JP4188368B2 - イーサネット受動光加入者網(EPON)においてQoS保障のための帯域割当装置及び方法 - Google Patents

イーサネット受動光加入者網(EPON)においてQoS保障のための帯域割当装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明はイーサネット受動光加入者網(Ethernet Passive Optical Access Network:EPON)に関することとして、特に一つの光終端装置(Optical Line Terminal:OLT)に多数の光加入者装置(Optical Network Unit:ONU)が連結されたEPONにおいて多数のONUに対し上向データの伝送のための帯域幅を割り当てる装置及び方法に関する。
一般的に、加入者網(Access Network)とは中央基地局(Central Office:CO)、電波中継所(Head−End)またはPOP(Point−of−Presence)等のサービス提供者とサービスの提供を受ける加入者との間に位置する通信区間を称する。
現在、加入者網としては低速データ及び陰性を主としたデータを処理する電話線基盤のADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)/VDSL(Very high−data rate Digital Subscriber Line)のようなxDSL網及び光/同軸混合網のケーブル放送網(Hybrid Fiber Coaxial:HFC)等が主に使用されている。しかし最近、超高速インターネット、高速LAN(Local Area Network)及びホームネットワークの発展に伴い陰性とデータ、マルチメディアストリーミング等の多様なアプリケーション(application)の登場により加入者網の帯域幅要求量が急激に増加しつつあり、既存の電話線を利用するxDSL網と同軸ケーブルを利用するケーブル放送網(HFC)等では急激に増加する加入者網帯域幅要求を受容することが不可能となった。
このように、最近VOD、CATV、HDTV等のような多様なサービスが爆発的に増加しておりインターネットトラフィックの高速化及び通信と放送が融合される光帯域統合網(Broadband Convergence Network:BCN)環境において光線路を利用する加入者網が注目されている。特に受動光加入者網(Passive Optical Network:PON)は通信網の技術的、経済的、進化的側面からFTTx(Fiber To The x)のための最も適した代案として長い間認識されて来た。
PON技術は初期にATM(Asynchronous Transfer Mode)網を対象として開発されたが、ATM技術を利用したAPON(ATM PON)は複雑性、高費用、イーサネット(Ethernet)基盤の加入者トラフィック増加及びビデオサービス受容の難しさ等の様々な理由から広く使用されることが不可能であった。最近はIEEE802.3ah EFM(Ethernet in the First Mile)タスクフォース(Task Force)を中心にEPON(Ethernet PON)に対する標準化が完了された状態である。
上記EPON技術はイーサネットフレームを加入者と中央基地局(Central Office:CO)との間の受動形光線路からプロトコル変換無しで伝送するため、既存の電話線及び銅線基盤の網に比べ価格競争力まで有しているため最近多くの研究開発が行われており、複数のチップ業者がEPON標準を遵守するチップを生産している。特に最近になってEPONを利用した光加入者網が幅広く拡散されている流れである。
図1は一般的なイーサネット受動光加入者網(EPON)において上向及び下向データを伝送する構造及び動作原理を示す図面である。
図1に図示された通り、一般的なイーサネット受動光加入者網(EPON)はOLT(Optical Line Terminal)100、スプリッタ(splitter)105及びONU(Optical Network Unit)110、120、130で構成される。このようなEPONは多数の光加入者装置(ONU)110、120、130が一つの光繊維を通じ光終端装置(OLT)100を共有する点対多点(point−to−multipoint)構造を有する。すなわち、OLT100から多数のONU110、120、130へデータを伝送する下向伝送はブロードキャスティング方式で伝達される。その反面、多数のONU110、120、130からOLT100へデータを伝送する上向伝送は多点対点(multipoint−to−point)方式で伝達される。
上記OLT100は中央基地局(CO)に位置する。そして、上記ONU110、120、130は加入者端末140ないし145から生成する加入者トラフィックを集線する。そして上記スプリッタ150は一つのOLT100と多数のONU110、120、130を1:Nで連結し、上記OLT100と多数のONU110、120、130との間の光分配網を形成する。
EPONにおいては下向トラフィック160はブロードキャスト形態で伝送される点から既存のイーサネットトラフィックと類似に処理される。しかし、上向伝送は複数個のONU110、120、130が同時に一つのOLT100に上向トラフィック150を伝送する形態である。
例えば、EPONにおいて一つのONU110は上向トラフィックL1を伝送するため他のONUら120、130と網資源を共有することになり、OLT100はONU110、120、130間共有された網資源の接近権限を制御する。従って、ツリー構造のEPONにおいて上向データ伝送時発生され得る衝突を防止し帯域幅を割り当てるため公平で効率的な帯域割当方法及びMACプロトコルであるMPCP(Multi Point Control Protocol)を使用する。
