KR20100032741A

KR20100032741A - 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20100032741A
Application number: KR1020080091745A
Authority: KR
Inventors: 주운기
Original assignee: 선문대학교 산학협력단
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-03-26
Also published as: KR100986224B1

Abstract

복수의 ONU를 대상으로 대역할당의 효율성을 확보하고, 공평성과 수율 모두를 만족시킬 수 있는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치 및 그 방법이 개시된다. 대역할당을 기다리는 복수의 ONU가 확인되면, 동적 대역할당 장치로 동작하는 OLT가 각 ONU 별 대역할당량(

)을 계산하고, 계산 결과에 근거하여 복수의 ONU 각각에 대한 대역할당을 수행한다. 각 ONU 별 대역할당량(

)은 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU의 대역할당 요구량(

)을 모두 합한 값인 총 대역할당 요구량(T)과 각 ONU의 가중치(

)를 고려하여 대역할당 시점마다 실시간으로 산출될 수 있다.

EPON, 대역할당, 가중치

Description

이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치 및 그 방법{DEVICE FOR ACTIVE BANDWIDTH ALLOCATION IN ETHERNET PASSIVE OPTICAL NETWORK AND METHOD THEREOF}

본 발명은 동적 대역할당 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

디지털정보 산업의 발달과 함께 음성, 데이터, 영상 서비스 등을 동시에 제공하기 위한 광대역 멀티미디어의 수요가 폭발적으로 증가함에 따라, 통신/방송의 융합과 가입자망의 고도화가 큰 이슈가 되고 있다.

종래, xDSL(Digital Subscriber Line), HFC(Hybrid Fiber Coax), LAN(Local Area Network) 등의 가입자망이 주로 이용되어 있으나, 최근, 대역폭의 한계를 극복하고, 가입자망의 고도화를 실현하기 위한 대체 기술로서, NG-SDH(Next Generation-Synchronous Digital Hierarchy), Metro Ethernet, PON(Passive Optical Network) 등 다양한 형태의 광 액세스 기술이 제안되고 있다.

PON(Passive Optical Network)은 종래 가입자망에서 발생 가능한 트래픽 병목 현상을 해결하는 것을 목표로 하며, 복수의 ONU(Optical Network Unit)가 광섬유를 통해 하나의 OLT(Optical Line Terminal)를 공유하는 점대다점(PTM: Point to Multipoint) 구조의 망이다. PON은 상향 트래픽의 전송 충돌을 해결하기 위한 방법에 따라 WDMA-PON과 TDMA-PON로 나눌 수 있다. WDMA-PON은 각 ONU 별로 별도의 파장을 배분해주는 방식이고, TDMA-PON은 하나의 공통 파장을 사용하지만 파장의 사용시간을 배타적으로 부여하는 방식이다.

TDMA-PON은 OLT와 각 ONU가 모두 동일한 종류의 하나의 트랜시버(Transceiver)만 가지면 되므로, 장비의 유지 보수나 비용 면에서 WDMA-PON보다 유리한 방식으로, 사용하는 프로토콜에 따라서 ATM-PON(A-PON) 또는 Broadband-PON(B-PON), Gigabit-capable PON(G-PON), Ethernet-PON(EPON)으로 나눌 수 있으며, 현재 가격대 성능 대비 면에서 EPON, 즉, 이더넷 수동광가입자망이 가장 적합한 것으로 받아들여지고 있다.

이더넷 수동광가입자망에서, ONU는 상향 트래픽을 전송하기 위하여 다른 ONU들과 망 자원을 공유하게 되고, OLT는 ONU 간 공유된 망 자원의 접근 권한을 제한한다. 따라서, 트리 구조의 이더넷 수동광가입자망에서 상향 데이터 전송 시 발생할 수 있는 충돌을 제거하고 동적으로 대역을 할당하기 위하여 공평하고 수율(대역폭 이용률)이 높은 MAC 프로토콜의 개발이 요구된다.

이더넷 수동광가입자망은 IEEE 802.3ah EFMTF(Ethernet in the First Mile Task Force)에서 규정한 MPCP(Multi-Point Control Protocol)을 이용한 패킷 서비 스를 제공한다. MPCP는 MAC 제어 계층(MAC Control layer)에서 동작하는 것으로, ONU와 OLT 간에 게이트(gate) 메시지와 리포트(report) 메시지를 주고 받는 과정을 거쳐서 수행된다.

그러나, 이와 같이, 표준화된 MPCP에서 각 ONU 별 대역할당 방식이나 패킷 서비스 우선순위 스케쥴링 방안에 대한 것은 표준화 대상이 아니기 때문에, 각 이더넷 수동광가입자망 시스템마다 다른 형태의 대역할당 알고리즘 및 패킷 스케쥴링 알고리즘이 존재할 수 있고, 이들 알고리즘은 이더넷 수동광가입자망 시스템의 성능에 절대적인 영향을 미친다. 따라서, 성능 좋은 알고리즘 개발을 위한 연구가 필요한 상태이다.

