JP4594310B2 - イーサネット（登録商標）受動光ネットワークにおける伝送制御の方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、イーサネット（登録商標）受動光ネットワークの設計に関する。特に詳しくは、本発明は、伝送を制御して、イーサネット（登録商標）受動光ネットワーク内の異なるノードからのレーザのノイズにより発生する干渉を低減する方法および装置に関する。

ますます増えつつあるインターネットトラフィックに歩調を合わせるために、光ファイバおよび対応する光伝送設備を幅広く配置して、基幹ネットワークの容量を大幅に増加している。しかしながら、このような基幹ネットワーク容量の増加は、対応するアクセスネットワーク容量における増加と一致していない。デジタル加入者回線（ＤＳＬ）およびケーブルモデム（ＣＭ）等のブロードバンドソリューションを用いたとしても、現在のアクセスネットワークが提供する限定された帯域幅では、高帯域幅をエンドユーザに提供する際に深刻な障害が発生している。

現在開発中の異なる技術のうち、イーサネット（登録商標）受動光ネットワーク（ＥＰＯＮ）は、次世代アクセスネットワークとして最も良い候補の１つである。ＥＰＯＮは、ユビキタスイーサネット（登録商標）技術を安価な受動光学素子と組み合わせたものである。従って、費用対効果の高い、高容量の受動光学素子を用いて、イーサネット（登録商標）の簡易性および拡張性を提供するものである。特に、高帯域幅の光ファイバにより、ＥＰＯＮは、ブロードバンド音声、データおよびビデオトラフィックに同時に対応することができる。このような一体型サービスを、ＤＳＬまたはＣＭ技術で提供することは難しい。また、ＥＰＯＮがインターネットプロトコル（ＩＰ）トラフィックにさらに適しているのは、イーサネット（登録商標）フレームが大きさの異なるネイティブＩＰパケットを直接カプセル化することができるのに対し、ＡＴＭ受動光ネットワーク（ＡＰＯＮ）は大きさが決まっているＡＴＭセルを用いているので、結果としてパケットの断片化および再構築が必要となるからである。

一般に、ＥＰＯＮは、ネットワークの“最初の１マイル”に用いられている。これにより、サービスプロバイダの中央局と、業務または個人加入者との間に接続性を構成する。理論的には、最初の１マイルは、多数の加入者にサービスを提供する中央局を備える、ポイントツーマルチポイントネットワークである。ツリートポロジをＥＰＯＮに用いることができる。１本のファイバで中央局を受動光分配器と接続して、下流側の光信号を分割して加入者に分配して、加入者からの上流側の光信号を合成する（図１を参照）。

ＥＰＯＮ内の伝送は一般に、光加入者線端局装置（ＯＬＴ）と光ネットワーク装置（ＯＮＵ）との間で行われる（図２を参照）。ＯＬＴは一般に中央局に常駐し、光アクセスネットワークを地下基幹に接続する。これは一般に、インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）またはローカル公衆網に属する外部ネットワークである。ＯＮＵを、ＣＵＲＢまたはエンドユーザの位置のいずれかに配置することができ、ブロードバンド音声データおよびビデオサービスを提供することができる。ＯＮＵは一般に、１×Ｎ受動光カプラに接続する。ＮはＯＮＵの数である。受動光カプラは一般に、１つの光リンクを介してＯＬＴに接続している（それ以上のＯＮＵを収容するために、多数の光スプリッタ／カプラをカスケードし得ることに留意されたい）。この構成により、ＥＰＯＮが必要とするファイバの本数とハードウェアの量とを大幅に節約することができる。

ＥＰＯＮ内の通信は、下流側トラフィック（ＯＬＴからＯＮＵ）と上流側トラフィック（ＯＮＵからＯＬＴ）とに分けられる。下流側方向では、１×Ｎ受動光カプラの一斉送信の性質のために、ＯＬＴによる下流側データフレーム一斉送信が全ＯＮＵに届いて、続いて宛て先ＯＮＵが抽出することができる。上流側方向では、ＯＮＵがチャネル容量およびリソースを共有する必要があるのは、受動光カプラをＯＬＴと接続しているリンクが１つしかないからである。

それに対応して、ＥＰＯＮは一般に、あるアービトレーション機構を用いて、データの衝突を防止し、上流側ファイバチャネル容量を公平に共有するようにしている。これは、伝送ウインドウ（タイムスロット）を各ＯＮＵに割り当てることにより、行われる。各タイムスロットは、数個のイーサネット（登録商標）パケットを伝送することができる。ＯＮＵは一般に、そのタイムスロットに達するまで、加入者から受信するパケットを緩衝する。そのタイムスロットに達したならば、ＯＮＵは、保存した全フレームをＯＬＴまで、全チャネル速度で“バーストする”。

ＥＰＯＮを設計する際の問題の１つは、異なるＯＮＵからのレーザのノイズによって発生するデータ伝送に伴う干渉である。ＯＮＵ内のレーザ送信機は、データ伝送を行わなくても自然放出ノイズを発生する。従って、ＯＮＵのレーザが伝送タイムスロットの間にある場合は、その自然放出ノイズにより、別のＯＮＵが送信したデータの信号の品質を損なう場合がある。複数の近くにあるＯＮＵからのノイズが離れたところにあるＯＮＵからのデータ信号と干渉する場合に、この障害が悪化する。

データを送信しない場合にレーザをオフにすることにより、レーザのノイズの問題を回避することができる。これは、データリンク層で生成して、物理層で受信したレーザ制御信号を用いることにより、達成することができる。

