JP7031706B1

JP7031706B1 - 通信ネットワーク及び帯域割当方法

Info

Publication number: JP7031706B1
Application number: JP2020145563A
Authority: JP
Inventors: 将蔵山田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2040-08-31
Also published as: JP2022044063A

Abstract

【課題】許容遅延を満たしつつ帯域利用効率の低下を抑制した帯域割当を行うことができる通信ネットワーク及び帯域割当方法を提供する。【解決手段】光通信ネットワーク１００において、夫々が通信データ片を所定長のフレーム毎に複数のバーストの系列によって時分割に送信する複数の加入者側装置２０と、複数のバーストの系列を受信すると共に、バースト各々の送信タイミング及び帯域幅を割り当てる局側装置３０と、を含む。局側装置は、複数の加入者側装置の各々との間で接続が確立した各論理リンクのうちで許容遅延要求を受けた論理リンクに対して要求される許容遅延量を超えない間隔でバーストを割り当てると共に、許容遅延要求の対象外の論理リンクに対してフレーム内の残余帯域に当該残余帯域の帯域幅を上限サイズとするバーストを割り当てる。【選択図】図２

Description

本発明は、通信ネットワーク、及び通信ネットワークにおける帯域の割当方法に関する。

現在、通信事業者の所有する建物（局）と加入者宅を結ぶ通信網として、光通信を利用することにより膨大な情報量の伝送を可能とする、光アクセス系ネットワークが主流になりつつある。光アクセス系ネットワークの一形態として、受動型光加入者ネットワーク（ＰＯＮ）が知られている。ＰＯＮは、局内に設けられる１つの局側装置（ＯＬＴ：ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）と、複数の加入者宅内にそれぞれ設けられる加入者側装置（ＯＮＵ：ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）と、光スプリッタとを備えて構成される。ＯＬＴ及び各ＯＮＵ間は、光ファイバ及び光スプリッタを介して接続される。

また、近年、スマートフォンなどの移動体端末の普及により、移動体端末を無線通信ネットワークに接続する基地局及び収容局間のトラフィックが増加している。トラフィックの増加に伴い、収容局にはＢＢＵ（Base Band Unit）を配置し、各基地局にはＲＲＨ（Remote Radio Head）を配置し、モバイルフロントホールのトラフィックを、伝送容量の大きいＰＯＮに収容することが検討されている。

ＰＯＮでは、各ＯＮＵからＯＬＴへの通信を「上り」、ＯＬＴから各ＯＮＵへの通信を「下り」と称する。

ここで、ＰＯＮシステムにおける上り帯域の割当は時分割で行われ、ＯＬＴ（Optical Line Terminal）がＯＮＵ（Optical Line Unit）に対して上りトラフィックの送信タイミングを通知することで実現される。ＰＯＮに収容される全てのＯＮＵの上りトラフィックが衝突せずに、かつ各ＯＮＵに収容されるユーザの上りトラフィックを効率良く上流に送信するために、ＯＬＴでは、上り帯域割当アルゴリズムに従って全てのＯＮＵの上り送信タイミングを算出し、夫々に割り当てる処理が行われる（例えば特許文献１参照）。

当該上り帯域割当アルゴリズムの一例としては、先ず、ＰＯＮリンクＵＰ状態の論理リンク情報を収集し、上りトラフィック要求帯域の割当を行う。そして、残余帯域を求め、ベストエフォート帯域の割当、及び上りトラフィック送信タイミングの割当を行う。このような一例の処理を、一定の帯域割当周期毎に実行し、これにより、ＰＯＮ区間の物理的な光波長帯域を上限とする帯域割当を実現する。

また、ＩＴＵ－Ｔ（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）で勧告されているＰＯＮシステム（例えば非特許文献１参照）では、所定長（例えば１２５μｓｅｃ）の上りＰＨＹ（物理）フレーム毎に帯域割当が行われる。

図１は、ＰＨＹフレーム毎の帯域割当の形態を示す図である。

尚、図１において、上りＰＨＹフレーム内において時分割で割り当てられる各通信期間をバーストと称し、バースト内においてユーザの通信データを含ませることが可能な期間をグラントと称する。つまり、当該グラントが、ユーザの通信データに割り当てられる帯域となる。

バーストは、ユーザの通信データと、ヘッダ／トレイラの付加情報で構成される。隣接するバースト同士の間には、物理レイヤの同期制御のために、所定の帯域のオーバーヘッド（ＯＨ）が挿入される。各バーストの送信開始タイミングは、上りＰＨＹフレームの先頭からのオフセット時間で指定される。この指定された時間をスタートタイムと称する。バーストは、スタートタイムから次のＰＨＹフレームの例えば１／２まで割り当て可能である。また、同一の上りＰＨＹフレーム内に、特定の論理リンクのバーストを複数個、割り当てることも可能である。このようなバースト送信タイミングの割当処理は、上記した上りトラフィック送信タイミングの割当で行われる。この処理への入力情報となる送信タイミング割当要求情報は、その前段処理までに算出される論理リンク毎の割り当てグラントサイズが該当する。

