JP2006245992A

JP2006245992A - 通信装置、通信方法、およびプログラム

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Publication number: JP2006245992A
Application number: JP2005058601A
Authority: JP
Inventors: Michiya Takemoto; 理矢武元; Masaki Tanaka; 正基田中; Seiji Ozaki; 成治小崎; Hideaki Yamanaka; 秀昭山中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: JP4591118B2

Abstract

【課題】通信装置において、バッファメモリに残っているデータの遅延時間を、例えば帯域割り当て制御というような、バッファメモリを介する通信の制御に反映可能とすることを目的としている。
【解決手段】通信装置において、バッファメモリに残っているデータの量に対応するデータ量情報と、前記データを前記バッファメモリに格納した時刻に対応する時刻情報とを求めるデータカウンタと、前記データカウンタで求められたデータ量情報と時刻情報を、前記バッファメモリを介する通信を制御する通信制御手段に通知する通知手段と、を備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、バッファメモリを介する通信を行う通信装置に関するものである。

従来、例えばPON（Passive Optical Network）を介して加入者終端装置から局側通信装置へ伝送される帯域を複数の加入者終端装置で共用し、上り方向の遅延の大小によるサービスクラス分けを実現した動的に上り帯域を割り当てる方式が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に開示された従来の通信装置では、低遅延サービスクラスの最大遅延時間の抑制と、通常遅延サービスクラスの高い帯域利用効率の確保とを同時に実現するために、低遅延サービスクラスから順に帯域を割り当てた後、遅延の最大値を定義しない通常遅延サービスクラスの帯域を割り当てる。

特開２００３−８７２８２号公報

特許文献１に開示された従来の通信装置においては、各加入者終端装置のバッファメモリに残っているデータの遅延時間を反映して帯域割り当て制御を行うことはできないという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、通信装置において、バッファメモリに残っているデータの遅延時間を、例えば帯域割り当て制御というような、バッファメモリを介する通信の制御に反映可能とすることを目的としている。

この発明に係る通信装置は、バッファメモリに残っているデータの量に対応するデータ量情報と、前記データを前記バッファメモリに格納した時刻に対応する時刻情報とを求めるデータカウンタと、前記データカウンタで求められたデータ量情報と時刻情報を、前記バッファメモリを介する通信を制御する通信制御手段に通知する通知手段と、を備えたものである。

この発明は、通信装置において、バッファメモリに残っているデータの遅延時間を、バッファメモリを介する通信の制御に反映させることができる。

実施の形態１．
以下、実施の形態１について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による通信装置を用いるネットワークシステムを示す構成図である。
図１において、ネットワークシステムは、単一の局側通信装置１と、複数の加入者終端装置２〜４から構成されており、局側通信装置１に接続された光ファイバ５は光分岐部６にて複数のファイバ７ａ，７ｂ，７ｃに分岐され、それぞれが各加入者終端装置２〜４に接続され、PONシステムとして構成されている。また、局側通信装置１にはネットワーク８が接続され、加入者終端装置２には端末装置９が接続されている。なお、図１では加入者終端装置２のみに端末装置９が接続されているが、加入者端末装置３、４でも同様の構成が可能である。

また、図２は、この発明の実施の形態１による加入者終端装置を示す構成図である。
図２において、端末装置から入力されたパケットデータはデータ受信部１１で受信され、データ受信部１１は受信したパケットデータをバッファメモリ部１２に格納する。また、時刻カウンタ部１８は加入者終端装置２内の時間を管理すると共に、所定時間を単位とする時間閾値を設定可能であり、この時間閾値が満了すると、データカウンタ部１３に対して時間閾値満了を通知する機能を具備する。データカウンタ部１３は、時刻カウンタ部１８により周期的に通知される度にバッファメモリ部１２に格納されているデータ量（残っている総データ量）をカウントすると共に、制御信号生成部１４から通知されたタイミングでバッファメモリ部１２に格納されているデータ量（残っている総データ量）をカウントする。通知手段としての制御信号生成部１４は、送信タイミング調整部１５からの制御信号送信要求により、データカウンタ部１３においてカウントされたデータ量を基に局側通信装置１に対して帯域を要求するための制御信号を生成する。送信制御手段としての送信タイミング調整部１５は、局側通信装置１からの送信許可制御信号を受信し、送信許可信号に含まれるデータ送信許可情報、および制御信号送信許可情報を基に、バッファメモリ部１２、及び制御信号生成部１４に対して送信要求を行なう。この際、バッファメモリ部１２はFIFO（First In First Out）の順でデータを出力する。データ送信部１６は、バッファメモリ部１２及び制御信号生成部１４からのデータを局側通信装置１に対して送信する。このように加入者終端装置２は、制御信号を送信することによって要求データ量を局側通信装置１に通知する機能と、端末装置９から入力されたパケットデータを出力する機能を有する。

