KR101279217B1

KR101279217B1 - 광대역 무선 액세스 서비스를 위한 유-무선 네트워크 통합 방법, 시스템 및 이를 위한 기록 매체

Info

Publication number: KR101279217B1
Application number: KR1020110011173A
Authority: KR
Inventors: 강민호; 정복래; 이승진
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2013-07-30
Also published as: KR20120090639A

Abstract

유-무선 네트워크 통합 방법, 시스템 및 이를 위한 기록 매체를 공개한다. 유-무선 네트워크 통합 방법, 시스템 및 이를 위한 기록 매체는 유선 네트워크인 EPON과 무선 네트워크인 WiMAX를 조인트 컨트롤러를 이용하여 연결한다. 그리고 중앙 집중 스케줄링 기법을 이용하여 이전 승인된 데이터를 EPON의 OLT로 전송할 때, 이후 데이터를 위해 WiMAX에서 수집된 대역폭 요청을 함께 전송하여 대역폭 요청 및 데이터 요청 시간을 줄일 수 있다. 또한 조인트 컨트롤러의 QoS 매퍼가 EPON의 QoS 등급과 WiMAX 서비스 등급의 불일치를 조절하여 유-무선 네트워크 통합 시스템의 QoS를 보장할 수 있다.

Description

광대역 무선 액세스 서비스를 위한 유-무선 네트워크 통합 방법, 시스템 및 이를 위한 기록 매체{Method and system for wire and wireless network connection, recording medium for the same}

본 발명은 유-무선 네트워크 통합 방법, 시스템 및 이를 위한 기록 매체에 관한 것으로, 특히 광대역 무선 액세스 서비스를 위한 유-무선 네트워크 통합 방법, 시스템 및 이를 위한 기록 매체에 관한 것이다.

음성 서비스가 무선 네트워크의 주요 트래픽을 이뤘던 과거와는 달리 현재는 무선 인터넷, 모바일 IPTV, 화상통화, PTP (Point-To-Point) 서비스 같은 고속 데이터 서비스에 대한 무선 가입자들의 트래픽 요구가 급속히 증가하고 있다. 이러한 변화에 따라 셀 사이트(cell site)에서 추가적인 대역폭 증가 압박이 가해지고 있다. 통신사업자와 장비 사업자들은 기존 기술의 용량 한계를 극복하고 비용 출혈을 최소화하면서 무선 백홀(wiless backhaul)을 구축할 수 있는 해법을 찾고 있다. 기존 구리회선 기반 액세스 솔루션들은 급속히 증가하는 가입자 트래픽(traffic)을 모두 수용하지 못하고 조만간 포화 될 것으로 예상된다. 이러한 상황에 돌파구를 열어줄 솔루션이 수동형 광가입자 망(Passive Optical Network : 이하 PON) 기술이다. PON은 광섬유(Optical Fiber)의 대역 이득으로 획기적인 네트워크 용량을 제공하고 유지 및 보수비용이 저렴하여 기존 무선 백홀을 대체할 기술로 주목되고 있다. 그 중에서도 이더넷 수동형 광가입자 망(Ethernet PON : 이하 EPON)은 용량이 크고, 시분할다중접속(Time-Division Multiple Access : 이하 TDMA)(또는 시분할 다중화(Time-Division Multiple : 이하 TDM)) 기술을 이용하여 경제적인 채널을 제공하여 사업자들이 가장 선호하는 PON 기술 중에 하나이다.

한편, 광대역 인터넷 및 멀티미디어 서비스의 급속한 성장에 편승해 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 기술이 등장 했다. WiMAX는 높은 데이터 전송률, 저렴한 설비비용, 안정적인 QoS(Quality of service)를 제공하면서 장소에 구애 받지 않고 초고속 무선 액세스를 제공하는 매력적인 기술로 자리매김 하고 있다.

이에, 사용자에게 경제적 효율과 함께 넓은 대역과 이동성을 제공하기 위하여, 광 과 무선의 결합의 관점에서 많은 연구가 수행되어 왔으며, 광과 무선 네트워크의 결합은 아키텍처(architecture), 물리 레이어(physical layer) 및 맥 레이어(MAC layer)의 관점에서 주로 연구되어 왔다. 그리고 이러한 연구의 일환으로 EPON과 WiMAX의 결합이 연구되고 있다.

본 발명의 목적은 중앙 집중 스케줄링 기법을 적용하여 효율적으로 EPON과 WiMAX를 결합할 수 있는 유-무선 네트워크 통합 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 유-무선 네트워크 통합 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 유-무선 네트워크 통합 방법은 하나 또는 그 이상의 광 종단 장치(이하 ONU)를 구비하는 EPON과 하나 또는 그 이상의 기지국과 복수개의 가입자 단말기를 구비하는 WiMAX 및 상기 ONU와 상기 ONU에 대응하는 상기 기지국을 연결하기 위한 조인트 컨트롤러(이하 JC)를 구비하는 유-무선 네트워크 통합 방법에 있어서, 상기 복수개의 가입자 단말기 중 하나 또는 그 이상의 가입자 단말기로부터 데이터 전송을 위한 대역폭 요청하는 대역폭 요청 메시지가 상기 하나 또는 그 이상의 기지국 중 대응하는 기지국을 통해 상기 JC로 전송되는 단계, 이전 승인된 데이터가 상기 ONU로부터 EPON의 회선 단말기(이하 OLT)로 전송될 때, 상기 대역폭 요청 메시지가 상기 이전 승인된 데이터와 함께 REPORT 메시지로서 전송되는 단계, 상기 REPORT 메시지에 응답하여 상기 OLT에 의해 승인되는 대역폭 정보를 포함하는 GATE메시지가 상기 ONU를 통해 상기 JC 및 상기 기지국으로 전송되는 단계, 상기 JC 및 상기 기지국으로 전송된 상기 GATE 메시지에 응답하여 승인된 대역폭이 전송 시간과 함께 상기 가입자 단말기로 전송되는 단계, 및 상기 전송 시간에 데이터가 상기 가입자 단말기로부터 상기 기지국 및 상기 ONU를 통해 상기 OLT로 전송되는 단계를 구비한다.

상기 목적을 달성하기 위한 유-무선 네트워크 통합 방법은 하나 또는 그 이상의 광 종단 장치(이하 ONU)를 구비하는 EPON과 하나 또는 그 이상의 기지국과 복수개의 가입자 단말기를 구비하는 WiMAX 및 상기 ONU와 상기 ONU에 대응하는 상기 기지국을 연결하기 위한 조인트 컨트롤러(이하 JC)를 구비하는 유-무선 네트워크 통합 방법에 있어서, 상기 복수개의 가입자 단말기 중 하나 또는 그 이상의 가입자 단말기로부터 데이터 전송을 위한 대역폭 요청하는 대역폭 요청 메시지가 상기 하나 또는 그 이상의 기지국 중 대응하는 기지국을 통해 상기 JC로 전송되는 단계, 상기 대역폭 요청 메시지가 서비스 등급에 따라 분류 및 저장되고, 이전 승인된 데이터가 상기 ONU로부터 EPON의 회선 단말기(이하 OLT)로 전송될 때, 분류 및 저장된 상기 대역폭 요청 메시지가 상기 이전 승인된 데이터와 함께 REPORT 메시지로서 전송되는 단계, 상기 REPORT 메시지에 응답하여 상기 OLT에 의해 승인되는 대역폭 정보를 포함하는 GATE메시지가 상기 ONU를 통해 상기 JC 및 상기 기지국으로 전송되는 단계, 상기 JC 및 상기 기지국으로 전송된 상기 GATE 메시지에 응답하여 승인된 대역폭이 전송 시간과 함께 상기 가입자 단말기로 전송되는 단계, 및 상기 전송 시간에 데이터가 상기 가입자 단말기로부터 상기 기지국 및 상기 ONU를 통해 상기 OLT로 전송되는 단계를 구비한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 복수개의 가입자 단말기 중 하나 또는 그 이상의 가입자 단말기로부터 데이터 전송을 위한 대역폭 요청 및 데이터를 인가받는 하나 또는 그 이상의 기지국을 구비하는 WiMAX, 회선 단말기(이하 OLT)에서 이전 승인된 상기 데이터와 함께 대역폭 요청 메시지를 REPORT 메시지로서 상기 OLT로 전송하는 하나 또는 그 이상의 광 종단 장치(이하 ONU)를 구비하는 EPON, 및 상기 기지국으로 인가된 대역폭 요청을 수집하여 상기 대역폭 요청 메시지를 생성하여 상기 ONU에 저장하고, 상기 OLT로부터 상기 대역폭 요청 메시지에 응답하여 전송되는 GATE 메시지에 포함되는 대역폭 정보를 상기 하나 또는 그 이상의 기지국을 통해 상기 하나 또는 그 이상의 가입자 단말기로 전송하는 조인트 컨트롤러(이하 JC)를 구비한다.

