JP5086334B2 - 光ネットワークにアウトステーションを取り入れる方法およびアウトステーション - Google Patents

Description

本発明は、中央局と複数のアウトステーション（outstation）とを有する光ネットワークの動作、とくに、光ネットワークにアウトステーションを取り入れることに関する。

新たなアウトステーションがアクティブにされるために、新たなアウトステーションは中央局側に設定データを送信する。しかしながら、新たなアウトステーションがネットワークと同期をとるまで、既にアクティブであるアウトステーションは、そのデータが新たなアウトステーションからの設定データとオーバーラップして干渉するかもしれないので、通常はヘッドエンドにデータを送信するのを止めるように要求される。これは光ネットワークにおいて望ましくないダウン時間をもたらし得る。

発明の概要

本発明の１つの態様にしたがって、光ネットワークにアウトステーションを取り入れる方法であって、光ネットワークは、中央局と、中央局に光学的に接続された複数の以前に取り入れられたアウトステーションとを有し、光ネットワークは、以前に取り入れられたアウトステーションからデータトラフィックが標準データレートで受信される標準動作状態と、以前に取り入れられたアウトステーションからのデータトラフィックの送信が標準動作状態に対して制限されている設定状態とで動作可能であり、前記方法は、光ネットワークが設定状態であるときに、アウトステーションを光ネットワークに取り入れる設定動作を実行するステップを含み、設定動作は、取り入れられているアウトステーションから設定データを送信するステップを含み、設定データは標準データレートに対して低減されたレートで送信される、方法が提供される。

本発明の少なくとも１つの別の態様は、請求項に提供されている。次に、図面を参照して例示的にさらに詳しく本発明を説明する。

詳細な説明

図１は、受動光ネットワーク(Passive Optical Network, PON)としても知られている光ネットワーク10を示しており、中央局12(本明細書において光回線終端装置（Optical Line Termination）またはＯＬＴと称される)は、赤外線を搬送する光ファイバネットワーク16によって複数のアウトステーション14(光ネットワークユニット（Optical Network Unit）またはＯＮＵと称される)に接続される。光ファイバネットワーク16は中継回線ファイバ（trunk fibre）18を含み、中継回線ファイバ18は、カプラまたはスプリッタによって形成されるジャンクション（junction）21において複数の分岐ファイバ20に接続される。分岐ファイバ20は、直接に接続された各アウトステーション14を有し得る。その代わりに、分岐ファイバの幾つかまたは全ては、複数の別の分岐ファイバに接続するために、別のカプラ21にそれぞれ接続されることもある。

ダウンストリーム方向、すなわち中央局12から進行する光は、各スプリッタにおいて分岐ファイバ間で均等に分配される。その結果、中央局からの信号は全アウトステーションに同報通信される。アップストリーム方向、すなわち中央局へ向かう方向において、スプリッタジャンクションに送り込まれた分岐ファイバからの光は効果的に結合される。したがって、少なくとも標準動作では、トラフィックを搬送するときに、１つのアウトステーションからの信号が別のアウトステーションからの信号と重ならないように、アウトステーションからの信号を互いに同期させることが重要である。アウトステーションからの信号のタイミングは中央局によって制御され、中央局は、各アウトステーションがデータを送信するのを許される時間を規定する命令をアウトステーションに送信する。

標準動作を行うために、光ネットワークは、設定段階で設定データがアウトステーションに（およびアウトステーションから）送信されるように動作することができる。設定段階は、ネットワークが最初にインストールされるときに行われる。さらに、新たにインストールされたアウトステーションがネットワークにおいてトラフィックデータを搬送するためにアクティブにされるとき、または所定の特性を備えた障害がネットワークにおいて検出されたときに、標準動作は中断されて、設定段階が行われる。

設定段階の一部として、中央局は、新たにインストールされたアウトステーションの各々に識別子を割り当てるように構成されている。識別子は、アウトステーションから受信したシリアル番号メッセージに応答して割り当てられる。シリアル番号メッセージは、そのアウトステーションに関連付けられたシリアル番号を含んでいる(通常、アウトステーションが製造されたときに、アウトステーションのシリアル番号がそのアウトステーションに永久的に関連付けられる）。

その後、アウトステーションに割り当てられた識別子は、さらなる設定動作を行うためにそのアウトステーションをアドレス指定するのに使用され得る。とくに、信号がアウトステーションからおよびアウトステーションへ進むための通過時間（transit time）または往復時間(round trip time, RTD)が測定されるレンジング動作（ranging operation）を行うときに、識別子を使用することができる。レンジング動作を行うために、中央局は、選択されたアウトステーションに命令受信後（直ちに、または命令を受信してから指定時間後に)信号を戻すように命令する。命令を送信してからリターン信号が届くまでの経過時間から、中央局はそのアウトステーションとの往復時間を計算することができる。この往復時間はアウトステーションごとに恐らく異なるので、異なるアウトステーションからのトラフィックが同期するときに、これを考慮に入れる。各アウトステーションからの往復時間が分かると、中央局は動作段階に進むことができ、中央局はアウトステーションからトラフィックデータを受信する。

