KR101229641B1

KR101229641B1 - 노드 제어 방법 및 그를 위한 이더넷 시스템

Info

Publication number: KR101229641B1
Application number: KR1020100126325A
Authority: KR
Inventors: 유상진
Original assignee: 에릭슨 엘지 주식회사
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2013-02-04
Also published as: KR20120065023A

Abstract

본 발명은 링(ring) 형태로 구성된 이더넷 시스템의 각 노드(node) 제어 방법 및 그를 위한 이더넷 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 이더넷 시스템은, 고장이 발생한 고장 노드에 대한 고장 정보를 저장하는 적어도 하나의 원격 노드, 고장 정보를 수집 및 분석하여 고장 정보에 대응하기 위한 명령을 형성하는 마스터 노드를 포함하되, 원격 노드는, 마스터 노드가 형성한 명령에 따라 고장 노드를 원격 리셋시킨다.

Description

노드 제어 방법 및 그를 위한 이더넷 시스템{METHOD FOR NODE CONTROLING AND ETHERNET SYSTEM FOR THE SAME}

본 발명은 이더넷 시스템 분야에 관련된 발명으로, 특히 링(ring) 형태로 구성된 이더넷 시스템의 각 노드(node) 제어 방법 및 그를 위한 이더넷 시스템에 관한 것이다.

캐리어급 이더넷(ethernet)은 보호(protection), 탄력성(resiliency), 신뢰성(reliability), 확장성(scalability) 및 관리성(manageability)과 같은 특징들을 중요시 하는 캐리어 망 환경에서 운용이 가능한 새로운 이더넷 제품을 말한다. 캐리어급 망에서 원하는 서비스가 정상적으로 동작되고 있으며, 장애 발생시 얼마나 빨리 이를 감지하고 복구하며, 어떻게 서비스별 또는 사용자별로 제공되는 트래픽의 양을 제한할 수 있는가 등이 이더넷 서비스 또는 이더넷 제품을 적용하려는 서비스 제공자들이 가지는 주관심사이다.

그러나 전통적인 LAN(local area network) 중심의 이더넷 기술에서는 제공되는 관리 기능이 없기 때문에 캐리어 망에 이더넷을 확산시키는 데 큰 장애요인으로 대두되고 있다. 엄밀한 서비스 품질(QoS)을 보장할 수 없으며, 장애 발생에 대한 보호기능이 매우 미약하여 캐리어급 망에 적용하기에 적절하지 않기 때문에, OAM(operations administration and maintenance) 기능을 통하여 감시 및 제어를 수행한다.

그러나 이 방법은 간단하게 구현이 가능하지만 CPU가 비정상(abnormal) 상태이면 보내질 수 없고 패킷(packet)을 전송할 만큼 전원 유지 시간이 짧거나 QoS 등으로 순위가 밀릴때는 패킷 손실(loss)이 생길 수도 있다. 그리고 기존의 링 구성에서는 전원레벨 감소(Dying gasp)이 발생하면 전원레벨 감소 패킷을 망에 던지고 장치는 오프(off)가 되는데 장치의 입력전압이 불안정할 때 즉 온/오프가 반복되어 일어나고 있는 상황이라면 문제는 심각해진다. 망에 연결되어 있는 모든 장치가 전원레벨 감소 패킷을 던지고 오프가 되고 다시 온이 되고 또 정전 패킷을 던지고 오프하는 작업이 반복이 된다. 이렇게 되면 망에 예상치 못한 패킷들이 많이 생성되어 전체 망의 성능에 영향을 끼치게 된다. 그리고 한꺼번에 많은 노드의 정보가 전달되면 노드 관리자에는 많은 부하(load)가 걸리게 되고 이 부하로 인하여 전체적인 망에 치명적인 에러(error)가 발생할 수도 있다. 실제로 적용된 망에서 전원 불안정에 의한 위와 같은 패킷 몰림 현상에 의해 망전체가 멈추어 버리는 현상이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 링(ring) 형태로 구성된 이더넷 시스템의 각 노드(node) 제어 방법 및 그를 위한 이더넷 시스템을 제공한다.

