JP6547520B2 - 光通信装置、光通信ネットワークシステム、及び光通信プログラム - Google Patents

光通信装置、光通信ネットワークシステム、及び光通信プログラム Download PDF

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本発明は、IEEE(Institute of Electrical and Electric Engineers)やITU−T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)で規定されたPON(Passive Optical Network)システム等で用いられる光通信装置、光通信ネットワークシステム、及び光通信プログラムに関する。
近年、モバイルサービスのブロードバンド化がますます促進され、無線ネットワークの帯域不足を解消するためのモバイルバックホールとして、光アクセスネットワークへの役割が重要となりつつある。
光アクセスの動向としては、標準化された10G−EPON(IEEE Standard 802.3av)と並行して、XG−PON(ITU-T G.987)が標準化されており、今後、10G[bps]ベースのPONシステムが様々なアクセスサービスを牽引すると期待されている。
さらに、40G[bps]級のNG−PON2がFSAN(Full Service Access Network)/ITU−Tで議論され、TDM(Time Division Multiplexing) とWDM(Wavelength Division Multiplexing) のハイブリッドであるTWDM−PON(ITU-T G.989)が一つの方式として採用されている。
PONは局舎に設置されるOLT(Optical Line Terminal)とユーザ宅内に設置されるONU(Optical Network Unit)、及び局舎からユーザまで敷設された光ファイバと、光ファイバを分岐する光スプリッタにて構成される。40G[bps]ベースのTWDM−PONの構成例を図8に示す。OLT12の各OSU(Optical Subscriber Unit)30は光ファイバ18及び光スプリッタ16を介してONU14と接続され、光スプリッタ16が設置されることにより1つのOLT12に複数のONU14が接続されるネットワーク形態である。OLT12はONU14からの信号を上位の装置もしくは上位ネットワーク20へ転送し、逆に上位の装置もしくは上位ネットワーク20からの信号をONU14へ転送する機能を有している。また、PON区間やONU14の制御監視機能についても有している。ONU14はOLT12からの信号をユーザ端末22へ転送し、逆にユーザ端末22からの信号をOLT12へ転送する機能を有している。
特許文献1に記載されるように、TWDM−PONシステムでは、PON区間の下り(OSUからONUへ)通信は、TDMにより、各ONUへの信号が時間的に重ならないように連続的に多重化されている。さらに各OSUの下り光波長は異なっており、下り信号はWDM(波長分割多重通信)とされ、ONUへ伝送される。ONUは所属するOSUの下り光波長のみ受信するようになっている。
PON区間の上り(ONUからOSUへ)通信は、光スプリッタで合波するため、同一波長で送信している各ONUからの上り信号がスプリッタにて衝突しないように制御することが必要である。OSUから所属する各ONUに対して送信許可時間を通知することでONUの信号出力タイミングを制御し、各ONUからの上り信号を時間的に分離するTDMA(Time Division Multiple Access)によって多重化している。
TWDM−PONでは、トラフィック量に応じてOSUの送受信波長を切り換えることで波長間での負荷分散を実施することが可能である。例えば、図9で説明すると、図9(A)に示すように、OSU130Aに3つのONU114A〜114Cが所属していると仮定すると、トータルのトラフィック量が使用可能な帯域を超えてしまう場合に、OSU130Bの所属となるようどれか一つのONUの送受信波長を変更することで、OSU130Aの利用可能帯域を広げて負荷分散を行う。逆に、各ONUのトラフィックをOSUの帯域に効率良く割り当てることで、稼働させるOSUの最適化を図り、OLT装置の省電力化を実現する方法が提案されている。
特開2011−55407号公報
従来は、各ONUのトラフィック量から所属するOSUの帯域を効率良く割り当てるためにONUの送受信波長を変更し、ONUが所属しなくなったOSUの電源をオフにすることで消費電力の低減を図っていた。しかしながら、ONUの利用帯域によっては効率良く割り当てることができず、結果としてOSUの電源をオフできない場合があった。例えば、所属するONUの数が多く、余剰帯域が少ない場合には、省電力効果が得られなかった。また、ONUの光モジュールは一律に決められた発光強度で発光するため、OSUからの距離が近い場合には必要以上に強い発光強度で発光していることになる。つまり、無駄な電力を消費していることになる。また、OSUにおいても同様であり、配下のONUが全て近い位置にある場合にはONUの受光強度に余裕があるため、OSUは必要以上に強い発光強度で発光し、電力を消費していることになる。
