JP5705097B2 - 受動光網システム、局側光伝送路終端装置 - Google Patents

Description

本発明は、省電力機能を備えた受動光網システムに関する。

通信網の高速・広帯域化が進む中、それらに対応するために光ネットワークの導入が図られている。光ネットワークは、１つの局側光伝送路終端装置（Optical Line Terminal：以下ＯＬＴと称する）と１つの宅内光伝送路終端装置（Optical Network Unit：以下ＯＮＵと称する）とが、光ファイバを介してポイントツーポイント通信を行なうネットワークである。また、受動光網システム（Passive Optical Network：以下ＰＯＮと称する）は、１つのＯＬＴが光ファイバおよび光ファイバを分岐する光スプリッタを介して、複数のＯＮＵとスター型のポイントツーマルチポイントのネットワークを形成するものである。

ＰＯＮの代表的な規格として、ＩＥＥＥ８０２．３で標準化されたＥＰＯＮ（Ethernet（登録商標）ＰＯＮ）、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４で標準化されたＧＰＯＮ（Gigabit Capable ＰＯＮ）がある。ＰＯＮにおいてＯＮＵからＯＬＴに向かって送信される上りフレームと、ＯＬＴからＯＮＵに向かって送信される下りフレームとは、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：以下ＷＤＭと称する）によって多重化される。下りフレームは、ＯＬＴから光ファイバで接続された全てのＯＮＵに対して同じデータを送信する。データを受信したＯＮＵがプリアンブル部に含まれる宛先情報を参照して自分宛てのフレーム以外を破棄し、自分宛てのフレームのデータのみをユーザ側へ転送する。一方で、上りフレームは各ＯＮＵがＯＬＴから個別に指定された時間区間にデータを送出する時分割多重（Time Division Multiplexing：以下ＴＤＭと称する）により多重化される。

また、ＰＯＮの通信速度は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（Asynchronous Tranfser Mode）セルを最大約６００Ｍｂｉｔ／秒で送受信するＢＰＯＮ（Broadband ＰＯＮ）、あるいはＥｔｈｅｒｎｅｔの可変長パケットを最大約１Ｇｂｉｔ／秒で送受信するＥＰＯＮや、より高速な２．４Ｇｂｉｔ／秒程度の信号を扱うＧＰＯＮの導入が進められており、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。このようなＰＯＮの通信速度の向上に伴い、伝送路上の中継装置の消費電力も増大傾向にある。ＯＮＵは加入者宅に設置されることから、ネットワーク上に多数設置される。一方、ＯＮＵはＯＬＴや上位スイッチ群と比較して利用できる帯域を必要とする時間が短い。従って、ＯＮＵは非通信時においても無駄な電力を使用しながら放置されていることになる。

これに関連する先行技術として、特許文献１には、ＯＮＵにＴＥ（Terminal Equipment：以下ＴＥと称する）がＬＡＮ（Local Area Network）ケーブルを介して接続されていない場合に、ＯＮＵ内部の機能ブロックを低消費電力モードに設定することで消費電力を削減する方法が開示されている。また、特許文献２には、ＯＮＵからＯＬＴにスリープ要求を出し、それに対してＯＬＴが許可を出す手続きによりＯＮＵをスリープ状態に設定する方法が開示されている。

特開２００８−１１３１９３号公報 特開２００９−２６０９７０号公報

ところで、広域災害あるいは電力供給機能の故障等により停電や節電が迫られる場合に、光アクセス伝送設備を稼働させるための電力供給が不足して設備の稼働維持ができず、真に必要不可欠な最小限の通信機能さえも提供できない状況が発生している。通信ネットワークは円滑な市民生活を支えるライフラインであり、前記のような異常時において一部の機能が低下することはやむを得ないとしても、制限された電力を有効利用して緊急の通信要求を満たすことは非常に重要である。特に通信ネットワーク全体の中で光アクセス設備が消費する電力の割合は大きく、より小さい電力消費で光アクセス設備を稼働させる意義は大きい。

前記したように、通信の高速・大容量化が進む中、伝送路上の中継装置の消費電力も増大傾向にあるが、逆に伝送速度を低下させれば消費電力を低減させることが可能ではないかと想像される。しかし、既存のＰＯＮは予め設定された固定のクロック周波数で動作するように設計されており、電力供給状況に応じて伝送速度を低下させることは前記の特許文献１や特許文献２でも考慮されていない。特に、伝送速度の切り替えの際にユーザ信号が欠落して再送信に時間を要する状況は避ける必要がある。加えて、電力の供給事情や、各ＯＮＵと対になって設置されるバッテリーの容量や、ＯＮＵがサポートするサービスの内容あるいはエンドユーザの数は、ＯＮＵ毎に違うことを考慮すると、伝送クロックはＯＮＵ毎に変更できることが望まれる。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、ＯＮＵ毎に伝送速度を低下させることで消費電力を低減させつつ必要最小限の通信機能を維持することができる受動光網システムの具体的な実装手段を提供することを目的とする。更には、伝送速度の切り替えの際にもユーザデータが欠落しない受動光網システムを提供することを目的とする。

ＯＮＵ毎の伝送速度を低下させるために、ＰＯＮを構成するＯＬＴおよびＯＮＵが同期して伝送クロック速度を変更する。具体的には、ＯＬＴは伝送速度管理情報を記憶する記憶部を備え、その中に、ＯＮＵ毎の通常時の最大割当帯域に加えて、非常時に必要な最小限の帯域を記憶しておく。ＯＬＴもしくはＯＮＵが供給電力の低下を検出すると、ＯＬＴは前記伝送速度管理情報を参照して各ＯＮＵが必要とする最小限の帯域を確保可能な伝送クロック速度を算出して、下りおよび上りの伝送クロック速度の変更のタイミングと、時分割多重のための上りデータの送信タイミングとを決定して各ＯＮＵに指示し、ＯＬＴとＯＮＵとが同期して伝送クロック速度を変更する。

