JP2004289469A - Ｐｏｎシステムにおける帯域割り当て方法及び親局 - Google Patents

Abstract

【課題】親局・子局間での帯域割当の要求、許可といった複雑なシーケンスを不用とし、システム構成を簡単にできるＰＯＮシステムを提供する。
【解決手段】子局からの上り通信帯域は、特定の子局に固定的に割当てられる固定帯域と、任意の子局へ動的に割当てられる共用帯域からなり、親局は、子局からデータを受信したことを条件に（ステップＳ１）、その子局に対して共用帯域を割当て（ステップＳ３）、子局からのデータの受信が所定時間なくなれば、その子局に対する共用帯域の割当てを解除する（ステップＳ５）。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、親局と複数の子局との間を結ぶ光データ通信ネットワーク、特にＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
親局と複数の子局との間を、光データ通信ネットワークを使って双方向通信するシステムにおいて、親局と各子局との間を、それぞれ１本の光ファイバで放射状に結ぶネットワーク構成が実用化されている（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｔａｒ）。このネットワーク構成では、システム、機器構成は簡単になるが、各子局が１本の光ファイバを占有するので、システムの低価格化を図るのが困難である。
【０００３】
そこで、１本の光ファイバを、複数の子局で共有するＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システム（ＰＤＳ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｔａｒ）ともいう）が提案されている。
このＰＯＮシステムでは、親局から子局への下り送信回線は、フレームが放送形態で配信される。子局からの上り送信回線では、フレームは、何らかの交通整理をしないと衝突するので、時分割方式を用いて割当てている。
【０００４】
この上り送信回線の割り当てにあたっては、子局が時間帯域割り当て要求を親局に送信し、親局で上り送信回線の帯域指定を行い、親局から子局へ指定した帯域の情報を通知し、子局がその帯域を使ってデータを送信する、という手順がとられる。
【０００５】
【非特許文献１】「パッシブダブルスター光アクセスシステムにおけるシェアドアクセス方式の提案」電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｂ， Ｎｏ．９，ｐｐ．１５７８−１５８６， ２００１／９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような帯域割当制御を行うと、複数の子局から要求が来た場合、親局での手順が複雑化し、このため、親局のハードウェアの規模が大きくなり、システム全体がコスト高になる。また、子局にとっては、送信が許可されるまでの時間送信待ち時間が発生し、データの送信が遅れるという問題もある。
そこで、本発明は、親局・子局間での帯域割当の要求、許可といった複雑なシーケンスを不用とし、システム構成を簡単にできるＰＯＮシステムにおける帯域割り当て方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＰＯＮシステムにおける帯域割り当て方法は、子局からの上り通信帯域は、特定の子局に固定的に割当てられる固定帯域と、任意の子局へ動的に割当てられる共用帯域からなり、親局は、子局からデータを受信したことを条件に、その子局に対して共用帯域を割当て、子局からのデータの受信が所定時間なくなれば、その子局に対する共用帯域の割当てを解除することを特徴とする方法である（請求項１）。
【０００８】
この方法によれば、親局が子局からの受信データの有無だけを見て帯域割当の判断を行うため、子局と親局との間で要求・許可といった帯域割当のためのシーケンスは不要となり、システムが簡単に構成できる。また、親局において、帯域割当のために、複数の子局からの要求データ量をスケジュールするという複雑な処理が不要となる。
親局は、前記ＰＯＮシステムにおける帯域割り当て方法において、子局からの受信データを監視して、受信データが、当該子局に割当てた共用帯域をある閾値以上の時間率で使用している場合は、割当てる帯域を増やし、当該子局に割当てた共用帯域をある閾値未満の時間率で使用している場合は、割当てた共用帯域を減らす処理をすることもできる（請求項２）。この処理により、効率のよい帯域割当てを行うことができる。
【０００９】
親局は、初期設定として、電源の入っている全ての子局に共用帯域を割当てることもできる（請求項３）。
