JP6079909B1 - 局舎端末、光ネットワーク及び帯域割当方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】OFDMを用いた通信において、輻輳状態でも各ONUに対する使用可能帯域幅内に収める。【解決手段】第1過程において、ループ回数n(nは0以上の整数)を0にするとともに、各ONUについて、ONUの要求品質と、ONUについてのPON区間距離から、初期要求帯域幅を取得する。第2過程において、複数のOFDMバンドに、各ONUを収容させ、各ONUが割当てられたOFDMバンドとガードバンドの総和で与えられる必要帯域幅を算出する。第3過程において、必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する。第3過程での比較の結果、必要帯域幅が使用帯域幅より大きい場合には、第4過程において、初期要求帯域幅に、使用可能帯域幅を乗算し、初期必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を算出するとともに、ループ回数nに1を加算する。第3過程での比較の結果、必要帯域幅が使用帯域幅以下になるまで、第2〜4過程を繰り返し行う。【選択図】図12
Description
この発明は、例えば、エラスティックλアグリゲーションネットワークで用いて好適な、局舎端末、光ネットワーク及び帯域割当方法に関する。
図1を参照して、現在のネットワークの基本構成例を説明する。図1は、現在のネットワークの基本構成例を説明する模式図である。この基本構成例のネットワークは、アクセスネットワーク、メトロネットワーク及び上位ネットワークで構成される。アクセスネットワークは、ユーザと局とを結ぶ。メトロネットワークは、アクセスネットワークの局を結ぶ。そして、上位ネットワークは、メトロネットワーク及びアクセスネットワークを収容する。
メトロネットワークは、例えば、ノードをリング状に接続するリングネットワークで構成される。このリングネットワークでは、再構成可能光分岐挿入多重装置(ROADM:Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer)を備えることが多い。アクセスネットワークの局は、このノードに接続される。
アクセスネットワークでは、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、光アクセスネットワークが主流となりつつある。光アクセスネットワークとして、受動光ネットワーク(PON:Passive Optical Network)が知られている。
PONは、局内に設けられる1つの局舎端末(OLT:Optical Line Terminal)、及び、加入者宅にそれぞれ設けられる複数の加入者端末(ONU:Optical Network Unit)を備えて構成される。OLTとONUは、光スプリッタを介して、光ファイバで接続される。
PONでは、各ONUからOLTに送られる信号(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。なお、上り信号と下り信号との干渉を防ぐために、上り信号と下り信号には、それぞれ異なる波長が割り当てられる。
PONでは、様々な多重技術が用いられる。PONで用いられる多重技術には、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を利用するTDM−PONが、現在最も広く用いられている。TDM−PONでは、TDMA(Time Division Multiple Access)が用いられている。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。
PONの代表的なものとして、Gigabit(1×109bit/sec)Ethernet(登録商標)技術を使用した、GE−PONがある(例えば非特許文献1参照)。GE−PONでは、下り信号の波長は1480−1500nm、上り信号の波長は1260−1360nmが用いられている。
GE−PONに含まれる機能の1つとして、OLTに実装される動的帯域割当(DBA:Dynamic Bandwidth Allocation)がある(例えば、特許文献1参照)。DBAは、各ONUで発生しているトラフィックをOLTが把握し、トラフィックに応じて、各ONUに上り信号の帯域を割り当てる機能である。
図2を参照して、DBAについて説明する。図2(A)〜(C)は、DBAを説明するための模式図であり、横軸に時間tを取って示している。図2(A)〜(C)では、DBA周期を30msec、無信号区間(ガードタイム)を2msec、及び、ONUの数を4としている。
OLTは、各ONUが要求するトラフィックに応じて、DBA周期ごとに各ONUの割当帯域を計算し、各ONUに割り当てる(図2(A))。GE−PONにおける割当帯域の単位は時間で表すことができる。なお、各ONUの割当帯域間にはガードタイムが設けられている。
ここで、各ONUが要求する帯域が広く、ONUへの割当帯域の総和がDBA周期内に収まらない場合がある(図2(B))。図2(B)では、ONU#1〜4が要求する帯域が、それぞれ、8、10、12、6msecの例を示している。
