JP5207924B2 - 通信システムおよび帯域割当方法 - Google Patents

Description

本発明は、親局装置と複数の子局装置が１対多接続する通信システムにおける通信システムおよび帯域割当方法に関する。

近年、各家庭や企業などと上位ネットワークを結ぶアクセス系ネットワークに、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムが用いられている。ＰＯＮは、親局装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）と多数の子局装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）を光ファイバおよびスプリッタにて１対多接続するシステムである。

このような１対多接続を行うＰＯＮシステムでは、ＯＮＵからＯＬＴへの通信である上りデータ通信を行う場合、以下のような帯域割当処理を行う。まず、ＯＮＵはＯＬＴに自装置のデータのバッファ量を通知するためのバッファ量通知を送信する。そして、ＯＬＴは各ＯＮＵのバッファ量通知に基づいて各ＯＮＵに帯域を割り当て、割り当て結果としてＯＮＵ毎の送信開始時刻と送信時間を示した割当帯域通知を送信し、ＯＮＵはＯＬＴから自装置宛の割当帯域通知を受信し、割当帯域通知の内容に従って上りデータを送信する。

ＰＯＮシステムとしては、たとえば、下記非許文献１に規定される１０Ｇ−ＥＰＯＮ（１０ Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＯＮ）システムがある。非特許文献１に記載のＰＯＮシステムでは、上下方向の通信にそれぞれ１０Ｇｂｉｔ／ｓのデータ伝送レートを持ち、上下異なる波長を用いた波長多重による双方向通信を行う。また、ＯＮＵが上りデータを送信する際には、複数ＯＮＵで上り帯域を分割する時分割多重方式によりデータを送信する。

一方、ＯＬＴがＯＮＵに上りの帯域を割り当てる方法としては、たとえば、下記特許文献１の技術などがある。下記特許文献１では、ＯＮＵはキュー毎にフレームの切れ目においてバッファ量を通知し、ＯＬＴがバッファ量通知に基づいて帯域を割り当てることで、無駄な帯域を与えずに済み帯域利用効率を向上させている。

特表２００５−５３８６４５号公報 ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers)８０２．３ａｖ

ところで、１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、帯域割当の制御に時間を量子化した単位（ＴＱ：Ｔｉｍｅ Ｑｕａｎｔｕｍ）を用いる。１ＴＱは１６ｎｓであり、１０ギガのビットレートでは２０Ｂｙｔｅに換算できる。ＯＮＵからのバッファ量通知、ＯＬＴからの割当帯域通知は、全てＴＱ単位を用いて行われる。

また、１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、送信データの誤り訂正にＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）を用いる。ＦＥＣを適用する際には、固定長毎に固定長パリティを付加してデータストリームの送信を行う。つまり、ＯＮＵが、バッファ量のデータを送信するためには、ＦＥＣパリティ分の帯域も必要になる。

しかし、上記特許文献１に記載されているように、ＯＮＵがキュー毎にバッファ量を通知する場合、バッファ量はキュー毎にＴＱを単位とするために、１ＴＱに満たない端数は、１ＴＱに繰り上げられる。したがって、実際のバッファ量との誤差（ＴＱ量子化誤差）を含んでＯＬＴに通知される。そして、ＯＬＴは通知に基づいて当該ＯＮＵのキュー毎のバッファを合計し、ＦＥＣパリティ分を加算した分を帯域として与える。しかし、ＯＬＴが集計するＯＮＵ毎のバッファ量にはＴＱ量子化誤差が含まれるため、実際には存在しないデータをバッファ量として算出し、算出したバッファ量に対してＦＥＣパリティ分を付加する。その結果、当該ＯＮＵに対して使用しない無駄な帯域を与えることがあり、帯域利用効率が低下してしまう、という問題があった。

たとえば、ＯＮＵが３つのキューを備えるとした場合、ＯＮＵの全バッファ量に対して実際に必要な帯域が３つの固定長ブロック分であったとする。キュー毎のバッファ量が、ＴＱを単位として、たとえば、それぞれ１．５ＴＱ分，２．８ＴＱ分，１．７ＴＱ分であったとする。この場合、バッファ量通知に格納される値は、それぞれ２ＴＱ，３ＴＱ，２ＴＱとなる。つまり、バッファ量通知に格納される値には、ＴＱ量子化誤差がキュー毎に０．５ＴＱ分，０．２ＴＱ分，０．３ＴＱ分だけ生じることになり、合計１ＴＱの誤差が生じる。これに対して、さらに固定長ごとにＦＥＣパリティ分を付加し、また、固定長に満たない部分にはＦＥＣパディングが行われる。たとえば、２ＴＱを固定長の１単位（固定長ブロック）としてＦＥＣパリティを付加する場合、ＴＱ誤差が無い場合には固定長ブロック３つ分であるのに対し、ＯＬＴは、ＴＱ誤差を含んだバッファ量通知に基づいてバッファ量を算出するため、固定長ブロック４つ分が必要と判断することになり、無駄な帯域を割り当てることになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、子局装置からのバッファ量通知に基づいて親局装置が帯域を割り当てる場合に、バッファ量算出の際の量子化誤差を低減することにより無駄な帯域割当を低減し、帯域利用効率を向上することができる通信システムおよび帯域割当方法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、親局装置と子局装置を備え、前記子局装置が自装置のバッファに蓄積されているデータ量を所定の単位で量子化したバッファ量を含むバッファ量通知を前記親局装置に送信し、前記親局装置が前記バッファ量通知に基づいて前記子局装置に対する帯域割当を行う通信システムであって、前記子局装置が、送信データがキューごとに蓄積されるバッファと、前記バッファに蓄積されているキューごとのバッファ量に基づいて、キューごとに個別バッファ量を求め、少なくとも２つ以上の個別バッファ量を加算した値を前記所定の単位で量子化して累積値を求めるバッファ量通知算出手段と、を備え、前記累積値を前記バッファ量通知に含めて送信し、前記親局装置が、前記累積値に基づいて前記帯域割当を行うことを特徴とする。

