JP3805335B2 - イーサネット（登録商標）受動型光加入者網におけるマルチポイントゲーティングコントロールブロック及びその方法 - Google Patents

イーサネット（登録商標）受動型光加入者網におけるマルチポイントゲーティングコントロールブロック及びその方法 Download PDF

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Description

本発明はイーサネット(登録商標；以下同じ)受動型光加入者網に関し、特にイーサネット受動型光加入者網構造におけるＯＬＴと多数のＯＮＵとの間の効果的なマルチポイントゲーティングコントロール(Multi-point Gating Control)方法に関する。
現在、ギガビットイーサネット及びＡＴＭ ＰＯＮ用ＭＡＣ(Media Access Control)技術は既に標準化が終了し、その内容はＩＥＥＥ ８０２．３ｚ及びＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８３．１に記述されている。ＰＯＮ(Passive Optical Network)形態ではＡＴＭ−ＰＯＮが先ず標準化されたが、ＡＴＭ−ＰＯＮは、ＡＴＭセルを一定の大きさに区分したフレーム形態で上、下向き伝送が遂行され、ツリー形態のＰＯＮ構造においてＯＬＴ(Optical Line Termination)は、そのフレーム内に各ＯＮＵ(Optical Network Unit)に配分される下向きセルを適切に挿入するようになる。
図１は一般的な受動型光加入者網の物理的網構造を示している。
図１に示したように、受動型光加入者網は一つのＯＬＴ１００と、このＯＬＴ１００に接続される少なくとも一つのＯＮＵ１１０−１〜１１０−３とで構成される。ＯＮＵ１１０−１〜１１０−３にはそれぞれ少なくとも一つの使用者(End User、ネットワーク装置)１２０−１〜１２０−３が接続され得る。使用者１２０−１〜１２０−３が伝送するデータ１３１〜１３３がＯＮＵ１１０−１〜１１０−３を経てＯＬＴ１００に伝送される。
上向き伝送の場合、ＴＤＭ(Time Division Multiplexing)方式で各ＯＮＵのデータはアクセスされるが、受動素子であるＯＤＮ(Optical Distribution Network)ではrangingという方法を通じてデータが衝突しないようにされる。言い換えれば、上向き伝送時には各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−３のデータがマルチプレクシングされＯＬＴ１００に伝送され、下向き伝送時には、ＯＬＴ１００がブロードキャスティングするデータを受信したＯＮＵ１１０−１〜１１０−３(以下、複数のＯＮＵを通称して１１０−Ｎとする)が、当該データのうち自分が受信するデータのみを選択して受信する。
このために、上、下向きフレームには一定間隔でメッセージを送受信することができる専用ＡＴＭセル、または一般ＡＴＭセル内にフィールドが設けられている。インターネット技術が発達するにつれて加入者側ではより多くの帯域幅を要求するようになり、帯域幅に制限があり、かつＩＰパケットをsegmentation（分割）すべきＡＴＭ技術よりは、相対的に安価であり、高い帯域幅を確保することができるギガビットイーサネットでend to end伝送を目標とするようになってきている。従って、加入者網のＰＯＮ構造でも、ＡＴＭではなくイーサネット方式が要求されている。現在、このようなＥＰＯＮ標準化はＩＥＥＥ８０２．３ａｈのＥＦＭ(Ethernet in the First Mile)で進行中である。
このようなＥＰＯＮは、既存のイーサネット基盤のネットワークとは異なり、点対点(point-to-point)構造でなく点対多点(point-to-multipoint)構造を有していることが特徴である。従って、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈのDraft v１．０ではMasterであるＯＬＴがＯＮＵそれぞれを効率的に管理できるように仮想ＭＡＣ構造を有する概念が導入された。
図２はＥＰＯＮ標準でのＯＬＴのｖＭＡＣ構造を示した図である。
図２を参照すると、既存のＭＡＣとは異なり、一つのＭＡＣが多数個の仮想ＭＡＣ(virtual MAC)に分けられており、これはＯＮＵそれぞれにマッピングされ動作する。即ち、ＲＳ(Reconcil Sublayer)でフレームを受けると、ＬＬＩＤ(Logical Link ID)を確認した後、これに該当するｖＭＡＣにsplit（分離）され、上位layer（階層）に伝達されるものである。ｖＭＡＣは実現時、一つのＭＡＣとして具現されるか否かが実施(implementation)に応じて変わるようになる。
