JPWO2009066733A1

JPWO2009066733A1 - 通信装置および帯域割当方法

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Publication number: JPWO2009066733A1
Application number: JP2009542586A
Authority: JP
Inventors: 正基田中; 隆司菊澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2028-11-20
Also published as: JP4879327B2; WO2009066733A1; US8374194B2; EP2219326A4; EP2219326A1; US20100254407A1; KR20100086054A; CN101849389B; KR101126896B1; CN101849389A; EP2219326B1

Abstract

複数のデータ伝送レートのＯＮＵに対して特定の帯域要求通知方法に因らずに帯域を割り当てる契機を設けて、各ＯＮＵのデータ伝送レート間の上り送信データ遅延の公平性を実現することができる通信装置を得る。データ伝送レートごとに必要な帯域要求量の比率を子局装置２０−１〜２０−ｎごとに設定された通信品質に基づいて算出し、比率を用いて帯域更新周期をデータ伝送レートごとのスロットに分割する帯域更新周期分割処理部１３と、データ伝送レートのスロット内で、対応するデータ伝送レートを有する子局装置２０−１〜２０−ｎに帯域を割り当てる帯域割当量算出部１４と、子局装置２０−１〜２０−ｎが送信するデータフレームのオーバヘッド長に基づいて、子局装置２０−１〜２０−ｎのデータの送信開始時刻と送信時間を設定する送信開始時刻算出部１５と、を備える。

Description

この発明は、１台の親局装置と複数の子局装置が１対多で接続される通信システムで使用される通信装置および帯域割当方法に関するものである。

各家庭や企業などと上位ネットワークとを結ぶアクセス系ネットワークの１つとして、親局装置（以下、ＯＬＴ（Optical Line Terminal）という）と多数の子局装置（以下、ＯＮＵ（Optical Network Unit）という）を光ファイバおよびスプリッタにて１対多接続するＰＯＮ（Passive Optical Network）システムが用いられている。このような１対多のＰＯＮシステムにおいてＯＮＵからＯＬＴへの上りデータ通信を行う場合、ＯＮＵはＯＬＴに自装置の帯域要求量を示した帯域要求信号を送信し、ＯＬＴは各ＯＮＵの帯域要求量に基づいて各ＯＮＵに帯域を割り当て、ＯＮＵごとに送信開始時刻と送信時間を示した送信許可信号を送信する。その後、ＯＮＵはＯＬＴから自装置宛の送信許可信号を受信し、送信許可信号の内容にしたがって上りデータを送信する帯域割当処理を行う。

このようなＰＯＮシステムとして、上下方向の通信にそれぞれ１Ｇｂｉｔ／ｓのデータ伝送レートを持ち、上下異なる波長を用いた波長多重による双方向通信を行い、また、ＯＮＵが上りデータを送信する際には、複数ＯＮＵで上り帯域を分割する時分割多重方式でデータを送信するシステム形態が知られている（たとえば、非特許文献１参照）。

一方で光デバイスの性能向上などに伴い、高データ伝送レートを実現するＰＯＮシステムが開発されている。このＰＯＮシステムでは、既存の低データ伝送レートのＰＯＮシステムと上位互換性を保ちつつ、同一ＰＯＮシステム上で高データ伝送レートを送信することが可能な構成を有している。このようなＰＯＮシステムの発展型として、ＯＬＴは上下方向ともに１Ｇｂｉｔ／ｓと１０Ｇｂｉｔ／ｓのデータ伝送レートを持ち、また、ＯＮＵは、上下方向とも１Ｇｂｉｔ／ｓのデータ転送レートを持つ装置、上下方向とも１０Ｇｂｉｔ／ｓのデータ転送レートを持つ装置、および上り方向１Ｇｂｉｔ／ｓで下り方向１０Ｇｂｉｔ／ｓのデータ伝送レートを持つ装置が混在するＰＯＮシステムが知られている（たとえば、非特許文献２参照）。このような複数の異なるデータ伝送レートを有するＯＮＵが接続されたＰＯＮシステムにおいては、下り方向では複数のデータ伝送レートごとに波長を分けることによって、波長多重方式でデータ伝送を行っているが、上り方向では１つの波長を用いて帯域をＯＮＵで分け合う時分割多重方式でデータ送信を行っている。そのため、複数のデータ伝送レートを持つＯＮＵを含む通信システムにおいても上りの帯域割当を行う必要があった。

また、ＯＬＴがＯＮＵに上りの帯域を割り当てる方法として、ＯＮＵが大小２つの値を帯域要求量としてＯＬＴに通知し、ＯＬＴでは低遅延クラスにあるＯＮＵには小さい帯域要求量を短い周期で割り当て、通常クラスにあるＯＮＵには大きい帯域要求量を長い周期で割り当てることで、ＯＮＵの上りデータの低遅延化と帯域の利用効率の向上を行う技術が知られている（たとえば、非特許文献３参照）。

"IEEE Standards 802.3ahTM-2004", 7 September 2004, IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers) Computer Society Glen Kramer et. al., "10GEPON-1GEPON Coexistence", January 15, 2007, IEEE802.3av 10GEPON Task Force, Presentation Materials 吉原修等、「ＧＥ−ＰＯＮに適した動的帯域割当アルゴリズム」、信学技報、ＮＳ２００２−１７、電子情報通信学会

