JP4019895B2

JP4019895B2 - 通信システムおよび子局装置

Info

Publication number: JP4019895B2
Application number: JP2002316070A
Authority: JP
Inventors: 邦彦高野; 宏明向井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: JP2004153539A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケットの優先送信制御を行う通信システムおよび子局装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の通信システムでは、サービス種別に応じてポーリングの回数を調整し、優先度の高いサービス種別に対しては頻繁にポーリングを行うことにより、優先度の高いサービス種別の送信遅延を抑えようとしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−４６１９９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６６２７７号公報
【特許文献３】
特開平１１−９８１５１号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の通信システムでは、優先度の高いサービス種別に対し頻繁にポーリングを行うことにより、優先度の低いサービス種別に比べて優先度の高いサービス種別の送信遅延を抑えることができるという程度のものであり、必ずしも優先度の高いサービス種別の送信遅延を要求レベルに抑えることはできなかった。
【０００４】
本発明の目的は、優先度の高いパケットの送信遅延を確実に要求レベルに抑えることが可能な通信システムおよび子局装置を提供することである。
【０００５】
本発明は、親局装置に対し複数の子局装置から高優先パケットおよび低優先パケットを順次送信する通信システムであって、上記親局装置と上記子局装置との間のポーリング時間を所定のターゲットポーリング時間と比較し、ポーリング時間がターゲットポーリング時間以内であった場合に、子局装置から親局装置に高速優先パケットを連続して送信するとともに続けて低優先パケットを送信し、ポーリング時間がターゲットポーリング時間を超えていた場合に、子局装置から親局装置に高優先パケットを送信し低優先パケットを送信しないことを特徴とする通信システムである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成を示す機能ブロック図である。この通信システムは、親局装置１と複数の子局装置２とをスターカプラ３および光ファイバ４を介して接続することによって構成されたＰＯＮ（Passive Optical Network）システムであり、親局装置１と子局装置２との間で高優先パケットおよび低優先パケットの２種類のパケットデータを伝送するものである。
【０００７】
親局装置１は、上位のネットワークからＩＰ（Internet Protocol）パケットを受信して下位の子局装置２に向けてパケットを送信し、子局装置２から伝送されてきたパケットを上位のネットワークに送信する装置であり、ＯＬＴ（Optical Line Terminal）と呼ばれる。子局装置２は、親局装置１から伝送されてきたパケットを受信し更に下位の加入者端末に送信し、加入者端末から伝送されてきたパケットを受信し親局装置１に送信する装置であり、ＯＮＵ（Optical Network Unit）と呼ばれる。スターカプラ３は、親局装置１からの信号を複数の子局装置２への信号に分岐させ、複数の子局装置２からの信号を親局装置１に伝送させるために合流させる光受動素子である。光ファイバ４は、親局装置１と光カプラ３とを接続する光伝送路、および光カプラ３と全ての子局装置２とを接続する光伝送路である。
【０００８】
図２は、図１の親局装置１の詳細な構成を示す機能ブロック図である。親局装置１は、光電変換回路５、ＯＡＭパケット／フレーム生成回路６、ＩＰパケット終端回路７、信号検出回路８および送信許可順次割当制御回路９を備えている。
【０００９】
