JP6625965B2

JP6625965B2 - 端局装置及び帯域割当方法

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Publication number: JP6625965B2
Application number: JP2016247092A
Authority: JP
Inventors: 寛之鵜澤; 寛王; 達也島田; 寺田　純; 純寺田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2036-12-20
Also published as: JP2018101912A

Description

本発明は、端局装置及び帯域割当方法に関する。

ＴＤＭ（Time Division Multiplexing：時分割多重化）を適用した受動光通信網（ＰＯＮ：Passive Optical Network）であるＴＤＭ−ＰＯＮでは、終端装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）が下位装置から上りデータを受信すると、受信した上りデータを上位装置に送信するために必要な帯域の割り当てを受けるために、送信する上りデータのデータ量（以下「送信要求量」という。）を示す信号（以下「送信要求量通知」という。）を端局装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）に送信する。ＯＬＴは、各ＯＮＵから通知された送信要求量に基づいて、各ＯＮＵに割り当てる帯域（送信帯域及び送信時刻）を決定し、その割当結果を示す信号（以下「送信割当量通知」という。）を各ＯＮＵに送信する。各ＯＮＵは、送信割当量通知で指定された送信帯域内で、上りデータを指定された送信時刻に送信する。この制御のために、送信要求量通知及び送信割当量通知のやりとりによる遅延（以下「割当処理遅延」という。）が発生する。

一方で、ＴＤＭ−ＰＯＮでは、ＯＬＴ−ＯＮＵ間で終端される制御信号の送受信が原因で上りデータの送受信に遅延が発生する。特に、新規ＯＮＵをＯＬＴが自動検出して登録するアクティベーション処理では、新規ＯＮＵのみ上り送信を許可する期間（以下「アクティベーション・ウィンドウ」という。）が定期的に展開される。ＴＤＭ−ＰＯＮの一形態であるＮＧ−ＰＯＮ２（Next Generation-PON2）におけるアクティベーション・ウィンドウはＱｕｉｅｔＷｉｎｄｏｗである。アクティベーション・ウィンドウの展開中は、登録済みＯＮＵは上り送信ができない。そのため、アクティベーション・ウィンドウの展開中は、上りデータの送信待ちによる遅延が生じる。以下、このアクティベーション・ウィンドウの展開に伴う遅延をアクティベーション遅延という。

これらの割当処理遅延やアクティベーション遅延は、移動体無線通信システムをＴＤＭ−ＰＯＮ方式のシステムに収容する場合において、要求される低遅延性の実現を阻害するボトルネックとなりうる。このような課題に対して、従来、上位装置との連携によって割当処理遅延を低減する方法が開示されている（例えば非特許文献１参照）。この方法では、上位装置を通じて下位装置に送信されるリソース情報を、ＯＬＴがあらかじめ受信する。ＯＬＴは、受信したリソース情報に基づいて、下位装置からＯＮＵへ送信される上りデータの到着タイミングを推定し、推定した到着タイミングに合わせて送信割当量通知をＯＮＵへ送信する。これにより、送信要求量通知及び送信割当量通知のやりとりが削減されるため、割当処理遅延の低遅延化が期待できる。

T.Tashiro, et.al., "A Novel DBA Scheme for TDM-PON based Mobile Fronthaul", Tu3F.3 OFC 2014.

しかしながら、非特許文献１の方法では、ＯＬＴ−ＯＮＵ間で終端されるアクティベーション遅延等の遅延については考慮されておらず、このような制御信号の送受信が原因で生じる遅延が低減されない可能性があった。

上記事情に鑑み、本発明は、ＯＬＴ−ＯＮＵ間で終端される制御信号の送信が原因で発生する上りデータの遅延を低減することができる技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、複数の終端装置を収容する端局装置であって、前記終端装置に対する送信帯域の割り当てに必要な情報であるリソース情報を自装置の上位側に接続された上位装置から取得するリソース情報取得部と、前記リソース情報に基づいて前記複数の終端装置に上りデータの送信帯域を割り当てる帯域割当算出部と、前記リソース情報に基づいて、前記終端装置に接続された下位装置から前記終端装置に対して上りデータが送信されない残余帯域を検出する残余帯域検出部と、を備え、前記帯域割当算出部は、自装置と前記終端装置との間で終端される上りデータの送信帯域を前記残余帯域に割り当てる、端局装置である。

本発明の一態様は、上記の端局装置であって、前記帯域割当算出部は、自装置に新たに接続された終端装置が自装置に対して自身の検出及び登録を促す上りデータの送信に必要なウィンドウ期間を前記残余帯域が上回る場合、前記ウィンドウ期間が前記残余帯域に展開されるように前記送信帯域を割り当てる。

本発明の一態様は、上記の端局装置であって、前記帯域割当算出部は、前記残余帯域が前記ウィンドウ期間を上回らない場合、自装置と前記終端装置との間で終端される上りデータの送信帯域を前記残余帯域に割り当てる。

本発明の一態様は、上記の端局装置であって、前記帯域割当算出部は、自装置と前記終端装置との間で終端される上りデータの送信帯域を、前記ウィンドウ期間を展開した残りの残余帯域に割り当てる。

本発明の一態様は、上記の端局装置であって、前記帯域割当算出部は、上りデータが許容される遅延量を超えない範囲で前記終端装置にバッファリングされるように前記送信帯域を割り当てる。

