JP6451753B2 - 局舎端末、光ネットワーク及び帯域割当方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、エラスティックλアグリゲーションネットワークで用いて好適な、局舎端末、光ネットワーク及び帯域割当方法に関する。

図１を参照して、現在のネットワークの基本構成例を説明する。図１は、現在のネットワークの基本構成例を説明する模式図である。この基本構成例のネットワークは、アクセスネットワーク、メトロネットワーク及び上位ネットワークで構成される。アクセスネットワークは、ユーザと局とを結ぶ。メトロネットワークは、アクセスネットワークの局を結ぶ。そして、上位ネットワークは、メトロネットワーク及びアクセスネットワークを収容する。

メトロネットワークは、例えば、ノードをリング状に接続するリングネットワークで構成される。このリングネットワークでは、再構成可能光分岐挿入多重装置（ＲＯＡＤＭ：Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）を備えることが多い。アクセスネットワークの局は、このノードに接続される。

アクセスネットワークでは、光通信を利用することにより膨大な情報量の伝送を可能とする、光アクセスネットワークが主流となりつつある。光アクセスネットワークとして、受動光ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が知られている。

ＰＯＮは、局内に設けられる１つの局舎端末（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）、及び、加入者宅にそれぞれ設けられる複数の加入者端末（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）を備えて構成される。ＯＬＴとＯＮＵは、光スプリッタを介して、光ファイバで接続される。

ＰＯＮでは、各ＯＮＵからＯＬＴに送られる信号（以下、上り信号と称することもある）は、光スプリッタで合波されてＯＬＴに送信される。一方、ＯＬＴから各ＯＮＵに送られる信号（以下、下り信号と称することもある）は、光スプリッタで分波されて各ＯＮＵに送信される。なお、上り信号と下り信号との干渉を防ぐために、上り信号と下り信号には、それぞれ異なる波長が割り当てられる。

ＰＯＮでは、様々な多重技術が用いられる。ＰＯＮで用いられる多重技術には、時間軸上の短い区間を各加入者に割り当てる時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）技術、異なる波長を各加入者に割り当てる波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）技術、異なる符号を各加入者に割り当てる符号分割多重（ＣＤＭ：Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）技術などがある。これらの多重技術の中で、ＴＤＭを利用するＴＤＭ−ＰＯＮが、現在最も広く用いられている。ＴＤＭ−ＰＯＮでは、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）が用いられている。ＴＤＭＡは、ＯＬＴが、各ＯＮＵの送信タイミングを管理して、異なるＯＮＵからの上り信号同士が衝突しないように制御する技術である。

ＰＯＮの代表的なものとして、Ｇｉｇａｂｉｔ（１×１０^９ｂｉｔ／ｓｅｃ）Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）技術を使用した、ＧＥ−ＰＯＮがある（例えば非特許文献１参照）。ＧＥ−ＰＯＮでは、下り信号の波長は１４８０−１５００ｎｍ、上り信号の波長は１２６０−１３６０ｎｍが用いられている。

ＧＥ−ＰＯＮに含まれる機能の１つとして、ＯＬＴに実装される動的帯域割当（ＤＢＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）がある（例えば、特許文献１参照）。ＤＢＡは、各ＯＮＵで発生しているトラフィックをＯＬＴが把握し、トラフィックに応じて、各ＯＮＵに上り信号の帯域を割り当てる機能である。

図２を参照して、ＤＢＡについて説明する。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、ＤＢＡを説明するための模式図であり、横軸に時間ｔを取って示している。図２（Ａ）〜（Ｃ）では、ＤＢＡ周期を３０ｍｓｅｃ、無信号区間（ガードタイム）を２ｍｓｅｃ、及び、ＯＮＵの数を４としている。

ＯＬＴは、各ＯＮＵが要求するトラフィックに応じて、ＤＢＡ周期ごとに各ＯＮＵの割当帯域を計算し、各ＯＮＵに割り当てる（図２（Ａ））。ＧＥ−ＰＯＮにおける割当帯域の単位は時間で表すことができる。なお、各ＯＮＵの割当帯域間にはガードタイムが設けられている。

ここで、各ＯＮＵが要求する帯域が広く、ＯＮＵへの割当帯域の総和がＤＢＡ周期内に収まらない場合がある（図２（Ｂ））。図２（Ｂ）では、ＯＮＵ＃１〜４が要求する帯域が、それぞれ、８、１０、１２、６ｍｓｅｃの例を示している。

このような状況でＯＮＵへの割当帯域の総和をＤＢＡ周期内に収める方法として、各ＯＮＵの割当帯域を、各ＯＮＵの要求帯域に（ＤＢＡ周期−ガードタイムの合計）／（各ＯＮＵの要求する帯域の合計）を乗算して与える方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法により、各ＯＮＵの割当帯域は、それぞれ、５．３、６．７、８、４ｍｓｅｃとなり、ＤＢＡ周期内に収めることができる（図２（Ｃ））。

現在の光アクセスネットワークは、トラフィックの増加やサービスの多様化に伴い、貴重なネットワーク資源である波長を効率よく使用する高効率なネットワークの構築が求められている。そこで、多値変調技術や直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を用いたエラスティック光アグリゲーションネットワーク（ＥλＡＮ）の開発が行われている（例えば、非特許文献２参照）。

図３を参照して、多値変調の特徴について説明する。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、多値変調の特徴を説明するための模式図である。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、横軸に波長を取って示している。

図３（Ａ）は、１シンボルに１ビットのデータを含むＯＯＫ（Ｏｎ Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ）を示している。図３（Ｂ）は、１シンボルに２ビットのデータを含むＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）を示している。図３（Ｃ）は、１シンボルに４ビットのデータを含む１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を示している。図３（Ｄ）は、１シンボルに６ビットのデータを含む６４ＱＡＭを示している。図３（Ｂ）〜（Ｄ）に示されるＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭはいわゆる多値変調であり、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭの順に変調多値数が多くなる。なお、多値変調はこれらに限定されず２^ｎＱＡＭ（ｎは２以上の整数）とすることができる。図３に示されているように、変調多値数を大きくすると、使用する波長帯域を削減できる。

次に、図４を参照して、ＯＦＤＭ技術について説明する。図４は、ＯＦＤＭ技術を説明するための模式図である。図４では、横軸に周波数を取って示している。ＯＦＤＭ技術は、周波数の直交性を利用しており、マルチキャリア伝送を可能とし、これにより帯域利用効率を向上できる。

次に、図５を参照して、ＥλＡＮの基本構成例について説明する。図５は、ＥλＡＮの基本構成例を説明するための模式図である。ＥλＡＮは、従来のメトロネットワークとアクセスネットワークを融合したメトロ／アクセス融合型ネットワークである。従来のメトロネットワークに相当する区間には、波長によって様々な経路を通ることができる波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）が用いられ、この区間をＷＳＳ区間と称する。また、従来のアクセスネットワークに相当する区間は、従来のＰＯＮと同様に構成される（以下、ＰＯＮ区間と称する）。

