초록 ▼

IV. 연구결과
□ 도시망 저전력 XG-PON 시스템 및 단말
○ Upstream 다중화 PHY 모듈 상용화 개발
기 개발된 동적대역할당장치를 기반으로 한 개의 하향포트를 통하여 서로 다른 2 개의 상향파장그룹에 속한 가입자 장치들에 대한 상향대역 할당을 동시에 수행하고, 이를 통하여 상향대역을 할당받은 가입자 장치들이 소속그룹이 이용하는 상향 파장으로 전송하는 1.25 Gbps(2.5 Gbps) 상향트래픽 2 채널을 다중화하여 상위시스템에 5Gbp 의 전송속도로 트래픽을 전송할 수 있는 상향 이중화 OLT 라인카드

IV. 연구결과
□ 도시망 저전력 XG-PON 시스템 및 단말
○ Upstream 다중화 PHY 모듈 상용화 개발
기 개발된 동적대역할당장치를 기반으로 한 개의 하향포트를 통하여 서로 다른 2 개의 상향파장그룹에 속한 가입자 장치들에 대한 상향대역 할당을 동시에 수행하고, 이를 통하여 상향대역을 할당받은 가입자 장치들이 소속그룹이 이용하는 상향 파장으로 전송하는 1.25 Gbps(2.5 Gbps) 상향트래픽 2 채널을 다중화하여 상위시스템에 5Gbp 의 전송속도로 트래픽을 전송할 수 있는 상향 이중화 OLT 라인카드와 상향이중화 OLT MAC 을 개발하였음.
○ 저전력 XG-PON1 유무선 통합 지원 OLT/ONT 시스템 상용화 개발
− ONT 전력절감을 위한 Dual-Cyclic 슬립모드기술개발
ITU-T G.987.3 표준에서는 ONT 의 전력소모를 줄이기 위해 Doze 모드와 Cyclic Sleep mode 의 2 가지 저전력모드에 대해 기술하고 있다. 표준에 포함된 내용은 OLT 와 ONT 간의 신호처리 및 상태관리기에 관한 내용이며 전력 절감의 대상이 되는 부분은 ONU 의 광송수신기이다. Doze 모드에서는 ONT 의 광송신기만 주기적으로 On/Off 되며 Cyclic 슬립모드는 광송신기와 광수신기 모두가 주기적으로 On/Off 된다. 따라서, Cyclic 슬립모드가 더 높은 전력절감 효율을 보이지만, 광수신기의 Off 로 인해 데이터의 전송 지연시간에 민감한 서비스 품질에 영향을 줄 수 있는 단점이 있음
본 과제에서는 Doze 모드나 Cyclic 슬립모드 보다 전력절감 효율이 높은 Dual cyclic 슬립모드 (DC 슬립모드)를 개발하였다. DC 슬립모드 모드의 핵심은 광수신기는 매 슬립주기마다 On 되고 광송신기는 m 개의 슬립주기마다 On 되는 것이다. 따라서, 기존의 Cyclic 슬립모드보다 높은 전력절감 효율을 보이며 에너지소비가 정상상태 보다 최대 40% 정도 절감됨.
− 국제표준호환을 위한 XG-PON OLT/ONT 솔루션 기술개발
개발된 XG-PON 시스템의 표준호환성 및 상용 시스템과의 상호호환성 확보를 위하여 국제 표준 호환을 위한 XG-PON1 OLT/ONT 솔루션 기술을 개발하였다. 이를 위해 하향 PSync 와 SFC 를 이용한 ONU 동기화 상태머신 관리기능, PSBd 필드의 보호를 위한 스크램블링 및 디스크램블링 기능,Registration ID 를 이용한 마스터 키 생성 및 파생 키 관리 기능, ONU 별세션 키 관리 및 이를 통한 하향 GEM 프레임 암호화 기능 및 상향 PSBu호환을 위한 OLT 의 PSBu 수신부 기능 확장 기술이 개발되었고 Dying Gasp, PON-ID 관리 등 PM 기능 등을 추가 구현하였음.
− BBF TR-309 기반 XG-PON 표준 호환성 시험
본 사업의 연구개발 결과물인 저전력 XG-PON 시스템의 표준호환성 테스트를 위하여 XG-PON Analyzer 및 OLT emulator 제작 전문 업체인 프랑스의 MT2 사를 방문하여 IOP 테스트를 수행 하였음. 본 IOP 테스트는 BBF 의 TR-369 “XG-PON1 TC Layer Interoperability Test Plan” 문서의 각항목에 시험을 진행하였으며 ETRI ONT 와 MT2 사의 OLT emulator 간의 테스트로 진행하였음
시험결과 TR-309 의 테스트 항목 총 59 개중 시험을 수행한 항목은 37 개항목이며 IOP 테스트 성공률 92% 를 달성하였음
− 광가입자망 기술 관련 FSAN 표준화 동향
광가입자망 기술과 관련된 표준화 동향으로 FSAN 과 ITU-T 의 NG-PON2 기술 표준화 동향에 대해 분석하였다. FSAN 에서는 2012 년 4 월 Bath 회의에서 NG-PON2 기술로 TWDM-PON 기술 및 point-to-point WDM overlay 방식을 채택하였다. 이후 2013 년 11 월까지 구체적인 구현기술에 대한 논의를 진행하였으며 논의 결과를 바탕으로 ITU-T SG15/Q2 에서 NG-PON2 의 통신사업자 요구사항 (G.989.1), 물리계층규격 (G.989.2) 및 전송수렴계층규격 (G.989.3)에 대한 국제 표준화를 진행중이다. ITU-T SG15/Q2 에서는 FSAN 에서 초안이 작성된 NG-PON2 표준을 2012 년 9월과 2013 년 12 월에 G.989.1 과 G.989.2 에 대하여 각각 consent 를 얻었으며, 나머지 TC 규격인 G.989.3 에 대해서는 2014 년 3 월 consent 를 목표로 표준 마무리 작업을 진행하고 있음.
