JPWO2011077576A1 - 通信装置、加入者側通信装置、ポイントトゥマルチポイント通信システムおよび帯域制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の加入者側装置（２）から通知される帯域要求信号に基づいて各加入者側装置（２）に上りデータ送信用の帯域を割り当てる局側の通信装置（局側装置（１））であって、省電力動作中の複数の加入者側装置（２）に対して前記帯域要求信号の通知用帯域として、共有帯域を割り当てる帯域割当制御部（１８）を備える。

Description

本発明は、ポイントトゥマルチポイント通信システムの局側および加入者側の通信装置に関する。

局とユーザ宅を接続するアクセス網におけるポイントトゥマルチポイント通信を実現する手法として、現在ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）の一方式であるＰＯＮ（Passive Optical Network）システムがその高速性と経済性の点から急速に普及している。

ＰＯＮシステムは、局側装置（OLT：Optical Line Terminal）と複数の加入者側装置（ONU：Optical Network Unit）が、複数の光ファイバに信号出力を分岐させる光スプリッタを介して接続された構成となっている。加入者側装置にはＬＡＮケーブルを介してＴＥ（Terminal Equipment）が接続される。ＴＥはＨＧＷ（Home Gate Way）やＶｏＩＰ−ＴＡ（Voice over Internet Protocol−Terminal Adapter）、ＰＣ等が該当する。

また、ＰＯＮシステムにおいては、現在、データ通信を行わない待機時に加入者側装置の消費電力を低減するためのパワーセーブプロトコルが提案されている（例えば、非特許文献１）。このパワーセーブプロトコルによる従来のパワーセーブ方法では、局側装置はSLEEP状態（＝パワーセーブ状態）にある各加入者側装置に対して所定の周期（SLEEP CYCLE）ごとにパワーセーブ解除通知用の帯域（送信許可期間）を与え、所定周期内に上りトラヒック（加入者側装置から局側装置に向けて送信するデータ）が発生した加入者側装置は、パワーセーブ解除通知用帯域にてSLEEP解除用信号を送信して通常状態（非SLEEP状態）に復帰し、その後に与えられるデータ伝送用帯域にてデータを送信する。

ITU−T SG15Q2 Intended type of document(R-C-TD)：GR-4、"ONU Power-Save Annex"、PMC-SIERRA、APRIL 2008

上述したように、上記従来の技術（非特許文献１に記載の技術）によれば、局側装置はSLEEP状態にある各加入者側装置に対して所定周期（SLEEP CYCLE）ごとにパワーセーブ解除通知用帯域を与えることにより、加入者側装置がSLEEPの解除を行えるようにしている。しかしながら、SLEEP状態の加入者側装置に上りトラヒックが発生した場合には、その周期（SLEEP CYCLE）が終了するまでデータが送信できないため遅延時間が大きくなるという問題があった。具体的には、現在はSLEEP CYCLEを１０ｍｓとすることが検討されているため、SLEEP状態ではない場合と比較して、最大で１０ｍｓ程度の遅延時間となる。

一方、上記のような遅延時間の増大を回避するための方法として、たとえば、SLEEP解除を通知する制御フレーム用の帯域（上記のパワーセーブ解除通知用帯域に相当）を、帯域更新周期毎にSLEEP状態の各加入者側装置に対して個別に割り当てることが考えられる。この方法では、緊急を要するなどの低遅延が要求される上りトラヒック発生時にSLEEP期間途中の加入者側装置でも上りデータ送信を可能とすることができ、遅延時間を低減できる。しかしながら、SLEEP状態の加入者側装置の台数が多い場合には制御フレーム用帯域が増えるため、帯域利用効率が低下する（伝送路の帯域を有効に利用できない）という別の問題が発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、SLEEP状態の加入者側装置がある場合においても伝送路の帯域を有効に利用することが可能で、なおかつ低遅延伝送が実現可能な通信装置、ポイントトゥマルチポイント通信システムおよび帯域制御方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の加入者側通信装置から通知される帯域要求信号に基づいて各加入者側通信装置に上りデータ送信用の帯域を割り当てる局側の通信装置であって、省電力動作中の複数の加入者側装置に対して前記帯域要求信号の通知用帯域として、共有帯域を割り当てる帯域制御手段を備えるものである。

また、この発明の加入者側の通信装置は、他の加入者側通信装置と通信路を共有して局側の通信装置と接続された加入者側通信装置であって、通常動作中は時分割で個別に割り当てられた帯域を用いて次の帯域更新周期の上りデータ通信に用いる帯域要求信号を送信し、省電力動作中は他の省電力動作中の加入者側通信装置と共通の帯域を用いて前記帯域要求信号を送信する制御手段を備えるものである。

また、この発明の帯域制御方法は、局側の通信装置が、上りデータ若しくは帯域要求信号の送信帯域を通常モードの各加入者側通信装置に個別に割り当て、割り当てた帯域を通知するゲートフレームを前記加入者側通信装置毎に送信するステップと、前記局側の通信装置が、省電力モードにある複数の加入者側通信装置に共有帯域を割り当て、前記共有帯域を指定したゲートフレームを前記省電力モードにある複数の加入者側通信装置に送信するステップと、省電力モードにある加入者側通信装置が、省電力モードから通常モードに移行し上りデータを送信する場合に、前記共有帯域を用いて帯域要求信号を送信するステップと、前記共有帯域を用いて帯域要求信号を送信した加入者側通信装置が、前記局側通信装置から割り当てられた帯域を用いて、上りデータを送信するステップと、を含むものである。

