KR100775426B1

KR100775426B1 - Ｇｐｏｎ 시스템 및 ｇｐｏｎ 시스템에서의 대역 할당 방법

Info

Publication number: KR100775426B1
Application number: KR1020050119693A
Authority: KR
Inventors: 김유근; 김병훈; 박태성; 박정원; 김종국; 김수형; 김동근; 박재영; 이재용; 김재현; 연훈제
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-11-12
Also published as: US20070133989A1; KR20070060368A

Abstract

본 발명은 GPON 시스템에서의 대역 할당 방법에 관한 것으로, 각 ONU별 트래픽 특성에 따른 최소한의 전송 보장을 위한 최소 대역폭을 할당하고, 모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후 대역폭을 할당받지 못한 ONU의 T-CONT(Traffic-Container) 클래스가 존재하는 경우, 상기 최소 대역폭 할당 후의 잉여 대역폭을, T-CONT 클래스별 가중치에 따라 각 T-CONT 클래스에 동적으로 할당함으로써, ONU별 공정성과 T-CONT별 우선순위를 고려한 효율적인 대역폭 할당을 가능토록 한다.

Description

ＧＰＯＮ 시스템 및 ＧＰＯＮ 시스템에서의 대역 할당 방법{System and Method for Bandwidth Allocation In GPON}

도 1은 종래 방법에 따른 PON 시스템에서의 동적 대역 할당 절차를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명이 적용되는 PON 시스템의 구조를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명이 적용되는 ONU의 T-CONT 클래스별 큐의 구성을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 GPON 시스템의 대역 할당 방법에 따른 절차를 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : OLT 200 : ONU

210 : T-CONT1 버퍼 220 : T-CONT2 버퍼

230 : T-CONT3 버퍼 240 : T-CONT4 버퍼

250 : T-CONT5 버퍼

본 발명은 PON 시스템, 특히 GPON 시스템에 있어서의 상향 스트림을 위한 대역 할당 방법에 관한 것이다.

최근 몇 년간 가입자망은 굉장히 빠른 속도로 변화하고 있다. 이러한 변화는 인터넷 서비스, xDSL기술의 발달, CATV와 무선 통신의 보급으로 인해 더 많은 사용자들이 가입자망에 존재하게 되었으며, 조금 더 빠른 속도와 안정성, 서비스 품질 보장에 대한 요구사항들이 발생하게 되었다. 가입자망의 특징은 20Km 내외의 짧은 도달거리, 사용자의 트래픽이 분산적이라는 특징을 가지고 있게 되는데, 특히 국토의 면적이 좁은 우리나라에서는 가입자망의 도달거리가 10Km 내외로 굉장히 짧다는 특징을 보이고 있다. 가입자망은 전화국 노드, 가입자 AP 노드, 그리고 이 두 노드를 연결하는 단일링크로 구성된 비교적 간단한 시스템의 배열로 이루어지게 된다. 이러한 망을 루프라고 부르는데, 각 루프는 다른 루프로서 대체가 불가능하며, 각 루프는 개별적으로 독립적인 회선과 대응이 된다. 따라서, 가입자 망에서의 라우팅, 트래픽, 망 관리 등의 방법은 일반 기간망에서 적용되는 기술과는 상이하며, 결국 가입자 망에서는 일반망과는 다른 별개의 기술이 적용되어야 하는 독자적인 망 기술 분야라고 말 할 수 있다.

현재 가입자망의 대부분을 이루고 있는 동선케이블의 경우, 그 전송손실제한이 존재하며, 이에 따라 가입자의 수용구역이 제한되는 특징을 가진다. 이러한 동선 선로는 전송손실, 고주파 전송에 한계가 있어 광대역 서비스를 위해서는 그 전송 특성이 불충분하며, 최근의 VDSL과 같은 가입자망의 경우에는 상향/하향 속도가 6.4Mbps/52Mbps, 혹은 양방향 13Mbps를 최대 1.5Km까지 제공할 수 있지만 가까운 미래의 광대역 멀티미디어 수요를 수용하기에는 불충분하다고 판단된다. 이러한 가입자망의 상황으로 볼 때, 미래의 광대역 멀티미디어 수요에 대한 대안으로는 FTTH(Fiber To The Home)를 이용한 가입자망 구축이라고 할 수 있을 것이다. 광 케이블 전송특성이 아주 우수하며 전기적인 장애가 없으며, 다양한 다중화 기술을 이용하여 미래의 광대역 수요에 적극적으로 대처할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 트랜시버, 수동 광소자 등의 가격하락 추세 등을 감안하면 매우 경쟁력 있는 가입자망 기술이라고 할 수 있을 것이다.

PON(Passive Optical Network)은 하나의 OLT(Optical Line Termination)에 여러 개의 ONU(Optical Network Unit)를 수동 분배기를 사용하여 연결함으로써 트리 구조의 분산 토폴로지를 형성하는 가입자 망 구조이다. 따라서 PON은 전체적인 광 선로의 길이를 줄이고 수동 광 소자만을 사용함으로써 신뢰성이 높고 저렴한 액세스 망을 구축할 수 있으며, 여러 가입자간 신호를 결함 및 다중화하여 고속 기간망에 전달할 수 있어, FTTH 및 FTTC(Fiber To The Curb)에 적합한 구현방식으로 제시되고 있다.

