JP5938017B2 - 光加入者システム、動的波長帯域割当方法及びプログラム - 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、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、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、２参照。）。

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、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（ＤＷＢＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）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。

図１に波長可変型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。ＯＬＴ９１とＯＮＵ９２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。

ＯＬＴ９１は、各λ１_ｄ，ｕ〜λｍ_ｄ，ｕの波長を送受信するＯＳＵ１〜ＯＳＵｍで表されるｍ個のＯＳＵ１２と動的波長帯域割当回路１１を備える。ＯＳＵ１〜ＯＳＵｍは、ＯＮＵ９２から送信されるλ１_ｄ，ｕ〜λｍ_ｄ，ｕのそれぞれの波長信号を送受信する。ＯＬＴ９１にはＯＮＵ１〜ＯＮＵｈのｈ台のＯＮＵ９２が接続され、それぞれのＯＮＵ９２は下りと上りの波長の組であるλ１_ｄ，ｕ〜λｍ_ｄ，ｕのいずれかの波長の組、または上りにλ１_ｕ〜λｍ_ｕのいずれか、下りにλ１_ｄ〜λｍ_ｄのいずれか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_ｕ〜λｍ_ｕ、λ１_ｄ〜λｍ_ｄの波長を切替えて送受信することができる。

各ＯＮＵ９２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、ＯＮＵ９２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ＯＮＵ９２側のパワースプリッタまたは波長ルータからはＯＬＴ９１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ＯＮＵ９２が送信する上り信号の送信時刻、送信継続時間をＯＬＴ９１が算出し、制御する。ＯＬＴ９１内のＯＳＵ１〜ＯＳＵｍで受信した上り信号１〜ｍはＯＬＴ９１内の多重分離部１３にて集約され、一つの上り信号に多重されて中継ネットワーク側に送信される。一方中継ネットワーク側から各ＯＮＵ９２への下り信号は、多重分離部１３にて下り信号に記されている宛先ＯＮＵ情報とＯＮＵ９２の所属するＯＳＵ情報を基に、ＯＳＵ１〜ＯＳＵｍへの下り信号１〜ｍに分離される。分離された下り信号１〜ｍはＯＳＵ１〜ＯＳＵｍの有するλ１_ｄ〜λｍ_ｄの波長で、各ＯＮＵ９２に送られる。下り信号は各ＯＳＵの波長で同報されるが、ＯＮＵ９２の送受信波長が所属する各ＯＳＵの送受信波長に設定されているため、ＯＮＵ９２は受信する波長の信号から、自宛の情報を選択し、ＯＮＵ９２からユーザ宅の通信装置へ出力される。

動的波長帯域割当回路１１は、ＤＷＢＡ計算部１１４、切替指示信号生成部１１１、制御信号送信部１１２、要求信号受信部１１３から成る。要求信号受信部１１３は、各ＯＮＵ９２から送信された帯域要求を含んだ要求信号を各ＯＳＵ１２を通じて受信する。ＤＷＢＡ計算部１１４は、各ＯＮＵ９２からの要求に基づいて各ＯＮＵ９２に割り当てる上り信号および要求信号の送信時刻、送信継続時間を算出する。切替指示信号生成部１１１は、その情報を格納した指示信号を生成する。制御信号送信部１１２は、指示信号を、各ＯＳＵ１２を通じて各ＯＮＵ９２へ送信する。また、ＤＷＢＡ計算部１１４はＰＯＮ区間のＯＮＵ９２とＯＳＵ１２の接続情報を管理している。波長を切替えた際は、ＤＷＢＡ計算部１１４は、波長を変更したＯＮＵ９２に関して、当該ＯＮＵ９２の下り信号の転送先ＯＳＵ１２を変えるよう多重分離部１３に指示する。

図２に多重分離部１３における下り信号の分離およびＯＳＵ１〜ＯＳＵｍへの転送方式例を示す。多重分離部１３は、ｍ個のセレクタ１３１と、ｍ個のバッファ１３２と、多重部１３４と、分離部１３５と、ｈ個のＯＮＵ毎バッファ１３３と、ＳＥＬ制御部１３６と、バッファモニタ部１３７を備える。

上記説明した通り、中継ネットワーク側からの下り信号は、分離部１３５において下り信号の宛先ＯＮＵ情報を読み取り、宛先ＯＮＵ情報毎に、ＯＮＵ９２毎の先入れ先出しバッファＯＮＵ１〜ＯＮＵｈに蓄積される。ＯＮＵ毎バッファ１３３に蓄積された信号は、ＯＳＵ１２毎にあるセレクタＳＥＬ１〜ＳＥＬｍの指示によって出力し、各セレクタ１３１へ転送され、各セレクタ１３１は対応するＯＳＵ１２へ信号を転送する。ＳＥＬ制御部１３６は、読み出すＯＮＵ毎バッファ１３３をセレクタ１３１に指定する。セレクタ１３１はＯＳＵ１２に対応しており、ＯＳＵ１２に所属するＯＮＵ９２のＯＮＵ毎バッファ１３３が指定される。

図２で例えると、ＳＥＬ１はＯＳＵ１に所属するＯＮＵ９２のバッファを読み出すように指定され、以降ＳＥＬ２はＯＳＵ２、ＳＥＬｍはＯＳＵｍに所属するＯＮＵ９２のＯＮＵ毎バッファ１３３から下り信号を読み出す。ＳＥＬ制御部１３６はどのＯＳＵ１２にどのＯＮＵ９２が所属しているかを管理する。各ＯＳＵ１２に所属するＯＮＵ９２の情報は、波長を切替えることによって変更されるため、動的波長帯域割当回路１１は波長切替発生時にＳＥＬ制御部１３６へＯＳＵ１２とＯＮＵ９２の対応関係の更新を行う。また、バッファモニタ部１３７はＯＮＵ毎バッファ１３３の蓄積状態やトラフィックの有無をモニタしている。動的波長帯域割当回路１１は定期的にバッファモニタ部１３７に問合せ、ＯＮＵ毎バッファ１３３の状態を記録し、その記録を波長切替判断アルゴリズムに用いる。

図３にＯＮＵ９２の構成を示す。ＯＮＵ９２はデータ受信部２１、データ送信部３０、上りバッファメモリ２２、下りバッファメモリ２９、宛先解析選択受信部２８、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３２、要求帯域信号生成部３１、フレーム送出及び波長制御信号受信部２６、波長切替制御部２７から構成される。

ユーザからの上り信号はデータ受信部２１で受信され、上りバッファメモリ２２内に一時的に蓄積される。フレーム送出制御部２３は波長の切替を指示する信号（Ｇａｔｅ信号と呼ぶ）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２７で指定された波長λ１_ｄ，ｕ〜λｍ_ｄ，ｕのいずれかで光信号に変換しＯＬＴ９１へ送信する。ＯＳＵ１２からの下り信号は、波長可変光送受信器２５において、指定された波長を選択して受信し、宛先解析選択受信部２８において下り信号の宛先を解析して自宛の情報のみを選択し、下りバッファメモリ２９に格納する。データ送信部３０は下りバッファメモリ２９に蓄積されている情報をユーザへ下り信号として送信する。

