JP2008277947A - Ｐｏｎ光通信システムにおける局側装置及び故障判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】局側装置OLTにおいて、連続信号を出し続ける故障の発生した宅側装置ONUを特定する。
【解決手段】局側装置OLTにおいて、各宅側装置ONUの上りバースト光信号の光強度を検出する光強度検知部１２と、検出された光強度が宅側装置ONUごとに書き込まれる光強度参照テーブル１３とを有し、PON全体で通信が行えなくなる障害が発生した時に、前記光強度参照テーブル１３の光強度を宅側装置ONU同士で比較し、（ａ）最も低い光強度が書き込まれている宅側装置ONU、又は（ｂ）障害発生前後で光強度の変化が最も小さい宅側装置ONUを、連続信号を出し続ける故障の発生した宅側装置ONUであると判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、局側装置と複数の宅側装置との間を結ぶ光データ通信ネットワーク、特にPON(Passive Optical Network)システムにおいて、宅側装置の故障を判定する技術に関するものである。

局側装置OLT（Optical Line Terminal：光加入者線端局装置）と、複数の宅側装置ONU（Optical Network Unit：光加入者線終端装置）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があり、特に、局側装置OLTと各宅側装置ONUとの間を、それぞれ１本の光ファイバで放射状に結ぶ（Single Star）ネットワーク構成が実用化されている。このネットワーク構成では、システム及び機器構成は簡単になるが、１つの宅側装置ONUが一本の光ファイバを占有し、宅側装置ONU数がN局あれば、局側装置OLTから直接接続される光ファイバがN本必要となり、システムの低価格化を図るのが困難である。

そこで、局側装置OLTから引かれる１本の光ファイバを、複数の宅側装置ONUで共有するPON通信システムが実用化されている。PON光通信システムは、FTTH（Fiber To The Home）やFTTB（Fiber To The Building）などのFTTxに適用されてきた低価格の光加入者用アクセス方式の１つである。
PON光通信システムでは、特に外部からの電源供給を必要とせず入力された信号から受動的（Passive）に信号を分岐・多重する受動型光分岐器(光カプラ；OC)を介して、一つの局側装置OLTと複数の宅側装置ONUが光伝送路で接続される。局側装置OLTとN局の宅側装置ONUとは、光ファイバSMF及び光カプラOCを介して接続された１対Nの伝送を基本としている。これにより、１つの局側装置OLTに対して、多くの宅側装置ONUを割り当てることができ、全体的な設備コストを抑えることができる。

PON光通信システムでは、局側装置OLTと光分岐器間の光伝送路を複数の宅側装置ONUで共有するため、宅側装置ONUから局側装置OLTに向かう方向（以下、上り方向と称する）において、各宅側装置ONUが送出する光信号の衝突回避対策が必要である。このため、局側装置OLTが時分割アクセス制御方式により各宅側装置ONUの光信号送出タイミングを制御している。

この時分割アクセス制御方式により、各宅側装置ONUは、各宅側装置ONUからある時間で区切られた光信号を送出する。このように各宅側装置ONUから送出される光信号を「バースト光信号」と呼ぶ。
このように、PONシステム上で1台の局側装置OLTに複数の宅側装置ONUが繋がっているため、いずれかの宅側装置ONUが常時点灯（常時点灯状態）になる故障を起こすと、他の宅側装置ONUからの光信号に重なってしまい、他の残りの宅側装置ONUとも通信を行えなくなるという障害が発生する。この場合、局側装置OLTの管理者が点灯状態の宅側装置ONUを何らかの手段で特定して、故障が発生した宅側装置ONUを修理又は交換する必要がある。

しかし常時点灯状態では、局側装置OLTは、各宅側装置ONUからの上りパケットの識別ができないので、点灯状態の宅側装置ONUを特定するのに工夫が必要である。
下記特許文献１においては、宅側装置ONUが自己診断で常時点灯の状態を検知して出力を停止するよう、障害復旧手段を定めている。
下記特許文献２においては、局側装置OLTが順次宅側装置ONUに消光命令を出すことで宅側装置ONUの発光を停止させ故障のある宅側装置ONUを分離するという、障害復旧手段を定めている。
特開2004-32541号公報 特開2004-112746号公報

ところが、特許文献１の宅側装置ONUの自己診断機能が故障した場合、特許文献２の宅側装置ONUの消光命令実行機能が故障した場合、局側装置OLTから見れば、故障している宅側装置ONUを発見することができなくなる。
また特許文献２においては、局側装置OLTに接続されている宅側装置ONUの台数が多い場合、故障している宅側装置ONUを切り分けるまでひとつずつ確認の手順を行う必要があり、復旧に時間がかかる。