종래, 이더넷 수동광가입자망 시스템에 적용 가능한 다양한 다중 접속(Multiple Access) 방식이 제안되고 있으며, 그 중에서 가장 간단한 방법은 각 ONU에 해당 타임 슬롯(Time Slot)을 할당하고, ONU들이 해당 슬롯에 자신의 이더넷 프레임을 송신하는 시분할 방식이다. ONU는 단말 장치로부터 송신 요구된 이더넷 프레임들을 버퍼링하고 있다가 해당 슬롯 시점에서 저장된 프레임들을 송신한다. 물론 해당 ONU에 할당되는 슬롯의 개수를 조정함으로써 ONU마다 차등 대역을 할당할 수도 있다. 이러한 시분할 방식은 구현 면에서는 간단하지만 동적으로 대역이 조정되지 않기 때문에 대역 활용 면에서 불리한 단점이 있다.

이를 개선하기 위하여, ONU가 요청한 만큼씩 타임 슬롯을 할당하는 DBA(Dynamic Bandwidth Allocation) 방식이 제안된 바 있다.

이와 같이, 이더넷 수동광가입자망 시스템의 대역폭 할당 알고리즘은 표준화 대상이 아니고, 시스템의 개발자 별로 별도의 알고리즘의 구현이 가능하므로, 다양한 형태의 알고리즘의 제안되었다. 이들 알고리즘은 일반적으로 대역폭 이용률, 서비스 지연 시간, 공평성 등의 척도에 대해 좋은 성능을 갖도록 하기 위해 여러 가지 기법을 적용한다.

그러나, 종래의 대역할당 알고리즘은 특정한 척도나 특정한 트래픽 상황에서 다른 알고리즘에 비해 비교 우위를 나타내는 제한적인 것으로, 일반적인 기준에서 효율성이 높은 대역할당 방법은 제시되어 있지 않은 상태이다.

예를 들어, IPACT(Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time) 방식은 기존의 순차적인(sequential) 대역할당 방식의 불필요한 대역 낭비 문제를 해결하기 위해 제안한 방안이다. 이 방식은 삽입 배치(interleaved polling) 방식을 이용하므로, 배치 순환(polling cycle) 시간을 줄이고, 대역폭 이용률을 증대하기 위한 통계적 다중화 및 ONU 간 우선순위 설정(intra-ONU priority scheduling)이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 여러 종류의 우선순위를 가진 서비스를 하는 경우는, 부하가 낮을 때 우선순위가 낮은 패킷의 지연이 급격히 증가하는 지연 증가 현상(light-load penalty)이 발생될 수 있다. 지연 증가 현상은 게이트(gate) 메시지의 수신 후 정해진 양 만큼의 패킷을 전송 완료하기까지의 시간 동안에, 추가로 도착한 패킷 중 고순위 패킷이 이전부터 전송을 대기 중이었던 저순위 패킷 대신 전송되어 저순위 패킷의 지연 시간이 더욱 더 증대되는 현상이다. 따라서, 지연이나 지연 변동에 민감한 서비스를 위해서는 적당하지 못하고, ONU 내에서의 패킷 우선순위 설정(inter-ONU)이 어렵다는 문제가 있다.

이단계 버퍼링 방식(two-stage buffer)은 IPACT 기법의 지연 증가 현상을 해결하기 위한 방안 중 하나로 제안되었다. 이 방법의 경우는 우선순위의 구분없이 두번째 버퍼에 대기 중인 패킷을 FCFS(first-come, first served) 형태로 전송 서비스 해주므로, 지연 증가 현상이 제거된다는 장점이 있으나, 패킷을 전송하는 도중에 도착한 고순위 패킷이라도 두 번째 버퍼에 있지 않은 패킷들은 현 사이클(cycle)에는 절대로 전송되지 못하므로, 고순위 패킷의 지연 시간이 증가되고, ONU 내에서의 패킷 우선순위(inter-ONU priority scheduling) 설정이 불가능한 문제점이 있다.

EDBA(Enhanced DBA) 방식은 대역폭 할당을 위해서 모든 ONU로부터의 리포트(report) 메시지가 OLT에 도달되기를 기다리고, 확인 목록(grant table)을 작성하여 게이트 메시지를 생성할 준비를 마친 후, 게이트(gate) 메시지를 송신한다. 이 방식에 따르면, 대역 이용률이 향상될 수 있으나, 각 사이클 초기부터 게이트 메시지의 생성을 시작하기까지의 지연이 발생하고, 최종적인 리포트 메시지가 전달되는 시간 지연이 발생되어, 이 기간은 대역 활용을 못하는 채로 낭비되는 문제점이 있다.

이 외에 HSSR(Hybrid Slot-Size/Rate) 방식은 각 ONU를 이용하는 사용자 수가 많은 경우에 유용한 방식이지만, 고순위 버퍼가 꽉 차서 저순위 버퍼에 고순위 패킷을 대신 채워놓은 경우는 해당 패킷들에 대한 서비스 품질(QoS: Quality of Service)를 떨어뜨릴 수 있다는 문제점이 있다.

