JP5487293B2 - 受動光網システムおよびその運用方法 - Google Patents

Description

本発明は、受動光網システム、光多重終端装置及び光網終端装置に係り、特に、複数の加入者接続装置が光伝送回線を共有する受動光網システムに関する。

通信網の高速・広帯域化が加入者を接続するアクセス網でも進められ、国際電気通信連合（以下ＩＴＵ−Ｔと称す）の勧告Ｇ９８４．３等で規定された受動網光システム（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ：以下ＰＯＮと称する）の導入が図られている。ＰＯＮは、上位の通信網と接続される光多重終端装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ：以下ＯＬＴと称する）と、複数の加入者の端末（ＰＣや電話）を収容する光網終端装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ：以下ＯＮＵと称する）とを、基幹光ファイバと光スプリッタと複数の支線光ファイバとを含む光受動網で接続したシステムである。具体的には、各ＯＮＵに接続された端末（ＰＣ他）からの信号を光信号で支線光ファイバから光スプリッタを介して基幹光ファイバで光学（時分割）多重してＯＬＴに送り、ＯＬＴが各ＯＮＵからの信号を通信処理して上位の通信網に送信する、あるいは、ＯＬＴに接続される他のＯＮＵに送信するという形態で通信を行うものである。

ＰＯＮの導入は６４ｋｂｉｔ／秒のような低速信号を扱うシステムから始まり、固定長のＡＴＭセルを最大約６００Ｍｂｉｔ／秒で送受信するＢＰＯＮ（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＰＯＮ）あるいはイーサネット（登録商標。以下では登録商標の表記を省略）の可変長パケットを最大約１Ｇｂｉｔ／秒で送受信するイーサネットＰＯＮ（ＥＰＯＮ）や、より高速な２．４Ｇｂｉｔ／秒程度の信号を扱うＧＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ ｃａｐａｂｌｅ ＰＯＮ）の導入が進められている。更に、今後は１０Ｇｂｉｔ／秒から４０Ｇｂｉｔ／秒の信号を扱うことが可能な高速ＰＯＮの実現が求められている。そして、これらの高速ＰＯＮを実現する手段としては、現状のＰＯＮと同様な複数の信号を時分割多重するＴＤＭ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を利用することが検討されている。尚、現状のＴＤＭを用いたＰＯＮは、上り（ＯＮＵからＯＬＴ）の信号と下り（ＯＬＴからＯＮＵ）の信号とで異なる波長を用い、ＯＬＴと各ＯＮＵ間の通信は、各ＯＮＵに対して通信時間を割当てる構成である。具体的には、多様な信号（音声、画像、データ等）を扱い易いバースト状の可変長信号（バースト信号）を割当てる構成である。

上記各ＰＯＮでは、様々な場所に点在する加入者宅にＯＮＵを設置するため、ＯＬＴから各ＯＮＵまでの距離が異なる。即ち、ＯＬＴから各ＯＮＵ迄の基幹光ファイバと支線光ファイバからなる光ファイバの長さ（伝送距離）がばらつくため、各ＯＮＵとＯＬＴ間の伝送遅延（遅延量）がばらつき、各ＯＮＵが異なるタイミングで信号を送信しても基幹光ファイバ上で各ＯＮＵからの光信号同士が衝突・干渉する可能性がある。このため、各ＰＯＮでは、例えばＩＴＵ−Ｔの勧告Ｇ９８４．３で規定したレンジング技術を用いて、ＯＬＴとＯＮＵとの間の距離測定を実施後に各ＯＮＵからの信号出力が衝突しないように各ＯＮＵの出力信号の遅延を調整する。また、ＯＬＴは、動的帯域割当て（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ：以下ＤＢＡと称する）技術を用いて各ＯＮＵからの送信要求に基づき該ＯＮＵに送信を許可する信号の帯域を決めると、レンジングで測定した遅延量も考慮した上で、各ＯＮＵからの光信号が基幹光ファイバ上で衝突・干渉しないように各ＯＮＵへ送信タイミングを指定する。すなわち、ＰＯＮは、ＯＬＴと各ＯＮＵ間で送受信される信号のタイミングがシステム内で管理された状態で通信の運用がなされるように構成されている。

上記ＧＰＯＮでは、ＯＬＴで基幹光ファイバ上に多重された各ＯＮＵからの信号を識別して処理できるように、各ＯＮＵからの送信信号は、最大１２バイトからなる干渉防止用のガードタイムと、ＯＬＴ内受信器の信号識別閾値の決定およびクロック抽出に利用するプリアンブルならびに受信信号の区切りを識別するデリミタと呼ばれるバーストオーバヘッドバイトと、ＰＯＮの制御信号（オーバヘッドあるいはヘッダと称することもある）とがデータ（ペイロードと称することもある）の先頭に付加される構成である。尚、各データは、可変長のバーストデータであり、各データの先頭に可変長データを処理するためのＧＥＭ（Ｇ−ＰＯＮ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）ヘッダと呼ばれるヘッダが付加される。

一方、各ＯＮＵがＯＬＴからの信号を識別して処理できるように、ＯＬＴから各ＯＮＵに向けて送信される信号の先頭に、先頭を識別するためのフレーム同期パタンと、監視・保守・制御情報を送信するＰＬＯＡＭ領域と、各ＯＮＵの信号送信タイミングを指示するグラント指示領域と呼ばれるオーバヘッド（ヘッダと称されることもある）とが各ＯＮＵ宛に時分割多重化されたデータに付加される構成である。なお、多重化される各ＯＮＵ宛のデータには、ＯＮＵからの信号と同様に、可変長データを処理するためのＧＥＭヘッダが付加されている。ＯＬＴは、グラント指示領域を用いて各ＯＮＵの上り送信許可タイミング（送信開始（Ｓｔａｒｔ）と終了（Ｓｔｏｐ））を各ＯＮＵにバイト単位で指定する。この送信許可タイミングをグラントと称している。そして、各ＯＮＵが該許可タイミングでＯＬＴ宛のデータを送信すると、これらが光ファイバー上で光学（時分割）多重されＯＬＴで受信される。

ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４．３

ＰＯＮは、ＢＰＯＮからＧＰＯＮへの移行のように、より高速信号を処理するものへと開発・導入が進んできている。ＰＯＮの信号伝送機能を実現する光モジュールやＬＳＩは、伝送速度が速いほど大量の電力を消費することが知られている。例えば、光モジュールはより高い伝送速度を達成するために、伝送速度が高いほど大量の電流を流すことで必要な帯域を確保している。また、ＣＭＯＳ技術を用いたディジタル信号処理ＬＳＩは、動作クロックの速度の２乗にほぼ比例した電力を消費する。すなわち、今後も伝送速度が速くなるほど大量の消費電力が消費される傾向にある。

一方、ＰＯＮの加入者は、より高速なＰＯＮを求める傾向があるが常時速い伝送速度を欲しているわけではない。通信を行っていない時間帯には当然速い伝送速度を要求しないことはもちろん、通信中でも特にインターネットアクセスにおけるデータ伝送においては、大量の画像データや大容量ファイルをダウンロードやアップロードする期間に速い伝送速度を要求するが、内容の閲覧中や作業中は速い伝送速度を必要としない。また、データ伝送に用いられるＴＣＰプロトコルでは、一定数のパケットを受信すると確認信号パケットを返送することが必要で、データの送信側は確認信号パケットを受信する迄後続のデータを送信しない。すなわち、データ伝送中であってもデータトラヒックは極めてバースト性の高い伝送形態となることが多くなるのが運用の実態である。しかし、現実のＰＯＮを構成する光モジュールやＬＳＩは実質的にデータを伝送しない時間帯も動作して電力を消費しており、著しい電力の無駄を生じる原因となっている。このため、エンドユーザトラヒックが小さい時は低速の伝送速度で伝送を行い、エンドユーザトラヒックが大きい時は高速の伝送速度で伝送を行うことの可能なＰＯＮシステムが求められることになる。

