JP5876427B2 - 光ネットワークシステム、局側終端装置、及び加入者側終端装置 - Google Patents

Description

本発明は、受動光ネットワークにおける送信技術に関する。

近年、ブロードバンドサービスの普及とともにＦＴＴＨの導入が進められている。ＦＴＴＨの主な形態としてＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式が挙げられる。ＰＯＮ方式は図１のように１つの局側終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）１０と、１つ以上の加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）２０と、ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０を接続する光スプリッタ３０から構成されており、ＯＬＴ１０および、ＯＬＴ１０から光スプリッタ３０までの光ファイバ伝送路４０を複数のＯＮＵ２０で共用できるため経済的な構成となっている。ＰＯＮに用いる通信方式として特徴的なものとして動的帯域割当（ＤＢＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムが挙げられる。

図２は、ＤＢＡの動作を説明する図である。まず、ＤＢＡは、ＯＮＵに対してＯＮＵに備えられたキュー内のデータ量をＲＥＰＯＲＴメッセージにより報告させる。そして、ＯＮＵから受信したＲＥＰＯＲＴメッセージをもとにＯＮＵ内のキューのデータ量を監視し、アルゴリズムにより各ＯＮＵへ送信順番および送信可能なデータ量の割当を行う。最後に、上り帯域の割当結果をＧＡＴＥメッセージによりＯＮＵに通知する。

図１に示すように、ＰＯＮは、光ファイバ伝送路４０および１対ｎの光スプリッタ３０（ｎは自然数）を介して、１つのＯＬＴ１０内に収容されるＯＳＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｕｎｉ）５０と複数のＯＮＵ２０とのポイントツーマルチポイントの通信を行うネットワークである。ギガビットクラスのＰＯＮの代表的な規格として、ＩＥＥＥ ８０２．３にて標準化されたＥＰＯＮ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ＰＯＮ）がある。また、ＩＥＥＥ ８０２．３ａｖ検討グループにおいて、１０ギガビットクラスの１０ＧーＥＰＯＮの標準化が行われた。

図３は、ＥＰＯＮにおけるＯＮＵ２０の機能ブロック図である。上り主信号は、ＵＮＩ（Ｕｓｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２１、キュー管理手段２２、ＰＯＮ信号処理手段２３、及びＰＯＮ−ＩＦポート２４を介してＯＳＵへと流れる。一方、ＯＳＵからの下り主信号は、ＰＯＮ−ＩＦポート２４、ＰＯＮ信号処理手段２３、キュー管理手段２２を介してＵＮＩ２１へと流れる。ＯＮＵ２０は、上り方向に対して複数のキューを備え、各キュー内のデータ量を監視するキュー監視手段２５を有している。また、ＯＮＵ２０は、ＰＯＮ信号処理手段２３に、ＯＬＴ１０に対してキュー内のデータ量を報告するＭＰＣＰ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）部２６と、ＯＬＴ１０と保守監視用の制御フレームをやり取りするＯＡＭ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）部２７を有している。

図４は、ＥＰＯＮにおけるＯＳＵ５０の機能ブロック図である。下り主信号は、ＳＮＩ（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｎｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート５１、キュー管理手段５２、ＰＯＮ信号処理手段５３、ＵＮＩポート５４を介してＯＮＵ２０へと流れる。一方、上り主信号は、ＰＯＮ−ＩＦポート５４、ＰＯＮ信号処理手段５３、キュー管理手段５２を介してＳＮＩポート５１へと流れる。ＰＯＮ信号処理手段５３は、ＯＮＵ２０に対してＯＮＵ２０内のキューのデータ量をＲＥＰＯＲＴメッセージにより報告させ、上り帯域の割当結果をＧＡＴＥメッセージによりＯＮＵに通知するＭＰＣＰ部５５と、ＯＮＵ２０から受信した報告メッセージをもとにＯＮＵ２０内のキューのデータ量を監視し、ＤＢＡアルゴリズムにより各ＯＮＵ２０へ送信順番および送信可能なデータ量の割当を行う帯域割当部５６と、ＯＮＵ２０と保守監視用の制御フレームをやり取りするＯＡＭ部５７が具備されている（例えば、非特許文献１を参照。）。

図５は、ＤＢＡアルゴリズムを説明する図である。ＯＮＵがＯＬＴに対し上り主信号を送信する場合、ＲＥＰＯＲＴ／ＧＡＴＥのやり取りによるＯＬＴからの指示により、ＯＮＵは指定された割り当て時間（タイムスロット）に指定された量のデータを送信する。ＯＮＵに割当られるタイムスロットは各ＯＮＵから送信されるＲＥＰＯＲＴ内の送信要求データをＯＬＴが考慮し、タイムスロットの割当を行う。この一連の流れが帯域割当周期を繰り返すことでそれぞれのＯＮＵは保持する上りデータをＯＬＴへ送信する（例えば、非特許文献１を参照。）。

