JP6571879B2 - 光伝送システム及び帯域割り当て方法 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システム及び帯域割り当て方法に関する。
本願は、２０１６年９月９日に、日本に出願された特願２０１６−１７６７６４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

モバイルネットワークでは、陸上に設置された無線基地局（以下「陸上局」という。）が、携帯電話やスマートフォン等の移動無線端末と通信する。バスや列車等の移動体と共に移動する移動無線端末の通信を、その移動体に設置された無線基地局（以下「移動体設置局」という。）が集約することが検討されている（非特許文献１参照）。移動体設置局は、移動体と共に移動する移動無線端末を代表して、移動無線端末の上り信号（上りフレーム）を陸上局に送信する。上り信号を移動体設置局から取得した陸上局は、光装置及び光ファイバを有する光ネットワークを介して、モバイルネットワークの上位装置に上り信号を送信する。

図９は、従来の光伝送システムの構成の例を示す図である。従来の光伝送システムでは、光ファイバは、陸上局ごとに敷設されている。しかしながら、陸上局のセル内に移動体が位置（在圏）していない場合には、陸上局は上り信号を上位装置に送信しないので、光ネットワークの帯域利用効率は低い。

陸上局及び上位装置の間の光ネットワークを複数の陸上局が共有すれば、光ネットワークの帯域利用効率は向上する。光ネットワークの帯域利用効率が向上すれば、光伝送システムは、光ファイバの敷設コストを削減することが可能である。複数の陸上局が共有する光ネットワークとしては、ＴＤＭ−ＰＯＮ（Time Division Multiplexer - Passive Optical Network）（時分割多重−ＰＯＮ）がある（非特許文献２参照）。

安田 浩人，森岡 康史，森広 芳文，須山 聡，シン キユン，奥村幸彦,"5G将来無線アクセスネットワークにおけるムービングセルの実現法,"信学技報,RCS2014-3, 2014年4月. T. Tashiro, S. Kuwano, J. Terada, T. Kawamura, N. Tanaka, S. Shigematsu, and N. Yoshimoto, "A Novel DBA Scheme for TDM-PON based Mobile Fronthaul," Proc. OFC2014, Tu3F.3, Mar. 2014.

一例として、陸上局ごとの光終端装置（Optical Network Unit: ONU）が１０台である場合について説明する。１０台のＯＮＵは、共有のＴＤＭ−ＰＯＮを介して、端局装置（Optical Line Terminal: OLT）と通信する。ＯＬＴがＯＮＵの上り信号に固定の帯域を割り当てる場合、ＯＮＵの上り信号の最大スループットは、オーバヘッドを考慮しない場合には１Ｇｂｐｓである。

図１０は、従来のＯＬＴの構成の例を示す図である。従来のＯＬＴは、Ｏ／Ｅ（Optical/Electrical）変換部と、上りフレーム処理部と、帯域割当算出部と、帯域割当部と、下りフレーム処理部と、Ｅ／Ｏ（Electrical/Optical）変換部とを備える。

Ｏ／Ｅ変換部は、光信号である上り信号をＯＮＵから取得する。Ｏ／Ｅ変換部は、光信号である上り信号を電気信号に変換する。Ｏ／Ｅ変換部は、電気信号である上り信号を上りフレーム処理部に送信する。上りフレーム処理部は、上り信号の帯域の割当量を要求するための信号（以下「リクエスト信号」という。）を、上り信号から抽出する。上りフレーム処理部は、リクエスト信号を帯域割当算出部に送信する。

帯域割当算出部は、リクエスト信号に基づいて、上り信号の帯域の割当量を算出する。帯域割当部は、上り信号の帯域の割当量に基づいて、各ＯＮＵの上り信号に帯域を割り当てる。下りフレーム処理部は、上り信号の帯域の割り当てを表す情報（以下「帯域割当情報」という。）を、Ｅ／Ｏ変換部に送信する。Ｅ／Ｏ変換部は、帯域割当情報を光信号に変換する。Ｅ／Ｏ変換部は、帯域割当情報を表す光信号をＯＮＵに送信する。

図１１は、従来の帯域割り当て方法の例を示す図である。ＯＬＴは、ゲート信号をＯＮＵに送信する。ＯＮＵは、ＯＮＵの送信バッファにキューイングされた上り信号のトラフィック量（データ量）に基づいて、リクエスト信号を生成する。ＯＮＵは、リクエスト信号を表す光信号をＯＬＴに送信する。キューイングされるデータ量に基づいて帯域を動的に割り当てた場合、上り信号の送信に遅延が生じる。

従来の帯域割り当て方法によってＯＬＴが各ＯＮＵの上り信号に帯域を動的に割り当てた場合、帯域利用効率は向上する。しかしながら、前述のように、移動無線端末の上り信号の送信に遅延が生じることによって、スループットが低下しまう。一方、複数の陸上局と上位装置との間をＴＤＭ−ＰＯＮで接続し、各陸上局に帯域を固定的に割り当てた場合には、帯域利用効率とスループットとが低下するという課題がある。

