受動光網システムおよびその運用方法
【課題】下り信号の伝送速度を制御して消費電力を削減する受動光網システムを提供する。
【解決手段】親局が子局宛の信号を時分割多重したフレーム信号で複数の子局に同報送信し、各子局がフレーム信号内の自局宛の信号を処理する受動光網システムにおいて、親局に第１の伝送速度または第１の伝送速度より高速な第２の伝送速度で複数の子局へ信号を送信する光送信インタフェースと、複数の子局の夫々宛の信号を蓄積するパケットバッファと、該バッファに蓄積された信号の量に基づき子局の夫々に送信する信号の送信タイミングと伝送速度を決定し、該送信タイミングと伝送速度で信号を送信するとともに、該送信タイミングと伝送速度を子局の夫々に通知する制御部とを備え、子局の夫々に第１の伝送速度または第２の伝送速度の信号を受信する光受信インタフェースと、通知された送信タイミングと伝送速度に基づいて光受信インタフェースを制御する制御部とを備えた。
【解決手段】親局が子局宛の信号を時分割多重したフレーム信号で複数の子局に同報送信し、各子局がフレーム信号内の自局宛の信号を処理する受動光網システムにおいて、親局に第１の伝送速度または第１の伝送速度より高速な第２の伝送速度で複数の子局へ信号を送信する光送信インタフェースと、複数の子局の夫々宛の信号を蓄積するパケットバッファと、該バッファに蓄積された信号の量に基づき子局の夫々に送信する信号の送信タイミングと伝送速度を決定し、該送信タイミングと伝送速度で信号を送信するとともに、該送信タイミングと伝送速度を子局の夫々に通知する制御部とを備え、子局の夫々に第１の伝送速度または第２の伝送速度の信号を受信する光受信インタフェースと、通知された送信タイミングと伝送速度に基づいて光受信インタフェースを制御する制御部とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受動光網システム、光多重終端装置及び光網終端装置に係り、特に、複数の加入者接続装置が光伝送回線を共有する受動光網システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信網の高速・広帯域化が加入者を接続するアクセス網でも進められ、国際電気通信連合（以下ＩＴＵ−Ｔと称す）の勧告Ｇ９８４．３等で規定された受動網光システム（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ：以下ＰＯＮと称する）の導入が図られている。ＰＯＮは、上位の通信網と接続される親局に相当する光多重終端装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ：以下ＯＬＴと称する）と、複数の加入者の端末（ＰＣや電話）を収容する子局に相当した光網終端装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ：以下ＯＮＵと称する）とを、基幹光ファイバと光スプリッタと複数の支線光ファイバとを含む光受動網で接続したシステムである。具体的には、各ＯＮＵに接続された端末（ＰＣ他）からの信号を光信号で支線光ファイバから光スプリッタを介して基幹光ファイバで光学（時分割）多重してＯＬＴに送り、ＯＬＴが各ＯＮＵからの信号を通信処理して上位の通信網に送信する、あるいは、ＯＬＴに接続される他のＯＮＵに送信するという形態で通信を行うものである。
【０００３】
ＰＯＮの導入は６４ｋｂｉｔ／秒の低速信号を扱うシステムから始まり、固定長のＡＴＭセルを約６００Ｍｂｉｔ／秒で送受信するＢＰＯＮ（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＰＯＮ）あるいはイーサネット（登録商標。以下では登録商標の表記を省略）の可変長パケットを最大約１Ｇｂｉｔ／秒で送受信するイーサネットＰＯＮ（ＥＰＯＮ）や、より高速な２．４Ｇｂｉｔ／秒程度の信号を扱うＧＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ ｃａｐａｂｌｅ ＰＯＮ）の導入が進められている。更に、今後は１０Ｇｂｉｔ／秒から４０Ｇｂｉｔ／秒の信号を扱うことが可能な高速ＰＯＮの実現が求められている。そして、これらの高速ＰＯＮを実現する手段としては、現状のＰＯＮと同様な複数の信号を時分割多重するＴＤＭ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を利用することが検討されている。尚、現状のＴＤＭを用いたＰＯＮは、上り（ＯＮＵからＯＬＴ）の信号と下り（ＯＬＴからＯＮＵ）の信号とで異なる波長を用い、ＯＬＴと各ＯＮＵ間の通信は、各ＯＮＵに対して通信時間を割当てる構成である。具体的には、多様な信号（音声、画像、データ等）を扱い易いバースト状の可変長信号（バースト信号）を割当てる構成である。
【０００４】
上記各ＰＯＮでは、様々な場所に点在する加入者宅にＯＮＵを設置するため、ＯＬＴから各ＯＮＵまでの距離が異なる。即ち、ＯＬＴから各ＯＮＵ迄の基幹光ファイバと支線光ファイバからなる光ファイバの長さ（伝送距離）がばらつくため、各ＯＮＵとＯＬＴ間の伝送遅延（遅延量）がばらつき、各ＯＮＵが異なるタイミングで信号を送信しても基幹光ファイバ上で各ＯＮＵからの光信号同士が衝突・干渉する可能性がある。このため、各ＰＯＮでは、例えばＩＴＵ−Ｔの勧告Ｇ９８４．３で規定したレンジング技術を用いて、ＯＬＴとＯＮＵとの間の距離測定を実施後に各ＯＮＵからの信号出力が衝突しないように各ＯＮＵの出力信号の遅延を調整する。また、ＯＬＴは、動的帯域割当て（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ：以下ＤＢＡと称する）技術を用いて各ＯＮＵからの送信要求に基づき該ＯＮＵに送信を許可する信号の帯域を決めると、レンジングで測定した遅延量も考慮した上で、各ＯＮＵからの光信号が基幹光ファイバ上で衝突・干渉しないように各ＯＮＵへ送信タイミングを指定する。すなわち、ＰＯＮは、ＯＬＴと各ＯＮＵ間で送受信される信号のタイミングがシステム内で管理された状態で通信の運用がなされるように構成されている。
【０００５】
上記ＧＰＯＮでは、ＯＬＴで基幹光ファイバ上に多重された各ＯＮＵからの信号を識別して処理できるように、各ＯＮＵからの送信信号は、最大１２バイトからなる干渉防止用のガードタイムと、ＯＬＴ内受信器の信号識別閾値の決定およびクロック抽出に利用するプリアンブルならびに受信信号の区切りを識別するデリミタと呼ばれるバーストオーバヘッドバイトと、ＰＯＮの制御信号（オーバヘッドあるいはヘッダと称することもある）とがデータ（ペイロードと称することもある）の先頭に付加される構成である。尚、各データは、可変長のバーストデータであり、各データの先頭に可変長データを処理するためのＧＥＭ（Ｇ−ＰＯＮ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）ヘッダと呼ばれるヘッダが付加される。
【０００６】
一方、各ＯＮＵがＯＬＴからの信号を識別して処理できるように、ＯＬＴから各ＯＮＵに向けて送信される信号の先頭に、先頭を識別するためのフレーム同期パタンと、監視・保守・制御情報を送信するＰＬＯＡＭ領域と、各ＯＮＵの信号送信タイミングを指示するグラント指示領域と呼ばれるオーバヘッド（ヘッダと称されることもある）とが各ＯＮＵ宛に時分割多重化されたデータに付加される構成である。なお、多重化される各ＯＮＵ宛のデータには、ＯＮＵからの信号と同様に、可変長データを処理するためのＧＥＭヘッダが付加されている。ＯＬＴは、グラント指示領域を用いて各ＯＮＵの上り送信許可タイミング（送信開始（Ｓｔａｒｔ）と終了（Ｓｔｏｐ））を各ＯＮＵにバイト単位で指定する。この送信許可タイミングをグラントと称している。そして、各ＯＮＵが該許可タイミングでＯＬＴ宛のデータを送信すると、これらが光ファイバー上で光学（時分割）多重されＯＬＴで受信される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４．３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＰＯＮは、ＢＰＯＮからＧＰＯＮへの移行のように、より高速信号を処理するものへと開発・導入が進んできている。ＰＯＮの信号伝送機能を実現する光モジュールやＬＳＩは、伝送速度が速いほど大量の電力を消費することが知られている。例えば、光モジュールはより高い伝送速度を達成するために、伝送速度が高いほど大量の電流を流すことで必要な帯域を確保している。また、ＣＭＯＳ技術を用いたディジタル信号処理ＬＳＩは、動作クロックの速度の２乗にほぼ比例した電力を消費する。すなわち、今後も伝送速度が速くなるほど大量の消費電力が消費される傾向にある。
【０００９】
一方、ＰＯＮの加入者は、より高速なＰＯＮを求める傾向があるが常時速い伝送速度を欲しているわけではない。通信を行っていない時間帯には速い伝送速度を要求しないのは勿論、通信中でもインターネットアクセスにおけるデータ伝送においては、大量の画像データや大容量ファイルをダウンロードやアップロードする期間に速い伝送速度を要求するが、内容の閲覧中や作業中は速い伝送速度を必要としない。また、データ伝送に用いられるＴＣＰプロトコルでは、一定数のパケットを受信すると確認信号パケットを返送することが必要で、データの送信側は確認信号パケットを受信する迄後続のデータを送信しない。すなわち、データ伝送中であってもデータトラヒックは極めてバースト性の高い伝送形態となることが多くなるのが運用の実態である。しかし、現実のＰＯＮを構成する光モジュールやＬＳＩは実質的にデータを伝送しない時間帯も動作して電力を消費しており、著しい電力の無駄を生じる原因となっている。このため、エンドユーザトラヒックが小さい時は低速の伝送速度で伝送を行い、エンドユーザトラヒックが大きい時は高速の伝送速度で伝送を行うことの可能なＰＯＮシステムが求められることになる。
【００１０】
ＰＯＮの上り方向では、各子局からバースト状に出力された信号を時分割多重する構成であるため、各子局で送信する信号の伝送速度をトラヒックに応じて変動させることで消費電力の低減が出来る。一方、ＰＯＮの下り方向は、各子局宛の信号が多重化されたフレームが連続的に全子局に同報される構成であり、ある子局にとっては自局宛でない信号も受信する構成となる。すなわち、他局宛の信号が来ているときも光モジュール等の部品が連続的に動作して電力を消費するので、この時間帯での消費電力の低減が出来れば、ＰＯＮの低消費電力化が一層進むことになる。本発明は以上の点に鑑み、伝送速度の異なる信号を混在させて運用出来る構成のＰＯＮにおいて、特に下り方向においてエンドユーザトラヒックに基づいて伝送速度を切替えることで消費電力の無駄を極力減らすことの可能なＰＯＮを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の受動光網システムは、親局が上位網から受信した複数の子局宛の信号を時分割多重したフレーム信号で複数の子局に同報送信し、複数の子局の夫々が受信フレーム信号から自局宛の信号を処理する受動光網システムであって、親局に、第１の伝送速度または第１の伝送速度より高速な第２の伝送速度で複数の子局へ信号を送信する光送信インタフェースと、上位網から受信した信号を該信号の宛先である複数の子局の夫々に対応して蓄積するパケットバッファと、該バッファに蓄積された信号の量に基づき複数の子局の夫々に送信する信号の送信タイミングと伝送速度を決定し、該送信タイミングと伝送速度で前記光送信インタフェースから複数の子局の夫々に信号を送信するとともに、決定した送信タイミングと伝送速度を複数の子局の夫々に通知する制御部とを備え、前記複数の子局の夫々に、第１の伝送速度または第２の伝送速度の信号を受信する光受信インタフェースと、親局より通知された送信タイミングと伝送速度に基づいて光受信インタフェースを制御する制御部とを備えた。
【００１２】
そして、親局の制御部は、上位網から受信し複数の子局の夫々に送信する信号の量に基づき任意の子局へ送信する信号の量を決定すると、この送信する信号の量が第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を下回る場合、親局の信号の伝送速度を第１の伝送速度とし、送信する信号の量が第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を上回る場合は、複数の子局の内の任意の子局宛の信号伝送速度を第２の伝送速度と決定するようにした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、下り伝送速度の異なる複数の信号を時分割で混在させて運用出来る構成のＰＯＮにおいて、エンドユーザトラヒックに基づいて消費電力の無駄を極力減らすことの可能な受動光網システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＰＯＮを用いた光アクセス網の構成例を示す網構成図である。
【図２】ＯＬＴからＯＮＵへの下り信号の構成例を示すフレーム構成図である。
【図３】ＯＮＵの構成例を示すブロック構成図である。
【図４】光受信インタフェースの構成例を示すブロック構成図である。
【図５】ＯＬＴの構成例を示すブロック構成図である。
【図６】下りパケットバッファの構成例を示すブロック構成図である。
【図７】ＯＬＴ制御部の構成と動作例を説明する説明図である。
【図８】ＯＬＴ制御部の動作例を示す動作フロー図である。
【図９】同じく、動作例（その２）を示す動作フロー図である。
【図１０】同じく、動作例（その３）を示す動作フロー図である。
【図１１】ＯＬＴに備えた各テーブルの構成例を示すメモリ構成図である。
【図１２】下り信号の別の構成例を示すフレーム構成図である。
【図１３】同じく、他の構成例を示すフレーム構成図である。
【図１４】同じく、他の構成例（その２）を示すフレーム構成図である。
【図１５】同じく、他の構成例（その３）を示すフレーム構成図である。
【図１６】ＯＬＴ制御部の別の動作例（その１）を示す動作フロー図である。
