JP5669613B2 - 動的帯域割当方法、光通信ネットワーク及び局側装置 - Google Patents

Description

この発明は、動的帯域割当方法、光通信ネットワーク及び局側装置に関し、特に、受動型光加入者ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）における帯域制御に関する。

通信事業者の所有する建物（局）と加入者宅を結ぶ通信網は、アクセス系ネットワークと呼ばれる。昨今の通信容量の増大を受け、アクセス系ネットワークでは、光通信を利用することにより膨大な情報量の伝送を可能とする、光アクセス系ネットワークが主流になりつつある。

光アクセス系ネットワークの一形態として、受動型光加入者ネットワーク（ＰＯＮ）がある。ＰＯＮは、局内に設けられる１つの局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）と、複数の加入者宅内にそれぞれ設けられる加入者側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）と、光スプリッタとを備えて構成される。ＯＬＴ及び各ＯＮＵと、光スプリッタとは、光ファイバで接続される。

ＯＬＴと光スプリッタの間の接続には、一芯の光ファイバが用いられる。この一芯の光ファイバは、複数のＯＮＵにより共有される。また、光スプリッタは、安価な受動素子である。このように、ＰＯＮは、経済性に優れ、また、保守も容易であるので、ＰＯＮの導入は、急速に進んでいる。

ＰＯＮでは、様々な多重技術が用いられる。ＰＯＮで用いられる代表的な多重技術には、時間軸上の短い区間を各加入者に割り当てる時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）技術、異なる波長を各加入者に割り当てる波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）技術、異なる符号を各加入者に割り当てる符号分割多重（ＣＤＭ：Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）技術などがある。これらの多重技術の中でＴＤＭ技術を利用する、ＴＤＭ−ＰＯＮが、現在最も広く用いられている（例えば、非特許文献１参照）。

ＰＯＮでは、各ＯＮＵからＯＬＴに送られる通信信号（以下、上り信号と称することもある。）は、光スプリッタで合波されてＯＬＴに送信される。一方、ＯＬＴから各ＯＮＵに送られる通信信号（以下、下り信号と称することもある。）は、光スプリッタで分波されて各ＯＮＵに送信される。

ここで、上り信号は、上りデータ信号と上り制御信号からなる。上りデータ信号は、ＯＮＵに接続されているユーザ機器から、ＯＬＴに接続されている上位ネットワークへ伝送される信号である。すなわち、この上りデータ信号は、ユーザの要求した情報が載せられた信号である。一方、上り制御信号は、ＯＮＵが備える加入者側制御部が、ＯＬＴが備える局側制御部へ向けて送信する信号であって、ネットワークを制御するために用いられる信号である。

また、下り信号は、下りデータ信号と下り制御信号からなる。下りデータ信号は、上位ネットワークからユーザ機器へ伝送される信号である。すなわち、下りデータ信号は、ユーザの要求した情報が載せられた信号である。一方、下り制御信号は、局側制御部が、加入者側制御部へ向けて送信する信号であって、ネットワークを制御するために用いられる信号である。

ＴＤＭ−ＰＯＮでは、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）が用いられる。ＴＤＭＡは、ＯＬＴが、各ＯＮＵの送信タイミングを管理して、異なるＯＮＵからの上り信号同士が衝突しないように制御する技術である。

ＴＤＭ−ＰＯＮでは、時間軸が複数の短い区間に区切られ、この区間がＯＬＴに向けて上り信号を送信するための通信時間帯域として、各ＯＮＵに割り当てられる。上り信号の送信タイミング及び帯域幅は、ＯＬＴから各ＯＮＵに対して指示される。このように、ＯＬＴが各ＯＮＵに対して通信時間帯域を割り当てることを帯域割当という。なお、ここでいう「帯域幅」の単位は、時間（例えば秒）で与えられる。

帯域割当方法の１つとして、動的帯域割当（ＤＢＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）が知られている。ＤＢＡは、各ＯＮＵからの送信帯域要求をＯＬＴが受信して、この帯域要求を考慮して通信帯域を動的に割り当てる帯域割当方法である。ＤＢＡの中で、特に、割り当てる帯域を、各ＯＮＵから申告されたキュー長に応じて決定する方法をＳＲ（Ｓｔａｔｕｓ Ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ）−ＤＢＡという。ＳＲ−ＤＢＡでは、ある周期（割当周期と称することもある。）ごとに割り当てる帯域を更新する。

