CN104937884A - 光接入系统和光接入系统的动态波长带宽分配方法 - Google Patents

光接入系统和光接入系统的动态波长带宽分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供波长切换方法，在波长可调谐WDM/TDM-PON中，实现使用多请求方式等固定周期的动态波长带宽分配时，能够抑制上行信号的传输延迟和突发性的增加，即能够将分配周期的增加抑制为最小限度。本发明分为DBA周期和动态波长分配周期，在所述DBA周期中，ONU请求上行信号的带宽，由此OLT计算发送上行信号的时刻和发送持续时间并进行指示，ONU根据上述指示发送上行信号，在所述动态波长分配周期中，OLT指示切换波长，ONU切换波长、改变为所属于其他LC。此外，在ONU切换波长的期间，不切换波长的ONU能够实施多次DBA周期，并且在波长切换后并确认波长切换后以切换后的波长进行DBA动作。

Description

光接入系统和光接入系统的动态波长带宽分配方法
技术领域
本发明涉及将波长复用和时分复用进行组合的PON(Passive OpticalNetworks)中的波长和带宽的分配方法。
背景技术
伴随近年来互联网的快速普及，对访问服务系统的大容量化、高度化、经济化的需求增加，作为实现上述需求的方法，不断进行了PON的研究。PON是一种光通信系统，利用由光无源器件构成的光合分波器，通过由多个用户装置共用一个站侧装置和传输通道的一部分，实现经济化(例如参照专利文献1)。
现在，日本主要导入以最大32个用户通过时分复用(TDM：TimeDivision Multiplexing)共用1Gbps的线路容量的经济性的光接入系统、GE-PON(Gigabit Ethernet Passive Optical Network)(Ethernet是注册商标)。由此，以实际的费用来提供FTTH(Fiber To The Home)服务。
此外，为了应对更大容量的需求，作为下一代光接入系统，不断进行了总带宽为10Gbps级的10G-EPON的研究，2009年国际标准化结束。这是一种光接入系统，通过提高收发器的位速率，并与GE-PON利用相同的光纤等传输通道部分，来实现大容量化。
考虑到将来对超高清视频服务或泛在服务等超过10G级的大容量的需求，仅单纯地使收发器的位速率从10G级提高至40/100G级时，因系统升级所需要的成本增大，所以存在难以实用化的问题。
作为解决上述问题的方法，提出了一种波长可调谐WDM/TDM-PON，在收发器中附加波长可调谐性，并将时分复用(TDM)和波分复用(WDM：Wavelength Division Multiplexing)有效地进行组合，从而能够根据带宽需求量阶段性地增设站侧装置内的收发器(例如参照非专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2003-87281号
非专利文献
非专利文献1：Hirotaka Nakamura et al.，“40Gbit/s λ-tunablestacked-WDM/TDM-PON using dynamic wavelength and bandwidthallocation”，OThT4，OSA/OFC/NFOEC2011，2011
非专利文献2：Michael P.McGarry et al.，“An evolutionary WDMupgrade for EPONs”，Communications Magazine，IEEE，vol.44，No.2，pp.15-22，2006
非专利文献3：Tsutomu Tatsuta et al.，“Design philosophy andperformance of a GE-PON system for mass deployment”，Journal of OpticalNetworking，vol.6，No.6，pp.689-700，2007
非专利文献4：Kenji Sato et al.，“Wideband External CavityWavelength-Tunable Laser Utilizing a Liquid-Crystal-Based Mirror and anIntracavity Etalon”，Journal of Lightwave Technology，IEEE，Vol.25，No.8，pp.2226-2232，2007
当运用这种波长可调谐的WDM/TDM-PON时，为了对各用户装置(ONU：Optical Network Unit)有效地分配系统的总带宽、特别是上行的总带宽，需要动态分配波长和带宽的算法，作为方法已经例举有几个报告(例如参照非专利文献2)。
另一方面，作为使用以往的GE-PON的带宽利用效率高且延迟小的上行信号复用方式，具有非专利文献3和专利文献1记载的动态带宽分配(DBA：Dynamic Bandwidth Allocation)方式。将其暂且称为多请求方式。在这种方式中，站侧装置(OLT：Optical Line Terminal)将某一固定周期内各ONU请求的带宽集中，根据上述信息，必须提供最低限的允许发送上行信号、即保证向各ONU分配上行带宽。因此，具有如下特征，ONU按照一定周期请求带宽时，直到提供发送允许为止的等待时间、即延迟时间小于一定周期。