また、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈ−２００４標準（以下、ＩＥＥＥ８０２．３標準と略記する）の６４章に規定されたＥＰＯＮでは、ＯＬＴとＯＮＵとは、タイムスタンプと呼ばれるカウンタ値を相互に通信することで同期した動作を行っている。ＯＮＵは、ＯＬＴから自ＯＮＵに向けて送られるタイムスタンプ値と一致するように自ＯＮＵ内のタイムスタンプカウンタを設定する。したがって、ＯＮＵ内のタイムスタンプカウンタ値は、ＯＬＴ内のタイムスタンプカウンタ値よりも、ＯＬＴからＯＮＵまでの信号伝搬遅延時間だけ遅れている。ＯＬＴの送信部が下り伝送クロックを変更すると、そのクロックが変更された信号はＯＬＴからＯＮＵまでの信号伝搬遅延時間だけ遅れてＯＮＵ受信部に到達する。反対に、ＯＮＵの送信部が上り伝送クロックを変更すると、そのクロックが変更された信号はＯＮＵからＯＬＴまでの信号伝搬遅延時間だけ遅れてＯＬＴ受信部に到達する。ＯＮＵ内回路の制御容易化のためＯＮＵが下り伝送クロックと上り伝送クロックとを同時に同じ速度に変更するものとすると、ＯＬＴ受信部では、下り伝送クロックを変更してから往復の信号伝搬遅延時間だけ遅れた時刻に上り伝送クロックが変更された信号が受信されることになる。

ＯＬＴは、複数の速度の媒体アクセス制御を行うために複数の媒体アクセス部を並列動作させつつ、入力信号を処理させる媒体アクセス部を切り替えているが、その切替制御部は、上記ＯＮＵ毎の信号伝搬遅延時間を考慮したタイミングで制御を実施する。ＩＥＥＥ８０２．３標準の６４章に規定されたＥＰＯＮでは、前記のタイムスタンプを用いてＯＬＴからＯＮＵへの信号伝搬遅延時間と、ＯＮＵからＯＬＴへの信号伝搬遅延時間とを加えた往復伝搬遅延時間を測定することが規定されているため、ＯＬＴはこの手段で測定したＯＮＵ毎の往復伝搬遅延時間を用いて前記切替制御部の制御タイミングを生成することができる。

また、クロック速度変更中のユーザデータの欠落を防止するためには、伝送クロック速度の変更は対応するＯＮＵとの通信が行われていない時間帯に実施する必要がある。ＯＮＵにおける信号受信回路は連続した信号を受信することを前提としているため、クロック速度の異なる信号を受信するには、信号受信回路を構成するＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路やＣＤＲ（Clock Data Recovery）回路等を切り替えたり制御時定数を変更したりして、クロック速度の変更に対応する必要がある。さらに、信号を処理する論理ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）内のクロックを供給するＰＬＬ（Phase Locked Loop）の定数も変更が必要となる場合がある。ただし、これらの回路は初期状態から信号受信状態（引き込み状態）まで安定化するために、短くとも数クロック、長ければ数万クロック程の引き込み時間を必要とする。そこで、ＯＬＴは、同じクロック速度の信号が揃うように各ＯＮＵ行きの伝送信号の順番を入れ替える。こうすることで、ＯＮＵ受信部にてクロック速度が変更された信号が入力される頻度を小さくし、前記引き込み時間が全伝送時間に占める無効時間の割合を抑えることが可能となる。さらに、伝送クロック速度が切り替わる境界に無信号区間やアイドル信号、または「０」と「１」との交番信号などの非ユーザ信号を送信し、その区間にクロックを切り替えることでユーザデータの欠落を防止する。

本発明によれば、広域災害あるいは電力供給機能の故障等により停電や節電が迫られる場合などに、制限された電力を有効利用して必要最小限の通信機能を維持することができる受動光網システムを提供することが可能となる。

本発明による受動光網システム（ＰＯＮ）のネットワーク構成例を示す図である。 局側光伝送路終端装置（ＯＬＴ）の構成例を示すブロック図である。 宅内光伝送路終端装置（ＯＮＵ）の構成例を示すブロック図である。 ＯＬＴの処理アルゴリズムを示すフローチャートである。 ＯＮＵの処理アルゴリズムを示すフローチャートである。 伝送速度管理テーブルの構成およびデータ例である。 タイムスタンプ管理テーブルの構成およびデータ例である。 ＯＬＴとＯＮＵ間の信号伝搬遅延についての説明図である。 ＯＬＴがＯＮＵに伝送クロック速度の変更を指示するメッセージの構成例である。 ＯＬＴとＯＮＵとが協調して伝送クロック速度を変更するシーケンス図である。 ＯＬＴからＯＮＵに送信される下り伝送信号の構成例である。 ＯＮＵからＯＬＴに送信される上り伝送信号の構成例である。 下り伝送クロック速度の変更動作例を示すシーケンス図である。 上り伝送クロック速度の変更動作例を示すシーケンス図である。 ＯＮＵの光・電気変換部内の下り信号受信回路の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は、ＩＥＥＥ８０２．３標準に規定されたＥＰＯＮに基づいて開示するが、他の速度のＰＯＮやＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４シリーズに規定されるＧＰＯＮやＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８７シリーズに規定されるＸＧＰＯＮ（Ｘはローマ数字の１０の意、つまり１０ＧＰＯＮ）にも容易に適用できる。

