KR20150117159A - 비대칭 통신 링크의 시간 동기화용 광 회선 단말 및 시간 동기화 방법 - Google Patents

비대칭 통신 링크의 시간 동기화용 광 회선 단말 및 시간 동기화 방법 Download PDF

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Abstract

광 회선 단말의 시간 동기화 방법이 개시된다. 이 방법은 광 회선 단말과 광 네트워크 장비의 패킷 처리에 따른 스위칭 지연 값을 입력받는 단계, 레인징(Ranging)을 통해 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간의 지연 값을 파악하는 단계, 및 스위칭 지연 값과 레인징을 통해 얻어진 지연 값을 합하여 비대칭 통신 링크의 시간 동기화를 위한 오프셋을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

비대칭 통신 링크의 시간 동기화용 광 회선 단말 및 시간 동기화 방법{Optical line terminal and time synchronization method in the optical line terminal}
네트워크를 구성하는 통신 장치들 간의 동기화, 특히 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간의 동기화 기술이 개시된다.
LTE(Long Term Evolution)는 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에 의해 3세대 이동통신 기술의 전송속도 및 효율성을 개선한 기술이다. 초기의 LTE(Release 8/9)는 국제전기통신연합(International Telecommunication Union, ITU)이 정한 4G의 기술조건보다는 다소 미흡하여 이른바 3.9G 기술로 불린다. 이후, 보다 진화된 LTE 기술인 LTE-Advanced(Release 10)는 ITU가 정한 4G 기술조건을 충족시키기 때문에 이 버전부터 4G로 여겨진다. 이동통신 시스템에서 단말기가 기지국으로 송신하는 무선 링크를 상향링크(uplink)라 하고, 단말기가 기지국으로부터 수신하는 무선 링크를 하향링크(downlink)라고 하는데, 이와 같은 송수신 구분을 이중화(duplexing)라고 한다. 이중화 방식에는 상/하향링크에 별도의 주파수 대역을 배정하는 주파수분할이중화(Frequency Division Duplexing, FDD) 방식과 하나의 주파수 대역에서 시간적으로 상/하향 링크를 구분하는 시분할이중화(Time Division Duplexing, TDD) 방식이 있다. 이 중, TDD 방식에서는 주파수, 위상, ToD(Time of Day) 동기를 위한 클록 동기화가 중요하다. 특히, TDD에서는 단말과 중계국간 데이터 통신이 위상차에 의존하기 때문에, 통신의 신뢰성이 위상 동기에 크게 의존한다.
도 1은 IEEE 1588 표준 시간 전송 프로토콜에 따른 마스터와 슬레이브 간 클록 동기화 과정을 나타낸 흐름도이다. 잘 알려진 바와 같이, PTP(Precision Time Protocol)은 네트워크 간 정확한 동기화를 가능하게 하는 IEEE 표준 시간 전송 프로토콜이다. IEEE 1588 시스템에서 마스터와 슬레이브는 도 1에 도시된 바와 같이 오프셋 보정 과정과 전송지연 측정 과정을 통해서 동기를 맞추게 된다. 오프셋 보정(offset correction) 과정은 마스터와 슬레이브 간의 시간차(time difference)를 보정하는 것으로서, 이를 위해서 마스터는 주기적으로 동기 메시지(synchronization message)인 싱크(Sync) 메시지를 슬레이브로 전송한다. 이때 마스터는 Sync 메시지를 전송한 정확한 시간을 하드웨어 또는 소프트웨어를 이용하여 측정하며, 측정된 송신시간을 Follow_Up 메시지를 이용하여 다시 한번 슬레이브로 전송한다. 슬레이브는 Sync 메시지의 수신시간은 하드웨어 또는 소프트웨어를 이용하여 측정하며, Follow_Up 메시지에 포함된 마스터의 Sync 메시지의 송신시간과 측정된 Sync 메시지의 수신시간과의 차이를 이용하여 마스터와의 오프셋을 보정한다. 즉, Follow_Up 메시지에 포함된 정확한 송신시간과 측정한 수신시간을 이용하여 마스터 클록으로부터 슬레이브 클록 간의 편차를 계산할 수 있기 때문에 슬레이브의 시간이 맞게 된다. 그러나 결정된 편차는 여전히 네트워크 전송 지연을 포함한다. 이를 위해 다음의 전송지연 측정 과정을 수행한다.
