JP5541327B2 - 中継装置、局側装置並びにその中継装置を用いた通信システム及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＰＯＮ（Passive Optical Network）ような、ポーリング方式の多重アクセス制御を行う通信網を多段に接続するための中継装置と、上段側の通信網に用いる局側装置と、その中継装置を用いた通信システム及び通信方法に関する。

ＰＯＮシステムは、Ｐ２ＭＰ(Point to Multi Point)の接続形態における光分岐を無電力で行う光通信システムであり、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一芯の光ファイバ網と、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備えている。
このＰＯＮシステムにおいては、半導体レーザ等の光源を直接或いは外部変調したＮＲＺ（Non-Return to Zero）光信号を伝送し、情報を送受信する。

局側装置が送信する下り光信号は各宅側装置に放送形式で伝送され、各宅側装置は自分宛の信号のみを受信処理する。逆に、宅側装置からの上り光信号は、衝突を防止すべく局側装置によって時分割多重方式で管理されており、局側装置は各宅側装置からの上り光信号をバースト的に受信する。
かかるＰＯＮシステムでは、分岐数や伝送距離が大きくなるほど通信品質が悪化するので、３２分岐以内でかつ２０ｋｍ以内の伝送距離で運用するのが通常である。

そこで、局側装置と宅側装置の間の伝送距離をできるだけ延ばすため、８個のＧ−ＥＰＯＮを相対向する１対の中継装置によって１０Ｇに多重する、ＰＯＮ多重中継装置が提案されている（特許文献１参照）。
また、伝送距離の延長を図る別の中継装置として、Ｇ−ＥＰＯＮの光信号を電気信号に再生同期して中継する中継装置も既に知られている（特許文献２参照）。

特開２００８−０１７２６４号公報 特開２００７−２２１６８８号公報

上記特許文献１に記載の中継装置では、８個のＧ−ＥＰＯＮを１０Ｇの中継装置に集約する方式であるから、Ｇ−ＥＰＯＮの数だけ局側装置が必要であり、また、その局側装置の数だけ上位網とのインタフェースが必要である。
従って、局側装置と宅側装置の間の伝送距離を延ばすことはできるが、システム全体としては不経済であるという欠点がある。

上記特許文献２に記載の中継装置は、ＰＯＮ光信号を光電変換した電気信号を物理層レベルで再生同期するものであり、中継時に伝送レートが増える訳ではない。従って、通常のＰＯＮシステムと同様に、分岐数を増やした場合に帯域が減少するという欠点がある。
また、分岐数を多くすると、制御メッセージで消費される帯域が増え、ユーザデータが使用できる全体の帯域が減少するので、ユーザ当りの帯域が減少するし、上り方向では、バーストオーバーヘッド分の無効帯域が増加するので更に帯域が減少する。

そこで、本願発明者は、上り帯域を確保しつつ分岐数を増加できる光通信システムを構成可能とすべく、上段ＰＯＮでは宅側装置として機能しかつ下段ＰＯＮでは局側装置として機能する中継装置によってＰＯＮを多段接続し、その中継装置が、局側装置による上段ＰＯＮの上り多重アクセス制御とは独立して、下段ＰＯＮの上り多重アクセス制御を行うようにした光通信システムを、既に提案している（特願２０１１−１３６７９８号の明細書参照）。

しかし、上記光通信システムのように、上段ＰＯＮの局側装置と下段ＰＯＮの中継装置がそれぞれ上り多重アクセス制御を互いに独立して行う通信システムでは、システム全体の上り遅延時間が大きくなるという問題がある。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、上段と下段の通信網において独立した上り多重アクセス制御を行う場合でも、システム全体の上り遅延時間を短縮できるようにすることを目的とする。

（１） 本発明の中継装置は、上段の第１回線に対する信号の送受信を行う第１送受信部と、下段の第２回線に対する信号の送受信を行う第２送受信部と、前記第１送受信部が受信した下りフレームを前記第２送受信部に中継し、前記第２送受信部が受信した上りフレームを前記第１送受信部に中継する中継処理部と、前記第１送受信部が前記第１回線の局側装置に送信する前記上りフレームの送信については、前記局側装置が行う上り多重アクセス制御に従い、前記第２送受信部が前記第２回線の宅側装置から受信する前記上りフレームの受信については、独自に上り多重アクセス制御を行う制御部と、を備えている。

その上で、本発明の中継装置では、前記制御部が、前記第２回線の前記宅側装置に送信許可するデータ量を、そのデータフレームが前記第２送受信部に到着する前に前記第１回線の前記局側装置へ申告することを特徴とする。
本発明の中継装置によれば、上記の通り、制御部が、第２回線の宅側装置に送信許可するデータ量を、そのデータが第２送受信部に到着する前に第１回線の局側装置へ申告するので、かかる申告を行わない場合に比べて、システム全体の上り遅延時間を短縮することができる。

（２） 本発明の中継装置において、前記中継処理部が、上りのデータをバッファリングする上りバッファを有する場合には、前記制御部は、前記宅側装置に送信許可するデータ量を決定した後、そのデータ量を前記上りバッファに書き込み予約し、書き込み予約したバッファ量に基づいて前記局側装置へ申告するデータ量を求めることにすればよい。
この場合、送信許可したデータが第２送受信部に到着する前に、そのデータ量を前もって局側装置に申告する中継装置を、簡単な手段で実現することができる。

（３） 本発明の中継装置が、集中型ＤＢＡを行う前記局側装置に接続されている場合には、本発明の中継装置は、当該集中型ＤＢＡと周期が同じで位相が揃えられている集中型ＤＢＡを行うことが好ましい。
この場合、第１回線及び第２回線において行われる集中型ＤＢＡの１周期分だけ、システム全体の上り遅延時間を短縮できるようになる。

（４） また、本発明の中継装置が、集中型ＤＢＡを行う前記局側装置に接続されている場合には、本発明の中継装置は、当該集中型ＤＢＡと周期が同じで位相が所定の余裕時間だけ遅らせてある集中型ＤＢＡを行うようにしてもよい。
この場合、システム全体の上り遅延時間を、第２回線のＤＢＡサイクルを遅らせる所定の余裕時間の分だけ更に短縮できるようになる。

（５） 本発明の局側装置は、分散型ＤＢＡを行う上述の（１）又は（２）に記載の中継装置と接続される、分散型ＤＢＡを行う局側装置であって、前記第１回線におけるある論理リンクから受信した帯域申告に応じて割り当てる帯域の受信開始時刻を、前記帯域申告の受信時刻値と、前記第２回線におけるゲート遅延の上限値と、前記第２回線の往復伝搬時間の上限値とに基づいて決定することを特徴とする。

本発明の局側装置によれば、第１回線におけるある論理リンクから受信した帯域申告に応じて割り当てる帯域の受信開始時刻を、上記の各値に基づいて決定するので、ユーザデータが未到着の中継装置に対して局側装置がそのユーザデータの送信許可を行うことに伴う、第１回線の帯域の無駄使いを未然に防止することができる。

（６） 本発明の通信システムは、親局装置がポーリング方式の多重アクセス制御を行う第１通信網と、中継装置がポーリング方式の多重アクセス制御を行う第２通信網とが、前記中継装置を介して接続された通信システムであって、前記中継装置は、前記第２通信網において送信許可するデータ量を、そのデータフレームが自局に到着する前に前記親局装置へ申告することを特徴とする。

本発明の通信システムによれば、中継装置が、第２通信網において送信許可するデータ量を、そのデータが自局に到着する前に親局装置へ申告するので、かかる申告を行わない場合に比べて、システム全体の上り遅延時間を短縮することができる。

（７） 他の観点から見た本発明の通信システムは、親局装置がポーリング方式の多重アクセス制御を行う第１通信網と、中継装置がポーリング方式の多重アクセス制御を行う第２通信網とが、前記中継装置を介して接続された通信システムであって、前記中継装置は、前記親局装置に所定のデータ量を申告する場合に、その申告するデータ量が実際に充足する時刻を表す情報完成時刻を加えて申告し、前記親局装置は、前記中継装置から申告されたデータ量に応じた送信許可を、前記情報完成時刻以降に割り当てることを特徴とする。

本発明の通信システムによれば、中継装置が、親局装置に所定のデータ量を申告する前に上記情報完成時刻を加えて申告し、親局装置が、中継装置から申告されたデータ量に応じた送信許可を上記情報完成時刻以降に割り当てるので、第１通信網での帯域の無駄使いを未然に防止しつつ、多段の通信システム全体の上り遅延時間を短縮することができる。

（８） 本発明の通信方法は、上述の（６）に記載した通信システムにて行われる通信方法であって、当該通信システムと同様の作用効果を奏する。
（９） 本発明の別の通信方法は、上述の（７）に記載した通信システムにて行われる通信方法であって、当該通信システムと同様の作用効果を奏する。

以上の通り、本発明によれば、上段と下段の通信網において独立した上り多重アクセス制御を行う場合でも、システム全体の上り遅延時間を短縮することができる。

第１基本形態に係る光通信システムの接続形態を示す図である。 局側装置の構成を示すブロック図である。 宅側装置の構成を示すブロック図である。 中継装置の構成を示すブロック図である。 局側装置への登録シーケンスを示す図である。 上り多重アクセス制御のシーケンスを示す図である。 局側装置からの離脱シーケンスを示す図である。 第２基本形態の場合の局側装置への登録シーケンスを示す図である。 図８の続きのシーケンスを示す図である。 第２基本形態の場合の局側装置からの離脱シーケンスを示す図である。 第２基本形態の場合のＯＡＭループバック試験のシーケンスを示す図である。 第１及び第２基本形態における集中型ＤＢＡのシーケンスを示す図である。 第１実施形態の中継装置（基本的構成は図４と同様）に用いる、ユーザフレーム用の第２上りバッファの説明図である。 第１実施形態における集中型ＤＢＡのシーケンスを示す図である。 第１実施形態における変形例に係る集中型ＤＢＡのシーケンスを示す図である。 第２実施形態における分散型ＤＢＡのシーケンスを示す図である。 第３実施形態に係る通信システムの接続形態を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
なお、以下の説明では、ＰＯＮ回線１（上段の第１回線）とＰＯＮ回線２（下段の第２回線）の論理リンクの対応が「１対多」である形態を「第１基本形態」といい、その論理リンクの対応が「１対１」である形態を「第２基本形態」という。
また、以下の説明では、本発明の実施形態の理解を容易にするため、上段と下段の通信網がいずれもＰＯＮである、第１及び第２基本形態の具体的内容を先に説明する。

＜第１基本形態＞
〔光通信システムの接続形態〕
図１は、第１基本形態に係る光通信システムの接続形態を示す図である。
図１に示すように、第１基本形態の光通信システムでは、１つの局側装置１０と多数の宅側装置２０が、それらの間の複数の中継装置３０を仲立ちとして、上下２段のＰＯＮ回線１，２で接続された接続形態（トポロジ）となっている。

すなわち、１つの局側装置１０とその配下の複数の中継装置３０とが光ファイバにてＰ２ＭＰ形態で接続されており、各中継装置３０とその配下の複数の宅側装置２０とが光ファイバにてＰ２ＭＰ形態で接続されている。
より具体的には、局側装置１０に接続された一芯の光ファイバ５１は、受動光分岐ノードである光カプラ５２を介して複数の一芯の光ファイバ５３に分岐しており、この分岐した各光ファイバ５３の終端に、それぞれ中継装置３０が接続されている。