そこで本発明は、局側装置単独で、簡単な処理を行うだけで連続信号を出し続ける故障の発生した宅側装置ONUを特定できるPON光通信システムにおける局側装置OLT及び故障判定方法を提供することを目的とする。

本発明のPON 光通信システムにおける局側装置OLTは、各宅側装置ONUの上りバースト光信号の光強度を検出する光強度検知部と、前記検出された光強度が宅側装置ONUごとに書き込まれる光強度参照テーブルと、障害発生時に、前記光強度参照テーブルの光強度を、宅側装置ONU同士で比較し、（ａ）最も低い光強度が書き込まれている宅側装置ONU、又は（ｂ）障害発生前後で光強度の変化が最も小さい宅側装置ONUを、連続信号を出し続ける故障の発生した宅側装置ONUであると判定する故障判定部とを備えるものである。

この構成の局側装置OLTは、各宅側装置ONUの上りバースト光信号の光強度を常に記憶している。いずれかの宅側装置ONUが常時点灯すると、その故障以外の宅側装置ONUからの光信号光強度は、当該の宅側装置ONUの光信号光強度に前記故障の宅側装置ONUの光信号光強度が上乗せされたものとなり、光信号光強度が増大する。しかし、前記故障の宅側装置ONUの光信号光強度はそのままである。したがって、前記（ａ）又は（ｂ）の判定を行うことにより、故障の宅側装置ONUを特定することができる。このようにして、宅側装置ONUが連続信号を出し続ける故障を検出することができる。特に、宅側装置ONUの自己診断機能や障害復旧機能が故障した場合でも、局側装置OLT単独で故障した宅側装置ONUの特定が可能となる。

前記故障判定部は、光強度の小さい順に、複数の故障宅側装置ONUの候補を判定してもよく、又は障害発生前後で光強度の変化が小さい順に、複数の故障宅側装置ONUの候補を判定してもよい。複数の故障宅側装置ONUの候補を特定しておけば、故障判定漏れの機会を減らすことができる。
また、連続信号を出し続ける故障の発生した宅側装置ONUを特定した表示する表示部をさらに備えるものであれば、局側装置OLTの管理者は、故障の宅側装置ONUを特定することができ、その宅側装置ONUに対して、速やかに当該宅側装置ONUの修理又は交換などの障害復旧を行うことができる。

また局側装置OLTから、連続信号を出し続ける故障の発生した宅側装置ONUに対して、消光命令信号を送出するようにしてもよい。
また本発明のPONシステムにおける故障判定方法は、前記PON 光通信システムにおける局側装置OLTの発明と実質同一発明に係る方法である。

以上のように本発明によれば、局側装置OLTにおいて、宅側装置ONUが連続信号を出し続ける故障を確実に検出することができ、障害復旧に時間をとらないという効果が得られる。

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。
図１は、PON光通信システムの構成例を示す概略図である。
PON光通信システムは、局舎に備えられる局側装置OLTと複数の加入者に備えられる宅側装置ONUとが、光ファイバSMF及び光カプラOCを介して接続されている。
宅側装置ONUは、加入者宅内に設置されるパーソナルコンピュータなど、光ネットワークサービスを享受するための端末を接続するネットワークインタフェースを備えている。

光カプラOCは、特に外部からの電源供給を必要とせず入力された信号から受動的に信号を分岐・多重するスターカプラで構成されている。
局側装置OLT及び光カプラOC、光カプラOC及び宅側装置ONUに接続されている光ファイバは、それぞれ１本の光ファイバSMFからなるシングルモードファイバを用いている。つまり、１台の局側装置OLTは、１台の光カプラOCに１本の幹線光ファイバSMFを通して接続されている。そして、１台の光カプラOCは、M台の第２の光カプラOC（Mは、この例では４の数）と光ファイバSMFで接続している。そして、第２の光カプラOCは、N台（Nは、この例では８以下の数）の宅側装置ONUと、支線光ファイバSMFで接続されている。よって、１局の局側装置OLTが送受する信号は、１＋M台の光カプラOCによって、最大３２台の宅側装置ONUに分配されている。なお、光カプラOCや宅側装置ONUの台数は例示であるにすぎない。

