KR20030073484A - 수동형 광 가입자망을 통한 이더넷 프레임 전송시왕복시간지연을 보상하는 방법 및 하향 허가신호 프레임포맷 - Google Patents

Abstract

광선로 종단장치와 광 가입자망장치로 이루어진 트리 구조의 수동형 광 가입자망에서, 상기 광선로 종단장치와 광 가입자망장치 사이의 클럭 동기를 맞추기 위해 왕복시간지연을 보상하는 방법이, 등록 단계에서 i번 째 광 가입자망장치에 대한 왕복시간을 측정하는 제1과정과, 광선로 종단장치가 자신의 클럭으로 제1시각에, 타임 스탬프 필드에 상기 제1시각과 상기 측정된 왕복시간(i)을 더한 값을 기록하고, 슬롯 시작 필드에 할당할 슬롯을 받고자 하는 수신희망시각을 기록한 게이트 메시지를 상기 광 가입자망장치로 보내는 제2과정과, 상기 광 가입자망장치가 상기 게이트 메시지를 받고, 자신의 로컬 클럭 카운트를 상기 수신된 게이트 메시지의 타임 스탬프에 적힌 시간으로 맞춘 다음, 자신의 로컬 클럭을 기준으로, 상기 수신된 게이트 메시지의 슬롯 시작 필드에 적힌 시간대로, 수신희망시각에 보고메시지를 보내는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

수동형 광 가입자망을 통한 이더넷 프레임 전송시 왕복시간지연을 보상하는 방법 및 하향 허가신호 프레임 포맷{METHOD FOR COMPENSATING ROUND TRIP DELAY IN TRANSMISSION OF ETHERNET FRAMES OVER A PASSIVE OPTICAL NETWORK AND FRAME FORMAT OF DOWN STREAM GRANT SIGNAL}

본 발명은 수동형 광 가입자망(passive optical network) 시스템에 관한 것으로, 특히 광선로 종단장치에서 광 가입자망장치로 전송하는(하향) 허가신호의 이더넷 프레임 포맷과, 그 신호를 이용해서 왕복 시간 지연(Round Trip Delay: 이하 RTD라 함.)을 보상하여 클럭 동기를 맞추는 방법에 관한 것이다.

전화국부터 빌딩 및 일반 가정까지의 가입자망 구성을 위해 xDSL(x-Digital Subscriber Line), HFC(Hybrid Fiber Coax), FTTB(Fiber To The Building), FTTC(Fiber To The Curb), FTTH(Fiber To The Home) 등의 다양한 망 구조와 진화 방안들이 제시되고 있다. 이러한 다양한 망 구조들 중 FTTx(x=B, C, H)의 구현은 능동형 광 가입자망(Active Optical Network: AON) 구성에 의한 능동형 FTTx와, 수동형 광 가입자망(Passive Optical Network: 이하 "PON"이라 칭함) 구성에 의한 수동형 FFTx로 구분될 수 있다. PON은 수동 소자에 의한 점 대 다점(point-to-multipoint)의 토폴로지(topology)를 갖는 망 구성으로 인해 향후 경제성이 있는 광 가입자망 구현 방안으로 여겨지고 있다.

PON은 하나의 광선로 종단장치(Optical Line Termination: 이하 "OLT"라 칭함)와 복수의 광 가입자망 장치(Optical Network Unit: 이하 "ONU"이라 칭함)들을 1×N의 수동형 광분배기(optical splitter)를 사용하여 연결함으로써, 트리(tree) 구조의 분산 토폴로지를 형성하는 광가입자 망 구조이다. 최근 ITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication section)에서는 비동기전송모드 - 수동형 광가입자 망(Asynchronous Transfer Mode - Passive OpticalNetwork: 이하 "ATM-PON"이라 칭함) 시스템에 대한 표준화 내용을 ITU-T G.982, ITU-T G.983.1, ITU-T G.983.3으로 문서화하였다. 또한 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)의 IEEE802.3ah TF에서는 기가비트 이더넷(Giga bit Ethernet) 기반의 PON(이하 "GE-PON"이라 칭함) 시스템의 표준화 작업이 진행 중에 있다.

현재 점 대 점(point to point)방식의 기가비트 이더넷과 ATM-PON용 MAC(Medium Access Control) 기술은 이미 표준화가 완료되어 있는 상태로서, 그 내용은 IEEE 802.3z 및 ITU-T G.983.1에 기술되어 있다.

도 1은 GE-PON 시스템의 구성도이다.

