(57)【要約】【課題】  上り送信レートが宅側装置によって異なるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、各宅側装置のＱｏＳに応じた公平性を確保した帯域割当を行う。【解決手段】  本発明は、最低保証帯域用のデータ量を記した第１リクエスト値Ｒ１と、これ以上のデータ量を記した第２リクエスト値Ｒ２とを含むリクエストＲに基づいて、上り送信レートが異なる複数の宅側装置２〜４に対して局側装置１が行う動的帯域割当方法である。この動的帯域割当方法は、上り送信レートを考慮した最低保証帯域の比率を反映する優先度を、宅側装置２〜４ごとに算出するステップと、第１リクエスト値Ｒ１を用いた帯域割当によって余剰帯域が生じた場合に、優先度が高い宅側装置２〜４から順に、第１リクエスト値Ｒ１の代わりに第２リクエスト値Ｒ２を用いた帯域割当を行うステップとを含む。【選択図】      図５
2010114822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最低保証帯域用のデータ量を記した第１リクエスト値と、これ以上のデータ量を記した第２リクエスト値とを含むリクエストに基づいて、上り送信レートが異なる複数の宅側装置に対して局側装置が行う動的帯域割当方法であって、
上り送信レートを考慮した最低保証帯域の比率を反映する優先度を前記宅側装置ごとに算出するステップと、
前記第１リクエスト値を用いた帯域割当によって余剰帯域が生じた場合に、前記優先度が高い前記宅側装置から順に、前記第１リクエスト値の代わりに前記第２リクエスト値を用いた帯域割当を行うステップと、
を含むことを特徴とする動的帯域割当方法。
【請求項２】
上り送信に用いる通信フレームは分割不能な可変長フレームよりなり、
前記第１リクエスト値は、予め設定された閾値以下でかつこれに最も近い、前記可変長フレームの区切りに相当するデータ量であり、
前記第２リクエスト値は、前記宅側装置が１回のグラント周期で上り送信したい最大のデータ量以下でかつこれに最も近い、前記可変長フレームの区切りに相当するデータ量である請求項１に記載の動的帯域割当方法。
【請求項３】
前記局側装置は、前記閾値を、任意期間での当該閾値の平均値が前記宅側装置の最低保証帯域に相当するデータ量となるように前記宅側装置ごとに動的に更新し、更新された前記宅側装置ごとの前記閾値を、当該宅側装置へのグラントに記す請求項２に記載の動的帯域割当方法。
【請求項４】
前記局側装置は、前記宅側装置が実行する通信アプリケーションに求められる最小の許容レイテンシの間に少なくとも１回は、前記宅側装置ごとに動的に更新する前記閾値を、上り送信に用いる前記通信フレームの規格上の最大値以上に設定する請求項３に記載の動的帯域割当方法。
【請求項５】
最低保証帯域用のデータ量を記した第１リクエスト値と、これより大きいデータ量を記した第２リクエスト値とを含むリクエストに基づいて、上り送信レートが異なる複数の宅側装置に対して動的帯域割当を行う局側装置であって、
上り送信レートを考慮した最低保障帯域の比率を反映する優先度を前記宅側装置ごとに算出する算出部と、
前記第１リクエスト値を用いた帯域割当によって余剰帯域が生じた場合に、前記優先度が高い前記宅側装置から順に、前記第１リクエスト値の代わりに前記第２リクエスト値を用いた帯域割当を行う割当実行部と、
を備えていることを特徴とする局側装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）システムを構成する局側装置と、この局側装置が行う上り送信の動的帯域割当方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
局側装置と、これに接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、分岐した光ファイバの終端にそれぞれ接続された宅側装置とを含むＰＯＮシステムが既に実施されている。このＰＯＮシステムの局側装置は、上り信号の干渉を防止するため、複数の宅側装置に対して時分割で上り方向の帯域を動的に割り当てている。
【０００３】
具体的には、局側装置は、各宅側装置から予め上り方向に送出したいデータ量が記された帯域要求（リクエスト）を受け、このリクエストに記されたデータ量に基づいて各宅側装置に割り当てるべき帯域を決定し、送信許可帯域の通知（グラント）を行う。このグラントは送信開始時刻と送信許可長（時間相当値）とで構成される。これにより、各宅側装置は、上り方向に所定量のデータを送出することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、上り方向の最大の送信レート（上り送信レート）が互いに異なる複数の宅側装置を含むＰＯＮシステムも既に提案されている（例えば、特許文献２参照）。以下、このＰＯＮシステムを「マルチレートＰＯＮシステム」ということがある。
