KR100721367B1 - Ｔｄｍ-ｐｏｎ에서 멀티캐스트 트래픽 공유 기반의 공정한차등 대역폭 할당 방법 및 시스템 - Google Patents

Ｔｄｍ-ｐｏｎ에서 멀티캐스트 트래픽 공유 기반의 공정한차등 대역폭 할당 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 TDM-PON 망의 하향 트래픽 전송에서, 멀티캐스트 트래픽의 공유를 기반으로 공정하게 차등 대역폭을 할당하는 방법에 관한 것으로, 현재 서비스되고 있는 멀티캐스트 그룹들의 전체 개수와, 소정 ONU가 가입된 멀티캐스트 그룹의 개수를 결정하는 단계와, 각 멀티캐스트 그룹에서의 멀티캐스트 공유도 및 전체 멀티캐스트 그룹에서의 소정 ONU의 총 멀티캐스트 공유도를 산출하는 단계와, 소정 ONU의 총 멀티캐스트 공유도를 멀티캐스트 그룹들의 전체 개수로 나누어 소정 ONU의 최종 멀티캐스트 공유도를 산출하는 단계와, 최종 멀티캐스트 공유도를 기초로, 멀티캐스트 트래픽 서비스에 할당된 전체 대역폭에 따른 소정 ONU의 평균 멀티캐스트 대역폭을 산출하는 단계와, ONU별 서비스 가중치를 이용하여, 소정 ONU의 차등 대역폭을 산출하는 단계 및, 소정 ONU의 차등 대역폭에서 평균 멀티캐스트 대역폭을 차감하여 소정 ONU의 동적 타임슬롯 최대 대역폭을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

ＴＤＭ-ＰＯＮ에서 멀티캐스트 트래픽 공유 기반의 공정한 차등 대역폭 할당 방법 및 시스템 {MULTICAST TRAFFIC SHARE-BASED FAIR DIFFERENTIATED BANDWITH ALLOCATION METHOD AND SYSTEM IN TDM-PON}
도 1은 일반적인 FTTC (Fiber-to-the-Curb) 타입의 수동형 TDM-PON 네트워크의 구성도,
도 2는 TDM-PON 네트워크에서 하향 데이터 전송을 위한 OLT의 동작을 설명하기 위한 블록도,
도 3은 도 2에 도시된 타임슬롯 할당 블록(209)의 구체적인 구성을 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 멀티캐스트 트래픽 공유 기반의 공정한 차등 대역폭 할당 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
본 발명은 시분할 다중화 수동 광네트워크(TDM-PON)에 관한 것으로, OLT에서 ONU로의 하향 트래픽 전송에서 멀티캐스트 트래픽의 공유를 기반으로 공정하게 차 등 대역폭을 할당하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근의 인터넷 트래픽은 실시간 데이터 전송을 요구하는 비디오 기반 어플리케이션(application) 서비스의 지속적 성장 및 통신방송 융합형 서비스의 제공 등으로 인해, 그 총량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 트래픽 증가에 효율적으로 대처하기 위해, 망 사업자들은 대도시 간 백본 네트워크(backborn network) 및 메트로 망에서 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 기술을 활용함으로써, 그 전송 대역폭을 지속적으로 증가시켜 왔다.
이에 반해 백본망으로부터 전송된 트래픽을 최종 가입자에게 분배하는 가입자 망은, 종래의 VDSL 및 케이블 모뎀 기반의 전송 기술과 고속 이더넷(Ethernet) 기반의 기술이 혼재된 상태로 사용되고 있다. 이러한 기술들은 근본적으로 망 포설 영역이 짧고, 현재 활발히 논의되고 있는 통합형 서비스를 안정적으로 제공하기에는 그 전송 대역폭이 극히 작다. 이러한 문제를 해결하고자 현재 활발히 개발되고 있는 광 가입자망 기술은, 통합 서비스에 필요한 전송 대역폭을 최종 가입자에게 효율적으로 제공하는 것을 목표로 한다.
현재 활발한 논의가 이루어지고 있는 광 가입자망 기술은 TDM-PON(Time Division Multiplexing Passive Optical Network) 기술과, WDM-PON(Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network) 기술로 구분할 수 있다. TDM-PON은 광전송 터미널(OLT)과 다수의 광통신망 유니트(ONU)가 수동형 광분배기(Passive Optical Splitter)를 통해 연결되고, 단일 전송 파장이 다수의 ONU에 의해 광계층에서 공유되는 점대 다점 구조를 가진다. 이러한 TDM-PON에서의 하향 데이터 전송 은 시분할 다중화 방식에 의해, 반대로 상향 데이터 전송은 대역폭 예약을 기반으로 하는 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식을 통해 이루어진다.
이에 반해 WDM-PON은 각 ONU에게 개별 전송 파장을 할당함으로써 논리적인 점대 점 구조를 이룬다. 그리고, OLT와 ONU들간의 데이터 전송은 시분할 과정 없이 독자적으로 이루어지므로, 보다 높은 전송대역폭을 가입자에게 제공할 수 있다.