本発明は以上の点に鑑み、伝送速度の異なる複数の仕様（規格）のＰＯＮを混在させて運用出来る構成のＰＯＮにおいて、エンドユーザトラヒックに基づいて消費電力の無駄を極力減らすことの可能な受動光網システムを実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の受動光網システムは、親局と複数の子局とが光スプリッタおよび複数の光ファイバから成る光ファイバ網で接続され、複数の子局の要求に基づき親局が複数の子局の夫々から親局に送信する信号の量とタイミングとを決めて複数の子局からの信号を光ファイバ網を介して受信する受動光網システムの親局に、複数の子局の夫々が送信を要求する信号の量に基づき、子局の夫々に該親局への信号送信を許可する信号の量と送信タイミングと伝送速度を一定周期毎に決めて子局の夫々に通知する制御部を備え、さらに複数の子局の夫々は、第１の伝送速度、もしくは、第１の伝送速度より高速な第２の伝送速度で親局へ信号を送信する制御部を備え、親局からの通知に基づき第１の伝送速度もしくは第２の伝送速度のいずれかで信号を送信する構成とした。

そして、親局の制御部は、複数の子局の夫々が要求した信号の量に基づき任意の子局への送信許可する信号の量を決定すると、この送信許可した信号の量が第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を下回る場合、子局の信号の伝送速度を第１の伝送速度とし、送信許可した信号の量が第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を上回る場合は、子局の信号の伝送速度を第２の伝送速度と決定するように構成した。

尚、伝送速度の決定を親局で行わず、複数の子局の夫々が、送信を要求する信号の量と送信許可された信号の量を比較して実行する構成も取れるようにした。

本発明によると、伝送速度の異なる複数の仕様（規格）のＰＯＮを混在させて運用出来る構成のＰＯＮにおいて、エンドユーザトラヒックに基づいて消費電力の無駄を極力減らすことの可能な受動光網システムを実現することができる。

ＰＯＮを用いた光アクセス網の構成例を示す網構成図である。 ＯＬＴからＯＮＵへの下り信号の構成例を示すフレーム構成図である。 ＯＮＵからＯＬＴへの上り信号の構成例を示す信号構成図である。 ＰＯＮの動作例を示すシーケンス図である。 ＯＮＵの構成例を示すブロック構成図である。 ＯＬＴの構成例を示すブロック構成図である。 ＯＬＴの制御部の構成と動作例を説明する説明図である。 ＯＬＴの制御部の動作例（その１）を示す動作フロー図である。 ＯＬＴの制御部の動作例（その２）を示す動作フロー図である。 割当バイト長テーブルの構成例を示すメモリ構成図である。 送信タイミングテーブルの構成例を示すメモリ構成図である。 ＯＬＴでの上り信号受信動作の例を示す動作説明図である。 ＯＬＴの制御部の別の動作例を示す動作フロー図である。 割当バイト長テーブルの別の構成例を示すメモリ構成図である。 送信タイミングテーブルの別の構成例を示すメモリ構成図である。 ＯＬＴでの上り信号受信動作の別の例を示す動作説明図である。 ＯＮＵの他の構成例を示すブロック構成図である。 ＯＬＴの他の構成例を示すブロック構成図である。 ＯＮＵの伝送速度判定部の動作例を示す動作フロー図である。 ＯＮＵで上り信号送信を制御する情報を格納するメモリの構成例を示すメモリ構成図である。 ＯＬＴでの上り信号受信動作の他の例を示す動作説明図である。

以下、図面を用いて本実施の形態によるＰＯＮの構成と動作を、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３で規定したＧＰＯＮと、今後導入が予想されている次世代ＧＰＯＮで伝送速度を上昇させた１０ＧＰＯＮとが混在するＰＯＮの構成と動作を例に挙げて、詳細に説明する。
以下の説明は、ＧＰＯＮと同様に、可変長のデータをＴＤＭで処理する構成のＰＯＮを想定したもので、ＯＬＴから各ＯＮＵへの下りデータの伝送速度は、１０Ｇｂｉｔ／秒（９．９５３２８Ｇｂｉｔ／秒だが、以下１０Ｇｂｉｔ／秒と称する）１種類であり、またＯＮＵからＯＬＴへの上りデータの伝送速度は、ＧＰＯＮが１Ｇｂｉｔ／秒（１．２４４１６Ｇｂｉｔ／秒だが、以下同様に１Ｇｂｉｔ／秒と称する）で１０ＧＰＯＮが１０Ｇｂｉｔ／秒（９．９５３２８Ｇｂｉｔ／秒だが、以下同様に１０Ｇｂｉｔ／秒と称する）の混在構成である例をとり説明する。なお、これらの伝送速度等の数値は一例であり、他の伝送速度であってもよく、本実施の形態がこの数値に限定されるものではない。また、上り伝送速度は３つ以上あってもよい。

図１は、本発明のＰＯＮを用いた光アクセス網の構成例を示す網構成図である。
アクセス網１は、例えば、ＰＯＮ１０を介して上位の通信網である公衆通信網（ＰＳＴＮ）／インターネット２０（以下、上位網と称することがある）と、加入者の端末（Ｔｅｌ：４００、ＰＣ：４１０等）とを接続して通信を行う網である。ＰＯＮ１０は、上位網２０と接続されるＯＬＴ（以下、親局と称することがある）２００と、加入者の端末（電話（Ｔｅｌ）４００、ＰＣ４１０等）を収容する複数のＯＮＵ（以下、子局と称することがある）３００を備える。基幹光ファイバ１１０と光スプリッタ１００と複数の支線光ファイバ１２０を有する光受動網でＯＬＴ２００と各ＯＮＵ３００を接続して、上位網２０と加入者端末４００、４１０との通信、または、加入者端末４００、４１０同士の通信を行う。ＯＮＵ３００は、例えば１０ＧＰＯＮまたはＧＰＯＮの双方で使用できるＯＮＵ（例えば、上りについては１０Ｇｂｉｔ／秒、１Ｇｂｉｔ／秒の双方を送信可能なＯＮＵ。以下１Ｇ／１０ＧＯＮＵと称することもある）である。同図では、５台のＯＮＵ３００がＯＬＴ２００に接続されている。尚、ＯＬＴ２００に接続可能なＯＮＵの数は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３に従えば最大で２５４台である。

ＯＬＴ２００から各ＯＮＵ３００への下り信号１３０は、各ＯＮＵ３００宛の信号が時分割多重されて同報される。そして、各ＯＮＵ３００が、到達したフレームが自身の伝送速度であるか、もしくは、自宛の信号であるか否かを判定して信号を受信する。ＯＮＵ３００は、信号の宛先に基づき受信信号を電話４００やＰＣ４１０に送る。また、各ＯＮＵ３００からＯＬＴ２００への上り信号１４０は、ＯＮＵ３００−１から伝送される上り信号１５０−１と、ＯＮＵ３１０−２から伝送される上り信号１５０−２と、ＯＮＵ３００−３から伝送される上り信号１５０−３と、ＯＮＵ３００−４から伝送される上り信号１５０−４と、ＯＮＵ３００−ｎから伝送される信号１５０−ｎが、光スプリッタ１００を介して光学的に時分割多重された光多重化信号１４０になりＯＬＴ２００へ伝送される。各ＯＮＵ３００とＯＬＴ２００間のファイバ長が異なるため、信号１４０は振幅が異なる信号が多重化された形となる。なお、下り信号１３０は、例えば波長帯１．５μｍの光信号、上り信号１４０、１５０は、例えば波長帯１．３μｍの光信号が用いられ、両方の光信号が同じ光ファイバ１１０、１２０を波長多重（ＷＤＭ）されて送受信される。

