WO2010095269A1 - 通信装置、通信システムおよび帯域割当方法 - Google Patents

通信装置、通信システムおよび帯域割当方法 Download PDF

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WO2010095269A1
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bandwidth
coefficient
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queue length
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隆志 西谷
向井　宏明
正基 田中
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a bandwidth allocation method in a point-to-multipoint communication system.
  • the OLT Optical Line Terminal
  • the OLT determines a bandwidth allocation amount according to the traffic situation of the ONU in order to efficiently use the bandwidth. For example, when variable length data such as an Ethernet (registered trademark) frame is transmitted by the PON, if the grant length specified by the OLT does not match the section of the data transmitted by the ONU, the time not used for uplink data transmission A band is generated, resulting in a band loss.
  • variable length data such as an Ethernet (registered trademark) frame
  • the ONU notifies the queue length corresponding to the data accumulation amount of the uplink buffer in accordance with the boundary of the variable length data by the report message, and the OLT gives a grant equal to the queue length. Assigned. As a result, the OLT can be used for data transmission without leaving an allocation grant, and bandwidth allocation without loss can be performed (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 below).
  • the queue length is notified according to the buffer accumulation amount of the uplink data, so that the OLT cannot allocate a grant unless the uplink data is accumulated in the ONU buffer.
  • the throughput depends on the round trip time of the data, and so on. In order to obtain throughput, it is necessary to reduce the delay time.
  • the limit value due to the transmission speed in the PON section is lower than the limit value of the throughput, so the delay time was not a problem.
  • the propagation time of the optical signal in the 20 km PON section is 0.2 ms
  • the bandwidth update period is about 0.3 ms at the minimum considering the bandwidth calculation time.
  • the round trip time is a total of 0.5 ms of the propagation time and the band update period
  • the throughput is 1 Gbps at the maximum and does not exceed the limit of the transmission speed of the PON section. Therefore, when the transmission speed of the PON section is 1 Gbps or less, the delay due to the accumulation of data in the ONU does not become apparent.
  • the delay time becomes a bottleneck.
  • the TCP / IP throughput remains at 1 Gbps as long as the conventional bandwidth allocation method is used.
  • the band utilization efficiency is poor.
  • the end user cannot obtain a merit by upgrading.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a bandwidth allocation method capable of improving throughput by reducing the uplink transmission waiting time of a terminal.
  • the present invention provides a communication device that operates as the parent device in a point-to-multipoint communication system in which the child device and the parent device transmit and receive variable-length data.
  • a MAC layer termination function means for performing control to transmit a permission notice to the slave unit, and extracting the queue length information that the slave unit is scheduled to transmit from the received signal, and an uplink for each slave unit.
  • Traffic monitoring means for measuring the traffic volume in the direction, information on the queue length extracted by the MAC layer termination function means, traffic volume measured by the traffic monitoring means, and a band that can be allocated to one band update period.
  • Band allocation function means for determining an allocation band for the slave unit based on the determination and issuing the permission notification in accordance with the determination. It updates the allocated bandwidth periodically, characterized in that.
  • the band allocation method according to the present invention has an effect that the uplink transmission waiting time in the ONU can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a PON system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining a method for calculating the allocated bandwidth in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a timing chart showing the allocated bandwidth before and after the bandwidth allocation update when the surplus bandwidth is small.
  • FIG. 4 is a timing chart showing the allocated bandwidths before and after the bandwidth allocation update when the surplus bandwidth is large.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the PON system according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for calculating the allocated bandwidth in the second embodiment.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the allocated bandwidth before and after the bandwidth allocation update when the number of simultaneous transmission terminals is large.
  • FIG. 8 is a timing chart showing the allocated bands before and after the band allocation update when the number of simultaneous transmission terminals is small.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a PON system according to the present embodiment.
  • the PON system shown in FIG. 1 includes an OLT 1 that is a station-side device installed in a telecommunications carrier's office, a splitter 2 that is an optical branching network including an optical fiber and a power splitter, and a subscriber side installed in a subscriber's home.
  • ONU3-1, 3-2 and 3-3 which are devices.
  • the OLT 1 includes an optical transceiver 11, a MAC layer termination function unit 12, a band allocation function unit 13, and a traffic monitor 14.
  • the optical transceiver 11 converts the downstream signal into an optical signal and transmits it to each ONU, and converts the upstream optical signal received from each ONU into an electrical signal.
  • the MAC layer termination unit 12 extracts the queue length report information received from each ONU, outputs the queue length report information to the bandwidth allocation function unit 13, and generates a grant based on the grant information notified from the bandwidth allocation function unit 13.
  • the MAC layer termination unit 12 multiplexes the grant with the downlink signal addressed to each ONU and outputs the multiplexed signal to the optical transceiver 11.
  • the band allocation function unit 13 manages grants allocated to each ONU in order to avoid collision between upstream signals from the ONUs.
  • the bandwidth allocation function unit 13 calculates bandwidth allocation to each ONU based on the queue length report information notified from the MAC layer termination unit 12 and the traffic amount notified from the traffic monitor 14. Based on the calculation result, grant information (including the allocated bandwidth and allocation start time) for each ONU is determined and notified to the MAC layer termination function unit 12.
  • the traffic monitor 14 monitors the actual data amount received from each ONU and notifies the bandwidth allocation function unit 13.
  • An SNI (Service Network Interface) 15 is an interface for connecting to a service network (not shown).
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining a method for calculating the allocated bandwidth in the present embodiment.
  • the bandwidth allocation function unit 13 performs the operation shown in FIG. 2 in each cycle, and determines the bandwidth allocation in the next cycle.
  • the bandwidth allocation function unit 13 obtains the data amount actually transmitted from each ONU in the previous cycle from the actual data amount notified from the traffic monitor 14. Then, the bandwidth allocation function unit 13 refers to the queue length report information notified from the MAC layer termination unit 12 and the obtained traffic volume, and calculates the surplus bandwidth based on these (Step S1). Specifically, the bandwidth allocation function unit 13 takes a value reflecting the queue length and traffic volume for each ONU as a necessary bandwidth, and subtracts the necessary bandwidth from a bandwidth that can be allocated in one bandwidth update period.
