JP2017017620A - 通信システム及び帯域割当方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異常なユーザ装置が存在する場合でも遅延時間の増加を抑えるシステム及び方法を提供する。【解決手段】通信システムは、上位装置１１と通信可能に接続された端局装置１２と、端局装置と受動光通信網を介して接続された一つ又は複数の終端装置１３−１〜１３−Ｐと、終端装置ごとに通信可能に接続された下位装置１４−１〜１４−Ｐと、下位装置と無線回線を介して通信するユーザ装置１５−１〜１５−Ｑを備える。端局装置は、ユーザ装置が上位装置へデータを送信する際の無線回線の割り当てに関するスケジューリング情報と、終端装置においてバッファされているデータであって上位装置へ送信するデータのデータ量とに基づいて、終端装置から端局装置への通信に用いる受動光通信網の帯域を割り当てる帯域割当部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、通信システム及び帯域割当方法に関する。

ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に代表される光アクセスでは、一つの端局装置と複数の終端装置とが接続された受動光通信網（Passive Optical Network：ＰＯＮ）を用いることによって、経済的なサービス提供が実現されている。受動光通信網では、端局装置と終端局装置との間の通信は時分割多重方式により多重化されており、終端局から端局装置への上り通信は、ＭＰＣＰ（Multi-Point Control Protocol）と呼ばれる制御プロトコルを用いて実現されている。ＭＰＣＰについては、例えば非特許文献１に記載されている。各終端装置からの上り通信における送信量と送信開始時刻とは、端局装置において集中制御されている。この集中制御は、送信量を固定的に終端装置に割り当てる静的帯域割当と、送信量を動的に終端装置に割り当てる動的帯域割当とに大別できる。特許文献１に記載の技術は、各終端装置からの要求量を用いて送信量を動的に決定することにより、高い帯域利用効率を達成する。

ＬＴＥ（登録商標）やＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄに代表される移動体無線通信サービス網（以下、モバイル網という。）に受動光通信網を適用してネットワークの効率化、低コスト化を図る検討が行われている。例えば特許文献２に記載の技術では、従来の無線基地局の機能を、ベースバンド処理を担う基地局部と無線通信を担う無線部とに分割し、基地局部を収容局に集約し、無線部を張り出す構成において、基地局部と無線部との間の通信に受動光通信網を適用している。モバイル網では、再送制御（ＨＡＲＱ）のために基地局部と無線部との間の遅延時間に対する要求条件が厳しい。そこで、特許文献２に記載の技術では、端局装置が終端装置からの上り通信の送信開始時刻及び送信許可量を、スケジューリング情報に基づいて算出し通知することにより、下位装置から上位装置への上り信号を低遅延で転送することを可能にしている。

基地局部を収容局に集約し無線部を張り出す構成においては、無線部は上りデータの内容を把握することはせず、受信したすべての上りデータについて無線処理を施して基地局部へ転送する。そのため、スケジューリング情報にて指示された通りに送信しない異常な送信を行うユーザ装置が存在する場合でも、無線部は異常なユーザ装置であることを認識せずに無線処理をデータに施して基地局部へ転送する。スケジューリング情報にて指示された通りに送信しない異常なユーザ装置とは、例えば装置障害によって送信タイミングや使用する周波数スロット数がスケジューリング情報と一致しないユーザ装置を指す。

モバイル網に受動光通信網を適用したネットワークでは、前述のように異常ユーザ装置が存在する場合、スケジューリング情報に従った正常なユーザ装置から送信された上りデータと、異常なユーザ装置から送信された上りデータとが終端装置に到着することになる。特許文献１や特許文献２に記載の技術では、端局装置はスケジューリング情報に基づいて終端装置の送信許可量を決定するので、終端装置におけるバッファ蓄積量を把握しない。そのため、終端装置は、異常なユーザ装置から送信された上りデータに相当する量のデータをバッファし続け、終端装置における遅延時間が定常的に増加する。

また、ユーザ装置から送信される上りデータは無線区間や無線部を介して終端装置に到着するため、端局装置は、終端装置に上りデータが到着する到着時刻を必ずしも正確に推測できるとは限らない。実際の到着時刻が推測された到着時刻より遅い場合、終端装置による端局装置への送信を開始する送信開始時刻が早すぎてしまい、終端装置はユーザ装置から到着したすべての上りデータを端局装置へ転送できない可能性がある。このような場合も、端局装置へ転送できなかった上りデータは、終端装置においてバッファされることになる。しかし、前述のように、端局装置は終端装置におけるバッファ蓄積量を把握しないため、終端装置は転送できなかった上りデータに相当する量のデータをバッファし続ける。そのため、終端装置における遅延時間が定常的に増加する。

このように、異常なユーザ装置が存在する場合には遅延時間が増加してしまうという問題があった。

特許第３７６８４２１号公報 国際公開第２０１４／０７７１６８号

IEEE 802.3TM-2012 - IEEE Standard for Ethernet SECTION FIVE.