ところで、異なるデータ転送レートを有するＯＮＵを複数備えるＰＯＮシステムにおいて、高データ伝送レートを具備するＯＮＵは低データ伝送レートを具備するＯＮＵに比べて上り送信データを低遅延とするようなサービス形態が考えられる。しかし、非特許文献３では、ＯＮＵが特定の帯域要求量通知方法を具備した場合のみにしか低遅延化が実現できないという問題点があった。また、高データ伝送レートのＯＮＵを完全優先にすると、低データ伝送レートのＯＮＵのデータ遅延が増加してしまうという問題点もあった。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、高データ伝送レートのＯＮＵと低データ伝送レートのＯＮＵに対して特定の帯域要求通知方法に因らずに、それぞれのデータ伝送レートを持つＯＮＵに帯域を割り当てる契機を設けて、各ＯＮＵのデータ伝送レート間の上り送信データ遅延の公平性を実現することができる通信装置および帯域割当方法を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる通信装置は、データ伝送レートの異なる複数の子局装置に接続され、前記複数の子局装置からの帯域要求量に基づいて、帯域更新周期における前記各子局装置に対してデータの送信開始時刻と送信時間を含む送信許可信号を作成して通知する通信装置において、前記データ伝送レートごとに必要な帯域要求量の比率を、前記子局装置からの前記帯域要求量と前記子局装置ごとに設定された通信品質に基づいて算出し、前記比率を用いて前記帯域更新周期を前記データ伝送レートごとのスロットに分割する帯域更新周期分割手段と、前記データ伝送レートのスロット内で、対応するデータ伝送レートを有する子局装置に帯域を割り当てる帯域割当量算出手段と、前記子局装置が送信するデータフレームのオーバヘッド長に基づいて、前記子局装置のデータの送信開始時刻と送信時間を設定する送信開始時刻設定手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、データ伝送レートに応じたバーストオーバヘッドを利用した帯域利用効率の向上が可能となり、また、子局装置が特定の帯域要求量通知方法を具備しなくても、データ伝送レートに応じた帯域割当契機を与えることで、送信データ遅延の公平性を実現することができるという効果を有する。

図１は、この発明にかかる通信装置を備えるＰＯＮシステムの実施の形態の構成を模式的に示すブロック図である。図２は、ＯＬＴとＯＮＵとの間で送受信される光信号のバーストフレームの構成の一例を示す図である。図３は、バーストフレームの送信状態を模式的に示す図である。図４は、帯域割当処理の全体の概要を示すフローチャートである。図５は、帯域更新周期の分割処理の詳細を示すフローチャートである。図６は、帯域割当量算出処理の処理手順の詳細を示すフローチャートである。図７は、送信開始時刻算出処理の手順の一例を示すフローチャートである。図８は、この実施の形態と従来例によるＯＮＵのバーストフレームの配置の例を模式的に示す図である。

符号の説明

１０親局装置（ＯＬＴ）
１１，２１Ｅ／Ｏ変換部
１２帯域要求抽出部
１３帯域更新周期分割処理部
１４帯域割当量算出部
１５送信開始時刻算出部
１６送信許可信号送信部
２０−１〜２０−ｎ子局装置（ＯＮＵ）
２２データバッファ部
２３帯域要求算出部
２４受信処理部
２５データ送信制御部
３０スプリッタ
４０光ファイバ

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる通信装置および帯域割当方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明にかかる通信装置を備えるＰＯＮシステムの実施の形態の構成を模式的に示すブロック図である。このＰＯＮシステムは、１台の親局装置（以下、ＯＬＴという）１０と、複数台の子局装置（以下、ＯＮＵという）２０−１，２０−２，・・・，２０−ｎとが、スプリッタ３０が設けられた光ファイバ４０を介して１対多に接続された構成を有する。ＯＬＴ１０は、さらに上位ネットワークと接続され、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎはそれぞれ各家庭や企業などが有する端末装置と接続される。また、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎは、データ伝送レートの異なる複数種類の装置によって構成される。ここでは、ＯＮＵ２０−１，・・・，２０−ｎは、低データ伝送レートを備えるＯＮＵ（以下、低レートＯＮＵという）と、高データ伝送レート備えるＯＮＵ（以下、高レートＯＮＵという）との２種類のＯＮＵからなるものとし、図１の例では、ＯＮＵ２０−１は、低レートＯＮＵであり、ＯＮＵ２０−２は、高レートＯＮＵであり、・・・、ＯＮＵ２０−ｎは、いずれかのデータ伝送レートを備えるＯＮＵであるとする。なお、この実施の形態では、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎは高データ伝送レートと低データ伝送レートの２つのデータ伝送レートのいずれかに分類される場合を例に挙げて説明するがデータ伝送レートの分類はこれに限定されるものではなく、３種類以上のデータ伝送レートを有するＯＮＵ２０−１〜２０−ｎが接続される場合に対してもこの実施の形態を適用することができる。

