JP5404936B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポイントトゥマルチポイント通信システムを構成する通信装置に関する。

ポイントトゥマルチポイント通信システムの一例として、ＰＯＮ（Passive Optical Network）システムが知られている。このＰＯＮシステムでは、局側装置と加入者装置との間で確立した論理リンクに基づいて相互間通信を行う。

ＰＯＮシステムにおける上り方向のデータ伝送では、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）を用いており、各論理リンクからバースト光信号が送信される。

局側装置は、配下の加入者装置から論理リンクごとに送信されるバースト光信号が衝突しないように、帯域割当制御（信号の送信開始時間と送信継続時間の指示）を行う。この帯域割当制御を行う単位は帯域更新周期と呼ばれる。帯域割当制御において、局側装置は、帯域更新周期内で送信を許可する加入者装置と送信を許可する時間帯（送信開始時刻と送信継続時間）とを決定する。決定結果は各加入者装置に通知され、各加入者装置は、局側装置での決定結果に従い上り方向のバースト光信号を送信する。

局側装置と単一の加入者装置との間で複数の論理リンクを設定することが可能であり、各論理リンクは局側装置によりＬＬＩＤ（Logical Link ID）を付与されて識別される。この場合、局側装置は、帯域割当制御を実行して帯域更新周期内で送信を許可する加入者装置を決定する際に、ＬＬＩＤごと、すなわち論理リンクごとに送信開始時刻と送信継続時間を決定する。

バースト光信号の送信では、ユーザデータを送信する時間の他に、レーザの立上り時間（Lon），立下り時間（Loff），クロック同期時間（SyncTime）を含むオーバヘッド（PON-OH）分の時間、およびユーザデータに付加される制御情報（ヘッダ）を送信する時間を確保している。制御情報にはＬＬＩＤなどの情報が含まれる。

また、上りデータの送信がないなどの理由で、稼動する必要がないユーザロジックについては給電を停止する期間を設けることで、消費電力を削減するＰＯＮシステムも存在する。

特許文献１，２には従来のＰＯＮシステムが開示されている。特許文献１に記載のＰＯＮシステムにおいては、それまで個別に送信していたデータフレームをまとめて送信することにより上り帯域の有効利用を実現している。具体的には、局側装置との間で複数の論理リンクを確立している加入者装置が存在する場合、この加入者装置は、各論理リンクで送信するデータフレームを連結し、１つのフレーム（バースト光信号）として送信することにより、論理リンクを切り換える際のＰＯＮ−ＯＨ（レーザの立上り時間（Lon）および立下り時間（Loff），クロック同期時間（SyncTime））が不要となるようにしている。

また、特許文献２に記載のＰＯＮシステムでは、加入者装置が局側装置との間の通信状況を通信路ごとに監視し、通信が行われていない通信路に対応する光インタフェースへの電源供給を停止することにより省電力化を実現している。

特開２００７−１１６５８７号公報 特開２００７−８９０２７号公報

しかしながら、上記従来のＰＯＮシステムにおいては、以下に示す問題が存在する。

特許文献１に記載の技術によれば、帯域利用効率を改善することが可能であるが、ＰＯＮ−ＯＨの削減に着目したものであり各データフレームに含まれている制御情報を送信するための時間の削減については考慮されていない。すなわち、ＬＬＩＤなどを含む制御情報を各論理リンクのデータフレームで送信する必要があり、帯域利用効率の改善が十分であるとはいえない。

特許文献２に記載の技術によれば、加入者装置の省電力化が可能であるが、加入者装置に複数の論理リンクが実装された場合には、論理リンクごとに異なる時間で動作するので、給電停止期間が短くなり省電力効果が悪くなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝送路の帯域を有効に利用することが可能で、かつ低遅延伝送が実現可能な通信装置を得ることを目的とする。また、消費電力の低減を実現可能な通信装置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、ポイントトゥマルチポイント通信システムにおいて、局側装置から通知されるデータ送信開始時刻および送信継続時間に基づいて、下位装置から送信された上りデータを局側装置に送信する加入者側の通信装置であって、局側装置に送信する上りデータを蓄積するデータ蓄積手段と、前記データ蓄積手段のデータ蓄積量に基づいて、次回の帯域更新周期における上りデータ送信で使用する論理リンクの数である使用予定リンク数を決定する論理リンク制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる通信装置は、上りデータの送信で使用する論理リンクの数を上りデータの蓄積量に基づいて決定するので、論理リンクごとに必要なオーバヘッドおよび制御情報送信用の帯域を適宜削減して帯域を有効に利用することが可能となる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１の通信システムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の加入者装置の特徴的な動作を示したフローチャートである。 図３は、実施の形態１の加入者装置による上りデータ送信動作を示す図である。 図４は、実施の形態１の効果を説明するための図である。 図５は、実施の形態１の効果を説明するための図である。 図６は、実施の形態２の加入者装置の特徴的な動作を示したフローチャートである。 図７は、実施の形態２の効果を説明するための図である。 図８は、実施の形態２の効果を説明するための図である。 図９は、実施の形態３の加入者装置の特徴的な動作を示したフローチャートである。 図１０は、実施の形態４の加入者装置による上りデータ送信動作を示す図である。 図１１は、実施の形態４の加入者装置による上りデータ送信動作を示す図である。

以下に、本発明にかかる通信装置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、実施の形態１のポイントトゥマルチポイント通信システム（以下、単に「通信システム」と記載する）の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の通信システムは、複数の加入者装置１、スプリッタ２、局側装置３を備え、複数の加入者装置１はスプリッタ２を介して局側装置３に接続されてＰＯＮシステムを構成している。局側装置３は上位装置１０１に接続され、加入者装置１には下位装置１０２が接続される。

