CN105164978A - 主台装置、从台装置、光通信系统、控制装置及带宽分配方法 - Google Patents

主台装置、从台装置、光通信系统、控制装置及带宽分配方法 Download PDF

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CN105164978A CN201480024236.7A CN201480024236A CN105164978A CN 105164978 A CN105164978 A CN 105164978A CN 201480024236 A CN201480024236 A CN 201480024236A CN 105164978 A CN105164978 A CN 105164978A
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Abstract

具备：报告帧解析部(102)，其从报告帧中提取请求带宽；上行带宽计算部(111)，其根据请求带宽来计算上行带宽；富余时间计算部(103)，其按照每个LLID来求出至允许延迟时间为止的富余时间；优先级计算部(104)，其根据富余时间来求出与报告帧对应的数据请求的优先级；报告请求登记部(105)，其生成用于请求报告帧用的上行带宽的分配的报告请求，并决定报告请求的优先级；分配顺序读出部(107)，其根据优先级决定数据请求和报告请求的分配顺序；以及授权帧生成部(108)，其根据分配顺序和上行带宽，按照每个LLID决定允许发送时间段并生成授权帧。

Description

主台装置、从台装置、光通信系统、控制装置及带宽分配方法
技术领域
本发明涉及主台装置、从台装置、光通信系统、控制装置及带宽分配方法。
背景技术
作为连结各家庭和/或企业等与上级网络的访问系网络之一，采用PON(PassiveOpticalNetwork：无源光网络)系统，该PON系统利用光纤和光分路器将主台装置(以下，称作OLT(OpticalLineTerminal：光线路终端))与多个从台装置(以下，称作ONU(OpticalNetworkUnit：光网络单元))1对多地连接起来。在这样的1对多的PON系统中进行从ONU向OLT的上行数据通信的情况下，ONU向OLT发送带宽请求信号，该带宽请求信号用于请求向本装置进行上行数据通信的带宽分配。OLT根据各ONU的带宽请求信号向各ONU分配带宽(允许发送时间段)，并发送表示作为向每个ONU分配的结果的发送开始时刻和发送时间的允许发送信号。然后，ONU从OLT接收发给本装置的允许发送信号，并依照允许发送信号的内容发送上行数据。在PON系统中，对上行数据通信实施以上那样的带宽分配处理。
作为带宽分配方法的一种，已知动态带宽分配(DBA：DynamicBandwidthAllocation)。DBA是下述这样的带宽分配方法：OLT接收来自各ONU的带宽请求量，考虑该带宽请求量对各ONU动态分配通信带宽。特别是，将根据由各ONU所请求的队列长度来决定进行所分配的带宽的方法称作SR(StatusReporting：状态报告)-DBA。在SR-DBA中，每规定周期对所分配的带宽进行更新。在SR-DBA中有的将该周期设为固定，有的将该周期设为可变(例如，参照专利文献1、2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3768422号公报
专利文献2：日本特开2012-175269号公报
发明内容
发明要解决的课题
可是，在多个延迟保证等级(delayguaranteeclass)共存的PON系统中，在应用上述现有技术以规定周期(带宽分配周期)来分配带宽的情况下，为了保证延迟时间，会以与最紧张的延迟时间对应的周期来进行带宽分配。延迟保证等级是表示要保证的延迟时间的程度的等级。要保证的延迟时间(延迟保证时间)根据要提供的服务等来决定。在不同的延迟保证等级共存的情况下，如果以与最紧张的延迟时间对应的周期来进行带宽分配，则该周期成为对于延迟时间的请求不严格的延迟保证等级的数据发送而言必要程度以上地短的带宽分配周期。在PON系统中传送的光突发(burst)信号中，除了所传送的数据外，还附带有相当于光收发机的接通/断开所需的时间、为了帧同步而需要的同步时间等的开销(overhead)。因此，当增加每单位时间的突发数量时，与此成比例地，突发开销量增加，从而导致用户数据的吞吐量降低。因此，如果以必要程度以上地短的带宽分配周期来进行带宽分配的话，则存在带宽的利用效率降低从而产生带宽不足，结果导致无法保证延迟时间的问题。
为了解决该问题，考虑采用多个带宽分配周期按照每个带宽分配周期来对ONU进行带宽分配。例如，对要保证的延迟时间较短的第一个ONU以带宽分配周期A来进行带宽分配，对要保证的延迟时间较长的第二个ONU以带宽分配周期B(A＜B)来进行带宽分配。可是，在该方法中，存在这样的情况：在采用带宽分配周期A的带宽分配与采用带宽分配周期B的带宽分配之间，所分配的上行带宽产生竞争。该情况下，存在产生无法分配上行带宽的ONU，从而导致无法保证延迟时间的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于获得在多个延迟保证等级共存的情况下能够保证延迟时间并提高带宽的利用效率的主台装置、从台装置、光通信系统、控制装置及带宽分配方法。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题，实现目的，本发明提供一种主台装置，其通过光通信路径与1个以上的从台装置连接，并将从所述从台装置朝向自身的方向即上行方向的通信的带宽以逻辑链路为单位分别分配给所述从台装置，其特征在于，所述主台装置具备：解析部，其从所述从台装置接收请求用于发送上行数据的带宽的带宽请求信号，并从所述带宽请求信号中提取每个逻辑链路的请求带宽；带宽计算部，其根据所述请求带宽来计算用于发送所述上行数据的上行带宽；富余时间计算部，其保持针对每个逻辑链路的上行方向的通信的允许延迟时间，并按照每个逻辑链路，根据所述允许延迟时间和所述上行数据在所述从台装置中的滞留时间的估计值求出富余时间；优先级计算部，其按照每个逻辑链路，根据所述富余时间求出由所述带宽请求信号所请求的、用于发送所述上行数据的带宽分配请求的优先级；带宽请求生成部，其按照每个逻辑链路，生成请求分配用于发送带宽请求信号的上行带宽的带宽分配请求，并决定所生成的带宽分配请求的优先级；分配顺序决定部，其根据所述优先级来决定与所述带宽分配请求对应的分配顺序；以及发送许可生成部，其根据所述分配顺序和每个所述带宽分配请求的所述上行带宽来决定与所述带宽分配请求对应的允许发送时间段，并将所述允许发送时间段通知给所述从台装置。