また、中継装置３０の下段側に接続された一芯の光ファイバ５４は、受動光分岐ノードである光カプラ５５を介して複数の一芯の光ファイバ５６に分岐しており、この分岐した各光ファイバ５６の終端に、それぞれ宅側装置２０が接続されている。
従って、光ファイバ網５１〜５３よりなる上段側のＰＯＮ回線１は、１つのＯＬＴ１０に対応して１つだけ存在し、光ファイバ網５４〜５６よりなる下位側のＰＯＮ回線２は、複数の中継装置３０に対応して当該中継装置３０と同数だけ存在する。

なお、以下において、局側装置１０とＰＯＮ回線１と複数の中継装置３０とからなる上段側のＰＯＮを、「ＰＯＮ１」又は「上段ＰＯＮ」などと呼ぶことがあり、中継装置３０とＰＯＮ回線２と複数の宅側装置２０からなる下段側のＰＯＮを、「ＰＯＮ２ｊ」（ｊ＝１，２……ｎ：ｎは中継装置３０の最大数）又は「下段ＰＯＮ」などと呼ぶことがある。
また、以下において、「局側装置」を「ＯＬＴ」と略記し、「宅側装置」を「ＯＮＵ」と略記する場合がある。

更に、第１基本形態では、局側装置１０と中継装置３０の間の上段側のＰＯＮ１は、伝送レートが１０Ｇ（正確には１０．３１２５Ｇｂｐｓ）の１０Ｇ−ＥＰＯＮよりなり、各中継装置３０と宅側装置２０の間の下段側のＰＯＮ２ｊは、伝送レートが１Ｇ（正確には１．２５Ｇｂｐｓ）のＧ−ＥＰＯＮよりなる。

〔局側装置の構成〕
図２は、局側装置１０の構成を示すブロック図である。
図２に示すように、ＯＬＴ１０は、上位側（図２の左側）から下位側に向かって順に、上位網ＩＦ（インタフェース）部１１、制御部１２、受信処理部１３、ＬＬＩＤ（Logical Link ID）の解決テーブル１４、送信処理部１５、ＰＯＮ送受信部１６を備えている。また、ＯＬＴ１０は、上りバッファ１７及び下りバッファ１８を備えている。

ＰＯＮ送受信部１６は、ＰＯＮ回線１から入力される１．２７μｍ帯の光信号を電気信号に変換して、その電気信号を受信処理部１３に出力するとともに、送信処理部１５から入力される電気信号を１．５７７μｍ帯の光信号に変換して、ＰＯＮ回線１に出力する。

受信処理部１３は、ＰＯＮ送受信部１６から入力される電気信号からフレームを再構成し、フレーム種別が制御フレーム又はＯＡＭループバック試験フレームであれば、それを制御部１２へ出力する。
また、受信処理部１３は、フレーム種別がユーザフレームであれば、それを上りバッファ１７へ出力するとともに、送信元ＭＡＣアドレスとＬＬＩＤの対応を学習し、その対応をＬＬＩＤ解決テーブル１４に記録する。なお、ＯＡＭループバック状態にあるＬＬＩＤは制御部１２から通知されている。

上位網ＩＦ部１１は、上りバッファ１７にフレームがあれば、それを取り出して上位網へ出力するとともに、上位網からフレームが入力されると、そのフレームを下りバッファ１８へ出力する。
送信処理部１５は、制御部１２から入力されるフレームを、電気信号としてＰＯＮ送受信部１６に出力するとともに、下りバッファ１８にフレームがあれば、制御部１２からのフレームの合間にそれを下りバッファ１８から取り出し、電気信号としてＰＯＮ送受信部１６に出力する。

このとき、送信処理部１５は、ユーザフレームのＬＬＩＤとして、宛先ＭＡＣアドレスを元にＬＬＩＤ解決テーブル１４を参照して求めた値を付与する。
制御部１２は、ＯＮＵ２０を運営管理するＭＰＣＰフレーム及びＯＡＭフレーム等の制御フレームを生成し、この制御フレームを、送信処理部１５を介してＯＮＵ２０へ送信するとともに、ＯＮＵ２０から送られるＭＰＣＰフレームやＯＡＭフレーム等の制御フレームを、受信処理部１３を介して受信し、その制御フレームの内容に対応する処理を行う。

また、制御部１２は、ＯＡＭループバック試験中であるＬＬＩＤについては、受信処理部１３に通知する。なお、第１基本形態では、ＯＬＴ１０の制御部１２が行うＭＰＣＰフレームを用いたＰＯＮ１での上り多重アクセス制御において、中継装置３０がＯＮＵ２０の機能を果たす。
第１基本形態では、上段のＰＯＮ１が１０Ｇ−ＥＰＯＮであるから、ＯＬＴ１０が送受信する光信号は１０．３１２５Ｇｂｐｓで伝送され、符号化前の電気信号のレートは１０Ｇｂｐｓとなる。

〔宅側装置の構成〕
図３は、宅側装置２０の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、ＯＮＵ２０は、上位側（図３の左側）から下位側に向かって順に、ＰＯＮ送受信部２１、送信処理部２２、受信処理部２３、制御部２４及び下位網ＩＦ（インタフェース）部２５を備えている。
また、ＯＮＵ２０は、２種類の上りバッファ２６，２７、下りバッファ２８及びループ用バッファ２９を備えている。第１の上りバッファ２６は制御フレーム用であり、第２の上りバッファ２７はユーザフレーム用である。

ＰＯＮ送受信部２１は、ＰＯＮ回線２から入力される１．４９μｍ帯の光信号を電気信号に変換して、その電気信号を受信処理部２３に出力するとともに、送信処理部２２から入力される電気信号を１．３μｍ帯の光信号に変換して、ＰＯＮ回線２に出力する。
なお、ＯＮＵ２０のＰＯＮ送受信部２１から出力される光信号は、送信処理部２２から入力されるバーストイネーブル信号がオフの期間は発光しないバースト信号となる。

受信処理部２３は、ＰＯＮ送受信部２１から入力される電気信号からフレームを再構成し、ＬＬＩＤが自分宛でないフレームとブロードキャストのＬＬＩＤでないフレームを廃棄する。
また、受信処理部２３は、廃棄されなかったフレームについてはフレーム種別を調べ、それが制御フレームであれば制御部２４へ出力し、ユーザフレームであれば下りバッファ２８へ出力する。

ただし、ＯＮＵ２０がＯＡＭループバック状態のときは、受信処理部２３はユーザフレームをループ用バッファ２９へ出力する。なお、ＯＡＭループバック状態にあるＬＬＩＤは制御部２４から通知されている。

下位網ＩＦ部２５は、下りバッファ２８にフレームがあれば、それを取り出して下位網のメディアに応じた信号に変換して出力する。また、下位網ＩＦ部２５は、下位網から信号を受信すると、その信号を内部信号へ変換した後でフレームを再構成し、第２上りバッファ２７へ出力する。

送信処理部２２は、制御部２４からの送信指示に従い、自ら生成したレポートフレームや、第１上りバッファ２６、第２上りバッファ２７及びループ用バッファ２９から取り出したフレームを、電気信号として指示された期間にＰＯＮ送受信部２１に送出する。このとき、送信処理部２２はバーストイネーブル信号を有効にする。
制御部２４からの送信指示には、フレームの対象（レポートフレームか否か）、送信開始時刻及び送信期間が含まれる。

送信処理部２２は、指示された対象がレポートフレームの場合は、レポートフレームを送信し、指示された対象がレポートフレームでない場合は、第１上りバッファ２６、第２上りバッファ２７又はループ用バッファ２９のフレームを送信する。
上記各バッファ２６，２７，２９からのフレームの取り出しは、既にレポートした分を優先して行われ、また、第１上りバッファ２６、第２上りバッファ２７、ループ用バッファ２９の順に優先される。

送信処理部２２は、制御部２４からレポートフレームの生成を指示された場合、上記各バッファ２６，２７，２９に保存されている情報量を参照してレポートフレームを生成する。このとき、送信処理部２２は、引数として与えられたグラント長に対応したフレーム群については、レポートに含めない。

また、送信処理部２２は、フレームを電気信号に変換する際に、登録要求フレームに対してはブロードキャストのＬＬＩＤを付与し、その他のフレーム対しては当該ＯＮＵ２０のＬＬＩＤを付与する。
制御部２４は、ＯＬＴ１０から送られるＭＰＣＰフレームやＯＡＭフレームを、受信処理部２３を介して受信し、それらの制御フレームに対応する処理を行うとともに、その応答或いは自ら生成するＭＰＣＰフレームやＯＡＭフレームを、送信処理部２２を介してＯＬＴ１０へ送信する。

また、制御部２４は、ＯＡＭループバック状態が変化すれば、その状態変化を受信処理部２３に通知する。
第１基本形態では、下段側のＰＯＮ２ｊがＧ−ＥＰＯＮあるから、ＯＮＵ２０が送受信する光信号は１．２５Ｇｂｐｓで伝送され、符号化前の電気信号のレートは１Ｇｂｐｓとなる。

〔中継装置の構成〕
図４は、中継装置３０の構成を示すブロック図である。
図４に示すように、中継装置３０は、上位側（図４の左側）から下位側に向かって順に、第１ＰＯＮ送受信部３１、第１送信処理部３２、第１受信処理部３３、制御部３４、第２受信処理部３５、ＬＬＩＤ解決テーブル３６、第２送信処理部３７及び第２ＰＯＮ送受信部３８を備えている。
また、中継装置３０は、２種類の上りバッファ３９，４０、下りバッファ４１及びループ用バッファ４２を備えている。第１上りバッファ３９は制御フレーム用であり、第２上りバッファ４０はユーザフレーム用である。

第１ＰＯＮ送受信部３１は、ＰＯＮ回線１から入力される１．５７７μｍ帯の光信号を電気信号に変換して、第１受信処理部３３に出力するとともに、第１送信処理部３２から入力される電気信号を１．２７μｍ帯の光信号に変換して、ＰＯＮ回線１に出力する。
なお、中継装置３０の第１ＰＯＮ送受信部３１から出力される光信号は、第１送信処理部３２から入力されるバーストイネーブル信号がオフの期間は発光しないバースト信号となる。

第１受信処理部３３は、第１ＰＯＮ送受信部３１から入力される電気信号からフレームを再構成し、ＬＬＩＤが自分宛でないフレームとブロードキャストのＬＬＩＤでないフレームを廃棄する。
また、第１受信処理部３３は、廃棄されなかったフレームについてはフレーム種別を調べ、それが制御フレームであれば制御部３４へ出力し、ユーザフレームであれば下りバッファ４１へ出力する。

ただし、中継装置３０がＰＯＮ回線１からＯＡＭループバック状態に設定されている場合は、第１受信処理部３３はユーザフレームをループ用バッファ４２へ出力する。なお、ＯＡＭループバック状態の有効／無効は、制御部３４から通知されている。

第１送信処理部３２は、制御部３４からの送信指示に従い、自ら生成したレポートフレームや、第１上りバッファ３９、第２上りバッファ４０及びループ用バッファ４２から取り出したフレームを、電気信号として指示された期間に第１ＰＯＮ送受信部３１に送出する。このとき、第１送信処理部３２はバーストイネーブル信号を有効にする。
制御部３４からの送信指示には、フレームの対象（レポートフレームか否か）、送信開始時刻、送信期間が含まれる。

第１送信処理部３２は、指示された対象がレポートフレームの場合は、レポートフレームを送信し、指示された対象がレポートフレームでない場合は、第１上りバッファ３９、第２上りバッファ４０又はループ用バッファ４２のフレームを送信する。
上記各バッファ３９，４０，４２からのフレームの取り出しは、既にレポートした分を優先して行われ、また、第１上りバッファ３９、第２上りバッファ４０、ループ用バッファ４２の順に優先される。