그러나 WDM-PON의 경우, 고가의 전송 시스템으로 인해 대역폭 당 가입자 요금이 높기 때문에 실용화 단계에 이르기까지 다소 시간이 필요할 것으로 예측된다. 이에 반해 TDM-PON은 동일한 파장을 시분할을 통해 효율적으로 사용할 수 있고, 장치 가격 역시 상대적으로 저렴해 차세대 광 가입자망 기술로 주목받고 있다.
TDM-PON 망 기술은 전송계층의 프레임 구조에 따라 Ethernet-PON, G-PON, 및 B-PON으로 구분될 수 있으나, 기본적인 상하향 전송 제어 개념은 동일하다. 먼저 상향 전송의 경우, 다수의 ONU 및 광통신망 터미널(ONT)로부터 공통 목적지인 OLT 까지의 데이터 전송은 공유된 링크를 통해 이루어지므로, 데이터 충돌을 방지하기 위해 적절한 매체 접근 제어(MAC) 기술이 필요하다. 이를 위해 일반적으로 버퍼에 축적된 데이터 총량을 기준으로, ONU 및 ONT가 다음 전송주기에 필요한 대역폭을 예약하고, OLT가 이러한 예약을 중재한 후, 전송 타임슬롯, 즉 상향 대역폭을 할당한다. 따라서, 높은 망 효율을 유지함과 동시에 공정한 대역폭을 ONU에게 할당할 수 있다. 이때, 각 ONU로부터 타임슬롯 기간동안 전송된 데이터 프레임은 일차적인 목적지가 OLT인 점대 점 통신이므로, 타임슬롯의 제어를 통해 쉽게 대역폭 할당의 공정성을 유지할 수 있다.
이에 반해 하향 데이터 전송은 다음과 같이 이루어진다. 즉, OLT에서 전송된 모든 데이터 프레임이 광분배기를 통해 광 계층에서 분배되어 모든 ONU 및 ONT로 브로드캐스팅(broadcasting)되고, 개별 ONU는 수신된 프레임을 MAC(Muptiple Access Control) 계층에서 목적지 주소에 기반하여 필요한 프레임만 필터링하게 된다. 이때 만일 모든 트래픽이 상향전송의 경우와 마찬가지로 유니캐스트(Unicast) 트래픽, 즉 단일 목적지만을 향하는 프레임이라고 한다면, OLT는 하향 전송 타임슬롯을 각 ONU별로 공정하게 할당함으로써 대역폭 할당의 공정성을 보장할 수 있다.
그러나 실제 TDM-PON의 하향 전송의 경우, VoD 및 방송형 비디오 서비스등에 의해 많은 양의 멀티캐스트 트래픽이 항상 존재하고, 이러한 멀티캐스트 트래픽은 광 분배를 통해 다수의 ONU에 의해 동시에 공유된다. 따라서 하향 전송의 경우, 단순히 전송 타임슬롯을 균등히 할당하는 방식으로는 공정한 대역폭 할당을 보장할 수 없다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, TDM-PON 하향 데이터 전송에 있어서, 각 ONU 별 멀티캐스트 트래픽 공유도 및 ONU 별 서비스 가중치에 기반하여, ONU별로 차등화된 동적 타임슬롯 대역폭을 할당할 수 있는 멀티캐스트 트래픽 공유 기반의 공정한 차등 대역폭 할당 방법 및 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의한 TDM-PON에서 멀티캐스트 트래픽 공유 기반의 공정한 차등 대역폭 할당 방법은, 현재 서비스되고 있는 멀티캐스트 그룹들의 전체 개수와, 소정 ONU가 가입된 멀티캐스트 그룹의 개수를 결정하는 (a) 단계와, 각 멀티캐스트 그룹에서의 멀티캐스트 공유도 및 전체 멀티캐스트 그룹에서의 소정 ONU의 총 멀티캐스트 공유도를 산출하는 (b) 단계와, 소정 ONU의 총 멀티캐스트 공유도를 멀티캐스트 그룹들의 전체 개수로 나누어 소정 ONU의 최종 멀티캐스트 공유도를 산출하는 (c) 단계와, 최종 멀티캐스트 공유도를 기초로, 멀티캐스트 트래픽 서비스에 할당된 전체 대역폭에 따른 소정 ONU의 평균 멀티캐스트 대역폭을 산출하는 (d) 단계와, ONU별 서비스 가중치를 이용하여, 소정 ONU의 차등 대역폭을 산출하는 (e) 단계 및, 소정 ONU의 차등 대역폭에서 평균 멀티캐스트 대역폭을 차감하여 소정 ONU의 동적 타임슬롯 최대 대역폭을 산출하는 (f) 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 제 (b) 단계는, 각 멀티캐스트 그룹에서의 멀티캐스트 공유도를 결정하는 단계와, 소정 ONU가 가입된 전체 멀티캐스트 그룹에서, 각 멀티캐스트 공유도의 역수를 취하는 단계 및, 각 멀티캐스트 공유도의 역수를 모두 더하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 제 (d) 단계에 있어서, 소정 ONU의 평균 멀티캐스트 대역폭은, 멀티캐스트 트래픽 서비스에 할당된 전체 대역폭과 최종 멀티캐스트 공유도를 곱하여 산출되는 것이 바람직하다.
