JP4865908B2 - 帯域割当方法および受動光通信網システム - Google Patents

Description

本発明は、受動光通信網における上り通信の通信時間（帯域）を動的に割り当てる帯域割当方法およびこれを実施した受動光通信網システムに関するものである。

近年、インターネットの発展により、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）サービスの利用者が増加している。ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ：受動光通信網）は、通信事業者局に設置されるＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ：光端局装置）と、ユーザ宅に設置されるＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ：効果入射装置）とからなるＦＴＴＨの一形態である。
ＰＯＮは、ＯＬＴと複数のＯＮＵとを、光ファイバや受動光スプリッタ等の光伝送路を介して接続した光ネットワークであり、その経済的優位性により、広く利用されている。

ＯＬＴとＯＮＵとがイーサネット（登録商標）フレームにより通信を行うＥＰＯＮ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＯＮ）の中で、伝送速度が１ＧｂｐｓであるＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＯＮ)は、高速かつ安価なＦＴＴＨサービスを提供することができるため、特に国内では広く用いられている。また、最近では、伝送速度を１０Ｇｂｐｓに高速化した１０Ｇ−ＥＰＯＮの標準仕様が検討されている。

一般に、ＰＯＮにおいては、ＯＬＴからＯＮＵへの通信の方向を下り方向と呼び、これと反対方向を上り方向と呼ぶ。ＧＥ−ＰＯＮを始めとする多くのＰＯＮでは、上り方向の通信は時分割多元接続によって行われる。ＯＬＴにより、それぞれのＯＮＵの送信タイミングを制御することで、複数のＯＮＵがＯＬＴと時分割通信できるようにしている。

１０Ｇ−ＥＰＯＮの上り通信も同様に時分割多元接続により行われる。１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、１台のＯＬＴに、上り伝送速度が異なる複数のＯＮＵが接続できる方式が検討されている。このとき、異なる速度のＯＮＵとの間であっても、時分割多元接続により上り通信を実現する。

上り方向の通信が時分割多元接続によって行われる多くのＰＯＮにおいて、効率的に上り帯域を使用するには、それぞれのＯＮＵに対して上り通信を許可する時間の長さを、通信の状況に応じて動的に変更することによる、動的帯域割当が重要である。ここで、帯域は、各ＯＮＵに対して送信許可量を算出し、その送信時間帯を排他的に確保することにより、割り当てられる。

ＧＥ−ＰＯＮには、ＭＰＣＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｏｉｎｔ−Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）と呼ばれる、複数のＯＮＵの送信タイミングを制御するプロトコルが定められている。ＯＬＴはＭＰＣＰを用いて動的帯域割当を実行する。

ＯＮＵは、送信待ちの上りデータ量を送信待機量として送信要求信号に記載してＯＬＴに送信する。ＯＬＴは、送信要求信号を受信し、送信要求量を参照し、ＯＮＵごとに送信を許可する量と送信開始時刻とを算出し、これらを送信許可信号に記載して各ＯＮＵに送信する。その際、それぞれのＯＮＵの送信信号が時間的に重複しないように制御する。ＯＮＵは受信した送信許可信号に従い、指定された送信開始時刻から送信を開始し、上りバッファに蓄積していた信号を、指定された送信許可量の時間だけ送信する。

動的帯域割当の方法は、ＰＯＮシステムの性能を決定する上で重要である。ＰＯＮシステムの性能は、帯域利用効率や、実際の割当帯域の目標帯域への収束の速さなどを指標に評価することができる。動的帯域割当においては、高い帯域利用効率を保ちつつ、各ＯＮＵの通信状態から目標帯域を算出し、その目標帯域に実際の割当帯域を近づけることが重要である。ここで、実際の上り割当帯域の目標帯域への収束の速さは、動的帯域割当の方法によって大きく影響を受ける。

ＰＯＮシステムにおいては、実際の時間平均割当帯域がより速く目標帯域に収束するほうが、高性能であるといえる。

そこで、動的帯域割当の方法として、ＯＬＴがＯＮＵに送信要求量の閾値である要求量閾値を与えて、ＯＮＵからＯＬＴに閾値以下のバッファ蓄積量を送信要求量としてレポートさせ、ＯＬＴはＯＮＵからレポートされた閾値以下の送信要求量と一致させた送信許可量を通知する方法がある。

特許文献１には、各ＯＮＵの上り送信要求量に上限値を設けることで、上り割当帯域を制御する方法が開示されている。この特許文献１によると、各ＯＮＵは送信要求量をＯＬＴに通知し、ＯＬＴは通知された送信要求量と一致した量の送信を許可することで、余剰帯域を無くし帯域利用効率を向上させる。このとき、他のＯＮＵに比べてトラフィック量の大きいＯＮＵに対して独占的に帯域を割り当てる状態を防ぎ、さらに、ＳＬＡ（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｌｅｖｅｌ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）の実現のために、各ＯＮＵの送信要求量に上限値を設定するとしている。この上限値設定により、割当帯域を制御できるとしている。
特表２００４−５２８７４０号公報