しかしながら、制御信号をいくつかのサブレイヤにわたって送信すると、層またはサブレイヤが、その直近の層またはサブレイヤにだけ信号を送信するという、基本的な層リング原理を犯すことになる。ＯＮＵでは、データリンク層が、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）クライアントサブレイヤと、マルチポイントＭＡＣ制御サブレイヤと、ＭＡＣサブレイヤとを含むことに留意されたい。また、物理層は、照合調整サブレイヤ、ギガビット・メディア・インデペンデント・インターフェース（ＧＭＩＩ）と、物理符号化サブレイヤ（ＰＣＳ）と、物理媒体接続（ＰＭＡ）サブレイヤと、物理媒体依存（ＰＭＤ）サブレイヤとを含む。この環境では、レーザ制御信号を通常ＭＡＣ制御サブレイヤにより生成して、ＰＭＤサブレイヤを受信することにより、ＭＡＣ制御サブレイヤとＰＭＤサブレイヤとの間のサブレイヤをバイパスする。

従って、複数のサブレイヤにわたって制御信号を送信することなく、ＯＮＵの効率的に制御する方法および装置が必要となる。

（概要）
本発明の一実施形態は、中央ノードと、データリンク層および物理層を実行する少なくとも１つのリモートノードとを含むイーサネット（登録商標）受動光ネットワーク内の伝送制御を容易にするシステムを提供する。動作の間、システムは、リモートノードのデータリンク層から通信した、データワードまたはアイドルワードであるワードをリモートノードの物理層で受信することにより、開始する。システムは次に、送信機がワードを送信可能になる前に、ワードを所定量の時間遅延することにより、送信機をオンまたはオフにする時間を生成する。システムはまた、受信したワードの内容に基づいて送信機をオンまたはオフにする。

本実施形態の変形例では、受信したワードの内容に基づいて送信機をオンまたはオフにすることが、送信機の電源が現在オフであり、かつ、受信したワードがデータワードである場合に送信機をオンにすることを含む。

本実施形態の変形例では、受信したワードの内容に基づいて送信機をオンまたはオフにすることが、送信機の電源が現在オンであり、かつ、連続する受信したアイドルワードの数が所定の数以上の場合に、送信機をオフにすることを含む。

本実施形態の変形例では、ワードを所定量の時間遅延することが、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）待ち行列のワードをバッファして、ＦＩＦＯ待ち行列のバッファした各ワードをＦＩＦＯ待ち行列の先頭に向かって定期的にずらして、ＦＩＦＯ待ち行列の先頭のワードを定期的に削除することを含む。

本実施形態の変形例では、システムが、レーザターンオン時間、自動利得制御（ＡＧＣ）時間およびデータ・クロックリカバリ（ＣＤＲ）時間に基づいて、ワードを遅延する時間量を決定する。

本実施形態の変形例では、受信したワードがデータワードの場合は、システムが、物理層が受信した現在のデータフレームの直後に別のデータフレームをデータリンク層が一時的に送信しないようにすることにより、データフレームの間に挿入するアイドルワードを十分な数にする。

本実施形態の変形例では、物理層で受信した連続するアイドルワードの数が十分にある場合は、システムが、データリンク層に別のデータフレームを物理層へ送信させる。

当業者が本発明を利用し用いることができるように、特定の適用例およびその要件を背景として、以下に説明する。開示した実施形態に対する各種の変形例は、当業者にとって容易に明らかになるであろう。そして、ここで定義する一般的な原理を、本発明の精神及び範囲から逸脱しない範囲で（例えば、一般的な受動光ネットワーク（ＰＯＮ）アーキテクチャ）、他の実施形態および適用例に適用することもできる。従って、本発明は、示した実施形態に限定されるものではなく、ここに開示した原理および特徴に一致した最も広い範囲に基づくものである。

この詳細な説明に記載のデータ構造および手順を一般に、コンピュータ読取可能記憶媒体に保存する。これは、コンピュータシステムが用いるコードおよび／またはデータを格納する任意の装置または媒体であっても良い。これに限定しないが、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、半導体メモリ、ディスクドライブ磁気テープ、ＣＤ（コンパクトディスク）およびＤＶＤ（デジタル多目的ディスクまたはデジタルビデオディスク）等の磁気および光記憶装置、伝送媒体埋め込みコンピュータ命令信号（信号を変調した搬送波があるもの、またはないもの）を含む。

受動光ネットワークトポロジ
図１は、中央局および多数の加入者が、光ファイバおよび受動光分配器を介してともに接続している、受動光ネットワークを示している（従来技術）。図１に示すように、多数の加入者が、光ファイバおよび受動光分配器１０２を介して中央局１０１と接続している。受動光分配器１０２をエンドユーザ位置の近傍に配置することができるので、初期ファイバ設置コストを最小限にすることができる。中央局１０１を、インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）が運営する都市圏ネットワーク等の外部ネットワーク１０３と接続することができる。図１ではツリートポロジを示しているが、受動光ネットワークは、リングまたはバス等の他のトポロジに基づくこともできることに留意されたい。

ＥＰＯＮ内での通常動作モード
図２は、通常動作モードでのＥＰＯＮを示す（従来技術）。ＯＮＵを任意の時にＥＰＯＮ内に接続できるようにするために、ＥＰＯＮは一般に、２つの動作モードを有している。通常動作モードおよびディスカバリ（初期化）モードである。通常動作モードは、通常の上流側データ送信を含み、ＯＬＴが全ての初期化されたＯＮＵに送信機械を割り当てることを可能にする。