PON은 OLT(Optical Line Termination), ODN(Optical Distribution Network), ONU(Optical Network Unit), EMS(Element Management System) 등 4개의 요소로 이루어진다. OLT는 PON과 백본(backbone) 망 사이의 인터페이스 기능을 하 므로 에지 스위치(Edge Switch)와 같은 기능을 하고, EMS는 전체 PON 시스템의 동작, 운영, 유지, 성능 감시 등을 수행한다. 하지만 일반적으로 OLT는 EMS 기능을 포함한다고 본다. ODN은 광섬유(fiber), 분배기(splitter), 커낵터(connector) 등의 수동 광 소자들로만 구성되며 버스나 트리 형태의 구조를 가지며, 물리적 범위는 20km이다. ONU는 가입자 망과 직접 연결되는 부분으로 FTTB(Fiber To The Building), FTTC, FTTO(Fiber To The Office), FTTH(Fiber To The Home) 등 그 응용방안에 따라서 그 위치가 변한다.

PON의 종류로는 APON(ATM PON), GPON(Gigabit-capable PON), EPON (Ethernet PON), WDMPON(Wavelength Division Multiplexing PON) 등이 있다. 이 중에서도 EPON은 널리 퍼져있는 이더넷(Ethernet) 기술을 사용하여 낮은 이더넷 장비 비용과 낮은 광 기반 비용을 제공하기 때문에, 광대역 고속 가입자 망에서 점점 더 매력적인 해법으로 관심을 끌고 있다. EPON에서는 서로 다른 ONU들이 데이터를 보내기 위해서 상향 채널을 공유해야 하기 때문에, 상향 트래픽을 제어하는 것이 매우 중요하며, EPON에 대한 연구가 계속 진행되면서, 대역폭 사용효율과 QoS(Quality of Service)에 대한 문제 또한 중요한 관심사가 되고 있다.

GPON은 2001년 4월 FSAN OAN WG에서 인터넷 트래픽의 95%가 이더넷 프레임을 통해 전달되고 이더넷 데이터 용량도 10, 100M 급에서 Gpbs 급으로 급격히 증가함에 따라 기존의 ATM-PON 등에 이더넷 프레임을 수용할 수 있는 규격을 제정하기 위한 노력에서 시작하였다. GPON(Gigabit capable PON)은 NTT, SBC, BT, KT 등의 사업자들의 주도적인 참여로 이루어졌으며, 2004년 6월 G984.X 시리즈의 권고안의 제정이 완성되는 등의 표준화가 진행되고 있다. 기본적으로 GPON은 ATM, Ethernet 및 TDM 서비스의 수용을 원칙으로 하고 있으며, 이전의 ATM-PON의 기본 설계 개념을 최대한 수용하는 형태로 진행되고 있다. GPON은 FSN(Full Service Network)을 지향하고 있으며, 상향/하향 622Mbps/2.4Gbps의 대역으로 음성, HDTV 급의 비디오, E1/T1 TDM 서비스, 10/100/1000 Base Ethernet 서비스가 가능한 특징을 가지고 있다.

GPON에서의 하향 채널은 하나의 OLT에서 다수의 ONU로 브로드캐스팅되는 형태를 취하고 있으나, 상향 채널의 경우 다수의 ONU에서 상위의 OLT로 트래픽을 전송하는 형태를 취하기 때문에 상향 채널에 대한 적절한 채널 혹은 슬롯 타임의 할당이 필요하며, 기본적으로는 ATM-PON에서 제안된 DBA(Dynamic Bandwidth Allocation : 동적대역폭할당) 알고리즘을 채택하고 있다. 그러나 T-CONT(Traffic-Container)로 규정되는 다양한 서비스 품질 보장에 대한 요구와 성능 보장의 측면에서는 부족한 면을 보이고 있다.

현재까지 GPON 시스템의 표준은 2004년 6월 ITU-T 권고안 G.984.4를 끝으로 더 이상 발표되고 있지 않은 상태이다. 따라서 GPON 시스템에서의 DBA에 대한 연구는 아직까지 활발히 진행되고 있지 않은 실정이기 때문에, GPON에서의 DBA 알고리즘은 기존의 ATM-PON(BPON) 방식을 그대로 수용하고 있다.

기존에 제안된 ATM-PON에서의 대역폭 할당 방식에서는 각 ONU가 여러 개의 QoS 서브-큐를 갖게 되고, ONU는 비실시간 연결에서부터 발생된 셀을 수용하는 버퍼의 대기열의 길이를 모니터링 하여, 그 대기열의 길이를 미니 슬롯을 통하여 OLT 로 전달하게 된다. OLT는 각각의 ONU에 정의된 대역폭의 정보와 미니슬롯을 통해서 전달받은 비 실시간 셀의 수를 참조하여, 각 ONU에 할당한 대역을 계산하고, 계산된 대역에 해당하는 만큼의 데이터 Grant를 해당 ONU에 할당하게 된다. Grant를 수신한 ONU는 WRR(Weighted Round Robin) 스케줄러를 통하여 하나의 QoS 서브-큐를 선택하고, 그 서브-큐에 있는 하나의 셀을 해당 슬롯에서 OLT로 전송하게 된다.

