JP4416005B2 - Ｐｏｎシステムにおける動的帯域割当方式 - Google Patents

Description

本発明は、複数の加入者接続装置が光伝送回線を共有する受動光網PON(Passive Optical Network)システムに関する。

PONは一般的に1台の局側装置(OLT:Optical Line Terminal)と複数の加入者側装置(ONU:Optical Network Unit)から成り、ONUに接続されたPC(Personal Computer)等の端末からの信号を光信号に変換し、光ファイバを介してOLTに向けて送出する。複数のONUからの光ファイバは光スプリッタにより結合され、光信号はこの光スプリッタにより光学(時分割)多重されてOLTに到達する。

ONUとOLTの間の光ファイバ長は、ITU-T勧告G.984.１の８章および９章に、例えば0〜20km、20km〜40kmないし40km〜60kmの範囲で規定されており、各ONUはOLTから上記範囲内で任意の距離に設置される。従ってOLTと各ONUとの間の光信号の伝送遅延が光ファイバ長に応じて異なり、この伝送遅延を考慮しないと各ONUから出力される光信号同士が光スプリッタでの光学多重時に衝突・干渉する可能性がある。

このため、ITU-T勧告G.984.3の10章に規定されたレンジングという技術を用いて、OLTは各ONUがあたかも等距離、例えば等しく20kmの位置に設置されているかのように各ONUからの出力信号の遅延を調整して、各ONUからの光信号が干渉しないようにしている。また、１本の光ファイバの通信帯域を、ユーザーからの要求に応じて出来るだけ多くのONUに公平に割り当てるため、OLTが各ONUからの上り方向の伝送路帯域(データ送信位置／時間)を割り当てるDBA(Dynamic BandWidth Allocation)という技術もITU-T勧告G.983.4で規定され、該技術に基づく帯域制御も行われている。

例えば、ITU-T勧告G.984.3の8.2章の規定では、複数のONUからOLTに向けて伝送される信号は上り信号と呼ばれ、プリアンブル、デリミタ、ペイロード信号より構成されており、また同勧告8章の図8-2に示すように、各上り信号の直前には前のバースト信号との衝突防止のためにガードタイムが設定される。一方、同勧告8.1章の規定によれば、該OLTより該複数のONUに向けて送信される信号は下り信号と呼ばれ、フレーム同期パタン、PLOAM領域、US Bandwidth MAP領域、フレームペイロードから構成されている。

OLTは同勧告8.1.3.6章に示すようにUS BandWidth MAPと呼ばれる領域を用いて、各ONUの上り信号送信許可タイミングを指定する。US BandWidth MAP領域は送信許可の開始を指定するStart値と終了を指定するEnd値を備えており、それぞれバイト単位の指定が行われる。この値を、送信を許可するという意味でグラント値とも呼ぶ。そして、End値と次のStart値の差は、上り無信号領域であり、上記ガードタイムに対応する。なお、個々のONUにはT-CONTと呼ばれる複数の帯域割り当て単位が割り付け可能であり、上記上り送信許可タイミングの指定はT-CONT毎に行われる。

ITU-T勧告G.984.１ ITU-T勧告G.984.２ ITU-T勧告G.984.３ ITU-T勧告G.983.４

上記ITU-T勧告G.984.3によると、グラントは下り信号を構成する125マイクロ秒フレームの先頭付近で対応するONUへのグラントを一括して送信するよう規定されている。言い換えると、OLTは125マイクロ秒周期で各ONUに対しグラントを送信しなければならず、各ONUも125マイクロ秒の周期で、他のONUと伝送路を時分割により共有して使用する。

このとき、OLTが上述のDBA処理を125マイクロ秒周期で行なえば、各ONUに割り当てた帯域をそのままStart値、End値に反映させてグラント信号を送信することができる。しかし、実際のOLTは必ずしも125マイクロ秒という短い周期でDBA処理を行なわず、例えば0.5ミリ秒や1.0ミリ秒といった、グラントの周期よりも長い周期でDBA処理を行なう。

このようにDBA処理の時点でOLTは、125マイクロ秒のグラント周期に収まるデータ長を超えて各ONUに送信許可するデータ長を配分する。このためグラントを与える段階でOLTは、DBA処理で決定したデータ長を125マイクロ秒単位の複数のフレームに分割して、各125マイクロ秒フレーム内でStart値とEnd値を指定する処理を行なう。

OLTがDBA処理により1つのONUに与えたデータ長を、複数の125マイクロ秒フレームに分割する場合、分割された各グラントのフレームにはヘッダが付される。DBAの時点でOLTが各ONUに割り当てたデータ長には、最初に必ず付される1つのヘッダのデータ長しか組み込まれていない。このため、グラントのフレームが分割されると、余計に付されたヘッダの分だけ、本来そのONUが送信できたはずのデータ長が減ることになる。