전송 지연 측정 과정은 마스터와 슬레이브 간의 전송 지연(delay)를 측정하는 과정이다. 슬레이브는 마스터로 지연 요청(Delay Request) 메시지를 주기적으로 전송하며, 마스터는 하드웨어 또는 소프트웨어를 이용하여 지연 요청 메시지의 수신시간을 측정하여 슬레이브의 지연 요청 메시지를 수신한 시간을 지연 응답(Delay Response) 메시지를 이용하여 슬레이브에게 알린다. 따라서 지연 응답 메시지를 수신한 슬레이브는 지연 요청 메시지의 송신시간과 마스터가 지연 응답 메시지를 통해 송신한 수신시간의 차이를 이용하여 네트워크의 전송 지연을 측정한다.
Sync 메시지, Follow_UP 메시지, Delay_Req 메시지, Delay_Resp 메시지를 이용하여 마스터와 슬레이브 간에 시간 동기를 맞추는 2-way 과정을 수식으로 설명하며, 마스터가 Sync 메시지를 전송한 시간을 t1, 슬레이브가 Sync 메시지를 수신한 시간을 t2, 슬레이브가 지연 요청 메시지를 전송한 시간을 t3, 마스터가 지연 응답 메시지를 수신한 시간을 t4라 했을 때, 오프셋 시간 및 전송 지연 시간은 수학식 1과 같다. 이때 상향링크와 하향링크의 지연은 같다고 가정한다.
Figure pat00001
한편, 수동형 광 네트워크(Passive Optical Network, PON), 특히 기가비트 수동형 광 네트워크(Gigabit PON, GPON)에서는 도 3에 도시된 바와 같이 업스트림(upstream)과 다운스트림(downstream) 간에 비대칭 지연이 발생하는데, IEEE 1588 표준 시간 전송 프로토콜은 비대칭 통신 링크에 적합하지 않다. 동기화, 특히 위상 동기에 에러가 발생하기 때문이다. 이러한 문제 해결을 위해, IEEE 1588에 G.984.3 Amendment 2(Time-of-day distribution and maintenance updates and clarifications)를 결합한 방식이 알려져 있다. 그러나 G.984.3 Amendment 2를 이용하면 비대칭성 문제를 해결할 수는 있으나, 장비/칩이 바뀌고 시스템 수정이 필요하다. 따라서 기존 네트워크에 적용이 어렵다. 참고로, 도 2는 “Zero-distance” 등화 지연과 ToD 계산에 관련한 것으로서, G.984.3 Amendment 2에 제시되어 있다.
국내공개특허공보 제10-2011-0077329호 (2011. 07. 07)
2-way 동작이 아닌 1-way 동작을 통해 마스터와 슬레이브 간 동기화를 달성하면서도 기존 네트워크에 적용이 용이한 비대칭 통신 링크의 시간 동기화용 광 회선 단말이 개시된다.
일 양상에 따른 광 회선 단말의 시간 동기화 방법은 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간의 데이터 통신시 발생하는 스위칭 지연 값을 입력받는 단계, 레인징(Ranging)을 통해 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간의 지연 값을 파악하는 단계, 및 스위칭 지연 값과 레인징을 통해 얻어진 지연 값을 합하여 비대칭 통신 링크의 시간 동기화를 위한 오프셋을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 스위칭 지연 값은 실험실에서 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간에 망을 구성하고 네트워크 지연 측정 장비를 이용하여 측정한 값이다.
한편, 일 양상에 따른 비대칭 통신 링크의 시간 동기화용 광 회선 단말은 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간의 데이터 통신시 발생하는 스위칭 지연 값을 구하는 레인징 처리부, 및 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간의 패킷 처리에 따른 스위칭 지연 값을 입력받고 입력된 스위칭 지연 값과 레인징을 통해 구해진 지연 값을 합하여 비대칭 통신 링크의 시간 동기화를 위한 오프셋을 산출하는 오프셋 산출부를 포함할 수 있다.
개시된 광 회선 단말 및 시간 동기화 방법은 1-way 동작으로 시간 동기화를 가능하게 하는 효과를 창출한다.
또한 개시된 광 회선 단말 및 시간 동기화 방법은 기존 IEEE 1588에 따른 동기 소요 시간 대비 빠른 동기를 가능하게 하는 효과를 창출한다. 즉, IEEE 1588 동기 시간은 30분 이내가 소요되었으나, 개시된 광 회선 단말 및 시간 동기화 방법에 의해서는 5분 이내에 동기화가 달성된다.