ATM-PON에서의 동적대역할당 방법은 미니슬롯을 통해 얻게 되는 ONU의 버퍼 상태 정보 이외에, 각 ONU에 정의된 다섯 가지의 요구 대역 정보를 이용하여 다양한 종류의 서비스 품질을 지원하게 된다. 다섯 가지 요구 대역 정보는, 고정(Fixed) 대역폭, 보장(Assured) 대역폭, 효과(Effective) 대역폭, 최대(Maximum) 대역폭, 동적(Dynamic) 대역폭 등이다.

다섯 가지의 요구 대역 정보 중 고정 대역폭은 ONU에 항상 주기적으로 할당할 대역으로, 해당 ONU에 설정되어 있는 모든 실시간 연결의 최대 셀율(PCR : Peak Cell Rate)의 합으로 정의된다. 보장 대역폭은 해당 ONU의 비 실시간 연결들에 평균적으로 보장해 주는 대역으로, 설정된 비 실시간 연결의 SCR(Sustainable Cell Rate)이나 최소 셀율(MCR : Minimum Cell Rate)의 합으로 정의한다. 이 값은 새로운 비 실시간 연결의 설정이나 해제 시에만 갱신되면, 비 실시간 트래픽에 할당할 동적 대역의 계산시 참조된다.

또한, 최대 대역폭(Maximum bandwidth)은 ONU에 할당할 수 있는 최대 대역으로, 해당 ONU에 설정되어 있는 모든 연결의 최대 셀율의 합으로 정의되고, 효과 대역폭(Effective bandwidth)은 해당 ONU의 실시간 연결들에 보장해 주어야 하는 평균대역으로, 설정된 실시간 연결들의 SCR의 합으로 정의된다. CBR(Constant Bit Rate) 서비스인 경우의 SCR은 PCR과 같다고 본다.

마지막으로 동적 대역폭은 ONU에 대기하고 있는 비 실시간 셀의 수와 각 ONU에 설정된 보장 대역폭 정보로부터 고정 대역폭을 할당하고 남은 대역을 DBA 알고리즘에 따라 해당 ONU에 가변적으로 할당되는 대역으로 정의된다.

도 1은 종래 방법에 따른 PON 시스템에서의 동적대역할당 절차를 나타낸다.

도 1은 상술한 바와 같은 다섯 가지 요구 대역 정보를 이용한 DBA의 기본 절차에 대해 설명하고 있다.

먼저 모든 ONU의 고정 대역폭을 더한 값이 가용 링크 용량을 초과하는지 체크하여(S100), 모든 ONU의 고정 대역폭을 더한 값이 가용 링크 용량보다 큰 경우에는(S100의 Yes), 각 ONU에 해당 ONU의 효과 대역폭에 비례하도록 대역을 할당한다(S101). 이 때, 효과 대역폭에 비례하여 할당한 대역만큼이 해당 ONU의 고정 대역폭으로 할당되는 것이다.

다음으로, 모든 ONU의 고정 대역폭을 더한 값이 가용 링크 용량 이하인 경우(S101의 No), 각 ONU에는 그 ONU의 고정 대역폭을 할당한다(S110). 각 ONU에 대해 고정 대역폭을 할당하고 남은 잉여 대역폭에 대해서는, 모든 ONU의 최대 대역폭의 합이 링크 용량을 초과하는지 체크하여(S111), 초과하지 않는 경우(S111의 No)에는 각 ONU의 최대 대역폭까지 추가로 대역폭을 할당한다(S121). 각 ONU별로 최대대역폭까지 추가로 대역폭 할당을 한 후에도 남은 잉여 대역폭에 대해서는 균등 분 할하여 각 ONU에 할당한다(S122).

한편, 모든 ONU의 최대 대역폭의 합이 링크 용량을 초과하는 경우에는(S111의 Yes), 고정 대역 할당 후의 잉여 대역을 각 ONU의 동적 대역에 비례하여 추가 할당하는 경우, ONU에 할당될 총 대역(고정 대역폭+동적 대역폭)이 해당 ONU의 최대 대역폭을 초과하는지 확인하고(S112), 초과하는 경우 해당 ONU의 최대 대역폭까지만 추가 할당을 실시한다(S113). 그리고, 남은 잉여 대역은 다른 ONU에 동일한 양으로 분할하여 할당한다(S115). 만일 ONU에 할당된 총 대역이 해당 ONU의 최대 대역폭을 초과하지 않는 경우(S112의 No)에는 각 ONU의 동적 대역에 비례하여 추가 할당한다(S114).

상술한 바와 같은 기존의 알고리즘으로는 각 ONU별 고정 대역폭과 보장 대역폭을 최우선적으로 분배하게 되므로, 특정 ONU가 적은 양의 고정 대역폭, 보장 대역폭, 동적 대역폭을 가지고, 나머지는 상대적으로 높은 양을 가지고 있는 경우, 해당 ONU는 다른 ONU에 비해 상대적으로 적은 양의 대역폭을 사용함에도 불구하고, 동적 대역폭을 할당받지 못하는 경우가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해, 종전 방법에서는 제외되었던 ONU간 공정성을 확보함과 동시에 각각의 T-CONT별 가중치를 이용한 동적 대역 할당을 수행하도록 하는 GPON 시스템 및 GPON 시스템에서의 대역 할당 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 PON 시스템에서의 대역 할당 방법은, 각 ONU별 트래픽 특성에 따른 최소한의 전송 보장을 위한 최소 대역폭을 할당하는 단계와 모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후 대역폭을 할당받지 못한 ONU의 T-CONT(Traffic-Container) 클래스가 존재하는 경우, 상기 최소 대역폭 할당 후의 잉여 대역폭을, T-CONT 클래스별 가중치에 따라 각 T-CONT 클래스에 동적으로 할당하는 단계를 포함한다.

