JP5889809B2 - 光加入者システム及び光加入者システムの動的波長帯域割当方法 - Google Patents

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 Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）における、動的波長帯域割当回路及び動的波長帯域割当方法に関する。

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おり、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ユーザ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ＧＥ−ＰＯＮ（ＧｉｇａｂｉｔＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が導入されている。これにより、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）サービスが現実に提供されるようになった。

また、より大容量の帯域ニーズに対応するため、次世代光アクセスシステムとして、総帯域が１０Ｇｂｐｓ級である１０Ｇ−ＥＰＯＮ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、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、送受信器のビットレートを増大させることにより、大容量化を実現している。

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、１０Ｇｂｐｓを超える大容量が求められることが考えられる。しかし今後は、単純に送受信器のビットレートを４０／１００Ｇ級に増大させ、システムを置き換えるだけでは、システムアップグレードにかかるコストが増大し、実用化が難しくなるという課題がある。

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（非特許文献１）。

Ｈｉｒｏｔａｋａ Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，"４０Ｇｂｉｔ／ｓ λ−ｔｕｎａｂｌｅ ｓｔａｃｋｅｄ−ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ ｕｓｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ"，ＯＴｈＴ４，ＯＳＡ／ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２０１１，２０１１ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｐ．ＭｃＧａｒｒｙ ｅｔ ａｌ．，"ＷＤＭ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"，Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ，ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．２，ｐｐ．１５−２２，２００６ Ｋｅｎｊｉ Ｓａｔｏ ｅｔ ａｌ，"Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｔｕｎａｂｌｅ Ｌａｓｅｒ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ａ Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ−Ｂａｓｅｄ Ｍｉｒｒｏｒ ａｎｄ ａｎ Ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ Ｅｔａｌｏｎ"，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．８，ｐｐ．２２２６−２２３２，２００７ "ＩＥＥＥ Ｓｔｄ， Ｌｏｃａｌ ａｎｄ ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｐａｒｔ ３：Ｃａｒｒｉｅｒ ｓｅｎｓｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ （ＣＳＭＡ／ＣＤ） Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ（ＩＥＥＥ ｓｔｄ ８０２．３）"，Ｃｌａｕｓｅ ６４，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００８

ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ：加入者装置）に対して複数波長を総合したシステムとしての総帯域、特に上りの総帯域を効率良く分配するべく、動的に波長を切替えて帯域を割り当てる動的波長帯域割当（ＤＷＢＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）技術が提案されている。（例えば非特許文献２参照。）。

ＤＷＢＡ技術は、たとえば非特許文献２のように、局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）からの指示によって、ＯＮＵが時間的に波長を切替える、すなわちＯＮＵの光送受信器の送信波長および受信波長を変える。したがって、たとえば非特許文献３に示すような技術を用いて光送受信器を構成した場合、そのＯＮＵの切替遷移中は、当該ＯＮＵは信号の送受信が不可能になる。このＯＮＵが送受信波長を切替えている最中に、ＯＬＴから当該ＯＮＵへの下りフレームが到着すると、そのフレームは当該ＯＮＵで受信されず、フレーム損が発生することになる。

上記説明した問題の発生を、図を用いて説明する。
図８にＤＷＢＡを用いた波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステム、およびそれを構成する局側装置（ＯＬＴ）と加入者装置（ＯＮＵ）の構成例を示す。ＯＬＴ９１とＯＮＵ９２間はパワースプリッタまたは波長ルータなどの光合分岐回路９３を用いたｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ構成のＰＯＮトポロジで接続される。

ＯＬＴ９１にはＯＮＵ１〜ＯＮＵｎのｎ台のＯＮＵ９２が接続され、それぞれのＯＮＵ９２はλ１〜λｍの波長を用いて送受信する。ＯＮＵ９２はＯＬＴ９１からの指示に従ってλ１〜λｍの波長を切替えて送受信することができる。ただし、本発明では上り下り同一波長を用いて通信を行うことが可能であるシステムを用いて説明するが、本発明は上り波長と下り波長が異なっていてもよい。例えば、上り、下りを波長多重させ、上り波長λ１、下り波長λｍ＋１〜上り波長λｍ、下り波長λ２ｍのｍ種類の組み合わせを切替えて通信を行うこととしてもよい。各ＯＮＵ９２には設置されるユーザ宅の通信装置からの上りフレームが入力され、ＯＮＵ９２内部の光送受信器から送信される。上りフレームは光合分岐回路９３からＯＬＴ９１に向けて多重されるため、上りフレームが衝突しないよう各ＯＮＵ９２が送信する上りフレームの波長、送信時刻、送信継続時間をＯＬＴ９１（具体的には動的波長帯域割当回路１２）が算出し、制御する。

ＯＬＴ９１は各λ１〜λｍの波長を送受信するラインカード（ＬＣ：Ｌｉｎｅ Ｃａｒｄ）ＬＣ１〜ＬＣｍと動的波長帯域割当回路１２、宛先対応テーブル１３、読み出し選択制御回路１４、受信ポート１７で構成され、ＬＣ１〜ＬＣｍはＯＮＵ９２から送信される各波長の上りフレームを受信し、上位ＮＷ９４へ出力する。また、上位ＮＷ９４からの下りフレームは、受信ポート１７から選択回路１５によってフレームの宛先に応じた転送先ＯＮＵ９２が所属するＬＣ１１へ転送される。

動的波長帯域割当回路１２は、各ＯＮＵ９２から送信された帯域要求を含んだＲｅｐｏｒｔ信号を各ＬＣ１１を通じて受信し、その要求に基づいて各ＯＮＵ９２に割当てる上りフレームおよびＲｅｐｏｒｔ信号の送信時刻、送信継続時間を算出し、その情報を格納したＧａｔｅ信号を切替指示信号生成部（不図示）で生成し、制御信号送信部（不図示）から各ＬＣ１１を通じて各ＯＮＵ９２へ送信する。また、動的波長帯域割当回路１２は、受信したＲｅｐｏｒｔ信号の情報等から、ＯＮＵ９２の所属するＬＣ１１を変更する、すなわちＯＮＵ９２の送受信波長を切替えると判断した場合は、Ｇａｔｅ信号に波長切替情報（たとえば切替先波長等）を記載してＯＮＵ９２へ送信する。

また動的波長帯域割当回路１２は、ＯＮＵ９２の所属するＬＣ１１を切替えるためのＯＮＵ９２の波長切替と同時に、下りフレームの転送先ＬＣ１１を変更する。具体的には、宛先対応テーブル１３に記載されている、下りフレームの識別子と転送先ＬＣ１１の対応関係を変更する。
バッファメモリ１６は、受信ポート１７から受信した下りフレームを一時的に蓄積する。
読み出し選択制御回路１４は、バッファメモリ１６を監視し、フレームが格納されていれば先頭にあるフレームの識別子を読み取り、宛先対応テーブル１３に記載の識別子とＬＣ１１の対応関係を参照し、下りフレームを対応するＬＣ１１へ転送する方路を選択回路１５に指示する。選択回路１５は読み出し選択制御回路１４の指示に従って転送先ＬＣ１１の方路を切替え、バッファメモリ１６から送られるフレームをＬＣ１７へ転送する。

宛先対応テーブル１３は、下りフレームの識別子と転送先ＬＣの対応関係を管理する表である。図９に関連発明における宛先対応テーブルの例を示す。ＬＬＩＤ（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｌｉｎｋ ＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒ）は非特許文献４に記載の、ＯＬＴ９１と各ＯＮＵ９２への論理的な通信路を識別するための識別子である。図８におけるＯＮＵ１〜ＯＮＵｎに対し、それぞれ１〜ｎのＬＬＩＤ識別子が付与されているとする。転送先ＬＣの列は、その時点でＯＮＵ９２が所属しているＬＣ１１を示している。動的波長帯域割当回路１２は、ＯＮＵ９２の波長切替と同時にこの転送先ＬＣを書き換えることで、下りフレームの転送先を変更する。ＶＩＤ（ＶＬＡＮ−ＩＤ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ ＩＤｔｅｎｔｉｆｉｅｒ）は下りフレームに記載のユーザ識別子である。図９のテーブル例では上位ＮＷとしてＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を想定しており、ＶＩＤは例えばＯＮＵ９２の下部に接続されるユーザ毎のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）フレームに付与される。図９の宛先対応テーブル１３は、上位ＮＷ９４から受信する下りフレームのＶＩＤをＬＬＩＤとＬＣ１１に対応づけることで、下りフレームの転送先ＯＮＵ９２を指定している。

