JP6542715B2 - 送信制御方法及び通信システム - Google Patents
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Description
一般に、PONにおいては、OLTからONUへの通信の方向を下り方向と呼び、ONUからOLTへの通信の方向を上り方向と呼ぶ。
ここで、PONにおけるONUごとの帯域は、例えばOLTが各ONUに対して送信許可量を算出し、その送信時間帯を排他的に確保することにより、割り当てることができる。ONUはOLTによって割り当てられた時間帯にのみ上り方向の信号を送信する。このため、割り当てられた時間帯を待つための待ち時間は伝送遅延時間に加算される。
Discovery Processingにおいて、先ず、OLTは、Discovery Informationを格納したGATEフレームであるDiscovery GATEフレームを各ONUに対して送信して、送信タイミングを通知する(ステップS1)。
GATEフレームは、ONUに送信タイミングなどの送信に関する制御情報を通知するフレームであり、Discovery GATEフレームは、REGISTER_REQフレームの送信タイミングなどを示す制御情報を未登録のONUに対して通知するフレームである。GATEフレームは、Messages sent on broadcast channelを用いて送信される。
このようにOLTからONUに対してLLIDが通知されることにより、OLTとONUとがLLIDを利用して通信を実行可能になる。つまり、OLTとONUとの間でのリンクが確立される。
上記ステップS1〜S5の各処理により、P2MPディスカバリ処理が実現されている。このGATEフレームと、REGISTER_ACKは、Messages sent on unicast channelsを用いて送信される。
このようにOLTとONUの間でDiscovery Processingとしての通信が実行される(例えば、非特許文献1参照)。
また、同図に示されるONU200−k、ONU200−nは、それぞれ、複数のONUのうちの1つを示している。図10の説明にあたり、ONU200−k、ONU200−nを含む複数のONUについて特に区別しない場合には、ONU200と記載する。
EPONの上り方向の通信については、OLTが各ONUの上り方向の送信データ量を算出し、算出した送信データ量を通知することにより、ONUごとに送信時間を確保させるように帯域制御を実行する。Discovery Windowの期間は、未登録のONUからのREGISTER_REQフレームが受信される期間である。そこで、Discovery Windowの期間において、OLTは、登録済みのONUによる上り方向の送信が行われないように帯域制御を実行する。これにより、登録済のONUから送信される信号と、未登録のONUから送信されるREGISTER_REQフレームとの衝突を回避することができる。
特に、送信許可時間TGが短い場合や、リンクを確立すべき未登録のONU数が多い場合には衝突が発生する頻度が高くなり、P2MPディスカバリ処理が完了してONUが通信を開始できるまでに長い時間を要する場合がある。
EPONにおいてP2MPディスカバリ処理が実行される間隔は、0.1〜1.5secほどと長い。このために、P2MPディスカバリ処理について1度のリトライが生じるだけでも遅延への影響は大きい。さらに、システム起動時などのように多数のONUと同時にP2MPディスカバリ処理を実行する場合には、REGISTER_REQフレームの信号が衝突する頻度が増大する。このような状態では、2回以上のリトライとなる場合もあり遅延がさらに拡大する。
図1は本実施形態における通信システムの構成例を示している。同図に示す通信システムは、例えば10G−EPONによる光通信に対応する。
同図に示す通信システムは、1つのOLT(Optical Line Terminal:局側光回線終端装置)100(親通信装置の一例)と複数のONU(Optical Network Unit:加入者側光回線終端装置)200−1〜200−n(子通信装置の一例)とが光通信路500を介して接続される。光通信路500は光スプリッタや光ファイバーなどを備えて形成される。
なお、以降の説明において、ONU200−1〜200−nについて特に区別しない場合には、ONU200と記載する。
OLT100は、例えば上位ネットワーク300と光通信路500との間の通信において、電気信号と光信号との間での信号変換を行ったり、信号の多重化などを行ったりする。
このために、OLT100と未登録のONU200との間では、図9に示した手順によるP2MPディスカバリ処理が実行される。
図6では、ONU200−kが送信したREGISTER_REQフレーム(R1)とONU200−nが送信したREGISTER_REQフレーム(R2)とが衝突している例が示されている。
OLT100は、時刻t0においてDiscovery GATEフレームをブロードキャストにより、各ONU200に対して送信する。Discovery GATEフレームは、送信許可時間TGと、送信許可時間TGの開始時刻t1とを指定する情報を含む。なお、送信許可時間TGに代えて、例えばONU200間でランダムとなるような待ち時間を、ONU200ごとに固定的に設定してもよい。
