CN101888574B - 被动光网系统及其运用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种被动光网系统及其运用方法。该被动光网系统，母站向多个子站广播发送对于发往子站的信号进行时分多路复用而得的帧信号，各子站处理帧信号内发往本站的信号，母站具有：光发送接口，以第一传输速度或者比第一传输速度高的第二传输速度向多个子站发送信号；数据包缓冲存储器，存储发往各个子站的信号；和控制部，根据在该缓冲存储器中存储的信号的量决定向子站中的每一个子站发送的信号的发送定时和传输速度，以该发送定时和传输速度发送信号，同时向各个子站通知该决定的发送定时和传输速度，各个子站具有：接收第一传输速度或第二传输速度的信号的光接收接口；和根据通知的发送定时和传输速度控制光接收接口的控制部。

Description

被动光网系统及其运用方法

技术领域

本发明涉及被动光网系统、光多路复用终端装置以及光网终端装置，尤其涉及多个用户连接装置共享光传输线路的被动光网系统。

背景技术

通信网的高速、宽带化尽管在连接用户的接入网中有很大进展，但是仍然谋求导入在国际电信联盟(以下称ITU-T)的建议G984·3等中规定的被动光网系统(Passive Optical Network System：以下称为PON)。PON是用包含主干光纤和光分裂器和多根支线光纤的被动光网连接相当于与上位的通信网连接的母站的光多路复用终端装置(Optical Line Terminator：以下称OLT)、和相当于收容多个用户的终端(PC或者电话)的子站的光网终端装置(Optical NetworkUnit：以下称ONU)的系统。具体地说，把来自连接在各ONU上的终端(PC其他)的信号，用光信号从支线光纤通过光分裂器在主干光纤上光学(时分)多路复用后向OLT发送，OLT对于来自各ONU的信号进行通信处理，以向上位的通信网发送、或者以向在OLT上连接的其他的ONU发送这样的形式进行通信。

PON的导入，从处理64kbit/秒的低速信号的系统开始，正在进行BPON(Broadband PON)或者以太网PON(EPON)、或者GPON(Gigabit capablePON)的导入，BPON以约600Mbit/秒的速度收发固定长度的ATM单元，EPON以最大约1Gbit/秒的速度收发以太网(注册商标，以下省略注册商标的标记)的可变长数据包，GPON处理更高速的2.4Gbit/秒左右的信号。进而，今后谋求实现能够处理从10Gbit/秒到40Gbit/秒的信号的高速PON。作为实现这些高速PON的方法，正在研究利用与现状的PON同样的时分多路复用多个信号的TDM(Time Division Multiplexing)。此外，使用现状的TDM的PON是这样的结构：在上行(从ONU到OLT)的信号和下行(从OLT到ONU)的信号中使用不同的波长，OLT和各ONU之间的通信，对于各ONU分配通信时间。具体地说，是分配容易处理多种信号(声音、图像、数据等)的脉冲串状的可变长信号(脉冲串信号)的结构。

在上述各PON中，因为在各种场所分散存在的用户住宅中设置ONU，所以从OLT到各ONU的距离不同。亦即因为从OLT到各ONU的由主干光纤和支线光纤组成的光纤的长度(传输距离)不同，所以各ONU和OLT之间的传输延迟(延迟量)不同，即使各ONU以不同的定时发送信号，也有在主干光纤上来自各ONU的光信号彼此冲突·干涉的可能性。因此，在各PON中例如使用在ITU-T的建议G984·3中规定的测距技术，在实施OLT和ONU之间的距离测定后调整各ONU的输出信号，使来自各ONU的信号输出不冲突。另外，OLT，当使用动态带宽分配(Dynamic Bandwidth Assignment：以下称为DBA)技术根据来自各ONU的发送要求决定许可向该ONU发送的信号的带宽时，在考虑在测距中测定的延迟量的基础上，指定向各ONU的发送定时，使来自各ONU的光信号在主干光纤上不冲突·干涉。亦即，PON在系统内管理在OLT和各ONU之间收发的信号的定时的状态下进行通信的运用。

在上述的GPON中，为了在OLT内能够识别和处理来自在主干光纤上多路复用的各ONU的信号，来自各ONU的发送信号被构成为在数据(有时也称载荷)的开头附加由最大12字节组成的防干涉用的隔离时间、在OLT内接收器的信号识别阈值的决定以及时钟提取中利用的前置码以及用于识别接收信号的消耗区段的称为定界符的脉冲串管理字节、和PON的控制信号(有时也称为头部或者头标(header))。另外，各数据是可变长的脉冲串数据，在各数据的开头附加用于处理可变长数据的称为GEM(G-PON EncapsulationMethod(G-PON封装方法))头的头标。

另一方面，为使各ONU能够识别和处理来自OLT的信号，构成为在从OLT向各ONU发送的信号的开头里，在给各ONU发送的时分多路复用数据上附加用于识别开头的帧同步图形、发送监视·维护·控制信息的PLOAM区域、和指示各ONU的信号发送定时的叫做基础(グランド，grand)指示区域的头部(overhead)(有时也称为头标)。另外，在被多路复用的发往各ONU的数据上，与来自ONU的信号相同地附加用于处理可变长数据的GEM头标。OLT使用基础指示区域向各ONU以字节单位指定各ONU的上行发送许可定时(发送开始(Start)和结束(Stop))。该发送许可定时称为基础。另外，当各ONU在该许可定时发送发往OLT的数据时，把这些数据在光纤上进行光学(时分)多路复用，并由OLT接收。

