KR101097943B1 - 헤드엔드 케이블 모뎀 및 상향 대역 할당 알고리즘 검증 방법 - Google Patents
헤드엔드 케이블 모뎀 및 상향 대역 할당 알고리즘 검증 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 상향 대역 할당 알고리즘은, 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈이 운용자로부터 헤드엔드 케이블 모뎀의 상향 대역 할당 알고리즘을 선택하는 명령을 입력받아 상향 대역 할당 메시지를 생성하는 단계와, 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈이 상기 상향 대역 할당 메시지를 수신하는 단계와, 상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈이 상기 상향 대역 할당 메시지에 대한 응답을 생성하는 단계, 그리고 상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈이 상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈로부터 수신되는 상기 응답을 상기 운용자에게 제공하는 단계를 포함한다.
HFC, DOCSIS, 상향 대역 할당, 채널 결합
Description
본 발명은 광동축 혼합망을 사용하는 헤드엔드 케이블 모뎀 및 상향 대역 할당 알고리즘의 성능을 검증하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 방송통신위원회의 IT 성장동력기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호 : 2008-S-005-02, 과제명 : HFC 망에서의 IP 기반 초고속 멀티미디어 전송기술 개발]
최근에는 케이블 모뎀을 이용한 데이터 전송 속도가 하향 160Mbps, 상향 120Mbps까지 지원되는 DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specification) 3.0 규격의 표준화와 함께 관련 기술의 상용화가 진행되고 있다. DOCSIS 3.0의 가장 큰 특징은 채널 결합(channel bonding)이다. 채널 결합은 복수 개의 주파수 채널들을 하나의 채널로 결합하여 전송하는 기술이다. 이러한 기술을 통해 기존의 DOCSIS 규격보다 데이터 전송 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채널 결합 방식을 사용하는 DOCSIS 3.0은 큐-깊이(queue-depth)와 QoS 파라미터에 의하여 대역 할당을 요구하며, 케이블모뎀 종단장치(cable modem termination system: CMTS)는 여러 채널에 그랜트(grant)를 분산하여 대역을 할당하는 segmentation) 기술을 사용한다.
상향 대역 할당은 MAC(Media Access Control) 프로토콜의 성능에 영향을 미치는 핵심적인 요소이다. 상향 대역 할당 메커니즘은 케이블모뎀 종단장치가 하향 채널을 통해서 MAC 관리 메시지인 맵(map)을 케이블 모뎀으로 할당 전송함으로써 수행된다. 이전 규격에서는 하나의 케이블 모뎀이 데이터 전송을 위하여 단일 상향 채널을 사용하였지만, DOCSIS 3.0 규격에 따르는 케이블 모뎀은 데이터 전송을 위하여 4 개의 상향 채널을 지원할 수 있다.
광동축 혼합(hybrid fiber coaxial: HFC) 망은 케이블모뎀 종단장치에서 광분배점(fiber node)까지는 광케이블로 연결하고, 나머지 광분배점에서 케이블 모뎀까지의 선로는 동축케이블로 연결된 망을 일컫는다. 이러한 혼합망에서 케이블모뎀 종단장치가 상/하향 전송 자원들을 관리하는데, 특히 분산된 케이블 모뎀들로부터 네트워크 장치로의 상향 전송의 경우에는 동적 예약 기반의 MAC 프로토콜을 따라야 한다.
