JP5396898B2 - 動的帯域割当方法及び局側装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）システムを構成する局側装置と、この局側装置が行う上り送信の動的帯域割当方法に関する。

局側装置と、これに接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、分岐した光ファイバの終端にそれぞれ接続された宅側装置とを含むＰＯＮシステムが既に実施されている。
このＰＯＮシステムの局側装置は、上り信号の干渉を防止するため、複数の宅側装置に対して時分割で上り方向の帯域を動的に割り当てている。

具体的には、局側装置は、各宅側装置から予め上り方向に送出したいデータ量が記された帯域要求用の制御フレーム（レポート：リクエストともいう。）を受け、このレポートに記されたデータ量（リクエスト値）に基づいて各宅側装置に割り当てるべき帯域を決定し、送信許可帯域の通知（グラント）を行うための制御フレーム（ゲート）を送出する。
このグラントのためのゲートフレームには、上りの送信開始時刻と送信許可長（時間相当値）とが記されているので、各宅側装置は、ゲートフレームに記された所定時間において所定量のデータを上り方向に送出することができる（例えば、特許文献１参照）。

複数の宅側装置からの帯域要求レポートに対して局側装置がどのように帯域を割り当てるかについては、すなわち、局側装置が行う上り方向の動的帯域割当方法としては、１つの宅側装置からレポートが届くごとに当該宅側装置に随時帯域を割り当てる、分散型ＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Allocation：動的帯域割当）と、複数の宅側装置からレポートを集中的に集めておき、集めた各レポートに基づいて複数の宅側装置に対する帯域割当を総合的に行う、集中型ＤＢＡとがある（例えば、特許文献２参照）。

上記２種類の動的帯域割当方法のうち、集中型ＤＢＡは、換言すると、複数の宅側装置から集めたレポートに基づいて、次回のグラント周期内に局側装置が受信する各宅側装置の上りデータの帯域割当を総合的に実施し、次回分のレポートと上りデータとの送信時間を局側装置が各宅側装置にそれぞれグラントするものである。
この集中型ＤＢＡによれば、所定サイクル長のグラント周期の範囲内において、帯域が不足しがちな優先度が高い宅側装置に対して、優先的に帯域を割り当てる優先制御を行うことができ、各宅側装置に対する帯域保証を行えるという利点がある。

特開２００４−１２９１７２号公報 特開２００７−２４３７７０号公報（図６及び図７）

ところで、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖに準拠した１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムで用いる光バースト信号には、図１４に示すように、ユーザデータの転送のための時間領域（図５のData領域）以外に、レーザのオンオフに必要な時間（図１４の光バースト信号中の両端部の三角領域）と、フレーム同期のために必要な同期時間（図１４の光バースト信号中のSyncTime）等よりなるオーバーヘッドが付随している。

しかしながら、上記従来の集中型ＤＢＡにおいては、各宅側装置がレポートと上り方向のユーザデータの送信を別個に行うように、局側装置が帯域割当を行うのが通常である。
このため、各宅側装置は、次回のグラント周期において、レポートの光バースト信号とユーザデータの光バースト信号を別個に光ファイバに送出することになるので、論理的な接続数に対して上記オーバーヘッドの領域が２倍必要となり、上り方向の帯域利用効率が悪化するという問題がある。

一方、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖでは、通信速度の高速化に伴って不足するリンクバジェットを前方誤り訂正（ＦＥＣ： Forward Error Correction）による符号化技術で補う方策を採っているため、図１４に示すように、ユーザデータのデータ領域は、ＦＥＣコードワード（FEC Code Word ）と呼ばれるデータ量単位によって伝送データ量が決定される。
また、局側装置がグラントに記す送信許可の時間については、ＴＱ（Time Quanta（＝１６ｎｓ））と呼ばれる時間単位でカウントする。

このため、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖに準拠したＰＯＮシステムでは、局側装置が各宅側装置に上り送信させるためにグラントする伝送データ量は、ＦＥＣコードワード（以下、ＦＣＷと略記することがある。）単位でその端数分が切り上げられるともに、更に、この伝送データ量を時間相当値に変換する際に、ＴＱ単位でその端数分が切り上げられるようになっている（図１４の斜線部分参照）。

従って、上記従来の集中型ＤＢＡのように、各宅側装置にレポートとユーザデータの上り送信を個別に行わせると、レポートの光バースト信号とユーザデータの光バースト信号の双方に対して、上記ＦＣＷ単位及びＴＱ単位の端数分の切り上げが行われ、この切り上げに伴う空き時間がレポート及びユーザデータの双方について生じてしまうので、この点でも上り送信の帯域利用効率が阻害されることになる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、グラント周期内でのバースト数を減少させて空いた時間を有効活用することにより、上り方向の帯域利用効率を向上することができる動的帯域割当方法と、この方法を行う局側装置を提供することを目的とする。

本発明の動的帯域割当方法（請求項１〜３）は、複数の宅側装置から集めたレポートに基づいて、次回のグラント周期内に局側装置が受信する前記各宅側装置の上りデータの帯域割当を行い、次回分の前記レポートと前記上りデータの送信時間を前記局側装置が前記各宅側装置にそれぞれグラントする動的帯域割当方法であって、次回分の前記レポートのうちの一部又は全部と、当該レポートと送信元が同じ前記上りデータとを、連続した単一バーストとなるように帯域割当を行う単一化処理と、前記単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分の前記レポートの受信時刻を、次回の前記グラント周期内の早い側よりに稠密に配置するスケジューリング処理と、を含むことを特徴とする。

本発明の動的帯域割当方法によれば、次回分のレポートのうちの一部又は全部と、当該レポートと送信元が同じ上りデータとを、連続した単一バーストとなるように帯域割当を行う（単一化処理）ので、そのレポートと上りデータが別個のバーストである場合に比べて、バーストに付随するオーバーヘッドや、データ単位及び時間単位の端数分の切り上げ回数を削減することができる。

また、単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分のレポートの受信時刻を、次回のグラント周期内の早い側よりに稠密に配置する（スケジューリング処理）ので、次回のグラント周期に生じる空き時間をできるだけ長くすることができる。
このため、例えば、スケジューリング処理によって生じた上記空き時間を任意の宅側装置のための送信時間に割り当てる等により、上り方向の帯域利用効率を向上することができる。

ところで、本発明の動的帯域割当方法において、レポートと上りデータとを単一バースト化する場合に、各上りデータの送信時間長を全く考慮せずに、すべての宅側装置につき一律に単一バーストを生成すると、次回のグラント周期での次回分のレポートの回収時期が遅れてしまい、一部の宅側装置について次々回分の帯域割当計算が間に合わず、公平な帯域割当を行えない場合がある。

そこで、前記スケジューリング処理において、前記単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分の前記レポートの受信時刻を、当該レポートの到着が次回の前記グラント周期の開始に間に合うように設定された最終レポート到着時刻以前に配置することが好ましい。
この場合、単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分のレポートの受信時刻が上記最終レポート到着時刻と同時刻かこれよりも早くなるので、単一バースト化しても次回のグラント周期において次回分のレポートの回収が遅れることがなく、すべての宅側装置について次々回分の帯域割当計算を行うことができ、公平な帯域割当を行うことができる。

本発明の動的帯域割当方法において、前記スケジューリング処理によって次回の前記グラント周期に生じた空き時間については、例えば、その一部又は全部を、いずれかの前記宅側装置のための送信時間に割り当てることができる（請求項２）。
この場合、上記空き時間がいずれかの宅側装置の上りデータの送信時間に割り当てられるので、上り方向の帯域利用効率が向上する。

また、局側装置がグラント周期を可変に設定可能な場合は、前記スケジューリング処理によって次回の前記グラント周期に生じた空き時間の範囲で、当該グラント周期を短縮させることにしてもよい（請求項３）。
この場合、次回のグラント周期を短縮させることによってそれ以降の帯域割当を前倒しに行うことができるので、上り方向の帯域利用効率が向上する。

本発明の動的帯域割当方法において、具体的には、前記スケジューリング処理は、すべての次回分の前記レポートを次回の前記グラント周期内の早い方から遅い方に向かって前詰めに配置してから、所定順位で選択した前記宅側装置に対応する前記レポートに対して順次前記単一化処理を実行する、前詰め方式のスケジューリング方式によって行うことができる（請求項４）。

この場合、前記レポートに、最低保証帯域用のデータ量を記した第１リクエスト値と、これ以上のデータ量を記した第２リクエスト値とが含まれている場合には、前記所定順位として、前記第１リクエスト値を割り当てた前記宅側装置を高順位としたものを採用することが好ましい（請求項５）。
その理由は、小さい方の第１リクエスト値を割り当てた宅側装置を高順位として単一バースト化すれば、単一バースト化できる宅側装置が多くなり、帯域利用効率を向上できる可能性が増大するからである。

