JP2004528784A - 可変長パケット及び可変長上り方向の時間スロットを利用するポイントツーマルチポイント受動光ネットワーク - Google Patents
可変長パケット及び可変長上り方向の時間スロットを利用するポイントツーマルチポイント受動光ネットワーク Download PDFInfo
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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7A
【課題】
【解決手段】
【選択図】図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(passive optical network、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(optical line terminal、略称OLT)と複数の遠隔光ネットワークユニット(optical network unit、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(Quality of Service=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(carrier sense multiple access/ collision detection protocol、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(frame check sequence、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。
【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(passive optical network、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(optical line terminal、略称OLT)と複数の遠隔光ネットワークユニット(optical network unit、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(Quality of Service=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(carrier sense multiple access/ collision detection protocol、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(frame check sequence、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。
Claims (45)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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