しかし、前述した従来の方法では、送信要求量の上限値が、割当帯域の目標帯域への速やかな収束に対し適当ではないこと、および、割当帯域の目標帯域への収束を制御することができないことが問題になる。

すなわち、特許文献１では、特定のＯＮＵによる帯域独占を回避することと、ＳＬＡを実現することを目的として、送信要求量の上限値を設定することで、割当帯域の制御を行っているので、送信要求量の上限値が割当帯域の制御に対して適切でない値に固定されるため、割当帯域の目標帯域への速やかな収束を実現することも、収束の仕方を制御することもできない。また、特許文献１には、上記の方法に加えて、送信要求量の上限値を、接続された端末等からＯＮＵへの入力トラフィックに基づいて、動的に調整する方法が提案されているが、送信要求量の上限値を調整する具体的な手順は何ら開示されていない。

本発明の目的は、ＰＯＮの上り帯域を動的に割り当てるとき、時間平均割当帯域の目標帯域への収束を速やかにし、また収束の仕方を制御できるようにした帯域割当方法およびこれを実施した受動光通信網システムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る帯域割当方法は、光端局装置と複数の光加入者装置とが光伝送路を介して接続された受動光通信網において、前記各光加入者装置から前記光端局装置への通信帯域を動的に割り当てる帯域割当方法であって、前記光端局装置が、前記各光加入者装置ごとに過去の所定サイクル数分の割当帯域から時間平均割当帯域を求め、前記光加入者装置ごとの前記時間平均割当帯域と前記光加入者装置ごとに定めた目標帯域との差分に基づいて前記光加入者装置ごとの要求量閾値を算出し、該算出された要求量閾値を該当する光加入者装置に通知するステップと、前記該当する光加入者装置が、通知された前記要求量閾値以下で最大の送信量とできるデータ区切りまでのデータ量相当を送信要求量として前記光端局装置に通知するステップと、前記光端局装置が、通知された前記送信要求量に対応した送信許可量を前記該当する光加入者装置に通知するステップと、前記該当する光加入者装置が、前記送信許可量に対応したデータ量を送信するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る帯域割当方法では、前記差分の比例演算結果と前記差分の時間積分演算結果と前記差分の時間微分演算結果との和をＰＩＤ算出量とし、該ＰＩＤ算出量に基づいて閾値制御量を算出し、該閾値制御量に基づいて、前記該当する光加入者装置の前記要求量閾値を算出することが好ましい。

本発明に係る帯域割当方法では、前記ＰＩＤ算出量が負のとき、前記閾値制御量を零とすることが好ましい。

本発明に係る帯域割当方法では、前記ＰＩＤ算出量に予め定めた値を加算して、前記閾値制御量を算出することが好ましい。

本発明に係る帯域割当方法では、前記複数の光加入者装置の中で、最小の前記ＰＩＤ算出量を最小ＰＩＤ算出量とし、前記該当する光加入者装置の前記ＰＩＤ算出量と前記最小ＰＩＤ算出量との差分をＰＩＤ差分として算出し、前記複数の光加入者装置の前記ＰＩＤ差分の合計をＰＩＤ差分合計として算出し、前記該当する光加入者装置の前記ＰＩＤ差分を前記ＰＩＤ差分合計で割った値をＰＩＤ差分割合として算出し、前記ＰＩＤ差分割合に基づいて前記閾値制御量を算出することが好ましい。

