수동 광통신망

네트워크증명(PoN, Passive Optical Network)이란 PON은 광케이블 망을 통해 최종사용자에게 신호를 전달하는 시스템으로 이 시스템은 PON이 어느 위치에서 종말 처리되느냐에 따라, FTTC, FTTB 또는 FTTH 등으로 나뉘어지고, PON은 통신회사에 설치되어 있는 한 대의 OLT와 가입자 부근에 설치되어 있는 다수의 ONU로 구성되는데, 대개 최대 32개의 ONU가 한 대의 OLT에 연결될 수 있다. PON에서 passive 즉 "수동"이란 일단 신호가 네트웍을 통해 지나가기 시작하면 광전송을 위해 전력 에너지 또는 활성 전자부품이 더 이상 필요 없다는 것을 의미한다.

일본에서는 일본전신전화국, 즉 NTT가 루슨트테크놀로지스 제품을 이용하여 전 시스템에 걸쳐 PON을 설치할 계획을 가지고 있다.

개요

PON(Passive Optical Network; 네트워크증명)은 하나의 단독형 시스템에서, 하향으로 622 Mbps, 상향으로 155 Mbps의 대역폭을 사용자에게 제공할 수 있으며, 이 대역폭은 다수의 PON 사용자들에게 할당될 수 있다. PON은 또한 케이블TV 시스템과 같은 대규모 시스템과 인근의 빌딩 또는 동축케이블을 이용하는 가정용 이더넷 네트웍 사이에서 트렁크로 이용될 수도 있다. PON은 기업, SOHO(Small Office Home Office) 및 일반가정에까지 광섬유에 기반한 초고속 서비스를 제공하는 광가입자망 기술로 수동소자로 광통신망을 구성하는 방식을 택하였기 때문에 수동형(Passive) 광네트워크 라고도 부르며, PON의 일반적인 구조는 CO(Central Office)에 OLT(Optical Line Termination)가 설치되고, 1:N의 광분기기(Optical Star Coupler)를 통하여 OLT에 다수의 가입자 장치인 ONU(Optical Network Unit)가 연결되는 형태이다. 예를 들면 32대의 ONU가 공유하는 경우 전송 속도가 1Gbps의 PON이라면 1 가입자 당 최저30Mbps 정도의 대역을 확보할 수 있다. 기존 광통신망이 백본망에서 가입자까지 일대일 연결방식인데 비해 PON은 일정 거리까지는 하나의 광선로를 깔고 그 이후부터는 분배기를 이용해 여러 개로 회선을 분배하기 때문에 구축 비용이 저렴한 장점이 있으며, 1:N 연결방식이므로 OLT 사이트의 광 폭주를 줄여주며, 고가의 OLT 장비 비용을 많은 가입자들이 나누어 부담하는 효과를 낼 수 있다.

등장 배경

PON은 B-PON(Broadband PON), G-PON(Gigabit PON), GE-PON(Gigabit Ethernet PON)의 세가지 방식이 이용되고 있다. B-PON은 최초로 실용화된 국제 표준(ITU-T 제정) 사양으로 1999년 6월에 NTT가 ATM(Asynchronous Transfer Mode)전용선 서비스로 상용화하였고, B-PON은 기존의 모든 전기통신 서비스를 수용하는 것을 목적으로 하며, 전화의 음성이나 모든 이더넷 데이터 신호를 고정 길이인 ATM 셀에 분할하여 전송하는 구조이다. GE-PON이 등장할 때까지 FTTH에 적용되었으며, 현재도 사용중에 있다. 하지만, B-PON은 ATM 채용에 따른 몇가지 문제점을 내포하고 있으며, 이중 대표적인 것이 가변길이인 이더넷 프레임의 수용 효율 저하로 저비용화가 곤란하다는 점이다. 이를 해소하기 위해 ITU-T가 새로운 국제 표준화 규격으로 제정한 것이 G-PON이다. G-PON은 모든 전기통신 서비스를 수용한다는 B-PON의 목적은 그대로 살리되, 이더넷 프레임을 효율적으로 수용하기 위해 ATM 이외의 서비스를 GEM(G-PON Encapsulation Method)이라는 새로운 가변장 프레임에 수용하는 방식을 채택하였다. GEM 프레임은 종래의 전기 통신 서비스의 기본 시간 단위와 같은 주기로 정의하였기 때문에 전화나 전용선 같은 기존 서비스도 효율적으로 수용할 수 있는 장점을 지니고 있다. GE-PON은 FTTH를 저가에 고속으로 실현할 수 있는 최신 기술로 2004년 6월 관련 표준인 IEEE 802.3ah가 고속 광접속 방식의 하나로 만들어졌으며, 일본에서는 2004년 후반부터 GE-PON을 채용한 상용 서비스가 시작되었다.

