KR20030060925A - 광통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20030060925A KR10-2003-7005856A KR20037005856A KR20030060925A KR 20030060925 A KR20030060925 A KR 20030060925A KR 20037005856 A KR20037005856 A KR 20037005856A KR 20030060925 A KR20030060925 A KR 20030060925A
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Abstract

광 통신망용 프로토콜은 광 통신망의 가입자 광 인터페이스가 송수신기 노드로 데이터를 전송하도록 허용되는 시간을 제어할 수 있다. 프로토콜은 각 가입자 그룹의 가입자 광 인터페이스들 사이에 상향스트림 전송의 충돌을 방지할 수 있다. 프로토콜을 이용하여, 가입자와 가까운 송수신기 노드는 한 명 이상의 가입자의 요구에 기초하여 부가되거나 감소된 상향스트림 대역폭을 할당할 수 있다. 즉, 가입자와 가까운 송수신기 노드는 가입에 기초하거나 필요성에 기초하여 가입자의 상향스트림 대역폭을 모니터(또는 감시)하고 조정할 수 있다. 프로토콜은 각각의 패킷보다 많은 전체 패킷을 책임질 수 있다. 전체 패킷에 대한 계산을 수행함으로써 알고리즘은 덜 빈번하게 실행될 수 있으며, 이는 다시 더 적게 실행되고 더 적은 비용이 드는 장치, 가령 범용 마이크로프로세서에서 실행되는 소프트웨어로 이를 수행할 수 있게 해준다.

Description

광통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PROCESSING UPSTREAM PACKETS OF AN OPTICAL NETWORK}
본원은 2001년 7월 5일에 출원된 미국출원으로 일련번호가 09/899,410이고, 발명의 명칭이 "데이터 서비스 제공자와 가입자간의 광신호 통신용 시스템 및 방법"인 비분할 특허출원의 일부계속출원이다. 본원은 또한 2001년 10월 4일에 출원된 미국출원으로 일련번호가 09/971,363이고, 발명의 명칭이 "데이터 서비스 제공자와 가입자간의 광신호 상향스트림 및 하향스트림 통신용 시스템 및 방법"인 비분할 특허출원과도 관련이 있다. 본 발명은 2000년 10월 26일에 출원된 미국출원으로 일련번호가 60/244,052이고, 발명의 명칭이 "광섬유 케이블을 통하여 영상, 음성 및 데이터를 제공하는 시스템 - 2부"인 분할출원; 2000년 12월 28일에 출원된 미국출원으로 일련번호가 60/258,837이고, 발명의 명칭이 "광섬유 케이블을 통하여 영상, 음성 및 데이터를 제공하는 시스템 - 3부"인 분할출원; 2000년 10월 27일에 출원된 미국출원으로 일련번호가 60/243,978이고, 발명의 명칭이 "광섬유 케이블을통하여 음성 및 데이터를 제공하는 프로토콜 - 2부"인 분할출원; 2001년 5월 8일에 출원된 미국출원으로 일련번호가 60/289,112이고, 발명의 명칭이 "광섬유 케이블을 통하여 음성 및 데이터를 제공하는 프로토콜 - 2부"인 분할출원; 에 우선권을 주장하며, 상기 출원들의 전체 내용이 참조에 의해 본원에 합체된다.
음성 또는 영상 트래픽과 같은 보다 복잡한 데이터를 전송하기 위하여 통신망에 대한 의존도가 증가함으로써 대역폭에 대한 매우 높은 요구가 발생되고 있다. 이러한 대역폭에 대한 요구를 해결하기 위하여, 통신망은 이러한 복잡한 데이터를 전송하는데 광섬유에 더욱 의존하고 있다. 동축케이블을 채용하는 종래의 통신구조는 광섬유 케이블로 구성되는 통신망으로 점차 대체되고 있다. 광섬유가 동축케이블에 대하여 가지는 한가지 이점은 훨씬 많은 양의 정보가 광섬유상에 전송될 수 있다는 것이다.
파이버 투 더 홈(Fiber-to-the-home; FTTH) 광 망 구조는 매우 신뢰할 수 있는 통신망으로 기업 및 소비자에게 임의의 혼합된 고속 서비스의 전달을 가능하게 하는 광섬유의 전술한 능력 때문에 많은 데이터 서비스 제공자의 꿈이었다. 파이버 투 더 비지니스(Fiber-to-the-business; FTTB)는 FTTH와 관련이 있다. FTTH와 FTTB 구조는 향상된 신호 품질, 더 적은 유지보수, 그리고 그러한 시스템과 관련된 하드웨어의 더 긴 수명으로 인하여 바람직하다. 그러나, 과거에 FTTH와 FTTB 구조의 비용은 터무니없다고 생각되어 왔다. 그러나, 대역폭에 대한 높은 요구와 향상된 현재의 광 망 연구 개발로 인하여 FTTH와 FTTB는 이제 현실이 되었다.
종래의 하이브리드 파이버 투 더 홈(FTTH)/하이브리드 파이버동축케이블(HFC)은 산업에 의해 제안되어 왔다. HFC는 현재 많은 케이블 텔레비전 시스템에 대해 선택되는 구조이다. 이러한 FTTH/HFC 구조에서, 능동 신호원이 데이터 서비스 허브와 가입자 사이에 위치된다. 일반적으로, 이 구조에서, 능동 신호원은 라우터를 포함한다. 이러한 종래의 라우터는 일반적으로 개인 가입자를 지원하도록 설계된 다중 데이터 포트를 가진다. 보다 구체적으로, 종래의 라우터는 각 개별 가입자에 대하여 단일 포트를 사용한다. 라우터의 각 데이터 포트에 광섬유가 연결되고, 차례로, 광섬유는 가입자에 연결된다. 이러한 종래의 FTTH/HFC 구조를 가지는 데이터 포트와 광섬유 사이의 접속부는 매우 섬유 집약적인 라스트 마일을 가져온다. 용어 "라스트 마일(last mile)"과 "퍼스트 마일(first mile)" 양자는 가입자에게 연결되는 광 망의 마지막 부분을 표현하기 위하여 사용되는 관용어임이 숙지되어야 한다. 그러므로 일 마일의 거리는 문자 그대로 취해지지 않아야 한다.
라우터로부터 기원하는 수많은 광케이블과 더불어, FTTH/HFC 구조는 전통적인 동축케이블을 따라 전파되도록 무선주파수 신호를 요한다. 동축케이블의 사용으로 인해서 가입자와 데이터 서비스 원조지 사이에 수많은 무선주파수(RF) 증폭기가 필요하다. 예를 들면, RF 증폭기는 동축케이블형 시스템에서 1 내지 3킬로미터마다 일반적으로 필요하다.
동축케이블과 FTTH/HFC 구조의 사용은 시스템 전체 비용을 증가시키는데, 이는 그러한 구조에 두 개의 분리되고 별개인 통신망이 존재하기 때문이다. 다시 말해서, 그러한 두 개의 별개인 시스템을 지원하기 위해서 필요한 전기 및 광 장비에부가하여 완전히 상이한 파장 가이드(광섬유와 조합된 동축케이블) 때문에, FTTH/HFC 구조는 높은 유지보수 비용을 가진다. 보다 단순하게 말하면, FTTH/HFC 구조는 단지 광 통신망과 전기 통신망을 양 통신망이 상호로부터 독립적으로 실행되면서 결합할 뿐이다.
FTTH/HFC 구조에서 전기 통신망의 한가지 문제점은 데이터 서비스 제공자와 가입자 사이에 데이터 통신망을 지원하는 케이블 모뎀 기술을 포함하는 것이다. 데이터 서비스 가입자는 일반적으로 가입자를 목적지로 한 하향스트림 데이터통신을 발생시키기 위하여 케이블 모뎀 종단 시스템(CMTS)을 채용한다. 이러한 하향스트림 데이터 통신을 수신하기 위하여, 가입자는 일반적으로 DOCSIS(Data-Over-Cable-Service-Interface-Specification)로 산업계에 알려진 특정 프로토콜에 따라서 작동하는 케이블 모뎀을 사용할 것이다. DOCSIS 프로토콜은 서비스 흐름을 정의하는데, 이는 패킷에서의 수많은 파라미터의 관찰에 기초한 하향스트림 흐름에 대하여 CMTS에 의해 패킷 그룹에 할당된 식별이다.
보다 구체적으로, 서비스 흐름은 케이블 모뎀에 의해 전송된 상향스트림 패킷 또는 CMTS에 의해 전송된 하향스트림 패킷 중 어느 하나에 패킷의 독특한 방향성 전송을 제공하는 매체 접속 제어(MAC)-층 전송 서비스이다. DOCSIS 프로토콜에서 패킷 그룹에 할당된 식별은 들어오는 패킷에 포함된 TCP, UTP, IP, LLC, 및 802.1 P/Q 식별자와 같은 파라미터를 포함할 수 있다.
이러한 식별에 기초하여, CMTS는 특정 데이터스트림에 서비스 흐름 ID(SFID)를 할당한다. 서비스 흐름은 일반적으로 CMTS가 이러한 SFID를 데이터스트림에 할당할 때 존재한다. SFID는 서비스 흐름에 대한 CMTS에서의 원칙 식별자로 작용한다.
SFID는 통상 사용자가 통신하기 원할 때 할당된다. 사용자가 통신 채널을 내줄 때, SFID는 존재하지 않게 되며, 만약 모든 세션이 폐쇄되면, 그 특정 모뎀과의 모든 통신이 중단된다. 모뎀이 다시 통신할 필요가 있을 때, 일반적으로 타임슬롯을 차지하기 위해 경쟁해야하며, 다음에 타임슬롯에 대역폭을 요청한다. 그러므로, 통신이 다시 시작하기 전에 약간의 지연이 있을 것이다. 이 지연은 시스템 부하와 응용의 특성에 따라서, 사용자에게 현저할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
케이블 모뎀을 통한 통신은 비대칭이다. 즉, 하향스트림 방향에서 얻을 수 있는 데이터율은 상향스트림 방향에서 얻을 수 있는 것보다 크다. 이는 웹 서핑과 같은 일정 형태의 통신에 대해서 적합하다. 그러나, 다른 형태의 서비스, 가령 피어 투 피어(peer-to-peer) 파일 전송(가령, Napster형 서비스와 같은 디지털 오디오 파일 전송)에 대해서는 비효율적일 뿐만 아니라, 대량 이메일 첨부에도 좋지 않다. 이러한 비대칭 통신은 귀환 신호를 저주파수로 제한할 필요성 때문에 동축케이블을 사용한 결과이다.
따라서, 데이터 서비스 제공자와 가입자 사이에 광 신호를 통신하는 시스템 및 방법 분야에서, 동축케이블의 사용과 이러한 동축케이블을 따라서 데이터 신호 전파를 지원하기 위해 필요한 관련 하드웨어 및 소프트웨어의 사용을 배제할 필요성이 존재한다. 또한, 데이터 서비스 제공자와 가입자 사이에 광 신호를 통신하는시스템 및 방법 분야에서, 데이터 서비스 허브에서 연결의 수를 줄이면서, 수많은 가입자에게 서비스할 필요성이 존재한다.
또한, 상향스트림 광통신을 다루는 방법 및 시스템 분야에서, 광통신의 일부인 각 가입자에 대하여 보장된 대역폭을 제공할 필요성이 존재한다. 부가적으로, 상기 시스템 및 방법 분야에서, 각 가입자에 의해 접속가능한 풀(pool)에 보장된 대역폭을 위치시킴으로써 보장된 대역폭의 남겨진 부분을 사용하면서, 이 보장된 대역폭을 제공할 필요성이 존재한다. 다시 말해서, 상기 시스템 및 방법 분야에서, 다중 가입자 사이의 보장된 대역폭을 재요구하고 이 재요구된 대역폭을 풀에 위치시킬 필요성이 존재한다. 상기 시스템 및 방법 분야에서, 그룹 또는 집합 패킷을 토큰 버킷 에뮬레이션(token bucket emulation)으로 처리할 또 다른 필요성이 존재한다. 상기 시스템 및 방법 분야에서, 다른 가입자에게 대역폭의 공정한 할당을 제공할 추가적인 필요성이 존재하며, 여기서 "공정한"은 정확한 수학적 정의를 가진다. 상기 시스템 및 방법 분야에서, 상향스트림 데이터 경로의 통신 트래픽 부하를 감소시킬 추가적인 필요성이 존재한다.
본 발명은 영상, 음성, 및 데이터 통신에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 가입자로부터 데이터 서비스 제공자에게 상향스트림 광 신호를 통신하는 시스템과 방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 광 통신망 구조예의 일부 핵심 요소에 대한 기능 블록다이어그램.
도2는 본 발명에 대한 광 통신망 구조예를 도시하는 기능 블록다이어그램.
도3은 본 발명에 따른 송수신기 노드예를 도시하는 기능 블록다이어그램.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 단일 광도파로(optical waveguide)에 의해 가입자 인터페이스에 연결된 광 탭을 도시하는 블록다이어그램.
도5는 본 발명의 제1실시예에 따른 수퍼 프레임 동안 보장된 상향스트림 대역폭과 공유된 상향스트림 대역폭을 도시하는 블록다이어그램.
도6은 본 발명의 제2실시예에 따라 가입자가 16명인 예정된 그룹의 가입자 광 인터페이스에 대한 다양한 길이의 타임슬롯을 포함하는 다른 수퍼 프레임을 도시하는 블록다이어그램.
도7은 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 타임슬롯 동안에 전송된 데이터 패킷 그룹을 도시하는 블록다이어그램.
도8은 본 발명의 제2실시예에 따른 데이터 패킷의 예시적인 내용 및 필드 크기를 도시하는 블록다이어그램.
도9는 본 발명의 제2실시예에 따른 다중 수퍼프레임을 도시하는 블록다이어그램.
도10은 본 발명의 제2실시예에 따른 다중 수퍼프레임과 가능한 큐 및 전송 지연을 도시하는 블록다이어그램.
도11은 본 발명이 상향스트림 데이터를 관리함에 있어 수행하는 고급 단계의 실시예를 도시하는 논리흐름도.
도13은 도11의 단계 1220의 더욱 상세한 하위절차예를 도시하는 논리흐름도.
도14는 도12의 단계 1325의 더욱 상세한 하위절차예를 도시하는 논리흐름도.
도15는 도12의 단계 1330의 더욱 상세한 하위절차예를 도시하는 논리흐름도.
도16은 도12의 단계 1335의 더욱 상세한 하위절차예를 도시하는 논리흐름도.
도17은 도12의 단계 1365의 더욱 상세한 하위절차예를 도시하는 논리흐름도.
본 발명은 일반적으로 광섬유 통신망으로 데이터 및 방송 신호를 효율적으로 전파하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 광 통신망의 데이터 서비스 허브로 전송될 광 통신망의 가입자로부터 발생하는 상향스트림 광통신을 다루는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 용어 "상향스트림"은 가입자가 광 통신망의 데이터 서비스 허브를 향해 상방으로 송신되는 데이터 신호를 발생시키는 통신방향을 정의할 수 있다. 반대로, 용어 "하향스트림"은 데이터 서비스 허브가 광 통신망의 가입자를 향해 하방으로 송신되는 데이터 신호를 발생시키는 통신방향을 정의할 수 있다.
본 발명의 방법 및 시스템은 일반적으로 예정된 가입자 그룹의 일부인 가입자 광 인터페이스의 동작을 조정할 수 있다. 본 방법 및 시스템은 각 광 인터페이스가 송수신기 노드로 데이터를 전송하도록 허용되는 시간을 제어할 수 있는 프로토콜을 포함할 수 있다. 일정 그룹의 광 인터페이스가 전송하도록 허용되는 시간의 이와 같은 제어는 시분할 다중 접속(TDMA)의 형태로 일컬을 수 있다. TDMA를 이용하여, 프로토콜은 특정 가입자 그룹의 가입자 광 인터페이스들 사이의 상향스트림 전송 충돌을 방지할 수 있다.
반송파 감지부 또는 충돌 검출부를 구비한 종래 기술의 프로토콜 또는 전송기와는 달리, 본 발명의 프로토콜 및 가입자 광 인터페이스는 동일한 송수신기 노드를 공유하는 가입자 그룹의 다른 광 인터페이스가 전송을 검출하거나 감지하도록 고안되지 않는다. 다시 말해서, 본 발명의 프로토콜을 실행하는 송수신기 노드는 가입자 그룹의 가입자 광 인터페이스가 통신망에 정보를 전송하도록 허용되는 시간 주기를 제어하거나 계획한다.