この発明によれば、ＯＮＵが、データバッファ内の蓄積されたキューごとのバッファ量を求め、キューごとのバッファ量を加算した累積値を加算対象のバッファ量に対応するキューが異なる複数の累積値を求め、この累積値をバッファ量通知としてＯＬＴに通知するようにしたので、バッファ量算出の際の量子化誤差を低減することにより無駄な帯域割当を低減し、帯域利用効率を向上することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる通信システムおよび帯域割当方法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。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の通信システムは、親局装置（ＯＬＴ）１と、子局装置（ＯＮＵ）２−１〜２−ｎ（ｎは自然数）と、ＯＮＵ２−１〜２−ｎの配下にそれぞれ接続される端末３−１〜３−ｎと、ＯＬＴ１とＯＮＵ２−１〜２−ｎとを１対多に接続するスプリッタ４と、を備えている。ＯＬＴ１とＯＮＵ２−１〜２−ｎはスプリッタ４を介して光ファイバ５を介して接続され、また、ＯＬＴは上位網６に接続されている。

図２は、本実施の形態のＯＬＴ１の機能構成例を示す図である。本実施の形態のＯＬＴ１は、光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ（光／電気）変換部１０と、ＯＮＵからの信号に対してＦＥＣ処理を施す上りＦＥＣ処理部１１と、ＯＮＵから受信したデータフレームからバッファ量通知を抽出するバッファ量通知抽出部１２と、各ＯＮＵのバッファ量通知に基づいて帯域を割り当て、割当帯域通知を生成する割当帯域通知生成部１３と、上位網６から各ＯＮＵに向けて送信する下りデータに割当帯域通知を挿入するデータ送信制御部１４と、下りデータに対してＦＥＣ処理を施す下りＦＥＣ処理部１５と、ＦＥＣ処理を施した下りデータを電気信号から光信号に変換するＥ／Ｏ（電気／光）変換部１６と、を備える。

図３は、本実施の形態のＯＮＵ２−１の機能構成例を示す図である。ＯＮＵ２−１は、配下の端末３−１からのデータを蓄積するデータバッファ部２１と、データバッファ部２１に蓄積されたバッファ量を計算しバッファ量通知を生成するバッファ量通知生成部２２と、生成したバッファ量通知をデータバッファに挿入しＯＬＴからの割当帯域通知内容に基づいてデータを送信するデータ送信制御部２３と、送信する上りデータにＦＥＣ処理を施す上りＦＥＣ処理部２４と、ＦＥＣ処理が施された上りデータを電気信号から光信号に変換するＥ／Ｏ変換部２５と、ＯＬＴから送信された光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換部２６と、ＯＬＴから送信されたデータ信号に対してＦＥＣ処理を施す下りＦＥＣ処理部２７と、ＯＬＴから送信された下りデータフレームの中から割当帯域通知を抽出する割当帯域通知抽出部２８と、を備える。なお、ここでは、ＯＮＵ２−１について説明するが、その他のＯＮＵも同様の構成を有する。

ここで、本発明の主要動作である帯域割当方法の動作を説明する前に、ＯＬＴ１とＯＮＵ２−１〜２−ｎ間の通常の通信動作について説明する。まず、ＯＮＵは２−１〜２−ｎは、それぞれの配下の端末３−１〜３−ｎから受信したデータをデータバッファ部２１に蓄積する。その後、バッファ量通知生成部２２がデータバッファ部２１に蓄積されたデータに基づいてフレーム長、フレーム間ギャップを算出し、算出結果をバッファ量とし、そのバッファ量を含むバッファ量通知を生成する。バッファ量通知生成部２２は、生成したバッファ量通知をデータ送信制御部２３に渡す。

データ送信制御部２３は、ＯＬＴ１から受信した割当帯域通知の内容に基づいてバッファ量通知を上りＦＥＣ処理部２４およびＥ／Ｏ変換部２５経由で送信するよう制御する。ＯＬＴ１が送信する割当帯域通知は、当該ＯＮＵの上りデータ送信開始時間、送信時間が記されていることとする。上りＦＥＣ処理部２４は、データ送信制御部２３の指示に基づいてバッファ量通知に誤り訂正符号を付加し、Ｅ／Ｏ変換部２５は、誤り訂正符号が付加されたバッファ量通知を電気信号から光信号に変換して、ＯＬＴ１に送信する。

ＯＬＴ１は、ＯＮＵ２−１〜２−ｎからバッファ量通知を受信すると、Ｏ／Ｅ変換部１０がそれぞれのバッファ量通知を光信号から電気信号に変換する。つぎに、上りＦＥＣ処理部１１がバッファ量通知に誤り訂正処理を施し、バッファ量通知抽出部１２が誤り訂正処理後のバッファ量通知からＯＮＵごとにバッファ量を抽出する。そして、ＯＬＴ１の割当帯域通知生成部１３は、ＯＮＵごとに、抽出したバッファ量に基づき帯域を割り当て、割り当て結果としてデータ送信開始時刻とデータ送信時間を格納した割当帯域通知を生成する。

