JP6469027B2

JP6469027B2 - 局内光終端装置、光通信システムおよび光通信方法

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Publication number: JP6469027B2
Application number: JP2016010165A
Authority: JP
Inventors: 恵太西本; 将志田所; 田中　逸清; 逸清田中; 武明持田; 哲之武田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP2017130853A

Description

本発明の実施形態は、局内光終端装置、光通信システムおよび光通信方法に関する。

経済的な光アクセスシステムの形態として、受動光ネットワーク（ＰＯＮ：Passive Optical Network）がある。図１３は、一般的なＰＯＮの概要を示す図である。
図１３に示すように、ＰＯＮは、単一の局内光終端装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）２２が複数の宅内光終端装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）２１との間で、光ファイバ伝送路および１対ｋ（ｋは自然数）の光スプリッタ２３を介してポイントツーマルチポイントの通信を行うネットワークである。
ＰＯＮの代表的な規格として、ＩＥＥＥ８０２.３ａｈにて標準化されたギガビットクラスの１ＧＥ−ＰＯＮおよび１０ギガビットクラスの１０Ｇ−ＥＰＯＮ（Ethernet（登録商標） PON）がある。

ＰＯＮにおいては、一般にＯＬＴ２２から各ＯＮＵ２１への通信の方向を下り方向と呼び、反対側、つまり各ＯＮＵ２１からＯＬＴ２２への通信の方向を上り方向と呼ぶ。ＰＯＮでは、複数のＯＮＵ２１が一つの光ファイバ伝送路を共有しているため、上り方向の通信が衝突する可能性がある。

これを防ぐために、上り方向の通信は時分割多元接続によって行われる。すなわち、あるＯＮＵ２１がＯＬＴ２２に送信する信号と、他のＯＮＵ２１がＯＬＴ２２に送信する信号とが重複しないように、ＯＬＴ２２が各ＯＮＵ２１の送信タイミングを制御することで、複数のＯＮＵ２１がＯＬＴ２２と通信できるようにしている。

ＰＯＮにおいてＯＬＴ２２が各ＯＮＵ２１の送信タイミングを制御する仕組みについて、ＩＥＥＥ８０２.３ａｈ（非特許文献１）に規定されたＭＰＣＰ（Multi-Point Control Protocol）と呼ばれる通信プロトコルを説明する。
ＯＮＵ２１は、バッファ内の送信待ちの上りユーザデータ量を制御信号である送信要求信号（ＲＥＰＯＲＴ）に記載して、これをＯＬＴ２２に送信する。この送信要求信号は、ＯＮＵ２２からＯＬＴ２１へのデータの送信の許可を送信先のＯＬＴ２１に要求するための信号である。

ＯＬＴ２２は、ＯＮＵ２１から受信したＲＥＰＯＲＴから、送信要求量としての上りユーザデータ量を参照し、ＯＮＵ２１ごとに送信開始時刻、送信終了時刻、送信時間を算出する。ＯＬＴ２２は、送信開始時刻、送信時間、およびＯＬＴ２２で管理する現在時刻を打刻した送信許可信号（ＧＲＡＮＴ）をＯＮＵ２１に向けて送信する。また、ＧＲＡＮＴは、送信開始時刻および送信時間を含まない形態もありえる。

ＯＮＵ２１はＧＲＡＮＴを受信すると、まず自身のクロックをＧＲＡＮＴに記載された現在時刻に合わせることでＯＬＴ２２との間での時刻同期を行う。その後、ＯＮＵ２１は、ＧＲＡＮＴで指定された送信開始時刻になると、上りバッファに蓄積していた、ＲＥＰＯＲＴに記載していた上りユーザデータ量に対応するユーザデータをＯＬＴ２２に送信する。
図１４は、一般的なＭＰＣＰの概要を示す図である。ユーザデータの送信の際、図１４に示すように、ＯＮＵは、ユーザデータと同時にＲＥＰＯＲＴをＯＬＴに送信することも可能である。

従来、ＯＬＴは、通信品質を保証するためのほとんどの機能がハードウェアによって実装されてきた。しかし、ハードウェアで実装された機能の変更や追加は困難であり、高速で多様なネットワークサービスの展開を試みる際に、ボトルネックになると考えられる。この課題に対して、非特許文献２に開示されるように、ＯＬＴのネットワーク機能のソフトウエア化が有効であると考えられている。

IEEE 802.3ah − 2004, Section 5 (64. Multipoint MAC Control) 田所他: "仮想化技術の光アクセスNWへの適用検討", 信学技報 115(123), pp. 85-89, 2015 McGarry et. al., "Ethernet passive optical network architectures and dynamic bandwidth allocation algorithms", Communications Surveys & Tutorials 10 (3), pp. 46-60, 2008

しかしながら、ソフトウエアによって通信処理を行うことで、処理時間、および処理のジッタがハードウェアに比べて増大すると考えられる。よってＲＥＰＯＲＴとＧＲＡＮＴの送受信にもジッタが生じると予想される。これにより、上り方向の信号が光ファイバ内で衝突してしまい、この信号をＯＬＴで正しく受信することが困難になると予想される。また、上り信号の通信衝突により、スループットの低下や送信遅延が発生すると考えられる。以下で信号の通信の衝突が発生する要因を説明する。

