JP5290917B2 - 光通信システム及び光通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光送信機を複数のグループに振り分けて収容する光通信システム、特に波長分割多重技術又は芯線多重技術を用いた光通信システム及び光通信方法に関する。

経済的な高速アクセスネットワークを実現するための光ネットワークとしてＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が知られている。高速アクセスネットワークで従来用いられている安価なＳｉＧｅ−ＢｉＣＭＯＳプロセスを利用して強度変調−直接検波方式で時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術をＰＯＮに適用することを想定すると、電子デバイスの制約によりその帯域は１０Ｇｂｐｓが上限と考えられている。

そこで、更なる高速化を図るため、ユーザ毎の信号を多重するために波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）や芯線多重を適用することも考えられている。しかし、ＷＤＭを適用すると、ユーザ毎に異なる波長を用いるため、光加入者側装置であるＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）の数に応じた波長の割当と波長制御が必要となり、さらには、局側装置であるＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）には光加入者側装置ＯＮＵの数に応じた光送受信機も必要となる。これらは既存の光加入者側装置ＯＮＵや局側装置ＯＬＴの更改を要する。また、芯線多重を適用すると、芯線とそれに応じた数だけ光送受信機が必要となり、いずれもコスト上昇を避けられない。

この課題に対しては、光加入者側装置ＯＮＵ全体に割り当てうる総帯域を拡張する総帯域拡張方式として、光加入者側装置ＯＮＵを複数のグループにグルーピングし、グループ間でＷＤＭとグループ内でＴＤＭを適用するＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ方式（例えば、非特許文献１を参照。）がある。これは、波長を複数の光加入者側装置ＯＮＵで共用することで、総帯域拡張に伴うコスト上昇を最小限に抑えている。また、冗長構成のための予備芯線を現用芯線としても利用する方式（例えば、非特許文献２を参照。）がある。これは、予備芯線を活用することで総帯域拡張に伴うコスト上昇を最小限に抑えている。

「総帯域拡張型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮと動的波長帯域割当の一提案」、吉野學、原一貴、中村浩崇、木村俊二、吉本直人、雲崎清美（日本電信電話株式会社、アクセスサービスシステム研究所）、２００９年電子情報通信学会総合大会、通信講演論文集２、４２６ページ

「ＡＴＭ−ＰＯＮのプロテクション方式及び動的帯域割当との連携動作の検討」、吉田俊和、向井宏明、岩崎充佳、浅芝慶弘、一番ケ瀬広、横谷哲也、２００１年５月ＣＳ方式研究会電子情報通信学会技術研究報告ｖｏｌ．１０１（５３），ＣＳ２００１−２１，ｐｐ．２５−３０

しかし、ＯＮＵを複数波長又は芯線に振り分けて収容する場合、収容され方により、ＯＮＵに割り当てられる帯域（割当帯域）に不公平が発生するという課題がある。特に、フラグメント化による割当帯域の無効割当の軽減、切り替えの軽減、省エネルギーのための複数送受信機の一部休眠状態を実現するために、各ＯＮＵが一つの波長又は芯線にほぼ固定的に収容される際に甚だしくなる。

例えば、ユーザを収容する複数のグループがあり、一方のグループは振られたユーザ数が少ないか、通信帯域を要求するユーザが少数しかいない場合、当該グループに割り振られたユーザは概ね契約上の最大帯域を利用することができる。他方のグループは、振られたユーザ数が多いか、通信帯域を要求するユーザが多い場合、当該グループに割り振られたユーザは概ね契約上の最大帯域を利用することができない。

図６に、従来のＯＮＵへの割り当て方法の一例を示す。複数波長又は芯線が２であり、収容すべきＯＮＵが３の場合を想定する。この場合、一方の波長又は芯線に１つのＯＮＵ（ＯＮＵ−Ｃ）、他方の波長又は芯線に２つのＯＮＵ（ＯＮＵ−Ａ，Ｂ）を収容することとなる。波長又は芯線毎の総割当帯域が等しい場合、１波長に１つのＯＮＵのみで収容されたグループ１のＯＮＵ（ＯＮＵ−Ｃ）への割当帯域は、１波長に２つのＯＮＵで収容されたグループ２のＯＮＵ（ＯＮＵ−Ａ，Ｂ）への割当帯域が倍となり公平性が実現できていない。このように、割り振られたグループによって、利用可能な帯域が異なり不公平となる。

