KR20080012812A

KR20080012812A - 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임전송장치

Info

Publication number: KR20080012812A
Application number: KR1020070078759A
Authority: KR
Inventors: 김보현; 우경일
Original assignee: 주식회사 콤텍시스템
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2007-08-06
Publication date: 2008-02-12

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에 적용하여 TDM 데이터를 패킷으로 변환하여 PSDN망을 이용하여 전송한 후에 다시 TDM 데이터로 변환하여 하나의 TDM 트렁크 터널을 형성하여 전체적인 망을 통합하고 효율적으로 관리할 수 있게 해주는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치에 관한 것이다. 본 발명은 시분할 다중화(TDM) 프레임을 패킷으로 변환하는 기술과 패킷에서 티디엠 프레임으로 변환하는 기술을 포함한다. 또한, 패킷 변환 과정 중에 동기화 정보에 대한 처리 기술과 프레임으로 복원할 때 패킷으로부터 동기화 정보를 이용하여 송수신자 간에 시간을 동기화시키는 기술을 포함한다. 본 발명으로 이동통신 시스템을 확장할 시 회선네트워크를 가설하여야 했지만 더욱 저렴한 패킷 네트워크를 이용하여 확장함으로써 비용 절감 효과를 얻을 수 있으며, 패킷 네트워크와 회선네트워크를 통합하는 환경을 제공한다.

TDMoPSN(TDM over PSN), TDM(Time Division Multiplex), PSN(Packet Switched Network), CES(Circuit Emulation Service), CESoPSN, 이동통신 시스템, Wireless Backhaul, Cellular, IP, MEF(Metro Ethernet Forum) , MPLS(Multi Protocol Label Switching), PW(Pseudo Wire), UDP(User Datagram Protocol), T1, E1, Clock Recovery, Packet,VoIP(Voice over IP), TDMoIP(TDM over IP), TDMoMPLS(TDM over MPLS), TRS(Trunked Radio System), DCO(Digitally Controlled Oscillator), DPLL(Digital Phase Locked Loop), PSTN(Public Switched Telephone Network), PSDN(Public Switched Data Network)

Description

이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치{Apparatus for TDM over Packet Switched Network on wireless backhaul}

본 발명은 패킷 스위치 네트워크(PSN:Packet Switched Network)를 이용하여 티디엠 (TDM:Time Division Multiplexing) 프레임을 전송하는 기술로서, TDM 프레임을 분석하여 패킷으로 변환하여 PSN을 통해 전송한 후에 다시 TDM 프레임으로 치환하여 회선 서비스를 제공하는 일종의 회선 터널링을 구현하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치에 관한 것이다.

최근에 서비스 제공자(Service Provider)들은 PSN(Packet Switched Network)을 이용하여 기존의 프레임 릴레이(Frame Relay), 에이티엠(ATM : Asynchronous Transfer Mode), 회선 네트워크(Circuits Network), SONET/SDH와 같은 서비스들을 제공하려 한다. TDMoPSN 서비스는 일반 공중 전화망(PSTN: Public Switching telephony network)을 패킷 네트워크를 이용하여 음성이나, 팩스, 모뎀 등의 서비스를 수용할 수 있는 측면에서 많은 장점을 가진다. 또한, 올 아이피(All IP)를 목표로 하는 차세대 네트워크에 쉽고 경제적으로 접근할 수 있는 여지가 제공되며 쉽게 구현이 용이하다.

망 사업자들은 선행투자와 운영비용의 절감을 위하고, 날로 증가 추세에 있는 경쟁 환경에서 부가가치를 더한 서비스를 제공하기 위하여 음성서비스를 패킷 네트워크로 옮겨가고 있다. 주요한 망 사업자들의 최근의 연구 결과에 의하면, 패킷 장비는 고전적인 음성 장비에 비해 70% 이상 싸며, 데이터 액세스 회선은 음성회선에 비하여 60%에서 80%까지 저렴한 것으로 밝혀졌다. 이에 브이오아이피(VoIP: Voice over IP) 기술을 개발하게 되었다. VoIP 기술은 음성 신호를 전통적인 PSTN에 전송하는 것이 아니라, 게이트웨이에서 음성 신호를 표준 규격에 맞게 압축해 상대 게이트웨이로 전송함으로써 음성 통화를 하는 것을 의미한다. 여기에는 지속적으로 연결이 유지돼야 하는 데이터 네트워크에, 돌발적으로 발생하는 음성 통화의 트래픽을 함께 전송할 수 있도록 하는 기술이 요구된다. 많은 통신업체는 물론이고 시장은 IP에서의 음성 통합을 대세로 인정하고 있다. 그러나, 이미 피비엑스(PBX: Private Branch Exchange) 기반의 인프라 구축이 많은 만큼 이를 수용하면서 점진적으로 IP로 넘어갈 수 있도록 하는 경로가 다양하게 제시되고 있다.