このマルチレートＰＯＮシステムでは、同じ時間で上り送信が可能なデータ量が各宅側装置によって相違するので、上り送信レートがすべての宅側装置で同じである単一送信レートの場合と同じ方法で帯域割当を行うと、特定の上り送信レートの宅側装置について残余期間が生じて帯域の有効利用が図れなかったり、逆に、送信許可の期間が重複して信号が衝突したりするという問題がある。
【０００５】
そこで、各宅側装置からのリクエスト値（データ量）を、当該宅側装置の上り送信レートを考慮した送信時間に変換し、この送信時間に基づいて帯域を動的に割り当ててグラントを生成し、この時間相当のグラントの送信許可長を、各宅側装置の上り送信レートに対応するデータ量に再変換し、この再変換したグラントを各宅側装置に通知する動的帯域割当方法が既に提案されている（特許文献３参照）。
この方法によれば、宅側装置の上り送信レートを考慮して時間相当値に変換されたリクエスト値に基づいて帯域を割り当てるので、上り送信レートが相違していても帯域の有効利用が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１２９１７２号公報
【特許文献２】特開平８−８９５４号公報（図２）
【特許文献３】特開２００７−２４３７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、音声や動画のリアルタイム配信(テレビジョン型のサービス)やＩＰ電話のように、通信の遅延や停止を許さない低レイテンシ（低遅延）が要求される通信サービスがあり、この通信サービスを実施するには、最低限の通信速度（最低保証帯域）を保証するＱｏＳ（Quality of Service）を動的帯域割当のアルゴリズムに実装する必要がある。
しかし、上記特許文献３に記載の動的帯域割当方法では、ＱｏＳのことまでは考慮していないので、上り送信レートが異なる各宅側装置のＱｏＳに応じた公平性を必ずしも確保できるとは限らない。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、上り送信レートが宅側装置によって異なるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、各宅側装置のＱｏＳに応じた公平性を確保した帯域割当を行うことができる動的帯域割当方法と、この方法を行う局側装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の動的帯域割当方法（請求項１）は、最低保証帯域用のデータ量を記した第１リクエスト値と、これ以上のデータ量を記した第２リクエスト値とを含むリクエストに基づいて、上り送信レートが異なる複数の宅側装置に対して局側装置が行う動的帯域割当方法であって、上り送信レートを考慮した最低保証帯域の比率を反映する優先度を前記宅側装置ごとに算出するステップと、前記第１リクエスト値を用いた帯域割当によって余剰帯域が生じた場合に、前記優先度が高い前記宅側装置から順に、前記第１リクエスト値の代わりに前記第２リクエスト値を用いた帯域割当を行うステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の動的帯域割当方法によれば、余剰帯域が生じた場合に第２リクエスト値での送信を許可する宅側装置（送信許可量を増大させる宅側装置）を選択する基準となる優先度として、上り送信レートを考慮した最低保証帯域の比率を反映する優先度を採用しているので、上り送信レートが異なる各宅側装置のＱｏＳに応じた公平性を確保した帯域割当を行うことができる。
【００１１】
本発明の動的帯域割当方法は、マルチレートＰＯＮシステムの局側装置が行うことを想定している。また、ＰＯＮシステムの規格は、通常はイーサネット（登録商標）に準拠している。従って、本発明において、上り送信に用いる通信フレームは、イーサネットフレームであることが想定され、このフレームは分割不能な可変長フレーム（６４〜１５２２ｂｙｔｅ）になっている。
【００１２】
そこで、本発明の動的帯域割当方法においては、前記第１リクエスト値は、予め設定された閾値以下でかつこれに最も近い、前記可変長フレームの区切りに相当するデータ量であり、前記第２リクエスト値は、前記宅側装置が１回のグラント周期で上り送信させたい最大のデータ量以下でかつこれに最も近い、前記可変長フレームの区切りに相当するデータ量であることが好ましい（請求項２）。
【００１３】
この場合、第１及び第２リクエスト値が、分割不能な可変長フレーム（例えば、上記イーサネットフレーム）の区切りに相当するデータ量になっているので、局側装置が宅側装置からの各リクエスト値をそのまま採用して帯域割当を行うだけで、分割不能な可変長フレームを集合単位として、それらのフレームをグラント周期内に効率よく配列することができる。このため、可変長フレームのアライメントの可否によって発生する無駄時間を削減することができる。
【００１４】
一方、本発明の動的帯域割当方法において、最低保証帯域用のデータ量である第１リクエスト値を判定するための前記閾値を固定値とすると、次のような問題がある。