また、一部のユーザのみが割当帯域の増大を希望し、追加のコストを支払うことで波長数を増加するサービスを提供する際、追加コストを支払っていないユーザに対しても、割当帯域増加の効用がある又は追加コストを支払っているユーザ間の割当帯域が異なる恐れがあり、サービス提供上の公平性が担保できない。例えば、複数波長又は芯線が２であり、収容すべきユーザ数が３２の場合を想定する。ここで、割当帯域は非輻輳時には、割増ユーザも通常ユーザも最大帯域まで割当が可能で、輻輳時に帯域要求のある割増ユーザと通常ユーザの割当帯域比が２：１となるのが公平とする。

この時、例えば、割増ユーザ間の公平性を担保しようとして当初割増ユーザは全て増設側に移行する場合、追加コストを支払っていないユーザの割当帯域が増大し不公平となる。全ユーザが最大帯域を要求している場合、（割増ユーザ数、割増ユーザの帯域、従来ユーザの割当帯域）の形で示すと次のようになる。（０、０、１／３２）、（１、１、１／３１）、（２、１／２、１／３０）、（３、１／３、１／２９）、…、（１６、１／１６、１／１６）、…。

即ち、割増ユーザが１６ユーザとなった時点で、従来ユーザも残存者利益により、割増ユーザと同じ帯域割当となり、追加コストを支払ったユーザに対して不公平となる。また、非輻輳時は最大帯域がでるとは言え、割増ユーザが少ない初期は高々倍の割当の追加コストしか支払っていないのに、３０倍もの割当がある意味で不公平感がある。

前記課題を解決するために、本発明は、割当帯域の公平性を確保しつつ、複数のユーザを複数のグループに振り分けて収容して総帯域を拡張する光通信システム及び光通信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光通信システム及び光通信方法は、割当帯域の平均値が所定の割当帯域比の範囲内となるように割り当てることで、ユーザ間の割当帯域の公平性を実現することとした。

具体的には、本発明の光通信システムは、複数の光加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の波長領域を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信システムであって、前記局側装置は、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てられた波長及び時間を監視して前記光送信機ごとの割当帯域の平均値を算出し、前記光送信機間の前記平均値の比を算出して、前記平均値の比が予め定められた一定の範囲を超過すると、前記平均値の高い前記光送信機に割り当てる波長又は時間を減らす。

局側装置は、各光送信機の割当帯域の平均値の比が予め定められた一定の範囲内となるように、割当帯域を各光送信機に割り当てる。これにより、ユーザ間の割当帯域の公平性を実現することができる。

具体的には、本発明の光通信システムは、複数の光加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の芯線を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信システムであって、前記局側装置は、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てられた芯線及び時間を監視して前記光送信機ごとの割当帯域の平均値を算出し、前記光送信機間の前記平均値の比が予め定められた一定の範囲を超過すると、前記平均値の高い前記光送信機に割り当てる芯線又は時間を減らす。

局側装置は、各光送信機の割当帯域の平均値の比が予め定められた一定の範囲内となるように、割当帯域を各光送信機に割り当てる。これにより、ユーザ間の割当帯域の公平性を実現することができる。

本発明の光通信システムでは、前記局側装置は、予め定められた保証帯域を超える帯域割当を要求している前記光送信機間で前記平均値を算出することが好ましい。

具体的には、本発明の光通信方法は、複数の光加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の波長領域を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信方法であって、前記局側装置は、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てられた波長及び時間を監視して前記光送信機ごとの割当帯域の平均値を算出し、前記光送信機間の前記平均値の比が予め定められた一定の範囲を超過すると、前記平均値の高い前記光送信機に割り当てる波長又は時間を減らす。

局側装置は、各光送信機の割当帯域の平均値の比が予め定められた一定の範囲内となるように、割当帯域を各光送信機に割り当てる。これにより、ユーザ間の割当帯域の公平性を実現することができる。

具体的には、本発明の光通信方法は、複数の光加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の芯線を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信方法であって、前記局側装置は、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てられた芯線及び時間を監視して前記光送信機ごとの割当帯域の平均値を算出し、前記光送信機間の前記平均値の比が予め定められた一定の範囲を超過すると、前記平均値の高い前記光送信機に割り当てる芯線又は時間を減らす。

局側装置は、各光送信機の割当帯域の平均値の比が予め定められた一定の範囲内となるように、割当帯域を各光送信機に割り当てる。これにより、ユーザ間の割当帯域の公平性を実現することができる。

本発明の光通信方法では、前記局側装置は、予め定められた保証帯域を超える帯域割当を要求している前記光送信機間で前記平均値を算出することが好ましい。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、割当帯域の平均値が所定の割当帯域比の範囲内となるように割り当てることで、ユーザ間の割当帯域の公平性を実現する光通信システム及び光通信方法を提供することができる。

