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KR100419425B1 - 기가비트 이더넷 - 수동 광 네트워크에서 아이들 패턴출력 제어회로 - Google Patents

기가비트 이더넷 - 수동 광 네트워크에서 아이들 패턴출력 제어회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 점 대 다점(point-to-multipoint) 통신을 기본 구조로 하는 기가비트 이더넷 - 수동 광 네트워크(Gigabit Ethernet - Passive Optical Network: GE-PON)에서 상용의 기가비트 이더넷 콘트롤러를 사용하면서도 아이들 패턴으로 인한 데이터 손실을 방지할 수 있도록 한다. 이를 위한 본 발명의 아이들 패턴 출력 제어회로는 하나의 OLT(Optical Line Terminal)와 다수의 ONU(Optical Network Unit)가 ODN(Optical Distribution Network)을 통해 기가비트 이더넷 인터페이스에 의해 연결되고, ONU가 MAC(Media Access Controller)과 PCS(Physical Coding Sublayer)를 구비하는 기가비트 이더넷 콘트롤러를 구비하며, PCS가 OLT로 전송할 데이터가 없는 경우 전송할 데이터 대신에 아이들 패턴 데이터를 발생하여 SERDES(Serializer/Deserializer)로 출력하는 기가비트 이더넷 수동 광 네트워크에 있어서, 아이들 패턴 데이터를 OLT로 저레벨의 광신호로서 전송될 데이터로 변환하는 데이터 변환부와, 전송할 데이터가 있는 경우에는 PCS로 부터 출력되는 전송할 데이터를 선택하여 SERDES로 출력하고 전송할 데이터가 없는 경우에는 데이터 변환부에 의해 변환된 데이터를 선택하여 SERDES로 출력하는 스위칭부를 구비한다.

Description

기가비트 이더넷 - 수동 광 네트워크에서 아이들 패턴 출력 제어회로{CIRCUIT FOR CONTROLLING OUTPUT OF IDLE PATTERN IN GIGABIT ETHERNET - PASSIVE OPTICAL NETWORK}
본 발명은 수동 광 네트워크(Passive Optical Network: PON)에 관한 것으로, 특히 기가비트 이더넷 수동 광 네트워크(Gigabit Ethernet - Passive Optical Network: GE-PON)에 있어서 ONU(Optical Network Unit)에 채용되는 기가비트 이더넷 콘트롤러에 관한 것이다.
수동 소자(passive device)를 기반으로 하는 광 가입자망인 PON 시스템은 FTTH(Fiber To The Home) 또는 FTTC(Fiber To The Curb) 등의 가입자 액세스 노드와 망 단말기(Network Termination: NT) 사이에 수동분배기 또는 파장분할다중화(Wave Division Multiplexing: WDM) 소자를 사용하는 구조로 모든 노드는 버스나 트리 구조 형태로 분산된 토플로지(topology)이다.
일반적인 PON시스템은 ATM(Asynchronous Transfer Mode)-PON의 형태로 잘 알려져 있으며, ITU-T(International Telecommunication Union - T) G.983.1에 상세하게 기술되어 있다. 또한 ATM-PON의 MAC(Media Access Control) 기술 역시 표준화가 완료된 상태로 이 기술 분야에 잘 알려져 있다. 그 대표적인 예로서 1999년 11월 2일자로 특허된 미국특허번호 5,973,374호 "PROTOCOL FOR DATA COMMUNICATION OVER A POINT-TO-MULTIPOINT PASSIVE OPTICAL NETWORK", 1999년 9월 15일자로 공개된 국내 공개특허 제1999-70901호 "비동기전송방식 수동 광 통신망 매체접속제어 프로토콜 구현 방법" 등을 들 수 있다.
