KR100547828B1 - 데이터를 안전하게 전송하기 위해 데이터의 오류를 보다정확하게 검출할 수 있는 기가비트 이더넷 기반의 수동광가입자망 및 그 방법 - Google Patents

데이터를 안전하게 전송하기 위해 데이터의 오류를 보다정확하게 검출할 수 있는 기가비트 이더넷 기반의 수동광가입자망 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

데이터를 안전하게 전송하기 위해 데이터의 오류를 보다 정확하게 검출할 수 있는 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망이 개시된다. 본 발명의 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망은, 데이터를 암호화하기 전에 이더넷 프레임의 오류를 검사하여 결과값(FCS1)을 이더넷 프레임에 추가하고, 이더넷 프레임에 포함된 데이터를 암호화한 후 상기 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사하여 결과값(FCS2)을 상기 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 추가하여 목적지로 전송하는 OLT(Optical Line Terminal); 및 OLT로부터 전송된 FCS1 및 FCS2가 포함된 이더넷 프레임에 대한 전송 오류를 FCS2를 이용하여 검사한 후 암호화된 데이터를 복호하고, 상기 복호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 암호화 및 복호화 오류를 FCS1을 이용하여 검사하는 적어도 하나의 ONT(Optical Network Terminal)로 구성된다.
OLT, ONT, PON, GE-PON, 암호화, 오류 검출

Description

데이터를 안전하게 전송하기 위해 데이터의 오류를 보다 정확하게 검출할 수 있는 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망 및 그 방법{GIGABIT ETHERNET PASSIVE OPTICAL NETWORK CAPABLE OF DETECTING EXACTLY ERROR OF DATA FOR TRANSMITTING DATA SECURELY AND METHOD THEREOF}
도 1은 기가비트 이더넷 수동 광가입자망에서 데이터의 하향 전송 구조를 나타낸 도면,
도 2는 기가비트 이더넷 수동 광가입자망에서 데이터의 상향 전송 구조를 나타낸 도면,
도 3은 IEEE 802.3ah 표준에서 제시된 이더넷 프레임의 포맷을 도시한 도면,
도 4 및 도 5는 기존의 이더넷 통신에서 암호화 방법 및 오류 검출 방법의 예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 보다 안정적인 데이터 전송을 위해 보다 정확한 데이터 오류 검출이 가능한 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망(GE-PON)의 바람직한 실시예를 도시한 블록도, 그리고
도 7은 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 기반의 수동 광 가입자망을 이용한 데이터의 오류 검출 방법의 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은 서비스 제공자측에 마련된 하나의 OLT(Optical Line Terminal)와 사용자측에 마련된 다수의 ONT(Optical Network Terminal)들로 구성된 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망(Gigabit Ethernet Passive Optical Network: GE-PON)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하나의 OLT와 다수의 ONT들 간의 데이터 보안을 위해 데이터를 암호화 및 복호화할 때 발생하는 오류를 검출하는 방법에 관한 것이다.
현재에 다양한 무선망, 초고속 통신망 등등을 위시한 공공 네트웍의 확충은 온라인(online) 상에서 대량의 데이터 공유를 가능케 하고 있다. 또한, CD 및 DVD 등과 같은 저렴한 대용량 저장매체를 통한 오프라인(off line) 상에서의 데이터 공유도 매우 폭넓게 이용되고 있는 실정이다. 따라서, 사용자는 온라인 및 오프라인을 통해 공유된 수많은 종류의 데이터를 제공받을 수 있다.
이러한 온라인 및 오프라인 공유 체계는 다양하면서도 대량의 데이터를 사용자에게 용이하게 제공하고 있는데 반하여, 상업성을 띠는 여러 종류의 멀티미디어데이터 또는 보안이 필요한 데이터들에 대한 보안 체계는 매우 취약한 구조를 갖는다.
수동 광가입자망은 광케이블 망을 통해 최종사용자에게 신호를 전달하는 통 신망 시스템이다. 수동 광가입자망은 통신회사에 설치되어 있는 한 대의 OLT(Optical Line Terminal)와 가입자 부근에 설치되어 있는 다수의 ONT(Optical Network Terminal)로 구성되는데, 대개 최대 32개의 ONT가 한 대의 OLT에 연결될 수 있다.
수동 광가입자망은 하나의 단독형 시스템에서, 하향으로 622 Mbps, 상향으로 155 Mbps의 대역폭을 사용자에게 제공할 수 있으며, 이 대역폭은 다수의 수동 광가입자망 사용자들에게 할당될 수 있다. 또한 수동 광가입자망은 케이블TV 시스템과 같은 대규모 시스템과 인근의 빌딩 또는 동축케이블을 이용하는 가정용 이더넷 네트웍 사이에서 트렁크로 이용될 수도 있다.
한편, OLT는 광케이블을 통해 해당 신호를 ONT에 전송한다. ONT는 OLT로부터 전송되는 신호를 수신 받아 설정된 방식에 따라 신호 처리한 후 최종 가입자에게 전송한다. 여기서, 서비스 가입자측의 전송 시스템인 ONT는 최종 사용자들에게 서비스 인터페이스를 제공하는 광통신망의 종단 장치이다.