发明效果
根据本发明，可以起到下述这样的效果：在多个延迟保证等级共存的情况下，能够保证延迟时间并提高带宽的利用效率。
附图说明
图1是示出本发明的PON系统(光通信系统)的结构例的图。
图2是示出ONU的结构例的图。
图3是示出延迟保证等级不同的LLID共存的PON系统的一个示例的图。
图4是示出与最短延迟时间一致地设定了带宽分配周期的情况下的带宽分配的操作的一个示例的图。
图5是示出与最短延迟时间一致地设定了带宽分配周期的情况下的带宽分配结果的一个示例的图。
图6是示出采用了多个带宽分配周期的情况下的带宽分配结果的一个示例的图。
图7是示出实施方式的带宽分配结果的一个示例的图。
图8是示出实施方式的带宽分配处理步骤的一个示例的流程图。
图9是示出分配顺序表的结构例的图。
图10是对从上一个报告接收起的经过时间进行说明的图。
图11是用于说明实施方式的效果的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的主台装置、从台装置、光通信系统、控制装置及带宽分配方法的实施方式详细地进行说明。并且，本发明并不受该实施方式限定。
实施方式
图1是示出本发明的PON系统(光通信系统)的结构例的图。以下，以PON系统为例对本发明的光通信系统进行说明。如图1所示，本实施方式的PON系统具备：作为主台装置工作的局侧光通信装置(也称作“OpticalLineTerminal(光线路终端)”，下文称作“OLT”。)1、和作为从台装置工作的多个用户侧光通信装置(也称作“OpticalNetworkUnit(光网络单元)”，下文称作“ONU”。)2-1～2-3。OLT1经由光纤4和耦合器3与ONU2-1～2-3连接。图1中，虽然示出了ONU为3台的示例，但ONU的数量并不限定于此。本实施方式的PON系统可以是以IEEE(TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers)802.3ah为基础的GE-PON系统，也可以是ITU-T(InternationalTelecommunicationUnionTelecommunicationStandardizationSector)G.983.1的G-PON系统等。另外，在以下内容中，虽然以PON系统为例进行说明，但本发明不限于PON系统，只要是主台装置向从台装置分配带宽的光通信系统即可，也能够应用于PON系统以外的系统。并且，只要是主台装置向从台装置分配带宽的通信系统，即使是光通信系统以外的通信系统，也同样能够应用本发明。
图1中还记述了本实施方式的OLT1的结构例。如图1所示，OLT1具备光接收部11、PON控制部(控制装置)12、上行数据发送部13、下行数据接收部14以及光发送部15。PON控制部12具备上行数据分配部101、Report(报告)帧解析部(解析部)102、富余时间计算部103、优先级计算部104、Report(报告)请求登记部(带宽请求生成部)105、分配顺序更新部(分配信息更新部)106、分配顺序读出部(分配顺序决定部)107、Gate(授权)帧生成部(发送许可生成部)108、下行数据复用部109、数据请求登记部(数据请求生成部)110以及上行带宽计算部(带宽计算部)111。另外，图1中，虽然示出了将上行数据分配部101、下行数据复用部109设置于PON控制部12内的示例，但也可以将上行数据分配部101、下行数据复用部109中的一方或双方设置于PON控制部12外。
光接收部11接收从ONU2-1～2-3发送的光信号并将其转换为电信号。PON控制部12的上行数据分配部101将来自各ONU2-1～2-3的上行数据(从光接收部11输入的电信号)分配为用户数据(用户数据帧)和控制数据(控制数据帧)，将用户数据(上行数据)输出至上行数据发送部13，并且，将控制数据帧中的Report帧(也称作Report消息)输出至Report帧解析部102。Report帧是从各ONU发送的带宽请求帧(带宽请求信号)，Report帧中存储有作为发送源的ONU中的用户数据的发送队列长度(请求带宽)。在以LLID(LogicalLinkID(Identifier)；逻辑链路标识符)为单位来实施带宽分配的情况下，按照每个LLID来发送Report帧。在以下内容中，对按照每个LLID来实施带宽分配的示例进行说明。在以ONU为单位来实施带宽分配的情况下，可以认为1个ONU相当于1个LLID。并且，在本实施方式中，主要对带宽分配的动作进行说明，因此，在图1中，作为控制数据帧图示出对与带宽分配相关的帧进行处理的结构要素。由于并不限定于用于处理其他的控制数据的结构和动作，因此，省略用于处理其他的控制数据的结构要素的图示，也省略动作的说明。
上行数据发送部13将从上行数据分配部101输入的用户数据发送至上级网络。Report帧解析部102对Report帧进行解析，然后提取出各ONU的每个LLID的发送队列蓄积量，输出至上行带宽计算部111，并向富余时间计算部103通知Report帧的接收时刻。上行带宽计算部111根据各LLID的发送队列蓄积量和上行通信的数据速率来计算向各LLID进行分配的上行带宽(允许发送的时间长度)。富余时间计算部103按各ONU的每个LLID，根据Report帧的接收时刻来计算用于满足要保障的延迟时间的剩余时间即富余时间。优先级计算部104根据由上行带宽计算部111计算出的上行带宽和由富余时间计算部103计算出的富余时间来计算针对各LLID的用户数据的带宽分配的优先级。Report请求登记部105将表示是Report请求的信息、LLID、根据对各LLID预先确定的延迟保证等级所决定的优先级、以及Report用带宽关联起来，登记在分配顺序更新部106内的分配顺序表中。数据请求登记部110将表示是数据请求的信息、LLID、由优先级计算部104计算出的优先级、以及各LLID的上行带宽分配量关联起来登记在分配顺序表中。分配顺序更新部106保存分配顺序表，对登记在分配顺序表中的各条目(带宽分配请求)的优先级进行更新，按照优先级从高到低的顺序进行排序。