すなわち、例えば、最低保証帯域が比較的小さい宅側装置において、フレームサイズが比較的大きい可変長フレームでの通信を行う場合を想定すると、送信したい可変長フレームのデータ量が閾値を超えてしまうことがあり、このようなフレームの場合には、宅側装置が第１リクエスト値を設定できず、最低保証帯域での帯域割当を行えない。
【００１５】
そこで、本発明の動的帯域割当方法において、前記局側装置は、前記閾値を、任意期間での当該閾値の平均値が前記宅側装置の最低保証帯域に相当するデータ量となるように前記宅側装置ごとに動的に更新し、更新された前記宅側装置ごとの前記閾値を、当該宅側装置へのグラントに記すことが好ましい（請求項３）。
この場合、任意期間での閾値の平均値が、宅側装置の最低保証帯域に相当するデータ量となるように動的に更新されるので、逐次更新される閾値には、必ず、最低保証帯域に相当するデータ量よりも大きい値が含まれる。
【００１６】
従って、最低保証帯域に相当するデータ量を一定周期ごとに各宅側装置に送信させることができ、低レイテンシが求められる通信アプリケーションに有効に対応できる。
また、本発明の動的帯域割当方法において、前記局側装置は、前記宅側装置が実行する通信アプリケーションに求められる最小の許容レイテンシの間に少なくとも１回は、前記宅側装置ごとに動的に更新する前記閾値を、上り送信に用いる通信フレームの規格上の最大値以上に設定することが好ましい（請求項４）。
【００１７】
この場合、宅側装置ごとに動的に更新する閾値が、上記許容レイテンシの間に少なくとも１回は、上り送信に用いる通信フレームの規格上の最大値（イーサネットフレームの場合は１５２２ｂｙｔｅ）以上に設定されるので、その通信フレームの長短に関係なく、最低保証帯域に相当するデータ量を低レイテンシで送信することができ、可変長フレームのフレームサイズの変化が帯域保証に及ぼす影響を低減することができる。
【００１８】
本発明の局側装置（請求項５）は、最低保証帯域用のデータ量を記した第１リクエスト値と、これより大きいデータ量を記した第２リクエスト値とを含むリクエストに基づいて、上り送信レートが異なる複数の宅側装置に対して動的帯域割当を行う局側装置であって、上り送信レートを考慮した最低保障帯域の比率を反映する優先度を前記宅側装置ごとに算出する算出部と、前記第１リクエスト値を用いた帯域割当によって余剰帯域が生じた場合に、前記優先度が高い前記宅側装置から順に、前記第１リクエスト値の代わりに前記第２リクエスト値を用いた帯域割当を行う割当実行部と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の局側装置によれば、上記算出部が、上り送信レートを考慮した最低保障帯域の比率を反映する優先度を算出し、上記割当実行部が、算出された優先度が高い宅側装置から順に、余剰帯域が生じた場合の送信許可量を増大させる宅側装置を選択するので、上り送信レートが異なる各宅側装置のＱｏＳに応じた公平性を確保した帯域割当を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の通り、本発明によれば、上り送信レートを考慮した最低保証帯域の比率を反映する優先度が高い順に、余剰帯域が生じた場合の送信許可量を増大させる宅側装置を選択するようにしたので、上り送信レートが異なる各宅側装置のＱｏＳに応じた公平性を確保した帯域割当を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
〔システムの全体構成〕
図１は、本発明の動的帯域割当方法が適用されるＰＯＮシステムの概略構成図である。
図１において、局側装置１は、複数の宅側装置２〜４に対する集約局として設置されており、各宅側装置２〜４はそれぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。
局側装置１に接続された１本の光ファイバ５は、光カプラ６を介して分岐する複数の光ファイバ（支線）７〜９とともに光ファイバ網を構成しており、分岐した光ファイバ７〜９の終端にそれぞれ宅側装置２〜４が接続されている。
【００２２】
局側装置１は上位ネットワーク１１と接続され、宅側装置２〜４はそれぞれのユーザネットワーク１２〜１４と接続されている。
なお、図１では３個の宅側装置２〜４を示しているが、１つの光カプラ６から例えば３２分岐して３２個の宅側装置を接続することが可能である。また、図１に示す接続例では、光カプラ６を１個だけ使用しているが、分岐数の少ない光カプラを縦列に複数段配置することにより、広い地域に分散している宅側装置を短い光ファイバで局側装置１と接続することもできる。
【００２３】
各宅側装置２〜４は、局側装置１への上り方向の最大の送信レート（上り送信レート）が互いに異なっており、図例では、それぞれ、１Ｇｂｐｓ，２Ｇｂｐｓ，１０Ｇｂｐｓになっている。
従って、本実施形態のＰＯＮシステムでは、１ＧｂｐｓのＧＥ（Gigabit Ethernet：Ethernetは登録商標）−ＰＯＮをベースとして、更に２Ｇｂｐｓの上り信号及び１０Ｇｂｐｓの上り信号が、例えば図２に示すように時分割多重化されて局側装置１に送信される。
【００２４】