ONT는 FTTC(Fiber To The Curb), FTTB(Fiber To The Building), FTTF (Fiber To The Floor), FTTH(Fiber To The Home), 및 FTTO(Fiber To The Office) 등을 수용한다. 이에 따라, ONT는 가입자들에게 서비스 접근성이 높도록 구현한다. ONT는 가입자와 연결되어 가입자로부터 전송된 아날로그 신호를 전송하는 케이블과, OLT와 연결되어 광신호를 송수신하는 광시설들을 연결시켜주는 기능을 수행한다. 따라서, ONT는 OLT로부터 전송된 광신호를 전기신호로 변환하여 가입자에게 전송하는 광전변환 및 가입자로부터 전송된 전기신호를 광신호로 변환하여 OLT로 전송하 는 전광변환을 수행한다.
도 1은 기가비트 이더넷 수동 광가입자망에서 데이터의 하향 전송 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 기가비트 이더넷 수동 광가입자망에서 데이터의 상향 전송 구조를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 기가비트 이더넷 수동 광가입자망(Gigabit Ethernet Passive Optical Network System : 이하 GE-PON이라 함)은 1개의 OLT(10)가 다수의 ONT(20,22,24)와 광분배기(15)에 의해 트리(tree) 구조로 연결된 구조를 가지며, AON(Activity-on-Node) 시스템보다 저가로 효과적인 가입자망을 구성할 수 있는 방법이다.
GE-PON의 형태로는 비동기 전송 모드 수동 광가입자망(Asynchronous Transfer Mode Passive Optical Network : 이하, ATM-PON이라 함)이 먼저 개발되어 표준화가 이루어졌는데, ATM-PON은 ATM의 셀(cell)을 일정한 크기로 묶은 블록(block) 형태로 상향 및 하향 전송이 이루어지게 된다. 반면, 이더넷 수동 광가입자망(E-PON)은 크기가 다른 패킷을 일정한 크기의 블록으로 묶어 전송한다. 따라서, E-PON은 ATM-PON에 비해 다소 복잡한 제어 구조를 갖는다.
도 1을 참조하여 데이터의 하향 전송에 대해 설명한다. 하향 전송(Downstream)의 경우 OLT(10)는 ONT(20,22,24)에 전송하기 위한 데이터를 브로드케스팅(broadcasting)한다. 광분배기(15)는 OLT(10)로부터 전송된 데이터가 수신되면, 각각의 ONT(20,22,24)에 수신된 데이터를 전송한다. 각각의 ONT들(20,22,24)은 광분배기(15)로부터 전송된 데이터로부터 각각의 사용자들(30,32,34)에 전송하기 위한 데이터를 검출하여 검출된 데이터만을 사용자들(30,32,34)에게 각각 전송한다.
도 2를 참조하여 데이터의 상향 전송에 대해 설명한다. 상향 전송(Upstream)의 경우 사용자들(30,32,34)로부터 전송된 각각의 데이터들은 ONT(20,22,24) 각각에 전송된다. 이때 ONT들(20,22,24) 각각은 사용자들(30,32,34)로부터 전송된 데이터를 OLT(10)로부터 전송 허락이 약속된 조건에 따라 각각 광분배기(15)로 전송한다. 이때, 각각의 ONT들(20,22,24)은 TDM(Time Division Multiplexing) 방식으로 설정된 시간 동안 수신된 각각의 데이터를 상향 전송한다. 이에 따라, 광분배기(15)에서는 데이터의 상향 전송에 따른 데이터 충돌이 발생하지 않는다.
도 3은 IEEE 802.3ah 표준에서 제시된 이더넷 프레임의 포맷을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 이더넷 프레임은 크게 대기 시간 값인 오버헤드, 목적지에서 필요로하는 유효정보인 이더넷 프레임, 및 오류체크값인 오버헤드로 구성된다.
이더넷 프레임의 앞부분에 삽입되는 오버헤드는 대기시간값과 전치영역(preamble)로 구성된다. 이더넷 프레임은 목적지주소{Destination Address(DA)}, 소스 주소{Source Address(SA)}, 데이터 길이/타입 정보(Length or Type), 실제 데이터로 구성된다. 이더넷 프레이의 끝에 삽입되는 오버헤드는 이더넷 프레임의 오류를 체크하기 위한 오류검출코드값이다. 도면에는 오류정정코드값 으로 FCS/CRC가 삽입되어 있다.
현재, 우리가 살고 있는 정보화 사회에서 통신서비스는 하나의 기술적 개념을 넘어 많은 부가가치를 창출하는 사업적인 측면이 강하고, 통신 서비스 이용자들은 상대방과 단순히 음성을 교환하고, 데이터를 주고 받는 욕구를 넘어 하나의 단말을 통해 음성, 데이터 및 비디오 등 다양한 서비스를 시간과 위치에 관계없이 이용자가 원하는 시기에 어디서든지 충족받기를 원하고 있다. 이를 위해 한국을 비롯한 각 국에서는 앞다투어 정부 주도로 초고속정보통신망을 구축하고 있으며, 이리듐 사업 등 위성통신 사업이 진행 중이고, 멀티미디어 통신, 이동통신, 응용 소프트웨어 개발 등 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
또한, 이러한 정보화 사회에서는 디지털 데이터의 효율적이고 신뢰성 있는 전송 및 저장기법에 대한 중요성이 증대되고 있으며, 이에 따라 신뢰성 있는 데이터 전송 시스템을 설계하기 위한 오류 제어 코딩 방식에 대한 연구가 필요하게 되었다.