본 발명의 프로토콜을 이용하여, 송수신기 노드는 하나 이상의 가입자의 요구에 기초하여 추가되거나 감소된 상향스트림 대역폭을 할당할 수 있다. 즉, 송수신기 노드는 가입국을 기초로 하거나 필요성에 기초하여 가입자의 상향스트림 대역폭을 모니터(즉, 단속)하고 조정할 수 있다. 송수신기 노드는 예비할당된 증분만큼 가입자에게 상향스트림 데이터 대역폭을 제공할 수 있다. 예를 들어, 송수신기 노드는 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 및 450 Mb/s(초당 메가비트)의 단위만큼 가입자 상향스트림 대역폭의 특정 가입자나 그룹에 제공할 수 있다.
본 발명의 프로토콜을 수행하거나 실행하는 송수신기 노드의 구성요소 중 하나는 광 탭 라우팅 장치(optical tap routing device)이다. 광 탭 라우팅 장치는 어느 광 탭 멀티플렉서가 하향스트림 전기 신호를 수신해야 하는가를 결정하거나, 다수의 광 탭 중 어느 것이 상향스트림 광 신호를 발생시켰는가를 식별할 수 있다. 광 탭 라우팅 장치는 데이터의 포맷을 만들 수 있으며, (이하 논의될) 각각의 광 탭에 연결된 각 가입자로부터 데이터를 송수신하기 위해 요구되는 프로토콜을 실행할 수 있다. 광 탭 라우팅 장치는 일 그룹의 가입자에 대한 집중식 제어의 형태를 제공할 수 있다. 광 탭 라우팅 장치는 본 발명의 프로토콜을 정의하는 프로그램을 실행하는 컴퓨터 또는 결선에 의한 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 알고리즘은 개별적 패킷이 아닌 전체 패킷에 대하여 책임질 수 있다. 패킷 전체에 대한 계산을 수행함으로써, 알고리즘이 덜 빈번하게 실행될 수 있으며, 이는 다시 더 적게 실행되고 더 적은 비용이 드는 장치로 이를 수행할 수 있게 해준다. 본 발명에 있어서, 이러한 접근법에 의해 특정 목적의 고속 하드웨어 대신에 범용 마이크로프로세서에서 실행되는 소프트웨어로 수행될 수 있다.
각 데이터 패킷을 하나씩 다루는 종래의 토큰 패킷 에뮬레이션과는 달리, 본 발명의 컴퓨터로 수행되는 프로토콜은 토큰 버킷 에뮬레이션을 이용하여 그룹화된 또는 전체 패킷을 처리할 수 있다. 토큰 버킷 에뮬레이션에 의해, 본 프로토콜은대역폭을 매우 효율적으로 다룰 수 있다. 토큰 버킷 에뮬레이션에 의해, 가입자 그룹의 각 가입자는 보장된 대역폭을 가질 수 있다. 그러나, 특정 가입자에 의해 사용되지 않는 보장된 대역폭의 일정 부분은 프로토콜에 의해 재요구될 수 있고 특정 순간에 대역폭을 필요로 하는 다른 가입자에게 제공될 수 있다. 재요구된 대역폭은 가입자 그룹에 대해 형성되어 있는 대역폭의 풀(pool)로부터 제공될 수 있다.
재요구된 대역폭, 보장된 대역폭, 및 토큰 버킷 에뮬레이션은 본 프로토콜에 의해 추적되는 수 개의 파라미터의 함수를 포함할 수 있다: 첨두율, 지속율, 버스트 크기, 우선성 조정, 및 보장된 지시(여기서 보장된 지시는 가입자가 언제나 지속율이 보장되는지 여부를 추적한다). 첨두율, 지속율, 및 버스트 크기의 처음 세 개의 파라미터가 하드웨어로 추적되는 종래의 기술과는 달리, 본 발명은 이러한 파라미터를 소프트웨어로 실행될 수 있는 본 프로토콜을 이용하여 모니터할 수 있다. 모든 이러한 파라미터는 광 통신망을 여러 가입자 환경에 적합하게 하도록 통신망 제공자에 의해 조정될 수 있다.
일반적으로 우선 패킷을 수신하고, 다음에 수신된 패킷을 다루는 방법을 결정하기 위하여 토큰 버킷 알고리즘을 사용하는 종래의 라우터와는 달리, 본 발명은 패킷 그룹을 송신하려는 가입자 광 인터페이스의 요구를 알 수 있으며, 다음에 광 탭 라우팅 장치가 수신할 수 있는 바이트의 수를 가입자 광 인터페이스에게 통지하는 토큰 버킷 알고리즘을 채용할 수 있다. 즉, 광 탭 라우팅 장치는 가입자 광 인터페이스가 (a) 송신하고자하는 패킷 모두를 송신할 수 있는지, 또는 (b) 송신하고자 하는 패킷의 일부를 송신할 수 있는지, 또는 (c) 송신하고자 하는 패킷의 어느것도 송신할 수 없는지 여부를 결정하기 위하여 토큰 버킷 알고리즘을 사용할 수 있다. 만약 가입자 광 인터페이스가 송신하고자하는 모든 패킷을 송신할 수 없다면, 패킷을 포기할 지 아니면 패킷을 유보하고 나중에 송신하려고 시도할지에 관한 결정을 할 수 있다.
이러한 방법으로, 상향스트림 데이터 트래픽은 보다 효율적으로 관리될 수 있다. 상향스트림 정보는 들어오는 데이터 경로를 벗어날 수 있다: 만약 패킷이 광 탭 라우팅 장치에 의해 수용되지 않으려 한다면, 가입자 광 인터페이스는 이를 송신하지 않을 것이다. 다르게 말하면, 가입자 광 인터페이스에서의 패킷은 다음 전송창(이하 수퍼프레임이라 한다)에서 전송하기 위해 유보될 수 있다. 만약 패킷을 유보하는 메모리가 가득차게 되면, 더 이상의 패킷은 송수신기 노드에 의해 사용자 장비로부터 수용되지 않는다.
더욱이, 광 탭 라우팅 장치는, 송신중인 가입자 광 인터페이스로부터의 패킷 및 데이터 부하의 형태에 기초할 뿐만 아니라, 동일한 가입자 그룹 내의 다른 가입자 광 인터페이스가 송신하고자 하는 데이터량과, 각 가입자 광 인터페이스에 제공될 서비스 수준에도 기초하여(가령, 가입자가 서비스에 대하여 지불하고 있는 양 또는 운영자에 의해 정의되는 다른 범주에 기초하여), 가입자 광 인터페이스가 패킷을 송신하는 것을 허용할지 여부를 추가적으로 결정할 수 있다.
또한, 수용될 수 있는 패킷양에 대한 결정은 (광 탭 라우팅 장치로 들어오는 공통 경로를 공유하는) 가입자 광 인터페이스 그룹에 의해 제공되는 전체 부하뿐만 아니라, 데이터 서비스 허브를 목적지로 하는, 광 탭 라우팅 장치를 떠나려고 하는전체 부하에 대해 알려진 것에도 기초할 수 있다.
일 실시예에서, 광 탭 라우팅 장치로 데이터를 보내는 여섯 개의 가입자 논리 그룹이 존재할 수 있다. 일반적으로 광 탭 라우팅 장치를 떠나서 데이터 서비스 허브로 향하는 한 개 내지 네 개의 데이터 경로가 존재한다. 광 탭 라우팅 장치는 여섯 개의 논리 그룹으로부터 총 부하를 예측할 수 있으며, 모든 패킷을 수용하여 이를 데이터 서비스 허브로 보낼 수 있는지 아니면 제공된 패킷의 하위집합만을 수용할 수 있는 것인지를 결정한다. 만약 광 탭 라우팅 장치가 이들 모두를 수용했다면, 이들 모두를 데이터 서비스 허브로 보낼 수 없을 것이다.
가입자 광 인터페이스 패킷을 수용할 지 여부의 결정이 본 프로토콜이 대역폭을 효율적이고 소프트웨어를 이용하여 할당하도록 허용할 수 있는 한편, 본 발명은 또한 상향스트림 트래픽의 집중식 제어와 가입자 그룹 사이에 대역폭의 공정한 할당을 제공할 수 있으며, 여기서 "공정한"은 수학적 정의를 가진다. "공정한"의 수학적 정의는 조정된 최대-최소 알고리즘을 포함할 수 있다. 이러한 알고리즘에서, 웨이트(weight) 요소는 분할된 웨이트와 가입자 광 인터페이스 그룹의 각 가입자 광 인터페이스에 대한 버퍼 점유의 저역 필터링 된 측정과의 곱을 포함할 수 있다. 각 가입자 광 인터페이스의 최대-최소 파라미터는 이의 최대 할당을 포함할 수 있다.
최대-최소 공정함(max-min fairness)은 어떤 가입자가 수용하도록 강제된 최소값을 최대화한다. 다시 말해서, 최대-최소 할당의 결과는 최소 할당을 수신하는 가입자가 그가 수신했던 것보다 더 적게 수신한 어떤 다른 가입자가 없다면 더 많은 할당을 받지 않았어야 했음이 보장된다는 것이다. 조정된 최대-최소 할당은 상대적인 웨이팅 요소를 각 편에 할당한다. 이는 할당에 의해 곱해진 웨이팅 요소의 최소값을 최대화하며, 최대-최소 할당을 더 높은 우선성을 가진 편에 대하여 편중하는 엄격한 방법을 제공한다.
본 발명은 광 통신망 내에 배치된 소프트웨어 또는 하드웨어 또는 이들의 조합으로 구체화될 수 있다. 본 발명은 광 탭 라우팅 장치와 하나 이상의 가입자 광 인터페이스로부터 상향스트림 패킷을 수신하기 위한 다수의 광 탭 멀티플렉서를 더 포함하고 있는 송수신기 노드를 포함할 수 있다. 단일 방식으로 데이터 패킷을 다루는 종래의 토큰 버킷 에뮬레이션과는 달리, 본 발명의 프로토콜은 토큰 버킷 에뮬레이션으로 전체 데이터 패킷을 처리할 수 있다. 본 발명의 프로토콜을 이용하여, 송수신기 노드는 하나 이상의 가입자의 요구에 기초하여 추가되거나 감소된 상향스트림 대역폭을 할당할 수 있다. 본 발명은 가입국을 기초로 하거나 필요성에기초하여 가입자의 상향스트림 대역폭을 모니터하고 조정할 수 있다. 그러나, 특정 가입자에 의해 사용되지 않는 대부분의 보장된 대역폭은 프로토콜에 의해 재요구될 수 있고 특정 순간에 대역폭을 필요로 하는 다른 가입자에게 제공될 수 있다.
이제 수 개의 도면에 걸쳐 동일한 도면번호가 동일한 요소를 나타내는 도면을 참조하여, 본 발명의 특징과 예시적인 동작 환경이 기술될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 예시적인 광 통신망 구조(100)를 도시하는 기능 블록다이어그램이다. 예시적인 광 통신망 구조(100)는 하나 이상의 송수신기 노드(120)에 연결된 데이터 서비스 허브(110)를 포함한다. 송수신기 노드(120)는 차례로 광 탭(130)에 연결된다. 용어 "송수신기 노드"는 2001년 7월 5일에 출원되어 일련번호가 09/899,410이고, 발명의 명칭이 "데이터 서비스 제공자와 가입자간의 광 신호 통신용 시스템 및 방법"인 본원과 동시계류중인 출원과, 2001년 10월 4일에 출원되어 일련번호가 09/971,363이고, 발명의 명칭이 "데이터 서비스 제공자와 가입자간의 광신호 상향스트림 및 하향스트림 통신용 시스템 및 방법"인 본원과 동시계류중인 출원에 기재된 노드를 참조할 수 있고, 상기 두 출원의 내용이 참조에 의해 본원에 합체된다.
광 탭(130)은 다수의 가입자 광 인터페이스(140)에 연결될 수 있다. 예시적인 광 통신망 구조(100)는 가령 150, 160, 170, 180과 같은 광 도파로이다. 광 도파로(150 내지 180)는 화살표에 의해 도시되며, 여기서 화살표의 앞부분은 예시적인 광 통신망 구조(100)의 각 요소들 사이의 데이터 흐름의 예시적인 방향을 나타낸다. 각 송수신기 노드(120), 각 광 탭(130), 및 각 가입자 광 인터페이스(140)이 도1에 도시되는 한편, 도2와 이의 대응 기재로부터 명백해 지겠지만, 다수의 송수신기 노드(120), 광 탭(130), 및 가입자 광 인터페이스(140)이 본 발명의 정신과 범위를 일탈함이 없이 채용될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 많은 실시예에서, 가입자 광 인터페이스(140)은 하나 이상의 광 탭(130)에 연결된다.
송수신기 노드(120)는 가입자 광 인터페이스(140)을 사용하는 하나 이상의 가입자의 요구에 기초하여 추가되거나 감소된 대역폭을 할당할 수 있다. 송수신기 노드(120)는 외부 환경조건에 견디도록 고안될 수 있으며 밧줄에 걸거나 축받이나 "손 구멍"에 고정시키도록 고안될 수 있다. 송수신기 노드(120)는 영하 40℃ 내지 영상 60℃의 온도에서 작동할 수 있다. 송수신기 노드(120)는 전력을 소비하지 않는 수동 냉각 장치를 사용하여 이러한 온도범위에서 작동할 수 있다.
가입자 광 인터페이스(140)와 데이터 서비스 허브(110) 사이에 배치된 종래의 라우터와는 달리, 송수신기 노드(120)는 송수신기 노드(120)를 둘러싸고 있는 온도를 조절하는 능동 냉각 및 가열 장치가 필요 없다. 본 발명은 가입자 광 인터페이스(140)가 아니라 송수신기 노드(120)에 결정을 내리는 전자장치 다수를 두고 있다. 일반적으로 결정을 내리는 전자장치는 본 발명의 가입자 광 인터페이스(140)에 배치되는 전자장치보다 크기가 크고 가격이 비싸다.
송수신기 노드(120)는 능동 온도 조절 장치를 요하지 않기 때문에, 송수신기 노드(120)가 종래의 라우터의 둘레 엔클로저보다 일반적으로 더 작은 콤팩트한 전자 포장 부피를 갖는데 도움이 된다.
본 발명의 일 실시예에서, (광섬유를 포함할 수 있는) 세 개의 트렁크 광 도파로(160, 170, 180)는 데이터 서비스 허브(110)로부터 송수신기 노드(120)로 광 신호를 전도한다. 본원에서 사용되는 용어 "광 도파로"는 광 섬유, 평면 광 가이드 회로, 및 섬유 광 접속용도선(figtail)과 기타 다른 광 도파로에 적용될 수 있음을 주의하여야 한다.
제1광 도파로(160)는 방송 영상신호와 기타 신호를 이송할 수 있다. 신호는 전통적인 케이블 TV 포맷으로 이송될 수 있으며, 방송 신호는 반송파상에 변조되며, 이는 차례로 데이터 서비스 허브(110)에 있는 광 전송기(비도시)를 변조한다. 제2광 도파로(170)는 하나 이상의 가입자 광 인터페이스(140)에 전달될 데이터 및 전화 서비스와 같은 하향스트림 목적 서비스를 이송할 수 있다. 가입자에 특정한 광 신호를 이송하는 것에 더해서, 제2광 도파로(170)는 인터넷 프로토콜 방송 패킷을 전파할 수도 있으며, 이는 당업자에게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 제3광 도파로(180)는 데이터 신호 상향스트림을 송수신기 노드(120)로부터 데이터 서비스 허브(110)로 전송할 수 있다. 제3광 도파로(180)를 따라 전파된 광 신호는 하나 이상의 가입자로부터 수신된 데이터 및 전화 서비스를 포함할 수도 있다. 제2광 도파로(170)와 유사하게, 제3광 도파로(180)는 IP 방송 패킷을 이송할 수도 있으며, 이는 당업자에게 이해될 수 있을 것이다.
