JP2012257163A - 帯域制御装置、帯域制御プログラム及び終端装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】システム全体における帯域使用効率の向上と、スループットの向上との両立を図ることができる。
【解決手段】本発明は、複数の終端装置に帯域及び送信開始タイミングの調停を行なう帯域割当実行手段を有する。帯域割当実行手段は、固定された帯域を割り当てる第1の帯域割当動作モードと、終端装置の要求帯域に基づいて可変の帯域を割り当てる第2の帯域割当動作モードとを有する。そして、通信監視手段が、複数の終端装置との間で授受される信号のプロトコル種類を終端装置毎に監視し、TCPプロトコル信号が授受されるとき、当該終端装置に第1の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させ、TCPプロトコル信号が授受されないとき、当該終端装置に第2の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させる。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明は、複数の終端装置に帯域及び送信開始タイミングの調停を行なう帯域割当実行手段を有する。帯域割当実行手段は、固定された帯域を割り当てる第1の帯域割当動作モードと、終端装置の要求帯域に基づいて可変の帯域を割り当てる第2の帯域割当動作モードとを有する。そして、通信監視手段が、複数の終端装置との間で授受される信号のプロトコル種類を終端装置毎に監視し、TCPプロトコル信号が授受されるとき、当該終端装置に第1の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させ、TCPプロトコル信号が授受されないとき、当該終端装置に第2の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、帯域制御装置、帯域制御プログラム及び終端装置に関するものである。例えば、本発明は、PON(Passive Optical Network)システムにおいて、収容される複数の加入者側回線終端装置に対して帯域を割り当てる局側回線終端装置の帯域制御装置、帯域制御プログラム及び終端装置に適用し得るものである。
近年、例えば一般個人宅への高速・広帯域なブロードバンドサービスを提供する目的で、伝送路に光ファイバを用いたFTTH(Fiber To The Home)と呼ばれるアクセス網が普及している。FTTHによるブロードバンドサービスの提供には、例えば、PONと呼ばれる光アクセスシステムが多く利用されている。
PONシステムは、局側光回線終端装置(OLT:Optical Line Terminal)と、複数の加入者側光回線終端装置(ONU:Optical Network Unit)とを、例えば光スプリッタ等の光合分波器を介して、1対多に接続する構成である。この構成により、光ファイバや伝送装置を複数の加入者で共有することができるので、経済的なFTTHサービスを提供することができる。
PONシステムでは、一般的に、OLTからONUへの通信およびONUからOLTへの通信にはそれぞれ異なる波長を用いたWDM(Wavelength Division Multiplexing)方式を利用している。また、1本のファイバを複数のONUで共用しているため、ONUからOLTへの通信は、TDMA(Time Division Multiple Access)方式を用いて、各ONUからの信号の衝突を回避している。
PONシステムを用いたアクセスネットワークとしては、プロトコルにギガビットイーサネット(登録商標)を用い、例えば、IEEE 802.3として標準化されているGE−PON(Gigabit Ethernet PON)と呼ばれるものがある。例えば、GE−PON方式では、OLTが、例えば1Gbpsの上り帯域を、複数(例えば32台)のONUに対して分け合う帯域割当制御処理を行なっている。
従来、帯域割当制御方法には、次の2種類の動作モードがある。
(1)SR(Status Report)モード:SRモードは、ONUに送信データがあるときに、ONUが要求帯域をOLTに申告し、OLTが各ONUからの申告に基づき各ONUへの割り当て帯域をその合計値がPON帯域に収まるように調停して、OLTが送信許可(送信開始タイミングと送信量)をONUへ通知し、これに従って初めてONUがデータ送信できる動作モードである。
(2)NSR(No Status Report)モード:NSRモードは、ONUに送信データがあるかないかに関わらず、OLTが周期的にONUへ送信許可(送信開始タイミングと固定送信量(固定値)をONUへ通知する動作モードである。
