KR100630064B1 - 기가비트 이더넷 수동 광 가입자망시스템에서의 광가입자망장치 추가등록 방법 및 그 이더넷 프레임 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, OLT(Optical Line Termination)와 수동 소자인 광스플리터로 구성되는 ODN(Optical Distribution Network)와, 복수개의 ONU(Optical Network Unit)들을 적어도 구비하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치(ONU) 추가등록 방법에 있어서, 상기 OLT는 기존에 등록된 ONU들이 요구한 데이터 전송 대역폭에 대한 스케쥴링을 수행하는 과정과, 상기 스케쥴링 후 OLT에서의 가용대역폭과 기존 등록된 ONU들에 의해 할당 요구된 대역폭을 비교하고 상기 가용 대역폭과 할당 요구된 대역폭의 차이가 미리 설정된 기준 값보다 크면 추가 등록을 위한 기회할당 프레임을 OLT가 ONU들에게 하향 전송하는 과정으로 이루어진다.

GE-PON(Gigabit Ethernet - Passive Optical Network), ONU 추가 등록

Description

기가비트 이더넷 수동 광 가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치 추가등록 방법 및 그 이더넷 프레임 구조{METHOD FOR ONU LATE REGISTRATION METHOD IN GIGA BIT ETHERNET PASSIVE OPTICAL NETWORK AND THEREOF ETHERNET FRAME STRUCTURE}

도 1은 기가비트 이더넷의 표준 프레임 구조도,

도 2는 ATM-PON 시스템 구성도,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 GE-PON 시스템 구성도,

도 4는 초기 ONU 등록 절차를 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 추가 ONU 등록 절차를 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 추가등록 Grant가 포함된 노말 Grant프레임 패킷 포맷 구성도,

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 추가 등록 요구를 위한 등록요구프레임 패킷 포맷 구성도,

도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 OLT에서의 추가 등록을 위한 제어 흐름도,

도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 ONU에서의 추가 등록을 위한 제어 흐름도.

본 발명은 수동 광 가입자 망(passive optical network) 시스템에 관한 것으로, 특히 기가비트 이더넷 수동 광 가입자 망(giga bit ethernet passive optical network) 시스템에서의 광 가입자망 장치(Optical Network Unit: ONU)의 추가 등록(late registration)방법 및 그 이더넷 프레임 구조에 관한 것이다.

전화국부터 빌딩 및 일반 가정까지의 가입자망 구성을 위해, xDSL(x-Digital Subscriber Line), HFC(Hybrid Fiber Coax), FTTB(Fiber To The Building), FTTC(Fiber To The Curb), FTTH(Fiber To The Home) 등의 다양한 망 구조와 진화 방안들이 제시되고 있다. 이러한 다양한 망 구조들중 FTTx(x=B, C, H)의 구현은 능동형 광 가입자망(Active Optical Network: AON) 구성에 의한 능동형 FTTx와, 수동형 광 가입자망(Passive Optical Network: 이하 "PON"이라 칭함) 구성에 의한 수동형 FFTx로 구분될 수 있다. 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.

PON은 하나의 광선로 종단장치(Optical Line Termination: 이하 "OLT"라 칭함)와 복수의 광 가입자망 장치(Optical Network Unit: 이하 "ONU"이라 칭함)들을 1×N의 수동형 광분배기를 사용하여 연결함으로써, 트리 구조의 분산 토폴로지를 형성하는 광가입자 망 구조이다. 최근 ITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication section)에서는 비동기전송모드 - 수동형 광가입자 망(Asynchronous Transfer Mode-Passive Optical Network: 이하 "ATM-PON"이라 칭함) 시스템에 대한 표준화 내용을 ITU-T G.982, ITU-T G.983.1, ITU-T G.983.3으로 문서화하였다. 또한 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)의 IEEE802.3ah TF에서는 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet) 기반의 PON(이하 "GE-PON"이라 칭함) 시스템의 표준화 작업이 진행 중에 있다.

현재 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. 또한 Gigad Ghaib등에 의해서 발명되고 1999년 11월 2일자로 "PROTOCOL FOR DATA COMMUNICATION OVER A POINT-TO-MULTIPOINT PASSIVE OPTICAL NETWORK"이라는 발명의 명칭으로 미합중국에서 특허 발행된(issued) 미국특허번호 5,973,374에는 ATM-PON에서의 MAC 기술이 상세히 개시되어 있다. 도 1에서는 통상적인 점 대 점 방식의 기가비트 이더넷 표준 프레임 구조가 도시되어 있으며, 도 2에서는 통상적인 ATM-PON 시스템의 개략적인 구성이 도시되어 있다.

표준화가 완료되어 있는 점 대 점 방식의 기가비트 이더넷에서는 점 대 다점(point-to-multipoint)의 PON 시스템이 요구하는 기능을 아직 정의하지 있지 않고 있다. PON(Passive Optical Network) 형태로는 ATM-PON이 먼저 개발되고 표준화가 이루어졌다.