図３は、加入者終端装置２のデータカウンタ部１３においてバッファメモリ部１２に格納されているデータ量を時間閾値で細分化して管理するための動作を示した図である。
図３において、ある時刻から次の時刻までの間にバッファメモリ部１２へ入力されたデータをグループ化する様子を示している。先ず、データカウンタ部１３は時刻Ｔにおいてバッファ内データ量（バッファメモリに残っているデータの総データ量）をカウントする。時刻カウンタ部１８において、時間閾値が満了して時刻Ｔ＋１になるとデータカウンタ部１３は現在のバッファ内データ量をカウントし、時刻Ｔでカウントした量を引いた残りのデータ量を時刻Ｔ〜時刻Ｔ＋１でカウントされたデータ量として記録する。同様に時刻Ｔ＋２になると、データカウンタ部１３は現在のバッファ内データ量をカウントし、これまでにカウントしているデータ量を引いた残りのデータ量を時刻Ｔ＋１〜時刻Ｔ＋２でカウントされたデータ量として記録する。
また、局側通信装置１に対して制御信号を送信する場合には、データカウンタ部１３で管理しているデータ量を、局側通信装置１へ通知する。

このように、データカウンタ部１３ではバッファメモリ内に蓄積されているデータ量を時間閾値毎に刻んで細分化し、その細分化されたバッファ内データ量を局側通信装置１に通知する事が可能である。

さらに、バッファメモリ内データを出力した場合は、最もバッファメモリ内滞在時間の長いデータから出力されるため、データカウンタ部１３で記録しているデータ量のうち、最も過去に記録されたデータ量から出力データ量を引くことで、現在でのバッファ内データ量の時間関係や総データ量の関係を把握可能となる。さらに、時刻Ｔ＋３においても同様に、時刻Ｔ＋２〜Ｔ＋３でカウントされたデータ量を記録するというように、順次動作することで、常にデータカウンタ部１３においてバッファ内データ量を時間閾値毎に細分化して（データ量情報と時刻間隔情報として）管理することが出来る。

図４は、加入者終端装置２のデータカウンタ部１３でバッファメモリ部１２に格納されているデータ量を細分化するためのアルゴリズムを示したフロー図である。まず、時刻カウンタ部１８により時間閾値が満了したことを検出すると（Ｓ３のＹＥＳ）、データカウンタ部１３はバッファメモリ部１２に格納されているバッファ内データ量βをカウントする（Ｓ４）。データカウンタ部１３は、今までに記録しているデータ量｛α１、α２、・・・、αＮ｝の総量Σαｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｎ）を求め（Ｓ５）、今の時間閾値において増加したバッファ量α０（＝β−Σαｊ）を計算し（Ｓ６）、バッファ内データ量の細分化を実施する。この細分化されたデータ量｛α０、α１、・・・、αＮ｝のインデックスをシフトして、細分化されたデータ量を更新する（Ｓ８）。さらに細分化されたデータ量の記録数を一つ増やし（Ｓ９）、次の細分化計算のために準備を行なう。

