KR100815520B1 - 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법 - Google Patents

멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티캐스트 방식에 따른 하향 자원 이용을 극대화하며, 단일 사이클 동안 버스트(burst) 폴링 기법을 이용하여 빈번한 제어 메시지 발생을 최소화함으로써 자원 이용을 극대화할 수 있는 제어 메시지 전송 방법을 제공하기 위한 것으로서, 다수의 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit : ONU)을 포함하는 수동형 광 네트워크에서 ONU의 상향 데이터 전송을 위한 제어 메시지 전송 방법에 있어서, 상기 다수의 ONU로 대역폭 관련 제어 메시지를 한 개의 멀티캐스트 프레임으로 동시에 전송하는 단계와, 상기 제어 메시지에 정의된 값에 따라 각각의 대역폭 관리 값을 설정하여 상향 대역폭 공유를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함하는데 있다.
수동형 광 네트워크, 광 네트워크 유닛(ONU), 광회선 터미널(OLT), 멀티캐스트 방식, GATE 제어 메시지

Description

멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법{Centralized Control Message Transmission by using Multicast burst Polling Scheme}
도 1 은 일반적인 수동형 광 네트워크 구조를 나타낸 구성도
도 2 는 종래 기술에 따른 제어 메시지 전송 방법을 설명하기 위한 타이밍도
도 3(a)는 본 발명에 따른 MPCP 프로토콜 데이터 구조(Protocol Data Unit : PDU)를 나타낸 도면
도 3(b)는 도 3에서 하향 대역할당 제어 메시지(GATE)의 구조체를 나타낸 도면
도 3(c)는 도 3에서 상향 보고용 제어 메시지(REPORT)의 구조체를 나타낸 도면
도 3(d)는 도 3에서 멀티캐스트_GATE 제어 메시지의 구조체를 나타낸 도면
도 4 는 본 발명에 따른 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법을 설명하기 위한 타이밍도
도 5 는 본 발명에 따른 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법을 나타낸 흐름도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 광회선 터미널(OLT) 20 : 광 네트워크 유닛(ONU)
30 : 클라이언트 단말기
본 발명은 수동형 광 네트워크에 관한 것으로, 특히 하향(downstream) 대역폭을 효율적으로 이용하여, 상향(upstream) 자원 이용(utilization) 측면에서 우수한 성능을 제공하는 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법에 관한 것이다.
최근 인터넷 전송 기술의 발전을 보면, 기간망(backbone) 용량(bandwidth)은 크게 증가되었으나 실제 가입자망(access network) 용량은 상대적으로 크게 증가되지 않았다. 즉, 현재 가입자망으로 사용되는 기술로서 DSL(Digital Subscriber Link)과 케이블 모뎀(cable modem)이 널리 사용되고 있는데, 이러한 DSL 기술과 케이블 모델 기술은 가입자에게 음성, 데이터 및 비디오 등과 같은 트리플 플레이(triple play) 광대역 서비스를 제공하기에는 많은 제약이 따르는게 현실이다.
이에 따라, 고용량 기간망 또는 MAN(Metropolitan Area Network)은 가입자망 LAN(Local Area Network)과의 사이에서 병목 현상(bottle neck)을 유발하고 있다. 이에 가입자망의 병목 현상을 해결하기 위한 방법으로 수동형 광 네트워크(Passive Optical Network : PON)를 이용하여 기간망과 일반 주거 가입자를 연결하는 방법이 부각되고 있다.
수동형 광 네트워크(PON)는 정보화 사회로 접어들면서 급격히 증가하고 있는 각종 데이터 서비스와 고화질의 비디오 서비스와 같은 광대역 서비스를 가입자에게 제공하기 위해 광섬유를 가입자단까지 직접 연결하는 광 액세스 가입자망으로써, 다중화된 음성, 데이터, 비디오 등의 서비스가 광 신호에 실려 가입자들이 공유하고 있는 광섬유와 광분배기를 통하여 가입자까지 수동적으로 전송되도록 하고 있다.
도 1 은 일반적인 수동형 광 네트워크 구조를 나타낸 구성도이다.
도 1과 같이, 수동형 광 네트워크 구조는 서비스 제공자인 중앙 기지국(Central Office : CO)에 위치한 광회선 터미널(Optical Line Terminal : OLT)(10)과, 가입자 구내 장치(Customer Premise Equipment : CPE)에 위치한 다수의 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit: ONU)들(20)이 점대다중점(Point-to-Multi Point : P2M) 형태로 연결된 구조를 갖는다. 또한, 광 네트워크 유닛(ONU) 각각은 복수의 클라이언트 단말기(30)가 연결되어 있다. 이때, 수동형 광 가입자망은 수동형 소자만으로 구성되게 된다.
이와 같은 수동형 광 네트워크 구조에서는 다수의 가입자가 사업자 망으로 가는 상향 채널을 공유해야 하기 때문에 다수의 가입자의 서비스 조건을 충족시키기 위해 대역폭을 합리적으로 할당하는 방법과 네트워크 자원을 효율적으로 이용하는 방법이 매우 중요하다.
