JP4650474B2 - Ｐｏｎシステムおよびそのレンジング方法 - 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。

光アクセスシステムとして、局側に配置されるＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）と加入者の側に配置されるＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）の間を光スプリッタ等の光信号の合分波を受動的に行う機器により１対ｎ（ｎは２以上の整数）で接続するＰＯＮが知られている。複数のＯＮＵはそれぞれ加入者の端末(例えばＰＣ等)に接続されており、端末からの電気信号を光信号に変換してＯＬＴへ向けて送信する。複数のＯＮＵからの光信号を受信した光スプリッタは、それら光信号を光学(時分割)多重してＯＬＴに送信する。逆に、ＯＬＴからの光信号は光スプリッタにより複数の光信号に分岐されて複数のＯＮＵへ向けて送信され、各ＯＮＵは送信された信号の中から自分宛の信号を選択的に受信して処理する。

上述のように複数のＯＮＵからＯＬＴへ向けて送信される上り光信号は光スプリッタにより時分割多重される。ＯＬＴは複数のＯＮＵからの光信号が衝突しないようにそれぞれのＯＮＵに対して光信号の送信タイミングを決定・通知し、各ＯＮＵは通知されたタイミングにて光信号を順次送信する。各ＯＮＵは非特許文献１の８章および９章に規定されるように例えば光ファイバ長0〜20km、20km〜40kmないし40km〜60kmの範囲の中に任意に設置されるため、ＯＬＴと各ＯＮＵとの間の距離つまり光ファイバ長は必ずしも等しくなく、各ＯＮＵからＯＬＴへ向けて送信される光信号の伝送遅延時間も異なる。よってＯＬＴは各ＯＮＵの距離の違いから生じる光信号の送信遅延時間を考慮して光信号の送信タイミングを決定する必要がある。

これを実現するためＯＬＴは非特許文献２の第１０章に記載されたレンジングという技術を用いており、これによりＯＬＴは各ＯＮＵがあたかも等距離に設置されたかのようにそれぞれのＯＮＵの送信タイミングを調整して、複数のＯＮＵからの光信号が光ファイバ上で互いに干渉しないようにしている。つまりＯＬＴは全てのＯＮＵが等しく同じ距離だけ離れていると仮定して、各ＯＮＵが光信号を送信するタイミングを決定・通知し、さらにＯＬＴは当該仮定した距離と各ＯＮＵが実際に設置されている距離との差分から生じる光信号の遅延時間を各ＯＮＵに通知し、各ＯＮＵはＯＬＴから通知された送信タイミングから、通知された遅延時間だけ遅れたタイミングで光信号を送信する。

レンジングでは、ＯＬＴがＯＮＵに対して距離測定用の信号を送信するよう要求する。ＯＮＵが距離測定フレームを返すとＯＬＴはその信号を受信し、距離測定用の信号の送信要求から距離測定用の信号受信までの時間、すなわち往復遅延時間を測定して、ＯＮＵがＯＬＴからどれだけ離れているかを知る。続いてＯＬＴは全てのＯＮＵを等距離に見せるため、各ＯＮＵに対して等化遅延量（ＥｑＤ：Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｌａｙ）と呼ばれる時間だけ送信を遅延させるように指示を送る。例えば全てのＯＮＵが２０ｋｍの往復遅延時間を持つようにするには、“（２０ｋｍの往復遅延時間）−(測定された往復遅延時間)”に等しい等化遅延量をＯＮＵに指示する。ＯＮＵは、指示された等化遅延量だけ固定的に遅延させてデータを送信する回路を備えており、上記指示により、全てのＯＮＵが２０ｋｍの往復遅延時間を持つように上りデータ送信が行われる。

また、非特許文献３の６４章で規定されるイーサネット（登録商標）ＰＯＮシステムでは、上記距離測定は行われるものの等化遅延量という指示は存在しない。代わりに、距離測定後にＯＬＴがＯＮＵにグラントを送る場合には、測定された往復遅延時間に基づいてグラントのＳｔａｒｔ値を補正している。

ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４．１ ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４．３ ＩＥＥＥ８０２．３規格

レンジングにおいて、ＯＬＴが送信する距離測定用の信号は複数のＯＮＵに受信され、この信号を受信した各ＯＮＵはその信号に対する応答信号をＯＬＴへ送信する。この時点での各ＯＮＵからの応答信号がＯＬＴに到達するタイミングは調整されていないため、ＯＬＴは短い時間に多数の応答信号を受信する可能性がある。これを防ぐためＯＬＴでは、距離測定用の信号をＯＮＵへ送信した後ある一定の時間、最初に受信した応答信号以外の応答信号を受信しないようにする、無信号領域（レンジング窓）を設けている。

このようにＯＬＴは距離測定用の信号を送信し、ＯＮＵ１台毎にそのＯＮＵの等化遅延時間を算出するため、１台のＯＮＵのレンジング中は他のＯＮＵはＯＬＴに対して光信号を送信することができない。このため、例えば光ファイバ長０〜６０ｋｍの範囲に位置するＯＮＵのレンジングを行うには、６０ｋｍの往復遅延時間に相当する６００マイクロ秒の長さの無信号領域（レンジング窓）が必要である。上述のように距離測定は１つのレンジング窓にて１台のＯＮＵに対して行われるため、例えば１２８台のＯＮＵの距離測定には、１２８倍である延べ７６．８ミリ秒の無信号領域が必要である。さらに、システムの安定性を考慮すると、距離測定は複数回の平均をとることが望ましく、例えば４回の距離測定結果の平均を使用してレンジングを行うと、ユーザが利用できない帯域はさらに４倍になり、延べ３０７．２ミリ秒の無信号領域が必要である。