上りトラフィック送信タイミング割当では、以下の第１～第３処理が行われる。

第１処理では、送信タイミングの割当要求が有るか否かを判定し、送信タイミングの割当要求が有る場合には、ＰＨＹフレームの境界を基準として、割当可能な残余帯域を算出する。そして、当該残余帯域にバースト割り当てが可能な空き帯域が存在するか否かを判定し、空き帯域が存在しない場合、第２処理を実行する。第２処理では、送信タイミングの未割当フレームが有るか否かを判定し、有る場合には、当該送信タイミング割当対象フレームを、次の上りＰＨＹフレームに移行して、割り当て可能な残余帯域を更新する。かかる第２処理の実行後、又は第１処理において残余帯域にバースト割り当てが可能な空き帯域が存在すると判定された場合には第３処理を実行する。第３処理では、上記した空き帯域内で１バースト分の送信タイミングを割り当てる。

ところで、上記したＰＯＮシステムの上りトラフィックは、ＯＬＴ主導でＯＮＵに上り帯域を割り当てるというＰＯＮシステムの方式上、トラフィック遅延が生じる。

そこで、このようなトラフィック遅延を抑制するために、ＣＰＲＩ（Common Public Radio Interface）プロトコルの許容遅延要求を満たすように、上り帯域割当周期を短くするようにした技術が提案されている（例えば非特許文献２参照）。

特開２０１２－１７５２６９号公報

ＩＴＵ－Ｔ（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）勧告Ｇ．９８９.３「First Demonstration of an Ultra-Low-Latency Fronthaul Transport Over Commercial TDM-PON Platform」(Nokia Bell Labs, Tu2K.3 Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2018)

しかしながら、上記したようにトラフィック遅延を抑制するために上り帯域割当周期、つまり各バーストの長さを短くすると、その分だけ通信に用いるバーストの数が増える。よって、この際、各バースト間に挿入するオーバーヘッド（ＯＨ）の数も多くなるので、帯域利用効率の低下が生じるという問題があった。

そこで、本発明は、許容遅延を満たしつつ帯域利用効率の低下を抑制した帯域割当を行うことができる通信ネットワーク及び帯域割当方法を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る通信ネットワークは、夫々が、通信データ片を複数のバーストの系列によって時分割に送信する複数の加入者側装置と、前記複数の加入者側装置の各々との間で接続が確立した各論理リンクに対して所定長のフレーム毎に、隣接する前記バースト同士の間にオーバーヘッドを挿入した形態で前記バーストの各々を送信する送信タイミング及び帯域幅を割り当てる局側装置と、を含み、前記局側装置は、前記論理リンクの各々のうちで許容遅延要求を受けた論理リンクに対応付けして、前記バーストを開始させる予約スタートタイム、前記バーストの周期を表すスタートタイム間隔、及び前記フレーム内に割り当て予定となる前記バースト内のデータ区間であるグラントの帯域幅を表すグラントサイズ、を夫々示す予約グラントが示されている予約テーブルを作成し、要求される許容遅延量を超えない間隔で前記予約テーブルに従って前記許容遅延要求を受けた前記論理リンクに対応したバーストを割り当てると共に、前記許容遅延要求の対象外の論理リンクに対して、前記フレーム内の残余帯域に当該残余帯域の帯域幅を上限サイズとするバーストを割り当て、前記グラント毎に、前記予約グラントにて示される前記予約スタートタイムに前記スタートタイム間隔を加算することで次のバーストのタイミングを予約するにあたり、前記次のバーストの領域が他のグラントにおける予約済みのバーストの領域と重複する場合には、当該重複した領域の時間長に前記オーバーヘッド１つの時間長を加えた値を前記予約スタートタイムから減算することで前記次のバーストの予約タイミングを早める。

また、本発明に係る帯域割当方法は、夫々が、通信データ片を複数のバーストの系列によって時分割に送信する複数の加入者側装置と、前記複数の加入者側装置の各々との間で接続が確立した各論理リンクに対して所定長のフレーム毎に、隣接する前記バースト同士の間にオーバーヘッドを挿入した形態で前記バーストの各々を送信する送信タイミング及び帯域幅を割り当てる局側装置と、を含む通信ネットワークの帯域割当方法であって、前記論理リンクの各々のうちで許容遅延要求を受けた論理リンクに対応付けして、前記バーストを開始させる予約スタートタイム、前記バーストの周期を表すスタートタイム間隔、及び前記フレーム内に割り当て予定となる前記バースト内のデータ区間であるグラントの帯域幅を表すグラントサイズ、を夫々示す予約グラントが示されている予約テーブルを作成し、要求される許容遅延量を超えない間隔で前記予約テーブルに従って前記許容遅延要求を受けた前記論理リンクに対応したバーストを割り当てる第１のステップと、前記許容遅延要求の対象外の論理リンクに対して、前記フレーム内の残余帯域に当該残余帯域の帯域幅を上限サイズとするバーストを割り当てる第２のステップと、前記グラント毎に、前記予約グラントにて示される前記予約スタートタイムに前記スタートタイム間隔を加算することで次のバーストのタイミングを予約するにあたり、前記次のバーストの領域が他のグラントにおける予約済みのバーストの領域と重複する場合には、当該重複した領域の時間長に前記オーバーヘッド１つの時間長を加えた値を前記予約スタートタイムから減算することで前記次のバーストの予約タイミングを早める第３のステップと、を有する。

本発明においては、局側装置と複数の加入者側装置の各々との間で接続が確立した各論理リンクのうちで許容遅延要求の対象となる論理リンクに対して、要求される許容遅延量を超えない間隔でバーストを割り当てる。更に、許容遅延要求の対象外の論理リンクに対して、フレーム内の残余帯域に当該残余帯域の帯域幅を上限サイズとするバーストを割り当てる。