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、必要以上の発光強度による光通信を抑制して消費電力の低減を可能にすることを目的とする。
本発明に係る光通信装置は、複数の加入者側装置の各々と光通信により接続可能な複数の接続部と、前記加入者側装置と前記接続部との間で光通信可能な光強度範囲毎の複数のグループに前記複数の加入者側装置を分類し、前記複数のグループ毎に分類された前記加入者側装置を前記複数の接続部に各々割り当て、割り当てられた前記接続部による光通信時の発光強度を前記複数のグループ毎に設定する設定部と、を備えている。
また、本発明に係る光通信ネットワークシステムは、上記に記載の光通信装置と、前記接続部と光ファイバを介して接続可能な複数の加入者側装置と、前記光通信装置と前記加入者側装置との間に設けられ、前記光通信装置及び前記加入者側装置の各々と光ファイバを介して接続された光スプリッタと、を備えている。
また、本発明に係る光通信プログラムは、コンピュータを、上記に記載の光通信装置における設定部として機能させる。
本発明によれば、必要以上の発光強度による光通信を抑制して消費電力の低減を可能にすることができる。
本実施形態に係る光通信ネットワークシステムの概略構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る光通信ネットワークシステムのOLTの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る光通信ネットワークシステムのONUの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る光通信ネットワークシステムのOLT制御部28で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る光通信ネットワークシステムの動作の一例を説明するための図であり、動作前の状態を示す図である。 本実施形態に係る光通信ネットワークシステムの動作の一例を説明するための図であり、動作後の状態を示す図である。 受光強度情報をOLT側で生成する場合のOLTの構成例を示すブロック図である。 40G[bps]ベースのTWDM−PONの構成例を示す図である。 TWDM−PONにおいて、トラフィック量に応じてOSUの送受信波長を切り換えることで波長間での負荷分散を実施する例を説明するための図である。
以下、本実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態に係る光通信ネットワークシステムの概略構成を示す図である。なお、本実施形態に係る光通信ネットワークシステム10は、TWDM−PON方式のPONシステムが採用される例を示す。
本実施形態に係る光通信ネットワークシステム10は、光通信装置としてのOLT12、加入者側装置としてのONU14、光スプリッタ16、及び光ファイバ18を有する。
OLT12は、局舎内に設置され、ONU14は、ユーザ宅内に設置される。OLT12とONU14間に光スプリッタ16が設けられている。光スプリッタ16は、光信号の分岐及び結合を行うデバイスであり、OLT12と光スプリッタ16、2つの光スプリッタの間、及び光スプリッタ16とONU14との間が各々光ファイバ18によって接続されている。
すなわち、OLT12は、光ファイバ18及び光スプリッタ16を介して複数のONU14と接続され、1つのOLT12に対して複数のONU14が接続される形態とされている。
ONU14は、OLT12からの光信号を電気信号に変換すると共に、ユーザの端末装置(例えば、パーソナルコンピュータ等)からの電気信号を光信号に変換してOLT12へ転送する役割を有する。OLT12は、ONU14からの光信号の上位装置(例えば、インターネット等)への転送、上位装置からの信号のONU14への転送、PON区間やONU14の制御監視をする役割を有する。
図2は、本実施形態に係る光通信ネットワークシステム10のOLT12の構成を示すブロック図である。なお、図2の点線はデータ信号の流れを示し、実線は制御系の信号の流れを示す。
OLT12は、上位ネットワークインタフェース部22、OLT受信処理部24、OLT送信処理部26、設定部としてのOLT制御部28、及び接続部としての複数のOSU30を備えている。各OSU30は、同一構成であり、OSU制御部32、信号処理部34、並びに、受信部及び検出部としての光送受信部36を各々備えて、複数のONU14と光通信により接続可能とされている。
上位ネットワークインタフェース部22は、上位のネットワークからの信号を終端し、OLT受信処理部24へ終端したデータ信号を出力する。また、上位ネットワークインタフェース部22は、各OSU30からのデータ信号を受信し、上位のネットワークのインタフェースに対応するフォーマットに変換し出力する。