本発明の一態様は、上記の端局装置であって、前記帯域割当算出部は、優先度が所定の閾値以上である上りデータは前記終端装置にバッファリングされず、優先度が前記閾値未満である上りデータが前記終端装置にバッファリングされるように前記送信帯域を割り当てる。

本発明の一態様は、上記の端局装置であって、複数の終端装置を収容する端局装置が行う帯域割当方法であって、前記終端装置に対する送信帯域の割り当てに必要な情報であるリソース情報を自装置の上位側に接続された上位装置から取得するリソース情報取得ステップと、前記リソース情報に基づいて前記複数の終端装置に上りデータの送信帯域を割り当てる帯域割当算出ステップと、前記リソース情報に基づいて、前記終端装置に接続された下位装置から前記終端装置に対して上りデータが送信されない残余帯域を検出する残余帯域検出ステップと、を有し、前記帯域割当算出ステップにおいて、自装置と前記終端装置との間で終端される上りデータの送信帯域を前記残余帯域に割り当てる、帯域割当方法である。

本発明によれば、ＯＬＴ−ＯＮＵ間で終端される制御信号の送信が原因で発生する上りデータの遅延を低減することが可能となる。

第１実施形態におけるＰＯＮシステム１００のシステム構成の具体例を示す図である。第１実施形態におけるＰＯＮシステム１００の動作例を示すタイミングチャートである。第１実施形態におけるＯＬＴ１の機能構成の具体例を示す図である。残余帯域を検出する処理の流れを示すフローチャートである。上りデータの送信開始時刻と、上り送信期間の総和と、オフセット期間と、残余帯域との間の関係性を示す図である。第１実施形態における帯域割当方針を決定する処理の流れを示すフローチャートである。第２実施形態における帯域割当方針を決定する処理の流れを示すフローチャートである。第２実施形態におけるＰＯＮシステム１００の動作例を示すタイミングチャートである。第３実施形態における帯域割当方針を決定する処理の流れを示すフローチャートである。第３実施形態におけるＰＯＮシステム１００の動作例を示すタイミングチャートである。第４実施形態におけるＯＬＴ１ａのシステム構成の具体例を示す図である。第４実施形態におけるＰＯＮシステム１００ａの動作例を示すタイミングチャートである。第５実施形態におけるＰＯＮシステム１００ａの動作例を示すタイミングチャートである。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態におけるＰＯＮシステム１００のシステム構成の具体例を示す図である。ＰＯＮシステム１００は、ＯＬＴ１、ＯＮＵ２、下位装置３及び上位装置４を備える。ＯＬＴ１は、光アクセス網における端局装置（Optical Line terminal）である。ＯＮＵ２は、光アクセス網における終端装置（Optical Network Unit）である。下位装置３はＯＮＵ２に接続され、上位装置４はＯＬＴ１に接続される。以下では、下位装置３から上位装置４に向かう方向の通信を上り通信と称し、逆方向の通信を下り通信と称する。また、上り通信で送信されるデータを上りデータと称し、下り通信で送信されるデータを下りデータと称する。例えば、下位装置３はモバイル網における無線基地局の無線装置部であり、上位装置４はモバイル網における無線基地局の基地局装置部である。無線装置部は主に無線機能を備え、基地局装置部は基地局の制御機能を備える。この場合、下位装置３及び上位装置４は、連携して動作することにより無線基地局として機能する。下位装置３にはユーザ装置５が接続される場合、ＰＯＮシステム１００はユーザ装置５に対して光アクセス網を介した通信サービスを提供することができる。下位装置３又はユーザ装置５は、上位装置４から通知されるスケジューリング情報に基づいて上りデータの送信を開始する。なお、上記のモバイル網はＰＯＮシステム１００の一適用例であり、下位装置３及び上位装置４は、ＯＬＴ１及びＯＮＵ２を介した通信に基づく他の装置又はシステムとして構成されてもよい。

図２は、第１実施形態におけるＰＯＮシステム１００の動作例を示すタイミングチャートである。図２（Ａ）は従来のＰＯＮシステムの動作例を示し、図２（Ｂ）は第１実施形態におけるＰＯＮシステム１００の動作例を示す。第１実施形態のＰＯＮシステム１００は、ＯＬＴ１が上位装置から受信されるリソース情報に基づいて各ＯＮＵ２に割り当てる帯域を決定する点では従来のＰＯＮシステムと同様であるが、リソース情報に基づいてＰＯＮ区間における残余帯域を推定し、残余帯域がアクティベーション・ウィンドウを上回る場合にアクティベーション・ウィンドウを残余帯域に展開する点で従来のＰＯＮシステムと異なる。

図２（Ａ）が示すように、従来のＰＯＮシステムでは、下位装置による上りデータの送信の有無によらず、アクティベーション・ウィンドウが展開される。このため、アクティベーション・ウィンドウの展開中にＯＮＵが下位装置から上りデータを受信した場合、展開中のアクティベーション・ウィンドウが終了するまでの間ＯＮＵが上りデータをバッファリングすることによる遅延が発生していた。これに対して、第１実施形態のＰＯＮシステムでは、下位装置３によって上りデータが送信されていない期間（すなわち残余帯域）であって、かつその期間がアクティベーション・ウィンドウ長（図中のＡＷ長）を上回る場合にアクティベーション・ウィンドウが上記期間内に展開される。これにより、第１実施形態のＰＯＮシステム１００ではアクティベーション遅延が生じないようにすることが可能になる。