ＥλＡＮは、従来各局に設置されていたＯＬＴが集約された集約ＯＬＴを備える。集約ＯＬＴには、ＯＬＴをプログラマブル化した論理ＯＬＴが設けられる。また、ＯＮＵとして、論理ＯＮＵが用いられる。論理ＯＬＴ及び論理ＯＮＵには、プログラマブル光送受信器があり、光波長、変調多値数、シンボルレート（ＳＲ：Ｓｙｍｂｏｌ Ｒａｔｅ）、及びサブキャリア（ＳＣ：Ｓｕｂ Ｃａｒｒｉｅｒ）数が可変となる。なお、以下の説明では、変調多値数、ＳＲ及びＳＣ数を合わせて、光信号パラメータと称する。

図６は、光信号パラメータの変化について説明するための模式図である。図６（Ａ）は、変調多値数の変化を示している。図６（Ａ）の左図が、変調多値数が少ないＱＰＳＫの場合のＩ−Ｑ図であり、図６（Ａ）の右図が、変調多値数が多い１６ＱＡＭの場合のＩ−Ｑ図である。図６（Ｂ）は、ＳＲの変化を示している。図６（Ｂ）の左図はＳＲが高い場合を示しており、図６（Ｂ）の右図はＳＲが低い場合を示している。ＳＲが低くなると、ＳＣの幅が狭くなり、空き帯域が増える。また、図６（Ｃ）は、ＳＣ数の変化を示している。図６（Ｃ）の左図はＳＣ数が多い場合を示しており、図６（Ｃ）の右図はＳＣ数が少ない場合を示している。ＳＣ数が少なくなると、空き帯域が増える。

集約ＯＬＴには光信号パラメータ制御アルゴリズムが搭載されており、トラフィックや通信品質などに応じて光信号パラメータの最適値を決定する。ここで、光信号パラメータの最適値は、ユーザが要求する条件を満たし、かつ、光スペクトル幅が最小になる状態の光信号パラメータの値である。

このように、光信号パラメータの最適値を決定することにより、帯域利用効率に優れるネットワークを構築することができる。なお、ＥλＡＮにおける帯域の単位は、周波数（波長）である。

光信号パラメータの最適値を決定する方法の一例について説明する（例えば、非特許文献３参照）。

この方法では、予め、横軸にＯＬＴとＯＮＵの間の距離（ＰＯＮ区間距離）を取り、縦軸に伝送品質（ＳＥＲ：Ｓｙｍｂｏｌ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）を取った二次元マップを用意しておく。二次元マップは、送信多値数とＳＣ数の複数の組について、ＰＯＮ区間距離とＳＥＲとの関係を示している。あるＰＯＮ区間距離に対して、要求品質が伝送品質よりも大きければ送信可能であり、小さければ送信不可である。

先ず、第１のステップで、ＰＯＮ区間距離と、ＯＮＵの要求品質から、送信可能な多値数とバンド幅を選定する。ここで、バンド幅は、例えば、ＳＲとＳＣ数の積に相当する。

次に、第２のステップで、ＯＮＵの要求帯域から、送信可能な多値数とバンド幅を選定する。

次に、第３のステップで、第１及び第２のステップで選定された多値数とバンド幅の組の中から、多値数が最も大きいものを選ぶ。また、多値数が最も大きいものが複数ある場合は、バンド幅が最も大きいものを選ぶ。

次に、第４のステップで、送信する多値数と、ＯＮＵの要求帯域から割当ＳＣ数を計算する。

次に、第５のステップで、上記第３のステップで選定したバンド幅に割当てられるＳＣ数の和がそのバンド幅に近くなるようなＯＮＵの組合せを探索する。

ここで、上述の非特許文献３の技術では、非輻輳状態で光信号パラメータを決定している。非輻輳状態は、各ＯＮＵの要求帯域幅の合計が、使用可能帯域幅に収まる状態である。すなわち、各ＯＮＵの要求を全て満足できる状態で実行される。

しかしながら、実際のネットワーク運用上、輻輳状態になる場合がある。輻輳状態は、使用可能帯域が限定されるなど、各ＯＮＵの要求帯域幅の合計が使用可能帯域幅に収まらない状態である。

ＴＤＭの場合は、各ＯＮＵの割当帯域を、各ＯＮＵの要求帯域に（ＤＢＡ周期−ガードタイムの合計）／（各ＯＮＵの要求帯域の合計）を乗算して与えることにより、ＤＢＡ周期に納めることができる。これに対し、ＯＦＤＭの場合は、ＯＦＤＭバンド幅は固定されており、この幅が固定されているＯＦＤＭバンドに各ＯＮＵの帯域を割当てていく。ＯＦＤＭにおいて輻輳状態になっている場合、ＴＤＭと同様の方法（以下、従来方法と称する。）を利用して、各ＯＮＵが要求する帯域幅に（帯域幅−ガードバンド幅）／（各ＯＮＵの要求帯域の合計）を乗算して、ＯＦＤＭバンドに割当てる従来方法では、ＯＦＤＭバンド内に未使用ＳＣが存在するなどするため、使用可能帯域幅内に収まらない場合がでてくる。

そこで、ＯＦＤＭにおいて、輻輳状態の場合に、使用可能帯域幅に収める帯域割当方法が提案されている（例えば、非特許文献４参照）。

図７を参照して、非特許文献４に開示されている帯域割当方法について説明する。図７は、非特許文献４に開示されている帯域割当方法の処理フローを示す図である。

ステップ（以下、Ｓで表す。）２１において、初期化する。Ｓ２１では、ループ回数ｎ（ｎは０以上の整数）を０にする。また、入力パラメータから要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}を算出する。ここでの入力パラメータは、ＯＮＵの要求品質と、そのＯＮＵについてのＰＯＮ区間距離である。後述のＳ１１〜Ｓ１３の過程により、二次元マップを用いて、入力パラメータから多値数と初期要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉｎｉｔｉａｌ＿ｉ}を取得する。この初期要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉｎｉｔｉａｌ＿ｉ}を要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}に代入する。

次に、Ｓ２２において、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ａｃｃｅｓｓ）アルゴリズム（以下、ＯＦＤＭＡ処理とも称する。）を用いて、各ＯＮＵに対する要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}から必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}を算出する。ここで、ＯＦＤＭＡアルゴリズムは、１つのＯＦＤＭバンドに１又は複数のＯＮＵを収容させるアルゴリズムである。この必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}は、各ＯＮＵが割当てられたＯＦＤＭバンド幅とガードバンド幅の総和で与えられる。また、ｎ＝０のときの必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}を初期必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ＿ｉｎｉｔｉａｌ}とする。

次に、Ｓ２３において、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}と使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}を比較する。比較の結果、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}が使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}以下である場合（Ｙｅｓ）は、処理を終了する。一方、比較の結果、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}が使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}より大きい場合は、Ｓ２４の更新処理を行う。

Ｓ２４の更新処理では、初期要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉｎｉｔｉａｌ＿ｉ}に、使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}／（初期必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ＿ｉｎｉｔｉａｌ}×（１＋Ｐ×ｎ））を乗算し、その整数部分を算出する。さらに、ｎに１を加算する。