이에 효율적인 자원 활용을 위하여 정적 대역폭 할당 방식(SBA : Static Bandwidth Allocation)과 동적 대역폭 할당 방식(DBA : Dynamic Bandwidth Allocation)의 2가지 대역폭 할당 방식이 존재한다.
정적 대역폭 할당 방식(SBA)은 광 네트워크 유닛(ONU) 또는 그 포트가 고정된 대역폭으로 할당되며, 미사용 타임 슬롯이 임의로 점유될 수 없다. 따라서 정적 대역폭 할당 방식(SBA)의 단점은 대역폭 활용률이 낮고 높은 버스트 레이트(burst rate)로 자체 가능 서비스(self-likelihood service)에 대한 적응 성능이 열악하다는 것이다.
그리고 동적 대역폭 할당 방식(DBA)은 현재 클라이언트 서비스의 조건에 기초하여 대역폭을 신속하게 재할당하기 위한 메카니즘 또는 알고리즘으로 수동형 광 네트워크 구조에서 많이 사용되고 있다. 이는 다양한 동적 대역폭 기법이 제시되고 있으며 필요한 관련 표준화도 진행되고 있다.
지금까지 수동형 광 네트워크에서 광회선 터미널 및 광 네트워크 유닛 사이에 동적 자원 할당을 위하여 제시된 알고리즘으로는 IPACT(Interleaved Polling Adaptive Cycle Time) 기법이 있다.
IPACT 기법은 광 네트워크 유닛이 요구하는 대역폭 크기를 한 주기 동안 할당 가능한 자원과 비교하여 적응적으로 할당하는 방식으로, 그 동작을 살펴보면 도 2와 같이 나타낼 수 있다.
도 2를 참조하여 설명하면, 먼저 광회선 터미널(OLT)은 디스커버리(discovery) GATE 신호를 통해 하향 채널 쪽으로 연결된 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit: ONU)들이 몇 개가 있는지 파악한다. 즉, 상기 광회선 터미널(OLT)과 하향 채널 쪽으로 연결된 해당 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들은 상기 디스커버리 GATE 신호(discovery GATE message)가 입력되면 등록 요 청(REGISTER_REQ) 메시지로 응답한다. 이때, 상기 등록 요청(REGISTER_REQ) 메시지는 자신의 광 네트워크 유닛의 정보를 포함하고 있다.
그러면 광회선 터미널(OLT)은 등록된 모든 네트워크 유닛들에서 수신된 등록 요청 메시지를 통해 각 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)의 대역폭 요구 값을 동적 대역폭 알고리즘에 따라 스케줄링하고 각 광 네트워크 유닛에 데이터 전송 대역폭을 할당한다. 그리고 소정의 시간간격을 두고 순차적으로 해당 광 네트워크 유닛 쪽으로 제어 메시지(GATE)를 전송한다.
그러면, 각각의 광 네트워크 유닛은 자신의 제어 메시지(GATE)를 입력받아 제어 메시지에 기록된 시작시간 정보 및 설정 대역폭 정보를 통해 보유하고 있는 데이터 중 설정 대역폭에 해당되는 데이터 량만큼을 해당 시작 시간에 광회선 터미널(OLT)로 전송한다. 그리고 상기 데이터 송부 마지막 단에는 현재 미 전송된 데이터의 전체량이 기록된 리포터(report) 메시지를 전송한다.
따라서 도 2를 통해 상세히 살펴보면, 먼저 광회선 터미널(OLT)은 스케줄링을 통해 할당된 데이터 전송 대역폭에 상응하여 제 1 광 네트워크 유닛(ONU1)으로 6000 바이트(bytes)의 대역폭을 승인하는 제 1 제어 메시지(GATE)를 전송하면, 제 1 광 네트워크 유닛(ONU1)은 제 1 제어 메시지에 기록된 시작 시간에 승인된 6000 바이트의 데이터를 전송하고, 마지막에 제 1 광 네트워크 유닛(ONU1)에 더 전송할 550 바이트 데이터가 기록된 리포트 메시지를 전송한다.
그리고 광회선 터미널(OLT)은 소정시간 이후인 상기 제 1 광 네트워크 유닛(ONU1)이 전송되는 중에 제 2 광 네트워크 유닛(ONU2)으로 3200 바이트의 대역폭 을 승인하는 제 2 제어 메시지(GATE)를 전송한다. 그러면, 제 2 광 네트워크 유닛(ONU2)은 제 2 제어 메시지에 기록된 시작 시간에 승인된 3200 바이트의 데이터를 전송하고, 마지막에 제 2 광 네트워크 유닛(ONU2)에 더 전송할 5700 바이트 데이터가 기록된 리포트 메시지를 전송한다. 물론 제 2 광 네트워크 유닛(ONU2)의 전송 시작 시간은 상기 제 1 광 네트워크 유닛(ONU1)의 리포트 메시지의 전송이 완료된 이후에 이루어진다. 이때, 두 데이터 전송의 충돌을 완전히 차단하기 위해 앞단의 최종 데이터 완료 시간과 바로 뒷단의 최초 입력 데이터 시간 간에 소정의 보호시간(guardtime)을 둔다.