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２６へ送る。フレーム送出及び波長制御信号受信部２６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２７に送る。波長切替制御部２７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、ＯＬＴ９１はＯＮＵ９２の要求する帯域の情報をＯＮＵ９２から受信して帯域の割当に利用する。その方法はさまざまであるが、例えばこの要求帯域の情報をＯＬＴ９１へ送信するようＧａｔｅ信号を用いて指示することもある。ＯＮＵ９２がＯＬＴ９１へ要求帯域の情報を記載する信号をＲｅｐｏｒｔ信号と呼ぶ。その場合、フレーム送出及び波長制御受信部２６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３１へＲｅｐｏｒｔ信号の生成を指示する。要求帯域信号生成部３１は要求帯域計算部３２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３２は上りバッファメモリ２２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３１へ要求帯域量を送る。要求帯域信号生成部３１は要求量を含んだＲｅｐｏｒｔ信号を生成し、フレーム送出制御部３２に送る。

前記Ｇａｔｅ信号はＲｅｐｏｒｔ信号の送出開始時刻および送信継続時間の情報が含まれていることもある。その場合、フレーム送出及び波長制御信号受信部２６はフレーム送出制御部２３にＧａｔｅ信号に含まれていたＲｅｐｏｒｔ信号の送出開始時刻および送信継続時間の情報を送り、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がユーザ側から受信した上り信号をＯＬＴ９１へ送信する送信開始時刻および送信継続時間が含まれている。フレーム送出及び波長制御信号受信部２６はフレーム送出制御部２３にＧａｔｅ信号に含まれていた上り信号の送信開始時間および送信継続時間の情報を送り、フレーム送出制御部２３は指示された時刻に上り信号を上りバッファメモリ２２から送信継続時間の期間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へ送信する。

Ｋａｚｕｔａｋａ Ｈａｒａ ｅｔ ａｌ，"Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｌｏａｄ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｕｓｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ （ＤＷＢＡ） ｔｏｗａｒｄ １００Ｇｂｉｔ／ｓ−ｃｌａｓｓ−ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ"，Ｔｕ．３．Ｂ．２，ＥＣＯＣ２０１０，２０１０ Ｓ． Ｋｉｍｕｒａ，"ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｆｕｔｕｒｅ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"，６Ａ１−１，ＯＥＣＣ２０１０，２０１０ 妹尾他、「波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける動的負荷分散手法の提案」、Ｂ−８−２７、電子情報通信学会総合大会、２０１３年３月

ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける動的波長帯域割当は、上り又は下りの信号帯域を、ＯＮＵ９２の利用している、もしくは要求する帯域に応じて動的に割り当てる。ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮは、１つの波長の組に着目すれば従来技術であるＴＤＭ−ＰＯＮそのものになることから、上りの帯域割当は動的帯域割当（ＤＢＡ）アルゴリズムが適用可能である。ＤＢＡアルゴリズムは、公平制御や帯域要求量に応じた動的な帯域割当が可能であり、これまで種々のＤＢＡが提案されている。一方で、上り下りそれぞれ２５Ｇｂｉｔ／ｓの伝送速度を４波長を合わせることで中継側ネットワークへの１００Ｇｂｉｔ／ｓの総帯域を実現する場合、１つのＯＳＵ１２、１つのＯＮＵ９２が伝送できる最大速度は２５Ｇｂｉｔ／ｓとなる。この時、１ＯＳＵに対する上り、または下りの総帯域が２５Ｇｂｉｔ／ｓを超えると、輻輳が発生する。

ここで、所属するＯＮＵ９２を１つまたはいくつか選び、別の空いている帯域を有するＯＳＵ１２へ収容変更することによって、上記輻輳を回避することができる。すなわち、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける動的波長帯域割当の優れる機能として、１ＯＳＵの総帯域がＯＳＵ１２の伝送速度を超えた場合の輻輳を検出し、ＯＮＵ９２が波長を切替えて所属するＯＳＵ１２を移動させるこで、負荷分散を可能とすることが挙げられる。

一方で、波長可変光送受信器２５の波長を変更するには通常何らかの時間を要する。また、波長切替中は波長可変光送受信器２５の信号疎通が不可能となるため、波長切替中のトラフィックの途絶は避けられない。長い波長切替時間は遅延増加や装置内のバッファあふれを引き起こす原因となるため、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。しかし波長切替時間の短い部品は一般に高価となるため。光アクセスシステムの経済化には適さない。光アクセスシステムの経済化を優先させるためには、より多くの種類の波長切替部品が適用できるよう、波長切替時間がＤＢＡ周期に比べて長く規定されることも考えられる。

輻輳の発生による信号の一部の廃棄は許容できても、波長切替によるＯＮＵ９２の通信の途絶が許されない場合が考えられる。たとえば、ＯＮＵ９２からのトラフィックに優先度が高い信号が含まれており、輻輳の発生による信号の廃棄は、優先度の低いトラフィックを廃棄するような優先制御を備えている場合、輻輳による高優先トラフィックの廃棄は避けることが可能だが、波長切替による通信の途絶は優先度にかかわらず発生することになり、高優先トラフィックの廃棄や遅延の増加を防ぐことができない。このような場合は輻輳が継続することを許容し、当該ＯＮＵ９２の波長切替を発生させない波長切替判断手順が求められる。

本発明は、複数の加入者装置と単一の局側装置とがＰＯＮトポロジで接続された光加入者システムの動的波長帯域割当において、通信の継続を優先とし、波長切替による通信の途絶を発生させない波長切替判断手順を提供することを目的とする。

本願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がＰＯＮトポロジで接続された光加入者システムであって、
前記局側装置は、所定の波長切替周期ごとに、前記加入者装置からの要求に応じて、波長を前記加入者装置に割り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、
要求のあった加入者装置のうち、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信しなかった加入者装置を波長切替候補に選択し、割り当て可能な波長を前記波長切替候補に選択した各加入者装置間に対して割り当てる。

本願発明の光加入者システムでは、
前記動的波長帯域割当回路は、
前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信した加入者装置のうちの予め定められた優先度の高い信号を送信又は受信した加入者装置を前記波長切替候補から除外し、
前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信した加入者装置のうちの予め定められた優先度の低い信号を送信又は受信した加入者装置を前記波長切替候補に含めてもよい。

本願発明の光加入者システムでは、前記動的波長帯域割当回路は、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において輻輳が発生したときに、前記波長切替候補とする加入者装置を選択してもよい。

本願発明の光加入者システムでは、前記動的波長帯域割当回路は、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において輻輳の発生する可能性があるときに、前記波長切替候補とする加入者装置を選択してもよい。

本願発明の光加入者システムでは、前記動的波長帯域割当回路は、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において予め定められた優先度を有する優先度の高い信号に輻輳の発生する可能性があるときに、前記波長切替候補とする加入者装置を選択してもよい。

