KR100789383B1 - 고속 수동형 광가입자망의 광선로 종단장치에서의 프레임전송 장치 및 그 방법 - Google Patents

고속 수동형 광가입자망의 광선로 종단장치에서의 프레임전송 장치 및 그 방법 Download PDF

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본 발명은 고속 수동형 광가입자망(PON)의 광선로 종단장치(OLT)에서의 프레임 전송 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 고속의 수동형 광가입자망(PON)의 광선로 종단장치(OLT)에서 프레임을 전송하기 위한 장치에 있어서, 프레임이 일정 길이인 이상인 경우 전체 프레임의 길이를 나타내기 위한 정보와 PON 링크를 구별하는 식별자가 포함된 변형 GEM 프레임을 생성하는 패킷 생성수단; 상기 패킷 생성수단으로부터 입력된 변형 GEM 프레임의 PON 링크를 구별하는 식별자를 참조하여 각 PON 매체접근제어기(MAC)로 상기 변형 GEM 프레임을 분배하고, 상기 각 PON 매체접근제어기(MAC)로부터 전달된 프레임을 상기 패킷 생성수단으로 전달하는 패킷 관리수단; 및 상기 PON 링크 식별자에 대응되게 복수개로 분할 구성되어 상기 패킷 관리수단으로부터 입력된 변형 GEM 프레임의 전체 프레임의 길이를 나타내는 정보를 참조하여 여러 개의 GEM 프레임으로 분할하는 상기 PON 매체접근제어기를 포함한다.
수동, 광가입자, 전송, PON, OLT, 프레임, 전송, GEM, MAC, 매체, 접근,

Description

고속 수동형 광가입자망의 광선로 종단장치에서의 프레임 전송 장치 및 그 방법{Apparatus and method for transmitting GEM frame in OLT of gigabit capable passive optical network}
도 1은 일반적인 수동형 광가입자망(PON)의 구성도,
도 2는 일반적인 광선로 종단장치(OLT)의 블록 구성도,
도 3a는 일반적인 GEM 프레임의 구조도,
도 3b는 본 발명에 따른 GEM 프레임의 구조도,
도 4는 본 발명에 따른 광선로 종단장치의 블록 구성도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
401: 패킷 엔진
402: 패킷 관리기
403a 내지 403n: PON 매체접근제어부(MAC)
404a 내지 404n: 물리 계층 처리부(PHY)
본 발명은 고속 수동형 광가입자망의 광선로 종단장치에서의 프레임 전송 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 고속 수동형 광가입자망의 광선로 종단장치에서 매체접근제어(MAC) 기능을 훨씬 용이하게 구현할 수 있고, 약간의 변형된 프레임 포맷을 사용하여 단일 칩간의 인터페이스에 패킷의 복사 없이 브로드캐스트와 멀티캐스트를 쉽게 구현함으로써 시스템당 수용할 수 있는 가입자를 증대시킬 수 있는 고속 수동형 광가입자망의 광선로 종단장치에서의 프레임 전송 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
고속 수동형 광가입자망(GPON: Gigabit-capable Passive Optical Network)은 ITU-T G.984.1~4 권고안을 기반으로 광가입자망을 구성하는 방식 중의 하나이다. GPON은 기존 비동기전송모드(ATM) 방식, 이더넷(Ethernet) 뿐만 아니라 시간분할다중(TDM) 패킷을 그대로 수용할 수 있어서 이더넷 수동형 광가입자망(EPON: Ethernet PON)과 더불어 광가입자망을 구성하는 가장 주목받는 시간분할다중접속(TDMA) 방식의 수동형 광가입자망(PON) 기술 중의 하나이다.
TDMA PON 방식은 도 1에 도시된 바와 같이 기존 통신 개념과 달리 점대다중 연결방식이다. 일반적으로 TDMA PON 방식에서 전화국에 설치되는 광선로 종단장치(OLT; 101)에서 각 가입자 댁내 또는 인입 시설에 위치하는 ONU/ONT(103)로 향하는 하향 방향의 모든 패킷은 브로드캐스팅 방식으로 전송된다. 하지만, 각 광가입자 단말장치(ONU; 103)로부터 광선로 종단장치(OLT)로 향하는 상향 방향의 패킷은 1개의 광링크를 공유하여 광선로 종단장치(OLT)로부터 할당받은 시간에만 각 ONU(103)별로 전송이 허가되는 TDMA 방식으로 전송된다.