図１０にＯＮＵの構成を示す。
ＯＮＵ９２はデータ受信部２１、バッファメモリ２２、フレーム送出制御部２３、フレーム組立送信部２４、波長可変光送受信器２５、要求帯域計算部２６、要求帯域信号生成部２７、フレーム送出及び波長制御信号受信部２８、波長切替制御部２９から構成される。ユーザからの上りフレームはデータ受信部２１で受信され、バッファメモリ２２内に一時的に蓄積される。フレーム送出制御部２３はＧａｔｅ信号によって指定された上りフレームの送信時刻および送信継続時間に従って、上りフレームをフレーム組立送信部２４に送る。フレーム組立送信部２４はＰＯＮ構成でＯＬＴ９１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２５に送る。波長可変光送受信器２５は波長切替制御部２９で指定された波長λ１〜λｍのいずれかで光信号に変換しＯＬＴ９１へ送信する。

波長可変光送受信器２５はＯＬＴ９１からのＧａｔｅ信号を受信して電気信号に変換し、フレーム送出及び波長制御信号受信部２８へ送る。フレーム送出及び波長制御信号受信部２８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２９に送る。波長切替制御部２９は前記波長切替制御に従って波長可変光送受信器２５の波長を切替える。

また、Ｇａｔｅ信号にはＯＮＵ９２の要求する帯域をＲｅｐｏｒｔ信号としてＯＮＵ９２から送信するよう指示する情報が含まれる。フレーム送出及び波長制御信号受信部２８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２７へＲｅｐｏｒｔ信号の生成を指示する。要求帯域信号生成部２７は要求帯域計算部２６に要求する帯域を算出するよう指示する。要求帯域信号計算部２６はバッファメモリ２２に蓄積されている上りフレームのデータ量を監視、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２７へ要求帯域量を送る。要求帯域信号生成部２７は要求量を含んだＲｅｐｏｒｔ信号を生成し、フレーム送出制御部２３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。フレーム送出及び波長制御信号受信部２８はフレーム送出制御部２３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２３は指示された時刻にＲｅｐｏｒｔ信号をフレーム組立送信部２４に送り、波長可変光送受信器２５を介してＯＬＴ９１へＲｅｐｏｒｔ信号を送信する。

また、ＯＬＴ９１から送信されるＧａｔｅ信号にはＯＮＵ９２が受信した上りフレームを送信する時刻およびデータ量が含まれている。フレーム送出及び波長制御信号受信部２８はフレーム送出制御部２３にＧａｔｅ信号に含まれていた上りフレーム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２３は指示された時刻に上りフレームをバッファメモリ２２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２４に送り、波長可変光送受信器２５を介してＯＬＴ９１へＲｅｐｏｒｔ信号を送信する。

図１１に、関連発明におけるＤＷＢＡの動作例を示す。図１１では、当初ＯＮＵ１、ＯＮＵ２、ＯＮＵｎはＬＣ１の波長λ１を用いて通信しており、周期Ｔ＿ｄｗｂａ＿ｉにＯＮＵｎがＬＣ２の波長λ２を用いて通信するよう波長を切替えることを想定し、上り、下りの制御フレームおよびデータフレームの時間的な送受信の様子を示している。周期Ｔ＿ｄｗｂａ＿ｉとはＤＷＢＡのｉ番目の周期において、その１周期の時間を表すとする。

受信ポート１７の時間軸を示す矢印においては下側に受信した下りフレームを示す。ＯＬＴ９１の時間軸を示す矢印においては、上側にＯＮＵ９２からの受信フレーム、下側に送信フレームのタイミングを示す。ＯＬＴ９１から送信された信号は光ファイバを介してＯＮＵ９２で受信される。ＯＮＵｎはＰＯＮトポロジの中で一番遠くの距離にあるＯＮＵ９２とする。ＯＮＵ９２の時間軸を示す矢印においては、上側にフレームの送信タイミング、下側にフレームの受信タイミングを示している。

まず、ＯＮＵ９２からの上りフレームの送信手順について説明する。
ＯＬＴは各ＯＮＵに対しＲｅｐｏｒｔ信号および上りフレームの送信時刻および送信継続時間を指示したＧａｔｅ信号を送信する。ＯＮＵｎ向け、周期ｉのＧａｔｅ信号をｇｎ＿ｉと表記する。各ＯＮＵはｇ１＿ｉ−１〜ｇｎ＿ｉ−１を受信すると、Ｇａｔｅ信号に指示された時刻に、ＯＬＴに要求する帯域情報（例えばＯＮＵに蓄積されている上りフレーム用バッファのデータ量等）をＲｅｐｏｒｔ信号（ｒｅｐ１＿ｉ〜ｒｅｐｎ＿ｉ）としてＯＬＴへ送出する。当該Ｒｅｐｏｒｔ信号を送信する時刻は、Ｇａｔｅ信号ｇ１＿ｉ−１〜ｇｎ＿ｉ−１で指示されており、Ｒｅｐｏｒｔ信号がＯＬＴで衝突しないよう伝搬時間を考慮して計算される。また、上りフレームの送信時刻と送信継続時間もｇ１＿ｉ−１〜ｇｎ＿ｉ−１に含まれており、各ＯＮＵは指定の時刻に上りフレーム（図示せず）をＯＬＴへ送信する。

ＯＬＴは各ＯＮＵから受信したＲｅｐｏｒｔ信号（ｒｅｐ１＿ｉ〜ｒｅｐｎ＿ｉ）に記載されている帯域要求に基づき、上りフレームをそれぞれのＯＮＵがどの時刻に、どの時間送出するかの割当を計算する。また、次の周期のＲｅｐｏｒｔ信号（ｒｅｐ１＿ｉ＋１〜ｒｅｐｎ＿ｉ＋１）を送信する時刻も計算する。それらの計算結果をＧａｔｅ信号（ｇ１＿ｉ〜ｇｎ＿ｉ）に入れ、各ＯＮＵへ送信する。ｇ１＿ｉ〜ｇｎ＿ｉを受信した各ＯＮＵは再びＲｅｐｏｒｔ信号（ｒｅｐ１＿ｉ＋１〜ｒｅｐｎ＿ｉ＋１）と上りフレームを指定された時刻に送信する。

次に、ＯＬＴ９１からの下りフレームの送信手順について説明する。
上位ＮＷからＯＬＴの受信ポート１７に到着した各ＯＮＵへの信号（ｄ１＿１〜ｄｎ＿１）はＯＬＴの宛先対応テーブルに記載のＯＮＵと下りフレームの識別子の対応に従って、各ＬＣへ転送される。図１１においてはｄ１＿１〜ｄ２＿３まではＬＣ１へ転送される。ＬＣ１〜ＬＣｍはそれぞれ割り当てられた波長λ１〜λｍで下り信号を送信する。ＰＯＮシステムにおいては、下り信号は同報され、受信した各ＯＮＵが自宛のフレームを選択して受信する。

ＯＬＴは周期Ｔ＿ｄｗｂａ＿ｉのＲｅｐｏｒｔ信号受信やその直後の割当て計算時間等で波長の切替を判断すれば、Ｇａｔｅ信号に波長切替指示を記載してＯＮＵに送信する。図１１においては、ＯＮＵｎをＬＣ１（すなわち波長λ１）からＬＣ２（すなわち波長λ２）へ変更（切替）する場合を示す。この時、波長の切替を判断したＯＬＴは、ＯＮＵｎへ転送されるフレームの識別子をＬＣ２へ転送するよう宛先対応テーブルを書き換える。したがって、下りフレームｄｎ＿３以降はＬＣ２へ転送される。

ＯＮＵｎはλ２への波長切替指示を受信した後、波長の切替を開始する。波長切替には最大Ｔ＿ｌｍａｘの時間を要するとし、切替は送信器の発振波長や、受信器の透過波長を変更するため、波長切替中は信号の送受信が不可能となる。一方で、下りフレームは、フレームの送信元がＯＮＵの波長切替の発生まで考慮して送信しないため、ｄｎ＿３フレームに示すように、波長切替中に下り信号がＯＮＵに到着し、結果フレーム損が発生することになる。

