전송에 있어서, FEC 프레임의 시작을 알리는 프레임시작부; PCS(Physical Coding Sublayer) 프레임중 이더넷 프레임의 프리엠블(preamble)의 소정의 바이트가 FEC 운용제어를 위한 플래그로 할당된 데이터부; 및 상기 FEC 프레임의 종료를 알리는 프레임종료부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 FEC 부계층의 FEC 인코더 장치는 FEC 인코딩을 수행하지 않는 프레임에 대하여 소정의 시간만큼 지연시켜 출력하는 매칭지연부; 및 상기 매칭지연부에서 출력하는 FEC 인코딩되지 않은 프레임과 FEC 인코딩된 프레임을 수신하여 선택적으로 출력하는 선택부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 OLT의 FEC 운용 제어 방법은 OLT와 ONU간에 송수신되며 FEC 수행여부를 지시하는 FEC 프레임 식별자, 데이터, FEC 기능을 제공할 수 있음을 지시하는 제1플래그, 그리고 현재 프레임을 FEC 인코딩할 것을 요구하는 제2플래그를 포함하는 FEC 프레임을 구성하는 단계; FEC 기능을 비활성화하는 것으로 OLT를 초기화하는 단계; ONU로부터 수신하는 FEC 프레임 식별자를 기초로 상기 ONU가 FEC 운용을 요구하는지 판단하는 단계; 상기 ONU가 FEC 운용을 요구하는 경우에는 IPG stretching 을 수행하는 단계; 및 상위계층으로부터 PCS 부계층으로 입력되는 프레임의 제2플래그를 기초로 FEC 인코딩을 수행하여 ONU로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 ONU의 FEC 운용 제어 방법은 FEC 수행여부를 지시하는 FEC 프레임 식별자, 데이터, FEC 기능을 제공할 수 있음을 지시하는 제1플래그, 그리고 현재 프레임을 FEC 인코딩하여 송신할 것을 지시하는 제2플래그, IPG 스트레칭된 프레임인 것을 지시하는 제3플래그를 포함하는 FEC 프레임을 OLT와 ONU간에 송수신하는 방법에 있어서, 상기 ONU가 FEC 기능을 제공하지 않으면, 상기 제1내지 제2플래그를 비활성화한 후 상기 OLT와 discovery 절차로 진입하는 단계; 상기 ONU가 FEC 기능을 제공하면, PCS 부계층으로의 데이터 경로를 차단하고 상기 OLT로부터 수신하는 프레임의 제1플래그의 활성여부에 따라 에러 모니터링 수행여부를 결정하는 단계; 상기 OLT로부터 수신하는 프레임의 제1플래그가 비활성화되어 있는 경우에는 상기 OLT로 송신하는 프레임의 제1플래그를 활성화한 후 상기 데이터 경로를 활성화하고, 상기 OLT로부터 수신하는 프레임의 제1플래그가 활성화되어 있는 경우에는 상기 에러모니터링 수행을 결정하는 단계; 및 상기 에러모니터링을 수행할 것을 결정하면, 상기 OLT와의 비트에러율(BER)을 계산한 결과를 기초로 FEC 사용여부를 결정하고, 상기 데이터 경로를 활성화한 후 상기 discovery 단계로 진입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

먼저 본 발명에 의한 프레임 구조를 살펴보면 도 6과 같다. 도 6에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 이더넷 프레임은 OLT와 ONU 간의 효과적인 FEC 운용을 위해 preamble의 4번째 바이트를 활용하며, FEC_capa 플래그(602)는 현재 프레임을 송신하는 OLT 또는 ONU가 FEC 기능을 제공할 수 있음을 나타내고, FEC_encode(601)는 MPCP 부계층에서 설정되는 플래그로서 FEC 송신부 인코더에게 현재 프레임을 FEC 인코딩 하라는 요구를 나타낸다.

선행기술에 의하면 Ethernet 프레임의 4번째와 5번째 바이트는 0x55값을 가지도록 되어 있으며, 이는 상대 수신 시스템으로 하여금 클럭 복원을 잘 할 수 있도록 비트 값을 계속 toggle시켜 주는 역할을 한다. EPON 시스템에서는 그러나 이미 8B10B 인코딩을 함으로써 클럭 복원을 위한 충분한 비트 toggling을 제공하고 있으며, 따라서 preamble의 4번째와 5번째 바이트의 0x55값은 별다른 의미를 가지지 않는다. 따라서 본 발명에 의한 프레임 구조에서는 4번째 바이트의 2, 4 번째 비트를 FEC 운용 제어를 위한 비트로 사용하며, 굳이 2, 4 번째 비트를 사용하는 이유는 FEC 운용 제어를 위한 플래그를 사용하지 않는 경우 기존의 Ethernet preamble과 동일한 preamble이 되도록 하기 위함이다.