○ 다중모드 통합 G/W 단말상용화 개발
다중모드 통합 게이트웨이 (Multi-mode Integrated Gateway, 이하 MIG)시스템은 XG-PON ONU 에 WiFi 모듈이 통합된 버전으로 XG-PON ONU MAC 이 탑재된 ONU MAC 보드에 Daughter Board 형태로 WIFI 보드를 실장하여 기존의 ONT(ONU)에서 유선 인터페이스 뿐만아니라 무선 인터넷 인터페이스를 제공함으로서, 다양한 형태의 가입자를 수용하기 위에 제작된 시스템이다. 2012 년 제작된 유무선 통합 게이트웨이 시스템과 비교하여 소형화를 위한 구조 보드 설계, 외형 및 CPU 와 ONU MAC 간 인터페이스 변경 되었음.
MIG 시스템의 전면부에는 상태표시를 위한 LED 와 Console 및 GbE 포트가 있으며, PON 과 연결을 위한 커넥터가 있다. MIG 시스템은 ATMEL 사의 AT91SAM9260 MPU 칩으로 구성된 시스템 제어부, VSC7424 스위치칩과 주변 칩으로 구성되는 스위치부, WIFI 모듈 2 개와 88E6282 MPU 로 구성된 AP 부, Xilinx FPGA XC5VLX155T 와 주변 칩으로 구성된 MAC 부,그 외 기타 전원 및 connector 등으로 구성됨.
MIG 보드에는 크게 3 개의 소프트웨어가 동작한다. PON 과 관련된 하드웨어 제어 및 프로토콜 구현을 위해 메인 CPU 에 리눅스가 포팅되어 있으며, WiFi 모듈제어 및 각종 프로토콜을 지원하기 위하여 OpenWrt 가 포팅되어 있다. 또한, VSC7424 이더넷 스위치 제어를 위한 리눅스가 포팅되어 있음.
□ 광융합기술기반 그린 IT 도시모델 네트워크 및 응용기술 상용화 개발
○ 그린네트워크 토폴로지 광링크기술 상용화 개발
WDM 방식의 PON 에서는 일반적으로 파장 대역을 변환하여 보호 절체를 위한 우회 경로를 설정하는 방법을 사용한다. 그러나, TDM 방식에서는 파장 대역이 표준화 되어 있기 때문에 파장 변환을 할 수 없고, 그 외의 다중화 방식을 이용한 보호 절체 방법은 광 파워의 손실이 많이 일어나므로 페널티가 크다. 따라서, GPON/XG-PON1 시스템에서는 토폴로지의 최적화로 광 파워의 페널티를 줄이고 광섬유 단절에 의한 서비스의 중단 시 우회 경로의 설정에도 시스템 서비스를 제공할 수 있는 방법을 찾아야 함.
본 과제에서는 향상된 보호 절체 방안으로 Hybrid Tree/Ring Topology 와 Hybrid Tree/Sub-Ring Topology 방식을 제안한다. Hybrid Tree/Ring Topology 방식은 각 ONU 의 광 경로를 Ring 형태로 직렬 연결된 Protection path 를 구성함으로써 어떤 Distribution path 의 단절에도 네트워크를 복구할 수 있도록 고안한 네트워크 토폴로지임.
Hybrid Tree/Sub-Ring Topology 는 Bus 의 수용 가능 ONU 수를 늘리기 위한 Asymmetric 커플러와 Working Path 의 말단에 있는 ONU 를 한 단위로 묶기 위한 Sub-Ring 구조로 구성됨.
○ 광역도시권 센서망 적용 저전력 PON 시스템 응용기술 상용화 개발
첨단그린시티에서 제공되는 다양한 서비스들이 도시의 물리적 환경 및 지리적 제약조건에 맞는 도시시설물의 위치와 상태정보를 실시간으로 수집하고 처리할 수 있어야 한다. 이러한 도시 시설물 관리기술의 문제를 해결하기 위한 USN/M2M 및 저전력 PON 기술은 광범위한 도시 전체 시설물의 실시간 관리와 저비용 및 고효율성을 보장할 수 있는 새로운 대안으로 제시되고 있음.
□ 그린 IT 도시모델 유무선융합 테스트베드 시험지원/시범적용
○ 도시망 유무선융합테스트베드 시범지역 구축
− 광가입자망 시스템이 유선환경과 무선환경이 결합하여 보다 많은 광가입자를 수용하기 위하여 XG-PON1 을 기반으로 WMN 과 연계하여 모바일 환경과 M2M 네트워크를 수용할 수 있도록 도시망의 핵심 네트워크 인터커넥션코어로 활용하기 위하여 호남권연구센터 내 가로등과 WMN 네트워크 및 센서웹(M2M)을 수용하여 확장 구축이 되었음.
