KR20160024782A

KR20160024782A - 수동 광 가입자망에서의 망동기 전달 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160024782A
Application number: KR1020150117886A
Authority: KR
Inventors: 김경수; 마상수
Original assignee: (주)텔리언
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2016-03-07

Abstract

본 발명은 네트워크 클럭 신호의 주파수 동기 및 시간 동기를 위한, 수동 광 가입자망에서의 망동기 전달 장치 및 방법에 관한 것으로, 수동 광 가입자망에 있어서, 수동 광 네트워크 OLT는 상위 망으로부터 수신한 PTP 패킷으로부터 PTP 프로토콜을 처리하여 상위 망에 동기시키고, 동기 신호를 하위 수동 광 네트워크 ONU(또는 ONT)에 전달하며, ONU는 동기 신호, 오프셋, 지연 정보를 이용하여, 원 기준 클럭과 시각 정보에 동기시킨다.
상향 버스트 트래픽과 다중화 속성 때문에, 수동 광 가입자망은 패킷 전달 시간 변위가 크고, 이러한 문제점 때문에, 점대점 IEEE P1588 망동기 프로토콜을 적용하기가 어려운데, 본 발명은 이러한 문제점을 극복할 수 있다.

Description

수동 광 가입자망에서의 망동기 전달 장치 및 방법{network synchronization apparatus and method on passive optical access network}

본 발명은 수동 광 가입자망에서의 망동기 전달 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IEEE 1588 PTP(Precision Time Protocol) 기술을 이용하여 주파수 및 시간 동기 신호를 전달하는 망동기 전달 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 네트워크와 그를 구성하는 시스템에서 시각 정보는 측정 인스턴트의 샘플링과 트리거 시기를 조정하는 기준을 제공하며, 일정한 기간의 측정에 사용되는 시간 간격을 제공하고, 유도량 계산에 사용된다. 또한, 시각 정보는 이벤트의 순서를 결정하는 기준을 제공하고, 데이터 항목의 에이징 시간(경과시간 등)을 결정하는 기준을 제공하며, 각 데이터의 상관관계와 데이터베이스 복제와 조정 동작의 실행 등 동작시간의 기준을 제공한다. 이러한 이유로 일반적으로 네트워크와 그를 구성하는 시스템에서는 시각 정보가 중요하다.

이러한 시각 정보를 이용하여 데이터 교환, 전송 단국의 타이밍 슬롯 교환, 다중화된 회선의 분리 삽입, 회선분배 등을 하기 위해서, 디지털 통신망은 통신망의 각 노드/장비의 주파수를 일치(동기)시키는 망동기(Network Synchronization)가 필요하다. 일반적으로 망동기는 망을 구성하는 모든 디지털 장치들을 하나의 기준 동기 클럭원(PRC : Primary Reference Clock)에 동기시키는 것을 의미하며, 또한 정확한 타이밍 정보를 전체 망에 분배(공급)하는 방법, 방식, 및 체계를 의미한다.

망동기 방식으로서, 독립 동기 방식(Plesiochronous Synchronization)은 각 시스템들이 별도의 독립된 클럭원을 가지고 그 독립된 클럭원에 의해 동기되는 망 동기 방식을 의미하며, 주로 국제간 디지털 전송 시 국제 관문국에 사용하는 방식이다.

다른 망동기 방식으로서, 종속 동기 방식(Master Slave Synchronization)은 상위국을 마스터로 하고 하위국을 슬레이브로 하며, 슬레이브가 마스터의 클럭을 공급받아 동기시키는 망동기 방식을 의미하며, 일반적으로 사용되는 방식이다. 종속 동기 방식의 하나로서, 계층 종속 동기 방식(HMS : Hierarchical Master Slave)이 있다. 계층 종속 동기 방식은 상위국을 마스터로 하고 하위국을 슬레이브로 하되, 하위국은 그 하위국에 종속된 다른 하위국의 마스터로 운용되는 방식이다. 상세하게 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상위국 PSN(Packet Switched Network))(23)이 마스터로 운용되고, 하위국 바운더리 클럭(24)이 슬레이브로 운용되면서, 그 바운더리 클럭(24)이 마스터로 운용되고, 그의 하위국인 오디너리 클럭(25) 또는 PSN(26)이 슬레이브로 운용되는 방식이다. 이러한 계층 종속 동기 방식은 망 구성이 간단하므로, 망형 통신망에 적합하다는 장점이 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 그랜드 마스터(22)는 GPS(Global Positioning System)(21)와 같은 위성항법시스템을 이용하여 협정세계시(UTC : Universal Time Coordinated)에 동기된 시각 정보를 얻을 수 있기 때문에, 계층 종속 동기 방식은 원거리에 떨어져 있는 두 지점이나 광범위한 지역에 일정 수준 이상으로 동기된 시각과 주파수 신호를 생성하여 공유하기에 가장 효과적인 방식이다.

한편, 그랜드 마스터(22)는 재밍 신호 등에 의해 시각 정보 및 신호가 단절되는 경우에도 안정적인 망 동기를 유지해야 한다. 그래서 위상 잠금 루프(PLL : Phase Locked Loop)를 이용하여 오븐 제어 수정 발진기(OCXO : Oven-Controlled Crystal Oscillator), 루비듐 등을 이용한 주파수 신호와 위성항법시스템의 시각 신호를 서로 결합하여 각 신호의 위상을 비교하여 추적할 수 있도록, 그랜드 마스터(22)가 구성된다. 이러한, 안정적인 망동기를 유지하는 동기 장치를 GPS 규율형 클럭(GPS Disciplined Clock) 또는 GPS 규율형 발진기(GPS Disciplined Oscillator)라고 한다. 현재 이동 통신망은 이러한 GPS 클럭을 이용하여 동기를 유지한다.