本願発明の光加入者システムでは、前記動的波長帯域割当回路は、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において予め定められた優先度を有する優先度の高い信号に輻輳が発生したときに、前記波長切替候補とする加入者装置を選択してもよい。

本願発明の光加入者システムでは、前記動的波長帯域割当回路は、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において輻輳が発生したとき、当該波長を使用する加入者装置を、予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信したかしなかったかにかかわらず波長切替候補に選択し、
前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において輻輳が発生していないが輻輳の可能性があるとき、前記波長切替候補とする加入者装置を選択してもよい。

本願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がＰＯＮトポロジで接続された光加入者システムにおいて、所定の波長切替周期ごとに、前記加入者装置からの要求に応じて、波長を前記加入者装置に割り当てる動的波長帯域割当方法であって、
要求のあった加入者装置のうち、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信しなかった加入者装置を波長切替候補に選択し、割り当て可能な波長を前記波長切替候補に選択した各加入者装置間に対して割り当てる。

本願発明の動的波長帯域割当プログラムは、
複数の加入者装置と単一の局側装置とがＰＯＮトポロジで接続された光加入者システムにおいて、所定の波長切替周期ごとに、前記加入者装置からの要求に応じて、波長を前記加入者装置に割り当てる動的波長帯域割当プログラムであって、
コンピュータを、要求のあった加入者装置のうち、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信しなかった加入者装置を波長切替候補に選択し、割り当て可能な波長を前記波長切替候補に選択した各加入者装置間に対して割り当てる動的波長帯域割当回路として機能させるための、
動的波長帯域割当プログラムである。

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、複数の加入者装置と単一の局側装置とがＰＯＮトポロジで接続された光加入者システムの動的波長帯域割当において、通信の継続を優先とし、波長切替による通信の途絶を発生させない波長切替判断手順を提供することができる。

本発明に関連する波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの一例を示す構成図である。 本発明に関連する多重分離部のバッファの一例を示す構成図である。 本発明に関連する波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムにおけるＯＮＵの一例を示す構成図を示す。 本発明の帯域割当周期と波長切替シーケンス例を示す。 本発明においてＤＢＡ計算を行うための多重分離部における下りＯＮＵ毎バッファ構成の詳細構成図である。 本発明においてＤＢＡ計算を行うためのＯＮＵにおける上りバッファ構成の詳細構成図である。 実施形態１における動的波長帯域割当方法の一例を示すフローチャート（全体）である。 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）を示す。 本発明の動的波長帯域割当フローチャートにおけるパラメータ一覧を示す。 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）を示す。 実施形態３における波長切替判断フローチャート（ＤＷＡ計算）を示す。 実施形態４における波長切替判断フローチャート（ＤＷＡ計算）を示す。 実施形態５における波長切替判断フローチャート（ＤＷＡ計算）を示す。

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）
本実施形態は、図１に示すＤＷＢＡ計算部１１４が波長切替の実施を破断するＤＷＡ計算において、あるＯＳＵ１２に輻輳が発生した場合、そのＯＳＵ１２に所属するＯＮＵ９２を、別のＯＳＵ１２の所属へ移動させる、すなわち波長切替を行う。この時、ＤＷＢＡ計算部１１４は、波長切替を行う候補となるＯＮＵ９２のうち、直近のＤＷＡ周期でトラフィックの疎通があるＯＮＵ９２は、波長切替によるトラフィックの途絶が発生するとみなし、波長切替を行わず、波長切替候補から除外することを特徴とする。

本実施形態の動作を説明する。
図４は本発明の実施形態１に用いる動的波長帯域割当動作の周期を記載したものである。本実施形態においては、ＯＮＵ９２または波長可変光送受信器２５の波長切替に要する時間がＤＢＡ周期より長いことを想定し、ＤＢＡ計算および帯域割当てを実施するＤＢＡ周期と、波長割当計算を実施するＤＷＡ周期を分けている。動的波長割り当てのｌ（エル）番目のＤＷＡ周期の時間をＴ＿ｄｗａ＿ｌとし、動的帯域割当のｋ番目のＤＢＡ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４の例では３ＤＢＡ周期を１ＤＷＡ周期としている。

各ＯＳＵ１２に所属するＯＮＵ９２は各ＯＳＵ１２に固定的に割り当てられている波長λ１_ｄ，ｕ〜λｍ_ｄ，ｕをそれぞれ用いて通信を行う。図４の実施形態では周期Ｔ＿ｄｗａ＿ｌ−１かつＴ＿ｄｂａ＿ｋ−１において、ＯＮＵ１、ＯＮＵ２、ＯＮＵｈはＯＳＵ１のλ１_ｄ，ｕを用いて通信を行っているとする。ＯＳＵ１から発せられるＧａｔｅ信号ｇ１＿ｋ−１〜ｇｈ＿ｋ−１を受信した各ＯＮＵ９２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ＯＬＴ９１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ＯＬＴ９１の動的波長帯域割当回路１１は、図４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ＯＮＵ９２に割り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５にて後述するＤＢＡ計算に基づいて行う。波長を切替えないと計算されたＯＮＵ９２に対しては、図５にて後述する任意の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、ＯＮＵ９２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５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。

本実施形態では計算の結果ＯＮＵｈの波長をλ１_ｄ，ｕからλ２_ｄ，ｕへ変更し、ＯＳＵ２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ＯＬＴ９１はｇｈ＿ｌ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ＯＮＵ１〜ＯＮＵｈ−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７に本発明における動的波長帯域割当アルゴリズムの全体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、手順Ｓ７−１として各ＯＳＵ１２においてＤＢＡ計算を行う。ＤＷＢＡ計算部１１４は、各ＯＳＵに所属するＯＮＵ９２に対し、それらのＲｅｐｏｒｔ信号にて要求された帯域に応じて、かつ要求元の送信する信号がＯＳＵの受信部で重なることによる干渉を引き起こさないよう、周期ｋにおいて各ＯＳＵ１２に所属するＯＮＵ９２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、各ＯＮＵ９２の上り信号の送信開始時刻と送信継続時間を計算する。この計算はまた、１つのＯＳＵにおいては要求元毎に公平な帯域を割り当てる。以上の計算をＤＢＡ計算と呼ぶ。
次に手順Ｓ７−２として当該ＤＢＡ周期ｋがＤＷＡ周期ｌ（エル）の先頭に相当するかを判断し、ＤＷＡ周期の先頭であれば手順Ｓ７−３としてＤＷＡ計算を行い、次に手順Ｓ７−４としてその結果作成される波長切替候補となるＯＮＵのリストＬ_ｓｗ（ｋ）に基づいた波長切替のためのＧａｔｅフレーム作成を行う。このとき、割り当て可能な波長をリストＬ_ｓｗ（ｋ）に列挙された各ＯＮＵ９２に対して割り当てる。波長切替を行うＬ_ｓｗ（ｋ）の各要素は波長切替を行うＯＮＵ番号と、その切替先となるＯＳＵ番号が組で記載されている。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を実施せず、手順Ｓ７−２から手順Ｓ７−５へ進む。