図１５は、一般的なＧＲＡＮＴの送信遅延によるＯＮＵ間の時刻同期ズレと衝突の発生を示す図である。
衝突発生の第一要因は、各ＯＮＵ間の時刻同期のずれである。特にＥＰＯＮを用いる場合、ＯＮＵは、ＯＬＴからユニキャストされた送信許可信号（ＧＲＡＮＴ）に記載された時刻を自身のタイマに設定することで時刻同期を行っている。このため、各ＯＮＵに送信されるＧＲＡＮＴごとに送信処理にかかる時間が異なると、各ＯＮＵで同期する時刻にも差異が生じる。例えば図１５で示すように、ＧＲＡＮＴの送信処理に遅延が生じると、本来より遅くＯＮＵにＧＲＡＮＴが到着するため、ＯＮＵの時刻設定に遅延が生じる。
これにより、送信開始もまた、ＯＮＵによって本来送信を開始すべき時刻よりも早すぎたり遅すぎたりするズレが生じてしまうため、上り信号が衝突し、ＯＬＴはＯＮＵからのパケットを正しく受信できない。

第二の要因は、ＯＬＴとＯＮＵとの間の伝搬遅延時間ＲＴＴ（Round Trip Time）の測定精度の低下である。ＰＯＮにおいて、ＯＬＴはＲＥＰＯＲＴとＧＲＡＮＴを使ってＯＮＵとの間のＲＴＴを測定し、これを参照してＯＮＵからの上り信号の送信開始時刻を算出する。しかし、ソフトウエアによるＧＲＡＮＴ／ＲＥＰＯＲＴの送受信処理のジッタによって、上記の測定されたＲＴＴの値に揺らぎが生じるため、各ＯＮＵにおける送信開始時刻を正確に算出することが困難となる。これにより、上り方向の信号衝突の可能性が増大する。

本発明の目的は、宅内光終端装置から局内光終端装置への信号衝突の可能性を低減できる局内光終端装置、光通信システムおよび光通信方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の実施形態における局内光終端装置の第１の態様は、局内光終端装置および複数の宅内光終端装置を有する光通信システムにおける前記局内光終端装置であって、所定の帯域割り当てサイクルで前記宅内光終端装置から受信した、前記宅内光終端装置から前記局内光終端装置へのデータの送信の許可を前記局内光終端装置に要求するための送信要求信号の受信順が隣接する前記宅内光終端装置同士で通信の衝突が発生したことを検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、通信の衝突が発生した前記宅内光終端装置の間のガードタイムを拡張し、また、前記検出手段による検出結果に基づいて、通信の衝突が過去の所定数の通信サイクルで発生していない前記宅内光終端装置の間のガードタイムを縮小する計算手段とを備えた局内光終端装置を提供する。

上記構成の局内光終端装置の第２の態様は、第１の態様において、前記検出手段は、全ての前記宅内光終端装置の識別情報と、前記所定の帯域割り当てサイクルで前記宅内光終端装置から受信した、前記送信要求信号の送信元である前記宅内光終端装置の識別情報との差分の情報を求め、この差分の情報で示される、前記送信要求信号の受信順が隣接する前記宅内光終端装置同士で通信の衝突が発生したことを検出する局内光終端装置を提供する。

上記構成の局内光終端装置の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記計算手段は、前記送信要求信号を前記宅内光終端装置から受信するごとに、この信号の送信元の前記宅内光終端装置からの前記送信要求信号の送信時刻に基づいて、前記局内光終端装置と前記送信元の宅内光終端装置との間の伝搬遅延時間を計算し、通信の衝突が前記過去の所定数の通信サイクルで発生していない前記宅内光終端装置の間の前記伝搬遅延時間のゆらぎに応じて前記ガードタイムの縮小率を調整する局内光終端装置を提供する。