なお、本実施形態におけるDiscovery GATEフレームは、後述のように、送信確率算出パラメータをさらに格納するように拡張された、拡張Discovery GATEフレームである。
OLT100による拡張Discovery GATEフレームの送信は、図9との対応ではステップS1に対応する。
これに対して、本実施形態のONU200は、拡張Discovery GATEフレームの受信に応答して必ずしもREGISTER_REQフレームの送信を行わない。即ち、本実施形態のONU200は、拡張Discovery GATEフレームを受信したとしても、REGISTER_REQフレームを送信する場合と送信しない場合とがある。
REGISTER_REQフレームを送信すべきと決定した場合、ONU200は、送信許可時間TGにおいて或るランダム遅延時間を待機したうえでREGISTER_REQフレームを送信する。
一方、REGISTER_REQフレームを送信すべきでないと決定した場合、ONU200は、今回の拡張Discovery GATEフレームの受信に応答したREGISTER_REQフレームの送信を行わない。
このような決定結果に従い、同図においては、ONU200−kは、送信許可時間TGを経過してもREGISTER_REQフレームを送信していない。一方、ONU200−nは、送信許可時間TGにおける或るランダム遅延時間の経過後にREGISTER_REQフレームを送信している。この結果、同図においては、図6と比較して分かるように、Discovery Windowの期間においてONU200−nが送信したREGISTER_REQフレーム(R2)のみがOLTにて受信されており、REGISTER_REQフレーム(R1)との衝突が生じていない状態が示されている。
一例として、算出された送信確率が1/4(=0.25)であれば、1回の拡張Discovery GATEフレームの送信に応答してREGISTER_REQフレームを送信するONU200の数は、全ての未登録のONU200のうちのほぼ1/4にまで制限される。
これにより、本実施形態においては、OLT100にて受信されるREGISTER_REQフレームの衝突の発生する頻度を低減し、リトライによる通信性能の劣化を抑制することが可能になる。この結果、全ての未登録のONU200から送信されたREGISTER_REQフレームのOLT100側での正常受信が完了するまでの時間が短縮される。つまり、全ての未登録のONU200が登録要求処理を完了するまでの時間が短縮され、通信品質の劣化を抑制することができる。
そのうえで、ONU200は、送信確率について、Discovery Windowの期間において、OLT100にて衝突せずに受信されるREGISTER_REQフレームの数(受信成功数)が最大となるような最適値を算出するようにされている。
これにより、本実施形態においては、REGISTER_REQフレームの衝突の発生する頻度を低減しつつ、限られたDiscovery Windowの期間において、できるだけ多くの数のREGISTER_REQフレームの受信が成功するように制御することができる。この結果、単位時間あたりに登録されるONU200の数も多くすることができ、全ての未登録のONU200が登録要求処理を完了するまでの時間をさらに短縮することが可能となる。
また、波長合分波器101は、光送信部104から出力された下り方向に対応する波長を有する光信号を光ファイバーにより伝送される光信号に合成し、ONU200に送信する。
通信制御部103は、ONU200との通信及び上位ネットワーク300との通信に関する制御を実行する。
光送信部104は、通信制御部103から出力された送信信号を入力し、下り方向に対応する波長を有する光信号に変換し、変換した光信号を波長合分波器101に供給してONU200に送信する。
前述のように、拡張Discovery GATEフレームは、送信許可時間TGと、送信許可時間TGの開始時刻t1とを指定する情報などに加え、さらにONU200が送信確率を算出するのに使用する送信確率算出パラメータを含む。本実施形態において、送信確率算出パラメータは、Discovery Windowの長さ(秒)、REGISTER_REQフレームの信号長(秒)、及び未登録ONU数である。
REGISTER_REQフレームの信号長は、例えば本実施形態の通信システムの運用のもとで予め固有に設定される。OLT100は、REGISTER_REQフレームの信号長を記憶しておく。
未登録ONU数は、拡張Discovery GATEフレームの送信に応じてREGISTER_REQフレームを送信してくることが予測されるONU200の数である。REGISTER_REQフレームを送信するONU200は、即ち、OLT100にて未登録のONU200である。
本実施形態において、未登録ONU数は固定値であればよい。固定値としての未登録ONU数は、本実施形態の通信システムの運用のもとで、例えばOLTの再起動時などに対応して登録が必要となるONU200の数などの想定に基づいて定めることができる。OLT100は、未登録ONU数を記憶しておく。