【図１７】同じく、動作例（その２）を示す動作フロー図である。
【図１８】割当バイト長テーブルの別の構成例を示すメモリ構成図である。
【図１９】送信タイミングテーブルの別の構成例を示すメモリ構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本実施の形態によるＰＯＮの構成と動作を、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３で規定したＧＰＯＮと、今後導入が予想されている次世代ＧＰＯＮで伝送速度を上昇させた１０ＧＰＯＮとが混在するＰＯＮの構成と動作を例に挙げて、詳細に説明する。
以下の説明は、ＧＰＯＮと同様に、可変長のデータをＴＤＭで処理する構成のＰＯＮを想定したもので、ＯＬＴから各ＯＮＵへの下りデータの伝送速度は、１０Ｇｂｉｔ／秒（９．９５３２８Ｇｂｉｔ／秒だが、以下１０Ｇｂｉｔ／秒と称する）および２．４Ｇｂｉｔ／秒（２．４８８３２Ｇｂｉｔ／秒だが、以下同様に２．４Ｇｂｉｔ／秒と称する）の混在構成であり、またＯＮＵからＯＬＴへの上りデータの伝送速度は、１．２Ｇｂｉｔ／秒（１．２４４１６Ｇｂｉｔ／秒だが、以下同様に１．２Ｇｂｉｔ／秒と称する）の１種類である例をとり説明する。なお、これらの伝送速度等の数値は一例であり、他の伝送速度であってもよく、本実施の形態がこの数値に限定されるものではない。また、下り伝送速度は３つ以上あっても良いし、上り伝送速度が複数種混在する構成であっても良い。
【００１６】
図１は、本発明のＰＯＮを用いた光アクセス網の構成例を示す網構成図である。
アクセス網１は、例えば、ＰＯＮ１０を介して上位の通信網である公衆通信網（ＰＳＴＮ）／インターネット２０（以下、上位網と称することがある）と、加入者の端末（Ｔｅｌ：４００、ＰＣ：４１０等）とを接続して通信を行う網である。ＰＯＮ１０は、上位網２０と接続されるＯＬＴ（以下、親局と称することがある）２００と、加入者の端末（電話（Ｔｅｌ）４００、ＰＣ４１０等）を収容する複数のＯＮＵ（以下、子局と称することがある）３００を備える。基幹光ファイバ１１０と光スプリッタ１００と複数の支線光ファイバ１２０を有する光受動網でＯＬＴ２００と各ＯＮＵ３００を接続して、上位網２０と加入者端末４００、４１０との通信、または、加入者端末４００、４１０同士の通信を行う。ＯＮＵ３００は、例えば１０ＧＰＯＮまたはＧＰＯＮの双方で使用できるＯＮＵ（例えば、下りについては１０Ｇｂｉｔ／秒、２．４Ｇｂｉｔ／秒の双方を送信可能なＯＮＵであり、以下２．４Ｇ／１０ＧＯＮＵと称することもある）である。同図では、５台のＯＮＵ３００がＯＬＴ２００に接続されている。尚、ＯＬＴ２００に接続可能なＯＮＵの数は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３に従えば最大で２５４台である。
【００１７】
ＯＬＴ２００から各ＯＮＵ３００への下り信号１３０は、各ＯＮＵ３００宛の信号が時分割多重されて同報される。そして、各ＯＮＵ３００が、到達したフレームが自身の伝送速度であるか、もしくは、自宛の信号であるか否かを判定して信号を受信する。ＯＮＵ３００は、信号の宛先に基づき受信信号を電話４００やＰＣ４１０に送る。また、各ＯＮＵ３００からＯＬＴ２００への上り信号１４０は、ＯＮＵ３００−１から伝送される上り信号１５０−１と、ＯＮＵ３１０−２から伝送される上り信号１５０−２と、ＯＮＵ３００−３から伝送される上り信号１５０−３と、ＯＮＵ３００−４から伝送される上り信号１５０−４と、ＯＮＵ３００−ｎから伝送される信号１５０−ｎが、光スプリッタ１００を介して光学的に時分割多重された光多重化信号１４０になりＯＬＴ２００へ伝送される。各ＯＮＵ３００とＯＬＴ２００間のファイバ長が異なるため、信号１４０は振幅が異なる信号が多重化された形となる。なお、下り信号１３０は、例えば波長帯１．５μｍの光信号、上り信号１４０、１５０は、例えば波長帯１．３μｍの光信号が用いられ、両方の光信号が同じ光ファイバ１１０、１２０を波長多重（ＷＤＭ）されて送受信される。
【００１８】
図２は、下り信号の構成例を示すフレーム構成図である。
下り信号１３０（以下、下りフレーム、もしくは、単にフレームと称することがある）は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３に規定された１２５μ秒周期の構成で、２．４Ｇｂｉｔ／秒と１０Ｇｂｉｔ／秒の信号を任意の比率で混在収容できる２．４Ｇ／１０Ｇ混在フレーム２０を繰り返して伝送するものである。各フレーム２０は、フレーム同期パタン２１、ＰＬＯＡＭ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，Ａｄｍｉｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎｅｎｃｅ）２２、グラント指示２３、フレームペイロード２４から構成される。フレーム同期パタン２１は、各ＯＮＵ３００が１２５μ秒周期のフレームの先頭を識別するための固定パタンである。ＰＬＯＡＭ２２は、ＯＬＴ２００が各ＯＮＵ３００の物理レイヤの管理に使用する情報を格納する。グラント指示２３は後ほど詳細に説明するが、ＯＮＵ３００に信号送信タイミングと伝送速度を指示するものである。本フレームでは、フレーム同期パタン２１、ＰＬＯＡＭ２２、グラント指示２３までの領域が２．４Ｇｂｉｔ／秒の速度で伝送される。一方、フレームペイロード２４には、ＯＬＴ２００から各ＯＮＵ３００へ向かうユーザ信号が格納されており、各ＯＮＵ３００対応に、２．４Ｇｂｉｔ／秒の信号と１０Ｇｂｉｔ／秒の信号を混在収容する。
【００１９】
グラント指示２３は、さらに上りグラント指示３０と下りグラント指示３１より構成されている。上りグラント指示３０は、各ＯＮＵ３００の上り信号送信タイミング（グラント）を指示するもので、より詳細には、各ＯＮＵ３００の内部でのユーザ信号制御単位であるＴＣＯＮＴ毎にグラントを指示するものである。一方、下りグラント指示３１は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３の規定とは別に本発明で導入したもので、ＯＬＴからＯＮＵへ送信するフレームペイロード２４に格納されるデータについて宛先ＯＮＵ番号毎にその伝送開始時間と伝送終了時間および伝送速度を通知している。
【００２０】
同図は、図１の網構成に対応したフレーム２０の構成例を示したもので、ＯＮＵ３００−１を制御するためのＯＮＵ−ＩＤ＃１用信号４０ａ、ＯＮＵ−２を制御するためのＯＮＵ−ＩＤ＃２用信号４０ｂ、ＯＮＵ−３を制御するためのＯＮＵ−ＩＤ＃３用信号４０ｃを示している。各ＯＮＵ用信号４０は、ＯＮＵを識別するためのＯＮＵ−ＩＤ４１、信号の送信開始タイミングを示すＳｔａｒｔ４２と送信終了タイミングを示すＥｎｄ４３と、伝送速度指定領域４４とで構成した。伝送速度指定領域４４は、下り信号に２．４Ｇｂｉｔ／秒の信号または１０Ｇｂｉｔ／秒の信号のどちらを用いるかを指示するものである。尚、Ｓｔａｒｔ４２とＥｎｄ４３は上記２つの速度の信号について送信開始タイミングと送信終了タイミングを示すことになるが、上り下りを通して最も遅い伝送速度である１．２Ｇｂｉｔ／秒の信号速度におけるバイト数で時間単位を指定し、２．４Ｇｂｉｔ／秒信号の時間単位は２バイト単位、１０Ｇｂｉｔ／秒信号の時間単位は８バイト単位で示す構成とした。このように規定すれば１つの表記で複数の異なる速度の信号が運用できるようになるためである。ＯＬＴ２００は、各ＯＮＵ３００に周期的にグラント指示２３を送信し、各ＯＮＵにどれだけの下りデータが転送されるかを指示する。このＳｔａｒｔ４２とＥｎｄ４３は、ＯＬＴ２００がグラント指示を送信する各周期の中で、どのタイミングでデータの受信を開始して終了すれば良いかを示す情報である。この指定された区間内で、ＯＮＵ３００は伝送速度指定領域４４で指定された伝送速度で下り信号を受信する。尚、Ｅｎｄ４３の代わりに、送信すべきデータのデータ長を指定し、Ｓｔａｒｔ４２のタイミングから指定されたデータ長だけデータを受信するように指示しても良い。
【００２１】
このＳｔａｒｔ４２、Ｅｎｄ４３および伝送速度指定領域４４の組により、ペイロード２３の中に格納されたＯＮＵ＃１宛信号ペイロード３２の開始位置、終了位置、伝送速度が通知される。後で説明するＯＮＵ３００の内部では、この下りグラント指示を用いて自局が受信すべき信号の時間区間と伝送速度を検出し、内部の光受信インタフェースを制御して、指定された伝送速度の信号を受信する。以下、ＯＮＵ＃２宛信号ペイロード３３、ＯＮＵ＃３宛信号ペイロード３４についても同様であり、本図では、ＯＮＵ＃１宛信号ペイロード３２が２．４Ｇｂｉｔ／秒であり、ＯＮＵ＃２宛信号ペイロード３３およびＯＮＵ＃３宛信号ペイロード３４が１０Ｇｂｉｔ／秒の場合を図示している。
【００２２】
上記の説明において、フレーム周期の１２５μ秒に送信できる総バイト数は、伝送速度を２．４Ｇｂｉｔ／秒とすると、３１１０４０バイトである。フレーム同期パタン２１に４バイト、ＰＬＯＡＭ２２に１６バイト、グラント指示２３に１６バイト×ＯＮＵ３２台数分の２５６バイトの計５３２バイトを割り当てると、フレームペイロード２４は、伝送速度を２．４Ｇｂｉｔ／秒とすると、３１１０４０バイト−５３２バイト＝３１０５０８バイトの伝送容量を有することになる。また、フレームペイロード２４に全て１０Ｇｂｉｔ／秒の信号を収容すると、３１０５０８バイト×４＝１２４２０３２バイトの信号が収容できる。
【００２３】
図３は、本発明のＰＯＮで使用するＯＮＵの構成例を示すブロック構成図である。
ＯＮＵ３００は、ＷＤＭフィルタ５０１、受信部５４０、送信部５４１、制御部５１１、ユーザインタフェース（ＩＦ）５０８から構成した。受信部５４０は、光受信インタフェース５０２、ＰＯＮフレーム分離部５０５、フレーム振り分け部５０６、パケットバッファ５０７から構成した。また、送信部５４１は、パケットバッファ５０９、送信制御部５１０、ＰＯＮフレーム生成部５０４、光送信インタフェース５０３、キュー長監視部５３０より構成した。送信部５４１の動作クロックは、上り１．２Ｇクロック生成部５４２により供給される。受信部５４０の動作クロックは、下り１０Ｇクロック生成部５４３および下り２．４Ｇクロック生成部５４４のいずれかの出力がセレクタ５４５によって選択されて供給される。このセレクタ制御は、制御部５１１で読み取られたＯＬＴ２００からの伝送速度指示（図２の４４）によって決定される。
【００２４】
支線光ファイバ１２０から受信した光信号は、ＷＤＭフィルタ５０１で波長分離された後、光受信インタフェース５０２で電気信号に変換され、後に図４で説明する過程を経てディジタルビット列となる。光受信インタフェース５０２は１０Ｇｂｉｔ／秒および２．４Ｇｂｉｔ／秒の２つの伝送速度で光受信信号を処理できるものであり、制御部５１１は光インタフェース５０２がＯＬＴ２００より指示された伝送速度（図２の４４）によって信号を受信するよう選択制御を行う。続いてＰＯＮフレーム分離部５０５で、図２で説明した信号の分離を行う。具体的には、ＰＬＯＡＭ領域２２およびグラント指示領域２３の信号が制御部５１１に送られ、フレームペイロード領域２４の信号のうちＯＬＴ２００からの伝送範囲指示（図２の４１，４２および４３）により自宛と判断される部分がフレーム振り分け部５０６に送られる。フレーム振り分け部５０６から出力されたユーザ信号は、パケットバッファ５０７−１およびパケットバッファ５０７−２に一時的に格納された後、それぞれユーザＩＦ５０８−１およびユーザＩＦ５０８−２を経て出力される。
【００２５】
また、ユーザＩＦ５０８−１およびユーザＩＦ５０８−２から入力された信号は、それぞれパケットバッファ５０９−１およびパケットバッファ５０９−２に一時的に格納された後、送信制御部５１０の制御のもとに読み出され、ＰＯＮフレーム生成部５０４でパケットに組立てられる。キュー長監視部５３０は、パケットバッファ５０９の使用量を監視する。バッファ使用量情報は、上り信号に格納されてＯＬＴに伝えられ、ＯＬＴ２００はこの情報に基づいてＤＢＡを行い発行するグラント量を制御する。ＰＯＮフレーム生成部５０４で組立てられた信号は、光送信インタフェース５０３で光信号に変換され、ＷＤＭフィルタ５０１を経て支線光ファイバ１２０に向けて送信される。送信制御部５１０は、制御部５１１から抽出されたグラント値に基づいてＯＬＴに向けて信号を送信する制御を行う。
【００２６】
尚、上述したＯＮＵ３００の各機能ブロックはＣＰＵやメモリに蓄積したファームウェアで実現したり、電気／光変換回路・メモリ・増幅器といった電気部品等で実現するものである。また、これらの機能を各処理に特化した専用のハードウェア（ＬＳＩ等）により実現しても良い。さらに、ＯＮＵ３００の構成を、上記説明に限ることなく、適宜必要に応じた様々な機能の実装を行っても良い。
【００２７】
図４は、光受信インタフェース５０２の詳細な構成例を示すブロック構成図である。
高電圧可変バイアス源４０１に接続されたＡＰＤ４０２は高電圧で逆バイアスされて、受信光信号をアバランシェ効果により増幅して電流に変換する。この増幅作用により、１Ｇｂｉｔ／秒を超える高速信号が−３０ｄＢｍ程度の微弱な光信号として入力される場合も、正しくデータを識別することが可能となる。変換された電流は抵抗４０３および４０４と増幅器４０６から構成されるトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）で電圧変換される。続いて可変利得増幅器４０７により増幅された信号はフリップフロップ４１０でディジタルビット列に変換される。ここでフリップフロップ４１０に入力されるクロックは、多相クロック発生回路４０８の出力から信号の最適識別点に最も近いクロックを選択する最適位相選択回路４０９により生成される。上記構成のうち、高電圧可変バイアス源４０１は制御部５１１からの制御により伝送速度に応じたバイアス電圧を出力して受信信号を適切に増幅する。またスイッチ４０５は制御部５１１からの制御により伝送速度に応じた抵抗４０３および４０４の選択を行い、帯域とトランスインピーダンスゲインを決定する。可変利得増幅器４０７は、制御部５１１からの制御により伝送速度に応じた利得が設定される。多相クロック発生回路４０８は制御部５１１からの制御により伝送速度に応じた周波数の多相クロックを出力し、最適位相選択回路４０９は制御部５１１からの制御により伝送速度に応じた最適識別点に最も近いクロックを選択する。