また、この場合、複数の前記宅側装置が、上り送信レートが異なる複数種類のものよりなる場合には、前記所定順位は、前記上り送信レートが大きい前記宅側装置を高順位としたものを採用することが好ましい（請求項６）。
その理由は、上り送信レートが大きい宅側装置ほど、単一バースト化による時間短縮効果が大きくなるからである。

本発明の動的帯域割当方法において、前記スケジューリング処理は、次回分の前記上りデータをそのデータ量が大きいものから順に前記グラント周期内の遅い方から早い方に向かって後詰めに配置してから、前記最終レポート到着時刻よりも前にはみ出た前記上りデータに対して順次前記単一化処理を実行する、後詰めのスケジューリング方式を採用することもできる（請求項７）。
かかる後詰めのスケジューリング方式では、グラント周期の前側（時間が早い側）に空き時間ができるが、この空き時間を任意の宅側装置の上りデータ用に割り当てて全体を前側にシフトさせることにより、単一バーストのレポート部分を含むすべてのレポートを、最終レポート到着時刻以前に稠密に配置できる。

更に、本発明の動的帯域割当方法において、前記スケジューリング処理は、すべての前記レポートと前記上りデータについて前記単一化処理を行ってから、すべての前記単一バーストを送信時間が短いものから順に次回の前記グラント周期内の早い方から遅い方に向かって前詰めに配置する仮スケジューリング処理と、前記仮スケジューリング処理において、前記最終レポート到着時刻より後にレポート部分がはみ出た前記単一バーストが生じた場合に、そのレポート部分を前記単一バーストから分離して当該レポートを前記グラント周期の最前に配置する再配置処理と、を含むものを採用することもできる（請求項８）。

この場合、上記仮スケジューリング処理においてすべての単一バーストがいったんグラント周期内の早い方から遅い方に向かって前詰めに配置され、最終レポート到着時刻より後にレポート部分がはみ出た単一バーストが生じた場合に上記再配置処理を行うので、仮スケジューリング処理が終了した時点で一応のスケジューリング結果が得られている。
このため、何らかのシステム上の不具合でスケジューリング処理が途中で中断しても、その中断時点での仮スケジューリングの結果に基づいてグラントを生成することにより、宅側装置に対する上り送信の制御を実行することができる。

本発明の局側装置（請求項９〜１１）は、複数の宅側装置から集めたレポートに基づいて、次回のグラント周期内に自身が受信する前記各宅側装置の上りデータの帯域割当を行い、次回分の前記レポートと前記上りデータとの送信時間を前記各宅側装置にそれぞれグラントする局側装置であって、次回分の前記レポートのうちの一部又は全部と、当該レポートと送信元が同じ前記上りデータとを、連続した単一バーストとなるように帯域割当を行う単一化手段と、前記単一バーストに含まれる前記レポートの受信時刻が、次回の前記グラント周期の終了時刻から所定時間遡った基準時刻以前となるように、当該単一バーストの送信時刻を設定し、前記レポートを含まない前記上りデータの受信時刻が前記基準時刻の後となるように、当該上りデータの送信時刻を設定するスケジューリング手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明の局側装置によれば、上記単一化手段が、次回分のレポートのうちの一部又は全部と、当該レポートと送信元が同じ上りデータとを、連続した単一バーストとなるように帯域割当を行うので、そのレポートと上りデータが別個のバーストである場合に比べて、バーストに付随するオーバーヘッドや、データ単位及び時間単位の端数分の切り上げ回数を削減することができる。

また、上記スケジューリング手段が、前記単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分の前記レポートの受信時刻が、次回の前記グラント周期の終了時刻から所定時間遡った基準時刻以前となるように、当該単一バーストと前記レポートの送信時刻を設定し、前記レポートを含まない前記上りデータの受信時刻が前記基準時刻の後となるように、当該上りデータの送信時刻を設定するので、単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分のレポートの受信時刻が、次回のグラント周期内の早い側よりに稠密に配置され、次回のグラント周期に生じる空き時間をできるだけ長く発生させることができる。
このため、例えば、上記スケジューリング手段の処理によって生じた上記空き時間を任意の宅側装置のための送信時間に割り当てる等により、上り方向の帯域利用効率を向上することができる。

以上の通り、本発明によれば、集中型ＤＢＡを行う場合において、グラント周期内でのバースト数を減少させて空いた時間を有効活用するようにしたので、上り方向の帯域利用効率を向上することができる。

マルチレートＰＯＮシステムの一例を示す接続図である。 上り送信レートが異なる上り送信の時分割による波形図である。 局側装置の内部機能を示すブロック図である。 レポート及びグラントのフレーム構成例を示す図である。 局側装置と任意の１台の宅側装置との間の処理の流れを示す図である。 一般的な集中型ＤＢＡを示すシーケンス図である。 割当実行部が行う第１割当処理のフローチャートである。 宅側装置の上りバッファのデータ蓄積状態を示す概念図である。 動的帯域割当部での処理内容を示すフローチャートである。 割当実行部が行う第２割当処理のフローチャートである。 第２割当処理の変形例（第２実施形態）を示すフローチャートである。 割当実行部が行う帯域割当（第３実施形態）を示すフローチャートである。 最終レポート到着時刻の説明図である。 上り方向の光バースト信号を示す概念図である。

〔システムの全体構成〕
図１は、本発明の動的帯域割当方法が適用されるＰＯＮシステムの概略構成図である。
図１において、局側装置１は、複数の宅側装置２〜４に対する集約局として設置されており、各宅側装置２〜４はそれぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。
局側装置１に接続された１本の光ファイバ５は、光カプラ６を介して分岐する複数の光ファイバ（支線）７〜９とともに光ファイバ網を構成しており、分岐した光ファイバ７〜９の終端にそれぞれ宅側装置２〜４が接続されている。

局側装置１は上位ネットワーク１１と接続され、宅側装置２〜４はそれぞれのユーザネットワーク１２〜１４と接続されている。
なお、図１では３個の宅側装置２〜４を示しているが、１つの光カプラ６から例えば３２分岐して３２個の宅側装置を接続することが可能である。また、図１に示す接続例では、光カプラ６を１個だけ使用しているが、分岐数の少ない光カプラを縦列に複数段配置することにより、広い地域に分散している宅側装置を短い光ファイバで局側装置１と接続することもできる。

図１に示すシステム構成では、各宅側装置２〜４は、局側装置１への上り方向の最大の送信レート（以下、「上り送信レート」という。）が互いに異なっており、それぞれ、１Ｇｂｐｓ，２Ｇｂｐｓ，１０Ｇｂｐｓになっている。従って、本実施形態のＰＯＮシステムでは、１ＧｂｐｓのＧＥ（Gigabit Ethernet：Ethernetは登録商標）−ＰＯＮをベースとして、更に２Ｇｂｐｓの上り信号及び１０Ｇｂｐｓの上り信号が、例えば図２に示すように、時分割多重化されて局側装置１に送信される。
なお、本実施形態において、図１に示す、上り送信レートが異なる宅側装置２〜４が混在収容されたＰＯＮシステムを、「マルチレートＰＯＮシステム」という。

１Ｇｂｐｓの宅側装置２のアクセス制御は、基本的にＧＥ−ＰＯＮの通信方式に則って行われる。
すなわち、レポートＲ（宅側装置２が帯域要求するための制御フレーム：「リクエスト」ともいう。）には、宅側装置２が局側装置１に送りたいデータ量を２バイト単位で記し、ゲートＧ（局側装置１が送信許可を与える制御フレーム）には、局側装置１が２バイト単位の送信許可長と送信開始時刻を記すようになっている。

時刻は１６ｎｓ（＝ＴＱ）ごとにインクリメントされるカウンタ（図示せず。）で表現され、ＰＯＮシステム内で同期がとられている。なお、他の宅側装置３，４においても同様である。
また、本実施形態のＰＯＮシステムでは、各宅側装置２〜４には、例えばＩＰ電話等の低レイテンシが要求される通信サービスに対応するため、各宅側装置２〜４ごとに異なる最低保証帯域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３がそれぞれ設定されている。

以下、各宅側装置２〜４にそれぞれ最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３が設定されており、かつ、各宅側装置２〜４の上り送信レートが異なるマルチレートＰＯＮシステムの場合を例にとって、局側装置１の構成と、その局側装置１が行う本発明に係る動的帯域割当方法について説明する。

〔局側装置の構成〕
図３は、本実施形態の局側装置１の内部機能を示すブロック図である。
図３において、局側装置１は、上位ネットワーク１１から宅側装置２〜４への下り信号処理用として、上位ネットワーク１１からの信号を受信する受信部１０１と、受信した信号を一時記憶するバッファ１０２と、バッファ１０２に一時記憶された信号を宅側装置２〜４へ送信する送信部１０３とを備えている。