도 2에 도시된 일 예에서와 같은 ATM-PON 시스템은, 트리 구조의 루트에 위 치하며 억세스 망의 각 가입자들에게 정보를 제공하기 위하여 중심적인 역할을 수행하는 하나의 OLT(Optical Line Termination)(10)를 포함한다. 상기 OLT(10)에는 트리(tree) 토플로지 구조를 가지고 상기 OLT(10)로부터 전송되는 하향(Downstream)의 데이터 프레임을 분배하고, 역으로 상향(Upstream)의 데이터 프레임을 멀티플렉싱하여 상기 OLT(10)으로 전송하는 ODN(Optical Distribution Network)(16)이 접속된다. 복수개의 ONU(Optical Network Unit)(12a,12b,12c)은 상기 하향 데이터 프레임을 수신하여 종단 사용자들(14a,14b,14c)에게 제공하고 그들로부터 출력되는 데이터를 상향 데이터 프레임으로서 상기 ODN(16)으로 전송한다. 도 2에서 종단 사용자(14a,14b,14c)는 NT(Network Terminal)을 포함하는 PON에서 사용될 수 있는 여러 종류의 가입자망 종단장치를 의미한다.

도 2와 같이 구성된 ATM-PON 시스템은 이미 이 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이 53바이트의 크기를 가지는 ATM 셀(ATM cell)을 일정한 크기로 묶은 데이터 프레임 형태로 하향 및 상향 전송이 이루어진다. 도 2와 같은 트리 형태의 PON구조에서, OLT(Optical Line Termination)(10)은 하향 프레임 안에 다수의 ONU(12i)들 각각에 분배될 하향 셀(cell)을 적절히 삽입하게 된다. 또한 상향 전송의 경우 OLT(10)는 TDM(Time Division Multiflexing) 방식으로 복수개의 ONU들(12a,12b,12c)로부터 전송된 데이터를 억세스하게 된다. 이때, OLT(10)와 복수개의 ONU(12a,12b,12c)사이에 접속된 ODN(16)은 수동 소자이다. 따라서, OLT(10)는 레인징(ranging)이라는 알고리즘을 이용하여 가상 거리 보정을 통해 수동소자인 ODN(16)에서 데이터가 충돌하지 않도록 하고 있다. 또한, OLT(10)에서 복수 개의 ONU들(12a,12b,12c)로 하향 데이터 전송 시, OLT(10)과 ONU들(12a,12b,12c) 상호간은 비밀 보장을 위해 암호화를 위한 암호 키와 유지 관리 보수를 위한 OAM(Operations, Administration and Maintenance) 메시지를 서로 주고받도록 되어 있다. 이를 위해 상/하향 프레임에는 일정간격으로 메시지를 주고받을 수 있는 전용 ATM 셀 또는 일반 ATM 셀 내에 해당 데이터 필드가 마련되어 있다.

인터넷 기술이 발달함에 따라 가입자 측은 더욱 더 많은 대역폭을 요구하게 되고 그에 따라 상대적으로 고가 장비를 필요로 하고 대역폭에 제한이 있으며(최고 622Mbps) IP(Internet Protocol)패킷을 분할(segmentation)해야 하는 ATM기술보다는 상대적으로 저가이며 높은 대역폭(1Gbps 정도)을 확보할 수 있는 기가비트 이더넷 기술에서의 엔드 투 엔드(end to end) 전송을 목표로 삼게 되었다. 따라서 가입자 망의 PON 구조에서도 ATM방식이 아닌 이더넷 방식을 요구하게 이르렀다.

ATM-PON시스템은 전술한 바와 같이, 일정한 크기의 ATM셀을 기본으로 상향 및 하향의 프레임을 구성하고 점 대 다점(point to multi-point) 연결의 트리구조에 따라 상향 전송에 대해서는 TDM(Time Division Multiplexing) 방식을 사용한다. 기가비트 이더넷의 경우에는 점대점 방식 및 충돌방식의 MAC프로토콜은 이미 표준화되어 MAC 콘트롤러 칩(controller chip)이 상용화되어 있으나, GE-PON구조는 MAC을 포함하여 현재 표준화가 진행 중인 실정이다.

따라서 GE-PON에서는 PON구조에서 요구하는 예컨대 점 대 다점 방식의 기능이 구체화되어 있지 않고, OLT, ONU간 프레임 포맷이 정해져 있지 않았다.

이에 따라 이 민효 등에 의해서 발명되고 본원 출원인에게 양도되어 대한민 국에 2002년 1월 17일자로 "기가비트 이더넷 수동 광 가입자 망 시스템에서의 동작 구현방법 및 그 이더넷 프레임 구조"라는 발명의 명칭으로 출원된 제2002-2765호에는 GE-PON에 PON구조에서 요구하는 점 대 다점 방식의 기능이 구체적으로 개시되어 있으며, 또한 OLT 및 ONU간 프레임 포맷이 개시되어 있다. 그리고 초기 ONU 등록 절차 및 주기적인 등록 절차에 대해서도 개시하고 있다.

제2002-2765호에는 초기등록절차 및 주기적인 등록 절차에 대해서 상세히 개시되어 있다. 초기등록절차는 ONU들을 OLT에 등록하는 절차이며, 초기 등록 절차를 이용해서 등록하지 못한 ONU들은 주기적인 등록 절차에 따라 등록하도록 하고 있다.

ONU의 초기 등록기간의 문제는 모든 ONU들이 ONU등록을 마치지 못하는 경우가 발생한다는 점이다. 그 이유는 초기 등록 기간보다 늦게 파워 온(power-on)되거나 혹은 초기 등록 기간에 ONU 등록 시도를 하였어도 다른 ONU의 등록 신호와 충돌을 일으켜 등록을 성공하지 못한 경우가 발생하기 때문이다. 따라서 초기 등록 기간이 경과해도 등록에 성공하지 못한 ONU들을 위한 추가 등록 기간이 필요하다. 그런데 OLT가 추가 등록 기간을 빈번하게 할당할 경우에는 전체 데이터의 대역폭에 영향을 미치므로 비효율적이고, 또한 OLT가 추가 등록 기간을 할당되지 않을 경우에는 초기에 등록하지 못한 ONU들에 대한 형평성(fairness)에 문제가 발생하다. 또한 ONU의 원활한 통신이 이루어지지 않으므로 효과적인 추가 등록 기간 설정과 이를 위한 적절한 대역폭할당이 요구된다.