その後、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}が使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}以下になるまで、Ｓ２２〜Ｓ２４の過程を行う。

図８は、非特許文献４に開示されている帯域割当方法における、計算粒度を変化させた場合のＯＦＤＭＡ処理の回数と帯域利用効率の関係を示す図である。図８では横軸に計算粒度Ｐを取って示し、左軸に帯域利用効率（％）を取って示し、右軸にＯＦＤＭＡ処理回数を取って示している。図８に示されるように、計算粒度Ｐが小さいと帯域利用効率は高いがＯＦＤＭＡ処理回数が増加し、その結果、アルゴリズムの処理時間が遅くなる。一方で計算粒度Ｐを大きくするとＯＦＤＭＡ処理回数が減少し、その結果、アルゴリズムの処理時間は短くなるが、帯域利用効率は低下する。このように両者の関係はトレードオフの関係にある。そのため、ネットワークの状況に応じて計算粒度を設定することで帯域利用効率が高いネットワークを構築する場合とアルゴリズムの処理時間を短くする（低遅延）ネットワークを構築する場合とで使い分けできる。

特開２００７−１２９４２９号公報

「基礎技術講座 ＧＥ−ＰＯＮ技術 第３回 ＤＢＡ機能」ＮＴＴ技術ジャーナル 岡本聡著「多様なサービスやネットワーク構成を実現する伸縮自在光メトロ・アクセス融合型アグリゲーションネットワーク技術 −エラスティックλアグリゲーションネットワーク−」ＩＥＩＣＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＣＳ２０１２−９６（２０１３−１） 斉藤洋之他著「ＥλＡＮにおけるユーザ周波数多重方式の基礎検討」ＩＥＩＣＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ 斉藤洋之他著「ＥλＡＮにおける帯域割当方式の検討」２０１５年電子情報通信学会 通信ソサエティ大会

しかしながら、図８に示されているように計算粒度Ｐを大きくした場合、つまりアルゴリズムの処理時間を短くするように計算粒度Ｐを設定した場合でも最低２回のＯＦＤＭＡ処理が行われる。非特許文献４の方法を用いて２回のＯＦＤＭＡ処理が行われる場合のアルゴリズムの処理時間を計算し、その割合を円グラフで示したものを図９に示す。図９に示されるようにＯＦＤＭＡ処理は全アルゴリズム処理の約７３％程度を占めている。低遅延ネットワークが要求されている場合には、処理時間の短縮が求められるが、非特許文献４の方法では限界がある。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、ＯＦＤＭにおいて、輻輳状態の場合に、使用可能帯域幅に収める帯域割当方法と、この方法を実現する局舎端末及び光ネットワークを提供するにあたり、処理時間を短縮することにある。

上述した目的を達成するために、この発明の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いる光ネットワークにおいて、複数の加入者端末と接続される局舎端末は、ＯＬＴ受信部と、ＯＬＴ送信部と、ＯＬＴ制御部とを備えて構成される。

ＯＬＴ受信部は、ＯＮＵから上り光ＯＦＤＭ信号を受信し、上り光ＯＦＤＭ信号を、光／電気（Ｏ／Ｅ）変換して、上りＯＦＤＭ信号を生成し、及び、上りＯＦＤＭ信号に付加されている上り制御信号を、ＯＬＴ制御部に送る。

ＯＬＴ送信部は、下りＯＦＤＭ信号を生成し、ＯＬＴ制御部から受け取った制御信号を下りＯＦＤＭ信号に付加し、下りＯＦＤＭ信号を、電気／光（Ｅ／Ｏ）変換して、下り光ＯＦＤＭ信号を生成してＯＮＵに送る。

上り制御信号は、要求品質及び要求ビットレートの少なくとも一方を含んでいる。

ＯＬＴ制御部は、さらに、第１〜５手段を備えている。第１手段は、ループ回数ｎ（ｎは０以上の整数）を０にするとともに、各ＯＮＵについて、ＯＮＵの要求品質と、ＯＮＵについてのＰＯＮ区間距離と要求ビットレートから、初期要求帯域幅を取得する。第２手段は、初期要求帯域幅の値から必要帯域幅を算出し、必要帯域幅を初期必要帯域幅とする。第３手段は、必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する。第４手段は、第３手段での比較の結果、必要帯域幅が使用可能帯域幅より大きい場合に行われる、初期要求帯域幅に使用可能帯域幅を乗算し、初期必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を算出して割当帯域とするとともに、ループ回数ｎに１を加算する。第５手段は、複数のＯＦＤＭバンドに、各ＯＮＵを収容させ、各ＯＮＵが割当てられたＯＦＤＭバンド幅とガードバンド幅の総和で与えられる必要帯域幅を算出する。ここで、幅減少パラメータは、１以上の実数で与えられる。

また、この発明の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いる光ネットワークにおいて、局舎端末によって実行される、帯域割当方法は、以下の過程を備えている。先ず、第１過程において、ループ回数ｎ（ｎは０以上の整数）を０にするとともに、各ＯＮＵについて、ＯＮＵの要求品質と、ＯＮＵについてのＰＯＮ区間距離と要求ビットレートから、初期要求帯域幅を取得する。次に、第２過程において、初期要求帯域幅の値から必要帯域幅を算出し、必要帯域幅を初期必要帯域幅とする。次に、第３過程において、必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する。第３過程での比較の結果、必要帯域幅が使用可能帯域幅より大きい場合には、第４過程において、初期要求帯域幅に、使用可能帯域幅を乗算し、初期必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を算出して割当帯域とするとともに、ループ回数ｎに１を加算する。次に、第５過程において、複数のＯＦＤＭバンドに、各ＯＮＵを収容させ、各ＯＮＵが割当てられたＯＦＤＭバンド幅とガードバンド幅の総和で与えられる必要帯域幅を算出する。第３過程での比較の結果、必要帯域幅が使用可能帯域幅以下になるまで、第３〜６過程を繰り返し行う。ここで、幅減少パラメータは、１以上の実数である。

この発明の局舎端末によれば、ＯＮＵから要求される帯域の和で与えられる必要帯域幅が使用可能帯域幅内に収まらなかったら、割当帯域幅を少しずつ減らし、必要帯域幅が使用可能帯域幅に収まったら終了する。このため、輻輳状態でも使用可能帯域幅内に収めることができる。また、割当帯域幅を少しずつ減らすことにより、使用可能帯域をより有効に利用することができる。さらに最低限必要なＯＦＤＭＡ処理の回数を１回にすることで、処理時間を短くできる。