この場合、多数個のＭＡＣを管理し制御する機能だけではなく、ＥＰＯＮのＭＰＣＰ(Multi Point Control Protocol)を実現するＯＭＰ(Optical Multi Point)機能ブロックがＭＡＣコントロールlayerで遂行される。従ってＩＥＥＥ８０２．３ａｈではこれをマルチポイントＭＡＣコントロールと名付けた。ＯＭＰ機能ブロックは、既存のＭＡＣコントロールで実行されるFlow controlとＭＰＣＰ機能であるGate processing, Report processing, Discovery processingを遂行する機能で構成されている。
一方、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈで進行中であるＥＰＯＮ標準化では、多数個のＭＡＣクライアントがそれぞれの論理的、または物理的ＭＡＣを通じて一つのＰＨＹ、または一つの物理的ポートにフレームを伝送しようとすると、それぞれの論理的、または物理的ＭＡＣへフレームを伝送することができる時を知らせるコントロールブロックが必要になる。もし、多数個の論理的、または物理的ＭＡＣが同時にフレームを伝送すると、これらＭＡＣが共有するＰＨＹ、または物理的ポートで衝突が発生すると思われる。
現在、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈＥＰＯＮ標準化では、このようなＭＡＣの衝突を防ぐために、これを制御するためのマルチプレキシシング（Muxing）コントロールということを提案している。基本的な動作原理は、各論理的または物理的 ＭＡＣへTransmit Enableのような信号を与えて、それぞれのＭＡＣがいつ、どのくらいフレームを伝送できるかをコントロールするものである。
図３は多数個のＭＡＣクライアントが一つの物理ポートにフレームを伝送する場合を説明するための図である。
図３を参照すると、マルチプレキシングコントロール２３０は多数個の論理的(Logical)または物理的(Physical)ＭＡＣへいつ、どのくらいフレームを伝送(Transmit)することができるかを制御することができる。しかし、図３に符号２０４で示す論理的、または物理的ＭＡＣが伝送エネイブル信号(transmit Enable Signal)のオン(ON)でフレーム伝送をしている最中に、ＭＡＣ２０４の伝送エネイブル信号がオフ(Off)され、論理的または物理的ＭＡＣ２１４の伝送エネイブル信号がオンになると、ＭＡＣ２０４が伝送しているフレームとＭＡＣ２１４が伝送し始めたフレームとの間に衝突が発生するか、衝突を避けるためにＭＡＣ２０４が伝送しているフレームの伝送をストップしなくてはならない。これによって従来標準技術では、フレーム伝送中、フレームの衝突やフレームのロス(Loss)が発生する可能性がある。
このような構造では、ＭＡＣだけではなくＭＡＣクライアントも多数個に分けられているので、ＭＡＣクライアントからＭＡＣにフレームを伝送する時、一度に一つのフレームのみが伝送され得るように制御するメカニズムが必要である。しかし、現在のDraftではこれに対してどのような定義も出されていない。
上記問題点を解決するための本発明の目的は、論理的又は物理的なＭＡＣ構造に応じて多数個のＭＡＣentity（実体）を管理する多重（multiple）ＭＡＣ構造で、多数のＭＡＣクライアントからのフレーム伝送時、一度に一つのフレームのみが伝送され得るように同期(synchronization)問題を解決することができる制御メカニズムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、伝送進行中状態変数(transmission_in_progress)なる信号を追加することにより、フレーム伝送時のフレーム衝突や損失をなくすことができるように、マルチポイントゲーティングコントロールブロック及び方法を提供することにある。
このような目的を達成するために本発明は、複数のＭＡＣクライアントと、これら複数のＭＡＣクライアントに対応しデータ伝送のためのフレームを形成するための複数のＭＡＣと、を設けたイーサネット受動型光加入者網で、ＭＡＣクライアントとＭＡＣとの間のデータ伝送を制御するためのＭＡＣコントロールブロックにおいて、複数のＭＡＣクライアントと複数のＭＡＣとの間にそれぞれ接続されＭＰＣＰ(Multi Point Control Protocol)を実行するための複数のＯＭＰ(Optical Multi Point)ブロックと、このＯＭＰブロックのうちいずれか一つのＯＭＰブロックがデータを伝送している時に残りのＯＭＰブロックがデータを伝送しないように制御するマルチポイントゲーティングコントロールブロックと、を含むことを特徴とする。
マルチポイントゲーティングコントロールブロックは、各ＭＡＣクライアントに連結されたＯＭＰブロックからそれぞれ伝送進行中状態変数を提供されて各ＭＡＣクライアントの伝送状態を判断し、ＯＭＰブロックに伝送エネイブル状態変数を提供して各ＭＡＣクライアントのデータ伝送を制御するものとすることができる。さらに、マルチポイントゲーティングコントロールブロックは、伝送開始と終了を知らせるタイマーを駆動して伝送エネイブル状態変数の値を判断し、この値を該当ＯＭＰブロックに伝達して伝送機会を提供するものとすることができる。