分配顺序读出部107按照优先级从高到低的顺序从分配顺序表读出条目的信息(即，决定各带宽分配请求的分配顺序)，并将读出的信息输出至Gate帧生成部108。分配顺序读出部107从分配顺序表中删除已读出的条目。分配顺序读出部107进行读出的时机怎样设定都可以，例如，可以在前面的条目的Gate帧的生成结束的情况下读取下一个条目，也可以在存在分配顺序表的更新时读出分配顺序表的优先级最高的条目。Gate帧生成部108根据从分配顺序读出部107输入的信息，按照每个LLID来生成通知带宽分配结果(允许发送的时间段)的Gate帧，输出至下行数据复用部109。Gate帧(或Grant帧)是通知允许上行方向的发送的时间段的发送许可信号，存储有允许发送的时间段(例如，发送开始时刻和发送时间)。此时，Gate帧中也可以存储如下信息：该信息示出是关于用户数据发送的带宽分配结果还是关于Report帧的带宽分配结果。另外，在此，对采用Gate帧作为通知带宽分配结果的发送许可信号的示例进行说明，但也可以采用Grant帧等其他形式的发送许可信号。
下行数据复用部109将Gate帧与从下行数据接收部14接收到的用户数据复用并输出至光发送部15。光发送部15将从下行数据复用部109输入的信号转换为光信号，并发送至ONU2-1～2-3。
图2是本实施方式的ONU2-1的结构例的图。如图2所示，ONU2-1具备光接收部21、PON控制部(控制装置)22、光发送部23、发送/接收部24-1、24-2以及发送缓冲器25，并与终端5-1、5-2连接。另外，在图2中，虽然示出了与2台终端连接的示例，但所连接的终端的数量并不限定于此。ONU2-2、2-3也是与ONU2-1相同的结构。
光接收部21将从OLT1发送的光信号转换为电信号，并传递至PON控制部22。PON控制部22将从光接收部21接收到的电信号分配为控制数据和用户数据(下行数据)，并将用户数据输出至与用户数据的目标地址相对应的发送/接收部24-1、24-2。发送/接收部24-1、24-2将用户数据发送至终端5-1、5-2。
另外，发送/接收部24-1、24-2将分别从终端5-1、5-2接收到的用户数据(上行数据)经由PON控制部22保存到发送缓冲器25。在发送缓冲器25中，按照每个LLID设有发送队列。在保存有表示是关于用户数据发送的带宽分配结果还是关于Report帧的带宽分配结果的信息的情况下，PON控制部22根据该信息进行判断是关于用户数据发送的带宽分配结果还是关于Report帧的带宽分配的结果。在未保存有该信息的情况下，例如，根据发送时间是否是规定值以下来判断是否是关于Report帧的带宽分配结果。在Gate帧是用于通知关于用户数据的带宽分配的帧的情况下，PON控制部22根据作为从OLT1接收到的控制数据中的一种的Gate帧中所存储的发送开始时刻和发送时间，按照每个LLID，从发送缓冲器25读出用户数据并输出至光发送部23。在Gate帧是用于通知关于Report帧的带宽分配的帧的情况下，PON控制部22根据Gate帧中所存储的发送开始时刻和发送时间来发送Report帧。另外，PON控制部22对每个LLID的发送缓冲器25的发送队列长度进行监视，根据由Gate帧通知的发送开始时刻和发送时间，按照每个LLID生成存储有发送队列长度的Report帧，输出至光发送部23。光发送部23将从PON控制部22接收到的数据转换为光信号，并发送至OLT1。
在此，对多个延迟保证等级共存的PON系统中的现有的带宽分配进行说明。延迟保证等级是指根据要保证的延迟时间确定的等级。要保证的延迟时间例如根据服务的种类(例如，VoIP(VoiceoverInternetProtocol，网络电话)、Video(视频)等)等来确定。
图3是示出延迟保证等级不同的LLID共存的PON系统的一个示例的图。图3示出了在图1、2所示的PON系统中ONU2-1、ONU2-2分别具有多个LLID并且按照每个LLID确定了延迟保证等级的示例。ONU2-1具有LLID#1和LLID#2，LLID#1要保证的延迟时间是3ms，LLID#2要保证的延迟时间是1ms。ONU2-2具有LLID#3和LLID#4，LLID#3要保证的延迟时间是3ms，LLID#4要保证的延迟时间是1ms。
在PON系统中，ONU在产生了要发送的用户数据的情况下，将请求上行带宽的分配的带宽请求信号(Report帧)发送至OLT，OLT根据来自ONU的带宽请求信号对各ONU进行上行带宽的分配。OLT对于上行带宽的分配，按照每规定周期(带宽分配周期)，进行下一个带宽分配周期内的上行带宽的分配并通知给ONU。因此，从ONU发送的用户数据的延迟时间取决于带宽分配周期。
在多个延迟保证等级共存的情况下，为了保证延迟时间，考虑与最短延迟时间一致地设定带宽分配周期的方法。图4是示出与最短延迟时间一致地设定带宽分配周期的情况下的带宽分配动作的一个示例的图。在图4中，为了使附图简化，示出了只有图3的ONU2-1(LLID#1、LLID#2)进行动作的示例。示例中，与LLID#1和LLID#2中的、要保证的延迟时间较短的LLID#2一致地将带宽分配周期设定为1ms。图中的R表示Report帧，G表示Gate帧，D表示Data(上行用户数据)。并且，在图4中，示出了按照每个LLID、以关于Report帧的上行带宽与关于Data的上行带宽连续的方式进行带宽分配的示例。Report帧按照每个LLID进行发送，并且，Report帧中存储有发送队列长度。LLID#1、LLID#2都是按照每个带宽分配周期(在此是1ms)被发送Report帧，并且，关于要保证的延迟时间为3ms的LLID#1，在发送队列长度不是0的情况下，也以1ms以下的周期发送数据。
