JP5597759B1 - 動的波長帯域割当方法、動的波長帯域割当プログラム、動的波長帯域割当記録媒体、加入者収容装置及び受動光通信網システム - Google Patents

Abstract

【課題】波長分割多重／時分割多重受動光通信網（ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ）において、上り波長の切り替えが必要な場合にのみ、上り波長の切り替えを行なうことにより、頻繁な通信途絶や装置への高負荷や消費電力の増加を防止することを目的とする。
【解決手段】ＯＬＴの切替指示信号生成部２は、各上り波長の帯域制限に基づいて上り帯域を割り当てられなかった各ＯＮＵについて、当該ＯＮＵが現時点で収容される上り波長と異なる上り波長の帯域が、当該ＯＮＵの帯域を収容する余裕があること、当該ＯＮＵが現時点で収容される上り波長の帯域が、当該ＯＮＵの帯域を収容する余裕がない又は所定の閾値より小さいこと、当該ＯＮＵの過去の実割当上り帯域が、当該ＯＮＵの過去の要求上り帯域より小さいこと、をすべて満たすときに、当該ＯＮＵが現時点で収容される上り波長から当該異なる上り波長へと、当該ＯＮＵへの上り波長の割り当てを変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長多重及び時分割多重を組み合わせたＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）における、波長及び帯域の割り当てアルゴリズムに関する。

近年の急速なインターネットの普及に伴い、アクセスサービスシステムの大容量化、高度化、経済化が求められている中、それを実現する手段としてＰＯＮの研究が進められている。ＰＯＮとは、光受動素子による光合分波器を用いて、１個の局側装置及び伝送路の一部を複数の加入者装置で共有することにより、経済化を図る光通信システムである。

現在、日本では主に１Ｇｂｐｓの回線容量を最大３２ユーザで時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）によって共有する経済的な光加入者システム、ＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）（Ｅｔｈｅｒｎｅｔは登録商標）が導入されている。これにより、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）サービスが現実的な料金で提供されるようになった。

また、より大容量のニーズに対応するため、次世代光加入者システムとして、総帯域が１０Ｇｂｐｓ級である１０ＧＥ−ＰＯＮの研究が進められており、２００９年に国際標準化が完了した。これは、送受信器のビットレートを増大させることにより、光ファイバなどの伝送路部分はＧＥ−ＰＯＮと同一のものを利用しながら、大容量化を実現する光加入者システムである。

さらなる将来には、超高精細映像サービスやユビキタスサービスなど１０Ｇ級を超える大容量が求められることが考えられるが、単純に送受信器のビットレートを１０Ｇ級から４０／１００Ｇ級に増大させるだけでは、システムアップグレードにかかるコストの増大により、実用化が難しいという課題があった。

これを解決する手段として、帯域要求量に応じて局側装置内の送受信器を段階的に増設することができるように、送受信器に波長可変性を付加し、時分割多重（ＴＤＭ）及び波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を効果的に組み合わせた波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮが報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。

波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮは非特許文献２にあるように、ユーザの要求に合わせて段階的な総帯域の増設や柔軟な負荷分散が可能となるシステムとして近年注目されており、その段階的な総帯域の増設時に、負荷分散による所属ＯＳＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｕｎｉｔ）の変更には動的波長帯域割当アルゴリズムを用いる。動的波長帯域割当は、所属するＯＳＵ内において、ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ：加入者装置）からの上りの動的帯域割当（ＤＢＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）と、所属ＯＳＵを切替える波長切替の組み合わせによって実現される。

Ｈｉｒｏｔａｋａ Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，"４０Ｇｂｉｔ／ｓ λ−ｔｕｎａｂｌｅ ｓｔａｃｋｅｄ−ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ ｕｓｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ"， ＯＴｈＴ４， ＯＳＡ／ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２０１１， ２０１１． Ｓ． Ｋｉｍｕｒａ， "ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｆｕｔｕｒｅ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"， ６Ａ１−１， ＯＥＣＣ２０１０， ２０１０． Ｊ． Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａｌ．， "Ｄｙｎａｍｉｃ ｔｉｍｅ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ ｉｎ ｎｅｘｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｍｕｌｔｉ−ｒａｔｅ ｍｕｌｔｉ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ，" ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ （ＩＣＣ），ｐｐ１−５， Ｍａｙ． ２０１０． Ｊ． Ｂｕｕｓ， Ｅ． Ｊ． Ｍｕｒｐｈｙ， "Ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒｓ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ"， ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ． ２４， ｎｏ． １， ｐｐ． ５−１１， Ｊａｎ． ２００６． Ｊ． Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａｌ．， "Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｈｙｂｒｉｄ ＷＤＭ／ＴＤＭ ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈ ｎｏｎｚｅｒｏ ｌａｓｅｒ ｔｕｎｉｎｇ ｔｉｍｅ"， ＩＥＥＥ／ＡＣＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ， ｖｏｌ． １９， ｎｏ． ４， ｐｐ． １０１４−１０２７， Ａｕｇ． ２０１１． Ｔｓｕｔｏｍｕ Ｔａｔｓｕｔａ ｅｔ ａｌ．， "Ｄｅｓｉｇｎ ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｙ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ＧＥ−ＰＯＮ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍａｓｓ ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ"， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ， ｖｏｌ． ６， Ｎｏ． ６， ｐｐ ６８９−７００， ２００７．

ところで、動的波長帯域割当における所属するＯＳＵの変更は、ＯＮＵが送受信する波長を変更することで実現する。

また、１ＯＳＵの配下にあるＯＮＵの帯域割当は、上り帯域の利用効率向上の観点から従来用いられたＤＢＡの適用が想定される。ＤＢＡ周期は、遅延を抑制しきめ細かい帯域制御を実現するために、できるだけ短い時間であることが望ましい。ＤＢＡが採用されているＧ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ−ｃａｐａｂｌｅ ＰＯＮ）やＥＰＯＮ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ＰＯＮ）においては、非特許文献３によると、一般的なＤＢＡ周期は１２５μｓｅｃおよび２ｍｓｅｃである。

一方、波長を変更することは、光源の発振光周波数を変更することであり、その変更には何らかの時間を要する。この切替時間は短ければ短いほど通信に与える影響が少ない。したがって切替時間が短いことは望ましいが、切替時間の短い光源は一般に高価となる。光アクセスシステムは、経済化が特に重要であり、波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮの装置コスト削減のためには、より多くの種類の波長切替光源、部品が適用できることが望ましい。

しかし、非特許文献４に示すように、多くの波長切替光源、部品の波長切替時間は、将来の見込みを含めても１０ｍｓｅｃ程度とされており、先に述べたＤＢＡ周期よりも長い。これに対しこれまでの動的波長帯域割当に関する提案は、このような比較的長い波長切替時間を考慮した動的波長帯域割当方式になっていない。例えば非特許文献５では、送信デバイスであるレーザーの波長変更時間を考慮した、最適な割当アルゴリズムを提案している。非特許文献５に挙げられている提案は１ＤＢＡ周期内に波長切替を完了することを前提とした切替アルゴリズムである。