그런데 패킷을 전송하기를 원하는 케이블 모뎀들은 다른 케이블 모뎀들의 상태를 알지 못하고, 임의의 슬롯을 선택하기 때문에 하나 이상의 케이블 모뎀이 요청(request) 메시지를 전송할 경우에 충돌이 발생할 수 있다. 이러한 충돌은 가용한 상향 대역의 낭비를 초래하여 망 자원의 이용률을 저하시키고, 상향 스트림 패킷의 전송 지연 시간을 발생하여 서비스 품질을 저하시킨다. 그러므로 패킷이 전체적으로 공평하게 전송될 수 있도록 하는 상향 대역 할당 알고리즘이 필요하며, 이러한 상향 대역 할당 알고리즘의 성능을 검증하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 상향 대역 할당 알고리즘의 성능을 검증할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 상향 대역 할당 알고리즘 검증 방법은: 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈이 운용자로부터 헤드엔드 케이블 모뎀의 상향 대역 할당 알고리즘을 선택하는 명령을 입력받아 상향 대역 할당 메시지를 생성하는 단계와, 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈이 상기 상향 대역 할당 메시지를 수신하는 단계와, 상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈이 상기 상향 대역 할당 메시지에 대한 응답을 생성하는 단계, 그리고 상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈이 상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈로부터 수신되는 상기 응답을 상기 운용자에게 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상향 대역 할당 알고리즘을 검증할 수 있으므로 상향 대역을 효율적으로 사용하고자 하는 케이블 사업자에게 유용하다. 또한 본 발명의 검증 방법은, 채널 결합 기능을 수행하는 알고리즘뿐만 아니라 채널 결합 기능을 수행하지 않는 알고리즘의 성능 검증이 가능하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 헤드엔드 케이블 모뎀이 케이블 모뎀들로 상향 대역을 할당하는 것을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 헤드엔드 케이블 모뎀(110)은 케이블모뎀 종단장치(이하, CMTS)(111)를 포함한다. CMTS(111)는 케이블 방송의 채널 정보, 프로그램 맵(map), 이벤트 정보 등을 케이블 신호로 변환하여 케이블 모뎀들(120, 130, 140, 150)로 전송하고, 케이블 모뎀들(120, 130, 140, 150)로부터 업로드되는 데이터를 복원하는 기능을 수행한다.
복수의 케이블 모뎀들(120, 130, 140, 150) 각각은 데이터 업로드에 필요한 대역을 CMTS(111)에게 요청한다. CMTS(111)는 현재 할당 가능한 대역과 복수의 케이블 모뎀들(120, 130, 140, 150)로부터 요청된 대역을 비교하고, 적합한 상향 대역 할당 알고리즘을 이용하여 케이블 모뎀들(120, 130, 140, 150) 각각에게 상향 대역을 할당한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상향 대역 할당 알고리즘 검증 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 상향 대역 할당 알고리즘 검증 장치는 헤드엔드 케이블모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)과 헤드엔드 케이블모뎀 맥 제어 서브 모듈(230)을 포함한다. 헤드엔드 케이블 모뎀 맥(MAC) 관리 서브 모듈(220)은 운용자(210)로부터 헤드엔드 케이블 모뎀의 상향 대역 할당 알고리즘을 선택하는 명령을 입력받고, 상 향 대역 할당 메시지를 생성한다. 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)은 생성된 상향 대역 할당 메시지를 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈(230)로 전송한다. 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈(230)은 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)로부터 수신되는 상향 대역 할당 메시지에 대한 응답을 생성해서 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)로 전송한다. 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)은 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈(230)로부터 수신된 응답을 운용자(210)에게 제공한다. 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)은 콘솔 출력 등을 통해 운용자(210)에게 응답을 제공할 수 있다. 운용자(210)는 헤드엔드 케이블 모뎀이 상향 대역 할당 알고리즘을 수행하게 할 수 있고, 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)로부터 제공되는 응답을 통해 상향 대역 할당 알고리즘의 수행 결과 및 헤드엔드 케이블 모뎀의 상태를 확인할 수 있다. 이때 헤드엔드 케이블 모뎀은 채널 결합 기능을 가질 수 있다. 다른 실시예에서 헤드엔드 케이블 모뎀은 채널 결합 기능을 갖지 않을 수 있다. 운용자(210)는 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)로 입력하는 상향 대역 할당 알고리즘을 선택하는 명령에서 채널 결합 기능을 갖는 상향 대역 할당 알고리즘과 채널 결합 기능을 수행하지 않는 상향 대역 할당 알고리즘을 선택할 수 있다.