ＯＬＴ１０は、高／低データ伝送レートに対応する光／電気変換を行うＥ／Ｏ変換部１１と、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎが送信する上りデータの中から帯域要求信号を抽出する帯域要求抽出部１２と、帯域要求抽出部１２で抽出された各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求量から帯域更新周期を伝送レートの種類ごとに分割する帯域更新周期分割処理部１３と、分割帯域と各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求量から各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎへの帯域割当量を算出する帯域割当量算出部１４と、割り当てた帯域と各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのバーストオーバヘッドを基に送信開始時刻と送信時間を算出する送信開始時刻算出部１５と、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎごとに割り当てた送信開始時刻と送信時間を通知するための送信許可信号を生成し、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに送信する送信許可信号送信部１６と、を備える。

ここで、帯域更新周期分割処理部１３は、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求量を通信品質を表す数値で重み付けを行い、レートごとにその和を求め、さらにこれらの総和に対する各レートの割合を求めて、帯域更新周期をレートごとのスロットに分割する。ここでは、通信品質を表す数値として、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに設定されている最低帯域を用いる場合について説明する。つまり、各低レートＯＮＵについての最低帯域を掛け合わせたものの総和と、各高レートＯＮＵについての帯域要求量に最低帯域を掛け合わせたものの総和とを求め、さらにこれらの総和に対する各レートＯＮＵについての総和の割合を用いて、帯域更新周期を高データ伝送レートスロット（以下、高レートスロットという）と低データ伝送レートスロット（以下、低レートスロットという）に分割する。このように、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求量を最低帯域量で重み付けすることによって、各レートのＯＮＵ２０−１〜２０−ｎについて最低帯域に応じたデータ遅延に関する設定を行うことが可能となる。

帯域割当量算出部１４は、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎからの帯域要求量に基づき、各高レートＯＮＵに対しては、高レートスロットの帯域を割り当て、低レートＯＮＵに対しては、低レートスロットの帯域を割り当てる処理を行う。

以上の帯域更新周期分割処理部１３と帯域割当量算出部１４では、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに設定された最低帯域を用いて、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎからの帯域要求量を割り当てることによって、特定の帯域要求量通知方法を用いることなく、すべてのＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに対して最低帯域の大小にほぼ比例した低遅延化を実現することができる。

送信開始時刻算出部１５は、接続されるＯＮＵ２０−１〜２０−ｎごとにバーストフレームの先頭オーバヘッド長と後方オーバヘッド長を含むオーバヘッド情報を保持するオーバヘッド長保持機能と、前回送信開始時刻を設定したＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのフレームの後方オーバヘッド長に最も近い先頭オーバヘッドを有する先頭オーバヘッドをオーバヘッド長保持機能から検索し、帯域更新周期内でのバーストフレーム間の先頭オーバヘッドと後方オーバヘッドとの重なりの和が最大となるように、そのＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの先頭オーバヘッドを前回送信開始時刻を設定したＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの後方オーバヘッドと許容され得る最大範囲までオーバラップさせるように送信開始時刻を設定し、送信時間を算出する送信開始時刻算出機能と、を有する。

異なるデータ伝送レートを持つ複数のＯＮＵ２０−１〜２０−ｎが接続されるＰＯＮシステムにおいて、高データ伝送レートを具備するＯＮＵ２０−１〜２０−ｎは、低データ伝送レートを具備するＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに比べ、送信バーストフレームのオーバヘッドが縮小するという性質を有する。そこで、送信開始時刻算出機能では、データ伝送レートが同じまたは近いＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのバーストフレームが連続するように、送信開始時刻を設定する。これにより、各バーストフレームのオーバヘッドの重なり量を最大化することができ、帯域利用効率を向上させることができる。

各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎは、ＯＬＴ１０側のインタフェースとなる光／電気変換を行うＥ／Ｏ変換部２１と、端末側のインタフェースから受信したデータを蓄えるデータバッファ部２２と、データバッファ部２２に蓄積されたデータ量を基にＯＬＴ１０に対して帯域要求を算出する帯域要求算出部２３と、前回送信したデータについての帯域要求に対する送信許可信号を含むＯＬＴ１０側からのデータの受信処理を行う受信処理部２４と、帯域要求信号およびデータバッファ部２２に蓄積したデータをＯＬＴ１０の送信許可信号にしたがってＯＬＴ１０に送信するデータ送信制御部２５と、を備える。なお、低レートＯＮＵ２０−１，・・・の場合には、Ｅ／Ｏ変換部２１は、低データ伝送レートに対応する光／電気変換を行い、高レートＯＮＵ２０−２，・・・の場合には、Ｅ／Ｏ変換部２１は、高データ伝送レートに対応する光／電気変換を行う。

つぎに、ＰＯＮシステムにおけるＯＬＴ１０とＯＮＵ２０−１〜２０−ｎとの間での通常の通信動作について説明し、その後にこの実施の形態によるＯＬＴ１０での帯域割り当て方法について説明する。