この場合、上り制御信号には、キュー長など、ＯＮＵがＯＬＴに対して要求する帯域幅の情報が載せられている。また、下り制御信号には、ＯＬＴがＯＮＵに対して送信を許可する帯域の情報、すなわち、送信のタイミング及び帯域幅の情報が載せられている。

従来知られているＳＲ−ＤＢＡは、割当周期を固定パラメータとして扱うもの（以下、固定周期式と称することもある。）と、可変パラメータとして扱うもの（以下、浮動周期式と称することもある。）に分類できる（例えば、非特許文献２参照）。

固定周期式のＳＲ−ＤＢＡでは、先ず、ＯＬＴは、各ＯＮＵに対して、最低保証帯域（ＭｉｎＢＷ）に対応する帯域を割り当てる。最低保証帯域は、通信事業者とユーザとの間で予め契約されて定められていて、通信トラフィックが混雑している場合でも、必ず割り当てられることが保証される帯域である。

全ＯＮＵに対して最低保証帯域を割り当てた時点で、未割当領域である残余帯域が残っている場合は、その残余帯域に対して、ベストエフォート帯域として帯域割当が行われる。ベストエフォート帯域の帯域割当は、例えば、残余帯域を、最低保証帯域の比で分配して行われる。

この固定周期式のＳＲ−ＤＢＡでは、各ＯＮＵからの帯域要求の多少にかかわらず、割当周期は一定となる。以下の説明では、固定周期式のＳＲ−ＤＢＡでの、一定の割当周期を固定割当周期と称することもある。

一方、浮動周期式のＳＲ−ＤＢＡでは、基本的に各ＯＮＵが通知するキュー長をそのまま帯域として割り当てる。最低保証帯域サービスの実施を考慮すると、各ＯＮＵは、最低保証帯域を上限としたバッファ量を、キュー長として通知する。浮動周期式のＳＲ−ＤＢＡでは、割当周期は、各ＯＮＵが要求する帯域幅の総和により定まるので、帯域要求するＯＮＵの数に応じて変動する。

「基礎技術講座ＧＥ−ＰＯＮ技術」ＮＴＴ技術ジャーナル（２００５年８月）Ｐ．７１〜７４ Ｃｅｄｒｉｃ Ｌａｍ著「Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ」Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｉｎｃ．出版（２００７年）

ここで、固定周期式のＳＲ−ＤＢＡで最低保証帯域のサービスを実現するには、最低保証帯域分の要求に対しては、必ず帯域を割り当てなければならない。従って、固定割当周期は、全ＯＮＵが帯域を要求している状況を想定して設定される必要がある。このため、固定割当周期は、全ＯＮＵの最低保証帯域の総和と、ＯＬＴが各ＯＮＵから上り制御信号を受け取るのに要する時間との和より大きい値に設定される。

しかし、全ＯＮＵが常に帯域を要求しているとは限らないので、帯域を要求しているＯＮＵの数が少ないときは、不必要に長い割当周期で運用していることになる。このため、無駄に遅延が増大してしまうことになる。なお、ここでの遅延は、上りデータ信号が発生してからＯＬＴに向けて送信されるまでの時間をいう。

一方、浮動周期式のＳＲ−ＤＢＡでは、帯域を要求しているＯＮＵの最低保証帯域の総和で割当周期が定められる。従って、帯域を要求しているＯＮＵの数が少ないときは、それに応じて割当周期が短くなるので、上り信号のスループットが大きくなる。

しかし、割当周期には、各ＯＮＵから上り制御信号を受信するのに要する時間、帯域割当計算に要する時間、及び制御信号がＯＬＴ−ＯＮＵ間を往復するのに要する時間の総和が最小値として存在する。このため、割当周期は、この最小値を下回ることができない。例えば、他のＯＮＵからの帯域要求が少なく、割当帯域に余裕がある場合でも、割当周期が最小値を下回ることができないので、上り信号のスループットが制限されてしまい、これにより、送信遅延が引き起こされる。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、上りスループットに制約を与えずに遅延を小さくするように割当周期を決定する、動的帯域割当方法、光通信ネットワーク及び局側装置を提供することにある。

上述した目的を達成するために、この発明の、１つの局側装置（ＯＬＴ）が、複数の加入者側装置（ＯＮＵ）に接続されて構成される光通信ネットワークにおける動的帯域割当方法は、ＯＬＴで行われる、以下の過程を備えて構成される。

先ず、最低保証帯域割当過程において、ＯＬＴは、各ＯＮＵから通知された要求帯域を、そのまま各ＯＮＵの割当帯域として割り当てる。

次に、比較過程において、割当周期と予め定められた閾値とを比較する。ここで、割当周期は、上り制御信号の受信期間と、最低保証帯域割当過程で割り当てられた、割当帯域の総和である。また、閾値は、例えば、上述の最小値よりも大きい値として予め確定されている。