現在のネットワークの基本構成例を説明する模式図である。 ＤＢＡを説明するための模式図である。 多値変調の特徴を説明するための模式図である。 ＯＦＤＭ技術を説明するための模式図である。 ＥλＡＮの基本構成例を説明するための模式図である。 光信号パラメータの変化について説明するための模式図である。 非特許文献４に開示されている帯域割当方法の処理フローを示す図である。 非特許文献４に開示されている帯域割当方法における、計算粒度を変化させた場合のＯＦＤＭＡ処理の回数と帯域利用効率の関係を示す図である。 非特許文献４に開示されている帯域割当方法を用いた場合のアルゴリズムの処理時間を示す図である。 ＯＬＴの構成を説明するための模式図である。 ＯＮＵの構成を説明するための模式図である。 二次元マップの例を示す図である。 シンボルレートを変化させた場合の二次元マップの例を示す図である。 この発明の帯域割当方法の処理フローを示す図である。 この発明の割当方法を用いた例を示す模式図である。 この発明の帯域割当方法における、計算粒度を変化させた場合のＯＦＤＭＡ処理の回数と帯域利用効率の関係を示す図である。 この発明の帯域割当方法を用いた場合のアルゴリズムの処理時間を示す図である。 この発明の帯域割当方法と、非特許文献４に開示されている帯域割当方法を比較した結果を示す図である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

（光ネットワーク）
この実施形態の光ネットワークは、例えば、図５を参照して説明した、非特許文献２に開示されているＥλＡＮと同様に構成することができる。

ＥλＡＮは、Ｍ（Ｍは１以上の整数）個の局舎端末（ＯＬＴ）と、ＷＳＳ区間を介して接続されている、Ｎ個の加入者端末（ＯＮＵ）で構成される。なお、ＥλＡＮが提供するサービスをプログラマブルに変更可能にするため、ＥλＡＮでは、ＯＬＴとしてプログラマブルＯＬＴ（Ｐ−ＯＬＴ）が用いられ、ＯＮＵとしてプログラマブルＯＮＵ（Ｐ−ＯＮＵ）が用いられる。ＥλＡＮでは、ＯＮＵの登録先のＯＬＴ、すなわち、ＯＬＴとＯＮＵのペアが自由に変更される。

このＥλＡＮでは、多値変調技術とＯＦＤＭとを組み合わせて用いている。すなわち、ＯＦＤＭ信号のサブキャリアとして、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭのいずれかで多値変調した信号を送受信している。なお、ここでは、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭの３種類の多値変調を行う場合について説明するが、これに限定されず２^ｎＱＡＭ（ｎは２以上の整数）とすることができる。２５６ＱＡＭなどさらに多値数を増やしても良いし、２種類又は４種類以上の多値変調を行う構成にしても良い。

（ＯＬＴの構成）
図１０を参照して、ＯＬＴの構成について説明する。図１０はＯＬＴの構成を説明するための模式図である。ＯＬＴ２００は、ＯＬＴ受信部２１０、ＯＬＴ送信部２２０及びＯＬＴ制御部２３０を備えて構成される。

ＯＬＴ受信部２１０は、ＯＮＵから上り光ＯＦＤＭ信号を受信する。ＯＬＴ受信部２１０は、Ｏ／Ｅ変換部２１４と上りＯＦＤＭ信号復調部２１２を備えて構成される。Ｏ／Ｅ変換部２１４は、上り光ＯＦＤＭ信号を、光／電気（Ｏ／Ｅ）変換して、上りＯＦＤＭ信号を生成する。上りＯＦＤＭ信号復調部２１２は、上りＯＦＤＭ信号を復調し、上位ネットワーク（上位ＮＷ）５０へ送る。また、ＯＬＴ受信部２１０は、上りＯＦＤＭ信号に付加されている上り制御信号を、ＯＬＴ制御部２３０に送る。

ＯＬＴ送信部２２０は、下りＯＦＤＭ信号生成部２２２とＥ／Ｏ変換部２２４を備えて構成される。下りＯＦＤＭ信号生成部２２２は、上位ＮＷ５０から受け取った信号を変調して、下りＯＦＤＭ信号を生成する。また、下りＯＦＤＭ信号生成部２２２は、ＯＬＴ制御部２３０から受け取った下り制御信号を下りＯＦＤＭ信号に付加する。Ｅ／Ｏ変換部２２４は、下りＯＦＤＭ信号を、電気／光（Ｅ／Ｏ）変換して、下り光ＯＦＤＭ信号を生成する。下り光ＯＦＤＭ信号はＯＮＵに送られる。なお、下りＯＦＤＭ信号生成部２２２は、ＯＬＴ制御部２３０から通知された変調フォーマット、シンボルレートに従って変調を行う。

ＯＬＴ制御部２３０は、機能手段として、上り制御信号受信部２３２、下り制御信号生成部２３４、下り制御信号送信部２３６、ＯＬＴ側変調条件通知部２３８及びパラメータ設定部２４０を備える。また、ＯＬＴ制御部２３０は、任意好適な記憶手段に二次元マップ２４２を読み出し自在に格納している。

上り制御信号受信部２３２は、ＯＬＴ受信部２１０から上りＯＦＤＭ信号に付加された上り制御信号を受け取る。下り制御信号生成部２３４は、下り制御信号を生成する。下り制御信号送信部２３６は、ＯＬＴ送信部２２０へ、下り制御信号を送る。また、ＯＬＴ側変調条件通知部２３８は、ＯＬＴ送信部２２０に対し、ＯＬＴ送信部２２０が変調する際の変調フォーマット、シンボルレートを通知する。パラメータ設定部２４０は、後述するＳ１〜Ｓ５を実行する第１〜５手段２４４、２４６、２４８、２５０及び２５２と、後述するＳ６及びＳ７を実行する第６手段２５４を備えて構成され、帯域割当を行う。

上述した、ＯＬＴ受信部２１０及びＯＬＴ送信部２２０は、任意好適な従来公知の技術を用いて構成することができる。ＯＬＴ制御部２３０は、機能手段の構成及び動作が従来と異なるが、これら機能手段を実現するためのプログラムを除けば、任意好適な従来公知の技術を用いて構成することができる。この各機能手段の構成及び動作の詳細については後述する。

（ＯＮＵの構成）
図１１を参照して、ＯＮＵの構成について説明する。図１１はＯＮＵの構成を説明するための模式図である。ＯＮＵ３００は、ＯＮＵ受信部３１０、ＯＮＵ送信部３２０及びＯＮＵ制御部３３０を備えて構成される。

ＯＮＵ受信部３１０は、ＯＬＴから下り光ＯＦＤＭ信号を受信する。ＯＮＵ受信部３１０は、Ｏ／Ｅ変換部３１４と下りＯＦＤＭ信号復調部３１２を備えて構成される。Ｏ／Ｅ変換部３１４は、下り光ＯＦＤＭ信号を、Ｏ／Ｅ変換して、下りＯＦＤＭ信号を生成する。下りＯＦＤＭ信号復調部３１２は、下りＯＦＤＭ信号を復調し、ユーザ端末６０へ送る。また、ＯＮＵ受信部３１０は、下りＯＦＤＭ信号に付加されている下り制御信号を、ＯＮＵ制御部３３０に送る。

