KR100945965B1 - Ｇ.984.3 기반의 ｇ-ｐｏｎ을 위한 개선된 ｏｎｕ활성화방법 - Google Patents

Ｇ.984.3 기반의 ｇ-ｐｏｎ을 위한 개선된 ｏｎｕ활성화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법에 관한 것으로서, ONU의 활성화 과정에 있어서, 정확한 등화 지연값을 산출하기 전에 미리 ONU의 위치에 기초하여 예측되는 사전 등화 지연값을 계산한 후, 이를 Upstream_Overhead 메시지 또는 레인징 요청 메시지를 통해 ONU에 통보하여, 상기 ONU가 사전 등화 지연값을 참조하여 메시지를 전송토록 함으로써, ONU 활성화 과정에서의 타임 윈도우를 축소한다.
ONU, OLT, 윈도우, PON

Description

Ｇ.984.3 기반의 Ｇ-ＰＯＮ을 위한 개선된 ＯＮＵ활성화 방법{Enhanced ONU Activation Methods for the G-PON Based on G.984.3}
본 발명은 ITU-T G.984.3 기반의 G-PON에서 ONU를 활성화할 때, OLT와 ONU간의 사전거리 정보를 모르는 상태에서 활성화 과정을 진행할 때와, OLT와 ONU간의 사전거리 정보를 아는 상태에서 활성화 과정을 진행할 때 활성화 과정동안 개설되는 타임 윈도우 길이를 줄이는 방법에 관한 것이다.
인터넷의 발전은 초기의 e-mail과 웹 검색 등과 같이 저속의 서비스 차원을 뛰어넘어 화상회의, IPTV (Internet Protocol Television), HDTV (High Definition TV), 고화질 양방향 게임, VoD (Video on Demand)와 같이 광대역 서비스를 제공할 수 있도록 진화하고 있다. 상당 부분의 수요를 차지하고 있는 xDSL (Digital Subscriber Line) 기술의 경우, 작게는 수 Mbps, 많게는 수십 Mbps의 속도를 제공하고 있으나, 가장 사용 빈도가 높은 저녁 시간대에 이와 같은 서비스들을 동시 다발적으로 가입자에게 제공하기는 부족한 측면이 있다. 이와 같이 이용자 수의 급증과 속도의 고속화 추세에 따라 가입자 망 구조의 재편이 요구되며, 결국 궁극적인 망의 구조인 FTTH (Fiber to the Home)에 대한 관심이 모아지고 있다.
TPS(Triple Play Service)를 제공하기 위한 FTTH 기술에는 AON (Active Optical Network)과 PON (Passive Optical Network)이 있지만, 설치비용 및 유지보수 비용이 저렴한 후자에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. PON은 다시 TDMA(Time Division Multiple Access)와 WDMA(Wavelength Division Multiple Access)으로 분류되며, 전자는 국내의 독자적인 규격에 따라 개발된 반면 후자는 전세계 표준방식으로써 전송되는 프로토콜 방식에 따라 B-PON(broadband PON), E-PON(Ethernet PON), G-PON(Gigabit capable PON)등으로 분류된다.
그중에서도 G-PON은 효율이 높고 기존의 TDMA방식의 PON중에서 가장 높은 전송률을 가지고 있으며 ATM이든 Ethernet이든 프로토콜에 무관하게 상.하향 2.5Gbps까지 동작 가능하다.
해외의 동향을 살펴보면, 북미에서는 SBC, Bellsouth, Verizon에서 2003년 6월에 B-PON을 이용하여 FTTP (Fiber to the Premise)를 구축하고자 RFP (Requirement for Proposal)를 발행하였고, 2004년에서 2008년에 이르기까지 약 천만 가입자 내외를 대상으로 수십조에 해당하는 투자를 시도하였으나 현재는 B-PON보다는 G-PON을 이용하여 이러한 시도를 이어가고 있다. 북미의 PON 규격은 CATV (Community Antenna Television)를 수용하는 별도의 파장을 포함하는 것이 일반적이다.
중동지역에서는 처음부터 하향 및 상향 전송률로 2.4/1.2 Gbps급의 PON을 이용한 가입자망을 구축하는 기술요구서를 발행하였으며 이는 주로 북미의 G-PON 규격을 따르는 것으로 판단된다. G-PON에서 TDM을 수용하는 기능을 제공하고 있지만, Ethernet을 통해 음성신호 (VoIP)나 회선신호를 전송하는 것이 특징이다. 그리고 TPS를 제공하기 위하여 IPTV 신호를 수용할 수 있어야 하고, 아날로그 TV 처리를 위한 별도 파장을 포함시키고 있다.
