JP6386420B2 - 通信システム及び帯域割当方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム及び帯域割当方法に関する。

ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に代表される光アクセスでは、端局装置（OLT: Optical Line Terminal）と複数の終端装置（ONU: Optical Network Unit）とが接続された受動光通信網(PON: Passive Optical Network）が用いられることによって、通信サービスが低コストで提供されている。

また、受動光通信網では、端局装置と終端装置の間の通信は、時分割多元接続（TDMA: Time Division Multiple Access）によって多重化されている。特に終端装置から端局装置への通信は、ＭＰＣＰ（Multi-Point Control Protocol）と呼ばれる制御プロトコルのＲｅｐｏｒｔフレーム及びＧａｔｅフレームを用いて実現されている（非特許文献１参照）。

終端装置から端局装置への通信に許可される終端装置の帯域量と、終端装置から端局装置へのデータの送信を終端装置が開始する時刻とは、終端装置ごとに端局装置が集中制御している。その集中制御には、送信されるデータに割り当てられる帯域量が固定的である静的帯域割当と、送信されるデータに割り当てられる帯域量が動的である動的帯域割当（DBA：Dynamic Bandwidth Allocation）とがある。

高い帯域利用効率が求められＦＴＴＨサービスでは、一般に動的帯域割当が用いられている。特許文献１には、終端装置から端局装置への通信に要求される終端装置の帯域量に基づく動的帯域割当によって高い帯域利用効率を達成する方法が開示されている。

また、ＬＴＥ（Long Term Evolution）やＬＴＥ−ａｄｖａｎｃｅｄ（以下、「ＬＴＥ等」という。）などの移動体無線通信サービス網に受動光通信網を適用することが、検討されている。例えば、非特許文献２に開示されたバックホールでは、集約局装置と基地局装置との間のネットワークに受動光通信網が適用されている。集約局装置と基地局装置との間のネットワークに受動光通信網が適用された場合、受動光通信網が普及しているエリアでは、既設のネットワークを効果的に活用できるので、バックホールを迅速かつ経済的に構築することが可能である。

特許第３７６８４２１号公報

"IEEE Std. 802.3-2012", IEEE, 2012 C. S. Ranaweera, P. P. Iannone, K. N. Oikonomou, K. C. Reichmann, and R. K. Sinha, "Design of cost-optimal passive optical networks for small cell backhaul using installed fibers," J. Opt. Commun. Netw., vol. 5, no. 10, Oct. 2013. "5G White Paper"、［online］、NGMN、［平成27年5月13日検索］、インターネット〈URL：https://www.ngmn.org/uploads/media/NGMN_5G_White_Paper_V1_0.pdf〉

多様化するモバイル向けサービスを収容するため、移動体無線通信サービス網に要求される条件は厳しくなっている。特に、装置間のデータ伝送時間（エンド・トゥ・エンド（Ｅ２Ｅ）の通信時間）を低遅延化することが求められている。

集約局装置と基地局装置との間のネットワークに受動光通信網が適用された場合、データを送信する許可を静的帯域割当によって終端装置に与えることにより、終端装置から端局装置への通信のデータの送信の遅延は低減することができる。一定量のデータを送信する許可を端局装置が終端装置に与えればよいので、データを送信するために要求する帯域量を終端装置は端局装置に通知する必要がないからである。しかしながら、静的帯域割当は、伝送帯域の利用効率が低いという問題がある。

また、非特許文献３に開示された５Ｇ移動体無線通信サービス網では、装置間のデータ伝送に許容できる時間は、最小で１ｍｓである。非特許文献３では、集約局装置と基地局装置との間のネットワークに受動光通信網が適用された場合、基地局装置によって送信が制御されたデータであって、基地局装置によって各ユーザ端末から集約されたデータは、受動光通信網を介してコア網に転送される。この場合、端局装置は、データを送信するために許可する帯域量を、動的帯域割当によって終端装置に割り当てる。データを送信するために許可する帯域量を動的帯域割当によって終端装置に割り当てる処理には、１ｍｓ以上の時間が必要である。したがって、従来の通信システムは、集約局装置と基地局装置との間のネットワークに受動光通信網を適用した場合には、動的帯域割当を用いることができず、伝送帯域の利用効率を向上させることができないという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、集約局装置と基地局装置との間のネットワークに受動光通信網を適用した際に、動的帯域割当を用いることを可能とし、伝送帯域の利用効率を向上させることが可能である通信システム及び帯域割当方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、ユーザ装置を通信によって収容する収容装置と、前記収容装置と接続された終端装置と、受動光通信網を介して前記終端装置と接続された端局装置とを有する通信システムであって、前記収容装置は、前記ユーザ装置から前記収容装置への上り通信のスケジューリング情報を生成し、生成した前記スケジューリング情報を前記ユーザ装置及び前記終端装置に送信し、前記終端装置は、前記受動光通信網を介して前記端局装置に前記スケジューリング情報を送信し、前記端局装置は、前記終端装置から前記端局装置への上り通信の帯域量及び開始時刻を前記スケジューリング情報に基づいて決定し、決定した前記帯域量及び前記開始時刻を表す情報を前記終端装置に送信する通信システムである。