手順Ｓ７−５はＤＢＡ計算結果に基づきＧａｔｅフレームを作成する。このとき、波長切替を行うリストＬ_ｓｗ（ｋ）に記載されているＯＮＵ９２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。最後に手順Ｓ７−６として作成されたＧａｔｅフレームを送信する。

本実施形態では、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計算とをすべて同じタイミングで計算することができる。この場合は、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７における最初の分岐判断（Ｓ７−２）は省略することができる。

本実施形態のＤＢＡ計算については以下に示す条件以外の詳細を規定しない。ＤＢＡ計算は、これまでの１つのＯＳＵに所属するＯＮＵ９２の帯域要求量に応じて、周期ｋ＋１の上り帯域を割り当てる。ただし、ＯＳＵに所属するＯＮＵ９２の帯域要求の総量が、１ＤＢＡ周期に割り当て可能な帯域を超える場合には、帯域割当て配分の公平性、優先性を確保するための計算手段を有するものとする。

図８に図７の手順Ｓ７−３に示した本実施形態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計算の詳細を示す。また、発明のフローチャートで用いるパラメータの一覧を図９に示す。各ＯＳＵｎにおいて、ＤＷＡ周期ｌのＯＮＵｊ（ｊ＝１〜ｈ）の上りトラフィックが発生したかを測定した結果を示すパラメータｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）を常時測定している。ｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）の測定方法は特に指定しないが、例えば図５、図６に示す構成にて検出することは可能である。図５、図６の構成例については後述する。

図８の手順Ｓ８−１において、周期ｌ−Ｎ_ｄから周期ｌ−１のｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）パラメータを取得する。次に各ＯＳＵ毎に、前ＤＷＡ周期ｌ−１において上りトラフィックの廃棄が発生しているかどうかを判定する。各ＯＳＵ１２について確認するための手順はＳ８−２、Ｓ８−１１、Ｓ８−１２で示されている。手順Ｓ８−３でＯＳＵｎにおいて輻輳が発生しているかを判断する。

ここで、本発明では輻輳の発生を検出する方法については特に指定しない。たとえば、ＯＳＵｎの上り方向に信号の廃棄が発生したことを以て輻輳発生としてもよいし、ＯＮＵ９２の上りバッファがある閾値を超えたことをもって輻輳発生としてもよい。または、手順Ｓ８−３はＯＳＵｎにおいて輻輳が発生する可能性が高いかどうかという判断でもよい。本発明では、輻輳発生の可能性を判定する方法については特に指定しない。たとえば、ＯＳＵｎの上り信号で輻輳は発生していないが、使用している帯域が使用可能な全帯域のある割合を超えたことをもって輻輳の可能性が高いと判断してもよい。

輻輳が発生していなければ、または輻輳が発生する可能性が低いと判定された場合は、波長切替の必要はなく、手順Ｓ８−１１へ進む。輻輳が発生している場合は、手順Ｓ８−４において波長切替を行って所属するＯＳＵ１２を変更するＯＮＵ９２と切替先ＯＳＵの組を列挙（リストアップ）し、仮の波長切替候補のリストＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）に格納する。本発明では波長切替を行うＯＮＵ９２および切替先ＯＳＵ１２の選定方法については特に指定しないが、例えば、非特許文献３にある方法でもよい。

次に、リストＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）にある各ＯＮＵ９２に対して、前ＤＷＡ周期ｌ−Ｎ_ｄから周期ｌ−１の間に上りトラフィックが発生したかどうかを判定する。手順Ｓ８−５において、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の先頭にあるＯＮＵ番号をｊとし、手順Ｓ８−６において、ｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−１）からｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）のうちひとつでも１となる、すなわち上りトラフィックがあったか否かを判定する。上りトラフィックがあった場合は（Ｓ８−６においてＹｅｓ）、手順Ｓ８−７において、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）からＯＮＵｊの要素を削除し、波長切替を行わないとする。上りトラフィックが発生しなかった場合、すなわち手順Ｓ８−６でｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−１）からｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）のすべてが０であった場合は（Ｓ８−６においてＮｏ）、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）は変更せず、ＯＮＵｊの波長切替を行うとする。

手順Ｓ８−８、Ｓ８−９ではＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の要素全てについて判定するための処理であり、ＯＮＵｊがＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の最後の要素でなければ、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の次の要素となるＯＮＵに対して、再度手順Ｓ８−６から手順を実施する。Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）のすべてのＯＮＵについて判定したら、手順Ｓ８−１０として、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の要素を、波長切替候補のリストＬ_ＳＷ（ｋ）に追加する。すべてのＯＳＵに対して上記の処理を行えばＤＷＡ計算を終了し、図７における手順Ｓ７−４に進む。

本実施形態においては上りに関して示している。しかし、下りに関しても同様に本実施形態を適用することが可能である。ＯＳＵｎにおける下りの輻輳の検出方法は特に指定しないが、ＯＬＴ９１の多重分離部において、ＯＳＵｎに所属するＯＮＵ９２に対応するＯＮＵ毎バッファ１３３にて廃棄が発生したことを以て輻輳発生としてもよい。

また、本実施形態の上り、下りのそれぞれのＤＷＡフローチャートの双方を、上り、下り独立に動作させることも可能である。この場合、波長を切替えるＧａｔｅ信号には、切替え先の上り信号波長と下り信号波長がそれぞれ指定される。その結果、ある１つのＯＮＵ９２に対して、上りの宛先ＯＳＵ１２と下り信号を送信するＯＳＵ１２が異なってもよい。

本実施形態のＤＷＡ計算においては、ｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）、ｄ_ｎ，ｄ（ｊ，ｌ）を用いるが、その測定箇所について、図５、図６で説明する。
図５は本発明の図２の多重分離部１３におけるＯＮＵ毎バッファ１３３の詳細を記載したものである。ＯＮＵ毎バッファ１３３は下り信号の各ＯＮＵ毎にその信号をキュー１４２に蓄積し、ＯＳＵ１２ごとのセレクタ１３１であるＳＥＬ１〜ＳＥＬｍの指示に従ってキュー１４２から出力する。キュー１４２は優先キューと非優先キューがあり、ＯＮＵ毎バッファ１３３の分離部１４１で、信号に記されている優先度に応じて、蓄積するキュー１４２を優先キューか、非優先キューかに振り分ける。一方、ＳＥＬ１〜ＳＥＬｍから出力するよう指示があった場合は、ＯＮＵ毎バッファ１３３のセレクタ１４４は、優先キューに信号が蓄積されている場合はその優先キューから出力する。優先キューに蓄積されていない場合に限り、非優先キューから出力する。バッファモニタ部１３７は、ＯＮＵ毎バッファ１３３のこのキュー長をモニタしている。あるＤＷＡ周期、ＯＮＵｊにおいて、このキュー１４２に信号が蓄積されることがあれば、ｄ_ｎ，ｄ（ｊ，ｌ）を１とすればよい。