このレンジング窓による信号帯域の欠損を抑えるためには、レンジングを実施する間隔を広げ、失われる上り帯域を十分小さくすれば良い。例えば上記の例で、レンジング間隔を３０秒とすれば、延べ３０７．２ミリ秒の無信号領域の占める割合は１％程度となり、十分無視できる。しかしながら、この場合、全ＯＮＵの一斉起動に３０秒を要するという新たな問題が発生する。通信サービスの重要性を鑑みると、一時的な障害に起因するサービス断時間を極力小さく抑えるため、全ＯＮＵの一斉起動時間は十分小さい値、例えば１秒が望ましい。

本発明の目的は、帯域を有効利用しつつ、かつ短時間で１００台ないしそれ以上のＯＮＵの起動を可能とするＯＬＴ、ＯＮＵ、ＰＯＮシステムを提供することにある。

低い帯域欠損と短い起動時間を両立させるためには、１つのレンジング窓内で複数のＯＮＵの距離測定を可能とすれば良い。

上記課題は、ＯＬＴが複数の距離測定回路を備え、該レンジング窓領域の１区間内において該複数のＯＮＵから送信される複数の距離測定信号を受信して、距離測定信号を受信した直後にデリミタ検出回路を有効化し、自動しきい値回路のリセットを行う方法により実現される。

また、別の手段として、ＯＬＴはレンジング窓内で上りレンジングレスポンスの有無にかかわらずＡＴＣリセットパルスを周期的に複数回発生させ、ＯＮＵはレンジングリクエストを受信すると上記周期の整数倍とは異なる間隔で複数のレンジングレスポンスを送信する。複数のレンジングレスポンスを送信することにより、少なくとも１つの信号はＡＴＣリセットパルスと衝突せず、距離測定を成功させることができる。

本発明により、帯域を有効利用しつつ、かつ短時間で１００台ないしそれ以上のＯＮＵの起動を１秒以内に可能とする光アクセスシステムが提供できる。

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を示す。ＰＯＮ１０は光スプリッタ１００、通信事業者等の局舎に設置される局側装置であるＯＬＴ２００、ＯＬＴ２００と光スプリッタを接続する幹線ファイバ１１０、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ＯＮＵ３００、光スプリッタ１００と複数のＯＮＵ３００をそれぞれ接続する複数の支線ファイバ１２０から構成される。ＯＬＴ２００は、幹線ファイバ１１０、光スプリッタ１００および支線ファイバ１２０を介して、たとえば３２台のＯＮＵ３００と接続可能である。また、複数のＯＮＵ３００にはそれぞれ、電話４００やパーソナルコンピュータ４１０等のユーザ端末が接続される。ＰＯＮ１０はＯＬＴ２００を介してＰＳＴＮ（Ｐｕｂｌｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）やインターネット２０に接続されて、外部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ＯＮＵが図示されており、それぞれＯＬＴ２００からのファイバ長が異なる。図１では、ＯＮＵ３００−１はＯＬＴ２００からのファイバ長が１ｋｍ、ＯＮＵ３００−２はＯＬＴ２００からのファイバ長が１０ｋｍ、ＯＮＵ３００−３はＯＬＴ２００からのファイバ長が２０ｋｍ、ＯＮＵ３００−４はＯＬＴ２００からのファイバ長が１０ｋｍ、ＯＮＵ３００−ｎはＯＬＴ２００からのファイバ長が１５ｋｍである。ＯＬＴ２００からＯＮＵ３００の下り方向に伝送される信号１３０にはそれぞれのＯＮＵ３００宛の信号が時分割多重されている。各ＯＮＵ３００は信号１３０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４００やパーソナルコンピュータ４１０に信号を配信する。

また、ＯＮＵ３００からＯＬＴ２００の上り方向では、ＯＮＵ３００−１から伝送される信号１５０−１、ＯＮＵ３００−２から伝送される信号１５０−２、ＯＮＵ３００−３から伝送される信号１５０−３、ＯＮＵ３００−４から伝送される信号１５０−４．ＯＮＵ３００−ｎから伝送される信号１５０−ｎは、光スプリッタ１００を通った後に時分割多重されて信号１４０となりＯＬＴ２００に到達する。ＯＬＴ２００は、どのタイミングにどのＯＮＵ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ＯＮＵからの信号を識別し、処理を行う。

図２にＯＬＴ２００から各ＯＮＵ３００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２０１、ＰＬＯＡＭ領域２０２、グラント指示領域２０３、フレームペイロード２０４から構成される。グラント指示領域２０３は、は同勧告８．１．３．６章に示すＵＳ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ＭＡＰと呼ばれる領域に対応し、ＯＬＴはこの領域を用いて各ＯＮＵの上り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。

なお、個々のＯＮＵにはＴ−ＣＯＮＴ（Ｔｒａｉｌ ＣＯＮＴａｉｎｅｒ）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。グラント指示領域２０３には、Ｔ−ＣＯＮＴごとに、光信号の送信を開始するタイミングを表わすｓｔａｒｔ値と、光信号の送信を終了するタイミングを表わすＥｎｄ値が格納される。Ｔ−ＣＯＮＴとはＤＢＡにおける帯域の割当単位であり、例えばＯＮＵ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、ＯＬＴからバッファ毎に制御することも可能である。