光電変換回路５は、電気信号から光信号に変換（Ｅ／Ｏ変換）するレーザダイオード（ＬＤ）および光信号から電気信号に変換（Ｏ／Ｅ変換）するフォトダイオード（ＰＤ）によって構成される。ＯＡＭパケット／フレーム生成回路６は、上位ネットワークから受信したＩＰパケットにＯＡＭ（Operations, Administration and Maintenance）パケットを付加して下りフレーム信号を生成する回路である。ＩＰパケット終端回路７は、子局装置２からのパケット信号を終端する回路である。信号検出回路８は、子局装置２から伝送されてきたパケット信号の受信を検出する回路である。送信許可順次割当制御回路９は、任意の子局装置２に対して下りＯＡＭパケットの送信許可情報領域に、子局装置２を特定する識別子（ＯＮＵ＿ＩＤ）を設定することで子局装置２に対して上りパケットの送信を許可し、また送信許可するパケット情報（送信許可優先パケット）を示すことで子局装置２が送信できる優先パケットを指定し、また子局装置２が送信できる送信時間を指定できる回路である。
【００１０】
図３は、図１の子局装置２の詳細な構成を示す機能ブロック図である。子局装置２は、光電変換回路１０、ＯＡＭパケット／フレーム終端回路１１、送信許可検出回路１２、オーバヘッド情報検出回路１３、パケットバッファ１４、優先パケット識別回路１５、優先振分け回路１６、低優先キュー１７、高優先キュー１８、多重化回路１９及びパケット生成／送出回路２０を備えている。
【００１１】
光電変換回路１０は、光信号から電気信号に変換（Ｏ／Ｅ変換）するＰＤ、および電気信号から光信号に変換（Ｅ／Ｏ変換）するＬＤによって構成される。ＯＡＭパケット／フレーム終端回路１１は、ＯＡＭパケットを含んで構成される下りフレーム信号を終端する回路である。送信許可検出回路１２は、下りＯＡＭパケットの送信許可情報領域に設定されている子局装置２を特定する識別子（ＯＮＵ＿ＩＤ）と自子局装置２が保持する識別子（ＯＮＵ＿ＩＤ）とを比較し、送信許可されたパケット（送信許可優先パケット）より、多重化回路１９を制御する回路である。オーバヘッド情報検出回路１３は、上りパケットの先頭に付加するオーバヘッドに関する情報である下りＯＡＭパケットのオーバヘッド情報を検出する回路である。パケットバッファ１４は、子局装置２の外部から入力される上りＩＰパケット信号を蓄積するバッファである。優先パケット識別回路１５は、子局装置２の外部から入力される上りＩＰパケット信号の優先付けを行い、優先振分け回路１６を制御する回路である。優先振分け回路１６は、優先パケット識別回路１５からの指示に従ってパケットを振分ける回路である。低優先キュー１７は、低優先（非優先）パケットを蓄積するキューである。高優先キュー１８は、高優先（優先）パケットを蓄積する高優先キューである。多重化回路１９は、高優先パケットと低優先パケットとを多重化する回路である。パケット生成／送出回路２０は、パケット送信許可情報に従ってパケット信号および上りＯＡＭパケットにオーバヘッドを付加してヘッダ付き上りパケット信号を生成する回路である。
【００１２】
図４（ａ）は通信システムの下り信号を示す図である。フレーム（下り信号）４１は、周期的に繰り返される信号単位であり、ＯＡＭパケット４２およびユーザＩＰパケット領域４３を含んだ構成となっている。ＯＡＭパケット４２は、下りフレーム４１の先頭に配置され、通信システムにおける管理のための情報を伝送するためのパケットである。ユーザＩＰパケット領域４３は、上位ネットワークから伝送されてきたＩＰパケットを親局装置１から子局装置２へ伝送するための領域であり、各子局装置２への信号を順次並べたものである。このような下り信号が、親局装置１から全ての子局装置２へ同報送信される。
【００１３】
図４（ｂ）は通信システムの上り信号を示す図である。この図では、複数の子局装置２から伝送されてきたパケットが合流した後の上り信号４４のパケット配置を例示している。先頭のパケットは、子局装置２（＃ｎ）から伝送されてきたものであり、オーバヘッド４５、ＯＡＭパケット４６及びユーザＩＰパケット領域４７で構成される。オーバヘッド４５は、各子局装置２が送信したパケット信号の先頭に付加されるものである。ＯＡＭパケット４６（＃ｎ）は、子局装置２（＃ｎ）が送信した管理情報を伝送するためのパケットである。ユーザＩＰパケット領域４７（＃ｎ）は、子局装置２（＃ｎ）が送信したＩＰパケット信号であり、親局装置１を経由して上位のネットワークへ送出されるものである。次のパケットは、子局装置２（＃ｉ）から伝送されてきたものであり、オーバヘッド４５及びユーザＩＰパケット領域４８（＃ｉ）で構成される。更にその次のパケットは、子局装置２（＃ｊ）から伝送されてきたものであり、オーバヘッド４５及びＯＡＭパケット４９（＃ｊ）で構成される。このように、上り信号には、ＯＡＭパケット及びユーザＩＰパケット領域の両方を含むものの他、ＯＡＭパケットだけを含むもの、ユーザＩＰパケット領域だけを含むものが混在する。
【００１４】