従来のPONシステムでは、一般的に、OLTにおいて、SRモード若しくはNSRモードのいずれかの動作モードで帯域割当を行なうことが、例えばシステムのコンフィグレーションで固定的に設定されている。
また、SRモード若しくはNSRモードのいずれかに切り替えて帯域割当を行なう技術として特許文献1に記載されるものがある。
特許文献1に記載の技術は、通常状態のときには、OLTはNSRモードで動作するものとする。そして、各ONUから受信したREPORTに含まれるTCONTに基づいて、IDLEカウント数が0のものに対して、OLTはSRモードに切り替えて動作する。そして、ONUからの上りの帯域が輻輳状態となると、NSR方式に切り替えるというものである。
OLTがSRモードで動作する場合、ONUに送信データがあるときだけ、帯域が割り当てられるので、PONシステム全体における帯域の使用効率が上がる。しかし、ONUは、OLTに対して要求帯域の申告を行ない、OLTからの送信許可を受けるまで送信データを送信できないので、その間のデータ遅延が大きくなるという特性がある。
一方、OLTがNSRモードで動作する場合、ONUは、常時、OLTからの送信許可を受けているため、接続する端末から送信データを受けると、すぐに、そのデータを送信することができるので、データ遅延を比較的小さくすることができる。しかし、常時送信許可を受けているため、ONUに送信データがない場合でも、当該ONUに対して帯域が割り当られることになる。つまり、送信しないONUに割り当てられた期間は、他のONUが送信できなくなるので、PONシステム全体の利用帯域の使用効率が下がるという特性がある。
また、TCP通信を行なう場合、データ遅延の増大は、スループットの低下となって現れる。そのため、TCP通信を行なう場合には、スループットの低下を抑制するために、データ遅延を小さくすることが望まれる。
上述したように、従来のPONシステムでは、OLTの帯域割当制御方法は、SRモード又はNSRモードのいずれかを固定的に設定されることが一般的である。そのため、SRモード設定の場合には、PON帯域使用効率は上がるが、TCPスループットは低下してしまい、一方、NSRモード設定の場合には、PON帯域使用効率は下がるが、TCPスループットは向上してしまうという問題が生じ得る。
また、特許文献1に記載の技術は、各ONUからの上りトラフィックの変化パターンに基づいて動作モードを切り替えるものであり、当初の動作モードはNSRモードであるから、PONシステムの利用帯域の使用効率が有効でない。また、特許文献1の記載技術は、上りトラフィックが増大するまでSRモードで動作することになるので、それまでの間では、データ遅延が増大し、TCPスループットの向上が図れないという問題が生じ得る。
このように、従来のPONシステムでは、PON帯域使用効率の向上と、TCPスループットの向上の両立ができないという問題があった。
そのため、システム全体における帯域使用効率の向上と、スループットの向上との両立を図ることができる帯域制御装置、帯域制御プログラム及び終端装置が求められている。
かかる課題を解決するために、第1の本発明は、(1)対向する複数の終端装置に対して帯域及び送信開始タイミングの調停を行なうものであって、固定された帯域を割り当てる第1の帯域割当動作モードと、終端装置からの要求帯域に基づいて可変の帯域を割り当てる第2の帯域割当動作モードとを有する帯域割当実行手段と、(2)複数の終端装置との間で授受される信号に基づいて、授受される信号のプロトコル種類を終端装置毎に監視する通信監視手段と、(3)通信監視手段により、TCPプロトコル信号が授受されるとき、当該終端装置について第1の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させ、TCPプロトコル信号が授受されないとき、当該終端装置について第2の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させる動作モード切替手段とを備えることを特徴とする帯域制御装置である。