例えば、あるONUがVoIP用に256kbit/sの上り通信帯域を必要としている場合を考える。OLTが0.5ミリ秒周期で帯域割り当て計算(DBA処理)を実行しているとすると、256kbit/sの帯域は0.5ミリ秒に換算して256000×0.0005÷8=16(byte)となる。G-PONにおいては信号をGEMと呼ばれる可変長パケットに収容して伝送する方法が規定されている。ITU-T勧告G.984.3によればGEMヘッダと呼ばれる5バイトのヘッダに可変長フレームの長さとフローラベルを付与したカプセル化が行われる。OLTは最初に必ず付される1つ分のGEMヘッダを考慮して、DBA処理によりこのONUに16+5=21(byte)のデータ長の送信許可を与える。

ONUからOLTへの上り信号の速度が1.244Gbit/sとすると、グラント周期である125マイクロ秒で送信できるデータ長は12000000000×0.000125÷8≒19440(byte)である。21byteのデータ長は、1つのグラント周期のデータ長である19440byteに十分収まる長さであるが、運悪くこの21byteがグラント周期の境界に配置されるとフラグメンテーションにより2つのグラントフレームに分割される。例えばヘッダ5byteとペイロード10byteのグラントフレームと、ヘッダ5byteとペイロード1バイトのグラントフレームの2つに分割されるとフレーム全体の総計は21byteでグラントされたデータ量となるが、実質的にペイロード部分は合計11byteとなり、256kbit/sの帯域を維持するのに必要な16byteのデータ長に対し約31％のデータが未送信となり、通信品質に大きな影響を及ぼす。

本発明の目的は、例えばVoIPデータ等遅延による品質劣化が大きいサービスに使用される、データ長が小さい帯域割当時にフラグメンテーションが生じることを防止することができるOLT、ONUおよびPONシステムを提供することにある。

本発明では、帯域の小さい信号を優先的にフレームの特定区間たとえばフレーム先頭領域に配置することで上記課題を解決する。

G.984.３準拠のG-PONシステムにおいて、特に100kbit/s程度の小さい帯域を割り当てる時に、フラグメンテーションにより通信品質に劣化が生じることを防止できる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。

図１に本発明が適用される光アクセス網の構成例を示す。PON19は光スプリッタ/光カプラ等の光分岐器16、通信事業者等の局舎に設置される局側装置であるOLT1、OLT1と光スプリッタを接続する幹線ファイバ17-1、それぞれの加入者宅内やその近くに設置される加入者側装置である複数のONU10、光分岐器12と複数のONU10をそれぞれ接続する複数の支線ファイバ17-2から構成される。OLT1は、幹線ファイバ17-1と光分岐器12および支線ファイバ17-1を介して、たとえば32台のONU10と接続可能である。また、複数のONU10にはそれぞれ、電話15やパーソナルコンピュータ14等のユーザ端末が接続される。PON19はOLT1を介してPSTN(Public Switched Telephone Networks)やインターネット18に接続されて、これら上位のネットワークとの間でデータを送受信する。

図1には5台のONU10が図示されており、OLT1からONU10の下り方向に伝送される信号１1にはそれぞれのONU10宛の信号が時分割多重されている。各ONU10は信号11を受信して、自分宛の信号であるか否かを判定し、さらに自分宛の信号であった場合には信号のあて先に基づいて、電話15やパーソナルコンピュータ14に信号を配信する。

一方、ONU10からOLT1の上り方向では、ONU10-1から伝送される信号a、ONU10-2から伝送される信号b、ONU10-3から伝送される信号c、ONU10-4から伝送される信号d．ONU10-nから伝送される信号eは、光分岐器12を通った後に時分割多重されて信号16となりOLT1に到達する。つまりOLT1は、どのタイミングにどのONU10からの信号を受信するかがあらかじめ分かっているため、受信したタイミングに応じて各ONU10からの信号を識別し、処理を行なう。

図2にOLT1から各ONU10へ送信される下りPON信号フレームの例を示す。下りフレームはフレーム同期パタン20、ＰＬＯＡＭ領域21、グラント指示領域22、フレームペイロード23から構成される。フレームペイロード23には、OLT1からONU10へ向かうユーザ信号が格納され、詳細はITU-T勧告G.984.3に記載されている。グラント指示領域22は、ONU10-1を制御するためのT-CONT#1用信号24、ONU10-2を制御するためのT-CONT#2用信号25、ONU10-nを制御するためのT-CONT#n用信号26より構成される。さらにT-CONT#1用信号24は、T-CONT ID領域27、Start値28およびEnd値29より構成される。

ここでT-CONT(Trail CONTainer)とはDBAにおける帯域の割当単位であり、例えばONU10が複数の送信バッファを有する場合にはそれぞれのバッファにT-CONTの識別情報であるT-CONT IDを付与して、OLT1からバッファ毎に制御することも可能である。以下の実施例では、1つのONUが1つのT-CONT（バッファ）を有する場合、つまりONU-IDとT-CONT IDが一対一に対応する場合について説明するが、1つのONUに複数のT-CONTがある場合でも本発明を同様に適用することができる。この場合、ONUを識別する情報であるONU−IDとT-CONT IDの関係については、例えば各ONU−IDに対しどのT-CONT IDが含まれるのかを示すテーブルを作成することで対応関係を管理することができる。