本発明にかかる通信装置は、帯域の有効利用と低遅延伝送の両立を実現できる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１のポイントトゥマルチポイント通信システムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の局側装置の特徴的な動作を示したフローチャートである。 図３は、加入者側装置の通常状態における動作例を示す図である。 図４は、加入者側装置のスリープ状態における動作例を示す図である。 図５は、帯域計算動作の一例を示したフローチャートである。 図６は、実施の形態１の通信制御動作の一例を示したシーケンス図である。 図７は、下りスリープ状態となりうる加入者側装置に対してＧＡＴＥフレームを送信して帯域を割り当てる場合のシーケンス図である。 図８は、下りスリープ状態となりうる加入者側装置に対して送信するＧＡＴＥフレームのフォーマット例を示す図である。 図９は、従来の制御方法を適用した場合の動作例を示したシーケンス図である。 図１０は、帯域更新周期ごとにスリープ中の加入者側装置に対して制御フレーム用帯域を割り当てる動作例を示す図である。 図１１は、従来の制御方法を適用した場合の上りの帯域利用効率を示す図である。 図１２は、実施の形態２の局側装置の特徴的な動作を示したフローチャートである。 図１３は、実施の形態２の帯域計算動作の一例を示したフローチャートである。 図１４は、実施の形態２の通信制御動作の一例を示したシーケンス図である。

以下に、本発明にかかる通信装置、ポイントトゥマルチポイント通信システムおよび帯域制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１のポイントトゥマルチポイント通信システム（以下、単に「通信システム」と記載する）の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の通信システムは、局側装置１およびこれに接続された上位装置と、複数の加入者側装置（加入者側通信装置）２およびこれらに接続された下位装置と、を含み、局側装置１と各加入者側装置２は光伝送路およびスプリッタを介して接続されている。また、図１では、本発明にかかる通信装置に相当する局側装置１および加入者側装置２の構成例も併せて記載している。なお、各加入者側装置２の構成は同一である。

局側装置１は、下りバッファ部１１、フレーム多重部１２、光送信部１３、光受信部１４、フレーム分離部１５、フレーム制御部１６、スリープ管理部（SLEEP管理部）１７および帯域割当制御部１８を備える。

局側装置１において、下りバッファ部１１は、上位装置から受信するデータを一時的に蓄積する。フレーム多重部１２は、ユーザフレームと制御フレームとを多重する。光送信部１３は、フレーム多重部１２から出力される電気信号を光信号へ変換して加入者側装置２に向けて送信する。光受信部１４は、加入者側装置２から送信された光信号を受信して電気信号に変換する。フレーム分離部１５は光信号を変換して得られた電気信号に含まれるユーザフレームと制御フレームとを分離する。フレーム制御部１６は、加入者側装置２との間で送受信する制御フレームを処理する。スリープ管理部１７（状態管理手段に相当）は、フレーム制御部１６から通知されるSLEEP用制御フレームの情報を基に、スリープ（SLEEP）状態の管理を行う。帯域割当制御部１８（帯域制御手段に相当）は、フレーム制御部１６で処理された制御フレームの情報、スリープ管理部１７から通知される各加入者側装置２のスリープ状態、ＳＬＡ（Service Level Agreement）パラメータおよび上り下りトラヒック履歴の中の１つ以上の情報に基づいて、各加入者側装置２に割り当てる帯域を決定する。

各加入者側装置２は、上りバッファ部２１、フレーム多重部２２、光送信部２３、光受信部２４、フレーム分離部２５、フレーム制御部２６およびスリープ（SLEEP）管理部２７を備える。

各加入者側装置２において、上りバッファ部２１は、下位装置から受信するデータを一時的に蓄積する。フレーム多重部２２は、ユーザフレームと制御フレームとを多重する。光送信部２３は、フレーム多重部２２から出力される電気信号を光信号に変換して局側装置１に向けて送信する。光受信部２４は、局側装置１から送信された光信号を受信して電気信号に変換する。フレーム分離部２５は、光信号を変換して得られた電気信号に含まれる下りユーザフレームと制御フレームとを分離する。スリープ管理部２７は、上りバッファ部２１に蓄積されたバッファ量の履歴に応じたスリープ状態の管理を行う。フレーム制御部２６は、上りバッファ部２１のバッファ蓄積量やスリープ管理部２７から通知されるスリープ状態に応じて局側装置１との間で送受信する制御フレームを処理する。

次に、本実施の形態の通信システムにおいて局側装置１と加入者側装置２がデータ伝送を行う場合の動作について説明する。ここでは、加入者側装置２が局側装置１に向けてデータを送信する上り方向のデータ伝送動作について説明する。

上り方向のデータ伝送動作においては、局側装置１と各加入者側装置２は、帯域更新周期を単位にフレーム送受信の動作を繰り返す。フレーム送受信動作を具体的に示すと、局側装置１は、次の帯域更新周期において帯域を割り当てる加入者側装置２、および伝送させるデータ量を決定し、また、決定内容を各加入者側装置２へ通知するため、帯域を割り当てる各加入者側装置２に対して、その加入者側装置２にとってのフレーム送信開始時刻（グラントスタートタイム：GST）および送信継続時間（グラントレングス：GL）の指示情報の入った制御フレーム（ＧＡＴＥフレーム）、すなわち送信を許可する期間を示す制御フレームを送信する。一方、加入者側装置２は、上りバッファ部２１に蓄積しているデータ量の情報を含んだ制御フレーム（以下、「上りデータ量情報を含んだ制御フレーム」若しくは「帯域要求信号」と呼ぶ）、および以前の帯域更新周期で通知されたＧＬに対応するサイズのデータフレームを送信する。なお、加入者側装置２は、上りバッファ部２１に蓄積されているデータが無いなど、局側装置１に対してデータフレームを送信する必要がない（帯域を必要としない）場合、上記の上りデータ量情報を含んだ制御フレームを送信しない。