第2の本発明は、コンピュータを、(1)対向する複数の終端装置に対して帯域及び送信開始タイミングの調停を行なうものであって、固定された帯域を割り当てる第1の帯域割当動作モードと、終端装置からの要求帯域に基づいて可変の帯域を割り当てる第2の帯域割当動作モードとして機能する帯域割当実行手段、(2)複数の終端装置との間で授受される信号に基づいて、授受される信号のプロトコル種類を終端装置毎に監視する通信監視手段、(3)通信監視手段の監視結果を終端装置毎に記憶する通信状態記憶手段、(4)通信監視手段により、TCPプロトコル信号が授受されるとき、当該終端装置について第1の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させ、TCPプロトコル信号が授受されるとき、当該終端装置について第2の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させる動作モード切替手段として機能させることを特徴とする帯域制御プログラムである。
第3の本発明は、複数の子局終端装置に対して帯域及び送信開始タイミングを割り当てて通信を行なう終端装置において、第1の本発明の帯域制御装置を備えることを特徴とする終端装置である。
本発明によれば、システム全体における帯域使用効率の向上と、スループットの向上との両立を図ることができる。
(A)実施形態
以下では、本発明の帯域制御装置、帯域制御プログラム及び終端装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
以下では、本発明の帯域制御装置、帯域制御プログラム及び終端装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
この実施形態では、PON方式を採用したアクセスネットワーク(PONシステム)を構成する終端装置に、本発明を適用する場合を例示する。
例えば、PONシステムは、例えばIEEE802.3に規格される標準化技術を適用することができるが、当該技術に限定されるものではなく、当該標準化技術の拡張技術等にも広く適用することができる。
(A−1)実施形態の構成
図1は、この実施形態のPONシステムの全体構成を示す全体構成図である。図1において、実施形態のPONシステム10は、光ファイバ4を介して、OLT1、ONU2−1〜2−N(Nは整数)、光スプリッタ3を有して構成される。なお、以下では、ONUについて、各ONUを指すときには、例えばONU2−1等のように表記し、ONU全体を指すときにはONU2と表記する。
図1は、この実施形態のPONシステムの全体構成を示す全体構成図である。図1において、実施形態のPONシステム10は、光ファイバ4を介して、OLT1、ONU2−1〜2−N(Nは整数)、光スプリッタ3を有して構成される。なお、以下では、ONUについて、各ONUを指すときには、例えばONU2−1等のように表記し、ONU全体を指すときにはONU2と表記する。
OLT1は、局側の回線終端装置である。OLT1は、光スプリッタ3を介して複数のONU2と接続しており、また図示しない上位ネットワークと接続している。すなわち、OLT1は、ONU2からのデータを上位ネットワークに送信したり、又上位ネットワークからのデータをONU2に送信したりする。これにより、ONU2に接続する端末(図示しない)の上位ネットワークへのアクセスを実現させることができる。
また、ONU2に接続する端末と上位ネットワークとの間はTCPを通信プロトコルとする通信方式が採用されている。
OLT1は、例えば、CPU、ROM、RAM、EEPROM等、入力インタフェース、出力インタフェース等のハードウェア構成からなり、OLT1の機能は、ソフトウェア処理を実行することでなされる。すなわち、CPUが、ROMに格納される処理プログラムを読み出し、必要なデータを用いて処理プログラムを実行することにより、OLT1の機能が実現される。
図2は、OLT1の内部構成を示す内部構成図である。OLT1は、帯域割当制御部11、光/電気変換部12を少なくとも有する。
帯域制御部11は、各ONU2に対して帯域と送信開始タイミングを割り当て、当該帯域及び送信開始タイミングを含む送信許可信号を、対応するONU2に通知するものである。これにより、ONU2からの送信信号の輻輳を回避することができる。例えば、帯域制御部11は、IEEE802.3で規格されているDBA(Dynamic Bandwidth Allocation)制御において実現されるものである。
また、帯域制御部11は、各ONU2からの信号に基づいて、クライアントとサーバとの間で行なわれるやり取りされる通信信号に基づいて通信状態をONU2毎に監視し、その通信状態に基づいて、各ONU2についての帯域割当の動作モードを切り替えるものである。
つまり、帯域制御部11は、ONU2毎に独立して、コネクション状態を監視し、動作モードの切り替え処理を実施する。帯域制御部11は、上述したように、DBA制御において行なうことができるので、動作モードの切り替え処理も、DBA制御(すなわち、DBAソフトウェア)で実現することができる。