한편, 유선망과 무선망은 분리되어 사용되는데, 이들을 하나의 액세스 네트워크로 통일하기 위해서는 망동기 방식이 통합되어야 한다. 그러나 네트워크 내의 원격지의 정확한 동기를 위해 이더넷 통신 기반의 장비를 이용할 수 없다는 문제가 있다.

이하에서는 IEEE 1588 PTP에 대해 설명하기로 한다.

동기식 광 통신망(SONET : Synchronous Optical Network)/동기 디지털 계층(SDH : Synchronous Digital Hierarchy)/유사 동기식 디지털 계층(PDH : Pleisiochronous Digital Hierarchy) 기반의 전달 망에서 이더넷 기반 망으로 진화하여 SONET/SDH/PDH에서 제공하던 높은 수준의 클럭 동기 매체가 없어졌기 때문에, 이더넷 기반 망은 이더넷 기반의 망동기 기술이 필요하다. 동기식 이더넷(Synchronous Ethernet) 기능은 이더넷 물리계층에서 수신 프레임으로부터의 클럭을 복구하여 주파수를 동기시키는 방식이고, IEEE 1588(2002)으로도 불리는 IEEE 1588 PTP는 메시지 교환에 의해 시각을 동기시키는 방식이다.

IEEE 1588 PTP는 네트워크상에서 가장 정밀하고 정확하게 클럭을 활용할 수 있는 프로토콜을 디바이스에 제공한다. 디바이스의 각 구성들에 별도의 정확한 클럭원이 존재하지만, 나노 초 내지 마이크로 초 사이에서 발생하는 회로의 변화 등에 의해서도 시각이 차이 나고, 네트워크 연결로 인한 지연 즉, 지터(Jitter)가 발생한다. 이러한 문제를 해결하고자 디바이스 제조업체들은 제품에 IEEE 1588 PTP 기능을 탑재한다. 그에 의해 IEEE 1588 PTP 기능이 탑재된 디바이스는 동기된 클럭을 수십 나노 초 내지 수 마이크로 초 사이에서 추적할 수 있게 되어, 상기와 같은 문제가 해결된다.

IEEE 1588 PTP는 지난 몇 년 동안 발전해오면서 정밀한 시각을 요구하는 모바일 망(Mobile Network)과 같은 망구조에 적합하도록 규격화되었지만, 모바일 망 이외에도, IEEE 1588 PTP는 AVB(Audio Video Bridge) 응용에 사용되고, 스위치에 의해 상호 접속되어 전용 고속 이더넷 LAN 세그먼트에 연결되는 산업 자동화기기와 측정 네트워크 장치 간의 시각을 동기시키는데도 사용된다.

일반적으로 IEEE 1588 PTP를 처리하기 위해서는 물리 계층에서 이더넷 프레임이 통과할 때 타임스탬프를 캡처하는 서버, 클라이언트, 및 스위치 하드웨어를 구비한다. 네트워크를 공유하는 환경에서 그랜드 마스터는 브로드캐스트 모드 또는 유니캐스트 모드를 이용하여 동기시키는 방식으로 주로 운영되는데, 이러한 모드들에서 사용되는 프로토콜을 PTP 온-와이어 프로토콜(On-Wire Protocol)이라고 지칭하며, 각 클라이언트가 별도의 클라이언트/서버의 메시지를 교환하여 그랜드 마스터에 동기되는 마스터/슬레이브 모드로 동작한다.

IEEE 1588 PTP에서 사용하는 시간척도는 초와 나노 초이다. IEEE 1588 PTP는 일반적으로 원점을 1970년 1월 1일을 기준으로 한다. IEEE 1588 PTP의 동기 클럭의 정확도는 전용 클럭 오실레이터 및 카운터의 해상도와 안정성에 의해 결정되는데, 대략 그 정확도는 100 나노 초 정도이다. IEEE 1588 PTP를 사용하는 망에서 시각 동기 간격은 일반적으로 수 초 정도이며, 네트워크의 오버헤드 문제는 거의 없다.

IEEE 1588 PTP는 네트워크의 홉(Hop) 수 등 다양한 품질 변수를 측정하여 그랜드 마스터로의 최적의 경로를 선택하는 최적 마스터 클럭 제어(BMC : Best Master Clock) 알고리즘과 같이 정확도를 개선하고 복잡한 네트워크 경로에서 최적 경로를 선택할 수 있는 정교한 알고리즘을 사용한다.