この比較の結果、割当周期が閾値以下の場合は、ベストエフォート帯域割当過程において、閾値と割当周期の差で与えられる残余帯域をベストエフォート帯域として割り当てる。

また、上述した目的を達成するために、この発明の、１つのＯＬＴが、複数のＯＮＵに接続されて構成される光通信ネットワーク、及びこの光通信ネットワークで用いられるＯＬＴは、ＯＬＴが、局側制御部及び上り信号受信部を備えて構成される。局側制御部は、さらに制御信号読取生成手段、最低保証帯域割当手段、比較手段及びベストエフォート帯域割当手段を備える。

制御信号読取生成手段は、加入者側装置から通知された要求帯域を、上り制御信号から読み出す。最低保証帯域割当手段は、複数のＯＮＵから通知された要求帯域を、そのまま各ＯＮＵの割当帯域として割り当てる。比較手段は、割当周期を、閾値と比較する。ベストエフォート帯域割当手段は、割当周期が閾値よりも小さい場合、閾値と割当周期の差として与えられる残余帯域を、ベストエフォート帯域として複数のＯＮＵに割り当てる。

この発明の動的帯域割当方法、光通信ネットワーク及び局側装置によれば、各ＯＮＵからの帯域要求量に応じて、必要最小限の割当周期を設定できるため、遅延を小さくすることができる。また、帯域を要求するＯＮＵが少なく、最低保証帯域割当により割り当てられた割当周期が、上述の最小値よりも小さい場合、最小値と割当周期の差で与えられる残余帯域に対して、ベストエフォート帯域割当を行うので、従来の浮動周期式の帯域割当の課題である、上りスループットの制約を解消することができる。

光通信ネットワークの構成例を示す概略図である。 キュー長を説明するための模式図である。 動的帯域割当方法を説明するためのタイミングチャートである。 動的帯域割当方法を説明するための処理フローを示す図である。 動的帯域割当方法を従来例と比較するための図である。図５（Ａ）は、固定周期式のＳＲ−ＤＢＡを説明するためのフロー図である。また、図５（Ｂ）は、浮動周期式のＳＲ−ＤＢＡを説明するためのフロー図である。 固定周期式、浮動周期式、及び、この実施形態のそれぞれのＳＲ−ＤＢＡを用いて帯域割当を行った結果を示す模式図である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各図は、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

（光通信ネットワーク）
図１を参照して、この発明の光通信ネットワークについて説明する。図１は、光通信ネットワークの構成例を示す概略図である。

この構成例の光通信ネットワーク１０は、１つの局側装置（ＯＬＴ）３０と、複数の加入者側装置（ＯＮＵ）６０を備えて構成される、いわゆるＰＯＮ１０である。ＯＬＴ３０と各ＯＮＵ６０−１〜３は、光スプリッタ５０を介して、光ファイバで接続されている。図１では、３つのＯＮＵ６０−１〜３が示されているが、ＰＯＮ１０を構成するＯＮＵの個数は、３に限定されるものではない。

各ＯＮＵ６０−１〜３からＯＬＴ３０へ向かう信号を上り信号と称する。また、ＯＬＴ３０から各ＯＮＵ６０−１〜３へ向かう信号を下り信号と称する。

ここで、上り信号は、上りデータ信号と上り制御信号からなる。上りデータ信号は、ＯＮＵ６０に接続されているユーザ機器９０から、ＯＬＴ３０に接続されている上位ネットワーク２０へ伝送される信号である。すなわち、上りデータ信号は、ユーザの要求した情報が載せられた信号である。一方、上り制御信号は、ＯＮＵ６０の加入者側制御部８０が、ＯＬＴ３０の局側制御部４０へ向けて伝送する信号であり、ＰＯＮ１０の制御に用いられる。上り制御信号には、例えば、キュー長の情報など、ＯＮＵ６０がＯＬＴ３０に対して要求する帯域の情報が載せられている。

また、下り信号は、下りデータ信号と下り制御信号からなる。下りデータ信号は、上位ネットワーク２０からユーザ機器９０へ伝送される信号である。すなわち、下りデータ信号は、ユーザの要求した情報が載せられた信号である。一方、下り制御信号は、局側制御部４０が、加入者側制御部８０へ向けて伝送する信号である。下り制御信号には、例えば、ＯＬＴ３０がＯＮＵ６０に対して送信を許可する帯域の情報、すなわち、帯域幅や送信タイミングの情報が載せられている。なお、上り信号及び下り信号には、それぞれ電気信号と光信号の２つの態様がある。これらを区別する場合は、上り電気信号、上り光信号、下り電気信号及び下り光信号と称する。