上向データ伝送において、最も簡単な方法は登録されたONU110、120、130の数ほど同一に帯域幅を割り当てる固定帯域割当方式がある。
しかし、固定帯域割当方式はQoS(Quality of Service)支援が難しく全体帯域幅に余裕がある場合にも、各ONU110、120、130が必要とする帯域幅を差等し提供することが不可能という短所がある。
このような固定帯域割当方式の短所を克服するため動的帯域割当方法らが提示され、最も代表的な方法がIPACT(Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time)方法である。
IPACTは、例えば、現在伝送権限を有しているONU110の最後の伝送が終わる前にOLT100が下向伝送を利用し次のONU120にGATEメッセージを送る方法として、各ONU110、120、130はOLT100のGATEメッセージに伴い上向データを伝送する時、ONU110、120、130のバッファ情報をOLT100に知らせることにより動的帯域割当過程を遂行することを可能にする。
しかし、IPACTはONU110、120、130のバッファ情報に伴い帯域幅を差等提供するが、相違な特性を有する多様な種類のトラフィックが混合された場合には各々のトラフィックが要求する特性を区分することが不可能で、適切なQoS提供が難しいという短所がある。
上記のような問題を解消するための本発明の目的はイーサネット受動光加入者網(EPON)において、光加入者装置(ONU)から光終端装置(OLT)へ伝送される上向データにQoSを保障しつつ動的に帯域を割り当てることが可能な装置及び方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係るイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当方法は、
イーサネット受動光加入者網において、複数の光加入者装置(ONU)から光終端装置(OLT)へ伝送される上向データを所定のデータ優先順位に従い複数のクラスに区分し、各クラス別に必要な帯域幅を光終端装置(OLT)に要求する第1段階と、
上記光終端装置(OLT)は上記各々のクラス別に予め割り当てられた加重値を利用し各クラス別帯域幅要求量に従って帯域幅を分配する第2段階と、
上記光終端装置(OLT)は利用可能な全体上向帯域幅において上記第2段階から分配して残る余分の帯域幅を上記複数の光加入者装置(ONU)に分配する第3段階と、
を含み、
上記第3段階は、上記余分の帯域幅が上記複数の光加入者装置(ONU)が要求する帯域幅より少ない場合、上記余分の帯域幅BWREMを上記光加入者装置(ONU)の数Nで割った値
Figure 0004188368
が、このイーサネットの最小フレーム伝送時間より大きくなるまで所定のONU優先順位に従って低い優先順位の光加入者装置(ONU)を除くことにより、高い優先順位の光加入者装置(ONU)に最小イーサネット伝送時間以上の上向帯域を割り当てる、
ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明に係るイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当装置は、
イーサネット受動光加入者網において、光終端装置(OLT)へ伝送される上向データを所定のデータ優先順位に従い複数のクラスに区分して伝送し、各クラス別に必要な帯域幅は上記光終端装置(OLT)から割当を受ける複数の光加入者装置(ONU)と、
利用可能な全体上向帯域幅において上記各々のクラス別に予め割り当てられた加重値を利用し各クラス別帯域幅要求量に従って帯域幅を上記光加入者装置(ONU)に分配し、この分配した後、残った余分の帯域幅を上記光加入者装置(ONU)に再度分配する光終端装置(OLT)と、
を含み、
上記光終端装置(OLT)が上記残った余分の帯域幅を再度分配する際には、上記余分の帯域幅が上記複数の光加入者装置(ONU)が要求する帯域幅より少ない場合、上記余分の帯域幅BWREMを上記光加入者装置(ONU)の数Nで割った値
Figure 0004188368
が、このイーサネットの最小フレーム伝送時間より大きくなるまで所定のONU優先順位に従って低い優先順位の光加入者装置(ONU)を除くことにより、高い優先順位の光加入者装置(ONU)に最小イーサネット伝送時間以上の上向帯域を割り当てる、
ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る光加入者装置は、
イーサネット受動光加入者網において、光終端装置(OLT)へ伝送される上向データを所定のデータ優先順位に従い複数のクラスに区分し貯蔵する複数の優先順位キューと、
上記光終端装置(OLT)から受信した帯域幅割当情報に従って上記優先順位キューに貯蔵された上向データを上記光終端装置(OLT)へ伝送するスケジューラを含み、
上記光終端装置(OLT)から割り当てられる帯域幅は、上記光終端装置(OLT)が利用可能な全体上向帯域幅において上記光終端装置(OLT)へ帯域幅を要求する複数の光加入者装置(ONU)に対し上記各々のクラス別に予め割り当てられた加重値を利用し各クラス別帯域幅要求量に伴い帯域幅を分配し、この分配をした後、残った余分の帯域幅を上記複数の光加入者装置(ONU)に再度分配することにより割り当てられるとともに、
上記光終端装置(OLT)が上記残った余分の帯域幅を再度分配する際には、上記余分の帯域幅が上記複数の光加入者装置(ONU)が要求する帯域幅より少ない場合、上記余分の帯域幅BWREMを上記光加入者装置(ONU)の数Nで割った値
Figure 0004188368
が、このイーサネットの最小フレーム伝送時間より大きくなるまで所定のONU優先順位に従って低い優先順位の光加入者装置(ONU)を除くことにより、高い優先順位の光加入者装置(ONU)に最小イーサネット伝送時間以上の上向帯域を割り当てる、
ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る光終端装置は、
イーサネット受動光加入者網において、複数の光加入者装置(ONU)から伝送される上向データを所定のデータ優先順位に従い複数のクラスに区分し、上記複数の光加入者装置(ONU)に対する各々の優先順位別帯域幅要求量と、上記光加入者装置(ONU)までの距離情報を有する帯域幅要求テーブルを貯蔵する貯蔵部と、
利用可能な全体上向帯域幅において上記各々のクラス別に予め割り当てられた加重値を利用し各クラス別帯域幅要求量に従い帯域幅を上記複数の光加入者装置(ONU)へ分配し、以後残った余分の帯域幅を再度上記複数の光加入者装置(ONU)へ分配する帯域幅割当部を含み、
上記帯域幅割当部は、上記余分の帯域幅が上記複数の光加入者装置(ONU)が要求する帯域幅より少ない場合、上記余分の帯域幅BWREMを上記光加入者装置(ONU)の数Nで割った値
Figure 0004188368
がこのイーサネットの最小フレーム伝送時間より大きくなるまで所定のONU優先順位に従い低い優先順位の光加入者装置(ONU)を除くことにより、高い優先順位の光加入者装置(ONU)に最小イーサネット伝送時間以上の上向帯域を割り当てる、
ことを特徴とする。
本発明によると、イーサネット受動光加入者網(EPON)において光加入者装置(ONU)から光終端装置(OLT)へ伝送される上向データをその優先順位に従い効率的に分配しQoSを提供することが可能な利点がある。
また、本発明によると、ONUとOLTとの間のREPORTメッセージとGATEメッセージを利用した帯域幅割当過程においてONUが自分の優先順位キュー情報に基づきOLTへREPORTメッセージを送った後に新たな上向データが発生した場合に、低い優先順位のデータが実際的にサービスを受けることが不可能な問題を解決することにより新たに発生した上向データを効率的に伝送することが可能な利点がある。
以下、本発明の好ましい実施例の詳細な説明を添付された図面を参照し説明する。図面中参照番号及び同一構成要素らに対しては、たとえ異なる図面上に表示されていても可能な限り同一参照番号及び符号で示していることに留意すべきである。下記に本発明を説明することにあたって、関連の公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に濁し得ると判断される場合はその説明を省略する。
図2は本発明の実施例に伴うイーサネット受動光加入者網(EPON)においてQoS保障のための帯域割当装置の構成図である。
図2を参照すると、本発明の実施例に伴いイーサネット受動光加入者網(EPON)においてQoS保障のための帯域割当装置は複数の光加入者装置(ONU)210ないし230及び光終端装置(OLT)200からなる。そして、一つのOLT200と多数のONU210ないし230はスプリッタ240により1:Nで連結されることにより、上記OLT200と多数のONU210ないし230の間に光分配網が形成される。
上記各々の光加入者装置210ないし230は複数の優先順位キュー211、ONUスケジューラ(scheduler)212、上向キュー213及びONU光モジュール214を含む。上記各々の光加入者装置210ないし230には多数の使用者端末(未図示)が接続されており、各々の使用者端末から入力された上向データをその優先順位に伴い複数のクラスに分類する。
例えば、上記複数のクラスは、使用者端末から入力されたデータ中E1/T1のように保障型サービス(guaranteed service)が必要であり、遅れ(delay)とジッタ(jitter)に非常に敏感なトラフィックに対する第1優先順位(Priority-1)クラスと、遅れ(delay)に敏感なマルチメディアトラフィックに対する第2優先順位(Priority-2)クラス、及び電子メール(E−mail)やFTPのように遅れ(delay)にやや敏感な最善型(best-effort)サービスを要求するトラフィックに対する第3優先順位(Priority-3)クラスに分類され得る。
そして、上記複数の優先順位キュー211は上記使用者端末から入力されたデータを対応する優先順位キュー211−1ないし211−3に貯蔵する。例えば、上記第1優先順位クラスに該当するデータは第1優先順位(Priority-1)キュー211−1に貯蔵され、上記第2優先順位クラスに該当するデータは第2優先順位(Priority-2)キュー211−2に貯蔵され、上記第3優先順位クラスに該当するデータは第3優先順位(Priority-3)キュー211−3に貯蔵される。
上記ONUスケジューラ212は上記OLT200から受信されるGATEフレームに含まれた上向帯域割当量に関する情報を有する多重GRANT情報に伴い上記優先順位キュー211に貯蔵された上向データを上記上向キュー213を経て上記OLT200へ伝送する。
上記上向キュー213は上記優先順位キュー211から出力されたデータらを出力順番に伴い上記ONU光モジュール214へ伝送する。
上記ONU光モジュール214は上記上向キュー213から出力されたデータらと上記優先順位キュー211から獲得したキュー状態に関する情報を含むリポートフレーム(Queue Status Report Frame)216を光源を利用し上記OLT200へ伝送し、上記OLT200から下向データ(Down−stream Data)及びゲート情報(Gate Information)を受信する機能をする。
上記制御部215は制御フレーム(Control Frame)を利用し上記上向キュー213から出力されたデータらと上記優先順位キュー211から獲得したキュー状態に関する情報を含むリポートフレーム(Queue Status Report Frame)216が上記ONU光モジュール214を通じ上記OLT200へ伝送されるよう制御する機能をする。
このように上記ONU210、220、230の上向データキュー211の情報はONU210、220、230の情報を示すREPORTフレーム216形態でONU光モジュール205を通じOLT200へ伝達される。