PTP 서버와 클라이언트는 서버 클럭에 클라이언트 클럭을 동기시키기 위해 타임스탬프를 교환하는 온-와이어 프로토콜을 사용한다. PTP는 두 개의 타임스탬프를 이용하여, 클럭 오프셋 및 서버와 클라이언트 간의 상대적인 왕복 지연 시간을 계산하는데 사용된다. 정상적인 PTP 타임스탬프는, 입력 및 출력 프레임 데이터 스트림에서 시작프레임(SOF : Start Of Frame)이 통과하면, 이더넷 네트워크 인터페이스 카드(NIC : Network Interface Card)에 의해 포착된다. 타임스탬프는 MAC 계층과 물리계층 사이의 미디어 독립 인터페이스(MII : Media Independent Interface)에서 전용 오실레이터와 카운터를 통해 상대적으로 캡춰된다. 일부 IEEE 1588 이더넷 드라이버는 다른 관련 데이터, 하나의 타임스탬프 필드, 및 PTP 프로토콜 데이터 유닛(PDU : Protocol Data Unit)을 저장하기 위한 전용 입력 또는 출력 프레임 버퍼를 구비한다. 상기와 같은 IEEE 1588 이더넷 드라이버는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA : Field Programmable Gate Array)를 사용하여 프레임 데이터 스트림을 모니터링하고 온 플라이 타임스탬프 필드를 수정할 수 있다. 프레임이 전송된 후 IEEE 1588 이더넷 드라이버는 출력 타임스탬프 필드를 갱신한다. 프레임이 수신된 후 IEEE 1588 이더넷 드라이버는 입력 타임스탬프 필드를 갱신한다. 타임스탬프 필드가 갱신되면, 프레임이 상위 계층 프로토콜에 전달되기 전에 IEEE 1588 이더넷 드라이버는 UDP 체크섬(UDP checksum)을 다시 계산한다.

PTP에 사용되는 온-와이어 프로토콜은 서버와, 그랜드 마스터 또는 클라이언트를 동기시키기 위한 것이다. 대부분의 애플리케이션에서, 메시지 송신은 수 초 정도의 간격을 가지고 주기적으로 실행된다. PTP 프로토콜은 점대점(point-to-point) 마스터-슬레이브 모드로 동작하거나, 점대다점(point-to-multipoint) 멀티캐스트 모드로 동작할 수 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 첫째, A(클라이언트)가 B(서버)에 클라이언트 메시지를 전송한 후 B(서버)는 A(클라이언트)에 서버 메시지를 전송한다. 이 과정을 라운드라 하며, 하나의 라운드에는 4개의 타임스탬프가 존재한다. T1(원점 타임스탬프)은 A(클라이언트)가 클라이언트 메시지를 송신할 때, T2(수신 타임스탬프)는 B(서버)가 클라이언트 메시지를 수신할 때, T3(송신 타임스탬프)는 B가 서버 메시지를 송신할 때, 및 T4(목적지 타임스탬프)는 A가 서버 메시지를 수신할 때를 각각 의미한다.

이때, 클럭 오프셋(clock offset) Θ는 아래의 [수학식 1]을 이용하여 계산된다.

그리고 라운드 트립 지연(round trip delay) δ는 아래의 [수학식 2]를 이용하여 계산된다.

도 2b는 PTP 프로토콜을 적용하여 마스터와 슬레이브 간에 시간을 동기시키는 과정을 도시한 도면이다.

마스터 시각(31)은 마스터에서 진행되는 시각을 나타낸 것이고, 슬레이브 시각(32)는 슬레이브에서 진행되는 시각을 나타낸 것이다. PTP에서는 두 개의 메시지를 사용하여 방송 타임스탬프를 운반한다. 이 프로토콜은 도 2b에서 t1에서 동기화 메시지(sync)(33)와 함께 시작된다. 방송 클라이언트가 t2(수신 타임스탬프)를 기록한다. t3에서 데이터 필드 t1을 포함하는 후속 메시지, 즉, 지연시간 요구(Delay_Req)(35) 메시지를 송신한다. 이를 t4에서 수신하며, t4를 지연 응답(Delay_Resp)(36) 메시지에 타임스탬프로 기록하여 반송하면, 슬레이브에서 아래의 [수학식 3]을 이용하여 오프셋과 지연시간을 계산할 수 있다.

PTP는 Sync 메시지(33)와 Follow-up 메시지(34) 등 두 개의 메시지를 사용하고, 같은 목적을 위해 Delay_Req 메시지(35) 및 Delay_Resp(36) 메시지를 사용한다.

Sync 메시지(33)를 수신하면, 슬레이브는 아래의 [수학식 4]를 이용하여 마스터의 시간에 기초하여 수정된 시간을 계산한다.

PTP는 두 종류의 클럭 동작을 정의하는데, 하나는 일단(one-step) 클럭이고, 다른 하나는 이단(two-step) 클럭이다. 일단 클럭에서, 정확한 타임스탬프가 Sync 메시지(33)에 직접 전송되고, 이단 클럭에서, Follow_Up 메시지(34)가 Sync 메시지(33)와 일치하는 정확한 타임스탬프를 전송하는데 사용된다.

Follow_Up 메시지(34)는, 타임스탬프의 정확성을 개선하고 하드웨어 레벨에서 타임스탬핑을 용이하게 하기 위하여 개발된 것이다. 그 메시지의 사용은 마스터가 패킷을 전송할 때 Sync 메시지(33)에서 타임스탬프 값을 변경하지 않음을 의미한다. 그러나 개별적으로, 시간에 민감하지 않을 때(non-time-critical) 패킷을 전송할 수 있다. 만약, 마스터가 일단 클럭 방식을 이용한다면, 전송해야 할 PTP 메시지의 수를 줄일 수 있다. 그러나 일부 보안 메커니즘이나 구조적인 기능 때문에 마스터에서 이단 클럭 방식을 요구할 수도 있다. 따라서 일단 클럭과 이단 클럭이 프로파일에서 허용되므로, 이러한 프로파일과 호환성이 있는 PTP 마스터는 일단 클럭이나 이단 클럭 또는 두 가지 모두를 사용할 수 있다. 그러므로 슬레이브는 반드시 일단 클럭과 이단 클럭을 받아들일 수 있어야 한다.