제 (e) 단계에 있어서, 소정 ONU의 차등 대역폭은, 멀티캐스트 트래픽 서비스에 할당된 전체 대역폭과, 전체 ONU의 서비스 가중치의 합에 따른 소정 ONU의 서비스 가중치의 비율을 곱하여 산출되는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의한 TDM-PON에서 멀티캐스트 트래픽 공유 기반의 공정한 차등 대역폭 할당 시스템은, ONU의 서비스 가중치 값이 기록되는 서비스 가중치 테이블 블록, ONU의 최종 멀티캐스트 공유도를 산출하는 멀티캐스트 공유 운용 블록, ONU의 최종 멀티캐스트 공유도가 기록되는 멀티캐스트 트래픽 공유 테이블 블록, 타임슬롯 할당 대역폭 정보, 서비스 가중치 테이블 블록으로부터 입력된 ONU별 서비스 가중치 정보 및, 멀티캐스트 트래픽 공유 테이블 블록으로부터 입력된 최종 멀티캐스트 공유도를 이용하여, 각 ONU별 동적 타임슬롯 최대 대역폭을 산출하는 타임슬롯 중재 블록 및, ONU별 동적 타임슬롯 최대 대역폭을 전송 제어블록에 전달하는 타임슬롯 정보 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 멀티캐스트 공유 운용 블록은, 멀티캐스트 운용 블록으로부터 멀티캐스트 그룹, 소정 멀티캐스트에 가입된 총 멤버 ONU의 수, 및 소정 멀티캐스트에 가입된 ONU들의 정보를 제공받는 것이 바람직하고, 타임슬롯 중재 블록의 타임슬롯 할당 대역폭 정보는 전송큐 관리자 블록으로부터 입력되는 것이 바람직하다.
멀티캐스트 공유 운용 블록은, 현재 서비스되고 있는 멀티캐스트 그룹들의 전체 개수와, ONU가 가입된 멀티캐스트 그룹의 개수를 결정하고, 각 멀티캐스트 그룹에서의 멀티캐스트 공유도 및 전체 멀티캐스트 그룹에서의 ONU의 총 멀티캐스트 공유도를 산출한 후, ONU의 총 멀티캐스트 공유도를 상기 멀티캐스트 그룹들의 전체 개수로 나누어 ONU의 최종 멀티캐스트 공유도를 산출하는 것이 바람직하다.
타임슬롯 중재 블록은, 최종 멀티캐스트 공유도를 기초로, 멀티캐스트 트래픽 서비스에 할당된 전체 대역폭에 따른 ONU의 평균 멀티캐스트 대역폭을 산출하고, ONU별 서비스 가중치를 이용하여, ONU의 차등 대역폭을 산출한 후, ONU의 차등 대역폭에서 평균 멀티캐스트 대역폭을 차감하여 ONU의 동적 타임슬롯 최대 대역폭을 산출하는 것이 바람직하다.
TDM-PON 망은, 다수의 ONU와 적어도 하나의 OLT를 포함하고, OLT에서 개별 ONU로 전송되는 하향 트래픽은 광분배기에서 분배되며, OLT에서 개별 ONU로 전송되는 하향 트래픽은 TDM 방식으로 동작되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에서는 OLT의 주기적인 하향 대역폭 할당 시점마다, 각 ONU가 가입한 멀티캐스트 그룹의 트래픽 공유도 및 관리자에 의해 제어되는 ONU별 서비스 가중치에 따라, 동적으로 ONU별 최대 할당 가능한 동적 타임슬롯의 대역폭을 결정한다. 그리고, 이에 따라 하향 타임슬롯을 할당하여 하향 트래픽을 전송함으로써, ONU별 차등 대역폭 할당에 있어 공정성이 엄밀히 보장될 수 있도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니 다.
(실시예)
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 FTTC (Fiber-to-the-Curb) 타입의 수동형 TDM-PON 네트워크의 구성도를 나타낸다.
TDM-PON 망은 다수의 ONU(101a,101b,…,101n)와, 하향 데이터 전송을 제어하는 OLT(100)로 구성된다. OLT(100)에서 전송되는 하향 트래픽은 광분배기(102)에서 분배되어 모든 ONU(101a,101b,…,101n)에게 일괄적으로 전송된다. 하향 트래픽은 다수의 ONU에게 전송되어야 할 멀티캐스트 트래픽과, 개별 ONU에게 전송되어야 할 유니캐스트 트래픽으로 구분된다.