このような状況でONUへの割当帯域の総和をDBA周期内に収める方法として、各ONUの割当帯域を、各ONUの要求帯域に(DBA周期−ガードタイムの合計)/(各ONUの要求する帯域の合計)を乗算して与える方法がある(例えば、特許文献1参照)。この方法により、各ONUの割当帯域は、それぞれ、5.3、6.7、8、4msecとなり、DBA周期内に収めることができる(図2(C))。
現在の光アクセスネットワークは、トラフィックの増加やサービスの多様化に伴い、貴重なネットワーク資源である波長を効率よく使用する高効率なネットワークの構築が求められている。そこで、多値変調技術や直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術を用いたエラスティック光アグリゲーションネットワーク(EλAN)の開発が行われている(例えば、非特許文献2参照)。
図3を参照して、多値変調の特徴について説明する。図3(A)〜(D)は、多値変調の特徴を説明するための模式図である。図3(A)〜(D)は、横軸に波長を取って示している。
図3(A)は、1シンボルに1ビットのデータを含むOOK(On Off Keying)を示している。図3(B)は、1シンボルに2ビットのデータを含むQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)を示している。図3(C)は、1シンボルに4ビットのデータを含む16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)を示している。図3(D)は、1シンボルに6ビットのデータを含む64QAMを示している。図3(B)〜(D)に示されるQPSK、16QAM及び64QAMはいわゆる多値変調であり、QPSK、16QAM及び64QAMの順に変調多値数が多くなる。なお、多値変調はこれらに限定されず2nQAM(nは2以上の整数)とすることができる。図3に示されているように、変調多値数を大きくすると、使用する波長帯域を削減できる。
次に、図4を参照して、OFDM技術について説明する。図4は、OFDM技術を説明するための模式図である。図4では、横軸に周波数を取って示している。OFDM技術は、周波数の直交性を利用しており、マルチキャリア伝送を可能とし、これにより帯域利用効率を向上できる。
次に、図5を参照して、EλANの構成例について説明する。図5は、EλANの基本構成例を説明するための模式図である。EλANは、従来のメトロネットワークとアクセスネットワークを融合したメトロ/アクセス融合型ネットワークである。従来のメトロネットワークに相当する区間には、波長によって様々な経路を通ることができる波長選択スイッチ(WSS:Wavelength Selective Switch)が用いられ、この区間をWSS区間と称する。また、従来のアクセスネットワークに相当する区間は、従来のPONと同様に構成される(以下、PON区間と称する)。
EλANは、従来各局に設置されていたOLTが集約された集約OLTを備える。集約OLTには、OLTをプログラマブル化した論理OLTが設けられる。また、ONUとして、論理ONUが用いられる。論理OLT及び論理ONUには、プログラマブル光送受信器があり、光波長、変調多値数、シンボルレート(SR:Symbol Rate)、及びサブキャリア(SC:Sub Carrier)数が可変となる。なお、以下の説明では、変調多値数、SR及びSC数を合わせて、光信号パラメータと称する。
図6は、光信号パラメータの変化について説明するための模式図である。図6(A)は、変調多値数の変化を示している。図6(A)の左図が、変調多値数が少ないQPSKの場合のI−Q図であり、図6(A)の右図が、変調多値数が多い16QAMの場合のI−Q図である。図6(B)は、SRの変化を示している。図6(B)の左図はSRが高い場合を示しており、図6(B)の右図はSRが低い場合を示している。SRが低くなると、SCの幅が狭くなり、空き帯域が増える。また、図6(C)は、SC数の変化を示している。図6(C)の左図はSC数が多い場合を示しており、図6(C)の右図はSC数が少ない場合を示している。SC数が少なくなると、空き帯域が増える。
集約OLTには光信号パラメータ制御アルゴリズムが搭載されており、トラフィックや通信品質などに応じて光信号パラメータの最適値を決定する。ここで、光信号パラメータの最適値は、ユーザが要求する条件を満たし、かつ、光スペクトル幅が最小になる状態の光信号パラメータの値である。
このように、光信号パラメータの最適値を決定することにより、帯域利用効率に優れるネットワークを構築することができる。なお、EλANにおける帯域の単位は、周波数(波長)である。
光信号パラメータの最適値を決定する方法の一例について説明する(例えば、非特許文献3参照)。
この方法では、予め、横軸にOLTとONUの間の距離(PON区間距離)を取り、縦軸に伝送品質(SER:Symbol Error Rate)を取った二次元マップを用意しておく。二次元マップは、送信多値数とSC数の複数の組について、PON区間距離とSERとの関係を示している。あるPON区間距離に対して、要求品質が伝送品質よりも大きければ送信可能であり、小さければ送信不可である。