これにより、許容遅延要求を満たすために各バーストの帯域幅を一様に小さくする従来の上り帯域の割当に比べて、許容遅延要求を満たしつつも許容遅延要求の対象外の通信データ片に割り当てるバーストの帯域幅を広げることが可能となる。この際、かかるバーストの帯域幅が広がる分だけ、通信データ片の伝送に用いるバーストの数が減るので、バースト間に挿入するオーバーヘッドの数も減らすことが可能となる。

したがって、本発明によれば、ベストエフォート型サービスなどの他サービスと共存して許容遅延要求のあるサービスを収容するケースにおいて、帯域利用効率の低下を抑えることが可能となる。

ＰＨＹフレームを基準とした帯域割当の形態を示す図である。本発明に係る光通信ネットワーク１００のシステム構成例を示す概略図である。上り帯域割当処理の手順を示すフローチャートである。グラント予約テーブルの一例を示す図である。上りトラフィック送信タイミング割当処理の手順を表すフローチャートである。上りトラフィック送信タイミング割当処理の手順を表すフローチャートである。上りトラフィック送信タイミング割当処理の手順を表すフローチャートである。上りトラフィック送信タイミング割当処理による動作シーケンスの一例を示す図である。従来の上り帯域の割当形態と、本発明による上り帯域の割当形態と、を対比して表す図である。

以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図２は、本発明に係る光通信ネットワーク１００のシステム構成の一例を概略的に示す概略図である。

光通信ネットワーク１００は、例えば夫々が加入者側装置としての複数のＯＮＵ（Optical Line Unit）２０と、例えば局側装置としてのＯＬＴ（Optical Line Terminal）３０と、を有する。ＯＬＴ３０と、複数のＯＮＵ２０の各々とが、光スプリッタ５０及び光ケーブル６０を介して接続されている。尚、光通信ネットワーク１００では、各ＯＮＵ２０からＯＬＴ３０への通信方向を「上り」、ＯＬＴ３０から各ＯＮＵ２０への通信方向を「下り」と称する。

ＯＮＵ２０の各々は、上り通信データ片を所定周期（例えば１２５μｓｅｃ）のＰＨＹ（物理）フレームに割り当てられる複数のバーストの系列によって時分割にて光スプリッタ５０及び光ケーブル６０を介してＯＬＴ３０に送信する。

ＯＬＴ３０は、先ず、ＯＮＵ２０の各々からの上り通信データ片のうちで、例えばＣＰＲＩ（Common Public Radio Interface）プロトコルで定義される許容遅延要求の対象となる上り通信データ片に対して、PHYフレームへの割り当てタイミングを決定する。次に、ＯＬＴ３０は、ＯＮＵ２０の各々からの上り通信データ片のうちで許容遅延要求の対象外の通信データ片に対して、ＰＨＹフレーム内の残余帯域に、当該残余帯域の帯域幅を上限サイズとするバーストを割り当てる。

ＯＬＴ３０は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）プロトコル制御部３０１及び上り帯域割当処理部３０２を含む。

ＯＬＴ３０は、各ＯＮＵ２０に対して下り制御信号を繰り返し送信する。各ＯＮＵ２０は、下り制御信号の受信に応答して、許可された帯域を利用して、上り制御信号及び上り通信データ信号を送信する。

ＰＯＮプロトコル制御部３０１は、ＯＬＴ３０とＯＮＵ２０各々との間で通信を行うための論理リンクの確立とトラフィック導通を制御する。

上り帯域割当処理部３０２は、ＯＬＴ３０の外部のオペレーション、例えば光通信ネットワーク１００の管理者の操作により、各種のパラメータを受ける。

ここで、管理者は、上記した許容遅延要求の対象となる論理リンクが有る場合には、当該パラメータとして、その論理リンクに対応付けして固定帯域パラメータ及び許容遅延パラメータを上り帯域割当処理部３０２に供給する。

尚、固定帯域パラメータは、論理リンクに割り当てる固定の帯域幅を表す情報であり、許容遅延パラメータは、その論理リンクに対応した通信に用いるバーストの間隔の上限値を表す。

上り帯域割当処理部３０２は、上記したようなパラメータの受付と共に、上り帯域割当アルゴリズムに従った処理（上り帯域割当処理を含む）を実行する。これにより、上り帯域割当処理部３０２は、ＰＯＮリンクＵＰ状態にあるＯＮＵ２０の論理リンクに対する上りトラフック送信タイミングを決定する。そして、上り帯域割当処理部３０２は、上記した上りトラフィック送信タイミングを示す情報をＰＯＮプロトコル制御部３０１に供給する。

図３は、当該上り帯域割当処理の手順を示すフローチャートである。

図３において、上り帯域割当処理部３０２は、先ず、ＰＯＮプロトコル制御部３０１から、ＰＯＮリンクＵＰ状態、すなわち、ＯＬＴ３０と論理的に接続状態にあるＯＮＵ２０を示す論理リンク情報を取得する（ステップＳ１１）。

次に、上り帯域割当処理部３０２は、ＯＮＵ２０の各々に、許容遅延要求の無い固定帯域、および所定の最低保証帯域に対応して定まる帯域を上りトラフィック要求帯域として割り当てる（ステップＳ１２）。