上記目的を達成するために、この発明の実施形態における光通信システムの第１の態様は、局内光終端装置および複数の宅内光終端装置を有し、前記宅内光終端装置が、前記局内光終端装置へのデータの送信の許可を要求するための送信要求信号を前記局内光終端装置に送信し、前記局内光終端装置が、受信した前記送信信要求信号に応じて前記データの送信開始時刻および送信終了時刻を含む送信許可信号を前記宅内光終端装置に送信する光通信システムであって、前記局内光終端装置は、所定の帯域割り当てサイクルで受信した前記送信要求信号の受信順が隣接する前記宅内光終端装置同士で通信の衝突が発生したことを検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、通信の衝突が発生した前記宅内光終端装置の間のガードタイムを拡張し、また、前記検出手段による検出結果に基づいて、通信の衝突が過去の所定数の通信サイクルで発生していない前記宅内光終端装置の間のガードタイムを縮小する計算手段と、前記宅内光終端装置から前記送信要求信号によって通知された要求帯域と、前記計算手段で算出された前記ガードタイムと、前記局内光終端装置と前記宅内光終端装置との間の伝搬遅延時間とに基づいて、前記宅内光終端装置それぞれの前記送信開始時刻および前記送信終了時刻を算出する上り送信スケジューリング部とを備えた光通信システムを提供する。
上記構成の光通信システムの第２の態様は、第１の態様において、前記局内光終端装置は、前記送信要求信号を受信するごとに、この信号の送信元の前記宅内光終端装置からの前記送信要求信号の送信時刻に基づいて、前記局内光終端装置と前記送信元の宅内光終端装置との間の伝搬遅延時間を計算し、前記受信ごとの前記伝搬遅延時間の計算結果に基づいて、平滑化した前記伝搬遅延時間である平滑化伝搬遅延時間を計算し、また、前記受信ごとの前記伝搬遅延時間の計算結果における平均値と標準偏差を計算し、前記計算した前記伝搬遅延時間から前記平均値を減じた値の絶対値が前記標準偏差より大きい場合に、この計算した伝搬遅延時間を前記平滑化伝搬遅延時間の計算の元となる送信時刻から除外する第２の計算手段をさらに備え、前記上り送信スケジューリング部は、前記伝搬遅延時間として、前記第２の計算手段で算出された前記平滑化伝搬遅延時間を用いて、前記宅内光終端装置それぞれの前記送信開始時刻および前記送信終了時刻を算出する光通信システムを提供する。

上記目的を達成するために、この発明の実施形態における光通信方法の態様は、局内光終端装置および複数の宅内光終端装置を有する光通信システムに適用される方法であって、前記局内光終端装置は、所定の帯域割り当てサイクルで前記宅内光終端装置から受信した、前記宅内光終端装置から前記局内光終端装置へのデータの送信の許可を前記局内光終端装置に要求するための送信要求信号の受信順が隣接する前記宅内光終端装置同士で通信の衝突が発生したことを検出する検出ステップと、前記検出ステップにおける検出結果に基づいて、通信の衝突が発生した前記宅内光終端装置の間のガードタイムを拡張し、また、前記検出ステップにおける検出結果に基づいて、通信の衝突が過去の所定数の通信サイクルで発生していない前記宅内光終端装置の間のガードタイムを縮小する計算ステップとを実行する光通信方法を提供する。

本発明によれば、宅内光終端装置から局内光終端装置への信号衝突の可能性を低減することが可能になる。

本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置の機能構成の一例を示すブロック図。本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置の上り信号送信情報管理部内のＯＮＵテーブルの一例を表形式で示す図。本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置の上り信号送信情報管理部内のガードタイムテーブルの一例を表形式で示す図。本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置によるＲＴＴの平滑化について説明する図。本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置によるＲＴＴの平滑化について説明する図。本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置による衝突検知とガードタイム伸縮について説明する図。本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置による、衝突したフレームの送信元を検知するための処理手順の一例を示すフローチャート。本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置による、ガードタイムを伸縮するための処理手順の一例を示すフローチャート。本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置によるガードタイムの伸縮について説明する図。本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置によるガードタイムの伸縮について説明する図。本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置による時刻情報のブロードキャストについて説明する図。本発明の実施形態における光通信システムの各ＯＮＵの送信開始時刻、送信終了時刻を算出するための処理手順の一例を示すフローチャート。一般的なＰＯＮの概要を示す図。一般的なＭＰＣＰの概要を示す図。一般的なＧＲＡＮＴの送信遅延によるＯＮＵ間の時刻同期ズレと衝突の発生を示す図。

以下、この発明に係わる実施形態を説明する。
上述した、信号衝突の第一要因に対して、本実施形態では、時刻情報のブロードキャストによって解決を図り、第二要因に対しては、ＲＴＴの平滑化、ならびに衝突の原因となる、ＯＮＵの検知に基づくガードタイムの伸縮によって解決を図る。以下では、ＰＯＮの代表としてＥＰＯＮ構成をとる光通信システムに適用した例を説明する。また、適用範囲はＥＰＯＮに限らず、他の種別のＰＯＮ構成をとる光通信システムに適用してもよい。

（Ａ．実施形態の構成）
図１は、本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置（ＯＬＴ）は、ＰＯＮポート部１、ＲＴＴ測定部２、衝突検知部３、ガードタイム計算部４、ＧＲＡＮＴ生成部５、時刻通知信号生成部６、上り信号送信情報管理部７、上り送信スケジューリング部８、クロック９、トラフィック測定部１０、割り込みカウント部１１を有する。

ＰＯＮポート部１は、主信号および制御信号としての送信要求信号（ＲＥＰＯＲＴ）の受信と分離、および送信許可信号（ＧＲＡＮＴ）の送信を行う。ＰＯＮポート部１は、分離したＲＥＰＯＲＴをＲＴＴ測定部２および衝突検知部３に出力する。

ＲＴＴ測定部２は、ＲＥＰＯＲＴをもとに、ＲＴＴの計算、ＲＴＴの記録、ＲＴＴの更新を行い、この更新したＲＴＴの値を上り信号送信情報管理部７に出力する。また、ＲＴＴ測定部２は、ＲＴＴの更新の過程で算出した過去数ステップにおいて測定したＲＴＴの標準偏差をガードタイム計算部４に出力する。