上記事情に鑑み、本発明は、複数の陸上局と上位装置との間をＴＤＭ−ＰＯＮで接続し、各陸上局に帯域を動的に割り当てた場合においても、帯域利用効率とスループットとが低下しないようにし、かつ付加的な遅延を与えないようにすることが可能である光伝送システム及び帯域割り当て方法を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様における光伝送システムは、自局のセルに位置している移動体の無線基地局から上り信号を取得する複数の陸上局と、前記陸上局から取得した上り信号を時分割多重で送信する複数の光終端装置と、時分割多重で送信された上り信号のトラヒック量を前記光終端装置ごとに検出するトラヒックモニタ部と、前記移動体が位置している前記セルの陸上局に接続された前記光終端装置を前記トラヒック量に基づいて推定し、前記移動体が位置している前記セルの陸上局に接続された前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の第１の割当量と、前記移動体が位置している前記セルに隣接している他の前記セルの陸上局に接続された他の前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の第２の割当量とを算出する帯域割当算出部と、を備える。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様の光伝送システムは、前記光終端装置の数を表す情報を取得する接続数取得部と、前記陸上局の配置の並び順に応じた前記光終端装置の配列を表す情報を生成する配列情報生成部と、をさらに備え、前記帯域割当算出部は、前記光終端装置の数と前記光終端装置の配列とに基づいて前記第１及び第２の割当量を算出する。

本発明の第３の態様によれば、第１又は第２の態様の光伝送システムは、前記移動体の移動方向を表す情報を取得する進行方向取得部をさらに備え、前記帯域割当算出部は、前記移動体が位置している前記セルに対して前記移動方向に位置する他の前記セルの陸上局に接続された他の前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の割当量を算出する。

本発明の第４の態様によれば、第１から第３の態様のいずれか一つの光伝送システムにおいて、前記帯域割当算出部は、前記移動体が位置している前記セルの陸上局に接続された前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の割当量と、前記セルの一部に重なっている他の前記セルの陸上局に接続された他の前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の割当量とを前記第１の割当量として算出する。

本発明の第５の態様によれば、第１から第４の態様のいずれか一つの光伝送システムにおいて、前記帯域割当算出部は、前記複数の陸上局のうち端に位置している陸上局の数と予め定められた帯域とを乗算した結果を前記第１及び第２の割当量のいずれか一方又は両方から減算する。

本発明の第６の態様によれば、第１から第５の態様のいずれか一つの光伝送システムは、前記上り信号のトラヒックが発生していない前記光終端装置に、前記光終端装置をスリープさせるための信号を送信する下りフレーム処理部をさらに備える。

本発明の第７の態様における帯域割り当て方法は、光伝送システムが実行する帯域割り当て方法であって、陸上局のセルに位置している移動体の無線基地局から上り信号を取得するステップと、前記陸上局から取得した上り信号を時分割多重で送信するステップと、時分割多重で送信された上り信号のトラヒック量を光終端装置ごとに検出するステップと、前記移動体が位置している前記セルの陸上局に接続された前記光終端装置を前記トラヒック量に基づいて推定し、前記移動体が位置している前記セルの陸上局に接続された前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の第１の割当量と、前記移動体が位置している前記セルに隣接している他の前記セルの陸上局に接続された他の前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の第２の割当量とを算出するステップと、を含む。

本発明は、複数の陸上局と上位装置との間をＴＤＭ−ＰＯＮで接続し、各陸上局に帯域を動的に割り当てた場合においても、帯域利用効率とスループットとが低下しないようにすること可能となる。

第１実施形態の光伝送システムの構成の例を示す図である。 第１実施形態のＯＬＴの構成の例を示す図である。 第１実施形態の帯域割当算出部の動作の例を示すフローチャートである。 第２実施形態のＯＬＴの構成の例を示す図である。 第２実施形態の帯域割当算出部の動作の例を示すフローチャートである。 第３実施形態の光伝送システムの構成の例を示す図である。 第３実施形態の帯域割当算出部の動作の例を示すフローチャートである。 第４実施形態の光伝送システムの構成の例を示す図である。 従来の光伝送システムの構成の例を示す図である。 従来のＯＬＴの構成の例を示す図である。 従来の帯域割り当て方法の例を示す図である。

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実施形態）
図１は、光伝送システム１の構成の例を示す図である。光伝送システム１は、時分割多重によって光信号を伝送するＴＤＭ−ＰＯＮを有する通信システムである。光伝送システム１は、複数の陸上局２と、複数のＯＮＵ３（光終端装置）と、光スプリッタ４と、光ファイバ５と、ＯＬＴ６（端局装置）と、複数の上位装置７とを備える。

陸上局２は、陸上に設置された無線基地局である。陸上局２は、無線通信が可能な範囲であるセル８を形成する。陸上局２は、自局のセル８に位置（在圏）する移動体９の移動体設置局１０と無線通信する。陸上局２は、自局のセル８に位置する移動体９から上り信号を取得（受信）する。陸上局２は、自局のセル８に位置する移動体９に下り信号を送信する。

