JP4289435B2 - パケット通信システム - Google Patents

Description

本発明は、パケット通信装置に係り、特にPON(Passive Optical Network)におけ
る帯域制御方法に関する。

近年、アクセスネットワークの高速化は急速に進んでおり、光ファイバを用いた
FTTH（Fiber To The Home）が普及しつつある。FTTHを実現する主な光ファイバ
の敷設形態は、（１）通信事業者の局舎等とユーザを1対1の光ファイバで接続するSS
(Single Star)型ネットワーク、（２）通信事業者とユーザの間に信号の多重分離、
電気-光変換を行う能動素子RT(Remote Terminal)を設置し、通信事業者からRTま
でを光ファイバで、RTとユーザ間を1対1のメタルケーブルで敷設するADS(Active
Double Star)型ネットワーク、（３）通信事業者とユーザの間に光スプリッタSC(St
ar Coupler)を設置し、局舎からの光信号を分岐し、ユーザまで光ファイバを敷
設するPDS(Passive Double Star)型ネットワーク(国際標準名ではPON : Passive
Optical Networkであり、以下PONとする) の3つに分類される。
PON型ネットワークはすべてのユーザと局舎間を1対1の光ファイバで結ぶSS型ネ
ットワークに対して、ファイバの敷設コストが少ない。また光を分岐するSCは受
動素子であり信頼性が高く、給電を必要としないので電源設備や停電対策などが
必要ない。給電を必要とするRTは電源設備や停電対策などが必要となる。このよ
うにPON型ネットワークはFTTHを実現する上で非常に有望な技術である。
図１を用いてATM(Asynchronous Transfer Mode)を用いるPONであるBPON（Broadb
and optical access systems based on Passive Optical Network）について説
明する。BPONは加入者線端局装置OLT(Optical Line Termination)(10)、加入者
終端装置ONU(Optical Line Unit)(12)、光分岐装置SC(Star Coupler)(11)より構
成する(以下、OLT、SC、ONUによるPONの構成をPONシステムと呼ぶ)。OLT(10)は
主に通信事業者の局舎等に設置し、PONシステムにおける各ONU(12)に対する認証
や帯域管理を行う。ユーザ網を終端するONU(12)はユーザから受信したユーザパ
ケットをATMセルへ変換し、OLT(10)が指定したタイミングでONUが指定したタイ
ムスロット数分のATMセルを出力する。SC(11)は光ファイバより構成される受動
素子であり、OLT側の光ファイバ(16)をONU側の複数の光ファイバ(17-1,17-2,・・・
,17-n)へ分岐する。OLT(10)が送信したユーザデータはSC(11)を介し、すべてのO
NUへ送信される。また、SC(11)はONU(12)が送出した上りユーザパケットを多重
し、OLT(10)へ出力する。各ONUに対するタイムスロット割当てはOLT(10)に接続
されるOpS(Operation System)(14)より行われる。OpS(14)-OLT(10)間のインタフ
ェースはITU-T Q.834.1によって規定されている。ここで、OLTからONUへの方向
を下りとする。また、ONUからOLTへの方向を上りとする。
図4にBPONにおけるフレームフォーマットを示す。図４の上から、下りフレーム
フォーマット、上りフレームフォーマット、上りフレームフォーマットの一部拡
大図を示している。OLTがONUへ送信する下りATMセルは224セル周期（1 cycle）
となっており、OLT(10)は27セルに1回、ONU(12)への装置制御や上り帯域を設定
するため、PLOAM(Physical Layer OAM)セル(241)を送信する。ONU(12)はOLT(10)
より受信したATMセル(252)のセルヘッダに含まれるコネクション識別子VPI/VCI
を監視し、自宛てセルのみを取り込み、ユーザ側の物理回線(18)へユーザデータ
を送信する。ONU(12)はユーザ(13)から受信したユーザパケットをATMセルへ変換
し、ATMセルの先頭に付加ヘッダであるPON-OH(PON-OverHead)(251)を付与してOL
T(10)へ出力する。ONU(12)がセルを出力するタイミングやスロット数は、OLT(10
)が送信する装置制御セルPLOAMセル(241)に設定することによってOLTがONUに対
して指定する。ONUがOLTへ送信した上りセルは、SCにおいてOLT側の同一光ファ
イバ上に多重（例えば時分割多重）される。各ONUが送信したセルがSCで衝突し
ないようにするため、OLTはPLOAMセルを用いてレンジングと呼ばれる出力タイミ
ングの調整を行い、ONUへタイミングを設定する。OLTは各ONUに対してタイムス
ロットを割当てる。すなわち、ONU配下のユーザを考慮したタイムスロット割当
てを行わない。
BPONシステムの転送方式はITU-T G.983.1およびG.983.2によって規定されている
。また、OLT-ONU間の転送をEthernetベースで行う、EPON(Ethernet-PON)(Ethernetは登録商標)システムについては、IEEE 802.3ahにおいて標準化が進められている。