일반적으로 이동통신시스템에서는 각각의 기지국과 서비스 시스템을 SONET(Synchronous Optical Network)/SDH(Synchronous Digital Hierarchy)망을 이용하여 높은 신뢰도의 연결 기반 회선 네트워크를 제공하고 있다. SONET/SDH망에서 데이터는 고정 경로와 고정 대역을 가지고 전송이 이루어지므로, 가용도 및 신뢰성에 있어서 우수한 장점이 있으나, 대역 효율이 작고, 회선 설비 및 이용료가 높아서 망 확장 시 고비용이 소요되는 단점이 있다. 또한, 원거리 기지국이나 섬 과 같은 유선시설이 힘든 지역에서의 설비는 어렵거나 불가능한 지역이 생겨 이동통신시스템을 적용할 수 없게 된다.

전술한 바와 같이 전통적으로 회선 망의 대표적인 서비스는 음성 서비스이며 패킷망은 주로 데이터 전송을 위해 사용된다. 즉, 각 전송 망 기술에 따른 고유한 서비스들이 존재해 왔다.

근래에는 패킷망의 전송 능력 향상과 서비스 품질 보장 개념이 도입되면서 회선망에서 제공되었던 서비스들(음성, 화상등)을 패킷망에서 재현하려는 기술 접근이 이루어지고 있으며 마찬가지로 회선망에서도 패킷망의 특성을 구현하여 데이터 전송 서비스를 제공하기 위한 기술이 도입되고 있다.(예: MSPP 장치).

그러나, 패킷망에서 음성서비스를 제공하기 위한 기술인 VoIP(Voice over IP)의 경우, 호 연결을 제어하고 음성패킷의 처리를 위한 소프트스위치, 미디어게이트웨이, 음성 코덱(Codec), 사용자 데이터베이스, 지능망 연동기능등 서비스 구축을 위한 고가의 설비 투자가 필요하고 기존의 PBX등 회선 서비스 장비를 수용할 수 없으며, 회선 서비스에서 패킷 망 연동을 위해서는 MSPP등 고가의 전용장비가 갖춰져야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 이동통신 시스템에 적용하여 TDM 데이터를 패킷으로 변환하여 PSDN망을 이용하여 전송한 후에 다시 TDM 데이터로 변환하여 하나의 TDM 트렁크 터널을 형성하여 전체적인 망을 통합하 고 효율적으로 관리할 수 있게 해주는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따른 기술은 다양한 기술 구현이 용이하여 이동통신시스템 및 고정 무선 시스템, PBX를 대체할 수 있고, 특히 이동 통신 시스템에서 기지국을 확장할 시에 기존에 방식으로 하는 것보다 많은 비용 절감 효과를 얻을 수 있는 다른 목적도 있다.

본 발명에 따른 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치는, 이동 통신 망에서 기지국(BTS)과 제어국(BSC)간의 전용 회선 구간을 패킷 망으로 전환하는 장치에 있어서, 다수의 입출력 데이터 회선을 가지며, 각 회선이 자신의 클록(DCO)을 가지고 각 출력 회선에서 클록 복원(clock recovery)을 수행하는 TDM 망 접속회선부; TDM 망 접속회선부를 통해 수신되는 데이터를 샘플링하여 패킷 패이로드를 구성하고, 패이로드가 완성된 패이로드를 메모리에 기록하고 타스크(task) 메시지를 중앙 타스크 관리자(Task Manager)로 전송하는 TDM 패이로드 조립기; TDM 패이로드 조립기(11)처리 후 UDP/ RTP/ L2TP/ CESoPSN 등의 상위 계층 프로토콜 헤더를 추가하고, 헤더는 정적인 필드와 가변 필드로 나누어 관리하며 가변 필드에 대해서 프로그램에서 동적인 설정이 가능한 프로토콜 처리기; 전송 준비가 완료된 패킷을 대기열 관리자(Queue Manager)에 의해 통제되는 패킷 교환 처리기(Switching Fabric)로 들어가기 위해 우선 순위에 따라 대기열로 보내지되, Ethernet/IP/MPLS등의 하위 계층 프로토콜 헤더를 추가하는 패킷 송신기; 제어 데 이터 및 네트워크 설정에 관한 정보를 필요로 하는 경우 사용하되, 칩과 CPU간의 이중 개별 경로 메모리 직접 접근(Dual address DMA) 전송을 지원하는 호스트 인터페이스; 패킷을 수신하고, 수신된 패킷을 TDM 망 접속회선부, 패킷 망 접속회선부, 호스트 인터페이스 중 하나로 목적지를 결정하고, 정해진 각 목적지에 해당하는 컨텍스트로 분류 처리하는 패킷 수신기; 수신된 패킷으로부터 TDM 데이터를 복원하고, 수신된 패킷의 순서를 정리하고 각 옥텟을 출력 TDM 망 접속회선부(10) 상에서 선택된 타임 슬롯에 지정하며, 패킷 분실 및 지연 발생시 언더런(UnderRun) 데이터를 추가하는 TDM 구성기(21)로 구성되어 TDM 프레임을 패킷으로 변환하고, 상기 패킷을 다시 프레임으로 변환하는 것을 특징으로 한다.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 TDM 프레임을 패킷으로 변환시 패이로드 조립기에 의해 TDM 데이터를 샘플링하여 내부 클록에 의해 동기화시켜 패킷을 생성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 기술은 패킷으로부터 TDM 프레임으로 치환시 수신된 패킷은 목적지에 따라 TDM 망 접속회선부나 패킷 망 접속회선부, 호스트 인터페이스로 보내고, TDM 망 접속회선부로 보내지는 패킷은 TDM 치환과정을 거질 수도 있다.