한편 인터넷 기술이 발달함에 따라 가입자(사용자) 측에서는 더욱 더 많은 대역폭을 요구하게 됨에 따라, 상대적으로 고가 장비이며 대역폭에 제한이 있으며 인터넷 프로토콜(Internet Protocol) 패킷을 분할(segmentation)해야 하는 ATM기술보다는 상대적으로 저가이며 높은 대역폭을 확보할 수 있는 기가비트 이더넷으로 종단 대 종단(end to end) 전송을 목표로 GE-PON(Gigabit Ethernet - Passive Optical Network) 시스템이 개발되고 있다.
도 1은 후술하는 바와 같이 본 발명이 적용되는 GE-PON의 개략적인 블록구성도를 보인 것으로, 하나의 OLT(Optical Line Terminal)(100)와 다수의 ONU(Optical Network Unit)(104)가 광 스플리터를 사용하는 ODN(Optical Distribution Network)(102)을 통해 연결되는 것을 보인 것이다. 그리고 OLT(100)와 다수의 ONU(104)는 기가비트 이더넷으로서 서로 연결된다. ONU(104)는 필요에 따라 빌딩 및 아파트 단지의 분배함이나 개인 주택 단지의 입구 등에 설치되어 NT(도시하지 않았음)와 연결된다. OLT(100)는 집중국으로서 백본망(backbone network)으로부터 데이터를 전송받아 ODN(102)을 통해 각 ONU(104)에 전송하거나 TDM(Time Division Multiplexing)방식으로 ONU(104)로부터 데이터를 수신한다.
한편 상기한 ONU(104)에는 기가비트 이더넷 콘트롤러를 사용하여야 하는데, 통상적인 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러는 점-대-점(point-to-point) 통신의 기본 구조하에 사용하도록 되어 있다. 이러한 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러는 도 2에 보인 바와 같이 MAC(Media Access Controller)(202)과 PCS(Physical Coding Sublayer)(204)를 포함하는 기가비트 이더넷 콘트롤러(200)와, 도 3에 보인 바와 같이 MAC(302)과 PCS(304)와 SERDES(Serializer/Deserializer)(306)를 포함하는 기가비트 이더넷 콘트롤러(300)로 분류된다. 도 2와 같이 MAC(202)과 PCS(204)만을 포함하는 경우에는 별도의 SERDES(206)를 사용하여 PCS(204)에 연결한다. 그리고 SERDES(206,306)에는 광 송수신기(도시하지 않았음)가 연결되며, 광 송수신기는 SERDES(206,306)로부터 입력되는 데이터에 따른 광신호를 OLT(100)로 전송하며 OLT(100)로부터 수신되는 광신호를 전기적인 신호의 데이터로 변환하여 SERDES(206,306)에 제공한다. 상기한 바와 같은 기가비트 이더넷 콘트롤러(300)는예를 들어 PMC-Sierra사의 PM3386이 있다.
상기한 바와 같은 두 가지 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러(200,300)는 전송할 데이터가 없는 경우에는 PCS(204,304)에서 전송할 데이터 대신에 자동으로 아이들(idle) 패턴을 발생한다. 아이들 패턴 데이터는 논리 "0"과 "1"이 교호적으로 계속 반복되는 형태, 즉 "101010..."이다.
이에 따라 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러(200,300)를 GE-PON에 사용하면, 다수의 ONU(104)중에 대역을 할당받아 OLT(100)와 데이터를 송수신하게 되는 ONU가 OLT(100)로 데이터를 전송하는 중에 나머지 ONU들이 아이들 패턴을 전송하게 되므로 데이터 충돌이 발생된다. 이로 인해 대역을 할당받아 OLT(100)와 데이터를 송수신하는 ONU에서 OLT(100)로 전송하는 상향 데이터가 손실되는 경우가 발생된다.
이에 따라 상기한 도 1과 같은 점-대-다점(point-to-multipoint) 통신을 기본 구조로 하는 GE-PON 구조에는 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러를 사용할 수 없게 된다. 그러므로 점-대-다점 통신을 기본 구조로 하는 GE-PON을 위해서는 전용의 기가비트 이더넷 콘트롤러를 새로 설계할 수 밖에 없게 되는 문제점이 발생된다.
