JP4957758B2 - Ｐｏｎシステムとその宅側装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）システムと、このシステムを構成する宅側装置に関する。

局側装置と、これに接続された光ファイバから光カプラ等の受動的光分岐ノードを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、分岐した光ファイバの終端にそれぞれ接続された宅側装置とを含むＰＯＮシステムが既に実施されている。
このＰＯＮシステムの局側装置は、上り信号の干渉を防止するため、複数の宅側装置に対して時分割で上り方向の帯域を動的に割り当てている。従って、通信路によって定まっている上り信号の通信帯域は、この時分割の仕方に応じて各宅側装置に対して動的に割り当てられることとなる。

具体的には、局側装置は、各宅側装置から予め上り方向に送出したいデータ量が記された帯域要求用の制御フレーム（レポート：リクエストともいう。）を受け、このレポートに記された要求帯域（リクエスト値）に基づいて各宅側装置に割り当てるべき帯域を決定し、送信許可帯域の通知（グラント）を行うための制御フレーム（ゲート）を送出する。
このグラントのためのゲートフレームには、上りの送信開始時刻と送信許可長（時間相当値）とが記されているので、各宅側装置は、ゲートフレームに記された所定時間において所定量のデータを上り方向に送出することができる（例えば、特許文献１参照）。

複数の宅側装置からの帯域要求（レポート）に対して、局側装置がどのように帯域を割り当てるかについては、すなわち、局側装置が行う上り方向の動的帯域割当方法としては、１つの宅側装置からレポートが届くごとに当該宅側装置に随時帯域を割り当てる、分散型ＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Allocation：動的帯域割当）と、複数の宅側装置からレポートを集中的に集めておき、集めた各レポートに基づいて複数の宅側装置に対する帯域割当を総合的に行う、集中型ＤＢＡとがある。

上記２種類の動的帯域割当方法のうち、集中型ＤＢＡは、換言すると、複数の宅側装置から集めたレポートに基づいて、次回のグラント周期（動的帯域割当のサイクル長）内に局側装置が受信する各宅側装置の上りデータの帯域割当を総合的に実施し、次回分のレポートと上りデータとの送信時間を、局側装置が各宅側装置にそれぞれグラントするものである。
この集中型ＤＢＡにおいて、遅延の最大値を定めた低遅延クラスと、その定めのない通常遅延クラスとにサービスクラスを分け、低遅延クラスの帯域割当周期を通常遅延クラスのそれよりも小さく設定して、低遅延と帯域の有効活用を両立させる場合がある。

このようなサービスクラスを分ける方法として、宅側装置が送信するレポートに記されている２つのリクエスト値のいずれかを選択して局側装置が帯域割当を行う方式（以下、「複数リクエスト方式」という。）がある。
この方式に対応する宅側装置では、優先的な帯域割当をリクエストするための優先リクエスト値と、これより大きいリクエスト値（通常は、１回のグラント周期で上り送信させたい最大のデータ量）とを１つのレポートに記し、このレポートを局側装置に送信するようになっている（非特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００４−１２９１７２号公報 特許第４２４４７４６号公報

「ＧＥ−ＰＯＮに適した動的帯域割当アルゴリズム」（吉原修、太田憲行、三鬼準基） 信学技報 TECHNICAL ROPORT OF IEICE,NS2002-17(2002-04)

上記非特許文献１では、ＭＡＣフレームの最小データサイズを上限（閾値）とした上りバッファ量を、優先リクエスト値とするように記載されているが、その上限を具体的にどうように定めればよいのかについては規定されていない。
この場合、優先リクエスト値としてＭＡＣフレームの１つ相当分が確保されるが、上限（閾値）の取り方によっては輻輳時での最大遅延が保証されないことがある。このため、遅延に対する要求条件が厳しいサービスのトラフィック量が多い場合に遅延が発生し易くなり、ＱｏＳ（Quality of Service）を確保できないという欠点がある。

これに対して、上記特許文献２では、前回のリクエスト値がゼロでないアクティブな宅側装置の数に基づいて、優先リクエスト値を決めるための閾値を動的に変化させることにより、遅延を一定以内に抑えつつ、データ送信が必要な宅側装置に対して大きな閾値を設定可能にしている。
しかし、この方法では、アクティブな宅側装置の数によって閾値を動的に変化させるので、条件によっては閾値を頻繁に変更せねばならない。このため、局側装置による動的帯域割当の情報処理量が多くなり、高価なプロセッサが必要になるという欠点がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、最大遅延保証帯域に基づく閾値を宅側装置に固定的に保持させることにより、高価なプロセッサを使用しなくてもＱｏＳを有効かつ安価に確保できるＰＯＮシステムとその宅側装置を提供することを目的とする。