先ず、第1のステップで、PON区間距離と、ONUの要求品質から、送信可能な多値数とバンド幅を選定する。ここで、バンド幅は、例えば、SRとSC数の積に相当する。
次に、第2のステップで、ONUの要求帯域から、送信可能な多値数とバンド幅を選定する。
次に、第3のステップで、第1及び第2のステップで選定された多値数とバンド幅の組の中から、多値数が最も大きいものを選ぶ。また、多値数が最も大きいものが複数ある場合は、バンド幅が最も大きいものを選ぶ。
次に、第4のステップで、送信する多値数と、ONUの要求帯域から割当SC数を計算する。
次に、第5のステップで、上記第3のステップで選定したバンド幅に割当てられるSC数の和がそのバンド幅に近くなるようなONUの組合せを探索する。
「基礎技術講座 GE−PON技術 第3回 DBA機能」NTT技術ジャーナル
岡本聡著「多様なサービスやネットワーク構成を実現する伸縮自在光メトロ・アクセス融合型アグリゲーションネットワーク技術 −エラスティックλアグリゲーションネットワーク−」IEICE Technical Report CS2012−96(2013−1)
斉藤洋之他著「EλANにおけるユーザ周波数多重方式の基礎検討」IEICE Technical Report
ここで、上述の従来の非特許文献3の技術では、非輻輳状態で光信号パラメータを決定している。非輻輳状態は、各ONUの要求帯域幅の合計が、使用可能帯域幅に収まる状態である。すなわち、各ONUの要求を全て満足できる状態で実行される。
しかしながら、実際のネットワーク運用上、輻輳状態になる場合がある。輻輳状態は、使用可能帯域が限定されるなど、各ONUの要求帯域幅の合計が使用可能帯域幅に収まらない状態である。
TDMの場合は、各ONUの割当帯域を、各ONUの要求帯域に(DBA周期−ガードタイムの合計)/(各ONUの要求帯域の合計)を乗算して与えることにより、DBA周期に納めることができる。これに対し、OFDMの場合は、OFDMバンド幅は固定されており、この幅が固定されているOFDMバンドに各ONUの帯域を割当てていく。OFDMにおいて輻輳状態になっている場合、TDMと同様の方法(以下、従来方法と称する。)を利用して、各ONUが要求する帯域幅に(帯域幅−ガードバンド幅)/(各ONUの要求帯域の合計)を乗算して、OFDMバンドに割当てる従来方法では、OFDMバンド内に未使用SCが存在するなどするため、使用可能帯域幅内に収まらない場合がでてくる。
非特許文献3に記載されている条件で使用帯域の初期値を計算した結果を図7に示す。図7(A)では、横軸に試行回数を取って示し、縦軸に使用帯域の初期値を示している。図7(A)に示される結果から、使用可能帯域幅を16nmとして、各ONUが要求する帯域幅を従来方法で割り当てた結果、使用可能帯域内に収まったか否かを図7(B)に示す。図7(B)では、使用可能帯域幅に収まった場合を○印で示し、収まらなかった場合を×印で示している。図7(B)に示すように、輻輳状態の場合、従来方法では使用可能帯域幅に収まらない場合がある。
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、OFDMにおいて、輻輳状態の場合に、使用可能帯域幅に収める帯域割当方法と、この方法を実現する局舎端末及び光ネットワークを提供することにある。
上述した目的を達成するために、この発明の直交周波数分割多重(OFDM)を用いる光ネットワークにおいて、複数の加入者端末と接続される局舎端末は、OLT受信部と、OLT送信部と、OLT制御部とを備えて構成される。
OLT受信部は、ONUから上り光OFDM信号を受信し、上り光OFDM信号を、光/電気(O/E)変換して、上りOFDM信号を生成し、及び、上りOFDM信号に付加されている上り制御信号を、OLT制御部に送る。
OLT送信部は、下りOFDM信号を生成し、OLT制御部から受け取った制御信号を下りOFDM信号に付加し、下りOFDM信号を、電気/光(E/O)変換して、下り光OFDM信号を生成してONUに送る。
上り制御信号は、要求品質及び要求ビットレートの少なくとも一方を含んでいる。
OLT制御部は、さらに、第1〜4手段を備えている。第1手段は、ループ回数n(nは0以上の整数)を0にするとともに、各ONUについて、ONUの要求品質と、ONUについてのPON区間距離から、初期要求帯域幅を取得する。第2手段は、複数のOFDMバンドに、各ONUを収容させ、各ONUが割当てられたOFDMバンドとガードバンドの総和で与えられる必要帯域幅を算出し、ループ回数nが0の場合は、必要帯域幅を初期必要帯域幅とする。第3手段は、必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する。第4手段は、第3手段での比較の結果、必要帯域幅が使用可能帯域幅より大きい場合に、初期要求帯域幅に使用可能帯域幅を乗算し、初期必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を算出して割当帯域とするとともに、ループ回数nに1を加算する。ここで、幅減少パラメータは、1以上の実数で与えられる。