이와 같이, 종래의 대역할당 방법은 공평성이나 수율 측면 모두를 골고루 만 족시키는데 한계가 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수리적 최적화 모델을 근거로 객관적이고 검증 가능한 대역할당 알고리즘을 구현함으로써, 복수의 ONU를 대상으로 대역할당의 효율성을 확보하고, 공평성과 수율 모두를 만족시킬 수 있는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치는, 이더넷 수동광가입자망에서 상향 트래픽의 전송 제어를 위한 동적 대역할당 장치에 있어서, 대역할당 시점이 되면, 대역할당을 기다리는 할당 요구 대상이 존재하는지 여부를 확인하는 대상확인 모듈; 및 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU(Optical Network Unit)를 대상으로 각 ONU 별 대역할당량(

)을 계산하고, 계산 결과에 따라 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU 각각에 대한 대역할당을 수행하는 대역할당 모듈을 포함하되, 각 ONU 별 대역할당 량(

)은 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU의 대역할당 요구량(

한편, 본 발명에 따른 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 방법은, 이더넷 수동광가입자망에서 상향 트래픽의 전송 제어를 위한 동적 대역할당 방법에 있어서, 대역할당 시점이 되면, OLT(Optical Line Terminal)가 대역할당을 기다리는 할당 요구 대상이 존재하는지 여부를 확인하는 단계(a); 및 상기 OLT가 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU(Optical Network Unit)를 대상으로 각 ONU 별 대역할당량(

)을 계산하고, 계산 결과에 따라 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU 각각에 대한 대역할당을 수행하는 단계(b)를 포함하되, 각 ONU 별 대역할당량(

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치 및 그 방법은, 수리적 최적화 모델을 근거로 객관적이고 검증 가능한 대역할당 알고리즘을 구현함으로써, 복수의 ONU를 대상으로 대역할당의 효율 성을 확보하고, 공평성과 수율 모두를 만족시킬 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치에 대하여 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 대역할당 장치를 포함하는 이더넷 수동광가입자망 시스템의 개략적인 구성도로서, 상향 트래픽 서비스를 위한 이더넷 수동광가입자망 시스템의 일부 구성을 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 상향 트래픽 서비스를 위한 이더넷 수동광가입자망 시스템은 출력 블록(150), OLT(Optical Line Terminal)(140), 광 분배 블록(130), N개의 ONU(Optical Network Unit)(120), N개의 입력 블록(110)을 포함한다.

입력 블록(110)은 광 가입자 장치인 ONU(120)와 각각 하나씩 인접하도록 위치하여, 사용자가 요구하는 트래픽을 ONU(120)에 전달하는 역할을 한다. 도 1에서는, 3쌍의 입력 블록(110)과 ONU(120)가 예시되었지만, 입력 블록(110)과 ONU(120)의 개수가 그 이상(예컨대, 32쌍 이상, N=32)으로 덧붙여질 수 있음은 물론이다.

각 ONU(120)는 입력 블록(110)을 통해 트래픽을 입력 받으며, 상향 전달을 요청한 트래픽을 우선순위에 따라 분류하고, 광 종단 장치인 OLT(140)에 대역폭 할당을 요청한 다음, 대역폭이 할당되면 할당된 대역을 이용하여 트래픽 전송을 수행한다.

광 분배 블록(130)은 모든 ONU(120)와 OLT(140) 사이의 물리적인 접속과 연결, 패킷 전송을 담당하는데, 이들을 서로 연결하기 위해서 각각 하나씩의 광 섬유를 사용한다. 즉, 광 분배 블록(130)과 각 ONU(120) 간에 각각 하나씩의 광 섬유가 연결되어 있으므로, 각 ONU(120)에서 상향 트래픽을 전송하는 데에는 문제가 없지만, 광 분배 블록(130)과 OLT(140) 간에도 하나의 광 섬유만을 이용하므로, 하나의 광섬유의 대역을 시분할 방식으로 사용할 필요가 있다.

OLT(140)는 이더넷 수동광가입자망 시스템에서 동적 대역할당 장치로 동작하는 것으로서, 각 ONU(120)에서 요청한 대역할당 요구량을 참조하여 각 ONU(120)에 대역폭을 할당한 다음, 각 ONU(120)에서 보내온 트래픽의 오류 확인과 패킷 재조립을 수행한다. 이러한 처리를 거친 트래픽은 최종적으로 출력 블록(150)이나 광 분배 블록(130)을 통해 트래픽 전송 서비스가 이루어진다. 여기서, 출력 블록(150)으로 가는 트래픽은 공중망이나 다른 망으로 가는 트래픽이고, 광 분배 블록(130)으로 가는 트래픽은 다른 ONU(120)로 가는 하향 트래픽이다.

도 2는 도 1의 OLT(Optical Line Terminal)와 ONU(Optical Network Unit)의 세부 구성도이다.