前述の事情に鑑み、本発明は、異常なユーザ装置が存在する場合でも遅延時間の増加を抑えることができる通信システム及び帯域割当方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、上位装置と通信可能に接続された端局装置と、前記端局装置と受動光通信網を介して接続された一つ又は複数の終端装置と、前記終端装置ごとに通信可能に接続された下位装置と、前記下位装置と無線回線を介して通信するユーザ装置と、を備える通信システムであって、前記端局装置は、前記ユーザ装置が前記上位装置へデータを送信する際の前記無線回線の割り当てに関するスケジューリング情報と、前記終端装置においてバッファされているデータであって前記上位装置へ送信するデータのデータ量とに基づいて、前記終端装置から前記端局装置への通信に用いる前記受動光通信網の帯域を割り当てる帯域割当部、を備える、通信システムである。

また、本発明の一態様は、上記の通信システムにおいて、前記帯域割当部は、前記スケジューリング情報において前記ユーザ装置に割り当てられた前記無線回線に基づいて、当該ユーザ装置を配下に有する前記終端装置が受信するデータ量を算出し、算出したデータ量と前記終端装置にバッファされているデータのデータ量とを加算し、加算結果を前記終端装置に割り当てる前記受動光通信網の帯域とする。

また、本発明の一態様は、上記の通信システムにおいて、前記帯域割当部は、前記終端装置が配下の前記ユーザ装置から受信するデータがある場合に当該終端装置に対して前記受動光通信網の帯域を割り当て、前記終端装置が配下の前記ユーザ装置から受信するデータがない場合に当該終端装置に対して前記受動光通信網の帯域を割り当てない。

また、本発明の一態様は、上記の通信システムにおいて、前記終端装置は、自装置においてバッファしているデータであって前記上位装置へ送信するデータのデータ量を前記端局装置へ通知した後に、前記バッファしているデータを破棄する。

また、本発明の一態様は、上記の通信システムにおいて、前記端局装置は、前記終端装置においてバッファされているデータのデータ量が予め定められた閾値を周期的に超過しているか否かを判定し、周期的に超過している場合、前記スケジューリング情報に従わずにデータを送信している前記ユーザ装置が存在している可能性があることを示す異常情報を前記上位装置へ送信する異常検出部、を更に備える。

また、本発明の一態様は、上位装置と通信可能に接続された端局装置と、前記端局装置と受動光通信網を介して接続された一つ又は複数の終端装置と、前記終端装置ごとに通信可能に接続された下位装置と、前記下位装置と無線回線を介して通信するユーザ装置と、を備える通信システムにおける帯域割当方法であって、前記端局装置が、前記ユーザ装置が前記上位装置へデータを送信する際の前記無線回線の割り当てに関するスケジューリング情報と、前記終端装置においてバッファされているデータであって前記上位装置へ送信するデータのデータ量とに基づいて、前記終端装置から前記端局装置への通信に用いる前記受動光通信網の帯域を割り当てるステップ、を有する帯域割当方法である。

本発明によれば、異常なユーザ装置が存在する場合でも遅延時間の増加を抑えることが可能となる。

第１の実施形態における通信システムの構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態における端局装置の構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態における情報抽出部が行う情報抽出工程を示すフローチャートである。 第１の実施形態における要求量算出部が行う要求量算出工程を示すフローチャートである。 第１の実施形態における帯域割当部が行う帯域割当工程を示すフローチャートである。 第１の実施形態における異常検出部が行う異常検出工程を示すフローチャートである。 比較例の通信システムにおける上り通信の一例を示すシーケンス図である。 第１の実施形態における通信システムにおける上り通信の一例を示すシーケンス図である。 第２の実施形態における要求量算出部が行う要求量算出工程を示すフローチャートである。 第３の実施形態における要求量算出部が行う要求量算出工程を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における通信システム及び帯域割当方法を説明する。なお、以下の実施形態では、同一の符号を付した構成要素は同様の動作を行うものとして、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における通信システムの構成例を示すブロック図である。第１の実施形態における通信システムは、上位装置１１、端局装置１２、終端装置１３−１〜１３−Ｐ、下位装置１４−１〜１４−Ｐ及びユーザ装置１５−１〜１５−Ｑを備える。同図では、通信システムは複数の終端装置１３−１〜１３−Ｐと複数の下位装置１４−１〜１４−Ｐとを備える構成が示されているが、終端装置及び下位装置が一つであってもよい。また、終端装置１３−１〜１３−Ｐのいずれか一つ又はすべてを示す際には終端装置１３という。下位装置１４−１〜１４−Ｐ及びユーザ装置１５−１〜１５−Ｑについても同様に下位装置１４及びユーザ装置１５という。

通信システムは、例えばモバイル網に受動光通信網を適用してネットワークの効率的な運用を図る場合に用いられる。この場合、上位装置１１は、モバイル網の無線基地局装置におけるベースバンド処理などを行う基地局部に相当する。下位装置１４は、モバイル網の無線基地局装置における無線処理などを行う無線部に相当する。端局装置１２と終端装置１３との間の中継網は、光ファイバなどを用いて構成される受動光通信網である。上位装置１１は、他の上位装置１１や上位の制御装置との通信を可能にする上位網に接続されている。下位装置１４とユーザ装置１５との間の下位網は、無線回線を用いて構成される通信網である。

