KR100723874B1 - 방송 서비스를 위한 ｔｄｍａ ｐｏｎ ｏｌｔ 시스템 - Google Patents

방송 서비스를 위한 ｔｄｍａ ｐｏｎ ｏｌｔ 시스템 Download PDF

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KR100723874B1 KR1020060029083A KR20060029083A KR100723874B1 KR 100723874 B1 KR100723874 B1 KR 100723874B1 KR 1020060029083 A KR1020060029083 A KR 1020060029083A KR 20060029083 A KR20060029083 A KR 20060029083A KR 100723874 B1 KR100723874 B1 KR 100723874B1
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김종덕
박성웅
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Abstract

본 발명은 방송 서비스를 위한 TDMA 수동형 광 네트워크 OLT 시스템에 관한 것으로 수신된 제 1 데이터의 헤더를 기초로 상기 제 1 데이터가 브로드 캐스팅 전달 방식인지, 멀티 캐스팅 전달 방식인지,유니 캐스팅 전달 방식인지를 구분하고 출력 포트를 결정하기 위한 식별 코드를 추가하여 제 2 데이터를 생성하는 패킷 처리부; 상기 제 2 데이터를 전달 방식에 따라 소정의 개수만큼 복사하고 상기 식별 코드에 따라 해당 출력 포트로 전달하는 스위치부; 상기 제 2 데이터에 추가된 식별 코드를 제거하고 TDMA PON 프레임으로 변환하는 M개의 TDMA PON MAC 처리부;및 상기 TDMA PON 프레임을 광신호로 변환하여 ONT로 전송하는 M개의 광 송신부;를 포함하여 TDMA PON망을 사용하여 효율적으로 IPTV와 같은 방송 서비스를 제공할 수 있는 TDMA PON OLT시스템을 제안한다.
TDMA-PON, EPON, GPON

Description

방송 서비스를 위한 ＴＤＭＡ ＰＯＮ ＯＬＴ 시스템{TDMA Passive Optical Network OLT system for broadcast service}
도 1은 기존 TDMA PON시스템에서의 프레임 전달 방법을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 IP TV와 같은 방송 서비스 제공을 위한 TDMA PON시스템 구조를 보여주는 도면이다.
본 발명은 수동형 광 네트워크 (PON: passive optical network) 시스템에서 방송 서비스 제공에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 광케이블을 통해 방송과 통신의 동시 서비스를 가능하게 하는 TDMA PON OLT 시스템에 관한 것이다.
최근 네트워크 사업자들은 방송, 음성, 데이터를 하나의 네트워크에서 모두 처리할 수 있는 TPS (Triple Play Service) 서비스를 제공하기 위해서 많은 투자를 진행하고 있다.
FTTH (Fiber To The Home) 망을 이용하여 가입자에게 IPTV (Internet Protocol Television)와 같은 방송 서비스를 제공하기 위해서는 OLT에서 ONT 방향으로 기존 보다 훨씬 더 많은 하향 대역이 요구된다.
초고속 인터넷망의 경우에도 하향 트래픽이 상향 트래픽 보다 훨씬 많은 상태이므로, 만약 추가로 방송 서비스를 제공한다면, 상향과 하향 트래픽의 비율이 심각하게 비대칭되는 문제점을 발생시킨다.
그러나 현재 ITU-T G.984.1~2에서 권고된 GPON 시스템에서는 상하향 트래픽 비율을 1:1 ~ 1:4까지 구성할 수 있으며, IEEE 802.3ah에서 표준화된 EPON 시스템의 경우에는 상향과 하향 트래픽 비율이1:1이다.
그러므로 현재의 TDMA PON 시스템과 망 구조는 추후 예상되는 상하향 속도의 심각한 비대칭성 때문에 네트워크 효율성이 떨어져 OLT 장비의 비용 증가를 초래하게 된다.
