WO2020250396A1 - 通信システム及び通信方法 - Google Patents

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WO2020250396A1
WO2020250396A1 PCT/JP2019/023568 JP2019023568W WO2020250396A1 WO 2020250396 A1 WO2020250396 A1 WO 2020250396A1 JP 2019023568 W JP2019023568 W JP 2019023568W WO 2020250396 A1 WO2020250396 A1 WO 2020250396A1
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WO
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sub
optical signal
main
communication system
communication
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PCT/JP2019/023568
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和久 古澤
尊広 久保
慎一 吉原
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日本電信電話株式会社
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Publication date
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Priority to PCT/JP2019/023568 priority patent/WO2020250396A1/ja
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    • H04L12/427—Loop networks with decentralised control
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04L12/42—Loop networks
    • H04L2012/421—Interconnected ring systems

Definitions

  • This disclosure relates to a communication network connecting a communication company building (communication station) and a user's house in optical communication.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a form of an optical communication system.
  • the communication device installed in the communication station is referred to as the "main device”, and the communication device installed in the user's home is referred to as the "secondary device".
  • the optical communication system transmits an "uplink light signal" from each sub-device to the main device and a “downlight signal” from the main device to the sub-device.
  • PON Passive Optical Network
  • the main device is an OLT (Optical Line Thermal) or OSU (Optical Subscriber Unit)
  • the sub device is an ONU (Optical Network Unit).
  • the double star type as shown in FIG. 2 is adopted as the arrangement form of the optical fiber, and branching is performed by an optical splitter.
  • a bus-type PON as shown in FIG. 3 is also used in railways and the like.
  • wavelength division multiplexing is used in which an uplink light signal and a downlink light signal are performed at different wavelengths so that they are superimposed on one optical fiber core.
  • the PON distributes the same content of the downlink light signal to all the sub-devices, and allocates the transmission time to each sub-device so that each sub-device can efficiently output the uplink light signal each time.
  • FIG. 4 is a sequence diagram illustrating automatic registration and delay measurement of the auxiliary device performed in the PON.
  • the delay for each sub-device is also measured at the same time to prevent collision of the uplink light signal (see, for example, Non-Patent Document 2).
  • the procedure is as follows.
  • the main device dynamically controls the band allocation of the uplink signal by adjusting the transmission enable timing of the uplink signal from each sub device. Specifically, the delay time for each sub-device is acquired in advance, the transmission request from each sub-device and the communication amount thereof are confirmed, and the main device instructs each sub-device of the transmission timing.
  • the number of users who desire a lower price than a high speed for a communication line is increasing.
  • the total fiber distance becomes longer and the management cost increases as the number of sub-devices (ONUs) increases.
  • the delay time for each sub-device is measured, and the transmission timing of the uplink signal of each sub-device is calculated and instructed based on the transmission request from the sub-device. It is difficult to reduce the equipment cost because of the various processing.
  • the conventional PON has a problem that it is difficult to reduce the cost and it is difficult to provide a low-priced communication line.
  • the present invention can suppress an increase in the total fiber distance even if the number of sub-devices increases, and eliminates the need for complicated processing for band allocation of an uplink light signal. It is an object of the present invention to provide a possible communication system and communication method.
  • the arrangement of the optical fibers is circular, and data communication is performed by one-way communication and time division multiplexing.
  • the communication system according to the present invention is A main path with one end and one other end, A main device that transmits a downlink optical signal to the one end of the main path and receives an uplink optical signal together with the downlink optical signal from the other end of the main path. At least one auxiliary device that receives the downlink optical signal and transmits the uplink optical signal, A sub-path that branches the downlink optical signal from the main path to the sub-device and merges the uplink optical signal from the sub-device with the main path. To be equipped.
  • the communication method according to the present invention is One main unit sends a downlink optical signal to one end of the main path, At least one sub-device connected to the main path receives the downlink optical signal from the main path and transmits an uplink optical signal corresponding to the downlink optical signal to the main path.
  • the main device receives the upstream optical signal together with the downstream optical signal from the other end of the main path.
  • this communication system has an annular (ring, loop) type arrangement of optical fibers (main route) from the communication station to the user's home, and branches from the main route to the user's home. And the branch type are mixed.
  • the main route does not pass through the user's home device so as not to be affected by the failure of the user's home device.
  • the present invention provides a communication system and a communication method that can suppress an increase in the total fiber distance even if the number of sub-devices increases and can eliminate complicated processing for band allocation of an uplink optical signal. can do.
  • the main route of the communication system according to the present invention is characterized in that it branches into a plurality of routes from one end to the other end and merges into one again. As shown in FIG. 6, a plurality of routes may exist as the main route.
  • the main path and the sub path of the communication system according to the present invention are connected by an optical coupler.
  • the loss between the main route and the sub route can be reduced.
  • the main path of the communication system according to the present invention is characterized by having an optical fiber amplifier in a part thereof.
  • the number of sub-devices that can be connected can be increased, and the length of the main route can be extended.
  • the main device of the communication system is Transmission time for transmitting data to each of the sub-devices as the downlink optical signal and data to all of the sub-devices in a time-division multiplex, and reception for receiving data from the sub-device as the uplink optical signal.
  • the time including the time frame and the guard time arranged between the respective reception time frames is set as one cycle. It is characterized in that the sub-device is made to transmit data in the reception time frame assigned to each.
  • the main device of the communication system according to the present invention is characterized in that it periodically performs discovery for newly registering the unregistered sub device.
  • the main device and the sub device of the communication system according to the present invention are characterized in that the reception gain is adjusted based on the upstream optical signal and the downlink optical signal, respectively.
  • the present invention provides a communication system and a communication method capable of suppressing an increase in the total fiber distance even if the number of sub-devices increases and eliminating the need for complicated processing for band allocation of an uplink optical signal. Can be done.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the communication system 301 of the present embodiment.
  • Communication system 301 A main path 15 having one end and one other end, One main device 11 that transmits a downlink optical signal to the one end of the main path 15 and receives an uplink optical signal together with the downlink optical signal from the other end of the main path 15.
  • At least one auxiliary device 12 that receives the downlink optical signal and transmits the uplink optical signal,
  • a sub-path 16 that branches the downstream optical signal from the main path 15 to the sub-device 12 and joins the upstream optical signal from the sub-device 12 into the main path 15.
  • the optical fiber from the communication station to the user's house in a circular (loop, ring) type rather than a star type By arranging the optical fiber from the communication station to the user's house in a circular (loop, ring) type rather than a star type, the shortest route between the devices can be taken and the required optical fiber distance can be shortened. .. Even in the ring-type optical fiber arrangement form, as shown in FIG. 7, the configuration passes through the sub-device 12, and as shown in FIG. 5, the branch route to the sub-device 12 (sub-path 16) and the route not passing through the sub-device (main There is a configuration consisting of a route 15).
  • the main route 15 becomes a bypass, so that the influence on the entire communication system can be avoided.
  • the main route 15 uses an underground pipeline or a utility pole, and the sub route 16 to the user's house is drawn from the nearest utility pole. Therefore, the active device that requires power supply is installed in the communication station or the user's house, and only the passive device that does not require power supply is installed in the pipeline or utility pole to improve the maintainability of the communication system. Can be enhanced.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining that the annular optical communication system of the present embodiment has a shorter fiber distance than the double star PON. As the number of auxiliary devices increases, the overall fiber distance of the ring type is often shorter than that of the PON. In FIG. 8, the vertical and horizontal lengths of one square are set to “1”. In the case of the PON of (A), the optical fiber distance from the main device to all the sub devices (10 units) is 31.6. On the other hand, in the case of the ring type (B), the optical fiber distance from the main device to all the sub devices (10 units) is 18.42.
  • the main path 15 and the sub path 16 are connected by an optical coupler 17.
