Recently, increase of various application programs which are based on Internet has brought about a large growth in population of Internet use, increment of required bandwidth, and improvement of quality. Therefore, to construct optical subscriber network is necessary between high speed backbone network and user to provide broadband service and supply the demand for Internet economically and efficiently for subscribers. Passive optical network (PON) which is expected optical subscriber transmission technology in the next generation is becoming the center of interest for satisfying some requirements. PON is considered as a cost-effective solution of the bottleneck problem in the access network. PONs are also attractive due to the reduced number of fibers connecting the central office (CO) and the end-user, and the economical number of optical devices, which brings directly or indirectly savings. In PON, all communications are performed between an optical line terminal (OLT) and optical network units (ONUs).
In particular, local data from ONUs also generated with many subscribers. The local data is customer data which is originated from one subscriber to be delivered to all or some subscribers within the same PON. Moreover, communication between ONUs serviced by one OLT is also emerging network service among various PON service. Therefore, customers need inter-communication capability among themselves for various application programs and telecommunication services, such as teleconferencing or information broadcasting. According to increase of the number of subscribers connected with ONU, it is a necessary additional function in fiber-to-the-building (FTTB) or fiber-to-the-node (FTTN) based on wide coverage. However, this shared LAN emulation function in OLT uses a portion of upstream and downstream channel to transmit the local data, so bandwidth for existing broadband service becomes reduced. The OLT is also complicated because of being processing and buffer scheduling function for local data and LAN emulation function.
In this thesis, we propose an advanced passive optical network system architecture which is able to provide both broadband services based on PON and inter-communication services among local subscribers. In this architecture, because we set up local transmission control architecture (LTCA) at optical network unit (ONU), all local data among ONUs and existing broadband data are able to process and control independently and efficiently when local subscribers communicate among themselves. We also propose a dynamic bandwidth provision (DBP) scheduling algorithm which is applied to LTCA for local data processing and controlling more dynamically. From the simulation study, we have learned queueing delay and size reduction, total throughput improvement and end-to-end delay reduction in comparison to that of existing LAN-PON with TDMA and pure PON.
Using this advanced passive optical network, we can reduce additional construction expenses of the other local network according to increase of local data traffic in local subscribers. Also we can use the system effectively because it use the idle time for transmitting local data, which is the waiting time for the next transmission cycle after finishing broadband data transmission. These features are considered as additional skill which is not made big change existing PON system. Therefore, we can expect to make the best use of efficient system with a small expense.
최근 수동형 광 가입자망 (Passive Optical Network, PON)은 FTTH 서비스를 위한 경제적인 광 액세스 기술의 하나로 떠오르고 있다. 기존에 동선이나 동축 케이블을 사용했던 것과 달리 광 케이블과 수동형 분배기를 사용하여 최대 Gbps급의 초고속 광대역 서비스를 기업과 일반 가정에 제공할 수 있고, 점대다 토폴로지를 지원함으로 대역폭을 공유할 수 있고, 또한 구축 비용이 다른 방식에 비해 적게 소요되는 기술이다.
더불어, 하나의 OLT에 의해 서비스 되는 ONU들간의 통신서비스 또한 최근 다양한 수동형 광 가입자망 서비스 중에 하나로 떠오르고 있다. 화상회의 같은 다양한 컴퓨터 어플리케이션과 통신 서비스들을 통해 가입자들간의 통신 서비스가 중요시 되고 있다. 이는 가입자들의 수가 많아지게 되면서 꼭 필요하게 되는 수동형 광 가입자망의 부가적인 기능으로 볼 수 있다. ONU들간의 통신을 할 때 발생하는 이러한 로컬 데이터들은, 가입자가 많고 집선률이 높은 곳에서 빈번하게 발생한다.
따라서 이러한 ONU들간의 통신을 위해 IEEE 802.3ah에서는 LAN 에뮬레이션 기능을 제공하고 있다. 그러나 이는 OLT까지 로컬 데이터를 보내고, OLT가 다시 재전송을 하기 때문에 대역폭의 희생이 초래되며, OLT에 라우터나 802.1D 브리지들을 추가하게 됨으로 OLT가 복잡해지는 단점을 갖고 있다. 이러한 단점들을 해결하기 위하여 본 논문에서는 새로운 수동형 광 가입자망 구조와 이 구조에 적용된 로컬 데이터를 제어하는 알고리즘을 제안한다.
