JP2004528784A

JP2004528784A - Point-to-multipoint passive optical network using variable length packets and variable length upstream time slots

Info

Publication number: JP2004528784A
Application number: JP2003500600A
Authority: JP
Inventors: クオ、ジャーチェン; クラマー、グレン; ペサベント、グリー
Original assignee: アロプティック、インク．
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2004-09-16
Also published as: CN1484933A; EP1342106A4; WO2002097476A3; EP1342106A2; WO2002097476A2

Abstract

ポイントツーマルチポイント受動光ネットワークは、伝送衝突を避けるため可変長時間スロットを伴う時分割多重化を利用して、下り方向のデータを光加入者線端局装置（ＯＬＴ）から複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）へ可変長パケットで送信し、上り方向のデータを前記ＯＮＵから前記ＯＬＴへ可変長パケットで送信する。１の実施形態では、このシステムは、ＯＮＵからの上り方向トラフィック需要に応じてＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを変更するため、ＯＬＴおよびＯＮＵと通信する時間スロットコントローラをさらに含む。さらなる実施形態では、前記時間スロットコントローラは、前記ＯＮＵの１つである第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応じて第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さを延長するためのロジックを含んでいる。さらなる実施形態では、前記時間スロットコントローラは、前記第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さの増加に応じて第２のＯＮＵ固有時間スロットの長さを短縮するためのロジックを含む。１の実施形態では、前記可変長下り方向パケットと前記可変長上り方向パケットとは、ＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされる。
【課題】
【解決手段】
【選択図】図７ＡThe point-to-multipoint passive optical network uses time division multiplexing with variable long time slots to avoid transmission collisions, and transfers data in the downstream direction from an optical network unit (OLT) to a plurality of optical network units. (ONU) in a variable length packet, and upstream data is transmitted from the ONU to the OLT in a variable length packet. In one embodiment, the system further includes a time slot controller communicating with the OLT and the ONU to change the length of the ONU-specific variable long time slot in response to upstream traffic demand from the ONU. In a further embodiment, the time slot controller includes logic for extending a length of a first ONU-specific time slot in response to increasing upstream traffic demand from one of the ONUs, the first ONU. Contains. In a further embodiment, the time slot controller includes logic for reducing the length of the second ONU-specific time slot in response to increasing the length of the first ONU-specific time slot. In one embodiment, the variable length downstream packets and the variable length upstream packets are formatted according to IEEE 802.3.
【Task】
[Solution]
[Selection diagram] FIG. 7A