また、波長切替時間が長いと、切替中に通信不可となる時間が長いため、トラフィックの途絶は避けられない。このため遅延増加や装置内のバッファあふれを引き起こす可能性が高まる。非特許文献６に示すようなこれまでの動的波長帯域割当アルゴリズムの提案は、公平性や帯域利用効率を高めるために、積極的に波長切替による所属ＯＳＵを変更するアルゴリズムである。このような頻繁に波長切替が起きるアルゴリズムを、波長切替に時間を要する部品を適用したＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮへ適用すると、頻繁な波長切替による通信途絶により、フレーム損や遅延の大幅な増加といったトラフィックへの影響が許容できないほど大きくなることが想定される。

さらに、仮に波長切替時間が短い光源、部品を用いてトラフィックへの影響を抑えたとしても、波長切替が頻発することは、波長切替の制御を行う部品の負荷を上昇させたり、消費電力を増加させたり、部品が摩耗し、装置の耐用年数を縮めるといった欠点も考えられる。したがって、波長切替時間がＤＢＡ周期よりも長い波長切替光源、部品の適用を想定する場合や、波長切替時間が短い光源、部品を用いる場合に、通信の途絶とのトレードオフを考慮し、波長切替が真に必要となる時期を正しく判断し、必要な時にのみ切替えるような動的波長帯域割当アルゴリズムが必要である。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおいて、上り波長の切り替えが必要な場合にのみ、上り波長の切り替えを行なうことにより、頻繁な通信途絶や装置への高負荷や消費電力の増加を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、あるＯＮＵが上り帯域を割り当てられなかったとしても、以下の条件がすべて満たされなければ、当該ＯＮＵは上り波長を切り替えられない。（１）当該ＯＮＵが収容される上り波長と異なる上り波長の帯域に、当該ＯＮＵの帯域を収容する余裕がある。（２）当該ＯＮＵが収容される上り波長の帯域に、当該ＯＮＵの帯域を収容する余裕がない又は所定の閾値より小さい。（３）当該ＯＮＵの過去の実割当上り帯域が、当該ＯＮＵの過去の要求上り帯域より小さい。

具体的には、本発明は、加入者収容装置及び複数の加入者装置を備える受動光通信網において、前記複数の加入者装置が前記加入者収容装置に送信する上り信号が干渉しないように、前記複数の加入者装置に上り波長及び上り帯域を動的に割り当てる動的波長帯域割当方法であって、各上り波長の帯域制限の範囲内で各上り波長に収容される各加入者装置に上り帯域を割り当てるとともに、各上り波長の帯域制限に基づいて上り帯域を割り当てられなかった各加入者装置を全上り波長に渡ってリストアップする帯域割当ステップと、前記帯域割当ステップでリストアップされた各加入者装置について、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長と異なる上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕があるという第一条件と、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕がない又は所定の閾値より小さいという第二条件と、当該加入者装置の過去の実割当上り帯域が、当該加入者装置の過去の要求上り帯域より小さいという第三条件と、をすべて満たすときに、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長から前記異なる上り波長へと、当該加入者装置への上り波長の割り当てを変更する波長割当変更ステップと、を順に備えることを特徴とする動的波長帯域割当方法である。

また、本発明は、加入者収容装置及び複数の加入者装置を備える受動光通信網において、前記複数の加入者装置が前記加入者収容装置に送信する上り信号が干渉しないように、前記複数の加入者装置に上り波長及び上り帯域を動的に割り当てる加入者収容装置であって、各上り波長の帯域制限の範囲内で各上り波長に収容される各加入者装置に上り帯域を割り当てるとともに、各上り波長の帯域制限に基づいて上り帯域を割り当てられなかった各加入者装置を全上り波長に渡ってリストアップする帯域割当部と、前記帯域割当部でリストアップされた各加入者装置について、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長と異なる上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕があるという第一条件と、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕がない又は所定の閾値より小さいという第二条件と、当該加入者装置の過去の実割当上り帯域が、当該加入者装置の過去の要求上り帯域より小さいという第三条件と、をすべて満たすときに、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長から前記異なる上り波長へと、当該加入者装置への上り波長の割り当てを変更する波長割当変更部と、を備えることを特徴とする加入者収容装置である。

また、本発明は、加入者収容装置及び複数の加入者装置を備え、前記複数の加入者装置が前記加入者収容装置に送信する上り信号が干渉しないように、前記複数の加入者装置に上り波長及び上り帯域を動的に割り当てる受動光通信網システムであって、前記加入者収容装置は、各上り波長の帯域制限の範囲内で各上り波長に収容される各加入者装置に上り帯域を割り当てるとともに、各上り波長の帯域制限に基づいて上り帯域を割り当てられなかった各加入者装置を全上り波長に渡ってリストアップする帯域割当部と、前記帯域割当部でリストアップされた各加入者装置について、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長と異なる上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕があるという第一条件と、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕がない又は所定の閾値より小さいという第二条件と、当該加入者装置の過去の実割当上り帯域が、当該加入者装置の過去の要求上り帯域より小さいという第三条件と、をすべて満たすときに、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長から前記異なる上り波長へと、当該加入者装置への上り波長の割り当てを変更する波長割当変更部と、を備えることを特徴とする受動光通信網システムである。

（１）の条件が満たされないにもかかわらず、当該ＯＮＵが上り波長を切り替えられたならば、新たな収容先の上り波長において帯域が不足し、不要な輻輳が発生する可能性がある。

（２）の条件が満たされないにもかかわらず、当該ＯＮＵが上り波長を切り替えられたならば、元々の収容先の上り波長において、長期間で見れば輻輳が発生しない可能性があるにもかかわらず、上り波長の切り替えによる通信の途絶を発生させたことになる。

（３）の条件が満たされないにもかかわらず、当該ＯＮＵが上り波長を切り替えられたならば、元々の収容先の上り波長において、当該ＯＮＵは上り帯域を要求に見合う程度に割り当てられ、長期間で見れば輻輳が発生しない可能性があるにもかかわらず、上り波長の切り替えによる通信の途絶を発生させたことになる。

しかし、この構成によれば、（１）〜（３）の条件がすべて満たされているときにかぎり、当該ＯＮＵは上り波長を切り替えられる。このように、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおいて、輻輳の発生による通信の途絶が発生する可能性が高い場合にのみ、上り波長の切り替えが必要と判断し、上り波長の切り替えを行なうことにより、頻繁な通信途絶や装置への高負荷や消費電力の増加を防止することができる。

また、本発明は、前記波長割当変更ステップでは、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長から、過去に余剰となった上り帯域が最も大きい上り波長へと、当該加入者装置への上り波長の割り当てを変更することを特徴とする動的波長帯域割当方法である。

この構成によれば、上り帯域を割り当てられなかったＯＮＵのうち、出来るかぎり数多くのＯＮＵが上り波長を切り替えられる。このことは、（１）〜（３）の条件をすべて満たしたうえでの、数多くのＯＮＵの救済処理であり、不用意な上り波長の切り替えでない。

また、本発明は、前記帯域割当ステップでは、リストアップされた各加入者装置について、過去の実割当上り帯域が過去の要求上り帯域より小さい加入者装置ほど、上り波長の割り当て変更の優先順位を高く設定することを特徴とする動的波長帯域割当方法である。

