KR19990061605A - 케이블모뎀 시스템의 동기 메시지 전달 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이블모뎀 시스템의 동기 메시지 전달 방법에 관한 것으로, 다수의 가입자가 각각 케이블모뎀을 이용하여 케이블망을 통해 케이블모뎀 단말 시스템(CMTS,30)과 연결되고, CMTS(30)와 케이블모뎀간에 MAC 프레임에 헤더를 부가하여 구성한 MPEG 패킷을 이용하여 데이터를 주고받는 케이블모뎀 시스템에 있어서, CMTS에서 케이블모뎀으로 동기 메시지 전송할 때 동기 메시지를 MPEG 패킷의 첫 번째 MAC 프레임 자리에 싣고, 그 위치를 포인터를 통해 지시하며, 케이블모뎀은 포인터를 추출하여 포인트값에 따른 MAC 프레임으로부터 동기 메시지를 찾아낸다.

따라서, 종래에 동기 메시지를 싣는 MAC 프레임의 위치가 경우에 따라 달라져 MAC 프레임을 차례대로 검출하여 동기 메시지를 추출함으로써 전달 지연 시간이 변하였던 것에 반해, 본 발명은 첫 번째 MAC 프레임에 동기 메시지를 싣고 그 위치를 포인터 필드에 저장시키며, 포인터 필드에 따라 동기 메시지를 추출함으로써, 동기 메시지를 싣고 추출하는데 소요되는 지연 시간이 거의 일정한 효과가 있다.

Description

케이블모뎀 시스템의 동기 메시지 전달 방법(Method of transferring a synchronous message in a cable modem system)

본 발명은 케이블모뎀을 이용하여 구축한 시스템에 관한 것으로, 특히 케이블모뎀 단말 시스템(CMTS)과 케이블모뎀(CM) 사이에 동기를 맞추기 위하여 동기 메시지를 전달하는 과정에서, 동기 메시지의 전달 지연 차이를 줄이기 위하여 동기 메시지를 MPEG 패킷의 첫 번째 MAC 프레임 자리에 싣고, 그 위치를 포인터를 이용하여 지시할 수 있도록 된 케이블모뎀 시스템의 동기 메시지 전달 방법에 관한 것이다.

케이블모뎀 네트워크는 종합정보통신망(ISDN), 멀티디지털가입자회선(xDSL) 등의 원격지 접속 분야 네트워크 시스템으로서, 인터넷, 인트라넷에 접속하여 Mbps 급의 고속 데이터 전송 속도로 가입자에게 재택근무, 영상회의, 웹검색 등의 다양한 서비스를 제공한다.

케이블모뎀 네트워크의 개념은 케이블 TV망을 데이터 통신분야에 끌어들인 것으로서 동축케이블을 이용한다는 측면에서는 서로 유사하지만, 케이블 TV는 외부의 동축케이블을 셋톱박스로 연결한 후 이 셋톱박스에 TV를 접속시키는 반면 케이블모뎀 네트워크는 케이블모뎀으로 동축케이블과 PC를 연결하는 방식이다. 이때 케이블모뎀에 접속되는 PC는 1 대일 수도 있고 여러 대일 수도 있다.

케이블모뎀은 워크그룹용, 멀티유저용, 및 개인용으로 구분된다. 워크그룹 케이블모뎀은 PC를 접속시킬 수 있는 포트 수가 4개, 8개 등으로 소규모 그룹을 대상으로 하고, 이를 통해 소형 LAN을 구축할 수 있으며, 멀티유저 케이블모뎀은 도서관, 학교, 공장 등 비교적 규모가 큰 곳에 사용된다.

도 1은 일반적인 케이블모뎀을 이용하여 구축한 네트워크를 도시한 도면으로, 케이블망(20)에 다수개의 케이블모뎀(CM,11~14)이 연결되고 케이블모뎀(11~14)에는 각각 PC가 연결되어 있어, 가입자가 백본망(40)으로부터 인터넷 등의 서비스를 제공받으며, 케이블모뎀 단말시스템(30,CMTS:Cable Modem Termination System)은 헤드엔드에 위치하여 상향 채널 및 하향 채널을 제공하는 역할을 한다. 상기 CMTS(30)는 하향 채널에서 500kbps~30Mbps의 전송 속도로 광대역의 데이터를 브로드캐스팅(broadcasting) 방식으로 전송하고, 각 CM은 상향 채널에서 96kbps~10Mbps의 속도로 협대역의 질의데이터를 점대점 방식으로 전송한다.