OLT受信処理部24は、上位ネットワークインタフェース部22で終端された信号を、OLT制御部28より指示された情報を元に各OSU30への振り分けを行う。例えば、ONU14とユーザに割り当てられた仮想的な識別番号(VID:VLAN Identifier)の関連付けを予め登録し、登録されたONU14とリンクしたOSU30へ信号を出力するように制御される。
OLT送信処理部26は、各OSU30からのデータ信号を多重して上位ネットワークインタフェース部22へ出力する。
OLT制御部28は、OLT12の監視制御を行うが、特に、OSU30の電源のオン及びオフ制御や、OLT受信処理部24へのOSU30のデータ振り分け指示、各OSU30からの制御情報の収集及び制御信号の挿入指示等を行う。ここで、制御信号としては、例えば、波長の切り替え指示が挙げられ、制御情報としては、ONU14の光受信パワー情報(光信号の受光強度の情報)が挙げられる。
信号処理部34では、OSU制御部32からの情報を元に生成した制御信号とOLT受信処理部24からのデータ信号を多重し、光送受信部36へデータの出力を行う。また、光送受信部36からの信号から制御信号とデータ信号を判別し、制御信号の場合には、その信号を抜き出して情報をOSU制御部32経由でOLT制御部28へ伝達する。制御信号が抜き出された信号はデータ信号のみとなりOLT送信処理部26へと出力される。
光送受信部36は、OSU制御部32からの指示により送信の際の発光パワー(発光強度)、及び波長が設定され、信号処理部34からのシリアル電気信号を設定された光波長の信号に変換して出力する。また、ONU14からの光信号に対し、波長フィルタを通して設定された波長のみを受信し、光信号から電気信号に変換され信号処理部34へ出力する。また、光送受信部36は、ONU14からの光信号の光強度を検出する機能を備えている。
図3は、本実施形態に係る光通信ネットワークシステム10のONU14の構成を示すブロック図である。なお、図3の点線はデータ信号の流れを示し、点線は制御系の信号の流れを示す。
ONU14は、ユーザインタフェース部44、信号処理部42、光送受信部40、ONU制御部38を備えている。
ユーザインタフェース部44は、ユーザの端末装置からの信号を終端し、信号処理部42へデータ信号を出力する。また、信号処理部42からのデータ信号を受信し、受信したデータ信号をユーザの端末装置のインタフェースに変換して出力する。
信号処理部42では、ONU制御部38からの情報を元に生成した制御信号とユーザインタフェース部44からのデータ信号を多重し、光送受信部40へデータの出力を行う。また、信号処理部42は、光送受信部40からの信号から制御信号とデータ信号を判別し、制御信号の場合にはその信号を抜き出して情報をONU制御部38へ伝達する。制御信号が抜き出された信号はデータ信号のみとなりユーザインタフェース部44へと出力される。
光送受信部40は、ONU制御部38からの指示により波長が設定され、信号処理部42からのシリアル電気信号を設定された波長の光信号に変換して出力する。また、光送受信部40は、OLT12からの光信号に対し、設定された波長のみを波長フィルタを通して受信し、受信した光信号から電気信号に変換し、変換した電気信号を信号処理部42へ出力する。また、光送受信部40は、OLT12からの光信号の光強度を検出する機能を備えている。
ONU制御部38は、OLT12から伝送されてきた制御情報の収集及び上り信号への制御信号の挿入指示を行う。制御情報としては、上述した波長の切り替え指示が挙げられ、制御信号としては、ONU14の光受信パワー情報(光信号の受光強度の情報)などが挙げられる。
続いて、上述のように構成された本実施形態に係る光通信ネットワークシステム10の動作について説明する。
OLT12の光モジュールである光送受信部36、及びONUの光モジュールである光送受信部40は初期状態において、従来と同様のパワーバジェット、及びロスバジェットが考慮された一定の光通信可能な光強度(光出力)で動作を開始する。そのため、OLT12及びONU14は互いに光信号を受信することが可能となっている。その状態で一旦、各ONU14は何れかのOSU30に所属し、データの送受信が可能な状態になる。これによりONU14は信号処理部42で生成した制御信号を通してOLT12からの受光強度をOLT12へ通知することが可能となる。なお、ONU14の受光強度は光送受信部40の受信回路にて検出し、その結果はONU制御部38より読み出すことが可能である。MSA(Multi Source Agreement)に準拠し、かつ受光強度検出機能を備えた光モジュールであれば、I2C−BUSにて光モジュール内の所定のレジスタにアクセスすることで実現可能である。また、OLT12では、各ONU14からの受光強度を収集しつつ、データ通信も実施しているため、各ONU14のトラフィック量を把握することが可能である。
一方、OLT制御部28は、各ONU14から収集した受光強度に基づいて、ONU14とOSU30との間の光通信可能な光強度範囲毎のグループに複数のONU14を分類し、グループ毎のONU14と接続するOSU30を各々割り当てる。そして、各OSU30が光通信を行う場合の発光強度をグループ毎に設定する。