이를 해결하기 위해 TDMA-PON에서 사용한 멀티캐스팅 방식은 채널 변경 시간 지연으로 사용자에게 불편함을 야기할 수 있고, 파장분할 다중화를 이용한 브로드캐스팅 방식은 방송신호만을 위해 고가의 광송수신기 및 광증폭기를 추가해야 하므로 시스템의 구축 비용을 증가시킨다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 방송 서비스를 위한 TDMA 수동형 광 네트워크 OLT 시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 방송 서비스를 위한 TDMA PON OLT 시스템 송신장치의 일 실시예는 수신된 제 1 데이터의 헤더를 기초로 상기 제 1 데이터가 브로드 캐스팅 전달 방식인지, 멀티 캐스팅 전달 방식인지,유니 캐스팅 전달 방식인지를 구분하고 출력 포트를 결정하기 위한 식별 코드를 추가하여 제 2 데이터를 생성하는 패킷 처리부; 상기 제 2 데이터를 전달 방식에 따라 소정의 개수만큼 복사하고 상기 식별 코드에 따라 해당 출력 포트로 전달하는 스위치부; 상기 제 2 데이터에 추가된 식별 코드를 제거하고 TDMA PON 프레임으로 변환하는 M개의 TDMA PON MAC 처리부;및 상기 TDMA PON 프레임을 광신호로 변환하여 ONT로 전송하는 M개의 광 송신부;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 방송 서비스를 위한 TDMA PON OLT 시스템 수신장치의 일 실시예는 ONT에서 전송된 버스트 모드 특성을 갖는 광신호를 수신하여 데이터를 추출하는 M개의 광 수신부;상기 추출된 데이터를 TDMA PON 프레임으로 복원하는 M개의 TDMA PON MAC처리부;상기 복원된 M개의 TDMA PON 프레임을 다중화하는 스위치부;및 상기 다중화된 프레임을 이더넷 프레임 및 패킷 데이터 중 어느 하나로 복원하는 패킷 처리부;를 포함한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
도 1은 기존 TDMA PON 시스템에서의 프레임 전달 방법을 보여주는 도면이다.
FTTH 망을 이용한 가입자 데이터 전달 방법으로 EPON과 GPON과 같은 TDMA PON 기술이 표준화되어 있고 TDMA PON에서는 OLT (Optical Line Terminal)에서 ONT (Optical Network Terminal)로 전송하는 하향 데이터 신호 전송 시에는 기존의 광전송 기술인continuous mode 전송 기술을 사용하고 ONT에서 OLT로 신호를 전송하는 상향 데이터 신호 전송 시에는 각 ONT로부터 오는 패킷 데이터들을 송수신할 수 있는 burst mode전송 기술을 사용하는 것을 특징으로 한다.
OLT(100)에서 ONT(120, 130) 방향으로 전달되는 하향 트래픽을 살펴보면, OLT의 패킷 처리부(101)는 외부 노드 혹은 ONT에서 수신된 데이터의 L3~L7 계층을 처리하고, 처리된 프레임을 TDMA PON MAC처리부(102, 104)으로 전달한다.
데이터 처리 성능이 A인 패킷 프로세서와 링크 속도가 A/m인 TDMA PON MAC을 연결하는 경우 소자 수를 줄이기 위해서 m개의 TDMA PON MAC 처리부(102,104)가 다중화 되어 연결된다. TDMA PON MAC처리부(102, 104)의 프레임은 GPON 및 EPON의 표준 권고안에 따라서 LLID (Logical Link Identifier) 또는 ONU ID 를 부착한 TDMA PON 프레임을 광 송수신부(103, 105)로 전달한다.
광 송수신부는 표준 권고안에 따라서 전기 신호를 광신호로 변환시켜서 광선로를 통해서 분배기(140)로 전달한다. 분배기에서는 표준안에 권고된 분기 범위 안에서 k 개의 광 신호로 분기되어 ONT(120, 130)로 전달된다.