図３は、第１実施形態におけるＯＬＴ１の機能構成の具体例を示す図である。簡単のため図３では、ＯＬＴ１に、ＯＮＵ２、下位装置３及び上位装置４のそれぞれが１台ずつ接続された例を示しているが、ＯＬＴ１に接続されるＯＮＵ２及び上位装置４は複数台であってもよく、ＯＮＵ２に接続される下位装置３も複数台であってもよい。

ＯＬＴ１は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。ＯＬＴ１は、プログラムの実行によって送受信部１１、リソース情報受信部１２、情報加工部１３、リソース情報記憶部１４、残余帯域検出部１５及び帯域割当方針決定部１６を備える装置として機能する。なお、ＯＬＴ１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

送受信部１１は、自装置と、ＯＮＵ２及び上位装置４との通信を実現するネットワークインターフェースを用いて構成される。

リソース情報受信部１２（リソース情報取得部）は、自装置と上位装置４との通信を実現するネットワークインターフェースを備えて構成される。リソース情報受信部１２は、ＯＬＴ１に接続される上位装置４からリソース情報を受信する。リソース情報は、ＯＬＴ１がＯＮＵ２に対して割り当てる帯域の計算に必要な情報である。リソース情報受信部１２は、リソース情報を上位装置４からＴＴＩ（Transmission Time Interval）ごとに受信する。リソース情報受信部１２は、受信したリソース情報を情報加工部１３に出力する。

なお、図３には、上位装置４からリソース情報を受信する専用の通信線Ｌ２を備えたＯＬＴ１を示しているが、ＯＬＴ１はリソース情報を必ずしも通信線Ｌ２を介して受信する必要はない。例えば、ＯＬＴ１は、上位装置４との間で主信号を送受信する通信線Ｌ１を介してリソース情報を取得してもよい。この場合、ＯＬＴ１は、主信号とリソース情報を示す信号とが時分割多重によって多重化された信号を受信し、リソース情報受信部１２が多重化された受信信号からリソース情報を抽出するように構成されてもよい。

情報加工部１３は、リソース情報受信部１２から出力されるリソース情報を、下位装置３がＯＮＵ２に対する上りデータの送信データ量を示す情報（以下「上り送信情報」という。）に変換する。具体的には、上り送信情報は、上りデータの送信を開始する時刻及びその送信期間を示す。情報加工部１３は、変換後の上り送信情報をリソース情報記憶部１４及び残余帯域検出部１５に出力する。

リソース情報記憶部１４は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。リソース情報記憶部１４は情報加工部１３から出力された上り送信情報を記憶する。

残余帯域検出部１５は、情報加工部１３から出力される上り送信情報に基づいて残余帯域を検出する。残余帯域検出部１５は、検出された残余帯域に関する情報を帯域割当方針決定部１６に出力する。

帯域割当方針決定部１６は、残余帯域検出部１５から出力される残余帯域に関する情報に基づいて、各ＯＮＵ２に対する帯域割当方針を決定する。ここでいう帯域割当方針の決定とは、具体的にはアクティベーション・ウィンドウを展開するか否かを決定することであり、アクティベーション・ウィンドウを展開する場合には、その期間を決定することである。帯域割当方針決定部１６は、決定した帯域割当方針を帯域割当算出部１７に通知する。

帯域割当算出部１７は、各ＯＮＵ２が上りデータを送信できるだけの送信帯域（以下「帯域割当期間」という。）をＴＴＩ内に確保するとともに、その残余帯域を、帯域割当方針決定部１６によって決定された帯域割当方針に基づいて各ＯＮＵ２に割り当てる帯域割当計算（ＤＢＡ：Dynamic Bandwidth Allocation）を実行する。帯域割当算出部１７は、各ＯＮＵ２について決定した送信帯域を、送受信部１１を介して各ＯＮＵ２に通知する。

図４は、残余帯域を検出する処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、ＯＬＴ１に接続されるＯＮＵ２が複数存在し、各ＯＮＵ２に１台の下位装置３が接続される場合を想定する。ここでは、登録済みのＯＮＵ２の数をＭ（Ｍは１以上の整数）とし、各ＯＮＵ２をｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）で識別する。以下、ｉで識別されるＯＮＵ２をＯＮＵ２［ｉ］と記載し、ＯＮＵ２［ｉ］に接続する下位装置３を下位装置３［ｉ］と記載する。また、ＯＮＵ２［ｉ］及び下位装置３［ｉ］に係る諸量ｘをｘ［ｉ］と記載する。

この場合、まずリソース情報受信部１２が上位装置４からリソース情報を受信し（ステップＳ１０１）、受信したリソース情報を上り送信情報に変換する。残余帯域検出部１５は、ＯＮＵ２の識別子ｉと、各ＯＮＵ２の上り送信期間の総和Ｒ_ｓｕｍとをそれぞれゼロに初期化する（ステップＳ１０２）。

残余帯域検出部１５は、現在のｉの値が、登録済みのＯＮＵ２の数Ｍより小さいか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ｉがＭ以上である場合（ステップＳ１０３−ＮＯ）、残余帯域検出部１５は、下位装置３［ｉ］から送信される上りデータの送信期間Ｒ［ｉ］に対してＰＯＮにおけるオーバーヘッド量を付加した値Ｒ_ｏｈ［ｉ］を算出する（ステップＳ１０４）。例えば、オーバーヘッド量は、各ＯＮＵ２による上りデータのバースト送信間に設けられるガード期間をＮ（ＴＴＩ内で１つのＯＮＵ２に割り当てることが可能な帯域の最大数）倍した値と、上りデータの誤り訂正用のパリティ信号の送信に必要な期間とを加算して得られる値である。

