CN101686421B - 无源光网络系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种无源光网络系统及其应用方法。在收容多个处理数据长度较小的终端的PON中，即使发生碎裂时也不会产生质量恶化，而且极力抑制频带的浪费。无源光网络系统使母站和多个子站通过由光分路器和多个光纤构成的光纤网相连接，母站具有：频带控制部，根据多个子站的请求，确定在每个第1周期许可发送的信号量；和发送定时控制部，根据该确定的信号量，确定在多个第2周期中任一周期发送该信号的子站的发送定时，在将信号分割为多个第2周期来发送时，根据在分割处理中应该附加的信号量，控制频带控制部和发送定时控制部，使在第1周期内发送所许可的信号。

Description

无源光网络系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种多个加入者连接装置共享光传输线路的无源光网络系统(Passive Optical Network System：以下称为PON)。

背景技术

PON一般由1台站侧装置(Optical Line Terminator：以下称为OLT)和多个加入者侧装置(Optical Network Unit：以下称为ONU)构成，把来自连接在ONU的数据终端(Personal Computer：以下称为PC)和IP电话机等终端的信号转换为光信号，并通过支线光纤朝向OLT发送。来自各个ONU的支线光纤通过光分路器相结合，光信号在连接该光分路器的基干光纤上被光学(时分)复用，并到达OLT。

多个ONU可以分别设置在根据国际电气通信联合(ITU-T)的标准G984.1的第8章和第9章规定的OLT与ONU的距离范围内的任意位置。即，OLT与各个ONU之间的光信号的传输延迟因每个ONU而不同，所以如果不考虑该传输延迟，从各个ONU输出的光信号有可能会在基干光纤上互相冲突、干扰。因此，使用根据ITU-T标准G984.3的第10章规定的测距(レンジング)技术，调整来自各个ONU的输出信号的延迟，以使看起来各个ONU被设置为与OLT相等的距离。另外，使用根据ITU-T标准G983.4规定的动态频带控制技术(Dynamic Bandwidth Allocation：以下称为DBA)，OLT根据来自各个用户的请求对尽可能多的ONU分配输出信号的频带，并指示其发送定时(以下称为授权指示，或者简称为授权)，由此使从各个ONU到OLT的光信号不会在基干光纤上冲突、干扰。

从各个ONU发送给OLT的信号被称为上行信号，是由包括前置码(プリァンブル)和定界符(デリミタ)的题头(ォ一バヘッド)(也称为脉冲串题头(バ一ストォ一バヘッド)的固定长度的题头)、及包括可变长度的有效载荷信号的脉冲串数据构成的可变长度包(以下也简称为包)。并且，在各个包的前面设定有用于防止与此前发送的包冲突的保护时间。另一方面，从OLT发送给各个ONU的信号被称为下行信号，是由帧同步图案和PLOAM和授权指示和帧有效载荷构成的125μs的帧信号。

OLT的授权指示用于使用被称为US Bandwidth MAP的区域指定各个ONU的上行信号发送许可定时，具有指定在各个ONU上的上行信号的发送开始的起始值和指定发送结束的结束值，分别进行字节单位的指定。该结束值与下一个上行信号的起始值之间是无信号区域，对应于上述保护时间。另外，可以对各个ONU分配被称为TCONT(Transmission CONTainer)的多个频带分配单位，例如，可以进行被收容在同一ONU内的每个服务的频带控制。并且，上述起始值和结束值的指定对每个TCONT进行，有时也把这些值称为授权值。

在上述标准中既定的被称为GPON的PON中，被称为GEM(GPONEncapsulation Method)包的可变长度包被从各个ONU发送给OLT。该GEM包附加有被称为GEM标题的5字节的标题，并存储有发送信号的长度、流量标签、和后面叙述的表示有无被称为碎裂的处理的碎片。

在上述ITU-T的标准中，规定以125μs的周期指示OLT对ONU的授权指示。即，OLT以125μs周期向所指定的ONU发送授权，该被指定的ONU按照授权时分共享光纤，同时向OLT发送数据。如果OLT以125μs周期实施前面叙述的DBA，则可以把分别分配给全部ONU(或全部TCONT)的频带直接作为授权值以授权形式通知，全部ONU按照该授权输出信号。但是，实际PON中的DBA不能以125μs周期进行，例如大部分是以0.5ms和1ms这种比授权指示的周期长的周期进行的结构。其原因是在因特网接入等的数据通信中不能请求μs单位的响应时间，几十MIPS左右的运算处理量不大的处理器将花费0.5ms和1ms左右的时间，即使进行运算量较大的DBA，也能够实现充足的频带分配并应用。即，这是因为允许以比授权周期大的周期实施DBA。

OLT在DBA中跨越125μs的帧边界的4～8帧左右的多帧期间内，对全部ONU(TCONT)确定许可发送的数据的长度。因此，在从OLT向各个ONU赋予授权的阶段，OLT进行把通过DBA确定的数据长度分割为125μs单位的多个帧，并指定为各个帧内的授权值的处理。即，有时会产生针对某个ONU的授权值被跨越帧边界分配的情况。此时的处理根据ITU-T的标准G984.3的第8.3.2章规定的被称为碎裂的原理(メカニズム)执行，发生来自该ONU的信号被分割为两个帧(授权指示)的情况。

在该规定中，OLT在把通过DBA赋予给某个ONU(TCONT)的长度的数据分割为多个125μs帧时，确定对利用所分割的帧指示授权后的包也附加GEM标题。在原来的DBA中，对于OLT分配给各个ONU的数据长度，如前面所述考虑一定附加在包的开头的1个(5字节)GEM标题的长度，但不考虑必须附加给所分割的包的GEM标题的长度。因此，在赋予给某个ONU的授权被分割为多个125μs帧时，本来该ONU应该能够发送的信号的数据数量减少，减少程度为根据规定附加给在后面的125μs帧时进入的包的GEM标题分量。