Start値28は各ONUに光信号の送信の開始を許可するタイミングを指示している。また、End値29は送信許可の終了タイミングを指示している。Start値28およびEnd値29はバイト単位で指定される。OLT1は各ONU10に対し、周期的にグラント指示22を含む、上りデータの送信を許可するメッセージを送信し、各ONU10にどれだけの上り通信帯域を使用すれば良いかを指示する。このStart値28やEnd値29は、OLT1がグラント指示を送信する各周期の中で、どのタイミングでデータの送信を開始・終了すれば良いかを示す情報である。なお、End値の代わりに送信すべきデータのデータ長(length)を指定し、Start値のタイミングからlength示されるデータ長だけデータを送信するようOLTからONUに指示しても良い。

図3にONU10からOLT1へ送信される上りPON信号フレームの一例を示す。この上りPON信号は、プリアンブル領域30、デリミタ領域31、PLOAM領域32、キュー長領域33、フレームペイロード34より構成される。上記Start値28は、PLOAM領域32の開始位置、すなわちバーストデータ37の開始位置を指示しており、End値29はフレームペイロード34の終了位置を示している。ＩＴＵ−Ｔ勧告G.984.3のガードタイム35は上り信号のフレームペイロード34の終了位置（End値）から次の上り信号のプリアンブル領域30の開始位置までを指す。このように、Start値とEnd値が指し示すデータ位置の間には、ガードタイム35やプリアンブル領域30、デリミタ領域31が介在するため、前のEnd値と次のStart値の間には数バイトの間隔が生じる。

図4に、Start値28とEnd値29を決定および通知する処理のシーケンスを示す。OLT1は、グラント指示22を含む送信許可メッセージ40を各ONU10-1〜10-3に向けて送信する。また、この送信許可メッセージ40には各ONU10の送信キューに、どれだけ未送のデータが溜まっているかの報告を要求する情報も含まれている。各ONU10-1〜10-3は、グラント指示22のStart値28とEnd値29で指定されたタイムスロットを用いて送信キューに溜まったデータを送信するとともに、送信キューにどれだけのデータが溜まっているかという情報を、上りメッセージ41に含まれるキュー長領域33を用いてOLT1へ送信する。

OLT1は、各ONU10-1〜10-3から報告を受けた未送信データ量の情報から、各ONU10にどれだけのデータ量の送信を許可するかを決定するDBA処理42を行なう。このDBA処理42では、各ONU10-1〜10-3の未送信データ量の他、ONUごとに最低限割り当てることが保証されている帯域パラメータ等の情報があればそのような各種の情報も用いて、各ONUに次回送信を許可するデータ量を決定する。

図4では、OLT1はグラント周期45〜48ごとにDBA処理を行なわず、複数のグラント周期に対しまとめてDBA処理を行なっている。このためOLT1は、例えば直前に受けた未送信データ量報告41等を用いて、1回のDBA処理で複数のグラント周期における各ONUのStart値28、End値29を決定する。以降、本実施例ではDBA周期が0.5msであり、グラント周期が125μsである場合を例にとって説明を行なうが、当然DBA周期とグラント周期はこれ以外の値を取っても良い。

図5は、例えば0.5msの周期でDBA処理を実行する場合に、このDBA周期に含まれる4つのグラント周期で、各ONU#1〜#3からデータが送信される様子を示している。DBA周期が0.5msとすると、その中には125μsのグラント周期が4つ含まれる。ここで、上り信号の速度を例えば約1.2Gbit/sとすると、DBA周期である0.5msの間に送信できるデータ長は77760byteであり、1つのグラント周期である125μsの間に送信できるデータ長は19440byteとなる。

OLT1は0.5msの間に、ONU#1に50byteのデータ50、ONU#2に63000byteのデータ51、ONU#3に25byteのデータ52の送信許可を決定している。しかしグラント周期は125μsであるため、OLT1は各ONU#1〜#3に対し、19440byteごとにデータの送信タイミングを指示しなければならない。送信許可を与える順番は、例えばONUの番号順とすると、OLT1はグラントの第1周期でONU#1にデータ53の送信許可を与え、ONU#2に対しては第1周期の残りでデータ54、第2周期の全てでデータ55、第3周期の一部でデータ56の送信許可をそれぞれ与える。そしてOLT1は、ONU#3に対して、グラントの第3周期の残り一部でデータ57、第4周期の一部を用いてデータ58の送信許可を与える。