오류제어 코딩에 대한 연구는 1948년 C.E. Shannon이 발표한 <통신에 관한 수학적 이론(A Mathematical Theory of Communication)>이라는 논문부터 시작되었다. Shannon은 이 논문에서 정보에 확률 개념을 도입하여 정보를 비트로 표현하고 잡음 채널과 무잡음 채널에서 오류 없이 정보를 전송하기 위한 이론이 제창하였다. 그 이후 잡음이 있는 환경에서 오류 제어를 위한 인코딩과 디코딩에 관한 연구가 활발히 수행되고 있으며, 오류 제어를 위한 부호(code)의 사용은 통신 시스템과 디지털 컴퓨터 설계에 필수적인 요소가 되었다.
오류 제어를 위한 부호에는 블록부호(block code)와 길쌈부호(convolutional code)로 나눌 수 있다. 블록부호는 k비트의 정보를 n비트의 부호워드로 만들어 내는 것으로 선형부호(linear code)와 순회부호(cyclic code)로 나눌 수 있다.
반면, 길쌈부호는 출력 시퀀스가 현재의 입력 뿐만 아니라 과거의 입력 시퀀스에 의해서도 영향을 받는 부호를 말한다.
순회부호는 E. Prange에 의해 1957년부터 1957년에 걸쳐 발간된 일련의 기술보고서들에서 논의되기 시작하여, BCH code, Reed-Solomon code 로 발전하였다. 이 순회부호는 풍부한 대수적 구조를 갖고 있어 많은 연구성과가 발표되었고, 고속 의 쉬프트 레지스터(shift register)를 기반으로 인코더와 디코더를 간단히 구현 할 수 있으므로 CD player 및 giga bit/sec 급 고속 통신 등 다양한 분야에서 널리 실용화 되어 있다.
데이터를 전송하는 OLT(10) 및 데이터를 수신하는 ONT들(20,22,24)은 각각 전송할 데이터 및 수신한 데이터에 대하여 오류 검출을 수행한다. 이때 이용되는 오류 검출 방법으로는 CRC(Cyclic Redundancy Check) 및 FCS(Frame Check Sequence)를 예로 들수 잇다.
CRC 오류 검출 방법은 시리얼 전송에서 데이터의 신뢰성을 검증하기 위한 오류 검출 방법의 일종이다. CRC 오류 검출 방법은 패리티(parity) 비트에 의한 방법과 체크-썸(check-sum)에 의한 오류 검출 방법이 있다. 여기서 패리티 비트에 의한 오류 검출 방법은 데이터 중에 한꺼번에 2비트나 4비트가 변하게 되면 검출을 할 수 없다. 체크-썸에 의한 오류 검출 방법은 한 바이트에서 +1, 다른 바이트에서는 -1로 오류가 생기는 경우 오류가 검출 되지 않는다. 즉, CRC 오류 검출 방법은 오류를 검출해 낼 수 있는 확률이 대단히 낮다.
패리티 및 체크-썸에 의한 오류 검출 방법은 집단 오류에 대한 신뢰성 있는 오류 검출 수단을 제공하지 못하므로, 최근에는 데이터의 오류 검출을 위해 다항식 코드를 사용하는 순환잉여 검사방식이 사용된다. 이는 송신측이 전송할 프레임의 내용을 사용하여 계산한 오류검출코드를 프레임의 마지막 부분에 삽입하고, 수신측이 송신측과 동일하게 수신한 프레임의 내용을 사용하여 계산한 오류검출코드와 수신한 오류검출코드를 비교하여 오류 검출을 수행한다. 여기서 오류검출코드는 CRC(Cyclic Redundancy Check) 또는 FCS(Frame Check Sequence)가 될 수 있다.
CRC는 체크-썸 오류 검출 방법의 하나로 가장 일반적인 데이터 오류를 검출하기 위한 것이다. CRC를 계산하는 경우, 데이터 세트는 1과 0으로 구성된 매우 긴 스트링(또는 메시지라고 함)이다. 이러한 이진수 스트링은 생성 다항식(Generator Polynominal)이라고 부르는 고정된 크기의 작은 이진수 스트링에 의해 조금 다른 방식으로 나누어진다. 이러한 이진법 나눗셈의 나머지가 CRC 체크-썸이다.
특정한 수학적인 특징에 따라 생성 다항식을 선택하게 되면, 최종 체크-썸은 메시지 내의 거의 모든 오류를 검출할 수 있다. 이와 같은 생성 다항식 중에 가장 강력한 것은 하나 또는 두개의 비트 오류, 연속적인 오류 비트의 길이가 홀수인 모든 오류를 검출할 수 있다. 또한 버스트 오류(Burst Error, 오류가 연속적으로 발생하는 오류 시퀀스)까지도 99.99%이상 검출한다.
이러한 CRC에 의한 방법은 높은 신뢰도를 확보하며, 인코더 및 디코더의 구현이 대단히 간단하고, 오류 검출을 위한 오버헤드가 적고, 랜덤 오류나 버스트 오류를 포함한 오류 검출에 매우 좋은 성능을 갖는다.
CRC의 원리는 나눗셈을 한 결과의 나머지를 보낼 데이터의 잉여분으로 덧붙여 보내서 수신단에서 이 잉여분과 함께온 데이터를 원래의 데이터를 나눈값으로 나누었을 때 나머지가 0인지 검사해서 오류를 검출하는 코드이다. 여기서 나머지는 CRC에서 가장 중요한 부분으로 FCS(Frame Check Sequence)라고 부른다. 데이터 전송시에 송신측에서는 CRC를 검사하기 위해서 각 데이터 프레임 마다, 전송된 프레임의 오류를 수신측에서 검출할 수 있도록 오류검출코드인 FCS를 포함해서 전송한다.