衝突検知部３は、ＰＯＮポート部１から受信したＲＥＰＯＲＴから、衝突したフレームの送信元のＯＮＵを検知し、この検知結果をガードタイム計算部４に出力する。

ガードタイム計算部４は、この検知結果で示されるＯＮＵの情報をもとに、フレーム間のガードタイムを更新し、この更新したガードタイムを上り信号送信情報管理部７に渡す。

図２は、本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置の上り信号送信情報管理部内のＯＮＵテーブルの一例を表形式で示す図である。図３は、本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置の上り信号送信情報管理部内のガードタイムテーブルの一例を表形式で示す図である。
上り信号送信情報管理部７は、図２に示すように、（１）各ＯＮＵの識別番号としてのＯＮＵ−ＩＤ、（２）各ＯＮＵのＲＴＴ、（３）対応するＯＮＵからＲＥＰＯＲＴによって通知された要求帯域、（４）対応するＯＮＵへの割り当て帯域、（５）対応するＯＮＵへの送信開始時刻、（６）対応するＯＮＵへの送信終了時刻を関連付けたＯＮＵテーブルと、図３に示す、２つのＯＮＵの識別番号およびＯＮＵ間のガードタイムを関連付けたガードタイムテーブルを管理する。

上り送信スケジューリング部８は、上り信号送信情報管理部７で管理するＯＮＵテーブル上の要求帯域、ＲＴＴ、およびガードタイムテーブル上のガードタイム情報を使い、各ＯＮＵの送信開始時刻、送信終了時刻を計算し、この計算結果をもとに、上り信号送信情報管理部７が管理するＯＮＵテーブル上の送信開始時刻、送信終了時刻を更新する。

ＧＲＡＮＴ生成部５は、上り信号送信情報管理部７が管理するＯＮＵテーブルの情報をもとにＧＲＡＮＴを生成し、ＰＯＮポート部１に送信する。
時刻通知信号生成部６は、各ＯＮＵに時刻情報を通知するための信号を生成し、ＰＯＮポート部１に送信する。

（Ｂ．実施形態の動作例）
ここでは、ＯＬＴには、ＯＮＵ_１からＯＮＵ_ｎまでｎ個のＯＮＵが接続されているとする。各ＯＮＵは、識別番号としてＯＮＵ−ＩＤを有する。また、ＯＬＴは、ＯＮＵ_１〜ＯＮＵ_ｎに昇順にＧＲＡＮＴを送信し、同じく昇順で各ＯＮＵからのＲＥＰＯＲＴを受信する。

ＰＯＮポート部１は、上り方向の主信号と制御信号としての送信要求信号（ＲＥＰＯＲＴ）との分離を行い、主信号をトラフィック測定部１０に出力し、ＲＥＰＯＲＴをＲＴＴ測定部２と衝突検知部３に出力する。
トラフィック測定部１０は、信号のトラフィック量を測定し、ＯＬＴ内の他の各部からの問い合わせに応じて現時点でのトラフィック量を返す。

ＲＴＴ測定部２は、ＰＯＮポート部１からＲＥＰＯＲＴを受け取ると、クロック９から現在時刻Ｔ_１を取得し、この現在時刻Ｔ_１と、ＲＥＰＯＲＴに記載される時刻であるＯＮＵ_ｉからのＲＥＰＯＲＴ送信時刻Ｔ_２との差分によってＲＴＴ_ｉを計算する（ＲＴＴ_ｉ＝Ｔ_１−Ｔ_２）。

同時に、ＲＴＴ測定部２は、各ＯＮＵのＲＴＴを毎サイクル記録する。そして、ＲＴＴ測定部２は、過去のＲＴＴ_ｉをもとにＲＴＴの平滑化を行い、この平滑化した値ＲＴＴ_ｉ’を記録すると同時に、上り信号送信情報管理部７に出力する。

図４および図５は、本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置によるＲＴＴの平滑化について説明する図である。
ＲＴＴ’の平滑化方法としては、過去数サイクルのＲＴＴを平均する方法が考えられるが、ＯＳ（オペレーティングシステム）の割り込み等が原因で突発的に大きな通信遅延が発生した際、ＲＴＴ’の値に大きな変化が生じて、上り方向の信号の衝突が発生する可能性がある。これを防ぐために、ＲＴＴ測定部２は、ＲＴＴの平滑化の際に、測定値のフィルタリングを行う。フィルタリングのために、ＲＴＴ測定部２は、過去ｍ回の帯域割り当てサイクルにおけるＯＮＵ_ｉとの間のＲＴＴの平均値ＡＶＥ_ｉと標準偏差ＳＴＤ_ｉとを算出し、以下の式（１）を満たすとき、現サイクルで測定したＲＴＴを外れ値と判定し、このＲＴＴを平滑化のための参照対象から除外する。

|ＲＴＴ_ｉ−ＡＶＥ_ｉ|＞ＳＴＤ_ｉ …式（１）
上り方向の主信号のトラフィック量が大きくなると、ハードウェア割り込みが多発するため，ＯＬＴによる、ＯＮＵからのＲＥＰＯＲＴの受信に遅延が生じると考えられ、ＲＴＴの増大が予想される。