なお、上り回線と下り回線とは異なる波長の光を用いており、上下での信号の衝突は起きない仕組みとなっている。
まず、上位のネットワークから局側装置OLTに入ってくる下りフレームは、局側装置OLTにおいて所定のブリッジ処理が行われ、中継されるべき論理リンクが特定される。そして、局側装置OLTを通して、光信号として光ファイバSMFに送信される。光ファイバSMFに送信させた光信号は、光カプラOCで分岐され、光カプラOCにつながる宅側装置ONUに送信されるが、当該論理リンクを構成する宅側装置ONUのみが所定の光信号を取り込み、フレームを宅内ネットワークインタフェースに中継する。

一方、上り光信号には、それぞれの宅側装置ONUからの上りフレームが含まれている。上り光信号は、それぞれの宅側装置ONUからの光信号どうしが互いに時間的に競合しないように送信される必要がある。そのために、局側装置OLTは、各宅側装置ONUに対して上り光信号を送信してもよい期間ウィンドウ（以下、ウィンドウあるいはタイミングという）を順番に割り当て、制御フレームとして通知する。ウィンドウを割り当てられた宅側装置ONUは、その割り当てられたウィンドウに上り光信号を送信する。この上り光信号を「バースト光信号」という。バースト光信号は、各宅側装置ONUから送信され、ベースバンド信号で発光状態を変化させた、有限時間の光信号列である。

したがって、各宅側装置ONU間の上り光信号の競合は回避される。各宅側装置ONUは、あるウィンドウが与えられたとき、そのウィンドウに収まる限りフレームを連続して送信してよい。
そして、局側装置OLTは、各宅側装置ONUからの一連のフレーム信号を含んだバースト光信号を受信することができる。

なお、局側装置OLTが受信する光信号波形や光信号光強度は、例えば、宅側装置ONUの発光素子の特性や、光ファイバSMFの長さなどの、光伝送路の特性によって異なる。そこで、局側装置OLTは、上りバースト光信号に所定の処理を行った後、復元した有意なフレーム列を上位のネットワークに送信する。
図２は、局側装置OLTの構成図である。局側装置OLTはPONシステムの光通信を行う基幹部分である光送受信機１１を備えている。さらにこれに加えて、本発明に関連する光強度検知部１２と故障判定部１４を備え、さらに共通のデータベースとして光強度参照テーブル１３を備えている。

局側装置OLTの光送受信機１１は、光ファイバSMFから入ってきたバースト光信号を電気信号に変換する。電気信号に変換された受信データは、同期をとられ、パリティを用いて誤り訂正が行われる。誤り訂正された受信データは、復号処理が行われ、上位層へ渡される。
局側装置OLTにおける光強度検知部１２は、各ウィンドウにおいて、各宅側装置ONUから送出されたバースト光信号の光強度を検知し、故障判定部１４で判定を行うための光強度の数値化を行ってから、その結果を光強度参照テーブル１３に書き込む。

故障判定部１４は、加入している個々の宅側装置ONUが上り通信を行った時点と新規宅側装置ONUの加入が行われた時点のそれぞれのタイミング情報を光送受信機１１から取得し、そのタイミングで光強度検知部１２に光強度参照テーブル１３への前記「書き込み」を行うよう働きかける。すでに光強度参照テーブル１３に書き込みがなされていれば、当該宅側装置ONUの数値を上書き（更新）していくように働きかける。その結果、光強度参照テーブル１３は、前記タイミングごとに更新が行われることになる。

また故障判定部１４は、光送受信機１１から障害発生の通知を受けた時に光強度参照テーブル１３を参照して、故障している宅側装置ONUの特定を行い、局側装置OLT付属のLEDなどのインジケータ１５で、故障している宅側装置ONUを特定して表示する。
光強度参照テーブル１３は、加入済み及び新規加入の宅側装置ONUから受信される光強度の平均値を数値化した値を保持するテーブルであり、光強度検知部１２からの値の更新を受け付ける。特に、光強度参照テーブル１３は、全ての加入済み宅側装置ONU及び新規宅側装置ONUの光強度の数値化情報をまとめた大きさ（宅側装置ONU最大加入数＋１）のものをテーブル一単位とし、最新のテーブルと前回更新時のテーブルとを合わせて、少なくとも合計二単位のテーブルを保持している。