図２は、下り信号の構成例を示すフレーム構成図である。
下り信号（以下、下りフレーム、もしくは、単にフレームと称することがある）は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３に規定された１２５μ秒周期の構造で、フレーム同期パタン２０、ＰＬＯＡＭ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，Ａｄｍｉｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎｅｎｃｅ）２１、グラント指示２２、フレームペイロード２３から構成される。フレーム同期パタン２０は、各ＯＮＵ３００が１２５μ秒周期のフレームの先頭を識別するための固定パタンである。ＰＬＯＡＭ２１は、ＯＬＴ２００が各ＯＮＵ３００の物理レイヤの管理に使用する情報を格納する。フレームペイロード２３には、ＯＬＴ２００から各ＯＮＵ３００へ向かうユーザ信号が格納される。グラント指示２２は、各ＯＮＵ３００の上り信号送信タイミング（グラント）を指示するもので、より詳細には、各ＯＮＵ３００の内部でのユーザ信号制御単位であるＴＣＯＮＴ毎にグラントを指示するものである。

同図は、図１で示した構成に対応した一構成例を示したもので、ＯＮＵ３００−１を制御するためのＴＣＯＮＴ＃１用信号２４、ＯＮＵ−２を制御するためのＴＣＯＮＴ＃２用信号２５を示している。尚、各ＴＣＯＮＴ用信号は、ＴＣＯＮＴを識別するためのＴＣＯＮＴ ＩＤ２７、信号の送信開始タイミングを示すＳｔｒａｔ２８と送信終了タイミングを示すＥｎｄ２９と、伝送速度指定領域３０とで構成した。伝送速度指定領域３０は、本発明のＰＯＮで導入した信号で、上り信号に１Ｇｂｉｔ／秒の信号または１０Ｇｂｉｔ／秒の信号のどちらを用いるかを指示するものである。尚、Ｓｔａｒｔ２８とＥｎｄ２９は上記２つの速度の信号について送信開始タイミングと送信終了タイミングを示すことになるが、本実施例では、１Ｇｂｉｔ／秒の信号速度におけるバイト数で時間単位を指定し、１０Ｇｂｉｔ／秒信号の時間単位は８バイト単位で示す構成とした。これは、１０Ｇｂｉｔ／秒の信号の速度が１Ｇｂｉｔ／秒の信号の８倍であり、このように規定すれば１つの表記で１Ｇｂｉｔ／秒の信号と１０Ｇｂｉｔ／秒の信号の両方が運用できるようになるためである。ＯＬＴ２００は、各ＯＮＵ３００に周期的にグラント指示２２を含む上りデータの送信を許可するメッセージを送信し、各ＴＣＯＮＴにどれだけの上り通信帯域を使用すれば良いかを指示する。このＳｔａｒｔ２８とＥｎｄ２９は、ＯＬＴ２００がグラント指示を送信する各周期の中で、どのタイミングでデータの送信を開始して終了すれば良いかを示す情報である。この指定された区間内で、ＯＮＵ３００は伝送速度指定領域３０で指定された伝送速度で上り信号を送信する。尚、Ｅｎｄ２９の代わりに、送信すべきデータのデータ長を指定し、Ｓｔａｒｔ２８のタイミングから指定されたデータ長だけデータを送信するように指示しても良い。

図３は、上り信号の構成例を示す信号構成図である。
上り信号（以下、ＧＥＭパケット、もしくは、単にパケットと称することがある）は、プリアンブル３０とデリミタ３１からなる固定長のバーストオーバヘッド３６、ならびに、ＰＬＯＡＭ３１とキュー長３３からなる制御信号および５バイトのＧＥＭヘッダ３４と可変長のＧＥＭペイロード３５からなるバーストデータ３７とで構成される可変長のパケットである。上述したＳｔａｒｔ２８は、ＰＬＯＡＭ３２の開始位置、すなわちバーストデータ３７の開始位置を指示しており、Ｅｎｄ値２９はＧＥＭペイロード３５（バーストデータ２７）の終了位置を示している。ガードタイム３８は、ＧＥＭペイロード３４の終了位置から次のパケットのプリアンブル３０の開始位置までの無信号区間で、各ＯＮＵ３００から送信されるパケットの基幹光ファイバ１７−１上での衝突や干渉を防ぐために、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３で規定された長さの無信号区間がとられる。したがって、各ＯＮＵ３００（あるいはＴＣＯＮＴ）から送信されるバーストデータ３７の間には、ガードタイム３８やプリアンブル領域３０とデリミタ領域３１が介在するため、前のバーストデータ３７のＥｎｄ２９と次のバーストデータ３７のＳｔｒａｔ２８との間には数バイトの間隔が生じる。

図４は、ＰＯＮの動作例を示すシーケンス図で、ＤＢＡ動作および周期と、該ＤＢＡの結果に基づくグラント動作および周期の関係を示すものである 。

ＯＬＴ２００は、１２５μ秒のグラント周期４４〜４８毎にグラント指示２２を含む送信許可メッセージ４０を各ＯＮＵ３００−１〜１０−３に向けて送信する。この送信許可メッセージ４０には、各ＯＮＵのＴＣＯＮＴが備えた送信キューに溜まっている送信待ちデータ量の報告を要求する情報（Ｒｅｑｕｅｓｔ ｒｅｐｏｒｔ）も含まれている。各ＯＮＵ３００は、グラント指示２２のＳｔａｒｔ２８とＥｎｄ２９によって指定されたタイムスロットで送信キューに溜まったデータを送信するとともに、上りメッセージ４１（図３で示したパケット）に含まれるキュー長３３を用いて送信待ちのデータ量をＯＬＴ２００に報告する（Ｒｅｐｏｒｔ）。

ＯＬＴ２００は、予め定めたＤＢＡ周期４９で各ＯＮＵ３００から受けた報告（送信待ちデータ量）に基づき、各ＯＮＵ（ＴＣＯＮＴ）にどれだけのデータ量の送信を許可するかを決定するＤＢＡ４２，４３を行う。具体的には、送信待ちデータ量と各ユーザとの契約に基づき、各ＴＣＯＮＴに次回の送信で送信許可するデータ量を決定する。このＤＢＡは、１２５μ秒のグラント周期４５〜４８毎に実施する必要はないので、複数のグラント周期を纏めてＤＢＡを行う構成とした。本実施例では、４グラント周期（０．５ｍ秒）に１回ＤＢＡを行う構成とした。１回のＤＢＡ４２で全ＴＣＯＮＴに送信許可するデータ量が決まるので、ＯＬＴ２００は、複数のグラント周期４５〜４８のいずれかのグラント周期において、全ＴＣＯＮＴに決定したデータ量を送信させるように、各グラント周期でデータを送信させるＴＣＯＮＴとそのデータ送信Ｓｔａｒｔ２８とＥｎｄ２９を決める。このＳｔａｒｔ２８とＥｎｄ２９とが、グラント指示２２を含む送信許可メッセージ４０により各ＯＮＵ３００−１〜１０−３に向けて送信され（Ｇｒａｎｔ）、各ＯＮＵ３００−１〜１０−３は、このグラントに従ったタイミングでデータをＯＬＴ２００に送信する。尚、以降もＤＢＡ周期が０．５ｍ秒でグラント周期が１２５μ秒のＰＯＮで説明を行うが、ＤＢＡ周期とグラント周期をこれ以外の値に設定しても構わない。