ＯＮＵ送信部３２０は、上りＯＦＤＭ信号生成部３２２とＥ／Ｏ変換部３２４を備えて構成される。上りＯＦＤＭ信号生成部３２２は、ユーザ端末６０から受け取った信号を変調して、上りＯＦＤＭ信号を生成する。また、上りＯＦＤＭ信号生成部３２２は、ＯＮＵ制御部３３０から受け取った上り制御信号を上りＯＦＤＭ信号に付加する。Ｅ／Ｏ変換部３２４は、上りＯＦＤＭ信号を、Ｅ／Ｏ変換して、上り光ＯＦＤＭ信号を生成する。上り光ＯＦＤＭ信号はＯＬＴに送られる。なお、上りＯＦＤＭ信号生成部３２２は、ＯＮＵ制御部２３０から通知された変調フォーマット、シンボルレートに従って変調を行う。

ＯＮＵ制御部３３０は、機能手段として、下り制御信号受信部３３２、上り制御信号生成部３３４、上り制御信号送信部３３６、及び、ＯＮＵ側変調条件通知部３３８を備える。

下り制御信号受信部３３２は、ＯＮＵ受信部３１０から下りＯＦＤＭ信号に付加された下り制御信号を受け取る。上り制御信号生成部３３４は、上り制御信号を生成する。上り制御信号送信部３３６は、ＯＮＵ送信部３２０へ、上り制御信号を送る。また、ＯＮＵ側変調条件通知部３３８は、ＯＮＵ送信部３２０に対し、ＯＮＵ送信部３２０が変調する際の変調フォーマット、シンボルレートを通知する。

上述した、ＯＮＵ受信部３１０及びＯＮＵ送信部３２０は、任意好適な従来公知の技術を用いて構成することができる。ＯＮＵ制御部３３０は、機能手段の構成及び動作が従来と異なるが、これら機能手段を実現するためのプログラムを除けば、任意好適な従来公知の技術を用いて構成することができる。

（二次元マップ）
帯域割当方法の実施に当たり、予め、横軸にＯＬＴとＯＮＵの間の距離（ＰＯＮ区間距離）を取り、縦軸に伝送品質（ＳＥＲ：Ｓｙｍｂｏｌ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）を取った二次元マップを用意しておく。図１２は、二次元マップの例を示す図である。図１２では、横軸にＯＬＴとＯＮＵの間の距離（ＰＯＮ区間距離）を取って示し、縦軸に伝送品質（ＳＥＲ：Ｓｙｍｂｏｌ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）を取って示している。図１２では、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭのそれぞれに対して、ＰＯＮ区間距離とＳＥＲとの関係を示している。あるＰＯＮ区間距離に対して、要求品質が伝送品質よりも大きければ、送信可能であり、小さければ、送信不可である。例えば、ＰＯＮ区間距離が１０ｋｍであり、要求品質が１０^−５以下である条件は、図１２中×で示す点となるので、１６ＱＡＭとＱＰＳＫでは送信可能であり、６４ＱＡＭでは送信不可となる。この場合、帯域利用効率の観点から最適な変調フォーマットは１６ＱＡＭとなる。

また、図１３は、シンボルレートを変化させた場合の二次元マップの例を示す図である。図１３では、横軸にＰＯＮ区間距離を取って示し、縦軸に伝送品質（ＳＥＲ）を取って示している。図１３では、シンボルレートが１Ｇｓｐｓ（ｓｙｍｂｏｌ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）、５Ｇｓｐｓ及び１０Ｇｓｐｓのそれぞれの場合について、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭの二次元マップを示す。

ここで、図１３に示すようにシンボルレートを変化させると、二次元マップが変化する。従って、帯域利用効率に優れたネットワークを構築するためには、ＰＯＮ区間距離だけでなく、シンボルレートも考慮して、最適な変調フォーマットを決定する必要がある。
二次元マップは、送信多値数とＳＣ数の複数の組について、ＰＯＮ区間距離とＳＥＲとの関係を示している。あるＰＯＮ区間距離に対して、要求品質が伝送品質よりも大きければ、送信可能であり、小さければ、送信不可である。

表１を参照して、条件アとして、ＰＯＮ区間距離が４０ｋｍのＯＮＵから、要求品質が１０^−８以下、要求ビットレートが５Ｇｂｐｓ（ｂｉｔ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）以上という要求を受けた場合について説明する。

先ず、ステップ（以下、ステップをＳで表す。）１１において、図１３に示す二次元マップを用いて、要求品質を満たす、変調フォーマットとシンボルレートの組合せを選択する。ＰＯＮ区間距離が４０ｋｍで要求品質が１０^−８以下の条件は、図１３中Ａで示される。図１３から、この条件で通信可能な組み合わせは、ＱＰＳＫ／１Ｇｓｐｓと、ＱＰＳＫ／５Ｇｓｐｓの２組である。

次に、Ｓ１２において、要求ビットレートを満たす、変調フォーマットとシンボルレートの組合せを選択する。ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭでは、１シンボルにそれぞれ、２、４及び６ビットのデータが含まれる。従って、ビットレートが５Ｇｂｐｓ以上となる組み合わせは、６４ＱＡＭ／１Ｇｓｐｓと、ＱＰＳＫ／５Ｇｓｐｓ、１６ＱＡＭ／５Ｇｓｐｓ、６４ＱＡＭ／５Ｇｓｐｓ、ＱＰＳＫ／１０Ｇｓｐｓ、１６ＱＡＭ／１０Ｇｓｐｓ及び６４ＱＡＭ／１０Ｇｓｐｓの７組である。

次に、Ｓ１３において、Ｓ１１とＳ１２で選択された組合せの中でシンボルレートが最も低い組合せを選択する。ここで、Ｓ１１及びＳ１２の両者で選択された組は、ＱＰＳＫ／５Ｇｓｐｓの１組である。従って、この条件アでの変調フォーマット及びシンボルレートは、ＱＰＳＫ／５Ｇｓｐｓとなる。

表２を参照して、条件イとして、ＰＯＮ区間距離が３０ｋｍのＯＮＵから、要求品質が１０^−４以下、要求ビットレートが５Ｇｂｐｓ以上という要求を受けた場合について説明する。

先ず、Ｓ１１において、図１３に示す二次元マップを用いて、送信可能な、変調フォーマットとシンボルレートの組合せを選択する。ＰＯＮ区間距離が３０ｋｍ、要求品質が１０^−４以下の条件は図１３中Ｂで示される。図１３から、この条件で通信可能な組み合わせは、ＱＰＳＫ／１Ｇｓｐｓ、１６ＱＡＭ／１Ｇｓｐｓ、６４ＱＡＭ／１Ｇｓｐｓ、ＱＰＳＫ／５Ｇｓｐｓ、１６ＱＡＭ／５Ｇｓｐｓ及びＱＰＳＫ／１０Ｇｓｐｓの６組である。

次に、Ｓ１２において、要求ビットレートを満たす、変調フォーマットとシンボルレートの組合せを選択する。ここで、ビットレートが５Ｇｂｐｓ以上となる組み合わせは、６４ＱＡＭ／１Ｇｓｐｓと、ＱＰＳＫ／５Ｇｓｐｓ、１６ＱＡＭ／５Ｇｓｐｓ、６４ＱＡＭ／５Ｇｓｐｓ、ＱＰＳＫ／１０Ｇｓｐｓ、１６ＱＡＭ／１０Ｇｓｐｓ及び６４ＱＡＭ／１０Ｇｓｐｓの７組である。