実施形態１に係る光通信システムの一例を示す構成概略図である。 Ｘ点における光送信機からの信号光のタイムチャートの一例を表す。 帯域割当方法の一例を示す。 実施形態２に係る光通信システムの一例を示す構成概略図である。 Ｘ点における光送信機からの信号光のタイムチャートの一例を表す。 従来の帯域割当方法の一例を示す。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施形態であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る光通信システムの一例を示す構成概略図である。本実施形態に係る光通信システムは、複数の光加入者側装置としてのＯＮＵ−Ａ（１１−１−Ａ）及びＯＮＵ−Ｂ（１１−１−Ｂ）及びＯＮＵ−Ｃ（１１−１−Ｃ）と、局側装置としてのＯＬＴ（２１−１）と、受動光分岐回路としての光スプリッタ１２と、を備える。

本実施形態に係る光通信システムは、ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−１−Ａ〜Ｃ）とＯＬＴ（２１−１）間で時間領域及び複数の波長領域を共用し、光スプリッタ１２を利用して信号光を送受信する。光通信システムは、例えば、ＰＯＮへの適用が代表的であるが、ＰＯＮ以外のパッシブツリーなども適用できる。

本実施形態に係る光通信システムは、制御器（不図示）を備え、本実施形態に係る光通信方法を実行する。制御器（不図示）は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割り当てられた波長及び時間を監視して光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）ごとの割当帯域の平均値を算出する。そして、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）間の平均値の比を算出して、平均値の比が予め定められた一定の範囲に収まるように、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割り当てる波長及び時間を決定する。以下、本実施形態に係る光通信システム及び光通信方法について、具体的に説明する。

制御器（不図示）は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）の通信状態を監視可能な位置に接続されている。例えば、光スプリッタ１２を介したＯＬＴ（２１−１）との光伝送路に接続される。制御器（不図示）は、例えば、ＯＬＴ（２１−１）に配置される。

ＯＮＵ−Ａ（１１−１−Ａ）は、光送信機Ａ（１０−１−Ａ）を備える。ＯＮＵ−Ｂ（１１−１−Ｂ）及びＯＮＵ−Ｃ（１１−１−Ｃ）についても同様である。ＯＬＴ（２１−１）は、光合分波器（２５）と、受光器ａ（２２−１−ａ）と、受光器ｂ（２２−１−ｂ）と、を備える。光合分波器（２５）は、例えば、波長フィルタである。受光器ａ，ｂ（２２−１−ａ，ｂ）は、例えば、フォトダイオードである。ここでは、ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−１−Ａ〜Ｃ）に搭載される光受信機、ＯＬＴ（２１−１）に搭載される光送信機は省略している。

ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−１−Ａ〜Ｃ）は、加入者宅に設置されている。光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）は、割り当てられた波長の信号光を出力する。割り当てられた波長は、選択可能な複数の波長のうちの１波長である。出力された信号光は、光ファイバを伝達し、光スプリッタ（１２）で結合される。光伝送路は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）からの信号光を波長分割多重且つ時分割多重して光受信機（２０−１）へ結合する。光合分波器（２５）は、光伝送路からの信号光を波長毎に分波して出力する。受光器ａ，ｂ（２２−１−ａ，ｂ）は、光合分波器（２５）からの信号光をそれぞれ受光する。これにより、光受信機（２０−１）は、複数の波長毎に光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）からの信号光を受信する。

制御器（不図示）は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）に対して信号光を送信できる波長と時間を割り当てる。例えば、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）は、２波長（λ１，λ２）の中から割り当てられた所定の１波長で信号光を出力する。このように制御器（不図示）が光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）に波長と時間を割り当てることで、割当帯域が決定される。

図２は、Ｘ点における光送信機からの信号光のタイムチャートの一例を表す。縦方向が光送信機Ａ〜Ｃに与えられた送信波長領域であり、横方向が光送信機Ａ〜Ｃに与えられた送信割当時間を示す。光送信機Ａは、波長λ１の信号光を時間ｔ１から時間ｔ２までの割当時間領域で送信する。光送信機Ｂは、波長λ１の信号光を時間ｔ２から時間ｔ３までの割当時間領域で送信する。光送信機Ｃは、波長λ２の信号光を時間ｔ１から時間ｔ２までの割当時間領域で送信する。このように、図１に示す光通信システムは、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）からの信号光を波長分割多重且つ時分割多重をして光受信機（２０−１）に結合する。