도 3은 마스터와 슬레이브 사이의 동기 클럭 신호의 위상(Phase)을 동기시키는 방법을 나타내고 있다. 슬레이브는 정확한 시간에 기초하여, 두 개의 Sync 메시지의 주기를 계산한다. 그리고 두 개의 Sync 메시지의 주기를 슬레이브 타임스탬프에 기초하여 계산한다. 두 가지의 주기를 이용하여 비례요소를 계산한다.

그리고 슬레이브는 아래의 [수학식 5]를 이용하여 클럭 주파수(clock frequency)를 조정한다.

여기에서,

는 마스터에서 K 번째 Sync 메시지 송신시점의 시각을 의미하고,

는 K 번째 Sync 메시지가 슬레이브에 도착한 시각을 의미한다.

상기와 같이, PTP 프로토콜은 마스터와 슬레이브 사이에서 온-와이어 프로토콜을 이용하여 상호 통신을 하면서 주파수와 위상을 동기시킨다. 그러나 동일한 PTP 프로토콜을 수동 광가입자망에 적용하기 위해서는 수동 광 가입자망에 대한 속성을 이해해야 한다.

이하에서는 수동 광 가입자망에 대해 설명하기로 한다.

스마트폰과 같은 스마트 디바이스의 확대와 IPTV 등 광대역 멀티미디어 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 가입자망의 고도화가 통신산업에서 가장 큰 이슈가 되고 있다.

기존 xDSL 위주의 가입자망을 고도화하기 위해서는 기존 구리선을 광케이블로 교체하는 FTTH(fiber to the home) 구축이 필요한데, FTTH 구축 동안 통신 수요와 공급의 차이를 극복할 대체 기술들이 필요하다. 이러한 기술들 중 가장 경제적인 광 가입자망 구성 방식으로는 수동 광 네트워크(PON : Passive Optical Network)가 있다.

도 4는 일반적인 수동 광 네트워크의 구조를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수동 광 네트워크(PON)는 하나의 광섬유(Feeder Fiber)(10)를 다수의 가입자가 공동으로 사용하기 위해 전원 공급이 불필요한 광분배기(passive splitter)(2)와 같은 수동소자를 활용하여 다수의 광섬유(distribution fiber)(9)로 분기하는 점 대 다중점의 망 구조를 가진다. 이러한 광분배망(ODN : optical distribution network)의 망측 종단점에는 PON OLT(optical line termination) 시스템(1)이 위치하고, 가입자측 종단점에는 광가입자망 종단장치(ONT : optical network termination)가 위치한다. 도 1에 도시된 ONT(4 내지 8)는 단일 가입자를 의미하고, ONU(Optical Network Unit)(3)는 아파트와 같이 밀집된 가입자의 인입부에 설치되어 다수 가입자 라인을 집선하는 기능을 수용하는 장비를 지칭하는 것으로, 완전한 FTTH 전환 전에 기존의 xDSL 가입자 라인 또는 이더넷 가입자 라인들을 수용하는 다양한 L2 스위칭 장치 형태로 구성된다.

OLT와 ONU/ONT 사이의 정보 교환을 위해 여러 가지의 전송 방식이 사용되나, 각 통신사업자의 여건에 따라서 대부분은 IEEE 802.3ah 표준의 GE-PON(gigabit ethernet passive optical network) 방식 혹은 ITU-T G.984 국제 표준인 G-PON(gigabit-capable passive optical network) 방식을 사용한다. G-PON　기술은 하향 2.5Gbps/상향 1.25Gbps 전송속도를 제공하며, 새롭게 정의된 GEM(G-PON Encapsulation Method)　프레임 구조를 이용해 가변길이 IP 서비스 및 시간분할 다중화(TDM : time division multiplexing) 서비스를 효율적으로 제공할 수 있다. 또한,　G-PON　기술은 이동 통신망에서 사용하는 ATM(asynchronous transfer mode)　프로토콜을 별도의 오버헤드 없이 전송할 수 있다. G-PON은 125usec(8kHz)　주기의 프레임 전송 제어를 통해 음성 서비스를 효율적으로 제공할 수 있고, NRZ(non-return-to-zero) 코딩으로 인해서 상대적으로 오버헤드가 적고 효율적인 시스템으로 알려졌다.

한편, PON의 하향 데이터는 방송(broadcasting)되어 모든 가입자의 ONT 장치로 전달되는 반면, PON의 상향 데이터는 ONT 장치에 할당된 시각에 송신되며, 광소자의 신호를 ON/OFF 제어하는 버스트 모드(burst mode)로 운용된다. 이러한 이유 때문에, 상향으로의 패킷은 전달 지연의 변위가 심하게 발생하게 되어, 마스터와 슬레이브 사이의 메시지 송수신 타임스탬프의 변위가 일정 기준을 넘어서고, 그에 따라 PON에 PTP 프로토콜을 적용하는데 어려움이 있다.