本発明の一態様は、ユーザ装置を通信によって収容する収容装置と、前記収容装置と接続された終端装置と、受動光通信網を介して前記終端装置と接続された端局装置とを有する通信システムであって、前記収容装置は、前記ユーザ装置から前記収容装置への上り通信のスケジューリング情報を生成し、生成した前記スケジューリング情報を前記ユーザ装置に送信し、生成した前記スケジューリング情報を集約した情報である集約情報を前記終端装置に送信し、前記終端装置は、前記集約情報を前記端局装置に送信し、前記端局装置は、前記終端装置から前記端局装置への上り通信の帯域量及び開始時刻を前記集約情報に基づいて決定し、決定した前記帯域量及び前記開始時刻を表す情報を前記終端装置に送信する通信システムである。

本発明の一態様は、ユーザ装置を通信によって収容する収容装置と、前記収容装置と接続された終端装置と、受動光通信網を介して前記終端装置と接続された端局装置とを有する通信システムであって、前記収容装置は、前記ユーザ装置から前記収容装置への上り通信のスケジューリング情報を生成し、生成した前記スケジューリング情報を前記ユーザ装置及び前記終端装置に送信し、前記終端装置は、前記スケジューリング情報を集約した情報である集約情報を前記端局装置に送信し、前記端局装置は、前記終端装置から前記端局装置への上り通信の帯域量及び開始時刻を前記集約情報に基づいて決定し、決定した前記帯域量及び前記開始時刻を表す情報を前記終端装置に送信する通信システムである。

本発明の一態様は、ユーザ装置を通信によって収容する収容装置と、前記収容装置と接続された終端装置と、受動光通信網を介して前記終端装置と接続された端局装置とを有する通信システムにおける帯域割当方法であって、前記収容装置が、前記ユーザ装置から前記収容装置への上り通信のスケジューリング情報を生成し、生成した前記スケジューリング情報を前記ユーザ装置及び前記終端装置に送信するステップと、前記終端装置が、前記受動光通信網を介して前記端局装置に前記スケジューリング情報を送信するステップと、前記端局装置が、前記終端装置から前記端局装置への上り通信の帯域量及び開始時刻を前記スケジューリング情報に基づいて決定し、決定した前記帯域量及び前記開始時刻を表す情報を前記終端装置に送信するステップと、を有する帯域割当方法である。

本発明の一態様は、ユーザ装置を通信によって収容する収容装置と、前記収容装置と接続された終端装置と、受動光通信網を介して前記終端装置と接続された端局装置とを有する通信システムにおける帯域割当方法であって、前記収容装置が、前記ユーザ装置から前記収容装置への上り通信のスケジューリング情報を生成し、生成した前記スケジューリング情報を前記ユーザ装置に送信し、生成した前記スケジューリング情報を集約した情報である集約情報を前記終端装置に送信するステップと、前記終端装置が、前記集約情報を前記端局装置に送信するステップと、前記端局装置が、前記終端装置から前記端局装置への上り通信の帯域量及び開始時刻を前記集約情報に基づいて決定し、決定した前記帯域量及び前記開始時刻を表す情報を前記終端装置に送信するステップと、を有する帯域割当方法である。

本発明の一態様は、ユーザ装置を通信によって収容する収容装置と、前記収容装置と接続された終端装置と、受動光通信網を介して前記終端装置と接続された端局装置とを有する通信システムにおける帯域割当方法であって、前記収容装置が、前記ユーザ装置から前記収容装置への上り通信のスケジューリング情報を生成し、生成した前記スケジューリング情報を前記ユーザ装置及び前記終端装置に送信するステップと、前記終端装置が、前記スケジューリング情報を集約した情報である集約情報を前記端局装置に送信するステップと、前記端局装置が、前記終端装置から前記端局装置への上り通信の帯域量及び開始時刻を前記集約情報に基づいて決定し、決定した前記帯域量及び前記開始時刻を表す情報を前記終端装置に送信するステップと、を有する帯域割当方法である。

本発明により、通信システム及び帯域割当方法は、集約局装置と基地局装置との間のネットワークに受動光通信網を適用した際に、動的帯域割当を用いることを可能とし、伝送帯域の利用効率を向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態における、通信システムの構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における、端局装置の構成の第１例を示す図である。 従来の通信システムの動作の例を示すシーケンス図である。 本発明の第１の実施形態における、通信システムの動作の第１例を示すシーケンス図である。 本発明の第１の実施形態における、要求量を決定する処理の第１例を示す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、収容装置の構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における、通信システムの動作の第２例を示すシーケンス図である。 本発明の第２の実施形態における、要求量を決定する処理の第２例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態における、終端装置の構成例を示す図である。 本発明の第３の実施形態における、端局装置の構成の第２例を示す図である。 本発明の第３の実施形態における、通信システムの動作の第３例を示すシーケンス図である。

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態における、通信システム１の構成例を示す図である。通信システム１は、光信号によって通信するシステムである。通信システム１は、上位装置１０と、端局装置１１と、中継部１２と、終端装置１３と、収容装置１４と、ユーザ装置１５とを備える。通信システム１は、一例として、端局装置１１と終端装置１３と光ファイバ１２０と中継部１２とを有する受動光通信網（PON）を含む。

以下、上位装置１０からユーザ装置１５への向きを「下り」という。以下、ユーザ装置１５から上位装置１０への向きを「上り」という。

上位装置１０は、集約局装置である。上位装置１０は、上位網２０を介して、更に上位の他のシステム（不図示）と通信接続されていてもよい。通信システム１では、最上位の装置（上位側の装置）は、上位装置１０である。上位装置１０と端局装置１１とは、一対一で接続されている。上位装置１０は、下り通信のデータを端局装置１１に送信する。上位装置１０は、上り通信のデータを端局装置１１から取得する。