また、この発明の直交周波数分割多重(OFDM)を用いる光ネットワークにおいて、局舎端末によって実行される、帯域割当方法は、以下の過程を備えている。先ず、第1過程において、ループ回数n(nは0以上の整数)を0にするとともに、各ONUについて、ONUの要求品質と、ONUについてのPON区間距離から、初期要求帯域幅を取得する。次に、第2過程において、複数のOFDMバンドに、各ONUを収容させ、各ONUが割当てられたOFDMバンドとガードバンドの総和で与えられる必要帯域幅を算出し、ループ回数nが0の場合は、必要帯域幅を初期必要帯域幅とする。次に、第3過程において、必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する。第3過程での比較の結果、必要帯域幅が使用可能帯域幅より大きい場合には、第4過程において、初期要求帯域幅に、使用可能帯域幅を乗算し、初期必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を算出して割当帯域とするとともに、ループ回数nに1を加算する。第3過程での比較の結果、必要帯域幅が使用可能帯域幅以下になるまで、第2〜4過程を繰り返し行う。ここで、幅減少パラメータは、1以上の実数である。
この発明の局舎端末によれば、ONUから要求される帯域の和で与えられる必要帯域幅が使用可能帯域幅内に収まらなかったら、割当帯域幅を少しずつ減らし、必要帯域幅が使用可能帯域幅に収まったら終了する。このため、輻輳状態でも使用可能帯域幅内に収めることができる。また、割当帯域幅を少しずつ減らすことにより、使用可能帯域をより有効に利用することができる。
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、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、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、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、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。
(光ネットワーク)
この実施形態の光ネットワークは、例えば、図5を参照して説明した、非特許文献2に開示されているEλANと同様に構成することができる。
この実施形態の光ネットワークは、例えば、図5を参照して説明した、非特許文献2に開示されているEλANと同様に構成することができる。
EλANは、M(Mは1以上の整数)個の局舎端末(OLT)と、WSS区間を介して接続されている、N個の加入者端末(ONU)で構成される。なお、EλANが提供するサービスをプログラマブルに変更可能にするため、EλANでは、OLTとしてプログラマブルOLT(P−OLT)が用いられ、ONUとしてプログラマブルONU(P−ONU)が用いられる。EλANでは、ONUの登録先のOLT、すなわち、OLTとONUのペアが自由に変更される。
このEλANでは、多値変調技術とOFDMとを組み合わせて用いている。すなわち、OFDM信号のサブキャリアとして、QPSK、16QAM及び64QAMのいずれかで多値変調した信号を送受信している。なお、ここでは、QPSK、16QAM及び64QAMの3種類の多値変調を行う場合について説明するが、これに限定されず2nQAM(nは2以上の整数)とすることができる。256QAMなどさらに多値数を増やしても良いし、2種類又は4種類以上の多値変調を行う構成にしても良い。
(OLTの構成)
図8を参照して、OLTの構成について説明する。図8はOLTの構成を説明するための模式図である。OLT200は、OLT受信部210、OLT送信部220及びOLT制御部230を備えて構成される。
図8を参照して、OLTの構成について説明する。図8はOLTの構成を説明するための模式図である。OLT200は、OLT受信部210、OLT送信部220及びOLT制御部230を備えて構成される。
OLT受信部210は、ONUから上り光OFDM信号を受信する。OLT受信部210は、O/E変換部214と上りOFDM信号復調部212を備えて構成される。O/E変換部214は、上り光OFDM信号を、光/電気(O/E)変換して、上りOFDM信号を生成する。上りOFDM信号復調部212は、上りOFDM信号を復調し、上位ネットワーク(上位NW)50へ送る。また、OLT受信部210は、上りOFDM信号に付加されている上り制御信号を、OLT制御部230に送る。
OLT送信部220は、下りOFDM信号生成部222とE/O変換部224を備えて構成される。下りOFDM信号生成部222は、上位NW50から受け取った信号を変調して、下りOFDM信号を生成する。また、下りOFDM信号生成部222は、OLT制御部230から受け取った下り制御信号を下りOFDM信号に付加する。E/O変換部224は、下りOFDM信号を、電気/光(E/O)変換して、下り光OFDM信号を生成する。下り光OFDM信号はONUに送られる。なお、下りOFDM信号生成部222は、OLT制御部230から通知された変調フォーマット、シンボルレートに従って変調を行う。
OLT制御部230は、機能手段として、上り制御信号受信部232、下り制御信号生成部234、下り制御信号送信部236、OLT側変調条件通知部238及びパラメータ設定部240を備える。また、OLT制御部230は、任意好適な記憶手段に二次元マップ242を読み出し自在に格納している。