이러한 CRC는 이진수를 기본으로해서 모든 연산이 이루어진다. 즉, 송신측과 수신측에서는 모든 스트림 데이터를 바이너리 폴리노미얼처럼 다룬다. 원래의 데이터 프래임이 주어지면, 전송측에서는 원래의 데이터 프레임의 오류 검출을 위한 FCS를 생성한다. 송신측에서 FCS를 생성하기 위해서는 나눗셈을 위한 젯수인 CRC 폴리노미얼이 필요하다. 앞에서 언급한 바와 같이, FCS를 생성하는 방법은 전송할 데이터 프래임을 CRC 폴리노미얼로 나누면, 나머지 값이 나오게 되는데, 이 나머지 값이 FCS가 된다.
FCS는 결과 프래임(전송될 프래임: 원래의 데이터 프래임과 FCS가 포함된 프래임)이 수신측에서 미리 정의된 폴리노미얼에 의하여 정확하게 나누어질 떨어질 수 있도록 원래의 데이터 프래임의 뒤에 붙여서 송신된다. 여기서, 미리 정의된 폴리노미얼을 디비져(devisor) 또는 CRC 폴리노미얼(CRC Polynomial)이라고 한다.
결과 프래임을 수신한 수신측에서는 CRC 검사를 하게 되는데, 검사하는 방법은 수신된 데이터 프래임을 전송시에 사용한 것과 같은 CRC 폴리노미얼로 나누어서 나머지를 검사한다. 이때 나머지가 0이 아닌 수가 되면, 전송시에 오류가 발생한 것으로 판단한다.
802.3ah에는 암호화와 관련된 패킷 포맷이 아직 제안되어 있지 않다.
도 4 및 도 5는 기존의 이더넷 통신에서 암호화 방법 및 오류 검출 방법의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 데이터를 암호화하기 전에 데이터의 오류 검사하는 이더넷 통신에서 암호화 방법 및 오류검출방법을 도시한 도면이다.
먼저, OLT(10)는 오류검출코드인 FCS를 이용하여 데이터의 오류를 검사한다. 여기서 데이터는 아직 암호화가 되지 않은 것으로, OLT(10)는 이후에 이더넷 프레임으로부터 데이터 영역을 따로 분리하여 암호화를 수행한다(S11).
분리된 데이터에 대한 암호화가 끝나면, OLT(10)는 암호화된 데이터를 다시 이더넷 프레임에 결합하여(S13), ONT들(20,22,24)로 전송한다(S15).
암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임을 수신한 ONT들(20,22,24)은 OLT(10)에서 수행한 동작의 역순으로 수신한 데이터에 대한 복호를 수행한다. 즉, ONT들(20,22,24)은 수신한 이더넷 프레임으로부터 데이터 부분을 분리하여 복호화를 수행한다(S17). 데이터에 대한 복호화가 완료되면, ONT들(20,22,24)은 이더넷 프레임에 다시 복호된 데이터를 결합한다. 이때 ONT들(20,22,24)은 이더넷 프레임 의 끝부분에 포함된 FCS를 이용하여 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사한다(S19).
이와 같이, 데이터를 암호화하기 전에 이더넷 프레임에 대한 오류 검사할 경우, 수신측에서 FCS 오류가 검출되면 이 오류는 이하 3가지 경우에 의해 발생한 오류를 모두 포함할 수 있다. 즉, FSC에 의한 이더넷 프레임의 오류는 S11단계에서 송신측에 의한 암호화 과정 중 발생한 오류, S15 단계에서 송신측에서 수신측으로 전송하는 과정 중 발생한 오류, 및 S17단계에서 수신측에서 복호화 과정 중 발생한 오류를 포함할 수 있다.
따라서, 도 4와 같이 데이터를 암호화하기 전에 오류검사를 하는 경우, 데이터의 암호화시, 데이터의 전송시, 및 데이터의 복호화시 발생할 수 있는 오류에 대해서는 정정할 수 없는 문제점이 있다.
도 5는 데이터를 암호화한 후에 데이터의 오류 검사하는 이더넷 통신에서 암호화 방법 및 오류검출방법을 도시한 도면이다.
먼저, OLT(10)는 이더넷 프레임으로부터 데이터 영역을 분리하여 데이터데 대한 암호화를 수행한다(S21). 데이터에 대한 암호화가 완료되면, OLT(10)는 암호화된 데이터를 이더넷 프레임에 결합한다. 이때 OLT(10)는 암호화된 데이터와 목적지주소영역(DA), 소스주소영역(SA), 및 데이터 타입/길이 영역(Type/Lengh)에 대한 FCS 오류 검사를 수행한다(S23).
FCS 오류 검사가 완료되면, OLT(10)는 오류 검사가 완료된 이더넷 프레임을 목적지로 전송한다(S25).
ONT들(20,22,24)은 이더넷 프레임을 수신하면, 암호화된 데이터와 목적지주 소영역(DA), 소스주소영역(SA), 및 데이터 타입/길이 영역(Type/Lengh)에 대한 FCS 오류 검사를 수행한다. 오류 검사가 완료되면, ONT들(20,22,24)은 이더넷 프레임으로부터 암호화된 데이터를 분리하여 복호화를 수행한다(S27).
데이터의 복호화가 완료되면, ONT들(20,22,24)은 복호화된 데이터를 이더넷 프레임에 결합한다(S29).