上記光終端装置(OLT)200は帯域幅割当部211と貯蔵部212を含み、上記ONU210、220、230から上記優先順位キュー211の状態に関する情報を示すREPORTフレームを受信し、利用可能な全体上向帯域幅において上記各々のクラス別に予め割り当てられた帯域幅を利用し各クラス別帯域幅要求量に伴い帯域幅を上記ONUら210ないし230に分配した後、残った余分の帯域幅を上記ONUら210ないし230に再び分配する。
上記帯域幅割当部211は上記ONU210、220、230から受信したREPORTフレームを利用しONU210、220、230別各クラスに必要な上向帯域を計算し、利用可能な全体上向帯域幅において上記各々のクラス別に予め割り当てられた帯域幅を利用し各クラス別帯域幅要求量に伴い帯域幅を上記ONU210、220、230に分配し、その後残った余分の帯域幅を上記ONUら210、220、230に分配する機能をする。上記帯域幅割当部211により各ONU210、220、230別に各々のクラス別スケジューラを通じ計算された上向帯域割当量はGATEフレームを通じ再びONU210、220、230へ伝送される。
そうすると、上記ONU210、220、230はGATEフレームを受信し、ONUスケジューラ212は受信されたGATEフレームに含まれた多重GRANT情報に伴い、クラス別キュー211に貯蔵された上向データを一つの上向キュー213を通じOLT200へ伝送される。
上記貯蔵部212は各々のONU210、220、230に対し各優先順位別帯域幅要求量と、上記ONU210、220、230と上記OLT200との間の距離情報を有する帯域幅要求テーブルを貯蔵する。
図3は本発明の実施例に伴いOLTにおいてONUの要求帯域幅を管理するための帯域幅管理テーブルである。
図3を参照すると、上記帯域幅管理テーブル300はOLT200内に構成され、上記OLT200に登録された全てのONUら210、220、230のREPORT情報を総合し管理するテーブルである。
上記帯域幅管理テーブル300には各ONU210、220、230別に要求する3つの優先順位別帯域幅要求量301ないし303と、ONU210、220、230からOLT200までの距離情報を示すRTT(Round−Trip−Time)304値が記録される。
上記帯域幅管理テーブル300において各優先順位別の帯域幅要求量を合算すると、最も優先順位の高い第1優先順位(Priority-1)の帯域幅要求量の合計は
Figure 0004188368
301になる。ここで、iはONUの番号を示し、1は第1優先順位(Priority-1)を示す。そして、第2優先順位(Priority-2)と第3優先順位(Priority-3)の帯域幅要求量の合計は各々
Figure 0004188368
302と
Figure 0004188368
303である。
図4は本発明の実施例に伴いOLTにおける優先順位を考慮した1段階帯域割当過程を示す順番図である。
図4を参照すると、先ず全てのONUらのREPORT情報を総合する帯域幅管理テーブル300を生成する(S400)。そして運営者により入力された優先順位別の加重値を通じ利用可能な全体上向帯域幅中第1優先順位(Priority-1)から利用可能な帯域幅を見いだす(S401)。
本発明ではOLT200において各ONU210、220、230の上向帯域要求を優先順位に基盤し帯域幅をスケジューリングする場合、多様な環境のサービスにおいて適切な優先順位を提供することが可能であるよう、優先順位別に割り当てる加重値P1、P2、P3を運営者がCPUインタフェースを通じ直接設定するようにすることが好ましい。このように、運営者が入力した優先順位別の加重値をP1、P2、P3とすると、第1優先順位(Priority-1)において利用可能な帯域幅U1=P1になる。
図3の帯域幅管理テーブル300を参照すると、第1優先順位(Priority-1)の帯域幅要求量は
Figure 0004188368
である。
本発明では先ずSがU1より大きいか同じであるかを比較する(S402)。仮にSがU1より大きいか同じであると、第1優先順位(Priority-1)に配定された帯域幅U1を第1優先順位(Priority-1)帯域を要求したRi1にラウンドロビンを基盤とするパケットスケジューリングアルゴリズムを使用し分配する(S403)。
この場合には、SがU1より大きいか同じであるため第1優先順位(Priority-1)に配定された帯域幅からRi1へ分配して残る帯域幅BWREM1値は“0”になる(S404)。仮にSがU1より小さいと、第1優先順位(Priority-1)帯域を要求したRi1に要求した分を分配した後残る帯域を下記[数学式1]に従い計算する(S405)。
Figure 0004188368
そして第1優先順位(Priority-1)において帯域幅BWREM1が残ったため、P2に利用可能な帯域幅はU2=P2+BWREM1となり、下記[数学式2]に従い計算される(S406)。
Figure 0004188368
そして図3の帯域幅管理テーブル300を参照すると、第2優先順位(Priority-2)の帯域幅要求量は
Figure 0004188368
である。
まず、SがU2より大きいか同じであるかを比較する(S407)。仮にSがU2より大きいか同じであると、第2優先順位(Priority-2)に配定された帯域幅U2を第2優先順位(Priority-2)帯域を要求したRi2にラウンドロビンを基盤とするパケットスケジューリングアルゴリズムを使用し分配する(S408)。この場合にはSがU2より大きいか同じであるため第2優先順位(Priority-2)に配定された帯域幅からRi2へ分配して残る帯域幅値は“0”になる(S409)。仮にSがU2より小さいと、第2優先順位(Priority-2)帯域を要求したRに要求した分を分配した後残る帯域幅BWREM2を下記[数学式3]に従い計算する(S410)。