次に、上り帯域割当処理部３０２は、各ＰＨＹフレーム内に割り当てるバーストの帯域幅及び位置を表すテーブルとしてのグラント予約テーブルを作成する（ステップＳ１３）。

図４は、グラント予約テーブルの一例を示す図である。

図４に示すように、グラント予約テーブルは、ＰＨＹフレーム内でのバーストの位置を表す「予約スタートタイム」毎に、論理リンクを識別する「論理リンク識別子」、「スタートタイム間隔」、及びバーストの帯域幅を表す「グラントサイズ」を含む情報レコードからなるパラメータフィールドを有する。

尚、以降、かかる情報レコードを予約グラントとも称する。

グラントサイズは、バースト内のデータ区間であるグラントの帯域幅を表す。

予約スタートタイムは、該当レコードのグラントサイズのグラントの割当を開始するタイミングであり、上り帯域割当処理がカレント周期処理でグラント割り当て対象としている上りＰＨＹフレームの先頭からの時間を表す。

スタートタイム間隔とは、該当レコードのグラントサイズのグラントの割当周期を表す。

スタートタイム間隔及びグラントサイズは、上記した固定帯域パラメータ及び許容遅延パラメータ各々の値によって決定される。

すなわち、上り帯域割当処理部３０２は、各予約グラント（グラント予約テーブルのレコード情報）に対応した許容遅延パラメータによって表されるバースト周期を、その予約グラントに対応したスタートタイム間隔とする。

また、上り帯域割当処理部３０２は、予約グラント毎に、その予約グラントに夫々対応付けした固定帯域パラメータの値、スタートタイム間隔、及び光通信ネットワーク１００における上りＰＯＮの物理的な上限帯域値を用いた以下の数式１によりグラントサイズを算出する。

グラントサイズ＝ＳＴ×固定帯域パラメータ値／上りＰＯＮ物理上限帯域値ＳＴ：スタートタイム間隔・・・数式１
更に、上り帯域割当処理部３０２は、上記したスタートタイム間隔を用いた以下の数式２によって、予約スタートタイムを算出する。

予約スタートタイム［ｉ+１］＝予約スタートタイム［ｉ］＋ＳＴ
・・・数式２
尚、予約スタートタイムの初期値である予約スタートタイム［０］は、構築される光通信ネットワーク１００毎に適宜設定される。

上り帯域割当処理部３０２は、グラント予約テーブルの予約グラントを、常に予約スタートタイムの時系列順にソートする。作成された全ての予約グラントは、前述した上りトラフィック要求帯域の割当処理で用いる入力情報となる。

グラント予約テーブルに設定されるグラントサイズは、その上限を、上りＰＨＹフレームサイズの１／２とする。この条件により、バーストはスタートタイムから次の上りＰＨＹフレームの１／２まで割り当て可能とするＩＴＵ－Ｔ勧告の規格に適合できる。

上記した数式１で算出されるグラントサイズがこの条件を満たさない場合、上り帯域割当処理部３０２は、その上限内に収まるようにグラントサイズを分割して、複数のバーストに対してグラントの割り当てを行う。この際、グラント予約テーブル上においては、同一の論理リンク識別子に対応付けさせて、予約スタートタイムのソート順に連続する複数の予約グラントとして管理される。

このように、ステップＳ１３では、許容遅延要求の対象となる論理リンクに対応した固定帯域パラメータ及び許容遅延パラメータを受ける度に、図４に示すようなグラント予約テーブルを作成しこれを更新する。

かかるステップＳ１３の実行後、上り帯域割当処理部３０２は、カレント周期処理において割当可能な上り上限帯域、すなわち上りＰＯＮ物理上限帯域から所定のオーバヘッド分を差し引いた上限帯域と、ステップＳ１２の割り当て済み帯域との差を割当可能な残余帯域として求める（ステップＳ１４）。

次に、上り帯域割当処理部３０２は、その残余帯域に対して、許容遅延要求の無い固定帯域およびベストエフォート帯域としての帯域割当を行い、許容遅延要求の対象外の各論理リンクについて、割り当てたグラントサイズを表す送信タイミング割当要求情報を生成する（ステップＳ１５）。

次に、上り帯域割当処理部３０２は、送信タイミング割当要求情報及び図４に示すグラント予約テーブルを用いて、上りトラフィック送信タイミング割当処理を行う（ステップＳ１６）。

以下に、かかるステップＳ１６での上りトラフィック送信タイミング割当処理の手順について詳細に説明する。

図５～図７は、上りトラフィック送信タイミング割当処理の手順の一例を表すフローチャートである。

まず、上り帯域割当処理部３０２は、送信タイミング割当要求が有るか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において、送信タイミング割当要求が有ると判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、各上りＰＨＹフレーム内において、当該上りＰＨＹフレーム境界を基準とした残余帯域Ｒを求める（ステップＳ２２）。次に、上り帯域割当処理部３０２は、残余帯域Ｒ内にバースト割当が可能であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３において、残余帯域Ｒ内にバースト割当が可能ではないと判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、送信タイミングが割り当られていないフレーム、つまり未割当のフレームが存在するか否かを判定する（ステップＳ２４）。

かかるステップＳ２４において、送信タイミングが未割当のフレームが存在しないと判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、上り帯域の割り当てが出来ないので、図５～図７に示す上りトラフィック送信タイミング割当処理を終了する。

一方、ステップＳ２４において送信タイミングが未割当のフレームが存在すると判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、送信タイミング割当の対象となるフレームを次の上りＰＨＹフレームに移行し、割当可能な残余帯域Ｒを更新する（ステップＳ２５）。