図6はFTTHにてユーザがインターネット(30)へ接続を行うための、ネットワーク
構成である。このネットワークは、ユーザアクセスの集約、ユーザ管理、サービ
ス振分け等を行うブロードバンドアクセスサーバ(BAS)(28)、BASからユーザデー
タを受信しPONシステムへ送信する、またPONシステムの管理を行うOLT(10)、単
一の光ファイバ入力を複数の光ファイバへ分岐出力するSC(11)、ユーザアクセス
を終端し、OLTにしたがってPONシステム(OLT)へユーザデータを送信するONU(12)
から構成される。ユーザ(13)はONU(12)、OLT(10)を経由し、BASでユーザ認証さ
れた後、インターネットへ接続される。この構成において、PONシステムはユー
ザ宅内に設置するONUとBASを結ぶ、帯域が確保された通信経路として使用されて
いる。

BPON、EPONシステムにおいて、ONU-OLT間は帯域の確保されたデータパスとして
使用しており、OLT-ONU間の帯域制御は各ONU単位で行われている。FTTHを導入す
るユーザが増えるにつれて、PONシステムではSCの分岐数が問題となる。通常ONU
はユーザごとに1台設置するため、1ユーザにつき1分岐の光ファイバを必要とす
る。より多数のユーザを同一PONシステムに収容するためには、SCを多分岐に対
応する必要がある。SCの分岐数はOLT、ONU双方に搭載するレーザ出力に起因する
物理制約によって制限される。また、多分岐を実現する高出力なレーザは非常に
高価である。そこで、分岐数制限を回避する方法として、ONUに複数のユーザを
収容し共有する形態が考えられる。しかしOLTとBASは独立して動作するため、OL
TはONU配下のユーザごとの帯域制御を行うことはなかった。本発明ではOLT-ONU
間でユーザごとの帯域制御を行う事を目的とする。

上記目的を達成するため、BASとOLTが連携して帯域制御を行う。各ユーザに設定
する帯域情報はRADIUSサーバにあらかじめ登録しておき、ユーザ認証時に呼び出
して帯域設定に用いる。BASは認証作業によって得たユーザプロファイルを用い
てPONシステムへの帯域制御を行う。ユーザ-BAS間の認証にはPPPを用い、RADIUS
サーバから得た各ユーザの帯域情報をOLTに通知することにより帯域制御を実現
する。また、OLTはユーザデータの識別にPPPoEのセッションIDを用いる。これは
、BAS-ユーザ間のセッション確立に伴い生成されるものであり、セッションIDご
とにユーザパケットをバファリング、シェーピングすることによりユーザ毎の帯
域制御を実現する。

本発明により、ONU配下のユーザに対する帯域制御を実現することが可能となる
。ONU単位での帯域制御を行った場合、BASのユーザ認証で得たユーザ数、ユーザ
帯域より各ONUに収容人数や帯域から積算した、適切な帯域割り当てを行うこと
ができる。ユーザ単位で帯域制御を行った場合、ONU配下のユーザに対して設定
した帯域を割当てることが可能である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図８はBASとOLTを連携し、BASより別線にて装置制御を行うネットワーク構成例
を示している。図8はBASとPONを連携させ、BASのユーザ認証時にRADIUSサーバよ
り得たユーザ帯域情報をOLTに設定することにより、ONU配下のユーザごとの帯域
制御を実現する構成の一つであり、BAS(28)、OLT(10)、ONU(12)にて構成される
。
図9は図8で使用するBASの機能ブロック図である。BASは入力側回線対応部(283)
、出力側回線対応部(400)、入力側パケット処理部(284)、出力側パケット処理部
(286)、スイッチ(285)、装置制御部(281)、管理端末からの制御のためのOpSイン
タフェース(282)より構成する。入力側回線対応部(283)は外部よりパケットを受
信すると物理レイヤ処理を行い、パケット処理部(284)へパケットを転送する。
入力側パケット処理部(284)では回線対応部(283)より受け取ったパケットのPPP
終端やIPレイヤでの転送といったプロトコル処理を行い、スイッチ(285)へパケ
ットを転送する。スイッチ(285)はパケット処理部(284)にて決定した方路へスイ
ッチングを行い、出力側パケット処理部(286)へ出力する。出力側パケット処理
部(286)ではL2TPなど出力側回線にあわせたレイヤ2、レイヤ3のプロトコル処理
を行い、回線対応部(400)へ出力する。回線対応部(400)は物理レイヤ処理を行い
、OLT（10）へ出力する。図7にて示す図6におけるBASとの違いは、回線対応部に
OLT制御のためのインタフェースが追加されている点である。
図2は図8で使用するOLTの機能ブロック図である。OLTは回線対応部(100)、スイ
ッチ(104)、PONインタフェース(105)、装置制御部(102)、OpSインタフェース(10
1)より構成される。BAS(28)より受信したデータは回線対応部(100)にて物理レイ
ヤの終端、方路決定を行いスイッチ(104)へと出力する。スイッチ(104)は回線対
応部(100)の決定した方路に基づき各PONインタフェース(105)へパケットを出力
する。PONインタフェース(105)はOLT(10)-ONU(12)間の帯域設定や出力タイミン
グの管理、OLT(10)-ONU(12)間の認証などPONシステムの管理、各ONU(12)とのデ