また、上記のフレーム送受信動作において、局側装置１は、スリープ状態の加入者側装置２が上記の「上りデータ量情報を含んだ制御フレーム」を送信するための帯域の割り当ても行う。この帯域割り当てでは、スリープ状態の各加入者側装置２がフレーム送信時間を共有する（スリープ状態の各加入者側装置２に対して同一のフレーム送信時間を指定する）ようにＧＳＴおよびＧＬを設定した制御フレームを生成してスリープ状態の各加入者側装置２へ送信することで、伝送路の帯域利用効率を向上させる。一方、加入者側装置２は、たとえば一定時間にわたって上りデータが発生しなかった場合など、所定の条件を満たした場合にはスリープ状態（省電力動作状態）へ移行し、以後、上りデータが発生するなど、局側装置１へデータフレームを送信する必要があると判断するまでスリープ状態を継続して消費電力を抑える。局側装置１へデータフレームを送信する必要があると判断した場合には、通常状態（非スリープ状態）に復帰し、上りバッファ部２１に蓄積しているデータ量の情報（加入者側装置２で保持している上りデータ量の情報）を含んだ制御フレームである「上りデータ量情報を含んだ制御フレーム」をフレーム制御部２６で生成して、フレーム多重部２２および光送信部２３経由で局側装置１へ送信する。この「上りデータ量情報を含んだ制御フレーム」は、局側装置１から予め割り当てられている帯域、すなわち、上述した「スリープ状態の各加入者側装置２がフレーム送信時間を共有するようにＧＳＴおよびＧＬを設定した制御フレーム」で局側装置１から指定されていた帯域（以下、この帯域を「共有帯域」と呼ぶ）にて送信する。

つづいて、図２〜図６を参照しながら本実施の形態にかかる通信装置（局側装置１および加入者側装置２）の特徴的な動作について説明する。

図２は、本実施の形態の局側装置１の特徴的な動作を示したフローチャートであり、具体的には、加入者側装置２に対する帯域割り当て動作の一例を示したフローチャートである。

各加入者側装置２に対する帯域割り当て動作では、まず、スリープ管理部１７が各加入者側装置２のスリープ状態を把握する（ステップＳ１１）。各加入者側装置２のスリープ状態の判断は、例えば以下の方法１，２などにより行う。もちろん、これら以外の方法を使用してもよい。

（方法１）加入者側装置２がスリープ状態に移行することを局側装置１へ通知する方法
この方法では、加入者側装置２のスリープ管理部２７が、下位装置から上りデータフレームの入力（上りバッファ部２１の状態）を監視し、上りデータフレームの入力が一定時間発生しない場合にはスリープ状態へ移行することに決定するとともにその旨をフレーム制御部２６に通知し、フレーム制御部２６は、スリープ状態へ移行する旨を示す制御フレーム（以下、「スリープ要求制御フレーム」と呼ぶ）を生成して、フレーム多重部２２および光送信部２３経由で局側装置１へ送信する。局側装置１は、スリープ要求制御フレームを受信した場合、その送信元の加入者側装置２が上りスリープ状態であると判断する。

図３および図４は、この方法１を適用する場合の加入者側装置２の動作例を示す図である。図３が通常状態（非スリープ状態）における動作を示し、図４がスリープ状態における動作を示している。

加入者側装置２は、図３に示したように、通常状態においては、下位装置からの上りデータフレームの入力を監視し、一定時間下位装置から上りデータフレームが送られてこなかった場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、スリープ要求用制御フレームを局側装置１に対して送信し（ステップＳ２２）、フレーム多重部２２、光送信器２３等の上りデータの送信に使われる装置を上りスリープモードに設定して上りスリープ状態へ遷移する（ステップＳ２３）。一方、一定時間内に下位装置から上りデータフレームが送られてきた場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、加入者側装置２は通常の制御フレーム（データ量情報を含んだ制御フレーム）を局側装置１へ送信する（ステップＳ２４）。

また、図４に示したように、上りスリープ状態においては、スリープ管理部２７は下位装置からの上りデータフレームの入力を監視し、上りデータフレームが送られてきた場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、上りスリープモードを解除して通常状態に復帰する（ステップＳ３２）。スリープ管理部２７から上りスリープモードの解除を信号を受けたフレーム制御部２６はスリープ解除用制御フレーム生成し、フレーム多重部２２、光送信部２３を介し、生成されたスリープ解除用制御フレームを局側装置１に対して送信する（ステップＳ３３）。このステップＳ３３では、スリープ解除用制御フレームとして、上りデータ量情報を含んだ制御フレームを共有帯域で送信する。一方、下位装置から上りデータフレームが送られてこなかった場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、局側装置１への制御フレーム送信を行わない（ステップＳ３４）。

なお、上述の方法では、スリープ解除用制御フレームとして、上りデータ量情報を含んだ制御フレームを共有帯域で送信したが、加入者側装置２は、上りデータ量情報を含まない帯域要求信号を共有帯域で送信してもよい。すなわち、加入者側装置２は、スリープ解除を特定できる信号を制御フレームに挿入し、局側装置１へ送信する。この制御フレームを受信した局側装置１は、スリープ管理部１７がフレーム分離部１５、フレーム制御部１６を介して信号を受け取り、この信号に基づき当該加入者側装置２のスリープ解除を検出する。以降、当該加入者側装置２は、帯域割り当て処理において通常状態の加入者側装置２として扱われるため、図２のフローチャートを用いて説明したように、ＧＡＴＥフレームで個別の帯域が割り当てられ、この個別の帯域で上りデータ量情報を含んだ制御フレームを送る。そのため、当該加入者側装置２は通常状態の加入者側装置２として上りデータの送信が可能になる。この方法では前述の方法より１帯域割当周期分遅延が余計に発生する可能性があるが、共有帯域を使用しない場合に比べて、帯域の有効利用と低遅延伝送の両立を実現できるという特長がある。