ＰＯＮ１０において安定した通信を行うために、上り制御信号及び下り制御信号は、ＯＬＴ３０とＯＮＵ６０の間で定期的に送受信される。

この実施形態のＰＯＮ１０は、ＯＬＴ３０が備える局側制御部４０の機能を除けば、従来周知の構成とすることができる。従って、ここでは、従来周知の構成についての説明を省略することがある。

局側制御部４０は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を備える構成にすることができる。局側制御部４０は、ＣＰＵがＲＯＭに格納されているプログラムを読みだして実行することにより、後述する各機能手段を実現することができる。また、各機能手段での処理結果は、ＲＡＭに読み出し及び書き換え自在に格納され、処理結果の受け渡しが行われる。

ＯＬＴ３０は、インタフェース変換部（Ｉ／Ｆ）３２、上り信号受信部３４、下り信号送信部３６及び局側制御部４０を備えて構成される。

上り信号受信部３４は、ＯＮＵ６０から受け取った上り光信号を光−電気信号に変換し上り電気信号を得る。さらに、上り信号受信部３４は、上り電気信号を、上り制御信号と上りデータ信号とに分離する。上り制御信号は、局側制御部４０に送られ、また、上りデータ信号は、インタフェース変換部３２に送られる。

インタフェース変換部３２は、外部のネットワークである上位ネットワーク２０との間の通信プロトコル処理を行う。インタフェース変換部３２は、上り信号受信部３４から受け取った上りデータ信号に対してプロトコル処理を行って、上位ネットワーク２０に送る。また、インタフェース変換部３２は、上位ネットワーク２０から送られてきた下りデータ信号に対して、通信プロトコル処理を行って、下り信号送信部３６におくる。

局側制御部４０は、制御信号読取生成手段４２と、上り帯域割当手段４４を有している。制御信号読取生成手段４２は、上り信号受信部３４から受け取った、上り制御信号に記載された情報、ここでは、帯域要求情報としてキュー長を読み取る。

図２を参照して、キュー長について説明する。図２は、キュー長を説明するための模式図である。ここではキュー長として、最短要求長Ｒｍｉｎと最長要求長Ｒｍａｘの２種類を用いる。最短要求長Ｒｍｉｎは、最低保証帯域ＭｉｎＢＷを上限としたときのバッファ量として定義される。図２に示す例では、最短要求長Ｒｍｉｎは、パケットＰ１及びＰ２のパケット長の和で与えられる。一方、最長要求長Ｒｍａｘは、上りデータ信号バッファ部に蓄積されている全データ量として定義される。図２に示す例では、最長要求長Ｒｍａｘは、パケットＰ１〜Ｐ４のパケット長の和で与えられる。

また、制御信号読取生成手段４２は、上り帯域割当手段４４による帯域許可情報を含む下り制御信号を生成して、生成した下り制御信号を下り信号送信部３６へ送る。

上り帯域割当手段４４は、制御信号読取生成手段４２が読み取った、帯域要求情報を参照して、各ＯＮＵに対して送信帯域を算出する。算出された送信帯域は、帯域許可情報として各ＯＮＵに送られる。上り帯域割当手段４４は、最低保証帯域割当手段４５、比較手段４６及びベストエフォート帯域割当手段４７を備えている。この上り帯域割当手段４４が備える各機能手段及び送信帯域の算出方法については、後述する。

下り信号送信部３６は、下りデータ信号及び下り制御信号を時間多重して下り電気信号を生成し、この下り電気信号を電気−光変換して、下り光信号を生成する。

光合分波器３８は、上り光信号と下り光信号を合波及び分波する。一般に、上り光信号と下り光信号の中心波長は異なる。従って、光合分波器３８は、光波長フィルタなどを用いて実現される。

各ＯＮＵ６０は、インタフェース変換部６２、下り信号受信部６４、上りデータ信号バッファ部６５、上り信号送信部６６、加入者側制御部８０及び光合分波器６８を備えて構成される。

下り信号受信部６４は、ＯＬＴ３０から受け取った下り光信号を光−電気信号に変換し下り電気信号を得る。さらに、下り信号受信部６４は、下り電気信号を、下り制御信号と下りデータ信号とに分離する。下り制御信号は、加入者側制御部８０に送られ、また、下りデータ信号は、インタフェース変換部６２に送られる。

