KR20060010437A - 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법 및 이를이용한 이더넷 광망 시스템 - Google Patents

서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법 및 이를이용한 이더넷 광망 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이더넷 수동 광망(EPON:Ethernet Passive Optical Network)내에 광선로 종단장치(OLT: Optical Line Terminal)와 광망종단장치(ONU: Optical Network Unit)간의 미디어 접근 제어(MAC: Media Access Control)에 적용되는 미디어 접근 제어 프로토콜이 광망종단장치의 서비스 클래스에 따라 차등적 대역폭을 제공하기 위한 기술이다.
이를 위해, 본 발명은 실제 광선로종단장치에 수용된 광망종단장치(N)가 최대 광망종단치(Ntotal)의 1/2 을 초과하면, 광망종단장치를 복수의 그룹으로 구분하여 각 그룹에 대해 각각 대역폭 할당동작을 수행함과 동시에 REPORT 메시지의 수신을 행하여, 전체 IDLE 시간을 단축시킨다. 특히, 본 발명은 저순위 트래픽의 대역폭 일부를 고순위 트래픽의 대역폭으로 할당하여, 서비스 품질을 보장한다.

Description

서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법 및 이를 이용한 이더넷 광망 시스템{Dynamic bandwidth allocation method and EPON system supporting the QoS mechanism}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법이 적용되는 이더넷 광망 시스템의 구성도.
도 2a 와 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법에서의 싸이클 시간을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법을 설명하기 위한 플로우차트.
본 발명은 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법 및 이를 이용한 이더넷 광망 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이더넷 수동 광망(EPON:Ethernet Passive Optical Network)내에 광선로 종단장치(OLT: Optical Line Terminal)와 광망종단장치(ONU: Optical Network Unit)간의 미디어 접근 제어(MAC: Media Access Control)에 적용되는 미디어 접근 제어 프로토콜이 광망종단장치의 서비스 클래스에 따라 차등적 대역폭을 제공하도록 구현하는 이더넷 수동 광망 미디어 접근 제어 프로토콜 운용방법에 관한 것이다.
이더넷 수동 광망은 기본속도 1 Gbps 전송속도의 광섬유를 기반으로 하고 있으며, 계층 2에서 이더넷 프레임을 사용하여 전송된다. 이러한 이더넷 수동 광망은 하나의 광선로종단장치와 여러 개의 광망종단장치들이 수동광분배기(POS: Passive Optical Splitter)의 양단에 위치하고 각각은 광섬유로 연결된다.
가입자 접속망 구조가 다양하게 진화되고 통신시장 환경은 광 이더넷 기술이시장에 확산되면서 광망종단장치들의 서비스 형태에 따라 최적의 대역폭 할당을 보장하기 위해 하나의 광선로종단장치가 여러 가지 서비스를 각각 또는 동시에 제공해야 하는 경우가 발생한다.
일반적으로 이더넷 수동 광망은 데이터의 전달에 있어서, 광선로종단장치에서 광망종단장치들로의 하향 스트림은 미디어 접근에 대한 제어없이 점 대 다점(point-to-multipoint)으로 방송(Broadcating)되며, 광망종단장치들에서 광선로종단장치로의 상향 스트림은 다점 대 점(multipoint-to-point)으로 미디어에 접근하기 때문에 미디어 접근에 대한 프로토콜이 필요하게 된다.
이더넷 수동 광망의 광미디어 접근 제어 프로토콜은 음성 및 영상 전화와 같이 지연과 대역폭에 민감한 양방향 실시간 서비스에 적합한 고순위 트래픽과 VoD와 같이 대역폭만을 보장해야 하는 중순위 트래픽과 같이 서비스 품질(QoS: Quality of Service)이 보장되어야 하는 프리미엄 서비스와, e메일, 웹 등과 같이 지연과 대역폭을 고려하지 않는 저순위 트래픽에 해당하는 최선형(Best effort) 서비스를 차별적으로 처리할 수 있어야 한다.
그러나, 이더넷 수동 광망에 대한 연구가 계속되고 있으나 이처럼 광망종단장치의 서비스 형태에 동적으로 대응하며 최적의 대역폭 할당을 보장하는 효율적인 방법이 아직까지는 제시되지 않고 있다.