図１は、本発明による受動光網システム（ＰＯＮ）のネットワーク構成例を示す図である。図１に示す受動光網システム（ＰＯＮ）１００において、符号１は上位網、符号２はＯＬＴ、符号３は光スプリッタ、符号４（４Ａ，４Ｂ）はＯＮＵ、符号５（５Ａ，５Ｂ）はＯＮＵ４（４Ａ，４Ｂ）に接続される端末装置である。ＯＮＵ４および端末装置５はそれぞれ２台のみ図示しているが、光スプリッタ３を経由して同様に複数台のＯＮＵ４がＯＬＴ２と接続されているものとする。符号６はＥＭＳ（Element Management System）で、符号８の送電網管理システムに接続されている。符号７は送電網である。符号９はＯＬＴ２に接続されるバッテリー、符号１０（１０Ａ，１０Ｂ）はＯＮＵ４（４Ａ，４Ｂ）に接続されるバッテリーである。

図１において、ＯＬＴ２とＯＮＵ４（４Ａ，４Ｂ）とは、上り方向と下り方向との信号がＷＤＭにより多重化された光信号を用いて通信する。そのため上り方向の通信と下り方向の通信とが衝突することはない。一方で、複数のＯＮＵ４は同じ信号波長で送信を行うため、各ＯＮＵから送出される光信号が同じ時間に重ならないように、ＯＬＴ２がＴＤＭによって各ＯＮＵ４が光信号を送出する時間区間をコントロールしているものとする。

バッテリー９およびバッテリー１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、送電網７からの供給電力が途絶えた時のバックアップ電源であり、かつ送電網７からの供給電力の状況を監視して電力供給の減少の有無とバッテリー残量とをそれぞれＯＬＴ２およびＯＮＵ４（４Ａ，４Ｂ）に通知する機能を有している。また、ＥＭＳ６は、ＯＬＴ２およびＯＮＵ４（４Ａ，４Ｂ）を遠隔管理するとともに、送電網管理システム８から停電や節電要求の有無や計画停電の予定時刻などの情報を収集し、ＯＬＴ２に通知する機能を有している。

図２は、ＯＬＴ２の構成例を示すブロック図である。符号２１は上位網１の中継装置と電気信号により通信を行う信号送受信部、符号２５はＯＮＵ４と光信号により通信を行う光・電気変換部、符号２４はＯＮＵ４が運用中およびスリープ期間中にデータ通信を制御するための媒体アクセス制御部、符号２０はＯＬＴ２の伝送クロック変更制御を管理する制御部、符号２０１は伝送速度通知部、符号２０２は伝送速度制御部、符号２０３は制御部２０の記憶部に備えられ伝送速度管理情報を記憶する伝送速度管理テーブル、符号２０４は帯域制御部、符号２０５はタイムスタンプ管理テーブル、符号２０６は電力監視部、符号２６は電源回路である。符号２３（２３−１〜２３−ｎ）はＯＮＵバッファ、符号２２は振分部、符号２４６は切替部、符号２４５は振分部である。

光スプリッタ３を介して上りフレームが光・電気変換部２５で受信されると、媒体アクセス制御部２４は、上りフレームのＭＡＣ（Media Access Control）アドレスと、プリアンブル部に付与されている送信元ＯＮＵ情報とを経路情報として関連付けて蓄積し、上りフレームを信号送受信部２１から上位網１へ送信する。媒体アクセス制御部２４は、１０Ｇｂｉｔ／秒の処理を行う１０Ｇアクセス部２４１、１Ｇｂｉｔ／秒の処理を行う１Ｇアクセス部２４２、１００Ｍｂｉｔ／秒の処理を行う１００Ｍアクセス部２４３、１０Ｍｂｉｔ／秒の処理を行う１０Ｍアクセス部２４４の４つから構成される。どの速度のアクセス部を用いるかは伝送速度制御部２０２の指示の下で切替部２４６により切り替えられ、同処理の後、振分部２４５、ＯＮＵバッファ２３、振分部２２を経由して、上りフレームを信号送受信部２１から上位網１へ送信する。

上位網１からの下りフレームが信号送受信部２１で受信されると、振分部２２は当該下りフレームのＭＡＣアドレスに対応するＯＮＵバッファ２３へデータを送る。振分部２４５は、伝送速度制御部２０２から指示される伝送速度のアクセス部を選択し、媒体アクセス制御部２４は、当該下りフレームのＭＡＣアドレスを参照して、予め保持された経路情報から宛先ＯＮＵ識別情報を下りフレームのプリアンブル部に付与して光・電気変換部２５から送信する。

後に詳述するように、伝送速度通知部２０１は、各ＯＮＵ４（４Ａ，４Ｂ）と同期して伝送クロック変更制御をするためのメッセージを生成および受信する機能を有し、伝送速度制御部２０２は、伝送速度管理テーブル２０３の内容に基づいて媒体アクセス制御部２４の伝送クロック速度を変更する機能を有し、帯域制御部２０４はタイムスタンプ管理テーブル２０５の内容に基づいて伝送クロック速度を変更するタイミングの制御を司る。電力監視部２０６は、電源回路２６を介してバッテリー９からの電源供給情報を収集し、伝送速度制御部２０２での伝送クロック速度変更処理のトリガを発生させる。

図３は、ＯＮＵ４の構成例を示すブロック図である。符号４３は端末装置５と電気信号により通信を行う電気側送受信部、符号４１はＯＬＴ２と光信号により通信を行う電気・光変換部、符号４２はＯＮＵ４が運用中およびスリープ期間中にデータ通信を制御するための媒体アクセス制御部、符号４０はＯＮＵ４内で伝送クロック変更制御を管理する制御部であり、符号４０１は伝送速度通知受信部、符号４０２は伝送速度制御部、符号４０３はタイムスタンプ管理テーブル、符号４０４は電力監視部、符号４４は電源回路である。