ONT(120,130)의 광 송수신부는 광신호를 전기 신호로 변환하여 TDMA PON MAC 처리부 (122, 132)으로 전달한다. TDMA PON MAC 처리부는 전기 신호에서 데이터를 추출하여 OLT에서 전달된 TDMA PON 프레임을 복원한다.
복원된 프레임은 GPON 및 EPON의 표준 권고안에 따라서 자신에게 전달되는 TDMA PON 프레임을 이더넷 프레임으로 변환하여 브리지(123, 133)로 전달한다. 브리지는 수신된 이더넷 프레임을 목적지 가입자 장치로 전달한다.
반대로 ONT에서 OLT로 전달되는 상향 신호를 살펴 보면, ONT(120, 130)의 브 리지는 가입자 장치들로부터 수신된 이더넷 프레임을 TDMA PON MAC처리부 (122, 132)으로 전달한다.
TDMA PON MAC처리부 (122, 132)은 이더넷 프레임을 TDMA PON 프레임으로 변환하고 OLT 제어에 의하여 자신에게 프레임 전달을 허용하는 시간 동안에만 프레임을 광송수신부(121,131)로 전달한다.
광송수신부(121,131)는 전기 신호를 광신호로 변환하고 프레임 전달을 허용하는 시간동안에만 광신호를 전달하고 허용되지 않는 시간에는 ONT간의 신호 간섭을 방지하기 위해서 광신호를 차단한다. 이러한 신호 전달 방법을 Burst mode라고 한다.
Splitter(140)는 k개의 ONT들로부터 전달받은 신호를 다중화하여 OLT의 광송수신부(103)로 전달한다.
광송수신부(103)는 Burst mode의 광신호에서 데이터를 추출하여 TDMA PON MAC처리부(102)으로 전달한다.
TDMA PON MAC처리부(102)는 표준 권고안에 따라서 프레임을 처리하여 패킷 처리부(101)로 전달한다. 패킷 처리부(101)는 최대 m개의 TDMA PON MAC처리부(102,104)에서 전달된 패킷들을 처리하여 Uplink 혹은 PON의 목적지 포트로 전달한다.
FTTH 망을 이용하여 가입자에게 IPTV와 같은 방송 서비스를 제공하기 위해서는 기존보다 훨씬 더 많은 하향 방향의 대역이 요구된다. 현재 초고속 인터넷망의 경우에도 하향 트래픽이 상향 트래픽 보다 훨씬 많은 상태이며, 만약 추가로 방송 서비스를 제공한다면, 상향과 하향 트래픽 비율이 더욱더 심각하게 비대칭 된다. 대칭형 TDMA-PON 시스템에서는 비대칭 트래픽 특성으로 인해 네트워크 자원을 효율적으로 사용하지 못하는 문제점을 발생시켜서 장비 및 설비 비용의 증가를 초래한다.
기존의 TDMA PON에서는 대역 제한으로 인하여 많은 대역을 필요로 하는 방송 프레임을 모든 PON 가입자에게 전달하지 않고 IGMP(Internet Group Management Protocol)를 이용하여 멀티캐스트 방식으로 IPTV 방송 서비스를 제공하거나, 방송 신호를 데이터 통신 신호와 다른 별도의 파장을 이용하는 파장분할 다중화 방식을 이용하여 브로드캐스팅하여 제공하였다.
멀티캐스트 방식으로 전달하는 방법은 채널 변경 시간 지연으로 사용자에게 불편함을 야기할 수 있고, 파장분할 다중화를 이용한 브로드캐스팅 방식은 방송신호만을 위해 고가의 광 수신기 및 광증폭기를 추가해야 하므로 시스템의 구축 비용을 증가시킨다.
도 2는 본 발명에 따른 IPTV와 같은 방송 서비스 제공을 위한 TDMA PON시스템 구조를 보여주는 도면이다.
본 발명에 의한 TDMA-PON OLT 시스템 구조는 패킷 처리부(201), 스위치부 (202), MAC 처리부(203, 205), 광 송수신부(204, 206) 로 구성되며, 패킷 전달 경로에 따라서 OLT에서 ONT로 전달하는 하향 방향과 ONT에서 OLT로 전달하는 상향 방향으로 구분된다.