此外，使需要上行信号的发送允许的全部ONU的信息集中，提供允许发送上行信号，因此能够高效且公平地向各ONU分配上行带宽。在此，上行是指从ONU向OLT的方向，下行是指从OLT向ONU的方向。
利用图1，说明在多请求方式中使用的一定周期的由DBA算法进行的上行带宽控制。图1中表示了以时间为横轴的发送OLT和ONU1～ONUn的控制信号以及上行信号的情况。表示OLT和ONU的时间轴的箭头，在其上侧表示上行信号的时刻，在其下侧表示下行信号的时刻。即，对于OLT，上侧表示接收信号的时刻，下侧表示发送信号的时刻。对于ONU，下侧表示接收信号的时刻，上侧表示发送信号的时刻。
OLT发送的信号通过光纤由ONU接收。ONUn是在PON拓扑结构中距离OLT最远的ONU。对于表示ONU的时间轴的箭头，上侧表示信号的发送时刻，下侧表示信号的接收时刻。在DBA的第i个周期中，将该一周期的时间记载为T_dba_i，其值为固定值。
接着，对OLT控制ONU的上行带宽的动作进行说明。OLT向各ONU发送GATE信号，所述GATE信号用来指示Report信号、上行信号的发送开始时刻和发送持续时间。将向ONUn发送的周期I的GATE信号记载为gn_i。如果各ONU接收到g1_i-1～gn_i-1，则在GATE信号指示的时刻，通过将存储在ONU内的上行信号用缓冲器中的数据量作为Report信号rep1_i～repn_i向OLT发送来进行报告。用gn_i-1指示向OLT发送的时刻。此外，OLT在g1_i-1～gn_i-1中指示的发送Report信号的时刻，是考虑了传播时间、并且以上述Report信号在OLT中不冲突的方式来进行指示的。此外，还在gn_i-1中指示上行信号的时刻和数据量，并且在指定的时刻向OLT发送上行信号dn_i-1。
OLT根据从各ONU接收到的Report信号(rep1_i～repn_i)中记载的发送请求，计算各ONU在什么时刻、以多长时间发送d1_i～dn_i各上行信号的分配。此外，还计算发送下一周期的Report信号(rep1_i+1～repn_i+1)的时刻。将上述计算结果加入到GATE信号(g1_i～gn_i)中并向各ONU发送。接收到g1_i～gn_i的各ONU再次生成Report信号rep1_i+1～repn_i+n并向OLT发送，并且在指定的时刻发送上行信号d1_i～dn_i。
这样OLT收集各ONU请求的带宽信息，计算上行信号发送开始时刻、发送持续时间并指示给ONU，并且ONU根据所述指示发送上行信号，所以在共用PON的光纤中上行信号不会发生干扰，并且根据ONU的请求灵活地分配带宽，从而实现高效的上行通信。
DBA反复如下周期：如上所述，OLT发送GATE信号，接收到所述GATE信号的ONU发送Report信号和上行信号，接收到所述Report信号和上行信号的OLT计算分配时刻、发送数据量，并且向各ONU发送GATE信号，进行下一个Report信号和上行信号的发送指示。使用Report的接收时间T_Rrep、计算对ONU的上行信号进行分配的时间T_calc、向ONU发送GATE信号的时间T_Sgate、以及折返时间T_rt，上述周期T_dba被表示为：
T_dba＝T_Rrep+T_calc+T_Sgate+T_rt
所述折返时间T_rt是传播GATE信号、ONU接收GATE信号后制作Report信号并向OLT发送、以及OLT接收到该Report信号之前为止的时间。
如上所述的非专利文献3和专利文献1中记载的DBA的多请求方式是假设单一上行波长的方式，未假设使用多个波长。
因此，如果假设将上述DBA应用于波长可调谐的WDM/TDM-PON，则除了由OLT进行动态带宽分配以外，还需要追加动态分配波长的动态波长分配结构，并进行使ONU切换上行信号的波长的控制。
是否切换ONU的波长的判断可以通过设置如下条件实现：例如OLT接收来自各ONU的Report信号，收容在某一上行信号波长(在此为λ1)中的来自ONU的请求带宽的总和超过上述波长的上行带宽，并且在其他上行信号波长(在此为λ2)的上行带宽中具有能够接收该请求带宽的空带宽。
图2中表示包含波长切换指示的动态波长带宽分配(DWBA：Dynamic Wavelength and Bandwidth Allocation)的动作。使用的用语和图的构成与图1相同。图2中将第i个DWBA周期表示为T_dwba_i。
OLT针对每个收发的波长具有收发器。将安装有各波长的收发器的部分表示为LC(Line Card)。如果LC1～LCm的线卡组装到OLT中，则发送的波长的数是m，接收的波长的数也是m。LC1接收的上行信号波长表示为λ1，以后LCm接收的上行信号波长表示为λm。在上行和下行中利用不同的波长时，全部波长数是2m，利用相同的波长时，全部波长数是m。
接着，说明OLT控制ONU的上行发送时刻和分配波长的动作。
OLT向各ONU发送Gate信号，向ONU指示Report信号、上行信号的发送时刻以及发送时间。如果各ONU接收到g1_i-1～gn_i-1，则在上述Gate信号指示的时刻，由ONU将发送上行信号所需要的带宽作为Report信号rep1_i～repn_i向OLT请求。OLT指示的发送Report信号的时刻是考虑了传播时间、并且以上述Report信号在OLT中不重合不冲突的方式计算的。此外，还在Gate信号g1_i-1～gn_i-1中指示上行信号的发送时刻和发送持续时间，并且在指定的时刻向OLT发送上行信号d1_i-1～dn_i-1。
