JP4958984B2 - 帯域割当装置および帯域割当方法 - Google Patents

帯域割当装置および帯域割当方法 Download PDF

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本発明は、PON(Passive Optical Network )システムのOLT(Optical Line Terminal :光加入者線終端装置)において、複数のONU(Optical Network Unit:光加入者線ネットワーク装置)の上り信号の各帯域(送信開始時刻と送信可能期間)を割り当てる帯域割当装置および帯域割当方法に関する。
図1は、PONシステムの構成例を示す(非特許文献1)。
図1において、PONシステムは、局に設置されるOLT11と、各ユーザ宅にそれぞれ設置される複数m個のONU12と、OLT11と複数m個のONU12を1:mに接続する光ファイバ13および光スプリッタ14とにより構成される。OLT11には外部のネットワーク15が接続される。なお、OLT11とONU12との間をPON区間といい、PON区間とOLT11との接続点をPON−I/Fという。
OLTは、PONシステムに接続されたONUを自動的に発見し、各ONUにLLID(Logical Link IDentifier :論理リンク識別子)を付与して通信リンクを自動的に確立する制御を行う。ONUからOLTへの上り方向通信では、まずOLTが各ONUからの上りフレームがPON区間で衝突しないように、各ONUに対してそれぞれの送信開始時刻と送信可能期間を通知する帯域割当を行う。OLTのPON制御回路は、これらのMPCP(Multi-point Control Protocol)制御を行う。
各ONUは、OLTから付与されたLLIDを付加した上りフレームを、OLTから割り当てられた帯域(送信開始時刻と送信可能期間)で送信し、各ONUからの上りフレームが光スプリッタで合流してOLTに転送される。OLTは、上りフレームのLLIDにより、どのONUから送信された上りフレームであるかを判別して受信する。
なお、OLTと各ONUとの距離がまちまちであるため、帯域割当に当たってOLTは、各ONUとの往復の伝送遅延時間(RTT:Round Trip Time )を測定し、各ONUに通知する送信開始時刻の値をOLTの基準時間からRTT分だけずらす処理を行う。
RTTの測定は次のように行う。OLTは、図2に示すように、OLTのローカル時刻T0を含むフレームを送信し、それを受信したONUが自身のローカル時刻をT0に設定する。ONUは、時刻T0から所定時間T1後にONUのローカル時刻T1を含むフレームを送信し、OLTがそのフレームを受信し、ONUが送信した時刻T1およびOLTが受信した時刻T2を検出する。OLTにおけるフレーム応答時間Trは
Tr=T2−T0
であり、ONUにおける待機時間Twは
Tw=T1−T0
であるので、フレームが往復する伝送遅延時間RTTは、
RTT=Tr−Tw=(T2−T0)−(T1−T0)=T2−T1
となる。
図3は、従来のOLTにおける帯域割当例を示す。
図3において、OLTは各ONUに割り当てる帯域として、ONU1に時刻t1〜t2を、ONU2に時刻t2〜t3を、ONU3に時刻t3〜t4を設定する。なお、時刻t1〜t4は、OLT(PON制御回路)におけるローカル時刻である。
ここで、ONU1が送信した信号が時刻t1〜t2に到着するようにするためには、ONU1の送信開始時刻を
t1−(ONU1のRTT)
に設定する。ONU2,ONU3の送信開始時刻についても同様に、
t2−(ONU2のRTT)
t3−(ONU3のRTT)
に設定する。これにより、各ONUからの上り信号は、衝突せずにそれぞれ帯域割当した時刻にOLTに到着することになる。
図4は、従来のGE−PONのOLTの構成例を示す。
図4において、OLTは、PON−I/Fから順番にPON側送受信回路21、MPCP制御を行うPON制御回路22、ブリッジ回路23および外部ネットワーク側送受信回路24を備えた構成である。OLTが各ONUに割り当てる送信開始時刻およびRTTは、PON制御回路22のローカル時刻を基準に設定される。