이어, 광회선 터미널(OLT)은 소정시간 이후인 상기 제 2 광 네트워크 유닛(ONU2)이 전송되는 중에 제 3 광 네트워크 유닛(ONU3)으로 1800 바이트의 대역폭을 승인하는 제 3 제어 메시지(GATE)를 전송한다. 그러면, 제 3 광 네트워크 유닛(ONU3)은 제 3 제어 메시지에 기록된 시작 시간에 승인된 1800 바이트의 데이터를 전송하고, 마지막에 제 3 광 네트워크 유닛(ONU3)에 더 전송할 4400 바이트 데이터가 기록된 리포트 메시지를 전송한다. 역시 제 3 광 네트워크 유닛(ONU3)의 전송 시작 시간은 상기 제 2 광 네트워크 유닛(ONU2)의 리포트 메시지의 전송이 완료된 이후에 이루어진다. 그리고 역시 앞단의 최종 데이터 완료 시간과 바로 뒷단의 최초 입력 데이터 시간 간에 소정의 보호시간(guardtime)을 둔다.
이렇게 상기 디스커버리 GATE 신호(discovery GATE message)를 통해 승인된 모든 광 네트워크 유닛은 한 사이클 주기(T) 동안 승인된 대역폭에 응답하여 전송을 완료한다.
한편 광회선 터미널(OLT)은 각 광 네트워크 유닛에서 데이터와 함께 전송된 리포트 메시지를 이용하여 동적 대역폭 알고리즘에 따라 새롭게 스케줄링하여 각 광 네트워크 유닛에 데이터 전송 대역폭을 할당한다. 그리고 위에서 설명된 과정을 반복하여 소정의 시간간격을 두고 순차적으로 해당 광 네트워크 유닛 쪽으로 제어 메시지(GATE)를 전송한다.
따라서 다음 사이클 주기에 다시 최초 광 네트워크 유닛인 제 1 광 네트워크 유닛(ONU1)으로 다시 550 바이트의 대역폭을 승인하는 제 4 제어 메시지를 전송하고, 제 1 광 네트워크 유닛(ONU1)은 제 4 제어 메시지에 기록된 시작 시간에 승인된 550 바이트의 데이터를 전송하고, 마지막에 제 1 광 네트워크 유닛(ONU1)에 더 전송할 5400 바이트 데이터가 기록된 리포트 메시지를 전송한다. 이때도 역시 제 1 광 네트워크 유닛(ONU1)의 전송 시작 시간은 상기 제 3 광 네트워크 유닛(ONU3)의 리포트 메시지의 전송이 완료된 이후에 이루어진다. 그리고 역시 앞단의 최종 데이터 완료 시간과 바로 뒷단의 최초 입력 데이터 시간 간에 소정의 보호시간(guardtime)을 둔다.
이와 같은 과정으로 상향 채널을 공유해 가면서 하나의 광회선 터미널(OLT)과 다수의 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3) 간의 데이터 전송이 이루어진다.
이때, 상기 제어 메시지(GATE)는 광회선 터미널(OLT)이 모든 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)과 1:1로 대응하는 유니-캐스트(uni-cast) 방식으로 전송된다. 참고로, 유니-캐스트 방식이란 다수의 광 네트워크 유닛 수만큼 광회선 터미널(OLT)은 제어 메시지(GATE)를 반복해서 전송하는 방식이다.
따라서 광회선 터미널에서 광 네트워크 유닛으로 전송해야 하는 제어 메시지(GATE)의 개수는 승인되는 광 네트워크 유닛이 증가함에 따라 크게 증가하게 된다. 이는 상향 대역폭의 낭비를 초래하게 되며, 또한 광 네트워크 유닛 개수만큼 요청 메시지도 역시 발생하기 때문에 하향 대역폭의 낭비도 함께 초래하게 되어 통신망의 효율을 저하시키는 문제점을 갖게 된다. 더욱이, 광 네트워크 유닛 쪽에서 광회선 터미널 쪽으로 요구하는 대역폭이 작은 경우에는 광회선 터미널이 빈번하게 제어 메시지(GATE)를 전송해야 하기 때문에 엄청난 상향 대역폭 낭비를 유발하게 됨을 알 수 있다.
또한 이와 같은 상향 대역폭 낭비는 다시 하향 대역폭 소비를 유발하는 연결효과를 나타내기 때문에 문제를 더욱 어렵게 한다.
