KR101051205B1 - 광가입자망에서 데이터를 전송하기 위한 사이클 타임을 결정하는 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합 수동 광가입자망에서 링크의 전송 효율과 실시간 트래픽에 대한 지연을 고려하여 데이터 전송을 위한 사이클 타임을 결정하는 사이클 타임 결정 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명은 광가입자망 서비스 제공자가 접속하는 국사측 장치와 광가입자망 서비스 이용자가 접속하는 가입자측 단말장치 간의 거리 정보를 고려하여 적어도 두개의 가입자측 단말장치를 그루핑시키는 그루핑부; 그루핑으로부터 적어도 하나의 가입자측 단말장치를 포함하는 가입자측 단말장치 그룹이 생성되면 생성된 가입자측 단말장치 그룹에 속하는 모든 가입자측 단말장치에 대하여 레인징을 수행하는 레인징 처리부; 및 생성된 가입자측 단말장치 그룹마다 데이터 전송을 위한 사이클 타임을 결정하는 사이클 타임 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 데이터 패킷의 지연을 단축시킬 수 있으며, 광가입자망 시스템의 데이터 전송 성능을 향상시킬 수 있다.

hybrid PON, 사이클 타임, WDM-TDM, 그루핑, 레인징, 등화 왕복 지연, 패킷 지연

Description

광가입자망에서 데이터를 전송하기 위한 사이클 타임을 결정하는 장치 및 그 방법 {Apparatus and method for determining cycle time for data transmission in optical network}

본 발명은 광가입자망에서 데이터를 전송하기 위한 사이클 타임을 결정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복합 수동 광가입자망(hybrid PON)에서 링크의 전송 효율과 실시간 트래픽에 대한 지연을 고려하여 사이클 타임을 결정하는 사이클 타임 결정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

오늘날 고화질 IPTV의 보급이 가속화되고 3차원 TV가 출현함에 따라 수동 광가입자망(PON; Passive Optical Network)을 운용하는 통신 사업자 입장에서는 기가헤르츠(GHz)에 이르는 광대역 대역폭과 100km 이상의 장거리 전송을 통한 네트워크 최적화가 절실한 상황이다.

그래서, 종래 TDM(Time Division Multiplexing)-PON이 가지고 있던 분기율 제한 문제와 전송 거리 제한 문제를 극복하기 위한 연구가 진행되고 있다. 최근에는 하나의 파장에 대하여 시분할 다중화 방식을 접목시킨 WDM(Wavelength Division Multiplexing)-TDM PON에 대한 연구가 한창 진행중이다. WDM-TDM PON은 기존 64분 기에서 256분기 이상으로 광케이블당 분기수를 높일 수 있으며, 전송 거리도 기존 20km에서 100km 이상으로 증가시킬 수 있다. 또한, 광역 가입자망의 구성이 가능하여 전화국사의 수도 감축시킬 수 있다. 그래서, WDM-TDM PON과 같은 복합 수동 광가입자망(hybrid PON)에 대한 연구는 향후 더욱 가속화될 것으로 예상된다.

광역 가입자망을 구성하기 위해서는 광 파워, 광 트랜시버, 광 증폭기, FEC 등 물리 계층에서 해결해야 할 근본적인 문제 뿐만 아니라 TC(Transmission Convergence) 계층에서 MAC(Media Access Control)을 효율적으로 설계하기 위한 방안도 함께 고려되어야 한다. 그 이유는 링크의 전송 효율과 실시간 트래픽에 대한 지연이 양립하기 때문이다.

종래 수동 광가입자망에서는 망을 구성하는 전체 ONU(Optical Network Unit)에 대하여 OLT(Optical Line Terminal)로부터 가장 먼 거리에 위치한 ONU부터 사이클 타임을 결정하여 모든 ONU에 대하여 레인징(ranging)을 수행하였다. 그래서, OLT로부터 근거리에 위치한 ONU들은 지연이 길어지는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로는 사이클 타임의 주기를 줄이는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 ONU들이 짧은 주기 동안에 고정된 물리 계층의 오버헤드를 가진 데이터를 상향으로 빈번하게 보내기 때문에 전체 주기에 대한 오버헤드의 점유 비율이 상승하여 오히려 링크의 전송 효율이 저하되는 또다른 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, OLT로부터 비슷한 거리에 위치하는 ONU들끼리 그룹화시키고 각각의 그룹에 대하여 최대 허용 지연을 만족시키면서 최대의 링크 효율을 얻을 수 있는 사이클 타임을 결정하여 데이터 패킷의 지연을 종래보다 단축시키는 광가입자망에서의 데이터 전송을 위한 사이클 타임 결정 장치 및 그 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 광가입자망 서비스 제공자가 접속하는 국사측 장치와 광가입자망 서비스 이용자가 접속하는 가입자측 단말장치 간의 거리 정보를 고려하여 적어도 두개의 상기 가입자측 단말장치를 그루핑시키는 그루핑부; 상기 그루핑으로부터 적어도 하나의 상기 가입자측 단말장치를 포함하는 가입자측 단말장치 그룹이 생성되면 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹에 속하는 모든 가입자측 단말장치에 대하여 레인징(ranging)을 수행하는 레인징 처리부; 및 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹마다 데이터 전송을 위한 사이클 타임을 결정하는 사이클 타임 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 그루핑부는 상기 국사측 장치가 상기 가입자측 단말장치로 네트워크 접속을 승인하는 승인 메시지를 전송한 후 상기 가입자측 단말장치로부터 상기 승인 메시지에 대한 응답 메시지를 수신할 때까지 소요되는 시간을 포함 하는 상기 거리 정보를 상기 사이클 타임의 배수 단위로 구분하여 상기 가입자측 단말장치를 그루핑시킨다.

바람직하게는, 상기 사이클 타임 결정부는 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹의 등화 왕복 지연과 동일한 크기로 상기 사이클 타임을 결정한다. 더욱 바람직하게는, 상기 사이클 타임 결정부는 상기 국사측 장치와 상기 가입자측 단말장치 간의 최대 전파 지연과 상기 국사측 장치로부터 가장 먼 거리에 위치한 상기 가입자측 단말장치의 최대 패킷 지연을 고려하여 상기 사이클 타임을 결정한다.

바람직하게는, 상기 그루핑부는 상기 가입자측 단말장치 그룹에 속하지 않는 가입자측 단말장치를 발견하면, 상기 발견된 가입자측 단말장치의 왕복 지연을 계산하는 왕복 지연 계산부; 상기 계산된 왕복 지연을 상기 가입자측 단말장치 그룹의 왕복 지연 최대값과 크기 비교하는 왕복 지연 크기 비교부; 및 상기 계산된 왕복 지연이 상기 왕복 지연 최대값보다 크면 상기 발견된 가입자측 단말장치를 포함하는 가입자측 단말장치 그룹을 생성하며, 상기 계산된 왕복 지연이 상기 왕복 지연 최대값보다 작거나 같으면 상기 발견된 가입자측 단말장치를 상기 왕복 지연 최대값을 가지는 가입자측 단말장치 그룹에 소속시키는 가입자측 단말장치 처리부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 사이클 타임 결정부는 상기 사이클 타임을 결정할 때에 상기 가입자측 단말장치 그룹에서 미리 정해진 기준보다 먼 곳에 위치하는 적어도 하나의 가입자측 단말장치에게 상기 사이클 타임 동안 대역을 적어도 2회 할당한다.

바람직하게는, 상기 사이클 타임 결정 장치는 상기 거리 정보에 포함되는 상기 국사측 장치와 상기 가입자측 단말장치 간의 거리를 측정하는 거리 측정부를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 사이클 타임 결정 장치는 서로 다른 분할 다중화 방식을 결합시킨 수동 광 네트워크에서 상기 국사측 장치와 상기 가입자측 단말장치를 연결하는 광선로 상에 구비된다.