【非专利文献1】ITU-T建议G.984.3

发明内容

PON，像从BPON向GPON转移那样，为处理更高速的信号被开发·导入。已知用于实现PON的信号传输功能的光模块或者LSI的传输速度越快，则消耗的电力越大。例如，为使光模块实现更高的传输速度，使传输速度越高的话流过的电流越大，由此确保必要的带宽。另外，使用CMOS技术的数字信号处理LSI消耗几乎与动作时钟的速度的平方成比例的电力。也就是说今后也存在传输速度越快，则消耗电力越大的倾向。

另一方面，PON的用户，虽然有要求更高速的PON的倾向，但并不是始终需要快的传输速度。不用说在不进行通信的时间带内不要求快的传输速度，在通信中也是在因特网访问中的数据传输中，在下载或者上传大量的图像数据或者大容量文件期间要求快的传输速度，但是在内容的阅览中或者作业中不需要快的传输速度。另外，在数据传输中使用的TCP协议中，当接收一定数目的数据包时需要返送确认信号数据包，数据的发送侧在收到确认信号数据包前不发送后续的数据。亦即，即使在数据传输中运用的实际形式也多是数据通信量成为脉冲串性极高的传输形式。但是，构成当前的PON的光模块或者LSI实质上在不传输数据的时间带内也动作而消耗电力，成为产生电力的显著浪费的原因。因此，要求这样的PON系统，其能够在终端用户通信量小时以低传输速度进行传输，在终端用户通信量大时以高传输速度进行传输。

在PON的上行方向上，因为是对从各子站以脉冲串状输出的信号进行时分多路复用的结构，所以通过使在各子站中发送的信号的传输速度根据通信量变化，能够减低消耗电力。另一方面，PON的下行方向，是连续向全部子站广播发送各子站的信号被多路复用后的帧的结构，是对于某一子站来说是也接收不是发往自己的信号的结构。亦即，因为在发往其他站的信号到来时光模块等部件也连续地动作而消耗电力，所以如果能够减低该时间带内的消耗电力，则更加推进PON的低消耗电力化。本发明鉴于上述这点提出的，其目的是实现一种在能够使传输速度不同的信号混在一起并加以运用的PON中，尤其在下行方向上通过根据终端用户的通信量来切换传输速度，能够尽量减低消耗电力的浪费。

为解决上述问题，在本发明的被动光网系统中，母站对于从上位网接收到的发往多个子站的信号进行时分多路复用而得的帧信号经向多个子站广播发送，多个子站中的每一个子站从接收帧信号中对发往本站的信号进行处理，其中，母站具有：光发送接口，以第一传输速度或者与该第一传输速度相比高的第二传输速度向多个子站发送信号；数据包缓冲存储器，使从上位网接收到的信号与作为该信号的发送目的地的多个子站中的每一个子站对应起来进行存储；和控制部，根据在数据包缓冲存储器中存储的信号的量，决定向多个子站中的每一个子站发送的信号的发送定时和传输速度，以该发送定时和传输速度从所述光发送接口向该多个子站中的每一个子站发送信号，并且向该多个子站中的每一个子站通知该决定了的发送定时和传输速度，所述多个子站中的每一个子站具有：光接收接口，接收第一传输速度或第二传输速度的信号；和控制部，根据由母站通知的发送定时和传输速度，控制光接收接口。

进而，母站的控制部，当根据从上位网接收的、向所述多个子站中的每一个子站发送的信号的量，决定向任意的子站发送的信号的量时，在该发送的信号的量低于以第一传输速度能够传输的最大传输量的场合，把母站的信号的传输速度决定为第一传输速度，在发送的信号的量高于以第一传输速度能够传输的最大传输量的场合，把发往多个子站内的任意的子站的信号传输速度决定为第二传输速度。

根据本发明，在能够以时分方式使下行传输速度不同的多个信号混在一起并加以运用的PON中，能够实现根据终端用户通信量尽量减低消耗电力的浪费的被动光网系统。

附图说明

图1是表示使用PON的光接入网的结构例的网状结构图。

图2是表示从OLT到ONU的下行信号的结构例的帧结构图。

图3是表示ONU的结构例的框图。

图4是表示光接收接口的结构例的框图。

图5是表示OLT的结构例的框图。

图6是表示下行数据包缓冲存储器的结构例的框图。

图7是说明OLT控制部的结构和动作例的说明图。

图8是表示OLT控制部的动作例的动作流程图。

图9同样是表示动作例(其二)的动作流程图。

图10同样是表示动作例(其三)的动作流程图。

图11是表示在OLT中具有的各表的结构例的存储器结构图。

图12是表示下行信号的其他结构例的帧结构图。

图13同样是表示其他结构例的帧结构图。

图14同样是表示其他结构例(其二)的帧结构图。

图15同样是表示其他结构例(其三)的帧结构图。

图16是表示OLT控制部的其他动作例(其一)的动作流程图。

图17同样是表示动作例(其二)的动作流程图。

图18是表示分配字节长度表的其他结构例的存储器结构图。

图19是表示发送定时表的别的结构例的存储器结构图。

符号说明

10PON，              100分裂器，

110、120光纤，       130下行信号，

140、150上行信号，   200 OLT

300 ONU，            400、410终端

700控制部，          708下行带宽控制部

731字节长度决定部，  735发送定时决定部

733分配字节长度表，  734发送定时表

具体实施方式

下面使用附图以ITU-T建议G984.3中规定的GPON、和预想今后导入的用下一代GPON提高传输速度的10GPON混存的PON的结构和动作为例，详细说明本实施形态的PON的结构和动作。