국내의 경우는 E-PON과 W-PON에 비하여 G-PON 개발 및 상용화가 상대적으로 저조한 편이다. 그러나, G-PON은 E-PON에 비해 상, 하향 전송대역폭과 효율이 높고 상호운용성이 뛰어나며, W-PON에 비해 가격이 저렴한 특징이 있어서 적시에 상용화가 이루어 질 경우 차세대 가입자 망의 대안으로 부상하고 있다.
다른 TDMA (Time Division Multiple Access) PON과 마찬가지로 G-PON에서도 OLT (Optical Line Termination)는 새로운 ONU (Optical Network Unit)가 연결되면, PON상에서 원활히 동작하도록 하는 과정을 수행하는데 이러한 과정을 활성화 과정이라 한다. 이 과정에는 거리를 측정하고 등화지연을 할당하여 모든 ONU가 논리적으로 동일한 거리에 존재하도록 하는 레인징(ranging) 과정도 포함된다. 이 활성화 과정이 진행되는 동안 OLT는 수차례의 타임 윈도우를 개설하게 되고, 이때 이미 활성화된 ONU는 상향으로 데이터 전송이 금지된다. 따라서, 기 활성화된 ONU를 위한 대역폭 절약과 원활한 서비스를 제공하기 위해서 가급적이면 타임 윈도우의 길이를 짧게 하는 것이 중요하다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 ITU-T G.984.3 기반의 G-PON에서 ONU를 활성화할 때, OLT와 ONU간의 사전거리 정보를 모르는 상태에서 활성화 과정을 진행할 때와, OLT와 ONU간의 사전거리 정보를 아는 상태에서 활성화 과정을 진행할 때 활성화 과정동안 개설되는 타임 윈도우 길이를 줄이는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상호 사전거리 정보를 모르는 ONU의 활성화시 타임 윈도우 축소를 위해 OLT에서 이루어지는 ONU 활성화 방법에 있어서, ONU로부터 메시지를 수신하면, 상기 메시지 내의 일련번호에 의해서 각 ONU에 해당하는 랜덤지연 값을 구별하는 단계; 상기 수신한 메시지를 이용하여 상기 ONU와의 왕복전파 지연 값을 측정하는 단계; 상기 랜덤지연 값과 왕복전파 지연 값을 기초로 ONU의 위치를 추정하는 단계; 상기 추정된 위치에 근거하여, 모든 ONU가 동일한 등화왕복 지연 값을 가지도록 사전할당 지연 값을 계산하는 단계; 상기 산출한 사전 할당 지연값을 레인징(Ranging) 요청 시 상기 ONU에게 통보하고 타이머를 가동하는 단계; 및 상기 레인징 요청에 대한 응답 메시지가 도착하면, 타이머 가동을 중단하고 소요된 시간으로부터 정확한 등화지연을 계산하고, 결정된 등화지연을 ONU에 통보하는 단계를 포함하는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 왕복 전파 지연 값 2Tpd는
Figure 112009060422625-pat00001
식을 통하여 계산되며, 여기서 TRTD는 Serial-Number-state에서 측정되는 왕복전파지연 값, Trd는 ONU에서 생성되는 랜덤지연 값을 의미한다.
또한, 상기 ONU의 위치 추정 값은
Figure 112008007830741-pat00002
식을 통하여 계산되며, 여기서 D는 ONU와 OLT 사이의 거리, Tpd는 ONU까지의 전파지연 값, V는 광케이블에서 신호의 전파 속도를 의미한다.
또한, 상기 사전할당 지연 값 Tpre은
Figure 112008007830741-pat00003
식을 통하여 계산되며, 여기서 Teqd는 등화왕복 지연 값, Tpd는 ONU까지의 전파지연 값을 의미한다.
또한, 상기 사전할당 지연 값은 USBWmap(Upstream Bandwidth map)을 통해 ONU로 전달된다.
또한, 본 발명은 상호 사전거리 정보를 알고 있는 ONU의 활성화시의 타임 윈도우 축소를 위해 OLT에서 수행되는 ONU 활성화 방법에 있어서, 사전에 알고 있는 ONU의 위치 정보를 이용하여 전파 지연 값을 계산하는 단계; 상기 계산된 전파지연 값을 2배 하여 왕복 전파지연 값을 계산하는 단계; 규격에 명시된 등화 왕복지연 값을 기준으로 사전할당 지연 값을 계산하는 단계; 및 상기 계산한 사전할당 지연 값을 Upstream_Overhead 메시지를 통해 ONU로 통보하는 단계를 포함하는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법을 제공한다.
또한, 상기 전파 지연 값 Tpd은
Figure 112008007830741-pat00004
식을 통하여 계산되며, 여기서 D는 ONU와 OLT 사이의 거리, V는 광케이블에서 신호의 전파 속도를 의미한다.