  • Various methods for calculating the surplus bandwidth are conceivable depending on the reflection method. Some examples will be given below, but other methods may be used.
  • a value obtained by subtracting the queue length of the ONU and the traffic amount from the band that can be allocated in one band update period is defined as a surplus band.
  • the queue length of the ONU is the amount of data that has already been stored in the ONU buffer and has been determined to be transmitted.
  • the traffic amount is the amount of data actually received in the previous period, that is, the past performance, and indicates the tendency of the transmission data amount. In this case, the amount of data determined to be transmitted and the past performance are subtracted as the necessary bandwidth, and the remaining is set as the surplus bandwidth.
  • the bandwidth allocation function unit 13 next determines a coefficient for reflecting the obtained surplus bandwidth in the bandwidth allocation. Let this coefficient be m, for example.
  • the bandwidth allocation function unit 13 obtains the coefficient m by the following method, for example, based on the surplus bandwidth obtained in step S1 (step S2).
  • m be a value that is standardized by comparing the surplus bandwidth with the bandwidth that can be allocated in one bandwidth update period. Alternatively, these may be combined.
  • the method for determining the coefficient m may be another method.
  • the bandwidth allocation function unit 13 determines grant information based on the allocated bandwidth of the next period obtained in this way (step S4).
  • the surplus bandwidth is large, that is, if the amount of uplink transmission data from the ONU tends to be small, the bandwidth amount based on the traffic amount is increased.
  • the surplus bandwidth is small, that is, when there is a tendency that the amount of uplink transmission data from the ONU tends to be large, only the bandwidth amount based on the queue length information is allocated, and the bandwidth allocation not including the prediction is already performed, so Can be transmitted steadily.
  • efficient bandwidth allocation is possible.
  • the above-described coefficient calculation may be performed every band update cycle or every predetermined cycle. In the case where it is performed every predetermined period, the allocation band is determined based on the latest coefficient.
  • FIG. 3 is a timing chart showing the allocated bandwidth before and after the bandwidth allocation update when the surplus bandwidth is small.
  • the ONUs 3-1, 3-2 and 3-3 make data # 1 (hereinafter referred to as D # 1), D # 2 and D # 3 into OLT 1 before updating the bandwidth allocation.
  • D # 1 data # 1
  • D # 2 data # 3
  • the bands 100 and 200 are assigned to the ONU 3-1
  • the bands 101 and 201 are assigned to the ONU 3-2
  • the bands 102 and 202 are assigned to the ONU 3-3.
  • bands 100 to 102 are allocated bands based on the queue length
  • bands 200 to 202 are allocated bands based on the received traffic.
  • the OLT 1 determines bandwidth allocation for a new bandwidth update cycle as described above when updating bandwidth.
  • a case where the OLT 1 determines that the surplus bandwidth is small is shown.
  • the OLT 1 provides only the allocated bandwidth based on the queue length, and does not provide the allocated bandwidth based on the traffic amount.
  • the ONUs 3-1, 3-2, and 3-3 transmit D # 11, D # 12, and D # 13 using the bandwidths 103, 104, and 105, respectively.
  • Bands 103 to 105 are allocated bands based on the queue length.
  • FIG. 4 is a timing chart showing the allocated bandwidth before and after the bandwidth allocation update when the surplus bandwidth is large.
  • ONUs 3-1, 3-2 and 3-3 change data # 21 (hereinafter referred to as D # 21), D # 22 and D # 23 to OLT 1 before updating the bandwidth allocation.
  • D # 21 change data # 21
  • D # 22 D # 23
  • OLT 1 OLT 1
  • the bands 300 and 400 are assigned to the ONU 3-1
  • the bands 301 and 401 are assigned to the ONU 3-2
  • the bands 302 and 402 are assigned to the ONU 3-3.
  • bands 300 to 302 are allocated bands based on the queue length
  • bands 400 to 402 are allocated bands based on received traffic.
  • the OLT 1 determines that there are many surplus bandwidths.
  • the OLT 1 gives an additional allocated bandwidth based on the traffic amount in addition to the allocated bandwidth based on the queue length.
  • the ONU 3-1 transmits D # 31 using the bandwidth 303 and the bandwidth 403, and similarly, the ONU 3-2 uses the bandwidth 304 and 404 to transmit the D # 32 to the ONU3.
  • -3 transmits D # 33 using bands 305 and 405.
  • Bands 303 to 305 are allocated bands based on the queue length, and bands 403 to 405 are allocated bands based on the traffic volume.
  • the allocated bandwidth is determined by evaluating the predicted transmission data amount based on the traffic amount in addition to the scheduled transmission data amount based on the queue length report.
  • data accumulated in the ONU buffer during the RTT can also be transmitted at the time of grant, so that the data staying in the buffer in the ONU can be reduced. Therefore, the uplink transmission waiting time in the ONU can be reduced. Since the surplus bandwidth is calculated for each bandwidth update period, the allocated bandwidth can be changed according to the bandwidth usage status of the PON section, and high throughput at the application level can be provided to the end user.
  • the bandwidth allocation method of the present invention is applied to the PON system has been described. However, it can also be applied to other point-to-multipoint communication systems.
  • the OLT and ONU in this embodiment operate as a master unit and a slave unit, and the same configuration and operation can be applied to other communication systems.
  • Embodiment 2 when dynamic bandwidth allocation is performed, the queue length information and the traffic amount are reflected in the allocated bandwidth using the surplus bandwidth as a parameter.
  • the present embodiment a case where the number of simultaneous transmission ONUs is used as a parameter will be described.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the PON system in the present embodiment.
  • the PON system of FIG. 5 includes an OLT 1B instead of the OLT 1
  • the OLT 1B includes a bandwidth allocation function unit 13B instead of the bandwidth allocation function unit 13 in the OLT 1.
  • the bandwidth allocation function unit 13B has a function equivalent to that of the bandwidth allocation function unit 13, but calculates an allocated bandwidth by a method (described later) different from that of the bandwidth allocation function unit 13.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining a method for calculating the allocated bandwidth in the present embodiment.