このとき、制御器は、波長λ１の光送信機Ａ，Ｂ（１０−１−Ａ，Ｂ）と波長λ２の光送信機Ｃ（１０−１−Ｃ）への割当帯域が公平となるように、波長λ２の光送信機Ｃ（１０−１−Ｃ）の割当帯域を抑制する。この結果、時間ｔ１〜ｔ３の間で、どの光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）も均等に帯域が割り当てられている。

光合分波器（２５）は、信号光を波長λ１と波長λ２に分波し、それぞれ受光器ａ，ｂ（２２−１−ａ，ｂ）に結合する。受光器ａ，ｂ（２２−１−ａ，ｂ）は、それぞれ受光した信号光を電気信号として出力する。

光受信機（２０−１）は、異なる波長の信号光は同時に受信できるが、同一波長の信号光を同時に受信することはできない。そこで、制御器（不図示）は、同一波長の信号光が同時に光受信機（２０−１）に到着しないように、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）に対して通信可能時間を割り当てる必要がある。

このため、制御器は、時間ｔ１で光送信機Ａ（１０−１−Ａ）に波長λ１の信号光を出力するよう指示し、光送信機Ｂ（１０−１−Ｂ）に波長λ１の信号光の送出を止めるように指示し、光送信機Ｃ（１０−１−Ｃ）に波長λ２の信号光を出力するよう指示する。制御器は、時間ｔ２で光送信機Ａ（１０−１−Ａ）に信号光の送出を止めるように指示し、光送信機Ｂ（１０−１−Ｂ）に波長λ１の信号光を出力するよう指示し、光送信機Ｃ（１０−１−Ｃ）に信号光の送出を止めるように指示する。

光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）から光受信機（２０−１）までの伝送距離が異なる場合、制御器は、合波したときに重ならないように信号光間の時間間隔を調整する。信号光がフレームで構成されている場合、制御器は、フレーム間隔を調整する。

制御器は、波長λ１に属する光送信機Ａ、Ｂ（１０−１−Ａ、Ｂ）と波長λ２に属する光送信機Ｃ（１０−１−Ｃ）への割当帯域が公平となるように、波長λ２に属する光送信機Ｃ（１０−１−Ｃ）の割当帯域を抑制している。言い換えれば、本光通信システムは、割当帯域の基本となる値、たとえば保証帯域の比に割当帯域が、収容される波長によらずに一定の範囲に収まるように、割当帯域の基本となる値、たとえば保証帯域の総和が少ない波長に収容される収容ユーザへの過剰割当を抑制する操作を制御器で行うことで、収容される波長によらずユーザ間の割当帯域の公平性を実現している。

このような割当の方法として、例えば、制御器は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割り当てられた波長及び時間を監視し、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）ごとの割当帯域の平均値を算出し、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）間の平均値の比を算出する。そして、制御器は、平均値の比が予め定められた一定の範囲に収まるように、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割り当てる波長及び時間を決定する。

そのために、制御器は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）に対して要求する要求帯域に対して割り当てられている割当帯域の履歴を保持し、保持した履歴を比較する。そしおて、割当帯域が所定の比の範囲に収まるように、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）への割当帯域を決定する。

例えば、制御器は、ユーザ毎の割当帯域又は要求帯域と割当帯域の両方の履歴を保持する履歴保持部と、履歴保持部の保持する履歴を比較する比較部と、比較部の比較した値に応じて過剰に割り当てられているユーザへの割当を所定の時間または割当帯域を抑制する抑制部を含む。履歴は、通信履歴は過去一定時間のウインドウでの履歴であってもよいし、一定時間のスライディングウインドウの履歴であっても良いし、指数平均や加重平均等の平均による履歴であってもよい。

そして、制御器は、割当帯域の平均値が所定の比率を超過するまでは、当該ユーザに対する割当の上限を最大帯域とし、超過してから平均値が所定の比率に戻るまでは、当該ユーザに対する割当の上限を、割当を保証する保証帯域にするといった処理を行う。

ここで、予め定められた一定の範囲は、任意に設定することができる。例えば、一定の範囲は、保証帯域の比である。光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）の保証帯域が１：１：１の場合、予め定められた一定の範囲を１：１：１とする。この場合、全光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）の割当帯域を均等にすることができる。光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）の優先度が異なるために保証帯域の比が異なれば、その保証帯域の比とする。これにより、優先度に応じた割当帯域の公平性を実現することができる。なお、ここで一定の範囲として、単一の値の組で例示したが、均等な割当帯域からのずれを許容する場合、例えば最低の割当の値に対して、その２倍まで許容すると、割当が最低の光送信機への割当帯域：割当が最大の光送信機へ割当帯域＝１：１〜１：２がその予め定められた一定の範囲となる。