そこで、ＲＴＴ測定部２は、トラフィック測定部１０から現在の上り方向の主信号トラフィック量Ｔｒｆを受け取り、また、割り込みカウント部１１からハードウェア割り込み発生数Ｉｒｃを受け取る。そして、ＲＴＴ測定部２は、β_１およびβ_２を重みづけ係数として、以下の式（２）のように、トラフィック増大によるＲＴＴ増加の補正を行う。

ＲＴＴ_ｉ’＝ＲＴＴ_ｉ−β_１×Ｔｒｆ−β_２×Ｉｒｃ …式（２）
ＲＴＴ_ｉ’:補正されたＯＮＵ_ｉのＲＴＴ
上り信号送信情報管理部７は、ＲＴＴ測定部２から受け取ったＲＴＴ_ｉの値をＯＮＵテーブル上のＯＮＵ_ｉの行のＲＴＴの項目に書き込む。これにより、ＲＴＴのゆらぎを抑え、上り方向の信号の衝突を防止することが可能になる。

図６は、本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置による衝突検知とガードタイム伸縮について説明する図である。
衝突検知部３は、ＰＯＮポート部１からＲＥＰＯＲＴを受け取ると、この送信元のＯＮＵのＯＮＵ−ＩＤを記録する。そして、衝突検知部３は、ある帯域割り当てサイクルにおいて受信したＲＥＰＯＲＴの送信元であるＯＮＵ−ＩＤを示すリストＲを全ＯＮＵに対応するＯＮＵ−ＩＤを示すリストＡから引いた差分を求め、この差分をもとに、衝突によって失ったＲＥＰＯＲＴの送信元のＯＮＵ−ＩＤを示すリストＤ（Ｄ＝Ａ−Ｒ）を生成する。

衝突検知部３は、リストＤを、衝突を起こした上り方向の信号の送信元であるＯＮＵ同士が要素となるリストに分割し、新たにリストＣを生成して、これをガードタイム計算部４に出力する。

例えば、図６（ａ）に示すように、予定されるＲＥＰＯＲＴ到着順が、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，…，Ｒ３２（Ｒｎ：ＯＮＵ_ｎが送信したＲＥＰＯＲＴ）であるときで、図６（ｂ）に示すように、実際のＲＥＰＯＲＴ到着順が、Ｒ１，Ｒ４，…，Ｒ３２であり、図６（ｃ）に示すように、上記のＲ２，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ６などが通信の衝突で喪失してＯＬＴに到着しなかったとき、これらがリストＤの要素となる。
このとき、図６（ｄ）に示すように、上記の喪失した各ＲＥＰＯＲＴの送信元は、ＯＮＵ₂，ＯＮＵ₃，ＯＮＵ₅，ＯＮＵ₆であり、衝突を起こした、つまり受信順が隣接するＯＮＵ₂，ＯＮＵ₃をあわせた情報および、同じく受信順が隣接するＯＮＵ₅，ＯＮＵ₆をあわせた情報を有するリストＣが作成される。

図７は、本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置による、衝突したフレームの送信元を検知するための処理手順の一例を示すフローチャートである。
リストＣの生成の実現方法としては、リストＤにおいて隣接したＯＮＵ−ＩＤを持つＯＮＵが送信したフレーム間で衝突が発生したものととらえ、図７に示す手順でリストＣを生成する方法が挙げられる。
具体的には、衝突検知部３は、ｊ＝１とし（Ｓ１）、暫定的なリストＣ＝｛｛ｄ_１｝｝を新たに生成する（Ｓ２）。ｄ_ｉは、リストＤのｉ番目の要素である。ここでは、リストＤは、ＲＥＰＯＲＴがＯＬＴに未着であるＯＮＵ−ＩＤのリスト（昇順）である。

衝突検知部３は、ループ（ｉ＝２〜ｎ）において、ｄ_ｉ＝ｄ_ｉ-１＋１でなければ（Ｓ３のＮＯ）、リストＣの新たな要素｛ｄ_ｉ｝を加え（Ｓ４）、ｊ＝１＋１とし（Ｓ５）、ループに戻る。

また、ｄ_ｉ＝ｄ_ｉ-１＋１であれば（Ｓ３のＹＥＳ）、リストＣの要素であるリストＣ_ｊにｄ_ｉを加え（Ｓ６）、ループに戻る。すべてのループが終了するとリストＣの作成が終了する。

例えば、リストＤ＝｛ＯＮＵ_１,ＯＮＵ_２,ＯＮＵ_４,ＯＮＵ_５,ＯＮＵ_６,ＯＮＵ_１１,ＯＮＵ_１２}のとき、リストＣ＝｛｛ＯＮＵ_１,ＯＮＵ_２},{ＯＮＵ_４,ＯＮＵ_５,ＯＮＵ_６},{ＯＮＵ_１１,ＯＮＵ_１２}}となる。