− 호남권연구센터에서 본 사업의 일환으로 개발 중인 저전력 XG-PON OLT 1set 및 ONT 3set 를 적용하여 XG-PON 광가입자망을 구축하고, 호남권연구센터 내 연구실 및 BMT 룸에서 FTTH 상용망을 통한 시범 서비스를 운용하였음.
○ 통신사업자 상용망 연동 및 상용시험 지원
광융합기술기반 그린 IT 도시모델 실험사업을 통하여 개발하고 있는 XGPON 네트워크 솔루션을 기반으로 하는 실증시험 환경을 구축하고, 상용수준의 서비스 및 필드 테스트를 위한 상용광선로 테스트베드를 구성하였음.
본 사업의 일환으로 개발 중인 저전력 XG-PON 시스템 시제품을 적용하여 개발 기술에 대한 상용화 수준 완성도를 제고하고, 테스트베드에서XG-PON 시스템과 FTTH 상용망 연동을 통한 서비스를 시범운용 함으로 개발 기술의 비즈니스 모델 및 기술 확산을 촉진하고자 하였음.
이와 관련하여 추진된 내용은 저전력 XG-PON OLT 1set 및 ONT 3set 를 적용하여 XG-PON 광가입자망을 구축하고, 호남권연구센터 내 연구실 및 BMT 룸에서 FTTH 상용망을 통한 시범 서비스를 운용하였음.
호남권연구센터 내에 구축된 XG-PON 시제품 적용 테스트베드 광가입자 망에서 지역 통신방송사업자인 CMB 의 초고속인터넷 상용망을 연동하여 시범서비스를 개통하고 서비스 품질을 평가하였음
□ 그린서비스 융합 플랫폼 기술개발
○ 실험서비스용 RF 임펄스레이다 기반 인체감지 센서모듈개발
− RF 임펄스 레이더 기술을 이용하여, 사람이 있는지 없는지, 움직이는지 여부를 판단하는 소형 센서 모듈을 개발하였다. 왜곡 없는 펄스 송신 및 수신을 하도록 설계하였으며, 인지거리 10m 기준으로 -110dBm 이상의 수신감도록 갖도록 하였다.
− MCU - PLL 에서 만들어진 MCLK 클럭을 이용하여, 펄스 발생기에서 송신 펄스를 만들어 송신 안테나를 통하여 매우 약한 전자기 펄스를 방출하고, 그펄스가 주변의 물체에 반사되어 돌아오는 신호를 검출한다.
− UART over USB 형태로 M2M 단말과 연동을 하고, 데이터 신호를 분석하여,인체의 존재 유무, 동작 등을 감지하며, 관제 시스템과 통합 연계되어 동작할 수 있도록 하였다.센서 정합 모듈은 모바일 게이트웨이를 이용해 빌딩 및 도시의 각종 센서 정보를 수집, 전달하기 위해 다양한 센서들과 연동할 수 있는 인터페이스를 갖춘 장치이다. IEEE 802.3 이더넷, IEEE 802.11 WiFi 및 3G 네트워크를 이용하는 원격 고속 통신을 위한 인터페이스가 추가되었으며, 모바일 게이트웨이와는 ZigBee, RS-485, 또는 RS-232 인터페이스 중에서 하나를 선택하여 통신할 수 있다.
○ 센서모듈-모바일 GW 국제 표준 기반 연동 상용화 개발
− IETF 에서 표준화 작업이 진행되고 있는 CoAP 프로토콜을 이용하여, 소형 MCU 기반의 센서 노드에 적합한 CoAP 소프트웨어를 개발하였다.
− CoAP 국제 상호 연동 시험 규격에 맞도록, CON, NON 등 모든 Transaction 형태 지원, separate response 응답 방식 지원, GET/PUT 뿐만 아니라 POST/DELETE 메소드 지원, 응답 코드 지원 확대, 옵션 지원 확대,Observation 기능 지원, Blockwise-Transfer 기능을 지원하도록 구현하였다.
상호운용성 시험인 제 3 차 ETSI CoAP Plugtest 인 에 참여하여, 총 8 개 기관 및 업체와 상호운용 시험을 성공적으로 수행하였으며, ETRI CoAP 이 국제적으로도 표준 CoAP 프로토콜에 가장 근접한 구현물임을 확인할 수 있었다.
− ETRI CoAP 클라이언트는 RTU 와 같이 센서 데이터 취합 노드에 실장되며, CoAP 프로토콜 스택 상위에 별도의 제어 프로세스가 위치한다. CoAP 프로토콜 스택은 제어 프로세스의 요청에 따라, CoAP 서버 (센서 노드)와 Zigbee, UART 등으로 통신하여, 데이터를 수집하거나, CoAP 서버 노드를 제어하도록 하였다.
− ETRI CoAP 서버는 센서 노드와 같이 소형 노드에 탑재할 수 있도록 경량화하였다.
− CPU 클럭 소모 및 RAM, ROM 활용에 대해 고려하였으며, 높은 이식성을 위해 표준적인 C 프로그래밍과 플랫폼 독립적인 소프트웨어 구조를 구현하였다.
