JP5084919B2 - 親局装置およびグラント割り当て方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＯＮシステムの親局装置に関する。

ＰＯＮ（Passive Optical Network）システムのようなポイント・トゥ・マルチポイントの通信システムでは、親局装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）が、周期的に子局装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）への送信許可情報であるグラント割当量を更新している。ＯＬＴは、帯域を効率的に使用するため、ＯＮＵのトラヒック状況に応じてグラントを割り当てる。ＰＯＮシステムでイーサネット（登録商標）フレームのような可変長データを伝送する場合、ＯＬＴが割り当てるグラントとＯＮＵが送信するデータの区切れ目が一致しないと、上りデータ送信に利用されない時間帯が発生し帯域のロスとなる。このため、下記特許文献１および下記非特許文献１において、ＯＬＴが、ＯＮＵからのレポートメッセージにより上りバッファのキュー長を収集し、キュー長に等しいグラントを割り当てる技術が開示されている。ＯＮＵは、単純に上りバッファのデータ蓄積量を通知するのではなく、可変長データの区切れ目を通知する。ＯＬＴは、ＯＮＵのキュー長の通知に等しいグラントを割り当て、割り当てたグラントを余すことなくデータ伝送に使用することでロスのない帯域割当を行っている。

特開２００８−１９３７０８号公報 吉原修，太田憲行，三鬼準基著 「ＧＥ−ＰＯＮに適した動的帯域割当アルゴリズム」電子情報通信学会 ２００２年

しかしながら、上記従来技術によれば、ＯＬＴがＯＮＵからキュー長の通知を収集して次周期のグラントを割り当てる方法では、ＯＮＵがキュー長を把握するため、上りデータをバッファに蓄積する必要がある。そのため、ＰＯＮシステムの伝送速度を高速化しても、バッファの蓄積時間を含むグラントの割り当て処理による遅延のためスループットが制限される、という問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高速化されたＯＮＵの上り送信待ち時間を低減することが可能な親局装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、伝送速度が速い高速光信号と当該高速光信号よりも遅い低速光信号が混在するＰＯＮシステムにおいて、高速光信号と低速光信号の送受信を制御し、接続する子局装置に対してグラントを割り当てる親局装置であって、高速光信号を用いて通信を行う子局装置である高速子局装置から受信したデータのトラヒック量を測定するトラヒックモニタ手段と、前記子局装置から前記親局装置へのデータ送信中において、低速光信号を用いて通信を行う子局装置である低速子局装置から取得したレポート情報に基づいて、前記低速子局装置へグラントを割り当て、また、前記高速子局装置に対して前周期で割り当てたグラント、および前記トラヒックモニタ手段から取得した前周期のトラヒック量の計測結果に基づいて、前記高速子局装置へグラントを割り当てる帯域割当手段と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる親局装置は、高速化されたＯＮＵに対して上り送信待ち時間を低減することができる、という効果を奏する。

図１は、ＰＯＮシステムの構成例を示す図である。 図２は、帯域割当処理を示すフローチャートである。 図３は、各ＯＮＵが上り信号を送信する際のタイムチャートである。 図４は、ＰＯＮシステムの構成例を示す図である。 図５は、帯域割当処理を示すフローチャートである。

１，１ａ 光送受信器
２ ＭＡＣ−Ｌ部
３ ＭＡＣ−Ｈ部
４，４ａ 帯域割当部
５，５ａ トラヒックモニタ部
６ ＭＡＣ部
１０，１０ａ ＯＬＴ
２０ 光分岐部
３０，３１ 低速ＯＮＵ
４０，４１ 高速ＯＮＵ
５０，５１ ＯＮＵ−ａ
６０，６１ ＯＮＵ−ｂ

以下に、本発明にかかる親局装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、以下の説明において帯域のことをグラントと呼ぶことがある。

実施の形態．
図１は、本実施の形態にかかる親局装置（以下ＯＬＴとする）と子局装置（以下ＯＮＵとする）を含むＰＯＮシステムの構成例を示す図である。ＰＯＮシステムは、ＯＬＴ１０と、光分岐部２０と、低速ＯＮＵ３０，３１と、高速ＯＮＵ４０，４１と、を備える。