상기 동적 대역 할당 단계에서, 각 T-CONT 클래스별로 할당되는 동적 대역은 아래의 수학식에 의해 산출된다.

여기서, Additional_BW _j 는 T-CONT 클래스 j에 할당되는 동적 대역폭, k_j는 T-CONTj 클래스의 가중치, A(j)는 T-CONTj 클래스에 대해 대역폭 할당을 필요로 하는 ONU의 개수, remaining BW는 최소대역폭을 할당하고 남은 잉여 대역폭이다.

상기 T-CONT 클래스별 가중치는, T-CONT 클래스별 트래픽 특성에 따른 중요도에 따라 설정된다.

상기 최소 대역폭 할당 단계는, 버스트(Burst)한 특성의 트래픽이 빈번하게 발생하는 ONU에 대해서는 상대적으로 적은 양의 대역폭을 할당하고, 실시간 특성의 트래픽이 빈번하게 발생하는 ONU에 대해서는 상대적으로 많은 양의 대역폭을 할당 하는 것을 특징으로 한다.

상기 PON 시스템에서의 대역 할당 방법은, 상기 ONU별로 할당된 최소 대역폭 및 T-CONT 클래스별로 할당된 동적 대역에 따라 각 ONU에 할당되는 전체 대역에 관한 정보를 각 ONU로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

각 ONU에 할당되는 전체 대역은, 아래의 수학식에 따라 산출된다.

여기서, Allocated_BWi는 i번째 ONU에 할당되는 전체 대역폭, k는 i번째 ONU가 추가 할당을 필요로 하는 T-CONT 클래스이며, i번째 ONU에 의해서 추가 할당을 필요로 하는 T-CONT 클래스 k가 존재하는 경우에만 Additional_BW_k가 상기 수학식에 산입되고, 해당 ONU에서 T-CONT 클래스 k에 대한 추가 할당을 필요로 하지 않는 경우에 있어서 Additional_BW_k는 무시된다.

상기 최소 대역폭 할당 단계는, ONU에 의해 할당 요구된 대역폭이 상기 ONU에 설정된 최소 대역폭을 초과하지 않는 경우, 상기 할당 요구된 대역폭을 상기 ONU로 할당한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 PON 시스템은, 각 ONU별 트래픽 특성에 따른 최소한의 전송 보장을 위한 최소 대역폭을 할당하고, 모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후 대역폭을 할당받지 못한 ONU의 T-CONT 클래스가 존재하는 경우, T-CONT 클래스별 가중치에 따라 상기 최소 대역폭 할당 후의 잉여 대역폭을, 각 T- CONT 클래스에 동적으로 할당하는 OLT와 상기 OLT로부터 할당받은 대역을 통해 상향 트래픽을 상기 OLT로 전송하는 적어도 하나의 ONU를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 OLT는, 각 ONU별 트래픽 특성에 따른 최소한의 전송 보장을 위한 최소 대역폭을 할당하고, 모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후 대역폭을 할당받지 못한 ONU의 T-CONT 클래스가 존재하는 경우, T-CONT 클래스별 가중치에 따라 상기 최소 대역폭 할당 후의 잉여 대역폭을, 각 T-CONT 클래스에 동적으로 할당한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 살펴보면서 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명이 적용되는 PON 시스템의 구조를 나타낸다.

본 발명에 따른 EPON시스템은 도 7에서 보는 바와 같이, OLT(100), ONU(200), 광 분배기 등을 포함하여 이루어진다. OLT(100)로부터 ONU(200)로 향하는 하향 스트림은 브로드캐스트 방식으로, ONU(200)로부터 OLT(100)로 향하는 상향 스트림은 TDMA 방식을 사용하여 전송됨은 이미 살펴본 바이다.

도 2에서 보는 바와 같이, PON 시스템에서는 트리 모양의 물리적 연결 특성으로 인해 외부 망에서 가입자로의 하향 전송 흐름은 점 대 다점(point to multi-point) 방식으로 OLT(100)로부터 모든 ONU(200-1, 200-2, 200-3)에 브로드캐스팅 (broadcasting)된다. 반면에, 가입자로부터 외부 망으로의 상향 전송 흐름은, 각각의 ONU(200-1, 200-2, 200-3)와 OLT(100)간의 점대점(point to point)방식으로 이루어지므로 분산된 각각의 ONU(200-1, 200-2, 200-3)가 하나의 OLT(100)에 충돌 없이 데이터를 전달하여야 한다. GPON에서는 다수의 ONU가 하나의 OLT로 상향 대역 접근을 위한 대역 할당 방식으로 TDMA 방식이 주로 사용한다.

도 2의 OLT(100)는 특정 주기별로 하향 트래픽의 PCBd(Physical Control Block Downstream)를 이용하여 각 ONU(200)의 T-CONTs에 대한 Report를 요구한다. Report를 요청받은 ONU(200)는 T-CONT별 큐 상태를 Report한다. 각 ONU(200)의 T-CONTs의 현재 큐 상태를 보고 받은 OLT는 각 T-CONT의 대역폭을 할당하게 된다.