また、本実施形態の局側装置１は、宅側装置２〜４から上位ネットワーク１１への上り信号処理用として、宅側装置２〜４からの信号を受信する受信部１０４と、受信した信号を一時記憶するバッファ１０５と、バッファ１０５に一時記憶された信号を上位ネットワーク１１へ送信する送信部１０６とを備えている。
更に、本実施形態の局側装置１は、自身が管理する各宅側装置２〜４に対する動的帯域割当を実行する動的帯域割当部１０７を備えている。この割当部１０７は、リクエスト受信部１０８と、算出部１０９と、割当実行部１１０と、グラント送信部１１２と、記憶部１１３とを有する。

このうち、記憶部１１３は、全ての宅側装置２〜４の上り送信レート（図１の例では、１Ｇｂｐｓ，２Ｇｂｐｓ，１０Ｇｂｐｓ）と、その宅側装置２〜４の最低保証帯域（図１の例では、Ｂ１〜Ｂ３）とを、所定の参照テーブルに記憶している。

図４（ａ）は、宅側装置２〜４が送信するレポートＲのフレーム構成例を示す図であり、図４（ｂ）は、局側装置１が送信するゲートＧのフレーム構成例を示す図である。
図４（ａ）に示すように、宅側装置２〜４のレポートＲにおいて、１つのレポートＲで帯域要求するデータ量（リクエスト値Ｒ１，Ｒ２）は２種類あり、それぞれ２バイト単位の数値で表される。この２種類のリクエスト値Ｒ１，Ｒ２のうち、第１リクエスト値Ｒ１は、各宅側装置２〜４が自身の最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３用のデータ量を記すためのものである。

他方、第２リクエスト値Ｒ２は、第１リクエスト値Ｒ１以上のデータ量を記すためのものであり、本実施形態では、宅側装置２〜４が１回のグラント周期で上り送信させたい最大のデータ量（上りバッファに溜まっている最大の蓄積量）が記される。なお、これらリクエスト値Ｒ１，Ｒ２の詳細については、後述する。
また、図４（ｂ）に示すように、局側装置１のゲートＧにおいても、各宅側装置２〜４に対する送信許可長（時間相当値）が２バイト単位の数値で表される（図４（ｂ）の Grant ♯１〜♯４参照）。

更に、局側装置１のゲートＧには、一般にフラグフィールド（図４（ｂ）の「Number of grants/Flags」）と呼ばれるデータ領域が含まれており、このフラグフィールドは、局側装置１が送信するゲートフレームの種類を宅側装置２〜４が識別する識別子である。
例えば、局側装置１は、宅側装置２〜３にレポートＲを送信させたい場合には、このフラグフィールドに０以外の所定値を立てる。かかるレポートＲの送信を強制するフラグフィールドを「フォースレポート」という。

図３に示す局側装置１において、宅側装置２〜４が上り方向に送出したいデータ量（リクエスト値Ｒ１，Ｒ２を含む。）をレポートＲに記してリクエストすると、このレポートＲは、受信部１０４及びバッファ１０５を経て動的帯域割当部１０７のリクエスト受信部１０８に受信され、算出部１０９に渡る。
算出部１０９は、記憶部１１３に記憶されている宅側装置２〜４の上り送信レートと最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３とを参照し、各宅側装置２〜４ごとに、グラント周期における上り送信レートを考慮した最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３の比率を反映する優先度を算出する。なお、この優先度の詳細についても後述する。

次に、動的帯域割当部１０７の割当実行部１１０は、まず、各宅側装置２〜４について第１リクエスト値Ｒ１を用いた帯域割当を実行し、これによって余剰帯域が生じた場合に、優先度が高い宅側装置２〜４から順に、第１リクエスト値Ｒ１の代わりに第２リクエスト値Ｒ２を用いた割当を行って、送信開始時刻と時間相当値の送信許可長とを含むゲートＧを生成する。

この時間相当値の送信許可長が記載されたゲートＧは、グラント送信部１１２により、バッファ１０２及び送信部１０３を介して、対応する宅側装置２〜４宛に送出される。このゲートＧによる指示を受けた宅側装置２〜４は、当該ゲートＧに記された送信開始時刻と送信許可長（時間）に基づいて上り方向にデータを送出する。

図５は、上記の動的帯域割当について、局側装置１と任意の１台の宅側装置２〜４との間で見た処理の流れを示す図である。
図５に示すように、局側装置１は、宅側装置２〜４からレポートＲ（第１及び第２リクエスト値Ｒ１，Ｒ２を含む。）を受けた後、上り送信レートと最低保証帯域とに基づく優先度の算出、その優先度に基づく帯域割当の実行、及びグラント生成を順次行い、宅側装置２〜４に時間相当量でのグラント送信を行う。

〔集中型ＤＢＡについて〕
ところで、前記した通り、複数の宅側装置２〜４からの帯域要求（リクエスト）に対して局側装置１が行う動的帯域割当方法には、分散型ＤＢＡと集中型ＤＢＡとがあるが、本実施形態の局側装置１は、後者の集中型ＤＢＡに属する帯域制御を行う。
図６は、上記集中型ＤＢＡを示すシーケンス図である。図６において、時間は左側から右側へ進行するものとしている。また、図６では、図１に準じて宅側装置２〜４が３台あると仮定している。

また、以下において、局側装置１による固定長の動作周期であるグラント周期を符号Ｔで表し、今回のグラント周期を符号Ｔｃ（添え字ｃは「current 」）で表し、次回のグラント周期をＴｎ（添え字ｎは「next」）で表すものとする。
図６に示すように、集中型ＤＢＡでは、局側装置１は、今回のグラント周期Ｔｃにおいて、宅側装置２〜４からのレポートＲを最初にかためて受信し、各レポートＲを受信し終わった時点で次サイクルの割当計算を開始する。

そして、局側装置１は、今回のグラント周期Ｔｃでの計算結果を記した３つのゲートＧを生成し、これらのゲートＧをそれぞれ各宅側装置２〜４に送信して、次回分のレポートＲとデータ（上りのユーザデータ）Ｄ用の帯域割当を各宅側装置２〜４に通知する。
すなわち、局側装置１は、今回のグラント周期Ｔｃに複数の宅側装置２〜４から集めたレポートＲに基づき、次回のグラント周期Ｔｎ内に局側装置１が受信する各宅側装置２〜４の上りデータＤの帯域割当を総合的に実施し、次回分のレポートＲと上りデータＤとの送信時間を、各宅側装置２〜４にそれぞれグラントする。

かかる集中型ＤＢＡによれば、予め定めた所定サイクル長（グラント周期Ｔ）の範囲内で、帯域の不足しがちな優先度が高い宅側装置２〜４からのレポートＲに、優先的に帯域を割り当る帯域制御を行うことができる。
しかし、集中型ＤＢＡにおいては、局側装置１は、通常、各宅側装置２〜４に許可するレポートＲと上りデータＤに対して個別に帯域割当を行って、ゲートＧを生成するようになっているので、図６に破線で示すように、各宅側装置２〜４が送信する次回分のレポートＲとデータＤは時間的に離れた別個の光バースト信号となる。

このため、前述の通り、レポートＲとデータＤとで、図１４に示すオーバーヘッドの領域がそれぞれ必要となるし、ＦＣＷ単位及びＴＱ単位の端数分の切り上げもそれぞれ行われるので、上り送信の帯域利用効率が阻害されるという問題がある。

〔動的帯域割当の概要〕
そこで、本実施形態の局側装置１では、動的帯域割当部１０７の割当実行部１１０において、次回分のレポートＲのうちの一部又は全部と、当該レポートＲと送信元が同じデータＤとを、連続した単一バーストＢとなるように帯域割当を行う単一化処理と、単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分のレポートＲの受信時刻を、次回のグラント周期Ｔｎ内の早い側よりに稠密に配置するスケジューリング処理とを行い、これにより、上り方向の帯域利用効率を向上させるようにしている。

なお、上記割当実行部１１０による単一化処理とスケジューリング処理の詳細については、後述する。また、以下において、割当実行部１１０が後述の「第１割当処理」に続いて行う、単一化処理とスケジューリング処理を含む一連の割当処理を、「第２割当処理」という。
一方、本実施形態では、上り方向の最大の送信レート（上り送信レート）が異なる複数の宅側装置２〜４が共存するマルチレートＰＯＮの場合においても、各宅側装置２〜４のＱｏＳを維持した帯域割当を行うことも目的の１つとしている。