도 3은 도 2에 상향 대역 할당 알고리즘 검증 장치에서 수행되는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향 대역 할당 알고리즘 검증 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 3을 참조하면, 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)은 운용 자(210)로부터 헤드엔드 케이블 모뎀의 상향 대역 할당 알고리즘을 선택하는 명령을 입력받고, 상향 대역 할당 메시지를 생성한다(310). 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)은 생성된 상향 대역 할당 메시지를 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈(230)로 전송한다.
헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈(230)은 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)로부터 상향 대역 할당 메시지를 수신한다(320).
헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈(230)은 상향 대역 할당 메시지에 대한 응답을 생성하고, 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)로 전송한다(330).
헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)은 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈(230)로부터 수신된 응답을 운용자(210)에게 출력한다(340). 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈(220)은 콘솔 출력 등을 통해 운용자(210)에게 응답을 제공할 수 있다. 이때 헤드엔드 케이블 모뎀은 채널 결합 기능을 가질 수 있다.
도 4는 채널 결합 기능을 갖는 헤드엔드 케이블 모뎀의 맥 모듈에서 출력되는 채널 수와 채널 결합의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 헤드엔드 케이블 모뎀은 채널1(401), 채널2(402), 채널3(403), 채널4(404), 채널5(405), 채널6(406), 채널7(407) 및 채널8(408)의 8 개의 채널들과, 채널 결합1(411), 채널 결합2(412), 채널 결합3(413), 채널 결합4(414), 채널 결합5(415) 및 채널 결합6(416)의 6개의 채널 결합 그룹을 갖는다.
예컨대, 채널1(201)은 채널 결합1(411), 채널 결합2(414), 및 채널 결합4(414)의 3 개의 채널 결합 그룹들을 가질 수 있다. 채널2(202)는 채널 결합1(411), 채널 결합2(412), 및 채널 결합4(414)의 3 개의 채널 결합 그룹들을 가질 수 있다. 채널3(203)는 채널 결합2(412) 및 채널 결합3(413)의 2 개의 채널 결합 그룹들을 가질 수 있다. 채널4(204)는 채널 결합2(414) 및 채널 결합3(413)의 2 개의 채널 결합 그룹들을 가질 수 있다. 채널5(205)는 채널 결합4(414) 및 채널 결합5(415)의 2 개의 채널 결합 그룹들을 가질 수 있다. 채널6(206)은 채널 결합4(414) 및 채널 결합5(415)의 2 개의 채널 결합 그룹들을 가질 수 있다. 채널7(207)은 채널 결합6(416)의 1 개의 채널 결합 그룹들을 가질 수 있다. 채널8(208)은 채널 결합6(416)의 1 개의 채널 결합 그룹들을 가질 수 있다. 채널 결합 기능을 갖는 헤드엔드 케이블 모뎀은 하나의 맥 모듈에서 출력되는 채널의 수와 채널 결합의 정보를 출력한다. 도 2에 도시된 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈(230)은 하나의 맥 모듈에서 출력되는 채널의 수 및 채널 결합의 정보를 응답으로 생성할 수 있다.
도 5는 DOCSIS 네트워크 모델의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, DOCSIS 네트워크 모델은 하나의 CMTS 모델(510)과 다수의 케이블 모뎀들(520, 530, 540)이 버스(502)를 통해 연결되는 구조로 표현될 수 있다. 채널 결합 기능을 갖는 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 모듈에서 케이블 모뎀을 위한 상향 대역을 할당하는 시스템을 구현하기 위해서는 CMTS 모델(510)이 CMTS 고유 기능들(예를 들면, DOCSIS 네트워크와 CMTS 초기화, 주기적으로 UCD 메시지와 동기(sync) 메시지 송신, 케이블 모뎀들 각각과 레인징 및 등록 처리, 요청(request)/QDB 요청 수신 및 대역 할당과 스케줄링, 경쟁 구간과 예약 구간으로 구성된 맵 생성 및 송신, 데이터 패킷 송신)을 수행하도록 구현되어야 한다. CMTS 모델(510)이 CMTS 고유 기능을 효과적으로 수행할 수 있도록 하기 위해서 도 6과 같은 프로세스를 구성하여야 한다.