（１） 本発明のＰＯＮシステムは、複数の宅側装置と、この宅側装置が送信するレポートに記された複数のリクエスト値のいずれかを選択して上り送信についての動的帯域割当を行う局側装置と、を備えたＰＯＮシステムであって、前記宅側装置は、上り方向の最大遅延保証帯域、上り送信レート及び前記動的帯域割当のサイクル長に基づいて算出された閾値を、他の宅側装置の接続台数やリクエスト値とは無関係に固定的に保持する閾値保持部と、複数の前記リクエスト値のうち優先的な帯域割当をリクエストするための優先リクエスト値を、前記閾値以下の範囲で決定するリクエスト処理部と、を有することを特徴とする。

本発明のＰＯＮシステムによれば、上記閾値保持部が、上り方向の最大遅延保証帯域、上り送信レート及び動的帯域割当のサイクル長に基づいて算出された閾値を保持し、上記リクエスト処理部が、その閾値以下の範囲で優先リクエスト値を決定するので、他の宅側装置の接続台数やトラフィックに関係なく各宅側装置について最大遅延を保証でき、ＱｏＳが有効に確保される。
また、閾値保持部が、上記閾値を他の宅側装置の接続台数やリクエスト値とは無関係に固定的に保持するので、この閾値を動的に変更する場合に比べて、局側装置が行う動的帯域割当の情報処理量を少なくでき、高価なプロセッサが不要になる。

（２） 本発明のＰＯＮシステムにおいて、前記局側装置が、前記宅側装置ごとに前記閾値を算出する場合には、当該宅側装置からの登録要求時から上りユーザフレームの中継開始時までの期間中に、算出された前記閾値を制御フレームによって前記宅側装置に通知することが好ましい。
その理由は、上記期間中であれば、宅側装置の運用前に閾値を通知できるからである。

（３） もっとも、宅側装置の運用中であっても、前記局側装置は、前記閾値の算出に必要なパラメータの値が変更された場合には、その変更後の値に基づいて前記閾値を新たに算出し、新たに算出された前記閾値を前記制御フレームによって前記宅側装置に通知することが好ましい。
この場合、パラメータの値の変更時以外は局側装置が閾値を再計算する必要がないので、局側装置のプロセッサの負荷が少なくて済むという利点がある。

（４） 本発明のＰＯＮシステムにおいて、前記局側装置は、前記宅側装置からの登録要求時から上りユーザフレームの中継開始時までの期間中に、前記宅側装置が前記閾値を算出するのに必要なパラメータを制御フレームによって前記宅側装置に通知することにしてもよい。
この場合、前記宅側装置に、上記期間中に通知された前記パラメータを用いて前記閾値を算出する閾値算出部を設けることにより、宅側装置の運用前に閾値を算出することができる。

（５） もっとも、宅側装置の運用中であっても、前記局側装置は、前記宅側装置が前記閾値を算出するのに必要な前記パラメータの値が変更された場合には、その変更後の値を前記制御フレームによって前記宅側装置に通知することが好ましい。
この場合、前記宅側装置の前記閾値算出部は、通知された変更後の前記パラメータの値を用いて前記閾値を算出することができる。
また、この場合、パラメータの値の変更時以外は宅側装置が閾値を再計算する必要がないので、宅側装置のプロセッサの負荷が少なくて済むという利点がある。

（６） 本発明のＰＯＮシステムにおいて、前記宅側装置は、算出された前記閾値が上り方向フレームの最大長よりも小さい場合には、その最大長を、前記優先リクエスト値を定めるための前記閾値として採用することが好ましい。
この場合、例えば、フレーム長の大きいデータが１フレームだけのときでも、大きな遅延が発生するのを未然に防止することができる。

（７） 本発明の宅側装置は、本発明のＰＯＮシステムに使用する宅側装置であって、前記閾値保持部と前記リクエスト処理部とを備えていることを特徴とする。このため、本発明の宅側装置は、本発明のＰＯＮシステムと同様の作用効果を奏する。

以上の通り、本発明によれば、複数リクエスト方式の動的帯域割当を行うＰＯＮシステムにおいて、宅側装置が優先リクエスト値を決定するための閾値として最大遅延保証帯域に基づく閾値を採用し、この閾値を宅側装置に固定的に保持させるようにしたので、高価なプロセッサを使用しなくてもＱｏＳを有効に確保することができる。