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にブロードバンド光通信ネットワークに関し、より具体的にはポイントツーマルチポイント受動光ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの爆発的発展と、エンドユーザへの複数の通信サービスおよび娯楽サービス提供に対する要望により、エンドユーザへのアクセスを向上させるブロードバンドネットワークアーキテクチャへのニーズが高まっている。エンドユーザへのアクセスを向上させるブロードバンドネットワークアーキテクチャの１つは、ポイントツーマルチポイント受動光ネットワーク（ｐａｓｓｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｎｅｔｗｏｒｋ、略称ＰＯＮ）である。ポイントツーマルチポイントＰＯＮは、純粋に受動的な光分散ネットワークを介した、光加入者線端局装置（ｏｐｔｉｃａｌｌｉｎｅｔｅｒｍｉｎａｌ、略称ＯＬＴ）と複数の遠隔光ネットワークユニット（ｏｐｔｉｃａｌｎｅｔｗｏｒｋｕｎｉｔ、略称ＯＮＵ）との間のブロードバンド通信を容易にする光アクセスネットワークアーキテクチャである。ポイントツーマルチポイントＰＯＮは、受動光ファイバスプリッタと光カプラとを利用して、ＯＬＴと遠隔ＯＮＵとの間で受動的に光信号を分配する。
【０００３】
図１Ａおよび図１Ｂは、ポイントツーマルチポイントＰＯＮにおけるＯＬＴ１０２と３つのＯＮＵ１０４との間のネットワークトラフィックの上り方向および下り方向の流れを表している。これらの図ではＯＮＵが３つだけ示されているが、ポイントツーマルチポイントＰＯＮには３つ以上のＯＮＵを含めることが可能である。図１Ａでは、ＯＮＵ固有の情報ブロックを含む下り方向のトラフィックが前記ＯＬＴから送信されている。この下り方向トラフィックは、受動光スプリッタ１１２により、それぞれＯＮＵ固有の全情報ブロックを搬送する３つの個別信号へと光学的に分割される。各ＯＮＵは、そのＯＮＵ用に意図された前記情報ブロックを読み込み、他のＯＮＵ用に意図された情報ブロックは破棄する。例えば、ＯＮＵ−１は情報ブロック１と、情報ブロック２と、情報ブロック３とを受け取るが、情報ブロック１だけをエンドユーザ１に送信する。同様に、ＯＮＵ−２は情報ブロック２をエンドユーザ２へ、ＯＮＵ−３は情報ブロック３をエンドユーザ３へそれぞれ送信する。図１Ｂでは、送信時間スロットが前記ＯＮＵの専用にされている時分割多重化を利用して、上り方向のトラフィックが管理されている。これらの時間スロットは、各ＯＮＵからの上り方向情報ブロックが共通ファイバ（しばしば「トランク」と呼ばれる）１１０上で結合されたのち互いに干渉し合わないよう同期される。例えば、前記ＯＮＵ−１は前記情報ブロック１を第１の時間スロットで、前記ＯＮＵ−２は前記情報ブロック２を第２の非重複時間スロットで、そして前記ＯＮＵ−３は前記情報ブロック３を第３の非重複時間スロットでそれぞれ送信する。図１Ｂに示すように、すべての情報ブロックは非重複時間スロット内でトランク上を移動する。
【０００４】
ポイントツーマルチポイントＰＯＮは音声とデータとビデオとの統合サービス配信を意図しているため、既存のポイントツーマルチポイントＰＯＮは、音声とデータとビデオとの統合配信を単一通信チャネルで可能にするＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ＝通信品質）機能とともに設計されたＡＴＭデータリンクプロトコルに準拠して設計されてきている。パケット交換通信分野でよく知られているように、このＡＴＭプロトコルでは固定長５３バイトセル（４８バイトのペイロードと５バイトのオーバーヘッド）で情報を伝送する。ＡＴＭベースのポイントツーマルチポイントＰＯＮでは、固定長ＡＴＭセルを使って上下両方向の情報が伝送される。例えば米国特許第５，９７８，３７４号に開示されているとおり、上り方向トラフィック内の各時間スロットは、単一の固定長ＡＴＭセルと単一の固定長トラフィック制御フィールドとで満たされる。
【０００５】
このＡＴＭプロトコルは固定長５３バイトセルを使うが、多くの場合ＡＴＭネットワークでは広く使われているインターネットプロトコル（ＩＰ）に従ってフォーマットされたトラフィックを搬送することが要求される。このインターネットプロトコルでは、最高６５，５３５バイトの可変長データグラムへとセグメント化するデータが必要である。ＡＴＭベースのポイントツーマルチポイントＰＯＮがＩＰトラフィックを搬送できるようにするには、ＩＰデータグラムを４８バイトのセグメントに分割し、それに５バイトのヘッダを追加しなければならない。すべての入信ＩＰデータグラムを４８バイトのセグメントに分割し、それらに５バイトのヘッダを追加すると、大量のオーバーヘッドが生じてポイントツーマルチポイントＰＯＮにおける貴重な帯域幅が消費されてしまう。このＡＴＭヘッダによる消費帯域幅の増加に加え、ＩＰデータグラムをＡＴＭセルに変換する工程は時間がかかり、特殊な工程に特化したハードウェアがＯＬＴおよびＯＮＵのコストを上げることにもなる。
【０００６】
これまでポイントツーマルチポイントＰＯＮに組み込まれてきているもう１つのデータリンクプロトコルは、ＩＥＥＥ８０２．３プロトコルである（一般に「イーサネット」と呼ばれる）。イーサネットでは、ペイロードデータ（ＩＰデータグラムなど）を最高１，５１８バイトの可変長パケットで搬送する。イーサネットプロトコルデータの単位は「パケット」と呼ばれるが、このプロトコルデータ単位は一般に「フレーム」とも呼ばれる。ポイントツーマルチポイントＰＯＮで最高１，５１８バイトの可変長パケットを使うと、ＡＴＭベースのポイントツーマルチポイントＰＯＮのオーバーヘッドと比べ、ＩＰトラフィックのオーバーヘッドを大幅に削減できる。このオーバーヘッド削減に加え、イーサネットネットワーク部品は比較的低価格でもある。
【０００７】
イーサネットネットワーク内の複数のステーションが共通の物理伝送路を共有する場合、イーサネットプロトコルでは衝突検出型搬送波検知多重アクセス（ｃａｒｒｉｅｒｓｅｎｓｅｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓ／ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌ、略称ＣＳＭＡ／ＣＤ）をメディアアクセス制御機構として利用し、伝送するトラフィック間の衝突を回避する。ＣＳＭＡ／ＣＤは、複数のステーションを同期する必要がない効率的なメディアアクセス制御プロトコルである。ＣＳＭＡ／ＣＤをイーサネットネットワークに適用する際、ネットワーク上の全ステーションにより検出できない衝突を避けるには、パケットの最小長がネットワークの最大往復伝搬時間より長くなければならない。すなわち、複数ステーションイーサネットネットワークにおけるユーザ間の最大距離は、コリジョンドメイン（衝突ドメイン）により制限される。例えば、１Ｇｂ／ｓで動作するイーサネットネットワークの場合、ステーション間の最大距離はＣＳＭＡ／ＣＤにより約２００メートルに制限される。ポイントツーマルチポイントＰＯＮの市場販売を実現するには、ＯＬＴとＯＮＵとの距離をＣＳＭＡ／ＣＤの許す最大距離より長くできるようにする必要がある。コリジョンドメインの制約に加え、ＣＳＭＡ／ＣＤに依存するイーサネットネットワークは非決定論的でもある。つまり、ＯＬＴとＯＮＵとの間のトラフィックについてＱｏＳは保証されないのである。
【０００８】
ＣＳＭＡ／ＣＤを利用したＡＴＭベースのポイントツーマルチポイントＰＯＮとイーサネットベースのポイントツーマルチポイントＰＯＮとにおける制約を考慮すると、可変長パケットを使いＯＬＴおよびＯＮＵ間の最大許容距離を長くするポイントツーマルチポイントＰＯＮが必要になる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ポイントツーマルチポイント通信用のシステムおよび方法には、下り方向のデータが可変長パケットでＯＬＴから複数のＯＮＵへ送信され、上り方向のデータは、伝送衝突を防ぐため可変長時間スロットを伴う時分割多重化を利用した可変長パケットでＯＮＵからＯＬＴへ送信されるＰＯＮが必要である。ＩＰデータなどのデータを伝送するため固定長ＡＴＭセルの代わりに可変長パケットを利用すると、ＡＴＭベースのポイントツーマルチポイントＰＯＮと比べて伝送オーバーヘッドが削減される。上り方向の伝送衝突を避けるため時分割多重化を使うと、ＣＳＭＡ／ＣＤをメディアアクセス制御プロトコルとして使う共有メディアネットワークにおける距離制限が取り除かれ、上り方向のデータ送信に可変長時間スロットを利用すると、ＯＮＵ間で利用可能な上り方向の伝送帯域幅の提供が柔軟に行える。
【００１０】
ポイントツーマルチポイント光通信システムの実施形態は、ＯＬＴと、このＯＬＴに受動光ネットワークで接続された複数のＯＮＵとを含み、下り方向のデータは前記ＯＬＴから前記ＯＮＵへＰＯＮ経由で送信され、上り方向のデータは前記ＯＮＵから前記ＯＬＴへＰＯＮ経由で送信される。前記ＯＬＴは、下り方向のデータを受動光ネットワークを介して可変長下り方向パケットで送信する。前記ＯＮＵは、時分割多重化を使って、上り方向のデータを受動光ネットワークを通じＯＮＵ固有の可変長時間スロット内で送信し、このＯＮＵ固有の可変長時間スロットは、複数の可変長上り方向パケットで満たされる。
【００１１】
１の実施形態では、このシステムは、ＯＮＵからの上り方向トラフィック需要に応じてＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを変更するため、ＯＬＴおよびＯＮＵと通信する時間スロットコントローラをさらに含む。前記時間スロットコントローラは、第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応じて第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さを延長するためのロジックを含んでおり、前記第１のＯＮＵは前記ＯＮＵの内の１つである。さらなる実施形態では、前記時間スロットコントローラは、前記第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さの増加に対応するため第２のＯＮＵ固有時間スロットの長さを短縮するためのロジックを含む。
【００１２】
１の実施形態では、このシステムは、前記ＯＮＵへ向けて下り方向に送られ前記上り方向データ伝送に同期するスーパーフレームを生成する前記ＯＬＴ内に時分割多重化（ＴＤＭ）コントローラを含むものである。更なる他の実施形態では、前記時間スロットコントローラはトラフィック需要データに応じて時間スロットテーブルを生成するものであり、前記ＯＮＵはスーパーフレームの受信に応じて新規時間スロットテーブルを用い始めるものである。
【００１３】
１の実施形態では、前記可変長下り方向パケットはＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされる。１の実施形態では、前記可変長下り方向パケットはＩＰデータグラムを含み、さらなる実施形態では、この可変長下り方向パケットの長さはこのＩＰデータグラムの長さに関係している。
【００１４】
さらなる実施形態では、前記可変長上り方向パケットはＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされる。１の実施形態では、前記可変長上り方向パケットはＩＰデータグラムを含み、さらなる実施形態では、この可変長上り方向パケットの長さはこのＩＰデータグラムの長さに関係している。
【００１５】
本発明では、ポイントツーマルチポイントＰＯＮにおいてＯＬＴと複数のＯＮＵとの間で情報を交換するための方法であって、下り方向のデータを可変長下り方向パケットでＯＬＴからＯＮＵへ送信する工程と、伝送衝突を防ぐため時分割多重化を利用して上り方向のデータをＯＮＵ固有の可変長時間スロットでＯＮＵからＯＬＴへ送信する工程とを含み、前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットは可変長の上り方向パケットで満たされる、ポイントツーマルチポイントＰＯＮにおいてＯＬＴと複数のＯＮＵとの間で情報を交換するための方法が提供される。
【００１６】
１の実施形態における方法は更に、前記ＯＮＵからの上り方向トラフィック需要に応じて前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを変更する工程を含むものである。更なる実施形態における方法は更に、第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応じて第１のＯＮＵ固有の可変長時間スロットの延長する工程を含むものであり、前記第１のＯＮＵは前記ＯＮＵの内の１つである。更なる実施形態の方法は、前記第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さの増加に対応して第２のＯＮＵ固有時間スロットの長さを短縮する工程を含むものである。
【００１７】
他の実施形態における方法は、第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応じて第１のＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを短縮する工程を含むものであり、前記第１のＯＮＵは前記複数のＯＮＵの１つである。
【００１８】
１の実施形態では、前記可変長下り方向パケットおよび前記可変長上り方向パケットはＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされる。１の実施形態では、前記可変長下り方向パケットおよび前記可変長上り方向パケットはヘッダおよびペイロードを含み、これら可変長パケットの長さは、その可変長パケットのペイロードに含まれるＩＰデータグラムの長さに関係している。
【００１９】
１の実施形態は、下り方向ＩＰデータグラムを可変長下り方向パケットに挿入する工程と、上り方向ＩＰデータグラムを可変長上り方向パケットに挿入する工程とを含んでいる。１の実施形態では、前記可変長下り方向パケットおよび前記可変長上り方向パケットはＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされる。
【００２０】
１の実施形態では、前記下り方向のデータを可変長下り方向パケットでＯＬＴからＯＮＵへ送信する工程は、下り方向の同期マーカを一定の時間間隔で送信する工程を含む。
【００２１】
１の実施形態では、前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットは複数の可変長パケットで満たされる。
【００２２】
本発明の他の観点と顕著な効果は、次の発明の実施の形態の項の説明と、本発明の原理を例示する添付図面を参照することでより明確に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ポイントツーマルチポイント通信用のシステムおよび方法はＰＯＮを含み、このＰＯＮで下り方向のデータが可変長パケットでＯＬＴから複数のＯＮＵへ送信され、上り方向のデータは、伝送衝突を防ぐため可変長時間スロットを伴う時分割多重化を利用した可変長パケットでＯＮＵからＯＬＴへ送信される。１の実施形態では、このシステムは、ＯＮＵからの上り方向トラフィック需要に応答してＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを変更するため、ＯＬＴおよびＯＮＵと通信する時間スロットコントローラをさらに含む。さらなる実施形態では、前記時間スロットコントローラは、第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応じて第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さを延長するためのロジックを含んでいる。さらなる実施形態では、前記時間スロットコントローラは、前記第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さの増加に対応するため第２のＯＮＵ固有時間スロットの長さを短縮するためのロジックを含む。
【００２４】
図２はポイントツーマルチポイントＰＯＮ２００の例を示したものである。このポイントツーマルチポイントＰＯＮは、受動光分散ネットワークで接続されたＯＬＴ２０２と複数のＯＮＵ２０４とを含んでいる。１の実施形態では、前記ＯＬＴ２０２は中央オフィスやヘッドエンドステーションなどのサービスステーション２０１に接続されている。このサービスステーションで提供されるサービスには、データネットワークアクセス、音声ネットワークアクセス、ビデオネットワークアクセスなどを含めることができる。このサービスステーションと前記ＯＬＴとの間に使われる接続プロトコルの例としては、ＯＣ-ｘ、イーサネット、Ｅ１／Ｔ１、ＤＳ３、ブロードバンドビデオなどが挙げられる。１の実施形態では、前記ＯＮＵは単一または複数のエンドユーザシステム２１４に接続されており、それにＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、パーソナルコンピュータ、ＰＢＸ（構内交換機）、電話、セットトップボックス、テレビなどが含まれてもよい。エンドユーザシステムと前記ＯＮＵとの間に使われる接続プロトコルの例としては、１０／１００Ｍｂ／ｓイーサネット、Ｔ１、一般電話サービス（ＰＯＴＳ）などが挙げられる。
【００２５】
図２に示した前記受動光分散ネットワークは、受動光スプリッタ／カプラ２１２により接続された共通光ファイバ２１０（トランクファイバ）と複数のＯＮＵ固有のファイバ２１６とを含むツリートポロジーを有する。下り方向へ（前記ＯＬＴ２０２から前記ＯＮＵ２０４へ）送信された光信号は、それぞれが同じ情報を搬送する複数のＯＮＵ固有光信号に光学的に分割される。上り方向へ（ＯＮＵからＯＬＴへ）送信される光信号は、前記カプラと前記ＯＬＴとの間に接続されたトランクファイバへと光学的に結合される。以下で詳述するように、上り方向の場合は、２つ以上のＯＮＵからの上り方向送信の衝突を回避するため可変長時間スロットを伴う時分割多重化が使われている。
【００２６】
図２の実施形態では、下り方向の光信号が上り方向の光信号とは異なる波長（または周波数）で送信されている。１の実施形態では、下り方向のトラフィックは１５５０ｎｍの波長帯域で送信され、上り方向のトラフィックは１３１０ｎｍの波長帯域で送信される。上り方向と下り方向で異なる波長を使用すると、衝突に干渉することなく、単一の光ファイバで同時に上下両方向のトラフィックを搬送できるようになる。代替実施形態では、受動光分配ネットワーク用に上下方向にそれぞれ別個のファイバを使うことができる。また、伝送帯域幅を広げるため、下り方向および上り方向（またはそのいずれか）に波長分割多重方式（ＷＤＭ）を使うこともできる。
【００２７】
図２の前記受動光分配ネットワークはツリートポロジーを有しているが、代わりに別のネットワークトポロジーを使うことも可能である。この代替ネットワークトポロジーには、バストポロジーやリングトポロジーなどがある。また図２の分配ネットワークには、ネットワークコンポーネント間に単一のファイバ接続しか示されていないが、耐障害安全性のためネットワークコンポーネント間に冗長ファイバを追加してもよい。
【００２８】
図３は、図２のポイントツーマルチポイントＰＯＮにおけるＯＬＴの例３０２の展開図である。このＯＬＴ３０２に含まれる機能部は、パケットコントローラ３２０と、時分割多重化（ＴＤＭ）コントローラ３２２と、時間スロットコントローラ３２３（図示せず）と、光送信機３２４と、光受信機３２６とである。このＯＬＴには、図示されていない他のよく知られた機能部を含めてもよい。パケットコントローラは、下り方向のデジタルデータをサービスステーションから受け取り可変長パケットにフォーマットする。このパケットコントローラは、ハードウェアおよびソフトウェア（またはそのいずれか）で具現化でき、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）と呼ばれることもある。１の実施形態において、各可変長パケットは、パケットの先頭に固定長のヘッダを、ヘッダの後に可変長ペイロードを、そしてパケットの末尾に固定長エラー検出フィールド（フレームチェックシーケンス（ｆｒａｍｅｃｈｅｃｋｓｅｑｕｅｎｃｅ、略称ＦＣＳ）フィールド）をそれぞれ含む。１の実施形態では、下り方向の可変長パケットはＩＥＥＥ８０２．３規格（一般にイーサネットと呼ばれる）または関連する任意のＩＥＥＥ８０２．３ｘ準規格に従ってフォーマットされる。１の実施形態では、この下り方向の可変長パケットは、ＩＥＥＥ８０２．３ｚ（一般に「ギガビットイーサネット」と呼ばれる）で定義されているとおり、毎秒１ギガバイト（Ｇｂ／ｓ）のレートで送信されるが、それ以上またはそれ以下の伝送速度も可能である。
【００２９】
１の実施形態では、下り方向のデジタルデータの大部分は、最大６５，５３５バイトサイズのＩＰデータグラムに含まれて前記パケットコントローラ３２０に到着する。このパケットコントローラ３２０は受け取ったＩＰデータグラムからヘッダ情報を読み込み、このＩＰデータグラムをペイロードとして含む可変長パケットを生成する。１の実施形態では、各可変長パケットの長さは、このペイロード内に含まれるＩＰデータグラムの長さに関係している。すなわち、下り方向のＩＰデータグラムが１００バイトであれば、前記可変長パケットは１００バイトのペイロードとパケットオーバーヘッド（ヘッダおよびエラー検出フィールド）を含み、ＩＰデータグラムが１０００バイトであれば、前記可変長パケットは１０００バイトのペイロードとパケットオーバーヘッドを含む。パケットがＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされる１の実施形態では、パケットの最大長は１，５１８バイトである（１，５００バイトのペイロードおよび１８バイトのパケットオーバーヘッド）。ＩＰデータグラムが１，５００バイトを超えると、そのＩＰデータグラムは、複数のＩＰデータグラムに分割されて複数の可変長パケットで搬送される。上記とは対照的に、ＡＴＭベースのポイントツーマルチポイントＰＯＮでは、もとのＩＰデータグラムのサイズにかかわらず、ＩＰデータグラムが４８バイトのセグメントに分割され５バイトのヘッダが追加されて、各ＡＴＭセルが作成される。ネットワークトラフィックの大部分がＩＰトラフィックからなる場合、ポイントツーマルチポイントＰＯＮにおけるデータリンクプロトコルとしてＡＴＭを使用すると、オーバーヘッドにより消費される帯域幅の量が著しく増加する。ＩＰは一般的な上層プロトコルとして記述されるが、ＩＰＸやＡｐｐｌｅＴａｌｋなど他のプロトコルはＰＯＮで搬送できる。
【００３０】
図３に示された前記ＯＬＴ３０２の前記ＴＤＭコントローラ３２２は、前記ＯＬＴから前記ＯＮＵへのトラフィックの下り方向の流れを制御する。具体的には、このＴＤＭコントローラ３２２は下り方向のフレーミングを制御し、下り方向に送信する必要のある可変長パケットに帯域幅を割り当てる。このＴＤＭコントローラ３２２はハードウェアおよびソフトウェア（またはそのいずれか）で具現化できる。
【００３１】
時間スロットコントローラ３２３は、ＯＮＵからの上り方向トラフィックの時限多重化に用いられる可変長時間スロットの長さを制御するロジックを含む。より具体的には、時間スロットコントローラは、各ＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さ（送信間隔として定義される）を書き取ることにより各ＯＮＵに送信機能を提供する。ＯＮＵからの上り方向トラフィック需要が変更すると、時間スロットコントローラはＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを変更させて上り方向トラフィック需要の変更に対する最善の調節をする。時間スロットコントローラのより詳細な機能の説明は、図７Ａから７Ｃを参照して後述される。
【００３２】
前記光送信機３２４および前記光受信機３２６は、光信号と電気信号との間のインタフェースを提供する。光送信機と光受信機は、ポイントツーマルチポイントＰＯＮの分野でよく知られているため、ここでは詳述しない。
【００３３】
図４は、前記ＯＬＴから前記ＯＮＵへの可変長パケットによる下り方向トラフィックの例を示している。１の実施形態では、この下り方向トラフィックは固定送信間隔である下り方向フレームへとセグメント化される。各下り方向フレームは複数の可変長パケットを搬送する。１の実施形態では、同期マーカ４３８の形のクロッキング情報が各下り方向フレームの先頭を表す。１の実施形態では、この同期マーカはＯＮＵをＯＬＴと同期させるため２ｍｓごとに送信される１バイトコードである。１の実施形態では、同期マーカは２ｍｓごとに送信される。
【００３４】
図４の実施形態では、各可変長パケットは、各パケットの上の番号１〜Ｎで示されているように特定のＯＮＵに読み込まれるよう意図されている。１の実施形態では、この可変長パケットはＩＥＥＥ８０２．３規格に従ってフォーマットされ、１Ｇｂ／ｓで下り方向へ送信される。可変長パケット４３０の展開図には、この可変長パケット４３０のヘッダ４３２と、可変長ペイロード４３４と、エラー検出フィールド４３６とが示されている。この可変長パケット４３０は可変長ペイロードを有するため、各パケットのサイズは、ペイロード内で搬送されるＩＰデータグラムなど、ペイロードのサイズに関係する。図４の各可変長パケット特定は特定のＯＮＵ（ユニキャストパケット）により読み込まれるよう意図されているが、一部のパケットはすべてのＯＮＵ（ブロードキャストパケット）または特定グループのＯＮＵ（マルチキャストパケット）により読み込まれるよう意図されている。
【００３５】
図５は、図２のポイントツーマルチポイントＰＯＮにおけるＯＮＵの例５０４の展開図である。このＯＮＵ５０４に含まれる機能部は、パケットコントローラ５２０と、ＴＤＭコントローラ５２２と、光送信機５２４と、光受信機５２６である。このＯＮＵには、図示されていない他のよく知られた機能部を含めてもよい。前記パケットコントローラ５２０は上り方向のデジタルデータをエンドユーザシステムから受け取り、この上り方向のデジタルデータを、上述の下り方向トラフィックと同様にそれぞれがヘッダと、ペイロードと、エラー検出フィールドを含む可変長パケットにフォーマットする。このパケットコントローラ５２０は、ハードウェアおよびソフトウェア（またはそのいずれか）で具現化でき、ＭＡＣユニットと呼ばれることもある。下り方向トラフィックについては、１の実施形態では、前記上り方向可変長パケットがＩＥＥＥ８０２．３規格に従ってフォーマットされ、１Ｇｂ／ｓのレートで転送される。１の実施形態では、前記上り方向デジタルデータの大部分はＩＰデータグラムに含まれて前記パケットコントローラに到着する。１の実施形態では、このパケットコントローラは上り方向のＩＰデータグラムからヘッダ情報を読み込み、このＩＰデータグラムをペイロードとして含む可変長パケットを生成する。１の実施形態では、各上り方向可変長パケットの長さは、それに対応するＩＰデータグラムの長さに関係している。多数の導入例では、この上り方向トラフィックはイーサネット接続を介してＯＮＵに到着するため、このトラフィックをイーサネットパケットにフォーマットし直す必要はない。