ＯＬＴ２と同様に、伝送速度通知受信部４０１は、ＯＬＴ２から伝送クロック変更制御を指示するメッセージを受信する機能を有し、伝送速度制御部４０２は、タイムスタンプ管理テーブル４０３の内容に基づいて媒体アクセス制御部４２の伝送クロック速度をＯＬＴ２から指示されたタイミングで変更する機能を有する。電力監視部４０４は電源回路４４を介してバッテリー１０からの電源供給情報を収集し、媒体アクセス制御部４２を介して状況をＯＬＴ２へ通知する。

図４は、ＯＬＴ２の処理アルゴリズムを示すフローチャートである。図４に示すように、ＯＬＴ２が起動されると、まず、ＩＥＥＥ８０２．３標準の６４章に規定されるように、各ＯＮＵ４へディスカバリー指示を送信し（ステップＳ４０１）、ＯＮＵ毎の往復遅延時間を測定して（ステップＳ４０２）、測定したＯＮＵ毎の往復遅延時間をタイムスタンプ管理テーブル２０５に格納する（ステップＳ４０３）。その後、通信データの送受信が開始され双方向のユーザデータ通信が行われる（ステップＳ４０４）。

停電が発生して、ＯＬＴ２がＯＮＵ４から電源断通知を受信すると（ステップＳ４０５）、伝送速度制御部２０２は、伝送速度管理情報を記憶する伝送速度管理テーブル２０３からＯＮＵ毎の停電時および節電時帯域上限を読み出し（ステップＳ４０６）、ＯＮＵ毎の必要帯域の総和＜伝送可能総帯域となるクロック速度を算出する（ステップＳ４０７）。図６は、伝送速度管理テーブル２０３の構成およびデータ例である。図６に係わる詳細動作については後記する。

続いて、帯域制御部２０４は、複数のＯＮＵ４へ指示する伝送クロック変更タイミングを計算してタイムスタンプ管理テーブル２０５に格納する（ステップＳ４０８）。図７は、タイムスタンプ管理テーブル２０５の構成およびデータ例である。この例では値を１０進数で表示している。

タイムスタンプ管理テーブル２０５は、ＯＮＵ−ＩＤ（Identification）またはＬＬＩＤ（Logical Link Identification）毎に、測定された往復遅延時間を格納する列と、ＯＬＴ２での受信点におけるＯＮＵ−ＩＤまたはＬＬＩＤ毎の帯域割当区間を背景技術の項目で説明したタイムスタンプの値で示す列と、ＩＥＥＥ８０２．３標準の６４章に規定されるＧＡＴＥメッセージを用いて各ＯＮＵに与える上り信号送信許可（グラント指示）を与える区間を前記のタイムスタンプの値で示す列と、下り伝送クロック速度の切替区間を前記のタイムスタンプの値で示す列と、上り伝送クロック速度の切替区間を前記のタイムスタンプの値で示す列とから構成される。

前記の帯域割当区間と各ＯＮＵ４に指示する上り信号の送信許可区間との関係を図８を用いて説明する。この例では、ＯＬＴ２とＯＮＵ４との間の片道伝搬遅延時間はタイムスタンプ値にて「５０」、往復遅延時間はタイムスタンプ値にて「１００」と仮定する。ＯＬＴ２は、起動時や新たにＯＮＵ４が起動されたときにディスカバリー指示８０１をＯＮＵ４に向けて同報し、これを受信したＯＮＵ４は、直ちにレジスタ要求８０２を返信する。このメッセージの交換において、全てのメッセージはタイムスタンプ値を内蔵している。ディスカバリー指示８０１は、ＯＬＴ２のタイムスタンプ値が「０」の時刻に送信され、メッセージ内に格納されたタイムスタンプ値も「０」である。この例では、タイムスタンプ値にて「５０」の時間後に、ディスカバリー指示８０１はＯＮＵ４に受信されるが、ＯＮＵ４は受信したディスカバリー指示８０１に格納されているタイムスタンプ値「０」を自分のタイムスタンプ値として内部のカウンタに格納する。そして直ちに自分のタイムスタンプ値「０」を格納したレジスタ要求８０２を返信する。レジスタ要求８０２は、さらにタイムスタンプ値にて「５０」の時間後に、ＯＬＴ２に受信されるが、その時のＯＬＴ２のタイムスタンプ値は「１００」となっている。

したがって、ＯＬＴ２は、自分が信号を受信したいタイムスタンプ時刻よりもＯＮＵ４との往復遅延時間「１００」だけ小さいタイムスタンプ時刻に、ＯＮＵ４が信号送信を始めるように、送信許可信号であるグラント指示をＯＮＵ４に与えなければならない。例えば、ＯＬＴ２がタイムスタンプ値「０５１０（１０進）」に信号８０４を受信するためには、ＯＬＴ２は、ＯＮＵ４がタイムスタンプ値「０４１０（１０進）」に信号を送信するように、ＯＮＵ４宛ての信号８０３にて指示しなければならない。

前記の説明を踏まえて図７の説明を続ける。図７は、帯域制御部２０４が、上り伝送クロック速度の変更完了時刻をＯＬＴ２におけるタイムスタンプ値「０５１０（１０進）」の時刻と決め、変更許容時間幅を「００２０（１０進）」としたときのデータ例である。「００２０（１０進）」の時間幅は３２０ナノ秒に相当し、現在の技術の受信器でも対応可能な許容幅となる。つまり、この例では、ＯＬＴ２におけるタイムスタンプ値「０４９０（１０進）」から「０５１０（１０進）」までの間に、ＯＮＵ４の上り伝送クロック速度の変更を完了させることになる。以後の説明ではタイムスタンプ値の後の（１０進）の表記は省略する。