【非专利文献1】ITU-T标准984.1

【非专利文献2】ITU-T标准984.3

【非专利文献3】ITU-T标准983.4

例如，在OLT最多连接64台的各个ONU中分别收容32台的VoIP服务，在使所述TCONT对应各个VoIP服务进行频带分配(DBA)时，OLT对2048个TCONT分别执行VoIP服务的频带分配。在此，如果各个VoIP服务需要256kbit/秒的上行通信频带，则在OLT以0.5ms周期执行DBA时，需要对各个TCONT赋予256kbit/秒×0.5ms÷8＝16字节。而且，OLT考虑开头必须附加的1个(5字节)GEM标题进行DAB，所以对各个TCONT赋予16+5＝21字节的数据的发送许可。每0.5ms发送21字节的数据，各个TCONT将消费21×8÷0.5ms÷1000＝336kbit/秒的频带，如果2048个VoIP服务被同时使用，则PON整体消费336kbit/秒×2048＝688.128Mbit/秒的频带。

假设从各个ONU到OLT的上行信号的速度为1.24416Gbit/秒(以后有时也简称为约1.2Gbit/秒)，则在授权指示周期即125μs中能够发送的数据数量为1.24416Gbit/秒×125μs÷8＝19440字节。上述21字节的数据是充分限制为1个授权指示周期的数据长度即19440字节的长度，但如果不幸这21字节被配置在授权指示周期的125μs帧的边界上时，根据被称为碎裂的原理，将产生这21字节的数据被分割为两个上行帧的现象。根据这种原理，例如21字节的数据将被分割为首个帧15字节、下一个帧6字节。该情况时，首个15字节由GEM标题5字节和10字节的有效载荷构成，下一个6字节成为必须按照规定分割并附加的GEM标题5字节和有效载荷1字节的包。因此，即使通过DBA分配了21字节的信号长度，但实际发送的有效载荷部分只有10+1＝11字节，相对于满足256kbit/秒的必要频带的16字节的数据，约31％的数据未被发送，给通信质量造成很大影响。

针对上行帧的来自各个ONU(TCONT)的信号的配置按每个DBA周期每次都不同，所以特定的上行信号跨越多个125μs帧的边界，结果，不能事前得知是否发生碎裂。假设针对来自全部TCONT的数据有可能发生碎裂，如果事先将考虑了另外追加的GEM标题的5字节的多余授权长度分配给全部TCONT信号，则在发生碎裂的情况下，也不会发生前面说明的数据的未发送，可以避免通信质量的恶化。但是，其所需要的频带为每1个TCONT(21+5)×8÷0.5ms÷1000＝416kbit/秒，PON整体消费416kbit/秒×2048＝851.986Mbit/秒的频带，产生很大的频带浪费。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种OLT和ONU和PON以及其应用方法(频带分配方法)，在收容多个像VoIP数据那样处理数据长度较小的终端的PON中，即使发生碎裂时也不会产生质量恶化，而且可以极力抑制频带的浪费。

为了解决上述问题，本发明的PON构成为在发生碎裂时，掌握由此必须增加的发送数据量，然后进行考虑了该增加分量的频带分配。

即，本发明构成为无源光网络系统使母站和多个子站通过由光分路器和多个光纤构成的光纤网相连接，根据多个子站的请求，母站确定从多个子站分别发送给母站的信号量和定时，母站在光纤网上复用来自多个子站的信号并接收，母站具有：频带控制部，根据多个子站的请求，确定在每个第1周期许可发送的信号量；发送定时控制部，根据该确定的信号量，确定在多个第2周期中任一周期发送信号的子站的发送定时；和控制部，在将信号分割为多个第2周期来发送时，根据在分割处理中应该附加的信号量，控制频带控制部或发送定时控制部或者双方，使在第1周期内发送所许可的信号。

另外，上述控制部也可以构成为在不能利用伴随分割而应该附加的信号来发送许可发送的信号的一部分时，使在下一个第1周期内也发送该未能发送的信号。

在PON中，可以消除在将尤其100kbit/秒左右的较小频带分配给多个TCONT时容易发生的碎裂所导致的分配频带减少，防止通信质量的恶化。

附图说明

图1是表示使用了本发明的PON的光接入网的结构示例的网络结构图。

图2是表示从OLT到ONU的光信号(下行信号)的结构示例的帧结构图。

图3是表示从ONU到OLT的光信号(上行信号)的结构示例的帧结构图。

图4是表示PON的动作示例的时序图。

图5是表示PON的动作示例的示意图。

图6是表示本发明的OLT的结构示例的方框结构图。

图7同样是表示OLT的局部具体结构示例的方框结构图。

图8同样是说明控制部的结构和动作示例的示意图。

图9同样是表示分配字节长度表的结构示例的存储器结构图。

图10同样是表示发送定时表的结构示例的存储器结构图。

图11是表示本发明的PON的动作示例的示意图。

图12是表示本发明的OLT控制部的动作示例的动作流程图。

图13同样是表示时隙分配处理的动作示例的动作流程图。

图14是表示本发明的分配字节长度表的其他结构示例的存储器结构图。

图15同样是表示发送定时表的其他结构示例的存储器结构图。

图16同样是表示本发明的PON的其他动作示例的示意图。

图17同样是表示本发明的OLT控制部的其他动作示例的动作流程图。

图18是表示本发明的碎裂检测的一例的动作流程图。

图19同样是表示碎裂检测的其他示例的动作流程图。

图20同样是表示碎裂检测的其他示例的动作流程图。

符号说明

1OLT；10ONU；700控制部；707DBA处理部；709数据发送许可部；800碎裂检测部；801发送定时确定部；802分配字节长度表；803发送定时表。

具体实施方式

下面，以ITU-T标准G984规定的GPON的结构和动作为例，使用附图说明本发明的PON的结构和动作。

图1是表示使用了本发明的PON的光接入网的结构示例的网络结构图。

PON19由以下部分构成：光分路器12；设于通信经营商等的办公楼的站侧装置即OLT1；连接OLT1和光分路器12的基干光纤17-1；设于各个加入者住宅内及其附近的加入者侧装置即多个ONU10(10-0～10-63)；以及连接光分路器12和各个ONU10的多个支线光纤17-2。LOT1通过基干光纤17-1和光分路器12和支线光纤17-2可以最多连接64台ONU10。并且，在各个ONU10分别连接着进行VoIP通信的电话15和PC14等用户终端。PON19通过OLT1连接公众电话通信网(Public Switched TelephoneNetwork：以下称为PSTN)和因特网18，与这些上位网之间发送接收数据。