또한, 본 발명은 (a) 광가입자망 서비스 제공자가 접속하는 국사측 장치와 광가입자망 서비스 이용자가 접속하는 가입자측 단말장치 간의 거리 정보를 고려하여 적어도 두개의 상기 가입자측 단말장치를 그루핑시키는 단계; (b) 상기 그루핑으로부터 적어도 하나의 상기 가입자측 단말장치를 포함하는 가입자측 단말장치 그룹이 생성되면 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹에 속하는 모든 가입자측 단말장치에 대하여 레인징(ranging)을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹마다 데이터 전송을 위한 사이클 타임을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 (a) 단계는 상기 국사측 장치가 상기 가입자측 단말장치로 네트워크 접속을 승인하는 승인 메시지를 전송한 후 상기 가입자측 단말장치로부터 상기 승인 메시지에 대한 응답 메시지를 수신할 때까지 소요되는 시간을 포함하는 상기 거리 정보를 상기 사이클 타임의 배수 단위로 구분하여 상기 가입자측 단말장치를 그루핑시킨다.

바람직하게는, 상기 (c) 단계는 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹의 등화 왕복 지연과 동일한 크기로 상기 사이클 타임을 결정한다. 더욱 바람직하게는, 상기 (c) 단계는 상기 국사측 장치와 상기 가입자측 단말장치 간의 최대 전파 지연과 상기 국사측 장치로부터 가장 먼 거리에 위치한 상기 가입자측 단말장치의 최대 패킷 지연을 고려하여 상기 사이클 타임을 결정한다.

바람직하게는, 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계의 중간 단계는 (aa) 상기 가입자측 단말장치 그룹에 속하지 않는 가입자측 단말장치를 발견하면, 상기 발견된 가입자측 단말장치의 왕복 지연을 계산하는 단계; (ab) 상기 계산된 왕복 지연을 상기 가입자측 단말장치 그룹의 왕복 지연 최대값과 크기 비교하는 단계; 및 (ac) 상기 계산된 왕복 지연이 상기 왕복 지연 최대값보다 크면 상기 발견된 가입자측 단말장치를 포함하는 가입자측 단말장치 그룹을 생성하며, 상기 계산된 왕복 지연이 상기 왕복 지연 최대값보다 작거나 같으면 상기 발견된 가입자측 단말장치를 상기 왕복 지연 최대값을 가지는 가입자측 단말장치 그룹에 소속시키는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 (c) 단계는 상기 사이클 타임을 결정할 때에 상기 가입자측 단말장치 그룹에서 미리 정해진 기준보다 먼 곳에 위치하는 적어도 하나의 가입자측 단말장치에게 상기 사이클 타임 동안 대역을 적어도 2회 할당한다.

본 발명은 OLT로부터 비슷한 거리에 위치하는 ONU들끼리 그룹화시키고 각각의 그룹에 대하여 사이클 타임을 결정함으로써 다음 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 데이터 패킷의 지연을 종래보다 단축시킬 수 있으며, 이와 함께 서비스가 요구하는 최대 허용 지연을 만족시키면서 실시간 트래픽의 요구 사항을 보장할 수 있다. 또한, 최대의 링크 효율을 얻을 수 있으며, 상향 오버헤드로 인한 광가입자망 시스템의 성능 저하를 방지할 수 있다. 둘째, IPTV나 3차원 TV 등 패킷 지연에 민감한 실시간 양방향 TV 서비스, VoIP(Voice over Internet Protocol) 등의 무선 전화 서비스를 원활하게 구현할 수 있다. 세째, 전송 거리가 100km 이상 장거리인 경우 전화국사 측과 가입자 측 간의 데이터 전송 성능을 종래보다 더욱 향상시킬 수 있으며, 복합 수동 광가입자망 시스템에서 보다 효율적인 레인징(ranging) 구현이 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 광가입자망 시스템에서 데이터 전송을 위한 사이클 타임을 결정하는 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에 따르면, 사이클 타임 결정 장치(100)는 거리 측정부(110), 그루핑부(120), 레인징 처리부(130) 및 사이클 타임 결정부(140)를 포함한다.

도 1을 참조하여 본 실시예를 설명하기에 앞서, 먼저 본 실시예에 적용되는 파라미터에 대해 정의한다.

대표적인 수동 광통신망인 TDM-PON에서 사이클 타임은 현재 활성화된 모든 ONU가 한번씩 상향으로 데이터를 보낼 권한을 승인받은 기간 또는 모든 ONU가 한번씩 자신의 큐 길이 정보를 OLT에게 알려주고 상향 데이터 전송을 요청하는 기간을 의미한다. 그러나, 사이클 타임은 광 네트워크 시스템에 따라 다르게 정의할 수 있으며, 사이클 타임을 어떻게 정의하고 사용하느냐에 따라 시스템의 성능이 크게 좌우될 수 있기 때문에 다양한 파라미터를 고려하여 최적의 사이클 타임을 결정하는 것이 매우 중요하다.

일반적으로 사이클 타임은 오버헤드와 트래픽 지연 시간과 관련된다. 사이클 타임을 짧게 할 경우, 실시간 트래픽에 대하여 지연이 짧아지는 장점이 있으나, 짧은 시간에 모든 ONU가 상향으로 데이터를 보내므로 상향 오버헤드가 커지는 단점이 있다. 반면, 사이클 타임을 길게 할 경우, 상향 오버헤드는 줄어드는 반면, 실시간 트래픽에 대한 지연이 길어지는 단점이 발생한다. 따라서, 실시간 트래픽의 지연 요구 사항을 보장하면서 동시에 오버헤드를 줄이기 위해서는 사이클 타임의 길이를 최대한 길게 유지하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 실시예의 이해를 돕기 위하여 몇몇 파라미터에 대해 정의한다.

- C : 사이클 타임(cycle time)

TDMA PON에서 사이클 타임이란 대역을 요청하는 주체들이 해당 OLT에게 한번씩 상향으로 데이터(대역 요청 신호 또는 사용자 데이터)를 보내도록 허락된 주기를 의미한다. 여기서, 대역을 요청하는 주체들이란 E-PON의 경우 각각의 ONU라 할 수 있고, G-PON의 경우 개별 Alloc-ID(Allocation Identification)에 해당한다. 그 이유는 E-PON의 경우 하나의 대역 요청신호(report PDU) 내에 모든 트래픽 큐에 대한 요청 정보가 한꺼번에 들어있기 때문이며, G-PON의 경우 하나의 ONU에 대해 트래픽별로 여러개의 Alloc-ID가 정의되고, 이들은 각각 별도의 burst 단위로 대역을 요청할 수 있도록 되어 있기 때문이다. 어떤 경우이든 이 사이클 타임은 가변값 또는 일정한 값으로 구현할 수 있으며 대개 구현의 단순성을 고려하여 후자를 선호한다.

- D_L : 논리적 거리(logical reach)

- T_rt : 최대 왕복 지연(maximum RTT(Round Trip Time))

- T_pd : 최대 전파 지연

TDM-PON에서는 물리적으로 거리가 서로 다른 ONU들이 상향으로 데이터를 보낼 때 충돌을 일으키지 않도록 하기 위하여 논리적으로 동일한 거리에 있는 것처럼 보이도록 하는 기법을 사용한다. 이와 같이 배치된 위치를 논리적 거리(D_L)라고 한다. 이 값은 OLT에서 가장 멀리 떨어져 있는 ONU의 거리와 같거나 큰 값이다. 그러므로, 본 실시예에서는 광신호가 광케이블을 통하여 이 논리적 거리를 왕복하는 데 에 걸리는 시간을 최대 왕복 지연(T_rt)이라고 부르기로 한다. 이는 최대 전파 지연(T_pd)의 2배에 해당한다. 즉, T_rt=2T_pd이다.

