JP2013187807A - Ponシステムおよび加入者側装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ONUからOLTにデータを送信する際に生じる遅延時間を低減する。
【解決手段】PONシステムは、OLTと複数のONUとを光スプリッタにより分岐した光ファイバを用いて互いに接続した通信システムである。ONUは、自らに設定された論理リンク識別子とは別の論理リンク識別子宛てのGateフレームをスヌープすることによりPON区間の帯域使用状況を監視し、PON区間の空き帯域を判定するPON帯域情報処理部36と、PON帯域情報処理部36により判定された空き帯域に、送信したいデータ量を通知するためのReportフレームをOLTに送信する送信タイミング制御部33とを備える。
【選択図】図3
【解決手段】PONシステムは、OLTと複数のONUとを光スプリッタにより分岐した光ファイバを用いて互いに接続した通信システムである。ONUは、自らに設定された論理リンク識別子とは別の論理リンク識別子宛てのGateフレームをスヌープすることによりPON区間の帯域使用状況を監視し、PON区間の空き帯域を判定するPON帯域情報処理部36と、PON帯域情報処理部36により判定された空き帯域に、送信したいデータ量を通知するためのReportフレームをOLTに送信する送信タイミング制御部33とを備える。
【選択図】図3
Description
本発明は、局側装置と複数の加入者側装置との間で通信を行うPON(Passive Optical Network)システムに関する。
従来より、一般家庭等の加入者宅を対象とした加入者系光ファイバネットワークシステムとして、PONシステムが知られている。このPONシステムは、通信事業者局舎に設置される局側装置(OLT(Optical Line Terminal))に接続された1本の光ファイバを光スプリッタにより分岐し、複数の加入者側装置(ONU(Optical Network Unit))と接続したものである。PONシステムは、OLTとONUを1対1で接続するシングルスター型のシステムに比べ、複数のONUで1本の光ファイバを共用するため低コストな光通信ネットワークを構築できる。
一般的に、PONシステムではOLTからONU方向の通信を「下り」と呼び、ONUからOLT方向の通信を「上り」と呼ぶ。下り方向の通信は、OLTが連続した光信号を送信するだけであるが、上り方向の通信は、ONU同士の光信号がぶつからないようにTDMA(Time Division Multiple Access)方式で送信する。ONUがデータを送信するタイミングを調整し時分割多重する機能を、動的帯域割当機能(DBA(Dynamic Bandwidth Allocation))と言う。
ONUは、DBAによって光信号の送信タイミングを調整されるため、上り方向のデータはONUが任意のタイミングで送信することはできず、必ずONU内部でバッファリングされ、OLTから帯域割り当てが通知されてからデータを送信することになる。このバッファリングされている時間は、データ送信の遅延時間が増える原因となる。例えばWebサイト閲覧等では問題とならない遅延時間でも、株式投資・VoIP(Voice over Internet Protocol)等のサービスでは、ms単位の遅延が大きく影響するため、より小さな遅延時間が求められる場合がある。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、PONシステムにおいて、ONUからOLTにデータを送信する際に生じる遅延時間を低減することのできる技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様のPONシステムは、局側装置と複数の加入者側装置とを光スプリッタにより分岐した光ファイバを用いて互いに接続したPONシステムである。加入者側装置は、自らに設定された論理リンク識別子とは別の論理リンク識別子宛てのGateフレームをスヌープすることによりPON区間の帯域使用状況を監視し、PON区間の空き帯域を判定するPON帯域情報処理部と、PON帯域情報処理部により判定された空き帯域に、送信したいデータ量を通知するためのReportフレームを局側装置に送信する送信タイミング制御部とを備える。
送信タイミング制御部は、Reportフレームを送信してから所定時間内に局側装置から帯域割り当てがない場合、再度局側装置に対してReportフレームを送信してもよい。
