KR20000045163A - 케이블모뎀의 하향 패킷 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하향 패킷을 일단 로컬 FIFO(First In First Out) 버퍼에 저장해 두었다가 이 후 적당한 시점에 메모리로 이동시켜 안정적인 하향 패킷 수신을 가능하게 하는 케이블모뎀의 하향 패킷 처리방법에 관한 것이다.

본 발명은 새로운 하향 패킷이 수신되면 로컬 FIFO 버퍼가 오버플로인가를 판단하고, 판단 결과 로컬 FIFO 버퍼가 오버플로이면 로컬 FIFO 버퍼의 앞부분에 저장된 패킷을 제거한 다음 새로 수신한 하향 패킷을 저장하고 상기 MPU에게 인터럽트를 발생시키고, 로컬 FIFO 버퍼가 오버플로가 아니면 새로 수신한 하향 패킷을 로컬 FIFO 버퍼에 저장시키며, 로컬 FIFO 버퍼에 저장된 하향 패킷을 DMA를 통해 메모리로 이동시킨다.

상기와 같이 본 발명은 하향 패킷을 일단 로컬 FIFO 버퍼에 저장해 두었다가 적당한 기회에 메모리로 이동시키는 과정을 통해 DMA 과정에서 발생할 수 있는 가변 지연이 흡수되도록 하기 때문에 하향 패킷의 안정적인 수신을 가능하게 하는 효과가 있다.

Description

케이블모뎀의 하향 패킷 처리방법(A method for processing a downstream packet in a cable modem)

본 발명은 케이블모뎀의 하향 패킷 처리방법에 관한 것으로서, 특히 하향 패킷을 일단 로컬 FIFO(First In First Out) 버퍼에 저장해 두었다가 이 후 적당한 시점에 메모리로 이동시켜 안정적인 하향 패킷 수신을 가능하게 하는 케이블모뎀의 하향 패킷 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 케이블모뎀 네트워크는 원격지 접속 분야에서 종합정보통신망(ISDN), 멀티디지털가입자회선(xDSL) 등과 함께 관심을 끌고 있는 네트워크 시스템으로서, 인터넷, 인트라넷에 접속하여 Mbps 급의 고속 데이터 전송 속도로 가입자에게 재택근무, 영상회의, 웹검색 등의 다양한 서비스를 제공한다.

미국을 중심으로 폭넓은 사용자층을 확보하고 있는 케이블모뎀 네트워크의 개념은 케이블 티브이(CATV)망을 데이터 통신분야에 끌어들인 것으로서, 동축케이블을 이용한다는 측면에서는 서로 유사하지만 CATV는 외부의 동축케이블을 셋톱박스로 연결한 후 이 셋톱박스에 TV를 접속시키는 반면, 케이블모뎀 네트워크는 케이블모뎀으로 동축케이블과 퍼스널 컴퓨터(PC)를 연결하는 방식이다. 이 때, 케이블모뎀에 접속되는 PC는 1 대일 수도 있고 여러 대일 수도 있다.

케이블모뎀은 워크그룹용, 멀티유저용, 및 개인용으로 구분된다. 워크그룹용 케이블모뎀은 PC를 접속시킬 수 있는 포트수가 4개, 8개 등으로 소규모 그룹을 대상으로 하고 이를 통해 소형 랜(LAN)을 구축할 수 있도록 하며, 멀티유저용 케이블모뎀은 도서관, 학교, 공장 등 비교적 규모가 큰 곳에 사용된다.

도 1은 일반적인 케이블모뎀 네트워크의 개략적인 구성도로서, 다수개의 케이블모뎀(11∼14, CM: Cable Modem)이 케이블망(20)에 연결되어 있고, 각각의 케이블모뎀(11∼14)에는 가입자 설비(CPE: Customer Premises Equipment)인 퍼스널 컴퓨터(PC)가 연결되어 있으며, 케이블모뎀 단말시스템(30, CMTS: Cable Modem Termination System)이 케이블망(20)과 백본망(40) 사이에 연결되어 있다. 여기서, 가입자는 백본망(40)으로부터 인터넷 등의 서비스를 제공받는다.