続いて、残余帯域検出部１５は、算出したＲ_ｏｈ［ｉ］に対して、割当可能な帯域の最大数Ｎ分の固定割当量Ｒ_ｆｉｘ［ｉ］を加算した値をＲ_ｏｈ’［ｉ］として算出する（ステップＳ１０７）。固定割当量Ｒ_ｆｉｘ［ｉ］は、帯域割当（ＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Allocation）サイクル）ごとに各ＯＮＵ２に対して付与される固定量の帯域である。すなわち、ここで算出されるＲ_ｏｈ’［ｉ］がＯＮＵ２［ｉ］の上り送信期間となる。残余帯域検出部１５は、このように算出されたＲ_ｏｈ’［ｉ］をＲ_ｓｕｍに加算する（ステップＳ１０６）。残余帯域検出部１５は、ｉをインクリメントして（ステップＳ１０７）ステップＳ１０３に処理を戻す。残余帯域検出部１５は、ステップＳ１０３の判定結果が真となるまでステップＳ１０４〜Ｓ１０７を繰り返し実行することによって、各ＯＮＵ２の上り送信期間の総和Ｒ_ｓｕｍを算出する。

一方、ｉがＭより小さい場合（ステップＳ１０３−ＹＥＳ）、残余帯域検出部１５はステップＳ１０３〜Ｓ１０７の繰り返しによって生成された上り送信期間の総和Ｒ_ｓｕｍに基づいて残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}を算出する（ステップＳ１０８）。具体的には、残余帯域検出部１５は、各ＯＮＵ２の上り送信期間の総和Ｒ_ｓｕｍに対してオフセット期間Ｒ_{ｏｆｆｓｅｔ}を加算することにより得られる値を、各ＯＮＵ２が上りデータの送信に必要とする期間と推定する。残余帯域検出部１５は、この推定値（Ｒ_ｓｕｍ＋Ｒ_{ｏｆｆｓｅｔ}）をＴＴＩから減じた残りの期間を残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}として算出する。残余帯域検出部１５は、算出した残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}を帯域割当方針決定部１６に通知する。このとき、残余帯域検出部１５は、上りデータの送信開始時刻Ｔｉｍｅ（上り送信情報に含まれる）を残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}とともに帯域割当方針決定部１６に通知する（ステップＳ１０９）。

図５は、上りデータの送信開始時刻と、上り送信期間の総和Ｒ_ｓｕｍと、オフセット期間Ｒ_{ｏｆｆｓｅｔ}と、残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}との間の関係性を示す図である。また、図６は、第１実施形態における帯域割当方針を決定する処理の流れを示すフローチャートである。以下、図５及び図６を参照しながら帯域割当方針を決定する処理の詳細について説明する。

まず、帯域割当方針決定部１６は、残余帯域検出部１５から残余帯域に関する情報（Ｒ_ｓｕｍ、Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}及びＴｉｍｅ）を取得する（ステップＳ２０１）。帯域割当方針決定部１６は、残余帯域に関する情報の通知をトリガとして、アクティベーション・ウィンドウを展開するか否かを判定する。具体的には、帯域割当方針決定部１６は、上りデータの送信開始時刻Ｔｉｍｅがアクティベーション・ウィンドウの展開タイミングよりも前であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。上りデータの送信開始時刻Ｔｉｍｅがアクティベーション・ウィンドウの展開タイミングよりも前である場合（ステップＳ２０２−ＹＥＳ）、帯域割当方針決定部１６は、アクティベーション・ウィンドウの展開が残余帯域内で可能か否かを判定する。すなわち、帯域割当方針決定部１６は、残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}がアクティベーション・ウィンドウ長以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。

アクティベーション・ウィンドウの展開が残余帯域内で可能である場合、すなわち、残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}がアクティベーション・ウィンドウ長以上である場合（ステップＳ２０３−ＹＥＳ）、帯域割当方針決定部１６は、Ｔｉｍｅ〜Ｔｉｍｅ＋（ＴＴＩ−アクティベーション・ウィンドウ長）の期間を帯域割当期間として決定するとともに、Ｔｉｍｅ＋（ＴＴＩ−アクティベーション・ウィンドウ長）〜Ｔｉｍｅ＋ＴＴＩの期間をアクティベーション・ウィンドウ期間として決定する（ステップＳ２０４）。

一方、上りデータの送信開始時刻Ｔｉｍｅがアクティベーション・ウィンドウの展開タイミングよりも前でない場合（ステップＳ２０２−ＮＯ）、又は残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}がアクティベーション・ウィンドウ長未満である場合（ステップＳ２０３−ＮＯ）、帯域割当方針決定部１６は、Ｔｉｍｅ〜Ｔｉｍｅ＋ＴＴＩを帯域割当期間としてアクティベーション・ウィンドウを展開しないことを決定する（ステップＳ２０５）。

帯域割当方針決定部１６は、このように決定した帯域割当期間及びアクティベーション期間に基づいて、次のアクティベーション・ウィンドウの展開タイミングを設定する（ステップＳ２０６）とともに、決定した帯域割当期間及びアクティベーション期間を記憶する（ステップＳ２０７）。帯域割当方針決定部１６は、帯域割当計算の実行に応じて、自身が保持する帯域割当期間及びアクティベーション期間を帯域割当算出部１７に出力する。