본 발명의 이더넷 시스템은, 고장이 발생한 고장 노드에 대한 고장 정보를 저장하는 적어도 하나의 원격 노드; 및 상기 고장 정보를 수집 및 분석하여 상기 고장 정보에 대응하기 위한 명령을 형성하는 마스터 노드를 포함하되, 상기 원격 노드는, 상기 마스터 노드가 형성한 명령에 따라 상기 고장 노드를 원격 리셋시킨다.

또한 본 발명의 이더넷 시스템의 노드 제어 방법은, a) 적어도 하나의 원격 노드가 고장이 발생한 고장 노드에 대한 고장 정보를 형성하여 저장하는 단계; b) 마스터 노드가 상기 고장 정보를 수집 및 분석하여 상기 고장 정보에 대응하기 위한 명령을 형성하는 단계; 및 c) 상기 마스터 노드의 명령에 따라 상기 원격 노드가 상기 고장 노드를 원격 리셋시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 현재까지 알려진 OAM(operations administration and maintenance) 방법을 사용할 때보다 신뢰성과 안정성이 뛰어나다. 일반적인 OAM 방법은 패킷 손실(packet loss)이 발생하면 전달할 방법이 없지만 본 발명에 따르면 마스터(master)의 레지스터 클리어(clear) 명령이 오기 전까지는 상대편 장치의 상태 값을 잠그고(latch) 있기 때문에 설사 패킷 손실이 생기더라도 마스터는 정확한 각 노드의 상태를 알 수 있다. 그리고 OAM 방식은 CPU가 비정상 상태가 되면 상대편 장치로 정보를 전혀 전달할 수 없지만 본 발명의 방법을 이용하면 링(Ring)으로 구성된 어떤 노드의 상태도 CPU의 정상 유무와 상관없이 알 수가 있다. 따라서 본 발명은 타 이더넷 시스템에 비해 망 구성이 용이할 뿐만 아니라 신뢰성 증진에도 도움이 된다.

도 1은 링형 네트워크 시스템의 구성을 보이는 예시도.
도 2는 특정 노드 사이에 링크 장애(link failure)가 발생할 경우의 데이터 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이더넷 시스템의 구성을 보이는 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원격 노드의 구성을 보이는 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노드 제어 방법의 절차를 보이는 플로우챠트.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 링형 네트워크 시스템의 구성을 보이는 예시도이다.

도 1을 참조하면, A 노드(node)가 링 마스터(ring master; PON 시스템에서는 OLT에 해당)가 되고 B~F 노드는 각 링 노드(ring node; PON 시스템에서는 ONT/ONU에 해당)가 된다. 각 노드 간에는 보호(protection)를 위해 두 개의 광 라인으로 연결되어 있다. WDM PON(wavelength division multiplexing passive optical network) 시스템에서는 링 마스터와 연결되어 있는 노드 즉, A 노드와 B 노드, A 노드와 F 노드 사이만 PON 구간이 되고 나머지 노드 사이의 구간은 일반적인 이더넷(ethernet) 광라인이 연결된다. GPON(gigabit PON), EPON(ethernet PON) 시스템은 전 구간이 PON으로 구성되고 일반적인 캐리어급 이더넷 시스템은 이더넷 광 라인으로 연결된다. A 노드와 B 노드 구간은 데이터의 유동(floating)을 방지하기 위하여 막혀 있는 상태(block)이고 보호를 위해 연결이 되어 있다.