また、各ＯＮＵの送信する割り当て時間（タイムスロット）を帯域割当周期内で固定し、決まった時間に決められた容量まで上りデータを送信する固定帯域割当（ＦＢＡ：Ｆｉｘｅｄ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムも存在する（例えば、非特許文献１を参照。）。図６は、ＦＢＡアルゴリズムを説明する図である。このアルコリズムではＯＬＴ配下に存在する各ＯＮＵの上り進行の送信する順番は固定されているため、ＧＡＴＥ／ＲＥＰＯＲＴのやり取りは不要になる。

ＢＡＮＤＷＩＤＴＨ ＡＬＬＯＣＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩＳＥＲＶＩＣＥ ＡＣＣＥＳＳ ＯＮ ＥＰＯＮＳ（Ｙｕａｎｑｉｕ Ｌｕｏ ａｎｄ Ｎｉｒｗａｎ Ａｎｓａｒｉ， Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩＥＥＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００５

近年、研究が進められているスマートグリッドやスマートコミュニティなどではエネルギー制御を一般の通信回線を通じて行う試みがなされている。高度なエネルギーの制御では、送配電区間における電力に供給状況をリアルタイムで監視し、供給電力が不安定化した場合、直ちに該当する送配電系を極めて短い時間（数十ミリ秒レベル）で系統に隔離し、電力の不安定化が拡大することを防ぐ必要がある。これは不安定要素の検出、通知、隔離系の算出、迂回経路算出、関係する電力ノードへの通知等、一連の動作を行う必要があるため、通信時間に割当られる許容時間は極めて短くなる。次に、変電所内や変電所間で自動化を行う場合、複数の装置を同時に制御する必要があるため、時刻同期技術が重要になる。これは通信機器に要求される性能として、同期の信号の到着時間のゆらぎ（ジッタ）の少ないものが望まれることを意味している。このように、今後、光ネットワークシステムには極めて低遅延が求められる信号が存在するようになる。

しかしながら、ＤＢＡアルゴリズムを用いた上り通信ではＯＬＴ−ＯＮＵ間で必ずＧＡＴＥ／ＲＥＰＯＲＴのやり取りを行う必要がある。このため、ＯＮＵが上り信号を送信するタイミングは、ＵＮＩへ上り信号が入り、ＲＥＰＯＲＴ（送信要求）を行い、ＯＬＴからの（ＧＡＴＥ）送信許可を受信してからでないと該当信号をＯＬＴへ送信することができない。この動作により、最小でも１周期以上の帯域割当周期分の遅延が生じる。

さらに、ユーザ間の公平制御などを行う場合、各ユーザの公平性を維持するため各ＯＮＵに割り当てられるタイムスロットは決まったタイムスロットに割り当てがあるとは限らず、送信周期内の後半にタイムスロットが割り当てられることもある。このような場合にも、上り信号の遅延が大きくなる。

このように、ＤＢＡアルゴリズムを用いた場合、ＧＡＴＥ／ＲＥＰＯＲＴによる遅延で遅延許容時間が１帯域割当周期以下での通信サービスを提供できないという課題がある。

一方、ＦＢＡアルコリズムは、ＧＡＴＥ／ＲＥＰＯＲＴのやり取りは不要のため、ＤＢＡアルゴリズムと異なり、１周期分の帯域割当周期を待つこと無く、上り信号をＯＬＴへ送信することができる。

しかし、１タイムスロットの大きさが固定されているため、これを超える長さ（大きさ）のデータは送信できない。また、任意の送信タイミングでも送信することはできないため、ＯＮＵは自分の割り当てられたタイムスロット直後にＵＮＩがデータを受信した場合、次のタイムスロットまで送信できず、１周期待つという遅延が生ずる。また、通信していないＯＮＵの帯域も確保する必要もあることから、空きスロットが発生し、帯域利用効率が低下するという課題もある。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明は、低遅延が求められる信号に対応できるとともに帯域利用効率の低下を防ぐことができる光ネットワークシステム、ＯＬＴ、及びＯＮＵを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、いずれのＯＮＵからの上り信号も受信可能とする時間とＤＢＡアルゴリズムに従った上り信号を受信する時間とを複合的に運用するアルゴリズムを採用することとした。