第１送信処理部３２は、制御部３４からレポートフレームの生成を指示された場合、上記各バッファ３９，４０，４２に保存されている情報量を参照してレポートフレームを生成する。このとき、第１送信処理部３２は、引数として与えられたグラント長に対応したフレーム群については、レポートに含めない。
また、第１送信処理部３２は、フレームを電気信号に変換する際に、登録要求フレームに対してはブロードキャストのＬＬＩＤを付与し、その他のフレーム対しては当該ＯＮＵ２０のＬＬＩＤを付与する。

制御部３４は、ＯＬＴ１０から送られるＭＰＣＰフレームやＯＡＭフレームを、第１受信処理部３３を介して受信し、それらの制御フレームに対応する処理を行うとともに、その応答或いは自ら生成するＭＰＣＰフレームやＯＡＭフレームを、第１送信処理部３２を介してＯＬＴ１０へ送信する。
すなわち、制御部３４は、第１ＰＯＮ送受信部３１から送信する上りフレームの送信タイミングについては、ＯＬＴ１０が行う上り多重アクセス制御に従う。

また、制御部３４は、ＯＡＭループバック状態が変化すれば、その状態変化を第１受信処理部３３に通知する。
第１基本形態では、上段側のＰＯＮ１が１０Ｇ−ＥＰＯＮであるから、中継装置３０がＰＯＮ回線１に送受信する光信号は１０．３１２５Ｇｂｐｓで伝送され、符号化前の電気信号のレートは１０Ｇｂｐｓとなる。また、下段側のＰＯＮ２ｊがＧ−ＥＰＯＮであるから、中継装置３０がＰＯＮ回線２に送受信する光信号は１．２５Ｇｂｐｓで伝送され、符号化前の電気信号のレートは１Ｇｂｐｓとなる。

第２ＰＯＮ送受信部３８は、ＰＯＮ回線２から入力される１．３１μｍ帯の光信号を電気信号に変換して、その電気信号を第２受信処理部３５に出力するとともに、第２送信処理部３７から入力される電気信号を１．４９μｍ帯の光信号に変換して、ＰＯＮ回線２に出力する。

第２受信処理部３５は、第２ＰＯＮ送受信部３８から入力される電気信号からフレームを再構成し、フレーム種別が制御フレーム又はＯＡＭループバックフレームであれば、それを制御部３４へ出力する。
また、第２受信処理部３５は、フレーム種別がユーザフレームであれば、それを第２上りバッファ４０へ出力するとともに、送信元ＭＡＣアドレスとＬＬＩＤの対応を学習し、その対応をＬＬＩＤ解決テーブル３６に記録する。なお、ＯＡＭループバック状態にあるＬＬＩＤは制御部３４から通知されている。

第２送信処理部３７は、制御部３４から入力されるフレームを、電気信号として第２ＰＯＮ送受信部３８に出力するとともに、下りバッファ４１にフレームがあれば、制御部３４からのフレームの合間にそれを下りバッファ４１から取り出し、電気信号として第２ＰＯＮ送受信部３８に出力する。
このとき、第２送信処理部３７は、ユーザフレームのＬＬＩＤとして、宛先ＭＡＣアドレスを元にＬＬＩＤ解決テーブル３６を参照して求めた値を付与する。

このように、第１基本形態では、中継装置３０が、ＯＮＵ２０から送出されたユーザフレームのＬＬＩＤと、その送信元ＭＡＣアドレス（ＯＮＵ２０のＭＡＣアドレス）との対応関係をＬＬＩＤ解決テーブル３６によって個別に把握し、この解決テーブル３６に基づいて配下のＯＮＵ２０のＬＬＩＤを管理しているので、ＰＯＮ回線１で用いる論理リンクとＰＯＮ回線２ｊで用いる論理リンクとが１対多で対応している。

制御部３４は、ＯＮＵ２０を運営管理するＭＰＣＰフレーム及びＯＡＭフレーム等の制御フレームを生成し、第２送信処理部３７を介してＯＮＵ２０へ送信するとともに、ＯＮＵ２０から送られるＭＰＣＰフレームやＯＡＭフレーム等の制御フレームを、第２受信処理部３５を介して受信し、その制御フレームの内容に対応する処理を行う。
すなわち、制御部３４は、第２ＰＯＮ送受信部３８が受信する上りフレームの受信タイミングについては、ＯＬＴ１０とは別個に独自で上り多重アクセス制御を行う。

また、制御部３４は、ＰＯＮ回線２においてＯＡＭループバック試験状態にあるＬＬＩＤについては、第２受信処理部３５に通知する。
また、制御部３４は、ＰＯＮ１とＰＯＮ２ｊのＭＰＣＰリンクを個別に確立することができるが、上段ＰＯＮと下段ＰＯＮのＭＰＣＰリンクの登録シーケンスや離脱シーケンスについては、上段ＰＯＮと下段ＰＯＮの間で関連させて実行する。これらのシーケンスの詳細は、次の図５及び図６にて説明する。

図４の中継装置３０において、第１ＰＯＮ送受信部３１と第２ＰＯＮ送受信部３８の間の「第１受信処理部３３」、「下りバッファ４１」及び「第２送信処理部３７」は、第１ＰＯＮ送受信部３１が受信した下りフレームを第２ＰＯＮ送受信部３８に中継する下りの「中継処理部」を構成する。
第２ＰＯＮ送受信部３８と第１ＰＯＮ送受信部３１の間の「第２受信処理部３５」、「上りバッファ４０」及び「第１送信処理部３２」は、第２ＰＯＮ送受信部３８が受信した上りフレームを第１ＰＯＮ送受信部３１に中継する上りの「中継処理部」を構成する。

前述のとおり、第１基本形態では、上段のＰＯＮ１が１０Ｇ−ＥＰＯＮであり、かつ、下段のＰＯＮ２ｊがＧ−ＥＰＯＮとなっており、中継装置３０の上段側と下段側とで両者の伝送レートが異なる。
そこで、第１基本形態の中継装置３０では、より高速のＰＯＮ１とより低速のＰＯＮ２ｊとの伝送レートの差を、上記中継処理部を構成する第２上りバッファ４０と下りバッファ４１とで吸収している。

〔登録シーケンス〕
図５は、第１基本形態の光通信システムにおける、ＯＮＵ２０と中継装置３０のＯＬＴ１０への登録シーケンスを示す図である。
より具体的には、図５では、中継装置３０をＯＬＴ１０に登録させるために両者の間でやり取りされるＭＰＣＰメッセージと、ＯＮＵ２０を中継装置３０に登録させるために両者の間でやり取りされるＭＰＣＰメッセージとの関連を表している。

なお、図５以後の各図のシーケンスでは、ＯＮＵ２０については２つ登場するが、ＯＬＴ１０と中継装置３０については、それぞれ１つずつ登場する。
そこで、図５以後の各図のシーケンスでは、「ＯＬＴ１０」と「中継装置３０」については、図面の参照符号を省略して「ＯＬＴ」及び「中継装置」と表記し、ＯＮＵ２０については、「ＯＮＵ１」及び「ＯＮＵ２」と表記して区別している。

図５に示すように、ＯＬＴと中継装置は、下流のＰＯＮに対してそれぞれディスカバリゲートを定期的に発行する。ここで、中継装置の配下のＰＯＮ２ｊには、稼動しているＯＮＵがないとする。
新たに稼動を開始したＯＮＵ１は、中継装置からディスカバリゲートを受けると、その送信許可期間においてレジスタ要求を返す。中継装置は、ＯＮＵ１からレジスタ要求を受けると、レジスタを返すとともに、そのＯＮＵ１にノーマルゲートを送る。

ＯＮＵ１は、ノーマルゲートで送信許可された期間にレジスタ確認を返す。中継装置はＯＮＵ１からレジスタ確認を受けると、当該ＯＮＵ１の登録を完了させる。
中継装置は、配下のいずれかのＯＮＵが登録された時点以降に、ＯＬＴからディスカバリゲートを受けると、その送信許可期間においてＯＬＴにレジスタ要求を返す。
ＯＬＴは、中継装置からレジスタ要求を受けると、レジスタを返すとともにその中継装置にノーマルゲートを送る。

中継装置は、ノーマルゲートで送信許可された期間にレジスタ確認を返す。ＯＬＴは、中継装置からレジスタ確認を受けると、当該中継装置の登録を完了させる。
図５の後半部分に示すように、上記のようにして中継装置の登録が完了した後で、新たにＯＮＵ２が稼動を開始すると、ＯＮＵ１の場合と同様のシーケンスがＯＮＵ２について実行され、中継装置にＯＮＵ２が登録される。

ここで、ＯＮＵ２の登録シーケンスは、ＯＬＴと中継装置との間のＭＰＣＰリンクには影響を与えない。また、ＯＮＵ１及びＯＮＵ２がＯＬＴと通信するユーザフレームは、ＯＬＴと中継装置の間において、同一の論理リンクを通過する。

中継装置は、ＯＮＵ１，２の登録が完了すると、そのＯＮＵ１，２との間の論理リンクを介してＯＡＭリンクを確立し、さらにＯＡＭループバック試験を実施する。
そして、ＯＡＭループバック試験が成功すると、本論理リンクと上段ＰＯＮ間のユーザフレームの疎通を解禁する。

また、ＯＬＴは、中継装置の登録が完了すると、その中継装置との間の論理リンクを介してＯＡＭリンクを確立し、さらにＯＡＭループバック試験を実施する。
そして、ＯＡＭループバック試験が成功すると、本論理リンクと上位網間のユーザフレームの疎通を解禁する。なお、第１基本形態では、これらのＯＡＭループバック試験は互いに独立している。

〔上り多重アクセス制御のシーケンス〕
図６は、第１基本形態の光通信システムにおける、ＰＯＮ回線１，２での上り多重アクセス制御を示すシーケンス図である。
より具体的には、図６では、中継装置、ＯＮＵ１及びＯＮＵ２のユーザフレームの疎通が解禁された以降に行われる、各ＰＯＮ回線１，２で上りバースト信号が衝突しないように時分割多重した、上り方向の多重アクセス制御を示している。

図６に示すように、中継装置は、各ＯＮＵ１，２からのレポート用バーストとユーザフレーム用バーストとが衝突しないよう、自装置で受信すべきタイミングをスケジューリングし、その結果をノーマルゲートメッセージにて各ＯＮＵ１，２に通知する。
このノーマルゲートメッセージには２つのグラントが含まれている。このうち、最初のグラントは、レポート強制フラグを有効としたものとする。２つ目のグラントのグラント長は、各ＯＮＵ１，２から受領したレポートメッセージを参考として、或いは、網運用者（通信事業者）のポリシーに基づいて決定される。

各ＯＮＵ１，２は、グラントで示された期間に、レポートメッセージあるいはデータフレーム（複数）を送出する。ここで、データフレームには、ＯＡＭメッセージ等のＯＮＵ１，２が生成したフレームや下位網から受信したユーザフレームが含まれる。

図６の左半部に示すように、ＯＬＴは、配下の中継装置に対してノーマルゲートメッセージを送信し、上段ＰＯＮについて独自に上り多重アクセス制御を行う。
そして、中継装置は、ＯＬＴからのノーマルゲートの指示に従って、ＯＬＴに対して上りバースト信号を送出する。

〔離脱シーケンス〕
図７は、第１基本形態の光通信システムにおける、ＯＮＵ２０及び中継装置３０のＯＬＴ１０からの離脱シーケンスを示す図である。
より具体的には、図７は、中継装置をＯＬＴから登録解除させるために両者の間でやり取りされるＭＰＣＰメッセージと、ＯＮＵを中継装置から登録解除させるために両者の間でやり取りされるＭＰＣＰメッセージとの関連を表している。