まず、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎは、端末側から受信したデータをデータバッファ部２２に蓄積する。その後、帯域要求算出部２３が、データバッファ部２２の中身を見て帯域要求量を算出し、ＯＬＴ１０に送信する帯域要求信号を生成し、データ送信制御部２５に渡す。データ送信制御部２５は、前回受信したＯＬＴ１０からの送信許可信号の内容（上りデータ送信の開始時間と送信時間）に基づいて帯域要求信号を、データバッファ部２２に格納されたデータとともに送信する。この帯域要求信号はＥ／Ｏ変換部２１にて電気信号から光信号に変換され、光ファイバ４０を介してＯＬＴ１０にデータ信号が送信される。この伝送の途中で、スプリッタ３０によって各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎからの帯域要求信号を含むデータが多重化される。

ＯＬＴ１０は、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎからの帯域要求信号を受信すると、帯域要求信号をＥ／Ｏ変換部１１で光信号から電気信号に変換する。ついで、帯域要求抽出部１２で帯域要求信号から各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求量を抽出する。その後、帯域割当量算出部１４は、帯域要求量に基づいてＯＮＵ２０−１〜２０−ｎへ帯域を割り当て、送信開始時刻算出部１５は、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎごとにデータ送信開始時刻とデータ送信時間を算出する。そして、送信許可信号送信部１６は、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎごとのデータ送信開始時刻とデータ送信時間を格納した送信許可信号を生成し、Ｅ／Ｏ変換部１１は送信許可信号を電気信号から光信号に変換して、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに送信する。

ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎは、Ｅ／Ｏ変換部２１で受信した送信許可信号を光信号から電気信号に変換し、受信処理部２４で、その中から自装置宛の送信許可信号のみを受信し、その他装置宛の送信許可信号は破棄し、自装置のデータ送信開始時刻とデータ送信時間をデータ送信制御部２５に伝える。また、同時に、上述したように、帯域要求算出部２３は、端末側から受信したデータをデータバッファ部２２に蓄積し、データバッファ部２２の中身を見て帯域要求量を算出して帯域要求信号を生成する。その後、データ送信制御部２５は、送信許可信号に指示されたデータ送信時刻になると、帯域要求信号とともに、データバッファ部２２から前回端末側から受信したデータを抜き出し、データ送信時間で規定された時間内にＯＬＴ１０に対してデータを送信する。以上の処理が繰り返し実行され、ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０−１〜２０−ｎとの間で通信が行われる。

図２は、ＯＬＴとＯＮＵとの間で送受信される光信号のバーストフレームの構成の一例を示す図であり、図３は、バーストフレームの送信状態を模式的に示す図である。図２に示されるように、バーストフレームの先頭には、「Laser On Time」があり、その後ろに主要な「Data」が格納され、最後に「Laser off Time」が配置される。このようなバーストフレームにおいては、Laser on TimeとLaser off TimeはDataの中身に直接関係ないため、それぞれバーストフレームの前方オーバヘッドと後方オーバヘッドとなる。したがって、図３に示すように高レートＯＮＵが送信するバーストフレーム３１〜３３と低レートＯＮＵが送信するバーストフレーム３４〜３６の前後を時間的に重畳することができる。また、図３に示すように高レートＯＮＵと低レートＯＮＵではバーストフレームのオーバヘッドが異なる。つまり、高レートＯＮＵのバーストフレーム３１，３２，３３では、オーバヘッドが短く、低レートＯＮＵのバーストフレーム３４，３５，３６では、オーバヘッドが長くなる。

つぎに、この実施の形態によるＯＬＴ１０における帯域割り当て処理について説明する。図４は、帯域割当処理の全体の概要を示すフローチャートである。まず、ＯＬＴ１０の帯域要求抽出部１２は、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎから送信された帯域要求信号を収集し（ステップＳ１０）、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求を抽出する。このとき、帯域要求抽出部１２は、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎによって１つの帯域要求信号内に複数の帯域要求量が格納されている場合には、１つの帯域要求信号内に格納された帯域要求量の和を当該ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求量として処理する。

ついで、帯域更新周期分割処理部１３は、帯域更新周期をＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのデータ転送レートごとに分割処理する（ステップＳ２０）。図５は、帯域更新周期の分割処理の詳細を示すフローチャートである。ここでは、低レートＯＮＵの帯域要求量を各ＯＮＵに設定された最低帯域で重み付けした和ＳＬと、高レートＯＮＵの帯域要求量を各ＯＮＵに設定された最低帯域で重み付けした和ＳＨとから、それぞれの和ＳＬ、和ＳＨの比を求め、これらの比に応じて帯域更新周期Ｗを高レートスロットＷＳＨと低レートスロットＷＳＬに分割する処理を行う場合を例に挙げて説明する。

まず、帯域更新周期分割処理部１３は、低レートＯＮＵの帯域要求量の和ＳＬをゼロに初期化する（ステップＳ２０１）。ついで、低レートＯＮＵ＃ｉ（＃ｉは、低レートＯＮＵに付された識別子）の帯域要求量ＲｅｑＷｉを、予めＯＬＴ１０に設定された低レートＯＮＵ＃ｉの最低帯域ＭｉｎＢＷｉで重み付けを行い、この値を次式（１）に示されるように低レートＯＮＵの帯域要求量の和ＳＬに加算する（ステップＳ２０２）。ここで、最低帯域ＭｉｎＢＷｉは、低レートＯＮＵごとに設定される値であり、たとえばＯＮＵごとに設定された通信品質の違いなどを反映させた値となる。
ＳＬ＝ＳＬ＋（ＲｅｑＷｉ×ＭｉｎＢＷｉ）・・・（１）