제3광 도파로 또는 상향스트림 광 도파로(180)는 점선으로 도시되어 본 발명에 따른 일 실시예의 선택 또는 일부임을 지시한다. 다시 말해서, 제3광 도파로(180)는 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2광 도파로(170)는 제2광 도파로(170)를 도시하는 양방향 화살표에 의해 도시된 것처럼 상향스트림 또는 하향스트림 방향 양쪽으로 광 신호를 전파한다. 제2광 도파로(170)가 양방향 광 신호를 전파하는 그러한 실시예에서, 단지 두 개의 광 도파로(160, 170)만이 데이터 서비스 허브(110)와 송수신기 노드(120) 사이에 전파하는 광 신호를 지원하기 위하여 필요할 것이다. 다른 실시예(비도시)에서는, 단일 광 도파로가 데이터 서비스 허브(110)와 송수신기 노드(120) 사이의 유일한 링크일 수 있다. 그러한 단일 광 도파로 실시예에서, 세 개의 상이한 파장이 상향 및 하향스트림 신호에 대하여 사용될 수 있다. 대안적으로, 양방향 데이터가 하나의 파장에 변조될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 광 탭(130)은 8방 광 분배기를 포함할 수 있다. 이것은 8방 광 분배기를 포함하는 광 탭(130)이 여덟 개의 상이한 가입자 광 인터페이스(140)에 작용하도록 하향스트림 광 신호를 8방으로 분리할 수 있음을 의미한다. 상향스트림 방향으로, 광 탭(130)은 여덟 개의 가입자 광 인터페이스(140)로부터 수신된 광 신호를 결합할 수 있다.
다른 실시예에서, 광 탭(130)은 네 개의 가입자 광 인터페이스(140)에 작용하도록 4방 분배기를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 광 탭(130)은 역시 관통형 탭인 4방 분배기를 더 포함할 수 있으며, 이는 광 탭(130)에서 수신된 광 신호의 일부가 내부에 포함된 4방 분배기에 작용하도록 추출될 수 있는 한편, 나머지 광 에너지는 다른 광 탭 또는 다른 가입자 광 인터페이스(140)에 부가적인 하향스트림으로 전파된다는 것을 의미한다. 본 발명은 4방 및 8방 광 분배기에 한정되지 않는다. 4방 또는 8방 분배기보다 적거나 많은 수를 가진 다른 광 탭은 본 발명의 범위를 넘지 않는다.
이제 도2를 참조하면, 본 도면은 각 송수신기 노드(120)에 대응하는 가입자군(200) 더 포함하는 예시적인 광 통신망 구조(100)를 도시하는 기능 블록다이어그램이다. 도2는 예시적인 광 통신망 구조(100)의 다양성을 도시하며, 여기서 송수신기 노드(120)와 광 탭(130) 사이에 연결된 수많은 광 도파로(150)가 최소화된다. 도2는 또한 광 탭(130)을 이용하여 성취될 수 있는 가입자군(200)의 다양성을 도시한다.
각 광 탭(130)은 광 분배기를 포함할 수 있다. 광 탭(130)에 의해 다중 가입자 광 인터페이스(140)가 송수신기 노드(120)에 연결된 단일 광 도파로(150)에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 여섯 개의 광섬유(150)가 송수신기 노드(120)에 연결되도록 고안된다. 광 탭(130)의 사용을 통해, 16명의 가입자가 송수신기 노드(120)에 연결된 6개의 광섬유(150)에 할당될 수 있다.
다른 실시예에서, 12개의 광섬유(150)는 송수신기 노드(120)에 연결될 수 있는 한편, 8개의 가입자 광 인터페이스(140)는 12개의 광섬유(150) 각각에 할당된다. 당업자는 송수신기 노드(120)와 가입자 광 인터페이스(140) 사이에 [광 탭(130)을 통하여] 연결된 특정 광 도파로(150)에 할당된 가입자 광 인터페이스(140)의 수는 본 발명의 범위와 정신을 일탈함이 없이 변경될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 당업자는 특정 광섬유케이블에 할당된 가입자 광 인터페이스(140)의 실제 수는 특정 광섬유(150)에 이용가능한 전원의 양에 의존한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
가입자군(200)에 도시된 것처럼, 통신 서비스를 가입자에게 공급하기 위한많은 구성이 가능하다. 예를 들면, 광 탭(130A)은 가입자 광 인터페이스(140A1) 내지 가입자 광 인터페이스(140AN)를 레이저 송수신기 노드(120)에 연결할 수 있는 한편, 광 탭(130A)은 또한 광 탭(130AN)과 같은 다른 광 탭(130)을 송수신기 노드(120)에 연결할 수도 있다. 광 탭(130)과 가입자 광 인터페이스(140)의 조합과 더불어 광 탭(130)과 다른 광 탭(130)의 조합은 제한이 없다. 광 탭(130)을 이용하여, 송수신기 노드(120)에서의 광 도파로(150) 분포의 집중이 감소될 수 있다. 또한, 가입자군(200)을 서비스하기 위하여 요구되는 섬유의 양도 감소될 수 있다.
본 발명의 능동 송수신기 노드(120)를 이용하면, 송수신기 노드(120)와 데이터 서비스 허브(110) 사이의 거리는 0 내지 80 킬로미터의 범위를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이 범위에 한정되지 않는다. 당업자는 본 시스템의 여러 장치를 구성하는 다양한 재고 요소들을 선택함으로써 확장될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
당업자는 데이터 서비스 허브(110)와 송수신기 노드(120) 사이에 배치된 광 도파로의 다른 구성이 본 발명의 범위를 넘지 않음을 이해할 것이다. 광 도파로의 양방향 성능 때문에, 데이터 서비스 허브(110)와 송수신기 노드(120) 사이에 배치된 광 도파로의 수 및 방향흐름은 본 발명의 범위와 정신을 일탈함이 없이 변경될 수 있다.
당업자는 각 회로에 대해 광 파장 송수신기(430)와 데이터 서비스 허브(110)를 포함하는 광전송기의 선택이 데이터 서비스 허브(110)와 송수신기 노드(120) 사이에 필요한 광 경로 길이에 대해 최적화될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 당업자는 논의된 파장은 실용적이지만 전적으로 예시적인 것임을 이해할 것이다. 몇몇 시나리오에서는, 본 발명의 범위 및 정신을 일탈함이 없이 다른 방법으로 1310nm와 1550nm의 통신 윈도우를 사용하는 것이 가능할 수도 있다. 또한, 본 발명은 1310nm와 1550nm의 파장 영역에 한정되지 않는다. 당업자는 광신호용의 더 작거나 더 큰 파장이 본 발명의 범위와 정신을 일탈하지 않는 다는 것을 이해할 것이다.
이제, 도3을 참조하면, 본 도면은 본 발명의 예시적인 송수신기 노드(120)의 기능 블록다이어그램을 도시한다. 이 실시예에서, 송수신기 노드(120)는 제1광 도파로(160)를 따라 전파되는 데이터 서비스 허브(110)로부터 전파된 광 신호를 수신할 수 있는 단방향 광 신호 입력포트(405)를 포함할 수 있다. 단방향 광 신호 입력포트(405)에 수신되는 광 신호는 방송 영상 데이터를 포함할 수 있다. 입력포트(405)에서 수신된 광 신호는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(erbium doped fiber amplifier; EDFA)와 같은 증폭기(410)로 전파되며, 여기서 신호가 증폭된다. 증폭된 광 신호는 다음에 예정된 가입자 그룹(200)으로 광 신호를 보내도록 고안된 이중급전장치(420)로 방송 영상 광 신호를 분배하는 분배기(415)에 전파된다.
송수신기 노드(120)는 데이터 서비스 허브(110)와 송수신기 노드(120) 사이의 양방향 데이터 흐름을 지원하는 제2광 도파로(170)에 송수신기 노드(120)를 연결하는 양방향 광 신호 입출력 포트(425)를 포함할 수 있다. 하향스트림 광 신호는 양방향 광 신호 입출력 포트(425)를 경유하여 하향스트림 광 신호를 전기 영역으로 변환시키는 광 도파로 송수신기(430)로 흐른다. 광 도파로 송수신기는 추가적으로 상향스트림 전기신호를 광 영역으로 변환시킨다. 광 도파로 송수신기(430)는 광/전기 변환기와 전기/광 변환기를 포함할 수 있다. 다른 실시예의 시스템에서, 섬유(170)는 신호를 하향스트림으로 전파하고, 섬유(180)는 신호를 상향스트림으로 전파한다.
하향스트림 및 상향스트림 전기신호는 광 도파로 송수신기(430)와 광 탭 라우팅 장치(435) 사이에서 통신된다. 광 탭 라우팅 장치(435)는 데이터 서비스 허브 광 신호와의 인터페이스를 관리할 수 있고, 하나 이상의 광 탭(130) 및 궁극적으로 하나 이상의 가입자 광 인터페이스(140)와 광 신호를 통신하는 개별적인 탭 멀티플렉서(440)에 해당하는 데이터 서비스 허브 신호를 발송하거나 분배하거나 배당할 수 있다. 탭 멀티플렉서(440)는 하나 이상의 광 탭에 연결된 가입자 군에 할당된 광 신호를 발생시키기 위하여 레이저 전송기를 변조하도록 전기영역에서 동작한다는 것을 주의하여야 한다.
광 탭 라우팅 장치(435)는 이용할 수 있는 상향스트림 데이터 패킷을 이들이 도착할 때마다 각 탭 멀티플렉서(440)에 의해 통지받는다. 광 탭 라우팅 장치는 이러한 상향스트림 데이터 패킷을 수신하기 위하여 각 탭 멀티플렉서(440)에 연결된다. 광 탭 라우팅 장치(435)는 광 도파로 송수신기(430)를 경유하여 데이터 서비스 허브(110)에 패킷을 중계한다. 광 탭 라우팅 장치(435)는 모든 탭 멀티플렉서(440)(또는 포트)로부터 여기로 들어오는 이러한 상향스트림 데이터 패킷으로부터, 각 패킷의 소스 IP 주소를 읽고, 패킷이 들어왔던 탭 멀티플렉서(440)와 IP 주소를 연관시킴으로써 검색테이블을 만들 수 있다. 검색테이블은 다음에 패킷을 하향스트림 경로로 발송하기 위하여 사용될 수 있다. 각 패킷이 광 도파로 송수신기(430)로부터 들어옴에 따라, 광 탭 라우팅 장치(435)는 목적 IP 주소(상향스트림 패킷에 대한 소스 IP 주소와 동일함)를 찾는다. 검색테이블로부터, 광 탭 라우팅 장치(435)는 어느 포트가 그 IP 주소에 연결될지를 결정하고, 패킷을 그 포트로 송신한다. 당업자에게 이해될 수 있는 바와 같이, 이는 정규 레이어 3 라우터 기능으로 기술될 수 있다.
광 탭 라우팅 장치(435)는 다중 가입자를 단일 포트에 할당할 수 있다. 구체적으로는, 광 탭 라우팅 장치(435)는 가입자 그룹을 대응하는 각각의 단일 포트로 서비스할 수 있다. 각 탭 멀티플렉서(440)에 결합된 광 탭(130)은 가입자 광 인터페이스(140)를 이용하여 하향스트림 광 신호를 수신하는 미리 할당된 가입자 그룹으로 하향스트림 광 신호를 공급할 수 있다.
다시 말해서, 광 탭 라우팅 장치(435)는 어느 탭 멀티플렉서(440)가 하향스트림 전기 신호를 수신할 것인지를 결정하거나, 다수의 광 탭(130) 중 어느 것이 (전기 신호로 변환되는) 상향스트림 광 신호를 전파시켰는지를 식별할 수 있다. 광 탭 라우팅 장치(435)는 데이터의 포맷을 만들 수 있으며, 각각의 광 탭(130)에 연결된 각 가입자로부터 데이터를 송수신하기 위해 요구되는 프로토콜을 실행할 수 있다. 광 탭 라우팅 장치는 각 포트에 할당된 가입자 그룹과 통신하기 위한 프로토콜을 정의하는 컴퓨터 또는 결선에 의한 장치를 포함할 수 있다.
광 탭 라우팅 장치의 단일 포트는 각각의 탭 멀티플렉서(440)에 연결된다. 광 탭 라우팅 장치(435)를 이용하여, 송수신기 노드(120)는 가입국을 기초로 또는필요성 또는 요구를 기초로 하여 가입자의 대역폭을 조정할 수 있다. 광 탭 라우팅 장치(435)를 경유한 송수신기 노드(120)는 예비할당된 증분만큼 가입자에게 데이터 대역폭을 제공할 수 있다. 예를 들어, 송수신기 노드(120)는 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 및 450 Mb/s(초당 메가비트)의 단위만큼 상향스트림 및 하향스트림 대역폭을 특정 가입자나 가입자 그룹에 제공할 수 있다. 당업자는 다른 가입자 대역폭 단위가 본 발명의 범위를 일탈하지 않음을 이해할 것이다.
전기신호는 광 탭 라우팅 장치(435)와 각각의 탭 멀티플렉서(440) 사이에서 통신된다. 탭 멀티플렉서(440)는 광 신호를 여러 가입자군에 및 가입자군으로부터 전파한다. 각 탭 멀티플렉서(440)는 각각의 광 전송기(325)에 연결된다. 각 광 전송기(325)는 파브리-페롯(Fabry-Perot; F-P) 레이저, 분포 궤환형 레이저(DFB), 또는 수직 공동면 방사 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL) 중의 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 형태의 광 전송기도 가능하며 본 발명의 범위를 일탈하지 않는다. 광 전송기는 가입자 광 인터페이스(140)쪽으로 전파되는 하향스트림 광 신호를 생성한다.
각 탭 멀티플렉서(440)은 또한 광 수신기(370)에 결합된다. 양방향 분배기(360)으로부터, 각각의 광 수신기(370)은 상향스트림 광 신호를 전기 영역으로 변환할 수 있다. 각 광 수신기(370)는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 하나 이상의 광수신자(phothreceptor) 또는 광다이오드(photodiode)를 포함할 수 있다. 광 전송기(325)와 광 수신기(370)는 각각의 광 신호를 발생시키고 수신하기 위하여 재고 하드웨어를 포함하기 때문에, 송수신기 노드(120)는 효율적인 업그레이드 및유지보수에 도움이 되어 현저히 증가된 데이터율을 제공한다.
각 광 전송기(325)와 각 광 수신기(370)는 각각의 양방향 분배기(370)에 연결된다. 각 양방향 분배기(360)는 차례로 분배기(415)로부터 수신된 단방향 광 신호를 각 광 수신기(370)로부터 수신된 하향스트림 광 신호와 결합시키는 이중 급전 장치(420)에 연결된다. 이러한 방법으로, 데이터 서비스 뿐만 아니라 방송 영상 서비스도 도2에 도시된 분배 광 도파로(150)와 같은 단일 광 도파로를 이용하여 공급될 수 있다. 다시 말해서, 광 신호는 각 별개의 이중 급전 장치(420)로부터 각각의 배분 광 도파로(150)에 연결된 결합되어 있는 단일 입출력 포트(445)로 결합될 수 있다.
종래의 기술과는 달리, 송수신기 노드(120)는 종래의 라우터를 채용하지 않는다. 송수신기 노드(120)의 구성요소는 콤팩트한 전자 포장 부피내에 배치될 수 있다. 예를 들면, 송수신기 노드(120)는 통신망에서 통신자와 가장 인접한 부분인 "라스트 마일"내에 배치되는 종래의 케이블TV와 유사하게 밧줄에 걸거나 축받이에 고정시키도록 고안될 수 있다. "라스트 마일"은 가입자에게 연결되는 광 망의 마지막 부분을 표현하기 위하여 사용되는 관용어임이 숙지되어야 한다.
또한, 광 탭 라우팅 장치(435)는 종래의 라우터가 아니기 때문에, 특정 온도로 동작 환경을 유지하기 위하여 능동 온도 조절 장치를 요하지 않는다. 다시 말해서, 송수신기 노드(120)는 일 실시예에서 영하 40℃ 내지 영상 60℃의 온도에서 작동할 수 있다.