  • the branch and the merging are performed at two places as shown in FIG. 9 (A), but two inputs 2 as shown in FIG. 9 (B).
  • the output optical coupler 17 is arranged.
  • the form of FIG. 9 (B) has a smaller total loss at the connection point than the form of FIG. 9 (A), and more sub-devices can be connected than the form of FIG. 9 (A), or the form of FIG. 9 (A).
  • the sub-device can be connected farther than the form of. In the present embodiment, since the guard time and unnecessary signals are discarded as described later, problems due to collision or return communication at the confluence do not occur.
  • the main path 15 may be branched into a plurality of paths (a1 to a4) between the one end and the other end, and may be rejoined into one.
  • a branch route is configured by the splitter 18, the degree of freedom and flexibility in optical fiber arrangement can be increased.
  • the communication system 302 branches at the splitter 18 in the middle of the main path 15, connects the sub device 12 under each branch (hereinafter, “sub ring”), and then joins the sub ring into the main path 15.
  • sub ring the sub-device 12 is connected to the sub-ring after branching, but it is also possible to connect the sub-device before sub-ring branching.
  • the communication system 302 can increase the number of auxiliary devices that can be accommodated from the communication system 301.
  • the main device and the sub device of the communication system have an output / reception capability that can withstand a transmission loss of 25 dB, and the loss of the 2 ⁇ 2 optical coupler 17 that branches / merges at a ratio of 90:10 is 0.8 dB / The loss of the 11 dB, 1 ⁇ 4 optical splitter 18 is 7.4 dB.
  • the optical splitter 18 is arranged at the time of constructing the communication system, it is possible to suppress the range of influence on communication when the sub ring is added or when the optical coupler is inserted to add the sub device under the sub ring.
  • the uplink light signals do not collide at the confluence due to guard time or the like.
  • the downlink light signals collide at the sub-ring confluence location.
  • only the uplink light signal may be received by the main device 15.
  • the sub-device 12 may assign an identifier only to the uplink signal, and the main device 15 may discard the signal without the identifier (downlink signal that may collide).
  • the communication system (301, 302) is unidirectional communication in order to emphasize cost reduction rather than simultaneous communication volume (speed).
  • By using one-way communication it is possible to avoid loss during wavelength division multiplexing, increase the number of sub-devices, and extend the installation distance.
  • the main path 15 of the communication system may partially have an optical fiber amplifier.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an optical communication system 301 having an optical amplifier 19.
  • the optical amplifier 19 includes a fiber amplifier 19b and a laser 19a that excites the fiber amplifier 19b.
  • the fiber amplifier 19b is a part of the main path 15.
  • the optical amplifier 19 makes it possible to increase the number of auxiliary devices and extend the installation distance.
  • the optical amplifier 19 since the optical amplifier 19 that does not convert light to electricity and further from electricity to light is arranged, even if the optical amplifier 19 fails, the influence on the entire communication network can be reduced.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an auxiliary device 12a incorporating an optical amplifier 19.
  • the transmission / reception unit 21 of the sub-device 12a has the function of the sub-device 12 described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the sub-device 12a arranges the optical amplifier 19 on the optical fiber of the sub-path 16 for communication.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the merit of arranging the auxiliary device 12a.
  • FIG. 12A is a diagram illustrating an optical communication system 301 including an auxiliary device 12a.
  • the optical power decreases as the distance from the main device 11 increases, but by amplifying the light power in the middle, the number of sub-devices can be increased and the installation distance can be extended.
  • By placing the sub-device and the amplifier in the same base (in the user's house) or by arranging the integrated sub-device 12a it is possible to extend the length without performing optical amplification on the utility pole, and the sub-device of the optical communication system 301 can be extended.
  • the capacity can be increased. Therefore, the cost can be reduced.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating the case of PON.
  • a star type such as PON
  • the amplifier and the auxiliary device cannot be integrated. Therefore, when the optical amplification is performed, the laser 19a is installed in the user's house separately from the auxiliary device, which is performed on the utility pole, and the excitation light is supplied to the upstream side of the splitter 18. Such a form is difficult to realize. Further, when different wavelengths are used for the uplink light signal and the downlink light signal as in PON, simultaneous amplification of two wavelengths is difficult, so amplifiers for the uplink wavelength and the downlink wavelength are required, which further realizes the feasibility. It gets harder. Furthermore, in the case of the star type, the "amplifier integrated with the auxiliary device" cannot amplify to another device.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating time division multiplexing control performed by the communication system (301, 302).
  • the main device 11 transmits data to each of the sub-devices 12 as the downlink optical signal and data to all the sub-devices 12 in a time-division multiplex transmission time, and data from the sub-device 12 as the uplink optical signal, respectively.
  • the reception time frame for reception and the time including the guard time arranged between the respective reception time frames are set as one cycle, and the sub-device 12 is made to transmit data to the reception time frame assigned to each.
  • FIG. 13 (A) and 14 show a case where the communication system 301 has three sub-devices 12 (sub-devices A, B, and C) as shown in FIG. 13 (B). The same applies to the communication system 302 other than the three auxiliary devices 12.
  • the communication system (301, 302) is used as a method of distinguishing the communication data of the uplink light signal, the downlink light signal, and the sub-device 12 in the above-mentioned one-way communication, when the time of each communication is adjusted so as not to collide.
  • Perform division multiplexing In the time division multiplexing control, there is a method of adjusting the transmission timing between the main device and the sub device in consideration of the delay time, but in the present embodiment, the function is simplified in order to emphasize cost reduction and power consumption reduction. To.
  • the communication system (301, 302) is controlled as follows.
  • Secure extra time (hereinafter referred to as "guard time").
  • the guard time may be the same for each sub-device. This guard time prevents the upstream optical signal from the sub-device 12 from colliding with another optical signal when it joins the main path 15 from the sub-path 16 (see FIG. 14).
  • the main device 11 continuously transmits a downlink light signal addressed to each sub device 12 for one cycle.
  • the main device 11 transmits the downlink light signal for the next cycle after waiting for the time frame of the uplink light signal from each sub-device 12 and each guard time.
  • the downlink light signal from the main device 11 reaches all the sub devices 12.
  • the sub-device 12 receives only the downlink light signal addressed to itself among the downlink light signals that have arrived. Further, the sub-device 12 transmits an uplink light signal addressed to the main device 11 at a timing (time frame) assigned to itself.
  • the main device 11 receives only the upstream optical signal from each of the sub-devices 12 among the optical signals (both the upstream optical signal and the downstream optical signal arrive) arrived from the main path 15.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the transition of the frame (optical signal) in the vicinity of the auxiliary device B of FIG. 13 (B).
  • the broken line frame means the set time frame
  • the solid line frame means that the transmitted optical signal exists.
  • FIG. 14 (Step 1) is a diagram illustrating an optical signal in the main path 15 near the coupler 17 for the auxiliary device B.
  • the uplink light signal output by the sub-device A propagates behind the downlink light signal group from the main device 11.
  • FIG. 14 (Step 2) is a diagram illustrating an optical signal received by the sub-device B.
  • the entire downlink light signal group from the main device 11 and the uplink light signal output by the sub-device A arrive at the sub-device B.
  • the sub-device B receives only the optical signal addressed to its own device and discards the other optical signals. Since these optical signals propagate through the sub-path 16, a delay of 16 minutes occurs in the sub-path 16.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an optical signal in the main path 15 near the coupler 17 for the auxiliary device B.
  • the uplink light signal output by the sub-device A propagates behind the downlink light signal group from the main device 11.
  • FIG. 14 (Step 2) is a diagram illustrating an
  • Step 3 is a diagram illustrating an uplink light signal transmitted with respect to the downlink light signal received by the sub-device B.
  • the time at which the auxiliary device B transmits the uplink light signal is delayed from the time when the downlink light signal is received due to signal processing. Further, since this uplink signal propagates on the sub-path 16, there is a delay of 16 minutes on the sub-path 16 before arriving at the main path 15.
