KR20020054194A

KR20020054194A - 에이티엠-폰 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치

Info

Publication number: KR20020054194A
Application number: KR1020000083016A
Authority: KR
Inventors: 김승환; 유태환
Original assignee: 오길록; 한국전자통신연구원
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-06
Also published as: KR100369933B1

Abstract

최근 새로운 광 가입자망의 해법으로 종래의 방식에 비해 저렴하고 유지보수가 용이한 저가형 광 가입자 망 구축기술인 수동형광망(PON : Passive Optical Network)이 새롭게 주목을 받고 있다. 특히 PON 기술의 표준화를 위해 설립된 국제 FSAN(Full Service Access Network) 컨소시엄이 ATM 기반의 PON 규격을 제정함에 따라, PON 방식을 이용한 시스템의 채택 가능성이 늘어날 것으로 예상되고 있다. 이러한 시점에서 본 발명은 ITU-T G.983 표준을 근간으로 개발된 시스템 중 OLT(Optical Line Termination) 제어기에 대한 구성과 성능에 대하여 기술한다.

본 발명은 ATM의 서비스 능력을 최대한 활용할 수 있는 다양한 응용과 경제성이 있는 트리 구조의 ATM-PON(passive optical network) 시스템의 광 선로 종단장치에 있어서, 광 선로 종단장치의 전송 수렴 계층(Transmission convergence layer) 기능인 ATM 셀 속도 정합, 헤더 오류 정정(HEC: Header error correction), 레인징(ranging), 셀 슬롯 할당 및 대역 할당, 정보보호(churning), 프레임 정렬, 버스트 동기 및 비트/바이트 동기, 광/전 변환, 파장다중분할(WDM: Wavelength Division Multiplexing) 등의 기능을 수행하고, 미리 정해진 시간 간격(16*Tframe)으로 암호 키 변경을 위한 메시지를 PLOAM(Physical layer OAM) 셀에 할당하는 방법을 사용함으로써, OLT와 ONU간의 암호 키 변경을 위한 동기를 쉽게 이룰 수 있는 광 선로 종단장치 제어기로써, 종전 기술과 달리 버스트 상향 155Mb/s의 데이터를 위상 정렬 및 위치 측정값을 구하는 기능까지를 포함하여 보다 다양한 기능을 하나의 장치로 처리할 수 있게 고안되었다. 또한, 64분기까지의 ONU를 제어하게 함으로써 보다 많은 가입자의 요구에 대처할 수 있게 하였다.

Description

에이티엠-폰 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치 { Apparatus for Data Transmission in an OLT of ATM-PON}

본 발명은 광통신 시스템에서 광 케이블을 이용하여 전달망(core network)과 가입자 댁내망(customer premise network)을 연결하는 광 액세스망 분야에 관한 것이다.

종래의 광 액세스망은 가입자별로 한 쌍의 광케이블을 사용하여 하나는 하향으로 시분할 다중방식(TDM)으로 사용하고, 다른 하나는 상향으로 시분할 다중액세스방식(TDMA)으로 사용하여, 음성, ISDN, 및 디지털 TV 신호를 전송하도록 되어 있다. 이러한 구조는 광케이블의 초기 설치비용이 증가하고, 다양하고 유연한 서비스 제공이 어렵다는 단점을 가지고 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전송 수렴 계층(Transmission convergence layer) 기능인 ATM 셀 속도 정합, 헤더 오류 정정(Header error correction), 레인징, 셀 슬롯 및 대역 할당,정보보호(churning), 프레임 정렬, 버스트 동기 및 비트/바이트 동기 기능과 물리 계층 기능인 광/전 변환, 파장분할다중 등의 기능을 수행하고, 미리 정해진 시간 간격(16*T 프레임)으로 암호 키 변경을 위한 메시지를 PLOAM 셀에 할당하는 방법을 사용함으로써, OLT와 ONU간의 암호 키 변경을 위한 동기를 쉽게 이룰 수 있으며, 버스트 상향 155Mb/s의 데이터를 위상 정렬 및 위치 측정값을 구하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 일반적인 ATM-PON 블록도,

도 2는 PON 프레임의 구조도,

도 3은 OLT 제어기 구성도,

도 4는 하향 프레임 처리부의 구성도,

도 5는 OLT 제어기 제어부의 구성도,

도 6은 버스트 모드 데이터 처리기의 구성도,

도 7은 상향 프레임 처리부의 구성도,

도 8은 암호화 흐름도

도 9는 분할 슬롯 생성 타이밍도

도 10은 하향 메시지 슬롯 생성 타이밍도

도 11은 하향 메시지 생성 블록도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

310 : 하향 프레임 처리부320 : 광송신기

330 : 제어부340 : 타이밍 생성부

350 : 마이크로 프로세서360 : 버스트 모드 데이터 처리부

370 : 상향 프레임 처리부380 : 파장분할다중장치

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 외부의 ATM 계층 처리기와 복수의 광 망 유니트(ONU) 사이에서 통신을 제어하는 ATM-PON 제어용 광 선로 종단장치(OLT)는,

상기 외부 ATM 계층 처리기로부터 ATM 셀을 수신하여 하향 프레임을 생성하고, 상기 하향 프레임 데이터에 대한 BIP-8 계산 및 삽입기능, 스크램블링 기능, HEC(Header Error Control) 계산 및 삽입 기능, 병렬 데이터를 직렬 변환하는 기능을 수행하는 하향 프레임 처리수단과;

수신 데이터를 입력받아 분할슬롯 데이터는 별도 저장하고, 정상 수신 셀을 사용자 셀, 대기 셀, PLOAM 셀로 분리하여 각 분리된 셀을 적절하게 처리하며, 메시지 정보와 외부 신호를 분석하여 OAM 관련 경보 및 설정한 임계치 초과 경보신호를 검출/생성하는 상향 프레임 처리수단과;