【００２８】
図５は、本発明のＰＯＮで用いるＯＬＴの構成例を示すブロック構成図である。
ＯＬＴ２００は、網ＩＦ部６０７、制御部７００、送信部７１０、受信部７１１、ＷＤＭ６０６とで構成した。送信部７１０は、下りデータバッファ７０１、下り信号処理部７０２、光送信インタフェース７０３とで構成した。また、受信部７１１は、光受信インタフェース７０４、上り信号処理部７０５、上りデータバッファ７０６とで構成した。受信部７１１の動作クロックは、上り１．２Ｇクロック生成部７１２から供給される。送信部７１０の動作クロックは、下り１０Ｇクロック生成部７１３および下り２．４Ｇクロック生成部７１４のいずれかの出力がセレクタ７１５によって選択されて供給される。このセレクタ制御は、下り帯域制御部７０８によって行われる。具体的な伝送速度の決定方法は、後で図面を用いて詳細に説明する。
【００２９】
下りデータバッファ７０１は、上位網２０から網ＩＦ部６０７を介して受信したデータを一時的に蓄える。下り信号処理部７０２は、上位網２０からの光信号をＯＮＵ３００に中継するために必要な処理を行う。図２で説明した下りフレームの組立は、このブロックで行われ、後に説明する方法で下り帯域制御部７０８より出力された下りグラント(図２の３１)が下りフレーム内に格納される。光送信インタフェース７０３は、電気信号を光信号に変換して、光信号ＩＦ部６０６を介してＯＮＵに光信号（下り信号）を送信する。光受信インタフェース７０４は、ＯＮＵ３００から光信号ＩＦ部６０６を介して受信した光信号を電気信号に変換する。上り信号処理部７０５は、ＯＮＵ３００からの信号を上位網２０に中継するために必要な処理を行う。上りデータバッファ７０６は、上位網２０へ網ＩＦ部６０７を介して送信するデータを一時的に蓄える。制御部７００は、上述した各機能ブロックと接続され、複数のＯＮＵ３００と通信（監視・制御等）を行うための必要な各種処理を実行する。また、上位網２０とＯＮＵ３００との間の信号を中継する機能も有する。
【００３０】
上り帯域制御部７０７は、あらかじめ定められたＤＢＡ周期毎に、該周期内でＯＬＴ２００が収容したＯＮＵ３００（ＴＣＯＮＴ）の夫々にどれだけの通信帯域を割当てるかを決定する動的帯域割当処理を行う。下り帯域制御部７０８は、あらかじめ定められた周期毎に該周期内でＯＬＴ２００が収容したＯＮＵ３００の夫々にどれだけの信号を転送するかを決定する。制御部７００は、ＰＯＮに備えた制御ボード（例えば、ＰＣで構成した保守端末）と通信を行い、予め制御に必要な制御パラメータ（例えば、ＯＮＵの加入条件、契約トラヒック等）を制御部に設定しておいたり、保守者の要求に基づいて監視情報（例えば、障害発生状況や各ＯＮＵへの送信許可データ量等）を受信したりする構成とした。 尚、上述したＯＬＴ２００の各機能ブロックは、ＣＰＵやメモリに蓄積したファームウェアで実現したり、電気／光変換回路・メモリ・増幅器といった電気部品等で実現するものである。また、これらの機能を各処理に特化した専用のハードウェア（ＬＳＩ等）により実現しても良い。
【００３１】
図６は、ＯＬＴに備えた下りパケットバッファ７０１の構成例を示すブロック構成図である。
下りパケットバッファ７０１は、振り分け部７２１、多重化部７２２、キュー長モニタ部７２３、バッファ読み出し制御部７２４、パケットバッファ７２５より構成される。上位網２０から網ＩＦ部６０７を介して受信したデータは、例えばＶＬＡＮのラベル等を参照して宛先ＯＮＵ別に振り分けられ、ＯＮＵ別に備えられたパケットバッファ７２５に一時蓄積される。キュー長モニタ部７２３は各パケットバッファ７２５のキュー長をモニタし、下り帯域制御部７０８に通知する。バッファ読み出し制御部７２４は下り帯域制御部７０８からの指示により、指示されたパケットバッファ７２５からデータを指示された量だけ読み出し、多重化部７２２を介して後段に送信する。
【００３２】
図７は、ＯＬＴに備えた下り帯域制御部７０８の構成と動作例を説明する説明図である。また、図８、図９および図１０は、それぞれＯＬＴの制御部の動作例を示す動作フロー図である。そして、図１１は、制御部が生成する各テーブルの構成例を示すメモリ構成図で、ＯＮＵ毎に割り当てた帯域（バイト数）を記憶する割当バイト長テーブル７３３と、ＯＮＵ毎の信号送信タイミングと使用伝送速度を記憶する送信タイミングテーブル７３４の構成例を示すメモリ構成図である。
以下、これらの図面を用いて、本発明のＰＯＮの動作と構成を、具体的にはＯＬＴが実施する各ＯＮＵへの帯域割当と使用伝送速度決定動作と構成を、詳細に説明する。
（１）バイト長決定部７３１は、下り帯域制御周期内（本実施例では０．１２５ｍ秒）で各ＯＮＵ３００向けにパケットバッファ７２５が蓄積したデータの量であるキュー長をキュー長モニタ部７２３から受信する（図８：８０１）。
バイト長決定部７３１には、ＯＮＵに許可可能な最大帯域パラメータであるポリサ帯域が契約に基づき、保守者により制御ボード(図５参照)から設定されているので、上記受信したキュー長と予め設定されたポリサ帯域の値に基づいて、各ＯＮＵ３００に送信するバイト数（下り通信帯域）を決定し、各ＯＮＵの識別子であるＯＮＵ−ＩＤと送信するバイト長を対応付けた割当バイト長テーブル７３３を作成して記憶部７３２に格納する（図７：（１）、図８：８０２）。
尚、割当バイト長テーブル７３３は、図１１で示したように、ＯＮＵの識別子であるＯＮＵ−ＩＤ９０１と、ＯＮＵに送信するバイト長９０２を記憶する構成とした。
（２）送信タイミング決定部７３５は、以下の演算を行って下りフレームのペイロード（図２の２４）内で何バイトを１０Ｇｂｉｔ／秒で送信し、何バイトを２．４Ｇｂｉｔ／秒で送信するかを決定する。
先に説明したように、２．４Ｇ／１０Ｇ混在フレーム２０のフレームペイロード２４に全て２．４Ｇｂｉｔ／秒の信号を収容すると３１０５０８バイトの信号が収容できる。上記（１）で各パケットバッファ７２５に割り当てたバイト長の総和をＸとして、上記フレームペイロード２４に全て２．４Ｇｂｉｔ／秒の信号を収容する時の３１０５０８バイトをＹとする。ここで、（１）で割り当てたバイト長の総和のうち、２．４Ｇｂｉｔ／秒で送信するバイト数をＡ、１０Ｇｂｉｔ／秒で送信するバイト数をＢとすると、フレームペイロード２４がＸバイトで埋め尽くされた状況では以下の式が成り立つ。
【００３３】
Ａ＋Ｂ＝Ｘ (式１) Ａ＋Ｂ／４＝Ｙ (式２)
この連立方程式を解くと、
Ａ＝（４Ｙ−Ｘ）／３ (式３) Ｂ＝Ｘ−Ａ (式４)
が解として得られる。したがって、まず２．４Ｇｂｉｔ/秒で伝送するバイト長Ａを（式３）により計算し (ただし８の倍数に切り上げ、図８：８０３)、続いて１０Ｇｂｉｔ/秒で伝送するバイト長Ｂを（式４）により計算する (ただし２の倍数に切り上げ、図８：８０４)。切り上げ処理は、図２にて説明したように、上り下りを通して最も遅い伝送速度である１．２Ｇｂｉｔ／秒の信号速度におけるバイト数で時間単位を指定し、２．４Ｇｂｉｔ／秒信号の時間単位は２バイト単位、１０Ｇｂｉｔ／秒信号の時間単位は８バイト単位で示す構成としたためである。切り上げ後のＡ＋Ｂ／４がＹを上回ったらＢの端数を切り捨てる（図８：８０５）。ただし、Ｘ＜Ｙの場合は、上式は成り立たず、全てを２．４Ｇｂｉｔ/秒で伝送することができる。
（３）送信タイミング決定部７３５は、割当バイト長テーブル７３３の内容を読み出して(図７：（２）)、各ＯＮＵへ送信するバイト長９０２に対応するタイムスロットをフレーム周期内で割り当て、ＯＮＵ−ＩＤと各フレーム周期内にて割り当てたバイト長範囲を対応付けた送信タイミングテーブル７３４を作成して記憶部７３２に格納する（図７：（３）、図８：８０６）。
（４）送信タイミングテーブル７３４に基づき、下りグラント値が下り信号処理部７０２に渡され、送信される（図８：８０７）。
【００３４】
図９は、処理８０２で実行する各ＯＮＵ宛に送信するバイト数を決定する動作を示した動作フロー図である。
ＯＮＵへの送信数バイト数決定は次のように行われる、先ず、ＯＮＵ−ＩＤ＝１から決定を開始し（９０１）、
Ｌ＝（該ＯＮＵのポリサ設定周期）×(帯域制御周期＝０．１２５ｍ秒) (式５)
でポリサ許容バイト長Ｌを求める（９０２）。ここで、演算対象ＯＮＵ宛のキュー長とポリサ許容バイト長Ｌの値を比較し（９０３）、キュー長が大きければ該ＯＮＵへの割当バイト長をＬの値とする（９０４）。また、キュー長が小さければ該ＯＮＵへの割当バイト長をキュー長とする（９０５）。この動作を最後のＯＮＵ−ＩＤになるまで繰り返す（９０６，９０７）。
【００３５】
図１０は、処理８０６で実行する送信タイミングの決定する動作を示した動作フロー図である。
（Ｅ１）最初に割当バイト長テーブル７３３の行をバイト長の小さい順に並べ替える（１００１）。この処理は、送信データ量の少ないＯＮＵ３００にはなるべく低い伝送速度を割り当てるために実施する。並べ替え後、最初のＯＮＵ−ＩＤの割当バイト長を割当バイト長テーブル７３３から読込む（１００２）。ここで、伝送速度を２．４Ｇｂｉｔ／秒に設定し（１００３）、Ｓｔａｒｔに１を代入する（１００４）。
（Ｅ２）Ｓｔａｒｔ−１＋バイト長／２によりＥｎｄを計算し、Ｓｔａｒｔ値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込む（１００５）。演算したＥｎｄ値をＡ／２の値（Ａは図８でて説明した２．４Ｇｂｉｔ／秒で送信するバイト数）と比較し（１００６）、Ｅｎｄ値が小さければＥｎｄ値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込んで、次のＯＮＵ−ＩＤを参照し、ＳｔａｒｔにＥｎｄ＋１を代入（１００７）して演算を繰り返す。
（Ｅ３）Ｅｎｄ値が大きければ、伝送速度を１０Ｇｂｉｔ／秒に設定し（１００８）、ＥｎｄとしてＡ／２の値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込んだ後、Ｓｔａｒｔにバイト長／２−ａ／２−前のＳｔａｒｔ値を代入して、新しいＳｔａｒｔ値を同一ＯＮＵ−ＩＤの新しい行に書き込む（８４８）。
（Ｅ４）Ｓｔａｒｔ−１＋バイト長／８によりＥｎｄを計算し、Ｅｎｄ値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込む（１００９）。
（Ｅ５）全ＯＮＵ−ＩＤの演算が終了するまで繰り返す(１０１０〜１０１２)。
【００３６】
以上で説明したように、送信するデータ量の少ないＯＮＵに対してなるべく低い伝送速度を用いてデータ伝送を行うことで、伝送帯域の少ないＯＮＵの消費電力を低減させることができる。本演算を実行して決定した送信タイミング等を送信タイミングテーブル７３４に書き込んだ結果の一例を図１１に示している。
【００３７】
図１２は、下り信号の別の構成例を示すフレーム構成図である。
先に説明したフレームの構成との違いは、フレームペイロード２４の最後尾に２．４Ｇｂｉｔ／秒で伝送されるダミーペイロード３４を備えたことである。これは、ＯＮＵ３００の光受信伝送インタフェースに図４で説明したような回路を使用した場合、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／秒から２．４Ｇｂｉｔ／秒に変化すると、その変化に追従して同期するために数１００ｎ秒から数μ秒の時間を要する場合がある為である。あるフレームに続くフレーム同期パタン２０は全ＯＮＵ３００が受信しなければならない周期信号である。ダミーペイロード３４を入れることで、各ＯＮＵ３００の光受信伝送インタフェースが同期するための時間を確保することができ、確実に同期パタン２０が受信出来るようになる。ダミーペイロード３４の具体的な値として、信号振幅調整およびクロック同期の双方に都合の良い“１０“交番パタンを用いる構成が最適であるが、この値に限定する必要はない。また、ダミーペイロード３４の長さは、使用する光受信回路の特性に合わせて予め設定しておけば良い。
【００３８】
図１３も、下り信号の他の構成例を示すフレーム構成図である。この構成では、フレームペイロード２４の中で隣接するＯＮＵ宛のペイロードの伝送速度が変わる時にもダミーペイロード３５を挿入する。本図では、伝送速度が２．４Ｇｂｉｔ／秒のＯＮＵ＃１宛信号ペイロード３２と、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／秒のＯＮＵ＃２宛信号ペイロード３３の間にもダミーペイロード３５が挿入されている。同図の構成のフレームを用いる場合、ＯＮＵ＃２は、下りグラント領域３１のＯＮＵ−ＩＤ＃２のＳｔａｒｔ値をモニタして１０Ｇｂｉｔ／秒の信号が受信されるタイミングを待ちうけ、受信光インタフェースの同期がとれるように動作させる。また、下りグラント領域３１のＯＮＵ−ＩＤ＃１のＥｎｄ値とＯＮＵ−ＩＤ＃２のＳｔａｒｔ値とをモニタし、ＯＮＵ−ＩＤ＃１のＥｎｄ値直後より受信光インタフェースの再同期を開始させダミーペイロード３５の時間をかけて光受信インタフェースの同期を確立する構成としても良く、従来から用いられる連続光伝送用のデバイスを適用しやすいメリットがある。
【００３９】
図１４も、下り信号の他の構成例を示すフレーム構成図である。この構成では、すべてのＯＮＵ宛ペイロードの変わり目にダミーペイロード３５を挿入する。このフレームを用いると送信出来る（割当される）データの量が複数のダミーペイロード３５の分だけ削減されるが、各ＯＮＵ３００は、自分宛の信号受信直前まで光受信インタフェースを停止させておき、ダミーペイロード３５を利用して受信光インタフェースの同期を行うことができるように構成できる。これにより消費電力を削減できる可能性がある。
【００４０】
図１５も、下り信号の他の構成例を示すフレーム構成図である。この構成では、２．４Ｇｂｉｔ／秒で伝送するフレームと１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送するフレームの２種類が存在する。そして、各フレームの送信頻度を調整して伝送速度の最適化を実施する。