한편, 현재 도입되어 운용 중인 LTE(long term evolution) 등과 같은 4세대(4G) 무선망은 크기가 축소된 서비스 셀을 이용하여 상대적으로 광대역 서비스를 제공한다. 이를 위하여 3세대 무선망에서 4세대 무선망으로 진화하면서 전체 망을 IP 네트워크로 구축했다. 4세대 무선망은 상대적으로 저가인 이더넷 기술, 동기 디지털 계층(SDH)과 같은 신뢰성 높은 전송망의 운용 및 관리(OAM : operation and maintenance) 기능을 가미한 캐리어 이더넷(CE : Carrier Ethernet) 또는 패킷 전송망(PTN : Packet Transfer Network)을 이용하여 기지국 장비를 연결한다. 그러나 펨토 셀(femtocell)과 같이 세분화된 장비를 1:1로 연결하려면, 망 투자 비용이 증대한다는 문제가 있다.

현재 PON 가입자망은 고속 인터넷을 위한 액세스 망이지만, PON 망에 망동기 기능과 망동기 분배기능을 추가하고, TOD(Time of Day)와 같은 시각 정보를 전달하는 기능을 추가하면, PON 망을 이용하여 모바일 백홀망을 구축하는 것이 가능할 것으로 보인다.

그러나 PON 망에서는 하나의 광섬유를 통해 다른 두 개의 파장을 이용하여 상향 및 하향 통신이 이루어지며, 특히 상향으로의 트래픽은 시분할 다중화(TDM) 방식으로 다중화되며, 다수의 가입자장치인 ONT에서는 자기에 해당하는 타임 슬롯에만 광신호를 출력시켜야 한다. 이러한 이유 때문에, 양방향 통신에서 상호 전달지연이 기 정해진 일정값 이내에 수렴하지 않고, 변위가 기 정해진 일정 수준을 넘어서게 되어 PTP 프로토콜을 적용하기에는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 수동 광가입자망에 PTP 망동기 기술을 적용하기 위한 망동기 전달 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 OLT 시스템에서 PTP 프로토콜을 종단시키고, 상위망으로부터의 1588 프로토콜에 의해서 동기된 TOD(Time-of-Day)와 1 PPS(1 Pulse Per Second) 신호를 이용하여 각 PON 라인에 125 마이크로 초마다 GPON 프레임에 동기된 시각 및 주파수 정보를 포함하는 OAM 패킷을 전달하여, 각 ONT에서 필요한 타이밍 신호를 재생하도록 하는, 수동 광 가입자망에서의 망동기 전달 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 상위 망으로부터의 PTP 패킷을 PTP 프로토콜 처리하여 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 생성하는 망측 라인 카드, 망측 라인 카드에서 생성된 타이밍 신호에 대한 전송 프레임 동기 펄스의 오프셋을 계산하는 PON 동기 마스터부, 및 슈퍼 프레임 카운트, 상기 망측 라인 카드에서 생성된 타이밍 신호 및 PON 동기 마스터부에서 계산된 오프셋을 하위 망으로 전달하는 PON MAC 처리부를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 상위 망으로부터 슈퍼 프레임 카운트, 타이밍 신호 및 오프셋을 수신하는 ONU 송수신기 및 ONU 송수신기가 수신한 슈퍼 프레임 카운트, 타이밍 신호 및 오프셋을 PON MAC 처리부를 통해 수신하고, 슈퍼 프레임 카운트, 타이밍 신호 및 오프셋과 사전 알려진 전체 지연을 이용하여 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 생성하는 PON 동기 슬레이브부를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 상위 망으로부터 수신한 PTP 패킷으로부터 PTP 프로토콜을 처리하여 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 생성하는 단계, 생성된 타이밍 신호에 대한 전송 프레임 동기 펄스의 오프셋을 계산하는 단계, 및 슈퍼 프레임 카운트, 생성된 타이밍 신호 및 계산된 오프셋을 하위 망으로 전달하는 단계를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 상기 망으로부터 슈퍼 프레임 카운트, 타이밍 신호 및 오프셋을 수신하는 단계, 및 슈퍼 프레임 카운트, 타이밍 신호, 오프셋 및 사전 알려진 전체 지연을 이용하여 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

현재의 모바일 백홀망과 초고속인터넷망은 별도로 분리되어 있는 상태이다. 스마트폰의 보급으로 폭주하고 있는 통신량을 수용하기 위해, 모바일 백홀망을 All-IP망으로 전환하되, OAM 기능이 강화된 동기식 이더넷 기술을 적용한 점대점의 망구조를 사용하고 있다. 그리고 초고속인터넷망을 위해, 가장 경제적인 수동 광네트워크(PON) 기술을 사용한 FTTH 기술을 적용하고 있다.

한편, 글로벌화된 통신망 사업자의 가입자망이 이원화되어 있어서 운용유지보수비용이 증대되고 있어 가입자망의 통합이 필요하다. 그러나 이들을 통합하는데 가장 큰 걸림돌이 모바일망에서 요구하는 망동기 기능이다. 모바일망에서의 망동기를 위해, 1588과 같은 PTP 프로토콜을 사용한 망동기 적용이 필수적이다.

본 발명에 따르면, 수동 광 네트워크에서도 모바일망에서 요구하는 클럭 신호의 주파수 정밀도와 시간정보의 정확도를 제공한다.