本発明に係る通信システムは、図１で説明したように、複数の子局装置２から延びた光伝送路（光ファイバ４）が光カプラ３によって親局装置１までの１本の光伝送路（光ファイバ４）に合流するような構成となっている関係上、図４（ａ）及び図４（ｂ）のようなフォーマットの信号を伝送することによって、円滑な通信を実現している。
【００１５】
図５は、図４（ａ）のフレーム４１の詳細な構成を示す図である。ＯＡＭパケットは、送信許可情報５１〜５４を含んで構成される。送信許可情報５１は、ＯＮＵ＿ＩＤであり特定の子局装置２に送信許可を与えることができる。送信許可情報５２は、送信時間であり子局装置２に送信可能な最大送信時間を通知できる。送信許可情報５３は、送信許可を与えるべきパケットの種別を示す送信許可優先パケット情報である。具体的には、コードＡの場合、高優先パケットのみの送信を許可し、コードＢの場合、低優先パケットのみの送信を許可し、コードＣの場合、「制御なし」であり子局装置２の送信制御に任せる。子局装置２の送信制御とは、すなわち送信時間内に、まず高優先パケットを送信し、続いて低優先パケットを送信するものである。送信許可情報５４は、予め定められたターゲットポーリング時間であり、送信時間情報の替わりに使用し、子局装置２に対して送信時間を指定するものである。
【００１６】
また、ユーザＩＰパケット領域は、アイドルシグナル５５，５７，５９及びユーザＩＰパケット５６、ユーザＩＰパケット５８、ユーザＩＰパケット６０を含んで構成される。アイドルシグナル５５，５７，５９は、パケット信号間に補間される信号である。
【００１７】
図６は、比較例として高優先パケット及び低優先パケットの配置を示す図である。図６（ａ）では、各子局装置（ＯＮＵ）２の低優先パケットであるデータパケットのトラヒックが小さく、次の上りデータ送信契機までの時間が短いが、図６（ｂ）では、各子局装置（ＯＮＵ）２の低優先パケットのトラヒックが大きく、次の上りデータ送信契機までの時間が長くなる。すなわち、ＯＮＵ＃１からＯＮＵ＃ｎまでの送信が一巡するまでの期間（一巡期間）が長くなる。このように、各子局装置２の低優先パケットの長さに依存して一巡期間が長くなると、音声パケット等の高優先パケットについて遅延が拡大し、通信品質が低下する。
【００１８】
図７は、本発明に係る高優先パケット及び低優先パケットの配置を示す図である。一巡期間において、まず親局装置１に対し子局装置２（ＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃ｎ）から高優先パケットを順次送信し、全ての子局装置２が送信し終えてから一巡期間が終了するまでの間に、親局装置１に対し子局装置２から低優先パケットを順次送信する。
【００１９】
このような送信制御により、本発明の子局装置２は、高優先パケットである音声パケットを連続して送信する動作モードを有しているといえる。すなわち、一巡期間の前半における送信動作が、高優先パケットを連続送信する動作モードに相当する。このように、低優先パケットであるデータパケットの送信を後回しにして、高優先パケットを連続送信することにより、一巡期間の拡大を抑制することができ、高優先パケットの遅延を要求レベルに抑えることができる。
【００２０】
また、図７では、まず高優先パケットの送信を済ませてから一巡期間が終了するまでの残余の時間に、低優先パケットを送信し、一巡期間の終了とともに低優先パケットの送信を打ち切るため、一巡期間の拡大を確実に抑制できる。
【００２１】
図７の送信動作を実現するためには、親局装置１において、図５のＯＡＭパケット内の送信許可優先パケット情報を指定することにより、一巡期間の前半に高優先パケットのみの送信許可を与え、一巡期間の後半に低優先パケットのみの送信許可を与えなければならない。このように送信許可を与えることによって、高優先パケットの遅延を確実に要求レベルに抑えることができる。ここでいう要求レベルとは、たとえば、高優先パケットが音声パケットである場合には、音声パケットが最終的に途切れなく再生されるための遅延のレベルである。
【００２２】
なお、本発明の通信システムでは、図７に示す一巡期間の長さ設定を自在に変更することが可能である。このため、システム構築に合わせて一巡期間を調整することが可能である。
【００２３】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る通信システムの構成は、図１〜図３に示した実施の形態１のものと同じであるため、説明を省略する。同様に、実施の形態２に係る通信システムの下り信号は、図４に示した実施の形態１のものと同じであり、上り信号は、図５に示した実施の形態１のものと同じであるため、説明を省略する。実施の形態２では、実施の形態１と異なる点は、図７のような送信制御の代わりに図８及び図９に示す送信制御を行う点であり、次に詳しく説明する。