加入者側装置は、送信したいデータが遅延時間を少なくすべきデータであるか否かを判定するデータ解析判定部をさらに備えてもよい。送信タイミング制御部は、データ解析判定部の判定結果に基づいて、PON帯域情報処理部により判定された空き帯域にReportフレームを送信するか、局側装置から定期的に自らの論理リンク識別子宛てに通知されるGateフレームを待ってからReportフレームを通知するかを決定してもよい。
送信タイミング制御部は、局側装置から定期的に自らの論理リンク識別子宛てに通知されるGateフレームの受信タイミングを予測し、このGateフレームの受信タイミングの予測に基づいて、PON帯域情報処理部により判定された空き帯域にReportフレームを送信するか、局側装置から定期的に自らの論理リンク識別子宛てに通知されるGateフレームを待ってからReportフレームを通知するかを決定してもよい。
本発明の別の態様は、局側装置と光ファイバを用いて互いに接続されるPONシステムの加入者側装置である。この装置は、自らに設定された論理リンク識別子とは別の論理リンク識別子宛てのGateフレームをスヌープすることによりPON区間の帯域使用状況を監視し、PON区間の空き帯域を判定するPON帯域情報処理部と、PON帯域情報処理部により判定された空き帯域に、送信したいデータ量を通知するためのReportフレームを局側装置に送信する送信タイミング制御部とを備える。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システム、プログラム、プログラムを格納した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、PONシステムにおいて、ONUからOLTにデータを送信する際に生じる遅延時間を低減することができる。
図1は、本発明の実施形態に係るPONシステム10を示す図である。図1に示すように、PONシステム10は、局側装置(OLT)12に接続された1本の基幹光ファイバ18が光スプリッタ14により複数の分岐光ファイバ20−1〜20−nに分岐され、分岐光ファイバ20−1〜20−nの端部に複数の加入者側装置(ONU)16−1〜16−nが接続された構成となっている。なお、以下においては、ONU16−1〜16−nを総称して適宜「ONU16」と呼ぶ。
PONシステム10においては、OLT12から各ONU16への下り信号は、時分割多重(TDM:Time Division Multiplexing)により多重化された連続的な光信号である。一方、各ONU16からOLT12への上り信号は、TDMA(Time Division Multiple Access)方式により多重化される。TDMAでは、各ONU16からの光信号が衝突するのを防ぐため、各光信号間にガードタイムと呼ばれる無信号区間が挿入される。そのため、OLT12から各ONU16への下り信号が連続的な光信号となるのと異なり、ONU16からOLT12への上り信号は、信号の送出が間欠的に行われるバースト状の光信号となる。
OLT12と各ONU16との間で通信を行うためには、OLT12と各ONU16との間で論理リンク(Logical Link)が確立される必要がある。OLT12は、新たにPONシステム10に接続されたONU16を登録するために、ディスカバリ・ハンドシェークと呼ばれる処理を定期的に行っている。ディスカバリ・ハンドシェークにおいては、まずOLT12は、「Gateフレーム」をブロードキャスト送信し、未登録のONU16に対して送信タイミングを通知する。Gateフレームを受信した未登録のONU16は、登録要求フレームとして「Register_REQフレーム」をOLT12に送信する。OLT12は、登録要求を受け付けるための期間であるディスカバリ期間内にRegister_REQフレームを受信した場合、該Register_REQフレームを送信したONU16に「Registerフレーム」を送信し、論理リンク識別子(LLID(Logical Link Identifier))を通知する。また、OLT12は、GateフレームをONU16に送信し、送信帯域および送信タイミングを通知する。これに対し、ONU16が「Register_ACKフレーム」を送信し、登録の受信応答をすることで、ディスカバリ・ハンドシェークが完了し、OLT12とONU16の間で論理リンクが確立される。
1つのONU16に対し、複数の論理リンクを確立することも可能である。例えば、アプリケーション毎に論理リンクを設定する場合を考えると、VoIP,VoD(Video on Demand)及びインターネットという3つのアプリケーションに対して、独立に論理リンクを確立することができる。