이와 같이, 데이터를 암호화한 후에 데이터 오류를 검사하여 전송하는 경우, 수신측에서 FCS 오류 검사에 의한 오류가 검출되면 이러한 오류는 S25 단계에서 이더넷 프레임이 전송되는 과정 중에 발생한 오류이다. 이러한 방법으로 수신측에서 오류 검사를 수행하면, 수신측에서는 송신측에서 암호화 및 수신측에서 복호화 과정 중 발생하는 오류에 대해서는 전혀 검출할 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 하나의 OLT와 다수의 ONT 간에 오류 검출 성능을 향상시켜 데이터를 안정적으로 송수신하기 위한 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망 및 이를 이용한 데이터 오류 검출 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 하나의 OLT와 다수의 ONT 간에 송신측에서 데이터 암호화시, 송신측에서 수신측으로 데이터 전송시, 및 수신측에서 데이터 복호화시 발생할 수 있는 이더넷 프레임의 오류를 보다 정확하게 검출 및 복원하여 안정적인 암화화 이더넷 통신이 가능한 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망 및 이를 이 용한 데이터 오류 검출 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적은 본 발명에 따라, 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망에 있어서, 데이터를 암호화하기 전에 이더넷 프레임의 오류를 검사하여 결과값(FCS1)을 이더넷 프레임에 추가하고, 이더넷 프레임에 포함된 데이터를 암호화한 후 상기 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사하여 결과값(FCS2)을 상기 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 추가하여 목적지로 전송하는 OLT(Optical Line Terminal); 및 OLT로부터 전송된 FCS1 및 FCS2가 포함된 이더넷 프레임에 대한 전송 오류를 FCS2를 이용하여 검사한 후 암호화된 데이터를 복호하고, 상기 복호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 암호화 및 복호화 오류를 FCS1을 이용하여 검사하는 적어도 하나의 ONT(Optical Network Terminal)를 포함하는 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 OLT는, 제1오류검출부, 프레임 분리부, 암호화부, 프레임 결합부, 및 제2오류검출부를 갖는다.
제1오류검출부는 암호화되지 않은 목적지주소, 소스주소, 데이터 타입/길이, 및 데이터로 구성된 이더넷 프레임이 입력되면, 이더넷 프레임에 대한 오류 검사하고 상기 오류 검사 결과값(FCS1)을 상기 이더넷 프레임에 추가한다.
프레임 분리부는 FCS1이 추가된 이더넷 프레임으로부터 데이터를 분리한다.
암호화부는 이더넷 프레임으로부터 분리된 데이터를 미리 설정된 암호화 알 고리즘 및 암호화키를 이용하여 암호화한다.
프레임 결합부는 암호화된 데이터와, 프레임 분리부에서 데이터와 분리된 목적지주소, 소스주소, 데이터 타입/길이를 결합하여 이더넷 프레임을 형성한다.
제2오류검출부는 프레임 결합부에서 결합된 이더넷 프레임에 대하여 오류를 검사하고 검사 결과값(FCS2)을 프레임 결합부에서 결합된 이더넷 프레임의 마지막 부분에 추가하여 목적지로 전송한다.
바람직하게는, 상기 ONT는, 전송오류검출부, 프레임분리부, 복호화부, 프레임 결합부, 및 암호/복호 오류 검출부를 갖는다.
전송오류검출부는 OLT로부터 전송된 FCS1 및 FCS2가 포함된 이더넷 프레임을 FCS2를 이용하여 데이터의 전송 오류를 검사한다.
프레임분리부는 전송 오류가 검사된 이더넷 프레임으로부터 암호화된 데이터를 분리한다.
복호화부는 분리된 암호화된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 복호화키를 이용하여 복호화한다.
프레임 결합부는 복호화된 데이터와, 프레임분리부에서 데이터가 분리된 이더넷 프레임을 결합한다.
암호/복호 오류 검출부는 복호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임을 FCS1을 이용하여 데이터의 암호화 및 복호화 오류를 검사한다.