ガードタイム計算部４は、衝突検知部３から受け取ったリストＣに基づいて、次回の帯域割り当てで設定する、フレーム間のガードタイムを算出する。

図８は、本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置による、ガードタイムを伸縮するための処理手順の一例を示すフローチャートである。図９および図１０は、本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置によるガードタイムの伸縮について説明する図である。
ガードタイム計算部４は、ループ（ｉ＝２〜ｎ）において、ＯＮＵ_ｉ−１,ＯＮＵ_ｉとの間にフレームの衝突があれば（Ｓ１１のＹＥＳ）、衝突したフレームの送信元であるＯＮＵのＯＮＵ−ＩＤをリストＣから抽出し、図９に示すように、隣接する２台のＯＮＵ（ＯＮＵ_ｉ−１,ＯＮＵ_ｉ）が次回送信するフレームの間のガードタイムを次式のように拡張する。

Ｇ_{ｉ−１,ｉ}（ｔ＋１）＝α×Ｇ_{ｉ−１,ｉ}（ｔ） …式（３）
Ｇ_{ｉ−１,ｉ}（ｔ）：サイクルtにおけるＯＮＵ_ｉ−１とＯＮＵ_ｉ間のガードタイム
α:拡大率（α＞１の任意の数）
これにより、上記のＯＮＵ間のフレームの衝突の再発を抑制することができる。
また、ＯＮＵ_ｉ−１,ＯＮＵ_ｉとの間にフレームの衝突がない場合で（Ｓ１１のＮＯ）、過去ｍサイクル（ｍは自然数）の帯域割り当てサイクルにおいてＯＮＵ_ｉ−１,ＯＮＵ_ｉとの間にフレームの衝突がない場合（Ｓ１３のＹＥＳ）、つまり過去ｍサイクルでガードタイムを拡張していない場合、ガードタイム計算部４は、ＯＮＵ_ｉ−１とＯＮＵ_ｉとの間のガードタイムを縮小する（Ｓ１４）。Ｓ１２、Ｓ１４の処理後、またはＳ１３で「ＮＯ」である場合は、ループに戻る。すべてのループが終了するとガードタイムの伸縮の処理が終了する。これにより、ガードタイムの増大による帯域利用効率の低下、遅延の増大を防止しつつ、衝突の抑制が可能である。

また、ガードタイムの縮小によって衝突が新たに発生しないように、ガードタイム計算部４は、ＲＴＴ測定部２から受け取った、ガードタイム縮小の対象である２台のＯＮＵ（ＯＮＵ_ｉ−１，ＯＮＵ_ｉ）で測定されるＲＴＴのゆらぎの大きさに応じて縮小率γを調整する。ガードタイム計算部４は、ＯＮＵで測定されるＲＴＴのゆらぎが増加しているときは縮小を行わず（縮小率γ＝１），ＲＴＴのゆらぎが減少している時に例えば縮小を行う。具体的には、上記のガードタイムの縮小によってフレームの衝突が新たに発生しないように、ガードタイム計算部４は、ガードタイム縮小の対象である２台のＯＮＵ（ＯＮＵ_ｉ−１,ＯＮＵ_ｉ）において測定されるＲＴＴのゆらぎの大きさに応じて縮小率γを調整する。以下の式（４），式（５）のように、ガードタイム計算部４は、ＲＴＴのゆらぎが増加しているときは縮小を行わず（縮小率γ＝１），ＲＴＴのゆらぎが減少している時は縮小（縮小率γ＜１）を行う。

Ｇ_{ｉ−１,ｉ}（ｔ＋１）＝γ（ｔ）×Ｇ_{ｉ−１,ｉ}（ｔ） …式（４）
γ（ｔ）＝min(((STDi_m(t)/STDi_m(t-１))×(STDi+１_m(t)/STDi+１_m(t-１))),１) …式（５）
γ（ｔ）:サイクルtにおける縮小率
min(x,y):x,yの内小さい方を返す関数
STDi_m(t):ＯＮＵ_ｉの過去ｍサイクルにおけるＲＴＴの標準偏差
ガードタイム計算部４で算出したガードタイムは、上り信号送信情報管理部７に送られ、上り信号送信情報管理部７が管理するガードタイムテーブルが更新される。

続いて、ＧＲＡＮＴ生成部５の動作について説明する。この動作は、ＯＬＴから各ＯＮＵでの時刻情報のブロードキャストに関わる。図１１は、本発明の実施形態における光通信システムの局内光終端装置による時刻情報のブロードキャストについて説明する図である。
ＧＲＡＮＴ生成部５は、上り信号送信情報管理部７からＯＮＵテーブルを取得し、送信終了時刻から、送信時間を算出する。ＧＲＡＮＴ生成部５は、このＯＮＵテーブルにおける送信情報を記載したＧＲＡＮＴを生成し、ＰＯＮポート部１に送信する。