上り制御信号受信部232は、OLT受信部210から上りOFDM信号に付加された上り制御信号を受け取る。下り制御信号生成部234は、下り制御信号を生成する。下り制御信号送信部236は、OLT送信部220へ、下り制御信号を送る。また、OLT側変調条件通知部238は、OLT送信部220に対し、OLT送信部220が変調する際の変調フォーマット、シンボルレートを通知する。パラメータ設定部240は、後述する第1〜4過程を実行する第1〜4手段244、246、248及び250を備えて構成され、帯域割当を行う。
上述した、OLT受信部210及びOLT送信部220は、任意好適な従来公知の技術を用いて構成することができる。OLT制御部230は、機能手段の構成及び動作が従来と異なるが、これら機能手段を実現するためのプログラムを除けば、任意好適な従来公知の技術を用いて構成することができる。この各機能手段の構成及び動作の詳細については後述する。
(ONUの構成)
図9を参照して、ONUの構成について説明する。図9はONUの構成を説明するための模式図である。ONU300は、ONU受信部310、ONU送信部320及びONU制御部330を備えて構成される。
図9を参照して、ONUの構成について説明する。図9はONUの構成を説明するための模式図である。ONU300は、ONU受信部310、ONU送信部320及びONU制御部330を備えて構成される。
ONU受信部310は、OLTから下り光OFDM信号を受信する。ONU受信部310は、O/E変換部314と下りOFDM信号復調部312を備えて構成される。O/E変換部314は、下り光OFDM信号を、O/E変換して、下りOFDM信号を生成する。下りOFDM信号復調部312は、下りOFDM信号を復調し、ユーザ端末60へ送る。また、ONU受信部310は、下りOFDM信号に付加されている下り制御信号を、ONU制御部330に送る。
ONU送信部320は、上りOFDM信号生成部322とE/O変換部324を備えて構成される。上りOFDM信号生成部322は、ユーザ端末60から受け取った信号を変調して、上りOFDM信号を生成する。また、上りOFDM信号生成部322は、ONU制御部330から受け取った上り制御信号を上りOFDM信号に付加する。E/O変換部324は、上りOFDM信号を、E/O変換して、上り光OFDM信号を生成する。上り光OFDM信号はOLTに送られる。なお、上りOFDM信号生成部322は、ONU制御部230から通知された変調フォーマット、シンボルレートに従って変調を行う。
ONU制御部330は、機能手段として、下り制御信号受信部332、上り制御信号生成部334、上り制御信号送信部336、及び、ONU側変調条件通知部338を備える。
下り制御信号受信部332は、ONU受信部310から下りOFDM信号に付加された下り制御信号を受け取る。上り制御信号生成部334は、上り制御信号を生成する。上り制御信号送信部336は、ONU送信部320へ、上り制御信号を送る。また、ONU側変調条件通知部338は、ONU送信部320に対し、ONU送信部320が変調する際の変調フォーマット、シンボルレートを通知する。
上述した、ONU受信部310及びONU送信部320は、任意好適な従来公知の技術を用いて構成することができる。ONU制御部330は、機能手段の構成及び動作が従来と異なるが、これら機能手段を実現するためのプログラムを除けば、任意好適な従来公知の技術を用いて構成することができる。
(二次元マップ)
帯域割当方法の実施に当たり、予め、横軸にOLTとONUの間の距離(PON区間距離)を取り、縦軸に伝送品質(SER:Symbol Error Rate)を取った二次元マップを用意しておく。図10は、二次元マップの例を示す図である。図10では、横軸にOLTとONUの間の距離(PON区間距離)を取って示し、縦軸に伝送品質(SER:Symbol Error Rate)を取って示している。図10では、QPSK、16QAM及び64QAMのそれぞれに対して、PON区間距離とSERとの関係を示している。あるPON区間距離に対して、要求品質が伝送品質よりも大きければ、送信可能であり、小さければ、送信不可である。例えば、PON区間距離が10kmであり、要求品質が10−5以下である条件は、図10中×で示す点となるので、16QAMとQPSKでは送信可能であり、64QAMでは送信不可となる。この場合、帯域利用効率の観点から最適な変調フォーマットは16QAMとなる。
帯域割当方法の実施に当たり、予め、横軸にOLTとONUの間の距離(PON区間距離)を取り、縦軸に伝送品質(SER:Symbol Error Rate)を取った二次元マップを用意しておく。図10は、二次元マップの例を示す図である。図10では、横軸にOLTとONUの間の距離(PON区間距離)を取って示し、縦軸に伝送品質(SER:Symbol Error Rate)を取って示している。図10では、QPSK、16QAM及び64QAMのそれぞれに対して、PON区間距離とSERとの関係を示している。あるPON区間距離に対して、要求品質が伝送品質よりも大きければ、送信可能であり、小さければ、送信不可である。例えば、PON区間距離が10kmであり、要求品質が10−5以下である条件は、図10中×で示す点となるので、16QAMとQPSKでは送信可能であり、64QAMでは送信不可となる。この場合、帯域利用効率の観点から最適な変調フォーマットは16QAMとなる。