ータ送受信を行う。PONシステムの管理情報は、OpSインタフェース(19)を通して
外部端末よりPONインタフェース(105)へ設定する。PONインタフェース(105)はこ
の設定情報を用いてOLT(10)からの下り帯域を制御し、ONU(12)へ管理パケットを
送信することによりONU(12)からのOLT(10)への上り帯域制御を実現する。PONイ
ンタフェース(105)は出力側パケット処理部よりパケットを受け取ると、出力先
となるONU(12)ごとにバッファし、ONU(12)に割当てられた帯域で光ファイバ(16)
へデータを出力する。
図3は図8にて使用するONUの機能ブロック図である。ONUは装置制御部(121)、PON
インタフェース(122)、回線対応部(123)より構成する。PONインタフェース(122)
はOLT(10)から送信されるデータから自宛てパケットのみを抜き出し、回線対応
部へ転送する。また、OLT(10)から送信される制御情報をもとに上り帯域制御や
送信タイミング制御を行う。
図6に示した構成では、PONはBAS(18)と独立して動作しており、BAS(18)とONU配
下のユーザネットワーク(13)間を接続する、帯域が確保されたデータパスとして
使用されている。また、OLT(10)-ONU(12)間の帯域はOLT(10)の持つOpS(14-1)よ
りONU単位で設定される。
本実施例ではBASとOLTを連携し、BASのユーザ認証より得られたユーザ情報をOLT
に反映することによりユーザ単位の帯域制御を実現する。以下、EPONの実施例に
ついて説明する。
本実施例ではユーザ認証にPPPを用い、ONUとユーザ端末を接続する物理回線にEt
hernetを用いる構成を説明する。ただし、ユーザインタフェースはEthernetに限
定されるものではない。物理回線がEthernetである場合、パケットはPPPoEによ
って転送する。PPPoEはRFC2516にて規定されており、パケットフォーマットは図
5のようになる。本実施例では、OLTはブリッジ機能を、ONUはルータ機能を搭載
する事とする。すなわち、ONUのPONインタフェース(122)はMACアドレスを持ち、
ユーザの付与した送信元MACアドレスをPONインタフェースのMACアドレスに、宛
先MACアドレスをBASの回線対応部(287)のMACアドレスに変更し、BASへ送信する
。OLTはONUのMACアドレスをそのままBASへ送信する。ただし、OLT、ONUに搭載す
るMAC処理機能はどちらかに限定されるものではない。ONUはOLTが出力したパケ
ットの宛先MACアドレスを監視し、自宛てパケットを取り込むものとする。BASは
ユーザ認証時、ユーザ情報をRADIUS（Remote Authentication Dial-In User Ser
vice）サーバ(26)へ問い合わせ、認証やユーザのネットワーク設定のためのユー
ザ情報を得る。RADIUSサーバを規定しているRFC2138はPONでの使用を想定してい
ないためPONの帯域制御のために使用するパラメタのための属性が定義されてい
ない。そこで、機器ベンダが自由に使用することが許されているVender Specifi
c属性に帯域情報を格納する。また、独自に属性が割当てられていないIDに所望
のパラメタを含めることも可能である。
図27にRADISUサーバに登録する属性例を示す。これにより、ユーザ認証と同時に
BASはユーザの帯域情報を得ることができる。
BASからOLTへ帯域制御を行う構成として、OLTの持つ装置制御インタフェースを
用いBASから帯域制御を行う図8の構成、BASがOLTへユーザパケットを送信する回
線インタフェースを用いて制御パケットを送信し(以下、インチャネル通信とす
る)、OLT制御を実現する図15の構成、OLTをBASの回線インタフェースとして取り
込みBASより直接OLTを制御する図18の構成が考えられる。
また、帯域の制御方式として収容するユーザ数やユーザ帯域に応じてONUに割当
てる帯域を変化させる方式、ユーザ単位でOLT-ONU間の帯域を制御する方式の２
つが考えられる。この2つの帯域制御方式について、装置構成ごとに図を用いて
説明する。
図8を用いてBASからOLTの下り帯域制御にOLTが持つ装置管理インタフェースを用
いる構成について説明する。OpS-OLT間で装置制御に必要となる手順はITU-T Q.8
34.1にて定義されており、OLTのインタフェースとしてQ3、SNMP(Simple Network
Management Program)、CORBAを使用することができる。また、BASの回線対応部
にてOLTの装置制御を実現するため、回線対応部にはOLT制御用インタフェースを
有する図14の構成を持つ回線対応部を用いる。この回線対応部はユーザデータの
物理終端を行う物理レイヤ処理部(4001)と制御データの物理終端を行う物理レイ
ヤ処理部(4002)、OLTを制御するためのパケットを生成するOLT制御部(4003)、パ
ケット処理部(286)からの制御信号を受信しOLT制御部(4003)や帯域制御部(4004)
へと送信する制御インタフェース(4005)、下り帯域の帯域制御を行う帯域制御部
(4004)、パケット処理部とユーザデータの送受信を行うパケット処理部インタフ
ェース(4006)から構成する。
図8の構成において、ユーザ数や帯域に応じてONUに割当てる帯域を変化させる方
式について説明する。この方式では従来と同じくONU単位で帯域制御を行うが、O