このフレームを使用する場合の帯域割り当ての方法を以下で説明する。図１６は、ＯＬＴ制御部の別の動作例を示す動作フロー図で、図１５で示したフレームを下り信号に使用する場合の各ＯＮＵ３００への下り信号割当動作例を示したものである。
【００４１】
本動作例では、４つのフレーム周期（各１２５μ秒）で１つの帯域制御周期（０．５ｍ秒）を構成しているので、伝送速度が２．４Ｇｂｉｔ／秒の場合に１つの帯域制御周期で送信可能なバイト数は、先に説明した数値例を使用すると３１０５０８バイト×４周期＝１２４２０３２バイトとなる。すなわち、全てのＯＮＵからの送信待ちデータ量であるキュー長の総和が１２４２０３２バイト以内であれば、２．４Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度で全ての割り当てデータを送信可能である。キュー長の総和が１２４２０３２バイトより大きければ、２．４Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度では全ての要求データを伝送することは出来ないので伝送速度を１０Ｇｂｉｔ／秒に上げる必要がある。
【００４２】
ここで、１つの帯域制御周期を構成する４つのフレーム周期のうち、３つを伝送速度２．４Ｇｂｉｔ／秒で、残りの１つを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、帯域制御周期において送信可能なバイト数は、３１０５０８×３周期＋１２４２０３２×１周期＝１５５２５４０バイトまで上げることが出来る。同様に、４つのフレーム周期のうち、２つを伝送速度２．４Ｇｂｉｔ／秒で、残りの２つを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、帯域制御周期において送信可能なバイト数は、３１０５０８×２周期＋１２４２０３２×２周期＝３１０５０８０バイトまで上げることが出来る。更に、４つのフレーム周期のうち、１つを伝送速度２．４Ｇｂｉｔ／秒で、残りの３つを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、帯域制御周期において送信可能なバイト数は、３１０５０８×１周期＋１２４２０３２×３周期＝４０３６６０４バイトまで上げることが出来る。最後に、４つのフレーム周期の全てを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、帯域制御周期において送信可能なバイト数は、１２４２０３２×４周期＝４９６８１２８バイトまで上げることが出来る。
【００４３】
したがって、送信タイミング決定部７３５は、割当バイト長テーブル７３３‘から得た割当バイト長の総和に基づいて、以下のように伝送速度を決定し、送信タイミングテーブル７３４’のそれぞれのフレーム周期（以下、グラント周期と称することもある）に伝送速度の値を入力する。
（Ａ）割当バイト長の総和≦１２４２０３２か否かを判定し(図１６：１１０３)、Ｙｅｓの場合は全グラント周期を２．４Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図１６：１１０４)。
（Ｂ）１２４２０３２＜割当バイト長の総和≦１５５２５４０か否かを判定し(図１６：１１０５)、Ｙｅｓの場合は第１〜第３グラント周期を２．４Ｇｂｉｔ／秒の速度、第４グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図１７：１１０６)。
（Ｃ）１５５２５４０＜割当バイト長の総和≦３１０５０８０か否かを判定し(図１６：１１０７)、Ｙｅｓの場合は第１・第２グラント周期を２．４Ｇｂｉｔ／秒の速度、第３・第４グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図１７：１１０８)。
（Ｄ）３１０５０８０＜割当バイト長の総和≦４０３６６０４か否かを判定し(図１７：１１０９)、Ｙｅｓの場合は第１グラント周期を２．４Ｇｂｉｔ／秒の速度、第２〜第４グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図１７：１１１０)。また、Ｎｏの場合は全グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図１７：１１１１)。
（Ｅ）各グラント周期の伝送速度が決まると、データ送信許可部７３５は、割当バイト長テーブル７３３‘に格納されたバイト長（図１８：９０２で詳細は後述）を参照し、各ＯＮＵに対してグラント周期内でデータを送信させるタイムスロットの決定を行い、送信タイミングテーブル７３４の値を生成する（図１６：８０６’（詳細動作例は後述する））。この時、２．４Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度を使用するグラント周期においては、割当バイト長テーブルでの割り当てバイト数を２で割った値となるよう、また１０Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度を使用するグラント周期においては、割当バイト長テーブルでの割り当てバイト数を８で割った値となるようにする。
【００４４】
図１７も、ＯＬＴ制御部の別の動作例を示す動作フロー図で、図１６の処理８０６‘で実行する各ＯＮＵ３００へのデータ送信タイミングを決定する動作例を示したものである。８は処理１１１２の詳細を示す実施例である。
（Ｅ１）最初に割当バイト長テーブル７３３’の行をバイト長の小さい順に並べ替え（１３０１）、最初のＯＮＵ−ＩＤのバイト長をバイト長テーブル７３３‘から読み出す（１３０２）。
（Ｅ２）最初のグラント周期の送信タイミングテーブル７３４‘の行から演算を開始（１３０３）して、該グラント周期で速度が２．４Ｇｂｉｔ／秒であるか否かを判定し（１３０４）、Ｙｅｓであれば以後の演算でバイト長を２で除算し（１３０５）、Ｎｏであれば伝送速度は１０Ｇｂｉｔ／秒であるので以後の演算でバイト長を８で除算し、１．２Ｇｂｉｔ／秒と同じ時間幅となるバイト値に換算して演算を続ける（１３０６）。尚、除算する際に小数点以下の端数は切り上げる。続いて、Ｓｔａｒｔに０を代入し、その値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込む（１３０７）。
（Ｅ３）Ｓｔａｒｔ−1＋バイト長≦ １５５２５３であるか否かを判定し（１３０８）、ＹｅｓであればＥｎｄにＳｔａｒｔ−１＋バイト長を代入し、Ｅｎｄを演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込み、演算対象ＯＮＵ−ＩＤを＋１加算し、さらにＳｔａｒｔにＥｎｄ+１２＋１を代入し、Ｓｔａｒｔを新演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込む（１３０９）。
（Ｅ４）判定（１３０８）がＮｏであれば、Ｅｎｄに１９４３９を代入し、Ｅｎｄを演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込み、バイト長←にＳｔａｒｔ−１＋バイト長−１５５２５３を代入し（１３１０）、処理１３０４に再帰することにより次のグラント周期のテーブル計算に進む。
（Ｅ５）上記処理を再帰的に繰り返した後、全ＯＮＵ−ＩＤの演算完了を判定し（１３１１）、Ｙｅｓであれば次のＤＢＡ周期での演算のために、最初のＯＮＵ−ＩＤに設定する値を１つシフトして記憶して、この処理を終了する。判定（１３１１）がＮｏであれば処理１３０８に戻る。
【００４５】
図１８は、図１６と図１７の動作フロー図に従った制御で生成された割当バイト長テーブル７３３‘の構成例を示すメモリ構成図である。また、図１９は、同じく送信タイミングテーブル７３４’の構成例を示すメモリ構成図である。
図１８と図１９では、各ＯＮＵからのキュー長に基づき各ＯＮＵへの割当バイト長を（ａ）〜（ｅ）の５通りに変化させて割り当てた例を示している。具体的には、各ＯＮＵに対応した下りパケットバッファ７２５のキュー長が（ａ）〜（ｅ）に対応して増えていき、各ＯＮＵへ送信するバイト数と帯域割当周期での総割当バイト数が増えている状況を例として示している。
上記動作例では、１つの帯域制御周期を４つのフレーム周期で構成して、フレーム周期毎に伝送速度を切り替える例を説明しているが、１つの帯域制御周期をさらに多くのフレーム周期で構成して伝送速度をより細かく切り替えることで、全ＯＮＵに割り当てたバイト数の総和に最も近い伝送速度の組み合わせを選び、かつ、極力伝送速度を下げて全体の消費電力を最小化することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・ＰＯＮ、 １００・・・スプリッタ、 １１０、１２０・・・光ファイバ、
１３０・・・下り信号、 １４０、１５０・・・上り信号、
２００・・・ＯＬＴ、 ３００・・・ＯＮＵ、 ４００、４１０・・・端末、
７００・・・制御部、 ７０８・・・下り帯域制御部、
７３１・・・バイト長決定部、 ７３５・・・送信タイミング決定部、
７３３・・・割当バイト長テーブル、 ７３４・・・送信タイミングテーブル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受動光網システム、光多重終端装置及び光網終端装置に係り、特に、複数の加入者接続装置が光伝送回線を共有する受動光網システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信網の高速・広帯域化が加入者を接続するアクセス網でも進められ、国際電気通信連合（以下ＩＴＵ−Ｔと称す）の勧告Ｇ９８４．３等で規定された受動網光システム（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ：以下ＰＯＮと称する）の導入が図られている。ＰＯＮは、上位の通信網と接続される親局に相当する光多重終端装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ：以下ＯＬＴと称する）と、複数の加入者の端末（ＰＣや電話）を収容する子局に相当した光網終端装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ：以下ＯＮＵと称する）とを、基幹光ファイバと光スプリッタと複数の支線光ファイバとを含む光受動網で接続したシステムである。具体的には、各ＯＮＵに接続された端末（ＰＣ他）からの信号を光信号で支線光ファイバから光スプリッタを介して基幹光ファイバで光学（時分割）多重してＯＬＴに送り、ＯＬＴが各ＯＮＵからの信号を通信処理して上位の通信網に送信する、あるいは、ＯＬＴに接続される他のＯＮＵに送信するという形態で通信を行うものである。
【０００３】
ＰＯＮの導入は６４ｋｂｉｔ／秒の低速信号を扱うシステムから始まり、固定長のＡＴＭセルを約６００Ｍｂｉｔ／秒で送受信するＢＰＯＮ（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＰＯＮ）あるいはイーサネット（登録商標。以下では登録商標の表記を省略）の可変長パケットを最大約１Ｇｂｉｔ／秒で送受信するイーサネットＰＯＮ（ＥＰＯＮ）や、より高速な２．４Ｇｂｉｔ／秒程度の信号を扱うＧＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ ｃａｐａｂｌｅ ＰＯＮ）の導入が進められている。更に、今後は１０Ｇｂｉｔ／秒から４０Ｇｂｉｔ／秒の信号を扱うことが可能な高速ＰＯＮの実現が求められている。そして、これらの高速ＰＯＮを実現する手段としては、現状のＰＯＮと同様な複数の信号を時分割多重するＴＤＭ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を利用することが検討されている。尚、現状のＴＤＭを用いたＰＯＮは、上り（ＯＮＵからＯＬＴ）の信号と下り（ＯＬＴからＯＮＵ）の信号とで異なる波長を用い、ＯＬＴと各ＯＮＵ間の通信は、各ＯＮＵに対して通信時間を割当てる構成である。具体的には、多様な信号（音声、画像、データ等）を扱い易いバースト状の可変長信号（バースト信号）を割当てる構成である。
【０００４】
上記各ＰＯＮでは、様々な場所に点在する加入者宅にＯＮＵを設置するため、ＯＬＴから各ＯＮＵまでの距離が異なる。即ち、ＯＬＴから各ＯＮＵ迄の基幹光ファイバと支線光ファイバからなる光ファイバの長さ（伝送距離）がばらつくため、各ＯＮＵとＯＬＴ間の伝送遅延（遅延量）がばらつき、各ＯＮＵが異なるタイミングで信号を送信しても基幹光ファイバ上で各ＯＮＵからの光信号同士が衝突・干渉する可能性がある。このため、各ＰＯＮでは、例えばＩＴＵ−Ｔの勧告Ｇ９８４．３で規定したレンジング技術を用いて、ＯＬＴとＯＮＵとの間の距離測定を実施後に各ＯＮＵからの信号出力が衝突しないように各ＯＮＵの出力信号の遅延を調整する。また、ＯＬＴは、動的帯域割当て（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ：以下ＤＢＡと称する）技術を用いて各ＯＮＵからの送信要求に基づき該ＯＮＵに送信を許可する信号の帯域を決めると、レンジングで測定した遅延量も考慮した上で、各ＯＮＵからの光信号が基幹光ファイバ上で衝突・干渉しないように各ＯＮＵへ送信タイミングを指定する。すなわち、ＰＯＮは、ＯＬＴと各ＯＮＵ間で送受信される信号のタイミングがシステム内で管理された状態で通信の運用がなされるように構成されている。
【０００５】
上記ＧＰＯＮでは、ＯＬＴで基幹光ファイバ上に多重された各ＯＮＵからの信号を識別して処理できるように、各ＯＮＵからの送信信号は、最大１２バイトからなる干渉防止用のガードタイムと、ＯＬＴ内受信器の信号識別閾値の決定およびクロック抽出に利用するプリアンブルならびに受信信号の区切りを識別するデリミタと呼ばれるバーストオーバヘッドバイトと、ＰＯＮの制御信号（オーバヘッドあるいはヘッダと称することもある）とがデータ（ペイロードと称することもある）の先頭に付加される構成である。尚、各データは、可変長のバーストデータであり、各データの先頭に可変長データを処理するためのＧＥＭ（Ｇ−ＰＯＮ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）ヘッダと呼ばれるヘッダが付加される。