OLT(100)로부터 다수의 ONU(101a,101b,…,101n)로의 하향 데이터 전송은, 광분배기(102)를 통해 망 내의 모든 ONU(101a,101b,…,101n)들에게 브로트캐스팅 방식으로 전달된 후 필터링되는 TDM 방식으로 동작된다(103). 이와 반대로 상향 데이터 트래픽 전송은 ONU의 대역폭 예약 및 OLT의 대역폭 할당에 의한 예약 기반의 TDMA 방식으로 제어된다(104). OLT(100)로부터 광분배기(102) 사이의 공통링크는 최대 15Km 정도의 장거리(105)이다. 하향 전송은 논리적으로 점 대 다점 구조, 상향 전송의 경우는 점 대 점 구조를 이룬다. ONU에는 전이중 통신(Full Dulplex)을 위한 송수신 모듈이 존재하므로, 상향 및 하향 데이터 전송은 상호 독립적으로 이루어진다.
이중, 하향 데이터 전송은 주기적인 전송 사이클(Tcycle)(106)과 내부 타임슬롯 (timeslot = TS)에 의해 이루어진다. 각 전송 사이클은 정적 트래픽 전송 서비스를 위한 타임슬롯(TSstatic)(108), 멀티캐스트 트래픽 전송을 위한 타임슬롯 (TSmcast)(109), 및 개별 ONU에게 동적으로 할당되는 타임슬롯(TS1,…, TSN)(107)으로 구성된다. 이러한 주기적 하향 트래픽 전송은 개별 ONU포트 별로 독자적인 타임슬롯을 할당하는 방식 외에 일괄적인 패킷 스케줄링으로 구현될 수도 있으나, 그 원리는 동일하다.
TDM-PON의 하향 트래픽 전송에 있어 보장되어야 할 중요한 성능요소는 전송 효율, 서비스 효율, 대역폭 할당에 있어 ONU간의 공정성, 그리고 ONU간의 제어 가능한 차등 서비스 제공등이다. OLT는 기본적으로 하향 타임슬롯의 공정한 할당을 통해 위의 사항들을 보장할 수 있다. 동일한 ONU를 목적지로 하는 유니캐스트 프레임 간의 차등 서비스는, OLT 내부의 ONU 별로 할당된 하향 데이터 버퍼 내의 트래픽들을 사전에 정의된 우선순위에 기반한 패킷 스케줄링 방식에 의해 전송함으로써 보장할 수 있다. 하향 데이터 전송의 이러한 특징은 상향 데이터 전송의 경우와 동일하다. 따라서, 단순히 ONU별 유니캐스트 트래픽만을 고려한다면, 하향 타임슬롯은 각 ONU별로 규정된 서비스 가중치에 비례하여 할당하는 것이 타당하다.
그러나, 멀티캐스트 트래픽은 기존의 패킷 스위칭과는 다른 방식으로 TDM-PON의 OLT에서 처리될 필요가 있다. 즉, OLT가 단일 멀티캐스트 프레임을 하향으로 전송하여도, 광분배기를 통해 해당 프레임은 모든 ONU로 전달될 수 있으며, 멀티캐 스트 서비스를 요청한 ONU들은 필터링을 통해 이를 선택적으로 수신할 수 있어야 한다. 따라서 TDM-PON의 하향 전송의 경우, 유니캐스트 트래픽과 멀티캐스트 트래픽이 동일한 하향 대역폭을 점유하여도, 실제 ONU당 할당 대역폭은 상당한 차이가 발생하게 된다. 이는 상향 전송과는 대비되는 사항으로서, TDM-PON이 방송형 서비스 제공에 있어 매력적으로 판단되는 점이다. 하지만, 기존의 패킷 스위칭 방식에서는 프레임 전송 문제를 야기할 수 있다. 예를 들어, 다중 프레임 전송, 즉 동일한 프레임이 중복되어 목적지 노드에 전달되는 문제가 발생할 가능성이 있다.
이를 효율적으로 방지하기 위해서는 OLT가 멀티캐스트 트래픽을 매 전송주기 중 특정 영역에서 일괄적으로 전송하는 것이 필요하며, 이는 ONU별 하향 전송포트에서 멀티캐스트 트래픽을 선택적으로 처리하는 방식에 비해 시스템 혼잡도를 월등히 낮출 수 있다. 공정한 하향 대역폭 공유를 보장하기 위해, 이러한 멀티캐스트 트래픽 공유는, 유니캐스트 트래픽 전송을 위한 ONU별 타임슬롯의 할당 및 전체 대역폭 할당에 반드시 반영되어야 한다. 즉 특정 ONU가 다수의 멀티캐스트 서비스에 가입하여 높은 멀티캐스트 대역폭을 이미 할당 받았을 경우, 해당 ONU의 유니캐스트 대역폭은 이러한 점을 반영하여 결정되어야 한다. 이때, 특정 멀티캐스트 스트림 전송에 사용된 대역폭은 해당 멀티캐스트 서비스에 가입된 모든 ONU들이 공유한 것이므로, 각 ONU별로 실제 할당된 멀티캐스트 전송 대역폭만이 고려되어야 한다. 반대로 특정 ONU가 멀티캐스트 서비스에 전혀 가입하지 않았을 경우, OLT는 서비스 가중치에 비례한 대역폭을 완전히 보장해 주어야 한다.
도 2는 TDM-PON 네트워크에서 하향 데이터 전송을 위한 OLT의 동작을 설명하는 블록도이다.