图5是示出与最短延迟时间一致地来设定带宽分配周期的情况下的带宽分配结果的一个示例的图。图5中，以图3所示的结构为前提。另外，在图5中，为了简化，分别将LLID#1省略为#1，LLID#2省略为#2，LLID#3省略为#3，LLID#4省略为#4进行记述。图5与图4相同，示出了按照每个LLID以关于Report帧的上行带宽与关于Data的上行带宽连续的方式进行带宽分配的示例。在图5中，对于每个LLID的分配结果(所分配的上行带宽)以记载有LLID的编号(#1等)的方形来表示，并且，将关于Report帧的上行带宽和关于Data的上行带宽汇总成1个上行带宽进行记述。
设为以从图5所示的第n个至第n+2个为止的3个带宽分配周期中的、第n个带宽分配周期来发送Report帧，该Report帧中存储有与各LLID的用户数据相关的发送队列长度。图5所示的“3ms(#1允许的延迟时间)”等箭头表示从产生用户数据的时刻(在此，与存储有与用户数据相关的发送队列长度的Report帧的发送时刻大致相等)起至发送该用户数据为止被允许的延迟时间。并且，实际上，需要加上从ONU接收上行用户数据起至Report帧为止的时间等作为延迟时间，但是，在此为了简化说明，将接收用户数据起至Report帧为止的时间等记述为大致为零。如图5所示，关于LLID#1和LLID#3，以比允许的延迟时间(3ms)短的延迟时间(1ms)来实施数据的发送。
在PON系统中传送的光突发信号中，除了所传送的数据外，还附带有相当于光收发机的接通/断开所需的时间、为了帧同步而需要的同步时间等的开销。因此，当增加每单位时间的突发数量时，与此成比例地，突发开销量增加，从而导致用户数据的吞吐量降低。因此，如图5所示的LLID#1和LLID#3的示例那样，如果与允许的延迟时间(3ms)相比，以必要程度以上地短的带宽分配周期进行带宽分配的话，则带宽的利用效率降低。
为了防止上述那样的带宽利用效率降低，考虑采用多个带宽分配周期。图6是示出采用多个带宽分配周期的情况下的带宽分配结果的一个示例的图。图6中，与图5相同，以图3所示的结构为前提。另外，在图6中，与图5相同，为了简化，分别将LLID#1省略为#1，LLID#2省略为#2，LLID#3省略为#3，LLID#4省略为#4进行记述。另外，在图6中，与图4、图5相同，示出了按照每个LLID以关于Report帧的上行带宽与关于Data的上行带宽连续的方式进行带宽分配的示例。
在图6的示例中，OLT1按照每个延迟保证等级来确定带宽分配周期，并按照每个延迟保证等级来实施带宽分配。具体而言，在图6的示例中，关于LLID#2、#4，以第1带宽分配周期(1ms)来分配上行带宽，关于LLID#1、#3，以第2带宽分配周期(3ms)、即以该周期内的最开始的第1带宽分配周期来分配上行带宽。该情况下，关于第2带宽分配周期的最开始的第1带宽分配周期，对于LLID#1、#2、#3、#4分配上行带宽。如图6的示例那样，例如，在LLID#4的发送队列长度较长的情况下，如图的右端所示，不能对LLID#3分配上行带宽。对于LLID#3，以下一个第2带宽分配周期来实施分配，但即使以下一个第2带宽分配周期来实施分配，LLID#3的延迟时间也会超过被允许的延迟时间。
而在本实施方式中，为了防止用户数据的吞吐量的降低，同时保证延迟时间，以下述方式来实施带宽分配处理：在该带宽分配处理中，对Report帧和用户数据设定优先级，按优先级从高到低的顺序来分配上行带宽，以满足允许延迟时间。图7是示出本实施方式的带宽分配结果的一个示例的图。图7的最上段示出了采用图6所示的多个带宽分配周期的方式(多周期方式)的分配结果。在本实施方式的带宽分配处理中，如图7的中段所示，能够将对LLID#1分配的最后的上行带宽提前进行分配。由此，如最下段所示，在多周期方式中能够进行曾经无法进行分配的LLID#3的上行带宽(右端的上行带宽)的分配。
接下来，对本实施方式的带宽分配处理的具体动作进行说明。图8是示出本实施方式的带宽分配处理步骤的一个示例的流程图。图9是示出分配顺序表的结构例的图。如在图1的中叙述的那样，本实施方式的OLT1对分配顺序表进行保存。
在本实施方式中，不设定带宽分配周期，而是按照根据截至允许延迟时间为止的剩余时间(富余时间)决定的优先级来决定上行带宽的发送顺序。因此，上行带宽计算部111不决定给予发送许可的顺序，而是根据作为上行带宽的发送队列量和上行通信的数据速率来计算允许发送的时间长度(或数据量)。
分配顺序表的一行(1个条目)与1次带宽分配请求相对应，存储有表示该带宽分配请求的内容的分配信息。分配顺序表中所登记的带宽分配请求包括：用于发送Report帧的带宽分配请求即Report请求、和用于发送用户数据的带宽分配请求即数据请求。如图9所示，分配顺序表由下述部分构成：Report请求标志，其表示是Report请求(第1请求)还是数据请求(第2请求)；LLID，其表示带宽分配的请求源；带宽请求量，其表示请求分配的带宽的量；以及优先级。即，在图9的示例中，分配顺序表中存储有Report请求标志、带宽请求量和优先级作为与各带宽分配请求相对应的分配信息。在图9的示例中，关于Report请求标志，在Report请求标志为开启(ON)(“1”)的情况下表示Report请求，在Report请求标志为关闭(OFF)(“0”)的情况下表示数据请求。并且，图9是一个示例，分配顺序表的格式、Report请求标志的定义方法等并不限定于图9的示例。
关于Report请求，Report请求登记部105向分配顺序表进行登记，关于数据请求，数据请求登记部110向分配顺序表进行登记。在按照每个LLID对该LLID分配了上行带宽的情况下登记数据请求。
数据请求登记部110在登记数据请求时，按照每个LLID，作为数据请求标志，登记关闭(“0”)，作为带宽请求量，登记由上行带宽计算部11计算出的分配给各LLID的上行带宽(允许发送的数据量或允许发送的时间长度)。数据请求登记部110对利用富余时间计算部103、优先级计算部104以如下方法计算出的优先级进行登记。