具体的には、本発明に係る光ネットワークシステムは、１のＯＬＴと複数のＯＮＵとを光伝送路で接続し、前記ＯＮＵから前記ＯＬＴへの上り信号をＤＢＡアルゴリズムに基づく送信制御することが可能な光ネットワークシステムであって、
前記ＯＬＴは、上り信号を受信可能な受信時間の一部又は全部を、前記ＤＢＡアルゴリズムに基づく送信制御された上り信号を受信する非自由競争通信時間帯（ＣＦＰ：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｆｒｅｅ Ｐｅｒｉｏｄ）といずれの上り信号も受信可能な自由競争通信時間帯（ＣＡＰ：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｅｒｉｏｄ）に設定可能であり、
前記ＯＮＵは、配下の端末から低遅延を要求する上り低遅延データを受信したとき、前記上り低遅延データを前記ＯＬＴが前記ＣＡＰに受信するように送信する
ことを特徴とする。

本光ネットワークシステムは、ＯＮＵからＯＬＴへ上り信号を送信する際に、帯域割当周期内、若しくは特定の任意の帯域割当周期に、自由に信号を送信可能な時間帯（ＣＡＰ）と動的に帯域を割り当てる時間（ＣＦＰ）を設け、複合的に上り送信手段を運用できるアルゴリズムを用いる。このアルゴリズムにより、低遅延が要求される上りデータをＲＥＰＯＲＴ／ＧＡＴＥ不要、又はタイムスロット待ち不要の低遅延で通信し、他の低遅延性が要求されない上りデータをＤＢＡによる通信を行うことで、低遅延かつ帯域利用効率の高い上り通信が可能になる。従って、本発明は、低遅延が求められる信号に対応できるとともに帯域利用効率の低下を防ぐことができる光ネットワークシステムを提供することができる。

本発明に係る光ネットワークシステムの前記ＯＬＴは、前記受信時間を前記ＣＦＰ又は前記ＣＡＰに設定、あるいは前記受信時間を前記ＣＦＰと前記ＣＡＰに設定することを特徴とする。低遅延が求められる信号の多少に応じて上り信号の送信周期（ＯＬＴの受信時間）をＣＡＰ、ＣＦＰ、又はＣＡＰ／ＣＦＰに柔軟に設定可能であるため、帯域利用効率を高めることができる。

本発明に係る光ネットワークシステムの前記ＯＬＴは、前記受信時間を前記ＣＦＰと前記ＣＡＰに設定する場合に前記ＣＦＰと前記ＣＡＰとの順及び切換時刻を変更できることを特徴とする。低遅延が求められる信号の多少に応じて上り信号の送信周期（ＯＬＴの受信時間）内のＣＡＰ／ＣＦＰ比率を柔軟に設定可能であるため、帯域利用効率を高めることができる。

ＣＡＰでは、ＯＮＵは自由に上り信号を送信できるため、他のＯＮＵからの上り信号と衝突することもある。このような事態に備え、本発明に係る光ネットワークシステムの前記ＯＮＵは、前記上り低遅延データを前記ＯＬＴが前記ＣＡＰに受信するように送信した後、前記上り低遅延データを一定時間保管しておき、送信した前記上り低遅延データが他のデータと衝突した場合に保管している前記上り低遅延データを再送することを特徴とする。再送することで衝突が生じても遅延を最小限にデータを伝送することができる。

この場合、前記ＯＮＵは、前記上り低遅延データを再送する場合、前記ＤＢＡに従い前記ＣＦＰにて再送することであってもよいし、前記ＯＬＴは、再送の前記上り低遅延データを受信する専用スロットを発生させることであってもよい。

上記目的を達成するためのＯＬＴは、上記光ネットワークシステムが備えるＯＬＴである。また、上記目的を達成するためのＯＮＵは、上記光ネットワークシステムが備えるＯＮＵである。