- T_d ⁱ : i번째 ONU에 대한 등화 지연(equalized delay)

- T_eqd : 등화 왕복 지연(equalized round trip delay)

상향 데이터의 충돌을 방지하기 위하여 OLT로부터 데이터 송신 허가(승인, grant)를 받았을 때, 가까이 있는 ONU는 데이터를 보내기 직전까지 대기하는 지연을 길게 하고 먼 거리에 있는 ONU는 데이터를 보내기 전 대기하는 지연을 짧게 한다. 이러한 ONU들의 송신 직전 대기 값을 등화 지연이라고 한다. 등화 지연은 ONU들을 등록할 때 레인징이라는 절차를 통하여 OLT가 측정한 후에 각각의 ONU에 할당하는 값이다.

결국 서로 다른 거리에 있는 ONU들이라 할지라도, OLT가 승인을 한 직후 상향으로 데이터가 도착하는 데까지 걸리는 시간은 모든 ONU들에 대하여 동일해진다. 이것을 등화 왕복 지연이라고 한다. 이 값은 논리적 거리를 왕복하는 데에 걸리는 시간, 즉 최대 왕복 지연보다 큰 값을 가져야 한다. 레인징을 하기 전에 ONU의 최대 분포 거리 또는 PON의 규격에 따라 등화 왕복 지연 값을 사전에 결정해 둔다. 레인징을 수행할 때 OLT는 개별 ONU의 왕복 지연을 측정하게 되고 등화 왕복 지연 값에서 개별 왕복 지연 값을 빼면 등화 지연을 얻을 수 있게 된다.

이하에서는 도 1을 참조하여 본 실시예에 대해서 본격적으로 설명한다.

본 실시예에서 사이클 타임 결정 장치(100)는 전화국사 측 OLT(Optical Line Terminal)로부터 비슷한 거리에 위치하는 가입자 측 ONU(Optical Network Unit)들끼리 그룹화시키고 각각의 그룹에 대하여 최대 허용 지연을 만족시키면서 최대의 링크 효율을 얻을 수 있는 사이클 타임을 결정하여 데이터 패킷의 지연을 종래보다 단축시키는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 전송 거리의 확장에 따라 실시간 트래픽에 대한 지연을 보장해 주기 위해서는 사이클 타임의 길이를 줄여야 하는데, 이 경우 줄어든 사이클 타임의 길이로 인해 링크의 전송 효율이 저하된다. 따라서, 광역 가입자망을 구성하기 위해서는 트래픽의 지연을 보장하는 한도 내에서 최대의 링크 효율을 얻을 수 있는 최적의 사이클 타임을 결정하는 것이 매우 중요하다. 본 실시예에 따른 사이클 타임 결정 장치(100)는 OLT로부터 비슷한 거리에 위치하는 ONU들끼리 그룹화시키고 각각의 그룹에 대하여 최대 허용 지연을 만족시키면서 최대의 링크 효율을 얻을 수 있는 사이클 타임을 결정함으로써 광역 가입자망에도 적용 가능하다.

본 실시예에서 사이클 타임 결정 장치(100)는 복합 수동 광가입자망(hybrid PON) 시스템에 적용된다. 복합 수동 광가입자망 시스템은 서로 다른 복수개의 다중화 방식을 결합시킨 수동 광가입자망 시스템으로, 하나의 파장에 대하여 시분할 다중화 방식을 접목시킨 WDM-TDM PON이 그 일례이다. 이때, 적용 가능한 TDM PON으로는 E-PON(Ethernet PON)이나 G-PON(Gigabit ethernet PON) 등이 있다.

거리 측정부(110)는 수동 광가입자망 시스템에 구비되는 각각의 ONU에 대하여 OLT까지의 거리를 측정하는 기능을 수행한다. 기존에 이러한 거리 측정 기능을 OLT가 수행하고 있으므로 거리 측정부(110)는 사이클 타임 결정 장치(100)에 구비되지 않아도 무방하다. 거리 측정부(110)가 구비되지 않을 경우 그루핑부(120)는 거리 측정값을 OLT로부터 제공받음은 물론이다.

그루핑부(120)는 수동 광가입자망 시스템에 구비되는 ONU들을 그루핑(grouping)시키는 기능을 수행한다. 그루핑부(120)는 ONU들을 그루핑시킬 때에 각각의 ONU에 대하여 OLT로부터의 거리 정보를 고려한다. 각 ONU의 OLT로부터의 거리 정보는 OLT가 ONU에 대해 네트워크 접속을 승인한다는 메시지를 전송한 후 ONU로부터 이에 대한 응답 메시지가 도착할 때까지 걸리는 시간을 포함한다. 그루핑부(120)는 이 거리 정보를 제공받아 ONU들을 그루핑시킨다. 바람직하게는, 그루핑부(120)는 거리 정보를 시스템에 적용되는 사이클 타임 단위로 구분하여 ONU들을 그루핑시킨다.

일반적으로 TDM-PON에서는 패킷 지연을 줄이기 위해서 사이클 타임의 길이를 작게 할 수밖에 없으며, 아무리 작게 하더라도 패킷 지연은 그 최소값이 최대 전파 지연의 3배에 해당한다. 더욱이, 사이클 타임의 길이가 작아지면 오버헤드가 차지하는 비율이 커져 링크의 효율이 저하되는 문제점이 생긴다. 본 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 ONU들을 그루핑시킨다. 이와 같이 ONU들을 그루핑시킨 후에 ONU 그룹별로 레인징(ranging)을 수행하면 ONU들의 등화 지연과 ONU 그룹들의 등화 왕복 지연을 종래보다 더욱 감소시킬 수가 있다. 등화 지연과 등화 왕복 지연이 모두 종래보다 더욱 감소된다면 패킷 지연을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 링크의 효율도 증대시킬 수가 있다.

이하에서는 패킷 지연이 종래보다 감소하는 이유에 대해서 설명한다. 도 2는 등화 지연을 산출하는 다양한 방법을 설명하기 위한 참고도로서, 본 실시예에 따라 등화 지연이 감소됨에 대한 이해를 돕기 위한 것이다.

등화 지연을 산출하는 방법은 광가입자망 시스템이 제공하는 통신 가능한 최대 거리를 기준으로 등화 왕복 지연을 결정하는 제1 방법, 광가입자망 시스템에 현존하는 ONU들 중에서 OLT로부터 가장 먼 거리에 위치한 ONU를 기준으로 등화 왕복 지연을 결정하는 제2 방법, 선택된 ONU를 기준으로 등화 왕복 지연을 결정하는 제3 방법 등으로 구분된다.

제1 방법 ~ 제3 방법 중에서 패킷 지연 측면을 고려할 경우 가장 바람직하지 못한 방법은 광가입자망 시스템이 제공하는 통신 가능한 최대 거리를 논리적 거리로 하는 제1 방법이다. 제1 방법에 따르면 i번째 ONU의 등화 지연이 T_d ⁱ=T_DL로 제2 방법, 제3 방법의 경우보다 더 크며, 등화 왕복 지연도 최대가 된다. 제2 방법도 현재 활성화된 ONU들 중에서 OLT로부터 가장 먼 거리에 위치하는 ONU(도 4에서 N번째 ONU)까지의 거리를 논리적 거리로 하기 때문에, i번째 ONU의 등화 지연(T_d ⁱ=T_DN)이 제1 방법의 경우보다 더 크다. 제1 방법이나 제2 방법은 등화 왕복 지연이 일정하기 때문에 OLT가 승인을 제공하면 상향으로 트래픽이 도착하는 시점이 모든 ONU에 대하여 일정하게 된다.