따라서 본 발명은 점-대-다점 통신을 기본 구조로 하는 GE-PON에 있어서 상용의 기가비트 이더넷 콘트롤러를 사용하면서도 아이들 패턴으로 인한 데이터 손실을 방지할 수 있는 아이들 패턴 출력 제어회로를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 기가비트 이더넷 - 수동 광 네트워크의 개략적인 블록구성도,
도 2 및 도 3은 통상적인 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러의 블록구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아이들 패턴 출력 제어회로를 적용한 것을 보인 도면.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아이들 패턴 출력 제어회로는 PCS로부터 출력되는 아이들 패턴 데이터를 OLT로 저레벨의 광신호로서 전송될 데이터로 변환하는 데이터 변환부와, 전송할 데이터가 있는 경우에는 PCS로 부터 출력되는 전송할 데이터를 선택하여 SERDES로 출력하고 전송할 데이터가 없는 경우에는 데이터 변환부에 의해 변환된 데이터를 선택하여 SERDES로 출력하는 스위칭부를 구비함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러에 본 발명의 실시예에 따른 아이들 패턴 출력 제어회로를 적용한 것을 보인 것으로, MAC(402)과 PCS(404)를 포함하는 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러(400)의 PCS(404)와 SERDES(408)사이에 스위칭부(410)와 데이터 변환부(412)로 구성하는 아이들 패턴 출력 제어회로(406)를 추가하여 구성한 것이다. 또한 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러(400)로 부터 출력되는 데이터가 아이들 패턴 출력 제어회로(406)와 SERDES(408)를 거쳐 도시하지 않은 광 송수신기에 인가되고, 그에 따라 광 송수신기에서 광 신호가 발진되어 전술한 도 1의 ODN(102)을 거쳐 OLT(100)로 전송되는 경우를 보인 것이다. 즉, OLT(100)로부터 광 신호를 수신하고 수신된 광 신호에 따른 데이터가 SERDES(408)를 거쳐 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러(400)에 인가되는 경우는 본 발명과 관련이없으므로 생략한 것이다. 그리고 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러(400)는 전술한 도 2와 같은 기가비트 이더넷 콘트롤러(200)나 도 3과 같은 기가비트 이더넷 콘트롤러(300)가 될 수 있다. 다만 도 3과 같은 기가비트 이더넷 콘트롤러(300)인 경우에는 PCS(304)와 SERDES(306)간의 연결을 외부로 빼내어 아이들 패턴 출력 제어회로(406)의 입력단에 연결함과 아울러 SERDES(306) 대신에 별도의 SERDES(408)를 아이들 패턴 출력 제어회로(406)의 출력단에 연결한다.
상기한 데이터 변환부(412)는 버퍼(418)와 인버터(420)와 앤드게이트(AND gate)(422)로 구성하며, PCS(404)로 부터 출력되는 아이들 패턴 데이터를 전술한 도 1의 OLT(100)로 저레벨의 광신호로서 전송될 데이터로 변환한다. 스위칭부(410)는 1:2 스위치(414) 및 2:1 스위치(416)로 구성하며, 전송할 데이터가 있는 경우에는 PCS(404)로 부터 출력되는 전송할 데이터를 선택하여 SERDES(408)로 출력하고, 전송할 데이터가 없는 경우에는 데이터 변환부(412)에 의해 변환된 데이터를 선택하여 SERDES(408)로 출력한다.