富余时间计算部103例如利用下式(1)计算出富余时间。
富余时间＝允许延迟时间(Ta)-从上次的Report帧接收起的经过时间(Te)…(1)
允许延迟时间(Ta)是对于从ONU2-1～2-3自发送/接收部24-1、24-2接收数据起至OLT1接收到该数据为止的时间(延迟时间)的允许时间，例如基于在连接(link-up)时OLT1计算出的数据来决定。富余时间计算部103对每个LLID的允许延迟时间(Ta)进行保持。该允许延迟时间以其处于对用户数据保证的延迟时间(保证的延迟时间≥允许延迟时间)内的方式来决定。例如，在保证的延迟时间为Tp的情况下，采用下述这样的值：预先求出从ONU2-1～2-3中的上行用户数据到达起至发送与该用户数据相关的Report帧为止所需时间的最大值，然后从Tp减去所求得的最大值而得到的值。保证的延迟时间根据服务的种类等来确定。OLT1可以取得每个LLID的要保证的延迟时间并根据要保证的延迟时间来求出允许延迟时间，也可以根据服务的种类等直接求出允许延迟时间。允许延迟时间的设定方法例如如以下那样可以考虑多个。该允许延迟时间的设定方法并不限定于以下的示例。
(i)由操作员按照每个LLID设定允许延迟时间作为服务级别参数。或者，由操作员按照每个LLID设定延迟等级，OLT1对延迟等级和允许延迟时间的对应关系进行保持，并根据延迟等级计算出允许延迟时间；
(ii)由操作员设定服务的种类(VoIP/视频(Video)等)，OLT1预先对服务的种类和允许延迟时间的对应关系进行保持，OLT1根据按照每个LLID设定的服务种类计算出允许延迟时间；
(iii)OLT1预先对发送帧内所存储的表示服务种类的信息(例如，ToS(TypeofService，服务类型)值CoS(ClassofService，服务等级)值、VID(VLAN(VirtualLocalAreaNetwork，虚拟局域网)Identifier(标识符))值等)值和允许延迟时间的对应关系进行保持，并根据各LLID的上行发送帧内所存储的信息(例如，ToS值、CoS值、VID值等)按照每个LLID计算出允许延迟时间。
从上次的Report帧接收起的经过时间(Te)是从该LLID的上次的Report帧接收起的经过时间。富余时间计算部103按照每个LLID对上次的Report帧的接收时刻进行保持。当不存在上次的Report帧的接收时刻的情况下(最初的Report帧接收时)，将Te设为规定的初始值(例如0)。
另外，从上次的Report帧接收起的经过时间(Te)用作由Report帧请求进行分配的用户数据到达ONU2-1～2-3起的经过时间(ONU2-1～2-3中的用户数据的滞留时间)的估计值，并且，也可以采用从上次的Report帧接收起的经过时间之外的值。例如，作为上述Te，也可以采用从对该LLID指示的发送开始时间起的经过时间减去RTT(RoundTripTime，往返时延)/2而得到的值来代替从上次的Report帧接收起的经过时间。关于RTT，OLT1通常对RTT进行测量，并采用该测量值。
优先级计算部104采用根据上述式(1)求出的富余时间，根据下式(2)求出优先级。
优先级＝(a-富余时间)×b+该LLID的上行带宽×c…(2)
其中，设a、b、c为预定的常数，设该LLID的上行带宽为由上行带宽计算部111计算出的上行带宽。也可以对a、b、c进行变更。另外，在此设为，优先级是数值越大则优先级越高。另外，上述式(2)为一个示例，优先级的决定方法并不限于上述式(2)，只要是富余时间越少则优先级越高这样的优先级决定方法即可。另外，也可以按照富余时间和该LLID的上行带宽的各自的范围预先求出优先级，作为表进行保持，参照表来求出优先级。
Report请求登记部105在登记Report请求时，登记开启(“1”)作为Report请求标志，并且，登记Report帧的发送所需要的时间(或Report帧的数据量)作为带宽请求量。作为向分配顺序表进行的Report请求的登记方法可以考虑各种方法。以下举出2个示例，但也可以是除此之外的其他方法。
登记方法1：周期性地登记Report请求。将比根据允许延迟时间决定的、应发送Report请求的周期Tr(以用户数据的延迟时间处于允许延迟时间以内的方式发送Report帧的发送间隔)短的周期作为登记Report请求的周期(以下，称作Report登记周期)。将周期Tr设为允许延迟时间以下。例如，关于周期Tr，可以考虑采用下述这样的值：预先求出从ONU2-1～2-3中的上行用户数据到达起至发送与该用户数据相关的Report帧为止所需时间的最大值，从允许延迟时间减去求得的最大值而得到的值。并且，在登记Report请求时，关于优先级，登记足够高的优先级(例如，与后述的数据请求中的优先级的最大值相同程度的值)。另外，也可以根据LLID的服务种类等来决定Report请求的优先级。当在登记Report请求的时刻在分配顺序表中存在比该Report请求优先级更高的带宽分配请求的情况下，向当前的Report请求进行的分配被推后。这样，预先将Report登记周期设定得比周期Tr短，以便即使由于其他带宽分配请求被优先而导致向Report请求进行的分配从登记时起延迟了某种程度时，在从上次的Report帧的发送起至经过Tr为止的期间中，也会实施向Report请求进行的分配。另外，如图7所示，通过将Report登记周期设定得比周期Tr短，从而能够在上行通信不集中的空闲时间内提前发送Report请求。另外，优选将Report请求的优先级设定为在从上次的Report帧发送起的经过时间(Tf)成为Tr的时刻该优先级成为较高的优先级。
例如，采用从上次的Report帧发送起的经过时间(Tf)，求出Tr-Tf，以此作为Report请求的富余时间。并且，预先确定Report请求的富余时间越少则优先级越高这样的算式，通过将Report请求的富余时间代入算式来求出优先级。作为该算式，例如考虑采用下式(3)。
优先级＝(a′-Report请求的富余时间)×b′+d…(3)