光強度検知部１２の具体的構成例を図３に示す。光強度検知部１２は、光分岐器１２ａ（分岐比は10:1程度）、低速フォトダイオード１２ｂ、増幅器１２ｃ、ローパスフィルタ１２ｄ、光強度数値化プロセス１２ｅを有している。
光強度検知部１２は、宅側装置ONUから受信した信号光の一部を光分岐器１２ａで取得し、これを低速用のフォトダイオードで電気信号に変換し、増幅器１２ｃで増幅し、ローパスフィルタ１２ｄで時間的平均値を取り出す。なお、ローパスフィルタ１２ｄの時定数は最小ウィンドウ幅に合わせた最適のものを選択しておく。また光強度検知部１２は、故障判定部１４を通じて光送受信機１１内の光受信器が宅側装置ONUから接続要求信号を受けているタイミング情報を取得し、その時刻での電気信号の振幅の大きさを光強度数値化プロセス１２ｅにて数値化する。光強度数値化プロセス１２ｅは、例えばピークホールド回路にて振幅の包絡線を求め、それをＡ／Ｄ変換することで実施する。

表１は、光強度を数値化した情報をまとめた光強度参照テーブル１３の一単位を概念的に示す表である。

この表１のように、光強度参照テーブル１３は、宅側装置ONUの識別子ごとに、受信した光強度（受信光強度の平均値）を数値化した情報とともに、前回更新時のテーブルを保持しておくことにより前回から変化した光強度値の差を保持している。
なお、宅側装置ONU識別子が「新規」の行は、新規宅側装置ONUの加入があった際に臨時で置く場所であり、新規加入の手続きが済んで、１〜ＮのいずれかのIDを割り振った後は、ここに入っていたデータはIDで割り振った領域に移動させられる。

次に、故障判定部１４が、障害発生時に光強度参照テーブル１３を参照して故障の宅側装置ONUを特定する故障判定手順を説明する。なお、ここで「障害発生時」とは、PON光通信システム全体で通信が行えなくなった時点をいう。特に、上り光通信が行えなくなった時点を「障害発生時」としてもよい。このような障害発生時には、上りバースト光信号が常時受信され光強度ゼロの期間がなくなっていて、宅側装置ONUが常時点灯になっていると推定することができる。

表２は、宅側装置ONUが常時点灯になっていない正常時の光強度参照テーブル１３である。表３は、いずれかの宅側装置ONUが常時点灯となる故障が発生した時点の光強度参照テーブル１３である。

宅側装置ONUが常時点灯になった場合、その故障している宅側装置ONUの上り通信時の光強度が他の宅側装置ONUの光強度に上乗せされる。したがって、故障宅側装置ONUの光強度は前回と変わらないものの、他のすべての宅側装置ONUの光強度は増大することになる。
この技術的性質を利用するため、故障判定部１４では、次のような判定手順ａ又は判定手順ｂを実行する。

＜判定手順ａ＞
(a-1)障害発生時に光強度参照テーブル１３を取得する。
(a-2)加入済み(識別子が登録済み)の宅側装置ONU及び「新規」の行にある宅側装置ONUの光強度を参照し、最も小さい光強度の値を持つ宅側装置ONUを故障と判定する。なお、障害発生時に新規加入の宅側装置ONUが無く、既にIDを割り振られて加入済みの領域に移動済みである場合は、「新規」の行にある宅側装置ONUの光強度は実質的に比較の対象とされることがないように意味のある数値の範囲を示す値とは別の無効になる値を入れておくことが好ましい（例えば、光強度の数値を０〜１２７の１２８段階にして、無効の値として２５５を入れておくなど）。これにより、値を見ただけで評価判定処理をスキップする処理を行えるようにする。

表３の例では、識別子２の宅側装置ONUの光強度が“２２”であり、最も小さいので、故障と判定される。
また故障と判定する宅側装置ONUを１台と限定せず、数値の小さい順に順位をつけて故障の候補を複数用意しても良い。これにより、万一最も小さい光強度の値を持つ宅側装置ONUが誤判定であったとしても、次に小さな光強度の値を持つ宅側装置ONUを判定の対象とすることができ、故障判定漏れの機会を減らすことができる。

＜判定手順ｂ＞
(b-1)障害発生時に光強度参照テーブル１３を取得する。
(b-2)その一単位前の光強度参照テーブル１３と比較する。
(b-3)加入済み(識別子が登録済み)の宅側装置ONU及び「新規」の行にある宅側装置ONUの光強度値と前回の光強度値との差、すなわち「前回とのレベル差」を参照し、最も変化が小さい値を持つ宅側装置ONUを故障と判定する。なお、障害発生時に新規加入の宅側装置ONUが無く、既にIDを割り振られて加入済みの領域に移動済みである場合は、「新規」の行にある宅側装置ONUの光強度は実質的に比較の対象とされることがないようにするのは、判定手順ａと同じである。