そこで、本実施形態の局側装置１は、前記した通り、各宅側装置２〜４の上り送信レート（１Ｇｂｐｓ，２Ｇｂｐｓ，１０Ｇｂｐｓ）と、各宅側装置２〜４のＱｏＳの指標としての「最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３」という設計パラメータを、記憶部１１３に記憶する等によって常時把握している。
そして、動的帯域割当部１０７の割当実行部１１０は、各宅側装置２〜４に送信許可するデータ量を決定するに当たって、少なくとも最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３のためのデータ量（第１リクエスト値Ｒ１）については、低レイテンシを維持して送信を行えるようにグラントするためのゲートＧを与える。

また、割当実行部１１０は、最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３を越えたデータ量については、その最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３を超えて帯域を要求している宅側装置２〜４の間で、それぞれの宅側装置２〜４に設定された上り送信レートを考慮した最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３の比に応じて、帯域が割り振られるものとする。
以下、この割当実行部１１０による、複数のリクエスト値Ｒ１，Ｒ２に対応したデータ量の割当処理（複数リクエスト方式）を、「第１割当処理」という。

そして、本実施形態の割当実行部１１０では、レポートＲとデータＤを別のバーストで個別に送信させるものと仮定して、上記第１割当処理（図７）によって各宅側装置２〜４に対するデータ量（時間相当値）を決定してから、そのレポートＲとデータＤの単一化処理とスケジューリング処理を含む前記第２割当処理（図１０）を行う。
そこで、以下においては、まず第１割当処理（図７）を説明してから、第２割当処理（図１０）について説明することにする。

〔割当実行部による第１割当処理〕
図７は、割当実行部１１０が行う第１割当処理のフローチャートである。
割当実行部１１０による第１割当処理は、図６に示す集中型ＤＢＡに属するものであり、グラント周期Ｔごと行われる。
図７に示すように、割当実行部１１０は、次々回の割当計算に間に合わせるため、次回のグラント周期Ｔｎの最初の部分に、レポートＲの回収に必要な時間を割り当て（図７のステップＳＴ１）、この時間を差し引いた残りの時間を、次回のグラント周期Ｔｎ内に局側装置１が受信する各宅側装置２〜４からの上りデータの送信時間として割り当てる。

次に、割当実行部１１０は、残りの上りデータ送信時間に対して、宅側装置２〜４からのリクエスト情報分の帯域を割り当てるが、本実施形態では、宅側装置２〜４は、局側装置１に対するリクエスト情報として、１つのレポートＲに前記２つのステータスパラメタ（第１及び第２のリクエスト値Ｒ１，Ｒ２）を記載している。
そこで、割当実行部１１０は、まず、各宅側装置２〜４の第１のリクエスト値Ｒ１のデータ量に相当する送信時間を、各宅側装置２〜４に対してすべての次回のグラント周期Ｔｎに割り当てるようになっている（図５のステップＳＴ２）。

その後、上りデータ送信時間に未だ余りがある場合には、前記算出部１０９が算出した優先度が最も高い宅側装置２〜４に対して、第１のリクエスト値Ｒ１の代わりに第２のリクエスト値Ｒ２を採用し、この第２のリクエスト値Ｒ２に対応する送信時間を割り当てる（図５のステップＳＴ３）。
この場合において、上りデータ送信時間の余剰時間が、次の割当て候補の宅側装置２〜４の第２のリクエスト値Ｒ２相当の時間よりも更に大きい場合は、上りデータ送信時間がまだ余っていることになるので、次に優先度が高い宅側装置２〜４についても、第１リクエスト値Ｒ１の代わりに第２リクエスト値Ｒ２相当の時間を割り当てていく。

そして、割当実行部１１０は、すべての宅側装置２〜４について第２リクエスト値Ｒ２相当分での割り当てが行われたか否か、或いは、上りデータ送信時間の余剰時間が、次の割当て候補の宅側装置２〜４の第２リクエスト値Ｒ２相当の時間以下になったか否かを判定する（図５のステップＳＴ４）。
この判定がＹｅｓの場合には、割当実行部１１０は、上りデータ送信時間の余剰時間のすべてを最終割当候補の宅側装置２〜４の送信時間に割り当て、帯域割当のフローを終了する。

このように、グラント周期Ｔに十分な余剰時間がある限り、第２リクエスト値Ｒ２に相当する分の時間を順に割り当てることが許容される。これにより、異なる上り送信レートの回線間における、データの送信密度の差の影響を小さくする効果が得られる。
例えば、限られた個数の宅側装置２〜４に対して、纏まった時間を上りデータ送信時間として割り当てることを想定した場合、上り送信レートが大きい宅側装置４（本実施形態では、１０Ｇｂｐｓ）は、上り送信レートが小さい宅側装置２（本実施形態では、１Ｇｂｐｓ）と比べて送信時間が相対的に短い。このため、纏まった割当時間を有効に利用するためには、比較的大きいデータ量をキューに溜めておく必要がある。

しかし、大きなデータ量をキューに溜めておくことは、通信のレイテンシが大きくなるということであり、これでは通信品質が悪化することになる。
そこで、本実施形態では、グラント周期Ｔに余剰時間が残っている限り、その余剰分を優先度順に複数の宅側装置２〜４に順番に割当てていくことで、上り送信レートが大きいことに起因する、送信データのバッファリングによる通信品質の悪化を回避するようにしている。

〔２種類のリクエスト値について〕
図８は、宅側装置２〜４の上りバッファのデータ蓄積状態を示す概念図である。
図８において、ｆ１〜ｆ６は可変長フレーム（本実施形態では、可変長範囲が６４〜１５２２ｂｙｔｅであるイーサネットフレーム）を示している。また、図８の例では、上りバッファに６つの可変長フレームｆ１〜ｆ６が蓄積されており、△印はそれらのフレームｆ１〜ｆ６間の区切り（境目）を示している。

前記した通り、本実施形態の宅側装置２〜４は、上り送信したいデータ量を局側装置１に要求するに当たり、第１及び第２リクエスト値Ｒ１，Ｒ２を１つのレポートＲに格納し、そのレポートＲ（図４（ａ））のフレームを局側装置１に送信する。
そこで、各宅側装置２〜４は、上りバッファ内の可変長フレームｆ１〜ｆ６の蓄積状態に基づいて、各リクエスト値Ｒ１，Ｒ２を決定する。

図８に示すように、第１リクエスト値Ｒ１は、予め設定された閾値Ｔｈ以下でかつこれに最も近い、可変長フレームｆ２の区切りに相当するデータ量になっている。
上記閾値Ｔｈは、この値以下のデータ量であれば最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３用のデータ量となることを示すが、本実施形態では、この閾値Ｔｈを、宅側装置２〜４が固定値として保有するのではなく局側装置１が動的に設定し、ゲートＧを通じて各宅側装置２〜４に通知する。なお、局側装置１での閾値Ｔｈの設定方法については、後述する。

一方、第２リクエスト値Ｒ２は、宅側装置２〜４が１回のグラント周期Ｔで上り送信したい最大のデータ量（図例ではバッファ総量）以下でかつこれに最も近い、可変長フレームｆ６の区切りに相当するデータ量になっている。
このように、本実施形態では、第１及び第２リクエスト値Ｒ１，Ｒ２は、いずれも可変長フレームｆ２，ｆ６の区切り（図６の△印）と一致するデータ量になっている。

従って、宅側装置２〜４のリクエスト値Ｒ１，Ｒ２を局側装置１（動的帯域割当部１０７の割当実行部１１０）がそのまま採用してゲートＧを生成する動的帯域割当を行っても、分割不能な可変長フレームｆ１〜ｆ６を集合単位として、それらのフレームｆ１〜ｆ６をグラント周期Ｔ内に効率よく配列することができる。
このため、可変長フレームｆ１〜ｆ６がアライメントできずに、当該フレームｆ１〜ｆ６がグラント周期Ｔに入らないという形での無駄時間の発生が抑制される。

もっとも、１つのグラント周期Ｔに対する帯域割当の最終段階には、可変長フレームｆ１〜ｆ６をアライメントできなくなり、ある程度の無駄時間が発生するが、その無駄時間は、高々、割当実行部１１０が最後に割り振りを行う１つの宅側装置２〜４だけであり、無駄時間の長さも、高々、可変長フレームｆ１〜ｆ６の最大サイズ（イーサネットフレームの場合には、１５２２ｂｙｔｅ）の時間相当分までに抑えられる。

〔動的帯域割当部の処理内容〕
図９は、動的帯域割当部１０７の処理内容を示すフローチャートである。
図９において、ステップＳＴ１〜ＳＴ４は、動的帯域割当部１０７の前記算出部１０９が実行する各パラメータの演算処理を示している。また、ステップＳＴ５とステップＳＴ６は割当実行部１１０が実行する処理である。