ここで、中継装置の配下のＰＯＮには、ＯＮＵ１とＯＮＵ２以外に稼動しているＯＮＵがないとする。
新たに稼動を停止するＯＮＵ１は、図７で図示しないゲートメッセージが示す送信許可期間において、デレジスタ要求を中継装置に送る。
中継装置は、ＯＮＵ１からデレジスタ要求を受けると、デレジスタを返すとともに当該ＯＮＵ１の登録を解除する。

その後、ＯＮＵ２が稼動を停止する場合には、ＯＮＵ１の場合と同様のシーケンスが実行され、中継装置はＯＮＵ２の登録を解除する。
ここで、中継装置の配下に登録されているＯＮＵがなくなったので、中継装置は、図７で図示しないゲートメッセージが示す送信許可期間において、デレジスタ要求をＯＬＴに送る。ＯＬＴは、中継装置からデレジスタ要求を受けると、デレジスタを返すとともに当該中継装置の登録を解除する。

〔第１基本形態の効果〕
以上の通り、第１基本形態の中継装置３０によれば、制御部３４が、自装置から送信する上りフレームの送信については、ＯＬＴ１０が行う上り多重アクセス制御に従い、自装置が受信する上りフレームの受信については、独自に上り多重アクセス制御を行うので、図１に示すような、１つのＯＬＴ１０を頂点として複数の中継装置３０を接続する上段ＰＯＮと、その中継装置３０の配下に更に複数のＯＮＵ２０を接続する下段ＰＯＮとを備えた、多段接続の光通信システムを構成できる。

このため、ＰＯＮ固有の伝送距離が上段ＰＯＮ（ＰＯＮ１）の分と下段ＰＯＮ（ＰＯＮ２ｊ）の分を加算した値になるので、ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０の間の距離を長くすることができる。
また、ＰＯＮ固有の分岐数については、上段ＰＯＮの分と下段ＰＯＮの分とを乗算できるので、光通信システム全体の分岐数を多くすることできる。

また、下段ＰＯＮが多くなった場合でも、ＯＬＴ１０が１つあれば足るので、光通信システム全体のコストを抑えることができる。この場合、ＯＬＴ１０の上位網とのインタフェースも１つあればよいので、上位網を含めた光通信システム全体のコストを抑えることができる。
更に、１つの下段ＰＯＮ当たりに中継装置が１台あればよいので、この点からも、光通信システム全体のコストを抑えることができる。
更に、中継装置３０は上段ＰＯＮへ加入して通信を行うための制御と、下段ＰＯＮにＯＮＵ２０を加入させて通信を行うための制御を共通の制御部３４で逐次的に行うことが出来るので、例えば制御を実行するためのＣＰＵは一つあればよく、中継装置３０のコストを抑えることができる。

第１基本形態の中継装置３０によれば、上りバッファ４０及び下りバッファ４１によって上段ＰＯＮと下段ＰＯＮの伝送レートの差を吸収することで、上段ＰＯＮを１０Ｇ−ＥＰＯＮとしかつ下段ＰＯＮを１Ｇ−ＥＰＯＮにしているので、上段ＰＯＮの分岐数ｎを大きくした場合でも、ユーザ当りの帯域を確保することができる。

また、第１基本形態の中継装置３０によれば、ＯＬＴ１０が行う上り多重アクセス制御に用いる上段ＰＯＮの論理リンクが、制御部３４が行う上り多重アクセス制御に用いる下段ＰＯＮの論理リンクと一対多で対応しているので、上段ＰＯＮにおける論理リンクの数は、ＯＮＵ２０の数ではなく中継装置３０の数に依存する。
このため、中継装置３０の配下のＯＮＵ２０の数が多くなった場合でも、制御メッセージのオーバーヘッドやバーストオーバーヘッドが変わらず、ユーザ当りの帯域の無用な低下を防ぐことができる。

更に、第１基本形態の中継装置３０によれば、制御部３４が、下段ＰＯＮの論理リンクを開設した後に上段ＰＯＮの論理リンクの開設をＯＬＴ１０に要求するので、中継装置３０の配下で稼動するＯＮＵ２０がない場合には、その中継装置３０がＯＬＴ１０に登録されない。
このため、ＯＮＵ２０が登録されていない中継装置３０とＯＬＴ１０との間で無駄な制御メッセージが発生することがなく、上段ＰＯＮのユーザ帯域の無用な低下を防止することができる。

なお、上述の第１基本形態では、ＯＬＴ１０、ＯＮＵ２０及び中継装置３０において、ユーザフレーム用のキュー（バッファ）は上り下りでそれぞれ１つとしたが、優先度やＱｏＳクラスに応じてそのキューを複数設けてもよい。
また、上述の第１基本形態では、ＯＬＴ１０及び中継装置３０のＬＬＩＤ解決テーブル１４，３６を用いてＭＡＣアドレスとＬＬＩＤを対応づけているが、例えば、ユーザフレームのＶＬＡＮタグ値（ＶＩＤ）とＬＬＩＤを対応づけてもよい。この場合、テーブル要素の登録は学習ベースではなく、網の管理者あるいは管理装置からプロビジョニングするのが好適である。

＜第２基本形態＞
〔第２基本形態の装置構成等〕
第２基本形態に係る光通信システム、ＯＬＴ１０及びＯＮＵ２０の構成は、それぞれ、第１基本形態の場合（図１〜図３参照）と同様である。
一方、第２基本形態で用いる中継装置３０は、上段のＰＯＮ１に対して複数の「論理ＯＮＵ」として振舞う。この論理ＯＮＵは、下段のＰＯＮ２ｊ（ｊ＝１，２……ｎ）のＯＮＵ２０と１対１で対応するように設けられる。

中継装置３０の基本的な構成要素は、第１基本形態の場合（図４）と同様である。もっとも、第２基本形態では、上りのユーザフレームのための第２上りバッファ４０については、上段ＰＯＮの論理ＯＮＵごとに設けられている。
そして、第２基本形態の中継装置３０は、上りのユーザフレームを中継する際に、中継先のＰＯＮ１において使用するＬＬＩＤを、中継元のＰＯＮ２ｊにおいて使用されたＬＬＩＤから一意に決定する。また、第２基本形態では、図４のループ用バッファ４２は不要であるが、その理由は、図１１の説明のところで後述する。

〔登録シーケンス〕
図８及び図９は、第２基本形態の光通信システムにおける、ＯＮＵと中継装置内の論理ＯＮＵの登録シーケンスを示す図である。なお、図９は図８の続きである。
より具体的には、図８及び図９では、中継装置内の論理ＯＮＵをＯＬＴに登録させるために両者の間でやり取りされるＭＰＣＰメッセージと、ＯＮＵを中継装置に登録させるために両者の間でやり取りされるＭＰＣＰメッセージとの関連を表している。

図８に示すように、ＯＬＴと中継装置は、それぞれ下流のＰＯＮに対してディスカバリゲートを定期的に発行する。
新たに稼動を開始したＯＮＵ１は、中継装置からディスカバリゲートを受けると、その送信許可期間においてレジスタ要求を返す。中継装置は、ＯＮＵ１からレジスタ要求を受けると、レジスタ（ここで開設するＬＬＩＤを「Ｘ」とする。）を返すとともに、ＯＮＵ１にノーマルゲートを送る。

ＯＮＵ１は、ノーマルゲートで送信許可された期間にレジスタ確認を返す。中継装置は、ＯＮＵ１からレジスタ確認を受けると、当該ＯＮＵ１の登録を完了させる。
中継装置は、ＯＮＵ１の登録完了後に、ＯＬＴからディスカバリゲートを受けると、その送信許可期間においてレジスタ要求を返す。
このとき、レジスタ要求の送信元ＭＡＣアドレスを下段ＰＯＮのＯＮＵ毎に変えることとし、ＯＬＴに対して新しい「論理ＯＮＵ」として認識させる。

すなわち、ＯＬＴは、中継装置からレジスタ要求を受けると、レジスタ（ＬＬＩＤ＝Ａ）を返すとともに、中継装置にノーマルゲートを送る。中継装置は、ノーマルゲートで送信許可された期間にレジスタ確認を返す。
また、中継装置は、下段ＰＯＮにおけるＯＮＵ１との間のＬＬＩＤ（＝Ｘ）と上段ＰＯＮにおけるＬＬＩＤ（＝Ａ）との対応を、前記したＬＬＩＤ解決テーブル３６（図４参照）に記憶する。

なお、第２基本形態の場合には、上記のように、ディスカバリの際に上下段の論理リンクを１対１で対応させるので、第１基本形態の場合のように、中継装置の第２受信処理部３５（図４参照）が、受信したユーザフレームの送信元ＭＡＣアドレスとＬＬＩＤの対応を学習して、解決テーブル３６に記録する必要はない。

また、中継装置の第２送信処理部３７は、ユーザフレームのＬＬＩＤをＰＯＮ回線１で用いられたＬＬＩＤを元に、解決テーブル３６を参照することによって求める。
ＯＬＴは、中継装置からレジスタ確認を受けると、ＯＮＵ１のための論理ＯＮＵ（ＬＬＩＤ＝Ａ）の登録を完了させる。

その後、新たにＯＮＵ２が稼動を開始すると、ＯＮＵ１の場合と同様のシーケンスが実行され、ＬＬＩＤ＝ＹのＯＮＵ２が中継装置に登録される。
更に、図９に示すように、上段のＰＯＮ１においても、ＯＮＵ１の場合と同様のシーケンスが実行され、ＯＮＵ２のための新しい論理ＯＮＵ（ＬＬＩＤ＝Ｂ）がＯＬＴに登録される。このとき、中継装置は、上段のＰＯＮ１と下段のＰＯＮ２ｊとのＬＬＩＤの１対１の対応関係を、解決テーブル３６に記憶する。

中継装置は、配下のＯＮＵ１，２の登録が完了すると、そのＯＮＵ１，２との間の論理リンクを介してＯＡＭリンクを確立する。
ただし、第２基本形態では、中継装置は、そのＯＮＵ１，２へのＯＡＭループバック試験を実施しない。ＯＬＴがその試験を実施するからである。また、ＯＬＴは、中継装置内の論理ＯＮＵの登録が完了すると、その中継装置内の論理ＯＮＵとの間の論理リンクを介して、ＯＡＭリンクを確立する。第２基本形態においてＯＬＴが実施するＯＡＭループバック試験は、図１１において説明する。

〔離脱シーケンス〕
図１０は、第２基本形態の光通信システムにおける、ＯＮＵと中継装置内の論理ＯＮＵの離脱シーケンスを示す図である。
より具体的には、図１０では、中継装置内の論理ＯＮＵをＯＬＴから登録解除させるために両者の間でやり取りされるＭＰＣＰメッセージと、ＯＮＵを中継装置から登録解除させるために両者の間でやり取りされるＭＰＣＰメッセージの関連を表している。

図１０に示すように、新たに稼動を停止するＯＮＵ１は、図１０で図示しないゲートメッセージが示す送信許可期間において、デレジスタ要求を中継装置に送る。
中継装置は、ＯＮＵ１からデレジスタ要求を受けると、デレジスタを返すとともに当該ＯＮＵ１の登録を解除する。

そして、中継装置は、図１０で図示しないゲートメッセージが示す送信許可期間において、ＬＬＩＤ＝Ａの論理リンクを介してデレジスタ要求をＯＬＴに送る。
ＯＬＴは、ＬＬＩＤ＝Ａの論理リンクからデレジスタ要求を受けると、対応するデレジスタを返すとともに、ＬＬＩＤ＝Ａの論理ＯＮＵの登録を解除する。

その後、ＯＮＵ２が稼動を停止する場合にも、ＯＮＵ１の場合と同様のシーケンスが実行され、中継装置は、ＯＮＵ２の登録を解除する。
更に、上段のＰＯＮ１においても同様のシーケンスが実行され、ＯＬＴは、ＬＬＩＤ＝Ｂの論理ＯＮＵの登録を解除する。

