JP4339880B2 - イーサネット（登録商標）受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための帯域割当装置及び方法 - Google Patents

イーサネット（登録商標）受動光加入者網においてＱｏＳを保障する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（登録商標；以下同じ）受動光加入者網(Ethernet Passive Optical Access Network：ＥＰＯＮ)に関し、より詳細には、１つの光終端装置（Optical Line Terminal：ＯＬＴ）に複数の光加入者装置（Optical Network Unit：ＯＮＵ）が連結されたＥＰＯＮにおいて、複数の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）、ヘッドエンド（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のことを称する。
現在、加入者網としては、低速データ及び音声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、光同軸ハイブリッド伝送方式のケーブル放送網（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、音声とデータ、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網や、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、通信と放送と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きた。
ＰＯＮ技術は、初期には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にある。
上記ＥＰＯＮ技術は、加入者と中央基地局（Central Office：ＣＯ）との間の受動型光線路から、プロトコル変換無しで、イーサネットフレームを伝送するため、既存の電話線及び銅線基盤網に比べ、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にある。
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である。
図１に示された通り、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から構成される。このようなＥＰＯＮは、複数の光加入者装置（ＯＮＵ）１１０、１２０、１３０が、１つの光ファイバを介して、光終端装置（ＯＬＴ）１００を共有するポイントツーマルチポイント型（point-to-multipoint）構造を有する。すなわち、ＯＬＴ１００から複数の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により伝送される。それに対し、複数のＯＮＵ１１０、１２０、１３０からＯＬＴ１００へデータを伝送する上向伝送は、マルチポイントツーポイント（multipoint-to-point）方式により伝送される。
ＯＬＴ１００は、中央基地局（ＣＯ）に位置する。そして、ＯＮＵ１１０、１２０、１３０は、加入者端末１４０ないし１４５から生成される加入者フレームを集線する。加入者端末１４０ないし１４５は、宅内のホームゲートウェイ（Home Gateway：ＨＧ）と連結され、ホームゲートウェイ（ＨＧ）には、セットトップボックス（SetTop Box：ＳＴＢ）、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、またはインターネット電話（ＶｏＩＰ）等を連結することができる。そして、スプリッタ１０５は、１つのＯＬＴ１００と複数のＯＮＵ１１０、１２０、１３０とを１：Ｎで連結し、上記ＯＬＴ１００と複数のＯＮＵ１１０、１２０、１３０との間の光分配網を形成する。ＥＰＯＮにおいては、下向フレーム１６０は、ブロードキャスト形式により伝送される点から、既存のイーサネットフレームと同様に処理される。しかし、上向伝送は、複数のＯＮＵ１１０、１２０、１３０が１つのＯＬＴ１００へ上向フレーム１５０を伝送する形態である。例えば、ＥＰＯＮにおいて、１つのＯＮＵ１１０は、上向フレームＬ１を伝送するのに、他のＯＮＵ１２０、１３０と網資源を共有することとなり、ＯＬＴ１００は、ＯＮＵ１１０、１２０、１３０の間で共有された網資源のアクセス権限を制御する。従って、ツリー構造のＥＰＯＮにおいて、上向データ伝送時に発生され得る衝突を防止し、帯域幅を割り当てるために、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）が使用される。
上向データ伝送においては、最も簡単な方法として、登録されたＯＮＵ１１０、１２０、１３０の数と同一の数の帯域幅を割り当てる固定帯域割当（Static Bandwidth Allocation：ＳＢＡ）方法がある。
しかし、固定帯域割当方法は、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に違いをつけて提供することが不可能であるという短所がある。
このような固定帯域割当方式の短所を克服するために、動的帯域割当（Dynamic Bandwidth Allocation：ＤＢＡ）方法が提示されており、その最も代表的な方法として、ＩＰＡＣＴ（Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time）方法がある。
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て次のＯＮＵ１２０にＧＡＴＥメッセージを送る方法として、各ＯＮＵ１１０、１２０、１３０は、ＯＬＴ１００のＧＡＴＥメッセージに従って上向データを伝送する時に、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実行することを可能にする。