図2は、論理リンクが確立されたOLTおよびONU間の動的帯域割当(DBA)を説明するための図である。PONシステムにおいては、DBAにより各ONUの送信タイミングおよび信号帯域が制御される。
ここでは、OLTと第1ONUとの間に第1論理リンクが確立され、OLTと第2ONUとの間に第2論理リンクが確立されているものとする。図2に示すように、OLTと各ONUとの間では、定期的にGateフレームとReportフレームの交換が行われている。すなわち、OLTは、各ONUに対して定期的にGateフレームを送信し、上り信号の送信タイミングと送信可能帯域を通知する。図2に示す例では、OLTは、第1ONUに対して周期T1でGateフレームを送信し、第2ONUに対して周期T2でGateフレームを送信している。Gateフレームを受け取った各ONUは、OLTに対してReportフレームを送信し、ONUに蓄積されているデータ量を通知して帯域要求を行う。OLTは、各ONUからの帯域要求を収集し、DBAアルゴリズムに従い、各ONUに割り当てる帯域値を決定し、その帯域値を示すGateフレームをONUに送信する。そしてONUは、Gateフレームに割当てられた帯域を使って上り信号をOLTに送信する。各ONUが送信するデータを保持していない場合でも、OLTと各ONUは、論理リンクの維持を目的として、GateフレームとReportフレームの交換を定期的に行っている。このようなGateフレームとReportフレームの交換は、論理リンク単位(LLID単位)で行われる。
一般的にPONシステムにおいては、OLTからONUへの下り信号は、同一の信号がOLT配下の全ONUに到達する。よって、各ONUは、受信したフレームが自分宛てのフレームであるか否かをLLIDを用いて識別している。ONUは、受信フレームのLLIDと自らのLLIDとを照合し、LLIDが一致していれば自分宛てのフレームであると判断してフレームを取り込み、LLIDが一致していなければ自分宛てのフレームではないと判断してフレームを廃棄する。
本実施形態に係るPONシステム10において、ONUは、上記のような同一の下り信号がOLT配下の全ONUに到達するというPONシステムの特徴を利用して、自らに設定されたLLIDとは別のLLID宛てのGateフレームをスヌープ(監視)し、PON区間の帯域使用状況を監視する。つまり、自分宛てのLLIDではないGateフレームの内容を解析・蓄積することで、他のONUがいつ上り方向にデータを送信しようとしているか知ることができる。ONUは、このようにPON区間の帯域使用状況を監視することで、PON区間においてどのタイミングで帯域が空いているか知ることができる。OLTから定期的に通知されるGateフレームを待たずに、ONUが自律的にPON区間の空き帯域を判断してReportフレームを送信することで、より速くOLTから帯域を割り当てられ、データ送信の遅延時間を低減することができる。
図3は、本発明の実施形態に係るONU16の構成を説明するための図である。図3に示すように、ONU16は、光処理部30と、フレームバッファ31と、送信データ解析判定部32と、送信タイミング制御部33と、制御フレーム処理部34と、受信データ解析判定部35と、PON帯域情報処理部36と、下位ネットワーク側信号処理部37とを備える。なお、本明細書のブロック図において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのCPUをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
下位ネットワーク側信号処理部37は、ONU16に接続された下位ネットワークと通信を行う。LANケーブル38介して下位ネットワークから入力された送信データは、送信データ解析判定部32を介してフレームバッファ31に蓄積される。フレームバッファ31は、送信タイミング制御部33からの指示により送信データを光処理部30に出力する。光処理部30は、フレームバッファ31から入力された送信データを光信号に変換し、分岐光ファイバ20に出力する。
また、光処理部30は、OLTから分岐光ファイバ20を介して受信した下り光信号を電気信号に変換し、受信データ解析判定部35に出力する。受信データ解析判定部35は、受信した下り方向のデータを制御フレームとユーザフレームとに分離する。受信データ解析判定部35は、制御フレームを制御フレーム処理部34およびPON帯域情報処理部36に送り、ユーザフレームを下位ネットワーク側信号処理部37に送る。ユーザフレームは下位ネットワーク側信号処理部37にて所定の終端処理を施された後、LANケーブル38を介して下位ネットワークに出力される。