マルチレートＰＯＮシステムの一例を示す接続図である。 上り送信レートが異なる上り送信の時分割による波形図である。 局側装置の内部機能を示すブロック図である。 宅側装置の内部機能を示すブロック図である。 レポート及びゲートのフレーム構成例を示す図である。 局側装置と任意の１台の宅側装置との間の処理の流れを示す図である。 一般的な集中型ＤＢＡを示すシーケンス図である。 宅側装置の上りバッファのデータ蓄積状態を示す概念図である。

〔システムの全体構成〕
図１は、本発明に係るＰＯＮシステムの概略構成図である。
図１において、局側装置１は、複数の宅側装置２〜４に対する集約局として設置されており、各宅側装置２〜４はそれぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。
局側装置１に接続された１本の光ファイバ５は、受動的光分岐ノードの一種である光カプラ６を介して分岐する複数の光ファイバ（支線）７〜９とともに光ファイバ網を構成しており、分岐した光ファイバ７〜９の終端にそれぞれ宅側装置２〜４が接続されている。

局側装置１は上位ネットワーク１１と接続され、宅側装置２〜４はそれぞれのユーザネットワーク１２〜１４と接続されている。
なお、図１では３個の宅側装置２〜４を示しているが、１つの光カプラ６から例えば３２分岐して３２個の宅側装置を接続することが可能である。また、図１に示す接続例では、光カプラ６を１個だけ使用しているが、分岐数の少ない光カプラを縦列に複数段配置することにより、広い地域に分散している宅側装置を短い光ファイバで局側装置１と接続することもできる。

図１に示すシステム構成では、各宅側装置２〜４は、局側装置１への上り方向の最大の送信レート（以下、「上り送信レート」という。）が互いに異なっており、それぞれ、１Ｇｂｐｓ，２Ｇｂｐｓ，１０Ｇｂｐｓになっている。従って、本実施形態のＰＯＮシステムでは、１ＧｂｐｓのＧＥ（Gigabit Ethernet：Ethernetは登録商標）−ＰＯＮをベースとして、更に２Ｇｂｐｓの上り信号及び１０Ｇｂｐｓの上り信号が、例えば図２に示すように、時分割多重化されて局側装置１に送信される。
なお、本実施形態において、図１に示す、上り送信レートが異なる宅側装置２〜４が混在収容されたＰＯＮシステムを、「マルチレートＰＯＮシステム」という。

１Ｇｂｐｓの宅側装置２のアクセス制御は、基本的にＧＥ−ＰＯＮの通信方式に則って行われる。すなわち、レポートＲ（宅側装置２が帯域要求するための制御フレーム：「リクエスト」ともいう。）には、宅側装置２が局側装置１に送りたいデータ量を２バイト単位で記し、ゲートＧ（局側装置１が送信許可を与える制御フレーム）には、局側装置１が２バイト単位の送信許可長と送信開始時刻を記すようになっている。
局側装置１と宅側装置２〜４の時刻は、所定の時間単位（ＴＱ：Time Quanta ＝１６ｎｓ）ごとにインクリメントされるカウンタ（図示せず。）で表現され、ＰＯＮシステム内で同期がとられている。なお、他の宅側装置３，４においても同様である。

また、本実施形態のＰＯＮシステムでは、例えばＩＰ電話等の低レイテンシが要求される通信サービスに対応するための上限付きバッファ量（優先リクエスト値Ｒ２）を含む複数の２つのリクエスト値Ｒ１，Ｒ２（３つ以上でもよい。）を、宅側装置２〜４が１つのレポートＲに記し、いずれかのリクエスト値Ｒ１，Ｒ２を選択して局側装置１が帯域割当を行う、複数リクエスト方式を採用している。
従って、各宅側装置２〜４は、優先リクエスト値Ｒ２決定用の閾値Ｔｈをそれぞれ保持しているが、この閾値Ｔｈの算出及び設定方法については後述する。

〔局側装置の構成〕
図３は、本実施形態の局側装置１の内部機能を示すブロック図である。
図３において、局側装置１は、上位ネットワーク１１から宅側装置２〜４への下り信号処理用として、上位ネットワーク１１からの信号を受信する受信部１０１と、受信した信号を一時記憶するバッファ１０２と、バッファ１０２に一時記憶された信号を宅側装置２〜４へ送信する送信部１０３とを備えている。

また、局側装置１は、宅側装置２〜４から上位ネットワーク１１への上り信号処理用として、宅側装置２〜４からの信号を受信する受信部１０４と、受信した信号を一時記憶するバッファ１０５と、バッファ１０５に一時記憶された信号を上位ネットワーク１１へ送信する送信部１０６とを備えている。
更に、局側装置１は、自身が管理する各宅側装置２〜４に対する動的帯域割当を実行する動的帯域割当部１０７を備えている。