図２に示すように、下流側の方向では、ＯＬＴ２０１が下流側データをＯＮＵ２１１、ＯＮＵ２１２およびＯＮＵ２１３に一斉送信する。全ＯＮＵは同じコピーの下流側データを受信する間に、各ＯＮＵは、自身のその対応するユーザに宛てたデータのみを選択的に転送する。それぞれ、ユーザ２２１、ユーザ２２２、ユーザ２２３である。

上流側の方向では、ＯＮＵのサービスレベルの契約により、ＯＬＴ２０１は始めに、伝送ウインドウをスケジュール設定して、各ＯＮＵに割り当てる。その伝送タイムスロットではない場合は、ＯＮＵは一般に、そのユーザから受信したデータをバッファする。そのスケジュール設定した伝送タイムスロットになった場合は、ＯＮＵは、そのバッファしたユーザデータを割り当てられた伝送タイムスロット内で送信する。

全ＯＮＵがＯＬＴのスケジュール設定に従って順番に上流側データを送信するので、上流側リンクの容量を効率的に利用することができる。しかしながら、適切にスケジュール設定を行うには、ＯＬＴは、新規に加入したＯＮＵを検出して初期化する必要がある。検出の間は、ＯＬＴは、ＯＮＵの往復伝搬時間（ＲＴＴ）、その媒体アクセス（ＭＡＣ）アドレス、そのサービスレベルの契約等の、伝送スケジュール設定に重要な情報を収集しても良い（いくつかの場合では、サービスレベルの契約をすでにＯＬＴがわかっている場合もあることに留意されたい）。

一般的なイーサネット（登録商標）の要件
図３は、ブリッジイーサネット（登録商標）セグメントを示す（従来技術）。ＩＥＥＥ８０２規格により、イーサネット（登録商標）セグメントはポイントツーポイントモードで動作できるようになっている。ポイントツーポイントイーサネット（登録商標）セグメントでは、リンクが、２つのホスト、つまり、ホストとイーサネット（登録商標）ブリッジとを接続している。ポイントツーポイントモードは、ギガビットイーサネット（登録商標）等の交換イーサネット（登録商標）での動作の共通した形式である。

複数のイーサネット（登録商標）ホストが互いに通信する必要がある場合は、イーサネット（登録商標）ブリッジは一般に、複数のポイントツーポイントイーサネット（登録商標）セグメント間を接続して切り替えて、セグメント間通信が行えるようにしている。図３に示すように、イーサネット（登録商標）ブリッジ３１０は、複数のポートを有している。ポイントツーポイントセグメント３２１および３２２はそれぞれ、ポート３１１および３１２に接続している。共用媒体セグメント３２３は、ポート３１３に接続している。セグメント３２２上のホストがセグメント３２１上のホストにデータフレームを送信する場合は、その宛て先イーサネット（登録商標）（ＭＡＣ）アドレスに従って、イーサネット（登録商標）ブリッジ３１０によりポート３１２からポート３１１へデータフレームを転送する。一般に、ブリッジは、フレームを到着したポートへ戻すことはない。

ＥＰＯＮ内でのポイントツーポイントエミュレーション（ＰｔＰＥ）
ＥＰＯＮ内では、ＯＮＵからＯＬＴへの上流側伝送がポイントツーポイント通信なので、ＥＰＯＮの動作は理想的には、ＩＥＥＥ８０２規格が定義するポイントツーポイントイーサネット（登録商標）動作に準拠している。しかしながら、ＥＰＯＮアーキテクチャは、ブリッジポイントツーポイントイーサネット（登録商標）の要件を自動的に満たすわけではない。ＥＰＯＮ上流側リンクを１つのイーサネット（登録商標）ブリッジポートに接続して、上流側トラフィックを全てそのポートで受信する場合は、同じＥＰＯＮ上の別のＯＮＵに接続したユーザは、互いに通信することができなくなる。ＯＬＴ内に位置するイーサネット（登録商標）ブリッジが上流側データを切り替えないのは、同じポートで受信したからである。このような構成により、同じＥＰＯＮ内のＯＮＵ間でデータトラフィックが、層３（ネットワーク層）で処理されることになってしまい、ＥＰＯＮ外に常駐する設備によって切り替えられることになってしまう（例えば、ＯＬＴが接続しているＩＰルータである）。これは、ＥＰＯＮ内トラフィックを出力するには大変非効率的なやり方である。

この問題を解決して、ＥＰＯＮを他のイーサネット（登録商標）ネットワークとシームレスに統合するためには、ＥＰＯＮ媒体に所属する装置は理想的には、ポイントツーポイント媒体をエミュレートすることができるサブレイヤをさらに有する。このサブレイヤを、照合調整サブレイヤ（ＲＳ）と呼ぶ。このエミュレーションサブレイヤはデータリンク層の下層に常駐して、ＩＥＥＥ８０２．３規格が規定する既存のイーサネット（登録商標）ＭＡＣ動作を保存する。エミュレーション層の動作は、イーサネット（登録商標）フレームに、各ＯＮＵに一意のタグをタグ付けすることに基づいている。これらのタグは論理リンクＩＤ（ＬＬＩＤ）と呼ばれるもので、各フレームの前のプリアンブルとして配置する。