この図の例では、ONU#2とONU#3のデータがグラント周期の境界にまたがり複数のデータに分割されるフラグメンテーションという事象を起こしている。例えばONU#2のデータについては、DBA時はデータ51であったものが、グラント時にはデータ54、55、56の3つに分割されてONU#2から送信されることになる。同様にONU#3のデータについては、DBA時はデータ52であったものが、グラント時にはデータ57と58の2つに分割されている。データが分割されると、それぞれのデータにはGEMヘッダという5byteのデータ長のヘッダが付される。図5では、分割されたONU#3のデータ57、58のうち、データ先頭の黒塗りの部分が図3におけるGEMヘッダ34であり、白抜きの部分が図3におけるGEMペイロード35に相当する。なお、図3のようにPLOAM領域32やキュー長領域33もGEMペイロードに付される場合は、GEMヘッダ34の5byteのみが付される場合よりもさらに送信できるデータ量が制限されることになる。

OLT1はデータの最初に1つのGEMヘッダが付されることを考慮して、各ONUに送信を許可するデータ長を割り当てる。しかし、OLT1はデータのフラグメンテーションは想定していない。このため、ONU＃3が20byteの未送信データ長を報告した場合、OLT1はヘッダ分5byteを付加した25byteのデータの送信許可を与える。ここで図5に示すように、フラグメンテーションが生じるとONU#3は許可されたデータ長のうちGEMヘッダのために余分に使用した5byte分のデータを送信できず、20byteのデータを送信する必要があるところ、2つのGEMヘッダを除く15byteのデータしか送信できない。

本来このDBA周期で送信すべきであった残りの5byteは、次のDBA周期で送信されることになる。この例ではDBA周期が0.5msであるが、DBA周期がこれより長い場合は残りのデータの送信遅延がさらに大きくなる。同様のことはONU#2についても生じるが、ONU#2の送信許可データ長は63000byteと大きいため、10byte前後のデータがGEMヘッダにより送信できなくなったとしても、影響は小さい。これに対してONU#3は20byteに対する5byte、つまり全データの25％を送信できなかったことになり、多大な影響を被ることになる。

このため本実施例では、DBA処理によりOLT1から割り当てられたバイト長の小さいONUが、グラント周期をまたいで送信許可を与えられることの無いように、OLT1がONUに送信許可を与える順番を変更する。

図6はOLTのハードウェア構成の一例である。OLT200は、装置全体の動作を管理する制御ボード603と、それぞれネットワークに接続されて信号の送受信を行なう複数のネットワークインタフェースボード600、601、602を有する。制御ボード603はメモリ609やCPU608を有し、HUB610を介して各ネットワークインタフェースボードを制御する。各ネットワークインタフェースボードは、ONUとの間で光信号の送受信を行なう光信号IF(InterFace)部606や、インターネット等の上位網との間で信号の送受信を行なう網IF(InterFace)部607、ONUと上位網との間における信号の送受信に必要な処理を行なうCPU604やメモリ605を有する。本実施例における各種処理は、例えばメモリ605に格納されたプログラムをＣＰＵ604が実行するなどして機能する。もしくは、必要に応じて各処理に特化した専用のハードウェア(LSI等)を用意し、これにより処理を実行しても良い。なお、OLT1のハードウェア構成はこれに限られることなく、適宜必要に応じて様々な実装が行われて良い。

図7はネットワークインタフェースボード600の一構成例である。下りデータバッファ701は、上位網18から受信したデータを一時的に蓄える。下り信号処理部702は、上位網18からの光信号をPON19に中継するために必要な処理を行なう。E/O変換部703は、上位網18からの電気信号を光信号に変換する。O/E変換部704は、PON19から受信した光信号を電気信号に変換する。上り信号処理部705は、PON19からの信号を上位網18に中継するために必要な処理を行なう。上りデータバッファは、上位網18へ送出するデータを一時的に蓄える。

制御部700は、複数のONU10と通信を行なうために必要な各種処理を実行する機能を有する。DBA処理部707は、あらかじめ定められたDBA周期毎に、その周期内において複数のONU10のそれぞれにどれだけの通信帯域を割り当てるかを決定する動的帯域割当処理を行なう。この通信帯域は、1つのDBA周期中に送信できる総バイト長内で、どれだけのバイト長を各ONU10に割り当てるかを表わす。レンジング処理部708は、ONUとのデータ送受信に先立って、各ONUにレンジング信号を送信し、当該信号に対する返答を受信するまでの時間を測定することでOLT1と各ONU10の間の距離を測定し、送信遅延時間を決定する。OLT1は送信遅延時間を各ONU10に通知し、各ONU10はOLT1からデータの送信を許可されたタイミングに、通知された送信遅延時間を加えてデータを送信する。データ送信許可部709は、DBA処理部707が決定した各ONU10のバイト長に基づき、各ONUがデータ送信を開始すべきタイミングと、送信を終了すべきタイミングをそれぞれバイト長で決定する。記憶部710は、制御部700の処理に必要な情報を記憶する。

