JP7400501B2 - 光通信システム及び集線装置 - Google Patents
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Description
具体的には、通信機器のハードウェア部品をカスタマイズするのではなく、最小限の通信機能をハードウェア部品に残し、特定事業者向けの機能や頻繁に更新が必要な機能などを、他の通信装置のアプリケーション部品に実行させる仮想化が検討されている。
非特許文献1及び2には、時間的制約の厳しいDBAをアプリケーション部品とする場合のAPI(Application Programming Interface)の機能又は性能の要件などが規定されている。
従って、例えば、複数のOLTを集線装置の物理ポートに直接接続することにより、集線装置の筐体に複数のOLTが一体化された、OLT集合型の局側終端装置を構成することができる。
この場合、上位装置が送信する主信号と制御装置が送信する制御信号とが、集線装置で合流してOLTに到達するので、主信号と制御信号との輻輳により制御通信が阻害されるのを防止する方策が望まれる。
また、本発明は、システム及び装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現することができる。
以下、本発明の実施形態の概要を列記して説明する。
また、前記集線装置には、前記上位装置と前記局側終端装置との間で伝送させる主信号用のVLANと、前記制御装置と前記局側終端装置との間で伝送させる制御信号用のVLANが設定され、前記集線装置は、前記主信号用のVLANの下り方向の送信帯域を、前記下位ポートにおける主信号の最大帯域以下に制限する。
このため、下り方向の制御信号が集線装置で破棄されるのを防止することができ、集線装置を介して通信する制御装置と局側終端装置との制御通信を適切に実行できるようになる。
この場合、下り方向において主信号と制御信号との輻輳がより発生し難くなり、下り方向の制御信号が集線装置で破棄されるのをより確実に防止することができる。
この場合、上り方向において主信号と制御信号との輻輳が発生し難くなり、上り方向の制御信号が集線装置で破棄されるのを防止することができる。
その理由は、10G-EPONで行われるFEC(Forward Error Correction)では、パリティ信号のオーバーヘッドが全データ量の約13%だからである。
従って、本実施形態の集線装置は、上述の(1)から(4)のいずれかの光通信システムと同様の作用効果を奏する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
図1は、光通信システムの全体構成の一例を示す概略図である。
図1に示すように、本実施形態の光通信システムは、局側終端装置1、加入者側終端装置2、集線装置3、汎用サーバ4、及び上位装置5などを備えるPONシステムである。
本実施形態のPONは、ITU-T系の通信規格に従うPON(例えば、G-PON、XG-PON、XGS-PON又はNG-PON2など)であってもよい。
局側終端装置1は、集線装置3、汎用サーバ4及び上位装置5とともに、例えば通信事業者の局舎に設置されている。加入者側終端装置2は、通信サービスの加入者の宅内などに設置されている。なお、局側終端装置1と汎用サーバ4を光回線などにより集線装置3と接続し、3つの装置1,3,4を異なる建物に設置してもよい。
以下、PON回線の局側終端装置1を「OLT1」と記載し、PON回線の加入側終端装置2を「ONU2」と記載する。
例えば、集線装置3は、動画/音声データなどのユーザデータを伝送する主信号系の通信フレームについては、OLT1の物理ポートを上位装置5の物理ポートに疎通させる。集線装置3は、パラメータ設定情報などの制御データを伝送する制御信号系の通信フレームについては、OLT1の物理ポートを汎用サーバ4の物理ポートに疎通させる。
上位装置5は、図示しない上位ネットワークに接続された通信装置である。上位装置5は、例えばエッジルータよりなる。
汎用サーバ4に移行するPON通信に関する機能が多いほど、従来品に比べてOLT1を汎用化及び小型化できる。例えば、本実施形態のOLT1は、SFP(Small Form-factor Pluggable)モジュールにまで小型化された光通信デバイスで構成される。従って、以下において、OLT1を「小型OLT1」ともいう。
