KR20010057223A

KR20010057223A - 수동광 분기망의 레인징 방법

Info

Publication number: KR20010057223A
Application number: KR1019990059409A
Authority: KR
Inventors: 김진희; 정해; 강대경; 고상호; 권순철
Original assignee: 이계철; 한국전기통신공사
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2001-07-04
Also published as: KR100630377B1

Abstract

본 발명은 수동광 분기망에서 OLT와 상기 OLT에 연결되는 1 내지 i 개의 ONU간의 등화지연값을 설정하는 레인징 방법에 관한 것이다. 본 발명의 레인징 방법은 OLT에서 수학식 [](는 등화왕복지연,는 레인징될 i 번째 ONU와 OLT 사이의 거리, R은 상향 프레임의 전송속도, c는 빛의 속도) 및 수학식[] (은이상의 최소의 정수)을 이용하여 사전할당 등화지연()과 상기 OLT와 상기 ONU간의 거리의 오차범위에 따른 윈도우 길이()를 결정하는 단계; 상기 결정된 ()을 상기 ONU에게 전송하는 단계; 상기 OLT에서 (j-1) 번째 PLOAM 셀의 마지막 (T_W-1)/2 개의 승인 필드를 무할당 승인을 채우고, j 번째 PLOAM 셀의 첫번째 승인 필드를 레인징 승인으로 채우며, 이어서 (T_W-1)/2 개의 승인 필드를 무할당 승인으로 채우는 단계; 상기 j 번째 PLOAM 셀이 하향으로 출발한 직후, 상기 ONU로부터 레인징 응답 셀이 도착될 때, 상기 OLT에서 수학식[](T1은 상기 j 번째 PLOAM 셀이 하향으로 출발한 시간, T2는 상기 레인징 응답 셀이 상향으로 도착하는 시점)에 의해 상기 ONU에 대한 궁극적인 등화지연(

Description

수동광 분기망의 레인징 방법{RANGING METHOD FOR USED IN A PASSIVE OPTICAL NETWORK}

본 발명은 광대역 국사장치(Optical Line Termination : OLT)와 광 가입자 접속 장치(Optical Network Units : ONU)를 수동광 소자를 이용하여 연결하고 다수의 ONU가 하나의 광섬유를 공유하는 광가입자망에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수동광 분기망(Passive Optical Network : PON)에서 OLT와 ONU간의 효율적인 레인징 방법에 관한 것이다.

최근들어, 광통신 기술의 비약적인 발달로 전화국에서 가입자댁내까지의 가입자 구간이 FTTH(Fiber To The Home)망으로 구축되어 각 가정이나 건물 입구까지 광섬유가 포설되고 있으며, 이러한 수동광 분기망 시스템에서는 전화국측에 위치하는 광 송수신기, 광통신 선로(즉, 광섬유)상에 설치되는 광성형 결합기, 가입자댁내에 위치하는 광 가입자 접속 장치 등을 필요로 한다. 여기에서, 수동광 분기망 시스템이란 분배기를 사용하여 하향으로는 한 지점의 송수신기에서 여러 지점의 수신기로 점대 다대점(point to multipoint) 브로드캐스팅 방법을 사용하고, 상향으로는 각각의 광 가입자 접속 장치(ONU)에서 한 지점의 송수신기로 신호를 차례로 전송(즉, 시분할 다중화 전송)하는 시스템을 말한다.