메트로 망 및 백본망에서 다양한 멀티캐스트 트래픽 및 유니캐스트 트래픽 (200)이 OLT(100)로 유입된다. 그러면, OLT(100)의 스위치(201)는 다양한 트래픽을 서치 엔진(Search Engine)(202)과 포워드 엔진(Forward Engine)(203)에 의해 목적지 주소 및 데이터 패킷의 종류에 따라 스위칭한다.
이때 멀티캐스트 패킷에 대한 정보는 OLT가 운용하는 멀티캐스트 운용 블록 (Multicast Management Block)(204)에 의해 유지되며, 이는 상용 스위치가 기본적으로 제공하는 VLAN 및 IGMP 기능들에 의해 구현된다. 또한 스위칭 방식에서 일반적인 패킷 스위칭 방식과 달리, 포워드 엔진(203)은 멀티캐스트 패킷을 복사하지 않으며, 단지 패킷이 멀티캐스트 패킷임을 포워딩 블록(205)에 알린다.
그러면, 포워딩 블록(205)은 멀티캐스트 프레임을 지정된 하향 멀티캐스트 버퍼로 포워딩하고, 유니캐스트 프레임을 개별 ONU를 위한 하향 유니캐스트 버퍼로 포워딩한다. 구체적으로, 프레임은 포트별 'Egress rule' 블록(206)에서, 포트별 논리적 'Egress rule'에 의해, 해당 포트의 정규화된 전송규칙과 일치하는지 검사된다. 그 후, 점대 다점 에뮬레이션 기능을 위한 SME(Shared Media Emulation) 블록(207)에서 하향 전송에 필요한 논리적 링크 식별자인 LLID(Logical Link Identification) 태그가 유니캐스트 및 멀티캐스트에 따라 사전에 정의된 방식으로 부착된다. 이때 논리적 식별자 부착 방식은 TDM-PON 기술마다 약간의 차이는 있으나 기본적인 목적은 동일하다.
이러한 방식으로 버퍼링된 데이터 프레임들은 앞서 도 1에서 제시한 바와 같이, Tcycle을 주기로 하는 주기적 데이터 전송방식으로 개별 ONU에게 전송된다. 이때 각 전송주기마다 서킷(Circuit) 전화망 수준의 음성 품질을 보장하기 위한 T1E1 에뮬레이션을 위한 TSstatic과 멀티캐스트 트래픽을 위한 TSmcast 타임슬롯은 다른 동적 타임슬롯보다 먼저 할당되어 해당 트래픽들이 전송된다. 또한, 각 슬롯에서 주기당 전송된 정적(static) 및 멀티캐스트 트래픽 서비스 총량 정보인 Astatic과 Amcast는 ONU별 유니캐스트 동적 타임슬롯의 할당을 위해 전송큐 관리자블록(Transmission queue manager)(208)으로부터 타임슬롯 할당 블록(Timeslot allocation)(209)에 전달된다. 이때 한 전송주기의 총 대역폭을 Acycle 이라고 한다면, ONU들의 유니캐스트 및 멀티캐스트 트래픽 전송을 위해 동적으로 할당될 수 있는 총 대역폭(Adyn + Amcast)은 (Acycle - Astatic)과 같다. 이러한 서비스 정보에 기반하여 타임슬롯 할당 블록(209)은 할당 알고리즘에 의해 개별 ONU의 최대 타임슬롯 대역폭인 Adyn,j를 결정한 후, 이 정보를 전송 제어블록(Transmission Controller)(210)에 전달한다.
이에 따라 각 ONU 버퍼에 버퍼링된 유니캐스트 프레임들은 할당받은 Adyn,j를 넘지 않는 한도 내에서 사전에 정의된 패킷 스케줄링 알고리즘에 의해 서비스되어 전송된다. 이때 ONU 버퍼에 축적된 프레임의 총량이 할당된 최대 대역폭보다 작을 경우, 해당 ONU의 TS은 현재 누적된 프레임만을 처리한 후 대기없이 종료되며, 다음 순차의 ONU의 TS가 시작된다. 이는 높은 망 전송효율을 유지하기 위한 방식으 로, 이에 따라 ONUj의 서비스 총량(SWj)은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
SWj = min(Qj,Adyn ,j)
여기서, Qj는 버퍼링된 데이터의 총량을 의미한다.
도 3은 도 2에 도시된 타임슬롯 할당 블록(209)의 구체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
타임슬롯의 대역폭 할당은 제어 가능한 공정한 차등 대역 할당이 그 목적이며, ONU의 최종 할당 대역폭은 본 발명에서 제안된 멀티캐스트 트래픽 공유 기반 차등 대역폭 할당(S-FDBA = Share-based Fair Differentiated Bandwidth Allocation) 알고리즘에 의해 이루어진다.
먼저, 서비스 가중치 테이블(Service wegiht table) 블록(300)에는 망 관리자가 동적으로 설정하는 각 ONU의 서비스 가중치 값이 메모리 배열의 형태로 기록된다.