しかしながら、信号が中央局とアウトステーションとの間の光ファイバ経路に沿って進むときに、波長分散（chromatic dispersion）および他の歪み作用（distorting effect）が起こる。その結果、アウトステーションが中央局から遠いとき、そのアウトステーションからの設定信号は、中央局でそれらを正確に読むことができない程度まで損なわれることがある。その結果、設定段階が行われる時間が長くなり過ぎることがある。これは、アウトステーションと中央局との間の距離が数十キロメートル、例えば少なくとも１０ｋｍ、少なくとも８０ｋｍ、または１００ｋｍをも越える得る長距離ネットワーク（long reach network）の場合に当てはまる可能性がとくに高い。

中央局は、判読不可能なメッセージの再送信を要求するように構成され得る。しかしながら、これは開始段階に要する時間量を増加する。以前にインストールされたアウトステーションは有用なトラフィックを開始段階中に普通に送信することができないので、これは望ましくない。

アウトステーションからの設定データが中央局において判読不可能になる危険性を低減するために、各アウトステーションは、データが動作状態で送信されるレートに対して低減されたレートで、少なくとも最初の設定データを送信するように構成される。とくに、中央局から識別子をまだ受信していないアウトステーションは、低減されたデータレートで中央局にそのシリアル番号を送信するように構成されている。アウトステーションが中央局から割り振られた識別子を受信すると、アウトステーションは、次の設定動作を行うために中央局によってアドレス指定され、アウトステーションは低減されたレートまたは標準レートでデータを送信する。低減されたレートで十分な設定動作が完了すると、アウトステーションは標準レートで送信するように命令され得る。例えば、アウトステーションをアドレス指定することができると、標準レートでそのアウトステーションに対してレンジング動作を行うことができる。レンジング動作を行う前または後で、アドレス指定可能なアウトステーションは、中央局における適応分散補償デバイスまたはアルゴリズムの実行に使用するトレーニングシーケンスを送信するように命令され得る。

図２ａを参照すると、中央局12は、中継回線ファイバ18によりアウトステーションからデータを受信する入力段40と、中継回線ファイバ18(または、ダウンストリーム方向における移送のための別の導波管)によりアウトステーションへデータを送信するネットワーク出力段41と、各アウトステーションがデータを送信する時間を制御するための、入力段40および出力段41に接続された中央制御装置42と、アウトステーションから受信者(図示されていない)へデータトラフィックを出力する後部出力段（back output stage）46とを有する。通信ネットワークのタイミングを制御するために、クロックユニット47がさらに設けられ、クロックは、この例では１０ＧＨｚの中央のビットレートで中央のクロック信号を提供する。入力段40は、受信した光信号を電気信号に変換するフォトダイオード55と、補償モジュール、例えば電子分散補償器（Electronic Dispersion Compensator）またはＥＤＣ44と、受信データを検索するサンプリング回路49とを含んでいる。中央制御装置42、サンプリング回路49、および補償モジュール44は、データを操作して記憶するために少なくとも１つのメモリおよび少なくとも１つのプロセッサを有するプロセッサ機構（processor facility）において実施される。この例において、ＥＤＣはアナログであり、したがってサンプリング／検出回路の前に置かれる。その代わりに、最初にサンプリング／検出を行って、次にビタビアルゴリズムを使用してディジタル補償を行うことが可能である。

補償モジュール44は、中央局で受信されたデータを処理またはさもなければ等化する補償機能を実行して、アウトステーションと中央局との間の光経路に沿う任意のシンボル間干渉(inter symbol interference, ISI)に対してデータを補正するように構成されている。一般に、補償機能は複数の調整特性（adjustable characteristics）を有し、各特性は、補償アルゴリズムのデータの処理のしかたの態様を表わす。調整特性は、各係数がそれぞれの特性に関連付けられた１組の係数によって規定される。アルゴリズムの値または選択は歪みの程度および歪みの性質によって決まる。歪みはアウトステーションごとに異なるので、アウトステーションから最初のデータを受信すると、補償アルゴリズムはトレーニングモードで動作する（好ましくは、アウトステーションからデータのトレーニングシーケンスを受信すると、トレーニングアルゴリズムを含んでいるトレーニングモードは、受信データの歪みの性質に応じて係数を調整する）。歪みの程度がファイバ経路の長さに伴って大きくなるのは明らかである。

図２ｂは、図１のアウトステーションをさらに詳しく示している。アウトステーションは、中央局12から光信号を受信する入力段60と、（ｉ）複数の顧客端末からデータトラフィックを受信して、光ネットワークへ送信するためにデータトラフィックを（好ましくは電気領域（electrical domain）において)多重化して、（ｉｉ）光ネットワークによって顧客端末へ運ばれるトラフィックを送信するインターフェース段と、光出力段66と、アウトステーションの動作を制御する制御装置段69とを含む。制御装置段69およびインターフェース段からデータを受信する出力段66は、光信号を中央局へ送信するレーザ送信機67と、レーザ送信機67を駆動するレーザドライバユニット71と、制御装置段および／またはインターフェース段からのデータを処理する論理回路73であって、ドライバユニット71に接続されて、処理されたデータがレーザ送信機によって送信できるようにされている論理回路とを含む。アウトステーションはプロセッサ機構を含み、プロセッサ機構内では、アウトステーションを動作させるソフトウェアを記憶して実行することができ、プロセッサ機構は、データを操作および記憶するために少なくとも１つのメモリおよび少なくとも１つのプロセッサを有する。