端局装置１１は、光加入者線端局装置（OLT）である。端局装置１１と、終端装置１３とは、光ファイバ１２０と中継部１２を介して、一対一で接続されている。端局装置１１と、終端装置１３−１〜１３−Ｐ（Ｐは２以上の整数）とは、光ファイバ１２０と中継部１２を介して、一対多で接続されていてもよい。以下、端局装置１１と終端装置１３との間の通信回線を、「中継網３０」という。

中継部１２は、光スプリッタである。中継部１２は、光信号を多重又は分離する多重化装置でもよい。中継部１２は、光ファイバ１２０−０を介して端局装置１１から取得した光信号を、光ファイバ１２０−１〜１２０−Ｐによって分岐して、終端装置１３−１〜１３−Ｐに転送する。端局装置１１から取得した光信号は、下り通信のデータを含む。端局装置１１から取得した光信号は、Ｇａｔｅフレームなどの制御情報を含む。

また、中継部１２は、光ファイバ１２０−１〜１２０−Ｐを介して終端装置１３−１〜１３−Ｐから取得した光信号を、端局装置１１に転送する。終端装置１３から取得した光信号は、上り通信のデータを含む。終端装置１３から取得した光信号は、ユーザ装置１５の上り通信のスケジューリングの情報（以下、「スケジューリング情報」という。）を含む。

終端装置１３は、光回線終端装置（ONU）である。終端装置１３−ｉ（ｉは、１〜Ｐのいずれか）と、収容装置１４−ｉとは、一対一で接続されている。

収容装置１４は、通信によってユーザ装置１５を収容する装置である。収容装置１４は、例えば、基地局装置である。収容装置１４は、ベースバンド処理部と、無線処理部とを備える。収容装置１４のベースバンド処理部は、ベースバンド処理を実行する。収容装置１４のベースバンド処理部は、終端装置１３との通信を実行する。収容装置１４のベースバンド処理部は、収容局に備えられてもよい。収容装置１４の無線処理部は、無線通信処理を実行する。収容装置１４の無線処理部は、収容局の外に備えられてもよい。収容装置１４と複数のユーザ装置１５とは、一対多で接続されている。すなわち、収容装置１４は、複数のユーザ装置１５を収容する。以下、収容装置１４とユーザ装置１５との間の通信回線を、「下位網４０」という。

ユーザ装置１５は、スマートフォン端末、タブレット端末、コンピュータ端末等の通信装置である。ユーザ装置１５は、通信機能を有する表示装置（受像機）でもよい。通信システム１では、最下位の装置（下位側の装置）は、ユーザ装置１５−１〜１５−Ｕ（Ｕは２以上の整数）である。

端局装置１１の構成例を説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態における、端局装置１１の構成例を示す図である。端局装置１１は、上位通信部１１０と、情報抽出部１１１と、要求量決定部１１２と、記憶部１１３と、帯域割当部１１４と、下位通信部１１５とを備える。

上位通信部１１０と、情報抽出部１１１と、要求量決定部１１２と、帯域割当部１１４と、下位通信部１１５との一部または全部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

上位通信部１１０は、上位装置１０から取得した下り通信のデータを、下位通信部１１５に転送する。上位通信部１１０は、下位通信部１１５から取得した上り通信のデータを、上位装置１０に転送する。

情報抽出部１１１は、ユーザ装置１５の上り通信のスケジューリング情報を、下位通信部１１５から取得する。情報抽出部１１１は、スケジューリング情報を、要求量決定部１１２に転送する。

要求量決定部１１２は、終端装置１３の上り通信に要求される帯域量（以下、「要求量」という。）を、スケジューリング情報（帯域割当等の制御情報）に基づいて終端装置１３ごとに決定する。要求量決定部１１２が要求量を決定する手順の詳細については後述する。要求量決定部１１２は、要求量を表す情報を帯域割当部１１４に出力する。

記憶部１１３は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性の記憶媒体（非一時的な記録媒体）を有する。記憶部１１３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やレジスタなどの揮発性の記憶媒体を有していてもよい。記憶部１１３は、例えば、要求量決定部１１２などのソフトウェア機能部を機能させるためのプログラムを記憶してもよい。

帯域割当部１１４は、終端装置１３の上り通信に許可される帯域量（以下、「送信許可量」という。）を、要求量を表す情報に基づいて終端装置１３ごとに決定する。また、帯域割当部１１４は、終端装置１３が上り通信によるデータの送信を開始する時刻（以下、「送信許可時刻」という。）を、要求量を表す情報に基づいて終端装置１３ごとに決定する。帯域割当部１１４は、送信許可量を表す情報と、送信許可時刻を表す情報とをＧａｔｅフレームに含める。帯域割当部１１４は、Ｇａｔｅフレームを下位通信部１１５に出力する。

下位通信部１１５は、下り通信のデータを、情報抽出部１１１を介して上位通信部１１０から取得する。下位通信部１１５は、下り通信のデータを、中継網３０を介して終端装置１３に送信する。下位通信部１１５は、上り通信のデータを、中継網３０を介して終端装置１３から取得する。下位通信部１１５は、上り通信のデータを、情報抽出部１１１を介して上位通信部１１０に転送する。

下位通信部１１５は、スケジューリング情報を、中継網３０を介して終端装置１３から取得する。下位通信部１１５は、スケジューリング情報を情報抽出部１１１に転送する。下位通信部１１５は、Ｇａｔｅフレームを帯域割当部１１４から取得する。下位通信部１１５は、Ｇａｔｅフレームを終端装置１３に送信する。