このうち、ステップＳＴ５の第１割当処理の内容は、前記図７のフローチャートに示されており、ステップＳＴ６の第２割当処理の内容は、後述する図１０のフローチャートに示されている。更に、ステップＳＴ７は、前記グラント送信部１１２が実行する処理である。
図９に示すように、動的帯域割当部１０７の算出部１０９は、優先度の算出に先立ち、第１リクエスト値Ｒ１を決定するための前記閾値Ｔｈを動的に設定する（図９のステップＳＴ１）。

〔第１リクエスト値の閾値の設定方法〕
ここで、ある宅側装置２〜４の最低保証帯域をＢｍｉｎ（Ｍｂｐｓ）とすると、宅側装置２〜４に対する閾値を単純に固定値に設定するとすれば、その閾値は、Ｔ×Ｂｍｉｎ（ｂｉｔ）で算出される。しかし、閾値をＴ×Ｂｍｉｎの固定値に設定すると、次のような問題がある。

すなわち、例えば、最低保証帯域Ｂｍｉｎが比較的小さい宅側装置２〜４において、フレームサイズが比較的大きい可変長フレームでの通信を行おうとすると、送信したい可変長フレームのデータ量が固定の閾値（Ｔ×Ｂｍｉｎ）を超えてしまうことがあり、このようなフレームの場合には、最低保証帯域Ｂｍｉｎを割り当てているつもりでも、データを送信できない。

そこで、本実施形態では、最低保証帯域Ｂｍｉｎが比較的小さい宅側装置２〜４でも、第１リクエスト値Ｒ１での上り送信が可能となるように、算出部１０９は、閾値Ｔｈを、任意期間での当該閾値Ｔｈの平均値が宅側装置２〜４の最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量となるように、宅側装置ごとに動的に更新する。

具体的には、算出部１０９は、グラント周期Ｔごとの最低保証帯域Ｂｍｉｎでのデータ量Ｑ（Ｑ＝Ｔ×Ｂｍｉｎ）と、当該グラント周期Ｔに実際に設定した閾値Ｔｈｒとの差を、グラント周期Ｔごとに累積加算しており、この累積加算値（＝Σ（Ｑ−Ｔｈｒ））の絶対値が、任意のグラント周期Ｔの時点で可変長フレームの最大サイズ以下に収まるように、閾値Ｔｈを動的に更新している。
上記累積加算値（＝Σ（Ｑ−Ｔｈｒ））の絶対値が、常に可変長フレームの最大サイズ以下に収まっておれば、任意期間での閾値Ｔｈの平均値が概ね最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量になっていると判断できるからである。

このように、本実施形態では、任意期間での閾値Ｔｈの平均値が、宅側装置２〜４の最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量（Ｔ×Ｂｍｉｎ）となるように動的に更新されるので、逐次更新される閾値Ｔｈには、必ず、最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量よりも大きい値が含まれることになる。
従って、最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量を一定周期ごとに各宅側装置に送信させることができ、低レイテンシが求められる通信アプリケーションに有効に対応できるようになる。

また、算出部１０９は、宅側装置２〜４が実行する通信アプリケーションに求められる最小の許容レイテンシ（例えば、ＩＰ電話の場合には、１００ｍｓ）の間に少なくとも１回は、宅側装置２〜４ごとに動的に更新する閾値Ｔｈを、上り送信に用いる前記可変長フレームの規格上の最大値（イーサネットフレームでは１５２２ｂｙｔｅ）以上に設定するようになっている。
このため、可変長フレームの長短に関係なく、最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量を低レイテンシで送信することができ、可変長フレームのフレームサイズの変化が帯域保証に及ぼす影響が低減される。

〔優先度の更新処理〕
次に、算出部１０９は、各宅側装置２〜４に送信データ量の目標となる目標送信帯域Ｂprop(i) を設定する（図９のステップＳＴ２）。
ここで、各宅側装置２〜４の上り送信レートをＢmax(i)、最低保証帯域をＢmin(i)とすると、目標送信帯域Ｂprop(i) は、次の式（１）で算出される。

なお、上記式（１）において、Σは、複数の宅側装置２〜４に対する総和を示す。また、添え字(i)は、グラント周期Ｔが今回周期であることを示している。
上記式（１）で算出される目標送信帯域Ｂprop(i) は、着目する宅側装置の上り送信レートＢmax(i)に対して、各宅側装置２〜４の上り送信レートで正規化した最低保証帯域Ｂmin(i)によって算出した最低保証帯域比（右辺第２項）を掛け合わせたものである。

すなわち、この目標送信帯域Ｂprop(i) は、１グラント周期Ｔにおける上り送信レートを考慮した最低保証帯域Ｂmin(i)の比率を反映しており、各宅側装置２〜４の目標送信帯域Ｂprop(i) をすべて時間的に合計すると、ちょうどグラント周期Ｔと一致する。
次に、算出部１０９は、それぞれの宅側装置２〜４について、目標送信帯域Ｂprop(i) に対する１グラント周期Ｔ当たりの目標送信量Ｄprop(i)（＝Ｂprop(i) ×Ｔ）と、当該グラント周期Ｔに実際に送信できた実データ量Ｄreal(i) との差を足し込んで行き、これらの差の時間方向の総計Ｓｔ（＝Σ（Ｄprop(i)−Ｄreal(i)））を順次更新する（図９のステップＳＴ３）。

上記差の時間方向の総計Ｓｔ（＝Σ（Ｄprop(i)−Ｄreal(i)））は、着目する宅側装置における、目標送信量Ｄprop(i) に対する実際の送信量の不足分を表している。
そこで、この不足分を着目する宅側装置の最低保証帯域Ｂmin(i)で正規化した値（＝Σ（Ｄprop(i)−Ｄreal(i)）／Ｂmin(i)）を優先度として見なし、この優先度を各グラント周期Ｔにおいて逐次演算して更新する（図９のステップＳＴ４）。

上記優先度の大きさに従って余剰帯域を割り振る順を決めるということは、各宅側装置においてΣ（Ｄprop(i)−Ｄreal(i)）／Ｂmin(i)が平均して等しくなるように、帯域が割り振られるということを意味する。
すなわち、目標送信量Ｄprop(i) と実送信量Ｄreal(i) との差が、上り送信レートを考慮した最低保証帯域比となるように収束することになる。そして、もともと目標送信量Ｄprop(i) は、１グラント周期Ｔにおける上り送信レートを考慮した最低保証帯域の比率を反映しているので、各宅側装置２〜４の実送信量Ｄreal(i) が上り送信レートを考慮した最低保証帯域比となるように、余剰帯域が調整されることになる。

上記のようにして算出部１０９が優先度を更新すると、前記割当実行部１１０がその優先度に基づいて次回周期の第１割当処理（図７）を実行したあとで（図９のステップＳＴ５：詳細は図７参照）、次回分のリクエストＲとデータＤの単一バースト化を含む第２割当処理（図１０）を実行し（図９のステップＳＴ６：詳細は図１０参照）、グラント情報としてのゲートＧを生成する。
そして、このゲートＧは、グラント送信部１１２を通じて各宅側装置２〜４に送信される（図９のステップＳＴ７）。

上記のように、本実施形態の動的帯域割当方法によれば、第１リクエスト値Ｒ１での割り当ての後で余剰帯域が生じた場合に、第２リクエスト値Ｒ２での送信を許可する宅側装置２〜４（送信許可量を増大させる宅側装置）を選択する基準となる優先度として、上り送信レートを考慮した最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３の比率を反映する優先度を採用しているので、上り送信レートが異なる各宅側装置２〜４のＱｏＳに応じた公平性を確保した帯域割当を行うことができる。

〔割当実行部による第２割当処理〕
図１０は、割当実行部１１０が行う第２割当処理のフローチャートである。以下、この図１０を参照しつつ、本実施形態の第２割当処理について説明する。
前記した通り、本実施形態の割当実行部１１０は、レポートＲとデータ（上りのユーザデータ）Ｄを別バーストで送信させると仮定して前記第１割当処理（図７）を実行しており、かかる第１割当処理により、各宅側装置２〜４に対するレポートＲとデータＤの割当帯域（時間相当値）が予め決定される（図１０のステップＳＴ１）。これが第２割当処理の初期状態である。

図１０に示す例において、上記初期状態においては、４つのレポートＲａ〜Ｒｄがグラント周期Ｔｎにおける早い側（前側：図１０の左側）から遅い側に向かって前詰めに並べられ、これに対応する４つのデータＤａ〜Ｄｄがグラント周期Ｔｎの残りの部分に割り当てられている。
次に、割当実行部１１０は、次回分の各レポートＲａ〜Ｒｄのうちの一部又は全部と、当該レポートＲａ〜Ｒｄと送信元が同じデータＤａ〜Ｄｄとを、連続した単一バーストＢとなるように帯域を割り当てる単一化処理を実行する。

