JP2009105539A - 光加入者線端局装置、それを含んだ通信システムおよびフレーム送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予め設定されたシェーピングレート以上のレートでクライアントがネットワークリソースを使用することを防止できる光加入者線端局装置を提供すること。
【解決手段】送信先ＯＮＵ判定部１４は、スケジューリング処理部１７によるスケジューリングに応じてバッファ１３から出力されたユニキャストフレームおよびマルチキャストフレームの宛先を判定する。そして、シェーピング演算処理部１６は、送信先ＯＮＵ判定部１４によって判定されたユニキャストフレームおよびマルチキャストフレームの宛先に応じて特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームの送信レートを演算し、送信レートが所定レート以下となるようにスケジューリング処理部１７のスケジューリングを制御する。したがって、予め設定されたシェーピングレート以上のレートでクライアントがネットワークリソースを使用することを防止することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の宅側装置が媒体を共有してデータの伝送を行なう媒体共有型通信であるＰＯＮ（Passive Optical Network）に関し、特に、データをイーサネット（登録商標）フレームのまま伝送を行なうＥＰＯＮ（Ethernet（登録商標） PON）における下りトラフィックのシェーピングを効率的に行なう光加入者線端局装置（ＯＬＴ（Optical Line Terminal））、それを含んだ通信システムおよびフレーム送信方法に関する。

近年、ブロードバンドアクセスが可能なネットワークが広く普及しつつあり、その中でも高速通信が可能なＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet（登録商標）-PON）が注目されている。ＧＥ−ＰＯＮは、複数の宅側装置が媒体を共有してデータの伝送を行なう媒体共有型通信であるため、ＰＯＮ帯域を効率的に利用することが重要となる。下りＰＯＮ帯域の効率的な利用に関する技術として、下記の特許文献１に開示された発明がある。

特許文献１に開示されたパケット転送装置においては、パケットを送受信するインターフェース部、受信したパケットの宛先のインターフェース部に出力するスイッチおよびパケットの送信タイミングを制御するシェーピング部を備え、シェーピング部は、パケットについて最低保証帯域を保証して送信する場合にはトークンバケットアルゴリズムを用い、パケットについて最大許容帯域以下に制限して送信する場合にはリーキーバケットアルゴリズムを用いるものである。
特開２００６−３３３０９１号公報

ＰＯＮにおけるシェーピング（トラフィック平滑化）は、光加入者線終端装置（ＯＮＵ（Optical Network Unit））ごとに特定のレートを設定し、それ以上のレートでトラフィックが到着した場合でもＯＬＴがバッファリングを行ない、特定の一定レートで各ＯＮＵに対してトラフィックを送信するものである。

このようなシェーピングが用いられる理由は、（１）ユーザに対して契約しているレート以上のネットワークリソースを利用させない、（２）宛先装置であるＯＮＵのバッファでオーバフローしないようにする、（３）トラフィックの遅延時間が揺らがないようにする、などである。

一方、トポロジー上、ＰＯＮでマルチキャストサービスを行なうことは容易である。何故なら、一般的なルータやスイッチではマルチキャストサービスを視聴しているポート数だけフレームをコピーする必要があるが、ＰＯＮでは同一のメディアを複数のＯＮＵが共有しているため、ＯＬＴがフレームをコピーする必要がないからである。

マルチキャストのトラフィックに対しても、マルチキャスト全体またはマルチキャストチャンネルごとにシェーピングを行なうことによりシェーピングの目的を達成することができる。しかしながら、その場合、ＯＮＵがそのＯＮＵ宛てのユニキャストトラフィックと現在視聴しているマルチキャストトラフィックとを受信することになり、結果的にはＯＮＵごとに設定されたシェーピングレート以上のトラフィックを受信してしまう。

たとえば、あるＯＮＵ宛てのシェーピングレートが１００Ｍｂｐｓ、そのＯＮＵが加入しているマルチキャストトラフィックに対するシェーピングレートが５０Ｍｂｐｓである場合を考える。ＯＬＴの上位トラフィックからそのＯＮＵ宛てに１００Ｍｂｐｓのユニキャストトラフィックが到着し、さらに５０Ｍｂｐｓのマルチキャストトラフィックが到着した場合、ＯＬＴはそれぞれのレートがシェーピングレート以下であるのでそのままＰＯＮ区間にフレームを転送する。したがって、ＯＮＵは合計１５０Ｍｂｐｓのトラフィックを受信することになり、ＯＮＵが比較的小さなバッファしか備えていない場合にはトラフィックロスが発生するといった問題点がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、第１の目的は、予め設定されたシェーピングレート以上のレートでクライアントがネットワークリソースを使用することを防止できる光加入者線端局装置、それを含んだ通信システムおよびフレーム送信方法を提供することである。

第２の目的は、複数の光加入者線終端装置宛てのフレーム送信を含めた送信レートがシェーピングレート以下となるようにし、残りの帯域を他の光加入者線終端装置に割当てることが可能な光加入者線端局装置、それを含んだ通信システムおよびフレーム送信方法を提供することである。