그리고, 본 발명의 생성된 패킷은 프로토콜 처리기 블록에 의해 상위 계층 프로토콜 헤더를 추가함으로써 다양한 프로토콜을 지원하여 통합망 구성이 가능하고, 프로토콜은 IP, UDP, RTP(Real Time Protocol), MPLS, MEF, PW, L2TPv3/L2TPv2 (Layer 2 Tunneling Protocol version 2/3)을 지원할 수 있다.

전술한 TDM 치환 과정은 수신된 패킷으로부터 TDM 데이터를 복원하며, 수신된 패킷의 순서를 정리하고 TDM 망 접속회선부상에서 선택된 타임 슬롯에 지정하고, 패킷이 분실되거나 지연이 발생할 시에는 언더런(UnderRun) 데이터를 추가할 수 있다.

아울러, 전술한 패킷으로부터 TDM 데이터를 복원하는 과정에서 TDM 회선을 구성할 경우 동기화 정보를 가져오는 시간 정보 복원 알고리즘에 비정형화 모드(Unstructure Mode) 접속회선부와 정형화 모드(Structure Mode) 접속회선부로 구분할 수 있다.

전술한 구성에서 비정형화 모드 접속회선부는 수신한 클록을 그대로 송신 클록으로 사용하는 루프백(Loopback) 타이밍 모드를 가지거나 수신한 패킷으로부터 얻은 정보에 어댑티브(Adaptive) 알고리즘을 이용하여 클록 정보를 발생하고 자체 디지털 클록 오실레이터(DCO)를 작동시켜 출력 클록을 복원할 수 있다.

그리고, 정형화 모드 접속회선부는 마스터 클록과 프레임 신호에 의해서 동기화되고, 구성 형식에 따라 외부 클록 및 외부 프레임 처리기에 의해서 생성된 프레임 신호를 이용하거나 내부 DPLL을 이용하여 입력 TDM 라인을 동기화하고, 또는 내부 DPLL을 이용해서 수신된 패킷의 정보를 이용하여 클록을 복원하여 동기화한다.

전술한 내부 DPLL을 이용하여 입력 TDM라인을 동기화하는 경우, 내부 DPLL을 통해서 마스터 클록과 프레임 신호를 생성한 후 송신 클록으로 이용하고, 내부 DPLL에서 참조하는 클록은 TDM 라인을 통해 복원된 클록을 사용하며, DPLL에 존재 하는 제1 클록 소스와 제2 클록 소스중 제2 클록 소스가 이상이 발생하면 제1 클록 소스로 절체되어 사용된다.

전술한 바와 같이 수신된 패킷의 정보를 이용하여 클록을 복원하는 경우 DPLL을 이용하여 마스터 클록과 프레임 신호를 생성한 후 송신 클록으로 이용하고, DPLL이 참조하는 클록 소스는 수신된 패킷으로부터 클록 복원 알고리즘을 이용하여 복원된 클록을 사용한다.

한편, 이동통신시스템에서 기지국과 서버와의 통신 구간을 패킷으로 변환하여 전송하는 경우 패킷 전송구간은 유선 네트워크를 이용하여 패킷을 전송할 수 있으며, 고정 무선 통신을 이용하여 원거리나 섬과 같은 곳에도 이동통신시스템을 확장이 용이하게 한다.

또한, 유선 네트워크에는 이더넷망이나 MPLS망, MEF망을 이용하여 전송이 가능하며, 고정 무선통신 시스템에는 WLAN이나 WiMax를 이용하여 전송한다.

본 발명은 BcN(Broadbanc Convergence Network) 융합망의 음성서비스 제공시에 적용하는 것일 바람직하다.

본 발명은 3G, 3GPP 또는 4G중 적어도 어느 하나의 이동통신망에 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명은 종래의 PBX등 회선 서비스 장비를 그대로 수용해서 본 장치 외에 패킷 망에 부가적인 장비의 추가 없이 회선 서비스를 제공하되 회선 임대 비용을 제거하기 위한 목적으로 패킷망을 전송 선로로 활용함으로써, 저렴한 비용으로 회 선 서비스를 제공하는 효과가 있다.

또한, 회선 망과 패킷망의 상호 융합 기능을 수행함으로써 서로 다른 망기술 간의 융합 기능을 제공하며, 본 발명을 통해, 다양한 서비스 제공(TPS: Tripple Play Service), 기존 설비에 대한 활용, 망 융합시 상대적으로 편리한 관리, 망 설계의 복잡성 제거, 저비용으로 서비스 확장의 용이성 제공등의 긍정적인 효과를 얻을 수 있다.