【００３６】
各ＯＮＵ５０４の前記ＴＤＭコントローラ５２２は、図５に示すように各ＯＮＵからＯＬＴへの上り方向トラフィックの流れを制御する。具体的には、各前記ＯＮＵ５０４用の前記ＴＤＭコントローラ５２２は、前記ＯＬＴと関連して、各前記ＯＮＵ５０４が時分割多重接続方式（ＴＤＭＡ）プロトコルの指定された可変長時間スロットで確実に上り方向可変長パケットを送信するようにする。複数のＯＮＵ間で伝送を同期するため、これらのＯＮＵはＯＬＴからのタイミング情報を使って同期化クロックを維持する。動作中、各ＯＮＵは、複数のＯＮＵからの上り方向送信がトランクファイバに終結されたのち互いに衝突しないよう確立されたＯＮＵ固有の可変長時間スロットを前記ＯＬＴにより割り当てられる。すなわち、このＯＮＵ固有の可変長時間スロットは、トランクファイバ上で時間的に重複しない。ここで注意すべき点は、従来技術のイーサネットネットワークが、メディアアクセス制御プロトコルとしてＣＳＭＡ／ＣＤを使うことにより共有メディアを介したすべての伝送が衝突なしに各最終目的地に到達できるようにしていることである。ＣＳＭＡ／ＣＤはＯＮＵ間の最大距離を制限するため、ローカルアクセスネットワークアーキテクチャとしてのイーサネットおよびＣＳＭＡ／ＣＤベースのポイントツーマルチポイントＰＯＮの実現可能性をも制限する。メディアアクセス制御プロトコルとして時分割多重化を採用すると、ＯＮＵ間の距離はＣＳＭＡ／ＣＤコリジョンドメインにより制限されなくなる。
【００３７】
図６は、複数の前記ＯＮＵ２０４からの上り方向トラフィック間の衝突を回避するため時分割多重化された、図２の前記共通光ファイバ２１０への上り方向トラフィックの例を示している。図６の実施形態では、上り方向のトラフィックは上り方向のフレームへとセグメント化され、各上り方向フレームはさらにＯＮＵ固有の可変長時間スロットへとセグメント化される。図６のこの可変長時間スロットは、同じ長さを有するものとして図示されているが、図７Ａ〜図７Ｃを参照して説明されているように、これら可変長時間スロットの長さは変更可能である。１の実施形態では、前記上り方向のフレームは例えば２ｍｓの連続的な送信間隔により形成される。１の実施形態では、各システムフレームの先頭はフレームヘッダ（図示せず）により識別される。前記上り方向のフレームは、異なるトラフィック需要に応えるため、または異なるトラフィックパターンを作成するため、固定長でも可変長でもよい。
【００３８】
前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットは、特定のＯＮＵからのパケット送信専用の各上り方向フレーム内の送信間隔である。１の実施形態では、各ＯＮＵは各上り方向フレーム内に専用のＯＮＵ固有可変長時間スロットを有している。例えば図６では、各上り方向フレームは、それぞれＯＮＵ１〜Ｎに関連付けられたＮ個の可変長時間スロットに分割される。等しい帯域幅の割り当てを有する２ｍｓの上り方向フレームと３２個のＯＮＵとを含む１の実施形態では、各時間スロットは約６２．５μｓ未満の送信時間を表している。上り方向送信レートが１Ｇｂ／ｓの場合、各時間スロットは約７，８００バイトを搬送する。
【００３９】
各ＯＮＵ用のＴＤＭコントローラは、ＯＬＴからのタイミング情報を参照して前記可変長パケット６３０の送信タイミングを前記専用のＯＮＵ固有可変長時間スロット内で制御し、前記ＯＬＴ３０２内の前記時間スロットコントローラ３２３は、前記システムフレーム内の各ＯＮＵ固有の時間スロットの長さを決定する。図６は、２つの可変長パケット６４０および６４２と、いくらかの時間スロットオーバーヘッド６４４とを含んだＯＮＵ固有の可変長時間スロット（ＯＮＵ−４専用の時間スロットなど）の展開図である。１の実施形態では、この時間スロットオーバーヘッドに保護周波数帯と、タイミングインディケータと、信号パワーインディケータとを含む。図６はＯＮＵ固有の可変長時間スロット６３０内の可変長パケットを２だけ示しているが、各時間スロットでより多くの可変長パケットを送信することも可能である。同様に、ＯＮＵから送信するトラフィックがない場合、時間スロットはアイドル信号で満たすことができる。
【００４０】
図６は、前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットに含まれる可変長パケット６４２の展開図でもある。この可変長パケット６４２の展開図には、ヘッダ６３２と、可変長ペイロード６３４と、エラー検出フィールド６３６とが示されている。図６の実施形態では、この可変長パケット６４２のペイロード６３４はＩＰデータグラムまたはＩＰデータグラムの一部であり、この可変長パケット６４２の長さはこのＩＰデータグラムの長さに関係している。
【００４１】
図７Ａから７Ｃは、ＯＮＵからの上り方向トラフィック需要に応じてＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さが時間スロットコントローラによりどのように変更するかを例示している。図６においてＯＮＵ固有の可変長時間スロットは全て同じ長さを有し、図７Ａから７ＣにおいてＯＮＵ固有の可変長時間スロットは異なる長さを有し、ＯＮＵからの上り方向トラフィック需要における変更に対応するよう変更される。図７Ａの例を参照すると、ＯＮＵ固有の時間スロットの長さ４は図６の時間スロット割り当てから延長されており、ＯＮＵ固有の時間スロット２及び３の長さは図６の時間スロット割り当てから短縮されている。上り方向フレームの長さが固定される実施例においては、あるＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを延長する場合、上り方向フレーム内で時間スロットの全長を保つために他のＯＮＵ固有の可変長時間スロットの全長を同等に短縮する必要がある。ＯＮＵ固有の時間スロット４の長さが延長されたことにより、図６に示される時間スロット割り当てを伴う場合よりもＯＮＵ‐４はより多くのデータを複数のフレーム間隔上で送信することができる。同様に、ＯＮＵ固有の時間スロット２及び３の長さが短縮されたことにより、図６に示される時間スロット割り当てを伴う場合よりもＯＮＵ−２及びＯＮＵ−３はより少ないデータを複数のフレーム間隔上で送信することができる。
【００４２】
図７Ｂは、上り方向フレームの間隔内においてＯＮＵ固有の可変長時間スロットの割り当ての他の変更を示す。図７Ｂに示されるように、ＯＮＵ固有の可変長時間スロット１及び２は図７Ａの割り当てよりもサイズが延長され、ＯＮＵ固有の可変長時間スロット４は図７Ａの割り当てよりもサイズが短縮され、ＯＮＵ固有の可変長時間スロット３及びＮは図７Ｃの割り当てにサイズの変更はない。
【００４３】
図７Ｃは、上り方向フレームの間隔内においてＯＮＵ固有の可変長時間スロットの割り当ての他の変更を示す。図７Ｃに示されるように、ＯＮＵ固有の可変長時間スロット４は図７Ｂの割り当てよりもサイズが延長され、ＯＮＵ固有の可変長時間スロット１、２及びＮは図７Ｂの割り当てよりもサイズが短縮され、ＯＮＵ固有の可変長時間スロット３は取り除かれている。１の実施例においては、ＯＮＵが送信用の上り方向トラフィックを有さない場合、全ＯＮＵ固有の可変長時間スロットは取り除くことができる。他の実施例において、ＯＮＵ固有の可変長時間スロットは、例えばアイドル信号又は上り方向の動作少量及びメンテナンス情報を含む少量のトラフィックのみを運ぶものでもよい。
【００４４】
同期方式における可変長時間スロットの長さを変更する技術は図８及び９を参照して述べられる。この技術は時間スロットテーブル及び同期フレームを用いて同期方式における可変長時間スロットの長さを変更するものである。時間スロットテーブルは、各ＯＮＵの時間スロット割り当て情報を含むＯＬＴの時間スロットコントローラからＯＮＵへ送られた一連の情報である。１の実施例においては、時間スロットテーブルは時間スロット番号、開始位置、および各ＯＮＵの各可変長時間スロットの長さを含む。１の実施例においては、時間スロットテーブルにおけるタイミング情報は、各上り方向フレームインジケータの始めからのカウント番号として識別される。例えば、２５ＭＨｚクロックに調節された２ｍｓの上り方向フレームは５０，０００カウントを有する。ＯＮＵのための時間スロットの分配を適切に変更するため、全てのＯＮＵのための時間スロットの分配を同時に変更しなければならない。従って、全てのＯＮＵは同時にスロットテーブル情報を受信する。変更が実行され、新規時間スロットへの転換が全ＯＮＵにわたって同時に実行されなければならない。
【００４５】
可変長時間スロットの長さを変更する技術によると、同期フレーム（「スーパーフレーム」と参照される）はＯＬＴによって下り方向へ送られる。１の実施形態において、スーパーフレームはＴＤＭコントローラ３２２によって生成され、固定された時間間隔で下り方向に送られる。１の実施形態において、スーパーフレームは独自の１０ビットのスーパーフレームインジケータによって識別される。このスーパーフレームは、上り方向送信用としてＯＮＵに用いられるべき最新の時間スロットテーブルを識別する。ＯＬＴの時間スロットコントローラが新規時間スロットテーブルを生成し、ＯＮＵが新規時間スロットテーブルを受信した場合、ＯＮＵはスーパーフレームインジケータを受信後直ちに新規時間スロットテーブルを上り方向送信に使用し始める。新規時間スロットテーブルは、次のスーパーフレームがＯＮＵによって受信されるまで、全ての連続的な上り方向フレーム用として時間スロットのを割り当てに使用される。１の実施形態においては、新規時間スロットテーブルが全てのスーパーフレームのために生成され、別の実施形態においては、新規時間スロットテーブルが上り方向トラフィックロードの変更における埋め合わせの必要性に応じて生成される。１の実施形態においては、スーパーフレームインジケータは６０ｍｓ毎に送られ、各スーパーフレームは各２ｍｓフレームである３０の上り方向フレームを含む。６０ｍｓスーパーフレームにより、可変長ＯＮＵ固有の時間スロットの長さは６０ＭＳ毎に変更される。
【００４６】
図８は時間スロット制御技術の工程図を示すものであり、図９は図８に示された工程との関連におけるスーパーフレーム、フレーム、及び時間スロットに関する上り方向トラフィックのタイミングを示すものである。図８を参照すると、工程８０２においては、スーパーフレームインジケータがＯＮＵに到着する。工程ＡＮにおいては、ＯＮＵが時間スロットテーブルＮを用いて動作し始める。例えば、時間スロットテーブルＮは開始時間スロットテーブルとして提供され、ＯＮＵは以前ＯＬＴの時間スロットコントローラから受信した時間スロットテーブルを有するものとする。図９を参照すると、工程ＡＮは第１のスーパーフレームの開始において生じ、時間スロットは図６に示されるように均等に割り当てられる。工程ＢＮにおいて、ＯＬＴは時間スロットテーブルＮ＋１をＯＮＵへ送信し、ＯＮＵは新規時間スロットテーブルＮ＋１を受信する。図９を参照すると、工程ＢＮは示された時間間隔に生じる。工程ＣＮにおいて、ＯＮＵは時間スロットテーブルＮ＋１を受信したことを確認し、現在のＯＮＵ固有トラフィック需要データをＯＬＴに送信する。現在のトラフィック需要データは待ち行列の長さ、遅延情報、及び帯域幅保留情報を含むものであってもよい。図９を参照すると、工程ＣＮは示された時間間隔に生じる。工程ＤＮにおいて、ＯＬＴは現在のトラフィックロードデータをＯＮＵから受信し、ＯＬＴはＯＮＵから受信した現在のトラフィックロードデータを参考にして新規時間スロットテーブル、時間スロットテーブルＮ＋２を生成する。図９を参照すると、工程ＤＮは示された時間間隔に生じる。
【００４７】
決定位置８０４において、新規スーパーフレームインジケータがＯＮＵに到着するか否かが決定される。新規スーパーフレームインジケータがＯＮＵに到着しない場合、アクティブ時間スロットテーブルにおける変更は生じない。しかしながら、新規スーパーフレームインジケータがＯＮＵに到着した場合、工程ＡＮ＋１において、ＯＮＵが時間スロットテーブルＮ＋１を用いて動作し始める。図９を参照すると、工程ＡＮ＋１は第２のスーパーフレームの開始において生じ、時間スロットは図７Ａに示されるようにフレーム毎に割り当てられる。工程ＢＮ＋１において、ＯＬＴは時間スロットテーブルＮ＋２をＯＮＵに送信し、ＯＮＵは新規時間スロットテーブルＮ＋２を受信する。図９を参照すると、工程ＢＮ＋１は示された時間間隔に生じる。工程ＣＮ＋１において、ＯＮＵは時間スロットテーブルＮ＋２を受信したことを確認し、現在のＯＮＵ可変長トラフィックロードデータをＯＬＴに送信する。図９を参照すると、工程ＣＮ＋１は示された時間間隔に生じる。工程ＤＮ＋１において、ＯＬＴは現在のトラフィックロードデータをＯＮＵから受信し、ＯＬＴはＯＮＵから受信した現在のトラフィックロードデータを参考にして新規時間スロットテーブル、時間スロットテーブルＮ＋３を生成する。図９を参照すると、工程ＤＮ＋１は示された時間間隔に生じる。
【００４８】
決定位置８０６において、新規スーパーフレームインジケータがＯＮＵに到着するか否かが決定される。新規スーパーフレームインジケータがＯＮＵに到着しない場合、アクティブ時間スロットテーブルにおける変更は生じない。しかしながら、新規スーパーフレームインジケータがＯＮＵに到着した場合、工程ＡＮ＋２において、ＯＮＵが時間スロットテーブルＮ＋２を用いて動作し始める。図９を参照すると、工程ＡＮ＋２は第２のスーパーフレームの開始において生じ、時間スロットは図７Ｂに示されるようにフレーム毎に割り当てられる。
【００４９】
処理は継続され、時間スロットの長さが同期方式における現在のトラフィックロードデータに対応して継続的に適合される。別の実施形態においては、工程ＢＸ、ＣＸ、及びＤＸは図９に示されるように完全に連続した動作ではない。すなわち、これら動作のいくつかは同時に生じるものであってもよい。他の実施形態においては、次の時間スロットテーブルがＯＬＴによって生成され、連続するスーパーフレームの代わりに同じスーパーフレームにおいてＯＮＵへ送信される。
【００５０】
１の実施形態において、上り方向フレームの長さは必要に応じて変更される。１の実施形態において、各上り方向フレームの長さはスーパーフレームの倍数であり、例えばスーパーフレームの１／１０、１／１５、１／２０、１／２５である。倍数はトラフィック需要に応じて変更され、特定のトラフィックパターンを作り出すことができる。
【００５１】
他の実施形態において、上り方向フレームの長さは１２５μｓの倍数である。上り方向フレームの長さは１２５μｓの倍数であり、これによってＰＯＮは１２５μｓフレームを用いる同期電気通信ネットワークへ容易に適合することができる。１の実施形態において、上り方向フレームとスーパーフレームの両方が１２５μｓの倍数である。
【００５２】
図１０の工程フローチャートは、ポイントツーマルチポイントＰＯＮにおいてＯＬＴと複数のＯＮＵとの間で情報を交換するための方法を示している。工程１００２では、下り方向のデータが可変長下り方向パケットでＯＬＴからＯＮＵへ送信される。工程１００４では、伝送衝突を防ぐため時分割多重化を利用して上り方向のデータがＯＮＵ固有の可変長時間スロットでＯＮＵからＯＬＴへ送信され、このＯＮＵ固有の可変長時間スロットは可変長上り方向パケットで満たされる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】ポイントツーマルチポイントＰＯＮにおけるＯＬＴから複数のＯＮＵへのトラフィックの下り方向の流れを示す図。
【図１Ｂ】ポイントツーマルチポイントＰＯＮにおける複数のＯＮＵからＯＬＴへのトラフィックの上り方向の流れを示す図。
【図２】ツリートポロジーを有するポイントツーマルチポイントＰＯＮを示す図。
【図３】本発明の実施形態に従い、可変長パケットを下り方向へ送信するためのＯＬＴを示す機能ブロック図。
【図４】本発明の実施形態に従い、可変長パケットを使ってＯＬＴから複数のＯＮＵへ送信される下り方向トラフィックを例示した図。
【図５】本発明の実施形態に従い、時分割多重化により可変長パケットを上り方向へ送信するためのＯＮＵを示す機能ブロック図。
【図６】本発明の実施形態に従い、衝突を避けるため時分割多重化された可変長パケットを含む上り方向トラフィックを例示した図。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従い、上り方向トラフィックのための時間スロット割り当ての３つの異なる例を示す。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に従い、上り方向トラフィックのための時間スロット割り当ての３つの異なる例を示す。
【図７Ｃ】本発明の実施形態に従い、上り方向トラフィックのための時間スロット割り当ての３つの異なる例を示す。
【図８】本発明の実施形態に従い、時間スロット制御技術の工程図を示す。
【図９】図８の工程図に示された工程と関係するスーパーフレーム、上り方向フレーム、及び時間スロットとの関連における上り方向トラフィックのタイミングを示す。
【図１０】本発明の実施形態に従い、情報をＯＬＴと複数のＯＮＵ間で交換する方法の工程図を示す。【Technical field】
[0001]
The present invention relates generally to broadband optical communication networks, and more particularly to point-to-multipoint passive optical networks.
[Background Art]
[0002]
The explosive development of the Internet and the desire to provide multiple communication and entertainment services to end users has increased the need for a broadband network architecture that enhances access to end users. One broadband network architecture that enhances access to end users is a point-to-multipoint passive optical network (PON). A point-to-multipoint PON consists of an optical line terminal (OLT) and a plurality of remote optical network units (ONUs) via a purely passive optical distribution network. Is an optical access network architecture that facilitates broadband communications between the two. Point-to-multipoint PONs use passive optical fiber splitters and optical couplers to passively distribute optical signals between the OLT and remote ONUs.
[0003]
FIGS. 1A and 1B show the upstream and downstream flows of network traffic between the OLT 102 and three ONUs 104 in a point-to-multipoint PON. Although only three ONUs are shown in these figures, a point-to-multipoint PON can include more than two ONUs. In FIG. 1A, downlink traffic including an ONU-specific information block is transmitted from the OLT. This downstream traffic is optically split by the passive optical splitter 112 into three individual signals, each carrying all ONU-specific information blocks. Each ONU reads the information block intended for that ONU and discards the information blocks intended for other ONUs. For example, ONU-1 receives information block 1, information block 2, and information block 3, but transmits only information block 1 to end user 1. Similarly, the ONU-2 transmits the information block 2 to the end user 2, and the ONU-3 transmits the information block 3 to the end user 3. In FIG. 1B, uplink traffic is managed using time division multiplexing in which a transmission time slot is dedicated to the ONU. These time slots are synchronized so that the upstream information blocks from each ONU are combined on a common fiber (often called a "trunk") 110 and do not interfere with each other. For example, the ONU-1 has the information block 1 in a first time slot, the ONU-2 has the information block 2 in a second non-overlapping time slot, and the ONU-3 has the information block 3 in a first time slot. 3 non-overlapping time slots. As shown in FIG. 1B, all information blocks travel on the trunk in non-overlapping time slots.
[0004]
Because point-to-multipoint PONs are intended for integrated voice, data and video service delivery, existing point-to-multipoint PONs enable integrated delivery of voice, data and video over a single communication channel. It has been designed based on the ATM data link protocol designed with the QoS (Quality of Service) function. As is well known in the field of packet-switched communication, the ATM protocol transmits information in fixed-length 53-byte cells (48-byte payload and 5-byte overhead). In an ATM-based point-to-multipoint PON, information in both up and down directions is transmitted using fixed-length ATM cells. For example, as disclosed in US Pat. No. 5,978,374, each time slot in the upstream traffic is filled with a single fixed length ATM cell and a single fixed length traffic control field.
[0005]
The ATM protocol uses fixed length 53 byte cells, but in many cases ATM networks are required to carry traffic formatted according to the widely used Internet Protocol (IP). This Internet protocol requires data to be segmented into variable length datagrams of up to 65,535 bytes. For an ATM-based point-to-multipoint PON to be able to carry IP traffic, the IP datagram must be split into 48-byte segments and a 5-byte header added to it. Splitting all incoming IP datagrams into 48-byte segments and adding a 5-byte header to them adds significant overhead and consumes valuable bandwidth in a point-to-multipoint PON. In addition to the increase in bandwidth consumed by the ATM header, the process of converting IP datagrams into ATM cells takes time, and hardware specialized for special processes also increases the cost of OLTs and ONUs.