【０００６】
一方、各ＯＮＵがＯＬＴからの信号を識別して処理できるように、ＯＬＴから各ＯＮＵに向けて送信される信号の先頭に、先頭を識別するためのフレーム同期パタンと、監視・保守・制御情報を送信するＰＬＯＡＭ領域と、各ＯＮＵの信号送信タイミングを指示するグラント指示領域と呼ばれるオーバヘッド（ヘッダと称されることもある）とが各ＯＮＵ宛に時分割多重化されたデータに付加される構成である。なお、多重化される各ＯＮＵ宛のデータには、ＯＮＵからの信号と同様に、可変長データを処理するためのＧＥＭヘッダが付加されている。ＯＬＴは、グラント指示領域を用いて各ＯＮＵの上り送信許可タイミング（送信開始（Ｓｔａｒｔ）と終了（Ｓｔｏｐ））を各ＯＮＵにバイト単位で指定する。この送信許可タイミングをグラントと称している。そして、各ＯＮＵが該許可タイミングでＯＬＴ宛のデータを送信すると、これらが光ファイバー上で光学（時分割）多重されＯＬＴで受信される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８４．３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＰＯＮは、ＢＰＯＮからＧＰＯＮへの移行のように、より高速信号を処理するものへと開発・導入が進んできている。ＰＯＮの信号伝送機能を実現する光モジュールやＬＳＩは、伝送速度が速いほど大量の電力を消費することが知られている。例えば、光モジュールはより高い伝送速度を達成するために、伝送速度が高いほど大量の電流を流すことで必要な帯域を確保している。また、ＣＭＯＳ技術を用いたディジタル信号処理ＬＳＩは、動作クロックの速度の２乗にほぼ比例した電力を消費する。すなわち、今後も伝送速度が速くなるほど大量の消費電力が消費される傾向にある。
【０００９】
一方、ＰＯＮの加入者は、より高速なＰＯＮを求める傾向があるが常時速い伝送速度を欲しているわけではない。通信を行っていない時間帯には速い伝送速度を要求しないのは勿論、通信中でもインターネットアクセスにおけるデータ伝送においては、大量の画像データや大容量ファイルをダウンロードやアップロードする期間に速い伝送速度を要求するが、内容の閲覧中や作業中は速い伝送速度を必要としない。また、データ伝送に用いられるＴＣＰプロトコルでは、一定数のパケットを受信すると確認信号パケットを返送することが必要で、データの送信側は確認信号パケットを受信する迄後続のデータを送信しない。すなわち、データ伝送中であってもデータトラヒックは極めてバースト性の高い伝送形態となることが多くなるのが運用の実態である。しかし、現実のＰＯＮを構成する光モジュールやＬＳＩは実質的にデータを伝送しない時間帯も動作して電力を消費しており、著しい電力の無駄を生じる原因となっている。このため、エンドユーザトラヒックが小さい時は低速の伝送速度で伝送を行い、エンドユーザトラヒックが大きい時は高速の伝送速度で伝送を行うことの可能なＰＯＮシステムが求められることになる。
【００１０】
ＰＯＮの上り方向では、各子局からバースト状に出力された信号を時分割多重する構成であるため、各子局で送信する信号の伝送速度をトラヒックに応じて変動させることで消費電力の低減が出来る。一方、ＰＯＮの下り方向は、各子局宛の信号が多重化されたフレームが連続的に全子局に同報される構成であり、ある子局にとっては自局宛でない信号も受信する構成となる。すなわち、他局宛の信号が来ているときも光モジュール等の部品が連続的に動作して電力を消費するので、この時間帯での消費電力の低減が出来れば、ＰＯＮの低消費電力化が一層進むことになる。本発明は以上の点に鑑み、伝送速度の異なる信号を混在させて運用出来る構成のＰＯＮにおいて、特に下り方向においてエンドユーザトラヒックに基づいて伝送速度を切替えることで消費電力の無駄を極力減らすことの可能なＰＯＮを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の受動光網システムは、親局が上位網から受信した複数の子局宛の信号を時分割多重したフレーム信号で複数の子局に同報送信し、複数の子局の夫々が受信フレーム信号から自局宛の信号を処理する受動光網システムであって、親局に、第１の伝送速度または第１の伝送速度より高速な第２の伝送速度で複数の子局へ信号を送信する光送信インタフェースと、上位網から受信した信号を該信号の宛先である複数の子局の夫々に対応して蓄積するパケットバッファと、該バッファに蓄積された信号の量に基づき複数の子局の夫々に送信する信号の送信タイミングと伝送速度を決定し、該送信タイミングと伝送速度で前記光送信インタフェースから複数の子局の夫々に信号を送信するとともに、決定した送信タイミングと伝送速度を複数の子局の夫々に通知する制御部とを備え、前記複数の子局の夫々に、第１の伝送速度または第２の伝送速度の信号を受信する光受信インタフェースと、親局より通知された送信タイミングと伝送速度に基づいて光受信インタフェースを制御する制御部とを備えた。
【００１２】
そして、親局の制御部は、上位網から受信し複数の子局の夫々に送信する信号の量に基づき任意の子局へ送信する信号の量を決定すると、この送信する信号の量が第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を下回る場合、親局の信号の伝送速度を第１の伝送速度とし、送信する信号の量が第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を上回る場合は、複数の子局の内の任意の子局宛の信号伝送速度を第２の伝送速度と決定するようにした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、下り伝送速度の異なる複数の信号を時分割で混在させて運用出来る構成のＰＯＮにおいて、エンドユーザトラヒックに基づいて消費電力の無駄を極力減らすことの可能な受動光網システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＰＯＮを用いた光アクセス網の構成例を示す網構成図である。
【図２】ＯＬＴからＯＮＵへの下り信号の構成例を示すフレーム構成図である。
【図３】ＯＮＵの構成例を示すブロック構成図である。
【図４】光受信インタフェースの構成例を示すブロック構成図である。
【図５】ＯＬＴの構成例を示すブロック構成図である。
【図６】下りパケットバッファの構成例を示すブロック構成図である。
【図７】ＯＬＴ制御部の構成と動作例を説明する説明図である。
【図８】ＯＬＴ制御部の動作例を示す動作フロー図である。
【図９】同じく、動作例（その２）を示す動作フロー図である。
【図１０】同じく、動作例（その３）を示す動作フロー図である。
【図１１】ＯＬＴに備えた各テーブルの構成例を示すメモリ構成図である。
【図１２】下り信号の別の構成例を示すフレーム構成図である。
【図１３】同じく、他の構成例を示すフレーム構成図である。
【図１４】同じく、他の構成例（その２）を示すフレーム構成図である。
【図１５】同じく、他の構成例（その３）を示すフレーム構成図である。
【図１６】ＯＬＴ制御部の別の動作例（その１）を示す動作フロー図である。
【図１７】同じく、動作例（その２）を示す動作フロー図である。
【図１８】割当バイト長テーブルの別の構成例を示すメモリ構成図である。
【図１９】送信タイミングテーブルの別の構成例を示すメモリ構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本実施の形態によるＰＯＮの構成と動作を、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３で規定したＧＰＯＮと、今後導入が予想されている次世代ＧＰＯＮで伝送速度を上昇させた１０ＧＰＯＮとが混在するＰＯＮの構成と動作を例に挙げて、詳細に説明する。
以下の説明は、ＧＰＯＮと同様に、可変長のデータをＴＤＭで処理する構成のＰＯＮを想定したもので、ＯＬＴから各ＯＮＵへの下りデータの伝送速度は、１０Ｇｂｉｔ／秒（９．９５３２８Ｇｂｉｔ／秒だが、以下１０Ｇｂｉｔ／秒と称する）および２．４Ｇｂｉｔ／秒（２．４８８３２Ｇｂｉｔ／秒だが、以下同様に２．４Ｇｂｉｔ／秒と称する）の混在構成であり、またＯＮＵからＯＬＴへの上りデータの伝送速度は、１．２Ｇｂｉｔ／秒（１．２４４１６Ｇｂｉｔ／秒だが、以下同様に１．２Ｇｂｉｔ／秒と称する）の１種類である例をとり説明する。なお、これらの伝送速度等の数値は一例であり、他の伝送速度であってもよく、本実施の形態がこの数値に限定されるものではない。また、下り伝送速度は３つ以上あっても良いし、上り伝送速度が複数種混在する構成であっても良い。
【００１６】
図１は、本発明のＰＯＮを用いた光アクセス網の構成例を示す網構成図である。
アクセス網１は、例えば、ＰＯＮ１０を介して上位の通信網である公衆通信網（ＰＳＴＮ）／インターネット２０（以下、上位網と称することがある）と、加入者の端末（Ｔｅｌ：４００、ＰＣ：４１０等）とを接続して通信を行う網である。ＰＯＮ１０は、上位網２０と接続されるＯＬＴ（以下、親局と称することがある）２００と、加入者の端末（電話（Ｔｅｌ）４００、ＰＣ４１０等）を収容する複数のＯＮＵ（以下、子局と称することがある）３００を備える。基幹光ファイバ１１０と光スプリッタ１００と複数の支線光ファイバ１２０を有する光受動網でＯＬＴ２００と各ＯＮＵ３００を接続して、上位網２０と加入者端末４００、４１０との通信、または、加入者端末４００、４１０同士の通信を行う。ＯＮＵ３００は、例えば１０ＧＰＯＮまたはＧＰＯＮの双方で使用できるＯＮＵ（例えば、下りについては１０Ｇｂｉｔ／秒、２．４Ｇｂｉｔ／秒の双方を送信可能なＯＮＵであり、以下２．４Ｇ／１０ＧＯＮＵと称することもある）である。同図では、５台のＯＮＵ３００がＯＬＴ２００に接続されている。尚、ＯＬＴ２００に接続可能なＯＮＵの数は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３に従えば最大で２５４台である。
【００１７】
ＯＬＴ２００から各ＯＮＵ３００への下り信号１３０は、各ＯＮＵ３００宛の信号が時分割多重されて同報される。そして、各ＯＮＵ３００が、到達したフレームが自身の伝送速度であるか、もしくは、自宛の信号であるか否かを判定して信号を受信する。ＯＮＵ３００は、信号の宛先に基づき受信信号を電話４００やＰＣ４１０に送る。また、各ＯＮＵ３００からＯＬＴ２００への上り信号１４０は、ＯＮＵ３００−１から伝送される上り信号１５０−１と、ＯＮＵ３１０−２から伝送される上り信号１５０−２と、ＯＮＵ３００−３から伝送される上り信号１５０−３と、ＯＮＵ３００−４から伝送される上り信号１５０−４と、ＯＮＵ３００−ｎから伝送される信号１５０−ｎが、光スプリッタ１００を介して光学的に時分割多重された光多重化信号１４０になりＯＬＴ２００へ伝送される。各ＯＮＵ３００とＯＬＴ２００間のファイバ長が異なるため、信号１４０は振幅が異なる信号が多重化された形となる。なお、下り信号１３０は、例えば波長帯１．５μｍの光信号、上り信号１４０、１５０は、例えば波長帯１．３μｍの光信号が用いられ、両方の光信号が同じ光ファイバ１１０、１２０を波長多重（ＷＤＭ）されて送受信される。
【００１８】
図２は、下り信号の構成例を示すフレーム構成図である。
下り信号１３０（以下、下りフレーム、もしくは、単にフレームと称することがある）は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３に規定された１２５μ秒周期の構成で、２．４Ｇｂｉｔ／秒と１０Ｇｂｉｔ／秒の信号を任意の比率で混在収容できる２．４Ｇ／１０Ｇ混在フレーム２０を繰り返して伝送するものである。各フレーム２０は、フレーム同期パタン２１、ＰＬＯＡＭ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，Ａｄｍｉｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎｅｎｃｅ）２２、グラント指示２３、フレームペイロード２４から構成される。フレーム同期パタン２１は、各ＯＮＵ３００が１２５μ秒周期のフレームの先頭を識別するための固定パタンである。ＰＬＯＡＭ２２は、ＯＬＴ２００が各ＯＮＵ３００の物理レイヤの管理に使用する情報を格納する。グラント指示２３は後ほど詳細に説明するが、ＯＮＵ３００に信号送信タイミングと伝送速度を指示するものである。本フレームでは、フレーム同期パタン２１、ＰＬＯＡＭ２２、グラント指示２３までの領域が２．４Ｇｂｉｔ／秒の速度で伝送される。一方、フレームペイロード２４には、ＯＬＴ２００から各ＯＮＵ３００へ向かうユーザ信号が格納されており、各ＯＮＵ３００対応に、２．４Ｇｂｉｔ／秒の信号と１０Ｇｂｉｔ／秒の信号を混在収容する。
【００１９】
グラント指示２３は、さらに上りグラント指示３０と下りグラント指示３１より構成されている。上りグラント指示３０は、各ＯＮＵ３００の上り信号送信タイミング（グラント）を指示するもので、より詳細には、各ＯＮＵ３００の内部でのユーザ信号制御単位であるＴＣＯＮＴ毎にグラントを指示するものである。一方、下りグラント指示３１は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８４．３の規定とは別に本発明で導入したもので、ＯＬＴからＯＮＵへ送信するフレームペイロード２４に格納されるデータについて宛先ＯＮＵ番号毎にその伝送開始時間と伝送終了時間および伝送速度を通知している。
【００２０】