この構成によれば、上り帯域を割り当てられなかったＯＮＵのうち、上り帯域を要求に見合う程度に割り当てられなかったＯＮＵが優先的に上り波長を切り替えられる。

また、本発明は、前記帯域割当ステップでは、上り帯域の割り当てに先立って、加入者装置の全上り波長に渡ったリストアップを行なうとともに、上り波長の割り当て変更の優先順位を設定するにあたり、当該リストアップに先立って上り帯域を割り当てられなかった各加入者装置を全上り波長に渡ってリストアップするとともに、リストアップされた各加入者装置の当該優先順位設定に先立つ実割当上り帯域と、リストアップされた各加入者装置の当該優先順位設定に先立つ要求上り帯域と、を用いて、上り波長の割り当て変更の優先順位を設定することを特徴とする動的波長帯域割当方法である。

優先順位を設定する処理は、ソーティングを伴うものであり、ソーティングは、汎用ＣＰＵの計算時間を特に要する処理である。この構成によれば、帯域割当処理に先立って、優先順位を設定する処理を行なうことにより、帯域割当処理に引き続き、波長割当処理を行なうにあたり、優先順位を設定する処理を新たに行なわなくてもよい。よって、帯域／波長割当処理の合計時間を短縮することができ、帯域割当周期を短縮することができる。

この構成によれば、帯域割当処理に先立つ帯域割当状況を参照して、優先順位を設定するのではなく、優先順位設定に先立つ帯域割当状況を参照して、優先順位を設定している。ここで、優先順位設定に先立つ帯域割当状況は、帯域割当処理に先立つ帯域割当状況と比べて、帯域割当の数周期分だけ以前の状況であり、さほど変わらないと想定される。

また、本発明は、前記波長割当変更ステップでは、各上り波長で余剰となった上り帯域の過去の平均と、リストアップされた各加入者装置の過去の実割当上り帯域の平均と、リストアップされた各加入者装置の過去の要求上り帯域の平均と、を用いて、前記条件を満たすかどうかを判定することを特徴とする動的波長帯域割当方法である。

この構成によれば、帯域割当の１周期分のみ見て、（１）〜（３）の条件をすべて満たすかどうかを判定するのではなく、帯域割当の数周期分に渡って、（１）〜（３）の条件をすべて満たすかどうかを判定している。よって、瞬間的なトラフィックの増減による不要な上り波長の切り替えを行なうことなく、長期の視点で、適切な上り波長の切り替えを行なうことができる。

また、本発明は、前記帯域割当ステップでは、上り帯域の割り当てに先立って、前記条件を満たすかどうかを判定する準備を行なうにあたり、各上り波長で余剰となった上り帯域の当該判定準備に先立つ平均と、リストアップされた各加入者装置の当該判定準備に先立つ実割当上り帯域の平均と、リストアップされた各加入者装置の当該判定準備に先立つ要求上り帯域の平均と、を計算することを特徴とする動的波長帯域割当方法である。

平均を計算する処理は、除算の計算を伴うものであり、除算の計算は、汎用ＣＰＵの計算時間を特に要する処理である。この構成によれば、帯域割当処理に先立って、平均を計算する処理を行なうことにより、帯域割当処理に引き続き、波長割当処理を行なうにあたり、平均を計算する処理を新たに行なわなくてもよい。よって、帯域／波長割当処理の合計時間を短縮することができ、帯域割当周期を短縮することができる。

この構成によれば、帯域割当処理に先立つ帯域割当状況を参照して、平均を計算するのではなく、平均計算に先立つ帯域割当状況を参照して、平均を計算している。ここで、平均計算に先立つ帯域割当状況は、帯域割当処理に先立つ帯域割当状況と比べて、帯域割当の数周期分だけ以前の状況であり、さほど変わらないと想定される。

また、本発明は、前記複数の加入者装置が上り波長の切り替えに要する時間である波長切替時間は、前記複数の加入者装置に上り帯域を動的に割り当てる周期である帯域割当周期より長く、前記複数の加入者装置に上り波長を動的に割り当てる周期である波長割当周期より短いことを特徴とする動的波長帯域割当方法である。

この構成によれば、加入者装置の波長切替時間が長いときでも、本発明の動的波長帯域割当方法、加入者収容装置及び受動光通信網システムを適用することができる。

また、本発明は、以上に記載の動的波長帯域割当方法をコンピュータに実行させるための動的波長帯域割当プログラムである。

この構成によれば、本発明の動的波長帯域割当方法、加入者収容装置及び受動光通信網システムの発明を実施するために必要となるプログラムを提供することができる。

また、本発明は、以上に記載の動的波長帯域割当プログラムを格納する動的波長帯域割当記録媒体である。

この構成によれば、本発明の動的波長帯域割当方法、加入者収容装置及び受動光通信網システムの発明を実施するために必要となる記録媒体を提供することができる。

本発明は、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおいて、上り波長の切り替えが必要な場合にのみ、上り波長の切り替えを行なうことにより、頻繁な通信途絶や装置への高負荷や消費電力の増加を防止することができる。

本発明の波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの構成図。 本発明の波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムにおけるＯＮＵの構成図。 実施形態１における帯域割当周期と波長切替シーケンス例。 実施形態１における帯域割当フローチャート（全体）。 本発明における帯域割当フローチャート例（ＤＢＡ計算）。 実施形態１における波長切替判断フローチャート（ＤＷＡ計算）。 実施形態２における帯域割当周期と波長切替シーケンス例。 実施形態２における帯域割当フローチャート（全体）。 実施形態２における波長切替判断フローチャート（ＤＷＡ計算）。 実施形態２における計算フローチャート（ＤＷＡパラメータ計算）。 本発明の動的波長帯域割当てフローチャートにおけるパラメータ一覧。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１に本発明における波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステム、およびそれを構成する局側通信装置（ＯＬＴ）と加入者装置（ＯＮＵ）の構成図を示す。ＯＬＴとＯＮＵ間はパワースプリッタまたは波長ルータを用いたｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ構成のＰＯＮトポロジで接続される。

ＯＬＴにはＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃ｈのｈ台のＯＮＵが接続され、それぞれのＯＮＵは上り下りの波長の組であるλ１ｄ，ｕ〜λｍｄ，ｕの波長を用いて送受信する。添え字ｄは下りの波長、添え字ｕは上りの波長を意味する。ＯＮＵはＯＬＴからの指示に従ってλ１ｄ，ｕ〜λｍｄ，ｕの波長を切替えて送受信することができる。各ＯＮＵには設置されるユーザ宅の通信装置からの上り信号が入力され、ＯＮＵ内部の光送受信器で上り光信号として送信される。上り信号はＯＮＵ側のパワースプリッタまたは波長ルータからはＯＬＴに向けて１本の光ファイバに多重されるため、上り信号が重ならないよう各ＯＮＵが送信する上り信号の送信時刻、送信継続時間をＯＬＴが算出し、制御する。

ＯＬＴは各λ１ｄ，ｕ〜λｍｄ，ｕの波長を送受信するラインカード、ＯＳＵ＃１〜ＯＳＵ＃ｍと動的波長帯域割当回路で構成され、ＯＳＵ＃１〜ＯＳＵ＃ｍはＯＮＵから送信される各波長の信号を受信し、上り信号として出力する。