図５は、本発明のＰＯＮで使用するＯＮＵの構成例を示すブロック構成図である。
ＯＮＵ３００は、ＷＤＭフィルタ５０１、受信部５４０、送信部５４１、ユーザインタフェース（ＩＦ）５０８から構成される。受信部５４０は、Ｏ／Ｅ変換部５０２、ＡＧＣ５０３、クロック抽出部５０４、ＰＯＮフレーム分離部５０５、フレーム振り分け部５０６、パケットバッファ５０７、グラント終端部５２０、ＰＬＯＡＭ終端部５２１、等価遅延値記憶部５２２から構成される。また、送信部５４１は、パケットバッファ５０９、送信制御部５１０、ＰＯＮフレーム生成部５１１、ドライバー５１２、Ｅ／Ｏ部５１３、キュー長監視部５３０より構成される。受信部５４０の動作クロックは、下り１０Ｇクロック生成部５４２により供給される。送信部５４１の動作クロックは、上り１０Ｇクロック生成部５４３および上り１Ｇクロック生成部５４４のいずれかの出力がセレクタ５４５によって選択されて供給される。このセレクタ制御は、グラント終端部５２０で読み取られたＯＬＴ２００からの伝送速度指示（図２の３０）によって決定される。

支線光ファイバ１２０から受信した光信号は、ＷＤＭフィルタ５０１で波長分離された後、Ｏ／Ｅ変換部５０２で電気信号に変換される。ＡＧＣ５０３で電気信号の振幅値が一定となるように制御した後、クロック抽出部５０４でリタイミングを行い、ＰＯＮフレーム分離部５０５で、図２で説明した信号の分離を行う。具体的には、ＰＬＯＡＭ領域１９０２の信号がＰＬＯＡＭ終端部５２１に送られ、グラント指示領域１９０３の信号がグラント終端部５２０に送られ、フレームペイロード領域１９０４の信号がフレーム振り分け部５０６に送られる。フレーム振り分け部５０５から出力されたユーザ信号は、パケットバッファ５０７−１およびパケットバッファ５０７−２に一時的に格納された後、それぞれユーザＩＦ５０８−１およびユーザＩＦ５０８−２を経て出力される。

また、ユーザＩＦ５０８−１およびユーザＩＦ５０８−２から入力された信号は、それぞれパケットバッファ５０９−１およびパケットバッファ５０９−２に一時的に格納された後、送信制御部５１０の制御のもとに読み出され、ＰＯＮフレーム生成部５１１でパケット（図３のフォーマット参照）に組立てられる。キュー長監視部５３０は、パケットバッファ５０９の使用量を監視する。バッファ使用量情報は、パケットのキュー長３３に格納されてＯＬＴに伝えられ、ＯＬＴ２００はこの情報に基づいてＤＢＡを行い発行するグラント量を制御する。ＰＯＮフレーム生成部５１１で組み立てられた信号は、ドライバー５１２で電流に変換後、Ｅ／Ｏ部５１３で光信号に変換され、ＷＤＭフィルタ５０１を経て支線光ファイバ１２０に向けて送信される。送信制御部５１０は、グラント終端部５２０から抽出されたグラント値に基づいてＯＬＴに向けて信号を送信する制御を行う。

なお、ＯＬＴ２００と各ＯＮＵ３００との距離がそれぞれ異なるため、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３で規定したレンジングにより距離の違いを補正している。このレンジングにより、等化遅延値と呼ばれる送信タイミングの補正値が図２に示すＰＬＯＡＭ２１に格納され、各ＯＮＵ３００に伝えられている。ＯＮＵ３００は、ＰＬＯＡＭ終端部３２１を介して受信した等化遅延値を等化遅延値記憶部５２２に蓄積し、送信制御部５１０が等化遅延値に基づき信号の送信タイミングを調整することで距離の補正を行い、各ＯＮＵ３００−１〜ＯＮＵ３００−ｎからの信号が基幹光ファイバ１１０上で衝突しないようする。

尚、上述したＯＮＵ３００の各機能ブロックは、ＣＰＵやメモリに蓄積したファームウェアで実現したり、電気／光変換回路・メモリ・増幅器といった電気部品等で実現するものである。また、これらの機能を各処理に特化した専用のハードウェア（ＬＳＩ等）により実現しても良い。さらに、ＯＮＵ３００の構成を、上記説明に限ることなく、適宜必要に応じたて様々な機能の実装が行われても良い。

図６は、本発明のＰＯＮで用いるＯＬＴの構成例を示すブロック構成図である。
ＯＬＴ２００は、網ＩＦ部６０７、制御部７００、送信部７１０、受信部７１１、光信号ＩＦ部６０６から構成される。送信部７１０は、下りデータバッファ７０１、下り信号処理部７０２、Ｅ／Ｏ変換部７０３から構成される。また、受信部７１１は、Ｏ／Ｅ変換部７０４、上り信号処理部７０５、上りデータバッファ７０６から構成される。送信部７１０の動作クロックは、下り１０Ｇクロック生成部７１２により供給される。受信部７１１の動作クロックは、上り１０Ｇクロック生成部７１３および上り１Ｇクロック生成部７１４のいずれかの出力がセレクタ７１５によって選択されて供給される。このセレクタ制御は、データ送信許可部７０９によって行われる。具体的な伝送速度の決定方法は、後で図面を用いて詳細に説明する。

下りデータバッファ７０１は、上位網２０から網ＩＦ部６０７を介して受信したデータを一時的に蓄える。下り信号処理部７０２は、上位網２０からの光信号をＯＮＵ３００に中継するために必要な処理を行う。Ｅ／Ｏ変換部７０３は、電気信号を光信号に変換して、光信号ＩＦ部６０６を介してＯＮＵに光信号（下り信号）を送信する。Ｏ／Ｅ変換部７０４は、ＯＮＵ３００から光信号ＩＦ部６０６を介して受信した光信号を電気信号に変換する。上り信号処理部７０５は、ＯＮＵ３００からの信号を上位網２０に中継するために必要な処理を行う。上りデータバッファ７０６は、上位網２０へ網ＩＦ部６０７を介して送信するデータを一時的に蓄える。制御部７００は、上述した各機能ブロックと接続され、複数のＯＮＵ３００と通信（監視・制御等）を行うための必要な各種処理を実行し、また上位網２０とＯＮＵ３００との間の信号を中継する機能を有する。

ＤＢＡ処理部７０７は、あらかじめ定められたＤＢＡ周期毎（本実施例では０．５ｍ秒周期）に、該周期内でＯＬＴ２００が収容したＯＮＵ３００（ＴＣＯＮＴ）の夫々にどれだけの通信帯域を割当てるかを決定する動的帯域割当処理を行うもので、１つのＤＢＡ周期中に送信可能な総バイト数内で、どれだけのバイト数を各ＯＮＵ３００（ＴＣＯＮＴ）に割り当てるかを決める。レンジング処理部７０８は、ＯＬＴ２００がＯＮＵ３００とのデータ送受信に先立って、各ＯＮＵに距離測定に関するレンジング信号を送信し、当該信号に対する返答を受信するまでの時間を測定することでＯＬＴ２００と各ＯＮＵ３００との間の距離を測定し、各ＯＮＵ３００からＯＬＴ２００への信号が衝突・干渉しないよう送信する信号の遅延時間を調整する。具体的には、レンジング処理部７０８は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３で規定されたレンジング手順に基づいて、上り信号処理部７０５を経由して受信したレンジング信号への応答信号を受信し、図５で説明した等化遅延値を生成し、下り信号処理部７０２を経由して各ＯＮＵ３００に対して送信する。ＯＬＴ２００が送信遅延時間を各ＯＮＵ３００に通知すると、各ＯＮＵ３００は、ＯＬＴ２００からＤＢＡで指定されたデータの送信を許可されたタイミング(グラント)に通知された送信遅延時間を加えてデータを送信する。データ送信許可部７０９は、ＤＢＡ処理部７０７が決定した各ＯＮＵ３００へ許可する送信データのバイト長に基づき、各ＯＮＵ３００があるグラント周期においてデータ送信を開始すべきタイミングＳｔａｒｔ（図２：２８）と送信を終了すべきタイミングＥｎｄ（図２：２９）とをそれぞれバイト単位で決定する。また、ＯＮＵ３００に送信を許可する信号の速度（本実施例では、１Ｇｂｉｔ／秒か１０Ｇｂｉｔ／秒）も決定する。すなわち、グラントを指示する。記憶部７１０は、制御部７００の処理に必要な情報を記憶するメモリである。尚、制御部７００は、ＰＯＮに備えた制御ボード（例えば、ＰＣで構成した保守端末）と通信を行い、予め制御に必要な制御パラメータ（例えば、ＯＮＵの加入条件、契約トラヒック等）を制御部に設定しておいたり、保守者の要求に基づいて監視情報（例えば、障害発生状況や各ＯＮＵへの送信許可データ量等）を受信したりする構成とした。