図３は、従来の通信システムの動作の例を示すシーケンス図である。図４に示す通信システム１の動作と比較するため、従来の通信システムの動作の例を図３に示す。図３に示す破線の矢印は、制御情報の伝送を示す。図３に示す実線の矢印は、データの伝送を示す。従来の通信システムは、上位装置１０ａと、端局装置１１ａと、中継部１２ａと、終端装置１３ａと、収容装置１４ａと、ユーザ装置１５ａとを備える。

収容装置１４ａは、スケジューリング情報をユーザ装置１５ａに通知する（ステップＳ１０１）。ユーザ装置１５ａは、スケジューリング情報に基づいて、収容装置１４ａにデータを送信する（ステップＳ１０２）。収容装置１４ａは、ユーザ装置１５ａから取得したデータを終端装置１３ａに送信する（ステップＳ１０３）。

終端装置１３ａは、収容装置１４ａから取得したデータをバッファリングする。終端装置１３ａは、バッファ量（データ蓄積量）を表す情報を含むＲｅｐｏｒｔフレームを、中継部１２ａに送信する（ステップＳ１０４）。中継部１２ａは、バッファ量を表す情報を含むＲｅｐｏｒｔフレームを、端局装置１１ａに転送する（ステップＳ１０５）。

端局装置１１ａは、各終端装置１３ａから取得したＲｅｐｏｒｔフレームに基づいて、終端装置１３ａごとに帯域量を割り当てる。端局装置１１ａは、送信許可量及び送信開始時刻を決定する。端局装置１１ａは、送信許可量を表す情報と、送信許可時刻を表す情報とをＧａｔｅフレームに含める。端局装置１１ａは、Ｇａｔｅフレームを中継部１２ａに送信する（ステップＳ１０６）。中継部１２ａは、Ｇａｔｅフレームを終端装置１３ａに送信する（ステップＳ１０７）。

終端装置１３ａは、送信許可量及び送信開始時刻に基づいて、上り通信のデータを中継部１２ａに送信する。終端装置１３ａが上り通信のデータをバッファリングしてから中継部１２ａに送信するまでに、最小で１ｍｓの時間が必要である。

中継部１２ａは、上り通信のデータを端局装置１１ａに送信する（ステップＳ１０８）。端局装置１１ａは、上り通信のデータを上位装置１０ａに送信する（ステップＳ１０９）。上位装置１０ａは、上り通信のデータを取得する（ステップＳ１１０）。

図４は、本発明の第１の実施形態における、通信システム１の動作の第１例を示すシーケンス図である。図４に示す破線の矢印は、制御情報の伝送を示す。図４に示す実線の矢印は、データの伝送を示す。収容装置１４は、スケジューリング情報をユーザ装置１５及び終端装置１３に送信する。収容装置１４は、スケジューリング情報に相当する補助情報を含むメッセージを、ユーザ装置１５及び終端装置１３に送信してもよい（ステップＳ２０１）。

終端装置１３は、収容装置１４から取得したスケジューリング情報を、中継部１２に送信する（ステップＳ２０２）。中継部１２は、スケジューリング情報を、端局装置１１に転送する（ステップＳ２０３）。

端局装置１１は、各終端装置１３から取得したスケジューリング情報に基づいて、終端装置１３ごとに帯域量を割り当てる。端局装置１１は、送信許可量及び送信開始時刻を決定する。端局装置１１は、送信許可量を表す情報と、送信許可時刻を表す情報とをＧａｔｅフレームに含める。端局装置１１は、Ｇａｔｅフレームを中継部１２に送信する（ステップＳ２０４）。中継部１２は、Ｇａｔｅフレームを終端装置１３に送信する（ステップＳ２０５）。

ユーザ装置１５は、スケジューリング情報に基づいて、収容装置１４にデータを送信する（ステップＳ２０６）。収容装置１４は、ユーザ装置１５から取得したデータを終端装置１３に送信する（ステップＳ２０７）。

終端装置１３は、送信許可量及び送信開始時刻に基づいて、上り通信のデータを中継部１２に送信する。終端装置１３が上り通信のデータをバッファリングしてから中継部１２に送信するまでに、１ｍｓよりも少ない時間が必要である（ステップＳ２０８）。

中継部１２は、上り通信のデータを端局装置１１に送信する（ステップＳ２０９）。端局装置１１は、上り通信のデータを上位装置１０に送信する（ステップＳ２１０）。上位装置１０は、上り通信のデータを取得する（ステップＳ２１１）。

図５は、本発明の第１の実施形態における、要求量を決定する処理の第１例を示すフローチャートである。要求量決定部１１２は、要求量を決定する処理を終端装置１３ごとに実行するため、要求量Ｒ［ｉ］が決定されていない終端装置１３−ｉを選択する（ステップＳ３０１）。要求量決定部１１２は、選択した終端装置１３−ｉの要求量Ｒ［ｉ］を、値０に初期化する（Ｒ［ｉ］＝０）（ステップＳ３０２）。

要求量決定部１１２は、終端装置１３−ｉに上り通信のデータを送信する収容装置１４−ｉに収容されているユーザ装置１５−ｕ（ｕは、１〜Ｕのうち、収容装置１４−ｉに収容されているユーザ装置１５に割り当てられた符号）について、スケジューリング情報に基づく帯域量Ｓ［ｕ］を合計する。要求量決定部１１２は、合計結果を終端装置１３−ｉの要求量Ｒ［ｉ］（＝ΣＳ［ｕ］）とする（ステップＳ３０３）。