Figure 0004188368
第2優先順位(Priority-2)において帯域幅BWREM2が残ったため、P3に利用可能な帯域幅U3=P3+BWREM2となり、下記[数学式4]に従い計算される(S411)。
Figure 0004188368
そして図3の帯域幅管理テーブル300において第3優先順位(Priority-3)の帯域幅要求量は
Figure 0004188368
である。
先ずSがU3より大きいか同じであるかを比較する(S412)。仮にSがU3より大きいか同じであると、第3優先順位(Priority-3)に配定された帯域幅U3を第3優先順位(Priority-3)帯域を要求したRi3にラウンドロビンを基盤とするパケットスケジューリングアルゴリズムを使用して分配し(S414)、1段階帯域割当スケジューリングを終了する。仮にSがU3より小さいと、第3優先順位(Priority-3)帯域を要求したRi3に要求した分を分配した後残る帯域幅BWREMをOLTに登録された全てのONUへ分配する2段階帯域割当過程を遂行する(S413)。
このように1段階帯域割当過程を通じ各クラス別帯域割当が終わると、上記OLT200は各々のONU210、220、230に対しクラス別に割り当てられた帯域幅をGATEメッセージを通じONU210、220、230へ伝送する。そうすると、ONU210、220、230においてはGATEメッセージに含まれたクラス別帯域割当量を基準に上向データを伝送し、余分の上向帯域割当量がある場合にONUの優先順位が高いキューにあるデータを先に伝送する。
しかし、上記のようにONU210、220、230とOLT200との間のREPORTメッセージとGATEメッセージを利用した帯域幅割当過程においてONU210、220、230が自分のキュー情報に基づきREPORTメッセージを送った以後に新たな上向データが発生し得る。
仮に、OLT200からONU210、220、230へ割り当てられたGATE値らを足して送り、新たに発生した上向データがP1等級であると、ONU自体のスケジューラによりP1等級の上向データのみ先にサービスされ低い優先順位のデータはOLTへ引き続き帯域幅を要求しても実際的にサービスを受けることが不可能であるLight Load Penalty問題が発生し得る。従って本発明においてはこのようなLight Load Penalty問題を解決するため次のように2段階帯域割当過程を追加に遂行する。
図5は本発明の実施例に伴いOLTにおける上記図4により割り当てて残る残余帯域幅をONUへ分配する2段階帯域割当過程を示す順番図である。
図5を参照すると、先ず、上記図4に伴う1段階帯域割当過程を通じ帯域幅を割り当てた後残った残余帯域幅(BWREM)を下記[数学式5]のように計算する(S500)。すなわち下記[数学式5]において残余帯域幅(BWREM)は全体利用可能な上向帯域幅において上記1段階帯域割当過程からONUら210、220、230が要求した帯域幅を割り当てて残った帯域幅値に該当する。
Figure 0004188368
このようにBWREM値を計算した後、N値を上向帯域を要請する全てのONU210、220、230の個数に設定し(S501)、
Figure 0004188368
値が有効なイーサネットフレーム大きさ(EFMIN)値より大きいか同じであるかを比較する(S502)。
上記段階(S502)から比較した結果、
Figure 0004188368
値が有効なイーサネットフレーム大きさ(EFMIN)値より大きいか同じであると、各々のONUへ
Figure 0004188368
値に伴う帯域幅を割当する(S503)。
仮に、上記段階(S502)から比較した結果
Figure 0004188368
値が有効なイーサネットフレーム大きさ(EFMIN)値より小さいと、N値を減らし
Figure 0004188368
値が有効なイーサネットフレーム大きさ(EFMIN)より大きくなるようにする。この際、ONUら210、220、230中低いONU優先順位のONU210、220、230を一つずつ除去しN値を減らす。
本発明においてはイーサネットトラフィックが自己類似(Self−similar)特性を有していると仮定し、以前サイクルにおいて余分に割り当てた帯域を使用したONUに加重値を付与する方法を使用する。この際最も最近のサイクルにおいて余分で割り当てた帯域を使用したONUにもっと多い加重値を与え、だいぶ前のサイクルにおいて余分で割り当てた帯域を使用したONUに少ない加重値を与え、余分で割り当てた帯域を使用しないONUには加重値を与えない方法を使用することにより、低い優先順位のONUを除去する(S504)。
図6は本発明の実施例に伴い2段帯域割当を通じた帯域割当結果を示す図表である。
図6を参照すると、Gi1600値は1段階帯域割当過程においてi番目ONUへ割り当てられた第1優先順位P1の帯域割当値で、Gi2601値は1段階帯域割当過程においてi番目ONUへ割り当てられた第2優先順位P2の帯域割当値で、Gi3602値は1段階帯域割当過程においてi番目ONUへ割り当てられた第3優先順位P3の帯域割当値である。RG403値は2段階帯域割当過程においてi番目ONUへ割り当てられた余分の帯域割当値である。G404値は1段階と2段階帯域割当過程においてi番目ONUへ割り当てられた全ての帯域値を足した値を示す。
本発明においてはこのように2段帯域割当過程を通じi番目ONUへ4種類のGATE値Gi1、Gi2、Gi3、RGが決まると、OLTはGATEメッセージを利用し各々のONUへ割り当てられたGATE値Gi1、Gi2、Gi3、RGを送るようにする。以上の方法を利用し本発明においてはEPONの上向帯域幅をその優先順位に伴い効率的に分配しQoSを提供することが可能となる。
図7は本発明の2段帯域割当方法を適用する時点を決定する過程を示す図面である。