한편, 상기와 같은 목적은 본 발명에 따라, E-PON 구조에서 하나의 OLT와 다수의 ONT들 간에 데이터를 안정적으로 송수신하기 위한 이더넷 통신의 데이터 오류 검출 방법에 있어서, a) OLT가 데이터를 암호화하기 전에 이더넷 프레임의 오류를 검사하여 결과값(FCS1)을 이더넷 프레임에 추가하고, 이더넷 프레임에 포함된 데이터를 암호화한 후 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사하여 결과값(FCS2)을 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 추가하여 목적지로 전송하는 단계; 및 b) ONT가 OLT로부터 전송된 FCS1 및 FCS2가 포함된 이더넷 프레임을 FCS2를 이용하여 데이터의 전송 오류를 검사한 후 암호화된 데이터를 복호하고, 복호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임을 FCS1을 이용하여 데이터의 암호화 및 복호화 오류를 검사하는 단계를 포함하는 데이터 오류 검출 방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 a) 단계는, 암호화되지 않은 목적지주소, 소스주소, 데이터 타입/길이, 및 데이터로 구성된 이더넷 프레임이 입력되면, 이더넷 프레임에 대한 오류 검사하고 오류 검사 결과값(FCS1)을 상기 이더넷 프레임에 추가하는 단계; FCS1이 추가된 이더넷 프레임으로부터 데이터를 분리하는 단계; 이더넷 프레임으로부터 분리된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 암호화키를 이용하여 암호화하는 단계; 암호화된 데이터와, 프레임 분리부에서 데이터와 분리된 목적지주소, 소스주소, 데이터 타입/길이를 결합하는 단계; 및 결합된 이더넷 프레임에 대하여 오류 검사하고 검사 결과값(FCS2)을 결합된 이더넷 프레임의 마지막 부분에 추가하여 목적지로 전송하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 b) 단계는, OLT로부터 전송된 FCS1 및 FCS2가 포함된 이더넷 프레임에 대한 전송 오류를 FCS2를 이용하여 검사하는 단계; 전송 오류가 검 사된 이더넷 프레임으로부터 암호화된 데이터를 분리하는 단계; 분리된 암호화된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 복호화키를 이용하여 복호화하는 단계; 복호화된 데이터와, 데이터가 분리된 이더넷 프레임을 결합하는 단계; 및 복호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 암호화 및 복호화 오류를 FCS1을 이용하여 검사하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 전송측에서는 데이터를 암호화하기 전 및 암호화한 후에 각각 데이터의 오류를 검사하여 수신측으로 전송하고 수신측에서는 데이터의 암호화한 후에 검사한 결과값인 오류검출코드(FCS2)를 이용하여 데이터의 전송 오류를 검사하고 데이터의 암호화 전에 검사한 결과값인 오류검출코드(FCS1)를 이용하여 데이터의 암호화시 및 복호화시에 발생한 오류를 검사함으로써, 데이터의 오류 검출 성능을 향상시켜 데이터를 보다 안정적으로 송수신할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명에 따른 GE-PON 구조에서 하나의 OLT와 다수의 ONT 간에 데이터를 안정적으로 송수신하기 위해 데이터의 오류 검출 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명에서는 GE-PON에서 데이터 암호화는 GE-PON 표준 이더넷 프레임에서 데이터 필드 전체를 암호화한다.
도 6은 본 발명에 따른 보다 안정적인 데이터 전송을 위해 보다 정확한 데이 터 오류 검출이 가능한 GE-PON의 바람직한 실시예를 도시한 블록도이다. 참고로 본 실시예의 데이터 암호화를 위한 프로세스는 OSI(Open Systems Interconnection communications) 7계층에서 2계층에 해당하는 데이터 링크 계층(Data Link Layer) 또는 GE-PON MAC(Gigabit Ethernet Passive Optical Network Media Access Control) 계층에서 이루어진다.
도시된 바와 같이, GE-PON은 전송매체(200)를 통해 상호 채널을 설정하여 데이터를 송수신하는 OLT(100) 및 적어도 하나의 ONT(300)로 구성된다.
구체적으로 OLT(100)는 제1오류검출부(110), 프레임 분리부(120), 암호화부(130), 프레임 결합부(150), 제2오류검출부(170)를 갖는다.
제1오류검출부(110)는 암호화되지 않은 목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 데이터필드로 구성된 이더넷 프레임이 입력되면, 이더넷 프레임에 대한 오류 검사를 수행한다. 이때 제1오류검출부(110)는 오류 검출 결과인 FCS1을 이더넷 프레임의 마지막 부분에 추가하여 프레임 분리부(120)로 출력한다.
프레임 분리부(120)는 FCS1이 추가된 이더넷 프레임으로부터 데이터를 분리한다. 이때 프레임 분리부(120)는 분리한 데이터를 암호화부(130)로 출력하고, 분리한 데이터를 제외한 이더넷 프레임(목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 FCS1)을 프레임 결합부(120)로 출력한다.
암호화부(130)는 프레임 분리부(120)로부터 출력된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 암호화키를 이용하여 암호화를 수행한다. 이때 암호화부(130)는 암호화가 완료되면, 암호화된 데이터를 프레임 결합부(150)로 출력한다.
프레임 결합부(150)는 프레임 분리부(120)로부터 출력된 암호화되지 않은 목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 FCS1와, 암호화부(130)로부터 출력된 암호화된 데이터를 하나의 이더넷 프레임 포맷으로 결합한다. 이때 프레임 결합부(150)는 결합한 이더넷 프레임을 제2오류검출부(170)로 출력한다.
제2오류검출부(170)는 프레임 결합부(150)로부터 출력된 이더넷 프레임에 대하여 오류 검사를 수행한다. 이때 제2오류검출부(170)는 검출한 오류 검사 결과인 FCS2를 프레임 결합부(150)로부터 출력된 이더넷 프레임의 마지막 부분에 추가한다. 이러한 과정을 통해 FCS1 및 FCS2가 추가된 이더넷 프레임은 전송매체(200)를 통해 ONT(300)로 전송된다.
한편, OLT(100)로부터 전송된 이더넷 프레임을 수신한 ONT(300)는 수신한 이더넷 프레임에 대한 오류 검출 및 데이터의 복호화를 수행한다.
도시된 ONT(300)는 전송오류검출부(310), 프레임분리부(320), 복호화부(330), 프레임 결합부(350), 및 암호/복호 오류검출부(370)를 갖는다.
전송오류검출부(310)는 수신한 이더넷 프레임의 FCS2필드를 참조하여 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사한다. 전송오류검출부(310)가 FCS2를 참조하여 수신한 이더넷 프레임의 오류를 검사하므로서, 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임이 전송채널(200)을 통해 전송되는 동안 발생하는 오류를 검출할 수 있다. 이때 전송오류검출부(310)는 FCS2를 이용하여 이더넷 프레임의 전송 중에 발생한 오류를 검출하는 동작이 완료되면, 이더넷 프레임의 암호화된 데이터와 목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 FCS1을 프레임 분리부(320)로 출력한다.