도 5 는 본 발명에 따른 TDMoPSN 기능을 구성한 블록도, 도 6 은 TDMoPSN에서 컨텍스트 스위칭 구조도이다.

도 5 에 도시된 바와 같이 본 발명의 TDMoPSN은 TDM 망접속회선부(TDM Access Interface)(10), 패이로드 조립기(Payload Assembly)(11), TDM 구성기(TDM Formater)(21), 중앙 타스크 관리자(Central Task Manager)(12), 프로토콜 처리기(Protocol Engine)(20), 패킷 송신기(Packet Transmit)(13), 패킷 수신기(Packet Receive)(19), 패킷 망 접속회선부(Packet Interface)(14), 호스트 인터페이스(Host Interface)(16), 메모리 관리자(18), 클록 복원기능(17)으로 구성되어 있다.

전술한 바와 같은 구성에서 TDM 망 접속회선부(10)는 최대 8개의 개별회선으로 구성되고 각 개별회산 당 1.544/2.048Mbps 속도로 동작하는 입출력 데이터 회선을 가진다. 비정형화 모드(Unstructured Mode)는 회선 접속처리부(LIU)에 직접 연결되며, 각 회선이 자신의 클록(DCO)을 가지고 각 출력 회선에서 클록 복원(clock recovery)(17)을 수행한다. 정형화 모드(Structured Mode)에서는 프레임처리기(Framer)나 TDM 백플래인에 연결된다. 모든 데이터 회선은 공통 클록 및 프레임 참조 클록에 의해서 동기화된다. 수동(Slave) 모드인 경우 외부로부터 이런 신호를 받으며 능동(Master) 모드인 경우 내부의 DPLL(Digital Phase Locked Loop)을 이용해서 생성한다.

TDM 패이로드 조립기(11)는 TDM 망 접속회선부(10)를 통해 수신되는 데이터를 샘플링한다. 수신된 데이터는 내부 클록에 의해서 동기화되고, 패이로드 조립기(11)로 데이터를 전달한다. 여기에서는 최대 128개의 패킷 스트림(컨텍스트)을 동시 처리할 수 있으며, 패킷 패이로드를 구성한다. 패이로드가 완성되면 메모리(18)에 기록하고 타스크(task) 메시지를 타스크 관리자(Task Manager)(12)로 전송한다(이는 패킷이 처리를 위해 전달되어야 하는 처리 블록들을 지정하는 일종의 패킷 라우팅 과정을 의미한다). 타스크 메시지에는 데이터에 대한 위치 지시자, 각 블록에서 처리해야 할 명령 및 부가 정보를 포함한다. 컨텍스트(Context)는 패이로드 조립기에 의해서 생성되는 패킷 스트림이다.

프로토콜 처리기(20)는 TDM 패이로드 조립기(11)처리 후 프로토콜 처리기(Protocol Engine)(20) 블록에서는 UDP/ RTP/ L2TP/ CESoPSN 등의 상위 계층 프로토콜 헤더를 추가한다(최대 24 바이트). 헤더는 정적인 필드와 가변 필드로 나누어 관리하며 가변 필드에 대해서 프로그램에서 동적인 설정이 가능하다.

패킷 송신기(13)에서 전송 준비가 완료된 패킷은 대기열 관리자(Queue Manager)에 의해 통제되는 패킷 교환 처리기(Switching Fabric)로 들어가기 위해 대기열로 보내진다. 우선 순위에 따라 4가지의 대기열이 존재하며, 전송 시 Ethernet/IP/MPLS등의 하위 계층 프로토콜 헤더를 추가한다.

호스트 인터페이스(16)는 제어 데이터 및 네트워크 설정에 관한 정보를 필요로 하는 경우 사용한다. 칩과 CPU간의 이중 개별 경로 메모리 직접 접근(Dual address DMA) 전송을 지원한다.

패킷 수신기(19)는 수신되는 패킷이 MAC에 도착하면, 수신된 패킷은 목적지를 결정하기 위해 패킷 분류기(Packet Classifier)로 보내진다. 성공적으로 처리된 경우 목적지는 TDM 망 접속회선부(10)/ 패킷 망 접속회선부(14)/ 호스트 인터페이스(16) 중 하나로 결정된다. 목적지가 정해지면 각 목적지에 해당하는 컨텍스트로 분류 처리되며, 각 TDM 컨텍스트는 자신의 고유한 대기열을 가진다. (PDV를 완화하기 위한 지터 버퍼, 보통 125us의 정수배로 지정한다) TDM 재 형성화(TDM re-formatting)(21) 과정을 통해, 수신된 패킷으로부터 TDM 데이터 정보를 복원한다. 호스트 인터페이스에 대해서도 하나의 대기열이 존재하며 디엠에이(DMA: Direct Memory Access) 연동 가능하다.