以上説明した通り、受信ポート１７で受信した下りフレームの到着タイミングと、転送先ＯＮＵ９２の波長切替のタイミングが合致する場合は、波長切替中のＯＮＵ９２がフレーム送受信不可であることから、フレーム損となる。この課題を解決するための手段が必要である。

そこで本発明は、動的帯域割当回路に、ＯＬＴが波長の切替を指示する直後から、ＯＬＴの上位ＮＷから受信ポートで受信して、ＯＮＵへ転送する下りフレームのうち、波長切替中のＯＮＵ向けのフレームをＯＬＴで一時的に蓄積し、波長の切替を確認した後に蓄積したフレームから転送を再開するよう指示する機能を新たに設けることとした。

また別の方法では、ＯＬＴが波長の切替を指示する直後から一定時間の間、フレームの転送を停止してＯＬＴへ蓄積し、その一定時間が過ぎてから、蓄積した下りフレームから転送を再開するよう指示する手順を新たに設けることとした。

具体的には、本発明の光加入者システムは、
複数の加入者装置と単一の局側装置とをＰＯＮトポロジ接続し、複数の波長を切替えて送受信を行う光加入者システムであって、
前記局側装置は、所定の周期ごとに前記加入者装置からの要求に応じて、要求元の加入者装置の送信する信号が干渉しないよう要求元の加入者装置毎に波長を割当てる動的波長帯域割当回路を備え、
前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置の波長の切替を行う場合は、該当加入者装置へ波長切替指示を送出し、当該波長切替指示を契機に当該加入者装置への信号送出を停止して局側装置に蓄積するよう指示し、加入者装置の波長切替完了を契機に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示することを特徴とする。

具体的には、本発明の局側装置は、
複数の加入者装置と単一の局側装置とをＰＯＮトポロジ接続し、複数の波長を切替えて送受信を行う光加入者システムの前記局側装置であって、
所定の周期ごとに前記加入者装置からの要求に応じて、要求元の加入者装置の送信する信号が干渉しないよう要求元の加入者装置毎に波長を割当てる動的波長帯域割当回路を備え、
前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置の波長の切替を行う場合は、該当加入者装置へ波長切替指示を送出し、当該波長切替指示を契機に当該加入者装置への信号送出を停止して局側装置に蓄積するよう指示し、加入者装置の波長切替完了を契機に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示することを特徴とする。

また、本発明の局側装置は、
制御信号を除く加入者装置への下り信号を一時的に蓄積するバッファ回路と、
加入者装置毎に信号送出が切替中か否かを示す宛先対応表と、
前記宛先対応表を参照して、信号送出が切替中でない加入者装置宛の下り信号をバッファ回路から取り出して加入者装置へ転送する読み出し選択回路と、
をさらに備え、
前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置の波長の切替を行う場合は、当該加入者装置が波長変更を行う間、当該加入者装置への信号を前記バッファ回路に蓄積させ、当該加入者装置への信号送出が切替中であることを前記宛先対応表へ記載し、当該加入者装置の波長切替完了を契機に、当該加入者装置への信号送出が切替中でないことを宛先対応表へ上書きし、前記バッファ回路に蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう前記読み出し選択回路へ指示してもよい。

また、本発明の局側装置は、前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置から切替後の波長で送信される波長切替完了の通知を受信し確認したことを契機に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示してもよい。

また、本発明の局側装置は、前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置が波長の切替えを完了する波長切替完了時間を計算し、信号送出の再開によって局側装置から送出された信号が当該加入者装置における波長の切替の完了直後に当該加入者装置に到達するように、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示してもよい。

また、本発明の局側装置は、前記波長切替指示は加入者装置が波長の切替を開始する波長切替開始時刻を含み、停止した加入者装置への信号送出を再開する時刻は、前記波長切替開始時刻から、当該波長切替指示を加入者装置が受信してから加入者装置が波長の切替を開始するまでの時間と加入者装置における波長の切替に要する時間の和を経過した時刻としてもよい。

また、本発明の局側装置は、前記波長切替指示は、加入者装置が波長の切替を開始する波長切替開始時刻を含み、当該波長切替開始時刻を、当該加入者装置への信号送出を停止し信号蓄積を開始する時刻に、局側装置内に滞留していた当該加入者装置への信号を送出する時間および波長切替指示が加入者装置へ到達する時間を経過した時刻とし、当該加入者装置への信号送出を再開する時刻は、前記信号蓄積開始時刻から、加入者装置における波長の切替に要する時間を経過した時刻としてもよい。

具体的には、本発明の動的波長帯域割当方法は、
複数の加入者装置と単一の局側装置とをＰＯＮトポロジ接続し、複数の波長を切替えて送受信を行う光加入者システムの前記局側装置に設けられ、所定の周期ごとに前記加入者装置からの要求に応じて、要求元の加入者装置の送信する信号が干渉しないよう要求元の加入者装置毎に波長を割当てる動的波長帯域割当方法であって、
加入者装置へ波長切替指示を送出する波長切替指示送出手順と、
当該波長切替指示の送出直後に、当該加入者装置への信号送出を停止して局側装置に蓄積するよう指示する蓄積手順と、
当該加入者装置の波長切替完了の直後に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示する送出再開手順と、
を有する。

また、本発明の動的波長帯域割当方法は、
前記波長切替指示送出手順において、波長切替指示を送出した加入者装置への信号送出が切替中であることを宛先対応表へ記載し、
前記蓄積手順において、当該加入者装置が波長変更を行う間、当該加入者装置への信号をバッファ回路に蓄積し、
前記送出再開手順において、当該加入者装置への信号送出が切替中でないことを宛先対応表へ上書きし、前記バッファ回路に蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう読み出し選択回路へ指示してもよい。

また、前記送出再開手順は、加入者装置から切替後の波長で送信される波長切替完了の通知を局側装置が受信し確認したことを契機に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開してもよい。

また、前記送出再開手順は、加入者装置が波長の切替えを完了する波長切替完了時間を局側装置が計算し、信号送出の再開によって局側装置から送出された信号が当該加入者装置における波長の切替の完了直後に当該加入者装置に到達するように、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示してもよい。

また、前記波長切替指示は加入者装置が波長の切替を開始する波長切替開始時刻を含み、停止した加入者装置への信号送出を再開する時刻は、前記波長切替開始時刻から、当該波長切替指示を加入者装置が受信してから加入者装置が波長の切替を開始するまでの時間と加入者装置における波長の切替に要する時間の和を経過した時刻としてもよい。

また、前記波長切替指示は、加入者装置が波長の切替を開始する波長切替開始時刻を含み、当該波長切替開始時刻を、当該加入者装置への信号送出を停止し信号蓄積を開始する時刻に、局側装置内に滞留していた当該加入者装置への信号を送出する時間および波長切替指示が加入者装置へ到達する時間を経過した時刻とし、当該加入者装置への信号送出を再開する時刻は、前記信号蓄積開始時刻から、加入者装置における波長の切替に要する時間を経過した時刻としてもよい。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、波長切替中にはＯＬＴから波長切替中のＯＮＵへ下りフレームが転送されないため、送受信が行えない波長切替中に、当該ＯＮＵへ下りフレームが到達することによるフレームの欠落が生じない。
また、加入者装置の波長切替完了を確認してから下りフレームの送信を再開するため、波長切替動作に時間がかかり、波長切替完了が遅れた場合においても、波長切替後に下りフレームがＯＮＵの送達される確実性を高めることができる。
さらに、切替中に通信が行えないＯＮＵへの下りフレームを一時停止するため、他のＯＮＵに波長切替による影響を及ぼすことなく、その他のＯＮＵへの下りフレーム転送は継続することができる。
したがって、本発明によれば、受信ポート１７で受信した下りフレームの到着タイミングと、転送先ＯＮＵ９２の波長切替のタイミングが合致する場合に、当該ＯＮＵ９２へ下りフレームが到達することによるフレームの欠落を防ぐことができる。

本発明の第１の実施形態における全体構成とＯＬＴ構成図である。 本発明の第１および第２の実施形態における宛先対応テーブルの構成図である。 本発明の第１の実施形態における制御信号および下りフレームの転送と波長切替のシーケンス図である。 本発明の第１および第２の実施形態における下りフレーム読み出し選択制御フローチャートである。 本発明の第２の実施形態における全体構成とＯＬＴ構成図である。 本発明の第２の実施形態における制御信号および下りフレームの転送と波長切替のシーケンス図である。 本発明の第３の実施形態における制御信号および下りフレームの転送と波長切替のシーケンス図である。 関連発明における波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの構成図である。 関連発明における宛先対応テーブルの構成図である。 関連発明におけるＯＮＵの構成図である。 関連発明における制御信号および下りフレームの転送と波長切替のシーケンス図である。