따라서, 본 발명의 광대역 무선 액세스 서비스를 위한 유-무선 네트워크 통합 방법, 시스템 및 이를 위한 기록 매체는 유선 네트워크인 EPON과 무선 네트워크인 WiMAX를 중앙 집중 스케줄링 기법을 이용하여 대역폭 요청 및 데이터 요청 시간을 줄여서 효율적인 유-무선 네트워크 통합 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유-무선 통합 시스템의 일예로 EPON-WiMAX 통합 시스템을 나타낸다.
도 2 및 도 3은 각각 도 1의 협력 광 종단장치-기지국 구조(COB)의 기능 모듈과 하이브리드 광 종단장치-기지국 구조(HOB)의 기능 모듈을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 도2 의 COB를 이용하는 중앙 집중 스케줄링 기법을 위한 기능 모듈들의 동작의 일예를 나타낸다.
도 5는 도 4의 중앙 집중 스케줄링 기법의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다.
도 6은 기존의 독립 스케줄링 기법에 대비한 본 발명의 중앙 집중 스케줄링 기법의 지연 시간 이득을 나타낸다.
도 7은 광 종단 장치(ONU)에서 패킷이 지연이 발생되는 요소를 나타낸다.
도 8 및 도 9는 중앙 집중 스케줄링 기법과 독립 스케줄링 기법의 평균 큐잉 지연을 나타낸다.
도 10 및 도 11은 중앙 집중 스케줄링 기법과 독립 스케줄링 기법의 평균 ETE 지연을 나타낸다.
도 12 및 도 13은 중앙 집중 스케줄링 기법과 독립 스케줄링 기법의 평균 처리량을 나타낸다.
도 14 및 도 15는 평균 ETE(End-To-End) 지연과 최대 ETE 지연을 나타낸다.
도 16은 분배기로부터 회선 단말기(OLT)까지의 평균 처리량을 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 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, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유-무선 통합 시스템의 일예로 EPON-WiMAX 통합 시스템을 나타낸다.

본 발명에서는 유선 네트워크로서 EPON를 이용하고, 무선 네트워크로서 WiMAX를 이용한다. 그리고 EPON과 WiMAX를 결합하여 광대역 무선 액세스 서비스를 위한 유-무선 네트워크 통합 시스템을 구축한다.

EPON과 WiMAX의 결합은 다음과 같은 상호 보완적인 시너지 효과(synergy effect)를 가져온다. 첫 번째, 대용량 이동성이다. EPON은 이동성이 없는 반면 광섬유의 높은 대역이득으로 대용량 유선 가입자 서비스를 제공한다. 그에 비해, WiMAX는 무선 스펙트럼 때문에 기지국 용량이 제한되지만 이동성을 제공한다. 두 번째, 넓은 서비스 영역 제공이다. 기존 구리 회선 기반 네트워크인 T-1/E-1과 DSL의 경우 전송 거리가 길어야 5km내인 반면에 EPON의 경우 최대 20km까지 서비스 가능하다. 이는 기존 네트워크에서 서비스 영역 확장에 쓰이는 중계기 증설에 필요한 비용과 시간을 줄인다. 마지막으로, 합리적인 전송용량의 조화이다. 가격대 성능이 우수하여 상업적으로 가장 널리 사용되는 16분기(16 splitting ratio) EPON의 경우 하향 65Mbps 전송 용량을 가진다. 이는 현재 서비스 중인 WiMAX 기지국 최대 전송 용량인 70Mbps와 거의 일치하여, 두 기술의 결합 시 용량 차이에서 발생하는 병목 현상 (Bottleneck)을 최소화 시킬 수 있다.

EPON과 WiMAX의 성공적인 결합을 위해서는, Media Access Control (MAC) 계층에서 전송 스케줄링 및 QoS 제공 등의 기술적 이슈가 해결 되어야 한다. 특히, 기존에 PON과 WiMAX를 결합하기 위하여 고안된 독립 스케줄링(Independent Scheduling : 이하 IS) 기법은 PON과 WiMAX이 각각 독립적으로 대역폭을 예약하고 전송하므로 기존의 통합 시스템의 심각한 성능 저하를 유발한다. 즉 기존의 IS 방식은 EPON과 WiMAX간 대역폭 예약 및 QoS 매핑 정보를 공유하지 않기 때문에 통합 네트워크에서 패킷 지연을 초래한다. 또한 EPON과 WiMAX는 서로 다른 MAC 프로토콜(MAC protocol)을 사용하므로, 이질적인 MAC 특성 때문에 QoS가 단절되는 문제가 발생한다.

본 발명에서는 광 종단 장치(Optical Network Unit : 이하 ONU)와 기지국(BaseStation : 이하 BS) 사이의 비협업과 비효율적인 결합 구조에서 발생하는 이러한 문제를 해결하기 위해, 중앙 집중 스케줄링(Centralized Scheduling : 이하 CS) 기법을 제공한다. 또한 QoS가 단절되는 문제를 해결하기 위해 EPON과 WiMAX 사이에 QoS를 보장하기 위한 통합 시스템 구조와 함께 QoS 전송 프로토콜을 제공한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 EPON과 WiMAX 통합 시스템 결합 구조로 독립 광 종단장치-기지국 구조(Independent ONU-BS : 이하 IOB)(IOB), 협력 광 종단장치-기지국 구조(Combined ONU-BS : 이하 COB)(COB), 그리고 하이브리드 광 종단장치-기지국 구조(Hybrid ONU-BS : 이하 HOB)(HOB)의 세 가지 구조를 제안한다.

먼저 IOB는 표준 이더넷 인터페이스를 통해 ONU를 BS에 직접 연결하는 구조로서 가장 단순하게 구현이 가능하다. 이 구조는 기존의 ONU 및 BS 인프라를 그대로 활용할 수 있으므로, 추가적인 비용 및 필요 요건이 없다는 이득을 갖는다. 그러나, EPON 및 WiMAX 동작이 독립적이기 때문에, ONU는 BS로부터 주어진 SS 의 대역폭이 얼마나 많은지에 대한 정보를 갖지 못하고, BS는 ONU에 할당된 OLT의 대역폭의 양을 알지 못한다. 따라서 IOB는 광 네트워크의 대역폭 및 무선 네트워크의 대역폭 모두를 최대로 사용하기 어려우므로, 결합된 시스템의 전체적 이용을 저하한다.