GE-PON 시스템은 하나의 OLT(20), 다수의 ONU들(24a, 24b, 24c), 그리고 광분배망(Optical Distribution Network: 이하 ODN이라 함.)(26)으로 구성된다. OLT(20)에는 ONU들(24a, 24b, 24c)이 최대 32개까지 트리 구조로 장착될 수 있는데, 상기 개수는 OLT(20)와 ONU들(24a, 24b, 24c) 사이의 거리 및 파워 버짓(power budget)을 고려하여 결정된 것이다.

각 ONU들(24a, 24b, 24c)은 필요에 따라 빌딩 및 아파트 단지의 분배함이나 개인 주택 단지의 입구 등에 설치되어 ADSL과 같은 다양한 서비스를 제공하는 기능을 가져야 한다. 상기 OLT(20)는 백본망(backbone network)으로부터 데이터를 전송받아 ODN(26)을 통해 ONU들(22a, 22b, 22c) 각각으로 데이터를 분배하거나 TDM방식으로 ONU들(22a, 22b, 22c)로부터 데이터를 액세스한다. 이를 위해 OLT(20)는 최소한 계층 2의 MAC주소에 대한 스위치 기능을 수행하며, ONU(22a, 22b, 22c)들은 계층 2, 계층 3의 인터넷 프로토콜 스위치/라우터(IP switch/router) 기능을 수행하게 설계된다.

도시된 바와 같은 트리 형태의 PON 구조에서 상향 전송의 경우에는 시분할 다중(Time Division Multiflexing: 이하 TDM이라 함.) 방식으로 각 ONU의 데이터를 액세스하게 되는데, 통상 RTD가 발생하여 OLT와 ONU 사이에 시간차가 발생한다. 그러므로 시스템의 신뢰도를 높이기 위해서는 RTD를 보상하여 클럭 동기를 정확히 맞출 필요가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 PON 시스템에서 이더넷 트래픽을 효율적으로 수용할 수 있도록 하기 위한 하향 허가신호 프레임 포맷을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 OLT-ONU 사이의 클럭 동기를 정확히 맞추기 위해 RTD를 보상하는 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 제1발명은 광선로 종단장치와 광 가입자망장치로 이루어진 트리 구조의 수동형 광 가입자망에서, 상기 광선로 종단장치가 상기 광 가입자망장치로 전송하는 하향신호인 허가신호의 프레임 포맷이, 시스템의 기준 클럭에 각 경로 상의 왕복시간을 더한 합을 전달할 타임 스탬프 필드를 포함함을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 제2발명은 광선로 종단장치와 광 가입자망장치로 이루어진 트리 구조의 수동형 광 가입자망에서, 상기 광선로 종단장치와 광가입자망장치 사이의 클럭 동기를 맞추기 위해 왕복시간지연을 보상하는 방법이, 처음 등록 단계에서 i번 째 광 가입자망장치에 대한 왕복시간을 측정하는 제1과정과, 광선로 종단장치가 자신의 클럭으로 제1시각에, 타임 스탬프 필드에 상기 제1시각에 상기 측정된 왕복시간(i)을 더한 값을 기록하고, 슬롯 시작 필드에 할당할 슬롯을 받고자 하는 수신희망시각을 기록한 게이트 메시지를 상기 광 가입자망장치로 보내는 제2과정과, 상기 광 가입자망장치가 상기 게이트 메시지를 받고, 자신의 로컬 클럭 카운트를 상기 수신된 게이트 메시지의 타임 스탬프에 적힌 시간으로 맞춘 다음, 자신의 로컬 클럭을 기준으로, 상기 수신된 게이트 메시지의 슬롯 시작 필드에 적힌 시간대로, 수신희망시각에 보고메시지를 보내는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 기가비트 이더넷 수동형 광 가입자망 시스템의 구성도

도 2는 본 발명에 따른, 수동형 광 가입자망을 통한 하향 허가신호의 프레임 포맷을 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 따른, 광선로 종단장치 - 광 가입자망장치로 이루어진 트리 구조의 망에서 경로지연시간을 측정하는 과정을 나타낸 타이밍도

도 4는 본 발명에 따른, 광선로 종단장치 - 광 가입자망장치로 이루어진 트리 구조의 망에서 측정된 경로지연시간을 가지고 지연을 보상하는 과정을 나타낸 타이밍도

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자 등과 같은 많은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

일대다 구조에 있어 클럭을 맞추기 위해서는 기준이 필요한데, 일반적으로 OLT의 로컬 클럭을 시스템 기준 클럭이라 한다. 상기 기준 클럭에 대한 정보는 하향 허가신호의 한 필드인 타임 스탬프에 포함시켜 각 ONU들에 보낼 수 있다. 본 발명에 따르면, 타임 스탬프 필드를 이용하여 시스템 기준 클럭에 각 ONU의 왕복시간(Round Trip Time: 이하 RTT라 함.)이 더해진 합을 보내게 된다. 처음 등록 단계에서 RTT값을 측정할 때는 RTT(i) 값을 0으로 설정하여 시행한다.