○ DTN 기가급 데이터 전달 기술 개발
− DTN(지연내성망)은 노드들이 이동하며 간헐적으로 연결되며 데이터를 전달하는 네트워크이다. DTN 의 응용 분야로는, 행성간 통신 네트워크, 센서네트워크, 비상-급조 네트워크, 인프라-지원 네트워크, 저비용 네트워크, 마을간 이동수단 기반 네트워크, 수중 통신 네트워크 등이 있다. 본 연구에서는 다양한 서비스를 수용할 수 있는 DTN 플랫폼을 구현하였다.
− 기존의 오픈 소스로 구현된 DTN 통신 플랫폼은 라이선스 문제가 있고, 버그 및 개선이 요구되는 부분이 많았다.따라서, 본 연구에서는 새롭게 DTN 플랫폼을 설계하고 구현하였다.
− 기존의 바이트 단위 Fragmentation 의 문제점을 개선하기 위하여, 청크맵 교환 방식을 사용하였으며,,Fragmentation/Reassembly 문제를 해결하고, 청크 선택을 Random 하게 하므로써 중복 Fragmentation 문제를 완화하였다.
-리눅스, 윈도우용 프로그램 및 안드로이드 앱을 구현하여, 1GB 파일을 멀티홉으로 15 분 이내에 전송할 수 있었다.
○ DTN 센서 데이터 전달 기술 개발
− ETRI DTN 플랫폼을 이용하여, 이동체에서 수집된 센싱 데이터를 최종 수집서버까지 전달하는 기술을 개발하였다.
− 센서 수집 데이터는 JSON 파일로 변환되어 DTN 번들형태로 전달하여, 기존 ETRI DTN 플랫폼위에서 전달되도록 하였다. 최종 목적지에 도착한 JSON 파일은 SWM 메시지로 변환되어 관제 서버로 전달되도록 하였다.
− 이동 노드가 촬영한 영상 파일과 위치 로그 파일도 각각 번들로 DTN 서버까지 전달된다. 최종 DTN 서버는 영상 파일과 위치 로그 파일을 웹서버의 리소스 디렉토리로 이동시켜, 웹 서비스에 영상 촬영 위치와 시간을 확인할 수 있도록 하였다.
○ JSON-CoAP 연동 프록시 기술 개발
− 현장센서로부터 데이터를 수집하기 위해 사용되는 CoAP 프로토콜과 모바일 GW 및 관제서버간 사용되는 HTTP/JSON 기반의 SWM 을 상호 연동하기 위한 JSON-CoAP 프록시를 개발 하였다. OGC 표준 권고안에서 제시하는 요소 중 SOS 및 SPS 의 사상을 준수하여 구현되었으며, 센서의 등록, Pull 방식의 센서데이터 획득, Push 방식의 센서데이터 획득 및 센서의 제어 기능을 포함하도록 구성하였다. 프록시는 자바 가상머신 기반에서 구동되며, 소프트웨어는 Java 와 C 코드를 위한 NDK 를 이용하여 구현되었다.
○ 센서데이터 필터링 처리 전달 기술 개발
− 그린 IT 도시 모델의 원격 관제 환경에서는 대량의 센서 데이터가 발생된다.
대량의 센서 데이터를 네트워크를 이용하여 모두 전송하고 이를 저장하는 것은 매우 많은 처리 비용이 수반된다. 본 연구에서는 대량의 데이터를 효과적으로 처리하기 위하여 센서웹 프레임워크에 이벤트 기반의 필터링을 가능하게 하는 CEP 엔진을 탑재하였다.
− CEP 엔진에서는 CQL 구문을 이용하여 이벤트를 검출할 수 있다. 본 연구에서는 센서웹 프레임워크와 CEP 엔진을 결합하기 위한 새로운 시스템 구조를 설계하였다. 또한 사용자가 쉽게 CQL 구문을 생성할 수 있도록 DB 와 웹UI 기반의 CQL Editor 를 구현하였다. CEP 엔진이 포함된 새로운 센서웹 프레임워크에서는 Filtering, Aggregation, Pattern Matching 등의 이벤트 검출을 할 수 있고 대량의 센서 데이터중에서 중요 데이터만을 선별하여 처리할 수 있다.
○ 네트워크 스위치 기반 센서웹 기술
− 자동화된 공장의 규모와 복잡도, 정밀도가 증가함에 따라 센서의 수가 증가하고 이에 따라 센서 트래픽 또한 증가하여, 중앙의 서버는 수집되는 센서데이터를 실시간으로 빠르게 처리하기 어려워진다. 본 연구에서는, 센서 트래픽을 네트워크 경로 상에서 실시간 분산 처리하여, 빠른 불량 검출 및 그에 따른 반응 제어하도록 하는 시스템을 설계 및 구현하였다.
− 네트워크 스위치 기반 센서웹 기술은, 멀티코어 CPU 및 고성능 CPU 사용에 따라 확장 가능한 고성능 처리를 위해, 카피 없는 패킷-플로우 변환기, 플로우별 스테이트 머신 적용, KAIST 의 Packet Shader 의 I/O 드라이버를 적용하였다.