OLT의 패킷처리부(201)는 하향 방향으로 외부 노드 혹은 ONT에서 수신된 데 이터의 L3~L7 계층 기능을 처리하여 목적지 TDMA PON 포트와 프레임 식별 정보를 포함하는 내부 프레임을 생성하여 스위치부(202)로 전달한다.
패킷 처리부(201)는 상향 방향으로 최대 m개의 TDMA PON MAC처리부 (203,205)으로부터 수신된 데이터로부터 프레임을 복원하고 패킷 헤더 혹은 이더넷 헤더에 포함된 주소 정보에 따라서 Uplink 혹은 TDMA PON 포트로 전달한다.
OLT의 스위치부(202)는 최대 m개의 TDMA PON MAC 처리부가 연결되며, 하향 방향으로 패킷 처리부(201)로부터 최대 트래픽 양이 A만큼의 대역을 갖는 프레임을 전달 받아서 broadcast, multicast, 그리고unicast로 구분하고 broadcast 프레임은 m개의 모든 TDMA PON MAC처리부에 복사하여 전달하고 unicast 프레임은 목적지 TDMA PON MAC처리부로 전달하고 multicast 프레임은 목적지로 지정된 TDMA PON MAC처리부들로 복사하여 전달한다.
스위치부(202)는 상향 방향으로 최대 m개의 TDMA PON MAC에서 수신된 프레임들을 다중화하여 최대 패킷 처리 성능이 A인 패킷 처리부(201)로 전달한다.
여기에서 m 은 한 개의 패킷 처리부에 Switch를 통해 연결될 수 있는 TDMA PON MAC처리부의 개수이며, TDMA PON MAC처리부에서 수신된 상향 트래픽을 측정하여 사용자가 결정한다. 만약 사용자가 한 개의 프레임이라도 깨지는 것을 허락하지 않는다면, m 개의 TDMA PON MAC처리부들의 상향 데이터 전송 속도들을 측정하여 가장 큰 전달 속도를 하향 방향의 최대 링크 속도(=A)로 나눈 값이 m 값이 된다.
그러나 일부 낮은 등급의 프레임들이 손실되는 것을 허용한다면, 데이터 전달 속도를 낮출 수 있기 때문에 m 값이 증대하여 한 개의 패킷 처리부(201)에 더욱 더 많은 수의 TDMA PON MAC처리부를 연결할 수 있다.
TDMA PON MAC처리부(203, 205)는 하향 방향으로 스위치부(202)에서 프레임을 전달 받아 TDMA PON 하향 신호를 위한 MAC 기능을 처리한 후 광송신부(204, 206)로 전달한다.
상향 방향으로 TDMA PON MAC처리부는 광송신부에서 신호를 전달받아 TDMA PON 상향 신호를 위한 MAC 기능을 처리한 후 스위치부(202)로 전달한다.
OLT의 광송신부(204, 206)는 하향 방향으로 TDMA PON MAC처리부(203, 204)에서 프레임을 전달 받아서 전기 신호를 A/n속도를 갖는 광신호로 변환하여 광분배기(240)로 전달한다. 여기에서 n은 하향과 상향 링크 속도의 비율을 말한다.
대표적으로 EPON의 경우에는 하향 1G, 상향 1G 속도를 가지므로 n=1이며, 하향 2.5G, 상향 1.25G 속도를 갖는 GPON은 n=2이다. 광신호로 변환 시 분배기의 분기 수(k)에 적절하게 Power를 조절해야 한다.
상향 방향으로 OLT의 광송수신부(204, 206)는 Burst mode의 광 신호에서 데이터를 추출하여 TDMA PON MAC처리부(203, 205)으로 전달한다. TDMA PON MAC처리부(203, 205)은 표준 권고안에 따라서 프레임을 처리하여 스위치부(202)로 전달한다.