ここで、OLT制御部28で行われる具体的な処理について説明する。図4は、本実施形態に係る光通信ネットワークシステムのOLT制御部28で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。
まず、ステップ100では、OLT制御部28が、各ONU14の制御信号を収集することにより、各ONU14の受光強度の情報を収集してステップ102へ移行する。
ステップ102では、OLT制御部28が、トラフィックを考慮しつつ、収集した受光強度毎にONU14をグループ分けしてステップ104へ移行する。グループ分けは、例えば、光送受信部36の発光強度が2種類の場合には2つのグループに分類し、3種類以上の場合には3種類以上のグループに分類する。
ステップ104では、OLT制御部28が、グループ毎にOSU30を割り当ててステップ106へ移行する。すなわち、各グループ毎に異なる光信号の周波数に切り替えることでOSU30を各グループに割り当てる。もしくは各ONU14に対し割り当てられたOSU30と通信が可能となるように波長変更の指示を送信することでOSU30を各グループに割り当てる。
ステップ106では、OLT制御部28が、グループ毎に光送受信部36の発光強度を設定して一連の処理を終了する。これにより、グループ毎に光強度を設定することができるので、必要以上の発光強度による光通信を抑制して消費電力の低減を図ることが可能となる。
続いて、OLT制御部28で行われる上述の図4の処理について具体例を挙げて説明する。
OLT12側の光モジュールである光送受信部36は、外部からの設定により発光強度の変更が可能である。一般的にPONシステムで使用される光モジュールはLD(Laser Diode)に流す電流値によって発光強度が決まり、温度変動によって発光強度が変動しないよう、温度によって異なる電流値を指定し動作させている。よって、発光強度を変更する場合は、発光強度毎の電流値のテーブルを温度毎(例えば、予め定めた温度範囲毎)に持っている必要がある。様々な強度の光出力を実現できるシステムによっては都合がよい側面もあるが、光モジュールにて複数のテーブルを用意することは記憶デバイスのサイズアップ、検査工数の増加に繋がり、コストアップとなってしまうため、システムによって決定すればよい。なお、複数のテーブルの代わりに温度による光出力変動を補正するための補正式を用意して記憶してもよい。以下では、2種類の発光強度での光出力が可能であると仮定して説明するが、2種類の発光強度に限らず、3種類以上の発光強度での光出力が可能としてもよい。2種類の発光強度のうちどちらで光モジュールを動作させるかは、OSU制御部32により決定可能である。発光強度の変更機能を備え、MSAに準拠した光モジュールであればI2Cバスにて光モジュール内の所定のレジスタにアクセスすることで実現可能である。また、2種類の発光強度のうち、高い方の発光強度としては、例えば、上述したように、パワーバジェット、及びロスバジェットが考慮された一定の光通信可能な光強度を適用可能である。一方、低い方の発光強度としては、OLT12に接続されるONU14までの距離等の光損失に応じて定めた光強度や、高い方の光強度に対して所定量低い光強度等を適用することが可能である。
OLT制御部28では、OLT12の2種類ある発光強度うち、発光強度の低い方で受光が可能となるONU14を選定する。選定方法の一例としては収集した各ONU14の受光強度情報を元に受光強度の高いONU14から順に、利用帯域とONU14のトラフィック量が利用帯域を超えないように決定する。
例えば、図5においてOLT12に所属するONU14A〜14Cがあるとする。それぞれのONU14のOLT12からの物理的な距離は、ONU14A<ONU14C<ONU14Bであり、それぞれのONU14における受光強度はb<c<aとする。このケースでは、当初、各光送受信部(光モジュール)36は2種類ある発光強度うち、発光強度の高い方で動作している。ONU14A、ONU14CはOLT12の発光強度が低い方でも受光可能なONU14であり、ONU14Bは発光強度の低い方では受光できないONU14である。また、3つのONU14のトラフィック量は1つのOSU30の利用帯域以上であるものとする。一つのOSU30に3つのONU14は所属できないことになるため、分けて所属させるが、ここでは、ONU14B、14CがOSU30Aに所属し、ONU14AがOSU30Bに所属したとする。ONU14AとONU14CはOLT12の発光強度の低い方であっても受光可能であるため、まず、ONU14Bに対して、所属するOSU30をOSU30AからOSU30Bへ変更するように制御信号を送信する。ONU14Bは変更指示を受信し、送信波長を波長cから波長dに、受信波長を波長aから波長bに変更する。この時点では、OSU30AにはONU14Cが所属し、OSU30BにはONU14AとONU14Bが所属することになる。