COB는 도 1에 도시된바와 같이 ONU와 BS 사이에 조인트 컨트롤러(Joint Controller : 이하 JC)를 배치하는 형태로서 고려될 수 있다. 직관적으로, 이 구조는 ONU, BS 및 JC의 혼합처럼 보이지만, 결합된 EPON 및 WiMAX를 통해 단일 시스템으로서 논리적으로 작업한다. JC는 결합된 네트워크의 트래픽 관리를 위하여 EPON ONU 와 WiMAX BS 사이에 상태 정보 공유를 위한 부가되는 장치이다. JC에 의해 COB는 EPON와 WiMAX 각각을 위한 기존의 네트워크 설비들 사이에 간섭없는 충분히 투명한 결합을 제공한다. 그러나 JC를 위한 장소 임대 및 유지비용은 JC가 물리적으로 구분된 설비이기 때문에 높아질 수 있다.

HOB는 COB보다 더욱 타이트한 결합 구조를 제공한다. HOB의 두드러진 특성은 단일 공간의 작은 인쇄회로 기판(PCB)상에 ONU, BS 및 JC의 모든 기능 모듈이 포함되도록 하여, 설비투자비용(Capital Expenditures : CAPEX) 및 운용비용(Operating Expenses : OPEX)을 줄일 수 있다는 것이다. HOB는 ONU, BS 및 JC가 물리적으로 하나의 장치로 통합된다는 점을 제외하면, 기능적으로는 COB와 동일하다. 따라서 COB와 마찬가지로, JC가 결합된 네트워크의 트래픽을 관리한다.

본 발명에서 제안된 HOB와 COB 구조는 JC에 포함된 특별하게 고안된 기능 모듈 상에서 동작한다. HOB 및 COB 구조는 QoS 매핑(QoS mapping), WiMAX 요청 집선(WiMAX request aggregating) 및 EPON 허가 처리(EPON Grant Processing) 각각을 위한 기능 모듈에 근거하여 결합된 네트워크의 대역 할당과 QoS를 제공하기 위해 설계된다. 특히, 이 기능 모듈은 가입자 단말기(Subscriber : SS)로부터의 연결 요청 및 승인 데이터를 전송하자마자 즉시 가입자 단말기(SS)와 회선 단말기(Optical Line Terminal : 이하 OLT) 사이에 ETE QoS(End-To-End QoS)를 제공하기 위해 정보를 공유하고 처리한다.

도 2 및 도 3은 각각 도 1의 COB의 기능 모듈과 HOB의 기능 모듈을 나타낸다.

도 2에서 COB의 기능 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이 EPON에 포함되는 ONU(100)와 WiMAX에 포함되는 BS(120) 및 ONU와 BS 사이에 배치되어 결합된 네트워크의 트래픽 관리하기 위해 EPON ONU(100) 와 WiMAX BS(200) 사이에 상태 정보 공유하는 JC(300)를 구비한다.

EPON ONU(100)는 EPON ONU 스케줄러(110), ONU 큐(120), 패킷 분류기(130) 및 REPORT 생성기(140)를 구비한다. EPON ONU 스케줄러(110)는 스케줄된 시간에 OLT로 데이터 버스트(burst)를 송신하는 동작을 수행한다. ONU 큐(120)는 복수개의 큐(queue)를 구비하여 데이터를 임시 저장하고, EPON ONU 스케줄러(110)에 의해 지정되는 타이밍에 데이터를 EPON ONU 스케줄러(110)로 전달한다. ONU 큐(120)는 복수개의 큐 각각에 대해 우선순위를 지정할 수 있다. 패킷 분류기(130)는 인가되는 데이터를 각 데이터에 대응하는 다양한 어플리케이션에 따라 분류하여 ONU 큐(120)의 복수개의 큐에 데이터를 구분하여 저장 할 수 있다. 특히 ONU 큐(120)의 복수개의 큐가 서로 다른 우선순위를 가질 때, 인가된 데이터에 대응하는 서비스의 등급을 고려하여 대응하는 우선순위를 갖는 큐에 해당 데이터를 저장 할 수 있다. 이때 각 데이터의 우선순위는 JC(300)의 QoS 매퍼(310)에 의해 지정될 수 있다. 그리고 REPORT 생성기(140)는 OLT로 전송할 'EPON REPORT' 메시지를 생성하여 ONU 스케줄러(110)로 전송한다. 여기서 'EPON REPORT' 메시지에 대해서는 후술 하도록 한다.

WiMAX BS(200)는 WiMAX 업링크 스케줄러(WiMAX Uplink scheduler)(210)와 승인 생성기(220) 및 패킷 재구축기(230)를 구비한다. WiMAX 업링크 스케줄러(210)는 COB를 위해 주어진 대역폭을 복수개의 가입자 단말기(SS)로 재분배하는 역할을 수행하고, 승인 생성기(220)는 복수개의 가입자 단말기(SS) 각각에게 승인된 대역폭의 실제량을 각각의 가입자 단말기(SS)로 통보하는 역할을 수행한다. 그리고 패킷 재구축기(230)는 복수개의 가입자 단말기(SS)가 사용하는 다양한 어플리케이션에서 생성되는 데이터를 인가받아 전송이 용이한 형태로 재구축한다.

JC(300)는 WiMAX 요청 집선기(WiMAX Request Aggregator)(310), EPON 승인 프로세서(EPON Grant Processor)(320) 및 QoS 매퍼(QoS Mapper)(330)를 구비한다. WiMAX 요청 집선기(330)는 복수개의 가입자 단말기(SS)로부터 인가되는 다양한 응용 프로그램의 데이터 전송 요청을 WiMAX BS(200)로부터 수집하여 EPON ONU(100)의 REPORT 생성기(140)로 수집된 데이터 전송 요청을 전달한다. EPON 승인 프로세서(330)는 EPON ONU(100)을 통해 EPON의 OLT로부터 승인된 대역폭을 확인하고, WiMAX BS(200)의 WiMAX 업링크 스케줄러(210)로 통보한다. QoS 매퍼(320)는 EPON에서 지정되는 우선순위의 개수와 WiMAX의 서비스 등급 개수의 차이로 인한 발생할 수 있는 QoS 저하를 방지하기 위하여, EPON의 우선순위와 WiMAX의 서비스 등급을 중재하는 역할을 수행한다. 즉 QoS 매퍼(320)는 응용 프로그램의 WiMAX 서비스 등급에 따라 구분되어 WiMAX 요청 집선기(330)에 수집된 데이터 전송 요청을 EPON 의 구분된 우선순위에 각각 1 대 1 매핑하여 EPON ONU(100)로 통보한다.

결과적으로 JC(300)은 QoS 매퍼(310), EPON 승인 프로세서(320) 및 WiMAX 요청 집선기(330)를 이용하여, EPON과 WiMAX 사이에 대역폭 예약 및 QoS를 중재할 수 있다.

도 3의 HOB의 기능 모듈은 도 2에 도시된 COB의 기능 모듈이 하나의 장치로 통합되어 있을 뿐, 기능 모듈의 구성이나 각 기능 모듈의 동작은 COB의 기능 모듈과 동일하므로 별도로 설명하지 않는다.