Spliter(240)는 하향 방향으로 전송 속도가 A인 광 신호를 분기하여 ONT(120, 130)로 전달한다. 광분배기의 k값은 분기 수를 표시한다. 상향 방향으로 분배기는 ONT들에서 전달받은 광 신호를 다중화하여 OLT의 광 송수신부(204, 206)로 전달한다
ONT(220,230)는 광송수신부(221,231), TDMA PON MAC처리부(222,232), 브리지(223,233)으로 구성된다. OTRx는 하향 방향으로 광신호를 전기 신호로 변환하여 TDMA PON MAC처리부(222, 232)으로 전달한다.
상향 방향으로 광송수신부는 전기 신호를 광신호로 변환하고 프레임 전달을 허용하는 시간 동안에만 광신호를 전달하고 허용되지 않는 시간에는 ONT들간의 신호 간섭을 방지 하기 위해서 광신호를 차단한다.
TDMA PON MAC처리부는 하향 방향으로 OLT에서 전달된 TDMA PON 프레임을 복원하고 자신에게 전달된 TDMA PON 프레임만을 이더넷 프레임으로 변환하여 브리지(223, 233)로 전달한다. 상향 방향으로 TDMA PON MAC(222, 232)은 이더넷 프레임을 TDMA PON프레임으로 변환하여 OLT가 자신에게 허용하는 시간 동안에만 프레임을 광송수신부로 전달한다.
하향 방향으로 브리지는 프레임을 처리하여 이더뎃 헤더의 목적지 주소를 참조하여 목적지 가입자 장치로 프레임들을 전달한다. 상향 방향으로 브리지(223,233)는 가입자 장치에서 수신한 프레임 중에 OLT로 전달할 프레임을 TDMA PON MAC처리부(222, 232)로 전달한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정 되는 것은 아니며, 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 TDMA PON 기반의 FTTH 망을 이용하여 IPTV와 같은 방송 서비스를 브로드 캐스팅하기 위한 효율적인 OLT 시스템을 제공한다.
본 발명은 기존의 TDMA PON OLT에서 IPTV 와 같은 방송 서비스를 멀티캐스팅 방식으로 제공함으로 인해 발생할 수 있는 Zapping 시간 지연을 축소할 수 있도록 방송 서비스를 효율적으로 브로드 캐스팅하는 방안을 제공한다.
본 발명은 TDMA PON 망에서 상향 및 하향 전송 속도를 비대칭으로 설정하고 이에 따라 최대의 가입자를 수용할 수 있는 방안을 제공함으로 네트워크 자원을 효율적으로 사용하여 FTTH 망에서 IPTV 서비스를 효율적이면서 경제적으로 제공할 수 있는 방법을 제공한다.

Claims (8)

  1. OLT에서 ONT로 전달되는 하향 방향의 데이터가 ONT에서 OLT로 전달되는 상향방향의 데이터양 보다 많은 TDMA PON 시스템에 있어서,
    외부 노드 혹은 상기 ONT에서 수신된 데이터의 헤더 정보 (패킷 헤더의 IP 주소, 이더넷 프레임의 MAC 주소 등)를 이용하여 프레임 종류 (unicast, multicast, broadcast)와 스위치 출력 포트 정보를 결정하고 관련 정보를 프레임의 헤더 부분에 부착하여 내부 프레임을 생성하는 패킷 처리부;
    상기 패킷 처리부에서 수신된 프레임에 포함된 식별 정보에 따라서 상기 프레임의 종류와 스위치 출력 포트를 구분하고, broadcast 프레임을 모든 m개의 TDMA PON MAC에 복사하여 전달하고, multicast 프레임을 복사하여 해당 스위치 출력 포트들로 전달하고, unicast 프레임을 해당 목적지 출력 포트로만 전달하는 스위치부;
    상기 스위치부의 내부 프레임을 전달 받아 프레임 헤더에 부착된 프레임 종류 및 출력 포트 정보를 제거하여 TDMA PON 프레임으로 변환하는 m개의 TDMA PON MAC 처리부; 및
    상기 MAC 처리부의 TDMA PON 프레임을 광신호로 변환하여 ONT로 전달하는 m개의 광 송신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 IPTV 방송 서비스를 위한 TDMA PON OLT시스템의 송신 장치.