이제 FEC 인코더 장치에 대해서 설명한다. 여기에서 8B10B디코더(701),FEC 인코더(702), 패리티 옥텟버퍼(703), 패킷 경계검출부(704), 선택부(705), 8B10B인 코더(706)는 도 3의 경우와 동일한 기능을 수행하므로 설명을 생략한다. FEC 부계층 송신부는 도 7에 도시된 바와 같이 도 3의 선행기술에 의한 송신부에 매칭지연부(707)를 추가하여 지연경로를 제공하며, 이는 입력되는 프레임 별로 FEC 인코딩을 수행하기 위한 것으로서, FEC 인코딩 되는 프레임과 인코딩 되지 않는 프레임간의 시간 지연의 차를 보상하기 위한 것이다. 결국 선택부(708)을 통하여 상기 매칭지연부(707)에서 출력하는 FEC 인코딩되지 않은 프레임과 FEC 인코딩된 프레임을 선택적으로 출력할 수 있게 된다.

EPON 시스템의 구성상 OLT는 항상 ONU보다 먼저 설치되어 정상상태에 있어야 하며, 링크 상에 아무 ONU도 없는 상황에서도 지속적으로 IDLE 패턴을 송신함과 동시에 정해진 시간 간격으로 ONU의 등록을 위한 discovery gate를 제공한다. 만일 등록된 하나 이상의 ONU가 있는 경우에도 OLT는 항상 데이터, IDLE 패턴 또는 discovery gate를 내보내며, 이는 PON 구조상 다른 ONU로도 당연히 전달된다.

이제 도 8을 참조하면서 본 발명에 의한 ONU와 OLT간의 FEC 운용 제어 방법을 살펴보도록 한다. 도 8은 본 발명에 의한 ONU의 초기화 과정을 포함한 FEC 운용 방안을 나타내는 순서도이다. ONU는 최초 power-on과 동시에 FEC를 포함한 시스템 초기화를 수행(800)하며, 초기화를 마친 후에는 discovery를 위해 OLT로부터 discovery gate를 기다리게 된다. FEC는 ONU의 discovery 이전에 운용 여부를 결정해야 하며, 이를 위해 먼저 현재 ONU가 FEC 기능을 제공할 수 있는지 여부를 판단(801)하고, 만일 FEC 기능을 제공하지 않으면 FEC_encode(601)와 FEC_capa(602) 플래그를 모두 ‘0’로 설정한다(802). 그리고 "INT_IPGS를 0으로, FEC_encoding플 래그를 0로 설정한 후 discovery절차에 진입한 후 데이터전송을 시작한다(818 내지 820).

ONU가 FEC 기능을 제공하는 경우 ONU는 FEC 운용 여부를 결정하기 전에 ONU가 discovery 절차에 들어가는 것을 막기 위해 PCS 계층으로의 수신 데이터 path를 막는다(803). 이와 같이 하면 실제 ONU 시스템의 MAC은 아무 데이터도 수신하지 않으므로 discovery 절차에 들어가지 않게 된다.

수신 데이터 path를 막은 후 FEC 부계층에서는 OLT가 전송하여 수신되는 프레임의 FEC_capa 플래그를 조사하여 OLT가 FEC 기능을 제공하는지 여부를 판단한다(804). 만일 OLT가 FEC 기능을 제공하지 않으면 ONU의 FEC 부계층은 FEC_capa 플래그를 ‘1’로 설정한 후 수신 데이터 path를 열어 ONU로 하여금 discovery 절차에 들어갈 수 있도록 한다(805). OLT가 FEC 기능을 제공하면 ONU의 FEC 부계층은 링크 상태를 파악하기 위해 에러 모니터링을 시작한다(806).

