JP2013192093A - 登録要求ユニット推定数からディスカバリスロット・サイズを決定する局側光終端装置、プログラム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Register_REQの衝突の程度に応じて、次サイクルにおけるより好適なディスカバリスロット・サイズを決定することが可能な局側光終端装置（ＯＬＴ）を提供する。
【解決手段】本ＯＬＴは、所定時間帯にＯＮＵより受信したRegister_REQから、登録要求に成功したＯＮＵである要求成功ユニットを検知する要求成功ユニット検知手段と、所定時間帯におけるRegister_REQを含む受信信号を微分する受信信号微分手段と、微分された受信信号から、衝突によって重畳したRegister_REQを識別し、登録要求を行ったＯＮＵの数である登録要求ユニット数を推定する登録要求ユニット推定手段と、推定された登録要求ユニット数と、検知された要求成功ユニットの数との差から、登録要求が未成功であるＯＮＵの数である残ユニット数を算出し、この残ユニット数を用いて次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定するスロットサイズ決定手段とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＰＯＮ(Passive Optical Network)システムにおいて、局側光終端装置(ＯＬＴ：Optical Line Terminal)が、加入者ユニット（ＯＮＵ：Optical Network Unit）を認識するためのディスカバリプロセス（discovery process）技術に関する。

ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）サービスを経済的に提供する手段として、1本の光幹線路を複数の加入者で共有するＰＯＮシステムが公知である。ＰＯＮシステムでは、１台のＯＬＴが、光幹線路、光カプラ及び光分岐路を介して複数のＯＮＵを収容する。

現在のＰＯＮシステムは、上り方向（ＯＮＵ→ＯＬＴ）通信に、単一波長を用いて各ＯＮＵからの光信号を時間軸上で多重する時分割多元接続（TDMA：Time Division Multiple Access）方式を採用することが一般的である。ここで、ＯＬＴは、各ＯＮＵの発光タイミング及び発光時間を指示することによって、共有される光幹線路上で複数のＯＮＵからの上り信号が衝突する事態を回避している。

しかしながら、ＯＮＵ接続時やＯＬＴ起動時には、ＯＬＴは接続されたＯＮＵの存在を認識していない。従って、ＯＮＵを認識するために行われるディスカバリプロセスでは、複数のＯＮＵによってＯＬＴに送信される登録要求信号（Register_REQ）の送信タイミングを、ＯＬＴが逐一指示することは不可能である。

そのため、ＯＬＴは、このディスカバリプロセスの開始にあたり、ＯＮＵに向けてブロードキャストする登録問合せ信号（Discovery_GATE）に、最大遅延時間としてのディスカバリスロット（discovery slot）のサイズを含める。ＯＮＵは、取得したディスカバリスロットのサイズから既定のRegister_REQ長を差し引いた範囲内で、ランダムな時間だけRegister_REQの送信を遅延させる。これにより、光幹線路におけるRegister_REQ同士の衝突が抑制される。

ここで、ＯＬＴは、一定時間（例えば１秒）毎に、ディスカバリプロセス（の１サイクル）のための時間を設ける。この１サイクルに要する時間は、受信すべきRegister_REQの遅延範囲を左右するディスカバリスロットのサイズ（ディスカバリスロット・サイズ）に依存する。

その結果、ディスカバリスロット・サイズが大きすぎると、ディスカバリプロセスのための帯域使用率が高くなる。これにより、上り通信（上位ネットワークに向けての通信）のスループットが減少してしまう。一方、ディスカバリスロット・サイズが小さすぎると、Register_REQ同士の衝突が多発し、ディスカバリプロセスのための時間を多数サイクル（多数回）設けねばならなくなる。これにより、ディスカバリプロセス所要時間（ＯＬＴが接続された全ＯＮＵの存在を認識するのに要する時間）が増大し、接続を完了させて通信を可能にするリンクアップが遅くなってしまう。

この問題に関し、非特許文献１では、ＯＮＵの台数ｎに応じた最適なディスカバリスロット・サイズＷを、次式

として提示している。ここで、ＭはRegister_REQ長であり、ＥはＯＬＴとＯＮＵとの距離に応じたＲＴＴ（Round Trip Time）である。

式（１）を用いれば、確かにＯＮＵの台数に応じた最適なディスカバリスロット・サイズを決定することができる。しかしながら、ＯＮＵ接続時やＯＬＴ起動時には、ＯＬＴにとって、配下にあるＯＮＵの台数ｎは未知である。従って、式（１）を使用できない。さらに、ＯＮＵ接続時には、当該ＯＮＵのみがディスカバリの対象となる。そのため、ＯＬＴは、如何なるタイミングで何台のＯＮＵがディスカバリ対象になるかを知り得ない。

このため、実際のＯＬＴの運用では、配下のＯＮＵの可能最大数を想定してディスカバリスロット・サイズの固定値を決定している。次いで、この固定されたサイズにＲＴＴを加算した時間を、ディスカバリウインドウ（discovery window）として一定時間毎に確保するのが一般的である。例えば、IEEE802.3ah規格にて標準化された、現在普及しているＧＥ-ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）では、１台のＯＬＴに接続可能なＯＮＵの最大数を６４台としている。この場合、例えばＯＮＵ６４台（ｎ＝６４）に適したディスカバリスロット・サイズを確保すればよい。

さらに、非特許文献２では、ディスカバリプロセスの１サイクルでRegister_REQの衝突を観測した際、次サイクルのディスカバリスロット・サイズを増加させ、Register_REQの衝突を観測しなくなった際、次サイクルのディスカバリスロット・サイズを減少させる技術が開示されている。この技術では、ディスカバリスロット・サイズの初期値、加算値、減算値及び最大値を予め設定し、１サイクル中に衝突を観測したか否かの判定で一律、加算値を加えるか減算値を減じるかの処理を行う。

