JP5185879B2

JP5185879B2 - サービス連続性を維持しつつパッシブ光ネットワークにおける電力消費量を低減するための方法および装置

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Publication number: JP5185879B2
Application number: JP2009099487A
Authority: JP
Inventors: オンハラン; リオールケールモッシュ; ビクターバイスリーブ
Original assignee: PMC Sierra Israel Ltd
Current assignee: Microsemi Storage Solutions Israel Ltd
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-04-16
Also published as: CN101562760A; JP2009260970A; US8000602B2; US20090263127A1; CN101562760B

Description

本発明は、サービス連続性を維持しつつパッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）における電力消費量を低減するための方法および装置に関する。

ファイバーアクセスネットワーク（例えば、イーサネットＰＯＮ−ＥＰＯＮおよびギガビットＰＯＮ−ＧＰＯＮ）は、超高速通信を可能にするために連続動作を行う。ネットワーク動作中、光学素子は常に電源ＯＮであり、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ユニットは、クロックされ、またＭＡＣ論理がトグルされる。電力消費量は、実際に消費された帯域幅に対してごく僅かだけ変化する。
ファイバーアクセスネットワークにおける電力消費量の低減は、停電中に光ネットワークユニット（ＯＮＵ）に給電するためにバッテリーを使用するファイバー設備に起因して、関心が高まっている。電力消費量の低減は、より小型で且つ金のかからないバッテリー、および、より長い“バッテリーバックアップ”時間の両方を可能にする。また、地球温暖化に対する懸念により、電子装置の電力消費の改善が世界的な要求であると考えられている。
電力消費量を効果的に低減するため、２つの要件が満たされる必要がある。第１の要件は、アクティビティーおよび反応性を減少させることによってファイバークセスネットワークにおける電力消費量を低減することである。第２の要件は、サービス利用可能性を維持することである。

従来技術では、ＯＮＵおよび光ライン端末（ＯＬＴ）の低電力動作のための既知のスキームが存在する。本明細書中に完全に記載されているかのように参照することによって本願に組み入れられる米国特許出願公開第２００６００５３３０９号明細書は、ＡＣ主電源が失われた後にバッテリーの寿命をかなり延ばす低電力スリープ論理を有するＯＮＵを教示する。本明細書中に完全に記載されているかのように参照することによって本願に組み入れられる米国特許出願公開第２００６００２９３８９号明細書は、低電力ファイバーネーションを有するＯＮＵを教示する。いずれの従来技術の引用文献においても、ＯＮＵは、アクティブのままである“ウォッチドッグ”回路のみを用いて電源ＯＦＦされる。このような従来技術の方法は、サービス連続性を保証することができない。
サービス連続性を維持しつつＰＯＮにおける電力消費量を低減するための方法および装置を有することが望ましい。

米国特許出願公開第２００６００５３３０９号明細書米国特許出願公開第２００６００２９３８９号明細書

本発明の目的は、サービス連続性を維持しつつＰＯＮにおける電力消費量を低減するための方法および装置を提供することである。

本発明の好ましい実施形態において、ＰＯＮ電力消費量は、（ＯＮＵおよび光ライン端末ＯＬＴの両方において）使用される帯域幅の相対的な大きさの近くまで低減される。電力消費量は、光学部品およびデジタル処理のアクティビティーを最小限に抑えることによって低減される。ＯＮＵは、所定の期間にわたって“スリープ”モードに入るようにスケジュールされる。“ウェイクアップ”時、ＯＮＵは、それらがスリープモードへ戻るべきか或いはアクティブのままに留まるべきかどうかをチェックする。本発明の方法によれば、ＯＮＵは、ネットワークに再登録することも、全くパケット損失を被ることもなく電源遮断から回復できる。ＯＮＵ（またはＯＬＴ）がスリープモードにある間に到達するデータは、バッファーメモリー内に記憶される。本発明の他の好ましい実施形態において、本方法は、低電力ＯＮＵをレガシーＯＬＴに対して接続できるようにし、それにより、データ損失に起因する更に低い性能が下位互換性に対して与えられる。

スリープモード動作は、ＯＮＵおよびＯＬＴのためのリソース利用を最小限に抑えるように設定される。一般的なＯＬＴ実行は、ＯＮＵ毎に専用のキューを使用するのではなく、全てのＯＮＵにおいて共有される待ち行列システムを使用する。このようなスキームは、スリープモード状態の全てのＯＮＵが同じスリープサイクル（すなわち、開始および継続時間）にわたってスケジュールされる場合にのみ可能である。電力消費量を最小限に抑えるため、ＯＮＵのアクティブ時間は、最小限に抑えられるように設定される。このようなプロトコルは、制御アルゴリズムがＯＬＴとＯＮＵとの間のトランザクションの数を最小限に抑える必要があることを示唆する。
プロトコルの弾力性は、重要である。ＯＮＵは、ＯＬＴから“姿を消す”ことができない。ＯＮＵは、ＯＬＴからの明白な許可がなければ、スリープモードに入らない。節電の低減が存在することに加えて、スリープモード動作がＯＮＵとＯＬＴとの間で調整されない場合には、災害が生じないように、失われたパケットに起因するネットワーク挙動が考慮されなければならない。前述したように、幾つかの実施形態は、レガシーＯＬＴに接続されるネットワークの節電を図るため、パケット損失を許容することによって動作の妥協を図る。ＯＮＵとＯＬＴとの間の調整のこのような欠如を回避するため、各コマンドメッセージが３回送信されて、受信確率が高められる。