복수의 ONU(120)를 대상으로 동적 대역할당을 수행하는 OLT(140)는 MAC 제어 클라이언트(141)와 MAC 제어부(149)를 포함하며, ONU(120)는 전송 스케쥴러(122)와 k개의 대기 메모리(121)를 포함한다. 도 2에서는, 3개의 대기 메모리(121)가 도시되어 있으나, 대기 메모리(121)의 개수가 더 늘어날 수 있음은 물론이다(예컨대, k=8). ONU(120)는 사용자로부터 전송이 의뢰된 트래픽을 우선순위나 중요도에 따라 서 k개의 대기 메모리(121)에 분류한 다음, 리포트 메시지에 각 대기 메모리(121) 내에서 전송 대기 중인 패킷량 정보를 담아 OLT(140) 내 MAC 제어부(149)를 거쳐 MAC 제어 클라이언트(141)로 전달한다.

패킷량 정보를 수신한 MAC 제어 클라이언트(141)는 대역할당 알고리즘을 동작시켜 각 ONU(120)의 대역할당량(

)을 결정한 후, 게이트 메시지를 구성한다. MAC 제어 클라이언트(141)에서 작성된 게이트 메시지는 ONU(120)의 전송 스케쥴러(122)로 전달되며, 게이트 메시지를 수신한 전송 스케쥴러(122)는 각 대기 메모리(121)에서 대기 중인 패킷 중 전송할 패킷의 순서를 정하여 패킷 전송을 수행한다.

이러한 MAC 제어 클라이언트(141)에는 대역할당 알고리즘을 수행하기 위한 대상확인 모듈(142)과 데이터 갱신 모듈(143), 대역할당 모듈(144)이 포함되어 있다.

대상확인 모듈(142)은 대역할당 시점을 확인하고, 대역할당 시점이 되면, 대역할당을 기다리는 할당 요구 대상이 존재하는지 여부를 확인하여 할당 요구 대상이 되는 ONU(120)가 있는 경우 대역할당 모듈(144)에 이를 알린다.

대역할당 모듈(144)은 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU(120)를 대상으로 각 ONU 별 대역할당량(

)을 계산하고, 계산 결과에 따라 각 ONU(120)에 대한 대역할당을 수행한다. 여기서, 각 ONU 별 대역할당량(

)은 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU(120)의 대역할당 요구량(

)을 모두 합한 값인 총 대역할당 요구량(T) 과 각 ONU(120)의 가중치(

)를 고려하여 대역할당 시점마다 실시간으로 산출된다.

대역할당 모듈(144)은 요구량 산출부(145), 모드 설정부(146), 제1 할당량 산출부(147_1), 제2 할당량 산출부(147_2), 대역할당 수행부(148)를 포함한다.

요구량 산출부(145)는 대역폭 할당을 기다리는 복수의 ONU(120)를 대상으로 각 ONU(120)의 대역할당 요구량(

)을 모두 합한 값인 총 대역할당 요구량(T)과, 각 ONU(120)의 대역할당 요구량(

)과 가중치(

)를 곱한 ONU 별 가중할당 요구량(

)을 모두 합한 값인 총 가중할당 요구량(WT)을 계산한다.

모드 설정부(146)에는 대역할당 시 고려하는 요소(공평성, 수율)의 중요도를 정하기 위한 대역할당 모드가 저장된다. 대역할당 모드는 공평성을 중시하는 공평성 최대화 모드, 혹은 수율을 더 중시하는 수율 최대화 모드 중 하나로 설정될 수 있다.

모드 설정부(146)가 공평성 최대화 모드로 설정된 경우, 제1 할당량 산출부(147_1)가 대역할당을 수행하기 위해 미리 지정된 ONU(120)들의 가중치 중 최대 가중치(M)를 찾고, 총 대역할당 요구량(T)과 총 가중할당 요구량(WT)을 이용해 기준값(Y)을 구한 후, 최대 가중치(M)와 기준값(Y)를 고려하여 각 ONU(120)의 대역할당량(

)을 계산한다. 모드 설정부(146)가 수율 최대화 모드로 설정된 경우에는, 제2 할당량 산출부(147_2)가 총 대역할당 요구량(T)을 고려하여 각 ONU(120)의 대 역할당량(

)을 계산하게 된다.

대역할당 수행부(148)는 제1 할당량 산출부(147_1)나 제2 할당량 산출부(147_2)의 계산 결과에 근거하여 대역폭 할당을 요청한 각 ONU(120)에 대한 대역폭을 할당한다.

한편, MAC 제어 클라이언트(141)에는 데이터 갱신 모듈(143)이 추가될 수 있다. 데이터 갱신 모듈(143)은 각 ONU(120)로부터 새로운 리포트 메시지 또는 가중치 변경 정보가 도착하였는지 여부를 확인하고, 확인 결과에 따라 리포트 메시지를 전송한 ONU(120)의 대역할당 요구량(

)을 최신 정보로 갱신하거나, ONU 별 가중치(

)를 갱신하여 동적대역 할당 알고리즘의 수행 시 최신 정보가 활용될 수 있도록 하는 역할을 한다.

도 3은 도 1의 동적 대역할당 장치가 대역할당을 위해 이용하는 메시지의 구조를 나타낸 도면으로서, 리포트 메시지와 게이트 메시지의 구조를 예시한 것이다.