Glen Kramer、"Ethernet Passive OpticalNetworks"、McGraw-Hill Communications Engineering、Chapter 13、2005年 S. Bhatia、R. Bartos、"Performanceof the IEEE 802.3 EPON Registration Scheme Under High Load"、Proceedings of the SPIE Optics East Conference on Performance、112-122ページ、2004年

しかしながら、上述した従来技術を用いても尚、ディスカバリプロセス所要時間の増大を抑制して速やかにリンクアップさせることが依然課題として残っている。

例えば、１台のＯＬＴに接続されるＯＮＵの最大数を想定し、ディスカバリスロット・サイズの固定値を決定する上記従来の方法にも限界が存在する。現在、次世代のＰＯＮシステムである１０ＧＥ-ＰＯＮ等、更なる高速なＥＰＯＮ（Ethernet Passive Optical Network）において、ロスバジェットを拡大して１つの光幹線路をできるだけ多くのＯＮＵで共有させ、1台のＯＬＴに接続可能なＯＮＵの台数を増加させるための研究開発が盛んに行われている。ここで、ＯＮＵ台数を増加させるのは、次世代のＰＯＮシステム実現に向けての大きなハードルとなっているＯＬＴの機器コストや光ファイバの敷設コストを低減させるためである。

このような動向からして、将来、1台のＯＬＴに数百台以上又は千台以上のＯＮＵが接続される可能性が高い。この膨大な数のＯＮＵ台数に基づいてディスカバリスロット・サイズを従来通りに決定すると、ディスカバリプロセスの１サイクルに要する時間が増大し、結果として、上り通信のスループットの低下がより深刻となる。一方、このスループットの維持を優先して、ディスカバリスロット・サイズを抑えると、膨大な台数のＯＮＵがディスカバリの対象となり、Register_REQの衝突が頻発してリンクアップに多大な時間を費やしてしまう。

さらに、非特許文献２の方法の場合、次サイクルのディスカバリスロット・サイズの変化量は、予め設定された加算値又は減算値で一律確定してしまう。そのため、衝突が少ない状況ではディスカバリスロット・サイズを大きく設定し過ぎて、スループットに悪影響を与えてしまう。一方、衝突が頻発する状況ではディスカバリスロット・サイズが不足し、加算を繰り返すために多数のサイクルを経る必要が生じる。その結果、リンクアップが遅れてしまう。

特に、上述した将来の動向としてディスカバリ対象となり得るＯＮＵの台数が膨大である場合、非特許文献２の方法では、変化させたディスカバリスロット・サイズが最適値から逸脱する程度が、より深刻化する。

そこで、本発明は、Register_REQの衝突の程度に応じて、次サイクルにおけるより好適なディスカバリスロット・サイズを決定することが可能な局側光終端装置、プログラム及び方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、複数の加入者ユニット(Optical Network Unit)と共にＰＯＮ(Passive Optical Network)を構成し、ディスカバリスロット（discovery slot）のサイズを含む登録問合せ信号を当該加入者ユニットに向けて同報通信して、当該加入者ユニットから登録要求信号を受信する局側光終端装置(Optical Line Terminal)であって、
所定時間帯に受信した登録要求信号から、登録要求に成功した加入者ユニットである要求成功ユニットを検知する要求成功ユニット検知手段と、
所定時間帯における登録要求信号を含む受信信号を微分する受信信号微分手段と、
微分された受信信号から、衝突によって重畳した登録要求信号を識別し、登録要求を行った加入者ユニットの数である登録要求ユニット数を推定する登録要求ユニット推定手段と、
推定された登録要求ユニット数と、検知された要求成功ユニットの数との差から、登録要求が未成功である加入者ユニットの数である残ユニット数を算出し、この残ユニット数を用いて次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定するスロットサイズ決定手段と
を有する局側光終端装置が提供される。

この本発明の局側光終端装置によれば、所定時間帯における登録要求信号を含む受信信号の高周波成分を遮断し、高周波成分を遮断されたこの受信信号を受信信号微分手段に出力する低域通過フィルタ手段を更に有することも好ましい。

また、本発明の局側光終端装置の一実施形態として、
登録要求ユニット推定手段は、微分された受信信号の中に、
当該登録要求信号の立ち上がりに相当する立ち上がりピークと、
立ち上がりピークの位置から登録要求信号の長さ分の時間経過後の位置にあり、登録要求信号の立ち下がりに相当する立ち下がりピークと
の組を検出した際、検出された当該組の数から、登録要求ユニット数を推定することも好ましい。尚、立ち上がりピーク及び立ち下がりピークの組の判定条件として、両ピークにおける信号強度の差の絶対値が所定閾値以内であることを更に付加することも可能である。

さらに、本発明の局側光終端装置の他の実施形態として、
所定時間帯における登録要求信号を含む受信信号の高周波成分を遮断し、高周波成分を遮断されたこの受信信号を受信信号微分手段に出力する低域通過フィルタ手段を更に有しており、
登録要求ユニット推定手段は、
本サイクルでのディスカバリスロットのサイズ内において、複数の登録要求信号の開始タイミングが、低域通過フィルタ手段のサンプル間隔内で衝突する確率を算出し、
この確率を用いて当該サンプル間隔内で衝突した登録要求信号の数の期待値を求めて、登録要求を行った加入者ユニットの数の補正分を算出し、
検出された当該組の数にこの補正分を加算したものを、登録要求ユニット数と推定することも好ましい。

また、このサンプル間隔内での衝突を考慮する実施形態において、登録要求ユニット推定手段は、ディスカバリスロットのサイズをＷ（単位はＴＱ（Time Quanta））とし、登録要求信号の長さをＭ（単位はＴＱ）とし、サンプル間隔をＴ（単位はナノ秒）とし、Ａ＝（Ｗ−Ｍ）×１６／Ｔとし、検出された当該組の数をｎ’とした上で、登録要求ユニット数ｎを、

として推定することも好ましい。

また、本発明の局側光終端装置の他の実施形態として、光信号である登録要求信号を含む受信信号をＯ／Ｅ（Optical/Electrical）変換した上で、この受信信号から雑音成分を除去することによって低域通過フィルタ手段として機能する狭帯域Ｏ／Ｅ変換手段を更に有することも好ましい。

