JP5301495B2 - バス式光ネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、バス式光ネットワークシステム（ｂｕｓ−ｂａｓｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ）に関し、特に、ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）及びＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）が備えるトラフィック制御機能により、媒体アクセスがネットワークの理想かつ公平な行為の要求を満たすことができ、このシステムの媒体アクセスが、ネットワークトポロジ及びＯＮＵのネットワークの位置により影響を受けることを防ぐとともに、ネットワーク通信の品質を良好に維持し、ＣＯ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｏｆｆｉｃｅ）及び光ファイバの数を減らすことにより、構築コスト及び維持コストを大幅に減らすことができるバス式光ネットワークシステムに関する。

近年、各種通信サービスの周波数帯域に対するニーズの高まりに伴い、公衆アクセスネットワーク（ｐｕｂｌｉｃ ａｃｃｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ）上の周波数帯域に対する要求が高まっている。従来のアクセスネットワークでは、縒り合わされた線の伝送特性のため、周波数帯域及び伝送可能距離には限界があり、各種通信サービスのニーズを満足させることができない。ネットワークの経営者は、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）アクセスネットワークの構築及び使用を積極的に行っている。このＦＴＴＨアクセスネットワークは、欧州、アジアの国及び地域ですでに発展し始めているが、その高い構築コスト、維持コストなどは、ＦＴＴＨネットワークが全世界へ迅速に普及するネックとなっている。そのため、ＦＴＴＨアクセスネットワークの発展にとって、構築コスト及び維持コストを下げながら通信品質を維持することが求められている。

公衆アクセスネットワークは、バックボーンネットワークとネットワークユーザとの間の橋渡し的役割を担い、広い橋梁によりトラフィック量を増大させることができる。光ファイバは、縒り合わされた線より容量が遥かに大きく、１人のネットワークユーザに必要な周波数帯域が小さいため、多数のネットワークユーザで１本の光ファイバを共用することができる。そのため、ＦＴＴＨネットワークの構築上、媒体を共用する環境により構築コストを下げる方式が理想的である。媒体を共用する環境を構築するために、数種類の多重アクセスネットワーク構造では、ＦＴＴＨネットワーク構築を参考として用いている。これら多重アクセスネットワーク構造は、光ファイバに接続されたＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）の数により大きく２種類に分けられる。即ち、各光ファイバのそれぞれが１つだけのＯＮＵに接続される第１類と、各光ファイバが多数のＯＮＵに接続される第２類とに大きく分けられる。第２類のネットワークトポロジはリング（ｒｉｎｇ）状であり（図２に示す）、リング状光ファイバの端子がＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）に接続される。このＯＬＴは、ＣＯ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｏｆｆｉｃｅ）内に位置する。各ＯＬＴは、２つの送信器及び２つの受信器をそれぞれ含む。そのうち一方の送信器及び受信器は、アップストリームスロット（ｕｐｓｔｒｅａｍ ｓｌｏｔ）を生成するために用い、他方の送信器及び受信器は、ダウンストリームスロット（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｓｌｏｔ）を生成するために用い、アップストリームスロットの方向とダウンストリームスロットの方向とは互いに反対である。他方、第１類は、スプリッタ（ｓｐｌｉｔｔｅｒ）又は受動ファイバ分岐点（ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｂｅｒ ｂｒａｎｃｈｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）の有無により、ネットワーク構造をスター（ｓｔａｒ）状（図３に示す）及びツリー（ｔｒｅｅ）状（図４に示す）の２種類のトポロジに分けることができる。スター状トポロジとは、ＣＯがスター状のセンターにあり、センターからＯＮＵの位置まで光ファイバが放射線状に形成されている。ツリー状トポロジとは、スプリッタ又は受動ファイバ分岐点がサブセンターに位置し、光ファイバがサブセンターから分岐し、ＯＮＵに接続されている。さらに、ＯＬＴ及びサブセンターの光ファイバは、中継として用いることもできる。この中継には、アップストリームチャネル（ｕｐｓｔｒｅａｍ ｃｈａｎｎｅｌ）及びダウンストリームチャネル（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｃｈａｎｎｅｌ）が含まれる。ダウンストリームチャネルは、ＯＬＴを介し、バックボーンネットワークからＯＮＵへメッセージ（ｍｅｓｓａｇｅ）を伝送し、アップストリームチャネルは、ＯＮＵからのメッセージを集めた後、ＯＬＴを介してバックボーンネットワークへ送る。