（方法２）局側装置１が加入者側装置２のスリープ状態への移行を検出する方法
この方法では、局側装置１は、各加入者側装置２との間のデータフレームの送受信履歴に基づいて、上りデータフレームの送受信が一定時間実施されなかった加入者側装置２については上りスリープ状態であると判断する。また、下りデータフレームの送受信が一定時間実施されなかった加入者側装置２については下りスリープ状態であると判断する。

スリープ管理部１７による各加入者側装置２のスリープ状態の把握動作が終了すると、次に、帯域割当制御部１８が、各加入者側装置２へ割り当てる帯域を計算する（ステップＳ１２）。この帯域計算では、帯域割当制御部１８は、まず、スリープ管理部１７から各加入者側装置２のスリープ状態の情報（スリープ中の装置の情報など、どの装置がスリープ状態であるかが分かる情報）を取得し、また、フレーム制御部１６から制御フレームの情報を取得し、次に、これらの取得した情報に基づいて、各加入者側装置２に対して割り当てる帯域（より詳細にはＧＬ）を計算する。

ここで、ステップＳ１２にて帯域割当制御部１８が実施する帯域の計算動作の詳細について説明する。図５は、帯域計算動作の一例を示したフローチャートである。

図５に示したように、帯域割当制御部１８は、帯域の計算動作において、まず、フレーム制御部１６から取得した制御フレームの情報を確認することにより、スリープ中の加入者側装置２から送信された制御フレーム（上述した「上りデータ量情報を含んだ制御フレーム」）同士が衝突したかどうか、すなわち、スリープ中の複数の加入者側装置２が共有帯域にて制御フレームを送信してこなかったかどうかを確認し（ステップＳ４１）、衝突が発生していない場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、通常状態の加入者側装置２に対する制御フレーム用帯域を計算する（ステップＳ４２）。なお、フレーム制御部１６から取得する制御フレームの情報には、制御フレームの衝突が発生したかどうかの情報が含まれるものとする。

ここで、ステップＳ４１で「衝突が発生していない」と判断する場合には、制御フレームが全く送信されてこない場合（ケース１）と１つのスリープ中の加入者側装置２のみから制御フレームが送信されてきた場合（ケース２）とが該当するが、ケース２の場合には、制御フレームを送信してきた加入者側装置２を通常状態の装置としてステップＳ４２の帯域計算を行う。

ステップＳ４２の処理が終了すると、次に、スリープ中の加入者側装置２に対する制御フレーム用帯域である共有帯域を計算し（ステップＳ４３）、さらに、通常状態の加入者側装置２に対するデータ用帯域を計算する（ステップＳ４５）。

一方、スリープ中の加入者側装置２から送信された制御フレーム同士の衝突が発生している場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、全ての加入者側装置２を通常状態の装置として制御フレーム用帯域を計算し（ステップＳ４４）、さらに、通常状態の加入者側装置２に対するデータ用帯域を計算する（ステップＳ４５）。ステップＳ４４において全ての加入者側装置２を通常状態の装置として扱うのは、それまでスリープ状態であった加入者側装置２のうち、どの加入者側装置２で上りデータが発生して通常状態に復帰しているのかを特定できないためである。ステップＳ４５では、上りデータ量情報を含んだ制御フレームを送信してきた加入者側装置２のうち、送信した制御フレームが他の制御フレームと衝突しなかった加入者側装置２に対して割り当てるデータ用帯域を計算する。

なお、帯域割当制御部１８がスリープ中であった加入者側装置２の全てに対して制御フレーム用帯域を割り当てた後、フレーム制御部１６は、制御フレーム（上りデータ量情報を含んだ制御フレーム）を送信してきた加入者側装置２の情報をスリープ管理部１７へ通知し、スリープ管理部１７は、制御フレームを送信してこなかった加入者側装置２については、スリープ状態が継続していた（その直前の共有帯域で制御フレームを送信してきたスリープ中の加入者側装置２ではない）と判断して、スリープ中の装置として扱うようにしてもよい。こうすることにより、スリープ中の加入者側装置２から送信された制御フレームの衝突が発生した場合であっても、この制御フレームを送信してこなかった加入者側装置２については、その次の帯域計算動作においてスリープ中の装置として扱うことができ、制御フレーム用の帯域を必要以上に割り当ててしまうのを防止できる。

図２に示した動作の説明に戻り、帯域割当制御部１８による帯域の計算が終了すると、次に、フレーム制御部１６が、通常状態の各加入者側装置２に対して、帯域割当制御部１８による帯域計算で算出されたＧＬ、およびフレーム送信時間が衝突しないようなＧＳＴを設定したＧＡＴＥフレームを生成し、フレーム多重部１２および光送信部１３経由で送信する（ステップＳ１３）。また、スリープ状態の各加入者側装置２に対しては、制御フレームの衝突がない場合には帯域割当制御部１８で算出されたＧＬ、およびフレーム送信時間を共有するようなＧＳＴを設定したＧＡＴＥフレームを生成し、フレーム多重部１２および光送信部１３経由で送信する（ステップＳ１４）。制御フレームの衝突がある場合には、上記の通常状態の加入者側装置２に対するＧＡＴＥフレームと同様に、帯域割当制御部１８でＧＬ、およびフレーム送信時間が衝突しないようなＧＳＴを設定したＧＡＴＥフレームを生成して送信する。なお、ＧＡＴＥフレームのフォーマットは加入者側装置の動作状態（スリープ状態か否か）に関係なく同一である。