상기 하향 프레임 처리수단과 상향 프레임 처리수단에 기능 수행에 필요한제어신호를 생성하고, 광 망 유니트별 데이터 전송 허가정보를 상기 하향 프레임 처리부에 제공하고, 상기 하향 프레임 처리부의 하향 프레임에 대한 레인징 기능과 하향 메시지 생성 및 분석 기능을 수행하는 제어수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 64 개의 광 망 유니트(ONU)에서 ATM-PON 제어용 광 선로 종단장치(OLT)를 통해 외부의 ATM 계층 처리기에 데이터를 전송하는 상향 프레임 구조는,

64개의 ONU를 8개의 ONU 그룹으로 나누고,

상향 셀 데이터는 오버헤드 3바이트와 분할슬롯 4 바이트를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, ATM 계층 처리기에서 ATM-PON 제어용 광 선로 종단장치(OLT)를 통해 64 개의 광 망 유니트(ONU) 중 하나의 광 망 유니트에 데이터를 전송하는 하향 프레임 구조는,

16*T 프레임을 하나의 Tmsg로 정의한 후, NKR 메시지를 위하여 2 개의 Tmsg를, CKU 메시지를 위하여 198 Tmsg 구간으로 구분하고, NKR 구간에서는 각 ONU 에 대하여 각 T프레임마다 하나의 NKR 메시지를 할당하고, CKU 구간에서는 각 ONU 에 대하여 일련번호가 각 1,2,3 인 CKU 메시지를 할당하여 해당 OLT 및 ONU 간 암호키 동기를 획득하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "ATM-PON 광선로 종단장치의 데이터 전송장치"를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 PON 구조의 구성 블록도이다. 이는 광 선로 종단장치(Optical Line Termination : OLT)(11)와, 광 분기 망(Optical Distribution Network : ODN)(12) 및 광 망 유니트(Optical Network Unit : ONU)(13)로 구성된다. OLT(11)는 양방향 광 전송 선로(two-way optical fiber transmission paths)를 통하여 N개의 ONU들(N=최대64)(13)과 통신한다. OLT(11)는 분기된 망(shared fiber) 연결을 통하여 ODN(12)으로 정보를 전송하고, ODN(12)은 OLT(11)로부터의 정보를 N개의 광 선로(optical fiber) 링크를 통하여 N개의 ONU들(13)에 방송 형태로 전송한다. ONU들(13)은 상향으로(upstream direction) 시분할 다중 액세스(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식으로 정보를 OLT(11)에 전송한다.

도 2는 이러한 PON 구조에서 송수신되는 프레임 구조를 도시한다. 도 2의 (a)는 하향 프레임 구조이며, (b)는 상향 프레임 구조이다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 하향 프레임 구조는 하향 전송 속도에 따라 155.520 Mbps 및 622.08 Mbps 등 2가지 프레임 구조가 적용될 수 있다. 하향 프레임 구조는 연속적인 타임 슬롯으로 이루어져 있으며, 각 타임 슬롯은 53 옥텟의 ATM 셀 혹은 PLOAM(physical layer operations administration and maintenance) 셀로 채워진다. 매 28 타임 슬롯마다 PLOAM 셀이 삽입(inserted)되므로, 155.520 Mbps 하향 프레임인 경우에는 2 개의 PLOAM 셀 슬롯을 포함하며, 모두 56개의 타임 슬롯으로 구성된다. 622.08Mbps 하향 프레임인 경우에는 8 개의 PLOAM 셀 슬롯을 포함하며, 216개의 ATM 셀 슬롯과 함께 모두 224 타임 슬롯으로 구성된다.

상향 프레임은 56 바이트 길이로 구성된 총 53 개의 타임 슬롯으로 이루어지며, 각 타임 슬롯은 OLT의 제어에 의하여 PLOAM 셀, ATM 셀, 분할 슬롯(divided slot) 중 하나로 할당된다. 각 타임 슬롯에는 guard time, preamble, delimiter 등의 정보를 수록한 3바이트 길이의 오버헤드가 포함된다. OAM을 위한 downstream PLOAM 셀의 페이로드 정보 48 옥텟은 상향 타임 슬롯 허가 정보(grant)와 유지 보수 관리 정보를 수송하기 위한 메시지로 이루어지며, upstream PLOAM 셀은 메시지와 광 전력 제어 정보로 이루어진다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 광 선로 종단장치(OLT)의 구성 블록도이다. 이는 하향 프레임 처리부(310), 광 송신기(320), 제어부(330), 타이밍 생성부(340), 마이크로프로세서(350), 버스트모드(burst-mode) 데이터 처리기(360), 상향 프레임 처리부(370), 파장분할다중장치(WDM: Wavelength Division Multiplexer) (280)로 구성된다.

하향 프레임 처리부(310)는 외부의 ATM 계층 처리기로부터 바이트 혹은 워드 단위의 ATM 셀을 ATM 포럼(Forum) 규격인 유토피아(UTOPIA: Universal Test & Operations Physical Interface for ATM) 인터페이스로 수신하여 암호화 처리한 다음 PLOAM 셀과 함께 도 2에 도시된 바와 같은 하향 프레임에 삽입하는 기능과, 하향 프레임 데이터에 대한 BIP-8(Bit Interleaved parity-8) 계산 및 삽입하는 기능, 스크램블링 기능, HEC(Header Error Control) 계산 및 삽입 기능, 병렬 데이터를 155.520 Mbps 혹은 622.620 Mbps 속도로 직렬 변환하는 기능을 수행한다. 각각의 기능을 수행하는 상세한 내용은 후술하기로 한다.