尚、上述したＯＬＴ２００の各機能ブロックは、ＣＰＵやメモリに蓄積したファームウェアで実現したり、電気／光変換回路・メモリ・増幅器といった電気部品等で実現するものである。また、これらの機能を各処理に特化した専用のハードウェア（ＬＳＩ等）により実現しても良い。さらに、ＯＮＵ３００の構成を、上記説明に限ることなく、適宜必要に応じたて様々な機能の実装が行われても良い。

図７は、ＯＬＴに備えた制御部の構成と動作例を説明する説明図である。また、図８および図９は、それぞれＯＬＴの制御部の動作例を示す動作フロー図である。そして、図１０は、制御部が生成するＯＮＵ毎に割り当てた帯域（バイト数）を記憶する割当バイト長テーブルの構成例を示すメモリ構成図で、図１１は、制御部が生成するＯＮＵ毎の信号送信タイミングと使用伝送速度を記憶する送信タイミングテーブルの構成例を示すメモリ構成図である。更に、図１２は、制御部の動作によって指示を受けた各ＯＮＵが送信する上り信号をＯＬＴが受信する様子を示した動作説明図である。
以下、これらの図面を用いて、本発明のＰＯＮの動作と構成を、具体的にはＯＬＴが実施する各ＯＮＵへの帯域割当と使用伝送速度決定動作と構成を、詳細に説明する。
（１）ＤＢＡ処理部７０７は、ＤＢＡ周期内で各ＯＮＵ３００の送信待ちのデータ量であるキュー長を上り信号(図３：３３)から受信（図８：１１０１）する。
尚、ＤＢＡ処理部７０７には、ＯＮＵに許可可能なデータ量に関するパラメータが契約に基づき、保守者により制御ボード(図７参照)から設定（固定帯域設定他）されているので、上記受信したキュー長と予め設定された契約パラメータの値に基づいて、次のＤＢＡ周期において各ＯＮＵ３００に割り当てるバイト数（送信を許可するデータ量（通信帯域））を決定し、各ＯＮＵの識別子であるＯＮＵ−ＩＤと割り当てたバイト長を対応付けた割当バイト長テーブル８０２を作成して記憶部７１０に格納する（図７：（１）、図８：１１０２）。
図１０は、割当バイト長テーブル８０２の構成例で、ＯＮＵの識別子であるＯＮＵ−ＩＤ９０１と、ＤＢＡでＯＮＵに割り当てたバイト長９０２を有する構成とした。同図では、各ＯＮＵからのキュー長に基づき各ＯＮＵへの割当バイト長を（ａ）〜（ｅ）の５通りに変化させて割り当てた例を示している。具体的には、各ＯＮＵからのキュー長が（ａ）〜（ｅ）に対応して増えていき、各ＯＮＵへの割当バイト数とＤＢＡ周期での総割当バイト数が増えている状況を例として示している。尚、先の説明では帯域の割当等をＴＣＯＮＴ単位で実施すうように説明したが、本実施例では各ＯＮＵに備えたＴＣＯＮＴが１つである場合を想定しているのでＴＣＯＮＴ−ＩＤとＯＮＵ−ＩＤが同じになる為ＯＮＵ−ＩＤと表示をしてある。もちろん、ＯＮＵに複数のＴＣＯＮＴが割り当てられる場合は、このテーブルをＴＣＯＮＴ単位で構成することになる（以下の説明でも同様である）。
（２）データ送信許可部７０９に備えた送信タイミング決定部８０１は、割当バイト長テーブル８０２の内容を読み出して(図７：（２）)、各ＯＮＵに割り当てたバイト長９０２に対応するタイムスロットをグラント周期毎に割り当て、ＯＮＵ−ＩＤと各グラント周期内に割り当てたバイト長を対応付けた送信タイミングテーブル８０３を作成して記憶部７１０に格納する（図７：（３））。具体的には、以下のような制御を実施してＯＮＵの送信タイミングと伝送速度を決定していく。

本実施例では４つのグラント周期（各１２５μ秒）で１つのＤＢＡ周期を構成しているため、伝送速度が１Ｇｂｉｔ／秒の場合に１つのＤＢＡ周期で送信可能なバイト数は、１．２４４１６Ｇｂｉｔ／秒×１２５μ秒×４周期／８＝７７７６０バイトとなる。このうち、例えば３２台のＯＮＵからの信号の直前に１２バイトのバーストオーバヘッドがそれぞれ必要なことを考慮すると、実質的に使用可能なバイト長は、７７７６０−１２×３２＝７７２１６バイトとなる。すなわち、全てのＯＮＵからの送信待ちデータ量であるキュー長の総和が７７２１６バイト以内であれば、１Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度で全ての割り当てデータを送信可能である。キュー長の総和が７７２１６バイトより大きければ、１Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度では全ての要求データを伝送することはできないため、伝送速度を１０Ｇｂｉｔ／秒に上げる必要がある。

ここで、１つのＤＢＡ周期を構成する４つのグラント周期のうち、３つを伝送速度１Ｇｂｉｔ／秒で、残りの１つを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、ＤＢＡ周期において送信可能なバイト数は、１．２４４１６Ｇｂｉｔ／秒×１２５μ秒×３周期／８＋９．９５３２８Ｇｂｉｔ／秒×１２５μ秒×１周期／８＝２１３８４０バイトまで上げることが出来る。上述のように３２台のＯＮＵのバーストオーバヘッドを差し引くと、実質的に使用可能なバイト長は、２１３８４０−１２×３２＝２１３４５６バイトとなる。同様に、４つのグラント周期のうち、２つを伝送速度１Ｇｂｉｔ／秒で、残りの２つを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、ＤＢＡ周期において送信可能なバイト数は、１．２４４１６Ｇｂｉｔ／秒×１２５μ秒×２周期／８＋９．９５３２８Ｇｂｉｔ／秒×１２５μ秒×２周期／８＝３４９９２０バイトまで上げることが出来、３２台のＯＮＵのバーストオーバヘッドを差し引くと実質的に使用可能なバイト長は、３４９９２０−１２×３２＝３４９５３６バイトとなる。さらに、４つのグラント周期のうち、１つを伝送速度１Ｇｂｉｔ／秒で、残りの３つを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、ＤＢＡ周期において送信可能なバイト数は、１．２４４１６Ｇｂｉｔ／秒×１２５μ秒×１周期／８＋９．９５３２８Ｇｂｉｔ／秒×１２５μ秒×３周期／８＝４８６０００バイトまで上げることが出来、３２台のＯＮＵのバーストオーバヘッドを差し引くと、実質的に使用可能なバイト長は、４８６０００−１２×３２＝４８５６１６バイトとなる。最後に４つのグラント周期の全てを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、ＤＢＡ周期において送信可能なバイト数は、９．９５３２８Ｇｂｉｔ／秒×１２５μ秒×４周期／８＝６２２０８０バイトまで上げることが出来、３２台のＯＮＵのバーストオーバヘッドを差し引くと、実質的に使用可能なバイト長は、６２２０８０−１２×３２＝６２１６９６バイトとなる。