インタフェース変換部６２は、ユーザ機器９０との通信プロトコル処理を行う。インタフェース変換部６２は、下り信号受信部６４から受け取った下りデータ信号に対してプロトコル処理を行って、ユーザ機器９０に送る。また、ユーザから受け取った上りデータ信号に対してプロトコル処理を行って、上りデータ信号バッファ部６５に送る。

上りデータ信号バッファ部６５は、インタフェース変換部６２から受け取った上りデータ信号を一時蓄積する。そして、上り信号送信部６６からの読み出し指示に従って、蓄積した上りデータ信号を出力する。

加入者側制御部８０は、制御信号読取生成手段８２と、上り送信時間制御手段８４を有している。制御信号読取生成手段８２は、下り信号受信部６４から受け取った、下り制御信号に記載された情報、ここでは、帯域許可情報を読み取る。また、制御信号読取生成手段８２は、上りデータ信号バッファ部６５に蓄積されているデータの量（キュー長）を読み取り、この情報を含む上り制御信号を生成して上り信号送信部６６へ送る。

上り送信時間制御手段８４は、制御信号読取生成手段８２が読み取った帯域許可情報に基づいて、上り信号送信部６６に上り信号を送出するタイミングを指示する。

上り信号送信部６６は、上りデータ信号及び上り制御信号を時間多重して上り電気信号を生成し、この上り電気信号を電気−光変換して、上り光信号を生成する。この上り光信号を上り送信時間制御手段８４からの指示に応じて、出力する。

光合分波器６８は、上り光信号と下り光信号を合波及び分波する。光合分波器６８は、光波長フィルタなどを用いて実現される。

（動的帯域割当方法）
図３及び図４を参照して、光通信ネットワークにおける動的帯域割当方法について説明する。図３は、動的帯域割当方法を説明するためのタイミングチャートである。図３では、横軸に時間を取って示している。図３では、ＯＮＵ−１とＯＮＵ−２の２つのＯＮＵと、ＯＬＴが示されている。

ＯＬＴは、各ＯＮＵに対して下り制御信号を繰り返し送信する。各ＯＮＵは、下り制御信号の受信に応答して、許可された帯域を利用して、上り制御信号及び上りデータ信号を送信する。ここでは、ＯＬＴがあるＯＮＵ（ここでは、ＯＮＵ−１）から上り制御信号を受信してから、同じＯＮＵ（ＯＮＵ−１）から再び上り制御信号を受信するまでの期間を割当周期Ｔ_ｃｙｃとして説明する。

この割当周期Ｔ_ｃｙｃの期間中、ＯＬＴが上り制御信号を受信しない期間に、各ＯＮＵからの上りデータ信号がＯＬＴに到達するように、各ＯＮＵに帯域が割り当てられる。

なお、割当周期Ｔ_ｃｙｃの期間中、ＯＬＴは、各ＯＮＵからの上り制御信号の受信、各ＯＮＵに割り当てる帯域の計算、及び、各ＯＮＵに対する下り制御信号の送信を行う。そのため、割当周期Ｔ_ｃｙｃは、上り制御信号の受信に必要な、上り制御信号受信期間Ｔ_ＲＯＨ、各ＯＮＵに対する帯域を計算する帯域割当計算期間Ｔ_ｃａｌｃ、及び、下り制御信号と上り制御信号の伝送に要する帯域通知期間Ｔ_ＲＴＴの総和を最小値（以下、割当周期最小値と称する。）Ｔ_{ｃｙｃ＿ｍｉｎ}として、この割当周期最小値Ｔ_{ｃｙｃ＿ｍｉｎ}以上の期間で与えられる。

第ｋ（ｋは整数）番目の割当周期（以下、第ｋ周期と称することもある。）において、ＯＮＵ−１が上りデータ１をユーザ機器から受信し、ＯＮＵ−２が上りデータ２をユーザ機器から受信したとする。このデータ１のパケット長をＲＢＷ_１［ｋ］とし、データ２のパケット長をＲＢＷ_２［ｋ］とする。ＯＮＵ−１は、パケット長ＲＢＷ_１［ｋ］と、最低保証帯域ＭｉｎＢＷ_１から、最短要求長Ｒｍｉｎ_１と最長要求長Ｒｍａｘ_１をキュー長として取得し、ＯＬＴに通知する。同様に、ＯＮＵ−２は、パケット長ＲＢＷ_２［ｋ］と、最低保証帯域ＭｉｎＢＷ_２から、最短要求長Ｒｍｉｎ_２と最長要求長Ｒｍａｘ_２をキュー長として取得し、ＯＬＴに通知する。