その後、全ての低レートＯＮＵについての帯域要求量を処理し終えたかを判定し（ステップＳ２０３）、未処理の低レートＯＮＵの帯域要求量がある場合（ステップＳ２０３でＮｏの場合）には、ステップＳ２０２に戻り、すべての低レートＯＮＵの帯域要求量を処理し終わるまで上述した処理が繰り返し行われる。

すべての低レートＯＮＵの帯域要求量を処理し終えた場合（ステップＳ２０３でＹｅｓの場合）には、高レートＯＮＵの帯域要求量の和ＳＨをゼロに初期化する（ステップＳ２０４）。ついで、高レートＯＮＵ＃ｊ（＃ｊは、高レートＯＮＵに付された識別子）の帯域要求量ＲｅｑＷｊを、予めＯＬＴ１０に設定された高レートＯＮＵ＃ｊの最低帯域ＭｉｎＢＷｊで重み付けを行い、この値を次式（２）に示されるように高レートＯＮＵの帯域要求量の和ＳＨに加算する（ステップＳ２０５）。ここで、最低帯域ＭｉｎＢＷｊは、高レートＯＮＵごとに設定される値であり、たとえばＯＮＵごとに設定された通信品質の違いなどを反映させた値となる。
ＳＨ＝ＳＨ＋（ＲｅｑＷｊ×ＭｉｎＢＷｊ）・・・（２）

その後、全ての高レートＯＮＵの帯域要求量を処理し終えたかを判定し（ステップＳ２０６）、未処理の高レートＯＮＵの帯域要求量がある場合（ステップＳ２０６でＮｏの場合）には、ステップＳ２０５に戻り、すべての高レートＯＮＵの帯域要求量を処理し終わるまで上述した処理が繰り返し行われる。

すべての高レートＯＮＵの帯域要求量を処理し終えた場合（ステップＳ２０６でＹｅｓの場合）には、帯域更新周期分割処理部１３は、低レートＯＮＵへ割り当てる低レートスロットＷＳＬと、高レートＯＮＵへ割り当てる高レートスロットＷＳＨを算出する（ステップＳ２０７）。ここでは、各スロットは、次式（３）、（４）に示されるように、帯域更新周期Ｗを、各レートの帯域要求量の和に比例した値として算出する。
ＷＳＬ＝Ｗ×ＳＬ／（ＳＬ＋ＳＨ）・・・（３）
ＷＳＨ＝Ｗ×ＳＨ／（ＳＬ＋ＳＨ）・・・（４）

以上によって、帯域更新周期が、低レートＯＮＵ用に割り当てる低レートスロットＷＳＬと、高レートＯＮＵ用に割り当てる高レートスロットＷＳＨとの２つのスロットに分割され、帯域更新周期の分割処理が終了し、図４の処理に戻る。なお、上述した説明では、低レートＯＮＵの帯域要求量ＷＳＬを求めた後に、高レートＯＮＵの帯域要求量ＷＳＨを求めているが、この順番は入れ替えてもよい。

その後、帯域割当量算出部１４は、上記の帯域更新周期の分割処理で分割された高レートスロットＷＳＨと低レートスロットＷＳＬと、分割した帯域更新周期に対応するデータ転送レートの各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求量とを基に、それぞれのＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに対して帯域割当量ＢＡｉを算出する（ステップＳ３０）。図６は、帯域割当量算出処理の処理手順の詳細を示すフローチャートである。

まず、帯域割当量算出部１４は、低レートＯＮＵの中から１つの低レートＯＮＵ＃ｉを抽出し、抽出した低レートＯＮＵ＃ｉの帯域要求量ＲｅｑＷｉが低レートスロットＷＳＬ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。低レートＯＮＵ＃ｉの帯域要求量ＲｅｑＷｉが低レートスロットＷＳＬ以下の場合（ステップＳ３０１でＹｅｓの場合）には、次式（５）に示されるように、低レートＯＮＵ＃ｉの帯域割当量ＢＡｉを帯域要求量ＲｅｑＷｉとする（ステップＳ３０２）。
ＢＡｉ＝ＲｅｑＷｉ・・・（５）

つぎに、次式（６）のように、低レートスロットＷＳＬから割り当てた帯域量ＲｅｑＷｉを減算し、低レートスロットＷＳＬの残りを算出する（ステップＳ３０３）。この低レートスロットの残りの値を、新たな低レートスロットＷＳＬとする。
ＷＳＬ＝ＷＳＬ−ＲｅｑＷｉ・・・（６）

なお、ステップＳ３０１で低レートＯＮＵ＃ｉの帯域要求量ＲｅｑＷｉが残りの低レートスロットＷＳＬよりも大きい場合（ステップＳ３０１でＮｏの場合）には、帯域の割当処理を行わず、ここでは帯域割当処理が済んだものとして扱う。その後、またはステップＳ３０３の後に、すべての低レートＯＮＵの帯域要求量の割り当て処理をすべて行ったか否かを判定する（ステップＳ３０４）。帯域要求量の割当処理が終了していない低レートＯＮＵが存在する場合（ステップＳ３０４でＮｏの場合）には、ステップＳ３０１へと戻り、上述した処理が繰り返し行われる。