따라서 수동형 광가입자망(PON)은 기존 망에서 사용되지 않는 새로운 전송방식으로 패킷이 전송되므로, PON에서만 사용되는 프레임 규격, 전송방식 등이 정의되며, 또한 여기에 맞도록 매체접근제어(MAC: Medium Access Control) 계층이 새로이 정의된다.
PON 광선로 종단장치(OLT)는 GPON MAC 기능과 더불어 GPON MAC을 통해 올라오는 이더넷 프레임, IP 패킷, ATM 셀 등을 분류하고, 이를 공중망에 전송하기 위해 필요한 계층 3 이상의 수많은 기능을 수행하도록 요구된다. 이런 복잡한 일들을 하나의 GPON OLT MAC 칩에 다 구현하기란 쉬운 일이 아니다.
도 2는 일반적인 PON에서 광선로 종단장치의 블록 구성도이다.
광선로 종단장치(OLT)는 패킷 엔진(201)과, PON MAC(202)과, 물리 계층 처리부(PHY; 203)를 포함한다. 구현에 따라 패킷엔진(201)과 PON MAC(202)은 하나의 칩에 합쳐질 수도 있다.
고속 수동형 광가입자망(GPON)에서는 이더넷 프레임 등을 포함한 모든 일반 프레임(이하, 이더넷 프레임으로 가정함)을 GEM(GPON Encapsulation Mode) 방식에 의해서 GEM 프레임으로 전환하여 모든 프레임을 GEM 프레임 단위로 처리한다. 하향으로 전송되는 GEM 프레임은 매 일정한 125us 동기를 갖는 동일한 크기의 GTC (GPON Transmission Convergence: GPON 전송 계층) 프레임에 일괄적으로 담겨 동기(synchronous) 방식으로 전송된다. 상향으로는 OLT가 각 ONU에 전송할 시간을 알 려주면, 해당 ONU는 할당된 시간 동안 전송할 GTC 프레임을 생성하고, 그 GTC 프레임에 GEM 프레임을 싣는다. GEM 프레임은 일반 프레임에 5바이트의 GEM 헤더를 덧붙여 만들게 된다.
도 3a는 일반적인 GEM 프레임의 구조도로, 이를 참조하여 GEM 프레임 헤더의 각 영역에 대해 설명한다.
도 3a에서 PLI는 페이로드 길이 지시자(Payload Length Indicator)로, 페이로드의 길이를 바이트 수로 나타낸다. Port-ID는 포트 식별자(ID)로, GPON에서 최대 4096개의 유일한 트래픽 식별자를 나타낸다. PTI는 분할 페이로드(Fragment payload)의 타입 또는 그 상태를 나타낸다. HEC(Header Error Correction)는 헤더에 오류가 있는지 여부를 판단하고 에러를 수정하기 위해 사용된다.
GEM 프레임을 생성하는 것은 GPON MAC(202)의 주요한 기능 중의 하나로, GPON MAC(202)은 각기 다른 수많은 이더넷 프레임 헤더로부터 얻어진 정보를 바탕으로 포트 식별자(PortID)를 결정하고 관리하는 기능이 필요하다.
GEM 프레임의 최대 길이는 4,095 바이트로 정의되어 있으나, 이더넷 프레임이 점보 프레임인 경우에는 최대 9,600 바이트가 되므로, 이런 점보 프레임이 GEM 프레임으로 전환되기 위해서는 이더넷 프레임이 분할(Fragment)되어 2개 이상의 GEM 프레임으로 변환되어야 한다. 일반 상용 패킷 엔진은 이런 이더넷 프레임을 분할하고 조립할 수 있는 기능을 가지고 있지 않기 때문에 분할과 조립은 MAC 블록에서 수행되어야 한다.