また、複数の加入者装置１は同一構成となっており、ＵＮＩ部１１、上りバッファ部１２、フレーム多重部１３、光送信部１４、フレーム制御部１６、フレーム分離部１７、光受信部１８および論理リンク制御部１５を備える。

加入者装置１において、ＵＮＩ部１１は下位装置１０２からのデータ受信および下位装置１０２への下りデータの送信を行う。なお、このＵＮＩ部１１がデータ受信手段として動作する。データ蓄積手段である上りバッファ部１２は、下位装置１０２から受信したデータを一時的に蓄積する。この上りバッファ部１２は、複数のキューを含んで構成されている。論理リンク制御部１５は上りバッファ部１２のバッファ蓄積量を監視し、バッファ蓄積量の監視結果に応じて論理リンク数を制御する。フレーム制御部１６は論理リンク制御部１５から通知される論理リンク情報とバッファ蓄積量に応じて局側装置３との間で送受信する制御フレームを処理する。フレーム多重部１３は上りバッファ部１２に格納された上りデータ（上りユーザフレーム）を読み出し、読み出した上りユーザフレームとフレーム制御部１６から受け取った制御フレームとを多重する。光送信部１４はフレーム多重部１３から出力される電気信号を光信号に変換し、伝送路へ送信する。光受信部１８は局側装置３から送信された光信号を電気信号に変換する。フレーム分離部１７は光受信部１８から受け取った電気信号に含まれている各種フレームを下りユーザフレームと制御フレームに分離する。下りユーザフレームはＵＮＩ部１１に出力し制御フレームはフレーム制御部１６に出力する。なお、フレーム多重部１３および光送信部１４がデータ送信手段を構成する。

次に、本実施の形態の通信システムにおいて、局側装置３と加入者装置１がデータ伝送を行う場合の動作について説明する。ここでは、加入者装置１が局側装置３に向けてデータを送信する上り方向のデータ伝送動作について説明する。また、局側装置３と加入者装置１との間には複数の論理リンクが確立しているものとする。

下位装置１０２から送信された上りデータ信号である上りユーザフレームは加入者装置１のＵＮＩ部１１で受信され、キューごとに使用帯域を設定した上りバッファ部１２に格納される。論理リンク制御部１５は上りバッファ部１２のバッファ領域（各キュー）に蓄積されているデータ量を監視し、上りバッファ部１２への蓄積データ量（以下「バッファ蓄積量」と記載する）に応じて論理リンク数を決定した後、バッファ蓄積量と決定した論理リンク数をフレーム制御部１６に通知する。ここで、論理リンク数とは、帯域更新周期における上りデータ送信で使用する論理リンクの数である。

フレーム制御部１６は、論理リンク制御部１５からの通知内容（バッファ蓄積量と論理リンク数）に基づいた制御フレームを生成する。生成する制御フレームには、局側装置３での帯域制御で使用される上り送信データ量（上記のバッファ蓄積量に相当）を通知するためのＲＥＰＯＲＴフレームが含まれる。このＲＥＰＯＲＴフレームにてバッファ蓄積量を通知することにより、局側装置３により上り帯域が割り当てられ、その割当結果がＧＡＴＥフレームにて通知されてくる。また、フレーム制御部１６は、フレーム分離部１７から受け取った制御フレームを解析し、制御フレームの内容に応じた処理を行う。たとえば、制御フレームがＧＡＴＥフレームの場合、この内容が示す、論理リンクごとの送信開始時刻と送信継続時間をフレーム多重部１３に通知する。

フレーム多重部１３は、フレーム制御部１６でのＧＡＴＥフレーム解析結果が示す時間帯（送信開始時刻と送信継続時間により特定される期間）に上りバースト光信号が光送信部１４から送信されるように考慮しつつ、フレーム制御部１６から受け取った制御フレーム（たとえばＲＥＰＯＲＴフレーム）と上りバッファ部１２に蓄積されている上りデータ（上りユーザフレーム）とを多重して光送信部１４へ出力する。光送信部１４は、フレーム多重部１３から出力された電気信号を光信号に変換し、局側装置３へ送信する。

続いて、図２および図３を参照しながら、本実施の形態にかかる通信装置の特徴的な動作について説明する。

図２は、実施の形態１の加入者装置１の特徴的な動作を示したフローチャートであり、具体的には論理リンク数の変更動作の一例を示したものである。

図示したように、論理リンク数変更動作では、論理リンク制御部１５が、まず、加入者装置１で使用している全論理リンクで送信するデータのバッファへの蓄積量合計値、すなわち上りバッファ部１２への蓄積データ量（バッファ蓄積量）と割当帯域を比較する（ステップＳ１１）。なお、割当帯域とは、加入者装置１が前回送信したＲＥＰＯＲＴフレームに対する応答として受信したＧＡＴＥフレームが示す上り帯域（局側装置３により割り当てられた上り帯域）である。

次に、上記ステップＳ１１における比較の結果、バッファ蓄積量が割当帯域よりも大きく（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、かつ使用中の論理リンクの数、すなわち今回の帯域更新周期におけるデータ送信で使用している論理リンクの数が１より大きい場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、論理リンク制御部１５は、次回の帯域更新周期におけるデータ送信で使用する論理リンクの数を削減することに決定する（ステップＳ１３）。たとえば、使用中の論理リンクの数から１を減じた数を次回使用する論理リンクの数とする。なお、使用中の論理リンクの数が３以上の場合には２以上を減じてもよい。また、削減する数はバッファ蓄積量と割当帯域の差に応じて動的に変化させてもよい。これに対して、使用中の論理リンクの数が１の場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、論理リンク制御部１５は、次回の帯域更新周期におけるデータ送信で使用する論理リンクの数を維持することに決定する（ステップＳ１３を実行せずに論理リンク数変更動作を終了する）。また、バッファ蓄積量が割当帯域以下の場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、論理リンク制御部１５は、使用中の論理リンクの数を維持して次回のデータ送信時も今回と同数の論理リンクを使用する、若しくは次回のデータ送信で使用する論理リンクの数を増加させることに決定する（ステップＳ１４）。このとき、使用する論理リンクの数を増加させてもバッファ蓄積量が割当帯域よりも大きくならないかどうかを確認し、大きくならない場合に増加させるようにするのが望ましい。増加させる数は、１つでもよいし２つ以上でもよい。また、割当帯域とバッファ蓄積量の差に応じて動的に変化させてもよい。なお、使用する論理リンク数の上限は、加入者装置１と局側装置３との間で確立中の論理リンクの数となる。