TDM 구성기(21)는 패이로드 조립기(11)와 반대의 기능을 가지며, 수신된 패킷으로부터 TDM 데이터를 복원한다. 수신된 패킷의 순서를 정리하고 각 옥텟을 출력 TDM 망 접속회선부(10) 상에서 선택된 타임 슬롯에 지정하는 작업을 한다. 패킷 분실 및 지연 발생시 언더런(UnderRun) 데이터를 추가한다.

본 발명의 데이터와 제어 흐름을 살펴보면 11개의 데이터 흐름이 존재하며 이는 타스크 관리자(12)를 통해 경로배정될 블록에 대한 정보를 가진다. TDM 망 접속회선부(10)와 패킷 망 접속회선부(14), 타스크 관리자(12) 간의 흐름이 TDMoPSN에서 가장 중요한 데이터와 제어 흐름에 해당한다.

패킷 조립 과정을 살펴보면 TDM 데이터 회선은 패이로드 블록에 의해 패킷 패이로드로 조립된다. 동시에 최대 128개의 컨텍스트(Context)를 처리할 수 있고, 각 컨텍스트는 "CES" 용어 관점에서 "가상 채널 연결(Virtual Channel Connection)"을 표현한다. 각 컨텍스트는 패킷 헤더에 "컨텍스트 ID"를 붙여서 식별하는 단일 패킷 회선을 생성한다.

정형화 모드 운용(Structured Operation)에서는 컨텍스트는 Nx64Kbps의 채널을 가지며, 각 채널은 연속될 필요는 없으나 반드시 단일 회선으로부터 온 것이라야 한다. 컨텍스트로부터 동적으로 채널 추가 및 삭제가 가능하고, 채널 추가 및 삭제시 이는 다음 패킷을 전송할 때 바로 적용되며, 대역폭을 최적화하기 위한 유용한 도구로 사용된다. 전송시 패킷 송신(Packet Transmit) 블록에 의해 고정 길이 헤더가 추가된다. 고정 길이 헤더는 이더넷, 상위 계층 프로토콜 헤더, 컨텍스트 기술자 등을 포함해서 최대 64 바이트의 길이를 가진다. 이더넷의 최소 길이인 64 바이트보다 반드시 커야 하므로 패이로드 헤더와 크기가 반드시 지정되어야 하며, 선택된 전체 크기는 이더넷 최대 크기인 1518 바이트를 초과하지 않아야 한다(VLAN을 사용하는 경우 1522 바이트).

비 정형화 모드 운용(Unstructured Operation)에서는 타임 슬롯이나 프레임에 무관하게 패이로드를 구성한다. 패킷은 연속적인 데이터 스트림으로 구성되며, T1의 경우 193비트(192 데이터 비트 + 1 프레이밍 비트)이고, 7비트의 bit stuffing이 추가된다(25 바이트).

컨텍스트 스위칭 구조는 도 6 과 같이 내부적으로 3단계의 스위칭 구조를 가진다.

클록 모드(Recovery)는 비동기식의 경우 각 포트는 독립적으로 T1/E1 회선 접속처리부(LIU) 와 연결되며, 동기식의 경우 전체 TDM 망 접속회선부는 마스터 클록과 프레임 참조 클록에 의해 동기화되며 프레임처리기나 TDM 백플래인에 연결된다.

비정형화 모드 접속회선부(Unstructured Mode/ LIU Mode)는 각 포트는 데이터 입력, 클록 입력, 데이터 출력, 클록 출력의 4개의 시그널로 구성된다. 입출력 클록에 대한 극성 변경이 가능하고, 클록 주파수는 데이터 속도와 일치한다. 클리어 채널(Clear Channel) 또는 전용선(Leased Line) 기능 제공한다.

비정형화 루프백(Loopback) 클록 복원 모드는 수신한 클록을 그대로 송신 클록으로 이용한다. 비정형화 네트워크 클록 복원 모드(CET)는 네트워크로부터 수신한 패킷에서 참조한 클록 정보를 이용해서 출력 클록을 복원한다. 비정형화 네트워크 클록 복원 모드에는 적응 클록 복원 클록 모드(Adaptive Clock Mode)와 차등 클록 복원 모드(Differential clock mode)가 있다. 적응 클록 복원 클록 모드의 경우 성능은 PSN의 지연에 달려 있으나, 반면 차등 클록 복원 모드인 경우 PSN의 지연과는 무관하지만 공용 클록을 공유해야 하므로 모든 경우에 적용하기에는 어렵다. 수신 패킷을 통해 얻은 정보를 이용하며 CET 알고리즘 결과로부터 발생하는 클록 정보를 이용해서 로컬 DCO를 구동해 출력 클록을 생성한다. 주 참조 클록 소 스(PRS)나 공통 참조 클록 소스(CRS)는 클록 입력에 연결된다(차등 클록 복원 모드에서만 사용한다).