この動的帯域割当部１０７は、リクエスト受信部１０８と、算出部１０９と、割当実行部１１０と、グラント送信部１１２と、記憶部１１３とを有する。
記憶部１１３は、全ての宅側装置２〜４の上り送信レート（図１の例では、１Ｇｂｐｓ，２Ｇｂｐｓ，１０Ｇｂｐｓ）と、その宅側装置２〜４の最大遅延保証帯域（図１の例では、Ｂ１〜Ｂ３）とを所定の参照テーブルに記憶している。また、記憶部１１３は、動的帯域割当のサイクル長であるグラント周期Ｔを記憶している。

図５（ａ）は、宅側装置２〜４が送信するレポートＲのフレーム構成例を示す図であり、図５（ｂ）は、局側装置１が送信するゲートＧのフレーム構成例を示す図である。
図５（ａ）に示すように、宅側装置２〜４のレポートＲには、１つのレポートＲで帯域要求するデータ量（リクエスト値Ｒ１，Ｒ２）が２種類（本実施形態では、「Number of queue sets」）あり、それぞれ１６ｎｓ単位の数値で表される。

この２種類のリクエスト値Ｒ１，Ｒ２のうち、大きい方の第１リクエスト値Ｒ１は、１回のグラント周期で上り送信可能な最大のデータサイズを上限とした、ＭＡＣフレーム（イーサネットフレーム）を分割しない最大データ量を表すものである。
他方、第２リクエスト値（優先リクエスト値）Ｒ２は、第１リクエスト値Ｒ１未満のデータ量を記すためのものであり、１回のグラント周期で最大遅延保証帯域Ｂ１〜Ｂ３に相当するデータ量を上限とした、ＭＡＣフレームを分割しない最大のデータ量（上りバッファに溜まっている最大の蓄積量）が記される。なお、これらのリクエスト値Ｒ１，Ｒ２の決定方法については、後述する。

一方、図５（ｂ）に示すように、局側装置１が送信するゲートＧにおいては、各宅側装置２〜４に対する送信許可長（時間相当値）が１６ｎｓ単位の数値で表される（図５（ｂ）の Grant ♯１〜♯４参照）。
局側装置１のゲートＧには、一般にフラグフィールド（図５（ｂ）の「Number of grants/Flags」）と呼ばれるデータ領域が含まれている。このフラグフィールドは、局側装置１が送信するゲートフレームの種類を宅側装置２〜４が識別する識別子であり、例えば、局側装置１は、宅側装置２〜３にレポートＲを送信させたい場合には、このフラグフィールドの該当ビットを１にする。かかるレポートＲの送信を強制するフラグフィールドを「フォースレポート」という。

図３に戻り、本実施形態の局側装置１において、宅側装置２〜４が上り方向に送出したいデータ量（２つのリクエスト値Ｒ１，Ｒ２を含む。）が記されたレポートＲは、受信部１０４及びバッファ１０５を経て動的帯域割当部１０７のリクエスト受信部１０８に受信され、算出部１０９に渡る。
算出部１０９は、記憶部１１３に記憶されている宅側装置２〜４の上り送信レートと最大遅延保証帯域Ｂ１〜Ｂ３とを参照し、各宅側装置２〜４への割当累積量が最大遅延保証帯域Ｂ１〜Ｂ３を上り送信レートで除した値の比に近づくように、割り当て優先度を算出する。

次に、動的帯域割当部１０７の割当実行部１１０は、まず、各宅側装置２〜４について第２リクエスト値（優先リクエスト値）Ｒ２を用いた帯域割当を実行し、これによって余剰帯域が生じた場合に、優先度が高い宅側装置２〜４から順に、第２リクエスト値Ｒ２の代わりに第１リクエスト値Ｒ１を用いた帯域割当を行って、送信開始時刻と時間相当値の送信許可長とを含むゲートＧを生成する。

この時間相当値の送信許可長が記載されたゲートＧは、グラント送信部１１２により、バッファ１０２及び送信部１０３を介して、対応する宅側装置２〜４宛に送出される。このゲートＧによる指示を受けた宅側装置２〜４は、当該ゲートＧに記された送信開始時刻と送信許可長（時間）に基づいて上り方向にデータを送出する。

図６は、上記の動的帯域割当について、局側装置１と任意の１台の宅側装置２〜４との間で見た処理の流れを示す図である。
図６に示すように、局側装置１は、宅側装置２〜４からレポートＲ（２つのリクエスト値Ｒ１，Ｒ２を含む。）を受けた後、上り送信レートと最大遅延保証帯域とに基づく優先度の算出、その優先度に基づく帯域割当の実行、及びグラント生成を順次行い、宅側装置２〜４に時間相当量でのグラント送信を行う。