また、割当実行部１１０は、単一バーストＢのレポート部分を含むすべての次回分のレポートＲａ〜Ｒｄの自装置（局側装置１）での受信時刻を、次回のグラント周期Ｔｎ内の早い側よりに稠密に配置するスケジューリング処理を実行する。
具体的には、割当実行部１１０は、すべての次回分のレポートＲａ〜Ｒｄを次回のグラント周期Ｔｎ内の早い方から遅い方に向かって前詰めに配置してから（図１０のステップＳＴ１：初期状態）、予め定めた所定順位に基づいて単一バースト化する対象となる宅側装置２〜４を選択し、選択した宅側装置２〜４がレポートＲとデータＤとが連続した単一バーストＢを送信するものとして帯域を割り当る（図１０のステップＳＴ２）。

なお、宅側装置２〜４に対する単一バーストＢの送信指令は、レポートＲの送信を強制する前記フォースレポート付きのゲートＧによって行うことができる。
フォースレポートを含むゲートＧに従って宅側装置２〜４がレポートＲを送信する場合に、そのゲートＧでの送信許可長が通常のレポートＲ分よりも長く設定されている場合には、宅側装置２〜４は、キューに含まれているユーザデータをレポートＲの後に含めて上り送信するので、レポートＲとデータＤとが同一バースト化されることになる。

一方、例えば、１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓの２種類の上り送信レートの宅側装置２，４が混在収容されている場合を想定すると、本実施形態の割当実行部１１０は、同一バースト化を行う宅側装置２，４の選択するための前記所定順位を、次の（１）〜（４）の順で高順位となるように定めている。
（１） 第１リクエスト値Ｒ１が割り当てられている、１０Ｇｂｐｓの宅側装置
（２） 第１リクエスト値Ｒ１が割り当てられている、１Ｇｂｐｓの宅側装置
（３） 第２リクエスト値Ｒ２が割り当てられている、１０Ｇｂｐｓの宅側装置
（４） 第２リクエスト値Ｒ２が割り当てられている、１Ｇｂｐｓの宅側装置

上記所定順位（１）〜（４）を採用した理由は次の通りである。すなわち、第１リクエスト値Ｒ１は第２リクエスト値Ｒ２に比べて小さい値が想定されているので、小さい方の第１リクエスト値Ｒ１を割り当てた宅側装置２〜４を高順位として単一バースト化した方が、単一バースト化できる宅側装置２〜４の数が多くなり、帯域利用効率を向上できる可能性が増大するからである。

一方、図１４に示す１ＦＣＷの時間相当長は、平均すると、１Ｇｂｐｓでは１２７．７８８ＴＱに相当し、１０Ｇｂｐｓでは１２．８７５ＴＱに相当する。しかし、これらの１ＦＣＷのＴＱ値を各データレートで正規化して考えると、僅かではであるが、上り送信レートが大きい１０Ｇｂｐｓの宅側装置４を単一バースト化した方が、単一バースト化による時間短縮効果の点で有利になるので、同種のリクエスト値の中では１０Ｇｂｐｓの宅側装置４を高順位に設定している。
なお、図１０の例では、４つのレポートＲａ〜Ｒｄのうち、レポートＲｂとデータＤｂが最も高順位のものとして選択されて単一バースト化され、その次に、レポートＲｃとデータＤｃ、及び、レポートＲｄとデータＤｄが選択されて単一バースト化されている。

〔最終レポート到着時刻について〕
ところで、上記のように１つのグラント周期Ｔｎ内で複数のレポートＲとデータＤを単一バースト化する場合において、各データＤａ〜Ｄｄの送信時間長を全く考慮せずに、すべての宅側装置２〜４につき一律に単一バーストＢを生成するとすれば、次回のグラント周期Ｔｎでの次回分のレポートＲａ〜Ｒｄの回収時期が遅れてしまい、一部の宅側装置２〜４について次々回分の帯域割当計算が間に合わず、公平な帯域割当が行えなくなる場合がある。

そこで、本実施形態の割当実行部１１０は、図１３に示す最終レポート到着時刻ｔｆをグラント周期Ｔごとに把握しており、単一バーストＢに含まれるレポート部分も含め、すべてのレポートＲａ〜Ｒｄの受信時刻（具体的には受信終了時刻）が当該最終レポート到着時刻ｔｆ以前に配置されるように、スケジューリング処理を行うようになっている。
具体的には、最終レポート到着時刻ｔｆは、図１３に示すように、グラント周期Ｔの終了時刻から事前回収に見合う所定時間だけ遡った基準時刻、すなわち、最も遠い宅側装置までの往復伝搬時間ＲＴＴと、グラント生成に必要な計算時間とを差し引いた場合の時刻になっている。

このため、遅くとも単一バーストＢのレポート部分を含むすべての次回分のレポートＲａ〜Ｒｄの受信時刻が、最終レポート到着時刻ｔｆよりも前（図１３のオフセット分の範囲）にスケジューリングされるように、宅側装置２〜４による各レポートＲａ〜Ｒｄの送信時刻を設定しておけば、その各レポートＲａ〜Ｒｄの到着が次回のグラント周期Ｔｎの開始に間に合うことになる。
すなわち、単一バーストＢのレポート部分を含むすべての次回分のレポートＲａ〜Ｒｄの受信時刻が最終レポート到着時刻ｔｆよりも早ければ、単一バースト化しても次回のグラント周期ＴｎにおいてレポートＲａ〜Ｒｄの回収が遅れず、すべての宅側装置２〜４について次々回分の帯域割当計算を行うことができる。

図１０に戻り、割当実行部１１０は、複数のレポートＲａ〜Ｒｄのうち、最後のレポートＲが最終レポート到着時刻ｔｆを超えたか否かを判定しており（図１０のステップＳＴ３）、最後のレポートＲが上記時刻ｔｆを超える１つ手前まで、単一バースト化を繰り返す（図１０のステップＳＴ４）。
なお、図１０の例では、レポートＲａについての単一バースト化を実行すると、当該レポートＲａが最終レポート到着時刻ｔｆを超えてしまうので、レポートＲａに対する単一バースト化が中止されている。

このように、割当実行部１１０は、最後にスケジュールされているレポートＲが最終レポート到着時間ｔｆを超えない範囲で、或いは、すべての宅側装置２〜４においてレポートＲとデータＤを単一バースト化できるまで、レポートＲ及び単一バーストＢをグラント周期Ｔｎ内の早い方から遅い方に向かって前詰めにするスケジューリング処理を行う。
一方、単一バースト化と前詰めのスケジューリング処理を繰り返すと、図１０に破線ハッチングで示すように、グラント周期Ｔｎの最後尾部分に空き時間が発生する。

そこで、割当実行部１１０は、レポートＲと単一バーストＢとを前詰めに配置して発生した上記空き時間を、さらに帯域を欲しているいずれかの宅側装置用の送信時間（図１０の例では、レポートＲｄに対応するデータＤｄ）として追加的に割り当てる（図１０のステップＳＴ５）。
なお、このとき、割当実行部１１０は、空き時間の割り当て対象となる宅側装置の選択を、前記算出部１０９が算出した、上り送信レートを考慮した最低保証帯域の比率を反映する優先度に従って実行する。また、空き時間の全部を１つの宅側装置に割り当てるのではなく、一部のみを割り当てることにしてもよい。

以上の通り、本実施形態の局側装置１によれば、動的帯域割当部７の割当実行部１１０が、次回分のレポートＲのうちの一部又は全部と、当該レポートＲと送信元が同じ上りデータＤとを、連続した単一バーストＢとなるように帯域割当を行うので、そのレポートＲと上りデータＤが別個のバーストである場合に比べて、バーストに付随するオーバーヘッドや、データ単位及び時間単位の端数分の切り上げ回数を削減することができる。

また、割当実行部１１０が、単一バーストＢやレポートＲを次回のグラント周期Ｔｎの早い方から遅い方に向かって前詰めに配置することにより、単一バーストＢのレポート部分を含むすべての次回分のレポートＲの受信時刻を、次回のグラント周期Ｔｎ内の早い側よりに稠密に配置するので、次回のグラント周期Ｔｎに生じる空き時間ができるだけ長くなる。
このため、上記空き時間を任意の宅側装置２〜４に追加的に割り当てることで上り送信時間を有効利用でき、上り方向の帯域利用効率を向上することができる。

もっとも、局側装置１がグラント周期Ｔを可変に設定可能になっている場合は、割当実行１１０のスケジューリング処理によって次回のグラント周期Ｔｎに生じた空き時間の範囲で、当該グラント周期Ｔｎを短縮させることにしてもよい。
この場合、次回のグラント周期Ｔｎを短縮させることによってそれ以降の帯域割当を前倒しに行うことができるので、上り方向の帯域利用効率が向上する。なお、上記「空き時間の範囲」とは、スケジューリング処理によって生じた全空き時間を最大時間とする意味であり、この最大時間の分だけグラント周期Ｔｎを短縮させてもよいし、最大時間よりも短い所定時間を設定してその分だけグラント周期Ｔｎを短縮させてもよい。