以下的说明，和GPON同样，假设了以TDM来处理可变长的数据的结构的PON，以从OLT到各ONU的下行数据的传输速度是10Gbit/秒(为9.95328Gbit/秒，但是在下面称10Gbit/秒)和2.4Gbit/秒(为2.48832Gbit/秒，但是在下面同样称2.4Gbit/秒)的混合结构、另外从ONU到OLT的上行数据的传输速度是1.2Gbit/秒(为1.24416Gbit/秒，但是在下面同样称1.2Gbit/秒)的一种例子进行说明。另外，这些传输速度等的数值是一例，其他的传输速度也可以，本实施形态不限于该数值。另外，下行传输速度也可以是3个以上，上行传输速度也可以是多种混合的结构。

图1是表示使用本发明的PON的光接入网的结构例的网结构图。

接入网1例如是通过PON10连接作为上位的通信网的公共通信网(PSTN)/因特网20(以下有时称上位网)、和用户的终端(Tel：400、PC：410等)进行通信的网。PON10具有与上位网20连接的OLT(以下有时称母站)200、和收容用户的终端(电话(Tel)400、PC410等)的多个ONU(以下有时称子站)300。用具有主干光纤110、光分裂器(splitter)100和多条支线光纤120的光被动网来连接OLT200和各ONU300，进行上位网20和用户终端400、410之间的通信、或者用户终端400、410彼此之间的通信。ONU300是例如能够在10GPON或GPON的两者都能使用的ONU(例如是对于下行可发送10Gbit/秒、2.4Gbit/秒两者的ONU，以下有时也称2.4G/10GONU)。在该图中，在OLT200上连接了5台ONU300。另外，OLT200上可连接的ONU的数目，根据ITU-T建议G984.3的话最多是254台。

对发往各ONU300的信号进行时分多路复用后广播发送从OLT200到各ONU300的下行信号130。然后，各ONU300判定到达的帧是否是本身的传输速度，或者是否是发往本站的信号后接收信号。ONU300根据信号的发送目的地向电话400或者PC410发送接收信号。另外，从各ONU300到OLT200的上行信号140，成为下述信号经由光分裂器100被光学时分多路复用而得到的光多路复用信号140，被发送给OLT200，上述信号是从ONU300-1传输的上行信号150-1、从ONU310-2传输的上行信号150-2、从ONU300-3传输的上行信号150-3、从ONU300-4传输的上行信号150-4、从ONU300-n传输的上行信号150-n。由于各ONU300和OLT200之间的光纤长度不同，所以信号140成为振幅不同的信号被多路复用的形状。另外，下行信号使用例如波长为1.5μm的光信号，上行信号140、150使用例如波长为1.3μm的光信号，把这两个信号在相同的光纤110、120上进行波长多路复用(WDM)后进行收发。

图2是表示下行信号的结构例的帧结构图。

下行信号130(以下有时称为下行帧或者只称为帧)是ITU-T建议G984.3中规定的125μ秒周期的结构，是重复传输能够以任意比率混合收容2.4Gbit/秒和10Gbit/秒的信号的2.4G/10G混合帧20的信号。各帧20由帧同步图形(pattem)21、PLOAM(Physical Layer Operation、Administration andMaintenance(物理层操作、管理和维护))22、基础(グラント，grand)指示23、帧载荷(frame payload)24组成。帧同步图形21是各ONU300用于识别125μ秒周期的帧的开头的固定图形。PLOAM22存储OLT200在各ONU300的物理层的管理中使用的信息。基础指示23在后面详细说明，用于向ONU300指示信号发送定时和传输速度。在本帧中，到帧同步图形21、PLOAM22、基础指示23的区域以2.4Gbit/秒的速度传输。另一方面，在帧载荷24中存储从OLT200到各ONU300的用户信号，与各ONU300对应，混合收容2.4Gbit/秒的信号和10Gbit/秒的信号。

基础指示23进一步由上行基础指示30和下行基础指示31构成。上行基础指示30用于指示各ONU300的上行信号发送定时(基础)，更详细地说，对于作为各ONU300的内部的用户信号控制单位的每一TCONT指示基础。另一方面，下行基础((グラント，grand)指示31，与ITU-T建议G984.3的规定不同地导入本发明，关于从OLT向ONU发送的在帧载荷24中存储的数据，对于每一发送目的地ONU号码通知其传输开始时间和传输结束时间以及传输速度。

该图是表示与图1的网结构对应的帧20的结构例的图，表示用于控制ONU300-1的ONU-ID#1用信号40a、用于控制ONU-2的ONU-ID#2用信号40b、用于控制ONU-3的ONU-ID#3用信号40c。各ONU用信号40由用于识别ONU的ONU-ID41、表示信号的发送开始定时的Start42和表示发送结束定时的End43、和传输速度指定区域44构成。传输速度指定区域44指示在下行信号中使用2.4Gbit/秒的信号或10Gbit/秒的信号中的哪一个的区域。另外，Start42和End43关于上述两个速度的信号表示发送开始定时和发送结束定时，但是采用通过作为在上行下行中最慢的传输速度的1.2Gbit/秒的信号速度中的字节数来指定时间单位，用2字节单位表示2.4Gbit/秒信号的时间单位，用8字节单位表示10Gbit/秒信号的时间单位。这是因为如果这样规定的话，能够在一种表示中运用多个速度不同的信号。OLT200，周期性地向各ONU300发送基础指示22，指示向各ONU传输哪个下行数据。该Start42和End43是表示在OLT200发送基础指示的各周期中在哪个定时里开始和结束数据的接收比较合适的信息。在该指定的区间内ONU300以在传输速度指定区域30中指定的传输速度接收下行信号。另外，代替End43，也可以指定要发送的数据的数据长度，指示从Start42的定时开始发送指定的数据长度的数据。

