KR20150062710A - 직교 주파수 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망에서 광종단장치의 부반송파 할당 방법 및 이를 지원하는 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중화 수동형 광가입자망에서 광종단장치의 부반송파 할당 구조 및 방법에 관한 것으로, OFDMA-PON 시스템에서 여러 ONU를 다중화 하기 위해 상향 대역을 할당함에 있어서, 서브캐리어를 그룹으로 나누고 각 ONU에게 동적으로 시간뿐만 아니라 서브캐리어 그룹으로 할당하기 때문에 상향 동기화된 프레임 구조를 기반으로 서브캐리어와 시간의 2차원 자원을 이용하여 구현이 간단하고, ONU간 공평한 차등 서비스를 제공하며, 높은 대역 이용률을 갖도록 각 ONU에 서브캐리어와 시간 자원을 동적으로 할당하는 것에 관한 것이다.

Description

직교 주파수 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망에서 광종단장치의 부반송파 할당 방법 및 이를 지원하는 장치{A METHOD FOR ALLOCATING SUBCARRIER TO ONU IN OFDMA-PON AND THE APPARATUS SUPPORTING THE SAME}
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망(OFDMA-PON)에서 광종단장치(ONU)의 부반송파 할당 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동기식 프레임 구조를 갖는 OFDMA-PON 시스템에서 서브캐리어 및 시간의 상향 자원 할당을 포함하는 ONU의 제어 및 관리 방법과 이를 위한 장치에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 함) 방식은 직교성을 갖는 다수의 서브캐리어를 사용하여 데이터를 심볼 단위로 병렬 전송하는 변조 기술로써, 고속으로 입력되는 데이터를 다수의 직교 서브캐리어로 나누어 저속으로 전송하므로, 전송 매체의 전송 한계를 극복하고 고속의 데이터를 전송할 수 있는 기술이다. 상기 OFDM은 LTE(Long Term Evolution) 또는 WiBro(Wireless Broadband Internet)를 포함하는 4G 이동 통신과 디지털 TV 등에서 보편적으로 사용하는 데이터 전송 기술이다.
직교 주파수 분할 다중화 수동형 광가입자망(OFDMA-PON: Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Passive Optical Network, 이하 OFDMA-PON이라 함) 기술은 고속의 대용량 데이터 전송과 장거리 전송을 위해 OFDM 방식을 수동형 광가입자망(PON)에 적용한 차세대 광 가입자망의 후보 기술 중에 하나로써 최근 활발하게 연구되고 있다.
도 1은 종래의 일반적인 OFDMA-PON 망 구성도를 나타낸 것이다. OFDMA-PON 망은 광회선단말장치(OLT: Optical Line Termination, 이하 OLT라고 함)(110), 광종단장치(ONU: Optical Network Unit, 이하 ONU라고 함)(120) 및 광분배망장치(ODN: Optical Distribution Network, 이하 ODN이라고 함)(130)를 포함하여 구성된다. 여기서 OLT(110)는 광가입자망의 일부로, 서비스 제공업체 측의 광회선단말장치를 말하며, ONU(120)는 ODN(130)을 통해 OLT(110)에 다중 접속되는 광종단장치를 말한다. ONU(120)는 도 1에 도시된 것과 같이 ONU1, ONU2 및 ONU3을 포함하여 구성되며, 이때 ONU3이 ONU의 개수에 대한 제한을 의미하는 것은 아니다. ODN(130)은 수동형광가입자망(PON)에서 OLT와 ONU 사이에 위치하여 광분배 기능을 수행하는 수동소자를 말한다.
전체적인 망 토폴로지는 기존의 수동형 광가입자망 구현방식 중 시분할에 의해 가입자별로 할당된 시간에 필요한 데이터의 송수신을 수행하는 시분할 방식의 수동형광가입자망(TDM-PON: Time Division Multiplexing - Passive Optical Network, 이하 TDM-PON이라고 함)과 동일하며, 각 ONU는 OLT로 상향데이터를 전송(또는 상향스트림)하기 위하여, 도 1에 도시된 시간에 따른 각 ONU의 부반송파(subcarrier, 이하 서브캐리어라고도 함) 할당 구조(140)와 같이, OLT에 의해 할당된 서브캐리어와 시간자원을 사용한다.
PON은 여러 개의 ONU(ONU1, ONU2, ONU3 등)가 하나의 OLT에 연결되는 구조이므로 PON 시스템은 여러 ONU에 공평한 접근 다중화, 서비스별 차등화 기능뿐만 아니라, 네트워크 성능 및 이용률을 향상시키기 위한 자원 할당을 포함한 제어 및 관리 방법(혹은 기능)이 필요하다.