従来に使用していたIPACT(Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time)方法はPONからインターリーブされた(Interleaved)ポーリング方法を使用し、ONUらの上向トラフィック要求量を基準にポーリングサイクルを可変しEPONの上向チャンネルの効率性を高めることが可能である。
しかし、IPACT方法はONUらが要求する上向トラフィックを全て足した値がOLTへ予め割り当てられた一周期(1-Cycle)の処理時間を基準に設定された臨界値を超過する場合に必然的にデータ損失が発生し得る。仮に、1−Cycleの処理時間に制約を受けないと、遅れ(delay)とジッタ(jitter)に非常に敏感なトラフィックは伝送は可能であっても実際に利用することは不可能である場合が発生する。
従って、本発明はこのような問題を解決するため、先ず各ONUらのREPORTメッセージを基準に上記図3のようにREPORTテーブル300を生成する(S700)。そして上記REPORTテーブル300を参照し、予め1−Cycleの処理時間を基準に臨界値(KThreshold)に設定し、ONUらが要求する上向トラフィックを全て足した値(REQTOTAL)と上記臨界値(KThreshold)の大きさを比較する(S701)。
仮に上記段階(S701)から比較した結果、ONUらが要求する上向トラフィックを全て足した値(REQTOTAL)が上記臨界値(KThreshold)より大きいか同じであると、本発明において提案する2段帯域割当方法を使用する(S702)。しかし上記段階(S701)から比較した結果、ONUらが要求する上向トラフィックを全て足した値(REQTOTAL)が上記臨界値(KThreshold)より小さいと従来のIPACT方法を使用するようにする(S702)。
図8は本発明に伴う固定周期の動的帯域割当方法において、以前周期からREPORTメッセージを送らなかったONUのREPORTを効率的に受けるための方法を示す図面である。
本発明に伴う2段帯域割当方法は一定な固定周期に伴い帯域を割り当てる方法として、図8に図示された通り、(K−1)Cycle800の大きさと(K)Cycle801の大きさが同一である。本発明に伴う2段帯域割当方法は一周期のREPORTメッセージを基準に次の周期のGRANT値を決定する"Interleaved Polling with stop"方法を根本にしている。このような" Interleaved Polling with stop " 方法においては、一周期においてONUらが上向データを伝送する時、相互衝突が発生しないよう余分のガードタイム(Guard−Time)802を使用する。
しかし、図4から説明した通り、本発明に伴い1段階の帯域割当結果、余分の帯域が無い場合に以前周期からOLTへREPORTメッセージを送らなかったONUらは引き続き自分の帯域を要求することが不可能である場合が発生し得る。
本発明においてはこのような問題を解決するため、図8に図示された通り以前周期((K−1)Cycle)800の最後に現在周期((K)Cycle)801に使用するGRANTを計算する計算区間(Computation Period)803があり、この時から、(K−1)Cycle801から一番目のONUが上向データを伝送する前まで、上向帯域が遊休(Idle)状態にあることとなる。
本発明においてはこのような上向遊休帯域805を使用し以前周期からREPORTメッセージを送らなかったONUらのREPORTを受けるようにする。先ずOLTが(K−1)Cycle800の最後にディスカバリー(discovery)はされているが以前周期でREPORTを要求しなかったONUグループへREPORTを許すマルチキャスティングメッセージを送り806、このメッセージを受けたONU中新たにREPORTメッセージを送ろうとするONUはOLTへREPORTメッセージを送り上向帯域を要求する807。この際要求された上向帯域は(K)cycle801の最後に帯域計算アルゴリズムを経て、次の周期((K+1)Cycle)で要求帯域の割当を受ける。
本発明に伴うイーサネット受動光加入者網(EPON)においてQoS保障のための帯域割当方法はコンピュータで読み取ることが可能な記録媒体にコンピュータが読み取ることが可能なコードとして具現することが可能である。コンピュータが読み取ることが可能な記録媒体はコンピュータシステムにより読まれることが可能なデータが貯蔵される全ての種類の記録装置を含む。コンピュータが読み取ることが可能な記録媒体の例としてはROM、RAM、CD−ROM、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ貯蔵装置などがあり、またインターネットを通じた伝送のようにキャリアウェーブの形態に具現されることも含む。またコンピュータが読み取ることが可能な記録媒体はネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散され、分散方式でコンピュータが読み取ることが可能なコードが貯蔵され実行されることもあり得る。
一方、本発明の詳細な説明においては具体的な実施例に関して説明したが、本発明の範囲から外れない限度内で多様な変形が可能であることは承知である。従って、本発明の範囲は説明された実施例に限られることではなく、後述の特許請求範囲だけではなくこの特許請求範囲と均等なことらにより定められるべきである。