− 다양한 센서 데이터 전송 프로토콜 지원을 위하여, 프로토콜 분석용 스테이트 머신 기술 언어를 정의하고, 이를 이용한 스테이트 머신 소스 코드 자동생성기를 개발하였다. 또한, 유연성 있는 복합이벤트 처리 및 연속 질의 언어(CQL)를 지원하기 위하여, Esper CEP 엔진을 적용하였다. 그리고 센서 트래픽 분석기와 관제 서버 및 기계의 작동기(Actuator)간 통신을 위해, OGC SWE 의 메시지 의미 정보를 같이하는 JSON 기반의 센서웹 프로토콜을 이용하였다.
○ 도시모니터링 서비스 플랫폼 통합 개발
− 모바일 GW 에 탑재된 센서웹은 센싱된 데이터를 HTTP 를 통하여 전송하며,JSON 을 이용하여 서비스하도록 구현되었다. 단순 명료한 특징을 갖는 JSON 과 OGC 의 SWE 의 사상을 이용하여 개발된 경량화된 센서웹 메시지는 모든 웹 브라우저에서 호환된다. SWM 을 탑재한 모바일 GW 는 센서의 등록, 센싱정보의 획득, 센서의 제어, 이벤트 필터 등록 및 경보 등의 서비스를 제공한다.
○ 독립형 센서 데이터 처리 및 관제 서비스
네트워크 장애를 대비하고 지역적이며 분리된 관리 서비스를 위하여 RTU기반 독립형 센서웹 관제서버를 개발 하였다. RTU 기반 독립형 센서웹 관제서버는 크게 RTU WebServer 와 WebPage 로 구분된다. 웹페이지는 총 6 개의 메뉴로 구성되는데, 각 메뉴는 MapView, OverView, Control, DataReport,SensorInfo, RtuConfig 이며 웹서버 위에서 동작되도록 구현되었다. 센서제어용 메뉴인 Control 메뉴에서는 모바일 GW 로 센서 제어명령을 보낼 수 있다. 그리고 Rtu 설정용 메뉴인 RtuConfig 에서는 RtuUpdateClient 에서 제공하는 API 를 이용하여 SensorWeb 의 설정파일을 변경할 수 있도록 구현하였다.
○ 영상분석 기반 주차관제 서비스 기술 개발
− 본 연구개발은 magnetic loop 센서를 통해 도로의 이동 물체를 검출 및 HD급 획득하고 이동 물체의 다중 특징 분석을 통해 이동 차량을 식별할 수 있는 차량 관제 서비스 기술을 개발하였다.
− Loop sensor 로 검출된 이동 객체는 LBP 알고리즘기반 기계학습 기술을 통해 차량 유무를 분류하고, 이동 차량 영역만을 마스크로 추출하여 특징 분석을 수행한다.
− 이동 차량의 번호판 숫자와 문자를 개별적으로 특징 벡터로 추출하고, 차량의 색상을 부가적인 특징 벡터로 사용하여 보다 정확한 차량 식별 정보를 제공하였다. 따라서 개별적인 번호판 특징 정보 때문에 사용자는 번호판의 일부 내용으로도 정확한 차량 식별 정보를 제공 받을 수 있었다.
○ 스마트 강의실 시범 서비스 구축
− 본 과제를 통해 개발된 RTU, 센서 노드, CoAP 등 요소기술을 이용하여, KT의 한동대 스마트 강의실 시범 서비스에 적용하였다. 새로운 IoT 기술 기반으로 진보된 서비스가 가능함을 보였다.
− 스마트 강의실은, 강의 시작/종료시 스크린, AV 시스템, 도어락, 빔프로젝터,조명 자동제어 등 강의 스케쥴에 따른 강의실 자동제어를 포함하였다.

Abstract ▼

IV. RESULTS
□ Development of power saving XG-PON System and Teminal Equipement for Ciyt Network
○ Development of Upstream multiplexing PHY Module
A upstream multiplexing OLT line card and MAC has been developed, which is able to perform upstream bandwidth map assignment concurrently to both

IV. RESULTS
□ Development of power saving XG-PON System and Teminal Equipement for Ciyt Network
○ Development of Upstream multiplexing PHY Module
A upstream multiplexing OLT line card and MAC has been developed, which is able to perform upstream bandwidth map assignment concurrently to both ONU groups with different upstream wavelength and do aggregation of two 1.5 Gbps(2.5Gbps) upstream traffic channels to get 5 Gbps upstream trunk speed.
○ Development of commercialized-level low energy consuming XG-PON1 OLT/ONT systems supporting integration of wire and wireless communication
− Development of Dual-cyclic sleep mode for ONT power saving
ITU-T G.987.3 standard describes two power saving modes which are the doze and cyclic sleep modes to decrease ONT power consumption. G.987.3 includes management of signaling messages and state machine between OLT and ONT, which targets for decreasing power consumption of ONT optical transceiver. In the doze mode, only the transmitter of an optical transceiver is turned on and off periodically while the transmitter and receiver are turned on and off periodically in the cyclic sleep mode. Therefore the cyclic sleep mode has higer power saving efficiency than the doze mode in general. However, turning off of the receiver of an optical transceiver affects quality-of-service of delay-sensitive services. In this project, we have developed the Dual Cyclic (DC) sleep mode which provides higher power saving efficiency than the doze and cyclic sleep modes.