また、請求項４記載は、請求項１記載の方法を実施するための親局についての発明である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
―ネットワーク構成―
図１は、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムの構成図である。ＰＯＮシステムは、収容局に設置された局側終端装置ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）（以下「親局」という）Ａと、複数の加入者宅に設置された光加入者側装置ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）（以下「子局」という）１，２，３，．．．との間を、受動型光分岐器（スターカップラー）Ｂを通して、光ネットワークＣで接続している。子局１，２，３，．．．の数をＮとする。Ｎは２以上の整数とする。受動型光分岐器Ｂから子局１，２，３，．．．までの距離は、子局１，２，３，．．．ごとに異なった値をとる。親局Ａから複数の子局１，２，３，．．．へ送信を行う下り方向と、その逆の上り方向とは、光伝送方向又は波長の違いで分離している。
【００１１】
―親局、子局の構成―
図２は、親局Ａの構成を示すブロック図である。親局Ａは、光ネットワークＣを通して子局１，２，３，．．．とつながる光リンク回路（Ｏ／Ｅ，Ｅ／Ｏ）Ａ１、受信処理部Ａ２、送信処理部Ａ３、及びＬＡＮケーブルなどを通して上位のネットワークとつながる上位ネットワークインターフェイスＡ４を備えている。受信処理部Ａ２には受信バッファＡ２１とデータ受信判別処理部Ａ２２とが付属し、送信処理部Ａ３には帯域割当処理部Ａ３１と送信バッファＡ３２とが付属している。
【００１２】
上位のネットワークから親局Ａに供給される下りデータは、上位ネットワークインターフェイスＡ４を通して送信処理部Ａ３１に入力される。送信処理部Ａ３１では、このデータを一時送信バッファＡ３２に蓄え、子局の上りタイムスロット（以下「帯域」という）を割当指示する情報を乗せて、光リンク回路（Ｅ ／ Ｏ）Ａ１を通して子局１，２，３，．．．に送信する。前記帯域を割当指示する情報は、後述する方法により、帯域割当処理部Ａ３１によって作成される。
【００１３】
一方、子局１，２，３，．．．から光ネットワークＣを通して受信される上りデータは、光リンク回路（Ｏ／Ｅ）Ａ１を通して受信処理部Ａ２に入力される。受信処理部Ａ２では、フレームからデータを取り出し、一時受信バッファＡ２１に蓄え、上位ネットワークインターフェイスＡ４から上位のネットワークに送信する。データ受信判別処理部Ａ２２は、上りデータを送信してきた子局がどの子局であるかを特定する情報（子局識別番号）を帯域割当処理部Ａ３１に通知する機能を持っている。
【００１４】
次に、子局１，２，３，．．．の構成を、図３を用いて説明する。
子局１，２，３，．．．は、図３に示すように、光ネットワークＣを通して親局Ａとつながる光リンク回路（Ｏ／Ｅ，Ｅ／Ｏ）１１、受信処理部１２、送信処理部１３、及びＬＡＮケーブルを通して宅内機器（例えば家庭やオフィスに設置されたコンピュータ）とつながるイーサネット（登録商標）インターフェイス１４を備えている。受信処理部１２には受信バッファ１２１と割当指示処理部１２２とが付属し、送信処理部１３には送信処理部１３１と送信バッファ１３２とが付属している。
【００１５】
子局１，２，３，．．．は、光ネットワークＣを通して親局Ａから送られてくるデータを光リンク回路（Ｏ／Ｅ）１１で受信し、受信処理部１２に送る。受信処理部１２では、そのデータを取り出し、イーサネットインターフェイス１４を経由して下位ネットワークへ送る。割当指示処理部１２２は、受信されたフレームの制御スロットに含まれる、当該子局の帯域割当指示情報を取り出し、送信処理部１３１に通知する。
【００１６】
下位ネットワークから送られてくる上りデータは、イーサネットインターフェイス１４を経由して送信処理部１３へ送られる。送信処理部１３では、フレームの割当てられた帯域にデータを乗せ、光リンク回路（Ｅ／Ｏ）１１を介して親局へ送る。
―フレーム構成―
親局から子局への下り伝送データ及び子局から親局への上り伝送データは、それぞれフレームで構成される。
【００１７】
図４に、ＰＯＮの上り回線及び下り回線のフレーム構成を示す。
図４（ａ）は、親局Ａから子局１，２，３，．．．へ送信を行う１周期分の下りフレームの構成を示し、図４（ｂ）は各子局１，２，３，．．．が割当てられた帯域を使って、個別に送信を行う１周期分の上りフレームの構成を示す。帯域には、図４（ｂ）に示すように、固定帯域と共用帯域とがある。固定帯域は、Ｎ個すべての子局に対して固定的に割当てられており、共用帯域は、任意の子局に対して割当てられる。共用帯域の割り当て先は、後に説明する基準に従って選択される。
【００１８】