次に、制御信号生成部１４により制御信号を送出するタイミングになると（Ｓ２のＹＥＳ）、データカウンタ部１３は、時間閾値が満了した時と同様の手順により増加したバッファ量α０を計算する（Ｓ４〜Ｓ６）。今回計算された細分化バッファ量α０を含む、記録された全ての細分化バッファ量｛α０、α１、・・・、αＮ｝を制御信号内の情報とし、局側通信装置に通知する（Ｓ１０）。

また、送信タイミング調整部１５により、バッファメモリ部１２に格納されているデータを送信する場合（Ｓ１のＹＥＳ）、送信タイミング調整部１５が指定したデータ量γを、データ送信部１６を介して局側通信装置１に送信する（Ｓ１１）。データ送信後、バッファに格納されているデータ量が減少するため、データカウンタ部１３により記録されている細分化バッファ量を再計算して、バッファメモリ部１２の格納データ量とデータカウンタ部１３において記録されているバッファ量を調整する。バッファ内データは、バッファ内に格納されている時間が最も長いデータから順に出力されるため、データカウンタ部１３で最も過去に記録された細分化データ量αＮから順に、データ送信分を削除していく。データ送信分γと最も過去に記録されたαＮを比較し、データ送信分γの方が大きい場合（Ｓ１２のＮＯ）、γからαN分を引いてαＮを削除し、αＮ−１に対して同様の処理を行ない、データ送信分γが無くなるまで処理を続ける（Ｓ１２〜Ｓ１３）。データ送信分γがαＮよりも小さくなった場合（Ｓ１２のＹＥＳ）、αＮからγ分を削除して、データカウンタ部１３で記録している細分化データ量を更新する（Ｓ１４）。

このように図４に示す処理を繰り返す事で、バッファメモリ部１２に格納されているデータ量を、データカウンタ部１３により時間閾値に刻んで細分化して（データ量情報と時刻間隔情報として）管理することが可能であり、その細分化されたバッファ量を局側通信装置１に通知することが可能である。

図５は、この発明の実施の形態１による局側通信装置を示す構成図である。
また、図６は、この発明の実施の形態１による通信装置の動作を説明するための動的帯域割当方式のアルゴリズムを示すフロー図である。

図５および図６において、加入者終端装置２〜４から送信された制御信号は制御信号受信部２０で受信される。各加入者終端装置から、制御信号により通知された細分化されたデータ量は、要求データ量収集部２１により収集される（Ｓ２１）。収集された要求データ量は細分化されており、かつ、各加入者終端装置内に滞在している時間グループを把握可能である。各加入者終端装置に設定されている時間閾値が１ｍｓであり、要求データ量が３つに細分化されている場合、各加入者終端装置に最も滞在時間が長い順から、２ｍｓ〜３ｍｓの滞在時間を持つグループのデータ量、１ｍｓ〜２ｍｓの滞在時間を持つグループのデータ量、０ｍｓ〜１ｍｓの滞在時間を持つグループのデータ量、となる。そこで、本実施の形態では、局側通信装置１に許容遅延時間を予め設定し、この許容遅延時間を越えるデータグループに対して優先的に帯域割当を行う（Ｓ２２〜Ｓ２５）。帯域割り当て手段としての割当判定部２２は、まず、遅延優先割当判定を行う加入者終端装置＃ｎ（２〜４のいずれか１つ）を選択し（Ｓ２２）、設定された許容遅延時間を越えたデータが存在するかを確認する（Ｓ２３）。許容遅延時間を越えたデータが存在する場合には（Ｓ２３のＹＥＳ）、細分化データ量のうち、許容遅延時間を越えたデータ分のみ帯域割当を許可する（Ｓ２４）。この一連の処理を全加入者に対して割当判定を行ない、遅延優先割当判定を行う（Ｓ２５）。