そして、データ送信制御部１４が、下り信号に割当帯域通知を挿入する。下りＦＥＣ処理部１５は、割当帯域通知に誤り訂正に用いるＦＥＣパリティを付加し、Ｅ／Ｏ変換部１６が下り信号を電気信号から光信号に変換してＯＮＵ２−１〜２−ｎに送信する。

ＯＮＵ２−１〜２−ｎは、ＯＬＴ１から割当帯域通知を受信すると、Ｏ／Ｅ変換部２６が、光信号である割当帯域通知を電気信号に変換し、下りＦＥＣ処理部２７が変換されたデータフレーム（電気信号）の誤り訂正処理を行う。その後、ＯＮＵ２−１〜２−ｎの割当帯域通知抽出部２８が、自装置宛の割当帯域通知のみを抽出して、その他の装置宛の割当帯域通知を破棄する。その後、上述のように、データ送信制御部２３が、割当帯域通知で指示されたデータ送信時刻になるとデータバッファ部２１からデータを抜き出し、ＯＬＴ１に対してデータを送信する。

つづいて、本発明の主要部分であるＯＮＵ２−１のバッファ量通知の算出処理について説明する。図４は、本実施の形態のバッファ量通知の算出処理の一例を示す図である。図４では、ＯＮＵ２−１のデータバッファ部２１内に３つのキュー（キュー（Ｑｕｅｕｅ）＃０，キュー＃１，キュー＃２）を具備する例について説明するが、ＯＮＵ２−１のキュー構造はこれに限定されるものではない。また、ＯＬＴとＯＮＵ間の通信でフレームの分割が禁止されている場合の例について説明するが、フレーム分割が禁止されていない場合にも同様に適用できる。

ＯＮＵ２−１のデータバッファ部２１内の各キューには、それぞれ複数のフレームが蓄積されているとする。バッファ量通知生成部２２は、データバッファ部２１からキューごとの蓄積されているフレーム数およびフレーム長を取得する。図４では、キュー＃０の蓄積量を（１）と記したハッチング領域で示し、キュー＃１の蓄積量を（２）と記したハッチング領域で示し、キュー＃２の蓄積量を（３）と記したハッチング領域で示している。つぎに、バッファ量通知生成部２２は、取得したフレーム数およびフレーム長に基づいてキューのバッファ量（バッファに格納されているデータ量）の３段階の累積値＃１〜＃３を以下のように算出する。

具体的には、累積値＃１として、キュー＃０に蓄積されたフレームのフレーム長およびフレーム数に基づいてフレーム送信に必要なフレーム間ギャップを含むデータ量を算出してキュー＃０のバッファ量とし（図４の（１））、このバッファ量をＴＱ単位で表す値を算出する。ＴＱ単位で表した際に、小数点以下がある場合には繰り上げることとする。図４では、ＴＱ単位で表すために生じる量子化誤差を、ＴＱ量子化誤差αとして示している。

累積値＃２としては、キュー＃０とキュー＃１に蓄積されたフレームのフレーム長およびフレーム数に基づいてフレーム送信に必要なフレーム間ギャップを含むデータ量を算出してキュー＃０およびキュー＃１のバッファ量とし（図４の（１）＋（２））とし、このバッファ量をＴＱ単位で表す値を算出する。図４では、このときにＴＱ単位で表すために生じる量子化誤差を、ＴＱ量子化誤差α´として示している。

累積値＃３としては、キュー＃０とキュー＃１とキュー＃２とに蓄積されたフレームのフレーム長およびフレーム数に基づいてフレーム送信に必要なフレーム間ギャップを含むデータ量を算出してキュー＃０、キュー＃１およびキュー＃２のバッファ量とし（図４の（１）＋（２）＋（３））とし、このバッファ量をＴＱ単位で表す値を算出する。図４では、このときにＴＱ単位で表すために生じる量子化誤差を、ＴＱ量子化誤差α´´として示している。ＯＮＵ２−１は、以上のように算出した３段階の累積値をバッファ量通知に格納してＯＬＴ１に送信する。

図５は、本実施の形態のＯＬＴ１の帯域割り当て処理手順の一例を示すフローチャートである。ＯＬＴ１の割当帯域通知生成部１３は、各ＯＮＵから収集したバッファ量通知に格納されている上述の３段階の累積値に基づいて帯域を割り当てる。まず、割当帯域通知生成部１３は、帯域割り当て処理の初期化処理として割り当て帯域合計値，ＯＮＵ番号をそれぞれ０に初期化し、着目累積値番号を１に初期化する（ステップＳ１１）。

つぎに、割当帯域通知生成部１３は、そのときのＯＮＵ番号に対応するＯＮＵから受信したバッファ量通知から抽出した着目累積値番号に対応する累積値（着目累積番号がｋの場合は、累積値＃ｋ）に基づいて、その累積値分のデータ長をＦＥＣブロック長に分割してブロック毎にパリティ長を付加する場合のＦＥＣパリティの合計量を求め、その合計量を当該累積値に加算する（ステップＳ１２）。

つぎに、割当帯域通知生成部１３は、その合計量に基づいてそのＯＮＵに必要な帯域を算出して、算出した値を割り当て帯域合計値（各ＯＮＵに割り当て済みの帯域の合計値）に加算する（ステップＳ１３）。