通过该Start42、End43以及传输速度指定区域44的组，通知在载荷23中存储的发往ONU#1的信号载荷32的开始位置、结束位置、传输速度。在后面要说明的ONU300的内部，使用该下行基础指示来检测自己应该接收的信号的时间区间和传输速度，控制内部的光接收接口，接收指定的传输速度的信号。以下，关于发往ONU#2的信号载荷33、发往ONU#3的信号载荷34也相同，在本图中图示了发往ONU#1的信号载荷32是2.4Gbit/秒，发往ONU#2的信号载荷33以及发往ONU#3的信号载荷34是10Gbit/秒的场合。

在上述的说明中，在帧周期的125μ秒中能够发送的总字节数，当取传输速度为2.4Gbit/秒时是311040字节。当给帧同步图形21分配4字节、给PLOAM22分配16字节、给基础指示23分配16字节×ONU32台数量的256字节合计532字节时，帧载荷24取传输速度为2.4Gbit/秒时，有311040字节-532字节＝310508字节的传输容量。另外，当在帧载荷24中收容全部的10Gbit/秒的信号时，能够收容310508字节×4＝1242032字节的信号。

图3是表示在本发明的PON中使用的ONU的结构例的框图。

ONU300由WDM滤波器501、接收部540、发送部541、控制部511、用户接口(IF)508构成。接收部540由光接收接口502、PON帧分离部505、帧分配部506、数据包缓冲存储器507构成。另外，发送部541由数据包缓冲存储器509、发送控制部510、PON帧生成部504、光发送接口503、队列(queue)长度监视部530构成。发送部541的动作时钟，通过下行10G时钟生成部542供给。接收部540的动作时钟，通过选择部545选择下行10G时钟生成部543以及下行2.4G时钟生成部544中的任何一个的输出供给。该选择器控制由通过控制部511读取的来自OLT200的传输速度指示(图2的44)来决定。

从支线光纤接收的光信号，在用WDM滤波器501进行波长分离后，用光接收接口502变换为电气信号，经过后面用图6来说明的过程后成为数字位列。光接收接口502能够以10Gbit/秒以及2.4Gbit/秒的两种传输速度处理光接收信号，控制部511进行选择控制，使光接收接口502通过由OLT200指示的传输速度(图2的44)来接收信号。接着在PON帧分离部505进行图2中说明的信号的分离。具体地说，向控制部511发送PLOAM区域22以及基础指示区域23的信号，把帧载荷区域24的信号中的通过来自OLT200的传输范围指示(图2的41、42以及43)判断是发给自己的部分发送给帧分配部506，从帧分配部506输出的用户信号暂时存储在数据包缓冲存储器507-1以及数据包缓冲存储器507-2中后，分别经由用户IF 508-1以及用户IF 508-2后输出。

另外，从用户IF 508-1以及用户IF 508-2输入的信号，分别暂时时存储在数据包缓冲存储器509-1以及数据包缓冲存储器509-2中，根据发送控制部510的控制被读出，在PON帧生成部504中组装成数据包。队列长度监视部530监视数据包缓冲存储器509的使用量。缓冲存储器使用量信息在上行信号中存储，传输给OLT，OLT200根据该信息进行DBA，控制发行的基础((グラント，grand))量。由PON帧生成部504组装的信号，在光发送接口503变换为光信号，经过WDM滤波器501向支线光纤120发送。发送控制部510根据从控制部511中提取的基础(グラント，grand)值进行向OLT发送信号的控制。另外，上述的ONU300的各功能块用在CPU或者存储器中存储的固件实现，或者用电/光变换电路·存储器·放大器这样的电气部件等实现。另外，也可以通过把这些功能特殊化为各处理的专用的硬件(LSI等)来实现。进而，ONU300的结构不限于上述说明，也可以适当根据需要进行各种功能的安装。

图4是表示光接收接口502的详细的结构例的框图。

给在高电压可变偏压源401上连接的APD402用高电压被反向偏置，通过雪崩效应来对接收的光信号进行放大后变换为电流。通过该放大作用，在超过1Gbit/秒的高速信号作为-30dBm左右的微弱的光信号来被输入的场合，也能够正确地识别数据。通过由电阻403、404和放大器406构成的传输阻抗放大器(TIA)对变换后的电流进行电压变换。接着把通过可变增益放大器407放大后的信号用触发器410变换为数字位列。这里，通过从多相时钟发生电路408的输出中选择最接近信号的最佳识别点的时钟的最佳相位选择电路409生成输入到触发器410的时钟。在上述结构中，高电压可变偏压源401通过来自控制部511的控制来输出与传输速度对应的偏置电压，适当放大接收信号。另外，开关405通过来自控制部511的控制了进行与传输速度对应的电阻403以及404的选择，决定带宽和传输阻抗增益。可变增益放大器407根据来自控制部511的控制来设定与传输速度对应的增益。多相时钟发生电路408通过来自控制部511的控制来输出与传输速度对应的频率的多相时钟，最佳相位选择电路409通过来自控制部511的控制来选择与传输速度对应的最接近最佳识别点的时钟。

图5是表示在本发明的PON中使用的OLT的结构例的框图。

OLT200由网IF部607、控制部700、发送部710、接收部711、WDM606构成。发送部710由下行数据缓冲存储器701、下行信号处理部702、光发送接口703构成。另外，接收部711由光接收接口704、上行信号处理部705、上行数据缓冲存储器706构成。通过上行1.2G时钟生成部712供给接收部711的动作时钟。通过选择器715选择下行10G时钟生成部713以及下行2.4G时钟生成部714中的任何一个的输出来供给发送部710的动作时钟。通过下行带宽控制部708来进行该选择控制。后面使用附图详细说明具体的传输速度的决定方法。