汎用サーバ4に移行する機能には、DBA(Dynamic Bandwidth Allocation)が含まれていてもよい。DBAは、PON回線の上り方向の帯域を動的に割り当てる機能であり、PON通信のQoS(Quality of Service)を左右する。このため、DBAを汎用サーバ4に移行すれば、DBAに関するソフトウェア部品を修正又は追加するだけで、各ONU2のQoSを柔軟に変更又は追加可能となる。
汎用サーバ4に移行する機能がOAMである場合、それ以外の、MPCP(Multi Point Control Protocol)、DBA、暗号化、及びVLAN(Virtual LAN)などのPON通信に必要なその他の機能は、OLT1のフレーム処理部12(図6参照)などのハードウェア部品が実行する機能として残存する。
例えば、汎用サーバ4に移行するPON通信に関する機能には、ONU2をスリープ制御する省電力機能やONU2の登録及び認証機能などが含まれていてもよい。
図2は、汎用サーバ4の内部構成の一例を示すブロック図である。
図2に示すように、本実施形態の汎用サーバ4は、筐体40と、筐体40に収容された制御部41、記憶部42及び通信部43とを備える。汎用サーバ4の筐体40には、操作部44及び表示部45が接続される。
制御部41は、CPUとRAM(Random Access Memory)よりなるメインメモリとを含む演算処理装置よりなる。制御部41のCPUは、記憶部42にインストールされたコンピュータプログラム(ソフトウェア)46をメインメモリに読み出し、当該プログラム46に従って各種の情報処理を行う。
通信部43は、外部装置とのイーサネット(登録商標)通信を行う通信カード(例えばLANカード)よりなる。通信部43は、LANケーブルなどの所定の通信ケーブルにより集線装置3に接続される。
表示部45は、液晶モニタ又は有機ELパネルなどの表示装置よりなる。表示部45は、操作部44に対する操作入力を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)画面などを表示することができる。
図2に示すように、制御部41のCPUが実行するコンピュータプログラム(ソフトウェア)46には、OS47上で動作するミドルウェア部48と、1又は複数のアプリケーション部品49と、内部API50と、外部API51とが含まれる。
コンピュータプログラム46には、OLT設定部52と外部API53も含まれる。なお、本実施形態において、「アプリケーション」を「アプリ」と略記することがある。
上記のコンピュータプログラム46は、インターネットなどの公衆通信網を通じて、ソフトウェア製品として流通させることもできる。なお、USBメモリやネットワーク経由でコンピュータプログラム46を汎用サーバ4に格納する場合は、汎用サーバ4に必ずしも光学ドライブを設ける必要はない。
逆に、アプリケーション部品49の動作可否が、OLT1などの通信機器が準拠する通信規格の種別(バーションを含む。)及び製造ベンダの相違に依存しない状況のことを、「機器非依存」という。
アプリ部品49は、内部API50により入れ替え可能となるように汎用化されたソフトウェア部品である。ソフトウェア部品とは、必要な機能が交換可能な単位で纏められたソフトウェアのことである。
図2に破線で示すように、アプリ部品49には、DBAアプリ49Bが含まれていてもよい。DBAアプリ49Aは、ONU2の上り帯域を動的に割り当てるDBA機能を実現するためのアプリケーション部品である。
従って、ミドルウェア部48は、内部API50A,50Bによりアプリ部品49A,49Bに対して所定の情報を入出力する。
従って、ミドルウェア部48は、外部API51A,51Bにより外部の通信機器のハードウェア部品に対して所定の情報を入出力する。
機能フレームは、PON機能の一部の機能を実行するのに必要となる機能情報(OAM機能の場合には、ONUから通知されるOAMメッセージなど)を伝送するため制御フレームである。
外部API53は、汎用サーバ4のOLT設定部52とOLT1のハードウェア部品(例えば、OLT1のFPGAなど)とを接続する、機器依存及び機器非依存のうちの少なくとも1つの入出力インタフェースである。
もっとも、本実施形態のOLT設定部52は、機器非依存の外部API53が多く汎用性が高いVOLTHAに準拠するソフトウェアであることが好ましい。
設定フレームに含める設定情報には、例えば、ONU2の収容台数、登録済みのONU2のLLID値、LLID値ごとのQoS情報などが含まれる。
図3は、複数の小型OLT1を有する光通信システムの接続形態(トポロジ)の一例を示す概略図である。