時刻通知信号生成部６は、IEEE 802.3ahに定義されたDiscovery GATEを定期的に生成し、これにクロック９から取得した現在時刻を記載して送信する。このDiscovery GATEは、本来は、新たに接続されたＯＮＵをＯＬＴが検知するための特殊なＧＲＡＮＴであり、図１１に示すように、全ＯＮＵが受信する。
各ＯＮＵはＯＬＴからのDiscovery GATEを受信し、これに記載された現在時刻に自らのクロック９で計時する時刻を合わせることで、ＯＬＴとの間での時刻同期を行う。各ＯＮＵは送信許可用のGRANTでは時刻同期を行わない。つまり、ＯＬＴは、各ＯＮＵのための時刻情報を一つのＧＲＡＮＴで送信するため、各ＯＮＵ間で時刻同期のずれが発生せず、フレームの衝突を抑制できる。

続いて、クロック９の動作を説明する。クロック９は、ＯＬＴ内の各部からの問い合わせに対して現在時刻を返す。実現方法としては、装置内のＣＰＵクロックを利用する方法や、装置外の時刻サーバを利用する方法が考えられる。

上り信号送信情報管理部７は、上記のようにＯＮＵテーブル（図２）と、ガードタイムテーブル（図３）を管理する。上り信号送信情報管理部７は、ＯＬＴ内の各部からの要求に応じてこれらのテーブルの更新および送信を行う。

上り送信スケジューリング部８は、まず、上り信号送信情報管理部７が管理するＯＮＵテーブルに記載された要求帯域の情報を取得する。これに基づき、上り送信スケジューリング部８は、例えば非特許文献３等に挙げられている方法で、各ＯＮＵに割り当てる上り信号送信帯域を計算して、この計算した帯域を上り信号送信情報管理部７のＯＮＵテーブル上の割り当て帯域情報に反映して更新する。
図１２は、本発明の実施形態における光通信システムの各ＯＮＵの送信開始時刻、送信終了時刻を算出するための処理手順の一例を示すフローチャートである。
この更新ののち、上り送信スケジューリング部８は、上り信号送信情報管理部７が管理するＯＮＵテーブル上の、各ＯＮＵのＲＴＴ、割り当て帯域を取得し、また上り信号送信情報管理部７が管理するガードタイムテーブルの情報を取得する。上り送信スケジューリング部８は、これらの情報に基づいて、図１２に示した手順で送信開始時刻、送信終了時刻を計算し、上り信号送信情報管理部７の情報を更新する。

具体的には、上り送信スケジューリング部８は、現在時刻Ｔをクロック９から取得し（Ｓ２１）、ＳＴ_１＝Ｔ＋ΔＴとする（Ｓ２２）。ＳＴ_ｉはＯＮＵ_ｉの送信開始時刻である。ΔＴは０以上の任意の時間をとる。
上り送信スケジューリング部８は、ＥＴ_１＝ＳＴ_１＋Ａ_１／Ｓを求める（Ｓ２３）。ＥＴ_ｉはＯＮＵ_ｉの送信終了時刻である。Ａ_ｉはＯＮＵ_ｉに割り当てる帯域、Ｓは上り方向の通信速度である。

そして、ループ（ｉ＝２〜ｎ）において、上り送信スケジューリング部８は、ＳＴ_ｉ＝ＥＴ_ｉ−１＋Ｇ_{ｉ−１，ｉ}＋（ＲＴＴ_ｉ−１−ＲＴＴ_ｉ）を求める（Ｓ２４）。ＲＴＴ_ｉはＯＮＵ_ｉのＲＴＴであり、Ｇ_{ｉ−１，ｉ}は隣接する２台のＯＮＵ（ＯＮＵ_ｉ−１とＯＮＵ_ｉ）の間のガードタイムである。次に、上り送信スケジューリング部８は、ＥＴ_ｉ＝ＳＴ_ｉ＋Ａ_ｉ／Ｓを求め（Ｓ２３）、ループに戻る。すべてのループが終了するとテーブルの更新のための計算の処理が終了する。

以上のように、本実施形態では、時刻情報のブロードキャスト、ＲＴＴ平滑化、ならびに衝突原因となったＯＮＵ検知に基づくガードタイムの伸縮を行うので、ソフトウエア処理に由来するジッタによって引き起こされる上り信号の衝突を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

また、各実施形態に記載した手法は、計算機（コンピュータ）に実行させることができるプログラム（ソフトウエア手段）として、例えば磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＭＯ等）、半導体メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等）等の記録媒体に格納し、また通信媒体により伝送して頒布することもできる。なお、媒体側に格納されるプログラムには、計算機に実行させるソフトウエア手段（実行プログラムのみならずテーブルやデータ構造も含む）を計算機内に構成させる設定プログラムをも含む。本装置を実現する計算機は、記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、また場合により設定プログラムによりソフトウエア手段を構築し、このソフトウエア手段によって動作が制御されることにより上述した処理を実行する。なお、本明細書でいう記録媒体は、頒布用に限らず、計算機内部あるいはネットワークを介して接続される機器に設けられた磁気ディスクや半導体メモリ等の記憶媒体を含むものである。