〔ループバック試験のシーケンス〕
図１１は、第２基本形態の光通信システムにおける、ＯＡＭループバック試験シーケンスを示す図である。
より具体的には、図１１では、上段ＰＯＮにおけるＯＡＭループバック試験と下段ＰＯＮにおけるＯＡＭループバック試験との関連を表している。

図１１のシーケンスの開始時においては、ＬＬＩＤ＝Ａの論理リンクとその上でのＯＡＭリンクがＯＬＴに確立されているとする。
この場合、ＯＬＴは、ＬＬＩＤ＝ＡにＯＡＭループバックの開設を要求するループバックコントロールＯＡＭメッセージ（以下、「ループバック開設要求」という。）を送る。
中継装置1は、上段ＰＯＮから上記メッセージを受けると、下段ＰＯＮのＯＮＵ１にループバック開設要求を送る。

ＯＮＵ１は、下段ＰＯＮから上記メッセージを受けると、ループ用バッファ２９を経由する「ＯＡＭループバックパス」を設定し、ＯＡＭループバックパスの開設を通知するループバックコントロールＯＡＭメッセージ（以下、「ループバック開設応答」という。）を、中継装置に返す。
中継装置は、下段ＰＯＮから上記メッセージを受けると、上段ＰＯＮのＯＬＴにループバック開設応答を返すとともに、上段ＰＯＮにおけるＬＬＩＤ＝Ａの論理リンクと下段ＰＯＮにおけるＬＬＩＤ＝Ｘの論理リンクの間のユーザフレームの疎通を解禁する。

ＯＬＴは、上記メッセージを受けると、ＬＬＩＤ＝Ａの論理リンクに対してＯＡＭループバック試験を実施する。
具体的には、ＯＬＴの制御部１２は、受信処理部１３にＬＬＩＤ＝ＡがＯＡＭループバック試験状態にあることを通知してから、ＯＡＭループバック試験フレーム（ＬＬＩＤ＝Ａ）を送信処理部１５に送る。そして、ＯＬＴの制御部１２は、受信処理部１３を経由して返ってきたＯＡＭループバック試験フレームをチェックし、試験の良否を判定する。

その試験が完了したあと、ＯＬＴは、ＬＬＩＤ＝ＡにＯＡＭループバックの解除を要求するループバックコントロールＯＡＭメッセージ（以下、「ループバック解除要求」）を送る。中継装置は、上段ＰＯＮから上記メッセージを受けると、下段ＰＯＮのＬＬＩＤ＝Ｘにループバック解除要求を送る。
ＯＮＵ１は、下段ＰＯＮから上記メッセージを受けるとループ用バッファ２９を経由するＯＡＭループバックパスを解除し、ＯＡＭループバックパスの解除を通知するループバックコントロールＯＡＭメッセージ（以下、「ループバック解除応答」）を返す。

中継装置は、下段ＰＯＮから上記メッセージを受けると、上段ＰＯＮのＯＬＴにループバック解除応答を返す。
ＯＬＴの制御部１２は、上記メッセージを受けると、受信処理部１３にＬＬＩＤ＝ＡのＯＡＭループバック試験状態の解除を通知するとともに、ＬＬＩＤ＝Ａと上位網との間のユーザフレームの疎通を解禁する。

〔第２基本形態の効果〕
第２基本形態の中継装置３０によれば、第１基本形態の場合と比べて、更に次の効果を奏する。
すなわち、第２基本形態では、中継装置３０が、ＰＯＮ回線２の論理リンクを開設する度にＰＯＮ回線１の論理リンクの開設をＯＬＴ１０に要求し（図８及び図９の登録シーケンス）、ＰＯＮ回線２の論理リンクを切断する度にＰＯＮ回線１の論理リンクの切断をＯＬＴ１０に要求する（図１０の離脱シーケンス）。

このため、ＯＬＴ１０がＯＮＵ２０に１対１で対応した論理リンクを管理することができ、第１基本形態の場合に比べて、ＯＮＵ２０ごとのきめ細かいＱｏＳ制御や、ＯＮＵ２０間のよりよい公平性を実現することができる。

また、第２基本形態の中継装置３０によれば、上述の通り、上段ＰＯＮと下段ＰＯＮを連結させたＯＡＭループバック試験を実施することができるので（図１１のＯＡＭループバック試験のシーケンス）、中継装置３０の上りバッファ４０や下りバッファ４１に関連する障害を検出することが可能となり、光通信システムの保守性をより向上させることができる。

＜多段ＰＯＮにおける上り遅延時間＞
図１２は、第１及び第２基本形態における集中型ＤＢＡのシーケンスを示す図である。
集中型ＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Allocation）とは、固定の帯域割当周期（サイクル長をＴｏとし、各サイクルをＣ１，Ｃ２，……とする。）を設定しておき、ＯＬＴが、周期Ｔｏごとに、レポート収集とデータ収集をそれぞれ多くとも１回行いつつ、次のレポートとデータの送信タイミングを指示するゲートを送出するＤＢＡのことをいう。

図１２において、下向き矢印は「ノーマルゲートメッセージ」を示し、上向き矢印は「レポートメッセージ」を示し、ハッチングを付した菱形は、「ユーザデータ」（ユーザフレーム或いはデータフレームともいう。）の伝送を示している。
また、「太線」で表した矢印は、「ゲートメッセージ」或いは「レポートメッセージ」に、ユーザデータに対応した値が含まれることを示している。従って、太線のゲートメッセージは、ＯＬＴ又は中継装置によるグラント（送信許可）であり、太線のレポートメッセージは、ＯＮＵ又は中継装置によるリクエスト（帯域申告）である。

一般に、ＯＬＴ又は中継装置が、配下の中継装置又はＯＮＵの帯域申告に基づいて動的に上り帯域を割り当てるＰＯＮでは、上りのユーザデータが中継装置又はＯＮＵに到着して自局のバッファに蓄積された時点から、そのユーザデータがＯＬＴ又は中継装置に到着してそのバッファに蓄積される時点までに、次の処理１）〜３）のために必要な「上り遅延時間」が発生する。

１）ＯＮＵ又は中継装置が、ユーザデータをレポートに反映（帯域申告）
２）中継装置又はＯＬＴが、上り帯域を動的に割り当ててゲートに反映（送信許可）
３）ＯＮＵ又は中継装置が、ゲートで指示されたタイミングにユーザデータを中継装置又はＯＬＴに送信

従って、上段ＰＯＮと下段ＰＯＮの上り多重アクセス制御を、ＯＬＴと中継装置がそれぞれ独立して行う多段ＰＯＮにおいては、下段ＰＯＮの上り遅延時間をＴａ、上段ＰＯＮの上り遅延時間をＴｂとすると、図１２に示すように、システム全体の上り遅延時間は（Ｔａ＋Ｔｂ）となる。

そして、ＯＬＴの集中型ＤＢＡによって発生する上段ＰＯＮの上り遅延時間Ｔｂと、中継装置の集中型ＤＢＡによって発生する下段ＰＯＮの上り遅延時間Ｔａは、それぞれ、輻輳のない場合でも２Ｔｏ〜３Ｔｏになる。
このため、上述の第１及び第２基本形態においてＯＬＴと中継装置が独立して集中型ＤＢＡを行うと、ＯＮＵに届いたユーザデータがＯＬＴに届くまでの上り遅延時間（Ｔａ＋Ｔｂ）は、輻輳のない場合でも４Ｔｏ〜６Ｔｏかかり、上り遅延時間が比較的長くなる。

そこで、本発明の実施形態では、中継装置が、下段ＰＯＮのＯＮＵにグラントするデータ量を、そのユーザフレームがＯＮＵから自局に到達する前に、上段ＰＯＮの局側装置に予めリクエスト（予約の帯域申告）しておくことにより、多段ＰＯＮにおける上り遅延時間（Ｔａ＋Ｔｂ）をトータル的に短縮できるようにした。
以下、中継装置が上記の予約の帯域申告を行うことで上り遅延時間を短縮する、本発明の実施形態について説明する。

なお、Ｇ−ＥＰＯＮや１０Ｇ−ＥＰＯＮにおいて、同じユーザフレーム群を対象としたとしてもレポート量（キューステータス）とグラント量（グラントレングス）は等しくならないので、中継装置は、下段ＰＯＮのＯＮＵにグラントするデータ量を上段ＰＯＮの局側装置にレポートする際には、適切な換算を行う。

具体的には、下段ＰＯＮのＯＮＵへのグラント量に含まれるバーストオーバーヘッド時間や、レポートフレームを送信させるための時間は、上段ＰＯＮの局側装置へのレポート量には反映しない。また、ＦＥＣ（Forward Error Correction）パリティによるオーバーヘッド分を調整する。さらに、レポートフレーム以外の制御フレームを送信するために割り当てられたグラント量は、レポート量に反映しない。
また、ユーザフレームと制御フレームの区別を容易にするため、下段ＰＯＮのＯＮＵは、両者のキューステータスを分けてレポートするようにしてもよい。

Ｇ−ＥＰＯＮにおけるＦＥＣはフレームＦＥＣ方式であるため、ＦＥＣオーバーヘッド率はフレーム長によって多少変化する。
したがって、フレームの集合を対象としたレポート量からＦＥＣオーバーヘッド量を正確に見積もることは不可能である。平均的フレーム長を想定して換算してもよいが、フラグメントロスを少なくするという観点から、ＦＥＣオーバーヘッド分を少なく見積もるようにしてもよい。

＜第１実施形態＞
〔第１実施形態の装置構成等〕
第１実施形態に係る光通信システム、ＯＬＴ１０及びＯＮＵ２０の構成は、それぞれ、第１基本形態の場合（図１〜図３参照）と同様である。
中継装置３０の基本的な構成要素も、第１基本形態の場合（図４）と同様であるが、第１実施形態では、ＰＯＮ回線１の論理リンクとＰＯＮ回線２の論理リンクの対応関係は任意であり、「１対多」又は「１対１」のいずれもよい。

〔上りバッファの構成及び機能〕
図１３は、第１実施形態の中継装置３０（基本的構成は図４と同様）に用いる、ユーザフレーム用の第２上りバッファ４０の説明図である。
図１３に示すように、第１実施形態の中継装置３０では、第２上りバッファ４０は、読み出しと書き込みの双方の「予約」が可能なリングバッファよりなり、リードポインタ４０Ｒとライトポインタ４０Ｗの他に、予約リードポインタ４０ＡＲと予約ライトポインタ４０ＡＷを有する。

リードポインタ４０Ｒは、記憶領域における現時のデータの読み出し位置を示すポインタであり、予約リードポインタ４０ＡＲは、記憶領域における将来のデータの読み出し位置を予め保持するためのポインタである。リードポインタ４０Ｒと予約リードポインタ４０ＡＲは、第１送信処理部３２が管理している。
第１送信処理部３２は、予約リードポインタ４０ＡＲにより、グラント受領済みの送信予定のデータ部分の読み出し位置を保持する。

ライトポインタ４０Ｗは、記憶領域における現時のデータの書き込み位置を示すポインタであり、予約ライトポインタ４０ＷＲは、記憶領域における将来のデータの書き込み位置を予め保持するためのポインタである。ライトポインタ４０Ｗは、第２受信処理部３５が管理しており、予約ライトポインタ４０ＡＷは、制御部３４が管理している。

制御部３４は、下段ＰＯＮに属する配下のＯＮＵ２０に対するＤＢＡを行った結果、次のサイクルで上り送信するユーザフレームのバッファ量が判明すると、そのバッファ量を予約ライトポインタ４０ＡＷに保持させる。
第１送信処理部３２は、ＰＯＮ回線１のＯＬＴ１０にレポートを送信する場合、制御部３４の予約ライトポインタ４０ＡＷを参照して、予約リードポインタ４０ＡＲと予約ライトポインタ４０ＡＷで囲まれた部分を、当該ＯＬＴ１０へのレポート対象とする。