本発明は、低遅延が求められる信号に対応できるとともに帯域利用効率の低下を防ぐことができる光ネットワークシステム、ＯＬＴ、及びＯＮＵを提供することができる。

光ネットワークの構成を説明する図である。 ＤＢＡの動作を説明する図である。 ＯＮＵの機能ブロックを説明する図である。 ＯＳＵの機能ブロックを説明する図である。 ＤＢＡの動作を説明する図である。 ＦＢＡの動作を説明する図である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。 本発明に係る光ネットワークが行う信号転送シーケンスを説明する図である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。自由競争時間の長さが固定時間割り当て構成である。ＣＡＰ送信タイミングが決まっているためＯＮＵはＣＡＰの時間を毎回確認する必要がない。システムの構造を簡素化が可能である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。送信周期内の自由競争時間帯の長さが動的に変化する構成である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。送信周期内の自由競争時間帯、非自由競争時間帯の開始・終了時間が常に一定の構成である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。自由競争時間帯／非自由競争時間帯の開始時間が任意に可変できる構成である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。送信周期内に自由競争時間帯と非自由競争時間帯が複数存在する構成である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。送信周期内に自由競争時間帯と非自由競争時間帯が複数存在する構成である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。送信周期毎に自由競争時間帯が存在する複合帯域割り当て構成である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。特定の送信周期に自由競争時間帯が存在する複合帯域割り当て構成である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。任意の送信周期にのみ複合帯域割り当て（ＣＡＰ＋ＣＦＰ）が存在し、それ以外の送信周期は自由競争時間帯しかない構成である。 本発明に係る光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。任意の送信周期にのみ複合帯域割り当て（ＣＡＰ＋ＣＦＰ）が存在し、それ以外は非自由競争時間帯となる構成（図１６の逆）である。 本発明に係る光ネットワークが行う信号転送シーケンスを説明する図である。再送を次の送信周期の非自由競争時間帯に行う構成である。 本発明に係る光ネットワークが行う信号転送シーケンスを説明する図である。再送を次の送信周期の非自由競争時間帯に行う構成である。例えば、再送用の臨時非自由競争時間帯を送信周期の先頭もしくはその付近に設ける。 再送判断を行うためのデータ照合プロセスとバッファ解除プロセスを説明する図である。再送無しの場合、ＯＬＴはＧａｔｅ、ＯＡＭ等を用いて再送不要の情報をＯＮＵへ送信し、ＯＮＵはこれを元に該当データをキューから削除する。 本発明に係る光ネットワークが行う信号転送シーケンスを説明する図である。再送を次の送信周期の自由競争時間帯に行う構成である。高優先（低遅延）データがＣＡＰ区間で衝突した場合、未受信通知（Ｇｒａｎｔ）を元に、再度ＣＡＰ区間で送信を行なう。 本発明に係る光ネットワークが行う信号転送シーケンスを説明する図である。再送を行わない構成である。

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。

以下に説明する実施形態の光ネットワークシステムについて、ＩＥＥＥ標準のＥＰＯＮである１Ｇ−ＥＰＯＮおよび１０Ｇ−ＥＰＯＮを例に挙げて説明する。光ネットワークシステムの基本構成は図１のようになる。ＯＮＵの基本構成は図３のように、ＯＳＵの機能構成例は図４の通りになる。

ＯＬＴのＯＳＵにおいて、上り主信号は、ＰＯＮ信号処理手段５３、キュー管理手段５２を介してＳＮＩポート５１へと流れる。ＯＮＵ２０のキュー管理手段２２では、ＵＮＩ２１から入力される上りデータを、優先度や属性で判定し、そのまま自由に上り送信データを出力できる自由送信キュー、もしくはＧＡＴＥ／ＲＥＰＲＯＴによるデータ送信するＤＢＡキューにバッファする。

ＯＮＵ２０の自由送信キューにバッファされたデータは、ＯＬＴ１０から通知された自由送信時間帯に任意のタイミングで該当データを送信する。自由送信時間帯に複数のＯＮＵ２０が上り信号を送信し、信号が衝突する可能性もあるため、その場合は、低遅延な再送手段で該当データを送信する。

一方、ＯＮＵ２０のＤＢＡキューにバッファされたデータの場合、ＯＬＴ−ＯＮＵでＧＡＴＥ／ＲＥＰＲＯＴのやり取りを行い、ＯＬＴ１０から与えられた送信許可のタイミングで該当データを送信する。

（第一の実施形態）
本実施形態の光ネットワークシステムは、１のＯＬＴ１０と複数のＯＮＵ２０とを光伝送路４０で接続し、ＯＮＵ２０からＯＬＴ１０への上り信号をＤＢＡアルゴリズムに基づく送信制御することが可能な光ネットワークシステムであって、
ＯＬＴ１０は、上り信号を受信可能な受信時間の一部又は全部を、ＤＢＡアルゴリズムに基づく送信制御された上り信号を受信するＣＦＰといずれの上り信号も受信可能なＣＡＰに設定可能であり、
ＯＮＵ２０は、配下の端末から低遅延を要求する上り低遅延データを受信したとき、上り低遅延データをＯＬＴ１０がＣＡＰに受信するように送信する。

本光ネットワークシステムの基本的な構成は、図１の通り、ＰＯＮシステムの構成で、ＯＬＴ１０と複数のＯＮＵ２０が光スプリッタ３０を介して接続されている。本実施形態は主にＯＮＵ２０からＯＬＴ１０に対してデータを送信する実施方法について説明する。図７は、本光ネットワークが行う帯域割当アルゴリズムを説明する図である。ＯＬＴ１０は、ＯＮＵ２０に対して、上りデータを受信可能な時間、すなわちＯＮＵが送信可能な時間帯（送信周期）が自由競争時間帯（ＣＡＰ）と非自由競争時間帯（ＣＦＰ）に分けられていることを、予めＧａｔｅやＯＡＭ、その他の制御信号を用い、各ＯＮＵ２０に対し通知する。例えば上りの送信周期はＴを設定し、自由競争時間帯をｔ、非自由競争時間帯をＴ−ｔとする。これらの時間帯はＭＰＣＰによって各ＯＮＵ２０に通知される。