光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）には、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）のそれぞれに割り当てを保証しなければならない帯域である保証帯域又は光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）のそれぞれに対する割当の上限の帯域である最大帯域の一方あるいは両方が設定されている場合がある。また、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−1−Ａ〜Ｃ）に割当する帯域は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）が必要とする要求帯域に従って割り当てる。要求帯域は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）が申告する光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）内に蓄積している伝送待ちの情報量や伝送中の情報量や、過去の通信履歴に従い決定する。通信履歴は過去一定時間のウインドウでの履歴であってもよいし、一定時間のスライディングウインドウの履歴であっても良いし、指数平均や加重平均等の平均による履歴であってもよい。

図３に、帯域割当方法の一例を示す。予め定められた一定の範囲が、１対１の一定値である場合について説明する。この場合、当初、光送信機Ａは最大帯域を利用し、光送信機Ｃは最大帯域と保証帯域の中間の帯域を利用している。所定の時間ΔＴ_１が経過すると、時間ΔＴ_１における光送信機Ａの割当帯域の平均値が一定の範囲（一定値）を超え、光送信機Ａに割り当てる帯域が過剰となる。この時点で、光送信機Ａに割り当てる波長帯域を保証帯域まで減少させる。

所定の時間ΔＴ_２が経過すると、時間ΔＴ_１及び時間ΔＴ_２における光送信機Ａと光送信機Ｃ間での割当帯域の平均値が同じになる。この時点ｔ３で、光送信機Ａと光送信機Ｃに同じ帯域を割り当てる。これにより、光送信機Ａと光送信機Ｃの割当帯域の平均値の比を、予め定められた一定の範囲（一定値）である１対１にし、帯域の公平性を保つことができる。光送信機Ａと光送信機Ｃ間での割当帯域の平均値が同じになった後、最大帯域と保証帯域の両値を交互に割り当てて、割当帯域の時間平均値が同じとなるように割り当てることとしても良い。

なお、図３では光送信機Ａと光送信機Ｃの例について示したが、光送信機Ａは、複数の光送信機で構成されたグループであってもよい。光送信機Ｂ及び光送信機Ｃについても同様である。この場合、１つのグループに割り当てられる割当帯域の平均値の比が予め定められた一定の範囲を超過すると、平均値の高いグループに割り当てる時間を減らす。

このような処理をするために、制御器は処理の際、少なくとも、所定の時間で、帯域割当を要求していないユーザを除き帯域割当を要求しているユーザ間で割当帯域が所定の比の範囲となるように、割当帯域を決定する。これは、少なくとも、帯域割当を要求しているユーザ間で割当帯域が所定の比の範囲となるようにしないと、全ユーザが割当帯域を要求しない限り、帯域割当ができないからである。全ユーザの要求帯域が保証帯域以上要求するか全く要求しないかのいずれかに概ね分類できる時は、帯域割当を要求しているユーザ間で割当帯域が所定の比の範囲となるようにすればよい。

更に、保証帯域以下の少量の帯域のみを要求するユーザが多くいる場合、要求帯域が割当帯域以上のユーザ間で割当帯域が所定の比の範囲となるように、割当帯域を決定する。例えば、制御器は、予め定められた保証帯域を超える帯域割当を要求している光送信機間で平均値を算出する。これにより、保証帯域以下の少量の帯域のみを要求するユーザがいたときに、要求帯域が最少のユーザの帯域によって、割当帯域が抑制されることを防ぐことができる。

保証帯域が少ない従来ユーザの残存者利益のみを抑止するのが目的であれば、従来ユーザの平均値が、割当帯域以上の要求帯域がある割増ユーザの平均値に対して所定の比率を超過した時に、従来ユーザの割当を抑制するという処理も可能である。

上述のように、制御器は光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）毎に要求する要求帯域と割当帯域の履歴を保持し、保持した履歴を比較し、過剰に割り当てられている光送信機への割当帯域を抑制することで、割当帯域が所定の比の範囲となるように、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）への割当帯域を決定する。

本発明は、帯域割当を要求しているユーザ間で、割り当てられる平均帯域が時間平均で等しくなるようにしていることに特徴がある。これは、平均帯域を固定値とする場合と比べて、公平性及び効率の面で利点がある。