次に、Ｓ１３において、Ｓ１１とＳ１２で選択された組合せの中でシンボルレートが最も低い組合せを選択する。ここで、Ｓ１１及びＳ１２の両者で選択された組は、６４ＱＡＭ／１Ｇｓｐｓ、ＱＰＳＫ／５Ｇｓｐｓ、１６ＱＡＭ／５Ｇｓｐｓ及びＱＰＳＫ／１０Ｇｓｐｓの４組である。この４組の中で、シンボルレートが最も低い組は、６４ＱＡＭ／１Ｇｓｐｓである。従って、この条件イでの変調フォーマット及びシンボルレートは、６４ＱＡＭ／１Ｇｓｐｓとなる。

ここでは、３種類の変調フォーマットと３種類のシンボルレートから最適な変調フォーマット及びシンボルレートの組合せを決定する例を説明したが、これに限定されない。変調フォーマット及びシンボルレートの種類及び数は、任意好適に設定することができ、対応する二次元マップを予め作成しておけばよい。

（帯域割当方法）
図１４を参照して、輻輳状態において行われる、この発明の帯域割当方法について説明する。図１４は、この発明の帯域割当方法の処理フローを示す図である。

ステップ（以下、Ｓで表す。）１において、初期化する。Ｓ１では、ループ回数ｎ（ｎは０以上の整数）を０にする。また、入力パラメータから要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}を算出する。ここでの入力パラメータは、ＯＮＵの要求品質と、そのＯＮＵについてのＰＯＮ区間距離とＯＮＵの要求ビットレートである。上述のＳ１１〜Ｓ１３の過程により、二次元マップを用いて、入力パラメータから多値数と初期要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉｎｉｔｉａｌ＿ｉ}を取得することができる。この初期要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉｎｉｔｉａｌ＿ｉ}を要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}に代入する。

次に、Ｓ２において、各ＯＮＵに対する要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}から必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}を以下のように簡易的に算出する。ここでは、ＯＦＤＭＡ処理を行わない。

ＯＦＤＭバンド数をＯとし、１つのＯＦＤＭバンドの幅をα、ガードバンド幅をβ、サブキャリア数をＳＣとすると、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}は、簡易的な算出方法として、以下の式（１）及び（２）で与えられる。

Ｏ＝ｃｅｉｌ（ΣＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}／ＳＣ） （１）
ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}＝Ｏ×α＋（Ｏ−１）×β （２）
また、このときの必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}を初期必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ＿ｉｎｉｔｉａｌ}とする。

次に、Ｓ３において、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}と使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}を比較する。比較の結果、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}が使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}より大きい場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ４の更新処理を行う。

Ｓ４の更新処理では、ｎに１を加算後、初期要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉｎｉｔｉａｌ＿ｉ}に、使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}／（初期必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ＿ｉｎｉｔｉａｌ}×（１＋Ｐ×ｎ））を乗算し、その整数部分を算出する。

次に、Ｓ５において、ＯＦＤＭＡアルゴリズムを用いて、各ＯＮＵに対する要求帯域幅ＢＷａｌｌｏｃ＿ｉから必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}を算出する。ここで、ＯＦＤＭＡアルゴリズムは、１つのＯＦＤＭバンドに１又は複数のＯＮＵを収容させるアルゴリズムである。この必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}は、各ＯＮＵが割当てられたＯＦＤＭバンド幅とガードバンド幅の総和で与えられる。

ここで、定数（計算粒度）Ｐは、０より大きい任意の数値を取りうる。

その後、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}が使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}以下になるまで、Ｓ３〜Ｓ５の過程を行う。なお、上述した第１〜５過程がＳ１〜Ｓ５の処理に相当する。Ｓ３の過程で比較の結果、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}が使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}以下である場合（Ｎｏ）は、Ｓ６においてｎが０であるか否かの判定を行う。

Ｓ６の判定の結果、ｎが０である場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ７において、ｎに１を加算した後、Ｓ５の過程を行う。Ｓ６の判定の結果、ｎが０でない場合（Ｎｏ）は、処理を終了する。

なお、輻輳状態であるか否かをあらかじめ判定するなどし、輻輳状態の場合のみ、この帯域割当方法を用いる構成のときは、Ｓ６及びＳ７の過程を備えずともよい。この場合、ＯＬＴが第６手段を備えない構成にしてもよい。

次に、一例として、ＯＮＵの台数を４０、１つのＯＦＤＭバンドの帯域幅αを０．０４ｎｍ、サブキャリア（ＳＣ）数を３２、ガードバンド幅βを０．０１６ｎｍ、ＢＷ_{ａｖａｉｌ}＝０．０８ｎｍとした場合の動作を説明する。

図１５の初期値のようにＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}の値が与えられたとする。ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}の値の合計は６７１となる。この場合ＯＦＤＭバンド数Ｏは、上式（１）から、ｃｅｉｌ（６７１／３２）＝２１となる。よって、Ｓ２の過程において、簡易的に算出したＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}は１．１６ｎｍとなる。

Ｓ３の比較では、ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ} (＝１．１６ｎｍ)＞ＢＷ_{ａｖａｉｌ} (＝０．８ｎｍ)となるので、続いて、Ｓ４を行う。

Ｓ４では、ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}を更新する。計算粒度Ｐを０．１としたときの更新後のＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}を図１５の右欄に示している。

次に、Ｓ５において、ＯＦＤＭＡ処理を行い、ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}を算出すると、その値は０．７６８ｎｍとなる。そこで、再びＳ３の比較を行うと、ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}(＝０．７６８ｎｍ)＜ＢＷ_{ａｖａｉｌ} (＝０．８ｎｍ)なので終了する。

この場合、ＯＦＤＭＡ処理回数は１回となる。

ＯＦＭＤバンド幅のＳＣ数を３２本／６４本／１２８本の３種類と、計算粒度Ｐを変化させた場合の帯域利用効率とアルゴリズムのループ回数を算出した結果を図１６に示す。ここで用いるネットワークモデルは図８と同様である。つまり非特許文献３及び４と同様の二次元マップを用いている。

また、図１７にアルゴリズムの処理時間をシミュレーションにより算出し、従来技術と比較した結果を示す。図１７（Ａ）は、非特許文献４の方法での処理時間を示し、図１７（Ｂ）は、本発明の方法での処理時間を示している。

図１６に示すように、この発明では、ＯＦＤＭＡ処理回数の最小値を１回に抑えることができる。その結果、図１７に示すように、ＯＦＤＭＡ処理回数の最小値が２回である従来のアルゴリズムに比べて、処理時間をＯＦＤＭＡ処理１回分の約１５ｍｓ削減することが出来る。