したがって、データ送信許可部７０９は、割当バイト長テーブル８０２から得た割当バイト長の総和に基づいて、以下のように伝送速度を決定し、送信タイミングテーブル８０３のそれぞれのグラント周期に伝送速度の値を入力する。
（Ａ）割当バイト長の総和≦７７２１６か否かを判定し(図８：１１０３)、Ｙｅｓの場合は全グラント周期を１Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図８：１１０４)。
（Ｂ）７７２１６＜割当バイト長の総和≦２１３４５６か否かを判定し(図８：１１０５)、Ｙｅｓの場合は第１から第３グラント周期を１Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定し、第４グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図８：１１０６)。
（Ｃ）２１３４５６＜割当バイト長の総和≦３４９５３６か否かを判定し(図８：１１０７)、Ｙｅｓの場合は第１から第２グラント周期を１Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定し、第３から第４グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図８：１１０８)。
（Ｄ）３４９５３６＜割当バイト長の総和≦４８５６１６か否かを判定し(図８：１１０９)、Ｙｅｓの場合は第１グラント周期を１Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定し、第２から第４グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図８：１１１０)。また、Ｎｏの場合は全グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図８：１１１１)。
（Ｅ）各グラント周期の伝送速度が決まると、データ送信許可部７０９は、割当バイト長テーブル８０２に格納されたバイト長（図１０：９０２）を参照し、各ＯＮＵに対してグラント周期内でデータを送信させるタイムスロットの決定を行い、送信タイミングテーブル８０３の値を生成する（図８：１１１２（詳細動作例は後述する））。この時、１０Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度を使用するグラント周期においては、割当バイト長テーブルでの割り当てバイト数を８で割った値となるようにする。これは、図２で説明したように、本実施例においては、Ｓｔａｒｔ２８とＥｎｄ２９の時間の単位は１Ｇｂｉｔ／秒の信号速度におけるバイト単位で指定されるものであり、１０Ｇｂｉｔの信号においては、時間の単位は８バイト単位で示されるものと定義したためである。

図９もＯＬＴの制御部の動作例を示す動作フロー図で、上記送信タイミングの決定ステップ（図８：１１１２）の詳細な動作例を示す動作フロー図である。各ＯＮＵの上り信号の送信タイミングは、以下のようにして決められていく。
（Ｅ１）最初のＯＮＵ−ＩＤの割当バイト長を割当バイト長テーブル８０２から読込む（１３０１）。尚、最初のＯＮＵ−ＩＤとして毎回最も若番のＯＮＵ−ＩＤ（通常は１）をとっても帯域割当は可能だが、本実施例ではＤＢＡ周期毎に１つずつシフトした値（１→２→３→…）を用いている。この理由は、図８で説明した実施例では後のグラント周期ほど高い伝送速度が指定される傾向が高いため、特定の番号のＯＮＵ（老番のＯＮＵ）に高い伝送速度が割り当てられることが続き、特定のＯＮＵのみ消費電力が増えることを避けるためである。最初のＯＮＵ−ＩＤを１つずつシフトする以外の方法として、全てのＯＮＵ−ＩＤからＤＢＡ周期毎にランダムに選んだＯＮＵ−ＩＤから割当てを始めることも有効である。
（Ｅ２）最初のグラント周期の送信タイミングテーブル行から演算を開始（１３０２）。該グラント周期で速度が１Ｇであるか否かを判定し（１３０３）、Ｎｏであれば伝送速度は１０Ｇであるので、以後の演算でバイト長を８で除算し、１Ｇと同じ時間幅となるバイト値に換算して演算を続ける（１３０４）。尚、８で除算する際に小数点以下の端数は切り上げる。続いて、Ｓｔａｒｔに１２を代入し、その値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込む（１３０５）。
（Ｅ３）Ｓｔａｒｔ−1＋バイト長≦ １９４３９であるか否かを判定し（１３０６）、ＹｅｓであればＥｎｄにＳｔａｒｔ−１＋バイト長を代入し、Ｅｎｄを演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込み、演算対象ＯＮＵ−ＩＤを＋１加算し、さらにＳｔａｒｔにＥｎｄ+１２＋１を代入し、Ｓｔａｒｔを新演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込む（１３０７）。
（Ｅ４）上記判定（１３０６）がＮｏであれば、Ｅｎｄに１９４３９を代入し、Ｅｎｄを演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込み、バイト長←にＳｔａｒｔ−１＋バイト長−１９４３９を代入し（１３０８）、処理１３０３に再帰することにより次のグラント周期のテーブル計算に進む。
（Ｅ５）上記処理を再帰的に繰り返した後、全ＯＮＵ−ＩＤの演算完了を判定し（１３０９）、Ｙｅｓであれば次のＤＢＡ周期での演算のために、最初のＯＮＵ−ＩＤに設定する値を１つシフトして記憶して、この処理を終了する。上記判定（１３０９）がＮｏであれば処理１３０６に戻る。

以上説明した図８と図９の動作フロー図に従った制御で、図１０で示した割当バイト長テーブルから図１１で示した送信タイミングテーブルがそれぞれ生成される。

図１１は、送信タイミングテーブル８０３の構成例で、ＯＮＵの識別子であるＯＮＵＴ−ＩＤ９０１と、あるグラント周期内でのデータ送信開始タイミングＳｔａｒｔ２８を格納するＳｔａｒｔエリア１００２とデータ送信終了タイミングＥｎｄ２９を格納するＥｎｄエリア１００３と、信号の送信速度を格納する速度エリア１００４とを有する構成とした。同図の（ａ）から（ｅ）は、図１０で示した割当バイトテーブル（ａ）から（ｅ）にそれぞれ対応しているもので、図８および図９のフロー図を用いて説明した制御により、割当バイトの総数に応じて各グラント周期での信号送信速度が変更され、それに応じた信号の送信タイミング（帯域）の割当が変更される様子を示している。
（３）送信タイミング決定部８０１は、送信タイミングテーブル８０３の内容に従ってグラント指示２２（ＵＳ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ＭＡＰ）を含む送信許可メッセージを各ＯＮＵ３００に送信してデータの送信タイミングを通知する（図８：１１１３）。
グラント指示を受けた各ＯＮＵ３００は、先に図５で説明した構成と動作により、ＯＬＴ２００から指示された送信タイミングと伝送速度で上り信号を送信する。

図１２は、各ＯＮＵからの上り信号をＯＬＴで受信する様子を示した動作説明図で、送信タイミングテーブル８０３の順に従って各ＯＮＵからの信号が基幹光ファイバ１１０上で光学的に時分割多重されＯＬＴに到着している様子を示したもので、同図の（ａ）〜（ｅ）は、図１０と図１１の（ａ）〜（ｅ）に対応して、割当バイトの総数に応じて各グラント周期での信号送信速度が変更され、それに応じた信号の送信タイミング（帯域）の割当が変更される様子を示している。また、同図は、割当バイト長の総計に基づいて第１グラント周期から第４グラント周期のそれぞれの伝送速度を上述した手順により設定することで、割当バイト長総計の異なる（ａ）〜（ｅ）の場合の全てで第１グラント周期から第４グラント周期までの時間スロットを極力使いきって低消費電力化と伝送効率向上を実現していることを示している。また、最初のＯＮＵ−ＩＤとしてＤＢＡ周期毎に１つずつシフトした値（１→２→３→…）を用いているので、図８の（ａ）〜（ｅ）のバイト長割り当てが順番に発生した場合も、図１２の（ａ）〜（ｅ）に示されるように、より消費電力の少ない１Ｇｂｉｔ／ｓの速度は全ＯＮＵに順番に割り当てられ、特定のＯＮＵのみ消費電力が増えることを避けることが出来る。