要求量決定部１１２は、終端装置１３−ｉがスケジューリング情報を端局装置１１に次回送信するために必要となる帯域量Ａ［ｉ］を、終端装置１３−ｉの要求量Ｒ［ｉ］に加算する。要求量決定部１１２は、加算結果（＝ステップＳ３０３におけるＲ［ｉ］＋Ａ［ｉ］）を、終端装置１３−ｉの最終的な要求量Ｒ［ｉ］と定める（ステップＳ３０４）。これにより、終端装置１３は、上り通信のデータと共にスケジューリング情報を次回送信することができる。

なお、要求量決定部１１２は、スケジューリング情報とＲｅｐｏｒｔフレームとに基づいて、要求量を決定してもよい。情報抽出部１１１は、バッファ量を表す情報がＲｅｐｏｒｔフレームに含まれている場合、バッファ量を表す情報をＲｅｐｏｒｔフレームから抽出する。スケジューリング情報に含まれない特殊フレームが受動光通信網で通信される場合でも、要求量決定部１１２がバッファ量を要求量に加算することによって、下位通信部１１５は、特殊フレームを送信することが可能となる。特殊フレームは、例えば、受動光通信網における管理制御フレームである。

要求量決定部１１２は、要求量Ｒ［ｉ］が決定されていない終端装置１３−ｉがある場合、ステップＳ３０１に処理を戻す。帯域割当部１１４は、要求量決定部１１２から取得した要求量に基づいて、送信許可量及び送信開始時刻を終端装置１３ごとに決定する。

以上のように、通信システム１は、ユーザ装置１５を通信によって収容する収容装置１４と、収容装置１４と接続された終端装置１３と、受動光通信網を介して終端装置１３と接続された端局装置１１とを有する。収容装置１４は、ユーザ装置１５から収容装置１４への上り通信のスケジューリング情報を生成する。収容装置１４は、生成したスケジューリング情報をユーザ装置１５及び終端装置１３に送信する。終端装置１３は、受動光通信網を介して端局装置１１にスケジューリング情報を送信する。端局装置１１は、終端装置１３から端局装置１１への上り通信の帯域量及び開始時刻をスケジューリング情報に基づいて決定する。端局装置１１は、決定した帯域量及び開始時刻を表す情報を終端装置１３に送信する。

これによって、第１の実施形態の通信システム１及び帯域割当方法は、上位装置１０（集約局装置）と収容装置１４（基地局装置）との間のネットワークに受動光通信網を適用した際に、動的帯域割当を用いることを可能とし、伝送帯域の利用効率を向上させることが可能である。また、第１の実施形態の通信システム１及び帯域割当方法は、上り通信のデータの送信が遅延すること低減することが可能である。すなわち、第１の実施形態の通信システム１及び帯域割当方法は、受動光通信網における動的帯域割当に起因する上り通信のデータの伝送の遅延を低減することが可能となる。

第１の実施形態の端局装置１１は、Ｒｅｐｏｒｔフレームを取得しなくても、スケジューリング情報に基づいて送信許可量及び送信開始時刻を決定することができる。端局装置１１は、終端装置１３が上り通信のデータを送信することを待機する時間を、スケジューリング情報に基づく送信開始時刻に応じたＧａｔｅフレームを終端装置１３に通知することによって大幅に削減することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、収容装置１４がスケジューリング情報を集約する点が、第１の実施形態と相違する。第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態における、収容装置１４の構成例を示す図である。収容装置１４は、ベースバンド処理部１４０と、無線装置１４１と、集約部１４２とを備える。ベースバンド処理部１４０は、ベースバンド処理を実行する。ベースバンド処理部１４０は、終端装置１３との通信を実行する。例えば、ベースバンド処理部１４０は、集約部１４２がスケジューリング情報を集約した情報（以下、「集約情報」という。）を、終端装置１３に送信する。

無線装置１４１は、無線通信処理を実行する。例えば、無線装置１４１は、ユーザ装置１５との無線通信を実行する。例えば、無線装置１４１は、ユーザ装置１５のスケジューリング情報を、収容装置１４に収容されたユーザ装置１５から取得する。集約部１４２は、収容装置１４に収容されたユーザ装置１５のスケジューリング情報を、無線装置１４１から取得する。集約部１４２は、スケジューリング情報にベースバンド処理を施してもよい。集約部１４２は、収容装置１４に収容されたユーザ装置１５のスケジューリング情報を集約することによって、集約情報を生成する。集約部１４２は、集約情報をベースバンド処理部１４０に送信する。

図７は、本発明の第２の実施形態における、通信システム１の動作の第２例を示すシーケンス図である。図７に示す破線の矢印は、制御情報の伝送を示す。図７に示す実線の矢印は、データの伝送を示す。収容装置１４は、スケジューリング情報をユーザ装置１５に送信する。収容装置１４は、スケジューリング情報に相当する情報を含むメッセージを、ユーザ装置１５に送信してもよい。収容装置１４は、集約情報を生成する。収容装置１４は、集約情報を終端装置１３に送信する（ステップＳ４０１）。

終端装置１３は、収容装置１４から取得した集約情報を、中継部１２に送信する（ステップＳ４０２）。中継部１２は、集約情報を端局装置１１に転送する（ステップＳ４０３）。