図2に示すように、帯域制御部11は、通信監視部111、帯域割当動作モード切替部112、帯域割当実行部113、送信許可通知部114、通信状態管理部115を有する。
通信監視部111は、ONU2との間で授受する信号に基づいて、当該授受される信号がTCPプロトコルの信号であるか否かを、各ONU2毎に監視するものである。
つまり、通信監視部111は、ONU2から受信したパケットの情報をスヌーピングして、ONU2毎に、ONU2との間でTCPパケットが流れているか否かを監視するものである。
このスヌーピングを実現する機能は、授受されるパケットのプロトコル種類を見ることができれば、種々の手段を適用することができ、例えば、ソフトウェア処理により実現する処理部を適用してもよいし、又、例えばスヌーピングを行なうスイッチ装置等のハードウェアとしてもよい。
通信監視部111がTCPパケットを検出する方法としては、例えば、通信監視部111は、受信パケットのスヌーピングにより、TCPプロトコルのコネクション確立要求(SYNパケット)を検出する方法を適用できる。つまり、TCPコネクションの確立要求の検出をもって、その後のTCP通信がなされることを特定できる。
また、通信監視部111は、スヌーピングにより、TCPプロトコルのコネクション切断信号(FINパケット又はRSTパケット)を検出することで、TCP通信が終わることを特定できる。また、TPC通信の終わりの特定については、通信監視部111が、TCPパケットの無通信時間を計測し、所定時間以上、TCP無通信検出を検出することで特定するようにしてもよい。
通信状態管理部115は、通信監視部111による監視結果をONU2毎に記憶して管理するものである。
例えば、通信監視部111がSYNパケットを検出すると、当該パケットの送信元アドレスからONU2の識別情報(例えば、MACアドレス、IPアドレス等)を特定する。通信状態管理部115は、この特定されたONU2の識別情報に基づいて、コネクション確立を示す情報をONU2毎に管理する。また、コネクション切断を示す情報についても、同様にして管理する。
帯域割当動作モード切替部112は、通信監視部111の監視結果に基づいて、当該ONU2の帯域割当の動作モードを切り替えるものである。
すなわち、帯域割当動作モード切替部112は、通信監視部111がTCPコネクションの確立要求を検出すると、当該ONU2についてNSRモードで動作するように切り替え、また通信監視部111がTCPコネクションの切断要求を検出し又はTCPの無通信を検出すると、当該ONU2についてSRモードで動作するように切り替えるものである。
これにより、TCPプロトコルの信号が流れているときには、当該ONUについて、NSRモードで動作することができるので、データ遅延を小さくすることができる。一方、TCPプロトコルの信号が流れていないときには、当該ONUについて、SRモードで動作することができるので、帯域の使用効率を良くすることができる。
帯域割当実行部113は、各ONU2に対して帯域及び送信開始タイミングの調停を行ない、各ONU2に対して帯域及び送信開始タイミングを求めるものである。
帯域割当実行部113は、各ONU2に対する帯域割当動作モードとして、SRモード実行部21とNSRモード実行部22とを有する。帯域割当実行部113は、帯域割当動作モード切替部112からの指示に基づいて、各ONU2についての帯域割当動作モードを、SRモード実行部21又はNSRモード実行部22のいずれかとする。
SRモード実行部21は、SRモードにより帯域割当を行なうものである。SRモード実行部21が行なうSRモードによる帯域割当の方法は、既存のSRモードの方法と同じ方法を適用することができる。
例えば、この実施形態では、ONU2毎に帯域割当の動作モードを決定するため、SRモード実行部21は、OLT1の最大帯域(全体)からNSRモードで用いる帯域を差し引いた帯域を、SRモード用最大帯域として割当帯域の調停を行なうようにしてもよい。
NSRモード実行部22は、NSRモードにより帯域割当を行なうものである。NSRモード実行部21が行なうNSRモードによる帯域割当の方法は、既存のNSRモードの方法と同じ方法を適用することができる。
例えば、NSRモード実行部22は、固定値の帯域を各ONU2に割り当てる。この帯域の固定値は、予め設定することができる。
送信許可通知部114は、帯域割当実行部113が各ONU2に対して割り当てた帯域及び送信開始タイミングを含む送信許可信号を作成して、対応するONU2に通知するものである。
光/電気変換部12は、光ファイバ4と接続して、受信した光信号を電気信号に変換したり、又は電気信号を光信号に変換して光ファイバ4に送信したりするものである。