１Ｇｂｐｓの宅側装置２のアクセス制御は、基本的にＧＥ−ＰＯＮの通信方式に則って行われる。すなわち、リクエストＲ（又はレポートともいう。）は、例えば宅側装置２が局側装置１に送りたいデータ量を２バイト単位で表現し、グラントＧは２バイト単位の送信許可長と送信開始時刻で表現される。
時刻は１６ｎｓごとにインクリメントされるカウンタ（図示せず。）で表現され、ＰＯＮシステム内で同期がとられている。なお、他の宅側装置３，４においても同様である。
【００２５】
また、各宅側装置２〜４には、例えばＩＰ電話等の低レイテンシが要求される通信サービスに対応するため、各宅側装置２〜４ごとに異なる最低保証帯域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３がそれぞれ設定されている。
以下、各宅側装置２〜４にそれぞれ最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３が設定されており、かつ、各宅側装置２〜４の上り送信レートが異なるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、局側装置１の構成と当該局側装置１が行う動的帯域割当方法を説明する。
【００２６】
〔局側装置の構成〕
図３は、本実施形態の局側装置１の内部機能を示すブロック図である。
図３において、局側装置１は、上位ネットワーク１１から宅側装置２〜４への下り信号処理用として、上位ネットワーク１１からの信号を受信する受信部１０１と、受信した信号を一時記憶するバッファ１０２と、バッファ１０２に一時記憶された信号を宅側装置２〜４へ送信する送信部１０３とを備えている。
【００２７】
また、本実施形態の局側装置１は、宅側装置２〜４から上位ネットワーク１１への上り信号処理用として、宅側装置２〜４からの信号を受信する受信部１０４と、受信した信号を一時記憶するバッファ１０５と、バッファ１０５に一時記憶された信号を上位ネットワーク１１へ送信する送信部１０６とを備えている。
更に、本実施形態の局側装置１は、自身が管理する各宅側装置２〜４に対する動的帯域割当を実行する動的帯域割当部１０７を備えている。この割当部１０７は、リクエスト受信部１０８と、算出部１０９と、割当実行部１１０と、グラント送信部１１２と、記憶部１１３とを有する。
【００２８】
このうち、記憶部１１３は、全ての宅側装置２〜４の上り送信レート（図１の例では、１Ｇｂｐｓ，２Ｇｂｐｓ，１０Ｇｂｐｓ）と、その宅側装置２〜４の最低保証帯域（図１の例では、Ｂ１〜Ｂ３）とを、所定の参照テーブルに記憶している。
【００２９】
図４（ａ）は、宅側装置２〜４が送信するリクエストＲのフレーム構成例を示す図であり、図４（ｂ）は、局側装置１が送信するグラントＧのフレーム構成例を示す図である。
図４（ａ）に示すように、宅側装置２〜４のリクエストＲにおいて、１つのリクエストＲで帯域要求するデータ量は２種類あり、それぞれ、２バイト単位の数値で表される。この２種類のリクエスト値Ｒ１，Ｒ２のうち、第１リクエスト値Ｒ１は、各宅側装置２〜４が自身の最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３用のデータ量を記すためのものである。
【００３０】
他方、第２リクエスト値Ｒ２は、第１リクエスト値Ｒ１以上のデータ量を記すためのものであり、本実施形態では、宅側装置２〜４が１回のグラント周期で上り送信させたい最大のデータ量（上りバッファに溜まっている最大の蓄積量）が記される。なお、これらリクエスト値Ｒ１，Ｒ２の詳細については、後述する。
また、図４（ｂ）に示すように、局側装置１のグラントにおいても、各宅側装置２〜４に対する送信許可長（時間）が２バイト単位の数値で表される。
【００３１】
図３に示す局側装置１において、宅側装置２〜４が上り方向に送出したいデータ量（リクエスト値Ｒ１，Ｒ２を含む。）をリクエストすると、このリクエストＲは、受信部１０４及びバッファ１０５を経て動的帯域割当部１０７のリクエスト受信部１０８に受信され、算出部１０９に渡る。
算出部１０９は、記憶部１１３に記憶されている宅側装置２〜４の上り送信レートと最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３とを参照し、各宅側装置２〜４ごとに、グラント周期における上り送信レートを考慮した最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３の比率を反映する優先度を算出する。なお、この優先度の詳細についても後述する。
【００３２】
次に、動的帯域割当部１０７の割当実行部１１０は、まず、各宅側装置２〜４について第１リクエスト値Ｒ１を用いた帯域割当を実行し、これによって余剰帯域が生じた場合に、優先度が高い宅側装置２〜４から順に、第１リクエスト値Ｒ１の代わりに第２リクエスト値Ｒ２を用いた割当を行って、送信開始時刻と時間相当値の送信許可長とを含むグラントＧを生成する。
【００３３】
この時間相当値の送信許可長が記載されたグラントＧは、グラント送信部１１２により、バッファ１０２及び送信部１０３を介して、対応する宅側装置２〜４宛に送出される。このグラントＧによる指示を受けた宅側装置２〜４は、当該グラントＧに記された送信開始時刻と送信許可長（時間）に基づいて上り方向にデータを送出する。