そして、割当帯域通知生成部１３は、割り当て帯域合計値が、あらかじめ設定した帯域更新周期を以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。設定した帯域更新周期を以下であると判定した場合（ステップＳ１４ Ｙｅｓ）は、割当帯域通知生成部１３は、当該ＯＮＵの割当帯域をステップＳ１２で求めたＦＥＣパリティの合計量を加算した累積値を送信するために必要な帯域とする（ステップＳ１５）。

つぎに、割当帯域通知生成部１３は、着目累積値番号について全ＯＮＵについて処理済みであるか否かを判断する（ステップＳ１６）。未処理のＯＮＵがある場合（ステップＳ１６ Ｎｏ）には、ＯＮＵ番号に１を加え（ステップＳ１９）、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１６で、着目累積値番号について全ＯＮＵについて処理済みである場合（ステップＳ１６ Ｙｅｓ）には、全累積番号について処理済みであるか（全累積番号を着目累積番号としたか）否かを判断する（ステップＳ１７）。未処理の累積番号がある場合（ステップＳ１７ Ｎｏ）には、着目累積番号に１を加え（ステップＳ２０）、ＯＮＵ番号を０に初期化して（ステップＳ２１）、ステップＳ１２に戻る。

全累積番号について処理済みである場合（ステップＳ１７ Ｙｅｓ）には、残りの帯域（未割り当て帯域）がある場合には、最後に帯域を割り当てたＯＮＵの割当帯域にその残りの帯域を割当帯域として加算し（ステップＳ１８）、処理を終了する。

また、ステップＳ１４で、割り当て帯域合計値が帯域更新周期を超えたと判定した場合（ステップＳ１４ Ｎｏ）は、ステップＳ１８に進み、割り当て処理を終了する。

以上のような処理を実施すると、たとえばＯＮＵ＃０，＃１，＃２に帯域を割り当てる場合、はじめにＯＮＵ＃０に累積値＃１を割り当て、以降、ＯＮＵ＃１に累積値＃１，ＯＮＵ＃２に累積値＃１，ＯＮＵ＃０に累積値＃２，ＯＮＵ＃１に累積値＃２，ＯＮＵ＃２に累積値＃２，ＯＮＵ＃０に累積値＃３，ＯＮＵ＃１に累積値＃３，ＯＮＵ＃２に累積値＃３という順で、割り当て帯域合計値が帯域更新周期を超えない範囲で最大番号となる累積値に対応する帯域を割り当てることになる。すなわち、累積値が３段階の場合、図５の処理では、割り当て帯域合計値が帯域更新周期を超えない限り、各ＯＮＵに累積値＃３に対応する帯域が割り当てられることになり、たとえば、累積値＃２の処理の途中で帯域更新周期を超えた場合には、超える前までに処理済みのＯＮＵに対しては累積値＃２に対応する帯域が割り当てられ、それ以外のＯＮＵに対しては累積値＃２に対応する帯域が割り当てられることになる。

また、バッファ量通知を送信したＯＮＵでは、バッファ量通知の累積値として加算した順（この場合は、キュー＃０，＃１，＃２の順）に、蓄積したフレームを送信する。こうすることにより、ＯＬＴから割り当てられた帯域を無駄なく使用することができる。

なお、本実施の形態では、キューの数が３つの場合について説明したため、累積値も３段階であったが、キューの数がＬの場合には、Ｌ段階の累積値とし、それぞれ加算するキューの数を１つずつ増やしてバッファ量の累積値を求めるようにすればよい。

以上のように、本実施の形態では、ＯＮＵ２−１〜２−ｎが、データバッファ部２１内に蓄積されたキューごとのバッファ量を求め、１つのキューのバッファ量、２つのキューのバッファ量の合計、…、と順次加算するキューの個数を増やしたバッファ量である累積値を求め、この累積値をバッファ量通知としてＯＬＴに通知するようにした。このため、バッファ量通知による量子化誤差を低減することができ、ＦＥＣパリティなどの付加データ量に対する無駄な割当を低減することができ、帯域の利用効率を向上させることができる。

実施の形態２．
図６は、本発明にかかる通信システムの実施の形態２のバッファ量算出の処理を示す図である。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。また、本実施の形態の通信システムを構成する各装置の構成も実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

実施の形態１では、キュー毎に蓄積したフレームに対して各キューに蓄積したバッファ量の累積値を算出し、累積値をバッファ量通知に含めてＯＬＴに送信した。本実施の形態でも同様に累積値を算出するが、本実施の形態では、ＯＮＵのキューに蓄積されるバッファ量に、帯域設定に比例した閾値を設け、閾値以下となるフレームに対してバッファ量の累積値を算出する。

なお、図６の例では、キューが３つある場合を示しているが、これに限定されるものではない。また、ＯＬＴとＯＮＵ間の通信でフレームの分割が禁止されている場合の例について説明するが、フレーム分割が禁止されていない場合にも同様に適用できる。

本実施の形態では、図６に示すようにキューに蓄積されるデータ量に所定の閾値を設ける。そして、ＯＮＵでは、キューごとのバッファ量を、閾値を超えず、かつ、バッファ量が最大となるフレームの切れ目になる（閾値を超えない最大のバッファ量をフレーム単位で求める）。