도 1을 참조하면, 전형적인 수동광 분기망에서 사용되는 ATM-PON 시스템의 구성이 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, ATM-PON 시스템(40)은 SN(Service Node)(15)와 가입자 단말(Network Termination : NT)(30)사이에 배치되어 있으며, OLT(10)와 다수의 ONU(20)를 포함한다. ATM-PON 시스템(40)에서, 한대의 OLT(10)는 일반주거용 가입자를 수용하기 위하여 최대 64대의 ONU(20)를 제어하며 양방향으로 ATM 셀을 전달한다. 물론, OLT(10)와 다수의 ONU(20)사이에는 OLT(10)와 ONU(20)사이에서 전송되는 광신호를 분배하고, 결합하는 광분배/결합기가 존재한다. 통상적으로, OLT(10)에서 ONU(20)로 셀을 전달하는 하향 전송의 경우에는방송(broadcast)을 통하여 이루어지는 반면, ONU(20)에서 OLT(10)로 셀을 전달하는 상향 전송의 경우에는 OLT(10)측에 연결된 단일의 광 섬유(50)를 공유하기 때문에 다음과 같은 두가지 조건을 만족하여야만 원활한 통신이 가능하다.

첫번째는 공유된 매체, 즉 광섬유(50)를 시분할로 사용하도록 하기 위하여 특정한 순간에 한대의 ONU(20)만의 셀 전송을 허용하는 매체 액세스 제어(media access control : MAC) 프로토콜이 필요하고, 두번째는 OLT(10)가 어떤 순간에 한대의 ONU(20)에게만 셀 전송을 허락하였다 할지라도 각각의 ONU(20)와 OLT(10)사이의 거리가 다르기 때문에 공유된 광 매체(50)에서 충돌이 일어나는 것을 방지할 수 있는 레인징(ranging) 프로토콜이 있어야 한다.

레인징 프로토콜은 OLT(10)와 ONU(20) 사이의 거리가 서로 다르다 할지라도, 셀 전송을 승인하는 정보를 담은 셀이 OLT(10)를 출발한 순간부터 셀 전송을 허락받은 위치에 있는 ONU(20)가 보낸 셀이 OLT(10)에 도착하는 시간을 동일하게 해줌으로써 충돌이 일어나지 않게 해준다. 이와 같이, 모든 ONU(20)가 가상적으로 동일한 위치에 있는 것처럼 보이게되는 것은 등화 왕복지연(equalized propagation delay), T_eqd가 일정하기 때문이다. OLT(10)로부터 거리가 멀리 떨어진 ONU(20)는 OLT(10)로부터 셀 전송을 허락받은 후에 즉시 셀을 전송하게 하고, 반대로 거리가 가까운 ONU(20)는 어느정도 시간이 지연된 후에 셀을 전송하게 함으로써 등화 왕복지연을 일정하게 할 수 있다. 이와 같이, 셀 전송을 승인 받은 후부터 보내기 직전까지 대기하는 시간을 등화지연(equalized delay), T_d라고 한다. OLT(10)는 레인징과정을 통하여 레인징될 특정 ONU(20)에 대하여 이 등화지연 값을 설정하고, 결국 ONU(20)에 관계없이 등화 왕복지연을 동일하게 만든다.

특정 ONU(20)에 대한 등화지연 값을 설정해주기 위하여, OLT(10)는 거리 측정을 시도하게 되는데, 이것은 ONU(20)로부터의 응답시간을 측정함으로써 이루어질 수 있다. 이 측정 과정은 도 2를 참조하여 설명된다.

도 2a를 참조하면, 국제표준의 하향 프레임 포맷과 상향 프레임 포맷이 도시된다. 하향 프레임은 통상 레인징에 사용되는 PLOAM(physical layer operation and maintenance) 셀(100)과 ATM 셀(110)을 포함하여 총 56 셀로 구성되고, 각각의 셀(100, 110)은 53 바이트로 구성된다. 한편, 도 2b에 도시된 ONU(20)의 상향 프레임은 오버헤드를 포함한 53 ATM 셀로 구성되며, 각 셀은 56 바이트로 구성된다.