  • the bandwidth allocation function unit 13B performs the operation shown in FIG. 6 in each cycle and determines the bandwidth allocation in the next cycle. As described above, the bandwidth allocation function unit 13B grasps the queue length information and the traffic amount for each ONU. First, the bandwidth allocation function unit 13B acquires the number of ONUs (number of simultaneous transmission terminals) that have requested data transmission in the next period based on grant information managed by the bandwidth allocation function unit 13B (step S11). Then, the bandwidth allocation function unit 13B determines a coefficient for reflecting the obtained number of simultaneous transmission terminals in the bandwidth allocation. Let this coefficient be n, for example. Based on the number of ONUs obtained in step S11, the bandwidth allocation function unit 13B obtains a coefficient n by the following method, for example (step S12).
  • the reciprocal of the number of simultaneous transmission terminals is n.
  • the method for determining the coefficient n may be another method.
  • the bandwidth allocation function unit 13B determines grant information based on the allocated bandwidth of the next period obtained in this way (step S4).
  • the bandwidth amount based on the traffic amount is increased to increase the queue amount. It is also possible to transmit data stored in the ONU buffer after transmitting the long report.
  • the number of simultaneous transmission terminals is large, that is, when the bandwidth usage situation is tight, only the bandwidth amount based on the queue length information is allocated, and the bandwidth allocation not including the prediction is performed, so that it is already stored in the ONU buffer. Data can be transmitted steadily. In this way, efficient bandwidth allocation is possible by performing bandwidth allocation in accordance with the number of simultaneous transmission terminals.
  • the coefficient n is determined depending on whether the number of simultaneously transmitting terminals is equal to or greater than a predetermined threshold.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the allocated bandwidth before and after the bandwidth allocation update when the number of simultaneous transmission terminals is large.
  • ONU 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 (ONU 3-4 is not shown in FIG. 5) has data # 41 (hereinafter referred to as “data # 41”) before the bandwidth allocation update.
  • data # 41 data # 41
  • D # 41) D # 42, D # 43, and D # 44 are transmitted to the OLT 1B.
  • bands 500 and 600 are assigned to ONU 3-1
  • bands 501 and 601 are assigned to ONU 3-2
  • bands 502 and 602 are assigned to ONU 3-3
  • bands 503 and 602 are assigned to ONU 3-4.
  • 603 is assigned.
  • bands 500 to 503 are allocated based on the queue length
  • bands 600 to 603 are allocated based on the received traffic.
  • the OLT 1B determines bandwidth allocation for a new bandwidth update cycle as described above when updating bandwidth.
  • a case where the OLT 1B determines that the number of simultaneously transmitting terminals is equal to or greater than a predetermined threshold is shown.
  • the OLT 1B provides only the allocated bandwidth based on the queue length and does not provide the allocated bandwidth based on the traffic amount.
  • the ONUs 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 use the bands 504, 505, 506, 507, respectively, D # 51, D # 52, D # 53, D # 54 is transmitted.
  • Bands 504 to 507 are allocated bands based on the queue length.
  • FIG. 8 is a timing chart showing the allocated bandwidth before and after the bandwidth allocation update when the number of simultaneously transmitting terminals is small.
  • ONUs 3-1 and 3-2 respectively transmit data # 61 (hereinafter referred to as D # 61) or D # 62 to OLT 1B before updating the bandwidth allocation.
  • bands 700 and 800 are assigned to the ONU 3-1
  • bands 701 and 801 are assigned to the ONU 3-2.
  • bandwidths 700 and 701 are bandwidths based on the queue length
  • bandwidths 800 and 801 are bandwidths based on received traffic.
  • the OLT 1B determines that the number of simultaneously transmitting terminals does not satisfy a predetermined threshold.
  • the OLT 1B gives an additional allocated bandwidth based on the traffic amount in addition to the allocated bandwidth based on the queue length.
  • the ONU 3-1 transmits D # 71 using the bands 702 and 802, and similarly, the ONU 3-2 transmits D # 72 using the bands 703 and 803.
  • Bands 702 and 703 are allocated bands based on the queue length
  • bands 802 and 803 are allocated bands based on the traffic volume.
  • the value of the coefficient is determined based on the number of simultaneous transmission terminals.
  • the number of starting terminals may be the value of the coefficient.
  • the bandwidth allocation function unit 13B holds the number of activated terminals that is the number of ONUs registered for the OLT 1B, and sets the coefficient using the number of activated terminals. The operation is the same as above.
  • the allocated bandwidth is determined by evaluating the predicted transmission data amount based on the traffic amount in addition to the scheduled transmission data amount based on the queue length report.
  • data accumulated in the ONU buffer during the RTT can also be transmitted at the time of grant, so that the data staying in the buffer in the ONU can be reduced. Therefore, the uplink transmission waiting time in the ONU can be reduced.
  • the allocated bandwidth can be changed according to the bandwidth usage status of the PON section, and high throughput at the application level can be provided to the end user.
  • the bandwidth allocation method according to the present invention is useful for a point-to-multipoint communication system such as a PON system, and is particularly suitable when bandwidth allocation is desired to be performed efficiently.