정형화 모드 접속회선부(Structured Mode/ Framer Mode)는 모든 TDM 망 접속회선부는 마스터 클록과 프레임 신호에 의해서 동기화되며, 인터페이스는 프레임 처리기나 TDM 백플래인에 연결된다. TDMoPSN의 경우 각 4개의 입력 및 출력 스트림이 존재하며 총 128개의 입출력 타임 슬롯을 가진다. 구성 형식에 따라 3가지로 구분된다. 외부 클록 및 외부 프레임 처리기에 의해서 생성된 프레임 신호를 이용한 구성과 내부 DPLL을 이용해서 입력 TDM 라인을 동기화하는 구성, 내부 DPLL을 이용해서 패킷 망 접속회선부로 부터 수신한 정보를 기반으로 클록을 복원하고 동기화하는 구성이 있다. 수동모드에서 동기식 타이밍에는 외부의 클록 및 프레임 신호에 의존한 동기화방법이 있다. 프레임 처리기에서 발생한 신호를 기준으로 내부의 모든 인터페이스가 동기화되며, 라인으로부터 동기를 가져오는 능동모드에서 동기식 타이밍은 내부 DPLL을 통해서 마스터 클록과 프레임 신호를 생성한 후 외부 장치나 TDM 백플래인으로 보내진다. 내부 DPLL에서 참조하는 클록은 백플래인 네트워크 참조 클록이나 TDM 라인을 통해 복원된 클록으로부터 얻는다(보통 회선접속처리부나 프레임 처리기에 의해서 생성된다). DPLL은 4개의 E1/T1 회선처리부에서 primary와 secondary참조 클록 소스를 선택한다. Primary 참조 클록 소스는 마스터 클록과 프레임 신호를 생성하며, Primary 참조 클록에 이상이 발생시 secondary 참조 클록 소스로 절체된다.

패킷으로부터 동기화하는 능동모드 동기식 타이밍은 DPLL을 이용해서 마스터 클록과 프레임 신호를 생성한 후 외부 장치나 백플래인으로 보내지고, DPLL이 참조하는 참조 클록 소스는 패킷 네트워크로부터 복원된 클록을 사용한다(CET 알고리즘). 내부 DPLL은 128개의 패킷 연결이나 컨텍스트를 수신하는 4개의 입력 복원 클록 중 하나를 선택할 수 있다. 한 개의 복원된 클록은 Primary로 사용되고 다른 하나는 secondary로 사용된다. 4개의 각 복원된 클록은 해당 포트의 출력 클록으로 보내지고, Primary 클록은 마스터 클록과 프레임 신호 생성을 위해 사용되며 Secondary 클록의 용도는 앞에 기술한 바와 같다.

도 1 은 이동통신 시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 데이터 전송 구성도, 도 2 는 EPON망을 이용한 데이터 전송 구성도, 도 3 은 고정 무선 네트워크를 이용한 데이터 전송 구성도, 도 4 는 매트로 이더넷을 이용한 데이터 전송 구성도이다.

도 1 은 본 발명을 응용한 것으로, 이동통신 사업자는 기지국을 연결하기 위한 전용선과 3G로의 확장을 위한 두 가지 비용문제에 직면하고 있다. TDMoPSN 게이트웨이는 단일 미디어를 통해 TDM 과 이더넷 트래픽을 전송함으로써 간편하고 경제적인 솔루션을 제공한다.

도 2 는 본 발명을 응용한 것으로, 여기서 이더넷 수동 광 통신망(EPON : Ethernet Passive Optical Network) 시스템은 백본으로 이더넷을 기반으로 한다. 따라서, 이더넷과 TDMoPSN 기술의 결합으로 기존 TDM 트래픽의 EPON망을 통한 효율적인 전송이 가능합니다.

도 3 은 본 발명을 응용한 것으로, PSN 전송 구간을 무선으로 구성하는 시나리오로써 무선 구간은 WiMAX를 이용하여 최대 48km이상 거리 간에 최대 70Mbps까지 전송할 수 있다. 따라서, 고산지방이나 섬 지역에서는 유선 설비 대신 무선을 이용하여 지역적 한계를 극복하여 서비스할 수 있게 해준다.

도 4 는 본 발명을 응용한 것으로, TDMoPSN은 IP, 이더넷, MPLS 네트워크를 통해 E1/T1 서비스를 제공함으로써 새로운 수익창출의 기회를 제공하며, PSTN망과 PSDN망을 통합 환경을 제공하여 망 관리 및 운용이 용이하다.

본 발명은 시분할 다중화(TDM) 프레임을 패킷으로 변환하는 기술과 패킷에서 티디엠 프레임으로 변환하는 기술을 포함한다. 또한, 패킷 변환 과정 중에 동기화 정보에 대한 처리 기술과 프레임으로 복원할 때 패킷으로부터 동기화 정보를 이용하여 송수신자 간에 시간을 동기화시키는 기술을 포함한다.