광 송신기(320)는 직렬 프레임 데이터를 병렬/직렬 변환한 후, 전/광 변환하여 155.520 Mbps 혹은 622.620 Mbps 광 신호로 출력하는 기능을 수행한다. 제어부(330)는 하향 프레임 처리부(310) 및 상향 프레임 처리부(370) 기능 수행에 필요한 제어신호를 제공하는데 이는 후에 상세하게 설명한다. 타이밍 생성부(340)는 시스템 클록을 입력받아 각 블록에서 필요한 타이밍 신호를 제공한다. 마이크로프로세서(350)는 각 ONU들에게 공평하고 동적인 대역 할당을 위한 공유 매체 제어(MAC: Media access control) 프로토콜을 수행하며, 레인징 기능의 일부를 수행하고, 상 하향 메시지 생성 및 분석 기능, 각종 경보 신호를 수집하여 운영시스템(Operating system)에 보고하는 기능, 각 블록의 제어에 필요한 변수를 제공하는 기능을 수행한다. 버스트모드 데이터 처리기(360)는 상향 155 Mbps의 광 신호를 광/전 변환한 후, 생성된 155 Mbps 직렬 데이터에서 클록을 추출하고 수신 데이터를 복구하는 기능을 수행한다.

상향 프레임 처리부(370)는 버스트 모드 데이터 처리기에서 추출한 155.520 Mbps 데이터를 받아 오버헤드 필드를 검색하여 슬롯 경계를 식별(slot delineation)하고 기준 슬롯 신호와의 위상 차이 정보를 생성하는 기능과, 슬롯 정렬된 데이터를 받아 디스크램블링을 수행하고, ATM 셀 헤더 오류 검사를 한 다음 단일 비트 오류를 정정하고, BIP-8 계산을 수행하며, 분할 슬롯 데이터는RAU(Request Access Unit) FIFO에 별도 저장하고, 정상 길이의 셀들을 상향 프레임 처리부(370)로 출력하는 기능과, 수신 정상 셀로부터 사용자 셀, IDLE 셀, PLOAM을 분리하여 IDLE 셀은 바로 폐기하고, 사용자 셀은 수신 유토피아 정합부로 전달하며, PLOAM 셀은 OAM 처리부로 전달하는 기능과, PLOAM 셀로부터 메시지 정보를 추출 후 소프트웨어로 처리하는 메시지 정보들은 메시지 FIFO에 저장하고 기타 메시지 정보는 성능정보 처리부로 전달하는 기능과, 메시지 정보 및 외부 신호를 분석하여 대부분의 OAM 관련 경보 및 설정한 임계치 초과 경보신호를 검출/생성하는 기능을 수행한다.

파장분할다중장치(380)는 광 송신기(320)로부터의 1550nm 파장을 가진 하향 광 신호를 입력받고, 광 분배 망으로부터 1310nm 파장을 가진 상향 광 신호를 입력받아 파장분할 다중화하여 1550nm 파장을 가진 광 신호는 광 분배 망에 전송하고, 1310nm 파장을 가진 광 신호는 광전 변환 후 버스트모드 데이터 처리기(360)에 제공하는 기능을 수행한다.

하향 프레임 처리부(310)는 도 4에 도시된 바와 같이 UTOPIA 송신부(311), 데이터 암호기(312), 허가정보 관리기(313), 메시지 생성기(314), PLOAM 생성기(315), 프레임 생성기(316), 후 처리기(post-processor)(317)로 구성된다. UTOPIA 송신부(311)는 외부 ATM 계층으로부터의 송신 ATM 셀을 입력받아 ATM 포럼의 UTOPIA 인터페이스 기능인 상위 계층 ATM 계층과 ATM-PON 물리 계층의 셀 속도 정합 기능을 수행한다. 데이터 암호기(312)는 78 Mbps 혹은 19 Mbps ATM-PON 물리계층 속도로 읽어들인 8 비트 병렬 ATM 셀 데이터를 각 ONU로부터 수신한 3 바이트 암호키를 사용하여 암호화(churning)하는 기능을 수행한다. 허가정보 관리기(313)는 상향 대역의 공정하고 동적인 대역 할당을 위하여 ONU별 버퍼 상태 정보를 바탕으로 마이크로프로세서(350)가 생성한 허가 정보를 메모리에 저장한 후에 하향 타이밍 신호에 따라 하향 프레임의 PLOAM 셀에 매핑하는 기능과 제어부(330)로부터 기준 SOC_1 신호에 따라 메모리로부터 읽은 허가 정보를 상향 허가 정보 신호로 출력하는 기능을 수행한다.

메시지 생성기(314)는 마이크로프로세서(350)가 생성하는 메시지 데이터와 제어부(330)가 생성하는 암호상태정보 및 레인징 메시지를 입력받아 ONU 상태 및 처리 우선 순위에 따라 하향 메시지의 내용을 결정하여 PLOAM 생성기(315)에 출력하는 기능을 수행한다. PLOAM 생성기(315)는 메시지 생성기(314)로부터의 메시지 및 허가정보 관리기(313)로부터의 허가 정보를 입력받아 완전한 PLOAM 셀을 만들어 프레임 생성기(316)에 출력하는 기능을 수행한다. 프레임 생성기(316)는 데이터 암호기(312)로부터의 하향 ATM 셀과 PLOAM 생성기(315)로부터의 PLOAM 셀을 받아 도 2에 도시된 바와 같은 하향 프레임을 생성하여 후 처리기(317)에 출력하는 기능 및 제어기(330)의 기능 수행에 필요한 타이밍 신호(Tploam, Tframe, 하향SOC)를 출력하는 기능을 수행한다.

후 처리기(317)는 하향 프레임 데이터를 입력받아 도 2의 Tploam 주기 내의 데이터에 대한 BIP-8을 계산하여 그 결과를 PLOAM 셀 BIP-8 바이트 위치에 삽입하고, ITU-T I.432의 정의된 스크램블링을 수행하고, 프레임 내 각 셀에 대하여 HEC계산을 하여 삽입하고, 8비트 병렬 프레임 데이터를 155.520 Mbps 혹은 622.08 Mbps 속도의 직렬 프레임 데이터로 변환하여 광 송신기(320)에 출력하는 기능을 수행한다.