케이블모뎀이 다루는 프로토콜은 인터넷 프로토콜(IP:Internet Protocol)로서, 케이블모뎀 시스템은 IP 메시지의 투명한 전송을 위하여 다음의 표 1과 같은 계층적인 구조를 가지고 있다.

계 층	부 계 층
네트워크 계층	-
데이터 연결 계층	논리 연결 제어(LLC) 부계층
	연결 보안 부계층
	매체 접속 제어(MAC) 부계층
물리 계층(PHY)	전송 수렴(TC) 부계층
	물리 매체 종속(PMD) 부계층

케이블모뎀 시스템의 계층 구조는 상기 표 1과 같이 네트워크 계층, 데이터 연결 계층, 물리 계층과 같이 수직적인 구조로 구분된다. 또한, 상기 데이터 연결 계층은 논리 연결 제어(LLC:Logical Link Control) 부계층, 연결 보안(link-security) 부계층, 및 매체 접속 제어(MAC:Medium Access Control) 부계층으로 구분되고, 상기 물리 계층은 전송 수렴(TC:Transmission Convergence) 부계층과 물리 매체 종속(PMD:Physical Medium Dependent) 부계층으로 구분된다.

상기에서 네트워크 계층은 인터넷 프로토콜(IP) 계층으로서 IP 트래픽을 전송한다. 데이터 연결 계층의 논리 연결 제어(LLC) 부계층은 이더넷 표준을 확립하고, 매체 접속 제어(MAC) 부계층은 가변 길이의 PDU를 지원하며, MAC 프로토콜은 CMTS에 의하여 대역할당을 제어하고 상향에서 일정 시간 간격의 미니슬롯으로 스트림을 나누고 가변 길이의 패킷을 지원하여 대역할당의 효율을 증가시키는 등의 특징을 가지고 있다.

물리 계층의 전송 수렴(TC) 계층은 하향의 경우에만 존재하여 디지털 비디오와 같은 추가의 서비스를 제공하며, 연속된 188바이트의 MPEG 패킷을 정의한다. 그리고, 물리 매체 종속 (PMD) 부계층은 하향의 경우 64QAM과 256QAM의 변조방식, 리드솔로몬과 트렐리스의 에러정정코드 등의 기능을 지원하고 상향의 경우 QPSK와 16QAM의 변조방식, TDMA, 고정길이 프레임과 가변길이 PDU 등을 지원한다.

케이블모뎀 단말 시스템(CMTS)과 케이블모뎀(CM)은 상기 매체 접속 제어(MAC) 부계층에서 상향 및 하향의 양방향으로 기본 전송 단위인 MAC(Medium Access Control) 프레임을 이용하여 데이터를 주고 받는다. 그러나, 케이블모뎀은 동기화되기 전에는 상향 채널을 사용하지 못하므로, 데이터 전송을 위해서 먼저 초기화 과정을 통해 CMTS와 케이블모뎀을 동기시켜야 한다. 이를 위하여 CMTS는 하향스트림으로 상기 MAC 프레임에 시간 동기 메시지를 실어보낸다. 상기 시간 동기 메시지에는 CMTS가 언제 메시지를 전달했는지를 정의하는 타임스탬프가 포함되어 있어, 케이블모뎀은 메시지를 전달받은 실제 시간과 상기 타임스탬프를 비교하여 자신의 기준 로컬 클럭을 조절하여 동기를 맞추게 된다.

도 2는 CMTS로부터 케이블모뎀으로의 동기 메시지 전달을 도시한 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 CMTS는 주기적인 'MAC 동기 간격(MSI:MAC Synchronous Interval)'에 동기 메시지를 전달하며, 각 MAC 동기 간격(MSI)에 하나의 동기 메시지를 전송한다. 이때, CMTS는 다운스트림 트래픽과 메시지의 요구에 기초하여 동기 메시지를 상기 MSI의 어느 시점에 전송할 것인지를 판단한다. 이에 따라, 동기 메시지간의 최대 거리는 MAC 동기 간격의 2배 거리가 된다.