動的波長帯域割当回路は、ＤＷＢＡ計算部１、切替指示信号生成部２、制御信号送信部３、要求信号受信部４から成り、各ＯＮＵから送信された帯域要求を含んだＲｅｐｏｒｔ信号を各ＯＳＵを通じて要求信号受信部４で受信し、その要求に基づいて各ＯＮＵに割当てる上り信号およびＲｅｐｏｒｔ信号の送信時刻、送信継続時間をＤＷＢＡ計算部１で算出し、その情報を格納したＧａｔｅ信号を切替指示信号生成部２で生成し、制御信号送信部３から各ＯＳＵを通じて各ＯＮＵへ送信する。

図２にＯＮＵの構成を示す。ＯＮＵはデータ受信部１１、バッファメモリ１２、フレーム送出制御部１３、フレーム組立送信部１４、波長可変光送受信器１５、要求帯域計算部１６、要求帯域信号生成部１７、フレーム送出信号、波長制御信号受信部１８、波長切替制御部１９から構成される。

ユーザからの上り信号はデータ受信部１１で受信され、バッファメモリ１２内に一時的に蓄積される。フレーム送出制御部１３はＧａｔｅ信号によって指定された上り信号の送信時刻および送信継続時間に従って、上り信号をフレーム組立送信部１４に送る。フレーム組立送信部１４はＰＯＮ構成でＯＬＴに信号を送信するために必要なフレーム形式を構成し、波長可変光送受信器１５に送る。波長可変光送受信器１５は波長切替制御部１９で指定された波長λ１ｄ，ｕ〜λｍｄ，ｕのいずれかで光信号に変換しＯＬＴへ送信する。

波長可変光送受信器１５はＯＬＴからのＧａｔｅ信号を受信して電気信号に変換し、フレーム送出信号、波長制御信号受信部１８へ送る。フレーム送出信号、波長制御信号受信部１８はＧａｔｅ信号の指示を解析し、Ｇａｔｅ信号に波長切替指示、切替後の波長、切替開始時刻が含まれていれば、指定された時刻に切替先波長と切替指示を波長切替制御部１９に送る。波長切替制御部１９は前記波長切替制御に従って波長可変光送受信器１５の波長を切替える。

また、Ｇａｔｅ信号にはＯＮＵの要求する帯域をＲｅｐｏｒｔ信号としてＯＮＵから送信するよう指示する情報が含まれる。フレーム送出信号、波長制御信号受信部１８はＲｅｐｏｒｔ信号送出を要求するＧａｔｅ信号を受信すると、要求帯域信号生成部１７へＲｅｐｏｒｔ信号の生成を指示する。要求帯域信号生成部１７は要求帯域計算部１６に要求する帯域を算出するよう指示する．要求帯域計算部１６はバッファメモリ１２に蓄積されている上り信号のデータ量を計測しており、そのデータ量に基づき要求帯域量を決定し、要求帯域信号生成部１７へ要求帯域量を送る。要求帯域信号生成部１７は要求量を含んだＲｅｐｏｒｔ信号を生成し、フレーム送出制御部１３に送る。

前記Ｇａｔｅ信号はＲｅｐｏｒｔ信号の送出時刻および送信量の情報が含まれている。フレーム送出信号、波長制御信号受信部１８はフレーム送出制御部１３にＧａｔｅ信号に含まれていたＲｅｐｏｒｔ信号の送出時刻および送信量の情報を送り、フレーム送出制御部１３は指示された時刻にＲｅｐｏｒｔ信号をフレーム組立送信部１４に送り、波長可変光送受信器１５を介してＯＬＴへＲｅｐｏｒｔ信号を送信する。

また、ＯＬＴから送信されるＧａｔｅ信号にはＯＮＵが受信した上り信号を送信する時刻およびデータ量が含まれている。フレーム送出信号、波長制御信号受信部１８はフレーム送出制御部１３にＧａｔｅ信号に含まれていた上り信号の送出時刻および送信量の情報を送り、フレーム送出制御部１３は指示された時刻に上り信号をバッファメモリ１２から送信量を超えないデータ量のフレームを取り出し、フレーム組立送信部１４に送り、波長可変光送受信器１５を介してＯＬＴへ上り信号を送信する。

次に実施形態１の動作を説明する。図３は本発明の実施形態１として、動的波長帯域割当動作を図１、図２の書式に従って記載したものである。動的波長割り当て（ＤＷＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）のｌ番目の周期の時間をＴ＿ｄｗａ＿ｌとし、動的帯域割当（ＤＢＡ）のｋ番目の周期の時間をＴ＿ｄｂａ＿ｋとする。Ｔ＿ｄｗａ＿ｌは複数のＤＢＡ周期倍に設定する。図３の例では３ＤＢＡ周期を１ＤＷＡ周期としている。

各ＯＳＵに所属するＯＮＵは各ＯＳＵに固定的に割り当てられている波長λ１ｄ，ｕ〜λｍｄ，ｕをそれぞれ用いて通信を行う。図３の実施形態１では周期Ｔ＿ｄｗａ＿ｌ−１かつＴ＿ｄｂａ＿ｋ−１において、ＯＮＵ＃１、ＯＮＵ＃２、ＯＮＵ＃ｈはＯＳＵ＃１のλ１ｄ，ｕを用いて通信を行っているとする。ＯＳＵ＃１から発せられるＧａｔｅ信号ｇ１＿ｋ−１〜ｇｈ＿ｋ−１を受信した各ＯＮＵは、各Ｇａｔｅ信号に含まれるＲｅｐｏｒｔ信号と上り信号の送信時刻および継続時間に従って、まずＲｅｐｏｒｔ信号ｒｅｐ１＿ｋ〜ｒｅｐｈ＿ｋをＯＬＴへ送信する。また上り信号ｄ１＿ｋ−１〜ｄｈ＿ｋ−１を送信する。

周期Ｔ＿ｄｗａ＿ｌかつ周期Ｔ＿ｄｂａ＿ｋのＲｅｐｏｒｔ信号を受信したＯＬＴの動的波長帯域回路は、図３のＤＢＡ、ＤＷＡ計算と記載した期間に、Ｒｅｐｏｒｔ信号で要求された帯域から、各ＯＮＵに割当てる帯域と波長を計算する。波長の切替を行うかどうかの計算は、図４にて後述するフローチャートに基づいて行う。波長を切替えないと計算されたＯＮＵに対しては、図４にて後述するフローチャートにおけるＤＢＡ計算手法にしたがった帯域割当計算結果をＧａｔｅ信号に記載し、ＯＮＵに指示する。また、ＤＷＡ周期の先頭でないＤＢＡ周期においては、後述する図４におけるＤＢＡ計算のみを行い、波長切替にかかわるＤＷＡ計算は実施しない。

実施形態１では計算の結果ＯＮＵ＃ｈの波長をλ１ｄ，ｕからλ２ｄ，ｕへ変更し、ＯＳＵ＃２へ所属するよう変更する例として記載する。この場合、割当て計算を実施したＯＬＴはｇｈ＿ｋを除くＧａｔｅ信号のｇ１＿ｋ〜ｇｈ−１＿ｋにＴ＿ｄｂａ＿ｋ周期におけるＲｅｐｏｒｔ信号および上り信号の送信時刻および継続時間を記載して送信する。以降ＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃ｈ−１については、これまで記載したＤＢＡの動作に基づき上り信号を送信することができる。

図４に実施形態１における動的波長帯域割当アルゴリズムのフローチャートを示す。本フローチャートはＤＢＡ周期毎のＤＢＡ計算のタイミングで行う。ここで、フローチャート開始時のＤＢＡ周期を＃ｋとおく。