이처럼, 동적 대역폭 할당 방식(DBA)은 제어 메시지의 전송을 통해서 이루어지기 때문에, 우수한 동적 대역폭 할당 방식을 위해서는 광회선 터미널(OTL) 및 광 네트워크 유닛(ONU) 사이에 효율적인 제어 메시지의 전송 방법이 매우 중요함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 수동형 광 네트워크에서 멀티캐스트 방식을 이용하여 효율적인 제어 메시지 전송 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 멀티캐스트 방식에 따라 하향 자원 이용을 극대화하며, 단일 사이클 동안 버스트(burst) 폴링 기법을 이용하여 빈번한 제어 메시지 발 생을 최소화함으로써 자원 이용을 극대화할 수 있는 제어 메시지 전송 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 수동형 광 네트워크의 경우 작은 부하에서 발생하는 과도한 하향 대역폭 낭비와 빈번한 제어 메시지 전송(control message transmission)에 따른 상향 대역폭 소비문제를 해결할 수 있는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하향 채널 용량 사용률을 개선하고 부하가 적은 경우 발생하는 빈번한 폴링 현상을 해결하여 우수한 QoS(Quality of Service)를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광 네트워크 유닛(ONU)에서 광회선 터미널(OLT)로 데이터와 함께 리포트 메시지를 전송할 때, 상기 리포트 메시지를 데이터 앞단에 위치시켜 광회선 터미널(OLT)에서 다음 사이클 주기(T) 동안 스케줄링할 수 있는 충분한 시간적 여유를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광 네트워크 유닛에서 광회선 터미널로 전송되는 페이로드에 CoS 필드인 EF(Expedited Forward), AF(Assured Forward), BE(Best Effort) 등 8가지 CoS(Quality of Service) 중 적어도 하나 이상의 CoS 정보를 함께 전송함으로써, 광회선 터미널에서 수행되는 스케줄링에 효율을 증대시키는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 CoS 정보를 전송할 때, EF CoS 정보를 상기 CoS 필드의 가장 앞단에 위치시킴으로써 스케줄링의 효율을 더욱 증대시키는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법의 특징은 다수의 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit : ONU)을 포함하는 수동형 광 네트워크에서 ONU의 상향 데이터 전송을 위한 제어 메시지 전송 방법에 있어서, 상기 다수의 ONU로 대역폭 관련 제어 메시지를 한 개의 멀티캐스트 프레임으로 동시에 전송하는 단계와, 상기 제어 메시지에 정의된 값에 따라 각각의 대역폭 관리 값을 설정하여 상향 대역폭 공유를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함하는데 있다.
바람직하게 상기 제어 메시지는 모든 ONU를 폴링(polling)하는 멀티캐스트(multi-cast) 방식으로 전송되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제어 메시지는 모든 광 네트워크 유닛에 따른 시작 시간 및 대역폭 길이를 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법의 다른 특징은 (a) 하나의 광회선 터미널(Optical Line Terminal : OLT)과 다수의 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit : ONU) 간의 동기를 맞추는 단계와, (b) 상기 동기화된 다수의 OUN들에서 수신된 등록 요청 메시지를 통해 대역폭 요구 값을 스케줄링하여 각 OUN에 따른 데이터 전송 대역폭을 산출하는 단계와, (c) 상기 산출된 데이터 전송 대역폭 정보가 포함된 멀티캐스트_GATE 제어 메시지를 멀티캐스트(multi-cast) 방식을 통해 상기 다수의 OUN들에 동시 전송하는 단계와, (d) 상기 전송된 멀티캐스트_GATE 제어 메시지를 통해 각 OUN 자신에 해당되는 제어 메시지를 검출하여 해당 데이터 전송 대 역폭 정보 및 시작시간 정보를 할당받는 단계와, (e) 각 OUN은 설정 대역폭 정보를 통해 보유하고 있는 데이터 중 할당된 전송 대역폭에 해당되는 데이터 량만큼을 해당 시작 시간에 광회선 터미널(OLT)로 전송하는 단계를 포함하는데 있다.
바람직하게 상기 (a) 단계는 상기 OLT에서 하향 채널 쪽으로 연결된 다수의 ONU들에 디스커버리 GATE 신호(discovery GATE message)를 전송하는 단계와, 상기 디스커버리 GATE 신호를 입력받은 다수의 ONU에서 등록 요청 메시지를 응답받아 동기를 맞추는 단계와, 상기 OLT와 동기가 이루어진 다수의 ONU들을 멀티캐스트 그룹으로 정의하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (b) 단계는 광 네트워크 유닛에서 전송 대역폭을 요구하지 않은 경우는 미리 설정된 최소 전송 대역폭이 할당되도록 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (c) 단계는 멀티캐스트_GATE 제어 메시지를 단일 사이클 동안 버스트(burst) 폴링 기법을 이용하여 한 개의 멀티캐스트 프레임으로 전송하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 멀티캐스트_GAT 제어 메시지는 광 네트워크 유닛의 시작 시간 및 대역폭 길이를 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 멀티캐스트_GATE 제어 메시지는 유니캐스트의 주소 최대값인 '64'보다 크고 브로드캐스트 값인 'FF'보다는 작은 수 중 하나로 멀티캐스트 그룹 주소를 설정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (d) 단계는 각각의 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들 은 수신된 제어신호에서 ‘88’로 기록된 멀티캐스트 그룹 주소를 검출하여 멀티캐스트_GATE 제어 메시지인지를 인지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 데이터는 앞단에 리포터 메시지가 위치되어 함께 전송되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 리포트 메시지는 CoS(Quality of Service) 정보를 지원하는 페이로드(payload)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 CoS(Quality of Service) 정보는 EF(Expedited Forward), AF(Assured Forward), BE(Best Effort) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 페이로드는 EF CoS 정보가 CoS 필드의 가장 앞단에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 광 네트워크 유닛(ONU)의 자동 검출 및 등록 과정의 정보 교환에 있어서 IEEE 802.3ah에서 권고한 MPCP(Multi-Point Control Protocol) 개념을 바탕으로 이루어진다.