第ｋ＋１周期の上り制御信号受信期間Ｔ_ＲＯＨにおいて、ＯＬＴは、各ＯＮＵから帯域要求としてキュー長を受け取る。

次に、帯域割当計算期間Ｔ_ｃａｌｃにおいて、ＯＬＴ３０の上り帯域割当手段４４は、各ＯＮＵに対して割り当てる帯域を計算する。ここで行われる帯域計算には、最低保証帯域割当過程、比較過程及びベストエフォート帯域割当過程が含まれる。なお、第ｋ＋１周期では、第ｋ＋２周期に各ＯＮＵがＯＬＴに送る上りデータ信号に対する帯域割当が行われる。

図４を参照して、この帯域計算について説明する。図４は、動的帯域割当方法を説明するための処理フローを示す図である。

先ず、最低保証帯域割当過程（Ｓ１１０）において、ＯＬＴ３０が備える最低保証帯域割当手段４５は、各ＯＮＵに対して、最低保証帯域ＭｉｎＢＷに対応して定まる帯域を割り当てる。ここでは、ＯＮＵ−ｉの割当帯域ＡＢＷ_ｉを、最低要求長Ｒｍｉｎ_ｉとする。この過程は、帯域要求を行っている全ＯＮＵに対して行われる。

次に、比較過程（Ｓ１１５）において、ＯＬＴ３０が備える比較手段４６は、割当周期Ｔ_ｃｙｃと閾値Ｔ_１とを比較する。

ここで、割当周期Ｔ_ｃｙｃは、上り制御信号受信期間Ｔ_ＲＯＨと、各ＯＮＵに対して割り当てられた割当帯域ＡＢＷ_ｉの総和との合計で与えられる。すなわち、Ｔ_ｃｙｃ＝Ｔ_ＲＯＨ＋ΣＡＢＷ_ｉとなる。

一方、閾値Ｔ_１は、Ｔ_{ｃｙｃ＿ｍｉｎ}を最小値として、Ｔ_{ｃｙｃ＿ｍｉｎ}以上の値に予め確定されている。Ｔ_{ｃｙｃ＿ｍｉｎ}は、Ｔ_{ｃｙｃ＿ｍｉｎ}＝Ｔ_ＲＯＨ＋Ｔ_ｃａｌｃ＋Ｔ_ＲＴＴで与えられる。

割当周期Ｔ_ｃｙｃが閾値Ｔ_１より小さい場合は、ベストエフォート帯域割当過程が行われる。この場合、先ず、ＯＬＴ３０が備えるベストエフォート帯域割当手段４７は、閾値Ｔ_１と割当周期Ｔ_ｃｙｃの差として残余帯域ＮＢＷを計算する（Ｓ１１７）。次に、ベストエフォート帯域割当手段４７は、閾値Ｔ_１と割当周期Ｔ_ｃｙｃの差として与えられる残余帯域ＮＢＷを、ベストエフォート帯域として各ＯＮＵに割り当てる。ベストエフォート帯域ＢＥＢＷ_ｉの割当は、現時点での割当帯域ＡＢＷ_ｉが、最長要求長Ｒｍａｘ_ｉに達していないＯＮＵに対して行われる。

なお、ベストエフォート帯域の配分は、ユーザ間の公平性を考慮して、最低保証帯域ＭｉｎＢＷ_ｉの比で分配するのが望ましい。すなわち、ベストエフォート帯域ＢＥＢＷ_ｉは、ＢＥＢＷ_ｉ＝ＮＢＷ×ＭｉｎＢＷ_ｉ／ΣＭｉｎＢＷ_ｉで与えられる。

ＯＬＴは、各ＯＮＵについて、最低保証帯域割当過程（Ｓ１１０）で割り当てた帯域ＡＢＷ_ｉとベストエフォート帯域ＢＥＢＷ_ｉの和を新たに割当帯域ＡＢＷ_ｉとして、割当計算を終了する。

一方、比較過程での比較の結果、割当周期Ｔ_ｃｙｃが閾値Ｔ_１以上の場合は、ベストエフォート帯域割当過程を行わずに、割当計算を終了する。この場合、各ＯＮＵには、最低保証帯域割当過程（Ｓ１１０）で割り当てた帯域ＡＢＷ_ｉがそのまま割当帯域ＡＢＷ_ｉとして割り当てられる。