본 발명으로 이동통신 시스템을 확장할 시 회선네트워크를 가설하여야 했지만, 더욱 저렴한 패킷 네트워크를 이용하여 확장함으로써 비용 절감 효과를 얻을 수 있으며, 패킷 네트워크와 회선네트워크를 통합하는 환경을 제공한다.

원거리 기지국이나 섬과 같은 유선 설비가 용이하지 않은 곳에 고속 고정 무선 네트워크로 전송할 수 있는 방법을 활용하여 기존에 기지국 설치 시 필요한 비용 및 시간을 감소 시켜주며, 기지국 설치가 불가능했던 지역까지도 수용할 수 있는 기술을 제공한다. 다른 응용으로는 주파수 공용통신 시스템(TRS : Trunked Radio System)에 적용하여 이동 기지국과 고정 기지국을 연결하여 서비스를 제공할 수 있다.

또한, 티디엠오버이이피(TDMoIP : TDM over IP)나 티디엠오버엠피엘에스(TDMoMPLS : TDM over MPLS)와 같이 TDM 프레임을 IP형태나 엠피엘에 스(MPLS:MultiProtocol Label switching) 패킷으로 변환하여 통신하는 기술이었으나, 본 발명에서는 다양한 프로토콜을 지원하여 모든 망을 통합할 수 있다. 그리고, TDM 프레임의 동기를 위해서 다양한 클록 모드를 제공하여 시간 지체에 대한 단점을 극복하고 있다.

본 발명의 TDMoPSN(TDM over Packet Switched Network) 게이트웨이는 차세대 네트워크의 기본으로, IP 장치 간의 호를 지능적으로 처리해 TDMoPSN 게이트웨이를 통해 PSTN(Public Switched Telephone Network)과 통합된다. 또한, 유무선, 협대역 또는 광대역, 모든 서비스 전반에서 일관된 인터페이스를 제공해 서비스 업체들이 상품을 맞춤화할 수 있도록 해준다.

또한, 본 발명에는 TDMoIP(TDM over IP) 기술이 적용돼 TDM 스위치가 IP 네트워크에 직접 연결하도록 함으로써 기존 솔루션의 모든 특징과 시그널링 요소가 그대로 IP 네트워크에 전달되도록 했다. TDMoIP 패킷은 DiffServ나 IP TOS를 활용해 분류되어 IP 네트워크상에서 적절한 큐오에스(QoS: Quality of Service)를 제공하게 된다. IP 네트워크상에서 벌크 데이터와 시간 지체에 민감한 음성 트래픽을 분리시키기 위해 엠피엘에스 트래픽 처리 기술이 활용된다.

도 1 은 이동통신 시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 데이터 전송 구성도.

도 2 는 EPON망을 이용한 데이터 전송 구성도.

도 3 은 고정 무선 네트워크를 이용한 데이터 전송 구성도.

도 4 는 매트로 이더넷을 이용한 데이터 전송 구성도.

도 5 는 본 발명에 따른 TDMoPSN 기능을 구성한 블록도.

도 6 은 TDMoPSN에서 컨텍스트 스위칭 구조도.

Claims

이동 통신 망에서 기지국(BTS)과 제어국(BSC)간의 전용 회선 구간을 패킷 망으로 전환하는 장치에 있어서,

다수의 입출력 데이터 회선을 가지며, 각 회선이 자신의 클록(DCO)을 가지고 각 출력 회선에서 클록 복원(clock recovery)을 수행하는 TDM 망 접속회선부;

상기 TDM 망 접속회선부를 통해 수신되는 데이터를 샘플링하여 패킷 패이로드를 구성하고, 패이로드가 완성된 패이로드를 메모리에 기록하고 타스크(task) 메시지를 중앙 타스크 관리자(Task Manager)로 전송하는 TDM 패이로드 조립기;

상기 TDM 패이로드 조립기(11)처리 후 UDP/ RTP/ L2TP/ CESoPSN 등의 상위 계층 프로토콜 헤더를 추가하고, 상기 헤더는 정적인 필드와 가변 필드로 나누어 관리하며 가변 필드에 대해서 프로그램에서 동적인 설정이 가능한 프로토콜 처리기;

전송 준비가 완료된 패킷을 대기열 관리자(Queue Manager)에 의해 통제되는 패킷 교환 처리기(Switching Fabric)로 들어가기 위해 우선 순위에 따라 대기열로 보내지되, Ethernet/IP/MPLS등의 하위 계층 프로토콜 헤더를 추가하는 패킷 송신기;

제어 데이터 및 네트워크 설정에 관한 정보를 필요로 하는 경우 사용하되, 칩과 CPU간의 이중 개별 경로 메모리 직접 접근(Dual address DMA) 전송을 지원하는 호스트 인터페이스;

패킷을 수신하고, 수신된 패킷을 상기 TDM 망 접속회선부, 패킷 망 접속회선부, 호스트 인터페이스 중 하나로 목적지를 결정하고, 정해진 각 목적지에 해당하는 컨텍스트로 분류 처리하는 패킷 수신기; 및