非自由競争時間にはタイムスロットが設定されており、各ＯＮＵ２０のデータの送信要求量に応じ、ＯＬＴ１０がスロットの割当を該当のＯＮＵ２０に対して行う。図８は、第一の実施形態におけるＯＬＴ１０とＯＮＵ２０の自由競争時間おける通信シーケンスと非自由時間帯における通信シーケンスを説明する図である。自由競争時間帯ｔではＯＮＵ２０は自由競争で送信設定されたデータａを任意の時間に送信する。このとき、ＯＮＵ２０からの上り信号はＯＬＴ１０に到達するまで距離応じた時間を要するため、距離による遅延時間が明らかであり、かつ次周期の自由競争開始時間が明らかなとき、ＯＮＵ２０は該当上りデータが自由競争開始時間直後にＯＬＴ１０到着することを予測し送信してもよい。

一方、非自由競争時間帯によるデータ送信の場合（データｂ）、ＯＮＵ２０はＯＬＴ１０に対し非自由競争時時間帯（Ｔ−ｔ）での通信要求（ＲＥＰＯＲＴ）を行い、データｂの容量などを通知する。ＯＬＴ１０はＯＮＵ２０に対し、ＧＡＴＥにてＯＬＴ１０−ＯＮＵ２０間の伝送距離を考慮した送信タイミング（割当スロット）と送信容量の通知を行う。ＯＮＵ２０はＯＬＴ１０からのＧＡＴＥの内容に応じ、非自由競争時間帯に指定されたスロットにて上り信号（データｂ）の送信を行う。

また、非自由競争時間帯に送信設定されたデータでも、極めて低遅延で送信する必要性に迫られた場合、ＯＮＵ２０は、非自由競争時間帯を待たずに自由競争時間帯で送信してもよい。この場合、ＯＬＴ１０の事前許可及び設定等が必要となる。例えば、ＯＮＵ２０は、当該データを自由競争時間帯で送信した直後に送信するＲＥＰＯＲＴに事後通達してもよい。次周期のＤＢＡによる上り帯域利用効率の低下を防ぐことができる。

また、自由競争時間帯はスロット単位で管理されても良く、その場合、ＯＮＵ２０は自由競争時間帯内に設定された特定または任意のスロットで送信する。また、自由競争時間帯は時間単位で管理されても良く、その場合、ＯＮＵ２０は自由競争時間内の特定または任意の時間に送信する。

（第二の実施形態）
ＯＬＴ１０は、受信時間をＣＦＰ部分とＣＡＰ部分に設定する。そして、ＯＬＴ１０は、受信時間をＣＦＰ部分とＣＡＰ部分に設定する場合にＣＦＰとＣＡＰとの順及び切換時刻を変更できる。

上述した自由競争時間帯及び非自由競争時間帯の長さ（割り当て時間）は図９のように１送信周期内で固定されていてもよい。この場合、それぞれの時間帯は固定されているため、ＯＬＴ１０はＯＮＵ２０への帯域割り当ての計算量負荷が少なくて済む。またはＯＮＵ２０も自由競争時間帯が固定されていることを前提に送信が行えるため、非自由競争時間帯の開始時間・終了時間の確認をせず、ＯＮＵ２０独自の判断で自由競争時間帯に、ＯＬＴ１０へ信号を送信できる。

一方、図１０のように１送信周期内で割り当てる自由競争時間帯および、非自由競争時間帯の割り当て時間を上り信号の状況によって任意に可変する構成でもよい。この場合、ＯＬＴ１０は状況に応じて変化した非自由競争時間の長さに応じたタイムスロットの計算が必要になるが、状況に応じた自由競争時間帯／非自由競争時間帯の変更が可能なため、上りトラヒックの送信頻度（自由競争用データ／非自由競争用データ）に最適な帯域の割り当てが可能になる。

また、送信周期内の自由競争時間と非自由競争時間帯の順序は固定的に設定し、図１１のように、送信周期内の自由競争時間帯と非自由競争時間帯の開始／終了時間を常に固定する単純な構成としてもよい。ＯＬＴ１０の送信制御負荷を低減させることができる。一方、図１２のように状況に応じて送信周期内の自由競争時間帯と非自由競争時間帯の開始時間／終了時間を任意に変更してもよい。自由競争を用いて送信を行うデータの到着間隔がＯＮＵ２０の送信周期と一致しない場合がある。この場合、数送信周期間隔で非自由競争時間帯にＯＮＵ２０に到着し、次の送信周期の自由競争時間帯に送信するまでＯＬＴ１０へ信号を送るまで待つ必要がある。しかし、該当データの到着間隔が判明していれば、図１２のように送信周期内の自由競争時間帯と非自由競争時間帯の開始時間／終了時間を任意に変更することで、該当データをＯＮＵ２０でバッファすることなく低遅延でＯＬＴ１０へ送信することができる。