図２に示した動作を実行した結果、次回のデータ送信で使用する論理リンクの数を削減させることに決定すると、加入者装置１のフレーム制御部１６は、局側装置３に対する次回のＲＥＰＯＲＴフレーム送信において、前回送信したＲＥＰＯＲＴフレームに設定したＬＬＩＤよりも少ない数のＬＬＩＤを設定してバッファ蓄積量（上りバッファ部１２への蓄積データ量）を通知する。このとき、たとえば、使用する論理リンクの数が２であれば、これらの論理リンクのＬＬＩＤをＲＥＰＯＲＴフレームに設定するとともに、上りバッファ部１２への蓄積データ量を各ＬＬＩＤに振り分けて設定する。一例として、使用する論理リンクのＬＬＩＤがＬＬＩＤ＃１とＬＬＩＤ＃２、上りバッファ部１２内の３つのキューにデータ量がＸ₁，Ｘ₂，Ｘ₃の上りデータがそれぞれ蓄積されているとすると、たとえば、ＬＬＩＤ＃１のデータ蓄積量をＸ₁＋Ｘ₂，ＬＬＩＤ＃２のデータ蓄積量をＸ₃に設定する。

一方、次回のデータ送信で使用する論理リンクの数を増加させることに決定した場合、加入者装置１のフレーム制御部１６は、局側装置３に対する次回のＲＥＰＯＲＴフレーム送信において、前回送信したＲＥＰＯＲＴフレームに設定したＬＬＩＤよりも多い数のＬＬＩＤを設定してバッファ蓄積量を通知する。このとき、たとえば、使用する論理リンクの数が１であれば、この論理リンクのＬＬＩＤのみをＲＥＰＯＲＴフレームに設定し、上りバッファ部１２への蓄積データ量（上りバッファ部１２内の各キューへのデータ蓄積量の合計値）を設定する。使用する論理リンクの数が２以上の場合は、上記の「論理リンクの数を削減させることに決定した場合」と同様に、使用する各論理リンクのＬＬＩＤをＲＥＰＯＲＴフレームに設定するとともに、上りバッファ部１２への蓄積データ量を各ＬＬＩＤに振り分けて設定する。

なお、新たにデータ送信を開始する場合、具体的には、上りバッファ部１２への蓄積データ量が０のために上りデータ送信用の帯域割り当てをしばらくの間受けていない状態で下位装置１０２からデータを受信した場合、バッファ蓄積量を割当帯域と比較することができないので、加入者装置１は、上りバッファ部１２のデータ蓄積状態のみに基づき決定した数の論理リンクを使用する。すなわち、上り帯域の割り当てを要求するためのＲＥＰＯＲＴフレームには、従来の一般的な制御と同様の制御でＬＬＩＤとバッファ蓄積量を設定する。

図３は、実施の形態１の加入者装置１による上りデータ送信動作を示す図であり、具体的には、下位装置１０２から上りデータを受信して上りバッファ部１２に蓄積し、フレーム多重部１３が上りバッファ部１２に蓄積された上りデータを読み出す動作の一例を示している。

図示したように、加入者装置１において、下位装置１０２から上りデータを受信したＵＮＩ部１１は、受信データを論理リンクと対応付けることなく、キュー割当のみを行って上りバッファ部１２に格納する。すなわち、受信したひとかたまりの上りデータ（ユーザフレーム）を、その種類などに応じて、上りバッファ部１２を構成しているいずれかのキューに格納する。なお、各キューには優先度が割り当てられている。そして、フレーム多重部１３は、ユーザフレームを読み出す際に、使用する論理リンクの番号（ＬＬＩＤ）や数を意識せず、キューに付与された優先度に従った完全優先読み出しを行う。

本実施の形態の効果について、図４および図５を用いて説明する。局側装置と加入者装置との間で確立している論理リンクがＬＬＩＤ＃１〜ＬＬＩＤ＃４の４つの場合について考えると、従来の通信システムの加入者装置では、上りデータをいずれかの論理リンク（ＬＬＩＤ）と対応付けて蓄積するので、それぞれの論理リンクで送信すべき上りデータが加入者装置に蓄積されている場合、加入者装置は、常にＬＬＩＤ＃１〜ＬＬＩＤ＃４とこれらに対応する蓄積データ量を設定したＲＥＰＯＲＴフレームを送信する。その結果、各論理リンクに対して個別に帯域が割り当てられるので、加入者装置から局側装置に送信されるバースト光信号は図４に示したようなものとなり、論理リンクごとに、レーザの立上り時間（Lon），立下り時間（Loff），クロック同期時間（SyncTime）を含むオーバヘッドと制御情報の送信時間が必要となる。これに対して、本実施の形態の加入者装置１は、上述したように、局側装置３との間で確立している論理リンクのＬＬＩＤや数を意識せずに上りデータを送信するので、使用する論理リンクの数を１に設定した場合には、この使用する論理リンクの１つのＬＬＩＤとこれに対応付けた蓄積データ量をＲＥＰＯＲＴフレームに設定して送信する。その結果、１つの論理リンクに対して帯域が割り当てられ、加入者装置１から局側装置３に送信されるバースト光信号は図５に示したようなものとなる。これにより、従来と比較して、レーザの立上り時間（Lon），立下り時間（Loff），クロック同期時間（SyncTime）を含むオーバヘッドと制御情報の送信時間を削減することができ、帯域の有効利用が可能となる。なお、上記特許文献１に記載の制御を適用した場合と比較しても、制御情報の送信に必要な時間が少なくて済むので、帯域の利用効率が向上する。