後述する図１３におけるｒａｎｇｉｎｇ ｔｉｍｅメッセージはＰＬＯＡＭ領域２０２に格納され、ｒａｎｇｉｎｇ ｒｅｑｕｅｓｔ信号３１０―１や、各ＯＮＵにどのタイミングで光信号の送信を開始するかの情報を含むｇｒａｎｔ、ｒｅｑｕｅｓｔ ｒｅｐｏｒｔ信号３２０はグラント指示領域２０３に格納される。フレームペイロード２０４には、ＯＬＴ２００からＯＮＵ３００へ向かうユーザ信号等が格納される。詳細はＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４．３に記載されている。

図３にＯＮＵからＯＬＴへ送信される上りＰＯＮ信号フレームの実施例を示す。ＯＮＵ３００−１からの上り信号１５０−１は、プリアンブル領域３０１、デリミタ領域３０２、ＰＬＯＡＭ領域３０３、キュー長領域３０４、フレームペイロード３０５より構成される。上記Ｓｔａｒｔ値は、ＰＬＯＡＭ領域３０３の開始位置を指示しており、Ｅｎｄ値３１３はフレームペイロード３０５の終了位置を示している。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。上述のＥｎｄ値と次のＳｔａｒｔ値の差は、上り無信号領域でありガードタイムに対応する。つまり、上り信号のフレームペイロード３０５の終了位置から次の上り信号のプリアンブル領域３０１の開始位置までがガードタイムに相当する。なお、本実施例ではデリミタ領域の信号を検知することで、デリミタ領域以降のデータが新たなデータであると識別する。つまり、デリミタ領域は信号と信号の区切りを識別するための情報として用いられる。

図４に本発明によるＯＬＴ２００の構成例を示す。ＯＮＵ送受信部４０１はＯＮＵ３００との間で光信号を送受信するものであり、光信号受信処理部４０３によりＯＮＵから受信した光信号を電気信号に変換し、光信号送信処理部４０４により装置内の電気信号を光信号に送信してＯＮＵへ送信する等の処理を行う。網送受信部４０２はＰＳＴＮやインターネット２０等の、より上位のネットワークとの間で信号の送受信を行う。制御部４０９は、入出力する信号に対してＰＯＮのプロトコルに従った処理等を行う。受信信号処理部４０５は、光信号受信処理部４０３から受信した電気信号をＰＯＮのフレームに切り分ける等の処理を行う。レンジング処理部４０５は後述するレンジング処理を行う。送信許可部４０７は、ＤＢＡ処理により各ＯＮＵに割り当てた通信帯域の値から、各ＯＮＵのＳｔａｒｔ値やＥｎｄ値を設定し、これら値を各ＯＮＵに通知する。送信信号処理部４０８は、各ＯＮＵに送信するＰＯＮフレームを生成する。

図１４にＯＬＴ２００のハードウェア構成の一例を示す。ＯＬＴ２００は装置全体の動作を管理する制御ボード１４００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う複数のネットワークインタフェースボー１４４０、１４５０、１４６０を有する。制御ボード１４００はメモリ１４１０やＣＰＵ１４２０を有し、ＨＵＢ１４３０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送受信部４０１や網送受信部４０２、ＯＮＵとインターネットやＰＳＴＮとの間における信号の送受信に必要な処理を行うＣＰＵ１４７０やメモリ１４８０を有する。本実施例における各種処理は、例えばメモリ１４８０に格納されたプログラムをＣＰＵ１４７０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、ＯＬＴ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１３に本実施例の光アクセス網におけるレンジング信号を示す。ＯＬＴ２００はＯＮＵ３００−１に向けてｒａｎｇｉｎｇ ｒｅｑｕｅｓｔ信号３１０―１を送信する。ＯＮＵ３００−１は、ｒａｎｇｉｎｇ ｒｅｑｕｅｓｔ信号３１０―１を受信後、決められた一定時間後にｒａｎｇｉｎｇ ｒｅｓｐｏｎｓｅ信号３１１―１を送信する。ＯＬＴ２００は、ｒａｎｇｉｎｇ ｒｅｑｕｅｓｔ信号３１０―１の送信タイミングとｒａｎｇｉｎｇ ｒｅｓｐｏｎｓｅ信号３１１―１の受信タイミングの差からＯＮＵ３００−１までの距離を判定する。続いてＯＬＴ２００は、ｒａｎｇｉｎｇ ｔｉｍｅメッセージ３１２−１を送信し、ＯＮＵ３００−１に対して等化遅延量３３０−１を設定する。この等化遅延量３３０−１の働きにより、ＯＮＵ３００−１は物理的な設置位置にかかわらず、ＯＬＴ２００からの距離があたかも２０ｋｍであるように調整されている。以下、同様にＯＮＵ３００−２、ＯＮＵ３００−３の距離測定が行われる。

この後、ＯＬＴ２００は、ｇｒａｎｔおよびｒｅｑｕｅｓｔ ｒｅｐｏｒｔ信号３２０を送信することで、ＯＮＵ３００−１、ＯＮＵ３００−２、ＯＮＵ３００−３に対して、上り送信許可を与えると共に送信要求量を通知するよう要求する。この信号に対応して、ＯＮＵ３００−１はユーザデータおよびレポート３２１−１を送信する。レポートには、ＯＮＵ３００−１内で送信を待っている上り信号の量がバイト数で表示されＯＬＴ２００に通知される。ユーザデータおよびレポート３２１−１の送信は、ユーザデータおよびレポート３２１−１を受信後に、グラントによる指示タイミング３３１−１から等化遅延量３３０−１だけ遅延したタイミングで実施される。ＯＮＵ３００−２、ＯＮＵ３００−３の送信制御も同様であり、この動作によって、ＯＬＴ２００が上り信号を受信する時には、ＯＮＵ３００−１からのユーザデータおよびレポート３２１−１、ＯＮＵ３００−２からのユーザデータおよびレポート３２１−２、ＯＮＵ３００−３からのユーザデータおよびレポート３２１−３は、互いに衝突せずかつ大きく離れることもなく、効率的に整列させられてＯＬＴ２００により受信される。このようにＯＮＵ３００−１、ＯＮＵ３００−２、ＯＮＵ３００−３のそれぞれの送信要求に基づき、上り送信許可の量を変えることにより、動的帯域割当（ＤＢＡ）を実施する。