  • FIG. 14 (Step 4) is a diagram illustrating an optical signal in the main path 15 near the coupler 17 for the auxiliary device B.
  • the uplink light signal from the sub-device B joins the main path 15 with a delay from the assumed time frame due to the delay generated in Steps 1 to 3. Since there is a guard time between the time frames for the uplink signal set in each sub-device, the delayed uplink signal from the sub-device B is the time frame for the uplink signal of the subsequent sub-device C. Does not collide with.
  • the sub-device B sequentially reads the reached frames (optical signals).
  • the sub-device B performs the following processing. If the optical signal is addressed to all the sub-devices, the total amount of the downlink light signal and the time frame for each sub-device of the uplink light signal (may be fixed as a system) are received from the optical signal. On the other hand, if it is an optical signal addressed to each sub-device, the optical signal addressed to the own device is received and the optical signal addressed to the other device is discarded.
  • the auxiliary device B discards the optical signal because the optical signal is unnecessary.
  • the sub-device B transmits a frame (uplink light signal).
  • the timing to transmit the frame is calculated as follows. (Total amount of downlink light signal) + (Number of sub-devices up to the order of own device (No. 2) (1)) x Time frame Sub-device B determines the timing in consideration of the guard time.
  • the transmitted uplink signal is formatted in the received time frame.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a sub-device registration operation performed by the communication system (301, 302).
  • the sub-device may be registered manually, but as shown in FIG. 15A, the main device 11 may periodically perform a discovery for newly registering an unregistered sub-device.
  • the main device 11 issues an investigation instruction.
  • the main unit 11 has "instruction to report if it is not registered" as an investigation instruction and the maximum number of sub-devices (calculated from loss etc.) that can be accommodated in the communication system (301, 302), and the main unit 11 is in advance. Notify all sub-devices.
  • the number of time frames for the uplink signal is the maximum number of sub-devices (n).
  • the main device 11 similarly to the normal optical signal, the main device 11 also transmits the “total amount of the downlink light signal” and the “time frame for the uplink light signal for each sub device”.
  • FIG. 15B is a diagram for explaining the frame contents of the survey instruction.
  • the unregistered sub-device receives the "instruction" and the maximum number of sub-devices "n".
  • a random integer is selected (referred to as m) in the range of "n" or less, and the random number is set as the "sub-device temporary number”.
  • the unregistered sub-device sends a report frame to the effect that it has not been registered in the "sub-device temporary number” frame of the time frame for the uplink signal.
  • the "total amount of downlink light signals” and the "time frame for each sub-device” are calculated in the same manner as the normal optical signal, but the "sub-device temporary number" is used as the sub-device number.
  • FIG. 15C is a diagram for explaining the frame contents of the report.
  • the main device 11 registers the sub device. Based on the report from the unregistered sub-device, the main device 11 selects an empty number in the sub-device number list and pays out as the "sub-device number" of the unregistered sub-device. The main device 11 notifies the sub device of the "sub device temporary number" of the "sub device number” as a registration notification.
  • FIG. 15D is a diagram illustrating the frame contents of the registration notification.
  • the unregistered sub-device receives the registration notification and registers the "sub-device number" with itself.
  • the downlink communication addressed to the "secondary device number” is received, and the uplink optical signal is transmitted using the uplink communication time frame for the "secondary device number".
  • this automatic registration method is effective regardless of the presence or absence of already registered sub-devices and the number of newly registered sub-devices. Also, if the randomly selected m overlaps with an existing device, transmission will fail, but as with PON, re-registration will be attempted at the next survey instruction.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating gain control performed by the communication system (301, 302). This figure is an example of a frame (optical signal) before arriving at the main device 11 on the main path 15.
  • the main device 11 and the sub device 12 adjust the reception gain based on the upstream optical signal and the downlink optical signal, respectively.
  • the reading time response time
  • the head of the uplink light signal transmitted by the sub device 12 and the head of the downlink light signal group transmitted by the main device 11 Is inserted into the signal train 31 only for strength adjustment, which is not for communication.
  • the signal string 31 may be a dummy signal as long as the response time is secured.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the main device 11.
  • the main device 11 is a communication device that communicates with each sub device.
  • An uplink communication receiving unit 45 in which the downlink signal transmitted by itself and the uplink signal from each sub-device arrive from the main path,
  • a downlink communication transmission unit 46 that transmits a downlink light signal addressed to each sub-device to the main path, and Uplink communication (from each subdevice) storage unit 41 that stores the uplink light signal data received from each subdevice
  • a sub-device number list storage unit 43 that stores a list of sub-device numbers of each sub-device, and
  • an arithmetic processing unit 47 having the following communication means and To be equipped.
  • the data of the downlink light signal in the cycle is taken out from the storage unit 41 for downlink communication (to each sub-device), and the total amount of downlink communication is calculated.
  • a time frame is taken out from the time frame storage unit 44 for each sub-device, and following the total downlink communication amount and the time frame, the downlink light signal data addressed to each sub-device is arranged and transmitted to the downlink communication transmission unit 46. After waiting for the time frame for the uplink signal from each sub-device and each guard time, the process shifts to the transmission processing of the downlink communication for the next cycle.
  • the arithmetic processing unit 47 receives the uplink light signal. Only the uplink communication is received from the optical signal received by the uplink communication receiving unit 45, and the uplink communication is received. The uplink communication is separated for each sub-device and stored in the storage unit 42 for uplink communication (from each sub-device). It shifts to the signal processing for the next cycle.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the sub-device 12.
  • the sub-device 12 is a communication device that communicates with the main device 11.
  • An uplink communication transmitter 56 that transmits an uplink signal addressed to the main unit 11 to a sub-path
  • a downlink communication receiving unit 55 that receives the downlink light signal from the main device 11 and the uplink light signal transmitted by each sub-device from the sub-path.
  • An uplink communication storage unit 52 that stores uplink light signal data transmitted to the main unit 11 and A downlink communication storage unit 51 that stores downlink light signal data received from the main unit 11 and Sub-device number storage unit 53 that stores its own sub-device number,
  • the arithmetic processing unit 57 having the following communication means and To be equipped.
  • the arithmetic processing unit 57 Obtain the total amount of the downlink light signal and the time frame for each auxiliary device from the downlink light signals addressed to all the sub-devices. Receives the downlink light signal data addressed to the own device and stores it in the downlink communication storage unit 51. Data for one cycle is taken out from the uplink communication storage unit 52 according to the amount of time frame. The transmission timing of the own device is calculated in consideration of the total amount of downlink communication, the time frame for the number of sub-devices up to the own device number, and the guard time, and the data is made to wait until the transmission timing. It shifts to the signal processing for the next cycle.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating a method in which the main device 11 transmits a downlink light signal.
  • Step 11 List of sub-device numbers The current number of sub-devices is taken out from the storage unit 43.
  • Step 12 Data for the downlink light signal in the cycle is taken out from the storage unit 41 for downlink communication (to each sub-device).
  • Step 13 The secondary device number of the other party is assigned to the downlink data addressed to each secondary device.
  • Step 14 Calculate the total amount of downlink light signals in that cycle.
  • the time frame is taken out from the time frame storage unit 44 together with the auxiliary device.
  • Step 16 As the downlink communication, the total amount of downlink communication addressed to all the sub-devices and the time frame for each sub-device are followed by the downlink data addressed to each sub-device.
  • Step 17 A signal string for strength adjustment is added to the beginning of each downlink data string.
  • Step 18 These data strings are transmitted from the downlink communication transmission unit 46 as a downlink optical signal toward the main path.
  • Step 19 After waiting for the time frame for the uplink light signal from each sub-device and each guard time, the process shifts to the transmission processing of the downlink light signal for the next cycle.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating a method in which the main device 11 receives an uplink light signal.