특징

• 광선로의 공유에 의한 설치비용 절감

1. PON은 스플리터와 같은 수동소자(별도의 전원 공급 불필요함)를 사용한다.
2. 광케이블 하나를 다수의 ONU가 공유하는 경제적 구축 기술
3. 기존의 FTTH 에서처럼 1대1로 광케이블을 연결했을 때보다 비용절감 가능하다.
4. 광송수신장치와 광케이블 비용의 상당부분을 절감 가능하다.

• 수동소자 사용에 의한 유지비용 절감 : 별도의 전원공급이 필요없는 수동소자 만이 전송로에 사용되어 유지비용 낮다.
• 전송거리가 긴 편 : xDLS은 전송거리가 약 4 km 이내이나, PON은 10~20 km 정도도 가능하다.

PON 전송 구조

• 1대 다수 형태 : 집중 국사에 1개의 OLT(Optical Line Terminal)를 두고 하나의 광섬유에 의해, 그 중간 지점에 광결합점(Optical Splitter,전원공급이 불필요한 수동소자)을 두어, 하향 : 광 분배기(1:N), 상향 : TDMA 등에 의한 광 결합기(N:1), 다수의 ONU(Optical Network Unit) 또는 ONT(Optical Network Terminal)들이 연결되는, Point-to-Multipoint (1대다수, PTMP, 1:32 등) 형태로 구성

• 상하향 비대칭 경쟁방식(Contention Method)

1. 하향 전송 : 단방향 브로드캐스팅 방식 이다.
2. 상향 전송 : 시분할(TDMA,TDM-PON) 또는 파장분할(WDM,WDM-PON) 등의 다원접속 방식에 의해 각 ONU/ONT가 경쟁한다.

PON 구분

B-PON(A-PON,ATM-PON 특징)

1. 최초의 PON 방식으로 기본 프레임으로 ATM 셀을 기반으로하는 광가입자망 구성 기술
2. 1990년대초 FSAN에 의해 최초로 소개된 바 있고, 지금은 기술이 다소 진부하고 저속이다.
3. 상대적으로 높은 오버헤드가 있다(53 바이트 ATM 셀 내 5 바이트 헤더).

기본 프레임(ATM 셀)  : ATM 방식을 통한 QoS 보장이다.
전송속도 (하향/상향) : 155Mbps / 155Mbps, 622 Mbps / 155 Mbps (가장 많이 사용), 622 Mbps / 622 Mbps, 1.25 Gbps / 155 Mbps, 1.25 Gbps / 622 Mbps 
사용 파장대역        : 하향 1490nm, 상향 1310nm (데이터/음성) (2개의 광코아), 하향 1550 nm (비디오 방송 전송), 따라서, 전화국은 2개 광원/1개 광수신기, 댁내는 1개의 광원/2개 
                       광수신기 필요하다.
선로부호 : 스크램블된 복극성 NRZ 신호
전송거리 : 20km
분기율   : 1:32 (64는 선택사양)
관련표준 : (표준화 완료) ITU-T G.983.1 ~ 8 (1999년)

G-PON

• B-PON의 한계를 극복하고자 2001년 FSAN에서 표준화를 시작한 PON 표준이다.