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。

本発明に係る光加入者システムは、複数のＯＮＵ９２（加入者装置）と単一のＯＬＴ９１（局側装置）とをＰＯＮトポロジ接続し、複数の波長を切替えて送受信を行うシステムであり、例えば、波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムである。動的波長帯域割当回路は、波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムを構成するＯＬＴ９１に設けられ、所定の周期ごとにＯＮＵ９２からの要求に応じて、要求元のＯＮＵ９２の送信する信号が干渉しないよう要求元のＯＮＵ９２毎に波長を割当てる。波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムは、複数のＯＮＵ９２と単一のＯＬＴ９１とをＰＯＮトポロジ接続し、複数の波長を切替えて送受信を行う。

本発明に係る動的波長帯域割当方法は、動的波長帯域割当回路において、波長切替指示送出手順と、蓄積手順と、送出再開手順と、を順に有する。
波長切替指示送出手順では、ＯＮＵ９２へ波長切替指示を送出する。
蓄積手順では、波長切替指示の送出直後に、対象ＯＮＵ９２への信号送出を停止してＯＬＴ９１に蓄積する。
送出再開手順では、対象ＯＮＵ９２の波長切替完了の直後に、指示によって蓄積した対象ＯＮＵ９２への信号送出を再開する。

（実施形態１）
図１は本発明の第１の実施形態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装置（ＯＬＴ）と加入者装置（ＯＮＵ）の構成図である。本実施形態に係る波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムは、ＯＬＴ９１と、ＯＮＵ９２と、ＯＬＴ９１とＯＮＵ９２をＰＯＮトポロジで接続する光伝送路を備える。ＯＬＴ９１とＯＮＵ９２は、パワースプリッタまたは波長ルータなどの光合分岐回路９３を用いたｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ構成のＰＯＮトポロジで接続される。

ＯＬＴ９１は、宛先対応表として機能する宛先対応テーブル１３と、バッファ回路として機能するバッファメモリ１６と、ＬＣ１１と、動的波長帯域割当回路１２と、読み出し選択制御回路１４と、選択回路１５と、受信ポート１７を備える。動的波長帯域割当回路１２が本発明に係る動的波長帯域割当回路として機能する。ただし、本発明に係る動的波長帯域割当回路は、宛先対応テーブル１３と、バッファメモリ１６と、読み出し選択制御回路１４と、選択回路１５と、の各機能を備えていてもよい。

本実施形態に係る波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムは、図７に示すシステムと比較して、動的波長帯域割当回路１２が対象ＯＮＵ９２に対して、下りフレームの読み出し停止の指示と読み出し再開の指示を伝達する点が異なる。また、受信ポート１７で受信した下りフレームはＯＮＵ９２に対応するＬＬＩＤ毎にバッファメモリ１６で蓄積することとする。

動的波長帯域割当回路１２は、関連発明と同様に、各ＯＮＵ９２から送信された帯域要求を含んだＲｅｐｏｒｔ信号を各ＬＣ１１を通じて受信し、その要求に基づいて各ＯＮＵ９２に割当てる上りフレームおよびＲｅｐｏｒｔ信号の送信時刻、送信継続時間を算出し、その情報を格納したＧａｔｅ信号を切替指示信号生成部（不図示）で生成し、制御信号送信部（不図示）から各ＬＣ１１を通じて各ＯＮＵ９２へ送信する。また、受信したＲｅｐｏｒｔ信号の情報等から、ＯＮＵ９２の所属するＬＣ１１を変更する、すなわちＯＮＵ９２の送受信波長を切替えると判断した場合は、Ｇａｔｅ信号に波長切替情報（たとえば切替先波長等）を記載してＯＮＵ９２へ送信する。また、ＯＮＵ９２の所属するＬＣ１１を切替えるためのＯＮＵ９２の波長切替と同時に、下りフレームの転送先ＬＣ１１を変更する。具体的には、宛先対応テーブル１３に記載されている、下りフレームの識別子と転送先ＬＣの対応関係を変更する。

本実施形態の動的帯域割当回路における関連発明との差分は、波長切替指示をＧａｔｅ信号としてＯＮＵ９２に送信すると同時に、該当ＯＮＵ９２に割り当てられたＬＬＩＤ宛のフレームを転送しないよう読み出し選択制御回路１４へ指示すること、およびＯＮＵから波長切替完了の通知を受け取ると同時に、該当ＯＮＵ９２に割り当てられたＬＬＩＤ宛のフレーム転送を再開するよう読み出し選択制御回路１４へ指示する機能を具備している点である。

本実施形態では動的波長帯域割当回路１２はＯＬＴ９１の内部に１つの機能ブロックとして存在するが、上記に示した機能を全体で発揮するのであれば、その機能の一部が各ＬＣ１〜ＬＣｍに分散して存在してもよい。例えば、Ｇａｔｅ信号やＲｅｐｏｒｔ信号の送受信、波長を切替えない場合の帯域割当て計算などは各ＬＣが個別に有していてもよい。

バッファメモリ１６は、受信ポート１７から受信した下りフレームを宛先ＬＬＩＤ毎に一時的に蓄積する。

読み出し選択制御回路１４は、関連発明と同様に、バッファメモリ１６を監視し、フレームが格納されていれば先頭にあるフレームの識別子を読み取り、宛先対応テーブル１３に記載の識別子とＬＣの対応関係を参照し、下りフレームを対応するＬＣ１１へ転送する方路を選択回路１５に指示する。関連発明との差分は、宛先対応テーブル１３に“波長切替中”フラグが設定されていた場合は、対象ＬＬＩＤのバッファメモリ１６からはフレームの読み出しを行わない機能を新たに有することである。また、本実施形態における各ＬＬＩＤのフレーム読み出し順序は、概ね公平性が得られかつ高速処理が可能なラウンドロビンを用いることとするが、ＬＬＩＤの優先度に応じて読み出し順を変えるなどのＱｏＳ制御も適用可能であり、本発明を構成する要件ではない。

選択回路１５は関連発明と同様に、読み出し選択制御回路１４の指示に従って転送先ＬＣの方路を切替え、バッファメモリ１６から送られるフレームをＬＣへ転送する。

図２に本発明の第１の実施形態における宛先対応テーブルの例を示す。図１０におけるＯＮＵ１〜ＯＮＵｎに対し、それぞれ１〜ｎのＬＬＩＤが付与されているとする。転送先ＬＣの列は、その時点でのＯＮＵが所属しているＬＣを示している。動的波長帯域割当回路１２が、ＯＮＵの波長切替と同時にこの転送先ＬＣを書き換えることで、下りフレームの転送先を変更する。

本実施形態の宛先対応テーブルでは、上位ＮＷ８４としてＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）技術を想定しており、識別子はＯＮＵ９２の下部に接続されるユーザそれぞれに異なるＶＩＤが付与される。図８の宛先対応テーブルは、上位ＮＷ８４から受信するＶＩＤをＬＬＩＤと転送先ＬＣに対応づけることで、下りフレームの転送先ＯＮＵを指定している。

また、本実施形態の宛先対応テーブルでは、当該ＯＮＵが波長切替中かどうかを示す列を有し、テーブルを参照すれば、該当ＬＬＩＤのＯＮＵが波長切替中かどうかを判別することができる。

本実施形態では、下りフレームの転送先を示す識別子としてＶＩＤを用いた場合を示しているが、識別子はＶＬＡＮ−ＩＤに限るものではない。他の方法でフレームの転送先を表す識別子を付与する場合は、ＯＬＴ９１がその識別子とＬＬＩＤを関連付ける設定を宛先対応テーブル１３に設定することで対応できる。