本発明によれば、さらに、複数の加入者ユニットと共にＰＯＮを構成し、ディスカバリスロットのサイズを含む登録問合せ信号を当該加入者ユニットに向けて同報通信して、当該加入者ユニットから登録要求信号を受信する局側光終端装置に搭載された、次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定するためのプログラムであって、
所定時間帯に受信した登録要求信号から、登録要求に成功した加入者ユニットである要求成功ユニットを検知する要求成功ユニット検知手段と、
所定時間帯における登録要求信号を含む受信信号を微分する受信信号微分手段と、
微分された受信信号から、衝突によって重畳した登録要求信号を識別し、登録要求を行った加入者ユニットの数である登録要求ユニット数を推定する登録要求ユニット推定手段と、
推定された登録要求ユニット数と、検知された要求成功ユニットの数との差から、登録要求が未成功である加入者ユニットの数である残ユニット数を算出し、この残ユニット数を用いて次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定するスロットサイズ決定手段と
してコンピュータを機能させるディスカバリスロット・サイズ決定プログラムが提供される。

本発明によれば、さらにまた、複数の加入者ユニットと共にＰＯＮを構成し、ディスカバリスロットのサイズを含む登録問合せ信号を当該加入者ユニットに向けて同報通信して、当該加入者ユニットから登録要求信号を受信する局側光終端装置における、次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定する方法であって、
所定時間帯に受信した登録要求信号から、登録要求に成功した加入者ユニットである要求成功ユニットを検知する第１のステップと、
所定時間帯における登録要求信号を含む受信信号を微分する第２のステップと、
微分された受信信号から、衝突によって重畳した登録要求信号を識別し、登録要求を行った加入者ユニットの数である登録要求ユニット数を推定する第３のステップと、
推定された登録要求ユニット数と、検知された要求成功ユニットの数との差から、登録要求が未成功である加入者ユニットの数である残ユニット数を算出し、この残ユニット数を用いて次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定する第４のステップと
を有するディスカバリスロット・サイズ決定方法が提供される。

本発明の局側光終端装置、並びにディスカバリスロット・サイズ決定プログラム及び方法によれば、Register_REQの衝突の程度に応じて、次サイクルにおけるより好適なディスカバリスロット・サイズを決定することができる。その結果、上り通信のスループットの維持・向上とリンクアップ時間の短縮化との両立が可能となる。

本発明による局側光終端装置を含むＰＯＮシステムの一実施形態を概略的に示す説明図である。 ＯＬＴと複数のＯＮＵとの間における、Discovery_GATE及びRegister_REQの送受信、並びにRegister_REQの衝突を示す説明図である。 ディスカバリウインドウ中に受信された受信信号を、低域通過フィルタ処理及び微分処理した経過を示すグラフである。 登録要求ユニット数ｎの推定精度をより向上させるための推定方法を説明するための概略図である。 本発明によるＯＬＴの実施形態を示す機能構成図である。 本発明による次サイクルでのディスカバリスロット・サイズ決定方法の一実施形態を示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明による局側光終端装置を含むＰＯＮシステムの一実施形態を概略的に示す説明図である。

図１に示すＰＯＮシステムによれば、ＯＬＴ（局側光終端装置）１は、例えば設備局に設置されており、幹線光ファイバ（光幹線路）３、光カプラ４、並びに分岐光ファイバ（光分岐路）３０−１、３０−２、・・・、及び３０−ｍ（ｍは接続されたＯＮＵ２の台数）を介して、複数のＯＮＵ（加入者ユニット）２を収容する。このように、ＯＬＴ１は、設備局の上流に存在する上位ネットワークと、ＯＮＵ２に接続されるユーザネットワークとの間で通信を制御する。

また、ＰＯＮシステムは、上り方向（ＯＮＵ２→ＯＬＴ１）通信に、単一波長を用いて各ＯＮＵ２からの光信号を時間軸上で多重するＴＤＭＡ方式を採用する。さらに、幹線光ファイバ３で上り／下りの双方向通信を行うため、ＷＤＭ技術を適用している。

ここで、ＯＮＵ２の接続時やＯＬＴ１の起動時において、ＯＬＴ１は、接続されたＯＮＵ２の存在を認識するため、一定時間（例えば１秒）毎に所定の時間帯を確保し、ディスカバリプロセス（の１サイクル）を行う。

ディスカバリプロセスの１サイクルでは、
（ａ）最初に、ＯＬＴ１は、初期値としてのディスカバリスロットのサイズ（ディスカバリスロット・サイズ）Ｗをパラメータとして含むDiscovery_GATE（登録問合せ信号）を、ＯＮＵ２に向けてブロードキャスト（同報通信）する。
（ｂ）次いで、ＯＮＵ２は、取得したディスカバリスロット・サイズＷから既定のRegister_REQ（登録要求信号）長（Register_REQの長さ）を差し引いた範囲内で、ランダムな時間だけ遅延させて、Register_REQをＯＬＴ１に送信する。

（ｃ）ＯＬＴ１は、所定時間帯（ディスカバリウインドウの時間）にＯＮＵ２から受信したRegister_REQを含む受信信号を微分し、衝突によって重畳したRegister_REQを識別する。さらに、Register_REQを識別した数から、登録要求を行ったＯＮＵ２の数（登録要求ユニット数）ｎを推定する。
（ｄ）ＯＬＴ１は、さらに、推定された登録要求ユニット数ｎと、登録要求が成功した要求成功ユニットの数ｎ_ｒｅｇとの差から、登録要求が未成功である加入者ユニットの数である残ユニット数ｎ_ｒｅｓｔを算出し、この残ユニット数ｎ_ｒｅｓｔを用いて、次サイクルでのディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒを決定する。
（ｅ）最後に、ＯＬＴ１は、決定したディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒをパラメータとして含む次サイクルでのDiscovery_GATEを作成する。