制御フレーム処理部34は、OLTからの制御フレーム、すなわちGateフレームの内容を解析し、Gateフレームに含まれる送信タイミングおよび送信可能帯域の情報を送信タイミング制御部33に通知する。
PON帯域情報処理部36は、自らに設定されたLLIDとは別のLLID宛てのGateフレームをスヌープすることによりPON区間の帯域使用状況を監視し、PON区間の空き帯域を判定する。空き帯域は、PON区間において他の論理リンクにより使用を予約されていない帯域である。PON帯域情報処理部36は、判定したPON区間の空き帯域情報を送信タイミング制御部33に通知する。すなわち、PON帯域情報処理部36は、OLTにReportフレームを送信してよいタイミングを送信タイミング制御部33に通知する。
送信タイミング制御部33は、PON帯域情報処理部36から通知された空き帯域を利用して、送信したいデータ量を通知するためのReportフレームを送信する。このReportフレームは、光処理部30により上り光信号に変換され、OLTに送られる。
図4(a)および(b)は、本発明の実施形態に係るPONシステム10におけるユーザデータの送信シーケンスを説明するための図である。図4(a)は、比較例として、OLTから定期的に通知されるGateフレームの受信を待ってReportフレームを送信する通常のシーケンスを示す。図4(a)に示すように、通常のシーケンスでは、ユーザデータを下位ネットワークから受信した際に、すぐにOLTにReportフレームを送信することはできず、OLTから定期的に通知されるGateフレームの受信を待たなければならない。従って、Gateフレームの受信タイミングによってはユーザデータ送信までに大きな遅延時間が生じる可能性がある。
一方、本実施形態に係るPONシステム10においては、受信したユーザデータがフレームバッファ31に蓄積されると、送信タイミング制御部33は、OLTからのGateフレームを待たずに、PON帯域情報処理部36から通知された空き帯域にReportフレームを送信し、OLTに送信したいデータ量を通知する。そして、OLTから帯域を割り当てるGateフレームが通知されると、制御フレーム処理部34は割り当てられた帯域を送信タイミング制御部33に通知し、送信タイミング制御部33は、割り当てられた帯域を利用してフレームバッファ31に蓄積された送信データを光処理部30を介してOLTに送信する。
このように、本実施形態に係るPONシステム10によれば、ユーザデータを受信した際に、自らのLLIDとは別のLLID宛てのGateフレームを監視することにより検出した空き帯域を用いてReportフレームをOLTに送信することにより、通常のシーケンスよりも速くOLTから帯域を割り当てられ、データ送信の際に生じる遅延時間を低減することができる。
図5は、複数のONUが同時にReportフレームを送信した場合のシーケンスを説明するための図である。本実施形態に係るPONシステム10においては、上述したように、OLTからのGateフレームを待たずに、ONUが自立的に空き帯域を判定し、Reportフレームを送信する。従って、複数のONU(または複数の論理リンク)が同時にReportフレームを送信する可能性がある。このように複数のONUからのReportフレームが衝突すると、OLTの受信器では正常フレームとして認識できないことがある。そこで、送信タイミング制御部33は、空き帯域にReportフレームを送信してから所定の第1時間内にOLTから帯域を割り当てるGateフレームが通知されない場合、OLTがReportフレームを受信できていないものと判断し、再度OLTに対して空き帯域にReportフレームを送信する。このような動作を行うことにより、本実施の形態に係るONU16が複数台同一のOLT配下に存在した場合でも、本実施形態に係るONU16は有効に機能することができる。
なお、本実施形態に係るONU16は、使用されていない空き帯域を用いてReportフレームを送信するものであるので、従来型のONUと同一の配下に存在しても、特に従来型のONUに影響を与えることはない。
送信タイミング制御部33は、送信するデータの種類に応じて、PON区間の空き帯域にReportフレームを送信するか、またはOLTから定期的に通知されるGateフレームを待ってReportフレームを送信するか決定してもよい。本実施形態において、送信データ解析判定部32は、下位ネットワークから受信した送信データが、遅延時間を少なくすべきデータであるのか、または遅延時間が大きくても許容されるデータであるのか判定する。例えば送信データがVoIPのデータの場合、送信データ解析判定部32は遅延時間を少なくすべきデータであると判定する。