ＯＮＵ３は、光終端装置である。ＯＮＵ３は、移動体設置局１０が送信した上り信号を、陸上局２から取得する。ＯＮＵ３は、帯域割当情報を表す光信号を、ＯＬＴ６から取得する。ＯＮＵ３は、帯域割当情報に基づいて、光信号である上り信号をＯＬＴ６に送信する。

ＯＮＵ３は、リクエスト信号を表す光信号を、ＯＬＴ６に送信してもよい。ＯＮＵ３は、自装置が使用されていない期間では、自装置の電源をオフすることによってスリープしてもよい。これによって、ＯＮＵ３は消費電力を低減することが可能である。

光スプリッタ４は、光ファイバ５で伝送された光信号を分岐又は合波する。光ファイバ５は、光信号である上り信号をＯＬＴ６に伝送する。光ファイバ５は、光信号である下り信号をＯＮＵ３に伝送する。

ＯＬＴ６は、端局装置である。ＯＬＴ６は、光スプリッタ４、光ファイバ５及びＯＬＴ６を含むＴＤＭ−ＰＯＮシステムを介して、時分割多重された光信号である下り信号を、ＯＮＵ３に送信する。ＯＬＴ６は、光スプリッタ４及び光ファイバ５を含むＴＤＭ−ＰＯＮシステムを介して、時分割多重された光信号である上り信号を、ＯＮＵ３から受信する。

ＯＬＴ６は、ＯＮＵ３との通信に使用していない帯域（余剰帯域）を、光伝送システム１以外の他システムの通信サービスの信号に割り当ててもよい。

上位装置７は、モバイルネットワークの通信装置である。上位装置７は、移動無線端末の上り信号（上りフレーム）を、ＯＬＴ６から取得する。

移動体９は、バスや列車等の車両である。移動体９は、無線基地局である移動体設置局１０を備える。移動体設置局１０は、移動体９と共に移動する移動無線端末の通信を集約する。移動体９と共に移動する移動無線端末は、移動体９に乗車する人が所持する無線端末（例えば、スマートフォン、携帯電話など）である。移動体設置局１０は、移動体９と共に移動する移動無線端末を代表して、移動無線端末の上り信号を陸上局２に送信する。

ＯＬＴ６の構成の例を説明する。図２は、ＯＬＴ６の構成の例を示す図である。ＯＬＴ６は、Ｏ／Ｅ変換部６０と、上りフレーム処理部６１と、トラヒックモニタ部６２と、接続順生成部６３（配列情報生成部）と、接続数取得部６４と、帯域割当算出部６５と、帯域割当部６６と、下りフレーム処理部６７と、Ｅ／Ｏ変換部６８とを備える。

Ｏ／Ｅ変換部６０は、光信号である上り信号をＯＮＵ３から取得する。Ｏ／Ｅ変換部６０は、光信号である上り信号を電気信号に変換する。Ｏ／Ｅ変換部６０は、電気信号である上り信号を上りフレーム処理部６１に送信する。
上りフレーム処理部６１は、上り信号を上位装置７及びトラヒックモニタ部６２に送信する。

トラヒックモニタ部６２は、上り信号のトラヒック量を表す情報（以下「トラヒック情報」という。）を、時刻に対応付けてＯＮＵ３ごとに生成する。上り信号のトラヒック量は、ＯＮＵ３のセル８に移動体９が位置（在圏）しているか否かに応じて、ＯＮＵ３ごとに時系列で推移する。トラヒックモニタ部６２は、ＯＮＵ３ごとのトラヒック情報を、接続順生成部６３及び帯域割当算出部６５に送信する。

トラヒックモニタ部６２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）を有する記憶部を備えてもよい。記憶部は、上り信号やプログラムを記憶してもよい。

接続順生成部６３（配列情報生成部）は、陸上局２の配置の並び順に応じたＯＮＵ３の配列を表す情報を生成する。接続順生成部６３は、ＯＬＴ６に接続されたＯＮＵ３の物理的な接続順序を表す情報を生成する。配列を表す情報は、例えば、「ＯＮＵ−ＩＤ」や「Ａｌｌｏｃ−ＩＤ」等のＯＮＵ３を一意に識別する識別情報を用いて表される。図１では、ＯＮＵ３の接続順序は、ＯＮＵ３−１、３−２、３−３の順である。ＯＮＵ３の物理的な接続順序は、例えば、ＯＮＵ３に関するデータベースに予め登録されている。陸上局２の配置の並び順とは、移動体９が移動する場合に通過するセル８を有する陸上局２の順序である。すなわち、移動体９が移動する場合において、移動体設置局１０と無線通信を行う陸上局２の順序が、陸上局２の配置の並び順である。陸上局２の配置の並び順に応じたＯＮＵ３の配列とは、移動体９の移動に応じて上り信号のトラヒックが生じるＯＮＵ３の順序を示す配列である。ＯＮＵ３の物理的な接続順序は、移動体９が移動する場合に通過するセル８の順序に対応するＯＮＵ３の順序である。すなわち、ＯＮＵ３の物理的な接続順序は、移動体９の移動に応じてＯＬＴ６へ送信する上り信号のトラヒックが生じるＯＮＵ３の順序である。セル８に対応するＯＮＵ３とは、セル８を有する陸上局２に接続されるＯＮＵ３である。