図8は制御部700の詳細を説明する図である。DBA処理部707は、上り信号に含まれるキュー長領域33から、各ONU10が保持する未送信のデータ量の報告を受信する。DBA処理部707は受信した未送信データ量や、場合によっては各ONU10にかならず割り当てられるよう設定されている通信帯域に基づいて、DBA周期毎に各ONU10に割り当てる通信帯域をバイト長で決定する。DBA処理部707は、各ONUを識別する情報であるONU-IDと割り当てたバイト長を対応付けた割当バイト長テーブル802を作成し、記憶部710に格納する。

図9は割当てバイト長テーブル802の一例である。割当てバイト長テーブル802は、ONU-ID901と、ONUに割り当てたバイト長902と、グラント時にどの順番で各ONUにタイムスロットを割り当てるかを示す割当て順903の各情報を有する。DBA処理部707が各ONU-ID901に対応するバイト長902を格納した後、データ送信許可部709の送信順序調整部800が各ONUのバイト長を比較し、割当て順903に割当てバイト長が小さなONUから順に番号を付していく。この結果、例えば図9の例ではONU#3、ONU#1、ONU#2の順番でタイムスロットを割り当てることになる。

割当てバイト長テーブル802が作成された後、データ送信許可部709の送信タイミング決定部801は、各ONUのバイト長902に、各グラント周期毎にタイムスロットを割り当て、送信タイミングテーブル803を作成し、記憶部710に格納する。

図10は送信タイミングテーブル803の一例である。送信タイミングテーブル803は、ONU-ID1001、データの送信開始タイミングを示すStart1002、データの送信終了タイミングを示すEnd1003の各情報を有する。この送信タイミングテーブル803では、図示するグラントの第1周期において、ONU#3、ONU#1、ONU#2の順番でタイムスロットが割り与えられている。そしてONU#2については、第1周期内で全てのデータを送信できないため、グラントの第2、第3、第4周期にデータを分割してタイムスロットが割り与えられている。この送信タイミングテーブル803では、4つのグラント周期の送信タイミング全てを1つのテーブルに記載しており、前のONUのStart1002値がその次のONUのStart値1002より大きいところが周期の境い目となる。

図11は、送信タイミングテーブル803の他の構成例である。図11の送信タイミングテーブル803では、グラントの第1周期用のテーブル1101と、第2周期用のテーブル1102と、第3周期用のテーブル1103と、第4周期用のテーブル1104というように、グラント周期ごとに複数のテーブルを備えている。このように、OLT1は送信タイミングテーブル803を複数のテーブルに分割して管理しても良い。

送信タイミング決定部801は、作成した送信タイミングテーブル803の内容に従って、グラント指示22を含む送信許可メッセージを各ONU10に送信し、データの送信タイミングを通知する。

図12は、制御部700の処理フローチャートの一例である。まず、制御部700はDBA周期毎に、各ONUからの未送信データ量の報告や、あらかじめ最低限使用可能な帯域を設定されている場合は、当該帯域の情報を用いて、0.5msのDBA周期内で各ONUに送信を許可するデータ量をバイト長で決定し(1201)、当該情報を割当てバイト長テーブル802として記憶部710に格納する(1202)。

次にデータ送信許可部709は、割当てバイト長テーブル802のバイト長902を参照し、バイト長が小さい順にONUをソートする(1203)。このとき、上述のように送信順序調整部800が割当てバイト長テーブル802の割当て順903に、割当て順序を記載しても良いし、もしくはONUをバイト長でソートする手間を省いて、タイムスロットを割り当てていないONUの中でバイト長902が最小のものを見つけ次第、次のステップ1204を順次実行するようにしても良い。

DBA処理部707が各ONUに割り当てたバイト長902の大きさを確認したデータ送信許可部709は、バイト長902が小さいONUから順番に、DBA周期に含まれる複数のグラント周期を用いて各ONUにタイムスロットを割り当てる(1204)。この実施例では0.5msのDBA周期に125μs周期のグラント周期が4つ含まれるため、4つのグラント周期分のタイムスロットを用いてデータ送信タイミングを決定する。

図13は、図12のフローチャートにおけるステップ1204の実施例をさらに詳細に説明するものである。ここでは、図9の割当バイト長テーブル802に対してこのフローチャートの処理を実行することで、図10の送信タイミングテーブル803が作成される過程を説明する。最初に送信タイミング決定部801は、割当バイト長テーブル802を参照し、この中で一番バイト長902の小さいONUをONU-ID901が3であるONU#3と特定する(1301)。このONU#3の特定には、例えば割当バイト長テーブル802の割当て順903の情報を用いることができる。

次に送信タイミング決定部801は、特定したONU#3のバイト長902を参照し(1302)、その値25byteが、現在のグラント周期である第1周期のバイト長19440byteに収まるデータ量であるか否かを判断する(1303)。この場合、ONU#3のデータは第1周期内に収まるため、第1周期内でONU#3のStart値を12byte、End値を37byteと決定する(1304)。送信タイミング決定部801は全てのONUにタイムスロットを分配したか否かを調べ(1305)、まだONU#1とONU#2が残っているため処理を続行する。