한편, 동기 메시지는 물리 계층(PHY)을 거치면서 도 2에 도시된 바와 같이 일정 크기의 전달 지연을 일으키게 된다. 그런데, 물리 계층에서는 MAC 프레임을 모아서 헤더를 부가한 MPEG 패킷을 취급하며, 동기 메시지를 싣는 MAC 프레임이 MPGE 패킷에 위치하는 자리가 경우에 따라 일정하지 않으므로, MPEG 패킷의 MAC 프레임을 차례대로 검출하여 동기 메시지를 추출할 경우, 전달 지연 시간이 변경할 수 있는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 케이블모뎀의 초기화과정중에 케이블모뎀 단말 시스템(CMTS)에서 케이블모뎀(CM)으로 동기 메시지를 전달할 경우 지연되는 시간이 일정하도록 된 케이블모뎀 시스템의 동기 메시지 전달 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 다수의 가입자가 각각 케이블모뎀을 이용하여 케이블망을 통해 케이블모뎀 단말 시스템(CMTS)과 연결되고, 상기 CMTS와 케이블모뎀간에 MAC 프레임에 헤더를 부가하여 구성한 MPEG 패킷을 이용하여 데이터를 주고받는 케이블모뎀 시스템에 있어서, 상기 케이블모뎀 단말 시스템이 동기 메시지를 송신시, MPEG 패킷 헤더의 PUSI 필드와 TP 필드를 '1'로 셋팅시키는 단계, MPEG 패킷의 MCNS 유료부하의 첫 번째 MAC 프레임에 동기 메시지를 싣는 단계, 및 MPEG 패킷의 포인터 필드가 상기 동기 메시지의 위치를 지시하도록 하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 케이블모뎀이 동기 메시지를 수신시, MPEG 패킷을 수신하여 PUSI가 1이고 TP가 1인지를 판단하는 단계, 판단 결과 PUSI가 1이고 TP가 1이면 포인터를 추출하여 포인트값에 따른 MAC 프레임으로부터 동기 메시지를 찾는 단계 및 판단 결과 PISI가 1이 아니고 TP가 1이 아니면, MPEG 패킷의 MAC 프레임을 차례대로 추출하여 동기 메시지를 찾는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 케이블모뎀 네트워크와 그 주변 장치를 도시한 도면,

도 2는 CMTS로부터 케이블모뎀으로의 동기 메시지 전달을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따라 동기 메시지를 전달하기 위한 MPEG 패킷의 구조를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 동기 메시지 전달 방법에 따라 케이블모뎀이 동기 메시지를 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 자세히 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 케이블모뎀 시스템의 MPEG 패킷 구조를 설명하기로 한다.

케이블모뎀을 이용한 통신방식에 있어서의 계층 구조가운데 전송 수렴 계층에서는 188바이트 MPEG-2 패킷의 연속으로 이루어지는 비트스트림을 하향스트림으로 전송한다. 상기 MPEG 패킷은 동기를 위한 1바이트와, 서비스 정의, 스크램블링, 및 제어 정보를 위한 3바이트로 이루어진 MPEG 헤더와, 184바이트의 유료부하로 구성된다.

상기 MPEG 헤더의 구조를 살펴보면 다음의 표 2와 같다.

필드 이름	길이(bits)
sync_byte	8
transport_error_indicator	1
payload_unit_start_indicator	1
transport_priority	1
PID	13
transport_scrambling_control	2
adaptation_field_control	2
continuity_counter	4

MPEG 헤더를 구성하는 필드중에서 상기 transport_error_indicator 필드는 패킷의 수신시 에러 여부를 표시하는 것으로서 패킷 전송시 에러가 발생하면 '1'로 셋되고, 상기 payload_unit_start_indicator 필드는 유료부하에 포인터 필드의 존재 유무를 표시한다. 그리고, 상기 transport_priority 필드와 transport_scrambling_control 필드는 나중의 사용을 위하여 예약된 비트로서 '0'으로 셋되어 있다.