본 발명에서 FEC 부계층에서의 에러 모니터링은 8B10B 디코더의 bad code-group을 count 함으로써 이루어진다. 8B10B 디코더는 수신된 code-group이 지정한 code-group set 이외의 값이면 bad code-group을 발생하며, 1비트 에러를 찾아낼 수 있다. 따라서 링크의 상태가 BER < 10^-1 이하 정도만 되면 확률적으로 8B10B code-group의 에러를 비트 에러로 판단할 수 있으며, 8B10B 디코더는 이러한 에러를 대부분 찾아낼 수 있다. 그러므로 일정 시간 동안 8B10B 디코더의 bad code-group 수를 count하면 실제와 비슷한 BER 값을 구할 수 있다. 예를 들어 1Gb/s EPON의 경우 10초간 8B10B 디코더에서의 bad code-group의 수를 count하면 평균적으로 BER > 10^-9까지를 판단할 수 있으며, 이를 완료하면, ONU의 FEC 부계층은 FEC를 사용해야 하는지 여부를 판단할 수 있다. 그러나 1Gb/s EPON의 BER 요구사항이 10^-12이하이며, 이 경우 BER < 10^-12을 측정하기 위해서는 최소한 9시간 정도의 링크 모니터링 시간이 필요하며, 이는 불가능하다. 따라서 본 발명에서는 BER = 10^-9을 기준으로 링크의 품질을 모니터링 하고, 좀 더 정확한 링크 품질에 대한 모니터링 및 이에 따른 FEC 운용 여부는 management 블록을 통해 제어하도록 한다. 에러 모니터링 기능은 ONU에만 운용하면 되며, 이는 downstream 및 upstream 데이터 전송이 동일한 광 링크를 통해 이루어지고, PON 특성에 의해 일반적으로 upstream이 downstream보다 링크 상태가 좋지 않으므로 downstream의 에러 모니터링을 통해 BER < 10^-9 인 상황에서 upstream은 더 높은 BER을 나타내며, 이 경우 당연히 FEC 사용이 요구되기 때문이다.

ONU의 FEC 부계층에서 에러 모니터링을 완료한 후 BER을 측정하여(807) BER > 10^-9이 되어 FEC 운용이 필요하게 되면 ONU의 FEC 부계층은 상위계층으로 FEC 운용을 위한 IPG stretching을 요구하는 interrupt 신호인 INT_IPGS를 ‘1’로 설정하고, discovery 절차에 진입한 후 수신 데이터 path를 열어 PCS 부계층으로 OLT로부터 수신되는 데이터를 전송하기 시작한다(809내지 810). 데이터전송중 FEC-encode 플래그가 '1'이면 INT_IPGS를 '0'로, FEC_encoding 플래그를 '0'로 설정한 후 다시 데이터 전송을 수행한다(811내지 812). 상위계층에서는 INT_IPGS를 처리함으로써 이후부터 생성하는 프레임의 FEC_enable 플래그를 ‘1’로 설정하여 현재 생성된 프레임이 FEC를 위한 IPG stretching된 프레임임을 표시한다. FEC 부계층에서는 각 프레임의 FEC_capa 플래그를 ‘1’로 설정하고, FEC_encode플래그가 ‘1’로 설정된 프레임에 대해 FEC 인코딩을 하여 전송한다.

만일 BER < 10^-9이 되어 FEC 운용이 불필요하게 되면 FEC 부계층은 수신 데이터 path를 열어 PCS 부계층으로 OLT로부터 수신되는 데이터를 전송하기 시작하며, 상위계층으로부터 수신한 프레임의 FEC_capa 플래그만 ‘1’로 설정한 후 전송한다(813내지 815). 그리고 데이터전송중 FEC-encode 플래그가 '1'이면 INT_IPGS를 '1'로, FEC_encoding 플래그를 '1'로 설정한 후 다시 데이터 전송을 수행한다(816내지 817).

OLT의 FEC 부계층은 최초 power-on과 함께 초기화 과정에서 FEC 기능을 제공하는 경우 FEC_capa = ‘1’로, 제공하지 않는 경우 FEC_capa = ‘0’으로 설정하도록 하며, FEC_encode플래그는 ‘0’으로 하여 FEC를 운용하지 않도록 한다. 이와 같이 초기에 FEC를 운용하지 않고 있다가 discovery 절차를 거쳐 등록되는 ONU로부터 FEC 운용을 요구 받으면 INT_IPGS를 ‘1’로 설정하여 상위계층으로 하여금 IPG stretching을 하도록 한다. 이후 상위 계층으로부터 수신된 전송 프레임의 FEC_encode 플래그를 조사하여 ‘1’로 설정된 경우 FEC 인코딩을 하여 전송한다.

ONU에서 송신하여 OLT에 수신된 프레임으로부터 FEC 요구사항을 파악하기 위 해 FEC 부계층의 수신부는 수신된 프레임의 식별자를 검색한다. 전술한 바와 같이 FEC 프레임은 식별자로서 S_FEC와 T_FEC를 사용하며, 비 FEC 프레임은 SPD와 EPD를 사용하며, 따라서 FEC 수신부는 수신된 프레임의 시작 식별자를 조사하여 S_FEC이면 FEC 프레임, SPD면 비 FEC 프레임으로 판단한다.