帯域割当算出部１７は、このように決定された帯域割当期間及びアクティベーション期間を帯域割当方針決定部１６から取得する。帯域割当算出部１７は、取得した帯域割当期間及びアクティベーション期間に基づいて帯域割当計算を実行する。具体的には、帯域割当算出部１７は、帯域割当期間の間、Ｎ回以下に分けて各ＯＮＵ２に帯域割当を行う。この帯域割当は、非特許文献１と同様に、リソース情報記憶部１４に記憶されているリソース情報に基づいて行われる。帯域割当の結果は、逐次的に送受信部１１に通知される。帯域割当算出部１７は、帯域割当期間分の帯域割当が完了すると、アクティベーション期間の有無を確認する。アクティベーション期間が存在する場合、帯域割当算出部１７は当該期間にアクティベーション・ウィンドウが展開されるように帯域割当を行う。一方、アクティベーション期間が存在しない場合、帯域割当算出部１７は帯域割当方針決定部１６から次の帯域割当期間及びアクティベーション期間を取得する。送受信部１１は、帯域割当算出部１７による帯域割当の結果を、各ＯＮＵ２に送信する。

このように構成された第１実施形態のＰＯＮシステム１００では、下位装置３によって上りデータが送信されていない期間であって、かつその期間がアクティベーション・ウィンドウ長を上回る場合にアクティベーション・ウィンドウが展開される。これにより、アクティベーション遅延が生じないように帯域割当を行うことが可能になる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態は、ＯＬＴが残余帯域にアクティベーション・ウィンドウを展開しない場合、ＯＬＴ−ＯＮＵ間で終端される制御信号を送信するための期間（以下「制御信号送信期間」という。）を残余帯域に割り当てる点で第１実施形態と異なる。このような構成を備えることにより、第２実施形態のＰＯＮシステムでは、各ＯＮＵが下位装置による上りデータの送信に遅延を与えることなくＯＬＴに制御信号を送信することが可能になる。この場合、第２実施形態におけるＯＬＴは第１実施形態と同様の機能構成によって実現される。以下では、第２実施形態におけるＯＬＴが備える各機能部のうち、第１実施形態と異なる機能を有するものについてのみ説明し、同様の機能を有する機能部についての説明を省略する。

帯域割当方針決定部１６は、残余帯域にアクティベーション・ウィンドウを展開できない場合、残余帯域を制御信号の送信に用いることを帯域割当方針として決定する。具体的には、この場合、帯域割当方針決定部１６は残余帯域に制御信号送信期間を割り当てる。

帯域割当算出部１７は、帯域割当方針決定部１６によって決定された帯域割当方針に基づいて、アクティベーション期間又は制御信号送信期間のいずれかが残余帯域に設定されるように帯域割当を行う。

図７は、第２実施形態における帯域割当方針を決定する処理の流れを示すフローチャートである。図７に示す各処理のうち図６と同様の処理には同じ符号付すことによってその説明を省略する。残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}がアクティベーション・ウィンドウ長以上である場合（ステップＳ２０３−ＹＥＳ）、帯域割当方針決定部１６は、Ｔｉｍｅ〜Ｔｉｍｅ＋（ＴＴＩ−アクティベーション・ウィンドウ長）の期間を帯域割当期間として、Ｔｉｍｅ＋（ＴＴＩ−アクティベーション・ウィンドウ長）〜Ｔｉｍｅ＋ＴＴＩの期間をアクティベーション・ウィンドウ期間として決定する。また、この場合、帯域割当方針決定部１６は、制御信号を送信するための期間（以下「制御信号送信期間」という。）を設定しないことを決定する（ステップＳ３０１）。

一方、上りデータの送信開始時刻Ｔｉｍｅがアクティベーション・ウィンドウの展開タイミングよりも前でない場合（ステップＳ２０２−ＮＯ）、又は残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}がアクティベーション・ウィンドウ長未満である場合（ステップＳ２０３−ＮＯ）、帯域割当方針決定部１６は、残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}を制御信号の送信に利用することを帯域割当方針として決定する。具体的には、帯域割当方針決定部１６は、Ｔｉｍｅ〜Ｔｉｍｅ＋（ＴＴＩ−制御信号送信期間長）の期間を帯域割当期間として決定するとともに、Ｔｉｍｅ＋（ＴＴＩ−制御信号送信期間長）〜Ｔｉｍｅ＋ＴＴＩの期間を制御信号送信期間として決定する（ステップＳ３０２）。

図８は、第２実施形態におけるＰＯＮシステム１００の動作例を示すタイミングチャートである。この場合、帯域割当算出部１７は、第１実施形態と同様に、帯域割当期間の間、Ｎ回以下に分けて各ＯＮＵ２に帯域割当を行う。帯域割当算出部１７は、帯域割当期間分の帯域割当が完了すると、アクティベーション期間の有無を確認し、アクティベーション期間が存在する場合には、当該期間においてアクティベーション・ウィンドウが展開されるように残余帯域の帯域割当を行う。一方、アクティベーション期間が存在しない場合、帯域割当算出部１７は、制御信号送信期間の有無を確認する。制御信号送信期間が存在する場合、帯域割当算出部１７は当該期間において各ＯＮＵ２から制御信号が送信されるように残余帯域の帯域割当を行う。一方、制御信号送信期間が存在しない場合、帯域割当算出部１７は帯域割当方針決定部１６から次の帯域割当周期（ＴＴＩ）について設定された帯域割当期間及びアクティベーション期間の情報を取得する。