このようなＩＰＡＣＴ方法は、統計的多重化を利用してリンクの使用率を高めることができるという長所がある。しかし、上記のＩＰＡＣＴ方法は、ポーリング（polling）周期が変化することにより、遅延（delay）やジッタ（jitter）等に敏感なサービスを提供するには困難なところがある。これに対処するため、周期的なポーリングを使用することにより、ＱｏＳを支援しようとする方式も試みられているが、この場合、帯域が予め割り当てられることによって、帯域の浪費が発生するという問題がある。
上記のような問題点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）へ伝送される上向フレームに対し、リンクの効率性を保障しながらも、ＱｏＳを満足させることが可能な帯域割当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の本発明に従う、イーサネット受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための帯域割当方法は、複数の光加入者装置（ＯＮＵ）から光終端装置（ＯＬＴ）へ伝送される上向フレームを、所定の優先順位に従って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過程と、前記光終端装置（ＯＬＴ）は、前記複数のクラスのうち、最先順位クラスに対する要求帯域幅を割り当てる第２過程と、前記光終端装置（ＯＬＴ）は、前記最先順位クラスに対し帯域幅を割り当てた後、残余帯域幅を利用して他のクラスに対する帯域幅を動的に割り当てる第３過程とを備えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するための本発明に従う、イーサネット受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための帯域割当装置は、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って複数のクラスに区分して、伝送し、前記光終端装置（ＯＬＴ）から各クラス別に必要な帯域幅の割当を受ける複数の光加入者装置(ＯＮＵ)と、前記複数の光加入者装置（ＯＮＵ）が利用可能な上向帯域幅全体から、前記複数のクラスのうち、最先順位クラスに対する要求帯域幅を分配し、残った残余帯域幅を利用して他のクラスに対する帯域幅を動的に分配する光終端装置（ＯＬＴ）とを備えたことを特徴とする。
また、上記目的を達成するための本発明に従う、イーサネット受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための光加入者装置（ＯＮＵ）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って複数のクラスに区分して記憶する複数の優先順位キューと、前記光終端装置（ＯＬＴ）から受信された帯域幅割当情報に従って、前記優先順位キューに記憶された上向データを前記光終端装置（ＯＬＴ）へ伝送するスケジューラとを備え、前記光終端装置（ＯＬＴ）から割り当てられる帯域幅は、前記光終端装置（ＯＬＴ）が利用可能な上向帯域幅全体から、前記複数のクラスのうち、最先順位クラスに対する要求帯域幅を分配し、残った残余帯域幅を利用して他のクラスに対する帯域幅を動的に分配することにより、割り当てられることを特徴とする。
また、上記目的を達成するための本発明に従う、イーサネット受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための光終端装置（ＯＬＴ）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フレームを、所定の優先順位に従って複数のクラスに区分し、前記複数の光加入者装置（ＯＮＵ）についての各々の優先順位別帯域幅要求量に関する情報を有する帯域割当管理テーブルを記憶する記憶部と、利用可能な上向帯域幅全体から、前記複数のクラスのうち、最先順位クラスに対する要求帯域幅を分配し、残った残余帯域幅を利用して他のクラスに対する帯域幅を動的に分配する帯域幅割当部とを備えたことを特徴とする。
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）へ伝送される上向フレームを、その優先順位に従って、効率的に分配し、ＱｏＳを提供することが可能となる。
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しながら、詳細に説明する。図面中の参照番号及び同一構成要素群に関して、異なる図面に表示されていても、できる限り同一の参照番号及び符号をもって、示していることに留意されたい。下記において、本発明を説明するにあたり、関連の公知機能または構成に関する具体的な説明が、本発明の要旨を不必要にあいまいにし得ると判断される場合は、その説明を省略する。
図２は、本発明の実施例に従う、イーサネット受動光加入者網（ＥＰＯＮ）においてＱｏＳを保障するための帯域割当装置の構成図である。
図２を参照すると、本発明の実施例に従う、イーサネット受動光加入者網（ＥＰＯＮ）においてＱｏＳを保障する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から構成されている。そして、１つのＯＬＴ２００と、複数のＯＮＵ２１０ないし２３０とは、スプリッタ２４０を介して、１：Ｎで連結されることにより、ＯＬＴ２００と、複数のＯＮＵ２１０ないし２３０との間に光分配網が形成される。