ONU2は、例えば加入者宅等に設けられる加入者側の回線終端装置である。ONU2は、図示しない1又は複数の端末と接続しており、端末側からの信号を光ファイバ4に向けて送信する。
光スプリッタ3は、OLT1からの光信号を複数に分岐して複数のONU2に送信し、複数のONU2からの光信号を結合した光信号をOLT1に送信するものである。光スプリッタ3は、光信号の分岐、結合を行なうものであれば、様々な素子を適用することができる。
(A−2)実施形態の動作
次に、実施形態の帯域割当制御の動作モードの切り替え動作について図面を参照しながら説明する。
次に、実施形態の帯域割当制御の動作モードの切り替え動作について図面を参照しながら説明する。
図3は、OLT1における帯域割当制御の動作モードの切り替え動作を示すフローチャートである。
まず、OLT1において、収容される全てのONU2に対して、SRモードで帯域割当を行なうようにする(S11)。これにより、PONシステム10全体で、帯域の利用効率を向上させることができる。
なお、ここでは、説明便宜上、当初SRモードで動作開始する場合を例示したが、NSRモードで動作開始するようにしてもよい。
その後、OLT1−ONU2間では、様々なプロトコルの信号が送受信される。OLT1において、通信監視部111は、ONU2からの受信パケットをスヌーピングして、TCPプロトコルのパケットであるか否かを判断し、TCPコネクションが確立しているか否かをONU2毎に判定する(S12)。
ここで、TCPコネクションの確立を判定する方法として、通信監視部111が、スヌーピングによりコネクション確立要求(例えば、SYNパケット)を検出することで実現できる。
そして、通信監視部111がTCPコネクションの確立を判定すると、帯域割当動作モード切替部112は、当該ONU2の帯域割当の動作モードを、SRモードからNSRモードに切り替える(S13)。これにより、当該ONU2についてデータ遅延を抑えることができるので、TCP通信でのスループットを向上させることができる。
なお、TCPコネクションが未確立の場合、当該ONU2について、帯域割当動作モード切替部112は帯域割当の動作モードの切り替えを行なわず、S11→S12→S11の処理を繰り返し行なう。これにより、PONシステム10全体で、PON帯域の比較的高い利用効率を維持させることができる。
次に、OLT1がNSRモードで動作しているONU2について説明する。OLT1において、通信監視部111が、NSRモードで動作しているONU2からの受信状態を監視する。
そして、通信監視部111が、当該ONU2を介したTCPコネクションが切断されていると判定した場合(S14)、帯域割当動作モード切替部112は、当該ONU2の帯域割当の動作モードを、NSRモードからSRモードに切り替える(S11)。これにより、TCPパケットの流れていないONU2について、SRモードに戻すことで、帯域の利用効率を向上させることができる。
ここで、TCPコネクションの切断を判定する方法として、通信監視部111が、スヌーピングによりコネクション切断要求(例えば、FINパケット、RSTパケット)を検出することで実現できる。また、別の方法として、通信監視部111が、スヌーピングにより、TCPパケットの無通信時間が設定時間以上となることを計測することで実現することができる。
なお、TCPコネクションの切断が検出されない場合、当該ONU2について、帯域割当動作モード切替部112は、帯域割当の動作モードの切り替えを行なわず、S13→S14→S13の処理を繰り返し行なう。これにより、継続してTCP通信を行なっているONU2について、データ遅延を抑えることができるので、TCPスループットの向上を維持することができる。
(A−3)実施形態の効果
以上のように、この実施形態によれば、ONU毎に、TCPプロトコルが流れているときはNSRモードで動作させ、TCPプロトコルが流れていないときはSRモードで動作させるように、適宜、自動で帯域割当制御を切り替えることにより、PON帯域使用効率の向上と、TCPスループットの向上を両立するという効果が得られる。
以上のように、この実施形態によれば、ONU毎に、TCPプロトコルが流れているときはNSRモードで動作させ、TCPプロトコルが流れていないときはSRモードで動作させるように、適宜、自動で帯域割当制御を切り替えることにより、PON帯域使用効率の向上と、TCPスループットの向上を両立するという効果が得られる。
(B)他の実施形態
上述した実施形態では、TCPプロトコルが流れているときには、当該ONUに対してNSRモードで帯域割当を行なう場合を説明した。しかし、上記の動作モードで動作する場合に限定されず、例えば、TCPプロトコルに必要な帯域(例えば、端末とONUとの間のインタフェース帯域)をNSRモードで固定的に与え、さらにそれ以上の帯域はSRモードで与えるように、NSRモードとSRモードを組み合わせても、同様の効果を得ることができる。