  • Step 21 Acquires the data of the optical signal received from the uplink communication receiving unit 45.
  • Step22 The signal sequence for strength adjustment is not recognized as data and is used only for reception strength adjustment.
  • Step23 Only the data having the identifier of the uplink communication is received.
  • Step24 Sub-device number list The current number of devices is taken out from the storage unit 43, and upstream data is recognized for each sub-device number.
  • the data is stored in the storage unit 42 for uplink communication (from each sub-device) for each sub-device.
  • Step 26 The process proceeds to the reception processing of the optical signal for the next cycle.
  • FIG. 21 is a flowchart illustrating a method in which the sub-device 12 receives the downlink light signal.
  • Step 31 Data included in the optical signal is acquired from the downlink communication receiving unit 55.
  • Step32 The signal sequence for strength adjustment is not recognized as data and is used only for reception strength adjustment.
  • Step 33 The total amount of the downlink optical signal and the time frame for each sub-device are acquired from the downlink communication addressed to all the sub-devices.
  • Step 34 Take out its own sub-device number from the sub-device number storage unit 53.
  • Step35 From the downlink data addressed to each sub-device, the data addressed to its own sub-device number is confirmed.
  • Step 36 The data is stored in the downlink communication storage unit 51.
  • Step 37 The process proceeds to the reception processing of the downlink light signal for the next cycle.
  • FIG. 22 is a flowchart illustrating a method in which the auxiliary device 12 transmits an uplink light signal.
  • Step 41 Obtain the total amount of downlink communication and the time frame for each sub-device from the downlink communication addressed to all devices.
  • Step 42 Data for one cycle is taken out from the uplink communication storage unit 52 according to its own time frame.
  • Step 43 Extracts its own sub-device number from the sub-device number storage unit 53.
  • Step44 Adds its own sub-device number to the upstream data.
  • An identifier for uplink communication is added to the uplink data
  • Step 46 A signal string for strength adjustment is added to the head of the uplink data.
  • Step47 The transmission timing of the own device is calculated in consideration of the total amount of the downlink light signal, the time frame for the number of sub-devices up to the own device number, and the guard time, and waits until the transmission timing.
  • Step48 An uplink optical signal is transmitted from the uplink communication transmission unit 56.
  • Step 49 The process proceeds to the transmission processing of the uplink light signal for the next cycle.

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Abstract

本発明は、副装置の数が増加してもファイバ総距離の増加を抑えることができ、且つ上り光信号の帯域割当のための複雑な処理を不要にできる通信システム及び通信方法を提供することを目的とする。本発明に係る通信システムは、通信局からユーザ宅までの光ファイバ（主経路）の配置形態を環状（リング、ループ）型とし、主経路から分岐してユーザ宅まで配線する、環状型と分岐型を混合した構成としている。また、主経路をリング型にすることで片方向通信が可能となり、さらに時分割多重を組み合わせることで送信可能量を均一にすることができる。

Description

通信システム及び通信方法
　本開示は、光通信における通信会社ビル（通信局）とユーザ宅を結ぶ通信網に関する。
　図１は、光通信システムの一形態を説明する図である。通信局に設置する通信装置を「主装置」、ユーザ宅に設置する通信装置を「副装置」とする。光通信システムは、各副装置から主装置に対する「上り光信号」と、主装置から副装置に対する「下り光信号」を行う。
　通信会社ビル（通信局）からユーザ宅までの光通信システムとして図２や図３のようなＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）が広く普及している（例えば、非特許文献１を参照。）。ＰＯＮにおいて、主装置はＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｌｉｎｅ　Ｔｅｒｍｉｎａｌ）やＯＳＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ　Ｕｎｉｔ）であり、副装置はＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｕｎｉｔ）である。
　ＰＯＮでは効率よくデータ通信を行うために、光ファイバの配置形態として図２のようなダブルスター型を採用し、光スプリッタによる分岐を行っている。現在は４分岐の後に８分岐する、最大３２分岐＝３２台の副装置が主流である。その他のトポロジーとして、鉄道などにおいて図３のようなバス型のＰＯＮも利用されている。