먼저, OLT(10)는 레인징 과정에 참여하고자 하는 ONU(20)가 얼마만큼의 시간내에 응답을 하는가 알아보기 위하여 도 2a에 도시된 바와 같은 PLOAM 셀(100)을 통하여 레인징되고자 하는 ONU(20)로 하여금 레인징 셀을 상향으로 보내는 것을 허용하는 레인징 승인을 보낸다. 도 2처럼 국제 표준에 의하면, 수동광분기망의 대표격인 ATM-PON 시스템(상하향 155Mbps)의 경우, OLT(10)에서 ONU(20)의 거리는 0 ∼ 20 km로 정의하고 있기 때문에, 레인징 되고자 하는 ONU(20)의 레인징 응답 셀이 정확히 언제 도착할 지는 알 수 없으나 어떤 범위에 도착한다는 것은 알 수 있다. 이와 같이, 응답 셀이 도착할 수 있는 시간 범위를 윈도우라고 정의한다. OLT(10)는 이 범위에서 언제 응답셀이 도착할지를 모르기 때문에 이미 레인징되어 있는 ONU(20)들로 하여금 상향으로 셀을 보내는 것을 금지하여야만 충돌을 방지할 수 있다.

OLT(10)에서 가장 가까운 위치에 배치되어 가장 빨리 응답하는 ONU는 OLT(10)가 레인징 승인 셀(100)을 보낸직후 3,136 비트(7 셀의 처리지연, 여기서 1셀은 상향 프레임의 구조를 기준으로 하므로, 56 바이트(도 2b의 200)를 의미하고 상향 전송속도는 155.52 Mbits/s로 정의되어 있다) 후에 응답 셀이 도착하고, 가장 멀리 떨어져 있는 ONU(OLT(10)로부터 최대 20 km 떨어진 ONU)는 35,584 비트(9셀의 처리지연 + 신호의 20 Km에 대한 왕복전파지연 + 레인징 응답셀의 전송시간) 후에 응답셀이 도착하는 것으로 간주한다. 따라서 윈도우의 길이를 W라고 정의할때 W = 32,448(= 35,584 - 3,136) 비트이다.

결국 이미 활동중인 ONU(20)들은 32,448 비트(약 73 셀 타임)이 지속되는 동안에는 상향으로 셀 전송을 할 수 없다. 이를 위하여 OLT(10)는 PLOAM 셀(100)의 승인 필드에 연속적으로 73개의 무할당 승인(unassigned grant)을 표시하고 난 후에 레인징 승인을 표시하게 된다.

이렇게 일정기간 동안 셀 전송을 금지하는 것은 이미 서비스중에 있는 ONU에게 나쁜 영향을 미친다. 특히 대역폭을 많이 사용하고 있는 ONU에게 상당한 셀 손실을 유발할 수 있고, 실시간 트래픽에 대해서는 치명적으로 서비스의 질적 저하를 초래한다.

따라서, 종래 기술에서는 ONU(20)들의 거리 분포를 아는 경우, 즉, OLT(10)와 ONU(20)와의 광 케이블의 거리를 아는 경우에 윈도우의 길이를 최소화하는 방안을 권고하고 있다. 그러나, 대부분의 ONU(20)가 비슷한 거리내에 분포되어 있다 할지라도 단 한대의 ONU(20)가 그외의 다른 ONU들과 멀리 떨어진 거리에 위치할때는 그다지 유용하지 못하다. 즉, 63 대의 ONU(20)가 모두 20 km에 위치하면, 윈도우의 길이는 매우 짧아질 수 있다. 그러나, 주어진 조건에서 64번째의 ONU(20)가 레인징되고자 하고 이 ONU(20)는 OLT(10)와 인접해 있는 경우에는 최대 윈도우 길이로 레인징 절차를 수행할 수 밖에 없다. 이 경우에도 이미 서비스중에 있는 63개의 다른 ONU(20)에게 나쁜 영향을 미치는 단점이 있었다.