【００３４】
図５は、上記の動的帯域割当について、局側装置１と任意の１台の宅側装置２〜４との間で見た処理の流れを示す図である。
図５に示すように、局側装置１は、宅側装置２〜４からリクエストＲ（第１及び第２リクエスト値Ｒ１，Ｒ２を含む。）を受けた後、上り送信レートと最低保証帯域とに基づく優先度の算出、その優先度に基づく帯域割当の実行、及びグラント生成を順次行い、宅側装置２〜４に時間相当量でのグラント送信を行う。
【００３５】
〔集中型ＤＢＡ〕
ところで、複数の宅側装置２〜４からの帯域要求（リクエスト）に対して、どのように上り送信の帯域を割り当てるかについては、１つの宅側装置２〜４からリクエストＲが届き次第、当該宅側装置２〜４に対して随時帯域を割り当てる分散型ＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Assignment）と、複数（典型的には全数）の宅側装置２〜４からのリクエストＲを集め、それらの各帯域要求を基に総合的に帯域を割り当てる集中型ＤＢＡとがあるが、本実施形態の局側装置１は、後者の集中型ＤＢＡを行う。
【００３６】
図６は、上記集中型ＤＢＡを示すシーケンス図である。なお、図６において、時間は左側から右側へ進行するものとし、説明の簡略化のために宅側装置は２台（符号Ａ，Ｂ）あるものとしている。
図６に示すように、典型的な集中型ＤＢＡでは、１つのグラントＧでリクエストＲ用およびデータ用の帯域割当を同時に行うようになっている(ＧＥ−ＰＯＮ規約上、１つのグラントＧで同時に４回分までの帯域割当が可能)。
【００３７】
宅側装置Ａ，Ｂは、このグラントＧに従って、リクエストＲとデータとを別々に送信している。局側装置は、データとは別にリクエストＲだけを最初にかためて受信し、各宅側装置Ａ，ＢのリクエストＲを受信し終わった時点で、帯域割当の処理を始める。
この集中型ＤＢＡは、予め定めておいたサイクル長（グラント周期）の範囲内で、帯域割当の不足がちな優先度が高い宅側装置Ａ，ＢからのリクエストＲに対して、優先的に帯域を割り当てていく帯域制御に利用される。
【００３８】
〔動的帯域割当の具体的内容〕
〔基本思想〕
本実施形態の動的帯域割当方法では、上り方向の最大の送信レート（上り送信レート）が異なる複数の宅側装置２〜４が共存するマルチレートＰＯＮの場合であっても、各宅側装置２〜４のＱｏＳを維持した帯域割当を行うこと目的とする。
そこで、本実施形態の局側装置１は、前記した通り、各宅側装置２〜４の上り送信レート（１Ｇｂｐｓ，２Ｇｂｐｓ，１０Ｇｂｐｓ）と、各宅側装置２〜４のＱｏＳの指標としての「最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３」という設計パラメータを、記憶部１１３に記憶する等によって常時把握している。
【００３９】
これと同時に、局側装置１は、各宅側装置２〜４について、少なくとも最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３のためのデータ量（第１リクエスト値Ｒ１）については、低レイテンシを維持して送信を行えるようにグラントＧを与える。
そして、最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３を越えたデータ量については、その最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３を超えて帯域を要求している宅側装置２〜４の間で、それぞれの宅側装置２〜４に設定された上り送信レートを考慮した最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３の比に応じて、帯域が割り振られるものとする。
【００４０】
〔割当実行部の処理内容〕
図７は、割当実行部１１０が行う割当処理のフローチャートである。
割当実行部１１０による帯域割当は、図６に示す集中型ＤＢＡに属するものであり、グラント周期Ｔｃと呼ばれる一定周期ごと行われる。
すなわち、図７に示すように、割当実行部１１０は、今回のグラント周期Ｔｃの開始時に各宅側装置２〜４からのリクエストＲを回収し、そのグラント周期Ｔｃの最初の部分に、リクエストＲの回収に必要な時間を割り当て（図７のステップＳＴ１）、この時間を差し引いた残りの時間を、各宅側装置２〜４の上り方向の送信時間として割り当てる。
【００４１】
次に、割当実行部１１０は、残りの上りデータ送信時間に対して宅側装置２〜４からのリクエスト情報分の帯域を割り当てる。
本実施形態では、宅側装置２〜４は、局側装置１に対するリクエスト情報として、１つのリクエストＲに前記２つのステータスパラメタ（第１及び第２のリクエスト値Ｒ１，Ｒ２）を記載している。
【００４２】
そこで、割当実行部１１０は、まず、各宅側装置２〜４の第１のリクエスト値Ｒ１のデータ量に相当する送信時間を、各宅側装置２〜４に対してすべてのグラント周期Ｔｃごとに割り当てる（図５のステップＳＴ２）。