下行数据缓冲存储器701暂时存储从上位网20通过网IF部607接收的数据。下行信号处理部702进行为了向ONU300中继来自上位网20的光信号而必要的处理。在该框中进行图2中说明的下行帧的组装，通过后面要说明的方法，由下行带宽控制部708输出的基础(图2的31)存储在下行帧内。光发送接口703把电信号变换为光信号，经由光信号IF部606向ONU发送光信号(下行信号)。光接收接口704把从ONU300经由光信号IF部606接收到的光信号变换为电信号。上行信号处理部705进行为了向上位网20中继来自ONU300的信号而必要的处理。上行数据缓冲存储器706暂时存储经由网IF部607向上位网20发送的数据。控制部700与上述各功能模块连接，执行为与多个ONU300进行通信(监视·控制等)而必要的各种处理。另外，也有中继上位网20和ONU300之间的信号的功能。

上行带宽控制部707，在预定的每一DBA周期里，进行对于在该周期内OLT200所收容的各个ONU300(TCONT)决定分配哪个通信带宽的动态带宽分配处理。下行带宽控制部708，在预先规定的每一周期里，决定对于在该周期内OLT200收容的各个ONU300传输哪个信号。控制部700，与在PON中所具有的控制板(例如由PC构成的维护终端)进行通信，预先在控制部中设定控制所需要的参数(例如ONU的加入条件、合同通信量等)，或者根据维护者的要求接收监视信息(例如故障发生状况或者向各ONU的许可发送数据量等)。

此外，上述的OLT200的各功能模块，通过在CPU或存储器中存储的固件来实现，或者通过电/光变换电路·存储器·放大器等电气部件等实现。另外，也可以通过把这些功能特殊化为各处理的专用的硬件(LSI等)实现。

图6是表示OLT中具有的下行数据包缓冲存储器701的结构例的块结构图。

下行数据包缓冲存储器701由分配部721、多路复用部722、队列长度监视部723、缓冲存储器读出控制部724、数据包缓冲存储器725构成。从上位网20经由网IF部607接收的数据，例如参照VLAN的标签等按各个发送目的地ONU分配，在各个ONU中所具有的数据包缓冲存储器725中暂时存储。队列长度监视部723监视各数据包缓冲存储器725的队列长度，通知下行带宽控制部708。缓冲存储器读出控制部724根据来自下行带宽控制部708的指示，从指示的数据包缓冲存储器725中读出指示的量的数据，经由多路复用部722向后段发送。

图7是说明OLT中所具有的下行带宽控制部708的结构和动作例的说明图。另外，图8、图9以及图10是表示各个OLT的控制部动作例的动作流程图。另外，图11是表示控制部生成的各表的结构例的存储器结构图，是表示存储对每一ONU分配的带宽(字节数)的分配字节长度表733、和存储每一ONU的信号发送定时和使用传输速度的发送定时表734的结构例的存储器结构图。

下面使用这些附图详细说明本发明的PON的动作和结构，具体地说，详细说明OLT实施的、向各ONU的带宽分配和使用传输速度的决定动作和结构。

(1)字节长度决定部731从队列长度监视部723中接收作为在下行带宽控制周期内(在本实施例中是0.125m秒)向各ONU300在数据包缓冲存储器725内存储的数据的量的队列长度(图8：801)。

在字节长度决定部731中，因为根据合同由维护者从控制板(参照图5)设定了作为在ONU中可能许可的最大带宽参数的策略(policer)带宽，所以根据上述接收的队列长度和预先设定的策略带宽的值，决定向各ONU300发送的数据包数(下行通信带宽)，制作把作为各ONU的识别符的ONU-ID与发送的字节长度对应起来的分配字节长度表733，并在存储部732中存储(图7：(1)、图8：802)。

此外，如图11所示，分配字节长度表733存储作为ONU的识别符的ONU-ID901、和发送给ONU的字节长度902。

(2)发送定时决定部735，进行以下的运算来决定在下行帧的载荷(图2的24)内以10Gbit/秒发送多少字节、以2.4Gbit/秒发送多少字节。

如上所述，在2.4G/10G混合帧20的帧载荷24中当全部收容2.4Gbit/秒的信号时可以收容310508字节的信号。假设在上述(1)中给各数据包缓冲存储器725分配的字节长度的总和为X，假设在上述帧载荷24中全部收容2.4Gbit/秒的信号时的310508字节为Y。这里，在(1)中分配的字节长度的总和中，当设以2.4Gbit/秒发送的字节数为A，以10Gbit/秒发送的字节数为B时，在帧载荷24中全部以X字节占用的状况下下式成立。

A+B＝X      (式1)    A+B/4＝Y  (式2)

解此联立方程式，作为解得到

A＝(4Y-X)/3 (式3)    B＝X-A    (式4)

。因此，首先通过(式3)计算以2.4Gbit/秒传输的字节长度A(式中进位为8的倍数，图8：803)，接着通过(式4)计算以10GbiU秒传输的字节长度B(式中进位为2的倍数，图8：804)。之所以进行进位处理，是因为如在图2中说明的那样，采用以作为通过上行下行后最慢的传输速度的1.2Gbit/秒的信号速度中的字节数来指定时间单位，2.4Gbit/秒信号的时间单位用2字节单位表示，10Gbit/秒信号的时间单位用8字节单位表示。如果进位后的A+B/4大于Y，则舍去B的小数部分(图8：805)。但是，在X＜Y的场合，上式不成立，可以全部用2.4Gbit/秒传输。

(3)发送定时决定部735，读出分配字节长度表733的内容(图7：(2))，在帧周期内分配与向各ONU发送的字节长度902对应的时隙，制作把ONU-ID和在各帧周期内分配的字节长度范围对应起来的发送定时表734，并在存储部732中存储。(图7：(3)、图8：806)。