또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도 록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 3(a)는 본 발명에 따른 MPCP 프로토콜 데이터 구조(Protocol Data Unit : PDU)를 나타낸 도면으로, 이는 IEEE 802.3an 표준화 회의에서 결정된 구조체 개념을 바탕으로 구성하고 있다.
도 3(a)에서 도시된 바와 같이, 프로토콜 데이터 구조는 Preamble DA(Destination Address), SA(Source Address), Length/Type, OP code(OPeration code), Time stamp, Data/reserved 및 FCS(Frame Check Sequence) 필드를 갖는다.
이때, Preamble 필드는 논리 링크 정보와 순회적인 알고리즘을 이용하여 착오된 부호를 검사하기 위한 정보를 기록하기 위한 8바이트 필드로서, LLID(Logical Link ID) 및 CRC(Cyclic Redundancy Check) 필드를 포함한다.
그리고 DA 필드는 6바이트의 목적지 주소를 기록하기 위한 필드이고, SA 필드는 6바이트의 발신지 주소를 기록하기 위한 필드이다. 또한, Length/Type 필드는 2바이트의 프레임 형태(제어 프레임, 데이터 프레임) 및 길이를 기록하기 위한 필드이다.
그리고 OP code 필드는 제어 프레임이 어떤 종류의 메시지인지를 구분하기 위한 제어정보를 기록하기 위한 2바이트 크기의 필드로서, GATE, REPORT, REGISTER_REQ, REGISTER, REGISTER_ACK의 제어정보와 함께 멀티캐스트_GATE의 제어정보를 포함한다. 이때, 각각의 제어 메시지에 대한 코드 값은 바람직한 실시예로서 아래 표 1과 같이 정의한다.
MPCP Data Unit OP-code 메시지 방향 비고
OLT ONU
GATE 00-02 ->
REPORT 00-03 <-
REGISTER_REQ 00-04 <-
REGISTER 00-05 ->
REGISTER_ACK 00-06 <-
멀티캐스트_GATE 00-07 -> 추가된 OP code
또한 Time stamp 필드는 프레임 메시지를 전송하는 시각을 기록하기 위한 4바이트의 필드이고, Data/reserved 필드는 상기 표 1에 나타내고 있는 6가지의 MPCP 데이터 유닛에 따른 제어 메시지를 기록하기 위한 필드이다.
즉, Data/reserved 필드는 도 3(b)에서 도시하고 있는 구조체의 하향 대역할당 제어 메시지(GATE)와, 도 3(c)에서 도시하고 있는 구조체의 상향 보고용 리포트 메시지(REPORT)와, 도 3(d)에 도시하고 있는 구조체의 멀티캐스트_GATE 제어 메시지와, 도면에는 도시하고 있지 않지만 REGISTER_REQ 제어 메시지, REGISTER 제어 메시지, REGISTER_ACK 제어 메시지 중 어느 하나의 제어 메시지를 기록하고 있다.
이때, 하향 대역할당 제어 메시지(GATE)는 광회선 터미널(OLT)에서 광 네트워크 유닛(ONU)으로 대역폭을 승인하는 제어 메시지이고, 상기 상향 보고용 리포트 메시지(REPORT)는 광 네트워크 유닛(ONU)에서 광회선 터미널(OLT)로 대역폭 할당을 요구하는 요청 메시지로써, 등급별 큐에 대기 중인 길이 정보를 취합하여 광회선 터미널로 보고함으로써 등급별 할당 제어 알고리즘을 수행할 수 있게 도와준다. 참고로 상향 대역 할당 제어 메시지는 큐의 등급(Queue Level)과 큐의 길이(Queue Report)를 포함하고 있다. 상기 제어 메시지(GATE), 리포트 메시지(REPORT), REGISTER_REQ 메시지, REGISTER 메시지 및 REGISTER_ACK 메시지의 구조체는 IEEE 802.3an에서 제안된 MPCP 프로토콜 데이터가 갖는 해당 구조체와 동일한 구조를 갖고 있으므로 이에 따른 상세한 설명은 생략하도록 한다.
그리고 새롭게 추가된 멀티캐스트_GATE 제어 메시지 구조는 도 3(d)와 같이, 해당 광 네트워크 유닛에 따른 시작 시간 및 대역폭 길이를 나타내는 정보를 기록하고 있으며, 멀티캐스트 전송을 통해 멀티캐스트 그룹에 소속된 광 네트워크 유닛에게 한 번에 전송된다. 이때, OP code 필드에 '00-07'로 설정함으로써 전송되는 제어 프레임이 멀티캐스트_GATE 제어 메시지인지를 구분할 수 있도록 한다.