图1示出了3台ONU10。在从OLT1到各个ONU10的下行信号11中，发给各个ONU10的信号被时分复用，并广播给全部ONU。各个ONU10接收信号11，判断是否是发给自己的信号，并在是发给自己的信号时，根据信号的收件人，向电话15和PC14分发信号。另一方面，在从ONU10到OLT1的上行方向中，来自ONU10-0的信号a、来自ONU10-1的信号b、来自ONU10-63的信号n等来自各个ONU10-0的信号，成为通过光分路器12在基干光纤17-1上被光学时分复用的信号16，并到达OLT1。另外，OLT1构成为通过后面叙述的DBA，判断在哪个定时接收来自哪个ONU10的信号。具体地讲，OLT1构成为进行对各个ONU10指示输出信号的定时，并识别在该定时从ONU10接收的信号的处理。

图2是表示从OLT到ONU的光信号(下行信号)的结构示例的帧结构图。下行信号(以下有时也称为下行帧或简称为帧)如ITU-U标准G984.3规定的那样，由帧同步图案20、PLOAM21、授权指示22和帧有效载荷23构成。在帧有效载荷23中存储有从OLT1朝向各个ONU10的用户信号。授权指示22用于指示各个ONU10的上行信号发送定时(授权)，更加具体地讲，用于对各个ONU10内部的用户信号控制单位即每个TCONT指示授权。该图表示对应于图1所示结构的一个结构示例，示出了用于控制ONU10-0的TCONT0用信号24、用于控制ONU-1的TCONT1用信号25、和用于控制ONU10-63的TCONTn用信号26。另外，这些TCONT用信号由用于识别TCONT的TCONT ID27、表示信号的发送开始定时的Strat28、和表示发送结束定时的结束29构成。另外，起始28和结束29以字节单位指定。OLT1周期性地向各个ONU10发送用于许可发送包括授权指示22的上行数据的消息，指示各个TCONT可以使用哪些上行通信频带。该起始28和结束29是表示在OLT1发送授权指示的各个周期中，可以在哪个定时开始并结束数据发送的信息。另外，也可以取代结束29，而指定应该发送的数据的数据长度，指示发送根据起始28的定时指定的数据长度的数据。

图3是表示从ONU到OLT的光信号(上行信号)的结构示例的信号结构图。上行信号(以下有时也称为GEM包或简称为包)是由以下部分构成的可变长度的包：包括前置码30和定界符31的固定长度的脉冲串题头36；包括PLOAM31和队列长度33的控制信号；以及包括5字节的GEM标题34和可变长度的GEM有效载荷35的脉冲串数据37。上述起始28指示PLOAM32的开始位置、即脉冲串数据37的开始位置，结束值29指示GEM有效载荷35(脉冲串数据27)的结束位置。保护时间38在从GEM有效载荷34的结束位置到下一个包的前置码30的开始位置的无信号区间，采取根据ITU-T标准G984.3规定的长度的无信号区间，以防止从各个ONU10发送的包在基干光纤17-1上冲突和干扰。因此，在从各个ONU10(或TCONT)发送的脉冲串数据37之间，介入保护时间38和前置码区域30和定界符区域31，在前一个脉冲串数据37的结束29和下一个脉冲串数据37的起始28之间产生几个字节的间隔。

图4是表示PON的动作示例的时序图，表示DBA动作和周期、与基于该DBA的结果的授权动作和周期的关系。

OLT1在周期为125μs的每个授权周期，向各个ONU10-1～10-3发送包括授权指示22的发送许可消息40。在该发送许可消息40中包含请求通报在各个ONU的TCONT具有的发送队列中滞留的待发送数据量的信息(Request report)。各个ONU10在利用授权指示22的起始28和结束29指定的时隙发送滞留于发送队列中的数据，同时使用上行消息41(图3所示的包)中包含的队列长度33，向OLT1通报待发送的数据量(Report)。

OLT1根据以预先设定的周期从各个ONU10接收的标准(待发送数据量)，进行用于确定许可各个ONU(TCONT)发送多少数据量的DBA42、43。具体地讲，根据待发送数据量和与各个用户的契约，确定许可各个TCONT在下一次发送中发送的数据量。该DBA基于前面叙述的理由，不需要在125μs的每个授权周期45～48进行，而是对多个授权周期一并进行DBA。在本实施例中，采取以每4授权周期(0.5ms)1次的比率进行DBA的结构。在1次DBA42中确定许可全部TCONT发送的数据量，所以OLT1确定使在各个授权周期发送数据的TCONT及其数据发送起始28和结束29，以便在多个授权周期45～48的任一个授权周期使全部TCONT发送所确定的数据量。该起始28和结束29利用包括授权指示22的发送许可消息40向各个ONU10-1～10-3发送(Grant)，各个ONU10-1～10-3在基于该授权的定时向OLT1发送数据。另外，在以后的实施例的说明中，在DBA周期为0.5ms、授权周期为125μs的PON中进行说明，但DBA周期和授权周期也可以采取除此以外的值。

图5是表示PON的动作示例的示意图，用于说明没有实施本发明的碎裂处理的以往的PON的动作，说明在DBA动作中的数据量确定以及将该确定结果体现到授权中的情况。在本说明中，表示以0.5ms周期对#0～4095的4096个TCONT进行DBA，在该DBA周期中包含的4个125μs授权周期中，通过授权来分配所确定的发送数据量的情况。在此，假设上行信号的速度约为1.2Gbit/秒，则在DBA周期中可以发送的数据长度为77760字节，在授权周期中可以发送的数据长度为19440字节。

在以下的说明中以下述情况为例进行说明，即，OLT通过DBA许可TCONT#0发送4980字节的数据50，不许可TCONT#1～#2047发送数据，许可TCONT#2048～#4095发送21字节的数据51～59。另外，所许可的数据量包含图3所示的5字节的GEM标题。但是，由于授权周期是125μs，所以OLT1必须对TCONT#0～#4096每19440字节地赋予授权并指示数据的发送定时。本说明中的OLT按照TCONT的顺序赋予授权，所以在授权周期的第1周期对TCONT#0赋予数据60(通过DBA确定的数据50进入)的授权，对TCONT#2048赋予数据61(通过DBA确定的数据51进入)的授权，以后按照TCONT的序号较小的顺序填埋第1周期内的数据区域，直到对TCONT#2485赋予授权。并且，关于对第1周期的端头相关的TCONT#2048所确定的数据52，由于跨越多个授权周期，所以通过碎裂处理，对TCONT#2048赋予第1周期的剩余的数据62，在第2周期中赋予包括第1周期未能延迟的剩余数据的数据63，作为授权。以后也相同，OLT1对TCONT#3076也进行碎裂处理，赋予授权的第2周期的剩余部分的数据66(数据55的一部分)、第3周期的数据67(数据55的剩余部分)的授权。