멀티캐스트 공유 운용 블록(Multicast Share Management Block)(301)은 도 2에서 설명된 멀티캐스트 운용 블록(204)의 정보가 ONU의 멀티캐스트 서비스 탈퇴 및 가입으로 인해 변경될 때, 이를 반영하여 멀티캐스트 트래픽 공유 테이블 정보를 갱신하는 기능을 수행한다. 즉, OLT의 멀티캐스트 운용 블록(204)은 멀티캐스트 그룹(MGi), 해당 멀티캐스트의 공유도, 즉 가입된 총 멤버 ONU의 수(S[MGi]), 및 해 당 그룹에 가입된 ONU들의 정보([Member ONUs])를 멀티캐스트 공유 운용 블록(301)에게 제공한다. 이 정보를 기반으로 멀티캐스트 공유 운용 블록(301)은 제안된 공유 기반 비례 대역폭 할당 알고리즘에 의해 ONU별 트래픽 공유도를 계산한 후, 이 정보를 멀티캐스트 트래픽 공유 테이블 블록(302)에 기록한다.
타임슬롯 중재 블록(303)은 매 전송주기의 TSstatic 및 TSmcast가 할당된 시점에, 전송큐 관리자블록(208)으로부터 입력된 타임슬롯 할당 대역폭 정보(Astatic, Amcast), 서비스 가중치 테이블 블록(300)으로부터 입력된 ONU별 서비스 가중치 정보(W1,W2,…,WN), 및 멀티캐스트 트래픽 공유 테이블 블록(302)으로부터 입력된 멀티캐스트 트래픽 공유정보(S1,S2,…,SN)를 이용하여, S-FDBA의 타임슬롯 할당방식에 의해, ONU별 최대 동적 타임슬롯 대역폭(Adyn,1, Adyn,2,…,Adyn,N)을 계산한다. 계산된 최대 타임슬롯 대역폭 정보(Adyn,1, Adyn,2,…,Adyn,N)는 타임슬롯 정보 블록(304)을 통해 도 2 에 도시된 OLT 전송 제어블록(210)에 전달되고, 각 ONU의 버퍼에 축적된 데이터 프레임 전송에 활용된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 멀티캐스트 트래픽 공유 기반의 공정한 차등 대역폭 할당 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
먼저, 멀티캐스트 공유 운용 블록(301)은 멀티캐스트 운용 블록(204)에서 제공되는 정보를 기반으로 현재 서비스되고 있는 멀티캐스트 그룹들의 전체 개 수(Nmcast)와 특정 ONUj가 가입된 멀티캐스트 그룹의 개수(Nmcast,j)를 결정한다(제400단계).
이후 멀티캐스트 공유 운용 블록(301)은 각 멀티캐스트 그룹에서 ONUj의 멀티캐스트 공유도를 결정하고, 이를 이용하여 ONUj의 총 멀티캐스트 공유도를 산출한다(제401단계). 이는 각 ONU별로 멀티캐스트 타임슬롯에서 할당받은 대역폭을 확인하는 과정으로, 멀티캐스트 운용 블록(204)에서 전달받은 멀티캐스트 그룹의 공유도(S[MGj])를 통해 획득된다.
예를 들어, 특정 멀티캐스트 그룹에 m개의 ONU들이 가입되어 있다면 그룹의 멀티캐스트 공유도는 m이며, 이는 멤버 ONU별로 해당 멀티캐스트 서비스에 필요한 멀티캐스트 전송 대역폭의 1/m 의 비율로 대역폭을 할당받는 것이 된다. 따라서, 멀티캐스트 공유 운용 블록(301)은 ONUj가 가입된 총 Nmcast,j 개의 멀티캐스트 그룹 각각의 공유도의 역수를 더하여 ONUj의 총 멀티캐스트 공유도를 계산한다.
이후 ONUj의 총 멀티캐스트 공유도를 서비스되고 있는 전체 멀티캐스트 그룹의 수(Nmcast)로 나누어, 매 전송 주기마다 ONUj에 할당되는 멀티캐스트 트래픽 대역폭의 평균 비율, 즉 ONUj의 최종 멀티캐스트 공유도 Sj를 도출한다(제402단계). 이러한 과정을 통해 Sj는 아래의 수학식 2와 같이 구해질 수 있다.
Figure 112006035840910-pat00001
이러한 멀티캐스트 트래픽 공유도를 기반으로, 타임슬롯 중재 블록(303)은 총 Amcast의 대역폭이 멀티캐스트 트래픽 서비스에 할당되었을 경우, 평균적인 ONU별 멀티캐스트 대역폭(Amcast,j)을 아래의 수학식 3과 같이 도출할 수 있다(제403단계).
Figure 112006035840910-pat00002
이때, 만일 상이한 평균 프레임 사이즈를 갖는 여러 종류의 멀티캐스트 서비스가 동시에 이루어질 경우, 위 수학식 3에 의한 멀티캐스트 대역폭은 ONU가 속한 멀티캐스트 서비스 종류별로 도출되어 유니캐스트 타임슬롯 값 산정에 적용된다.
아울러, 타임슬롯 중재블록(303)은 망 관리자가 동적으로 설정한 ONU별 서비스 가중치를 이용하여 차등 대역폭(Aweight,j)을 아래의 수학식 4와 같이 산출한다(제404단계).