본 발명은, 클럭 신호의 주파수 정밀도와 시간정보의 정확도를 제공함으로써, 앞으로 필요한 펨토셀 등 소규모의 셀 구조를 가입자망에 수용하기 위한 인프라가 통합될 수 있고, 이로 인해 통신사업자들은 가입자망의 통합으로 설치비용을 절감하고, 운용유지보수비용도 절감할 수 있게 된다.

도 1은 패킷망의 동기 클럭 체계를 도시한 도면;
도 2a는 마스터 슬레이브 모드를 도시한 도면;
도 2b는 PTP 온-와이어 프로토콜을 도시한 도면;
도 3은 PTP 위상 조정 방식을 도시한 도면;
도 4는 일반적인 PON 망구성을 도시한 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 OLT 시스템 및 ONU 시스템을 도시한 도면;
도 6은 IRIG 타이밍 신호의 타이밍 관계를 도시한 도면; 및
도 7은 오프셋 계산 및 지연 계산 방식을 도시한 도면이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체의 기재에 있어서 일부 구성요소들을 단수형으로 기재하였다고 해서, 본 발명이 그에 국한되는 것은 아니며, 해당 구성요소가 복수 개로 이루어질 수 있음을 알 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 OLT 시스템 및 ONU 시스템을 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 OLT 시스템은, GPS 신호를 수신하고 그 신호에 포함된 시각 정보를 통해 온와이어 IEEE 1588 PTP 마스터 기능을 수행하는 그랜드 마스터(41)(이하, "상위 망"이라고 지칭함)의 시각 정보를 PSN(42)을 통해 수신하고 IEEE 1588 PTP 슬레이브 기능을 수행하여 상위 망에 동기된 IRIG(Inter-Range Instrumentation Group) 타이밍 신호(IRIG_CLK, IRIG_DATA, 1PPS)를 생성하는 망측 라인 카드(43), IRIG 타이밍 신호(또는 전용 타이밍 신호)에 동기된 시스템 클럭 신호를 생성하여 스위치 패브릭(44), PON MAC 처리부(47 및 48) 등의 구동을 위한 시스템 클럭 신호로서 분배하고, PON 동기 펄스 신호(PON_REF_PULSE 1 내지 N)의 오프셋을 계산하는 PON 동기 마스터부(45) 및 PON 전송 프레임 동기를 위해 PON 동기 펄스 신호를 생성하여 PON 동기 마스터부(45)로 전송하고 슈퍼 프레임 카운트, 타이밍 신호 및 오프셋을 포함하는 PON 전송 프레임을 OLT 송수신기(49 및 50)를 통해 PON 광 분배망(51)으로 전송하는 PON MAC 처리부(47)를 구비한다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 ONU 시스템은, PON 광 분배망(51)으로부터 PON 전송 프레임를 수신하는 ONU 송수신기(52) 및 ONU 송수신기(52)가 수신한 PON 전송 프레임에 포함된 슈퍼 프레임 카운트, 타이밍 신호 및 오프셋을 PON MAC 처리부(53)를 통해 수신하고, OLT 시스템에 동기된 타이밍 신호를 복구하여 게이트웨이(55) 등으로 분배하는 PON 동기 슬레이브부(54)를 구비한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 OLT 시스템을 설명하고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 ONU 시스템을 설명하기로 한다.

망측 라인 카드(43)는, 그랜드 마스터(41)로부터 PSN(42)을 통해 PTP 패킷을 수신하고, PTP 프로토콜을 처리하여 그랜드 마스터(41)의 시각에 동기되고, 그랜드 마스터(41)에 동기된 시각 정보와 동기식 이더넷 기능을 이용하여 복구된 클럭 신호를 이용하여 IRIG 타이밍 신호(IRIG_CLK, IRIG_DATA, 1PPS)를 생성한다.

한편, IRIG 타이밍 신호 방식은 원자 주파수 표준(atomic frequency standard)과 GPS 수신기를 통해 정밀한 타이밍 신호를 출력하여 시각 정보를 전달하는 표준방식이다. 특히, IRIG-B 타입을 많이 사용하는데, IRIG-B 타입은 1초의 주기, 100Hz의 비트클럭, 10ms의 비트시간, 및 100비트의 프레임을 이용하여 시간, 일자, 년 등의 시간정보를 표시하는 방식이다. 또한, IRIG-B 타입은 1PPS 신호, IRIG_CLK 신호, 및 IRIG-DATA 신호를 사용한다.

도 6은 망측 라인 카드(43)가 생성한 IRIG 타이밍 신호의 타이밍 관계를 도시한 도면이다.

1PPS 신호는 1초마다 1회의 펄스가 반복되어 프레임의 시작을 알려주는 동기 펄스 신호이고, IRIG_CLK 신호는 100Hz의 클럭 신호이며, IRIG-DATA 신호는 100비트의 시간, 일, 월, 년에 대한 정보를 갖는 직렬 비트 데이터이다. 1PPS 신호의 시작부터 IRIG_CLK 신호가 적어도 5개 지난 다음에, IRIG-DATA 신호가 시작된다.

PON 동기 마스터부(45)는, 망측 라인 카드(43)로부터 IRIG 타이밍 신호(IRIG_CLK1, IRIG_DATA1, 1PPS1)를 수신하고, OLT 시스템의 전용 동기신호(IRIG_CLK0, IRIG_DATA0, 1PPS0)를 수신한다. 이때, PON 동기 마스터부(45)는 망측 라인 카드(43)가 정상으로 판단되면 IRIG 타이밍 신호를 선택하고, 복구된 신호가 오류 등의 상태로서 망측 라인 카드(43)가 정상이 아니라고 판단되면 OLT 시스템의 전용 타이밍 신호를 선택한다.