(a)의 리포트 메시지는 각 ONU(120)에서 OLT(140)로 보내는 메시지 형태이고, (b)의 게이트 메시지는 반대로 OLT(140)에서 ONU(120)로 보내는 메시지 형태이다. 이들 메시지는 이더넷 프레임의 패이로드(payload) 중에서 16비트 크기의 메시지 형태확인 정보를 이용하여 각 수신장치가 리포트 정보인지 게이트 정보인지 여부를 구분한다. 각 ONU(120)는 주기적으로 OLT(140)로 리포트 메시지를 송신한다. 리포트 메시지는 요청대역 개수(M110), 사용 요청대역(M111), 요청대역(M112, M113, M114)으로 구성되어 있는데, 하나의 ONU(120)는 자신이 송신해야 할 트래픽 을 최대 개수(예컨대, 8개)의 클래스로 구분하여 관리할 수 있다.

요청대역 개수(M110)는 대역할당을 필요로 하는 클래스의 수로, 8비트의 수로 표시한다. OLT(140)는 요청대역 개수(M110)에 표시된 크기의 정보만큼만 요청대역 정보로써 유효한 정보로 인식하는데, 어느 요청대역 정보가 유효한 정보인지를 표시하는 것이 사용 요청대역(M111)이다. 사용 요청대역(M111)이 8개의 비트를 이용하여 i번째 비트 값을 '1'로 표시하면 요청대역 i는 유효한 정보로 인식되고, 반대로 i번째 비트 값을 '0'으로 표시하면 요청대역 i는 유효한 정보가 아닌 것으로 인식된다. 사용 요청대역(M111)의 i번째 정보가 '1'인 경우, 요청대역 i는 할당 받기를 원하는 대역 크기를 16비트로 표시한다.

게이트 메시지는 대역할당 개수(M210), 대역사용 시작시간(M211, M213), 대역사용 시간(M212, M214)으로 구성되어 있다. 리포트 메시지는 8개 클래스 별 대역할당 요청을 할 수 있지만, OLT(140)에 의해 이루어지는 대역할당은 최대 4개로 한정되어 있다. 즉, 대역사용 시작시간(M211, M213)(32비트로 표시)과 대역사용 시간(M212, M214)(16비트로 표시)은 4개의 쌍이 존재한다. 가능한 4개 중 몇 개로 대역을 할당하였는지를 대역할당 개수(M210)에서 3개의 비트로 표시하는데, 이 값이 0이면 할당한 대역폭이 없다는 의미이므로, 게이트 메시지를 전송하지 않는다. 대역할당 개수(M210)의 값이 1 이상인 경우는 할당된 대역 정보가 대역사용 시작시간(M211, M213)과 대역사용 시간(M212, M214)에 표시된다. 대역사용 시작시간(M211, M213)은 해당 ONU(120)가 트래픽 전송을 시작할 수 있는 시각을 표시하고, 대역사용 시간(M212, M214)은 전송을 시작한 후 전송을 유지하는 시간인 대역 폭 전용 시간을 표시한다.

이러한 게이트 메시지는 수신처 정보를 덧붙여서 모든 ONU(120)에 방송 형태로 전달되고, 게이트 메시지를 수신한 각 ONU(120)는 해당 게이트 정보의 수신처 정보를 확인하여, 수신처가 자신의 아이디와 동일하면 그 정보를 받아들이고, 그렇지 않으면 게이트 정보를 버린다. 유효한 게이트 정보를 수신한 각 ONU(120)는 게이트 정보에 표시되어 있는 대역사용 시작시간(M211, M213)에 트래픽 전송을 시작하여 대역사용 시간(M212, M214) 동안 전송을 수행한 후, 다시 OLT(140)를 향해서 리포트 메시지를 전송한다.

이와 같이, 각 ONU(120)가 OLT(140)를 향해 트래픽을 전송할 때, 리포트 메시지를 이용한 대역할당 요청, 게이트 메시지를 통한 대역할당, 할당된 대역을 통한 트래픽 전송의 과정이 주기적으로 수행된다. 여기서, OLT(140)가 어느 ONU(120)에게 얼마나, 어떻게 대역을 할당할 것인지 여부는 표준화된 것이 아니며, 도 4와 같은 대역할당 알고리즘을 통해 결정될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 방법에 대하여 첨부된 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이더넷 수동광가입자망의 동적 대역할당 방법을 나타낸 흐름도로서, 이더넷 수동광가입자망의 상향 트래픽에 대한 전송 제어를 위한 대역할당 알고리즘을 예시하고 있다.

우선, OLT(140)는 각 ONU(120)로부터 새로운 리포트가 도착하였는지(S121), ONU(120)의 가중치(중요도)에 변화가 있는지(S123), 또는 대역할당 시점이 되었는지(S130) 여부를 확인하여 이러한 상황이 발생하지 않았으면 대기한다(S110).