一方、図６においては、図３のＯＮＵ９２における上りバッファメモリ２２の詳細構成を示している。上りバッファメモリ２２は、分離部１５１、キュー１５２及びセレクタ１５４を有する。図５と同様に、キュー１５２が優先キュー及び非優先キューを有し、分離部１５１が上り信号の優先度に応じてキューに蓄積する。また、フレーム送出制御部２３の指示に従い、優先キューに蓄積された信号を優先して出力する。ここで、図３及び図４の説明時に示した通り、ＯＮＵ９２はこの上りバッファメモリ２２に蓄積されている信号量を帯域要求量としてＲｅｐｏｒｔ信号に記載して送信し、ＯＬＴ９１の動的波長帯域割当回路１１はそのＲｅｐｏｒｔ信号に記載された蓄積信号量を基に帯域割当計算を行う。Ｒｅｐｏｒｔ信号には、優先キューごとにその蓄積量を記載して送ることとすれば、ＯＬＴ９１は優先キューごとに蓄積量を知ることができる。ＤＷＡ周期におけるＯＮＵｊからのＲｅｐｏｒｔ信号に蓄積量がある場合はｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）を１とすればよい。

本実施形態では、輻輳が発生しても、過去のＤＷＡ周期においてトラフィックの疎通があった場合は波長切替を行わない。その結果輻輳によるトラフィックの廃棄が継続する可能性がある。しかし、先に示した通り、上りに関する例においては、ＤＢＡアルゴリズムによって輻輳発生中においても当該ＯＳＵに所属するＯＮＵ９２への帯域割当て配分の公平性、優先性を確保されている。また、下りに関する例においては、輻輳による廃棄は図２の多重分離部におけるＯＮＵ毎バッファ１３３で生じる。これは、各ＯＳＵ１２向けのセレクタ１３１がＯＮＵ毎バッファ１３３から信号を読み出す速度よりも、中継ネットワークからくるＯＳＵ１２向けの下り信号速度が大きいことによる輻輳である。輻輳の発生から波長切替による負荷の分散が完了するまでは、ＳＥＬ制御部１３６またはセレクタ１３１により、輻輳したトラフィックの優先制御、またはユーザ間公平制御を行うことができる。

本実施形態によって、以下の効果が期待できる。
本実施形態は、輻輳が発生することによる上り、または下りのトラフィックの廃棄を契機に波長切替を行う。しかし、直前の予め定められた期間、例えば複数ＤＷＡ周期において上り、または下りトラフィックがあった場合は、そのＯＮＵ９２の波長切替は実施しない。直前において疎通しているトラフィックがある場合は波長切替時も疎通しているトラフィックがある確率が高いため、トラフィックの疎通中に波長切替を行うことによるトラフィックの途絶を回避することができる。

また、本実施形態では波長切替を行わないことにより輻輳が継続する可能性がある。その間、上りの実施形態に関してはＤＢＡによる動的帯域割当、下りの実施形態に関しては、多重分離部１３におけるＳＥＬ制御部１３６によって下りトラフィックの優先、公平制御が行われる。したがって、輻輳発生中においてもＯＳＵ１２の上り、又は下り帯域の上限内での公平制御、優先制御に従っており、限られた帯域の優先性、公平性は維持できる。

（実施形態２）
本実施形態は、波長切替の実施を破断するＤＷＡ計算において、あるＯＳＵ１２に輻輳が発生した場合、そのＯＳＵ１２の所属するＯＮＵ９２を、別のＯＳＵ１２の所属へ移動させる、すなわち波長切替を行う。この時、波長切替を行う候補となるＯＮＵ９２のうち、直近のＤＷＡ周期で優先トラフィックの疎通があるＯＮＵ９２は、波長切替による優先トラフィックの途絶が発生するとみなし、波長切替を行わず、波長切替候補から除外することを特徴とする。

本実施形態における、動的波長帯域割当動作シーケンス、周期、動的波長帯域割当アルゴリズムの全体フローチャート、ＤＢＡ計算は、実施形態１の図４、図５、図６、図７と同様とする。また、実施形態のフローチャートで用いるパラメータの一覧は同様に図９に示す。

図１０に図７の手順Ｓ７−３に示した本実施形態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計算の詳細を示す。本実施形態に係るＤＷＡ計算は、実施形態１で説明した上りトラフィックが発生したかを測定した結果を示すパラメータｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）に代えて、上り優先トラフィックが発生したかを測定した結果を示すパラメータｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）を用いる。各ＯＳＵｎにおいて、ＤＷＡ周期ｌ（エル）のＯＮＵｊ（ｊ＝１〜ｈ）の上り優先トラフィックが発生したかを測定した結果を示すパラメータｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）常時測定している。ｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）の測定方法は特に指定しないが、例えば図５、図６に示す構成にて検出することは可能である。図５、図６の構成例については後述する。

図１０の手順Ｓ９−１において、周期ｌ−Ｎ_ｄから周期ｌ−１のｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）パラメータを取得する。次にＯＳＵ１２毎に、前ＤＷＡ周期ｌ−１において上りトラフィックの廃棄が発生しているかどうかを判定する。各ＯＳＵについて確認するための手順はＳ９−２、Ｓ９−１１、Ｓ９−１２で示されている。手順Ｓ９−３でＯＳＵｎにおいて輻輳が発生しているかを判断する。

ここで、本発明では輻輳の発生を検出する方法については特に指定しない。たとえば、ＯＳＵｎの上り方向に信号の廃棄が発生したことを以て輻輳発生としてもよいし、ＯＮＵ９２の上りバッファがある閾値を超えたことをもって輻輳発生としてもよい。または、手順Ｓ９−３でＯＳＵｎにおいて輻輳が発生する可能性が高いかどうかという判断でもよい。本発明では、輻輳発生の可能性を判定する方法については特に指定しない。たとえば、ＯＳＵｎの上り信号で輻輳は発生していないが、使用している帯域が使用可能な全帯域のある割合を超えたことをもって輻輳の可能性が高いと判断してもよい。

輻輳が発生していなければ、または輻輳が発生する可能性が低いと判定された場合は、輻輳が発生していなければ、波長切替の必要はなく、手順Ｓ９−１１へ進む。輻輳が発生している場合は、手順Ｓ９−４において波長切替を行って所属するＯＳＵを変更するＯＮＵ９２と切替先ＯＳＵの組を列挙（リストアップ）し、リストＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）に格納する。本発明では波長切替を行うＯＮＵ９２および切替先ＯＳＵの選定方法については特に指定しないが、例えば、非特許文献３にある方法でもよい。

次に、リストＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）にある各ＯＮＵ９２に対して、前ＤＷＡ周期ｌ−Ｎ_ｄから周期ｌ−１の間に上り優先トラフィックが発生したかどうかを判定する。手順Ｓ９−５において、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の先頭にあるＯＮＵ番号をｊとし、手順Ｓ９−６において、ｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−１）からｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）のうちひとつでも１となる、すなわち上り優先トラフィックがあったか否かを判定する。上りトラフィックがあった場合は（Ｓ９−６においてＹｅｓ）、手順Ｓ９−７においてＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）からＯＮＵｊの要素を削除し、波長切替を行わないとする。上り優先トラフィックが発生しなかった場合、すなわち手順Ｓ９−６でｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−１）からｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）のすべてが０であった場合は（Ｓ９−６においてＮｏ）、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）は変更せず、ＯＮＵｊの波長切替を行うとする。