【００２４】
図８は、本発明の実施の形態２に係る非輻輳時の送信制御を示す図である。実施の形態２の通信システムでは、ポーリング時間（図７の一巡期間に相当する）を固定とせず、通信帯域に余裕があればポーリング時間を短くすることができるものとする。ただし、ポーリング時間が長くなり過ぎることを防止するために、親局装置１は、ポーリング時間の目標値として所定のターゲットポーリング時間を予め設定しておく。
【００２５】
こうした前提のもとで、親局装置１は子局装置２に対し、下りＯＡＭパケットを用いてターゲットポーリング時間を通知するとともに、送信許可優先パケット情報としてコードＣ（制御なし）を通知する。子局装置２の送信許可検出回路１２では、タイマを内蔵しており、前回の送信許可時刻にターゲットポーリング時間を加算して次回予想の送信許可時刻を算出しておき、次の送信許可（今回の送信許可）が実際に到着した時刻と比較する。これは、ポーリング時間をターゲットポーリング時間と比較することと同じである。図８は、ポーリング時間がターゲットポーリング時間以下である場合、すなわち非輻輳時の動作を図示するものである。この場合、子局装置２が今回予想の送信許可時刻までの間、高優先パケットを送信し、続いて低優先パケットを送信し続ける。
【００２６】
図９は、本発明の実施の形態２に係る輻輳時の送信制御を示す図である。図９は、図８とは逆にポーリング時間がターゲットポーリング時間を超えた場合、すなわち輻輳時の動作を図示するものである。この場合、子局装置２の送信許可検出回路１２は高優先パケットのみを送信する制御を行う。
【００２７】
したがって、図９の送信制御を行う場合、高優先パケットを連続送信することなるため、図９のような状態は高優先パケットを連続送信する動作モードといえる。このように、低優先パケットの送信を後回しにして、高優先パケットを連続送信することにより、ポーリング時間（一巡期間）の拡大を抑制することができ、高優先パケットの遅延を要求レベルに抑えることができる。
【００２８】
また、高優先パケットに続けて低優先パケットを送信する図８の送信制御を基本とするので、各子局装置２毎の送信レートのばらつきを最小限に抑えることができる。
【００２９】
また、ポーリング時間をターゲットポーリング時間と比較する比較手段を、子局装置２に設けたため、親局装置１に集中する処理の負荷を分散できる。
【００３０】
実施の形態３．
上述した実施の形態２では、各子局装置２が、タイマを持ち、ポーリング時間をターゲットポーリング時間と比較していたが、実施の形態３は、親局装置１がタイマを有し、ポーリング時間とターゲットポーリング時間との比較も行うものである。
【００３１】
具体的には、親局装置１の送信許可順次割当制御回路９が、タイマを内蔵しており、前回の子局装置２に対する送信許可時刻に、ターゲットポーリング時間を加算して次の送信許可時刻（今回の送信許可時刻）を算出する。続いて、送信許可順次割当制御回路９は、今回実際の送信許可時刻と今回予想の送信許可時刻とを比較、すなわちポーリング時間とターゲットポーリング時間とを比較する。
【００３２】
図８に示すように、ポーリング時間がターゲットポーリング時間以下であった場合（非輻輳時）、その時間差分を子局装置２に対して、下りＯＡＭパケット内の送信時間情報として通知する。また、送信許可優先パケット情報として、コードＣ（制御なし）を子局装置２に通知する。これらの通知を受けた子局装置２は、与えられた送信時間の間、高優先パケットを送信し、続いて低優先パケットを送信し続けることができる。
【００３３】
一方、図９に示すように、ポーリング時間がターゲットポーリング時間を超えた場合（輻輳時）、送信許可優先パケット情報として、コードＡ（高優先パケットのみ）を子局装置２に通知する。この通知を受けた子局装置２は、高優先パケットのみの送信を実行することができる。
【００３４】
したがって、高優先パケットが連続送信される動作モードを有している点、および図８の送信制御を基本とする点は、実施の形態２と同じであるため、その効果についても同じである。
【００３５】
また、実施の形態３では、ポーリング時間をターゲットポーリング時間と比較する比較手段を、親局装置１に設けたため、上りパケットの優先送信制御を親局装置１で一括して集中管理することができる。
【００３６】