第１の実施形態における通信システムでは、端局装置１２が、上位装置１１から通知されるスケジューリング情報と終端装置１３から通知される帯域要求情報とに基づいて、各終端装置１３から端局装置１２への送信を開始する送信開始時刻と送信許可量とを決定する。端局装置１２による決定に基づいて終端装置１３が端局装置１２への送信を行うことにより、異常なユーザ装置１５から送信される上りデータをバッファすることにより生じる遅延時間の増加を抑制が図られる。以下、通信システムの構成、動作等について説明する。

上位装置１１は、通信システムにおける各ユーザ装置１５が通信を行う際に利用する無線リソースの割り当てを決定し、決定した割り当てを示すスケジューリング情報を生成する。ここで、スケジューリング情報は、下位装置１４とユーザ装置１５との間における無線回線の割り当てに関する情報であり、無線リソースが割り当てられたユーザ装置１５を示す割当先情報と、割り当てられた無線リソースを示すリソース情報と、ユーザ装置１５の通信相手となる下位装置１４を示す通信先情報とを含む情報である。リソース情報には、ユーザ装置１５から下位装置１４への上り送信に係る割当情報と、下位装置１４からユーザ装置１５への下り送信に係る割当情報とが含まれる。上位装置１１は、生成したスケジューリング情報を端局装置１２へ出力する。スケジューリング情報は、端局装置１２と終端装置１３と下位装置１４とを介して、ユーザ装置１５へ通知される。

端局装置１２は、上位装置１１から取得するスケジューリング情報と、各終端装置１３から取得する帯域要求情報とに基づいて、自装置と各終端装置１３との間の中継網における帯域割当を実行する。端局装置１２は、帯域割当に基づいて、ユーザ装置１５からの上りデータが終端装置１３に到着する時刻に合わせた中継網送信許可を終端装置１３に送信する。ここで、中継網送信許可は、中継網において端局装置１２宛の送信を終端装置１３に対して許可する情報であり、送信できるデータ量を示す送信許可量を含む情報である。帯域要求情報は、終端装置１３において端局装置１２へ送信されずにバッファされているデータ量を示す情報である。

終端装置１３−１〜１３−Ｐは、端局装置１２から取得する中継網送信許可に基づいて、下位装置１４を介してユーザ装置１５から受信した上りデータを端局装置１２へ送信する。下位装置１４−１〜１４−Ｐは、それぞれが終端装置１３ごとに設けられており、終端装置１３と一対一に通信可能に接続されている。下位装置１４は、ユーザ装置１５から無線回線を通じて送信される上りデータを受信し、受信した上りデータを終端装置１３へ出力する。

ユーザ装置１５−１〜１５−Ｑは、接続先の下位装置１４を介して受信するスケジューリング情報に基づいて、接続先の下位装置１４へ上りデータを送信する。なお、正常なユーザ装置１５はスケジューリング情報に従った送信を行うが、異常なユーザ装置１５、例えば故障などの障害によりスケジューリング情報に従った送信を行うことができないユーザ装置１５は、スケジューリング情報で示されるタイミングや周波数スロットと異なる送信を行う場合がある。

図２は、第１の実施形態における端局装置１２の構成例を示すブロック図である。端局装置１２は、上位送受信部１２１、下位送受信部１２２、情報抽出部１２３、要求量算出部１２４、帯域割当部１２５及び異常検出部１２６を備える。

上位送受信部１２１は、上位装置１１との送受信を担うインタフェースである。上位送受信部１２１は、上位装置１１から情報を受信し、受信した情報を下位送受信部１２２と情報抽出部１２３とへ出力する。上位送受信部１２１は、下位送受信部１２２から入力される情報と異常検出部１２６から入力される異常情報とを上位装置１１へ送信する。ここで、異常情報とは、いずれかの終端装置１３の配下に異常なユーザ装置１５が存在することを示す情報である。

下位送受信部１２２は、終端装置１３との送受信を担うインタフェースである。下位送受信部１２２は、終端装置１３から情報を受信し、受信した情報を上位送受信部１２１と要求量算出部１２４と異常検出部１２６とへ出力する。下位送受信部１２２は、上位送受信部１２１から入力される情報と帯域割当部１２５から入力される中継網送信許可とを終端装置１３へ送信する。

情報抽出部１２３は、上位送受信部１２１が上位装置１１から受信した情報からスケジューリング情報を抽出する。情報抽出部１２３は、抽出したスケジューリング情報から得られる無線割当情報を要求量算出部１２４に出力する。ここで、無線割当情報とは、スケジューリング情報に含まれる割当先情報、リソース情報及び通信先情報と、終端装置１３に上りデータが到着すると推定される到着時刻とを含む情報である。なお、情報抽出部１２３は、個別の回線を介して、上位装置１１から直接スケジューリング情報を取得してもよい。また、上位送受信部１２１は、上位装置１１から受信した情報を情報抽出部１２３へ出力することに代えて、上位装置１１から受信したスケジューリング情報を情報抽出部１２３へ出力してもよい。