また、図11は、シンボルレートを変化させた場合の二次元マップの例を示す図である。図11では、横軸にPON区間距離を取って示し、縦軸に伝送品質(SER)を取って示している。図11では、シンボルレートが1Gsps(symbol per second)、5Gsps及び10Gspsのそれぞれの場合について、QPSK、16QAM及び64QAMの二次元マップを示す。
ここで、図11に示すようにシンボルレートを変化させると、二次元マップが変化する。従って、帯域利用効率に優れたネットワークを構築するためには、PON区間距離だけでなく、シンボルレートも考慮して、最適な変調フォーマットを決定する必要がある。
二次元マップは、送信多値数とSC数の複数の組について、PON区間距離とSERとの関係を示している。あるPON区間距離に対して、要求品質が伝送品質よりも大きければ、送信可能であり、小さければ、送信不可である。
二次元マップは、送信多値数とSC数の複数の組について、PON区間距離とSERとの関係を示している。あるPON区間距離に対して、要求品質が伝送品質よりも大きければ、送信可能であり、小さければ、送信不可である。
表1を参照して、条件アとして、PON区間距離が40kmのONUから、要求品質が10−8以下、要求ビットレートが5Gbps(bit per second)以上という要求を受けた場合について説明する。
先ず、ステップ(以下、ステップをSで表す。)11において、図11に示す二次元マップを用いて、要求品質を満たす、変調フォーマットとシンボルレートの組合せを選択する。PON区間距離が40kmで要求品質が10−8以下の条件は、図11中Aで示される。図11から、この条件で通信可能な組み合わせは、QPSK/1Gspsと、QPSK/5Gspsの2組である。
次に、S12において、要求ビットレートを満たす、変調フォーマットとシンボルレートの組合せを選択する。QPSK、16QAM及び64QAMでは、1シンボルにそれぞれ、2、4及び6ビットのデータが含まれる。従って、ビットレートが5Gbps以上となる組み合わせは、64QAM/1Gspsと、QPSK/5Gsps、16QAM/5Gsps、64QAM/5Gsps、QPSK/10Gsps、16QAM/10Gsps及び64QAM/10Gspsの7組である。
次に、S13において、S11とS12で選択された組合せの中でシンボルレートが最も低い組合せを選択する。ここで、S11及びS12の両者で選択された組は、QPSK/5Gspsの1組である。従って、この条件アでの変調フォーマット及びシンボルレートは、QPSK/5Gspsとなる。
表2を参照して、条件イとして、PON区間距離が30kmのONUから、要求品質が10−4以下、要求ビットレートが5Gbps以上という要求を受けた場合について説明する。
先ず、S11において、図11に示す二次元マップを用いて、送信可能な、変調フォーマットとシンボルレートの組合せを選択する。PON区間距離が30km、要求品質が10−4以下の条件は図11中Bで示される。図11から、この条件で通信可能な組み合わせは、QPSK/1Gsps、16QAM/1Gsps、64QAM/1Gsps、QPSK/5Gsps、16QAM/5Gsps及びQPSK/10Gspsの6組である。
次に、S12において、要求ビットレートを満たす、変調フォーマットとシンボルレートの組合せを選択する。ここで、ビットレートが5Gbps以上となる組み合わせは、64QAM/1Gspsと、QPSK/5Gsps、16QAM/5Gsps、64QAM/5Gsps、QPSK/10Gsps、16QAM/10Gsps及び64QAM/10Gspsの7組である。
次に、S13において、S11とS12で選択された組合せの中でシンボルレートが最も低い組合せを選択する。ここで、S11及びS12の両者で選択された組は、64QAM/1Gsps、QPSK/5Gsps、16QAM/5Gsps及びQPSK/10Gspsの4組である。この4組の中で、シンボルレートが最も低い組は、64QAM/1Gspsである。従って、この条件イでの変調フォーマット及びシンボルレートは、64QAM/1Gspsとなる。
ここでは、3種類の変調フォーマットと3種類のシンボルレートから最適な変調フォーマット及びシンボルレートの組合せを決定する例を説明したが、これに限定されない。変調フォーマット及びシンボルレートの種類及び数は、任意好適に設定することができ、対応する二次元マップを予め作成しておけばよい。
(帯域割当方法)
図12及び図13を参照して、この発明の帯域割当方法について説明する。図12は、この発明の帯域割当方法の処理フローを示す図である。
図12及び図13を参照して、この発明の帯域割当方法について説明する。図12は、この発明の帯域割当方法の処理フローを示す図である。
ステップ(以下、Sで表す。)1において、初期化する。S1では、ループ回数n(nは0以上の整数)を0にする。また、入力パラメータから要求帯域幅BWalloc_iを算出する。ここでの入力パラメータは、ONUの要求品質と、そのONUについてのPON区間距離である。上述のS11〜S13の過程により、二次元マップを用いて、入力パラメータから多値数と初期要求帯域幅BWalloc_initial_iを取得する。この初期要求帯域幅BWalloc_initial_iを要求帯域幅BWalloc_iに代入する。