또한, 상기 사전할당 지연 값 Tpre은
Figure 112008007830741-pat00005
식을 통하여 계산 되며, 여기서 Teqd는 등화왕복 지연 값, Tpd는 ONU까지의 전파지연 값을 의미한다.
또한, 사전할당 지연 값은 표준에 정의된 Upstream_Overhead 메시지의 사전할당 지연 필드를 통해 ONU에 전달된다.
또한, 상기 사전할당 지연 값을 수신한 ONU에서 전송되는 프레임의 길이와 보호구역을 고려한 윈도우 길이를 결정하는 단계가 수행된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 ITU-T G.984.3 기반의 G-PON에서 ONU를 활성화할 때, OLT와 ONU간의 사전거리 정보를 모르는 상태에서 활성화 과정을 진행할 때와, OLT와 ONU간의 사전거리 정보를 아는 상태에서 활성화 과정을 진행할 때 활성화 과정동안 개설되는 타임 윈도우 길이를 줄이는 방법을 제공한다.
본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
새로운 ONU가 G-PON상에서 원활히 동작하기 위해서는 반드시 활성화 과정을 거쳐야 한다. 이는 ONU가 G-PON 상으로 충돌없이 데이터를 전송할 수 있도록 하는 레인징(ranging) 과정을 포함한다. 이 절차를 수행하기 위하여 OLT와 ONU는 상, 하 향 프레임의 플래그(flag) 필드와 PLOAM(Physical Layer Operation, Administration and Maintenance) 메시지를 주고받는다. 규격에 의하면 ONU는 총 8개의 상태를 가지며, 활성화에 관련된 상태는 6개이다. 랜덤지연을 이용할 경우, Serial_Number_Mask 메시지의 사용은 선택사항이므로 이를 생략한 개략적인 절차를 도 1에서 보여주고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ONU의 활성화 과정에서의 데이터 흐름을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하여 ONU의 상태 천이를 설명하면 다음과 같다.
먼저 Initial-state(S100)는 ONU에 전원이 들어오고 하향 프레임을 통해 동기를 획득하는 과정이다. 동기가 획득되면 LOS/LOF 경보가 해지되며 (S200)로 천이된다. Standby-state(S200)는 Upstream_Overhead 메시지를 대기하는 상태이며, 수신 직후 (S300)로 전환한다. Power-Setup-state(S300)는 OLT에서 ONU의 전송 광 출력을 조절하기 위한 요청을 생성하면서 시작되며, 이 상태의 ONU는 출력 광 파워를 조절하게 된다. ONU는 3회에 걸쳐 수신된 Upstream_Overhead 메시지의 출력 광 파워 정보를 바탕으로, OLT에서 생성된 요청에 따라 Power-Setup 전송을 보낸다. 이때, 비슷한 위치에 있는 ONU들이 보내는 상향 메시지의 충돌을 방지하기 위해서, 랜덤지연 시간 경과 후 메시지를 전송한다. Serial-Number-state(S400)는 OLT에서 Serial_Number 요청을 생성하면서 시작된다. ONU는 이 요청에 따라 상향으로 자신의 일련번호와 전송 시 기다린 랜덤지연 값을 포함한 Serial_Number_ONU 메시지를 전송한다. 이 메시지를 수신한 OLT는 일련번호와 랜덤지연 값을 획득하게 되고, 유 효한 일련번호를 전송한 ONU에 Assign_ONU-ID 메시지를 보내어 ONU-ID를 할당한다. Ranging-state(S500)는 OLT의 레인징(Ranging) 요청에 따라 ONU는 Serial_Number_ONU 메시지를 보낸다. OLT는 요청 지점과 응답시점의 차이로부터 거리를 측정하고, 등화지연을 계산하여 Ranging-Time 메시지를 통해 ONU에 통보한다. Operation-state(S600)에서 ONU는 위 상태들을 천이하면서 활성화가 완성된 상태이다. 이 상태의 ONU들은 OLT가 할당해주는 대역폭에 맞게 상향으로 데이터를 전송할 수 있다. 다른 ONU들이 활성화 과정이 필요할 경우 상향 데이터 전송이 금지된다.