このような遅延優先割当の処理が終了すると（Ｓ２５のＹＥＳ）、通常の帯域割当を行う（Ｓ２６〜Ｓ３１）。
図６において、割当判定部２２は、まず、遅延優先割当判定を行う加入者終端装置＃ｎを選択し（Ｓ２６）、要求データ量収集部２１が保持しているデータ量に対して、帯域調整部２３から予め設定された判定順で順次割当判定を行う。この割当判定は、割当量の合計が予め決められた１周期の帯域割当量を超えないかどうかを判定する（Ｓ２７）。割当判定部２２が割当可能であると判定した場合（Ｓ２７のＮＯ）、加入者終端装置＃ｎに対して割当許可を行うため、送信許可信号生成部２４に対して要求データ量を送信許可量として通知する（Ｓ２８）。割当判定部２２が割当不可であると判定した場合（Ｓ２７のＹＥＳ）、および全加入者に対して割当判定が完了した場合（Ｓ２９のＹＥＳ）、割当判定を終了する。送信許可信号生成部２４は割当判定部２２から通知された送信許可量を示した送信許可信号を生成し、制御信号送信部２５を介して加入者終端装置２〜４へ送信する（Ｓ３０）。また、帯域調整部２３では、割当判定部２２において割当可能と判定されたデータ量と各加入者終端装置２〜４の契約帯域に基づいて、次の割当判定を行う順番を決定する（Ｓ３１）。

以上のように、この発明の実施の形態１による通信装置においては、各加入者終端装置はバッファメモリに格納されているデータ量を、所定時間を単位とする時間閾値に刻んで細分化することが可能であり、その細分化されたバッファ量を局側通信装置に通知することが可能である。

また、この細分化されたバッファ量はバッファメモリに格納された時間に基づいて細分化しているため、バッファ内のデータ量に加えて、バッファ内データの時間関係も把握する事が可能である。

また、局側通信装置においても各加入者終端装置に格納されている滞在時間、すなわちデータの伝送遅延時間が把握可能であり、予め各加入者終端装置の許容伝送遅延時間を設定することで、遅延量の多いデータに対して優先的に帯域割当を行う事が可能となる。これにより、各加入者終端装置の最大伝送遅延時間を保証することが出来る。

また、局側通信装置において、遅延優先割当を実施した後、通常の帯域割当を行うため、契約帯域に基づいた帯域割当も実施することが可能である。つまり、最大伝送遅延時間の保証と、契約帯域に基づいた帯域保証とを共存させることが出来る。

実施の形態２．
以下、実施の形態２について説明する。
この発明の実施の形態２による通信装置を用いるネットワークシステムの構成は、図１のものと同様である。
図７は、この発明の実施の形態２による加入者終端装置を示す構成図である。
図７において、加入者終端装置２ａの時間閾値設定部１９は局側通信装置から時間閾値設定要求を受信し、時刻カウンタ部１８に対して時間閾値設定要求により要求された所定時間を単位とする時間閾値を設定する。時刻カウンタ部１８は、時間閾値設定部１９により設定された時間閾値をカウントし、この時間閾値が満了すると、データカウンタ部１３に対して時間閾値満了を通知する機能を具備する。その他の構成は、図２に示す実施の形態１における加入者終端装置２の構成と同様であるため、説明は省略する。

図８は、この発明の実施の形態２による局側通信装置を示す構成図である。また、図９は、実施の形態２において、局側通信装置が各加入者終端装置に対して、各加入者終端装置内のデータ遅延量に応じて時間閾値を段階的に設定するためのアルゴリズムを示すフロー図である。

図８および図９において、局側通信装置１ａの要求データ量収集部２１は制御信号受信部２０から通知された各加入者終端装置の要求データ量を収集する（Ｓ４１）。この時、要求データ量時間閾値調整部２６は、各加入者終端装置の細分化された要求データ量の遅延状況を監視し、各加入者終端装置内のデータのうち最も遅延の大きい時間グループの遅延時間を検出する（Ｓ４３）。この最大遅延時間と、予め局側終端装置１ａに設定されている時間閾値決定テーブルとを比較する。この時間閾値決定テーブルは遅延時間と時間閾値との対応が設定されており、例えば、遅延時間が１ｍｓ〜２ｍｓの間であれば時間閾値は０．５ｍｓ、遅延時間が２ｍｓ〜３ｍｓの間であれば時間閾値は１ｍｓというように設定されており、検出した最大遅延時間から今の周期の時間閾値が算出される（Ｓ４４）。