接続順生成部６３は、線路上を移動する列車等である移動体９から送信された上り信号のトラヒック量の推移の履歴に基づいて、ＯＮＵ３の物理的な接続順序を推定してもよい。ＯＮＵ３−１、３−２、３−３の順に上り信号のトラヒックが増加した場合、接続順生成部６３は、ＯＮＵ３の物理的な接続順序を、ＯＮＵ３−１、３−２、３−３の順であると推定してもよい。

接続数取得部６４は、光ファイバ５を介してＯＬＴ６に接続されているＯＮＵ３の数を表す情報を取得する。接続数取得部６４は、光ファイバ５を介してＯＬＴ６に接続されているＯＮＵ３の数を表す情報を、帯域割当算出部６５に送信する。

帯域割当算出部６５は、ＯＮＵ３ごとのトラヒック情報とＯＮＵ３の数とに基づいて、移動体９が位置（在圏）しているセル８の陸上局２に接続されたＯＮＵ３を推定する。帯域割当算出部６５は、トラヒック情報が表すトラヒック量が閾値以上であるＯＮＵ３を、移動体９が位置しているセル８の陸上局２に接続されたＯＮＵ３であると推定する。

帯域割当算出部６５は、推定結果とＯＮＵ３の数とＯＮＵ３の配列とに基づいて、移動体９が位置しているセル８の陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に帯域を割り当てる。帯域割当算出部６５は、移動体９の移動に追従した帯域割当を行うよう、ＯＮＵ３の上り信号の帯域の割当量（第１の割当量）を動的帯域割り当て（Dynamic Bandwidth Allocation : DBA）周期で算出する。

帯域割当算出部６５は、推定結果とＯＮＵ３の数とＯＮＵ３の配列とに基づいて、移動体９が位置しているセル８に隣接している他のセル８の陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に帯域を割り当てる。帯域割当算出部６５は、移動体９の移動に追従した帯域割当を行うよう、ＯＮＵ３の上り信号の帯域の割当量（第２の割当量）をＤＢＡ周期で算出する。

帯域割当部６６は、帯域割当算出部６５により算出された上り信号の帯域の割当量に基づいて、上り信号の帯域をＯＮＵ３ごとに割り当てる。帯域割当部６６は、上り信号の帯域の割り当てを表す情報（以下「帯域割当情報」という。）を下りフレーム処理部６７に送信する。

下りフレーム処理部６７は、帯域割当情報を、Ｅ／Ｏ変換部６８に送信する。下りフレーム処理部６７は、ＯＮＵ３ごとのトラヒック情報を、トラヒックモニタ部６２から取得してもよい。下りフレーム処理部６７は、上り信号のトラヒックが発生していないＯＮＵ３に、ＯＮＵ３をスリープさせるための信号を、Ｅ／Ｏ変換部６８を介して送信してもよい。

Ｅ／Ｏ変換部６８は、帯域割当情報を光信号に変換する。Ｅ／Ｏ変換部６８は、帯域割当情報に基づく光信号をＯＮＵ３に送信する。Ｅ／Ｏ変換部６８は、ＯＮＵ３をスリープさせるための光信号を、ＯＮＵ３に送信してもよい。

図３は、帯域割当算出部６５の動作の例を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートでは、一例として、セル８に隣接している他のセル８の数（陸上局２の数）Ｎは、陸上局２ごとに２個である。帯域割当算出部６５は、光伝送システム１の動作の開始時に、図３に示すフローチャートの動作を実行する。移動体９が位置しているセル８の陸上局２に接続しているＯＮＵ３では、上り信号のトラヒックが発生する。移動体９が位置しているセル８に隣接するセル８を有する陸上局２に接続するＯＮＵ３では、移動体９の移動に応じて、上り信号のトラヒックが発生する可能性がある。

帯域割当算出部６５は、光ファイバ５を介してＯＬＴ６に接続されているＯＮＵ３の数を表す情報を、接続数取得部６４から取得する（ステップＳ１０１）。帯域割当算出部６５は、陸上局２の配置の並び順に応じたＯＮＵ３の配列を表す情報を取得する（ステップＳ１０２）。

帯域割当算出部６５は、ＴＤＭ−ＰＯＮで使用可能な最大帯域Ｂ_ｍを定める。１０Ｇｂｐｓクラスの最大伝送速度を持つＴＤＭ−ＰＯＮにおいて、オーバヘッドによる帯域利用効率の低下を考慮しない場合、最大帯域Ｂ_ｍは１０Ｇｂｐｓである。帯域割当算出部６５は、トラヒックが発生したと判定するための閾値Ｄ_ｔｈを定める。トラヒックが発生しているＯＮＵ３の数をカウントするための変数ｋを、０に初期化する（ステップＳ１０３）。閾値Ｄ_ｔｈは、予め定められていてもよい。