표 1은 도 1에 도시된 IOB, COB 및 HOB의 세 가지 구조에 대해 각각의 장점 및 단점을 나타낸다. 표 1은 세 가지 구조 각각에 대해 토폴로지, 비용 및 네트워크 성능의 항목에서 장단점을 분석하였다. 표 1을 참조하여 각 구조의 장점 및 단점을 살펴보면, 먼저 IOB 는 기존의 ONU와 BS 인프라를 재사용할 수 있으므로 가장 낮은 설비비용을 달성한다. 그러나 IOB에서 대역폭 할당과 패킷 스케줄링은 OPEN과 WiMAX 각각에서 완전히 독자적이기 때문에, IOB는 가입자 단말기(SS)로부터 OLT로 데이터를 전송하기 위해 IS 기법을 사용하여야 하는 한계가 있다. 게다가, 사용자가 WiMAX 가입자인 경우에, 서비스 레벨 승인(service level agreement: SLA)에서 EPON의 우선순위와 WiMAX의 서비스 등급 사이의 불일치로 인하여, EPON에서 충분한 대역폭 사용과 고품질의 QoS를 기대하기 어렵다. 그리고 COB는 ONU, BS 및 JC 를 개별적으로 구비해야하므로 가장 비싼 사이트 대여 비용을 요구된다. 또한 JC가 추가되어야 하므로 중간 설비비용이 요구된다. 그러나 본 발명에서 제시하는 CS 기법을 적용하면 JC에 의해 효율적인 대역폭 할당과 패킷 스케줄링을 수행할 수 있으므로, 높은 수준의 대역폭 사용과 QoS를 제공할 수 있다. 마지막으로 HOB는 ONU, BS 및 JC가 하나의 물리적 장치에 구비된다는 점을 제외하면 COB와 기능적으로 동일하므로, COB에 비하여 상대적으로 낮은 사이트 대여 비용으로 구축할 수 있다. 그러나 COB가 기존의 ONU, BS에 JC를 추가하는데 비하여, HOB는 기존의 ONU, BS를 활용하지 않으므로 새로이 요구되는 설비의 설치로 인해 높은 설치비용을 요구한다. 만약 HOB가 유-무선 네트워크에 넓게 보급된다면, HOB는 가장 높은 비용 효율을 제공할 수 있다. 상기한 바와 같이 HOB는 기능적으로 COB와 동일하므로, CS 기법을 적용하면, 높은 수준의 대역폭 사용과 QoS를 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 도2 의 COB를 이용하는 중앙 집중 스케줄링 기법을 위한 기능 모듈들의 동작의 일예를 나타내고, 도 5는 도 4의 중앙 집중 스케줄링 기법의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다. 도 4에서는 도 2의 COB를 기초로 하여 중앙 집중 스케줄링 기법을 위한 기능 모듈들의 동작을 도시하였으나, 상기한 바와 같이 COB와 HOB는 각 기능 모듈의 동작이 동일하므로, 도 3의 HOB의 기능 모듈들 또한 도 4에 도시된 바와 같이 동작할 수 있다.

도 4 및 도 5를 설명하기에 앞서, EPON과 WiMAX 시스템 각각의 MAC프로토콜의 동작을 먼저 살펴본다.

기본적으로, EPON은 모든 패킷(packet)을 다운스트림(downstream)에서 시분할 다중화(TDM)기반으로 하나 또는 그 이상의 ONU에 브로드캐스트(broadcast) 한다. 반면, 업스트림(upsteram)에서 EPON의 MAC 프로토콜은 복수개의 ONU가 데이터 전송을 시도함에 의한 패킷 충돌을 회피하기 위해 시분할 접속(TDMA)을 사용하는 공유된 매개체를 중재하기 위한 응답 가능한 멀티 포인트 컨트롤 프로토콜(multi-point control protocol : MPCP) 이용한다. 업스트림 대역폭 할당을 위해서, OLT는 하나 또는 그 이상의 ONU가 모두 'REPORT' 메시지를 전송할 기회를 잡을 수 있도록 ONU들을 주기적으로 번갈아가며 선출한다. 'REPORT' 메시지는 OLT에 의해 대응하는 ONU가 선출되었을 때, 버퍼에 대기 중인 패킷의 크기 정보를 포함한다. REPORT 메시지가 수신되면, OLT는 지정된 대역폭 할당 정책에 따라 'GATE 컨트롤' 메시지를 사용하여 해당 ONU들에 대역폭을 승인한다. 대역폭 승인이 ONU 기반에서 처리되는 동안 8개 서비스 등급(class of servic : COS)로 구성되는 우선순위 큐 당 REPORT 또는 GATE 컨트롤 메시지와 함께 MPCP에 의해 관리되는 대역폭 요청이 만들어 질 수 있다.

모든 서비스에서 연결 지향인 WiMAX MAC 프로토콜은 고유한 연결 ID(connection ID : CID)에 매핑된다. 따라서 대역폭 요청은 각 연결(connection)에 대해 만들어지지만, 가입자 단말기 승인(Grant Per Subscriber : GPSS) 기반이든 연결 승인(Grant Per Connection : GPC) 기반이든 어느 쪽이든 사용될 수 있다. 가입자 단말기 승인 기반에서, BS는 가입자 단말기(SS) 정보가 포함될때만 대역폭이 승인되며, 가입자 단말기(SS)는 승인된 대역폭을 대응하는 연결로 다시 준다. 따라서 가입자 단말기 승인 기반에서는 BS의 절차 오버헤드를 경감하지만, 인텔리전트 가입자 단말기(intelligent Subscriber)를 요구한다. 그에 비해 연결 승인 기반은 가입자 단말기 승인 기반보다 BS의 더 높은 처리 오버헤드를 생성하지만, 상대적으로 가입자 단말기의 기능을 단순화 할 수 있다. 본 발명에서는 처리 요청과 승인에서 복잡함을 줄이기 위해, WiMAX 시스템에 가입자 단말기 승인 방식을 적용하는 것으로 가정한다.

WiMAX는 서비스의 다양성을 위해 패킷 스케줄링을 수행하도록 정의된 QoS 파라미터들에 따라 5개의 QoS 등급을 제공한다. 5개의 QoS 등급은 비요청 승인 서비스(unsolicited grant service : UGS), 실시간 선출 서비스(real-time to poll service : rtPS), 확장된 실시간 선출 서비스(extended real-time to poll service : ertPS), 비 실시간 선출 서비스(non-real-time to poll service : nrtPS), 및 최선(best effort : BE)으로 구성된다. 비요청 승인 서비스(UGS)는 연결이 유지되는 동안 고정된 대역폭의 양을 허용하므로, BS는 가입자 단말기 선출을 필요로 하지 않는다. 즉 비요청 승인 서비스(UGS) 연결이 종료될 때까지 고정적으로 대역폭을 승인한다. 묵음구간 은폐(silence suppression)없이 E-1/T-1 또는 VoIP와 같은 고정 비트율(CBR) 실시간 트래픽을 제공한다. 실시간 선출 서비스(rtPS)는 MPEG 비디오와 같은 가변 비트율(VBR) 실시간 트래픽을 위해 설계되었고, 대역폭을 요청하기 위해 가입자 단말기가 주기적인 구간마다 선출된다. 확장된 실시간 선출 서비스(ertPS)는 비요청 승인 서비스(UGS)와 실시간 선출 서비스(rtPS)의 결점을 보완하고, 묵음구간 은폐와 함께 VoIP 서비스에 유용하게 사용된다. 최선(BE)은 트래픽시에 지연 및 처리율(處理率, throughput) 어느 쪽도 보장되지 않는다.

본 발명에 따른 중앙 집줄 스케줄링 기법은 가입자 단말기를 위하여 패킷 지연과 데이터를 요청하자마자 데이터를 전송하는 시간을 줄이도록 한다. 본 발명에서 중요한 이슈는 통합된 시스템에서 WiMAX의 데이터가 고정된 사이클 타임(cycle time : CT)내에 얼마나 효율적으로 EPON의 데이터 흐름으로 전송될 수 있는가 하는 것이다.