상기한 방법으로 ONU와 OLT는 초기 discovery 절차 이전에 링크의 상태에 따라서 FEC의 운용 여부를 결정할 수 있다. 그러나 상기한 절차에 의하면 링크의 상태가 10^-12 < BER < 10^-9인 경우 EPON 시스템의 요구사항에 따라 FEC를 운용해야 함에도 불구하고 에러 모니터링의 시간이 과도하여 초기 discovery 과정에서 FEC 운용을 결정할 수 없다. 또한 FEC를 운용하고 있는 도중에 링크 상태가 양호해져서 FEC를 운용하지 않아도 되는 상황이 발생하는 경우에 대한 방안이 마련되어 있지 않다.

따라서 본 발명에서는 FEC 부계층의 인코더 및 디코더를 프레임 단위로 인코딩/디코딩 할 수 있도록 함으로써 도 8에서와 같이 만일 ONU와 OLT간 정상상태 데이터 전송 중 FEC의 운용을 중단하거나 새로이 FEC의 운용이 필요한 경우 단지 상위 계층에서 프레임 생성시 FEC_enable 플래그를 ‘1’로 설정하는 것만으로도 가능하도록 한다.

본 발명은 링크의 budget을 늘이기 위해 사용하는 에러정정부호의 사용 여부를 링크 상태에 따라 결정하도록 하며, ONU와 OLT간 데이터 전송 과정에서 상대 시스템이 에러정정부호를 사용하는 지 여부를 확인하고, 또한 초기 일정 시간 동안 링크의 품질을 측정하여 에러정정부호를 사용할지 여부를 ONU 및 OLT에서 판단한 후 프레임의 특정 플래그를 통해 상대 시스템에게 에러정정부호 사용 여부를 요구한다. 따라서, 에러정정부호의 일방적인 사용으로 인한 데이터 전송지연 및 이로 인한 전송율 감쇄를 줄일 수 있으며, 소모전력도 줄일 수 있다.

본 발명에 의한 FEC 운용방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 EPON 시스템의 효율적인 FEC 사용 제어 방법에 따르면 EPON 망에서 광 링크의 품질에 따라 RTT를 변화시키지 않고 ONU 및 OLT의 FEC 운용을 효과적으로 제어할 수 있으며, 결과적으로 FEC가 필요한 경우에만 사용하도록 함으로써 링크 관리를 용이하도록 하고, 불필요한 FEC 사용으로 인한 약 35% 정도의 과도한 throughput 감소를 방지할 수 있다.

또한 본 발명은 EPON 시스템에서 광 링크의 power budget을 늘려 전송거리 및 광 분기 수를 배가하기 위해 사용되는 FEC의 운용 여부를 광 링크의 상태에 적응하여 제어함으로써 FEC의 항시적인 사용에 따른 FEC overhead 증가 및 이로 인한 throughput 감소, 그리고 전력소모의 증가를 효율적으로 줄일 수 있다.

Claims

순방향오류제어(Forward Error Correction; FEC)를 제공하는 송수신 장치간의 데이터전송에 있어서,

FEC 프레임의 시작을 알리는 프레임시작부;

PCS(Physical Coding Sublayer) 프레임중 이더넷 프레임의 프리엠블(preamble)중 소정의 바이트가 FEC 운용제어를 위한 플래그로 할당된 데이터부; 및

상기 FEC 프레임의 종료를 알리는 프레임종료부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 FEC 프레임 구조.
제1항에 있어서, 상기 소정의 바이트는

상기 FEC 기능을 제공할 수 있음을 지시하는 제1플래그, 그리고 현재 프레임을 FEC 인코딩할 것을 상기 송수신 장치에 요구하는 제2플래그를 포함하는 것을 특징으로 하는 FEC 프레임 구조.
FEC 인코딩을 수행하지 않는 프레임에 대하여 소정의 시간만큼 지연시켜 출력하는 매칭지연부; 및

상기 매칭지연부에서 출력하는 FEC 인코딩되지 않은 프레임과 FEC 인코딩된 프레임을 수신하여 선택적으로 출력하는 선택부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FEC 부계층의 FEC 인코더 장치.
제3항에 있어서, 상기 매칭지연부는

상기 FEC 인코딩을 수행하지 않는 프레임에 대하여 상기 FEC 인코딩된 프레임이 인코딩에 소요된 시간만큼 지연시키는 것을 특징으로 하는 FEC 부계층의 FEC 인코더 장치.
(a) OLT와 ONU간에 송수신되며 FEC 수행여부를 지시하는 FEC 프레임 식별자, 데이터, FEC 기능을 제공할 수 있음을 지시하는 제1플래그, 그리고 현재 프레임을 FEC 인코딩할 것을 요구하는 제2플래그를 포함하는 FEC 프레임을 구성하는 단계;