Abstract

　受信信号からＯＮＵが送信を予定するキュー長の情報を抽出し、また、ＯＮＵに対して許可通知を送信する制御を行うＭＡＣ層終端機能部１２と、ＯＮＵ毎の上り方向のトラヒック量を測定するトラヒックモニタ１４と、ＭＡＣ層終端機能部１２が抽出したキュー長の情報およびトラヒックモニタ１４が測定したトラヒック量と、１帯域更新周期に割当可能な帯域とに基づいて、各ＯＮＵに対する割当帯域を決定し、当該決定にしたがって許可通知を発行する帯域割当機能部１３と、を備え、帯域割当機能部１３は割当帯域を周期的に更新する。

Description

通信装置、通信システムおよび帯域割当方法
　本発明は、ポイント・トゥ・マルチポイントの通信システムにおける帯域割当方法に関する。
　従来、ＰＯＮ（Passive　Optical　Network）システムのようなポイント・トゥ・マルチポイントの通信システムでは、ＯＬＴ（Optical　Line　Terminal）が、各ＯＮＵ（Optical　Network　Unit）への送信許可情報である帯域割当量を周期的に更新する。その際、ＯＬＴは、帯域を効率的に利用するために、ＯＮＵのトラヒック状況に応じて帯域割当量を決定する。たとえば、ＰＯＮでイーサネット（登録商標）フレームのような可変長データを伝送する場合には、ＯＬＴが指定するグラント長とＯＮＵが送信するデータの区切れ目が一致しない場合、上りデータ送信に利用されない時間帯が発生し帯域ロスとなる。このため、従来のＰＯＮシステムでは、ＯＮＵが、レポートメッセージにより、可変長データの区切れ目に合わせて上りバッファのデータ蓄積量に応じたキュー長を通知し、ＯＬＴが、当該キュー長に等しいグラントを割り当てていた。これにより、ＯＬＴは割当グラントを余すことなくデータ伝送に使用でき、ロスのない帯域割当が実行可能である（下記、特許文献１および非特許文献１参照）。
特開平１１－１４６０００号公報 電子情報通信学会技術報告　ＮＳ２００２－１７　吉原他　"ＧＥ－ＰＯＮに適した動的帯域割当アルゴリズム"
　しかしながら、上記従来の技術によれば、上りデータのバッファ蓄積量に応じてキュー長を通知するため、上りデータがＯＮＵのバッファに蓄積される状態を経なければＯＬＴがグラントを割り当てることができず、上りデータ送信に遅延がある、という問題があった。すなわち、光加入者線を伝播する時間だけでなく、１帯域更新周期分のＯＮＵの上りバッファにデータが滞留する時間がかかる。
　特に、ユーザアプリケーションが、ＴＣＰ／ＩＰのような、相手端末からの応答を受信してから次のデータを送信する通信プロトコルを採用する場合、スループットがデータのラウンドトリップタイムなどに依存するため、高いスループットを得るためには遅延時間を低減させる必要がある。
　従来のＰＯＮでは、ＰＯＮ区間の伝送速度による限界値の方が、スループットの限界値よりも低いため、遅延時間は問題とならなかった。たとえば、２０ｋｍのＰＯＮ区間の光信号の伝播時間は０．２ｍｓであり、帯域更新周期は、帯域計算時間を考慮すると短くても０．３ｍｓ程度である。この場合、ラウンドトリップタイムは、伝播時間と帯域更新周期の合計０．５ｍｓであるので、従来の手法によれば、スループットは最大でも１Ｇｂｐｓとなり、ＰＯＮ区間の伝送速度の限界を超えない。したがって、ＰＯＮ区間の伝送速度が１Ｇｂｐｓ以下である場合には、ＯＮＵにデータが蓄積することによる遅延は顕在化しない。
　しかしながら、ＰＯＮ区間の伝送速度が高速化された場合には、遅延時間がネックとなる。たとえば、ＰＯＮ区間の伝送速度が１０Ｇｂｐｓに高速化された場合にも、従来の帯域割当方式を使用する限りＴＣＰ／ＩＰスループットは１Ｇｂｐｓに留まる。このため、たとえば、同時送信端末が４台のときは、ＰＯＮ帯域に余裕があっても４Ｇｂｐｓ程度しか使用できず、帯域の利用効率が悪い、という問題があった。また、この場合、エンドユーザは、グレードアップによるメリットを得ることができない、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、端末の上り送信待ち時間を低減することでスループットを向上可能な帯域割当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、子機と親機が可変長データを送受信するポイント・トゥ・マルチポイントの通信システムにおける、前記親機として動作する通信装置であって、受信信号から前記子機が送信を予定するキュー長の情報を抽出し、また、前記子機に対して許可通知を送信する制御を行うＭＡＣ層終端機能手段と、子機毎の上り方向のトラヒック量を測定するトラヒックモニタ手段と、前記ＭＡＣ層終端機能手段により抽出されたキュー長の情報および前記トラヒックモニタ手段により測定されたトラヒック量と、１帯域更新周期に割当可能な帯域とに基づいて、前記子機に対する割当帯域を決定し、当該決定にしたがって前記許可通知を発行する帯域割当機能手段と、を備え、前記帯域割当機能手段は割当帯域を周期的に更新する、ことを特徴とする。
　本発明にかかる帯域割当方法は、ＯＮＵにおける上り送信待ち時間を低減できる、という効果を奏する。
図１は、実施の形態１におけるＰＯＮシステムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１における割当帯域の算出方法を説明するフローチャートである。 図３は、余剰帯域が少ない場合における帯域割当更新前後の割当帯域を示すタイミングチャートである。 図４は、余剰帯域が多い場合における帯域割当更新前後の割当帯域を示すタイミングチャートである。 図５は、実施の形態２におけるＰＯＮシステムの構成例を示す図である。 図６は、実施の形態２における割当帯域の算出方法を説明するフローチャートである。 図７は、同時送信端末数が多い場合における帯域割当更新前後の割当帯域を示すタイミングチャートである。 図８は、同時送信端末数が少ない場合における帯域割当更新前後の割当帯域を示すタイミングチャートである。
符号の説明
　１，１Ｂ　ＯＬＴ
　２　スプリッタ
　３－１，３－２，３－３　ＯＮＵ
　１１　光送受信器
　１２　ＭＡＣ層終端機能部
　１３，１３Ｂ　帯域割当機能部
　１４　トラヒックモニタ