図６は、本実施の形態の局側装置１および加入者側装置２の通信制御動作の一例を示したシーケンス図である。

本実施の形態の通信システムにおいては、局側装置１は、帯域更新周期ごとに、図２および図５で示した動作を実行してＧＡＴＥフレームの生成および各加入者側装置２への送信を行う（ステップＳ５１）。このとき、通常状態の加入者側装置２（図６の加入者側装置＃１，＃２に相当）それぞれに対しては従来と同様のＧＡＴＥフレーム（Normal GATE#1,#2）を送信し、個別の帯域を割り当てる。また、上りスリープ中の加入者側装置２（図６の加入者側装置＃３〜＃Ｎに相当）に対しては、スリープ状態の装置に帯域を割り当てるためのＧＡＴＥフレーム（SLEEP GATE#3〜＃N）を送信し、同一の帯域（共有帯域）を割り当てる。なお、スリープ中の加入者側装置２に対するＧＡＴＥフレームはマルチキャストフレームとしてもよい。また、共有帯域は、完全に同一である必要はなく、多少ずれていても共有する帯域があれば、帯域の有効利用が可能になる。

通常状態の加入者側装置２は、上記ステップＳ５１で送信されたＧＡＴＥフレーム（Normal GATE）を受信すると、それに格納されたＧＳＴおよびＧＬが示す期間（データ用帯域）で制御フレーム（上りデータ量情報を含んだ制御フレーム）とデータフレームを送信する（ステップＳ５２）。また、スリープ状態の加入者側装置２は、上記ステップＳ５１で送信されたＧＡＴＥフレーム（SLEEP GATE）を受信すると、その時点で上りデータを保持していれば、スリープ状態から通常状態に移行し受信したＧＡＴＥフレームに格納されたＧＳＴおよびＧＬが示す期間（共有帯域）で制御フレーム（上りデータ量情報を含んだ制御フレームであるＳＬＥＥＰ解除用制御フレーム）を送信する。一方、上りデータを保持していなければ、加入者側装置２は制御フレームを送信せずにスリープ状態を継続する（ステップＳ５３）。また、図示を省略しているが、共有帯域で制御フレームを送信した加入者側装置２（図６の加入者側装置＃３に相当）は、その次の帯域更新周期で個別のＧＡＴＥフレームを受信し、このＧＡＴＥフレームで割り当てられたデータ用帯域で制御フレームとデータフレームを送信する（通常状態の装置として動作する）。

なお、上記説明では、簡単化のため、各帯域更新周期においてスリープ中の加入者側装置２に対して共有帯域を割り当てるようにしたが、帯域更新周期よりも長い周期で共有帯域を割り当てるように構成してもよい、たとえば、ｍ帯域更新周期（ｍは２以上の整数）ごとに共有帯域を割り当てる，共有帯域を割り当てた後、一定時間が経過した後の最初の帯域更新周期で再度共有帯域を割り当てる，などとしてもよい。この場合、局側装置１では、図２に示した動作において、スリープ中の加入者側装置に共有帯域を割り当てる必要があるかどうかを確認し、必要がある場合、図２のステップＳ１２で共有帯域の計算を行うとともに、ステップＳ１４を実行する。必要がない場合には、ステップＳ１２では共有帯域の計算を行わず、またステップＳ１４も実行しない。

また、ここまでは、加入者側装置２が上りスリープ状態の場合（上り方向のみがスリープ状態に移行する場合）の制御動作を中心に説明を行ったが、加入者側装置２が上りスリープ状態のみならず下りスリープ状態にも移行可能な場合にも同様の制御を適用できる。以下に、加入者側装置２が下りスリープ状態となる場合にも対応させた制御動作を説明する。図７は、下りスリープ状態となりうる加入者側装置に対してＧＡＴＥフレームを送信して帯域を割り当てる場合のシーケンス図である。図８は、下りスリープ状態となりうる加入者側装置に対して送信するＧＡＴＥフレームのフォーマット例を示す図である。図８に示したＧＡＴＥフレームは、ＤＡ（宛先アドレス）、ＳＡ（送信元アドレス）、フレーム種別などの情報を含んだヘッダ情報、グラント数（フレームに設定されているグラント数の情報）、およびグラントの情報（GST#N-X，GL#N-X）を含んでいる。また、図８に示したＧＡＴＥフレームは、図７に示した、上り下りＳＬＥＥＰ用Ｇａｔｅフレームとして送信される。

図７，図８に示したように、局側装置１が、上りと下りの両方向についてスリープ状態に移行可能な加入者側装置２に対して、この加入者側装置２が上りスリープ状態となった後、下りスリープ状態となる前に複数のＧＬを設定したＧＡＴＥフレーム（図８参照）をあらかじめ送信して上りスリープ解除用の共有帯域を指定しておくことで、上りスリープの場合（上り方向のみがスリープ状態に移行する場合）と同様に、帯域の有効利用と低遅延伝送が実現できる。

すなわち、上りと下りの両方向でスリープ状態の加入者側装置２において上り送信データが発生した場合、この加入者側装置２は、局側装置１からあらかじめ割り当てられていた上りスリープ解除用の共有帯域にてスリープ解除用の制御フレームを送信し、上り方向を通常状態に復帰させ、上りデータを送信する。このように、上りと下りの両方向についてスリープ状態に移行可能な加入者側装置に対しても、上述した上り方向のみでスリープ状態に移行する加入者側装置と同様の制御を適用することができる。また、各加入者側装置には上りスリープ解除用の帯域として同一の帯域を割り当てるので、上り帯域の有効利用が実現できる。

なお、加入者側装置２が下りスリープ状態となる場合の動作としては、たとえば、加入者側装置２は、下りスリープ状態へ遷移することを決定した時点でその旨を示す制御フレームを局側装置１へ送信し、この制御フレームを受信した局側装置１は、フレームの送信元の加入者側装置２に対して（上り）スリープ解除用の共有帯域を割り当てるためのＧＡＴＥフレームを送信する。このＧＡＴＥフレームを送信する際、既に（上り）スリープ状態となっている他の加入者側装置があれば、この装置に割り当て済みの帯域と同じ帯域を割り当てるようにＧＳＴおよびＧＬを設定する。