なお、図４（ｂ）では、固定帯域は子局１，２にのみ割当てられているが、他の子局３，４に対しては、次の周期で割当て、他の子局５，６に対しては、さらに次の周期で割当て、以下同様の手順とする。しかしこの方法以外に、固定帯域を細分して、各スロットをＮ個すべての子局に対して一度に割当ててもよい。
図４（ａ）に示すように、下りフレームには、制御スロットが設けられる。制御スロットには、ベッダに続いて、各子局１，２，３，．．．に対して上り送信データ帯域を指定するデータが「上り帯域割当指示」の中に格納されている。図４（ａ）の例では、上り帯域＃１，＃２を固定帯域用、＃３〜＃Ｎを共用帯域用として、＃１＝子局１、＃２＝子局２、＃３＝子局１、＃４＝子局Ｎ．．．といった具合に割当てられている。このフレームを受信した子局１，２，３，．．．は、ヘッダの中にある自局の識別番号と、当該子局１，２，３，．．．に指定された帯域を確認して、その帯域を使って上りデータを送信する。この場合、子局は、共用帯域が割当てられている場合は、固定帯域と共用帯域とを区別せずに、自分の子局ＩＤ番号が書き込まれた上り帯域を使ってデータを送信する。図４（ａ）の例では、子局１は、上り帯域＃１と＃３を使ってデータを送信し、子局２は、上り帯域＃２を使ってデータを送信する。
【００１９】
図５は、帯域の割当方法を示すフローチャートである。子局１，２，３，．．．のうち任意の１つを子局ｎと書く。ｎは１以上Ｎ以下の整数である（１≦ｎ≦Ｎ）。
子局ｎは、親局にデータを送信したい場合、自局専用の固定帯域と、自局に割当てられている共用帯域があればその共用帯域とを使って、親局にイーサデータを送信する。親局は、子局ｎからのデータの受信があるかどうかを判定する（ステップＳ１）。子局ｎからのデータの受信があれば、当該子局ｎに共用帯域を割当てているかどうかを判定し（ステップＳ２）、すでに共用帯域を割当てていれば、そのまま通信を続行する。
【００２０】
共用帯域を割当てていなければ（つまり子局ｎが専用の固定帯域のみを使って送信してきた場合）、当該子局ｎに共用帯域を割当てる（ステップＳ３）。この共用帯域の割当てをするには、親局は、下りフレームの制御スロットの「上り帯域割当指示」の上り帯域の空き領域に、割当てる子局のＩＤ番号を書き込む。この場合、もし上り共用帯域がすべて他の子局に割当てられていて空きがなければ、新しい上り共用帯域を作って割り当てる。
【００２１】
このように共用帯域を割当てることによって、当該子局ｎは、固定帯域及び割当てられた共用帯域を区別することなく使って、割当てられた帯域で上りデータを送信できるようになる。
ステップＳ１において所定時間待っても当該子局ｎからの通信がなければ、当該子局ｎへ共用帯域割り当てをしていたのであれば（ステップＳ４）、その割り当てを解除する（ステップＳ５）。所定時間としては、一定時間（例えば１０秒）でもよい。また、データを間欠的に送るようなアプリケーションで、データ送信時のデータ間隔が、ある程度の範囲内に収まる場合は、その殆どのデータ間隔よりも少しだけ長くなるように、所定時間をそのアプリケーションに応じた下限値（例えば１ミリ秒）まで短縮することで、上り帯域の使用効率の向上を図ることもできる。
【００２２】
このように、親局が子局から送信されてくるデータの有無だけを見て、データを受信した場合は、自動的に共用帯域の割当を行うため、子局と親局との間で割当要求・許可といった帯域割当のための複雑なシーケンスは不要となり、ＰＯＮシステムが簡単、安価に構築できる。
次に、親局が、各子局に対して、共用帯域の使用率を見て、共用帯域の割当を加減する方法を説明する。
【００２３】
図６は、各子局の共用帯域の使用状態を示す図であって、横軸に時刻をとっている。図６（ａ）は、各子局が共用帯域をほとんど全部使用している場合、図６（ｂ）は、共用帯域をあまり使用していない場合を示す。ハッチングは中身のあるイーサデータを示し、白抜きはアイドルデータを示す。子局は親局に対して送るべきデータがない場合は、アイドルデータを送信する。
親局はイーサデータかアイドルデータかを判断すれば、その帯域内に有効なデータがあるかないかを判断できる。すなわち、次の式
（イーサデータを受信した時間）
／（イーサデータを受信した時間＋アイドルデータを受信した時間）
により、イーサデータを受信した時間率を測定し、その時間率が閾値よりも高ければ当該子局が当該共用帯域をほとんど全部使用していると判断し、その時間率が閾値よりも低ければ当該子局が共用帯域をあまり使用していないと判断する。
【００２４】
図７は、親局が通信中、共用帯域の使用率を見て、共用帯域の割当を加減する方法を示すフローチャートである。
まず、子局番号を０とおく（ステップＴ１）。子局番号に１を加え（ステップＴ２）、子局１に割当てた共用帯域において、当該子局１からイーサデータを受信した時間率を測定する（ステップＴ３）。時間率が閾値よりも高ければ、当該子局１は、割当てた共用帯域を全部使用しているとみなして、共用帯域の割り当て時間を追加する（ステップＴ４）。所定時間待っても当該子局１が割当てた共用帯域を全部使用していなければ、当該子局１は、割当てた共用帯域を全部使用していないとみなして、共用帯域の割り当て時間を減らす（ステップＴ５）。又はステップＴ５において割り当て時間をなくしてもよい