제어부(330)는 도 5에 도시된 바와 같이 레인징 처리기(331), 허가정보분석기(332), 암호화처리기(333), 기준 SOC생성기(334)로 구성된다. 레인징 처리기(331)는 하향 프레임 처리부(310)로부터의 타이밍 신호인 Tploam, Tframe 신호와, 마이크로프로세서(350)로부터의 레인징 상태정보 신호 및 총 왕복 지연시간인 Teqd 신호와, 상향 프레임 처리부(370)로부터의 수신오류, 거리측정중지, 비트값 신호와, 허가정보분석기(332)로부터의 슬롯정보 신호를 입력받아서, PON에 연결된 각 ONU에 대한 거리 측정 기능을 수행하여 모든 ONU들이 Teqd만큼의 가상적으로 동일한 거리에 있도록 각 ONU들의 셀 전송 지연시간을 계산하여 그 결과를 레인징 메시지 신호에 실어서 하향 프레임 처리부(310)에 출력하는 기능을 수행한다. 허가 정보 분석기(332)는 하향 프레임 처리부(310)로부터의 상향허가정보를 분석하여 현재 수신되는 슬롯이 어느 ONU로부터의 어떤 셀인지를 결정하여 상향 프레임 처리부(370)와 레인징 처리기(331)에 출력하는 기능을 수행한다.

암호화처리기(333)는 상향 프레임 처리부(370)로부터의 수신메시지 신호 및 상기 허가 정보 분석기(332)로부터의 슬롯정보 신호를 입력받아서 각 ONU별로 수신메시지 신호에 들어있는 암호키를 추출하여 상기 하향 프레임 처리부(310)에 전달하는 기능을 수행한다. 기준 SOC생성기(334)는 하향 프레임 처리부(310)로부터의하향 SOC신호를 입력받아서 마이크로프로세서(350)로부터의 Teqd만큼 지연된 기준SOC신호를 생성하여 상향 프레임 처리부(370)에 출력하고, 기준 SOC신호보다 한 슬롯 빠른 기준 SOC_1 신호를 생성하여 하향 프레임 처리부(310)에 출력하는 기능을 수행한다.

버스트 모드 데이터처리기(360)는 도 6에 도시된 바와 같이 지연 버퍼부(361)와, 위상 동기부(362), 1:8분주부(363), 바이트 동기부(364), ATM셀 추출부(365), 제어신호 처리부(366), 거리 측정 데이터 인코딩부(367), 레지스터 제어 프로세서 정합부(368), 및 경보 처리부(369)로 구성된다. 버스트 상향 155Mb/s 광 신호는 광 수신부에서 전기적 155Mb/s 직렬신호로 변환된 후 본 장치로 수신된다. 본 장치에서 수신하는 전기적 155Mb/s 데이터를 마스터 동기 클록에 위상정렬을 수행하기 위해서는 먼저 지연 버퍼부(361)에서 입력 155Mb/s 데이터를 다단 지연한다. 여기서 다단 지연은 마스터 동기 클록 155Mb/s 한 클록 주기 T 시간보다 약간 큰 시간(< T/2)의 n분주된 지연 시간만큼 입력신호를 지연하는데, 구현 ASIC의 특성에 따라 n값을 조정한다. 일 예로 3ns의 FPGA 내부 지연 시간을 가지면 155Mb/s 한 주기 T 시간(6.43ns) 내에서의 2개의 지연 신호와 1개의 추가 지연신호 등 3개의 지연 버퍼를 이용하여 지연 신호(DLY0(=입력신호), DLY1, DLY2, DLY3)를 생성한다. 여기서 약간 큰 시간(T/2)은 한 주기 내에 지연신호가 T/n으로 정확히 존재하면 0이 될 수 있으나, ASIC 내부 지연 시간이 각기 틀릴 수 있으므로 한 주기 내에서 존재하는 지연신호와 하나 더 추가된 지연신호를 이용하여 위상 검출 및위상 정렬을 오류없이 수행할 수 있다.

위상 동기부(362)는 기준 동기 신호를 기준으로 거리 측정 명령에 의해 제어 신호 처리부(366)에서 위상 검출 시작 신호를 생성한다. 1:8분주부(363)는 위상 동기부(362)로부터 출력되는 신호와 마스터 동기 클록을 이용하여 단순 1:8 비트 분주를 수행한다. 바이트 동기부(364)는 레지스터 제어 프로세서 정합부(368)에 의해서 지정된 Delimiter값과 수신되는 신호간 바이트 동기를 수행하는데 이 바이트 동기 시작은 위상 동기부(362)의 출력 신호인 위상 검출 종료신호를 수신한 후 시작된다. 거리 측정 데이터 인코딩부(367)는 위상 검출 신호와 비트 검출 신호를 이용하여 사용자가 원하는 포맷으로 인코딩하는 부분으로써, 기준 동기 신호와 비교하여 서브비트(위상)/비트 단위로 거리 측정 정보값을 표시해 준다. 경보 처리부(369)는 전기적 신호가 없을 때이거나, 상향 데이터가 원치않는 위치에 존재할 경우 바이트 동기부(364)로부터 정상 위치 여부 판단신호를 이용하여 경보신호를 생성한다.

상향 프레임 처리부(370)는 도 7에 도시된 바와 같이 슬롯경계 식별기(371)와, 전처리기(372), 분할슬롯 FIFO(373), 프레임 추출기(374), UTOPIA 수신부(375), PLOAM 추출기(376), 메시지 처리기(377), 성능정보 처리기(378), 메모리(379), 및 메시지 FIFO(373)로 구성된다.