　１５　ＳＮＩ
　１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，２００，２０１，２０２，３００，３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，４００，４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，５００，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６，５０７，６００，６０１，６０２，６０３，７００，７０１，７０２，７０３，８００，８０１，８０２，８０３　帯域
　以下に、本発明にかかる帯域割当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。以下では、当該帯域割当方法をＰＯＮシステムに適用する場合を例に説明する。
実施の形態１．
　図１は、本実施の形態におけるＰＯＮシステムの構成例を示す図である。図１のＰＯＮシステムは、通信事業者の局舎に設置される局側装置であるＯＬＴ１と、光ファイバーおよびパワースプリッタを含む光分岐網であるスプリッタ２と、加入者宅に設置される加入者側装置であるＯＮＵ３－１，３－２，３－３とを備える。また、ＯＬＴ１は、光送受信器１１と、ＭＡＣ層終端機能部１２と、帯域割当機能部１３と、トラヒックモニタ１４とを備える。
　光送受信器１１は、下り信号を光信号に変換して各ＯＮＵに対して送信し、また、各ＯＮＵから受信する上り光信号を電気信号に変換する。ＭＡＣ層終端部１２は、各ＯＮＵから受信したキュー長レポート情報を抽出して帯域割当機能部１３に出力し、また、帯域割当機能部１３から通知されるグラント情報に基づいてグラントを生成する。ＭＡＣ層終端部１２は、各ＯＮＵ宛の下り信号にグラントを多重させて光送受信器１１に出力する。帯域割当機能部１３は、ＯＮＵからの上り信号同士の衝突を回避するため、各ＯＮＵに割当てるグラントを管理する。帯域割当機能部１３は、ＭＡＣ層終端部１２から通知されるキュー長レポート情報および、トラヒックモニタ１４から通知されるトラヒック量に基づいて、各ＯＮＵへの帯域割当を算出する。そして、当該算出の結果に基づいて各ＯＮＵに対するグラント情報（割当帯域および割当開始時刻を含む）を決定し、ＭＡＣ層終端機能部１２に通知する。トラヒックモニタ１４は、各ＯＮＵから受信する実データ量をモニタし、帯域割当機能部１３に通知する。ＳＮＩ（Service　Network　Interface）１５は、サービス網（図示せず）に接続するためのインタフェースである。
　つづいて、上記のように構成されたＰＯＮシステムにおける帯域割当の動作について説明する。図２は、本実施の形態における割当帯域の算出方法を説明するフローチャートである。
　帯域割当機能部１３は、周期的にグラント割当量を更新するため、各周期にて図２に示す動作を行い、つぎの周期の帯域割当を決定する。帯域割当機能部１３は、トラヒックモニタ１４から通知される実データ量により、各ＯＮＵから前周期に実際に送信されたデータ量を得る。そして、帯域割当機能部１３は、ＭＡＣ層終端部１２から通知されるキュー長レポート情報と、得られたトラヒック量とを参照し、これらに基づいて余剰帯域を算出する（ステップＳ１）。具体的には、帯域割当機能部１３は、各ＯＮＵについてキュー長およびトラヒック量を反映させた値を必要帯域とし、１帯域更新周期に割当可能な帯域から必要帯域を減算する。余剰帯域の算出方法は、上記反映の方法によって様々に考えられる。以下、いくつかの例を挙げるが、他の方法であっても構わない。
（算出方法その１）
　１帯域更新周期に割り当て可能な帯域から、ＯＮＵのキュー長とトラヒック量を差し引いた値を余剰帯域とする。ここで、ＯＮＵのキュー長は、既にＯＮＵのバッファに蓄積され、送信されることが決定しているデータ量である。一方、トラヒック量は、前周期に実際に受信したデータ量、すなわち過去実績であり、送信データ量の傾向を示す。この場合は、送信されることが決定しているデータ量および過去実績を必要帯域として減算し、残りを余剰帯域とする。
（算出方法その２）
　１帯域更新周期に割り当て可能な帯域から、ＯＮＵのキュー長を差し引いた値を余剰帯域とする。この場合は、既に送信されることが決定しているデータ量を必要帯域とみなして減算し、残りを余剰帯域とする。
（算出方法その３）
　１帯域更新周期に割り当て可能な帯域から、ＯＮＵの受信トラヒックを差し引いた値を余剰帯域とする。この場合は、過去実績を必要帯域とみなして減算し、残りを余剰帯域とする。
（算出方法その４）
　１帯域更新周期に割り当て可能な帯域から、ＯＮＵのキュー長と、前周期の余剰帯域を規格化した値（係数）を掛けた受信トラヒックとを差し引いた値を余剰帯域とする。この場合は、既に送信されることが決定しているデータ量に加えて、過去実績の値に上記係数をかけて送信データ量の傾向を反映させた値を必要帯域とみなして減算し、残りを余剰帯域とする。
　以上のようにして余剰帯域を得ると、帯域割当機能部１３は、つぎに、得られた余剰帯域を帯域割当に反映させるための係数を決定する。この係数を、たとえばｍとする。帯域割当機能部１３は、ステップＳ１で得られた余剰帯域に基づいて、たとえば以下のような方法で係数ｍを得る（ステップＳ２）。
　たとえば、余剰帯域が所定の閾値以上である場合には、ｍ＝“１”とし、所定の閾値未満である場合には、ｍ＝“０”とする。また、たとえば、余剰帯域を１帯域更新周期において割当可能な帯域と比較して規格化した値をｍとする。または、これらを組み合わせてもよい。係数ｍを決定する方法は、他の方法であっても構わない。
　以上のようにして係数ｍを決定すると、帯域割当機能部１３は、つぎに、各ＯＮＵについて、次周期の割当帯域を算出する（ステップＳ３）。具体的には、たとえば、
　ＯＮＵのキュー長＋ｍ×（ＯＮＵのトラヒック量）＝次周期の割当帯域
とする。帯域割当機能部１３は、この算出処理を全てのＯＮＵについて行い、ＯＮＵごとの次周期の割当帯域を得る。
　帯域割当機能部１３は、このようにして得られた次周期の割当帯域に基づいて、グラント情報を決定する（ステップＳ４）。