帯域割当算出部６５は、光伝送システム１の全てのＯＮＵ３−ｉ（ｉは、ＯＮＵ３の識別番号）の上り信号に、予め定められた固定の帯域Ｂ_ＦＩＸを割り当てる（ステップＳ１０４−ステップＳ１０６）。

帯域割当算出部６５は、ステップＳ１０７からステップＳ１１６までを、ＤＢＡ周期で実行する（ステップＳ１０７−ステップＳ１１６）。

帯域割当算出部６５は、上り信号のトラヒックが発生しているＯＮＵ３を検知したトラヒックモニタ部６２から、ＯＮＵ３ごとのトラヒック情報を取得する。帯域割当算出部６５は、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているか否かを、ＯＮＵ３ごとに判定する。帯域割当算出部６５は、ＯＮＵ−ＩＤ等の識別番号ｉをインクリメントした結果がＯＮＵ３の数を超えている場合、ステップＳ１１２に処理を進める（ステップＳ１０８−ステップＳ１１１）。

上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えていない場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、帯域割当算出部６５は、ステップＳ１０８に処理を戻す（ステップＳ１１１）。上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えている場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、帯域割当算出部６５は、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の識別番号ｉを、配列Ａｒｒａｙ［ｋ］に登録する。帯域割当算出部６５は、変数ｋに１を加算し、ステップＳ１１１に処理を進める（ステップＳ１１０）。

帯域割当算出部６５は、光伝送システム１の全てのＯＮＵ３について、上り信号の帯域Ｂを０に初期化する（ステップＳ１１２）。帯域割当算出部６５は、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３について、ステップＳ１１３からステップＳ１１５までを繰り返す（ステップＳ１１３−ステップＳ１１５）。

帯域割当算出部６５は、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の上り信号に、帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］］を式（１）に基づいて割り当てる。

以下、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の陸上局２のセル８に隣接している他のセル８を、「隣接セル」という。すなわち、移動体９が位置していると推定されるセル８に隣接するセル８を「隣接セル」という。

上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の陸上局２のセル８から隣接セルに移動体９が移動した場合、トラヒックモニタ部６２は、隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号のトラヒック量を検出する必要がある。このため、帯域割当算出部６５は、第１の隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、式（２）によって示される帯域Ｂ’（＝Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］＋１］）を割り当てる。帯域割当算出部６５は、第２の隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、式（２）によって示される帯域Ｂ’（＝Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］−１］）を割り当てる（ステップＳ１１４）。

帯域割当算出部６５は、式（２）によって示される帯域Ｂ’に比例定数αを乗算してもよい。

帯域割当算出部６５は、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の上り信号と隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号とに帯域を割り当てていない場合には、ステップＳ１１３に処理を戻す（ステップＳ１１５）。帯域割当算出部６５は、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の上り信号に帯域Ｂを割り当て、隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に帯域Ｂ’を割り当てれば、他のＯＮＵ３の上り信号には帯域を割り当てなくてもよい。

帯域割当算出部６５は、ステップＳ１０７に処理を戻す（ステップＳ１１６）。

以上のように、第１実施形態の光伝送システム１は、複数の陸上局２と、複数のＯＮＵ３と、トラヒックモニタ部６２と、帯域割当算出部６５とを備える。陸上局２は、自局のセルに位置している移動体９の移動体設置局１０から、上り信号を取得する。ＯＮＵ３は、陸上局２から取得した上り信号を、時分割多重で送信する。トラヒックモニタ部６２は、時分割多重で送信された上り信号のトラヒック量を、ＯＮＵ３ごとに検出する。帯域割当算出部６５は、移動体９が位置しているセル８の陸上局２に接続されたＯＮＵ３を、上り信号のトラヒック量に基づいて推定する。帯域割当算出部６５は、移動体９が位置しているセル８の陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に割り当てる帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］］を算出する。帯域割当算出部６５は、移動体９が位置しているセル８に隣接している他のセル８の陸上局２に接続された他のＯＮＵ３の上り信号に割り当てる帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］±１］を算出する。移動体９が位置しているセル８に隣接している他のセル８の陸上局２に接続された他のＯＮＵ３に帯域Ｂ’を割り当てることにより、ＯＬＴ６は、上り信号のトラヒック量に基づいて、移動体９が他のセル８へ移動したことを検出できる。ＯＬＴ６は、検出結果に基づいて、各ＯＮＵ３の上り信号に割り当てる帯域を算出し、割り当てる帯域を更新する。

これによって、第１実施形態の光伝送システム１は、複数の陸上局２と上位装置７との間をＴＤＭ−ＰＯＮで接続し、各陸上局２に帯域を動的に割り当てた場合に、帯域利用効率とスループットとが低下しないようにし、かつ付加的な遅延を与えないようにすることが可能である。

第１実施形態の光伝送システム１は、ＯＬＴ６が収容するＯＮＵ３の数を増加させることが可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、移動体９の進行方向が既知である点が、第１実施形態と相違する。第２実施形態では、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。