１…ＰＯＮポート部、２…ＲＴＴ測定部、３…衝突検知部、４…ガードタイム計算部、５…ＧＲＡＮＴ生成部、６…時刻通知信号生成部、７…上り信号送信情報管理部、８…上り送信スケジューリング部、９…クロック、１０…トラフィック測定部、１１…割り込みカウント部。

Claims

局内光終端装置および複数の宅内光終端装置を有する光通信システムにおける前記局内光終端装置であって、
所定の帯域割り当てサイクルで前記宅内光終端装置から受信した、前記宅内光終端装置から前記局内光終端装置へのデータの送信の許可を前記局内光終端装置に要求するための送信要求信号の受信順が隣接する前記宅内光終端装置同士で通信の衝突が発生したことを検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、通信の衝突が発生した前記宅内光終端装置の間のガードタイムを拡張し、また、前記検出手段による検出結果に基づいて、通信の衝突が過去の所定数の通信サイクルで発生していない前記宅内光終端装置の間のガードタイムを縮小する計算手段とを備えた
ことを特徴とする局内光終端装置。
前記検出手段は、
全ての前記宅内光終端装置の識別情報と、前記所定の帯域割り当てサイクルで前記宅内光終端装置から受信した、前記送信要求信号の送信元である前記宅内光終端装置の識別情報との差分の情報を求め、この差分の情報で示される、前記送信要求信号の受信順が隣接する前記宅内光終端装置同士で通信の衝突が発生したことを検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の局内光終端装置。
前記計算手段は、
前記送信要求信号を前記宅内光終端装置から受信するごとに、この信号の送信元の前記宅内光終端装置からの前記送信要求信号の送信時刻に基づいて、前記局内光終端装置と前記送信元の宅内光終端装置との間の伝搬遅延時間を計算し、
通信の衝突が前記過去の所定数の通信サイクルで発生していない前記宅内光終端装置の間の前記伝搬遅延時間のゆらぎに応じて前記ガードタイムの縮小率を調整する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の局内光終端装置。
局内光終端装置および複数の宅内光終端装置を有し、
前記宅内光終端装置が、前記局内光終端装置へのデータの送信の許可を要求するための送信要求信号を前記局内光終端装置に送信し、
前記局内光終端装置が、受信した前記送信要求信号に応じて前記データの送信開始時刻および送信終了時刻を含む送信許可信号を前記宅内光終端装置に送信する
光通信システムであって、
前記局内光終端装置は、
所定の帯域割り当てサイクルで受信した前記送信要求信号の受信順が隣接する前記宅内光終端装置同士で通信の衝突が発生したことを検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、通信の衝突が発生した前記宅内光終端装置の間のガードタイムを拡張し、また、前記検出手段による検出結果に基づいて、通信の衝突が過去の所定数の通信サイクルで発生していない前記宅内光終端装置の間のガードタイムを縮小する計算手段と、
前記宅内光終端装置から前記送信要求信号によって通知された要求帯域と、前記計算手段で算出された前記ガードタイムと、前記局内光終端装置と前記宅内光終端装置との間の伝搬遅延時間とに基づいて、前記宅内光終端装置それぞれの前記送信開始時刻および前記送信終了時刻を算出する上り送信スケジューリング部とを備える
ことを特徴とする光通信システム。
前記局内光終端装置は、
前記送信要求信号を受信するごとに、この信号の送信元の前記宅内光終端装置からの前記送信要求信号の送信時刻に基づいて、前記局内光終端装置と前記送信元の宅内光終端装置との間の伝搬遅延時間を計算し、前記受信ごとの前記伝搬遅延時間の計算結果に基づいて、平滑化した前記伝搬遅延時間である平滑化伝搬遅延時間を計算し、また、前記受信ごとの前記伝搬遅延時間の計算結果における平均値と標準偏差を計算し、前記計算した前記伝搬遅延時間から前記平均値を減じた値の絶対値が前記標準偏差より大きい場合に、この計算した伝搬遅延時間を前記平滑化伝搬遅延時間の計算の元となる送信時刻から除外する第２の計算手段をさらに備え、
前記上り送信スケジューリング部は、
前記伝搬遅延時間として、前記第２の計算手段で算出された前記平滑化伝搬遅延時間を用いて、前記宅内光終端装置それぞれの前記送信開始時刻および前記送信終了時刻を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
局内光終端装置および複数の宅内光終端装置を有する光通信システムに適用される方法であって、
前記局内光終端装置は、
所定の帯域割り当てサイクルで前記宅内光終端装置から受信した、前記宅内光終端装置から前記局内光終端装置へのデータの送信の許可を前記局内光終端装置に要求するための送信要求信号の受信順が隣接する前記宅内光終端装置同士で通信の衝突が発生したことを検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおける検出結果に基づいて、通信の衝突が発生した前記宅内光終端装置の間のガードタイムを拡張し、また、前記検出ステップにおける検出結果に基づいて、通信の衝突が過去の所定数の通信サイクルで発生していない前記宅内光終端装置の間のガードタイムを縮小する計算ステップとを実行する
ことを特徴とする光通信方法。