반면, 제3 방법은 자기(선택된 ONU)를 기준으로 등화 왕복 지연을 결정하기 때문에 i번째 ONU의 등화 지연이 T_d ⁱ=0(i=1, 2, …, N)이 된다. 따라서, 제3 방법이 제1 방법이나 제2 방법보다 등화 지연이 최소가 되며, 선택된 ONU의 위치에 따라 등화 왕복 지연이 달라지긴 하나, 이 역시 제1 방법이나 제2 방법보다 작은 값을 가진다.

본 실시예에서는 제3 방법을 이용하여 등화 지연과 등화 왕복 지연을 결정하기 때문에 패킷 지연을 최소화시킬 수 있다. 이는 그루핑부(120)를 통해 OLT로부터 비슷한 거리에 위치하는 ONU들끼리 그루핑시키는 이유가 되기도 한다. 본 실시예에서는 ONU가 존재하는 위치에 따라 그룹이 결정되며, 그루핑 기준은 OLT가 승인을 한 직후에서 응답이 오는데 걸리는 시간이 사이클 타임의 몇 배 안에 들어가느냐로 결정된다.

다시 도 1을 참조하여 설명한다.

레인징 처리부(130)는 ONU들을 그루핑시킨 후에 ONU 그룹별로 레인징(ranging)을 수행한다. 레인징 처리부(130)의 레인징 방법은 예컨대 다음과 같이 수행될 수 있다.

먼저 제1 단계에서, OLT와 ONU 그룹에 속하는 각 ONU까지의 거리 측정값으로부터 각 ONU에 대한 개별 왕복 지연을 구한다. 이후 제2 단계에서, ONU 그룹마다 동일하게 설정된 등화 왕복 지연에서 각 ONU가 가지는 개별 왕복 지연을 빼서 각 ONU의 등화 지연을 계산한다.

도 3은 종래 레인징 방법과 본 실시예에 따른 레인징 방법을 비교한 도면이 다. 도 3의 (a)를 참조하면, 종래에는 광가입자망 시스템에 신규 ONU 그룹(300)이 추가되면 전체 ONU들에 대하여 레인징을 다시 수행하였다. 이로 인해, 기존 ONU 그룹(310)에 속하는 ONU들의 패킷 지연이 길어지는 문제점이 있었다. 그러나, 본 실시예에서는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 ONU들을 그루핑시키기 때문에 ONU 그룹별로 레인징을 수행하거나, 신규 ONU 그룹(300)에 속하는 ONU들에 대해서만 레인징을 수행하면 된다. 이 경우, 기존 ONU 그룹(310)에 속하는 ONU들은 레인징을 다시 수행하지 않아 패킷 지연이 기존대로 유지되므로 패킷 지연이 늘어나는 문제점을 해결할 수 있다.

한편, ONU 그룹에 속하지 않는 ONU가 광가입자망 시스템에서 새로이 발견될 수도 있다. 이 경우에는 먼저 이 ONU의 왕복 지연값을 계산한 다음, 계산된 왕복 지연값이 전체 ONU에 대한 왕복 지연 최대값보다 작은지 여부를 판별한다. 만약 새로 발견된 ONU의 왕복 지연값이 최대값보다 작다면 상기 ONU를 왕복 지연값을 고려하여 특정 ONU 그룹에 소속시킨다. 반면, 새로 발견된 ONU의 왕복 지연값이 최대값보다 크다면 상기 ONU를 포함하여 신규 ONU 그룹을 생성한다.

본 실시예에서 이러한 기능은 그루핑부(120)가 수행한다. 이 경우 그루핑부(120)는 ONU 그룹에 속하지 않는 ONU를 발견하면 발견된 ONU의 왕복 지연을 계산하는 왕복 지연 계산부, 계산된 왕복 지연을 ONU 그룹의 왕복 지연 최대값과 크기 비교하는 왕복 지연 크기 비교부, 및 계산된 왕복 지연이 상기 왕복 지연 최대값보다 크면 발견된 ONU를 포함하는 ONU 그룹을 생성하며, 계산된 왕복 지연이 상기 왕복 지연 최대값보다 작거나 같으면 발견된 ONU를 상기 왕복 지연 최대값을 가지는 ONU 그룹에 소속시키는 ONU 처리부를 포함할 수 있다.

한편, 본 실시예에서 레인징 방법은 상기에 한정되지 않는다. 예컨대, 다음과 같이 수행되는 것도 가능하다. 먼저 제1 단계에서, ONU 그룹에 속하는 ONU들 간에 등화 지연값을 미리 할당하며, 거리의 오차 범위에 따라 윈도우 길이를 결정한다. 사전에 할당되는 등화 지연값은 OLT와 해당 ONU 간의 거리, 상향 프레임의 전송 속도, 빛의 속도, ONU의 응답 시간 등을 고려할 수 있으며, 윈도우 길이는 OLT와 ONU 간의 거리, 상향 프레임의 전송 속도, 광케이블에서 신호의 전파 속도 등을 고려할 수 있다. 이후, 제2 단계에서, ONU 그룹에 속하는 ONU들의 등화 지연값을 계산한다. 이때의 등화 지연값은 OLT가 ONU로 레인징 승인 메시지를 송신하는 시간, OLT가 레인징 승인 메시지에 대한 ONU의 응답 메시지를 수신하는 시간, 사전 할당된 등화 지연값 등을 고려할 수 있다.

한편, 본 실시예에서 수동 광가입자망 시스템은 적어도 하나의 OLT를 구비한다. 이때의 OLT는 광회선 단말로서 광가입자망 서비스 제공자가 접속하는 광가입자망 제공자 장치로 정의할 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 OLT를 COT(Central Office Terminal)를 포함하는 개념의 (전화)국사측 장치로 이해한다. 한편, 하나의 OLT에 연결되는 ONU는 복수개인 것이 보통이다. ONU는 광망 종단 장치 또는 가입자 댁내 단말로서 광가입자망 서비스 이용자가 접속하는 광가입자망 이용자 장치로 정의할 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 ONU를 RT(Remote Terminal), ONT(Optical Network Terminal) 등을 포함하는 개념의 가입자측 단말로 이해한다.

다시 도 1을 참조하여 설명한다.

사이클 타임 결정부(140)는 ONU 그룹별로 레인징이 종료되면 각 ONU 그룹에 대하여 트래픽의 최대 허용 지연을 만족시키면서 최대의 링크 효율을 얻을 수 있는 사이클 타임을 결정하는 기능을 수행한다. 바람직하게는, 사이클 타임 결정부(140)는 ONU 그룹의 등화 왕복 지연과 동일한 크기로 사이클 타임을 결정한다. 더욱 바람직하게는, 사이클 타임 결정부(140)는 OLT와 ONU 간의 최대 전파 지연 및 OLT로부터 가장 먼 거리에 위치한 ONU의 최대 패킷 지연을 고려하여 사이클 타임을 결정한다. 사이클 타임 결정부(140)가 사이클 타임을 결정하는 방법은 다음과 같다.

ITU-T SG15 Q2 표준 활동의 주변 단체인 FSAN에서 현재의 G-PON 이후의 가입자망의 진화를 모색하는 NGA(Next Generation Access)에 대한 논의를 2003년 12월부터 시작하였다. NGA의 요구사항은 100km 전송 거리를 갖는 광역 가입자망, 높은 공유 비율을 갖는 광가입자 전송 방식, 가입자당 1GB/s로 대역폭 증대 등에 있다.