기존 TDM-PON은 시간 분할 다중화 방식이므로 각 ONU 별로 서로 다른 시간을 할당하여 ONU간 충돌을 방지한다. 최근의 ITU-T(International Telecommunications Union - Telecommunication) 표준화 회의에서는 용량 증대를 위하여 파장분할다중화(WDM: Wavelength Division Multiplexing, 이하 WDM이라고 함) 기술을 접목한 시간 및 파장 분할 다중화 수동형 광 가입자망(TWDM-PON: Time and Wavelength Division Multiplexed - Passive Optical Network, 이하 TWDM-PON이라고 함) 기술에 대한 표준화 논의가 진행 중이다. 도 2는 4개의 파장을 사용하는 TWDM-PON 시스템을 나타낸 것이다. 상기 TWDM-PON 시스템은 OLT(210), ONU(220) 및 ODN(230)을 포함하여 구성된다. 상기 TWDM-PON은 기존 10Gbps급 XG-PON 4개의 링크를 WDN 기술을 이용하여 광케이블 당 전송 용량을 40Gbps 이상으로 확장하는 기술이다. 이때, XG-PON은 하향 10Gbps 전송속도(하향스트림)와 상향 2.5Gbps 전송속도(상향스트림)를 갖는다. 따라서 이 TWDM-PON 시스템은 하향 40Gbps(10Gbps×4)와 상향 10Gbps(2.5Gbps×4) 용량을 가지며, 이때 파장 수를 확장하면 시스템 용량도 증대될 수 있다. TWDM-PON 시스템은 XG-PON에서 사용되는 상향 시간 분할 다중화 방식을 그대로 사용하고, 덧붙여 ONU가 선택형 파장가변 광 송수신기를 이용하여 여러 OLT 중 하나의 OLT에 접속되는 기능을 포함한다. 따라서 전체 용량은 증가되었지만, 각 파장 별로 볼 때는 XG-PON과 동일하므로 각 OLT는 동일 파장을 사용하는 ONU들의 대역을 관리한다. 간헐적으로 ONU가 파장을 변경하면 접속되는 OLT가 변경될 수 있으나 변경되는 주기는 매우 드물게 발생된다. 또한 OLT에 연결되는 ONU들의 트래픽은 버스트(burst)하므로 비록 ONU들의 전체 트래픽이 다중화되더라도 파장 별 또는 시간대 별로 트래픽이 집중되는 현상은 발생할 수 있다. TWDM-PON은 ONU가 고정된 한 파장만을 사용하기 때문에 특정 시간에 특정 파장에 속한 ONU들의 트래픽이 일시적으로 폭증하는 경우에 이를 전체 시스템 용량에 맞도록 여러 파장으로 분산시키는 로드밸런싱(load balancing)을 할 수 없다. 따라서 대역 할당에 대한 일예를 설명하기 위하여 도 2와 같이 4개의 파장을 사용하는 TWDM-PON 시스템을 가정한다. 도 2에서 ONUn#m은 파장 λn을 사용하는 식별자 m인 ONU를 의미한다. 또한 도 2의 시간에 따른 각 ONU의 파장별 할당 구조(240)에서 두 번째 프레임 주기 #2에서 λ3에는 ONU3#2가 있으며, 이때 트래픽양이 많지 않더라도 λ1의 트래픽을 λ3으로 분산하여 할당할 수 없다. 그러므로 파장 별로 버스트한 트래픽 특성을 갖는 환경에서는 네 개의 파장을 효율적으로 운용할 수 없게 된다.
OFDMA-PON은 WDM 방식을 사용하는 TWDM-PON과 비교하여 다음의 차이점이 있다. 첫째, OFDMA-PON은 고용량의 전송을 위해 직교 서브캐리어를 사용함으로써 파장당 주파수 효율이 높다. 둘째, 파장을 바꾸는 대신 주파수와 시간 자원을 동적으로 할당하게 됨으로써 상향 자원 할당에 있어서 유연성 및 높은 이용률을 갖는다.
상기와 같이 OFDMA-PON 시스템에 따른 선행문헌으로서 미국특허등록공보 제 8,000,604호(2011.08.16)에는 하나의 상향 타임 슬롯 동안 동시에 여러 전송기(OLT에 해당함)로 독립적 서브캐리어를 전달하기 위한 구조를 제시하고, 독립적인 상향 전송이 MAC(Media Access Control)을 통해 동적 대역폭 자원 할당이 서브캐리어와 시간에 대해 가능함을 언급하였다. 상기 선행문헌은 하나의 상향 타임 슬롯 동안 동시에 여러 전송기로 독립적 서브캐리어를 전달하기 위한 구조 및 방법에 대해 제안한 것을 특징으로 하나, 이 선행문헌은 MAC 구현 관점에서의 동적 대역폭 자원 할당 방법에 대해 제시하지는 않았다.