アウトステーションは、中央局から中央のビットレート(中央局のクロックユニット47によって決定され、ここでは１０ＧＨｚ)で、好ましくはスクランブルされたデータを受信する。クロックおよびデータ回復回路(clock and data recovery circuit, CDR)61が入力段60に設けられ、クロックおよびデータ回復回路は、中央局からのスクランブルされたデータを使用して、アウトステーションの制御装置段69によって使用されるローカルクロック信号を導き出すように構成されている（ローカルクロック信号は中央局で１０ＧＨｚのビットレートである）。論理回路73はＣＤＲ61に接続され、そこからローカルクロック信号を受信し、論理回路は、ローカルクロック信号によって規定されたデータレートでデータを処理するように動作するように構成されている。このため、標準動作では、論理回路73からのデータはローカルクロック信号のレートに等しいビットレートで出力されることになる。すなわち、出力データは、この例では１０ＧＨｚのレートで生じる遷移（transition）を伴うディジタルデータになる(幾つかの連続ビット間に遷移がなくても、通常は、１０ＧＨｚのビットレートを示すデータには十分な遷移がある)。

低減されたレートでデータを送信するために、パルス伸長技術（pulse lengthening technique）が使用され、制御装置段(または、必要であればインターフェース段)から受信されたビットシーケンス内の各ビットを設定回数、ここでは４回繰り返す。各ビットを４回繰り返すことによって、論理回路からの見かけの（apparent）ビットレートは４分の１に低減される。レーザドライバにおける信号(およびレーザ送信機からの出力光信号)は、パルスシーケンスおよびパルス間のスペースによって形成され、その各々は、標準データレートの場合よりも幅が４倍広い。したがって、レーザから出力される信号は、同じ情報量を有するが、低減されたビットレート、ここでは中央局のビットレートが１０ＧＨｚであるので２．５ＧＨｚを有する信号である。その結果、中央局でビットを検出するときにエラーをもたらす分散(すなわち、パルス広がり（pulse widening）)の可能性は低減し、ビット誤り率(Bit Error Rate, BER)も低減する。

これは図３（ａ）および３（ｂ）に示されている。図３（ａ）は、標準ビットレートでどのようにしてデータシーケンス1101がパルスシーケンスになるかを光ファイバによる送信前(左側)と送信後(右側)とで示している。パルス拡散（pulse spread）により、起こり得る曖昧さ（possible ambiguity）が生じ、「０」ビットが現れる。図３（ｂ）は同じデータシーケンスを示すが、パルス伸長技術にしたがって送信されたデータシーケンスを示している(送信前の図３（ａ）および３（ｂ）のパルスのパルス幅は互いに調整されている（scale））。図３（ｂ）において、論理回路は、元のシーケンスの各ビットが４回送信された新たなデータシーケンスを生成する。次に、レーザから得られるパルスシーケンスは、元のデータシーケンスと同じように見えるが、分割されたレート（divided rate）である。光ファイバによる送信後、（まだ存在している）拡散は、拡散前のパルス幅のほんの僅かであるので、エラーを生じる可能性は低い。

しかしながら、中央局は、通常、標準の１０ＧＨｚのレートで信号を受信するバーストモード受信機(図示されていない)を有する。受信機は、このレートで信号をサンプリングする１０ＧＨｚのクロックユニット47に接続されている。しかしながら、標準の１０ＧＨｚのレートで信号を受信するように構成された受信機は、(４分の１の)低減されたレートの２．５ＧＨｚの信号をオーバーサンプリングする。さらに、アウトステーションによって標準で送信された２．５Ｇｂｉｔ／ｓのプリアンブルシーケンスは、十分遷移していない、または少なくとも適切なレートではないので、到来パルスにおけるサンプリング点の位置が正しくない（すなわち、位相がそろわない）ことがある。

したがって、パルスエッジ近くのサンプルにエラーがあるかもしれない。パルスエッジにおけるこれらのサンプルの検出における不確実性は、図３の検出されたビットシーケンス中の「Ｘ」で示されている。しかしながら、(パルスのオーバーサンプリングにより)冗長を取り込み、何らかのディジタル信号処理を用いているので、送信を正確に検出することが可能である。ディジタル信号処理ステップは、（図３の検出されたビットシーケンス中の「Ｘ」間の「１」および「０」として示されている）オーバーサンプリングされたパルスの中央領域に対応するオーバーサンプリングシーケンス内の検出されたビットを識別するステップと、それらのうちの１つを抽出して、最終的な正確なビットシーケンスの位相を取得するステップとを含む。

図３（ｂ）から分かるように、低データレートで送信される信号は、既存のトラフィックストリームに重ねられるのではなく、(雑音を考慮に入れて)均一または一定の振幅を有する搬送波上で変調される。