本発明の実施形態におけるＯＮＵ９２の構成は関連発明に示した図９と同様である。

次に本実施形態の波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの動作を説明する。
図３に本実施形態におけるＤＷＢＡの動作例を示す。当初ＯＮＵ１、ＯＮＵ２、ＯＮＵｎはＬＣ１の波長λ１を用いて通信しており、周期Ｔ＿ｄｗｂａ＿ｉにＯＮＵｎがＬＣ２の波長λ２を用いて通信するよう波長を切替えることを想定し、上り、下りの制御フレームおよびデータフレームの時間的な送受信の様子を示している。周期Ｔ＿ｄｗｂａ＿ｉとはＤＷＢＡのｉ番目の周期において、その１周期の時間を表すとする。

受信ポート１７の時間軸を示す矢印においては下側に受信した下りフレームを示す。ＯＬＴの時間軸を示す矢印においては、上側にＯＮＵからの受信フレーム、下側に送信フレームのタイミングを示す。ＯＬＴから送信された信号は光ファイバを介してＯＮＵで受信される。ＯＮＵｎはＰＯＮトポロジの中で一番遠くの距離にあるＯＮＵとする。ＯＮＵの時間軸を示す矢印においては、上側にフレームの送信タイミング、下側にフレームの受信タイミングを示している。

上り信号の制御信号（Ｇａｔｅ信号、Ｒｅｐｏｏｒｔ信号）の送受信および上りフレームの転送シーケンスについては関連発明と同様である。

次に、下りフレームの送信手順について説明する。
上位ＮＷ９４からＯＬＴ９１の受信ポート１７に到着した各ＯＮＵ９２への信号（ｄ１＿１〜ｄｎ＿１）はＯＬＴ９１の宛先対応テーブル１３に記載のＯＮＵ９２とフレームの識別子の対応に従って、各ＬＣ１１へ転送される。図３においてはｄ１＿１〜ｄ２＿３まではＬＣ１へ転送される。ＬＣ１１はそれぞれ割り当てられた波長で各ＯＮＵ９２へ下り信号を送信する。

動的波長帯域割当回路１２は周期Ｔ＿ｄｗｂａ＿ｉのＲｅｐｏｒｔ信号受信やその直後の割当て計算時間等で波長の切替を判断すれば、Ｇａｔｅ信号に波長切替指示を記載してＯＮＵに送信する。図３においては、ＯＮＵｎをＬＣ１（すなわち波長λ１）からＬＣ２（すなわち波長λ２）へ変更（切替）する場合を示す。この時、波長の切替を判断した動的波長帯域割当回路１２は、ＯＮＵｎへ転送されるフレームの識別子をＬＣ２へ転送するよう宛先対応テーブル１３を書き換え、宛先対応テーブル１３のＯＮＵｎ（すなわちＬＬＩＤ＝ｎ）に相当する行の波長切替の列を、“波長切替中”に変更する。また、ＯＮＵｎの転送を止めるために、転送を停止するよう読み出し選択制御回路１４へ指示する。読み出し選択制御回路１４は宛先対応テーブル１３を参照し、ＯＮＵｎへの転送は行わないように変更して転送動作を継続する。

ＯＮＵｎはλ２への波長切替指示を受信した後、波長の切替を開始する。ＯＮＵｎにおいて波長切替が完了するまでにはＴ＿ｌｍａｘの時間を要するとし、波長切替は送信器の発振波長や受信器の透過波長を変更するため、信号の送受信が不可能となる。この間、ＯＮＵｎへの下りフレームは転送されず、ＯＬＴ９１のバッファメモリ１６のＬＬＩＤ＝ｎに相当するキューに蓄積される。したがって、関連発明で生じたような、波長切替中に下り信号がＯＮＵｎに到着することで生じるフレーム損は発生しない。

ＯＮＵｎはλ２への波長切替えを完了した後に、λ２でＲｅｐｏｒｔ信号ｒｅｐｎ＿ｉ＋１をＬＣ２へ送信する。それを受信したＬＣ２はその信号を動的波長帯域割当回路１２へ伝達する。動的波長帯域割当回路１２は、そのｒｅｐｎ＿ｉ＋１の受信をもってＯＮＵｎの波長切替えを完了したと認識し、ＯＮＵｎへの転送を再開する。具体的には、動的波長帯域割当回路１２が、宛先対応テーブルのＯＮＵｎ（ＬＬＩＤ＝ｎ）の行、波長切替の列にある波長切替中フラグを“なし”に変更し、読み出し選択制御回路１４へ転送再開を指示する。読み出し選択制御回路１４は宛先対応テーブル１３を参照し、ＯＮＵｎへの転送を行ってもよいことを認識し、ＬＬＩＤ＝ｎのバッファ１６からフレームを読みだすことを再開する。

本実施形態では、ＯＮＵｎがＲｅｐｏｒｔ信号ｒｅｐｎ＿１＋１をＬＣ２へ送信し、ＬＣ２がそのＲｅｐｏｒｔ信号を正しく受信したことを以て波長の切替を完了したと認識する。しかし、その確認手順は一例であって、ＯＮＵｎの波長切替完了をＬＣ２が認識する情報交換手順を有し、その確認後にＯＬＴ９１からの下り信号転送を再開するのであれば、本発明はその手順を問わない。

図４は第１の実施形態における読み出し選択制御回路１４のフレーム転送のフローチャートを示している。本フローチャートは、各ＬＬＩＤのフレームを概ね公平かつ高速に振り分けるラウンドロビン動作と、波長切替中のＯＮＵ９２へは転送を停止し、それ以外のフレームを適切なＬＣへ転送する振り分け動作に分けられる。具体的には、
１）まず、あるＬＬＩＤに対するバッファにフレームがあるかを確認する（Ｓ１０２）。
フレームがない場合（Ｓ１０２においてＮｏ）は、当該ＬＬＩＤのフレーム転送動作をスキップし、手順３）へ移行する。
フレームがある場合（Ｓ１０２においてＹｅｓ）は、手順２）へ移行する。
２）宛先対応テーブルを参照し、該当ＬＬＩＤすなわち該当ＯＮＵが波長切替中かどうかを確認する（Ｓ１０３）。これは図２に記載の宛先対応テーブルにおいて、該当するＯＮＵの行で波長切替の列の欄を参照すればよい。
２−１）波長切替中であれば（Ｓ１０３においてＹｅｓ）、該当ＬＬＩＤのフレームの転送を行わず、手順３）へ移行する。
２−２）波長切替中でなければ（Ｓ１０３においてＮｏ）、該当ＯＮＵを宛先とするフレームを宛先対応テーブル１３から読み出し（Ｓ１０４）、宛先対応テーブル１３に記載のＬＣへフレームを転送するよう選択回路１５を設定し、宛先対応テーブル１３に記載のＬＣへ転送し、手順３）へ移行する。
３）次のＬＬＩＤのバッファへ移動する（Ｓ１０７）。すなわち、読み出し中のＬＬＩＤが最大値（ｉ＝ｎ）であれば、ＬＬＩＤの値を初期化（ｉ＝１）とし（Ｓ１０８）、最大値でなければ１増やす（Ｓ１０９）。
４）手順１）に戻る。
以降、これを繰り返すことで、波長切替中は当該ＯＮＵへフレームの転送することなく通信を行うことが可能となる。

なお、本実施形態ではＬＬＩＤの選択方法についてラウンドロビンを用いたが、本発明は選択ＬＬＩＤが波長切替中かどうかを特定できればＬＬＩＤの選択方法に依存しない。例えば、図４のＳ１０１、Ｓ１０７、Ｓ１０９、Ｓ１０８においてはｉをインクリメントさせてＬＬＩＤを選択したが、ｉの値は任意に変更させることができる。

本実施形態によって、関連発明に比べ、以下の効果が期待できる。
まず、本実施形態では波長切替中にはＯＮＵ９２へ下りフレームを転送しないため、送受信が行えない波長切替中に、当該ＯＮＵ９２へ下りフレームが到達することによるフレームの欠落が生じない。

また、波長を切替える時間Ｔ＿ｌｍａｘ後に波長切替完了を表すＲｅｐｏｒｔ信号を送信するため、波長の切替を動的波長帯域割当回路１２が確認してから下フレームの送信を再開することになる。もし、波長切替動作に時間がかかり、切替完了Ｒｅｐｏｒｔ信号が遅れた場合においても、バッファメモリ１６を十分に確保すれば波長切替を待つことができる。これは、波長切替後に下りフレームがＯＮＵ９２の送達される確実性を高める効果がある。