次に、ONU14Aに対して所属するOSU30をOSU30BからOSU30Aへ変更するように制御信号を送信する。ONU14Aは、変更指示を受信し、送信波長を波長dから波長cに、受信波長を波長bから波長aに変更する。よって、図6に示すように、最終的にOSU30AにはONU14AとONU14Cが所属し、OSU30BにはONU14Bが所属することになる。OSU30AにはOLT12の発光強度が低い方であっても受光可能なONU14のみ所属させたため、OSU30Aの発光強度を高い方から低い方へ変更するように指示を出し、発光強度を下げる。これにより、OSU30Aの光モジュールの消費電力が抑えられるため、OLT12としても消費電力を低減することが可能となる。
このように、本実施形態では、各ONU14における受光強度をOLT12が収集し、その情報を元に、OSU30の発光強度を下げても通信可能なグループと、発光強度を下げると通信不可能なグループとに複数のONU14を分類する。そして、ONU14の送受信波長を変更して所属先のOSU30を変更して、発光強度を下げても通信可能なOSU30と、通信不可能なOSU30とに分け、通信可能なOSU30の発光強度を下げるので、省電力化を図ることができる。
上記の実施形態では、OLT12側の光モジュールの発光強度を下げて省電力化を図ったが、ONU14側においても同様に発光強度を下げるように制御してやることでシステムとして更に省電力化を図ることが可能となる。
また、上記の実施形態では、各ONU14の光受光強度情報を元に省電力の制御を実現したが、受光強度情報をOLT12側で生成することも可能である。その場合、OLT12は、各ONU14から光を受信しているタイミングで受光強度の情報を光モジュールより入手する必要がある。そのため、図7に示す構成のように、OLT12の光モジュールとしての光送受信部36が信号処理部34よりタイミング信号を受け取り、受け取ったタイミングで受光強度を保持し、OSU制御部32からの読み出し要求によって受光強度を通知する。
なお、上記の実施形態におけるOLT制御部28や、OSU制御部32、ONU制御部38等で行われる処理は、ハードウエアで行う処理としてもよい。或いは、プログラムを実行することで行われるソフトウエアで行う処理としてもよい。或いは、ソフトウエアとハードウエアの双方を組み合わせた処理としてもよい。
さらに、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
10 光通信ネットワークシステム
12 OLT
14 ONU
16 光スプリッタ
18 光ファイバ
28 OLT制御部
30 OSU
36、40 光送受信部

Claims (7)

  1. 複数の加入者側装置の各々と光通信により接続可能な複数の接続部と、
    前記加入者側装置と前記接続部との間で光通信可能な光強度範囲毎の複数のグループに前記複数の加入者側装置を分類し、前記複数のグループ毎に分類された前記加入者側装置を前記複数の接続部に各々割り当て、割り当てられた前記接続部による光通信時の発光強度を前記複数のグループ毎に設定する設定部と、
    を備えた光通信装置。
  2. 前記複数の接続部の各々は、前記加入者側装置が受信した光信号の受光強度の検出結果を、前記光通信可能な光強度範囲を表す強度情報として、前記複数の加入者側装置の各々から受信する受信部を含むことを特徴とする、請求項1に記載の光通信装置。
  3. 前記複数の接続部の各々は、前記複数の加入者側装置の各々から受信する光信号における光強度を、前記光通信可能な光強度範囲として検出する検出部を含むことを特徴とする、請求項1に記載の光通信装置。
  4. 前記設定部は、前記加入者側装置と前記接続部との間の光通信で用いられる前記複数のグループ毎の光信号の波長を、それぞれ異なる波長に切り替えることによって、前記複数のグループ毎に分類された前記加入者側装置を、前記複数の接続部に各々割り当てることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の光通信装置。
  5. 前記設定部は、光強度を予め定めた初期状態から低下させても光通信可能な光強度のグループとして割り当てられた前記接続部による光通信時の発光強度を、前記初期状態から低下させるように発光強度を設定することを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の光通信装置。
  6. 請求項1〜5の何れか1項に記載の光通信装置と、
    前記接続部と光ファイバを介して接続可能な複数の加入者側装置と、
    前記光通信装置と前記加入者側装置との間に設けられ、前記光通信装置及び前記加入者側装置の各々と光ファイバを介して接続された光スプリッタと、
    を備えた光通信ネットワークシステム。
  7. コンピュータを、請求項1〜5の何れか1項に記載の光通信装置における設定部として機能させるための光通信プログラム。
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