まず、各ＯＳＵにおいてＤＢＡ計算を行う（ステップＳ１）。ＤＢＡ計算の詳細については図５を例に説明するが、周期＃ｋにおいて各ＯＳＵに所属するＯＮＵに対し、次周期＃ｋ＋１における上り帯域もしくは時間スロットを割り当てる。

次に当該ＤＢＡ周期＃ｋがＤＷＡ周期＃ｌの先頭に相当するかを判断し（ステップＳ２）、ＤＷＡ周期の先頭であればＤＷＡ計算を行い（ステップＳ３）、その結果作成される波長切替ＯＮＵのリストに基づいた波長切替のためのＧａｔｅフレーム作成を行う（ステップＳ４）。ＤＷＡ周期の先頭でなければ、ＤＷＡ計算とＤＷＡによる波長切替のためのＧａｔｅフレーム作成のステップＳ３、Ｓ４を実施しない。

次にＤＢＡ計算結果に基づきＧａｔｅフレームを作成する（ステップＳ５）。このとき、波長切替を行う切替リストに記載されているＯＮＵについては、波長切替のためのＧａｔｅフレーム作成を優先し、ＤＢＡ計算結果によるＧａｔｅフレームは作成しない。または、波長切替のためのＧａｔｅフレームとＤＢＡ計算で指示する内容を記載したＧａｔｅフレームを、１つのＧａｔｅフレームに統一してもよい。最後に作成されたＧａｔｅフレームを送信する（ステップＳ６）。

実施形態１では、波長切替の時間がＤＢＡ周期よりも長いことを想定し、ＤＷＡ計算周期を複数ＤＢＡ周期分として記述している。しかし、波長切替に要する時間が１ＤＢＡ周期よりも十分短い場合においては、ＤＷＡ計算をＤＢＡ計算と同じタイミングで計算することができる。この場合、ＤＢＡ周期＃ｋがＤＷＡ周期＃ｌの先頭であるかどうかの判断は不要となるため、図４における最初の分岐判断は省略することができる。

図５は図４に示した実施形態１の動的波長帯域割当アルゴリズムの割当フローチャートにおけるＤＢＡ計算の詳細を示している。図１１には以降説明するＤＢＡ計算およびＤＷＡ計算に用いるパラメータ一覧をまとめている。

ＤＢＡ計算はＯＳＵそれぞれに実施される。ここで、ＯＳＵ番号を＃ｎとし，番号＃ｎのＯＳＵをＯＳＵ＃ｎと表すこととする。図５はＤＢＡ計算の一例を示しており、非特許文献６におけるｍ＝１かつＭ（ｊ）＝１の場合を示している。ただし、Ｍ（ｊ）は必ずしも１でなくてもよい。ＤＢＡ計算ではＯＳＵ＃ｎに所属するＯＮＵの番号リストＬ_ｎ（ｋ−１）を用いる。Ｌ_ｎ（ｋ−１）は周期＃ｋ−１における理想的に割り当てるべき量を、実際の割当量から引いた差Ｕ（ｊ，ｋ−１）の昇順に並べられている。ＤＢＡ計算ではこのＬ_ｎ（ｋ−１）の先頭にあるＯＮＵから順に周期＃ｋの上り帯域の割り当てを行なう。

ここで、Ｌ_ｎ（ｋ−１）の先頭にあるＯＮＵ番号を＃ｊ、その番号を有するＯＮＵをＯＮＵ＃ｊ、周期＃ｋでＯＮＵが割り当てを要求した量をＲ（ｊ，ｋ）、実際の割当量をＳ（ｊ，ｋ）とする（ステップＳ１１）。

図５のフローチャートの最初の判断分岐（ステップＳ１２）において、１ＤＢＡ周期に割当て可能な量からＯＮＵ＃ｊ以外の実際の割当量Ｓ（ｉ，ｋ）の合計を差し引いた量が、ＯＮＵ＃ｊの要求量Ｒ（ｊ，ｋ）より多い場合は、ＯＮＵ＃ｊの要求量をすべて割当てる（ステップＳ１３）。すなわちＳ（ｊ，ｋ）＝Ｒ（ｊ，ｋ）である。

次に、ＯＮＵ＃ｊがリストＬ_ｎ（ｋ−１）の最後の要素であれば（ステップＳ１４においてＹｅｓ）、ＤＢＡ計算を終了する。ＯＮＵ＃ｊがリストＬ_ｎ（ｋ−１）の最後の要素でなければ（ステップＳ１４においてＮｏ）、次の要素のＯＮＵ番号を新しく＃ｊに代入し（ステップＳ１５）、最初の判断分岐（ステップＳ１２）に戻る。

一方、その最初の判断分岐（ステップＳ１２）において、１ＤＢＡ周期に割当て可能な量からＯＮＵ＃ｊ以外の実際の割当量Ｓ（ｉ，ｋ）の合計を差し引いた量が、ＯＮＵ＃ｊの要求量Ｒ（ｊ，ｋ）より小さいか等しい場合は、その差し引いた量をＳ（ｊ，ｋ）に割当てて（ステップＳ１６）、ＤＢＡ計算を終了する。

このとき、ＯＳＵ＃ｎに所属するＯＮＵの割当要求量Ｒ（ｊ，ｋ）が１ＤＢＡ周期に割り当て可能となる帯域より大きい場合には、リストＬ_ｎ（ｋ−１）には割当優先順位が低いために帯域が割り当てられなかったＯＮＵが存在し、そのＯＮＵをＯＮＵ＃ｐとする。非特許文献６においては、このＯＮＵ＃ｐに対して、次ＤＢＡ周期においてＵ（ｐ，ｋ）が小さくなり、したがってＬ_ｎ（ｋ）の先頭に配置されることから次周期において要求帯域が割り当てられることになる。

このようにＤＢＡ計算は複数周期に渡って優先順位を変更しながら割当要求量Ｒ（ｊ，ｋ）を与えていくことにより、ＯＳＵの上り総帯域を超える帯域を要求された場合に公平割り当てを実現している。したがって、ＤＢＡ計算が終了した後にリストＬ_ｎ（ｋ−１）に割当優先順位が低いために帯域が割り当てられなかったＯＮＵが存在するということは、上り帯域の輻輳が発生している可能性があることがわかる。したがって、ＤＢＡ計算が終了した後にリストＬ_ｎ（ｋ−１）に残っているＯＮＵを波長切替によって空き帯域のある別のＯＳＵへ波長変更させることで、上りの輻輳を回避する負荷分散が可能になると考えられる。

ＤＢＡ計算においては上記の非特許文献６に従ったＤＢＡ計算に限る必要はない。ＤＢＡ計算において、当該周期にすべての要求帯域を割り当てできない状況であることを判断し、波長切替することでＯＳＵの上りトラフィックの負荷を分散することで輻輳回避が可能になるＯＮＵを列挙し、そのＯＮＵはＵ（ｐ，ｋ）のようにＯＬＴ全体から見て波長切替の優先順位を決める値を有していればよい。