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、記憶部２１３、及び制御部２１４を備える。各々の光加入者装置２１０ないし２３０は、複数の使用者端末（不図示）と接続されており、各々の使用者端末から入力された上向フレームを、その優先順位に従って、複数のクラスに区分する。
例えば、前記複数のクラスは、使用者端末から入力されたフレームに応じて、保障型サービス（guaranteed service）が必要で、遅延（delay）及びジッタ（jitter）に敏感なサービスを提供するフレームに対する最先順位のＥＦ（Expedite Forwarding）クラスと、上記ＥＦクラスよりは遅延（delay）及びジッタ（jitter）に敏感ではないが、パケット損失（packet loss）に敏感なサービスを提供するフレームに対する次順位のＡＦ（Assured Forwarding）クラスと、上記ＥＦクラスまたはＡＦクラスよりは遅延（delay）、ジッタ（jitter）、及びパケット損失に敏感ではないベストエフォート型（best-effort）サービスを要求するフレームに対するＢＥ（Best Effort）クラスに区分することができる。
そして、複数の優先順位キュー２１１は、使用者端末から入力されたフレームに対応する優先順位キュー２１１−１ないし２１１−３に記憶する。例えば、ＥＦクラスに該当するフレームは、ＥＦキュー２１１−１に記憶され、ＡＦクラスに該当するフレームは、ＡＦキュー２１１−２に記憶され、ＢＥクラスに該当するフレームは、ＢＥキュー２１１−３に記憶される。
ＯＮＵスケジューラ２１２は、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に従って、優先順位キュー２１１に記憶された上向データをＯＬＴ２００へ伝送する。
記憶部２１３には、各優先順位キュー２１１−１、２１１−２、２１１−３についての周期別キュー状態情報を把握するためのキュー状態管理テーブルが記憶される。上記キュー状態情報としては、各優先順位キュー２１１−１、２１１−２、２１１−３に記憶されたフレームのバイト（byte）数を使用することが可能である。キュー状態管理テーブルに関しては、図４を参照して、詳細に説明する。
制御部２１４は、キュー状態管理テーブルにより把握された各優先順位キュー２１１−１、２１１−２、２１１−３についてのキュー状態情報を使用して、ＯＬＴ２００に要求する帯域幅を計算し、このような要求帯域幅に関する情報が、ＲＥＰＯＲＴメッセージが用いられてＯＬＴ２００へ伝送されるよう制御する。
光終端装置（ＯＬＴ）２００は、帯域幅割当部２０１と、記憶部２０２とを備える。
帯域幅割当部２０１は、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０から受信したＲＥＰＯＲＴフレームを使用して、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０の各クラスキュー２１１に必要な上向帯域を計算し、利用可能な上向帯域幅全体から、先ず、複数のクラスのうち、最先順位クラス（ＥＦクラス）に対する要求帯域幅を分配する。
次いで、帯域幅割当部２０１は、上向帯域幅全体から、最先順位クラス（ＥＦクラス）に対する要求帯域幅を分配した後、残った余分の帯域幅を利用して他のクラス（例えば、ＡＦクラス及びＢＥクラス）に対する帯域幅を、本発明に従って、動的に分配する。帯域幅割当部２０１により、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０ごとに各々のクラス別に計算された上向帯域割当量は、ＧＡＴＥメッセージが用いられて、再びＯＮＵ２１０、２２０、２３０へ伝送される。そして、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帯域割当情報に従って、クラス別キュー２１１に記憶された上向フレームをＯＬＴ２００へ伝送する。以下において、本発明に従う、段階別帯域割当過程を詳細に説明する。
記憶部２１１は、各々のＯＮＵ２１０、２２０、２３０についての各優先順位別の帯域幅要求量に関する情報を有する帯域割当管理テーブルを記憶する。帯域割当管理テーブルに関しては、図６を参照して、詳細に説明する。
図３は、本発明の実施例に従う、サービスクラス別要求帯域幅を示す図である。
図３に示された通り、本発明において、ＥＦサービスについては、ＯＮＵからの要求に従って、可用リンク容量（Link capacity）３００全体のうち、固定された帯域幅（Fixed rate of EF queue）３１０が割り当てられることが可能であるよう、帯域幅の保障を要求する。それに対し、ＡＦ及びＢＥサービスは、可変的な帯域幅を要求する。
この際、ＡＦサービスは、最小帯域幅保障（Guaranteed rate of AF queue）３２１を要求する。すなわち、ＡＦサービスは、可変的な帯域幅を使用するが、サービスのための最小限の帯域幅保障を要求するのである。また、予め加入者との契約により規定することによって、定められた最大帯域幅を超える帯域幅を使用できないよう、ＡＦサービスが使用可能な最大帯域幅（Peak rate of AF queue）３２２も予め設定することが可能である。そして、ＢＥサービスも可変的な帯域幅（available rate of BE queue）３３０を要求するが、最小帯域幅保障を要求はしない。
図４は、本発明の実施例に従って、ＯＮＵにおいて、各優先順位キューについての状態を管理するためのキュー状態テーブルである。
図４を参照すると、本発明において、各ＯＮＵ２１０の内部記憶部２１３には、各優先順位キュー２１１−１、２１１−２、２１１−３についての周期別キュー状態情報を把握するためのキュー状態管理テーブルが記憶される。キュー状態情報としては、各優先順位キュー２１１−１、２１１−２、２１１−３に記憶されたフレームのバイト（byte）数を使用することが可能である。