要求量算出部１２４は、情報抽出部１２３により取得された無線割当情報と、下位送受信部１２２により受信された帯域要求情報とに基づいて、各終端装置１３において端局装置１２への上り通信に必要な帯域幅を算出する。要求量算出部１２４は、算出した帯域幅を中継網要求量として帯域割当部１２５へ出力する。ここで、帯域要求情報とは、終端装置１３において端局装置１２へ送信されずにバッファされている上りデータのデータ量を含む情報である。

帯域割当部１２５は、要求量算出部１２４により算出された中継網要求量に基づいて、各終端装置１３における端局装置１２への上り通信の送信開始時刻及び帯域量を算出する。帯域割当部１２５は、算出した送信開始時刻及び帯域量を含む中継網送信許可を、下位送受信部１２２を介して終端装置１３それぞれへ送信する。

異常検出部１２６は、下位送受信部１２２により受信される各終端装置１３からの帯域要求情報に基づいて、終端装置１３の配下に異常なユーザ装置１５が存在するか否かを判定する。異常検出部１２６は、異常なユーザ装置１５が存在すると判定すると、異常情報を上位送受信部１２１へ出力して、上位装置１１へ通知する。

図３は、第１の実施形態における情報抽出部１２３が行う情報抽出工程を示すフローチャートである。情報抽出部１２３は、上位装置１１からスケジューリング情報を受信するたびに情報抽出工程を実行してもよいし、一定周期間隔で情報抽出工程を実行してもよい。情報抽出部１２３は、一定周期間隔で情報抽出工程を実行する場合、当該間隔において受信したスケジューリング情報をまとめて処理する。

情報抽出部１２３は、情報抽出工程を開始すると、上位装置１１から受信したスケジューリング情報から割当先情報、リソース情報及び通信先情報を抽出する（ステップＳ１０１）。情報抽出部１２３は、上位装置１１からスケジューリング情報を受信した受信時刻から、ユーザ装置１５からの上りデータが終端装置１３へ到着する到着時刻を推測する（ステップＳ１０２）。なお、到着時刻の推測は、例えば、ユーザ装置１５から終端装置１３までの平均的な通信遅延に基づいて算出してもよいし、直前の上りデータの到着に要した時間を用いてもよい。情報抽出部１２３は、ステップＳ１０１において抽出した割当先情報、リソース情報及び通信先情報と、ステップＳ１０２において推測した到着時刻とを含む無線割当情報を要求量算出部１２４に出力し（ステップＳ１０３）、情報抽出工程を終了する。

図４は、第１の実施形態における要求量算出部１２４が行う要求量算出工程を示すフローチャートである。要求量算出部１２４は、帯域割当周期の間隔で要求量算出工程を実行する。要求量算出部１２４は、要求量算出工程を開始すると、情報抽出部１２３により取得された無線割当情報に基づいて、帯域割当周期ごとの終端装置１３から受信する上りデータの受信予定データ量を終端装置１３ごとに算出する（ステップＳ２０１）。受信予定データ量は、例えば、ユーザ装置１５それぞれに割り当てられた無線リソースから各ユーザ装置１５から送信される上りデータのデータ量を算出し、下位装置１４における配下のユーザ装置１５の上りデータのデータ量の総和を終端装置１３ごとに算出することで、得ることができる。

要求量算出部１２４は、以下のステップＳ２０２とステップＳ２０３との処理を終端装置１３ごとに実行する。要求量算出部１２４は、各終端装置１３から受信した帯域要求情報から、終端装置１３におけるバッファ蓄積量を取得する（ステップＳ２０２）。要求量算出部１２４は、ステップＳ２０１において算出した上りデータの受信予定データ量と、ステップＳ２０２において取得したバッファ蓄積量とを加算し、加算結果を中継網要求量として帯域割当部１２５へ出力する（ステップＳ２０３）。なお、要求量算出部１２４は、加算結果に対して所定の係数を乗じた値を中継網要求量としてもよいし、算結果に対して所定の係数を乗じた乗算結果に一定の帯域を加えた値を中継網要求量としてもよい。

要求量算出部１２４は、終端装置１３ごとに、ステップＳ２０２とステップＳ２０３との処理を実行し、終端装置１３−１〜１３−Ｐそれぞれの中継網要求量を算出して出力すると、要求量算出工程を終了する。

図５は、第１の実施形態における帯域割当部１２５が行う帯域割当工程を示すフローチャートである。帯域割当部１２５は、帯域割当周期の間隔で帯域割当工程を実行する。帯域割当部１２５は、帯域割当工程を開始すると、当該割当周期における中継網の割当可能量で残余帯域Ｃを初期化する（ステップＳ３０１）。

帯域割当部１２５は、以下のステップＳ３０２とステップＳ３０３との処理を終端装置１３ごとに実行する。帯域割当部１２５は、残余帯域Ｃと終端装置１３の中継網要求量とを比較し、残余帯域Ｃと中継網要求量とのうち小さい方を終端装置１３の送信許可量として決定する（ステップＳ３０２）。帯域割当部１２５は、残余帯域Ｃから終端装置１３の送信許可量を減じた値を、残余帯域Ｃの値とすることで残余帯域Ｃを更新する（ステップＳ３０３）。