하지만, 만일 기존 상용 패킷 엔진을 최대한 활용해서 GPON MAC 블록을 구현 한다면 계층 3 이상의 기능은 패킷 엔진에서 처리할 수 있으므로 MAC 칩을 구현하기가 쉬워지므로 단기간에 효율적으로 OLT 시스템을 구현할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명은 고속 수동형 광가입자망의 광선로 종단장치에서 매체접근제어(MAC) 기능을 훨씬 용이하게 구현할 수 있고, 약간의 변형된 프레임 포맷을 사용하여 단일 칩간의 인터페이스에 패킷의 복사 없이 브로드캐스트와 멀티캐스트를 쉽게 구현함으로써 시스템당 수용할 수 있는 가입자를 증대시킬 수 있는 고속 수동형 광가입자망의 광선로 종단장치에서의 프레임 전송 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프레임 전송 장치는, 고속의 수동형 광가입자망(PON)의 광선로 종단장치(OLT)에서 프레임을 전송하기 위한 장치에 있어서, 프레임이 일정 길이 이상인 경우 전체 프레임의 길이를 나타내기 위한 정 보와 PON 링크를 구별하는 식별자가 포함된 변형 GEM 프레임을 생성하는 패킷 생성수단; 상기 패킷 생성수단으로부터 입력된 변형 GEM 프레임의 PON 링크를 구별하는 식별자를 참조하여 각 PON 매체접근제어기(MAC)로 상기 변형 GEM 프레임을 분배하고, 상기 각 PON 매체접근제어기(MAC)로부터 전달된 프레임을 상기 패킷 생성수단으로 전달하는 패킷 관리수단; 및 상기 PON 링크 식별자에 대응되게 복수개로 분할 구성되어 상기 패킷 관리수단으로부터 입력된 변형 GEM 프레임의 전체 프레임의 길이를 나타내는 정보를 참조하여 여러 개의 GEM 프레임으로 분할하는 상기 PON 매체접근제어기를 포함한다.
바람직하게는 상기 변형 GEM 프레임은, 페이로드 길이를 나타내는 페이로드 길이 지시자(PLI)와, 포트 식별자(Port-ID)와, 분할 페이로드의 타입 또는 그 상태를 나타내는 PTI와, 프레임이 일정 길이인 이상인 경우 전체 프레임의 길이를 나타내기 위한 PLIx와, PON 링크를 구별하는 식별자(PHY-ID)를 포함한다.
바람직하게는 상기 PON 매체접근제어기는, 상기 PLIx 필드와 상기 PHY-ID 필드에 헤더 오류 정정 정보인 HEC 정보를 추가하여 GEM 프레임을 생성한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프레임 전송 방법은, 고속의 수동형 광가입자망(PON)의 광선로 종단장치(OLT)에서 프레임을 전송하기 위한 방법에 있어서, 패킷 엔진의 프레임이 일정 길이 이상인 경우 전체 프레임의 길이를 나타내기 위한 정보와 PON 링크를 구별하는 식별자가 포함된 변형 GEM 프레임을 생성하는 제1 단계; 상기 패킷 엔진에 의해 생성된 변형 GEM 프레임의 PON 링크를 구별하는 식별자를 참조하여 각 PON 매체접근제어기(MAC)로 상기 변형 GEM 프레임 을 분배하는 제2 단계; 및 상기 제2 단계에서 분배된 변형 GEM 프레임의 전체 프레임의 길이를 나타내는 정보를 참조하여 여러 개의 GEM 프레임으로 분할한 후, 상기 GEM 프레임을 전송하는 제3 단계를 포함한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3b는 본 발명에 따른 GEM 프레임의 구조도이고, 도 4는 본 발명에 따른 광선로 종단장치의 블록 구성도이다.
일반적으로 사용되는 네트워크 프로세서 등과 같은 패킷 엔진은 이더넷 프레임에 별도의 오버헤드를 추가할 수 있는 기능을 가지고 있으므로 MAC 블럭에서 생성할 GEM 헤더와 유사한 5바이트의 오버헤드를 갖는 프레임인 변형 GEM 프레임을 패킷 엔진이 생성한다면 MAC 블럭은 변형 GEM 프레임을 이용하여 쉽게 GEM 프레임을 생성할 수 있을 것이다.