〔集中型ＤＢＡについて〕
ところで、前記した通り、宅側装置２〜４からの帯域要求（リクエスト）に対して局側装置１が行う動的帯域割当方法には、分散型ＤＢＡと集中型ＤＢＡとがあるが、本実施形態のＰＯＮシステムでは、動的帯域割当部１０７の割当実行部１１０は集中型ＤＢＡによる帯域制御を行う。

図７は、上記集中型ＤＢＡを示すシーケンス図である。
図７において、時間は左側から右側へ進行するものとしている。また、図７では、局側装置１による固定長の動作周期であるグラント周期を符号Ｔで表し、今回のグラント周期を符号Ｔｃ（添え字ｃは「current 」）で表し、次回のグラント周期をＴｎ（添え字ｎは「next」）で表すものとする。

図７に示すように、集中型ＤＢＡでは、局側装置１は、今回のグラント周期Ｔｃにおいて、宅側装置２〜４からのレポートＲを最初にかためて受信し、各レポートＲを受信し終わった時点で次サイクルの割当計算を開始する。
そして、局側装置１は、今回のグラント周期Ｔｃでの計算結果を記した３つのゲートＧを生成し、これらのゲートＧをそれぞれ各宅側装置２〜４に送信して、次回分のレポートＲとデータ（上りのユーザデータ）Ｄ用の帯域割当を各宅側装置２〜４に通知する。

すなわち、集中型ＤＢＡを行う局側装置１は、今回のグラント周期Ｔｃに複数の宅側装置２〜４から集めたレポートＲに基づき、次回のグラント周期Ｔｎ内に局側装置１が受信する各宅側装置２〜４の上りデータＤの帯域割当を総合的に実施し、次回分のレポートＲと上りデータＤとの送信時間を、各宅側装置２〜４にそれぞれグラントする。

このさい、局側装置１は、各宅側装置２〜４が低レイテンシを維持して上り送信を行えるように、少なくとも優先リクエスト値Ｒ２をグラントする。
また、局側装置１は、優先リクエスト値Ｒ２を超えたデータ量については、その超えた帯域を要求する宅側装置２〜４の間で、前記割り当て優先度に応じて帯域が割り振られるように帯域制御を行う。

〔宅側装置の構成〕
図４は、本実施形態の宅側装置２の内部機能を示すブロック図である。
なお、図４において、実線の矢印は信号伝送方向を示し、破線の矢印は機能ブロック間におけるデータ参照方向を示している。
また、図４では、１つの宅側装置２のみの構成を示しているが、その他の宅側装置３，４についても同じ構成である。

図４に示すように、宅側装置２は、ＰＯＮ側からユーザネットワーク側（ＵＮＩ側）への下り信号処理用として、ＰＯＮ側からの信号を受信するフレーム受信部２０１と、受信した信号を一時記憶して中継するフレーム中継部２０２と、一次記憶された信号のうちでユーザフレームをＵＮＩ側に送信するフレーム送信部２０３とを備えている。

また、宅側装置２は、ＵＮＩ側からＰＯＮ側への上り信号処理用として、ＵＮＩ側からの信号を受信するフレーム受信部２０４と、受信した信号をその優先度に応じて振り分ける優先制御部２０５と、受信した信号を優先度ごとに一次記憶する上りフレームキュー２０６と、一次記憶された優先度ごとの信号の送信タイミングを設定するスケジューラ２０７と、ＰＯＮ側にフレームを送信するフレーム送信部２０８とを備えている。

上記フレーム中継部２０２に一次記憶された下り信号のうち、ＰＯＮ制御フレームであるゲート（ゲートフレーム）Ｇは、グラント処理部２０９に送られる。
グラント処理部２０９は、ゲートＧによる指示に従ってＰＯＮ側のフレーム送信部２０８を制御するものであり、受信したゲートＧから局側装置１が決めた割当量を抽出し、自身が局側装置１にレポートした直近のリクエスト値Ｒ１，Ｒ２とに基づいて、局側装置１への送信内容を決定する。

また、宅側装置２は、局側装置１へのレポートＲの送信を制御するリクエスト処理部２１０と、この処理部２１０でのデータ要求量を決定するための優先リクエスト値Ｒ２用の閾値Ｔｈを固定的に保持する、管理テーブルよりなる閾値保持部２１１とを備えている。
リクエスト処理部２１０は、上りフレームキュー２０６のエンキュー状況と、閾値保持部２１１に保持された閾値Ｔｈに基づいて２つのリクエスト値Ｒ１，Ｒ２を決定し、それらの各値Ｒ１，Ｒ２を１つのレポートＲに記載する。