なお、上記の説明では、下位装置１台についてキューごとに上りバッファ使用領域を設定する例を示したが、複数台であっても適用可能である。下位装置が複数台の場合、データ送信元である下位装置をたとえば以下に示す方法で識別することにより、同様の制御が可能となる。

（方法ａ）下位装置から送信されてきたユーザフレームに対してＶＬＡＮタグを付与して識別する。
（方法ｂ）上りバッファ部１２に複数のバッファ領域を設けておき、下位装置から送信されてきたユーザフレームを、下位装置ごとに異なるバッファ領域内のキューに優先度に従って格納する。各上りバッファ領域からのデータ読み出しはキュー単位、下位装置単位どちらでもよい。
（方法ｃ）下位装置から送信されてきたユーザフレームをそのまま上りバッファ部１２内のキューにマッピングして格納する。

以上のように、本実施の形態の通信システムにおいて、加入者装置は、上りデータの蓄積量と局側装置から割り当てられた上り帯域とを比較し、上りデータの蓄積量の方が多く、なおかつ使用中の論理リンクの数が２以上の場合には、次回の帯域割当要求時に送信するＲＥＰＯＲＴフレームに設定するＬＬＩＤの数を前回よりも少なくすることとした。これにより、論理リンクごとに必要なオーバヘッド（ＰＯＮ−ＯＨ）および制御情報送信用の帯域（時間）を適宜削減でき、帯域を有効利用することができる。また、上りトラヒックが少ない場合に論理リンクを増やすことで、上りデータを短い周期で効率的に送信できるため、遅延時間の低減が図れる。たとえば、使用する論理リンクの数を１つとしている状態で上りバッファ部１２に複数種類の上りデータが蓄積されている場合、優先度の高い上りデータから順に読み出されて送信されるため、優先度の低い上りデータが読み出されるまでの時間が長くなる。これに対して、複数の論理リンクを使用する場合には、優先度の高い上りデータと優先度の低い上りデータを異なる論理リンクに割り当てて送信することが可能となるので、システム全体として考えた場合の遅延時間の低減が可能となる。

また、ユーザフレームの書き込み、読み出しの際に論理リンクとの対応付けを行わず、キューによる優先制御を行うようにしたので、使用する論理リンク数を変更する際に上りバッファ部１２の内部構成を変える必要がなく、柔軟な運用が可能となる。

なお、本実施の形態では、局側装置が、論理リンクごとに上り帯域を割り当て、加入者装置が局側装置による決定結果（上り帯域の割当結果）に忠実に動作することを前提とするシステムを想定した場合の帯域利用効率の改善方法について説明したが、局側装置が上りデータの受信を柔軟に行うシステムの場合、上記とは異なる手順を実行して同様の効果を得ることが可能となる。具体的には、局側装置が、単一の加入者装置に対して複数の論理リンクを指定して上り帯域を割り当てた後、この加入者装置に割り当てた帯域の合計を超えない限り（他の加入者装置に割り当てた帯域までも使用してこの加入者装置が送信を行わない限り）、ある論理リンクで、割り当てた送信継続時間よりも長時間にわたって信号が送信されても正常に受信するように動作する場合、加入者装置は、論理リンクごとに割り当てられた帯域の合計値を柔軟に使用することにより帯域利用効率を改善できる。

たとえば、局側装置が、ある加入者装置の論理リンク＃１に対して時刻ｔ₁〜ｔ₂での送信を許可するとともに論理リンク＃２に対して時刻ｔ₂〜ｔ₃での送信を許可した場合、この加入者装置は、上述したステップＳ１１に相当する処理を実行してバッファ蓄積量が割当帯域よりも大きいことを検出すると、時刻ｔ₁〜ｔ₃にわたって論理リンク＃１での送信を行う。加入者装置は、使用する論理リンクの数を変更する場合に、変更後に使用する論理リンクのＬＬＩＤをＲＥＰＯＲＴフレームに設定して通知する必要がなくなるので、制御手順を簡単化できるとともに柔軟な運用が可能となる。また、使用する論理リンクの数を削減することに決定してから決定結果に従った送信（論理リンク数を削減した送信）を開始するまでの時間を短縮できる。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２について説明する。上記の実施の形態１では、帯域利用効率の向上および遅延時間の低減を目的として、使用する論理リンク数を変更する手法について説明した。これに対して、本実施の形態では、消費電力の低減を目的とする論理リンク数の制御手法について述べる。なお、本実施の形態の通信システムおよび加入者装置の構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。

本実施の形態の加入者装置１と実施の形態１で説明した加入者装置１の違いは、論理リンク制御部１５が実行する動作であり、その他の構成要素の動作は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分についてのみ説明を行う。

図６は、実施の形態２の加入者装置１の特徴的な動作を示したフローチャートであり、実施の形態１の説明で用いた図２と同様に、加入者装置１における論理リンク数の変更動作の一例を示している。

図示したように、本実施の形態の論理リンク数変更動作では、論理リンク制御部１５が、まず、上りバッファ部１２のバッファ使用率と予め設定されている閾値とを比較する（ステップＳ２１）。なお、論理リンク制御部１５は、バッファ使用率を上りバッファ部１２への蓄積データ量（バッファ蓄積量）と上りバッファ部１２のバッファ容量から算出する。バッファ使用率の閾値の決定方法については後述する。