OLT(140)는 대기 상태(S110)에 있다가 임의의 ONU(120)로부터 리포트 메시지가 도착하면(S121), 최신의 리포트 메시지를 참조하여 해당 ONU(120)의 대역할당 요구량을 최신 정보로 갱신하며(S122), 마찬가지로, 대기(S110) 중에 ONU(120) 측으로부터 가중치 변경 정보가 도착하면(S123), 그에 따라 ONU 별 가중치를 최신 정보로 갱신한다(S124). 여기서, 가중치 변경 정보는 망 운영자가 사용자 인터페이스(GUI: Graphic User Interface)를 통해 각 ONU 별로 주어진 가중치(중요도)를 변경한 경우에 발생한다.

대역할당 시점이 되면(S130), OLT(140)가 대역할당을 기다리는 할당 요구 대상이 존재하는지 여부를 확인한다(S140). 대역할당 시점은 주기를 미리 정해 일정한 간격으로 도래하도록 설정할 수 있다(예를 들면, 1024㎲). 대역할당 시점에 대역폭 할당을 기다리는 패킷이 없다면, OLT(140)는 다시 대기 상태(S110)가 되나, 대역할당을 기다리는 패킷이 존재한다면, 이들 요구에 대해 대역을 할당해 준다.

대역할당을 위해서, OLT(140)는 먼저 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU(120)를 대상으로 총 대역할당 요구량을 계산한다(S150). 총 대역할당 요구량을 T라고 하고, i번째 ONU인 ONU#i에서 요청한 대역할당 요구량을

라 할 때, T는

가 된다. 여기서, N은 모든 ONU(120)의 개수를 나타낸다. 다음으로, 총 가중할당 요구량을 WT라 할 때,

이 되는 총 가중할당 요구량을 계산한다(S160). 여기서,

는 ONU#i의 가중치로, 이들 가중치 중 최대값을 M이라고 하면, OLT(140)가

을 만족하는 최대 가중치를 찾는다(S170).

이와 같이 구한 T와 WT에 대해, Y = Min{C/WT, T/WT}로 정의되는 기준값 Y가 산출된다(S180). 여기서, C는 망 대역폭을 나타낸다. 만약, 공평성을 최대화하고자 하는 경우(S190), OLT(140)는 수학식 1과 같이

만큼씩 각 ONU(120)에 대역폭을 할당한다(S210, S230).

여기서,

는 ONU#i에 할당하는 대역폭을,

는 ONU#i의 가중치를,

는 ONU#i에서의 대역할당 요구량을,

는 기준값을, C는 대역폭을,

는 총 대역할당 요구량을,

는 총 가중할당 요구량을,

는 최대 가중치를 나타낸다.

공평성 대신 수율(대역폭 이용률)을 최대화하고자 하는 경우(S190), OLT(140)는 수학식 2와 같이

만큼씩 각 ONU(120)에 대역폭을 할당한다(S220, S230).

여기서,

는 ONU#i에 할당하는 대역폭을,

는 ONU#i에서의 대역할당 요구량을, C는 대역폭을 나타낸다. 수학식 1과 수학식 2는 수학식 4와 수학식 5를 만족하는

중에서 수학식 3을 최대화하는 특수해로써, 각각 공평성과 수율을 최대화하는 해이다.

이와 같이, 각 ONU 별 대역할당량(

)를 고려하여 대역할당 시점마다 실시간으로 산출된다. 또한, OLT(140)는 공평성 최대화 모드 또는 수율 최대화 모드 중 어느 하나의 값으로 저장되는 대역할당 모드를 설정하여 공평성을 중시할 것인지, 혹은 수율을 중시할 것인지 여부를 결정할 수 있으며, 설정된 대역할당 모드가 어느 것인지에 따라 다른 기준으로 각 ONU 별 대역할당량(

)을 산출할 수 있다.

OLT(140)는 전술한 과정을 통해 결정된 할당 대역량을 도 3에 나타난 게이트 메시지의 대역사용 시작시간(M211, M213)과 대역사용 시간(M212, M214)에 기록하고, 수신 대상인 ONU(120)의 아이디를 덧붙여서 광 분배 블록(130)을 통해 ONU(120)에 방송하는 형태로 송신한다.

구체적인 수치를 들어 전술한 대역할당 알고리즘을 예시적으로 설명하면 다음과 같다.

예를 들어, 대역폭 C=1000인 단일 광섬유를 통해 N=3개의 ONU(120)가 상향 트래픽을 전송하고자 하는 경우, OLT(140)는 주기적으로 대역할당을 수행한다. 각 ONU(120)의 가중치(중요도)는

=1,

=2,

=3라고 하자. 망 운영자는 가입자와의 협약을 통해 가중치(중요도)의 값을 결정하고, 결정된 값을 사용자 인터페이스를 통해서 입력할 수 있다.