在该图的示例中，在TCONT#2486和TCONT#3076产生了TCONT的数据跨越授权周期的边界被分割为多个数据的碎裂现象。例如，关于TCONT#2486的数据52，在授权时被分割为两个数据62和数据63，并从TCONT#2486发送，关于TCONT#3076的数据55，在授权时被分割为两个数据66和数据67。如前面说明的那样，在GPON中，在通过碎裂使得数据被分割为跨越多个授权周期时，必须对各个授权周期的数据附加被称为GEM标题(图3：34)的5字节标题。在该图中，在授权时的部分显示的包的前头的涂黑部分表示GEM标题，剩余的空白部分表示GEM有效载荷(图3：35)，在所分割的TCONT#2486的数据62和数据63中分别附加有符合规定的GEM标题。在以往的PON中，OLT在数据的开头附加了1个GEM标题的前提下进行DBA，确定许可各个ONU发送的数据长度，不推测上述数据的碎裂。因此，OLT在通过DBA想要使TCONT#2486发生16字节的数据时，把对该16字节附加了5字节GEM标题的21字节确定为许可发送的数据长度。但是，如该图所示，在通过碎裂划分为第1授权周期15字节、第2授权周期为剩余的6字节时，在第2授权周期赋予的6字节中的5字节被用于重新附加的GEM标题中，重要数据只能发送1字节。即，即使通过DBA确定发送5字节GEM标题和16字节数据的合计21字节的信号，但在产生碎裂时，不能发送5字节GEM标题分量的数据，只能发送16字节中的11字节的数据，产生通信质量恶化的现象。

当然，如后面所述，如果构成为在下一个DBA周期处理该未能发送的5字节的数据，则可以发送。但是，将导致数据的发送延迟增大，所以在VoIP等要求实时性的情况下，从通信质量方面考虑，有可能导致不能使用。

对于预测会发生碎裂的TCONT，虽然可以通过DBA赋予考虑了追加GEM标题的频带，但是一般的DBA根据由各个ONU通知的队列长度信息，在每个DBA周期变更许可各个TCONT发送的数据长度。即，事前预测哪个TCONT发生碎裂是很困难的，需要在每个DBA周期判断碎裂。

因此，在本发明的PON中，OLT1在通过DBA确定的某个TCONT的发送许可跨越授权周期并发生碎裂的情况下，加算必须附加到下一个授权周期的数据中的GME标题的5字节，并对该TCONT赋予发送许可。以下，使用附图进一步具体说明本发明的PON、OLT的结构和动作、以及其应用方法(频带分配方法)。

图6是表示在本发明的PON中使用的OLT的结构示例的方框结构图。

OLT1由管理整个装置的动作的控制板603、和连接网络并进行信号的发送接收的多个网络接口板600～602构成。在此，控制板603具有CPU608和存储器609，通过HUB610控制各个网络接口板600～602。并且，网络接口板600～602分别具有：与ONU10之间进行光信号的发送接收的光信号IF(接口)部606；与因特网等上位网18之间进行信号的发送接收的网络IF(接口)部607；进行与ONU10和上位网18之间的信号的发送接收所需要的处理的CPU604和存储器605。以下说明的各种动作及应用方法用于使CPU604执行存储在存储器605中的程序。当然，也可以由根据需要将这些功能特定为各种处理的专用硬件(LSI等)执行处理。并且，OLT1的硬件结构不限于上述说明的结构，也可以根据需要适当进行各种安装。

图7是表示OLT具有的网络接口板的结构示例的方框结构图。

下行数据缓冲器701临时存储从上位网18通过网络IF部607接收的数据。下行信号处理部702进行为了将来自上位网18的光信号中继给ONU10所需要的处理。E/O转换部703把电信号转换为光信号，通过光信号IF部606向ONU发送光信号(下行信号)。O/E转换部704把从ONU10通过光信号IF部606接收的光信号转换为电信号。上行信号处理部705进行为了将来自ONU10的信号中继给上位网18所需要的处理。上行数据缓冲器706临时存储通过网络IF部607向上位网18发送的数据。控制部700与上述各个功能单元连接，具有执行与多个ONU10进行通信(监视、控制等)所需要的各种处理，中继与上位网18和ONU10之间的信号的功能。

DBA处理部707在预先确定的每个DBA周期(在本实施例中为0.5ms周期)，进行确定在该周期内对OLT收容的多个ONU10(TCONT)分别分配哪些通信频带的动态频带分配处理。该通信频带表示将在1个DBA周期内可以发送的总字节长度中的哪些字节长度分配给各个ONU10(TCONT)。测距处理部708在OLT1与ONU10发送接收数据之前，测定从向各个ONU发送有关距离测定的测距信号、直到接收到针对该信号的答复的时间，由此测定OLT1与各个ONU10之间的距离，调整将要发送的信号的延迟时间，以使从各个ONU到OLT1的信号不会冲突、干扰。OLT1将发送延迟时间通知各个ONU10后，各个ONU10向由OLT1通过DBA指定的许可发送数据的定时(授权)加算所通知的发送延迟时间，并发送数据。数据发送许可部709根据由DBA处理部707确定的针对各个ONU10许可的发送数据的字节长度，分别利用字节长度确定各个ONU10在某个授权周期应该开始数据发送的定时起始(图2：28)、和应该结束发送的定时结束(图2：29)。即，指示授权。存储部710是存储控制部700的处理所需要的信息的存储器。另外，控制部700构成为与PON具有的监视控制部(例如利用PC构成的维护终端)进行通信，预先对控制部设定控制所需要的控制参数(例如ONU的加入条件、契约业务量等)，根据维护者的请求接收监视信息(例如故障发生状况和针对各个ONU的发送许可数据量等)。