また、すべての低レートＯＮＵの帯域要求量の割当処理が終了した場合（ステップＳ３０４でＹｅｓの場合）には、次式（７）のように、低レートスロットの残りＷＳＬを式（４）で求めた高レートスロットＷＳＨに加え（ステップＳ３０５）、これを新たな高レートスロットＷＳＨとする。
ＷＳＨ＝ＷＳＨ＋ＷＳＬ・・・（７）

つぎに、高レートＯＮＵの中から１つの高レートＯＮＵ＃ｊを抽出し、抽出した高レートＯＮＵ＃ｊの帯域要求量ＲｅｑＷｊが高レートスロットＷＳＨ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。高レートＯＮＵ＃ｊの帯域要求量ＲｅｑＷｊが高レートスロットＷＳＨ以下である場合（ステップＳ３０６でＹｅｓの場合）には、次式（８）に示されるように、高レートＯＮＵ＃ｊの帯域割当量ＢＡｊを帯域要求量ＲｅｑＷｊとする（ステップＳ３０７）。
ＢＡｊ＝ＲｅｑＷｊ・・・（８）

その後、次式（９）のように、高レートスロットＷＳＨから割り当てた帯域量ＲｅｑＷｊを減算し、高レートスロットＷＳＨの残りを算出する（ステップＳ３０８）。この高レートスロットの残りの値を、新たな高レートスロットＷＳＨとする。
ＷＳＨ＝ＷＳＨ−ＲｅｑＷｊ・・・（９）

なお、ステップＳ３０６で高レートＯＮＵ＃ｊの帯域要求量ＲｅｑＷｊが残りの高レートスロットＷＳＨよりも大きい場合（ステップＳ３０６でＮｏの場合）には、帯域の割当処理を行わず、ここでは帯域割当処理が済んだものとして扱う。その後、またはステップＳ３０８の後に、高レートＯＮＵの帯域要求量の割り当て処理をすべて行ったか否かを判定する（ステップＳ３０９）。帯域要求量の割当処理が終了していない高レートＯＮＵが存在する場合（ステップＳ３０９でＮｏの場合）には、ステップＳ３０６へと戻り、上述した処理が繰り返し行われる。

また、すべての高レートＯＮＵの帯域要求量の割当処理が終了した場合（ステップＳ３０９でＹｅｓの場合）には、高レートスロットＷＳＨの残りの帯域を残余帯域スロットとして、残余帯域スロットの割当処理を行う。具体的には、ステップＳ３０１で残りの低レートスロットＷＳＬよりも帯域要求量が大きく、帯域の割当処理が行われなかった低レートＯＮＵと、ステップＳ３０６で残りの高レートスロットＷＳＨよりも帯域要求量が大きく、帯域の割当処理が行われなかった高レートＯＮＵとに対して、帯域の割当処理を行う（ステップＳ３１０）。その後、残余帯域が０か否かを判定し（ステップＳ３１１）、残余帯域が０でない場合（ステップＳ３１１でＮｏの場合）には、割当量が少ないスロットのうちの最も割当量が少ないＯＮＵ＃ｋに、式（１０）に示されるように、残余帯域ＷＳＨを割り当てる（ステップＳ３１２）。その後、またはステップＳ３１１で残余帯域が０の場合（ステップＳ３１１でＹｅｓの場合）には、帯域割当量算出処理が終了し、図４の処理に戻る。なお、上述した説明では、低レートＯＮＵの帯域要求量の割当処理の後に高レートＯＮＵの帯域要求量の割当処理を行っているが、この順番は限定されるものではなく、処理する順番を入れ替えてもよい。
ＢＡｋ＝ＢＡｋ＋ＷＳＨ・・・（１０）

そして、送信開始時刻算出部１５は、割り当てた帯域に対して送信開始時刻と送信時間の算出を行う（ステップＳ４０）。図７は、送信開始時刻算出処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、送信開始時刻の算出処理を行う前に、ＯＬＴ１０は予めＯＮＵ２０−１〜２０−ｎごとにバーストフレームの先頭オーバヘッド長と後方オーバヘッド長を含むオーバヘッド情報を保持しているものとする。これは、ＯＬＴ１０は、初期状態でＯＬＴ１０に接続されるＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのすべてについてのオーバヘッド情報を取得しておくものとし、また、ＯＬＴ１０に新たにＯＮＵ２０−１〜２０−ｎが接続された場合には、接続されたＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのオーバヘッド情報を取り込んで保持する機能を有しているものとする。

まず、送信開始時刻算出部１５は、前回送信開始時刻を設定したＯＮＵ＃ｓの後方オーバヘッド長に最も近い先頭オーバヘッド長を持つ、送信開始時刻が未決定の割当帯域を有するＯＮＵ＃ｔを検索する（ステップＳ４０１）。なお、帯域更新周期の一番先頭となる割当帯域の送信開始時刻を算出する場合には、前回の帯域更新周期の最後の割当帯域に設定されたＯＮＵ２０−１〜２０−ｎを、前回送信時刻を設定したＯＮＵ＃ｓとして処理を行う。また、候補が複数ある場合には、たとえば識別番号が小さいものから順になどの所定の基準で複数の候補の中から１つの候補を選択する。