OLT根据从各ONU接收到的Report信号rep1_i～repn_i中记载的请求，计算ONU是在什么时刻、以多长时间、以什么波长发送上行信号d1_i～dn_i。
图2中举例说明了在周期T_dwba_i中计算出使ONUn的上行信号波长从λ1改变为λ2的情况。此时，在向ONUn发送的Gate信号gn_i中包含有使波长改变为λ2的指示。
此外，还计算发送下一周期的Report信号rep1_i+1～repn_i+1的时刻和发送持续时间，并且将上述计算结果包含在Gate信号g1_i～gn_i中并向各ONU发送。Report信号的发送时刻是考虑了ONUn在切换波长的时间内不能发送信号，计算并指定的全部ONU能够发送信号的时刻。特别是repn_i+1需要成为与所属于切换后的波长λ2的LC的ONU的信号不冲突的时刻。接收到gn_i的ONUn将波长切换为λ2，以λ2发送Report信号repn_i+n。
接收到Gate信号g1_i～gn-1_i的其他ONU反复进行如下DWBA周期：再次生成Report信号rep1_i+1～repn-1_i+1并向OLT发送，并且在指定的时刻发送上行信号d1_i～dn-1_i。另一方面，以λ2新接收到Report信号repn_i+1的LC2重新识别为有ONUn加入，并进行带宽的分配计算，并将Gate信号gn_i+1发送给ONUn。ONUn接收上述Gate信号gn_i+1，在由gn_i+1指定的时刻，切换为λ2并发送最初的上行信号d2_i+1。
在此，DWBA周期T_dwba与在多请求方式中使用的DBA同样，表示为以下公式。
T_dwba＝T_Rrep+T_calc+T_Sgate+T_rt
在图2中，向ONUn发送的Gate信号中包含有从波长λ1向λ2切换的切换指示，ONUn接收到Gate信号后，开始切换波长，切换结束后，以λ2向LC2发送请求信号。因此，如果切换所需要的时间为T_lmax、向最大距离的ONU传播所需要的传播延迟为T_prop，则T_rt的最大值表示为以下公式。
T_rt＝2T_prop+T_lmax
即，与以往的DBA相比，以往的动态波长带宽分配的周期T_dwba多出波长切换时间T_lmax部分。
作为在ONU中使用的波长可调谐收发器用的部件，可以例举非专利文献4所示的使用液晶的波长可调谐滤波器。由电场控制液晶分子的朝向(配置方向)，使光学各向异性变化，从而使透射波长变更。对上述分子的朝向进行控制需要时间，因此产生从数毫秒到数百毫秒的切换时间。如果假设使用上述各种波长可调谐滤波器，则上述T_rt有可能由波长切换时间支配。
伴随波长的切换，DWBA周期变长，产生以下问题。
如图2所示，OLT在周期T_dwba_i+1接收针对Report信号rep1_i、rep2_i允许的上行信号d1_i、d2_i。如果DWBA周期变长，则从ONU1通过rep1_i进行请求到实际发送上行信号d1_i为止的时间，比图1所示的以往的TDM-PON的动态带宽分配时变长。即，由于存储在ONU的缓冲存储器中的时间变长，所以上行信号的延迟增加。此外，由于DWBA周期变长，需要增加上述缓冲存储器数量，所以导致ONU的成本增加。
此外，如果DWBA周期变长，则能够分配给每个ONU的时间变长。例如，如果ONU的数量相等、且向各ONU按比例分配带宽，则与图1的以往的TDM-PON相比，图2方式的ONU1能够发送d1_i的时间增加。根据上述OLT的指示，在能够发送的时间发送上行信号，所以ONU的通信量在时间上集中，突发性变高。例如即使将帧长和帧间隔短的固定通信量作为上行信号向ONU输入，但从ONU向OLT发送的上行信号可能变为在d1_i的时间内一次性地发送的通信量特性。因此，DWBA周期越长，ONU将接收到的上行信号在某一时间内集中发送，所以变成突发性高的通信量特性。
一般来说，为了不影响用户的收发终端，要求传输系统以抑制延迟且尽可能保持输入的通信量特性的方式来进行发送。因此，从缩短延迟和保持通信量特性的观点出发，要求尽可能缩短DWBA周期。
发明内容
因此，为了在波长可调谐WDM/TDM-PON中实现多请求方式等使用固定周期的动态波长带宽分配，要求一种能够抑制上行信号的传输延迟和突发性的增加的、即能够将分配周期的增加抑制为最小限度的波长切换方法。
本发明分为分配上行信号的发送时刻、发送持续时间的DBA周期和分配上行信号的波长的动态波长分配周期(DWA周期)。在DBA周期中，ONU在每个上述周期中请求上行信号的带宽，由此OLT计算发送上行信号的时刻和发送持续时间并进行指示，ONU根据上述指示发送上行信号。在DWA周期中，OLT在每个上述周期中指示切换波长，ONU切换波长，改变为所属于其他LC。
此外，在ONU切换波长期间，不切换波长的ONU能够实施多个DBA周期，波长切换后并在确认波长切换后，以切换后的波长进行DBA动作。