其中，设a′、b′、d为预定的常数。也可以对a′、b′、d进行变更。
登记方法2：在接收到Report帧时，登记与该Report帧对应的LLID的下一个Report请求。以下述方式来决定优先级：使优先级成为在从上次的Report帧的接收起的经过时间成为根据每个LLID的允许延迟时间决定的、应发送Report请求的周期Tr时，足够高的优先级。作为一个示例，考虑以下述方式进行更新：在登记时，关于优先级预先设定不那么高的值作为初始值，并在分配顺序表的更新时刻对该Report请求的优先级进行更新时，使从该Report请求登记时(即，上次的Report帧接收时)起的经过时间越接近Tr优先级越高。例如，如在登记方法1中叙述的那样，考虑采用上述公式(3)。
利用图8对OLT1的带宽分配处理进行说明。在OLT1中，分配顺序读出部107参照分配顺序表读出优先级最高的条目的信息并输出至Gate帧生成部108(步骤S1)。Gate帧生成部108根据所输入的信息生成Gate帧，并经由下行数据复用部109、光发送部15发送至ONU2-1～2-3(发出Gate)(步骤S2)。此时，接下来，Report帧解析部102对是否已经接收到Report帧进行判断(步骤S3)，在已经接收到Report帧的情况下(步骤S3，“是”)，Report帧解析部102将Report帧中所存储的发送队列量传递至上行带宽计算部111，上行带宽计算部111计算上行带宽(步骤S5)。
另外，富余时间计算部103根据Report帧的接收时刻，并且，如上所述，根据式(1)来计算富余时间(步骤S6)。如上文所述那样，优先级计算部104根据富余时间计算优先级(步骤S7)。数据请求登记部110采用在步骤S7中计算出的优先级将数据请求登记在分配顺序表中(步骤S8)，然后，返回步骤S1。另外，在步骤S8中，分配顺序更新部106关于已经登记的条目再次计算优先级，并利用再次计算出的结果对分配顺序表进行更新。在再次计算中，例如，根据来自分配顺序更新部106的再次计算的指示，并根据该时刻下的Ta、Te，利用富余时间计算部103和优先级计算部104来计算优先级。关于Report请求同样，在对优先级进行再次计算的情况下，Report请求登记部105根据来自分配顺序更新部106的再次计算的指示来再次计算优先级。或者，分配顺序更新部106也可以根据该时刻下的Ta、Te等，通过进行与富余时间计算部103和优先级计算部104、或Report请求登记部105相同的计算来求出优先级。
另外，在步骤S3中，在未接收到Report帧的情况下(步骤S3，“否”)，Report请求登记部105对是否是Report请求的登记时机进行判断(步骤S4)，在不是登记时机的情况下(步骤S4No)，返回步骤S1。在是Report请求的登记时机的情况下(步骤S4，“是”)，前进至步骤S8，将Report请求登记在分配顺序表中。此时，分配顺序更新部106关于已经登记的条目再次计算优先级，并利用再次计算出的结果对分配顺序表进行更新。
另外，在上述的流程图中，在向各带宽分配请求的分配顺序表进行登记时，关于已经登记的条目的优先级也进行更新。在分配顺序读出部107被设定成读出规定值以上的优先级的条目的情况下，除向分配顺序表登记各带宽分配请求时之外，关于接近富余时间(在Report帧的情况下，为Report请求的富余时间)的带宽分配请求，为了提高优先级也进行更新。另外，已登记条目的优先级的更新的时机并不限于上述的示例，例如也可以与向分配顺序表进行的登记独立地每规定时间进行更新。
图10是对从上次的报告接收起的经过时间进行说明的图。图中的R表示Report帧，G表示Gate帧，D表示Data(上行用户数据)。在图10的A点处，OLT1接收来自LLID#2的Report帧，对分配顺序表进行更新。此时，在A点处，由于从接收到LLID#1的上次的Report帧的时刻起的经过时间为图10所示的Te1，因此，在LLID#1的数据请求和Report请求的优先级的计算(更新)中，作为上述式(1)的Te使用Te1。另外在图10的B点处，OLT1接收来自LLID#1的Report帧，对分配顺序表进行更新。此时，在B点处，由于从接收到LLID#2的上次的Report帧的时刻起的经过时间为图10所示的Te2，因此，在LLID#2的数据请求和Report请求的优先级的计算(更新)中，作为上述公式(1)的Te使用Te2。
另外，在本实施方式中，关于数据请求，根据至允许延迟时间为止的富余时间和上行带宽来决定优先级，并且，在Report请求中，也根据至基于允许延迟时间的Report请求的发送间隔为止的时间来决定优先级。但不限于此，关于数据请求，也可以不考虑上行带宽，而根据富余时间来决定优先级。该情况下，也可以在分配顺序表中预先存储富余时间(在Report请求的情况下，为Report请求的富余时间)来代替优先级，分配顺序更新部106在进行分配顺序表的更新时，根据富余时间来计算优先级，并按照优先级从高到低的顺序重新排列分配顺序表。
另外，在采用Gate帧通知带宽分配结果的情况下，根据Gate帧格式的规格，能够分配的每个LLID的发送时间的最大值为0xFFFF[tq](大约1.049[ms])。这样，在一次能够对各LLID进行分配的发送时间存在限制的情况下，对各LLID进行分配的上行带宽为该发送时间的最大值以下。另外，如果1个LLID一次请求许多带宽分配，则存在向其他LLID进行的分配延迟的可能性，因此，也可以预先将上限设置为对1个LLID进行1次分配的上行带宽。
另外，在本实施方式中，虽然未设置带宽分配周期地来分配带宽，但也可以设置带宽分配周期。该情况下，按照每个带宽分配周期，如上述那样根据富余时间来决定分配优先顺序即可。
如上所述，在本实施方式中，不设置固定的分配周期，关于数据请求，根据至允许延迟时间为止的富余时间和上行带宽来决定优先级，并且，根据至基于Report帧的允许延迟时间决定的Report帧的发送时刻为止的富余时间来决定优先级，并根据优先级来决定分配带宽的顺序(上行发送顺序)。因此，能够根据线路的集中状态动态变化地使每单位时间的突发数和每个LLID的分配周期变动，并且能够维持所需要的带宽利用效率，同时能够进行延迟保证。采用以本实施方式的优先级来控制分配顺序的方法，分配周期根据带宽的通信状态发生变动。