대기 상태(S110)에 있는 OLT(140)에 N=3개의 ONU(120)로부터 각각

= 400,

=600,

=500 만큼의 대역할당 요구가 있었다고 하자. 대역할당 시점이 되어서(S130), OLT(140)가 대역할당을 수행하기 위해 총 할당 요구량 및 총 가중할당 요구량을 구하면, T = 400+600+500 = 1500, WT=(1)400 + (2)600 + (3)500 = 3100이 된다. 이들 값을 이용하여 기준값 Y를 구하면, Y=Min{1000/3100, 1500/3100} = 10/31이 된다(S180).

공평성이 중요하다면, Z 값이 Z = Min{10/31, 1/3}*가중치 = (10/31)*가중치 이므로, ONU#1은 (10/31)*1 = 10/31, ONU#2는 (10/31)*2 = 20/31, ONU#3은 (10/31)*3 = 30/31이 된다(S210), 수율이 중요하다면, Z = Min{1000/1500, 1} = 10/15이 된다(S220). 따라서, 공평성이 중요한 경우, ONU#1에는

=(10/31)(400) = 129 만큼을, ONU#2에는

=(20/31)(600) = 387 만큼을, 그리고 ONU#3에는 =(30/31)(500)=483.87 만큼을 할당한다(S230). 그러나, 수율의 최대화가 더 중요하다면, Z=10/15이므로, ONU#1에는

=(10/15)(400) = 266.67 만큼을, ONU#2에는

=(10/15)(600) = 400 만큼을, 그리고 ONU#3에는

=(10/15)(500)=333.33 만큼을 할당한다(S230).

이와 같이, 하나의 광 섬유를 다수의 ONU(120)가 공유하는 이더넷 수동광가입자망에서의 상향 트래픽을 서비스하기 위해, 전술한 대역할당 방식을 적용함으로 써, 공평성이나 수율을 최대화하는 최선의 대역할당을 수행할 수 있다.

망 운영자는 공평성의 중요도에 대한 파라미터를 하나 설정한 후, 이 파라미터를 통해 공평성을 최대화할 것인지, 혹은 수율을 최대화할 것인지 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 망 운영자가 파라미터 값을 '1'로 설정하면 OLT(140)가 공평성이 중요한 것으로 인식하도록 하고, 파라미터 값을 '0'으로 설정하면 OLT(140)가 수율이 중요한 것으로 인식하도록 용이하게 구현할 수 있다.

이러한 방식을 통해, 상황에 따라 용이하게 공평성이나 수율의 최대화를 위한 대역할당 방식이 자동으로 변환될 수 있으며, 목적에 맞는 대역할당이 수행될 수 있다. 또한, 각각의 경우에서 최적의 대역할당이 수행되고, 대역할당을 위한 절차가 간단해지므로, 빠른 시간 내에 대역할당이 이루어질 수 있다. 아울러, 이러한 대역할당 방식은 ONU 별 가중치를 고려하여 공평하고도 수율(대역폭 이용률)이 높은 대역할당을 수행해 줌으로써, 대역 확장을 위한 추가 투자 없이도 고속의 트래픽 전송 서비스를 제공해 줄 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모 든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 대역할당 장치를 포함하는 이더넷 수동광가입자망 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 3은 도 1의 동적 대역할당 장치가 대역할당을 위해 이용하는 메시지의 구조를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이더넷 수동광가입자망의 동적 대역할당 방법을 나타낸 흐름도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

110: 입력 블록 120: ONU(Optical Network Unit)

130: 광 분배 블록 140: OLT(Optical Line Terminal)

141: MAC 제어 클라이언트 142: 대상확인 모듈

143: 데이터 갱신 모듈 144: 대역할당 모듈

149: MAC 제어부 150: 출력 블록

Claims

이더넷 수동광가입자망에서 상향 트래픽의 전송 제어를 위한 동적 대역할당 장치에 있어서,

대역할당 시점이 되면, 대역할당을 기다리는 할당 요구 대상이 존재하는지 여부를 확인하는 대상확인 모듈; 및

상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU(Optical Network Unit)를 대상으로 각 ONU 별 대역할당량(
)을 계산하고, 계산 결과에 따라 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU 각각에 대한 대역할당을 수행하는 대역할당 모듈을 포함하되,

각 ONU 별 대역할당량(
)은 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU의 대역할당 요구량(
)을 모두 합한 값인 총 대역할당 요구량(T)과 각 ONU의 가중치(
)를 고려하여 대역할당 시점마다 실시간으로 산출되는 것을 특징으로 하는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치.
제1항에 있어서, 상기 대역할당 모듈은,

상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU를 대상으로 각 ONU의 대역할당 요구량(
)을 모두 합한 값인 총 대역할당 요구량(T)을 계산하고, 상기 할당 요구 대 상이 되는 복수의 ONU를 대상으로 각 ONU의 대역할당 요구량(
)과 가중치(
)를 곱한 ONU 별 가중할당 요구량(
)을 모두 합한 값인 총 가중할당 요구량(WT)을 계산하는 요구량 산출부;

공평성 최대화 모드 또는 수율 최대화 모드 중 적어도 어느 하나로 설정되는 값인 대역할당 모드를 저장하는 모드 설정부;