スリープモードは、サービスがアクティブでないときにのみアクティブにされる。サービスは、ＯＮＵがスリープモードに入った直後に開始でき、そのため、スリープ期間によって制限されるサービス取り扱い待ち時間が増大する。しかしながら、受信されたデータは、パケットの損失を伴うことなく、その後の送信のために記憶される。
オープン・システム・インターコネクション基本的基準モデル（ＯＳＩモデル）に基づく通信プロトコルは、特にネットワーキング用途およびネットワーク通信のために構成される。ＯＳＩモデルは、階層スキームを利用することにより、標準的なインターフェースを用いてこのような全てのバリエーションに対応する柔軟な解決策を与える。通常、各プロトコルモジュールは、２つの他のモジュールと通信するため、モジュールは、一般に、プロトコルのスタックの“層”と称される。ＯＳＩモデルでは、７つの層が存在する。これらの層は、物理層（Ｌ１）、データリンク層（Ｌ２）、ネットワーク層（Ｌ３）、トランスポート層（Ｌ４）、セッション層（Ｌ５）、プレゼンテーション層（Ｌ６）、およびアプリケーション層（Ｌ７）である。
層は、その上の層に対してサービスを与え且つその下の層からサービスを受ける関連する機能の集まりである。最下位層（物理層として知られる）は、常に、ハードウェアの低レベルな物理的相互作用を扱う。全ての上位層は、更に多くの特徴を加える。ユーザーアプリケーションは、通常、最上位層（例えばＬ６およびＬ７）だけを扱う。本発明の目的のため、本明細書では、ＰＨＹ層がＬ１と称され、ＭＡＣ層がＬ２と称される。

スリープ状態の装置は、アクティブな受信回路を有していない（すなわち、Ｌ１およびＬ２が一時的に非アクティブである）。ＭＡＣ層は、このＭＡＣ層にバッファーリングを加えることによって一時的な非アクティビティーをブリッジするための機構を含む。その結果、上側の層（すなわち、Ｌ３およびその上の層）は、下側の層の一時的な非アクティビティーに気付かない。スリープ状態の装置をスリープさせているか或いは“与えている”各装置は、バッファーを含んでいる。“無損失”モードにおいて、スリープ状態の装置のためのデータを受ける装置は、全てのトラフィックを専用のスリープバッファー内に記憶するとともに、スリープ期間が終了した後にだけバッファーからデータを送信する。データ損失が許容されると、バッファーリングは、行なわれない。
前述したように、このようなリソース利用スキームのための前提条件は、スリープ期間の終わりに下側の層を全て利用できることである。これを達成するため、Ｌ１は、ゲイン（利得）、クロック周波数、および位相の必要なレベルを決定する必要があり、またＭＡＣ層は、ラインフレーミングを再同期させる必要がある。いったん完全同期化が取り戻されると、装置は、それがスリープモード状態でなかったかのように、動作を再開する。全ての設定パラメーターは、無傷のままであり、また装置は動作可能なままである。

ＧＰＯＮにおいて、状態は、“動作”状態（Ｏ５）と呼ばれる。ＥＰＯＮにおいて、状態は、“登録”状態と呼ばれる。このような手法において、サービス連続性は、上側層の観点から維持される。ウェイクアップ時、ＰＯＮ装置は、“リレンジ”する必要がない。往復遅延（ＲＴＤ）で検出される変化は、ＯＮＵがそのスリープ期間を終了した後に、ＯＬＴによって送られる。往復時間（ＲＴＴ）の予期される変化は、十分に小さく、そのためスリープ期間が終了した後に正しいアップリンク動作が可能である。スリープ期間中、性能計測器が中断される。性能計測器は、スリープ期間中に計数を中止し、且つ同期化が回復された後にだけ動作を再開することによって、連続性を維持する。
したがって、本発明によれば、サービス連続性を維持しつつパッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）における電力消費量を低減するための光ネットワークユニット（ＯＮＵ）であって、（ａ）スリープメッセージを発生させるためのスリープメッセージ発生器と、（ｂ）スリープメッセージを構文解析するためのスリープメッセージパーサーと、（ｃ）スリープメッセージに基づいてＯＮＵスリープモードを実行するための中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、（ｄ）スリープメッセージで指定されるスリープ期間中にデータトラフィックをバッファーリングするための媒体アクセス制御機器（ＭＡＣ）と、（ｅ）外部システムアクティビティーを監視するためのアクティビティーセンサーと、（ｆ）データトラフィックを少なくとも１つのサービスカテゴリーに分類するためのトラフィック検出器とを含む光ネットワークユニット（ＯＮＵ）が初めて提供される。

スリープメッセージパーサーは、少なくとも１つの内部パラメーターを抽出するように構成されることが好ましい。
ＣＰＵは、スリープ期間を測定するように構成されることが好ましい。
ＭＡＣは、データトラフィックのラインフレーミングを同期化するように構成されることが好ましい。
ＯＮＵは、（ｇ）スリープ期間を測定するためのシーケンシングタイマーを更に含むことが好ましい。
本発明によれば、サービス連続性を維持しつつＰＯＮにおける電力消費量を低減するための光ライン端末（ＯＬＴ）であって、（ａ）データトラフィックのためのＯＮＵ送信先を決定するためのＯＮＵセレクターと、（ｂ）ＯＮＵがアクティブモードか或いはスリープモードかどうかを条件としてアクティブデータトラフィックかまたはスリープデータトラフィックかのいずれかを選択するためのマルチプレクサーと、（ｃ）マルチプレクサーから受けられるデータトラフィックを少なくとも１つのＯＮＵへ送信するための媒体アクセス制御機器（ＭＡＣ）と、を含む光ネットワーク端末（ＯＬＴ）が初めて提供される。
好ましくは、各ＯＮＵは、専用のバッファーを有し、前記専用のバッファーは、各ＯＮＵのためのアクティブキューバッファーおよびスリープキューバッファーの両方の役割を果たす。