ステップＳ２５の実行後、又は上記ステップＳ２３で残余帯域Ｒ内にバースト割当が可能であると判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、上りトラフィックに予約グラントが有るか否かを判定する（ステップＳ２６）。

ステップＳ２６において予約グラントが無いと判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、残余帯域Ｒ内に１つのバーストの送信タイミングを割り当てる（ステップＳ２７）。つまり、ステップＳ２７が実行される度に、１つのＰＨＹフレームの残余帯域Ｒ内に当該残余帯域Ｒの帯域幅を上限サイズとする１つのバーストが割り当てられる。

一方、ステップＳ２６において上りトラフィックに予約グラントが有ると判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、直近の上りトラフィック予約グラントまでの間の帯域を空帯域Ｓとして算出する（ステップＳ２８）。次に、上り帯域割当処理部３０２は、かかる空帯域Ｓ内にバースト割当が可能か否かを判定する（ステップＳ２９）。

ステップＳ２９において、空帯域Ｓ内にバースト割当が可能であると判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、残余帯域Ｒの帯域幅が空帯域Ｓの帯域幅より小さいか否かを判定する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０において、残余帯域Ｒの帯域幅が空帯域Ｓの帯域幅より小さいと判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、残余帯域Ｒ内で１バースト分の送信タイミングを割り当てる（ステップＳ３１）。一方、ステップＳ３０において、残余帯域Ｒの帯域幅が空帯域Ｓの帯域幅以上であると判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、空帯域Ｓ内で１バースト分の送信タイミングを割り当てる（ステップＳ３２）。

かかるステップＳ３２、Ｓ３１又はＳ２７の実行後、上り帯域割当処理部３０２は、上記したステップＳ２１の実行に戻り、前述した処理を実施する。

この際、ステップＳ２９において、空帯域Ｓ内にバースト割当が不可であると判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、直近の上りトラフィック予約グラントを割り当てる（ステップＳ３３）。これにより、上り帯域割当処理部３０２は、要求される許容遅延量を超えない間隔でバーストを割り当てる。そして、上り帯域割当処理部３０２は、グラント予約テーブルを更新する（ステップＳ３４）。つまり、ステップＳ３４において、上り帯域割当処理部３０２は、割当済みの予約グラントを、次のバースト割当のタイミングとなるように例えば予約スタートタイムを更新し、引き続きその割当の時刻順に予約グラントをソートする。

ステップＳ３４の実行後、上り帯域割当処理部３０２は、上記したステップＳ２２の実行に戻り、前述した処理を実施する。

また、最初のステップＳ２１において、送信タイミング割当要求情報が無いと判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、上りトラフィックに予約グラントが有るか否かを判定する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において予約グラントが有ると判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、各上りＰＨＹフレーム内において、当該上りＰＨＹフレーム境界を基準としたバースト割当可能な残余帯域Ｒを求める（ステップＳ３６）。次に、上り帯域割当処理部３０２は、直近の上りトラフィック予約グラントまでの間でバースト割当可能な空帯域Ｓを算出する（ステップＳ３７）。

次に、上り帯域割当処理部３０２は、残余帯域Ｒの帯域幅が空帯域Ｓの帯域幅より大きいか否かを判定する（ステップＳ３８）。ステップＳ３８において残余帯域Ｒの帯域幅が空帯域Ｓの帯域幅より大きいと判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、直近の上りトラフィック予約グラントを割り当てる（ステップＳ３９）。次に、上り帯域割当処理部３０２は、前述した内容でグラント予約テーブルを更新する（ステップＳ４０）。つまり、ステップＳ４０において、上り帯域割当処理部３０２は、割当済みの予約グラントを、次のバースト割当のタイミングとなるように例えば予約スタートタイムを更新し、引き続きその割当の時刻順に予約グラントをソートする。

また、上記ステップＳ３８において、残余帯域Ｒの帯域幅が空帯域Ｓの帯域幅以下であると判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、送信タイミングが未割当のフレームが存在するか否かを判定する（ステップＳ４１）。かかるステップＳ４１において、送信タイミングが未割当のフレームが存在すると判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、送信タイミングの割当対象となるフレームを、次の上りＰＨＹフレームに移行する（ステップＳ４２）。

ステップＳ４２又はＳ４０の実行後、上り帯域割当処理部３０２は、ステップＳ３６の実行に戻り、前述した処理を実施する。

また、テップＳ４１において送信タイミングが未割当のフレームが存在しないと判定した場合、又は上記ステップＳ３５において予約グラントが無いと判定した場合、上り帯域割当処理部３０２は、図５～図７に示す上りトラフィック送信タイミング割当処理を終了する。

以下に、上記した上り帯域割当アルゴリズムに従った処理（図３～図７）における、許容遅延要求の対象となった論理リンクに対する処理の補足説明を［処理Ａ］～［処理Ｄ］に分けて説明する。

［処理Ａ］
上り帯域割当処理部３０２は、グラント割当の対象フレームを次のフレームに移行する度に、グラント予約テーブルで管理される全レコードの予約スタートタイムに対して、１フレーム分の時間を減算して予約スタートタイムの時刻更新を行う。尚、予約スタートタイムは、複数フレーム先のスタートタイムを予約指定可能である。

［処理Ｂ］
上り帯域割当処理部３０２は、図４に示すグラント予約テーブルの先頭の情報レコードを参照し、グラント割当対象とする上りＰＨＹフレーム内において予約スタートタイムが到来した場合、そのスタートタイムから優先的に予約グラントのグランドサイズを割り当てる。