本発明のある局面に従えば、上位ネットワークから受信したフレームを複数の光加入者線終端装置に送信する光加入者線端局装置であって、フレームを格納する格納手段と、上位ネットワークから受信したフレームをユニキャストフレームと複数相手用フレームとに振り分けて格納手段に格納する振り分け手段と、複数の光加入者線終端装置の中の特定の光加入者線終端装置宛てのユニキャストフレームと、複数相手用フレームの中で特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームとの合計の送信レートが所定レート以下となるように格納手段に格納されたフレームの送信を制御する制御手段とを含む。

制御手段が、複数の光加入者線終端装置の中の特定の光加入者線終端装置宛てのユニキャストフレームと、複数相手用フレームの中で特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームとの合計の送信レートが所定レート以下となるように格納手段に格納されたフレームの送信を制御するので、予め設定されたシェーピングレート以上のレートでクライアントがネットワークリソースを使用することを防止することが可能となる。

好ましくは、複数相手用フレームは、マルチキャストフレームである。
複数相手用フレームは、マルチキャストフレームであるので、さらに適切なシェーピング処理を行なうことが可能となる。

さらに好ましくは、制御手段は、複数の光加入者線終端装置に送信するフレームのスケジューリングを行なうスケジューリング手段と、スケジューリング手段によるスケジューリングに応じて格納手段から出力されたユニキャストフレームおよびマルチキャストフレームの宛先を判定する判定手段と、判定手段によって判定されたユニキャストフレームおよびマルチキャストフレームの宛先に応じて特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームの送信レートを演算し、送信レートが所定レート以下となるようにスケジューリング手段のスケジューリングを制御する演算手段とを含む。

演算手段が、判定手段によって判定されたユニキャストフレームおよびマルチキャストフレームの宛先に応じて特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームの送信レートを演算し、送信レートが所定レート以下となるようにスケジューリング手段のスケジューリングを制御するので、残りの帯域を他の光加入者線終端装置に割当てることが可能となる。

さらに好ましくは、制御手段はさらに、マルチキャストグループに加入する光加入者線終端装置を監視する監視手段と、監視手段によって検出された光加入者線終端装置のマルチキャストグループへの加入状況を記憶する記憶手段とを含み、判定手段は、記憶手段に記憶されたマルチキャストグループへの加入状況を参照して、マルチキャストフレームの宛先を判定する。

判定手段は、記憶手段に記憶されたマルチキャストグループへの加入状況を参照して、マルチキャストフレームの宛先を判定するので、マルチキャストフレームを含めたフレームの送信レートを容易に演算することが可能となる。

好ましくは、複数相手用フレームは、ブロードキャストフレームである。
複数相手用フレームは、ブロードキャストフレームであるので、さらに適切なシェーピング処理を行なうことが可能となる。

本発明の別の局面に従えば、ＰＯＮシステムにおいて、上位ネットワークからフレームを受信する光加入者線端局装置と、光加入者線端局装置から送出されたフレームを受信して宅内ネットワークに送信する複数の光加入者線終端装置とを含んだ通信システムであって、光加入者線端局装置は、フレームを格納する格納手段と、上位ネットワークから受信したフレームをユニキャストフレームと複数相手用フレームとに振り分けて格納手段に格納する振り分け手段と、複数の光加入者線終端装置の中の特定の光加入者線終端装置宛てのユニキャストフレームと、複数相手用フレームの中で特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームとの合計の送信レートが所定レート以下となるように格納手段に格納されたフレームの送信を制御する制御手段とを含み、複数の光加入者線終端装置のそれぞれは、光加入者線端局装置からフレームを受信する受信手段と、受信手段によって受信されたフレームを宅内ネットワークに送信する送信手段とを含む。

本発明のさらに別の局面に従えば、上位ネットワークから受信したフレームを複数の光加入者線終端装置に送信する光加入者線端局装置のフレーム送信方法であって、上位ネットワークから受信したフレームをユニキャストフレームと複数相手用フレームとに振り分けて格納手段に格納するステップと、複数の光加入者線終端装置の中の特定の光加入者線終端装置宛てのユニキャストフレームと、複数相手用フレームの中で特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームとの合計の送信レートが所定レート以下となるように格納手段に格納されたフレームの送信を制御するステップとを含む。

本発明のある局面によれば、制御手段が、複数の光加入者線終端装置の中の特定の光加入者線終端装置宛てのユニキャストフレームと、複数相手用フレームの中で特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームとの合計の送信レートが所定レート以下となるように格納手段に格納されたフレームの送信を制御するので、予め設定されたシェーピングレート以上のレートでクライアントがネットワークリソースを使用することを防止することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態における通信システムの全体構成を示すブロック図である。この通信システムは、局側装置であるＯＬＴ１と、宅側装置である複数のＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃Ｎ（２−１〜２−Ｎ）とを含む。ＯＬＴ１と、ＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃Ｎ（２−１〜２−Ｎ）とはＰＯＮによって接続される。

また、ＯＬＴ１は、インターネットなどの広域ネットワーク（以下、上位ネットワークと呼ぶ。）に接続される。また、ＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃Ｎ（２−１〜２−Ｎ）は、ＬＡＮ（Local Area Network）などの宅内ネットワークを介して端末に接続される。