NUに対する帯域をユーザ数や割当て帯域によって変化させる。
図22にBAS-OLT-ONU-ユーザ間の制御シーケンスを示す。BAS(28)はOLT(10)の起動
後、OLT(10)の初期設定を行う(901)。BAS(28)は初期設定(901)において、制御信
号を処理するための、個々のONU(12)に対して帯域をあらかじめ割り当てる。次
にOLTは未登録ONUの探索を行う(902)。ONU(12)はこれに対応して、OLT(10)へ登
録要求を送信する。OLT(10)はONU(12)の出力した登録要求を受信し、認証を行う
(903)。正しく認証が行われた場合、OLT(10)はONU(12)に初期設定で割り当てた
制御帯域の使用を許可し、ONU(12)へ通知する(904)。OLT(10)にてONU(12)が認証
されると、ユーザはシーケンス904にて許可した制御帯域を用いてBAS(28)へPPPo
E確立のための認証要求パケットを送信する(905)。PPPoEが正しく確立されると
ユーザはPPPの確立を行う(906)。BAS(28)はPPP確立中にユーザ認証要求パケット
を受信すると、RADIUSサーバ(26)にユーザ情報を要求し、認証の可否を判断する
。認証情報が正しかった場合、BAS(28)はユーザ情報よりユーザに割当てられた
帯域情報を取得し、ONU(12)ごとに収容するユーザの帯域を積算後、OpSインタフ
ェース(19)よりOLT(10)へONU(12)ごとの帯域情報を更新する(907)。その後、ユ
ーザに対して認証許可を送信し、IPを用いたユーザ通信を開始する。
次に図23を用いてユーザ-BAS間で行われるプロトコル処理や設定について詳細に
説明する。OLT(10)は起動すると(701)、ONUの初期設定を行う(702)。初期設定の
中で、ONUに対する初期帯域設定を行う。初期帯域はユーザ-BAS間でPPPoEやPPP
を確立するための、制御のための帯域であり、あらかじめ決めておいた固定帯域
を設定する。初期設定(702)を終えると、OLTは未登録ONUの探索、認証を行い(70
3)、認証が正しく行われると初期設定(702)にて設定したOLT-ONU間制御帯域の使
用をONUに許可する(703)。
ユーザ(13)は(703)にてOLT-ONU間帯域が確保されると、BAS(28)-ユーザ(13)間で
PPPoE確立を開始し(704)、OLT-ONU間の制御帯域を用いてPPPoE確立のためのパケ
ットをBASへ送信する(705)。
BAS(28)-ユーザ(13)間で正しくPPPoEが確立されると(706)、ユーザ(13)はPPPの
確立を開始する(707)。PPPの確立フェーズでは、LCP確立(708)、ユーザ認証(710
)、IPCP確立(714)が行われる。以下、順に説明する。PPP確立フェーズでは、ま
ずデータリンク層のネゴシエーションを行うLCP(Link Control Protocol)が行わ
れる(708)。正しくLCPが設定されると(709)、次にユーザ認証を行う。ユーザ認
証の手順としてはPAP(Password Authentication Protocol)とCHAP(Challenge Ha
ndshake Authentication Protocol)を使うことができ、どちらかの手順を用いて
ユーザ認証を行う(710)。ユーザ認証が正しく行われた場合(711)、ユーザ認証時
(710)にRADIUSサーバ(26)より取得したユーザ帯域情報を用いてONUごとにユーザ
の帯域を積算し、OLT-ONU間の帯域としてOLT(10)へ設定する(712)。ユーザを考
慮したONU帯域の更新が終了すると(712)、ユーザのIP設定などネットワーク設定
を行うIPCP(Internet Protocol Control Protocol)の確立を行い(714)、正常に
終了するとIPを用いたユーザ通信が可能となる(716)。
この方式を実現するため、OLT(10)内部に図10の構成を持つPONインタフェース(1
06)を用い、ONU単位にユーザパケットをバッファリングすることにより帯域制御
を行う。このPONインタフェース(106)はBAS(28)から受信したユーザパケットを
回線対応部(100)、スイッチ(104)経由で受信する。このPONインタフェース(106)
はスイッチインタフェース(1062)にてデータを受信し、バッファ(1064)にてユー
ザパケットをバッファする。データ振分け部(1064)はバッファにためたユーザパ
ケットをONUごとにONUバッファ(1065)にバッファリングする。下りPON制御部(10
67)はONU帯域管理テーブル(1068)のONUごとの帯域情報をもとにデータ読み出し
のスケジューリングを行い、ONUごとに指定された帯域を満たすよう帯域制御部
より読み出しを行う。帯域制御部(1073)は下りPON制御部(1067)より指示されたO
NUより指定されたバイト数パケットの出力を行う。ただし、フラグメント処理を
行わないようにするため、設定する読み出しデータ量は1500バイト単位とし、パ
ケット単位で残り送信可能バイト数が1500バイトを下回った時点でそのONUバッ
ファからの送信を終了する。
図8の構成においてユーザ単位でOLT-ONU間の帯域を制御する方式について説明す
る。本方式では、BASはユーザ認証時に得たユーザ帯域情報を用いてOLTへユーザ
帯域設定を行い、OLTは設定されたユーザ帯域情報に基づきユーザデータを出力