도 2는 본 발명에 따른, PON을 통한 하향 허가신호의 프레임 포맷을 나타낸 것이다. 본 실시 예에서는 PON을 통한 하향신호들 중의 하나인 대역 할당 허가(grant)신호의 전송을 위한 프레임 포맷이라고 가정한다.

일반적인 이더넷 프레임을 그대로 적용했을 경우, 6바이트의 목적지(destination) 어드레스 필드, 6바이트의 소스(source) 어드레스 필드, 2바이트의 메시지 타입(packet type/control type) 필드, 그리고 2바이트의 예비(reserved) 필드를 가질 수 있다. 상기 예비 필드에는 MAC 제어 오퍼레이션 코드(operation code)가 포함된다.

타임 스탬프 필드는 클럭의 동기를 위해 시스템 기준 클럭에 대한 정보를 포함하고 있다. 슬롯 시작(slot start) 필드는 상향 전송 대역 할당을 위해서 ONU가 보낼 신호가 시작될 시간에 관한 정보를 알려 주기 위한 필드이다. 슬롯 크기(slot size) 필드는 보낼 신호의 길이에 관한 정보를 알려 주기 위한 필드이다.

나머지 영역(option)은 데이터와 패킷 에러 점검을 위한 CRC 에러 체크 필드 등으로 구성된다.

이하 등록(registration) 허가나 메시지 전송 허가 등 OLT가 ONU에 보내는 메시지를 게이트(gate) 메시지라 하고, 대역 할당 요구나 상향 전송 데이터 등 ONU가 OLT에 보내는 메시지를 보고(report) 메시지라 칭한다.

도 3은 본 발명에 따른, OLT-ONU로 이루어진 트리 구조의 망에서 RTT를 측정하는 과정을 나타낸 타이밍도이다.

처음 등록 단계에서 i번 째 ONU에 대한 RTT를 측정하는 방법은 다음과 같다.

1. OLT가 RTT(i) 값을 0으로 설정한다.

2. OLT가 자신의 클럭으로 T1 시각에 타임 스탬프에 "T1 + RTT(i)"라는 값을 기록하여 게이트 메시지를 보낸다. 상기 1.에서 RTT(i)를 0으로 설정했으므로 T1 + RTT(i)는 T1이다. 그러므로 타임 스탬프는 T1이다.

3. ONU(i)가 상기 게이트 메시지를 받고, 자신의 로컬(local) 클럭 카운트를 상기 타임 스탬프에 적힌 시간 T1으로 맞춘다.

4. ONU(i)가 자신의 로컬 클럭을 기준으로, 수신된 슬롯의 지속 시간(duration) 보다 큰 임의의 시간 후인 T2 시각에 타임 스탬프에 T2를 기록하여 보고 메시지를 보낸다. 여기서 상기 받은 슬롯의 지속 시간 보다 큰 임의의 시간이란 Da를 의미한다.

5. OLT가 자신의 클럭을 기준으로 T4 시각에 그 보고 메시지를 받는다.

6. OLT가 T4 - T2 시간 값을 RTT(i)로 취한다.

결국 RTT는 다음 수학식들로 나타내어지는 바와 같이, OLT가 자신의 클럭을 기준으로 볼 때 받은 시간 T4에서 타임 스탬프 T2를 뺀 값이다.

T2 = T1 + Da

T3 = T1 + RTT/2 + Da

T4 = T3 + RTT/2 = T1 + RTT + Da

T4 - T2 = (T1 + RTT + Da) - (T1 + Da) = RTT

위와 같은 과정들을 통해 측정한 RTT값을 가지고 RTD를 보상하기 위한 상하향 전송을 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른, OLT-ONU 트리 구조의 망에서 측정된 RTT를 가지고 RTD를 보상하는 과정을 나타낸 타이밍도이다.

측정된 RTT를 가지고 RTD를 보상하는 방법은 다음과 한다.

1. OLT가 자신의 클럭으로 To 시각에 게이트 메시지를 보낸다. 상기 게이트 메시지의 타임 스탬프 필드에는 "To + RTT(i)"라는 값을 기록하고, 슬롯 시작 필드에는 할당할 슬롯을 받고자 하는 시간 Ts를 기록한다. 이때 상기 RTT(i)는 도 3에서와 같은 방법으로 측정된 RTT(i) 값을 의미한다.