図２は、本発明の実施の形態におけるＯＬＴ１の概略構成を示すブロック図である。このＯＬＴ１は、上位ネットワークからの下りフレームを受信するＳＮＩ（Service Network Interface）下り受信部１１と、ＳＮＩ下り受信部１１によって受信されたフレームを振り分けるフレーム振り分け処理部１２と、フレーム振り分け処理部１２によって振り分けられたフレームを蓄積するバッファ１３と、フレームを送信する際に送信先ＯＮＵを判定する送信先ＯＮＵ判定部１４と、ＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃Ｎ（２−１〜２−Ｎ）に対して下りフレームを送信するＰＯＮ下り送信部１５と、各ＯＮＵに対するシェーピング演算を行なうシェーピング演算処理部１６と、各ＯＮＵに対する下りフレームのスケジューリングを行なうスケジューリング処理部１７と、ＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃Ｎ（２−１〜２−Ｎ）からの上りフレームを受信するＰＯＮ上り受信部１８と、ＰＯＮ上り受信部１８によって受信されたフレームを振り分けるフレーム振り分け処理部１９と、フレーム振り分け処理部１９によって振り分けられたマルチキャスト制御フレームを参照して各ＯＮＵのマルチキャストグループへの加入／脱退を監視するマルチキャストグループ監視処理部２０と、各ＯＮＵのマルチキャストグループへの加入状況を記憶するマルチキャストグループテーブル２１と、フレーム振り分け処理部１９によって振り分けられた上りフレームを上位ネットワークに送信するＳＮＩ上り送信部２２とを含む。

ＳＮＩ下り受信部１１は、上位ネットワークを介して下りフレームを受信し、フレーム振り分け処理部１２に転送する。この下りフレームには、各ＯＮＵ宛てのユニキャストフレーム、マルチキャストフレーム、ブロードキャストフレーム、制御フレームなどが含まれる。

フレーム振り分け処理部１２は、ＳＮＩ下り受信部１１から転送されたフレームおよびマルチキャストグループ監視処理部２０から転送されたマルチキャスト制御フレームを受け、フレームの種別および宛先ＯＮＵに応じてバッファ１３内の各ＦＩＦＯ（First In First Out）に振り分けて蓄積する。

バッファ１３は、各ＯＮＵ宛てのフレームがそれぞれ蓄積されるＯＮＵ １ ＦＩＦＯ〜ＯＮＵ Ｎ ＦＩＦＯ（３１−１〜３１−Ｎ）と、マルチキャストグループ毎のマルチキャストフレームが蓄積されるＭＣＡＳＴ １ ＦＩＦＯ〜ＭＣＡＳＴ Ｍ ＦＩＦＯ（３２−１〜３２−Ｍ）と、ブロードキャストフレームが蓄積されるＢＣＡＳＴ ＦＩＦＯ３３とを含む。

スケジューリング処理部１７は、バッファ１３内の各ＦＩＦＯのフレーム蓄積量を参照し、フレームが蓄積されているＦＩＦＯの中でラウンドロビン方式によりＦＩＦＯを選択し、バッファ１３に送信ＦＩＦＯ指示を出力することによりＦＩＦＯに蓄積されているフレームを順次送信先ＯＮＵ判定部１４に転送させる。

このとき、スケジューリング処理部１７は、ＯＮＵごとに設定された所定レート以上にフレームを送信すると、シェーピング演算処理部１６からバックプレッシャ指示を受ける。バックプレッシャ指示を受けたスケジューリング処理部１７は、バッファ１３内の当該ＯＮＵに相当するＦＩＦＯにフレームが蓄積されていたとしてもフレーム送信指示を行なわない。その結果、バックプレッシャ指示をされていないＯＮＵへのみフレーム送信指示が行なわれるため、シェーピングされているＯＮＵへの帯域がシェーピングされていないＯＮＵへ再分配されることになる。

すなわち、ＰＯＮシステムは光ファイバを共有するネットワークであるがゆえに、光加入者線端局装置から光加入者線終端装置への合計送信レートが一定であるため、あるＯＮＵに分配されなかった残りの帯域が他のＯＮＵに再分配されることになる。

なお、本実施の形態における下りフレームのスケジューリング方法自体は、従来のスケジューリング方法が用いられる。スケジューリング方法の詳細については、本出願人が出願した特開２００４−３４３７３４号公報、特開２００７−４９３７６号公報などを参照されたい。

ＰＯＮ上り受信部１８は、ＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃Ｎ（２−１〜２−Ｎ）からの光信号を電気信号に変換することにより上りフレームを受信し、フレーム振り分け処理部１９に転送する。

フレーム振り分け処理部１９は、ＰＯＮ上り受信部１８から受けたフレームの種別を判定し、上位ネットワークを介して送信すべきデータフレームなどをＳＮＩ上り送信部２２に転送し、マルチキャスト制御フレームをマルチキャストグループ監視処理部２０に転送する。