슬롯 경계 식별기(371)는 버스트모드 데이터 처리기(360)로부터 각 ONU로부터 올라오는 155.520 Mbps 상향직렬 데이터 및 제어부로부터의 슬롯정보와 기준SOC를 입력받아 상향 슬롯의 경계를 식별한 후 식별된 셀은 전처리기(372)에 전달하고, 식별된 슬롯의 경계 지점을 기준 SOC와 비교하여 그 차이값인 비트값 신호는 제어부(330)와 성능정보 처리기(378)에 출력하고, 슬롯 경계 식별 순간에 생성되는 거리측정 중지신호는 제어부(330)에 전달한다. 전처리기(372)는 각 ONU로부터 스크램블링된 데이터를 디스크램블링을 수행한 뒤에, 각 ONU들의 큐 정보를 갖고 있는 분할슬롯 셀인 경우에는 분할슬롯 FIFO(373)에 출력하며, 그 외의 셀인 경우에는 셀 헤더 오류 검사를 수행하여 단일 비트 오류를 정정하고 BIP-8 계산을 수행한 다음에 셀 데이터는 프레임 추출기(374)에, 오류 검사 결과 및 BIP-8 계산 결과 값은 성능정보 처리기(378)에 전달하는 기능을 수행한다.

분할 슬롯 FIFO(373)는 저장한 분할슬롯 데이터를 마이크로프로세서(350)에 전달한다. 프레임 추출기(374)는 상향 셀을 구분하여 IDLE셀은 폐기하고, 사용자 셀은 UTOPIA 수신부(375) 및 성능정보 처리기(378)에 출력하며, PLOAM 셀은 PLOAM추출기(376)로 전달하는 기능을 수행한다. UTOPIA 수신부(375)는 ATM 포럼 규격인 유토피아 인터페이스 기능을 수행하는데, 프레임 추출기(374)로부터의 사용자 셀을 FIFO에 저장한 다음 ATM 계층 속도로 출력하는 기능을 수행한다.

PLOAM 추출기(376)는 제어부(330)로부터의 슬롯정보 신호 및 상기 프레임 추출기(374)로부터의 PLOAM 셀을 받아 ONU 번호 및 메시지 번호가 슬롯정보 신호와 일치하는 지를 검사한 다음 그 검사 결과를 성능정보 처리기(378)에 전달하고, 메시지 종류를 검사하여 하드웨어로 처리하는 메시지는 메시지 처리기(377)에 전달하며, 소프트웨어로 처리하는 메시지는 메시지 FIFO(37a)에 전달하는 기능을 수행한다. 메시지 처리기(377)는 PLOAM 추출기(376)로부터의 메시지 데이터를 받아 암호 및 레인징 관련 메시지는 다시 제어부(330)에 전달하고, 성능정보 메시지는 그 내용물을 추출하여 성능정보 처리기(378)로 전달하는 기능을 수행한다.

성능정보 처리기(378)는 슬롯경계 식별기(371)로부터의 비트값 신호와, 전처리기(372)로부터의 헤더 오류 결과 신호와, PLOAM 추출기(376)로부터의 ONU 번호 및 메시지 번호 비교 결과 신호와, 프레임 추출기(374)로부터의 사용자 셀 데이터와, 메시지 처리기(377)로부터의 메시지 내용물을 받아 메모리(379)에 저장된 성능 분석 결과를 각 ONU별로 분석 처리하여 각종 경보신호 및 임계치 초과 경보신호를 발생하여 마이크로 프로세서(350)에 전달하고, 매 슬롯마다의 분석 처리 결과는 메모리(379)에 전달한다. 메모리(379)는 각 ONU별로 저장된 성능 분석 결과를 성능정보 처리기(378) 및 마이크로 프로세서(350)에 제공하고 슬롯 단위로 성능정보 처리기(378)에서 처리된 결과를 저장한다. 메시지 FIFO(37a)는 PLOAM 추출기(376)로부터 전달받은 메시지를 저장한 다음 마이크로 프로세서(350)에 전달하는 기능을 수행한다.

PON 은 구조적으로 하향 정보가 방송형태로 전송되므로 프라이버시 & 시뮤리티(privacy & security)를 위한 암호화가 요구되고, ATM-PON 시스템에서 암호화 흐름도는 도 8에 도시된 바와 같다. 광 선로 종단장치(OLT)가 거리측정이 끝난 ONU에게 New_key_request(NKR) 메시지를 통하여 최소한 1초에 한 번 새로운 암호화 키(churning key)를 요청하면, 해당 ONU는 NKR 메시지를 통하여 OLT에게 새로운 암호화 키를 전달한다. OLT가 3 번 동일한 암호화 키를 수신하면 ONU에게 암호화 키 업데이터(churning_key_update : CKU) 메시지를 3 번에 걸쳐 미리 정해진 시간 간격(16*T 프레임)으로 전송 횟수와 함께 송신한다.이것은 다른 메시지들보다 최상의 우선권을 갖고 있는 CKU 메시지의 손실에 대비하기 위한 조치이다. 해당 ONU가 3 개의 CKU 메시지 중에서 최소한 하나만이라도 수신하면 메시지들 사이의 간격(16*T 프레임)을 미리 알고 있으므로 언제 새로운 키가 OLT에서 활성화되는 지를 알 수가 있다. ONU가 첫 번째 정확한 CKU 메시지를 수신한 후에는 그 메시지 수신에 대한 ACK(Acknowledge) 신호를 OLT에게 보낸다.

도 9는 상향으로 진행하는 분할 슬롯에 대한 관리방법에 대한 구성을 나타낸 것이다. 이는 분할 슬롯은 주로 MAC 정보를 처리해 주기 위한 것으로, 본 제어기에서는 분할 슬롯의 오버 헤드 3 바이트를 제외한 데이터의 길이에 대한 정보를 CPU로부터 받아 처리한다. 일 예로, 분할 슬롯의 데이터의 길이를 4바이트로 가정하면, 이는 오버헤드 3바이트와 함께 한 개의 ONU에 대해 할당하면 모두 7바이트로 이는 상향 56바이트에 대하여 8개의 ONU를 할당할 수 있는 크기가 된다. 이와 같은 방법으로 64개의 ONU는 8개의 ONU 그룹으로 나누어 처리하면 적절한 MAC 정보의 처리가 가능해 진다. 이에 대한 정보는 버스트 모드 데이터 처리기에 입력되어, 분할 슬롯에 대한 정보를 미리 확보하여 상향 프레임 처리기로 보내 줌으로써 이를 CPU에서 인지하고 처리할 수 있도록 한다.