図４Ａは、ＥＰＯＮ内のポイントツーポイントエミュレーションでの下流側トラフィック伝送を示す（従来技術）。ＰｔＰＥモードでは、ＯＬＴ４００は複数のＭＡＣポート（インターフェース）を有している。それぞれ、ＯＮＵに対応している。ＭＡＣポート４３１からイーサネット（登録商標）フレームを下流側に送信する場合は、ＯＬＴ４００の照合調整サブレイヤ４４０は、ＭＡＣポート４３１に対応付けられているＬＬＩＤ４６１を挿入する。フレームを、受動光カプラを介して全ＯＮＵに一斉送信するが、一致するＬＬＩＤを有する、ＯＮＵ内に位置する照合調整サブレイヤモジュール（この例では、ＬＬＩＤ４６１を有するＯＮＵ４５１）だけが、フレームを受け取って、そのＭＡＣ層に渡して、さらに検証する。他のＯＮＵ内（ＬＬＩＤ４６２を有するＯＮＵ４５２およびＬＬＩＤ４６３を有するＯＮＵ４５３）のＭＡＣ層は、そのフレームを受け取ることはない。従って、宛て先ＯＮＵに対してだけ、ポイントツーポイントリンクでフレームを送信したかのように見える。

図４Ｂは、ＥＰＯＮ内のポイントツーピントエミュレーションでの上流側トラフィック伝送を示す（従来技術）。上流側方向では、ＯＮＵ４５１は、その割り当てられたＬＬＩＤ４６１を各送信したフレームのプリアンブルに挿入する。従って、ＯＬＴ４００の照合調整サブレイヤ４４０は、フレームをＭＡＣポート４３１に流すことになる。

複数のＯＮＵ間での上流リンクの共有
ＥＰＯＮでは、複数のＯＮＵが通常、１つのアップリンクを共有して上流側データを送信しているのは、光分配器とＯＬＴとの間にはリンクが１つしかないからである。このタイムシェア伝送を協働するために、ＯＬＴは、伝送タイムスロットを各ＯＮＵに割り当てている。このようなタイムシェア伝送方法を実施する際の問題の１つは、ＯＮＵからのレーザのノイズによって発生する、あるＯＮＵから送信したデータとの干渉である。

電源を入れると、レーザ送信機は、データ伝送を行わなくても自然放出ノイズを生成する。データを送信しないのにＯＮＵのレーザ送信機の電源を切らない場合は、複数のＯＮＵからの蓄積したノイズが別のＯＮＵのデータ伝送と干渉することがある。ノイズを生成しているＯＮＵがデータを送信しているＯＮＵより近くにある場合は、この干渉が悪化する。

この干渉の問題を解決するアプローチの１つは、伝送スロット間のレーザを遮断することである。図５Ａは、ＥＰＯＮ内の伝送タイムスロットの構造を示す（従来技術）。伝送タイムスロットに含まれる上流側データバーストは、そのデータペイロードの他にいくつかの部分からなる。図５Ａに示すように、タイムスロットは、レーザターンオン期間５０１と、自動利得制御（ＡＧＣ）期間５０２と、クロック・データリカバリ（ＣＤＲ）期間５０３と、データ／空きペイロード５０４と、レーザターンオフ期間５０５とを含んでも良い。レーザは一般に、瞬間的にオンまたはオフしないので、割り当てられたタイムスロットに対してレーザをオンまたはオフする正確な瞬間を算出する際に、レーザ応答時間を考慮に入れる必要があることに留意されたい。

図５Ｂは、複数のＯＮＵからの上流側データバースト伝送を示す（従来技術）。図５Ｂに示すように、５つのＯＮＵ５２１〜５２５がＯＬＴ５００と通信する。ＯＮＵ５２１および５２２がそれぞれ送信した上流側データバースト５４１および５４２が、同じアップリンクを共有している。ＯＮＵ５２１がデータバースト５４１を送信している場合は、ＯＮＵ５２２〜５２５内のレーザを遮断する。データ伝送が完了した後で、ＯＮＵ５２１はそのレーザを遮断して、ＯＮＵ５２２にデータバースト５４２を送信させる。

ＯＮＵ伝送制御
割り当てられたタイムスロットになった時にレーザをオンにして、伝送が完了した時にレーザをオフにするためには、データリンク層からレーザオン／オフ制御信号を単に生成して、物理層に属するレーザを制御する。これは、ＯＮＵのローカルクロックは通常、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈ規格に基づいてデータリンク層に常駐しているので、データリンク層が伝送タイムスロットの開始と終了とを検出することが適しているからである。しかしながら、このアプローチでは、層またはサブレイヤが直近の層またはサブレイヤだけに通知するといった、基本的な層リング原理に違反することになる。

図６は、データリンク層からレーザ制御信号を生成して、物理層に属するレーザを制御することを示す（従来技術）。図６に示すように、ＯＳＩモデル層は、物理層６１２と、データリンク層６１４と、ネットワーク層６１６と、トランスポート層６１８と、セッション層６２０と、プレゼンテーション層６２２と、アプリケーション層６２４とを備える。ＥＰＯＮ装置は主に、物理層６１２およびデータリンク層６１４内で動作する。ＩＥＥＥ８０２．３規格に基づいて、ＥＰＯＮ内のデータリンク層６１４は、ＬＬＣ／ＭＡＣクライアントサブレイヤ６２２と、マルチポイントＭＡＣ制御サブレイヤ６２８と、ＭＡＣサブレイヤ６３０とを含み、物理層は、照合調整サブレイヤ６３６と、ＧＭＩＩインターフェース６３８と、ＰＣＳサブレイヤ６４０と、ＰＭＡサブレイヤ６４２と、ＰＭＤサブレイヤ６４４と、媒体依存インターフェース（ＭＤＩ）６４６と、物理媒体６４８（光ファイバ）とを含む。特に、物理層装置（ＰＨＹ）は一般に、ＰＣＳ、ＰＭＡおよびＰＭＤサブレイヤを実行する。