また、図１３のように１つの送信周期に自由競争時間帯と非自由競争時間帯とを複数組設けたり、図１４のように２つの非自由競争時間帯の合間に自由競争時間帯を設けたりしてもよい。特に、図１３のように自由競争時間帯が複数存在する場合、例えば、同じデータを異なる自由競争時間帯に繰り返し、もしくは任意の自由競争時間帯に送信してもよい。先頭の自由競争時間帯では各ＯＮＵ２０が挙ってデータを送信するため、衝突する確率が高くなる。このため、その後の自由競争時間帯に設けられた自由競争時間帯に再度、同じデータを送信することで、より高い確率でデータをＯＬＴ１０へ送信することができる。

（第三の実施形態）
ＯＬＴ１０は、受信時間をＣＦＰ又はＣＡＰに設定、あるいは受信時間をＣＦＰとＣＡＰに設定する。送信周期の構成は、図１５のように毎送信周期、自由競争時間帯と非自由競争時間帯を設けた複合帯域割り当て構成とすることで自由競争送信とＤＢＡによる非自由競争送信を毎送信周期行えるようにしてもよい。これにより、常に自由競争による通信、非自由競争による通信が安定して行うことができる。

また、ＯＮＵ２０のＵＮＩから受信する自由時間帯送信向けデータの受信頻度もしくは間隔によっては、図１６のように、通常は送信周期全体を非自由競争時間帯に設定しておき、任意もしくは特定の送信周期を自由競争時間帯と非自由競争時間帯とに分けた設定でもよい。図１６の場合は、低遅延データの送信頻度が粗の状態である。また、ＯＬＴ１０は自由競争時間帯にＯＬＴ１０へ送信されてくるデータの頻度の統計情報を元に、自由競争時間帯の送信周期内の存在頻度を状況に応じ、任意に変更することで、非自由時間競争時間帯の時間を拡大し、ＯＬＴ１０への上り信号の送信効率を向上させることができる。一方、自由競争時間帯を利用した通信が多い場合は、自由競争時間帯を毎周期設けることにより、自由競争時間帯を確保し、送信時間を確保する。

さらに自由競争によるデータ送信時頻度が多く、一方、非自由競争によるデータ送信頻度が少ない場合、図１７のように、通常は送信周期全体を自由競争時間帯に設定しておき、任意もしくは特定の送信周期を自由競争時間帯と非自由競争時間帯とに分けた設定でもよい。自由競争によるデータ送信時間を増大させ、効率を向上させることができる。また、自由競争時間が拡大されることは、任意のタイミングで各ＯＮＵ２０から送信されるデータ同士が、光スプリッタ等で衝突し、データが破損する確率を低減する効果がある。

逆に、自由競争時間帯による送信要求頻度が少なく、非自由競争時間帯のＤＢＡを用いた送信要求が多い場合、図１８のように、通常は送信周期全体を非自由競争時間帯に設定しておき、任意の送信周期のみ自由競争時間帯を含む構成とすることで、非自由競争時間帯による送信容量をより多く確保することができる。

（第四の実施形態）
本実施形態は上記の実施形態で発生する自由競争時間帯での信号の衝突に関し、信号の再送および、自由競争時間に送信するデータのバッファ方法について説明する。ＯＮＵ２０は、上り低遅延データをＯＬＴ１０がＣＡＰに受信するように送信した後、上り低遅延データを一定時間保管しておき、送信した上り低遅延データが他のデータと衝突した場合に保管している上り低遅延データを再送する。

図１９は、上記の実施形態の自由競争時間帯において、２つ以上のＯＮＵ２０から送信された上り信号が光伝送路上で衝突し、データが破損した場合の再送手段（シーケンス）である。図１９では１つのＯＮＵ２０について説明している。信号が衝突した場合、ＯＬＴ１０は、ＧＡＴＥ、ＯＡＭ、制御フレーム等で再送要求をＯＮＵ２０に対して行い、ＯＮＵ２０は該当データを確実に送信するためにＤＢＡを用いた非自由競争時間帯に行う。ＯＬＴ１０からの再送要求を該当ＯＮＵ２０へＧＡＴＥで送る場合、ＯＬＴ１０が再送データの容量を把握していれば、ＧＡＴＥに該当データの再送をＯＮＵ２０へ送信できるため、ＯＮＵ２０が再送シーケンス（ＲＥＰＯＲＴ／ＧＡＴＥのやりとり）を行うことなく、迅速にデータの再送を行うことができる。この場合、最も早い再送時間は、ＯＮＵ２０からのＲＥＰＯＲＴを受けた次の非自由競争時間帯に該当データの再送ができる。その場合、ＤＢＡアルゴリズムに従い、ＧＡＴＥの情報に、該当データを再送するための指定スロット（非自由競争時間帯）で行うように指示を行う。自由競争時間帯に送信されるデータは低遅延性が優先される場合があるため、割り当てるスロットは非自由競争時間帯内でも先頭に近い方が望ましい。