１つのレンジング窓内で複数のＯＮＵの距離測定を実施する場合、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４．３にて規定される上りバースト信号に許容される同期用プリアンブル信号の長さは数バイトに過ぎないため、このような短いプリアンブルで上り信号の識別しきい値およびクロックの引き込みを行うには、事前に知られたタイミングにより受信器にリセットをかける操作が不可欠である。実際、ＯＮＵ起動後の定常状態では、上りバースト信号の到着時間はＯＬＴの指定で制御されるため、上記受信器にリセットをかけることは容易である。しかしながらレンジング過程では、ＯＬＴとＯＮＵの間の距離に応じて距離測定信号の到着時間が異なるため、事前に知られたタイミングにより受信器にリセットをかけることができない。数１００バイトの長いプリアンブルが許容されるＩＥＥＥ８０２．３ａｈ規定のイーサネット（登録商標）ＰＯＮであれば、高速に追従するＡＧＣを用いてリセットを用いない信号受信が可能であるが、Ｇ．９８４．３にて規定される短いプリアンブルにて複数のバースト信号の距離測定を１つのレンジング窓内で行う方法は提案されていない。本実施例ではこれを実現するため、ＯＬＴのレンジング処理に改良を加える。

図５を用いて、本実施例におけるＯＬＴ２００のレンジング処理に関係する機能ブロックの詳細について説明する。幹線ファイバ１１０から受信された光信号はＯ／Ｅ変換部５０１にて電気信号に変換され、ＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）５０３にて適切なしきい値による０値または１値の識別が行われる。その後、クロック抽出およびリタイミングが行われ、デリミタ検出部５０４が図３に示すデリミタ領域３０２を検出して上り信号の切れ目を識別する。ＰＯＮフレーム分解部５０５は、図３にて説明した上りＰＯＮフレームを分解し、キュー長領域３０４に格納されたキュー長レポートをグラント生成部５０９に送る。また、距離測定部５０７は、図１３にて説明したレンジング動作における距離測定を実施し、各ＯＮＵ毎の等化遅延量を算出する。グラント生成部５０９は、ＰＯＮフレーム分解部からのキュー長レポートを用いてＤＢＡ処理を行ない、各ＯＮＵに割り当てる通信帯域を決定し、Ｓｔａｒｔ値およびＥｎｄ値を生成する。また、このＳｔａｒｔ値およびＥｎｄ値はリセットタイミング生成部５０６に渡されてＡＴＣ２０８のリセットにも用いられる。ＰＯＮフレーム生成部５１０は、図２にて説明したＰＯＮ下りフレーム信号フォーマットに基づき、グラント生成部５０９からの信号をグラント指示領域２０３に格納して送信する。また、距離測定部５０７が算出した等化遅延量も、ＰＯＮフレーム生成部５１０によりＲａｉｇｉｎｇ ｔｉｍｅ メッセージのフォーマットの中に格納され、各ＯＮＵへ向けて送信される。ドライバ５１１はＰＯＮフレーム生成部５１０からの電気信号を電圧から電流に変換し、Ｅ／Ｏ部変換部５０２は電流信号を光信号に変換して幹線ファイバ１１０に送信する。

図６に本発明におけるＯＬＴの光信号受信部分の構成例を示す。Ｏ／Ｅ変換部５０１内では高電圧バイアス源６０１に接続されたＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）は高電圧で逆バイアスされて、受信光信号をアバランシェ効果により増幅して電流に変換する。変換された電流は抵抗６０４と増幅器６０５から構成されるＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２４４にて電圧変換される。受信信号の電圧はA/D変換器にてディジタル出力されるとともに、ＡＴＣ５０３にて、振幅の１／２にしきい値が設定されて、０値または１値に識別された信号が出力される。増幅器６０６の出力はトランジスタ６０７のベースからエミッタへのダイオード機能を用いてピーク値検出が行われてコンデンサ６０８に保持されて、増幅器６０９のしきい値として与えられる。各ＯＮＵからの信号受信直前にリセット信号がトランジスタ６０９に与えられ、コンデンサ６０８に保持されたしきい値が放電されて０レベルまでリセットされる。

１つのレンジング窓内で複数のＯＮＵの距離測定を実施する時のＡＴＣの動作を図１２により説明する。ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４．３にて規定される上りバースト信号に許容される同期用プリアンブル信号の長さは数バイトに過ぎない。このような短いプリアンブルで上り信号の識別しきい値およびクロックの引き込みを行うには、図６に示すＡＴＣ(自動しきい値制御)と呼ばれる回路が必要とされる。ＡＴＣ５０３は、受信信号の振幅を入力バースト毎に高速に検出し、そのしきい値をコンデンサに入力しかつ保持することにより、０値が連続するデータでも安定して受信することができる。その反面、図１２に示すようにバースト信号が終了した後、事前に知られたタイミングによりＡＴＣ５０３にリセットをかける操作が不可欠である。もしリセットがなければ、しきい値は以前の信号の値がそのまま保持され、続いてより小さい信号が受信されるとしきい値が大きすぎて正しい信号識別が行われない。