Figure 112006035840910-pat00003
위의 차등 대역폭(Aweight,j)은 망 관리자가 트래픽 종류에 상관없이 설정한 ONU별 하향 대역폭의 최대값이므로, S-FDBA 알고리즘은 공정한 비례 대역폭 할당을 위해, 수학식 4의 정적 차등 대역폭(Aweight,j)에서 수학식 3에 의한 ONU별 멀티캐스트 대역폭(Amcast,j)을 차감한 타임슬롯 대역폭을 각 ONU별 동적 타임슬롯 최대 대역폭(Adyn,j)으로 할당한다(제405단계). 이에 따라 결정되는 각 ONU별 동적 타임슬롯 최대 대역폭(Adyn,j)은 수학식 5와 같다.
Figure 112006035840910-pat00004
이와 같이 ONU별로 결정된 Adyn,j 정보는 OLT의 전송 제어블록(210)에 전달되어, 앞서 수학식 1에 기술된 방식에 의해 각 ONU의 프레임 전송의 기준으로 사용된다. 따라서 멀티캐스팅 및 유니캐스팅 트래픽 전송에 필요한 전체 ONU 별 전송 대역폭은 S-FDBA 알고리즘에 의해 사용자가 지정한 서비스 가중치에 비례하여 항상 일정하게 유지된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 멀티캐스트 트래픽 공유에 기반하여 ONU별로 트래픽 공유도를 도출하고, 서비스 가중치에 기반하여 차등적으로 대역폭 을 할당함으로써, TDM-PON 네트워크 성능 측면에서 다음과 같은 효과를 발휘할 수 있다.
첫째, 멀티캐스트 트래픽을 멀티캐스트 버퍼 및 독립적인 멀티캐스트 타임슬롯 할당을 통해 독립적으로 전송함으로써, TDM-PON의 하향 트래픽에서 멀티캐스트 서비스가 효율적으로 제공될 수 있도록 하며, 멀티캐스트 트래픽 전송에 필요한 대역폭 및 OLT의 멀티캐스트 패킷 프로세싱을 최소화함으로써, 높은 망 전송효율을 유지할 수 있다.
둘째, 개별 ONU가 실제 할당받는 멀티캐스트 대역폭을 효율적으로 도출하고, 이를 전체 대역폭 할당에 반영함으로써, 특정 ONU가 멀티캐스트 서비스를 통해 많은 대역폭을 독점하는 문제를 방지할 수 있도록 한다.
세째, 본 발명에서 멀티캐스트 트래픽 공유도 산출에 필요한 멀티캐스트 그룹의 정보는, 기존의 상용 스위치에서 멀티캐스트 서비스를 지원하기 위해 운용 및 유지되는 멀티캐스트 정보에 기반하여 쉽게 획득될 수 있으므로, 시스템 변경을 최소화할 수 있다.
넷째, 본 발명에서 ONU의 서비스 가중치는 망 관리자에 의해 제어될 수 있으므로, 대역폭 할당에 있어 ONU별 차등 서비스가 관리자에 의해 동적으로 조절 가능하며, 이는 보다 효율적인 망 운영 및 서비스 제공을 가능하게 한다.
다섯째, 본 발명은 급격히 변동되는 가입자의 멀티캐스트 및 유니캐스트 트래픽 서비스에 따라 동적 타임슬롯 할당 대역폭의 크기를 순응적으로 조절하는 방식을 통해, 다수의 멀티캐스트 서비스를 효율적으로 수용함과 동시에, 관리자에 의 해 설정된 전체적인 비례 대역폭이 항상 유지될 수 있도록 하며, 이는 ONU 간의 공정한 대역폭 할당 및 효율적 차등 서비스가 지속적으로 이루어지도록 한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (15)

  1. TDM-PON 망의 하향 트래픽 전송에서, 멀티캐스트 트래픽의 공유를 기반으로 공정하게 차등 대역폭을 할당하는 방법에 있어서,
    (a) 현재 서비스되고 있는 멀티캐스트 그룹들의 전체 개수와, 소정 ONU가 가입된 멀티캐스트 그룹의 개수를 결정하는 단계;
    (b) 각 멀티캐스트 그룹에서의 멀티캐스트 공유도 및 전체 멀티캐스트 그룹에서의 상기 소정 ONU의 총 멀티캐스트 공유도를 산출하는 단계;
    (c) 상기 소정 ONU의 총 멀티캐스트 공유도를 상기 멀티캐스트 그룹들의 전체 개수로 나누어 상기 소정 ONU의 최종 멀티캐스트 공유도를 산출하는 단계;
    (d) 상기 최종 멀티캐스트 공유도를 기초로, 멀티캐스트 트래픽 서비스에 할당된 전체 대역폭에 따른 상기 소정 ONU의 평균 멀티캐스트 대역폭을 산출하는 단계;
    (e) ONU별 서비스 가중치를 이용하여, 상기 소정 ONU의 차등 대역폭을 산출하는 단계 및;
    (f) 상기 소정 ONU의 차등 대역폭에서 평균 멀티캐스트 대역폭을 차감하여 상기 소정 ONU의 동적 타임슬롯 최대 대역폭을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제 (b) 단계는,
    각 멀티캐스트 그룹에서의 멀티캐스트 공유도를 결정하는 단계;
    상기 소정 ONU가 가입된 전체 멀티캐스트 그룹에서, 상기 각 멀티캐스트 공유도의 역수를 취하는 단계 및;
    상기 각 멀티캐스트 공유도의 역수를 모두 더하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계에 있어서,
    상기 소정 ONU의 평균 멀티캐스트 대역폭은, 멀티캐스트 트래픽 서비스에 할당된 전체 대역폭과 상기 최종 멀티캐스트 공유도를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계에 있어서,
    상기 소정 ONU의 차등 대역폭은, 멀티캐스트 트래픽 서비스에 할당된 전체 대역폭과, 전체 ONU의 서비스 가중치의 합에 따른 상기 소정 ONU의 서비스 가중치의 비율을 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    소정 ONU 버퍼에 축적된 프레임의 총량이 소정 ONU에 할당된 동적 타임슬롯 최대 대역폭보다 작을 경우, 소정 ONU의 타임슬롯은 현재 누적된 프레임만을 처리한 후 대기없이 종료되는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 방법.