通常、レーザオン／オフ制御信号６５０をマルチポイントＭＡＣ制御サブレイヤ６２８で生成して、ＰＭＤサブレイヤ６４４に送信して、レーザをオンオフする。このような信号送信機構は簡単であるが、サブレイヤは一般に、複数の層／サブレイヤにわたって信号を送信しないという層リング原理に違反する。この層リング違反を回避する１つの方法は、複数のサブレイヤにわたって伝送するレーザ制御信号６５０を除去することである。

本発明の一実施形態は、データリンク層から受信した各ワードに対する所定量の遅延を物理層に導入する。この方法により、遅延したワードを観察することにより、送信するデータがあるかどうか、物理層が決定を行って、レーザをオンしてデータ伝送を準備する時間を十分有することができる。同様に、データがもうないか、物理層が決定して、これに応じてレーザをオフすることができる。上述の遅延機構を実施するために、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）待ち行列を用いて各ワードをバッファすることもできる。

図７は、本発明の一実施形態による、データリンク層から受信したバッファしたワードに基づいてレーザ送信機を制御する処理を示す。図７の上に示すように、データリンク層から受信したデータは、データフレーム７４４および７５０を含む。フレーム７４４に続くのは、オプションの順方向誤り訂正（ＦＥＣ）パリティビット７４６およびパケット間ギャップ（ｌＰＧ）７４８のためのスペースである。同様に、フレーム７５０に続くのは、オプションのＦＥＣスペース７５２およびＩＰＧスペース７５４である。ＦＥＣエンコーダをＦＩＦＯ待ち行列の前または後で実施しても良いことに留意されたい。従って、ＦＥＣスペース７４６および７５２は、前のフレームのＦＥＣパリティデータ（ＦＥＣ符号化をＦＩＦＯ待ち行列の前で実施する場合）、または空き（ＦＥＣ符号化をＦＩＦＯ待ち行列の後で実施する場合）を含むこともある。

通常、ＦＥＣスペースの長さは、前のフレームの長さの関数である。図示の例では、ＦＥＣスペース７４６はフレーム７４４の長さに依存して、ＦＥＣスペース７５２はフレーム７５０の長さに依存している。また、ＩＰＧには最小要求サイズがある。例えば、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈ規格により、ＩＰＧは１２ワード長であることが定義されている。一方、ＦＥＣはオプションである。

ワードが物理層に到着した場合は、所定の遅延を有するＦＩＦＯバッファ７１０に格納する。ＦＩＦＯバッファ７１０の最後に格納した各ワードを、ＦＩＦＯバッファ７１０の先頭に向かって定期的にシフトする。

いつレーザをオンまたはオフするか決定するために、システムは理想的には、受信したワードの内容を監視する。受信したワードがデータワードで、レーザの電源が入っていない場合は、システムはレーザをオンにする。受信したワードを次に、ＦＩＦＯバッファ７１０に格納する。物理層に導入した他の遅延と合わせた場合は、ＦＩＦＯバッファ７１０に導入した全遅延は理想的には、レーザターンオン期間７４０および同期期間７４２に十分対応する。同期期間７４２は、自動利得制御（ＡＧＣ）期間およびクロック・データリカバリ（ＣＤＲ）期間を含んでもよく、これにより、ＯＬＴが上流側データの受信を準備することが可能になることに留意されたい。

フレーム７４４に続くＦＥＣスペース７４６は、フレーム７４４のＦＥＣパリティビットを含む。ＦＩＦＯ待ち行列の前または後でＦＥＣ符号化を行っても良いので、データリンク層から受信したＦＥＣスペース７４６は、符号化したＦＥＣパリティデータを含んでも良いし、あるいは、空きだけを含んでも良い。ＦＥＣスペース７４６の後に、ＩＰＧスペース７４８により、フレーム７４４（対応するＦＥＣスペース７６８を含む）と、次のフレーム７５２との間に、確実に最小ギャップが存在するようになる。図７に示す例では、ＩＰＧスペース７４８は、レーザターンオン期間７４０と同期期間７４２との合計よりも小さい。従って、ＩＰＧスペース７４８に対応する期間の間は、システムはレーザをオフにしない。

同様に、物理層に到着した時に、フレーム７５０と、その対応するＦＥＣスペース７５２と、ＩＰＧスペース７５４とを、ＦＩＦＯバッファ７１０に格納する。物理層が十分に数多くのＩＰＧアイドルワードを受信した時に、システムはレーザをオフにする。データワードがこれらのアイドルワードに続いている場合は、レーザをオンにする時間が十分あるようにするために、レーザをオンにするのに必要な、最小数の連続ＩＰＧアイドルワードが、レーザターンオン期間７４０および／または同期期間７４２に理想的に十分対応している。