기본프레임 : ATM / Ethernet 등 동시 수용한다.
전송속도   : 
G-PON      : 하향 1.25 Gbps / 상향 (155 Mbps, 622 Mbps, 1.25 Gbps), 하향  2.5 Gbps / 상향 (155 Mbps, 622 Mbps, 1.25 Gbps, 2.5 Gbps)
XG-PON     : 하향 10 Gbps   / 상향  2.5 Gbps
전송거리   : 논리적으로 OLT 및 ONU 간에 최대 60 km. 단, ONU 간에는 최대 20 km
분기율     : 1 : 64 (1개 OLT에 최대 64개 ONU)
전송구조   : 점대다중점 구조(PMP)

• 주요 특징 : B-PON 또는 E-PON의 속도한계의 극복하고, 125㎲ 주기의 프레임 전송 제어 지원하며, 가변 길이 프레임 ATM 뿐만 아니라, GEM(GPON Encapsulation Method) 프레이밍 방식을 이용하여 IP/Ethernet/TDM 등 지원한다. 또한 사용자 트래픽 군집화(Aggregate) 가능하다.
• 계층구조

G-PON TC (GTC) Layer : 사용자 데이터를 PMD 계층으로 적응시키고, G-PON 망관리를 위한 기본 기능 수행한다.

GE-PON

GE-PON은 고속성이 최대 장점이며 이를 이용한 고품질의 IP 영상 전송, IP 전화, 화상 전화 서비스가 가능하다. GE-PON의 특징은 크게 PON 기술의 채용, 1Gbps의 고속 전송, 이더넷 프레임 상태로의 송수신을 꼽을 수 있다. PON 시스템을 채용하기 때문에 이용자 당 도입 비용을 절감할 수 있으며, 이더넷 프레임 상에서 송수신함으로써 장비의 단순화가 가능하고, 또한 기존 LAN 및 이더넷 부품 이용이 가능해져 저가 장비의 제작이 가능하다. GE-PON의 표준화 작업은 이더넷을 접속망에 적용한다는 목적으로 시작되었으며 정식 명칭은 EPON이지만 기가비트를 강조하기 위해서 GE-PON으로 부르는 것이 일반적이다. GE-PON은 표준 규격을 따르는 제품끼리의 상호 접속성의 확보가 용이하기 때문에 브로드밴드 라우터나 ADSL 모뎀에서와 같이 경쟁에 의한 제품의 다양화 및 저가격화가 이루어질 가능성이 높다.

EPON (Ethernet PON)

• 스플리터와 같은 수동소자 만을 사용하여 광케이블 하나를 다수의 가입자 ONU가 공유토록하는 이더넷 기반의 수동광가입자망 기술을 말한다.
• LAN 및 WAN에 많이 설치되어 있는 기존의 이더넷 시설과의 호환성이 높으며, 프레임 구조가 IP 데이터를 싣기에 용이한 이더넷 프레임을 갖는 기술이다.
• 하향 통신은 브로드캐스팅, 상향 통신은 프레임 스케쥴링 기법에 의한다.

전송속도     : 상/하향 1.25Gbps/1.25Gbps
선로부호     : 8B/10B
다중접속     : TDMA 
기본 프레임  : 이더넷 프레임
분기율       : 1:16 이상
전송거리     : 10m / 20km
사용 파장대역 (B-PON과 유사)
데이터,음성 : 상향 1310nm, 하향 1490nm
비디오 : 1550nm(다채널 비디오)

• ATM PON (B-PON)방식과 비교되는 장점 : 최대 1518 바이트까지의 가변길이 전송, 최대 65535 바이트의 가변길이인 IP 패킷 전달에 유리하고, 높은 대역, 광대역 전송 가능하며, 투자 및 유지보수 비용이 저렴하다.

WDM PON

• 가입자 또는 서비스 별로 파장을 다중화하는 WDM 방식을 사용하여 다수의 ONU(Optical Network Units)가 하나의 광섬유에 여러 개의 광 링크(Optical link)를 수용하여 경제적으로 광가입자망을 구축하는 기술을 말한다.