以上の手順を、全子局に対して行う（ステップＴ６）。全子局に対して終了すれば、空き共用帯域があれば、その帯域を全子局に対して均等に割当てる（ステップＴ７）。又は、その空き共用帯域をいかなる子局にも割当てないで、将来の割当のために保留しておいてもよい。
【００２５】
以上の処理により、共用帯域を各子局に対して有効に配分することができ、効率のよい帯域割当ができる。
次に、空き共用帯域の初期設定方法を述べる。ＰＯＮシステムを立ち上げた最初の時点、あるいはその後定期的に、電源は入っているが上りデータのない全子局に共用帯域を割当てる。こうすれば、当該子局は下位ネットワークから受信したデータをすぐに送信できる。従来であれば、親局との間で要求・許可のシーケンスが行われてから子局が送信を開始するため、子局にその分のデータバッファも必要であり、データ送信のための遅延時間も発生した。しかし、このように最初から共用帯域を割当てておけば、共用帯域を割当てられた子局には大きなバッファは必要なくなり、安価にできる。また、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ ＩＰ）で問題なるような遅延時間も小さくて済む。
【００２６】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、親局・子局間での帯域割当の要求、許可といった複雑なシーケンスが不要となり、システム構成を簡単にでき、安価なＰＯＮシステムにおける帯域割り当て方法を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＰＯＮシステムの構成図である。
【図２】親局Ａの構成を示すブロック図である。
【図３】子局１，２，３，．．．の構成を示すブロック図である。
【図４】ＰＯＮの上り回線及び下り回線のフレーム構成を示す図である。
【図５】親局Ａの帯域割当方法を示すフローチャートである。
【図６】各子局の共用帯域の使用状態を示す図である。
【図７】親局が通信中、共用帯域の使用率を見て、共用帯域の割当を加減する方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，２，３，．．． 子局
１１ 光リンク回路（Ｏ／Ｅ，Ｅ／Ｏ）
１２ 受信処理部
１３ 送信処理部
１４ イーサネットインターフェイス
１２１ 受信バッファ
１２２ 割当指示処理部
１３ 送信処理部
１３１ 送信処理部
１３２ 送信バッファ
Ａ 親局
Ａ１ 光リンク回路（Ｏ／Ｅ，Ｅ／Ｏ）
Ａ２ 受信処理部
Ａ３ 送信処理部
Ａ４ 上位ネットワークインターフェイス
Ａ２１ 受信バッファ
Ａ２２ データ受信判別処理部
Ａ３１ 帯域割当処理部
Ａ３２ 送信バッファ
Ｂ 受動型光分岐器
Ｃ 光ネットワーク

Claims (4)

1. 親局と複数の子局との間で双方向通信を行うＰＯＮシステムにおいて、
   子局からの上り通信帯域は、特定の子局に固定的に割当てられる固定帯域と、任意の子局へ動的に割当てられる共用帯域からなり、
   親局は、子局からデータを受信したことを条件に、その子局に対して共用帯域を割当て、子局からのデータの受信が所定時間なくなれば、その子局に対する共用帯域の割当てを解除することを特徴とするＰＯＮシステムにおける帯域割り当て方法。
2. 子局からの受信データを監視して、受信データが、当該子局に割当てた共用帯域をある閾値以上の時間率で使用している場合は、当該子局に割当てる共用帯域を増やし、当該子局に割当てた共用帯域をある閾値未満の時間率で使用している場合は、割当てた共用帯域を減らすことを特徴とする請求項１記載のＰＯＮシステムにおける帯域割り当て方法。
3. 親局は、初期設定として、電源の入っている全ての子局に共用帯域を割当てることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＰＯＮシステムにおける帯域割り当て方法。
4. 親局と複数の子局との間で双方向通信を行うＰＯＮシステムにおいて、
   子局からの上り通信帯域は、特定の子局に固定的に割当てられる固定帯域と、任意の子局へ動的に割当てられる共用帯域からなり、
   子局からデータの受信の有無を判断する判断手段と、
   この判断手段によって子局からイーサデータの受信があったと判断された場合に、その子局に対して共用帯域を割当て、子局からのデータの受信が所定時間なくなれば、その子局に対する共用帯域の割当てを解除する制御手段とを有することを特徴とするＰＯＮシステムにおける親局。

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