NGA는 장거리, 고대역, 고분기율 등을 특징으로 한다. ITU-T에서 목표하는 100km를 지원한다면, 최대 왕복 지연(round trip delay)만 1ms를 가지게 된다. 이는 등화 왕복 지연(equalized round trip delay)이 1ms 이상이 됨을 의미한다. 그러므로, 실시간 처리를 요하는 트래픽에 대하여 요청, 승인, 전송 과정을 겪을 때 얼마나 지연이 초래되는지 고려해야 한다. 특히, IPTV에서의 채널 변경 시간(channel zapping time)은 fixed rate가 아니면서도 엄격한 QoE를 보장해야 하는 실시간 트래픽에 해당한다. 채널 변경과 같은 복잡한 절차가 0.43초 안에 이루어져야 한다면, 실제로 광가입자망에서는 ONU에서 요청에서 전송에 이르는 시간이 수 ms 이내에 이루어져야 할 것이다.

도 4는 사이클 타임과 등화 왕복 지연 간의 관계를 보여준다. 기존의 E-PON과 G-PON은 실제 지원하는 최대 거리가 10km ~ 20km에 불과하기 때문에 광케이블에서 통상적인 빛의 속도를 200,000km/s를 적용할 때에 왕복 지연(round trip delay)은 100㎲ ~ 200㎲이다. 이 경우, 등화 왕복 지연은 이 시간에 ONU의 처리 시간이 좀더 가산된다.

사이클 타임은 구현 업체에 따라 차이는 있겠으나 0.75ms ~ 2ms에 이른다. 논리적 거리가 짧은 경우(D_L1)에는 C≥T_rt1이 성립하며, 그 반대의 경우(D_L2)에는 C≤T_rt2가 성립한다. 어떤 사이클에서 승인을 내려 보내면 다음 사이클 기간에 상향 데이터가 올라오므로 등화 왕복 지연은 사이클 타임의 배수가 되어야 한다. 이에 따라, 전자의 경우 T_eqd1=C가 성립하며, 후자의 경우 T_eqd2=2C가 성립한다. 양자의 경우를 종합하면 다음과 같은 수학식을 도출할 수 있다.

(a) T_eqd=nC

(b) (n-1)C≤T_rt≤nC

결국 도 2를 통하여 지원하는 거리가 길어지면 최대 왕복 지연이 길어지고, 이 값이 사이클 타임의 길이보다 조금만 더 길어도 등화 왕복 지연은 사이클 타임의 배수로 증가하게 되어 상당한 지연을 초래한다는 것을 알 수 있다.

지원하는 거리를 그대로 두고 지연을 줄이고자 한다면 사이클 타임을 줄이는 것을 고려할 수 있으나, 이는 전술한 바와 같이 링크 효율의 저하로 이어진다. 그 이유는 다음과 같다. 사이클 타임의 주기를 짧게 잡으면 ONU의 관점에서 상향으로 데이터를 보낼 수 있는 빈도가 빨라지므로, 실시간 트래픽의 지연이 짧아지는 장점이 있다. 반면에, ONU들이 짧은 주기 동안에 고정된 물리 계층의 오버헤드를 가진 데이터를 상향으로 빈번하게 보내면 전체 주기에 대한 오버헤드의 점유 비율이 높아지기 때문에 링크 효율의 저하를 초래하게 된다. 반대로, 사이클 타임의 주기를 길게 잡으면 링크 효율은 증가하지만 필연적으로 지연이 길어진다.

도 5에는 본 발명의 일실시예에 따라 사이클 타임과 최대 지연의 관계를 결정하기 위하여 어떤 순간 ONU에 도착한 트래픽(ⓐ)에 대하여 요청(ⓑ), 승인(grant)(ⓒ), 데이터 전송(ⓓ) 과정을 겪고 OLT에 도착할 때까지 걸리는 최대 지연 시간이 도시되어 있다. OLT는 모든 ONU가 보내는 보고를 수집한 후에 DBA 매커니즘에 의한 스케쥴링 시간이 경과한 후에 다음 사이클을 시작한다. 그래서, ONU에서 관측하는 사이클 타임과 OLT에서 관측하는 사이클 타임은 스케쥴링 시간 T_sch만큼 어긋나 있다.

어떤 ONU에 실시간 데이터가 도착하였을 때 시간 지연이 가장 큰 경우는 예컨대 가입자로부터의 데이터가 ONU에 도착하기 직전에 ONU가 큐의 정보를 보고하는 리포트(report) 메시지를 OLT 측으로 전송하였을 경우이다. 이 경우 도착한 데이터와 관련한 리포트 메시지를 전송하기 위해서는 한 사이클 타임에 해당하는 시간이 더 필요하다.

ONU가 다음 사이클 타임에서 큐의 정보를 리포트 메시지로써 전송하면, 전송된 리포트 메시지는 전파 지연(T_pd)을 겪은 후에 OLT에 도착한다. 시간 지연이 최대일 경우를 고려할 때, OLT에 도착한 리포트 메시지는 해당 ONT가 스케쥴링되기까지 다시 한 사이클 타임의 시간이 필요하다. 그 이유는 OLT가 다른 ONU의 리포트 메시지들도 함께 수집하여 스케쥴링을 수행하는 데에 걸리는 처리 시간을 참작해야 하기 때문이다.

OLT는 스케쥴링을 완료한 후 승인 메시지를 해당 ONU로 전송한다. ONU는 승인 메시지를 수신한 후 데이터를 OLT로 송신하는데, 이 과정까지 소요되는 시간은 등화 왕복 시간을 경과한다. 등화 왕복 지연은 수학식 1에서 언급하였듯이 최대 왕복 지연의 범위에 따라 nC(단, n≥1)의 값을 가진다. 만약, OLT가 승인을 제공하는 데에 있어서 해당 ONU를 가장 마지막 데이터를 보내도록 스케쥴링하였다면, 또 한번의 사이클 타임이 더 소요된다. 이러한 사정을 감안할 경우, ONU_i가 겪을 수 있는 패킷 지연 T_pk는 다음과 같이 도출할 수 있다.

T_pk=3C+T_pd+T_eqd=(n+3)C+T_pd

등화 왕복 지연은 최대 전파 지연을 포함하기 때문에, 즉 T_eqd>2T_pd이기 때문에 사이클 타임의 값이 0에 접근한다고 가정할지라도 다음 수학식을 도출할 수 있다.

수학식 3으로부터 패킷 지연은 항상 전파 지연의 3배 이상임을 알 수 있다.

OLT와 ONU 사이의 거리가 100Km라면 패킷 지연은 약 1.5ms로 간주할 수 있다. 만약 패킷 지연을 T_pk≤T_max로 제한시키고자 한다면 수학식 2를 이 조건에 대입시켜 다음 수학식을 도출할 수 있다.

상기에서, T_max는 OLT로부터 가장 먼 거리에 위치한 ONU의 최대 패킷 지연이다.

앞서 언급한 바 있는 두 식 T_rt=2T_pd, (n-1)C≤T_rt≤nC 간의 관계로부터 도출된 식을 수학식 4와 결합시키면 다음 부등식을 얻을 수 있다.

위의 수학식을 풀어서 간단하게 정리하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

상기에서, [x]는 x를 초과하지 않는 최대 정수이다. T_max와 T_pd가 주어진다면 수학식 6을 이용하여 양수인 n의 최소값을 구할 수 있다. 그리고, 이 n의 최소값을 수학식 4에 대입시킨다면 C의 최대값을 얻을 수 있다. 이때의 C의 최대값이 최적의 사이클 타임이 된다.

전술한 바와 같이 사이클 타임 결정부(140)가 각 ONU 그룹에 대하여 사이클 타임을 결정한다면 트래픽의 최대 허용 지연을 만족시키면서 최대의 링크 효율을 얻을 수 있다.