The main idea of DC sleep mode is that the transmitter of an optical transceiver is turned on after every m sleep cycles while the reciver is turned on at every sleep cycle. We verified that DC mode consumes 40% less power than the doze and cyclic sleep modes
− Development of the Solution compatible with International Standards
XG-PON1 OLT/ONT solutions technology was developed to secure compatibility with international standards and interoperability with commercial systems. To this end, ONU synchronization state machine using downstream PSyncs and SFC, PSBd field scrambling and descrambling functions for protection, the master key generation and key management based on Registration ID, ONU-specific session key management, and through it downsttream XGEM frame encryption has been developed. OLT receiver extensions for upstream PSBu compatibility. PM features such as Dying Gasp, PONID management was additionaly implemented
− XG-PON IOP Test based on BBF TR-309
In order to process the standard Interoperability test of low power XG-PON system, we visited MT2 which has been developed XG-PON Analyzer and OLT emulator in French. We followed each test item of BBF TR-309 document "XG-PON1 TC Layer Interoperability Test Plan" using ETRI ONT and MT2 OLT emulator.
Through the TR-309 test, we achieved 92% pass rate where 37 items were tested out of 59 TR-309 items
− Trend of FSAN Standardization of Optical Access Network
Standardization trends related to optical access network technology in FSAN and ITU-T for NG-PON2 technology was analyzed. Bath FSAN meeting in April 2012, the TWDM-PON technology and pointto-point WDM overlay method was adopted as the NG-PON2 technology. November 2013 after a discussion of a specific implementation technology progress, the operators requirements for NG-PON2 (G.989.1), physical layer standard (G.989.2) and transmission convergence layer specification (G.989.3) for international standardization in progress at ITU-T SG15/Q2. NGPON2 standards G.989.1 and G.989.2 drafted in the FSAN ware consented in September 2012 and December 2013, respectively at ITU-T SG15, and for the rest of NG-PON2 standard, G.989.3 which is TC layer specification, work is proceed for the consent in March 2014
○ Development of commercialized-level multi-mode integrated gateway terminal
The multi mode integrated gateway system (MIG) is a XG-PON ONU system integrated with WIFI modules to serve wireless network connection in addition to wired network for meeting vriety of user demands. Comparing with MIG in 2012, we developed the new version of MIG with smaller system size and different interfaces between CPU and ONT MAC for simplicity.
There are LEDs, PON connector, console, and GbE ports in the front panel of MIG. The MIG system consists of the system control part including ATMEL AT91SAM9260, the swith part with a switch chip and related chips, and the AP part comprised of two WIFI modules and 88E6282 MPU, and the MAC part including Xilinx FPGA XC5VLX155T with its related chips, and the miscellaneous part including connectors and voltage regulators. Three software works on the MIG system. Linux as operating system works for control of PON related functionalities, and OpenWrt is ported to support WiFi modules and various protocols. The second Linux works on VSC7424 for ethernet switch.
□ Development of commercialized-level optical convergence technology based green IT city model network and application technologies
○ Development of commercialized-level optical link technology for green network topology
A popular protection switching method is to use another wavelength in WDM PON. However, since wavelengths of upstream and downstream are fixed in TDM PON, another wavelength may not be used for the protection. Multiplexing schemes have a big penalty due to loss of optical power. Hence, there is required for a new PON protection method which minimizes loss of optical power and is able to provide seamless services in spite of disconnection of optical line in GPON/XG-PON.
In this project, we have developed two new protection schemes such as hybrid tree/ring topology and hybrid tree/sub-ring topology. The hybrid tree/ring topology is a network topology which is able to restore PON link by using ring type protection path for each ONU.
The hybrid tree/sub-ring topology consists of asymmetric couplers to add more ONUs and the sub-ring path to group ONUs in the working path.
○ Development of commecial technology for power saving XG-PON System applicable to the sensor network of metro-politan city
The data which consists of location and status of the city equipments should be collected and processed according to the physical environment and geographical limitations of various future green city services. In order to solve the problems that caused by lack of OAM functionality in city equipments, USN/M2M and low power PON technology should be adopted in city equipments to provide high efficiency and low operation cost. Through the research, low power consuming PON combined with USN/M2M technology is one of the promising solution to achieve future advanced green city model
□ Test and Demonstration of wire/wireless-converged testbed of Green IT City model
○ Construction of test area for city network with wire/wireless–converged testbed
Upgraded construction of converged wire and wireless testbed is conducted to add more users using optical access network. The XGPON based WMN (Wireless Mesh Network) is constructed by using the WMN network and the sensor web in Honam Research Center for supporting mobile environment and M2M (Machine-to-Machine) network. XG-PON testbed has been constructed in Honam Research Center using a low energy consuming XG-PON OLT and three ONUs developed in this project.
○ Test with commercialized network and supporting commercialization test Field-test environment based on XG-PON network solution was developed and commercial fiber network testbed was constructed for commercial service over XG-PON technology
XG-PON prototype system developed by this project was connected to a commercial operator network and commercial service in the testbed. From this, we purpose building a business model and promoting a proliferation of developed technologies
Energy efficient XG-PON prototype OLT 1 set and ONT 3 set was used in the test bed for building an optical access network in a research office and BMT room of Honam Research Center and trial services was connected from FTTH commercial network.