상기한 스위칭부(410)의 선택 출력 동작은 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러(400)의 MAC(402)에서 발생되어 PCS(404)에 인가하게 되는 송신 인에이블신호 TX_EN와 송신 에러신호 TX_ER에 의해 제어된다. 스위치들(414,416)은 E1단자에 송신 인에이블신호 TX_EN을 입력하고 E2단자에 송신 에러신호 TX_ER을 입력하며, 송신 인에이블신호 TX_EN와 송신 에러신호 TX_ER가 모두 논리 "0"이면 각각 D단자와 S1단자를 연결하고, 송신 인에이블신호 TX_EN이 논리 "1"이면 각각의 D단자와 S2단자를 연결한다. 또한 스위치(414)의 D단자는 PCS(404)의 출력단에 접속되고, 스위치들(414,416)의 S1단자는 서로 접속되며, 스위치(414)의 S2단자는 데이터 변환부(412)의 입력단에 접속되며, 스위치(416)의 S2단자는 데이터 변환부(412)의 출력단에 접속되며, 스위치(416)의 D단자는 SERDES(408)의 입력단에 접속된다.
상기한 상용 기가비트 이더넷 콘트롤러(400)의 MAC(402)은 전송할 데이터가 있는 경우에는 전송 인에이블신호 TX_EN을 논리 "1"로 출력하고, 전송완료 또는 아이들 상태이어서 데이터가 없을 때는 송신 인에이블신호 TX_EN을 논리 "0"으로 출력한다. 또한 송신 에러가 없는 상태이면 송신 에러신호 TX_ER를 논리 "0"으로 출력하고 송신 에러가 있는 상태이면 송신 에러신호 TX_ER을 논리 "1"로 출력한다.
만일 송신 인에이블신호 TX_EN가 전송할 데이터가 없는 상태를 나타내는 논리 "0"이고 송신 에러신호 TX_ER가 에러가 없는 상태인 논리 "0"이면, 데이터 전송이 종료되었거나 데이터가 없는 상태이므로 PCS(404)에서는 "10101010..."의 아이들 패턴 데이터가 발생된다. 이와 같이 발생된 아이들 패턴 데이터는 2개의 경로로 분기되어 인버터(420)에 의해 반전됨과 아울러 버퍼(418)에 의해 버퍼링된후 앤드게이트(422)에서 논리곱된다. 그러므로 아이들 패턴 대신에 논리 "0"이 계속되는 데이터, 즉 "00000..."의 데이터가 SERDES(408)로 출력된다.
이에따라 SERDES(408)의 출력단에 연결되는 광 송신기에서는 저레벨의 광신호가 발진되어 전술한 도 1의 OLT(100)로 전송되므로, 대역폭을 할당받아 동작하는 다른 ONU에서 전송하는 데이터와 충돌이 일어나지 않게 된다. 이를 더 상세히 살피면, 대역폭을 할당받아 동작하는 ONU에서 전송하는 데이터가 논리 "1"인 경우에는 고레벨의 광신호를 전송하게 되므로, 대역폭을 할당받지 않은 ONU에서 저레벨의 광신호를 전송한다해도 OLT(100)에 수신되는 광신호는 대역폭을 할당받아 동작하는 ONU에서 전송하는 광신호와 마찬가지로 고레벨이 된다. 이와 달리 대역폭을 할당받아 동작하는 ONU에서 전송하는 데이터가 논리 "0"인 경우에는 대역폭을 할당받지 않은 ONU와 마찬가지로 저레벨의 광신호를 전송하게 되므로, OLT(100)에 수신되는 광신호는 저레벨이 된다. 이에따라 OLT(100)에는 대역폭을 할당받아 동작하는 ONU에서 전송하는 데이터에 따른 광신호가 문제없이 수신되는 것이다. 이때 버퍼(418)는 인버터(420)를 통과하는 데이터와 시간 지연을 맞추기 위해 사용된 것이다.