上記グラント処理部２０９は、フォースレポートであるゲートＧから得た割当量と、リクエスト処理部２１０が生成した前回のレポートＲの内容とに基づいて、レポートＲのみをＰＯＮ側のフレーム送信部２０８に送信させるか、ユーザデータＤも一緒に送信させるかを決定する。
また、グラント処理部２０９は、フォースレポートではないゲートＧから得た割当量に基づいて、優先リクエスト値Ｒ２分のみのデータ量を送信させるか、それ以上のデータ量を送信させるかを決定する。

〔宅側装置に対する閾値の設定方法〕
次に、前記閾値保持部２１１が固定的に保持する、優先リクエスト値Ｒ２を決定するための閾値Ｔｈの設定方法について説明する。
この閾値Ｔｈの設定方法には、（１）局側装置１が閾値Ｔｈを算出して宅側装置２に通知する場合と、（２）局側装置１が閾値Ｔｈの算出に必要なパラメータを宅側装置２に通知する場合の２つがある。以下、これらの場合に分けて説明する。

〔局側装置が閾値を算出する場合〕
この場合、局側装置１の前記算出部１１０は、次の式に従って閾値Ｔｈ（=min_grant）を算出する。
min_grant ＝ min_cycle_length×（bw_min / up_rate）
ここで、上記式において、「min_cycle_length」は動的帯域割当のサイクル長（グラント周期：TQ単位）であり、「bw_min」は宅側装置２〜４ごとの最大遅延保証帯域（Mbps）であり、「up_rate」は宅側装置２の上り送信レート（Mbps）である。

このように、局側装置１の算出部１１０は、宅側装置２〜４の上り方向の最大遅延保証帯域（bw_min）、上り送信レート（up_rate）及び動的帯域割当のサイクル長（min_cycle_length）に基づいて、優先リクエスト値Ｒ２を決定するための閾値Ｔｈを、宅側装置２〜４ごとに算出する。
なお、この閾値Ｔｈは、必ずしも上記式の右辺の値と厳密に一致している必要はなく、その右辺の値未満であってもよい。

局側装置１の算出部１１０が閾値Ｔｈを算出すると、グラント送信部１１２がその閾値ＴｈをゲートＧに記し、当該ゲートＧを対応する宅側装置２〜４に送信する。
このゲートＧによる閾値Ｔｈの通知は、当該宅側装置２〜４からの登録要求時から上りユーザフレームの中継開始時までの期間中に行われる。
また、宅側装置２〜４の運用中でも、局側装置１の算出部１１０は、閾値Ｔｈの算出に必要な上記パラメータ（min_cycle_length、bw_min又はup_rate ）の値が変更された場合には、その変更後の値に基づいて閾値Ｔｈを新たに算出する。

そして、局側装置１のグラント送信部１１２は、新たに算出された閾値ＴｈをゲートＧに記し、当該ゲートＧを対応する宅側装置２〜４に送信する。
なお、閾値Ｔｈを通知するための制御フレームは、上記ゲートＧに限定されるものではなく、ＯＡＭ（Operation Administration and Maintenance）やＥＡＰ（Extensible Authentication Protocol）等に基づくフレームでもよく、局側装置１が宅側装置２に向けて送信する管理フレームであれば特に限定されない。

一方、宅側装置２のフレーム中継部２０２は、閾値Ｔｈが記された上記ゲートＧを受けると、そのゲートＧを閾値算出部２１２に送る。
宅側装置２の閾値算出部２１２は、局側装置１が算出した閾値Ｔｈが、上り方向フレームの最大長（ＭＡＣフレームの場合には、１５２２バイト）よりも小さい場合には、その最大長を、優先リクエスト値Ｒ２を定めるための閾値Ｔｈとして採用する。これにより、フレーム長の大きいデータが１フレームだけのときでも、大きな遅延が発生するのを未然に防止することができる。

〔宅側装置が閾値を算出する場合〕
この場合、局側装置１のグラント送信部１１２は、宅側装置２〜４が閾値Ｔｈを算出するのに必要なパラメータ、具体的には、宅側装置２〜４の最大遅延保証帯域（bw_min）と動的帯域割当のサイクル長（min_cycle_length）をゲートＧに記し、当該ゲートＧを対応する宅側装置２〜４に送信する。
各宅側装置２〜４は、自身の上り送信レート（up_rate ）を把握しているので、これについてはゲートＧに記す必要はない。