− Commercial highspeed internet services from CMB, a local operator, was provided and tested in the testbed established by adopting XG-PON prototype system in Hoanm Research Center.
□ Development of Green Service Converged Platform
○ Development of human detection RF impulse radar sensor module for experimental service
− Using RF impulse radar technology, we developed a small sensor module which detects human existance and movement. The pulse transmission and receiver without distortion are designed. The receiving sensibility is above -110dBm in 10 meters.
− Using MCLK in MCU-PLL, a pulse generator radiates low power electromagnetic pulse through a transmission antenna, and a detector receives reflected signal from nearby objects.
− Impulse radar module interworks with a M2M device through UART over USB. The M2M device analyzes data signal and detects human body existance and movements and co-works with integrated management system
○ Development of sensor module and mobile GW using international IoT Standards
− Using standard CoAP protocol which is standardizing in IETF, We developed CoAP software for small MCU based sensor nodes.
− To meet international CoAP inter operability specification, it supports all transaction types such as CON or NON, sperate response mechanism, not only GET/PUT but also POST/DELETE method, extended response codes, more options, observation method, and block-wise transfer. We attended ETSI 3rd CoAP Plugtest and interoperated with 8 organization and companies successfully. ETRI CoAP is confirmed that it follows standard CoAP protocol well.
− ETRI CoAP client is installed in sensor data collection nodes such as RTU. A control process is located on top of CoAP protocol. CoAP protocol stack communicates with CoAP server (sensor nodes) via Zigbee or UART according to the control process' requests and collects sensing data or controls CoAP server nodes.
− ETRI CoAP server is lightweight software for small sensor nodes. It implemented standard C programming and platform indepentant architecture for portability and is considered CPU clock consumption, RAM and ROM usage.Using RF impulse radar technology, we developed a small sensor module which detects human existance and movement.
○ Development of Giga bytes DTN Data transfer technology
− DTN (Delay Tolerant Network) is a network that nodes are connected intermittently and tranfer data. DTN applications are inter-planet network, sensor network, emergency network, infra-support network, low cost network, village network, under sea network and so on. We implemented DTN platform supports various services.
− The existing open source DTN communication platform has license issue, bugs, and improvement requests. Therefore, we re-designed DTN platform and implemented it.
− To improve byte unit fragmentation issue, we uses chunk map exchange method and alleviate fragmentation problem.
− We developed DTN platform for Linux, Windows, and Android. It could transfer 1GB file over multi-hops in 15 minutes.
○ Development of DTN sensor data transfer technology
− Using ETRI DTN platform, we made DTN sensor data collecting service.
− Sensing data is converted to JSON file. it is transferred to DTN destination server. The server converts JSON file to SWM(sensor web management protocol) messages and passes it to the integrated management server.
− Video files and location log files from mobile nodes are also tranfered to DTN server with DTN manner. The final DTN sver moves video files and location log files to resource directory in the web server to serve them as web service.
○ Development of JSON-CoAP interoperable proxy technology
− JSON-CoAP proxy for interworking between CoAP protocol which is used to collect data from the sensors and the SWM which is based on the HTTP/JSON and is used between mobile gateway and management server was developed. It was implemented by following the SOS and the SPS among the elements that are presented by the OGC standard recommendation. We had the JSON-CoAP proxy include several functions that are the registration of the sensors, the acquisition of the sensing data by the pull and the push mode, and the control of the sensors. The proxy is based on the JAVA virtual machine and its software was implemented by using the NDK for the JAVA and the C/C++ code.
○ Development of Sensor Data Filtering technology
− There is a massive sensor data in Remote Control Service Integration envrionemt of Green IT City. It is impossible to transmit using network resources and store to database whole sensor data, because they are very massive. In this research, we have developed "new" Sensorweb Framework which is implemeted with CEP Engine to process the massive sensor data effectively.
− CEP Engine can detect an Event using CQL by real-time. In this research, we have designed a novel system structure to combine Sensorweb Framework and CEP Engine. Also, we have implemented CQL Editor using database and web UI to support easy access of CQL making to users. The novel Sensorweb Framework which has CEP Engine can detect important data selectively and process massive sensor data effectively using event process of Filtering, Aggregation, and Pattern Matching.
○ Development of Network Switch based Sensor Web technology
− According to size and complexity of automated factory, the number of sensor is increased and sensor data traffic is also increased. A central server could not handle all sensing data in real time. In this research, we designed and implemented the realtime distributed sensor traffic analysis system which can detect inferior goods and do reaction.
− Network switch based sensorweb technology supports scalable multi core CPU with high performance. We developed zero copy packet to flow converter and per-flow state machine and used KAIST's Packet Shader IO driver.
− To support various sensor data transfer protocol, we developed the state machine description language and automatic state machine code generator. We applied Esper CEP engine to support complex event processing and continous query language. To interwork with integrated management server, it uses JSON based sensor web protocol.
○ Development of the integrated city monitoring service platform
− The SensorWeb loaded in the mobile gateway transmits the sensing data through the HTTP and was implemented to service using JSON. The lightening SWM that is implemented using the idea of the OGC’s SWE and simple and clear JSON is compatible with all kinds of web browser.