本発明に係る帯域割当方法では、前記要求量閾値を、前記閾値制御量と同値として算出することが好ましい。

本発明に係る帯域割当方法では、前記要求量閾値を、前記閾値制御量に所定の最低割当量を加えて算出することが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明に係る受動光通信網システムは、光端局装置と複数の光加入者装置とが光伝送路を介して接続され、前記各光加入者装置から前記光端局装置への通信帯域が動的に割り当られる受動光通信網システムであって、前記光端局装置が、前記各光加入者装置ごとに過去の所定サイクル数分の割当帯域から時間平均割当帯域を求め、前記光加入者装置ごとの前記時間平均割当帯域と前記光加入者装置ごとに定めた目標帯域との差分に基づいて前記光加入者装置ごとの要求量閾値を算出し、該算出された要求量閾値を該当する光加入者装置に通知し、前記該当する光加入者装置が、通知された前記要求量閾値以下で最大の送信量とできるデータ区切りまでのデータ量相当を送信要求量として前記光端局装置に通知し、前記光端局装置が、通知された前記送信要求量に対応した送信許可量を前記該当する光加入者装置に通知し、前記該当する光加入者装置が、前記送信許可量に応じたデータ量を送信する、ことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る帯域割当方法は、光端局装置と複数の光加入者装置とが光伝送路を介して接続された受動光通信網において、前記各光加入者装置から前記光端局装置への通信帯域を動的に割り当てる帯域割当方法であって、前記各光加入者装置が、過去の所定サイクル数分の当該光加入者装置への割当帯域から時間平均割当帯域を求め、前記時間平均割当帯域と当該光加入者装置に定められた目標帯域との差分に基づいて当該光加入者装置の要求量閾値を算出し、算出された前記要求量閾値以下で最大の送信量とできるデータ区切りまでのデータ量相当を送信要求量として前記光端局装置に通知するステップと、前記光端局装置が、通知された前記送信要求量に対応したデータ量の送信を許可するための送信許可量を該当する前記光加入者装置に通知するステップと、前記該当する光加入者装置が、前記送信許可量に対応したデータ量を前記光端局装置に送信するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る帯域割当方法では、前記光端局装置は、前記光加入者装置ごとの目標帯域を、前記光端局装置に接続された全光加入者装置の通信状況に応じて算出し、前記各光加入者装置に通知することが好ましい。

本発明に係る帯域割当方法では、前記差分の比例演算結果と前記差分の時間積分演算結果と前記差分の時間微分演算結果との和をＰＩＤ算出量とし、該ＰＩＤ算出量に基づいて閾値制御量を算出し、該閾値制御量に基づいて、前記該当する光加入者装置の前記要求量閾値を算出することが好ましい。

本発明に係る帯域割当方法では、前記ＰＩＤ算出量が負のとき、前記閾値制御量を零とすることが好ましい。

本発明に係る帯域割当方法では、前記ＰＩＤ算出量に予め定めた値を加算して、前記閾値制御量を算出することが好ましい。

本発明に係る帯域割当方法では、前記要求量閾値を、前記閾値制御量と同値として算出することが好ましい。

本発明に係る帯域割当方法では、前記要求量閾値を、前記閾値制御量に所定の最低割当量を加えて算出することが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明に係る受動光通信網システムは、光端局装置と複数の光加入者装置とが光伝送路を介して接続され、前記各光加入者装置から前記光端局装置への通信帯域が動的に割り当られる受動光通信網システムであって、前記各光加入者装置が、過去の所定サイクル数分の割当帯域から時間平均割当帯域を求め前記光加入者装置ごとに定めた目標帯域との差分に基づいて前記光加入者装置ごとの要求量閾値を算出し、前記該当する光加入者装置が、算出した前記要求量閾値以下で最大の送信量とできるデータ区切りまでのデータ量相当を送信要求量として前記光端局装置に通知し、前記光端局装置が、通知された前記送信要求量に対応したデータ量の送信を許可するための送信許可量を前記該当する光加入者装置に通知し、前記該当する光加入者装置が、前記送信許可量に応じたデータ量を送信する、ことを特徴とする。

本発明に係る帯域割当方法では、設定された周期に基づき、要求量閾値を更新することが好ましい。

本発明によれば、本発明によれば、ＰＯＮの上り帯域を動的に割り当てるとき、送信要求量と送信許可量との不一致を最小限にしつつ、各ＯＮＵへの送信許可量の経時変化をＯＬＴが監視しながら、目標帯域への収束に適した要求量閾値に逐次更新することができ、時間平均割当帯域を速やかに目標帯域に収束させることができる。また、要求量閾値を算出するパラメータを調整することで、収束の仕方を制御することができる。

ＯＬＴと各ＯＮＵとの間で行われる通信の説明図である。 ＯＮＵの送信バッファの内容を示す説明図である。 ＯＮＵの送信バッファの第２の内容を示す説明図である。 第１の実施形態に係る帯域割当方法の一例を示すシーケンス図である。 第２の実施形態に係る帯域割当方法の一例を示すシーケンス図である。

符号の説明

Ｒ_ｉ〜Ｒ_ｎ：レポートフレーム
Ｇ_ｉ〜Ｇ_ｎ：ゲートフレーム
ｚ_ｉ：要求量閾値
ａ_ｉ：送信要求量
ｂ_ｉ：送信許可済データ量
ｃ_ｉ：送信待機量
ｄ_ｉ：送信許可量
Ｆ_ｉ：データ