프레임분리부(320)는 전송오류검출부(310)로부터 출력된 이더넷 프레임의 암호화된 데이터와 목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 FCS1으로부터 암호화된 데이터를 분리한다. 이때 프레임분리부(320)는 분리한 암호화된 데이터는 복호화부(330)로 출력하고, 목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 FCS1은 프레임 결합부(350)로 출력한다.
복호화부(330)는 프레임 분리부(320)로부터 출력된 암호화된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 복호화키를 이용하여 복호화한다. 이에 따라 복호화부(330)는 복호화된 즉, 암호화 이전의 원래 평문 데이터를 프레임 결합부(350)로 출력한다.
프레임 결합부(350)는 프레임분리부(320)로부터 출력된 목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 FCS1와, 복호화부(330)로부터 출력된 복호화된 데이터를 하나의 이더넷 프레임 포맷으로 형성하여 결합한다. 이때 프레임 결합부(350)는 결합한 이더넷 프레임을 암호/복호 오류검출부(370)로 출력한다.
암호/복호 오류검출부(370)는 프레임 결합부(350)로부터 출력된 이더넷 프레임의 FCS1을 참조하여 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사한다. 이때 FCS1을 참조하여 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사함으로써, 이더넷 프레임에 포함된 데이터의 암호화시 및 복호화시 발생한 오류를 검출할 수 있다.
따라서, 전송측에서는 데이터를 암호화하기 전 및 암호화한 후에 각각 데이터의 오류를 검사하여 수신측으로 전송하고 수신측에서는 데이터의 암호화한 후에 검사한 결과값인 오류검출코드(FCS2)를 이용하여 데이터의 전송 오류를 검사하고 데이터의 암호화 전에 검사한 결과값인 오류검출코드(FCS1)를 이용하여 데이터의 암호화시 및 복호화시에 발생한 오류를 검사함으로써, 데이터의 오류 검출 성능을 향상시켜 데이터를 보다 안정적으로 송수신할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 기반의 수동 광 가입자망을 이용한 데이터의 오류 검출 방법의 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.
먼저, 제1오류검출부(110)는 암호화되지 않은 목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 데이터필드로 구성된 이더넷 프레임이 입력되면, 이더넷 프레임에 대한 오류 검사를 수행한다. 이때 제1오류검출부(110)는 오류 검출 결과인 FCS1을 이더넷 프레임의 마지막 부분에 추가한다. 프레임 분리부(120)는 FCS1이 추가된 이더넷 프레임으로부터 데이터를 분리한다. 암호화부(130)는 이더넷 데이터와 분리된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 암호화키를 이용하여 암호화를 수행한다(S110). 이때 암호화부(130)는 암호화가 완료되면, 암호화된 데이터를 프레임 결합부(150)로 출력한다.
프레임 결합부(150)는 프레임 분리부(120)에서 이더넷 데이터로부터 데이터가 분리된 암호화되지 않은 목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 FCS1와, 암호화부(130)에서 암호화된 데이터를 하나의 이더넷 프레임 포맷으로 결합한다. 제2오류검출부(170)는 결합된 이더넷 프레임에 대하여 오류 검사를 수행한다(S120).
이때 제2오류검출부(170)는 검출한 오류 검사 결과인 FCS2를 프레임 결합부(150)로부터 출력된 이더넷 프레임의 마지막 부분에 추가한다. 이러한 과정 을 통해 암호화된 데이터와 FCS1 및 FCS2가 추가된 이더넷 프레임은 전송매체(200)를 통해 ONT(300)로 전송된다(S130).
전송오류검출부(310)는 OLT(100)로부터 전송된 이더넷 프레임의 FCS2필드를 참조하여 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사한다. 프레임분리부(320)는 전송오류검출부(310)로부터 오류 검출된 이더넷 프레임의 암호화된 데이터와 목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 FCS1으로부터 암호화된 데이터를 분리한다. 복호화부(330)는 프레임 분리부(320)에서 이더넷 프레임으로부터 분리된 암호호된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 복호화키를 이용하여 복호화한다(S150). 이에 따라 복호화부(330)는 복호화된 즉, 암호화 이전의 원래 평문 데이터를 프레임 결합부(350)로 출력한다.
프레임 결합부(350)는 프레임분리부(320)로부터 출력된 목적지주소필드, 소스주소필드, 데이터타입/길이필드, 및 FCS1와, 복호화부(330)로부터 출력된 복호화된 데이터를 하나의 이더넷 프레임 포맷으로 형성하여 결합한다. 암호/복호 오류검출부(370)는 프레임 결합부(350)로부터 결합된 이더넷 프레임의 FCS1을 참조하여 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사한다(S170).