图8是说明OLT具有的控制部的结构和动作示例的示意图。

DBA处理部707从上行信号中包含的队列长度(图3：33)接收各个ONU10保存的待发送数据量(队列长度标准)。并且，在DBA处理部707中，根据契约设定有与针对ONU可以许可的数据量相关的参数(固定频带设定等)。DBA处理部707根据所接收的待发送数据量和根据契约设定的通信频带参数，利用字节长度确定在每个DBA周期许可各个ONU10发送的数据量(通信频带)，生成使各个ONU的TCONT识别符即TCONT-ID与所分配的字节长度相对应的分配字节长度表802，并存储在存储部710中(图8：(1))。图9表示该表802的结构示例。分配字节长度表802构成为具有TCONT的识别符即TCONT-ID901、通过DBA分配给TCONT的字节长度902、和分配频带类别903的信息。在此，分配频带类别903用于区分表示分配给各个TCONT的频带是根据由ONU10通知的队列长度在每个DBA周期动态分配的，还是根据来自监视控制部的频带设定信息与队列长度无关地固定分配的。

数据发送许可部709具有的发送定时确定部801读出分配字节长度表802的内容(图8：(2))，在每个授权周期分配与分配给各个TCONT的字节长度902对应的时隙，生成使TCONT-ID与在各个授权周期内分配的字节长度相对应的发送定时表803，并存储在存储部710中(图8：(3))。在此，数据发送许可部709具有的碎裂检测部800，如果检测到发生将分配给某个TCONT的字节长度的数据分割分配为多个授权周期的时隙的碎裂，则指示发送定时确定部801进行向因碎裂而被分割的后半部分数据加算重新附加的GEM标题的5字节长度分量的字节长度，该发送定时确定部801根据加算后的字节数进行时隙的分配。并且，发送定时确定部801按照所生成的发送定时表803的内容，向各个ONU10发送包括授权指示22的发送许可消息，并通知数据的发送定时。图10表示该表803的结构示例。发送定时表803构成为具有TCONT的识别符即TCONT-ID901、存储某个授权周期内的数据发送开始定时起始28的起始区域1002、和存储数据发送结束定时结束29的结束区域1003。

图11是表示本发明的PON的动作示例的示意图，用于说明由OLT1分配TCONT的数据发送定时的情况。另外，在该图中放大显示并具体说明跨越授权周期的第1周期和第2周期的部分。

在该图中，与在前面图5中说明的情况相同，在发送分配给TCONT#2486的数据时发生碎裂，并被分割分配为授权的第1周期和第2周期。在本发明中，如在前面说明的那样，作为将考虑了伴随碎裂发生而需要追加的GEM标题的5字节的21+5＝26字节分配给TCONT的字节长度，发送定时确定部801进行授权的分配。即，在将本发明适用于与前面说明的以往的PON相同的情况时(参照图5)，OLT1通过DBA确定许可TCONT#2486发送21字节的数据长度52(参照图9：TCONT-ID为2486的字节长度)。但是，在OLT1中，碎裂检测部800检测到碎裂，所以发送定时确定部801进行如下这样的动作：对第1授权周期赋予15字节的数据62，对第2授权周期赋予包括利用剩余的26-15＝11字节重新附加的GEM标题的数据63(参照图10：第1周期最后的TCONT-ID为2486、第2周期开头的TCONT-ID为2486的起始和结束的值)。因此，根据本发明，不会发生像以往的PON那样由于碎裂而只能发送16字节中的11字节数据的情况，能够可靠地发送全部16字节的数据，不会产生通信质量的恶化。

使用附图更加具体地说明本发明的PON的结构和动作。

图12是表示OLT1的控制部700的动作示例的动作流程图。

首先，控制部700的数据发送许可部709在DBA周期内接收来自各个ONU10的TCONT的待发送的数据量即队列长度(图3：22，图4：Report)(1201)，根据该队列长度和预先由监视控制部设定的契约参数的值，利用字节长度确定在下一个0.5ms的DBA周期中许可各个ONU10的TCONT发送的数据量(DBA处理)，将该字节长度存储在存储部710的分配字节长度表802中(1202)。

然后，数据发送许可部709参照存储在分配字节长度表802中的字节长度(图9：902)，确定使各个TCONT在授权周期内发送数据的时隙，生成发送定时表803的值。此时，碎裂检测部800检测各个TCONT有无碎裂，对于发生碎裂的TCONT，根据加算了对通过碎裂分割后的包重新附加的GEM标题的5字节的字节长度，发送定时确定部801确定使在授权周期内发送数据的时隙(发送定时或授权确定)，生成发送定时表803的值(1203)。

并且，发送定时确定部801按照所确定的内容，向各个ONU10发送包括授权指示22(US Bandwidth MAP)的发送许可消息，并通知数据的发送定时(1204)。

图13也是表示控制部的动作示例的动作流程图，用于具体说明图12中的步骤1203的结构示例。即，该图具体表示以下动作示例，读出分配字节长度表802(图9)，确定使各个TCONT发送数据的时隙，生成发送定时表803(图10)。

本实施例的发送定时确定部801构成为按照TCONT-ID较小的顺序确定使在DBA周期内填满数据的发送定时。因此，从TCONT-ID为0的TCONT开始控制(1301)。

首先，参照发送定时表803，把加算了脉冲串题头(图3：36)和保护时间(图3：38)的长度的值加算到赋予给前一个TCONT的结束值上，生成TCONT的起始值。此处加算的值是由PON预先确定的固定值，在本实施例中设为12字节。该起始值被存储在发送定时表803中(1302)。另外，在TCONT位于各个授权周期的前头时，该起始值不是向前一个TCONT的结束值加算了12字节的值，而成为向授权周期的前头即0字节的值加算了12字节的12。

然后，发送定时确定部801向所生成的起始值加算从分配字节长度表802得到的字节长度902，生成结束值(1303)。并且，计算授权周期内的剩余字节数(1304)。具体地讲，从所生成的结束值减去在授权周期可以发送的数据的数。在本实施例中，如前面说明的那样，上行信号的速度约为1.2Gbit/秒，所以在125μs的授权周期内可以发送的数据的数为19440字节。该值是PON的固定值，该值根据使用的信号的速度和授权周期的选择方式而变化。