본 발명은 상기한 요구에 부응하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고순위, 중순위, 및 저순위 트래픽에 해당하는 각 서비스 클래스에 대해 차별적으로 대역폭을 할당하는 시간분할다중접근(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식을 하나의 광선로종단장치에 동시에 구현함으로써 광가입자 선로구간의 고순위 트래픽에 대하여 광 미디어 접근 기능 및 전송 지연시간을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법은, N개의 광망종단장치의 최대 전송 윈도우 크기를 이용하여 최대 싸이클 시간을 결정하는 제 1 과정; 상기 광망종단장치의 수(N)가 광선로종단장치에서 수용가능한 수(Ntotal)의 1/2 이상인가를 판단하는 제 2 과정; 상기 N이 Ntotal/2 미만이면, 상기 최대 싸이클 시간내에 N번째 광망종단장치의 REPORT 메시지가 수신되면, 상기 광망종단장치들의 우선순위를 고려하여 대역폭을 할당하는 제 3 과정; 및 상기 N이 Ntotal/2 이상이면, 상기 광망종단장치를 복수 그룹으로 구분하여 상기 최대 싸이클 시간동안 상기 각 그룹에 대한 대역폭을 할당하는 제 4 과정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법을 이용한 이더넷 광망 시스템은, 광망종단장치로부터의 요구 대역폭 메시지에 대응하여, 서비스별 우선순위가 적용되도록 각 광망종단장치들에 대해 대역폭을 할당하는 광선로종단장치; 상기 광선로종단장치로부터 대역폭을 할당받아 서비스별 트래픽을 전송하는 복수의 광망종단장치; 및 상기 광선로종단장치로부터의 광신호를 상기 광망종단장치들로 분배하여 전송하고, 상기 광망종단장치들로부터의 광신호를 상기 광선로종단장치로 결합하여 전송하는 광분배/결합기를 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법이 적용되는 이더넷 광망 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법이 적용되는 이더넷 광망 시스템은, 광선로 종단장치(10), 광분배/결합기(20), 및 복수의 광망종단장치(30-1, …, 30-N)를 구비한다.
광선로종단장치(10)는 교환설비로서 선로의 한쪽 끝을 종단시키는 전송 및 수신 기능을 가지며, 상향 트래픽을 위해 각 광망종단장치들이 요구하는 대역폭 서비스 형태에 따라 고순위, 중순위, 저순위 대역폭을 동시에 할당하여 각 광망종단장치들에게 최적의 대역폭을 제공한다.
이를 위해 광선로종단장치(10)는, 각 광망종단장치들(30-1, …, 30-N)이 자신이 필요한 대역폭 정보를 전송하면 각 광망종단장치들(30-1, …, 30-N)의 대역폭 서비스 형태 및 각 광망종단장치들(30-1, …, 30-N)이 요구하는 대역폭 정보를 이용하여 각 광망종단장치들(30-1, …, 30-N)에게 할당해 줄 수 있는 최대의 대역폭을 을 계산하여 GRANT 테이블에 기록한 후 가용한 대역폭과 할당해주어야 할 대역폭의 비율에 따라 적정한 대역폭을 각 광망종단장치들(30-1, …, 30-N)에게 동적으로 할당준다.
광망종단장치(30-1, …, 30-N)는 광가입자측에서 선로의 한쪽 끝을 종단시키는 전송 및 수신 기능을 포함하고, 광선로종단장치(10)로 필요한 대역폭을 요구하는 기능을 가진다.
본 발명의 실시예에 적용되는 광망종단장치(30-1, …, 30-N)는 가변 대역폭만을 지원하는 광망종단장치이거나, 고정 대역폭과 가변 대역폭 모두를 지원하는 광망종단장치이거나, 고정 대역폭만을 지원하는 광망종단장치이다.
광선로종단장치(10)와 광망종단장치(30-1, …, 30-N)의 사이에 설치되는 광분배/결합기(20)는 광신호의 전달방향에 따라 광선로종단장치(10)로부터의 신호를 각 광망종단장치들(30-1, …, 30-N)로 분배되거나 각 광망종단장치들(30-1, …, 30-N)로부터의 신호를 하나의 신호로 결합하여 광선로종단장치(10)로 전송한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광선로종단장치(10)와 광망종단장치(30-1, …, 30-N)은 점 대 다점(point-to-multipoint)으로 구성되는데, 광선로종단장치(10)가 수용할 수 있는 최대 광망종단장치의 수를 Ntotal이라 한다.