송수신기 노드(120)는 단일 온도에서 송수신기 노드(120)의 온도를 유지하려고 전력을 소비하는 능동 온도 조절 장치를 포함하지 않는 한편, 송수신기 노드(120)는 전력을 소비하지 않는 하나 이상의 수동 온도 조절 장치(450)를 포함할 수 있다. 수동 온도 조절 장치(450)는 송수신기 노드(120)로부터 열을 제거하는 하나 이상의 열 발산판 또는 열 파이프를 포함할 수 있다. 당업자는 본 발명이 이러한 예시적인 수동 온도 조절 장치에 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 당업자는 본 발명이 개시된 예시적인 작동온도 범위에 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 적절한 수동 온도 조절 장치(450)를 이용하여, 송수신기 노드(120)의 작동 온도 범위는 감소되거나 확장될 수 있다.
사나운 외부 환경 조건에 견딜 수 있는 송수신기 노드(120) 능력에 더해서, 송수신기 노드(120)는 고속 대칭 데이터 전송을 제공할 수도 있다. 다시 말해서, 송수신기 노드(120)는 동일 비트율의 하향스트림 및 상향스트림을 통신망 가입자에게 및 가입자로부터 전파할 수 있다. 이는 일반적으로 이상의 배경기술 분야에서 논의된 것처럼 대칭 데이터 전송을 지원할 수 없는 종래의 통신망에 대한 또 다른 이점이다. 또한, 송수신기 노드(120)는 대량의 가입자에게 공급할 수 있는 한편, 데이터 서비스 허브(110)와 송수신기 노드(120) 모두에서 연결의 수를 줄일 수 있다.
송수신기 노드(120)는 통신망 쪽 또는 데이터 서비스 허브(110) 쪽에서 완전히 수행될 수 있는 효율적인 업그레이드에 도움이 된다. 즉, 송수신기 노드(120)를 형성하는 하드웨어에 대한 업그레이드는 데이터 서비스 허브(110) 및 송수신기 노드(120) 사이에서 및 이들 내부의 위치에서 발생할 수 있다. 이는 (분배 광 도파로(150)에서 가입자 광 인터페이스(140)로 통하는)통신망의 가입자 쪽은 송수신기 노드(120) 또는 데이터 서비스 허브(110) 또는 이들 모두로 업그레이드하는 동안 완전히 변하지 않은 채 남겨질 수 있음을 의미한다.
이제 도4를 참조하면, 이 도면은 본 발명의 실시예에 따라 단일 광 도파로(150)에 의해 가입자 광 인터페이스(140)에 연결된 광 탭(130)을 도시하는 기능 블록다이어그램이다. 광 탭(130)은 송수신기 노드(120)에 결합된 다른 분배 광 도파로에 연결되는, 결합되어 있는 입출력 포트(505)를 포함할 수 있다. 상기한 바와 같이 광 탭(130)은 4방이거나 8방일 수 있는 광 분배기(510)를 포함할 수 있다. 4방 또는 8방 분배기보다 적거나 많은 수를 가진 다른 광 탭은 본 발명의 범위를 넘지 않는다. 광 탭은 각각의 가입자 광 인터페이스(140)에 작용하기 위하여 하향스트림 광 신호를 분배할 수 있다. 광 탭(130)이 4방 광 탭을 포함하는 실시예에서, 그러한 광 탭은 관통형일 수 있으며, 이는 하향스트림 광 신호의 일부는 이에 포함된 4방 분배기에 작용하도록 추출되거나 분배됨을 의미하며, 한편 광 에너지의 나머지는 다른 분배 광 도파로(150)에 추가적인 하향스트림으로 지나간다.
광 탭(130)은 송수신기 노드(120)와 각각의 가입자 광 인터페이스(140)사이에 광 신호를 통신할 수 있는 효율적인 결합기이다. 광 탭(130)은 직렬일 수 있거나, 송수신기 노드(120)로부터 스타형 구조로 연결될 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 광 탭(130)은 각각의 광 탭(130)에 대해 하향스트림인 다른 광 탭으로 신호를 발송할 수도 있다.
광 탭(130)은 또한 광 도파로의 높은 집중이 어떤 특정한 송수신기노드(120)에 나타나지 않도록 제한되거나 작은 수의 광 도파로에 연결될 수도 있다. 다시 말해서, 일 실시예에서, 광 탭은 송수신기 노드(120)로부터 떨어진 점에서 제한된 수의 광 도파로(150)에 연결될 수 있어서, 송수신기 노드에서의 광 도파로(150)의 높은 집중이 회피될 수 있다. 그러나, 당업자는 도11에서 도시된 송수신기 노드(120)의 다른 실시예에 관련하여 이하 추가로 논의될 것처럼, 광 도파로(150)는 송수신기 노드(120)내에 합체될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
가입자 광 인터페이스(140)는 광 탭(130)으로부터 수신된 하향스트림 광 신호를 적절한 통신 장치로 처리될 수 있는 전기 영역으로 변환시키도록 기능한다. 가입자 광 인터페이스(140)는 상향스트림 전기 신호를 광 탭(130)으로 분배 광 도파로(150)를 따라 전파될 수 있는 상향스트림 광 신호로 변환시키도록 추가적으로 기능한다. 가입자 광 인터페이스(140)는 양방향 광 신호 분배기(520)와 아날로그 광 수신기(525)사이에 분배 광 도파로(150)로부터 수신된 하향스트림 광 신호를 분배하는 광 이중 급전 장치(515)를 포함할 수 있다. 광 이중 급전장치(515)는 디지털 광 전송기(530)에 의해 발생된 상향스트림 광 신호를 수신할 수 있다. 디지털 광 전송기(530)는 전기적 이진/디지털 신호를 광 형태로 변환하여 광 신호는 데이터 서비스 허브(110)로 역 전송될 수 있다. 반대로, 디지털 광 수신기(540)은 광 신호를 전기적 이진/디지털 신호로 변환하여 전기적 신호는 프로세서(550)에 의해 다루어질 수 있다.
본 발명은 다양한 파장에서 광 신호를 전파할 수 있다. 그러나, 논의된 파장 영역은 실용적이며 단지 실시예의 예증일 뿐이다. 당업자는 본 발명은 1310nm와 1550nm 파장영역 사이, 또는 이보다 크거나 작은 다른 파장이 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 다는 것을 이해할 것이다.
아날로그 광 수신기(525)는 하향스트림 광 영상 신호를 변조된 RF 단방향 신호 출력(535)에서 이탈되어 전파되는 변조된 RF TV신호로 변환할 수 있다. 변조된 RF 단방향 신호 출력(535)은 TV 세트 또는 라디오(비도시)와 같은 RF 수신기에 보내질 수 있다. 아날로그 광 수신기(525)는 디지털 TV 어플리케이션에 대하여 디지털로 변조된 RF 전송뿐만 아니라 아날로그 변조된 RF전송도 처리할 수 있다.
양방향 광 신호 분배기(520)는 결합되어 있는 광 신호를 그 각각의 방향으로 전파할 수 있다. 즉, 광 이중 급전장치(515)로부터 양방향 광 분배기(520)에 들어가는 하향스트림 광 신호는 디지털 광 수신기(540)로 전파된다. 디지털 광 전송기(530)로부터 양방향 광 분배기에 들어가는 상향스트림 광 신호는 광 이중 급전장치(515)로 보내지고 다음에 광 탭(130)으로 보내진다. 양방향 광 신호 분배기(520)는 하향스트림 데이터 광 신호를 전기 영역으로 변환하는 디지털 광 수신기(540)에 연결된다. 반면, 양방향 광 신호 분배기(520)는 또한 상향스트림 전기 신호를 광 영역으로 변환하는 디지털 광 전송기(530)에 연결된다.
디지털 광 수신기(540)는 광 신호를 전기 영역으로 변환하는 하나 이상의 광수신자 또는 광다이오드를 포함할 수 있다. 디지털 광 전송기는 파브리-페롯(Fabry-Perot; F-P) 레이저, 분포 궤환형 레이저(DFB), 및 수직 공동면 방사 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)와 같은 하나 이상의 레이저를 포함할 수 있다.
디지털 광 수신기(540)와 디지털 광 전송기(530)는 삽입된 주소에 기초하여 순간의 가입자 광 인터페이스(140)에 대해 의도된 데이터를 선택하는 프로세서(550)에 연결된다. 프로세서(550)에 의해 조작되는 데이터는 인터넷 서비스와 같은 하나 이상의 전화 및 데이터 서비스를 포함할 수 있다. 프로세서(550)는 아날로그 인터페이스를 포함할 수 있는 전화 입출력(550)에 연결된다. 프로세서(550)는 또한 컴퓨터 장치, 셋톱 박스, ISDN 전화, 및 기타 유사한 장치에 링크를 제공할 수 있는 데이터 인터페이스(560)에도 연결된다. 대안적으로, 데이터 인터페이스(560)는 보이스 오브 인터넷 프로토콜(보이프; VoIP) 전화 또는 이더넷 전화에 링크를 제공할 수도 있다. 데이터 인터페이스(560)는 이더넷의 (10베이스티(BaseT), 100 베이스티, 기가비트) 인터페이스, HPNA 인터페이스, 범용 직렬버스(USB), IEEE1394 인터페이스, ADSL 인터페이스, 및 기타 유사한 인터페이스 중 하나를 포함할 수 있다.
이제 도5를 참조하면, 본 도면은 본 발명의 실시예에 따른 단일 수퍼 프레임(562) 동안 보장된 상향스트림 대역폭과 공유된(pooled) 상향스트림 대역폭을 도시하는 블록다이어그램이다. 일 실시예에서, 수퍼프레임은 지속시간에 8밀리초(ms)를 포함할 수 있다. 이는 매 8밀리초마다 송수신기 노드(120)는 가입자에게 데이터 패킷을 전송할 턴이나 기회를 주면서 주어진 탭 멀티플렉서(440)상에서 모든 가입자(140)를 통해 순환할 수 있음을 의미한다. 일 실시예에서, 16명의 가입자(140)는 단일 상향스트림 채널상에 서비스될 수 있다. 그러나, 당업자는 더 적거나 더 많은 수의 가입자(140)가 본 발명의 범위를 일탈함이 없이 채널에 부가될수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
시간을 나타내는 수평 축(576)이 프레임(500)에 인접해 있다. 도5에서, 각 타임슬롯은 가입자 광 인터페이스(SOI)가 상향스트림 방향으로 데이터 패킷을 전송할 수 있는 시간의 주기를 나타낸다. 타임슬롯(564, 566, 568, 570, 572)은 수퍼프레임(562)에 대하여 보장된 대역폭(562)을 형성한다. 도5에 기재된 것처럼, 대역폭은 시간 단위마다 전송될 수 있는 데이터의 비트의 수를 포함한다. 이는 일반적으로 데이터율의 기능이며, 또한 허용된 시간이다. 대역폭은 종종 일정한 수의 초당 메가비트(초당 백만비트, MBps)의 용어로 일컬어진다.
도5에 도시된 것처럼, 각 가입자 광 인터페이스(140)는 할당된 타임슬롯(564, 566, 568, 570, 572)을 가지는데, 이곳으로 광 통신망(100)을 통해 상향스트림 방향으로 정보를 전송한다. 예를 들면, 제1타임슬롯(564)에 할당된 제1가입자 광 인터페이스는 제일 먼저 전송할 수 있는 한편, 제2가입자 광 인터페이스는 타임슬롯(564)의 지속시간 이후에 제2타임슬롯(566)에 있는 동안 전송할 수 있다. 각 가입자 광 인터페이스가 할당된 타임슬롯에 있는 동안 전송한 후에, 각 가입자 광 인터페이스는 공유 대역폭(578)에 있는 동안 추가적으로 전송할 수 있다. 각 가입자 광 인터페이스(140)는 일반적으로 송수신기 노드(120)에서 우선적으로 실행되는 본 발명의 프로토콜에 의해 대역폭이 허락될 수 있기 전에 공유 대역폭(578)에 대해 대역폭을 요청해야 한다.
공유 대역폭(578)이 전에 다른 가입자 광 인터페이스에 의해 취해진 적이 없다면, 임의의 가입자 광 인터페이스(140)는 공유 대역폭(578)을 사용할 수 있다.일반적으로, 가입자 광 인터페이스(140)는 보장된 대역폭을 우선 사용할 수 있고, 다음에 보장된 대역폭의 데이터를 넘는 부가적인 데이터가 전송되기를 원하는 경우, 가입자 광 인터페이스(140)는 공유 대역폭(578)으로부터 할당될 수 있는 부가적인 타임을 요청할 수 있다.
이제 도6을 참조하면, 본 도면은 상향스트림 대역폭이 단일 수퍼프레임 내에 있는 개별적인 타임슬롯으로 분배되는 방법에 관한 예시적이고 바람직한 제2실시예를 도시한다. 수퍼프레임(600)은 일반적으로 사건의 전체 열이 반복되는 타임 지속시간을 포함한다. 일 실시예에서, 수퍼프레임은 지속시간 내에 8 밀리초를 포함할 수 있다. 이는 매 8 밀리초마다 송수신기 노드가 각 가입자에게 데이터 패킷을 전송할 턴 또는 기회를 주면서, 주어진 채널 상의 모든 가입자를 통해 순환할 수 있음을 의미한다. 일 실시예에서, 16명의 가입자가 단일의 상향스트림 채널로 서비스되 수 있다. 그러나, 당업자는 더 적거나 더 많은 수의 가입자가 본 발명의 범위와 정신을 일탈함이 없이 채널상에 부가될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도6은 좌측에서 우측으로 증가하는 시간을 나타낸다. 각 타임슬롯은 특정 가입자 광 인터페이스(140)(SOI)가 상향스트림 방향으로 데이터 패킷을 전송할 수 있는 시간주기를 표현한다. 예를 들면, 타임슬롯 0에 할당된 가입자 광 인터페이스는 그 타임슬롯에 있는 동안 전송할 수 있는 한편, 제2가입자 광 인터페이스는 제1타임슬롯의 주기 이후에 제2타임슬롯에 있는 동안 전송할 수 있다.
각 별개의 타임슬롯의 지속시간은 송수신기 노드(120)에 의해 제어될 수 있다. 송수신기 노드는 각 가입자에게 보장된 대역폭뿐만 아니라, 현 수퍼프레임의지속시간 동안 그 가입자에게 이용가능하게 된 공유 대역폭도 제공하도록 각 타임슬롯을 제어한다. 모든 타임슬롯의 합은 보통 수퍼프레임의 지속시간과 같거나 작아야 한다. 만약 이용가능한 데이터를 전송하기 위하여 전체 수퍼프레임이 필요하지 않다면, 타임슬롯은 수퍼프레임의 시작부에 "모이게" 되며, 아무것도(어떠한 데이터도) 전송되지 않는 수퍼프레임의 단부 근처의 타임이 존재하게 된다.
도6에서의 최종 타임슬롯은 익명의 가입자 광 인터페이스로의 전송을 위하여 유보된 특별한 타임슬롯이며, 송수신기 노드가 그들의 존재를 발견할 수 있게 해준다. 송수신기 노드와 임의의 익명의 가입자 광 인터페이스는 두 시스템의 상대적 시간에 영향을 줄 수 있는 설정된 범위 정보 및 다른 매개변수를 가지지 않으려 하므로, 이 특별한 발견 타임슬롯은 넓은 범위의 상대적 시간 오프셋을 적응시키기 위해서 충분한 시간주기를 가져야한다. 본 발명의 실시예는 180 밀리초의 최소 발견 슬롯타임을 설정할 수 있다.
발견 타임슬롯은 모든 수퍼프레임에 존재할 필요는 없다. 본 발명의 일반적인 실시에는 송수신기 노드가 매 초 또는 125 수퍼프레임마다 대략 한번씩 발견 타임슬롯을 예정하도록 한다.
도6은 보호대역 또는 보호시간이 인접한 타임슬롯 사이에 제공될 수 있음을 또한 보여준다. 보호대역은 제1가입자 광 인터페이스(140)의 레이저가 그 출력을 영으로 감소시키고 제2가입자 광 인터페이스(140)의 레이저가 제1가입자 광 인터페이스와의 간섭이 없이 전 운용 전력에 도달하기에 충분한 시간을 제공한다. 또한 보호대역은 탭 멀티플렉서(440)가 시작부의 가입자 광 인터페이스(140)의 클록과록크 유지(또는 동기화)하기 위한 시간을 포함한다. 2㎲의 보호시간이 예시적인 방법으로 도시된다. 보호대역의 정확한 시간주기는 디지털 광 전송기(530)의 전이 시간과 탭 멀티플렉서(440)의 클록 획득 시간에 의존하게 된다.