또한, 상기 멀티캐스트 그룹은 광회선 터미널로부터 멀티캐스트_GATE 제어 메시지를 받기를 원하는 집단으로 정의하며, 멀티캐스트 전송을 위한 그룹 주소는 ‘88’로 정의한다. 참고로 멀티캐스트 전송을 위해서는 헤더에 수신자의 주소 대신 수신자들이 참여하고 있는 그룹 주소를 표시하여야 한다.
상기 사용되는 그룹 주소는 기존 IEEE 802.3an 표준에서 정의되지 않은 주소를 이용한다. 따라서, 유니캐스트에서 사용되는 주소의 최대값인 '64'보다 크고 브로드캐스트 값인 'FF'보다는 작은 수 중 하나를 선택한다. 본 명세서에서는 ‘88’로 정의한다.
마지막으로 FCS 필드는 프레인 체크 시퀀스 에러를 체크하기 위한 정보를 기록하기 위한 필드이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4 는 본 발명에 따른 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법을 설명하기 위한 타이밍도이고, 도 5 는 본 발명에 따른 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 먼저 광회선 터미널(OLT)은 디스커버리(discovery) GATE 신호를 통해 하향 채널 쪽으로 연결된 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit: ONU)들과 동기를 맞춘다(S10). 즉, 상기 광회선 터미널(OLT)과 하향 채널 쪽으로 연결된 해당 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들은 상기 디스커버리 GATE 신호(discovery GATE message)가 입력되면 등록 요청(REGISTER_REQ) 메시지로 응답하면서 동기를 맞추게 된다.
이때, 상기 등록 요청(REGISTER_REQ) 메시지는 자신의 광 네트워크 유닛의 정보 및 대역폭 할당의 요구정보를 포함하고 있다. 따라서, 광회선 터미널(OLT)은 이 등록 요청 메시지를 통해 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들의 정보를 알 수 있게 된다.
참고로, 상기 광회선 터미널(OLT)과 동기가 이루어진 다수의 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들을 멀티캐스트 그룹으로 정의한다. 즉, 상기 멀티캐스트 그룹은 광회선 터미널로부터 멀티캐스트_GATE 제어 메시지(GATE)를 받기를 원하는 광 네트워크 유닛의 집단을 말한다.
이어, 광회선 터미널(OLT)은 멀티캐스트 그룹에 해당되는 다수의 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들(여기서는 설명의 간략화를 위해 등록된 모든 네트워크 유닛이 제 1 내지 제 3 광 네트워크 유닛(ONU1 내지 ONU3)로 한정한다.)에서 수신된 등록 요청 메시지를 통해 각 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)의 대역폭 요구 값을 동적 대역폭 알고리즘에 따라 스케줄링하고 각 광 네트워크 유닛에 데이터 전송 대역폭을 산출한다(S20). 이때, 광 네트워크 유닛에서 데이터의 전송에 필요한 전송 대역폭을 요구하지 않은 경우에는 미리 설정된 최소 전송 대역폭이 할당되도록 산출한다.
그러면 광회선 터미널(OLT)은 이렇게 동적 대역폭 알고리즘에 따라 멀티캐스트 그룹에 소속된 모든 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들의 데이터 전송 대역폭이 산출되면, 멀티 캐스트(multicast) 전송 방식으로 멀티캐스트 그룹에 소속된 모든 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들에 멀티캐스트_GATE 제어 메시지를 단일 사이클 동안 버스트(burst) 폴링 기법을 이용하여 한 개의 멀티캐스트 프레임으로 동시에 전송한다(S30).
이때, 멀티캐스트_GAT 제어 메시지 구조는 도 3(d)와 같이 해당 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)에 따른 시작 시간 및 대역폭 길이를 나타내는 정보를 포함하고 있다. 또한, 멀티캐스트 전송을 위한 멀티캐스트 그룹 주소를 ‘88’로 설정하고, OP code 필드에 '00-07'로 설정함으로써, 멀티캐스트 그룹에 소속된 모든 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들에게 멀티캐스트_GATE 제어 메시지임을 알리게 된다.
상기 멀티캐스트 그룹 주소는 기존 IEEE 802.3an 표준에서 사용되는 유니캐스트의 주소 최대값인 '64'보다 크고 브로드캐스트 값인 'FF'보다는 작은 수 중 하나로 선택되는 것이 바람직하다. 여기서는 그 사이의 주소값인‘88’로 멀티캐스트 그룹 주소를 설정했다.
따라서, 도 4와 같이 광회선 터미널(OLT)은 할당된 데이터 전송 대역폭에 상응하여 제 1 광 네트워크 유닛(ONU1)에 6000 바이트(bytes)의 대역폭을 승인하는 멀티캐스트_GATE 제어 메시지, 제 2 광 네트워크 유닛(ONU2)에 3200 바이트의 대역폭을 승인하는 멀티캐스트_GATE 제어 메시지 및 제 3 광 네트워크 유닛(ONU3)에 1800 바이트의 대역폭을 승인하는 멀티캐스트_GATE 제어 메시지를 한 개의 멀티캐스트 프레임으로 멀티캐스트 전송방식을 통해 다수의 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들에 동시에 전송하게 된다.