この実施形態の割当方法は、最低保証帯域分の割当を行った時点での割当周期と、閾値Ｔ_１との比較を行い、その比較結果を利用して、割当周期Ｔ_ｃｙｃが閾値Ｔ_１以上の場合は、浮動周期式として帯域割当を行い、割当周期Ｔ_ｃｙｃが閾値Ｔ_１より小さい場合は、周期Ｔ_１の固定周期式として帯域割当を行う。従って、この実施形態における割当周期は、以下の式で表現できる。

図５及び図６を参照して、この実施形態と、従来例との違いについて説明する。図５（Ａ）は、固定周期式のＳＲ−ＤＢＡを説明するためのフロー図である。また、図５（Ｂ）は、浮動周期式のＳＲ−ＤＢＡを説明するためのフロー図である。

図６は、固定周期式、浮動周期式、及び、この実施形態のそれぞれのＳＲ−ＤＢＡを用いて帯域割当を行った結果を示す模式図である。

なお、ここでは、閾値Ｔ_１をＴ_{ｃｙｃ＿ｍｉｎ}としている。また、各ＳＲ−ＤＢＡに対して同一の帯域要求がなされたものとする。

先ず、固定周期式とこの実施形態の比較を行う。固定周期式の帯域割当の場合、先ず、各ＯＮＵに対して、最低保証帯域に相当する帯域を割り当てる（Ｓ１１０）。次に、最低保証帯域に相当する帯域を割り当てた時点での未割当帯域である残余帯域（Ｓ１１８）に対して、ベストエフォート帯域として帯域割当を行う（Ｓ１２０）。なお、ベストエフォート帯域の配分は、ユーザ間の公平性を考慮して、最低保証帯域ＭｉｎＢＷ_ｉの比で分配する。

ここで、固定周期式のＳＲ−ＤＢＡでは、残余帯域は、固定割当周期Ｔ_ｃｙｃ０と、最低保証帯域割当過程（Ｓ１１０）で割り当てられた割当周期との差で与えられる（Ｓ１１８）。これに対し、図４を参照して説明したこの実施形態のＳＲ−ＤＢＡでは、残余帯域は、閾値Ｔ_１と、最低保証帯域割当過程（Ｓ１１０）で割り当てられた割当周期との差で与えられる（Ｓ１１７）。

固定周期式は、最低保証帯域分の要求量が減少して、最低保証帯域による帯域割当量（ΣＲｍｉｎ）が減少しても、ベストエフォート帯域による帯域割当量（ΣＢＥ）が増加し、割当周期が一定となる。これに対し、この実施形態の帯域割当では、最低保証帯域による帯域割当量（ΣＲｍｉｎ）の減少に応じて、割当周期Ｔ_ｃｙｃが短くなる。これは、この実施形態の帯域割当が、最低保証帯域を確保しつつ、かつ、遅延を小さくするように帯域割当を行っていることを示している。

次に、浮動周期式と、この実施形態の比較を行う。浮動周期式の帯域割当の場合、各ＯＮＵが通知するキュー長に相当する帯域をそのまま割り当てる（Ｓ１２０’）。なお、ユーザ間の公平性を考慮して、各ＯＮＵは、最短要求長Ｒｍｉｎをキュー長として通知するものとする。浮動周期式では、各ＯＮＵに対して、通知されたキュー長を最終割当帯域として設定し、割当計算を終了する。この浮動周期式では、帯域要求が少ないときは、それに応じて割当周期も短くなるので、上りスループットは増加する。しかし、割当周期は、Ｔ_{ｃｙｃ＿ｍｉｎ}以下に設定することはできない。このため、割当帯域に、帯域の割当が行われない空白が生じてしまい、上りスループットが制限される。

これに対し、この実施形態の方法では、割当周期が最値Ｔ_{ｃｙｃ＿ｍｉｎ}を下回っている場合には、浮動周期式で生じる空白の部分をベストエフォート帯域として活用することができるので、上りスループットの制約を解消し、高いスループットを実現できる。

１０ 光通信ネットワーク（ＰＯＮ）
２０ 上位ネットワーク
３０ 局側装置（ＯＬＴ）
３２、６２ インタフェース変換部（Ｉ／Ｆ）
３４ 上り信号受信部
３６ 下り信号送信部
３８、６８ 光合分波器
４０ 局側制御部
４２、８２ 制御信号読取生成手段
４４ 上り帯域割当手段
４５ 最低保証帯域割当手段
４６ 比較手段
４７ ベストエフォート帯域割当手段
５０ 光スプリッタ
６０ 加入者側装置（ＯＮＵ）
６４ 下り信号受信部
６５ 上りデータ信号バッファ部
６６ 上り信号送信部
８０ 加入者側制御部
８４ 上り送信時間制御手段
９０ ユーザ機器