상기 절차에 의하면 총 4회에 걸쳐서 타임 윈도우가 개설되고, 이때 이미 활성화된((S600)에 있는) ONU들은 그때마다 상향으로 데이터 전송이 금지된다. 이 과정에서 타임 윈도우의 길이가 길어지면, 대역폭 소모가 커지고 실시간 트래픽을 전달중인 ONU들에게 치명적인 결함으로 작용할 수 있다. 따라서 본 발명은 기 활성화된 ONU에 원활한 서비스를 제공할 수 있도록 하기 위하여 개선된 활성화 과정을 제시한다. 그 첫 번째 알고리즘은 OLT와 ONU 사이의 사전거리를 모를 때 4회 중에서 후반 2회는 매우 짧은 타임 윈도우가 개설되도록 하여 활성화할 수 있는 것이고 두 번째 알고리즘은 OLT와 ONU 사이의 사전거리를 알 때 4회 모두 짧은 타임 윈도우가 개설되어 ONU가 활성화되도록 하는 것이다.
제안하는 첫 번째 알고리즘은 OLT가 ONU의 위치정보를 알고 있지 않을 때 적용하여 ONU 활성화 과정을 개선하는 것이다. Serial-Number-state에 있는 ONU가 상향으로 데이터를 전송할 때 랜덤지연 값을 명시하도록 되어있다. 이 값을 이용하면 전체 타임 윈도우 길이를 줄여 ONU 활성화 과정을 개선할 수 있다.
Serial-Number-state에 있는 ONU에서 전송되는 메시지를 수신한 OLT에서는 그 메시지 내의 일련번호에 의해서 각 ONU에 해당하는 랜덤지연 값을 구별할 수 있다. 그리고 OLT는 Serial-Number-state에서 왕복전파 지연 값도 측정할 수 있다. 따라서 이 상태에 있는 ONU로부터 얻은 정보를 바탕으로 ONU의 위치를 추정할 수 있다. 상, 하향 전송속도를 2.48832 Gbps로 가정했을 때 OLT가 ONU의 위치를 추정하여 사전할당 지연 값을 결정하는 과정은 다음과 같다. 우선, 본 발명에서 사용되는 변수들을 다음과 같이 정의한다.
V는 광케이블에서 신호의 전파 속도(약 2c/3, c는 빛의 속도), D는 ONU와 OLT 사이의 거리, Tpd는 ONU까지의 전파지연, Trd는 ONU에서 생성되는 랜덤지연, TRTD는 Serial-Number-state에서 측정되는 왕복전파지연 값, Teqd는 등화왕복 지연 값, Tpre는 사전할당 지연 값을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Serial-Number-state에서 전파지연 측정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, OLT에서 Serial_Number 요청이 생성된 후 ONU의 응답이 OLT에 도착할 때까지의 시간 경과를 나타내고 있다. Serial-Number-state에서 OLT는 TRTD값과 랜덤지연 값을 이용해 하기 수학식 1과 같이 해당 ONU까지의 전파지연, Tpd을 구할 수 있다.
Figure 112008007830741-pat00006
이 식에서 구해진 전파지연, Tpd를 이용하면 ONU의 실제거리도 하기 수학식 2와 같이 추정할 수 있다.
Figure 112008007830741-pat00007
G-PON에서는 Teqd로 약 5프레임에 해당하는 지연 값이(60Km이상에 해당하는 논리적인 거리) 되도록 하고 있다. 따라서 모든 ONU에 대하여 동일한 Teqd를 가지도록 하기 위해서 Tpre와 Teqd는 다음 수학식 3의 관계식을 갖는다.
Figure 112008007830741-pat00008
결국 위 수학식 1과 수학식 3에서 아래 수학식 4의 사전할당 지연을 얻는다.
Figure 112008007830741-pat00009
위 과정을 통하여 획득된 사전할당 지연(예측한 ONU의 등화지연) 값은 Ranging-state에서 레인징(Ranging) 요청 시에, USBWmap(Upstream Bandwidth map)을 통해 전달된다. USBWmap은 G.984.3에 정의되어 있으며, ONU의 대역폭 할당을 제 어하기 위해 사용되는 필드이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 USBWmap의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, Sstart 부분은 ONU가 데이터 전송을 시작하는 시간을 의미하고, Sstop은 종료시간을 의미한다. 이 두 부분을 이용하여 ONU의 할당 대역폭을 제어할 수 있다. USBWmap은 G-PON 프레임의 헤더부분에 항상 존재하므로, 본 발명에서 개시하는 개선된 활성화 과정을 위해서 별도로 전송할 필요가 없다.
개선된 활성화 과정에서 Sstart와 Sstop의 값은 등화지연을 고려한 데이터 전송 시작시간과 전송 종료시간이 된다. Sstart와 Sstop 각각의 크기가 2 바이트이기 때문에 카운터 할 수 있는 범위는 0 ~ 65,535까지이다. 그러나 G-PON에서 요구되는 등화지연 범위는 프레임 단위로는 0 ~ 5에 해당하는 값으로 비트단위로는 1,555,200이며 바이트 단위로 환산해도 194,400 값을 가진다. 그러므로 2바이트 필드의 길이로는 바이트 단위의 해상도로 나타내기에 부족하다.