本发明提供一种光接入系统，其包括：站侧装置，切换多个上行波长并改变带宽进行收发；以及多个用户装置，它们在PON拓扑结构中连接至所述站侧装置，切换上行波长并改变带宽进行收发，所述光接入系统的特征在于，所述站侧装置根据来自所述用户装置的信号带宽请求，以使多个所述用户装置发送的信号不冲突的方式，向所述用户装置分配上行波长和带宽，当不切换对所述用户装置的波长分配时，每隔规定周期向所述用户装置指示信号发送开始时刻和发送持续时间，当切换对所述用户装置的波长分配时，向所述用户装置指示新的上行波长，并指示所述用户装置以新的上行波长发送用于报告波长切换结束的波长切换结束报告，所述站侧装置在多个所述规定周期中以所述新的上行波长等待所述波长切换结束报告，所述用户装置每隔所述规定周期向所述站侧装置请求上行信号带宽，当所述站侧装置不切换波长分配时，所述用户装置在不切换所述上行波长的情况下按照来自所述站侧装置的所述信号发送开始时刻和所述发送持续时间的指示进行发送，当所述站侧装置切换波长分配时，所述用户装置按照所述站侧装置的指示切换为所述新的上行波长，在波长切换结束之后，所述用户装置以所述新的上行波长发送波长切换结束报告。
本发明还提供一种光接入系统的动态波长带宽分配方法，所述光接入系统包括：站侧装置，切换多个上行波长并改变带宽进行收发；以及多个用户装置，它们在PON拓扑结构中连接至所述站侧装置，切换上行波长并改变带宽进行收发；所述光接入系统的动态波长带宽分配方法的特征在于，所述用户装置每隔所述规定周期向所述站侧装置请求上行信号带宽，所述站侧装置根据来自所述用户装置的信号带宽请求，以使多个所述用户装置发送的信号不冲突的方式，向所述用户装置分配上行波长和带宽，当不切换对所述用户装置的波长分配时，每隔规定周期向所述用户装置指示信号发送开始时刻和发送持续时间，当切换对所述用户装置的波长分配时，向所述用户装置指示新的上行波长，并指示所述用户装置以新的上行波长发送用于报告波长切换结束的波长切换结束报告，所述站侧装置在多个所述规定周期中以所述新的上行波长等待所述波长切换结束报告，当所述站侧装置不切换波长分配时，所述用户装置在不切换所述上行波长的情况下按照来自所述站侧装置的所述信号发送开始时刻和所述发送持续时间的指示进行发送，当所述站侧装置切换波长分配时，所述用户装置按照所述站侧装置的指示切换为所述新的上行波长，在波长切换结束之后，所述用户装置以所述新的上行波长发送波长切换结束报告。
本发明还提供一种站侧装置，其切换多个上行波长并改变带宽进行收发，并应用于PON拓扑结构的光接入系统，所述站侧装置的特征在于，根据来自用户装置的信号带宽请求，以使多个所述用户装置发送的信号不冲突的方式，向所述用户装置分配上行波长和带宽，当不切换对所述用户装置的波长分配时，每隔规定周期向所述用户装置指示信号发送开始时刻和发送持续时间，当切换对所述用户装置的波长分配时，向所述用户装置指示新的上行波长，并指示所述用户装置以新的上行波长发送用于报告波长切换结束的波长切换结束报告，所述站侧装置在多个所述规定周期中以所述新的上行波长等待所述波长切换结束报告。
本发明还提供一种程序，所述程序用于使计算机作为本发明的站侧装置发挥功能。本发明的程序可以存储在计算机能够读取的存储介质中。
按照本发明的构成，可以提供一种波长可调谐WDM/TDM-PON系统，即使在使用波长切换时间比未切换波长时的动态带宽分配周期即DBA周期长的部件的情况下，也能够将输入ONU的上行信号的通信量特性保持为与以往的PON同等程度，并且能够以低延迟进行发送。
从向所述用户装置指示所述新的上行波长、到接收到所述波长切换结束报告为止，所述站侧装置可以向所述用户装置以外的用户装置分配上行波长和带宽。
按照这种构成，进行波长切换的所述ONU以外的ONU能够使用多请求方式等动态带宽分配方法，持续进行带宽利用效率高的上行信号发送。
所述站侧装置在向所述用户装置指示所述新的上行波长之后，可以每隔所述规定周期反复以所述新的上行波长指示所述用户装置发送所述波长切换结束报告，并且以所述新的上行波长等待接收所述信号带宽请求。
按照这种构成，能够通过Gate、Report的交换来确认波长切换步骤的结束及其正确性。此外，即使在时间不同的ONU混合存在的情况下，也不需要准确地规定ONU的波长切换时间并以动态波长带宽分配周期作为规格进行统一。通过使与用于ONU的波长可调谐相关的部件的选择范围变大，可以期待得到良好的ONU的经济性。
所述站侧装置在向所述用户装置指示所述新的上行波长时，可以一并指示所述用户装置立即发送所存储的上行信号的时刻和发送持续时间、以及所述用户装置开始切换为所述新的上行波长的时刻。
按照这种构成，由于能够在波长切换前发送存储在ONU中的上行信号，所以能够减少因存储波长切换期间不能发送信号而产生延迟增大。
所述站侧装置在开始切换为向所述用户装置指示的所述新的上行波长的时刻之后，可以每隔所述规定周期反复以所述新的上行波长指示所述用户装置发送所述波长切换结束报告，并且以所述新的上行波长等待接收所述信号带宽请求。
按照这种构成，能够利用在DBA动作中使用的Gate信号、Report信号来确认波长切换步骤的结束及其正确性。此外，即使在切换时间不同的ONU混合存在的情况下，也不需要准确地规定ONU的波长切换时间并以动态波长带宽分配周期作为规格进行统一。通过使与用于ONU的波长可调谐相关的部件的选择范围变大，可以期待得到ONU的技术革新和良好的经济性。
另外，能够尽可能地组合上述各发明。
按照本发明，在波长可调谐WDM/TDM-PON中实现使用多请求方式等固定周期的动态波长带宽分配时，能够抑制上行信号的传输延迟和突发性的增加。由此，本发明能够将分配周期的增加抑制为最小限度。
附图说明
图1是现有技术的TDM-PON中使用DBA的上行信号发送顺序。
图2是将现有技术的DBA应用于波长可调谐WDM/TDM-PON时的上行信号发送顺序。
图3是本发明的波长可调谐WDM/TDM-PON系统的构成图。