図４は、ＯＬＴ６の構成の例を示す図である。ＯＬＴ６は、Ｏ／Ｅ変換部６０と、上りフレーム処理部６１と、トラヒックモニタ部６２と、接続順生成部６３（接続順序整列部）と、接続数取得部６４と、帯域割当算出部６５と、帯域割当部６６と、下りフレーム処理部６７と、Ｅ／Ｏ変換部６８と、進行方向取得部６９とを備える。

進行方向取得部６９は、移動体９の進行方向を表す情報を取得する。移動体９の進行方向を表す情報は、例えば、移動体９に関するデータベースに予め登録されている。移動体９が列車である場合、線路上を移動する移動体９の進行方向は、線路が敷かれている方向に基づいて確定可能である。進行方向取得部６９は、移動体９の進行方向を表す情報（進行方向情報）を、帯域割当算出部６５に送信する。例えば、移動体９の進行方向を表す情報は、正方向及び負方向のように表現される。正方向は、配列Ａｒｒａｙ［ｋ］に登録された順を表す方向である。負方向は、配列Ａｒｒａｙ［ｋ］に登録された順の逆順を表す方向である。

進行方向取得部６９は、上り信号のトラヒック量を表すトラヒック情報をトラヒックモニタ部６２から取得する場合、上り信号のトラヒック量の推移の履歴に基づいて、移動体９の進行方向を推定してもよい。

図５は、帯域割当算出部６５の動作の例を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートには、図３に示すフローチャートと比較して、ステップＳ２０１−ステップＳ２０４が追加されている。

ステップＳ１０６の次に、帯域割当算出部６５は、移動体９の進行方向を表す情報を進行方向取得部６９から取得する（ステップＳ２０１）。ステップＳ１１３の次に、帯域割当算出部６５は、移動体９の進行方向が正方向であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

移動体９の進行方向が正方向である場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、帯域割当算出部６５は、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の上り信号に、式（３）によって示される帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］］を割り当てる。

帯域割当算出部６５は、移動体９が進行する方向（正方向）の隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、式（４）によって示される帯域Ｂ’（＝Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］＋１］）を割り当てる。

移動体９の進行方向が正方向と定まっているため、帯域割当算出部６５は、移動体９が進行する方向の逆方向（負方向）の隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、帯域Ｂを割り当てなくてよい。したがって、式（３）によって示される帯域Ｂは、式（１）によって示される帯域Ｂと比較して多い（ステップＳ２０３）。帯域割当算出部６５は、ステップＳ１１５に処理を進める。

移動体９の進行方向が負方向である場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、帯域割当算出部６５は、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の上り信号に、式（３）によって示される帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］］を割り当てる。

帯域割当算出部６５は、移動体９が進行する方向（負方向）の隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、式（４）によって示される帯域Ｂ’を割り当てる。移動体９の進行方向が負方向と定まっているため、帯域割当算出部６５は、移動体９が進行する方向（正方向）の隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、帯域Ｂを割り当てなくてよい。したがって、式（３）によって示される帯域Ｂは、式（１）によって示される帯域Ｂと比較して多い（ステップＳ２０４）。帯域割当算出部６５は、ステップＳ１１５に処理を進める。

以上のように、第２実施形態の帯域割当算出部６５は、移動体９が位置するセル８に対して移動体９の移動方向に位置するセル８の陸上局２に接続された他のＯＮＵ３の上り信号に割り当てる帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］＋１］又は帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］−１］を算出する。

これによって、第２実施形態の光伝送システム１は、複数の陸上局２と上位装置７との間をＴＤＭ−ＰＯＮで接続し、各陸上局２に帯域を動的に割り当てた場合に、帯域利用効率を向上させた上で、スループットが低下しないようにし、かつ付加的な遅延を与えないようにすることが可能である。

移動体９の進行方向が確定することによって、帯域割当算出部６５は、隣接セルのうち進行方向に位置しないセルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に帯域を割り当てる必要がない。帯域割当算出部６５は、帯域利用効率を向上させることにより、移動体９が位置しているセル８の陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、より多くの帯域を割り当てることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、セル８の少なくとも一部と隣接セルの少なくとも一部とが重なっている点が、第１実施形態及び第２実施形態と相違する。第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態との相違点についてのみ説明する。

図６は、光伝送システム１の構成の例を示す図である。光伝送システム１は、複数の陸上局２と、複数のＯＮＵ３（光終端装置）と、光スプリッタ４と、光ファイバ５と、ＯＬＴ６（端局装置）と、複数の上位装置７とを備える。図６では、セル８の一部と隣接セルの一部とが重なっている。図６では、移動体９が複数のセル８に位置する場合があるので、帯域割当算出部６５は、移動体９が位置している複数のセル８について、ＯＮＵ３の上り信号に十分な帯域を割り当てる必要がある。

図７は、帯域割当算出部６５の動作の例を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートには、図３に示すフローチャートと比較して、ステップＳ３０１−ステップＳ３０３が追加されている。

ステップＳ１１３の次に、帯域割当算出部６５は、セル８の少なくとも一部と隣接セルの少なくとも一部とが重なっているか否かを判定する（ステップＳ３０１）。

セル８と隣接セルとが重なっていない場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、帯域割当算出部６５は、ステップＳ１１４と同様に、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の上り信号に、式（１）によって示される帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］］を割り当てる。帯域割当算出部６５は、隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、式（２）によって示される帯域Ｂ’（＝Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］＋１］、Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］−１］）を割り当てる（ステップＳ３０２）。