도 2는 특정 노드 사이 즉, E 노드와 D 노드 사이에 링크 장애(link failure)가 발생할 경우의 데이터 흐름을 보이는 예시도이다. 도 2를 참조하면, 기존에 블록(block) 되어있는 A 노드와 B 노드 사이의 블록이 해제되고 각 노드간의 데이터는 정상적으로 흐르게 된다. 이 때 OAM 신호도 각 노드간의 데이터와 같은 경로(path)로 전달되게 된다.

도 2에서 E 노드와 D 노드간의 연결 실패의 원인이 단순한 물리 연결 매체(광케이블, 광아답터 등)의 불량이라면 데이터 및 OAM 전달이 정상적으로 동작하여 망 운영에는 문제가 없지만 E 노드나 D 노드의 CPU 문제라면 문제는 달라진다.

CPU가 비정상적인 모드(mode)로 동작할 때 두가지 현상이 발생할 수 있다. 기본적인 데이터는 전에 설정(setting)되어 있는 QoS를 통해 정상적으로 흐르거나 그렇지 않은 두가지 경우이다. 위 두가지 경우 모두 OAM 패킷은 정상적으로 동작하지 않는다. 왜냐하면 OAM 패킷은 CPU가 제어하기 때문이다.

도 2에서 D 노드가 비정상적인 모드에 있다고 가정을 한다면 OAM 관점에서는 비정상적으로 운영될 수 밖에 없다. D 노드에 물려 있는 가입자의 데이터는 정상적으로 동작할 수도 있지만 D 노드에 대한 OAM 패킷은 정상적으로 동작하지 않는다. 이런 경우 링 마스터인 A 노드에서는 D 노드의 상태를 정확하게 예측할 수가 없다. D 노드에 오는 데이터는 정상적으로 흐르는데 D 노드에 대한 OAM 패킷을 받을 수 없기 때문에 고장이 난 것인지 단순 패킷 누락(packet drop)인지 판단하기가 쉽지 않다. 이런 경우에는 서비스 엔지니어가 직접 D 노드에 나가서 시스템을 점검해야 D 노드의 상태를 정확하게 파악할 수 있다.

전원레벨 감소(dying gasp) 및 CPU 비정상(abnormal) 등 이더넷 시스템에 치명적인 장애(failure) 원인 전달 방법은 OAM 패킷을 통한 방법이 아닌 하드웨어에 의존(Hardware dependent)하는 방법으로 전달되어야 한다. 이는 CPU에 정상동작 여부와는 상관 없이 하드웨어만 정상적으로 동작을 한다면 모든 시스템은 원격(remote site)에서 복구 및 환경감시가 가능할 수 있게 된다.

이를 위해 CPU의 상태와는 상관없이 양쪽 노드 간에 통신을 할 수 있는 방법인 SD(signal detect)를 이용한 통신 방법을 사용한다. 기존의 이더넷 시스템에서는 OAM을 통해서 시스템 감시와 제어가 이루어지기 때문에 CPU가 비정상적으로 동작하는 노드의 전원레벨 감소, 원격 리셋, CPU 비정상 등의 상태는 감지할 수가 없다. 이는 원격 제어가 강조되는 캐리어 이더넷 시스템에서는 치명적인 오류가 될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 시스템에 치명적인 인자가 되는 전원레벨 감소, 원격 리셋(remote reset), CPU 비정상의 3가지에 대해서는 CPU의 상태와 상관없이 링 마스터로 상태를 전달할 수 있도록 한다. 그러나 이더넷 시스템에 치명적인 오류는 상기한 3가지 경우에 한정되지 않는다.