ＳＮＩ上り送信部２２は、フレーム振り分け部１９から転送されたデータフレームなどを上位ネットワークを介して送信する。

マルチキャストグループ監視処理部２０は、フレーム振り分け処理部１９から受けたマルチキャスト制御フレームを参照し、各ＯＮＵのマルチキャストグループへの加入／脱退を監視する。そして、各ＯＮＵごとにマルチキャストグループへの加入状況をマルチキャストグループテーブル２１に記憶する。なお、この処理の詳細については後述する。

送信先ＯＮＵ判定部１４は、バッファ１３から転送されたフレームの送信先およびフレームサイズを判定し、送信ＯＮＵ情報をシェーピング演算処理部１６に通知する。

送信先ＯＮＵ判定部１４は、バッファ１３から転送されたフレームがユニキャストフレームであれば、そのユニキャストフレームの送信先のＯＮＵおよびフレームサイズをシェーピング演算処理部１６に通知すると共に、そのユニキャストフレームをＰＯＮ下り送信部１５に転送する。

また、送信先ＯＮＵ判定部１４は、バッファ１３から転送されたフレームがマルチキャストフレームであれば、そのマルチキャストグループを識別する。そして、マルチキャストグループテーブル２１を参照することにより、そのマルチキャストグループに加入しているＯＮＵを判定し、加入ＯＮＵおよびフレームサイズをシェーピング演算処理部１６に通知すると共に、そのマルチキャストフレームをＰＯＮ下り送信部１５に転送する。

また、送信先ＯＮＵ判定部１４は、バッファ１３から転送されたフレームがブロードキャストフレームであれば、すべてのＯＮＵおよびフレームサイズをシェーピング演算処理部１６に通知すると共に、そのブロードキャストフレームをＰＯＮ下り送信部１５に転送する。

ＰＯＮ下り送信部１５は、送信先ＯＮＵ判定部１４から転送されたフレームを電気信号から光信号に変換し、ＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃Ｎ（２−１〜２−Ｎ）に送信する。

シェーピング演算処理部１６は、ＯＮＵごとにシェーピング演算を行なっており、ＯＮＵ宛てのユニキャストフレームのフレームサイズおよびそのＯＮＵが加入するマルチキャストフレームのフレームサイズを考慮する。さらに、ブロードキャストフレームのフレームサイズを考慮するようにしてもよい。本実施の形態においてはトークンバケットを用いた場合を説明するが、これに限定されるものではない。このシェーピング演算処理の詳細は後述する。

図３は、図２に示すマルチキャストグループ監視処理部２０の処理手順を説明するためのフローチャートである。マルチキャストグループ監視処理部２０は、アイドル状態（Ｓ１）において各種タイマ（Ｇｅｎｅｒａｌタイマ、応答タイマ、削除完了タイマ）のタイムアウト、およびフレーム振り分け処理部１９から転送されるマルチキャスト制御フレーム（Ｌｅａｖｅ、Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔ）の転送を監視しており、これらのイベントが発生したときに各処理が実行される。

Ｇｅｎｅｒａｌタイマは、定期的にエントリ確認を行なうために使用されるタイマであり、初期設定時に起動される。

まず、アイドル状態（Ｓ１）においてＧｅｎｅｒａｌタイマのカウント満了を検知すると、定期的エントリ確認処理を行なう（Ｓ２）。具体的には、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｑｕｅｒｙを生成し、フレーム振り分け処理部１２に転送する。このＧｅｎｅｒａｌ Ｑｕｅｒｙは、すべてのＯＮＵの状態を定期的に確認するために送信するマルチキャスト制御フレームである。フレーム振り分け処理部１２は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｑｕｅｒｙをブロードキャストフレームとしてバッファ１３内のＢＣＡＳＴ ＦＩＦＯ３３に蓄積する。

そして、次回のＧｅｎｅｒａｌ Ｑｕｅｒｙ送信のためにＧｅｎｅｒａｌタイマを起動し、各グループ内の各ＯＮＵごとに設定された応答タイマを起動する。この応答タイマは、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｑｕｅｒｙを送信した後、所定時間内に各グループ内の各ＯＮＵからの応答があるか否かを検知するためのタイマである。定期的エントリ確認処理が終了すると、アイドル状態（Ｓ１）に戻る。

アイドル状態（Ｓ１）においてＬｅａｖｅ受信または応答タイマ満了を検知すると、切断確認処理を行なう（Ｓ３）。このＬｅａｖｅは、クライアントからの自発的なグループ離脱を示すマルチキャスト制御フレームである。フレーム振り分け処理部１９は、ＰＯＮ上り受信部１８からこのＬｅａｖｅを受けると、マルチキャストグループ監視処理部２０に転送する。

切断確認処理において、マルチキャストグループ監視処理部２０は、Ｌｅａｖｅを送信したＯＮＵまたは応答タイマ満了が検知されたＯＮＵ宛てのＧｒｏｕｐ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｑｕｅｒｙを生成し、フレーム振り分け処理部１２に転送する。フレーム振り分け処理部１２は、Ｇｒｏｕｐ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｑｕｅｒｙを対応のＯＮＵ ＦＩＦＯに蓄積する。このＧｒｏｕｐ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｑｕｅｒｙは、マルチキャストグループの離脱を最終的に確認するためのマルチキャストグループ制御フレームである。また、マルチキャストグループ監視処理部２０は、Ｇｒｏｕｐ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｑｕｅｒｙを送信したＯＮＵごとに削除完了タイマを起動する。切断確認処理が終了すると、アイドル状態（Ｓ１）に戻る。