その後、上りデータ送信時間に未だ余りがある場合には、前記算出部１０９が算出した優先度が最も高い宅側装置２〜４に対して、第１のリクエスト値Ｒ１の代わりに第２のリクエスト値Ｒ２を採用し、この第２のリクエスト値Ｒ２に対応する送信時間を割り当てる（図５のステップＳＴ３）。
【００４３】
この場合において、上りデータ送信時間の余剰時間が、次の割当て候補の宅側装置２〜４の第２のリクエスト値Ｒ２相当の時間よりも更に大きい場合は、上りデータ送信時間がまだ余っていることになるので、次に優先度が高い宅側装置２〜４についても、第１リクエスト値Ｒ１の代わりに第２リクエスト値Ｒ２相当の時間を割り当てていく。
【００４４】
そして、割当実行部１１０は、すべての宅側装置２〜４について第２リクエスト値Ｒ２相当分での割り当てが行われたか否か、或いは、上りデータ送信時間の余剰時間が、次の割当て候補の宅側装置２〜４の第２リクエスト値Ｒ２相当の時間以下になったか否かを判定する（図５のステップＳＴ４）。
この判定がＹｅｓの場合には、割当実行部１１０は、上りデータ送信時間の余剰時間のすべてを最終割当候補の宅側装置２〜４の送信時間に割り当て、帯域割当のフローを終了する。
【００４５】
このように、本実施形態では、グラント周期Ｔｃに十分な余剰時間がある限り、第２リクエスト値Ｒ２に相当する分の時間を順に割り当てることが許容されている。これにより、異なる上り送信レートの回線間における、データの送信密度の差の影響を小さくする効果を狙っている。
例えば、限られた個数の宅側装置２〜４に対して、纏まった時間を上りデータ送信時間として割り当てることを想定した場合、上り送信レートが大きい宅側装置４（本実施形態では、１０Ｇｂｐｓ）は、上り送信レートが小さい宅側装置２（本実施形態では、１Ｇｂｐｓ）と比べて送信時間が相対的に短い。このため、纏まった割当時間を有効に利用するためには、比較的大きいデータ量をキューに溜めておく必要がある。
【００４６】
しかし、大きなデータ量をキューに溜めておくことは、通信のレイテンシが大きくなるということであり、これでは通信品質が悪化することになる。
そこで、本実施形態では、グラント周期Ｔｃに余剰時間が残っている限り、その余剰分を優先度順に複数の宅側装置２〜４に順番に割当てていくことで、上り送信レートが大きいことに起因する、送信データのバッファリングによる通信品質の悪化を回避するようにしている。
【００４７】
〔２種類のリクエスト値について〕
図８は、宅側装置２〜４の上りバッファのデータ蓄積状態を示す概念図である。
図８において、ｆ１〜ｆ６は可変長フレーム（本実施形態では、可変長範囲が６４〜１５２２ｂｙｔｅであるイーサネットフレーム）を示している。また、図８の例では、上りバッファに６つの可変長フレームｆ１〜ｆ６が蓄積されており、△印はそれらのフレームｆ１〜ｆ６間の区切り（境目）を示している。
【００４８】
前記した通り、本実施形態の宅側装置２〜４は、上り送信したいデータ量を局側装置１に要求するに当たり、第１及び第２リクエスト値Ｒ１，Ｒ２を１つのリクエストＲに格納し、そのリクエストＲ（図４（ａ））のフレームを局側装置１に送信する。
そこで、各宅側装置２〜４は、上りバッファ内の可変長フレームｆ１〜ｆ６の蓄積状態に基づいて、各リクエスト値Ｒ１，Ｒ２を決定する。
【００４９】
図８に示すように、第１リクエスト値Ｒ１は、予め設定された閾値Ｔｈ以下でかつこれに最も近い、可変長フレームｆ２の区切りに相当するデータ量になっている。
上記閾値Ｔｈは、この値以下のデータ量であれば最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３用のデータ量となることを示すが、本実施形態では、この閾値Ｔｈを、宅側装置２〜４が固定値として保有するのではなく局側装置１が動的に設定し、グラントＧを通じて各宅側装置２〜４に通知する。なお、局側装置１での閾値Ｔｈの設定方法については、後述する。
【００５０】
一方、第２リクエスト値Ｒ２は、宅側装置２〜４が１回のグラント周期Ｔｃで上り送信したい最大のデータ量（図例ではバッファ総量）以下でかつこれに最も近い、可変長フレームｆ６の区切りに相当するデータ量になっている。
このように、本実施形態では、第１及び第２リクエスト値Ｒ１，Ｒ２は、いずれも可変長フレームｆ２，ｆ６の区切り（図６の△印）と一致するデータ量になっている。
【００５１】
従って、宅側装置２〜４のリクエスト値Ｒ１，Ｒ２を局側装置１（動的帯域割当部１０７の割当実行部１１０）がそのまま採用してグラントＧを生成する動的帯域割当を行っても、分割不能な可変長フレームｆ１〜ｆ６を集合単位として、それらのフレームｆ１〜ｆ６をグラント周期Ｔｃ内に効率よく配列することができる。
このため、可変長フレームｆ１〜ｆ６がアライメントできずに、当該フレームｆ１〜ｆ６がグラント周期Ｔｃに入らないという形での無駄時間の発生が抑制される。
【００５２】
もっとも、１つのグラント周期Ｔｃに対する帯域割当の最終段階には、可変長フレームｆ１〜ｆ６をアライメントできなくなり、ある程度の無駄時間が発生するが、その無駄時間は、高々、割当実行部１１０が最後に割り振りを行う１つの宅側装置２〜４だけであり、無駄時間の長さも、高々、可変長フレームｆ１〜ｆ６の最大サイズ（イーサネットフレームの場合には、１５２２ｂｙｔｅ）の時間相当分までに抑えられる。