ＯＬＴ１０は、通信事業者の局舎に設置される局側装置で複数の伝送レートをサポートする。ここでは、一例として、２つの伝送レート（低速光信号，高速光信号）をサポートする。ＯＬＴ１０は、光送受信器１と、ＭＡＣ−Ｌ部２と、ＭＡＣ−Ｈ部３と、帯域割当部４と、トラヒックモニタ部５と、を備える。光送受信器１は、マルチレートの光信号を送受信する。下り方向は高速光信号と低速光信号で別波長帯を使用し、また、上り方向については高速光信号と低速光信号で同一波長帯を使用する。ＭＡＣ−Ｌ部２は、低速光信号を制御するＭＡＣ層終端機能を備える。ＭＡＣ−Ｈ部３は、高速光信号を制御するＭＡＣ層終端機能を備える。帯域割当部４は、各ＯＮＵからのキュー長レポート情報および受信トラヒックに基づいてグラントを割り当てる。トラヒックモニタ部５は、ＯＬＴ１０が各ＯＮＵから受信したデータ量を計測する。

光分岐部２０は、光ファイバーおよびパワースプリッタを備え、ＯＬＴ１０からの光信号を各ＯＮＵへ分岐し、また、各ＯＮＵからの光信号を合波する。低速ＯＮＵ３０，３１は、伝送速度の遅い低速光信号で通信を行う既存のＯＮＵである。高速ＯＮＵ４０，４１は、伝送速度の速い高速光信号で通信を行うサービスアップグレードユーザ用のＯＮＵである。各ＯＮＵは加入者宅に設置される。

ＯＬＴ１０と各ＯＮＵが通信を行う場合、上り方向の通信については、各ＯＮＵは同一波長帯を使用する。そのため、ＯＬＴ１０の帯域割当部４が、各ＯＮＵの上り信号同士が衝突しないように、各ＯＮＵに割り当てるグラントを管理する。データの送信を開始する場合、まず、各ＯＮＵがレポート（キュー長レポート情報）を送信すると、ＯＬＴ１０の光送受信器１が、各ＯＮＵからの上り光信号を電気信号に変換し、ＭＡＣ−Ｌ部２およびＮＡＣ−Ｈ部３へ出力する。ＭＡＣ−Ｌ部２は、低速ＯＮＵ３０，３１からの信号よりキュー長レポート情報を抽出し、帯域割当部４へ送信する。ＭＡＣ−Ｈ部３は、高速ＯＮＵ４０，４１からの信号よりキュー長レポート情報を抽出し、帯域割当部４へ送信する。

帯域割当部４は、各ＯＮＵからのキュー長レポート情報に基づいて、各ＯＮＵへグラントを割り当てる。帯域割当部４は、割り当てたグラント情報をＭＡＣ−Ｌ部２およびＭＡＣ−Ｈ部３へ通知する。ＭＡＣ−Ｌ部２およびＭＡＣ−Ｈ部３が、グラント情報をそれぞれの下り信号に多重して出力する。光送受信器１では、それぞれの下り信号を電気信号から光信号に変換し、別波長で、低速ＯＮＵ３０，３１には低速光信号を用いて、高速ＯＮＵ４０，４１には高速光信号を用いてゲート（グラント情報）を送信する。

グラント情報を受信した各ＯＮＵは、割り当てられたグラントに従ってデータの送信を行う。各ＯＮＵがデータを送信すると、ＯＬＴ１０では、光送受信器１が、各ＯＮＵからの上り光信号を電気信号に変換し、ＭＡＣ−Ｌ部２およびＭＡＣ−Ｈ部３へ出力する。ＭＡＣ−Ｌ部２は、低速ＯＮＵ３０，３１から受信したデータを外部（インターネットやコンテンツを提供するサーバ等）へ出力する。また、データにキュー長レポート情報が付与されている場合は、キュー長レポート情報を抽出して帯域割当部４へ送信する。ＭＡＣ−Ｈ部３は、高速ＯＮＵ４０，４１から受信したデータを外部へ出力する。また、データにキュー長レポート情報が付与されている場合は、キュー長レポート情報を抽出して帯域割当部４へ送信する。トラヒックモニタ部５は、ＭＡＣ−Ｌ部２およびＭＡＣ−Ｈ部３が外部へ出力するデータ量を計測する。計測した結果を、受信トラヒックとして帯域割当部４へ通知する。帯域割当部４は、キュー長レポート情報および受信トラヒックに基づいて、次周期のグラントの割り当てを行う。