2. ONU(i)가 상기 게이트 메시지를 받고, 자신의 로컬 클럭 카운트를 상기 수신된 게이트 메시지의 타임 스탬프에 적힌 시간으로 맞춘다.

3. ONU(i)가 자신의 로컬 클럭을 기준으로, 상기 수신된 게이트 메시지의 슬롯 시작 필드에 적힌 시간대로, Ts 시각에 보고메시지를 보낸다.

4. 두 클럭의 동기가 잘 맞고 클럭 드리프트(drift)가 없는 경우를 가정할경우, 도시된 바와 같이, OLT는 자신의 클럭을 기준으로 Ts 시각에 상기 보고메시지를 받게 된다.

만일 두 클럭의 동기가 잘 맞지 않고 클럭 드리프트가 있는 경우에는 OLT가 보고 메시지를 받은 실제 시각과 타임 스탬프의 값이 다를 것이므로 그 차이를 보고 클럭 불일치를 점검한다.

예를 들어, OLT가 수신한 시간을 Tsm이라 하면, 예상 수신 시간 Tsm은 다음 수학식과 같다.

Tsm = To + RTT + x

여기서 x는 OLT의 게이트 메시지 수신과 보고 메시지 송신 사이의 시간 차, 즉 "Ts - (To + RTT)"이다. 그러므로 상기 Tsm은 Ts라는 결론을 얻을 수 있다. 다시 말해서, 예상되는 수신 시각은 수신 타임 스탬프에 기록된 보고 메시지의 슬롯 시작 필드에 적힌 시간과 이상적인 경우 동일하게 된다. 그러므로 수신 시각과 수신 타임 스탬프 시각과의 불일치를 보고 클럭 사이의 불일치 혹은 클럭의 드리프트 등을 확인할 수 있다.

이처럼 본 발명은 OLT에서 전송시의 시스템 기준 클럭과 RTT와의 합을 타임 스탬프에 실어 하향 전송함으로써 OLT의 수신시 절대시간을 기준으로 ONU와 OLT가 같은 값을 가지게 할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 PON 시스템에서 시스템의 기준 클럭에 각 경로 상의 왕복시간을 더한 합을 전달할 타임 스탬프 필드를 포함하는 하향 허가신호 프레임 포맷을 구현하고, 상기 타임 스탬프의 정보를 이용하여 RTD를 보상함으로써 OLT와 ONU들 사이의 클럭 동기를 정확히 맞출 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 광선로 종단장치와 광 가입자망장치로 이루어진 트리 구조의 수동형 광 가입자망에서, 상기 광선로 종단장치가 상기 광 가입자망장치로 전송하는 하향신호로서, 시스템의 기준 클럭에 각 경로 상의 왕복시간을 더한 합을 전달할 타임 스탬프 필드를 포함함을 특징으로 하는 허가신호의 프레임 포맷.
2. 광선로 종단장치와 광 가입자망장치로 이루어진 트리 구조의 수동형 광 가입자망에서, 상기 광선로 종단장치와 광 가입자망장치 사이의 클럭 동기를 맞추기 위해 왕복시간지연을 보상하는 방법에 있어서,

   i번 째 광 가입자망장치에 대한 왕복시간을 측정하는 제1과정과,

   광선로 종단장치가 자신의 클럭으로 제1시각(T0)에, 타임 스탬프 필드에 상기 기준시각과 상기 측정된 왕복시간을 더한 값을 기록하고, 슬롯 시작 필드에 할당할 슬롯을 받고자 하는 수신희망시각(Ts)을 기록한 게이트 메시지를 상기 광 가입자망장치로 보내는 제2과정과,

   상기 광 가입자망장치가 상기 게이트 메시지를 받고, 자신의 로컬 클럭 카운트를 상기 수신된 게이트 메시지의 타임 스탬프에 적힌 시간으로 맞춘 다음, 자신의 로컬 클럭을 기준으로, 상기 수신희망시각에 보고메시지를 보내는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 제1과정이,

   상기 광선로 종단장치가 상기 왕복시간 값을 0으로 설정하는 제1단계와,

   광선로 종단장치가 자신의 클럭으로 제2시각(T1)에 타임 스탬프에 제2시각과 왕복시간을 더한 값을 기록하여 게이트 메시지를 보내는 제2단계와,

   상기 광 가입자망장치가 상기 게이트 메시지를 받고, 자신의 로컬 클럭 카운트를 상기 타임 스탬프에 적힌 제2시각으로 맞춘 다음, 자신의 로컬 클럭을 기준으로, 수신된 슬롯의 지속 시간 보다 큰 임의의 시간 후인 제3시각(T2)에, 타임 스탬프에 상기 제3시각을 기록하여 보고 메시지를 보내는 제3단계와,

   상기 광선로 종단장치가 자신의 클럭을 기준으로 제4시각(T4)에 상기 보고 메시지를 받아 상기 제4시각(T4)과 상기 제3시각의 차이를 왕복시간으로 판단하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.