そして、求めたキューごとのバッファ量に基づいて、実施の形態１と同様に３段階の累積値を求め、バッファ量通知に含めてＯＬＴに送信する。本実施の形態のＯＬＴの動作は、実施の形態１と同様である。また、以上説明した以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

なお、閾値は帯域更新周期に対してあらかじめＯＮＵ毎に設定した最低帯域とワイヤレートを用いた重みづけを行った値として以下の式（１）に従って算出する。
閾値 ＝ 帯域更新周期 × （最低帯域 ／ ワイヤレート） …（１）

また、閾値は、上記式（１）の替わりに、以下の式（２）に示すようにＯＮＵ毎に設定した最大帯域とワイヤレートを用いた重みづけを行った値をキューの数（キュー数）で割った値として算出することもできる。
閾値 ＝ 帯域更新周期 × （最大帯域 ／ ワイヤレート） ÷ キュー数
…（２）

なお、帯域更新周期，最低帯域，最大帯域は、ＯＬＴから各ＯＮＵに通知され、ＯＮＵ内で閾値を算出することとする。または、ＯＬＴにて予めＯＮＵ毎に設定された最低帯域、最大帯域を基に閾値を算出し、ＯＮＵに閾値を通知しても良い。

このように、本実施の形態では、キューごと蓄積されたデータ量に対して閾値を設け、閾値以下のフレームに基づいて累積値を算出するようにした。このため、実施の形態１と同様の効果に加え、さらに、ＯＬＴは、ＯＮＵへの帯域割当をＯＮＵごとの帯域設定を用いて制御することができる。

実施の形態３．
図７は、本発明にかかる通信システムの実施の形態３のバッファ量算出の処理を示す図である。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。また、本実施の形態の通信システムを構成する各装置の構成も実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１または実施の形態２と異なる部分について説明する。

実施の形態２では、キューごとに蓄積されたデータ量に対してＯＮＵの帯域設定に比例した閾値を設けたが、本実施の形態では、キュー毎にキューの優先度に応じた重み付けした閾値を設ける。このようにすることにより、本実施の形態では、キューの優先度に応じたＯＮＵの送信フレーム数制御を行うようにする。

図７ではキューが３つある場合を示しているが、これに限定されるものではない。また、ＯＬＴとＯＮＵ間の通信でフレームの分割が禁止されている場合の例について説明するが、フレーム分割が禁止されていない場合にも同様に適用できる。

図７に示すように本実施の形態では、キュー毎に以下のように算出した閾値を設ける。各キューのバッファ量は、閾値を超えず、バッファ量が最大となるフレームの切れ目になる。

キュー＃ｉに対応する閾値は、下記式（３）に示すように、帯域更新周期に対してあらかじめキュー毎に設定した重みづけした値として算出する。なお、図７では、閾値（ｉ）を閾値＃ｉとして示している。
閾値（ｉ） ＝ 帯域更新周期 × 重み（ｉ） …（３）

そして、求めたキューごとのバッファ量に基づいて、実施の形態１と同様に３段階の累積値を求め、バッファ量通知に含めてＯＬＴに送信する。本実施の形態のＯＬＴの動作は、実施の形態１と同様である。また、以上説明した以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態では、キュー毎にキューの優先度に応じたバッファ量の閾値を設け、閾値以下のフレームに基づいて累積値を算出して帯域を割り当てるようにした。このため、実施の形態１の効果に加え、さらに、キューの優先度に応じた帯域制御を行うことができる。

実施の形態４．
図８は、本発明にかかる通信システムの実施の形態４のバッファ量算出の処理を示す図である。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。また、本実施の形態の通信システムを構成する各装置の構成も実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３と異なる部分について説明する。

実施の形態３では、キュー毎のバッファ量算出時にキューの優先度に比例した閾値を設けたが、本実施の形態では、キュー毎に複数の閾値を設けることで、ＯＮＵの帯域割当を細かく行うようにしたものである。

図８ではキューが３つ、閾値が２つ場合を示しているが、これに限定されるものではない。また、ＯＬＴとＯＮＵ間の通信でフレームの分割が禁止されている場合の例について説明するが、フレーム分割が禁止されていない場合にも同様に適用できる。

以下に本実施の形態の２つの閾値（閾値＃１，＃２）の算出方法の一例について説明する。閾値＃１は、以下の式（４）に示すように、帯域更新周期に対してキュー毎に設定した閾値定数＃１とあらかじめＯＮＵ毎に設定した最低帯域とワイヤレートとによる重みづけした値として算出する。
閾値＃１
＝ 帯域更新周期 × （最低帯域 ／ ワイヤレート）× 閾値定数＃１ …（４）

一方、閾値＃２は、以下の式（５）に示すように、帯域更新周期に対してキュー毎に設定した閾値定数＃２とあらかじめＯＮＵ毎に設定した最低帯域とワイヤレートとによる重みづけした値として算出する。
閾値＃２
＝ 帯域更新周期 × （最低帯域 ／ ワイヤレート）× 閾値定数＃２ …（５）

また、ｉ番目のキューに対する閾値（ｉ）＃１、閾値（ｉ）＃２を、以下の式（６）に示すように、帯域更新周期にあらかじめキュー毎に設定した優先度に対する重みと、キュー毎に設定した閾値定数＃１，＃２で重み付けした値として算出するようにしてもよい。
閾値＃１（ｉ） ＝ 帯域更新周期 × 重み（ｉ） × 閾値定数＃１（ｉ）
閾値＃２（ｉ） ＝ 帯域更新周期 × 重み（ｉ） × 閾値定数＃２（ｉ）
…（６）