同図は、図１の網構成に対応したフレーム２０の構成例を示したもので、ＯＮＵ３００−１を制御するためのＯＮＵ−ＩＤ＃１用信号４０ａ、ＯＮＵ−２を制御するためのＯＮＵ−ＩＤ＃２用信号４０ｂ、ＯＮＵ−３を制御するためのＯＮＵ−ＩＤ＃３用信号４０ｃを示している。各ＯＮＵ用信号４０は、ＯＮＵを識別するためのＯＮＵ−ＩＤ４１、信号の送信開始タイミングを示すＳｔａｒｔ４２と送信終了タイミングを示すＥｎｄ４３と、伝送速度指定領域４４とで構成した。伝送速度指定領域４４は、下り信号に２．４Ｇｂｉｔ／秒の信号または１０Ｇｂｉｔ／秒の信号のどちらを用いるかを指示するものである。尚、Ｓｔａｒｔ４２とＥｎｄ４３は上記２つの速度の信号について送信開始タイミングと送信終了タイミングを示すことになるが、上り下りを通して最も遅い伝送速度である１．２Ｇｂｉｔ／秒の信号速度におけるバイト数で時間単位を指定し、２．４Ｇｂｉｔ／秒信号の時間単位は２バイト単位、１０Ｇｂｉｔ／秒信号の時間単位は８バイト単位で示す構成とした。このように規定すれば１つの表記で複数の異なる速度の信号が運用できるようになるためである。ＯＬＴ２００は、各ＯＮＵ３００に周期的にグラント指示２３を送信し、各ＯＮＵにどれだけの下りデータが転送されるかを指示する。このＳｔａｒｔ４２とＥｎｄ４３は、ＯＬＴ２００がグラント指示を送信する各周期の中で、どのタイミングでデータの受信を開始して終了すれば良いかを示す情報である。この指定された区間内で、ＯＮＵ３００は伝送速度指定領域４４で指定された伝送速度で下り信号を受信する。尚、Ｅｎｄ４３の代わりに、送信すべきデータのデータ長を指定し、Ｓｔａｒｔ４２のタイミングから指定されたデータ長だけデータを受信するように指示しても良い。
【００２１】
このＳｔａｒｔ４２、Ｅｎｄ４３および伝送速度指定領域４４の組により、ペイロード２３の中に格納されたＯＮＵ＃１宛信号ペイロード３２の開始位置、終了位置、伝送速度が通知される。後で説明するＯＮＵ３００の内部では、この下りグラント指示を用いて自局が受信すべき信号の時間区間と伝送速度を検出し、内部の光受信インタフェースを制御して、指定された伝送速度の信号を受信する。以下、ＯＮＵ＃２宛信号ペイロード３３、ＯＮＵ＃３宛信号ペイロード３４についても同様であり、本図では、ＯＮＵ＃１宛信号ペイロード３２が２．４Ｇｂｉｔ／秒であり、ＯＮＵ＃２宛信号ペイロード３３およびＯＮＵ＃３宛信号ペイロード３４が１０Ｇｂｉｔ／秒の場合を図示している。
【００２２】
上記の説明において、フレーム周期の１２５μ秒に送信できる総バイト数は、伝送速度を２．４Ｇｂｉｔ／秒とすると、３１１０４０バイトである。フレーム同期パタン２１に４バイト、ＰＬＯＡＭ２２に１６バイト、グラント指示２３に１６バイト×ＯＮＵ３２台数分の２５６バイトの計５３２バイトを割り当てると、フレームペイロード２４は、伝送速度を２．４Ｇｂｉｔ／秒とすると、３１１０４０バイト−５３２バイト＝３１０５０８バイトの伝送容量を有することになる。また、フレームペイロード２４に全て１０Ｇｂｉｔ／秒の信号を収容すると、３１０５０８バイト×４＝１２４２０３２バイトの信号が収容できる。
【００２３】
図３は、本発明のＰＯＮで使用するＯＮＵの構成例を示すブロック構成図である。
ＯＮＵ３００は、ＷＤＭフィルタ５０１、受信部５４０、送信部５４１、制御部５１１、ユーザインタフェース（ＩＦ）５０８から構成した。受信部５４０は、光受信インタフェース５０２、ＰＯＮフレーム分離部５０５、フレーム振り分け部５０６、パケットバッファ５０７から構成した。また、送信部５４１は、パケットバッファ５０９、送信制御部５１０、ＰＯＮフレーム生成部５０４、光送信インタフェース５０３、キュー長監視部５３０より構成した。送信部５４１の動作クロックは、上り１．２Ｇクロック生成部５４２により供給される。受信部５４０の動作クロックは、下り１０Ｇクロック生成部５４３および下り２．４Ｇクロック生成部５４４のいずれかの出力がセレクタ５４５によって選択されて供給される。このセレクタ制御は、制御部５１１で読み取られたＯＬＴ２００からの伝送速度指示（図２の４４）によって決定される。
【００２４】
支線光ファイバ１２０から受信した光信号は、ＷＤＭフィルタ５０１で波長分離された後、光受信インタフェース５０２で電気信号に変換され、後に図４で説明する過程を経てディジタルビット列となる。光受信インタフェース５０２は１０Ｇｂｉｔ／秒および２．４Ｇｂｉｔ／秒の２つの伝送速度で光受信信号を処理できるものであり、制御部５１１は光インタフェース５０２がＯＬＴ２００より指示された伝送速度（図２の４４）によって信号を受信するよう選択制御を行う。続いてＰＯＮフレーム分離部５０５で、図２で説明した信号の分離を行う。具体的には、ＰＬＯＡＭ領域２２およびグラント指示領域２３の信号が制御部５１１に送られ、フレームペイロード領域２４の信号のうちＯＬＴ２００からの伝送範囲指示（図２の４１，４２および４３）により自宛と判断される部分がフレーム振り分け部５０６に送られる。フレーム振り分け部５０６から出力されたユーザ信号は、パケットバッファ５０７−１およびパケットバッファ５０７−２に一時的に格納された後、それぞれユーザＩＦ５０８−１およびユーザＩＦ５０８−２を経て出力される。
【００２５】
また、ユーザＩＦ５０８−１およびユーザＩＦ５０８−２から入力された信号は、それぞれパケットバッファ５０９−１およびパケットバッファ５０９−２に一時的に格納された後、送信制御部５１０の制御のもとに読み出され、ＰＯＮフレーム生成部５０４でパケットに組立てられる。キュー長監視部５３０は、パケットバッファ５０９の使用量を監視する。バッファ使用量情報は、上り信号に格納されてＯＬＴに伝えられ、ＯＬＴ２００はこの情報に基づいてＤＢＡを行い発行するグラント量を制御する。ＰＯＮフレーム生成部５０４で組立てられた信号は、光送信インタフェース５０３で光信号に変換され、ＷＤＭフィルタ５０１を経て支線光ファイバ１２０に向けて送信される。送信制御部５１０は、制御部５１１から抽出されたグラント値に基づいてＯＬＴに向けて信号を送信する制御を行う。
【００２６】
尚、上述したＯＮＵ３００の各機能ブロックはＣＰＵやメモリに蓄積したファームウェアで実現したり、電気／光変換回路・メモリ・増幅器といった電気部品等で実現するものである。また、これらの機能を各処理に特化した専用のハードウェア（ＬＳＩ等）により実現しても良い。さらに、ＯＮＵ３００の構成を、上記説明に限ることなく、適宜必要に応じた様々な機能の実装を行っても良い。
【００２７】
図４は、光受信インタフェース５０２の詳細な構成例を示すブロック構成図である。
高電圧可変バイアス源４０１に接続されたＡＰＤ４０２は高電圧で逆バイアスされて、受信光信号をアバランシェ効果により増幅して電流に変換する。この増幅作用により、１Ｇｂｉｔ／秒を超える高速信号が−３０ｄＢｍ程度の微弱な光信号として入力される場合も、正しくデータを識別することが可能となる。変換された電流は抵抗４０３および４０４と増幅器４０６から構成されるトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）で電圧変換される。続いて可変利得増幅器４０７により増幅された信号はフリップフロップ４１０でディジタルビット列に変換される。ここでフリップフロップ４１０に入力されるクロックは、多相クロック発生回路４０８の出力から信号の最適識別点に最も近いクロックを選択する最適位相選択回路４０９により生成される。上記構成のうち、高電圧可変バイアス源４０１は制御部５１１からの制御により伝送速度に応じたバイアス電圧を出力して受信信号を適切に増幅する。またスイッチ４０５は制御部５１１からの制御により伝送速度に応じた抵抗４０３および４０４の選択を行い、帯域とトランスインピーダンスゲインを決定する。可変利得増幅器４０７は、制御部５１１からの制御により伝送速度に応じた利得が設定される。多相クロック発生回路４０８は制御部５１１からの制御により伝送速度に応じた周波数の多相クロックを出力し、最適位相選択回路４０９は制御部５１１からの制御により伝送速度に応じた最適識別点に最も近いクロックを選択する。
【００２８】
図５は、本発明のＰＯＮで用いるＯＬＴの構成例を示すブロック構成図である。
ＯＬＴ２００は、網ＩＦ部６０７、制御部７００、送信部７１０、受信部７１１、ＷＤＭ６０６とで構成した。送信部７１０は、下りデータバッファ７０１、下り信号処理部７０２、光送信インタフェース７０３とで構成した。また、受信部７１１は、光受信インタフェース７０４、上り信号処理部７０５、上りデータバッファ７０６とで構成した。受信部７１１の動作クロックは、上り１．２Ｇクロック生成部７１２から供給される。送信部７１０の動作クロックは、下り１０Ｇクロック生成部７１３および下り２．４Ｇクロック生成部７１４のいずれかの出力がセレクタ７１５によって選択されて供給される。このセレクタ制御は、下り帯域制御部７０８によって行われる。具体的な伝送速度の決定方法は、後で図面を用いて詳細に説明する。
【００２９】
下りデータバッファ７０１は、上位網２０から網ＩＦ部６０７を介して受信したデータを一時的に蓄える。下り信号処理部７０２は、上位網２０からの光信号をＯＮＵ３００に中継するために必要な処理を行う。図２で説明した下りフレームの組立は、このブロックで行われ、後に説明する方法で下り帯域制御部７０８より出力された下りグラント(図２の３１)が下りフレーム内に格納される。光送信インタフェース７０３は、電気信号を光信号に変換して、光信号ＩＦ部６０６を介してＯＮＵに光信号（下り信号）を送信する。光受信インタフェース７０４は、ＯＮＵ３００から光信号ＩＦ部６０６を介して受信した光信号を電気信号に変換する。上り信号処理部７０５は、ＯＮＵ３００からの信号を上位網２０に中継するために必要な処理を行う。上りデータバッファ７０６は、上位網２０へ網ＩＦ部６０７を介して送信するデータを一時的に蓄える。制御部７００は、上述した各機能ブロックと接続され、複数のＯＮＵ３００と通信（監視・制御等）を行うための必要な各種処理を実行する。また、上位網２０とＯＮＵ３００との間の信号を中継する機能も有する。
【００３０】
上り帯域制御部７０７は、あらかじめ定められたＤＢＡ周期毎に、該周期内でＯＬＴ２００が収容したＯＮＵ３００（ＴＣＯＮＴ）の夫々にどれだけの通信帯域を割当てるかを決定する動的帯域割当処理を行う。下り帯域制御部７０８は、あらかじめ定められた周期毎に該周期内でＯＬＴ２００が収容したＯＮＵ３００の夫々にどれだけの信号を転送するかを決定する。制御部７００は、ＰＯＮに備えた制御ボード（例えば、ＰＣで構成した保守端末）と通信を行い、予め制御に必要な制御パラメータ（例えば、ＯＮＵの加入条件、契約トラヒック等）を制御部に設定しておいたり、保守者の要求に基づいて監視情報（例えば、障害発生状況や各ＯＮＵへの送信許可データ量等）を受信したりする構成とした。 尚、上述したＯＬＴ２００の各機能ブロックは、ＣＰＵやメモリに蓄積したファームウェアで実現したり、電気／光変換回路・メモリ・増幅器といった電気部品等で実現するものである。また、これらの機能を各処理に特化した専用のハードウェア（ＬＳＩ等）により実現しても良い。
【００３１】
図６は、ＯＬＴに備えた下りパケットバッファ７０１の構成例を示すブロック構成図である。
下りパケットバッファ７０１は、振り分け部７２１、多重化部７２２、キュー長モニタ部７２３、バッファ読み出し制御部７２４、パケットバッファ７２５より構成される。上位網２０から網ＩＦ部６０７を介して受信したデータは、例えばＶＬＡＮのラベル等を参照して宛先ＯＮＵ別に振り分けられ、ＯＮＵ別に備えられたパケットバッファ７２５に一時蓄積される。キュー長モニタ部７２３は各パケットバッファ７２５のキュー長をモニタし、下り帯域制御部７０８に通知する。バッファ読み出し制御部７２４は下り帯域制御部７０８からの指示により、指示されたパケットバッファ７２５からデータを指示された量だけ読み出し、多重化部７２２を介して後段に送信する。
【００３２】
図７は、ＯＬＴに備えた下り帯域制御部７０８の構成と動作例を説明する説明図である。また、図８、図９および図１０は、それぞれＯＬＴの制御部の動作例を示す動作フロー図である。そして、図１１は、制御部が生成する各テーブルの構成例を示すメモリ構成図で、ＯＮＵ毎に割り当てた帯域（バイト数）を記憶する割当バイト長テーブル７３３と、ＯＮＵ毎の信号送信タイミングと使用伝送速度を記憶する送信タイミングテーブル７３４の構成例を示すメモリ構成図である。
以下、これらの図面を用いて、本発明のＰＯＮの動作と構成を、具体的にはＯＬＴが実施する各ＯＮＵへの帯域割当と使用伝送速度決定動作と構成を、詳細に説明する。
（１）バイト長決定部７３１は、下り帯域制御周期内（本実施例では０．１２５ｍ秒）で各ＯＮＵ３００向けにパケットバッファ７２５が蓄積したデータの量であるキュー長をキュー長モニタ部７２３から受信する（図８：８０１）。
バイト長決定部７３１には、ＯＮＵに許可可能な最大帯域パラメータであるポリサ帯域が契約に基づき、保守者により制御ボード(図５参照)から設定されているので、上記受信したキュー長と予め設定されたポリサ帯域の値に基づいて、各ＯＮＵ３００に送信するバイト数（下り通信帯域）を決定し、各ＯＮＵの識別子であるＯＮＵ−ＩＤと送信するバイト長を対応付けた割当バイト長テーブル７３３を作成して記憶部７３２に格納する（図７：（１）、図８：８０２）。
尚、割当バイト長テーブル７３３は、図１１で示したように、ＯＮＵの識別子であるＯＮＵ−ＩＤ９０１と、ＯＮＵに送信するバイト長９０２を記憶する構成とした。
（２）送信タイミング決定部７３５は、以下の演算を行って下りフレームのペイロード（図２の２４）内で何バイトを１０Ｇｂｉｔ／秒で送信し、何バイトを２．４Ｇｂｉｔ／秒で送信するかを決定する。
先に説明したように、２．４Ｇ／１０Ｇ混在フレーム２０のフレームペイロード２４に全て２．４Ｇｂｉｔ／秒の信号を収容すると３１０５０８バイトの信号が収容できる。上記（１）で各パケットバッファ７２５に割り当てたバイト長の総和をＸとして、上記フレームペイロード２４に全て２．４Ｇｂｉｔ／秒の信号を収容する時の３１０５０８バイトをＹとする。ここで、（１）で割り当てたバイト長の総和のうち、２．４Ｇｂｉｔ／秒で送信するバイト数をＡ、１０Ｇｂｉｔ／秒で送信するバイト数をＢとすると、フレームペイロード２４がＸバイトで埋め尽くされた状況では以下の式が成り立つ。
【００３３】