PON 동기 마스터부(45)는 선택된 IRIG 타이밍 신호(또는 전용 타이밍 신호)에 동기된 시스템 클럭 신호(125MHz)를 생성하고, 생성된 시스템 클럭 신호를 OLT 시스템의 클럭 신호로서 사용한다. 한편, 이하에서는 간명한 설명을 위해 "IRIG 타이밍 신호"만을 이용하여 지칭하나, 이러한 표현은 "전용 타이밍 신호" 또한 택일적으로 포함됨을 알아야 한다.

PON 동기 마스터부(45)는 각 PON 동기 펄스 신호들의 IRIG 타이밍 신호에 대한 오프셋을 계산한다. 그런데, 모든 PON 동기 펄스 신호들이 동일 시점에 동기된 것이 아니므로, 각 PON 동기 펄스 신호의 시점은 초기화 시점에 따라서 각 광라인 별로 상이하다. 그러므로 각 광라인의 해당 PON 동기 펄스 신호가 어느 정도의 오프셋을 갖는지 정확하게 파악할 필요가 있다. 따라서 OLT 시스템이 시스템 클럭 신호에 동기되어 있기 때문에, PON 동기 마스터부(45)는 32비트 카운터(하드웨어 계수기)를 사용하여 1PPS 신호의 시작 시점부터 PON 동기 펄스 신호까지 몇 개의 시스템 클럭 신호(8ns 클럭 펄스)가 존재하는지를 카운트하여 정확하게 오프셋을 계산한다.

PON MAC 처리부(47)는 오프셋 정보를 운용 및 관리(OAM) 패킷을 통해 우선순위에 따라서 ONU 시스템(또는 ONT 시스템)으로 전송한다.

한편, 운용 및 관리 패킷이 실리는 PON 전송 프레임은 슈퍼프레임 카운터를 포함하는데, 슈퍼프레임 카운터는 운용 및 관리 패킷이 실리는 PON 전송 프레임의 위치정보를 포함한다. 따라서 ONU 시스템이 운용 및 관리 패킷이 실리는 PON 전송 프레임을 수신하면, ONU 시스템은 오프셋 정보와 위치정보를 이용하여 지연을 계산할 수 있게 된다. 그에 따라, PON 전송 프레임을 수신하는 해당 ONU 시스템은 PON MAC 처리부(47)의 전송 시점의 지연 정보를 알 수 있다.

도 7은 오프셋 계산 및 지연 계산 방식을 도시한 도면으로서, 1PPS 신호의 시작 시점(T0)부터 PON 동기 펄스 신호(PON_REF_PULSE)까지 4개의 시스템 클럭 신호(REFCLK)가 존재하도록 예시한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 4개의 시스템 클럭 신호(REFCLK)는 32ns에 해당하므로 PON 동기 펄스 신호(PON_REF_PULSE)의 오프셋은 32ns이다. 또한, 1PPS 신호의 시점(T0)에 해당하는 슈퍼프레임 카운트의 인식자는 00FE 0001이다. 오프셋(32ns)과 슈퍼프레임 카운트(00FE 0001)와 T0-1초의 시각(TOD) 정보(IRIG_DATA 및 IRIG_CLK 신호)가 ONU 시스템(또는 ONT 시스템)에 실제 전달되는 시점의 슈퍼프레임 카운트 인식자는 00FE 0003이다.

각 광라인의 전달 지연은 ONU 시스템 등록 과정에서 라운드 트립 지연(round trip delay)을 측정하게 되므로 사전에 알게 된다. 따라서 운용 및 관리 패킷을 전달 시에 그 측정된 지연 값을 전달하면 된다.

그리고 ONU 시스템에서, PON 신호(운용 및 관리 패킷)로부터 클럭과 PON 전송 프레임 동기 펄스를 복원할 때 소요되는 지연은 하드웨어적으로 일정한 값에 수렴한다고 가정한다.

따라서 전체지연은 PON 망에서의 전달지연(PON 라운드 트립 지연의 1/2 값)과 ONU 시스템에서의 처리지연(하드웨어적으로 고정된 값)의 합이 된다.

그러므로 ONU 시스템에서는, OLt 시스템 측에서 1PPS가 존재하는 슈퍼프레임 위치정보를 이용하여, 00FE 0001의 다음주기인 00FE 1F41 위치에서 상기 계산한 오프셋(32ns)과 전체지연 값만큼 당긴 위치에서 1PPS를 발생하고, 그 ONU 시스템의 시각(TOD) 정보를 (T0+1) 초에 대한 시각(TOD) 정보로 보정하여 원래의 1PPS 신호와 시각(TOD) 정보를 복구할 수 있다.

ONU 시스템에서 복구된 1PPS 신호와 시각(TOD) 정보는 ONU 시스템의 게이트웨이(55)에서 이용되거나 동기 신호를 요구하는 다른 장치에서 사용된다. 또한, ONU 시스템에 PTP 프로토콜 마스터(도면에 도시되지 않음)를 탑재하여 ONU 시스템의 댁내망에서의 PTP 마스터로 동작할 수도 있다.