第１類トポロジのＦＴＴＨネットワークは、光ファイバの帯域幅効率が非常に低いため、光ファイバが大量に必要である。このトポロジにより構築したＦＴＴＨネットワークは、大量の光ファイバが必要なためコストが高い。また、リング状に構築したＦＴＴＨネットワークは、スター状及びツリー状より光ファイバの帯域幅効率が大きいため、スター状又はツリー状より構築に必要な光ファイバが少ない。そのため、光ファイバの構築コストは、スター状又はツリー状のＦＴＴＨネットワークより少ない。しかし、リング状ＦＴＴＨネットワーク内のＣＯから最も遠いＯＮＵまでの距離は、比較的遠いスター状又はツリー状のＦＴＴＨネットワーク内で対応した距離より小さくなるが、ＣＯの数が相対的に増えるため、ＣＯの構築コストが増大する。リング状トポロジは、スター状又はツリー状のトポロジよりも光ファイバーの数が減って構築コストが減るため、ＣＯの増大により増える構築コストを相殺することができる。反対に、スター状又はツリー状のトポロジは、ＣＯの減少により構築コストを節減することができるため、光ファイバーの数が増えることにより増大する構築コストを相殺することができる。さらに、ＦＴＴＨネットワークの維持コストは、光ファイバの数と関係するため、大量の光ファイバを使用するＦＴＴＨネットワークは、光ファイバの配線が複雑になるとともに、光ファイバの管理及び維持が困難となり、ＦＴＴＨネットワークの維持コストが増える虞がある。そのため、ＣＯ及び光ファイバの数を大幅に減らすことができれば、ＦＴＴＨネットワークの構築コストを減らすことができる上、維持コストを減らすこともできる。

媒体共用を提供するＦＴＴＨネットワークにおいて、多数のＦＴＴＨネットワークは、アップストリームチャネル上で、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）の技術を応用する一方、ダウンストリームチャネルでは、ＴＤＭ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の技術を利用する。ダウンストリームチャネル内では、ＯＬＴが送信する制御及び維持メッセージを送信する他、大部分のメッセージは、ネットワークユーザにより起動される通信サービスの応答である。ＴＤＭの技術は、ダウンストリームチャネルを公平に使用する周波数帯域であり、対応するＯＮＵへ応答メッセージ（ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｍｅｓｓａｇｅ）を伝送するが、チャネル容量を有効に利用することはできない。さらに、ネットワークユーザにより起動されるサービスの応答トラフィック量は、起動するサービスの種類に応じて変えることができる。ＴＤＭの多重化技術は、サービスの違いに応じて周波数帯域を柔軟に割り当てることができない。そのため、ＴＤＭ多重化技術をダウンストリームチャネルに応用する場合、公衆アクセスネットワーク上、商業用周波数帯域の様々な要求を満足させることはできない。アップストリームチャネルにおいては、ＯＬＴと接続された全てのＯＮＵは、チャネルを使用する発信者である。ＴＤＭＡ多重アクセス技術は、ＣＰＥ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｐｒｅｍｉｓｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）に基づき、ＯＮＵが提供する周波数帯域の要求を介し、必要な帯域幅を得る。この操作条件下において、ネットワークの通信量が多い状況下で、一部のＯＮＵがサービス利用要求を起動すると、これらのＯＮＵは、必要な周波数帯域を適宜、時間内に得ることができず、所望の周波数帯域を得るために所定時間待つ必要がある。このような操作環境において、ＯＮＵの数が多い場合、過負荷の時間（即ち、通信量が多い時間）が長くなり、それに伴って十分な周波数帯域に必要な時間も延びる。また、バックボーンネットワーク上でＣＡＣ（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、リソースマネージメント（ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）、優先制御（ｐｒｉｏｒｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ）などの制御機能を実行する機構（例えば、ＵＰＣ（Ｕｓａｇｅ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ））は、拒絶ＯＮＵを送信するが、商業契約で許しているトラフィック量を超える虞がある。この場合、拒絶されたトラフィックがバックボーンネットワークとＯＮＵとの間で再伝送（ｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）される。繰り返して何度も「再伝送」される場合、アップストリームチャネルの周波数帯域を無用に占用し、ＯＮＵのスルプット（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を低下させるとともに、ネットワークの通信量が増える時間が延びる。この悪循環の現象により、ＯＮＵ内のメッセージ待ち時間が冗長となる。そのため、構築コスト及び維持コストを低減させるために、ＯＬＴに接続されたＯＮＵの数を増やす必要があるが、これによりネットワークに過負荷が発生する回数が増えて過負荷時間が延びる虞がある。そのため、構築コスト及び維持コストを下げる場合、ＦＴＴＨネットワークの通信品質が大幅に悪化する虞があった。ここで通信品質とは、ネットワークノードの平均待ち時間を指し、この待ち時間とは、ノード内の１個目の緩衝器内キューのデータセグメントの伝送時間の長さを指す。