상기 모드 설정부가 공평성 최대화 모드로 설정된 경우, 미리 지정된 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU 각각의 가중치 중 최대 가중치(M)를 찾고, 총 대역할당 요구량(T)과 총 가중할당 요구량(WT)을 이용해 기준값(Y)을 구한 후, 최대 가중치(M)와 기준값(Y)를 고려하여 각 ONU의 대역할당량(
)을 계산하는 제1 할당량 산출부; 및

상기 모드 설정부가 수율 최대화 모드로 설정된 경우, 총 대역할당 요구량(T)을 고려하여 각 ONU의 대역할당량(
)을 계산하는 제2 할당량 산출부를 포함하는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치.
제1항에 있어서,

각 ONU로부터 새로운 리포트 메시지 또는 가중치 변경 정보가 도착하였는지 여부를 확인하고, 확인 결과에 따라 상기 리포트 메시지를 전송한 ONU의 대역할당 요구량(
)을 최신 정보로 갱신하거나, ONU 별 가중치(
)를 갱신하는 데이터 갱신 모듈을 더 포함하는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 장치.
이더넷 수동광가입자망에서 상향 트래픽의 전송 제어를 위한 동적 대역할당 방법에 있어서,

대역할당 시점이 되면, OLT(Optical Line Terminal)가 대역할당을 기다리는 할당 요구 대상이 존재하는지 여부를 확인하는 단계(a); 및

상기 OLT가 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU(Optical Network Unit)를 대상으로 각 ONU 별 대역할당량(
)을 계산하고, 계산 결과에 따라 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU 각각에 대한 대역할당을 수행하는 단계(b)를 포함하되,

각 ONU 별 대역할당량(
)은 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU의 대역할당 요구량(
)을 모두 합한 값인 총 대역할당 요구량(T)과 각 ONU의 가중치(
)를 고려하여 대역할당 시점마다 실시간으로 산출되는 것을 특징으로 하는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 방법.
제4항에 있어서,

상기 OLT는 공평성 최대화 모드 또는 수율 최대화 모드 중 적어도 어느 하나의 값을 갖는 대역할당 모드를 설정하고, 상기 설정된 대역할당 모드가 어느 것인지에 따라 다른 기준으로 각 ONU 별 대역할당량(
)을 산출하는 것을 특징으로 하는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 방법.
제5항에 있어서, 상기 (b)단계는,

상기 OLT가 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU를 대상으로, ONU 별 대역할당 요구량(
)을 모두 합한 값인 총 대역할당 요구량(T)을 계산하는 단계(b1);

상기 OLT가 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU를 대상으로, 각 ONU의 대역할당 요구량(
)과 가중치(
)를 곱한 ONU 별 가중할당 요구량(
)을 모두 합한 값인 총 가중할당 요구량(WT)을 계산하는 단계(b2);

상기 OLT가 미리 지정된 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU 각각의 가중치 중 최대 가중치(M)를 찾고, 총 대역할당 요구량(T)과 총 가중할당 요구량(WT)을 이용해 기준값(Y)을 구하는 단계(b3);

공평성 최대화 모드로 설정된 경우, 상기 OLT가 최대 가중치(M), 기준값(Y)를 고려하여 각 ONU의 대역할당량(
)을 계산하는 단계(b4);

수율 최대화 모드로 설정된 경우, 상기 OLT가 총 대역할당 요구량(T)을 고려하여 각 ONU의 대역할당량(
)을 계산하는 단계(b5); 및

상기 OLT가 계산 결과에 따라 상기 할당 요구 대상이 되는 복수의 ONU 각각에 대역을 할당하는 단계(b6)를 포함하는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 방법.
제6항에 있어서,

상기 OLT가 공평성 최대화 모드로 설정된 경우, 각 ONU의 대역할당량(
)은 수학식 '
'을 통해 산출되어지며, 상기 수학식에서,
는 ONU#i에 할당하는 대역폭을,
는 ONU#i의 가중치를,
는 ONU#i에서의 대역할당 요구량을,
는 기준값을, C는 대역폭을,
는 총 대역할당 요구량을,
는 총 가중할당 요구량을,
는 최대 가중치를 나타내는 것을 특징으로 하는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 방법.
제6항에 있어서,

상기 OLT가 수율 최대화 모드로 설정된 경우, 각 ONU의 대역할당량(
)은 수학식 '
'를 통해 산출되어지며, 상기 수학식에서,
는 ONU#i에 할당하는 대역폭을,
는 ONU#i에서의 대역할당 요구량을, C는 대역폭을 나타내는 것을 특징으로 하는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 방법.
제4항에 있어서,

각 ONU로부터 새로운 리포트 메시지가 도착하였는지 여부를 확인하고, 확인 결과에 따라 상기 리포트 메시지를 전송한 ONU의 대역할당 요구량(
)을 최신 정보로 갱신하는 단계(c); 및

ONU의 가중치에 변화가 발생하는지 여부를 확인하고, 확인 결과에 따라 ONU 별 가중치(
)를 갱신하는 단계(d)를 더 포함하는 이더넷 수동광가입자망에서의 동적 대역할당 방법.