도 10은 OLT에서 하향 메시지 할당방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다. CKU 메시지는 16*T 프레임 간격으로 발송되어야 하므로 16*T 프레임을 하나의 Tmsg로 정의하면, 각 ONU에 대하여 3개의 64개 Tmsg 시간이 필요하므로 64개의 ONU에 대한 CKU 메시지 발송을 위하여 필요한 시간은 192 Tmsg가 된다. NKR 메시지는 시간에 제약을 받는 것은 아니나 제어의 단순성과 편리함을 위하여 각 ONU별로 하나의 T 프레임을 할당하면, NKR 메시지를 발송하기 위하여 필요한 시간은 64 T 프레임이 소요되므로 총 198개의 Tmsg (16x98=3072 T 프레임)가 필요하다. 각 Tmsg 내에는 155.520 Mbps인 경우에는 총 64개의 PLOAM 셀 슬롯이 존재하며, 본 장치의 적용 시에는 8번째 PLOAM 셀을 선택하여 그 셀의 메시지 필드에 CKU 메시지를 실어보낸다.

ITU-T 권고 안 G.983.1에 정의된 20 종의 하향 메시지 중에서 CKU 와 NKR 메시지를 특급(express) 메시지로 간주하여 해당 ONU가 활성화되어 있으면 도 8에 도시된 바와 같이 미리 정해진 슬롯에서 발송하고, 기타 다른 메시지는 마이크로프로세서에 의해 필요에 따라 생성되어 특정 메모리에 저장된 후, 매 PLOAM 슬롯마다 여러 가지 플래그를 참조하여 발송할 메시지를 결정한다. PLOAM 슬롯에 실을 메시지를 결정하는 하향 메시지 결정 상태도는 도 11에 도시된 바와 같다. 즉, 현재 상태가 특급 메시지 슬롯이 아니고 메시지 메모리가 비워 있으면(!express & empty) idle 상태로 진행한다.

G.983.1에 따르면, serial_number_mask, request_password 등의 메시지는 1회 발송되고 나머지 대부분의 메시지는 3회에 걸쳐 발송되므로, 메모리에서 읽어온 메시지의 Message_ID에 따라 발송 횟수가 결정된다. 이때, 메시지 발송 슬롯에서 Message 메모리가 비워 있고 또한 express message 슬롯이 아닌 경우에는 'No' 메시지를 발송한다.

위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 한 가닥의 광케이블로 파장분할다중방법을 사용하여, 하향으로 622.08 Mbps, 상향 155.52 Mbps의 협대역 서비스와 광대역 비디오 및 분배성 서비스들을 최대 20 km까지 분포하는 업무용 가입자뿐만 아니라 주거용 가입자 단말까지 종단간(end-to-end) ATM(Asynchronous Transfer Mode) 셀을 전송하므로, ATM의 서비스 능력을 최대한 활용할 수 있으며 경제성을 갖추고 있다. 또한, 정확한 시간 간격으로 암호키를 변경하는 것을 제어하기 위해서는 전용 프로세서를 사용하는 소프트웨어 처리는 구현에 부담이 많으므로, 키 변경 관련 메시지를 16*T 프레임 시간 간격으로 전송할 수 있도록 암호화 관련 메시지 운반용 PLOAM 셀을 미리 지정해 놓은 뒤에 활성화된 ONU에 대해서만 실제 암호화 관련 메시지를 해당 ONU로 전송하는 효율적인 방법을 사용함으로써 제작비용 절감 효과를 얻을 수 있다.

Claims

외부의 ATM 계층 처리기와 복수의 광 망 유니트(ONU) 사이에서 통신을 제어하는 ATM-PON 제어용 광 선로 종단장치(OLT)에 있어서,

상기 외부 ATM 계층 처리기로부터 ATM 셀을 수신하여 하향 프레임을 생성하고, 상기 하향 프레임 데이터에 대한 BIP-8 계산 및 삽입기능, 스크램블링 기능, HEC(Header Error Control) 계산 및 삽입 기능, 병렬 데이터를 직렬 변환하는 기능을 수행하는 하향 프레임 처리수단과;

수신 데이터를 입력받아 분할슬롯 데이터는 별도 저장하고, 정상 수신 셀을 사용자 셀, 대기 셀, PLOAM 셀로 분리하여 각 분리된 셀을 적절하게 처리하며, 메시지 정보와 외부 신호를 분석하여 OAM 관련 경보 및 설정한 임계치 초과 경보신호를 검출/생성하는 상향 프레임 처리수단과;

상기 하향 프레임 처리수단과 상향 프레임 처리수단에 기능 수행에 필요한 제어신호를 생성하고, 광 망 유니트별 데이터 전송 허가정보를 상기 하향 프레임 처리부에 제공하고, 상기 하향 프레임 처리부의 하향 프레임에 대한 레인징 기능과 하향 메시지 생성 및 분석 기능을 수행하는 제어수단을 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광 망 유니트로부터 입력되는 광신호를 광/전 변환한 후 클록을 추출하여 수신데이터를 복구하여 상기 상향 프레임 처리수단에 제공하는 버스트 모드 데이터 처리수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 1 항에 있어서,

상기 하향 프레임 처리수단은 상기 병렬 데이터를 155.520 Mbps 또는 622.620 Mbps 속도의 전기적인 직렬 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 1 항에 있어서,

상기 하향 프레임 처리수단에 의해 직렬 변환된 데이터를 전/광 변환하여 광신호를 출력하는 광 송신수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 1 항에 있어서,

상기 하향 프레임 처리수단으로부터 입력된 하향 광신호는 상기 광 망 유니트에 제공하고, 상기 광 망 유니트로부터 입력된 상향 광신호는 상기 상향 프레임 처리수단에 제공하는 파장분할다중수단을 포함한 것을 특징으로 하는 ATM_PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 1 항에 있어서,