特にレンジング時は、近いＯＮＵほど早い時間に大きな振幅で信号が返されるため、続いて受信される信号がだんだん振幅が小さくなっていくのが普通である。ＯＮＵ起動後の定常状態では、上りバースト信号の到着時間はＯＬＴの指定で制御されるため、上記受信器にリセットをかけることは容易である。しかしながらレンジング過程では、ＯＬＴとＯＮＵの間の距離に応じて距離測定信号の到着時間が異なるため、事前に知られたタイミングにより受信器にリセットをかけることができないため、ＯＬＴ２００はＡＴＣ５０３にリセットをかけるタイミングを決定する必要がある。

図７に本実施例における、ＡＴＣ５０３にリセット信号を供給するリセットタイミング生成部５０６の構成図を示す。開始エッジ検出部７０１は、グラント生成部５０９からのＳｔａｒｔ値／Ｅｎｄ値を受信して、ＯＮＵから光信号の受信を開始する時間になると開始エッジ信号を生成する。本信号は、ＯＮＵが起動後の通常運用状態でのデリミタ検出有効化およびＡＴＣリセットに使用される。

一方、周期タイミング生成部７０２には、グラント生成部５０９が出力する、レンジング窓の開始および終了のタイミングを通知し、またはレンジング窓の期間中は信号がＯＮ状態になる等することで、レンジング窓の期間を示すレンジング窓信号が入力される。さらに周期タイミング生成部７０２には、デリミタ検出部５０４が出力する、ＯＮＵからの信号に含まれるデリミタを検出したことを示すデリミタ検出通知信号も入力される。周期タイミング生成部７０２は、レンジング窓信号によりレンジング窓の期間中であることが指示される間、デリミタ検出通知信号が入力されると、デリミタ検出部５０４の処理を有効化し新たなデリミタ検出処理を行うことを促すデリミタ検出有効化信号と、ＡＴＣ５０３をリセットするためのＡＴＣリセット信号を生成する。

ＡＴＣ５０３のリセットとともにデリミタ検出部５０４の有効化も行うのは、デリミタ検出を常時行っていると、距離測定信号中のランダムデータであるペイロード内の信号をデリミタと誤認識する可能性があり。このような誤認識を防ぐためにデリミタ検出部５０４は一旦デリミタを検出すると続くデリミタ検出動作を一旦停止するためである。デリミタ検出部５０４は、デリミタ検出有効化信号を受信すると再びデリミタ検出を開始する。これにより、レンジング窓の期間中であっても、異なるＯＮＵからのデリミタ信号を検知するたびにＡＴＣ５０３をリセットすることで、一つのレンジング窓の中でも複数のＯＮＵからのｒａｎｇｉｎｇ ｒｅｑｕｅｓｔ信号を受信して処理することが可能となる。なお、ＡＴＣリセット後は、次の距離測定信号の受信が直ちに可能となる。距離測定信号はせいぜい数１０ナノ秒程度の長さのため、異なる距離からの距離測定信号が衝突する可能性は小さく、１つのレンジング窓内で複数のＯＮＵの距離測定が行われる。

論理和演算部７０３は、開始エッジ検出部７０１からの上記通常運用状態でのデリミタ検出有効化およびＡＴＣリセット信号と、周期タイミング生成部７０２からの上記レンジング窓中でのデリミタ検出有効化信号およびＡＴＣリセット信号を合流させて出力し、ＡＴＣ５０３をリセットするとともにデリミタ検出部５０４を有効化する。

図８に本実施例のレンジング処理のタイムチャートを示す。図７で説明した周期タイミング生成部７０２によって生成される信号は、ＡＴＣリセット８０２として示されている。ＯＬＴ２００は、ＯＮＵ３００−１、３００−２、３００−３に向けて距離測定要求(レンジングリクエスト)８０４を送信し、ＯＮＵ３００−１、３００−２、３００−３はそれぞれランダムディレイ８０５、８０６、８０７を独立に生成して距離測定信号（レンジングレスポンス）を送信する。１つのＰＯＮ区間内にほぼ等距離のＯＮＵが存在する場合は、Ｇ．９８４．３の１０章にて規定されるランダムディレイを付与して距離測定信号を送信させることによりＯＬＴへの到着時間をランダム化して確率的に距離測定信号の衝突を回避し、１つのレンジング窓内で複数のＯＮＵの距離測定を成功させることができる。

ＯＬＴ２００は、周期タイミング生成部７０２によりレンジング窓８０８の開始位置でＡＴＣリセット８０２−１を行って、その前のバースト信号８０３のしきい値をリセットする。続いてＯＬＴ２００は、第１の距離測定信号８０９を受信して、その直後にＡＴＣリセット８０２−２を行って第１の距離測定信号８０９のしきい値をリセットする。さらに、ＯＬＴ２００は、第２の距離測定信号８１０を受信して、その直後にＡＴＣリセット８０２−３を行って第２の距離測定信号８１０のしきい値をリセットする。続いてＯＬＴ２００は、第３の距離測定信号８１１を受信して、その直後にＡＴＣリセット８０２−４を行って第３の距離測定信号８１１のしきい値をリセットする。

このように、距離測定信号を受信してその直後にＡＴＣリセットおよびデリミタ検出回路の有効化を行うことにより、１つのレンジング窓内で複数の距離測定を成功させることができる。