する。
本実施例ではOLTがユーザパケットを識別するための手段としてPPPoEのセッショ
ンID(243)を用いる。セッションIDはPPPoEのセッションごとに決定されるもので
あり、OLTが下りユーザ帯域設定を実現するために用いるユーザ管理テーブルの
検索キーとして使用する。
図24を用いてBAS-OLT-ONU-ユーザ間で行う制御を説明する。BAS(28)もしくはOLT
(10)のもつOpSはOLT(10)の起動後、OLTに対して初期設定を行う(911)。従来のPO
NシステムではOLTの初期化と同時にONUに対する帯域設定を行う。一方、本実施
例では下り帯域の設定を、BASの得たユーザ情報を元に行うため、ONU登録時点で
下り帯域についての設定は行わず、上り帯域の設定のみを行う。OLTの初期化が
終了すると(911)、OLT(10)が未登録ONUの探索を行う(912)。ONU(12)はこれを受
け、OLTに対して認証要求を送信する(913)。ONUの認証が終わると、ユーザはBAS
(28)へPPPoE確立、PPPの確立を行う。図25を用いてPPPoE、PPPの確立手順とユー
ザの下り帯域設定手順について述べる。
PPPoEセッション(915)では、まずユーザからユーザ認証を行うBAS探索の為のPAD
I(PPPoE Active Discovery Initiation)が送信される(9151)。これに呼応して、
BAS(28)もセッションID番号0のPADO(PPPoE Active Discovery Offer)を出力する
(9152)。OLTでの帯域制御はセッションIDごとに行われるが、セッションID番号0
については主にユーザ-BAS間の制御シーケンスで用いられるため、あらかじめ制
御に用いる帯域を割当てておく。BAS(28)からユーザ(13)へ送信する最初のパケ
ットであるPADO(9153)もこの帯域を用いてONUへ出力する(9153)。この後、PADO
は下りPON制御部(1067)にて帯域管理テーブルにしたがってユーザバッファより
読み出され、ONU(12)へ出力される。ONU(12)は送信されたEthernetフレームの宛
先MACアドレスを監視し、自宛てフレームを受信し、配下のネットワーク(18)へ
と送信する。PADO(9152)を受信したユーザ(13)はPADR(PPPoE Active Discovery)
を出力し(9154)、セッション確立の為のセッションIDをBAS(28)に要求する。こ
れを受信したBAS(28)はPPPoEセッションIDを発行しOLTへ登録、あらかじめ決め
られた制御帯域を仮登録する(9155)。その後、BAS(28)はユーザ(13)に対してPPP
oEセッションIDを設定するためのPADS(PPPoE Active Discovery Session Confir
mation)を、ユーザのセッションに対して一意に設定したセッションIDを用いてO
LTへ出力する(9056)。OLTはBASからのPADSを受信すると、セッションIDを確認し
BASより設定された制御のための帯域にてONUへPADSを出力し(9057)、PPPoEの確
立を完了する。ユーザはPADS(9157)を受信することにより自分に設定されたセッ
ションIDを認識し、次の出力からはこのセッションIDを用いて通信を行う。OLT(
10)に対してユーザ(13)と対応するセッションIDが登録されたことにより、この
セッションIDを用いたBAS-ユーザ間通信が今後可能となる。PPPoEの確立が完了
した後、続いてPPPの確立を行う(916)。PPPではまずLCP(Link Control Protocol
)が行われ(9161)、データリンク層のネゴシエーションが行われる。次に、ユー
ザ認証が行われる。PPPではユーザ認証手順としてPAP(Password Authentication
Protocol)とCHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)を使うこと
が出来るが、ここではPAPのみについて述べる。PAPでは、ユーザからのAuthenti
cation Request(9062)によりユーザID、Passwordが送信される。これを受信した
BASはRADIUSサーバを用いてユーザID、Passwordの確認を行い(9163)、正しけれ
ば認証と同時に得たユーザ情報を用いてOLTへ下り帯域を本登録する(9164)。本
登録後、ユーザに対してAuthentication-Ackを送出し(9165)、認証を終了する。
認証に失敗した場合、ユーザに対してAuthentication-Nakを返し、OLTへ設定し
たセッションIDを破棄する。この場合、ユーザが再度登録を試みる場合にはPPPo
Eのセッションから張りなおす必要がある。正しく認証が行われた場合、IPCP(In
ternet Protocol Control Protocol)を用いてユーザのネットワーク設定を行い
、ユーザの通信を開始する。
次に図26を用いてBASが行うプロトコル処理や設定について詳細に説明する。BAS
(28)はOLT(10)が起動するとOLT(10)の初期設定を行う(802)。初期設定の中で、O
NUに対する上り帯域設定を行う。下り帯域についてはPPPが確立しユーザ認証が
正しく行われた時点で設定する。初期設定が終了すると、OLTはONUの探索を行い
、未登録ONUに対して認証を行い、また上り帯域の割当てを行う(803)。ONUの認