図3に示すように、本実施形態の集線装置3は、複数の物理ポートPi(i=1,2……n)と、複数の物理ポートQ1~Q3とを備える。このうち、物理ポートPiは、任意のOLT1を接続可能なOLT1用の物理ポートである。
従って、集線装置3の筐体に複数の小型OLT1が一体化された、OLT集合型の局側終端装置を構成することができる。なお、OLT1が直結タイプでない場合や大型である場合は、各OLT1をLANのケーブルなどで物理ポートPiに接続すればよい。
集線装置3は、受信フレームのVLAN_ID及び宛先MACアドレスをキーとしてFDBを検索し、受信レームの出力ポートを決定する。集線装置3は、宛先MACアドレスがFDBに登録されていない場合は、同じVLANに属する全ポート(受信ポートを除く。)に受信フレームを出力する。
図4は、光通信システムの通信帯域の一例を示す説明図である。
図4Aは、集線装置3が下り方向の帯域制限を行わない場合の説明図である。
図4Bは、集線装置3が下り方向の帯域制限を行う場合の説明図である。なお、本明細書では、図示の通信帯域の数値(bps値)は概略値である。
10G-EPONのFECでは、データ送信時における誤り訂正用の符号(パリティ信号)のオーバーヘッドは、全データ量の約13%となる。すなわち、10G-EPONのFECが有効であると、OLT1がONU2に送信するPONフレームには約13%の冗長ビット(オーバーヘッド)が付加される。従って、PON回線が接続されるOLT1の下位ポートでは、下りの主信号の最大帯域が8.7Gbpsとなり、下りのパリティ信号の最大帯域が1.3Gbpsとなる。
このため、本実施形態では、図4Aに示すように、主信号用のVLAN1と制御信号用のVLAN2を集線装置3に設定し、OLT1の物理ポートPiに2つのVLAN1,2を割り当てることにより、主信号と制御信号のトラフィックを分離している。
これにより、主信号と制御信号との輻輳が発生し難くなり、集線装置3で制御信号が破棄されるのを防止することができる。従って、OLT設定部52がOLT1を適切に制御できるようになる。
従って、主信号と制御信号との輻輳をより確実に防止するには、集線装置3における制御信号用のVLAN2の送信帯域を1.3Gbps以下に制限することが好ましい。
図5は、集線装置3の内部構成の一例を示すブロック図である。
図5に示すように、集線装置3は、複数の物理ポートQ1,Q2,Pi(i=1,2…n)と、フレーム処理部30とを備える。
また、上位装置5、OLT設定部52(汎用サーバ4)、及びOLT1のMACアドレスは、それぞれ、MA1、MA2及びMA3であるとする。
受信処理部31は、物理ポートQ1,Q2,Piと同数の入力ポートを有し、各物理ポートQ1,Q2,Piは、対応する入力ポートにそれぞれ接続されている。
送信処理部33は、物理ポートQ1,Q2,Piと同数の出力ポートを有し、各物理ポートQ1,Q2,Piは、対応する出力ポートにそれぞれ接続されている。
FDB32のエントリは、受信フレームのVLAN_ID及び送信元アドレスと入力ポートから自動学習で生成されたダイナミックエントリであってもよいし、ユーザの手動設定によって生成されたスタティックエントリであってもよい。
アドレス値MA1に対応するVLAN_ID→VID1
アドレス値MA2に対応するVLAN_ID→VID2
アドレス値MA3に対応するVLAN_ID→VID1
アドレス値MA3に対応するVLAN_ID→VID2
入出力ポートQ1に対応するVLAN_ID→VID1
入出力ポートQ2に対応するVLAN_ID→VID2
入出力ポートP1に対応するVLAN_ID→VID1
入出力ポートP1に対応するVLAN_ID→VID2
送信処理部33は、出力ポートQ1,Q2,P1ごとにVLAN_ID(=VID1,VID2)に対応する複数のキューQE_VID1,QE_VID2を含むバッファメモリ35と、バッファメモリ35からデータを取り出す帯域制御部36と有する。
受信処理部31は、VLAN_ID=VID2でかつ宛先MAアドレス=MA2の受信フレームを、出力ポートQ2のキューQE_VID2に入れる。
受信処理部31は、VLAN_ID=VID1でかつ宛先MAアドレス=MA3の受信フレームを、出力ポートP1のキューQE_VID1に入れる。
受信処理部31は、VLAN_ID=VID2でかつ宛先MAアドレス=MA3の受信フレームを、出力ポートP1のキューQE_VID2に入れる。