본 실시예에 따른 사이클 타임 결정 장치(100)는 OLT로부터 비슷한 거리에 위치하는 ONU들끼리 그룹화시키고 각각의 그룹에 대하여 최대 허용 지연을 만족시키면서 최대의 링크 효율을 얻을 수 있는 사이클 타임을 결정함으로써 데이터 패킷의 지연을 종래보다 단축시킨다. 이하에서는 이에 대해 상세하게 설명한다.

도 6은 본 실시예에 따라 가변 등화 지연에 고정 사이클 타임을 갖는 방식의 스케쥴링을 설명하는 도면이다. 이하 설명은 도 6을 참조한다.

먼저 그룹 1에 있는 ONU들은 RTT 값이 C에 해당하는 그룹으로써 T_res를 무시한다면 0 ~ C_v/2 사이의 거리값을 가진다. 여기서, v는 광케이블에서의 빛의 전파 속도로서, 200,000km/s이다. 따라서, 그룹 k에 속하는 ONU의 위치값 d는 ((k- 1)C_v/2)≤d<(kC_v/2)의 범위를 가진다.

그런데, 스케쥴링 시간 T_sch 동안에 OLT는 그룹 1에 대하여 한 사이클 타임(1C) 이후에 도착할 승인에 대한 스케쥴링을 수행하며, 그룹 k에 대하여 kC 이후에 도착할 승인에 대한 스케쥴링을 수행한다. 따라서, 그룹 k에 속하는 i번째 ONU(ONU_i)의 최대 패킷 지연은 수학식 2에 의하여 다음과 같이 결정된다.

T_pk ^k=(k+3)C+T_pd

종래에 따르면 가장 멀리 있는 ONU에 의해 n이 결정되는 반면, 수학식 7에 따르면 ONU의 위치에 따라 차등 적용됨을 알 수 있다. 따라서, 작은 지연을 적용받을 수 있는 ONU까지 모두 긴 패킷 지연을 감수할 필요가 없게 된다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이 가장 긴 지연을 적용받아야 하는 가장 멀리 있는 그룹을 먼저 스케쥴링하여 다소라도 지연을 줄일 수 있도록 한 것이 본 실시예의 특징이다.

OLT가 관리하는 n개의 그룹이 있고 거리가 균일하게 분포되어 있다면, 수학식 7로부터 다음과 같이 최대 패킷 지연의 평균을 구할 수 있다.

수학식 8과 종래 E[T_pk]=(n+3)C+T_pd를 비교해 보면 본 실시예에 따른 방법이 종래 방법보다 (n-1)C/2만큼 패킷 지연이 감소되었음을 확인할 수 있다. 이는 가장 가까이 있는 ONU와 가장 멀리 있는 ONU의 거리 차이가 클수록 이득이 많음을 알려 준다. 또한, 극단적으로 대부분의 ONU가 가까운 거리에 있고 단 1대의 ONU만이 먼 곳에 위치할 경우, 종래 방법에서는 멀리 있는 1대의 ONU로 인해 패킷 지연이 커지는 반면 본 실시예에 따른 방법에서는 패킷 지연에 변화가 없음을 알려 준다.

한편, 사이클 타임 결정부(140)는 ONU 그룹에 대하여 사이클 타임을 결정할 때에 미리 정해진 기준보다 먼 곳에 위치하는 적어도 하나의 ONU에 대해서는 대역을 적어도 2회 할당한다. 예컨대, ONU 그룹에 속하는 ONU들이 모두 10대이며, 그 중 8대는 10km ~ 15km 사이에 위치하며, 나머지 2대는 15km ~ 20km 사이에 위치할 경우, 먼 곳에 위치하는 2대에게는 사이클 타임에서 대역을 2회 할당한다.

본 실시예에서 사이클 타임 결정시 이와 같이 대역을 할당한다면 오버헤드를 종래보다 더욱 줄일 수가 있다. 이하 이 부분에 대해서 설명한다.

현재 ONU의 수가 64대이고, 그 중에서 63대가 68km에 위치하고 나머지 1대가 100km에 위치하며, 모든 ONU에 대해서 패킷의 최대 지연을 2.0ms로 제한한다고 가정해 보자.

종래 방법에 따라 사이클 타임을 구하면 100km에 위치한 1대로 인해 C=0.15ms가 된다. 이를 통해 오버헤더를 계산해 보면 다음과 같다.

본 실시예에 따른 방법에서는 68km에 있는 ONU는 그룹 3(n=3)에 속하고, 100km에 있는 ONU는 그룹 7(n=7)에 속한다. 이 경우 종래 방법보다 지연을 줄일 수 있으나, 사이클 타임은 여전히 C=0.15ms가 되어 오버헤드가 9.1%로 위와 동일하다.

그런데, 가까운 거리에 있는 63대의 ONU에 대해서만 사이클 타임을 계산하면 C=0.2767ms이다. 따라서, 이 사이클 타임을 유지하되, 멀리 있는 ONU에게는 이 사이클 타임 내에서 대역을 2회 할당해 준다. 그러면, 멀리 있는 ONU에게 제공하는 실제 사이클 타임의 길이는 C₆₄=0.2767/2=0.1384ms가 되므로 패킷의 최대 지연 2.0ms보다 작은 값이 되며, 이때의 오버헤드는 다음과 같이 계산된다.

여기서 분자에 N+1이 되는 이유는 64번째 ONU는 한 사이클 타임(C=0.2767ms)에서 2번 물리 계층의 오버헤드가 적용되기 때문이다. 2개의 오버헤드를 비교하면 본 실시예에 따른 방법은 종래 방법보다 오버헤드가 약 1/2 줄어들었으며, 지연 역시 좀더 감소하는 결과를 보여주고 있다.

다음으로, 광가입자망 시스템에서 데이터 패킷의 지연 시간을 단축시키기 위한 사이클 타임 결정 방법에 대해서 설명한다. 도 7은 본 실시예에 따라 광가입자망 시스템에서 데이터 전송을 위한 사이클 타임을 결정하는 방법을 도시한 순서도이다. 이하 설명은 도 7을 참조한다.

먼저, 거리 측정부(110)가 광가입자망 시스템에 구비되는 각각의 ONU에 대하 여 OLT까지의 거리를 측정한다(S700). 이후, 그루핑부(120)가 OLT와 ONU의 거리를 고려하여 ONU들을 그루핑시킨다(S710). 이후, 레인징 처리부(130)가 ONU 그룹별로 레인징을 수행한다(S720). 레인징 방법은 ONU 그룹에 속하는 ONU들끼리의 충돌을 회피시키기 위한 것으로서, OLT와 ONU 간의 거리 측정값으로부터 각 ONU에 대한 개별 왕복 지연을 구하는 단계, ONU 그룹마다 동일하게 설정된 등화 왕복 지연에서 각 ONU가 가지는 개별 왕복 지연을 빼서 각 ONU의 등화 지연을 계산하는 단계 등으로 구성될 수 있다.

ONU 그룹별로 레인징이 종료되면 사이클 타임 결정부(140)가 각 ONU 그룹에 대하여 트래픽의 최대 허용 지연을 만족시키면서 최대의 링크 효율을 얻을 수 있는 사이클 타임을 결정한다(S730). 사이클 타임을 결정하는 방법에 대해서는 전술한 내용을 참조한다.

도 8은 종래 방법에 따른 최대 패킷 지연의 평균값과 본 실시예에 따른 최대 패킷 지연의 평균값을 비교한 그래프이다. 이하 설명은 도 8을 참조한다.