さらに、本実施形態は波長切替を行うＯＮＵ９２へのフレームのみをバッファリングし、波長切替中のその他のＯＮＵ９２への下りフレーム転送は継続される。波長切替中はＰＯＮシステムにおけるすべてのＯＮＵ９２や、該当波長（実施形態でいうλ２）のすべてのＯＮＵ９２の送受信を停止して切替えるという方法も考えられるが、その際はトラフィックの停止による影響が波長を切替えないＯＮＵ９２へも波及することになる。本実施形態ではもともと切替中に通信が行えないＯＮＵ９２への下りフレームを一時停止するため、他のＯＮＵ９２へ波長切替えによる影響なく、その他のＯＮＵへの下りフレーム転送は継続することができる。

（実施形態２）
図５は本発明の第２の実施形態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装置（ＯＬＴ）と加入者装置（ＯＮＵ）の構成図である。
関連発明の図７と比較して、動的波長帯域割当回路１２が対象ＯＮＵへの下りフレーム読み出し停止の指示と読み出し再開の指示を伝達する信号線およびタイマ１〜ｎのタイマ１８、動的波長帯域割当回路１２からタイマ１８までの信号線及びタイマ１８から宛先対応テーブル１３への信号線が追加されている。また、本実施形態のバッファメモリ１６は、受信ポートで受信した下りフレームはＯＮＵ９２に対応するＬＬＩＤ毎にバッファメモリ１６で蓄積することとする。

動的波長帯域割当回路１２は、関連発明と同様に、各ＯＮＵ９２から送信された帯域要求を含んだＲｅｐｏｒｔ信号を各ＬＣ１１を通じて受信し、その要求に基づいて各ＯＮＵ９２に割当てる上りフレームおよびＲｅｐｏｒｔ信号の送信時刻、送信継続時間を算出し、その情報を格納したＧａｔｅ信号を切替指示信号生成部（不図示）で生成し、制御信号送信部（不図示）から各ＬＣ１１を通じて各ＯＮＵ９２へ送信する。また、受信したＲｅｐｏｒｔ信号の情報等から、ＯＮＵ９２の所属するＬＣ１１を変更する、すなわちＯＮＵ９２の送受信波長を切替えると判断した場合は、Ｇａｔｅ信号に波長切替情報（たとえば切替先波長等）を記載してＯＮＵ９２へ送信する。また、ＯＮＵ９２の所属するＬＣ１１を切替えるためのＯＮＵ９２の波長切替と同時に、下りフレームの転送先ＬＣを変更するよう通知する。具体的には、動的波長帯域割当回路１２は、宛先対応テーブル１３に記載されている、下りフレームの識別子と転送先ＬＣの対応関係を変更する。

本実施形態の動的波長帯域割当回路１２における関連発明との差分は、波長切替指示および切替開始時刻をＧａｔｅ信号としてＯＮＵ９２に送信すると同時に、該当ＯＮＵ９２に割り当てられたＬＬＩＤ宛のフレームを転送しないよう読み出し選択制御回路１４へ指示すること、および、波長切替完了時間を計算し、その計算値をタイマ１８の初期値として設定し、タイマ１８の起動を指示する機能を具備している点である。

本実施形態では動的波長帯域割当回路１２はＯＬＴ９１の内部に１つの機能ブロックとして存在するが、上記に示した機能を全体で発揮するのであれば、その機能の一部が各ＬＣ１〜ＬＣｍに分散して存在してもよい。例えば、Ｇａｔｅ信号やＲｅｐｏｒｔ信号の送受信、波長を切替えない場合の帯域割当て計算などは各ＬＣ１１が個別に有していてもよい。

バッファメモリ１６、読み出し選択制御回路１４、選択回路１５、宛先対応テーブル１３は実施形態１と同様の動作である。

本実施形態２ではｎ個のタイマ１〜ｎが備わるタイマ１８をＯＬＴ９１に具備する。タイマ１８は波長切替完了までの時間をＯＬＴ９１側で計測するために単位時間ごとに減算するタイマであり、動的波長帯域割当回路１２によって初期値が設定され、起動される。タイマ１８が０になった時点で、宛先対応テーブル１３の、該当するＯＮＵ９２を行とし、波長切替を列とする欄の“波長切替中”フラグを“なし”に変更する機能を持つ。本実施形態では便宜上ＯＮＵ１に対してタイマ１、以降ＯＮＵｎに対してタイマｎを割り当てるとする。ただしタイマ１８内のタイマの数は、タイマと波長切替を行うＯＮＵ９２との関連付けが行え、かつ同時に波長を切替えるＯＮＵ数分有するのであれば、ｎに限らず自由に決定することができる。

次に本実施形態の波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの動作を説明する。
図６に本実施形態におけるＤＷＢＡの動作例を示す。第１の実施形態における図３と同様に、当初ＯＮＵ１、ＯＮＵ２、ＯＮＵｎはＬＣ１の波長λ１を用いて通信しており、周期Ｔ＿ｄｗｂａ＿ｉにＯＮＵｎがＬＣ２の波長λ２を用いて通信するよう波長を切替えることを想定し、上り、下りの制御フレームおよびデータフレームの時間的な送受信の様子を示している。また表記方法および上り信号の制御信号の送受信および上りフレームの転送動作についても図７と同様である。

次に、下りフレームの送信手順について説明する。
上位ＮＷ９４からＯＬＴ９１の受信ポート１７に到着した各ＯＮＵ９２への信号（ｄ１＿１〜ｄｎ＿１）はＯＬＴ９１の宛先対応テーブル１３に記載のＯＮＵ９２とフレームの識別子の対応に従って、各ＬＣ１１へ転送される。図６においてはｄ１＿１〜ｄ２＿３まではＬＣ１へ転送される。ＬＣ１１はそれぞれ割り当てられた波長で各ＯＮＵ９２へ下り信号を送信する。

動的波長帯域割当回路１２は周期Ｔ＿ｄｗｂａ＿ｉのＲｅｐｏｒｔ信号受信やその直後の割当て計算時間等で波長の切替を判断すれば、Ｇａｔｅ信号に波長切替指示と波長切替開始時刻を記載してＯＮＵ９２に送信する。図６においては、ＯＮＵｎをＬＣ１（すなわち波長λ１）からＬＣ２（すなわち波長λ２）へ変更（切替）する場合を示す。この時、波長の切替を判断した動的波長帯域割当回路１２は、ＯＮＵｎへ転送されるフレームの識別子をＬＣ２へ転送するよう宛先対応テーブル１３を書き換え、宛先対応テーブル１３のＯＮＵｎ（すなわちＬＬＩＤ＝ｎ）に相当する行の波長切替の列を、“波長切替中”に変更する。また、ＯＮＵｎの転送を止めるために、転送を停止するよう読み出し選択制御回路１４へ指示する。さらに、波長切替を行うＯＮＵ９２に対してタイマ１８における１つのタイマを選択し、当該タイマの初期値を設定し、起動する。本実施形態では波長切替を行うＯＮＵ９２はＯＮＵｎのみだが、複数のＯＮＵ９２の波長切替を行うのであれば、それぞれのＯＮＵ９２に対して異なるタイマ９２を関連付け、初期値を設定する。

読み出し選択制御回路１４は宛先対応テーブル１３を参照し、ＯＮＵｎへの転送は行わないように変更して転送動作を継続する。

ＯＮＵｎはλ２への波長切替指示を受信した後、Ｇａｔｅ信号で指示された時刻に波長の切替を開始する。波長切替にはＴ＿ｌｍａｘの時間を要するとし、切替は送信器の発振波長や受信器の透過波長を変更するため、信号の送受信が不可能となる。この間、ＯＮＵｎへの下りフレームは転送されず、ＯＬＴのバッファメモリのＬＬＩＤ＝ｎに相当するキューに蓄積される。

タイマ１８の減算処理が進み０になると波長切替が完了したとし、タイマ１８は宛先対応テーブル１３のＯＮＵｎの行、波長切替の列にある“波長切替中”フラグを“なし”に書き換える。これにより、読み出し選択制御回路１４が波長の切替を完了したとみなし、ＯＮＵｎすなわちＬＬＩＤ＝ｎのバッファメモリ１６の読み出しを再開する。