이때 FCS1을 참조하여 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사함으로써, 이더넷 프레임에 포함된 데이터의 암호화시 및 복호화시 발생한 오류를 검출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전송측에서는 데이터를 암호화하기 전 및 암호화한 후에 각각 데이터의 오류를 검사하여 수신측으로 전송하고 수신측에서는 데이터의 암호화한 후에 검사한 결과값인 오류검출코드(FCS2)를 이용하여 데이터의 전송 오류를 검사하고 데이터의 암호화 전에 검사한 결과값인 오류검출코드(FCS1)를 이용하여 데이터의 암호화시 및 복호화시에 발생한 오류를 검사함으로써, 데이터의 오류 검출 성능을 향상시켜 데이터를 보다 안정적으로 송수신할 수 있다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (6)

  1. 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망에 있어서,
    데이터를 암호화하기 전에 이더넷 프레임의 오류를 검사하여 결과값(FCS1)을 상기 이더넷 프레임에 추가하고, 상기 이더넷 프레임에 포함된 데이터를 암호화한 후 상기 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사하여 결과값(FCS2)을 상기 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 추가하여 목적지로 전송하는 OLT(Optical Line Terminal); 및
    상기 OLT로부터 전송된 상기 FCS1 및 상기 FCS2가 포함된 이더넷 프레임에 대한 전송 오류를 상기 FCS2를 이용하여 검사한 후 암호화된 데이터를 복호하고, 상기 복호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 암호화 및 복호화 오류를 상기 FCS1을 이용하여 검사하는 적어도 하나의 ONT(Optical Network Terminal)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 OLT는,
    암호화되지 않은 목적지주소, 소스주소, 데이터 타입/길이, 및 데이터로 구성된 이더넷 프레임이 입력되면, 상기 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사하고 상기 오류 검사 결과값(FCS1)을 상기 이더넷 프레임에 추가하는 제1오류검출부;
    상기 FCS1이 추가된 이더넷 프레임으로부터 상기 데이터를 분리하는 프레임 분리부;
    상기 이더넷 프레임으로부터 분리된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 암호화키를 이용하여 암호화하는 암호화부;
    상기 암호화된 데이터와, 상기 프레임 분리부에서 상기 데이터와 분리된 상기 목적지주소, 소스주소, 데이터 타입/길이를 결합하는 프레임 결합부; 및
    프레임 결합부에서 결합된 이더넷 프레임에 대하여 오류 검사하고 검사 결과값(FCS2)을 상기 프레임 결합부에서 결합된 이더넷 프레임의 마지막 부분에 추가하여 목적지로 전송하는 제2오류검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 ONT는,
    상기 OLT로부터 전송된 상기 FCS1 및 상기 FCS2가 포함된 이더넷 프레임에 대한 전송 오류를 상기 FCS2를 이용하여 검사하는 전송오류검출부;
    상기 전송 오류가 검사된 이더넷 프레임으로부터 암호화된 데이터를 분리하는 프레임분리부;
    상기 분리된 암호화된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 복호화키를 이용하여 복호화하는 복호화부;
    상기 복호화된 데이터와, 상기 프레임분리부에서 상기 데이터가 분리된 이더넷 프레임을 결합하는 프레임 결합부; 및
    상기 복호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 암호화 및 복호화 오류를 상기 FCS1을 이용하여 검사하는 암호/복호 오류 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기가비트 이더넷 기반의 수동 광가입자망.
  4. 이더넷 기반의 수동 광가입자망(E-PON:Eternet-Passive Optical Network) 구조에서 하나의 OLT(Optical Line Terminal)와 다수의 ONT(Optical Network Terminal)들 간에 데이터를 안정적으로 송수신하기 위한 이더넷 통신의 데이터 오류 검출 방법에 있어서,
    a) 상기 OLT가 데이터를 암호화하기 전에 이더넷 프레임의 오류를 검사하여 결과값(FCS1)을 상기 이더넷 프레임에 추가하고, 상기 이더넷 프레임에 포함된 데이터를 암호화한 후 상기 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 오류를 검사하여 결과값(FCS2)을 상기 암호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 추가하여 목적지로 전송하는 단계; 및
    b) 상기 ONT가 상기 OLT로부터 전송된 상기 FCS1 및 상기 FCS2가 포함된 이더넷 프레임에 대한 전송 오류를 상기 FCS2를 이용하여 검사한 후 암호화된 데이터를 복호하고, 상기 복호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 암호화 및 복호화 오류를 상기 FCS1을 이용하여 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 오류 검출 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    암호화되지 않은 목적지주소, 소스주소, 데이터 타입/길이, 및 데이터로 구성된 이더넷 프레임이 입력되면, 상기 이더넷 프레임에 대한 오류 검사하고 상기 오류 검사 결과값(FCS1)을 상기 이더넷 프레임에 추가하는 단계;
    상기 FCS1이 추가된 이더넷 프레임으로부터 상기 데이터를 분리하는 단계;
    상기 이더넷 프레임으로부터 분리된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 암호화키를 이용하여 암호화하는 단계;
    상기 암호화된 데이터와, 상기 프레임 분리부에서 상기 데이터와 분리된 상기 목적지주소, 소스주소, 데이터 타입/길이를 결합하는 단계; 및
    상기 결합된 이더넷 프레임에 대하여 오류 검사하고 검사 결과값(FCS2)을 상기 결합된 이더넷 프레임의 마지막 부분에 추가하여 목적지로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 오류 검출 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 OLT로부터 전송된 상기 FCS1 및 상기 FCS2가 포함된 이더넷 프레임에 대한 전송 오류를 상기 FCS2를 이용하여 검사하는 단계;
    상기 전송 오류가 검사된 이더넷 프레임으로부터 암호화된 데이터를 분리하는 단계;
    상기 분리된 암호화된 데이터를 미리 설정된 암호화 알고리즘 및 복호화키를 이용하여 복호화하는 단계;
    상기 복호화된 데이터와, 상기 데이터가 분리된 이더넷 프레임을 결합하는 단계; 및
    상기 복호화된 데이터가 포함된 이더넷 프레임에 대한 암호화 및 복호화 오류를 상기 FCS1을 이용하여 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 오류 검출 방법.
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