マルチプレクサーは、パケットの並び替えを引き起こすことなく、データトラフィックをＭＡＣへ送信するようになっていることが好ましい。
ＭＡＣは、ＯＮＵが再登録されることなく、少なくとも１つのＯＮＵをウェイクアップするように構成されることが好ましい。
ＯＬＴは、（ｄ）ＯＮＵがアクティブモードにある間にアクティブデータトラフィックをバッファーリングするためのアクティブキューバッファーと、（ｅ）ＯＮＵがスリープモードにある間にスリープデータトラフィックをバッファーリングするためのスリープキューバッファーとを更に含むことが好ましい。
アクティブキューバッファーおよびスリープキューバッファーは、ハードウェアで実行されることが最も好ましい。
アクティブキューバッファーおよびスリープキューバッファーは、ＯＮＵのＣＰＵで実行されるようになっているプログラムコードで実行されることが最も好ましい。

本発明によれば、サービス連続性を維持しつつＰＯＮにおける電力消費量を低減するための方法であって、（ａ）少なくとも１つのＯＮＵに対して動作可能に接続されるＯＬＴを設けるステップと、（ｂ）少なくとも１つの要求ＯＮＵにおけるスリープ要求をトリガーするステップと、（ｃ）スリープ確認の受信時に、スリープ要求で指定されるスリープ期間にしたがって少なくとも１つの要求ＯＮＵのためのスリープモードをアクティブにするステップと、（ｄ）スリープ期間にしたがってスリープモードを終了させるステップとを含む方法が初めて提供される。
トリガーする前記ステップは、要求ＯＮＵによって行われることが好ましい。
スリープ確認は、ＯＬＴから要求ＯＮＵへ送信されることが好ましい。
スリープ期間は、スリープ確認におけるスリープコマンドによって実行されることが好ましい。
スリープ要求およびスリープ確認は、ＰＬＯＡＭフォーマット、イーサネットパケットフォーマット、およびベンダー固有のフォーマットから成るグループから選択されるフォーマットを有することが好ましい。
スリープ要求およびスリープ確認は、スリープ要求およびスリープ確認が受信されるまで、繰り返し送信されることが好ましい。

スリープ期間は、要求ＯＮＵの全てにおいて同期されることが好ましい。
終了させる前記ステップは、スリープ状態のＯＮＵからのウェイクアップ要求によってトリガーされることが好ましい。
終了させる前記ステップは、スリープ状態のＯＮＵからのウェイクアップ要求に応じたＯＬＴからのウェイクアップ確認をスリープ状態のＯＮＵが受けるときにトリガーされることが好ましい。
終了させる前記ステップは、アクティビティーカウンターの値に基づいてトリガーされることが好ましい。
好ましくは、この方法は、（ｅ）スリープ期間の終了時に、バッファーリングされたデータトラフィックをＯＬＴからスリープ状態のＯＮＵへ送信するステップを更に含む。
送信する前記ステップは、スリープ状態のＯＮＵが再登録されることなく行われることが好ましい。
送信する前記ステップは、パケットの並び替えを引き起こすことなく行われることが好ましい。
これらの実施形態および他の実施形態は、以下の詳細な説明および実施例から明らかである。

本発明の好ましい実施形態に係るＧＰＯＮ節電ネゴシエーションシーケンスの実行のための動作スキームの簡略化されたブロック図である。本発明の好ましい実施形態に係るポイント・ツー・ポイント実行を使用する典型的なＯＮＵの簡略化された概略ブロック図である。本発明の好ましい実施形態に係る単一スリープキュー実行を使用する典型的なＯＬＴの簡略化された概略ブロック図である。本発明の好ましい実施形態に係るＯＮＵ状態マシーンにおけるプロセスステップの簡略化されたフローチャートである。本発明の好ましい実施形態に係るＯＬＴ状態マシーンにおけるプロセスステップの簡略化されたフローチャートである。

ここで、添付図面を参照して、本発明を単なる一例として説明する。
本発明は、サービス連続性を維持しつつＰＯＮにおける電力消費量を低減するための方法および装置に関する。本発明にしたがってサービス連続性を維持しつつＰＯＮにおける電力消費量を低減するための原理および動作は、添付の明細書本文および図面を参照して更に良く理解できる。
ここで、図面を参照すると、図１は、本発明の好ましい実施形態に係るＧＰＯＮ節電ネゴシエーションシーケンスの実行のための動作スキームの簡略化されたブロック図である。ＯＮＵ１０は、ＯＬＴ３０に対して動作可能に接続されて示されている。
前記スキームは、Ｏ５状態のＯＮＵ１０から始まる（ブロックＡ）。スリープモードは、ＯＮＵ要求によってトリガーされる（ブロックＢ）。ＯＮＵ１０は、３つのＰＬＯＡＭスリープモード要求メッセージ（ここで、ＰＬＯＡＭとは、ＩＥＥＥによって規定される物理層オペレーション・管理・保守のことである）のシーケンスを送信する（ブロックＣ）。ＯＬＴ３０は、前記要求を確認してＯＮＵ１０をスリープモードに設定する（ブロックＤ）とともに、３つのＰＬＯＡＭ確認メッセージを送ることによって応答する（ブロックＥ）。前記確認メッセージは、“ユニキャスト”であり（すなわち、要求するＯＮＵのみへ送られる）、スリープ終了時間を含む。ＯＮＵ１０は、確認受信時に直ぐにスリープモードに入ることができる（ブロックＦ）。