そして、求めたキューごとのバッファ量に基づいて、実施の形態１と同様に３段階の累積値を求め、閾値＃１および閾値＃２に対応する累積値をバッファ量通知に含めてＯＬＴに送信する。この際、累積値を求めるためのバッファ量の算出順は、キュー＃０の閾値＃１、閾値＃２、キュー＃１の閾値＃１、閾値＃２、キュー＃２の閾値＃１、閾値＃２といように、同一のキューについてそれぞれの閾値に対応するバッファ量を順次加算して累積値を計算していくこととする。ただし、ここでは、閾値＃１＜閾値＃２となるようにしておくこととする。各ＯＮＵは、このバッファ量の算出順に算出したバッファ量分の蓄積したフレームを送信することとする。なお、実施の形態１と同様にＴＱ単位で累積値を求めることとする。

図８の例では、まず、累積値＃１としてキュー＃０の閾値＃１に対応するバッファ量（図８の（１）＋α）を求め、つぎに、累積値＃２としてキュー＃０の閾値＃２までに対応するバッファ量（図８の（１）＋（２）＋α´）を求め、つぎに、累積値＃３としてキュー＃１の閾値＃１までに対応するバッファ量（図８の（１）＋（２）＋（３）＋α´´）を求め、つぎに、累積値＃４としてキュー＃１の閾値＃２に対応するバッファ量（図８の（１）＋（２）＋（３）＋（４）＋β）を求める。なお、図の８のＴＱ量子化誤差α，α´，α´´，β，β´，β´´は、各累積値をＴＱ単位で算出する際の量子化誤差とする。

バッファ量の累積値の算出順番は、閾値＃１のキュー＃０、キュー＃１、キュー＃２、閾値＃２のキュー＃０、キュー＃１、キュー＃２、というように、同一の閾値についてそれぞれのキューに対応するバッファ量を順次加算して累積値を計算しても良い。いずれの累積算出順番においても、累積算出順とＯＬＴでの割当算出に用いるバッファ量の精査順は同じ順番で処理する。また、閾値算出順は予めＯＬＴとＯＮＵに設定しておく。または、ＯＬＴからＯＮＵに算出順番を通知しても良い。

ＯＬＴは、実施の形態１と同様に、累積値に基づいて帯域を割り当てるが、その際、累積値の番号順に帯域割当を行うようにする。また、以上説明した以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態では、各キューに対して複数の閾値を設け、閾値以下のフレームに基づいて累積値を算出してバッファ量を通知し、ＯＬＴはＯＮＵからのバッファ量通知を基に帯域を割り当てるようにした。このため、実施の形態１の効果に加え、さらに、ＯＬＴがＯＮＵへの帯域割当をきめ細かく行うことができ、ＯＮＵ毎のサービス性、帯域収束性を向上することができる。

実施の形態５．
図９は、本発明にかかる通信システムの実施の形態５のバッファ量算出の処理を示す図である。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。また、本実施の形態の通信システムを構成する各装置の構成も実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１〜４と異なる部分について説明する。

図９ではキューが３つ、閾値が２つ場合を示しているが、これに限定されるものではない。また、ＯＬＴとＯＮＵ間の通信でフレームの分割が禁止されている場合の例について説明するが、フレーム分割が禁止されていない場合にも同様に適用できる。

本実施の形態では、各キューに対しては複数の閾値を設ける。本実施の形態の閾値の算出方法を含むＯＮＵの動作は実施の形態４と同様であるが、バッファ量の算出順、すなわち、累積値の加算順が実施の形態４と異なる。具体的には、キュー＃１の閾値＃１、キュー＃２の閾値＃１、キュー＃３の閾値＃１、キュー＃１の閾値＃２、キュー＃２の閾値＃２、キュー＃３の閾値＃２という順に、同一の閾値番号についてキュー毎に計算し、その後つぎの閾値についてキュー毎に計算することとする。各ＯＮＵは、このバッファ量の算出順に蓄積したフレームを送信することとする。

図９に示した例では、累積値＃１として、キュー＃０の閾値＃１に対応するバッファ量（図９の（１）＋α）を求め、つぎに、累積値＃２としてキュー＃１の閾値＃１までに対応するバッファ量（図９の（１）＋（２）＋α´）を求め、つぎに、累積値＃３としてキュー＃２の閾値＃０までに対応するバッファ量（図９の（１）＋（２）＋（３）＋α´´）を求め、つぎに、累積値＃４としてキュー＃０の閾値＃２に対応するバッファ量（図９の（１）＋（２）＋（３）＋（４）＋β）を求める。

ＯＬＴは、実施の形態１と同様に、累積値に基づいて帯域を割り当てるが、その際、累積値の番号順に帯域割当を行うようにする。また、以上説明した以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態では、各キューに対して複数の閾値を設け、閾値以下のフレームに基づいて累積値を算出してバッファ量を通知する際に、閾値番号を先に固定してバッファ量を求めるようにし、バッファ量の算出順に対応するフレームを送信するようにした。このため、実施の形態３の効果に加え、さらに、ＯＮＵのフレーム送信をラウンドロビン方式によるフレーム送信制御によって行うことができる。