また、非自由競争時間帯に再送が行われる場合、低遅延性重視の自由競争時間帯の後の設定になることがあるため、図２０のように自由競争時間帯の前に、再送専用のため必要最小限の時間の再送専用非自由競争時間帯を臨時に設け、該当ＯＮＵ２０に通知し、再送させてもよい。これにより、確実かつ衝突による再送遅延を低減させることができる。

［再送データの識別方法］
図２１は、再送データの識別方法を説明する図である。ＯＬＴ１０による再送データの識別はＯＮＵ２０のＲＥＰＯＲＴ（ＯＡＭや制御フレーム等でもよい）に直前の自由競争時間帯に送信したデータの識別子情報とＯＬＴ１０情報が受信したデータの識別子を比較することで行う（図２０のステップＳ１１、Ｓ１２、図２１のステップＳ０１）。ＯＬＴ１０がＯＮＵ２０から送られた識別子と自らや有する識別子情報が一致しない場合、若しくは再送が必要な識別子として分類される場合、該当データの再送が必要として判断し、これに対応するＯＮＵ２０のＧＡＴＥ等に該当する識別子のデータの再送要求もしくは指示する（図２０のステップＳ１３、図２１のステップＳ０２）。

［ＯＮＵ２０の自由競争用データの保持／削除方法］
自由競争時間帯用データは信号衝突による再送に備えるため、データ送信後もＯＮＵ２０は該当データをバッファし続ける。この後に、ＯＮＵ２０は次の非自由競争時間による通信にＲＥＰＯＲＴをＯＬＴ１０に対し送信するが、このＲＥＰＯＲＴ内に自由競争時間帯に送信したデータの識別子を付与し送信する（図２０のステップＳ１１）。なお、ＲＥＰＯＲＴ以外にもＯＡＭや、その他の制御信号を利用しても良い。ＯＬＴ１０は、このＲＥＰＯＲＴに添付された識別子と、同一送信周期内もしくは、任意の周期以内に自由競争時間帯で受信した信号の識別子と比較し（図２０のステップＳ１２、図２１のステップＳ０１）、ＲＥＰＯＲＴで申告された信号が到着したか否かを判断する。ＯＬＴ１０は、受信した識別子と一致する場合、ＧＡＴＥ（もしくはＯＡＭや専用の制御信号でもよい）に該当データを受信した内容の情報を付与し、該当ＯＮＵ２０へ送信する。このＧＡＴＥを受け取ったＯＮＵ２０は自由競争時間帯に送信したデータは衝突なくＯＬＴ１０へ送信できたことを判断し、それまでキューにバッファしていた、自由競争時間帯に送信していた該当データを廃棄する（図２１のステップＳ０３）。

［自由競争時間帯に再送する方法］
また、上記の再送タイミングを非自由競争時間帯ではなく、図２２のように自由競争時間帯に再送させるようにしてもよい。特に自由競争時間帯の送信頻度が低く、再送で再び信号が衝突する可能性が低い場合などでは有効である。信号衝突検出／再送と該当ＯＮＵ２０へ通知（Ｇａｔｅ，ＯＡＭ 制御フレーム等による）するまでのプロセス、データのバッファ方法は上記の非自由競争時間帯での再送と同様となる。

再送するタイミングは、再送要求の信号がＯＮＵ２０に到着したタイミングによる。例えば、自由競争時間帯に再送信号を受けた場合（図２２のステップＳ２３）、ＯＮＵ２０は受信直後にデータを再送するが、非自由競争時間帯に再送信号を受けた場合、次の自由競争時間帯まで待つ必要がある。再送が成功し、ＯＬＴ１０からの確認（識別子一致による）が得られた場合、キューにバッファされていた該当データは削除される。

再度、衝突を起こしてしまった場合は、上記の再送手順を繰り返す。このとき、自由競争時間帯の再送において、何度も信号の衝突が発生する場合、非自由競争時間帯での再送に切り替えてもよい。逆に、非自由競争時間帯に再送することになっていても、自由競争時間帯による再送が適している場合、例えば再送での衝突確率が低く、自由競争時間帯で再送すぐに可能な場合は、ＯＮＵ２０に判断を委ね、自由競争時間帯に再送に切り替えてもよい。また、再送中止カウンタを設け、指定の回数、再送に失敗した場合、該当データの再送を中止し、データを廃棄してもよい。