도 3은 본 발명이 적용되는 ONU의 T-CONT 클래스별 큐의 구성을 도시한다.

도 3에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 ONU(200)는 ITU-T G.983.4 스펙에 따라 T-CONT1 , T-CONT2, T-CONT3, T-CONT4, T-CONT5 등 T-CONT(Traffic-Container) 타입에 대한 각각의 큐(210, 220, 230, 240, 250)를 가진다. T-CONT1은 고정(Fixed) 대역폭, T-CONT2는 보장 (Assured) 대역폭, T-CONT3은 보장 및 비보장(Non-assured) 대역폭, T-CONT4는 BE(Best Effort) 대역폭을 위한 것으로 정의된다. 그리고, T-CONT5는 OAM(Operations Administration and Maintenance)과 큐-길이 보고를 위해 마련되어 있다.

대역폭에 따른 우선순위는 고정 대역폭, 보장 대역폭, 비보장 대역폭, BE 대역폭의 순이며, 그에 따라 T-CONT별 우선순위가 정해지게 되므로 T-CONT1, T- CONT2, T-CONT3, T-CONT4의 순으로 우선순위가 설정된다.

ONU(200)는 OLT(100)로부터 할당받은 대역폭을 이용해 각 T-CONT 클래스별 트래픽을 상향 스트림으로 전송한다.

이상, 살펴본 도 2, 3과 같은 PON 구조를 기반으로 하는 본 발명에 따른 대역 할당 방법은, 크게 각 ONU간 공평성 확보를 위하여 대역폭을 할당해 주는 부분과 버스트 트래픽을 효과적으로 수용할 수 있는 여분 대역폭의 탄력적인 할당을 해 주는 부분으로 구성된다.

각 ONU간 공평성 확보를 위해서는, OLT로부터 트리 구조를 형성하고 있는 각각의 ONU에 대하여 최소 대역폭(Min_BW)을 할당한다. 최소 대역폭은 각각의 ONU에 최소한의 전송을 보장해 주는 대역폭이며, 이후 ONU에서 요구하는 T-CONTs별 대역폭의 합이 각 ONU에 할당된 최소 대역폭을 넘지 않는다면 ONU에서 요구하는 만큼의 대역폭을 할당하며, 요구하는 대역폭의 합이 지정된 최소할당 대역폭을 넘을 경우에는 최소 대역폭을 해당 ONU에 할당하게 된다. 최소 대역폭은 각 ONU마다 다를 수 있으며, 시스템 관리자에 의해 기 설정될 수 있는 값이다.

할당된 대역폭의 T-CONTs별 할당은 ONU의 스케줄링 방법에 따라 T-CONT별로 할당된다. 최소 대역폭은 네트워크 관리자에 의해서 지정되는 파라미터로서, 네트워크 관리자로 하여금 네트워크의 탄력적인 구성을 가능하게 해준다. 이러한 과정을 ONU별로 거치고 난 후에는 전체 링크용량보다 ONU별로 할당된 최소 할당 대역폭들의 합이 작을 수 있게 되며, 따라서 잉여 대역폭이 발생하고, 또한 대역폭을 할 당받지 못한 T-CONT들도 발생하게 된다.

버스트(Burst) 트래픽을 효과적으로 수용하기 위한 방법으로는, 상기 최소 대역을 할당하고 남은 잉여 대역폭을, 할당받지 못한 ONU의 T-CONT별 가중치에 따라 비례적으로 동적 할당하는 방법이 사용된다.

이하, 본 발명에 따른 최소 대역 할당 방법과 동적 대역 할당 방법 각각에 대해 좀더 자세히 살펴보기로 한다.

최소 대역 할당 방법은, 우선 OLT로부터 트리 구조를 형성하는 각각의 ONU에 대하여 최소한의 전송에 대한 공평성 확보를 위한 최소 대역폭을 각 ONU에 할당하고, 이후 ONU에서 요구하는 T-CONTs별 대역폭의 합이 각 ONU에 할당된 대역폭을 넘지 않는다면 ONU에서 요구하는 만큼의 대역폭을 할당하며, 요구하는 대역폭의 합이 지정된 최소 할당 대역폭을 넘을 경우에는 최소 할당 대역폭을 해당 ONU에 할당하게 된다.

여기서, 최소대역폭의 크기는 상술한 바와 같이, 네트워크 관리자 혹은 정책에 의해서 결정되는 부분으로서 네트워크의 탄력적인 구성을 가능하게 해준다. 버스트(burst)한 특성을 지니는 트래픽이 자주 발생하게 되는 경우, 최소 대역폭의 크기를 줄여 최대한 버스트한 전송을 지원하는 것이 가능하고, VoD(Video on Demand), AoD(Audio on Demand)와 같은 실시간 특성을 가지며, 일정 수준 이상의 전송속도에 대한 보장을 요구하는 트래픽이 많은 경우에는 최소 대역폭의 크기를 크게 함으로써 다양한 네트워크의 변화에 대응할 수 있게 해주는 값이다. 이러한 과정을 ONU별로 거치고 난 후에는 전체 링크 용량보다 ONU별로 할당된 최소 할당 대역폭들의 합이 적은 경우, 잉여 대역폭이 발생할 수 있다. 물론, 대역폭을 할당받지 못한 T-CONT들도 발생하게 된다.