앞서 도 1에 도시한 세가지 결합구조 중에서 IOB는 대역폭 요청과 승인이 독립적으로 동작하는 구조이다. 예를 들어 가입자 단말기(SS)로부터 ONU-BS로 및 ONU-BS로부터 OLT로의 데이터 전송은 독립 스케줄링 기법(IS)을 통해 저장 및 포워딩 방식에서 홉 바이 홉(hop-by-hop) 기반으로 만들어 질 수 있다. 가입자 단말기(SS)와 ONU-BS 및 OLT가 물리적으로 구분된 구조이므로, ONU는 얼마나 많은 대역폭이 BS로부터 가입자 단말기(SS)로 승인되는지에 대해 어떠한 정보도 갖지 못할 뿐만아니라, BS는 ONU에 할당되어진 OLT 대역폭의 양을 내부적으로 알지 못한다. 따라서 IOB는 본 발명의 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)에 적합하지 않다.

독립 스케줄링 기법(IS)과 달리, OLT에서 광범위하게 동작하는 본 발명의 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)은 EPON의 사이클 타임(CT)에 적절하게 WiMAX의 데이터 전송을 제어함에 의해 가입자 단말기(SS)로부터 OLT로의 트래픽을 관리한다. 설명의 편의를 위해, 도 4 및 도 5에서는 두개의 가입자 단말기(SS)와 함께 COB에 연결된 OLT 만을 고려하였다.

이하 도 4 및 도 5의 중앙 집중 스케줄링 기법의 동작을 설명한다.

먼저 가입자 단말기(SS)의 다양한 응용 프로그램에서 발생하는 연결 요청은 대역폭 관리 테이블(BMT)에 따라 WiMAX의 5개의 QoS 등급인 비요청 승인 서비스(UGS), 실시간 선출 서비스(rtPS), 확장된 실시간 선출 서비스(ertPS), 비 실시간 선출 서비스(nrtPS), 및 최선(BE)으로 분류되어 ONU(100)와 BS(200)를 연결할 것을 요청하는 대역폭 요청 메시지를 통해 WiMAX 요청 집선기(310)에 수집된다(S10).

5개의 QoS 등급에 대해 수집된 대역폭 요청들은 JC(300)의 QoS 매퍼에 의해 1 대 1 방식으로 선형적으로 매핑되어 EPON의 5개의 우선 순위 큐를 구비하는 ONU 큐(120)에 저장된다. 그리고 다음 선출 주기까지 기다린 후에, EPON REPORT 생성기(140)는 'REPORT' 메시지를 수집된 대역폭 요청과 함께 이전 승인된 데이터 전송 시에 연속하여 전송한다(S20).

OLT는 이전 승인된 데이터와 함께 전송되는 'REPORT' 메시지를 인식하면, OLT의 대역폭 할당 모듈(810)은 대역폭을 할당하고, 할당된 대역폭의 실제 값을 포함하는 'GATE' 메시지를 COB로 전송한다(S30).

소정의 시간 후에, EPON의 서비스 등급에 대해 승인된 대역폭이 포함된 'GATE' 메시지는 EPON의 QoS 등급에 대응하는 WiMAX의 서비스 등급을 결정하기 위해 JC(300)의 EPON 승인 프로세서(320)에 도달한다. 그와 동시에, 대응하는 승인 정보는 WiMAX 업링크 스케줄러(210)에 도달된다. COB를 위해 주어진 대역폭과 함께, WiMAX 업링크 스케줄러(210)는 대역폭 관리 테이블(BMT)에 따라 가입자 단말기(SS)로 승인된 대역폭을 통지한다. 그리고 WiMAX 승인 생성기(220)는 각각의 가입자 단말기(SS)에 대한 대역폭을 전송 시간 정보를 나타내는 업링크 MAP(UL-MAP)과 함께 가입자 단말기(SS)로 전송한다(S40).

업링크 데이터 전송을 위해, 가입자 단말기(SS)에서는 실행되는 다양한 응용 프로그램들의 데이터가 QoS를 위해 5개 서비스 등급으로 분류되어 대기된다. 가입자 단말기(SS) 스케줄러(740)는 가입자 단말기(SS)를 위해 할당된 대역폭과 함께, 서비스 등급들에 따른 대역폭과 전송 시간을 결정한다. 결정된 전송 시간에 가입자 단말기(SS)는 데이터 버스터를 에어 링크를 통해 COB의 패킷 재구축기(230)로 전송한다(S50). 여기서 데이터 버스터(data bursts)는 다양한 응용프로그램에서 생성된 데이터가 가입자 단말기(SS) 스케줄러(740)에 의해 QoS 등급에 따라 지정되는 순서대로 정렬된 데이터를 나타낸다.

단말기(SS) 스케줄러(740)에 의해 비요청 승인 서비스(UGS)로부터 최선(BE)까지 QoS 등급에 따라 정렬된 데이터 버스터들은 단지 COB까지만 도달되도록 스케줄 된다. 패킷 재구축기(230)와 패킷 분류기(130)를 통해, 데이터 버스트는 응용프로그램에 따른 데이터로 분류되고, 이것은 QoS 매퍼(330)에 의해 매핑되어 ONU 큐(120)의 복수개의 우선순위 큐들로 대응하여 저장된다. EPON ONU 스케줄러(110)는 스케줄된 시간에 매핑된 QoS에 따라 정렬한 데이터 버스트를 OLT로 전송한다(S60). 이때 OLT로 전송되는 데이터 버스트는 다음 데이터 전송을 위한 대역폭 요청을 포함하는 'REPORT' 메시지를 포함하는 이더넷 패킷으로 구성된다. 결론적으로, 가입자 단말기(SS)로부터 전송되는 데이터 버스트는 COB를 통해 최소화된 지연(예를 들면, (k+1)번째 프레임에서 전송된)으로 OLT로 곧바로 전송된다.

도 6은 기존의 독립 스케줄링 기법에 대비한 본 발명의 중앙 집중 스케줄링 기법의 지연 시간 이득을 나타낸다.

도 6에서는 설명의 편의를 위하여, 에어 링크 및 광 회선 링크 양측에서의 링크 전달 지연과 WiMAX 시스템에서 경합-기반 대역폭 할당은 생략하였다. 도 6에서는 일예로서 각각 2ms와 5ms 의 고정된 사이클 타임(CT) 및 프레임 크기(Frame Size : FS)를 예시하지만, 이것은 광범위하게 다른 경우에도 적용될 수 있다. 또한 가입자 단말기가 프레임 마다 선출(polled per frame)되는 것으로 가정하여 설명한다. 가입자 단말기(SS) 및 COB를 통해 만들어진 전체 대역폭 예약 이후 다음 사이클 타임(CT)(또는 프레임)에서 즉시 데이터가 전송되기 때문에 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)에서 패킷은 독립 스케줄링 기법(IS)에서의 패킷보다 ONU-BS로부터 더 먼저 전송된다. 그러나 독립 스케줄링 기법(IS)에서 패킷은 더 긴 패킷 지연을 포함하는 다가오는 다음 사이클 타임(CT)까지 ONU에서 전송될 수 없다.

도 7은 ONU에서 패킷이 지연이 발생되는 요소를 나타낸다.

도 7을 참조하면, EPON 에서의 패킷 지연은 수학식 1과 같이 나타난다.

여기서

은 패킷 도달과 ONU에 의해 보내지는 다음 요청 사이의 평균 시간(

)이다. 최대 선출 시간(

)는 수학식 2와 같이 계산 될수 있다.

여기서

,

및

는 각각 ONU의 개수, 전송 윈도우(μs), 최대 전송 윈도우 크기(bytes), 및 EPON의 업링크 전송율(bps)을 나타낸다. 본 발명에서는 사이클 타임(CT)과 최대 선출 시간(

)이 고정된 것으로 가정한 것으로 설명한다. ONU의 대역폭 요청으로부터 OLT로부터의 대역폭 승인까지 시간 구간은 수학식 3으로 계산된다.