他の実施例として、周期タイミング生成部７０２が、レンジング窓期間中に周期的にＡＴＣリセット信号およびデリミタ検出有効化信号を生成し出力するものが考えられる。この場合も周期タイミング生成部７０２は、グラント生成部５０９から受信するレンジング窓信号によって、レンジング窓期間中だけ周期的に上記リセット信号等を出力することができる。

図９に本実施例のタイムチャートを示す。周期タイミング生成部７０２によって生成される信号は、ＡＴＣリセット９０２として示されている。ＯＬＴ２００は、ＯＮＵ３００−１、３００−２、３００−３に向けて距離測定要求(レンジングリクエスト)９０５を送信し、ＯＮＵ３００−１、３００−２、３００−３はそれぞれ距離測定信号（レンジングレスポンス）を送信する。具体的には、ＯＮＵ３００−１は距離測定信号９１０を、ＯＮＵ３００−２は距離測定信号９１１を、ＯＮＵ３００−３は距離測定信号９１２を送信する。

ＯＬＴ２００は、レンジング窓の開始位置でＡＴＣリセット９０２−１を行って、その前のバースト信号９０４のしきい値をリセットする。続いてＯＬＴ２００は、ＡＴＣリセット９０２−２、９０２−３、９０２−４、９０２−５、９０２−６、９０２−７を等間隔９０３で周期的に行う。図９で示した例のように、ＡＴＣリセットの間隔に各ＯＮＵからの距離測定信号を受信することができれば、一つのレンジング窓の中で複数のＯＮＵに対するレンジング処理が可能となる。

上述の実施例２の方法では、ＡＴＣリセットとＯＮＵからの距離測定信号とが衝突する可能性があり、このときにはＯＮＵに対するレンジング処理は失敗する。さらに別の実施例として、ＯＬＴ２００からレンジングリクエストを受信した各ＯＮＵが、間隔を置いて複数のレンジングレスポンスを返信するようにする方法が考えられる。

図１０に本実施例のタイムチャートを示す。図９のタイムチャートと同じ部分については、同じ参照番号を付している。周期タイミング生成部７０２によって生成される信号は、ＡＴＣリセット９０２として示されている。ＯＬＴ２００は、ＯＮＵ３００−１、３００−２、３００−３に向けて距離測定要求(レンジングリクエスト)９０５を送信する。ＯＮＵ３００−１、３００−２、３００−３はそれぞれ複数の距離測定信号（レンジングレスポンス）を送信する。具体的には、ＯＮＵ３００−１は距離測定信号９１０−１を送信した後、間隔９０６−１を置いて距離測定信号９１０−２を送信し、さらに間隔９０６−２の後で距離測定信号９１０−３を送信する。同様にＯＮＵ３００−２は距離測定信号９１１−１の送信後、間隔９０７−１を置いてから距離測定信号９１１−２を送信し、さらに間隔９０７−２の後で距離測定信号９１１−３を送信する。ＯＮＵ３００−３も間隔９０８−１や９０８−２を挟みながら距離測定信号９１２−１、９１２−２、９１２−３を送信する。

ＯＮＵ３００−１から送信された距離測定信号９１０−１、９１０−２、９１０−３のうち、距離測定信号９１０−１はＡＴＣリセット９０２−１の後に正常に受信される。距離測定信号９１０−２はＡＴＣリセット９０２−２と衝突し、受信は失敗する。距離測定信号９１０−３は、距離測定信号９０２−２とＡＴＣリセット９１０−２が衝突しているためリセットが不十分であるが、直前の信号が同じＯＮＵ３００−１から送信された同じ振幅の信号であるため、しきい値のリセットは不十分であっても正常に受信される可能性がある。こうして３回の距離測定信号のうち、すくなくとも１回は正常に受信される。

同様に、ＯＮＵ３００−２から送信された距離測定信号９１１−１、９１１−２、９１１−３のうち、距離測定信号９１１−１はＡＴＣリセット９０２−３の後に正常に受信され、距離測定信号９１１−３は、別のＯＮＵ３００−３からの距離測定信号９１２−２と衝突して、受信は失敗する。ここでも３回の距離測定信号のうち、すくなくとも１回は正常に受信される。さらに、ＯＮＵ３００−３から送信された距離測定信号９１２−１、９１２−２、９１２−３のうち、距離測定信号９１２−１はＡＴＣリセット９０２−５と衝突して受信は失敗し、距離測定信号９１２−２は、別のＯＮＵ３００−２からの距離測定信号９１１−３と衝突して受信は失敗し、距離測定信号９１２−３はＡＴＣリセット９０２−７の後に正常に受信される。やはり３回の距離測定信号のうち、すくなくとも１回は正常に受信される。

それぞれのＯＮＵが複数の距離測定信号を送信することにより、距離測定信号の総数が増えてどこかで衝突が発生する可能性は高まるものの、それぞれのＯＮＵが送信する複数の距離測定信号の間隔を変えることにより、同じＯＮＵの組み合わせて衝突が繰り返し発生することは回避され、少なくとも１回の距離測定が成功する可能性は高い。つまり、ＯＮＵ３００−１が距離測定信号を送信する間隔である９０６と、ＯＮＵ３００−２の間隔９０７と、ＯＮＵ３００−３の間隔９０８とを異なるものとしたり、さらに同じＯＮＵ３００−１でも間隔９０６−１と９０６−２を異なるものとすることで、衝突の可能性を低くすることができる。