上記ゲートＧの送信は、宅側装置２〜４からの登録要求時から上りユーザフレームの中継開始時までの期間中に行われるが、宅側装置２〜４の運用中でも、閾値Ｔｈの算出に必要な当該パラメータ（min_cycle_length又はbw_min）の値が変更された場合には、その変更後の値を記したゲートＧが送信される。
なお、この場合も、ＯＡＭやＥＡＰ等に基づくフレームを用いて宅側装置２〜４にパラメータを通知することもできる。

一方、宅側装置２のフレーム中継部２０２は、閾値Ｔｈの算出に必要なパラメータが記された上記ゲートＧを受けると、そのゲートＧを閾値算出部２１２に送り、閾値算出部２１２は、次の式に従って自装置の閾値Ｔｈ（=min_grant）を算出する。
min_grant ＝ min_cycle_length×（bw_min / up_rate）
そして、宅側装置２の閾値算出部２１２は、自身が算出した閾値Ｔｈが、上り方向フレームの最大長（ＭＡＣフレームの場合には、１５２２バイト）よりも小さい場合には、その最大長を、優先リクエスト値Ｒ２を定めるための閾値Ｔｈとして採用する。

〔リクエスト値の決定方法〕
図８は、上りフレームキュー２０６のデータ蓄積状態を示す概念図である。
図８において、ｆ１〜ｆ６は可変長フレーム（本実施形態では、可変長範囲が６４〜１５２２ｂｙｔｅであるイーサネットフレーム）を示している。また、図８の例では、上りバッファに６つの可変長フレームｆ１〜ｆ６が蓄積されており、△印はそれらのフレームｆ１〜ｆ６間の区切り（境目）を示している。

宅側装置２のリクエスト処理部２１０は、上りフレームキュー２０６内の可変長フレームｆ１〜ｆ６の蓄積状態に基づいて、２つのリクエスト値Ｒ１，Ｒ２を決定する。
すなわち、図８に示す蓄積状態において、第２リクエスト値（優先リクエスト値）Ｒ２は、閾値保持部２１１に予め設定された閾値Ｔｈ以下でかつこれに最も近い、可変長フレームｆ２の区切りに相当するデータ量である。

一方、第１リクエスト値Ｒ１は、宅側装置２が１回のグラント周期Ｔで上り送信したい最大のデータ量（図８の例ではバッファ総量）以下でかつこれに最も近い、可変長フレームｆ６の区切りに相当するデータ量になっている。
このように、本実施形態では、各リクエスト値Ｒ１，Ｒ２は、いずれも可変長フレームｆ２，ｆ６の区切り（図８の△印）と一致するデータ量になっている。

従って、宅側装置２〜４のリクエスト値Ｒ１，Ｒ２を局側装置１（動的帯域割当部１０７の割当実行部１１０）がそのまま採用してゲートＧを生成する動的帯域割当を行っても、可変長フレームｆ１〜ｆ６を集合単位として、それらのフレームｆ１〜ｆ６をグラント周期Ｔ内に効率よく配列することができる。
このため、可変長フレームｆ１〜ｆ６がアライメントできずに、当該フレームｆ１〜ｆ６がグラント周期Ｔに入らないという形での無駄時間の発生が抑制される。

〔本実施形態のＰＯＮシステムの効果〕
以上の通り、本実施形態のＰＯＮシステムによれば、各宅側装置２〜４が、上り方向の最大遅延保証帯域、上り送信レート及び動的帯域割当のサイクル長に基づいて算出された閾値Ｔｈを保持しており、その閾値Ｔｈ以下の範囲で優先リクエスト値Ｒ２を決定するので、他の宅側装置の接続台数やトラフィックに関係なく各宅側装置２〜４について最大遅延を保証でき、ＱｏＳを有効に確保できる。

また、各宅側装置２〜４が、閾値保持部２１１において、閾値Ｔｈを他の宅側装置の接続台数やリクエスト値とは無関係に固定的に保持するので、この閾値Ｔｈを動的に変更する場合に比べて、局側装置１が行う動的帯域割当の情報処理量を少なくできる。このため、高価なプロセッサが不要になる。
このように、本実施形態では、複数リクエスト方式の動的帯域割当を行うＰＯＮシステムにおいて、宅側装置２〜４が優先リクエスト値Ｒ２用として最大遅延保証帯域に基づく閾値Ｔｈを採用し、この閾値Ｔｈを宅側装置２〜４に固定的に保持させるようにしたので、高価なプロセッサを使用しなくてもＱｏＳを有効に確保することができる。