なお、Ｇ−ＥＰＯＮおよび１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、レポート量およびグラント量には（最小）フレーム間ギャップも含めるようになっているので、第２上りバッファ４０には、最小フレーム間ギャップに相当する（無効）データを含めるようにしてもよい。
あるいは、第２上りバッファ４０を、レポート処理用の仮想ＦＩＦＯと実際のフレームデータを格納する実ＦＩＦＯの二つのＦＩＦＯに分けてもよい。仮想ＦＩＦＯを表すものとしては、リードポインタ、ライトポインタ、予約リードポインタ、予約ライトポインタがあればよく、リングバッファの実体は必要ない。

一方、実ＦＩＦＯは、リードポインタ、ライトポインタとリングバッファを実体とする通常のＦＩＦＯであり、フレーム間ギャップやＦＥＣパリティを除いた正味のユーザフレーム群を格納する。
この第２上りバッファ４０の構成において、下段ＰＯＮからユーザフレームが到着した際には、ユーザフレームデータが実ＦＩＦＯに書き込まれるとともに、仮想ＦＩＦＯのライトポインタがフレーム間ギャップを含めて進められる。

また、ユーザフレームを上段ＰＯＮへ送信する際には、フレームデータが実ＦＩＦＯから読み出されるとともに、仮想ＦＩＦＯのリードポインタがフレーム間ギャップを含めて進められる。
また、下段ＰＯＮへのグラント処理が行われた際には、仮想ＦＩＦＯの予約ライトポインタがＦＥＣパリティ相当量を除いて進められ、上段ＰＯＮからグラントを受信した際には、ユーザフレームに対応したグラント量からＦＥＣパリティ換算分を除いた分だけ、仮想ＦＩＦＯの予約リードポインタが進められる。

そして、上段ＰＯＮへのレポートには、仮想ＦＩＦＯの予約リードポインタと予約ライトポインタの差分に、場合によってはＦＥＣパリティ換算分を加えた量が反映される。なお、１０Ｇ−ＥＰＯＮではＦＥＣが必須であるが、レポートにはＦＥＣパリティ分を含めないことになっている。
また、Ｇ−ＥＰＯＮではＦＥＣがオプションであり、ＦＥＣを使用する場合には、レポートにＦＥＣパリティ分を含めることになっている。

前述した通り、ＦＥＣパリティ換算には誤差が生じる場合があるので、下段ＰＯＮからユーザフレーム群のバースト受信が終了した後、仮想ＦＩＦＯの予約ライトポインタを仮想ＦＩＦＯのライトポインタと等しくなるよう校正してもよい。
同様に、上段ＰＯＮへのユーザフレーム群のバースト送信が終了した後、仮想ＦＩＦＯの予約リードポインタを仮想ＦＩＦＯのリードポインタと等しくなるよう校正してもよい。

さらに言えば、仮想ＦＩＦＯに関するポインタ類の絶対値には意味がなく、予約ライトポインタと予約リードポインタの差分が正しくトレースできればよい。何らかの原因で誤差が累積することを防ぐため、所定の条件によって、ポインタ群をリセットしてもよい。
所定の条件の一例として、下段ＰＯＮからのユーザフレームに対するレポート量が数サイクルに渡ってゼロになり、それ以前に受信したユーザフレームは既に上段ＰＯＮに転送し終えていることとしてよい。また、このようなポインタのリセットを前提にすると、仮想ＦＩＦＯのライトポインタおよびリードポインタはなくてもよい。

〔集中型ＤＢＡのシーケンスとその効果〕
図１４は、第１実施形態における集中型ＤＢＡのシーケンスを示す図である。
図１４に示す第１実施形態のシーケンスでは、図１２の場合と同様に、ＯＬＴと中継装置が独立して集中型ＤＢＡを行うものであり、上段ＰＯＮのＤＢＡ周期と下段ＰＯＮのＤＢＡ周期は同じでかつ位相も揃えられているものとする。

このように、上段ＰＯＮと下段ＰＯＮの位相を揃えるには、中継装置は、ＰＯＮ回線１のＯＮＵのＭＰＣＰ時刻（ただし、ＯＮＵのＭＰＣＰ時刻は、ＯＬＴのＭＰＣＰ時刻に対してＲＴＴ／２だけ遅延している。）から、ＲＴＴ／２だけ巻き戻した時刻を、ＰＯＮ回線２のＯＬＴとして振る舞う場合の自身のＭＰＣＰ時刻とすればよい。
ここで、「ＭＰＣＰ時刻」とは、ＭＰＣＰに従う処理を行う各局のローカル時刻のことをいう。また、「ＲＴＴ」（Round Trip Time）は、ＰＯＮ回線１におけるＯＬＴと中継装置の間の「往復伝搬時間」である。ＯＬＴは、中継装置に、例えばＯＡＭプロトコルを使用してＲＴＴ相当値を通知すればよい。

図１４に示すように、中継装置は、例えば周期Ｃ１に、下段ＰＯＮのＯＮＵからユーザデータがあることを示すレポートメッセージ（リクエスト）を受け取ると、他のＯＮＵからのレポートも勘案して、ＯＮＵへのグラント（送信開始時刻および送信時間）を決定し、その結果を、次の周期Ｃ２のゲートメッセージにてＯＮＵに指示する。
このゲートメッセージには、レポート送信を指示するグラントと、ユーザデータの送信を指示するグラントが含まれる（なお、ユーザデータを送信させない場合は、後者のグラントは省略される。）。

この際、中継装置（具体的には、中継装置の制御部３４）は、ユーザデータに対する割当帯域を決定した後に、それに対応したバッファ量を第２上りバッファ４０に書き込み予約する。
すなわち、中継装置の制御部３４は、決定した割当帯域に対応するバッファ量だけ、第２上りバッファ４０の予約ライトポインタ４０ＡＷ（図１３参照）を進め、中継装置の第１送信処理部３２は、予約リードポインタ４０ＡＲと予約ライトポインタ４０ＡＷで囲まれた部分に相当するデータ量を、レポートに含めてＯＬＴに予め帯域申請する。

従って、図１４に示すように、周期Ｃ１に、ユーザデータ相当量を記したレポートをＯＮＵが中継装置に送信すると、周期Ｃ２において、中継装置は、ＯＮＵにユーザデータ相当量を帯域割当したゲートメッセージを送信してから、そのユーザデータをＯＮＵから実際に受信する前に、ユーザデータ相当量を反映したレポートをＯＬＴに送信する。
その結果、周期Ｃ４の初めにユーザデータが上段ＰＯＮのＯＬＴに到着し、周期Ｃ５の始めにユーザデータが到着する図１２の場合に比べて、システム全体の上り遅延時間が１周期分短くなる。

なお、本実施形態では、ＰＯＮ回線１の論理リンクとＰＯＮ回線２の論理リンクが１対多で対応する場合、中継装置は、特定のＯＮＵだけでなく、同じ周期における配下のすべてのＯＮＵへの割当帯域に対応したバッファ量を第２上りバッファ４０に予約し、それらを同じ周期のＯＬＴに対するレポートに反映する。
一般に、集中型ＤＢＡにおいては、各ＯＮＵに対するレポート収集を集中させる（図１４では、各周期Ｃ１，Ｃ２……の最後の部分）とともに、各ＯＮＵへのゲートはレポート収集後すみやかに送信される。

ただし、グラントに示す送信開示時刻との間にＲＴＴとＯＮＵでの処理遅延分の間隔が必要である。
そこで、中継装置においては、自局がＯＬＴとして振る舞うＰＯＮ回線２のすべてのＯＮＵへの割当帯域を決定してから、自局がＯＮＵとして振る舞うＰＯＮ回線１のＯＬＴに対するレポート値を決定するまでの間に、所定の余裕時間（以下、この余裕時間を「Ｔｍ」とする。）がある。

〔第１実施形態の変形例〕
図１５は、第１実施形態における変形例に係る集中型ＤＢＡのシーケンスを示す図である。
図１５のシーケンスが図１４のそれと異なる点は、中継装置によるＰＯＮ回線２のＤＢＡサイクルが、ＯＬＴによるＰＯＮ回線１のＤＢＡサイクルよりも所定時間（例えば、前記Ｔｍ）だけ遅らせた点にある。

かかる変形例に係るシーケンスを採用すれば、ＰＯＮ回線２のＯＮＵへのユーザデータの到着が上記の所定時間（例えば、Ｔｍ）を最大限として遅れた場合でも、ＰＯＮ回線１のＯＬＴは、図１４の場合と同じ周期でユーザデータを受信することになる。
このため、システム全体の上り遅延時間を、下段ＰＯＮのＤＢＡサイクルを遅らせる所定の余裕時間の分だけ更に短縮できるという利点がある。

更に、ＰＯＮ回線１の論理リンクとＰＯＮ回線２の論理リンクを１対１で対応させる場合には、中継装置において、ＰＯＮ回線２の特定のＯＮＵへの割当帯域を決定すれば、他のＯＮＵへの割当帯域が決定されていなくても、その後に決定するＰＯＮ回線１のＯＬＴに対するレポートに、前記割当帯域の相当量を反映することができる。
このため、前記Ｔｍをより大きく設定することが可能となり、多段ＰＯＮシステムにおける上り遅延時間をさらに短縮することができる。

このように、ＰＯＮ回線１とＰＯＮ回線２のＤＢＡ周期の位相を一致させなくても、上り遅延時間をトータル的に短縮する点において所定の効果を奏する。
従って、ＰＯＮ回線１のＯＬＴは、必ずしも中継装置にＲＴＴ相当値を通知する必要はなく、中継装置は、ＰＯＮ回線１に想定される最大ＲＴＴを採用してもよいし、ＰＯＮ回線１において自局がＯＮＵとして振る舞う場合のＭＰＣＰ時刻を、そのままＰＯＮ回線２のＯＬＴとして振る舞う場合のＭＰＣＰ時刻としてもよい。

＜第２実施形態＞
〔第２実施形態の装置構成等〕
第２実施形態に係る光通信システム、ＯＬＴ１０及びＯＮＵ２０の構成は、それぞれ、第１基本形態の場合（図１〜図３参照）と同様である。
中継装置３０の基本的な構成要素も、第１基本形態の場合（図４）と同様であるが、第２実施形態では、ＰＯＮ回線１の論理リンクとＰＯＮ回線２の論理リンクの対応関係が「１対１」である場合を想定している。

また、第２実施形態の中継装置３０（基本的構成は図４と同様）に用いる、ユーザフレーム用の第２上りバッファ４０の構成は、図１３に示す第１実施形態の構成と同様であるものとする。

〔分散型ＤＢＡのシーケンスとその効果〕
図１６は、第２実施形態における分散型ＤＢＡのシーケンスを示す図である。
図１６に示すように、第２実施形態では、ＯＬＴ及び中継装置が行うＤＢＡは分散型であるものとする。ここで、分散型ＤＢＡとは、すべてのＯＮＵ（論理リンク）に共通なＤＢＡサイクルを設定せず、ＯＮＵ（論理リンク）毎に任意の周期（固定である必要はない）で、ゲートメッセージとレポートメッセージをやり取りするＤＢＡのことをいう。

図１６に示すように、分散型ＤＢＡの典型例では、ＯＬＴは、ゲートメッセージに一つのグラントを定義し、ＯＮＵは、そのグラントで指示された送信期間の最後にレポートメッセージを送信する。ＯＮＵは、送信期間に余裕があれば、レポートメッセージの前にユーザデータを送信する。
この場合、ＯＮＵは、受信済のグラントに対応したユーザデータを送信した後に、レポートメッセージを決定すればよいので、ＯＮＵの上りバッファ２７（図３参照）及び中継装置の上りバッファ４０（図４参照）において、「予約リードポインタ」を設ける必要がなくなる。