本発明の一実施形態では、システムは、ＦＩＦＯバッファ７１０がレーザをオフにするＩＰＧアイドルワードだけを含むようにする必要がある場合もある。このように、レーザをオンにして、次のデータワードの同期時間を用意するのに十分な時間が確実に用意できる。図７に示すように、ＦＥＣスペース７５２内の最後のワードがＦＩＦＯバッファ７１０を出た後に、ＦＩＦＯバッファ７１０は、ＩＰＧアイドルワードだけを含む。この時、システムはレーザをオフにする。これは、レーザターンオフ期間７５４の後に完全に遮断することである。ＦＥＣを用いない場合は、フレーム７５０の最後のデータワードがＦＩＦＯバッファ７１０を出た後でＦＩＦＯバッファ７１０がＩＰＧ空きワードだけを含むようになってすぐに、システムはレーザをオフにしても良いことに留意されたい。

ＯＮＵがＯＬＴに近くにある同様の場合は、ＯＬＴを、同期のためのデフォルトのＡＧＣおよびＣＤＲ時間より小さくする必要がある。従って、このようなＯＮＵ内のシステムは、ＦＩＦＯバッファ７１０に導入した遅延を短縮して、短縮した同期期間を反映させるようにして、伝送オーバーヘッドを小さくしても良い。一般に、システムは、ＦＩＦＯバッファ７１０の遅延をもっと柔軟に再構成しても良い。

ＦＥＣスペースおよびＩＰＧスペースの正確な量を、２つの連続データフレームの間で確保することが重要である。ＦＥＣスペースおよびＩＰＧスペースの確保は、データリンク層または物理層で行っても良い。第１のシナリオでは、データリンク層（例えば、マルチポイントＭＡＣ制御サブレイヤ）が、データフレームの境界を検出して、ＦＥＣパリティデータおよびＩＰＧに必要なスペースを挿入する。それに応じて、物理層内の伝送制御機構は、いつデータフレームを送信して、いつ伝送を一時停止するかについて、データリンク層に信号を送信する必要はない。

第２のシナリオでは、データリンク層は、データフレームの間にＦＥＣおよびＩＰＧのスペースを挿入しない。その代わり、物理層は、データフレームの境界を検出して、ＦＥＣおよびＩＰＧに必要なスペースを挿入する。それに応じて、物理層は理想的には、いつデータフレームを送信して、いつ伝送を一時停止するかについて、データリンク層に信号を送信する。

図８Ａは、本発明の一実施形態による、データリンク層にフレームギャップ制御の信号を送信しないで、データリンク層から受信したワードをバッファする処理を示す。システムは、データリンク層からワードを受信することにより開始する（ステップ８１０）。システムは次に、受信したワードがデータワードまたはアイドルワードかどうか決定する（ステップ８１２）。

受信したワードがデータワードの場合は、システムは、アイドル長カウンタを０に設定する（ステップ８１３）。アイドル長は、連続する空きの数を表し、レーザをオフにする必要があるかどうか決定する際に用いる。システムは次に、レーザがオンになっているかどうか決定する（ステップ８１４）。レーザがオフの場合は、システムはレーザをオンにする（ステップ８１６）。そうでない場合は、システムは、ＦＩＦＯバッファの最初のワードを直接削除するステップに進む（ステップ８４０）。次に、システムは、ＦＴＦＯバッファのワードをバッファの先頭に向かってずらして（ステップ８４１）、受信したデータワードをＦＩＦＯバッファの最後に付ける（ステップ８４２）。システムは次に、データリンク層から次のワードを受信する準備を行う（ステップ８１０）。

受信したワードがアイドルワードの場合は、システムはまず、アイドル長カウンタを１増加する（ステップ８２０）。次に、システムは、レーザが現在オンになっているか、かつ、レーザターンオン期間と同期期間との合計として定義する遅延限度をアイドル長が超えているかどうか決定する（ステップ８５２）。両方の条件がともに合っていれば、システムはレーザをオンにして（ステップ８５４）、ＦＩＦＯバッファから最初のワードを削除する（ステップ８４０）。そうでない場合は、システムはレーザの現在の状態を変更しないで、ＦＩＦＯバッファの最初のワードを削除するステップに進む（ステップ８４０）。

図８Ｂは、本発明の一実施形態による、データリンク層にフレームギャップ制御の信号を送信して、データリンク層から受信したワードをバッファする処理を示す。システムは、データリンク層からワードを受信することにより開始する（ステップ８６０）。システムは次に、受信したワードがデータワードまたはアイドルワードかどうか決定する（ステップ８６２）。

受信したワードがデータワードの場合は、システムは、アイドル長カウンタを０に設定して（ステップ８６４）、現在受信したフレームの直後に折り返しフレームをデータリンク層が一時的に送信しないようにする（ステップ８６６）。（ＩＥＥＥ８０２．３規格に基づいて、キャリア検知信号を“真”に設定することにより、これを達成しても良い。“真”に設定した場合、このキャリア検知信号により、現在のデータフレームがデータリンク層からの伝送を終了して、データリンク層が次のデータフレームを送信しないようにする。）システムは次に、レーザがオンになっているかどうか決定する（ステップ８７０）。レーザがオフの場合は、システムはレーザをオンにする（ステップ８７２）。そうでない場合は、システムは、ＦＩＦＯバッファの最初のワードを削除する（ステップ８７４）。次に、システムは、ＦＴＦＯバッファのワードをバッファの先頭に向かってずらして（ステップ８７６）、受信したデータワードをＦＩＦＯバッファの最後に付ける（ステップ８７８）。システムは次に、データリンク層から次のワードを受信する準備を行う（ステップ８６０）。

