JP2011254256A - 光通信システム及び光通信方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光通信システム301は、制御機が、通信断中の第1送受信機、通信断前の所定の期間に帯域要求又は帯域割当又は帯域使用をした第1送受信機、或いは通信断中に通信断が無かった場合に帯域要求又は帯域割当又は帯域使用が予想される第1送受信機について、少なくとも通信断前に過剰に割り当てたデータ量である過剰割当データ量が所定の範囲になるまでは過剰割当データ量の減衰を抑制し、目標データ量から過剰割当データ量を減じた理想割当データ量が負である送受信機への帯域割当を不実施とする、あるいは通信中の送受信機の内で理想割当データ量が大きい又は過剰割当データ量が小さい送受信機から優先的に帯域割当を実施することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
1周期あたりの過剰割当データ量(excessj,k)をexcessj,k=α・excessj,k−1+(1−α)・(allocatedj,k−targetj,k)により、理想割当データ量(idealj,k)をidealj,k=targetj,k−(α/(1−α))・excessj,k−1により算出し、
又は過剰割当データ量(excessj,k)をexcessj,k=α・(allocatedj,k−idealj,k)により、理想割当データ量(idealj,k)をidealj,k=targetj,k−excessj,k−1により算出し、
idealj,k<0ならば帯域割当を許可しないことで公平な帯域割当を実現している。
(数式1)
excessj,k=α・excessj,k−1+(1−α)・(allocatedj,k−targetj,k)、
idealj,k=targetj,k−(α/(1−α))・excessj,k−1
(数式2)
excessj,k=α・(allocatedj,k−idealj,k)、
idealj,k=targetj,k−excessj,k−1
但し、jは送受信機番号、kは周期、allocatedj,kは前記割当データ量であり、targetj,kは前記目標データ量、係数αは(τ−1)/(τ+1)の値、又は前記送受信機に送信許可を送出してから過剰割当データ量の補正を反映させるまでの周期の数だけ(τ−1)/(τ+1)を乗じた値であり、τは指数平滑移動平均の時定数である。
図1は、実施形態1の光通信システム301を説明する概念図である。図1の光通信システム301はONU側に波長の可変機能を付与した例である。光通信システム301は、複数のONU100と、光伝送路50と、ONU100との間で信号光を送受するOLT200と、ONU100の送信機17又は受信機16の波長を割振る制御装置(不図示)を備える。対向して信号光を送受するOLT200内の送受信機毎に、ONU100はグループ化されている。
まず、変更する目標データ量の範囲として2通りある。第1の範囲は通信断中のONUの目標データ量のみを変更の範囲とし、第2の範囲は、通信断中のONUに加えてグループを構成する他のONUの目標データ量も変更の範囲とする。第1の範囲では、変更対象が通信断のONUに限定されるため、変更が軽微であり、図5のフローチャートのままとなる。但し、補正が限定的である。第2の範囲では、通信断時間が長い場合、通信断ではないONUの過剰割当データ量が正の方向に積み増しされ、その結果理想割当データ量が負の値となり、図5のフローチャートでは通信断でないどのONUも割当の対象外となり、PONの帯域をどのONUも使わない時間が発生しうる。従って割当の対象外となる条件を変更する必要がある。例えば、過剰割当データ量が少ない順に割り当てをする。または少ない順に大量のデータ量を割当する。ここで、過剰割当データ量がある所定の範囲内にある場合は同じ順位として、同順位内では巡回的に少ない順とみなして割当してもよい。所定の範囲は、例えば、通信断に起因する過剰割当データ量の積み上がりの程度の差の範囲である。