ＯＮＵ１０は、前の送信のときから特定の期間が経過する前にＰＬＯＡＭ送信の他のシーケンスを開始することができない。ＯＮＵ１０がスリープ要求をひとたび送信してしまうと、プロセスを中断することができない。前記プロセスは、スリープトリガーがもはや有効でない場合であっても完了しなければならず、またＯＮＵ１０は、アクティブでなければならない。ＯＮＵ１０は、スリープ要求を確認されるまで送信し、またウェイクアップを求める前にスリープ期間の終了まで待たなければならない。
その後のスリープモードは、“ブロードキャスト”スリープＰＬＯＡＭメッセージを送る（すなわち、全てのＯＮＵへ送る）ことによってＯＬＴ３０によりトリガーすることができる（ブロックＩ）。ＯＬＴ３０は、全てのスリープ状態のＯＮＵがウェイクアップして（ブロックＧ）全てのバッファートラフィックを受ける（ブロックＨ）とともに係属中のＰＬＯＡＭメッセージが存在しなくなった後に、そのようなブロードキャストスリープメッセージを送る。そのようなブロードキャストスリープメッセージは、全てのＯＮＵをスリープモードへ戻す（ブロックＪ）。

ＯＮＵ１０がアクティビティーを検出する（ブロックＫ）場合、ＯＮＵ１０は、ウェイクアップ要求ＰＬＯＡＭメッセージをＯＬＴ３０へ３回送る（ブロックＮ）ことによってウェイクアップ（すなわち、スリープモードを終わらせること）を要求できる（ブロックＭ）。ＯＬＴ３０は、ウェイクアップ要求を受けて、３つの確認ＰＬＯＡＭメッセージをＯＮＵ１０へ送る（ブロックＯ）。その間に、他のＯＮＵがスリープモードからウェイクアップされてもよい（ブロックＬ）。ＯＬＴ３０は、要求するＯＮＵ１０におけるスリープモードの終了を確認する（ブロックＱ）。ＯＮＵ１０は、確認が受けられない場合であってもスリープモードを終了するが、ＯＮＵ１０は、確認が最終的に受けられるまでＰＬＯＡＭシーケンスを送信し続ける。その間、ＯＬＴは、“ブロードキャスト”スリープＰＬＯＡＭメッセージを他のＯＮＵへ送ることができる（ブロックＰ）。ＧＰＯＮの場合には、全てのタイムイベントがスーパーフレームカウンターに参照され、ＥＰＯＮの場合には、ＰＯＮクロックが代わりに使用される。

ネゴシエーションシーケンスは、メッセージ損失の場合に障害を最小限に抑えるように設計されていた。ＯＬＴ確認がなければ、ＯＮＵ１０からの失われたメッセージは、スリープ状態のＯＮＵ１０および気付いていないＯＬＴ３０の状況をもたらす。ＯＮＵ１０は、ＯＬＴ３０の観点から“見えなくなる”。これは破滅的なシナリオであり、それにより、データ管理アスペクトおよびネットワーク管理アスペクトからのサービス連続性が損なわれる。このようなシナリオでは、パフォーマンスモニタリングが問題を特定することができない。確認メッセージが使用される場合、以下の２つの故障シナリオが存在する。
（１）ＯＮＵ１０からＯＬＴ３０へのメッセージが失われ、そのため、両側がアクティブのままとなり、それにより、要求通りに電力が節約されない。
（２）ＯＬＴ３０からＯＮＵ１０へのメッセージが失われ、そのため、ＯＬＴ３０は、ＯＮＵ１０がスリープ状態であると想定するが、実際にはＯＮＵ１０は、スリープ状態から覚めており、それにより、ＯＮＵ１０で要求通りに電力が節約されない。

ＯＮＵスリープ期間中にファイバーの切断またはＯＬＴの故障が起こる場合がある。このような事象を検出するため、“時間ベース連続性”方法が使用される。ＥＰＯＮおよびＧＰＯＮは、いずれもＯＮＵ１０とＯＬＴ３０との間で単一の時間ベースを維持するためにランニングカウンターを使用する。ウェイクアップ時に時間ベースで主要なシフトが検出される場合には、障害が起こったと見なされ、ＯＮＵ１０は、再登録がなければ送信すべきではない。ＯＬＴ３０は、随意に、スリープエンドパラメーターを伴うＯＬＴ確認を送信することによって、スリープモードを停止するようにＯＮＵ１０に求めてもよい。
特に、ＧＰＯＮでは、状態マシーンの時間−同期移行状態のスーパーフレーム値と期待スーパーフレーム値との間で閾値が規定される。例えば、その差異がＭ_３ＧＰＯＮ送信収束（ＧＴＣ）フレームよりも大きく離れている場合（ここで、Ｍ_３は、ＧＰＯＮ仕様で規定されるＭ_１およびＭ_２に類似するパラメーターである）には、ネットワークタイミングパラメーターが失われたため、ＯＮＵ１０は、Ｏ５状態から“ポップアップ”状態（Ｏ６）へ移行しなければならない。Ｍ_３における好ましい値は、１６である。