Claims (6)

1. １つの局側装置が、複数の加入者側装置に接続されて構成される光通信ネットワークにおける動的帯域割当方法であって、
   前記局側装置で行われる、
   前記複数の加入者側装置から通知された要求帯域を、前記複数の加入者側装置の割当帯域として割り当てる過程と、
   前記複数の加入者側装置にそれぞれ割り当てられた前記割当帯域の総和として与えられる割当周期を、予め定められた閾値と比較する過程と、
   前記割当周期が前記閾値よりも小さい場合、前記閾値と前記割当周期の差として与えられる残余帯域を、さらにベストエフォート帯域として前記複数の加入者側装置に割り当てる過程と
   を備え、
   前記割当周期が前記閾値以上の場合は、前記複数の加入者側装置にそれぞれ割り当てられた前記割当帯域をそのまま用いて浮動周期式として帯域割当を行うことを特徴とする動的帯域割当方法。
2. 前記閾値は、
   前記局側装置が、前記複数の加入者側装置から上り制御信号を受信するのに要する時間、前記局側装置が、帯域割当に要する時間、及び上り制御信号と下り制御信号の伝送に要する時間の和を最小値として確定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の動的帯域割当方法。
3. １つの局側装置が、複数の加入者側装置に接続されて構成される光通信ネットワークであって、
   前記局側装置は、
   局側制御部と、
   前記加入者側装置から受信した上り信号を上り制御信号と上りデータ信号に分離し、前記上り制御信号を前記局側制御部に送る上り信号受信部と
   を備え、
   前記局側制御部は、さらに、
   前記加入者側装置から通知された要求帯域を、前記上り制御信号から読み出す制御信号読取生成手段と、
   前記要求帯域を、前記複数の加入者側装置の割当帯域として割り当てる最低保証帯域割当手段と、
   前記複数の加入者側装置にそれぞれ割り当てられた前記割当帯域の総和として与えられる割当周期を、予め定められた閾値と比較する比較手段と、
   前記割当周期が前記閾値よりも小さい場合、前記閾値と前記割当周期の差として与えられる残余帯域を、さらにベストエフォート帯域として前記複数の加入者側装置に割り当てるベストエフォート帯域割当手段と
   を備え、
   前記割当周期が前記閾値以上の場合は、前記複数の加入者側装置にそれぞれ割り当てられた前記割当帯域をそのまま用いて浮動周期式として帯域割当を行うことを特徴とする光通信ネットワーク。
4. 前記閾値は、
   前記局側装置が、前記複数の加入者側装置から上り制御信号を受信するのに要する時間、前記局側装置が、帯域割当に要する時間、及び上り制御信号と下り制御信号の伝送に要する時間の和を最小値として確定されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の光通信ネットワーク。
5. １つの局側装置が、複数の加入者側装置に接続されて構成される光通信ネットワークで用いられる局側装置であって、
   局側制御部と、
   前記加入者側装置から受信した上り信号を上り制御信号と上りデータ信号に分離し、前記上り制御信号を前記局側制御部に送る上り信号受信部と
   を備え、
   前記局側制御部は、さらに、
   前記加入者側装置から通知された要求帯域を、前記上り制御信号から読み出す制御信号読取生成手段と、
   前記要求帯域を、前記複数の加入者側装置の割当帯域として割り当てる最低保証帯域割当手段と、
   前記複数の加入者側装置にそれぞれ割り当てられた前記割当帯域の総和として与えられる割当周期を、予め定められた閾値と比較する比較手段と、
   前記割当周期が前記閾値よりも小さい場合、前記閾値と前記割当周期の差として与えられる残余帯域を、さらにベストエフォート帯域として前記複数の加入者側装置に割り当てるベストエフォート帯域割当手段と
   を備え、
   前記割当周期が前記閾値以上の場合は、前記複数の加入者側装置にそれぞれ割り当てられた前記割当帯域をそのまま用いて浮動周期式として帯域割当を行うことを特徴とする局側装置。
6. 前記閾値は、
   当該局側装置が、前記複数の加入者側装置から上り制御信号を受信するのに要する時間、当該局側装置が、帯域割当に要する時間、及び上り制御信号と下り制御信号の伝送に要する時間の和を最小値として確定されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の局側装置。