　また、上り光信号と下り光信号を異なる波長で行うことで光ファイバ１芯に重畳する波長多重が用いられる。さらに、ＰＯＮは、下り光信号において同一内容を全副装置に配信し、各副装置が都度効率よく上り光信号できるように各副装置に送信時間を割り当てている。
　図４は、ＰＯＮにおいてなされる副装置の自動登録と遅延測定を説明するシーケンス図である。上り光信号の衝突防止のために副装置ごとの遅延も同時に測定している（例えば、非特許文献２を参照。）。当該手順は以下の通りである。
（１）　主装置から調査を発出
　　－下り光信号として「未登録であれば報告する旨の調査指示」
（２）　未登録の副装置から報告
　　－上記の調査指示に対して、未登録の副装置は「指示」を受信
　　－ランダムな遅延時間を設定する
　　－その遅延時間だけ待機した後に、
　　　　未登録の旨にランダム遅延時間量を合わせて報告
　　－その際に、主信号からの信号情報をもとに主装置と時刻同期
（３）　主装置にて副装置を登録
　　－副装置からの未登録報告をもとに、副装置登録テーブルの空き番号を選択して、当該の未登録の副装置用に「副装置番号（ＰＯＮではＬＬＩＤ）」を払出
（４）　副装置において登録
　　－「副装置番号」を自身に登録
（５）　主装置から副装置に上り光信号の指示
　　－ある時間が経過後に、ある長さの上り光信号を発信するよう指示
（６）　副装置から返信
　　－主装置からの指示に基づき、指定時間が経過後に指定の長さの上り光信号を発信
（７）　主装置にて登録
　　－　副装置からの返信を受信して登録完了
　ステップ（７）以後も定期的に遅延時間の測定と、主装置と副装置の時刻同期を行いつつ、「副装置番号」を用いて通信を行う。
　ＰＯＮでは、主装置が各副装置からの上り光信号の送信可能タイミングを調整することで上り光信号の帯域割当を動的に制御する。具体的には、副装置ごとの遅延時間をあらかじめ取得しておき、各副装置からの送信要望とその通信量を確認して、主装置から各副装置に送信タイミングを指示している。
ＩＥＥＥ８０２．３ａｈ，　ｐ．４２１，　ｐｐ．４４０－４４２ ＮＴＴ技術ジャーナル２００５．９，　ｐｐ．９１－９４
　近年、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）の展開等により、通信回線に対しては高速化よりもさらなる低価格化を望むユーザも増えている。上記の説明のように、ダブルスター型のＰＯＮは、ユーザ宅までの光ファイバを整備しているため、特に副装置（ＯＮＵ）数が増えるに従いファイバ総距離が長くなり、管理コストが上昇する。また、上り光信号の帯域割当のために、副装置ごとの遅延時間を測定し、副装置からの送信要望をもとに各副装置の上り光信号の送信タイミングを計算し、指示するという複雑な処理を行うため、装置コストの低減が困難である。このように、従来のＰＯＮには、コストの低減が難しく、低価格の通信回線を提供することが困難という課題がある。
　そこで、本発明は、上記課題を解決するために、副装置の数が増加してもファイバ総距離の増加を抑えることができ、且つ上り光信号の帯域割当のための複雑な処理を不要にできる通信システム及び通信方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る通信システムは、光ファイバの配置を環状とし、片方向通信と時分割多重でデータ通信を行うこととした。
　具体的には、本発明に係る通信システムは、
　一つの一端と一つの他端を有する主経路と、
　前記主経路の前記一端に下りの光信号を送信し、前記主経路の前記他端から前記下りの光信号とともに上りの光信号を受信する１つの主装置と、
　前記下りの光信号を受信し、前記上りの光信号を送信する少なくとも１つの副装置と、
　前記主経路から前記下りの光信号を前記副装置へ分岐し、前記副装置からの前記上りの光信号を前記主経路に合流する副経路と、
を備える。
　また、本発明に係る通信方法は、
　１つの主装置が主経路の一端に下りの光信号を送信し、
　前記主経路に接続する少なくとも１つの副装置が前記主経路から前記下りの光信号を受信し、前記下りの光信号に対応する上りの光信号を前記主経路に送信し、
　前記主装置が前記主経路の前記他端から前記下りの光信号とともに前記上りの光信号を受信する
ことを特徴とする。
　本通信システムは、図５のように通信局からユーザ宅までの光ファイバ（主経路）の配置形態を環状（リング、ループ）型とし、主経路から分岐してユーザ宅まで配線する、環状型と分岐型を混合した構成としている。また、ユーザ宅装置の故障等に影響されないように、主経路がユーザ宅装置を経由しない構成としている。この構成により、通信システムの光ファイバ構成を柔軟にしつつ、副装置の増大に伴う光ファイバ距離の増大を抑制でき、低コスト化ができる。また、主経路をリング型にすることで片方向通信が可能となり、さらに時分割多重を組み合わせることで送信可能量を均一にすることができる。このため、遅延測定、送信要求、及び送信許可等の複雑な処理が不要であるシンプルな構成が実現でき、低コスト化および低消費電力化ができる。
　従って、本発明は、副装置の数が増加してもファイバ総距離の増加を抑えることができ、且つ上り光信号の帯域割当のための複雑な処理を不要にできる通信システム及び通信方法を提供することができる。
　本発明に係る通信システムの前記主経路は、前記一端から前記他端の間で複数の経路に分岐し、再び１つに合流することを特徴とする。主経路は図６のように複数のルートが存在していてもよい。
　本発明に係る通信システムの前記主経路と前記副経路とは光カプラで接続されていることを特徴とする。主経路と副経路との間の損失を小さくすることができる。
　本発明に係る通信システムの前記主経路は、一部に光ファイバ増幅器を有することを特徴とする。接続できる副装置の数を増加でき、主経路の長延化を図れる。
　本発明に係る通信システムの前記主装置は、
　前記下りの光信号として前記副装置それぞれへのデータ及び前記副装置全てへのデータを時分割多重で送信する送信時間、前記上りの光信号として前記副装置からのデータをそれぞれ受信するための受信時間枠、及びそれぞれの前記受信時間枠の間に配置したガードタイムを含む時間を１サイクルとし、
　前記副装置に対し、それぞれに割り当てた前記受信時間枠にデータを送信させることを特徴とする。
　本発明に係る通信システムの前記主装置は、未登録の前記副装置を新たに登録するディスカバリを定期的に行うことを特徴とする。
　本発明に係る通信システムの前記主装置及び前記副装置は、それぞれ前記上りの光信号及び前記下りの光信号に基づいて受信利得を調整することを特徴とする。
　なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
　本発明は、副装置の数が増加してもファイバ総距離の増加を抑えることができ、且つ上り光信号の帯域割当のための複雑な処理を不要にできる通信システム及び通信方法を提供することができる。
光通信システムの一形態を説明する図である。 光通信システムの一形態を説明する図である。 光通信システムの一形態を説明する図である。 光通信システムおいてなされる副装置の自動登録と遅延測定を説明するシーケンス図である。 本発明に係る通信システムを説明する図である。 本発明に係る通信システムを説明する図である。 光通信システムの一形態を説明する図である。 本発明に係る通信システムの効果を説明する図である。 本発明に係る通信システムの構造を説明する図である。 本発明に係る通信システムを説明する図である。 本発明に係る通信システムを説明する図である。 本発明に係る通信システムの効果を説明する図である。 本発明に係る通信システムが行う時分割多重制御を説明する図である。 本発明に係る通信システムが行う時分割多重制御を説明する図である。 本発明に係る通信システムが行う自動登録を説明する図である。 本発明に係る通信システムが行う自動利得制御を説明する図である。 本発明に係る通信システムが備える主装置を説明する図である。 本発明に係る通信システムが備える副装置を説明する図である。 本発明に係る通信システムが備える主装置の発信動作を説明する図である。 本発明に係る通信システムが備える主装置の受信動作を説明する図である。 本発明に係る通信システムが備える副装置の受信動作を説明する図である。 本発明に係る通信システムが備える副装置の発信動作を説明する図である。
　添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
　図５は、本実施形態の通信システム３０１を説明する図である。通信システム３０１は、