図６は図４に示した実施形態１の動的波長帯域割当アルゴリズムの割当フローチャートにおけるＤＷＡ計算の詳細を示している。ＯＬＴは各ＯＳＵのＬ_ｎ（ｋ−１）にあるＯＮＵのうち、次ＤＢＡ周期に帯域が割り当てられなかったＯＮＵをＯＬＴ全体にわたって集め、ＯＬＴに対して１つのリストＬ_ｑ（ｋ）に集約する（ステップＳ３１）。すなわちＬ_ｑ（ｋ）は波長切替を行う可能性のあるＯＮＵの番号リストである。Ｌ_ｑ（ｋ）におけるＯＮＵ番号の並び順は、周期＃ｋ−１における理想的に割り当てるべき量を、実際の割当量から引いた差Ｕ（ｊ，ｋ−１）の昇順である。ＤＷＢＡ計算部１は、ＤＷＡ計算のステップにおいて、Ｌ_ｑ（ｋ）の先頭から順に波長切替による負荷分散を行うかを判定する。

ここで、Ｌ_ｑ（ｋ）の先頭にあるＯＮＵ番号を＃ｊとし、そのＯＮＵが所属するＯＳＵをＯＳＵ＃ｎとする。また、ＯＳＵ＃ｎにおいてＤＢＡ周期にまだ割当可能となっている残り帯域をＱ_ｎ（ｋ）、Ｑ_ｎ（ｋ）の前Ｎ_ｑＤＢＡ周期分に渡った平均値をＱ_ｎ（ｋ）＾ｂａｒ、各ＯＳＵ間でのＱ_ｎ（ｋ）＾ｂａｒの最大値をＱ_{ｎ＿ｍａｘ}（ｋ）＾ｂａｒ、Ｑ_{ｎ＿ｍａｘ}（ｋ）＾ｂａｒを有するＯＳＵ番号を＃ｎ＿ｍａｘ、前Ｎ_ｓＤＢＡ周期分に渡ったＳ（ｊ，ｋ）の平均値をＳ（ｊ，ｋ）＾ｂａｒ、前Ｎ_ｒＤＢＡ周期分に渡ったＲ（ｊ，ｋ）の平均値をＲ（ｊ，ｋ）＾ｂａｒとする。ＤＢＡ計算のステップＳ３２において、これら５つのパラメータを計算する。

次に、ＯＮＵ＃ｊについて波長の切替えによる負荷分散を行うかどうかは、次の３つの式をすべて満たした場合とする（ステップＳ３３〜Ｓ３５）。

数１は、ＯＮＵ＃ｊに割当てられた過去の帯域の平均値が、波長切替先となるＯＳＵ＃ｎ＿ｍａｘに残っているかどうかを判定するステップＳ３３に相当する。数２はＯＮＵ＃ｊが現在所属しているＯＳＵ＃ｎの残帯域がほとんど残っていないかどうかを判定するステップＳ３４に相当する。ただし、αはＤＢＡ周期の平均残帯域がほとんど残っていないことを判定する閾値を示す定数である。数３はＯＮＵ＃ｊの過去の平均要求帯域が、過去の平均割当帯域よりも大きいかを判定するステップＳ３５に相当する。

すなわち、切替先ＯＮＵ＃ｎ＿ｍａｘがＯＮＵ＃ｊの平均帯域を受け入れるほどの平均帯域を有しており、かつＯＮＵ＃ｊの所属するＯＳＵ＃ｎにはすでに帯域が残っておらず、かつＯＮＵ＃ｊの平均帯域は要求する帯域を満たしていない場合に、ＯＮＵ＃ｊをＯＳＵ＃ｎからＯＳＵ＃ｎ＿ｍａｘへ波長切替すると判断する。数１〜数３の条件を満たしたＯＮＵ＃ｊについては、波長切替リストＬ_ｓｗ（ｋ）に切替先ＯＳＵ＃ｎ＿ｍａｘの情報と共に追加される（ステップＳ３６）。

次にＱ_{ｎ＿ｍａｘ}（ｋ−１）＾ｂａｒからＳ（ｊ，ｋ−１）＾ｂａｒを差し引く（ステップＳ３７）。これは、ＯＮＵ＃ｊの波長切替を行うことにより、ＯＳＵ＃ｎ＿ｍａｘの帯域がＳ（ｊ，ｋ−１）＾ｂａｒだけ減少することが予測されるためである。このステップＳ３７にてＱ_{ｎ＿ｍａｘ}（ｋ−１）＾ｂａｒが減じられることから、次にステップＳ３８として＃ｎ＿ｍａｘを更新し、場合によっては＃ｎ＿ｍａｘもステップＳ３２のものから新たなものへと変わることになる。

以上のステップを、Ｌ_ｑ（ｋ）に渡って実施する。ステップＳ３９はＬ_ｑ（ｋ）に記載されている全てのＯＮＵについて波長切替の判断を行ったかどうかを確認するためであり、最後の要素であればＤＷＡ計算を終了する。最後の要素でなければ、Ｌ_ｑ（ｋ）の次の要素をＯＮＵ＃ｊとして更新し（ステップＳ４０）、ステップＳ３３から繰り返す。

本実施例においては、数１及びステップＳ３３の左辺を、Ｑ_{ｎ＿ｍａｘ}（ｋ）＾ｂａｒとした。これは、数１における条件を満たすことができるＯＮＵの適用範囲を最大限にするためである。しかし、必ずしも数１及びステップＳ３３の左辺が、Ｑ_{ｎ＿ｍａｘ}（ｋ）＾ｂａｒである必要はなく、Ｑ_ｎ（ｋ）＾ｂａｒであってもよい。

実施形態１によって、従来技術に比べ、以下の効果が期待できる。

まず、本発明のアルゴリズムは、ＯＳＵの上り帯域の輻輳を検知し、ＤＷＡ計算によって波長切替を判断し、波長切替によって所属するＯＳＵを移動することによる輻輳回避、負荷分散を実現する。

また、本発明の動的波長帯域割当アルゴリズムは、波長切替時間がＤＢＡ周期よりも長い光源、部品を用いた場合においても適用できる。例えばＤＷＡ計算の周期を、想定するすべての波長切替デバイスが波長切替を完了するよう十分長い時間に設定すればよい。

また本発明の動的波長帯域割当アルゴリズムは、波長切替が必要かを図６のステップＳ３３〜Ｓ３５すなわち数１〜数３によって判定する。これらは以下の３つの条件、
１）波長切替先となるＯＳＵ＃ｎ＿ｍａｘの帯域はＯＮＵ＃ｊの帯域以上の空き帯域を有している、
２）ＯＮＵ＃ｊの所属するＯＳＵ＃ｎの帯域が不足している、
３）ＯＮＵ＃ｊが割当てられた帯域より大きい帯域を要求している、
を判定することから、ＯＮＵ＃ｊが所属するＯＳＵを変更してより多くの帯域を確実に得られることが期待できる。

また、これら３つの条件のうち一つでも満たさない場合には、以下の不必要な波長切替が起きることが想定される。

まず１）の条件を満たさない場合の波長切替を生じさせると、波長切替後のＯＳＵにおいてそれまで発生していなかった輻輳を、逆に発生させる可能性がある。これまでフレーム損が発生しなかったＯＳＵに対して、新たにフレーム損を発生させるよう波長切替を行うことは、負荷分散動作としては不適切である。