[0006]
Another data link protocol that has been incorporated into point-to-multipoint PONs is the IEEE 802.3 protocol (commonly referred to as "Ethernet"). Ethernet carries payload data (such as IP datagrams) in variable length packets of up to 1,518 bytes. The unit of Ethernet protocol data is called "packet", and this protocol data unit is generally called "frame". Using variable length packets of up to 1,518 bytes in a point-to-multipoint PON can significantly reduce the overhead of IP traffic compared to the overhead of an ATM-based point-to-multipoint PON. In addition to this overhead reduction, Ethernet network components are also relatively inexpensive.
[0007]
When a plurality of stations in an Ethernet network share a common physical transmission path, the Ethernet protocol uses a carrier sense multiple access / collision detection protocol (abbreviated as CSMA / CD) as a media access control mechanism. And avoid collisions between transmitted traffic. CSMA / CD is an efficient media access control protocol that does not require multiple stations to be synchronized. When applying CSMA / CD to an Ethernet network, the minimum length of a packet must be longer than the maximum round-trip propagation time of the network to avoid collisions that cannot be detected by all stations on the network. That is, the maximum distance between users in a multi-station Ethernet network is limited by the collision domain. For example, for an Ethernet network operating at 1 Gb / s, the maximum distance between stations is limited by CSMA / CD to about 200 meters. In order to realize point-to-multipoint PON market sales, it is necessary to make the distance between the OLT and the ONU longer than the maximum distance allowed by the CSMA / CD. In addition to collision domain constraints, Ethernet networks that rely on CSMA / CD are also non-deterministic. That is, QoS is not guaranteed for traffic between the OLT and the ONU.
[0008]
Considering the restrictions on ATM-based point-to-multipoint PON using CSMA / CD and Ethernet-based point-to-multipoint PON, point-to-multipoint using variable length packets to increase the maximum allowable distance between OLT and ONU PON is required.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Means for Solving the Problems]
[0009]
In systems and methods for point-to-multipoint communication, downstream data is transmitted in variable length packets from the OLT to multiple ONUs, and upstream data is time-shared with variable long time slots to prevent transmission collisions. A PON transmitted from the ONU to the OLT in a variable length packet using multiplexing is required. Using variable length packets instead of fixed length ATM cells to transmit data such as IP data reduces transmission overhead as compared to ATM-based point-to-multipoint PONs. Using time division multiplexing to avoid uplink transmission collisions removes distance limitations in shared media networks that use CSMA / CD as a media access control protocol, and uses variable long time slots for uplink data transmission. It is possible to flexibly provide an available upstream transmission bandwidth between ONUs.
[0010]
An embodiment of a point-to-multipoint optical communication system includes an OLT and a plurality of ONUs connected to the OLT by a passive optical network, wherein data in a downstream direction is transmitted from the OLT to the ONU via a PON, and Direction data is transmitted from the ONU to the OLT via a PON. The OLT transmits downlink data in a variable length downlink packet via a passive optical network. The ONU uses time division multiplexing to transmit upstream data through a passive optical network in an ONU-specific variable long time slot, and the ONU-specific variable long time slot includes a plurality of variable length upstream packets. Is filled with
[0011]
In one embodiment, the system further includes a time slot controller communicating with the OLT and the ONU to change the length of the ONU-specific variable long time slot in response to upstream traffic demand from the ONU. The time slot controller includes logic for extending a length of a first ONU-specific time slot in response to an increase in upstream traffic demand from a first ONU, wherein the first ONU is configured by the ONU. Is one of In a further embodiment, the time slot controller includes logic for reducing the length of the second ONU-specific time slot to accommodate an increase in the length of the first ONU-specific time slot.
[0012]
In one embodiment, the system includes a time division multiplexing (TDM) controller in the OLT that generates a superframe sent downstream to the ONU and synchronized with the upstream data transmission. In yet another embodiment, the time slot controller generates a time slot table in response to traffic demand data, and the ONU starts using a new time slot table in response to receiving a superframe.
[0013]
In one embodiment, the variable length downlink packets are formatted according to IEEE 802.3. In one embodiment, the variable length downstream packet includes an IP datagram, and in a further embodiment, the length of the variable length downstream packet is related to the length of the IP datagram.
[0014]
In a further embodiment, the variable length uplink packet is formatted according to IEEE 802.3. In one embodiment, the variable length upstream packet includes an IP datagram, and in a further embodiment, the length of the variable length upstream packet is related to the length of the IP datagram.
[0015]
According to the present invention, there is provided a method for exchanging information between an OLT and a plurality of ONUs in a point-to-multipoint PON, comprising: transmitting downlink data in a variable length downlink packet from the OLT to the ONU; Transmitting time-division multiplexing data from the ONU to the OLT in an ONU-specific variable long time slot using time division multiplexing to prevent transmission collisions, wherein the ONU-specific variable long time slot has a variable length A method is provided for exchanging information between an OLT and multiple ONUs in a point-to-multipoint PON, which is filled with direction packets.
[0016]
The method in one embodiment further comprises the step of changing the length of the ONU-specific variable long duration slot in response to upstream traffic demand from the ONU. The method in a further embodiment further comprises extending a first ONU-specific variable long time slot in response to increasing upstream traffic demand from the first ONU, wherein the first ONU comprises: One of the ONUs. A method of a further embodiment includes reducing the length of the second ONU-specific time slot in response to the increase in the length of the first ONU-specific time slot.
[0017]
In another embodiment, a method includes reducing a length of a first ONU-specific variable long time slot in response to an increase in upstream traffic demand from a first ONU, the first ONU comprising: The ONU is one of the plurality of ONUs.
[0018]
In one embodiment, the variable length downstream packets and the variable length upstream packets are formatted according to IEEE 802.3. In one embodiment, the variable length downlink packet and the variable length upstream packet include a header and a payload, and the length of the variable length packet is the length of the IP datagram included in the payload of the variable length packet. Has to do with.
[0019]
One embodiment includes inserting a downlink IP datagram into a variable length downlink packet and inserting an uplink IP datagram into a variable length uplink packet. In one embodiment, the variable length downstream packets and the variable length upstream packets are formatted according to IEEE 802.3.
[0020]
In one embodiment, transmitting the downlink data from the OLT to the ONU in a variable-length downlink packet includes transmitting a downlink synchronization marker at regular time intervals.
[0021]
In one embodiment, the ONU-specific variable long time slot is filled with a plurality of variable length packets.
[0022]
Other aspects and significant effects of the present invention will be more clearly understood by referring to the following description of embodiments of the invention and the accompanying drawings illustrating the principle of the present invention.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0023]
A system and method for point-to-multipoint communication includes a PON, in which downstream data is transmitted in variable length packets from the OLT to multiple ONUs, and upstream data is transmitted for a variable length of time to prevent transmission collisions. It is transmitted from the ONU to the OLT as a variable-length packet using time division multiplexing with slots. In one embodiment, the system further includes a time slot controller in communication with the OLT and the ONU to change the length of the ONU-specific variable long time slot in response to upstream traffic demand from the ONU. In a further embodiment, the time slot controller includes logic for extending the length of the first ONU-specific time slot in response to increasing upstream traffic demand from the first ONU. In a further embodiment, the time slot controller includes logic for reducing the length of the second ONU-specific time slot to accommodate the increase in the length of the first ONU-specific time slot.
[0024]
FIG. 2 shows an example of a point-to-multipoint PON 200. This point-to-multipoint PON includes an OLT 202 and a plurality of ONUs 204 connected by a passive optical distribution network. In one embodiment, the OLT 202 is connected to a service station 201, such as a central office or headend station. The services provided by the service station may include data network access, voice network access, video network access, and the like. Examples of connection protocols used between the service station and the OLT include OC-x, Ethernet, E1 / T1, DS3, and broadband video. In one embodiment, the ONU is connected to one or more end user systems 214, including a LAN (Local Area Network), personal computer, PBX (Private Branch Exchange), telephone, set-top box, television, etc. May be included. Examples of connection protocols used between the end-user system and the ONU include 10/100 Mb / s Ethernet, T1, and general telephone service (POTS).
[0025]
The passive optical distribution network shown in FIG. 2 has a tree topology including a common optical fiber 210 (trunk fiber) and a plurality of ONU-specific fibers 216 connected by a passive optical splitter / coupler 212. The optical signal transmitted in the downstream direction (from the OLT 202 to the ONU 204) is optically split into a plurality of ONU-specific optical signals, each carrying the same information. The optical signal transmitted in the upstream direction (from the ONU to the OLT) is optically coupled to a trunk fiber connected between the coupler and the OLT. As described in detail below, in the case of the uplink, time division multiplexing with variable long time slots is used to avoid collision of uplink transmissions from two or more ONUs.
[0026]
In the embodiment of FIG. 2, the downstream optical signal is transmitted at a different wavelength (or frequency) from the upstream optical signal. In one embodiment, the downstream traffic is transmitted in the 1550 nm wavelength band, and the upstream traffic is transmitted in the 1310 nm wavelength band. The use of different wavelengths in the upstream and downstream directions allows a single optical fiber to carry traffic both up and down simultaneously without interfering with collisions. In an alternative embodiment, separate fibers can be used in the vertical direction for the passive optical distribution network. In order to increase the transmission bandwidth, wavelength division multiplexing (WDM) can be used in the downlink direction and / or the uplink direction (or any one of them).