본 발명에 따른 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법에 의하면, 광선로종단장치(10)는 실제 광망종단장치의 수가 상기 최대 광망종단장치의 수의 1/2 미만인 경우와, 1/2 이상인 경우 제어메시지 스케쥴링 방법을 다르게 적용한다.
구체적으로, 광선로종단장치(10)는 실제 광망종단장치의 수가 상기 최대 광망종단장치의 수의 1/2 미만인 경우에는, 도 2a와 같이 모든 광망종단장치의 REPORT 메시지를 받은 후, 대역폭 할당 절차를 수행하여 GEANT 테이블을 생성한다.
그러나, 이 경우와 달리, 실제 광망종단장치의 수가 상기 최대 광망종단장치의 수의 1/2 이상이면, IDLE 시간을 최소화하기 위하여, 광선로종단장치(10)는 도 2b와 같이 Tcycle을 1/2로 나누어, 먼저 Ntotal/2에 해당하는 광망종단장치에 대해 대역폭을 할당하고, 나중에 나머지 Ntotal/2에 대한 대역폭 할당을 수행하여 동일한 싸이클 내에서 교대로 GRANT 테이블이 생성되어 광망종단장치(30-1, …, 30-N)가 폴링되도록 한다.
도 2a는, 실제 광망종단장치의 수가 상기 최대 광망종단장치의 수의 1/2 미만에 적용되는 경우로서, 대역폭에 여유가 있으므로, IDLE 시간이 EPON(Ethernet Passive Optical Network)의 성능에 그다지 큰 영향을 주지 않기 때문에 적용되는 단순방식에 대한 대역폭 할당 수행 시간 설명도이다.
도 2a에 의하면, 광선로종단장치(10)는 마지막 광망종단장치들로부터 Report 메시지가 전송되는 시점에 대역폭 할당 동작을 수행하여 GRANT 테이블을 생성한다.
도 2b는, 실제 광망종단장치의 수가 상기 최대 광망종단장치의 수의 1/2 이상에 적용되는 경우로서, IDLE 시간이 EPON의 성능에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에, Tcycle을 1/2로 나누어 광망종단장치들을 두 그룹으로 구분하여 각각에 대해 GRANT 테이블을 각각 생성한다.
이어, 실제 광망종단장치의 수가 상기 최대 광망종단장치의 수의 1/2 미만인 경우와, 1/2 이상인 경우에 동일하게 적용되는 GRANT 테이블 생성방법을 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
먼저, 광선로종단장치(10)는 [수학식 1]을 이용하여 전체 대역폭에서 최대 사이클이 차지하는 시간(
Figure 112004033652333-PAT00001
)을 결정한다(S2).
Figure 112004033652333-PAT00002
[수학식 1]에서
Figure 112004033652333-PAT00003
는 광망종단장치(30-1, …, 30-N)의 최대 전송 윈도우 크기이고, i는 광망종단장치(30-1, …, 30_N)이기 때문에 1부터 N이 된다.
단,
Figure 112004033652333-PAT00004
< Td 인데, Td 는 SLA에 의한 허용 지연 시간이다.
이어, 광선로종단장치(10)는
Figure 112004033652333-PAT00005
/2 와
Figure 112004033652333-PAT00006
를 결정한다(S4). 여기서,
Figure 112004033652333-PAT00007
는 i번째 광망종단장치의 최대 대역폭이다.
한편, 광망종단장치의 개수(N)가 광선로종단장치(10)가 최대 수용가능한 광망종단장치의 개수(Ntotal)의 1/2 이하이면(S6에서 Yes), 광선로종단장치(10)는 마지막 광선로종단장치인 N번째 광망종단장치(30-N)의 REPORT 메시지가 수신되면(S8에서 Yes),
Figure 112004033652333-PAT00008
를 결정하여(S10), GRANT 테이블을 생성한다(S12).
각 광망종단장치(30-1, …, 30-N)로부터 송신되는 상기 REPORT 메시지(
Figure 112004033652333-PAT00009
)는, 고순위 트래픽에 대한 요구 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00010
), 중순위 트래픽에 대한 요구 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00011
), 및 저순위 트래픽에 대한 요구 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00012
)로 구성된다.