종래 방법에서는 최대 패킷 지연을 2ms로 고정하였기 때문에 거리에 무관하게 일정한 값을 가진다. 그러나, 본 실시예에서는 ONU들의 분포가 균일한지 여부에 따라 제1 타입과 제2 타입으로 구분된다.

제1 타입은 모든 ONU가 주어진 거리 내에서 균일하게 분포되어 있는 경우이다. 여기서 44km까지는 종래 방법과 성능 차이가 없음을 알 수 있다. 그 이유는 44km까지는 n=1로 산출되고, 이때 수학식 2의 결과값과 수학식 8의 결과값이 동일하기 때문이다. 반면, 44km 이상의 경우, 40km 이내에 있는 ONU는 훨씬 낮은 지연 을 가지며, 40km 이후의 ONU는 기존의 지연값을 따르기 때문에 좀더 나은 성능을 보여주고 있다.

제2 타입은 ONU들의 분포가 불균일한 경우이다. 이는 종래 방법을 따를 경우 큰 손해를 볼 수 있는 극단적인 상황을 가정한 경우이다. 일례로, 광가입자망 시스템에 64대의 ONU가 존재하고, 그 중에서 63대는 OLT에 매우 근접한 거리에 위치하여 전파 지연의 근사치가 0이며, 나머지 1대는 100km에 위치한다고 가정한다. 이와 같은 불균일 분포에서는 본 실시예에 따른 방법이 종래 방법보다 최대 평균 지연이 절반 수준으로 감소하였음을 확인할 수 있다. 이러한 경우에 사이클 타임을 길게 하여 링크의 효율을 높이고 가장 멀리 있는 ONU는 한 사이클 타임에 2번 정도 상향으로 데이터를 보내도록 하면 링크의 효율을 높이고 지연값을 줄이는 두가지 목적을 달성할 수 있게 될 것이다.

다음으로, 사이클 타임 결정 장치(100)가 광가입자망 시스템에 적용된 예시를 설명한다. 도 9는 사이클 타임 결정 장치를 구비하는 광가입자망 시스템의 개념도이다. 이하 설명은 도 9를 참조한다.

먼저, 광가입자망 시스템(900)의 구성에 대해서 설명한다.

광가입자망 시스템(900)은 하이브리드 PON OLT(910), 하이브리드 PON ONU(920), 파장 분기 결합기(AWG; Arrayed Waveguide Grating)(930), 광 분배/결합기(940), 및 사이클 타임 결정 장치(100)를 포함한다. 하이브리드 PON OLT(910)와 하이브리드 PON ONU(920)는 TDM-PON MAC(911)들과 WDM-PON 송신기(912)들 및 WDM-PON 수신기(913)들로 이루어진다. 파장 분기 결합기(930)는 WDM-PON 파장을 다중화 /역다중화시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 하이브리드 PON OLT(910)는 이러한 파장 분기 결합기(930)를 내장하는 것도 가능하다. 광 분배/결합기(940)는 TDM-PON 광신호 분배를 위한 장치로서, 광신호 파워 분기, 광신호 파워 결합 등의 기능을 수행한다. 광 분배/결합기(940)는 예컨대 원격지에 단순히 광파워를 분기시키는 1×N 스플리터(splitter)를 구비한다.

다음으로, 광가입자망 시스템(900)의 운용에 대해서 설명한다.

본 실시예에서 광가입자망 시스템(900)은 WDM-TDM 복합 수동 광통신망으로 구성된다. WDM-PON은 여러 개의 TDM-PON을 WDM 파장으로 묶어 전송시킴으로써 광케이블당 분기율을 증가시키고, 100km 이상 장거리 전송이 가능하도록 한다. 실제 가입자 구간 통신에서는 TDM-PON과 동일한 TDMA 방식을 통해 상하향 통신이 이루어진다.

TDM-PON에서의 신호 전송 방식에 대하여 설명하면, 우선 하향 신호의 관점에서 볼 때 hybrid-PON OLT(910)는 각 hybrid-PON ONU(920)로 전송되는 트래픽을 브로드캐스트(broadcast)한다. 광 분배/결합기(940)는 광을 분배 또는 결합하며, 상기 hybrid-PON OLT(910)로부터 수신받은 하향 신호를 N개의 가입자 선로로 분배하고, hybrid-PON ONU(920)로부터 자신에게 내려온 하향 신호를 수신해 자신에게 시간 할당된 프레임 동안 선택적으로 가입자에게 전달하게 된다.

상향 신호의 관점에서 살펴보면, 동일 파장 분기 결합기(930)에 연결된 복수개의 ONU(920)가 레인징(ranging)과 동적 대역폭 할당(DBA; Dynamic Bandwidth Allocation) 과정 등을 통해 자신만의 전용 시간 슬롯(slot)을 OLT 해당 MAC(911) 으로부터 사전에 할당받은 상태에서, 자신에게 할당된 시간 슬롯이 도래하면 상향 신호를 전송하고 자신의 슬롯이 아닐 때에는 상향 신호 전송을 중단하게 된다. 각각의 hybrid-PON ONU(920)로부터 올라온 상향 신호는 광 분배/결합기(940)에서 결합되어 hybrid-PON OLT(910)로 전송된다.

사이클 타임 결정 장치(100)는 이와 같은 구성을 가지며 상기한 바와 같이 운용되는 광가입자망 시스템(700)에서 하이브리드 PON OLT(710)와 하이브리드 PON ONU(720) 사이에 구비되어 도 1 내지 도 8을 참조하여 전술한 기능을 수행한다.

IPTV 서비스가 대두되면서 QoE(Quality of Experience)에 대한 관심이 높아졌으며, 특히 IPTV를 통하여 지상파를 실시간으로 재전송하는 경우에 지연이 QoE에 미치는 영향은 지대하다고 할 수 있다. 궁극적으로 국내외의 수백개 채널이 하향으로 실시간 쏟아질 때 끊김없이 일정한 지연 변이를 제공하는 것은 결코 용이한 문제가 아닐 것이다. 또한, 상향으로 빈번한 채널 변환(channel zapping)이 요구될 때 아날로그 TV에 준하는 QoE를 만족시키는 것도 중요한 이슈 중의 하나이다.

이용자에게 적합한 채널 변경 시간으로 수백 ms(0.43초 이하)의 기준값이 제시되고 있으나, 실제로 이러한 채널 변경 시간은 액세스 장비, L3 스위치, 라우터 등의 IGMP(Internet Group Multicasting Protocol) 응답 시간에 의존하며 벤더와 장비에 따라 매우 큰 폭의 차이를 보이고 있다. 결국 채널 변경 시간을 만족하기 위해서는 프로토콜 처리 시간이 주된 요인이 될 것이므로 액세스 장치에서의 패킷 지연은 거의 무시할 정도, 즉 수 ms 수준 이하로 유지되어야 할 것이다.

따라서, WDM-TDM 복합 수동 광통신망에서는 여러 가지 서비스 품질 중에서도 지연을 매우 중요한 요소로 고려할 것이다. 본 실시예에 따른 사이클 타임 결정 장치(100)는 이러한 점을 고려하여 H-PON에서 가입자 전송 거리가 100km까지 확대될 때 최적 사이클 타임을 결정하는 방법을 제시하고, 효율적인 레인징(ranging) 방법과 MAC에서 대역을 할당할 때 가입자의 위치에 따라 grouping하여 평균 지연을 최소화할 수 있는 방안을 제시할 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 OLT로부터 비슷한 거리에 위치하는 ONU들끼리 그룹화시키고 각각의 그룹에 대하여 사이클 타임을 결정하여 데이터 패킷의 지연을 단축시킴으로써 100km 이상 장거리 전송이 수월한 것을 특징으로 한다. 본 발명은 데이터 전송 성능도 더욱 향상시켜 IPTV나 3차원 TV 등 패킷 지연에 민감한 실시간 양방향 TV 서비스, VoIP(Voice over Internet Protocol) 등의 무선 전화 서비스를 원활하게 구현시킬 수 있다.