次に２）の条件を満たさない場合の波長切替を生じさせると、ＯＳＵ＃ｎに十分な平均残帯域があるにもかかわらず波長切替が発生する可能性がある。ＤＢＡ周期のような瞬間的には帯域が不足していても、平均的には帯域が充足している場合があり得る。例えばすべてのＯＳＵにおいて輻輳が発生していない比較的負荷の低い状況においても波長切替を生じさせることになる。本発明においては短い波長切替時間のみならず、長い波長切替時間を想定しており、輻輳が発生していない状況で波長切替によってＯＮＵ＃ｊの通信途絶や遅延の増加を引き起こすことは負荷分散動作としては不適切である。

最後に、３）の条件を満たさない場合の波長切替を生じさせると、帯域の安定しているＯＮＵ＃ｊを波長切替の対象とする可能性がある。上りの輻輳が発生した際に、波長切替による通信途絶や遅延の増加を引き起こしてまで所属ＯＳＵを変更する場合において、より大きな帯域を要求しているのではなく、平均して要求した帯域が割り当てられているＯＮＵの波長を切替えることは、負荷分散動作としては不適切である。

また、本発明において上りトラフィックの輻輳検知は平均値を用いているため、波長切替を実施する判断が行われるまでに時間を要し、その間に輻輳が継続する可能性がある。しかし、波長切替まではＤＢＡ計算に基づいた公平制御が行われ、これまでのＴＤＭ−ＰＯＮとしての輻輳時動作と変わらないトラフィック制御を備えている。すなわち、本発明は上りトラフィックの輻輳回避において、ＤＢＡ計算による公平制御によって輻輳制御を行いつつ、確実に輻輳を解消することができる場合のみ波長切替を行うことで、輻輳回避動作による輻輳とは直接関係しない、不必要な通信途絶を避けることができる。

本発明のアルゴリズムは上記の不適切な負荷分散動作を回避することができる。

（実施形態２）
図７は本発明の実施形態２を図３と同様の書式に従って記載したものである。ＯＬＴおよびＯＮＵの構成は図１、図２と同一である。図７における動作の記載方法及び基本的な動作も実施形態１とほぼ同様である。実施形態２においても計算の結果ＯＮＵ＃ｈの波長をλ１ｄ，ｕからλ２ｄ，ｕへ変更し、ＯＳＵ＃２へ所属するよう変更する例として記載する。

実施形態２の実施形態１との差分は、リストの作成および並べ替える時間と、Ｑ_ｎ（ｋ）、Ｑ_ｎ（ｋ）＾ｂａｒ、Ｑ_{ｎ＿ｍａｘ}（ｋ）＾ｂａｒ、Ｓ（ｊ，ｋ）＾ｂａｒ、Ｒ（ｊ，ｋ）＾ｂａｒを計算する時間を、ＤＷＡ周期の先頭となるＤＢＡ周期＃ｋよりも以前から始め、計算時間をより長く確保するところにある。

したがって、図７においては、Ｌ_ｑ（ｋ）の作成および並べ替え、Ｑ_ｎ（ｋ−ｐ）、Ｑ_ｎ（ｋ−ｐ）＾ｂａｒ、Ｑ_{ｎ＿ｍａｘ}（ｋ−ｐ）＾ｂａｒ、Ｓ（ｊ，ｋ−ｐ）＾ｂａｒ、Ｒ（ｊ，ｋ−ｐ）＾ｂａｒの計算を、周期＃ｋよりもｐＤＢＡ周期前のＤＢＡ計算直後から行うこととしている。図７はｐ＝２を例に記載している。

図８は実施形態２における全体フローチャートである。実施形態１に比較してステップＳ７、Ｓ８が追加されている。ステップＳ７ではＤＢＡ計算が終わった後に、ＤＷＡ計算のｐＤＢＡ周期前であるかどうかを確認し、ｐ周期前であれば、Ｌ_ｑ（ｋ）、Ｑ_ｎ（ｋ−ｐ）、Ｑ_ｎ（ｋ−ｐ）＾ｂａｒ、Ｑ_{ｎ＿ｍａｘ}（ｋ−ｐ）＾ｂａｒ、Ｓ（ｊ，ｋ−ｐ）＾ｂａｒ、Ｒ（ｊ，ｋ−ｐ）＾ｂａｒの計算（これをＤＷＡパラメータ計算と呼ぶ）を開始する（ステップＳ８）。ｐＤＢＡ周期前でなければＤＷＡパラメータ計算は行わない。ステップＳ３及び図５におけるＤＢＡ計算は実施形態１とほぼ同様であるが、添え字ｋ−１はすべてｋ−ｐに変わる。

図９は実施形態２におけるＤＷＡ計算のフローチャートである。実施形態１と比較すると、実施形態１のＤＷＡパラメータ計算に相当するステップＳ３１、Ｓ３２がない。これは、ｐＤＢＡ周期前にすでに計算を始めていることから、実施形態２においては計算ステップが不要であるためである。実施形態１と比較すると、ステップＳ４１〜Ｓ４８は、ステップＳ３３〜Ｓ４０とほぼ同様である。

図１０は実施形態２におけるＤＷＡパラメータ計算のフローチャートである。このＤＷＡパラメータ計算は、ＤＢＡ計算と並列して行ってもよいし、ＤＢＡ計算を行わない時間にシリアルに行ってもよい。

ステップＳ８１においては未割当ＯＮＵのリストＬ_ｑ（ｋ）を作成し、Ｕ（ｊ，ｋ−３）の昇順に並べる。実施形態１にくらべて、２ＤＢＡ周期前の情報を用いてリストを作成するが、ｐＤＢＡ周期という短い期間に、ＤＷＡによる波長切替が有効となるＯＮＵはさほど変わらないと想定されるため、未割当ＯＮＵのリストＬ_ｑ（ｋ）はさほど変わらないと想定されることから、Ｕ（ｊ，ｋ−３）の情報を用いる。

次にステップＳ８２にて、Ｑ_ｎ（ｋ−ｐ）、Ｑ_ｎ（ｋ−ｐ）＾ｂａｒ、Ｑ_{ｎ＿ｍａｘ}（ｋ−ｐ）＾ｂａｒ、Ｓ（ｊ，ｋ−ｐ）＾ｂａｒ、Ｒ（ｊ，ｋ−ｐ）＾ｂａｒの計算を開始する。これらパラメータは各々Ｎ_ｑ、Ｎ_ｓ、Ｎ_ｒＤＢＡ周期の平均値であるが、ｐＤＢＡ周期の期間にさほど変わらないと想定されることから、ｐＤＢＡ周期前の情報をもちいて、波長切替の計算を行うこととしている。

以上実施形態２の説明として、図７はＤＷＡパラメータ計算の開始を２ＤＢＡ周期前すなわちｐ＝２として説明したが、ＤＷＡパラメータがほぼ変わらないとみなされる期間であり、かつＤＷＡパラメータの最大計算時間が十分取れるのであれば、ｐは特に指定はしない。すなわち、３ＤＢＡ周期前でもよいし、１０ＤＢＡ周期前でもよい。

実施形態２において、実施形態１に加えて以下の効果が期待できる。

一般に平均の計算は複数のパラメータの総和に対して要素数で除算することとなり、特に除算の計算は汎用ＣＰＵの計算時間を特に要する処理である。また、Ｌ_ｑ（ｋ）をＵ（ｊ，ｋ−３）の昇順に並べ替える、いわゆるソーティングも汎用ＣＰＵの計算時間を特に要する処理である。