（第１の実施形態）
ＯＬＴが、ＯＮＵの過去の所定サイクル数分の割当帯域から求めた時間平均割当帯域に基づいて、要求量閾値を算出する方法の例を示す。なお、データ転送のビットレートが一定の場合は、以下で説明する量あるいは帯域等はデータ量で処理しても、また時間で処理してもよい。ｉ番目のＯＮＵをＯＮＵ_ｉとして、以降ＯＮＵ_ｉのパラメータには添字ｉを付与する。ＯＮＵ_ｉの時間平均割当帯域と各ＯＮＵの通信状態から求めた目標帯域との差分を算出してｅ_ｉとする。ＰＩＤ（比例・時間積分・時間微分）算出量ｘ_ｉは、

により算出する。ここで、Ｐ_ｉ，Ｉ_ｉ，Ｄ_ｉは予め定めるパラメータである。ＯＬＴは、Ｐ_ｉ，Ｉ_ｉ，Ｄ_ｉの値を調節する（例えば、実測等により最適値を求める）ことにより、割当帯域の目標帯域への収束の仕方を制御することができる。

ＰＩＤの算出量ｘ_ｉに基づいて閾値制御量ｙ_ｉを算出する３通りの方法を示す。第１の方法は、ＰＩＤ算出量ｘ_ｉの正の値を閾値制御量ｙ_ｉとして算出する方法であり、

により算出する。これにより、ＰＩＤ算出量ｘ_ｉが負のときは閾値制御量ｙ_ｉを零とし、正のときはそれを閾値制御量ｙ_ｉとすることができる。

第１の方法を用いて閾値制御量ｙ_ｉの算出を行うことで、演算処理速度を高めることができる。

閾値制御量ｙ_ｉを算出する第２の方法は、ＰＩＤ算出量ｘ_ｉに予め定めた値Ｂ_ｉを加える方法であり、

により算出する。これにより、閾値制御量ｙ_ｉのとり得る値の範囲が広がり、第１の方法よりも高い制御性能を得ることができる。

予め定めた値Ｂ_ｉは、例えば、時間平均割当帯域が目標帯域へ収束するように決定する。これにより、目標帯域への収束速度を高めることができる。

閾値制御量ｙ_ｉを算出する第３の方法は、全ＯＮＵの中でＰＩＤ算出量ｘが最小のＯＮＵのＰＩＤ算出量を最小ＰＩＤ算出量ｘ_ｍｉｎとし、ＯＮＵ_ｉのＰＩＤ算出量ｘ_ｉと最小ＰＩＤ算出量ｘ_ｍｉｎとの差分「ｘ_ｉ−ｘ_ｍｉｎ」をＰＩＤ差分として算出して、ＯＮＵ_ｉのＰＩＤ差分「ｘ_ｉ−ｘ_ｍｉｎ」を全ＯＮＵのＰＩＤ差分の合計で割った値をＰＩＤ差分割合として算出し、ＰＩＤ差分割合と割当１サイクル分のデータバイト数Ｔとの積を閾値制御量ｙ_ｉとする方法であり、

により算出する。これにより、閾値制御量ｙ_ｉが零となるＯＮＵの台数を最大で１台に抑えることができ、最大遅延時間を短縮できる効果がある。

次に、上記で求めた閾値制御量ｙ_ｉより、要求量閾値ｚを算出する２通りの方法を示す。要求量閾値ｚを求める第１の方法は、要求量閾値ｚ_ｉを閾値制御量ｙ_ｉと同値とする方法である。要求量閾値ｚを求める第２の方法は、閾値制御量ｙ_ｉに予め定めた最低保証割当量Ａ_ｉを加えて、要求量閾値ｚ_ｉを算出する方法であり、

により算出する。これにより、閾値制御量ｙ_ｉが零となるＯＮＵの台数を０台とすることが可能となり、最大遅延時間を短縮できる効果がある。

最低保証割当量Ａ_ｉは、例えば、通信サービスを維持するために各サイクルで保証されるデータ量によって決定する。

ＯＬＴは上記で求めた要求量閾値ｚ_ｉをＯＮＵ_ｉに通知する。図１に、ゲートフレームＧ_ｉとレポートフレームＲ_ｉにより、ＯＬＴと複数のＯＮＵとの間で行う通信の内容を示す。ｉ＝１〜ｎである。

ＯＬＴは、過去の所定サイクル数で割り当てた各ＯＮＵ_１〜ＯＮＵ_ｎについてのそれぞれの帯域の時間平均を時間平均割当帯域として算出し、記憶する。

各ＯＮＵ₁〜ＯＮＵ_ｎは、上りバッファに蓄積した送信データ量の内、送信許可のされていないデータ量を蓄積データ量（送信待機量）としてレポートフレームＲ₁〜Ｒ_ｎに記載し、ＯＬＴからのゲートフレームＧ₁〜Ｇ_ｎにより通知されたタイミングで、ＯＬＴに通知する。ＯＬＴは、各ＯＮＵ₁〜ＯＮＵ_ｎの送信待機量に基づき、目標帯域を算出する。また、ＯＬＴは、各ＯＮＵ₁〜ＯＮＵ_ｎの前記記憶した時間平均割当帯域と前記算出した目標帯域に基づいてＰＩＤ算出量ｘ₁〜ｘ_ｎを求め、続いて閾値制御量ｙ₁〜ｙ_ｎを求めることで、要求量閾値ｚ₁〜ｚ_ｎを算出して、ゲートフレームＧ₁〜Ｇ_ｎにより、その要求量閾値ｚ_１〜ｚ_ｎを各ＯＮＵ₁〜ＯＮＵ_ｎに通知する。