図９、図１０および図１１を用いて従来の制御方法における問題点および本実施の形態の通信システムにおける効果について説明する。図９は、従来の制御方法（上述した非特許文献１に記載されたプロトコル）を適用した場合の動作例を示したシーケンス図である。図示したように、従来の制御方法では、局側装置（ＯＬＴ）は、スリープサイクル（Sleep cycle）が経過するごとにスリープ中の加入者側装置（ＯＮＵ）に対してＧＡＴＥフレームを送信して帯域を割り当てていたため、上りデータが発生してからそれを送信するまでの遅延時間がスリープサイクル長と同程度になり得るという問題があった。この問題の対策として、図１０に示したような、帯域更新周期ごとにスリープ中の加入者側装置に対して制御フレーム用帯域を割り当てて遅延時間の増大を防止する方法が考えられる。しかし、このようにした場合、図１１に示したように、局側装置に接続された加入者側装置の数の増加に伴って上り帯域の利用効率が減少してしまい、帯域を有効に利用することができなくなる。たとえば、帯域更新周期が２５０μｓで１台の局側装置に対して６４台の加入者側装置が接続されている構成のシステムにおいては、６４台中の４８台がSLEEP中となった場合、SLEEP中の４８台に制御フレーム用帯域を与えることにより帯域利用効率は８２％から３８％に低下する。

これに対して、本実施の形態では、スリープ状態の各加入者側装置に対しては、制御フレーム用帯域として同じ帯域を割り当てるので、局側装置に接続された加入者側装置の数が増加しても帯域利用効率が低下することが無く、帯域の有効利用を実現できる。

このように、本実施の形態の通信システムにおいて、局側装置は、スリープ状態の各加入者側装置に対し、スリープ解除用制御フレーム（上りデータ量情報を含んだ制御フレーム）送信用の帯域として、スリープ状態の各加入者側装置で共通の帯域（共有帯域）を割り当てることとした。これにより、スリープ状態の加入者側装置の数が増加した場合であってもスリープ解除用制御フレームのための帯域を多く割り当てる必要が無くなるので、帯域の有効利用が実現できる。また、スリープ解除用制御フレームのための帯域を割り当てる周期を短くしても帯域の利用効率が大きく下がることが無いため、帯域の有効利用と低遅延伝送の両立が可能となる。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２について説明する。上記の実施の形態１では、スリープ中の加入者側装置すべてで帯域を共有するようにしていたが、次に、スリープ中の加入者側装置２をグルーピングしてグループごとに帯域を共有する場合の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態の通信システム、局側装置および加入者側装置の構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。また、加入者側装置２は実施の形態１と同様の動作を実施する（図３，図４参照）。

図１２は、実施の形態２の局側装置の特徴的な動作を示したフローチャートであり、実施の形態１の説明で用いた図２と同様に、加入者側装置２に対する帯域割り当て動作の一例を示している。なお、図２に示した帯域割り当て動作と同じ処理には同一のステップ番号を付している。すなわち、本実施の形態の帯域割り当て動作は、実施の形態１の帯域割り当て動作に含まれるステップＳ１１、Ｓ１２およびＳ１４をステップＳ１１ａ、Ｓ１２ａおよびＳ１４ａに置き換えたものである。ここでは、実施の形態１で説明した帯域割り当て動作と異なる部分についてのみ説明する。

各加入者側装置２に対する本実施の形態の帯域割り当て動作では、まず、スリープ管理部１７が各加入者側装置２のスリープ状態を把握し、さらに、スリープ状態の各加入者側装置をグルーピングする（ステップＳ１１ａ）。各加入者側装置２のスリープ状態の把握は、実施の形態１の局側装置と同様の方法にて行う。また、スリープ中の加入者側装置２のグルーピングは、たとえば以下に示した方法にて行う。

（方法ａ）スリープ継続時間に応じてグルーピングする。
（方法ｂ）ＳＬＡ（サービスレベルアグリーメント）パラメータの最低保証帯域に応じてグルーピングする。
（方法ｃ）ＳＬＡパラメータの遅延クラスに応じてグルーピングする。
（方法ｄ）下りトラヒックの有無でグルーピングする。
（方法ｅ）加入者側装置２のレート（1G/10G）に応じてグルーピングする。

なお、２以上の条件を組み合わせて使用してもよい。たとえば、スリープ継続時間と最低補償帯域に基づいてグルーピングする。

スリープ管理部１７による各加入者側装置２のスリープ状態の把握、およびスリープ状態の加入者側装置のグルーピングが終了すると、次に、帯域割当制御部１８が、各加入者側装置２へ割り当てる帯域を計算する（ステップＳ１２ａ）。この帯域計算では、帯域割当制御部１８は、まず、スリープ管理部１７から各加入者側装置２のスリープ状態およびグルーピング結果を取得し、また、フレーム制御部１６から制御フレームの情報を取得し、次に、これらの取得した情報に基づいて、各加入者側装置２に対して割り当てる帯域（ＧＬ）を計算する。

図１３は、実施の形態２の帯域計算動作の一例を示したフローチャートである。なお、実施の形態１で説明した帯域計算動作（図３参照）と同じ処理には同一のステップ番号を付している。すなわち、本実施の形態の帯域計算動作は、実施の形態１の帯域計算動作に含まれるステップＳ４３をステップＳ４３ａに置き換え、さらにステップＳ４４をステップＳ４６〜Ｓ４８に置き換えたものである。ここでは、実施の形態１で説明した帯域計算動作と異なる部分についてのみ説明する。