ＯＮＵ３００−１が距離測定信号を送信する間隔は、ＯＮＵがシリアルナンバーやＯＬＴから指示されるＯＮＵ−ＩＤを用いて自律的に設定しても良いし、ＯＬＴがＯＮＵに対して距離測定信号の間隔を指示しても良い。または、複数の距離測定信号の間隔としてダイナミックに変化するランダム値を使用することも可能であり、この場合もＯＮＵがランダムカウンタを備えて自律的に間隔を設定しても良いし、ＯＬＴがランダムカウンタを備えてＯＮＵに対して距離測定信号の間隔を指示しても良い。

上述の実施例２や３の方法では、１つのＰＯＮ区間内にほぼ等距離のＯＮＵが存在する場合は、例えばＧ．９８４．３の１０章にて規定されるランダムディレイを付与して距離測定信号を送信させることによりＯＬＴへの到着時間をランダム化して確率的に距離測定信号の衝突を回避し、１つのレンジング窓内で複数のＯＮＵの距離測定を成功させることができる。ただし、ランダムディレイによる衝突防止は確率的な回避策であるため、ＯＮＵのが少数である場合は良いが、数１００台の多数のＯＮＴが同時に距離測定を行う場合には距離測定を試みる度にどこかで衝突が発生する可能性がある。この状況を回避するため、図５に示すデリミタ検出部５０７の後段のＳＮマスク生成部５０８により、距離測定信号を返信するＯＮＵの数を制限する実施例について説明する。

ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８３．１では、ＯＬＴがＯＮＵの個体識別番号である８バイト長のシリアルナンバーを１つ指定してから距離測定を行う方法や、シリアルナンバーを指定せずに距離測定用の信号を要求した後、複数のＯＮＵからの信号の衝突を検出したらシリアルナンバーの１部を指定しながら再度距離測定用の信号を要求し、距離測定用の信号が１つだけ送信されるように調整していく方法が規定されている。またＧＰＯＮでは、これらに加えてＯＮＵがランダム時間の遅延を加えて距離測定用の信号を送信するランダムディレイと呼ばれるメカニズムを規定しており、まずランダムディレイで最初に受信された距離測定用の信号からＯＮＵのシリアルナンバーを取得し、その後取得したシリアルナンバーを用いて１つのＯＮＵを指定してから距離測定を行う方法が規定されている。本実施例でも各ＯＮＵに付与されているシリアルナンバーを用いて、ＯＬＴからのレンジング・リクエストメッセージに返信するＯＮＵの数を制限する方法を提案する。

本実施例では、距離測定信号の衝突が多発するなどして必要が生じると、図５に示すＳＮマスク生成部５０８が距離測定信号を返信するＯＮＵのシリアルナンバーを制限する。なお、ＳＮマスク生成部５０８が起動する条件は、ＯＬＴ２００の全体の動作を制御する制御部が衝突の多発を検知してＳＮマスク生成部５０８に起動を通知するようにしても良いし、距離測定部５０７が距離測定の失敗数をカウントして、カウントした失敗数があらかじめ定めた値を超えたときに起動を依頼するようにしても良い。または、ＳＮマスク生成部５０８自身が距離測定の失敗数をカウントし、あらかじめ定めたしきい値と比較するなどして起動の要否を判断するようにしても良い。

図１１に本実施例におけるタイムチャートを示す。ＯＬＴ２００は、ＯＮＵ３００−１、３００−２、３００−３に向けて距離測定要求(レンジングリクエスト)１１０１を送信する。ＯＮＵ３００−１、３００−２がそれぞれ距離測定信号（レンジングレスポンス）１１０２−１および１１０２−２を送信すると衝突が発生し、ＯＬＴ２００において受信信号のＣＲＣエラーにより距離測定の失敗が検出される。従来技術では，ＯＬＴは距離測定に失敗した場合の受信した距離測定信号の全情報を捨てていたが、本実施例では受信した距離測定信号のうち、少なくともＯＮＵのシリアルナンバーを含む情報を一時蓄積する。シリアルナンバーを格納する場所は、ＯＬＴ２００のメモリ空間でも良いし、生成部５０８がシリアルナンバーを保持するようにしても良い。

続いてＯＬＴ２００のＳＮマスク生成部５０８は、上記蓄積された距離測定信号からシリアルナンバーの前２分の１の値を抜き出し、ＰＯＮフレーム生成部５１０に出力する。ＰＯＮフレーム生成部５１０は、当該抜き出した値にマッチするようにＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４．３の９章に記載されるシリアルナンバーマスクメッセージ１１０４を作成し、ＯＮＵへ向けて送信する。シリアルナンバーマスクメッセージ１１０４は８バイトのシリアルナンバーの一部をマスクして合致したＯＮＵのみ距離測定指示に反応させるために用いられる。複数のＯＮＵからの距離測定信号が衝突して距離測定が失敗したとしても、一部のシリアルナンバーは正しく受信できている可能性が高い。したがって、シリアルナンバーの一部にマッチングするＯＮＵを絞り込んで、レンジングリクエスト１１０５を送信すると、例えばＯＮＵ３００−２、ＯＮＵ３００−３の反応はマスクされ、ＯＮＵ３００−１のみの距離測定信号１１０６を受信できる確率が高まる。

ここでも距離測定が失敗した場合、ＳＮマスク生成部５０８は、さらにシリアルナンバーマスクメッセージ１１０７にてシリアルナンバーの前４分の１の値を抜き出しマッチングするＯＮＵを絞り込んだ後、ＯＬＴ２００がレンジングリクエスト１１０８を送信すると、ＯＮＵ３００−２、ＯＮＵ３００−３の反応はマスクされ、ＯＮＵ３００−１のみの距離測定信号１１０９を受信できる確率がさらに高まる。この例ではシリアルナンバーの前２分の１や前４分の１を抜き出してＯＮＵの絞込みを実施しているが、ＳＮマスク生成部５０８はシリアルナンバーの任意の位置を用いて絞込みを実施して良い。