  6. TDM-PON 망의 하향 트래픽 전송에서, 멀티캐스트 트래픽의 공유를 기반으로 공정하게 차등 대역폭을 할당하는 시스템에 있어서,
    ONU의 서비스 가중치 값이 기록되는 서비스 가중치 테이블 블록;
    ONU의 최종 멀티캐스트 공유도를 산출하는 멀티캐스트 공유 운용 블록;
    ONU의 최종 멀티캐스트 공유도가 기록되는 멀티캐스트 트래픽 공유 테이블 블록;
    타임슬롯 할당 대역폭 정보, 서비스 가중치 테이블 블록으로부터 입력된 ONU별 서비스 가중치 정보 및, 멀티캐스트 트래픽 공유 테이블 블록으로부터 입력된 최종 멀티캐스트 공유도를 이용하여, 각 ONU별 동적 타임슬롯 최대 대역폭을 산출하는 타임슬롯 중재 블록 및;
    ONU별 동적 타임슬롯 최대 대역폭을 전송 제어블록에 전달하는 타임슬롯 정보 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 멀티캐스트 공유 운용 블록은,
    멀티캐스트 운용 블록으로부터 멀티캐스트 그룹, 소정 멀티캐스트에 가입된 총 멤버 ONU의 수, 및 소정 멀티캐스트에 가입된 ONU들의 정보를 제공받는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 타임슬롯 중재 블록의 타임슬롯 할당 대역폭 정보는 전송큐 관리자 블록으로부터 입력되는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 멀티캐스트 공유 운용 블록은,
    현재 서비스되고 있는 멀티캐스트 그룹들의 전체 개수와, ONU가 가입된 멀티캐스트 그룹의 개수를 결정하고, 각 멀티캐스트 그룹에서의 멀티캐스트 공유도 및 전체 멀티캐스트 그룹에서의 ONU의 총 멀티캐스트 공유도를 산출한 후, ONU의 총 멀티캐스트 공유도를 상기 멀티캐스트 그룹들의 전체 개수로 나누어 ONU의 최종 멀티캐스트 공유도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 시스템.
  10. 제6항에 있어서, 상기 타임슬롯 중재 블록은,
    상기 최종 멀티캐스트 공유도를 기초로, 멀티캐스트 트래픽 서비스에 할당된 전체 대역폭에 따른 ONU의 평균 멀티캐스트 대역폭을 산출하고, ONU별 서비스 가중치를 이용하여, ONU의 차등 대역폭을 산출한 후, ONU의 차등 대역폭에서 평균 멀티캐스트 대역폭을 차감하여 ONU의 동적 타임슬롯 최대 대역폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 시스템.
  11. 제6항에 있어서, 상기 TDM-PON 망은,
    다수의 ONU와 적어도 하나의 OLT를 포함하는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 OLT에서 개별 ONU로 전송되는 하향 트래픽은 광분배기에서 분배되는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 OLT에서 개별 ONU로 전송되는 하향 트래픽은 TDM 방식으로 동작되는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 시스템.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 전송 제어블록은 소정 ONU 버퍼에 축적된 프레임의 총량이 소정 ONU에 할당된 동적 타임슬롯 최대 대역폭보다 작을 경우, 소정 ONU의 타임슬롯은 현재 누적된 프레임만을 처리한 후 대기없이 종료되는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 시스템.
  15. 제6항에 있어서,
    효율적인 하향 멀티캐스트 트래픽 수용을 위해, 정적 데이터 버퍼, 멀티캐스트 데이터 버퍼, 및 ONU별 데이터 버퍼를 포함하고, 순차적인 대역폭 할당을 통해 개별 트래픽 전송을 제어하는 것을 특징으로 하는 차등 대역폭 할당 시스템.
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