［衝突を無視する方法］
また、自由競争時間帯のデータ送信において、ＯＮＵ２０からの信号が衝突しても再送を行わない方法もある。これは同期信号など、低遅延による送信が重要で、ある一定の確率で信号が欠落しても、問題の発生しないデータ等が該当する。この場合、図２３のように自由競争時間帯で該当データを送信した直後にキュー内のデータは削除してよいため、キューの効率的な利用が可能になる。状況に応じて、図２０及び図２２で説明した再送方法と組み合わせてもよい。

以下は、本実施形態の光ネットワークシステムを説明したものである。
＜課題＞
ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０のＧＡＴＥ−ＲＥＰＯＲＴによる遅延を解消し、かつ、空きスロット発生による帯域利用効率の低下を防ぐための、ＰＯＮ通信方式、光ネットワーク終端装置および光加入者線終端装置を提供することにある。

＜手段＞
（１）：ＯＮＵ２０からＯＬＴ１０への上り信号の伝送手段において、
自由競争時間及び動的帯域割り当てを複合的に運用する帯域割り当てができる光ネットワークシステム。
（２）：一つの送信周期内において、自由競争時間帯もしくは非自由競争時間帯の開始時間・終了時間が任意に変更・変化する上り信号の送信手段を特徴とする光ネットワークシステム。
（３）：送信周期の構成において、任意の送信周期を自由競争時間帯、非自由競争時間帯、自由競争時間帯および非自由競争帯の複合とする上り信号の送信手段を特徴とする光ネットワークシステム。
（４）：自由競争時間帯におけるＯＮＵ２０からＯＬＴ１０へ上り信号伝送において、信号が衝突した場合、該当信号の再送手段を特徴とする光ネットワークシステム。

＜効果＞
本発明は、ＰＯＮにおいて、ＤＢＡによる上り送信方法の他に自由に上り信号の送信を行える時間帯を設けることにより、迅速に送信が必要な信号を任意のタイミング（自由競争時間帯）で送信できるため、低遅延な通信が可能になる。

１０：ＯＬＴ
２０：ＯＮＵ
２１：ＵＮＩポート
２２：キュー管理手段
２３：ＰＯＮ信号処理手段
２４：ＰＯＮ−ＩＦポート
２５：キュー監視手段
２６：ＭＰＣＰ部
２７：ＯＡＭ部
３０：光スプリッタ
４０：光ファイバ伝送路
５０：ＯＳＵ
５１：ＳＮＩポート
５２：キュー管理手段
５３：ＰＯＮ信号処理手段
５４：ＰＯＮ−ＩＦポート
５５：ＭＰＣＰ部
５６：帯域割当部
５７：ＯＡＭ部

Claims (8)

1. １の局側終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）と複数の加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）とを光伝送路で接続し、前記ＯＮＵから前記ＯＬＴへの上り信号をＤＢＡ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムに基づく送信制御することが可能な光ネットワークシステムであって、
   前記ＯＬＴは、上り信号を受信可能な受信時間の一部又は全部を、前記ＤＢＡアルゴリズムに基づく送信制御された上り信号を受信する非自由競争通信時間帯（ＣＦＰ：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｆｒｅｅ Ｐｅｒｉｏｄ）といずれの上り信号も受信可能な自由競争通信時間帯（ＣＡＰ：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｅｒｉｏｄ）に設定可能であり、
   前記ＯＮＵは、配下の端末から低遅延を要求する上り低遅延データを受信したとき、前記上り低遅延データを前記ＯＬＴが前記ＣＡＰに受信するように送信する
   ことを特徴とする光ネットワークシステム。
2. 前記ＯＬＴは、前記受信時間を前記ＣＦＰ又は前記ＣＡＰに設定、あるいは前記受信時間を前記ＣＦＰと前記ＣＡＰに設定することを特徴とする請求項１に記載の光ネットワークシステム。
3. 前記ＯＬＴは、前記受信時間を前記ＣＦＰと前記ＣＡＰに設定する場合に前記ＣＦＰと前記ＣＡＰとの順及び切換時刻を変更できることを特徴とする請求項２に記載の光ネットワークシステム。
4. 前記ＯＮＵは、前記上り低遅延データを前記ＯＬＴが前記ＣＡＰに受信するように送信した後、前記上り低遅延データを一定時間保管しておき、送信した前記上り低遅延データが他のデータと衝突した場合に保管している前記上り低遅延データを再送することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ネットワークシステム。
5. 前記ＯＮＵは、前記上り低遅延データを再送する場合、前記ＤＢＡに従い前記ＣＦＰにて再送することを特徴とする請求項４に記載の光ネットワークシステム。
6. 前記ＯＬＴは、再送の前記上り低遅延データを受信する専用スロットを発生させることを特徴とする請求項５に記載の光ネットワークシステム。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の光ネットワークシステムが備えるＯＬＴ。
8. 請求項１から６のいずれかに記載の光ネットワークシステムが備えるＯＮＵ。

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