ＧＰＯＮでは、制御とデータトラフィックとが分離される。２つのチャンネル、すなわち、管理・制御インターフェース（ＯＭＣＩ）およびＰＬＯＡＭが管理に専用のものである。各ＯＬＴ３０でのバッファーリングは、制御メッセージおよび前述したデータバッファーリングを含むように広げられる。起動を伴わないブロードキャストＰＬＯＡＭメッセージなど、スリープ期間中に送信されたブロードキャストＰＬＯＡＭメッセージがスリープ状態のＯＮＵ１０にとって興味深い場合には、ＯＬＴ３０は、ＯＮＵ１０がウェイクアップした後、メッセージをブロードキャストとして或いはユニキャストとして再送信する。
前述したネゴシエーションシーケンスでは、３つのメッセージが使用される。第１のメッセージは、３回送信されるＯＮＵ１０からＯＬＴ３０へのスリープモード要求である。第２のメッセージは、３回送信されるＯＬＴ３０からＯＮＵ１０へのスリープモード確認である。ＯＬＴ３０は、ＯＬＴ確認にしたがってＯＮＵ１０の状態を中継する。ＯＬＴ３０は、（スリープ終了時間を指定する）確認メッセージの受信時にスリープモードに入るようにＯＮＵ１０に指示できる能力を有する。

第３のメッセージは、３回送信されるＯＬＴ３０からＯＮＵ１０へのスリープコマンドである。前記コマンドは、スリープ終了時間を含む。１つのＯＮＵだけがスリープモードに入る必要がある場合には、前記メッセージがユニキャストとなり得る。本発明の好ましい実施形態では、メッセージがブロードキャストである。スリープモードにある間にスリープコマンドを受信する全てのＯＮＵは、直ちにスリープ状態に入る。
ＧＰＯＮは、ＰＬＯＡＭメッセージを使用するが、ＥＰＯＮは、標準的なイーサネット（登録商標）パケットを使用する。両方（すなわち、ＰＬＯＡＭメッセージおよびＥＰＯＮパケット）におけるパラメーターは、異なる時間ベースおよびＯＮＵナンバリングスキームから生じる違いを除いて同一である。
ネゴシエーションシーケンスの他の実施形態も同様に実行できる。例えば、ＯＮＵ１０は、スリープ取り消しメッセージを送信することによってスリープ期間を中断することが許容され得る。このような実施形態において、ＯＬＴ３０は、ＯＮＵ１０がスリープ状態にあると予期されていても、ＯＮＵ１０を周期的に“ポーリングする”必要がある。

ＯＬＴ３０は、アクティビティーカウンターに基づいてスリープ期間を中断してもよい。ＯＬＴ３０は、ＯＮＵ１０へ向かう全ての下流トラフィックのアクティビティーカウンターを読み取ることができる。アクティビティーカウンターが所定の値よりも高い場合には、ＯＬＴ３０がスリープエンドメッセージをＯＮＵ１０へ送信する。
スリープ要求トリガーは、システムアクティビティー（または、非アクティビティー）に依存する。アクティビティーは、以下の方法のうちの１つ以上によって決定される。
（１）ＯＮＵ１０を通じて流れるトラフィックが測定される。ＯＮＵ１０は、内部条件に基づいて選択されたトラフィックフローを無視できる。例えば、停電中、ＯＮＵ１０は、停電中に果たされるべき重大なサービスのみに測定を限定することができる。
（２）トラフィックの開始および終了を示す上位層制御メッセージが監視される。例えば、“呼び出し開始”を示すセッション開始プロトコル（ＳＩＰ）制御メッセージにより、トラフィックが検出される前であっても、ＯＮＵ１０がアクティビティーを明示できる。
（３）システムアクティビティーの外部表示（ＳＬＩＣ／ＳＬＡＣ（加入者線インターフェースコントローラー／加入者線アクセスコントローラー）から到達する例えば電話接続状態−変化）が調査される。

本発明の好ましい実施形態では、フレームパターンの高速ロックが実行される。ＯＮＵ受信器をＯＮした後の回復時間を最小限に抑えて、ＯＮＵ１０が電源ＯＮされる期間全体を改善する必要がある。更に、ＯＮＵ１０が予期された時間内で要求された全ての同期化を完了したという保証が要件である。本発明の好ましい実施形態では、フレームパターンをロックして、無作為な偽パターン検出によって生じるロックプロセスの遅延を回避するために、並列状態マシーンが実施される。なお、節電サポートのために、高速ロックは、強制的ではないことに注目すべきである。サポートなしの装置は、予期されるウェイクアップ時間前に更に長く装置を給電できる。
例えば、ＧＰＯＮにおいて、Ｐ同期化状態マシーンは、直列であり、そのため、１パターンを一度にチェックする。幾つかの同期化イベントを一度にチェックする並列状態マシーンの性能は、“偽りのロック”の結果として低下されない。このような並列状態マシーンは、最も長いロック時間のための更に信頼できる上限も与える。これは、予期されるゼロでないビット誤り率（ＢＥＲ）を伴う状況下で更に良好な動作も与える。ＧＰＯＮ基準では、単一の偽パターンが状態マシーンをクリアし、一方、並列状態マシーンが１状態元に戻して、ロック時間を加速させることができる。

次世代ＥＰＯＮおよびＧＰＯＮの電力消費量は、予期される帯域幅比率の増大に伴って増大し、それにより、低電力動作の必要性が高まる。このような全ての高率ＰＯＮは、下位互換性のための本明細書で説明される方法をサポートする。本発明の実施形態に係る節電スキームは、ポイント・ツー・ポイントまたは共用アクセスのいずれにおいても、あらゆる媒体に対して適用できる。このような方法は、送信技術（例えば、ファイバー、銅、ＣＯＡＸまたは無線）にかかわらず有用である。
共用アクセス媒体における一例がホームエリアネットワーク（ＨＡＮ）である。ＨＡＮは、ＰＯＮに類似する特性を示す（電力消費量を低減する同様の理由を伴う）。ＨＡＮは、全ての他のエンドステーションのスリープ期間を制御して同期化する集中型エンティティーとして装置を選択する（ＯＬＴの役割に類似する）。ポイント・ツー・ポイント媒体の他の例は、ポイント・ツー・ポイントイーサネットである。節電動作は、省エネイーサネット（ＥＥＥ）において考慮すべき事項であり、そのため、本明細書で説明される動作に類似する概念が同様に適用される。