즉,
Figure 112004033652333-PAT00013
이다.
상기 REPORT 메시지에 대응하여 결정되는
Figure 112004033652333-PAT00014
는 고순위 서비스에 대한 할당 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00015
), 중순위 서비스에 대한 할당 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00016
), 및 저순위 서비스에 대한 할당 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00017
)으로 구성된다.
즉,
Figure 112004033652333-PAT00018
이다
Figure 112004033652333-PAT00019
는, [수학식 2]로 산출한다.
Figure 112004033652333-PAT00020
[수학식 2]에서
Figure 112004033652333-PAT00021
는 i번째 광망종단장치에 의해 요구되어진 고순위 서비스 대역폭이고,
Figure 112004033652333-PAT00022
는 i번째 광망종단장치에 의해 요구되어진 중순위 서비스 대역폭이고,
Figure 112004033652333-PAT00023
는 i번째 광망종단장치에 의해 요구되어진 저순위 서비스 대역폭이고, w는 저순위 트래픽 대역폭 L을 고순위 트래픽 대역폭 H에 양보하는 비율인 가중치이다.
Figure 112004033652333-PAT00024
는 i번째 광망종단장치에 의해 요구되어진 고순위 서비스 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00025
)에 저순위 서비스 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00026
)에 가중치를 곱한 값만큼을 더하여 좀 더 넓은 대역폭을 보장한다.
Figure 112004033652333-PAT00027
는 i번째 광망종단장치에 의해 요구되어진 중순위 서비스 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00028
)을 보장하고,
Figure 112004033652333-PAT00029
는 i번째 광망종단장치에 의해 요구되어진 저순위 서비스 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00030
)에 저순위 서비스 대역폭(
Figure 112004033652333-PAT00031
)에 보정계수를 곱한 가중치를 빼서 좀 더 좁은 대역폭을 보장한다.
한편, 광선로종단장치(10)는 광망종단장치(30-1, …, 30-N)의 수가 Ntotal/2 이상이면(S6에서 No), N/2번째 광망종단장치(30-N/2)로부터의 REPORT 메시지가 수 신되면(S12에서 Yes), [수학식 2]를 이용하여 1차
Figure 112004033652333-PAT00032
를 결정하여(S14), 1차 GRANT 테이블을 생성한다(S15).
1차
Figure 112004033652333-PAT00033
를 결정한 광선로종단장치(10)는, N번째 광망종단장치(30-N)로부터의 REPORT 메시지가 수신되면(S16에서 Yes), [수학식 2]를 이용하여 2차
Figure 112004033652333-PAT00034
를 결정하여(S18), 2차 GRANT 테이블을 생성한다(S19).
본 발명의 실시예에서는, 광망종단장치(30-1, …, 30-N)의 수가 Ntotal/2 이상인 경우에는, Tcycle을 1/2로 나누어서 대역폭 할당을 수행함으로써, 대역폭 할당에 따른 IDLE 시간을 단축시킨다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 광망종단장치가 요구하는 대역폭 서비스 형태에 따라 고순위, 중순위, 저순위 서비스를 차등화하여 최적의 대역폭을 제공함으로써 광가입자 선로 구간의 광미디어 접근 기능 및 고순위 패킷의 지연시간을 향상시켜 효율적으로 서비스를 제공하고 운용 관리할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 이러한 수정 및 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (11)

  1. N개의 광망종단장치의 최대 전송 윈도우 크기를 이용하여 최대 싸이클 시간을 결정하는 제 1 과정;
    상기 광망종단장치의 수(N)가 광선로종단장치에서 수용가능한 수(Ntotal)의 1/2 이상인가를 판단하는 제 2 과정;
    상기 N이 Ntotal/2 미만이면, 상기 최대 싸이클 시간내에 N번째 광망종단장치의 REPORT 메시지가 수신되면, 상기 광망종단장치들의 우선순위를 고려하여 대역폭을 할당하는 제 3 과정; 및
    상기 N이 Ntotal/2 이상이면, 상기 광망종단장치를 복수 그룹으로 구분하여 상기 최대 싸이클 시간동안 상기 각 그룹에 대한 대역폭을 할당하는 제 4 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 4 과정은
    상기 광망종단장치들을 2개 그룹으로 구분하여, N/2 번째 광망종단치의 REPORT 메시지가 수신되면, 1번째 내지 N/2 번째 광망종단장치들의 우선순위를 고려하여 대역폭을 할당하는 제 1 단계;
    N/2+1번째 광망종단장치 내지 N번째 광망종단장치들의 우선순위를 고려하여 대역폭을 할당하는 제 2 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원 하는 동적 대역폭 할당 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 우선순위를 고려한 대역폭 할당은,
    고순위 트래픽에 대한 대역폭은 각 광망종단장치로부터 전송된 고순위 트래픽에 대한 요구 대역폭에 저순위 트래픽에 대한 요구 대역폭의 일부를 더하여 할당하고, 저순위 트래픽에 대한 대역폭은 각 광망종단장치로부터 전송된 저순위 트래픽에 대한 요구 대역폭에서 일부를 감(-)하여 할당하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 고순위 트래픽의 대역폭에 대해 가산되는 대역폭은,
    상기 저순위 트래픽에 대한 요구 대역폭에 가중치(weight)를 곱한 것임을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 최대 싸이클 시간은,
    N개의 광망종단장치의 최대 전송 윈도우 크기를 모두 더한 값으로 결정되고,
    상기 최대 싸이클 시간은 SLA에 의한 허용 지연 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법.