実施の形態６．
図１０−１〜１０−３は、本発明にかかる通信システムの実施の形態６のＯＮＵサービスグループ、サービスグループ定義と、これらに基づく帯域割当順を示す図である。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。また、本実施の形態の通信システムを構成する各装置の構成も実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１〜５と異なる部分について説明する。

実施の形態５では、各キューに対して複数の閾値を設け、ＯＬＴではＯＮＵのバッファ量通知に基づいて帯域を割り当てたが、本実施の形態では、ＯＬＴがＯＮＵへの帯域割当処理を行う際にＯＮＵの契約サービスの内容と対応させる。

図１０−１は、ＯＮＵサービスグループのテーブルの一例であり、各ＯＮＵが契約しているサービスグループの一覧を示している。図１０−２は、サービスグループ定義のテーブルの一例であり、各サービスグループの累積開始位置を示しており、帯域割当時の累積方法を定義する。図１０−２は、割当順のテーブルの一例を示している。いずれも、ＯＬＴがあらかじめ保持しているテーブルである。また、図１０−３は、図１０−１および図１０−２に基づいて帯域割当を行う場合の割当の順番（割当順）を示すテーブルである。

本実施の形態では、実施の形態４と同様にＯＮＵはキュー３つ、閾値２を持ち、実施の形態４と同様に累積値を算出してバッファ量通知を行う。ＯＬＴは、基本的にバッファ量通知の累積順と同じ順番にて帯域割当の処理を行う。すなわち、キュー＃１の閾値＃１、キュー＃１の閾値＃２、キュー＃２の閾値＃１、キュー＃２の閾値＃２、キュー＃３の閾値＃１、キュー＃３の閾値＃２、の順（帯域割当順）に帯域割当の処理を行う。

ただし、本実施の形態では、ＯＮＵサービスグループごとに、帯域割当順のうち帯域割当算出を行う開始位置を定めず図１０−１，図１０−２に例示したテーブルを保持し、そのＯＮＵに対応する開始位置から帯域割当算出を行うこととする。具体的には、ＯＬＴは、ＯＮＵサービスグループに基づいてそのＯＮＵに対応するサービスグループを取得し、サービスグループ定義に基づいて取得したサービスグループに対応する累積開始位置を得て、その累積開始位置から帯域割当算出を開始する。

たとえば、図１０−１に例示したＯＮＵサービスグループに基づくとＯＮＵ＃１のサービスグループはサービスグループ＃１である。また、図１０−２のサービスグループ定義に基づくとサービスグループ＃１の累積開始位置は、キュー＃１の閾値＃１である。したがって、ＯＮＵ＃１については、キュー＃１の閾値＃１から、すなわち、帯域割当順のはじめから割当算出処理を行う。図１０−２では、累積開始位置をキューの番号と閾値の番号で示しているが、累積値の番号が識別できるパラメータであれば、これに限らず、たとえば、累積値の番号で示すなど、他のパラメータを用いて示してもよい。

ＯＬＴが行う帯域割当の処理は、まず、ＯＮＵ＃１、キュー＃１、閾値＃１に対する割当処理を行い（図１０−３の（１））、つぎにＯＮＵ＃１、キュー＃１、閾値＃２に対する割当処理を行う（図１０−３の（２））。ＯＮＵ＃２は累積開始位置がキュー＃２、閾値＃１であり、ＯＮＵ＃３は累積開始位置がキュー＃３、閾値＃２であるため、キュー＃１に関する処理は割当適用外なので処理をパスする（図１０−３のパス）。そして、つぎに、ＯＮＵ＃１、キュー＃２、閾値＃１に対する処理を行う（図１０−３の（３））。そのつぎに、ＯＮＵ＃２、キュー＃２、閾値＃１に対する処理を行う（図１０−３の（４））。図１０−３のテーブルの（）内の番号は、このように割当処理を行う順を示している。以上説明した以外の本実施の形態の動作は、実施の形態４と同様である。

なお、本実施の形態では、実施の形態４の順に累積値を算出する場合に、ＯＮＵサービスグループおよびサービスグループ定義を考慮する例を示したが、実施の形態１〜４で述べた順に累積値を算出する場合に、同様にＯＮＵサービスグループおよびサービスグループ定義のテーブルを用いて割当順を決定するようにしてもよい。この際、実施の形態１では閾値を用いていないため、テーブルはキューの番号のみを格納することになる。

なお、ここでは、ＯＮＵとサービスグループの対応を保持し、サービスグループごとに累積開始位置を定義するようにしたが、ＯＮＵごとに累積開始位置を直接定義するテーブルを保持して、ＯＮＵに対応する累積開始位置を求めるようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、各キューに対して複数の閾値を設け、実施の形態４と同様に閾値を算出し、ＯＬＴはＯＮＵからのバッファ量通知と保持しているＯＮＵサービスグループおよびサービスグループ定義のテーブルに基づいてＯＮＵの帯域割当を行うようにした。このため、実施の形態４の効果に加え、さらに、ＯＮＵのサービス内容に応じた帯域割当を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる通信システムおよび帯域割当方法は、親局装置と複数の子局装置が１対多接続する通信システムに有用であり、特に、子局装置がデータのバッファ量を通知して、親局装置がその通知に基づいて子局装置に帯域を割り当てる通信システムに適している。