(フォトダイオード受信55に接続された)図２ａのサンプリング回路49は、図４にさらに詳しく示されている。回路は、既知のやり方で到来データを処理する調整器ユニット（conditioner unit）402を含み、調整器ユニット402の出力は、より低いビットレートで送信された信号をサンプリングするサンプリング段404に接続されている(図示されていない従来のサンプリングユニットも、標準レートで送信された信号をサンプリングするために調整器ユニットに接続されている)。サンプリング段は１：４時分割デマルチプレクサ（１：４ ＤＥＭＵＸ）であり、クロックユニット47に接続されて１０ＧＨｚの中央のビットレートで動作する。デマルチプレクサは、１０ＧＨｚでデータをサンプリングし、連続するサンプリングされたビットの各々を、４本の低データレートチャネル406a乃至406dのうちの連続する１本へ循環的に割り振り、それによって４本の２．５ＧＨｚのデータシーケンスを提供するように働く。これは図５により明らかに示されており、図５は典型的な到来信号を示しており、ａ乃至ｄで示されているサンプリング点は、チャネル406a乃至406dにそれぞれ対応する。図５から分かるように、各チャネルは、一定の間隔でサンプリングされたデータによって形成されているが、４ビットのサイクルに沿って異なる位相シフト点に関連している。

(一般に、パルス拡張と、図５においてＸでマークを付された位置に現れ得るパルスエッジ近くの曖昧さとに起因する）任意のサンプリングエラーがないとき、４本のデータシーケンスは同じであるが、１ビットずつ相互にずれている。したがって、これらのデータシーケンスを分析することによって、低減されたレートのデータの正確なサンプリング位相を得ることが可能である。ここで、低データレートチャネル406a乃至406dはディジタル論理段408に供給される。論理段408は、所定のデータを記憶するメモリ位置410を有する。各アウトステーション自身がこの所定のデータを記憶していて(例えば、これはシリアル番号と同様に製造段階で取り込まれる)、中央局に所定の情報を送信するように構成されている。所定のデータを(低減されたビットレートで)受信することに応答して、論理段408は、各低データレートチャネル406からのデータを所定の情報と比較するように構成されている。最良の整合、すなわち最小のエラーを提供する低データレートチャネルは、(４本のチャネルの４つの位相シフト点から)最も適切な位相シフト点に関連してサンプリングされていると考えられる。次に、このチャネルの位相シフト点を、同じアウトステーションから次に到達する低減されたレートのデータの位相シフトとして使用することができる。それは、とくに、中央局で受信された別のアウトステーションからの送信が干渉されていなかった場合は、この次のデータは所定の情報と位相がそろう可能性が高いからである。

アウトステーションと通信するために、中央局はダウンストリームフレームの形で同報通信メッセージを送信する。各ダウンストリームフレームは、ダウンストリームフレーム内で異なるフォーマットで保持されている運用、管理、および保守(Operation, Administration and Maintenance, OAM)情報と複数のペイロードデータフレームとを含む。ＯＡＭダウンストリーム情報は、とくに、選択されたアウトステーションにデータ送信を許す（または、帯域幅を「許可する（grant）」ことに相当する）ために、中央局によって使用される。ＯＡＭ情報は、レンジング（ranging）、エラー制御、セキュリティ、および光ネットワークの動作に関係する他の機能にも使用される。このように、光ネットワークによって運ばれるデータは、データトラフィックと、データトラフィックの移送を可能にするまたは助ける設定または他のシグナリングトラフィックとを含む。

ダウンストリームフレームは全アウトステーションによって受信されるので、所与のアウトステーションに宛てられた情報、命令、または他のメッセージは識別子を含み、アウトステーションの識別子はそのアウトステーションに予め関連付けられる(これは、さらに詳しく後述で説明されるアクティベーション段階において実行される）。メッセージが特定のアウトステーションに宛てられていないとき、そのメッセージは識別子を含む必要がない。

アップストリーム方向において、異なるアウトステーションは１つ以上の各タイムスロットにおいて連続的にデータを送信し、タイムスロットの位置は中央のクロックユニット47によって提供される中央のクロック信号に関連して定められる(所与のアウトステーションからの実際の送信はローカルクロック信号にしたがって行われ、実際には、ローカルクロック信号は中央のクロック信号に対して小さなドリフトエラーを受け得る)。このやり方では、標準状態における異なるアウトステーションからのデータは、受動的にインターリーブされる、すなわち光ジャンクション21においてフレーム構造に時分割多重化される。したがって、顧客端末からアウトステーションのインターフェース段において受信されたデータトラフィックは、ネットワークにより中央局へ運ばれることができる。中央局では、離れているかもしれない受信者に到達するように、データトラフィックをその後部出力段で出力することができる。

以下では、アウトステーションはＯＮＵと称され、中央局はＯＬＴと称される。

ＯＮＵは、テーブル１に記載され次に説明される多数の動作モードまたは状態で存在することができる。

ａ）初期状態（Ｏ１）：ＯＮＵの送信機が起動するとき。ダウンストリームトラフィックを受信すると、ＯＮＵはビットおよびフレーム同期を得ることができる。

ｂ）待機状態（Ｏ２）：ＯＮＵは、予め割り当てられた等化遅延、アップストリーム方向で使用するプリアンブルのバイト数、等のような全体的なネットワークパラメータを待つ。