그러면 각각의 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들은 수신된 제어신호에서 '00-07'로 기록된 OP code 필드 및‘88’로 기록된 멀티캐스트 그룹 주소를 통해 멀티캐스트_GATE 제어 메시지인지를 인지하게 된다(S40).
그리고 수신된 멀티캐스트_GATE 제어 메시지를 통해 자신에 해당되는 제어 메시지를 검출하여 해당 데이터 전송 대역폭 및 시작 시간을 할당받게 된다(S50). 이에 따라, 각각의 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들은 멀티캐스트_GATE 제어 메시지에 정의된 값에 따라 지정된 시작 시간 및 할당된 전송 대역폭으로 각각의 대역폭 관리 값을 설정하게 된다.
그러면, 각각의 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들은 설정된 시작 시간 정보 및 설정 대역폭 정보를 통해 보유하고 있는 데이터 중 설정 대역폭에 해당되는 데이터 량만큼을 해당 시작 시간에 광회선 터미널(OLT)로 전송함으로써, 서로 충돌 없이 상향 대역폭 공유를 효과적으로 가능하게 할 수 있게 된다(S60).
한편, 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)은 데이터와 함께 현재 미 전송된 데이터의 전체량이 기록된 리포터(report) 메시지를 광회선 터미널(OLT)로 함께 전송한다. 그러면, 광회선 터미널(OLT)은 각 광 네트워크 유닛에서 데이터와 함께 전송된 리포트 메시지를 이용하여 새롭게 동적 대역폭 알고리즘에 따라 스케줄링하여 각 광 네트워크 유닛에 데이터 전송 대역폭을 할당한다.
이때, 상기 리포터 메시지를 데이터 뒷단이 아닌 앞단에 위치시켜 전송하도록 정의함으로써, 광회선 터미널(OLT)에서 다음 사이클 주기(T) 동안 스케줄링할 수 있는 충분한 시간적 여유를 제공할 수 있도록 한다.
즉, 종래에는 상기 리포트 메시지가 데이터 뒷단에 위치함으로써, 광회선 터미널(OLT)은 할당된 전송 대역폭에 해당되는 데이터를 모두 받은 후에 리포터 메시지를 입력받아, 다음 사이클 주기(T)에 각 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)의 전송 대역폭을 할당하는 스케줄링을 수행하였다. 따라서 리포터 메시지를 통해 이루어지는 스케줄링은 그 만큼 지연되게 되어 광회선 터미널(OLT)에서 광 네트워크 유닛(ONU)으로 전송하는 제어 메시지가 늦어지는 원인이 되었다.
그러나, 본 명세서에서는 리포트 메시지를 데이터 앞단에 위치시켜 데이터의 전송보다 리포터 메시지를 먼저 입력받도록 함으로써, 리포터 메시지를 통해 이루어지는 스케줄링을 빠른 시간에 계산할 수 있도록 하여 광회선 터미널(OLT)과 광 네트워크 유닛(ONU)간의 제어 메시지 전송을 보다 빠르게 가져갈 수 있음으로 대역폭 자원 할당을 극대화 시킬 수 있게 된다.
또한, 데이터는 CoS 필드인 EF(Expedited Forward), AF(Assured Forward), BE(Best Effort) 등 8가지 CoS(Quality of Service) 정보를 지원하는 페이로드(payload)를 갖고 있는데, 각 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)은 상기 리포터 메시지에 현재 미 전송된 각 데이터의 CoS 정보를 함께 전송함으로써, 광회선 터미널에서 수행되는 스케줄링에 효율을 증대시키고 있다. 한편, CoS 정보 중에 지터에 가장 민감한 것으로 알려져 있는 EF CoS 정보를 상기 CoS 필드의 가장 앞단에 위치시킴으로써 스케줄링에 필요한 시간을 최대한 제공함으로써 스케줄링의 효율을 더욱 증대시키고 있다.
아울러, 광회선 터미널에서 두 데이터 전송의 충돌을 막기 위해 앞단의 최종 데이터 완료 시간과 바로 뒷단의 최초 입력 데이터 시간 간에 소정의 보호시간(guardtime)을 두는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 멀티캐스트 방식을 이용한 효율적인 제어 메시지 전송 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 반복적인 제어 메시지의 최소화와 빈번한 폴링 현상 제거 등을 통하여 대역폭 자원 활용을 극대화하고 전송 대기시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 리포터 메시지를 데이터 뒷단이 아닌 앞단에 위치시켜 송부하도록 정의함으로써, 광회선 터미널(OLT)에서 다음 사이클 주기(T) 동안 스케줄링 수 있는 충분한 시간적 여유를 제공할 수 있도록 한다.