送信タイミング制御部33は、送信データ解析判定部32の判定結果に基づいて、PON区間の空き帯域にReportフレームを送信するか、OLTから定期的に通知されるGateフレームを待ってからReportフレームを通知するかを決定する。すなわち、送信データ解析判定部32から遅延時間少なくすべきデータであるという情報を受けた場合、送信タイミング制御部33は、PON区間の空き帯域にReportフレームを送信する。一方、送信データ解析判定部32から遅延時間が大きくても許容されるデータであるという情報を受けた場合、送信タイミング制御部33は、OLTが定期的に通知されるGateフレームを受信してからReportフレームを送信する。このように、送信データの種類に応じてReportフレームの送信方法を変えることで、他の論理リンクから送信されるReportフレームとの衝突確率を下げることができ、PONシステム全体として帯域を有効に利用することができる。
図2で説明したように、ONUが送信するデータを保持していない場合でも、OLTとONUは、GateフレームとReportフレームの交換を定期的に行っている。そこで、送信タイミング制御部33は、Gateフレームの過去の受信周期から、将来のGateフレームの受信タイミングを予測し、この受信タイミングの予測に基づいて、PON区間の空き帯域にReportフレームを送信するか、OLTから定期的に通知されるGateフレームを待ってからReportフレームを通知するかを決定してもよい。Gateフレームを待ってからReportフレームを送信する場合、遅延時間が大きくなる可能性があるが、必ずPON帯域が確保されているというメリットがある。一方、PON区間の空き帯域でReportフレームを送信フレームを送信する場合、他の論理リンクからのReportフレームと衝突して再送信が必要となる可能性があるが、遅延時間を小さくできる可能性があるというメリットがある。送信タイミング制御部33は、これらの点を考慮し、どちらの方法でReportフレームを送信するのが最善か判断する。
例えば、所定の第2時間内にGateフレームの受信が予測される場合、送信タイミング制御部33は、PON帯域情報処理部36により判定された空き帯域にReportフレームを送信せず、OLTからのGateフレームを待ってReportフレームを送信する。すなわち、すぐにGateフレームが通知されることが分かっている場合には、確実にReportフレームを送信すべく、OLTからのGateフレームを待ってReportフレームを送信する。一方、所定の第2時間内にはGateフレームを受信しないことが予測される場合、遅延時間を低減すべく、PON区間の空き帯域にReportフレームを送信する。このように、Gateフレームの受信予測に基づいてReportフレームの送信方法を変えることで、他の論理リンクから送信されるReportフレームとの衝突確率を下げることができ、PONシステム全体として帯域を有効に利用することができる。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
10 PONシステム、 12 OLT、 14 光スプリッタ、 16 ONU、 18 基幹光ファイバ、 20 分岐光ファイバ、 30 光処理部、 31 フレームバッファ、 32 送信データ解析判定部、 33 送信タイミング制御部、 34 制御フレーム処理部、 35 受信データ解析判定部、 36 PON帯域情報処理部、 37 下位ネットワーク側信号処理部、 38 LANケーブル。
Claims (8)
- 局側装置と複数の加入者側装置とを光スプリッタにより分岐した光ファイバを用いて互いに接続したPONシステムであって、
前記加入者側装置は、
自らに設定された論理リンク識別子とは別の論理リンク識別子宛てのGateフレームをスヌープすることによりPON区間の帯域使用状況を監視し、PON区間の空き帯域を判定するPON帯域情報処理部と、
前記PON帯域情報処理部により判定された空き帯域に、送信したいデータ量を通知するためのReportフレームを前記局側装置に送信する送信タイミング制御部と、
を備えることを特徴とするPONシステム。 - 前記送信タイミング制御部は、前記Reportフレームを送信してから所定時間内に前記局側装置から帯域割り当てがない場合、再度前記局側装置に対してReportフレームを送信することを特徴とする請求項1に記載のPONシステム。