図２は、本発明の好ましい実施形態に係るポイント・ツー・ポイント実行を使用する典型的なＯＮＵの簡略化された概略ブロック図である。ＯＮＵ１０は、ＭＡＣ１２（すなわち、ＰＯＮＭＡＣ）と、スリープメッセージパーサー１４と、スリープメッセージ発生器１６と、シーケンシングタイマー１８と、アクティビティーセンサー２０と、トラフィック検出器２２と、ＣＰＵ２４とを有して示されている。ＰＨＹ制御ピン２６は、ＯＮ／ＯＦＦ制御を可能にし、また内部制御ピン２８は、内部要素制御（例えば、クロックゲート、電力ゲート、およびスリープモードメモリー）を可能にする。このような実行は、あらゆるポイント・ツー・ポイント装置または共用アクセスネットワーク内のスレーブ装置に適用できる。
スリープメッセージパーサー１４は、スリープメッセージの内容を構文解析するとともに、随意に、内部パラメーターを抽出できる。メッセージの内容は、ＣＰＵ２４へ転送される。スリープメッセージ発生器１６は、ＣＰＵ２４によって制御される時間にしたがってスリープメッセージを発生させる。随意に、ＣＰＵ２４は、全体のメッセージを発生させることができる。シーケンシングタイマー１８は、スリープ時間を測定するとともに、制御ピン２６、２８を設定する責任を負う。ＣＰＵ２４もこのアクティビティーに関与するが、精度が更に低く、そのため、節電が低減する。

アクティビティーセンサー２０は、外部システムアクティビティー（例えば、電話接続状態の変化）を監視する。トラフィック検出器２２は、トラフィックを複数のサービスへと分類し、各サービスのアクティビティーが測定される。トラフィック検出器２２は、ＯＮＵ１０の全てのインターフェース（図２に図示せず）を監視する。ＣＰＵ２４は、ＯＮＵ１０がスリープモードに入ることができるかどうかを決定するとともに、適切なスリープ期間を決定する。ＣＰＵ２４は、専用のハードウェア（ＨＷ）状態マシーンまたは既製のＣＰＵコアを使用して実行できる。ＯＮＵ１０は、電力消費量を最小限に抑えるように構成されるため、電力を節約するためにＯＦＦできる全ての要素がそうするための能力を有するべきである。

図３は、本発明の好ましい実施形態に係る単一スリープキュー実行を使用する典型的なＯＬＴの簡略化された概略ブロック図である。ＯＬＴ３０は、ＭＡＣ３２（すなわち、ＰＯＮＭＡＣ）と、ＭＵＸ３４（ずなわち、マルチプレクサー）と、アクティブキューバッファー３６と、スリープキューバッファー３８と、ＯＮＵセレクター４０とを有して示されている。ＯＬＴ３０において、節電手法の重要な部分は、サービス連続性を保証することである。それには、２つの一般的な実行方法がある。
（１）専用のバッファーがＯＮＵ毎に割り当てられるユーザー毎の下流バッファー。ＯＮＵへのトラフィックは、ＯＮＵスリープ状態にかかわらず、関連するバッファーに入る。サービス連続性およびトラフィック順序付けは、ＯＮＵスリープ期間に設定されるタイマーを介してトラフィック出口を開閉することによって維持される。
（２）図３に示されるように、全てのスリープ状態のＯＮＵを扱う共通バッファー。ＧＰＯＮまたはＥＰＯＮのいずれかのＭＡＣ３２がＰＨＹ層（例えば、光学トランシーバー）に接続される。ＭＵＸ３４は、アクティブキューバッファー３６またはスリープキューバッファー３８からのトラフィックを選択する。キューバッファー３６、３８は、専用のＨＷブロックを使用して実行することができ、あるいは、ＣＰＵ２４によりソフトウェア（ＳＷ）を使用して実行することができる。キューバッファー３６、３８への入力は、ＯＮＵ毎に各パケットの送信先を決めるＯＮＵセレクター４０によって決定される。

パケットの並び替えを伴うことなく状態間の移行を保証するために必要とされる２つの動作が存在する。
（１）スリープモードからアクティブモード（すなわち、Ｏ５状態または登録された状態）への移行−この移行は、スリープ期間の終わりに全てのＯＮＵにおいて行われる。全てのＯＮＵは、スリープ状態から覚めており、パケットを受け入れることができる。全てのトラフィックは、ＯＮＵセレクター４０を設定することによってアクティブキューバッファー３６へ方向付けられる。スリープキューバッファー３８内のパケットは、アクティブキューバッファー３６内のパケットの前にＭＵＸ３４によって送信するようにスケジュールされ、それにより、パケットの並び替えが防止される。スリープキューバッファー３８は、ＯＮＵ１０がスリープ状態から覚めているときに使用されないため、スリープキューバッファー３８が最初に空になる。その後、送信のためのパケットは、アクティブキューバッファー３６から取り出される。
（２）アクティブモードからスリープモードへの移行−この移行は、ＯＬＴ３０がスリープコマンドをＯＮＵ１０へ送った後に行われる。単一のＯＮＵまたは一群のＯＮＵが同時に移行できる。移行されたＯＮＵ１０のトラフィックは、ＯＮＵセレクター４０を設定することによってスリープキューバッファー３８へ方向付けられる。ＭＵＸ３４によって制御されるように、アクティブキューバッファー３６からの送信は、スリープキューバッファー３８からの送信よりも優先し、それにより、トラフィックが正しい順序で空にされることが保証される。スリープキューバッファー３８のトラフィックは、次のアクティビティーサイクルまで送信が阻止され、また移行するＯＮＵ１０は、アクティブキューバッファー３６を空にした後、更なるトラフィックを全く受け入れない。
スリープモードのＯＮＵは、固定されたグループであり、通常の動作下でＯＮＵが時として状態を変えることは、ほとんど無いため、ＭＵＸ３４は、グループＯＮＵ設定を回復させることができる能力を有する。なお、キューバッファー３６、３８の空き時間は、特定の移行ケースにおいて考慮に入れる必要がある。例えば、激しくロードされるアクティブキューバッファー３６は、設定されたスリープ開始時間を満たすように時間内に空にならなくてもよい。