图4是本发明的波长可调谐WDM/TDM-PON系统中的ONU的构成图。
图5是第一实施方式的动态波长带宽分配方法的上行信号顺序。
图6是第二实施方式的动态波长带宽分配方法的上行信号顺序。
附图标记说明
11：LC
12：动态波长带宽分配电路
21：数据接收部
22：缓冲存储器
23：帧发送控制部
24：帧组合发送部
25：波长可调谐光收发器
26：请求带宽计算部
27：请求带宽信号生成部
28：帧发送和波长控制信号接收部
29：波长切换控制部
31：请求信号接收部
32：DWBA计算部
33：切换指示信号生成部
34：控制信号发送部
91：OLT
92：ONU
93：光合分路电路
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式进行说明。以下说明的实施方式是本发明的实施例，但本发明并不限于以下的实施方式。上述实施例是举例说明，可以根据本领域技术人员的知识，以各种变更、改良的方式实施本发明。另外，本说明书和附图中附图标记相同的构成要素表示相同的构成要素。
(实施方式1)
图3表示本发明的波长可调谐WDM/TDM-PON系统以及构成该系统的站侧装置(OLT)和用户装置(ONU)的构成图。OLT91和ONU92之间通过使用功率分配器或波长路由器等光合分路电路93的点到多点(point-to-multipoint)结构的PON拓扑结构连接。
OLT91与ONU1～ONUn的n台ONU92连接，各ONU92利用λ1～λm的波长进行收发。ONU92可以根据来自OLT91的指示，切换λ1～λm的波长并进行收发。设置在用户家中的通信装置向各ONU92输入上行信号，由ONU92内部的光收发器作为上行光信号进行发送。上行信号从ONU92侧的光合分路电路93复用一根光纤向OLT91发送，所以为了使上行信号不重叠，由OLT91计算各ONU92发送上行信号的发送时刻和发送持续时间，并进行控制。
OLT91由收发各λ1～λm波长的线卡LC1～LCm和动态波长带宽分配电路12构成，LC1～LCm接收ONU92发送的各波长的信号并作为上行信号输出。
动态波长带宽分配电路12由DWBA计算部32、切换指示信号生成部33、控制信号发送部34和请求信号接收部31构成，请求信号接收部31通过各LC11接收由各ONU92发送的包含带宽请求的Report信号，DWBA计算部32根据上述请求计算向各ONU92分配的、发送上行信号和Report信号的发送时刻和发送持续时间，由切换指示信号生成部33生成存储有上述信息的Gate信号，并且从控制信号发送部34通过各LC向各ONU发送。
图4表示ONU92的构成。ONU92包括：数据接收部21、缓冲存储器22、帧发送控制部23、帧组合发送部24、波长可调谐光收发器25、请求带宽计算部26、请求带宽信号生成部27、帧发送和波长控制信号接收部28以及波长切换控制部29。
来自用户的上行信号由数据接收部21接收，并且临时存储在缓冲存储器22内。帧发送控制部23根据由Gate信号指定的上行信号的发送时刻和发送持续时间，向帧组合发送部24发送上行信号。帧组合发送部24构成在PON结构中向OLT91发送信号所需要的帧形式，并且向波长可调谐光收发器25发送。波长可调谐光收发器25通过由波长切换控制部29指定的波长λ1～λm中的任意一个转换为光信号，并向OLT91发送。
波长可调谐光收发器25接收来自OLT91的Gate信号并转换为电信号，并且向帧发送和波长控制信号接收部28发送。帧发送和波长控制信号接收部28对Gate信号的指示进行解析，在Gate信号中包含有波长切换指示、切换后的波长和切换开始时刻时，在指定的时刻将切换目标波长和切换指示向波长切换控制部29发送。波长切换控制部29根据所述波长切换控制来切换波长可调谐光收发器25的波长。
此外，Gate信号中包含指示ONU将ONU请求的带宽作为Report信号发送的信息。当帧发送和波长控制信号接收部28接收到请求发送Report信号的Gate信号时，指示请求带宽信号生成部27生成Report信号。请求带宽信号生成部27指示请求带宽计算部26计算请求的带宽。请求带宽信号计算部27监视并测量存储在缓冲存储器22的上行信号的数据量，并根据上述数据量确定请求带宽量，并且向请求带宽信号生成部27发送请求带宽量。请求带宽信号生成部27生成包含请求量的Report信号，并向帧发送控制部23发送。
所述Gate信号中包含有Report信号的发送时刻和发送量的信息。帧发送和波长控制信号接收部28向帧发送控制部23发送包含在Gate信号内的Report信号的发送时刻和发送量的信息，帧发送控制部23在指示的时刻向帧组合发送部24发送Report信号，并且通过波长可调谐光收发器25向OLT91发送Report信号。此外，从OLT91发送来的Gate信号中还包含有发送由ONU92接收到的上行信号的时刻和数据量。帧发送和波长控制信号接收部28向帧发送控制部23发送包含在Gate信号中的上行信号的发送时刻和发送量的信息，帧发送控制部23在指示的时刻从缓冲存储器22中存储的上行信号中提取出不超过发送量的数据量的帧，向帧组合发送部24发送，并且通过波长可调谐光收发器25向OLT91发送Report信号。
接着，对本实施方式的动作进行说明。