図４に示された通り、キュー状態テーブルには、直前周期（cycle）の各優先順位キュー２１１−１、２１１−２、２１１−３についてのキュー状態と、現在周期の各優先順位キュー２１１−１、２１１−２、２１１−３についてのキュー状態に関する情報を含めることが可能である。図４のキュー状態テーブルにおいて、ＱＥＦ（ｎ）は、ｎ番目の周期（cycle）におけるＥＦキュー２１１−１の状態を表し、ＱＥＦ（ｎ−１）は、（ｎ−１）番目の周期（cycle）におけるＥＦキュー２１１−１の状態を表す。
そして、ＯＮＵ２１０内に構成された制御部２１４は、上記のようにして把握された各優先順位キュー２１１−１、２１１−２、２１１−３についてのキュー状態情報を使用して、ＯＬＴ２００に要求する帯域幅を計算した後、ＲＥＰＯＲＴメッセージが用いられてＯＬＴ２００へ伝送されるよう制御する。ＯＬＴ２００に要求する帯域幅は、次の式（１）を使用して、計算することができる。
Figure 0004339880
ここで、ＲＢＥＦ（ｎ）は、ｎ番目の周期（cycle）において、ＥＦキューが要求する帯域幅を表す。そして、αは、０＜α≦１の範囲内の値を有する。
この際、ＡＦクラスに対する帯域幅要求は、サービスレベルアグリーメント（Service Level Agreement：ＳＬＡ）により、加入者と予め明示的に決めた最大帯域幅を超えないようにする。各クラス別に要求帯域幅が決定されると、図５のようなＲＥＰＯＲＴメッセージが、ＯＬＴ２００へ伝送される。
図５は、本発明の実施例に従う、ＲＥＰＯＲＴメッセージの構造を示す図である。
図５を参照すると、本発明に従うＲＥＰＯＲＴメッセージ５００には、宛先アドレス（ＤＡ）、送信元アドレス（ＳＡ）、タイプ（ｔｙｐｅ８８−０８）、オプコード（ｏｐｃｏｄｅ００−１３）、タイムスタンプ（ｔｉｍｅｓｔａｍｐ)、キューセットの数（ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｑｕｅｕｅ ｓｅｔｓ）、ＥＦキューレポート（ＥＦ ｑｕｅｕｅ ｒｅｐｏｒｔ）５０１、ＡＦキューレポート（ＡＦ ｑｕｅｕｅ ｒｅｐｏｒｔ）５０２、ＢＥキューレポート（ＢＥ ｑｕｅｕｅ ｒｅｐｏｒｔ）５０３、パッド（ｐａｄ）、及び、フレームチェックシーケンス（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ：ＦＣＳ）についての情報が含まれる。
ここで、ＥＦキューレポート（ＥＦ ｑｕｅｕｅ ｒｅｐｏｒｔ）５０１フィールドには、ｎ番目の周期において、ＥＦキュー２１１−１が要求する帯域幅に関する情報が記憶される。そして、ＡＦキューレポート（ＡＦ ｑｕｅｕｅ ｒｅｐｏｒｔ）５０２フィールドには、ｎ番目の周期において、ＡＦキュー２１１−２が要求する帯域幅に関する情報が記憶され、ＢＥキューレポート（ＢＥ ｑｕｅｕｅ ｒｅｐｏｒｔ）５０３フィールドには、ｎ番目の周期において、ＢＥキュー２１１−３が要求する帯域幅に関する情報が記憶される。
そして、ＯＬＴ２００は、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０から入力されたＲＥＰＯＲＴメッセージから要求帯域幅を取得した後、これを基に、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に対し帯域割当を実行する。そして、ＯＬＴ２００により実行された帯域割当の結果は、ＧＡＴＥメッセージが用いられて、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０へ伝送される。
図６は、本発明に従って、ＯＬＴにおいて、ＯＮＵの要求帯域幅を管理するための帯域割当管理テーブルである。
図６を参照すると、帯域割当管理テーブル６００には、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０についての各優先順位キュー２１１−１、２１１−２、２１１−３別に要求帯域幅に関する情報が記憶される。図６において、ＲＢＥＦ（ｎ）は、ｎ番目のＯＮＵのＥＦキュー２１１−１が要求する帯域幅であり、ＲＢＡＦ（ｎ）は、ｎ番目のＯＮＵのＡＦキュー２１１−２が要求する帯域幅であり、ＲＢＢＥ（ｎ）は、ｎ番目のＯＮＵのＢＥキュー２１１−３が要求する帯域幅である。
そして、ＡＦｍｉｎ（ｎ）は、加入者との契約におけるＳＬＡに明示された、ｎ番目のＯＮＵが要求する最小保障帯域幅であり、ＡＦｍａｘ（ｎ）もまた、加入者との契約におけるＳＬＡに明示された、ｎ番目のＯＮＵが要求する最大保障帯域幅である。ＯＬＴ２００は、このような帯域割当管理テーブル６００を基に、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に対する帯域割当を実行する。ＯＬＴ２００における帯域割当は、一定の周期をもって、実行される。すなわち、ＯＬＴ２００は、予め定められた周期内で、以下のように各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に対する帯域割当を実行する。
図７は、本発明の実施例に従う、イーサネット受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための帯域割当過程を示す図である。
図７を参照すると、先ず、本発明に従う帯域割当のため、ＯＬＴ２００は、自身に連結された全てのＯＮＵ２１０、２２０、２３０のＲＥＰＯＲＴ情報を統合する帯域割当管理テーブル６００を生成する（Ｓ７００）。そして、光加入者装置（ＯＮＵ）２１０、２２０、２３０は、光終端装置（ＯＬＴ）２００へ伝送される上向フレームを、所定の優先順位に従って区分された複数のクラスに応じて、各クラス別に必要な帯域幅を光終端装置（ＯＬＴ）へ要求するようになる。そして、ＯＬＴ２００は、次の３段階により、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に対する帯域割当を実行する。