(1) 各周期における通信中のONUの重みの総和又は総和に該当する通信断中のONUの重みを加えた値に対する当該ONUの重みで、ONU間で分配可能な帯域を分配した目標データ量を用いる。ここで、割当または要求の上限で割当が頭打ちするONUの割当分の未割当帯域の再分配は考慮してもよいし、しなくてもよい。また、目標データ量の計算で用いるグループは、通信断前のグループでもよいし通信断後のグループでもよく、通信断の途中で一方から他方に切り替えてもよい。また、この通信断中の目標データ量の計算は、少なくとも当該ONUの過剰割当データ量が負の値、零、十分小さな値、又はグループの他のONUと同等の値になるまでで、その後は特許文献1又は後述の(3)と同等でもよい。同等の値とは、例えば、通信断がない場合に過剰割当データ量がとりうる値の範囲又はその平均値、十分小さな値とは、例えば、通信断がない場合に過剰割当データ量がとりうる正の値又は全値の平均値の1/10である。目標データ量の計算で用いるグループの切替も、例えば当該ONUの過剰割当データ量が負の値又は零又は十分小さな値になるまででよい。特許文献1と同等とは、帯域要求のないONUの目標データ量を零とすることである。
(2) 以下のいずれかを当該目標データ量を通常算出に用いる時間で除し、通常算出に用いる時間に通信断の時間を加えた時間を乗じた目標データ量を用いる。通常計算に用いる時間とは、例えば、図6の割当周期である。
i)通信断前の目標データ量
ii)所定の期間におけるその平均値
iii)通信断前の割当データ量
iv)所定の期間におけるその平均値
v)通信断前の帯域要求データ量
vi)所定の期間におけるその平均値
vii)通信断前の使用帯域
viii)所定の期間におけるその平均値
ix)通信断後の目標データ量
x)通信断後の帯域要求データ量
ここで平均値としては、単純な平均、最頻値、中央値、指数平滑移動平均等のいずれを用いてもよいが、当該過剰割当データの算出に用いるのと同等の平均であることが望ましい。同等の指数平滑移動平均である場合、収束の仕方が同等となる。又、要求帯域、割当帯域、使用帯域を用いる場合、所定の期間の平均値であることが望ましい。これは、要求帯域、割当帯域、使用帯域が周期毎で通常変動するためである。また、(1)と同様に、この通信断中の目標データ量の計算は、当該ONUの過剰割当データ量が負の値又は零又は十分小さな値になるかグループの他のONUと同等の値になるまでで、その後は特許文献1又は後述の(3)と同等でもよい
(3) 通信断中に過剰割当データ量が負の場合はα=1とする。この場合、過剰割当データ量の所定の値と零であり、所定の値に到達するまで処理を継続する。この場合は、過剰割当データ量は通信断の間一定の値となり、通信断の間は継続して過剰割当データ量の減衰を抑制することとなる。
当該ONUの過剰割当データ量が負の値、零、十分小さな値、又はグループの他のONUと同等の値に到達した後に特許文献1又は(3)と同等としない場合、通信断のONUのみ過剰割当データ量が負に積み上がる。この積みあがった過剰割当データ量が指数平滑移動平均によって平滑化する前に優先的に割当てると、通信断の有無によるONU間の割当帯域の不公平が改善する。但し、通信断後の過剰割当データ量の総和及びその平均が、通信断で負に積みあがった過剰割当データ量のために負の方向にずれ平衡が崩れる。
また、通信断中のONUの目標データ量を特許文献1又は後述の(3)と同等とする際には、通信断しないONUも目標データ量を特許文献1と同様に計算すればよい。
(1)あるグループに所属中である送信機17について、1周期に割当可能な全データ量を当該周期で帯域要求した送信機17間の所定の重み、例えば保証帯域の比で比例配分した値とする。
(2)グループを変更中で通信断かつ帯域要求した帯域の割り当てが未完了である等の通信断の最中に帯域要求がありそうな送信機17について、少なくとも過剰割当データ量が零になるまでは正の値とする。過剰割当データ量とは、当該周期前に過剰に割り当てたデータ量である。なお、上述した「零になるまで」の判断はグループ切替前から引き継いでいる過剰割当データ量で判断する。
(数式1)
excessj,k=α・excessj,k−1+(1−α)・(allocatedj,k−targetj,k)、
idealj,k=targetj,k−(α/(1−α))・excessj,k−1
(数式2)