【００５３】
〔動的帯域割当部の処理内容〕
図９は、動的帯域割当部１０７での処理内容を示すフローチャートである。以下、この図９を参照しつつ、動的帯域割当部１０７の処理内容を説明する。
なお、図９において、ステップＳＴ１〜ＳＴ４は、動的帯域割当部１０７の前記算出部１０９が実行する各パラメータの演算処理を示している。
【００５４】
また、ステップＳＴ５は、前記割当実行部１１０が実行する処理であり、この処理の具体的内容は、前記図７のフローチャートに示されている。更に、ステップＳＴ６は、前記グラント送信部１１２が実行する処理である。
図９に示すように、動的帯域割当部１０７の算出部１０９は、優先度の算出に先立ち、第１リクエスト値Ｒ１を決定するための前記閾値Ｔｈを動的に設定する（図９のステップＳＴ１）。
【００５５】
〔第１リクエスト値の閾値の設定方法〕
ここで、ある宅側装置２〜４の最低保証帯域をＢｍｉｎ（Ｍｂｐｓ）とすると、宅側装置２〜４に対する閾値を単純に固定値に設定するとすれば、その閾値は、Ｔｃ×Ｂｍｉｎ（ｂｉｔ）で算出される。しかし、閾値をＴｃ×Ｂｍｉｎの固定値に設定すると、次のような問題がある。
【００５６】
すなわち、例えば、最低保証帯域Ｂｍｉｎが比較的小さい宅側装置において、フレームサイズが比較的大きい可変長フレームでの通信を行おうとすると、送信したい可変長フレームのデータ量が固定の閾値（Ｔｃ×Ｂｍｉｎ）を超えてしまうことがあり、このようなフレームの場合には、最低保証帯域Ｂｍｉｎを割り当てているつもりでも、データが送信できない。
【００５７】
そこで、本実施形態では、最低保証帯域Ｂｍｉｎが比較的小さい宅側装置でも第１リクエスト値Ｒ１での上り送信が可能となるように、算出部１０９は、閾値Ｔｈを、任意期間での当該閾値Ｔｈの平均値が宅側装置の最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量となるように、宅側装置ごとに動的に更新する。
【００５８】
具体的には、算出部１０９は、グラント周期Ｔｃごとの最低保証帯域Ｂｍｉｎでのデータ量Ｑ（Ｑ＝Ｔｃ×Ｂｍｉｎ）と、当該グラント周期Ｔｃに実際に設定した閾値Ｔｈｒとの差を、グラント周期Ｔｃごとに累積加算しており、この累積加算値（＝Σ（Ｑ−Ｔｈｒ））の絶対値が、任意のグラント周期Ｔｃの時点で可変長フレームの最大サイズ以下に収まるように、閾値Ｔｈを動的に更新している。
上記累積加算値（＝Σ（Ｑ−Ｔｈｒ））の絶対値が、常に可変長フレームの最大サイズ以下に収まっておれば、任意期間での閾値Ｔｈの平均値が概ね最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量になっていると判断できるからである。
【００５９】
このように、本実施形態では、任意期間での閾値Ｔｈの平均値が、宅側装置の最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量（Ｔｃ×Ｂｍｉｎ）となるように動的に更新されるので、逐次更新される閾値Ｔｈには、必ず、最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量よりも大きい値が含まれることになる。
従って、最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量を一定周期ごとに各宅側装置に送信させることができ、低レイテンシが求められる通信アプリケーションに有効に対応できるようになる。
【００６０】
また、算出部１０９は、宅側装置２〜４が実行する通信アプリケーションに求められる最小の許容レイテンシ（例えば、ＩＰ電話の場合には、１００ｍｓ）の間に少なくとも１回は、宅側装置２〜４ごとに動的に更新する閾値Ｔｈを、上り送信に用いる前記可変長フレームの規格上の最大値（イーサネットフレームでは１５２２ｂｙｔｅ）以上に設定するようになっている。
このため、可変長フレームの長短に関係なく、最低保証帯域Ｂｍｉｎに相当するデータ量を低レイテンシで送信することができ、可変長フレームのフレームサイズの変化が帯域保証に及ぼす影響が低減される。
【００６１】
〔優先度の更新処理〕
次に、算出部１０９は、各宅側装置２〜４に送信データ量の目標となる目標送信帯域Ｂprop(i) を設定する（図９のステップＳＴ２）。
ここで、各宅側装置２〜４の上り送信レートをＢmax(i)、最低保証帯域をＢmin(i)とすると、目標送信帯域Ｂprop(i) は、次の式（１）で算出される。
【００６２】
【数１】
2010114822.tif 000003
【００６３】
なお、上記式（１）において、Σは、複数の宅側装置２〜４に対する総和を示す。また、添え字(i)は、グラント周期Ｔｃが今回周期であることを示している。
上記式（１）で算出される目標送信帯域Ｂprop(i) は、着目する宅側装置の上り送信レートＢmax(i)に対して、各宅側装置２〜４の上り送信レートで正規化した最低保証帯域Ｂmin(i)によって算出した最低保証帯域比（右辺第２項）を掛け合わせたものである。