先ず、第１段階帯域割当過程として、ＯＬＴ２００は、以下の式（２）のように、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に構成された複数の優先順位キュー２１１−１、２１１−２、２１１−３のうち、最先順位クラス、すなわちＥＦキュー２１１−１に帯域幅を割り当てる（Ｓ７０１）。この際、ＥＦクラスキューに対する帯域割当は、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０から要求された帯域幅となる。
Figure 0004339880
ここで、ＡＢＥＦ（ｉ）は、ｉ番目のＯＮＵのＥＦキューに割り当てられた帯域を表し、ＲＢＥＦ（ｉ）は、ｉ番目のＯＮＵが要求したＥＦキューの帯域を表す。従って、ＯＮＵのＥＦキュー全体に割り当てられる帯域は、以下の式（３）の通りである。
Figure 0004339880
次いで、第２段階帯域割当のため、図７に示された通り、リンク全体の可用帯域幅から、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０のＥＦキュー２１１−１全体に割り当てられた帯域幅を引いた、残りの帯域幅を用いて、次順位クラス、すなわちＡＦキュー２１１−２に対する帯域割当が実行される。上記ＡＦキュー２１１−２に割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷＡＦ）は、次の式（４）の通りである。
Figure 0004339880
ここで、Ｃは、リンクの全体帯域幅を表す。
第２段階帯域割当過程では、先ず、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０から要求されたＡＦクラスに対するＡＦキュー２１１−２の要求帯域幅（ＲＢＡＦ（ｉ））の合計を計算した後、この合計がＡＦキュー２１１−２に割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷＡＦ）より小さいか同じであるかの可否を判定する（Ｓ７０２）。
過程Ｓ７０２にて判定した結果、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０から要求されたＡＦクラスに対するＡＦキュー２１１−２の要求帯域幅（ＲＢＡＦ（ｉ））の合計が、ＡＦキュー２１１−２に割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷＡＦ）より小さいか同じである場合、以下の式（５）のように、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０が要求した帯域幅と、該当するＯＮＵ２１０、２２０、２３０別に予め設定された最大使用可能帯域幅とを相互比較し、上記各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０が要求した帯域幅と、該当するＯＮＵ２１０、２２０、２３０別に予め設定された最大使用可能帯域幅とのうちの小さい値を、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に割り当てる（Ｓ７０３）。
Figure 0004339880
ここで、ｎは、ＡＦキューに対する帯域幅を要求したＯＮＵの数である。
過程Ｓ７０２にて判定した結果、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０から要求されたＡＦキュー２１１−２の要求帯域幅（ＲＢＡＦ（ｉ））の合計が、ＡＦキュー２１１−２に割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷＡＦ）より大きい場合、先ず、第１ステップ（１ｓｔ ｓｔｅｐ）として、以下の式（６）のように、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０の最小保障帯域幅と、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０が要求した帯域幅とを相互比較し、そのうちの小さい値を取得して（Ｓ７０４）、これらの値の合計がＡＦキュー２１１−２に割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷＡＦ）より小さいか同じであるかの可否を判定する（Ｓ７０５）。
Figure 0004339880
過程Ｓ７０５にて判定した結果、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０の最小保障帯域幅と、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０が要求した帯域幅とのうちの小さい値の合計が、ＡＦキュー２１１−２に割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷＡＦ）より小さいか同じ場合、以下の式（７）のように、上記にて取得された、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０の最小保障帯域幅と、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０が要求した帯域幅とのうちの小さい値を、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に割り当てる（Ｓ７０６）。
Figure 0004339880