図１６を参照して、レポートメッセージＲ２１の送信前に、ユーザデータＤ１がＯＮＵに入力されたとすると、ＯＮＵは、ユーザデータＤ１相当量をレポートメッセージＲ２１に反映する。
中継装置は、それに対応したグラントを、ゲートメッセージＧ２２にてＯＮＵに指示する。その指示に従って、ＯＮＵは、Ｄ２２で示す期間にユーザデータＤ１を送信し、引き続いて、レポートメッセージＲ２２を送信する。

一方、中継装置は、ゲートメッセージＧ２２を決定した後のレポートメッセージＲ１１に、ユーザデータＤ１相当量を反映して、ＰＯＮ回線１のＯＬＴに送信する。このレポートメッセージＲ１１が、中継装置によるＯＬＴに対する予約の帯域申告である。
ＯＬＴは、それに対応したグラントを、ゲートメッセージＧ１２にて中継装置に指示する。その指示に従って、中継装置は、前もってＯＮＵから受信したユーザデータＤ１をＤ１２で示す期間に送信し、引き続いて、レポートメッセージＲ１２を送信する。

ここで、Ｒ１１を予め送信しない通常の分散型ＤＢＡの場合には、中継装置は、ＯＮＵからユーザデータＤ１のデータフレームＤ２２を受信した後のレポートメッセージＲ１２に、ユーザデータＤ１相当量を反映することになる。
これに対して、第２実施形態の分散型ＤＢＡでは、中継装置がＲ１１によってＯＬＴに予約の帯域申告を行うので、その分だけＯＬＴからゲートメッセージＧ１２を受領する時期が早まり、多段ＰＯＮシステムにおける上り遅延時間を短縮することができる。

ところで、典型的な分散型ＤＢＡでは、帯域の加減をＤＢＡ周期の増減で行う。
このため、図１６のユーザデータＤ２以後のやり取りで示すように、ＰＯＮ回線２の特定の論理リンクのＤＢＡ周期が、ＰＯＮ回線１の対応する論理リンクのＤＢＡ周期より長くなり、中継装置がグラントしたユーザデータＤ２４が実際にＰＯＮ回線２から中継装置に到着する前に、そのユーザデータ相当量のデータ送信Ｄ１４を、中継装置がＯＬＴから指示されることがある。

このような場合には、中継装置は、ＯＬＴから指示された時間帯（図１６のＤ１４の時間帯）には、バッファ４０に未だユーザデータＤ２が到着していないため、ユーザデータＤ２をＯＬＴに送信できず、ＰＯＮ回線１の帯域が無駄使いされることになる。
かかる問題を回避するため、ＰＯＮ回線２におけるゲート遅延（ゲートメッセージの送信時刻とそのゲートメッセージが表すグラントの送信開始時刻の差：以下、「ＯＮＵ処理時間」ともいう。）の上限（「ｍａｘＴｇｄ」とする。）と、ＲＴＴの上限（以下、「ｍａｘＲＴＴ２」とする。）を定めることが好ましい。

この場合、中継装置が、ゲートメッセージＧ２４を送信した後に上りバッファ４０に書き込み予約し、ＯＬＴが、中継装置からレポートメッセージＲ１３を時刻Ｔｒｒｐに受信したとすると、そのメッセージＲ１３に応じて帯域割当する上りのデータフレームＤ１４を、次の式で算出される送信可能時刻以降に受信するように、ゲートメッセージＧ１４にて指示するグラントを決定すればよい。
送信可能時刻＝Ｔｒｒｐ＋ｍａｘＴｇｄ＋ｍａｘＲＴＴ２

なお、上記のｍａｘＴｇｄ（又は／及びｍａｘＲＴＴ２）は、ＰＯＮ回線２に含まれる論理リンクごとに設定するようにしてもよい。
このように、ＯＬＴが、ユーザデータＤ２に対応するデータフレームＤ１４を上記送信可能時刻以降に受信するように、中継装置にグラントするようにすれば、ユーザデータＤ２が未到着の中継装置にＯＬＴがそのユーザデータＤ２の送信許可を行うことに伴う、ＰＯＮ回線１の帯域の無駄使いを未然に防止できるようになる。

また、ＯＬＴが、上記送信可能時刻以降にユーザデータＤ２に対応するデータフレームＤ１４を受信するように、中継装置にグラントする方法の場合には、既存のＰＯＮの通信規約を変更しなくても、ＰＯＮ回線１の帯域の無駄使いを防止できるという利点もある。

〔第２実施形態の変形例〕
第２実施形態において、ＰＯＮ回線１の帯域の無駄使いを防止する別の手段として、中継装置が、ＰＯＮ回線１のＯＬＴに送信するレポートメッセージＲ１３（予約の帯域申告）に、そのレポートメッセージＲ１３に記されたキュー状態が実現される時刻（以下、「キュー完成時刻」とする。）を併せて送信することにしてもよい。

この場合、ＰＯＮ回線１のＯＬＴは、レポートメッセージＲ１３に対応したゲートメッセージＧ１４を、所定条件が満たされるようにすればよい。
この所定条件とは、ＯＬＴがゲートメッセージＧ１４によってグラントする送信開始時刻が、レポートメッセージＲ１３にて中継装置から通知されたキュー完成時刻を超えることである。

このように、中継装置が、予約の帯域申告の際にキュー完成時刻を併せて申告し、ＯＬＴが、中継装置から申告されたキュー完成時刻以降に、中継装置から申告されたデータ量に応じた送信許可を与えるようにすれば、ＰＯＮ回線１での帯域の無駄使いを未然に防止しつつ、多段ＰＯＮシステム全体の上り遅延時間を短縮することができる。

なお、上述の例では、キュー完成時刻を、予約の帯域申告のためのレポートメッセージＲ１３そのものに含める場合を例示したが、キュー完成時刻を格納する上りフレームはそれに限られない。
例えば、レポートメッセージＲ１３にほぼ連続して時刻通知用の別のメッセージを中継装置がＯＬＴに送信することとし、その別のメッセージに、キュー完成時刻を含めることにしてもよい。

第２実施形態の変形例に係る発明を、別の観点から述べると次の通りである。
すなわち、本発明は、一般に、「ポーリング方式」の多重アクセス制御を採用する通信網（ＰＯＮや後述のＣＤＮなど）を、中継局を介して多段に接続した通信システムに適用可能である。ここで「ポーリング方式」とは、親局が子局に送信したい情報量を申告させてから、送信を許可する方式のことを言う。

本発明の中継局は、上位網である第１通信網（多段ＰＯＮにおける「上段ＰＯＮ」）では子局として機能し、下位網である第２通信網（多段ＰＯＮにおける「下段ＰＯＮ」）では親局として機能するものであり、第１通信網に送信したい情報量に加えて、その情報が自局にて実際に完成する時刻情報（以下、「情報完成時刻」という。）についても、第１通信網の親局に申告する。

本発明の親局は、上位網である第１通信網（多段ＰＯＮにおける「上段ＰＯＮ」）の親局として機能するものであり、第１通信網において子局として機能する中継局に送信許可する時刻が情報完成時刻以後になるよう、多重アクセス制御する。
このようにすれば、実際の情報伝送が行われる前に多重アクセス制御を無駄なく実施できるので、通信システム全体の伝送遅延時間を短縮することができる。

また、本発明は、２つ以上の中継局を多段に接続した通信システムであってもよい。
この場合、中継局は、情報完成時刻を含む情報量を下位網の中継局又は子局から申告された場合、下位網の中継局又は子局に送信許可する時刻が情報完成時刻以後になるよう、下位網への多重アクセス制御を行い、自身が子局として動作する上位網に対しては、下位網に送信許可した時刻を情報完成時刻として情報量を申告する。

＜第３実施形態＞
〔システムの全体構成〕
図１７は、第３実施形態に係る通信システムの接続形態を示す図である。
図１７に示すように、第３実施形態の通信システムでは、上段ネットワークは光ファイバを使用したＰＯＮ（具体的にはＧＥ−ＰＯＮ）よりなり、下段ネットワークは、同軸ケーブル（Ｃｏａｘ）を使用したＣＤＮ（Coaxial Distribution Network ）よりなる。

一般に、ＣＤＮは、局側装置であるＣＬＴ（Coax Line Terminal）と、宅側装置である複数のＣＮＵ（Coax Network Unit ）を分岐した同軸ケーブルにて１対多に接続したネットワークよりなる。
そこで、第３実施形態の通信システムでは、中継装置３０がＣＬＴとして振る舞う下段ネットワークにおいて、同軸ケーブル１５４が、ＣＡＴＶの分配器１５５を介して複数の支線１５６に分岐しており、その支線１５６にＣＮＵ１２０が接続されている。

従って、ＣＬＴとして振る舞う中継装置３０が送出する下り方向の電気信号（電磁波）は、各支線１５６に分配されるとともに、各ＣＮＵ１２０が送出する上り方向の電気信号（電磁波）は、ＣＬＴとして振る舞う中継装置３０のみに送られる。
電気信号は、ＯＦＤＭキャリアを多値ＱＡＭ変調されたものであるが、これに限定されず、公知の変調技術を使用してもよい。このとき、下り信号と上り信号のキャリア周波数帯を変えて、周波数多重することが好ましい。

かかるＣＤＮシステムにおいても、ＣＮＵ１２０の登録や上り方向の多重アクセス制御を行うために、ＭＰＣＰが使用される。すなわち、ＣＤＮとＰＯＮは、伝送媒体こそ異なるものの、システム内の論理的な動作は同じになるので、本発明を適用できる。
なお、ＣＤＮにおける下り信号と上り信号の多重方式に関して、同じキャリア周波数を用いた時分割複信（ＴＤＤ）モードとしてもよい。この場合、下り方向に割り当てられた期間には上り通信しないように、上り多重アクセス制御を行えばよい。

図１７の第３実施形態に示すように、本発明に係る多段構成の通信システムは、中継装置３０が上り多重アクセス制御を行う下段側の第２回線は、必ずしもＰＯＮ回線である必要はなく、ＣＤＮ回線であってもよい。
また、図１７の第３実施形態において、上段側の第１回線についても、ＣＤＮ回線で構成されていてもよいし、上段及び下段の双方に、その他の通信回線（無線回線であってもよい。）を用いるシステムであってもよい。

第３実施形態において、下段側のＣＮＵ１２０の構成は、ＯＮＵ２０の構成を示す図３において、「ＰＯＮ回線２」をＣＤＮ回線に読み替え、「ＰＯＮ送受信部」を「ＣＤＮ送受信部」に読み替えた構成となる。
ＣＤＮ送受信部２１は、ＣＤＮ回線から受信した変調された電気信号をベースバンド信号に復調し、受信処理部２３に出力するとともに、送信処理部２２から入力されるベースバンド信号を変調してＣＤＮ回線に出力する。

また、第３実施形態において、下段システムのＣＬＴとして動作する中継装置３０（以下、「ＰＣ中継装置」と呼ぶ。）の構成は、ＰＯＮ間の中継装置３０の構成を示す図４において、「ＰＯＮ回線２」を「ＣＤＮ回線」に読み替え、「第２ＰＯＮ送受信部」を「第２ＣＤＮ送受信部」に読み替えた構成となる。
また、ＰＣ中継装置３０の第２ＣＤＮ送受信部３８は、ＣＤＮ回線から受信した変調された電気信号をベースバンド信号に復調し、第２受信処理部３５に出力するとともに、第２送信処理部３７から入力されるベースバンド信号を変調してＣＤＮ回線に出力する。