[0027]
Although the passive optical distribution network of FIG. 2 has a tree topology, it is possible to use another network topology instead. The alternative network topology includes a bus topology and a ring topology. Also, although only a single fiber connection is shown between network components in the distribution network of FIG. 2, redundant fibers may be added between network components for fault-tolerant security.
[0028]
FIG. 3 is a developed view of an example 302 of the OLT in the point-to-multipoint PON of FIG. The functional units included in the OLT 302 are a packet controller 320, a time division multiplexing (TDM) controller 322, a time slot controller 323 (not shown), an optical transmitter 324, and an optical receiver 326. The OLT may include other well-known functional units not shown. The packet controller receives the downstream digital data from the service station and formats it into a variable length packet. This packet controller can be embodied in hardware and / or software and is sometimes referred to as media access control (MAC). In one embodiment, each variable length packet has a fixed length header at the beginning of the packet, a variable length payload after the header, and a fixed length error detection field (frame check sequence, abbreviation) at the end of the packet. FCS) field). In one embodiment, the downstream variable length packets are formatted according to the IEEE 802.3 standard (commonly referred to as Ethernet) or any related IEEE 802.3x pre-standard. In one embodiment, this downstream variable length packet is transmitted at a rate of 1 gigabyte per second (Gb / s), as defined in IEEE 802.3z (commonly referred to as "Gigabit Ethernet"). Higher or lower transmission rates are possible.
[0029]
In one embodiment, most of the downstream digital data arrives at the packet controller 320 in an IP datagram having a maximum size of 65,535 bytes. The packet controller 320 reads the header information from the received IP datagram, and generates a variable length packet including the IP datagram as a payload. In one embodiment, the length of each variable length packet is related to the length of the IP datagram contained within this payload. That is, if the IP datagram in the downstream direction is 100 bytes, the variable-length packet includes a payload of 100 bytes and packet overhead (header and error detection field). The packet contains a 1000 byte payload and packet overhead. In one embodiment where the packet is formatted according to IEEE 802.3, the maximum length of the packet is 1,518 bytes (1,500 byte payload and 18 byte packet overhead). When an IP datagram exceeds 1,500 bytes, the IP datagram is divided into a plurality of IP datagrams and carried in a plurality of variable length packets. In contrast, in an ATM-based point-to-multipoint PON, regardless of the size of the original IP datagram, the IP datagram is divided into 48-byte segments and a 5-byte header is added, resulting in each An ATM cell is created. If the majority of the network traffic consists of IP traffic, using ATM as the data link protocol in a point-to-multipoint PON significantly increases the amount of bandwidth consumed by overhead. IP is described as a common upper layer protocol, but other protocols, such as IPX and AppleTalk, can be carried on the PON.
[0030]
The TDM controller 322 of the OLT 302 shown in FIG. 3 controls a downstream flow of traffic from the OLT to the ONU. Specifically, the TDM controller 322 controls the framing in the downlink direction, and allocates a bandwidth to a variable-length packet that needs to be transmitted in the downlink direction. The TDM controller 322 can be embodied in hardware and / or software.
[0031]
Time slot controller 323 includes logic to control the length of the variable long time slot used for time multiplexing of uplink traffic from ONUs. More specifically, the time slot controller provides each ONU with a transmission function by writing down the length of the variable long time slot (defined as the transmission interval) unique to each ONU. As the upstream traffic demand from the ONU changes, the time slot controller changes the length of the ONU-specific variable long time slot to make the best adjustment to the change in upstream traffic demand. A more detailed description of the function of the time slot controller will be described later with reference to FIGS. 7A to 7C.
[0032]
The optical transmitter 324 and the optical receiver 326 provide an interface between optical signals and electrical signals. Optical transmitters and receivers are well known in the field of point-to-multipoint PONs and will not be described in detail here.
[0033]
FIG. 4 shows an example of downlink traffic by a variable length packet from the OLT to the ONU. In one embodiment, this downlink traffic is segmented into downlink frames that have fixed transmission intervals. Each downstream frame carries a plurality of variable length packets. In one embodiment, clocking information in the form of a synchronization marker 438 indicates the beginning of each downstream frame. In one embodiment, this synchronization marker is a one-byte code transmitted every 2 ms to synchronize the ONU with the OLT. In one embodiment, the synchronization marker is transmitted every 2 ms.
[0034]
In the embodiment of FIG. 4, each variable length packet is intended to be read into a particular ONU as indicated by the numbers 1-N above each packet. In one embodiment, this variable length packet is formatted according to the IEEE 802.3 standard and transmitted at 1 Gb / s in the downstream direction. The expanded view of the variable length packet 430 shows a header 432 of the variable length packet 430, a variable length payload 434, and an error detection field 436. Since this variable length packet 430 has a variable length payload, the size of each packet is related to the size of the payload, such as IP datagrams carried in the payload. Although each variable length packet specification in FIG. 4 is intended to be read by a specific ONU (unicast packet), some packets are read by all ONUs (broadcast packets) or specific groups of ONUs (multicast packets). Is intended to be
[0035]
FIG. 5 is a developed view of an example 504 of the ONU in the point-to-multipoint PON of FIG. The functional units included in the ONU 504 are a packet controller 520, a TDM controller 522, an optical transmitter 524, and an optical receiver 526. The ONU may include other well-known functional units not shown. The packet controller 520 receives the upstream digital data from the end-user system and converts the upstream digital data into variable-length packets each including a header, a payload, and an error detection field, similarly to the above-described downstream traffic. Format. This packet controller 520 can be embodied in hardware and / or software and is sometimes referred to as a MAC unit. For downstream traffic, in one embodiment, the upstream variable length packet is formatted according to the IEEE 802.3 standard and transmitted at a rate of 1 Gb / s. In one embodiment, most of the upstream digital data arrives at the packet controller in an IP datagram. In one embodiment, the packet controller reads header information from an upstream IP datagram and generates a variable length packet including the IP datagram as a payload. In one embodiment, the length of each upstream variable length packet is related to the length of the corresponding IP datagram. In many implementations, this traffic does not need to be reformatted into Ethernet packets because it arrives at the ONU via an Ethernet connection.
[0036]
The TDM controller 522 of each ONU 504 controls the flow of upstream traffic from each ONU to the OLT as shown in FIG. Specifically, the TDM controller 522 for each of the ONUs 504 ensures that each of the ONUs 504 is associated with the OLT so that the ONU 504 can be uplink-variable in a specified variable long time slot of a time division multiple access (TDMA) protocol. Try to send long packets. To synchronize transmissions between the ONUs, these ONUs maintain timing clocks using timing information from the OLT. In operation, each ONU is assigned by the OLT a variable long slot unique to the ONU that is established such that upstream transmissions from the plurality of ONUs do not collide with each other after being terminated on the trunk fiber. That is, the variable long time slot unique to the ONU does not temporally overlap on the trunk fiber. It should be noted that prior art Ethernet networks use CSMA / CD as a media access control protocol so that all transmissions over shared media can reach their final destinations without collision. That is. Because CSMA / CD limits the maximum distance between ONUs, it also limits the feasibility of Ethernet and CSMA / CD based point-to-multipoint PONs as local access network architectures. When time division multiplexing is adopted as the media access control protocol, the distance between ONUs is no longer limited by the CSMA / CD collision domain.
[0037]
FIG. 6 shows an example of upstream traffic to the common optical fiber 210 of FIG. 2 which is time division multiplexed to avoid collision between upstream traffic from the plurality of ONUs 204. In the embodiment of FIG. 6, upstream traffic is segmented into upstream frames, and each upstream frame is further segmented into ONU-specific variable long time slots. Although the variable long slots in FIG. 6 are shown as having the same length, the length of these variable long slots can be varied as described with reference to FIGS. 7A-7C. It is. In one embodiment, the upstream frame is formed at a continuous transmission interval of, for example, 2 ms. In one embodiment, the beginning of each system frame is identified by a frame header (not shown). The upstream frames may be fixed length or variable length to meet different traffic demands or create different traffic patterns.
[0038]
The ONU-specific variable long time slot is a transmission interval in each uplink frame dedicated to packet transmission from a specific ONU. In one embodiment, each ONU has a dedicated ONU-specific variable long time slot in each upstream frame. For example, in FIG. 6, each uplink frame is divided into N variable long time slots associated with ONUs 1 to N, respectively. In one embodiment including a 2 ms upstream frame with equal bandwidth allocation and 32 ONUs, each time slot represents a transmission time of less than about 62.5 μs. For an uplink transmission rate of 1 Gb / s, each time slot carries about 7,800 bytes.
[0039]
The TDM controller for each ONU controls the transmission timing of the variable length packet 630 in the dedicated ONU-specific variable long time slot with reference to the timing information from the OLT, and the time slot controller 323 in the OLT 302 , Determine the length of each ONU-specific time slot in the system frame. FIG. 6 is an exploded view of an ONU-specific variable long time slot (eg, a time slot dedicated to ONU-4) including two variable length packets 640 and 642 and some time slot overhead 644. In one embodiment, the time slot overhead includes a guard frequency band, a timing indicator, and a signal power indicator. Although FIG. 6 shows only two variable length packets in the ONU-specific variable long time slot 630, it is also possible to transmit more variable length packets in each time slot. Similarly, when there is no traffic to transmit from the ONU, the time slots can be filled with idle signals.
[0040]
FIG. 6 is also a developed view of the variable length packet 642 included in the ONU-specific variable long time slot. The developed view of the variable length packet 642 shows a header 632, a variable length payload 634, and an error detection field 636. In the embodiment of FIG. 6, the payload 634 of the variable length packet 642 is an IP datagram or part of an IP datagram, and the length of the variable length packet 642 is related to the length of the IP datagram. .