図４は、本発明の好ましい実施形態に係るＯＮＵ状態マシーンにおけるプロセスステップの簡略化されたフローチャートである。このプロセスは、ＯＮＵがＯ５状態を終了することで始まる（ステップ５０）。ここで、スリープモード（すなわち、節電モード（Ｐ１））は、一般に無効となる（ステップ５２）。スリープモードがトリガーされる（ステップ５４）と、スリープモードは、３つのスリープ要求ＰＬＯＡＭメッセージを送ることによって要求される（ステップ５６）。
その後、スリープ確認が受信されたかどうかが決定される（ステップ５８）。スリープ確認が受信されなかった場合には、時間が満了されたかどうかを決定するために時間ｔ_{retransmission} _timerがチェックされる（ステップ６０）。ｔ_{retransmission} _timerが満了された場合には、プロセスがステップ５６へ戻る。ｔ_{retransmission} _timerが満了されなかった場合には、プロセスがステップ５８へ戻る。いったんステップ５８でスリープ確認が受信されると、スリープモードが有効になる（ステップ６２）。

スリープ期間が終了したら（ステップ６４）、ＯＮＵは、一時的にスリープ状態から覚める（Ｐ４）（ステップ６６）。その後、ウェイクアップがトリガーされたか或いは予め要求されたかどうかが決定される（ステップ６８）。ウェイクアップがトリガーされなかった場合あるいは予め要求されなかった場合には、スリープ期間の終了を示すウェイク確認が受信されたかどうかが決定される（ステップ７０）。ウェイク確認が受信された場合には、プロセスがステップ５２を続ける。ウェイク確認が受信されなかった場合には、スリープ要求ＰＬＯＡＭメッセージが受信されたかどうかが決定される（ステップ７２）。スリープ要求ＰＬＯＡＭメッセージが受信されなかった場合には、プロセスがステップ６８へ戻る。スリープ要求ＰＬＯＡＭメッセージが受信された場合には、次にスリープモードが再び有効になる（ステップ６２）。ステップ６８においてウェイクアップがトリガーされ或いは予め要求された場合には、３つのウェイクアップ要求ＰＬＯＡＭメッセージを送ることによってウェイクアップが要求される（Ｐ５）（ステップ７４）。
その後、ウェイク確認が受信されたかどうかが決定される（ステップ７６）。ウェイク確認が受信されなかった場合には、時間が満了されたかどうかを決定するために時間ｔ_{retransmission} _timerがチェックされる（ステップ７８）。ｔ_{retransmission} _timerが満了された場合には、プロセスがステップ７４へ戻る。ｔ_{retransmission} _timerが満了されなかった場合には、次にプロセスがステップ７６へ戻る。ステップ７６でウェイク確認が受信されると、次にスリープモードが無効になる（ステップ５２）。

図５は、本発明の好ましい実施形態に係るＯＬＴ状態マシーンにおけるプロセスステップの簡略化されたフローチャートである。プロセスは、ＯＮＵがＯ５状態に入ることで始まる（ステップ８０）。このとき、ＯＮＵは、通常の動作状態にある（Ｐ１）（ステップ８２）。その後、ウェイクアップ要求が受信されたかどうかが決定される（ステップ８４）。ウェイクアップ要求が受信された場合には、その後、ウェイクアップ確認が３回送信され（ステップ８６）、プロセスがステップ８２へ戻る。ステップ８４においてウェイクアップ要求が受信されなかった場合には、その後、スリープ要求が受信されたかどうかが決定される（ステップ８８）。スリープ要求が受信されなかった場合には、その後、プロセスがステップ８２へ戻る。スリープ要求が受信された場合には、スリープ確認が３回送信される（ステップ９０）。その後、スリープモードが有効になる（Ｐ２）とともに全ての他のＯＮＵとタイミングが合わされる（ステップ９２）。
その後、スリープ期間が終了したかどうかが決定される（ステップ９４）。終了した場合には、その後、バッファーリングされたデータがスリープ状態のＯＮＵへ送信される（ステップ９６）。終了しなかった場合には、スリープ期間が終了するまでプロセスがステップ９４へ戻る。その後、スリープ要求が受信されたかどうかが決定される（ステップ９８）。スリープ要求が受信された場合には、その後、スリープ確認が３回送信され（ステップ１００）、プロセスがステップ９２へ戻る。