ついで、前回送信開始時刻を設定したＯＮＵ＃ｓの後方オーバヘッドと、選択したＯＮＵ＃ｔの先頭オーバヘッドを、オーバラップが許容される最大の範囲まで重なるように、ＯＮＵ＃ｔの割当帯域の送信開始時刻を設定する（ステップＳ４０２）。また、選択したＯＮＵ＃ｔに割当帯域に対応する送信時間も設定する（ステップＳ４０３）。

その後、ＯＬＴ１０に接続されるすべてのＯＮＵ２０−１〜２０−ｎについて割当帯域のすべての送信開始時刻を設定したかを判定する（ステップＳ４０４）。送信開始時刻が未設定の割当帯域を有するＯＮＵ２０−１〜２０−ｎがある場合（ステップＳ４０４でＮｏの場合）には、再びステップＳ４０１へと戻り、送信開始時刻が未設定の割当帯域を有するＯＮＵ２０−１〜２０−ｎがなくなるまで上述した処理が繰り返し実行される。また、送信開始時刻が未設定の割当帯域を有するＯＮＵ２０−１〜２０−ｎがない場合（ステップＳ４０４でＹｅｓの場合）には、送信開始時刻の算出処理を終了する。そして、以上によって、ＯＬＴ１０による帯域割当処理が終了する。

図８は、この実施の形態と従来例によるＯＮＵのバーストフレームの配置の例を模式的に示す図である。低レートＯＮＵ＃１，＃２，＃３のバーストフレーム３１，３２，３３と高レートＯＮＵ＃４，＃５，＃６のバーストフレーム３４，３５，３６とが交互に配置される従来例の場合に比べ、この実施の形態による配置方法では、ほぼ同じ長さのオーバヘッドを有するバーストフレームを続けて配置するようにしている。つまり、低レートＯＮＵ＃１，＃２，＃３のバーストフレーム３１，３２，３３を続けて配置し、また、高レートＯＮＵ＃４，＃５，＃６のバーストフレーム３４，３５，３６を続けて配置するようにしている。このようにすることで、バーストフレーム３１〜３６のオーバヘッドを効率的に相殺することができる。その結果、帯域利用効率を向上させることが可能となる。

なお、上述した説明では、帯域更新周期の分割処理において、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求量の重み付けを行う際の通信品質を表す数値として、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに設定した最低帯域ＭｉｎＢＷを用いたが、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求量の重み付けを行う際の通信品質を表す数値として、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに設定された最大帯域ＭａｘＢＷを用いて帯域更新周期の分割処理およびその他の帯域割当処理を行ってもよい。

この場合には、ＯＬＴ１０の帯域更新周期分割処理部１３が、帯域分割処理を行う際に、低レートＯＮＵの帯域要求量を各ＯＮＵに設定された最大帯域で重み付けした和ＳＬと、高レートＯＮＵの帯域要求量を各ＯＮＵに設定された最大帯域で重み付けした和ＳＨとから、それぞれ和ＳＬ，ＳＨの比を求め、これらの比に応じて帯域更新周期Ｗを高レートスロットＷＳＨと低レートスロットＷＳＬに分割する処理を行う。ここで、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの帯域要求量に乗じている最大帯域量は、そのＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのデータ遅延に関する係数としての役割を果たしている。

また、図５の帯域更新周期分割処理のステップＳ２０２では、次式（１１）に示されるように、低レートＯＮＵ＃ｉの帯域要求量ＲｅｑＷｉを、予めＯＬＴ１０に設定された低レートＯＮＵ＃ｉの最大帯域ＭａｘＢＷｉを用いて重み付けを行い、低レートＯＮＵの帯域要求量の和ＳＬに加算する処理を行う。
ＳＬ＝ＳＬ＋（ＲｅｑＷｉ×ＭａｘＢＷｉ）・・・（１１）

さらに、ステップＳ２０５では、次式（１２）に示されるように、高レートＯＮＵ＃ｊの帯域要求量ＲｅｑＷｊを、予めＯＬＴ１０に設定された高レートＯＮＵ＃ｊの最大帯域ＭａｘＢＷｊを用いて重み付けを行い、高レートＯＮＵの帯域要求量の和ＳＨに加算する処理を行う。
ＳＨ＝ＳＨ＋（ＲｅｑＷｊ×ＭａｘＢＷｊ）・・・（１２）

このように、伝送レートの異なるＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに設定した最大帯域に着目して、伝送レートごとに、最大帯域による重み付けを行った帯域要求量の和の比として帯域更新周期を分割し、伝送レートごとに帯域割当契機を設けるようにすることによっても、帯域要求量通知方法によらずに伝送レートによる送信データ遅延を均一化することができるという効果を有する。

また、上述した帯域割当量算出処理の図６のステップＳ３１２では、残余帯域の割当処理を行う際に、割当帯域量が少ないスロット内の最も帯域割当量が少ないＯＮＵに対して残余帯域の割り当てを行っていたが、最も帯域割当量が少ないスロットの内、帯域を割り当てたＯＮＵに均等に分配しもよい。