このように構成された第２実施形態のＰＯＮシステム１００では、アクティベーション・ウィンドウが展開されない場合、ＯＮＵ２はＯＬＴ−ＯＮＵ間で終端される制御信号を、残余帯域を利用して送信することができる。そのため、各ＯＮＵ２は、下位装置３による上りデータの送信に遅延を与えることなくＯＬＴ１に対して制御信号を送信することが可能になる。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態は、ＯＬＴがアクティベーション・ウィンドウを展開した残りの残余帯域に制御信号送信期間を割り当てる点で第２実施形態と異なる。このような構成を備えることにより、第３実施形態のＰＯＮシステムでは、残余帯域で送信される制御信号の遅延を小さくすることが可能になる。この場合、第３実施形態におけるＯＬＴは第２実施形態と同様の機能構成によって実現される。以下では、第３実施形態におけるＯＬＴが備える各機能部のうち、第２実施形態と異なる機能を有するものについてのみ説明し、同様の機能を有する機能部についての説明を省略する。

帯域割当方針決定部１６は、残余帯域にアクティベーション・ウィンドウを展開することが可能な場合、アクティベーション・ウィンドウを展開した残りの残余帯域を、さらに制御信号の送信に用いることを帯域割当方針として決定する。具体的には、この場合、帯域割当方針決定部１６は残余帯域にアクティベーション期間及び制御信号送信期間の両方を設定する。

帯域割当算出部１７は、帯域割当方針決定部１６によって決定された帯域割当方針に基づいて、アクティベーション期間及び制御信号送信期間の両方、又は制御信号送信期間のみが残余帯域に割り当てられるように帯域割当を行う。

図９は、第３実施形態における帯域割当方針を決定する処理の流れを示すフローチャートである。図９に示す各処理のうち図７と同様の処理には同じ符号付すことによってその説明を省略する。残余帯域Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}がアクティベーション・ウィンドウ長以上である場合（ステップＳ２０３−ＹＥＳ）、帯域割当方針決定部１６は残余帯域にアクティベーション期間及び制御信号送信期間を割り当てる（ステップＳ４０１）。このとき、帯域割当方針決定部１６は、アクティベーション遅延を小さくするために、アクティベーション期間を優先的に割り当ててもよい。具体的には、帯域割当方針決定部１６は、Ｔｉｍｅ〜Ｔｉｍｅ＋（ＴＴＩ−Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}）の期間を帯域割当期間として、Ｔｉｍｅ＋（ＴＴＩ−Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}）〜Ｔｉｍｅ＋（ＴＴＩ−Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}）＋アクティベーション・ウィンドウ長の期間をアクティベーション期間として、残りのＴｉｍｅ＋（ＴＴＩ−Ｒ_{ｒｅｍａｉｎ}）＋アクティベーション・ウィンドウ長〜Ｔｉｍｅ＋ＴＴＩの期間を制御信号送信期間として決定する。

図１０は、第３実施形態におけるＰＯＮシステム１００の動作例を示すタイミングチャートである。この場合、帯域割当算出部１７は、第２実施形態と同様に、帯域割当期間の間、Ｎ回以下に分けて各ＯＮＵ２に帯域割当を行う。帯域割当算出部１７は、帯域割当期間分の帯域割当が完了すると、アクティベーション期間の有無を確認し、アクティベーション期間が存在する場合には、当該期間においてアクティベーション・ウィンドウが展開されるように残余帯域の帯域割当を行う。さらに帯域割当算出部１７は、アクティベーション・ウィンドウを展開した残りの残余帯域に制御信号送信期間を割り当てる。一方、アクティベーション期間が存在しない場合、帯域割当算出部１７は、制御信号送信期間の有無を確認する。制御信号送信期間が存在する場合、帯域割当算出部１７は当該期間において各ＯＮＵ２から制御信号が送信されるように残余帯域の帯域割当を行う。一方、制御信号送信期間が存在しない場合、帯域割当算出部１７は帯域割当方針決定部１６から次の帯域割当周期（ＴＴＩ）について設定された帯域割当期間及びアクティベーション期間の情報を取得する。

このように構成された第３実施形態のＰＯＮシステム１００では、アクティベーション・ウィンドウが展開される場合においても、ＯＮＵ２はアクティベーション・ウィンドウが展開された残りの残余帯域を利用して制御信号を送信することができる。これにより、ＯＮＵ２は制御信号の送信機会をより多く得ることとなり、制御信号の遅延を低減させることが可能となる。

＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態におけるＯＬＴ１ａのシステム構成の具体例を示す図である。第４実施形態のＰＯＮシステム１００ａは、ＯＬＴ１に代えてＯＬＴ１ａを備える点で第１〜第３実施形態のＰＯＮシステム１００と異なる。さらにＯＬＴ１ａは、情報加工部１３に代えて情報加工部１３ａを備える点、帯域割当算出部１７に代えて帯域割当算出部１７ａを備える点、残余帯域検出部１５及び帯域割当方針決定部１６に代えて許容遅延量記憶部１８を備える点で第１〜第３実施形態におけるＯＬＴ１と異なる。

許容遅延量記憶部１８は、各下位装置３の上りデータがＯＮＵ２に入力されてからＯＬＴ１ａに出力されるまでに許容できる遅延量（以下「許容遅延量」という。）を記憶する。許容遅延量は情報加工部１３から出力される。