PON의 초기화 단계에서 OLT에게 각각의 ONU들이 등록을 할 때 ALOHA 방식으로 경쟁 기반(contention based)으로 진행된다. 이 때 OLT에 도착한 등록 신호들이 서로 충돌을 하여 등록실패의 경우가 발생한다. 초기 등록기간에 등록하지 못한 ONU들에게 이후 등록을 하기 위한 대역폭을 할당해 주어야 한다. 그러나 이 때에는 이미 등록한 다른 ONU들은 OLT와 데이터를 주고 받는 상황에 있으므로 이에 대한 영향을 최소화하도록 최소한의 대역을 사용하여 모든 ONU들이 효과적으로 짧은 시간 내에 등록을 완료하는 것이 중요하다.

본 발명의 목적은 PON 구조에서 GE-PON(giga bit ethernet passive optical network) 구현에 요구되는 ONU 추가등록 방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 GE-PON 구현에 요구되는 ONU 추가등록 위한 대역 크기 결정방법 및 이에 요구되는 패킷 포맷을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 GE-PON 구현에 요구되는 ONU 추가 등록시 최소한의 대역을 사용하여 모든 ONU들이 효과적으로 짧은 시간 내에 ONU 등록을 하는 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적에 따라, 본 발명은, OLT(Optical Line Termination)와 수동 소자인 광스플리터로 구성되는 ODN(Optical Distribution Network)와, 복수개의 ONU(Optical Network Unit)들을 적어도 구비하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치(ONU) 추가등록 방법에 있어서,

상기 OLT는 기존에 등록된 ONU들이 요구한 데이터 전송 대역폭에 대한 스케 쥴링을 수행하는 과정과,

상기 스케쥴링 후 OLT에서의 가용대역폭과 기존 등록된 ONU들에 의해 할당 요구된 대역폭을 비교하고 상기 가용 대역폭과 할당 요구된 대역폭의 차이가 미리 설정된 기준 값보다 크면 추가 등록을 위한 기회할당 프레임을 OLT가 ONU들에게 하향 전송하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, OLT(Optical Line Termination)와 수동 소자인 광스플리터로 구성되는 ODN(Optical Distribution Network)와, 복수개의 ONU(Optical Network Unit)들을 적어도 구비하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치(ONU) 추가등록 방법에 있어서,

추가 등록을 원하는 OLT는 데이터 전송을 위해 할당하고 남은 추가등록을 위한 대역의 시작시점을 알리는 슬롯 포지션정보와 상기 추가 등록을 위한 대역의 양을 알리는 슬롯사이즈 정보를 적어도 포함한 기회할당 프레임을 수신하면, 슬롯 포지션과 슬롯 사이즈, 및 ONU가 추가 등록 시도할 수 있는 위치를 알리는 등록오프셋을 결정하는 과정과,

OLT와 ONU들간의 동기를 맞추기 위한 클록정보, OLT에게 부여받기 전의 임시 ONU ID, ONU가 추가 등록시도를 할 수 있는 위치를 알리는 등록 오프셋 정보를 적어도 포함하는 추가 등록 요구 프레임을 OLT로 상향 전송하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 GE-PON 시스템의 개략적인 구성도로서, OLT(20)와 수동 소자인 광스플리터로 구성되는 ODN(26), ONU(22a,22b,22c), 및 종단 사용자(24a,24,24c)들 상호간의 연결 구성은 전술한 도 2의 ATM-PON 구성과 거의 유사하다. 도 3과 같이 구성된 GE-PON 시스템은, OLT(20) 1개와, 상기 OLT(20)와 사용자 측의 ONU들(24a,24b,24c) 각각간의 거리 및 파워 버짓(power budget)이 고려되어 ONU들(24a,24b,24c)이 최대 32개까지 트리 구조로 장착될 수 있다. 상기 ONU들(24a,24b,24c) 각각은 필요에 따라 빌딩 및 아파트 단지의 분배함이나 개인 주택 단지의 입구 등에 설치되어 ADSL과 같은 다양한 서비스를 제공하는 기능을 가져야 한다. 상기 OLT(20)는 백본망(backbone network)으로부터 데이터를 전송 받아 ODN(26)을 통해 ONU들(22a,22b,22c) 각각으로 데이터를 분배하거나 TDM방식으로 ONU들(22a,22b,22c)로부터 데이터를 억세스한다. 이를 위해 OLT(20)는 최소한 계층 2의 MAC주소 대한 스위치 기능을 수행하며, ONU(22a,22b,22c)들은 계층 2, 계층 3의 인터넷 프로토콜 스위치/라우터(IP switch/router)기능을 수행하게 설계된다.