アイドル状態（Ｓ１）においてＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔ受信を検知すると、そのＯＮＵに対応する応答タイマおよび削除完了タイマを停止する（Ｓ４）。このＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔは、クライアントによる新規グループへの加入要求、またはＱｕｅｒｙに対する応答として受信されるマルチキャスト制御フレームである。フレーム振り分け処理部１９は、ＰＯＮ上り受信部１８からこのＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔを受けると、マルチキャストグループ監視処理部２０に転送する。

そして、ＯＮＵから受信したＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔが新規グループへの加入要求（新規エントリ）を示すか否かが判定される（Ｓ５）。新規エントリでなければ（Ｓ５，Ｎｏ）、アイドル状態（Ｓ１）に戻る。新規エントリであれば（Ｓ５，Ｙｅｓ）、グループテーブル追加更新処理を行なう（Ｓ６）。

図４は、マルチキャストグループテーブル２１の一例を示す図である。図４においては、マルチキャストグループＡおよびＢが登録されており、グループ別に各ＯＮＵが視聴中（加入中）であるか否かを示している。グループＡは、ＯＮＵ１、ＯＮＵ５およびＯＮＵ７が視聴中であり、グループＢは、ＯＮＵ１、ＯＮＵ３およびＯＮＵ６が視聴中であることを示している。

グループテーブル追加更新処理において、マルチキャストグループ監視処理部２０は、マルチキャストグループテーブル２１内の対応するグループリストに、Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔを送信したＯＮＵを追加し（視聴中とし）、アイドル状態（Ｓ１）に戻る。

アイドル状態（Ｓ１）において削除完了タイマが満了すると、グループテーブル削除更新処理を行なう（Ｓ７）。具体的には、マルチキャストグループ監視処理部２０が、マルチキャストグループテーブル２１内の対応するグループリストから、Ｌｅａｖｅを送信したＯＮＵおよび応答がなかったＯＮＵを削除する。

図５は、図２に示す送信先ＯＮＵ判定部１４の処理手順を説明するためのフローチャートである。送信先ＯＮＵ判定部１４は、アイドル状態（Ｓ１１）においてバッファ１３からフレーム送信イベントを受けると、そのフレームの宛先を参照してユニキャスト転送であるか、マルチキャスト転送であるか、またはブロードキャスト転送であるかを判定する（Ｓ１２）。

フレーム送信イベントがユニキャスト転送であれば、送信先ＯＮＵ判定部１４は、シェーピング演算処理部１６にその宛先ＯＮＵおよびフレームサイズを通知し（Ｓ１３）、アイドル状態（Ｓ１１）に戻る。

フレーム送信イベントがマルチキャスト転送であれば、送信先ＯＮＵ判定部１４は、マルチキャストグループテーブル２１を検索してそのマルチキャストグループに加入しているＯＮＵを抽出し（Ｓ１４）、シェーピング演算処理部１６にそのマルチキャストグループの加入ＯＮＵおよびフレームサイズを通知し（Ｓ１５）、アイドル状態（Ｓ１１）に戻る。

図６は、マルチキャストフレームおよびマルチキャストグループの識別方法を説明するための図である。一例として、ＩＰ（Internet Protocol）ｖ４マルチキャストトラフィック（ＩＧＭＰ（Internet Group Management Protocol））の場合を説明するが、たとえばＩＰｖ６マルチキャストトラフィック（ＭＬＤ（Multicast Listener Discovery）プロトコル）などの場合も同様である。

図６（ａ）は、ＭＡＣ（Media Access Control）ＤＡ（Destination Address）を参照してＩＰｖ４マルチキャストトラフィックを判別する場合を示す図である。ＭＡＣ ＤＡが“０１：００：５Ｅ：００：００：００”〜“０１：００：５Ｅ：７Ｆ：ＦＦ：ＦＦ”の範囲内にあるフレームがＩＰマルチキャストフレームと識別される。マルチキャストグループもこのＭＡＣ ＤＡにマッピングされており、ＭＡＣ ＤＡがどの範囲内にあるかによってマルチキャストグループも識別することが可能である。

図６（ｂ）は、宛先ＩＰアドレスを参照してＩＰｖ４マルチキャストトラフィックを判別する場合を示す図である。フレームのＴｙｐｅフィールドがＩＰｖ４を示す“０ｘ０８００”であり、かつヘッダ内の宛先ＩＰアドレスが“２２４．０．０．０”〜“２３９．２５５．２５５．２５５”の範囲内にあるフレームがＩＰマルチキャストフレームと識別される。マルチキャストグループもこのＩＰアドレスにマッピングされており、ＩＰアドレスがどの範囲内にあるかによってマルチキャストグループも識別することが可能である。

再び、図５に示すフローチャートの説明に戻る。フレーム送信イベントがブロードキャスト転送であれば、送信先ＯＮＵ判定部１４は、シェーピング処理部１６に全てのＯＮＵおよびフレームサイズを通知し（Ｓ１６）、アイドル状態（Ｓ１１）に戻る。