ノードの平均待ち時間の長さは、ノードの媒体周波数帯域（ｍｅｄｉｕｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）に対するアクセス権の大きさを表す。ノードの平均待ち時間が短いほど、ノードの媒体周波数帯域に対するアクセス権が大きいことを表す。例えば、高速ＴＤＭＡネットワークにとって、ノードの平均待ち時間は、ノードのトラフィック量と反比例の関係にあり、ネットワークトポロジとは関係がない。この特性により、光ファイバのＴＤＭＡネットワークの媒体アクセス制御をトラフィック量の制御方式に利用すると、ネットワークの理想かつ公平な行為（ｉｄｅａｌ ｆａｉｒ ｂｅｈａｖｉｏｒ）の要求を満足させることができる。このネットワークの理想かつ公平な行為は、ノードのトラフィック量が変わらない状況下で、ノードの平均待ち時間は、ノード位置が変化しても変わることはない。トラフィック制御は、商業用公衆ネットワークにとって非常に重要である。商業行為といった面からみると、ネットワークのユーザは所望の周波数帯域に対する使用料を支払う必要がある。また、この使用量は、周波数帯域が大きくなるほど高くなる。例えば、１つのノードが伝送するトラフィック量は、商業契約の内容により制御され、ＵＰＣの制御による「再伝送」が生じない。そのため、ＴＤＭＡチャネルの容量の全ては、全てのノードに合理的に分配することができる上、トラフィック制御の方式により、ＴＤＭＡチャネルのアクセス権を各ノードに分配すると、ＴＤＭＡネットワークの通信品質は、ネットワークが全負荷のときにも悪化することがない。そのため、トラフィック制御は、ＦＴＴＨネットワークにより周波数帯域のアクセス権を分配し、ＯＮＵを増やし、通信品質を維持しながら、構築コスト及び維持コストを低減させることが求められていた。

本発明の目的は、通信品質を維持しながら、構築コスト及び維持コストを低減させるバス式光ネットワークシステムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、光ファイバ、ＯＬＴ及びＯＮＵを備えるバス式光ネットワークシステムであって、前記光ファイバは、アップストリームチャネルである送信バスと、ダウンストリームチャネルである受信バスと、を有し、前記送信バス及び前記受信バスのそれぞれはＴＤＭＡ技術により多重アクセスを行い、前記ＯＬＴは、最も近いＯＮＵに接続され、トラフィック制御機能を備えたＯＬＴＮと、最も遠く離れたＯＮＵに接続されたＯＬＴＦと、を含み、前記ＯＮＵは、前記送信バス及び前記受信バスに接続され、ＦＴＴＨネットワークと、ユーザのプライベートネットワークとの間のインタフェースとして用い、前記ＯＮＵそれぞれのＭＡＣプロトコルは、前記送信バスの周波数帯域にアクセスする際のトラフィック制御機能を有することを特徴とするバス式光ネットワークシステムが提供される。

また、前記ＦＴＴＨネットワークの前記プライベートネットワークは、ＣＰＥを含み、前記ＣＰＥ及びそのインタフェースは、前記ＯＮＵに直接接続されているか、無線ネットワーク、同軸ネットワーク又はＬＡＮを介して前記ＯＮＵに接続されていることが好ましい。