〔第２割当処理の変形例（第２実施形態）〕
図１１は、第２割当処理の変形例（第２実施形態）を示すフローチャートである。以下、この図１１を参照しつつ、第２割当処理の変形例を説明する。
この変形例においても、割当実行部１１０は、レポートＲとデータ（上りのユーザデータ）Ｄを別バーストで送信させると仮定して前記第１割当処理（図７）を実行しており、かかる第１割当処理により、各宅側装置２〜４に対するレポートＲとデータＤの割当帯域（時間相当値）が予め決定される（図１１のステップＳＴ１）。

次に、割当実行部１１０は、複数のデータＤａ〜Ｄｄのうち、それをバースト送信するのに必要な送信時間長が大きいものから順に、グラント周期Ｔｎ内の遅い方から早い方に向かって後詰めに配置する（図１１のステップＳＴ２）。
図１１の例では、データＤａ、データＤｄ、データＤｂ及びデータＤｃの順に送信時間長が大きくなっているので、Ｄａ→Ｄｄ→Ｄｂ……の順で、各データＤがグラント周期Ｔｎに後詰めに仮置きされる。

その後、割当実行部１１０は、最終レポート到着時刻ｔｆより前までデータＤを仮置きしたか否かを判定し（図１１のステップＳＴ３）。この判定がＹｅｓの場合に、最終レポート到着時刻ｔｆを跨ぐものを含む当該時刻ｔｆから前側（すなわち、時間が早い側）にはみ出たデータＤについて、レポートＲと単一バースト化し、その単一バーストＢを同様に後詰めに配置する（図１１のステップＳＴ４）。

図１１の例では、データＤｂを仮置きした時点で最終レポート到着時刻ｔｆを超えているので、データＤｂ，Ｄｃがそれぞれ対応するレポートＲｂ，Ｒｃと単一バースト化され、これによってできた単一バーストＢが後ろ詰めにスケジューリングされている。
以上の後詰めのスケジューリング処理の場合には、もともとレポートＲとデータＤを別個のバーストでスケジュールすると想定していた初期状態と比べて、バーストの数が減った分だけグラント周期Ｔｎの先頭部分に空き時間が発生じる。

そこで、割当実行部１１は、データＤと単一バーストＢを後詰めに配置して発生した上記空き時間を、さらに帯域が必要ないずれかの宅側装置用の送信時間（図１１の例では、レポートＲｂに対応するデータＤｂ）として追加的に割り当てる（図１１のステップＳＴ５）。
なお、このとき、割当実行部１１０は、空き時間の割り当て対象となる宅側装置の選択を、前記算出部１０９が算出した、上り送信レートを考慮した最低保証帯域の比率を反映する優先度に従って実行する。

また、この第２実施形態では、割当実行部１１０は、追加的に割り当てた空き時間分だけ、全体のスケジュールを前方にずらすにようになっている。
こうすることで、単一バーストＢのレポート部分を含むすべての次回分のレポートＲの受信時刻が、次回のグラント周期内Ｔｎ内の早い側（前側）よりに稠密に配置され、各レポートＲ到着時間が最終レポート到着時間ｔｆを超えずにスケジューリングされる。

〔割当実行部による帯域割当の変形例（第３実施形態）〕
図１２は、割当実行部１１０が行う帯域割当の変形例（第３実施形態）を示すフローチャートである。以下、この図１２を参照しつつ、帯域割当の変形例を説明する。
図１０及び図１１に示す第１及び第２実施形態では、レポートＲとデータＤを別バーストと仮定して第１割当処理（図７）を行ってから、そのレポートＲとデータＤの単一化処理とスケジューリング処理を含む第２割当処理を行うが、図１２の第３実施形態では、データＤの帯域割当とスケジューリングを同時に行うようになっている。

すなわち、図１２に示すように、第３実施形態の割当実行部１１０は、初期状態として、各宅側装置２〜４のユーザデータ分として第１リクエスト値Ｒ１を割り当てて、すべてのレポートＲとデータＤについて単一化処理を行うとともに（図１２のステップＳＴ１）、これらの単一バーストＢ（レポート＋第１リクエスト値Ｒ１）を送信時間が短いものから順に、次回のグラント周期Ｔｎ内の早い方から遅い方に向かって前詰めに配置する仮スケジューリング処理を行う（図１２のステップＳＴ２）。

次に、割当実行部１１０は、上記仮スケジューリング処理の結果、最終レポート到着時刻ｔｆより後にレポート部分がはみ出した単一バーストＢ（図１２の例では、Ｒｄ＋Ｄｄのバースト）が生じるか否かを判定し（図１２のステップＳＴ３）、そのような単一バーストＢについてレポート部分Ｒｄを分離し、その分離したレポートＲｄをグラント周期Ｔｎの最前に配置する再配置処理を行う（図１２のステップＳＴ４）。

換言すると、割当実行部１１０は、単一バーストＢに含まれるレポートＲｄが最終レポート到着時刻ｔｆよりも後に仮スケジューリングされている場合には、その単一バーストＢに関して、レポートＲｄとデータＤｄを別バーストで個別に送信することにして、分離後のレポートＲｄについてはグラント周期Ｔｎの先頭に配置し、かつ、分離後のデータＤｄについてはグラント周期Ｔｎの最後尾に来るようにスケジューリングし直す。

割当実行部１１０は、ステップＳＴ３の判定結果がＮｏである場合には、グラント周期Ｔｎ内に帯域が余っており、かつ、すべての宅側装置２〜４に第２リクエスト値Ｒ２が割り当てられていないか否かを判定する（図１２のステップＳＴ５）。
上記判定がＹｅｓの場合には、割当実行部１１０は、算出部１０９が求めた優先度の高い宅側装置２〜４について、第１リクエスト値Ｒ２の代わりに、第２リクエスト値Ｒ２又は残り帯域のうち小さい方を割り当てる（図１２のステップＳＴ６）。

また、割当実行部１１０は、上記割り当てによっていずれかのレポートＲの到着が最終レポート到着時間ｔｆを超えてしまうことがないようにスケジューリングを行い、超えてしまう場合（図１２のステップＳＴ７でＹｅｓ）には、最初のステップＳＴ１に戻ってスケジューリングをやり直す。
なお、図１２の例では、レポートＲｂに対応する宅側装置２〜４の優先度が高いものとして、データＤｄの送信時間が拡張されている（図１２のハッチング部分参照）。

このように、割当実行部１１０は、第２レポート値Ｒ２を割り当てた後においても、レポートＲとデータＤを単一バースト化したときの送信時間が短い順にグラント周期Ｔｎの先頭からスケジューリングし、レポートＲが最終レポート到着時間ｔｆを超えたら単一バーストＢを分離して再スケジュールするという手順を繰り返す。
割当実行部１１０は、グラント周期Ｔｎの残り帯域がなくなるまで、或いは、すべての宅側装置２〜４に第２リクエスト値Ｒ２が割り当たるまで、上記の手順を繰り返す（図１２のステップＳＴ５及びＳＴ６参照）。

この第３実施形態に係る動的帯域割当方法によれば、仮スケジューリング処理においてすべての単一バーストＢがいったんグラント周期Ｔｎ内の早い方から遅い方に向かって前詰めに配置され、最終レポート到着時刻ｔｆより後にレポート部分がはみ出た単一バーストＢが生じた場合に再配置処理を行うので、仮スケジューリング処理が終了した時点で一応のスケジューリング結果が得られている。
このため、何らかのシステム上の不具合でスケジューリング処理が途中で中断しても、その中断時点での仮スケジューリングの結果に基づいてグラント送信のためのゲートフレームＧを生成することにより、宅側装置２〜４に対する上り送信の制御を実行できるという利点がある。

〔その他の変形例〕
今回開示した実施形態は本発明の例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲とその構成と均等な意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
例えば、上記実施形態では、１Ｇｂｐｓと２Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓの３種類の上り送信レートがあるマルチレートＰＯＮの場合を例示したが、事後的なシステムの拡張に伴って、例えば２０Ｇｂｐｓの上り送信レートの宅側装置を追加することも可能である。

また、上記実施形態では、局側装置１の記憶部１１３（図３）がすべての宅側装置２〜４の上り送信レートと最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３を記憶しているが、各宅側装置２〜４からのレポートＲによって上り送信レートと最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３とをその都度記憶し直すことにより、記憶部１１３での記憶を随時更新してもよい。
この場合、宅側装置２〜４の上り送信レートが変化しても、局側装置１はそれを把握することができる。また、レポートＲに上り送信レートと最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３の情報を記載するようにすれば、それらを記憶部１１３に記憶させる必要がなくなる。