次に、S2において、OFDMAアルゴリズムを用いて、各ONUに対する要求帯域幅BWalloc_iから必要帯域幅BWalloc_totalを算出する。ここで、OFDMAアルゴリズムは、1つのOFDMバンドに1又は複数のONUを収容させるアルゴリズムである。この必要帯域幅BWalloc_totalは、各ONUが割当てられたOFDMバンドとガードバンドの総和で与えられる。また、n=0のときの必要帯域幅BWalloc_totalを初期必要帯域幅BWalloc_total_initialとする。
次に、S3において、必要帯域幅BWalloc_totalと使用可能帯域幅BWavailを比較する。比較の結果、必要帯域幅BWalloc_totalが使用可能帯域幅BWavail以下である場合(Yes)は、処理を終了する。一方、比較の結果、必要帯域幅BWalloc_totalが使用可能帯域幅BWavailより大きい場合は、S4の更新処理を行う。
S4の更新処理では、初期要求帯域幅BWalloc_initial_iに、使用可能帯域幅BWavail/(初期必要帯域幅BWalloc_total_initial×(1+α×n))を乗算し、その整数部分を算出する。さらに、nに1を加算する。
ここで、定数αは、0より大きい任意の数値を取りうるが、ここでは、0.5としている。
その後、必要帯域幅BWalloc_totalが使用可能帯域幅BWavail以下になるまで、S2〜S4の過程を行う。なお、上述した第1〜4過程がS1〜S4の処理に相当する。
図13を参照して、この発明の割当方法の実施例を説明する。図13は、この発明の割当方法を用いた例を示す模式図である。
OFDM#1及び#2の、OFDMバンド幅を11とし、OFDM#3及び#4のOFDMバンド幅を13とする。また、使用可能帯域幅を30とし、ガードバンドを2とする。
ONU#1〜4が要求する帯域を、それぞれ、8、10、12、6とすると、使用可能帯域幅に収まらない(図13(A))。そこで、従来方法により、割当帯域を算出すると、それぞれ、5.3、6.7、8、4となるが、この場合でも、使用可能帯域幅に収まらない(図13(B))。
一方、この帯域割当方法では、必要帯域幅BWalloc_totalが使用可能帯域幅BWavail内に収まらなかったら、BWalloc_iを少しずつ減らし、必要帯域幅BWalloc_totalが使用可能帯域幅BWavail内に収まったら終了する。このため、図13(C)に示すように、最終的に使用可能帯域幅に収めることができる。
図13(D)は、非特許文献3に記載されている条件で帯域割当を行った場合に、従来方法とこの発明の帯域割当方法のそれぞれについて、使用可能帯域幅に収まった場合を○印で示し、収まらなかった場合を×印で示している。図13(D)に示すように、輻輳状態では、従来方法では使用可能帯域幅に収まらない場合があるが、この発明の帯域割当方法を用いれば、全ての場合において、使用可能帯域幅に収まる。
なお、上述の例では、初期必要帯域幅BWalloc_total_initialを基準として、ループ回数が増えるとともに幅減少パラメータ(1+α×n)を大きくして、この幅減少パラメータで除算して帯域幅を狭くしているが、これに限定されない。
例えば、S4の更新処理では、初期要求帯域幅BWalloc_initial_iに、使用可能帯域幅BWavail/(必要帯域幅BWalloc_total×β)を乗算し、その整数部分を算出し、さらに、必要帯域幅BWalloc_totalを新たに初期必要帯域幅BWalloc_total_initialに代入しても良い。ここで、幅減少パラメータである定数βは1より大きい任意の数値を取りうる。
定数α及び定数βを大きくすると、未割当SCが多くなり、通信効率が低下する可能性が有るが、ループ回数は少なくなる。一方、定数α及び定数βを大きくすると、ループ回数が多くなる可能性が有るが、未割当SCが少なくなり、通信効率が向上する。
50 上位ネットワーク(上位NW)
60 ユーザ端末
200 局舎端末(OLT)
210 OLT受信部
212 上りOFDM信号復調部
214 O/E変換部
220 OLT送信部
222 下りOFDM信号生成部
224 E/O変換部
230 OLT制御部
232 上り制御信号受信部
234 下り制御信号生成部
236 下り制御信号送信部
238 OLT側変調条件通知部
240 パラメータ設定部
242 二次元マップ
244 第1手段
246 第2手段
248 第3手段
250 第4手段
300 加入者端末(ONU)
310 ONU受信部
312 下りOFDM信号復調部
314 O/E変換部
320 ONU送信部
322 上りOFDM信号生成部
324 E/O変換部
330 ONU制御部
332 下り制御信号受信部
334 上り制御信号生成部
336 上り制御信号送信部
338 ONU側変調条件通知部
60 ユーザ端末
200 局舎端末(OLT)
210 OLT受信部
212 上りOFDM信号復調部
214 O/E変換部
220 OLT送信部
222 下りOFDM信号生成部
224 E/O変換部
230 OLT制御部
232 上り制御信号受信部
234 下り制御信号生成部