表３の例では、識別子２の宅側装置ONUの「前回とのレベル差」が“０”であり最も小さいので、故障と判定する。
また前記と同様、故障と判定する宅側装置ONUを１台と限定せず、数値の小さい順に順位をつけて故障の候補を複数用意しても良い。
なお、以上の２種類の判定方法を挙げたが、これらの両方を判定方法に採用してよい。

故障判定部１４は、故障の宅側装置ONUが見つかった場合、LEDなどのインジケータ１５を用いて故障宅側装置ONUを特定し表示する。これにより、局側装置OLTの管理者は、その宅側装置ONUのユーザに電話をかけて宅側装置ONUの電源断や接続断を依頼するなど、PONシステム以外の手段を用いて障害復旧を行うことができる。
さらに故障検出時は、インジケータ１５を用いて故障宅側装置ONUを表示することに加えて、局側装置から当該故障宅側装置ONUに対し、下り回線を通して消光命令信号の入ったフレームを送信しても良い。前述したように、上り回線と下り回線とは異なる波長の光を用いており、上り回線が故障していても、下り回線は使用可能だからである。

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い。例えば、本実施形態では、光強度検知部１２は、光分岐器１２ａと低速フォトダイオード１２ｂにより受信光の一部を取得して電気信号化したが、光分岐器１２ａの代わりに光送受信機１１内の光受信器が光を受信した際に生じた電気信号をカレントミラー回路などの電気的手段で取得して、増幅器１２ｃ以降のプロセスに入れる形態を採用しても良い。また、光強度検知部１２は、ローパスフィルタ１２ｄによりバースト光信号の平均値を取り出してバースト光信号の平均光強度とみなしているが、ピークホールド回路によってバースト光信号の包絡線を取り出すことでバースト光信号の光強度を算出する方法を採用しても良い。その他本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

制御局装置OLTと複数の端末装置宅側装置ONUとの間を、光カプラを介して光ファイバで接続したPON光通信システムの構成例を示す概略図である。 局側装置OLTの構成図である。 光強度検知部１２の具体的な構成図である。

符号の説明

１１ 光送受信機
１２ 光強度検知部
１２ａ 光分岐器
１２ｂ 低速フォトダイオード
１２ｃ 増幅器
１２ｄ ローパスフィルタ
１２ｅ 光強度数値化プロセス
１３ 光強度参照テーブル
１４ 故障判定部

Claims (5)

1. 局側装置と、前記局側装置と光カプラを介して接続される複数の宅側端末(宅側装置)とを含むPON(Passive Optical Network)システムに用いられる局側装置であって、
   各宅側装置の上りバースト光信号の光強度を検出する光強度検知部と、
   前記検出された光強度が宅側装置ごとに書き込まれる光強度参照テーブルと、
   障害発生時に、前記光強度参照テーブルの光強度を、宅側装置同士で比較し、
   （ａ）最も低い光強度が書き込まれている宅側装置、又は
   （ｂ）障害発生前後で光強度の変化が最も小さい宅側装置
   を、連続信号を出し続ける故障の発生した宅側装置であると判定する故障判定部とを備える、PONシステムにおける局側装置。
2. 前記故障判定部は、
   （ａ１）光強度の小さい順に、複数の故障宅側装置の候補を判定し、又は
   （ｂ１）障害発生前後で光強度の変化が小さい順に、複数の故障宅側装置の候補を判定する
   請求項１記載のPONシステムにおける局側装置。
3. 前記故障の発生した宅側装置が連続信号を出し続けている旨の表示を行う表示部をさらに備える請求項１又は請求項２記載のPONシステムにおける局側装置。
4. 連続信号を出し続ける故障の発生した特定の宅側装置に対して、消光命令信号を送出する請求項１又は請求項２記載のPONシステムにおける局側装置。
5. 局側装置と、前記局側装置と光カプラを介して接続される複数の宅側端末(宅側装置)とを含むPON(Passive Optical Network)システムに用いられる局側装置において、宅側装置の故障を判定する方法であって、
   各宅側装置の上りバースト光信号の光強度を検出し、
   宅側装置ごとに前記検出された光強度を光強度参照テーブルに書き込み、
   障害発生時に、前記光強度参照テーブルの光強度を、宅側装置同士で比較し、
   （ａ）最も低い光強度が書き込まれている宅側装置、又は
   （ｂ）障害発生前後で光強度の変化が最も小さい宅側装置
   を、連続信号を出し続ける故障の発生した宅側装置であると判定する、PONシステムにおける故障判定方法。

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