ＯＬＴ２とＯＮＵ４との間には伝搬遅延があるため、ＯＬＴ２がタイムスタンプ値「０４９０」の時刻に信号を受信するためには、ＯＮＵ４は往復遅延時間だけ早いタイムスタンプ値の時刻に信号送信を始めなければならない。ＯＮＵ＃１（ＯＮＵ−ＩＤ＝０００１）の場合は、ＯＮＵ＃１におけるタイムスタンプ値「０３９０」の時刻から「０４１０」の時刻までの間に伝送クロック速度を変更し、続いてデータ送信を開始すれば良いことになる。続いて帯域制御部２０４は、下り伝送クロックの変更タイミングを各ＯＮＵ４の上り伝送クロックの変更タイミングと同じ値に設定し、後にこの値を各ＯＮＵ４へ通知する。ＯＬＴ２で下り伝送クロックの変更が行われる時刻は、図７の下り切替区間の最も早い開始時刻であるタイムスタンプ値「０３９０」の時刻である。なお、本例では、各ＯＮＵ４の伝送クロックは、下り、上りとも同じ速度に設定されるものとする。

続いて、ＯＬＴ２の伝送速度通知部２０１は、ＯＮＵ４へクロック変更通知を送信する（ステップＳ４０９）。図９は、クロック変更通知メッセージの構成例である。図９において、符号９０１はプリアンブル、符号９０２は送信フラグ、符号９０３はＬＬＩＤ、符号９０４は送信先ＭＡＣアドレス、符号９０５は送信元ＭＡＣアドレス、符号９０６はタイプ、符号９０７はメッセージＩＤ、符号９０８は対応ＬＬＩＤ、符号９０９は下り送信クロック速度、符号９１０は下り切替時間ＳＴＡＲＴ、符号９１１は下り切替時間ＬＥＮＧＴＨ、符号９１２は上り送信クロック速度、符号９１３は上り切替時間ＳＴＡＲＴ、符号９１４は上り切替時間ＬＥＮＧＴＨ、符号９１５はパディング、符号９１６はＦＣＳ（Frame Check Sequence）である。この構成は、ＩＥＥＥ８０２．３標準の６４章に規定された信号送信許可メッセージであるＧＡＴＥメッセージのフォーマットに準じており、帯域制御周期に合わせて周期的に送信しても良いし、クロック速度変更時のみに送信しても良い。また、符号９０８から符号９１２の情報は同じメッセージ内に複数混在させ、異なるＬＬＩＤつまり異なるＯＮＵ宛ての情報を通知しても良いし、同じＬＬＩＤつまり同じＯＮＵ宛ての異なるタイミングを通知しても良い。

図７のデータ例の場合には、下り送信クロック速度９０９および上り送信クロック速度９１２の値は、前記のステップＳ４０７にて決定された同じクロック速度であり、ＯＮＵ＃１向けの下り切替時間ＳＴＡＲＴ９１０の値は「０３９０」、ＯＮＵ＃１向けの下り切替時間ＬＥＮＧＴＨ９１１の値は「００２０」、ＯＮＵ＃１向けの上り切替時間ＳＴＡＲＴ９１３の値は「０３９０」、ＯＮＵ＃１向けの上り切替時間ＬＥＮＧＴＨ９１４の値は「００２０」にそれぞれ設定されてＬＬＩＤ＝０００１宛て（ＯＮＵ＃１宛て）に送信される。

続いて、ＯＬＴ２はＯＮＵ＃１に指示したタイムスタンプ値「０３９０」の時刻Ｔ１に送信クロックを切り替える（ステップＳ４１０）。また、タイムスタンプ値「０４９０」の時刻Ｔ３から時間幅「００２０」以内に受信クロックを切り替え（ステップＳ４１１）、上りデータの受信を再開する。

図５は、ＯＮＵ４の処理アルゴリズムを示すフローチャートである。ＯＮＵ４の媒体アクセス制御部４２は、ＩＥＥＥ８０２．３標準の６４章に規定されるように、ＯＬＴ２からディスカバリー指示を受信すると（ステップＳ５０１）、ＯＮＵ毎の往復遅延時間の測定に用いられるレジスタ要求を送信し（ステップＳ５０２）、ＧＡＴＥメッセージによりデータ送信許可タイミングを受信し（ステップＳ５０３）、受信した送信許可タイミングに基づいて通信データの送信を開始する（ステップＳ５０４）。

停電が発生して、ＯＮＵ４が電源断を検知すると（ステップＳ５０５）、ＯＬＴ２に電源断を通知する（ステップＳ５０６）。この通知のためのメッセージには、ＩＥＥＥ８０２．３標準の５７章に規定されるＤｙｉｎｇ Ｇａｓｐメッセージが適用可能である。続いて、伝送速度通知受信部４０１は、ＯＬＴ２から前記のクロック変更通知メッセージを受信し（ステップＳ５０７）、クロック変更通知メッセージで指示された下り切替時間ＳＴＡＲＴの時刻Ｔ２（図７のＯＮＵ＃１の例では「０３９０」）から時間幅「００２０」以内に受信クロックを切り替え（ステップＳ５０８）、同時にクロック変更通知メッセージで指示された上り切替時間ＳＴＡＲＴの時刻Ｔ２（図７のＯＮＵ＃１の例では「０３９０」）から時間幅「００２０」以内に送信クロックを切り替える（ステップＳ５０９）。

図１０は、ＯＬＴ２とＯＮＵ４とが協調して伝送クロック速度を変更するシーケンス図である。符号１００１はディスカバリー指示、符号１００２はレジスタ要求、符号１００３はレジスタ、符号１００４はレジスタＡＣＫ、符号１００５はユーザーデータ通信である。これらはＩＥＥＥ８０２．３標準の６４章に規定されるＯＮＵ登録および通信開始のシーケンスであり、この過程でＯＬＴ２とＯＮＵ４間の往復遅延時間も測定される。

符号１００６および符号１００７は電源断通知であり、停電が発生したときに実行される処理のトリガとなる。符号１００８はクロック変更通知であり、前記図９で説明したメッセージを使用する。符号１００９はクロック変更された下りデータ、符号１０１０はクロック変更された上りデータである。これらの処理が行われる時刻は前記にて説明した通りである。