보호시간은 일반적으로 존재하지만, 두 개의 레이저 광 수신기가 송수신기 노드에서 공유되는 경우에 더 작아질 수 있다. 이 경우, 만약 타임슬롯을 종결하는 SOI(140)와 타임슬롯을 개시하는 SOI(140)가 다른 광 수신기에 보내진다면(즉, 스위치가 개시 SOI(140)를 수신하기 위하여 위치를 바꿔야 하는 경우), 개시 SOI(140)의 광 전송기는 종결 SOI(140)의 전송기가 꺼지기 전에 켜질 수 있고, 종결 SOI(140)의 전송기는 스위치가 활성화된 후에 꺼진다. 그러한 동작은 일부 보호시간을 줄일 수 있다. 그러나, 일부 보호시간은 개시 SOI(140)가 탭 멀티플렉서에서의 클록을 전송기에서의 클록과 록크 유지(또는 동기화)하기 위해 필요한 "런-인 열(run-in sequence)"를 전송하는 동안 존재할 수 있다. 이는 당업자에게 이해될 수 있는 일반적인 요건이다.
도7은 각 가입자 광 인터페이스(140)가 할당된 타임슬롯을 이용하는 방법을 도시한다. 도면은 가입자 광 인터페이스(140)가 우선 SOI 상태 메시지를 전송하고 다음에 영 이상의 데이터 메시지를 가진 메시지가 이어지는 것을 보여준다. 데이터 메시지의 수는 할당된 타임슬롯의 시간주기에 의해서만 제한된다; 전체 데이터 메시지의 전송은 타임슬롯이 종결되기 전에 끝나야 한다. 각 메시지(상태와 데이터 모두)는 (도8에 도시된 것과 같은) 표준 이더넷 프레임의 포맷을 갖게되며, 표준 이더넷 프레임간 간격(예를 들면, 1Gbit/s에서 96나노초)이 각 프레임을 분리한다. 프레임간 간격이 수신기가 이더넷 메시지의 개시부를 식별하는 것을 돕는다는 것은 당업자에 의해 이해될 수 있을 것이다.
표1. 패킷 필드
필드 설명 길이(비트) 길이(바이트) 오프셋(바이트)
표적 주소(고정값, 사용안함) 48 6 0
소스 주소(고정값, 사용안함) 48 6 6
타입 필드, 전송기 노드 타입 필드와 매치되어야함 16 2 12
유보(사용안함) 16 2 14
유보(사용안함) 16 2 16
유보(사용안함) 16 2 18
TN 전송 시간 스탬프(T2), ms, 4비트 사용 16 2 20
TN 전송 시간 스탬프(T2), ls, 단위=8ns 16 2 22
상태 워드유보가입자 광 인터페이스 상태가입자 광 인터페이스 아이디 1958 4 24
높은 우선성 버퍼 데이터수, 단위=128 바이트 16 2 28
낮은 우선성 버퍼 데이터수, 단위=128 바이트 16 2 30
소프트웨어 정보 0 16 2 32
소프트웨어 정보 1 16 2 34
소프트웨어 정보 2 16 2 36
소프트웨어 정보 3 16 2 38
유보(사용안함) 8*20 20 40
FCS 32 4 60
SOI 상태 메시지는 표준 이더넷 프레임의 포맷을 가질 수도 있다. 그 페이로드는 타임슬롯의 개시부에서 가입자 광 인터페이스의 상향스트림 전송 큐에 저장된 바이트수의 카운트를 포함할 수 있다. 이 정보는 이하에 보여지는 것처럼 SOI가 나중의 수퍼프레임으로 전송하기 위해 취하는 시간을 계산하기 위하여 사용될 수 있다. 표1은 예시적인 SOI 상태 메시지를 도시한다.
하나의 가입자 광 인터페이스(140)로부터의 하나의 타임슬롯은 수퍼프레임의 다수를 취하거나, 수퍼프레임의 소부분만을 취할 수도 있음을 주의하여야 한다.만약 단지 하나의 SOI(140)가 전송할 중요한 데이터를 가진다면, 거의 전체 수퍼프레임에 할당될 것이다. 바람직한 실시예에서, 각 SOI는 SOI 상태 메시지(710)를 전송하는 최소 시간을 가진다. 예시적인 방법으로, 256kb의 데이터를 전송하기 위해 요구되는 최소 시간은 256㎲일 수 있다. 한 가지 예외는 작은 메시지만이 전송되어야 하므로 더 짧아도 되는 타임슬롯16(650)일 것이다. 이는 단지 예시이며, 본 발명은 더 길거나 더 짧은 최소 타임슬롯을 사용할 수 있다.
이제 도8을 참조하면, 예시적인 타임슬롯(800)의 내용이 도시된다. 당업자는 비록 본 발명이 이더넷 패킷에 한정되지는 않지만, 이를 표준 이더넷 패킷으로 인식할 수 있을 것이다. 예시적인 타임슬롯(800)은 예시적인 8바이트의 크기를 가지는 프리앰블(810)을 포함한다. 타임슬롯(800)은 예시적인 6바이트의 길이를 포함하는 목적매체 접속 제어메시지(815)를 더 포함할 수 있다. 타임슬롯(800)은 또한 예시적인 6바이트의 길이를 포함하는 소스매체 접속 제어메시지(820)를 더 포함할 수 있다. 소스매체 접속 제어메시지(820) 근처에 타입/길이 식별자(T825)가 존재할 수 있으며, 이는 당업자에게 이해될 수 있을 것이다.
T825 근처에 46바이트 내지 1,500바이트의 에시적인 길이를 포함하는 메시지 데이터(830)가 존재할 수 있다. 메시지 데이터(830) 근처에 FCS(825)가 존재한다. FCS는 프레임 체크 시퀀스(frame check sequence)이며, 패킷에 있는 데이터의 무결성을 확증하기 위하여 사용되는 이더넷의 표준 특징이다. 이는 당업자에 의해 이해될 것이다. FCS 메시지(840)는 예시적인 4바이트 길이를 포함한다. 당업자라면 본 발명이 기재된 예시적인 길이에 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 즉,더 작거나 더 큰 데이터 메시지도 본 발명의 범위를 일탈하지 않는다.
이제 도9를 참조하면, 본 도면은 본 발명에 따른 송수신기 노드(120)에 의해 처리될 수 있는 다수의 예시적인 수퍼프레임(910, 915, 920)을 도시한다. 도9는 가입자 광 인터페이스(140)가 대역폭에 대한 각각의 필요성을 송수신기 노드(120)에 통지하는 방법과, 송수신기 노드(120)가 데이터를 전송하기 위하여 가입자 광 인터페이스(140)를 인가하는 방법을 도시한다. 송수신기 노드(120)내에 있고, 다수의 탭 멀티플렉서(440)과 함께 동작하는 광 탭 라우팅 장치(435)는 트래픽을 관리하기 위하여 요구되는 지능적인 동작을 수행한다. 수퍼프레임j-2(910)에 있는 동안, 가입자 광 인터페이스는 이들의 자원 예약 요청(resource reservation requests)을 할 수 있다.
수퍼프레임j-2(910)와 예약 수집 지연(RCD; 925) 이후에, 광 탭 라우팅 장치(435)는 완전한 일단의 예약 요청을 이용할 수 있다. RCD(925)는 단방향 전파지연과 송수신기 노드(120)내의 다른 지연을 포함할 수 있다. 광 탭 라우팅 장치(435)는 모든 가입자 광 인터페이스(140)에 대한 할당을 통신하기 위한 충분한 시간을 남겨둔 채 수퍼프레임j(920)의 개시부 전에 보통 그 수퍼프레임에 대한 타임슬롯 할당의 계산을 완료해야 한다.
예약 전송 지연(RTD; 935)은 일반적으로 모든 가입자 광 인터페이스(140)에 대한 할당을 통신하기 위해 남은 요청 시간을 포함한다. 광 탭 라우팅 장치(435)의 셋업 시간, (셋업 데이터가 전송되기 전에 메시지가 완료되어야 하는) 절차에서하향스트림 메시지에 대한 최악의 전송지연, 단방향 전파지연, 가입자 광 인터페이스(140)에서의 수신 및 해석 지연을 포함한다.
RCD(925)와 RTD(935) 사이에는 수퍼프레임j(920)에 대한 슬롯 할당을 계산하기 위하여 이용할 수 있는 실제 처리시간(930)이 존재한다. 이 시간 동안, 광 탭 라우팅 장치(435)는 보통 수퍼프레임j(930) 동안 데이터 전송을 배분하기 위해 필요한 모든 계산을 해야한다. RCD(925), 계산 시간(930) 및 RTD(935)는 일반적으로 수퍼프레임j-1(915) 동안 발생한다는 것을 주의해야 한다. 수퍼프레임j-1(915) 동안, 데이터는 수퍼프레임j-2(910) 전의 수퍼프레임에서 행해진 요청에 기초하여, 또한 하향스트림으로 전송되고 있다. 이 수퍼프레임이 도시되었다면, 도9에서 수퍼프레임j-2(910)의 왼쪽에 나타났을 것이다.
그러므로, 도9에 도시된 절차는 각 프레임 데이터가 전송되는 동안, 미래에 수퍼프레임에 (이용가능한 시간에 의존하여) 양도될 전송슬롯에 대한 요청과 일치하여, 연속한 또는 활주하는 절차로 간주될 수 있다. 광 탭 라우팅 장치(435) 시간이 모든 요청을 취합하도록, 그리고 요청이 필요 없는 방법 및 각 가입자 광 인터페이스(140)로 적절한 명령을 발송하는 방법을 결정하도록 허용하기 위하여, 보통 적어도 하나의 수퍼프레임(915)은 (수퍼프레임(910) 동안의) 요청 시간과 (수퍼프레임(920) 동안에 작동하는) 허용시간 사이에 개입해야 한다. 그러나, 개입 수퍼프레임(915) 동안, 상향스트림 데이터는 요청, 결정 및 허용의 이전 주기에 기초하여 전송되고 있다.
이제 도10을 참조하면, 본 도면은 예시적인 τ(타우)의 길이를 가지는 다수의 수퍼프레임(1010, 1015, 1020, 1025)을 도시한다. 본 도면은 송신될 수 있는 메시지를 결정하기 위하여 사용되는 방법으로부터 귀결되는, 패킷을 전송하는 것에 있어서의 최대 지연을 도시하도록 포함된다. 본 도면은 패킷이 가입자 광 인터페이스(140)에 진입하는 시간에서부터 패킷이 광 탭 라우팅 장치(435)로 떠나는 시간까지, 패킷이 마주하게될 예시적인 최대 지연을 도시한다. 광 탭 라우팅 장치(435)로부터, 예시적인 시스템에서 802.3z로 정의되는 표준 기가비트 이더넷 프로토콜에 따라서 패킷이 조작된다. 그러나, 본 발명은 광 탭 라우팅 장치(435) 상향스트림으로부터 표준 라우터로 이더넷 프로토콜을 사용하여 패킷을 조작하는 것에 한정되지 않는다. SONET과 같은 다른 알려진 프로토콜이 이 처리 단계에서 사용될 수 있다.
도9를 참조한 전술한 절차의 결과로써, 가입자 광 인터페이스(140)가 자원에 대한 필요성을 인식하는 시간과 그러한 자원이 이용가능한 시간 사이에는 일반적으로 최소 지연이 존재한다. 도10에 도시하는 것처럼, 이러한 지연에 대한 최악의 값은 예시적인 시스템에서 8ms와 같이, 대략 수퍼프레임 길이의 네 배이다. 그러므로, 예시적인 시스템에서, 패킷은 거의 32ms만큼 지연될 수 있다. 이 최악의 지연은 도10에 도시된 상황이 발생할 때 일어난다.
이러한 예에서, 트래픽(1035)은 가입자 광 인터페이스(140)가 수퍼프레임j-3(1010)에 대한 데이터를 전송한 바로 다음에 가입자 광 인터페이스(140)에 도착한다. 가입자 광 인터페이스(140)는 수퍼프레임j-2(1015)에서의 타임슬롯(1040) 까지, 트래픽(1035)이 전송되도록 타임슬롯을 요청할 수 없다.
도9에서 이전에 보여진 것처럼, 패킷이 전송될 때, 패킷은 수퍼프레임j(1025)까지 지연된다. 통상적으로 이러한 트래픽(1035)을 가진 가입자 광 인터페이스(140)는 각 수퍼프레임 동안 유사한 점에 전송할 것이나, 다른 가입자 광 인터페이스(140)가 요청하고 수퍼프레임j(1025) 전에 매우 긴 타임슬롯을 허용하는 것이 가능하다. 이 경우에, 주 트래픽(1035)은 수퍼프레임j(1025)의 종단 근처가 될 때까지 전송되지 않을 것이다. 도10을 조사해 보면, 트래픽(1035)으로의 전체 지연은 네 개의 수퍼프레임보다 조금 작고, 큐 지연(1055)로 표현됨을 알 수 있다. 트래픽(1035)이 가입자 광 인터페이스에 도착하는 시간으로부터 송수신기 노드(120)에 완전히 전송된 시간까지의 총 지연은 통상 총 SOI 지연(1065)이다.
도9 아래에 도시된 것처럼, 도10에 도시된 절차는 "활주하는" 절차이며, 여기서 동일한 사건이 매 수퍼프레임마다 발생한다. 그러므로, 주 트래픽(1035)이 수퍼프레임(1015 및 1020)동안 전송되지 않고 있는 동안, 다른 데이터가 이 시간동안 조작되고 있다. 당업자라면 도10의 예는 최악의 지연이며, 평균 지연은 조금 작다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이제 도11을 참조하면, 본 도면은 광 통신망의 데이터 서비스 허브(110)에전송되는 광 통신망의 가입자로부터 발생한 상향스트림 통신을 조작하는 예시적인 방법을 도시한다. 기본적으로, 도11은 송수신기 노드(120), 구체적으로는, 광 탭 라우팅 장치(435)에 의해 수행되는 처리의 개관을 제공한다.
흐름도의 기재는 종래의 컴퓨터 요소에 의한 동작의 기호 표현 및 절차의 용어로 대게 표현되며, 여기서 종래의 컴퓨터 요소는 처리장치(프로세서), 메모리 저장 장치, 연결된 디스플레이 장치, 및 입력 장치를 포함한다. 또한, 이러한 절차와 동작은 원격 파일 서버, 컴퓨터 서버, 및 메모리 저장 장치를 포함하는 이질적인 분산된 컴퓨터 환경에서 종래의 컴퓨터 요소를 이용할 수 있다. 각각의 이러한 종래의 분산된 컴퓨터 요소는 통신망을 경유하여 프로세서에 의해 접속될 수 있다.
이하 수행되는 절차 및 동작은 프로세서에 의해 신호를 조작하는 것과, 하나 이상의 메모리 저장 장치에 상주하는 데이터 구조 내에 이러한 신호를 유지하는 것을 포함한다. 이러한 논의를 위하여, 절차는 일반적으로 원하는 결과에 이르는 컴퓨터로 수행된 절차의 시퀀스라고 생각된다. 이러한 단계는 통상적으로 물리적 양의 물리적 조작을 요한다. 통상적으로, 필요하지는 않지만, 이러한 양은 저장되거나, 전송되거나, 결합되거나, 비교되거나, 기타 조작될 수 있는 전기적, 자기적, 또는 광 신호의 형태를 취한다.
비트, 바이트, 워드, 정보, 요소, 기호, 문자, 수, 점, 데이터, 엔트리, 객체, 영상, 파일 등과 같은 표현을 인용하는 것은 당업자에게는 규약이 된다. 그러나, 이러한 용어와 유사한 용어는 컴퓨터 동작에 대한 적절한 물리적 양과 관련되며, 이러한 용어들은 단지 컴퓨터 동작중에 존재하는 물리적 양에 적용되는 규약라벨임을 숙지하여야 한다.
컴퓨터 내부의 조작은 종종 인간 운용자에 의해 수행되는 수동 조작과 관련된 생성, 부가, 계산, 비교, 이동, 수신, 결정, 식별, 실장, 로딩, 실행 등과 같은 용어로 종종 언급됨도 이해되어야 한다. 본원에 기재된 동작은 인간 운용자 또는 컴퓨터와 상호작용하는 사용자에 의해 제공되는 여러 입력과 관련되어 수행되는 기계 작동일 수 있다.