이러한 문제를 해결하고, 제안된 알고리즘의 지원여부를 OLT와 ONU 사이에서 서로 인식하도록 하면서 위에서 기술한 ONU 활성화 과정을 재구성하면 다음과 같다. (S100) 절차는 동일하고 (S200)에서 OLT가 하향으로 Upstream_Overhead 메시지를 보낼 때, 10번째 옥텟에서 사용이 유보된 비트에 표시를 하여 이 알고리즘 지원 여부를 밝힌다. (S300)에서 ONU가 PLOAMu 메시지를 보낼 때, 일반적인 경우에는 ONU_ID = 255를 사용하지만 개선된 알고리즘을 사용한다면 ONU_ID = 254로 회신하도록 한다. (S400)에서 OLT는 Serial_Number_ONU 메시지를 수신하면 11과 12번째 옥텟에 명시된 랜덤지연을 가지고 상기 수학식 1과 4에 근거하여 Tpre를 계산한다. (S500)에서 OLT는 계산된 값을 1 바이트 단위가 아닌 4 바이트 단위의 해상도로 환산하여 도 3의 Sstart, Sstop 필드에 기록한 후, ONU에 레인징(Ranging) 요청을 수행하고, 즉시 타이머를 가동한다. 알고리즘을 지원하는 ONU라면 해당 필드의 Tpre를 참조하여 Serial_Number_ONU 메시지를 송신하게 될 것이고 그렇지 않은 ONU라면 해당필드를 무시할 것이다. ONU로부터 메시지가 도착하면 OLT는 타이머 가동을 중단하고 소요된 시간으로부터 정확한 등화지연을 계산하고, 최종적으로 결정된 등화지연 (Equalization Delay, EqD)을 Ranging_Time 메시지를 통하여 ONU에 통보한다.
위에서는 OLT와 ONU 사이의 거리를 모를 경우, Ranging-state에서 짧은 타임 윈도우를 개설하는 개선된 ONU 활성화 과정을 살펴보았다. 여기서는 위에 제시된 알고리즘의 조건과 반대로 OLT와 활성화될 ONU 사이의 거리를 알고 있을 경우 ONU의 활성화 과정을 살펴보도록 한다. OLT가 활성화될 ONU의 위치정보를 알고 있을 경우, OLT는 이 ONU에 대해 활성화 과정을 진행하면서 동시에 이미 활성화된 ONU에는 대역폭을 할당하여 서비스를 계속 제공할 수 있다. 이것을 도 4에서 보여주고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ONU의 거리를 알고 있을 때 레인징(Ranging) 시간 측정 과정을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 이와 같은 활성화 과정을 진행하기 위해서 OLT는 ONU의 거리정보를 바탕으로 사전등화 지연 값을 결정해야 한다. 사전등화 지연 값을 결정하 는 방법들을 살펴보면 다음과 같다. 단, 여기서 사용될 변수들은 앞서 정의한 변수들을 같이 사용하도록 한다.
OLT는 사전에 알고 있는 ONU의 위치 정보와 위 수학식 2를 바탕으로 전파지연, Tpd값을 다음 수학식 5와 같이 구할 수 있다.
Figure 112008007830741-pat00010
상기 수학식 5를 통해 얻어진 전파지연 값을 2배 하여 왕복 전파지연 값을 구한다. 왕복 전파지연 값이 구해지면, 규격에 명시된 등화 왕복지연 값을 기준으로 사전할당 지연 값을 계산할 수 있는데, 이것은 위 수학식 4와 동일하다.
위 절차에 따라 얻어진 사전할당 지연 값은 ONU 활성화 과정이 시작되기 이전에 ONU에 전달된다. 그 방법은 위에서 제안된 USBWmap을 사용하지 않고, 표준에 정의된 Upstream_Overhead 메시지의 사전할당 지연 필드를 통해 ONU에 전달한다.
사전할당 지연 필드는 2 바이트로 구성하고 있으며 이것으로 32 바이트 단위의 해상도를 가진 등화지연을 표현할 수 있다. Upstream_Overhead 메시지는 ONU가 활성화를 시작하는 초기 단계에서 OLT로부터 수신하는 첫 메시지이므로, ONU가 활성화 과정을 시작하기 이전에 사전할당 지연 값을 할당받을 수 있는 것이다. 이 결과로 도 4와 같은 활성화 과정이 진행될 수 있다.