平均帯域を、例えば保証帯域に固定した場合、どのグループも輻輳していない場合も、最大帯域が出ないことになる。その場合、最大帯域は概ね出なくなるため、装置の利用効率は無意味に低下する。平均帯域を保証帯域以上に設定し、利用可能な最大帯域が当該グループの保証帯域の総和に等しい場合、特に帯域を共有するユーザ数が少なく統計多重効果が期待できないアクセス回線においては、輻輳するグループでは、平均帯域に到達しない。そのため、非輻輳のグループの割当帯域は制限がない場合に比べれば低下するが、グループ間の不公平は残ったままである。

なお、本実施形態では、ユーザ毎に単一の要求帯域、割当帯域として示しているが、複数の要求帯域と割当帯域として、それぞれ異なる割当方をしても良い。例えば、各ユーザに固定的に割り当てる帯域を別途設けてその帯域を除いた帯域のみで本実施形態の割当としてもよい。

また、図１では、３つの光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）と２波長で例示しているが、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）の数は増減してもよいし、波長分割多重する波長の数も３以上であってよい。また、図１では、１つの光受信機（２０−１）側が波長分割多重した信号を受信しているが、波長分割多重した信号をそれぞれ受信する光受信機（２０−１）は複数であってもよい。さらに、本光通信システムは双方向通信のシステムであってもよい。また、上記の説明では、単一の光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）は、同時に単一の波長でのみ通信する例で説明したが、同時に複数の波長を用いて通信する場合の同様である。

（実施形態２）
図４は、本実施形態の光通信システムを説明する概念図である。本光通信システムと図１の光通信システムとの違いは、各光送信機を複数の波長に振り分けて収容する代りに、複数の芯線に振り分けて収容することである。

本実施形態に係る光通信システムは、ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−１−Ａ〜Ｃ）とＯＬＴ（２１−１）間で時間領域及び複数の芯線を共用し、光スプリッタ１２を利用して信号光を送受信する。光通信システムは、例えば、ＰＯＮへの適用が代表的であるが、ＰＯＮ以外のパッシブツリーなども適用できる。

本実施形態に係る光通信システムは、制御器（不図示）を備え、本実施形態に係る光通信方法を実行する。制御器（不図示）は、ＯＬＴ（２１−２）は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割り当てられた芯線及び時間を監視して光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）ごとの割当帯域の平均値を算出する。そして、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）間の平均値の比を算出して、平均値の比が予め定められた一定の範囲に収まる一定値となるように、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割り当てる芯線及び時間を決定する。以下、本実施形態に係る光通信システム及び光通信方法について、具体的に説明する。

制御器（不図示）は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）の通信状態を監視可能な位置に接続されている。例えば、光スプリッタ１２を介したＯＬＴ（２１−２）との光伝送路に接続される。制御器（不図示）は、例えば、ＯＬＴ（２１−２）に配置される。

ＯＮＵ−Ａ（１１−２−Ａ）は、光送信機Ａ（１０−２−Ａ）を備える。ＯＮＵ−Ｂ（１１−２−Ｂ）及びＯＮＵ−Ｃ（１１−２−Ｃ）についても同様である。ＯＬＴ（２１−２）は、受光器ａ（２２−２−ａ）と、受光器ｂ（２２−２−ｂ）と、を備える。受光器ａ，ｂ（２２−２−ａ，ｂ）は、例えば、フォトダイオードである。ここでは、ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−２−Ａ〜Ｃ）に搭載される光受信機、ＯＬＴ（２１−２）に搭載される光送信機は省略している。

ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−２−Ａ〜Ｃ）は、加入者宅に設置されている。光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）は、選択可能な複数の芯線のうちの１芯線に信号光を出力する。割り当てられた芯線は、選択可能な複数の芯線のうちの１芯線である。出力された信号光は、光ファイバを伝達し、光スプリッタ（１２）で結合される。光伝送路は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）からの信号光を芯線多重且つ時分割多重して光受信機（２０−２）へ結合する。

光受信機（２０−２）は、光伝送路からの光を芯線毎にそれぞれ受光する複数の受光器ａ，ｂ（２２−２−ａ，ｂ）を有する。受光器ａ，ｂ（２２−２−ａ，ｂ）は、例えば、フォトダイオードである。受光器ａ，ｂ（２２−２−ａ，ｂ）は、それぞれ受光した信号光を電気信号として出力する。このように、本実施形態の光通信システムは、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）からの信号光を芯線多重且つ時分割多重をして光受信機（２０−２）に結合する。

制御器は、実施形態１における波長を芯線に読み替えれば同様である。制御器（不図示）は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）に対して信号光を送信できる芯線と時間を割り当てる。例えば、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）は、２芯線（Ｈ１、Ｈ２）の中から割り当てられた所定の１芯線で信号光を出力する。このように制御器（不図示）が光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）に芯線と時間を割り当てることで、割当帯域が決定される。