端局装置１１は、各終端装置１３から取得した集約情報に基づいて、終端装置１３ごとに帯域量を割り当てる。端局装置１１は、送信許可量及び送信開始時刻を決定する。端局装置１１は、送信許可量を表す情報と、送信許可時刻を表す情報とをＧａｔｅフレームに含める。端局装置１１は、Ｇａｔｅフレームを中継部１２に送信する（ステップＳ４０４）。中継部１２は、Ｇａｔｅフレームを終端装置１３に送信する（ステップＳ４０５）。

ユーザ装置１５は、スケジューリング情報に基づいて、収容装置１４にデータを送信する（ステップＳ４０６）。収容装置１４は、ユーザ装置１５から取得したデータを終端装置１３に送信する（ステップＳ４０７）。

終端装置１３は、送信許可量及び送信開始時刻に基づいて、上り通信のデータを中継部１２に送信する。終端装置１３が上り通信のデータをバッファリングしてから中継部１２に送信するまでに、１ｍｓよりも少ない時間が必要である（ステップＳ４０８）。

中継部１２は、上り通信のデータを端局装置１１に送信する（ステップＳ４０９）。端局装置１１は、上り通信のデータを上位装置１０に送信する（ステップＳ４１０）。上位装置１０は、上り通信のデータを取得する（ステップＳ４１１）。

図８は、本発明の第２の実施形態における、要求量を決定する処理の第２例を示すフローチャートである。要求量決定部１１２は、要求量を決定する処理を終端装置１３ごとに実行するため、要求量Ｒ［ｉ］が決定されていない終端装置１３−ｉを選択する（ステップＳ５０１）。要求量決定部１１２は、選択した終端装置１３−ｉの要求量Ｒ［ｉ］を、値０に初期化する（Ｒ［ｉ］＝０）（ステップＳ５０２）。

要求量決定部１１２は、終端装置１３−ｉに上り通信のデータを送信する収容装置１４−ｉに収容されているユーザ装置１５−ｕの集約情報に基づく帯域量ＡＳ［ｕ］を、選択した終端装置１３−ｉの要求量Ｒ［ｉ］（＝ＡＳ［ｕ］）とする（ステップＳ５０３）。

要求量決定部１１２は、終端装置１３−ｉが集約情報を端局装置１１に次回送信するために必要となる帯域量Ｂ［ｉ］を、終端装置１３−ｉの要求量Ｒ［ｉ］に加算する。要求量決定部１１２は、加算結果（＝ステップＳ５０３におけるＲ［ｉ］＋Ｂ［ｉ］）を、終端装置１３−ｉの最終的な要求量Ｒ［ｉ］と定める（ステップＳ５０４）。これにより、終端装置１３は、上り通信のデータと共に集約情報を次回送信することができる。

なお、要求量決定部１１２は、集約情報とＲｅｐｏｒｔフレームとに基づいて、要求量を決定してもよい。情報抽出部１１１は、バッファ量を表す情報がＲｅｐｏｒｔフレームに含まれている場合、バッファ量を表す情報をＲｅｐｏｒｔフレームから抽出する。集約情報に含まれない特殊フレームが受動光通信網で通信される場合でも、要求量決定部１１２がバッファ量を要求量に加算することによって、下位通信部１１５は、特殊フレームを送信することが可能となる。特殊フレームは、例えば、受動光通信網における管理制御フレームである。

要求量決定部１１２は、要求量Ｒ［ｉ］が決定されていない終端装置１３−ｉがある場合、ステップＳ５０１に処理を戻す。帯域割当部１１４は、要求量決定部１１２から取得した要求量に基づいて、送信許可量及び送信開始時刻を終端装置１３ごとに決定する。

以上のように、通信システム１は、ユーザ装置１５を通信によって収容する収容装置１４と、収容装置１４と接続された終端装置１３と、受動光通信網を介して終端装置１３と接続された端局装置１１とを有する。収容装置１４は、ユーザ装置１５から収容装置１４への上り通信のスケジューリング情報を生成する。収容装置１４は、生成したスケジューリング情報をユーザ装置１５に送信する。収容装置１４は、生成したスケジューリング情報を集約した情報である集約情報を終端装置１３に送信する。終端装置１３は、集約情報を端局装置１１に送信する。端局装置１１は、終端装置１３から端局装置１１への上り通信の帯域量及び開始時刻を集約情報に基づいて決定する。端局装置１１は、決定した帯域量及び開始時刻を表す情報を終端装置１３に送信する。

これによって、第２の実施形態の通信システム１及び帯域割当方法は、上位装置１０（集約局装置）と収容装置１４（基地局装置）との間のネットワークに受動光通信網を適用した際に、動的帯域割当を用いることを可能とし、伝送帯域の利用効率を向上させることが可能である。また、第２の実施形態の通信システム１及び帯域割当方法は、上り通信のデータの送信が遅延すること低減することが可能である。

第２の実施形態の端局装置１１は、Ｒｅｐｏｒｔフレームを取得しなくても、集約情報に基づいて送信許可量及び送信開始時刻を決定することができる。端局装置１１は、終端装置１３が上り通信のデータを送信することを待機する時間を、集約情報に基づく送信開始時刻に応じたＧａｔｅフレームを終端装置１３に通知することによって大幅に削減することができる。