なお、図１７では図示していないが、第３実施形態において、上段システムをＣＤＮとする場合の、上段システムのＣＬＴの構成は、ＯＬＴ１０の構成を示す図２において、「ＰＯＮ回線１」を「ＣＤＮ回線」に読み替え、「ＰＯＮ送受信部」を「ＣＤＮ送受信部」に読み替えた構成となる。
ＣＤＮ送受信部１６は、ＣＤＮ回線から受信した変調された電気信号をベースバンド信号に復調し、受信処理部１３に出力するとともに、送信処理部１５から入力されるベースバンド信号を変調してＣＤＮ回線に出力する。

なお、図１７に示すように、ＣＤＮ回線の同軸ケーブル１５４の途中に、電気信号を増幅するための増幅器を介在させてもよい。

＜その他の変形例＞
本発明の権利範囲は、上述の基本形態や実施形態（変形例を含む。）ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲及びその構成と均等な範囲内のすべての変更が含まれる。
以下、上述の基本形態についての幾つかの変形例を例示するが、これらの変形例は、上述の実施形態にも適用可能である。

上述の基本形態では、上段ＰＯＮ（ＰＯＮ１）が上り下り双方の伝送レートが１０Ｇである対称１０Ｇ−ＥＰＯＮであり、下段ＰＯＮがＧ−ＥＰＯＮになっているが、上段ＰＯＮ（ＰＯＮ１）が対称１０Ｇ−ＥＰＯＮであり、下段ＰＯＮが下りの伝送レートが１０Ｇであり上りの伝送レートが１Ｇである非対称１０Ｇ−ＥＰＯＮであってもよい（第１変形例）。また、上段ＰＯＮ（ＰＯＮ１）が非対称１０Ｇ−ＥＰＯＮであり、下段ＰＯＮがＧ−ＥＰＯＮであってもよい（第２変形例）。

例えば、上記第１変形例の場合には、中継装置３０の上りバッファ４０により、第１ＰＯＮ送受信部３１と第２ＰＯＮ送受信部３８との間の上りの伝送レートの差を吸収すればよい。
また、上記第２変形例の場合には、中継装置３０の下りバッファ４１により、第１ＰＯＮ送受信部３１と第２ＰＯＮ送受信部３８との間の下りの伝送レートの差を吸収すればよい。

上述の基本形態では、一つのＯＮＵ２０には下段ＰＯＮの一つの論理リンクを対応づけており、複数のサービスクラスを想定する場合であっても、一つの論理リンク内にサービスクラスに対応づけられた複数のキューを構成することを前提とした。
しかし、一つのＯＮＵ２０に対してもサービスクラスに対応づけられた複数の論理リンクを構成するようにしてもよい。

このような一つのＯＮＵ２０に複数の論理リンクを想定した場合は、上述の第１基本形態においては、同じサービスクラスに属する論理リンクについて、それぞれ、ＰＯＮ回線１の論理リンクとＰＯＮ回線２の論理リンクとを１対多で対応させることにすればよい。
同様に、上述の第２基本形態においては、同じサービスクラスに属する論理リンクについて、それぞれ、ＰＯＮ回線１の論理リンクとＰＯＮ回線２の論理リンクとを１対１で対応させることにすればよい。

また、上述の基本形態の中継装置３０において、上段ＰＯＮ（ＰＯＮ１）の特定波長を装置内で分離して、光信号のまま下段ＰＯＮに合波する別経路を設けてもよい。
このとき、光アンプ等により光パワーを増幅させてもよい。特定波長は、ＯＴＤＲ試験や映像信号の放送などに使用できる。

また、上述の基本形態では、下段ＰＯＮをＧ−ＥＰＯＮとしたが、１０Ｇ−ＥＰＯＮを併用したデュアルレートＰＯＮを下段ＰＯＮに採用してもよい。この場合、Ｇ−ＥＰＯＮのＯＮＵ２０と１０Ｇ−ＥＰＯＮのＯＮＵ２０が同一の下段ＰＯＮに共存するので、中継装置３０は、登録されたＯＮＵ２０のタイプに応じて使用レートを決定することになる。
更に、上段ＰＯＮとして１０Ｇ−ＥＰＯＮの送受信手段に加えて、Ｇ−ＥＰＯＮの送受信手段を中継装置３０に設け、あるいは１０Ｇ−ＥＰＯＮの送受信手段がＧ−ＥＰＯＮの送受信機能も備え、設定により一方を動作させるにようにしてもよい。

下段ＰＯＮのデュアルレート対応と併せて、中継装置３０は、本発明の動作に加えて、Ｇ−ＥＰＯＮの中継装置として、或いは１０Ｇ−ＥＰＯＮの中継装置として動作することになり、中継装置としての適用領域が拡大する。
また、上述の基本形態では、中継装置３０は上段ＰＯＮ（ＰＯＮ１）に対する制御フレームの処理と、下段ＰＯＮに対する制御フレームの処理を一つの制御部３４が実行している。

更に、上述の基本形態では、登録、離脱及びＯＡＭループバック試験に関して、上段ＰＯＮ（ＰＯＮ１）と下段ＰＯＮの制御メッセージを関連させる例を示したが、その他に、ＯＮＵ２０の「スリープ制御」、「暗号鍵の通知や更新」、「ＯＮＵ管理」などにおいても、制御メッセージを関連させてもよい。

例えば、上述の第１基本形態においてスリープ制御を行う場合には、中継装置３０がＯＬＴ１０からスリープ指示を受けると、その中継装置３０は、送信データがないことを条件として、配下のＯＮＵ２０にスリープ指示を送信し、すべてのＯＮＵ２０から肯定的なスリープ応答が得られた場合に、自装置のスリープ応答をＯＬＴ１０に返すようにすればよい。
この場合、ＯＮＵ２０の下段ＰＯＮへの送信動作をスリープさせることができ、ＯＮＵ２０の省電力化を図ることができる。さらに、すべてのＯＮＵ２０がスリープする場合は、中継装置３０の上段ＰＯＮへの送信動作をスリープさせることができ、中継装置３０の省電力化を図ることができる。

また、上述の第２基本形態においてスリープ制御を行う場合には、中継装置３０は、ＯＬＴ１０からのスリープ指示を対応する論理リンクに中継し、ＯＮＵ２０からのスリープ応答の許否結果をそのままＯＬＴ１０に報告することとし、配下のＯＮＵ２０のスリープ時間の重複時間で自身のスリープ動作を行うようにすればよい。
この場合、ＯＮＵ２０の下段ＰＯＮへの送信動作だけでなく、下段ＰＯＮからの受信動作もスリープさせることができ、ＯＮＵ２０の省電力効果をより向上することができる。さらに、すべてのＯＮＵ２０のスリープが重複した期間においては、中継装置３０の上段ＰＯＮへの送信動作だけでなく、上段ＰＯＮからの受信動作もスリープさせることができ、中継装置３０の省電力効果をより向上することができる。

また、上述の基本形態において、中継装置３０は複数の下段ＰＯＮを備えてもよい。この場合、ＬＬＩＤ解決テーブル３６は下段ＰＯＮとそのＰＯＮにおけるＬＬＩＤを一体として解決するようにすればよい。

１０ 局側装置（ＯＬＴ：親局装置）
２０ 宅側装置（ＯＮＵ：子局装置）
３０ 中継装置
３１ 第１ＰＯＮ送受信部（第１送受信部）
３２ 第１送信処理部（中継処理部）
３３ 第１受信処理部（中継処理部）
３４ 制御部
３５ 第２受信処理部（中継処理部）
３６ ＬＬＩＤ解決テーブル
３７ 第２送信処理部（中継処理部）
３８ 第２ＰＯＮ送受信部（第２送受信部）
３９ 第１上りバッファ（制御フレーム用）
４０ 第２上りバッファ（ユーザフレーム用）
４１ 下りバッファ
４２ ループ用バッファ

Claims (9)

1. 上段の第１回線に対する信号の送受信を行う第１送受信部と、
   下段の第２回線に対する信号の送受信を行う第２送受信部と、
   前記第１送受信部が受信した下りフレームを前記第２送受信部に中継し、前記第２送受信部が受信した上りフレームを前記第１送受信部に中継する中継処理部と、
   前記第１送受信部が前記第１回線の局側装置に送信する前記上りフレームの送信については、前記局側装置が行う上り多重アクセス制御に従い、前記第２送受信部が前記第２回線の宅側装置から受信する前記上りフレームの受信については、独自に上り多重アクセス制御を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第２回線の前記宅側装置に送信許可するデータ量を、そのデータが前記第２送受信部に到着する前に前記第１回線の前記局側装置へ申告することを特徴とする中継装置。
2. 前記中継処理部は、上りのデータをバッファリングする上りバッファを有し、
   前記制御部は、前記宅側装置に送信許可するデータ量を決定した後、そのデータ量を前記上りバッファに書き込み予約し、書き込み予約したバッファ量に基づいて前記局側装置へ申告するデータ量を求める請求項１に記載の中継装置。
3. 集中型ＤＢＡを行う前記局側装置に接続され、当該集中型ＤＢＡと周期が同じで位相が揃えられている集中型ＤＢＡを行う請求項１又は２に記載の中継装置。
4. 集中型ＤＢＡを行う前記局側装置に接続され、当該集中型ＤＢＡと周期が同じで位相が所定の余裕時間だけ遅らせてある集中型ＤＢＡを行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の中継装置。
5. 分散型ＤＢＡを行う請求項１又は２に記載の中継装置と接続される、分散型ＤＢＡを行う局側装置であって、
   前記第１回線におけるある論理リンクから受信した帯域申告に応じて割り当てる帯域の受信開始時刻を、前記帯域申告の受信時刻値と、前記第２回線におけるゲート遅延の上限値と、前記第２回線の往復伝搬時間の上限値とに基づいて決定する局側装置。
6. 親局装置がポーリング方式の多重アクセス制御を行う第１通信網と、
   中継装置がポーリング方式の多重アクセス制御を行う第２通信網とが、前記中継装置を介して接続された通信システムであって、
   前記中継装置は、前記第２通信網において送信許可するデータ量を、そのデータが自局に到着する前に前記親局装置へ申告することを特徴とする通信システム。
7. 親局装置がポーリング方式の多重アクセス制御を行う第１通信網と、
   中継装置がポーリング方式の多重アクセス制御を行う第２通信網とが、前記中継装置を介して接続された通信システムであって、
   前記中継装置は、前記親局装置に所定のデータ量を申告する場合に、その申告するデータ量が実際に充足する時刻を表す情報完成時刻を加えて申告し、
   前記親局装置は、前記中継装置から申告されたデータ量に応じた送信許可を、前記情報完成時刻以降に割り当てることを特徴とする通信システム。
8. 第１通信網の親局装置が中継装置に対してポーリング方式の多重アクセス制御を行い、前記中継装置が第２通信網の子局装置に対してポーリング方式の多重アクセス制御を行う通信方法であって、
   前記中継装置は、前記第２通信網において送信許可するデータ量を、そのデータが自局に到着する前に前記親局装置へ申告することを特徴とする通信方法。
9. 第１通信網の親局装置が中継装置に対してポーリング方式の多重アクセス制御を行い、前記中継装置が第２通信網の子局装置に対してポーリング方式の多重アクセス制御を行う通信方法であって、
   前記中継装置は、前記親局装置に所定のデータ量を申告する場合に、その申告するデータ量が実際に充足する時刻を表す情報完成時刻を加えて申告し、
   前記親局装置は、前記中継装置から申告されたデータ量に応じた送信許可を、前記情報完成時刻以降に割り当てることを特徴とする通信方法。
   

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