그리고 모바일 백홀의 소형 기지국 장치나 펨토셀 등에 망동기 신호를 전달하기 위해, ONU 시스템은 시각(TOD) 정보와 1PPS 신호를 IEEE 1588v2 방식으로 처리할 수 있는 기가비트 이더넷 물리계층 처리부(도면에 도시되지 않음)를 더 탑재할 수 있다. 그리고 ONU 시스템은 기가비트 이더넷 물리계층 처리부에서 생성된 동기 클럭 신호를 VOIP DSP(Voice Over Internet Protocol Digital Signal Processor)(도면에 도시되지 않음)와 PDH 프레임 처리기(도면에 도시되지 않음) 등으로 전달한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

상위 망으로부터의 PTP 패킷을 PTP 프로토콜 처리하여 상기 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 생성하는 망측 라인 카드;
상기 망측 라인 카드에서 생성된 상기 타이밍 신호에 대한 전송 프레임 동기 펄스의 오프셋을 계산하는 PON 동기 마스터부; 및
슈퍼 프레임 카운트, 상기 망측 라인 카드에서 생성된 상기 타이밍 신호 및 상기 PON 동기 마스터부에서 계산된 상기 오프셋을 포함하는 전송 프레임을 하위 망으로 전달하는 PON MAC 처리부
를 포함하는 광 라인 종단 장치.
제 1항에 있어서,
상기 타이밍 신호는,
IRIG 타이밍 신호인, 광 라인 종단 장치.
제 1항에 있어서,
상기 PON 동기 마스터부는,
상기 타이밍 신호에 동기된 시스템 클럭 신호를 발생하고, 상기 타이밍 신호의 시작 시점부터 상기 전송 프레임 동기 펄스의 시작 시점까지 상기 시스템 클럭 신호를 카운트하여 상기 오프셋을 계산하는, 광 라인 종단 장치.
제 3항에 있어서,
상기 PON 동기 마스터부는,
하드웨어 계수기를 이용하여 상기 시스템 클럭 신호를 카운트하는, 광 라인 종단 장치.
상위 망으로부터 슈퍼 프레임 카운트, 타이밍 신호 및 오프셋을 포함하는 전송 프레임을 수신하는 ONU 송수신기; 및
상기 ONU 송수신기가 수신한 상기 슈퍼 프레임 카운트, 타이밍 신호 및 오프셋과 사전 알려진 전체 지연을 이용하여 상기 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 생성하는 PON 동기 슬레이브부
를 포함하는 광 네트워크 종단 장치.
제 5항에 있어서,
상기 PON 동기 슬레이브부는,
상기 슈퍼 프레임 카운트가 가리키는 위치의 상기 타이밍 신호의 다음주기의 위치에서, 상기 다음주기의 위치의 상기 오프셋, 상기 전체 지연만큼 당긴 위치에서 상기 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 생성하는, 광 네트워크 종단 장치.
제 5항에 있어서,
상기 전체 지연은,
라운트 트립 지연의 절반의 값인 전달 지연과 하드웨어적으로 고정된 값인 처리 지연을 포함하는, 광 네트워크 종단 장치.
제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 이용하여 PTP 프로토콜 마스터 기능을 수행하는 PON 동기 마스터부를 더 구비하는, 광 네트워크 종단 장치.
제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 IEEE 1588v2 방식으로 처리하는 기가비트 이더넷 물리계층 처리부
를 더 구비하는 광 네트워크 종단 장치.
상위 망으로부터 수신한 PTP 패킷으로부터 PTP 프로토콜을 처리하여 상기 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 생성하는 단계;
상기 생성된 타이밍 신호에 대한 전송 프레임 동기 펄스의 오프셋을 계산하는 단계; 및
슈퍼 프레임 카운트, 상기 생성된 타이밍 신호 및 상기 계산된 오프셋을 하위 망으로 전달하는 단계
를 포함하는 광 라인 종단 방법.
제 10항에 있어서,
상기 타이밍 신호는,
IRIG 타이밍 신호인, 광 라인 종단 방법.
제 11항에 있어서,
상기 타이밍 신호에 동기된 시스템 클럭 신호를 발생하는 단계를 더 구비하고,
상기 타이밍 신호의 시작 시점부터 상기 전송 프레임 동기 펄스의 시작 시점까지 상기 시스템 클럭 신호를 카운트하여 상기 오프셋을 계산하는, 광 라인 종단 방법.
제 12항에 있어서,
하드웨어 계수기를 이용하여 상기 시스템 클럭 신호를 카운트하는, 광 라인 종단 방법.
상위 망으로부터 슈퍼 프레임 카운트, 타이밍 신호 및 오프셋을 수신하는 단계; 및
상기 슈퍼 프레임 카운트, 상기 타이밍 신호, 상기 오프셋 및 사전 알려진 전체 지연을 이용하여 상기 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 생성하는 단계
를 포함하는 광 네트워크 종단 방법.
제 14항에 있어서,
상기 슈퍼 프레임 카운트가 가리키는 위치의 상기 타이밍 신호의 다음주기의 위치에서, 상기 다음주기의 위치의 상기 오프셋, 상기 전체 지연만큼 당긴 위치에서 상기 상위 망에 동기된 타이밍 신호를 생성하는, 광 네트워크 종단 방법.
제 14항에 있어서,
상기 전체 지연은,
라운트 트립 지연의 절반의 값인 전달 지연과 하드웨어적으로 고정된 값인 처리 지연을 포함하는, 광 네트워크 종단 방법.