그러므로, 본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 레인징에 참여할 ONU와 OLT사이의 광 케이블의 길이를 아는 경우에 윈도우 길이를 최소화하여 현재 서비스 중에 있는 ONU들에게 영향을 미치지 않는 레인징 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기위한 본 발명에 따른 수동광 분기망에서 OLT와 상기 OLT에 연결되는 1 내지 i 개의 ONU간의 등화지연값을 설정하는 레인징 방법은:

상기 OLT에서 하기 수학식 1 및 2를 이용하여 사전할당 등화지연()과 상기 OLT와 레인징될 ONU간의 거리의 오차범위에 따른 윈도우 길이()를 결정하는 단계,

[수학식 1], 상기 수학식 1에서,는 등화왕복지연이고,는 레인징될 i 번째 ONU와 OLT 사이의 거리이고, R은 상향 프레임의 전송속도이고, c는 빛의 속도이며,

[수학식 2], 상기 수학식 2에서,은이상의 최소의 정수를 의미하며;

상기 OLT에서 레인징될 i 번째 ONU에게 상기 결정된 사전할당 등화지연값()을 전송하는 단계;

상기 OLT에서 (j-1) 번째 PLOAM 셀의 마지막 (T_W-1)/2 개의 승인 필드를 무할당 승인을 채우고, j 번째 PLOAM 셀의 첫번째 승인 필드를 레인징 승인으로 채우며, 이어서 (T_W-1)/2 개의 승인 필드를 무할당 승인으로 채우는 단계;

상기 j 번째 PLOAM 셀이 상기 i 번째 ONU를 향하여 하향으로 출발한 직후,의 시간범위에 레인징 응답 셀이 도착될 때, 상기 OLT에서 하기 수학식 3에 의해 상기 레인징될 i 번째 ONU에 대한 궁극적인 등화지연()을 계산하여 상기 ONU에게 통보하는 단계를 포함하며;

[수학식 3]

상기 수학식 3에서, T1은 상기 j 번째 PLOAM 셀이 하향으로 출발한 시간이고, T2는 상기 레인징 응답 셀이 상향으로 도착하는 시점을 나타내는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전형적인 ATM-PON 시스템의 개략적인 블록 구성도,

도 2a 및 도 2b는 각기 국제 표준의 하향 프레임 및 상향 프레임 포맷을 예시하는 도면,

도 3은 본 발명의 레인징 절차의 개념을 설명하기 위한 개념도,

도 4는 본 발명의 레인징 방법을 설명하는 플로우차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 광대역국사장치 20 : 가입자 접속장치

30 : 가입자 단말 40 : ATM-PON 장치

50 : 광섬유

이하 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 상세히 설명될 것이다.

먼저, 도 3은 본 발명의 레인징 절차에서 사전할당 등화 지연값과 윈도우 길이를 결정하는 과정을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.

도 1에 도시된 ATM-PON 시스템(40)의 상향 프레임의 전송속도를 R이라고 할때, 한 비트의 지연을 절대적인 시간으로 산출하면 1/R 초이다. 이하 내용에서 기술하는 모든 시간 단위는 상향 프레임의 전송속도를 기준으로 하여 비트단위로 환산한 것이다.

일반적으로, 레인징될 ONU에 궁극적으로 할당될 등화지연()의 최대값은 32,000 비트 이상될 수 있으며, 변이는 가장 먼 ONU 부터 가장 가까운 ONU 까지 0 ∼ 32,000 비트에 이르며, ONU 응답시간()은 3,136 ∼ 4,032 비트(약 7 ∼9 셀)정도로 기준잡고 있다. 따라서, 등화왕복지연()은 (+)보다 커야 하므로 등화왕복지연()은 35,136비트 이상이어야 한다. 이 값을 조정하면 OLT의 가상적 기준점에서 상향 프레임과 하향 프레임의 시작점을 정렬할 수 있다. 이와 같이, 등화왕복지연()이 결정된 상태에서, i 번째 ONU가 레인징 되고자 할때, i 번째 ONU와 OLT 사이의 광 케이블 거리()를 알고 있다면, 레인징될 i 번째 ONU에 제공하는 사전할당지연 값()(500)은 하기 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.