また、第２の実施形態では、ユーザ装置１５ごとのスケジューリング情報ではなく、収容装置１４ごとの集約情報が収容装置１４から端局装置１１に通知されるので、送信される集約情報の帯域量は、スケジューリング情報が送信された場合と比較して少ない。このため、第２の実施形態の通信システム１は、上り通信に割り当てられる帯域量を、第１の実施形態と比較して広くすることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態では、終端装置１３がスケジューリング情報を集約する点が、第１の実施形態及び第２の実施形態と相違する。第３の実施形態では、第１の実施形態及び第２の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図９は、本発明の第３の実施形態における、終端装置１３の構成例を示す図である。終端装置１３は、上位通信部１３０と、下位通信部１３１と、集約部１３２とを備える。上位通信部１３０は、中継部１２から取得した下り通信のデータを、下位通信部１３１に転送する。上位通信部１３０は、下位通信部１３１から取得した上り通信のデータを、中継部１２に転送する。上位通信部１３０は、集約情報を集約部１３２から取得する。上位通信部１３０は、集約情報を中継部１２に転送する。

下位通信部１３１は、下り通信のデータを収容装置１４に送信する。下位通信部１３１は、上り通信のデータを、収容装置１４から取得する。集約部１３２は、収容装置１４に収容されたユーザ装置１５のスケジューリング情報を、下位通信部１３１から取得する。集約部１３２は、収容装置１４に収容されたユーザ装置１５のスケジューリング情報を集約することによって、集約情報を生成する。集約部１３２は、集約情報を上位通信部１３０に送信する。

図１０は、本発明の第３の実施形態における、端局装置１１の構成の第２例を示す図である。端局装置１１は、上位通信部１１０と、要求量決定部１１２と、記憶部１１３と、帯域割当部１１４と、下位通信部１１５とを備える。下位通信部１１５は、収容装置１４が収容するユーザ装置１５の上り通信のスケジューリング情報を、中継網３０を介して終端装置１３から取得する。情報抽出部１１１は、スケジューリング情報を、要求量決定部１１２に転送する。

要求量決定部１１２は、収容装置１４に収容されたユーザ装置１５のスケジューリング情報を、下位通信部１１５から取得する。要求量決定部１１２は、収容装置１４に収容されたユーザ装置１５のスケジューリング情報を集約することによって、集約情報を生成する。要求量決定部１１２は、要求量を集約情報に基づいて終端装置１３ごとに決定する。要求量決定部１１２が要求量を決定する手順の詳細については後述する。要求量決定部１１２は、要求量を表す情報を帯域割当部１１４に出力する。

図１１は、本発明の第３の実施形態における、通信システム１の動作の第３例を示すシーケンス図である。図１１に示す破線の矢印は、制御情報の伝送を示す。図１１に示す実線の矢印は、データの伝送を示す。収容装置１４は、スケジューリング情報をユーザ装置１５及び終端装置１３に送信する。収容装置１４は、スケジューリング情報に相当する補助情報を含むメッセージを、ユーザ装置１５及び終端装置１３に送信してもよい（ステップ６０１）。

終端装置１３は、収容装置１４に収容されたユーザ装置１５のスケジューリング情報を取得する。終端装置１３は、収容装置１４に収容されたユーザ装置１５のスケジューリング情報を集約することによって、集約情報を生成する。終端装置１３は、集約情報を中継部１２に送信する（ステップＳ６０２）。中継部１２は、集約情報を端局装置１１に転送する（ステップＳ６０３）。

端局装置１１は、各終端装置１３から取得した集約情報に基づいて、終端装置１３ごとに帯域量を割り当てる。端局装置１１は、送信許可量及び送信開始時刻を決定する。端局装置１１は、送信許可量を表す情報と、送信許可時刻を表す情報とをＧａｔｅフレームに含める。端局装置１１は、Ｇａｔｅフレームを中継部１２に送信する（ステップＳ６０４）。中継部１２は、Ｇａｔｅフレームを終端装置１３に送信する（ステップＳ６０５）。

ユーザ装置１５は、スケジューリング情報に基づいて、収容装置１４にデータを送信する（ステップＳ６０６）。収容装置１４は、ユーザ装置１５から取得したデータを終端装置１３に送信する（ステップＳ６０７）。

終端装置１３は、送信許可量及び送信開始時刻に基づいて、上り通信のデータを中継部１２に送信する。終端装置１３が上り通信のデータをバッファリングしてから中継部１２に送信するまでに、１ｍｓよりも少ない時間が必要である（ステップＳ６０８）。

中継部１２は、上り通信のデータを端局装置１１に送信する（ステップＳ６０９）。端局装置１１は、上り通信のデータを上位装置１０に送信する（ステップＳ６１０）。上位装置１０は、上り通信のデータを取得する（ステップＳ６１１）。

以上のように、通信システム１は、ユーザ装置１５を通信によって収容する収容装置１４と、収容装置１４と接続された終端装置１３と、受動光通信網を介して終端装置１３と接続された端局装置１１とを有する。収容装置１４は、ユーザ装置１５から収容装置１４への上り通信のスケジューリング情報を生成する。収容装置１４は、生成したスケジューリング情報をユーザ装置１５及び終端装置１３に送信する。終端装置１３は、スケジューリング情報を集約した情報である集約情報を端局装置１１に送信する。端局装置１１は、終端装置１３から端局装置１１への上り通信の帯域量及び開始時刻を集約情報に基づいて決定する。端局装置１１は、決定した帯域量及び開始時刻を表す情報を終端装置１３に送信する。