本実施の形態の帯域計算動作では、制御フレームの衝突が発生していない場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、通常状態の加入者側装置２に割り当てる制御フレーム用の帯域を計算し（ステップＳ４２）、さらに、スリープ中の加入者側装置２に割り当てる制御フレーム用の帯域を計算する（ステップＳ４３ａ）。このステップＳ４３ａでは、スリープ中の加入者側装置２の各グループに対して割り当てる共通の帯域をそれぞれ計算する。このように、本実施の形態の局側装置１は、スリープ中の加入者側装置２のグループごとに共有帯域を割り当てる。

一方、制御フレームの衝突が発生している場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、まず、実施の形態１で説明したステップＳ４２と同様の処理を実行して通常状態の加入者側装置２に割り当てる制御フレーム用帯域を計算し（ステップＳ４６）、次に、衝突が発生したグループ（２つ以上の場合もあり得る）のスリープ中の加入者側装置２に割り当てる制御フレーム用帯域をそれぞれ計算する（ステップＳ４７）。さらに、衝突が発生しなかったグループのスリープ中の加入者側装置２に割り当てる制御フレーム用帯域（共有帯域）をそれぞれ計算する（ステップＳ４８）。

ステップＳ４３を実行後、またはステップＳ４８を実行後には、通常状態の加入者側装置２に対するデータ用帯域を計算する（ステップＳ４５）。

図１２に示した動作の説明に戻り、帯域割当制御部１８による帯域の計算が終了すると、フレーム制御部１６は、通常状態の各加入者側装置２に対するＧＡＴＥフレームの生成および送信を行う（ステップＳ１３）。

さらに、スリープ状態の各加入者側装置２に対するＧＡＴＥフレームの生成および送信を行う（ステップＳ１４ａ）。このステップＳ１４ａでは、制御フレームの衝突が発生したグループの各加入者側装置２には個別の制御フレーム用帯域が割り当てられるようにＧＳＴおよびＧＬを設定したＧＡＴＥフレームを生成して送信し、一方、制御フレームの衝突が発生しなかったグループの各加入者側装置２には同一の制御フレーム用帯域（共有帯域）が割り当てられるようにＧＳＴおよびＧＬを設定したＧＡＴＥフレームを生成して送信する。

図１４は、本実施の形態の局側装置１および加入者側装置２の通信制御動作の一例を示したシーケンス図である。図中のステップＳ５１およびＳ５２は、実施の形態１で説明した通信制御動作（図６参照）のステップＳ５１およびＳ５２と同様の動作である。

本実施の形態の通信システムにおいては、局側装置１は、帯域更新周期ごとに、図１２および図１３で示した動作を実行してＧＡＴＥフレームの生成および加入者側装置２への送信を行う（ステップＳ５１）。

通常状態の加入者側装置２は、上記ステップＳ５１で送信されたＧＡＴＥフレーム（Normal GATE）を受信すると、それに格納されたＧＳＴおよびＧＬが示す帯域（データ用帯域）で制御フレームおよびデータフレームを送信する（ステップＳ５２）。

スリープ状態の加入者側装置２は、上記ステップＳ５１で送信されたＧＡＴＥフレーム（SLEEP GATE）を受信すると、その時点で上りデータを保持していれば、受信したＧＡＴＥフレームに格納されたＧＳＴおよびＧＬが示す共有帯域で制御フレーム（上りデータ量情報を含んだ制御フレームであるＳＬＥＥＰ解除用制御フレーム）を送信し、上りデータを保持していなければ、制御フレームを送信せずにスリープ状態を継続する（ステップＳ５４，Ｓ５５）。共有帯域で制御フレームを送信した加入者側装置２（加入者側装置＃３）は、その次の帯域更新周期内に割り当てられたデータ用帯域で制御フレームとデータフレームを送信する。

本実施の形態では局側装置１がスリープ中の加入者側装置のグループごとに共通の制御フレーム用帯域を割り当てるので、異なるグループの加入者側装置から送信される制御フレームは衝突することなく局側装置１に到達する（ステップＳ５４，Ｓ５５参照）。

なお、本実施の形態で説明した制御動作は、実施の形態１と同様に、下りスリープ状態の加入者側装置２の制御に適用することが可能である。本実施の形態の制御動作においても、下りスリープ状態となる前に予め複数のグラントを指定するように動作すればよい。また、スリープ状態の加入者側装置２に対するＧＡＴＥフレームはグループごとのマルチキャストフレームとしてもよい。また、スリープ状態の加入者側装置２に対するＧＡＴＥフレームの送信周期は帯域更新周期ごとではなくこれよりも長い周期としてもよい。さらに、ＧＡＴＥフレームの送信周期を可変とするようにしてもよい。たとえば、スリープ中の端末数が所定数に達した場合に周期を短くする、過去のＮ送信周期のうちｎ回以上で衝突が発生した場合に周期を短くする、所定回数連続して衝突が発生した場合に周期を短くする、過去のＭ送信周期またはＸ時間にわたって衝突が発生しなかった場合は周期を長くする、などの制御が考えられる。またさらに、グループごとに異なる長さの周期としてもよい。

このように、本実施の形態の局側装置は、スリープ状態の加入者側装置をスリープ継続時間、ＳＬＡパラメータ、装置の種類（対応しているレート）などに基づいてグループ化し、グループ毎に共通の制御フレーム用帯域を割り当てることとした。これにより、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、たとえば、スリープ状態から通常状態に復帰してデータを送信するまでに要する遅延時間の最大値をグループごとに異なる値とするなど、加入者側装置が契約しているサービス内容に応じて動作を差別化できる。

なお、上記の各実施の形態では、帯域制御を行う側の通信装置（局側装置）と帯域制御結果に従って信号を送信する通信装置（加入者側装置）とが光伝送路を介して接続されている光通信システムにおける帯域制御動作について説明を行ったが、この帯域制御動作は光通信システム以外についても適用可能である。上記と同様に、帯域制御を行う側の通信装置が送信開始時刻（ＧＳＴに相当）および送信継続時間（ＧＬに相当）を指定するなどして送信機会を与える（帯域を割り当てる）制御を実施する、という条件さえ満たしていればどのような通信システムであっても適用可能である。