すなわち、図６の帯域割当量の算出におけるステップＳ３１２において、残余帯域が少ないスロットを算出し、当該スロット内で帯域を割り当てた全てのＯＮＵに対して、残余帯域を等分に分け与えるようにしてもよい。

このように、残余帯域の割当量を最も帯域割当量が少ないスロットの内、帯域を割り当てたＯＮＵに均等に分配し、ＯＮＵのデータ送信契機における割当帯域を均等に活用させることで、同一スロット内のＯＮＵ間のデータ遅延の公平性を保つことが可能となる。

以上説明したように、この実施の形態によれば、伝送レートの異なるＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに設定された通信品質に関する属性（最低帯域や最大帯域）に着目して、伝送レートごとに、通信品質による重み付けを行った帯域要求量の和を求め、これらの比として伝送レートごとに帯域更新周期を分割し、伝送レートごとに帯域割当契機を設けるようにしたので、帯域要求量通知方法によらずに伝送レートによる送信データ遅延を均一化することができるという効果を有する。また、伝送レートの異なるＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのバーストフレームのオーバヘッド長の違いに着目して、オーバヘッド長が近いバーストフレームを続けて配置して、オーバヘッドの重なり量が大きくなるように割当帯域の送信開始時刻を設定するようにしたので、バーストオーバヘッドを効率的に相殺でき、帯域利用効率を向上することができるという効果も有する。

以上のように、この発明にかかる通信装置は、上位ネットワークと家庭や企業などの端末側とを１対多接続するアクセス系ネットワークの親局装置に有用である。

Claims

データ伝送レートの異なる複数の子局装置に接続され、前記複数の子局装置からの帯域要求量に基づいて、帯域更新周期における前記各子局装置に対してデータの送信開始時刻と送信時間を含む送信許可信号を作成して通知する通信装置において、
前記データ伝送レートごとに必要な帯域要求量の比率を、前記子局装置からの前記帯域要求量と前記子局装置ごとに設定された通信品質に基づいて算出し、前記比率を用いて前記帯域更新周期を前記データ伝送レートごとのスロットに分割する帯域更新周期分割手段と、
前記データ伝送レートのスロット内で、対応するデータ伝送レートを有する子局装置に帯域を割り当てる帯域割当量算出手段と、
前記子局装置が送信するデータフレームのオーバヘッド長に基づいて、前記子局装置のデータの送信開始時刻と送信時間を設定する送信開始時刻設定手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。
前記帯域更新周期分割手段は、前記子局装置ごとに設定された通信品質に関する数値を用いて前記子局装置ごとの帯域要求量に重み付けを行い、前記データ伝送レートごとに重み付けを行った前記帯域要求量の和を求め、それぞれの前記データ伝送レートごとの和の比率で前記帯域更新周期を分割することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記通信品質に関する数値は、前記子局装置ごとに設定された最低帯域または最大帯域であることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
前記帯域割当量算出手段は、前記データ伝送レートごとに、前記データ伝送レートに対応するスロット内で割り当て可能な子局装置に割り当てて行き、余った帯域をまだ割当を行っていない他のデータ伝送レートに加算し、すべてのデータ伝送レートの割当処理を行った後の余りの帯域を、前記各データ伝送レートでの割当処理で割り当てることができなかった子局装置に割り当て、さらに余った残余帯域を所定の基準で選択される子局装置に割り当てることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記帯域割当量算出手段は、前記残余帯域を、最も割当量が少ないデータ伝送レートのスロットの中の、最も帯域割当量が少ない子局装置に割り当てることを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
前記帯域割当量算出手段は、前記残余帯域を、最も割当量が少ないデータ伝送レートのスロットの中の帯域が割り当てられている子局装置に均等に割り当てることを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
前記送信開始時刻設定手段は、前記帯域更新周期内におけるバーストフレームの後方オーバヘッドとつぎのバーストフレームの先頭オーバヘッドとの重なり量の和が最大となるように、自通信装置に接続される全ての子局装置のバーストフレームの先頭オーバヘッド長と後方オーバヘッド長に基づいて、前記各子局装置の前記バーストフレームの送信開始時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
１台の親局装置とデータ伝送レートの異なる複数の子局装置とが接続された通信システムで、前記複数の子局装置からの帯域要求量に基づいて、帯域更新周期における前記各子局装置に対してデータの送信開始時刻と送信時間を含む送信許可信号を作成して通知する親局装置での帯域割当方法において、
前記データ伝送レートごとに必要な帯域要求量の比率を前記子局装置ごとに設定された通信品質に基づいて算出し、前記比率を用いて前記帯域更新周期を前記データ伝送レートごとのスロットに分割する帯域更新周期分割工程と、
前記データ伝送レートのスロット内で、対応するデータ伝送レートを有する子局装置に帯域を割り当てる帯域割当量算出工程と、
前記子局装置が送信するデータフレームのオーバヘッド長に基づいて、前記子局装置のデータの送信開始時刻と送信時間を設定する送信開始時刻設定工程と、
を含むことを特徴とする帯域割当方法。