証が正しく行われると、ユーザ(13)はPPPoE確立のためのパケットをBASへ送信す
る(804)。下り帯域の設定はまだ行っていないが、PPPoEを確立するために用いる
セッションID番号0については初期設定を行うときにあらかじめ制御のための帯
域を割り当てる。また、ユーザとの間でPPPoEセッションIDが決まると、そのセ
ッションIDをOLTに登録しする。また、その時の帯域は、制御を行うための帯域
としてあらかじめ定義しておく。BAS(28)-ユーザ(13)間で正しくPPPoEが確立さ
れると(806)、ユーザ(13)はPPPの確立を開始する(808)。PPPの確立フェーズでは
、LCP確立(809)、ユーザ認証(811)、IPCP確立(812)が行われる。以下、順に説明
する。PPP確立フェーズでは、まずデータリンク層のネゴシエーションを行うLCP
(Link Control Protocol)が行われる(809)。正しくLCPが設定されると(810)、次
にユーザ認証を行う。ユーザ認証の手順としてはPAP(Password Authentication
Protocol)とCHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)を使うことが
でき、どちらかの手順を用いてユーザ認証を行う(811)。ユーザ認証が正しく行
われた場合(812)、ユーザ認証時(811)にRADIUSサーバ(26)より取得したユーザ帯
域情報をOLTの帯域管理テーブル(1068)へ設定する(813)。ユーザ認証が完了する
と(812)、ユーザのIP設定などネットワーク設定を行うIPCP(Internet Protocol
Control Protocol)を行い(814)、正常に終了するとIPを用いたユーザ通信が可能
となる(817)。
この方式を用いる場合にPONインタフェース(105)の構成について、図12を用いて
説明する。PONインタフェース(106)はスイッチインタフェース(1062)、バッファ
(1064)、データ振分け部(1166)、帯域制御部(1173)、ユーザバッファ(1065)、下
りPON制御部(1067)、上りPON制御部(1070)、OAM制御部(1067)、物理レイヤ処理
部(1072)、制御インタフェース(1061)、ユーザ帯域制御テーブル(1168)より構成
する。
BAS(28)はユーザを正しく認証すると、ユーザ帯域情報に基づいたユーザ帯域をO
pSインタフェース経由でOLT(10)に対して設定する。BASのOpSインタフェースも
しくはOLTのOpSより送信された帯域設定情報はOLTのOpSインタフェースにて終端
し、装置制御部を介してPONインタフェース(106)の制御インタフェース(1061)へ
送信する。制御インタフェース(1061)は帯域設定情報を受信すると、ユーザ帯域
制御テーブル(1068)へユーザのセッションID、設定する帯域を書き込む。
PONインタフェース(106)において、ユーザから受信した上りパケットの処理につ
いて説明する。PONインタフェース(106)はユーザが送信したPPPoEパケットを受
信すると、物理レイヤ処理部(1072)にて物理レイヤの終端を行い、上りPON制御
部(1070)へ送信する。上りPON制御部(1070)はOAMパケットやユーザデータに付与
される付加ヘッダとユーザデータの分離を行う。分離を行ったユーザデータはバ
ッファ(1063)へ送信し、スイッチインタフェース(1062)を通してスイッチへ送信
する。上りPON制御部(1070)にて分離したOAMパケットはOAM制御部(1069)へ送信
し、装置制御情報を下りPON制御部(1067)へ送る。
PONインタフェース(106)において、BAS(28)から受信した下りパケットの処理に
ついて説明する。PONインタフェース(106)はBAS(28)が送信したPPPoEパケットを
受信すると、スイッチインタフェース(1062)を経由してバッファ(1063)にデータ
をためる。データ振分け部はバッファのパケットをセッションID毎に振分け、セ
ッションIDごとに管理されたユーザバッファにためる。下りPON制御部(1067)は
ユーザ帯域制御テーブル(1168)の情報を元にデータ読み出しのスケジューリング
を行い、ユーザ(セッションID)ごとに指定された帯域を満たすよう帯域制御部へ
指示を与える。帯域制御部(1166)は下りPON制御部(1173)より指示されたセッシ
ョンIDから指定されたバイト数パケットの出力を行う。ただし、フラグメント処
理を行わないようにするため、設定する読み出しデータ量は1500バイト単位とし
、パケット単位で残り送信可能バイト数が1500バイトを下回った時点でそのセッ
ションIDからの送信を終了する。
下りPON制御部(1067)はユーザ帯域制御テーブル(1168)より下りユーザ帯域情報
を読み出し、帯域情報に従ってユーザバッファよりデータを読み出す。また、OA
M制御部(1069)からの要求によるOAMパケットの挿入や、装置制御パケットの送信
も行う。BASがユーザを認識しPPPoEセッションを確立するまでの間、PPPoEセッ
ションID は0番を使用する。そのため、本方式ではセッションID 0番は装置制御
のためのIDとして予約し、あらかじめ一定の帯域を割当てておく。
BASからのインチャネル通信により、OLT制御を実現する図15の構成について説明