본 발명은 WDM 방식을 사용하는 TWDM-PON 방식과 달리 전기적인 주파수 자원인 서브캐리어를 이용하는 OFDMA-PON에서 시간과 서브캐리어 두 자원을 동적으로 이용하여 채널 효율성을 높이는 2차원 대역을 제어하는 방법이므로, 상기 선행문헌과는 기술적 특징에 있어서 서로 상이한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, OFDMA-PON 시스템에서 여러 ONU를 다중화하기 위해 상향 대역을 할당함에 있어서, 서브캐리어를 그룹으로 나누어 각 ONU에서 동적으로 시간 및 서브캐리어 그룹을 할당하는 것을 포함하는 ONU의 제어 및 관리 방법과 이를 지원하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 상향 동기화된 프레임 구조 기반으로 서브캐리어와 시간의 2차원 자원을 이용하여 구현이 간단하고, ONU간 공평한 차등 서비스를 제공하며, 높은 대역 이용률을 갖도록 각 ONU에 서브캐리어와 시간 자원을 동적으로 할당하는 것을 포함하는 ONU의 제어 및 관리 방법과 이를 지원하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 MAC 구현 관점에서, 시스템 구성이 용이하면서도 효율적으로 동적 대역폭 할당하는 것을 포함하는 ONU의 제어 및 관리 방법과 이를 지원하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 일 실시예에 따른 OFDMA-PON의 OLT 시스템은, 상향 대역을 관리하는 OFDM UMAC; 하향 대역을 관리하며, 상향으로 전송되는 ONU의 대역을 동적으로 할당하는 기능을 수행하는 OFDM DMAC; 및 OFDM 신호를 처리하는 OFDM 변조와 복조 모뎀;을 포함하며, 상기 OFDM DMAC은 전체 서브캐리어(SC)를 사용하여 OFDM 변조기에 연결되고 광송신기를 통해 하향으로 데이터를 ONU에 전달하며, 매 프레임 주기 마다 전송할 서브캐리어 그룹 및 시간의 상향 할당 자원 정보를 각 ONU에 알려주는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 OFDMA-PON의 ONU 시스템은, 하향 OFDM 복조기; 상향 OFDM 변조기; OFDM DMAC; 서브캐리어 선택부; 및 OFDM UMAC;을 포함하며, 상기 OFDM DMAC은 하향 OFDM 복조기를 통해 수신된 프레임을 처리하고, OLT로부터 전달된 프레임에서 상향 접근 시간 및 서브캐리어 그룹 정보를 수신하여 서브캐리어 선택부와 OFDM UMAC으로 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 OFDMA-PON에서 ONU의 서브캐리어를 할당하는 방법은, 적어도 하나 이상의 ONU를 다중화하기 위해서, 상향 대역을 적어도 하나 이상의 서브캐리어 그룹으로 나누는 단계; 및 OLT가 매 프레임 주기마다 상기 ONU가 전송할 수 있는 서브캐리어 그룹, 시간 또는 이들의 조합을 동적으로 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 OFDMA-PON에서 ONU별 대역 할당 방법은, 서브캐리어 그룹의 수, ONU의 수 및 서비스 클래스 수를 정의하는 단계; 서브캐리어 그룹의 대역할당 가능한 크기를 비교하는 단계; 상기 비교결과 대역할당 가능한 크기가 가장 큰 서브캐리어 그룹에 특정 서비스 클래스의 ONU를 할당하는 단계; 상기 서브 캐리어 그룹에 ONU를 할당하고 난 후 대역할당 가능한 서브 캐리어 그룹의 크기에 대한 정보를 업데이트하는 단계; 및 각 ONU에 대한 특정 서비스 클래스에 대해서 대역할당을 계속해서 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 OFDMA-PON에서 ONU별 대역 할당 방법은, 각 ONU에 대해서 특정 서비스 클래스의 대역할당이 완료되면, 다음으로 한 단계 낮은 서비스 클래스에 대해서 대역할당을 연속적으로 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 OFDMA-PON에서 ONU별 대역 할당 방법은, 각 ONU에 대한 특정 서비스 클래스에 대해서 대역할당을 수행한 후, 매 서비스 클래스에 대한 대역할당이 완료될 때마다 대역할당을 변경하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 OFDMA-PON에서 ONU별 대역 할당 방법은, 각 ONU에 대해서 특정 서비스 클래스의 대역할당이 완료되고, 그 다음으로 한 단계 낮은 서비스 클래스에 대해서 대역할당을 연속적으로 수행하여, 각 단계별 서비스 클래스에 대한 대역할당이 완료된 후에 대역할당을 변경하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 TWDM-PON의 고정 파장과 TDM을 혼용한 방식에 비해 동적 서브캐리어와 TDM을 혼용한 방식의 OFDMA-PON 방식이 상향 채널의 이용률을 증대시켜, 포설된 한정 광케이블을 이용하여 좀 더 많은 가입자를 효율적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 클래스별 서비스 대역 할당에 있어서 채널 이용률을 고려한 ONU별로 동적으로 서브캐리어를 할당하는 방식으로 실시간으로 변하는 트래픽 환경 및 가입자 서비스 종류에 맞도록 서브캐리어 및 시간 자원을 소프트웨어 방식인 동적으로 제어 및 관리할 수 있으므로 동적 서브캐리어 할당 방식을 사용하여 향후 유무선 융합을 포함한 여러 이종 서비스를 하나의 망으로 융합할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 OFDMA-PON 망 구성을 보인 예시도.
도 2는 종래기술에 의한 4개의 파장을 사용하는 TWDM-PON 시스템을 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4개의 서브캐리어 그룹(SG1, SG2, SG3 및 SG4)으로 분류할 때 서브캐리어의 동적 할당 방식을 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향 전송에서 전체 서브캐리어를 4개의 서브캐리어 그룹으로 분류한 OFDMA-PON OLT 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDMA-PON ONU 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 ONU별 대역 할당 방법을 보인 예시도.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 ONU별 대역 할당 방법을 보인 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 대역할당 과정에 대한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 OFDMA-PON에서 광종단장치의 부반송파(서브캐리어) 할당 방법 및 이를 지원하는 장치에 대한 일 실시예를 설명한다.
본 발명은 TWDM-PON의 상향에서 링크 용량을 증대하기 위하여 여러 파장을 다중화하는 TDM과 WDM을 혼용한 방식의 단점을 보완하기 위하여 TDM과 OFDM을 혼용한 방식으로 상향 대역을 동적으로 할당하는 방법이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4개의 서브캐리어 그룹(SG1, SG2, SG3 및 SG4)으로 분류할 때 서브캐리어의 동적 할당 방식을 보인 예시도이다.