上記ステップＳ２１における比較の結果、バッファ使用率が閾値以上の場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、論理リンク制御部１５は、使用中の論理リンクの数を維持して次回のデータ送信時も今回と同数の論理リンクを使用する、若しくは次回のデータ送信で使用する論理リンクの数を増加させることに決定する（ステップＳ２２）。バッファ使用率が高い場合はバッファ蓄積量が多いため、使用する論理リンクが少ない場合には、バッファ使用率が低い場合と比較してデータ送信時の遅延時間が大きくなる。そのため、使用する論理リンク数を増加させて遅延時間の低減を図る。なお、このステップＳ２２では、使用する論理リンクの数を増加させたことによりバッファ蓄積量（上りバッファ部１２への蓄積データ量）が割当帯域よりも大きくならないかどうかを確認し、大きくならない場合に増加させるようにしてもよい。これに対して、バッファ使用率が閾値よりも小さく（ステップＳ２１：Ｎｏ）かつ使用中の論理リンクの数が１より大きい場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、論理リンク制御部１５は、次回の帯域更新周期におけるデータ送信で使用する論理リンクの数を削減することに決定する（ステップＳ２４）。また、使用中の論理リンクの数が１の場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、論理リンク制御部１５は、次回の帯域更新周期におけるデータ送信で使用する論理リンクの数を維持することに決定する（ステップＳ２４を実行せずに論理リンク数変更動作を終了する）。バッファ使用率が低い場合はバッファ蓄積量が少ないため、使用する論理リンクが少ない場合でも、データ送信時の遅延時間はそれほど大きくならない。そのため、使用する論理リンク数を減少させて消費電力の低減を図る。

論理リンク数変更動作を実行して次回のデータ送信時に使用する論理リンク数を決定した後のＲＥＰＯＲＴフレーム送信では、決定結果に従った数のＬＬＩＤをＲＥＰＯＲＴフレームに設定する。この動作は実施の形態１で説明した通信システムにおける動作と同様である。

ここで、上述した論理リンク数変更動作において使用する閾値の決定方法について説明する。閾値の決定方法としては、例えば、以下に示す（方法ａ）〜（方法ｄ）が考えられる。

（方法ａ）省電力モード設定値に応じて決定する。
この方法では、設定されている省電力状態の期間の長さに応じて、具体的には、期間が長い場合は閾値を高く設定し、期間が短い場合には閾値を低く設定する。ここで、省電力状態の期間とは、省電力状態（局側装置３への送信を行わない状態）に移行してから省電力状態を解除するまでの期間をいう。省電力状態の期間は、たとえば、帯域更新周期単位で設定される。すなわち、省電力状態の期間は、帯域更新周期の整数倍の長さとなる。たとえば、局側装置３は、上りバッファ部１２に上りデータが蓄積されていない場合、省電力状態に移行し、省電力モード設定値が示す長さの期間は送信動作を停止する。そして、この期間が終了した時点で上りバッファ部１２の状態を確認し、上りデータが蓄積されていれば省電力状態を終了し、上りデータを送信するための帯域を局側装置３に対して要求する。省電力モードが設定されているとこのような動作を行うので、省電力状態の期間が長い場合には、この期間の間に下位装置１０２から受信した上りデータは局側装置３へ送信されず、上りバッファ部１２に蓄積され続ける。その結果、バッファ蓄積量が増加してバッファ使用率も高くなる（バッファ使用率の平均値は、省電力状態の期間が長くなるにつれて高くなる）。従って、上述したように、期間が長い場合には閾値を高く設定する。詳細については後述するが、本実施の形態ではバッファ使用率が閾値未満の場合、使用する論理リンクの数を削減して省電力効果を向上させる制御を行う。一方、使用する論理リンクの数を削減した場合には、実施の形態で説明したとおり、遅延時間が増加する傾向にある。そのため、閾値は、省電力効果の向上を優先させる場合、省電力モード設定値が示す長さの期間を考慮しつつ高めの値に設定し、遅延時間が増加するのを避けたい（遅延時間の低減を優先させる）場合には、省電力モード設定値が示す長さの期間を考慮しつつ低めの値に設定すればよい。

（方法ｂ）ＳＬＡ（サービスレベルアグリーメント）パラメータの最低保証帯域に応じて決定する。
この方法では、最低保証帯域が高い場合は閾値を高く設定し、最低保証帯域が低い場合には閾値を低く設定する。最低保証帯域が高い場合、下位装置１０２から送信される上りデータのデータ量が大きくなることが想定され、（バッファ容量自体は不変なので）バッファ使用率が高くなると想定される。従って、閾値は、省電力効果の向上を優先させる場合、最低保証帯域の値を考慮しつつ高めの値に設定し、遅延時間の低減を優先させる場合には、最低保証帯域の値を考慮しつつ低めの値に設定すればよい。

（方法ｃ）ＳＬＡパラメータの遅延クラスに応じて決定する。
この方法では、遅延クラスが低遅延の場合は閾値を低く設定し、遅延クラスが低遅延ではない場合には閾値を高く設定する。遅延クラスが低遅延の場合、バッファ使用率が閾値未満の状態と判定されやすくなると（使用する論理リンクの数が削除されやすくなると）遅延時間が増大してしまうため、上記のとおり閾値を低めの値に設定する。一方、遅延が許容される遅延クラスの場合には、使用する論理リンクの数を削除されやすくして省電力効果の向上を図るため、閾値を高めの値に設定する。

（方法ｄ）加入者装置１の上り伝送レート（１Ｇ／１０Ｇ）に応じて決定する。
この方法では、上り伝送レートが低い場合は閾値を高く設定し、上り伝送レートが高い場合には閾値を低く設定する。上り伝送レートが低い場合、遅延があまり問題にならないため、使用する論理リンクの数を削除されやすくして省電力効果の向上を図る目的で、上記のとおり閾値を高めの値に設定する。