ｃ）電力設定状態（Ｏ３）:ＯＮＵはＴｘ電力レベルを調整する。

ｄ）シリアル番号状態（Ｏ４）:ＯＬＴから要求を受信すると、ＯＮＵは登録する。次に、ＯＬＴはＯＮＵ−ＩＤ(ＯＮＵ識別子)を割り当てる。

ｅ）レンジング状態（Ｏ５）:往復遅延(Round-Trip-Delay, RTD)時間に基づいて、ＯＬＴはＯＮＵの等化遅延を計算する。

ｆ）動作状態（Ｏ６）:ネットワークがレンジングされると、アップストリームフレームはＯＮＵ間で同期をとられ、アップストリーム送信は、フレーム内の正確な位置に１つずつ個々に到達する。この状態中、ＯＬＴはＯＮＵを停止して、他のＯＮＵに関してシリアル番号またはレンジングプロセスを実施することができる。

ｇ）ポップアップ状態（Ｏ７）:ＯＮＵは、幾つかのアラームを検出した後で、動作状態Ｏ６からこの状態に入る。この状態中、ＯＮＵはアップストリームの送信を止める。

ｈ）非常停止状態（Ｏ８）:この状態において、ＯＮＵはそのレーザを遮断して、任意の他の状態からこの状態になることができる。その後で、ＯＮＵは再びイネーブルにされる。

さらにＯＬＴは「共通部分」および「個別ＯＮＵ対処部分(Individual-ONU-dealing-part)」で動作する、異なる動作モードまたは状態で存在する。共通部分は、ＯＬＴの中央制御装置42内で動作するソフトウェアモジュールと見なすことができ、ソフトウェアモジュールは、全体として光ネットワークに関する１組の命令を含む。個別部分は、個別状態機械とも称されるモジュールと見なすことができ、これは所与のＯＮＵの制御に関係する命令を含む。ＯＬＴは、それが制御しているＯＮＵと同数のＯＬＴ個別状態機械を有する。状態はテーブル３に示されている。

「共通部分」におけるＯＬＴの主な機能は、ＯＮＵを登録／発見することである。個別部分におけるＯＬＴの主な機能は、ＲＴＤを測定し、ＯＮＵに帯域幅を許可し、ＯＮＵが発したアラームＬＯＳ、ＬＯＷ、ＬＯＦに対処することである。「共通部分」および「個別部分」におけるＯＬＴの状態は、テーブル２および３にそれぞれまとめられている。

図６ａ、および図６ａに続く図７ａは、動作している長距離（long reach）ＰＯＮまたはＬＲ−ＰＯＮにおいてＯＮＵをアクティブにするときに、すなわちＯＬＴが、相互に接続設定されている多数のＯＮＵを制御している期間中に、新たにＯＮＵがネットワーク内で動作するように要求されたときに行われる一連のイベントの概要を説明する図である。これらの図の各々において、垂直軸は時間を表わし、時間は下方向に進む。水平方向はトポロジの距離を反映し、ＯＬＴおよび新たなＯＮＵの各々の位置は水平方向の点線によって示されている。対応するステップは、図６ｂおよび７ｂのフローチャートにおいてそれぞれ詳しく説明されている。

新たなＯＮＵがＬＲ−ＰＯＮに接続されると、次のプロセスが行われる。すなわち、新たなＯＮＵはダウンストリーム送信をリッスンし、ＯＮＵはダウンストリームフレームと同期をとり、ＯＬＴが全ＯＮＵに同報通信するＰＬＯＡＭｄ「Ｕｐｓｔｒｅａｍ Ｏｖｅｒｈｅａｄ」メッセージから、ＯＮＵはシステムパラメータおよび他の情報を得て、ＯＮＵはその送信機電力レベルを設定し、ＯＮＵはシリアル番号状態Ｏ４に入って（テーブル１参照）、ＯＬＴに登録する機会を待つ。

上述のステップ中に、ＯＬＴは、動作しているＯＮＵ（working ONU）が通常通りにＬＲ−ＰＯＮの帯域幅にアクセスするのを制御する。次に、周期的な所定の時間、例えば、１日１回、１時間に１回、またはＯＬＴのオペレーティングシステムから必要に応じて促されるときに、ＯＬＴ状態機械の共通部分はＯＬＴ−ＣＯＭ１からＯＬＴ−ＣＯＭ２に移って（テーブル２参照）、シリアル番号（Serial Number, SN）登録サイクルを開始し、この間にＯＬＴはレンジングウィンドウを開始し、シリアル番号要求を送る（図６参照）。レンジングウィンドウを開始するために、ＯＬＴは、既に登録されているＯＮＵの全て（動作しているＯＮＵ）に宛てたメッセージ、すなわち、登録されているＯＮＵが指定数「ｘ」の連続フレーム中に送信するのを許さないというメッセージ(ＯＮＵ停止メッセージ)を同報通信する。レンジング遅延後に、第１のシリアル番号要求が送信される。