图5是按照图1、图2的形式记载了本发明第一实施方式的动态波长带宽分配动作的图。将动态波长分配的第k个周期的时间作为T_dwa_k，将动态带宽分配(DBA)的第i个周期的时间作为T_dba_i。T_dwa_k设定为DBA周期的多倍。在图5的例子中将3个DBA周期作为1个DWA(动态波长分配)周期。
所属于各LC的ONU分别使用对各LC固定分配的波长λ1～λm来进行通信。在图5的实施方式中，在DWA周期T_dwa_k-1中，ONU1、ONU2、ONUn使用LC1的λ1来进行通信。接收到从LC1发送的Gate信号g1_i-1～gn_i-1的各ONU按照包含在各Gate信号中的发送Report信号和上行信号的发送时刻和持续时间，首先向OLT发送Report信号rep1_i～repn_i。此外，还发送上行信号d1_i-1～dn_i-1。
在DWA周期T_dwa_k且DBA周期T_dba_i内，接收到Report信号的OLT92利用动态波长带宽分配电路12，根据由Report信号请求的带宽，计算向各ONU分配的带宽和波长。针对被计算为不切换波长的ONU92，将按照任意的DBA计算方法得到的带宽分配计算结果，记载在Gate信号中，并且向ONU92进行指示。
在本实施方式中，记载了根据计算的结果将ONUn的波长从λ1变更为λ2从而使其所属于LC2的例子。在这种情况下，进行了分配计算的OLT91，在T_dba_i周期，在除了gn_i的Gate信号g1_i～gn-1_i中记载Report信号和上行信号的发送时刻和持续时间并进行发送。此后对于ONU1～ONUn-1，可以基于到此为止记载的DBA的动作，发送上行信号。
另一方面，对于切换波长的ONUn，在Gate信号gn_i中记载向波长λ2切换的指示并进行发送。切换波长的ONUn接收Gate信号gn_i，在确认到记载了向波长λ2的切换指示之后，开始图4中记载的波长切换动作。波长切换时间依存于ONU中使用的波长可调谐部件的性能，但是最大规定为T_lmax以内。
OLT91在向ONUn指示将波长从λ1切换到λ2之后，将Gate信号的发送和Report信号的接收从LC1转给LC2。在转给LC2之后，反复进行如下步骤：直到能够接收到来自ONUn的Report信号为止，LC2在每个DBA周期，计算ONUn发送Report信号的发送时刻，并将记载有上述指示的Gate信号向ONUn发送。在图5中，从LC2发送gate信号gn_i+1，但是ONUn处于波长切换中，因此未接收到该Gate信号。另一方面，直到接收到来自ONUn的波长切换结束报告为止，上行信号的发送时刻和发送持续时间可以不计入DBA的计算中。这是因为在该时刻，ONUn不能以λ2进行收发，并且可以将上行信号的带宽作为所属于LC2的其他另外的ONU的带宽灵活使用。此外，来自ONUn的波长切换结束报告一般可以考虑例如在Report信号中记载波长结束信息，但是除此之外，可以将切换结束后LC2接收到ONUn发送的Report信号的带宽请求视为波长切换结束报告。
如果ONUn的波长切换结束，则ONUn能够以λ2进行收发。图5中，Gate信号gn_i+2能够被接收。ONUn根据记载在上述Gate信号中的发送Report信号的发送时刻和发送持续时间，以λ2发送Report信号repn_i+3。此时，与DBA计算同样，利用ONUn的请求带宽计算部26和请求带宽信号生成部27，将允许发送上行信号的请求记载在repn_i+3中。OLT将λ2的Report信号repn_i+3的接收视为ONUn的波长切换结束的波长切换结束报告，并且在所属于LC2的上行信号的DBA计算中加入来自ONUn的Report信号的信息。并且，将上述计算结果记载在Gate信号gn_i+3中并向ONUn发送，ONUn根据上述Gate信号中记载的发送时刻和发送持续时间，向OLT发送上行信号dn_i+3。
以上，在本实施方式中，将从rep1_i～repn_i的接收到rep1_i+3～repn_i+3的接收之前作为1DWA周期，设定波长的切换顺序和周期。在本实施方式中，举例说明了对一个ONU进行波长切换的顺序，但是在T_dba_i的分配计算负荷低或者动态波长带宽分配电路的计算能力足够高时，在DWA周期内能够同时改变多个ONU的波长。
此外，波长切换的计算时刻并不限于T_dba_i。并且可以在DWA周期T_dwa先头的T_dba周期的Gate信号发送后、到下一个DWA周期T_dwa先头的T_dba周期的计算时间T_calc为止的期间，确定切换哪个ONU的波长。但是，对于不切换波长的ONU，需要在各DBA周期的T_calc内实施带宽分配计算。
通过本实施方式，与现有技术相比，可以得到以下效果。
在本实施方式中，即使在波长可调谐WDM/TDM-PON系统的波长可调谐部件在波长切换中需要时间时，为了对ONU的上行信号有效地实现动态地分配波长和带宽，不是在每个DBA周期都进行全部计算，而是分为：在DBA周期中，OLT计算发送上行信号的时刻、时间并进行指示，ONU发送上行信号；在DWA周期中，OLT指示切换波长，ONU切换波长并向其他LC重新进行允许发送上行信号的请求。此外，在ONU切换波长的期间，不切换波长的ONU能够实施多个DBA周期，切换波长的ONU在波长切换后并在确认波长切换后，以切换后的波长进行DBA动作。按照这种构成，当将波长切换时间比DBA周期长的部件用于ONU时，即使使用固定周期的动态波长带宽分配方法，也可以抑制因带宽分配周期变长而导致延迟增大。