하향은 WDM, 상향은 WDMA
전송속도     :  제한 없음
파장대역     :  상향 L Band, 하향 C Band
기본 프레임  :  계층 2 프로토콜이 투명한 전송 (Protocol Transparency)
분기율       :  1:32, 1:64
대역확장방법 :  파장 추가 만으로 가능
연결형태     :  OLT -- 광케이블 -- 스플리터 -- ONU
OLT에 가입자 수 만큼 광송수신기 사용 필요
주요 표준화 단체 : FSAN에서 2004.6~  표준화 추진중 

TDM-PON

• 수동 광가입자망 구현방식 중 시분할에 의해 가입자별로 할당된 시간에 데이터의 송수신을 수행하는 방식이다.
• 장점 : CO(Central Office)에서 하나의 광원으로 여러 가입자를 수용할 수 있으며, 기존 전달망에서 많은 성숙된 표준 및 기술, 비용 우위를 가지고 있다.
• 단점 : 시간 분할에 의해 가능한 대역폭을 최대로 활용할 수 없고, 중앙집중국에서 모든 가입자에게 정보가 분산되므로 보안성이 약하다.

계층 2 프로토콜별 구분

B-PON  :  ATM PON
G.983 (B-PON)  : 하향 (155 M, 622 Mbps) / 상향 (155 M, 622 Mbps, 1.25 Gbps)

G-PON  :  Ethernet 및 ATM PON  (B-PON의 확장)
G.984 (G-PON)  : 하향 2.488 Gbps / 상향 1.244 Gbps
G.987 (XG-PON) : 하향 10 G / 상향 2.5 G 또는 하향 10 G / 상향 10 G

E-PON  : Ethernet PON 
E-PON     (802.3ah EFM) : 하향 1 G / 상향 1 G
10G E-PON (802.3av)     : 하향 10 G / 상향 1 G 또는 10 G

계층 2 프로토콜이 투명
WDM-PON 

하향/상향 전송방식별 구분

• TDMA 방식 (하향 TDM, 상향 TDMA) : TDM-PON (B-PON / G-PON / XG-PON / E-PON / 10G-EPON), 하향은 TDM 브로드캐스팅 방식, 상향은 TDMA 다원접속 방식으로 상향,하향에 각 1 파장씩 사용한다.
• WDMA 방식 (하향 WDM, 상향 WDMA) : WDM-PON, 하향은 WDM 브로드캐스팅 방식, 상향은 WDMA 다원접속 방식으로 가입자별로 별도의 광 파장 사용한다.

PON 기술방식별 비교

구분	B-PON	G-PON/XG-PON	E-PON	WDM-POM
기본프레임	ATM	ATM or Ethernet	Ethernet	Transparent
전송행태	ATM 셀(53 byte)	Generic Frame(125us 프레임)	Ethernet Frame(64~1514 byte)	Transparent한 전송형태
표준화	ITU-T G.983x	ITU-T G.984, G.987	IEEE 802.3ah, 802.3av	-
상향 다중접속	TDMA	TDMA	TDMA	WDMA
특징	* 뛰어난 Qos * 높은비용 * 멀티미디어 서비스지원	* 뛰어난 Qos * 높은 비용 * 멀티미디어 서비스지원	* IP와의 접목 용이 * 낮은비용	* 각 가입자에세 독립된 파장을 할당
제공서비스	PoTS, Data, 영상	Any-type(B-PON, SDH 등)	VoIP, Data, 영상 등	B, G, E-PON에서 제공하는 모든 서비스
핵심요소	다양한 서비스	-	비용 경쟁력	고정 Bandwidth

참고자료

• 정보통신기술용어해설, 〈PON Passive Optical Network 수동 광가입자망〉,《kt월드》, 2017-03-15 </ref>
• 〈PON (passive optical network) ; 수동 광통신망〉,《텀즈》
• 정보서비스팀 문병주 팀장, 〈광네트워크〉,《ITA 정보서비스》

같이 보기

• 알고리즘
• 합의 알고리즘
• 작업증명(PoW)
• 위임지분증명(DPoS)
• 지분작업증명(PoSW)
• 채굴
• 비트코인
• 이더리움
• 카르다노
• 이오스
• 블록체인

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