なお、２以上の条件を組み合わせて使用してもよい。たとえば、省電力モード設定値と最低保証帯域に基づいてバッファ使用量の閾値を決定してもよい。

なお、上記説明では、バッファ使用率と閾値の比較結果に基づき、使用する論理リンクを変更するかどうか決定することとした。ここで、バッファ使用率はバッファ容量とバッファ蓄積量から算出されるが、バッファ容量は固定であるため、バッファ使用率はバッファ蓄積量のみに依存して変動する。従って、上記動作（図６に示した論理リンク数の変更動作）において、バッファ使用率の代わりにバッファ蓄積量を使用することも可能である。

また、閾値を決定する際には、上りデータの送信遅延時間の低減と省電力化のどちらを優先させる制御とするかを考慮して閾値を決定してもよい。上述した閾値決定方法において、送信遅延時間の低減を優先させる場合には閾値が高くなるように、一方、消費電力の低減を優先させる場合には閾値が低くなるように調整すればよい。

以上のように、本実施の形態の通信システムにおいて、加入者装置は、上りデータを蓄積するバッファの使用率と閾値とを比較し、使用率が閾値よりも小さく、なおかつ使用中の論理リンクの数が２以上の場合には、次回の帯域割当要求時に送信するＲＥＰＯＲＴフレームに設定するＬＬＩＤの数を前回よりも少なくすることとした。これにより、データ送信動作に関与する各種デバイスの稼働時間を削減することが可能となり、省電力効果の向上が期待できる（図７および図８参照）。

図７は、複数の論理リンク（この例では４としている）を使用した場合の送信動作例を示す図であり、図８は、単一の論理リンクを使用した場合の送信動作例を示す図である。これらの図を比較すると、使用する論理リンクの数を少なくした方が、ＰＯＮ−ＯＨ（レーザの立上り時間（Lon），立下り時間（Loff），クロック同期時間（SyncTime））および制御情報の送信時間がより少なくなるのがわかる。すなわち、同じサイズのデータを送信する場合、使用する論理リンクの数を少なくすると、低消費電力状態（データ送信動作に関与するデバイスの動作を停止させた状態）に移行可能な期間を示す給電停止期間（複数ある場合はそれらの合計値となる）が長くなり、省電力効果を向上できる。なお、ここでいう低消費電力状態は、上述した「省電力モード設定値に応じて閾値を決定する方法（方法ａ）」における省電力状態とは異なる。

実施の形態３．
つづいて、実施の形態３について説明する。上記の実施の形態１，２では、帯域利用効率の向上および遅延時間の低減、または省電力効果の向上を目的として、使用する論理リンク数を変更する手法について説明した。これに対して、本実施の形態では、帯域利用効率の向上と省電力効果の向上とを両立する論理リンク数の制御手法について述べる。なお、本実施の形態の通信システムおよび加入者装置の構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。

本実施の形態の加入者装置１と実施の形態１および２で説明した加入者装置１の違いは、論理リンク制御部１５が実行する動作であり、その他の構成要素の動作は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分についてのみ説明を行う。

図９は、実施の形態３の加入者装置１の特徴的な動作を示したフローチャートであり、実施の形態１，２の説明で用いた図２，図６と同様に、加入者装置１における論理リンク数の変更動作の一例を示している。なお、図９では、実施の形態１または２で説明した処理と同じ処理に同一のステップ番号を付している。

図示したように、本実施の形態の論理リンク数変更動作では、論理リンク制御部１５が、まず、上りバッファ部１２への蓄積データ量（バッファ蓄積量）と割当帯域を比較する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１における比較の結果、バッファ蓄積量が割当帯域よりも大きく（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、かつ使用中の論理リンクの数、すなわち直近のデータ送信で使用している論理リンクの数が１より大きい場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、論理リンク制御部１５は、次回の帯域更新周期におけるデータ送信で使用する論理リンクの数を削減することに決定する（ステップＳ１３）。

一方、バッファ蓄積量が割当帯域以下の場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、論理リンク制御部１５は、上りバッファ部１２のバッファ使用率と予め設定されている閾値とを比較する（ステップＳ２１）。閾値は、実施の形態２で示した方法で決定する。このステップＳ２１での比較結果に応じて、実施の形態２で説明したステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４を実行する。

このように、本実施の形態の通信システムでは、実施の形態１で説明した制御手順（図２）と実施の形態２で説明した制御手順（図６）を組み合わせた動作を実施して使用する論理リンクの数を変更することとした。具体的には、バッファ蓄積量が割当帯域よりも大きい場合には、より多くの上りデータを送信できるように、使用論理リンク数の削減により、論理リンクごとに必要なオーバヘッドと制御情報送信用の帯域を削減して上りデータ送信用の帯域を増加させることとした。また、バッファ蓄積量が割当帯域以下で、かつバッファ使用率（バッファ蓄積量）が閾値未満の場合には、バッファ蓄積量が小さく、上りデータの送信遅延時間はそれほど大きくならないので、給電停止期間（図７および図８参照）を長くして消費電力の削減が可能となるように、使用論理リンク数を削減してオーバヘッド等を削減することとした。さらに、バッファ蓄積量が割当帯域以下で、かつバッファ使用率が閾値以上の場合には、上りデータの送信遅延時間が問題となる可能性があるので、送信遅延時間が大きくなるのを回避するために、使用論理リンク数を維持または増加させることとした。これにより、帯域の有効利用と省電力化の両立ができる。

実施の形態４．
つづいて、実施の形態４について説明する。上記の実施の形態１では、下位装置からの上りデータを論理リンクへ振り分けず、キュー制御によりデータを読み出し、送信する手法について説明した。これに対して、本実施の形態では、帯域を論理リンクごとに制御するために、下位装置からの上りデータを論理リンクごとに管理し、読み出し制御を行う手法について説明する。なお、本実施の形態の通信システムおよび加入者装置の構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。