　上記の例のように係数ｍの値を設定することで、余剰帯域が多い場合、すなわちＯＮＵからの上り送信データ量が少ない傾向にある場合には、トラヒック量に基づいた帯域量を割増すことで、キュー長レポート送信後にＯＮＵバッファに蓄積されるデータの送信も可能となる。一方、余剰帯域が少ない場合、すなわちＯＮＵからの上り送信データ量が多い傾向にある場合には、キュー長情報に基づく帯域量のみを割当て、予測を含めない帯域割当とすることで、既にＯＮＵバッファに蓄積されるデータを着実に送信可能となる。このように、余剰帯域量に応じた帯域割当を実行することで、効率のよい帯域割当が可能となる。
　なお、上記の係数算出は、帯域更新周期ごとに行ってもいいし、所定の周期ごとに行ってもよい。所定の周期ごとに行う場合、割当帯域の決定は、最新の係数に基づいて行われる。
　つづいて、上述のような帯域割当方法を適用した場合のＰＯＮシステムにおける割当帯域状況を説明する。以下では、一例として、余剰帯域が所定の閾値に満たない場合には、ｍ＝０としてトラヒック量に基づく割当を行わず、余剰帯域が所定の閾値以上である場合には、ｍを上記規格化した値とする場合を説明する。
　図３は、余剰帯域が少ない場合における帯域割当更新前後の割当帯域を示すタイミングチャートである。図１のＰＯＮシステムにおいて、ＯＮＵ３－１，３－２，３－３は、帯域割当更新前には、それぞれ、データ＃１（以下、Ｄ＃１），Ｄ＃２，Ｄ＃３をＯＬＴ１に対し送信する。ここで、ＯＮＵ３－１には、帯域１００および２００が割当てられ、同様に、ＯＮＵ３－２には帯域１０１および２０１が、ＯＮＵ３－３には帯域１０２および２０２が割当てられている。なお、各ＯＮＵへの割当帯域のうち、帯域１００～１０２はキュー長に基づく割当帯域であり、帯域２００～２０２は受信トラヒックに基づいた割当帯域である。
　ＯＬＴ１が、帯域更新にあたり、上述のようにして新たな帯域更新周期の帯域割当を決定する。ここでは、ＯＬＴ１が、余剰帯域が少ないと判断した場合を示す。この場合、ＯＬＴ１は、上述したように、キュー長に基づく割当帯域のみを与え、トラヒック量に基づく割当帯域を与えない。その結果、帯域割当更新後には、ＯＮＵ３－１，３－２，３－３は、それぞれ、帯域１０３，１０４，１０５を用いて、Ｄ＃１１，Ｄ＃１２，Ｄ＃１３を送信する。帯域１０３～１０５はキュー長に基づく割当帯域である。
　また、図４は、余剰帯域が多い場合における帯域割当更新前後の割当帯域を示すタイミングチャートである。図１のＰＯＮシステムにおいて、ＯＮＵ３－１，３－２，３－３は、帯域割当更新前には、それぞれ、データ＃２１（以下、Ｄ＃２１），Ｄ＃２２，Ｄ＃２３をＯＬＴ１に対し送信する。ここで、ＯＮＵ３－１には、帯域３００および４００が割当てられ、同様に、ＯＮＵ３－２には帯域３０１および４０１が、ＯＮＵ３－３には帯域３０２および４０２が割当てられている。なお、各ＯＮＵへの割当帯域のうち、帯域３００～３０２はキュー長に基づく割当帯域であり、帯域４００～４０２は受信トラヒックに基づいた割当帯域である。
　ここでは、ＯＬＴ１が、余剰帯域が多いと判断した場合を示す。この場合、ＯＬＴ１は、上述したように、キュー長に基づく割当帯域に加え、トラヒック量に基づく割当帯域を割増して与える。その結果、帯域割当更新後には、ＯＮＵ３－１は、帯域３０３および帯域４０３を用いてＤ＃３１を送信し、同様にして、ＯＮＵ３－２は帯域３０４および４０４を用いてＤ＃３２を、ＯＮＵ３－３は帯域３０５および４０５を用いてＤ＃３３を送信する。帯域３０３～３０５はキュー長に基づく割当帯域であり、帯域４０３～４０５はトラヒック量に基づく割当帯域である。
　以上説明したように、本実施の形態では、キュー長レポートに基づいた送信予定データ量に加え、トラヒック量に基づいた送信予測データ量を評価して割当帯域を決定することとした。これにより、ＲＴＴの間にＯＮＵバッファに蓄積されるデータをもグラント時に送信可能となるので、ＯＮＵにおいてバッファに滞留するデータを減らすことができる。したがって、ＯＮＵにおける上り送信待ち時間を低減できる。また、余剰帯域を帯域更新周期ごとに算出することとしたので、ＰＯＮ区間の帯域利用状況に応じて割当帯域を変更することができ、アプリケーションレベルでの高スループットをエンドユーザに提供できる。
　なお、本実施の形態では、余剰帯域に比例する値（係数）をトラヒック量に乗算する場合を説明したが、同様の係数をキュー長に乗算するとしてもよい。この場合も、割当帯域の導出方法は上述同様である。また、両者を併用するとしてもよい。
　また、本実施の形態では、本発明の帯域割当方法をＰＯＮシステムに適用する場合を説明したが、ポイント・トゥ・マルチポイントの他の通信システムに対して適用することも可能である。本実施の形態におけるＯＬＴおよびＯＮＵは、親機と子機として動作しており、当該他の通信システムにも同様の構成および動作が適用できる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、動的な帯域割当を実行するにあたり、余剰帯域をパラメータとしてキュー長情報およびトラヒック量を割当帯域に反映させることとした。本実施の形態では、同時送信ＯＮＵ数をパラメータとする場合を説明する。
　図５は、本実施の形態におけるＰＯＮシステムの構成例を示す図である。図５のＰＯＮシステムは、図１のＰＯＮシステムと比較すると、ＯＬＴ１の代わりにＯＬＴ１Ｂを備え、また、ＯＬＴ１Ｂは、ＯＬＴ１における帯域割当機能部１３の代わりに、帯域割当機能部１３Ｂを備える。帯域割当機能部１３Ｂは、帯域割当機能部１３と同等の機能を有するが、帯域割当機能部１３と異なる方法（後述）で割当帯域を算出する。
　つづいて、上記のように構成されたＰＯＮシステムにおける帯域割当の動作について説明する。図６は、本実施の形態における割当帯域の算出方法を説明するフローチャートである。
　帯域割当機能部１３Ｂは、周期的にグラント割当量を更新するため、各周期にて図６に示す動作を行い、つぎの周期の帯域割当を決定する。帯域割当機能部１３Ｂは、上述同様、各ＯＮＵについてキュー長情報およびトラヒック量を把握している。帯域割当機能部１３Ｂは、まず、次周期におけるデータ送信を要求してきたＯＮＵ数（同時送信端末数）を、自身が管理するグラント情報などに基づいて取得する（ステップＳ１１）。そして、帯域割当機能部１３Ｂは、得られた同時送信端末数を帯域割当に反映させるための係数を決定する。この係数を、たとえばｎとする。帯域割当機能部１３Ｂは、ステップＳ１１で得られたＯＮＵ数に基づいて、たとえば以下のような方法で係数ｎを得る（ステップＳ１２）。