MPEG 패킷의 유료부하는 MCNS(Multimedia Cable Network System) MAC 프레임을 전달하며, 상기 payload_unit_start_indicator(이하, 'PUSI'라 함) 필드가 '1'로 셋되는 경우 유료부하의 첫 번째 바이트를 포인터 필드로 이용하여 유료부하는 183바이트가 된다.

상기 MAC 프레임의 구조는 MAC 프레임의 내용을 정의하는 MAC 헤더, 및 MAC 헤더에 따라 그 길이와 존재 여부가 정해지는 데이터 PDU(Protocol data Unit)로 구성되는데, 상기 MAC 프레임은 상향스트림의 경우 MAC 헤더 앞에 물리 매체 종속(PMD) 부계층 오버헤드가 붙고, 하향스트림의 경우 MPEG 전송 헤더가 붙어서 전송된다.

MAC 프레임의 헤더는 1바이트의 FC(Frame Control), 1 바이트의 MAC_PARM (Parameter), 2바이트의 LEN(Length), 0부터 255바이트까지의 가변 길이를 갖는 EHDR(Extended MAC Header), 2바이트의 HCS(MAC Header Check Sequence)로 구성된다. 상기 FC는 MAC 헤더의 타입을 정의하는 것으로서, 2비트의 MAC 프레임 제어 타입 필드 FC_TYPE, 5비트의 파라메터 비트 FC_PARM, 상기 EHDR 필드가 존재하는지의 여부를 나타내는 1비트의 EHDR_ON로 구분된다. 상기 MAC_PARM은 파라메터 필드로서, 상기 EHDR_ON이 '1'로서 EHDR 필드가 존재함을 나타낼 경우 EHDR 필드의 길이를 나타내며, 상기 LEN은 MAC 프레임의 길이를 나타내는 것으로, MAC 헤더가 요구(Request) 헤더일 경우에는 서비스를 정의하기 위한 SID(Service IDentifier)로 이용되고, 상기 HCS는 MAC 프레임 내의 비트 오류를 검출한다.

여기서, FC_TYPE에 따른 MAC 헤더의 타입을 살펴보면, FC_TYPE이 '00'이면MAC 헤더가 패킷 PDU MAC 헤더임을 나타내고 '01'이면 ATM 셀 MAC 헤더임을 나타내고 '10'이면 예약 PDU MAC 헤더임을 나타내고 '11'이면 특정한 MAC 프레임의 제어를 목적으로 한 MAC 헤더임을 나타낸다.

상기 특정한 MAC 프레임의 제어를 목적으로 한 MAC 헤더는 다운스트림에서 케이블모뎀의 동기를 위하여 타이밍 정보를 전송하는 타이밍 헤더와, MAC 관리 메시지를 전송하는 MAC 관리 헤더, 업스트림에서 케이블모뎀의 대역 요구에 관한 MAC 헤더, 및 연속된 다수개의 MAC 프레임의 사용을 정의하는 연속(Concatenation) 헤더로 구분된다.

한편, CMTS와 케이블모뎀간의 동기를 위하여 CMTS가 상기 타이밍 헤더를 갖는 MAC 프레임에 동기 메시지를 실어보내면 케이블모뎀이 상기 메시지에 따라 자신의 기준 로컬 클럭을 조절하여 동기를 맞추게 되는 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 동기 메시지를 전달하기 위한 MPEG 패킷의 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 동기 메시지 전달 방법에 따라 케이블모뎀이 동기 메시지를 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명의 동기 메시지 전달 방법은 MPEG 패킷의 포인터 필드를 이용하여 동기 메시지가 실려 있는 MAC 프레임의 위치를 가리키도록 하는 것이다.

즉, 본 발명에서는 동기 메시지의 전송을 위하여 MPEG 헤더중 나중의 사용을 위해 예약된 transport_priority(TP) 필드를 동기 메시지의 유무를 가리키도록 정의하여, 동기 메시지를 전송하고자 할 경우 CMTS는 상기 TP를 '1'로 셋팅하여 동기 메시지가 존재함을 표시하고, MPEG 헤더의 payload_unit_start_indicator(PUSI) 필드를 '1'로 셋팅하여 MPEG 유료부하의 첫 번째 바이트를 포인터 필드로 사용한다.