登録要求送信制御信号生成部131は、送信確率算出パラメータを格納するように生成した拡張Discovery GATEフレームを、複数のONU200に対して送信する。
また、波長合分波器201は、光送信部205から出力された上り方向に対応する波長を有する光信号を光ファイバーにより伝送される光信号に合成し、OLT100に送信する。
ユーザデータ伝送部204は、下位ネットワーク400からONU200に対して送信されたユーザデータを受信し、制御部203に受け渡す。また、ユーザデータ伝送部204は、制御部203から受け渡されたユーザデータを下位ネットワーク400に伝送する。
光送信部205は、制御部203の送信信号蓄積部234から出力された送信信号(ユーザデータ、REPORTフレーム、REGISTER_REQフレームなど)を入力し、上り方向に対応する波長を有する光信号に変換し、変換した光信号を波長合分波器201に供給してOLT100に送信する。
例えば、ブロードキャストにより送信された信号のフレームに格納されるタイプの情報がDiscovery GATEフレーム(本実施形態においては拡張Discovery GATEフレーム)であることを示す場合、信号弁別部231は、受信した信号が拡張Discovery GATEフレームであると判定する。
信号弁別部231は、拡張Discovery GATEフレームを受信したと判定した場合、受信した拡張Discovery GATEフレームを、登録要求信号送信制御部232と送信制御部235とに出力する。
この場合、信号弁別部231は、受信したGATEフレームを送信制御部235に出力する。
このために、登録要求信号送信制御部232は、送信確率算出部232a、乱数生成部232b、及び送信可否決定部232cとを備える。
先の図2の説明から理解されるように、複数のONU200は、それぞれが送信許可時間TGにおけるランダムなタイミングで、REGISTER_REQフレームを送信する。この際のスループットThは、参考文献1に記載されているように、以下の式1によって求めることができる。
ここで、スループットThをオファードロードGの関数として扱う場合、関数Th(G)の導関数Th(G)’は、以下の式2により表される。
ここで、1つのDiscovery Windowの設定に対応してONU200からREGISTER_REQフレームが送信される際のオファードロードGは、以下の式7によって表される。式7において、αopは送信確率であり、NONUは未登録ONU数、LはREGISTER_REQフレームの信号長、BDWは、Discovery Windowの長さである。前述のように、Discovery Windowの長さは、図2におけるDiscovery Windowの時間長TD0に相当する。
送信可否決定部232cは、予め設定確率に対応して一定の数値範囲のうちから選択した所定の数値群に乱数が含まれる場合にREGISTER_REQフレームを送信すべきと決定する。一方、送信可否決定部232cは、上記の数値群に乱数が含まれない場合にREGISTER_REQフレームを送信すべきでないと決定する。
上記のように生成されたREGISTER_REQフレームは、送信信号蓄積部234にて蓄積されたうえで、送信制御部235の制御によって光送信部205に出力され、波長合分波器201からOLT100に送信される。
この場合、今回受信された拡張Discovery GATEフレームに応じたREGISTER_REQフレームは、OLT100に対して送信されない。
このように、本実施形態においては、登録要求信号送信制御部232によって、拡張Discovery GATEフレームの受信に応答したREGISTER_REQフレームの送信が予め定めた確率に従って行われるように制御される。
REPORTフレーム生成部236は、送信信号蓄積部234に蓄積されている送信待ちの送信信号のデータ量を示すデータ量情報を格納したREPORTフレームを生成する。
生成されたREPORTフレームは、送信信号蓄積部234に一旦蓄積されたうえで、送信制御部235の制御によってOLT100に送信される。
OLT100は、算出したデータ送信量と送信タイミングの情報を格納したGATEフレームを生成し、REPORTフレームの送信元のONU200に送信する。
拡張Discovery GATEフレームの送信タイミングに至ると(ステップS101−YES)、登録要求送信制御信号生成部131は、前述のように、OLT100により設定されたDiscovery Windowの長さBDWと、OLT100にて記憶されているREGISTER_REQフレームの信号長L及び未登録ONU数NONUとを送信確率算出パラメータとして取得する(ステップS102)。
登録要求送信制御信号生成部131は、取得した送信確率算出パラメータを格納した拡張Discovery GATEフレームを生成する。登録要求送信制御信号生成部131は、生成された拡張Discovery GATEフレームを、ブロードキャストでONU200に対して光送信部104により送信させる(ステップS103)。
次に、送信可否決定部232cは、ステップS203にて生成された乱数rが0以上αop未満(0≦r<αop)の数値範囲における数値群に含まれるか否かについて判定する(ステップS204)。