データ送信許可部709は、残りのONUのうちバイト長902が小さいONUをONU-ID901が1であるONU#1であると特定し(1306)、ONU#1のバイト長902を参照し(1302)、その値50byteが、現在のグラント周期である第1周期のバイト長に収まるか否かを判断する(1303)。このとき、第1周期は既にONU#3がEnd値である37byteまでを使用しているため、この37byte分を19440byteから差し引いた19403byteの中に50byteが収まるか否かを判断する。

この場合、ONU#1のデータは第1周期内に収まるため、第1周期内でONU#1のStart値を49byte、End値を99byteと決定する(1304)。なお、図3に示したように、前後する上り信号のEnd値とStart値の間には、ガードタイムやプリアンブル領域30、デリミタ領域31が介在するため、送信タイミング決定部801はこれらが介在できるようONU#3のEnd値37byteとの間に間隔を空けて、ONU#1のStart値を例えば49byteと適宜設定する。

送信タイミング決定部801はONU#2が残っていることを確認し(1305、1306)、そのバイト長902を割当バイト長テーブル802から参照する(1302)。ONU#2のバイト長は63000byteであり、現在のグラント周期である第1周期の残りのバイト長は、19440byteから直前に割り当てを行なったONU#1のEnd値である99byteを差し引いた19341byteであるため、送信タイミング決定部801はONU#2のデータが第1周期内に収まりきらないと判断する(1303)。このとき送信タイミング決定部801は、第1周期の残りのタイムスロット全てをONU#2に割り与えて、ONU#2の第1周期におけるStart値を111byte、End値を19440byteと設定する(1306)。この時点でタイムスロットをまだ割り当てられていないONU#2のデータ長は63000-19440+111=43671(byte)である。

送信タイミング決定部801は、まだ第2周期以降が残っていることを確認し(1307)、ONU#2のバイト長902の残り43671byteが、第2周期のバイト長19440byteに収まるか否かを判断する(1308)。この場合収まらないので、送信タイミング決定部801は第2周期のタイムスロット全てをONU#2に与えて、ONU#2の第2周期におけるStart値を12byte、End値を19440byteとする。この時点でタイムスロットをまだ割り当てられていないONU#2のデータ長は43671-19440+12=24243(byte)である。

さらに送信タイミング決定部801は、まだ第3周期以降が残っていることを確認し(1307)、ONU#2のバイト長902の残り24243byteが、第3周期のバイト長19440byteに収まるか否かを判断する(1308)。この場合収まらないので、送信タイミング決定部801は第3周期のタイムスロット全てをONU#2に与えて、ONU#2の第3周期におけるStart値を12byte、End値を19440byteと設定する(1306)。この時点でタイムスロットをまだ割り当てられていないONU#2のデータ長は24243-19440+12=4815(byte)である。

そして送信タイミング決定部801は、まだ第4周期以降が残っていることを確認し(1307)、ONU#2のバイト長902の残り4815byteが、第3周期のバイト長19440byteに収まるか否かを判断する(1308)。この場合収まるので、送信タイミング決定部801はONU#2の第4周期におけるStart値を12byte、End値を4827byteと設定する(1304)。送信タイミング決定部801は、これで全てのONUにタイムスロットを配分したことを確認し(1305)、タイムスロット割り当て処理を終了する。

図14は、本実施例のOLT1によって各ONUのデータ送信タイミングが整列される様子を説明するものである。図5と同様に、DBA処理部707はONU#1に50byteのデータ50を、ONU#2に63000byteのデータ51を、ONU#3に25byteのデータ52をそれぞれ割り当てている。本実施例の処理手順に従いタイムスロットを割り当てると、第1周期にはONU#3とONU#1のデータ全てが含まれるため、これらONUが送信を希望する少量のデータは分割されることなく送信を許可されたデータ長を全て送信することができる。なお、ONU#2に関してはグラント周期にまたがり4つのデータに分割されてしまい、分割されたデータの先頭にそれぞれ付与されるヘッダ情報の分だけ送信できるデータ量が減る。しかし、ONU#2はもとのデータ量が多量であるため、送信データ量がヘッダの分だけ減少してもデータ送信全体に与える影響は微小である。

なお、以上の実施例では、割当てられたバイト長902が小さいONUから順番にタイムスロットを割り当てる場合を説明したが、本発明はバイト長902の大きさを確認して、グラント周期の境界に小さなバイト長902のデータが配置されることを防ぐことを目的としているため、バイト長の小さなものから厳密に順序付けてタイムスロットを割り当てること自体は必要では無い。例えば、バイト長902に閾値を設け、その閾値以下のONU群は優先してタイムスロットを決定し、閾値より大きいONU群はその後でタイムスロットを決定するようにしても良い。この場合、それぞれのONU群の中では、厳密にバイト長が小さいもの順に並べてタイムスロットを決定する必要は必ずしも無く、例えば小さい方のONU群が１つのグラント周期内でタイムスロットを割り当てられるのであれば、このONU群の中ではバイト長902とタイムスロット割り当て順序が逆転しているものがあっても良い。