도 3과 같이 구성된 본 발명의 GE-PON 시스템은, PON구조에서 상/하향 데이터의 QoS가 보장될 수 있도록 각 ONU(12a,12b,12c)들에 대한 대역 할당을 적절히 일정 수준으로 유지하도록 동작하며, 브로드 캐스팅(broadcasting) 전송되는 하향 데이터에 대해 이웃하는 또 다른 ONU(22j)(여기서 j는 a,b,c로서 자연수이며, i≠j임)이 어떤 특정 ONU(22i)의 데이터를 읽어 들이지 못하도록 하는 암호화하는 동작을 수행한다. 그리고 통신상의 물리적 오류 발생 시 이를 OLT(20) 및 ONU(22a,22b,22c)들 상호간에 전달할 수 있도록 해주는 OAM기능과, ODN(26)을 통과하고 난 후 OLT(20)로부터 각 ONU(22a,22b,22c)들까지의 거리가 제각각 다를 수 있으므로 상향 전송 시 상기 ODN(26)에서 데이터 충돌이 일어나지 않도록 가상적으로 상기 OLT(20)와 ONU(22a,22b,22c)들간의 거리를 동일하게 설정 유지하게 해줄 수 있는 레인징(ranging) 기능 등을 수행한다.

본 발명의 실시 예에 따른 GE-PON시스템에서의 전반적인 동작은 하기와 같다. 먼저 집중국인 OLT(20)에게 ONU들(22a,22b,22c)이 ONU 등록을 하여 자신의 위치와 존재를 알리고, OLT(20)로부터 각각의 ONU ID를 할당받는다(ONU 등록과정). 그 후 거리 보정 절차인 레인징(ranging) 과정을 수행한다. 그 이유는 각 ONU들(22a,22b,22c)은 ONU 등록과정에서 상향 및 하향 시간지연에 대한 동기화 오차를 보정하였지만, 온도와 같은 서로 다른 외부변수에 의하여 발생할 수 있는 오차에 대해서 정밀 보정이 이루어지지 않은 상태이기 때문이다. 이 후 기회할당(Grant) 프레임과 데이터 전송을 하기 위한 대역폭요구 프레임, OLT(20)가 각 ONU(22i, i=a,b,c)의 요구를 받아 스케쥴링한 결과 통보하는 프레임 송수신을 거쳐 각 ONU들은 자신에게 할당된 대역폭만큼 데이터를 OLT(20)로 전송한다(동적대역 할당과정). 상기한 과정들은 각 주기마다 반복된다.

초기 ONU 등록 절차는 도 4에서 보여 주고 있다. 초기 ONU 등록 절차에 대해 서는 본원 출원인에 의해서 선출원된 제2002-2765호에서도 다소 유사하게 개시되어 있다.

도 4에서, OLT(20)와 초기 구동 후 동기를 맞춘 ONU(22)들은 매 주기(예컨대 주기는 2msec) 처음에 내려오는 상향 데이터 전송 기회를 부여하는 Grant프레임(Ini. Reg. Grant)을 기다린다. 이 때 ONU(22)들은 Grant 프레임 중 Grant타입이 초기 등록으로 설정되어 있는가의 유무만을 감시하게 된다. Grant타입중 초기 등록이 설정되어 있다면 초기 등록 상향 전송 시점과 전송 길이를 파악하여, 초기 등록 요구를 하는 다른 ONU와의 데이터 충돌을 회피하기 위해 랜덤 딜레이(Random Delay)이후에 등록 요구 신호(Registration Request)를 OLT(20)에게 상향 전송한다. 등록 요구를 받은 OLT(20)는 이전 주기 Grant프레임에서 부여한 초기 등록 요구 프레임 상향 전송 시점 예상 도착시간과 실제 도착 시간의 차, 그리고 ONU 랜덤 딜레이(Random delay)값을 이용하여 라운드 트립 타임(RTT: Round Trip Time)을 계산한다. 라운드 트립 타임은 실제 도착 시간에서 예상 도착 시간을 뺀 시간의 차에서 랜덤 딜레이(Random delay)를 뺀 시간이 된다. 도 4에서 DD는 OLT(20)에서 ONU(22)로의 하향 전송지연 시간 값이고, UD는 ONU(22)에서 OLT(20)로의 상향 전송지연 시간값이다. 그리고 DD + UD의 값이 RTT가 된다. 이 후 OLT(20)는 OLT(20)가 관리하는 ONU 리스트에 등록 요구한 ONU들을 등록하고, 새로운 ONU ID를 발급하여 등록 응답 신호(Registration Response)를 ONU들(22)에게 하향 전송한다.

일정 주기동안(예컨대 수십 회) OLT(20)는 초기등록 Grant프레임을 하향으로 계속 송신하여 모든 ONU(20)들이 초기 등록할 충분한 기회를 준다. 초기 등록절차를 이용해서 등록하지 못한 ONU들은 이후에 수행되는 추가 등록 절차에 따라 ONU 등록을 하게 된다.

본 발명의 실시 예에 따른 추가 등록 절차는 도 5에서 보여 주고 있다. 추가 등록은 기존의 OLT(20)와 ONU들 사이에 통신이 진행되는 중 새로운 ONU(22)에게 주기적 등록 기회를 부여하고 등록시키는 절차를 말한다.

새로운 ONU(22)가 구동되면 동기를 맞춘 ONU들은 매 주기 처음에 내려오는 Grant프레임을 기다린다. Grant프레임내의 Grant타입필드를 검색하여 Grant타입이 추가등록으로 설정되어 있는 부분의 유무만을 감시한다. Grant타입중 주기 등록이 설정되어 있다면 추가 등록 상향 전송 시점과 전송 길이를 파악하여, 추가등록 상향 전송 시점에 등록 요구 프레임을 상향 전송한다.

본 발명의 실시 예에 따른 구성은 OLT(20)의 판단 하에 추가 등록이 가능한 경우, 초기 등록 기회를 부여하는 Grant 프레임이 아니라 데이터 전송 기회 등을 부여하는 노멀(Normal) Grant프레임에 추가 등록의 기회를 부여하는 Grant타입필드(도 6의 206)가 포함되는 하는 것이다.