셋째, 광 네트워크 유닛에서 광회선 터미널로 전송되는 페이로드에 CoS 필드인 EF(Expedited Forward), AF(Assured Forward), BE(Best Effort) 등 8가지 CoS(Quality of Service) 중 적어도 하나 이상의 CoS 정보를 함께 전송함으로써, 광회선 터미널에서 수행되는 스케줄링에 효율을 증대시킨다.
넷째, 상기 CoS 정보를 전송할 때, 지터에 가장 민감한 것으로 알려져 있는 EF CoS 정보를 상기 CoS 필드의 가장 앞단에 위치시킴으로써 스케줄링의 효율을 더욱 증대시킬 수 있도록 하고 있다.
다섯째, 본 발명에 다른 멀티캐스트 기반 제어 메시지 전송 방법은 원격 다중 관리 시스템, xDSL 망 및 다중 큐잉 구조를 가지는 폴링 시스템 등에 적용 가능하다.

Claims (15)

  1. 다수의 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit : ONU)을 포함하는 수동형 광 네트워크에서 ONU(의)이 광회선 터미널로의 상향 데이터 전송을 위한 제어 메시지 전송 방법에 있어서,
    상기 광회선 터미널에서 송신하는 디스커버리지 GATE 신호를 입력받아 등록요청신청을 통해 동기를 맞춘 다수의 ONU로 대역폭 관련 제어 메시지를 한 개의 멀티캐스트 프레임으로 동시에 전송하는 단계와,
    상기 제어 메시지에 정의된 값에 따라 각각의 대역폭 관리 값을 설정하여 상향 대역폭 공유를 통해 상기 광회선 터미널로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 제어 메시지 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 메시지는 모든 ONU를 폴링(polling)하는 멀티캐스트(multi-cast) 방식으로 전송되는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 메시지는 모든 광 네트워크 유닛에 따른 시작 시간 및 대역폭 길이를 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  4. (a) 하나의 광회선 터미널(Optical Line Terminal : OLT)과 다수의 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit : ONU) 간의 동기를 맞추는 단계와,
    (b) 상기 동기화된 다수의 OUN들에서 수신된 등록 요청 메시지를 통해 대역폭 요구 값을 스케줄링하여 각 OUN에 따른 데이터 전송 대역폭을 산출하는 단계와,
    (c) 상기 산출된 데이터 전송 대역폭 정보가 포함된 멀티캐스트_GATE 제어 메시지를 멀티캐스트(multi-cast) 방식을 통해 상기 다수의 OUN들에 동시 전송하는 단계와,
    (d) 상기 전송된 멀티캐스트_GATE 제어 메시지를 통해 각 OUN 자신에 해당되는 제어 메시지를 검출하여 해당 데이터 전송 대역폭 정보 및 시작시간 정보를 할당받는 단계와,
    (e) 각 OUN은 설정 대역폭 정보를 통해 보유하고 있는 데이터 중 할당된 전송 대역폭에 해당되는 데이터 량만큼을 해당 시작 시간에 광회선 터미널(OLT)로 전송하는 단계를 포함하는 제어 메시지 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    상기 OLT에서 하향 채널 쪽으로 연결된 다수의 ONU들에 디스커버리 GATE 신호(discovery GATE message)를 전송하는 단계와,
    상기 디스커버리 GATE 신호를 입력받은 다수의 ONU에서 등록 요청 메시지를 응답받아 동기를 맞추는 단계와,
    상기 OLT와 동기가 이루어진 다수의 ONU들을 멀티캐스트 그룹으로 정의하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 광 네트워크 유닛에서 전송 대역폭을 요구하지 않은 경우는 미리 설정된 최소 전송 대역폭이 할당되도록 산출하는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 멀티캐스트_GATE 제어 메시지를 단일 사이클 동안 버스트(burst) 폴링 기법을 이용하여 한 개의 멀티캐스트 프레임으로 전송하는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 멀티캐스트_GAT 제어 메시지는 광 네트워크 유닛의 시작 시간 및 대역폭 길이를 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 멀티캐스트_GATE 제어 메시지는 유니캐스트의 주소 최대값인 '64'보다 크고 브로드캐스트 값인 'FF'보다는 작은 수 중 하나로 멀티캐스트 그룹 주소를 설정하는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  10. 제 5 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 멀티캐스트 그룹은 광회선 터미널로부터 멀티캐스트_GATE 제어 메시지(GATE)를 받기를 원하는 광 네트워크 유닛의 집단인 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    각각의 광 네트워크 유닛(ONU1)(ONU2)(ONU3)들은 수신된 제어신호에서 ‘88’로 기록된 멀티캐스트 그룹 주소를 검출하여 멀티캐스트_GATE 제어 메시지인지를 인지하는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터는 앞단에 리포터 메시지가 위치되어 함께 전송되는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 리포트 메시지는 CoS(Quality of Service) 정보를 지원하는 페이로드(payload)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 CoS(Quality of Service) 정보는 EF(Expedited Forward), AF(Assured Forward), BE(Best Effort) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 제어 메시 지 전송 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 페이로드는 EF CoS 정보가 CoS 필드의 가장 앞단에 위치하는 것을 특징으로 하는 제어 메시지 전송 방법.
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