  2. OLT에서 ONT로 전달되는 하향 방향의 데이터가 ONT에서 OLT로 전달되는 상향방향의 데이터양 보다 많은 TDMA PON 시스템에 있어서,
    TDMA PON에서 burst mode의 광 신호에서 데이터를 추출하는 m개의 광송수신부;
    추출된 데이터에서 TDMA PON 프레임을 복원하는 m개의 TDMA PON MAC 처리부;
    최대 m개의 TDMA PON MAC 처리부에서 수신된 프레임들을 다중화하여 한 개의 패킷 처리부로 전달하는 스위치부; 및
    수신된 내부 프레임에서 이더넷 프레임 혹은 패킷을 복원하고 처리하는 패킷 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 IPTV방송 서비스를 위한 TDMA PON OLT시스템의 수신 장치.
  3. 하향 방향의 광링크 속도가 A이고 상향 방향의 광링크 속도가 A/n인 비대칭형 광링크 속도를 갖는 TDMA PON시스템에 있어서,
    한개의 패킷 처리부에서 연결되는 TDMA PON MAC 처리부의 개수(=m)가 n≤ m 인 관계를 갖도록 구성하는 것을 특징으로 IPTV방송 서비스를 위한 TDMA PON OLT시스템.
  4. 수신된 제 1 데이터의 헤더를 기초로 상기 제 1 데이터가 브로드 캐스팅 전달 방식인지, 멀티 캐스팅 전달 방식인지,유니 캐스팅 전달 방식인지를 구분하고 출력 포트를 결정하기 위한 식별 코드를 추가하여 제 2 데이터를 생성하는 패킷 처 리부;
    상기 제 2 데이터를 소정의 개수만큼 복사하고 상기 식별 코드에 따라 해당 출력 포트로 전달하는 스위치부;
    상기 제 2 데이터에 추가된 식별 코드를 제거하고 TDMA PON 프레임으로 변환하는 M개의 TDMA PON MAC 처리부;및
    상기 TDMA PON 프레임을 광신호로 변환하여 ONT로 전송하는 M개의 광 송신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방송 서비스를 위한 TDMA PON OLT시스템의 광송신장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 데이터는
    패킷 데이터 및 이더넷 프레임 데이터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방송 서비스를 위한 TDMA PON OLT시스템의 광송신장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 패킷 처리부에서 상기 식별 코드는 상기 제 1 데이터의 리저브드(reserved) 헤더에 추가하는 것을 특징으로 하는 방송 서비스를 위한 TDMA PON OLT 시스템의 광송신장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 스위치부는 상기 브로드 캐스팅 전달 방식 데이터를 상기 TDMA PON MAC 처리부의 개수만큼인 M개를 복사하고, 상기 멀티 캐스팅 전달 방식 데이터는 전달될 TDMA PON MAC의 개수만큼 복사하는 것을 특징으로 하는 방송 서비스를 위한 TDMA PON OLT 시스템의 광송신장치.
  8. ONT에서 전송된 버스트 모드 특성을 갖는 광신호를 수신하여 데이터를 추출하는 M개의 광 수신부;
    상기 추출된 데이터를 TDMA PON 프레임으로 복원하는 M개의 TDMA PON MAC처리부;
    상기 복원된 M개의 TDMA PON 프레임을 다중화하는 스위치부;
    상기 다중화된 프레임을 이더넷 프레임 및 패킷 데이터 중 어느 하나로 복원하는 패킷 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방송 서비스를 위한 TDMA PON OLT시스템의 광수신장치.
KR1020060029083A 2005-12-09 2006-03-30 방송 서비스를 위한 ｔｄｍａ ｐｏｎ ｏｌｔ 시스템 KR100723874B1 (ko)

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