[0041]
7A through 7C illustrate how the length of the ONU-specific variable long time slot is changed by the time slot controller in response to upstream traffic demand from the ONU. In FIG. 6, the ONU-specific variable long slots all have the same length, and in FIGS. 7A to 7C the ONU-specific variable long slots have different lengths to accommodate changes in upstream traffic demand from the ONU. To be changed. Referring to the example of FIG. 7A, the length 4 of the ONU-specific time slot is extended from the time slot assignment of FIG. 6, and the length of the ONU-specific time slot 2 and 3 is shortened from the time slot assignment of FIG. Have been. In an embodiment in which the length of the upstream frame is fixed, when the length of a variable long time slot specific to one ONU is extended, another ONU specific variable length is used to maintain the total length of the time slot in the upstream frame. It is necessary to reduce the total length of the slot for a long time equally. The increased length of the ONU-specific time slot 4 allows the ONU-4 to transmit more data over multiple frame intervals than with the time slot assignment shown in FIG. Similarly, due to the reduced length of ONU-specific time slots 2 and 3, ONU-2 and ONU-3 require less data over multiple frame intervals than with the time slot allocation shown in FIG. Can be sent on.
[0042]
FIG. 7B shows another change in the assignment of ONU-specific variable long time slots within the uplink frame interval. As shown in FIG. 7B, ONU-specific variable long time slots 1 and 2 are longer in size than the allocation of FIG. 7A, ONU-specific variable long time slot 4 is shorter in size than the allocation of FIG. 7A, The ONU-specific variable long time slots 3 and N do not change size in the allocation of FIG. 7C.
[0043]
FIG. 7C shows another change in the assignment of ONU-specific variable long time slots within the uplink frame interval. As shown in FIG. 7C, the ONU-specific variable long time slot 4 is longer in size than the allocation in FIG. 7B, and the ONU-specific variable long time slots 1, 2, and N are smaller in size than the allocation in FIG. 7B. Thus, the ONU-specific variable long time slot 3 has been removed. In one embodiment, if the ONU has no upstream traffic for transmission, all ONU-specific variable long time slots can be eliminated. In other embodiments, the ONU-specific variable long time slot may carry only a small amount of traffic including, for example, idle signals or small amounts of upstream activity and maintenance information.
[0044]
Techniques for changing the length of the variable long time slot in the synchronization scheme are described with reference to FIGS. This technique uses a time slot table and a synchronous frame to change the length of a variable long time slot in a synchronous system. The time slot table is a series of information sent from the OLT time slot controller to the ONUs including the time slot assignment information of each ONU. In one embodiment, the time slot table includes a time slot number, a start position, and a length of each variable long time slot for each ONU. In one embodiment, the timing information in the time slot table is identified as a count number from the beginning of each uplink frame indicator. For example, a 2 ms upstream frame adjusted to a 25 MHz clock has 50,000 counts. In order to properly change the distribution of time slots for ONUs, the distribution of time slots for all ONUs must be changed simultaneously. Therefore, all ONUs receive the slot table information at the same time. The change must be performed and the conversion to a new time slot must be performed simultaneously across all ONUs.
[0045]
According to the technique of changing the length of the variable long time slot, the synchronization frame (referred to as “superframe”) is sent by the OLT in the downstream direction. In one embodiment, superframes are generated by TDM controller 322 and sent downstream at fixed time intervals. In one embodiment, a superframe is identified by a unique 10-bit superframe indicator. This superframe identifies the latest time slot table to be used by the ONU for uplink transmission. When the OLT time slot controller generates a new time slot table and the ONU receives the new time slot table, the ONU immediately starts using the new time slot table for uplink transmission after receiving the superframe indicator. The new time slot table is used to allocate time slots for all successive upstream frames until the next superframe is received by the ONU. In one embodiment, a new time slot table is generated for all superframes, and in another embodiment, a new time slot table is generated as needed to compensate for changes in upstream traffic load. You. In one embodiment, the superframe indicator is sent every 60 ms, and each superframe includes 30 upstream frames, each 2 ms frame. With the 60 ms superframe, the length of the time slot unique to the variable length ONU is changed every 60 MS.
[0046]
FIG. 8 shows a process diagram of the time slot control technique, and FIG. 9 shows the timing of uplink traffic for superframes, frames, and time slots in the context of the process shown in FIG. Referring to FIG. 8, in step 802, a superframe indicator arrives at an ONU. In step AN, the ONU starts operating using the time slot table N. For example, assume that time slot table N is provided as a start time slot table, and that the ONU has a time slot table previously received from the OLT time slot controller. Referring to FIG. 9, step AN occurs at the beginning of the first superframe, and the time slots are evenly allocated as shown in FIG. In step BN, the OLT sends the time slot table N + 1 to the ONU, and the ONU receives the new time slot table N + 1. Referring to FIG. 9, step BN occurs at the indicated time intervals. In step CN, the ONU confirms that it has received the time slot table N + 1, and transmits the current ONU-specific traffic demand data to the OLT. Current traffic demand data may include queue length, delay information, and bandwidth reservation information. Referring to FIG. 9, step CN occurs at the indicated time intervals. In step DN, the OLT receives the current traffic load data from the ONU, and the OLT generates a new time slot table and a time slot table N + 2 with reference to the current traffic load data received from the ONU. Referring to FIG. 9, step DN occurs at the indicated time intervals.
[0047]
At decision position 804, it is determined whether a new superframe indicator arrives at the ONU. If the new superframe indicator does not arrive at the ONU, no change in the active time slot table will occur. However, if the new superframe indicator arrives at the ONU, in step AN + 1, the ONU starts operating using the time slot table N + 1. Referring to FIG. 9, step AN + 1 occurs at the beginning of the second superframe, and time slots are allocated on a frame-by-frame basis as shown in FIG. 7A. In step BN + 1, the OLT sends the time slot table N + 2 to the ONU, and the ONU receives the new time slot table N + 2. Referring to FIG. 9, step BN + 1 occurs at the indicated time interval. In step CN + 1, the ONU confirms that it has received the time slot table N + 2, and transmits the current ONU variable length traffic load data to the OLT. Referring to FIG. 9, step CN + 1 occurs at the indicated time interval. In step DN + 1, the OLT receives the current traffic load data from the ONU, and the OLT generates a new time slot table and a time slot table N + 3 with reference to the current traffic load data received from the ONU. Referring to FIG. 9, step DN + 1 occurs at the indicated time interval.
[0048]
At decision location 806, it is determined whether a new superframe indicator arrives at the ONU. If the new superframe indicator does not arrive at the ONU, no change in the active time slot table will occur. However, if the new superframe indicator arrives at the ONU, in step AN + 2, the ONU starts operating using the time slot table N + 2. Referring to FIG. 9, step AN + 2 occurs at the beginning of the second superframe, and time slots are allocated on a frame-by-frame basis as shown in FIG. 7B.
[0049]
Processing continues and the length of the time slot is continuously adapted to the current traffic load data in a synchronous fashion. In another embodiment, steps BX, CX, and DX are not completely continuous operations as shown in FIG. That is, some of these operations may occur simultaneously. In another embodiment, the next time slot table is generated by the OLT and sent to the ONU in the same superframe instead of consecutive superframes.
[0050]
In one embodiment, the length of the upstream frame is changed as needed. In one embodiment, the length of each upstream frame is a multiple of the superframe, for example, 1/10, 1/15, 1/20, 1/25 of the superframe. Multiples can be varied depending on traffic demand to create specific traffic patterns.
[0051]
In another embodiment, the length of the upstream frame is a multiple of 125 μs. The length of the upstream frame is a multiple of 125 μs, which allows the PON to easily adapt to synchronous telecommunications networks using 125 μs frames. In one embodiment, both the upstream frame and the superframe are multiples of 125 μs.
[0052]
The process flowchart of FIG. 10 illustrates a method for exchanging information between an OLT and a plurality of ONUs in a point-to-multipoint PON. In step 1002, downlink data is transmitted from the OLT to the ONU in a variable length downlink packet. In step 1004, uplink data is transmitted from the ONU to the OLT in an ONU-specific variable long time slot using time division multiplexing to prevent transmission collision, and the ONU-specific variable long time slot is a variable length upstream Filled with packets.
[Brief description of the drawings]
[0053]
FIG. 1A is a diagram showing a downstream flow of traffic from an OLT to a plurality of ONUs in a point-to-multipoint PON.
FIG. 1B is a diagram showing an upstream flow of traffic from a plurality of ONUs to an OLT in a point-to-multipoint PON.
FIG. 2 is a diagram illustrating a point-to-multipoint PON having a tree topology.
FIG. 3 is a functional block diagram showing an OLT for transmitting a variable length packet in a downlink direction according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating downlink traffic transmitted from an OLT to a plurality of ONUs using a variable-length packet according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a functional block diagram showing an ONU for transmitting a variable-length packet by uplink in time division multiplexing according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram exemplifying uplink traffic including variable-length packets time-division multiplexed to avoid collision, according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7A shows three different examples of time slot allocation for uplink traffic according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7B shows three different examples of time slot assignments for uplink traffic according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7C illustrates three different examples of time slot allocation for uplink traffic according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows a process diagram of a time slot control technique according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 illustrates the timing of upstream traffic in the context of superframes, upstream frames, and time slots related to the process illustrated in the process diagram of FIG.
FIG. 10 shows a flowchart of a method for exchanging information between an OLT and a plurality of ONUs, according to an embodiment of the present invention.