여기서

는 패킷 도달 순간에 큐 사이즈이고,

는 새로운 패킷 도달 전에 요청되는 대기 승인 사이즈이다.

는 고정된 CT를 이용하는 것으로 가정하였으므로 CT가 단순화 될 수 있다. 결과적으로,

는

(부하가 작은 경우)및

(부하가 큰 경우)조건에서 OLT로부터 승인 이후 큐잉 지연을 고려함에 의해 도달되므로,

는 수학식 4에 의해 주어진다.

가입자 단말기(SS)의 평균 패킷 지연을 계산하는 것은 WiMAX가 대역폭 할당을 위해 유사한 선출 기법 이용하기 때문에 모든 지연 요소가 수학식 1 내지 4에 의해 도출된다. 그러나 가입자 단말기의 최대 전송 윈도우 크기(

)는 수학식 5와 같이 쓰여진다.

여기서

,

및

는 각각 전체 FS에 대한 업링크 서브프레임의 비율, 정렬 윈도우 크기 및 경합 윈도우 크기, WiMAX의 업링크 전송율 및 BS내의 SS의 개수를 나타낸다. 도 6 및 수학식 1 내지 4로부터 CS의 평균 패킷 지연(

)이 수학식 6과 같이 계산된다.

그리고 IS의 평균 패킷 지연(

)이 수학식 7과 같이 된다.

수학식 6 및 7로부터, CS의 IS로의 지연 이득(

)은 수학식 8과 같이 계산된다.

이하 본 발명에 따른 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)을 기존의 독립 스케줄링 기법(IS)과 비교한 시뮬레이션을 나타낸다.

상기한 바와 같이 HOB와 COB가 서로 기능적 등가이므로, 여기서는 단지 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)은 HOB를 이용하고, 독립 스케줄링 기법(IS)은 IOB를 이용하는 것으로 모델링하였다. 또한 모델링된 유-무선 통합 시스템은 하나의 OLT와 16개 ONU-BS 및 ONU-BS당 10개의 가입자 단말기(SS)들로 이루어진다. EPON과 WiMAX에서 광범위하게 사용되는 구조에 입각하여, 시뮬레이션 파라미터는 EPON 시스템에서 1 Gbps로 연결된 광회선으로 OLT와 분할기 사이의 거리가 20 km 이고, 분할기와 ONU-BS 사의 거리가 5km 인 것으로 계산한다. 또한 인접한 타임 슬롯 사이의 보호 시간은 1 μs이고, EPON의 사이클 타임(CT)은 1 또는 2ms 로 설정된다. ONU는 10 Mbyte로 제한된 크기의 ONU 큐를 가진다. WiMAX 시스템에서, 채널 대역폭과 샘플링 팩터는 각각 20Mhz와 144/255 이다. 프레임 사이즈(FS)는 5, 10 및 20 ms로 다양하게 될 수 있고, OFDMA 심볼 지속 기간은 50 μs 이다. 다운 링크와 업링크 서브 프레임의 듀티비는 7:3으로 설정된다. 모듈레이션 및 코딩 기법(MCS)는 QPSK, 16-QAM 및 64-QAM로 선택된다. 가입자 단말기(SS)로 보내어진 부하는 0에서 1 Gbps에 대응하여 0 과 1로 노멀라이즈 된다. 패킷들은 포아송 분포 비율로 도착하고, 이더넷 패킷들은 64 에서 1518 바이트로 균일하게 배포된다.

시뮬레이션은 다양한 사이클 타임(CT) 및 프레임 사이즈(FS)에 따라서 독립 스케줄링 기법(IS) 대비 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)의 효율을 분석하며, 가입자 단말기(SS)에서 큐잉 지연, 가입자 단말기(SS)로부터 OLT 까지 ETE 지연(End-To-END delay) 및 OLT와 분배기(Splitter) 사이 포인트에서 링크 처리량을 비교한다.

도 8 및 도 9는 중앙 집중 스케줄링 기법과 독립 스케줄링 기법에서의 평균 큐잉 지연을 나타낸다.

도 8은 사이클 타임(CT)이 1ms 일 때, 가입자 단말기(SS)에서 평균 큐잉 지연을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 평균 큐잉 지연은 부하에 비례하여 선형적으로 증가한다. 그러나 프레임 사이즈(FS)가 5 ms인 경우를 제외한 특정 포인트에서 급격하게 상승하고, 시스템이 과부하일 때는 다시 고정적으로 유지된다. 즉 WiMAX의 프레임 사이즈(FS)가 더 길어지게 됨으로서, 더 높은 큐잉 지연이 나타난다. 이는 가입자 단말기(SS)에서 패킷을 제공하는 기회의 주기가 프레임 사이즈(FS)가 증가함으로서 줄어들 수 있기 때문이다. 또한 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)의 그래프는 매 프레임 사이즈(FS)에서 독립 스케줄링 기법(IS)과 상당한 차이를 보인다. 그러한 차이는 대역폭 예약 시간을 줄이고, 가입자 단말기(SS)를 위한 대역폭 요청시에 즉각 데이터를 전송하는 효율적인 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)에 기인한다. 유사하게 사이클 타임(CT)=2ms 인 경우에도, 도 9에 도시된 바와 같이 프레임 사이즈(FS)에 따른 평균 지연이 증가한다. 그러나 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)의 그래프 기울기는 사이클 타임(CT)=1의 경우보다 더 급격하게 증가하는 반면, 독립 스케줄링 기법(IS)에서는 어떤 사이클 타임(CT)에서든 거의 차이가 없다. 이것은 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)이 EPON의 사이클 타임(CT)의 변화에 대해 독립 스케줄링 기법(IS)보다 더 민감하게 반응한다는 것을 나타낸다. 독립 스케줄링 기법(IS)에서는 가입자 단말기(SS)에서 데이터가 EPON의 MPCP에 무관하게 독립적으로 ONU-BS로 전송되는데 반해, 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)에서는 MPCP가 가입자 단말기(SS)로 대역폭 요청과 승인에 중대항 영향을 미친다. 특히 독립 스케줄링 기법(IS)에 대비하여 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)의 평균 큐잉 지연의 이득은 프레임 사이즈(FS)와 함께 부하가 클 때 크게 감소한다.

도 10 및 도 11은 중앙 집중 스케줄링 기법과 독립 스케줄링 기법(IS)에서의 평균 ETE 지연을 나타낸다.

도 10은 사이클 타임(CT)이 1ms 일 때, 평균 ETE 지연을 나타낸다. 도 8과 유사하게, 평균 ETE 지연은 독립 스케줄링 기법(IS)과 중앙 집중 스케줄링 기법(CS) 모두 프레임 사이즈(FS)에 따라 증가한다. 그러나 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)과 독립 스케줄링 기법(IS) 사이의 평균 ETE 지연 마진은 사이클 타임(CT)이 1 ms 일때 가입자 단말기(SS)에서 평균 큐잉 마진보다 약간 더 높다. 이것은 독립 스케줄링 기법(IS)이 ONU-BS 버퍼를 통해 데이터가 전송되는 만큼 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)보다 패킷 큐잉 지연을 더 길게 가지기 때문이다. 예를 들어 독립 스케줄링 기법(IS)은 가입자 단말기(SS)에서 OLT로 데이터를 전송하기 위해 저장 및 포워드 방식으로 대역폭 예약 처리의 두 단계를 필요로 한다. 즉 가입자 단말기(SS)로부터 ONU-BS로 데이터가 전송되면, 데이터를 전달하기 위한 다음 사이클의 GATE 메지시의 접수까지 큐를 떠날 수 없으므로, 가입자 단말기(SS)에서 전송된 데이터는 ONU-BS의 ONU 큐에 상대적으로 길게 저장된다. 그에 비해, 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)은 바로 다음 사이클에서 데이터 전송할 수 있으므로, 데이터들의 큐잉 지연이 더 짧도록 한다. 도 11은 사이클 타임(CT)이 2인 경우 평균 ETE 지연을 프레임 사이즈(FS)와 함께 나타낸다. 도 11에 나타난 바와 같이, 평균 ETE 지연은 ONU-BS에 큐잉 되는 패킷에 의한 추가적인 지연 없이 도 9와 유사하게 나타난다. 사이클 타임(CT)의 증가와 더불어, 독립 스케줄링 기법(IS)에 대비한 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)의 지연 이득은 사이클 타임(CT)이 1ms 인 경우에 프레임 사이즈(FS)와 더불어 상당히 감소된다.