それに対し、過程Ｓ７０５にて判定した結果、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０の最小保障帯域幅と、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０が要求した帯域幅とのうちの小さい値の合計が、ＡＦキュー２１１−２に割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷＡＦ）より大きい場合、以下の式（８）のように、上記にて取得された、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０の最小保障帯域幅と、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０が要求した帯域幅とのうちの小さい値に比例させて、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に帯域を割り当てる（Ｓ７０７）。
Figure 0004339880
そして、第２ステップ（２ｎｄ ｓｔｅｐ）として、以下の式（９）のように、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０から、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に予め設定された最小保障帯域幅より小さい値を要求したＯＮＵを除いた、残りのＯＮＵに、残った帯域を各ＯＮＵの最小保障帯域に比例させて割り当てる（Ｓ７０８）。
Figure 0004339880
ここで、ｎは、ＡＦキューに対する帯域幅を要求したＯＮＵの数、ｍは、ＯＮＵの全体から、各ＯＮＵへ設定された最小保障帯域幅より小さい値を要求したＯＮＵを除いた、残りのＯＮＵの数、ＡＦａｖｅは、ＡＦｍｉｎとＡＦｍａｘの平均値を表す。
従って、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０のＡＦキュー２１１−２全体に割り当てられる帯域は、次の式（１０）の通りである。
Figure 0004339880
上記のように、第１段階及び第２段階により帯域割当が実行された後にも、可用帯域幅が残っている場合には、最後に第３段階帯域割当が実行される。第３段階帯域割当により、ＢＥクラスキューに割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷＢＥ）は、次の式（１１）の通りである。
Figure 0004339880
そして、ＯＬＴ２００は、以下の式（１２）のように、ＢＥクラスキューに均等な帯域幅を割り当てる（Ｓ７０９）。
Figure 0004339880
ここで、ｎは、ＢＥクラスキューに対する帯域割当を要求したＯＮＵの数を表す。従って、最終的に、ＯＮＵ（ｉ）に割り当てられる帯域は、次の式（１３）の通りである。
Figure 0004339880
図８は、本発明の実施例に従う、ＧＡＴＥメッセージの構造を示す図である。
図８を参照すると、本発明に従うＧＡＴＥメッセージ８００には、宛先アドレス（ＤＡ）、送信元アドレス（ＳＡ）、タイプ（ｔｙｐｅ８８−０８）、オプコード（ｏｐｃｏｄｅ００−１３）、タイムスタンプ（ｔｉｍｅｓｔａｍｐ）、グラントの数（ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｇｒａｎｔｓ）、固定割当開始時間（ｓｔａｔｉｃ ｓｔａｒｔ ｔｉｍｅ）８０１、期間（ｌｅｎｇｔｈ）８０２、動的割当開始時間（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｒｔ ｔｉｍｅ）８０３、期間（ｌｅｎｇｔｈ）８０４、パッド（ｐａｄ）、及び、フレームチェックシーケンス（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ：ＦＣＳ）についての情報が含まれる。
固定割当開始時間（ｓｔａｔｉｃ ｓｔａｒｔ ｔｉｍｅ）８０１フィールドには、本発明に従ってＥＦキュー２１１−１に帯域割当をするための時間についての情報が含まれ、該当する期間８０２についてのフィールドが付与される。そして、動的割当開始時間（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｒｔ ｔｉｍｅ）８０３フィールドには、本発明に従ってＡＦ及びＢＥキュー２１１−２、２１１−３に帯域割当をするための時間についての情報が含まれ、該当する期間８０４についてのフィールドが付与される。このように、ＯＬＴ２００は、ＧＡＴＥメッセージ８００を使用して、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に、伝送開始時間と、期間とを知らせる。
本発明において、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０は、このようなＧＡＴＥメッセージ８００を受信し、固定割当開始時間（ｓｔａｔｉｃ ｓｔａｒｔ ｔｉｍｅ）８０１フィールド値と、期間８０２フィールド値とを取得した後、ＥＦキュー２１１−１にあるフレームを、固定割当開始時間（ｓｔａｔｉｃ ｓｔａｒｔ ｔｉｍｅ）８０１から、該当する期間８０２だけ伝送する。
次いで、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０は、動的割当開始時間（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｒｔ ｔｉｍｅ）８０３フィールド値と、期間８０４フィールド値とを取得した後、キュー状態テーブルに記憶された値に比例させて、ＡＦ及びＢＥキュー２１１−２、２１１−３にあるフレームを、動的割当開始時間（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｒｔ ｔｉｍｅ）８０３から、該当する期間８０４だけ伝送する。