Ａ＋Ｂ＝Ｘ (式１) Ａ＋Ｂ／４＝Ｙ (式２)
この連立方程式を解くと、
Ａ＝（４Ｙ−Ｘ）／３ (式３) Ｂ＝Ｘ−Ａ (式４)
が解として得られる。したがって、まず２．４Ｇｂｉｔ/秒で伝送するバイト長Ａを（式３）により計算し (ただし８の倍数に切り上げ、図８：８０３)、続いて１０Ｇｂｉｔ/秒で伝送するバイト長Ｂを（式４）により計算する (ただし２の倍数に切り上げ、図８：８０４)。切り上げ処理は、図２にて説明したように、上り下りを通して最も遅い伝送速度である１．２Ｇｂｉｔ／秒の信号速度におけるバイト数で時間単位を指定し、２．４Ｇｂｉｔ／秒信号の時間単位は２バイト単位、１０Ｇｂｉｔ／秒信号の時間単位は８バイト単位で示す構成としたためである。切り上げ後のＡ＋Ｂ／４がＹを上回ったらＢの端数を切り捨てる（図８：８０５）。ただし、Ｘ＜Ｙの場合は、上式は成り立たず、全てを２．４Ｇｂｉｔ/秒で伝送することができる。
（３）送信タイミング決定部７３５は、割当バイト長テーブル７３３の内容を読み出して(図７：（２）)、各ＯＮＵへ送信するバイト長９０２に対応するタイムスロットをフレーム周期内で割り当て、ＯＮＵ−ＩＤと各フレーム周期内にて割り当てたバイト長範囲を対応付けた送信タイミングテーブル７３４を作成して記憶部７３２に格納する（図７：（３）、図８：８０６）。
（４）送信タイミングテーブル７３４に基づき、下りグラント値が下り信号処理部７０２に渡され、送信される（図８：８０７）。
【００３４】
図９は、処理８０２で実行する各ＯＮＵ宛に送信するバイト数を決定する動作を示した動作フロー図である。
ＯＮＵへの送信数バイト数決定は次のように行われる、先ず、ＯＮＵ−ＩＤ＝１から決定を開始し（９０１）、
Ｌ＝（該ＯＮＵのポリサ設定周期）×(帯域制御周期＝０．１２５ｍ秒) (式５)
でポリサ許容バイト長Ｌを求める（９０２）。ここで、演算対象ＯＮＵ宛のキュー長とポリサ許容バイト長Ｌの値を比較し（９０３）、キュー長が大きければ該ＯＮＵへの割当バイト長をＬの値とする（９０４）。また、キュー長が小さければ該ＯＮＵへの割当バイト長をキュー長とする（９０５）。この動作を最後のＯＮＵ−ＩＤになるまで繰り返す（９０６，９０７）。
【００３５】
図１０は、処理８０６で実行する送信タイミングの決定する動作を示した動作フロー図である。
（Ｅ１）最初に割当バイト長テーブル７３３の行をバイト長の小さい順に並べ替える（１００１）。この処理は、送信データ量の少ないＯＮＵ３００にはなるべく低い伝送速度を割り当てるために実施する。並べ替え後、最初のＯＮＵ−ＩＤの割当バイト長を割当バイト長テーブル７３３から読込む（１００２）。ここで、伝送速度を２．４Ｇｂｉｔ／秒に設定し（１００３）、Ｓｔａｒｔに１を代入する（１００４）。
（Ｅ２）Ｓｔａｒｔ−１＋バイト長／２によりＥｎｄを計算し、Ｓｔａｒｔ値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込む（１００５）。演算したＥｎｄ値をＡ／２の値（Ａは図８でて説明した２．４Ｇｂｉｔ／秒で送信するバイト数）と比較し（１００６）、Ｅｎｄ値が小さければＥｎｄ値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込んで、次のＯＮＵ−ＩＤを参照し、ＳｔａｒｔにＥｎｄ＋１を代入（１００７）して演算を繰り返す。
（Ｅ３）Ｅｎｄ値が大きければ、伝送速度を１０Ｇｂｉｔ／秒に設定し（１００８）、ＥｎｄとしてＡ／２の値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込んだ後、Ｓｔａｒｔにバイト長／２−ａ／２−前のＳｔａｒｔ値を代入して、新しいＳｔａｒｔ値を同一ＯＮＵ−ＩＤの新しい行に書き込む（８４８）。
（Ｅ４）Ｓｔａｒｔ−１＋バイト長／８によりＥｎｄを計算し、Ｅｎｄ値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込む（１００９）。
（Ｅ５）全ＯＮＵ−ＩＤの演算が終了するまで繰り返す(１０１０〜１０１２)。
【００３６】
以上で説明したように、送信するデータ量の少ないＯＮＵに対してなるべく低い伝送速度を用いてデータ伝送を行うことで、伝送帯域の少ないＯＮＵの消費電力を低減させることができる。本演算を実行して決定した送信タイミング等を送信タイミングテーブル７３４に書き込んだ結果の一例を図１１に示している。
【００３７】
図１２は、下り信号の別の構成例を示すフレーム構成図である。
先に説明したフレームの構成との違いは、フレームペイロード２４の最後尾に２．４Ｇｂｉｔ／秒で伝送されるダミーペイロード３４を備えたことである。これは、ＯＮＵ３００の光受信伝送インタフェースに図４で説明したような回路を使用した場合、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／秒から２．４Ｇｂｉｔ／秒に変化すると、その変化に追従して同期するために数１００ｎ秒から数μ秒の時間を要する場合がある為である。あるフレームに続くフレーム同期パタン２０は全ＯＮＵ３００が受信しなければならない周期信号である。ダミーペイロード３４を入れることで、各ＯＮＵ３００の光受信伝送インタフェースが同期するための時間を確保することができ、確実に同期パタン２０が受信出来るようになる。ダミーペイロード３４の具体的な値として、信号振幅調整およびクロック同期の双方に都合の良い“１０“交番パタンを用いる構成が最適であるが、この値に限定する必要はない。また、ダミーペイロード３４の長さは、使用する光受信回路の特性に合わせて予め設定しておけば良い。
【００３８】
図１３も、下り信号の他の構成例を示すフレーム構成図である。この構成では、フレームペイロード２４の中で隣接するＯＮＵ宛のペイロードの伝送速度が変わる時にもダミーペイロード３５を挿入する。本図では、伝送速度が２．４Ｇｂｉｔ／秒のＯＮＵ＃１宛信号ペイロード３２と、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／秒のＯＮＵ＃２宛信号ペイロード３３の間にもダミーペイロード３５が挿入されている。同図の構成のフレームを用いる場合、ＯＮＵ＃２は、下りグラント領域３１のＯＮＵ−ＩＤ＃２のＳｔａｒｔ値をモニタして１０Ｇｂｉｔ／秒の信号が受信されるタイミングを待ちうけ、受信光インタフェースの同期がとれるように動作させる。また、下りグラント領域３１のＯＮＵ−ＩＤ＃１のＥｎｄ値とＯＮＵ−ＩＤ＃２のＳｔａｒｔ値とをモニタし、ＯＮＵ−ＩＤ＃１のＥｎｄ値直後より受信光インタフェースの再同期を開始させダミーペイロード３５の時間をかけて光受信インタフェースの同期を確立する構成としても良く、従来から用いられる連続光伝送用のデバイスを適用しやすいメリットがある。
【００３９】
図１４も、下り信号の他の構成例を示すフレーム構成図である。この構成では、すべてのＯＮＵ宛ペイロードの変わり目にダミーペイロード３５を挿入する。このフレームを用いると送信出来る（割当される）データの量が複数のダミーペイロード３５の分だけ削減されるが、各ＯＮＵ３００は、自分宛の信号受信直前まで光受信インタフェースを停止させておき、ダミーペイロード３５を利用して受信光インタフェースの同期を行うことができるように構成できる。これにより消費電力を削減できる可能性がある。
【００４０】
図１５も、下り信号の他の構成例を示すフレーム構成図である。この構成では、２．４Ｇｂｉｔ／秒で伝送するフレームと１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送するフレームの２種類が存在する。そして、各フレームの送信頻度を調整して伝送速度の最適化を実施する。
このフレームを使用する場合の帯域割り当ての方法を以下で説明する。図１６は、ＯＬＴ制御部の別の動作例を示す動作フロー図で、図１５で示したフレームを下り信号に使用する場合の各ＯＮＵ３００への下り信号割当動作例を示したものである。
【００４１】
本動作例では、４つのフレーム周期（各１２５μ秒）で１つの帯域制御周期（０．５ｍ秒）を構成しているので、伝送速度が２．４Ｇｂｉｔ／秒の場合に１つの帯域制御周期で送信可能なバイト数は、先に説明した数値例を使用すると３１０５０８バイト×４周期＝１２４２０３２バイトとなる。すなわち、全てのＯＮＵからの送信待ちデータ量であるキュー長の総和が１２４２０３２バイト以内であれば、２．４Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度で全ての割り当てデータを送信可能である。キュー長の総和が１２４２０３２バイトより大きければ、２．４Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度では全ての要求データを伝送することは出来ないので伝送速度を１０Ｇｂｉｔ／秒に上げる必要がある。
【００４２】
ここで、１つの帯域制御周期を構成する４つのフレーム周期のうち、３つを伝送速度２．４Ｇｂｉｔ／秒で、残りの１つを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、帯域制御周期において送信可能なバイト数は、３１０５０８×３周期＋１２４２０３２×１周期＝１５５２５４０バイトまで上げることが出来る。同様に、４つのフレーム周期のうち、２つを伝送速度２．４Ｇｂｉｔ／秒で、残りの２つを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、帯域制御周期において送信可能なバイト数は、３１０５０８×２周期＋１２４２０３２×２周期＝３１０５０８０バイトまで上げることが出来る。更に、４つのフレーム周期のうち、１つを伝送速度２．４Ｇｂｉｔ／秒で、残りの３つを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、帯域制御周期において送信可能なバイト数は、３１０５０８×１周期＋１２４２０３２×３周期＝４０３６６０４バイトまで上げることが出来る。最後に、４つのフレーム周期の全てを伝送速度１０Ｇｂｉｔ／秒で伝送する場合、帯域制御周期において送信可能なバイト数は、１２４２０３２×４周期＝４９６８１２８バイトまで上げることが出来る。
【００４３】
したがって、送信タイミング決定部７３５は、割当バイト長テーブル７３３‘から得た割当バイト長の総和に基づいて、以下のように伝送速度を決定し、送信タイミングテーブル７３４’のそれぞれのフレーム周期（以下、グラント周期と称することもある）に伝送速度の値を入力する。
（Ａ）割当バイト長の総和≦１２４２０３２か否かを判定し(図１６：１１０３)、Ｙｅｓの場合は全グラント周期を２．４Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図１６：１１０４)。
（Ｂ）１２４２０３２＜割当バイト長の総和≦１５５２５４０か否かを判定し(図１６：１１０５)、Ｙｅｓの場合は第１〜第３グラント周期を２．４Ｇｂｉｔ／秒の速度、第４グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図１７：１１０６)。
（Ｃ）１５５２５４０＜割当バイト長の総和≦３１０５０８０か否かを判定し(図１６：１１０７)、Ｙｅｓの場合は第１・第２グラント周期を２．４Ｇｂｉｔ／秒の速度、第３・第４グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図１７：１１０８)。
（Ｄ）３１０５０８０＜割当バイト長の総和≦４０３６６０４か否かを判定し(図１７：１１０９)、Ｙｅｓの場合は第１グラント周期を２．４Ｇｂｉｔ／秒の速度、第２〜第４グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図１７：１１１０)。また、Ｎｏの場合は全グラント周期を１０Ｇｂｉｔ／秒の速度に決定する(図１７：１１１１)。
（Ｅ）各グラント周期の伝送速度が決まると、データ送信許可部７３５は、割当バイト長テーブル７３３‘に格納されたバイト長（図１８：９０２で詳細は後述）を参照し、各ＯＮＵに対してグラント周期内でデータを送信させるタイムスロットの決定を行い、送信タイミングテーブル７３４の値を生成する（図１６：８０６’（詳細動作例は後述する））。この時、２．４Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度を使用するグラント周期においては、割当バイト長テーブルでの割り当てバイト数を２で割った値となるよう、また１０Ｇｂｉｔ／秒の伝送速度を使用するグラント周期においては、割当バイト長テーブルでの割り当てバイト数を８で割った値となるようにする。
【００４４】
図１７も、ＯＬＴ制御部の別の動作例を示す動作フロー図で、図１６の処理８０６‘で実行する各ＯＮＵ３００へのデータ送信タイミングを決定する動作例を示したものである。８は処理１１１２の詳細を示す実施例である。
（Ｅ１）最初に割当バイト長テーブル７３３’の行をバイト長の小さい順に並べ替え（１３０１）、最初のＯＮＵ−ＩＤのバイト長をバイト長テーブル７３３‘から読み出す（１３０２）。
（Ｅ２）最初のグラント周期の送信タイミングテーブル７３４‘の行から演算を開始（１３０３）して、該グラント周期で速度が２．４Ｇｂｉｔ／秒であるか否かを判定し（１３０４）、Ｙｅｓであれば以後の演算でバイト長を２で除算し（１３０５）、Ｎｏであれば伝送速度は１０Ｇｂｉｔ／秒であるので以後の演算でバイト長を８で除算し、１．２Ｇｂｉｔ／秒と同じ時間幅となるバイト値に換算して演算を続ける（１３０６）。尚、除算する際に小数点以下の端数は切り上げる。続いて、Ｓｔａｒｔに０を代入し、その値を演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込む（１３０７）。
（Ｅ３）Ｓｔａｒｔ−1＋バイト長≦ １５５２５３であるか否かを判定し（１３０８）、ＹｅｓであればＥｎｄにＳｔａｒｔ−１＋バイト長を代入し、Ｅｎｄを演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込み、演算対象ＯＮＵ−ＩＤを＋１加算し、さらにＳｔａｒｔにＥｎｄ+１２＋１を代入し、Ｓｔａｒｔを新演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込む（１３０９）。