The SWM loaded in the mobile gateway provides the several services that are the registration of the sensors, the control of the sensors, the subscription of the sensor events and alert service
○ Development of Standalone sensor data process and control services
− The standalone SensorWeb management server based on the RTU was implemented for the network failure preparations and the localized and separated management services. The standalone SensorWeb management server falls significantly into the RTU web server and the web pages. The web pages are made of 6 menus that are MapView, OverView, Control, DataReport, SensorInfo, and RtuConfig in addition; it is driven on the web server. In the sensor control menu, the sensor control commands are sent to the mobile gateway. In addition, in the RtuConfig menu which is used to set a RTU, it is implemented to modify the SensorWeb configuration file.
○ Development of parking control management service based on video analysis technology
− We developed a parking management-control service for identification of a moving vehicle through the analysis of multiple feature vectors. This technology detects a moving object of the roadway by the magneticloop sensor, and then is acquired the HD image.
− A LBP (local binary pattern) algorithm based machine learning technology is to classify the presence of a vehicle for the moving object, which object is acquired by the magnetic loop sensor. And candidate area of vehicle was extracted as mask for use the fast performance.
− The moving vehicle license plate numbers and letters are to extract a feature vector separately, and the color information of the vehicle by using the additional feature vector was able to identify more precisely the vechicle. In addition, the individual plates feature information of the user information is correct some of the vehicle license plate identification information could be provided.
○ Deployment of Smart classrom trial Service
− Using RTUs, sensor nodes and CoAP protocols, we applied our technology to the trial service of smart class in Handong Univiery. It shows advanced service is possible using our new IoT technology.
− Smart class includes screen control, A/V system control, door lock control, beam projector control, light control before or after lecture.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 인사말씀 ... 3
• 제출문 ... 5
• 요약문 ... 7
• SUMMARY ... 19
• CONTENTS ... 33
• List of Tables ... 36
• List of Figures ... 37
• 목차 ... 43
• 표 목차 ... 45
• 그림 목차 ... 46
• 제 1 장 서 론 ... 53
• 제１절 연구개발 목적 및 필요성 ... 53
• １. 연구개발 목적 ... 53
• ２. 연구개발 필요성 ... 54
• 제２절 연구 내용 및 범위 ... 57
• １. 연구 범위 ... 57
• ２. 당해년도 연구 내용 ... 60
• 제３절 국내외 기술개발 동향 ... 61
• １. 세계 기술현황 ... 61
• ２. 국내 기술현황 ... 69
• ３. 국내외 표준화 현황 ... 73
• 제４절 연구 수행방법 및 보고서 체계 ... 76
• １. 연구 추진체계 및 수행방법 ... 76
• ２. 보고서 체계 ... 79
• 제 2 장 그린 IT 네트워크 솔루션 기술개발 ... 83
• 제１절 도시망 저전력 XG-PON 시스템 및 단말 개발 ... 83
• １. Upstream 다중화 PHY 모듈 상용화 개발 ... 83
• ２. 저전력 XG-PON1 유무선통합 지원 OLT/ONT 시스템 상용화 개발 ... 91
• ３. 다중모드 통합 G/W 단말 상용화 개발 ... 125
• 제２절 광융합기술기반 그린 IT 도시모델 네트워크 및 응용기술 상용화 개발 ... 135
• １. 그린 네트워크 토폴로지 광링크 기술 상용화 개발 ... 135
• ２. 광역도시권 센서망 적용 저전력 PON 시스템 응용기술 상용화 개발 ... 145
• 제３절 그린 IT 도시모델 유무선융합 테스트베드 확장구축/ 시험기술 개발 ... 151
• １. 도시망 유무선융합 테스트베드 시범지역 구축 ... 151
• ２. 통신방송사업자 상용망 연동 및 상용시험 지원 ... 155
• 제 3 장 그린서비스 융합 플랫폼 기술개발 ... 163
• 제１절 원격관제 서비스 단말장치 개발 ... 163
• １. 실험서비스용 RF 임펄스레이다 기반 인체감지 센서모듈개발 ... 163
• ２. 센서모듈-모바일 GW 국제 표준 기반 연동 상용화 개발 ... 166
• 제２절 원격관제 서비스 요소기술 및 소프트웨어 개발 ... 174
• １. DTN 기가급 데이터 전달 기술 개발 ... 174
• ２. DTN 센서 데이터 전달 기술 개발 ... 183
• ３. JSON-CoAP 연동 프록시 기술 개발 ... 189
• 제３절 원격관제 서비스 통합 및 응용기술 개발 ... 195
• １. 센서데이터 필터링 처리 전달 기술 개발 ... 195
• ２. 네트워크 스위치 기반 센서웹 기술 ... 206
• ３. 도시모니터링 서비스 플랫폼 통합 개발 ... 214
• ４. 독립형 센서 데이터 처리 및 관제 서비스 ... 219
• ５. 영상분석 기반 주차 관제 서비스 기술 개발 ... 226
• 제４절 도시적용 실험서비스 개발 및 시범 적용 ... 236
• １. 스마트 강의실 시범 서비스 구축 ... 236
• 제 4 장 결 론 ... 239
• 영문약어표 ... 249
• 부 록 ... 253
• 끝페이지 ... 271