また、本発明は、イーサネット受動型光加入者網で、ＭＡＣクライアントとＭＡＣとの間のデータ伝送を制御するためのＭＡＣコントロールブロックにおけるマルチポイントゲーティングコントロール方法において、各ＭＡＣクライアントに連結されたＯＭＰブロックからそれぞれ伝送進行中状態変数を提供されて各ＭＡＣクライアントの伝送状態を判断する段階と、ＯＭＰブロックに伝送エネイブル状態変数を提供して各ＭＡＣクライアントのデータ伝送を制御する段階と、を含むことを特徴とする。この方法では、伝送開始と終了を知らせるタイマーを駆動して伝送エネイブル状態変数の値を判断し、この値を該当ＯＭＰブロックに伝達して伝送機会を提供する段階をさらに含むことができる。
本発明は、論理的又は物理的なＭＡＣ構造に応じて多数個のＭＡＣentityを管理するmultipleＭＡＣ構造で、多数のＭＡＣクライアントからのフレーム伝送時、一度に一つのフレームのみが伝送され得るように同期問題を解決することができる制御メカニズムを提供する。また、本発明は従来技術の問題点を解決するために、伝送進行中状態変数(transmission_in_progress)の信号を従来の方式に追加することにより、フレーム伝送時、フレームの衝突や損失(Loss)をなくすことができる。
以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
図４は本発明に従うマルチポイントゲーティングコントロールブロックとＯＭＰブロックを示したブロック図である。
図４を参照すると、多数の論理的又は物理的ＭＡＣ（以下、ＭＡＣと称す）とＭＡＣクライアントが、MA_data．request, MA_data．indication, MA_control．request, MA_control．indicationで示される既存の８０２．３サービスによりインターフェースされている。これらはマルチポイントＭＡＣ コントロール layer３００のＯＭＰブロック３２０，３２２で連結されている。
本発明ではこれにマルチポイントゲーティングコントロール(Multipoint Gaiting Control)機能ブロックを定義する。このマルチポイントゲーティングコントロール機能ブロックでは伝送エネイブル状態変数(transmit Enable[i] state variable)と伝送進行中状態変数(transmission_in_progress[i] state variable)を設定することにより、各ＯＭＰブロックを制御する方式を提案する。各状態変数(state variable)における[i]が示すインデックスは各ＭＡＣに連結されることを意味する。
マルチポイントゲーティングコントロール３３０は、各ＭＡＣクライアントに連結されたＯＭＰ３２０，３２２に伝送エネイブル状態変数(transmit Enable[i] state variable)を提供してＭＡＣクライアント３１０，３１２がフレームを伝送することを制御する。また、マルチポイントゲーティングコントロール３３０は、各ＭＡＣクライアントに連結されたＯＭＰ３２０，３２２から伝送進行中状態変数(transmission_in_progress[i] state variable)を提供され、ＭＡＣクライアント３１０，３１２がフレーム伝送中であることを判断して他のＭＡＣクライアント３１０，３１２がフレーム伝送できないように制御する。
ここで、伝送エネイブル状態変数(transmit Enable[i])は、リターン(return)値がブーリアン(Boolean)値で表示されるが、Trueである場合、該当ＭＡＣ３４０，３４２にＭＡＣクライアント３１０，３１２からデータ伝送ができるように伝送経路(transmit path)を開通するとの意味であり、Falseである場合、該当ＭＡＣ３４０，３４２にＭＡＣクライアント３１０，３１２からデータ伝送できないように伝送経路を閉鎖するとの意味である。また、この状態変数(state variable)の値は全体でただ一つがTrueであり、一度に一つのＭＡＣのみ経路が開通し得るようにする。
伝送進行中状態変数(transmission_in_progress[i] state variable)は現在ＭＡＣが伝送中である状態かどうかを示す。伝送進行中状態変数もリターン値がブーリアン値で表示されるが、Trueであると、現在伝送中であるフレームがあるとの意味であり、Falseであると、伝送中であるフレームがないとの意味である。
図４でレーザーコントロール(Laser Control)状態変数はＭＡＣと物理的layerに影響を与える状態変数(state variable)で、バーストモード(Burst mode)で動作するＥＰＯＮのレーザー(laser)を制御するために、フレームが伝送される場合、レーザー(laser)に信号を送ってレーザー(laser)をターンオン／ターンオフ(turnon/off)させる制御をするためのものである。これは基本的にＯＬＴの場合は常にＯＮ値を有することが基本値である。