図５は、Ｘ点における光送信機からの信号光のタイムチャートの一例を表す。縦方向が光送信機Ａ〜Ｃに与えられた芯線であり、横方向が光送信機Ａ〜Ｃに与えられた送信割当時間を示す。光送信機Ａは、芯線Ｈ１の信号光を時間ｔ１から時間ｔ２までの割当時間領域で送信する。光送信機Ｂは、芯線Ｈ１の信号光を時間ｔ２から時間ｔ３までの割当時間領域で送信する。光送信機Ｃは、芯線Ｈ２の信号光を時間ｔ１から時間ｔ２までの割当時間領域で送信する。このように、図４に示す光通信システムは、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）からの信号光を芯線多重且つ時分割多重をして光受信機（２０−２）に結合する。

このとき、制御器は、芯線Ｈ１の光送信機Ａ，Ｂ（１０−２−Ａ，Ｂ）と芯線Ｈ２の光送信機Ｃ（１０−２−Ｃ）への割当帯域が公平となるように、芯線Ｈ２の光送信機Ｃ（１０−２−Ｃ）の割当帯域を抑制する。この結果、時間ｔ１〜ｔ３の間で、どの光送信機も均等に帯域が割り当てられている。

光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）は、２芯線（Ｈ１、Ｈ２）の中から割り当てられた所定の１芯線で信号光を出力する。光送信機Ａは芯線Ｈ１で信号光を送信可能領域で送信する。光送信機Ｂは芯線Ｈ１の信号光を送信可能領域で送信する。光送信機Ｃは芯線Ｈ２の信号光を送信可能領域で送信する。

光伝送路は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）からの信号光を合波して光受信機（２０−２）に結合する。ここで、異なる芯線の信号光は同時に受信できるが、同一芯線の信号光を同時に受信することはできない。そこで、制御器は同一芯線の信号光が同時に光受信機（２０−２）に到着しないように、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）に対して通信可能時間を指定する。

このため、制御器は、時間ｔ１で光送信機Ａに芯線Ｈ１の信号光を出力するよう指示し、光送信機Ｂに芯線Ｈ１の信号光の送出を止めるように指示し、光送信機Ｃに芯線Ｈ２の信号光を出力するよう指示する。制御器は、時間ｔ２で光送信機Ａに信号光の送出を止めるように指示し、光送信機Ｂに芯線Ｈ１の信号光を出力するよう指示し、光送信機Ｃに信号光の送出を止めるように指示する。

光送信機から光受信機（２０−２）までの伝送距離が異なる場合、制御器は、合波したときに重ならないように信号光間の間隔を調整する。信号光がフレームで構成されている場合、制御器はフレーム間隔を調整する。

制御器は、芯線Ｈ１に属する光送信機Ａ、Ｂと芯線Ｈ２に属する光送信機Ｃへの割当帯域が公平となるように、芯線Ｈ２に属する光送信機Ｃの割当帯域を抑制している。言い換えれば、本光通信システムは、割当帯域の基本となる値、たとえば保証帯域の比に割当帯域が、収容される芯線によらずに一定の範囲に収まるように、割当帯域の基本となる値、たとえば保証帯域の総和が少ない芯線に収容される収容ユーザへの過剰割当を抑制する操作を制御器で行うことで、収容される芯線によらずユーザ間の割当帯域の公平性を実現している。

このような割当の方法として、例えば、制御器は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割り当てられた芯線及び時間を監視して光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）ごとの割当帯域の平均値を算出する。そして、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）間の平均値の比を算出して、平均値の比が予め定められた一定の範囲に収まるように、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割り当てる芯線及び時間を決定する。

そのために、制御器は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）に対して要求する要求帯域に対して割り当てられている割当帯域の履歴を保持し、保持した履歴を比較し、過剰に割り当てられている光送信機への割当帯域を抑制することで、割当帯域が所定の比の範囲に収まるように、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）への割当帯域を決定する。

制御器は、例えば、ユーザ毎の割当帯域又は要求帯域と割当帯域の両方の履歴を保持する履歴保持部と、履歴保持部の保持する履歴を比較する比較部と、比較部の比較した値に応じて過剰に割り当てられているユーザへの割当を所定の時間または割当帯域を抑制する抑制部を含む。履歴は、通信履歴は過去一定時間のウインドウでの履歴であってもよいし、一定時間のスライディングウインドウの履歴であっても良いし、指数平均や加重平均等の平均による履歴であってもよい。