　一つの一端と一つの他端を有する主経路１５と、
　主経路１５の前記一端に下りの光信号を送信し、主経路１５の前記他端から前記下りの光信号とともに上りの光信号を受信する１つの主装置１１と、
　前記下りの光信号を受信し、前記上りの光信号を送信する少なくとも１つの副装置１２と、
　主経路１５から前記下りの光信号を副装置１２へ分岐し、副装置１２からの前記上りの光信号を主経路１５に合流する副経路１６と、
を備える
　通信局からユーザ宅までの光ファイバの配置形態として、スター型よりも環状（ループ、リング）型にすることで、装置間の最短ルートを取ることもでき、必要となる光ファイバ距離を短くできる。リング型の光ファイバ配置形態においても、図７のように副装置１２を経由する構成と、図５のように副装置１２への分岐経路（副経路１６）と副装置を通らない経路（主経路１５）からなる構成がある。
　図５の構成は、ある副装置１２の追加、削除、あるいは故障の際に、主経路１５がバイパスになることで通信システム全体への影響を避けることができる。実際の通信事業者の構築形態として、主経路１５は地下管路や電柱を利用し、ユーザ宅への副経路１６は最寄りの電柱からの引込となる。そのため、電力供給の必要な能動（アクティブ）装置は通信局またはユーザ宅内に設置され、電力供給の不要な受動（パッシブ）装置のみが管路や電柱に設置されることで通信システムの保守性を高めることができる。
　図８は、本実施形態の環状型の光通信システムがダブルスター型のＰＯＮよりファイバ距離が短くなることを説明する図である。副装置数の台数が増えるほどＰＯＮよりリング型の方が全体のファイバ距離が短くなることが多い。図８で、一つのマスの縦と横の長さを“１”とする。（Ａ）のＰＯＮの場合、主装置から全ての副装置（１０台）への光ファイバ距離は３１．６である。一方、（Ｂ）のリング型の場合、主装置から全ての副装置（１０台）への光ファイバ距離は１８．４２である。
　また、スター型やバス型のＰＯＮの場合、上下の通信のために２芯もしくは２波長が必要になるが、リング型の場合、後述のように片方向通信とすれば、１芯１波長で上下の通信が可能である。
［光カプラ］
　ここで、主経路１５と副経路１６とは光カプラ１７で接続されていることが好ましい。主経路１５と副経路１６との間で分岐と合流する形態は、図９（Ａ）のように分岐と合流を２ヶ所で行う形態もあるが、図９（Ｂ）のように２入力２出力の光カプラ１７を配置する形態もある。図９（Ｂ）の形態は、図９（Ａ）の形態にくらべて接続点での合計損失が少なく、図９（Ａ）の形態より多くの副装置を接続できる、もしくは図９（Ａ）の形態より遠くに副装置を接続することができる。なお、本実施形態では、後述するようにガードタイムや不要信号の廃棄等を行っているので、合流地点での衝突や折り返し通信による問題は発生しない。
［サブリング構成］
　図６の通信システム３０２のように、主経路１５が、前記一端から前記他端の間で複数の経路（ａ１～ａ４）に分岐し、再び１つに合流する構成であってもよい。図５の通信システム３０１のように単純な１つのリング型の構成だけでなく、スプリッタ１８で分岐ルートを構成すれば光ファイバ配置の自由度や柔軟性を高めることができる。
　通信システム３０２は、主経路１５の途中においてスプリッタ１８で分岐を行い、各分岐後（以下、「サブリング」）の配下に副装置１２を接続した後、サブリングを主経路１５に合流する。図６では、サブリングに分岐後に副装置１２が接続されているが、サブリング分岐前に副装置を接続することも可能である。通信システム３０２の構成により、１つの主装置が収容できる副装置の数を増加でき、さらなる低コスト化が実現できる。
　ここで、通信システム３０２が通信システム３０１より収容できる副装置の数を増加できる例を説明する。前提条件として、通信システムの主装置と副装置が２５ｄＢの伝送損失に耐えられる出力／受信能力を持ち、９０：１０の比率で分岐／合流する２×２光カプラ１７の損失が０．８ｄＢ／１１ｄＢ、１×４光スプリッタ１８の損失が７．４ｄＢとする。
　図５の通信システム３０１の場合、主装置１１から最も遠い副装置１２の受信は、副装置数１２が１８台の時に
　０．８×１７＋１１＝２４．６ｄＢ　　（＜２５ｄＢ）
となり、主装置１１への帰着も
　０．８×１８＝１４．４ｄＢ　　（＜２５ｄＢ）
となる。つまり、通信システム３０１は副装置１２が１８台までが上記条件を満たせる。
　一方、図６の通信システム３０２の場合、主装置１１から最も遠い副装置１２の受信は、副装置１２が３６台（１サブリングに９台とする）の時に
　７．４＋０．８×８＋１１＝２４．８ｄＢ　　（＜２５ｄＢ）
となり、主装置１１への帰着も
　７．４＋０．８×９＋７．４＝２２ｄＢ　　（＜２５ｄＢ）
となる。つまり、通信システム３０２は副装置１２が３６台までが上記条件を満たせ、通信システム３０１より多くの副装置を接続できる。
　また、通信システム構築時に光スプリッタ１８を配置しておけば、サブリングの増設時、あるいはサブリング配下に副装置を増設するための光カプラ挿入時における通信への影響範囲を抑えることができる。
　通信システム３０２は、後述のようにガードタイム等により上り光信号が合流において衝突することは無い。しかし、通信システム３０２は、サブリング合流場所で下り光信号が衝突する可能性がある。意図的な遅延発生等によりタイミングあわせを行い、衝突を回避する方法もある。一方、低コストに衝突を回避する方法としては、主装置１５において上り光信号のみを受信すればよい。副装置１２が上り信号にのみに識別子を付与し、主装置１５は識別子の無い信号（衝突の可能性のある下り信号）を廃棄すればよい。
［通信方向］
　リング型通信の場合、上り光信号と下り光信号をそれぞれ逆回り（双方向）に通信する方法と、片方向に通信する方法の２種類が考えられる。双方向の通信の場合、上りと下りのそれぞれに光ファイバ（合計２本の光ファイバ）を用意する方法か、上りと下りで波長を違えた波長多重を行う方法があるが、それだけのコストがかかる。
　通信システム（３０１、３０２）は、同時通信量（速度）よりも低コスト化を重視するために片方向通信とする。片方向通信とすることで、波長多重時の損失を回避でき、副装置数の増加や設置距離の長延化が可能である。
［光増幅器］
　通信システム（３０１、３０２）の主経路１５は、一部に光ファイバ増幅器を有してもよい。図１０は、光増幅器１９を有する光通信システム３０１を説明する図である。光増幅器１９は、ファイバアンプ１９ｂとこれを励起するレーザ１９ａを有する。ファイバアンプ１９ｂは主経路１５の一部である。光増幅器１９は、副装置数の増加や設置距離の長延化を可能とする。図１０の光通信システム３０１は、光から電気、さらに電気から光への変換を行わない光増幅器１９を配置するため、光増幅器１９が故障しても通信網全体への影響を小さくできる。
　図１１は、光増幅器１９を内蔵する副装置１２ａを説明する図である。副装置１２ａの送受信部２１は図５や図６で説明した副装置１２の機能を有する。副装置１２ａは、通信用の副経路１６の光ファイバに光増幅器１９を配置する。
　図１２は、副装置１２ａを配置するメリットを説明する図である。図１２（Ａ）は、副装置１２ａを備える光通信システム３０１を説明する図である。主装置１１から遠ざかるにつれ光パワーは減衰するが、途中で増幅することで、副装置数の増加や設置距離の長延化ができる。副装置と増幅器を同一拠点（ユーザ宅内）に置く、もしくは一体型の副装置１２ａを配置することで、電柱上で光増幅を行うことなく長延化が可能であり、光通信システム３０１の副装置収容能力を上げることができる。このためコストの低減が可能となる。
　図１２（Ｂ）は、ＰＯＮの場合を説明する図である。ＰＯＮなどのスター型等においては、増幅器と副装置と一体型にすることができない。このため、光増幅を行う場合、電柱上で行う、ユーザ宅に副装置とは別にレーザ１９ａを設置してスプリッタ１８の上流側に励起光を供給することになる。このような形態は実現することが難しい。また、ＰＯＮのように上り光信号と下り光信号で異なる波長を使用する場合には、２波長同時増幅が難しいために、上り波長用と下り波長用それぞれに対する増幅器が必要となり、さらに実現性が難しくなる。さらに、スター型の場合の「副装置と一体型の増幅器」では他装置への増幅ができない。
（実施形態２）
　図１３は、通信システム（３０１、３０２）が行う時分割多重制御を説明する図である。主装置１１は、前記下りの光信号として副装置１２それぞれへのデータ及び副装置１２全てへのデータを時分割多重で送信する送信時間、前記上りの光信号として副装置１２からのデータをそれぞれ受信するための受信時間枠、及びそれぞれの前記受信時間枠の間に配置したガードタイムを含む時間を１サイクルとし、副装置１２に対し、それぞれに割り当てた前記受信時間枠にデータを送信させる。