사전지연 할당 값이 결정되고 ONU에 통보한 후, OLT는 ONU에서 전송되는 프 레임의 길이와 보호구역을 고려한 윈도우 길이를 결정해야 한다. ONU에 전달된 사전할당 지연 값이 32 바이트 단위로 되어 있으므로, 개설되는 윈도우 길이는 32 바이트의 정수배로 구성되어야 할 것이다. ONU가 활성화되는 과정에서 상향으로 전송하는 프레임의 길이에 따라 각 state에서 개설되는 윈도우 길이는 다를 수 있다. 각 state에서 개설되는 윈도우 길이를 추정해보면 다음과 같다.
ONU는 Power-Setup-state로 천이되어야 상향으로 첫 프레임을 전송할 수 있는데, 이때 전송되는 프레임은 120 바이트의 PLSu, 13 바이트의 PLOAMu 와 12 바이트의 PLOu로 구성되며 레이저 on-off 시간까지 고려하면 총 152 바이트의 정도의 길이를 갖는다. OLT는 이 프레임 길이와 보호구간 (Guard Time)의 길이를 고려하여 윈도우 길이를 결정한다. 여기서 보호구간의 길이는 사전에 알고 있던 거리정보의 정확도에 따라 결정된다. 보통 OLT는 사전할당 지연의 해상도를 고려하여 32 바이트의 정수배로 타임 윈도우 길이를 결정할 것이다. 따라서 Power-Setup-state에서 개설되는 타임 윈도우 길이는 32(2n+5)가 된다. 그리고 ONU가 Serial-Number-state와 Ranging-state에 있는 경우 ONU는 Serial_Nimber_ONU 메시지와 PLOu로 구성된 프레임을 전송한다. 이 프레임을 전송하기 위한 윈도우의 길이는 다음과 같이 계산할 수 있다. 메시지 순수한 길이 13 바이트와 헤더에 PLOu 12 바이트가 포함되어 프레임의 길이는 25 바이트에 불과하다. 그리고 레이저 on-off 시간까지 고려할 경우 32 바이트 정도가 된다. 그러나, OLT와 ONU 간의 광케이블 길이를 아무리 정확하게 알고 있다 하더라도, 실제 길이와의 오차를 0으로 간주할 수는 없다. 따라서 OLT가 인식하고 있는 위치와 좌우로 바이트의 배수로 오차를 허용한다면 오차를 포함한 윈도우의 길이를 32(2n+1)(n은 정수)로 간주할 수 있다.
이하, ITU-T G.984.3에서 정의하는 ONU 활성화 과정과 위에서 살펴본 알고리즘을 이용한 ONU 활성화 과정 시 개설되는 윈도우 길이를 비교한다.
우선 ITU-T G.984.3의 표준안 내용을 살펴보면 다음과 같다. G-PON의 한 프레임의 길이는 125 μs로 정의되고, 상향 프레임의 전송속도가 2.48832 (1.24416) Gbps일 경우 한 프레임의 길이 Tf는 38,880 (19,440)바이트로 구성된다. 활성화 과정 동안 OLT는 기 활성화된 ONU에게 상향으로 데이터 전송을 금지시키고, 새로 등록될 ONU에게는 PLOAM 메시지를 보낼 수 있도록 약 두 프레임의 길이에 해당하는 타임 윈도우를 개설한다.
도 1에서 보는 바와 같이 한 대의 ONU가 성공적으로 활성화될 때까지 최소 4회의 윈도우가 개설되므로 총 8 프레임이 소모될 것이다.
만약 활성화될 ONU의 수가 N대이고, (S300)와 (S400)에서 개설되는 타임 윈도우에서 활성화에 참여하는 모든 ONU가 보내는 PLOAM 메시지들 간의 충돌이 전혀 없었다고 가정하면 2회의 윈도우 (4Tf)만 개설되면 모든 ONU들이 (S500)로 넘어갈 수 있다. 그리고 (S500)에서는 각각의 ONU-ID가 할당된 상태이므로 개별적인 등화지연 측정이 이루어진다. 이때부터 ONU 당 각각 2회의 타임 윈도우가 개설되므로 4NTf가 소모된다. 결국, 표준안에 기초한 총 소요기간, TG .984는 다음 수학식 6과 같다.
Figure 112008007830741-pat00011
이와 달리, 위에서 설명한 첫 번째 알고리즘을 이용할 경우, (S500)에서 요구되는 타임 윈도우의 길이는 PLOAM 메시지의 길이와 보호구간을 얼마나 할당할 것인가에 달려있다. 위에서 언급한 바와 같이, Serial_Number_ONU 메시지의 13 바이트를 보내는 데 모든 오버헤더(PLOu 및 레이저 on-off 시간)를 고려하여 32 바이트로 가정한다. 보호구간의 크기는 위 수학식 1에서 측정한 전파지연의 신뢰성 여부에 따라 결정하며, 메시지 전후에 각각 32 바이트의 정수배로 구성하고, 정보 프레임을 포함하여 개설되는 전체 타임 윈도우의 길이는 Tw=32(2n+1)이다. 각각의 ONU에 대하여 축소된 타임 윈도우가 2회씩 개설되므로 결국 첫 번째 알고리즘에 기초한 N 대의 총소요시간, TAlgo Ⅰ는 다음 수학식 7과 같이 얻어진다.