또한, 본원에 기재된 프로그램, 절차, 방법 등은 어떤 특정 컴퓨터나 장치에 관련되거나 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 그러나, 다양한 형태의 범용 기계가 본원에 기재된 가르침에 따라 다음의 절차와 함께 사용될 수 있다.
도11 내지 도16에 기재된 논리흐름도는 핵심 논리 또는 고급 처리일 수 있고 반복적으로 실행될 수 있다. 도11 내지 도16에 도시된 논리흐름도는 도1 내지 도5에 도시된 소프트웨어 또는 하드웨어 요소 또는 이들 모두의 초기화 후에 발생할 수 있는 절차를 도시한다.
예를 들면, 객체지향 프로그램 환경에서, 도11 내지 도16에 도시된 단계를 수행하도록 사용될 수 있는 소프트웨어 요소 또는 소프트웨어 객체 또는 하드웨어가 초기화되거나 생성될 수 있다. 그러므로, 당업자는 도1 내지 도5에 기재된 소프트웨어 객체 또는 하드웨어의 초기화에 관련된 여러 단계는 도시되지 않을 수 있음을 인식할 수 있다.
본 발명은 본원에 기재되고 첨부된 흐름도에 도시된 기능을 구현하는 컴퓨터 프로그램 또는 하드웨어 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명을컴퓨터 프로그램 또는 하드웨어 고안으로 구행하는 많은 다른 방법이 존재할 수 있음이 명백해야 하며, 본 발명은 어떤 한 세트의 컴퓨터 프로그램 명령에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 숙련된 프로그래머는 그러한 컴퓨터 프로그램을 작성할 수 있을 것이며, 또한 예를 들어 흐름도와 적용 문장에서의 관련된 기재에 기초하여 어려움 없이 개시된 본 발명을 수행하기 위하여 적절한 하드웨어 회로를 식별할 수 있을 것이다. 그러므로, 특정 세트의 프로그램 코드 명령 또는 상세한 하드웨어 장치의 개시는 본 발명의 제조와 사용의 적절한 이해를 위해 필요하다고 생각되지 않는다. 청구된 컴퓨터로 수행되는 절차의 기능성은 절차 흐름을 도시하는 나머지 도면과 관련한 다음의 기재에서 보다 상세히 설명될 것이다.
이하에 기재된 절차 또는 절차 흐름에서 어떤 단계는 기재된 바대로 기능하기 위해서는 본 발명의 다른 절차에 자연히 선행해야 한다. 그러나, 본 발명은 그러한 순서 또는 시퀀스가 본 발명의 기능성을 바꾸지 않는다면 기재된 단계의 순서에 한정되지 않는다. 즉, 어떤 단계는 본 발명의 범위와 정신을 일탈함이 없이 다른 단계의 전후에 수행될 수 있음이 인식된다.
간단히 도2를 재참조하면, 하나의 송수신기 노드(120)는 다수의 가입자 광 인터페이스(140)에 광 탭(130)을 이용하여 서비스할 수 있다. 도3은 송수신기 노드(120)를 보다 상세히 도시하며, 여기서 단일 광 탭 라우팅 장치(435)는 다수의 탭 멀티플렉서(440)와 함께 작동하며, 각 탭 멀티플렉서(440)는 다수의 가입자 광 인터페이스(140)에 연결된다. 각 탭 멀티플렉서(440)는 도11에 기재된 절차를 수행할 수 있다. 도11에 두 개의 동일한 절차가 도시되어 있지만, 병렬식으로 동시에 작동하는 6 이상의 그러한 절차가 존재할 수 있다. 다수의 절차중의 하나만이 도11을 참조하여 이하에 상세히 기재될 것이다.
단계1205는 도11에 기재된 상향스트림 데이터 패킷을 처리하기 위한 방법에 있어서 첫 번째 단계이다. 단계1205에서, 각 수퍼프레임 동안에, 각 SOI(140)는 그 버퍼 내에 가지고 있는 전송할 데이터량을 지시하는 상태 메시지를 송신한다. 이러한 데이터의 양은 순간적인 큐 사이즈라고 일컬어진다. 상태 메시지를 전송한 후에, SOI(140)는 그 수퍼프레임(이 흐름도에는 비도시)에서 인증된 양만큼의 데이터를 송신한다. 예를 들면, 수퍼프레임 동안, 일반적으로 각 SOI는 한번, 즉 일 실시예에서 한번 전송하게 된다. 그 전송 시간 동안에, SOI(140)는 일반적으로 상태 메시지를 우선 전송하고, Tmin에 대한 그 트래픽이 뒤따르고(즉, 전화 통화 또는 DS1 채널), 다음에 인증된 모든 패킷을 전송한다.
단계1205에서, 제1 SOI(140)는 상태메시지와 뒤따르는 그 데이터를 송신한다. 단계1210에서, 탭 멀티플렉서(440)는 상태 메시지를 전송하지 않은 다른 SOI(140)가 존재하는 가를 결정한다. 만약 모든 상태메시지가 현 수퍼프레임 동안에 아직 수신되지 않았다면, 다른 SOI(140)로부터의 상태 메시지를 기다리기 위하여 단계1205로 재순환된다. 다시 말해서, 탭 멀티플렉서(440)는 일반적으로 다음 SOI가 전송할 때까지 다음 상태 메시지를 수신할 수 없으므로 기다리는 것이다. 본 절차는 도9에 도시된 수퍼프레임j-2(910) 동안 발생하는 것이다.
모든 메시지가 수신된 후에, 절차는 송수신기 노드가 상태 메시지에 모든SOI에 의해 기록되어 있는 순간적 큐 크기와 같은 예약정보를 처리하는 단계1215로 진행한다. 예약 정보는 특정 SOI(140)가 그 큐 내부에 전송할 얼마나 많은 데이터를 가지고 있는가를 탭 멀티플렉서(440)에게 말해준다. 이 정보는 수퍼프레임 동안 SOI에 대한 시간 할당을 결정하기 위해 사용될 것이다. 이는 도9에 도시된 것처럼 RCD 시간(925) 동안 발생한다.
모든 필요한 데이터가 축적된 후에, 루틴1220에서 많은 상향스트림 관리가 수행될 수 있다. 루틴1220은 다중 가입자 광 인터페이스(140)에 대한 상향스트림 데이터의 전송을 제어할 수 있는 에뮬레이트된 토큰 버킷 알고리즘을 포함한다. 이 루틴1220이 토큰 버킷 알고리즘으로 특징지워지는 한편, 루틴1220은 이하 상술될 것처럼 종래의 토큰 버킷과는 다소 상이하게 수행할 수 있다. 당업자는 토큰 버킷 알고리즘에 익숙할 것이다. 그러한 버킷 알고리즘을 기재하는 하나의 참조문헌은 다음의 간행물이다: 시스코 시스템 인코포레이티드(Cisco System, Inc,)에 의해 간행된 "Policing and Shaping Overview" 페이지 QC 97 내지 QC 97. 토큰 버킷 알고리즘을 기재하는 다른 간행물 예는 다음의 백서이다: 시스코 시스템 인코포레이티드에 의해 간행된 "Cisco IOS(TM) software Quality of Service Solutions" 저작권 1998. 이러한 인용문헌 모두의 내용은 참조에 의해 본원에 완전히 합체되어 있다.
루틴1220의 단부에서, 각 SOI(140)가 다음 수퍼프레임 동안에 전송할 시간과 길이가 결정되어 있다. 이 정보는 단계1225 동안에 SOI(140)로 하향스트림으로 전송되며, 이는 도9의 RTD 시간(935) 동안 발생한다.
단계1230에서는, 도9의 수퍼프레임j(920) 동안, 루틴1220에서 할당된 타임슬롯인 데이터가 상향스트림으로 전송된다. 데이터가 각각의 탭 멀티플렉서(440)에 의해 수행되는 단계1205 내지 단계1230의 사슬 또는 그룹의 병행 처리로부터 이용할 수 있게 됨에 따라, 정보는 단계1235에서 데이터 서비스 허브(110)로 상향스트림으로 통과된다.
이제 도12를 참조하여, 루틴1220이 이제 보다 상세히 설명될 것이다. 루틴1220의 처리는 단계1305에서 시작한다. 이후의 단계는 각각의 탭 멀티플렉서(440) 연결된 각 SOI(140)에 대하여 개별적으로 실행된다. 단계1310에서, 큐 사이즈 즉, 개별적인 SOIn(140n)이 전송되어야 하는 데이터량이 평가된다(가입자 광 인터페이스(140)에 관한 접미어 n은 복수의 SOI(140)중의 하나를 지시하기 위하여 사용된다). 결정 단계1310에서, 순간적인 SOIn이 그 순간 활성인가 여부가 결정된다. 결정 단계1310에 대한 조회가 긍정이라면, 데이터 상향스트림을 전송할 예정된 시간 할당이 주어지게 된다. 그러나, 결정 단계1310에 대한 조회가 부정이라면, 즉, SOI(140)가 일부 연속하는 수의 수퍼프레임에 대해 비활성으로 남아있다면, 순간적인 SOI(140)의 대역폭이 제거되고, 그 대역폭을 사용할 수 있는 활성 SOI(140)에 주어질 수 있다. 본 발명에서, 일부 최소 대역폭은 통상 어떤 정리작업 기능(housekeeping function)이 수행될 수 있도록 각 SOI(140)에 대해 유보된다. 이러한 정리작업 기능은 SOI(140)의 내부수행을 모니터링 하는 것과, SOI(140)가 전송할 데이터를 가지는 때를 빠르게 알아내는 것을 포함한다. 순간적인 SOIn(140n)가 활성인지 아닌지 여부의 결정은 다음의 일정 단계에서 행해진다.
각 SOI(140)에 대한 활성 카운터가 또한 통상적으로 제공되며, 통신망 서비스 제공자 또는 SOI(140)의 제조자에 의해 결정된 어떤 최대값으로 처음에 설정된다. 만약, 예시적인 방법으로, 최대값이 5로 설정된다면, 그 다음 SOI(140)가 5개의 연속적인 수퍼프레임으로 보내지도록 어떤 트래픽을 가지지 않는다면, 비활성이라고 생각될 것이다.
단계1310에서, 순간적인 SOIn의 큐 사이즈가 정리작업 트래픽에 해당하는 최소 임계치를 초과하는지 여부가 또한 결정된다. 만약 결정단계(1310)에 대한 조회가 부정이라면, "아니오"경로가 단계1320으로 진행하고 여기서 활성 카운터가 감소된다. 만약 활성 카운터가 0에 이른다면, 대역폭은 평가되고 있는 순간적인 SOI로부터 제거될 것이며, 다른 SOI(140)로 할당될 수 있다. 만약 결정단계(1310)에 대한 조회가 긍정이라면, 그리고 최소 큐 크기(Qmin)을 초과하는 데이터가 존재한다면, "예" 가지가 단계 1315로 이어지고, 여기서 활성 카운터는 최대값으로 리셋된다.
루틴1325에서, 제공된 부하(현 수퍼프레임j-1동안 전송되어야 하는 것보다 적은 큐 사이즈와 일반적으로 동일)는 시간 영역에서 필터링된다. 루틴1325에 있는 이 필터 기능의 목적은 시스템이 부하 크기의 순간적인 증가 또는 감소로 한도를 넘는 것을 방지하는 것이다. 한도를 넘는 것과 관련된 문제점은 당업자에게 이해될 것이다. 루틴1325의 추가적인 설명이 도13과 관련하여 하기될 것이다.
다음에, 루틴1330에서, SOIn(140)에 대한 에뮬레이트된 토큰 버킷 알고리즘에 있어서의 토큰의 수가 업데이트된다. 루틴1330에 대한 추가설명이 도14와 관련하여 하기될 것이다. 이 업데이트된 토큰의 수는 루틴1335에서 사용될 것이며, 이는 SOIn(140)이 데이터를 전송하도록 허용될 최대 길이의 타임슬롯(Tmaxn)을 결정한다. 루틴13335의 추가설명이 도15와 관련하여 하기될 것이다.
SOIn(140)이 전송하도록 허용될 최소 시간을 포함하는 최소 타임슬롯(Tmin)은 결정단계(1340)에서 결정된다. 만약 결정 단계(1340)에 대한 조회가 부정이라면, 즉 상기한 활성 카운터가 0에 도달한다면, "아니오"경로가 단계1350으로 이어지며 여기서 SOIn(140)이 비활성이라고 가정된다. SOIn(140)은 다음에 최소 타임슬롯으로 할당되며, 이 슬롯은 정리작업 기능을 수용하기에 충분히 큰 사이즈를 포함한다.
SOIn(140)의 활성 카운터가 0 이상이라면, 또는 SOIn(140)이 사용되는지 여부와 관계없이 어떤 지속율이 일정하게 이용가능한 것을 당연하게 여긴다면(예를들어 만약, DS1 회로가 제공되었다면), "예" 가지가 단계1345로 이어진다. 당업자는 DS1 회로가 PBX(시내 전화 스위칭)와 다른 데이터를 이송하기 위하여 기업체에서 자주 사용된다는 것을 이해할 것이다. 또한, 사용자가 산발적으로 발생하는 데이터를 가질 수도 있지만, 이는 데이터가 전송될 때 최소 지연으로 다루어져야 한다. 전화 호출은 이 카테고리에 들 수도 있다.
전술한 바와 같이, 이 두 조건 중 어느 것이 존재하면, "예" 경로가 단계1345에 이어지며, 여기서 Tminn은 SOI(140)에 대한 적절한 값으로 할당된다.적절한 값은 일반적으로 서비스가 가입국 또는 가입자에 의해 요구되는 서비스 수준에 따라 설정되거나 수정될 때 결정된다.
결정 단계1355에서, 모든 SOI(140)가 순간적인 수퍼프레임 동안 설명되고 처리되었는지 여부가 결정된다. 만약 결정 단계1355에 대한 조회가 부정이라면, "아니오" 가지가 다음 SOI(140)에 대한 데이터를 처리하기 위하여 단계1310으로 역으로 이어진다. 만약 모든 SOI(140)가 처리되었다면, "예" 가지가 단계1360으로 이어지고, 여기서 SOI(140)가 Tmax를 증가시킴으로써 정렬된다. 이 정렬이 SOI(140)가 이후의 계산에서 고려될 순서를 결정하지만, 전송 순서에는 영향을 미치지 않는다.
SOI(140)가 단계1360에서 정렬된 후에, 실제 전송 시간은 루틴1365에서 계산되며, 이는 도16과 관련하여 이하에서 상술될 것이다. 전송 시간이 루틴1365에서 계산된 후에, 토큰 버킷 에뮬레이션은 끝나고 절차는 단계1225로 돌아간다.
이제 도13을 참조하여, 제공된 부하의 업데이트를 기재하는 루틴1325가 기재될 것이다. 도13은 제공된 부하 또는 큐 사이즈의 변화를 감소시키는 필터링 기능을 도시한다. 당업자는 필터링 기능이 트래픽에 있어서의 갑작스런 증가나 감소로 한도를 넘는 것을 방지함으로써 통신시스템의 성능을 향상시키는 것임을 이해할 것이다. 필터는(그 자체가 이 루틴의 출력이다) 이전 부하의 대부분과, 평가되고 있는 현재의 수퍼프레임에 대하여 존재하는 부하의 소부분을 평균부하 결정을 위하여 사용할 수 있다.
단계1410에서, 평균 부하의 이전 값은 분수f로 곱해진다. 많은 값이 분수f로 사용될 수 있고, 본 발명의 범위 내에 있으나, 특히 유용하고 예시적인 값은 15분의16(15/16)이다. 다음, 단계1415에서, SOIn(140)의 순간적인 부하가 계산된다. 부하는 최종 기록시간 동안(수퍼프레임j-2(915)동안) SOIn(140)에 의해 기록된 현재의 순간적인 큐 사이즈이며, 순간 수퍼프레임j-1(915) 동안 전송될 데이터의 실제양 보다 적다. 이 값은 (현 수퍼프레임j-1(915)동안 사용되기 위한) 전송 시간 할당이 SOIn(140)에 이미 송신되었기 때문에 계산될 수 있다.