(4)根据发送定时表734，向下行信号处理部702转交并发送下行基础值(图8：807)。

图9是表示在处理802中执行的、决定向各ONU发送的字节数的动作的动作流程图。

如下地进行发往ONU的发送字节数的决定，首先，从ONU-ID＝1开始决定(901)。

用L＝(该ONU的策略设定周期)×(带宽控制周期＝0.125m秒)(式5)来求策略容许字节长度L(902)。这里，比较发往运算对象ONU的队列长度和策略容许字节长度L的值(903)，如果队列长度大，则使发往该ONU的分配字节长度取L的值(904)。另外，如果队列长度小，则将发往该ONU的分配字节长度作为队列长度(905)。到成为最后的ONU-ID为止重复该动作(906，907)。

图10是表示在处理806中执行的、决定发送定时的动作的动作流程图。

(E1)最初以字节长度小的顺序重新排列分配字节长度表733的行(1001)。为了对发送数据量少的ONU300分配尽可能低的传输速度而实施该处理。在重新排列后，从分配字节长度表733中读入ONU-ID的最初分配字节长度(1002)。这里，把传输速度设定为2.4Gbit/秒(1003)，在Start中代入1(1004)。

(E2)通过Start-1+字节长度/2来计算End，在运算对象ONU-ID的行中写入Start值(1005)。比较运算得出的End值与A/2的值(A是在图8中已说明的以2.4Gbit/秒发送的字节数)(1006)，如果End值小，则在运算对象ONU-ID的行中写入End值，接着参照下一个ONU-ID，在Start中代入End+1(1007)，重复运算。

(E3)如果End值大，则把传输速度设定为10Gbit/秒(1008)，在运算对象ONU-ID的行中作为End来写入A/2后，在Start中代入字节长度/2-a/2-先前的Start值，把新的Start值写入同一ONU-ID的新的行中(848)

(E4)通过Start-1+字节长度/8来计算End，把End值写入运算对象ONU-ID的行中(1009)。

(E5)在全部ONU-ID的运算结束之前重复(1010～1012)。

如上所述，通过对于发送的数据量少的ONU使用尽可能低的传输速度进行数据传输，能够减低传输带宽小的ONU的消耗电力。图11表示在发送定时表734中写入执行本运算决定的发送定时等的结果的一例。

图12是表示下行信号的其他结构例的帧结构图。

与前面说明的帧的结构不同，在帧载荷24的最末尾具有以2.4Gbit/秒传输的虚拟载荷(ダミ一ペイロ一ド、dummy payload)34。这是因为在ONU300的光接收传输接口中使用在图4中所述那样的电路的场合，当传输速度从10Gbit/秒向2.4Gbit/秒变化时，为追随该变化与之同步而有时需要数百n秒到数μ秒的时间。接续某帧的帧同步图形20是全部ONU300必须要接收的周期信号。通过插入虚拟载荷34，能够确保各ONU300的光接收传输接口用于同步的时间，可靠地接收同步图形20。作为虚拟载荷34的具体的值，使用对于信号振幅调整以及时钟同步两者都合适的“10”交替的结构是最适合的，但是并不限于该值。另外，虚拟载荷34的长度，只要结合所使用的光接收电路的特性而预先设定即可。

图13也是表示下行信号的其他结构例的帧结构图。在该结构中，在帧载荷24中在邻接的发往ONU的载荷的传输速度变化时也插入虚拟载荷35。在本图中，在传输速度是2.4Gbit/秒的发往ONU#1的信号载荷32、和传输速度是10Gbit/秒的发往ONU#2的信号载荷33之间也插入了虚拟载荷35。在使用该图的结构的帧的场合，使ONU#2动作，监视下行基础区域31的ONU-ID#2的Start值，等待10Gbit/秒的信号被接收的定时，捕捉接收光接口的同步。此外，也可以构成为监视下行基础区域31的ONU-ID#1的End值和ONU-ID#2的Start值，从ONU-ID#1的End值之后立即开始接收光接口的再同步，经过虚拟载荷35的时间来确立光接收接口的同步，有容易应用从以前开始所使用的连续光传输用的设备的优点。

图14也是表示下行信号的其他结构例的帧结构图。在该结构中，在所有发往ONU的载荷的交替处插入虚拟载荷35。当使用该帧时相应于多个虚拟载荷35的数量削减能够发送的(分配的)数据的量，但是各ONU300可以在直到接收发往自己的信号之前使光接收接口停止，利用虚拟载荷35进行接收光接口的同步。因此有能够削减消耗电力的可能性。

图15也是表示下行信号的其他结构例的帧结构图。在该结构中，存在以2.4Gbit/秒传输的帧和以10Gbit/秒传输的帧这两种帧。而且调整各帧的发送频度，实施传输速度的最优化。

下面说明使用该帧时的带宽分配的方法。图16是表示OLT控制部的其他动作例的动作流程图，是在下行信号中使用图15中表示的帧时的向各ONU300的分配下行信号的动作例的动作流程图。

在本动作例中，因为由4个帧周期(各125μ秒)构成一个带宽控制周期(0.5m秒)，所以在传输速度是2.4Gbit/秒的场合，当使用先前说明的数值例时，以一个带宽控制周期可发送的字节数为310508字节×4周期＝1242032字节。亦即，如果作为来自全部ONU的待发送数据量的队列长度的总和在1242032字节以内，则能够以2.4Gbit/秒的传输速度发送全部分配数据。如果队列长度的总和比1242032字节大，则因为以2.4Gbit/秒的传输速度不能够发送全部的请求数据，所以需要把传输速度提高到10Gbit/秒。