excessj,k=α・(allocatedj,k−idealj,k)、
idealj,k=targetj,k−excessj,k−1
但し、係数αは(τ−1)/(τ+1)の値、又は前記送信機に送信許可を送出してから過剰割当データ量の補正を反映させるまでの周期の数だけ(τ−1)/(τ+1)を乗じた値であり、τは指数平滑移動平均の時定数である。
まず、従来の可変周期の割当について説明する。最も一般的な方法として、Interleaved polling with adaptive cycle time (IPACT)と呼ばれる方法がある。IPACTでは、OLTは送信時間を申告の到着順に割当する。許可時間の決定法には、Fixed service、Limited service、Constant Credit service、Linear Credit service、Elastic serviceの5つがある。ここでは、特性がよいとされるLimited serviceを例にとる。Limited serviceでは、ONUの申告する帯域要求データ量に申告に要するデータ量Wreqを加えた値が最大バースト長(maximum transmission window; MTW)を超過している場合はMTWを、帯域要求データ量が超過していない場合は申告した帯域要求データ量にWreqを加えた値を割当てる。帯域要求データ量の申告が零の場合は申告に要するデータ量Wreqを割当てる。ここでONUiの最大バースト長MTWi又はMTWiからWreqを減じた値は、それぞれの割当に関する重みに比例した値である。ONUの申告と許可が一巡するとまた初めのONUに戻って動作を繰り返す。IPACTでは、送信許可時間の中にフラグメント防止のために使用できない時間を含む課題があり、その課題を解決するために、DRRスケジューリング(Deficit Round−Robin Scheduling)を用いた方法が提案されている。この方法では、ONUiは、各許可の際に送信可能な目標バースト長wiを保持する。ここで目標バースト長wi又はwiからWreqを減じた値は、それぞれの割当に関する重みに比例した値である。ONUiのdeficit counterの値Siの初期値は最大バースト長wiである。
目標データ量=最大バースト長wi
過剰割当データ量=Si − wi
理想割当データ量=Si
(第1の方法)
通信断に応じて、通信断時に割当てられるべきであった値を過剰割当データ量に加算する。但し、理想割当データ量相当のSiに加算することで、実効的に過剰割当データ量に加算する。以下の説明でも同様である。固定周期との差異は、固定周期の場合は通信断時間に対する周期の回数は輻輳状態によらず一定であり、可変周期の場合は周期の回数が輻輳によって変化することにある。
通信断に応じて通信断前又は後又はその組合せのWiを変更することによって過剰割当データ量を変更する。例えば通信断時間が、OLTからの割当が1巡又は2巡する間である場合はそれぞれ2倍、3倍の値とする。Wiの値の変更は、通信断前後の一回の割当の際にまとめて変更しても良いし、何回かに分けて変更しても良い。例えば1巡又は2順する間である場合、それぞれそれを10回に分けて、その10回分は1.1倍又は1.2倍としてもよい。但し、Wiの値の変更はフレームサイズに対して十分大きな値であることが望ましい。
図3は、実施形態2の光通信システム303を説明する概念図である。光通信システム303と図1の光通信システム301との違いは、光通信システム301が波長分割多重していることに対して光通信システム302が芯線多重していることにある。このため、光通信システム303のONU100は、送信機17の波長可変性と受信機16の前段で複数の下り波長から受信対象の波長を選択する波長可変のフィルタ18の代替として光スイッチ31を有する。図1の光通信システム301の波長を方路に読み替えれば、光通信システム303の動作及び効果は実施形態1と同様である。なお、光合分波器15は上り下りの波長を合分波する光合分岐器であり、上り波長同士、下り波長同士の波長間での分波はしない。また、光スイッチ31の代りに複数の送信機と受信機を方路毎に備え、いずれかの送信機といずれかの受信機を使用することとしてもよい。このことは本実施形態の他の光通信システムの構成でも同様である。