ところで、PONを使用するアクセス方式では、上り・下りとも1Gbit/s であるGE−PONがIEEE802.3ah で既に標準化されており(非特許文献1)、さらに下り10Gbit/s ・上り10Gbit/s または1Gbit/s である10G−EPONがIEEE802.3av で2009年9月に標準化された(非特許文献2)。以下の説明では、伝送レートが1Gbit/s ,10Gbit/s をそれぞれ1G,10Gと簡略化して表記する。
10G−EPONの標準化にあたっては、既存のGE−PONとの共存のために、
(1) 上り1G・下り1G(1G対称)
(2) 上り10G・下り10G(10G対称)
(3) 上り1G・下り10G(10G非対称)
の3通りの組み合わせのうち、いずれか2種類、もしくは3種類すべてが混在した構成を1つのPONにおいて同時に使用可能であるように配慮されている。このとき、下りは1Gと10Gで別波長を使用するが、上りは1Gと10Gで同じ波長を使用する。
IEEE Std 802.3-2005: Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications IEEE Std 802.3av-2009: Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications : Amendment 1 : Physical Layer Specifications and Management Parameters for 10Gb/s Passive Optical Networks
PONシステムにおいて、上りの伝送レートが1G・10G混在となる状況は、10G−EPONの標準化により初めて発生したものであり、これに伴って発生する課題に対処するためには、前例のない新しい技術が必要となる。
図5は、デュアルレート対応のOLTの構成例を示す。
図5において、デュアルレート対応のOLTは、上りの伝送レート1G・10Gに対応して、PON側1G送受信回路21−1およびPON側10G送受信回路21−2、1G−PON制御回路22−1および10G−PON制御回路22−2、ブリッジ回路23、外部ネットワーク側1G送受信回路24−1および外部ネットワーク側10G送受信回路24−2を備える。なお、1G−PON制御回路22−1および10G−PON制御回路22−2には、共通のMPCP制御を行う共通制御回路25が接続される。
OLTが各ONUに割り当てる送信開始時刻およびRTTは、1G−PON制御回路22−1および10G−PON制御回路22−2のローカル時刻を基準に設定されるが、その前段に接続されるPON側1G送受信回路21−1およびPON側10G送受信回路21−2における電気信号の処理遅延時間の差が問題になる。
ここで、OLTとPONとの接続部であるPON−I/Fに着目して送受信のタイミングを整理する。なお、PON側1G送受信回路21−1における上り信号の処理遅延時間をδu1、下り信号の処理遅延時間をδd1とし、PON側10G送受信回路21−2における上り信号の処理遅延時間をδu10 、下り信号の処理遅延時間をδd10 とする。
上り・下りとも1G(1G対称) の場合を図6(1) に示す。OLTのPON制御回路(図6ではMPCPと表記)から時刻T0に送出された下り信号は、時間δd1だけかかってPON−I/Fに到達した後、PON区間を通ってONUに到達する。一方、ONUから時刻T1に送出された上り信号は、PON区間を通ってPON−I/Fに到達した後に、時間δu1だけかかって時刻T2にOLTのPON制御回路に到達する。この場合のRTTは、図2で説明したようにT2−T1として求まる。
上り・下りとも10G(10G対称) の場合を図6(2) に示す。OLTのPON制御回路から時刻T0に送出された下り信号は、時間δd10 だけかかってPON−I/Fに到達した後、PON区間を通ってONUに到達する。一方、ONUから時刻T1に送出された上り信号は、PON区間を通ってPON−I/Fに到達した後に、時間δu10 だけかかって時刻T3にOLTのPON制御回路に到達する。この場合のRTTは、図2で説明したようにT3−T1として求まる。