受信したワードがアイドルワードの場合は、システムはまず、アイドル長カウンタを１増加する（ステップ８８０）。システムは次に、連続アイドルワードの数（アイドル長）が最小フレームギャップ以上かどうか決定する（ステップ８８２）。（最小フレームギャップは理想的には、（ＦＥＣを用いる場合は）ＦＥＣパリティビットのスペースとデフォルトのＩＰＧスペースとを含むことに留意されたい。）この場合は、システムは、データリンク層に次のフレームを送信させる（ステップ８８４）。（ＩＥＥＥ８０２．３規格に基づいて、キャリア検知信号を“誤り”に設定することにより、これを達成しても良い。）そうでない場合は、システムは、レーザが現在オンになっているか、かつ、レーザターンオン期間と同期期間との合計として定義する遅延限度をアイドル長が超えているかどうか決定する（ステップ８８６）。両方の条件がともに合っていれば、システムはレーザをオフにして（ステップ８８８）、ＦＩＦＯバッファの最初のワードを削除する（ステップＳ８７４）。そうでない場合は、システムはレーザの現在の状態を変更しないで、ＦＩＦＯバッファの最初のワードを削除するステップに進む（ステップ８７４）。

本発明の実施形態に関する前述の説明は、説明のためだけになされたものである。それらは、網羅的なものでもなく、本発明を開示した形態を限定するためのものではない。従って、多くの変形例および変更例が当業者にとって明らかであろう。また、上記の開示は、本発明に限定されるものではない。本発明の範囲は、添付の請求の範囲に定められるものである。

図１は、光ファイバおよび受動光分配器を介して接続した、イーサネット（登録商標）受動光ネットワーク中央局および多数の加入者を示す（従来技術）。 図２は、通常動作モードでのＥＰＯＮを示す（従来技術）。 図３は、ブリッジイーサネット（登録商標）セグメントを示す（従来技術）。 図４Ａは、ＥＰＯＮ内のポイントツーポイントエミュレーションでの下流側トラフィック伝送を示す（従来技術）。 図４Ｂは、ＥＰＯＮ内のポイントツーポイントエミュレーションでの上流側トラフィック伝送を示す（従来技術）。 図５Ａは、ＥＰＯＮ内の伝送タイムスロットの構造を示す（従来技術）。 図５Ｂは、複数のＯＮＵからの上流側データバースト伝送を示す（従来技術）。 図６は、データリンク層からレーザ制御信号を生成して、物理層に属するレーザを制御することを示す（従来技術）。 図７は、本発明の一実施形態による、データリンク層から受信したバッファしたワードに基づいてレーザ送信機を制御する処理を示す。 図８Ａは、本発明の一実施形態による、データリンク層にフレームギャップ制御信号を送信しないで、データリンク層から受信したワードをバッファする処理を示すフローチャートを示す。 図８Ｂは、本発明の一実施形態による、データリンク層にフレームギャップ制御信号を送信して、データリンク層から受信したワードをバッファする処理を示すフローチャートを示す。

Claims (21)