도 6에는 본 발명의 실시 예에 따른 추가 등록을 위한 Grant 블록(205)이 포함된 노멀 Grant프레임 패킷 포맷으로서, OLT(20)가 ONU(22)들에게 전송하는 하향 패킷이다.

도 6의 노멀 Grant프레임은, SOP필드(200)와, ONU ID필드(201), 패킷 타입필드(202) 2비트, 타임 스탬프(Timestamp)필드(203) 4바이트, 제어타입필드(Control Type)필드(204) 6비트, 추가 등록의 기회를 부여하기 위한 Grant 블록(205)이 포함되어 있다. 상기 Grant 블록(205)은 Grant Type필드(206) 1바이트, 슬롯 포지션(Slot Position)필드(207) 3바이트, 슬롯사이즈(Slot Size) 3바이트, HCS(Head Check Sum)필드(65) 2바이트로 구성된다. Grant프레임의 SOP필드(200)에는 프레임의 시작을 알리는 SOP 1바이트(Byte)정보가 기록된다. 다음 필드(201)는 ONU ID필드인데 추가 등록 시는 아직 ONU ID가 부여되기 전이므로 FFh으로 기록된다. 그 다음 필드(202)는 2비트(bits) 패킷타입(Packet Type)필드인데, 패킷의 종류를 구별하고 패킷의 종류에 따라 PON 헤더(Header) 내용과 PDU가 결정된다. 다음 필드(203)는 OLT(20)와 ONU(22)들간의 동기를 맞추기 위한 타임 스탬프(timestamp)필드로 4바이트로 구성된 클록정보가 기록된다. OLT(20)에는 점 대 다점 구조에 있어 클록에 대한 매치용 기준 타이밍을 제공하는 절대 기준클록이 있는데, 상기 절대 기준 클럭의 카운터값이 상기 클록정보가 된다. 타임 스탬프필드(203)의 다음 필드(204)는 6비트의 제어타입(control type)필드로 Grant의 종류가 결정된다. 추가 등록의 경우, 본 발명의 실시 예에 따라 제어타입이 "000001"의 값이 할당된다. 제어타입필드(204)의 다음필드(206)는 Grant블럭(205)내의 첫 필드인 1바이트의 Grant 타입필드로서, 추가 등록의 기회를 부여하는 값이 기록된다. 그 다음 필드인 3바이트의 슬롯 포지션(slot position) 필드(207)에는 데이터 전송을 위해 할당하고 남은 대역, 즉 추가등록을 위한 대역의 시작시점이 기록된다. 그 다음필드인 슬롯 사이즈 필드(208)에는 추가등록을 위한 대역의 양이 할당된다. 마지막 필드인 HCS(Head Check Sum)필드(209)에는 Grant 프레임의 에러 점검을 위해 CRC 에러 체 크용 2바이트 정보가 기록된다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 등록요구 프레임 패킷 포맷으로서, ONU(22)가 OLT(20)에게 전송하는 상향 패킷이다.

도 7의 등록 요구 프레임은, SOP필드(210)와, ONU ID필드(211), 타임 스탬프(Timestamp)필드(212) 4바이트, 제어타입필드(Control Type)필드(213) 6비트, 임시 ONU ID(Temp ONU ID)필드(214), 등록 오프셋필드(215), 및 HCS(Head Check Sum)필드(216)로 구성된다. 등록요구 프레임의 SOP필드(201)에는 프레임의 시작을 알리는 SOP 1바이트(Byte)정보가 기록된다. 다음 필드(211)는 추가 등록 요구하는 ONU의 ONU ID값 예컨대, "00h"가 기록된다. 그 다음필드(212)는 노멀 Grant프레임의 포맷과 마찬가지로, 타임스탬프 필드(212)가 할당되어 클록정보가 기록되고, 다음의 제어타입 필드(213)에는 추가 등록 응답에 대응된 제어 타입값 예컨대, "000010"값이 기록된다. 제어타입필드(213)의 다음 필드인 임시 ONU ID필드(214)에는 OLT(20)에게 부여받기 전의 임시 ONU ID가 기록된다. 상기 임시 ONU ID는 이더넷 MAC하드웨어 어드레스 6바이트로 구성된다. 임시 ONU ID필드(214)의 다음 필드(215)는 등록 오프셋(registration offset)필드로서, ONU가 추가 등록시도를 할 수 있는 위치를 알리는 정보가 기록되며, 추가등록 시도를 할 수 있는 위치를 남은 대역 내에서 결정됨으로써 데이터 등과의 충돌 발생 확률을 감소시킨다. 마지막 필드인 HCS(Head Check Sum)필드(216)에는 등록요구 프레임의 에러 점검을 위해 CRC 에러 체크용 2바이트 정보가 기록된다.

본 발명의 실시 예에 따라 상세히 후술될 내용의 요지를 정리하면 하기와 같 다.