  6. 광망종단장치로부터의 요구 대역폭 메시지에 대응하여, 서비스별 우선순위가 적용되도록 각 광망종단장치들에 대해 대역폭을 할당하는 광선로종단장치;
    상기 광선로종단장치로부터 대역폭을 할당받아 서비스별 트래픽을 전송하는 복수의 광망종단장치; 및
    상기 광선로종단장치로부터의 광신호를 상기 광망종단장치들로 분배하여 전송하고, 상기 광망종단장치들로부터의 광신호를 상기 광선로종단장치로 결합하여 전송하는 광분배/결합기를 구비한 것을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법을 이용한 이더넷 광망 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광선로종단장치는,
    상기 광망종단장치의 수(N)가 상기 광선로종단장치에서 수용가능한 수(Ntotal)의 1/2 이상이면, 상기 광망종단장치를 복수 그룹으로 구분하여최대 싸이클 시간동안 상기 각 그룹에 대한 대역폭을 각각 할당하고,
    상기 N이 Ntotal/2 미만이면, N번째 광망종단장치의 REPORT 메시지가 수신되면, 상기 광망종단장치들의 우선순위를 고려하여 대역폭을 할당하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법을 이용한 이더넷 광망 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 광선로종단장치는
    상기 광망종단장치들을 2개 그룹으로 구분하여, N/2 번째 광망종단치의 REPORT 메시지가 수신되면, 1번째 내지 N/2 번째 광망종단장치들의 우선순위를 고 려하여 대역폭을 할당한 후,
    N/2+1번째 광망종단장치 내지 N번째 광망종단장치들의 우선순위를 고려하여 대역폭을 할당하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법을 이용한 이더넷 광망 시스템.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 우선순위를 고려한 대역폭 할당은,
    고순위 트래픽에 대한 대역폭은 각 광망종단장치로부터 전송된 고순위 트래픽에 대한 요구 대역폭에 저순위 트래픽에 대한 요구 대역폭의 일부를 더하여 할당하고, 저순위 트래픽에 대한 대역폭은 각 광망종단장치로부터 전송된 저순위 트래픽에 대한 요구 대역폭에서 일부를 감(-)하여 할당하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 고순위 트래픽의 대역폭에 대해 가산되는 대역폭은,
    상기 저순위 트래픽에 대한 요구 대역폭에 가중치(weight)를 곱한 것임을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 시스템.
  11. 제 6 항 내지 제 8 항에 있어서, 상기 광선로종단장치는,
    N개의 광망종단장치의 최대 전송 윈도우 크기를 이용하여 최대 싸이클 시간을 결정한 후,
    상기 광망종단장치의 수(N)가 상기 광선로종단장치에서 수용가능한 수(Ntotal)의 1/2 이상이면, 상기 최대 싸이클 시간 내에 상기 그룹 개수만큼 대역폭 할당을 수행하고,
    상기 N이 Ntotal/2 미만이면, 상기 최대 싸이클 시간내에 1회 대역폭을 할당하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질을 지원하는 동적 대역폭 할당 방법을 이용한 이더넷 광망 시스템.
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