図５は図４で提案したマルチポイントゲーティングコントロールブロック３３０のみを示したものである。
マルチポイントゲーティングコントロールブロック３３０は、伝送エネイブル状態変数(transmit Enable[i] statevariable)と伝送進行中状態変数(transmission_in_progress[i] state variable)を設定することにより、各ＯＭＰブロックを制御する。ここでｉは前述したように、ＭＡＣを識別する。例えば、マルチポイントゲーティングコントロールブロック３３０は伝送エネイブル状態変数を利用して所定のＭＡＣ(２)にＭＡＣクライアントからデータ伝送するように指示した後、ＭＡＣ(２)から現在ＭＡＣが伝送中である状態かどうかを示す伝送進行中状態変数(transmission_in_progress[i] state variable)を提供される。マルチポイントゲーティングコントロールブロック３３０はＭＡＣ(２)からの伝送進行中状態変数を参照して、ＭＡＣ(１)にＭＡＣクライアントからデータ伝送するかどうかを示す伝送エネイブル状態変数(transmitEnable[i] state variable)を提供して、ＭＡＣ(１)のＭＡＣクライアントがフレームを伝送できるか否かを知らせる。

図６はマルチポイントゲーティングコントロールブロックの状態図(state diagram)の一例を示す。先ず、これを構成する変数の定義は次の通りである。
マルチポイント伝送エネイブル状態変数(multipoint_transmit Enable state variable)はＭＡＣクライアントのいずれか一つでもデータ伝送を要求すると、True値を有し、ＭＡＣクライアントからのデータ伝送要求がない場合、False値を有する。
マルチポイント伝送進行中状態変数(multipoint_transmission_in_progress state variable)は伝送進行中状態変数(transmission_in_progress[i])のいずれか一つでもTrueされている場合、True値を有し、Trueである値を有する伝送進行中状態変数(transmission_in_progress[i])がない場合、False値を有する。
伝送開始状態変数(Tx_start[i])と伝送中止状態変数(Tx_stop[i])はそれぞれのタイマー(timer)の入力値を示す値であり、timeout(Tx_start[i])はＯＭＰ[i]が伝送を開始するする時刻を示し、timeout(Tx_stop[i]))は伝送を中止する時刻を示す関数である。
図６を参照すると、先ずＯＮＵ(Optical Network Unit)の装置がパワーアップ(Power-up)されるか、リセット(Reset)されて、ビギン状態(BEGIN STATE)から段階４００で待機状態(WAIT state)になる。待機状態(WAIT state)ではレーザーコントロールがOff状態である。そして、一つまたは多数の伝送エネイブル信号(transmit Enalbe signal)がtrueになると、段階４１０に進行してレーザーコントロールがレーザーターンオン(TURN LASER ON state)になる。即ち、待機状態でいずれか一つのＯＭＰでも伝送機会が与えられるマルチポイント伝送エネイブル状態変数が真(multipoint_transmit Enable=True)になると、レーザーターンオン状態(TURN LASER ON state)に遷移する。
段階４１０のレーザーターンオン状態(TURN LASER ON state)ではレーザーコントロールをON状態にし、現在の論理的または物理的ＭＡＣにおける伝送進行中状態信号(transmission_in_progress signal)のfalseを確認した後、ＯＭＰ[j]の伝送開始点を知らせるタイムアウト(Timeout(TX_start[j]))が発生すると、段階４２０のＯＭＰ[j]伝送エネイブル状態(ＯＭＰ[j]TRANSMISSION ENABLE state)に進行する。
段階４２０のＯＭＰ[j]伝送エネイブル状態(ＯＭＰ[j]TRANSMISSION ENABLE state)では、伝送エネイブル状態変数(transmit Enalbe[j])がONであることを確認し、伝送進行中状態変数(transmission_in_progress[j])をフレーム伝送のtrueにする。この状態でＯＭＰ[j]はフレームを伝送することができる。すなわち、現在伝送するフレームがなく、ＯＭＰ[j]が伝送を開始する時点になると、エネイブル状態(ENABLE state)になり伝送エネイブル状態が真(transmit Enable[j]=True)に設定される。この信号は図４のように該当ＯＭＰブロックに伝達され、これは該当ＭＡＣクライアントがフレーム伝送をすることができる機会を獲得したことを意味する。