帯域制御部31が実行する制御は、出力ポートP1のキューQE_VID1の送信帯域をOLT1の下位ポートにおける主信号の最大帯域(=8.7Gbps)以下に制限することである。具体的には、帯域制御部31は、出力ポートP1のキューQE_VID1に蓄積される送信フレームの取り出し速度を、8.7Gbps以下の設定値となるように調整(例えばシェーピング)する。
このため、集線装置3で制御信号が破棄されるのを防止することができ、OLT設定部52によりOLT1を適切に制御できるようになる。
従って、本実施形態では、主信号と制御信号との輻輳をより確実に防止するため、帯域制御部31が制御信号用である出力ポートP1のキューQE_VID2の送信帯域を1.3Gbps以下に制限するようになっている。
状態判定部34は、PON通信のFECがオンになった場合に、上記の送信帯域の制限を指示する制御信号を帯域制御部36に出力する。従って、帯域制御部31による送信帯域の制限は、PON通信のFECがオンである場合に実行される処理である。
図6は、OLT1の内部構成の一例を示すブロック図である。
図6に示すように、OLT1は、図の左側から右側に向かって順に、下位側送受信部11、フレーム処理部12、及び上位側送受信部13を備える。
OLT1は、PON側(下位側)の伝送速度が10Gbpsであり、上位側の伝送速度も10Gbpsであるが、上位側の伝送速度>PON側の伝送速度であってもよい。
下位側送受信部11は、ONU2からの上り光信号を電気信号に変換する。下位側送受信部11は、変換した電気信号から再生した上りフレームをフレーム処理部12の上り受信処理部14に出力する。
上位側送受信部13は、集線装置3から入力されるイーサネット信号を復調して下りフレームを再生する。上位側送受信部13は、再生した下りフレームをフレーム処理部12の下り受信処理部16に出力する。
フレーム処理部12は、上り受信処理部14、上り送信処理部15、下り受信処理部16、下り送信処理部17、及びメッセージ処理部18を備える。フレーム処理部12は、更に、上りバッファ19、下りバッファ20、及び設定処理部21を備える。
上り送信処理部15は、上りバッファ19からユーザフレームを取り出して上位側送受信部13に出力する。この際、上り送信処理部15は、VLAN_ID=VID1であるVLANタグをユーザフレームに付与する。上位側送受信部13は、入力されたユーザフレームをイーサネット信号に変換して集線装置3に送信する。
下り送信処理部17は、下りバッファ20からユーザフレームを取り出して下位側送受信部11に出力する。下位側送受信部11は、入力されたユーザフレームを下り光信号に変換してONU2に送信する。
メッセージ処理部18は、複数のレポートフレームに記された送信要求量に基づいて、所定のDBAサイクルごとにDBAを実行し、各ONU2に許可するグラント情報(送信開始時刻及び送信時間長)を算出する。メッセージ処理部18は、算出したグラント情報を含むゲートフレームを生成し、そのフレームを下り送信処理部17に出力する。
設定処理部21は、設定フレームに記された指令に応じた所定の設定処理を行う。例えば、設定フレームの指令がLLID値の要求である場合には、設定処理部21は、登録済みのLLID値を応答用の設定フレームに含める。
或いは、OLT設定部52が、ONU2の登録状況を要求する設定フレームを周期的に設定処理部21にポーリングし、設定処理部21が、登録状況の要求に応じて、新たなONU2のLLID値を応答することにしてもよい。
上り送信処理部15は、VLAN2に属する設定フレームの送信帯域を、1.3Gbps(OLT1の下位ポートにおけるパリティ信号の最大帯域)以下に制限する。この帯域制限は、設定処理部21が実行してもよい。従って、OLT1と集線装置3の間の上り方向の帯域が10Gbpsを超えなくなり、上り方向における設定フレーム(制御信号)とユーザフレーム(主信号)の輻輳を防止できる。
図7は、集線装置3の内部構成の変形例を示すブロック図である。
図7に示すように、ソフトウェア部品であるOLT設定部52は、汎用サーバ4ではなく集線装置3に搭載されていてもよい。
すなわち、OLT設定部52は、集線装置3に搭載されたCPU(図示せず)により実行されるソフトウェア部品であってもよい。
図8は、集線装置3の全体構成の変形例を示すブロック図である。
図8に示すように、集線装置3は、複数の集線装置3A~3Cを含む複数の通信ネットワーク3Nであってもよい。図8のネットワーク3Nは、3つの集線装置3A~3Cを含むツリー構造に接続した形態となっている。