（Ｅ４）判定（１３０８）がＮｏであれば、Ｅｎｄに１９４３９を代入し、Ｅｎｄを演算対象ＯＮＵ−ＩＤの行に書き込み、バイト長←にＳｔａｒｔ−１＋バイト長−１５５２５３を代入し（１３１０）、処理１３０４に再帰することにより次のグラント周期のテーブル計算に進む。
（Ｅ５）上記処理を再帰的に繰り返した後、全ＯＮＵ−ＩＤの演算完了を判定し（１３１１）、Ｙｅｓであれば次のＤＢＡ周期での演算のために、最初のＯＮＵ−ＩＤに設定する値を１つシフトして記憶して、この処理を終了する。判定（１３１１）がＮｏであれば処理１３０８に戻る。
【００４５】
図１８は、図１６と図１７の動作フロー図に従った制御で生成された割当バイト長テーブル７３３‘の構成例を示すメモリ構成図である。また、図１９は、同じく送信タイミングテーブル７３４’の構成例を示すメモリ構成図である。
図１８と図１９では、各ＯＮＵからのキュー長に基づき各ＯＮＵへの割当バイト長を（ａ）〜（ｅ）の５通りに変化させて割り当てた例を示している。具体的には、各ＯＮＵに対応した下りパケットバッファ７２５のキュー長が（ａ）〜（ｅ）に対応して増えていき、各ＯＮＵへ送信するバイト数と帯域割当周期での総割当バイト数が増えている状況を例として示している。
上記動作例では、１つの帯域制御周期を４つのフレーム周期で構成して、フレーム周期毎に伝送速度を切り替える例を説明しているが、１つの帯域制御周期をさらに多くのフレーム周期で構成して伝送速度をより細かく切り替えることで、全ＯＮＵに割り当てたバイト数の総和に最も近い伝送速度の組み合わせを選び、かつ、極力伝送速度を下げて全体の消費電力を最小化することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・ＰＯＮ、 １００・・・スプリッタ、 １１０、１２０・・・光ファイバ、
１３０・・・下り信号、 １４０、１５０・・・上り信号、
２００・・・ＯＬＴ、 ３００・・・ＯＮＵ、 ４００、４１０・・・端末、
７００・・・制御部、 ７０８・・・下り帯域制御部、
７３１・・・バイト長決定部、 ７３５・・・送信タイミング決定部、
７３３・・・割当バイト長テーブル、 ７３４・・・送信タイミングテーブル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
親局と複数の子局とが光スプリッタおよび複数の光ファイバから成る光ファイバ網で接続され、前記親局は、上位網から受信した前記複数の子局宛の信号を時分割多重したフレーム信号で前記光ファイバ網を介して前記複数の子局に同報送信し、前記複数の子局の夫々は、前記フレーム信号を受信して自局宛の信号を処理する受動光網システムであって、
前記親局は、
第１の伝送速度または該第１の伝送速度より高速な第２の伝送速度で前記複数の子局へ信号を送信する光送信インタフェースと、
前記上位網から受信した信号を該信号の宛先である前記複数の子局の夫々に対応して蓄積するパケットバッファと、
前記パケットバッファに蓄積された信号の量に基づき、前記複数の子局の夫々に送信する信号の送信タイミングと伝送速度を決定し、該送信タイミングと伝送速度で前記光送信インタフェースから該複数の子局の夫々に信号を送信するとともに、該決定した送信タイミングと伝送速度を該複数の子局の夫々に通知する制御部とを備え、
前記複数の子局の夫々は、
前記第１の伝送速度または前記第２の伝送速度の信号を受信する光受信インタフェースと、
前記親局より通知された前記送信タイミングと伝送速度に基づいて前記光受信インタフェースを制御する制御部とを備える
ことを特徴とする受動光網システム。
【請求項２】
上記親局の制御部は、上記パケットバッファに蓄積された信号の量に基づき上記複数の子局の夫々に送信する信号の量を決定すると、
前記決定した信号の量が上記第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を下回る場合は、前記複数の子局への信号の伝送速度を該第１の伝送速度とし、該決定した信号の量が前記第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を上回る場合は、前記複数の子局の内の該任意の子局への信号の伝送速度を上記第２の伝送速度と決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の受動光網システム。
【請求項３】
上記親局の制御部は、上記パケットバッファに蓄積された信号の量に基づき上記複数の子局の夫々へ送信する信号の量を一定の周期毎に決める帯域制御部と、
前記決定された信号の量に基づき、前記信号を送信する親局の送信タイミングと伝送速度を決める送信タイミング制御部とを備えたことを特徴とする請求項１もしくは請求工２のいずれかに記載の受動光網システム。
【請求項４】
上記親局で決定した伝送速度の情報は、該親局から上記複数の子局へ送信されるフレーム信号の制御信号領域内に前記親局が決定した送信タイミングの情報と併せて挿入され、前記第1の伝送速度で該複数の子局の夫々に通知されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の受動光網システム。
【請求項５】
上記親局の制御部は、上記複数の子局宛の信号を時分割多重する送信タイミングの決定時、時分割多重の最後の子局宛の信号の後に複数バイトからなるダミー信号も挿入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の受動光網システム。
【請求項６】
上記親局の制御部は、上記複数の子局宛の信号を時分割多重する送信タイミングの決定時、任意の子局宛の信号の次に多重化する子局宛の信号の伝送速度が変わる場合、該次の子局宛の信号の前に複数バイトからなるダミー信号を挿入することを特徴とする請求項５に記載の受動光網システム。
【請求項７】
上記親局の制御部は、上記複数の子局宛の信号を時分割多重する送信タイミングの決定時、各子局宛の信号の間に複数バイトからなるダミー信号を挿入することを特徴とする請求項６に記載の受動光網システム。
【請求項８】
親局と複数の子局とが光スプリッタおよび複数の光ファイバから成る光ファイバ網で接続され、前記親局は、上位網から受信した前記複数の子局宛の信号を時分割多重したフレーム信号で前記光ファイバ網を介して前記複数の子局に対して同報送信し、前記複数の子局の夫々は、前記フレーム信号を受信して自局宛の信号を処理する受動光網システムの運用方法であって、
前記親局は、前記複数の子局の夫々に送信する信号の量に基づき、該親局から該複数の子局の夫々に送信する信号の送信タイミング、および、第１の伝送速度または該第１の伝送速度より高速な第２の伝送速度のいずれかの伝送速度を一定周期毎に決めて、該決定送信タイミングと伝送速度での信号送信と該決定送信タイミングと伝送速度の通知を該複数の子局の夫々に実施し、
前記複数の子局の夫々は、前記親局より通知された前記送信タイミングと伝送速度に基づいて前記第１の伝送速度または第２の伝送速度の信号を受信すること
を特徴とする受動光網システムの運用方法。
【請求項９】
上記伝送速度の決定は、上記送信する信号の量が上記第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を下回る場合は、上記複数の子局への信号の伝送速度を前記第１の伝送速度とし、該送信する信号の量が前記第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を上回る場合は、該複数の子局の内の任意の子局宛の信号の伝送速度を上記第２の伝送速度と決定することを特徴とする請求項８に記載の受動光網システムの運用方法。
【請求項１】
親局と複数の子局とが光スプリッタおよび複数の光ファイバから成る光ファイバ網で接続され、前記親局は、上位網から受信した前記複数の子局宛の信号を時分割多重したフレーム信号で前記光ファイバ網を介して前記複数の子局に同報送信し、前記複数の子局の夫々は、前記フレーム信号を受信して自局宛の信号を処理する受動光網システムであって、
前記親局は、
第１の伝送速度または該第１の伝送速度より高速な第２の伝送速度で前記複数の子局へ信号を送信する光送信インタフェースと、
前記上位網から受信した信号を該信号の宛先である前記複数の子局の夫々に対応して蓄積するパケットバッファと、
前記パケットバッファに蓄積された信号の量に基づき、前記複数の子局の夫々に送信する信号の送信タイミングと伝送速度を決定し、該送信タイミングと伝送速度で前記光送信インタフェースから該複数の子局の夫々に信号を送信するとともに、該決定した送信タイミングと伝送速度を該複数の子局の夫々に通知する制御部とを備え、
前記複数の子局の夫々は、
前記第１の伝送速度または前記第２の伝送速度の信号を受信する光受信インタフェースと、
前記親局より通知された前記送信タイミングと伝送速度に基づいて前記光受信インタフェースを制御する制御部とを備える
ことを特徴とする受動光網システム。
【請求項２】
上記親局の制御部は、上記パケットバッファに蓄積された信号の量に基づき上記複数の子局の夫々に送信する信号の量を決定すると、
前記決定した信号の量が上記第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を下回る場合は、前記複数の子局への信号の伝送速度を該第１の伝送速度とし、該決定した信号の量が前記第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を上回る場合は、前記複数の子局の内の該任意の子局への信号の伝送速度を上記第２の伝送速度と決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の受動光網システム。
【請求項３】
上記親局の制御部は、上記パケットバッファに蓄積された信号の量に基づき上記複数の子局の夫々へ送信する信号の量を一定の周期毎に決める帯域制御部と、
前記決定された信号の量に基づき、前記信号を送信する親局の送信タイミングと伝送速度を決める送信タイミング制御部とを備えたことを特徴とする請求項１もしくは請求工２のいずれかに記載の受動光網システム。
【請求項４】
上記親局で決定した伝送速度の情報は、該親局から上記複数の子局へ送信されるフレーム信号の制御信号領域内に前記親局が決定した送信タイミングの情報と併せて挿入され、前記第1の伝送速度で該複数の子局の夫々に通知されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の受動光網システム。
【請求項５】
上記親局の制御部は、上記複数の子局宛の信号を時分割多重する送信タイミングの決定時、時分割多重の最後の子局宛の信号の後に複数バイトからなるダミー信号も挿入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の受動光網システム。
【請求項６】
上記親局の制御部は、上記複数の子局宛の信号を時分割多重する送信タイミングの決定時、任意の子局宛の信号の次に多重化する子局宛の信号の伝送速度が変わる場合、該次の子局宛の信号の前に複数バイトからなるダミー信号を挿入することを特徴とする請求項５に記載の受動光網システム。
【請求項７】
上記親局の制御部は、上記複数の子局宛の信号を時分割多重する送信タイミングの決定時、各子局宛の信号の間に複数バイトからなるダミー信号を挿入することを特徴とする請求項６に記載の受動光網システム。
【請求項８】
親局と複数の子局とが光スプリッタおよび複数の光ファイバから成る光ファイバ網で接続され、前記親局は、上位網から受信した前記複数の子局宛の信号を時分割多重したフレーム信号で前記光ファイバ網を介して前記複数の子局に対して同報送信し、前記複数の子局の夫々は、前記フレーム信号を受信して自局宛の信号を処理する受動光網システムの運用方法であって、
前記親局は、前記複数の子局の夫々に送信する信号の量に基づき、該親局から該複数の子局の夫々に送信する信号の送信タイミング、および、第１の伝送速度または該第１の伝送速度より高速な第２の伝送速度のいずれかの伝送速度を一定周期毎に決めて、該決定送信タイミングと伝送速度での信号送信と該決定送信タイミングと伝送速度の通知を該複数の子局の夫々に実施し、
前記複数の子局の夫々は、前記親局より通知された前記送信タイミングと伝送速度に基づいて前記第１の伝送速度または第２の伝送速度の信号を受信すること
を特徴とする受動光網システムの運用方法。
【請求項９】
上記伝送速度の決定は、上記送信する信号の量が上記第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を下回る場合は、上記複数の子局への信号の伝送速度を前記第１の伝送速度とし、該送信する信号の量が前記第１の伝送速度で伝送可能な最大伝送量を上回る場合は、該複数の子局の内の任意の子局宛の信号の伝送速度を上記第２の伝送速度と決定することを特徴とする請求項８に記載の受動光網システムの運用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−１０２４８３（Ｐ２０１３−１０２４８３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８３９０５（Ｐ２０１２−２８３９０５）
【出願日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【分割の表示】特願２００９−１１６０６９（Ｐ２００９−１１６０６９）の分割
【原出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【分割の表示】特願２００９−１１６０６９（Ｐ２００９−１１６０６９）の分割
【原出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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