다음으로, 본 발명에 따른 동적 대역 할당 방법은 상기 최소 대역 할당 후 발생하는 잉여 대역폭을 할당받지 못한 T-CONT의 우선순위에 바탕을 두어 나머지 대역폭을 할당하는 방법을 사용하게 된다.

OLT는 ONU들에게 최소 대역폭 혹은 그에 준하는 요구 대역폭을 할당한 후에 여분의 대역폭이 남아 있는지의 여부와 아직 대역폭을 할당받지 못한(불충분하게 할당받은) T-CONT가 잔존하는지의 여부에 대해 보고할 것을 요구한다. ONU로부터 할당 가능한 여분의 대역폭이 있음에도 불구하고 아직 대역폭을 할당받지 못한 T-CONT에 관한 정보를 수신한 OLT는, 네트워크 관리자에 의해 기 설정된 T-CONT별 가중치에 의해 해당 T-CONT 클래스가 가지는 가중치의 비율만큼의 대역폭을 추가로 할당하는 동작을 취하게 된다.

GPON 시스템의 T-CONT 클래스 각각에 대한 가중치를 k1∼k5라고 가정하면 클래스별로 할당되는 대역폭은 비율은 다음과 같은 수학식 1에 의해서 결정된다.

여기서, Additional_BW _j 는 T-CONT 클래스 j에 할당되는 동적 대역폭, kj는 T-CONTj 클래스의 가중치, A(j)는 T-CONTj 클래스에 대해 대역폭 할당을 필요로 하는 ONU의 개수, remaining BW는 최소대역폭을 할당하고 남은 잉여 대역폭을 나타낸다.

따라서, i번째 ONU에 할당되는 전체 대역폭(Allocated_BWi)은 아래의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.

상기 수학식 2에서, Allocated_BWi는 i번째 ONU에 할당되는 전체 대역폭, k는 i번째 ONU가 추가 할당을 필요로 하는 T-CONT 클래스이며, i번째 ONU에 의해서 추가 할당을 필요로 하는 T-CONT 클래스 k가 존재하는 경우에만 Additional_BW_k가 상기 수학식에 산입되고, 해당 ONU에서 T-CONT 클래스 k에 대한 추가 할당을 필요로 하지 않는 경우에 있어서 Additional_BW_k는 무시된다.

상술한 본 발명에 따른 동적 대역 할당 방법을 예를 통해 알아보자.

T-CONT 클래스가 세 개인 GPON 시스템에서 최소대역폭에 대한 할당을 완료하고 남은 잉여 대역폭 Additional BW가 10M라 가정하자. 또한, T-CONT 클래스별 가중치 비율이 K1=0.5, K2=0.3, K3=0.2이고, T-CONT1을 가진 ONU가 2개, T-CONT2를 가지는 ONU가 2개, 그리고 T-CONT3을 가지는 ONU가 1개 존재한다고 할 때(각각의 ONU는 T-CONT를 중복하여 가질 수 있음), T-CONT1에 추가 할당되는 대역폭의 양은

와 같이 계산되고, 같은 방법으로 T-CONT2에 대해서 추가 할당되는 대역폭의 양은,

와 같이 계산된다. 또한 T-CONT3에 대해서 추가 할당되는 대역폭의 양은,

와 같이 계산된다.

따라서, 어떤 ONU가 T-CONT1, T-CONT2를 가지고 있었다면 해당 ONU에에는 4.37M(2.77M+1.6M)에 해당하는 추가 대역폭이 할당된다.

이상, 수학식 1, 2를 통해 살펴본 바와 같이, 각 ONU별로 최소대역폭을 할당하고, 각각의 ONU의 T-CONT별로 추가적으로 할당한 OLT는 대역 할당 결과를 각 ONU에 전송해 주어 다음 전송시 할당된 양만큼의 상향 트래픽을 전송하도록 한다.

이상 살펴본 본 발명에 따른 대역 할당 방법의 내용을 요약해 보면 도 4와 같이 정리될 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 GPON 시스템의 대역 할당 방법에 따른 절차를 나타낸다.

우선, 동작 설명을 위해 ONU를 나타내는 변수 i를 1로 세팅하고 초기화한다(S401). OLT는 ONUi로부터의 대역폭 할당요구를 받고 할당 요구된 대역폭이 해당 ONUi의 최소대역폭인 Min_BWi 이상인지 체크하여(S402), 그 이상인 경우에는(S402의 Yes), ONUi에 최소대역폭 Min_BWi를 할당하고(S403), 미만인 경우에는(S402의 No), ONUi에 의해 요구된 대역폭만큼만 할당한다(S404).

이상 설명한 최소대역폭 할당 관련 절차는 모든 ONU에 대해 실행되어야 하므로, 변수 i의 값이 시스템 내 전체 ONU의 개수에 다다를 때까지는 상기 절차(S402 내지 S404)가 반복되어야 한다. 이를 위해 i의 값이 시스템 내 전체 ONU의 개수와 동일한지 체크하여(S405), 동일하지 않은 경우(S405의 No)에는 변수 i의 값을 1씩 증가시켜(S406), 상기 S402 - S404단계를 반복한다.