추가 등록 요구는 초기 등록 요구와 달리 새로운 ONU 등록에 많은 대역을 할당하는 것이 비효율적이다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따라 OLT(20)는 기존에 등록된 ONU들이 요구한 데이터 전송 대역폭에 대한 스케쥴링이 끝난 후 OLT(20)에서의 가용대역폭과 기존 등록된 ONU들에 의해 할당 요구된 대역폭을 비교하여 가용 대역폭과 할당 요구된 대역폭의 차이가 208us보다 큰 경우에만 추가 등록을 위한 Grant프레임을 하향 전송한다. 상기 208us이라는 기간은 하기와 같은 방법에 의해서 결정되었다. 광섬유에서 신호의 전달 속도는 2/3*c. 여기서, c는 광속도이다. 그러므로 GE-PON시스템에서 OLT(20)과 ONU(22)들간의 최대 거리를 20km라고 하였을 경우, 도달하는 시간이 100us가 되며 따라서 최대 RTT는 200us이다. 상기 208us는 최대 RTT값과 레이저 턴 온/오프(turn ON/OFF) 시간 8us를 더한 값이다. 즉 ONU(22)에서의 최소한의 추가 등록요구 하향전송 지연시간인 100us(UD에 해당)와, OLT(20)에서의 추가 등록 요구에 대한 등록응답을 받을 수 있는 상향 전송 지연시간인 100us(DD에 해당), 그리고 레이저 턴 온/오프(turn ON/OFF) 시간 8us를 더한 값이다. 그러나 이와 같이 동작하는 경우, 기존의 ONU들에 의해 할당 요구된 대역폭이 OLT(20)에서의 가용 대역폭보다 훨씬 많은 경우가 지속되어 ONU(22)는 추가 등록을 계속해서 시도하지 못하는 경우가 발생한다. 이러한 단점을 해결하기 위해 본 발명의 실시 예에서는 남는 대역폭(가용대역폭에서 할당 요구된 대역폭을 뺀 값)에 상관없이 고정적으로 추가등록을 위한 기회를 부여하며 이 주기를 60sec으로 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에서는 가용 대역폭에서 남은 대역이 충분히 있을 경 우와 고정적인 주기로 기회를 부여하는 경우를 모두 사용하여 추가등록기회를 부여하는 것이다. 이 때, 추가 등록 기회를 부여했음에도 불구하고 어떤 등록 요구도 올라오지 않을 경우에는 본 발명의 실시 예에서는 하기와 같이 동작한다. 이 경우는 더 이상 등록할 ONU가 없거나, 아니면 다수의 등록 요구 시도가 서로 충돌하여 OLT(20)로 전달되지 않은 경우의 결과이다. 따라서 이 경우, OLT(20)가 인위적으로 다음 사이클 즉, 다음 타임슬롯에 데이터 전송대역보다 우선하여 추가등록대역을 확보한다. 확보된 대역을 사용하여 OLT(20)는 다시 추가 등록 Grant프레임을 전송하여 ONU들에게 추가 등록할 기회를 부여한다. 이러한 강제 대역 확보는 매 타임슬롯에 실시하는 것이 비효율적이므로 ONU로부터의 등록요구가 없는 경우 이후의 하나의 사이클 즉, 하나의 타임슬롯에만 강제 대역을 할당한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 OLT에서의 추가 등록 대역 할당을 위한 제어 흐름도이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 ONU에서의 추가 등록 대역 할당을 위한 제어 흐름도이다.

먼저 도 8을 참조하면, OLT(20)는 도 8의 300단계에서 등록된 복수개의 ONU(20)들 각각에게 대역할당 요구 상향 기회 제공을 위한 노멀 Grant프레임(도 5의 BW Req. & Data Grant, Late Reg. Grant)을 하향 전송한다. 그래서 복수 개의 ONU(22)들 각각이 대역할당 요구할 기회를 부여한다. 그에 따라 대역 할당요구 상향 전송 기회를 받은 ONU들 각각은 다음 주기 대역할당 요구 시작 시점에서 현재 전송 대기버퍼 사이즈가 포함된 대역 할당요구 프레임(도 5의 BW Registration request)을 상향 전송한다. 그에 따라 OLT(20)는 도 8의 302단계에서 기등록된 각 ONU(20)로부터 수신된 대역 할당 요구를 수집하고, 그 후 도 8의 304단계에서 스케쥴러를 이용하여 ONU들이 요구한 전송 대역폭에 대한 스케쥴링을 수행한다.

그 후 도 8의 306단계로 진행하여 OLT(20)는 OLT(20)에서의 가용대역폭 BW_tot과 기존 등록된 ONU들에 의해 할당 요구된 대역폭 BW_alloc를 비교하고 308단계의 판단에서 가용 대역폭 BW_tot과 할당 요구된 대역폭 BW_alloc의 차이가 208us보다 크면 도 8의 312단계로 진행한다. 도 8의 312단계에서 OLT(20)는 추가 등록을 위한 Grant프레임을 하향 전송한다. 추가 등록을 위한 Grant프레임은 도 6과 같은 포맷이다. 도 8의 308단계에서 판단 기준이 되는 시간값 208us는 전술한 바와 같이, 최대 RTT값과 레이저 턴 온/오프(turn ON/OFF) 시간 8us를 더한 값이다. 즉 ONU(22)에서의 최소한의 추가 등록요구 프레임(도 5의 Late Registration request)의 지연시간인 100us(UD에 해당)와, OLT(20)에서의 추가 등록 요구에 대한 등록응답 프레임(도 5의 BW Req. & Data Grant Late Reg. Grant)의 지연시간인 100us(DD에 해당), 그리고 레이저 턴 온/오프(turn ON/OFF) 시간 8us를 더한 값이다.

도 8의 312단계를 수행한 후 ONU(22)는 314단계에서 등록 오프셋(Registration offset) + 프레임 타임(Frame time) + 슬롯 포지션(Slot Position)+ 하향 전송지연(Down-stream Delay) DD 시간동안을 기다린 후 도 8의 316단계에서 ONU(22)로부터 등록요구 프레임이 수신되는지를 판단한다.