手順Ｓ９−８、Ｓ９−９ではＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の要素全てについて判定するための処理であり、ＯＮＵｊがＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の最後の要素でなければ、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の次の要素となるＯＮＵに対して、再度手順Ｓ９−６から手順を実施する。Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）のすべてのＯＮＵについて判定したら、手順Ｓ９−１０として、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の要素を、波長切替ＯＮＵリストであるＬ_ＳＷ（ｋ）に追加する。すべてのＯＳＵに対して上記の手順を行えばＤＷＡ計算を終了し、図７における手順Ｓ７−４に進む。

本実施形態においては上りに関して示している。しかし、下りに関しても同様に本実施形態を適用することが可能である。ＯＳＵｎにおける下りの輻輳の検出方法は特に指定しないが、ＯＬＴ９１の多重分離部において、ＯＳＵｎに所属するＯＮＵ９２に対応するＯＮＵ毎バッファ１３３にて廃棄が発生したことを以て輻輳発生としてもよい。

また、本実施形態の上り、下りのそれぞれのＤＷＡフローチャートの双方を、上り、下り独立に動作させることも可能である。この場合、波長を切替えるＧａｔｅ信号には、切替え先の上り信号波長と下り信号波長がそれぞれ指定される。その結果、ある１つのＯＮＵ９２に対して、上りの宛先ＯＳＵ１２と下り信号を送信するＯＳＵ１２が異なってもよい。

本実施形態のＤＷＡ計算においては、ｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）、ｐ_ｎ，ｄ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）を用いるが、その測定箇所について、図５、図６で説明する。図５、図６の構成は実施形態１と同様であるが、本実施形態は優先トラフィックの発生有無を判定する。したがって、図５の下り信号においては、ＯＮＵ毎バッファ１３３の優先キューのみを測定対象とする。上り方向においても実施形態１と同様に図６の構成におけるＲｅｐｏｒｔ信号に記載の情報を記録するが、この際、優先キューに関する情報のみを測定、記録の対象とする。本実施形態における輻輳発生中の優先制御、公平制御の実施については、実施形態１と同様である。

本実施形態によって、実施形態１に加えて以下の効果が期待できる。
実施形態１ではトラフィックの有無を測定し、過去の複数ＤＷＡ周期にトラフィックがあったＯＮＵ９２は波長切替を発生させない。しかし、トラフィックの輻輳はリンク容量を超えるトラフィックが流入した際に発生するものであり、トラフィックが発生しているＯＮＵ９２の所属ＯＳＵ１２を波長切替によって移動させることにより、トラフィックを分散させ、輻輳が解消される。したがって、実施形態１では輻輳の原因となるトラフィックを発生させているＯＮＵ９２の波長切替が発生しない可能性がある。

本実施形態では、トラフィックを優先すべきトラフィック（例えば電話、制御用フレーム）と、優先する必要がないトラフィック（ベストエフォート）に分け、優先する必要がないトラフィックは波長切替によって生じるトラフィックの途絶を許容するとし、優先する必要がないトラフィックを発生させているＯＮＵ９２の所属ＯＳＵを変更することで、動的に輻輳の解消、負荷分散が可能になり、上記のような実施形態１で発生しうる問題を緩和することができる。

（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１の方法を基本に、上り下り双方のトラフィックを対象にしたものである。本実施形態における、動的波長帯域割当動作シーケンス、周期、動的波長帯域割当アルゴリズムの全体フローチャート、ＤＢＡ計算は、実施形態１の図４、図５、図６、図７と同様とする。また、実施形態のフローチャートで用いるパラメータの一覧は同様に図９に示す。

図１１に図７の手順Ｓ７−３に示した本実施形態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計算の詳細を示す。本実施形態は実施形態１と比較して、過去ＤＷＡ周期におけるトラフィックの発生判定が異なるのみである。すなわち、本実施形態に係るＤＷＡ計算は、実施形態１で説明した上りトラフィックが発生したかを測定した結果を示すパラメータｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）に加え、下りトラフィックが発生したかを測定した結果を示すパラメータｄ_ｎ，ｄ（ｊ，ｌ）を用いる。

まず、各ＯＳＵｎにおいて、ＤＷＡ周期ｌ（エル）のＯＮＵｊ（ｊ＝１〜ｈ）の上り、下りトラフィックが発生したかを測定した結果を示すパラメータｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）、ｄ_ｎ，ｄ（ｊ，ｌ）を常時測定している。手順Ｓ１０−１として、周期ｌ−Ｎ_ｄから周期ｌ−１のｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）、ｄ_ｎ，ｄ（ｊ，ｌ）のパラメータを取得する。その後、手順Ｓ１０−２から手順Ｓ１０−５は実施形態１の図８における手順Ｓ８−２から手順Ｓ８−５と同様である。

次に、手順Ｓ１０−６としてｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−１）からｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）のうちひとつでも１となる、すなわち上りトラフィックがあったか否かを判定する。また手順Ｓ１０−７として、ｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−１）からｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）のうちひとつでも１となる、すなわち下りトラフィックがあったか否かを判定する。上り又は下りのトラフィックがあった場合（Ｓ１０−６又はＳ１０−７においてＹｅｓ）は、手順Ｓ１０−８で、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）からＯＮＵｊの要素を削除し、波長切替を行わないとする。また、手順Ｓ１０−６、Ｓ１０−７でいずれもＮｏと判断された場合、すなわちｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−１）からｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）およびｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−１）からｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）のすべてが０であった場合は、Ｌ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）は変更せず、ＯＮＵｊの波長切替を行うとする。以降手順Ｓ１０−９からＳ１０−１３は実施形態１における図８の手順Ｓ８−８からＳ８−１２と同様である。

本実施形態における輻輳発生中の優先制御、公平制御の実施については、実施形態１と同様である。

本実施形態によって、実施形態１の効果が、上り下りの双方のトラフィックに対して発揮される。実施形態１においては、上り又は下りのトラフィックの発生を基に波長切替を実施するか、しないかを判定したが、例えば直前ＤＷＡ周期の上りにおいてトラフィックが発生内として波長切替を行ったとしても、下りにおいては直前ＤＷＡ周期のトラフィックが発生しているかどうかは定かではない。本実施形態は上り下り双方のトラフィック発生の測定結果を参照し、いずれかの場合においてトラフィックの発生があった場合は波長切替を行わない。したがって、上り、下りのどちらかの途絶を発生させるような波長切替が発生しないという効果がある。