一般的なイーサネット受動光加入者網(EPON)において上向及び下向データを伝送する構造及び動作原理を示す図面である。 本発明の実施例に伴うイーサネット受動光加入者網(EPON)においてQoS保障のための帯域割当装置の構成図である。 本発明の実施例に伴いOLTにおいてONUの要求帯域幅を管理するための帯域幅管理テーブルである。 本発明の実施例に伴いOLTにおける優先順位を考慮した1段階帯域割当過程を示す順番図である。 本発明の実施例に伴いOLTにおける上記図4により割当して残った残余帯域幅をONUに分配する2段階帯域割当過程を示す順番図である。 本発明の実施例に伴い2段帯域割当を通じる帯域割当結果を示す図表である。 本発明の2段帯域割当方法を適用する時点を決定する過程を示す図面である。 本発明に伴う固定周期の動的帯域割当方法において、以前周期においてREPORTメッセージを送らなかったONUのREPORTを効率的に受けるための方法を示す図面である。

Claims (18)

  1. イーサネット受動光加入者網において、複数の光加入者装置(ONU)から光終端装置(OLT)へ伝送される上向データを所定のデータ優先順位に従い複数のクラスに区分し、各クラス別に必要な帯域幅を光終端装置(OLT)に要求する第1段階と、
    上記光終端装置(OLT)は上記各々のクラス別に予め割り当てられた加重値を利用し各クラス別帯域幅要求量に従って帯域幅を分配する第2段階と、
    上記光終端装置(OLT)は利用可能な全体上向帯域幅において上記第2段階から分配して残る余分の帯域幅を上記複数の光加入者装置(ONU)に分配する第3段階と、
    を含み、
    上記第3段階は、上記余分の帯域幅が上記複数の光加入者装置(ONU)が要求する帯域幅より少ない場合、上記余分の帯域幅BW REM を上記光加入者装置(ONU)の数Nで割った値
    Figure 0004188368
    が、このイーサネットの最小フレーム伝送時間より大きくなるまで所定のONU優先順位に従って低い優先順位の光加入者装置(ONU)を除くことにより、高い優先順位の光加入者装置(ONU)に最小イーサネット伝送時間以上の上向帯域を割り当てる、
    ことを特徴とするイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当方法。
  2. 上記第2段階は、
    上記光終端装置(OLT)が、上記各々の光加入者装置(ONU)の帯域幅要求量に対するテーブルを作る段階と、
    上記各々のクラス別に予め割り当てられた帯域幅を一番優先順位が高いクラスから順番に各クラス別帯域幅要求量に従い帯域幅を分配し、高いクラスの帯域幅を分配した後残った帯域幅をその次の順位のクラスに割り当てる段階を含むことを特徴とする請求項1に記載のイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当方法。
  3. 上記複数のクラス別に割り当てられる帯域幅に対する加重値はサービス環境に伴い運営者により設定可能なことを特徴とする請求項1に記載のイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当方法。
  4. 上記第2段階において、
    上記光終端装置(OLT)は各クラス別にラウンドロビンを基盤とするパケットスケジューリングアルゴリズムを使用し帯域幅を分配することを特徴とする請求項1に記載のイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当方法。
  5. 上記所定のONU優先順位は上記各々の光加入者装置(ONU)へ上記余分
    の帯域幅(BWREM)を割り当てる時、インターネットトラフィックの自己類似(Self−similar)特性を反映するため、最近余分の帯域幅(BWREM)を多く使用した光加入者装置(ONU)に高い優先順位を付与することを特徴とする請求項に記載のイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当方法。
  6. 上記光終端装置(OLT)はGATEフレームを利用し上記光加入者装置(ONU)へ上記割り当てられたクラス別帯域幅に関する情報を伝送し、上記光加入者装置(ONU)は上記受信されたクラス別帯域幅に関する情報を利用し各クラス別キューに入っている上向データを上記光終端装置(OLT)へ伝送することを特徴とする請求項1に記載のイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当方法。
  7. 上記方法は、上記光加入者装置(ONU)の帯域幅要求量を全て足した値が上記光終端装置(OLT)へ予め割り当てた一周期(1−Cycle)の処理時間を基準に設定された臨界値を超過する場合に適用されることを特徴とする請求項1に記載のイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当方法。
  8. 上記光加入者装置(ONU)が以前周期から上記光終端装置(OLT)へREPORTメッセージを送らなかった場合には、以前周期((K−1)Cycle)の最後から現在周期((K)Cycle)の一番目の光加入者装置(ONU)が上向データを伝送する前までの間の上向遊休帯域を利用し上記光終端装置(OLT)へREPORTメッセージを伝送することを特徴とする請求項1に記載のイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当方法。
  9. イーサネット受動光加入者網において、光終端装置(OLT)へ伝送される上向データを所定のデータ優先順位に従い複数のクラスに区分して伝送し、各クラス別に必要な帯域幅は上記光終端装置(OLT)から割当を受ける複数の光加入者装置(ONU)と、
    利用可能な全体上向帯域幅において上記各々のクラス別に予め割り当てられた加重値を利用し各クラス別帯域幅要求量に従って帯域幅を上記光加入者装置(ONU)に分配し、この分配した後、残った余分の帯域幅を上記光加入者装置(ONU)に再度分配する光終端装置(OLT)と、
    を含み、
    上記光終端装置(OLT)が上記残った余分の帯域幅を再度分配する際には、上記余分の帯域幅が上記複数の光加入者装置(ONU)が要求する帯域幅より少ない場合、上記余分の帯域幅BW REM を上記光加入者装置(ONU)の数Nで割った値