망 구성이 노드와 노드가 일대일(Peer to Peer)로 연결되어 있다면 OLT(optical line terminal)에 해당하는 노드에서만 제어되면 되지만 링형 망 구성에서는 OLT 뿐만 아니라 ONT(optical network terminal)/ONU(optical network unit)에 해당하는 노드도 제어 및 감시가 가능해야 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이더넷 시스템의 구성을 보이는 예시도이다. 도 3을 참조하면, 링형 망이 구성되면 각 노드들은 보호를 위해 P1, P2 두 개의 링크(link)가 연결된다. 링 마스터 노드인 A 노드의 CPU는 처음 망이 구성되면 링의 물리적 연결이 어떻게 구현되어 있는지 각 원격 노드의 CPU에게 요청을 한다. 요청을 받은 원격 노드의 CPU는 시스템에 고유하게 부여되어 있는 맥 주소(MAC address)를 통해 자신의 노드와 상대 노드의 연결을 링 마스터 노드에게 보고한다. 원격 노드는 맥 학습(MAC learning)을 통해 대국의 맥 주소를 알 수 있기 때문에 대국에 어떤 장치가 연결되었는지 알 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 C 노드는 맥 학습을 통해 P1에 연결된 장치가 B 노드인지는 알 수는 없지만 B 노드의 P2에 연결되어 있는 맥 주소를 알 수는 있다. 또한 C 노드는 P2에 연결된 장치가 D 노드인지는 알 수 없지만 D 노드의 P1에 연결되어 있는 맥 주소를 알 수 있다. C 노드는 이렇게 알게된 맥 주소를 링 마스터 노드인 A 노드에 보고하게 된다. A 노드의 CPU는 원격 노드에서 보고 되어지는 맥 주소를 통해 링형 망의 구성이 도 3에서와 같이 A,B,C,D 노드가 링 형태로 구성되어 있고 각 노드의 P1, P2가 어떻게 연결되어 있는지 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원격 노드의 구성을 보이는 블록도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노드 제어 방법의 절차를 보이는 플로우챠트이다.

각 원격 노드는 제어부(110), 광처리부(120) 및 저장부(130)를 포함한다.

제어부(110)는 해당 노드를 모니터링하고(S110), 노드의 상황에 따라 타 원격 노드로 고장 정보를 알리기 위하여 광처리부(optic)(120)를 제어(control)하여 일정한 패턴을 갖는 광신호인 SD 신호를 형성하도록 광제어 신호를 형성한다(S120). 아울러 제어부(110)는 광처리부(optic)(120)를 통해 타 노드들로부터 전송되는 SD 신호를 제어하고 감시할 수 있어야 한다. 본 발명에서는 제어부(110)로 FPGA(field programmable gate array)를 통한 구현을 가정하였으나, 제어부(110)가 FPGA로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 3의 D 노드(고장 노드) CPU가 비정상 상태일 경우 고장 노드의 제어부(110)는 CPU 비정상 상태의 SD 신호를 형성하도록 광제어 신호를 형성한다. 본 실시예에서 고장 정보는 전원레벨 감소 및 CPU 비정상 상태에 대한 정보를 포함할 수 있다. 하지만 고장 정보는 이에 한정되지 않는다.

고장 노드의 광처리부(120)는 제어부(110)의 광제어 신호를 전송받아 노드의 상황에 따른 고장 정보를 SD 신호로 형성한다(S130). 예를 들어, 본 발명의 이더넷 시스템(100)에서 SD 신호는 전원레벨 감소의 신호로 "1010110"을, 원격 리셋의 신호로 "1011010", CPU 비정상 상태의 신호로 "10010010"을 정의하여 사용할 수 있다. 도 3의 D 노드(고장 노드) CPU가 비정상 상태일 경우 고장 노드의 광처리부(120)는 제어부(110)의 광제어 신호를 전송받아 CPU의 비정상 상태를 나타내는 "10010010"의 SD 신호를 형성한다. C 노드(원격 노드)의 광처리부(120)는 고장 노드의 광처리부(120)로부터 CPU의 비정상 상태를 나타내는 SD 신호를 전송받아 고장 노드의 CPU가 비정상 상태임을 나타내는 상태 신호를 형성한다(S140).