ステップS205の決定結果に応じて、登録要求信号生成部233は、REGISTER_REQフレームを生成する(ステップS206)。生成されたREGISTER_REQフレームは、送信信号蓄積部234に蓄積される。
そして、送信制御部235は、例えばGATEフレームの通知に応じたタイミングで、送信信号蓄積部234に蓄積されているREGISTER_REQフレームをOLT100に送信するための制御を実行する(ステップS207)。
ステップS208の決定結果に応じて、送信制御部235は、ステップS201に対応して受信された拡張Discovery GATEフレームを破棄する(ステップS209)。
この場合、登録要求信号生成部233はREGISTER_REQフレームを生成せず、また、ステップS201に対応して受信した拡張Discovery GATEフレームに応じた送信制御部235による送信制御も実行されない。つまり、ステップS201にて受信された拡張Discovery GATEフレームに応答したREGISTER_REQフレームの送信は実行されない。
続いて、第2実施形態について説明する。先の第1実施形態においては、ONU200が、OLT100から送信される拡張Discovery GATEフレームに含まれる送信確率算出パラメータを使用して、送信確率を算出するようにされていた。これに対して、本実施形態においては、OLT100が送信確率算出パラメータを使用して送信確率を算出し、算出した送信確率含めた拡張Discovery GATEフレームをONU200に送信する。未登録のONU200は、受信された拡張Discovery GATEフレームに含まれる送信確率を使用してREGISTER_REQフレームの送信制御を行う。
送信確率算出部132は、送信確率を算出する。つまり、送信確率算出部132は、Discovery GATEフレームの送信にあたり、OLT100により設定されたDiscovery Windowの長さBDWと、OLT100にて記憶されているREGISTER_REQフレームの信号長L及び未登録ONU数NONUとを送信確率算出パラメータとして取得する。送信確率算出部132は、取得した送信確率算出パラメータを使用して、式8により送信確率αopを算出する。
拡張Discovery GATEフレームの送信タイミングに至ると(ステップS301−YES)、送信確率算出部132は、送信確率算出パラメータを取得する。そのうえで、送信確率算出部132は、取得した送信確率算出パラメータを使用して、送信確率αopを算出する(ステップS302)。
登録要求送信制御信号生成部131は、ステップS302により算出された送信確率αopを格納して拡張Discovery GATEフレームを生成する(ステップS303)。
登録要求送信制御信号生成部131は、ステップS303により生成された拡張Discovery GATEフレームを、ブロードキャストでONU200に対して光送信部104により送信させる(ステップS304)。
以下、本実施形態の変形例について説明する。
[第1変形例]
上記各実施形態において送信確率算出部232aまたは送信確率算出部132は、式8により送信確率αopを算出していた。これに対して、本変形例として、送信確率算出部232aまたは送信確率算出部132は、以下の式9により送信確率αopを算出してもよい。
なお、補正値としては、上記のようにDiscovery Windowの長さBDW、REGISTER_REQフレームの信号長L、及び未登録ONU数NONUにより算出した値に対して乗算するような値とされてもよい。
上記各実施形態において、未登録ONU数NONUについては、例えば通信システムにおける運用の想定のもとで設定した固定値とされていた。
これに対して、本変形例では、未登録ONU数NONUとして、例えば実際にOLT100が再起動を行う直前においてOLT100に接続されていたONU200の数とする。本変形例の場合、OLT100は、再起動を実行する直前のタイミングで、そのときに接続されているONU200の数(最終接続ONU数)を記憶する。再起動が完了した後において、OLT100は、記憶していた最終接続ONU数を、未登録ONU数NONUとして扱う。
本変形例を第1実施形態に適用する場合、OLT100における登録要求送信制御信号生成部131は、以下のように、拡張Discovery GATEフレームを生成すればよい。つまり、拡張Discovery GATEフレームに格納する送信確率算出パラメータに、自己が記憶している最終接続ONU数を未登録ONU数NONUとして含める。そのうえで、登録要求送信制御信号生成部131は、拡張Discovery GATEフレームをONU200に送信すればよい。つまり、OLT100が、最終接続ONU数を未登録ONU数NONUとしてONU200に通知すればよい。これにより、ONU200において送信確率算出部232aは、最終接続ONU数としての未登録ONU数NONUを使用して送信確率αopを算出することができる。
また、本変形例を第2実施形態に適用する場合、OLT100における送信確率算出部132は、拡張Discovery GATEフレームの送信にあたり、OLT100が記憶する最終接続ONU数を未登録ONU数NONUとして使用して送信確率αopを算出する。登録要求送信制御信号生成部131は、算出された送信確率αopを含めて拡張Discovery GATEフレームを生成し、生成された拡張Discovery GATEフレームをONU200に送信すればよい。