状態Ｏ４において、シリアル番号要求の受信が成功すると、ＯＮＵは、ランダム遅延（random delay）を加えて、ＯＬＴにＳｅｒｉａｌ Ｎｕｍｂｅｒ ＯＮＵメッセージ、すなわちメッセージを送信しているＯＮＵのシリアル番号を含んでいる「登録送信」メッセージを送る(ランダム遅延は、２つ以上のＯＮＵがシリアル番号要求に応答するときに、それらの応答が互いに干渉する可能性が低くなるようにするために加えられる）。登録送信メッセージは、ＰＯＮの中央のビットレートの４分の１のビットレートで送信される。これは図８ａおよび８ｂに示されている。図８ａおよび８ｂは、標準ビットレートおよび低減されたビットレートにおける登録送信メッセージをそれぞれ示している。メッセージはセルによって形成され、セルは、ＯＬＴに到達する次の順番で、他のＯＮＵのタイミングに対するタイミングの不正確さを許すガードバンドと、ＯＬＴがデータをサンプリングするための正確な位相整列を得るために使用することができる標準レートのプリアンブルと、デリミタ部分（delimiter portion）と、指示フィールドを備えた部分と、ＯＮＵのシリアル番号を含んでいるフィールドとを有する。ガードバンドは延ばされないが、他のフィールドの各々は、１０ＧＨｚの標準レートとは異なって、２．５ＧＨｚの低減されたレートで送信されているので、これらのフィールドの各々は４倍に増加した持続期間を有する。挿入部分に示されているように、延ばされたフィールド、とくにシリアル番号フィールド内のデータの各ビットは、１回ではなく、４回送信される。

低減されたレートで到達するデータと位相整列を得るのが難しいので、上述で概略的に説明したように、位相整列をさせるために、デリミタフィールドおよびプリアンブル内の既知の一定のパターンにしたがうデータが使用される。

ＯＮＵ停止メッセージの結果、既に登録されているＯＮＵからのトラフィックがＯＬＴに到達していない時間に、シリアル番号要求に対する応答がＯＬＴに到達するように、図６ａに示されているレンジング遅延(すなわち、ＯＮＵ停止メッセージの送信とシリアル番号要求の送信との間の遅延)は、最も遠いＯＮＵに対する往復時間に基づいて選択される。この時間または休止期間（quite period）、すなわち既に登録されているＯＮＵからのトラフィックがＯＬＴに到達しない期間は、レンジングウィンドウまたは停止ウィンドウとして知られており、図６ａ、７ａにおいて影を付けられた時間領域として示されている。（ｘの値によって決定される）レンジングウィンドウの幅は、新たなＯＮＵに対する最も遠い予測距離によって決まる。

原理上は各ＯＮＵが２回以上の登録送信を送るように構成されているが、何百ものＯＮＵが同じレンジングウィンドウ中に同時に登録することを潜在的に望んでいるので、ＯＮＵは１回のみの登録送信を送るように構成されている。

ＯＬＴは、登録送信を「ｙ」回(例えば、図６ａに示されているように２回)正確に受信すると、その特定のＯＮＵにダウンストリームＰＬＯＡＭメッセージ「Ａｓｓｉｇｎ ＯＮＵ−ＩＤ」を多数回(例えば、３回)送り、この中でＯＬＴはそのＯＮＵに識別番号を割り当ており、そのＯＮＵはそれをローカルメモリに記憶し、そのＯＮＵが自分に宛てられた命令およびデータを、他のＯＮＵに宛てられた命令およびデータと区別することができるようにする。ＯＬＴは、(ＯＬＴが既に登録されているＯＮＵに対して行ったように)割り当てた識別子にＯＬＴのシリアル番号をマップする。このように、ＯＬＴは、この登録サイクル中に１つ以上の「新たな」ＯＮＵを識別する。「Ａｓｓｉｇｎ ＯＮＵ−ＩＤ」メッセージを受信したＯＮＵは、レンジング状態Ｏ５に移る。

低減されたレートを使用して、シリアル番号を受信することによって、ＯＮＵを迅速に登録することが可能であり、したがってさらなる設定動作および次のトラフィック送信のためにＯＮＵをアドレス指定することができる。設定段階中（とくに、レンジングウィンドウ中）に、登録されているＯＮＵはトラフィックを送信することを妨げられるので、ＯＮＵの設定を迅速に行うことが重要である。したがって、低データレートは設定段階中に様々な動作に使用され得る。

しかしながら、歪みの結果として登録段階を遅らさせないことがとくに重要である。ＯＮＵが登録されると、その特定のＯＮＵに関する歪み補償をそのＯＮＵからのデータに行うことができる。低減されたレートのデータは設定段階の他の局面に使用され得るが、メッセージの送信に要する時間の増加が、低減したエラーの恩恵よりも勝ることは明らかである。したがって、登録は、とくにＯＮＵからの低データレート送信のためにボトルネックであり、したがってシリアル番号を含んだメッセージを送った後、ＯＮＵからの次のメッセージは標準レートになる。

ＯＬＴのシリアル番号は通常８バイト長であり、４バイトのベンダＩＤおよび４バイトのベンダ別番号を有する。これに対して、割り当てられた識別子はより短くなり、例えば、１バイトまたは１．５バイトである(１バイトはＧＰＯＮに使用されている)。しかしながら、ＯＬＴは割り当てられた識別子をＯＮＵに送信する必要がなく、その代りに、単に受信したシリアル番号を使用して、ＯＮＵを識別することができる。