図７は、図２に示すシェーピング演算処理部１６の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、図７に示す処理は、ＯＮＵ毎およびマルチキャスト毎に行なわれる。まず、シェーピング演算処理部１６は、初期設定時にクレジットタイマを起動する。

シェーピング演算処理部１６は、アイドル状態（Ｓ２１）においてクレジットタイマの満了を検知すると、ＯＮＵに対応するクレジット値にトークン値を加算し、クレジットタイマを再度起動する（Ｓ２２）。

次に、シェーピング演算処理部１６は、ＯＮＵに対応するクレジット値が０以上であるか否かを判定する（Ｓ２３）。クレジット値が０未満であれば（Ｓ２３，Ｎｏ）、アイドル状態（Ｓ２１）に戻る。また、クレジット値が０以上であれば（Ｓ２３，Ｙｅｓ）、スケジューリング処理部１７に対してそのＯＮＵのバックプレッシャ無効指示を出力し（Ｓ２４）、アイドル状態（Ｓ２１）に戻る。

また、アイドル状態（Ｓ２１）において送信先ＯＮＵ判定部１４から送信ＯＮＵの通知を受けると、その送信先ＯＮＵに対応するクレジット値からフレームサイズ分を減算する（Ｓ２５）。そして、シェーピング演算処理部１６は、ＯＮＵに対応するクレジット値が０以上であるか否かを判定する（Ｓ２６）。

クレジット値が０以上であれば（Ｓ２６，Ｙｅｓ）、アイドル状態（Ｓ２１）に戻る。また、クレジット値が０未満であれば（Ｓ２６，Ｎｏ）、スケジューリング処理部１７に対してそのＯＮＵのバックプレッシャ有効指示を出力し（Ｓ２７）、アイドル状態（Ｓ２１）に戻る。

図８は、トークンバケットを用いた場合のクレジット値の変化をグラフで表した図である。初期設定時にクレジット値が“０”にリセットされ、クレジットタイマの満了ごとにトークン値が加算される。したがって、時間とともにクレジット値が徐々に増加する。

フレーム送信イベントが発生すると、そのＯＮＵに対応するクレジット値からフレームサイズ分が減算される。このとき、クレジット値が０未満となると、シェーピング演算処理部１６からスケジューリング処理部１７に対してそのＯＮＵに対するバックプレッシャ指示が出力される。これによって、スケジューリング処理部１７は、そのＯＮＵに対してフレームの送信を行なわないようにスケジューリングを行なう。

再びクレジット値が０以上になると、シェーピング演算処理部１６はスケジューリング処理部１７に対して出力していたバックプレッシャ指示を停止する。これによって、スケジューリング処理部１７は、そのＯＮＵに対するフレームの送信スケジューリングを再開する。

なお、クレジット値が最大バースト値（最大送出許可量）になると、それ以上のトークン値は加算されない。また、トークン値はシェーピングレートに応じて決定される。

図９は、本発明の実施の形態におけるＯＮＵ２の概略構成を示すブロック図である。このＯＮＵ２は、ＯＬＴ１からの下りフレームを受信するＰＯＮ下り受信部４１と、ＰＯＮ下り受信部４１によって受信されたフレームを振り分ける下りフレーム振り分け処理部４２と、下りフレーム振り分け処理部４２によって振り分けられたマルチキャストフレームを端末へ転送すべきか否かを判定するマルチキャストフレーム転送判定部４３と、マルチキャストフレーム転送判定部４３から転送されたフレームを宅内ネットワークを介して端末に送信するＵＮＩ（User Network Interface）下り送信部４４と、宅内ネットワークを介して端末からフレームを受信するＵＮＩ上り受信部４５と、ＵＮＩ上り受信部４５によって受信された上りフレームを振り分ける上りフレーム振り分け処理部４６と、上りフレーム振り分け処理部４６によって振り分けられたフレームを蓄積するバッファメモリ４７と、バッファメモリ４７に蓄積されたフレームをＯＬＴ１によって許可された帯域内で送信するＰＯＮ上り送信部４８と、下りフレーム振り分け処理部４２および上りフレーム振り分け処理部４６によって振り分けられたマルチキャスト制御フレームを監視することにより、ＵＮＩ配下の端末のマルチキャストグループへの加入／脱退を監視するマルチキャストグループ監視処理部４９とを含む。

下りフレーム振り分け処理部４２は、ＰＯＮ下り受信部４１から受けた下りフレームをそのままマルチキャストフレーム転送判定部４３に転送するとともに、マルチキャスト制御フレームを検出してマルチキャストグループ監視処理部４９へ転送する。

マルチキャストフレーム転送判定部４３は、下りフレーム振り分け処理部４２から受けたフレームがマルチキャストフレームであれば、マルチキャストグループ監視処理部４９からＵＮＩ配下の端末が加入するマルチキャストグループに関する情報を受け、そのマルチキャストグループに属すると判定したマルチキャストフレームをそのままＵＮＩ下り送信部４４に転送し、それ以外のマルチキャストフレームを廃棄する。