する。この方式ではOLT制御のために個別インタフェースを設けず、ユーザパケ
ットと制御パケットを同一物理回線上に多重する構成である。図8では制御パケ
ットの転送に用いる物理回線を用いるのに対して、図15ではユーザパケットの転
送に用いる物理回線と同じ物理回線を用いることが違いである。BAS、OLTの動作
はは図8の構成と同様である。図15ではBAS側で制御パケットをユーザパケットに
多重し、OLTで制御パケットをユーザパケットと分離する必要がある。この機能
を実現するため、OLTに制御データ分離部を追加し、装置制御部へ制御データを
送信する。BASの機能ブロックを図16に、OLTの機能ブロックを図17に示し、制御
データの流れを説明する。
BAS(28)は通常のユーザパケットと同様に回線インタフェース(34)を使用して制
御パケットをOLT(28)へ送信する。制御パケットであることを区別するため、装
置制御用に専用のPPPoEセッションIDを割当て、PPPoEヘッダに反映する。制御パ
ケットはユーザパケットと共に回線対応部(100)に入力され、制御データ分離部(
103)に入力される。制御データ分離部(103)は入力されたパケットのPPPoEセッシ
ョンIDを監視し、制御用に割当てたPPPoEセッションIDが検出されると、OLTの装
置制御部(102)へ制御パケットを送信する。装置制御部(102)はこのデータを元に
ユーザ帯域設定や装置内設定を行う。図15の構成は図8の構成に対してOLTを制御
する手段が異なるだけなので、図8と同様に2つの帯域制御方法が適用できる。
次に、図18を用いてBASとOLT部を統合する構成について説明する。この構成では
OLTのPONインタフェース相当の機能をBASの回線インタフェースとして収容する
。OLTインタフェース(361)はBAS(28)のパケット処理部(332)へ接続され、パケッ
ト処理部のマイコンバス(312)に直接制御する。ただし、回線インタフェースを
制御する制御線はパケット処理部の装置構成によるため、マイコンインタフェー
スに限る物ではない。ユーザの認証、下り帯域設定の手順は図8の構成を用いた
場合と同様であり、OLT相当部への制御手順、PONインタフェースではなくOLTイ
ンタフェースを搭載している点が異なる。図19、図20を用いてマイコンバスを用
いたOLTへのユーザ帯域設定の手順を示す。
図19はBASとOLTを統合し、BAS(28)にOLTインタフェース(361)を搭載した場合のB
ASの機能ブロック図である。OLTに搭載するPONインタフェースとOLTインタフェ
ースの違いは、パケット処理部からの制御線であるマイコンインタフェースに対
応するCPUインタフェース(3612)、パケット処理部とデータの送受信を行う内部
インタフェース(3611)を備える点である。BASのOpSよりOLTインタフェース(361)
の回線対応部への設定を行う場合、BASは回線対応部と直接接続するパケット処
理部を介して設定を行う。BAS(28)のOpSインタフェース(282)にて受信したOLTイ
ンタフェース(361)の装置制御情報は装置制御部(281)へ入力し、マイコンバスへ
出力する。マイコンバスへ出力した装置制御情報はパケット処理部(332)を経由
してOLTインタフェース(361)のCPUインタフェースに転送する。CPUインタフェー
ス(3612)は受信した装置制御情報をOLTインタフェース内へ転送し、各ブロック
へ設定を行う。また、パケット処理部(332)よりOLTインタフェースへ設定を行う
場合にも、パケット処理部のマイコンバスを用いて同様に設定を行う。図21はBA
Sにおけるパケット処理部(286)の機能ブロック図である。スイッチへユーザデー
タの送信を行うスイッチインタフェース(2862)、マイクロプロセッサを搭載し、
ユーザパケットのプロトコル処理や出力方路決定を行うパケット処理エンジン(2
863)、BAS内の装置制御バス(289)とパケット処理部(333)のマイコンバス(312)を
変換する装置制御インタフェース(2864)、BAS内の装置制御バス(289)とパケット
処理部内のマイコンバス(312)を変換し、BASの装置管理部(281)からの制御情報
をパケット処理部内へ伝達する装置制御部インタフェース(2861)から構成される
。OLTインタフェース(361)の制御バス(312)はパケット処理部(332)のマイコンバ
スにそのまま接続するため、OpSやパケット処理エンジンからの設定が可能とな
る。図18の構成において、上記2つの方式によって帯域制御を行う事ができる。

一般的なPONシステムのネットワーク構成例。 図1にて用いるOLTの装置構成例。 図1にて用いるONUの装置構成例。 BPONにおける上り下りフレームフォーマット。 PPPoEのフレームフォーマット。 図1の一般的なPONとBASを接続したネットワーク構成例。 図6にて用いるBASの装置構成例。 BASとOLTを連携し、BASより別線にて装置制御を行うネットワーク構成例。 図8におけるBASの装置構成例。 ONU単位で帯域制御を行う方式において、OLTに搭載するPONインタフェースの装置構成例。 図10において搭載するONU帯域制御テーブルの例。 ユーザ単位で帯域制御を行う方式でOLTに搭載するPONインタフェースの装置構成例。 図12においてユーザ帯域制御テーブルに搭載するテーブル例。 BASとOLTを連携させBASより別線にて帯域制御を行う図8の方式において、OLT制御を行うためのQ.983.1に準ずるインタフェースを有する回線対応部の装置構成例。 