만일 i값이 시스템 내 전체 ONU의 개수와 동일한 경우(S405의 Yes)에는, 최소대역폭 관련 절차를 마치고 동적대역 할당 과정으로 넘어간다.

동적대역 할당 과정은 우선, T-CONT 클래스를 나타내는 변수 k 갑을 1로 세팅함(S407)으로써 시작된다. OLT는 최소대역폭 할당 후에 ONU로 하여금 대역폭이 미 할당된 T-CONT가 있는지 여부에 관해 보고하도록 한다. ONU로부터 보고를 수신한 OLT는, 상기 최소대역폭 할당 후에 잉여대역폭이 존재하고, 대역폭이 미 할당된 T-CONT가 존재하는지 체크하여(S408), T-CONT 클래스 k에 부여된 가중치에 따른 T-CONT 클래스 K에 할당할 대역폭을 산출한다(S409). 산출식은 상술한 바 있는 수학식 1에 따르게 된다. 동적대역 할당 과정은 T-CONT 전체 클래스에 대해 수행되어야 하므로, k의 값이 T-CONT 클래스의 전체 개수인지 체크하고(S410), 그렇지 않은 경 우 k의 값을 1씩 증가시켜(S411) 상기 S408 단계를 반복하게 된다.

만일 잉여 대역폭이 없다거나, 대역폭이 미할당된 T-CONT 클래스가 없는 경우(S408), 또는 모든 T-CONT 클래스에 대한 동적 대역 할당을 완료한 경우(S410의 Yes)에는, 할당된 내용, 즉 각 ONU에 할당되는 최소대역폭(또는 요구대역폭)과 동적 대역에 관한 정보를 각 ONU로 전송한다(S412).

본 발명은, 각 ONU에게 최소한의 대역폭을 할당하고, 추가 대역폭을 ONU의 T-CONT별 우선순위에 의한 비례 할당하는 방법을 사용함으로써, GPON 시스템에서 ONU별 공정성과 T-CONT별 우선순위를 고려한 효율적인 대역폭 할당을 가능하게 한다.

Claims

삭제
OLT(Optical Line Termination)의 대역 할당 방법에 있어서,

각 ONU 별 트래픽 특성에 따라 최소 대역폭을 할당하는 단계; 와

모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후의 잉여 대역폭을 각 ONU의 T-CONT 클래스 가중치 비율에 따라 각 T-CONT 클래스 별로 동적으로 할당하는 단계를 포함하되,

상기 동적 대역 할당 단계는,

각 T-CONT 클래스별로 할당되는 동적 대역은 아래의 수학식에 의해 산출되는 OLT의 대역 할당 방법.

여기서, Additional_BW_j 는 T-CONT 클래스 j에 할당되는 동적 대역폭, k_j는 T-CONTj 클래스의 가중치, A(j)는 T-CONTj 클래스에 대해 대역폭 할당을 필요로 하는 ONU의 개수, remaining BW는 최소대역폭을 할당하고 남은 잉여 대역폭이다.
삭제
OLT(Optical Line Termination)의 대역 할당 방법에 있어서,

각 ONU 별 트래픽 특성에 따라 최소 대역폭을 할당하는 단계; 와

모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후의 잉여 대역폭을 각 ONU의 T-CONT 클래스 가중치 비율에 따라 각 T-CONT 클래스 별로 동적으로 할당하는 단계를 포함하되,

상기 최소 대역폭 할당 단계는,

버스트(Burst)한 특성의 트래픽이 빈번하게 발생하는 ONU에 대해서는 상대적으로 적은 양의 대역폭을 할당하고, 실시간 특성의 트래픽이 빈번하게 발생하는 ONU에 대해서는 상대적으로 많은 양의 대역폭을 할당하는 것을 특징으로 하는 OLT의 대역 할당 방법.
OLT(Optical Line Termination)의 대역 할당 방법에 있어서,

각 ONU 별 트래픽 특성에 따라 최소 대역폭을 할당하는 단계; 와

모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후의 잉여 대역폭을 각 ONU의 T-CONT 클래스 가중치 비율에 따라 각 T-CONT 클래스 별로 동적으로 할당하는 단계를 포함하되,

상기 ONU별로 할당된 최소 대역폭 및 T-CONT 클래스별로 할당된 동적 대역에 따라 각 ONU에 할당되는 전체 대역에 관한 정보를 각 ONU로 전송하는 단계를 더 포함하는 OLT의 대역 할당 방법.
제 5항에 있어서,

각 ONU에 할당되는 전체 대역은,

아래의 수학식에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 OLT의 대역 할당 방법.