「新たな」ＯＮＵが登録されると、ＯＬＴは、その特定のＯＮＵのアクティベーションの残りを制御するために個別状態機械を生成して、初期状態ＯＬＴ−ＩＤＶ１に入る。登録サイクルが終了すると、共通部分のＯＬＴは、ＯＬＴ−ＣＯＭ３状態(テーブル２参照)に移り、個別部分のＯＬＴは、登録されているＯＮＵごとにＯＬＴ−ＩＤＶ２状態に移り（テーブル３参照）、レンジングまたはＲＴＤ測定サイクルを開始する。

次に、ＯＬＴはレンジング要求（図７参照）を特定のＯＮＵ（ｎ）に送る。ｎは、登録されたばかりの任意の「新たな」ＯＮＵである。レンジング要求を受信したＯＮＵは、レンジング状態Ｏ５であるときは、ＰＬＯｕおよびＰＬＯＡＭｕメッセージ「Ｓｅｒｉａｌ Ｎｕｍｂｅｒ ＯＮＵ」から成るレンジング送信アップストリームを送る。ＯＬＴがＯＮＵ（ｎ）からレンジング送信を「ｙ」回（例えば、図７に示されているように２回）受信することに成功すると、必要なＥｑＤ(等化遅延、すなわち、異なるＯＮＵに対する異なる往復時間を考慮した、ＯＮＵに記憶されるオフセット)を計算する。

ＯＬＴは、どんなＥｑＤを今後全送信に適用しなければならないかをＯＮＵ（ｎ）に伝えるＰＬＯＡＭｄメッセージ「Ｒａｎｇｉｎｇ ｔｉｍｅ」を３回送って(図７参照)、ＯＬＴ−ＩＤＶ３状態に移る(テーブル３参照)。

ＯＮＵの距離に応じて、ＥＤＣのためのパラメータの必要な組を得るために、さらなる処理を行うことが必要であり得る。別の可能性は、ＥＤＣのための最適パラメータの計算を改善する一方で、サービストラフィックの許可を与え始めることである。

上述から分かるように、アウトステーションは、データが標準レートで送信される第１のモードと、データが低減されたレートで送信される第２のモードとで動作可能であり、したがって、設定中のダウンタイムを適度に短く維持できることが好都合である。

次に、追加のコメントを提供する。

２．５Ｇｂｉｔ／ｓの低減されたレートはほんの一例である。実際には、レートは、別の妥当な要素（sensible factor）によって低減され得る。ＯＬＴによる正確な検出が可能であるように劣化が十分に小さい少なくとも必要レートを検討することによって、特定の要素が選択される。したがって、低減要素の選択を決める検討事項は、ＯＬＴとＯＮＵとの間のファイバの長さを含み得る。しかしながら、５０を越える、とくに、１００を越える低減要素は想定されない。

ＯＬＴは、「新たな」ＯＮＵからの第１の送信のときに、ＯＮＵの信号が経験する可能性の高い劣化を補償するＥＤＣの正しいパラメータをもっていない。それでも、ＯＮＵの動作ビットレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓであるとき、ＯＬＴがこの第１のＯＮＵ送信を正確に受信することはきわめて重要である(「レンジング効率」に関する次の段落を参照)。ＯＮＵの第１の送信は、その登録中、すなわちＯＮＵがシリアル番号状態（Ｏ４）であり、ＯＬＴがシリアル番号獲得状態(ＯＬＴ−ＣＯＭ２)であるときに行われる。ＯＮＵがＯ４状態であり、ＯＬＴがＯＬＴ−ＣＯＭ２状態である間、低減されたビットレートの送信を全送信に適用することができる(図６の例では、ＯＮＵがＯ４状態である間に２回送信される)。これは、ＯＬＴが新たなＯＮＵをできるだけ早く識別することを確実にする。

ＬＲ−ＰＯＮのレンジング効率Ｅ_{ｒａｎｇｅ}は次のように定義することができる。

なお、ｄ_{ｒａｎｇｅ}はレンジングウィンドウの持続時間であり、ＭＴＢＨはレンジングウィンドウ間の時間である。

動作しているＯＮＵはこれらのウィンドウ中にサービス トラフィック アップストリームを送ることができないので、この効率を高く維持することが重要である。効率が下がると、平均遅延が長くなり、したがって有効帯域幅が低減する。したがって、これらのレンジングウィンドウの開始（launching）をできるだけ最小に維持し、その持続時間をできるだけ短くすることがきわめて重要である。別の側面は、ＯＮＵの総アクティベーション時間をできるだけ短く維持することであり、これはＰＯＮシステムにおける認識されるサービス品質を高め、興味深い。