도 6은 CMTS 모델에 구성되는 프로세스를 보여주는 블록도이다.
도 6을 참조하면, CMTS 모델(510)은 데이터 관리 메시지의 송수신 상황 처리 프로세스(610), rtPS(Real-time Polling Service) 데이터의 요구 대역 할당 및 처리 프로세스(620), 일반 데이터 관리 메시지 송신 프로세스(630), 그리고 UGS(Unsolicited Grant Service) 데이터의 요구 대역 할당 및 처리 프로세스(640)를 포함한다. 데이터 관리 메시지의 송수신 상황 처리 프로세스(610)는 서비스 유형 및 이벤트 유형에 따라서 rtPS 데이터의 요구 대역 할당 및 처리 프로세스(620), 일반 데이터 관리 메시지 송신 프로세스(630), 그리고 UGS 데이터의 요구 대역 할당 및 처리 프로세스(640) 중 어느 하나를 호출한다.
비요청 승인 서비스(Unsolicited Grant Service: UGS) 트래픽은 고정적인 전송 속도를 요구하며, CMTS 모델(510)은 이 트래픽에 대해서 즉시 서비스를 제공하여야 한다. 실시간 폴링 서비스(Real-time Polling Service: rtPS) 트래픽은 단위 시간당 최소 요구 전송량이 있으며, 또한 데이터가 전송되는 지연에 대한 제한을 가지고 있다. 데이터 관리 메시지의 송수신 상황 처리 프로세스(610)는 케이블 모뎀들로부터의 이와 같은 트래픽들에 대한 대역 할당 및 송신 처리를 위해서 rtPS 데이터의 요구 대역 할당 및 처리 프로세스(620), 일반 데이터 관리 메시지 송신 프로세스(630), 그리고 UGS 데이터의 요구 대역 할당 및 처리 프로세스(640) 중 어느 하나를 호출한다.
도 7은 도 5에 도시된 CMTS 모델에서 수행되는 서비스 품질 보장을 위한 동작 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 7을 참조하면, CMTS 모델(510)은 도 6에 도시된 데이터 관리 메시지의 송수신 상황 처리 프로세스(610)를 실행한다(710). 데이터 관리 메시지의 송수신 상황 처리 프로세스(610)는 데이터를 입력받고(720), 입력된 데이터에서 서비스 유형을 판별한다.
만일 입력된 데이터가 rtPS 데이터이면(730), rtPS 데이터의 요구 대역 할당 및 처리 프로세스(620)가 호출되어 실행된다(740). 만일 입력된 데이터가 UGS 데이터이면(750), UGS 데이터의 요구 대역 할당 및 처리 프로세스(640)가 호출되어서 실행된다(760). 만일 입력된 데이터가 rtPS 데이터도 아니고, UGS 데이터도 아니면, 일반 데이터 관리 메시지 송신 프로세스(630)가 호출되어서 실행된다(770).
이와 같은 본 발명에 의하면, 채널 결합 방식을 도입한 DOCSIS 3.0 기반의 상향 스트림 패킷을 효율적으로 제어하고, 전송할 수 있는 상향 대역 할당 알고리즘을 검증할 수 있다.
예시적인 바람직한 실시예들을 이용하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위는 개시된 실시예들에 한정되지 않는다는 것이 잘 이해될 것이다. 오히려, 본 발명의 범위에는 다양한 변형 예들 및 그 유사한 구성들이 모두 포함될 수 있도록 하려는 것이다. 따라서, 청구범위는 그러한 변형 예들 및 그 유사한 구성들 모두를 포함하는 것으로 가능한 폭넓게 해석되어야 한다.