セル８の少なくとも一部と隣接セルの少なくとも一部とが重なっている場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、帯域割当算出部６５は、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の上り信号に、式（５）によって示される帯域Ｂ^（ｉ）（＝Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］］）を割り当てる。帯域割当算出部６５は、セル８に重なっている隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、式（５）によって示される帯域Ｂ^{（ｉ−１）}（＝Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］−１］）を割り当てる。

図７では、変数ｉは、上り信号のトラヒック量が閾値Ｄ_ｔｈを超えているＯＮＵ３の識別番号を表す。Ｍ^（ｉ）は、ＯＮＵ^（ｉ）が接続されている陸上局２のセル８が重なっている隣接セルの陸上局２の数を表す変数である。Ｍ^（ｉ）は、２である。

帯域割当算出部６５は、移動体９の正方向に位置している隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、式（６）によって示される帯域Ｂ’（＝Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］＋１］）を割り当てる。

帯域割当算出部６５は、移動体９の負方向に位置している隣接セルの陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に、式（６）によって示される帯域Ｂ’（＝Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］−２］）を割り当てる（ステップＳ３０３）。帯域割当算出部６５は、ステップＳ３０２又はステップＳ３０３の次に、ステップＳ１１５に処理を進める。

以上のように、第３実施形態の帯域割当算出部６５は、移動体９が位置しているセル８の陸上局２に接続されたＯＮＵ３上り信号に割り当てる帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］］及び帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］−１］を算出する。帯域割当算出部６５は、セル８の一部に重なっている他のセル８の陸上局２に接続された他のＯＮＵ３の上り信号に割り当てる帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］＋１］及び帯域Ｂ［Ａｒｒａｙ［ｉ］−２］を算出する。

これによって、第３実施形態の光伝送システム１は、複数の陸上局２と上位装置７との間をＴＤＭ−ＰＯＮで接続し、各陸上局２に帯域を動的に割り当てた場合に、帯域利用効率とスループットとが低下しないようにし、かつ付加的な遅延を与えないようにすることが可能である。

（第４実施形態）
第４実施形態では、端に位置している陸上局２−１のセル８−１に移動体９が進入したことによって、上り信号のトラヒックがＯＬＴ６−１に新たに発生する（生起する）点が、第３実施形態と相違する。第４実施形態では、第３実施形態との相違点についてのみ説明する。端に位置する陸上局２とは、陸上局２が接続するＯＬＴ６と異なるＯＬＴ６に接続された他の陸上局２のセルと隣接するセルを有する陸上局２である。

図８は、光伝送システム１の構成の例を示す図である。光伝送システム１は、複数の陸上局２と、複数のＯＮＵ３（光終端装置）と、複数の光スプリッタ４と、複数の光ファイバ５と、複数のＯＬＴ６（端局装置）と、複数の上位装置７とを備える。図８において、陸上局２−１、２−２が、前述した、端に位置する陸上局２である。陸上局２−１のセル８−１から陸上局２−２のセル８−２へ移動体設置局１０が移動する場合、ＯＬＴ６−２は、ＯＮＵ３−２において増加するトラヒックに応じた帯域割り当てを行う必要がある。陸上局２−２のセル８−２から陸上局２−１のセル８−１へ移動体設置局１０が移動する場合も、ＯＬＴ６−１は、ＯＮＵ３−１において増加するトラヒックに応じた帯域割り当てを行う必要がある。

陸上局２−１は、光伝送システム１の複数の陸上局２のうち、端に位置している陸上局である。陸上局２−１のＯＮＵ３−１は、光スプリッタ４−１及び光ファイバ５−１を介して、ＯＬＴ６−１と通信する。陸上局２−２のＯＮＵ３−２は、光スプリッタ４−２及び光ファイバ５−２を介して、ＯＬＴ６−２と通信する。陸上局２−３のＯＮＵ３−３は、光スプリッタ４−２及び光ファイバ５−２を介して、ＯＬＴ６−２と通信する。

光伝送システム１の陸上局２のうち、端に位置している陸上局２−１では、移動体９がセル８−１に進入したことによって、上り信号のトラヒックが新たに発生する。このため、ＯＬＴ６−１は、上り信号のトラヒック量が新たに発生しているＯＮＵ３−１を検知するための上り信号の帯域γを、端に位置している陸上局２−１のＯＮＵ３−１の上り信号に割り当てる必要がある。