도 12 및 도 13은 중앙 집중 스케줄링 기법과 독립 스케줄링 기법에서의 평균 처리량을 나타낸다.

도 12는 사이클 타임(CT)이 1 ms인 경우의 평균 처리량을 나타낸다. 평균 ETE 지연과 같이, 독립 스케줄링 기법(IS)에서의 처리량은 문턱값(포화점)까지 제공된 부하에 비례하여 선형적으로 증가하고, 이후 프레임 사이즈(FS)에 따라 특정 값에 도달하면 거의 고정적으로 유지된다. 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)의 처리량은 사이클 타임(CT)이 1ms 에서 평균 ETE 지연의 추세와 같이 프레임 사이즈(FS)의 모든 경우에 독립 스케줄링 기법(IS)보다 더 높게 나타난다. 이것은 HOB에서 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)이 대역폭 예약 시간을 줄이고, ONU-BS의 즉시 데이터 전송을 할 수 있도록 하여 효율적임을 보여준다. 따라서 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)의 성능은 독립 스케줄링 기법(IS)에 비교하여 개선됨을 알 수 있다. 도 13 또한 유사한 그래프로 나타남을 알 수 있다.

상기로부터 WiMAX의 프레임 사이즈(FS)의 변화는 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)과 독립 스케줄링 기법(IS) 양쪽에서 가입자 단말기(SS)의 큐잉 지연에 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 일반적으로 선출 시스템에서 짧은 프레임 사이즈(FS)는 더 좋은 지연 성능을 보인다. 독립 스케줄링 기법(IS)에서, EPON과 WiMAX는 각각의 통신 프로토콜로 별도로 동작하기 때문에, EPON의 사이클 타임(CT)이 가입자 단말기(SS)의 큐잉 지연에 영향을 주지 않는다. 그러나, 가입자 단말기(SS)로부터 OLT로 대역폭을 예약하는 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)은 사이클 타임(CT)에 의해 큐잉 지연이 좌우된다. 이것은 사이클 타임(CT)의 변화에 따라 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)과 독립 스케줄링 기법(IS) 사이의 성능 차이를 만든다. 따라서 독립 스케줄링 기법(IS)과 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)에 대한 ETE 지연에서의 사이클 타임(CT)의 효과는 무시될 수 있다. 본 발명에서 프레임 사이즈(FS)의 스케일이 사이클 타임(CT)의 스케일보다 매우 크므로, ONU-BS 큐가 가득찰 확률이 매우 낮아 질수 있고, 결과적으로 ETE 지연에서 작은 영향을 갖는다.

도 14 및 도 15는 평균 ETE 지연과 최대 ETE 지연을 나타낸다.

도 14 및 도 15에서는 지금 사이클 타임(CT)이 2 ms 이고, 프레임 사이즈(FS)가 5ms인 조건에서 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)이 ETE QoS에 어느 정도 영향을 미치는지 나타낸다. 그리고 도 14 및 도 15에서 EPON과 WiMAX 양측에서 최대 성능으로 설정한다. 가입자 단말기(SS)에서 발생되는 트래픽은 비요청 승인 서비스(UGS)가 10%, 실시간 선출 서비스(rtPS)가 20% 및 최선(BE)이 70%로 이루어지는 것으로 설정하였다. 여기서 실시간 선출 서비스(rtPS)와 최선(BE)이 각각 확장된 실시간 선출 서비스(ertPS)와 비 실시간 선출 서비스(nrtPS)를 포함하고, EPON과 WiMAX 사이의 QoS는 1:1 방식으로 단순하게 매핑되는 것으로 가정한다. 도 14는 비요청 승인 서비스(UGS), 실시간 선출 서비스(rtPS) 및 최선(BE)에 대한 평균 ETE 지연을 나타낸다. 어떤 경우에든, 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)의 그래프는 독립 스케줄링 기법(IS)의 그래프보다 아래에 놓인다. 특히 독립 스케줄링 기법(IS)에 대한 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)의 지연 이득은 서비스의 우선순위 감소(예를 들면, 비요청 승인 서비스(UGS)에서 최선(BE)으로)로서 충분하게 증가한다. 또한 도 15에 도시된 바와 같이, 그 차이는 최대 ETE 지연에서 공급된 부하에 따라 더 크게 나타난다. 이것은 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)을 허용하는 서비스가 QoS보다 상대적으로 더 많이 낮은 우선순위를 갖는 것을 지적한다.

도 16은 분배기로부터 OLT까지의 평균 처리량을 나타낸다.

독립 스케줄링 기법(IS)에 대한 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)의 평균 처리량 이득은 비요청 승인 서비스(UGS), 실시간 선출 서비스(rtPS) 및 최선(BE)에 따라 도 16에 도시된 바와 같이 더 높게 나타난다. 이것은 HOB를 기반으로하는 중앙 집중 스케줄링 기법(CS)이 대역 폭 요청, 승인 및 QoS 매핑의 상태 정보를 공유하기 때문이므로, 독립 스케줄링 기법(IS)보다 더 좋은 ETE QoS를 달성할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 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.