Claims

ポイントツーマルチポイント光通信システムであって、
光加入者線端局装置（ＯＬＴ）と、
前記ＯＬＴと受動光ネットワークによって接続された複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）であって、そこにおいて下り方向のデータは前記ＯＬＴから前記ＯＮＵへ前記受動光ネットワークを介して送信され、上り方向のデータは前記ＯＮＵから前記ＯＬＴへ前記受動光ネットワークを介して送信されるようになっており、
前記ＯＬＴは下り方向のデータを前記受動光ネットワークを介して可変長下り方向パケットで送信し、
前記ＯＮＵは上り方向のデータを前記受動光ネットワークを介して時分割多重化を用いるＯＮＵ固有の可変長時間スロット内で送信し、前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットは複数の可変長上り方向パケットで満たされるようになっている、
前記複数の光ネットワークユニットと、
を有するポイントツーマルチポイント光通信システム。A point-to-multipoint optical communication system,
An optical line terminal (OLT);
A plurality of optical network units (ONUs) connected to the OLT by a passive optical network, wherein downstream data is transmitted from the OLT to the ONU via the passive optical network, and upstream data is transmitted; Being transmitted from the ONU to the OLT via the passive optical network,
The OLT transmits downlink data in a variable length downlink packet through the passive optical network;
The ONU transmits upstream data in an ONU-specific variable long time slot using time division multiplexing via the passive optical network, and the ONU-specific variable long time slot is composed of a plurality of variable length upstream packets. To be satisfied,
The plurality of optical network units;
A point-to-multipoint optical communication system having:

請求項１記載のシステムは、前記ＯＬＴ及び前記ＯＮＵと通信する時間スロットコントローラをさらに含み、前記前記ＯＮＵからの上り方向トラフィック需要に応答して前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを変更するものである。2. The system of claim 1, further comprising a time slot controller in communication with the OLT and the ONU, changing a length of the ONU-specific variable long time slot in response to an upstream traffic demand from the ONU. Things.

請求項２記載のシステムにおいて、前記時間スロットコントローラは、第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応答して第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さを延長するためのロジックを含むものであり、前記第１のＯＮＵは前記ＯＮＵの１つである。3. The system of claim 2, wherein the time slot controller includes logic for extending a length of the first ONU-specific time slot in response to an increase in upstream traffic demand from the first ONU. Yes, the first ONU is one of the ONUs.

請求項３記載のシステムにおいて、前記時間スロットコントローラは、前記第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さの増加に対応して第２のＯＮＵ固有時間スロットの長さを短縮するためのロジックを含むものである。4. The system of claim 3, wherein the time slot controller includes logic for reducing a length of the second ONU-specific time slot in response to an increase in a length of the first ONU-specific time slot. .

請求項２記載のシステムにおいて、前記時間スロットコントローラは、第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応じて第１のＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを短くするためのロジックを含むものであり、前記第１のＯＮＵは前記複数のＯＮＵの１つである。3. The system of claim 2, wherein the time slot controller includes logic for reducing the length of the first ONU-specific variable long time slot in response to increasing upstream traffic demand from the first ONU. Wherein the first ONU is one of the plurality of ONUs.

請求項２記載のシステムは更に、前記ＯＮＵへ向けて下り方向に送られ前記上り方向データ伝送に同期するスーパーフレームを生成する前記ＯＬＴ内に時分割多重化（ＴＤＭ）コントローラを含むものである。3. The system of claim 2, further comprising a time division multiplexing (TDM) controller in the OLT for generating a superframe sent downstream to the ONU and synchronized with the upstream data transmission.

請求項６記載のシステムにおいて、前記時間スロットコントローラはトラフィック需要データに応じて時間スロットテーブルを生成するものであり、前記ＯＮＵはスーパーフレームの受信に応じて新規時間スロットテーブルを用い始めるものである。7. The system of claim 6, wherein the time slot controller generates a time slot table in response to traffic demand data, and wherein the ONU starts using a new time slot table in response to receiving a superframe.

請求項６記載のシステムにおいて、上り方向のフレームは前記スーパーフレームの倍数の長さを有するものである。7. The system according to claim 6, wherein the upstream frame has a length that is a multiple of the superframe.

請求項１記載のシステムにおいて、上り方向のフレームは可変長である。2. The system according to claim 1, wherein the upstream frame has a variable length.

請求項１記載のシステムにおいて、上り方向のフレームは１２５μｓの倍数である。2. The system of claim 1, wherein the upstream frame is a multiple of 125 [mu] s.

請求項１記載のシステムにおいて、前記可変長下り方向パケットはＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされる。2. The system of claim 1, wherein the variable length downlink packets are formatted according to IEEE 802.3.