ここで、帯域割当部４の帯域割当処理について詳細に説明する。図２は、帯域割当部４の帯域割当処理を示すフローチャートである。帯域割当部４は、接続するＯＮＵに対して、グラント割当量を周期的に更新する。まず、接続するＯＮＵを１つ選択し（ステップＳ１）、ＯＮＵが高速光通信を行う高速ＯＮＵ（４０，４１）であるかどうかを判定する（ステップＳ２）。この判定については、たとえば、初期接続時、ＯＬＴ１０で受信する信号のレートにより識別し、データベースに記録しておく。ＯＮＵが低速光通信を行う低速ＯＮＵ（３０，３１）である場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、次周期に必要な帯域を、ＭＡＣ−Ｌ部２から受信したキュー長レポート情報に基づいてキュー長と同じとする（ステップＳ３）。グラント長とキュー長（データ長）が一致しない場合に帯域ロスが発生するため、各ＯＮＵから可変長データの区切れ目を通知させるためである。ＯＮＵが高速通信を行う高速ＯＮＵ（４０，４１）である場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、次周期に必要な帯域を、前周期で割り当てられたグラント、およびトラヒックモニタ部５が通知する受信トラヒックに基づいて決定する（ステップＳ４）。ここでは、受信トラヒックの項に係数ｎを掛けているが、たとえば、前周期と同じ場合であれば「ｎ＝０」とする。なお、ｎについては、トラヒック量の他、低遅延を重視するか、帯域利用効率を重視するか等により、適宜変更可能とする。

ＰＯＮシステムの伝送レートが高速化されても、ＯＬＴ１０と各ＯＮＵとの距離は変化せず、また、接続されるＯＮＵの台数も変わらないためグラント長は変化しない。一方、高速ＯＮＵ４０，４１では、同じバイト長のデータ送信に要する時間が低速ＯＮＵ３０，３１に比べ相対的に短い時間で送信されるため、グラント長とデータの境界の不一致による帯域ロスが相対的に小さくなる。そのため、ＯＬＴ１０は、高速ＯＮＵ（４０，４１）からのキュー長レポート情報によりデータの区切れ目を収集する必要性が低い。また、ＦＴＰ（File Transfer Protocol）のように大量のデータを送信する場合、ある周期でトラヒック量があることを検出すると、次の周期でも上りトラヒックがある確率が高い。そこで、ＯＬＴ１０は、高速ＯＮＵ（４０，４１）からのキュー長レポート情報を待たず、前周期で割り当てたグラントと、受信トラヒックに基づいて次周期のグラントを割り当てる。

高速ＯＮＵ（４０，４１）は、従来どおり自装置のバッファに一度データを蓄積してレポートを生成するが、ＯＬＴ１０は高速ＯＮＵ（４０，４１）からのキュー長レポート情報を利用せずにグラントを割り当てる。すなわち、高速ＯＮＵ（４０，４１）がレポートを送信し、ＯＬＴ１０がグラントを割り当ててゲートを送信し、高速ＯＮＵ（４０，４１）がゲートに基づいてデータを送信する、という一連の処理によって生じる遅延を回避できる。そのため、高速ＯＮＵ（４０，４１）がデータを送信する際の上り送信待ち時間を低減できる。

なお、ステップＳ４において、高速ＯＮＵ（４０，４１）が最初にデータ送信を開始するときは、前周期においてグラントは割り当てられていない。この場合、帯域割当部４は、次周期に必要な帯域をＭＡＣ−Ｈ部３から受信したキュー長レポート情報に基づいてキュー長と同じとする。

帯域割当部４は、上記ステップＳ２〜Ｓ４の処理を、接続するＯＮＵの台数分繰り返す（ステップＳ５）。接続するＯＮＵの台数分の処理を終了後、帯域割当部４は、実際に各ＯＮＵへグラントを割り当てる（ステップＳ６）。

上記処理で割り当てられたグラントに基づいて各ＯＮＵが行う上り信号の送信について説明する。図３は、各ＯＮＵが上り信号を送信する際のタイムチャートである。Ｃｙｃｌｅ＃ｎにおいて、各ＯＮＵが、割り当てられたグラントに基づいてデータを送信する。ここで、帯域割当部４は、低速ＯＮＵ３０，３１に対しては、データに付与されたレポート（キュー長レポート情報）に基づいて、次Ｃｙｃｌｅ＃ｎ＋１でのグラントを割り当てる。高速ＯＮＵ４０，４１に対しては、Ｃｙｃｌｅ＃ｎで割り当てたグラントと受信トラヒックに基づいて次Ｃｙｃｌｅ＃ｎ＋１でのグラントを割り当てる。