　たとえば、同時送信端末数が所定の閾値以上である場合には、ｎ＝“０”とし、所定の閾値未満である場合には、ｎ＝“１”とする。また、たとえば、当該同時送信端末数の逆数をｎとする。または、これらを組み合わせてもよい。係数ｎを決定する方法は、他の方法であっても構わない。
　以上のようにして係数ｎを決定すると、帯域割当機能部１３Ｂは、つぎに、各ＯＮＵについて、次周期の割当帯域を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、たとえば、
　ＯＮＵのキュー長＋ｎ×（ＯＮＵのトラヒック量）＝次周期の割当帯域
とする。帯域割当機能部１３Ｂは、この算出処理を全てのＯＮＵについて行い、ＯＮＵごとの次周期の割当帯域を得る。
　帯域割当機能部１３Ｂは、このようにして得られた次周期の割当帯域に基づいて、グラント情報を決定する（ステップＳ４）。
　上記の例のように係数ｎの値を設定することで、同時送信端末数が少ない場合、すなわち帯域利用状況に余裕がある場合には、トラヒック量に基づいた帯域量を割増すことで、キュー長レポート送信後にＯＮＵバッファに蓄積されるデータの送信も可能となる。一方、同時送信端末数が多い場合、すなわち帯域利用状況が逼迫している場合には、キュー長情報に基づく帯域量のみを割当て、予測を含めない帯域割当とすることで、既にＯＮＵバッファに蓄積されるデータを着実に送信可能となる。このように、同時送信端末数に応じた帯域割当を実行することで、効率のよい帯域割当が可能となる。
　つづいて、上述のような帯域割当方法を適用した場合のＰＯＮシステムにおける割当帯域状況を説明する。以下では、一例として、同時送信端末数が所定の閾値以上であるかどうかにより係数ｎを決定する。
　図７は、同時送信端末数が多い場合における帯域割当更新前後の割当帯域を示すタイミングチャートである。図５のＰＯＮシステムにおいて、ＯＮＵ３－１，３－２，３－３，３－４（ＯＮＵ３－４は図５に図示せず）は、帯域割当更新前には、それぞれ、データ＃４１（以下、Ｄ＃４１），Ｄ＃４２，Ｄ＃４３，Ｄ＃４４をＯＬＴ１Ｂに対し送信する。ここで、ＯＮＵ３－１には、帯域５００および６００が割当てられ、同様に、ＯＮＵ３－２には帯域５０１および６０１が、ＯＮＵ３－３には帯域５０２および６０２が、ＯＮＵ３－４には帯域５０３および６０３が割当てられている。なお、各ＯＮＵへの割当帯域のうち、帯域５００～５０３はキュー長に基づく割当帯域であり、帯域６００～６０３は受信トラヒックに基づいた割当帯域である。
　ＯＬＴ１Ｂが、帯域更新にあたり、上述のようにして新たな帯域更新周期の帯域割当を決定する。ここでは、ＯＬＴ１Ｂが、同時送信端末数が所定の閾値以上であると判断した場合を示す。この場合、ＯＬＴ１Ｂは、上述のように、キュー長に基づく割当帯域のみを与え、トラヒック量に基づく割当帯域を与えない。その結果、帯域割当更新後には、ＯＮＵ３－１，３－２，３－３，３－４は、それぞれ、帯域５０４，５０５，５０６，５０７を用いて、Ｄ＃５１，Ｄ＃５２，Ｄ＃５３，Ｄ＃５４を送信する。帯域５０４～５０７はキュー長に基づく割当帯域である。
　また、図８は、同時送信端末数が少ない場合における帯域割当更新前後の割当帯域を示すタイミングチャートである。図５のＰＯＮシステムにおいて、ＯＮＵ３－１および３－２は、帯域割当更新前には、それぞれ、データ＃６１（以下、Ｄ＃６１）またはＤ＃６２をＯＬＴ１Ｂに対し送信する。ここで、ＯＮＵ３－１には、帯域７００および８００が割当てられ、同様に、ＯＮＵ３－２には帯域７０１および８０１が割当てられている。なお、各ＯＮＵへの割当帯域のうち、帯域７００および７０１はキュー長に基づく割当帯域であり、帯域８００および８０１は受信トラヒックに基づいた割当帯域である。
　ここでは、ＯＬＴ１Ｂが、同時送信端末数が所定の閾値に満たないと判断した場合を示す。この場合、ＯＬＴ１Ｂは、上述したように、キュー長に基づく割当帯域に加え、トラヒック量に基づく割当帯域を割増して与える。その結果、帯域割当更新後には、ＯＮＵ３－１は、帯域７０２および帯域８０２を用いてＤ＃７１を送信し、同様にして、ＯＮＵ３－２は帯域７０３および８０３を用いてＤ＃７２を送信する。帯域７０２および７０３はキュー長に基づく割当帯域であり、帯域８０２および８０３はトラヒック量に基づく割当帯域である。
　なお、上記では、同時送信端末数に比例する値（係数）をトラヒック量に乗算する場合を説明したが、同様の係数をキュー長に乗算するとしてもよい。この場合も、割当帯域の導出方法は上述同様である。また、両者を併用するとしてもよい。
　なお、本実施の形態では、同時送信端末数により上記係数の値を決定する場合を示したが、起動端末数を上記係数の値としてもよい。この場合、帯域割当機能部１３Ｂは、ＯＬＴ１Ｂに対して登録されているＯＮＵの数である起動端末数を保持し、当該起動端末数を用いて上記係数を設定する。動作は上記同様である。
　以上説明したように、本実施の形態では、キュー長レポートに基づいた送信予定データ量に加え、トラヒック量に基づいた送信予測データ量を評価して割当帯域を決定することとした。これにより、ＲＴＴの間にＯＮＵバッファに蓄積されるデータをもグラント時に送信可能となるので、ＯＮＵにおいてバッファに滞留するデータを減らすことができる。したがって、ＯＮＵにおける上り送信待ち時間を低減できる。また、同時送信端末数を帯域更新周期ごとに評価することとしたので、ＰＯＮ区間の帯域利用状況に応じて割当帯域を変更することができ、アプリケーションレベルでの高スループットをエンドユーザに提供できる。
　以上のように、本発明にかかる帯域割当方法は、ＰＯＮシステムのようなポイント・トゥ・マルチポイントの通信システムに有用であり、特に、帯域割当を効率よく行いたい場合に適している。

Claims (11)