この際、ＥＦキュー２１１−１の場合には、遅延及びジッタに敏感なサービスを支援するため、伝送される時間が規則的であるほど良い。ＯＬＴ２００が、ＯＮＵ２１０、２２０、２３０に、１つの開始時間及び期間しか知らせないとすると、フレーム長の可変性のため、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０のＡＦキュー２１１−２に記憶されたデータの伝送時間が、さらに不規則的になり、ＱｏＳ低下が発生され得る。このようなＱｏＳ低下発生問題を補完するため、本発明においては、一周期（cycle）全体のうち、各ＯＮＵ２１０、２２０、２３０のＥＦキュー２１１−１のための別途の伝送区間を割り当てて、全体周期からこの区間を除いた、残りの区間を、ＡＦ及びＢＥキュー２１１−２、２１１−３のために割り当てる。
図９は、従来のＩＰＡＣＴ方式に従う、データ送信過程を示す図である。そして、図１０は、本発明の実施例に従う、データ送信過程を示す図である。
先ず、図９を参照すると、従来のＩＰＡＣＴ方式による場合、ＯＬＴが、複数のＯＮＵ（ＯＮＵ＃１ないしＯＮＵ＃３）へＧＡＴＥメッセージ（Ｇ）を伝送すると、各ＯＮＵ（ＯＮＵ＃１ないしＯＮＵ＃３）は、決められた時間に、データ（Ｄ）と、ＲＥＰＯＲＴメッセージ（Ｒ）とを、順番に上記ＯＬＴへ伝送する。これに対して、図１０を参照すると、本発明においては、各ＯＮＵ（ＯＮＵ＃１ないしＯＮＵ＃３）に記憶された、遅延及びジッタに敏感な最先順位のＥＦクラスに対するフレーム１０１１、１０１２、１０１３を、一周期（cycle）の前部分に優先的に割り当ててＯＬＴへ伝送することにより、一定の遅延及びジッタを保障することが可能であり、以後、次の順位のＡＦクラスまたはＢＥクラスに対するフレーム１０１４、１０１５、１０１６をＯＬＴへ伝送することにより、差別化サービスを提供することが可能であるという利点がある。
本発明に従う、イーサネット受動光加入者網（ＥＰＯＮ）においてＱｏＳを保障するための帯域割当方法は、コンピュータが読み取ることが可能な記憶媒体に記憶された、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化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憶媒体には、コンピュータシステムにより読み取られることが可能なデータが記憶される、全ての種類の記憶装置が含まれる。
コンピュータが読み取ることが可能な記憶媒体の例には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスク、光データ記憶装置などが含まれ、また、インターネットを介した伝送のように、キャリアウェーブの形態で具現化されるものも含まれる。また、コンピュータが読み取ることが可能な記憶媒体は、ネットワークで接続されたコンピュータシステムに分散され、分散方式によりコンピュータが読み取ることが可能なコードが記憶され、実行されることも可能である。
本発明の詳細な説明において、具体的な実施例に関して説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内で様々な変形が可能である。従って、本発明の範囲は、説明した実施例に限定されて定められるべきではなく、特許請求の範囲、並びに、特許請求の範囲と均等なもの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である。 本発明の実施例に従う、イーサネット受動光加入者網（ＥＰＯＮ）においてＱｏＳを保障するための帯域割当装置の構成図である。 本発明の実施例に従う、サービスクラス別要求帯域幅を示す図である。 本発明の実施例に従って、ＯＮＵにおいて、各優先順位キューについての状態を管理するためのキュー状態テーブルを示す図である。 本発明の実施例に従う、ＲＥＰＯＲＴメッセージの構造を示す図である。 本発明に従って、ＯＬＴにおいて、ＯＮＵの要求帯域幅を管理するための帯域割当テーブルを示す図である。 本発明の実施例に従う、イーサネット受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための帯域割当過程を示す図である。 本発明の実施例に従う、ＧＡＴＥメッセージの構造を示す図である。 従来のＩＰＡＣＴ方式に従う、データ送信過程を示す図である。 本発明の実施例に従う、データ送信過程を示す図である。
符号の説明
１００、２００ 光終端装置（ＯＬＴ）
１０５、２４０ スプリッタ
１１０、１２０、１３０、２１０、２２０、２３０ 光加入者装置（ＯＮＵ）
１５０ 上向フレーム
１６０ 下向フレーム
２０１ 帯域幅割当部
２０２ 光終端装置（ＯＬＴ）の記憶部
２１１ 優先順位キュー
２１１−１ ＥＦキュー
２１１−２ ＡＦキュー
２１１−３ ＢＥキュー
２１２ スケジューラ
２１３ 光加入者装置（ＯＮＵ）の記憶部
２１４ 制御部
５００ ＲＥＰＯＲＴメッセージ
６００ 帯域割当管理テーブル
８００ ＧＡＴＥメッセージ

Claims (6)

  1. イーサネット（登録商標；以下同じ）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）へ伝送される上向フレームを、所定の優先順位に従って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過程と、
    前記光終端装置（ＯＬＴ）は、前記複数のクラスのうち、最先順位クラスに対する要求帯域幅を割り当てる第２過程と、
    前記光終端装置（ＯＬＴ）は、前記最先順位クラスに対し帯域幅を割り当てた後、残った残余帯域幅を利用して他のクラスに対する帯域幅を動的に割り当てる第３過程と
    を備え、
    前記複数のクラスは、
    保障型サービス（guaranteed service）が必要で、遅延（delay）及びジッタ（jitter）に敏感なフレームに対する最先順位のＥＦクラスと、
    前記ＥＦクラスよりは遅延（delay）及びジッタ（jitter）に敏感ではないが、パケット損失に敏感なマルチメディアフレームに対するＡＦクラスと、
    遅延（delay）、ジッタ（jitter）、及びパケット損失に少々敏感なベストエフォート型（best-effort）サービスを要求するフレームに対するＢＥクラスとを含み、