Figure 112008007830741-pat00012
마지막으로 두 번째 알고리즘에서 개설되는 타임 윈도우 길이는 활성화 과정의 각 state에서 ONU가 상향으로 전송하는 프레임의 길이에 따라 신축적으로 윈도우를 개설할 수 있다. (S300)에서는 152 바이트의 프레임을 전송하므로 32(2n+5) 바이트의 윈도우를 1회 개설하고, (S400)에서는 32 바이트의 프레임이 전송되므로 개설되는 윈도우는 32(2n+1) 바이트로 1회 개설한다. 그리고 (S500)에서도 32 바이 트 프레임이 전송되므로 (S400)와 동일하게 32(2n+1) 바이트 길이의 윈도우를 개설하지만, (S500)에서는 ONU가 상향으로 두 번 전송하므로 위 길이의 윈도우를 2회 개설하게 된다. 따라서 두 번째 알고리즘에 기초한 N 대의 총소요시간, TAlgo Ⅱ은 다음 수학식 8과 같다.
Figure 112008007830741-pat00013
이하, 위에서 구해진 수학식 6 내지 8을 이용하여, 표준안에서 제시한 방식의 윈도우 길이와 본 발명에서 제시한 두 가지 알고리즘과 적용 시 활성화해야 할 ONU 수에 따라 총 소요되는 길이를 바이트 단위로 환산하여 비교한다. 단, G.984의 경우는 Power-Setup 및 Serial-Number state에서 모든 ONU가 보내는 메시지를 충돌 없이 접수한다고 가정하였으므로 가장 유리한 조건을 고려한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 n = 2일 경우 타임 윈도우 길이를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, OLT에서 인식하는 ONU의 위치 정보의 오차가(즉, n = 2) 바이트일 때 여러 가지 알고리즘에 대한 윈도우 크기를 비교할 수 있다. 해당 오차에서 상향 전송률이 2.48832(1.24416) Gbits/s일 때, 실제 광케이블의 오차 ±0.041(±0.082) Km에 해당하는 거리이다.
위 도면에서 G.984.3의 경우는 N이 증가함에 따라, 거의 비례하여 윈도우의 길이가 증가한다. 그러나 Algorithm I의 경우는 N이 증가해도 거의 변화가 없으므 로 N이 클수록 제안된 방식이 유리해 진다. Algorithm II는 기본적으로 N이 작을 때는 Algorithm I에 비하여 상당히 유리하나 N이 커지면서 차이가 줄어듦을 알 수 있다. 이것은 수학식 7과 8을 비교하면 N이 작을 때, 4 프레임의 차이가 크게 작용하기 때문이다.
다음으로 광케이블의 오차가 극단적으로 발생하는 경우를 고려한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 n = 256 일 경우 타임 윈도우 길이를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, OLT에서 인식하는 ONU의 위치 정보의 오차가 ±8192(즉, n = 256) 바이트일 때 각 경우에 따라 소요되는 윈도우의 크기를 알 수 있다. 이는 상향 전송률이 2.48832 (1.24416) Gbits/s일 때, 실제 광케이블의 오차 ±5.27(±10.34) Km에 해당하는 거리이다. PON의 서비스 거리가 20 Km인 것을 감안할 때, 오차가 ±10.34 Km인 경우는 위치 정보를 전혀 모르는 극단적인 상태임을 의미한다.
도 6에서 Algorithm I은 G.984.3에 비해 여전히 우수한 성능을 보여주고 있다. 단, N이 증가할수록 성능의 차이가 여전히 더 커지고 있지만 도 5에 비해서는 격차가 줄어들었다. 이는 위치의 불확실성에 의해 윈도우 길이를 크게 사용한 때문이다. Algorithm I과 II를 비교해 보면, N = 5가 되는 점을 기준으로 성능의 역전 현상을 보이고 있다. Algorithm II는 (S300)와 (S400)에서 Algorithm I에 배해 작은 윈도우 길이를 사용하지만, 개별적인 파워 셋업이 이루어지므로 N이 증가하면 오히려 불리해 지는 현상이 나타난다.