도 1은 IEEE 1588 PTP 메시지 절차를 나타낸 도면이다.
도 2는 G.984.3 Amendment 2에 제시된 Zero-distance 등화 지연과 ToD 계산을 나타낸 도면이다.
도 3은 업스트림과 다운스트림의 비대칭 지연을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 회선 단말의 1-way 동작 설명을 위한 참조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 회선 단말 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험실에서의 PTP 지연 측정을 위한 망 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 회선 단말의 1-way 동작시 빠른 동기 시간을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 회선 단말의 시간 동기화 방법 흐름도이다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 회선 단말의 1-way 동작 설명을 위한 참조도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 회선 단말의 블록도이다. 광 회선 단말(Optical Line Terminal, OLT)(100)과 광 네트워크 장비인 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit, ONU)(200)은 GPON용일 수 있다. 이 OLT(100)와 ONU(200)는 광섬유(optical fiber)를 통해 데이터 통신하는데, 통신시 지연이 발생한다. 설명의 편의를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, T1은 OLT(100)에서의 스위칭 칩(SW)(101)의 지연, t1은 OLT 칩(102)의 지연, T2는 ONU(201)에서의 스위칭 칩(SW)(201)의 지연, t2는 ONU 칩(202)의 지연, 그리고 τ를 OLT(100)와 ONU(200) 간의 fiber 지연이라 한다. OLT(100)는 1-way 방식으로 오프셋(T1 + t1 + τ + t2 + T2)을 산출한다. 이를 위해, OLT(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 제어부(110)와 통신부(130) 및 저장부(120)를 포함할 수 있다. 제어부(110)는 프로세서일 수 있다. 저장부(120)는 비휘발성 메모리일 수 있으며, 프로세서 내부에 위치한 메모리일 수도 있다. 그리고 통신부(130)는 네트워크를 통해 ONU와의 데이터 통신을 위한 통신 모듈로서 GPON용 통신 모듈일 수 있다.
제어부(110)는 오프셋 계산부(111)와 레인징 처리부(112)를 포함한다. 오프셋 계산부(111)는 오프셋(T1 + t1 + τ + t2 + T2)을 계산한다. 여기서 스위칭 지연인 T1 + T2는 입력된 값인데, 이 T1 + T2는 실험실에서 지연 측정 장비를 이용하여 구해진 값으로서, 실험실에서 OLT와 ONU 간에 망을 구성하고 네트워크 지연 측정 장비인 PTP tester를 이용하여 측정될 수 있다. PTP tester로는 Symmetricom TP5000이 이용될 수 있으며, 도 6과 같이 실험실에서 망을 구성하여 T1 + T2를 구할 수 있다. 엄밀히 얘기하면, 스위칭 지연은 스위칭 칩(101, 201)을 포함한 시스템 내부 지연을 의미하며, 이 내부 지연에는 OLT 칩(102)과 ONU 칩(202)의 지연은 제외된다. 그리고 시스템 내부 지연이라고는 하였으나, 스위칭 칩(101, 201)을 제외한 지연은 OLT와 ONU 내부 경로 상의 지연으로서 거의 무시된다고 볼 수 있다.
실험실에서 지연 측정 장비를 이용하여 T1 + T2를 구하는 방식에 대해 부연 설명하면 다음과 같다. OLT와 ONU 간에 시간 동기 프로토콜(PTP)을 이용하여 오프셋 값인 T1 + t1 + τ + t2 + T2를 구한다. 그리고 OLT는 자체 구비하고 있는 레인징(ranging) 기능을 수행한다. 이 레인징을 통해 t1 + τ + t2가 구해지는데, 여기서 τ(EqD) 값은 OLT와 ONT 간의 실제 거리에 따라 달라지므로 t1 + τ + t2는 변동 값이 된다. 따라서, 고정 값만을 구하기 위해 T1 + t1 + τ + t2 + T2에서 레인징을 통해 얻어진 값인 t1 + τ + t2를 제함으로써 T1 + T2를 구할 수 있다. 오프셋 계산부(111)는 이와 같이 실험실에서 미리 계산된 T1 + T2를 입력받아 저장부(120)에 저장한다.