［処理Ｃ］
上り帯域割当処理部３０２は、当該予約スタートタイムが到来し、予約グラントの割当が終了したら、予約スタートタイムにスタートタイム間隔を加算して、この予約グラントを次の予約タイミングに更新する。この際、上り帯域割当処理部３０２は、グラント予約テーブル内で、更新後の予約グラントが予約スタートタイムの時刻順となるように予約グラントの並び替え（以降、ソートと称する）を行う。

尚、予約グラント割り当て後、当該予約グラントを次の予約タイミングに更新する際に、スタートタイム間隔を加算した後の予約スタートタイムとグラントサイズが示すバースト領域（バースト間のオーバーヘッドを含む）が、既に予約済みの予約グラントが示すバースト領域と重複する場合がある。この際、上り帯域割当処理部３０２は、上記したソートを行うことができなくなる。

［処理Ｄ］
そこで、このような場合、上り帯域割当処理部３０２は、重複領域分にバースト間のオーバーヘッド分を加味した値を予約スタートタイムから減算することで、次の予約タイミングを前倒ししてバースト重複を回避する。尚、処理Ｄにおいて、予約グラントのタイミングを前倒しすると、厳密にはトラフィック遅延が小さくなり、トラフィック帯域レートは上がるが、無視可能なレベルであると共に入力パラメータによる要求は満たされるので、システム動作上の矛盾は生じない。

尚、図５～図７に示すステップＳ２５及びＳ４２が上記した［処理Ａ］、ステップＳ３３及びＳ３９が［処理Ｂ］、ステップＳ３４及びＳ４０が［処理Ｃ、Ｄ］に対応している。

次に、図５～図７に示す上りトラフィック送信タイミング割当処理による動作について、図８に示す動作例をもって説明する。尚、図８では、許容遅延要求の対象となる２系統の論理リンクに夫々対応したグラントＡ（スタートタイム間隔＝８、グラントサイズ＝１）及びグラントＢ（スタートタイム間隔＝５、グラントサイズ＝２）を表すグラント予約テーブルが作成されているものとする。

図８において、先ず、第１のシーケンスａ１では、図６に示すステップＳ３２で送信タイミング割当要求情報に基づくグラントを割り当てる。そして、引き続き送信タイミング割当要求情報に基づくグラントを割り当てる前に、ステップＳ３３で予約グラントＢに基づくグラントを割り当て、ステップＳ３４で予約グラントＢを次の予約タイミングとするようにグラント予約テーブルを更新する。

第２のシーケンスａ２では、図６のステップＳ３４及び図５のステップＳ２２を経由して、引き続き図６のステップＳ３３で予約グラントＡに基づくグラントを割り当て、ステップＳ３４で予約グラントＡを次の予約タイミングとするようにグラント予約テーブルを更新する。

第３のシーケンスａ３では、ステップＳ３４、Ｓ２２を経由してステップＳ３２で送信タイミング割当要求情報に基づくグラントを割り当てる。そして、引き続き送信タイミング割当要求情報に基づくグラントを割り当てる前に、ステップＳ３３で予約グラントＢに基づくグラントを割り当て、ステップＳ３４で予約グラントＢを、予約グラントＡとの予約重複を回避するように次の予約タイミングとするようにグラント予約テーブルを更新する。

第４のシーケンスａ４では、送信タイミング割当要求情報に従ったグラントの割当、予約グラントＢに基づくグラントの割当、及び予約グラントＢを次の予約タイミングとするようにグラント予約テーブルを更新する。そして、ステップＳ３４及びＳ２２を経由して、次の割当（動作シーケンスａ５）を行うには、上りＰＨＹフレームの残余帯域Ｒが不足しているため、図５のステップＳ２５の実行に移り、次の上りＰＨＹフレームに移行して予約グラントＡの割当を行う。この際、ステップＳ２５でグラント予約テーブルの予約スタートタイムの時刻更新を行った後、移行後のＰＨＹフレームにグラント割当を行う動作となる。尚、図８では該当ケースの例を示していないが、図６のステップＳ３１は、直近の予約グラントが次のＰＨＹフレーム以降である場合に、送信タイミング割当要求情報の割当を行うための分岐処理となる。

第５のシーケンスａ５では、予約グラントＡに基づくグラントの割当を行い、ステップＳ３４で予約グラントＡを次の予約タイミングとするようにグラント予約テーブルを更新する。

第６のシーケンスａ６は、ステップＳ３２で送信タイミング割当要求情報に従ったグラントの割当を行った後、送信タイミング割当要求情報が終了する場合の動作を示している。この場合、図５に示すステップＳ２１及び図７に示すステップＳ３５を経由して、上りトラフィック送信タイミング割当処理が終了するまでの間、予約グラントのみを割り当てる処理へ移行する。

尚、第６及び第７のシーケンスａ６及びａ７は、直近の予約グラントが処理対象ＰＨＹフレーム内にあるケースであり、この場合、図７に示すステップＳ３９及びＳ４０で、予約グラントの割当及び次の送信タイミング、つまりグラント予約テーブルの予約スタートタイムの時刻更新を行う。

第７のシーケンスａ７では、予約グラントＢに対して図７に示すステップＳ３９及びＳ４０を実行した後、次の予約グラントＢの割当（ａ８）を行うにあたり、上りＰＨＹフレームの残余帯域Ｒが不足しているため、次のＰＨＹフレームに移行する。この際、図７に示すステップＳ４２で、グラント予約テーブルの予約スタートタイムの時刻更新を行った後、移行後のＰＨＹフレームに予約グラントＢを割り当てる。