図１１は、ＯＬＴ２から図６および図７のデータ例に対応した５台構成のＯＮＵ４（ＯＮＵ＃１〜＃５）に送信される下り伝送信号の構成例である。また、図１３は、そのときの下り伝送クロック速度の変更動作例を示すシーケンス図である。図１１および図１３において、区間（ａ）は通常の電力供給に制約のない状況であり、ＯＮＵ＃１行きの信号１１１１からＯＮＵ＃５行きの信号１１１５およびアイドル信号１１０１や共通信号１１０２は、全て１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送されている。ここでアイドル信号１１０１は、１０Ｇｂｉｔ／秒の伝送能力よりも送信情報量が下回るために余った部分に挿入されるアイドル部分の信号である。また、共通信号１１０２は全ＯＮＵ４に同報される制御情報やマルチキャスト信号を含んでいる。

区間（ｂ）は、一部のＯＮＵ４が電力供給の制約を検出した状況である。具体的には、ＯＮＵ＃１（ＬＬＩＤ＝０００１）およびＯＮＵ＃３（ＬＬＩＤ＝０００３）の電力監視部４０４がバッテリー１０からの電力供給断情報を検出し、かつ、バッテリー１０の残容量も限られているために、ＯＬＴ２の伝送速度制御部２０２が、下り伝送クロック速度を１０Ｍｂｉｔ／秒とし、図６に示した停電時の帯域を確保するように動作を指示している。また、ＯＮＵ＃５（ＬＬＩＤ＝０００５）も電力供給断情報を検出しているが、バッテリー１０の残容量がまだ大きいため、ＯＬＴ２の伝送速度制御部２０２は、下り伝送クロック速度を１００Ｍｂｉｔ／秒とし、図６に示す節電時の帯域を確保するように動作を指示している。ＯＮＵ＃２（ＬＬＩＤ＝０００２）およびＯＮＵ＃４（ＬＬＩＤ＝０００４）は電力供給断情報を検出していないが、ＯＬＴ２の伝送速度制御部２０２は、下り伝送クロック速度を１Ｇｂｉｔ／秒とし、その範囲で帯域を確保するように動作を指示している。

下り伝送クロック速度を決定するにあたっては、原則として、停電時の動作には１０Ｍｂｉｔ／秒、節電時の動作には１００Ｍｂｉｔ／秒、通常動作には１Ｇｂｉｔ／秒の伝送クロック速度を割り当てるものとする。ただし、伝送クロック速度を落とすと送信できる情報量が減少するため、停電時や節電時の帯域上限を保証できる伝送クロック速度が選ばれているかの検証が必要である。本例においては、停電時および節電時の動作を行うＯＮＵ＃１，ＯＮＵ＃３，ＯＮＵ＃５の３台による１０Ｇｂｉｔ／秒換算の総使用帯域は、
０．５Ｍｂｉｔ／秒×１０００＋０．５Ｍｂｉｔ／秒×１０００
＋５Ｍｂｉｔ／秒×１００＝１．５Ｇｂｉｔ／秒
であり、
１．５Ｇｂｉｔ／秒＜１０Ｇｂｉｔ／秒
が成り立つので、これらＯＮＵ３台の停電時および節電時の帯域上限は保証できる。また、これらＯＮＵ３台が帯域上限を使い切った場合における通常動作を行うＯＮＵ＃２とＯＮＵ＃４との２台が使用できる残帯域は、
１０Ｇｂｉｔ／秒―１．５Ｇｂｉｔ／秒＝８．５Ｇｂｉｔ／秒
であり、１Ｇｂｉｔ／秒クロック動作では、８５０Ｍｂｉｔ／秒を２台のＯＮＵで分け合うことになる。通常時の帯域上限である１Ｇｂｉｔ／秒はあくまでベストエフォートサービスの最大値であり、上限の半分近くの帯域が保証できるので、伝送クロック速度の設定は妥当であると判断できる。前記不等号の式が成り立たない場合や、通常動作を行うＯＮＵへの残帯域が少なすぎる場合には、各ＯＮＵの帯域上限をさらに制限するか、逆に伝送クロック速度の低減率を緩くして伝送可能総帯域を確保するようにすれば良い。

図１１の区間（ｂ）では、ＯＮＵ＃１行きの信号１１２１およびＯＮＵ＃３行きの信号１１２３が一連にまとめられ、ダミー信号１１０４の間に１０Ｍｂｉｔ／秒の受信クロック同期が行われる。また、ＯＮＵ＃２行きの信号１１２２およびＯＮＵ＃４行きの信号１１２４が一連にまとめられ、ダミー信号１１０８の間に１Ｇｂｉｔ／秒の受信クロック同期が行われる。これらダミー信号の送信タイミングは、図９の下り切替時間ＳＴＡＲＴ９１０および下り切替時間ＬＥＮＧＴＨ９１１で指定されるタイミングと一致する。こうして同じ速度の信号をまとめることによってダミー信号の重複を防ぎ、下り伝送効率の向上を図っている。また、共通信号１１０５，１１０７および１１０９は、対応する伝送クロック速度別に付与される。全ＯＮＵへ同報される信号は、伝送クロック速度別にコピーされ、共通信号１１０５，１１０７および１１０９の各タイムスロットを用いて転送される。