帯域割当部１２５は、終端装置１３ごとに、ステップＳ３０２とステップＳ３０３と処理を実行し、終端装置１３−１〜１３−Ｐそれぞれの送信許可量を算出する。帯域割当部１２５は、終端装置１３それぞれの送信許可量に基づいて、帯域割当周期における終端装置１３それぞれの送信開始時刻を決定し（ステップＳ３０４）、帯域割当工程を終了する。なお、終端装置１３それぞれが送信を開始する順序は、予め定められた順序であってもよいし、所定の周期ごとに可変する順序であってもよいし、ランダムに定められる順序であってもよい。また、すべての終端装置１３に対して帯域を割り当てた後に残余帯域Ｃがゼロ以上である場合、残余帯域Ｃを任意の終端装置１３に更に割り当ててもよいし、終端装置１３に対して複数の送信許可量を割り当て高頻度に送信開始時刻を決定してもよい。

図６は、第１の実施形態における異常検出部１２６が行う異常検出工程を示すフローチャートである。異常検出部１２６は、帯域割当周期の間隔で異常検出工程を実行する。異常検出部１２６は、異常検出工程を開始すると、終端装置１３ごとに以下のステップＳ４０１からステップＳ４０３の処理を実行する。異常検出部１２６は、終端装置１３から受信した帯域要求情報からバッファ蓄積量を取得する（ステップＳ４０１）。異常検出部１２６は、バッファ蓄積量が予め定められた閾値αを周期的に超過しているか否かを判定する（ステップＳ４０２）。なお、異常検出部１２６は、周期的に超過しているか否かの判定に代えて、一定期間に亘り超過しているか否かの判定を行うようにしてもよい。

ステップＳ４０２の判定において、閾値αを周期的に超過している場合（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、異常検出部１２６は、終端装置１３に接続されている下位装置１４の配下に異常なユーザ装置１５が存在している可能性があると判定し、異常なユーザ装置１５が存在している可能性があることを示す以上情報を生成し、上位送受信部１２１を介して上位装置１１へ通知する（ステップＳ４０３）。

ステップＳ４０２の判定において、閾値αを周期的に超過していない場合（ステップＳ４０２：ＮＯ）、異常検出部１２６は、判定の対象としている終端装置１３に接続されている下位装置１４の配下に異常なユーザ装置１５が存在していないと判定し、次の終端装置１３に対する処理を実行する。

異常検出部１２６は、終端装置１３ごとに、ステップＳ４０１からステップＳ４０３までの処理を実行し、終端装置１３−１〜１３−Ｐそれぞれにおける異常の有無を判定する。異常検出部１２６は、すべての終端装置１３に対する判定を実行すると、異常検出工程を終了する。

図７は、比較例の通信システムにおける上り通信の一例を示すシーケンス図である。比較例の通信システムは、例えば特許文献１や特許文献２に記載の通信システムである。この通信システムは、第１の実施形態における通信システムと同様に、上位装置と端局装置と終端装置と下位装置とユーザ装置とを備える。スケジューリング情報が上位装置からユーザ装置へ通知され、ユーザ装置がスケジューリング情報に従って上りデータを送信する。このとき、異常なユーザ装置がスケジューリング情報に従わずに上りデータを送信する場合が同図に示されている。また、同図において括弧内の数字は、データ量を示す。

上位装置が、データ量（５０）の送信をユーザ装置に対して許可するスケジューリング情報を、端局装置と終端装置と下位装置とを介してユーザ装置へ通知する。端局装置は、スケジューリング情報を中継するとともに、端局装置と終端装置との間の中継網における帯域割当をスケジューリング情報に基づいて行う。ユーザ装置は、通知されたスケジューリング情報で指示された送信待機時間が経過した後に、スケジューリング情報で示されたデータ量（５０）の上りデータを下位装置へ送信する。ユーザ装置が待機している間に、他の異常なユーザ装置がデータ量（３０）の上りデータを下位装置に送信している。端局装置は、ユーザ装置からの上りデータが終端装置に到着する時刻に合わせて、データ量（５０）の帯域割当を含む中継網送信許可を終端装置へ送信する。下位装置は、異常なユーザ装置からの上りデータ（３０）と、スケジューリング情報に従ったユーザ装置からの上りデータ（５０）とを受信し、終端装置へ出力する。終端装置は、上りデータ（３０）と上りデータ（５０）とを加えたデータ量（８０）の上りデータをバッファし、中継網送信許可で示されるデータ量（５０）の上りデータを端局装置へ送信する。終端装置にはデータ量（８０）の上りデータが到着するが、中継網送信許可で示される送信許可量がデータ量（５０）であるため、データ量（３０）の上りデータが端局装置に送信されずに終端装置に残ることになる。終端装置は、送信されなかったデータ量（３０）の上りデータをバッファし続けることになる。終端装置から端局装置へ送信された上りデータ（５０）は、上位装置へ転送される。