然后，碎裂检测部800检测有无碎裂。具体地讲，判断在步骤1304计算的剩余字节数是否为预定值以下(1305)。如果剩余字节数是正的数，则可以判断越过授权周期(帧)的边界19440字节并发生碎裂。该情况时，发送定时确定部801通过以下处理，利用加算了因碎裂而追加的GEM标题的5字节的字节长度，重新确定发送定时。并且，如果上述判断中剩余字节数是0或负的值，则没有发生碎裂，所以转入后面的处理。

发送定时的重新确定步骤如下所述。首先，将针对计算中的TCONT的结束值设定为在授权周期可以发送的数据的数即19440(1306)。由此确定因碎裂而被分割的包的最初的包发送定时。然后，确定所分割的包的剩余数据的发送定时。具体地讲，确定使剩余数据在下一个授权周期的前头发送的发送定时，所以对应发送定时表803的下一个授权周期生成相同TCONT-ID的入口(在前面说明的示例中，生成TCONT-ID为2486的入口)，把该起始值作为赋予给授权周期的最初TCONT的值。在本实施例中，如在前面说明的那样，把起始值设为12(1307)。并且，生成该入口的结束值，作为起始值+通过TCONT分割后的剩余数据的字节数+重新附加的GEM标题长度的5字节(1308)。即，由此完成通过碎裂形成的附加GEM标题分量的5字节的加算。

然后，判断计算了发送定时的TCONT是否是最后的TCONT(1309)，如果是最后的，则结束发送定时表803的生成处理，如果不是最后的，则将TCONT-ID加算一个(1310)，再次进行上述处理。

以图9～图11所示的TCONT为例说明上述动作，TCONT#2485的结束值为19413，生成向该值加算了12字节的19426作为TCONT#2486的起始值。然后，存储在分配字节长度表802中的TCONT#2486的字节长度为21字节，所以加算了该21的结束值被计算为19447。由此计算剩余字节，剩余字节＝19447-19440＝7字节，是正的值，判断在TCONT#2486的数据发送时发生碎裂。因此，把利用分割的包在授权第1周期发送的发送地点的包的结束设为19440。另外，为了在授权第2周期发送所分割的包后面的包，对发送定时表803中的授权第2周期生成另一个TCONT#2486的入口，对起始值设定12。并且，生成向起始值的12加算了TCONT#2486的发送剩余的字节数6和GEM标题的5字节得到的23，作为结束值。这样，完成授权第1周期的15字节、和授权第2周期的11字节合计26字节的分配，即使发生碎裂，也能够发送原来的16字节数据。

另外，在以往的PON的碎裂方法中，在TCONT#3076中跨越授权第2周期和第3周期也发生碎裂，但在本发明的PON中，不发生碎裂，TCONT#3076的入口只存在于授权第3周期。其理由如下所述。进行向TCONT#2486加算5字节的结果，使针对后续TCONT的分配字节顺序移位。因此，TCONT#3075的结束值为19427。在该时间点，在授权第2周期只剩余19440-19427＝13字节的区域。在结束的后面，必须设计前面说明的12字节的脉冲串题头和保护时间，考虑到这些情况，剩余1字节，就连5字节的GEM标题也不会延迟。因此，授权第2周期的剩余13字节成为空闲区域，TCONT#3076的发送定时从授权第3周期进行分配。即，在本发明的PON中，即使在图13的步骤1305检测到负的值，在字节数为预定值(在本实施例中为12+5＝17)以下时，也不进行碎裂，而使该TCONT的发送定时延迟到下一个授权周期。

根据本发明，不会像以往的PON那样，通过DBA确定的发送数据的一部分由于因碎裂而发生的GEM标题的影响而不能发送，或者由于等待到下一个DBA周期而发生延迟等的影响，发生通信质量恶化。

在上述实施例中，数据发送许可部709在生成发送定时表803时判断有无碎裂，加算在相同DBA周期内因碎裂而必须附加的GEM标题分量的5字节。另一方面，还有作为替代方案的下述方法，不进行因碎裂形成的字节数的加算，而进行发送定时的分配(发行授权)，在接收基于该授权的上行信号时，检测OLT及ONU伴随碎裂而未能发送的数据的字节数，在下一个DBA周期发送前一次DBA周期时未能发送的数据。该情况时，如前面说明的那样，虽然发生数据的延迟，但只要是不要求实时性的服务，也可以采用以下说明的结构和控制方法。

以下，说明在与图5中说明的状态相同的状态下适用其他实施例时的结构和动作。

在首个DBA周期被许可发送的TCONT#2486的数据量为向16字节的数据加算了GEM标题的5字节后的21字节。其由于碎裂而被分割为授权第1周期15字节(GEM标题5字节和数据10字节)和授权第2周期6字节(GEM标题5字节和数据1字节)，产生GEM标题分量5字节的在该DBA周期未能发送的数据。在本发明的OLT中，在下一个DBA周期，除本来应该在该DBA周期发送的TCONT#2486的21字节(GEM标题5字节和数据16字节)外，在前一个DBA周期未能发送的5字节的数据作为带GEM标题的TCONT#2486的包也被许可发送。即，在下一个DBA周期发送包括GEM标题5字节和数据5字节的10字节的包。

图14是表示在本实施例中使用的分配字节长度表的其他结构示例的存储器结构图。与前面说明的存储器结构图(图9)的不同之处在于，为了使在前一个DBA周期由于碎裂而未能发送的数据在此次DBA周期也能够发送，使存储考虑了该未能发送的数据和GEM标题的加算字节1601。具体地讲，在包括GEM标题5字节和在前一个DBA周期未能发送的数据5字节的10字节中，加算字节进入在前一个DBA周期发生了碎裂的TCONT即TCONT#2486和TCONT#3076。另外，在前一个DBA周期未能发送的数据(5字节)，应该被处理为与此次DBA周期本来应该发送的数据不同的包。因此，为了发送未能发送的数据，另外需要该数据用的GEM标题(5字节)，加算字节成为10字节。

图15是表示在本实施例中使用的发送定时表的其他结构示例的存储器结构图。与前面说明的存储器结构图(图10)的不同之处在于，为了在此次的DBA周期发送在前一个DBA周期未能发送的数据，在分配字节长度表802’中也存储加算字节1601，所以在发生针对此次DBA周期中的各个TCONT的授权周期的授权时，生成也考虑了该加算字节的授权，并存储在发送定时表803中。具体地讲，进入加算字节的10字节和在此次DBA周期本来应该发送的21字节的合计31字节赋予给TCONT#2486，针对该31字节的数据，在此次的DBA周期中的授权周期内发行授权。