(b) FEC 기능을 비활성화하는 것으로 OLT를 초기화하는 단계;

(c) ONU로부터 수신하는 FEC 프레임 식별자를 기초로 상기 ONU가 FEC 운용을 요구하는지 판단하는 단계;

(d) 상기 ONU가 FEC 운용을 요구하는 경우에는 IPG stretching 을 수행하는 단계; 및

(f) 상위계층으로부터 PCS 부계층으로 입력되는 프레임의 제2플래그를 기초로 FEC 인코딩을 수행하여 ONU로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OLT의 FEC 운용 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 (d)단계는

(d1) FEC 부계층에서 상기 IPG 스트레칭을 상기 상위계층에 요구하는 단계;

(d2) 상기 IPG 스트레칭을 수행했음을 제1플래그를 활성화하여 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 OLT의 FEC 운용 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 (d)단계는

프레임 단위로 상기 IPG를 스트레칭하고 IGP 스트레칭된 프레임의 상기 제2플래그를 활성화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OLT의 FEC 운용 제어 방법.
FEC 수행여부를 지시하는 FEC 프레임 식별자, 데이터, FEC 기능을 제공할 수 있음을 지시하는 제1플래그, 그리고 현재 프레임을 FEC 인코딩하여 송신할 것을 지 시하는 제2플래그, IPG 스트레칭된 프레임인 것을 지시하는 제3플래그를 포함하는 FEC 프레임을 OLT와 ONU간에 송수신하는 방법에 있어서,

(a) 상기 ONU가 FEC 기능을 제공하지 않으면, 상기 제1내지 제2플래그를 비활성화한 후 상기 OLT와 discovery 절차로 진입하는 단계;

(b) 상기 ONU가 FEC 기능을 제공하면, PCS 부계층으로의 데이터 경로를 차단하고 상기 OLT로부터 수신하는 프레임의 제1플래그의 활성여부에 따라 에러 모니터링 수행여부를 결정하는 단계;

(c) 상기 OLT로부터 수신하는 프레임의 제1플래그가 비활성화되어 있는 경우에는 상기 OLT로 송신하는 프레임의 제1플래그를 활성화한 후 상기 데이터 경로를 활성화하고, 상기 OLT로부터 수신하는 프레임의 제1플래그가 활성화되어 있는 경우에는 상기 에러모니터링 수행을 결정하는 단계; 및

(d) 상기 에러모니터링을 수행할 것을 결정하면, 상기 OLT와의 비트에러율(BER)을 계산한 결과를 기초로 FEC 사용여부를 결정하고, 상기 데이터 경로를 활성화한 후 상기 discovery 단계로 진입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ONU의 FEC 운용 제어 방법.
제8항에 있어서, 상기 (d)단계는

상기 비트에러율이 소정의 기준값보다 크면 상기 FEC를 사용하고, 작으면 상기 FEC를 사용하지 않는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ONU의 FEC 운용 제어 방법.
제9항에 있어서, 상기 비트에러율은

상기 OLT로부터 수신되는 코드 그룹(code group)으로부터 비정상코드그룹(bad code group)을 계수하여 상기 에러율을 예측하는 것을 특징으로 하는 ONU의 FEC 운용 제어 방법.
제8항에 있어서, 상기 (d)단계는

(d1) 상기 FEC를 사용할 것이 결정되면, FEC 부계층이 IPG 스트레칭을 상기 FEC 부계층의 상위계층에 요구하고, 상기 데이터 경로를 활성화하여 상기 OLT로부터 수신하는 데이터를 상기 상위계층으로 전달하는 단계;

(d2) 상기 FEC 부계층의 상위계층이 상기 IPG 스트레칭을 수행했음을 상기 제3플래그를 활성화하여 표시하는 단계; 및

(d3) FEC 부계층에서 상기 프레임의 제1플래그를 활성화하고, 상기 제2플래그가 활성화된 프레임에 대하여 FEC 인코딩을 수행하여 상기 OLT로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ONU의 FEC 운용 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 (d1)단계는

상기 FEC를 사용하지 않을 것으로 결정되면, 상기 데이터경로를 활성화한 후 상기 FEC 부계층의 상위계층에서 수신하는 프레임에 상기 제1플래그만 활성화하여 상기 OLT로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ONU의 FEC 운용 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 (d)단계는

프레임 단위로 상기 IPG를 스트레칭하여 상기 FEC 가 프레임단위로 운용되는 것을 특징으로 하는 ONU의 FEC 운용 제어 방법.