続いて、上位装置が、データ量（６０）の送信をユーザ装置に対して許可するスケジューリング情報を、端局装置と終端装置と下位装置とを介してユーザ装置へ通知する。端局装置は、スケジューリング情報を中継するとともに、中継網における帯域割当をスケジューリング情報に基づいて行う。ユーザ装置は、通知されたスケジューリング情報で指示された送信待機時間が経過した後に、スケジューリング情報で示されたデータ量（６０）の上りデータを下位装置へ送信する。端局装置は、ユーザ装置からの上りデータが終端装置に到着する時刻に合わせて、データ量（６０）の帯域割当を含む中継網送信許可を終端装置へ送信する。下位装置は、ユーザ装置から受信した上りデータ（６０）を終端装置へ出力する。終端装置は、既にバッファしている上りデータ（３０）と、新たに取得した上りデータ（６０）とをバッファする。終端装置は、バッファしているデータ量（９０）の上りデータのうち、中継網送信許可で示されるデータ量（６０）の上りデータを端局装置へ送信する。終端装置から端局装置へ送信された上りデータ（６０）は、上位装置へ転送される。終端装置は、データ量（３０）の上りデータをバッファし続けることになる。

図７に示した比較例では、スケジューリング情報に従って上りデータを送信するユーザ装置の上りデータは、異常なユーザ装置からの上りデータが存在することにより、終端装置から端局装置への一回の送信で上位装置へ伝達されず、上りデータの伝送における遅延時間が増加することになってしまう。このように、異常なユーザ装置が存在する場合には、上りデータの伝送における遅延時間が増加する。

これに対して、第１の実施形態における通信システムでは、終端装置１３におけるバッファ蓄積量を帯域要求情報として端局装置１２へ通知し、端局装置１２がスケジューリング情報と各終端装置１３のバッファ蓄積量とに基づいて中継網送信許可を各終端装置１３へ送信するので、異常なユーザ装置１５からの上りデータにより発生する遅延時間の増加を抑える。図８は、第１の実施形態における通信システムにおける上り通信の一例を示すシーケンス図である。図７に示した比較例における場合と同様に、異常なユーザ装置１５がスケジューリング情報に従わすにデータ量（３０）の上りデータを送信する場合が示されている。また、図８においても括弧内の数字はデータ量を示し、以下の説明においても同様に括弧内の数字はデータ量を示す。

上位装置１１が、データ量（５０）の送信をユーザ装置１５に対して許可するスケジューリング情報を、端局装置１２と終端装置１３と下位装置１４とを介してユーザ装置１５へ通知する。端局装置１２は、スケジューリング情報を中継するとともに、端局装置１２と各終端装置１３との間の中継網における帯域割当をスケジューリング情報に基づいて行う。ユーザ装置１５は、通知されたスケジューリング情報で指示された送信待機時間が経過した後に、スケジューリング情報で示されたデータ量（５０）の上りデータを下位装置１４へ送信する。ユーザ装置１５が待機している間に、他の異常なユーザ装置１５がデータ量（３０）の上りデータを下位装置１４に送信している。端局装置１２は、ユーザ装置１５からの上りデータが終端装置１３に到着する時刻に合わせて、データ量（５０）の帯域割当を含む中継網送信許可を終端装置１３へ送信する。下位装置１４は、異常なユーザ装置１５からの上りデータ（３０）と、スケジューリング情報に従ったユーザ装置１５からの上りデータ（５０）とを受信し、終端装置１３へ出力する。終端装置１３は、上りデータ（３０）と上りデータ（５０）とを加えたデータ量（８０）の上りデータをバッファし、中継網送信許可で示されるデータ量（５０）の上りデータを端局装置１２へ送信する。また、終端装置１３は、送信されずにバッファしている上りデータのデータ量（３０）をバッファ蓄積量として含む帯域要求情報を端局装置１２へ送信する。終端装置１３から端局装置１２へ送信された上りデータ（５０）は上位装置１１へ転送される。

続いて、上位装置１１が、データ量（６０）の送信をユーザ装置１５に対して許可するスケジューリング情報を、端局装置１２と終端装置１３と下位装置１４とを介してユーザ装置１５へ通知する。端局装置１２は、スケジューリング情報を中継するとともに、端局装置１２と各終端装置１３との間の中継網における帯域割当をスケジューリング情報及び帯域要求情報に基づいて行う。ユーザ装置１５は、スケジューリング情報で指示された送信待機時間が経過した後に、スケジューリング情報で示されたデータ量(６０)の上りデータを下位装置１４へ送信する。端局装置１２は、ユーザ装置１５からの上りデータが終端装置１３に到着する時刻に合わせて、バッファ蓄積量（３０）とスケジューリング情報で許可されたデータ量（６０）とを加えたデータ量（９０）の帯域割当を含む中継網送信許可を終端装置１３へ送信する。下位装置１４は、ユーザ装置１５から受信した上りデータ（６０）を終端装置１３へ出力する。終端装置１３は、既にバッファしている上りデータ（３０）と、新たに取得した上りデータ（６０）とをバッファする。終端装置１３は、中継網送信許可で示されるデータ量（９０）の上りデータ、すなわちバッファしているすべての上りデータ（９０）を端局装置１２へ送信する。終端装置１３から端局装置１２へ送信された上りデータ（９０）は、上位装置１１へ転送される。