도 3b를 참조하여 본 발명에 따른 패킷 엔진(401)에서 생성되는 변형 GEM 프레임의 구조를 살펴본다.
도 3b에 도시된 바와 같이 변형 GEM 프레임은 일반적인 GEM 프레임과 그 구조가 유사하나, 일반적인 GEM 프레임 구조에 이더넷 프레임이 4,095 바이트 이상일 경우 그 길이를 나타내기 위한 PLIx와, 여러 개의 PON 링크를 구별하기 위한 PHY-ID가 포함되어 있다.
도 3b에서 PLI는 페이로드 길이 지시자(Payload Length Indicator)로, 페이로드의 길이를 바이트 수로 나타낸다. Port-ID는 포트 식별자(ID)로, GPON에서 최대 4096개의 유일한 트래픽 식별자를 나타낸다. PTI는 분할 페이로드(Fragment payload)의 타입 또는 그 상태를 나타낸다. 이는 일반적인 GEM 프레임과 동일하다. PLIx는 0~7까지 나타내며, 이더넷 프레임이 4,095 바이트 이상일 경우 사용되며, (4,096 * PLIx + PLI) 가 실제 이더넷 프레임의 길이가 된다. PHY-ID는 하나의 PON MAC 블록에 여러 개의 독립적인 PON MAC을 구현할 때 각 PON 링크를 구별하는 식별자로, 각 비트는 각각의 PON 링크를 의미하는 비트맵으로 구성된다.
도 3b에서 PLIx 영역은 이더넷 프레임이 점보 프레임일 경우에 MAC 블록에서 여러 개의 GEM 프레임으로 분할할 수 있도록 별도의 영역을 마련한 것이다. 그러므로 MAC 블록은 이더넷 프레임이 점보 프레임이 아닌 경우에는 상용 패킷 엔진으로부터 입력되는 변형 GEM 프레임의 프레임 사이즈를 변경하지 않고 GTC 프레임에 실리기 전에 PLIx와 PHY-ID는 무시하고 그 자리에 HEC 코드를 계산하여 GEM 프레임을 완성할 수 있다.
도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 프레임 전송 장치 및 방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
상용 패킷 엔진(401)은 하나의 모듈로 구성된다. 패킷 엔진(401)은 전술한 바와 같이 변형된 GEM 프레임을 생성한다. 즉, 패킷 엔진(401)은 프레임이 일정 길이인 4,095 바이트 이상일 경우 실제 프레임의 길이를 나타내기 위한 정보와 PON 링크를 구별하는 식별자가 포함된 변형 GEM 프레임을 생성하여 패킷 관리기(402)로 전달한다.
패킷 관리기(402)는 단일 칩에 여러 개의 PON MAC(403a 내지 403n)을 구현하는 경우, PON 링크를 구별하는 식별자를 참조하여 각 PON MAC으로 패킷을 분배하고, 각 PON MAC으로부터 패킷을 전달받아 패킷 엔진(401)로 전달하는 기능을 수행한다. 변형 GEM 프레임의 물리계층 식별자(PHY-ID)는 PON 링크를 구별하기 위한 식별자로, 프레임 별로 출력하고자 하는 PON 링크를 선택하는데 사용된다.