OLT100が再起動した場合には、OLT100におけるONU200の登録情報がクリアされることから、再起動前において確立されていた全てのONU200との接続が切断されることになる。この場合、OLT100の再起動後においては、再起動の直前までOLT100と接続されていたONU200が、拡張Discovery GATEフレームの受信に応答してREGISTER_REQフレームを送信してくる可能性が高い。即ち、最終接続ONU数は、OLT100の再起動後においてOLT100にREGISTER_REQフレームを送信してくるONU200の数に近似するものとみることができる。
そこで、本変形例の構成を採るようにすれば、実際の再起動前のOLT100とONU200との接続状況に応じて、より正確な未登録ONU数NONUを得ることが可能となる。この結果、送信確率αopの算出精度も高くすることが可能となり、REGISTER_REQフレームの受信成功数を増加させることが可能となる。
また、本変形例として、未登録ONU数NONUについて、OLT100において登録が可能なONU200の最大数(登録可能最大ONU数)から、現在においてOLT100に登録済みのONU200の数(登録済みONU数)を減算して求められるONU200の数(登録可能ONU数)としてもよい。
登録可能最大ONU数は、OLT100の仕様や通信システムの運用に基づいて予め定められればよい。登録可能最大ONU数は、OLT100が記憶する。また、OLT100は、現在における登録済みONU数を常に把握している。
そこで、本変形例を第1実施形態に適用する場合、OLT100における登録要求送信制御信号生成部131は、拡張Discovery GATEフレームを送信するにあたり、登録可能最大ONU数と現在の登録済みONU数とにより現在の登録可能ONU数を算出すればよい。登録要求送信制御信号生成部131は、算出した登録可能ONU数を未登録ONU数NONUとして含む送信確率算出パラメータを格納した拡張Discovery GATEフレームを生成し、ONU200に送信すればよい。
また、本変形例を第2実施形態に適用する場合、OLT100における送信確率算出部132は、拡張Discovery GATEフレームを送信するにあたり、現在の登録可能ONU数を算出すればよい。送信確率算出部132は、算出された現在の登録可能ONU数を未登録ONU数NONUとして使用して送信確率αopを算出する。そして、登録要求送信制御信号生成部131は、算出された送信確率αopを含む拡張Discovery GATEフレームをONU200に送信すればよい。
Claims (5)
- 1つの親通信装置に対して複数の子通信装置が接続される通信システムにおける送信制御方法であって、
前記親通信装置または前記子通信装置において、前記親通信装置に前記子通信装置の登録を要求する登録要求信号を送信すべき送信確率を、親通信装置が登録要求信号の受信を受け付ける受信許可期間の長さ、登録要求信号の長さ、及び登録要求信号を送信することが予測される未登録子通信装置数に基づいて算出する送信確率算出ステップと、
前記子通信装置において、前記送信確率算出ステップにより算出された送信確率に基づいて、前記親通信装置への登録要求信号の送信の可否を決定する登録要求信号送信制御ステップと
を実行する送信制御方法。 - 前記送信確率算出ステップは、前記親通信装置が再起動される前のタイミングで前記親通信装置に登録されていた子通信装置の数を、前記未登録子通信装置数として使用して前記送信確率を算出する
請求項1に記載の送信制御方法。 - 前記送信確率算出ステップは、前記親通信装置において登録が可能な子通信装置の最大数から、現在において前記親通信装置に登録済みの子通信装置の数を減算して求められる子通信装置の数を、前記未登録子通信装置数として使用して前記送信確率を算出する
請求項1に記載の送信制御方法。 - 前記送信確率算出ステップは、親通信装置が登録要求信号の受信を受け付ける受信許可期間の長さ、登録要求信号の長さ、及び登録要求信号を送信することが予測される未登録子通信装置数に基づいて算出した値と、所定の補正値とを使用して演算することにより前記送信確率を算出する
請求項1から3のいずれか一項に記載の送信制御方法。 - 1つの親通信装置に対して複数の子通信装置が接続される通信システムであって、
前記親通信装置または前記子通信装置において、前記親通信装置に前記子通信装置の登録を要求する登録要求信号を送信すべき送信確率を、親通信装置が登録要求信号の受信を受け付ける受信許可期間の長さ、登録要求信号の長さ、及び登録要求信号を送信することが予測される未登録子通信装置数に基づいて算出する送信確率算出部と、
前記子通信装置において、前記送信確率算出部により算出された送信確率に基づいて、前記親通信装置への登録要求信号の送信の可否を決定する登録要求信号送信制御部と
を備える通信システム。
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