본 발명의 구성을 설명하기 위해, 점대다(point-to-multipoint) 링크로 구성된 OFDMA-PON 구조를 도 3과 같이 고려할 수 있다. 그러나 본 발명은 도 3의 구조로 제한되지 않으며, 서브캐리어 및 시간 자원을 할당할 수 있는 일반적인 OFDMA-PON 구조에서도 적용 가능하다. 임의의 값을 주기로 하는 동기식 프레임 기반의 OFDMA-PON에서, 전체 서브캐리어 S를 n개의 서브캐리어 그룹(SG1 내지 SGn)으로 나누고 매 프레임 주기마다 OLT(310)는 ONU(320)가 전송할 수 있는 서브캐리어 그룹과 시간을 동적으로 할당하는 서브캐리어 그룹 할당 구조(330) 방식의 OFDMA-PON의 구조를 도 3과 같이 도시할 수 있다. 이때, n개의 서브캐리어 그룹에서 각 그룹은 하나 이상의 서브캐리어로 구성된다. 그룹 간 서브캐리어 개수는 구현 관점에서 u로 동일한 것을 선호한다. 그러나 그룹의 서브캐리어 개수는 동일하지 않게 분포할 수 있다. 즉, 집합 U의 u1, u2, u3, ..., un 중의 하나일 수 있다. 예를 들면, 4개의 서브캐리어 그룹일 경우에는 u1, u2, u3, u4가 된다. 이 경우, 임의의 ONU에서 서브캐리어 개수(즉, 병렬 출력 개수)의 변경 없이 같은 서브캐리어 개수를 갖는 다른 그룹에 할당될 수 있으며, 또는 서브캐리어 개수의 변경을 통하여 다른 서브캐리어 개수를 갖는 다른 그룹에 할당될 수 있다. 그러나 서브캐리어 개수 변경 시 튜닝 시간이 필요할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향 전송에서 전체 서브캐리어를 4개의 서브캐리어 그룹으로 분류한 OFDMA-PON OLT 블록도이다.
도 4의 OLT(310) 시스템은 패킷 스위치(311), 상하향 대역을 관리하는 OFDM MAC 부분(312, 317), OFDM 신호를 처리하는 OFDM 변복조 모뎀 부분(313, 316) 및 광송수신 부분(314, 315)을 포함하여 구성된다. 먼저 패킷 스위치(311)는 작은 블록의 패킷으로 데이터를 전송하며 데이터를 전송하는 동안만 네트워크 자원을 사용하도록 하는 방법으로, 정보 전달의 단위인 패킷은 여러 통신 지점(node)을 연결하는 데이터 연결 상의 모든 노드들 사이에 개별적으로 경로가 제어된다.
다음으로 OFDM MAC은 전송 방향에 따라 하향은 OFDM DMAC(312)으로, 상향은 OFDM UMAC(317)으로 구분할 수 있다. 이때 도 4에서 광송수신기(314, 315)의 속도가 N bits/s로 동일한(Symmetric) 전송 속도를 갖는다고 할 때, 하향의 OFDM DMAC(312)은 N bits/s × 1채널(SG)로 구성되고, 상향의 OFDM UMAC(317)은 (N/4)bits/s × 4채널(SG1, SG2, SG3 및 SG4)로 구성될 수 있다. OFDMA-PON OLT(310)에서 하향은 데이터를 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 하기 때문에 하나 이상의 채널로 구성될 수 있으며, 이 경우에 하향의 OFDM DMAC(312)은 스위치로부터 수신된 데이터(또는 패킷)를 모든 ONU들에게 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 방식으로 전송하는 기능을 수행한다. 이때 브로드캐스트는 하나의 송신자가 같은 서브 네트워크상의 모든 수신자에게 데이터를 전송하는 방식을 말하며, 멀티캐스트는 하나 이상의 송신자들이 특정한 하나 이상의 수신자들에게 데이터를 전송하는 방식을 말한다.
이 과정에서 OFDM DMAC(312)은 전체 서브캐리어(SC)를 사용하여 OFDM 변조기(313)에 연결되고 광송신기(314)를 통해 하향으로 데이터를 ONU에 전달한다. 여기서, OFDM DMAC(312)은 상향으로 전송되는 ONU의 대역을 동적으로 할당하는 기능을 수행한다. 하향에서 목적에 따라 몇 개의 서브캐리어 그룹을 통하여 데이터를 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 방식으로 전송할 수 있다.
광수신기(315), OFDM 복조기(316) 및 복수의 OFDM UMAC(317)을 포함하는 OLT 수신부에서 사용되는 서브캐리어는 다수의 서브캐리어 그룹으로 구분될 수 있다. 도 4에서는 4개의 서브캐리어 그룹(SG1, SG2, SG3 및 SG4)으로 구분하고 각 서브캐리어 그룹은 4개의 독립적인 OFDM UMAC(317)에 각각 연결된다.
서브캐리어 및 시간의 상향 자원 할당은 일정한 프레임 주기마다 수행되며, 도 3에 도시된 OFDMA-PON에서 서브캐리어와 시간의 2차원 할당 방식을 사용하므로 OLT(310)의 OFDM DMAC(312)은 매 프레임 주기 마다 전송할 서브캐리어 그룹(SG1 ~ SG4)과 시간 정보를 각 ONU에 알려준다. 다시 말해서, 4개의 서브캐리어 그룹 중 하나와 시간 윈도우 정보가 임의의 ONU에 전달될 수 있다. 이때, 한 ONU는 프레임 주기 내에 최대 한번 전송할 수 있으며, 매 프레임 주기 마다 다른 서브캐리어 그룹을 할당 받을 수 있다. 따라서 전체 상향 전송 속도가 N bits/s라고 할 때 각 ONU의 최대 전송 속도는 (N/4) bits/s가 된다. 따라서 모든 ONU가 모든 서브캐리어 그룹을 공유하므로 모든 ONU가 한 링크에 연결된 것과 같이 유사한 구조이며, 모든 ONU들의 전송 속도의 합은 시스템 전송 속도인 N bits/s와 동일할 수 있다.