第８のシーケンスａ８では、予約グラントＢの割当を行い、ステップＳ４０で予約グラントＢを次の予約タイミングとするようにグラント予約テーブルの更新を行う。

図９は、従来の上り帯域の割当形態と、ＯＬＴ３０による上り帯域の割当形態と、を３系統の論理リンクに夫々対応した上り通信データＡ～Ｃを例にとって、対比して表す図である。尚、図９では、帯域幅「１０」の上り通信データＡ、帯域幅「５」の上り通信データＢ、及び帯域幅「２０」の上り通信データＣを時分割で伝送する場合での形態を示す。この際、上り通信データＡ～Ｃのうちの上り通信データＢの通信を担う論理リンクが許容遅延要求の対象である。

図９に示すように、従来の上り帯域の割当では、上り通信データＢに対する許容遅延要求を満たすために、帯域幅「７」を有する第１～第５の上り帯域割当周期の各々内において、上り通信データＡ～Ｃの各々の通信に用いる各バーストの帯域幅を１／５に狭めている。つまり、図９に示すように、通信データＡの通信に用いるバーストには帯域幅「２」のバーストを割り当て、通信データＢの通信に用いるバーストには帯域幅「１」のバーストを割り当て、通信データＣの通信に用いるバーストには帯域幅「４」のバーストを割当てる。

よって、従来の上り帯域の割当では、上り通信データＡ～Ｃを時分割にて通信するにあたり、１５個のバーストが用いられ、その結果、各バースト間に挿入されるオーバーヘッドの数は１４個となる。

一方、本発明に係るＯＬＴ３０による上り帯域の割当では、許容遅延要求の対象となる上り通信データＢの通信に対して、帯域幅「１」のバーストが、間隔「７」で割り当てられる。

更に、本発明に係る上り帯域の割当では、上り通信データＢに対応した帯域幅「１」のバーストを除く残余帯域「６」の帯域幅に、上り通信データＡおよび上り通信データＣのバーストが割り当てられる。つまり、第１の残余帯域では、上り通信データＡ中の帯域幅「６」分のデータ通信を担うバーストが割り当てられる。また、図９に示す第２の残余帯域内において、上り通信データＡ中の残りの帯域幅「４」分のデータ通信を担うバーストと、上り通信データＣ中の帯域幅「２」分のデータ通信を担うバーストと、が割り当てられる。更に、第３～第５の各残余帯域内において、上り通信データＣ中の帯域幅「６」分のデータ通信を担うバーストが割り当てられる。

よって、本発明に係る上り帯域の割当では、上り通信データＡ～Ｃを時分割にて通信するにあたり、１１個のバーストが用いられ、その結果、各バースト間に挿入されるオーバーヘッドの数は１０個となり、従来の上り帯域の割当で必要となるオーバーヘッドの数（１５個）より少なくなる。

このように、本発明に係る上り帯域の割当では、ＯＴＬ３０が、先ず、ＯＮＵ２０の各々との間で通信が確立されている各論理リンクのうちで許容遅延要求の対象となる論理リンクに対して、要求される許容遅延量を超えない間隔でバーストを割り当てる（Ｓ３３）。更に、ＯＬＴ３０は、許容遅延要求の対象外の論理リンクに対して、ＰＨＹフレーム内の残余帯域に当該残余帯域の帯域幅を上限サイズとするバーストを割り当てる（Ｓ３１、Ｓ３２）。

これにより、許容遅延要求を満たすために各バーストの帯域幅を一様に小さくする従来の上り帯域の割当に比べて、許容遅延要求を満たしつつも許容遅延要求の対象外の通信データ片に割り当てるバーストの帯域幅を広げることが可能となる。この際、かかるバーストの帯域幅が広がる分だけ、通信データ片の伝送に用いるバーストの数が減り、その結果、バースト間に挿入するオーバーヘッドの数が減る。