상기 케이블모뎀들(11∼14, CM)은 PC 로부터 입력되는 상향 채널(upstream channel)의 패킷들과 케이블모뎀 단말시스템(30, CMTS)으로부터 입력되는 하향 채널(downstream channel)의 패킷들을 버퍼와 메모리(도면상 도시되지 않음)에 저장한 상태에서 적절하게 처리하여 가입자가 케이블모뎀 단말시스템(30, CMTS)과 연결된 백본망(40)으로부터 여러 가지 서비스를 제공받을 수 있도록 한다.

상기 케이블모뎀 단말시스템(30, CMTS)은 헤드엔드에 위치하여 상향 채널과 하향 채널을 제공한다. 상기 케이블모뎀 단말시스템(30, CMTS)은 하향 채널을 통해 500Kbps∼30Mbps의 속도로 광대역의 데이터를 전송하고, 상향 채널을 통해 각 케이블모뎀(11∼14, CM)이 96Kbps∼10Mbps의 속도 및 점대점 방식으로 전송한 협대역의 질의데이터를 수신한다.

한편, 상기 케이블모뎀(11~14, CM)은 상향스트림(upstream)과 하향스트림(downstream)에서의 기본 전송 단위인 MAC(Medium Access Control) 프레임을 이용하여 케이블모뎀 단말시스템(30, CMTS)과 데이터를 주고받으므로 MAC 프레임을 처리하는 MAC 칩(도면상 도시되지 않음)을 구비하고 있다.

상기 MAC 칩은 도면상 도시된 바는 없으나 케이블모뎀 단말시스템(30, CMTS)으로부터의 하향 패킷을 수신하는 즉시 DMA(Direct Memory Access)를 통해 메모리로 이동시켜 MPU(MicroProcessor Unit)가 하향 패킷을 처리할 수 있도록 한다.

그러나, 종래에는 MAC 칩의 DMA 과정에서 MPU 버스의 사용여부에 따라 가변적인 지연(latency)이 발생할 수 있는데, 이러한 가변적인 지연이 발생하는 시점에 연이어 하향 패킷이 전달되면 패킷을 잃어버리는 경우가 발생하여 결국 하향 패킷을 안정적으로 수신할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하향 패킷을 일단 로컬 FIFO 버퍼에 저장해 두었다가 적당한 기회에 메모리로 이동시키는 과정을 통해 DMA 과정에서 발생할 수 있는 가변 지연이 흡수되도록 함으로써 안정적인 하향 패킷 수신이 가능해지도록 하는 케이블모뎀의 하향 패킷 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 케이블모뎀의 하향 패킷 처리방법은 로컬 FIFO 버퍼와 MPU와 메모리를 구비한 케이블모뎀의 하향 패킷 처리방법에 있어서, 새로운 하향 패킷을 수신하면 상기 로컬 FIFO 버퍼가 오버플로인가를 판단하는 단계와, 상기 판단 결과 로컬 FIFO 버퍼가 오버플로이면 상기 로컬 FIFO 버퍼의 앞부분에 저장된 패킷을 제거한 다음 새로 수신한 하향 패킷을 저장하고 상기 MPU에게 인터럽트를 발생시키는 단계와, 상기 판단 결과 로컬 FIFO 버퍼가 오버플로가 아니면 새로 수신한 하향 패킷을 상기 로컬 FIFO 버퍼에 저장시키는 단계와, 상기 로컬 FIFO 버퍼에 저장된 하향 패킷을 DMA를 통해 상기 메모리로 이동시키는 단계가 구비된 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 케이블모뎀 네트워크의 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명이 적용되는 케이블모뎀의 개략적인 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 MAC 칩이 하향 패킷을 DRAM으로 이동시키는 절차를 나타내는 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

140: MAC 칩(Medium Access Control chip) 141: 로컬 FIFO 버퍼

160: MPU(MicroProcessor Unit) 170: DRAM(Dynamic RAM)

200: MPU 버스

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명이 적용되는 케이블모뎀은 인터넷 프로토콜(IP: Internet Protocol)을 사용하며, IP 메시지의 투명한 전송을 위하여 아래 표 1과 같은 계층적인 구조를 가지고 있다.