実施形態3の光通信システムは、図3又は4の光通信システム303又は4の構成においてさらに波長分割多重も行う。図1の光通信システム301及び図2の光通信システム302の波長を波長と方路の組合せに読み替えれば、本通信システムの動作及び効果は実施形態1と同様である。
実施形態4の光通信システムと実施形態1の光通信システムとの違いは、OLTとONUの構成にある。本光通信システムでは、全ONUは同一グループであり、送信機17は同一の波長として扱われる波長を出力し、単一グループであるのでグループ別に信号光を分波するフィルタ18は備えず、送信機27はそれぞれ単一であり、25は伝送路50からの信号光を26に出力し、27からの信号光を伝送路50に出力する。又グループは一つであるので制御機はONUをグループに割り振らない。即ち、GE−PON等の通常の時分割多重のPONである。本光通信システムではグループは一つであるので通信断前と後でグループは同一である。その他の動作については実施形態1の光通信システムと同様である。本光通信システムでの通信断は例えば、支障移転、パッケージの交換、バージョンアップ等でONUの再起動が伴う場合やONUの休止等で発生する。本実施形態では、これらの通信断による割当帯域の不公平が是正できる効果がある。本実施形態での効果を図7に示す。図7は、本実施携帯を適用しない場合の帯域割当の例である。32ONUが10Gbit/sのPONに32ONUが接続し、固定割当周期で帯域を割当し、割当周期は1ms、閾値は最大フレーム長、通信中のONUはリンクリートを要求する場合の例である。
なお、以上説明した実施態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としても問題はない。本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良は、本発明に含まれるものである。
16、26:受信機
17、27:送信機
18:フィルタ
31:光スイッチ
50、50(H1)、50(H2):光伝送路
55:光スプリッタ
H1、H2:方路
100:ONU
200:OLT
301、302、303、304:光通信システム
Claims (8)
- 1又は複数のグループに割り振られる複数の第1送受信機と、
前記第1送受信機と信号光をグループ毎に送受する第2送受信機と、
前記第1送受信機が周期毎に送信可能なデータ量である割当データ量の目標となる、目標データ量を前記第1送受信機毎に決定し、前記目標データ量に基づいて前記第1送受信機に帯域割当を行う制御機と、
を備えており、
前記制御機は、
通信断中の前記第1送受信機、通信断前の所定の期間に帯域要求又は帯域割当又は帯域使用をした前記第1送受信機、或いは通信断が無かった場合に通信断中に帯域要求又は帯域割当又は帯域使用が予想される前記第1送受信機について、少なくとも通信断前に過剰に割り当てたデータ量である過剰割当データ量が所定の範囲になるまでは過剰割当データ量の減衰を抑制し、
前記目標データ量から前記過剰割当データ量を減じた理想割当データ量が負である前記送受信機への帯域割当を不実施とする、あるいは通信中の前記送受信機の内で前記理想割当データ量が大きい又は前記過剰割当データ量が小さい前記送受信機から優先的に帯域割当を実施する
ことを特徴とする光通信システム。 - 前記過剰割当データ量(excessj,k)及び、前記理想割当データ量(idealj,k)の算出を数式1又は数式2で行うことを特徴とする請求項1に記載の光通信システム。
(数式1)
excessj,k=α・excessj,k−1+(1−α)・(allocatedj,k−targetj,k)、
idealj,k=targetj,k−(α/(1−α))・excessj,k−1
(数式2)
excessj,k=α・(allocatedj,k−idealj,k)、
idealj,k=targetj,k−excessj,k−1
但し、jは送受信機番号、kは周期、allocatedj,kは前記割当データ量であり、targetj,kは前記目標データ量、係数αは(τ−1)/(τ+1)の値、又は前記送受信機に送信許可を送出してから過剰割当データ量の補正を反映させるまでの周期の数だけ(τ−1)/(τ+1)を乗じた値であり、τは指数平滑移動平均の時定数である。 - 前記制御機は、