- 前記加入者側装置は、送信したいデータが遅延時間を少なくすべきデータであるか否かを判定するデータ解析判定部をさらに備え、
前記送信タイミング制御部は、前記データ解析判定部の判定結果に基づいて、前記PON帯域情報処理部により判定された空き帯域にReportフレームを送信するか、前記局側装置から定期的に自らの論理リンク識別子宛てに通知されるGateフレームを待ってからReportフレームを通知するかを決定することを特徴とする請求項1または2に記載のPONシステム。 - 前記送信タイミング制御部は、前記局側装置から定期的に自らの論理リンク識別子宛てに通知されるGateフレームの受信タイミングを予測し、このGateフレームの受信タイミングの予測に基づいて、前記PON帯域情報処理部により判定された空き帯域にReportフレームを送信するか、前記局側装置から定期的に自らの論理リンク識別子宛てに通知されるGateフレームを待ってからReportフレームを通知するかを決定す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PONシステム。
- 局側装置と光ファイバを用いて互いに接続されるPONシステムの加入者側装置であって、
自らに設定された論理リンク識別子とは別の論理リンク識別子宛てのGateフレームをスヌープすることによりPON区間の帯域使用状況を監視し、PON区間の空き帯域を判定するPON帯域情報処理部と、
前記PON帯域情報処理部により判定された空き帯域に、送信したいデータ量を通知するためのReportフレームを前記局側装置に送信する送信タイミング制御部と、
を備えることを特徴とする加入者側装置。 - 前記送信タイミング制御部は、前記Reportフレームを送信してから所定時間内に前記局側装置から帯域割り当てがない場合、再度前記局側装置に対してReportフレームを送信することを特徴とする請求項5に記載の加入者側装置。
- 送信したいデータが遅延時間を少なくすべきデータであるか否かを判定するデータ解析判定部をさらに備え、
前記送信タイミング制御部は、前記データ解析判定部の判定結果に基づいて、前記PON帯域情報処理部により判定された空き帯域にReportフレームを送信するか、前記局側装置から定期的に自らの論理リンク識別子宛てに通知されるGateフレームを待ってからReportフレームを通知するかを決定することを特徴とする請求項5または6に記載の加入者側装置。 - 前記送信タイミング制御部は、前記局側装置から定期的に自らの論理リンク識別子宛てに通知されるGateフレームの受信タイミングを予測し、このGateフレームの受信タイミングの予測に基づいて、前記PON帯域情報処理部により判定された空き帯域にReportフレームを送信するか、前記局側装置から定期的に自らの論理リンク識別子宛てに通知されるGateフレームを待ってからReportフレームを通知するかを決定す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加入者側装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012052837A JP2013187807A (ja) | 2012-03-09 | 2012-03-09 | Ponシステムおよび加入者側装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3247129A1 (en) | 2016-05-18 | 2017-11-22 | Fujitsu Limited | Optical communication device and optical communication method |
-
2012
- 2012-03-09 JP JP2012052837A patent/JP2013187807A/ja active Pending
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EP3247129A1 (en) | 2016-05-18 | 2017-11-22 | Fujitsu Limited | Optical communication device and optical communication method |
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