図２は、ＯＬＴ１と複数のＯＮＵ２との間における、Discovery_GATE及びRegister_REQの送受信、並びにRegister_REQの衝突を示す説明図である。

図２によれば、最初に、ＯＬＴ１は、開始時刻とディスカバリスロット・サイズＷとを含むDiscovery_GATEを、複数のＯＮＵ２に向けてブロードキャストする。各ＯＮＵ２は、ＯＬＴ１からの距離に応じた伝送遅延をもって到着したDiscovery_GATEを受信する。

次いで、各ＯＮＵ２は、Discovery_GATEより取得した開始時刻から、ランダムな時間だけ経過した時点で（ランダム遅延させて）、Register_REQをＯＬＴ１に送信する。ここで、遅延させるランダムな時間は、Discovery_GATEより取得したディスカバリスロット・サイズＷから、Register_REQ長を差し引いた時間範囲内で、その都度ランダムに決定される。尚、Register_REQ長は、各ＰＯＮシステム（ＧＥ-ＰＯＮ、１０ＧＥ-ＰＯＮ）において、オーバヘッド分を含め、標準的な値が定められた不変値となっている。

このランダム遅延によって、ＯＬＴ１に到着した複数のRegister_REQが互いに重畳する現象である衝突を回避することが図られている。例えば、ＯＮＵ２が２台である場合、各ＯＮＵ２における「伝送遅延×２＋ランダム遅延」の値の差の絶対値がRegister_REQ長を超えていれば衝突は回避される。しかしながら、Register_REQ長以下であれば、両ＯＮＵ２のRegister_REQは衝突してしまう。即ち、一般に複数のＯＮＵ２の下、設定されたディスカバリスロット・サイズＷの値、各ＯＮＵ２での伝送遅延（若しくはＲＴＴ）、及び登録要求を行った（Register_REQを送信した）ＯＮＵ２の台数等によって決まる確率をもって、衝突は発生してしまう。

ＯＬＴ１は、ディスカバリスロット・サイズＷにＲＴＴを加算した時間であるディスカバリウインドウの間、到着するRegister_REQを受信し続ける。次いで、この時間に受信した受信信号の中からRegister_REQの単波形を検出し、その数をカウントして登録要求に成功したＯＮＵ２の数（要求成功ユニット数）ｎ_ｒｅｇとする。ここで、図２に示されたような互いに重畳した複数のRegister_REQからなる波形はカウントされない。

ここで、ＯＬＴ１は、到着したRegister_REQの数、即ち登録要求を行ったＯＮＵ２の数（登録要求ユニット数）ｎを求めるべく、重畳した複数のRegister_REQを含む受信信号を微分して、重畳したRegister_REQの数を識別する。

図３は、ディスカバリウインドウ中に受信された受信信号を、低域通過フィルタ処理及び微分処理した経過を示すグラフである。

図３（Ａ）に、受信信号の波形グラフを示す。縦軸は信号強度である。この受信信号は、ＯＬＴ１のＷＤＭ光カプラ１００（図５）を介して受信された光信号が、Ｏ／Ｅ変換部１０２（図５）でＯ／Ｅ（Optical/Electrical）変換された電気信号である。

図３（Ａ）によれば、受信信号において、複数のRegister_REQが衝突して重畳しており、ある１つのRegister_REQが衝突した瞬間に受信信号強度が高くなり、当該Register_REQの受信が終了した瞬間に受信信号強度は低下する。その結果、この受信信号は、高周波の雑音が重畳することも相まって、複雑な強度変化を示す信号となっている。

ここで、本発明では、このディスカバリプロセス１サイクル分の受信信号を微分することによって、各Register_REQの信号の立ち上がりと立ち下がりを抽出し、Register_REQの数ｎ’をカウントして、登録要求ユニット数ｎを推定する。ここで、微分とは、ある時刻の受信信号強度と、当該時刻から単位時間経過後の受信信号強度との差を算出する処理である。

しかしながら、図３（Ａ）に示した受信信号を単に微分しただけでは、Register_REQを識別する精度は得られない。図３（Ｂ）に、受信信号を単純に微分処理した信号の波形グラフを示す。縦軸は信号強度の時間微分である。図３（Ｂ）に示すように、受信信号は、微分処理することによって、多数のスパイクが現れた波形となり、ここからRegister_REQの立ち上がり／立ち下がりピークを抽出することは困難である。

このように単純な微分処理ではRegister_REQのピークが抽出困難である理由は、主に以下の通りである。
（ａ）ＯＮＵ２のＯＬＴからの距離が長くなるほど、Register_REQの受信信号強度は、より低減し、場合によっては、雑音の信号強度の変動幅よりも小さくなる。その結果、Register_REQの立ち上がり／立ち下がりピークと雑音のピークとが区別し難くなる。
（ｂ）サンプル間隔が微小であることから（例えば１ｎｓ（ナノ秒））、ビット０とビット１との間の信号強度の差分が微分信号に現れたり、レーザのＯＮ／ＯＦＦ動作の際に徐々に信号強度が高くなる／低くなる現象が微分信号に影響したりする。その結果、Register_REQの受信信号強度の変動が観測され難くなる。

これに対し、受信信号を単純に微分処理するのではなく、最初に低域通過フィルタ（LPF：Low Pass Filter）処理を行い、その後、微分処理を行った結果を、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示す。

図３（Ｃ）に、ＬＰＦ処理を行った受信信号の波形グラフを示す。縦軸は信号強度である。因みに、ＬＰＦ処理は、受信信号を低域通過フィルタ部１１０（図５）に通すことによって行われる。図３（Ｃ）に示すように、ＬＰＦ処理を行った受信信号では、雑音成分の除去（高周波成分の減衰）及びサンプル間隔の増大（サンプリングが荒くなること）が実現している。

次に、図３（Ｄ）に、ＬＰＦ処理を行った受信信号を更に微分処理した際の波形グラフを示す。縦軸は信号強度の微分である。同図によれば、微分波形中に、Register_REQの立ち上がりピーク及び立ち下がりピークが明確に現れている。