たとえば、高速ＯＮＵ４０は、Ｃｙｃｌｅ＃ｎにおいて割り当てられたグラントに対して７０％しか使用していない。この場合、帯域割当部４は、次Ｃｙｃｌｅ＃ｎ＋１において、グラントの割り当て量を縮小する。具体的には、図２のフローチャートのステップＳ４において「ｎ＜０」とする。一方、高速ＯＮＵ４１は、Ｃｙｃｌｅ＃ｎにおいて割り当てられたグラントに対して９５％を使用している。この場合、帯域割当部４は、次Ｃｙｃｌｅ＃ｎ＋１において、グラントの割り当て量を拡大する。具体的には、図２のフローチャートのステップＳ４において「ｎ＞０」とする。次周期のグラントの割り当て量を縮小するか拡大するかを判断する基準となる使用率については、任意に設定可能とする。

以上説明したように、本実施の形態では、帯域割当部４は、高速ＯＮＵ４０，４１に対して、前周期で割り当てたグラントと受信トラヒックに基づいて、次周期のグラントを割り当てることとした。これにより、高速ＯＮＵ４０，４１は、キュー長レポート情報を生成してからゲートを受信するまでの処理で生じる遅延を回避でき、データを送信する際の上り送信待ち時間を低減できる。また、ＯＬＴ１０は、高速ＯＮＵ４０，４１に対して低遅延でグラントを割り当てることができるため、アプリケーションレベルでの高スループットをエンドユーザに提供できる。

なお、上記技術を応用して、たとえば、キュー長レポート情報の通知仕様が異なるＯＮＵが混在するＰＯＮシステムに適用することができる。

図４は、親局装置と子局装置を含むＰＯＮシステムの構成例を示す図である。ＰＯＮシステムは、ＯＬＴ１０ａと、光分岐部２０と、ＯＮＵ−ａ５０，５１と、ＯＮＵ−ｂ６０，６１と、を備える。

ＯＬＴ１０ａは、通信事業者の局舎に設置される局側装置である。ＯＬＴ１０ａは、光送受信器１ａと、ＭＡＣ部６と、帯域割当部４ａと、トラヒックモニタ部５ａと、を備える。光送受信器１ａは、単一の通信速度の光信号を送受信する。ＭＡＣ部６は、光信号を制御するＭＡＣ層終端機能を備える。帯域割当部４ａは、各ＯＮＵからのキュー長レポート情報および受信トラヒックに基づいてグラントを割り当てる。トラヒックモニタ部５ａは、ＯＬＴ１０ａが各ＯＮＵから受信したデータ量を計測する。

ＯＮＵ−ａ５０，５１は、キュー長レポート情報において、データの区切れ目を通知するＯＮＵである。ＯＮＵ−ｂ６０，６１は、キュー長レポート情報において、データの区切れ目を通知しない、バッファの占有量等を通知するＯＮＵである。

ここで、帯域割当部４ａの帯域割当処理について詳細に説明する。図５は、帯域割当部４ａの帯域割当処理を示すフローチャートである。帯域割当部４ａは、接続するＯＮＵに対して、グラント割当量を周期的に更新する。まず、接続するＯＮＵを１つ選択し（ステップＳ１１）、ＯＮＵがデータの区切れ目を通知するＯＮＵ（ＯＮＵ−ａ５０，５１）であるかどうかを判定する（ステップＳ１２）。この判定については、たとえば、初期接続時、各ＯＮＵの個体番号または接続後の管理インタフェース経由での情報読み出しによって識別し、データベースに記録しておく。ＯＮＵがデータの区切れ目を通知するＯＮＵ（ＯＮＵ−ａ５０，５１）である場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、次周期に必要な帯域を、ＭＡＣ部６から受信したキュー長レポート情報に基づいてキュー長と同じとする（ステップＳ１３）。ＯＮＵがデータの区切れ目を通知しないＯＮＵ（ＯＮＵ−ｂ６０，６１）である場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、次周期に必要な帯域を、ＭＡＣ部６から受信したキュー長レポート情報、およびトラヒックモニタ部５ａが通知する受信トラヒックに基づいて決定する（ステップＳ１４）。ＯＮＵ−ｂ６０，６１がキュー長レポート情報においてデータの区切れ目を通知しないタイプのため、キュー長（データ長）に余裕を持ってグラントを割り当てるためである。ここでは、受信トラヒックに係数ｎを掛けているが、たとえば、他のＯＮＵにおけるトラヒック量等を参照し、適宜変更可能とする。