　図１３（Ａ）及び図１４では、図１３（Ｂ）のように通信システム３０１において副装置１２が３つ（副装置Ａ、Ｂ及びＣ）である場合を説明する。副装置１２が３つ以外でも通信システム３０２でも同様である。
　通信システム（３０１、３０２）は、前述した片方向通信において、上り光信号と下り光信号、さらに副装置１２それぞれの通信データを区別する方法として、各通信の時間が衝突しないように調整する時分割多重を行う。時分割多重制御は、遅延時間も考慮して、主装置と副装置とで送信タイミングを調整する方法もあるが、本実施形態では低コスト化および低消費電力化を重視するために機能をシンプルにする。
　具体的には、通信システム（３０１、３０２）は次のように制御する。
　（１）主経路１５から副経路１６に分岐した後の、副経路１６の往復分の伝送遅延と副装置１２内の処理遅延を考慮し、各副装置１２が上り光信号を伝送する時間枠に余裕時間（以下、「ガードタイム」）を確保する。ガードタイムは、各副装置で同じ時間でよい。このガードタイムは、副装置１２からの上り光信号が副経路１６から主経路１５に合流するときに他の光信号と衝突することを防止する（図１４参照。）。
（２）主装置１１は、各副装置１２宛の下り光信号を１サイクル分だけ続けて発信する。そして、主装置１１は、各副装置１２からの上り光信号の時間枠とそれぞれのガードタイム分だけ待機した後に、次のサイクル分の下り光信号を発信する。主装置１１からの下り光信号は、全副装置１２に到達する。副装置１２は、到達した下り光信号のうち、自分宛の下り光信号のみを受信する。また、副装置１２は主装置１１宛の上り光信号を自分に割り当てられたタイミング（時間枠）において発信する。主装置１１は、主経路１５から到達した光信号（上りの光信号も下りの光信号も到着する）のうち、各副装置１２からの上り光信号のみを受信する。
（３）なお、ある1サイクルの下り光信号が副装置１２と接続する光カプラ１７を経由するたびに上り光信号を単純に後ろに足していき、それらが主装置１１に戻ってきてから、次の1サイクルの下り光信号を発信する方法もある。当該方法は、さらに機能のシンプル化もできる。ただし、当該方法は、通信システム３０２のような構成には適用できない。
　図１４は、図１３（Ｂ）の副装置Ｂの付近における、フレーム（光信号）の推移を説明する図である。図１４において、破線枠は設定された時間枠を意味し、実線枠は送出された光信号が存在していることを意味する。
　図１４（Ｓｔｅｐ１）は、副装置Ｂ用のカプラ１７付近の主経路１５での光信号を説明する図である。主装置１１からの下り光信号群の後ろに副装置Ａが出力した上り光信号が伝搬している。
　図１４（Ｓｔｅｐ２）は、副装置Ｂが受信する光信号を説明する図である。副装置Ｂには、主装置１１からの下り光信号群全てと副装置Ａが出力した上り光信号が到着する。副装置Ｂは自装置宛ての光信号のみ受信し、他の光信号を廃棄する。なお、これらの光信号は副経路１６を伝搬するので、副経路１６分の遅延が発生する。
　図１４（Ｓｔｅｐ３）は、副装置Ｂが受信した下り光信号に対して送信する上り光信号を説明する図である。副装置Ｂが上り光信号を送信する時刻は、信号処理のために下り光信号受信時から遅延する。さらに、この上り光信号は副経路１６を伝搬するので、主経路１５に到着するまでに副経路１６分の遅延が発生する。
　図１４（Ｓｔｅｐ４）は、副装置Ｂ用のカプラ１７付近の主経路１５での光信号を説明する図である。副装置Ｂからの上り光信号は、Ｓｔｅｐ１から３で発生した遅延により、想定されていた時間枠より遅延して主経路１５に合流する。各副装置に設定されていた上り光信号用の時間枠の間にはガードタイムがあるため、遅延した副装置Ｂからの上り光信号は、後続する副装置Ｃの上り光信号用の時間枠には衝突しない。
　ここで、副装置Ｂが行う信号処理を説明する。
（１）副装置Ｂは、到達したフレーム（光信号）を順次読込む。
　フレームが下り光信号である場合、副装置Ｂは次の処理を行う。
　　全副装置宛の光信号であれば、当該光信号から下り光信号の総量と上り光信号の副装置ごとの時間枠（システムとして固定でも良い）を受信する。一方、各副装置宛の光信号であれば、自装置宛の光信号を受信し、他装置宛の光信号を廃棄する。
　フレームが上り光信号である場合、当該光信号が不要のため副装置Ｂは当該信号を廃棄する。
（２）副装置Ｂはフレーム（上り光信号）を送信する。
　フレームを送信するタイミングは次のように算出する。
（下り光信号の総量）＋（自装置の順番（２番）までの副装置の台数（１））×時間枠
　副装置Ｂは、さらにガードタイムも考慮してタイミングを決定する。送信する上り光信号は、受信した時間枠に整形される。
（実施形態３）
　図１５は、通信システム（３０１、３０２）が行う副装置登録作業を説明する図である。副装置を手動で登録しても良いが、図１５（Ａ）のように主装置１１が、未登録の副装置を新たに登録するディスカバリを定期的に行うこともできる。
（１）主装置１１は調査指示を発出する。
　主装置１１は、調査指示として「未登録であれば報告する旨の指示」と、通信システム（３０１、３０２）内に収容できる最大の副装置数（損失等から算出し、主装置１１に事前に登録しておく。）を全副装置宛に通知する。上り光信号用の時間枠の数は、最大の副装置数（ｎ）とする。また、通常の光信号と同様に、主装置１１は、「下り光信号の総量」と「副装置ごとの上り光信号用の時間枠」も送信する。図１５（Ｂ）は調査指示のフレーム内容を説明する図である。
（２）未登録の副装置が報告する。
　上記の調査指示から、未登録の副装置は「指示」と最大の副装置数「ｎ」を受信する。未登録の副装置は、「ｎ」以下の範囲でランダム整数を選択（ｍとする）し、そのランダム数字を「副装置仮番号」とする。未登録の副装置は、上り光信号用の時間枠のうち「副装置仮番号」の枠にて未登録の旨の報告フレームを送出する。送信タイミングは、通常光信号と同様に「下り光信号の総量」と「副装置ごとの時間枠」を計算するが、副装置番号としては「副装置仮番号」を利用する。図１５（Ｃ）は報告のフレーム内容を説明する図である。
（３）主装置１１は副装置を登録する。
　主装置１１は、未登録副装置からの報告をもとに、副装置番号一覧の空き番号を選択して、当該未登録副装置の「副装置番号」として払出する。主装置１１は、「副装置仮番号」の副装置宛に、登録通知として「副装置番号」を通知する。図１５（Ｄ）は登録通知のフレーム内容を説明する図である。
（４）未登録副装置は、登録通知を受信し、「副装置番号」を自身に登録する。以後は、その「副装置番号」宛の下り通信を受信し、その「副装置番号」用の上り通信の時間枠を利用して上り光信号を送信する。
　なお、本自動登録の方法は、既に登録されている副装置の有無や、新規に登録する副装置の数にかかわらず有効である。また、ランダムで選んだｍが既に存在する装置と重複した場合、送信失敗になるが、ＰＯＮと同様に次回の調査指示で再登録を試みる。
（実施形態４）
　通信システム（３０１、３０２）では、光信号の送信元が複数あることから各装置に到着する光信号に強弱が発生する。高速な通信を行う通信網では、高速対応を行う利得制御機能が必要となるが、通信システム（３０１、３０２）は低コスト化を重視するために簡易な利得制御機能を搭載する。
　図１６は、通信システム（３０１、３０２）が行う利得制御を説明する図である。本図は、主経路１５上での、主装置１１に到着前のフレーム（光信号）の例である。主装置１１及び副装置１２は、それぞれ前記上りの光信号及び前記下りの光信号に基づいて受信利得を調整する。具体的には、光信号の強度のバラつきに対応する読み取り時間（応答時間）を確保するために、副装置１２が発信する上り光信号の先頭と主装置１１が発信する下り光信号群の先頭に、通信用途ではない強度調整のためだけの信号列３１を挿入する。信号列３１は、応答時間を確保すればよいのでダミー信号でよい。
（実施形態５）
　図１７は、主装置１１を説明する図である。主装置１１は、各副装置と通信を行う通信装置であって、
　自身が発信した下り光信号と、各副装置からの上り光信号とが主経路から到達する上り通信受信部４５と、
　各副装置宛の下り光信号を、主経路に発信する下り通信発信部４６と、
　各副装置から受信した上り光信号のデータを記憶する上り通信用（各副装置発）記憶部４１と、
　各副装置に送信する下り光信号のデータを記憶する下り通信用（各副装置宛）記憶部４２と、
　各副装置の副装置番号の一覧を記憶する副装置番号一覧記憶部４３と、
　各副装置からの上り光信号に使用できる時間枠を記憶する副装置ごと時間枠記憶部４４と、
　下りと下りの通信において、以下の通信手段を有する演算処理部４７と、