更に、本発明の局側装置１とこれによる動的帯域割当方法は、マルチレートＰＯＮに限定されるものではなく、宅側装置の上り送信レートが１種類のみのＰＯＮシステムにも採用することができるし、各宅側装置２〜４に最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３が設定されていない場合、すなわち、単一のリクエスト値だけが記されたレポートＲによって帯域割当を行う場合にも採用することができる。

１ 局側装置
２〜４ 宅側装置
１０７ 動的帯域割当部
１０８ リクエスト受信部
１０９ 算出部
１１０ 割当実行部（単一化手段、スケジューリング手段）
１１２ グラント送信部
Ｂ１〜Ｂ３ 最低保証帯域
Ｒ１ 第１リクエスト値
Ｒ２ 第２リクエスト値
Ｒ レポート
Ｇ ゲート
Ｄ データ（上りのユーザデータ）
Ｂ 単一バースト
Ｔｃ 今回のグラント周期
Ｔｎ 次回のグラント周期

Claims (11)

1. 複数の宅側装置から集めたレポートに基づいて、次回のグラント周期内に局側装置が受信する前記各宅側装置の上りデータの帯域割当を行い、次回分の前記レポートと前記上りデータの送信時間を前記局側装置が前記各宅側装置にそれぞれグラントする動的帯域割当方法であって、
   次回分の前記レポートと前記上りデータを別バーストと仮定してその割当帯域を決定する第１割当処理と、決定した前記割当帯域の次回の前記グラント周期内での配置を決定する第２割当処理とを含み、
   前記第２割当処理は、
   次回分の前記レポートのうちの一部又は全部と、当該レポートと送信元が同じ前記上りデータとを、連続した単一バーストとなるように帯域割当を行う単一化処理と、
   前記単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分の前記レポートの受信時刻を、次回の前記グラント周期内の早い側よりに稠密に配置するスケジューリング処理と、
   を含むことを特徴とする動的帯域割当方法。
2. 複数の宅側装置から集めたレポートに基づいて、次回のグラント周期内に局側装置が受信する前記各宅側装置の上りデータの帯域割当を行い、次回分の前記レポートと前記上りデータの送信時間を前記局側装置が前記各宅側装置にそれぞれグラントする動的帯域割当方法であって、
   次回分の前記レポートのうちの一部又は全部と、当該レポートと送信元が同じ前記上りデータとを、連続した単一バーストとなるように帯域割当を行う単一化処理と、
   前記単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分の前記レポートの受信時刻を、次回の前記グラント周期内の早い側よりに稠密に配置するスケジューリング処理と、
   を含み、
   前記スケジューリング処理によって次回の前記グラント周期に生じた空き時間の一部又は全部を、いずれかの前記宅側装置のための送信時間に割り当てることを特徴とする動的帯域割当方法。
3. 複数の宅側装置から集めたレポートに基づいて、次回のグラント周期内に局側装置が受信する前記各宅側装置の上りデータの帯域割当を行い、次回分の前記レポートと前記上りデータの送信時間を前記局側装置が前記各宅側装置にそれぞれグラントする動的帯域割当方法であって、
   次回分の前記レポートのうちの一部又は全部と、当該レポートと送信元が同じ前記上りデータとを、連続した単一バーストとなるように帯域割当を行う単一化処理と、
   前記単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分の前記レポートの受信時刻を、次回の前記グラント周期内の早い側よりに稠密に配置するスケジューリング処理と、
   を含み、
   前記スケジューリング処理によって次回の前記グラント周期に生じた空き時間の範囲で、当該グラント周期を短縮させることを特徴とする動的帯域割当方法。
4. 前記スケジューリング処理は、すべての次回分の前記レポートを次回の前記グラント周期内の早い方から遅い方に向かって前詰めに配置してから、所定順位で選択した前記宅側装置に対応する前記レポートに対して順次前記単一化処理を実行する、前詰めのスケジューリング方式である請求項２又は３に記載の動的帯域割当方法。
5. 前記レポートには、最低保証帯域用のデータ量を記した第１リクエスト値と、これ以上のデータ量を記した第２リクエスト値とが含まれており、
   前記所定順位は、前記第１リクエスト値を割り当てた前記宅側装置を高順位としたものである請求項４に記載の動的帯域割当方法。
6. 複数の前記宅側装置は、上り送信レートが異なる複数種類のものよりなり、
   前記所定順位は、前記上り送信レートが大きい前記宅側装置を高順位としたものである請求項４又は５に記載の動的帯域割当方法。
7. 前記スケジューリング処理は、次回分の前記上りデータをその送信時間長が大きいものから順に前記グラント周期内の遅い方から早い方に向かって後詰めに配置してから、前記最終レポート到着時刻よりも前にはみ出た前記上りデータに対して順次前記単一化処理を実行する、後詰めのスケジューリング方式である請求項２又は３に記載の動的帯域割当方法。
8. 前記スケジューリング処理は、すべての前記レポートと前記上りデータについて前記単一化処理を行ってから、すべての前記単一バーストを送信時間が短いものから順に次回の前記グラント周期内の早い方から遅い方に向かって前詰めに配置する仮スケジューリング処理と、
   前記仮スケジューリング処理において、前記最終レポート到着時刻より後にレポート部分がはみ出た前記単一バーストが生じた場合に、そのレポート部分を前記単一バーストから分離して当該レポートを前記グラント周期の最前に配置する再配置処理と、を含む請求項２又は３に記載の動的帯域割当方法。
9. 複数の宅側装置から集めたレポートに基づいて、次回のグラント周期内に自身が受信する前記各宅側装置の上りデータの帯域割当を行い、次回分の前記レポートと前記上りデータの送信時間を前記各宅側装置にそれぞれグランとする局側装置であって、
   次回分の前記レポートと前記上りデータを別バーストと仮定してその割当帯域を決定する第１割当処理と、決定した前記割当帯域の次回の前記グラント周期内での配置を決定する第２割当処理と、を実行する割当実行部を備えており、
   前記割当実行部は、前記第２割当処理の実行手段として、
   次回分の前記レポートのうちの一部又は全部と、当該レポートと送信元が同じ前記上りデータとを、連続した単一バーストとなるように帯域割当を行う単一化手段と、
   前記単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分の前記レポートの受信時刻が、次回の前記グラント周期の終了時刻から所定時間遡った基準時刻以前となるように、当該単一バーストと前記レポートの送信時刻を設定し、前記レポートを含まない前記上りデータの受信時刻が前記基準時刻の後となるように、当該上りデータの送信時刻を設定するスケジューリング手段と、
   を有することを特徴とする局側装置。
10. 複数の宅側装置から集めたレポートに基づいて、次回のグラント周期内に自身が受信する前記各宅側装置の上りデータの帯域割当を行い、次回分の前記レポートと前記上りデータとの送信時間を前記各宅側装置にそれぞれグラントする局側装置であって、
    次回分の前記レポートのうちの一部又は全部と、当該レポートと送信元が同じ前記上りデータとを、連続した単一バーストとなるように帯域割当を行う単一化手段と、
    前記単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分の前記レポートの受信時刻が、次回の前記グラント周期の終了時刻から所定時間遡った基準時刻以前となるように、当該単一バーストと前記レポートの送信時刻を設定し、前記レポートを含まない前記上りデータの受信時刻が前記基準時刻の後となるように、当該上りデータの送信時刻を設定するスケジューリング手段と、を備え、
    前記スケジューリング処理によって次回の前記グラント周期に生じた空き時間の一部又は全部を、いずれかの前記宅側装置のための送信時間に割り当てることを特徴とする局側装置。
11. 複数の宅側装置から集めたレポートに基づいて、次回のグラント周期内に自身が受信する前記各宅側装置の上りデータの帯域割当を行い、次回分の前記レポートと前記上りデータとの送信時間を前記各宅側装置にそれぞれグラントする局側装置であって、
    次回分の前記レポートのうちの一部又は全部と、当該レポートと送信元が同じ前記上りデータとを、連続した単一バーストとなるように帯域割当を行う単一化手段と、
    前記単一バーストのレポート部分を含むすべての次回分の前記レポートの受信時刻が、次回の前記グラント周期の終了時刻から所定時間遡った基準時刻以前となるように、当該単一バーストと前記レポートの送信時刻を設定し、前記レポートを含まない前記上りデータの受信時刻が前記基準時刻の後となるように、当該上りデータの送信時刻を設定するスケジューリング手段と、を備え、
    前記スケジューリング処理によって次回の前記グラント周期に生じた空き時間の範囲で、当該グラント周期を短縮させることを特徴とする局側装置。
    

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