단계1420에서, 이 최종 계산의 결과는 분수(1-f)에 의해 곱해진다. 단계1425에서, 단계1410 및 1420에서의 계산 결과가 더해지고, 단계1425의 이러한 값은 다음 계산에서 사용되도록 새롭게 제공된 부하"L"이 된다. 단계1430에서, 이 L값은 저장되어, 서브루틴이 이 SOIn에 진입하는 다음 번에 단계1410에서 사용된다. 서브루틴은 단계1435에서 종료되며, 절차는 도12의 루틴1330으로 돌아간다.
루틴1330은 토큰 버킷의 업데이트를 포함하며, 도14에 상세히 기재되어 있다. 업데이트 기능은 제1단계 1505에서 시작한다. 단계1510에서, 토큰은 SOIn(140)에 대한 토큰 버킷에 더해지며, 이는 현 SOIn(140)의 지속율과 수퍼프레임의 시간주기와의 곱에 해당한다. 예시적인 방법으로, 만약 인증된 지속율이 10Mb/s이고 수퍼프레임의 지속시간이 8ms라면, 부가된 토큰의 수는 10Mb/s 곱하기 8ms, 즉, 80,000비트이다. SOI가 이들을 전송시키며, 어떠한 다른 요소도 전송하도록 허용된 것을 수정하지 않는다면, 이는 수퍼프레임 동안 공칭적으로 전송될 수 있는 비트의 수를 나타낸다.
단계1515에서, 전 시간에 전송되었던 것을 책임지도록, 이전 수퍼프레임에서 전송된 데이터의 양에 대응하는 비트의 수가 감산된다. 결정 단계1520에서, 토큰 버킷이 이제 현 SOI(140)의 버스트 제한에 대한 것 보다 많이 포함하는지 여부가 결정된다. 결정 단계1520에 대한 조회는 조금이라도 이전 수퍼프레임에서 전송되었다면, 긍정일 것이다. 만약 가외의 토큰이 버킷에 남도록 허용된다면, SOI(140)는 지불된 서비스 수준에 의해 허용되는 것보다 많은 데이터를 전송하도록 허용될 것이다.
그러므로, 버스트 제한에 대한 것보다 많은 토큰이 존재한다면, 결정 단계1520에 대한 조회는 긍정의 결과를 줄 것이며, "예" 가지가 단계 1525로 이어지며, 여기서 가외의 토큰이 제거되어, 버킷에 있는 토큰을 버스트 제한까지 감소시킨다. 결정 단계1520에 대한 조회가 부정이라면, "아니오" 가지가 단계 1530으로 이어지며, 서브루틴은 종료된다.
루틴1335는 처리될 데이터 양에 영향을 줄 수 있는 다른 하위 절차이다. 이 루틴1335는 도15에 보다 상세히 도시되어 있다. 루틴1335에서, SOI(140)가 전송하려고 하는 율이 그 허용된 첨두율을 초과하는지 여부가 결정된다. 단계1610에서, SOIn에 허용될 최대 타임슬롯은 SOIn(140)의 지속율 곱하기 수퍼프레임 지속시간(허용된 지속율로 전송되기 위하여 SOI(140)가 얼마만큼의 비트를 전송하도록 허용될 것인가를 계산) 더하기 현 버킷 할당으로 우선 설정된다.
결정단계(1615)에서는, 이러한 비율이 허용 첨두율x슈퍼프레임 지속시간을 초과하는지가 결정된다. 만일, 결정단계(1615)에 대한 조회가 긍정이면, "예" 가지가 Tmaxn의 값이 변경되는 단계(1620)로 진행되어 허용 첨두율(슈퍼프레임 지속시간)을 동일하게 한다. 단계(1620) 후에, 알고리즘은 절차가 복귀하는 지점에 단계(1625)에서 종결된다. 결정단계(1615)에 대한 조회가 부정이면, 단계(1610)에서 컴퓨터 처리된 Tmaxn의 값이 첨두율x슈퍼프레임 지속시간 보다 작을 때에, "아니오" 가지가 알고리즘이 종결되는 지점에 단계(1625)로 진행한다. 다음, 절차는 도12의 결정단계(1340)로 복귀한다.
도16은, 루틴(1365)이 궁극적으로 각각의 SOI(140)의 시간량을 컴퓨터 연산하는 최대-최소 알고리즘이 후속 슈퍼프레임으로 전송되는 것을 참고로 설명하는 것이다. 단계(1705)는 루틴(1365)의 제1단계 이다. 단계(1710)에서, 모든 SOI(140)의 Tmaxn이 더해져서 전체 Tmax가 구해진다. 이러한 사실은 모든 SOIs(140)가 요청하고 그리고 그에 대해 자격이 주어지는 전송시간의 량을 나타낸다. SOIs(140)는, 이용할 수 있는 전송시간을 초과하지 않았다면, 이러한 전송시간을 수신할 것이다.
이용할 수 있는 전송시간의 량이 어느 정도인지는, SOIs(140)의 단계(1345) 또는 단계(1350)로부터의 전체 최소 전송시간(Tmin)을 단계(1715)에서 슈퍼프레임의 길이로부터 감수(減數)하여 결정된다. 그 차는 모든 SOIs(140)가 기본적으로 고려되는 데이터를 전송하도록 허용되어진 후에 남겨진 시간이다.(만일, 후속 슈퍼프레임에서, 상기 컴퓨터 조작이 새로운 SOIs(140)를 발견하는데 사용된다면, 다음 일반적으로 타임슬롯을 발견하는 시간도 단계(1715)에서 감수되어야 한다.)
일반적으로 다음의 단계는 각각의 SOIs(140)의 최소 전달시간(Tmin)과 필요에 따른 발견시간을 허용한 후에 슈퍼프레임에서 활용할 수 있는 전송시간을 배분하는 것이다. 단계(1720)에서는, 단계(1360)에서 연산된 최대전송시간(Tmax)에 따르는 SOIs(140)의 순서화(ordering)가 사용된다. 대역폭용 최소 필요부를 가진 SOIs(140)가 단계(1720)에서 먼저 고려된다. 결정단계(1725)에서는 모든 SOIs(140)로 단계(1720)에서 연산된 전송시간을 제공하기에 슈퍼프레임에서의 충분한 시간이 있는지의 여부가 결정 된다. 만일 결정단계(1725)에 대한 조회가 충분한 시간(짧게 도시되는 루프를 통한 제1시간과 유사한 결과)으로 있는 긍정이면, 다음, "예" 가지가 각각의 SOIs(140)가 최소 필요한 SOIs(140)를 수용하는 전송시간을 허용하는 단계(1730)로 진행한다.
최소 필요한 SOIs(140)가 단계(1730)에서 실현되기 때문에, 단계(1735)에서의 부가적인 고려사항으로부터 제거할 수 있다. 단계(1740)에서, 슈퍼프레임에서 활용할 수 있는 시간량은 바로 허용된 전체 시간을 감수하여 업데이트 된다. 결정단계(1745)에서는 이들이 부가적 시간을 소요하는 더 이상의 SOIs(140)가 있는지를 결정하게 된다. 조기 반복으로, 결정단계(1745)에 대한 답변은 '예'로서, "예" 가지는 단계(1720)로 회귀한다.
소수 반복 후에, 고려되는 SOIs(140)의 수는 안정적인 SOIs(140)로 감소되어져 있다. 다시, 단계(1720)에서, 대역폭의 다음 최소 필요를 가진 SOIs(140)가 고려된다. 일예의 반복에서는, 현재 SOIs(140)가 이미 최소 필요한 SOIs(140)의 전송시간이 허용되어져 있지만, 나머지 SOIs(140)는 전송을 위해 더 많은 시간을 필요로 하게 된다.
결정단계(1725)는 이러한 SOIs(140)에 의해 소요되는 나머지 전송시간이 모든 나머지 SOIs(140)에 주어질 수 있는지를 시각적으로 점검한다. 만일 결정 단계에 대한 조회가 긍정이면, "예" 가지가 모든 나머지 SOIs(140)가 이러한 부가적 전송시간 또는 대역폭을 허용하는 단계로 다시 진행한다. 단계(1735)에서는 바로 만족된 SOIs(140)가 부가적인 고려사항으로부터 제거되고 그리고 단계(1740)에서는 바로 할당된 시간이 활용할 수 있는 시간으로부터 제거 된다.
단계(1720,1745) 사이에 루프는 2개 사건의 하나가 발생할 때까지 반복한다. 즉, 모든 SOIs(140)의 어느 하나가 결국적으로 이들이 결정단계(1745)가 "N"결과와 후속 엔드를 야기하는 경우에 후속 루틴으로 유입할 때에 필요로 하는 모든 시간을 허용한다. 다르게는, 일부 지점에서 모든 나머지 SOIs(140)를 할당하기에 충분한 시간이 있지 않으며, 상기 시간은 나머지 SOIs(140)의 최소 필요에 의해 필요한 것이다. 이러한 경우에, 결정단계(1725)는 부정 조회를 야기하고 그리고 "N" 가지는 단계(1750)로 진행된다.
결정단계(1725)에 대한 조회가 부정이면, 전체 SOIs(140)가 그들의 요구와 인가된 대역폭을 수신할 수 없다. 통신망 서비스 운영자는 일 이상의 사용자가 남은 대역폭의 불균형 몫의 청구를 허용하기를 소망할 수 있다. 이러한 것은 웨이팅 요소를 각각의 SOIs(140)에 할당하여 달성할 수 있다. 웨이팅 요소는 특정한 SOIs(140)로의 서비스가 확립되어지면 할당되지만 이것은 절차에서 상기 지점까지는 사용되지 않는 것이다. 프로세싱으로 상기 지점에 도달되면, 단계(1750)에서의 Tmax는 선-할당된 웨이팅 요소에 의해 곱해진다. 이러한 곱셈은 가입자(n)가 각각의 포함된 SOIs(140)를 행하는 것을 나타내는 Tmaxwn으로 참고된다.(예를 들면, 허용된 전송시간으로 만족되어져 있지 않은 SOIs(140))
단계(1755)에서는 각각의 SOIs(140)에 제공되는 할당분이 컴퓨터 처리된다. 먼저, 각각의 SOI의 Tmaxwn이 포함된 모든 유닛용의 모든 Tmaxw의 합으로 나누어진다. 이것은 서브젝트 유닛이 가지는 활용할 수 있는 시간의 비율을 산출한다. 다음, 상기 비율은 활용할 수 있는 시간을 곱하여 서브젝트SOI를 가질 수 있는 시간을 산출한다. 이러한 행위는 포함된 모든 SOIs(140)용으로 단계(1755)에서 행해지고, 단계(1755)의 끝에서, 각각의 SOI는 상대적 필요와 선-할당된 웨이팅에 따르는 웨이트 전송 시간을 가진다. 다음, 후속루틴이 단계(1760)에서 마감되고 그리고 도12의 단계(1370)로 복귀하며, 도11의 단계(1225)로 돌아가며, 여기서 컴퓨터 처리된 전송시간으로 송수신기 노드(120)로부터 각각의 SOI(140)와 통신한다.
도16에서 설명되지 않는 다른 실시예는 단계(1715)와 단계(1720) 사이에 일부 단계가 더해지는 것이다. 이러한 더해진 단계는 모든 탭 멀티플렉서(440) 사이에서 시험되어져, 만일 모든 탭 멀티플렉서(440)가 그 헤드엔드 까지 백업을 수용하는 데이터를 전송하기에 충분한 대역폭을 가지는 것인지를 결정한다. 이러한 행위로 단계(1715)에서는 모든 탭 멀티플렉서(440)로부터 이용할 수 있는 시간이 더해지고 광도파관 트랜시버(430)를 경유하여 헤드엔드로 복귀하는 전송통로에서 활용할 수 있는 시간과 대비된다. 만일 이러한 수가 모든 탭 멀티플렉서(440)의 필요보다 적으면, 단계(1755)와 유사한 단계가 단계(1715)와 단계(1720) 사이에 더해지게 된다.
상향스트림 전송 스케쥴
송수신기 노드(120)는 각각의 가입자 광 인터페이스(140)에 대역폭을 할당하여 데이터 서비스 허브(110)로의 상향스트림 링크 또는 데이터 통로를 관리한다. 이 섹션의 상세한 설명은 상기 할당 절차를 기술한 것이며 그리고 다수 예의 구조를 설명하는 것이다. 하향스트림 트래픽과 유사하게, 선-결정된 수의 가입자의 상향스트림 데이터 통로를 포함하는 각각의 채널은 독립적으로 동작한다.
송수신기 노드(120)는 토큰 버켓 알고리즘을 에뮬레이트 하여 상향스트림 전송을 관리한다. 송수신기 노드(120) 내에서, 각각의 가입자 광 인터페이스(140)에는 다음의 매개변수가 일반적으로 정해진다.
*첨두율. 첨두율은 가입자가 상향스트림 패킷을 전송하도록 허용되는 최대 비율 이다.
*지속율. 지속율은 가입자의 프로필 비율 이다. 정상적으로, 이러한 비율은 가입자가 수신을 보장하는 최소 대역폭과 가입자가 장시간 기간에 걸쳐 사용할 수 있는 최대 대역폭 모두를 나타낸다.
*버스트 사이즈(Burst Size). 가입자가 버스트 중에 그 첨두율로 전송할 수 있는 데이터의 량. 특정 값은 가입자가 그 버스트 사이즈에 제한되지 않는 것을 나타낸다.
*우선 웨이팅(Priority Weighting). 다른 가입자와 대비되는 가입자의 상대적으로 중요한 데이터. 송수신기 노드(120)는 이러한 값을 사용하여, 그 합이 링크 또는 상향스트림 데이터 통로 용량을 초과하는, 트래픽 버스트를 멀티플 가입자광 인터페이스(140)가 전송을 시도할 때에 상향스트림 전송을 조정한다.
*보장된 지시. 가입자의 여부를 나타내는 지시는 항상 그 지속율이 보장되어야 한다. 진실이면, 송수신기 노드(120)는 일반적으로 가입자가 현재 활성이지 않을 때 이더라도 가입자용의 지시 대역폭을 할당하여야 한다. 이러한 설정은 활성으로 된 직후에 지속율로 가입자가 전송을 개시하도록 허락한다. 만일 이러한 지시가 거짓이면, 가입자가 휴지(idle)하면, 송수신기 노드(120)가 대역폭을 "빌리어서(borrow)" 다른 가입자 광 인터페이스(140)에 그것을 할당한다.
도11 내지 도17의 방법은 다양한 키 성능을 가지는 것이다.
*일 예의 실시예에서, 각각의 가입자 광 인터페이스(140)로의 최소 할당은 그 지속율 또는 만일 가입자의 대역폭이 보장되지 않았다면, 256Kbit/s의 어느 하나가 된다.
*일 예의 실시예에서, 각각의 가입자 광 인터페이스(140)로의 최대 할당은 그 첨두율 또는 버스트의 현재 토큰 버킷의 가치의 어느 하나가 되며, 어느 쪽이든 더 작은 쪽이 된다.
*일 예의 실시예에서, 만일 모든 가입자 광 인터페이스(140)가 그 최대를 보장할 수 없으면, 최소 이상의 대역폭이 웨이트된 최대-최소 알고리즘을 사용하여 할당된다. 웨이트 요소는 제공된 웨이트와, 각각의 가입자 광 인터페이스(140)의 버퍼 점유의 저역 필터된 측정치와의 곱 이다. 각각의 가입자 광 인터페이스(140)용 최대-최소 제약이 그 최대 할당이 된다.
도11 내지 도17에서 설명된 방법의 예로서, 표2는 3가입자의 간단한 예를 나타낸다. 제1칼럼은 각각의 가입자의 연산 제한치를 나타내고; 제2칼럼은 평균제공된 부하를 나타내고; 그리고 제3칼럼은 각 가입자의 우선 웨이팅을 지시한다.
표2-3가입자를 포함하는 가입자 그룹
Limit 평균부하 Weight 할당
SOI 1 500Mbit/s 100Kbit 1 128Mbit/s
SOI 2 500Mbit/s 150Kbit 2 362Mbit/s
SOI 3 10Mbit/s 5Kbit 1 10Mbit/s
상기 매개변수를 가지고, 송수신기 노드(120)가 표에서 최종 칼럼에 의거 대역폭을 할당한다. 표2에 제3가입자 광 인터페이스(140)가 최저 제한치를 가지기 때문에, 이것은 완전 허용 10Mbit/s를 수신한다.(다른 2가입자 광 인터페이스(140)도 10Mbit/s를 수신한다.) 이러한 예의 실시예에서의 제3가입자 광 인터페이스(140)는 그 완전 제한치가 할당되는 가입자 만이고 따라서, 남은 대역폭(470Mbit/s)은 남은 2가입자 사이에서 분할된다. 각 가입자가 수신하는 량은 그 부하와 그 웨이트의 곱에 비례 한다. 결과적으로, 제2가입자 광 인터페이스(140)는 10Mbit/s가 더해진 470Mbit/s의 75%를 수신한다. 제1가입자 광 인터페이스(140)는 470Mbit/s + 10Mbit/s의 25%를 수신한다.