상기 하향 프레임 처리수단은,

상기 외부 ATM 처리계층으로부터 송신 ATM 셀을 입력받아 ATM 계층과 ATM-PON 물리계층의 셀 속도 정합기능을 수행하는 유토피아(UTOPIA) 송신수단과;

상기 유토피아 송신수단으로부터 상기 ATM-PON 물리계층 속도로 읽어들인 병렬 ATM 셀 데이터를 상기 각 광 망 유니트로부터 수신한 암호키를 사용하여 암호화하는 기능을 수행하는 데이터 암호수단과;

상기 제어수단으로부터 메시지 데이터와 허가정보, 암호상태정보 레인징 메시지, 기준 SOC-1 신호를 입력받아 PLOAM 셀을 생성하는 PLOAM 생성수단과;

상기 데이터 암호수단으로부터 하향 ATM 셀과 상기 PLOAM 생성수단으로부터 PLOAM 셀을 입력받아 하향 프레임을 생성하여 출력하고, 상기 제어수단에는 타이밍신호(Tploam, Tframe)를 출력하는 프레임 생성수단을 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 6 항에 있어서,

상기 PLOAM 생성수단은,

상기 제어수단으로부터 수신된 각 광 망 유니트별 데이터 전송 허가정보를 상기 하향 프레임의 PLOAM 셀에 매핑하고, 상기 제어수단의 제어를 받아 상기 데이터 전송 허가정보를 상향 허가 정보신호로 출력하는 허가정보 관리수단과;

상기 제어수단으로부터 메시지 데이터와 암호상태정보와 레인징 메시지를 전달받아서 상기 광 망 유니트의 상태 및 우선순위에 따라 하향 메시지의 내용을 결정하는 메시지 생성수단과;

상기 메시지 생성수단으로부터 하향 메시지 및 상기 허가정보 관리수단으로부터 허가 정보를 입력받아서 PLOAM 셀을 생성하는 PLOAM 생성부를 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 제어용 광 선로 종단장치.
제 6 항에 있어서,

상기 프레임 생성수단으로부터 하향 프레임을 입력받아 BIP-8을 계산하여 상기 하향 프레임에 삽입하고, 스크램블링을 수행하며, 프레임 내 각 셀에 대한 HEC 계산을 수행하여 삽입하고, 8비트 병렬 프레임 데이터를 직렬 프레임 데이터로 변환하여 상기 광 송신수단에 출력하는 후 처리수단을 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 제어용 광 선로 종단장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제어수단은,

상기 하향 프레임 처리수단으로부터 상향허가정보를 입력받아 현재 수신되는 슬롯의 정보를 추출하여 상기 상향 프레임 처리수단과 레인징 처리기에 출력하는 허가정보 분석수단과;

상기 하향 프레임 처리수단으로부터 타이밍 신호와 상기 허가정보 분석수단으로부터 슬롯정보신호를 입력받고, 레이징 상태정보신호와 총 왕복 지연시간(Teqd)을 이용하여 상기 복수의 광 망 유니트들의 셀 전송 지연시간을 계산하여 상기 하향 프레임 처리수단에 출력하는 상기 레인징 처리기와;

상기 상향 프레임 처리수단으로부터 수신 메시지 신호와 상기 허가정보 분석수단으로부터 슬롯정보신호를 입력받아서 각 광 망 유니트별로 암호키를 추출하여 상기 하향 프레임 처리수단에 전달하는 암호화 처리수단과;

상기 하향 프레임 처리수단으로부터 하향 SOC 신호를 입력받고 상기 지연시간만큼 지연된 기준 SOC 신호를 생성하여 상기 상향 프레임 처리수단에 출력하고, 상기 기준 SOC 신호보다 한 슬롯 빠른 기준 SOC_1 신호를 생성하여 상기 하향 프레임 처리수단에 출력하는 기준 SOC 생성수단을 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 2 항에 있어서,

상기 버스트 모드 데이터 처리수단은,

delimeter 값과 프리앰블 값을 출력하는 레지스터 제어 프로세서 정합수단과;

상기 제어수단으로부터 거리측정명령 제어신호과 상향 프레임 처리수단으로부터 기준동기신호를 입력받아 위상검출 시작신호를 출력하는 제어신호 처리수단과;

상기 프리앰블값과 위상검출 시작신호 및 버스트 전기적 상향 프레임을 입력받아 ATM 셀을 생성하여 상향 프레임 처리부에 제공하며 위상검출신호와 비트검출신호를 출력하는 ATM 셀 처리수단과;

상기 위상검출신호와 비트검출신호를 이용하여 사용자가 원하는 포맷으로 인코딩하여, 상기 기준동기신호와 비교하여 서브비트/비트 단위로 거리측정 정보값을 표시하는 거리측정 데이터 인코딩수단과;

상기 상향 데이터가 원치 않는 위치에 존재하거나 상기 ATM 셀 처리수단으로부터 입력된 정상위치 여부 판단신호를 이용하여 경보신호를 생성하여 상기 상향 프레임 처리부에 제공하는 경보 처리수단을 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 10 항에 있어서,

상기 ATM 셀 처리수단은,

입력되는 버스트 전기적 상향 프레임을 다단 지연하는 지연버퍼수단과,

마스터 동기클럭과 프리앰블값 및 위상검출 시작신호를 입력받아 위상검출신호 및 위상검출 종료신호를 출력하는 위상 동기수단과;

상기 위상 동기수단으로부터 출력되는 신호와 마스터 동기클럭을 이용하여 1 : 8 비트 분주하는 1:8 분주수단과;

상기 delimeter 값과 1:8 분주수단으로부터 입력된 신호간의 바이트 동기를 수행하는 바이트 동기수단과;

상기 바이트 동기수단으로부터 입력된 신호로부터 ATM 셀을 추출하는 ATM 셀 추출수단을 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 11 항에 있어서,

상기 지연버퍼수단은, 마스터 동기 클럭의 한 클록 주기보다 약간 큰 시간의 n 분주된 지연 시간만큼 상기 버스트 전기적 상향 프레임 입력신호를 지연하는 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 2 항에 있어서,