    前記第３過程において、
    前記光加入者装置（ＯＮＵ）から要求された前記ＡＦクラスに対する要求帯域幅の合計が、前記残余帯域幅より小さいか同じ場合、前記光終端装置（ＯＬＴ）は、前記光加入者装置（ＯＮＵ）が要求した帯域幅と、予め設定された最大使用可能帯域幅とのうちの小さい値を、前記光加入者装置（ＯＮＵ）に割り当てる過程と、
    前記光加入者装置（ＯＮＵ）から要求された前記ＡＦクラスに対する要求帯域幅の合計が、前記残余帯域幅より大きい場合であり、且つ、前記光加入者装置（ＯＮＵ）に対して予め設定された最小保障帯域幅と、前記光加入者装置（ＯＮＵ）が要求した帯域幅とのうちの小さい値が、前記ＡＦクラスに割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷ ＡＦ ）より小さい場合、前記光終端装置（ＯＬＴ）は、前記光加入者装置（ＯＮＵ）に対して予め設定された前記最小保障帯域幅と、前記光加入者装置（ＯＮＵ）が要求した帯域幅とのうちの小さい値を、前記光加入者装置（ＯＮＵ）に割り当てる過程と、
    を含むことを特徴とするイーサネット受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための帯域割当方法。
  2. 前記第３過程において、前記光加入者装置（ＯＮＵ）から要求された前記ＡＦクラスに対する要求帯域幅の合計が、前記残余帯域幅より大きい場合であり、且つ、前記光加入者装置（ＯＮＵ）に対して予め設定された最小保障帯域幅と、前記光加入者装置（ＯＮＵ）が要求した帯域幅とのうちの小さい値が、前記ＡＦクラスに割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷＡＦ）より大きい場合、前記光終端装置（ＯＬＴ）は、前記光加入者装置（ＯＮＵ）の最小保障帯域幅と、前記光加入者装置（ＯＮＵ）が要求した帯域幅とのうちの小さい値に比例させて、各光加入者装置(ＯＮＵ)に帯域を割り当てる過程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いてＱｏＳを保障するための帯域割当方法。
  3. 前記光加入者装置（ＯＮＵ）から、各光加入者装置（ＯＮＵ）に予め設定された最小保障帯域幅より小さい値を要求した光加入者装置（ＯＮＵ）を除いた、残りの光加入者装置（ＯＮＵ）に、残った帯域を各光加入者装置（ＯＮＵ）の前記最小保障帯域幅に比例させて割り当てる過程を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイーサネット受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための帯域割当方法。
  4. 前記ＡＦクラスに対する帯域割当の結果、前記ＢＥクラスに対して帯域割当を要求した光加入者装置（ＯＮＵ）に、残った帯域幅を均等に分配する過程を含むことを特徴とする請求項３に記載のイーサネット受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための帯域割当方法。
  5. 前記最先順位クラスに対するフレームを、一周期（cycle）の前部分に優先的に割り当てて伝送し、以後、前記他のクラスに対するフレーム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いてＱｏＳを保障するための帯域割当方法。
  6. イーサネット受動光加入者網において、
    光終端装置（ＯＬＴ）へ伝送される上向フレームを、所定の優先順位に従って複数のクラスに区分して、伝送し、前記光終端装置（ＯＬＴ）から各クラス別に必要な帯域幅の割当を受ける複数の光加入者装置（ＯＮＵ）と、
    前記複数の光加入者装置（ＯＮＵ）が利用可能な上向帯域幅全体から、前記複数のクラスのうち、最先順位クラスに対する要求帯域幅を分配し、残った残余帯域幅を利用して他のクラスに対する帯域幅を動的に分配する光終端装置（ＯＬＴ）と
    を備え、
    前記複数のクラスは、
    保障型サービス（guaranteed service）が必要で、遅延（delay）及びジッタ（jitter）に敏感なフレームに対する最先順位のＥＦクラスと、
    前記ＥＦクラスよりは遅延（delay）及びジッタ（jitter）に敏感ではないが、パケット損失に敏感なマルチメディアフレームに対するＡＦクラスと、
    遅延（delay）、ジッタ（jitter）、及びパケット損失に少々敏感なベストエフォート型（best-effort）サービスを要求するフレームに対するＢＥクラスとを含み、
    前記光終端装置（ＯＬＴ）は、
    前記光加入者装置（ＯＮＵ）から要求された前記ＡＦクラスに対する要求帯域幅の合計が、前記残余帯域幅より小さいか同じ場合、前記光終端装置（ＯＬＴ）は、前記光加入者装置（ＯＮＵ）が要求した帯域幅と、予め設定された最大使用可能帯域幅とのうちの小さい値を、前記光加入者装置（ＯＮＵ）に割り当て、
    前記光終端装置（ＯＬＴ）はさらに、
    前記光加入者装置（ＯＮＵ）から要求された前記ＡＦクラスに対する要求帯域幅の合計が、前記残余帯域幅より大きい場合であり、且つ、前記光加入者装置（ＯＮＵ）に対して予め設定された最小保障帯域幅と、前記光加入者装置（ＯＮＵ）が要求した帯域幅とのうちの小さい値が、前記ＡＦクラスに割り当てられることが可能な可用帯域幅（ａｖａｉｌ＿ＢＷ ＡＦ ）より小さい場合、前記光終端装置（ＯＬＴ）は、前記光加入者装置（ＯＮＵ）に対して予め設定された前記最小保障帯域幅と、前記光加入者装置（ＯＮＵ）が要求した帯域幅とのうちの小さい値を、前記光加入者装置（ＯＮＵ）に割り当てる
    ことを特徴とするイーサネット受動光加入者網においてＱｏＳを保障するための帯域割当装置。
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