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

즉, 케이블모뎀은 네트워크 계층, 데이터 링크 계층, 물리 계층의 수직적인 계층 구조를 가진다. 그 중, 데이터 링크 계층은 논리 링크 제어(LLC: Logical Link Control) 부계층, 링크 보안(link-security) 부계층 및 매체 액세스 제어(MAC: Medium Access Control) 부계층으로 구분되고, 물리 계층은 전송 수렴(Transmission Convergence) 부계층과 물리 매체 종속(PMD: Physical Medium Dependent) 부계층으로 구분되며, 네트워크 계층(IP 계층)은 IP 트래픽을 전송한다.

상기 데이터 링크 계층의 매체 액세스 제어(MAC) 부계층은 가변 길이의 PDU(Protocol data Unit)를 지원한다. 여기서, MAC 프로토콜은 케이블모뎀 단말시스템(CMTS)에 의해 대역 할당이 제어되고, 상향스트림이 일정 시간 간격의 미니슬롯으로 나뉘며, 가변 길이의 패킷을 지원하여 대역 사용 효율을 증가시키는 특징을 가지고 있다.

상기 물리 계층의 전송 수렴(TC) 계층은 하향스트림의 경우에만 존재하여 디지털 비디오와 같은 추가의 서비스를 제공하며, 물리 매체 종속(PMD) 부계층은 하향스트림의 경우 64QAM 과 256QAM 의 변조 방식, 리드솔로몬과 트렐리스의 에러정정코드 등의 기능을 지원하고 상향스트림의 경우 QPSK 와 16QAM 의 변조 방식, TDMA, 고정 길이 프레임과 가변 길이 PDU 등을 지원한다.

한편, 케이블모뎀과 케이블모뎀 단말시스템(CMTS)이 주고받는 MAC 프레임은 MAC 프레임의 내용을 정의하는 MAC 헤더와, 상기 MAC 헤더에 따라 그 길이와 존재여부가 정해지는 데이터 PDU로 구성된다. 상기 MAC 프레임은 상향스트림의 경우 MAC 헤더 앞에 물리 매체 종속(PMD) 부계층 오버 헤더가, 하향스트림의 경우 MPEG 전송 헤더가 붙어서 전송된다.

상기 MAC 헤더 중에서 MAC 관리 헤더는 MAC 프레임의 관리 메시지를 전송할 때 이용되는데, 케이블모뎀 단말시스템(CMTS)이 하향 채널을 통해 케이블모뎀으로 전송하는 MAC 관리 메시지를 '할당 MAP'이라 한다. 즉, 케이블모뎀 단말시스템(CMTS)은 할당 MAP을 케이블모뎀으로 전송함으로써 케이블모뎀이 상향 패킷을 송신하기 위한 상향 채널의 대역을 정의한다.

상기 MAP 메시지는 고정 길이의 헤더와, 가변 길이의 IE(Information Elements)로 구성된다. 상기 IE는 14비트의 SID(Service IDentifier), 4비트의 타입 코드(IUC: Interval Usage Code), 14비트의 스타팅 오프셋으로 구분되며, IE의 IUC에 따른 SID 및 오프셋을 살펴보면 아래 표 2와 같다.

IE 명칭	IUC	SID	오프셋
Request	1	any	starting offset of REQ region
REQ/Data	2	multicast	starting offset of IMMEDIATE Data region
Initial Maintenance	3	broadcast/multicast	starting offset of MAINT region(used in initial Ranging)
Station Maintenance	4	unicast	starting offset of MAINT region(used in Periodic Ranging)
Short Maintenance	5	unicast	starting offset of Data Grant assignment ; if inferred length=0, then it is a Data Grant Pending
Long DataGrant	6	unicast	starting offset of Data Grant assignment ; if inferred length=0, then it is a Data Grant Pending
Null IE	7	zero	ending offset of the previous grant. Used to bound the length of the last actual interval allocation
Data Ack	8	unicast	CMTS sets to 0
Reserved	9~14	any	reserved
Expension	15	expanded IUC	# of additional 32bit words in this IE