前記グループを変更中である、通信断中の前記第1送受信機、通信断前の所定の期間に帯域要求又は帯域割当又は帯域使用をした前記第1送受信機、或いは通信断が無かった場合に通信断中に帯域要求又は帯域割当又は帯域使用が予想される前記第1送受信機について、
変更前あるいは変更後の前記グループに所属中の前記第1送受信機として、前記目標データ量を、1周期に割当可能な全データ量を当該周期で帯域要求の有る前記第1送受信機の帯域割当の重みの比の総和に対する重みの比、あるいは該総和に前記グループを変更中である前記第1送受信機の重みの比を加えた値に対する該第1送受信機の重みの比で比例配分した値とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の光通信システム。 - 前記グループは、波長、方路、又は波長と方路の組合せで識別されるグループであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光通信システム。
- 1又は複数のグループに割り振られる複数の第1送受信機と信号光を複数の第2送受信機で前記グループ毎に送受信する光通信方法であって、
前記第1送受信機が周期毎に送信可能なデータ量である割当データ量の目標となる、目標データ量を前記第1送受信機毎に決定し、前記目標データ量に基づいて前記第1送受信機に帯域割当を行っており、
通信断中の前記第1送受信機、通信断前の所定の期間に帯域要求又は帯域割当又は帯域使用をした前記第1送受信機、或いは通信断が無かった場合に通信断中に帯域要求又は帯域割当又は帯域使用が予想される前記第1送受信機について、少なくとも通信断前に過剰に割り当てたデータ量である過剰割当データ量が所定の範囲になるまでは過剰割当データ量の減衰を抑制し、
前記目標データ量から前記過剰割当データ量を減じた理想割当データ量が負である前記送受信機への帯域割当を不実施とする、あるいは通信中の前記送受信機の内で前記理想割当データ量が大きい又は前記過剰割当データ量が小さい前記送受信機から優先的に帯域割当を実施する
ことを特徴とする光通信方法。 - 前記過剰割当データ量及び、前記理想割当データ量の算出を数式1又は数式2で行うことを特徴とする請求項5に記載の光通信方法。
(数式1)
excessj,k=α・excessj,k−1+(1−α)・(allocatedj,k−targetj,k)、
idealj,k=targetj,k−(α/(1−α))・excessj,k−1
(数式2)
excessj,k=α・(allocatedj,k−idealj,k)、
idealj,k=targetj,k−excessj,k−1
但し、jは送受信機番号、kは周期、allocatedj,kは前記割当データ量であり、targetj,kは前記目標データ量、係数αは(τ−1)/(τ+1)の値、又は前記送受信機に送信許可を送出してから過剰割当データ量の補正を反映させるまでの周期の数だけ(τ−1)/(τ+1)を乗じた値であり、τは指数平滑移動平均の時定数である。 - 前記グループを変更中である、通信断中の前記第1送受信機、通信断前の所定の期間に帯域要求又は帯域割当又は帯域使用をした前記第1送受信機、或いは通信断中に通信断が無かった場合に帯域要求又は帯域割当又は帯域使用が予想される前記第1送受信機について、
変更前あるいは変更後の前記グループに所属中の前記第1送受信機として、前記目標データ量を、1周期に割当可能な全データ量を当該周期で帯域要求の有る前記第1送受信機の帯域割当の重みの比の総和に対する重みの比、あるいは該総和に前記グループを変更中である前記第1送受信機の重みの比を加えた値に対する該第1送受信機の重みの比で比例配分した値とすることを特徴とする請求項5又は6に記載の光通信方法。 - 前記グループは、波長、方路、又は波長と方路の組合せで識別されるグループであることを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載の光通信方法。
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