한편 송신 인에이블신호 TX_EN가 데이터 전송 상태를 나타내는 논리 "1"이면, PCS(404)로부터 출력되는 전송할 데이터는 스위치(414)의 S1단자를 통해 스위치(416)의 S1단자에 인가되고, 스위치(416)의 D단자를 통해 SERDES(408)로 출력된다. 이에따라 아이들 패턴이 아닌 경우에는 PCS(404)로부터 출력되는 데이터는 데이터 변환부(412)를 거치지 않고 그대로 SERDES(408)에 인가되므로 기존과 마찬가지로 전송 데이터에 따른 광신호가 OLT(100)로 정상적으로 전송되게 된다.
따라서 상용 기가비트 콘트롤러에 간단한 회로를 추가하여 아이들 패턴으로 인한 데이터 손실을 방지하므로써 GE-PON에 적합한 기가비트 콘트롤러를 새로 설계할 필요없이 상용 기가비트 콘트롤러를 사용할 수 있으므로 경제적으로 GE-PON 시스템을 구축할 수 있게 된다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에서는 SERDES(408)의 출력단에 연결되는 광 송수신기가 전송할 데이터가논리 "1"인 경우에는 고레벨의 광신호를 발진하여 전송하고, 논리 "0"인 경우에는 저레벨의 광신호를 발진하여 전송하는 경우의 예를 들었으나, 데이터의 논리 상태와 광신호의 레벨이 이와 반대인 경우에도 마찬가지로 적용된다. 이러한 경우 데이터 변환부(412)의 앤드게이트(422) 대신에 낸드게이트(NAND gate)를 사용하면 된다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 상용 기가비트 콘트롤러에 간단한 회로를 추가하여 아이들 패턴으로 인한 데이터 손실을 방지하므로써 GE-PON에 적합한 기가비트 콘트롤러를 새로 설계할 필요없이 상용 기가비트 콘트롤러를 사용할 수 있으므로 경제적으로 GE-PON 시스템을 구축할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (4)

  1. 하나의 OLT(Optical Line Terminal)와 다수의 ONU(Optical Network Unit)가 ODN(Optical Distribution Network)을 통해 기가비트 이더넷으로서 연결되고, 상기 ONU가 MAC(Media Access Controller)과 PCS(Physical Coding Sublayer)를 구비하는 기가비트 이더넷 콘트롤러를 구비하며, 상기 PCS가 상기 OLT로 전송할 데이터가 없는 경우에는 전송할 데이터 대신에 아이들 패턴 데이터를 발생하여 SERDES(Serializer/Deserializer)로 출력하는 기가비트 - 이더넷 수동 광 네트워크에 있어서,
    상기 아이들 패턴 데이터를 상기 OLT로 저레벨의 광신호로서 전송될 데이터로 변환하는 데이터 변환부와,
    상기 전송할 데이터가 있는 경우에는 상기 PCS로 부터 출력되는 전송할 데이터를 선택하여 상기 SERDES로 출력하고, 상기 전송할 데이터가 없는 경우에는 상기 데이터 변환부에 의해 변환된 데이터를 선택하여 상기 SERDES로 출력하는 스위칭부를 구비함을 특징으로 하는 아이들 패턴 출력 제어회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 변환부가,
    상기 아이들 패턴 데이터를 반전시키는 인버터와,
    상기 아이들 패턴 데이터를 상기 인버터에 통한 지연에 대응되게 버퍼링하는버퍼와,
    상기 인버터와 상기 버퍼의 출력을 논리곱하여 출력하는 앤드게이트를 구비함을 특징으로 하는 아이들 패턴 출력 제어회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭부에서 상기 전송할 데이터의 유무가, 상기 MAC으로 부터 발생하는 송신 인에이블 신호에 의해 결정됨을 특징으로 하는 아이들 패턴 출력 제어회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 아이들 패턴 데이터가 논리 "1"과 "0"이 교호적으로 계속 반복되는 데이터이고, 상기 데이터 변환부에 의해 변환된 데이터가 논리 "0"이 계속되는 데이터임을 특징으로 하는 아이들 패턴 출력 제어회로.
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