各ＯＮＵ₁〜ＯＮＵ_ｎは、通知された要求量閾値ｚ₁〜ｚ_ｎ以下で且つ最大の送信量とできるフレーム端までのバッファ蓄積量を送信要求量として算出し、レポートフレームＲ₁〜Ｒ_ｎによりＯＬＴに通知する。ＯＬＴは、通知された送信要求量と同量の送信許可量を各ＯＮＵ₁〜ＯＮＵ_ｎに通知する。各ＯＮＵ₁〜ＯＮＵ_ｎは、通知された送信許可量に対応したデータをＯＬＴに送信する。

図２に、ｉ番目のＯＮＵ_ｉについて、データＦ_ｉ１〜Ｆ_ｉ７が蓄積された送信バッファにおける要求量閾値ｚ_ｉと送信要求量ａ_ｉおよび送信許可済みデータ量ｂ_ｉを示す。ｉ番目のＯＮＵ_ｉは、要求量閾値ｚ_１内の送信信要求量ａ_ｉと送信待機量（Ｆ_ｉ３〜Ｆ_ｉ７）とを、同一のレポートフレームＲ_ｉによりＯＬＴに通知する。ＯＬＴは、ＯＮＵ_ｉからの送信要求量ａ_ｉに一致した送信許可量（＝ａ_ｉ）と送信タイミングを決め、ゲートフレームＧ_ｉによりＯＮＵ_ｉに通知する。このとき、ＯＬＴは送信許可量（＝ａ_ｉ）と次回用の要求量閾値ｚ_ｉとを同一のゲートフレームＧ_ｉにより、ＯＮＵ_ｉに通知する。ＯＮＵ_ｉはＯＬＴから通知された送信許可量（＝ａ_ｉ）と送信タイミングに従って、上りデータＦ_ｉ３を送信する。

ＯＬＴが決める送信許可量は、送信要求量ａ_ｉと同量又は一致するデータ量に限られない。例えば、ＯＬＴは、ＯＮＵ_ｉからの送信要求量ａ_ｉに対応した送信許可量を決めることが好ましい。ここで、送信要求量ａ_ｉに対応した送信許可量は、バーストオーバヘッド分やＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ)パリティ分などの、送信要求量と同量の送信を許可するために必要な情報を含む。

なお、ＯＬＴが要求量閾値ｚ_ｉをＯＮＵ_ｉに通知するためには、ゲートフレームＧ_ｉを用いずに、ＯＡＭフレームを利用してもよい。このとき、ゲートフレームＧ_ｉは従来通り、送信許可量（＝ａ_ｉ）と送信タイミングを通知するために使用する。

ＯＬＴが要求量閾値ｚ_ｉをＯＮＵ_ｉに通知するために、専用フレームを新たに定義して、当該専用フレームを利用して通知してもよい。さらに１０Ｇ−ＥＰＯＮ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、拡張ＭＡＣコントロールメッセージを利用して通知してもよい。

以上、送信要求量ａ_ｉに送信許可済みデータ量ｂ_ｉを含まない場合の一例について説明した。この場合、送信要求量ａ_ｉは、データを分割して送受信することが可能なデータ区切りのうち、要求量閾値ｚ_ｉ以下でありかつ最大のデータ量であることが好ましい。ここで、データ区切りは、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）フレームのフレーム端または、ＦＥＣのコードワード端、Ｂ−ＰＯＮ（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＰＯＮ）のＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｅ）セル端や、Ｇ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ ＰＯＮ）のＧＥＭ（Ｇ−ＰＯＮ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）フレーム端などを指す。

図３は、ＯＮＵの送信バッファの第２の内容を示す説明図である。図２では送信要求量ａ_ｉに送信許可済みデータ量ｂ_ｉを含まない場合を示したが、図３に示すように、送信要求量ａ_ｉに送信許可済みデータ量ｂ_ｉを含んでもよい。この場合、送信要求量ａ_ｉは、データを分割して送受信することが可能なデータ区切りのうち、要求量閾値ｚ_ｉと送信許可済みデータ量ｂ_ｉの和（ｚ_ｉ＋ｂ_ｉ）以下のデータ区切りまでのデータ量となる。そして、ＯＬＴは、ＯＮＵから通知された送信要求量ａ_ｉから送信許可済みデータ量ｂ_ｉを減算して、実質の送信要求量（ａ_ｉ−ｂ_ｉ）を認識する。