图11是用于说明本实施方式的效果的图。带宽利用效率301表示采用现有的带宽分配方法的情况下的带宽利用效率，带宽利用效率302表示采用本实施方式的带宽分配方法的情况下的带宽利用效率。如图11所示，在本实施方式中，与现有的带宽分配方法相比，能够提高带宽利用效率。特别是，LLID数量越多，带宽利用效率的提高越显著。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的主台装置、从台装置、光通信系统、控制装置及带宽分配方法对于PON系统有用，尤其适合要保证上行通信的延迟时间的PON系统。
标号说明
1：OLT；2-1～2-3：ONU；3：耦合器；4：光纤；11：光接收部；12、22：PON控制部；13：上行数据发送部；14：下行数据接收部；15：光发送部；21：光接收部；23：光发送部；24-1、24-2：发送/接收部；25：发送缓冲器；101：上行数据分配部；102：Report帧解析部；103：富余时间计算部；104：优先级计算部；105：Report请求登记部；106：分配顺序更新部；107：分配顺序读出部；108：Gate帧生成部；109：下行数据复用部；110：数据请求登记部；111：上行带宽计算部。

Claims (17)

1.一种主台装置，其通过光通信路径与1个以上的从台装置连接，并将从所述从台装置朝向自身的方向即上行方向的通信的带宽以逻辑链路为单位分别分配给所述从台装置，其特征在于，该主台装置具备：
解析部，其从所述从台装置接收请求用于发送上行数据的带宽的带宽请求信号，并从所述带宽请求信号中提取每个逻辑链路的请求带宽；
带宽计算部，其根据所述请求带宽来计算用于发送所述上行数据的上行带宽；
富余时间计算部，其保持针对每个逻辑链路的上行方向的通信的允许延迟时间，并按照每个逻辑链路，根据所述允许延迟时间和所述上行数据在所述从台装置中的滞留时间的估计值求出富余时间；
优先级计算部，其按照每个逻辑链路，根据所述富余时间求出由所述带宽请求信号所请求的、用于发送所述上行数据的带宽分配请求的优先级；
带宽请求生成部，其按照每个逻辑链路，生成请求分配用于发送带宽请求信号的上行带宽的带宽分配请求，并决定所生成的带宽分配请求的优先级；
分配顺序决定部，其根据所述优先级来决定与所述带宽分配请求对应的分配顺序；以及
发送许可生成部，其根据所述分配顺序和每个所述带宽分配请求的所述上行带宽来决定与所述带宽分配请求对应的允许发送时间段，并将所述允许发送时间段通知给所述从台装置。
2.根据权利要求1所述的主台装置，其特征在于，
所述优先级计算部将所述富余时间设为所述允许延迟时间减去所述上行数据在所述从台装置中的滞留时间的估计值而得到的值，并以所述富余时间越少则优先级越高的方式来计算所述优先级。
3.根据权利要求1或2所述的主台装置，其特征在于，
所述优先级计算部还根据所述上行带宽来求出所述上行数据的带宽分配请求的优先级。
4.根据权利要求3所述的主台装置，其特征在于，
所述优先级计算部以所述上行带宽越少则越优先的方式来计算所述优先级。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的主台装置，其特征在于，
所述带宽请求生成部以最小发送间隔减去从上次的带宽请求信号的发送起的经过时间而得到的时间越少则越优先的方式来计算所述优先级，该最小发送间隔是根据所述允许延迟时间确定的、带宽请求信号的发送所要求的发送间隔。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的主台装置，其特征在于，
所述主台装置还具备：
分配信息更新部，其将每个所述带宽请求的标志、逻辑链路的标识符、所述优先级以及所述上行带宽作为分配信息进行保持，并对所述分配信息内的优先级的值进行更新，其中，所述标志表示该带宽分配请求是用于发送带宽请求信号的带宽分配请求即第1分配请求和用于发送上行数据的带宽分配请求即第2分配请求中的哪个带宽分配请求；和
数据请求生成部，其在接收到所述带宽请求信号的情况下，将设定了表示是第2分配请求的值的所述标志、以及逻辑链路的标识符、由所述带宽计算部计算出的上行带宽作为所述分配信息进行登记，
所述分配顺序决定部按照所述优先级从高到低的顺序读出所述分配信息，并通过将读出的信息输出给所述发送许可生成部来决定所述分配顺序，
所述带宽请求生成部在生成所述带宽分配请求时，将设定了表示是第1分配请求的值的所述标志、以及逻辑链路的标识符、用于发送所述带宽请求信号的上行带宽作为所述分配信息进行登记，
所述发送许可生成部根据从所述分配顺序决定部输出的所述分配信息来决定所述允许发送时间段。
7.根据权利要求6所述的主台装置，其特征在于，
所述分配信息更新部在登记所述分配信息时，对所登记的所述分配信息以外的已登记的所述分配信息内的优先级的值进行更新。
8.根据权利要求1～6中的任意一项所述的主台装置，其特征在于，
所述分配信息更新部按照每个规定的周期对所述分配信息内的优先级的值进行更新。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的主台装置，其特征在于，
所述带宽请求生成部按照每个逻辑链路，以比所述允许延迟时间短的规定周期来生成所述带宽分配请求。
10.根据权利要求1～8中的任意一项所述的主台装置，其特征在于，
所述带宽请求生成部在接收到所述带宽请求信号的情况下，生成与接收到的所述带宽请求信号对应的逻辑链路的所述带宽分配请求。
11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的主台装置，其特征在于，
所述上行数据在所述从台装置中的滞留时间的估计值被设为从接收到上次的带宽请求信号起的经过时间。
12.根据权利要求1～10中的任意一项所述的主台装置，其特征在于，
所述上行数据在所述从台装置中的滞留时间的估计值被设为从上次指示的允许发送时间段的发送开始时间起的经过时间减去往返延迟时间的1/2而得到的值。