1. 中央ノードと、データリンク層および物理層を実行する少なくとも１つのリモートノードとを含むイーサネット（登録商標）受動光ネットワーク（ＥＰＯＮ）内の伝送を制御する方法であって、該方法は、
   リモートノードの該物理層で、該リモートノードの該データリンク層から通信されたワードを受信することであって、該ワードがデータワードまたはアイドルワードであり得る、ことと、
   送信機が該ワードを送信可能になる前に、該リモートノードの該物理層で、該ワードを所定量の時間遅延することであって、それにより、該送信機をオンまたはオフにする時間を提供する、ことと、
   該受信されたワードの内容に基づいて該送信機をオンまたはオフにすることであって、該送信機をオンにするか、またはオフにするかの決定は、複数のサブレイヤにわたって該データリンク層から該物理層へと制御信号を送信することなく、該リモートノードの該物理層でなされる、ことと
   を包含する、方法。
2. 前記受信されたワードの内容に基づいて送信機をオンまたはオフにすることが、該送信機の電源が現在オフであり、該受信されたワードがデータワードである場合に、該送信機をオンにすることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記受信されたワードの内容に基づいて送信機をオンまたはオフにすることが、該送信機の電源が現在オンであり、連続する受信されたアイドルワードの数が所定の数以上の場合に、該送信機をオフにすることを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ワードを所定量の時間遅延することが、
   先入れ先出し（ＦＩＦＯ）待ち行列に該ワードをバッファすることと、
   該ＦＩＦＯ待ち行列にバッファされた各ワードを、該ＦＩＦＯ待ち行列の先頭に向かって定期的にシフトすることと、
   該ＦＩＦＯ待ち行列の先頭のワードを定期的に取り出すことであって、該取り出されたワードは、前記送信機によって送信される、ことと
   を含む、請求項１に記載の方法。
5. レーザターンオン時間、自動利得制御（ＡＧＣ）時間およびデータ・クロックリカバリ（ＣＤＲ）時間に基づいて、前記ワードを遅延する時間量を決定することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
6. 前記受信されたワードがデータワードの場合は、前記方法は、前記物理層で受信された現在のデータフレームの直後に、データフレームを送信することを一時的に停止するように前記データリンク層に信号を送信することであって、それによって、十分な数のアイドルワードをデータフレームの間に挿入可能にする、ことをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
7. 前記物理層で受信された連続するアイドルワードの数が十分にある場合は、前記方法は、データフレームの送信を開始するように前記データリンク層に信号を送信することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
8. 中央ノードと、データリンク層および物理層を実行する少なくとも１つのリモートノードとを含むイーサネット（登録商標）受動光ネットワーク（ＥＰＯＮ）内の伝送を制御する装置であって、該装置は、
   リモートノードの該物理層で、該リモートノードの該データリンク層から通信されたワードを受信するように構成された受信機構であって、該ワードがデータワードまたはアイドルワードであり得る、受信機構と、
   送信機が該ワードを送信可能になる前に、該リモートノードの該物理層で、該ワードを所定量の時間遅延することにより、該送信機をオンまたはオフにする時間を提供するように構成された遅延機構と、
   該受信されたワードの内容に基づいて該送信機をオンまたはオフにするように構成された制御機構であって、該送信機をオンにするか、またはオフにするかの決定は、複数のサブレイヤにわたって該データリンク層から該物理層へと制御信号を送信することなく、該リモートノードの該物理層でなされる、制御機構と
   を備える、装置。
9. 前記受信されたワードの内容に基づいて前記送信機をオンまたはオフにする間において、該送信機の電源が現在オフであり、該受信されたワードがデータワードである場合に、前記制御機構が該送信機をオンにするように構成される、請求項８に記載の装置。
10. 前記受信されたワードの内容に基づいて前記送信機をオンまたはオフにする間において、該送信機の電源が現在オンであり、連続する受信されたアイドルワードの数が所定の数以上の場合に、前記制御機構が該送信機をオフにするように構成される、請求項８に記載の装置。
11. 前記ワードを所定量の時間遅延する間に、前記遅延機構が、
    先入れ先出し（ＦＩＦＯ）待ち行列に該ワードをバッファすることと、
    該ＦＩＦＯ待ち行列にバッファされた各ワードを、該ＦＩＦＯ待ち行列の先頭に向かって定期的にシフトすることと、
    該ＦＩＦＯ待ち行列の先頭のワードを定期的に取り出すことであって、該取り出されたワードは、前記送信機によって送信される、ことと
    を実行するように構成される、請求項８に記載の装置。
12. 前記遅延機構が、レーザターンオン時間、自動利得制御（ＡＧＣ）時間およびデータ・クロックリカバリ（ＣＤＲ）時間に基づいて、前記ワードを遅延する時間量を決定するようにさらに構成される、請求項８に記載の装置。
13. 前記受信されたワードがデータワードの場合は、前記遅延機構が、前記物理層で受信された現在のデータフレームの直後に、データフレームを送信することを一時的に停止するように前記データリンク層に信号を送信することにより、十分な数のアイドルワードをデータフレームの間に挿入可能にするようにさらに構成される、請求項８に記載の装置。
14. 前記物理層で受信された連続するアイドルワードの数が十分にある場合は、前記遅延機構が、データフレームの送信を開始するように前記データリンク層に信号を送信するようにさらに構成される、請求項８に記載の装置。
15. 命令を格納するコンピュータ読取可能記憶媒体であって、該命令は、コンピュータによって実行されると、該コンピュータに、中央ノードと、データリンク層および物理層を実行する少なくとも１つのリモートノードとを含むイーサネット（登録商標）受動光ネットワーク（ＥＰＯＮ）内の伝送を制御する方法を実行させ、該方法は、
    リモートノードの該物理層で、該リモートノードの該データリンク層から通信されたワードを受信することであって、該ワードがデータワードまたはアイドルワードであり得る、ことと、
    送信機が該ワードを送信可能になる前に、該リモートノードの該物理層で、該ワードを所定量の時間遅延することであって、それにより、該送信機をオンまたはオフにする時間を提供する、ことと、
    該受信されたワードの内容に基づいて該送信機をオンまたはオフにすることであって、該送信機をオンにするか、またはオフにするかの決定は、複数のサブレイヤにわたって該データリンク層から該物理層へと制御信号を送信することなく、該リモートノードの該物理層でなされる、ことと
    を包含する、コンピュータ読取可能記憶媒体。
16. 前記受信されたワードの内容に基づいて送信機をオンまたはオフにすることが、該送信機の電源が現在オフであり、該受信されたワードがデータワードである場合に、該送信機をオンにすることを含む、請求項１５に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
17. 前記受信されたワードの内容に基づいて送信機をオンまたはオフにすることが、該送信機の電源が現在オンであり、連続する受信されたアイドルワードの数が所定の数以上の場合に、該送信機をオフにすることを含む、請求項１５に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
18. 前記ワードを所定量の時間遅延することが、
    先入れ先出し（ＦＩＦＯ）待ち行列に該ワードをバッファすることと、
    該ＦＩＦＯ待ち行列にバッファされた各ワードを、該ＦＩＦＯ待ち行列の先頭に向かって定期的にシフトすることと、
    該ＦＩＦＯ待ち行列の先頭のワードを定期的に取り出すことであって、該取り出されたワードは、前記送信機によって送信される、ことと
    を含む、請求項１５に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
19. 前記方法は、レーザターンオン時間、自動利得制御（ＡＧＣ）時間およびデータ・クロックリカバリ（ＣＤＲ）時間に基づいて、前記ワードを遅延する時間量を決定することをさらに包含する、請求項１５に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
20. 前記受信されたワードがデータワードの場合は、前記方法は、前記物理層で受信された現在のデータフレームの直後に、データフレームを送信することを一時的に停止するように前記データリンク層に信号を送信することであって、それによって、十分な数のアイドルワードをデータフレームの間に挿入可能にする、ことをさらに包含する、請求項１５に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
21. 前記物理層で受信された連続するアイドルワードの数が十分にある場合は、前記方法は、データフレームの送信を開始するように前記データリンク層に信号を送信することをさらに包含する、請求項１５に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。

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