这里，在构成一个带宽控制周期的4个帧周期中，在3个以传输速度2.4Gbit/秒、剩余的一个以传输速度10Gbit/秒传输的场合，在带宽控制周期中可发送的字节数可以提高到310508×3周期+1242032×1周期＝15522540字节。同样，在4个帧周期中，在以传输速度2.4Gbit/秒传输2个帧、以传输速度10Gbit/秒传输剩余的2个帧的场合，在带宽控制周期中可发送的字节数可以提高到310508×2周期+1242032×2周期＝3105080字节。进而，在4个帧周期中，在以传输速度2.4Gbit/秒传输1个帧、以传输速度10Gbit/秒传输剩余的3个帧的场合，在带宽控制周期中可发送的字节数可以提高到310508×1周期+1242032×3周期＝4036604字节。最后，在4个帧周期中全部以传输速度10Gbit/秒传输的场合，在带宽控制周期中可发送的字节数可以提高到1242032×4周期＝4968128字节。

因此，发送定时决定部735，根据从分配字节长度表733‘得到的分配字节长度的总和，如下地决定传输速度，在发送定时表734’的各个的帧周期(以下有时也称基础周期)内输入传输速度的值。

(A)判定是否有分配字节长度的总和≤1242032(图16：1103)，在Yes的场合，把全部基础周期决定为2.4Gbit/秒的速度(图16：1104)。

(B)判定是否有1242032＜分配字节长度的总和≤1552540(图16：1105)，在Yes的场合，把第一～第三基础周期决定为2.4Gbit/秒的速度，把第四基础周期决定为10Gbit/秒的速度(图17：1106)。

(C)判定是否有1552540＜分配字节长度的总和≤3105080(图16：1107)，在Yes的场合，把第一·第二基础周期决定为2.4Gbit/秒的速度，把第三·第四基础周期决定为10Gbit/秒的速度(图17：1108)。

(D)判定是否有3105080＜分配字节长度的总和≤4036604(图17：1109)，在Yes的场合，把第一基础周期决定为2.4Gbit/秒的速度，把第二～第四基础周期决定为10Gbit/秒的速度(图17：1110)。另外，在No的场合，把全部基础周期决定为10Gbit/秒的速度(图17：1111)。

(E)当已决定了各基础周期的传输速度时，数据发送许可部735，参照在分配字节长度表733‘中存储的字节长度(在图18：902中叙述详情)，对于各ONU决定在基础周期内发送数据的时隙的，生成发送定时表734的值(图16：806’(详细动作例后述))。此时，在使用2.4Gbit/秒的传输速度的基础周期中，使分配字节长度表中的分配字节数成为用2除于后得到的数，另外在使用10Gbit/秒的传输速度的基础周期中，使分配字节长度表中的分配字节数成为用8除于后得到的数。

图17也是表示OLT控制部的其他动作例的动作流程图，表示在图16的处理806‘中执行的、决定发往各ONU300的数据发送定时的动作例。8是表示处理1112的详细步骤的实施例。

(E1)最初以字节长度小的顺序重新排列分配字节长度表733’的行(1301)，从分配字节长度表733’中读出最初的ONU-ID的字节长度(1302)。

(E2)从最初的基础周期的发送定时表734‘的行开始进行运算(1303)，判定在该基础周期中速度是否是2.4Gbit/秒(1304)，如果是Yes，则在以后的运算中用2除字节长度(1305)；如果是No，则因为传输速度是10Gbit/秒所以在以后的运算中用8除字节长度，换算为成为与1.2Gbit/秒相同的时间宽度的字节值后继续进行运算(1306)。此外，在进行除法运算时进位小数点以下的小数部分。接着，在Start中代入0，将其值写入运算对象ONU-ID的行中(1307)。

(E3)判定是否有Srart-1+字节长度≤155253(1308)，如果是Yes，则在End中代入Srart-1+字节长度，在运算对象ONU-ID的行中写入End，在运算对象ONU-ID上加1，而且在Start中代入End+12+1，在新运算对象ONU-ID的行中写入Start(1309)。

(E4)如果判定(1308)是No，则在End中代入19439，在运算对象ONU-ID的行中写入End，在字节长度←中代入Start-1+字节长度-155253(1310)，通过循环到处理1304来进入下一基础周期的表计算。

(E5)在循环重复上述处理后，判定全部ONU-ID的运算是否结束(1311)，如果是Yes，则为了进行下一DBA周期中的运算，将在最初的ONU-ID中设定的值移出1个后存储，结束该处理。如果判定(1311)是No，则返回处理1308。

图18是表示在遵照图16和图17的动作流程图的控制中生成的分配字节长度表733‘的结构例的存储器结构图。另外，图19是表示相同的发送定时表734’的结构例的存储器结构图。

在图18和图19中，表示根据来自各ONU的队列长度，将发往各ONU的分配字节长度如(a)～(e)那样变化并进行分配的例子。具体地说，表示与各ONU对应的下行数据包缓冲存储器725的队列长度与(a)～(e)相对应地增加、向各ONU发送的字节数和带宽分配周期中的总分配字节数增加的状况的例子。

在上述动作例中，说明用4个帧周期构成一个带宽控制周期、在每一帧周期切换传输速度的例子，但是通过用更多帧周期构成一个带宽控制周期、更细地切换传输速度，能够选择最接近给全部ONU分配的字节数的总和的传输速度的组合，而且能够尽可能降低传输速度，使全体的消耗电力最小化。

Claims (9)

1.一种被动光网系统，其中，通过由光分裂器以及多条光纤组成的光纤网连接了母站和多个子站，所述母站对于从上位网接收到的发往所述多个子站的信号进行时分多路复用而得的帧信号经由所述光纤网向所述多个子站广播发送，所述多个子站中的每一个子站接收所述帧信号，并对发往本站的信号进行处理，其特征在于，

