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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.[1]
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.[2]
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.[2]
특징
- 광선로의 공유에 의한 설치비용 절감
- PON은 스플리터와 같은 수동소자(별도의 전원 공급 불필요함)를 사용한다.
- 광케이블 하나를 다수의 ONU가 공유하는 경제적 구축 기술
- 기존의 FTTH 에서처럼 1대1로 광케이블을 연결했을 때보다 비용절감 가능하다.
- 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)
- 하향 전송 : 단방향 브로드캐스팅 방식 이다.
- 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)
- 최초의 PON 방식으로 기본 프레임으로 ATM 셀을 기반으로하는 광가입자망 구성 기술
- 1990년대초 FSAN에 의해 최초로 소개된 바 있고, 지금은 기술이 다소 진부하고 저속이다.
- 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
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- 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.[2]
- 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
장점
단점
각주
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