情報加工部１３ａは、リソース情報を上り送信情報に変換することに加え、リソース情報に基づいて許容遅延量を算出する。情報加工部１３ａは、算出した許容遅延量を許容遅延量記憶部１８に出力する。なお、許容遅延量は、必ずしもリソース情報に基づいて算出される必要はなく、予め決定された所定値が許容遅延量記憶部１８に記憶されてもよい。また、許容遅延量記憶部１８には下位装置３ごとの許容遅延量が記憶される。

帯域割当算出部１７ａは、許容遅延量記憶部１８から下位装置３ごとの許容遅延量を取得するとともに、下位装置３から送信される上りデータの送信開始時刻Ｔ１及び送信データ量をリソース情報記憶部１４から取得する。帯域割当算出部１７ａは、取得した各下位装置３の許容遅延量、送信開始時刻及び送信データ量に基づいて帯域割当計算を実行する。

具体的には、帯域割当算出部１７ａは、ＯＮＵ２に到着した上りデータが、ＯＮＵ２に所定時間バッファリングされた後に送信を開始されるように送信帯域の割り当てを行う。ここでの所定時間は、上りデータの先頭データがＯＮＵ２に到着する時刻からＯＬＴ１ａに到着する時刻までの時間が許容遅延量Ｔ２を超過しない範囲で設定される。この場合、ＯＮＵ２におけるバッファリング時間をαとすると、ＯＮＵ２に割り当てられる送信開始時刻はＴ１＋αと表される。なお、バッファリング時間αは、０≦α≦Ｔ２を満たす値としてＯＮＵ２ごとに決定される。また、帯域割当算出部１７ａは、上りデータの送信に用いられる帯域の割り当てに加え、アクティベーション・ウィンドウの展開に用いられる帯域の割り当てを行う。アクティベーション・ウィンドウの展開に対する帯域の割り当ての方法は従来と同様であってもよいし、第１実施形態と同様であってもよい。

図１２は、第４実施形態におけるＰＯＮシステム１００ａの動作例を示すタイミングチャートである。第４実施形態のＰＯＮシステム１００ａでは、ＯＮＵ１ａが、上りデータがＯＮＵ２に所定時間バッファリングされた後に送信を開始されるように各ＯＮＵ２の送信帯域を決定する。このようにして送信帯域が決定されることにより、上りデータは、図１２に示すように、ある程度まとまった単位でＯＮＵ２から送信されることになる。これはすなわち、小さな空き帯域が生成されにくくなり、より大きな空き帯域が形成されやすくなることを意味する。より大きな空き帯域が形成されやすくなれば、アクティベーション・ウィンドウをより展開しやすくなるため、アクティベーション遅延を低減することが可能となる。

この場合、帯域割当算出部１７ａは、図１３に示すように、遅延量が許容遅延量を超えない範囲でＯＮＵ２の上り送信がある程度まとまった単位で行われるように帯域割当期間の帯域を各ＯＮＵ２に割り当てる。なお、各ＯＮＵ２で優先度が異なる場合、帯域割当算出部１７ａは、優先度別に上りデータがまとまるように帯域割当を行っても良い。

このように構成された第４実施形態のＰＯＮシステム１００ａでは、帯域割当期間について、ＯＮＵ２の上り送信がある程度まとまった単位で行われるよう帯域が各ＯＮＵ２に割り当てられる。これにより、ＯＬＴ１ａはアクティベーション・ウィンドウを展開しやすくなり、アクティベーション遅延を低減することが可能となる。

なお、帯域割当算出部１７ａは、許容遅延量に加えて、ＯＮＵ２においてバッファリング可能な帯域量に基づいて帯域割当を行っても良い。この場合、許容遅延量記憶部１８には許容遅延量に加えてＯＮＵ２にバッファリング可能な帯域量が記憶される。帯域量は、許容遅延量と同様に、リソース情報に基づいて算出されてもよいし、ユーザによって予め決定された所定量であってもよい。この場合、帯域割当算出部１７ａは、上りデータの遅延量が許容遅延量未満であっても、上りデータ量がＯＮＵ２においてバッファリング可能な帯域量を超過する場合には、バッファリング可能な帯域量を超過しない範囲で、複数回に分けてＯＮＵ２に送信許可を与えてもよい。

また、許容遅延量の値が大きく、上りデータの送信帯域を必ずしも直近の帯域割当周期（ＴＴＩ）内に割り当てる必要がない場合、帯域割当算出部１７ａは当該上りデータの送信帯域を直近の帯域割当周期に割り当てず、次回以降の帯域割当周期に割り当てても良い。この場合、上りデータの送信帯域を直近の帯域割当周期にて割り当てる必要がないか否かは、例えば次の式（１）を満たすか否かによって判定可能である。

Ｔ１＋α＜直近の帯域割当周期の終了時刻式（１）

このような構成を備えることにより、ＯＬＴ１ａはアクティベーション・ウィンドウを展開するタイミングをより得やすくなり、アクティベーション遅延の更なる低減を実現することが可能となる。

＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態は、ＯＬＴが上りデータに設定された優先度に応じて各下位装置の送信帯域を割り当てる点で第４実施形態と異なる。上りデータに優先度が設定される例としては、下位装置−上位装置間で送受信される制御信号が低遅延性を要求される（例えば優先度が閾値以上である）高優先信号であり、データ信号がある程度の遅延を許容される低優先信号である（例えば優先度が閾値未満である）場合などが挙げられる。この場合、第５実施形態におけるＯＬＴは第４実施形態と同様の機能構成によって実現される。以下では、第５実施形態におけるＯＬＴが備える各機能部のうち、第４実施形態と異なる機能を有するものについてのみ説明し、同様の機能を有する機能部についての説明を省略する。