上り1G・下り10G(10G非対称) の場合を図6(3) に示す。OLTのPON制御回路から時刻T0に送出された下り信号は、時間δd10 だけかかってPON−I/Fに到達した後、PON区間を通ってONUに到達する。一方、ONUから時刻T1に送出された上り信号は、PON区間を通ってPON−I/Fに到達した後に、時間δu1だけかかって時刻T4にOLTのPON制御回路に到達する。この場合のRTTは、図2で説明したようにT4−T1として求まる。
以上の状況を踏まえて、上り1Gおよび10Gが混在している場合の帯域割当について考察する。
図7は、デュアルレート対応のOLTの帯域割当例を示す。OLTは各ONUの帯域として、上り1GのONU1に時刻t1〜t2を、上り10GのONU2に時刻t2〜t3を、上り1GのONU3に時刻t3〜t4を、上り1GのONU4に時刻t4〜t5を、上り10GのONU5に時刻t5〜t6を割り当てる。なお、時刻t1〜t6は、OLT(PON制御回路)におけるローカル時刻である。
ここで、ONU1が送信した信号が時刻t1〜t2に到着するようにするためには、ONU1の送信開始時刻を時刻t1からONU1のRTTを引いた時刻を設定する。ONU2〜ONU5の送信開始時刻についても同様である。
以上の前提において、上り信号がOLTのPON−I/Fに到達する時刻に着目する。上り1Gの信号は、図8の上段に示すように、PON制御回路に到達する時刻よりδu1だけ早くPON−I/Fに到達する。同様に上り10Gの信号は、図8の下段に示すように、PON制御回路に到達する時刻よりδu10 だけ早くPON−I/Fに到達する。なお図8は、δu1<δu10 としたときの状況を示す。図8に示すように、上り1Gの信号と上り10Gの信号がPON−I/Fで衝突している、すなわちPON区間で衝突していることがわかる。逆に、δu1>δu10 であった場合も、1Gの信号と10Gの信号の前後関係が逆転するが、同様に衝突する。上り信号の衝突は、PONシステムにとっては致命的な障害である。
この原因は、OLTのPON側1G送受信回路21−1とPON側10G送受信回路21−2の処理遅延時間の差にある。すなわち、従来のOLTでは、PON制御回路のローカル時刻を基準にした帯域割当により上り信号のPON区間の衝突回避が保証されたが、デュアルレート対応のOLTの場合はPON側1G送受信回路21−1とPON側10G送受信回路21−2の処理遅延時間の差により、PON−I/FおよびPON区間でそれぞれの上り信号が衝突するおそれがあった。なお、処理遅延時間が短い方に遅延バッファを挿入し、両者の処理遅延時間を揃える方法もあるが、不要な遅延増大を招くとともに回路規模が増大する問題があった。
本発明は、デュアルレート対応のOLTにおいて、回路規模の増大を最小限に抑えてPON区間における上り信号の衝突を回避することができる帯域制御装置および帯域制御方法を提供することを目的とする。
第1の発明は、1対多で接続されるOLTと複数のONUとの間で、それぞれのRTTを測定し、各ONUがOLTに送信する上り信号の送信開始時刻としてOLTの設定時刻からそれぞれのRTTを差し引いた時刻を設定する帯域割当装置において、OLTと複数のONUとの間の信号伝送は、少なくとも2種類の伝送レートのいずれかで行われる構成であり、各ONUに設定する上り信号の送信開始時刻として、OLTの設定時刻からそれぞれのRTTを差し引いた時刻に、さらに各ONUの上り信号の伝送レートに応じた送受信回路の処理遅延時間を調整して設定する手段を備え、各ONUとOLTとの間のPON区間で上り信号の衝突を回避する構成である。
第1の発明の帯域割当装置において、ONUからOLTに送信する上り信号およびOLTからONUに送信する下り信号の伝送レートがともに1Gbit/s であるONUと、下り信号および上り信号の伝送レートがともに10Gbit/s であるONUと、下り信号の伝送レートが10Gbit/s で上り信号の伝送レートが1Gbit/s であるONUのうち、少なくとも上り信号の伝送レートの異なる2種類のONUが混在する場合に、OLTの送受信回路は1Gbit/s および10Gbit/s の各伝送レートの上り信号をそれぞれ処理する構成である。