また、マルチキャストフレーム転送判定部４３は、下りフレーム振り分け処理部４２から受けたフレームがマルチキャストフレーム以外のフレームであれば、そのフレームをそのままＵＮＩ下り送信部４４に転送する。

上りフレーム振り分け処理部４６は、ＵＮＩ上り受信部４５から受けた上りフレームをそのままバッファ４７に転送するとともに、マルチキャスト制御フレームを検出してマルチキャストグループ監視処理部４９へ転送する。

マルチキャストグループ監視処理部４９は、下りフレーム振り分け処理部４２および上りフレーム振り分け処理部４６から受けたマルチキャスト制御フレームを監視することにより、ＵＮＩ配下の端末が加入するマルチキャストグループを特定する。この処理は、ＯＬＴ１内のマルチキャストグループ監視処理部２０の処理に準ずる。

すなわち、下りフレーム振り分け処理部４２からＧｅｎｅｒａｌ Ｑｕｅｒｙを受けた後、所定時間内に上りフレーム振り分け処理部４６からＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔが転送されると、そのＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔの内容を参照してマルチキャストグループへの加入を判定する。

また、下りフレーム振り分け処理部４２からＧｒｏｕｐ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｑｕｅｒｙを受けた後、所定時間内に上りフレーム振り分け処理部４６からＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔが転送されると、そのＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔの内容を参照してマルチキャストグループへの加入を判定する。所定時間内に上りフレーム振り分け処理部４６からＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｒｅｐｏｒｔが転送されなければ、マルチキャストグループからの離脱であると判定し、そのマルチキャストグループを削除する。

また、上りフレーム振り分け処理部４６から端末による自発的なＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ ＲｅｐｏｒｔおよびＬｅａｖｅを受けると、そのマルチキャストグループへの加入および離脱を判定する。

なお、Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ ＲｅｐｏｒｔおよびＬｅａｖｅの生成は端末側で行なわれ、ＯＮＵ２はそれを監視するのみである。したがって、これらのマルチキャスト制御フレームはそのままＯＬＴ１に転送される。

図１に示す通信システムにおいて、たとえばＯＮＵ＃１に対するシェーピングレートが１００Ｍｂｐｓに設定され、ＯＮＵ＃２に対するシェーピングレートが２００Ｍｂｐｓに設定されているとする。このシェーピングレートは、ユーザとの契約内容や、ＯＮＵの宅内ネットワークの速度などによって決定される。

また、ＯＬＴ１が上位ネットワークと１Ｇｂｐｓのレートで接続されているとする。たとえば、ＯＮＵ＃１宛ての下りトラフィックとＯＮＵ＃１が加入しているマルチキャストトラフィックとの合計が５００Ｍｂｐｓで送信されたとすると、ＯＬＴ１はＯＮＵ＃１に対してＰＯＮ区間に１００Ｍｂｐｓのトラフィックのみを送信し、残りの４００Ｍｂｐｓ分のトラフィックをバッファ１３内のＦＩＦＯに蓄積する。

この５００Ｍｂｐｓのトラフィックが連続すれば、ＯＬＴ１のバッファ１３がオーバフローしてトラフィックロスが発生することになる。しかしながら、逆に言えば、平均的には１００Ｍｂｐｓのトラフィックであるが、瞬間的に５００Ｍｂｐｓのトラフィックが到着するなどの場合には、一旦ＯＬＴ１内のバッファ１３に蓄積され、ＰＯＮ区間においては最大でも１００Ｍｂｐｓで送信されることになり、トラフィックロスは起こらない。

このように、ＯＮＵ＃１宛ての下りトラフィックとＯＮＵ＃１が加入しているマルチキャストトラフィックとの合計が所定のシェーピングレートを超えないようにすることにより、ＯＬＴ１にバッファを集中させ、ＯＮＵ＃１〜ＯＮＵ＃Ｎ（２−１〜２−Ｎ）には比較的小さいバッファのみを備えるようにすることができる。これによって、システム全体のコストを削減することができる。

また、マルチキャストフレームがＯＬＴ１のバッファ１３に蓄積されている場合には、ＯＮＵのそれぞれのバッファにそのフレームが蓄積される場合と比較して、全体的なバッファのフレーム蓄積量を削減することができ、全体的なバッファ容量を削減することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態におけるＯＬＴ１によれば、ＯＮＵ宛ての下りトラフィックとそのＯＮＵが加入しているマルチキャストトラフィックとの合計が所定のシェーピングレートを超えないようにしたので、通信システム全体のコストを削減することが可能となった。

また、予め設定されたシェーピングレート以上のレートでクライアントがネットワークリソースを使用することを防止することが可能となった。

また、各ＯＮＵの送信レートがそれぞれのシェーピングレート以下となるようにしたので、残りの帯域を他のＯＮＵに割り当てることができ、帯域割り当てを効率的に行なうことが可能となった。