236 下り制御信号送信部
238 OLT側変調条件通知部
240 パラメータ設定部
242 二次元マップ
244 第1手段
246 第2手段
248 第3手段
250 第4手段
300 加入者端末(ONU)
310 ONU受信部
312 下りOFDM信号復調部
314 O/E変換部
320 ONU送信部
322 上りOFDM信号生成部
324 E/O変換部
330 ONU制御部
332 下り制御信号受信部
334 上り制御信号生成部
336 上り制御信号送信部
338 ONU側変調条件通知部
Claims (7)
- 直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を用いる光ネットワークにおいて、複数の加入者端末と接続される局舎端末であって、
OLT受信部と、OLT送信部と、OLT制御部とを備え、
前記OLT受信部は、加入者端末から上り光OFDM信号を受信し、上り光OFDM信号を、光/電気(O/E)変換して、上りOFDM信号を生成し、及び、上りOFDM信号に付加されている上り制御信号を、前記OLT制御部に送り、
前記OLT送信部は、下りOFDM信号を生成し、前記OLT制御部から受け取った制御信号を下りOFDM信号に付加し、下りOFDM信号を、電気/光(E/O)変換して、下り光OFDM信号を生成して加入者端末に送り、
前記上り制御信号は、要求品質及び要求ビットレートの少なくとも一方を含み、
前記OLT制御部は、
ループ回数n(nは0以上の整数)を0にするとともに、各ONUについて、該ONUの要求品質と、該ONUについてのPON区間距離から、初期要求帯域幅を取得する第1手段と、
複数のOFDMバンドに、各ONUを収容させ、各ONUが割当てられたOFDMバンドとガードバンドの総和で与えられる必要帯域幅を算出し、前記ループ回数nが0の場合は、前記必要帯域幅を初期必要帯域幅とする第2手段と、
前記必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する第3手段と、
前記第3手段での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅より大きい場合に、前記初期要求帯域幅に、前記使用可能帯域幅を乗算し、前記初期必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を算出して割当帯域とするとともに、前記ループ回数nに1を加算する第4手段と
を備え、
前記幅減少パラメータは、1以上の実数である
ことを特徴とする局舎端末。 - 前記幅減少パラメータは、0以上の定数αを用いて(1+α×n)で与えられる
ことを特徴とする請求項1に記載の局舎端末。 - 前記幅減少パラメータは、1以上の定数βで与えられ、
前記第4手段は、前記割当帯域を算出した後に、必要帯域幅を新たに初期必要帯域幅とする
ことを特徴とする請求項1に記載の局舎端末。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の局舎端末を備えて構成される光ネットワーク。
- 直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を用いる光ネットワークにおいて、複数組の変調フォーマットとシンボルレートに対して、PON区間距離と通信品質との関係を示す二次元マップを備える局舎端末によって実行される、
ループ回数n(nは0以上の整数)を0にするとともに、各ONUについて、該ONUの要求品質と、該ONUについてのPON区間距離から、初期要求帯域幅を取得する第1過程と、
複数のOFDMバンドに、各ONUを収容させ、各ONUが割当てられたOFDMバンドとガードバンドの総和で与えられる必要帯域幅を算出し、前記ループ回数nが0の場合は、前記必要帯域幅を初期必要帯域幅とする第2過程と、
前記必要帯域幅と、使用可能帯域幅とを比較する第3過程と、
前記第3過程での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅より大きい場合に行われる、前記初期要求帯域幅に、前記使用可能帯域幅を乗算し、前記初期必要帯域幅と幅減少パラメータとの積で除算し、その整数部分を算出して割当帯域とするとともに、前記ループ回数nに1を加算する第4過程と
を備え、
前記幅減少パラメータは、1以上の実数であり、
前記第3過程での比較の結果、前記必要帯域幅が前記使用可能帯域幅以下になるまで、前記第2〜4過程を繰り返し行う
ことを特徴とする帯域割当方法。 - 前記幅減少パラメータは、0以上の定数αを用いて(1+α×n)で与えられる
ことを特徴とする請求項5に記載の帯域割当方法。 - 前記幅減少パラメータは、1以上の定数βで与えられ、
前記第4過程において、前記割当帯域を算出した後に、必要帯域幅を新たに初期必要帯域幅とする
ことを特徴とする請求項5に記載の帯域割当方法。
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- 2016-01-27 JP JP2016013634A patent/JP6079909B1/ja active Active
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