この状態で伝送進行中状態変数の偽(transmission_in_progress=false)がＯＭＰブロック側に伝達されると、さらに始めに戻る。
ＯＭＰ[j]の伝送終了時点を知らせるタイムアウト(Timeout(TX_stop[j]))が発生すると、段階４３０のＯＭＰ[j]伝送ディスエイブル状態(ＯＭＰ[j]TRANSMISSION DISABLE state)に遷移する。段階４３０のＯＭＰ[j]伝送ディスエイブル状態(ＯＭＰ[j]TRANSMISSION DISABLE state)では伝送エネイブル状態変数(transmit Enalbe[j])がオフであることを確認する。もし、まだ伝送中であるフレームがある場合は、伝送進行中状態変数(transmission_in_progress[j])がtrue状態であるので、フレーム伝送完了まで待機し、そのフレームが完全に伝送されて伝送進行中状態変数(transmission_in_progress[j])がfalseになった後、段階４４０のＯＭＰ[j]伝送完了状態(ＯＭＰ[j]TRANSMISSION COMPLETE state)に進行する。これは、タイムアウトになっても現在伝送中であるフレームの伝送を完了した後、状態遷移をするためである。この状態図でタイマーの具体的な値は上位階層(layer)から伝達される値であり、その具体的な値は説明するまでもない。
図７はマルチポイントゲーティングコントロールブロックの状態図(state diagram)の他の例を示す。
図７は図６の段階４３０からＯＭＰ[j]伝送完了状態(ＯＭＰ[j]TRANSMISSION COMPLETE state)を通過しないで、すぐレーザーターンオン状態(TURN LASERON state)５１０に進行する場合を示す。レーザーターンオン状態(TURN LASER ON state)で、もし全ての伝送エネイブル信号(transmit Enalbe signal)がオフ状態である場合は、段階５００の待機状態(WAIT state)に進行して、レーザーコントロールをオフにする。
一般的な受動型光加入者網の物理的網構造を示した図。 ＥＰＯＮ標準でのＯＬＴのｖＭＡＣ構造を示した図。 多数個のＭＡＣクライアントが一つの物理ポートにフレームを伝送する場合を説明するための図。 本発明に従うマルチポイントゲーティングコントロールブロックとＯＭＰブロックを示したブロック図。 図４で提案したマルチポイントゲーティングコントロールブロックのみを示した図。 本発明のマルチポイントゲーティングコントロールブロックの状態図(state diagram)の一例。 本発明のマルチポイントゲーティングコントロールブロックの状態図(state diagram)の他の例。

Claims (4)

  1. イーサネット（登録商標）受動型光加入者網で、ＭＡＣクライアントと論理的又は物理的なＭＡＣとの間のデータ伝送を制御するためのＭＡＣコントロールブロックにおいて、
    複数の前記ＭＡＣクライアントと複数の前記論理的又は物理的なＭＡＣとの間にそれぞれ接続され、ＭＰＣＰを実行するための複数のＯＭＰブロックと、
    前記ＯＭＰブロックのうちいずれか一つのＯＭＰブロックがデータを伝送している場合に、残りのＯＭＰブロックがデータを伝送しないように選択的に制御するマルチポイントゲーティングコントロールブロックと、を含み、
    前記マルチポイントゲーティングコントロールブロックは、各ＭＡＣクライアントに連結されたＯＭＰブロックから提供される各伝送進行中状態変数に基づいて前記各ＭＡＣクライアントの伝送状態を判断し、前記ＯＭＰブロックに伝送エネイブル状態変数を提供して前記各ＭＡＣクライアントのデータ伝送を制御することを特徴とするＭＡＣコントロールブロック。
  2. マルチポイントゲーティングコントロールブロックは、伝送開始と終了を知らせるタイマーを駆動して伝送エネイブル状態変数の値を判断し、この値を該当ＯＭＰブロックに伝達して伝送機会を提供することを特徴とする請求項１に記載のＭＡＣコントロールブロック。
  3. イーサネット受動型光加入者網で、ＭＡＣクライアントと論理的又は物理的なＭＡＣとの間のデータ伝送を制御するためのＭＡＣコントロールブロックにおけるマルチポイントゲーティングコントロール方法において、
    前記各ＭＡＣクライアントに連結されたＯＭＰブロックから提供される各伝送進行中状態変数に基づいて前記各ＭＡＣクライアントの伝送状態を判断する段階と、
    前記ＯＭＰブロックに伝送エネイブル状態変数を提供して前記各ＭＡＣクライアントのデータ伝送を制御する段階と、を含むことを特徴とするマルチポイントゲーティングコントロール方法。
  4. 伝送開始と終了を知らせるタイマーを駆動して伝送エネイブル状態変数の値を判断し、この値を該当ＯＭＰブロックに伝達して伝送機会を提供する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のマルチポイントゲーティングコントロール方法。
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