  1. 　子機と親機が可変長データを送受信するポイント・トゥ・マルチポイントの通信システムにおける、前記親機として動作する通信装置であって、
    　受信信号から前記子機が送信を予定するキュー長の情報を抽出し、また、前記子機に対して許可通知を送信する制御を行うＭＡＣ層終端機能手段と、
    　子機毎の上り方向のトラヒック量を測定するトラヒックモニタ手段と、
    　前記ＭＡＣ層終端機能手段により抽出されたキュー長の情報および前記トラヒックモニタ手段により測定されたトラヒック量と、１帯域更新周期に割当可能な帯域とに基づいて、前記子機に対する割当帯域を決定し、当該決定にしたがって前記許可通知を発行する帯域割当機能手段と、
    　を備え、
    　前記帯域割当機能手段は割当帯域を周期的に更新する、
    　ことを特徴とする通信装置。
  2. 　前記帯域割当機能手段は、
    　前記キュー長の情報および前記トラヒック量に基づいて前記子機の必要帯域を算出し、前記１帯域更新周期に割当可能な帯域から当該必要帯域を減算することで余剰帯域を算出し、
    　前記キュー長の情報および前記トラヒック量に基づいて、前記余剰帯域を帯域割当に反映させるための係数を決定し、
    　所定の条件にしたがって、前記係数と、前記キュー長の情報および前記トラヒック量との乗算を行うことにより、前記子機に対する割当帯域を決定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
  3. 　前記帯域割当機能手段は、
    　次の帯域更新周期に上り送信データを送信予定である子機の数を示す同時送信端末数を取得し、
    　前記同時送信端末数に基づいて、同時送信端末数を帯域割当に反映させるための係数を決定し、
    　所定の条件にしたがって、前記係数と、前記キュー長の情報および前記トラヒック量との乗算を行うことにより、前記子機に対する割当帯域を決定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
  4. 　前記帯域割当機能手段は、
    　起動状態である子機の数である起動端末数を取得し、
    　前記起動端末数に基づいて、起動端末数を帯域割当に反映させるための係数を決定し、
    　所定の条件にしたがって、前記係数と、前記キュー長の情報および前記トラヒック量との乗算を行うことにより、前記子機に対する割当帯域を決定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
  5. 　前記帯域割当機能手段は、前記１帯域更新周期ごとに前記係数を更新し、また、当該更新された係数を用いて前記子機に対する割当帯域を決定する、
    　ことを特徴とする請求項２、３または４に記載の通信装置。
  6. 　子機として動作する１以上の第１の通信装置と、
    　親機として動作する請求項１～５のいずれか１つに記載の第２の通信装置と、
    　を備えることを特徴とする通信システム。
  7. 　子機と親機が可変長データを送受信するポイント・トゥ・マルチポイントの通信システムにおいて、前記親機として動作する通信装置が実行する帯域割当方法であって、
    　受信信号から前記子機が送信を予定するキュー長の情報を抽出するキュー長情報取得ステップと、
    　子機毎の上り方向のトラヒック量を測定するトラヒック量測定ステップと、
    　前記キュー長情報取得ステップで抽出されたキュー長の情報および前記トラヒック量測定ステップで測定されたトラヒック量と、１帯域更新周期に割当可能な帯域とに基づいて、前記子機に対する割当帯域を決定し、当該決定にしたがって許可通知を発行する帯域割当ステップと、
    　を含み、
    　前記帯域割当ステップが周期的に実行される、ことを特徴とする帯域割当方法。
  8. 　前記帯域割当ステップでは、
    　前記キュー長の情報および前記トラヒック量に基づいて前記子機の必要帯域を算出し、前記１帯域更新周期に割当可能な帯域から当該必要帯域を減算することで余剰帯域を算出する余剰帯域算出ステップと、
    　前記キュー長の情報および前記トラヒック量に基づいて、前記余剰帯域を帯域割当に反映させるための係数を決定する係数決定ステップと、
    　所定の条件にしたがって、前記係数と、前記キュー長の情報および前記トラヒック量との乗算を行うことにより、前記子機に対する割当帯域を決定する帯域決定ステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項７に記載の帯域割当方法。
  9. 　前記帯域割当ステップは、
    　次の帯域更新周期に上り送信データを送信予定である子機の数を示す同時送信端末数を取得する送信端末数取得ステップと、
    　前記同時送信端末数に基づいて、同時送信端末数を帯域割当に反映させるための係数を決定する係数決定ステップと、
    　所定の条件にしたがって、前記係数と、前記キュー長の情報および前記トラヒック量との乗算を行うことにより、前記子機に対する割当帯域を決定する帯域決定ステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項７に記載の帯域割当方法。
  10. 　前記帯域割当ステップは、
    　起動状態である子機の数である起動端末数を取得する起動端末数取得ステップと、
    　前記起動端末数に基づいて、起動端末数を帯域割当に反映させるための係数を決定する係数決定ステップと、
    　所定の条件にしたがって、前記係数と、前記キュー長の情報および前記トラヒック量との乗算を行うことにより、前記子機に対する割当帯域を決定する帯域決定ステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項７に記載の帯域割当方法。
  11. 　前記係数決定ステップは、前記１帯域更新周期ごとに実行され、
    　前記帯域決定ステップは、前記係数決定ステップで決定された係数を用いて実行される、ことを特徴とする請求項８、９または１０に記載の帯域割当方法。
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