상기 표 2에서 Request IE는 상향스트림 데이터 전송을 위한 대역을 요구할 경우 상향스트림 간격을 제공하고, Request/Data IE는 전송될 대역이나 짧은 데이터 패킷을 요구할 경우 상향스트림 간격을 제공한다. Initial Maintenance IE는 새로운 스테이션을 네트워크에 연결할 경우 간격을 제공하고, Station Maintenance IE는 스테이션이 정해진 네트워크를 유지해야 하는 경우 간격을 제공한다. Data Grant IE는 케이블모뎀이 한 개 또는 그 이상의 상향스트림 PDU를 전송할 수 있는 기회를 제공하는 것으로서, Short Data Grant IE는 UCD(Upstream Channel Descriptor)에서 정해진 최대 버스트 크기보다 작거나 같은 경우에 이용되고, Long Data Grant IE는 UCD에 정의된 짧은 데이터(Short Data)의 최대 미니슬롯보다 많은 경우 이용된다. Null IE는 IE 리스트에서 실질적인 할당을 종료하고, Data Acknowledge IE는 데이터 PDU가 전송되었음을 인식한다.

도 2는 본 발명이 적용되는 케이블모뎀의 개략적인 구성도로서, 상기 케이블모뎀은 튜너(110)와, 변조기(120)와, 복조기(130)와, MAC 칩(140)과, 로컬 FIFO 버퍼(141)와, 암호/해독기(150)와, MPU(160)와, DRAM(Dynamic RAM, 170)과, 플래시 메모리(flash memory, 180)와, 이더넷 MAC 계층 처리부(190)와, 이더넷 물리 계층 처리부(191)와, 트랜스포머(192)가 구비되어 있다. 상기 MAC 칩(140), MPU(160), DRAM(170), 플래시 메모리(180) 및 이더넷 MAC 계층 처리부(190)는 각각 MPU 버스(200)에 연결되어 있다.

상기 튜너(110)는 F-커넥터를 통해 RF 신호(하향 패킷)를 수신하여 복조기(130)로 출력하고, 상기 복조기(130)는 입력받은 RF 신호(16QAM 변조된 신호)를 복조하여 MAC 칩(140)에 전달하고, 상기 MAC 칩(140)은 전달받은 하향 패킷(MAC 프레임)을 필터링하여 일단 로컬 FIFO 버퍼(141)에 저장시킨다. 이 후, MAC 칩(140)은 MPU 버스(200)를 이용할 수 있는 적정 시점에 로컬 FIFO 버퍼(141)에 저장된 하향 패킷을 DMA를 통해 DRAM(170)에 저장시킨다.

상기 DRAM(170)에 저장된 패킷은 MPU(160)가 읽어들여 패킷 필터링(filtering), 어드레스 검증(verification), 브리징(bridging) 등과 같은 처리를 수행한 다음 다시 DRAM(170)에 저장시키고, 이어서 MAC 칩(140)이 DRAM(170)에 저장된 패킷을 읽어와 패킷의 송신여부를 결정하는데, 이 때 패킷이 가입자 설비(도면상 도시되지 않음)로 송신되어야 하는 패킷일 경우 MPU(160)는 해당 패킷에 헤더를 붙여 다시 DRAM(170)에 저장시키고, 이어서 이더넷 MAC 계층 처리부(190)가 MPU 버스(200)를 통해 DRAM(170)에 저장된 패킷을 읽어가도록 한다. 여기서, 상기 MAC 계층 처리부(190)에 의해 읽어들여진 하향 패킷은 이후 이더넷 물리 계층 처리부(191), 트랜스포머(192), RJ-45 커넥터를 통하여 가입자 설비로 전송된다.

상기 MPU(160)는 케이블모뎀 단말시스템(CMTS)으로 송신할 데이터 패킷(상향 패킷)이 존재하면 해당 패킷을 필터링하여 MPU 버스(200)를 통해 DRAM(170)에 저장시킨 다음 MAC 칩(140)에 상향 패킷이 존재함을 알린다. 상기 MAC 칩(140)은 MPU(160)로부터 상향 패킷이 존재함을 통보받으면 이 후 케이블모뎀 단말시스템(CMTS)이 지정한 시간(기회)에 타이밍을 맞추어 DRAM(170)에 저장된 상향 패킷을 읽어들여 헤더를 붙인 후 변조기(120)로 전달한다.

상기 변조기(120)는 MAC 칩(140)으로부터 전달받은 상향 패킷을 16QAM 변조하여 튜너(110)로 출력하고, 상기 튜너(110)는 16QAM 변조된 상향 패킷을 F-커넥터를 통해 케이블모뎀 단말시스템(CMTS)측으로 송신한다.