第2の発明は、1対多で接続されるOLTと複数のONUとの間で、それぞれのRTTを測定し、各ONUがOLTに送信する上り信号の送信開始時刻としてOLTの設定時刻からそれぞれのRTTを差し引いた時刻を設定する帯域割当方法において、OLTと複数のONUとの間の信号伝送は、少なくとも2種類の伝送レートのいずれかで行われる構成であり、各ONUに設定する上り信号の送信開始時刻として、OLTの設定時刻からそれぞれのRTTを差し引いた時刻に、さらに各ONUの上り信号の伝送レートに応じた送受信回路の処理遅延時間を調整して設定し、各ONUとOLTとの間のPON区間で上り信号の衝突を回避する。
第2の発明の帯域割当方法において、ONUからOLTに送信する上り信号およびOLTからONUに送信する下り信号の伝送レートがともに1Gbit/s であるONUと、下り信号および上り信号の伝送レートがともに10Gbit/s であるONUと、下り信号の伝送レートが10Gbit/s で上り信号の伝送レートが1Gbit/s であるONUのうち、少なくとも上り信号の伝送レートの異なる2種類のONUが混在する場合に、OLTの送受信回路は1Gbit/s および10Gbit/s の各伝送レートの上り信号をそれぞれ処理する。
本発明は、OLTが各ONUに設定する送信開始時刻として、OLTの設定時刻からそれぞれのRTTを差し引いた時刻に対して、さらに各ONUの上り信号の伝送レートに応じた送受信回路の処理遅延時間を調整することにより、PON−I/FおよびPON区間でそれぞれの上り信号の衝突を回避することができる。
PONシステムの構成例を示す図である。 RTTの測定方法を説明する図である。 従来のOLTにおける帯域割当例を示す図である。 従来のGE−PONのOLTの構成例を示す図である。 デュアルレート対応のOLTの構成例を示す図である。 PON−I/Fにおける送受信のタイミングを示す図である。 デュアルレート対応のOLTの帯域割当例を示す図である。 PON−I/Fにおける上り信号の受信タイミングを示す図である。 本発明におけるPON−I/Fにおける上り信号の受信タイミングを示す図である。
本発明は、図5に示すデュアルレート対応のOLTの1G−PON制御回路22−1、10G−PON制御回路22−2および共通制御回路25で行われる各ONUの上り信号の帯域割当において、PON側1G送受信回路21−1とPON側10G送受信回路21−2の処理遅延時間の差を考慮し、PON区間(PON−I/F)における上り信号の衝突を回避するように帯域割当を行う。
PON区間における上り信号の衝突を回避するためには、PON−I/Fにおける到達タイミングが重ならないように各ONUの送信開始時刻を指定すればよい。そのためには、例えば共通制御回路25において、PON側1G送受信回路21−1とPON側10G送受信回路21−2の処理遅延時間の差を保持し、帯域割当時にこの処理遅延時間の差を考慮して各ONUの送信開始時刻を補正する。
上り1Gと上り10Gのどちらを基準に考えてもよいが、ここでは上り1Gを基準として説明する。このとき、上り10Gの信号が衝突しないためには、相対的な遅延だけ上り10GのONUの送信開始時刻を早めればよい。例えば時刻t2における相対的な遅延は、
(t2−δu10)−(t2−δu1) =δu1−δu10
となる。なお、δu1<δu10 の場合には相対的な遅延の値は負になる。この場合は、上り10GのONUの送信開始時刻を遅くすることになる。
したがって、上り1GのONU1および上り10GのONU2の送信開始時刻は、
ONU1:OLTの時刻−(ONU1のRTT)
ONU2:OLTの時刻−(ONU2のRTT)−(δu1−δu10)
となるように設定する。