가입자 광 인터페이스(140) 패킷 프로세싱
가입자 광 인터페이스(140)는 2-우선 큐잉(queuing) 메카니즘을 통한 상향스트림 트래픽의 서비스 관리의 질을 지원한다. 가입자 광 인터페이스(140)는 표준 레이어-2이더넷 스위치, 즉, 라스트 마일 링크 또는 상향스트림 데이터 통로가 스위치용의 다른 이더넷 포트로서 간단하게 다루어지는 것을 포함한다. 보이스와 TDM오버 IP트래픽용 우선권을 제공하도록, 가입자 광 인터페이스(140)가 내부 적용으로 발생되는 패킷에 우선권을 제공하게 구조된다. 우선 순위 후에, 상향스트림 패킷은 이들이 송수신기 노드(120)로 전송될 때까지 출력 버퍼에서 대기(queue) 된다. 출력버퍼는 선입선출(first-in first-out)서비스를 제공한다. 버퍼의 사이즈는 각각의 가입자 광 인터페이스(140)용으로 분리하여 공급된다.
백본 통신망 통합
QoS(Quality of Service)는 전체 통신망을 횡단하여 포괄적으로 관리될 때 가장 강력한 것이고 그리고 본 발명은 전체 백본 통신망을 횡단하는 포괄적인 QoS관리에 적합한 전대미문의 조건을 제공하는 것이다. 이러한 통합의 기본은 IP의 분간 서비스 구조(IP's differentiated services architecture) 이다.
서비스 레벨 합의 창출
송수신기 노드(TN)(120)는 가입자가 서비스 레벨 합의(service level agreements:SLAs)를 관리하는 상당한 지원을 제공한다. 송수신기 노드(120)가 전체 합의된 일 구성성분 만을 필요로 할 지라도, 억세스 통신망으로서 이것은 매우 중요한 것이다. 다음은 라스트 마일 링크 또는 상향스트림 데이터 통로가 어떻게 SLAs에 기여하는지와 QoS관리 기능성이 SLAs를 어떻게 지원할 수 있는지를 시험하는 것이다.
SLA의 구성요소
SLA는 일반적으로 ATM 또는 프레임 릴레이(Frame Relay)와 같은 개인 통신망 기술과 더 공통적인 것이다. 그런데, 송수신기 노드(120) QoS관리의 파워와 유연성은 동일한 개념이 IP억세스 통신망으로 확대되는 것을 허용한다. 전통적인 ATM또는 프레임 릴레이 SLAs의 부품으로 이루어진 상기 구성요소는 데이터 경로 SLA의 부품이다.
*첨두율. 통신망이 사용자로부터 트래픽 버스트를 수용하는 최대 비율이 초 당 비트로 표현된다. 통신망은 첨두율을 초과하는 트래픽은 제외한다.
*지속율. 통신망이 사용자에게 제공하는 최소 효율이 초 당 비트로 표현된다.
*버스트 사이즈(Burst Size). 통신망이 사용자의 첨두율로 휴지 없이 수용되는 트래픽의 량이 초 당 비트로 표현된다.
*최대 대기시간(Maximum Latency). 최악의 경우, 사용자의 트래픽이 통신망을 횡단하여 받게되는 대기시간.
*손실율. 트래픽의 퍼센테이지는 통신망이 제외하는 첨두율, 지속율, 및 버스트 사이즈에 부합한다.
물론, 서비스 제공자는 그들의 SLA에 다른 요소를 구비할 수 있다. 송수신기 노드(120)는 서비스 제공자가 가치 부가 서비스(value-added services)로서 위치할 수 있다. 송수신기 노드(120)는 다음과 같은 서비스를 지원한다.
*응용 우선권. 키이 통신망 응용에 우선성을 제공.(예를 들어, Virtual Private Network traffic)
*향상된 통계. 통신망 성장 계획으로 사용자를 도와주도록 상세한 트래픽 프로필과 통계를 제공.
*활성 모니터링. 통신망 응용 오류의 조기 검출을 제공하도록 사용자 트래픽을 연속적으로 모니터링.(예를 들면, 웹 서버 오류)
*통신망 보안성. 가입자에게 트래픽의 암호화를 제공.
상세한 설명의 이러한 부분은 전통적인 SLA성능 메트릭에 집중된다. 송수신기 노드(120)는 통신망 성능에 어떻게 기여하고 그리고 하향스트림 QoS관리가 SLA요구와 만나도록 어떻게 공급하는지를 시험한다. 표3은 상기 설명의 일부분을 통하는 방정식에 사용되는 키이 매개변수와 값의 리스트 이다.
표3-고유 링크 특성
C 링크 용량(500Mbit/s)
τ 슈퍼프레임 기간(8ms)
표4-상향스트림 구조 매개변수(가입자에 대한)
Bu 상향스트림 버스트 사이즈(bit)
Pu 상향스트림 첨두율(bit/s)
Ou SOI 출력 버퍼 사이즈(bit)
Ru 상향스트림 지속율(bit/s)
Wu 상향스트림 웨이트(unit-less)
정확한 SLAs와 과가입(Oversubscription)
비즈니스 요구가 서비스 제공자 간에 다르고 그리고 가입자 사이에서 다르기 때문에, 송수신기 노드(120)는 일반적으로 제공자가 SLA성능 매트리스 보강의 현저한 유연성을 허용하게 한다. 일부 배치는 철갑(iron clad) SLA 즉, 상기 환경은 보수적 설비 전략을 요망한다. 보수적 설비는 지나치게 타이트한 성능 보장을 제공하지만, 이것은 일반적으로 보다 낮은 전체 통신망 활용과 궁극적으로 대형 자본의 소비를 초래한다.
다른 배치(예를 들면 주택에 알맞는 인터넷 접속)에서는, SLA가 공용이지 않으며 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 환경에서는, 보다 공격적인 공급전략이 유효할 것이다. 일반적으로, 의미있는 SLA는 대체로 통신망이 공격적으로 공급될 시에 실시되지 않는다. 즉, 결과 통신망은 상당히 높은 이용도로 작동된다.
명세서의 이러한 부분은 엄격한 SLAs와 약간 완화된 SLAs 양쪽을 고려한 것이다. 완화된 SLAs는 통신망 자원의 심하지 않은 량의 과가입을 허용한다. 즉, 교환 시에, 서비스 제공자가 모든 통신망 성능의 면에 엄격한 보장을 제공할 수 없을 것이다.
상향스트림 성능
엄격한 SLA환경용으로, 서비스 제공자는 첨두율, 지속율, 버스트 사이즈, 대기시간 및 손실을 포함하는 상향스트림 성능의 완전한 보장을 제공할 수 있다. 이러하게 하기 위해서 상기 제공자는 다음과 같은 제약을 준수하여야만 한다.
*모든 가입자용 첨두율의 합이 링크 용량보다 적어야 한다.[ΣPu<C]
*각 가입자용의 버스트 사이즈가 가입자의 라스트 마일 게이트웨이에 구조된 출력 버퍼 사이즈와 동일하게 되어야만 한다.[Bu=Ou∀SOIs]
*상기 조건 하에서, SLA 메트릭에 대한 송수신기 노드 구조 매개변수와 직접적으로 상관 된다.
표4-SLA 메트릭에 대한 송수신기 노드(120) 구조 매개변수
SLA Metric 노드 구조 매개변수
첨두 전송율 상향스트림 첨두율과 동일[=Pu]
지속전송율 상향스트림 지속율과 동일[=Ru]
전송 버스트 사이즈 상향스트림 버스트 사이즈와 SOI출력버퍼사이즈와 동일[=Bu]
노드 상향스트림 대기시간 상향스트림 버스트 사이즈/상향스트림 지속율+슈퍼프레임기간과 동일[=Bu/Ru+τ]
노드 상향스트림 손실율 0
보다 관대한 배치는 첨두율 제약을 완화하여야 하며 그와 지속율에 제약을대체하여야 한다. 이러한 환경에서 상기 제약은 다음과 같다.
*모든 가입자용 지속율의 합이 링크 또는 상향스트림 데이터 경로 용량 보다 작게 된다.[ΣRu<C]
각각의 가입자용 버스트 사이즈는 가입자 광 인터페이스(140)에 구조된 출력 버퍼 사이즈와 동일하게 설정된다.[Bu=Ou∀SOIs]
이러한 구조에서, 최악의 경우에 사용자용 첨두 전송비율은 그 구조된 상향스트림 첨두율 보다 작다. 최악의 경우에 상향스트림의 대기시간과 손실비율도 증가한다. SLA 메트릭용의 정확한 폐쇄형태 평형은 이러한 구조에서는 가능하지 않다. 표5는 SLA제약용으로 적절한 SLA 메트릭에 한계를 제공한다.
표5-SLA제약용으로 적절한 SLA 메트릭에 한계
SLA Metric 노드 구조 매개변수
전송 첨두율 상향스트림 첨두율 또는 적어도 초과 링크용량의 웨이트 몫의 어느 하나(어느 것이든 더 작은 쪽의, 모든 LMGs의 상향스트림 지속율 이상의 용량)[≥min(Pu,Ru+(C-∑Ru)*Bu*Wu/∑(Bu*Wu)]
지속 전송율 상향스트림 지속율과 동일[=Ru]
전송 버스트 사이즈 상향스트림 버스트 사이즈와 SOI출력버퍼사이즈와 동일[=Bu]
노드 상향스트림 대기시간 다음의 반복식에 의해 연산된 값보다 크지 않음:Io←(Pu-Ru)τ;Ao←0;So←Ruτ;Ii*i←Ii-Si;Ai+i←16/16Ai+1/16*Ii;S1+1←Ruτ+Ai Wu(C-ΣRu)/Σ(BuWu) 지연≤Iτ1 ΣSi>Puτ)
노드 상향스트림 손실율 대기시간이 엄격한 경우를 초과하는 량보다 크지 않음[≤(대기시간-Bu/Ru-τ)/대기시간]
상술된 설명은 본 발명을 실시하는 실시예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 첨부 청구범위로 한정되며, 본 발명의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서의 변경 및 개조가 이루어질 수 있는 것이다.

Claims (22)

  1. 광 통신망에 있는 일 그룹의 가입자 광 인터페이스에 대하여,
    가입자 광 인터페이스로부터 상태 메시지를 수신하는 단계;
    상기 상태 메시지로부터 상향스트림 전송에 대한 예약 정보를 계산하는 단계;
    각 가입자 광 인터페이스에 대한 상향스트림 전송 타임슬롯의 지속시간을 계산하는 단계;
    계산된 상향스트림 전송 타임슬롯의 지속시간을 각 가입자 광 인터페이스로 전송하는 단계;
    각 계산된 상향스트림 전송 타임슬롯 동안에 각 가입자 광 인터페이스로부터의 상향스트림 전송을 수신하는 단계를 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 각 상태 메시지가 가입자 광 인터페이스에 의해 보내질 수 있는 데이터량을 지시하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상향스트림 전송 타임슬롯의 지속시간을 계산하는 단계가
    가입자 광 인터페이스가 활성인지 여부를 결정하는 단계와;
    가입자 광 인터페이스의 큐(queue) 사이즈를 평가하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상향스트림 전송 타임슬롯의 지속시간을 계산하는 단계가
    시간 영역에서 가입자 광 인터페이스에 대한 제공 부하를 필터링하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상향스트림 전송 타임슬롯의 지속시간을 계산하는 단계가
    가입자 광 인터페이스의 지속율과 거의 같은 토큰의 수를 토큰 버킷에 부가하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상향스트림 전송 타임슬롯이 상향스트림 패킷을 수용하기에 충분히 크지 않다면, 전송 전에 가입자 광 인터페이스에서 상향스트림 패킷을 보유할지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 특정 가입자 광 인터페이스으로부터 상향스트림 패킷을 수신할지 여부를, 동일한 가입자 그룹에 있는 다른 가입자 광 인터페이스가 얼마나많은 데이터를 보내려 하는지에 기초하여 결정하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 특정 가입자로부터 상향스트림 패킷을 수신할지 여부를 가입자 광 인터페이스에 허락된 서비스 수준 여부에 기초하여 결정하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  9. 제1항의 단계들을 수행하기 위한 컴퓨터에서 실행가능한 명령을 내장한 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  10. 다수의 가입자 광 인터페이스와;
    메모리장치와 상기 메모리장치에 결합된 중앙처리장치를 더 포함하고 있으며, 상기 중앙처리장치에는
    토큰 버킷 알고리즘을 이용하여 가입자에 의한 상향스트림 전송 시간 간격을 계산하는 단계와;
    다수의 가입자 중 상이한 가입자로부터 발생된 패킷의 충돌이 실질적으로 감소되도록 시간 간격 동안에 다수의 가입자 광 인터페이스의 각 가입자로부터 적어도 하나의 패킷을 획득하는 단계를 수행하도록 프로그램 되어있는, 다수의 광 인터페이스에 결합된 광 탭 라우팅 장치를 포함하여 구성되는 광 통신망 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 중앙처리장치가
    제1가입자 광 인터페이스의 대역폭을 모니터링하는 단계와;
    하나 이상의 다른 제2가입자 광 인터페이스에게 제1가입자 광 인터페이스에 의해 사용되지 않는 대역폭의 일부를 제공하는 단계를 더 수행하도록 프로그램 되어있는 광 통신망 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 중앙처리장치가
    특정 가입자로부터 상향스트림 패킷을 수신할지 여부를 가입자 광 인터페이스에 허용된 서비스 수준 여부에 기초하여 결정하는 단계를 더 수행하도록 프로그램 되어있는 광 통신망 시스템.
  13. 광 통신망에 있는 일 그룹의 가입자에 대하여,
    가입자로부터 하나 이상의 상향스트림 패킷 전송 요청을 수신하는 단계와;
    하나 이상의 상향스트림 패킷이 처리될 수 있는지 여부를 결정하는 단계와;
    하나 이상의 상향스트림 패킷이 처리될 수 있는지 여부를 나타내는 메시지를 가입자에게 송신하는 단계와;
    하나 이상의 상향스트림 패킷이 처리될 수 있는지가 결정된다면 상향스트림 패킷을 수신하는 단계를 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상향스트림 패킷이 처리될 수 있는지 여부를 결정하는 단계는 토큰 버킷 알고리즘을 이용하여 이용가능한 상향스트림 대역폭을 계산하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상향스트림 패킷이 처리될 수 있는지 여부를 결정하는 단계는 다른 가입자가 전송하려고 하는 다른 상향스트림 패킷에 기초하여 이용가능한 상향스트림 대역폭을 계산하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상향스트림 패킷이 처리될 수 있는지 여부를 결정하는 단계는 가입자의 상향스트림 대역폭 가입 서비스 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상향스트림 패킷이 처리될 수 있는지 여부를 결정하는 단계는 데이터 서비스 허브를 목적지로 한 총 상향스트림 데이터 트래픽 부하에 기초하여 이용가능한 상향스트림 대역폭을 계산하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    메시지를 송신하는 단계는 가입자에 의해 상향스트림으로 전송될 수 있는 패킷량을 지시하는 메시지를 송신하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    하나 이상의 상향스트림 패킷이 처리될 수 있는지가 결정된다면 가입자측에서 상향스트림 패킷을 보유하는 것을 포기하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    조정된 최대-최소 수학 알고리즘에 따라서 가입자 광 인터페이스 사이에 대역폭을 할당하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
  21. 제13항의 단계들을 수행하기 위한 컴퓨터에서 실행가능한 명령을 내장한 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  22. 제1항에 있어서,
    상향스트림 전송 타임슬롯의 지속시간을 계산하는 단계는 토큰 버킷 에뮬레이션 알고리즘을 이용하여 지속시간을 계산하는 단계를 더 포함하는, 광 통신망의 상향스트림 패킷 처리 방법.
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