以上のように、本発明にかかる通信装置は、データ伝送を行わない状態ではスリープ状態に移行して省電力動作を行う加入者側の通信装置に対する帯域割り当て制御を実施する装置に適している。

１ 局側装置
２ 加入者側装置
１１ 下りバッファ部
１２，２２ フレーム多重部
１３，２３ 光送信部
１４，２４ 光受信部
１５，２５ フレーム分離部
１６，２６ フレーム制御部
１７，２７ ＳＬＥＥＰ管理部
１８ 帯域割当制御部
２１ 上りバッファ部

Claims (17)

1. 複数の加入者側通信装置から通知される帯域要求信号に基づいて各加入者側装置に上りデータ送信用の帯域を割り当てる局側の通信装置であって、
   省電力動作中の複数の加入者側通信装置に対して前記帯域要求信号の通知用帯域として、共有帯域を割り当てる帯域制御手段を備えることを特徴とする通信装置。
2. 帯域要求信号に指定された上りデータの蓄積量が所定期間にわたってゼロの加入者側通信装置を省電力動作中の加入者側装置として扱う状態管理手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記状態管理手段は、上りデータの蓄積量を通知してこない加入者側通信装置については上りデータの蓄積量がゼロであると判断する
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記省電力動作中の各加入者側通信装置をサービス契約内容、スリープ継続時間、装置の対応伝送レートまたは下りトラフィックの有無に基づいてグループ化して管理する状態管理手段を備え、
   前記帯域制御手段は、同一グループの省電力動作中の加入者側装置に対し、同一の前記通知用帯域を割り当てる
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
5. 前記サービス契約内容を、最低保証帯域または遅延クラスとする
   ことを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
6. 前記帯域制御手段は、省電力動作中の前記複数の加入者側通信装置から送信された前記帯域要求信号が前記共有帯域で衝突した場合、その次の上りデータ蓄積量通知用の帯域を各加入者側通信装置に割り当てる処理では、前記共有帯域に割り当てられた複数の加入者側通信装置に対して個別の帯域を割り当てる
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の通信装置。
7. 前記帯域制御手段は、省電力動作中の加入者側装置から送信された帯域要求信号同士が衝突した場合、その次の上りデータ蓄積量通知用の帯域を各加入者側装置に割り当てる処理では、衝突した信号の送信元の加入者側通信装置と同一グループの複数の加入者側通信装置に対して個別の帯域を割り当てる
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の通信装置。
8. 前記帯域制御手段は、複数の帯域更新周期における前記共有帯域を前記省電力動作中の加入者側通信装置に予め割り当て、前記加入者側通信装置に通知することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の通信装置。
9. 前記帯域制御手段は、前記複数の帯域更新周期毎に前記共有帯域を割り当て、１つのゲートフレームで通知することにより、加入者側通信装置のゲートフレームの受信処理を低減することを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
10. 他の加入者側通信装置と通信路を共有して局側の通信装置と接続された加入者側通信装置であって、
    通常動作中は時分割で個別に割り当てられた帯域を用いて次の帯域更新周期の上りデータ通信に用いる帯域要求信号を送信し、省電力動作中は他の省電力動作中の加入者側通信装置と共通の帯域を用いて前記帯域要求信号を送信する制御手段を備えることを特徴とする加入者側通信装置。
11. 前記制御手段は、省電力動作において送信した帯域要求信号が前記他の加入者側通信装置が送信した帯域要求信号と前記共有帯域で衝突した場合に、個別に割り当てられた帯域を用いて帯域要求信号を再送する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の加入者側通信装置。
12. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の通信装置と、
    請求項１０または１１に記載の加入者側通信装置と、
    を備えることを特徴とするポイントトゥマルチポイント通信システム。
13. 局側の通信装置が、上りデータ若しくは帯域要求信号の送信帯域を通常動作中の各加入者側通信装置に個別に割り当て、割り当てた帯域を通知するゲートフレームを前記加入者側通信装置毎に送信するステップと、
    前記局側の通信装置が、省電力動作中の複数の加入者側通信装置に共有帯域を割り当て、前記共有帯域を指定したゲートフレームを前記省電力動作中の複数の加入者側通信装置に送信するステップと、
    省電力動作中の加入者側通信装置が、省電力動作中から通常動作中に移行して上りデータを送信する場合に、前記共有帯域を用いて帯域要求信号を送信するステップと、
    前記共有帯域を用いて帯域要求信号を送信した加入者側通信装置が、前記局側通信装置から割り当てられた帯域を用いて、上りデータを送信するステップと、
    を含むことを特徴とする帯域制御方法。
14. 前記局側の通信装置が、帯域要求信号に含まれる上りデータの蓄積量が所定期間以上にわたってゼロの状態にある前記加入者側装置を省電力モードの加入者側通信装置と判定するステップを含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載の帯域制御方法。
15. 前記局側の通信装置が、前記帯域要求信号を通知してこない加入者側装置について省電力モードであると判断するステップを含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載の帯域制御方法。
16. 前記省電力動作中の複数の加入者側装置は、サービス契約内容、スリープ継続時間、装置の対応伝送レートまたは下りトラフィックの有無に基づいてグループ化され、同一グループの加入者側装置に対してグループ毎に異なる共有帯域が割り当てられる
    ことを特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の帯域制御方法。
17. 省電力動作中の複数の加入者側通信装置から送信された帯域要求信号が前記共有帯域で衝突した場合、前記局側の通信装置が、その次の帯域更新周期において、前記省電力動作中の複数の加入者側通信装置に対して個別の帯域を指定するゲートフレームを送信するステップを含む
    ことを特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の帯域制御方法。

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