また、要求データ量時間閾値調整部２６は、当該加入者終端装置＃ｎに対して記録されている時間閾値と今回算出された時間閾値が異なる場合（Ｓ４５のＹＥＳ）、今回算出した時間閾値を当該加入者終端装置＃ｎに設定するために、制御信号送信部２５に対して時間閾値情報を含む制御信号を送信するよう要求する（Ｓ４６）。

また、上記の時間閾値決定処理（Ｓ４３〜Ｓ４６）を全加入者終端装置に対して行い、全加入者終端装置に対する処理が終了後（Ｓ４７のＹＥＳ）、今回新たに設定した時間閾値を含め、全加入者終端装置に設定されている時間閾値を記録する（Ｓ４８）。

上記処理（Ｓ４１〜Ｓ４８）を、要求データ量を収集する度に行なう事で、各加入者終端装置に設定されている時間閾値をバッファ内データの遅延状況に応じてリアルタイムに変更することが可能である。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、各加入者終端装置内データを細分化する際に、データの遅延量に応じて細分化度合いを調整する事が可能である。要求データをより細かく細分化すると局側通信装置は、より細かい要求単位で帯域割当が可能であり、柔軟な帯域割当が可能である。しかし、要求データが細かく細分化されると局側装置が割当判定を行う要求回数が増加するため、処理負荷が重くなる。このため、細分化する際の時間閾値をバッファ内データの遅延状況に応じてリアルタイムに変更可能としている。これにより、バッファ内データの遅延量が大きくなった加入者終端装置に対しては、細分化度合いを細かくすることで少量のデータ量を出力可能となり、一方、バッファ内データの遅延量が小さくなった加入者終端装置に対しては、細分化度合いを大きくする事で帯域割当の要求回数を減らして処理負荷を軽くすることが可能となる。

なお、この発明の実施の形態２においては、バッファ内データの遅延状況に応じてリアルタイムに変更するものを示したが、局側通信装置の処理負荷の状況に応じて時間閾値をリアルタイムに変更するようにしても良い。これにより、処理負荷が重くなると時間閾値を大きくして帯域割当の要求回数を減らし、処理負荷が軽くなれば時間閾値を細かくしてより細かい要求単位で帯域割当を行うようにする事が可能となる。

また、上述のように、この発明の実施の形態１、２では、バッファメモリに格納されているデータ量を時間閾値に刻んで細分化して（データ量情報と時刻間隔情報として）管理する場合を示したが、データをバッファメモリに格納した時刻に対応する時刻情報がこのような時刻間隔情報に限られるものではなく、例えばデータパケットを書き込み始めた時刻または書き込み終わった時刻とこのデータパケットとを対応づけて管理するというように、特定の時刻に対する情報とすることも可能である。

また、この発明の実施の形態１、２では、バッファメモリを介する通信を制御する通信制御手段が、バッファメモリを介する通信のための通信帯域を割り当てる帯域割り当て制御手段である場合を示したが、通信制御手段がこれに限られるものではない。

また、この発明の実施の形態１、２では、PONシステムに適用する場合を示したが、適用システムがこれに限られるものでないことは言うまでもなく、光や電気の有線通信や、無線通信等どのようなシステムにも適用可能である。

また、上記実施例に示した構成は回路として実現しても良いし、ソフトウエア処理により実現しても良い。

この発明の実施の形態１による通信装置を用いるネットワークシステムを示す構成図この発明の実施の形態１による通信装置を示す構成図この発明の実施の形態１による通信装置の動作を説明するための説明図この発明の実施の形態１による通信装置の動作を示す流れ図この発明の実施の形態１による通信装置を示す構成図この発明の実施の形態１による通信装置の動作を示す流れ図この発明の実施の形態２による通信装置を示す構成図この発明の実施の形態２による通信装置を示す構成図この発明の実施の形態２による通信装置の動作を示す流れ図

符号の説明

１、１ａ局側通信装置
２、２ａ加入者終端装置
１２バッファメモリ部
１３データカウンタ部
１４制御信号生成部
１５送信タイミング調整部
１９時間閾値設定部
２２割当判定部
２６要求データ量時間閾値調整部