光伝送システム１の陸上局２のうち、端に位置している陸上局は複数でもよい。以下、端に位置している陸上局２の数を「Ｌ」と表記する。

帯域割当算出部６５は、帯域γと端に位置している陸上局２の数Ｌとを乗算する。帯域割当算出部６５は、式（１）−（６）のそれぞれ又はいずれかから「γＬ」を減算した結果に基づいて、ＯＮＵ３の上り信号に帯域を割り当てる。帯域割当算出部６５は、帯域γと端に位置している陸上局２の数Ｌとを乗算した結果「γＬ」を、端に位置している陸上局２に接続されたＯＮＵ３の上り信号に帯域を割り当ててもよい。具体的には、他のＯＬＴ６−１に接続された陸上局２−１のセル８−１から、自装置に接続された陸上局２−２のセル８−２へ移動体設置局１０が移動する場合に備えて、ＯＬＴ６−２は、陸上局２−２の上り信号を送信するＯＮＵ３−２に対して帯域γＬの一部又は帯域γを割り当てる。ＯＬＴ６−１は、陸上局２−１の上り信号を送信するＯＮＵ３−１に対して帯域γＬの一部又は帯域γを割り当てる。

以上のように、第４実施形態の帯域割当算出部６５は、複数の陸上局２のうち端に位置している陸上局２の数Ｌと、予め定められた帯域γとを乗算した結果「γＬ」を、上り信号の帯域の割当量から減算する。帯域割当算出部６５は、帯域γＬを、端に位置している陸上局２に接続されたＯＬＴ６に割り当てる。

これによって、第４実施形態の光伝送システム１は、複数の陸上局２と上位装置７との間をＴＤＭ−ＰＯＮで接続した場合に、図３、図５又は図７に示す動的割り当ての動作を開始した後であっても、帯域利用効率とスループットとが低下しないようにし、かつ付加的な遅延を与えないようにすることが可能である。

第１実施形態から第４実施形態までにおいて説明したＯＬＴ６の動作は、組み合わされてもよい。

上述した実施形態における無線基地局、陸上局、移動体設置局、光伝送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。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。

本発明は、光伝送システムに適用可能である。

１…光伝送システム、２…陸上局、３…ＯＮＵ、４…光スプリッタ、５…光ファイバ、６…ＯＬＴ、７…上位装置、８…セル、９…移動体、１０…移動体設置局、６０…Ｏ／Ｅ変換部、６１…上りフレーム処理部、６２…トラヒックモニタ部、６３…接続順生成部、６４…接続数取得部、６５…帯域割当算出部、６６…帯域割当部、６７…下りフレーム処理部、６８…Ｅ／Ｏ変換部、６９…進行方向取得部

Claims (7)

1. 自局のセルに位置している移動体の無線基地局から上り信号を取得する複数の陸上局と、
   前記陸上局から取得した上り信号を時分割多重で送信する複数の光終端装置と、
   時分割多重で送信された上り信号のトラヒック量を前記光終端装置ごとに検出するトラヒックモニタ部と、
   前記移動体が位置している前記セルの陸上局に接続された前記光終端装置を前記トラヒック量に基づいて推定し、前記移動体が位置している前記セルの陸上局に接続された前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の第１の割当量と、前記移動体が位置している前記セルに隣接している他の前記セルの陸上局に接続された他の前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の第２の割当量とを算出する帯域割当算出部と、
   を備える光伝送システム。
2. 前記光終端装置の数を表す情報を取得する接続数取得部と、
   前記陸上局の配置の並び順に応じた前記光終端装置の配列を表す情報を生成する配列情報生成部と、
   をさらに備え、
   前記帯域割当算出部は、前記光終端装置の数と前記光終端装置の配列とに基づいて前記第１及び第２の割当量を算出する、請求項１に記載の光伝送システム。
3. 前記移動体の移動方向を表す情報を取得する進行方向取得部
   をさらに備え、
   前記帯域割当算出部は、前記移動体が位置している前記セルに対して前記移動方向に位置する他の前記セルの陸上局に接続された他の前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の前記第２の割当量を算出する、請求項１又は請求項２に記載の光伝送システム。
4. 前記帯域割当算出部は、前記移動体が位置している前記セルの陸上局に接続された前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の割当量と、前記セルの一部に重なっている他の前記セルの陸上局に接続された他の前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の割当量とを前記第１の割当量として算出する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光伝送システム。
5. 前記帯域割当算出部は、前記複数の陸上局のうち端に位置している陸上局の数と予め定められた帯域とを乗算した結果を前記第１及び第２の割当量のいずれか一方又は両方から減算する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光伝送システム。
6. 前記上り信号のトラヒックが発生していない前記光終端装置に、前記光終端装置をスリープさせるための信号を送信する下りフレーム処理部
   をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光伝送システム。
7. 光伝送システムが実行する帯域割り当て方法であって、
   陸上局のセルに位置している移動体の無線基地局から上り信号を取得するステップと、
   前記陸上局から取得した上り信号を時分割多重で送信するステップと、
   時分割多重で送信された上り信号のトラヒック量を光終端装置ごとに検出するステップと、
   前記移動体が位置している前記セルの陸上局に接続された前記光終端装置を前記トラヒック量に基づいて推定し、前記移動体が位置している前記セルの陸上局に接続された前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の第１の割当量と、前記移動体が位置している前記セルに隣接している他の前記セルの陸上局に接続された他の前記光終端装置の上り信号に割り当てる帯域の第２の割当量とを算出するステップと、
   を含む帯域割り当て方法。

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