本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。 実施の形態１のＯＬＴの機能構成例を示す図である。 実施の形態１のＯＮＵの機能構成例を示す図である。 実施の形態１のバッファ量通知の算出処理の一例を示す図である。 本実施の形態のＯＬＴの帯域割り当て処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明にかかる通信システムの実施の形態２のバッファ量算出の処理を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態３のバッファ量算出の処理を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態４のバッファ量算出の処理を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態５のバッファ量算出の処理を示す図である。 ＯＮＵサービスグループのテーブルの一例を示す図である。 サービスグループ定義のテーブルの一例を示す図である。 帯域割当順のテーブルの一例を示す図である。

符号の説明

１ ＯＬＴ
２−１〜２−ｎ ＯＮＵ
３−１〜３−ｎ 端末
４ スプリッタ
５ 光ファイバ
６ 上位網
１０，２６ Ｏ／Ｅ変換部
１１，２４ 上りＦＥＣ処理部
１２ バッファ量通知抽出部
１３ 割当帯域通知生成部
１４，２３ データ送信制御部
１５，２７ 下りＦＥＣ処理部
１６，２５ Ｅ／Ｏ変換部
２１ データバッファ部
２２ バッファ量通知生成部
２８ 割当帯域通知抽出部

Claims (10)

1. 親局装置と子局装置を備え、前記子局装置が自装置のバッファに蓄積されているデータ量を所定の単位で量子化したバッファ量を含むバッファ量通知を前記親局装置に送信し、前記親局装置が前記バッファ量通知に基づいて前記子局装置に対する帯域割当を行う通信システムであって、
   前記子局装置が、
   送信データがキューごとに蓄積されるバッファと、
   前記バッファに蓄積されているキューごとのバッファ量に基づいて、キューごとに個別バッファ量を求め、少なくとも２つ以上の個別バッファ量を加算した値を前記所定の単位で量子化して累積値を求めるバッファ量通知算出手段と、
   を備え、
   前記累積値を前記バッファ量通知に含めて送信し、
   前記親局装置が、
   前記累積値に基づいて前記帯域割当を行うことを特徴とする通信システム。
2. 前記バッファ量通知算出手段は、加算対象の個別バッファ量の数が異なる複数の累積値を求め、
   前記子局装置は、値の小さい累積値の順に、加算対象とする個別バッファ量に対応するキューに蓄積されたデータを送信し、
   前記親局装置は、前記帯域割当の際に、割り当て帯域合計値が帯域更新周期を超えない範囲で、最大となる前記累積値に対応する帯域を前記子局装置へ割り当てることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記バッファに蓄積されているキューごとのバッファ量が所定の閾値を超える場合には、前記閾値以下となるように前記個別バッファ量を算出し、
   前記子局装置は、蓄積されたデータの送信時に前記個別バッファ量分のデータを送信することを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
4. 前記閾値を帯域更新周期と最低帯域または最大帯域とに基づいて算出することを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
5. 前記閾値を帯域更新周期とキュー毎の優先度に基づいて算出することを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
6. 前記閾値を複数設け、それぞれの閾値以下となるように算出した個別バッファ量に基づいて累積値を算出することを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
7. 前記累積値として、前記キューの１つである第１のキューについて異なる閾値に対応する累積値を、閾値の小さい順に算出し、
   前記第１のキューの累積値の最大値に、前記キューの１つである第２のキューについて閾値の小さい順にそれぞれの閾値に対応する個別バッファ量を加算して、累積値を算出し、キューが３つ以上の場合には、以降同様に、前記キューの１つである第ｎ（ｎは３以上）−１のキューの累積値の最大値に、第ｎのキューについて閾値の小さい順にそれぞれの閾値に対応する個別バッファ量を加算して、累積値を算出することを特徴とする請求項６に記載の通信システム。
8. 前記累積値として、最も値の小さい閾値に基づいて算出した個別バッファ量を順次加算したキューの数分の累積値を算出し、最も値の小さい閾値に対応する累積値のうちの最大値に対して、つぎに値の小さい閾値に基づいて算出した個別バッファ量を順次加算した、キューの数分の累積値を算出し、閾値が３つ以上の場合には、以降同様に、第ｎ（ｎは３以上）−１番目に小さい閾値に対応する累積値のうちの最大値に対して、ｎ番目に小さい閾値に基づいて算出した個別バッファ量を順次加算した、キューの数分の累積値を算出することを特徴とする請求項６に記載の通信システム。
9. 前記親局装置は、
   前記子局装置と、その子局装置についての割当処理を開始するときの累積値を識別するための割当処理開始位置との対応を保持し、
   子局装置ごとに、該当する割当処理開始位置により識別される累積値以降の累積値について割当処理を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の通信システム。
10. 親局装置と子局装置を備え、前記子局装置が自装置のバッファに蓄積されているデータ量を所定の単位で量子化したバッファ量を含むバッファ量通知を前記親局装置に送信し、前記親局装置が前記バッファ量通知に基づいて前記子局装置に対する帯域割当を行う通信システムにおける帯域割当方法であって、
    前記子局装置が、送信データをキューごとに蓄積するデータ蓄積ステップと、
    前記子局装置が、前記データ蓄積ステップで蓄積されたキューごとのバッファ量に基づいて、キューごとに個別バッファ量を求め、少なくとも２つ以上の個別バッファ量を加算した値を前記所定の単位で量子化して累積値を求めるバッファ量通知算出ステップと、
    前記子局装置が、前記累積値を前記バッファ量通知に含めて送信するバッファ量通知ステップと、
    前記親局装置が、前記累積値に基づいて前記帯域割当を行う帯域割当ステップと、
    を含むことを特徴とする帯域割当方法。

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