図３に示す動的波長帯域割当シーケンスにおいては、ＤＢＡ計算とＤＷＡ計算の和の時間を１ＤＢＡ周期に必要な割当計算時間として確保しておく必要がある。ＤＷＡ計算のすべてをＤＷＡ計算の時間に行うとすると、ＤＷＡ計算に時間を要し、結果的にＤＢＡ周期が長くなってしまう。実施形態２におけるＤＷＡ計算において時間を要する主たる計算を複数ＤＢＡ周期以前から開始することで、ＤＷＡ計算負荷を分散し、ＤＢＡ周期のさらなる短縮化が可能になる。

本発明の動的波長帯域割当方法、動的波長帯域割当プログラム、動的波長帯域割当記録媒体、加入者収容装置及び受動光通信網システムは、波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおいて、ＯＳＵ、ＯＮＵのコスト低減のための、より長い波長切替時間を有する波長切替用部品が適用でき、上り帯域割当による輻輳の自動的回避と、複数の波長の総帯域の各ＯＮＵへの有効な割り当てと、を可能とする動的波長帯域割当方法を提供できる。

１：ＤＷＢＡ計算部
２：切替指示信号生成部
３：制御信号送信部
４：要求信号受信部
１１：データ受信部
１２：バッファメモリ
１３：フレーム送出制御部
１４：フレーム組立送信部
１５：波長可変光送受信器
１６：要求帯域計算部
１７：要求帯域信号生成部
１８：フレーム送出信号、波長制御信号受信部
１９：波長切替制御部

Claims (11)

1. 加入者収容装置及び複数の加入者装置を備える受動光通信網において、前記複数の加入者装置が前記加入者収容装置に送信する上り信号が干渉しないように、前記複数の加入者装置に上り波長及び上り帯域を動的に割り当てる動的波長帯域割当方法であって、
   各上り波長の帯域制限の範囲内で各上り波長に収容される各加入者装置に上り帯域を割り当てるとともに、各上り波長の帯域制限に基づいて上り帯域を割り当てられなかった各加入者装置を全上り波長に渡ってリストアップする帯域割当ステップと、
   前記帯域割当ステップでリストアップされた各加入者装置について、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長と異なる上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕があるという第一条件と、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕がない又は所定の閾値より小さいという第二条件と、当該加入者装置の過去の実割当上り帯域が、当該加入者装置の過去の要求上り帯域より小さいという第三条件と、をすべて満たすときに、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長から前記異なる上り波長へと、当該加入者装置への上り波長の割り当てを変更する波長割当変更ステップと、
   を順に備えることを特徴とする動的波長帯域割当方法。
2. 前記波長割当変更ステップでは、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長から、過去に余剰となった上り帯域が最も大きい上り波長へと、当該加入者装置への上り波長の割り当てを変更することを特徴とする、請求項１に記載の動的波長帯域割当方法。
3. 前記帯域割当ステップでは、リストアップされた各加入者装置について、過去の実割当上り帯域が過去の要求上り帯域より小さい加入者装置ほど、上り波長の割り当て変更の優先順位を高く設定することを特徴とする、請求項１又は２に記載の動的波長帯域割当方法。
4. 前記帯域割当ステップでは、上り帯域の割り当てに先立って、加入者装置の全上り波長に渡ったリストアップを行なうとともに、上り波長の割り当て変更の優先順位を設定するにあたり、当該リストアップに先立って上り帯域を割り当てられなかった各加入者装置を全上り波長に渡ってリストアップするとともに、リストアップされた各加入者装置の当該優先順位設定に先立つ実割当上り帯域と、リストアップされた各加入者装置の当該優先順位設定に先立つ要求上り帯域と、を用いて、上り波長の割り当て変更の優先順位を設定することを特徴とする、請求項３に記載の動的波長帯域割当方法。
5. 前記波長割当変更ステップでは、各上り波長で余剰となった上り帯域の過去の平均と、リストアップされた各加入者装置の過去の実割当上り帯域の平均と、リストアップされた各加入者装置の過去の要求上り帯域の平均と、を用いて、前記条件を満たすかどうかを判定することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の動的波長帯域割当方法。
6. 前記帯域割当ステップでは、上り帯域の割り当てに先立って、前記条件を満たすかどうかを判定する準備を行なうにあたり、各上り波長で余剰となった上り帯域の当該判定準備に先立つ平均と、リストアップされた各加入者装置の当該判定準備に先立つ実割当上り帯域の平均と、リストアップされた各加入者装置の当該判定準備に先立つ要求上り帯域の平均と、を計算することを特徴とする、請求項５に記載の動的波長帯域割当方法。
7. 前記複数の加入者装置が上り波長の切り替えに要する時間である波長切替時間は、前記複数の加入者装置に上り帯域を動的に割り当てる周期である帯域割当周期より長く、前記複数の加入者装置に上り波長を動的に割り当てる周期である波長割当周期より短いことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の動的波長帯域割当方法。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の動的波長帯域割当方法をコンピュータに実行させるための動的波長帯域割当プログラム。
9. 請求項８に記載の動的波長帯域割当プログラムを格納する動的波長帯域割当記録媒体。
10. 加入者収容装置及び複数の加入者装置を備える受動光通信網において、前記複数の加入者装置が前記加入者収容装置に送信する上り信号が干渉しないように、前記複数の加入者装置に上り波長及び上り帯域を動的に割り当てる加入者収容装置であって、
    各上り波長の帯域制限の範囲内で各上り波長に収容される各加入者装置に上り帯域を割り当てるとともに、各上り波長の帯域制限に基づいて上り帯域を割り当てられなかった各加入者装置を全上り波長に渡ってリストアップする帯域割当部と、
    前記帯域割当部でリストアップされた各加入者装置について、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長と異なる上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕があるという第一条件と、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕がない又は所定の閾値より小さいという第二条件と、当該加入者装置の過去の実割当上り帯域が、当該加入者装置の過去の要求上り帯域より小さいという第三条件と、をすべて満たすときに、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長から前記異なる上り波長へと、当該加入者装置への上り波長の割り当てを変更する波長割当変更部と、
    を備えることを特徴とする加入者収容装置。
11. 加入者収容装置及び複数の加入者装置を備え、前記複数の加入者装置が前記加入者収容装置に送信する上り信号が干渉しないように、前記複数の加入者装置に上り波長及び上り帯域を動的に割り当てる受動光通信網システムであって、
    前記加入者収容装置は、
    各上り波長の帯域制限の範囲内で各上り波長に収容される各加入者装置に上り帯域を割り当てるとともに、各上り波長の帯域制限に基づいて上り帯域を割り当てられなかった各加入者装置を全上り波長に渡ってリストアップする帯域割当部と、
    前記帯域割当部でリストアップされた各加入者装置について、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長と異なる上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕があるという第一条件と、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長の帯域が、当該加入者装置の帯域を収容する余裕がない又は所定の閾値より小さいという第二条件と、当該加入者装置の過去の実割当上り帯域が、当該加入者装置の過去の要求上り帯域より小さいという第三条件と、をすべて満たすときに、当該加入者装置が現時点で収容される上り波長から前記異なる上り波長へと、当該加入者装置への上り波長の割り当てを変更する波長割当変更部と、
    を備えることを特徴とする受動光通信網システム。

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