を備える。
　演算処理部４７は、下り光信号を発信するときに、
　下り通信用（各副装置宛）記憶部４１から当該サイクルにおける下り光信号のデータを取り出し、下り通信総量を計算し、
　副装置ごと時間枠記憶部４４から時間枠を取り出し、下り通信総量と時間枠に続けて、各副装置宛の下り光信号のデータを並べて下り通信発信部４６へ送信し、
　各副装置からの上り光信号用の時間枠およびそれぞれのガードタイム分だけ待機した後に、次のサイクル分の下り通信の発信処理に移行する。
　また、演算処理部４７は、上り光信号を受信するときに、
　上り通信受信部４５が受信した光信号から上りの通信のみを受信し、
　上り通信を各副装置ごとに分離して上り通信用（各副装置発）記憶部４２に格納し、
　次のサイクル分の信号処理に移行する。
　図１８は、副装置１２を説明する図である。副装置１２は、主装置１１と通信を行う通信装置であって、
　主装置１１宛の上り光信号を、副経路に発信する上り通信発信部５６と、
　主装置１１からの下り光信号と、各副装置が発信した上り光信号とを副経路から受信する下り通信受信部５５と、
　主装置１１に送信する上り光信号のデータを記憶する上り通信用記憶部５２と、
　主装置１１から受信した下り光信号のデータを記憶する下り通信用記憶部５１と、
　自身の副装置番号を記憶する副装置番号記憶部５３と、
　下りと上りの通信において、以下の通信手段を有する演算処理部５７と、
を備える。
　演算処理部５７は、
　全副装置宛の下り光信号から、下り光信号の総量と副装置ごとの時間枠を取得し、
　自装置宛の下り光信号のデータを受信し下り通信用記憶部５１に格納し、
　上り通信用記憶部５２から、時間枠量にあわせて１サイクル分のデータを取り出し、
　自装置の送信タイミングを、下り通信の総量、自装置番号までの副装置の台数分の時間枠、及びガードタイムを考慮して算出し、送信タイミングまでデータを待機させ、
　次のサイクル分の信号処理に移行する。
　図１９は、主装置１１が下り光信号を発信する方法を説明するフローチャートである。
（Ｓｔｅｐ１１）副装置番号一覧記憶部４３から現在の副装置数を取り出す。
（Ｓｔｅｐ１２）下り通信用（各副装置宛）記憶部４１から当該サイクルにおける下り光信号用のデータをそれぞれ取り出す。
（Ｓｔｅｐ１３）各副装置宛の下りのデータに相手先の副装置番号を付与する。
（Ｓｔｅｐ１４）そのサイクルにおける下り光信号の総量を計算する。
（Ｓｔｅｐ１５）副装置ごと時間枠記憶部４４から時間枠を取り出す。
（Ｓｔｅｐ１６）下りの通信として、全副装置宛への下り通信総量と副装置ごと時間枠に続けて、各副装置宛の下りのデータを並べる。
（Ｓｔｅｐ１７）強度調整のための信号列を、下りの各データ列の先頭に付与する。
（Ｓｔｅｐ１８）これらのデータ列を下り通信発信部４６から下り光信号として主経路に向けて発信する。
（Ｓｔｅｐ１９）各副装置からの上り光信号用の時間枠およびそれぞれのガードタイム分だけ待機した後に、次のサイクル分の下り光信号の発信処理に移行する。
　図２０は、主装置１１が上り光信号を受信する方法を説明するフローチャートである。
（Ｓｔｅｐ２１）上り通信受信部４５から受信した光信号のデータを取得する。
（Ｓｔｅｐ２２）強度調整のための信号列をデータとして認識せず、受信強度調整にのみ使用する。
（Ｓｔｅｐ２３）上り通信の識別子のあるデータのみを受信する。
（Ｓｔｅｐ２４）副装置番号一覧記憶部４３から現装置数を取り出し、副装置番号ごとに上りのデータを認識する。
（Ｓｔｅｐ２５）当該データを上り通信用（各副装置発）記憶部４２に副装置ごとに格納する。
（Ｓｔｅｐ２６）次のサイクル分の光信号の受信処理に移行する。
　図２１は、副装置１２が下り光信号を受信する方法を説明するフローチャートである。
（Ｓｔｅｐ３１）下り通信受信部５５から光信号に含まれるデータを取得する。
（Ｓｔｅｐ３２）強度調整のための信号列をデータとして認識せず、受信強度調整にのみ使用する。
（Ｓｔｅｐ３３）全副装置宛の下り通信から、下り光信号の総量と副装置ごとの時間枠を取得する。
（Ｓｔｅｐ３４）副装置番号記憶部５３から自身の副装置番号を取り出す。
（Ｓｔｅｐ３５）各副装置宛の下りのデータから、自身の副装置番号宛のデータを確認する。
（Ｓｔｅｐ３６）当該データを下り通信用記憶部５１に格納する。
（Ｓｔｅｐ３７）次のサイクル分の下り光信号の受信処理に移行する。
　図２２は、副装置１２が上り光信号を発信する方法を説明するフローチャートである。
（Ｓｔｅｐ４１）全装置宛の下り通信から下り通信の総量と副装置ごとの時間枠を取得する。
（Ｓｔｅｐ４２）上り通信用記憶部５２から、自身の時間枠にあわせて1サイクル分のデータを取り出す。
（Ｓｔｅｐ４３）副装置番号記憶部５３から、自身の副装置番号を取り出す。
（Ｓｔｅｐ４４）上りのデータに、自身の副装置番号を付与する。
（Ｓｔｅｐ４５）上りのデータに、上り通信の識別子を付与する
（Ｓｔｅｐ４６）上りのデータの先頭に、強度調整のための信号列を付与する。
（Ｓｔｅｐ４７）自装置の送信タイミングを、下り光信号の総量、自装置番号までの副装置の台数分の時間枠、及びガードタイムを考慮して算出し、その送信タイミングまで待機する。
（Ｓｔｅｐ４８）上り通信発信部５６から上り光信号を発信する。
（Ｓｔｅｐ４９）次のサイクル分の上り光信号の発信処理に移行する。
１１：主装置
１２：副装置
１５：主経路
１６：副経路
１７：カプラ
１８：スプリッタ
１９：光増幅器
１９ａ：レーザ
１９ｂ：ファイバアンプ
２１：送受信部
３１：信号列
４１：下り通信用(各副装置宛)記憶部
４２：上り通信用(各副装置発)記憶部
４３：副装置番号一覧記憶部
４４：副装置ごと時間枠記憶部
４５：上り通信受信部
４６：下り通信発信部
４７：演算処理部
５１：下り通信用記憶部
５２：上り通信用記憶部
５３：副装置番号記憶部
５５：下り通信受信部
５６：上り通信発信部
５７：演算処理部
３０１、３０２：通信システム

Claims (8)

  1. 　一つの一端と一つの他端を有する主経路と、
    　前記主経路の前記一端に下りの光信号を送信し、前記主経路の前記他端から前記下りの光信号とともに上りの光信号を受信する１つの主装置と、
    　前記下りの光信号を受信し、前記上りの光信号を送信する少なくとも１つの副装置と、
    　前記主経路から前記下りの光信号を前記副装置へ分岐し、前記副装置からの前記上りの光信号を前記主経路に合流する副経路と、
    を備える通信システム。
  2. 　前記主経路は、前記一端から前記他端の間で複数の経路に分岐し、再び１つに合流することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
  3. 　前記主経路と前記副経路とは光カプラで接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。
  4. 　前記主経路は、一部に光ファイバ増幅器を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の通信システム。
  5. 　前記主装置は、前記下りの光信号として前記副装置それぞれへのデータ及び前記副装置全てへのデータを時分割多重で送信する送信時間、前記上りの光信号として前記副装置からのデータをそれぞれ受信するための受信時間枠、及びそれぞれの前記受信時間枠の間に配置したガードタイムを含む時間を１サイクルとし、
    　前記副装置に対し、それぞれに割り当てた前記受信時間枠にデータを送信させる
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の通信システム。
  6. 　前記主装置は、未登録の前記副装置を新たに登録するディスカバリを定期的に行うことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の通信システム。
  7. 　前記主装置及び前記副装置は、それぞれ前記上りの光信号及び前記下りの光信号に基づいて受信利得を調整することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の通信システム。
  8. 　１つの主装置が主経路の一端に下りの光信号を送信し、
    　前記主経路に接続する少なくとも１つの副装置が前記主経路から前記下りの光信号を受信し、前記下りの光信号に対応する上りの光信号を前記主経路に送信し、
    　前記主装置が前記主経路の前記他端から前記下りの光信号とともに前記上りの光信号を受信する
    ことを特徴とする通信方法。
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