また、さらにブロードキャストフレームを含めたトラフィックのレートがシェーピングレート以下となるようにすることにより、さらに適切なシェーピング処理を行なうことが可能となった。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態における通信システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるＯＬＴ１の概略構成を示すブロック図である。 図２に示すマルチキャストグループ監視処理部２０の処理手順を説明するためのフローチャートである。 マルチキャストグループテーブル２１の一例を示す図である。 図２に示す送信先ＯＮＵ判定部１４の処理手順を説明するためのフローチャートである。 マルチキャストフレームおよびマルチキャストグループの識別方法を説明するための図である。 図２に示すシェーピング演算処理部１６の処理手順を説明するためのフローチャートである。 トークンバケットを用いた場合のクレジット値の変化をグラフで表した図である。 本発明の実施の形態におけるＯＮＵ２の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ ＯＬＴ、２−１〜２−Ｎ ＯＮＵ、１１ ＳＮＩ下り受信部、１２，１９ フレーム振り分け処理部、１３ バッファ、１４ 送信先ＯＮＵ判定部、１５ ＰＯＮ下り送信部、１６ シェーピング演算処理部、１７ スケジューリング処理部、１８ ＰＯＮ上り受信部、２０ マルチキャストグループ監視処理部、２１ マルチキャストグループテーブル、２２ ＳＮＩ上り送信部、３１−１〜３１−Ｎ ＯＮＵ ＦＩＦＯ、３２−１〜３２−Ｍ ＭＣＡＳＴ ＦＩＦＯ、３３ ＢＣＡＳＴ ＦＩＦＯ、４１ ＰＯＮ下り受信部、４２ ＵＮＩ下り送信部、４３ 制御フレーム処理部、４４ ＵＮＩ上り受信部、４５ バッファメモリ、４６ ＰＯＮ上り送信部。

Claims (7)

1. 上位ネットワークから受信したフレームを複数の光加入者線終端装置に送信する光加入者線端局装置であって、
   フレームを格納する格納手段と、
   前記上位ネットワークから受信したフレームをユニキャストフレームと複数相手用フレームとに振り分けて前記格納手段に格納する振り分け手段と、
   前記複数の光加入者線終端装置の中の特定の光加入者線終端装置宛てのユニキャストフレームと、前記複数相手用フレームの中で前記特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームとの合計の送信レートが所定レート以下となるように前記格納手段に格納されたフレームの送信を制御する制御手段とを含む、光加入者線端局装置。
2. 前記複数相手用フレームは、マルチキャストフレームである、請求項１記載の光加入者線端局装置。
3. 前記制御手段は、前記複数の光加入者線終端装置に送信するフレームのスケジューリングを行なうスケジューリング手段と、
   前記スケジューリング手段によるスケジューリングに応じて前記格納手段から出力されたユニキャストフレームおよびマルチキャストフレームの宛先を判定する判定手段と、
   前記判定手段によって判定されたユニキャストフレームおよびマルチキャストフレームの宛先に応じて前記特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームの送信レートを演算し、該送信レートが前記所定レート以下となるように前記スケジューリング手段のスケジューリングを制御する演算手段とを含む、請求項２記載の光加入者線端局装置。
4. 前記制御手段はさらに、マルチキャストグループに加入する光加入者線終端装置を監視する監視手段と、
   前記監視手段によって検出された光加入者線終端装置のマルチキャストグループへの加入状況を記憶する記憶手段とを含み、
   前記判定手段は、前記記憶手段に記憶されたマルチキャストグループへの加入状況を参照して、前記マルチキャストフレームの宛先を判定する、請求項３記載の光加入者線端局装置。
5. 前記複数相手用フレームは、ブロードキャストフレームである、請求項１記載の光加入者線端局装置。
6. ＰＯＮシステムにおいて、上位ネットワークからフレームを受信する光加入者線端局装置と、該光加入者線端局装置から送出されたフレームを受信して宅内ネットワークに送信する複数の光加入者線終端装置とを含んだ通信システムであって、
   前記光加入者線端局装置は、フレームを格納する格納手段と、
   前記上位ネットワークから受信したフレームをユニキャストフレームと複数相手用フレームとに振り分けて前記格納手段に格納する振り分け手段と、
   前記複数の光加入者線終端装置の中の特定の光加入者線終端装置宛てのユニキャストフレームと、前記複数相手用フレームの中で前記特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームとの合計の送信レートが所定レート以下となるように前記格納手段に格納されたフレームの送信を制御する制御手段とを含み、
   前記複数の光加入者線終端装置のそれぞれは、前記光加入者線端局装置からフレームを受信する受信手段と、
   前記受信手段によって受信されたフレームを前記宅内ネットワークに送信する送信手段とを含む、通信システム。
7. 上位ネットワークから受信したフレームを複数の光加入者線終端装置に送信する光加入者線端局装置のフレーム送信方法であって、
   前記上位ネットワークから受信したフレームをユニキャストフレームと複数相手用フレームとに振り分けて格納手段に格納するステップと、
   前記複数の光加入者線終端装置の中の特定の光加入者線終端装置宛てのユニキャストフレームと、前記複数相手用フレームの中で前記特定の光加入者線終端装置に送信すべきフレームとの合計の送信レートが所定レート以下となるように前記格納手段に格納されたフレームの送信を制御するステップとを含む、フレーム送信方法。

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