원격 노드의 제어부(110)는 광처리부(120)로부터 상태 신호를 전송받아 고장 노드의 고장 정보 즉, CPU 비정상 상태임을 저장부(130)에 저장하도록 한다(S150). 원격 노드의 저장부(130)에 저장된 고장 정보는 링 마스터 노드가 읽어가기 전에는 잠겨 있게 된다. 링 마스터 노드는 각 원격 노드의 저장부(130)를 주기적으로 읽어들이면서(polling) 각 원격 노드들에 고장 정보가 저장되어 있을 경우 이를 수집 및 점검한다(S160). 원격 노드의 저장부(130)에 저장된 값을 링 마스터 노드가 읽어가게 되면, 링 마스터 노드는 원격 노드가 원격 리셋 신호를 나타내는 SD 신호인 "1011010"를 형성하도록 명령한다(S170). 원격 노드로부터 원격 리셋 신호를 나타내는 SD 신호를 전달받은 고장 노드의 광처리부(120)는 원격 리셋에 해당하는 상태 신호를 형성하고, 상태 신호를 전송받은 고장 노드의 제어부(110)는 CPU의 도움없이 장치를 리셋할 수 있게 된다(S180). 이렇게 되면 원격에서 모든 작업을 관리할 수 있게 되고 장치의 신뢰성이 높아지게 되며 운용비용을 감소시킬 수 있다.

전원레벨 감소의 경우 기존에는 정전이 발생할 때 ONU/ONT장치의 전원이 완전히 떨어지기 전에 OAM 패킷 메시지를 전송하게 된다. 전원레벨 감소의 메시지가 외부전원 없이 보내질 수 있도록 메시지가 보내질 수 있는 시간만큼 해당 노드의 전원이 유지되어야 한다. OAM 패킷을 이용한 방법은 간단하게 구현이 가능하지만, 해당 노드의 CPU가 비정상 상태면 OAM 패킷을 전송할 수가 없고 패킷을 뿌릴 만큼 전원 유지 시간이 짧거나 QoS 등으로 순위가 밀릴 때는 패킷이 손실될 수도 있다. 그러나 본 발명의 방법을 사용하면 하드웨어로 구현이 가능하기 때문에 패킷 손실등의 문제가 발생할 가능성이 없다.

특정 노드의 전원레벨 감소시 복구를 위한 절차는 다음과 같다. 각 노드의 제어부(110)는 전원을 모니터링하고 있다가 전원이 특정 전압보다 떨어지게 되면 광제어 신호로 광처리부(120)를 제어하여 전원레벨 감소신호를 형성한다. 전원레벨이 감소한 특정 노드와 연결된 상대편 노드에서는 전원레벨 감소신호를 SD를 통해서 대국의 전원레벨이 감소하였음을 알 수 있게 되고 이 값을 내부 레지스터에 저장한다. 링 마스터의 CPU는 각 노드의 내부 레지스터를 주기적으로 읽어들이면서(polling) 각 노드들의 상태를 점검한다. 즉 특정 OAM 패킷이 없이도 모든 노드의 치명적인 실패의 검출이 가능하게 된다.

본 발명의 제어부(110) 즉, FPGA는 SD 신호를 형성하기 위한 광제어 신호 형성 기능, 광처리부(120)에서 형성된 상태 신호의 모니터링 기능, 저장부(130)에 저장된 상태 값을 잠글 수 있는 기능 및 링 마스터가 값을 읽어가면 잠긴 저장부(130)를 클리어하고 다시 모니터링을 시작할 수 있는 기능 등을 수행할 수 있다.