도 1은 광가입자망 시스템에서 데이터 전송을 위한 사이클 타임을 결정하는 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2는 등화 지연을 산출하는 다양한 방법을 설명하기 위한 참고도이다.

도 3은 종래 레인징 방법과 본 실시예에 따른 레인징 방법을 비교한 도면이다.

도 4는 사이클 타임과 등화 왕복 지연 간의 관계를 도시한 도면이다.

도 5는 본 실시예에 따라 사이클 타임과 최대 지연 간의 관계를 결정하기 위한 도면이다.

도 6은 본 실시예에 따라 가변 등화 지연에 고정 사이클 타임을 갖는 방식의 스케쥴링을 설명하는 도면이다.

도 7은 본 실시예에 따라 광가입자망 시스템에서 데이터 전송을 위한 사이클 타임을 결정하는 방법을 도시한 순서도이다.

도 8은 종래 방법에 따른 최대 패킷 지연의 평균값과 본 실시예에 따른 최대 패킷 지연의 평균값을 비교한 그래프이다.

도 9는 사이클 타임 결정 장치를 구비하는 광가입자망 시스템의 개념도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 사이클 타임 결정 장치 110 : 거리 측정부

120 : 그루핑부 130 : 레인징 처리부

140 : 사이클 타임 결정부 900 : 광가입자망 시스템

910 : 하이브리드 PON OLT 911 : TDM-PON MAC

912 : WDM-PON 송신기 913 : WDM-PON 수신기

920 : 하이브리드 PON ONU 930 : 파장 분기 결합기

940 : 광 분배/결합기

Claims (14)

1. 광가입자망 서비스 제공자가 접속하는 국사측 장치와 광가입자망 서비스 이용자가 접속하는 가입자측 단말장치 간의 거리 정보를 고려하여 적어도 두개의 상기 가입자측 단말장치를 그루핑시키는 그루핑부;

   상기 그루핑으로부터 적어도 하나의 상기 가입자측 단말장치를 포함하는 가입자측 단말장치 그룹이 생성되면 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹에 속하는 모든 가입자측 단말장치에 대하여 레인징(ranging)을 수행하는 레인징 처리부; 및

   상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹마다 데이터 전송을 위한 사이클 타임을 결정하는 사이클 타임 결정부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 그루핑부는 상기 국사측 장치가 상기 가입자측 단말장치로 네트워크 접속을 승인하는 승인 메시지를 전송한 후 상기 가입자측 단말장치로부터 상기 승인 메시지에 대한 응답 메시지를 수신할 때까지 소요되는 시간을 포함하는 상기 거리 정보를 상기 사이클 타임의 배수 단위로 구분하여 상기 가입자측 단말장치를 그루핑시키는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 사이클 타임 결정부는 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹의 등화 왕복 지연과 동일한 크기로 상기 사이클 타임을 결정하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 그루핑부는,

   상기 가입자측 단말장치 그룹에 속하지 않는 가입자측 단말장치를 발견하면, 상기 발견된 가입자측 단말장치의 왕복 지연을 계산하는 왕복 지연 계산부;

   상기 계산된 왕복 지연을 상기 가입자측 단말장치 그룹의 왕복 지연 최대값과 크기 비교하는 왕복 지연 크기 비교부; 및

   상기 계산된 왕복 지연이 상기 왕복 지연 최대값보다 크면 상기 발견된 가입자측 단말장치를 포함하는 가입자측 단말장치 그룹을 생성하며, 상기 계산된 왕복 지연이 상기 왕복 지연 최대값보다 작거나 같으면 상기 발견된 가입자측 단말장치를 상기 왕복 지연 최대값을 가지는 가입자측 단말장치 그룹에 소속시키는 가입자측 단말장치 처리부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 사이클 타임 결정부는 상기 사이클 타임을 결정할 때에 상기 가입자측 단말장치 그룹에서 미리 정해진 기준보다 먼 곳에 위치하는 적어도 하나의 가입자 측 단말장치에게 상기 사이클 타임 동안 대역을 적어도 2회 할당하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 장치.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 사이클 타임 결정부는 상기 국사측 장치와 상기 가입자측 단말장치 간의 최대 전파 지연과 상기 국사측 장치로부터 가장 먼 거리에 위치한 상기 가입자측 단말장치의 최대 패킷 지연을 고려하여 상기 사이클 타임을 결정하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 거리 정보에 포함되는 상기 국사측 장치와 상기 가입자측 단말장치 간의 거리를 측정하는 거리 측정부

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 사이클 타임 결정 장치는 서로 다른 분할 다중화 방식을 결합시킨 수동 광 네트워크에서 상기 국사측 장치와 상기 가입자측 단말장치를 연결하는 광선로 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 장치.
9. (a) 광가입자망 서비스 제공자가 접속하는 국사측 장치와 광가입자망 서비스 이용자가 접속하는 가입자측 단말장치 간의 거리 정보를 고려하여 적어도 두개의 상기 가입자측 단말장치를 그루핑시키는 단계;

   (b) 상기 그루핑으로부터 적어도 하나의 상기 가입자측 단말장치를 포함하는 가입자측 단말장치 그룹이 생성되면 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹에 속하는 모든 가입자측 단말장치에 대하여 레인징(ranging)을 수행하는 단계; 및

   (c) 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹마다 데이터 전송을 위한 사이클 타임을 결정하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 (a) 단계는 상기 국사측 장치가 상기 가입자측 단말장치로 네트워크 접속을 승인하는 승인 메시지를 전송한 후 상기 가입자측 단말장치로부터 상기 승인 메시지에 대한 응답 메시지를 수신할 때까지 소요되는 시간을 포함하는 상기 거리 정보를 상기 사이클 타임의 배수 단위로 구분하여 상기 가입자측 단말장치를 그루핑시키는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 (c) 단계는 상기 생성된 가입자측 단말장치 그룹의 등화 왕복 지연과 동일한 크기로 상기 사이클 타임을 결정하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 방법.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계의 중간 단계는,

    (aa) 상기 가입자측 단말장치 그룹에 속하지 않는 가입자측 단말장치를 발견하면, 상기 발견된 가입자측 단말장치의 왕복 지연을 계산하는 단계;

    (ab) 상기 계산된 왕복 지연을 상기 가입자측 단말장치 그룹의 왕복 지연 최대값과 크기 비교하는 단계; 및

    (ac) 상기 계산된 왕복 지연이 상기 왕복 지연 최대값보다 크면 상기 발견된 가입자측 단말장치를 포함하는 가입자측 단말장치 그룹을 생성하며, 상기 계산된 왕복 지연이 상기 왕복 지연 최대값보다 작거나 같으면 상기 발견된 가입자측 단말장치를 상기 왕복 지연 최대값을 가지는 가입자측 단말장치 그룹에 소속시키는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 방법.
13. 제 9 항에 있어서,

    상기 (c) 단계는 상기 사이클 타임을 결정할 때에 상기 가입자측 단말장치 그룹에서 미리 정해진 기준보다 먼 곳에 위치하는 적어도 하나의 가입자측 단말장치에게 상기 사이클 타임 동안 대역을 적어도 2회 할당하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 방법.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 (c) 단계는 상기 국사측 장치와 상기 가입자측 단말장치 간의 최대 전파 지연과 상기 국사측 장치로부터 가장 먼 거리에 위치한 상기 가입자측 단말장치의 최대 패킷 지연을 고려하여 상기 사이클 타임을 결정하는 것을 특징으로 하는 사이클 타임 결정 방법.

Images