また、前記ＯＮＵのそれぞれの最大トラフィック量が制限されているため、許容最大トラフィック量を前記ＯＮＵそれぞれのトラフィック制御パラメータとして用い、前記パラメータは、前記最大トラフィック量に応じて柔軟に変動可能であり、前記受信バスから前記ＯＮＵのそれぞれに送られるトラフィック量を前記ＯＬＴＮのトラフィック制御パラメータとみなし、前記最大トラフィック量に応じて各ＯＮＵへの伝送を柔軟に変えることが好ましい。

本発明のバス式光ネットワークシステムは、通信品質を維持しながら、構築コスト及び維持コストを低減させることができる。

本発明の一実施形態によるバス型ＦＴＴＨネットワークのアーキテクチャを示す模式図である。 従来のリング状トポロジのＦＴＴＨネットワークのアーキテクチャを示す模式図である。 従来のスター状トポロジのＦＴＴＨネットワークのアーキテクチャを示す模式図である。 従来のツリー状トポロジのＦＴＴＨネットワークのアーキテクチャを示す模式図である。

図１を参照する。図１は、本発明の一実施形態によるＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）のネットワークシステムを示す模式図である。本実施形態のＦＴＴＨのネットワークシステムは、１対の光ファイバ１、ＯＬＴ２及び複数のＯＮＵ３を含む。

１対の光ファイバ１は、送信バス１２（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｂｕｓ：Ｔ Ｂｕｓ）及び受信バス１１（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｂｕｓ：Ｒ Ｂｕｓ）を含む。送信バス１２は、アップストリームチャネルであり、それが有するスロットを用い、バックボーンネットワークを介してクライアントへ情報を伝達する。受信バス１１は、ダウンストリームチャネルであり、それが有するスロットを用い、ＦＴＴＨネットワーク内のクライアントによりトラフィックが受信される。

ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）２は、ＣＯ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｏｆｆｉｃｅ）内又はＣＯ近くのＯＬＴＮ（ｎｅａｒ ｐａｒｔ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｎｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ）２１に配置された部分と、ＣＯから遠く離れた終端の光ファイバ１であるＯＬＴＦ（ｆａｒ ｐａｒｔ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｎｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ）２２の部分と、を含む。ＯＬＴＮ２１及びＯＬＴＦ２２は、スロット生成器及びスロットターミナルを含む。これにより、送信バス１２上のＴＤＭＡスロットストリーム（ｓｌｏｔ ｓｔｒｅａｍ）は、ＯＬＴＦ２２のスロット生成器からＯＬＴＮ２１のスロットターミナルに入り、受信バス１１上のＴＤＭＡスロットストリームがＯＬＴＮ２１のスロット生成器からＯＬＴＦ２２のスロットターミナルに入る。ＯＬＴＮ２１は、ＦＴＴＨネットワークとバックボーンネットワークとの間での送信に用いる。

複数のＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）３は、ＦＴＴＨネットワークの送信バス１２と受信バス１１との間に接続され、ＦＴＴＨネットワークとユーザのプライベートネットワーク（ｐｒｉｖａｔｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）との間のインタフェースとして用いる。プライベートネットワークは、様々なＣＰＥ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｐｒｅｍｉｓｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）を含む。このＣＰＥ及びそのインタフェースは、ＯＮＵ３に直接接続したり、無線ネットワーク、同軸ネットワーク（ｃｏａｘｉａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ）、各種ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などを介してＯＮＵ３に接続したりしてもよい。各ＯＮＵ３のＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロトコルは、送信バス１２の周波数帯域にアクセスする際、トラフィック制御機能を得る。各ＯＮＵ３の最大トラフィック量が制限されているため、許容最大トラフィック量を各ＯＮＵ３のトラフィック制御パラメータとして用いることができる。このパラメータは、最大トラフィック量の契約内容に応じて柔軟に変えることができる。ここで、受信バス１１からＯＮＵ３に送られる最大トラフィック量は、ＯＬＴＮ２１のトラフィック制御パラメータとみなし、最大トラフィック量の契約内容に応じて柔軟に変えることができる。