전체적으로 평가할 때, 어떤 알고리즘을 사용할 경우에도 기존의 방식에 비 해 약 50 %에서 90 % 이상까지 대역폭을 절감할 수 있음을 보여준다. 특히 제안된 알고리즘은 ONU의 수가 증가할수록 성능이 더 좋아짐을 알 수 있다. 그리고 제안하는 두 번째 알고리즘에서 거리의 정보가 정확할 경우에는 표준안에서 제시한 윈도우 길이의 1% 미만으로 레인징(Ranging)이 이루어질 수 있음을 보여준다. 따라서 이미 활성화된 ONU가 많이 존재하고 소수의 새로운 ONU가 등록되고자 할 때, 서비스 중에 있는 ONU에 영향을 주지 않고 활성화 과정을 진행할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ONU의 활성화 과정에서의 데이터 흐름을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Serial-Number-state에서 전파지연 측정을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 USBWmap의 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ONU의 거리를 알고 있을 때 레인징(Ranging) 시간 측정 과정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 n = 2일 경우 타임 윈도우 길이를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 n = 256 일 경우 타임 윈도우 길이를 나타낸 도면.

Claims (10)

  1. 상호 사전거리 정보를 모르는 ONU의 활성화시 타임 윈도우 축소를 위해 OLT에서 이루어지는 ONU 활성화 방법에 있어서,
    ONU로부터 메시지를 수신하면, 상기 메시지 내의 일련번호에 의해서 각 ONU에 해당하는 랜덤지연 값을 구별하는 단계;
    상기 수신된 메시지를 이용하여 상기 ONU와의 왕복전파 지연 값을 측정하는 단계;
    상기 랜덤지연 값과 왕복전파 지연 값을 기초로 ONU의 위치를 추정하는 단계;
    상기 추정된 위치에 근거하여, 모든 ONU가 동일한 등화왕복 지연 값을 가지도록 사전할당 지연 값을 계산하는 단계;
    상기 산출한 사전 할당 지연값을 레인징(Ranging) 요청 시 상기 ONU에게 통보하고, 레인징 상태(Ranging-state)에서 정확한 등화지연을 계산하여, 계산된 등화지연을 ONU에 통보하는 단계를 포함하는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 왕복 전파 지연 값 2Tpd는
    Figure 112009060422625-pat00014
    식을 통하여 계산되며, 여기서 TRTD는 Serial-Number-state에서 측정되는 왕복전파지연 값, Trd는 ONU에서 생성되는 랜덤지연 값을 의미하는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 ONU의 위치 추정 값은
    Figure 112008007830741-pat00015
    식을 통하여 계산되며, 여기서 D는 ONU와 OLT 사이의 거리, Tpd는 ONU까지의 전파지연 값, V는 광케이블에서 신호의 전파 속도를 의미하는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 사전할당 지연 값 Tpre은
    Figure 112008007830741-pat00016
    식을 통하여 계산되며, 여기서 Teqd는 등화왕복 지연 값, Tpd는 ONU까지의 전파지연 값을 의미하는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 사전할당 지연 값은 USBWmap(Upstream Bandwidth map)을 통해 ONU로 전달되는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법.
  6. 상호 사전거리 정보를 알고 있는 ONU의 활성화시의 타임 윈도우 축소를 위해 OLT에서 수행되는 ONU 활성화 방법에 있어서,
    사전에 알고 있는 ONU의 위치 정보를 이용하여 전파 지연 값을 계산하는 단계;
    상기 계산된 전파지연 값을 2배 하여 왕복 전파지연 값을 계산하는 단계;
    모든 ONU가 동일한 등화 왕복지연 값을 가지도록 상기 왕복 전파 지연값을 이용하여 사전할당 지연 값을 계산하는 단계;
    상기 계산한 사전할당 지연 값을 Upstream_Overhead 메시지를 통해 ONU로 통보하는 단계;
    레인징 상태(Ranging-state)에서 정확한 등화지연을 계산하여, 계산된 등화지연을 ONU에 통보하는 단계를 포함하는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전파 지연 값 Tpd은
    Figure 112008007830741-pat00017
    식을 통하여 계산되며, 여기서 D는 ONU와 OLT 사이의 거리, V는 광케이블에 서 신호의 전파 속도를 의미하는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 사전할당 지연 값 Tpre은
    Figure 112008007830741-pat00018
    식을 통하여 계산되며, 여기서 Teqd는 등화왕복 지연 값, Tpd는 ONU까지의 전파지연 값을 의미하는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    사전할당 지연 값은 표준에 정의된 Upstream_Overhead 메시지의 사전할당 지연 필드를 통해 ONU에 전달되는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 사전할당 지연 값을 수신한 ONU에서 전송되는 프레임의 길이와 보호구 역을 고려한 윈도우 길이를 결정하는 단계가 수행되는 G.984.3 기반의 G-PON을 위한 개선된 ONU 활성화 방법.
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