本実施の形態の通信システムにおいては、下位装置１０２から送信された上りデータ信号は加入者装置１のＵＮＩ部１１で受信され、論理リンクごとに使用領域を設定した（各論理リンクと１対１で対応付けられた複数の使用領域を含んだ）上りバッファ部１２に格納される。論理リンク制御部１５は、上りバッファ部１２のバッファ領域に蓄積されるデータ量を監視し、上りバッファ部１２への蓄積データ量（バッファ蓄積量）に応じて論理リンク数を決定した後、バッファ蓄積量と決定した論理リンク数をフレーム制御部１６に通知する。フレーム制御部１６は、論理リンク制御部１５からの通知内容（バッファ蓄積量と論理リンク数）に基づいた制御フレームを生成する。フレーム多重部１３は、フレーム制御部１６でのＧＡＴＥフレーム解析結果が示す時間帯（送信開始時刻と送信継続時間により特定される期間）に上りバースト光信号が光送信部１４から送信されるように考慮しつつ、フレーム制御部１６から受け取った制御フレームと上りバッファ部１２に蓄積されている上りデータである上りユーザフレームとを多重して光送信部１４へ出力する。光送信部１４は、フレーム多重部１３から出力された電気信号を光信号に変換し、局側装置３へ送信する。

論理リンク数の変更動作は、実施の形態１〜３で述べた図２、図６または図９のフローチャートに従って行う。

図１０は、実施の形態４の加入者装置１による上りデータ送信動作を示す図であり、具体的には、下位装置１０２から上りデータを受信し、フレーム多重部１３が上りバッファ部１２に蓄積された上りデータを読み出す動作の一例を示している。また、この図１０は、使用する論理リンクを削減していない状態での動作（加入者装置１がすべての論理リンクを使用してデータを送信する場合の動作）を示している。

図示したように、加入者装置１において、下位装置１０２から上りデータを受信したＵＮＩ部１１は、受信した上りデータを、上りバッファ部１２内の対応領域、具体的には、加入者装置１がすべての論理リンクを使用してデータを送信する場合にこの受信上りデータを送信する論理リンク、と対応付けられている使用領域にこの受信上りデータを格納する。そして、フレーム多重部１３は、ユーザフレームを読み出す場合、局側装置３から受信した、帯域割り当て結果を示すＧＡＴＥフレームに設定されているＬＬＩＤの論理リンクに対応している領域（使用領域）からユーザフレームを読み出す。

なお、図１０では、下位装置１台を対象として、論理リンクごとに使用領域を設定した場合の動作例を示したが、複数台であっても適用可能である。下位装置が複数台の場合、データ送信元である下位装置を以下に示す方法で識別方法することにより、同様の制御が可能となる。

（方法ａ）下位装置から送信されてきたユーザフレームに対してＶＬＡＮタグを付与して識別する。
（方法ｂ）下位装置から送信されてきたユーザフレームを、下位装置ごとに異なる上りバッファ領域に格納する。
（方法ｃ）下位装置から送信されてきたユーザフレームを論理リンクにマッピングし、各論理リンクと対応付けられている使用領域に格納する。

図１１は、実施の形態４の加入者装置１による上りデータ送信動作を示す図であり、具体的には、上記の図１０と同様に、下位装置１０２から上りデータを受信し、フレーム多重部１３が上りバッファ部１２に蓄積された上りデータを読み出す動作の一例を示している。ただし、この図１１は、使用する論理リンクの数を削減した状態での動作を示しており、局側装置との間で確立している４本の論理リンクの中の３本（論理リンク＃１〜＃３）を使用する場合について示している。

図１１に示した動作例において、下位装置１０２から受信した上りデータを上りバッファ部１２に格納する動作は、使用する論理リンクを削減していない状態での動作（図１０の場合の動作）と同様である。

一方、上りバッファ部１２からユーザフレームを読み出す場合、フレーム多重部１３は、削減された論理リンク（使用しないこととした論理リンク）のバッファ領域を内部リンクのバッファ領域として、別の論理リンクのバッファとして扱う。図１１の例では、未使用の論理リンク＃４に対応付けられているバッファ領域を論理リンク＃３に対応付けられているバッファ領域の一部とみなして読み出しを行う。

データ読み出しでは、例えば、論理リンクごとの優先制御を行う。１つの論理リンクに複数のバッファ領域が対応付けられているものとしている場合（使用する論理リンク数を削減している場合）で各バッファ領域の識別が必要な場合には、例えば以下の方法を用いる。

（方法ａ）同一論理リンクに対応付けられている各バッファ領域から読み出したデータフレームに対して、バッファ領域ごとに異なるＶＬＡＮタグを付与して識別する。
（方法ｂ）論理リンク内でこの論理リンクに対応付けられている各バッファ領域のデータの送信時間を決定し、送信開始時に、バッファ領域ごとのデータの送信時間を受信側に識別させるための制御信号を送信する。制御信号としては、例えば拡張ＯＡＭフレームを使用することが可能であるが、他のフレーム、制御信号を使用してもよい。また、バッファ領域ごとに信号を送信しても、全バッファ領域の信号を１つの信号にまとめて送信してもよい。

また、１つの加入者装置の各論理リンクに割り当てられた帯域に対して、一部の論理リンクのバッファ量が少なく、この一部の論理リンクに割り当てられた帯域が余る場合には、他の論理リンクのバッファに蓄積されているデータを、帯域が余っている論理リンクを使用して送信するようにしてもよい。