ＯＮＵ３へトラフィックを伝送するために、ＯＬＴＮ２１内には、ＯＮＵ３にそれぞれ対応した多数のキューを有する。各ＯＮＵ３の対応したキューは、受信バス１１を介してＯＮＵ３に送られるトラフィックを一時的に保存する。ＯＬＴＮ２１は、全てのＯＮＵ３へトラフィックを送る唯一の装置であるが、ＯＬＴＮ２１内の全てのキューは、受信バス１１の周波数帯域を共用する。そのため、受信バス１１上のＴＤＭＡスロットは、ＯＬＴＮ２１内の全てのキューにより競って用いられる。これらキュー間で受信バス１１のアクセス権を公平かつ合理的に分配するために、ＯＬＴＮ２１が実行するトラフィック制御の機構は、キューにおいてスロットにトラフィックを書込むときに起動させる必要がある。１つのキューの最大トラフィック量は、対応するＯＮＵ３が接続されたユーザと、ネットワークの管理者との間で取り決めた契約内容に基づいて決定する。そのため、多重のアクセス機能を得るために、ネットワークの受信バス１１がＴＤＭＡ技術を採用することが好ましい。これにより、ＦＴＴＨアクセスネットワークは、ユーザの必要に応じて周波数帯域の大きさを調整することができる。

本発明のバス式光ネットワークシステムは、バス・トポロジを採用するため、ＣＯからＦＴＴＨネットワーク内の最も遠いＯＮＵまでの距離は、リング状ＦＴＴＨネットワーク内の対応する距離よりも大幅に遠い。これにより、バス型ＦＴＴＨネットワークにより構築したＣＯがカバーするサービスエリアは、リング状ＦＴＴＨネットワークで構築したＣＯがカバーするサービスエリアより大幅に大きい。そのため、バス型ＦＴＴＨネットワークが使用する光ファイバの数を大幅に減らすことができるだけでなく、必要なＣＯの数も減らすことができる。これにより、バス型ＦＴＴＨの構築コストを大幅に減らすことができる。さらに、媒体のアクセス権の分配は、トラフィック制御により行うことができるため、送信バス及び受信バスのアクセス権を、ＯＮＵ及びそのＯＬＴＮ２１内に対応したキューへ合理的に分配することができるとともに、バス型ＦＴＴＨが全負荷（ｆｕｌｌ ｌｏａｄ）のときでも通信の品質を維持することができる。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１ 光ファイバ
２ ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）
３ ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）
１１ 受信バス
１２ 送信バス
２１ ＯＬＴＮ
２２ ＯＬＴＦ

Claims (3)

1. 光ファイバ、ＯＬＴ及びＯＮＵを備えるバス式光ネットワークシステムであって、
   前記光ファイバは、アップストリームチャネルである送信バスと、ダウンストリームチャネルである受信バスと、を有し、前記送信バス及び前記受信バスのそれぞれはＴＤＭＡ技術により多重アクセスを行い、
   前記ＯＬＴは、最も近いＯＮＵに接続され、トラフィック制御機能を備えたＯＬＴＮと、最も遠く離れたＯＮＵに接続されたＯＬＴＦと、を含み、
   前記ＯＮＵは、前記送信バス及び前記受信バスに接続され、ＦＴＴＨネットワークと、ユーザのプライベートネットワークとの間のインタフェースとして用い、前記ＯＮＵそれぞれのＭＡＣプロトコルは、前記送信バスの周波数帯域にアクセスする際のトラフィック制御機能を有することを特徴とするバス式光ネットワークシステム。
2. 前記ＦＴＴＨネットワークの前記プライベートネットワークは、ＣＰＥを含み、
   前記ＣＰＥ及びそのインタフェースは、前記ＯＮＵに直接接続されているか、無線ネットワーク、同軸ネットワーク又はＬＡＮを介して前記ＯＮＵに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のバス式光ネットワークシステム。
3. 前記ＯＮＵのそれぞれの最大トラフィック量が制限されているため、許容最大トラフィック量を前記ＯＮＵそれぞれのトラフィック制御パラメータとして用い、
   前記パラメータは、前記最大トラフィック量に応じて柔軟に変動可能であり、前記受信バスから前記ＯＮＵのそれぞれに送られるトラフィック量を前記ＯＬＴＮ のトラフィック制御パラメータとみなし、前記最大トラフィック量に応じて各ＯＮＵへの伝送を柔軟に変えることを特徴とする請求項１に記載のバス式光ネットワークシステム。
   

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