이와 같이 OFDMA-PON OLT(310)에서 각각의 상향 OFDM UMAC(317)은 최대 속도인 (N/4) bits/s의 처리 속도를 가지며, 동일한 ONU에서 발생된 패킷이라 하더라도 매 시간 마다 다른 OFDM UMAC(317)으로 전송되므로 패킷 간의 순서 및 연결성을 위해서는 각 OFDM UMAC(317)이 수신한 패킷들을 상호 교환하고 정보를 공유하는 것이 필요하며 교환된 정보를 이용한 패킷 재정렬 기능이 수반되어야 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDMA-PON ONU의 블록도이다.
도 5에 도시된 ONU(320)에서 OFDM UMAC의 최대 처리 속도는 (N/4) bits/s가 되며 ONU의 OFDM DMAC이 OLT로부터 전달 받은 상향 접근 시간에 패킷을 발생하는 시간 다중화 방식으로 ONU(320)의 OFDM UMAC(325)을 거쳐 OLT로 패킷을 송신한다. 이때, 송신할 데이터는 다수의 서브캐리어 그룹 중에 하나의 서브캐리어 그룹을 통해서 이루어진다. 도 5에 도시된 서브캐리어 그룹 SG1 내지 SG4에서 하나의 서브캐리어를 선택하여 사용한다.
도 5에 도시된 ONU(320)에서 광수신기(321)를 거쳐 하향 OFDM 복조기(322)를 통해 수신된 프레임을 OFDM DMAC(323)에서 처리하고, OLT로부터 전달된 프레임에서 상향 접근 시간 및 서브캐리어 그룹 정보를 수신하여 서브캐리어 선택부(326)와 OFDM UMAC(325)으로 전달한다. 여기서 사용자포트(324)는 가입자와 ONU 사이의 인터페이스 포트이다.
서브캐리어 선택부(326)는 OFDM DMAC(323)으로부터 수신된 서브캐리어 그룹(SG1, SG2, SG3 및 SG4) 넘버 정보를 이용하여 해당되는 서브캐리어 그룹을 선택한 후 OFDM UMAC(325)으로부터 수신된 데이터(SG)를 역다중화하여 OFDM 변조기(327)에 전달하는 역할을 수행한다. 이때, 선택된 서브캐리어 그룹에만 OFDM UMAC(325)의 데이터를 싣고, 나머지 서브캐리어 그룹은 모두 0 값을 채워서 OFDM 변조기(327)에 전달한다. 예를 들면, SG1이 선택되면 SG를 SG1에 매핑하고 나머지 SG2, SG3 및 SG4는 0으로 채운다.
상향 대역은 한정된 자원이므로 다수의 ONU가 동시에 많은 대역을 요구하게 되면 우선순위 제어를 통해 품질을 보장해야 한다. 따라서 ONU에는 서비스 별 우선순위 제어가 가능한 큐를 가지고 있다. OLT는 서브캐리어 그룹을 정할 때 ONU 단위로 할당하므로 동일한 ONU에 속하는 모든 서비스 큐는 동일한 서브캐리어 그룹을 사용해야 한다.
각 서브캐리어 그룹 별로 한 프레임주기에 보낼 수 있는 대역폭은 제한적이다. 동적 대역 할당을 할 때 높은 클래스 서비스가 우선순위가 높으므로 우선적으로 서비스가 이루어져야 한다. 예를 들면 ONU에는 type1과 type2로 구성된 2개의 클래스가 있고, type1이 type2보다 우선순위가 높은 클래스라고 가정한다. 동적 대역을 할당할 때는 우선순위가 높은 type1의 대역을 보장하기 위하여 type1 클래스 큐에 대해 우선적으로 대역을 할당한 후 type2에 대해 대역을 할당하게 된다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ONU별 대역 할당 방법을 보인 예시도이다.
이하 본 발명의 일 실시예로서 두 가지의 ONU별 대역 할당 방법을 설명한다. 첫 번째 ONU별 대역 할당 방법은 도 6에 도시된 바와 같이 높은 우선순위를 갖는 클래스를 기반으로 서브캐리어 그룹을 할당하는 방법이며, 두 번째 ONU별 대역 할당 방법은 도 7에 도시된 바와 같이 동일한 ONU에 속하는 서비스 큐의 총량을 기반으로 서브캐리어 그룹을 할당 및 변경하는 방법이다.
먼저 도 6에서는 클래스 큐에 따른 ONU별 대역 할당 방법의 예를 설명한다. 두 개의 서브캐리어 그룹(SG1 및 SG2)과 임의의 시간(1 프레임 주기)이 있을 때, 세 개의 ONU(320)인 ONU0, ONU1 및 ONU2 각각은 클래스 type1 및 type2를 가지고 있다. 이때, 도 6의 n#m 표기에서 n은 ONU 번호를 나타내며, m은 클래스 타입을 나타낸다. 따라서 0#1은 ONU0의 서비스큐 1을 의미한다.