図８に示した第１の実施形態における通信システムでは、終端装置１３が中継網送信許可に従った送信で送信できずにバッファされた上りデータのデータ量（３０）を、帯域要求情報として端局装置１２へ通知する。端局装置１２は、終端装置１３においてバッファされているデータ量（バッファ蓄積量）を把握した上で中継網に対する次の帯域割当を行うことにより、バッファ蓄積量を含むデータ量（９０）の帯域割当を含む中継網送信許可を終端装置１３に通知することができ、終端装置１３にバッファされているすべての上りデータを送信させて遅延時間の増加を抑えることができる。

第１の実施形態における通信システムによれば、端局装置１２は、終端装置１３から通知される帯域要求情報により、終端装置１３において送信されずにバッファされている上りデータのデータ量（バッファ蓄積量）を把握することができる。端局装置１２が、上位装置１１から通知されるスケジューリング情報と、各終端装置１３のバッファ蓄積量とに基づいた中継網の帯域割当を行うことにより、終端装置１３において上りデータが定常的にバッファされることを防ぐことができ、遅延時間の増加を抑えて上りデータの低遅延での転送が可能になる。また、端局装置１２は、各終端装置１３から送信される帯域要求情報の周期性を確認することにより、終端装置１３それぞれの配下において異常なユーザ装置１５が存在する可能性を判断し、異常なユーザ装置１５が存在する可能性がある場合には上位装置１１へ通知することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態における通信システムでは、ユーザ装置１５からの上りデータの有無に拘わらず終端装置１３にバッファされている上りデータが存在する場合には、当該終端装置１３に対して中継網の帯域を割り当てる処理を要求量算出部１２４が行っていた。これに対して、第２の実施形態における通信システムでは、スケジューリング情報に従って送信される上りデータが存在する終端装置１３に対して中継網の帯域を割り当てる処理を要求量算出部１２４が行う。第２の実施形態における通信システムの構成は、図１及び図２において示した第１の実施形態における通信システムの構成と同じ構成である。第２の実施形態では、前述のように、要求量算出部１２４が行う要求量算出工程が異なる。以下に、第２の実施形態における要求量算出工程を説明する。

図９は、第２の実施形態における要求量算出部１２４が行う要求量算出工程を示すフローチャートである。要求量算出部１２４は、第１の実施形態と同様に、帯域割当周期の間隔で要求量算出工程を実行する。要求量算出部１２４は、要求量算出工程を開始すると、情報抽出部１２３により取得された無線割当情報に基づいて、帯域割当周期ごとの終端装置１３から受信する上りデータの受信予定データ量を終端装置１３ごとに算出する（ステップＳ５０１）。

要求量算出部１２４は、以下のステップＳ５０２からステップＳ５０５の処理を終端装置１３ごとに実行する。要求量算出部１２４は、次の帯域割当周期における受信予定データ量が０（ゼロ）より大きいか、すなわち受信予定の上りデータがあるか否かを判定する（ステップＳ５０２）。受信予定の上りデータがない場合（ステップＳ５０２：ＮＯ）、要求量算出部１２４は、終端装置１３に対する中継網要求量を０（ゼロ）に決定し（ステップＳ５０３）、次の終端装置１３を処理の対象とする。

ステップＳ５０２における判定において、受信予定の上りデータがある場合（ステップＳ５０２：ＹＥＳ）、要求量算出部１２４は、終端装置１３から受信した帯域要求情報から、終端装置１３におけるバッファ蓄積量を取得する（ステップＳ５０４）。要求量算出部１２４は、ステップＳ５０１において算出した上りデータの受信予定データ量と、ステップＳ５０４において取得したバッファ蓄積量とを加算し、加算結果を中継網要求量として帯域割当部１２５へ出力し（ステップＳ５０５）、次の終端装置１３を処理の対象とする。

要求量算出部１２４は、終端装置１３ごとに、ステップＳ５０２からステップＳ５０５までの処理を実行し、終端装置１３−１〜１３−Ｐそれぞれの中継網要求量を算出して出力すると、要求量算出工程を終了する。

第２の実施形態における通信システムによれば、端局装置１２が、終端装置１３の送信機会を増加させずにバッファ蓄積量に基づいて中継網の帯域を割り当てるため、上りデータの送信に係るオーバヘッドの増加を防ぎ、帯域利用効率を改善できる。上りデータの送信に係るオーバヘッドは、例えば中継網の光通信に利用するレーザのオン／オフに係る時間や、端局装置１２と終端装置１３とにおける同期に要する時間などである。

（第３の実施形態）
第１の実施形態における通信システムでは、終端装置１３においてバッファされた上りデータは、次回の帯域割当で通知される中継網送信許可に従って送信されていた。これに対して、第３の実施形態における通信システムでは、終端装置１３が中継網送信許可に従った送信で送信できなかった上りデータをバッファから破棄し、破棄したデータの総量を帯域要求情報に含めて端局装置１２へ通知する。第３の実施形態における通信システムの構成は、図１及び図２において示した第１の実施形態における通信システムの構成と同じ構成である。第３の実施形態では、前述のように、終端装置１３において送信されなかった上りデータが破棄されるので、要求量算出部１２４が行う要求量算出工程が異なる。以下に、第３の実施形態における要求量算出工程を説明する。