여기서, Allocated_BWi는 i번째 ONU에 할당되는 전체 대역폭, k는 i번째 ONU가 추가 할당을 필요로 하는 T-CONT 클래스이며, i번째 ONU에 의해서 추가 할당을 필요로 하는 T-CONT 클래스 k가 존재하는 경우에만 Additional_BW_k가 상기 수학식에 산입되고, 해당 ONU에서 T-CONT 클래스 k에 대한 추가 할당을 필요로 하지 않는 경우에 있어서 Additional_BW_k는 무시된다.
OLT(Optical Line Termination)의 대역 할당 방법에 있어서,

각 ONU 별 트래픽 특성에 따라 최소 대역폭을 할당하는 단계; 와

모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후의 잉여 대역폭을 각 ONU의 T-CONT 클래스 가중치 비율에 따라 각 T-CONT 클래스 별로 동적으로 할당하는 단계를 포함하되,

상기 최소 대역폭 할당 단계는,

ONU에 의해 할당 요구된 대역폭이 상기 ONU에 설정된 최소 대역폭을 초과하지 않는 경우, 상기 할당 요구된 대역폭을 상기 ONU로 할당하는 것을 특징으로 하는 OLT의 대역 할당 방법.
삭제
각 ONU 별로 트래픽 특성에 따라 최소 대역폭을 할당하고, 모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후의 잉여 대역폭을 각 ONU의 T-CONT 클래스 가중치 비율에 따라 각 T-CONT 클래스 별로 동적으로 할당하는 단계를 포함하는 OLT; 와

상기 OLT로부터 할당받은 대역을 통해 상향 트래픽을 상기 OLT로 전송하는 적어도 하나의 ONU를 포함하되,

상기 각 T-CONT 클래스별로 할당되는 동적 대역은 아래의 수학식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 PON 시스템.

여기서, Additional_BW_j 는 T-CONT 클래스 j에 할당되는 동적 대역폭, k_j는 T-CONTj 클래스의 가중치, A(j)는 T-CONTj 클래스에 대해 대역폭 할당을 필요로 하는 ONU의 개수, remaining BW는 최소대역폭을 할당하고 남은 잉여 대역폭이다.
삭제
각 ONU 별로 트래픽 특성에 따라 최소 대역폭을 할당하고, 모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후의 잉여 대역폭을 각 ONU의 T-CONT 클래스 가중치 비율에 따라 각 T-CONT 클래스 별로 동적으로 할당하는 단계를 포함하는 OLT; 와

상기 OLT로부터 할당받은 대역을 통해 상향 트래픽을 상기 OLT로 전송하는 적어도 하나의 ONU를 포함하되,

상기 OLT에 의한 최소 대역폭 할당은,

버스트(Burst)한 특성의 트래픽이 빈번하게 발생하는 ONU에 대해서는 상대적으로 적은 양의 대역폭을 할당하고, 실시간 특성의 트래픽이 빈번하게 발생하는 ONU에 대해서는 상대적으로 많은 양의 대역폭을 할당하는 것을 특징으로 하는 PON 시스템.
각 ONU 별로 트래픽 특성에 따라 최소 대역폭을 할당하고, 모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후의 잉여 대역폭을 각 ONU의 T-CONT 클래스 가중치 비율에 따라 각 T-CONT 클래스 별로 동적으로 할당하는 단계를 포함하는 OLT; 와

상기 OLT로부터 할당받은 대역을 통해 상향 트래픽을 상기 OLT로 전송하는 적어도 하나의 ONU를 포함하되,

상기 OLT는,

상기 ONU별로 할당된 최소 대역폭 및 T-CONT 클래스별로 할당된 동적 대역에 따라 각 ONU에 할당되는 전체 대역에 관한 정보를 각 ONU로 전송하는 PON 시스템.
제 12항에 있어서,

각 ONU에 할당되는 전체 대역은,

아래의 수학식에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 PON 시스템.

여기서, Allocated_BWi는 i번째 ONU에 할당되는 전체 대역폭, k는 i번째 ONU가 추가 할당을 필요로 하는 T-CONT 클래스이며, i번째 ONU에 의해서 추가 할당을 필요로 하는 T-CONT 클래스 k가 존재하는 경우에만 Additional_BW_k가 상기 수학식에 산입되고, 해당 ONU에서 T-CONT 클래스 k에 대한 추가 할당을 필요로 하지 않는 경우에 있어서 Additional_BW_k는 무시된다.
각 ONU 별로 트래픽 특성에 따라 최소 대역폭을 할당하고, 모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후의 잉여 대역폭을 각 ONU의 T-CONT 클래스 가중치 비율에 따라 각 T-CONT 클래스 별로 동적으로 할당하는 단계를 포함하는 OLT; 와

상기 OLT로부터 할당받은 대역을 통해 상향 트래픽을 상기 OLT로 전송하는 적어도 하나의 ONU를 포함하되,

상기 OLT는,

ONU에 의해 할당 요구된 대역폭이 상기 ONU에 설정된 최소 대역폭을 초과하지 않는 경우, 상기 할당 요구된 대역폭을 상기 ONU로 할당하는 것을 특징으로 하는 PON 시스템.
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적어도 하나의 ONU로 상향 스트림을 위한 대역을 할당하는 OLT에 있어서,

각 ONU 별 트래픽 특성에 따라 최소 대역폭을 할당하고, 모든 ONU에 대한 최소 대역폭 할당 완료 후 각 ONU의 T-CONT 클래스 가중치 비율에 따라 잉여 대역폭을 각 T-CONT 클래스 별로 동적으로 할당하되,

상기 각 T-CONT 클래스별로 할당되는 동적 대역은 아래의 수학식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 OLT.

여기서, Additional_BW_j 는 T-CONT 클래스 j에 할당되는 동적 대역폭, k_j는 T-CONTj 클래스의 가중치, A(j)는 T-CONTj 클래스에 대해 대역폭 할당을 필요로 하는 ONU의 개수, remaining BW는 최소대역폭을 할당하고 남은 잉여 대역폭이다.