한편 추가 등록을 위한 ONU(22)에서는 도 9의 400단계에서 OLT(20)로부터 도 6에 도시된 바와 같은 Grant 프레임이 수신되면, 도 9의 402단계로 진행하여 노멀 Grant프레임내 Grant 타입필드(206)를 체크하고 도 9의 404단계에서 추가 등록 기회가 부여된 것인지의 여부를 판단한다. 만약 추가 등록 기회가 부여 된 것이 아니면 405단계로 진행하여 해당 기능을 수행하고, 추가 등록 기회가 부여 된 것이면 슬롯 ONU(22)는 도 9의 406단계에서 슬롯 포지션(Slot Position)과 슬롯 사이즈(Slot size) 및 등록 오프셋(Registration Offset)을 결정한다. 그 후 408단계로 진행하여 등록 오프셋(Registration offset) + 프레임 타임(Frame time) + 슬롯 포지션(Slot Position) 시간동안을 기다린 후, 410단계로 진행하여 도 7에 도시된 바와 같은 등록요구 프레임(도 5의 Late Registration request)을 상향 전송한다.

다시 도 8로 되돌아가면, OLT(20)는 도 8의 등록요구 프레임이 수신되면 이를 316단계에서 인식하고 도 8의 318단계에서 해당 ONU를 추가 등록하고 등록응답프레임을 상기 ONU(22)로 전송한다. 그후 OLT(20)는 320단계에서 추가등록 레이징 절차를 수행한다.

도 8의 316단계의 판단에서 등록요구 프레임이 수신되지 않는 경우는 추가 등록 기회를 부여했음에도 불구하고 어떤 등록 요구도 올라오지 않은 경우로서, 더 이상 등록할 ONU가 없거나, 아니면 다수의 등록 요구 시도가 서로 충돌하여 OLT(20)로 전달되지 않은 경우이다. 본 발명의 실시 예에서는 도 8의 316단계의 판단에서 등록요구 프레임이 수신되지 않으면 도 8의 322단계로 진행하여 OLT(20)가 인위적으로 다음 사이클 즉, 다음 타임슬롯에 데이터 전송대역보다 우선하여 추가등록대역을 확보한다. 확보된 대역에 OLT(20)는 다시 추가 등록 Grant프레임을 전 송하여 ONU들에게 추가 등록할 기회를 부여한다. 이러한 강제 대역 확보는 매 타임슬롯에 실시하는 것이 비효율적이므로 ONU로부터의 등록요구가 없는 경우 이후의 하나의 사이클 즉, 하나의 타임슬롯에만 강제 대역을 할당한다.

또한 도 8의 308단계의 판단에서 가용 대역폭 BW_tot과 할당 요구된 대역폭 BW_alloc의 차이가 208us보다 적게 되고 도 8의 309단계에서 그 기간이 미리 정한 기간 예컨대 60sec정도가 경과면, 이는 기존의 ONU들에 의해 할당 요구된 대역폭이 OLT(20)에서의 가용 대역폭보다 훨씬 많아서 그 경우가 예컨대 60sec정도 지속되면 ONU(22)는 추가 등록을 계속해서 시도하지 못하게되는 경우이다. 이러한 단점을 해결하기 위해 본 발명의 실시 예에서는 도 8의 310단계로 진행하여 남는 대역폭에 상관없이 고정적으로 추가등록을 위한 기회를 60sec 주기로 고정적으로 부여한다. 즉 할당 요구된 대역폭이 OLT(20)에서의 가용 대역폭보다 많더라도 남은 대역에 상관없이 60msec 주기로 고정적으로 추가 등록 기회를 부여하는 Grant 프레임을 하향 전송한다.

한편 OLT(20)에 의해 등록이 되면 등록 응답 프레임(도 5의 Late Registration response) 가 OLT(20)로부터 전송되며 추가등록 요구한 ONU(22)는 도 9의 412단계에서 등록응답 프레임이 수신되는지를 판단한다. 만약 등록 응답 프레임이 수신되면 414단계로 진행하여 추가 등록 레인징(Ranging)절차를 수행한다. 하지만 등록 응답 프레임이 수신되지 않으면, 도 9의 414단계로 진행하여 RTT시간만큼 기다린 후 400단계로 되돌아가서 그때부터의 단계를 다시 수행한다.

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.

상술한 바와 같이 본 발명은 기가비트 이더넷 수동 광 가입자망을 구성함에 필수적인 추가 ONU 등록에 대한 구체적 절차를 정의하고, 이에 필요한 대역할당 방안과 프레임 포맷을 정의함에 따라 기가비트 이더넷 수동 광 가입자망에서 OLT, ONU 사이에 필요한 기능을 개발 할 수 있으며 초기 등록시 등록하지 못한 ONU들을 이미 등록한 다른 ONU들의 통신에 영향을 최소화하면서 조기에 등록할 수 있다.