以上の実施例は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４．３準拠のＧＰＯＮに沿って説明したが、他のＰＯＮ方式、例えばＩＥＥＥ８０２．３規格の６４章で規定されるイーサネット（登録商標）ＰＯＮシステムにも適用可能である。

このように本実施例では、衝突により８ビット長全てのシリアルナンバーが取得できない場合も、８バイトのシリアルナンバーの前半（４バイト）の値を入力したＧ．９８４．３規定のシリアルナンバーマスクメッセージを用いてレンジング候補のＯＮＵを限定し、再度距離測定を行う。複数の距離測定信号の衝突が発生する場合でも、ランダムディレイ機能を併用すれば距離測定信号の前半の一部は正常受信できる可能性が高く、シリアルナンバーマスクメッセージでＯＮＵを限定することで、限られたＯＮＴからの距離測定を高い確率で成功させることができる。この処理でも依然として距離測定信号の衝突が発生する場合、さらにシリアルナンバーの前４分の１部分（２バイト）のみを用いてシリアルナンバーマスクメッセージを使用し、再度距離測定を試みることができる。シリアルナンバーの限定方法は、１ビットずつ減らす方法、減らすビット数を１，２，４と増やしていく方法、距離測定の度にランダムな長さを使用する方法など多数が考えられるが、使用するシリアルナンバー長は１、１／２、１／４、１／８、…と減らしていく方法が、網羅性と効率性のバランスが最も良い。

なお、本実施例は実施例２や３に限らず、実施例１と組み合わせて用いても良い。

ＰＯＮのネットワーク構成の一実施例を示す図。 下りＰＯＮ信号フレームの一実施例を示す図。 上りＰＯＮ信号フレームの一実施例を示す図。 ＯＬＴの機能ブロックの一実施例を示す図。 レンジング処理に関連する機能ブロックの一実施例を示す図。 光信号受信部分の一実施例を示す図。 ＡＴＣにリセットを供給する機能ブロックの一実施例を示す図。 第1の実施例のタイムチャートを示す図。 第２の実施例のタイムチャートを示す図。 第３の実施例のタイムチャートを示す図。 第４の実施例のタイムチャートを示す図。 ＯＬＴの光信号受信部分の動作を示す図。 ＰＯＮにおけるレンジング動作の一例を示す図。 ＯＬＴのハードウェア構成の一実施例を示す図。

符号の説明

１０ ＰＯＮ
２００ ＯＬＴ
３００ ＯＮＵ
５０１ Ｏ／Ｅ変換部
５０４ デリミタ検出部
５０６ リセットタイミング生成部
５０７ 距離測定部
５０８ ＳＮマスク生成部
７０２ 周期タイミング生成部

Claims (6)

1. 局側通信装置と複数の加入者側通信装置とを光合分波装置を介して接続し、前記局側通信装置が前記複数の加入者側通信装置それぞれとの間の距離を測定するための距離測定要求信号を前記複数の加入者側通信装置に送信し、前記局側通信装置が前記複数の加入者側通信装置から前記距離測定要求信号に対する返答である距離測定信号を受信することで、個々の前記加入者側通信装置からの光信号の送信遅延時間を算出する光通信システムにおいて、
   前記局側通信装置は、
   光信号から電気信号に変換された前記距離測定信号の電圧レベルを識別するしきい値制御部と、
   前記しきい値制御部からの前記距離測定信号の区切りを検出する信号検出部と、
   前記個々の加入者側通信装置に対し、光信号の送信を許可するタイミングを決定する送信許可部と、
   前記送信許可部から前記加入者側通信装置との間で距離測定を行っていることを通知されている間に、前記しきい値制御部に電圧レベルをリセットすることを指示する複数のリセット信号を送出するリセットタイミング生成部とを有し、
   前記加入者側通信装置は、前記局側通信装置から前記距離測定要求信号を受信すると、複数の前記距離測定信号を返信することを特徴とする光通信システム。
2. 請求項１に記載の光通信システムにおいて、
   前記リセットタイミング生成部が送出する複数のリセット信号は、周期的に送出されることを特徴とする光通信システム。
3. 請求項２に記載の光通信システムにおいて、
   前記加入者側通信装置は複数の前記距離測定信号を周期的に返信し、
   前記リセットタイミング生成部の送出する前記リセット信号の周期と、前記加入者側通信装置の返信する前記距離測定信号の周期とは互いに異なる周期であることを特徴とする光通信システム。
4. 請求項１に記載の光通信システムにおいて、
   前記局側通信装置は前記複数の加入者側通信装置に付された識別番号を記憶する手段を有し、個々の前記加入者側通信装置に対し、前記複数の距離測定信号の１つずつを返信する周期を前記識別番号に基づいて決定し、それぞれの前記加入者通信装置に前記決定した周期を通知することを特徴とする光通信システム。
5. 請求項１に記載の光通信システムにおいて、
   前記局側通信装置はランダムな値を出力する計算手段を有し、前記計算手段により出力されたランダムな値を、前記複数の距離測定信号の１つずつを返信する周期として、個々の前記加入者側通信装置に通知することを特徴とする光通信システム。
6. 請求項４又は５に記載の光通信システムにおいて、
   光通信システムはＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）であり、
   前記局側通信装置は、下りＰＯＮフレームのグラント指示領域を用いて、前記周期を前記加入者側通信装置に通知することを特徴とする光通信システム。

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