（実施形態４）
本発明の実施形態４は、実施形態２の方法を基本に、上り下り双方のトラフィックを対象にしたものである。本実施形態における、動的波長帯域割当動作シーケンス、周期、動的波長帯域割当アルゴリズムの全体フローチャート、ＤＢＡ計算は、実施形態１の図４、図５、図６、図７と同様とする。また、実施形態のフローチャートで用いるパラメータの一覧は同様に図９に示す。

図１２に図７の手順Ｓ７−３に示した本実施形態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計算の詳細を示す。本実施形態は実施形態３と比較して、優先トラフィックを対象としている点のみが異なる。したがって、各ＯＳＵｎにおいて、ＤＷＡ周期ｌ（エル）のＯＮＵｊ（ｊ＝１〜ｈ）の上り優先トラフィックが発生したかを測定した結果を示すパラメータｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）を常時測定するとともに、及び下り優先トラフィックが発生したかを測定した結果を示すｐ_ｎ，ｄ（ｊ，ｌ）を常時測定している。

手順Ｓ１１−１においては、周期ｌ−Ｎ_ｄから周期ｌ−１のｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）、ｐ_ｎ，ｄ（ｊ，ｌ）のパラメータを取得する。その後、手順Ｓ１１−２から手順Ｓ１１−５は実施形態３の手順Ｓ１０−２から手順Ｓ１０−５と同様である。

手順Ｓ１１−６は実施形態３における手順Ｓ１０−６の判定対象を、ｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−１）からｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）に変更し、手順Ｓ１１−７は実施形態３における手順Ｓ１０−７の判定対象をｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−１）からｐ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ−Ｎ_ｄ）に変更したものである。手順Ｓ１１−８以降から手順Ｓ１１−１３は実施形態３における手順Ｓ１０−８から手順Ｓ１０−１３と同様である。

本実施形態における輻輳発生中の優先制御、公平制御の実施については、実施形態１と同様である。

本実施形態によって、実施形態２の効果が、上り下りの双方のトラフィックに対して発揮される。実施形態２においては、上り又は下りの優先トラフィックの発生を基に波長切替を実施するか、しないかを判定したが、例えば直前ＤＷＡ周期の上りにおいて優先トラフィックが発生内として波長切替を行ったとしても、下りにおいては直前ＤＷＡ周期の優先トラフィックが発生しているかどうかは定かではない。本実施形態は上り下り双方の優先トラフィック発生の測定結果を参照し、いずれかの場合において優先トラフィックの発生があった場合は波長切替を行わない。したがって、上り、下りのどちらかの途絶を発生させるような波長切替が発生しないという効果がある。

（実施形態５）
本発明の実施形態５は、輻輳発生時には、過去ＤＷＡ周期におけるトラフィックの発生の有無にかかわらず波長切替による負荷分散を実施し、輻輳は発生してはいないがそのリスクが高いと判断された場合においては、トラフィックの途絶を発生させない条件でＯＮＵ９２の所属ＯＳＵ１２を移動させ、負荷分散を測る方法である。

本実施形態における、動的波長帯域割当動作シーケンス、周期、動的波長帯域割当アルゴリズムの全体フローチャート、ＤＢＡ計算は、実施形態１の図４、図５、図６、図７と同様とする。また、実施形態のフローチャートで用いるパラメータの一覧は同様に図９に示す。

図１３に図７の手順Ｓ７−３に示した本実施形態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計算の詳細を示す。各ＯＳＵｎにおいて、ＤＷＡ周期ｌ（エル）のＯＮＵｊ（ｊ＝１〜ｈ）の上りトラフィックが発生したかを測定した結果を示すパラメータｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）を常時測定している。図１３の手順Ｓ１２−１において、周期ｌ−Ｎ_ｄから周期ｌ−１のｄ_ｎ，ｕ（ｊ，ｌ）パラメータを取得する。次に各ＯＳＵ毎に、前ＤＷＡ周期ｌ−１において上りトラフィックの廃棄が発生しているかどうかを判定する。各ＯＳＵについて確認するための手順はＳ１２−２、Ｓ１２−１３、Ｓ１２−１４で示されている。手順Ｓ１２−３でＯＳＵｎにおいて輻輳が発生しているかを判断する。

ここで、本発明では輻輳の発生を検出する方法については特に指定しない。たとえば、ＯＳＵｎの上り方向に信号の廃棄が発生したことを以て輻輳発生としてもよいし、ＯＮＵ９２の上りバッファがある閾値を超えたことをもって輻輳発生としてもよい。

輻輳が発生している場合は、手順Ｓ１２−４において波長切替を行って所属するＯＳＵを変更するＯＮＵ９２と切替先ＯＳＵの組を列挙（リストアップ）し、リストＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）に格納する。その後、手順Ｓ１２−１２に進み、そのままＬ_ｔｍｐ（ｋ，ｎ）の要素を、波長切替ＯＮＵリストであるＬ_ＳＷ（ｋ）に追加する。したがって、輻輳が発生している場合はトラフィックの発生有無にかかわらず波長切替を実施する。

一方、手順Ｓ１２−３で輻輳が発生していないと判断された場合、次に手順Ｓ１２−５において、ＯＳＵｎにおいて輻輳発生のリスク、可能性を評価する。輻輳発生の予測の方法はここでは特定しない。ＯＳＵｎの上りのトラフィック量及びその変化等から上りリンク容量以上のトラフィックが流入しようとし、輻輳による廃棄が近い将来発生すると予測されれば、手順Ｓ１２−５はＹｅｓとなる。たとえば、ＯＳＵｎの上り信号で輻輳は発生していないが、使用している帯域が使用可能な全帯域のある割合を超えたことをもって輻輳の可能性が高いと判断してもよい。輻輳が発生していなければ、または輻輳が発生する可能性が低いと判定された場合は、手順Ｓ１２−５でＮｏとなる、すなわち輻輳が発生せず、そのリスクも低いと判定された場合は、そのＯＳＵｎにおいては波長切替を発生させず、手順Ｓ１２−１３へ進む。

手順Ｓ１２−５でＹｅｓと判定された場合は、手順Ｓ１２−６から手順Ｓ１２−１２を実施する。これは、実施形態１の図８の手順Ｓ８−４からＳ８−１０と同様である。また手順Ｓ１２−１３、Ｓ１２−１４にてすべてのＯＳＵ１２に対して上記の処理を行えばＤＷＡ計算を終了し、図７における手順Ｓ７−４に進む。

本実施形態においては上りに関して示している。しかし、下りに関しても同様に本実施形態を適用することが可能である。ＯＳＵｎにおける下りの輻輳の検出方法は特に指定しないが、ＯＬＴ９１の多重分離部１３において、ＯＳＵｎに所属するＯＮＵ９２に対応するＯＮＵ毎バッファ１３３にて廃棄が発生したことを以て輻輳発生としてもよい。

また、本実施形態の上り、下りのそれぞれのＤＷＡフローチャートの双方を、上り、下り独立に動作させることも可能である。この場合、波長を切替えるＧａｔｅ信号には、切替え先の上り信号波長と下り信号波長がそれぞれ指定される。その結果、ある１つのＯＮＵ９２に対して、上りの宛先ＯＳＵと下り信号を送信するＯＳＵが異なってもよい。