ここで、Register_REQ長は、上述したように一定値に設定されている。従って、
（ａ）１つのRegister_REQの立ち上がりに相当する立ち上がりピークと、
（ｂ）この立ち上がりピークの位置からRegister_REQ長分の時間経過後の位置にあり、当該Register_REQの立ち下がりに相当する立ち下がりピークと
の組を検出した際、当該組をカウントする。このカウントされた組の数ｎ’が、受信したRegister_REQの数となる。図３（Ｄ）の信号例では、衝突（重畳）した２つのRegister_REQが分離・識別されて、２つのピークの組が抽出され、その結果、合計３つのピークの組、即ち３つのRegister_REQがカウントされる。尚、立ち上がりピーク及び立ち下がりピークの組の判定（カウント）条件として、両ピークにおける信号強度の差の絶対値が所定閾値以内であることを更に付加することも可能である。

このように微分処理を行った受信信号から、受信したRegister_REQの数ｎ’が決定される。この数ｎ’を、登録要求を行ったＯＮＵ２の数（登録要求ユニット数）ｎとし、この推定された登録要求ユニット数ｎと、登録要求に成功した要求成功ユニットの数ｎ_ｒｅｇとから、登録要求が未成功である加入者ユニットの数である残ユニット数ｎ_ｒｅｓｔ、即ち、

を算出する。

ここで、この残ユニット数ｎ_ｒｅｓｔを用いて、次サイクルでのディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒを決定することができる。例えば、上述した式（１）を用いて、

として次サイクルでのディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒが算出される。ここで、ＭはRegister_REQ長であり、ＥはＯＬＴとＯＮＵとの距離に応じたＲＴＴである。尚、残ユニット数ｎ_ｒｅｓｔがゼロの場合は、次サイクルでのディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒは、式（３）を用いずに初期値とする。

以上説明したように、本発明によれば、Register_REQを含む受信信号を微分し、衝突によって重畳したRegister_REQを分離・識別して、登録要求ユニット数ｎを推定する。次いで、この推定された数ｎから次サイクルでのディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒを決定する。即ち、Register_REQの衝突の程度に応じて、次サイクルにおけるより好適なディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒを決定することができる。その結果、上り通信のスループットの維持又は向上とリンクアップ時間の短縮化との両立が可能となる。

次に、登録要求ユニット数ｎの推定精度をより向上させる推定方法を説明する。この推定方法は、ＬＰＦ処理及び微分処理を行った受信信号において、ＬＰＦ処理におけるサンプル間隔（１周期）内で、複数のRegister_REQの開始タイミングが衝突する可能性を考慮するものである。この場合、ＬＰＦ処理を行った受信信号には、これら複数のRegister_REQの立ち上がりが重畳して現れてしまい、微分処理を行っても立ち上がりピークは分離されない。

図４は、登録要求ユニット数ｎの推定精度をより向上させるための推定方法を説明するための概略図である。

最初に、図４（Ａ）を用い、１つの例として、サンプル間隔をディスカバリスロット・サイズＷの選択間隔と同じ１６ｎｓ（１ＴＱ）とした場合における、２つのRegister_REQの開始タイミングがこのサンプル間隔内で衝突する確率を説明する。

図４（Ａ）には、ディスカバリスロット・サイズをＷ（単位：ＴＱ）とし、Register_REQ長をＭ（単位：ＴＱ）とした際に、Ｗ−Ｍの中で、１つのサンプル間隔（１ＴＱ）内に、２台のＯＮＵ２からのRegister_REQの開始タイミングが入る（衝突する）様子が示されている。ここで、１台のＯＮＵ２からのRegister_REQの開始タイミングがこのサンプル間隔内に入る確率は、１／（Ｗ−Ｍ）である。従って、２台のＯＮＵ２からのRegister_REQの開始タイミングがこのサンプル間隔内に入る確率は、

となる。ここで、ｍは、Register_REQを送信するＯＮＵ２の台数である。

次いで、図４（Ｂ）を用い、式（４）の場合を一般化して、サンプル間隔をＴ（単位：ｎｓ）とした場合における、このサンプル間隔内で２つのRegister_REQの開始タイミングが衝突する確率を説明する。サンプル間隔Ｔは、そのオーダの一例として６４ｎｓ（＝４ＴＱ）に設定されることも可能である。

図４（Ｂ）には、（ディスカバリスロット・サイズＷ−Register_REQ長Ｍ）（単位：ＴＱ）の中で、１つのサンプル間隔（Ｔｎｓ）内に、２台のＯＮＵ２からのRegister_REQの開始タイミングが入る（衝突する）様子が示されている。ここで、

とすると、１台のＯＮＵ２からのRegister_REQの開始タイミングがこのサンプル間隔内に入る確率は、１／Ａである。従って、２台のＯＮＵ２からのRegister_REQの開始タイミングがこのサンプル間隔内に入る確率は、式（４）を一般化して、

となる。

ここで、式（６）で表される確率の事象は、（ディスカバリスロット・サイズＷ−Register_REQ長Ｍ）（１サイクル）内で、Ａ回繰り返される、と近似する。実際には、最初のサンプル間隔内で衝突した２台のＯＮＵ２のRegister_REQは、以後のサンプル間隔内にはもう出現せず、以後のサンプル間隔での確率は正確には従属事象扱いとなる。しかしながら、計算の簡略化のため、及び近似の誤差が補正値としては十分に小さいことから、上記の近似を採用する。

これにより、２台のＯＮＵ２からのRegister_REQの開始タイミングが、（ディスカバリスロット・サイズＷ−Register_REQ長Ｍ）（１サイクル）内のいずれかのサンプル間隔内で衝突する、という現象に関わるＯＮＵ２の台数は、