상기 암호/해독기(150)는 전송되는 상향 패킷에 실린 데이터의 내용을 다른 케이블모뎀이 알 수 없도록 암호화한다.

상기와 같이 구성된 케이블모뎀이 본 발명의 일 실시예에 따라 하향 패킷을 DRAM으로 이동시키는 절차를 도 3에 도시된 흐름도를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 도 2에 도시된 MAC 칩이 하향 패킷을 DRAM으로 이동시키는 절차를 나타내는 흐름도이다.

먼저, 튜너(110)는 F-커넥터를 통해 하향 패킷을 수신하여 복조기(130)로 출력하고, 상기 복조기(130)는 입력받은 하향 패킷을 복조하여 MAC 칩(140)에 전달하고, 상기 MAC 칩(140)은 하향 패킷을 수신하면(S301) 로컬 FIFO 버퍼(141)가 오버플로(overflow)인가를 판단한다(S302). 여기서, 로컬 FIFO 버퍼(141)의 오버플로는 하향 채널을 통해 군집성(bursty) 패킷이 수신되는 경우 즉, 여러 패킷이 연속하여 수신되는 경우에 순간적으로 발생할 수 있다.

상기 S302 단계의 판단 결과 로컬 FIFO 버퍼(141)가 오버플로이면 MAC 칩(140)은 로컬 FIFO 버퍼(141)의 앞부분에 저장된 패킷을 제거하고(S303), 이어서 새로 수신한 하향 패킷을 필터링하여 로컬 FIFO 버퍼(141)에 저장시킨다(S304). 여기서, 로컬 FIFO 버퍼(141)의 앞부분에 저장된 패킷 즉, 가장 오랫동안 로컬 FIFO 버퍼(141)에 저장되어 있던 패킷을 골라서 제거하는 것은 그 패킷이 상대적으로 많은 지연을 겪어 현재 수신되는 패킷에 비해 중요도가 떨어지기 때문이다.

상기 S304 단계 후 MAC 칩(140)은 보다 체계적이고 근본적인 관리를 위하여 MPU(160)에게 인터럽트를 발생시킨다(S305).

상기 S305 단계 후 MAC 칩(140)은 MPU 버스(200)를 이용할 수 있는 적정 시점에 DMA를 통해 로컬 FIFO 버퍼(141)에 저장된 하향 패킷을 메모리로 이동시킨다(S306).

한편, 상기 S302 단계의 판단 결과 로컬 FIFO 버퍼(141)가 오버플로가 아니면 MAC 칩(140)은 새로 수신한 하향 패킷을 필터링하여 로컬 FIFO 버퍼(141)에 저장시키고(S307), 이어서 S306 단계로 분기하여 MPU 버스(200)를 이용할 수 있는 적정 시점에 DMA를 통해 로컬 FIFO 버퍼(141)에 저장된 하향 패킷을 메모리로 이동시킨다.

이와 같이 본 발명은 하향 패킷을 일단 로컬 FIFO 버퍼에 저장해 두었다가 적당한 기회에 메모리로 이동시키는 과정을 통해 DMA 과정에서 발생할 수 있는 가변 지연이 흡수되도록 하기 때문에 하향 패킷의 안정적인 수신을 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 로컬 FIFO 버퍼와 MPU와 메모리를 구비한 케이블모뎀의 하향 패킷 처리방법에 있어서,

   새로운 하향 패킷을 수신하면 상기 로컬 FIFO 버퍼가 오버플로인가를 판단하는 단계와,

   상기 판단 결과 로컬 FIFO 버퍼가 오버플로이면 상기 로컬 FIFO 버퍼의 앞부분에 저장된 패킷을 제거한 다음 새로 수신한 하향 패킷을 저장하고 상기 MPU에게 인터럽트를 발생시키는 단계와,

   상기 판단 결과 로컬 FIFO 버퍼가 오버플로가 아니면 새로 수신한 하향 패킷을 상기 로컬 FIFO 버퍼에 저장시키는 단계와,

   상기 로컬 FIFO 버퍼에 저장된 하향 패킷을 DMA를 통해 상기 메모리로 이동시키는 단계가 구비된 것을 특징으로 하는 케이블모뎀의 하향 패킷 처리방법.