図４は、本実施形態に係る受動光通信網システムが実行する帯域割当方法の一例を示すシーケンス図である。本実施形態に係る帯域割当方法は、第１のステップと、第２のステップと、第３のステップと、第４のステップと、を順に有し、光端局装置（以下、ＯＬＴという。）と複数の光加入者装置（以下、ＯＮＵという。）とが光伝送路を介して接続された受動光通信網において、各ＯＮＵからＯＬＴへの通信帯域を動的に割り当てることを特徴とする。

まず、各ＯＮＵ₁〜ＯＮＵ_ｎは、送信待機量ｃ_ｉを、ＯＬＴからのゲートフレームＧ_１〜Ｇ_ｎにより通知されたタイミングで、ＯＬＴに通知する。

第１のステップでは、ＯＬＴが、各ＯＮＵ_ｉに過去の所定サイクル数分の割当帯域から時間平均割当帯域を求め、ＯＮＵ_ｉごとの時間平均割当帯域とＯＮＵ_ｉごとに定めた目標帯域との差分に基づいてＯＮＵ_ｉごとの要求量閾値ｚ_ｉを算出し、該算出された要求量閾値ｚ_ｉを該当するＯＮＵ_ｉに通知する。ＯＮＵは要求量閾値ｚ_ｉを通知された値に更新する。

ここで、ＯＮＵは、設定された周期に基づき、要求量閾値ｚ_ｉを通知された値に更新することが好ましい。例えば、ＯＬＴが要求量閾値ｚ_ｉを通知し、ＯＮＵが更新する周期は、要求量閾値ｚ_ｉの更新周期と帯域の収束速度との関係を基に予め設定する。その際、要求量閾値ｚ_ｉの更新周期を、ＯＮＵへの送信許可量ｄ_ｉの割り当て周期と同値としても良いし、割り当て周期の数百倍としても良い。割り当て周期に対して要求量閾値ｚ_ｉの更新周期を大きくする程、単位時間当たりの算出処理の負担を軽減することができる。

第２のステップでは、該当するＯＮＵ_ｉが、通知された要求量閾値ｚ_ｉ以下で最大の送信量とできるデータ区切りまでのデータ量相当を送信要求量ａ_ｉとして算出し、当該送信要求量ａ_ｉをＯＬＴに通知する。

第３のステップでは、ＯＬＴが、通知された送信要求量ａ_ｉに対応した送信許可量ｄ_ｉを算出し、当該送信許可量ｄ_ｉを該当するＯＮＵ_ｉに通知する。

第４のステップでは、該当するＯＮＵ_ｉが、送信許可量ｄ_ｉに対応したデータ量のデータＦ_ｉをＯＬＴに送信する。

以上のように、本発明では、ＰＯＮの上り帯域を動的に割り当てるとき、送信要求量と送信許可量との不一致を最小限にしつつ、各ＯＮＵへの送信許可量の経時変化をＯＬＴが監視しながら、目標帯域への収束に適した要求量閾値に逐次更新することができ、時間平均割当帯域を速やかに目標帯域に収束させることができる。また、要求量閾値を算出するパラメータを調整することで、収束の仕方を制御することができる。

よって、本実施形態に係る帯域割当方法及び当該帯域割当方法を実行可能な受動光通信網システムを採用することで、時間平均割当帯域を速やかに目標帯域に収束させることができる。また、要求量閾値を算出するパラメータを調整することで、収束の仕方を制御することができる。

（第２の実施形態）
図５は、本実施形態に係る受動光通信網システムが実行する帯域割当方法の一例を示すシーケンス図である。本実施形態においては、第１のステップと、第２のステップと、第３のステップと、を順に有し、ＯＮＵが過去の所定サイクル数分の割当帯域から求めた時間平均割当帯域に基づいて、要求量閾値ｚ_ｉを算出することを特徴とする。以下、第１の実施形態と相違する点について具体的に説明する。

まず、各ＯＮＵ_ｉはそれぞれの時間平均割当帯域を算出し、記憶する。各ＯＮＵ₁〜ＯＮＵ_ｎは、送信待機量ｃ_ｉをレポートフレームに記載し、ＯＬＴから通知されたタイミングでＯＬＴに通知する。ＯＬＴは各ＯＮＵ₁〜ＯＮＵ_ｎの送信待機量ｃ_ｉに基づき、目標帯域ｆ_ｉを算出する。ＯＬＴは算出した目標帯域ｆ_ｉを、ゲートフレームＧ_１〜Ｇ_ｎに記載して各ＯＮＵ_ｉに通知する。