상기 수신된 패킷으로부터 TDM 데이터를 복원하고, 수신된 패킷의 순서를 정리하고 각 옥텟을 출력 TDM 망 접속회선부(10) 상에서 선택된 타임 슬롯에 지정하며, 패킷 분실 및 지연 발생시 언더런(UnderRun) 데이터를 추가하는 TDM 구성기(21)로 구성되어지되,

상기 TDM 프레임을 패킷으로 변환하고, 상기 패킷을 다시 프레임으로 변환하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 1 항에 있어서, 상기 TDM 프레임을 패킷으로 변환시, 패이로드 조립기에 의해 TDM 데이터를 샘플링하여 내부 클록에 의해 동기화시켜서 패킷을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 1 항에 있어서, 상기 패킷으로부터 TDM 프레임으로 치환시 수신된 패킷은 목적지에 따라 TDM 망 접속회선부나 패킷 망 접속회선부, 호스트 인터페이스로 보내고, TDM 망 접속회선부로 보내지는 패킷은 TDM 치환과정을 거치는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 2 항에 있어서, 상기 생성된 패킷은 프로토콜 처리기 블록에 의해 상위 계층 프로토콜 헤더를 추가함으로써, 다양한 프로토콜을 지원하여 통합망 구성이 가능하고, 상기 프로토콜은 IP, UDP, RTP(Real Time Protocol), MPLS, MEF, PW, L2TPv3/L2TPv2 (Layer 2 Tunneling Protocol version 2/3)을 지원하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 2 항에 있어서, 상기 TDM 치환 과정은 수신된 패킷으로부터 TDM 데이터를 복원하며, 수신된 패킷의 순서를 정리하고 TDM 망 접속회선부상에서 선택된 타임 슬롯에 지정하고, 상기 패킷이 분실되거나 지연이 발생할 시에는 언더런(UnderRun) 데이터를 추가하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 5 항에 있어서, 상기 패킷으로부터 TDM 데이터를 복원하는 과정에서 TDM 회선을 구성할 경우 동기화 정보를 가져오는 시간 정보 복원 알고리즘에 비정형화 모드(Unstructure Mode) 접속회선부와 정형화 모드(Structure Mode) 접속회선부로 구분하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 6 항에 있어서, 상기 비정형화 모드 접속회선부는 수신한 클록을 그대로 송신 클록으로 사용하는 루프백(Loopback) 타이밍 모드를 가지거나 수신한 패킷으로부터 얻은 정보에 어댑티브(Adaptive) 알고리즘을 이용하여 클록 정보를 발생하고 자체 디지털 클록 오실레이터(DCO)를 작동시켜서 출력 클록을 복원하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 6 항에 있어서, 상기 정형화 모드 접속회선부는 마스터 클록과 프레임 신호에 의해서 동기화되고, 구성 형식에 따라 외부 클록 및 외부 프레임 처리기에 의해서 생성된 프레임 신호를 이용하거나, 내부 DPLL을 이용하여 입력 TDM 라인을 동기화하고, 또는 내부 DPLL을 이용해서 수신된 패킷의 정보를 이용하여 클록을 복원하여 동기화하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 8 항에 있어서, 상기 내부 DPLL을 이용하여 입력 TDM라인을 동기화하는 경우, 내부 DPLL을 통해서 마스터 클록과 프레임 신호를 생성한 후 송신 클록으로 이용하고, 내부 DPLL에서 참조하는 클록은 TDM 라인을 통해 복원된 클록을 사용하며, 상기 DPLL에 존재하는 제1 클록 소스와 제2 클록 소스중 제2 클록 소스가 이상이 발생하면 제1 클록 소스로 절체되어 사용되는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 8 항에 있어서, 상기 수신된 패킷의 정보를 이용하여 클록을 복원하는 경 우 상기 DPLL을 이용하여 마스터 클록과 프레임 신호를 생성한 후 송신 클록으로 이용하고, 상기 DPLL이 참조하는 클록 소스는 수신된 패킷으로부터 클록 복원 알고리즘을 이용하여 복원된 클록을 사용하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 1 항에 있어서, 상기 이동통신시스템에서 기지국과 서버와의 통신 구간을 패킷으로 변환하여 전송하는 경우 패킷 전송구간은 유선 네트워크를 이용하여 패킷을 전송할 수 있으며, 고정 무선 통신을 이용하여 원거리나 섬과 같은 곳에도 이동통신시스템을 확장이 용이하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 11 항에 있어서, 상기 유선 네트워크에는 이더넷망이나 MPLS망, MEF망을 이용하여 전송이 가능하며, 상기 고정 무선통신 시스템에는 WLAN이나 WiMax를 이용하여 전송하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 1 항에 있어서, 상기 장치는 BcN(Broadbanc Convergence Network) 융합망의 음성서비스 제공시에 적용하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.
제 1 항에 있어서, 상기 장치는 3G, 3GPP 또는 4G중 적어도 어느 하나의 이동통신망에 적용하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서 패킷 네트워크를 이용한 티디엠 프레임 전송장치.