となる。

さらに、３〜ｍ台のＯＮＵ２からのRegister_REQの開始タイミングが、いずれかのサンプル間隔（Ｔｎｓ）内で衝突する、という現象に関わるＯＮＵ２の台数を考慮する。即ち、サンプル間隔内で衝突したRegister_REQの数の期待値（確率×台数（確率変数）の総和）を考慮する。具体的には、登録要求ユニット数（登録要求を行ったＯＮＵ２の数）ｎは、ｎ’をカウントしたRegister_REQの数として、

となる。

ここで、ｍは、ＯＬＴ１にとって未知の値である。一方、ｎ’はＯＬＴ１にとって既知の値である。実際には、ｍは概ねｎ’に等しい場合（ｍ≒ｎ’）がほとんどであるから、式（８）のｍをｎ’に置き換えることにより、登録要求ユニット数ｎを求める式として、
≒

を得る。

尚、３台以上のＯＮＵ２のRegister_REQの開始タイミングがＴ（ｎｓ）内で衝突する確率は、２台の衝突の確率に比べて非常に小さい。そこで、登録要求ユニット数ｎを求める式として、計算結果にほとんど影響を与えない式（９）の第３項以降を省略して、次式

を用い、計算負荷を抑制することも好ましい。

このように、式（９）又は式（１０）を用いて、カウントしたRegister_REQの数ｎ’から、より推定精度の高い登録要求ユニット数ｎを算出する。その結果、この推定された数ｎから次サイクルでの更により好適なディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒを決定することができる。その結果、上り通信のスループットを維持・向上させつつ、より早期のリンクアップが可能となる。

図５は、本発明によるＯＬＴ１の実施形態を示す機能構成図である。ここで、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、互いに異なる実施形態を示す。

図５（Ａ）の実施形態によれば、ＯＬＴ１は、上位ネットワークと、ＯＮＵ２に接続されるユーザネットワークとの間で通信を制御する。ＯＬＴ１は、ＷＤＭ光カプラ１００と、上位ネットワーク・インタフェース１０１と、Ｏ／Ｅ変換部１０２と、スプリッタ１０３と、制御フレーム分離部１０４と、上りフレーム転送部１０５と、下りフレーム転送部１０６と、Ｅ／Ｏ変換部１０７と、スイッチ１０８と、プロセッサ・メモリとを備えている。ここで、プロセッサ・メモリは、プログラムを実行することによってその機能を実現させる。

また、プロセッサ・メモリは、機能構成部として、低域通過フィルタ部１１０と、受信信号微分部１１１と、登録要求ユニット推定部１１２と、要求成功ユニット検知部１１３と、スロットサイズ決定部１１４と、制御フレーム生成部１１５とを有する。

同じく図５（Ａ）によれば、ＷＤＭ光カプラ１００は、複数のＯＮＵ２から光カプラ４及び幹線光ファイバ３を介して転送された上り光信号を、Ｏ／Ｅ変換部１０２に出力する。また、Ｅ／Ｏ変換部１０７から入力した下り光信号を、複数のＯＮＵ２に向けて転送する。

上位ネットワーク・インタフェース１０１は、上りフレーム転送部１０５から出力された信号を、上位ネットワークに転送し、上位ネットワークから転送された信号を下りフレーム転送部１０６に出力する。

Ｏ／Ｅ変換部１０２は、ＷＤＭ光カプラ１００から入力した上り光信号を、上り電気受信信号（上り受信信号）に変換する。また、スプリッタ１０３は、Ｏ／Ｅ変換部１０２で変換された上り受信信号を、制御フレーム分離部１０４及び低域通過フィルタ部１１０のそれぞれに出力する。尚、スプリッタ１０３と低域通過フィルタ部１１０との間にスイッチ１０８が設置されることも好ましい。スイッチ１０８は、Register_REQの受信タイミング（ディスカバリウインドウの時間）で、上り受信信号を低域通過フィルタ部１１０に転送するべく、ＯＮとなる。

制御フレーム分離部１０４は、スプリッタ１０３から入力した上り受信信号を、上位ネットワークに向かう上りデータフレームと、Register_REQ等の制御フレームとに分離・分別する。次いで、制御フレーム分離部１０４は、上りデータフレームを上りフレーム転送部１０５に出力し、制御フレームのうちRegister_REQを要求成功ユニット検知部１１３に出力する。上りフレーム転送部１０５は、入力した上りデータフレームを、上位ネットワーク用のフレーム構造に変換して上位ネットワーク・インタフェース１０１に出力する。

低域通過フィルタ部１１０は、Ｏ／Ｅ変換された上り受信信号に対し、ＬＰＦ処理（雑音成分を除去し、サンプル間隔を荒くする処理）を行い、同処理後の上り受信信号を、受信信号微分部１１１に出力する。

受信信号微分部１１１は、ＬＰＦ処理された上り受信信号に対し、微分処理（ある時刻の受信信号強度と、当該時刻から単位時間経過後の受信信号強度との差を算出する処理）を行い、同処理後の上り受信信号を、登録要求ユニット推定部１１２に出力する。

登録要求ユニット推定部１１２は、微分処理された上り受信信号から、立ち上がり／立ち下がりピークの組を抽出し、上り受信信号中の（衝突したものも含めた）Register_REQの数ｎ’をカウントして、登録要求ユニット数ｎを推定する。この際、
（ａ）ｎ＝ｎ’、
（ｂ）上述した式（９）、又は
（ｃ）上述した式（１０）
を用いて、カウントしたRegister_REQの数ｎ’から登録要求ユニット数ｎを算出する。

要求成功ユニット検知部１１３は、ディスカバリプロセスとして、制御フレーム分離部１０４から受け取ったRegister_REQの解析を行い、当該サイクルで応答（登録要求）に成功したＯＮＵ２を検知する。また、登録要求に成功したＯＮＵ２の数である要求成功ユニット数ｎ_ｒｅｇを決定する。