图16是表示本发明的PON的其他动作示例的示意图，说明根据上述替代方案由OLT1分配TCONT的数据发送定时的情况。另外，在该图中放大显示并具体说明跨越授权周期的第1周期和第2周期的部分。关于0LT1的控制部700的具体动作将在后面叙述，并说明在与图5所示状态相同的状态下使用本实施例的PON时的动作。

与前面的实施例相同，控制部700读取分配字节长度表802’并动作，从而确定对各个TCONT的授权，并生成发送定时表803。在该图的示例中，对于TCONT#2486的31字节(图16：52’)，分配在授权第1周期起始为19426、结束为19440的16字节(图16：TCONT#2468-1)、和在授权第2周期起始为12、结束为26的15字节(图16：TCONT#2468-2)。另外，控制成为进入授权第1周期的16字节的是首个包(图16：62’-2)，进入授权第2周期的15字节的是由GEM标题5字节和10字节的数据构成的因碎裂而分割后的包(图16：63’)，所述首个包通过碎裂被分割为由在前一个DBA时未能发送的5字节的数据和GEM标题5字节构成的加算数据10字节(图16：62’-1)、以及由在此次DBA时应该发送的数据1字节和和GEM标题5字节构成的6字节。在上述说明中，说明了在此次DBA周期关于TCONT#2486的数据也发生碎裂，导致发生不能再次发送的数据5字节的情况，但在平常应用中，来自各个ONU10(TCONT)的队列长度33表示的待发送数据量在动态变化着，所以即使是相同TCONT，在DBA周期变化时，发生授权的位置也变化，所以在多个DBA周期同一TCONT连续发生碎裂使得数据不延迟的状态持续的情况几乎不存在，在实际应用上不会成为问题。

图17是表示OLT1的控制部700的其他动作示例的动作流程图，表示执行上述替代方案时的动作。

首先，控制部700的数据发送许可部709在DBA周期内接收来自各个ONU10的TCONT的待发送的数据量即队列长度(图3：22，图4：Report)(1201)，根据该队列长度和由监视控制部预先设定的契约参数的值，利用字节长度确定在下一个0.5ms的DBA周期许可各个ONU10的TCONT发送的数据量(DBA处理)，将该字节长度存储在存储部710的分配字节长度表802中(1202)。

然后，碎裂检测部800使用后面叙述的方法等，判断上行信号有无发生碎裂(1801)。在此，在发生碎裂时，对分配字节长度表802’的与发生碎裂的TCONT对应的加算字节长度1601存储10字节(因碎裂而未能发送的5字节和GEM标题5字节)的值(1802)。

以后，数据发送许可部709参照存储在分配字节长度表802中的字节长度(图14的字节长度902与加算字节长度1601的合计)，确定使各个TCONT在授权周期内发送数据的时隙(发行授权)，生成发送定时表803的值(1803)。该时隙的确定与在图5中说明的动作大致相同，但不进行前面的实施例中由于发生碎裂而形成的同一DBA周期内的5字节加算。取而代之，在分配字节长度表802’中存储加算字节长度，并发行在下一个DBA周期也考虑了该加算字节的授权。

并且，发送定时确定部801按照所确定的内容，向各个ONU10发送包括授权指示22(US Bandwidth MAP)的发送许可消息，并通知数据的发送定时(1204)。

图18是表示本发明的PON实施的碎裂判断处理的一例的动作流程图。

在接收到PON帧(图3：脉冲串数据37)时(2001)，参照该帧的标题(图3：GEM标题34)(2002)。可以根据标题内的有效载荷信息判断该帧位于以太网(注册商标)帧的中途还是末尾，由此判断有无碎裂(2004)。具体地讲，如果位于中途，则判断有碎裂。在有碎裂时，获取标题内的Port-ID信息(2005)，参照ID参照表(未图示)获取对应的TCONT ID(2006)，并进行请求加算发给该TCONT的授权(2007)。

图19是表示碎裂判断处理的其他示例的动作流程图。

该方法用于当在OLT内部从上行信号中删除GEM标题并将以太网帧传输给后面时，计数对各个TCONT使用授权分配的字节长度、属于相同TCONT的以太网帧的个数和总字节长度，通过比较它们，对每个TCONT判断碎裂的发生。

列举一例如下，在对某个TCONT赋予每0.5ms周期21字节的授权时，在属于该TCONT的以太网帧的0.5ms周期内计数的以太网帧数量为1、总字节数量为16字节时，对包括16字节的一个以太网帧附加5字节的GEM标题，根据21字节的授权判断为未发生碎裂并进行上行传输。另一方面，在赋予了相同21字节的授权时，如果在周期内计数的以太网帧数量为2、所计数的以太网帧的总字节数为11字节，则对两个以太网帧分别附加5字节的GEM标题(合计10字节)，可以判断21字节的授权被分为两个赋予。在此，从根据授权赋予的21字节长度减去5字节长度的GEM标题1个分量和上述计数的11字节的以太网帧的总字节数后的5字节是不足的频带。在下一次发行授权时富余地提供这5字节的以太网信号用的频带。

具体地讲，在接收PON帧时(2101)，进行以太网帧的终结(2102)。在此，合计DBA周期内的以太网帧的帧长度(2103)。另外，加算GEM标题长度5字节(2104)。另一方面，求出从根据授权赋予的频带的字节数减去在步骤2104求得的字节数后的值(2105)。该值是因为碎裂而被多余使用的频带，所以在下一次的DBA处理中，进行该值分量的授权加算请求(2106)。

图22也是表示碎裂判断处理的其他示例的动作流程图。在该示例中，具有在ONU将自身数据匹配到所赋予的授权中并发送给OLT时，存储所发生的碎裂次数的功能，通过使OLT具备读出存储在ONU中的碎裂发生次数的功能而实现。

ONU10监视来自OLT1的队列长度发送请求(2201)，在有发送请求时，获取对应待发送数据量的队列长度(A)(2202)。在本实施例中，ONU10也设有碎裂判断部(未图示)，获取碎裂发生次数(B)(2203)，在队列长度加算部(未图示)中向作为队列长度信息的实际队列长度A加算碎裂发生次数B与标题长度之积(2204)，将该值通知PON帧生成部(2205)。OLT根据来自ONU10的答复得知碎裂次数，所以在发生碎裂时，发行使在下一个DBA周期发送伴随碎裂发生导致的不足字节的授权。