第１のステップでは、各ＯＮＵ_ｉが、過去の所定サイクル数分の当該ＯＮＵ_ｉへの割当帯域から時間平均割当帯域を求め、時間平均割当帯域と当該ＯＮＵ_ｉに定められた目標帯域ｆ_ｉとの差分に基づいて、第１の実施形態における要求量閾値ｚ_ｉを算出する方法と同様に、当該ＯＮＵ_ｉの要求量閾値ｚ_ｉを算出する。各ＯＮＵ_ｉは、算出した要求量閾値ｚ_ｉ以下で最大のデータ量の送信が可能なデータ区切りまでのデータ量を送信要求量ａ_ｉとして算出し、当該送信要求量ａ_ｉをレポートフレームに記載し、ＯＬＴに通知する。

ここで、各ＯＮＵ_ｉは、設定された周期に基づき、要求量閾値ｚ_ｉを算出した値に更新することが好ましい。例えば、実施形態１と同様に、要求量閾値ｚ_ｉの更新周期と帯域の収束速度との関係を基に設定することが好ましい。

第２のステップでは、ＯＬＴが、通知された送信要求量ａ_ｉに対応したデータ量の送信を許可するための送信許可量ｄ_ｉを算出し、該当するＯＮＵ_ｉに通知する。

第３のステップでは、該当するＯＮＵ_ｉが、通知された送信許可量ｄ_ｉに対応したデータ量のデータＦ_ｉをＯＬＴに送信する。

本実施形態に係る帯域割当方法及び当該帯域割当方法を実行可能な受動光通信網システムを採用することで、時間平均割当帯域を速やかに目標帯域ｆ_ｉに収束させることができる。また、要求量閾値ｚ_ｉを算出するパラメータを調整することで、収束の仕方を制御することができる。さらに、ＯＮＵ_ｉが自律的に要求量閾値ｚ_ｉを算出し更新するので、全体の処理負荷を低減することができる。

Claims (17)