別の実施例として、バイト長902の小さい順にONUを並べて、1つのグラント周期内に割り当てられるONU数を制限することで、バイト長の小さなONUの送信データが分割される確率をさらに小さくする方法も考えられる。

図15は、本実施例における送信タイミングテーブル1500である。この実施指令では、各グラント周期ごとに１つのONUだけタイムスロットを割り当てている。

図16は、１つのグラント周期内に1つだけONUを割り当てる場合の、送信タイミング決定部801が実行するタイムスロット割り当て処理のフローチャートである。図13のフローチャートと大きく異なる部分は、図14のフローチャート中ステップ1306の処理を、図15のフローチャートではステップ1506〜1508とすることで、新たなONUにタイムスロットを割り当てるたびに、グラント周期も新たなものにする点である。

図9の割当バイト長テーブル802に、図16のフローチャート処理を適用することで、図15に示す送信タイミングテーブル1500が作成される過程を説明する。バイト長902が最も小さいONU#3について、グラントの第1周期でStart値を12byte、End値を37byteとし(1604)、まだONU#1とONU#2が残っていることを確認する(1605)処理までは、図13のフローチャートと同様である。

この後、送信タイミング決定部801は、まだグラントの第2〜第4周期が残っていることを確認し(1606)、ONU#3の次にバイト長902が小さいONUがONU#1であると特定する(1607)。送信タイミング決定部801はONU#1のバイト長902を参照し(1608)、そのバイト長50byteが次のグラント周期である第2周期のバイト長19440byteに収まるか否かを判断する(1611)。この場合収まるので、送信タイミング決定部801は、ONU#1の送信タイミングとして第2周期のStart値12byteとEnd値62byteを割り当てる(1604)。

次に送信タイミング決定部801は、まだONU#2にタイムスロットを割り当てておらず(1605)、グラントの第3〜第4周期が残っていることを確認し(1606)、ONU#1の次にバイト長902が小さいONUがONU#2であると特定する(1607)。送信タイミング決定部801はONU#2のバイト長902を参照し(1608)、そのバイト長63000byteが次のグラント周期である第3周期のバイト長19440byteに収まるか否かを判断する(1611)。この場合収まらないので、送信タイミング決定部801は、ONU#2の第3周期における送信タイミングとしてStart値12byteとEnd値19440byteを割り当てる(1609)。この時点でONU#2のタイムスロットを割り当てられていないデータ長は63000-19440+12=43572(byte)である。

送信タイミング決定部801は、グラントの第4周期がまだ残っていることを確認し(1610)、ONU#2の残り43572byteを第4周期のバイト長19440byteに収められるかどうか判断する(1611)。この場合収まらないので、送信タイミング決定部801は、ONU#2の第4周期における送信タイミングとしてStart値12byteとEnd値19440byteを割り当てる(1609)。この時点でONU#2のタイムスロットを割り当てられていないデータ長は43572-19440+12=24144(byte)である。

そして送信タイミング決定部801は、このDBA周期にグラント周期がもう残っていないと判断し(1610)、このDBA周期におけるタイムスロットの割り当て処理を終了する。

このように、1つのグラント周期を使用するONUの数を制限すれば、割当バイト長テーブル802においてバイト長902が小さなONUは最初の方のグラント周期内に確実に収められるため、これらバイト長902の小さなONUのデータがフラグメンテーションを生じる確率はさらに減少する。ONU#2に関してはOLTから使用を許可されたデータ長63000byteのうち、24144byteを使えないこととなるが、サイズのより小さなデータの一部が欠落した場合に生じる影響と、サイズのより大きなデータの一部が欠落した場合に生じる影響の大きさを比較して、サイズのより小さなデータが欠落する事態の方が影響大とすれば、本実施例の方法も有効である。

図17は、本実施例のOLT1によって各ONUのデータ送信タイミングが整列される様子を説明するものである。図5と同様に、DBA処理部707はONU#1に50byteのデータ50を、ONU#2に63000byteのデータ51を、ONU#3に25byteのデータ52をそれぞれ割り当てている。本実施例の処理手順に従いタイムスロットを割り当てると、第1周期にはONU#3のデータ全てが、第2周期にはONU#1のデータ全てが確実に全て含まれるため、これらONUが送信を希望する少量のデータは分割されることなくデータ長を全て送信することができる。

なお、図15、16、17に示す実施例では、1つのグラント周期に1つのONUだけをあてはめる場合について説明したが、ONUの数に上限を設けて、1つのグラント周期に複数のONUをあてはめるようにしても良い。