Claims

삭제
삭제
삭제
하나 또는 그 이상의 광 종단 장치(이하 ONU)를 구비하는 EPON과 하나 또는 그 이상의 기지국과 복수개의 가입자 단말기를 구비하는 WiMAX 및 상기 ONU와 상기 ONU에 대응하는 상기 기지국을 연결하기 위한 조인트 컨트롤러(이하 JC)를 구비하는 유-무선 네트워크 통합 방법에 있어서,
상기 복수개의 가입자 단말기 중 하나 또는 그 이상의 가입자 단말기로부터 데이터 전송을 위한 대역폭 요청하는 대역폭 요청 메시지가 상기 하나 또는 그 이상의 기지국 중 대응하는 기지국을 통해 상기 JC로 전송되는 단계;
상기 대역폭 요청 메시지가 서비스 등급에 따라 분류 및 저장되고, 이전 승인된 데이터가 상기 ONU로부터 EPON의 회선 단말기(이하 OLT)로 전송될 때, 분류 및 저장된 상기 대역폭 요청 메시지가 상기 이전 승인된 데이터와 함께 REPORT 메시지로서 전송되는 단계;
상기 REPORT 메시지에 응답하여 상기 OLT에 의해 승인되는 대역폭 정보를 포함하는 GATE메시지가 상기 ONU를 통해 상기 JC 및 상기 기지국으로 전송되는 단계;
상기 JC 및 상기 기지국으로 전송된 상기 GATE 메시지에 응답하여 승인된 대역폭이 전송 시간과 함께 상기 가입자 단말기로 전송되는 단계; 및
상기 전송 시간에 데이터가 상기 가입자 단말기로부터 상기 기지국 및 상기 ONU를 통해 상기 OLT로 전송되는 단계를 구비하고,
상기 JC로 전송되는 단계는
상기 복수개의 가입자 단말기 각각의 하나 또는 그 이상의 응용 프로그램에서 생성되는 대역폭 요청이 상기 WiMAX에서 지정된 등급에 따라 분류되어 대역폭 요청 메시지로 생성되는 단계; 및
상기 대역폭 요청 메시지가 상기 복수개의 가입자 단말기로부터 상기 JC에 수집되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 방법.
삭제
제 4항에 있어서, 상기 이전 승인된 데이터와 함께 전송되는 단계는
수집된 상기 대역폭 요청 메시지가 JC의 QoS 매퍼에 의해 EPON의 QoS 등급 중 대응하는 등급에 매핑되어 분류되고, ONU의 복수개의 우선순위 큐 중 상기 매핑된 등급에 대응하는 우선순위 큐에 각각 저장되는 단계; 및
상기 수집된 대역폭 요청 메시지가 상기 이전 승인된 데이터와 연결되어 상기 REPORT 메시지로서 상기 OLT로 전송되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 방법.
제 6항에 있어서, 상기 JC 및 상기 기지국으로 전송되는 단계는
상기 OLT로 전송된 상기 REPORT 메시지가 분석되는 단계;
상기 분석된 REPORT 메시지에 따라 상기 OLT의 대역폭 할당 모듈에 의해 상기 대역폭 요청 메시지 각각에 대응하는 대역폭이 할당되고, 할당된 대역폭의 실제값을 포함하는 상기 GATE 메시지가 생성되는 단계; 및
상기 GATE 메시지가 JC 및 상기 기지국으로 전송되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 방법.
제 7항에 있어서, 상기 가입자 단말기로 전송되는 단계
상기 GAGE 메시지에 응답하여 상기 JC에서 상기 EPON의 QoS 등급에 대응하는 상기 WiMAX의 서비스 등급이 결정되는 단계; 및
상기 기지국의 WiMAX 업링크 스케줄러가 대역폭 관리 테이블에 따라 상기 전송 시간을 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 방법.
제 8항에 있어서, 상기 OLT로 전송되는 단계는
상기 가입자 단말기 각각의 상기 하나 또는 그 이상의 응용 프로그램에서 생성되는 데이터가 상기 서비스 등급에 따라 분류되고 지정된 순서로 정렬되는 단계;
상기 WiMAX 스케줄러에서 인가되는 상기 대역폭 및 상기 전송 시간에 따라 상기 단말기의 스케줄러에 의해 가입자 단말기의 대역폭 및 전송 시간이 결정되는 단계;
분류되어 정렬된 상기 데이터가 상기 가입자 단말기의 전송 시간에 상기 가입자 단말기의 대역폭으로 상기 기지국으로 전송되는 단계; 및
상기 기지국으로 인가된 데이터가 상기 OLT로 전송되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 방법.
제 9항에 있어서, 상기 데이터가 상기 OLT로 전송되는 단계는
상기 기지국의 패킷 재구축기와 상기 ONU의 패킷 븐류기에 의해 상기 데이터가 응용 프로그램에 따라 분류되는 단계;
상기 QoS 매퍼에 의해 EPON의 QoS 등급 중 대응하는 등급에 매핑되어 분류되고, 상기 ONU의 복수개의 우선 순위 큐 중 상기 매핑된 등급에 대응하는 상기 우선순위 큐에 각각 저장되는 단계; 및
상기 우선 순위 큐에 저장된 데이터가 다음 데이터 전송을 위한 상기 REPORT 메시지와 함께 상기 ONU의 ONU 스케줄러에 의해 지정된 시간에 상기 OLT로 전송되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 방법.
제 4항, 제 6항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 유-무선 네트워크 통합 방법을 구동시키기 위한 프로그램 명령어가 기록된, 컴퓨터가 판독가능한 기록매체.
삭제
복수개의 가입자 단말기 중 하나 또는 그 이상의 가입자 단말기로부터 데이터 전송을 위한 대역폭 요청 및 데이터를 인가받는 하나 또는 그 이상의 기지국을 구비하는 WiMAX;
회선 단말기(이하 OLT)에서 이전 승인된 상기 데이터와 함께 대역폭 요청 메시지를 REPORT 메시지로서 상기 OLT로 전송하는 하나 또는 그 이상의 광 종단 장치(이하 ONU)를 구비하는 EPON; 및
상기 기지국으로 인가된 대역폭 요청을 수집하여 상기 대역폭 요청 메시지를 생성하여 상기 ONU에 저장하고, 상기 OLT로부터 상기 대역폭 요청 메시지에 응답하여 전송되는 GATE 메시지에 포함되는 대역폭 정보를 상기 하나 또는 그 이상의 기지국을 통해 상기 하나 또는 그 이상의 가입자 단말기로 전송하는 조인트 컨트롤러(이하 JC)를 구비하고,
상기 복수개의 단말기 각각은
복수개의 응용 프로그램에서 생성되는 데이터를 대역폭 관리 테이블에 따라 WiMAX 서비스 등급을 갖는 상기 데이터로 분류하고, 상기 데이터의 서비스 등급에 따라 서로 다른 복수개의 대역폭 요청을 생성하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 시스템.
삭제
제 13항에 있어서, 상기 JC는
상기 WiMAX 서비스 등급으로 구분된 상기 복수개의 대역폭 요청을 수집하는 WiMAX 요청 집선기;
상기 GATE 메시지에 포함되는 대역폭 정보에 따라 상기 데이터를 위한 EPON에서의 대역폭을 할당하는 EPON 승인 프로세서; 및
수집된 상기 복수개의 대역폭 요청을 상기 EPON의 QoS 등급에 매핑하고, 상기 QoS 승인 프로세서에서 QoS 등급에 따라 승인되는 대역폭을 상기 WiMAX 서비스 등급으로 매핑하는 QoS 매퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 시스템.
제 15항에 있어서, 상기 기지국은
상기 승인된 대역폭과 전송 시간을 결정하여 상기 복수개의 가입자 단말기로 전송하는 WiMAX 업링크 스케줄러;
상기 복수개의 가입자 단말기 각각에게 승인된 상기 대역폭의 실제량을 각각의 가입자 단말기로 통보하는 승인 생성기; 및
상기 복수개의 가입자 단말기의 상기 어플리케이션에서 생성되는 상기 데이터를 인가받아 전송이 용이한 형태로 재구축하는 패킷 재구축기를 구비하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 시스템.
제 16항에 있어서, 상기 ONU는
지정된 시간에 상기 OLT로 상기 데이터를 송신하는 ONU 스케줄러;
복수개의 우선 순위 큐를 구비하고, 상기 데이터 및 상기 대역폭 요청 메시지가 상기 QoS 등급에 따라 대응하는 우선 순위 큐에 임시로 저장되는 ONU 큐;
상기 기지국에서 인가되는 데이터와 상기 대역폭 요청 메시지를 상기 QoS 등급에 따라 분류하여 상기 대응하는 우선 순위 큐에 저장하는 패킷 분류기; 및
상기 우선 순위 큐에 저장된 상기 데이터와 상기 대역폭 요청 메시지를 이용하여 상기 REPORT 메시지를 생성하여 상기 ONU 스케줄러로 전송하는 REPORT 생성기를 구비하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 시스템.
제 17항에 있어서, 상기 복수개의 가입자 단말기는
상기 WiMAX 업링크 스케줄러에 의해 지정되는 전송 시간에 지정된 대역폭으로 상기 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 시스템.
제 18항에 있어서, 상기 기지국, 상기 ONU 및 상기 JC는 통합된 하나의 장치로 구현되는 것을 특징으로 하는 유-무선 네트워크 통합 시스템.