기존의 링 네트워크 구성에서는 전원레벨 감소 현상이 발생하면 전원레벨 감소 패킷을 망에 던지고 장치는 오프가 되는데 장치의 입력전압이 불안정할 때 즉 온/오프가 토글이 되고 있는 상황이라면 망에 예상치 못한 패킷들이 많이 발생하고 전체 망의 성능에 영향을 끼치게 된다. 그리고 한꺼번에 많은 노드의 정보가 전달되면 링 마스터에는 많은 부하가 걸리게 되고 이 부하로 인하여 전체적인 망에 치명적인 에러가 발생할 수도 있다. 실제 망에서 전원 불안정에 의한 위와 같은 패킷 몰림 현상에 의해 망전체가 멈추어 버리는 현상이 발생하곤 한다. 본 발명에서 사용된 상태(status) 저장 방식을 사용하면 패킷 전달 방식에 의해 야기될 수 있는 문제들을 해결할 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

110: 제어부 120: 광처리부
130: 저장부

Claims

이더넷 시스템으로서,
고장이 발생한 고장 노드에 대한 고장 정보를 SD(signal detect) 신호를 통해 전달받아 저장하는 적어도 하나의 원격 노드; 및
상기 원격 노드에 저장된 각 노드의 고장 정보를 수집 및 분석하여 상기 고장 정보에 대응하기 위한 명령을 형성하는 마스터 노드를 포함하되,
상기 원격 노드는, 상기 마스터 노드가 형성한 명령에 따라 상기 고장 노드를 원격 리셋시키는 이더넷 시스템.
제1항에 있어서,
상기 고장 노드는,
상기 고장 노드를 모니터링하고, 상기 고장 노드의 상황에 따른 SD(signal detect) 신호를 형성하도록 광제어 신호를 형성하는 제1 제어부; 및
상기 광제어 신호를 전송받아 상기 고장 노드의 상황에 따른 SD 신호를 형성하는 제1 광처리부를 포함하는 이더넷 시스템.
제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 원격 노드는,
상기 고장 노드의 상기 제1 광처리부가 형성한 상기 SD 신호를 전송받아 상기 고장 정보에 따른 상태 신호를 형성하는 제2 광처리부;
상기 상태 신호에 따른 상기 고장 정보를 저장하도록 제어하는 제어부; 및
상기 고장 정보를 저장하는 상기 저장부를 포함하는 이더넷 시스템.
제3항에 있어서,
상기 마스터 노드는,
각 원격 노드의 상기 저장부를 주기적으로 폴링(polling)하여 상기 고장 정보를 수집하는 이더넷 시스템.
제4항에 있어서,
상기 SD 신호는, 소정 패턴을 갖는 광신호인 이더넷 시스템.
제5항에 있어서,
상기 고장 정보는, 전원레벨 감소 및 CPU 비정상 상태에 대한 정보를 포함하는 이더넷 시스템.
이더넷 시스템의 노드 제어 방법으로서,
a) SD(signal detect) 신호를 전달받아 적어도 하나의 원격 노드가 고장이 발생한 고장 노드에 대한 고장 정보를 형성하여 저장하는 단계;
b) 마스터 노드가 상기 원격 노드에 저장된 각 노드의 고장 정보를 수집 및 분석하여 상기 고장 정보에 대응하기 위한 명령을 형성하는 단계; 및
c) 상기 마스터 노드의 명령에 따라 상기 원격 노드가 상기 고장 노드를 원격 리셋 시키는 단계를 포함하는 노드 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 단계 a)는,
상기 고장 노드가 CPU 상태를 모니터링하여 상황에 따른 SD(signal detect) 신호를 형성하여 상기 원격 노드로 전달하는 단계; 및
상기 원격 노드가 상기 SD 신호를 전송받아 상기 고장 정보에 따른 상태 신호를 형성하고, 상기 상태 신호에 따른 상기 고장 정보를 저장부에 저장하는 단계를 포함하는 노드 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 단계 b)는,
상기 마스터 노드가 각 원격 노드의 저장부를 주기적으로 폴링(polling)하여 상기 고장 정보를 수집하는 노드 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 SD 신호는, 소정 패턴을 갖는 광신호인 노드 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 고장 정보는, 전원레벨 감소 및 CPU 비정상 상태에 대한 정보를 포함하는 노드 제어 방법.