각 ONU에 할당되는 서브캐리어 그룹은 type1의 대역을 기준으로 결정되고, 각 ONU의 type2는 이미 할당된 ONU의 서브캐리어 그룹에 할당되므로 할당 알고리즘은 단순하나, 서브캐리어의 대역폭을 효율적으로 사용할 수 없는 단점이 있다. 예를 들면 도 6에 도시된 ONU별 대역 할당은 ONU0, ONU1 및 ONU2로 순차적으로 진행할 때 먼저 ONU0의 type1 (0#1)은 제일 먼저 SG1에 할당되고, 다음 1#1은 SG1과 SG2를 비교하여 남은 대역이 더 많은 SG2에 할당된다.
세 번째 2#1은 0#1 및 1#1을 모두 할당 후 SG2 보다 SG1의 남는 대역이 더 많으므로 SG1에 할당된다. 이때 각 ONU의 크기(네모칸)는 할당된 대역폭을 의미한다. 모든 ONU의 type1에 대해 대역 할당이 완료되면 우선순위가 낮은 type2를 할당한다. type2의 대역 할당 방식은 그 클래스 큐가 속하는 ONU에 그대로 할당되므로 이미 할당된 서브캐리어 그룹에 할당된다. 따라서 0#2는 0#1과 동일한 SG1에 할당되고, 1#2는 SG2에 할당되며, 2#2는 SG1에 할당된다. 이때, 만일 0#2의 전송 요구량이 많아서 SG1의 잔여 대역폭 대부분을 할당 받게 되면 이후 2#2는 SG2의 대역폭에 여유가 있다고 하더라도 동일한 SG1을 사용할 수밖에 없으므로 충분한 대역을 할당 받을 수 없게 된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 ONU별 대역 할당 방법을 보인 예시도이다.
도 7은 동일한 ONU에 속하는 서비스 큐의 총량을 기반으로 서브캐리어 그룹을 할당 및 변경하는 방법으로, 도 6의 클래스 큐에 따른 ONU별 대역 할당 방법의 단점을 개선하기 위하여 서브캐리어 및 대역 할당 중간과정에서 ONU의 상향 서브캐리어 그룹을 변경하는 방법을 설명한다. 먼저, 도 6에서 type1과 type2에 대한 서브캐리어 그룹 및 대역 할당이 완료된 상태라고 할 때, 도 7의 할당 방법은 서브캐리어 그룹(SG1 및 SG2)과 임의의 시간(1 프레임주기)이 있을 때, ONU(320)에 최종 할당하기 전에 변경 과정을 통해 할당된 서브캐리어 그룹(SG1 및 SG2)을 변경하는 방법이다. 예를 들면 도 6에서 ONU0에 할당된 대역폭(0#1 및 0#2)을 SG1에서 SG2로 이동하면 SG1과 SG2의 대역폭 할당량 차이가 더 커지므로 ONU0에 할당된 대역폭은 SG2로 이동시키지 않는다. 또한, ONU1에 할당된 대역폭(1#1 및 1#2)을 SG2에서 SG1로 이동하면 SG1과 SG2의 대역폭 할당량 차이가 더 커지므로 ONU1에 할당된 대역폭은 SG1으로 이동시키지 않는다. ONU2에 할당된 대역폭(2#1 및 2#2)을 SG1에서 SG2로 이동하면 SG1과 SG2의 대역폭 할당량 차이가 작아지며, ONU2에 충분한 대역 할당이 가능해지므로 ONU2에 할당된 SG1은 SG2로 이동시킬 수 있다. 이때, 2#2의 미 할당 대역 또한 SG2의 잉여 대역을 이용하여 할당 할 수 있다. 따라서 도 6의 SG2의 사용 가능한 대역폭이 증가하게 되어 도 7과 같이 전체 서브캐리어 그룹의 이용률이 증가하는 효과를 볼 수 있다. 이러한 서브캐리어 그룹 할당 및 변경 방식은 ONU의 서비스 클래스가 2개 이상이더라도 동일한 방식으로 적용 가능하며, 각각의 type에 대한 대역할당이 끝날 때 마다 변경 과정을 매번 실시할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 대역할당 과정에 대한 흐름도이다. 흐름도에서 사용되는 numOfSG, numOfONU, numOfType는 각각 서브캐리어 그룹의 수, ONU의 수, 서비스 클래스의 수로 정의된다. 흐름도에서 사용될 인덱스 k, n, m은 각각 서브캐리어 그룹, ONU, 서비스 클래스를 위해 사용된다. k는 1에서 numOfSG 사이의 값을 가지고, n은 0에서 numOfONU - 1 사이의 값을 가지고, m은 1에서 numOfType 사이의 값을 갖는다. 도 8의 예에서, 작은 m의 값이 우선순위가 높은 서비스 클래스를 나타낸다고 할 때, 우선순위가 높은 서비스부터 자원 할당을 하기 위해 m = 1의 초기값을 갖는다. n은 RR_ptr(m)에서 round-robin 포인터에 의해 m 서비스 클래스에서 사용될 ONU 인덱스 값으로 셋팅된다. 이 때, 본 예에서 사용한 round-robin 방법 이외에, n의 값은 0부터 시작하여 numOfONU - 1까지 순차적으로 증가하는 방법 또는, 토큰이나 크래딧 등의 다양한 인덱스 선택 방법일 수 있다. n과 m의 인덱스를 바탕으로, 'if ONU_allocSize(n,m)>0' 구문에서 ONU#n의 m 서비스 클래스에서 필요한 자원이 요청 되었는지 확인한다. 만약 있다면, 서브캐리어 그룹을 살펴 ONU_allocSize(n,m)을 할당하기 위한 적합한 서브캐리어 그룹 인덱스를 k에 저장한다. 이 때, 적합한 서브캐리어 그룹을 찾음에 있어, 그 방법은 최다 유휴 자원이 있는 서브캐리어 그룹을 찾거나, 또는 ONU_allocSize(n,m)의 할당이 가능한 서브캐리어 그룹을 찾는 방법 등 일 수 있다. 즉, 임의의 할당 방법에 의해 서브캐리어 그룹을 할당될 수 있다. 찾아진 인덱스 k는 ONU_allocSG(n,m)에 저장되어, ONU#n의 m 서비스 클래스가 어느 서브캐리어 그룹에 할당되었는지를 알려준다. 그리고, 해당 서브캐리어 그룹에서 할당된 ONU_allocSize(n,m) 만큼 유휴 자원을 제외시킨다. 즉, SG_remSize(k) = SG_remSize(k) - ONU_allocSize(n,m). 만약, ONU_allocSize(n,m)이 없다면, 바로 아래 단계로 내려와 n 값을 증가시킨다 (n <- n+1).