상기 상향프레임처리 수단은,

상기 버스트 모드 데이터 처리수단으로부터 상향 직렬 데이터 및 제어수단으로부터 슬롯정보와 기준 SOC를 입력받아 상향 슬롯의 경계를 식별하고, 식별된 슬롯의 경계지점을 기준 SOC와 비교하여 그 차이값인 비트값 신호를 상기 제어수단에 제공하는 슬롯 경계 식별수단과;

상기 슬롯 경계 식별수단으로부터 경계가 식별된 셀과 비트값 신호를 입력받아 각 ONU별로 성능을 분석 처리하여 각종 경보신호 및 임계치 초과 경보신호를 발생하여 제어수단에 저장하고 매 슬롯마다 분석처리결과를 메모리에 저장하는 성능정보 처리수단과;

상기 성능 정보 처리수단을 통해 송신 셀을 입력받아 ATM 포럼 규격인 유토피아 인터페이스 기능을 수행하여 출력하는 유토피아 수신수단과;

상기 성능 분석처리수단과 제어수단 사이를 정합하는 정합수단을 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 13 항에 있어서,

상기 성능 정보 처리수단은,

상기 슬롯 경계 식별수단을 통해 입력받은 셀을 디스크램블링한 후, 셀 종류가 분할슬롯 셀이면 상기 정합수단으로 출력하고, 분할슬롯 셀이 아니면 단일 비트 오류를 정정하고 BIP-8 계산을 수행하는 전 처리수단과;

상기 전 처리수단에서 오류정정 및 BIP-8 계산이 수행된 셀 데이터를 입력받아 IDLE 셀이면 폐기하고, 사용자셀이면 상기 유토피아 수신부와 성능정보 처리기에 출력하고, PLOAM 셀이면 PLOAM 추출수단에 전달하는 프레임 추출수단과;

상기 제어수단으로부터 슬롯정보 신호와 상기 프레임 추출수단으로부터 PLOAM 셀을 입력받아 ONU 번호 및 메시지번호가 슬롯정보 신호와 일치하는 지를 검사하여 그 검사결과를 상기 성능정보 처리기에 전달하고, 메시지 종류를 검사하여 하드웨어로 처리하는 메시지는 메시지 처리기에, 소프트웨어로 처리하는 메시지는 상기 정합수단에 전달하는 상기 PLOAM 추출수단과;

상기 PLOAM 추출수단으로부터의 메시지 데이터를 받아 암호 및 레인징 관련 메시지는 제어수단에 전달하고 성능정보 메시지는 그 내용을 추출하여 상기 성능정보 처리기에 전달하는 상기 메시지 처리기와;

상기 슬롯 경계 식별수단으로부터 비트 값 신호와 상기 전처리기로부터 헤더 오류 결과신호와 상기 PLOAM 추출수단으로부터 ONU 번호 및 메시지 번호 비교 결과신호와 상기 프레임 추출수단으로부터 사용자 셀 데이터와 상기 메시지 처리기로부터 메시지 내용물을 입력받아 상기 메모리에 저장된 성능분석결과를 각 ONU별로 분석 처리하여 각종 경보신호 및 임계치 초과경보신호를 발생하여 제어수단에 전달하고, 매 슬롯마다의 분석처리결과를 상기 메모리에 저장하는 상기 성능 정보 처리기를 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
제 14 항에 있어서,

상기 정합수단은,

각 ONU별로 저장된 성능 분석결과를 상기 성능 정보 처리기와 제어수단에 제공하고, 슬롯 단위로 상기 성능정보 처리기에서 처리된 결과를 저장하는 상기 메모리와;

상기 전처리기에서 전달받은 분할슬롯 데이터를 제어수단에 전달하는 분할슬롯 선입선출버퍼와;

상기 PLOAM 추출수단으로부터 전달받은 메시지를 저장한 다음 제어수단에 전달하는 메시지 선입선출버퍼를 포함한 것을 특징으로 하는 ATM-PON 광 선로 종단장치의 데이터 전송장치.
64 개의 광 망 유니트(ONU)에서 ATM-PON 제어용 광 선로 종단장치(OLT)를 통해 외부의 ATM 계층 처리기에 데이터를 전송하는 상향 프레임 구조에 있어서,

64개의 ONU를 8개의 ONU 그룹으로 나누고,

상향 셀 데이터는 오버헤드 3바이트와 분할슬롯 4 바이트를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 상향 프레임 구조.
ATM 계층 처리기에서 ATM-PON 제어용 광 선로 종단장치(OLT)를 통해 64 개의광 망 유니트(ONU) 중 하나의 광 망 유니트에 데이터를 전송하는 하향 프레임 구조에 있어서,

16*T 프레임을 하나의 Tmsg로 정의한 후, NKR 메시지를 위하여 2 개의 Tmsg를, CKU 메시지를 위하여 198 Tmsg 구간으로 구분하고, NKR 구간에서는 각 ONU 에 대하여 각 T프레임마다 하나의 NKR 메시지를 할당하고, CKU 구간에서는 각 ONU 에 대하여 일련번호가 각 1,2,3 인 CKU 메시지를 할당하여 해당 OLT 및 ONU 간 암호키 동기를 획득하는 것을 특징으로 하는 하향 프레임 구조.
제 17 항에 있어서,

상기 CKU 와 NKR 메시지를 특급(express) 메시지로 간주하여 매 PLOAM 슬롯에서 메시지 메모리가 비워져 있고, 특급 메시지 슬롯이 아닌 경우에는 'No' 메시지를 발송하고, 해당 슬롯이 특급 메시지인 경우에는 해당 특급 메시지를 발송하고, 해당 메시지 슬롯이 특급 메시지 슬롯이 아니고 상기 메시지 메모리가 비워있지 않으면 메시지 메모리에 저장된 순서대로 메시지를 발송하는 것을 특징으로 하는 하향 프레임 구조.