このように、本実施の形態の加入者装置１は、上りデータを、上りバッファ部１２内の、局側装置との間で確立している論理リンクごとのバッファ領域に蓄積し、蓄積データを読み出す場合には、その時点で使用している論理リンクに応じて、具体的には、使用していない論理リンクと対応付けられているバッファ領域を、使用中の論理リンクのいずれかと対応付けられているバッファ領域の一部として取扱い、使用していない論理リンクと対応付けられているバッファ領域も含めた全てのバッファ領域を対象としてデータを読み出すこととした。このような上りバッファ管理方法を使用した場合においても実施の形態１〜３と同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる通信装置は、ポイントトゥマルチポイント通信システムの加入者装置に有用であり、特に、局側装置との間で複数の論理リンクを設定可能な加入者装置に適している。

１ 加入者装置
２ スプリッタ
３ 局側装置
１１ ＵＮＩ部
１２ 上りバッファ部
１３ フレーム多重部
１４ 光送信部
１５ 論理リンク制御部
１６ フレーム制御部
１７ フレーム分離部
１８ 光受信部
１０１ 上位装置
１０２ 下位装置

Claims (10)

1. ポイントトゥマルチポイント通信システムにおいて、局側装置から通知されるデータ送信開始時刻および送信継続時間に基づいて、下位装置から送信された上りデータを局側装置に送信する加入者側の通信装置であって、
   局側装置に送信する上りデータを蓄積するデータ蓄積手段と、
   前記データ蓄積手段のデータ蓄積量に基づいて、次回の帯域更新周期における上りデータ送信で使用する論理リンクの数である使用予定リンク数を決定する論理リンク制御手段と、
   を備え、
   前記論理リンク制御手段は、
   前記データ蓄積量と今回の帯域更新周期で割り当てられた上り帯域である割当帯域とを比較し、当該比較結果に基づいて、今回の帯域更新周期における上りデータ送信で使用する論理リンクの数である使用中リンク数を調整し、当該調整後の値を前記使用予定リンク数とする通信装置。
2. 前記論理リンク制御手段は、
   前記データ蓄積量が前記割当帯域よりも大きく、なおかつ前記使用中リンク数が２以上の場合、
   前記使用中リンク数から所定の正の整数を減じた数を前記使用予定リンク数とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記論理リンク制御手段は、
   前記データ蓄積量が前記割当帯域以下の場合、
   前記使用中リンク数を前記使用予定リンク数とする
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
4. 前記論理リンク制御手段は、
   前記データ蓄積量が前記割当帯域以下の場合、
   前記使用中リンク数に所定の正の整数を加えた数を前記使用予定リンク数とする
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
5. ポイントトゥマルチポイント通信システムにおいて、局側装置から通知されるデータ送信開始時刻および送信継続時間に基づいて、下位装置から送信された上りデータを局側装置に送信する加入者側の通信装置であって、
   局側装置に送信する上りデータを蓄積するデータ蓄積手段と、
   前記データ蓄積手段のデータ蓄積量に基づいて、次回の帯域更新周期における上りデータ送信で使用する論理リンクの数である使用予定リンク数を決定する論理リンク制御手段と、
   を備え、
   前記論理リンク制御手段は、
   前記データ蓄積量と今回の帯域更新周期で割り当てられた上り帯域である割当帯域とを比較し、
   前記データ蓄積量および前記データ蓄積手段のバッファ容量に基づき算出されるバッファ使用率と所定の閾値とを比較し、
   前記２つの比較結果に基づいて、今回の帯域更新周期における上りデータ送信で使用する論理リンクの数である使用中リンク数を調整し、当該調整後の値を前記使用予定リンク数とする通信装置。
6. 前記論理リンク制御手段は、
   前記データ蓄積量が前記割当帯域よりも大きく、なおかつ前記使用中リンク数が２以上の場合、
   前記使用中リンク数から所定の正の整数を減じた数を前記使用予定リンク数とする
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
7. 前記論理リンク制御手段は、
   前記データ蓄積量が前記割当帯域以下であり、なおかつ前記バッファ使用率が所定の閾値よりも小さく、さらに前記使用中リンク数が２以上の場合、
   前記使用中リンク数から所定の正の整数を減じた数を前記使用予定リンク数とする
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の通信装置。
8. 前記所定の閾値を、省電力モードが設定されている場合における省電力状態の期間の長さ、サービスレベルアグリーメントの最低保障帯域パラメータ、サービスレベルアグリーメントの遅延クラスパラメータ、および装置の上り方向の対応伝送レートの中の１つ以上の情報に基づいて決定した値とする
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の通信装置。
9. 前記データ蓄積手段を、優先度が設定された複数のキューを含んだ構成とし、
   前記下位装置から上りデータを受信した場合に、当該受信した上りデータを、前記データ蓄積手段内の複数のキューの中の一つに格納するデータ受信手段と、
   前記データ蓄積手段に蓄積されている上りデータを前記キューに設定された優先度に従い読み出して送信するデータ送信手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の通信装置。
10. 前記データ蓄積手段を、前記局側装置へのデータ送信で使用可能な各論理リンクのいずれか一つと１対１で対応付けられている複数のバッファ領域を含んだ構成とし、
    前記下位装置から送信された上りデータを受信した場合に、当該受信した上りデータを、前記データ蓄積手段内の複数のバッファ領域の中の一つに格納するデータ受信手段と、
    前記データ蓄積手段に蓄積されている上りデータを前記論理リンク制御手段における前記使用予定リンク数の決定結果に従った手順で読み出して送信するデータ送信手段と、
    をさらに備え、
    前記データ送信手段は、前記データ蓄積手段から読み出した各上りデータを対応する論理リンクに割り当て、特定論理リンクに対して当該特定論理リンクに対応するすべての上りデータを割り当てた時点で当該特定論理リンクの帯域が余っている場合には、当該特定論理リンクにおける余剰帯域を他の論理リンクに対応する上りデータの送信に使用する
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の通信装置。

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