BASとOLTを連携させ、BASよりOLTへ帯域制御を行う構成にて、OLTの制御パケットをBASからのインチャネル通信により行うネットワーク構成例。 BASよりOLTへインチャネル通信を行う図15の構成において用いるBASの装置構成例。 BASからのインチャネル通信によりOLTの装置制御を行う図15の構成例におけるOLTの装置構成例。 BASにてOLTを回線インタフェースとして収容し、一体で使用するネットワーク構成例。 BASにOLTを回線インタフェースとして収容し、一体で使用する図18におけるBASの装置構成例。 BASにOLTを回線インタフェースとして収容し、一体で使用するBASの装置構成例である図19におけるOLTインタフェースの装置構成例。 BASにOLTを回線インタフェースとして収容し、一体で使用するBASの装置構成例である図19におけるパケット処理部の装置構成例。 ONU配下に収容するユーザ数やユーザ帯域に応じてONUに割当てる帯域を制御する方式における、BAS-OLT-ONU間の帯域割り当てシーケンス。 ONU配下に収容するユーザ数やユーザ帯域に応じてONUに割当てる帯域を制御する方式において、BASが行う制御フロー。 ONU配下に収容するユーザごとに帯域制御を行う方式における、BAS-OLT-ONU間の装置制御シーケンス。 図24においてBAS、OLT、ユーザ間でやりとりされるPPPoEおよびPPPシーケンス。 ONU配下に収容するユーザごとに帯域制御を行う方式において、BASが行う制御フロー。 RADIUSサーバにて設定するユーザアトリビュートの設定例。

Claims (6)

1. 加入者終端装置（ＯＮＵ）をパッシブオプティカルネットワーク方式（ＰＯＮ）によって従属接続し、上記ＰＯＮの物理レイヤ終端、および、上記ＯＮＵとの間の物理回線における帯域制御機能を有する加入者線端局装置（ＯＬＴ）と、上記ＯＬＴに接続し、上記ＯＮＵ、および上記ＯＬＴを経由してインターネットと通信する複数のユーザを認証するための機能を有するブロードバンドアクセスサーバ（ＢＡＳ）と、により構成されるパケット通信システムにおいて、
   上記ＢＡＳは上記ユーザの認証時に、上記複数のユーザの情報を管理するＲＡＤＩＵＳサーバから得る上記複数のユーザの情報を用いて、上記ＯＮＵ配下に収容する上記複数のユーザに割り当てる帯域に応じて、上記複数のユーザがパケットを送受信するために割り当てる上記ＯＮＵと上記ＯＬＴとの間の帯域を制御することを特徴とするパケット通信システム。
2. パッシブオプティカルネットワーク方式による光アクセスネットワーク（以下、ＰＯＮとする）において、複数の加入者装置（ＯＮＵ）と、上記複数の加入者装置に接続された複数のユーザを認証するための機能を有するブロードバンドアクセスサーバ（ＢＡＳ）と、を有するパケット通信システムにおいて、
   ＰＯＮの物理レイヤ終端機能および帯域制御機能を設けた回線インタフェースを持ち、上記回線インタフェースに対して、上記ＢＡＳがユーザ認証を行う時にＲＡＤＩＵＳサーバから得るユーザ情報を用いて、上記ＯＮＵ配下に収容する上記複数のユーザに割り当てる帯域に応じて、上記複数のユーザがパケットを送受信するために割り当てる上記ＯＮＵと上記ＢＡＳとの間の帯域を上記ＢＡＳ内の装置制御バスより制御することを特徴とするパケット通信システム。
3. 上記請求項１のパケット通信システムにおいて、
   上記ＢＡＳに、装置制御のために個別に設けた上記ＯＬＴへの物理回線より、ユーザの帯域制御を行うためのパケットを送受信し、ユーザがパケットを送受信するための帯域の設定を行うことを特徴とするパケット通信システム。
4. 上記請求項１のパケット通信システムにおいて、
   上記ＢＡＳと上記ＯＬＴ間に設けたユーザパケットを送受信するための物理回線を用いてユーザの帯域制御を行うためのパケットを送受信し、ユーザがパケットを送受信するための帯域の設定を行うことを特徴とするパケット通信システム。
5. 上記請求項２のパケット通信システムにおいて、
   上記ＢＡＳ内の装置制御バスを用いて該回線インタフェースに対するユーザがパケットの送受信するための帯域の設定を行うことを特徴とするパケット通信システム。
6. 複数の加入者終端装置と、
   該複数の加入者終端装置と接続される分岐装置と、
   該分岐装置と接続されるパケット通信装置とを有し、
   上記パケット通信装置は上記複数の加入者終端装置への送信データを多重化して上記分岐装置へ送信し、
   上記分岐装置は該多重化された送信データを各加入者終端装置にブロードキャストし、各加入者終端装置は自分宛の送信データを受信するパケット通信システムであって、
   上記パケット通信装置は、
   上記加入者終端装置との間の帯域制御機能を有する加入者線端局装置と、
   上記加入者線端局装置に接続され、上記加入者終端装置および加入者線端局装置を経由してネットワークと通信する複数のユーザを認証するための機能を有するサーバを有し、
   上記サーバが上記ユーザ認証時に用いるユーザ情報を用い、上記加入者終端装置配下に収容する上記複数のユーザに割り当てる帯域に応じて、上記複数のユーザがパケットを送受信するために割り当てる上記加入者終端装置と上記パケット転送装置との間の帯域を制御することを特徴とするパケット通信システム。

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