〔その他の変形例〕
今回開示した実施形態は本発明の例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲とその構成と均等な意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、１Ｇｂｐｓと２Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓの３種類の上り送信レートがあるマルチレートＰＯＮの場合を例示したが、事後的なシステムの拡張に伴って、例えば２０Ｇｂｐｓの上り送信レートの宅側装置を追加することも可能である。
また、上記実施形態では、局側装置１の記憶部１１３（図３）がすべての宅側装置２〜４の上り送信レートと最大遅延保証帯域Ｂ１〜Ｂ３を記憶しているが、各宅側装置２〜４からのレポートＲによって上り送信レートと最大遅延保証帯域Ｂ１〜Ｂ３とをその都度記憶し直すことにより、記憶部１１３での記憶を随時更新してもよい。

この場合、宅側装置２〜４の上り送信レートが変化しても、局側装置１はそれを把握することができる。また、レポートＲに上り送信レートと最大遅延保証帯域Ｂ１〜Ｂ３の情報を記載するようにすれば、それらを記憶部１１３に記憶させる必要がなくなる。
更に、本発明は、マルチレートＰＯＮに限定されるものではなく、宅側装置２〜４の上り送信レートが１種類のみのＰＯＮシステムにも採用することができる。

１ 局側装置
２〜４ 宅側装置
２１０ リクエスト処理部
１０９ 算出部
１１０ 割当実行部
１１２ グラント送信部
２１１ 閾値保持部
Ｂ１〜Ｂ３ 最大遅延保証帯域
Ｒ１ 第１リクエスト値
Ｒ２ 第２リクエスト値（優先リクエスト値）
Ｒ レポート
Ｇ ゲート
Ｄ データ（上りのユーザデータ）

Claims (7)

1. 複数の宅側装置と、この宅側装置が送信するレポートに記された複数のリクエスト値のいずれかを選択して上り送信についての動的帯域割当を行う局側装置と、を備えたＰＯＮシステムであって、
   前記宅側装置は、上り方向の最大遅延保証帯域、上り送信レート及び前記動的帯域割当のサイクル長に基づいて算出された閾値を、他の宅側装置の接続台数やリクエスト値とは無関係に固定的に保持する閾値保持部と、
   複数の前記リクエスト値のうち優先的な帯域割当をリクエストするための優先リクエスト値を、前記閾値以下の範囲で決定するリクエスト処理部と、を有することを特徴とするＰＯＮシステム。
2. 前記局側装置は、前記宅側装置ごとに前記閾値を算出し、当該宅側装置からの登録要求時から上りユーザフレームの中継開始時までの期間中に、算出された前記閾値を制御フレームによって前記宅側装置に通知する請求項１に記載のＰＯＮシステム。
3. 前記局側装置は、前記閾値の算出に必要なパラメータの値が変更された場合に、その変更後の値に基づいて前記閾値を新たに算出し、新たに算出された前記閾値を前記制御フレームによって前記宅側装置に通知する請求項２に記載のＰＯＮシステム。
4. 前記局側装置は、前記宅側装置からの登録要求時から上りユーザフレームの中継開始時までの期間中に、前記宅側装置が前記閾値を算出するのに必要なパラメータを制御フレームによって前記宅側装置に通知し、
   前記宅側装置は、通知された前記パラメータを用いて前記閾値を算出する閾値算出部を有する請求項１に記載のＰＯＮシステム。
5. 前記局側装置は、前記宅側装置が前記閾値を算出するのに必要な前記パラメータの値が変更された場合に、その変更後の値を前記制御フレームによって前記宅側装置に通知し、
   前記宅側装置の前記閾値算出部は、通知された変更後の前記パラメータの値を用いて前記閾値を算出する請求項４に記載のＰＯＮシステム。
6. 前記宅側装置は、算出された前記閾値が上り方向フレームの最大長よりも小さい場合には、その最大長を、前記優先リクエスト値を定めるための前記閾値として採用する請求項２〜５のいずれか１項に記載のＰＯＮシステム。
7. 複数のリクエスト値が記されたレポートを、そのリクエスト値のいずれかを選択して上り送信についての動的帯域割当を行う局側装置に送信する、ＰＯＮシステムの宅側装置であって、
   上り方向の最大遅延保証帯域、上り送信レート及び前記動的帯域割当のサイクル長に基づいて算出された閾値を、他の宅側装置の接続台数やリクエスト値とは無関係に固定的に保持する閾値保持部と、
   複数の前記リクエスト値のうち優先的な帯域割当をリクエストするための優先リクエスト値を、前記閾値以下の範囲で決定するリクエスト処理部と、を備えていることを特徴とする宅側装置。

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