そして、制御器は、割当帯域の平均値が所定の比率を超過するまでは、当該ユーザに対する割当の上限を最大帯域とし、超過してから平均値が所定の比率に戻るまでは、当該ユーザに対する割当の上限を、割当を保証する保証帯域にするといった処理を行う。制御器の機能及び動作については、実施形態１で説明したとおりである。

本実施形態においても、実施形態１で説明したとおり、保証帯域以下の少量の帯域のみを要求するユーザが多くいる場合、要求帯域が割当帯域以上のユーザ間で割当帯域が所定の比の範囲となるように、割当帯域を決定する。例えば、制御器は、予め定められた保証帯域を超える帯域割当を要求している光送信機間で平均値を算出する。これにより、保証帯域以下の少量の帯域のみを要求するユーザがいたときに、要求帯域が最少のユーザの帯域によって、割当帯域が抑制されることを防ぐことができる。

上述のように、制御器は光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）毎に要求する要求帯域と割当帯域の履歴を保持し、保持した履歴を比較し、過剰に割り当てられている光送信機への割当帯域を抑制することで、割当帯域が所定の比の範囲となるように、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）への割当帯域を決定する。

なお、ここでは芯線毎に時分割多重としているが、実施形態１と同様に各芯線内でも波長分割多重且つ時分割多重としてもよい。この時、制御器は各芯線の各芯線間で公平性を担保する。

また、図４では、３つの光送信機と２芯線で例示しているが、光送信機の数は増減してもよいし、芯線多重する芯線の数も３以上であってよい。また、図４では、１つの光受信機（２０−２）側が芯線多重した信号を受信しているが、光受信機（２０−２）は複数であってもよい。さらに、本光通信システムは双方向通信のシステムであってもよい。

また、上記の説明では、単一の光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）は、同時に単一の芯線でのみ通信する例で説明したが、同時に複数の芯線を用いて通信する場合の同様であるし、本発明の第１の実施形態と本実施形態を組み合わせた場合も同様である。なお、割当に際して、ＯＮＵ−ＯＬＴ間の距離差、波長分散、複数の芯線間の距離差に伴う伝達時間の差を考慮して、同時に送信できない場合の送信機の送信時間が重複しないように、同時に受信できない場合の受信機に到着する信号の到着時間同士が重複しないように割り当てる。

本発明は、情報通信産業に適用することができる。

１０−１−Ａ〜Ｃ，１０−２−Ａ〜Ｃ：光送信機
１１−１−Ａ〜Ｃ，１１−２−Ａ〜Ｃ：光加入者側装置ＯＮＵ
１２：光スプリッタ
２０−１，２０−２：光受信機
２１−１，２１−２：局側装置ＯＬＴ
２２−１−ａ，２２−２−ａ：受光器ａ
２２―１−ｂ，２２−２−ｂ：受光器ｂ
２３：芯線Ｈ１
２４：芯線Ｈ２
２５：光合分波器

Claims (6)

1. 複数の光加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の波長領域を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信システムであって、
   前記局側装置は、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てられた波長及び時間を監視して前記光送信機ごとの割当帯域の平均値を算出し、前記光送信機間の前記平均値の比を算出して、前記平均値の比が予め定められた一定の範囲内となるように、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てる波長及び時間を決定する光通信システム。
2. 複数の光加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の芯線を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信システムであって、
   前記局側装置は、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てられた芯線及び時間を監視して前記光送信機ごとの割当帯域の平均値を算出し、前記平均値の比が予め定められた一定の範囲内となるように、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てる芯線及び時間を決定する光通信システム。
3. 前記局側装置は、予め定められた保証帯域を超える帯域割当を要求している前記光送信機間で前記平均値を算出する請求項１又は２に記載の光通信システム。
4. 複数の光加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の波長領域を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信方法であって、
   前記局側装置は、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てられた波長及び時間を監視して前記光送信機ごとの割当帯域の平均値を算出し前記平均値の比が予め定められた一定の範囲内となるように、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てる波長及び時間を決定する光通信方法。
5. 複数の光加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の芯線を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信方法であって、
   前記局側装置は、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てられた芯線及び時間を監視して前記光送信機ごとの割当帯域の平均値を算出し、前記平均値の比が予め定められた一定の範囲内となるように、前記光加入者側装置の光送信機に割り当てる芯線及び時間を決定する光通信方法。
6. 前記局側装置は、予め定められた保証帯域を超える帯域割当を要求している前記光送信機間で前記平均値を算出する請求項４又は５に記載の光通信方法。

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