以下では、送信要求の少ないＯＮＵになるべく低い伝送速度を割り当てることで、送信要求の少ないＯＮＵの消費電力を低減させる別のＯＬＴ制御部の動作と構成を説明する。
図１３は、ＯＬＴに備えた制御部の別の動作例を示す動作フロー図で、送信タイミングの決定ステップ（図８：１１１２、図９）の別の実現例を示す動作フロー図である。図９で示したフロー図との違いは、最初に割当バイト長テーブル８０２の行をバイト長の小さい順に並べ替える操作を（１３１１）追加した点である。この操作後は、先の実施例と同様に割当バイト長テーブルの最初のＯＮＵ−ＩＤから演算を開始する（１３１２）ことにより、送信要求の少ないＯＮＵ３００にはなるべく低い伝送速度を割り当てることができる。すなわち、この操作により割当帯域の少ないＯＮＵに消費電力の少ない１Ｇｂｉｔ／秒の速度が割り当てられ、割当帯域が少ない加入者ほど消費電力を節約し易いというメリットが生ずる。

図１４は、ステップ１３１１で並べ替えられた割当バイト長テーブルの構成例を示したメモリ構成図であり、割当バイト数の少ない順に並んでいる。先の実施例（図１０）のようなＯＮＵ−ＩＤが若番順に並んでいる割当バイト長テーブル８０２を使用して図１３で示したような制御動作を実現しようとすると、最も割当帯域が少ないＯＮＵ−ＩＤを割当バイト長テーブルから検索して選択して送信タイミングを割り当てる演算を行い、次に割当帯域が少ないＯＮＵ−ＩＤを割当バイト長テーブルから検索して選択して送信タイミングを割り当てる演算を繰り返さなければならない。それに対して、図１４に示す割当バイト数の少ない順の割当バイト長テーブル８０２‘を最初に作成しておけば、以後はテーブルの上位に位置するＯＮＵ−ＩＤから順番に送信タイミングを割り当てていけば良いので、検索の手順がまとめられ送信タイミング割り当て動作が効率化されるメリットがある。以下、この割当バイト長テーブル８０２を参照して図１３のフロー図で示した制御を行うと、図１５で示す送信タイミングテーブル８０３’が生成されるので、この内容を各ＯＮＵ３００に指示することで、ＯＬＴ２００は、図１６に示すような状態で信号を受信することになる。

上記実施例では、１つのＤＢＡ周期を４つのグラント周期で構成して、グラント周期毎に伝送速度を切り替える例を説明しているが、１つのＤＢＡ周期をさらに多くのグラント周期で構成して伝送速度をより細かく切り替えることで、全ＯＮＵに割り当てたバイト数の総和に最も近い伝送速度の組み合わせを選び、かつ、極力伝送速度を下げて全体の消費電力を最小化することが可能である。また、ＯＮＵ毎に伝送速度を切り替えることにより同様の効果を得ることも可能である。

本発明のＰＯＮでは、ＯＮＵが上り方向の通信に使用する伝送速度を自ら判定する構成をとることも可能である。具体的には、ＯＮＵに上り方向の通信内容を一時格納するためのバッファメモリを複数の優先度に対応して備え、優先度の高いバッファメモリのデータ量が送信タイミング制御部の指示するタイミングに基づき１Ｇｂｉｔ／秒の速度で伝送可能な量を下回れば１Ｇｂｉｔ／秒の速度を用い、１Ｇｂｉｔ／秒の速度で伝送可能な量を上回れば１０Ｇｂｉｔ／秒の速度を用いるというように、上り信号の伝送速度を判定して動作する構成である。以下、図面を用いて更にこの詳細な構成と動作を説明する。

図１７は、本発明のＰＯＮに用いるＯＮＵの他の構成例を示すブロック構成図であり、図１８もＯＬＴの他の構成例を示すブロック構成図で、それぞれＯＮＵが上り信号の伝送速度を判定する動作に対応した構成例を示したブロック構成図である。
ＯＮＵ３００‘は、伝送速度判定部５４６を備え、グラント終端部５２０、キュー長監視部５３０の出力に基づき上り伝送速度を決定してセレクタ５４５を制御する点が先に説明したＯＮＵ３００と異なる。また、上り信号を一時蓄積するバッファ５０９も、信号の優先度に分けた高優先と低優先のバッファに分けて信号を蓄積する構成とした。尚、具体的な伝送速度判定の動作例は、後述する。
ＯＬＴ２００‘は、上り信号処理部７０５が上り信号を受信した結果から伝送速度を選択するセレクタ７１５を制御する点が先に説明したＯＬＴ２００と異なる。すなわち、ＯＮＵ３００’で決定された上り伝送速度の信号が受信されるので、上り信号処理部７０５でその波形を解析することで上り伝送速度を判定する。具体的には、上り信号の最初の情報はプリアンブル（図３の３０）で、このプリアンブルは事前に決定された値が使用され、特に高速のクロック抽出に都合が良い１０交番ビット列が使用されることが多い。上り信号の伝送速度が１Ｇｂｉｔ／秒である場合の１パルス幅は約８０３ピコ秒である。また、上り信号の伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／秒である場合の１パルス幅は約１００ピコ秒である。したがって、上り信号処理部７０５は、受信した上り信号のプリアンブルパルスの幅を測定することで容易に伝送速度を知ることが可能である。

図１９は、ＯＮＵの伝送速度判定部５４６の動作例を示す動作フロー図であり、以下のように動作して上り信号の伝送速度を決定する。
（１）ＤＢＡ周期内でＯＬＴ２００‘よりグラント指示（図２：２２）を受信すると（１４０１）、キュー長監視部５３０が上りバッファ５０９のうち高優先度バッファ５０９−１および５０９−３のキュー長を取得して伝送速度判定部５４６に伝える（１４０２）。
（２）高優先度バッファ５０９−１および５０９−３に残っているデータ量が送信制御部５１０の指示するタイミング（グランド指示長）と比較して１Ｇｂｉｔ／秒の速度で伝送可能な量を下回れば（１４０３でＮｏの場合であれば）１Ｇｂｉｔ／秒の速度を用い（１４０５）、１Ｇｂｉｔ／秒の速度で伝送可能な量を上回れば（１４０３でＹｅｓの場合であれば）１０Ｇｂｉｔ／秒の速度を用いる（１４０４）ように判定し、送信制御部５１０とセレクタ５４５を判定結果で制御する。

図２０は、ＯＮＵの動作例を説明するための図で、伝送速度判定部５４６が動作した結果、ＯＮＵ３００‘内の送信制御部５１０内のメモリ（図示せず）に備えた上り信号送信制御テーブルの構成例を示したメモリ構成図である。なお、このメモリは送信制御部５１０以外の機能ブロックにあっても構わない。また、同図は、各ＯＮＵに備えたメモリを説明の都合上、全ＯＮＵ分纏めて表示したもので、各ＯＮＵでは自ＯＮＵのデータを持っていれば構わないものである。

同図のＯＮＵ−ＩＤに対応する行の情報が、伝送速度判定部５４６の判定動作に使用される。一例を挙げれば、Ｓｔａｒｔ１００２とＥｎｄ１００３の差で示されるＯＮＵ−ＩＤ＝５の１Ｇｂｉｔ／秒の速度における許可されたバイト値１００５は、１２５００バイトである。そして、ＯＮＵ−ＩＤ＝５のＯＮＵ内部における高優先度キューに保持されているデータ量１００６は１００００バイト、低優先度キューに保持されているデータ量１００７は９００００バイトである。したがってＯＮＵ５では、上述した判定動作に従い、高優先度キュー内のデータ１００００バイトは１Ｇｂｉｔ／秒で送れるので１Ｇｂｉｔ／秒で送信し、また、低優先度キューに保持されているデータのうち２５００バイトを１Ｇｂｉｔ／秒で送信する。同様に、ＯＮＵ２でも、許可されたバイト値１００５が３７５バイトであるが、高優先度キューに保持されているデータ量１００６は２００バイトであるので高優先度キュー内のデータ２００バイトを１Ｇｂｉｔ／秒で送信し、かつ低優先度キューに保持されているデータのうち１７５バイトを１Ｇｂｉｔ／秒で送信する。