このようにして各ONUの送信開始時刻を設定した場合のPON−I/Fにおける受信タイミングは、図9のようになる。すなわち、上り10GのONU2,ONU5の送信開始時刻を従来方式より(δu1−δu10)だけ早くする。なお、δu1<δu10 の場合は(δu10 −δu1)だけ遅くすることにより、図9に示すように、PON区間での上り信号の衝突を回避することができる。
ただし、上り10GのONU2,ONU5の送信開始時刻を調整することにより、上り信号が10G−PON制御回路22−2へ入力する時刻は(t2−δu1+δu10),(t5−δu1+δu10)となり、それぞれt2,t5からずれるが、上り信号の処理に支障はない。
なお、以上の説明は、上り10Gを基準としても同様にPON区間での上り信号の衝突を回避できることは明らかである。
11 OLT(光加入者線終端装置)
12 ONU(光加入者線ネットワーク装置)
13 光ファイバ
14 光スプリッタ
15 外部のネットワーク
21 PON側送受信回路
22 PON制御回路
23 ブリッジ回路
24 外部ネットワーク側送受信回路
25 共通制御回路

Claims (4)

  1. 1対多で接続されるOLTと複数のONUとの間で、それぞれの往復の伝送遅延時間(以下、RTTという)を測定し、各ONUがOLTに送信する上り信号の送信開始時刻としてOLTの設定時刻からそれぞれのRTTを差し引いた時刻を設定する帯域割当装置において、
    前記OLTと前記複数のONUとの間の信号伝送は、少なくとも2種類の伝送レートのいずれかで行われる構成であり、
    前記各ONUに設定する前記上り信号の送信開始時刻として、前記OLTの設定時刻からそれぞれのRTTを差し引いた時刻に、さらに前記各ONUの上り信号の伝送レートに応じた送受信回路の処理遅延時間を調整して設定する手段を備え、前記各ONUと前記OLTとの間のPON区間で前記上り信号の衝突を回避する構成である
    ことを特徴とする帯域割当装置。
  2. 請求項1に記載の帯域割当装置において、
    前記ONUから前記OLTに送信する上り信号および前記OLTから前記ONUに送信する下り信号の伝送レートがともに1Gbit/s であるONUと、下り信号および上り信号の伝送レートがともに10Gbit/s であるONUと、下り信号の伝送レートが10Gbit/s で上り信号の伝送レートが1Gbit/s であるONUのうち、少なくとも上り信号の伝送レートの異なる2種類のONUが混在する場合に、前記OLTの送受信回路は1Gbit/s および10Gbit/s の各伝送レートの上り信号をそれぞれ処理する構成である
    ことを特徴とする帯域割当装置。
  3. 1対多で接続されるOLTと複数のONUとの間で、それぞれの往復の伝送遅延時間(以下、RTTという)を測定し、各ONUがOLTに送信する上り信号の送信開始時刻としてOLTの設定時刻からそれぞれのRTTを差し引いた時刻を設定する帯域割当方法において、
    前記OLTと前記複数のONUとの間の信号伝送は、少なくとも2種類の伝送レートのいずれかで行われる構成であり、
    前記各ONUに設定する前記上り信号の送信開始時刻として、前記OLTの設定時刻からそれぞれのRTTを差し引いた時刻に、さらに前記各ONUの上り信号の伝送レートに応じた送受信回路の処理遅延時間を調整して設定し、前記各ONUと前記OLTとの間のPON区間で前記上り信号の衝突を回避する
    ことを特徴とする帯域割当方法。
  4. 請求項3に記載の帯域割当方法において、
    前記ONUから前記OLTに送信する上り信号および前記OLTから前記ONUに送信する下り信号の伝送レートがともに1Gbit/s であるONUと、下り信号および上り信号の伝送レートがともに10Gbit/s であるONUと、下り信号の伝送レートが10Gbit/s で上り信号の伝送レートが1Gbit/s であるONUのうち、少なくとも上り信号の伝送レートの異なる2種類のONUが混在する場合に、前記OLTの送受信回路は1Gbit/s および10Gbit/s の各伝送レートの上り信号をそれぞれ処理する
    ことを特徴とする帯域割当方法。
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