round-robin 방식이 사용되었기 때문에, 증가된 n 값이 numOfONU 값과 같다면, n에 0을 대입하고, 그렇지 않으면 다음 단계로 진행한다.
만약, 모든 ONU에 대해 서브캐리어 그룹 할당을 수행한 것이 아니라면, 이와 같은 과정을 반복한다. 그러나, 만약 모두 수행한 것이라면, ⓐ 단계처럼(매 서비스 클래스에 대한 대역할당이 완료될 때마다) 대역할당을 변경하는 절차를 수행할 수 있다. 그리고, 해당 인덱스 위치를 RR_ptr(m)에 저장하고, 서비스 클래스 인덱스인 m 값을 증가시키고 (즉, 한단계 더 낮은 서비스 클래스에 대해), 이러한 과정을 다시 반복한다. 만약, 증가된 m 값이 numOfType의 값보다 크다면, 즉, 모든 서비스 클래스에 대해 수행되었다면, ⓑ 단계처럼(하나의 프레임에 대한 대역할당이 완료될 때마다) 대역할당을 변경하는 절차를 수행할 수 있다.
각 ONU에 대해서 특정 서비스 클래스의 대역할당이 완료되면, 다음으로 한 단계 낮은 서비스 클래스에 대해서 동일한 과정을 수행하게 된다. 이 과정에서 도 6에서 설명한 바와 같이 대역할당이 균등하게 이루어지지 않을 수 있으므로, 도 7에서 설명하였듯이, 대역할당을 변경하는 절차가 필요하다. 즉, 도 8의 ⓐ 단계(매 서비스 클래스에 대한 대역할당이 완료될 때마다) 혹은 ⓑ 단계(하나의 프레임에 대한 대역할당이 완료될 때마다)를 통해서 대역할당을 변경함으로써, 각 서브캐리어 그룹의 이용률을 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정 되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.
110,210,310 : OLT 120,220,220 : ONU
130,230 : ODN
140 : 시간에 따른 각 ONU의 부반송파 할당 구조
240 : 시간에 따른 각 ONU의 파장별 할당 구조
311 : 스위치 312,323 : OFDM DMAC
313,327 : OFDM 변조기 314,328 : 광송신기
315,321 : 광수신기 316,322 : OFDM 복조기
317,325 : OFDM UMAC 324 : 사용자 포트
326 : 서브캐리어 선택부
330 : 서브캐리어 그룹과 시간을 동적으로 할당하는 서브캐리어 그룹 할당 구조

Claims (20)

  1. 상향 대역을 관리하는 OFDM UMAC;
    하향 대역을 관리하며, 상향으로 전송되는 ONU의 대역을 동적으로 할당하는 기능을 수행하는 OFDM DMAC; 및
    OFDM 신호를 처리하는 OFDM 변조와 복조 모뎀;을 포함하며,
    상기 OFDM DMAC은 전체 서브캐리어(SC)를 사용하여 OFDM 변조기에 연결되고 광송신기를 통해 하향으로 데이터를 ONU에 전달하며, 매 프레임 주기 마다 전송할 서브캐리어 그룹 및 시간의 상향 할당 자원 정보를 각 ONU에 알려주는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 OLT 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하향에서 목적에 따라 몇 개의 서브캐리어 그룹을 통하여 데이터를 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 방식으로 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 OLT 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    광수신기 및 OFDM 복조기를 포함하는 OLT 수신부에서 사용되는 서브캐리어는 다수의 서브캐리어 그룹으로 구분될 수 있으며, 각 서브캐리어 그룹은 복수의 독립적인 OFDM UMAC에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 OLT 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브캐리어 및 시간의 상향 자원 할당은 일정한 프레임 주기마다 서브캐리어와 시간의 2차원 할당 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 OLT 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    적어도 하나 이상의 서브캐리어 그룹 중 하나와 시간 윈도우 정보가 임의의 ONU에 전달될 수 있어, 한 ONU는 프레임 주기 내에 최대 한번 전송할 수 있으며, 매 프레임 주기 마다 다른 서브캐리어 그룹을 할당 받을 수 있는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 OLT 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    동일한 ONU에서 발생된 패킷이라 하더라도 매 시간 마다 다른 OFDM UMAC으로 전송되므로 패킷 간의 순서 및 연결성을 위해서는 각 OFDM UMAC이 수신한 패킷들을 상호 교환하고 정보를 공유하는 것이 필요하며 교환된 정보를 이용한 패킷 재정렬 기능이 수반되는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 OLT 시스템.