図２１は、ＯＬＴでの上り信号受信動作の他の例を示す動作説明図で、各ＯＮＵが図２０で示した情報を備えた場合に、基幹光ファイバ１１０上で時分割多重された各ＯＮＵからの上り信号をＯＬＴが受信する様子を示している。

上述したＯＮＵで伝送速度を決定する構成と動作であれば、各ＯＮＵが送信を待っている全てのデータを送信するのではなく、低い伝送速度を使用して優先度の高いデータだけを送信するというような、上り信号送信の選択を行うことが出来るようになる。ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３で規定される現行のＰＯＮ伝送規格では、優先度の高いデータのキュー長を分離してＯＬＴに伝えるメカニズムが規定されていないので、ＯＬＴはそれぞれのＯＮＵの送信待ちデータの優先度を考慮した伝送速度の判定を行うことができないが、本実施例により可能となる。また、電力消費節約の要求を重視することを個々のＯＮＵが固有の判断として選択できるようになる。

１０・・・ＰＯＮ、
１００・・・スプリッタ、
１１０、１２０・・・光ファイバ、
１３０・・・下り信号、
１４０、１５０・・・上り信号、
２００・・・ＯＬＴ、
３００・・・ＯＮＵ、
４００、４１０・・・端末、
７００・・・制御部、
７０７・・・ＤＢＡ処理部、
７０９・・・データ送信許可部、
８０１・・・送信タイミング決定部、
８０２・・・割当バイト長テーブル、
８０３・・・送信タイミングテーブル

Claims (10)

1. 親局と複数の子局とが光スプリッタおよび複数の光ファイバから成る光ファイバ網で接続され、前記複数の子局の夫々の要求に基づき前記親局が前記複数の子局の夫々から前記親局に送信する信号の量とタイミングとを決め、前記複数の子局の夫々からの信号を前記光ファイバ網を介して前記親局が受信する受動光網システムであって、
   前記親局は、前記複数の子局の夫々が送信を要求する信号の量に基づき、該複数の子局の夫々に該親局への信号送信を許可する信号の量と送信タイミングと信号の送信に用いるクロック速度を一定周期毎に決めて該複数の子局の夫々に通知する制御部を備え、
   前記複数の子局の夫々は、第１のクロック速度、もしくは、該第１のクロック速度より高速な第２のクロック速度で前記親局へ信号を送信する制御部を備え、前記親局からの前記通知に基づき前記第１のクロック速度もしくは前記第２のクロック速度のいずれかで前記信号を送信する
   ことを特徴とする受動光網システム。
2. 上記親局の制御部は、上記複数の子局の夫々が要求した信号の量に基づき、当該複数の子局の夫々に対して前記一定周期毎に送信許可する信号の量を決定すると、
   前記複数の子局の夫々に対して前記送信許可した信号の量が上記第１のクロック速度で伝送可能な最大伝送量を下回る場合は、該複数の子局の夫々が信号を送信するのに用いる前記クロック速度を前記第１のクロック速度とし、該送信許可した信号の量が前記第１のクロック速度で伝送可能な最大伝送量を上回る場合は、該複数の子局の夫々が信号を送信するのに用いる前記クロック速度を上記第２のクロック速度と決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の受動光網システム。
3. 上記親局の制御部が決定を行う上記一定周期は、複数の部分周期から構成されており、該制御部は、上記複数の子局の夫々に送信許可する信号の量の総和に基づいて、前記部分周期のそれぞれについて任意の子局が信号の送信に使用するクロック速度を上記第１のクロック速度もしくは上記第２のクロック速度に決定することを特徴とする請求項１もしくは２いずれかに記載の受動光網システム。
4. 上記親局の制御部は、上記複数の子局の夫々が送信を要求する信号の量に基づき、該複数の子局の夫々に該親局への送信を許可する信号の量を前記一定周期毎に決める帯域制御部と、
   前記決定された信号の量に基づき、前記信号を送信する子局の前記送信タイミングと前記クロック速度を決める送信タイミング制御部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の受動光網システム。
5. 上記親局で決定した前記クロック速度の情報は、該親局から上記複数の子局の夫々へ送信されるフレーム信号内において、前記親局が決定した送信タイミングの情報を通知する制御信号領域内に挿入されて、前記許可する信号の量と前記送信タイミングと前記クロック速度を一括して該複数の子局の夫々に通知されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の受動光網システム。
6. 親局と複数の子局とが光スプリッタおよび複数の光ファイバから成る光ファイバ網で接続され、前記複数の子局の夫々の要求に基づき前記親局が前記複数の子局の夫々から前記親局に送信する信号の量とタイミングとを決め、前記複数の子局の夫々からの信号を前記光ファイバ網を介して前記親局が受信する受動光網システムであって、
   前記親局は、
   前記複数の子局の夫々が送信を要求する信号の量に基づき、該複数の子局の夫々に該親局への信号送信を許可する信号の量と送信タイミングとを一定周期毎に決めて該複数の子局の夫々に通知する制御部を備え、
   前記複数の子局の夫々は、
   前記親局への信号の送信に用いる第１のクロック速度、もしくは、該第１のクロック速度より高速な第２のクロック速度で前記親局へ信号を送信する制御部を備え、
   該制御部が前記親局から通知された送信許可された信号の前記送信タイミングに基づき前記第１のクロック速度もしくは第２のクロック速度のいずれかを選択して前記信号を送信する
   ことを特徴とする受動光網システム。
7. 上記親局の制御部は、上記複数の子局の夫々が要求した信号の量に基づき、当該複数の子局の夫々に対して前記一定周期毎に送信許可する信号の量を決定して該複数の子局の夫々に通知すると、 上記複数の子局の夫々の制御部は、前記通知された送信許可された信号の量が上記第１のクロック速度で伝送可能な最大伝送量を下回る場合は、信号の送信に用いるクロック速度を前記第１のクロック速度とし、該送信許可された信号の量が前記第１のクロック速度で伝送可能な最大伝送量を上回る場合は、信号の送信に用いる前記クロック速度を上記第２のクロック速度と決定する
   ことを特徴とする請求項６に記載の受動光網システム。
8. 親局と複数の子局とが光スプリッタおよび複数の光ファイバから成る光ファイバ網で接続され、前記複数の子局の要求に基づき前記親局が前記複数の子局の夫々から前記親局に送信する信号の量とタイミングとを決め、前記複数の子局からの信号を前記光ファイバ網を介して前記親局が受信する受動光網システムの運用方法であって、
   前記複数の子局が前記親局へ送信する信号の量を要求すると、
   前記親局が前記複数の子局の夫々からの送信信号の要求量に基づき、該複数の子局の夫々に信号送信を許可する信号の量と送信タイミングと信号の送信に用いるクロック速度を一定周期毎に決めて該複数の子局の夫々に通知し、
   前記複数の子局の夫々は、前記親局からの通知に基づき前記第１のクロック速度もしくは該第１の信号より高速な第２のクロック速度のいずれかで前記親局へ信号を送信することを特徴とする受動光網システムの運用方法。
9. 上記クロック速度の決定は、上記送信許可した信号の量が上記第１のクロック速度で伝送可能な最大伝送量を下回る場合は、上記信号の送信に用いるクロック速度を前記第１のクロック速度とし、該送信許可した信号の量が前記第１のクロック速度で伝送可能な最大伝送量を上回る場合は、該信号の送信に用いるクロック速度を上記第２のクロック速度と決定することを特徴とする請求項８に記載の受動光網システムの運用方法。
10. 上記クロック速度の決定を上記複数の子局の夫々が行うことを特徴とする請求項８もしくは９いずれかに記載の受動光網システムの運用方法。

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