1. 光端局装置と複数の光加入者装置とが光伝送路を介して接続された受動光通信網において、前記各光加入者装置から前記光端局装置への通信帯域を動的に割り当てる帯域割当方法であって、
   前記光端局装置が、前記各光加入者装置ごとに過去の所定サイクル数分の割当帯域から時間平均割当帯域を求め、前記光加入者装置ごとの前記時間平均割当帯域と前記光加入者装置ごとに定めた目標帯域との差分に基づいて前記光加入者装置ごとの要求量閾値を算出し、該算出された要求量閾値を該当する光加入者装置に通知するステップと、
   前記該当する光加入者装置が、通知された前記要求量閾値以下で最大の送信量とできるデータ区切りまでのデータ量相当を送信要求量として前記光端局装置に通知するステップと、
   前記光端局装置が、通知された前記送信要求量に対応したデータ量の送信を許可するための送信許可量を前記該当する光加入者装置に通知するステップと、
   前記該当する光加入者装置が、前記送信許可量に対応したデータ量を送信するステップと、
   を含むことを特徴とする帯域割当方法。
2. 請求項１に記載の帯域割当方法において、
   前記差分の比例演算結果と前記差分の時間積分演算結果と前記差分の時間微分演算結果との和をＰＩＤ算出量とし、該ＰＩＤ算出量に基づいて閾値制御量を算出し、該閾値制御量に基づいて、前記該当する光加入者装置の前記要求量閾値を算出することを特徴とする帯域割当方法。
3. 請求項２に記載の帯域割当方法において、
   前記ＰＩＤ算出量が負のとき、前記閾値制御量を零とすることを特徴とする帯域割当方法。
4. 請求項２に記載の帯域割当方法において、
   前記ＰＩＤ算出量に予め定めた値を加算して、前記閾値制御量を算出することを特徴とする帯域割当方法。
5. 請求項２に記載の帯域割当方法において、
   前記複数の光加入者装置の中で、最小の前記ＰＩＤ算出量を最小ＰＩＤ算出量とし、前記該当する光加入者装置の前記ＰＩＤ算出量と前記最小ＰＩＤ算出量との差分をＰＩＤ差分として算出し、前記複数の光加入者装置の前記ＰＩＤ差分の合計をＰＩＤ差分合計として算出し、前記該当する光加入者装置の前記ＰＩＤ差分を前記ＰＩＤ差分合計で割った値をＰＩＤ差分割合として算出し、前記ＰＩＤ差分割合に基づいて前記閾値制御量を算出することを特徴とする帯域割当方法。
6. 請求項２乃至５のいずれか１つに記載の帯域割当方法において、
   前記要求量閾値を、前記閾値制御量と同値として算出することを特徴とする帯域割当方法。
7. 請求項２乃至５のいずれか１つに記載の帯域割当方法において、
   前記要求量閾値を、前記閾値制御量に所定の最低割当量を加えて算出することを特徴とする帯域割当方法。
8. 光端局装置と複数の光加入者装置とが光伝送路を介して接続され、前記各光加入者装置から前記光端局装置への通信帯域が動的に割り当られる受動光通信網システムであって、
   前記光端局装置が、前記各光加入者装置ごとに過去の所定サイクル数分の割当帯域から時間平均割当帯域を求め、前記光加入者装置ごとの前記時間平均割当帯域と前記光加入者装置ごとに定めた目標帯域との差分に基づいて前記光加入者装置ごとの要求量閾値を算出し、該算出された要求量閾値を該当する光加入者装置に通知し、
   前記該当する光加入者装置が、通知された前記要求量閾値以下で最大の送信量とできるデータ区切りまでのデータ量相当を送信要求量として前記光端局装置に通知し、
   前記光端局装置が、通知された前記送信要求量に対応したデータ量の送信を許可するための送信許可量を前記該当する光加入者装置に通知し、
   前記該当する光加入者装置が、前記送信許可量に応じたデータ量を送信する、
   ことを特徴とする受動光通信網システム。
9. 光端局装置と複数の光加入者装置とが光伝送路を介して接続された受動光通信網において、前記各光加入者装置から前記光端局装置への通信帯域を動的に割り当てる帯域割当方法であって、
   前記各光加入者装置が、過去の所定サイクル数分の当該光加入者装置への割当帯域から時間平均割当帯域を求め、前記時間平均割当帯域と当該光加入者装置に定められた目標帯域との差分に基づいて当該光加入者装置の要求量閾値を算出し、算出された前記要求量閾値以下で最大の送信量とできるデータ区切りまでのデータ量相当を送信要求量として前記光端局装置に通知するステップと、
   前記光端局装置が、通知された前記送信要求量に対応したデータ量の送信を許可するための送信許可量を該当する前記光加入者装置に通知するステップと、
   前記該当する光加入者装置が、前記送信許可量に対応したデータ量を前記光端局装置に送信するステップと、
   を含むことを特徴とする帯域割当方法。
10. 請求項９に記載の帯域割当方法において、
    前記光端局装置は、前記光加入者装置ごとの目標帯域を、前記光端局装置に接続された全光加入者装置の通信状況に応じて算出し、前記各光加入者装置に通知することを特徴とする帯域割当方法。
11. 請求項９に記載の帯域割当方法において、
    前記差分の比例演算結果と前記差分の時間積分演算結果と前記差分の時間微分演算結果との和をＰＩＤ算出量とし、該ＰＩＤ算出量に基づいて閾値制御量を算出し、該閾値制御量に基づいて、前記該当する光加入者装置の前記要求量閾値を算出することを特徴とする帯域割当方法。
12. 請求項１１に記載の帯域割当方法において、
    前記ＰＩＤ算出量が負のとき、前記閾値制御量を零とすることを特徴とする帯域割当方法。
13. 請求項１１に記載の帯域割当方法において、
    前記ＰＩＤ算出量に予め定めた値を加算して、前記閾値制御量を算出することを特徴とする帯域割当方法。
14. 請求項１１乃至１３のいずれか１つに記載の帯域割当方法において、
    前記要求量閾値を、前記閾値制御量と同値として算出することを特徴とする帯域割当方法。
15. 請求項１１乃至１３のいずれか１つに記載の帯域割当方法において、
    前記要求量閾値を、前記閾値制御量に所定の最低割当量を加えて算出することを特徴とする帯域割当方法。
16. 光端局装置と複数の光加入者装置とが光伝送路を介して接続され、前記各光加入者装置から前記光端局装置への通信帯域が動的に割り当られる受動光通信網システムであって、
    前記各光加入者装置が、過去の所定サイクル数分の割当帯域から時間平均割当帯域を求め前記光加入者装置ごとに定めた目標帯域との差分に基づいて前記光加入者装置ごとの要求量閾値を算出し、
    前記該当する光加入者装置が、算出した前記要求量閾値以下で最大の送信量とできるデータ区切りまでのデータ量相当を送信要求量として前記光端局装置に通知し、
    前記光端局装置が、通知された前記送信要求量に対応したデータ量の送信を許可するための送信許可量を前記該当する光加入者装置に通知し、
    前記該当する光加入者装置が、前記送信許可量に応じたデータ量を送信する、
    ことを特徴とする受動光通信網システム。
17. 請求項１または９に記載の帯域割当方法において、
    設定された周期に基づき、要求量閾値を更新することを特徴とする帯域割当方法。

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