所述母站具有：

光发送接口，以第一传输速度或者与该第一传输速度相比高的第二传输速度向所述多个子站发送信号；

数据包缓冲存储器，使从所述上位网接收到的信号与作为该信号的发送目的地的所述多个子站中的每一个子站对应起来进行存储；和

控制部，根据在所述数据包缓冲存储器中存储的信号的量，决定向所述多个子站中的每一个子站发送的信号的发送定时和传输速度，以该发送定时和传输速度从所述光发送接口向该多个子站中的每一个子站发送信号，并且向该多个子站中的每一个子站通知该决定了的发送定时和传输速度，其中，

所述母站的控制部，根据在所述数据包缓冲存储器中存储的信号的量，决定向所述多个子站的每一个子站发送的信号的量，

在所述决定的信号的量低于用所述第一传输速度能够传输的最大传输量的场合，把向包含在载荷内的所述多个子站发送的信号的传输速度决定为该第一传输速度，在该决定的信号的量高于用所述第一传输速度能够传输的最大传输量的场合，把向包含在载荷内的所述多个子站内的任意的子站发送的信号的传输速度决定为所述第一传输速度，把向包含在载荷内的所述任意的子站以外的子站发送的信号的传输速度决定为第二传输速度，

所述多个子站的每一个子站具有：

光接收接口，接收所述第一传输速度或所述第二传输速度的信号；和

控制部，根据由所述母站通知的所述发送定时和传输速度，控制所述光接收接口。

2.根据权利要求1所述的被动光网系统，其特征在于，

所述母站的控制部具有：

带宽控制部，用于根据在所述数据包缓冲存储器中存储的信号的量，在每一规定周期里决定发送给所述多个子站中的每一个子站的信号的量；和

发送定时控制部，用于根据所述决定了的信号的量，决定发送所述信号的母站的发送定时和传输速度。

3.根据权利要求1至2中任何一项所述的被动光网系统，其特征在于，

由所述母站决定的传输速度的信息，与所述母站决定的发送定时的信息一起被插入从该母站向所述多个子站发送的帧信号的控制信号区域内，以所述第一传输速度通知给该多个子站的每一个子站。

4.根据权利要求1或2所述的被动光网系统，其特征在于，

所述母站的控制部，在决定对发往所述多个子站的信号进行时分多路复用的发送定时时，在被时分多路复用的最后一个发往子站的信号之后插入由多个字节构成的虚拟信号。

5.根据权利要求4所述的被动光网系统，其特征在于，

所述母站的控制部，在决定对发往所述多个子站的信号进行时分多路复用的发送定时时，在任意的发往子站的信号之后进行多路复用的下一发往子站的信号的传输速度变化的场合，在该下一发往子站的信号之前插入由多个字节组成的虚拟信号。

6.根据权利要求5所述的被动光网系统，其特征在于，

所述母站的控制部，在决定时分多路复用发往所述多个子站的信号的发送定时时，在发往各子站的信号之间插入由多个字节构成的虚拟信号。

7.根据权利要求1所述的被动光网系统，其特征在于，

在所述数据包缓冲存储器中存储的信号的量为在决定了所述第一传输速度的场合能够发送所述载荷中的全部的容量的第一信号量和在决定了所述第二传输速度的场合能够发送所述载荷中的全部的容量的第二信号量之间的值的场合，所述控制部决定用所述第一传输速度发送的信号的量和用所述第二传输速度发送的信号的量，以使所述第一传输速度发送的信号的量尽可能多，并使用所述载荷的容量发送存储在所述数据包缓冲存储器中的全部的信号的量。

8.一种被动光网系统的运用方法，在所述被动光网系统中，通过由光分裂器以及多条光纤组成的光纤网连接母站和多个子站，所述母站对于从上位网接收到的发往所述多个子站的信号进行时分多路复用而得的帧信号通过所述光纤网对于所述多个子站广播发送，所述多个子站中的每一个子站接收所述帧信号，并对发往本站的信号进行处理，其特征在于，

所述母站，根据向所述多个子站中的每一个子站发送的信号的量，在每一规定周期里决定从该母站向该多个子站中的每一个子站发送的信号的发送定时、以及第一传输速度或比该第一传输速度高的第二传输速度中任何一个的传输速度，在该多个子站中的每一个子站中执行在该决定的发送定时和传输速度下的信号发送、和该决定的发送定时和传输速度的通知，其中，

所述传输速度的决定，在所述发送的信号的量低于以所述第一传输速度能够传输的最大传输量的场合，把向包含在载荷内的所述多个子站发送的信号的传输速度决定为第一传输速度，

在该发送的信号的量高于以所述第一传输速度能够传输的最大传输量的场合，把包含在载荷内的发往该多个子站内的任意子站的信号的传输速度决定为所述第一传输速度，把向包含在载荷内的所述任意的子站以外的子站发送的信号的传输速度决定为第二传输速度，

所述多个子站中的每一个子站，根据由所述母站通知的所述发送定时和传输速度，接收所述第一传输速度或者第二传输速度的信号。

9.根据权利要求8所述的被动光网系统的运用方法，其特征在于，

在所述母站的数据包缓冲存储器中存储的信号的量为在决定了所述第一传输速度的场合能够发送所述载荷中的全部的容量的第一信号量和在决定了所述第二传输速度的场合能够发送所述载荷中的全部的容量的第二信号量之间的值的场合，所述母站的控制部决定用所述第一传输速度发送的信号的量和用所述第二传输速度发送的信号的量，以使所述第一传输速度发送的信号的量尽可能多，并使用所述载荷的容量发送存储在所述数据包缓冲存储器中的全部的信号的量。

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