請求項１記載のシステムにおいて、前記可変長下り方向パケットはインターネットプロトコル（ＩＰ）データグラムを含む。The system of claim 1, wherein the variable length downstream packet comprises an Internet Protocol (IP) datagram.

請求項１２記載のシステムにおいて、前記可変長下り方向パケットの長さは前記ＩＰデータグラムの長さに関係している。13. The system of claim 12, wherein the length of the variable length downstream packet is related to the length of the IP datagram.

請求項１記載のシステムにおいて、前記可変長上り方向パケットはＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされる。2. The system of claim 1, wherein the variable length uplink packets are formatted according to IEEE 802.3.

請求項１記載のシステムにおいて、前記可変長上り方向パケットはインターネットプロトコル（ＩＰ）データグラムを含む。The system of claim 1, wherein the variable length upstream packet comprises an Internet Protocol (IP) datagram.

請求項１５記載のシステムにおいて、前記可変長上り方向パケットの長さは前記ＩＰデータグラムの長さに関係している。The system of claim 15, wherein the length of the variable length upstream packet is related to the length of the IP datagram.

ポイントツーマルチポイント受動光ネットワークにおいて光加入者線端局装置（ＯＬＴ）と複数の遠隔光ネットワークユニット（ＯＮＵ）の間で情報を交換する方法であって、
下り方向データを前記ＯＬＴから前記ＯＮＵへ可変長下り方向パケットで送信する工程と、
伝送衝突を防ぐため時分割多重化を利用して上り方向のデータがＯＮＵ固有の可変長時間スロットでＯＮＵからＯＬＴへ送信し、前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットは可変長上り方向パケットで満たされる、工程とを有する。A method for exchanging information between an optical line terminal (OLT) and a plurality of remote optical network units (ONUs) in a point-to-multipoint passive optical network,
Transmitting downlink data from the OLT to the ONU in a variable length downlink packet;
In order to prevent transmission collision, uplink data is transmitted from the ONU to the OLT in an ONU-specific variable long time slot using time division multiplexing, and the ONU-specific variable long time slot is filled with a variable length upstream packet. And a process.

請求項１７記載の方法は更に、前記ＯＮＵからの上り方向トラフィック需要に応じて前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを変更する工程を含むものである。18. The method of claim 17, further comprising changing a length of the ONU-specific variable long time slot in response to an upstream traffic demand from the ONU.

請求項１８記載の方法は更に、第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応じて第１のＯＮＵ固有の可変長時間スロットの延長する工程を含むものであり、前記第１のＯＮＵは前記ＯＮＵの内の１つである。20. The method of claim 18, further comprising extending a first ONU-specific variable long time slot in response to increasing upstream traffic demand from the first ONU, wherein the first ONU comprises: One of the ONUs.

請求項１９記載の方法は更に、前記第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さの増加に対応して第２のＯＮＵ固有時間スロットの長さを短縮する工程を含むものである。20. The method of claim 19, further comprising reducing a length of the second ONU-specific time slot in response to increasing the length of the first ONU-specific time slot.

請求項１７記載の方法は更に、第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応じて第１のＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを短縮する工程を含むものであり、前記第１のＯＮＵは前記複数のＯＮＵの１つである。18. The method of claim 17, further comprising reducing a length of the first ONU-specific variable long time slot in response to increasing upstream traffic demand from the first ONU, Is one of the plurality of ONUs.

請求項１７記載の方法は更に、前記上り方向データ伝送に同期するようにスーパーフレームを前記ＯＬＴから前記ＯＮＵへ下り方向に送信する工程を含むものである。18. The method of claim 17, further comprising transmitting a superframe from the OLT to the ONU in a downstream direction to synchronize with the upstream data transmission.

請求項２２記載の方法は更に、
トラフィック需要データに応じて時間スロットテーブルを生成する工程と、
前記ＯＬＴからスーパーフレームを受信し前記ＯＮＵによって前記時間スロットテーブルの使用をトリガする工程とを含むものである。The method of claim 22, further comprising:
Generating a time slot table according to the traffic demand data;
Receiving a superframe from the OLT and triggering the use of the time slot table by the ONU.

請求項２３記載の方法において、上り方向のフレームは前記スーパーフレームの倍数の長さを有するものである。24. The method of claim 23, wherein the upstream frame has a length that is a multiple of the superframe.

請求項１７記載の方法において、上り方向のフレームは可変長である。18. The method according to claim 17, wherein the upstream frame has a variable length.

請求項１７記載の方法において、上り方向のフレームは１２５μｓの倍数である。18. The method of claim 17, wherein the upstream frame is a multiple of 125 μs.

請求項１７記載の方法において、前記可変長下り方向及び上り方向パケットはＩＥＥＥ８０２．３プロトコルに従ってフォーマットされるものである。18. The method of claim 17, wherein the variable length downlink and uplink packets are formatted according to the IEEE 802.3 protocol.

請求項１７記載の方法において、前記可変長下り方向及び上り方向パケットはヘッダ及びペイロードを含み、前記可変長パケットの長さは前記可変長パケットのペイロードに含まれるインターネットプロトコル（ＩＰ）データグラムの長さに関係している。18. The method of claim 17, wherein the variable length downlink and upstream packets include a header and a payload, and wherein the length of the variable length packet is the length of an Internet Protocol (IP) datagram included in the payload of the variable length packet. It is related to.

請求項１７記載の方法は更に、
下り方向インターネットプロトコル（ＩＰ）データグラムを前記可変長下り方向パケットに挿入する工程と、
上り方向ＩＰデータグラムを前記可変長上りパケットに挿入する工程とを含むものである。The method of claim 17, further comprising:
Inserting a downstream Internet Protocol (IP) datagram into the variable length downstream packet;
Inserting an upstream IP datagram into the variable length upstream packet.

請求項２９記載の方法において、前記可変長下り方向及び上り方向パケットはＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされるものである。30. The method of claim 29, wherein the variable length downlink and uplink packets are formatted according to IEEE 802.3.

請求項１７記載の方法において、前記下り方向データを送信する工程は、下り方向の同期マーカを一定の時間間隔で送信する工程を含むものである。18. The method of claim 17, wherein transmitting the downlink data comprises transmitting downlink synchronization markers at regular time intervals.

請求項１７記載の方法において、前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットは複数の可変長パケットで満たされるものである。18. The method of claim 17, wherein the ONU-specific variable long time slot is filled with a plurality of variable length packets.

ポイントツーマルチポイント光通信システムであって、
光加入者線端局装置（ＯＬＴ）と、
前記ＯＬＴと受動光ネットワークによって接続された複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）であって、そこにおいて下り方向のデータは前記ＯＬＴから前記ＯＮＵへ送信され、上り方向のデータは前記ＯＮＵから前記ＯＬＴへ送信されるようになっており、
前記ＯＬＴは下り方向のデータグラムを可変長下り方向パケットにフォーマットする手段を含み、
各前記ＯＮＵは、
上り方向のデータグラムを可変長上り方向パケットにフォーマットする手段と、
ＯＮＵ固有の可変長時間スロットに一致させて他のＯＮＵからの上り方向パケットとの衝突をさけさせる、前記可変長上り方向パケットの送信時間を調節する手段とを含むものである、
前記複数の光ネットワークユニットと、
を有するポイントツーマルチポイント光通信システム。A point-to-multipoint optical communication system,
An optical line terminal (OLT);
A plurality of optical network units (ONUs) connected to the OLT by a passive optical network, wherein downstream data is transmitted from the OLT to the ONU, and upstream data is transmitted from the ONU to the OLT; It is supposed to be
The OLT includes means for formatting the downlink datagram into variable length downlink packets;
Each of the ONUs
Means for formatting the upstream datagram into variable length upstream packets;
Means for adjusting the transmission time of said variable-length upstream packets, in accordance with ONU-specific variable long-time slots to avoid collisions with upstream packets from other ONUs.
The plurality of optical network units;
A point-to-multipoint optical communication system having:

請求項３３記載のシステムにおいて、前記ＯＬＴは前記ＯＮＵからの上り方向トラフィック需要に応じて前記ＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを変更するため、前記ＯＮＵと通信する時間スロットコントローラをさらに含むものである。34. The system of claim 33, wherein the OLT further comprises a time slot controller communicating with the ONU to change the length of the ONU-specific variable long time slot in response to upstream traffic demand from the ONU. .

請求項３４記載のシステムにおいて、前記時間スロットコントローラは、第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応じて第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さを延長するためのロジックを含んでおり、前記第１のＯＮＵは前記ＯＮＵの内の１つである。35. The system of claim 34, wherein the time slot controller includes logic for extending a length of the first ONU-specific time slot in response to increasing upstream traffic demand from the first ONU; The first ONU is one of the ONUs.

請求項３５記載のシステムにおいて、前記時間スロットコントローラは、前記第１のＯＮＵ固有時間スロットの長さの増加に対応して第２のＯＮＵ固有時間スロットの長さを短縮するためのロジックを含むものである。36. The system of claim 35, wherein the time slot controller includes logic for reducing a length of the second ONU-specific time slot in response to an increase in a length of the first ONU-specific time slot. .

請求項３４記載のシステムにおいて、前記時間スロットコントローラは、第１のＯＮＵからの上り方向トラフィック需要の増加に応じて第１のＯＮＵ固有の可変長時間スロットの長さを短くするためのロジックを含むものであり、前記第１のＯＮＵは前記複数のＯＮＵの１つである。35. The system of claim 34, wherein the time slot controller includes logic for reducing the length of the first ONU-specific variable long time slot in response to increasing upstream traffic demand from the first ONU. Wherein the first ONU is one of the plurality of ONUs.

請求項３３記載のシステムは更に、前記ＯＮＵへ向けて下り方向に送られ前記上り方向データ伝送に同期するスーパーフレームを生成する前記ＯＬＴ内に時分割多重化（ＴＤＭ）コントローラを含むものである。34. The system of claim 33, further comprising a time division multiplexing (TDM) controller in the OLT that generates a superframe sent downstream to the ONU and synchronized with the upstream data transmission.

請求項３８記載のシステムにおいて、前記時間スロットコントローラはトラフィック需要データに応じて時間スロットテーブルを生成するものであり、前記ＯＮＵはスーパーフレームの受信に応じて新規時間スロットテーブルを用い始めるものである。39. The system of claim 38, wherein the time slot controller generates a time slot table in response to traffic demand data, and wherein the ONU starts using a new time slot table in response to receiving a superframe.

請求項３３記載のシステムにおいて、前記可変長下り方向パケットはＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされる。34. The system of claim 33, wherein the variable length downlink packets are formatted according to IEEE 802.3.

請求項３３記載のシステムにおいて、前記下り方向パケットはインターネットプロトコル（ＩＰ）データグラムを含む。34. The system of claim 33, wherein the downstream packets include Internet Protocol (IP) datagrams.

請求項４１記載のシステムにおいて、前記可変長下り方向パケットの長さは前記ＩＰデータグラムの長さに関係している。42. The system of claim 41, wherein a length of the variable length downlink packet is related to a length of the IP datagram.

請求項３３記載のシステムにおいて、前記可変長上り方向パケットはＩＥＥＥ８０２．３に従ってフォーマットされる。34. The system of claim 33, wherein the variable length uplink packets are formatted according to IEEE 802.3.

請求項３３記載のシステムにおいて、前記上り方向のデータグラムはインターネットプロトコル（ＩＰ）データグラムである。34. The system of claim 33, wherein the upstream datagram is an Internet Protocol (IP) datagram.

請求項４４記載のシステムにおいて、前記可変長上り方向パケットの長さは前記ＩＰデータグラムの長さに関係している。The system of claim 44, wherein the length of the variable length upstream packet is related to the length of the IP datagram.