13.一种从台装置，其通过光通信路径与主台装置连接，并且从所述主台装置以逻辑链路为单位被分配了朝向所述主台装置的方向即上行方向的通信的带宽，其特征在于，
该从台装置按照每个逻辑链路，从本装置将存储有用于发送上行数据的请求带宽的带宽请求信号发送给所述主台装置，
该从台装置从所述主台装置接收发送允许时间段，并根据所述发送允许时间段进行所述带宽请求信号和所述上行数据的发送，其中，所述发送允许时间段是依照分配顺序针对每个逻辑链路而确定的，所述分配顺序是在所述主台装置中，对于基于所述带宽请求信号的带宽分配请求和用于发送所述带宽请求信号的带宽分配请求，根据针对每个逻辑链路的上行方向通信的允许延迟时间来决定的。
14.一种光通信系统，其具有主台装置和通过光通信路与所述主台装置连接的1个以上的从台装置，所述从台装置被从所述主台装置分配了从所述从台装置朝向所述主台装置的方向即上行方向的通信的带宽，其特征在于，
所述从台装置按照每个逻辑链路，从本装置将存储有用于发送上行数据的请求带宽的带宽请求信号发送给所述主台装置，
所述主台装置具备：
解析部，其从所述从台装置接收所述带宽请求信号，并从所述带宽请求信号中提取每个逻辑链路的所述请求带宽；
带宽计算部，其根据所述请求带宽来计算用于发送所述上行数据的上行带宽；
富余时间计算部，其保持每个逻辑链路的上行方向的通信的允许延迟时间，并按照每个逻辑链路，根据所述允许延迟时间和所述上行数据在所述从台装置中的滞留时间的估计值求出富余时间；
优先级计算部，其按照每个逻辑链路，根据所述富余时间求出由所述带宽请求信号所请求的用于发送所述上行数据的带宽分配请求的优先级；
带宽请求生成部，其按照每个逻辑链路，生成请求分配用于发送带宽请求信号的上行带宽的带宽分配请求，并决定所生成的带宽分配请求的优先级；
分配顺序决定部，其根据所述优先级来决定与所述带宽分配请求对应的分配顺序；以及
发送许可生成部，其根据所述分配顺序和每个所述带宽分配请求的所述上行带宽来决定与所述带宽分配请求对应的允许发送时间段，并将所述允许发送时间段通知给所述从台装置，
所述从台装置根据从所述主台装置通知的所述发送允许时间段进行所述带宽请求信号和所述上行数据的发送。
15.一种控制装置，其是如下的主台装置中的控制装置，该主台装置通过光通信路径与1个以上的从台装置连接，并且将从所述从台装置朝向自身的方向即上行方向的通信的带宽以逻辑链路为单位分别分配给所述从台装置，其特征在于，该控制装置具备：
解析部，其从所述从台装置接收请求用于发送上行数据的带宽的带宽请求信号，并从所述带宽请求信号中提取每个逻辑链路的请求带宽；
带宽计算部，其根据所述请求带宽来计算用于发送所述上行数据的上行带宽；
富余时间计算部，其保持每个逻辑链路的上行方向的通信的允许延迟时间，并按照每个逻辑链路，根据所述允许延迟时间和所述上行数据在所述从台装置中的滞留时间的估计值求出富余时间；
优先级计算部，其按照每个逻辑链路，根据所述富余时间求出由所述带宽请求信号所请求的用于发送所述上行数据的带宽分配请求的优先级；
带宽请求生成部，其按照每个逻辑链路，生成请求分配用于发送带宽请求信号的上行带宽的带宽分配请求，并决定所生成的带宽分配请求的优先级；
分配顺序决定部，其根据所述优先级来决定与所述带宽分配请求对应的分配顺序；以及
发送许可生成部，其根据所述分配顺序和每个所述带宽分配请求的所述上行带宽来决定与所述带宽分配请求对应的允许发送时间段，并将所述允许发送时间段通知给所述从台装置。
16.一种控制装置，其是如下的从台装置中的控制装置，所述从台装置通过光通信路径与主台装置连接，并且从所述主台装置以逻辑链路为单位被分配了朝向所述主台装置的方向即上行方向的通信的带宽，其特征在于，
该控制装置按照每个逻辑链路，从本装置将存储有用于发送上行数据的请求带宽的带宽请求信号发送给所述主台装置，
所述控制装置从所述主台装置接收发送允许时间段，并根据所述发送允许时间段进行所述带宽请求信号和所述上行数据的发送，其中，所述发送允许时间段是依照分配顺序针对每个逻辑链路而确定的，所述分配顺序是在所述主台装置中，对于基于所述带宽请求信号的带宽分配请求和用于发送所述带宽请求信号的带宽分配请求，根据针对每个逻辑链路的上行方向通信的允许延迟时间来决定的。
17.一种带宽分配方法，所述带宽分配方法是光通信系统中的带宽分配方法，所述光通信系统具备主台装置和通过光通信路径与所述主台装置连接的1个以上的从台装置，所述从台装置被从所述主台装置分配了从所述从台装置朝向所述主台装置的方向即上行方向的通信的带宽，其特征在于，该带宽分配方法包括：
请求信号发送步骤，所述从台装置按照每个逻辑链路，从本装置将存储有用于发送上行数据的请求带宽的带宽请求信号发送给所述主台装置；
解析步骤，所述主台装置从所述从台装置接收所述带宽请求信号，并从所述带宽请求信号中提取每个逻辑链路的所述请求带宽；
带宽计算步骤，所述主台装置根据所述请求带宽来计算用于发送所述上行数据的上行带宽；
富余时间计算步骤，所述主台装置保持每个逻辑链路的上行方向的通信的允许延迟时间，并按照每个逻辑链路，根据所述允许延迟时间和所述上行数据在所述从台装置中的滞留时间的估计值求出富余时间；
优先级计算步骤，所述主台装置按照每个逻辑链路，根据所述富余时间求出由所述带宽请求信号所请求的用于发送所述上行数据的带宽分配请求的优先级；
带宽请求生成步骤，所述主台装置按照每个逻辑链路，生成请求分配用于发送带宽请求信号的上行带宽的带宽分配请求，并决定所生成的带宽分配请求的优先级；
分配顺序决定步骤，所述主台装置根据所述优先级来决定与所述带宽分配请求对应的分配顺序；
发送许可生成部，所述主台装置根据所述分配顺序和每个所述带宽分配请求的所述上行带宽来决定与所述带宽分配请求对应的允许发送时间段，并将所述允许发送时间段通知给所述从台装置；以及
发送控制步骤，所述从台装置根据从所述主台装置通知的所述发送允许时间段进行所述带宽请求信号和所述上行数据的发送。
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