상기 수학식 1에서,는 전파지연(propagation delay)을 의미하며,는 왕복 전파지연을 나타낸다. 이때, 전파지연는 하기 수학식 2로 표현될 수 있다.

여기서, v는 광케이블에서 신호의 전파속도(통상 약 2c/3 이고, c는 빛의 속도)를 의미한다. 따라서, 상기 수학식 2에서, v = 2c/3 으로 할때, 상술한 수학식 1은 하기 수학식 3으로 정의할 수 있다.

여기서, 만일 응답시간에 변이가 없는 이상적인 경우로서, 응답시간의 오차가 없고 OLT와 ONU사이의 거리가 정확하다면, 윈도우 길이는 1 셀이 되게할 수 있다. 한 셀의 길이가 갖는 거리를 산출해 보면, 상향 프레임의 속도, R = 155.52 Mbits/s 일때, 절대적인 시간으로는 56×8/155.52×10⁶초에 해당하고 물리적인 거리는 약 0.576 km에 해당한다. 따라서 레인징될 ONU에 제공하는 사전할당지연()에 모든 변이를 고려하여 4셀(±2 셀)의 오차를 제공한다면, 전체적으로 ±1.152 km)의 오차를 허용하는 것이 되므로 충분히 타당한 값이라 할 수 있다. 그렇다면, 윈도우 길이는 5 셀(즉, 1개의 레인징 응답셀 + 4 셀의 오차)로 제한 할 수 있다. 이것은 종래기술에서 위치 정보를 모를때의 윈도우 길이인 73 셀에 비하여 약 7%에 해당하는 값으로 현재 서비스 중인 모든 ONU에게 거의 영향을 주지 않는다.

상술한 사항을 일반화하여 윈도우 길이를 산출하기 위하여, 본 발명의 윈도우의 길이(600)를로 정의한다. 광 케이블의 길이에 대한 오차가 ±ΔDⁱ내의 값으로 주어질때 윈도우의 길이(600)는 하기 수학식 4와 같이 셀 단위로 산출될 수 있다.

상기 수학식 4에서,은이상의 최소의 정수를 의미한다. 수학식 4의 첫번째 항은 ONU 응답시간의 변이에 의한 것이고, 두번째 항은 광 케이블 거리 오차에 의해 증가하는 윈도우의 길이이다. 만일 R=155.52 Mbits/s, v=2c/3 인 경우에 윈도우 길이는으로 결정된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 사전할당 등화지연 값()(500)과 본 발명에 의한 윈도우 길이()를 이용하는 레인징 절차는 도 4의 흐름도를 참조하여 다음과 같이 설명된다. 본 발명에 따른 레인징 절차의 설명과 관련하여, OLT(10)는 임의의 j번째 PLOAM 셀(700)의 첫번째 승인 필드에 레인징 승인을 보낸다는 가정하에 동작한다.

먼저, OLT(10)는 상술한 수학식 3 및 4로부터 사전할당 등화지연()과 거리의 오차범위에 따라 윈도우 길이()를 결정한다(단계 310).

이후, OLT(10)는 ONU(20)에게 메시지를 이용하여 결정된 사전할당 등화지연값()을 전송한다(단계 320).

그 다음에, OLT(10)는 j 번째 PLOAM 셀(100)의 첫번째 승인 필드를 레인징 승인으로 채우고, j번째 PLOAM 셀(100)의 전후 윈도우범위에 속하는 승인 필드는 무할당 승인으로 채우는 프레임 포맷팅을 수행한다. 보다 상세히 말해서, (j-1) 번째 PLOAM 셀(100)의 마지막 (T_W-1)/2 개의 승인 필드를 무할당 승인을 채우고, j 번째 PLOAM 셀(100)의 첫번째 승인 필드를 레인징 승인으로 채우며, 이어서 (T_W-1)/2 개의 승인 필드를 무할당 승인으로 채운다(단계 330).

j 번째 PLOAM 셀(100)이 하향으로 출발한 시간을 T1 이라 하면, T1 직후의 시간범위에 레인징 응답 셀(800)이 도착될 것이다. 레인징 응답 셀(800)이 상향으로 도착하는 시점을 T2라고 정의한다.