タイマ１８に設定される初期値は、ＯＮＵごとに異なる。Ｇａｔｅ信号を送出してから波長切替が完了するまでに要する波長切替完了時間（Ｔｎ＿ｆｉｎ）は、波長切替を指示するＧａｔｅ信号が伝搬する時間（Ｔｎ＿ｐｒｏｐ）およびＧａｔｅ信号受信から波長切替を開始するまでの時間（Ｔｎ＿ｐｒｅ）、ＯＮＵ９２の波長切替時間（Ｔ＿ｌｍａｘ）を用いて以下のように表すことができる。
Ｔｎ＿ｆｉｎ＝Ｔｎ＿ｐｒｏｐ＋Ｔｎ＿ｐｒｅ＋Ｔ＿ｌｍａｘ

このＴｎ＿ｆｉｎの直後に一時停止していた下りフレームをＯＮＵ９２へ到着させるには、Ｔｎ＿ｆｉｎよりＴｎ＿ｐｒｏｐさかのぼった時間にＬＣ２から送出すればよい。したがって、Ｇａｔｅ信号送出から下りフレームの転送を停止する時間Ｔｎ＿ｓｔｏｐは、
Ｔｎ＿ｓｔｏｐ＝Ｔｎ＿ｆｉｎ−Ｔｎ＿ｐｒｏｐ＝Ｔｎ＿ｐｒｅ＋Ｔ＿ｌｍａｘ
となる。

ここで、Ｔｎ＿ｐｒｅは、たとえば、ＯＬＴとＯＮＵの時刻を同期するシステムの場合、波長切替の指示を行うＧａｔｅ信号に波長切替開始時刻（Ｔｎ＿ｓ）を指定して切替えるとし、Ｔｎ＿ｓからＴｎ＿ｐｒｏｐとＧａｔｅ信号送信時刻を差し引くことで求めることができる。Ｔｎ＿ｐｒｏｐは例えばＰＯＮのＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスによって測定されるラウンドトリップタイムの半分として計算することができる。また、Ｔ＿ｌｍａｘはＯＮＵの性能として仕様を規定するか、もしくはＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセス中にＯＮＵ９２からＯＬＴ９１へ申告することで把握してもよい。したがって、Ｔｎ＿ｓｔｏｐは、仕様や既存のＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセス情報交換の枠組み、およびその軽微な変更によって得られる情報から、動的波長帯域割当回路１２が計算することができる。または、非特許文献４に記載されるような、ＯＬＴの制御フレームに記載するタイムスタンプを、ＯＮＵへ到着した時刻で同期するシステムの場合であれば、ＯＮＵはＴｎ＿ｐｒｏｐの時間遅れてＯＬＴと時刻の同期を行うため、Ｔｎ＿ｐｒｅは各ＯＮＵのラウンドトリップタイムから計算することはなく、ＯＬＴが設定することができる。

この方法により、動的波長帯域割当回路１２は波長切替を指示するＧａｔｅ信号の送出と同時にＴｎ＿ｓｔｏｐの時間だけ下りフレームの転送を停止し、タイマが０になった直後に再開して下りフレームを送信すると、該当フレームをＯＮＵの波長切替完了直後に受信させることが可能になる。したがって、関連発明で生じたような、波長切替中に下り信号がＯＮＵｎに到着し、結果フレーム損が発生することはない。

本実施形態における読み出し選択制御回路１４のフレーム転送のフローチャートは第１の実施形態における図４と同様である。

本実施形態によって、関連発明に比べ、以下の効果が期待できる。
まず、本実施形態では波長切替中にはＯＮＵへ下り信号を転送しないため、送受信が行えない波長切替中に下り信号が到達することによるフレームの欠落が生じない。

また本実施形態では、波長切替を指示するＧａｔｅ信号受信から、切替え開始までの時間（Ｔｎ＿ｐｒｅ）、波長り替え時間（Ｔ＿ｌａｍｘ）の和の間だけＯＬＴ９１の下りフレーム転送を停止し、その後に転送を再開する。これにより、再開する下りフレームを、波長切替完了直後にＯＮＵ９２へ到達させることが可能になり、ＯＬＴ９１における転送遅延量を最小限に抑えることが可能になる。また、バッファ蓄積時間を短縮化することが可能になり、バッファメモリ量を低減させることが可能になる。

さらに、本実施形態は、波長切替を行うＯＮＵ９２へのフレームのみをバッファリングし、波長切替中のその他のＯＮＵ９２への下りフレーム転送は継続される。波長切替中はＰＯＮシステムは以下のすべてのＯＮＵ９２や、該当波長（実施形態でいうλ２）のすべてのＯＮＵ９２の送受信を停止して切替えるという方法も考えられるが、その際はトラフィックの停止による影響が波長を切替えないＯＮＵ９２へも波及することになる。本実施形態ではもともと切替中に通信が行えないＯＮＵ９２への下りフレームを一時停止するため、他のＯＮＵ９２へ波長切替による影響なく、その他のＯＮＵ９２への下りフレーム転送は継続することができる。

（実施形態３）
図７は本発明の第３の実施形態におけるＤＷＢＡの動作シーケンス図である。波長切替における構成は第２の実施形態と同様である。本実施形態と第２の実施形態との差異は、ＯＬＴ９１のバッファメモリ１６に蓄積する時刻及び時間である。

ＯＮＵ９２はＧａｔｅ信号にて波長切替を開始する時刻までは下りフレームを受信することが可能であるため、そこからＴ＿ｐｒｏｐさかのぼった時刻まではＯＬＴ９１は下りフレームを送信できる。一方、バッファメモリ１６の蓄積を開始した時点においてもＬＣ１やＯＬＴ９１内の別のバッファ等に滞留しているフレームがＯＮＵ９２に向けて送出される。したがって、ＯＬＴ９１が下りフレームをバッファメモリ１６に蓄積開始する時刻をＴ２とし、ＯＮＵ９２が波長切替開始する時刻をＴ１とすると、
Ｔ１＝Ｔ２＋Ｔ＿ｐｒｏｐ＋Ｔ＿ｗａｉｔ
Ｔｎ＿ｓｔｏｐ＝Ｔ＿ｌｍａｘ
としてＴ１及びＴ２を定めることが可能である。ここで、Ｔ＿ｗａｉｔはバッファメモリ１６よりＯＮＵ９２側に滞留するフレームをすべて送出するのに要する時間とする。

また、非特許文献４に記載されるような、ＯＬＴ９１の制御フレームに記載するタイムスタンプを、ＯＮＵ９２へ到着した時刻で同期するシステムの場合であれば、ＯＮＵ９２はＴｎ＿ｐｒｏｐの時間遅れてＯＬＴ９１と時刻の同期を行うため、Ｔ１に相当するＯＮＵ９２のローカル時刻Ｔ１＿ｏｎｕは、
Ｔ１＿ｏｎｕ＝Ｔ２＋Ｔ＿ｗａｉｔ
Ｔｎ＿ｓｔｏｐ＝Ｔ＿ｌｍａｘ
とすることができる。

本実施形態によって、実施形態２に加えて、ＯＬＴ９１のバッファメモリ１６以降に滞留しているフレームを確実にＯＮＵ９２が受信するとともに、ＯＬＴ９１におけるバッファメモリ１６に蓄積するために必要なメモリ量を最小限に抑制することができる。

本発明にかかる動的波長帯域割り当て方式、回路、プログラムおよびそれを記録した記録媒体は、波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおいて、ＯＮＵが信号を送受信できない波長切替中に下りフレームが到達することによって生じるフレーム損を、確実かつ遅延の増大を最低限に抑えながら回避することができる。

１１：ＬＣ
１２：動的波長帯域割当回路
１３：宛先対応テーブル
１４：読み出し選択制御回路
１５：選択回路
１６：バッファメモリ
１７：受信ポート
１８：タイマ
２１：データ受信部
２２：バッファメモリ
２３：フレーム送出制御部
２４：フレーム組立送信部
２５：波長可変光送受信器
２６：要求帯域計算部
２７：要求帯域信号生成部
２８：フレーム送出及び波長制御信号受信部
２９：波長切替制御部
９１：ＯＬＴ
９２：ＯＮＵ
９３：光合分岐回路９３
９４：上位ＮＷ

Claims (18)