以下、実施例1や実施例2に共通する効果を説明する。フラグメンテーションは、帯域割当て領域が、125マイクロ秒フレームをまたがる時に発生するが、100kbit/s程度の帯域の小さい信号は１つの125マイクロ秒フレーム内に数100個が収容できるため、フラグメンテーションが発生しにくい。実際、インターネットアクセス等のデータサービスにおいて、上りデータを送信する機会は限られるため、多数のユーザは持続的に発生するVoIP信号のような100kbit/s程度の小さい帯域のデータを送信する時間が圧倒的に長い。したがって、大多数のユーザは１つの125マイクロ秒フレーム内にフラグメンテーションを発生させることなく収容され、数名のユーザのみがバースト的に数100Mbit/sの帯域を使用して、フラグメンテーションを伴う場合が通常と考えられる。したがって、本実施例1又は２によれば大多数のユーザに満足いく通信サービスを提供することができる。また、バースト的に大きなデータを送信するユーザにとっても、大量のデータのごく一部に送信の遅延が生じても、そのユーザが提供を受ける通信サービス全体からするとその影響は小さく問題とならない。

光アクセス網の一構成例を示す図 下りPON信号フレームの一例を示す図 上りPON信号フレームの一例を示す図 DBA処理のシーケンスの一例を示す図 グラント時にフラグメンテーションが生じる場合を説明する図 OLTのハードウェア構成の一実施例を示す図 OLTのハードウェア構成の詳細な一実施例を示す図 制御部の機能ブロック図 割当バイト長テーブルの一実施例を示す図 送信タイミングテーブルの一実施例を示す図 送信タイミングテーブルの別の一実施例を示す図 制御部の処理フローチャートの一実施例を示す図 タイムスロット割当て処理のフローチャートの一実施例を示す図 実施例１によりグラントフレームが整列される様子を示す図 実施例２の送信タイミングテーブルの一例を示す図 実施例２のタイムスロット割当て処理のフローチャートの一例を示す図 実施例２によりグラントフレームが整列される様子を示す図

符号の説明

１ OLT
１０ ONU
７００ 制御部
７０７ DBA処理部
７０９ データ送信許可部
８００ 送信順序調整部
８０１ 送信タイミング決定部
８０２ 割当てバイト長テーブル
８０３ 送信タイミングテーブル

Claims (8)

1. 複数の加入者側装置と光分岐器を介して接続された局側装置において、
   第1の周期で、前記複数の加入者装置夫々に送信を許可するデータ長を決定する動的帯域割当部と、
   前記動的帯域割当部が決定した送信を許可するデータ長に基づいて、前記複数の加入者側装置がデータを送信する順番を決定し、該決定順番で前記第1の周期よりも短い複数の第2の周期内でのデータ送信タイミングを、前記複数の加入者側装置にそれぞれ決定するデータ送信許可部とを備え、
   前記データ送信許可部は、前記動的帯域割当部が決定した送信を許可するデータ長に基づいて、ある加入者側装置のデータを送信するタイミングが隣接する複数の第2の周期に跨ることを防止して前記複数の加入者側装置がデータを送信する順番とタイミングとを決定することを特徴とする局側装置。
2. 請求項１に記載の局側装置において、
   前記データ送信許可部は、前記送信を許可するデータ長が小さな前記加入者側装置から順番に、前記複数の第２の周期内でのデータの送信タイミングを決定することを特徴とする局側装置。
3. 請求項１に記載の局側装置において、
   前記第２の周期は、前記第１の周期を同じ長さの複数の周期に分割したものであることを特徴とする局側装置。
4. 請求項１に記載の局側装置において、
   前記複数の加入者側装置とGigabit-capable Passive Optical Networks(G-PON)を形成し、前記第2の周期は125マイクロ秒であることを特徴とする局側装置。
5. 請求項１に記載の局側装置において、
   前記第１の周期は複数の前記第２の周期を繰り返してなり、前記データ送信許可部は、前記動的帯域割当部が送信を許可したデータ長の小さい前記加入者側装置から順番に、前記第１の周期に含まれる複数の前記第２の周期のうち、早い方の周期を用いて前記送信タイミングを決定することを特徴とする局側装置。
6. 請求項１に記載の局側装置において、
   前記データ送信許可部は、ある前記加入者側装置の送信を許可されたデータ長が、1つの前記第２の周期に収まりきらない場合に、当該許可されたデータ長を分割して複数の前記第２の周期を用いて前記送信タイミングを決定することを特徴とする局側装置。
7. 請求項１に記載の局側装置において、
   前記データ送信許可部は、前記動的帯域割当部が送信を許可したデータ長の小さい前記加入者側装置から順番に、前記第１の周期に含まれる複数の前記第２の周期それぞれに、あらかじめ定められた台数の前記加入者側装置のデータ送信タイミングを決定することを特徴とする局側装置。
8. 請求項７に記載の局側装置において、
   前記データ送信許可部は、1つの前記第２の周期に対して、1台の前記加入者側装置のデータ送信タイミングを決定することを特徴とする局側装置。

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