根据上述替代方案的结构和动作，不仅在跨越授权周期发生碎裂时，在由于来自TCONT的上行信号的包长度变化而发生碎裂时也有效果。列举一例如下，在VoIP中，允许语音编码方法和编码周期根据终端的相互协议而变更，在OLT假设的16字节的包根据收容于ONU的终端之间的协议被变更为32字节时，将不能完全收容在原来赋予的21字节的授权内，有可能发生碎裂。这种情况下，在最初说明的实施例的结构和动作中，在OLT分配频带时，只监视授权周期的跨越，所以上述原因的碎裂不能检测到，但在后面叙述的替代方案的结构和方法中，关于碎裂的检测和处理，例如可以采用以下方法进行，(a)参照OLT接收的GEM标题内的有效载荷的方法，(b)比较OLT接收的有效载荷长度的合计值和所赋予的授权长度的方法，(c)在ONU检测碎裂的发生并将队列长度通知给OLT时，追加碎裂次数分量的GEM标题长度并报告的方法。因此，可以检测起因于上述原因的碎裂的发生，并赋予最佳的频带。

以上使用附图进行了具体说明，根据本发明的PON及其应用方法，可以提供一种用户满意的通信服务，即使发生碎裂时也不会发生频带不足，即通信质量不会恶化。

Claims (12)

1.一种无源光网络系统，母站和多个子站通过由光分路器和多个光纤构成的光纤网相连接，根据所述多个子站的请求，所述母站确定从所述多个子站分别发送给所述母站的信号量和定时，所述母站在所述光纤网上复用并接收来自所述多个子站的信号，该无源光网络系统的特征在于，

所述母站具有：

频带控制部，根据所述多个子站的请求，确定在每个第1周期对该子站的每一个许可发送的信号量；

发送定时控制部，根据确定的所述信号量，确定在比所述第1周期短的多个第2周期中的任一周期发送该信号的子站的发送定时；和

控制部，在将所述信号分割为所述多个第2周期来发送时，根据伴随该分割而应该附加的信号量，控制所述频带控制部或发送定时控制部或者该双方，使得在所述第1周期内发送许可的所述信号。

2.一种无源光网络系统，母站和多个子站通过由光分路器和多个光纤构成的光纤网相连接，根据所述多个子站的请求，所述母站确定从所述多个子站分别发送给所述母站的信号量和定时，所述母站在所述光纤网上复用并接收来自所述多个子站的信号，该无源光网络系统的特征在于，

所述母站具有：

频带控制部，根据所述多个子站的请求，确定在每个第1周期对该子站的每一个许可发送的信号量；和

发送定时控制部，根据确定的所述信号量，确定在比所述第1周期短的多个第2周期中的任一周期发送该信号的子站的发送定时，

所述母站的控制部在将所述信号分割为所述多个第2周期来发送时，在不能利用伴随该分割而应该附加的信号来发送许可发送的所述信号的一部分时，控制所述频带控制部或发送定时控制部或者该双方，使得在下一个第1周期内也发送未能发送的该信号。

3.根据权利要求1～2中任一项所述的无源光网络系统，其特征在于，

所述控制部具有存储部，用于对所述多个子站的每一个，至少以所述第1周期的单位存储许可发送的所述信号量和为了发送该信号而确定的发送定时，所述频带控制部和发送定时控制部访问该存储部并控制信号的发送。

4.根据权利要求3所述的无源光网络系统，其特征在于，

所述控制部还具有检测所述分割的发生的分割检测部。

5.根据权利要求1～2中任一项所述的无源光网络系统，其特征在于，

所述控制部比较所述母站确定的发送定时的长度和从所述多个子站接收的信号中包含的预定信号的长度，判断所述分割的发生。

6.根据权利要求1～2中任一项所述的无源光网络系统，其特征在于，

所述控制部根据从所述多个子站接收的信号中包含的预定信号的内容，判断所述分割的发生。

7.根据权利要求1～2中任一项所述的无源光网络系统，其特征在于，

在所述多个子站的每一个中具有检测所述分割的发生的单元，将该检测单元的输出通知给所述母站的控制部。

8.一种无源光网络系统的应用方法，在该无源光网络系统中，母站和多个子站通过由光分路器和多个光纤构成的光纤网相连接，根据所述多个子站的请求，所述母站确定从所述多个子站的每一个发送给所述母站的信号量和定时，所述母站在所述光纤网上复用并接收来自所述多个子站的信号，该应用方法的特征在于，

所述母站根据所述多个子站的请求，确定在每个第1周期对该子站的每一个许可发送的信号量，

所述母站在根据在每个所述第1周期确定的所述信号量以比所述第1周期短的多个第2周期分割所述信号并发送时，根据伴随该分割而应该附加的信号量，控制针对该多个第2周期的所述信号的分配定时，以使在所述第1周期内发送许可的所述信号。

9.一种无源光网络系统的应用方法，在该无源光网络系统中，母站和多个子站通过由光分路器和多个光纤构成的光纤网相连接，根据所述多个子站的请求，所述母站确定从所述多个子站的每一个发送给所述母站的信号量和定时，所述母站在所述光纤网上复用并接收来自所述多个子站的信号，该应用方法的特征在于，

所述母站根据所述多个子站的请求，确定在每个第1周期对该子站的每一个许可发送的信号量，

所述母站在根据在每个所述第1周期确定的所述信号量以比所述第1周期短的多个第2周期分割所述信号并发送时，在不能利用伴随该分割而应该附加的信号来发送许可发送的所述信号的一部分时，在下一个第1周期内也追加发送未能发送的该信号。

10.根据权利要求8或9所述的无源光网络系统的应用方法，其特征在于，

比较所述母站确定的发送定时的长度和从所述多个子站接收的信号中包含的预定信号的长度，判断所述分割的发生。

11.根据权利要求8或9所述的无源光网络系统的应用方法，其特征在于，

根据从所述多个子站接收的信号中包含的预定信号的内容，判断所述分割的发生。

12.根据权利要求8或9所述的无源光网络系统的应用方法，其特征在于，

在所述多个子站的每一个检测到所述分割的发生时，将该检测通知给所述母站的控制部。

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