此外，在波长切换中，不进行波长切换的ONU持续进行DBA动作。由此，即使某一个ONU处于波长切换中，但对于不切换波长的ONU，利用多请求方式等现有的DBA方式，持续进行带宽利用效率高且抑制了延迟的上行信号发送。
此外，进行波长切换的ONU可以通过以往的DBA动作的Gate信号、Report信号的交换来确认波长切换后波长切换步骤的结束及其正确性。因此，由于通过现有TDM-PON的动态带宽分配的控制帧收发来进行与波长的切换相关的确认动作，所以不需要追加用于进行波长切换确认的新的步骤，因此是高效的。
此外，在本实施方式中为了简单地进行实施，说明了规定T_lmax的最大值、并使DWA周期成为DBA周期的数倍的情况，但是除了DWA周期是DBA周期的数倍的情况以外，即使不对DWA周期进行限定、固定，也能够实施DWA动作。因此，即使是波长切换时间不同的ONU混合存在的情况，也不需要准确地规定ONU的波长切换时间、并将动态波长带宽分配周期作为规格而严格地统一。即，ONU中使用的与波长可调谐相关的部件的选择范围变大，能够期待实现ONU的技术革新和经济化。此外，对于进行波长切换的ONU，在波长切换过程中，未指示上行信号的发送开始时刻、发送持续时间。因此，ONU的缓冲存储器具有能够存储波长切换时间以上的足够的容量时，通过在上述缓冲存储器存储上行信号，可以避免因波长切换动作产生的上行信号的帧丢失。
另外，在本说明书中，为了便于理解，对DBA的第i个周期的时间是固定值的情况进行了说明，但是本发明并不限于此。即使DBA的第i个周期的时间变化，也产生图5中的T_lmax比T_dba_i大的问题。在这种情况下，本发明通过横跨多个DBA周期进行波长切换，可以解决该问题。即，将T_dwa_k确保为多个DBA周期以上、且与T_lmax相比足够长，因此具有足够的期间接收波长切换结束报告，所以即使图5的T_dba_i+1以后的DBA分配周期变化、T_dwa_k即DWA周期变化，也能够通过在本实施方式中提示的步骤使波长切换结束。
(实施方式2)
图6是按照与图5同样的形式记载了本发明第二实施方式的图。OLT和ONU的构成与图3、图4相同。图6的动作的记载方法和基本动作也与实施方式1大体相同。在本实施方式中，也记载了根据计算的结果将ONUn的波长从λ1变更为λ2从而使其所属于LC2的例子。
本实施方式与实施方式1的不同在于，DWA周期T_dwa_k、DBA周期T_dba_i中的对波长进行切换时的对ONUn的DBA计算、在Gate信号gn_i中记载的信息和ONUn的动作。
利用在DBA周期T_dba_i中接收到的Report信号，计算为将ONUn的波长从λ1变更到λ2的动态波长带宽分配电路12，使ONUn的上述周期的上行信号的发送最优先。具体地说，以如下方式进行调度：使ONUn的上行信号dn_i在DBA周期T_dba_i+1中成为最初的上行信号来接收。
在Gate信号gn_i中，包含向波长λ2切换的指示，而且包含上行信号dn_i的发送时刻和发送时间，并向ONUn发送。切换波长的ONUn接收Gate信号gn_i，并且确认记载有向波长λ2的切换指示，在以λ1发送上行信号dn_i之后，开始图4中记载的波长切换动作。
与现有技术相比本实施方式的动作与第一实施方式同样。此外，本实施方式可以期待得到以下效果。
在第一实施方式中，ONUn在发送请求带宽的Report信号repn_i之后，实际上发送数据的上行信号为dn_i+3。即，从repn_i-1到repn_i存储的数据，在最坏的情况下，等待1DWA周期以上，因此延迟增大。
在本实施方式中，由于先发送针对Report信号repn_i的上行信号，然后进行切换波长的动作，所以从repn_i-1到repn_i存储的数据能够在DBA周期T_dba_i+1发送，因此具有减少因波长切换产生的延迟增加的效果。
另外，在实施方式1、2中，作为使用光纤的接入方式，记载了分配波长和时间来发送PON拓扑结构的上行信号的带宽分配的方法。但是，本发明也能够应用于同样方式的无线通信。
工业实用性
本发明的动态波长带宽分配方式、电路、程序以及存储该程序的存储介质可以提供一种动态波长带宽分配方法，在波长可调谐WDM/TDM-PON中，能够抑制因带宽分配产生的平均延迟增大，并且为了降低ONU的成本能够有效地向各ONU分配多个波长的总带宽。

Claims (16)

1.一种站侧装置，其切换多个上行波长并改变带宽进行收发，并应用于PON拓扑结构的光接入系统，
所述站侧装置的特征在于，根据来自用户装置的信号带宽请求，以使多个所述用户装置发送的信号不冲突的方式，向所述用户装置分配上行波长和带宽，当不切换对所述用户装置的波长分配时，每隔规定周期向所述用户装置指示信号发送开始时刻和发送持续时间，当切换对所述用户装置的波长分配时，向所述用户装置指示新的上行波长，并指示所述用户装置以新的上行波长发送用于报告波长切换结束的波长切换结束报告，所述站侧装置在多个所述规定周期中以所述新的上行波长等待所述波长切换结束报告。
2.根据权利要求1所述的站侧装置，其特征在于，从向所述用户装置指示所述新的上行波长、到接收到所述波长切换结束报告为止，所述站侧装置向所述用户装置以外的用户装置分配上行波长和带宽。
3.根据权利要求1或2所述的站侧装置，其特征在于，所述站侧装置在向所述用户装置指示所述新的上行波长之后，每隔所述规定周期反复以所述新的上行波长指示所述用户装置发送所述波长切换结束报告，并且以所述新的上行波长等待接收所述信号带宽请求。