図１０は、第３の実施形態における要求量算出部１２４が行う要求量算出工程を示すフローチャートである。要求量算出部１２４は、第１の実施形態と同様に、帯域割当周期の間隔で要求量算出工程を実行する。要求量算出部１２４は、要求量算出工程を開始すると、情報抽出部１２３により取得された無線割当情報に基づいて、帯域割当周期ごとの終端装置１３から受信する上りデータの受信予定データ量を終端装置１３ごとに算出する（ステップＳ６０１）。

要求量算出部１２４は、終端装置１３ごとに、終端装置１３の受信予定データ量を中継網要求量として帯域割当部１２５へ出力する（ステップＳ６０２）。要求量算出部１２４は、すべての終端装置１３の中継網要求量を帯域割当部１２５へ出力すると、要求量算出工程を終了する。

第３の実施形態における通信システムによれば、終端装置１３が、バッファしている上りデータのデータ量を示す帯域要求情報を送信した後に、送信できなかった上りデータをバッファし続けずに破棄するため、次回の帯域割当における遅延時間の増加を防ぐことができる。なお、端局装置１２は、送信されなかった上りデータのデータ量、すなわち破棄される上りデータのデータ量を帯域要求情報として把握するので、第１の実施形態と同様に、異常なユーザ装置１５の存在可能性を判断できる。

前述した、第１〜第３の実施形態における通信システムによれば、異常なユーザ装置１５が存在して終端装置１３において上りデータがバッファされる場合においても、中継網の帯域割当を増加させたり、バッファされている上りデータを破棄したりすることで、次回の帯域割当における遅延時間の増加を抑えることができ、低遅延での上りデータの転送ができる。また、終端装置１３においてバッファされる上りデータのデータ量に基づいて異常なユーザ装置１５の存在可能性を判定することができる。

上述した実施形態における端局装置１２のすべて又は一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。例えば、端局装置１２が有する構成要素それぞれを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また前述のプログラムは、前述した構成要素の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した構成要素をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

異常なユーザ装置が存在する場合でも遅延時間の増加を抑えることが不可欠な用途にも適用できる。

１１…上位装置、１２…端局装置、１３，１３−１，１３−２，１３−Ｐ…終端装置、１４，１４−１，１４−２，１４−Ｐ…下位装置、１５，１５−１，１５−２，１５−Ｑ…ユーザ装置、１２１…上位送受信部、１２２…下位送受信部、１２３…情報抽出部、１２４…要求量算出部、１２５…帯域割当部、１２６…異常検出部

Claims (6)

1. 上位装置と通信可能に接続された端局装置と、前記端局装置と受動光通信網を介して接続された一つ又は複数の終端装置と、前記終端装置ごとに通信可能に接続された下位装置と、前記下位装置と無線回線を介して通信するユーザ装置と、を備える通信システムであって、
   前記端局装置は、
   前記ユーザ装置が前記上位装置へデータを送信する際の前記無線回線の割り当てに関するスケジューリング情報と、前記終端装置においてバッファされているデータであって前記上位装置へ送信するデータのデータ量とに基づいて、前記終端装置から前記端局装置への通信に用いる前記受動光通信網の帯域を割り当てる帯域割当部、を備える、
   通信システム。
2. 前記帯域割当部は、前記スケジューリング情報において前記ユーザ装置に割り当てられた前記無線回線に基づいて、当該ユーザ装置を配下に有する前記終端装置が受信するデータ量を算出し、算出したデータ量と前記終端装置にバッファされているデータのデータ量とを加算し、加算結果を前記終端装置に割り当てる前記受動光通信網の帯域とする、
   請求項１に記載の通信システム。
3. 前記帯域割当部は、前記終端装置が配下の前記ユーザ装置から受信するデータがある場合に当該終端装置に対して前記受動光通信網の帯域を割り当て、前記終端装置が配下の前記ユーザ装置から受信するデータがない場合に当該終端装置に対して前記受動光通信網の帯域を割り当てない、
   請求項２に記載の通信システム。
4. 前記終端装置は、自装置においてバッファしているデータであって前記上位装置へ送信するデータのデータ量を前記端局装置へ通知した後に、前記バッファしているデータを破棄する、
   請求項１に記載の通信システム。
5. 前記端局装置は、
   前記終端装置においてバッファされているデータのデータ量が予め定められた閾値を周期的に超過しているか否かを判定し、周期的に超過している場合、前記スケジューリング情報に従わずにデータを送信している前記ユーザ装置が存在している可能性があることを示す異常情報を前記上位装置へ送信する異常検出部、を更に備える、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の通信システム。
6. 上位装置と通信可能に接続された端局装置と、前記端局装置と受動光通信網を介して接続された一つ又は複数の終端装置と、前記終端装置ごとに通信可能に接続された下位装置と、前記下位装置と無線回線を介して通信するユーザ装置と、を備える通信システムにおける帯域割当方法であって、
   前記端局装置が、前記ユーザ装置が前記上位装置へデータを送信する際の前記無線回線の割り当てに関するスケジューリング情報と、前記終端装置においてバッファされているデータであって前記上位装置へ送信するデータのデータ量とに基づいて、前記終端装置から前記端局装置への通信に用いる前記受動光通信網の帯域を割り当てるステップ、
   を有する帯域割当方法。

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