図１８は、この発明の帯域割当方法と、非特許文献４に開示されている帯域割当方法を比較した結果を示す図である。図１８（Ａ）は、横軸に計算粒度Ｐを取って示し、縦軸にＯＦＤＭＡ処理回数を示している。また、図１８（Ｂ）は、横軸に計算粒度Ｐを取って示し、縦軸に帯域利用効率を示している。図１８（Ａ）及び（Ｂ）では、この発明の帯域割当方法での結果を四角で示し、非特許文献４に開示されている帯域割当方法での結果をひし形で示している。この発明の帯域割当方法は、非特許文献４に開示されている帯域割当方法に比べて、ＯＦＤＭＡ処理回数が減少し、帯域利用効率が増加していることが示されている。

この発明の帯域割当方法の方が、帯域利用効率が優れている理由は、非特許文献４の方法では、２回のＯＦＤＭＡ処理を行うのに対し、この発明では、初期必要帯域幅を簡易的に算出していることによると考えられる。簡易的に算出した初期必要帯域幅は、ＯＦＤＭＡ処理によって求めた初期必要帯域幅に比べて小さくなる傾向がある。すなわち、非特許文献４の方法では、２回のＯＦＤＭＡ処理で幅を２度大きく減少させるのに対し、この発明では、小さい減少幅で減少させたのち、ＯＦＤＭＡ処理で大きく減少させる。これにより、帯域利用効率が向上すると考えられる。

なお、上述の例では、初期必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ＿ｉｎｉｔｉａｌ}を基準として、ループ回数が増えるとともに幅減少パラメータ（１＋Ｐ×ｎ）を大きくして、この幅減少パラメータで除算して帯域幅を狭くしているが、これに限定されない。

例えば、Ｓ４の更新処理では、初期要求帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉｎｉｔｉａｌ＿ｉ}に、使用可能帯域幅ＢＷ_{ａｖａｉｌ}／（必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}×Ｑ）を乗算し、その整数部分を算出し、さらに、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}を新たに初期必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ＿ｉｎｉｔｉａｌ}に代入しても良い。ここで、幅減少パラメータである定数Ｑは１より大きい任意の数値を取りうる。

定数Ｐ及び定数Ｑを大きくすると、未割当ＳＣが多くなり、通信効率が低下する可能性が有るが、ループ回数は少なくなる。一方、定数Ｐ及び定数Ｑを大きくすると、ループ回数が多くなる可能性が有るが、未割当ＳＣが少なくなり、通信効率が向上する。

５０ 上位ネットワーク（上位ＮＷ）
６０ ユーザ端末
２００ 局舎端末（ＯＬＴ）
２１０ ＯＬＴ受信部
２１２ 上りＯＦＤＭ信号復調部
２１４ Ｏ／Ｅ変換部
２２０ ＯＬＴ送信部
２２２ 下りＯＦＤＭ信号生成部
２２４ Ｅ／Ｏ変換部
２３０ ＯＬＴ制御部
２３２ 上り制御信号受信部
２３４ 下り制御信号生成部
２３６ 下り制御信号送信部
２３８ ＯＬＴ側変調条件通知部
２４０ パラメータ設定部
２４２ 二次元マップ
２４４ 第１手段
２４６ 第２手段
２４８ 第３手段
２５０ 第４手段
２５２ 第５手段
２５４ 第６手段
３００ 加入者端末（ＯＮＵ）
３１０ ＯＮＵ受信部
３１２ 下りＯＦＤＭ信号復調部
３１４ Ｏ／Ｅ変換部
３２０ ＯＮＵ送信部
３２２ 上りＯＦＤＭ信号生成部
３２４ Ｅ／Ｏ変換部
３３０ ＯＮＵ制御部
３３２ 下り制御信号受信部
３３４ 上り制御信号生成部
３３６ 上り制御信号送信部
３３８ ＯＮＵ側変調条件通知部

Claims (5)

1. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いる光ネットワークにおいて、複数の加入者端末と接続される局舎端末であって、
   ＯＬＴ受信部と、ＯＬＴ送信部と、ＯＬＴ制御部とを備え、
   前記ＯＬＴ受信部は、加入者端末から上り光ＯＦＤＭ信号を受信し、上り光ＯＦＤＭ信号を、光／電気（Ｏ／Ｅ）変換して、上りＯＦＤＭ信号を生成し、及び、上りＯＦＤＭ信号に付加されている上り制御信号を、前記ＯＬＴ制御部に送り、
   前記ＯＬＴ送信部は、下りＯＦＤＭ信号を生成し、前記ＯＬＴ制御部から受け取った制御信号を下りＯＦＤＭ信号に付加し、下りＯＦＤＭ信号を、電気／光（Ｅ／Ｏ）変換して、下り光ＯＦＤＭ信号を生成して加入者端末に送り、
   前記上り制御信号は、要求品質及び要求ビットレートを含み、
   前記ＯＬＴ制御部は、
   ループ回数ｎ（ｎは０以上の整数）を０にするとともに、各加入者端末について、該加入者端末の要求品質と、該加入者端末についてのＰＯＮ区間距離と要求ビットレートから、初期要求帯域幅を取得し、該初期要求帯域幅を要求帯域幅に代入する第１手段と、
   前記要求帯域幅をＢＷ _{ａｌｌｏｃ＿ｉ} とし、ＯＦＤＭバンド数をＯとし、１つのＯＦＤＭバンド幅をαとし、ガードバンド幅をβとし、サブキャリア数をＳＣとしたときに、必要帯域幅ＢＷ _{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ} を以下の式（１）及び（２）から算出し、該必要帯域幅を初期必要帯域幅とする第２手段と、
   前記必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する第３手段と、
   前記第３手段での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅より大きい場合に、前記ループ回数ｎに１を加算した後に、前記初期要求帯域幅に、前記使用可能帯域幅を乗算し、前記初期必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を要求帯域幅とする第４手段と、
   前記第３手段での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅以下の場合に、前記ループ回数ｎが０であるか否かを判定する第６手段と、
   前記第３手段での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅より大きい場合に、ＯＦＤＭＡアルゴリズムを用いて、前記第４手段で得られる前記要求帯域幅から必要帯域幅を算出し、及び、前記第６手段での判定の結果ループ回数ｎが０である場合に、前記ループ回数ｎに１を加算した後に、ＯＦＤＭＡアルゴリズムを用いて、前記第１手段で得られる前記要求帯域幅から必要帯域幅を算出する第５手段と
   を備え、
   前記幅減少パラメータは、０より大きい定数Ｐを用いて（１＋Ｐ×ｎ）で与えられる
   ことを特徴とする局舎端末。
   Ｏ＝ｃｅｉｌ（ΣＢＷ _{ａｌｌｏｃ＿ｉ} ／ＳＣ） （１）
   ＢＷ _{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ} ＝Ｏ×α＋（Ｏ−１）×β （２）
2. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いる光ネットワークにおいて、複数の加入者端末と接続される局舎端末であって、
   ＯＬＴ受信部と、ＯＬＴ送信部と、ＯＬＴ制御部とを備え、
   前記ＯＬＴ受信部は、加入者端末から上り光ＯＦＤＭ信号を受信し、上り光ＯＦＤＭ信号を、光／電気（Ｏ／Ｅ）変換して、上りＯＦＤＭ信号を生成し、及び、上りＯＦＤＭ信号に付加されている上り制御信号を、前記ＯＬＴ制御部に送り、
   前記ＯＬＴ送信部は、下りＯＦＤＭ信号を生成し、前記ＯＬＴ制御部から受け取った制御信号を下りＯＦＤＭ信号に付加し、下りＯＦＤＭ信号を、電気／光（Ｅ／Ｏ）変換して、下り光ＯＦＤＭ信号を生成して加入者端末に送り、
   前記上り制御信号は、要求品質及び要求ビットレートを含み、
   前記ＯＬＴ制御部は、
   ループ回数ｎ（ｎは０以上の整数）を０にするとともに、各加入者端末について、該加入者端末の要求品質と、該加入者端末についてのＰＯＮ区間距離と要求ビットレートから、初期要求帯域幅を取得し、該初期要求帯域幅を要求帯域幅に代入する第１手段と、
   前記要求帯域幅をＢＷ _{ａｌｌｏｃ＿ｉ} とし、ＯＦＤＭバンド数をＯとし、１つのＯＦＤＭバンド幅をαとし、ガードバンド幅をβとし、サブキャリア数をＳＣとしたときに、必要帯域幅ＢＷ _{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ} を以下の式（１）及び（２）から算出し、該必要帯域幅を初期必要帯域幅とする第２手段と、
   前記必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する第３手段と、
   前記第３手段での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅より大きい場合に、前記ループ回数ｎに１を加算した後に、前記初期要求帯域幅に、前記使用可能帯域幅を乗算し、前記必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を要求帯域幅とする第４手段と、
   前記第３手段での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅以下の場合に、前記ループ回数ｎが０であるか否かを判定する第６手段と、
   前記第３手段での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅より大きい場合に、ＯＦＤＭＡアルゴリズムを用いて、前記第４手段で得られる前記要求帯域幅から必要帯域幅を算出し、及び、前記第６手段での判定の結果ループ回数ｎが０である場合に、前記ループ回数ｎに１を加算した後に、ＯＦＤＭＡアルゴリズムを用いて、前記第１手段で得られる前記要求帯域幅から必要帯域幅を算出する第５手段と
   を備え、
   前記幅減少パラメータは、１より大きい定数Ｑで与えられ、
   前記第４手段は、前記要求帯域幅を算出した後に、必要帯域幅を新たに初期必要帯域幅とする
   ことを特徴とする局舎端末。
   Ｏ＝ｃｅｉｌ（ΣＢＷ _{ａｌｌｏｃ＿ｉ} ／ＳＣ） （１）
   ＢＷ _{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ} ＝Ｏ×α＋（Ｏ−１）×β （２）
3. 請求項１又は２に記載の局舎端末を備えて構成される光ネットワーク。
4. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いる光ネットワークにおいて、複数組の変調フォーマットとシンボルレートに対して、ＰＯＮ区間距離と通信品質との関係を示す二次元マップを備える局舎端末によって実行される、
   ループ回数ｎ（ｎは０以上の整数）を０にするとともに、各加入者端末について、該加入者端末の要求品質と、該加入者端末についてのＰＯＮ区間距離と要求ビットレートから、初期要求帯域幅を取得し、該初期要求帯域幅を要求帯域幅に代入する第１過程と、
   前記要求帯域幅をＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}とし、ＯＦＤＭバンド数をＯとし、１つのＯＦＤＭバンド幅をαとし、ガードバンド幅をβとし、サブキャリア数をＳＣとしたときに、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}を以下の式（１）及び（２）から算出し、該必要帯域幅を初期必要帯域幅とする第２過程と、
   前記必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する第３過程と、
   前記第３過程での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅より大きい場合に、前記ループ回数ｎに１を加算した後に、前記初期要求帯域幅に、前記使用可能帯域幅を乗算し、前記初期必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を要求帯域幅とする第４過程と、
   前記第３過程での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅以下の場合に、前記ループ回数ｎが０であるか否かを判定する第６過程と、
   前記第３過程での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅より大きい場合に、ＯＦＤＭＡアルゴリズムを用いて、前記第４過程で得られる前記要求帯域幅から必要帯域幅を算出し、及び、前記第６過程での判定の結果ループ回数ｎが０である場合に、前記ループ回数ｎに１を加算した後に、ＯＦＤＭＡアルゴリズムを用いて、前記第１過程で得られる前記要求帯域幅から必要帯域幅を算出する第５過程と
   を備え、
   前記幅減少パラメータは、０より大きい定数Ｐを用いて（１＋Ｐ×ｎ）で与えられ、
   前記第３過程での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅以下、かつ、前記ループ回数ｎが１以上になるまで、前記第３〜６過程を繰り返し行う
   ことを特徴とする帯域割当方法。
   Ｏ＝ｃｅｉｌ（ΣＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}／ＳＣ） （１）
   ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}＝Ｏ×α＋（Ｏ−１）×β （２）
5. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いる光ネットワークにおいて、複数組の変調フォーマットとシンボルレートに対して、ＰＯＮ区間距離と通信品質との関係を示す二次元マップを備える局舎端末によって実行される、
   ループ回数ｎ（ｎは０以上の整数）を０にするとともに、各加入者端末について、該加入者端末の要求品質と、該加入者端末についてのＰＯＮ区間距離と要求ビットレートから、初期要求帯域幅を取得し、該初期要求帯域幅を要求帯域幅に代入する第１過程と、
   前記要求帯域幅をＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}とし、ＯＦＤＭバンド数をＯとし、１つのＯＦＤＭバンド幅をαとし、ガードバンド幅をβとし、サブキャリア数をＳＣとしたときに、必要帯域幅ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}を以下の式（１）及び（２）から算出し、該必要帯域幅を初期必要帯域幅とする第２過程と、
   前記必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する第３過程と、
   前記第３過程での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅より大きい場合に、前記ループ回数ｎに１を加算した後に、前記初期要求帯域幅に、前記使用可能帯域幅を乗算し、前記必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を要求帯域幅とする第４過程と、
   前記第３過程での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅以下の場合に、前記ループ回数ｎが０であるか否かを判定する第６過程と、
   前記第３過程での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅より大きい場合に、ＯＦＤＭＡアルゴリズムを用いて、前記第４過程で得られる前記要求帯域幅から必要帯域幅を算出し、及び、前記第６過程での判定の結果ループ回数ｎが０である場合に、前記ループ回数ｎに１を加算した後に、ＯＦＤＭＡアルゴリズムを用いて、前記第１過程で得られる前記要求帯域幅から必要帯域幅を算出する第５過程と
   を備え、
   前記幅減少パラメータは、１より大きい定数Ｑで与えられ、
   前記第３過程での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅以下、かつ、前記ループ回数ｎが１以上になるまで、前記第３〜６過程を繰り返し行い、
   前記第４過程において、前記要求帯域幅を算出した後に、必要帯域幅を新たに初期必要帯域幅とする
   ことを特徴とする帯域割当方法。
   Ｏ＝ｃｅｉｌ（ΣＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｉ}／ＳＣ） （１）
   ＢＷ_{ａｌｌｏｃ＿ｔｏｔａｌ}＝Ｏ×α＋（Ｏ−１）×β （２）

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