그런 다음, 동기 메시지를 MPEG 패킷의 MCNS 유료부하 필드의 첫 번째 MAC 프레임 자리에 싣고, MAC 프레임의 자리에 따라 포인터값을 계산하여 MPEG 패킷의 포인터 필드에 저장한다. 이때, 동기 메시지를 상기와 같이 첫 번째 MAC 프레임 자리에 싣는 것은, 여러 MAC 프레임이 MPEG 패킷으로 형성될 때, 하나의 MAC 프레임이 서로 다른 MPEG 패킷으로 나뉘어지는 경우도 있으므로, 이 경우 동기를 잃지 않도록 하기 위함이다.

이어서, 도 4를 참조하여 케이블모뎀이 동기 메시지를 추출하는 방법을 살펴보면, 먼저 MPEG 패킷을 수신하여(41) MPEG 헤더의 PUSI가 1이고 TP가 1인지를 판단한다(42,43). 상기 판단 결과 PUSI가 1이고 TP가 1이면, MPEG 필드의 포인터 필드로부터 포인트값을 추출하여 포인트값에 따른 MAC 프레임으로부터 동기 메시지를 찾는다(44). 판단 결과 PUSI가 1이 아니고 TP가 1이 아니면, 포인터 필드를 사용하지 않고 종전의 방식으로 동기 메시지를 전송한 것이므로 MPEG 필드의 MCNS 유료부하를 구성하는 MAC 프레임들을 차례로 검출하여 동기 메시지를 찾아낸다(45).

이와 같이 케이블모뎀 단말 시스템(CMTS)이 동기 메시지를 MPEG 패킷에 실어보내면, 케이블모뎀이 본 발명의 방법에 따라 동기 메시지의 위치를 포인터로부터 추출하여 동기 메시지를 읽어와, CMTS와 케이블모뎀 간에 동기를 맞추게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 방법은 케이블 모뎀 단말 시스템(CMTS)과 케이블모뎀간의 동기화 과정에 있어서, CMTS가 MPEG 패킷에 동기 메시지를 실어보낼 경우 첫 번째 MAC 프레임에 동기 메시지를 싣고 그 위치를 포인터 필드에 저장시키며, 케이블 모뎀은 포인터 필드에 따라 동기 메시지를 추출함으로써, 동기 메시지를 싣고 추출하는데 소요되는 지연 시간이 거의 일정한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 다수의 가입자가 각각 케이블모뎀을 이용하여 케이블망을 통해 케이블모뎀 단말 시스템(CMTS,30)과 연결되고, 상기 CMTS(30)와 케이블모뎀간에 MAC 프레임에 헤더를 부가하여 구성한 MPEG 패킷을 이용하여 데이터를 주고받는 케이블모뎀 시스템에 있어서,

   상기 케이블모뎀 단말 시스템이 동기 메시지를 송신시,

   MPEG 패킷 헤더의 PUSI 필드와 TP 필드를 '1'로 셋팅시키는 단계;

   MPEG 패킷의 MCNS 유료부하의 첫 번째 MAC 프레임에 동기 메시지를 싣는 단계; 및

   MPEG 패킷의 포인터 필드가 상기 동기 메시지의 위치를 지시하도록 하는 단계를 포함하여 구성되고,

   상기 케이블모뎀이 동기 메시지를 수신시,

   MPEG 패킷을 수신하여 PUSI가 1이고 TP가 1인지를 판단하는 단계;

   판단 결과 PUSI가 1이고 TP가 1이면 포인터를 추출하여 포인트값에 따른 MAC 프레임으로부터 동기 메시지를 찾는 단계; 및

   판단 결과 PISI가 1이 아니고 TP가 1이 아니면, MPEG 패킷의 MAC 프레임을 차례대로 추출하여 동기 메시지를 찾는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 케이블모뎀 시스템의 동기 메시지 전달 방법.