Claims

バッファメモリに残っているデータの量に対応するデータ量情報と、前記データを前記バッファメモリに格納した時刻に対応する時刻情報とを求めるデータカウンタと、
前記データカウンタで求められたデータ量情報と時刻情報を、前記バッファメモリを介する通信を制御する通信制御手段に通知する通知手段と、
を備えたことを特徴とする通信装置。
前記通知手段は、前記データカウンタで求められたデータ量情報と時刻情報を、前記バッファメモリを介する通信のための通信帯域を割り当てる前記通信制御手段としての帯域割り当て手段に通知し、
前記通知手段で通知されたデータ量情報と時刻情報に基づいて前記帯域割り当て手段により割り当てられた通信帯域を用いて、前記バッファメモリに残っているデータの送信を制御する送信制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
バッファメモリに残っているデータの量に対応するデータ量情報と、前記データを前記バッファメモリに格納した時刻に対応する時刻情報の通知を受け、この通知されたデータ量情報と時刻情報に基づいて、前記バッファメモリを介する通信のための通信帯域を割り当てる帯域割り当て手段と、
を備えたことを特徴とする通信装置。
前記バッファメモリはFIFO（First In First Out）であり、所定の時刻毎に前記バッファメモリに残っているデータの総データ量がカウントされ、この所定の時刻毎にカウントされた総データ量と、前記バッファメモリから出力されたデータの出力データ量とに基づいて、前記所定の時刻の間隔内に前記バッファメモリに格納されたデータであり、前記バッファメモリに残っているデータの量に対応するデータ量情報と、前記所定の時刻の間隔に対応する前記時刻情報としての時刻間隔情報とが求められることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の通信装置。
前記通信帯域が、所定の遅延時間を越えた時刻情報に対応するデータに優先的に割り当てられることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の通信装置。
前記バッファメモリに残っているデータにおける最大の遅延時間に基づいて、前記所定の時刻の間隔が変更されることを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
前記バッファメモリを介する通信の負荷に基づいて、前記所定の時刻の間隔が変更されることを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
バッファメモリに残っているデータの量に対応するデータ量情報と、前記データを前記バッファメモリに格納した時刻に対応する時刻情報とを求めるデータカウントステップと、
前記データカウントステップで求められたデータ量情報と時刻情報を、前記バッファメモリを介する通信を制御する通信制御ステップのために通知する通知ステップと、
を備えたことを特徴とする通信方法。
前記通知ステップは、前記データカウントステップで求められたデータ量情報と時刻情報を、前記バッファメモリを介する通信のための通信帯域を割り当てる前記通信制御ステップとしての帯域割り当てステップのために通知し、
前記通知ステップで通知されたデータ量情報と時刻情報に基づいて前記帯域割り当てステップにより割り当てられた通信帯域を用いて、前記バッファメモリに残っているデータの送信を制御する送信制御ステップと、
を備えたことを特徴とする請求項８に記載の通信方法。
バッファメモリに残っているデータの量に対応するデータ量情報と、前記データを前記バッファメモリに格納した時刻に対応する時刻情報の通知を受け、この通知されたデータ量情報と時刻情報に基づいて、前記バッファメモリを介する通信のための通信帯域を割り当てる帯域割り当てステップと、
を備えたことを特徴とする通信方法。
前記バッファメモリはFIFO（First In First Out）であり、所定の時刻毎に前記バッファメモリに残っているデータの総データ量がカウントされ、この所定の時刻毎にカウントされた総データ量と、前記バッファメモリから出力されたデータの出力データ量とに基づいて、前記所定の時刻の間隔内に前記バッファメモリに格納されたデータであり、前記バッファメモリに残っているデータの量に対応するデータ量情報と、前記所定の時刻の間隔に対応する前記時刻情報としての時刻間隔情報とが求められることを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の通信方法。
請求項８〜請求項１１のいずれかに記載の通信方法を電子計算機に実行させるプログラム。