    Figure 0004188368
    が、このイーサネットの最小フレーム伝送時間より大きくなるまで所定のONU優先順位に従って低い優先順位の光加入者装置(ONU)を除くことにより、高い優先順位の光加入者装置(ONU)に最小イーサネット伝送時間以上の上向帯域を割り当てる、
    ことを特徴とするイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当装置。
  10. 上記各々の光加入者装置(ONU)は、
    上記所定のデータ優先順位に従い各クラス別に上向データを区分し貯蔵する複数の優先順位キューと、
    上記光終端装置(OLT)から受信た帯域割当情報に従って上記優先順位キューに貯蔵された上向データを上記光終端装置(OLT)へ伝送するスケジューラを含むことを特徴とする請求項に記載のイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当装置。
  11. 上記光終端装置(OLT)は、
    上記各々の優先順位別の帯域幅要求量と、上記光加入者装置(ONU)と上記光終端装置(OLT)との間の距離情報を有する帯域幅要求テーブルを貯蔵する貯蔵部と、
    利用可能な全体上向帯域幅において上記各々のクラス別に予め割り当てられた帯域幅を利用し各クラス別帯域幅要求量に従い帯域幅を上記複数の光加入者装置(ONU)へ分配し、その後残った余分の帯域幅を上記複数の光加入者装置(ONU)に分配する帯域幅割当部を含むことを特徴とする請求項に記載のイーサネット受動光加入者網におけるQoS保障のための帯域割当装置。
  12. イーサネット受動光加入者網において、光終端装置(OLT)へ伝送される上向データを所定のデータ優先順位に従い複数のクラスに区分し貯蔵する複数の優先順位キューと、
    上記光終端装置(OLT)から受信た帯域幅割当情報に従って上記優先順位キューに貯蔵された上向データを上記光終端装置(OLT)へ伝送するスケジューラを含み、
    上記光終端装置(OLT)から割り当てられる帯域幅は、上記光終端装置(OLT)が利用可能な全体上向帯域幅において上記光終端装置(OLT)へ帯域幅を要求する複数の光加入者装置(ONU)に対し上記各々のクラス別に予め割り当てられた加重値を利用し各クラス別帯域幅要求量に伴い帯域幅を分配し、この分配をした後、残った余分の帯域幅を上記複数の光加入者装置(ONU再度分配することにより割り当てられるとともに、
    上記光終端装置(OLT)が上記残った余分の帯域幅を再度分配する際には、上記余分の帯域幅が上記複数の光加入者装置(ONU)が要求する帯域幅より少ない場合、上記余分の帯域幅BW REM を上記光加入者装置(ONU)の数Nで割った値
    Figure 0004188368
    が、このイーサネットの最小フレーム伝送時間より大きくなるまで所定のONU優先順位に従って低い優先順位の光加入者装置(ONU)を除くことにより、高い優先順位の光加入者装置(ONU)に最小イーサネット伝送時間以上の上向帯域を割り当てる、
    ことを特徴とする光加入者装置。
  13. 上記光加入者装置(ONU)は、以前周期((K−1)Cycle)から上記光終端装置(OLT)へREPORTメッセージを送らなかった場合、以前周期((K−1)Cycle)の最後から現在周期((K)Cycle)の一番目光加入者装置(ONU)が上向データを伝送する前までの間の上向遊休帯域を利用し上記光終端装置(OLT)へREPORTメッセージを伝送することを特徴とする請求項12に記載の光加入者装置。
  14. イーサネット受動光加入者網において、複数の光加入者装置(ONU)から伝送される上向データを所定のデータ優先順位に従い複数のクラスに区分し、上記複数の光加入者装置(ONU)に対する各々の優先順位別帯域幅要求量と、上記光加入者装置(ONU)までの距離情報を有する帯域幅要求テーブルを貯蔵する貯蔵部と、
    利用可能な全体上向帯域幅において上記各々のクラス別に予め割り当てられた加重値を利用し各クラス別帯域幅要求量に従い帯域幅を上記複数の光加入者装置(ONU)へ分配し、以後残った余分の帯域幅を再度上記複数の光加入者装置(ONU)へ分配する帯域幅割当部を含み、
    上記帯域幅割当部は、上記余分の帯域幅が上記複数の光加入者装置(ONU)が要求する帯域幅より少ない場合、上記余分の帯域幅BW REM を上記光加入者装置(ONU)の数Nで割った値
    Figure 0004188368
    がこのイーサネットの最小フレーム伝送時間より大きくなるまで所定のONU優先順位に従い低い優先順位の光加入者装置(ONU)を除くことにより、高い優先順位の光加入者装置(ONU)に最小イーサネット伝送時間以上の上向帯域を割り当てる、
    ことを特徴とする光終端装置。
  15. 上記複数のクラス別に割り当てられる帯域幅に対する加重値はサービス環境に伴い運営者により設定可能なことを特徴とする請求項14に記載の光終端装置。
  16. 上記帯域幅割当部は、各クラス別にラウンドロビンを基盤とするパケットスケジューリングアルゴリズムを使用し帯域幅を分配することを特徴とする請求項14に記載の光終端装置。
  17. 上記所定のONU優先順位は上記各々の光加入者装置(ONU)へ上記余分の帯域幅(BWREM)を割り当てる時、インターネットトラフィックの自己類似(Self−similar)特性を反映するため、最近余分の帯域幅(BWREM)を多く使用した光加入者装置(ONU)に高い優先順位を付与することを特徴とする請求項14に記載の光終端装置。
  18. 上記光終端装置(OLT)は、GATEフレームを利用し上記光加入者装置(ONU)へ上記割り当てられたクラス別の帯域幅に関する情報を伝送することを特徴とする請求項14に記載の光終端装置。
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