なお、実施の形態１〜３では、優先順位を高優先および低優先の２段階としたが、３段階以上とすることも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳説したように、本発明によれば、子局装置が高優先パケットを連続送信する動作モードを有するので、低優先パケットであるデータパケットの送信を後回しにして、高優先パケットを連続送信することにより、高優先パケットの遅延を要求レベルに抑えることができる。このことは、低遅延が要求されるVoIP(Voice over Internet Protocol)データ等を通信するインタフェースを有する通信システムにおいて、極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の親局装置１の詳細な構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図１の子局装置２の詳細な構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図４（ａ）は、通信システムの下り信号を示す図であり、図４（ｂ）は、通信システムの上り信号を示す図である。
【図５】図４（ａ）のフレーム４１の詳細な構成を示す図である。
【図６】比較例として高優先パケット及び低優先パケットの配置を示す図である。
【図７】本発明に係る高優先パケット及び低優先パケットの配置を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る非輻輳時の送信制御を示す図である。
【図９】実施の形態２に係る輻輳時の送信制御を示す図である。
【符号の説明】
１親局装置（ＯＬＴ）、２子局装置（ＯＮＵ）、３スターカプラ、４光ファイバ、５光電変換回路、６ＯＡＭパケット／フレーム生成回路、７ＩＰパケット終端回路、８信号検出回路、９送信許可順次割当制御回路、１０光電変換回路、１１ＯＡＭパケット／フレーム終端回路、１２送信許可検出回路、１３オーバヘッド情報検出回路、１４パケット・バッファ、１５優先パケット識別回路、１６優先振分け回路、１７低優先キュー、１８高優先キュー、１９多重回路（ＭＵＸ）、２０パケット生成／送出回路、２１下りＩＰパケット入力信号、２２上りＩＰパケット出力信号、２３制御情報、２４ＯＡＭパケット情報、２５下りフレーム信号、２６ヘッダ付き上りパケット信号、２７パケット検出信号、３０下りフレーム信号、３１ＯＡＭパケット情報、３２オーバーヘッド情報、３３バッファ制御信号、３４送信許可情報、３５優先度順切替え信号、３６優先振分け信号、３７上り高優先パケット、３８上り低優先パケット、３９ヘッダ付き上りパケット信号、４１下り信号、４２下りＯＡＭパケット、４３ユーザＩＰパケット領域、４４上り信号、４６上りＯＡＭパケット（＃ｎ）、４７上りユーザＩＰパケット領域（＃ｎ）、４８上りユーザＩＰパケット領域（＃ｉ）、４９上りＯＡＭパケット（＃ｊ）、５１ＯＮＵ−ＩＤ、５２送信時間、５３送信許可優先パケット、５４ターゲットポーリング時間、５５，５７，５９アイドルシグナル、５６，５８，６０ユーザＩＰパケット。

Claims

親局装置に対し複数の子局装置から高優先パケットおよび低優先パケットを順次送信する通信システムであって、上記親局装置と上記子局装置との間のポーリング時間を所定のターゲットポーリング時間と比較し、ポーリング時間がターゲットポーリング時間以内であった場合に、子局装置から親局装置に高速優先パケットを連続して送信するとともに続けて低優先パケットを送信し、ポーリング時間がターゲットポーリング時間を超えていた場合に、子局装置から親局装置に高優先パケットを送信し低優先パケットを送信しないことを特徴とする通信システム。
子局装置が、ポーリング時間をターゲットポーリング時間と比較する比較手段を有することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
親局装置が、自装置へのパケット送信を許可するための送信許可パケットを子局装置に送信し、上記子局装置が、親局装置から受信した送信許可パケットに従って、高優先パケットおよび低優先パケットを親局装置に送信する通信システムであって、上記親局装置は、ポーリング時間をターゲットポーリング時間と比較する比較手段を有し、ポーリング時間がターゲットポーリング時間以内であった場合に、高優先パケットの送信および低優先パケットの送信を許可する送信許可パケットを子局装置に送信し、ポーリング時間がターゲットポーリング時間を越えていた場合に、高優先パケットの送信を許可し低優先パケットの送信を許可しない高優先送信許可パケットを子局装置に送信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。