これによって、第３の実施形態の通信システム１及び帯域割当方法は、上位装置１０（集約局装置）と収容装置１４（基地局装置）との間のネットワークに受動光通信網を適用した際に、動的帯域割当を用いることを可能とし、伝送帯域の利用効率を向上させることが可能である。また、第３の実施形態の通信システム１及び帯域割当方法は、上り通信のデータの送信が遅延すること低減することが可能である。

第３の実施形態の端局装置１１は、Ｒｅｐｏｒｔフレームを取得しなくても、集約情報に基づいて送信許可量及び送信開始時刻を決定することができる。端局装置１１は、終端装置１３が上り通信のデータを送信することを待機する時間を、集約情報に基づく送信開始時刻に応じたＧａｔｅフレームを終端装置１３に通知することによって大幅に削減することができる。

また、第３の実施形態では、ユーザ装置１５ごとのスケジューリング情報ではなく、収容装置１４ごとの集約情報が終端装置１３から端局装置１１に通知されるので、送信される集約情報の帯域量は、スケジューリング情報が送信された場合と比較して少ない。このため、第３の実施形態の通信システム１は、上り通信に割り当てられる帯域量を、第１の実施形態と比較して広くすることができる。

上述した実施形態における上位装置、端局装置、終端装置、収容装置、ユーザ装置、通信システムの少なくとも一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…通信システム、１０…上位装置、１１…端局装置、１２…中継部、１３…終端装置、１４…収容装置、１５…ユーザ装置、１０ａ…上位装置、１１ａ…端局装置、１２ａ…中継部、１３ａ…終端装置、１４ａ…収容装置、１５ａ…ユーザ装置、２０…上位網、３０…中継網、４０…下位網、１１０…上位通信部、１１１…情報抽出部、１１２…要求量決定部、１１３…記憶部、１１４…帯域割当部、１１５…下位通信部、１２０…光ファイバ、１３０…上位通信部、１３１…下位通信部、１３２…集約部、１４０…ベースバンド処理部、１４１…無線装置、１４２…集約部

Claims (4)

1. 複数のユーザ装置を通信によって収容する収容装置と、前記収容装置と接続された終端装置と、受動光通信網を介して前記終端装置と接続された端局装置とを有する通信システムであって、
   前記収容装置は、
   複数の前記ユーザ装置から自装置への上り通信のスケジューリング情報をそれぞれ生成し、生成した前記スケジューリング情報を対応する前記ユーザ装置に送信するとともに、生成したすべての前記スケジューリング情報を集約した情報である集約情報を前記終端装置に送信し、
   前記終端装置は、
   受信した前記集約情報を前記端局装置に送信し、
   前記端局装置は、
   受信した前記集約情報に基づいて前記終端装置から自装置への上り通信の帯域量及び開始時刻を決定し、決定した前記帯域量及び前記開始時刻を表す情報を前記終端装置に送信する通信システム。
2. 複数のユーザ装置を通信によって収容する収容装置と、前記収容装置と接続された終端装置と、受動光通信網を介して前記終端装置と接続された端局装置とを有する通信システムであって、
   前記収容装置は、
   複数の前記ユーザ装置から自装置への上り通信のスケジューリング情報をそれぞれ生成し、生成した前記スケジューリング情報を対応する前記ユーザ装置に送信するとともに、生成したすべての前記スケジューリング情報を前記終端装置に送信し、
   前記終端装置は、
   受信したすべての前記スケジューリング情報を集約した情報である集約情報を前記端局装置に送信し、
   前記端局装置は、
   受信した前記集約情報に基づいて前記終端装置から自装置への上り通信の帯域量及び開始時刻を決定し、決定した前記帯域量及び前記開始時刻を表す情報を前記終端装置に送信する通信システム。
3. 複数のユーザ装置を通信によって収容する収容装置と、前記収容装置と接続された終端装置と、受動光通信網を介して前記終端装置と接続された端局装置とを有する通信システムにおける帯域割当方法であって、
   前記収容装置が、複数の前記ユーザ装置から自装置への上り通信のスケジューリング情報をそれぞれ生成し、生成した前記スケジューリング情報を対応する前記ユーザ装置に送信するとともに、生成したすべての前記スケジューリング情報を集約した情報である集約情報を前記終端装置に送信するステップと、
   前記終端装置が、受信した前記集約情報を前記端局装置に送信するステップと、
   前記端局装置が、受信した前記集約情報に基づいて前記終端装置から自装置への上り通信の帯域量及び開始時刻を決定し、決定した前記帯域量及び前記開始時刻を表す情報を前記終端装置に送信するステップと、
   を有する帯域割当方法。
4. 複数のユーザ装置を通信によって収容する収容装置と、前記収容装置と接続された終端装置と、受動光通信網を介して前記終端装置と接続された端局装置とを有する通信システムにおける帯域割当方法であって、
   前記収容装置が、複数の前記ユーザ装置から自装置への上り通信のスケジューリング情報をそれぞれ生成し、生成した前記スケジューリング情報を対応する前記ユーザ装置に送信するとともに、生成したすべての前記スケジューリング情報を前記終端装置に送信するステップと、
   前記終端装置が、受信したすべての前記スケジューリング情報を集約した情報である集約情報を前記端局装置に送信するステップと、
   前記端局装置が、受信した前記集約情報に基づいて前記終端装置から自装置への上り通信の帯域量及び開始時刻を決定し、決定した前記帯域量及び前記開始時刻を表す情報を前記終端装置に送信するステップと、
   を有する帯域割当方法。

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