２０ＯＮＵ
３０ＯＴＬ
１００光通信ネットワーク
３０２上り帯域割当処理部

Claims

夫々が、通信データ片を複数のバーストの系列によって時分割に送信する複数の加入者側装置と、
前記複数の加入者側装置の各々との間で接続が確立した各論理リンクに対して所定長のフレーム毎に、隣接する前記バースト同士の間にオーバーヘッドを挿入した形態で前記バーストの各々を送信する送信タイミング及び帯域幅を割り当てる局側装置と、を含み、
前記局側装置は、
前記論理リンクの各々のうちで許容遅延要求を受けた論理リンクに対応付けして、前記バーストを開始させる予約スタートタイム、前記バーストの周期を表すスタートタイム間隔、及び前記フレーム内に割り当て予定となる前記バースト内のデータ区間であるグラントの帯域幅を表すグラントサイズ、を夫々示す予約グラントが示されている予約テーブルを作成し、要求される許容遅延量を超えない間隔で前記予約テーブルに従って前記許容遅延要求を受けた前記論理リンクに対応したバーストを割り当てると共に、前記許容遅延要求の対象外の論理リンクに対して、前記フレーム内の残余帯域に当該残余帯域の帯域幅を上限サイズとするバーストを割り当て、
前記グラント毎に、前記予約グラントにて示される前記予約スタートタイムに前記スタートタイム間隔を加算することで次のバーストのタイミングを予約するにあたり、前記次のバーストの領域が他のグラントにおける予約済みのバーストの領域と重複する場合には、当該重複した領域の時間長に前記オーバーヘッド１つの時間長を加えた値を前記予約スタートタイムから減算することで前記次のバーストの予約タイミングを早めることを特徴とする通信ネットワーク。
前記局側装置は、前記許容遅延要求として、前記論理リンクに割り当てる固定の帯域幅を示す固定帯域パラメータ及び前記論理リンクに対応した前記バーストの間隔の上限値を示す許容遅延パラメータを受けることを特徴とする請求項１に記載の通信ネットワーク。
前記局側装置は、前記固定帯域パラメータ及び前記許容遅延パラメータを受けた場合に、前記固定帯域パラメータ及び前記許容遅延パラメータに基づき、前記予約グラントを生成することを特徴とする請求項２に記載の通信ネットワーク。
前記局側装置は、前記許容遅延要求の対象外の論理リンクに割り当てる帯域幅を前記グラントサイズとして算出し、前記論理リンク毎の前記グラントサイズを表す送信タイミング割当要求情報を生成することを特徴とする請求項３に記載の通信ネットワーク。
前記局側装置は、前記送信タイミング割当要求情報が有るか否かを判定し、前記送信タイミング割当要求情報が有ると判定した場合には、引き続き割当済みの前記予約グラントが有るか否かを判定し、
前記割当済みの予約グラントが無いと判定した場合に、前記フレーム内の前記残余帯域に当該残余帯域の帯域幅を有するバーストを割り当てることを特徴とする請求項４に記載の通信ネットワーク。
前記局側装置は、前記割当済みの予約グラントが有ると判定した場合には、当該割当済みの予約グラントの直近の予約グラントまでの間にバースト割当が可能な空帯域が有るか否かを判定し、
前記空帯域が有ると判定した場合には、前記空帯域が前記残余帯域より大きい場合には前記残余帯域内に１つのバーストを割当て、前記空帯域が前記残余帯域以下である場合には前記空帯域内に１つのバーストを割当て、
前記空帯域が無いと判定した場合には、前記割当済みの予約グラントの直近の予約グラントの割当を行うことを特徴とする請求項５に記載の通信ネットワーク。
前記局側装置は、前記送信タイミング割当要求情報が無いと判定した場合には、割当済みの前記予約グラントが有るか否かを判定し、
前記割当済みの予約グラントが有ると判定した場合には、前記フレーム内においてバースト割当が可能な残余帯域を算出すると共に、当該割当済みの予約グラントの直近の予約グラントまでの間からバースト割当が可能な空帯域を算出し、
前記残余帯域が前記空帯域より大きい場合には前記割当済みの予約グラントの直近の予約グラントの割当を行う一方、前記残余帯域が前記空帯域以下である場合には割り当て対象とするフレームを次のフレームに移行することを特徴とする請求項５に記載の通信ネットワーク。
前記スタートタイム間隔は、前記許容遅延パラメータによって示される前記バーストの周期であり、
前記グラントサイズは、前記スタートタイム間隔、前記固定帯域パラメータにて示される帯域幅、及び前記通信ネットワークの上限帯域値を用いた、
グラントサイズ＝ＳＴ×ＦＰ／ＬＷ
ＳＴ：前記スタートタイム間隔
ＦＰ：前記固定帯域パラメータにて示される帯域幅
ＬＷ：前記通信ネットワークの上限帯域値
なる数式にて算出されることを特徴とする請求項３～７のいずれか１に記載の通信ネットワーク。
前記局側装置は、前記許容遅延要求の対象外の論理リンクに対しては、許容遅延要求の無い固定帯域およびベストエフォート帯域としての帯域割当を行うことを特徴とする請求項１～７のいずれか１に記載の通信ネットワーク。
夫々が、通信データ片を複数のバーストの系列によって時分割に送信する複数の加入者側装置と、前記複数の加入者側装置の各々との間で接続が確立した各論理リンクに対して所定長のフレーム毎に、隣接する前記バースト同士の間にオーバーヘッドを挿入した形態で前記バーストの各々を送信する送信タイミング及び帯域幅を割り当てる局側装置と、を含む通信ネットワークの帯域割当方法であって、
前記論理リンクの各々のうちで許容遅延要求を受けた論理リンクに対応付けして、前記バーストを開始させる予約スタートタイム、前記バーストの周期を表すスタートタイム間隔、及び前記フレーム内に割り当て予定となる前記バースト内のデータ区間であるグラントの帯域幅を表すグラントサイズ、を夫々示す予約グラントが示されている予約テーブルを作成し、要求される許容遅延量を超えない間隔で前記予約テーブルに従って前記許容遅延要求を受けた前記論理リンクに対応したバーストを割り当てる第１のステップと、
前記許容遅延要求の対象外の論理リンクに対して、前記フレーム内の残余帯域に当該残余帯域の帯域幅を上限サイズとするバーストを割り当てる第２のステップと、
前記グラント毎に、前記予約グラントにて示される前記予約スタートタイムに前記スタートタイム間隔を加算することで次のバーストのタイミングを予約するにあたり、前記次のバーストの領域が他のグラントにおける予約済みのバーストの領域と重複する場合には、当該重複した領域の時間長に前記オーバーヘッド１つの時間長を加えた値を前記予約スタートタイムから減算することで前記次のバーストの予約タイミングを早める第３のステップと、を有することを特徴とする帯域割当方法。