スロットサイズ決定部１１４は、登録要求ユニット推定部１１２から登録要求ユニット数ｎを入力し、さらに、要求成功ユニット検知部１１３から要求成功ユニット数ｎ_ｒｅｇを入力する。次いで、これら取得した登録要求ユニット数ｎと要求成功ユニット数ｎ_ｒｅｇとの差から、残ユニット数ｎ_ｒｅｓｔ＝ｎ−ｎ_ｒｅｇ（式（２））を算出・推定する。

次いで、スロットサイズ決定部１１４は、算出・推定した残ユニット数ｎ_ｒｅｓｔから、次サイクルでのディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒを算出する。この算出には、例えば、上述した式（３）を用いることが可能である。その後、スロットサイズ決定部１１４は、算出したディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒを制御フレーム生成部１１５に出力する。

制御フレーム生成部１１５は、ディスカバリスロット・サイズのパラメータを、算出されたディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒとしたDiscovery_GATEを生成し、下りフレーム転送部１０６に出力する。

下りフレーム転送部１０６は、上位ネットワーク・インタフェース１０１から転送された上位ネットワークからの下り信号と、制御フレーム生成部１１５によって生成された下り制御フレーム（Discovery_GATE）とを時間軸上で多重する。次いで多重化されたフレームをＰＯＮシステム用のフレーム構造にして、Ｅ／Ｏ変換部１０７に出力する。また、Ｅ／Ｏ変換部１０７は、下りの電気信号を下りの光信号にＥ／Ｏ（Electrical/Optical）変換し、この下り光信号をＷＤＭ光カプラ１００に出力する。

次いで、図５（Ｂ）の実施形態を説明する。図５（Ｂ）の実施形態では、図５（Ａ）の実施形態と比較して機能構成が部分的に異なるのみであり、以下、その相違点を中心に説明する。

図５（Ｂ）に示したＯＬＴ１’では、図５（Ａ）のスプリッタ１０３、スイッチ１０８及び低域通過フィルタ部１１０の代わりに、光スプリッタ１２０、光スイッチ１２１及び狭帯域Ｏ／Ｅ変換部１３０が採用されている。

光スプリッタ１２０は、ＷＤＭ光カプラ１００から出力された上り光信号を、Ｏ／Ｅ変換部１０２と、狭帯域Ｏ／Ｅ変換部１３０（光スイッチ１２１）とのそれぞれに出力する。また、狭帯域Ｏ／Ｅ変換部１３０は、この上り光信号をＯ／Ｅ変換した後、ＬＰＦ処理、即ち変換された上り電気信号の雑音成分を除去しサンプル間隔を荒くする処理、を行う。

尚、光スプリッタ１２０と光ローパスフィルタ部１３１との間に光スイッチ１２１が設置されることも好ましい。光スイッチ１２１は、Register_REQの受信タイミング（ディスカバリウインドウの時間）で、上り光信号を光ローパスフィルタ部１３１に転送するべく、ＯＮとなる。

図６は、本発明による次サイクルでのディスカバリスロット・サイズ決定方法の一実施形態を示すフローチャートである。

（Ｓ６０）最初に、ＯＬＴ１は、開始時刻及びディスカバリスロット・サイズＷをパラメータ値に含むDiscovery_GATEを、ＯＮＵ２に向けてブロードキャストする。
（Ｓ６１）次いで、ＯＬＴ１は、ディスカバリウインドウ内で、ＯＮＵ２からのRegister_REQを待ち受け、受信する。

（Ｓ６２）登録要求に成功した（Register_REQが他の信号と重畳していない）ＯＮＵ２、即ち要求成功ユニットを検知する。
（Ｓ６３）ＯＮＵ２からの上り受信信号に対し、ＬＰＦ処理を行う。
（Ｓ６４）ＬＰＦ処理された上り受信信号に対し、微分処理を行う。

（Ｓ６５）微分された上り受信信号から、Register_REQに相当する立ち上がり／立ち下がりピークの組を抽出し、この組の数ｎ’をカウントする。
（Ｓ６６）ＬＰＦ処理のサンプル間隔内でのRegister_REQの衝突を考慮した補正分を算出し、組の数ｎ’にこの補正分を加算して得たｎを、登録要求ユニット数と推定する。ここで、算出する補正分は、上述した式（９）の右辺第２項以降、又は式（１０）の右辺第２項とすることができる。

（Ｓ６７）推定された登録要求ユニット数ｎから残ユニット数ｎ_ｒｅｓｔを算出し、この残ユニット数ｎ_ｒｅｓｔから次サイクルのディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒを決定する。
（Ｓ６８）ディスカバリスロット・サイズのパラメータ値をＷ_ｃｏｒとしたDiscovery_GATEを生成する。

以上で、ディスカバリプロセスにおける、次サイクルでのディスカバリスロット・サイズ決定方法の１サイクルが終了する。尚、次サイクルが開始した際、
（Ｓ６９）ＯＬＴ１は、開始時刻及びディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒをパラメータ値に含むDiscovery_GATEを、ＯＮＵ２に向けてブロードキャストする。

以上詳細に説明したように、本発明の局側光終端装置、並びにディスカバリスロット・サイズ決定プログラム及び方法によれば、Register_REQの衝突の程度に応じて、次サイクルにおけるより好適なディスカバリスロット・サイズＷ_ｃｏｒを決定することができる。その結果、上り通信のスループットの維持・向上とリンクアップ時間の短縮化との両立が可能となる。

特に、１０ＧＥ-ＰＯＮ等の次世代のＰＯＮシステムで想定される、ＯＬＴ1台当たりに数百台以上又は千台以上のＯＮＵが接続される状況においても、本発明によれば、上り通信のスループットを維持・向上させつつ、Register_REQの衝突を抑制して、より早いリンクアップを実現することができる。