PON 특성상 프레임 대부분은 방송용 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 패킷이 많다. 이런 패킷에 대해서 각 PON 링크로 향하는 브로드캐스트 패킷이나 멀티캐스트 패킷을 전송하기 위해서 패킷 엔진(401)이 각각의 PON 링크로 동일한 패킷을 여러 번 복사하여 반복적으로 전송한다면 대역의 효율성은 현저히 떨어질 수밖에 없다. 패킷 엔진(401)과 PON MAC 사이의 전송 대역이 각 링크로 전송되는 전송 대역보다 빠르다면 비록 멀티캐스트 패킷과 유니캐스트 패킷이 해당되는 개별 PON 링크로만 전송된다 하더라도 각각의 링크로 전송되는 프레임은 full-rate로 전송될 수 있다. 또한 하나의 패킷 엔진(401)을 사용하여 여러 개의 PON MAC를 접목할 수 있으므로 동일한 조건에서 더 많은 가입자를 수용할 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 기존 상용 패킷엔진을 활용하여 단순한 MAC 구현만으로 고성능의 OLT를 제작할 수 있고, 또한 하나의 패킷 엔진으로 다수의 PON 링크를 수용할 수 있어서 시스템 활용 가치와 융통성이 증대되어 망 관리 및 운용을 좀더 용이하게 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 고속의 수동형 광가입자망(PON)의 광선로 종단장치(OLT)에서 프레임을 전송하기 위한 장치에 있어서,
    프레임이 일정 길이 이상인 경우 전체 프레임의 길이를 나타내기 위한 정보와 PON 링크를 구별하는 식별자가 포함된 변형 GEM 프레임을 생성하는 패킷 생성수단;
    상기 패킷 생성수단으로부터 입력된 변형 GEM 프레임의 PON 링크를 구별하는 식별자를 참조하여 각 PON 매체접근제어기(MAC)로 상기 변형 GEM 프레임을 분배하고, 상기 각 PON 매체접근제어기(MAC)로부터 전달된 프레임을 상기 패킷 생성수단으로 전달하는 패킷 관리수단; 및
    상기 PON 링크 식별자에 대응되게 복수개로 분할 구성되어 상기 패킷 관리수단으로부터 입력된 변형 GEM 프레임의 전체 프레임의 길이를 나타내는 정보를 참조하여 여러 개의 GEM 프레임으로 분할하는 상기 PON 매체접근제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 전송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형 GEM 프레임은,
    페이로드 길이를 나타내는 페이로드 길이 지시자(PLI)와, 포트 식별자(Port- ID)와, 분할 페이로드의 타입 또는 그 상태를 나타내는 PTI와, 프레임이 일정 길이인 이상인 경우 전체 프레임의 길이를 나타내기 위한 PLIx와, PON 링크를 구별하는 식별자(PHY-ID)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 전송 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 PON 매체접근제어기는, 상기 PLIx 필드와 상기 PHY-ID 필드에 헤더 오류 정정 정보인 HEC 정보를 추가하여 GEM 프레임을 생성하는 것을 특징으로 하는 프레임 전송 장치.
  4. 고속의 수동형 광가입자망(PON)의 광선로 종단장치(OLT)에서 프레임을 전송하기 위한 방법에 있어서,
    패킷 엔진의 프레임이 일정 길이 이상인 경우 전체 프레임의 길이를 나타내기 위한 정보와 PON 링크를 구별하는 식별자가 포함된 변형 GEM 프레임을 생성하는 제1 단계;
    상기 패킷 엔진에 의해 생성된 변형 GEM 프레임의 PON 링크를 구별하는 식별자를 참조하여 각 PON 매체접근제어기(MAC)로 상기 변형 GEM 프레임을 분배하는 제2 단계; 및
    상기 제2 단계에서 분배된 변형 GEM 프레임의 전체 프레임의 길이를 나타내 는 정보를 참조하여 여러 개의 GEM 프레임으로 분할한 후, 상기 GEM 프레임을 전송하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 변형 GEM 프레임은,
    페이로드 길이를 나타내는 페이로드 길이 지시자(PLI)와, 포트 식별자(Port-ID)와, 분할 페이로드의 타입 또는 그 상태를 나타내는 PTI와, 프레임이 일정 길이인 이상인 경우 전체 프레임의 길이를 나타내기 위한 PLIx와, PON 링크를 구별하는 식별자(PHY-ID)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제3 단계에서, 상기 PLIx 필드와 상기 PHY-ID 필드에 헤더 오류 정정 정보인 HEC 정보를 추가하여 GEM 프레임을 생성하여 전송하는 것을 특징으로 하는 프레임 전송 방법.
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