また、本実施形態は、実施形態３に示すように、上り、下りのトラフィック測定結果を用いてもよい。その場合は、本実施形態における手順Ｓ１２−１は実施形態３の手順Ｓ１０−１に差し替えられ、また、手順Ｓ１２−７から手順Ｓ１２−９の部分は実施形態３の手順Ｓ１０−５から手順Ｓ１０−８に差し替える。

また、本実施形態は実施形態２及び実施形態４に示すように、優先トラフィックを対象にしてもよい。その場合は、本実施形態における手順Ｓ１２−１は実施形態２の図１０の手順Ｓ９−１、または実施形態４の図１２の手順Ｓ１１−１に差し替えられ、手順Ｓ１２−７から手順Ｓ１２−９の部分は実施形態２の図１０の手順Ｓ９−５から手順Ｓ９−７、または実施形態４の図１２の手順Ｓ１１−５から手順Ｓ１１−８に差し替えられる。

本実施形態においては、ＤＷＡ周期がＤＢＡ周期より長く、輻輳の発生から波長の切替までに時間がかかる場合、その間輻輳が継続する可能性がある。しかし、上りに関してはＤＢＡによる動的帯域割当、下りに関しては、多重分離部１３におけるＳＥＬ制御部１３６によって下りトラフィックの優先、公平制御が行われるため、ＯＳＵ１２の上り、又は下り帯域の上限内での公平制御、優先制御に従っており、限られた帯域の優先性、公平性は維持できる。

本実施形態において期待される効果は、以下２つである。
一つ目は、本実施形態は輻輳発生時において過去ＤＷＡ周期のトラフィック疎通にかかわらず波長切替を行ってＯＮＵ９２の所属ＯＳＵを変更する。したがって、輻輳による信号の廃棄が発生する状況から、輻輳を迅速に解消することができる。
二つ目は、輻輳は発生していなくても、そのリスクが高い場合には、過去ＤＷＡ周期においてトラフィックまたは優先トラフィックの発生していないＯＮＵ９２を波長切替によって所属ＯＳＵを移動させることができる。したがってトラフィックや優先トラフィックの途絶を最低限に抑えながら、輻輳を未然に防ぐための負荷分散を行うことができる。

なお、本実施形態に係る動的波長帯域割当回路１１及びＯＬＴ９１は、本発明に係る動的波長帯域割当プログラムをコンピュータに実行させることで実現してもよい。

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、上り、下り帯域割当による輻輳の自動的回避を行う際に、波長切替によるトラフィックの途絶による影響を緩和することが可能である。したがって、ユーザトラフィックへの影響を最低限に抑えつつ、複数の波長の総帯域を各ＯＮＵ９２へ有効に割り当て可能とする動的波長帯域割当方法を提供できる。

１１：動的波長帯域割当回路
１１１：切替指示信号生成部
１１２：制御信号送信部
１１３：要求信号受信部
１１４：ＤＷＢＡ計算部
１２：ＯＳＵ
１３：多重分離部
２１：データ受信部
２２：上りバッファメモリ
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：フレーム送出及び波長制御信号受信部
２７：波長切替制御部
２８：宛先解析選択受信部
２９：下りバッファメモリ
３０：データ送信部
３１：要求帯域信号生成部
３２：要求帯域計算部
９１：ＯＬＴ
９２：ＯＮＵ
１３１：セレクタ
１３２：バッファ
１３３：ＯＮＵ毎バッファ
１３４：多重部
１３５：分離部
１３６：ＳＥＬ制御部
１３７：バッファモニタ部
１４１、１５１：分離部
１４２、１５２：キュー
１４４、１５４：セレクタ

Claims (9)

1. 複数の加入者装置と単一の局側装置とがＰＯＮトポロジで接続された光加入者システムであって、
   前記局側装置は、所定の波長切替周期ごとに、前記加入者装置からの要求に応じて、波長を前記加入者装置に割り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、
   要求のあった加入者装置のうち、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信しなかった加入者装置を波長切替候補に選択し、割り当て可能な波長を前記波長切替候補に選択した各加入者装置間に対して割り当てる、
   光加入者システム。
2. 前記動的波長帯域割当回路は、
   前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信した加入者装置のうちの予め定められた優先度の高い信号を送信又は受信した加入者装置を前記波長切替候補から除外し、
   前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信した加入者装置のうちの予め定められた優先度の低い信号を送信又は受信した加入者装置を前記波長切替候補に含める、
   請求項１に記載の光加入者システム。
3. 前記動的波長帯域割当回路は、
   前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において輻輳が発生したときに、前記波長切替候補とする加入者装置を選択する、
   請求項１又は２に記載の光加入者システム。
4. 前記動的波長帯域割当回路は、
   前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において輻輳の発生する可能性があるときに、前記波長切替候補とする加入者装置を選択する、
   請求項１又は２に記載の光加入者システム。
5. 前記動的波長帯域割当回路は、
   前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において予め定められた優先度を有する優先度の高い信号に輻輳が発生したときに、前記波長切替候補とする加入者装置を選択する、
   請求項１又は２に記載の光加入者システム。
6. 前記動的波長帯域割当回路は、
   前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において予め定められた優先度を有する優先度の高い信号に輻輳の発生する可能性があるときに、前記波長切替候補とする加入者装置を選択する、
   請求項１又は２に記載の光加入者システム。
7. 前記動的波長帯域割当回路は、
   前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において輻輳が発生したとき、当該波長を使用する加入者装置を、予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信したかしなかったかにかかわらず波長切替候補に選択し、
   前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記加入者装置のいずれかが使用する波長において輻輳が発生していないが輻輳の可能性があるとき、前記波長切替候補とする加入者装置を選択する、
   請求項１から６のいずれかに記載の光加入者システム。
8. 複数の加入者装置と単一の局側装置とがＰＯＮトポロジで接続された光加入者システムにおいて、所定の波長切替周期ごとに、前記加入者装置からの要求に応じて、波長を前記加入者装置に割り当てる動的波長帯域割当方法であって、
   要求のあった加入者装置のうち、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信しなかった加入者装置を波長切替候補に選択し、割り当て可能な波長を前記波長切替候補に選択した各加入者装置間に対して割り当てる、
   動的波長帯域割当方法。
9. 複数の加入者装置と単一の局側装置とがＰＯＮトポロジで接続された光加入者システムにおいて、所定の波長切替周期ごとに、前記加入者装置からの要求に応じて、波長を前記加入者装置に割り当てる動的波長帯域割当プログラムであって、
   コンピュータを、要求のあった加入者装置のうち、前記波長切替周期の直前の予め定められた期間において前記局側装置との間で信号を送信又は受信しなかった加入者装置を波長切替候補に選択し、割り当て可能な波長を前記波長切替候補に選択した各加入者装置間に対して割り当てる動的波長帯域割当回路として機能させるための、
   動的波長帯域割当プログラム。

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