帯域割当部４ａは、上記ステップＳ１２〜Ｓ１４の処理を、接続するＯＮＵの台数分繰り返す（ステップＳ１５）。接続するＯＮＵの台数分の処理を終了後、帯域割当部４ａは、実際に各ＯＮＵへグラントを割り当てる（ステップＳ１６）。

このように、キュー長レポート情報でデータの区切れ目を通知しないタイプのＯＮＵに対しては、受信トラヒックに応じて、割り当てるグラントを増やすこともできる。

以上のように、本発明にかかる親局装置は、ＰＯＮシステムに有用であり、特に、異なる通信速度が混在するＰＯＮシステムに適している。

Claims (7)

1. 伝送速度が速い高速光信号と当該高速光信号よりも遅い低速光信号が混在するＰＯＮシステムにおいて、高速光信号と低速光信号の送受信を制御し、接続する子局装置に対してグラントを割り当てる親局装置であって、
   高速光信号を用いて通信を行う子局装置である高速子局装置から受信したデータのトラヒック量を測定するトラヒックモニタ手段と、
   前記子局装置から前記親局装置へのデータ送信中において、低速光信号を用いて通信を行う子局装置である低速子局装置から取得したレポート情報に基づいて、当該低速子局装置へグラントを割り当て、また、前記高速子局装置に対して前周期で割り当てたグラント、および前記トラヒックモニタ手段から取得した前周期のトラヒック量の計測結果に基づいて、当該高速子局装置へグラントを割り当てる帯域割当手段と、
   を備えることを特徴とする親局装置。
2. 前記帯域割当手段は、
   前記トラヒックモニタ手段から取得した前周期のトラヒック量の計測結果に応じて、前記高速子局装置から取得したレポート情報と、前記高速子局装置に対して前周期で割り当てたグラントおよび前記トラヒックモニタ手段から取得した前周期のトラヒック量の計測結果とのいずれかに基づいて、前記高速子局装置に対してグラントを割り当てることを特徴とする請求項１に記載の親局装置。
3. 前記帯域割当手段は、
   前記高速子局装置に対して、データの送信を開始する場合には取得したレポート情報に含まれるキュー長に基づいてグラントを割り当てることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の親局装置。
4. 前記帯域割当手段は、
   前周期のトラヒック量が前周期で割り当てたグラントに対してしきい値より小さい割合であった場合は、次周期で割り当てるグラントを前周期よりも縮小し、
   前周期のトラヒック量が前周期で割り当てたグラントに対してしきい値より大きい割合であった場合は、次周期で割り当てるグラントを前周期よりも拡大することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の親局装置。
5. 前記帯域割当手段は、
   前記低速子局装置に対して、取得したレポート情報に含まれるキュー長に等しいグラントを割り当てることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の親局装置。
6. 初期接続時に、各子局装置が低速子局装置または高速子局装置であることを示す種別情報を取得し、子局装置を識別するための識別情報と前記種別情報とを対応付けて記憶する場合に、前記識別情報に基づいて、通信を行う子局装置が低速子局装置であるか高速子局装置であるかを認識することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の親局装置。
7. 伝送速度が速い高速光信号と当該高速光信号よりも遅い低速光信号が混在するＰＯＮシステムにおけるグラント割り当て方法であって、
   高速光信号を用いて通信を行う子局装置である高速子局装置が、データの送信を開始する際、親局装置へレポート情報を含むレポートフレームを送信するレポート送信ステップと、
   前記親局装置が、前記高速子局装置から受信したレポートフレームに含まれるレポート情報に基づいてグラントを割り当てる初回グラント割り当てステップと、
   前記親局装置が、割り当てたグラントに基づいてグラント情報を含むゲートフレームを生成し、当該ゲートフレームを前記高速子局装置へ出力するゲート送信ステップと、
   前記高速子局装置が、ゲートフレームを受信し、当該ゲートフレームに含まれるグラント情報に基づいて前記親局装置へデータを送信するデータ送信ステップと、
   前記親局装置が、前記高速子局装置から送られてくる受信データのトラヒック量を計測するトラヒックモニタステップと、
   前記親局装置が、前記高速子局装置に対して前周期で割り当てたグラントおよび前記トラヒック量に基づいて、次周期のグラントを割り当てる継続時グラント割り当てステップと、
   を含むことを特徴とするグラント割り当て方法。

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