4.根据权利要求1或2所述的站侧装置，其特征在于，所述站侧装置在向所述用户装置指示所述新的上行波长时，一并指示所述用户装置立即发送所存储的上行信号的时刻和发送持续时间、以及所述用户装置开始切换为所述新的上行波长的时刻。
5.根据权利要求4所述的站侧装置，其特征在于，所述站侧装置在开始切换为向所述用户装置指示的所述新的上行波长的时刻之后，每隔所述规定周期反复以所述新的上行波长指示所述用户装置发送所述波长切换结束报告，并且以所述新的上行波长等待接收所述信号带宽请求。
6.一种光接入系统，其包括：
站侧装置，切换多个上行波长并改变带宽进行收发；以及
多个用户装置，它们在PON拓扑结构中连接至所述站侧装置，切换上行波长并改变带宽进行收发，
所述光接入系统的特征在于，
所述站侧装置根据来自所述用户装置的信号带宽请求，以使多个所述用户装置发送的信号不冲突的方式，向所述用户装置分配上行波长和带宽，当不切换对所述用户装置的波长分配时，每隔规定周期向所述用户装置指示信号发送开始时刻和发送持续时间，当切换对所述用户装置的波长分配时，向所述用户装置指示新的上行波长，并指示所述用户装置以新的上行波长发送用于报告波长切换结束的波长切换结束报告，所述站侧装置在多个所述规定周期中以所述新的上行波长等待所述波长切换结束报告，
所述用户装置每隔所述规定周期向所述站侧装置请求上行信号带宽，当所述站侧装置不切换波长分配时，所述用户装置在不切换所述上行波长的情况下按照来自所述站侧装置的所述信号发送开始时刻和所述发送持续时间的指示进行发送，当所述站侧装置切换波长分配时，所述用户装置按照所述站侧装置的指示切换为所述新的上行波长，在波长切换结束之后，所述用户装置以所述新的上行波长发送波长切换结束报告。
7.根据权利要求6所述的光接入系统，其特征在于，从向所述用户装置指示所述新的上行波长、到接收到所述波长切换结束报告为止，所述站侧装置向所述用户装置以外的用户装置分配上行波长和带宽。
8.根据权利要求6或7所述的光接入系统，其特征在于，所述站侧装置在向所述用户装置指示所述新的上行波长之后，每隔所述规定周期反复以所述新的上行波长指示所述用户装置发送所述波长切换结束报告，并且以所述新的上行波长等待接收所述信号带宽请求。
9.根据权利要求6或7所述的光接入系统，其特征在于，所述站侧装置在向所述用户装置指示所述新的上行波长时，一并指示所述用户装置立即发送所存储的上行信号的时刻和发送持续时间、以及所述用户装置开始切换为所述新的上行波长的时刻。
10.根据权利要求9所述的光接入系统，其特征在于，所述站侧装置在开始切换为向所述用户装置指示的所述新的上行波长的时刻之后，每隔所述规定周期反复以所述新的上行波长指示所述用户装置发送所述波长切换结束报告，并且以所述新的上行波长等待接收所述信号带宽请求。
11.一种光接入系统的动态波长带宽分配方法，所述光接入系统包括：
站侧装置，切换多个上行波长并改变带宽进行收发；以及
多个用户装置，它们在PON拓扑结构中连接至所述站侧装置，切换上行波长并改变带宽进行收发；
所述光接入系统的动态波长带宽分配方法的特征在于，
所述用户装置每隔所述规定周期向所述站侧装置请求上行信号带宽，
所述站侧装置根据来自所述用户装置的信号带宽请求，以使多个所述用户装置发送的信号不冲突的方式，向所述用户装置分配上行波长和带宽，当不切换对所述用户装置的波长分配时，每隔规定周期向所述用户装置指示信号发送开始时刻和发送持续时间，当切换对所述用户装置的波长分配时，向所述用户装置指示新的上行波长，并指示所述用户装置以新的上行波长发送用于报告波长切换结束的波长切换结束报告，所述站侧装置在多个所述规定周期中以所述新的上行波长等待所述波长切换结束报告，
当所述站侧装置不切换波长分配时，所述用户装置在不切换所述上行波长的情况下按照来自所述站侧装置的所述信号发送开始时刻和所述发送持续时间的指示进行发送，当所述站侧装置切换波长分配时，所述用户装置按照所述站侧装置的指示切换为所述新的上行波长，在波长切换结束之后，所述用户装置以所述新的上行波长发送波长切换结束报告。
12.根据权利要求11所述的光接入系统的动态波长带宽分配方法，其特征在于，从向所述用户装置指示所述新的上行波长、到接收到所述波长切换结束报告为止，所述站侧装置向所述用户装置以外的用户装置分配上行波长和带宽。
13.根据权利要求11或12所述的光接入系统的动态波长带宽分配方法，其特征在于，所述站侧装置在向所述用户装置指示所述新的上行波长之后，每隔所述规定周期反复以所述新的上行波长指示所述用户装置发送所述波长切换结束报告，并且以所述新的上行波长等待接收所述信号带宽请求。
14.根据权利要求11或12所述的光接入系统的动态波长带宽分配方法，其特征在于，所述站侧装置在向所述用户装置指示所述新的上行波长时，一并指示所述用户装置立即发送所存储的上行信号的时刻和发送持续时间、以及所述用户装置开始切换为所述新的上行波长的时刻。
15.根据权利要求14所述的光接入系统的动态波长带宽分配方法，其特征在于，所述站侧装置在开始切换为向所述用户装置指示的所述新的上行波长的时刻之后，每隔所述规定周期反复以所述新的上行波长指示所述用户装置发送所述波长切换结束报告，并且以所述新的上行波长等待接收所述信号带宽请求。
16.一种程序，用于使计算机作为权利要求1至5中任意一项所述的站侧装置发挥功能。
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