上述した実施形態では、TCPプロトコルが流れているときには、当該ONUに対してNSRモードで帯域割当を行なう場合を説明した。しかし、上記の動作モードで動作する場合に限定されず、例えば、TCPプロトコルに必要な帯域(例えば、端末とONUとの間のインタフェース帯域)をNSRモードで固定的に与え、さらにそれ以上の帯域はSRモードで与えるように、NSRモードとSRモードを組み合わせても、同様の効果を得ることができる。
上述した実施形態では、光通信システムを構成する終端装置に本発明を適用する場合を例示したが、電気信号による通信システムの終端装置にも適用することができる。
10…PONシステム、1…OLT、2−1〜2−N…ONU、
11…帯域割当制御部、
111…通信監視部、112…帯域割当動作モード切替部、113…帯域割当実行部、114…送信許可通知部、115…通信状態管理部、
21…SRモード実行部、22…NSRモード実行部、
12…光/電気変換部。
11…帯域割当制御部、
111…通信監視部、112…帯域割当動作モード切替部、113…帯域割当実行部、114…送信許可通知部、115…通信状態管理部、
21…SRモード実行部、22…NSRモード実行部、
12…光/電気変換部。
Claims (4)
- 対向する複数の終端装置に対して帯域及び送信開始タイミングの調停を行なうものであって、固定された帯域を割り当てる第1の帯域割当動作モードと、上記終端装置からの要求帯域に基づいて可変の帯域を割り当てる第2の帯域割当動作モードとを有する帯域割当実行手段と、
上記複数の終端装置との間で授受される信号に基づいて、授受される信号のプロトコル種類を上記終端装置毎に監視する通信監視手段と、
上記通信監視手段により、TCPプロトコル信号が授受されるとき、当該終端装置について上記第1の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させ、TCPプロトコル信号が授受されないとき、当該終端装置について上記第2の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させる動作モード切替手段と
を備えることを特徴とする帯域制御装置。 - 上記動作モード切替手段は、
上記通信監視手段がコネクション確立要求信号を検出すると、上記第1の帯域割当動作モードに切り替え、
上記通信監視手段が、コネクション切断信号の検出、又は、所定期間以上のTCP無通信の検出をすると、上記第2の帯域割当動作モードに切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載の帯域制御装置。 - コンピュータを、
対向する複数の終端装置に対して帯域及び送信開始タイミングの調停を行なうものであって、固定された帯域を割り当てる第1の帯域割当動作モードと、上記終端装置からの要求帯域に基づいて可変の帯域を割り当てる第2の帯域割当動作モードとして機能する帯域割当実行手段、
上記複数の終端装置との間で授受される信号に基づいて、授受される信号のプロトコル種類を上記終端装置毎に監視する通信監視手段、
通信監視手段の監視結果を上記終端装置毎に記憶する通信状態記憶手段、
上記通信監視手段により、TCPプロトコル信号が授受されるとき、当該終端装置について上記第1の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させ、TCPプロトコル信号が授受されないとき、当該終端装置について上記第2の帯域割当動作モードで帯域割当を実行させる動作モード切替手段、
として機能させることを特徴とする帯域制御プログラム。 - 複数の子局終端装置に対して帯域及び送信開始タイミングを割り当てて通信を行なう終端装置において、請求項1又は2に記載の帯域制御装置を備えることを特徴とする終端装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015070374A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | Kddi株式会社 | 局側終端装置及び加入者側終端装置 |
JP2015186030A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | Kddi株式会社 | 局側終端装置、加入者側終端装置及びリソース割り当て方法 |
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