このように、通信ネットワーク3Nよりなる集線装置3を採用すれば、集線装置3A~3Cは、VLAN単位での帯域制限ができなくても、ポート単位での帯域制限ができればよい。このため、安価な集線装置3A~3Cを使用すれば足り、システムの低コスト化に繋がる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、汎用サーバ4のOS47又はミドルウェア部48がリモート制御の機能を有する場合には、汎用サーバ4から離れた別のPCから汎用サーバ4にログインし、当該PCの操作部44と表示部45を用いて所定の操作入力を行えばよい。
以上説明した実施形態は、以下に付記する特徴を含む。
〔付記〕
集線装置と、
前記集線装置の第1ポートに接続される上位装置と、
前記集線装置の第2ポートに接続される又は前記集線装置に内蔵される制御装置と、
前記集線装置の第3ポートに接続される10G-EPONの局側終端装置であって、上位ポートと、PON回線に接続される下位ポートとを有する前記局側終端装置と、を備え、
前記上位ポートの伝送速度が前記下位ポートの伝送速度と同等以上である光通信システムであって、
前記集線装置には、
前記上位装置と前記局側終端装置との間で伝送させる主信号用のVLANと、前記制御装置と前記局側終端装置との間で伝送させる制御信号用のVLANが設定され
前記集線装置は、
前記主信号用のVLANの下り方向の送信帯域を、8.7Gbps以下に制限し、
前記制御信号用のVLANの下り方向の送信帯域を、1.3Gbps以下に制限する光通信システム。
2 加入者側終端装置(ONU)
3 集線装置(L2SW)
3N ネットワーク
3A~3C 集線装置(L2SW)
4 汎用サーバ
5 上位装置
11 下位側送受信部
12 フレーム処理部
13 上位側送受信部
14 上り受信処理部
15 上り送信処理部
16 下り受信処理部
17 下り送信処理部
18 メッセージ処理部
19 上りバッファ
20 下りバッファ
21 設定処理部
30 フレーム処理部
31 受信処理部
32 FDB
33 送信処理部
34 状態判定部
35 バッファメモリ
36 帯域制御部
40 筐体
41 制御部
42 記憶部
43 通信部
44 操作部
45 表示部
46 コンピュータプログラム(ソフトウェア)
47 OS
48 ミドルウェア部
49 アプリケーション部品(アプリ部品)
49A OAMアプリ
49B DBAアプリ
50 内部API
50A,50B 内部API
51 外部API
51A,51B 外部API
52 OLT設定部(制御装置)
53 外部API
Pi 物理ポート
Q1~Q3 物理ポート
Q1 物理ポート(第1ポート)
Q2 物理ポート(第2ポート)
P1 物理ポート(第3ポート)
Claims (5)
- 集線装置と、
前記集線装置の第1ポートに接続される上位装置と、
前記集線装置の第2ポートに接続される又は前記集線装置に内蔵された制御装置と、
前記集線装置の第3ポートに接続されるPONの局側終端装置であって、上位ポートと、PON回線に接続される下位ポートとを有する前記局側終端装置と、を備え、
前記上位ポートの伝送速度が前記下位ポートの伝送速度と同等以上である光通信システムであって、
前記集線装置には、
前記上位装置と前記局側終端装置との間で伝送させる主信号用のVLANと、前記制御装置と前記局側終端装置との間で伝送させる制御信号用のVLANが設定され、
前記集線装置は、
前記主信号用のVLANの下り方向の送信帯域を、前記下位ポートにおける主信号の最大帯域以下に制限する光通信システム。 - 前記集線装置は、
前記制御信号用のVLANの下り方向の送信帯域を、前記下位ポートにおけるパリティ信号の最大帯域以下に制限する請求項1に記載の光通信システム。 - 前記局側終端装置は、
前記制御信号用のVLANの上り方向の送信帯域を、前記下位ポートにおけるパリティ信号の最大帯域以下に制限する請求項1又は請求項2に記載の光通信システム。 - 前記PONは、10G-EPONであり、
前記下位ポートにおける主信号の最大帯域は、8.7Gbpsであり、
前記下位ポートにおけるパリティ信号の最大帯域は、1,3Gbpsである請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光通信システム。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光通信システムに用いられる集線装置。
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