前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

１、１’ ＯＬＴ（局側光終端装置）
１００ ＷＤＭ光カプラ
１０１ 上位ネットワーク・インタフェース
１０２ Ｏ／Ｅ変換部
１０３ スプリッタ
１０４ 制御フレーム分離部
１０５ 上りフレーム転送部
１０６ 下りフレーム転送部
１０７ Ｅ／Ｏ変換部
１０８ スイッチ
１１０ 低域通過フィルタ部
１１１ 受信信号微分部
１１２ 登録要求ユニット推定部
１１３ 要求成功ユニット検知部
１１４ スロットサイズ決定部
１１５ 制御フレーム生成部
１２０ 光スプリッタ
１２１ 光スイッチ
１３０ 狭帯域Ｏ／Ｅ変換部
２ ＯＮＵ（加入者ユニット）
３ 幹線光ファイバ
３０−１、３０−２、３０−ｍ 分岐光ファイバ
４ 光カプラ

Claims (8)

1. 複数の加入者ユニット(Optical Network Unit)と共にＰＯＮ(Passive Optical Network)を構成し、ディスカバリスロット（discovery slot）のサイズを含む登録問合せ信号を当該加入者ユニットに向けて同報通信して、当該加入者ユニットから登録要求信号を受信する局側光終端装置(Optical Line Terminal)であって、
   所定時間帯に受信した登録要求信号から、登録要求に成功した加入者ユニットである要求成功ユニットを検知する要求成功ユニット検知手段と、
   前記所定時間帯における登録要求信号を含む受信信号を微分する受信信号微分手段と、
   微分された受信信号から、衝突によって重畳した登録要求信号を識別し、登録要求を行った加入者ユニットの数である登録要求ユニット数を推定する登録要求ユニット推定手段と、
   推定された登録要求ユニット数と、検知された要求成功ユニットの数との差から、登録要求が未成功である加入者ユニットの数である残ユニット数を算出し、該残ユニット数を用いて次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定するスロットサイズ決定手段と
   を有することを特徴とする局側光終端装置。
2. 前記所定時間帯における登録要求信号を含む当該受信信号の高周波成分を遮断し、高周波成分を遮断された該受信信号を前記受信信号微分手段に出力する低域通過フィルタ手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の局側光終端装置。
3. 前記登録要求ユニット推定手段は、微分された受信信号の中に、
   当該登録要求信号の立ち上がりに相当する立ち上がりピークと、
   前記立ち上がりピークの位置から該登録要求信号の長さ分の時間経過後の位置にあり、該登録要求信号の立ち下がりに相当する立ち下がりピークと
   の組を検出した際、検出された当該組の数から、当該登録要求ユニット数を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の局側光終端装置。
4. 前記所定時間帯における登録要求信号を含む受信信号の高周波成分を遮断し、高周波成分を遮断された該受信信号を前記受信信号微分手段に出力する低域通過フィルタ手段を更に有しており、
   前記登録要求ユニット推定手段は、
   本サイクルでのディスカバリスロットのサイズ内において、複数の登録要求信号の開始タイミングが、前記低域通過フィルタ手段のサンプル間隔内で衝突する確率を算出し、
   前記確率を用いて当該サンプル間隔内で衝突した登録要求信号の数の期待値を求めて、登録要求を行った加入者ユニットの数の補正分を算出し、
   前記検出された当該組の数に前記補正分を加算したものを、当該登録要求ユニット数と推定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の局側光終端装置。
5. 前記登録要求ユニット推定手段は、ディスカバリスロットのサイズをＷ（単位はＴＱ）とし、サンプル間隔をＴ（単位はナノ秒）とし、当該登録要求信号の長さをＭ（単位はＴＱ）とし、Ａ＝（Ｗ−Ｍ）×１６／Ｔとし、前記検出された当該組の数をｎ’とした上で、登録要求ユニット数ｎを、
   

   

   として推定することを特徴とする請求項４に記載の局側光終端装置。
6. 光信号である登録要求信号を含む受信信号をＯ／Ｅ（Optical/Electrical）変換した上で、該受信信号から雑音成分を除去することによって前記低域通過フィルタ手段として機能する狭帯域Ｏ／Ｅ変換手段を更に有することを特徴とする請求項２、４又は５に記載の局側光終端装置。
7. 複数の加入者ユニットと共にＰＯＮを構成し、ディスカバリスロットのサイズを含む登録問合せ信号を当該加入者ユニットに向けて同報通信して、当該加入者ユニットから登録要求信号を受信する局側光終端装置に搭載された、次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定するためのプログラムであって、
   所定時間帯に受信した登録要求信号から、登録要求に成功した加入者ユニットである要求成功ユニットを検知する要求成功ユニット検知手段と、
   前記所定時間帯における登録要求信号を含む受信信号を微分する受信信号微分手段と、
   微分された受信信号から、衝突によって重畳した登録要求信号を識別し、登録要求を行った加入者ユニットの数である登録要求ユニット数を推定する登録要求ユニット推定手段と、
   推定された登録要求ユニット数と、検知された要求成功ユニットの数との差から、登録要求が未成功である加入者ユニットの数である残ユニット数を算出し、該残ユニット数を用いて次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定するスロットサイズ決定手段と
   してコンピュータを機能させることを特徴とするディスカバリスロット・サイズ決定プログラム。
8. 複数の加入者ユニットと共にＰＯＮを構成し、ディスカバリスロットのサイズを含む登録問合せ信号を当該加入者ユニットに向けて同報通信して、当該加入者ユニットから登録要求信号を受信する局側光終端装置における、次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定する方法であって、
   所定時間帯に受信した登録要求信号から、登録要求に成功した加入者ユニットである要求成功ユニットを検知する第１のステップと、
   前記所定時間帯における登録要求信号を含む受信信号を微分する第２のステップと、
   微分された受信信号から、衝突によって重畳した登録要求信号を識別し、登録要求を行った加入者ユニットの数である登録要求ユニット数を推定する第３のステップと、
   推定された登録要求ユニット数と、検知された要求成功ユニットの数との差から、登録要求が未成功である加入者ユニットの数である残ユニット数を算出し、該残ユニット数を用いて次サイクルでのディスカバリスロットのサイズを決定する第４のステップと
   を有することを特徴とするディスカバリスロット・サイズ決定方法。

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