도 1은 헤드엔드 케이블 모뎀이 케이블 모뎀들로 상향 대역을 할당하는 것을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상향 대역 할당 알고리즘 검증 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2에 상향 대역 할당 알고리즘 검증 장치에서 수행되는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향 대역 할당 알고리즘 검증 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 4는 채널 결합 기능을 갖는 헤드엔드 케이블 모뎀의 맥 모듈에서 출력되는 채널 수와 채널 결합의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 DOCSIS 네트워크 모델의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 CMTS 모델에 구성되는 프로세스를 보여주는 블록도이다.
Claims (9)
- 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈이 헤드엔드 케이블 모뎀의 상향 대역 할당 알고리즘을 선택하는 명령을 입력받아 상향 대역 할당 메시지를 생성하는 단계와;헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈이 상기 상향 대역 할당 메시지를 수신하는 단계와;상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈이 상기 상향 대역 할당 메시지에 대한 응답을 생성하고, 생성된 응답을 상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈로 전송하는 단계; 그리고상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈이 상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈로부터 수신되는 상기 응답을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향 대역 할당 알고리즘 검증 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 헤드엔드 케이블 모뎀은 채널 결합 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 상향 대역 할당 알고리즘 검증 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈은 하나의 맥 모듈에서 출력되는 채널의 수 및 채널 결합의 정보를 상기 응답으로 생성하는 것을 특징으로 하는 상향 대역 할당 알고리즘 검증 방법.
- 복수의 케이블 모뎀들로부터의 요청에 응답해서 상향 대역 할당 알고리즘에 따라 상기 복수의 케이블 모뎀들 각각에게 대역을 할당하는 케이블 모뎀 종단 장치(cable modem termination system: CMTS)와;상기 상향 대역 할당 알고리즘을 선택하는 명령을 입력받아 상향 대역 할당 메시지를 생성하는 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈; 그리고상기 상향 대역 할당 메시지를 수신하고, 응답을 생성하는 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈을 포함하되;상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 관리 서브 모듈은 상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈로부터 수신되는 상기 응답을 콘솔 장치를 통해 출력하고,상기 케이블 모뎀 종단 장치는 상기 선택된 상향 대역 할당 알고리즘을 이용하여 상기 복수의 케이블 모뎀들 각각에게 대역을 할당하는 것을 특징으로 하는 헤드엔드 케이블 모뎀.
- 제 4 항에 있어서,상기 상향 대역 할당 알고리즘을 선택하는 명령은 채널 결합 기능을 갖는 상향 대역 할당 알고리즘과 채널 결합 기능을 수행하지 않는 상향 대역 할당 알고리즘 중 어느 하나를 선택하기 위한 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드엔드 케이블 모뎀.
- 제 4 항에 있어서,상기 케이블 모뎀 종단 장치는,상기 복수의 케이블 모뎀들로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터가 rtPS(Real-time Polling Service) 데이터이면 rtPS 데이터의 요구 대역 할당 및 처리 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하는 헤드엔드 케이블 모뎀.
- 제 4 항에 있어서,상기 케이블 모뎀 종단 장치는,상기 복수의 케이블 모뎀들로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터가 UGS(Unsolicited Grant Service) 데이터이면 UGS 데이터의 요구 대역 할당 및 처리 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하는 헤드엔드 케이블 모뎀.
- 제 4 항에 있어서,상기 케이블 모뎀 종단 장치는,상기 복수의 케이블 모뎀들로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터가 rtPS(Real-time Polling Service) 데이터 및 UGS(Unsolicited Grant Service) 데이터가 아니면 일반 데이터 관리 메시지 송신 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하는 헤드엔드 케이블 모뎀.
- 제 4 항에 있어서,상기 헤드엔드 케이블 모뎀 맥 제어 서브 모듈은 하나의 맥 모듈에서 출력되는 채널의 수 및 채널 결합의 정보를 상기 응답으로 생성하는 것을 특징으로 하는 헤드엔드 케이블 모뎀.
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