この場合、許容遅延量記憶部１８は各下位装置３について上りデータの優先度ごとに設定された許容遅延量を記憶し、帯域割当算出部１７ａは各下位装置３の許容遅延量に基づいて、上りデータに設定された優先度別に各下位装置３の送信帯域を割り当てる。

図１３は、第５実施形態におけるＰＯＮシステム１００ａの動作例を示すタイミングチャートである。図１３は、高優先信号の許容遅延量が概ねゼロであり、低優先信号についてのみ許容遅延量が設定された場合の動作例を示す。この場合、帯域割当算出部１７ａは、高優先信号についてＯＮＵ２への到着時刻に基づいて帯域割当を行う一方で、低優先信号については、許容遅延量の範囲内でＯＮＵ２にバッファリングされた後に送信が開始されるように帯域割当を行う。このような帯域割当が行われることによって、ＯＬＴ１ａは、高優先信号の遅延を拡大させることなく、上りデータの送信が行われない時間をより長く確保することが可能となる。これにより、ＯＬＴ１ａはアクティベーション・ウィンドウを展開するタイミングをより得やすくなり、アクティベーション遅延の更なる低減を実現することが可能となる。

＜変形例＞
第４及び第５実施形態におけるＯＬＴ１ａは、第１〜第３実施形態のＯＬＴ１の構成を備えることにより、より大きな帯域として確保されうる残余帯域に対して、アクティベーション期間又は制御信号送信期間を割り当てるように構成されてもよい。これにより、ＯＬＴ１ａは、アクティベーション・ウィンドウの展開、又は制御信号の送信に必要な帯域をより長い残余帯域に割り当てることが可能になり、アクティベーション処理及び制御信号の遅延をより低減することが可能になる。

上述した実施形態におけるＯＬＴ１又はＯＬＴ１ａ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。なお、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、ＴＤＭ（Time Division Multiplexing：時分割多重化）を適用した通信システムに適用可能である。

１００，１００ａ…ＰＯＮ（Passive Optical Network）システム、１，１ａ…ＯＬＴ（Optical Line Terminal）、１１…送受信部、１２…リソース情報受信部、１３，１３ａ…情報加工部、１４…リソース情報記憶部、１５…残余帯域検出部、１６…帯域割当方針決定部、１７，１７ａ…帯域割当算出部、１８…許容遅延量記憶部、２…ＯＮＵ（Optical Network Unit）、３…下位装置、４…上位装置、５…ユーザ装置

Claims

複数の終端装置を収容する端局装置であって、
前記終端装置に対する送信帯域の割り当てに必要な情報であるリソース情報を自装置の上位側に接続された上位装置から取得するリソース情報取得部と、
前記リソース情報に基づいて前記複数の終端装置に上りデータの送信帯域を割り当てる帯域割当算出部と、
前記リソース情報に基づいて、前記終端装置に接続された下位装置から前記終端装置に対して上りデータが送信されない残余帯域を検出する残余帯域検出部と、
を備え、
前記帯域割当算出部は、自装置に新たに接続された終端装置が自装置に対して自身の検出及び登録を促す上りデータの送信に必要なウィンドウ期間を前記残余帯域が上回る場合、前記ウィンドウ期間が前記残余帯域に展開されるように前記送信帯域を割り当てる、
端局装置。
前記帯域割当算出部は、前記残余帯域が前記ウィンドウ期間を上回らない場合、自装置と前記終端装置との間で終端される上りデータの送信帯域を前記残余帯域に割り当てる、
請求項１に記載の端局装置。
前記帯域割当算出部は、自装置と前記終端装置との間で終端される上りデータの送信帯域を、前記ウィンドウ期間を展開した残りの残余帯域に割り当てる、
請求項１又は２に記載の端局装置。
前記帯域割当算出部は、上りデータが許容される遅延量を超えない範囲で前記終端装置にバッファリングされるように前記送信帯域を割り当てる、
請求項１から３のいずれか一項に記載の端局装置。
前記帯域割当算出部は、優先度が所定の閾値以上である上りデータは前記終端装置にバッファリングされず、優先度が前記閾値未満である上りデータが前記終端装置にバッファリングされるように前記送信帯域を割り当てる、
請求項４に記載の端局装置。
複数の終端装置を収容する端局装置が行う帯域割当方法であって、
前記終端装置に対する送信帯域の割り当てに必要な情報であるリソース情報を自装置の上位側に接続された上位装置から取得するリソース情報取得ステップと、
前記リソース情報に基づいて前記複数の終端装置に上りデータの送信帯域を割り当てる帯域割当算出ステップと、
前記リソース情報に基づいて、前記終端装置に接続された下位装置から前記終端装置に対して上りデータが送信されない残余帯域を検出する残余帯域検出ステップと、
を有し、
前記帯域割当算出ステップにおいて、自装置に新たに接続された終端装置が自装置に対して自身の検出及び登録を促す上りデータの送信に必要なウィンドウ期間を前記残余帯域が上回る場合、前記ウィンドウ期間が前記残余帯域に展開されるように前記送信帯域を割り当てる、
帯域割当方法。