  7. 하향 OFDM 복조기;
    상향 OFDM 변조기;
    OFDM DMAC;
    서브캐리어 선택부; 및
    OFDM UMAC;을 포함하며,
    상기 OFDM DMAC은 하향 OFDM 복조기를 통해 수신된 프레임을 처리하고, OLT로부터 전달된 프레임에서 상향 접근 시간 및 서브캐리어 그룹 정보를 수신하여 서브캐리어 선택부와 OFDM UMAC으로 전달하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 ONU 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    OLT에서 OFDM DMAC으로 전달 받은 상향 접근 시간에 패킷을 발생하는 시간 다중화 방식으로 ONU의 OFDM UMAC을 거쳐 OLT로 패킷을 송신하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 ONU 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    OLT로부터 전달된 프레임에서 상향 접근 시간 및 서브캐리어 그룹 정보를 수신하여 서브캐리어 선택부와 OFDM UMAC으로 전달하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 ONU 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 서브캐리어 선택부는 OFDM DMAC으로부터 수신된 복수의 서브캐리어 그룹 넘버 정보를 이용하여 해당되는 서브캐리어 그룹을 선택한 후 OFDM UMAC으로부터 수신된 데이터(SG)를 역다중화하여 OFDM 변조기에 전달하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 ONU 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    선택된 서브캐리어 그룹에만 OFDM UMAC의 데이터를 싣고, 나머지 서브캐리어 그룹은 모두 0 값을 채워서 OFDM 변조기에 전달하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 ONU 시스템.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 ONU 시스템은 서비스 별 우선순위 제어가 가능한 큐를 가지고 있어, 상향 대역은 우선순위 제어를 통해 품질을 보장하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 ONU 시스템.
  13. 청구항 7에 있어서,
    우선순위가 높은 클래스의 대역을 보장하기 위하여 위선순위가 높은 클래스 큐에 대해 우선적으로 대역을 할당한 후, 다음으로 우선순위가 낮은 클래스에 대해 대역을 할당하는 동적 대역 할당을 수행하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON의 ONU 시스템.
  14. OFDMA-PON에서 ONU의 서브캐리어를 할당하는 방법에 있어서,
    적어도 하나 이상의 ONU를 다중화하기 위해서, 상향 대역을 적어도 하나 이상의 서브캐리어 그룹으로 나누는 단계; 및
    OLT가 매 프레임 주기마다 상기 ONU가 전송할 수 있는 서브캐리어 그룹, 시간 또는 이들의 조합을 동적으로 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON에서 ONU의 서브캐리어를 할당하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 서브캐리어 그룹에서 각 그룹 간 서브캐리어 개수는 동일하거나 동일하지 않게 분포할 수 있는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON에서 ONU의 서브캐리어를 할당하는 방법.
  16. 서브캐리어 그룹의 수, ONU의 수 및 서비스 클래스 수를 정의하는 단계;
    서브캐리어 그룹의 대역할당 가능한 크기를 비교하는 단계;
    상기 비교결과 대역할당 가능한 크기가 가장 큰 서브캐리어 그룹에 특정 서비스 클래스의 ONU를 할당하는 단계; 및
    상기 서브 캐리어 그룹에 ONU를 할당하고 난 후 대역할당 가능한 서브 캐리어 그룹의 크기에 대한 정보를 업데이트하는 단계; 및
    각 ONU에 대한 특정 서비스 클래스에 대해서 대역할당을 계속해서 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON에서 ONU별 대역 할당 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    각 ONU에 대해서 특정 서비스 클래스의 대역할당이 완료되면, 다음으로 한 단계 낮은 서비스 클래스에 대해서 대역할당을 연속적으로 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON에서 ONU별 대역 할당 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    각 ONU에 대한 특정 서비스 클래스에 대해서 대역할당을 수행한 후, 매 서비스 클래스에 대한 대역할당이 완료될 때마다 대역할당을 변경하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON에서 ONU별 대역 할당 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    각 ONU에 대해서 특정 서비스 클래스의 대역할당이 완료되고, 그 다음으로 한 단계 낮은 서비스 클래스에 대해서 대역할당을 연속적으로 수행하여, 전체적으로 모든 서비스 클래스에 대한 대역할당이 완료된 후에 대역할당을 변경하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON에서 ONU별 대역 할당 방법.
  20. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    특정 ONU에 할당된 복수의 대역폭을 특정 서브캐리어 그룹에서 다른 서브캐리어 그룹으로 이동하여, 서브캐리어 그룹 사이의 대역폭 할당량 차이가 커지면 할당된 대역폭을 옮기지 않고, 상기 대역폭 할당량 차이가 작아지면 할당된 대역폭을 다른 서브캐리어 그룹으로 이동시켜, 미 할당 대역 혹은 잉여대역을 이용하여 사용가능한 대역폭을 증가시키는 것을 특징으로 하는 OFDMA-PON에서 ONU별 대역 할당 방법.
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