레인징 처리부(112)는 통신부(130)를 통해 실제 네트워크 구성된 OLT(100)와 ONU(200) 간의 거리를 측정하고 등화지연을 할당하여 모든 ONU가 논리적으로 동일한 거리에 존재하도록 하는 레인징(ranging) 과정을 수행한다. 이를 통해, t1 + τ + t2가 구해진다. 레인징 처리부(112)는 구해진 t1 + τ + t2 값을 저장부(120)에 저장한다. 오프셋 계산부(111)는 저장부(120)에 저장된 T1 + T2 값과 t1 + τ + t2 값을 합하여 오프셋 값인 T1 + t1 + τ + t2 + T2를 구한다. 그리고 구해진 오프셋을 통신부(130)를 통해 ONU(200)로 전달한다. 이에 따라, ONU(200)는 전달된 오프셋을 이용하여 동기화하게 된다.
이상에서와 같이, 개시된 OLT는 1-way로 동작하여 동기화를 달성할 수 있다. 뿐만 아니라, 도 7에 도시된 바와 같이 빠른 동기(5분 이내 100ns 이하 convergence)가 가능해진다. 즉, 거리에 따른 지연이 5분 이내로 수렴되는 것이다. 따라서, GPON 상의 OLT-ONT가 기본적으로 주파수 동기망을 이용해 시간 감소와 정밀도를 높이게 될 수 있게 된다. 참고로, 도 7에서 SFU(Switching Fabric Unit)는 스위칭 칩을 포함한 유닛인 시스템 보드로서, PON 인터페이스 유닛을 거치지 않고 SFU 스위칭 칩만으로 수렴시 도 7과 같이 나타난다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 회선 단말의 시간 동기화 방법 흐름도이다.
OLT(100)는 스위칭 지연 값인 T1 + T2를 입력받아 저장부(120)에 저장한다(S100)(S200). 여기서 스위칭 지연 값은 실험실에서 OLT와 ONU 간에 망을 구성하고 네트워크 지연 측정 장비를 이용하여 측정한 값이다. OLT(100)는 기본적으로 가지고 있는 기능인 레인징 기능을 수행하여 t1 + τ + t2를 구하며, 구해진 t1 + τ + t2 값을 저장부(120)에 저장한다(S300)(S400). 여기서 S400은 생략될 수도 있다. OLT(100)는 최종적으로 T1 + T2 값과 t1 + τ + t2 값을 합하여 오프셋 값을 구한다(S500). 그리고 구해진 T1 + t1 + τ + t2 + T2인 오프셋 값을 ONU(200)로 전달한다(S600). 이상의 시간 동기화 방법을 하이브리드(Hybrid) PTP 방식이라 명할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 광 회선 단말(OLT) 110 : 제어부
111 : 오프셋 계산부 112 : 레인징 처리부
120 : 저장부 130 : 통신부
200 : 광 네트워크 유닛(ONU)

Claims (5)

  1. 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간의 데이터 통신시 발생하는 스위칭 지연 값을 입력받는 단계;
    레인징(Ranging)을 통해 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간의 지연 값을 파악하는 단계; 및
    스위칭 지연 값과 레인징을 통해 얻어진 지연 값을 합하여 비대칭 통신 링크의 시간 동기화를 위한 오프셋을 산출하는 단계;
    를 포함하는 광 회선 단말의 시간 동기화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    스위칭 지연 값은 실험실에서 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간에 망을 구성하고 네트워크 지연 측정 장비를 이용하여 측정한 값인 광 회선 단말의 시간 동기화 방법.
  3. 레인징(Ranging)을 통해 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간의 데이터 통신시 발생하는 스위칭 지연 값을 구하는 레인징 처리부; 및
    광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간의 패킷 처리에 따른 스위칭 지연 값을 입력받고, 입력된 스위칭 지연 값과 레인징을 통해 구해진 지연 값을 합하여 비대칭 통신 링크의 시간 동기화를 위한 오프셋을 산출하는 오프셋 산출부;
    를 포함하는 비대칭 통신 링크의 시간 동기화용 광 회선 단말.
  4. 제 3 항에 있어서,
    스위칭 지연 값은 실험실에서 광 회선 단말과 광 네트워크 장비 간에 망을 구성하고 네트워크 지연 측정 장비를 이용하여 측정한 값인 비대칭 통신 링크의 시간 동기화용 광 회선 단말.
  5. 제 4 항에 있어서,
    광 회선 단말은 기가비트 수동형 광 네트워크(Gigabit Passive Optical Network)용인 비대칭 통신 링크의 시간 동기화용 광 회선 단말.
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