これらの目的の達成を助けるために、ＯＬＴが「新たな」ＯＮＵの識別およびそのＲＴＤの測定を迅速にできることが望ましい。これが成なされると、ＯＬＴは「新たな」ＯＮＵに(中央局から異なるＯＮＵへの異なる距離を考慮に入れた)ＥｑＤを指示し、他の「動作している」ＯＮＵからの他の生（live）のトラフィックと共に、フレーム内でこのＯＮＵに対する送信許可の割り当てを開始し、ＰＯＮのレンジング効率を損ない過ぎることなくＥＤＣを使用する他の技術を使用して、各ＯＮＵの検出パラメータ（例えば、受信機のＥＤＣのパラメータの組）を微調整することなどができる。例えば、ＯＬＴは、ＥＤＣのパラメータを計算するために、そのＯＮＵからより長いシーケンスが必要であると判断することがある。既にレンジングされているので、ＯＬＴは、例えば１２００バイト(すなわち、１マイクロ秒の送信)をそのＯＮＵに割り当てることができる。必要に応じて、ＯＬＴは、次のバイトまたは２バイトを割り当てられないままにすることができ、パルス広がりが次の送信に影響を与えないようにする。これが機能するように、２．５Ｇｂｉｔ／ｓのＲＴＤ測定が、任意の他のＯＮＵの送信間のフレーム内に割り振られたスペース内に入るように十分に正確であると有益である。それが十分に短いときは、全てのＯＮＵ送信の始めのガードバンドにより、この不正確に対応することができる。

本発明にしたがって動作する光ネットワークを示す図。 図１のネットワークの中央局を示す図。 図１のネットワークのアウトステーションを示す図。 どのようにしてデータを歪ませることができるかを示す図。 図２ａの中央局で使用するサンプリング段を示す図。 どのようにしてデータをサンプリングすることができるかを示す図。 新たなアウトステーションがネットワークに取り入れられるときに行われる一連のイベントを示す図（図６ａ）と、図６ａのイベントの詳細を与えるフローチャート（図６ｂ）。 図６の続きを示す図（図７ａおよび７ｂ）。 標準レートにおけるアウトステーションのバースト送信を示す図。 低減されたレートにおける図８ａのバースト送信を示す図。

符号の説明

10・・・光ネットワーク、12・・・中央局、14・・・アウトステーション、16・・・光ファイバネットワーク、18・・・中継回線ファイバ、20・・・分岐ファイバ、21・・・ジャンクション、40,60・・・入力段、41,66・・・出力段、42・・・中央制御装置、44・・・補償モジュール、46・・・後部出力段、47・・・クロックユニット、49・・・サンプリング回路、55・・・フォトダイオード、61・・・クロックおよびデータ回復回路、67・・・レーザ送信機、69・・・制御装置段、71・・・ドライバユニット、73・・・論理回路、406・・・低データレートチャネル、410・・・メモリ位置。

Claims (7)

1. 光ネットワークにアウトステーションを取り入れる方法であって、
   前記光ネットワークは、
   中央局と、
   前記中央局に光学的に接続された複数の以前に取り入れられたアウトステーションと、を有し、
   前記光ネットワークは、
   前記以前に取り入れられたアウトステーションからデータトラフィックが標準データレートで受信される標準動作状態と、
   前記以前に取り入れられたアウトステーションからのデータトラフィックの送信が前記標準動作状態に対して制限される設定状態と、で動作可能であり、
   前記方法は、
   前記光ネットワークが前記設定状態であるときに、前記アウトステーションを前記光ネットワークに取り入れる設定動作を実行するステップを含み、
   前記設定動作は、取り入れられている前記アウトステーションから設定データを送信するステップを含み、
   前記設定データは前記標準データレートに対して低減されたデータレートで送信され、
   ａ）前記低減されたデータレートは前記標準データレートの整数分の１であり、
   ｂ）前記設定データの各ビットを所定数の回数繰り返し、
   前記所定数は、前記低減されたデータレートに対する前記標準データレートの比率である前記整数である、
   方法。
2. 前記設定データは識別子情報を含む、請求項１記載の方法。
3. 前記設定動作は、識別子が前記取り入れられているアウトステーションに関連付けられる登録動作である、請求項１または２の何れか１項記載の方法。
4. レンジング動作は前記登録動作の後に行われ、
   動作データは、前記取り入れられているアウトステーションによって前記標準データレートで送信される、請求項３記載の方法。
5. 前記光ネットワークは少なくとも１つの分岐ジャンクションを有し、
   前記以前に取り入れられたアウトステーションからの信号は前記標準動作状態で前記分岐ジャンクションにおいてインターリーブされる、請求項１ないし４の何れか１項記載の方法。
6. 前記以前に取り入れられたアウトステーションからのデータトラフィックが前記中央局に実質的に到達しない少なくとも１つの休止期間を取り入れることによって、前記以前に取り入れられたアウトステーションからのデータトラフィックの送信が前記標準動作状態に対して制限される、請求項１ないし５の何れか１項記載の方法。
7. 中央局を有する光ネットワークで使用するアウトステーションであって、
   前記アウトステーションは、
   前記アウトステーションが標準ビットレートでデータ送信する標準動作状態と、
   前記アウトステーションが前記標準ビットレートに対して低減されたビットレートでデータを送信する設定状態と、を有し、
   前記アウトステーションは、前記中央局からの設定メッセージに、前記低減されたビットレートで送られるリターンメッセージで応答するように構成されており、
   前記低減されたビットレートは前記標準ビットレートの整数分の１であり、
   前記設定データの各ビットを所定数の回数繰り返し、
   前記所定数は、前記低減されたビットレートに対する前記標準ビットレートの比率である前記整数である、
   アウトステーション。

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