区間（ｃ）は、区間（ｂ）の状況においてＯＮＵ＃２がさらに電力供給の制約を検出し、ＯＬＴ２がＯＮＵ＃２に停電時の動作を指示した状況である。ＯＮＵ＃２も伝送クロック速度１０Ｍｂｉｔ／秒が指定され、ＯＮＵ＃１行きの信号１１３１、ＯＮＵ＃２行きの信号１１３２、ＯＮＵ＃３行きの信号１１３３が一連にまとめられ、ダミー信号１１０４間に１０Ｍｂｉｔ／秒の受信クロック同期が行われる。この場合、停電時および節電時の動作を行う４台のＯＮＵ（ＯＮＵ＃１，ＯＮＵ＃２，ＯＮＵ＃３，ＯＮＵ＃５）の１０Ｇｂｉｔ／秒換算の総使用帯域は、
０．５Ｍｂｉｔ／秒×１０００＋２Ｍｂｉｔ／秒×１０００
＋０．５Ｍｂｉｔ／秒×１０００＋５Ｍｂｉｔ／秒×１００＝３．５Ｇｂｉｔ／秒
であり、
３．５Ｇｂｉｔ／秒＜１０Ｇｂｉｔ／秒
が成り立つので、やはりこれらＯＮＵ４台の停電時および節電時の帯域上限は保証できる。これらＯＮＵ４台が帯域上限を使い切った場合に通常動作のＯＮＵ＃４が使用できる残帯域は、
１０Ｇｂｉｔ／秒―３．５Ｇｂｉｔ／秒＝６．５Ｇｂｉｔ／秒
であり、１Ｇｂｉｔ／秒クロック動作では、６５０Ｍｂｉｔ／秒を使用できることになる。よって前記と同様に伝送クロック速度の設定は妥当であると判断できる。

図１２は、これら５台のＯＮＵ４（ＯＮＵ＃１〜＃５）からＯＬＴ２に送信される上り伝送信号の構成例である。また、図１４は、そのときの上り伝送クロック速度の変更動作例を示すシーケンス図である。前記した下り信号との差異は、各ＯＮＵ４から送信される信号毎に送信クロック同期用のオーバーヘッド（ＯＨ）信号が付与される点と、上り伝送信号には共通信号が存在しない点であり、他の動作は下り伝送信号の場合と同じである。図１４においてＯＮＵ４への上り送信許可信号であるＩＥＥＥ８０２．３標準の６４章に規定されているＧＡＴＥメッセージは、共通信号１１０２，１１０５，１１０７および１１０９に含まれており、区間（ａ）で送信された共通信号１１０２に含まれるＧＡＴＥメッセージに基づいて区間（ｂ）の上り伝送信号の送信が行われ、区間（ｂ）で送信された共通信号１１０５，１１０７および１１０９に含まれるＧＡＴＥメッセージに基づいて区間（ｃ）の上り伝送信号の送信が行われる。

図１５は、ＯＮＵ４の電気・光変換部４１の下り信号受信部の構成例を示すブロック図である。電気・光変換部４１は、下り信号受信部と上り信号送信部とを含んで構成されるが、図１５には下り信号受信部の詳細を示している。符号４１１はＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）、符号４１２はプリアンプ、符号４１３はＡＧＣ（Automatic Gain Controller）、符号４１４はＣＤＲ（Clock and Data Recovery）、符号４１５はバイアス制御部、符号４１６はインピーダンス制御部、符号４１７はゲイン制御部、符号４１８はクロック制御部である。

バイアス制御部４１５は、ＡＰＤ４１１に与えるバイアス電圧を調整することで、ＡＰＤ４１１が光入力を電気出力に変換する増倍率を制御する。増倍率は伝送クロック速度の値に対応した適切な値を選択する必要があり、その制御をバイアス制御部４１５が行う。インピーダンス制御部４１６は、プリアンプ４１２内のトランスインピーダンス値を制御し、プリアンプ４１２の入力電流が出力電圧に変換される比率を調整する。トランスインピーダンス値も伝送クロック速度の値に対応した適切な値を選択する必要があり、その制御をインピーダンス制御部４１６が行う。ゲイン制御部４１７はＡＧＣ４１３のゲインを調整する部分であり、ＡＧＣ４１３の入力電圧と出力電圧の比率を調整する。ＡＧＣ４１３のゲインも伝送クロック速度の値に対応した適切な値を選択する必要があり、その制御をゲイン制御部４１７が行う。クロック制御部４１８は、ＣＤＲ４１４が入力信号からサンプリングクロックを抽出しデータを識別する際のクロック周波数を、伝送クロック速度に一致させるように制御する。

前記バイアス制御部４１５、インピーダンス制御部４１６、ゲイン制御部４１７、クロック制御部４１８は、図９の下り切替時間ＳＴＡＲＴ９１０および下り切替時間ＬＥＮＧＴＨ９１１で指定される時間幅で調整されるように、媒体アクセス制御部４２から制御されている。自ＯＮＵが受信すべき伝送クロック速度とは異なる速度の信号を受信している区間に誤動作しないように、下り切替時間ＳＴＡＲＴ９１０および下り切替時間ＬＥＮＧＴＨ９１１で指定される時間帯以外においては調整動作を停止させることが望ましい。

以上にて本発明を実施するための形態の説明を終えるが、本発明の実施の態様はこれに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各種変更が可能である。

１ 上位網
２ ＯＬＴ（局側光伝送路終端装置）
３ 光スプリッタ
４，４Ａ，４Ｂ ＯＮＵ（宅内光伝送路終端装置）
５，５Ａ，５Ｂ 端末装置
６ ＥＭＳ
７ 送電網
８ 送電網管理システム
９ バッテリー
１０，１０Ａ，１０Ｂ バッテリー
２０ 制御部（時分割制御部）
２１ 信号送受信部
２２ 振分部
２３−１〜２３−ｎ ＯＮＵバッファ
２４ 媒体アクセス制御部
２５ 光・電気変換部
２６ 電源回路
４０ 制御部（伝送制御部）
４１ 電気・光変換部
４２ 媒体アクセス制御部
４３ 電気側送受信部
４４ 電源回路
１００ 受動光網システム（ＰＯＮ）
２０１ 伝送速度通知部
２０２ 伝送速度制御部
２０３ 伝送速度管理テーブル（伝送速度管理情報を記憶する記憶部）
２０４ 帯域制御部
２０５ タイムスタンプ管理テーブル
２０６ 電力監視部
４０１ 伝送速度通知受信部
４０２ 伝送速度制御部
４０３ タイムスタンプ管理テーブル
４０４ 電力監視部（検出部）
４１１ ＡＰＤ
４１２ プリアンプ
４１３ ＡＧＣ
４１４ ＣＤＲ
４１５ バイアス制御部
４１６ インピーダンス制御部
４１７ ゲイン制御部
４１８ クロック制御部