1. 複数の加入者装置と単一の局側装置とをＰＯＮトポロジ接続し、複数の波長を切替えて送受信を行う光加入者システムの前記局側装置であって、
   所定の周期ごとに前記加入者装置からの要求に応じて、要求元の加入者装置の送信する信号が干渉しないよう要求元の加入者装置毎に波長を割当てる動的波長帯域割当回路を備え、
   前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置の波長の切替を行う場合は、該当加入者装置へ波長切替指示を送出し、当該波長切替指示を契機に当該加入者装置への信号送出を停止して局側装置に蓄積するよう指示し、加入者装置の波長切替完了を契機に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示することを特徴とする局側装置。
2. 制御信号を除く加入者装置への下り信号を一時的に蓄積するバッファ回路と、
   加入者装置毎に信号送出が切替中か否かを示す宛先対応表と、
   前記宛先対応表を参照して、信号送出が切替中でない加入者装置宛の下り信号をバッファ回路から取り出して加入者装置へ転送する読み出し選択回路と、
   をさらに備え、
   前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置の波長の切替を行う場合は、当該加入者装置が波長変更を行う間、当該加入者装置への信号を前記バッファ回路に蓄積させ、当該加入者装置への信号送出が切替中であることを前記宛先対応表へ記載し、当該加入者装置の波長切替完了を契機に、当該加入者装置への信号送出が切替中でないことを宛先対応表へ上書きし、前記バッファ回路に蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう前記読み出し選択回路へ指示する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の局側装置。
3. 前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置から切替後の波長で送信される波長切替完了の通知を受信し確認したことを契機に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示することを特徴とする請求項１又は２に記載の局側装置。
4. 前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置が波長の切替えを完了する波長切替完了時間を計算し、信号送出の再開によって局側装置から送出された信号が当該加入者装置における波長の切替の完了直後に当該加入者装置に到達するように、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示すること特徴とする請求項１又は２に記載の局側装置。
5. 前記波長切替指示は加入者装置が波長の切替を開始する波長切替開始時刻を含み、
   停止した加入者装置への信号送出を再開する時刻は、前記波長切替開始時刻から、当該波長切替指示を加入者装置が受信してから加入者装置が波長の切替を開始するまでの時間と加入者装置における波長の切替に要する時間の和を経過した時刻とすることを特徴とする請求項４に記載の局側装置。
6. 前記波長切替指示は、加入者装置が波長の切替を開始する波長切替開始時刻を含み、
   当該波長切替開始時刻を、当該加入者装置への信号送出を停止し信号蓄積を開始する時刻に、局側装置内に滞留していた当該加入者装置への信号を送出する時間および波長切替指示が加入者装置へ到達する時間を経過した時刻とし、
   当該加入者装置への信号送出を再開する時刻は、前記信号蓄積開始時刻から、加入者装置における波長の切替に要する時間を経過した時刻とすることを特徴とする請求項４に記載の局側装置。
7. 複数の加入者装置と単一の局側装置とをＰＯＮトポロジ接続し、複数の波長を切替えて送受信を行う光加入者システムであって、
   前記局側装置は、所定の周期ごとに前記加入者装置からの要求に応じて、要求元の加入者装置の送信する信号が干渉しないよう要求元の加入者装置毎に波長を割当てる動的波長帯域割当回路を備え、
   前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置の波長の切替を行う場合は、該当加入者装置へ波長切替指示を送出し、当該波長切替指示を契機に当該加入者装置への信号送出を停止して局側装置に蓄積するよう指示し、加入者装置の波長切替完了を契機に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示する
   ことを特徴とする光加入者システム。
8. 前記局側装置は、
   制御信号を除く加入者装置への下り信号を一時的に蓄積するバッファ回路と、
   加入者装置毎に信号送出が切替中か否かを示す宛先対応表と、
   前記宛先対応表を参照して、信号送出が切替中でない加入者装置宛の下り信号をバッファ回路から取り出して加入者装置へ転送する読み出し選択回路と、をさらに備え、
   前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置の波長の切替を行う場合は、当該加入者装置が波長変更を行う間、当該加入者装置への信号を前記バッファ回路に蓄積させ、当該加入者装置への信号送出が切替中であることを前記宛先対応表へ記載し、当該加入者装置の波長切替完了を契機に、当該加入者装置への信号送出が切替中でないことを宛先対応表へ上書きし、前記バッファ回路に蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう前記読み出し選択回路へ指示する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の光加入者システム。
9. 前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置から切替後の波長で送信される波長切替完了の通知を受信し確認したことを契機に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示することを特徴とする請求項７又は８に記載の光加入者システム。
10. 前記動的波長帯域割当回路は、加入者装置が波長の切替えを完了する波長切替完了時間を計算し、信号送出の再開によって局側装置から送出された信号が当該加入者装置における波長の切替の完了直後に当該加入者装置に到達するように、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示すること特徴とする請求項７又は８に記載の光加入者システム。
11. 前記波長切替指示は加入者装置が波長の切替を開始する波長切替開始時刻を含み、
    停止した加入者装置への信号送出を再開する時刻は、前記波長切替開始時刻から、当該波長切替指示を加入者装置が受信してから加入者装置が波長の切替を開始するまでの時間と加入者装置における波長の切替に要する時間の和を経過した時刻とすることを特徴とする請求項１０に記載の光加入者システム。
12. 前記波長切替指示は、加入者装置が波長の切替を開始する波長切替開始時刻を含み、
    当該波長切替開始時刻を、当該加入者装置への信号送出を停止し信号蓄積を開始する時刻に、局側装置内に滞留していた当該加入者装置への信号を送出する時間および波長切替指示が加入者装置へ到達する時間を経過した時刻とし、
    当該加入者装置への信号送出を再開する時刻は、前記信号蓄積開始時刻から、加入者装置における波長の切替に要する時間を経過した時刻とすることを特徴とする請求項１０に記載の光加入者システム。
13. 複数の加入者装置と単一の局側装置とをＰＯＮトポロジ接続し、複数の波長を切替えて送受信を行う光加入者システムの前記局側装置に設けられ、所定の周期ごとに前記加入者装置からの要求に応じて、要求元の加入者装置の送信する信号が干渉しないよう要求元の加入者装置毎に波長を割当てる動的波長帯域割当方法であって、
    加入者装置へ波長切替指示を送出する波長切替指示送出手順と、
    当該波長切替指示の送出直後に、当該加入者装置への信号送出を停止して局側装置に蓄積するよう指示する蓄積手順と、
    当該加入者装置の波長切替完了の直後に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示する送出再開手順と、
    を有することを特徴とする動的波長帯域割当方法。
14. 前記波長切替指示送出手順において、波長切替指示を送出した加入者装置への信号送出が切替中であることを宛先対応表へ記載し、
    前記蓄積手順において、当該加入者装置が波長変更を行う間、当該加入者装置への信号をバッファ回路に蓄積し、
    前記送出再開手順において、当該加入者装置への信号送出が切替中でないことを宛先対応表へ上書きし、前記バッファ回路に蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう読み出し選択回路へ指示する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の動的波長帯域割当方法。
15. 前記送出再開手順は、加入者装置から切替後の波長で送信される波長切替完了の通知を局側装置が受信し確認したことを契機に、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の動的波長帯域割当方法。
16. 前記送出再開手順は、加入者装置が波長の切替えを完了する波長切替完了時間を局側装置が計算し、信号送出の再開によって局側装置から送出された信号が当該加入者装置における波長の切替の完了直後に当該加入者装置に到達するように、前記指示によって蓄積した当該加入者装置への信号送出を再開するよう指示すること特徴とする請求項１３又は１４に記載の動的波長帯域割当方法。
17. 前記波長切替指示は加入者装置が波長の切替を開始する波長切替開始時刻を含み、
    停止した加入者装置への信号送出を再開する時刻は、前記波長切替開始時刻から、当該波長切替指示を加入者装置が受信してから加入者装置が波長の切替を開始するまでの時間と加入者装置における波長の切替に要する時間の和を経過した時刻とすることを特徴とする請求項１６に記載の動的波長帯域割当方法。
18. 前記波長切替指示は、加入者装置が波長の切替を開始する波長切替開始時刻を含み、
    当該波長切替開始時刻を、当該加入者装置への信号送出を停止し信号蓄積を開始する時刻に、局側装置内に滞留していた当該加入者装置への信号を送出する時間および波長切替指示が加入者装置へ到達する時間を経過した時刻とし、
    当該加入者装置への信号送出を再開する時刻は、前記信号蓄積開始時刻から、加入者装置における波長の切替に要する時間を経過した時刻とすることを特徴とする請求項１６に記載の動的波長帯域割当方法。

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