그러면, OLT(10)는 하기 수학식 5에 의해 해당 ONU(20)에 대한 궁극적인 등화지연()을 계산하고(단계 340), 계산된 궁극적 등화지연()을 이용하여 메시지를 통하여 ONU(20)에게 통보한다(단계 350).

그러므로, 이상 설명된 바와 같이, 본 발명의 수동광분기망의 레인징 방법을 사용하면 레인징되고자 하는 ONU와 ONT 사이의 광 케이블의 거리를 아는 경우 다음과 같은 상황에서 큰 효과를 발휘할 수 있다.

먼저, 실제로 가장 많이 접할 수 있는 상황으로서, 여러대의 ONU가 이미 설치되어 서비스 중에 있고, 새로운 ONU가 연결된다는 것을 아는 경우, 즉 현재 설치될 ONU에 대한 레인징과정을 수행해야 하는 경우에 효과적으로 적용될 수 있다. 두번째로, OLT가 주기적으로 새로운 ONU가 설치되었는지 검사하는 경우인데, 어떤 상황에서는 ONU의 거리정보를 아는 경우에도 효과적으로 이용될 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 레인징 방법은 ONU의 거리정보를 아는 경우에 레인징 윈도우의 길이를 최소화하는데 효과가 있고, 또한 종래 기술에 따른 방법의 윈도우 길이의 7%에 해당하는 크기로 레인징을 수행함으로써 서비스중에 있는 ONU들에게 영향을 거의 미치지 않는 장점이 있다.

Claims

수동광 분기망(Passive Optical Network : PON)에서 OLT와 상기 OLT에 연결되는 1 내지 i 개의 ONU간의 등화지연값을 설정하는 레인징 방법에 있어서,

상기 OLT에서 하기 수학식 1 및 2를 이용하여 사전할당 등화지연()과 상기 OLT와 레인징될 ONU간의 거리의 오차범위에 따른 윈도우 길이()를 결정하는 단계,

[수학식 1]

상기 수학식 1에서,는 등화왕복지연이고,는 레인징될 i 번째 ONU와 OLT 사이의 거리이고, R은 상향 프레임의 전송속도이고, c는 빛의 속도이며,

[수학식 2]

상기 수학식 2에서,은이상의 최소의 정수를 의미하며;

상기 OLT에서 레인징될 i 번째 ONU에게 상기 결정된 사전할당 등화지연값()을 전송하는 단계;

상기 OLT에서 (j-1) 번째 PLOAM 셀의 마지막 (T_W-1)/2 개의 승인 필드를 무할당 승인을 채우고, j 번째 PLOAM 셀의 첫번째 승인 필드를 레인징 승인으로 채우며, 이어서 (T_W-1)/2 개의 승인 필드를 무할당 승인으로 채우는 단계;

상기 j 번째 PLOAM 셀이 상기 i 번째 ONU를 향하여 하향으로 출발한 직후,의 시간범위에 레인징 응답 셀이 도착될 때, 상기 OLT에서 하기 수학식 3에 의해 상기 레인징될 i 번째 ONU에 대한 궁극적인 등화지연()을 계산하여 상기 ONU에게 통보하는 단계를 포함하며;

[수학식 3]

상기 수학식 3에서, T1은 상기 j 번째 PLOAM 셀이 하향으로 출발한 시간이고, T2는 상기 레인징 응답 셀이 상향으로 도착하는 시점을 나타내는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 수동광 분기망에서 OLT와 ONU간의 레인징 방법.