Claims (9)

1. １つの局側光伝送路終端装置（ＯＬＴ）が複数の宅内光伝送路終端装置（ＯＮＵ）に接続される受動光網システムであって、
   前記ＯＮＵは、
   自装置への供給電力の減少を検知して前記ＯＬＴに通知する検出部と、
   前記ＯＬＴからの指示に従って前記ＯＬＴとの間の伝送速度の変更を行う伝送制御部と、
   を備え、
   前記ＯＬＴは、
   通常時、停電時および節電時の前記各ＯＮＵの通信帯域上限を規定する伝送速度管理情報を記憶する記憶部と、
   前記各ＯＮＵが時分割多重にて自装置宛てのデータを送信する上り送信タイミングおよび上り伝送速度を指示する時分割制御部と、を備え、
   前記時分割制御部は、
   前記ＯＮＵから前記供給電力の減少の検知を通知されたときに、前記伝送速度管理情報を参照して、前記各ＯＮＵが通常時、停電時および節電時に必要とする通信帯域を確保可能な伝送クロック速度と、前記各ＯＮＵからの前記データの送信順序とを決定して、変更後の前記上り送信タイミングおよび上り送信クロック速度を指示する通知メッセージを前記各ＯＮＵに送信する
   ことを特徴とする受動光網システム。
2. 請求項１に記載の受動光網システムにおいて、
   前記ＯＬＴは、
   前記各ＯＮＵと自装置間の往復伝搬遅延時間の測定値と、前記各ＯＮＵに指示する前記上り送信タイミングを規定するタイムスタンプ値とを記憶するタイムスタンプ管理テーブルを備え、
   前記時分割制御部は、
   前記各ＯＮＵに割り当てた前記送信タイミングを規定する前記タイムスタンプ値から当該ＯＮＵの前記往復伝搬遅延時間を減じたタイムスタンプ値を、当該ＯＮＵに前記送信タイミングとして指示する
   ことを特徴とする受動光網システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の受動光網システムにおいて、
   前記通知メッセージは、
   通知先の前記ＯＮＵの指定と、
   前記ＯＬＴから当該ＯＮＵ行きのデータの変更後の伝送クロック速度である下り送信クロック速度、および
   当該下り送信クロック速度への変更時刻の許容範囲の指定と、
   前記変更後の上り送信クロック速度、および
   当該上り送信クロック速度への変更時刻の許容範囲の指定と、を含む
   ことを特徴とする受動光網システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の受動光網システムにおいて、
   前記時分割制御部は、
   同じ伝送クロック速度で送信される複数の前記ＯＮＵ宛てのデータが連続して送信されるように、前記各ＯＮＵ宛ての前記データの送信順序を決定する
   ことを特徴とする受動光網システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の受動光網システムにおいて、
   前記時分割制御部は、
   異なる伝送クロック速度で送信される２つの送信データの間に、クロック同期用のダミー信号を送信する
   ことを特徴とする受動光網システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の受動光網システムにおいて、
   前記伝送制御部は、
   前記ＯＬＴ宛ての送信データの直前にクロック同期用のオーバーヘッド信号を送信することを特徴とする受動光網システム。
7. 受動光網システムにおいて、複数の宅内光伝送路終端装置（ＯＮＵ）に接続される局側光伝送路終端装置であって、
   通常時、停電時および節電時の前記各ＯＮＵの通信帯域上限を規定する伝送速度管理情報を記憶する記憶部と、
   前記各ＯＮＵが時分割多重にて自装置宛てのデータを送信する上り送信タイミングおよび上り伝送速度を指示する時分割制御部と、を備え、
   前記時分割制御部は、
   前記ＯＮＵから供給電力の減少の検知を通知されたときに、前記伝送速度管理情報を参照して、前記各ＯＮＵが通常時、停電時および節電時に必要とする通信帯域を確保可能な伝送クロック速度と、前記各ＯＮＵからの前記データの送信順序とを決定して、変更後の前記上り送信タイミングおよび上り送信クロック速度を指示する通知メッセージを前記各ＯＮＵに送信する
   ことを特徴とする局側光伝送路終端装置。
8. 請求項７に記載の局側光伝送路終端装置において、
   前記各ＯＮＵと自装置間の往復伝搬遅延時間の測定値と、前記各ＯＮＵに指示する前記上り送信タイミングを規定するタイムスタンプ値とを記憶するタイムスタンプ管理テーブルを備え、
   前記時分割制御部は、
   前記各ＯＮＵに割り当てた前記送信タイミングを規定する前記タイムスタンプ値から当該ＯＮＵの前記往復伝搬遅延時間を減じたタイムスタンプ値を、当該ＯＮＵに前記送信タイミングとして指示する
   ことを特徴とする局側光伝送路終端装置。
9. 請求項７または請求項８に記載の局側光伝送路終端装置において、
   前記時分割制御部は、
   同じ伝送クロック速度で送信される複数の前記ＯＮＵ宛てのデータが連続して送信されるように、前記各ＯＮＵ宛ての前記データの送信順序を決定する
   ことを特徴とする局側光伝送路終端装置。

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