Claims (9)

1. OLT(Optical Line Termination)와 수동 소자인 광스플리터로 구성되는 ODN(Optical Distribution Network)와, 복수개의 ONU(Optical Network Unit)들을 적어도 구비하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치(ONU) 추가등록 방법에 있어서,

   상기 OLT는 기존에 등록된 ONU들이 요구한 데이터 전송 대역폭에 대한 스케쥴링을 수행하는 과정과,

   상기 스케쥴링 후 OLT에서의 가용대역폭과 기존 등록된 ONU들에 의해 할당 요구된 대역폭을 비교하고 상기 가용 대역폭에서 할당 요구된 대역폭을 제한 남는 대역폭이 미리 설정된 기준 값보다 크면 추가 등록을 위한 기회할당 프레임을 OLT가 ONU들에게 하향 전송하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치 추가등록 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가용 대역폭에서 할당 요구된 대역폭을 제한 남는 대역폭이 미리 설정된 기준 값보다 작고 미리 설정된 기간을 경과하면 고정적인 주기로 추가 등록 기회를 부여하는 기회할당 프레임을 OLT가 ONU들에게 하향 전송하는 과정을 더 가짐을 특징으로 하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치 추가등록 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기회할당 프레임은 데이터 전송을 위해 할당하고 남은 추가등록을 위한 대역의 시작시점을 알리는 슬롯 포지션정보와 상기 추가 등록을 위한 대역의 양을 알리는 슬롯사이즈 정보를 적어도 포함함을 특징으로 하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치 추가등록 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 기회할당 프레임 전송후 ONU로부터의 등록요구가 있는지를 판단하는 과정과,

   상기 ONU로부터의 등록요구가 있으면 ONU 추가 등록 및 등록에 대해 응답을 하고 추가 등록 레인징 절차를 수행하는 과정과,

   상기 ONU로부터의 등록요구가 없으면 다음 타임슬롯에 데이터전송대역보다 우선하여 추가등록 대역을 확보하는 과정을 더 가짐을 특징으로 하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치 추가등록 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 미리 설정된 기준 값은 최대 라운드 트립 시간값과 레이저 턴 온/오프 시간을 더한 값임을 특징으로 하는 기가비트 이더넷 수동 광가입 자 망 시스템에서의 광 가입자망장치 추가등록 방법.
6. OLT(Optical Line Termination)와 수동 소자인 광스플리터로 구성되는 ODN(Optical Distribution Network)와, 복수개의 ONU(Optical Network Unit)들을 적어도 구비하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치(ONU) 추가등록 방법에 있어서,

   추가 등록을 원하는 OLT는 데이터 전송을 위해 할당하고 남은 추가등록을 위한 대역의 시작시점을 알리는 슬롯 포지션정보와 상기 추가 등록을 위한 대역의 양을 알리는 슬롯사이즈 정보를 적어도 포함한 기회할당 프레임을 수신하면, 슬롯 포지션과 슬롯 사이즈, 및 ONU가 추가 등록 시도할 수 있는 위치를 알리는 등록오프셋을 결정하는 과정과,

   OLT와 ONU들간의 동기를 맞추기 위한 클록정보, OLT에게 부여받기 전의 임시 ONU ID, ONU가 추가 등록시도를 할 수 있는 위치를 알리는 등록 오프셋 정보를 적어도 포함하는 추가 등록 요구 프레임을 OLT로 상향 전송하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치 추가등록 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 추가 등록요구 프레임 전송후 OLT로부터의 등록응답이 있는지를 판단하는 과정과,

   상기 OLT로부터의 등록응답이 있으면 추가 등록 레인징 절차를 수행하는 과정과,

   상기 OLT로부터의 등록응답이 없으면 라운드 트립타임동안 기다린 후 처음상태로 되돌아가는 과정을 더 가짐을 특징으로 하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서의 광 가입자망장치 추가등록 방법.
8. OLT(Optical Line Termination)와 수동 소자인 광스플리터로 구성되는 ODN(Optical Distribution Network)와, 복수개의 ONU(Optical Network Unit)들을 적어도 구비하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서 OLT가 ONU들에게 추가 등록기회를 할당하기 위해 전송하는 가변길이 이더넷 프레임 구조에 있어서,

   패킷의 시작을 알리기 위한 SOP(Start Of Packet)정보가 기록되는 SOP(Start Of Packet)필드와,

   ONU ID가 기록되는 ONU ID필드와,

   패킷의 종류를 구별하기 위한 패킷타입정보가 기록되는 패킷타입필드와,

   OLT와 ONU들간의 동기를 맞추기 위한 클록정보가 기록되는 타임 스탬프필드와,

   기회할당의 종류를 알리는 제어타입필드와,

   추가 등록의 기회를 부여하는 값이 기록되는 기회할당타입필드와,

   데이터 전송을 위해 할당하고 남은 추가등록을 위한 대역의 시작시점이 기록되는 슬롯 포지션 필드와,

   에러 점검을 위한 정보가 기록된 HCS(Head Check Sum)필드를 포함함을 특징으로 하는 가변길이 이더넷 프레임 구조.
9. OLT(Optical Line Termination)와 수동 소자인 광스플리터로 구성되는 ODN(Optical Distribution Network)와, 복수개의 ONU(Optical Network Unit)들을 적어도 구비하는 기가비트 이더넷 수동 광가입자 망 시스템에서 추가 등록기회를 할당하기 위해 전송한 기회할당 프레임을 OLT로부터 받은 ONU가 등록 요구하기 위 해 전송하는 가변길이 이더넷 프레임 구조에 있어서,

   패킷의 시작을 알리기 위한 SOP(Start Of Packet)정보가 기록되는 SOP(Start Of Packet)필드와,

   ONU ID가 기록되는 ONU ID필드와,

   OLT와 ONU들간의 동기를 맞추기 위한 클록정보가 기록되는 타임 스탬프필드와,

   기회할당의 종류를 알리는 제어타입필드와,

   OLT에게 부여받기 전의 임시 ONU ID가 기록되는 임시 ONU ID필드와,

   ONU가 추가 등록시도를 할 수 있는 위치를 알리는 정보가 기록되는 등록 오 프셋 필드와,

   에러 점검을 위한 정보가 기록된 HCS(Head Check Sum)필드를 포함함을 특징으로 하는 가변길이 이더넷 프레임 구조.

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