먼저, 로컬 데이터를 독립적으로 서비스 할 수 있는 향상된 LAN-PON구조를 소개한다. 이는 기존의 PON과 다르게 ONU들간의 직접적인 통신이 가능한 구조이다. 로컬 데이터를 OLT까지 보낼 필요 없이 원격노드단의 CWDM을 거쳐 다시 ONU들로 되돌아오는 전송이 가능한 구조이다. 나아가 이는 기존의 LAN-PON보다 진화한 구조로써 2개의 수신기를 두어 로컬 데이터와 광대역 데이터를 보다 독립적으로 받을 수 있도록 하였다.
그러나 이 구조에서도 두 가지 주의해야 할 문제점이 발생한다. 어떤 ONUi에서 ONU들간의 통신을 위해 로컬 데이터를 전송할 때, 첫 번째는 그 ONUi에서 광대역 데이터가 동시에 전송되어서는 안 된다는 것이고, 두 번째는 또 다른 ONUj에서 보낸 로컬 데이터와 같은 시간대에 전송되면 안 된다는 것이다. 그렇지 않으면 서로의 파장이 겹치게 되고, 간섭 효과로 인해 정보가 손실이 된다. 따라서 특정 ONU로부터 출력되는 로컬 데이터들의 전송을 동적으로 제어할 수 있는 로컬 전송 제어 구조를 도입하여 이를 담당하게 하여 이 문제점들을 해결하는 것이 이 연구의 목적이다.
다음은 이 두 가지 문제를 해결하기 위해 본 논문에서 제안한 로컬 전송 제어 구조와 그 구조에 적용된 동적 대역폭 제공 스케쥴링 알고리즘을 소개한다.
먼저, 로컬 전송 제어 구조는 ONU단에 추가되는 구조로써 기존의 ONU와 동일한 구조에 로컬 데이터를 위한 기능이 추가된 형태이다. 로컬 전송 제어 구조는 OLT로부터의 광대역 데이터 대역 할당 메시지와 ONU들로 부터의 로컬 데이터 대역 요청 메시지 모두 받을 수 있도록 되어 있으며, 이 메시지들을 가지고 스케쥴링을 통해 ONU들에게 동적으로 효율적인 대역을 할당해주는 역할을 한다. 즉, 광대역 데이터에 대한 OLT와 같은 역할을 하게 된다.
다음으로, 본 논문에서 제안한 동적 대역폭 제공 스케쥴링 알고리즘을 소개한다. 이는 로컬 전송 제어 구조에서 사용되는 스케쥴링 알고리즘이다. 이는 광대역 데이터와 로컬 데이터가 서로 충돌이 발생하지 않도록 각각의 할당, 요청 대역의 누적 크기 비교하여 그 조건을 만족하도록, 기존의 광대역 데이터 전송에 영향을 주지 않도록 로컬 데이터의 할당량을 조절해주는 스케쥴링 알고리즘이다.
본 논문에서 제안한 구조와 알고리즘을 사용함으로써 데이터들의 전송이 동적이고, 효율적으로 가능하게 된다. 이는 광대역 데이터 전송에 영향을 주지 않는 부가적인 기능으로 동작하면서 광대역 데이터와 로컬 데이터가 각각 독립적으로 전송이 가능하게 된다. 지역 가입자간의 로컬 데이터의 양이 많아질수록 별도의 지역 가입자망을 구축해야 하는 비용을 제안된 구조와 알고리즘이 적용된 진화된 수동형 광 가입자망을 통해 절감할 수 있으므로 보다 경제적이게 된다. 또한, 유휴 기간을 사용하여, 다시 말하면 광대역 데이터 전송 후 다음 전송 사이클을 기다리는 구간을 사용하여 로컬 데이터를 동적으로 전송함으로써 보다 효율적인 시스템 이용이 가능하다. 이러한 기능들은 기존의 PON 시스템을 크게 변화시키지 않는 범위에서 제공되는 부가기능으로 고려되므로 본 논문에서 제안한 구조와 알고리즘은 적은 비용을 통해 보다 동적이고, 효율적인 시스템으로 활용이 가능하게 된다.