ステップ９８においてスリープ要求が受信されなかった場合には、その後、ウェイクアップ要求が受信されたかどうか、或いはスリープ状態のＯＮＵがウェイクアップすべきであることをアクティビティーカウンターが示しているかどうかが決定される（ステップ１０２）。ウェイクアップ要求が受信された場合或いは閾値アクティビティーが検出される場合には、ウェイクアップ確認が３回送信され（ステップ１０４）、プロセスがステップ８２へ戻る。ウェイクアップ要求が受信されなかった場合、またステップ１０２において閾値アクティビティーが検出されない場合には、スリープ期間のアクティビティーが満了したかどうか、また、係属中のＰＬＯＡＭメッセージが存在しないかどうかが決定される（ステップ１０６）。スリープ期間のアクティビティー段階は、スリープモードに組み込まれる“リフレッシュサイクル”であり、このサイクルでは、所定期間（例えば、１００−１０００ｍｓ）にわたってスリープ状態にあった後、ＯＮＵがデータを受けるために一時的（例えば、１−５ｍｓ）にウェイクアップする。アクティビティー段階が満了し、係属中のＰＬＯＡＭメッセージが存在しない場合には、３つのスリープ要求ＰＬＯＡＭメッセージが送られ（ステップ１０８）、スリープモードが再び有効となる（ステップ９２）。ステップ１０６においていずれかの条件が満たされない場合には、その後、プロセスがステップ９８へ戻る。
限られた数の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の多くの変形、改良、および他の適用がなされてもよいことは、理解されよう。

１０ＯＮＵ、１２ＭＡＣ、１４スリープメッセージパーサー、１６スリープメッセージ発生器、１８シーケンシングタイマー、２０アクティビティーセンサー、２２トラフィック検出器、２４ＣＰＵ、２６ＰＨＹ制御ピン、２８内部制御ピン、３０ＯＬＴ、３２ＭＡＣ、３４ＭＵＸ、３６アクティブキューバッファー、３８スリープキューバッファー、４０ＯＮＵセレクター

Claims

サービス連続性を維持しつつパッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）における電力消費量を低減するための光ネットワークユニット（ＯＮＵ）であって、
（ａ）スリープメッセージを発生させるためのスリープメッセージ発生器と、
（ｂ）前記スリープメッセージを構文解析するためのスリープメッセージパーサーと、
（ｃ）前記スリープメッセージに基づいてＯＮＵスリープモードを実行するための中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、
（ｄ）前記スリープメッセージで指定されるスリープ期間中にデータトラフィックをバッファーリングするための媒体アクセス制御機器（ＭＡＣ）と、
（ｅ）外部システムアクティビティーを監視するためのアクティビティーセンサーと、
（ｆ）前記データトラフィックを少なくとも１つのサービスカテゴリーに分類するためのトラフィック検出器と、
を備える光ネットワークユニット（ＯＮＵ）。
前記スリープメッセージパーサーは、少なくとも１つの内部パラメーターを抽出するように構成される、請求項１に記載の光ネットワークユニット。
前記ＣＰＵは、前記スリープ期間を測定するように構成される、請求項１に記載の前記光ネットワークユニット。
前記ＭＡＣは、前記データトラフィックのラインフレーミングを同期化するように構成される、請求項１に記載の光ネットワークユニット。
前記ＯＮＵは、
（ｇ）前記スリープ期間を測定するためのシーケンシングタイマー
を更に備える、請求項１に記載の光ネットワークユニット。
サービス連続性を維持しつつＰＯＮにおける電力消費量を低減するための方法であって、
（ａ）少なくとも１つのＯＮＵに対して動作可能に接続されるＯＬＴを設けるステップと、
（ｂ）前記少なくとも１つのＯＮＵのうちの少なくとも１つの要求ＯＮＵにおけるスリープ要求をトリガーするステップと、
（ｃ）スリープ確認の受信時に、前記スリープ要求で指定されるスリープ期間にしたがって、かつ前記少なくとも1つの要求ＯＮＵを再登録することなく、前記少なくとも１つの要求ＯＮＵのためのスリープモードをアクティブにするステップと、
（ｄ）前記スリープ期間にしたがって前記スリープモードを終了させるステップと、
（ｅ)前記スリープ期間の終了時に、バッファーリングされたデータトラフィックを前記ＯＬＴから前記少なくとも１つの要求ＯＮＵへ送信するステップと、
を備える方法。
トリガーする前記ステップは、前記少なくとも１つの要求ＯＮＵによって実行される、請求項６に記載の方法。
前記スリープ確認は、前記ＯＬＴから前記少なくとも１つの要求ＯＮＵへ送信される、請求項６に記載の方法。
前記スリープ期間は、前記スリープ確認におけるスリープコマンドによって実行される、請求項６に記載の方法。
前記スリープ要求および前記スリープ確認は、ＰＬＯＡＭフォーマット、イーサネット（登録商標）パケットフォーマット、およびベンダー固有のフォーマットから成るグループから選択されるフォーマットを有する、請求項６に記載の方法。
前記スリープ要求および前記スリープ確認は、前記スリープ要求および前記スリープ確認が受信されるまで繰り返し送信される、請求項６に記載の方法。
前記スリープ期間は、複数の前記要求ＯＮＵの全てにおいて同期される、請求項６に記載の方法。
終了させる前記ステップは、スリープ状態のＯＮＵからのウェイクアップ要求によってトリガーされる、請求項６に記載の方法。
終了させる前記ステップは、前記スリープ状態のＯＮＵからのウェイクアップ要求に応じた前記ＯＬＴからのウェイクアップ確認をスリープ状態のＯＮＵが受けるときにトリガーされる、請求項６に記載の方法。
終了させる前記ステップは、アクティビティーカウンターの値に基づいてトリガーされる、請求項６に記載の方法。
送信する前記ステップは、パケットの並び替えを引き起こすことなく実行される、請求項６に記載の方法。