【００６４】
すなわち、この目標送信帯域Ｂprop(i) は、１グラント周期Ｔｃにおける上り送信レートを考慮した最低保証帯域Ｂmin(i)の比率を反映しており、各宅側装置２〜４の目標送信帯域Ｂprop(i) をすべて時間的に合計すると、ちょうどグラント周期Ｔｃと一致する。
次に、算出部１０９は、それぞれの宅側装置２〜４について、目標送信帯域Ｂprop(i) に対する１グラント周期Ｔｃ当たりの目標送信量Ｄprop(i)（＝Ｂprop(i) ×Ｔｃ）と、当該グラント周期Ｔｃに実際に送信できた実データ量Ｄreal(i) との差を足し込んで行き、これらの差の時間方向の総計Ｓｔ（＝Σ（Ｄprop(i)−Ｄreal(i)））を順次更新する（図９のステップＳＴ３）。
【００６５】
上記差の時間方向の総計Ｓｔ（＝Σ（Ｄprop(i)−Ｄreal(i)））は、着目する宅側装置における、目標送信量Ｄprop(i) に対する実際の送信量の不足分を表している。
そこで、この不足分を着目する宅側装置の最低保証帯域Ｂmin(i)で正規化した値（＝Σ（Ｄprop(i)−Ｄreal(i)）／Ｂmin(i)）を優先度として見なし、この優先度を各グラント周期Ｔｃにおいて逐次演算して更新する（図９のステップＳＴ４）。
【００６６】
上記優先度の大きさに従って余剰帯域を割り振る順を決めるということは、各宅側装置においてΣ（Ｄprop(i)−Ｄreal(i)）／Ｂmin(i)が平均して等しくなるように、帯域が割り振られるということを意味する。
すなわち、目標送信量Ｄprop(i) と実送信量Ｄreal(i) との差が、上り送信レートを考慮した最低保証帯域比となるように収束することになる。そして、もともと目標送信量Ｄprop(i) は、１グラント周期Ｔｃにおける上り送信レートを考慮した最低保証帯域の比率を反映しているので、各宅側装置２〜４の実送信量Ｄreal(i) が上り送信レートを考慮した最低保証帯域比となるように、余剰帯域が調整されることになる。
【００６７】
上記のようにして算出部１０９が優先度を更新すると、前記割当実行部１１０がその優先度に基づいて次回周期の帯域割当（詳細は図７）を実行し、グラントＧを生成する（図９のステップＳＴ５：詳細は図７参照）。
そして、このグラントＧは、グラント送信部１１２を通じて各宅側装置２〜４に送信される（図９のステップＳＴ６）。
【００６８】
このように、本実施形態の動的帯域割当方法によれば、第１リクエスト値Ｒ１での割り当ての後で余剰帯域が生じた場合に、第２リクエスト値Ｒ２での送信を許可する宅側装置２〜４（送信許可量を増大させる宅側装置）を選択する基準となる優先度として、上り送信レートを考慮した最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３の比率を反映する優先度を採用したので、上り送信レートが異なる各宅側装置２〜４のＱｏＳに応じた公平性を確保した帯域割当を行うことができる。
【００６９】
〔その他の変形例〕
今回開示した実施形態は本発明の例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲とその構成と均等な意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
例えば、上記実施形態では、１Ｇｂｐｓと２Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓの３種類の上り送信レートがある場合を例示したが、事後的なシステムの拡張に伴って、例えば２０Ｇｂｐｓの上り送信レートの宅側装置を追加することも可能である。
【００７０】
また、上記実施形態では、局側装置１の記憶部１１３（図３）がすべての宅側装置２〜４の上り送信レートと最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３を記憶しているが、各宅側装置２〜４からのリクエストＲによって上り送信レートと最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３とをその都度記憶し直すことにより、記憶部１１３での記憶を随時更新してもよい。この場合、宅側装置２〜４の上り送信レートＲ等が変化しても、局側装置１はそれを把握することができる。
また、リクエストＲに上り送信レートと最低保証帯域Ｂ１〜Ｂ３の情報を記載するようにすれば、それらを記憶部１１３に記憶させる必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】マルチレートＰＯＮシステムの一例を示す接続図である。
【図２】上り送信レートが異なる上り送信の時分割による波形図である。
【図３】局側装置の内部機能を示すブロック図である。
【図４】リクエスト及びグラントのフレーム構成例を示す図である。
【図５】局側装置と任意の１台の宅側装置との間の処理の流れを示す図である。
【図６】集中型ＤＢＡを示すシーケンス図である。
【図７】割当実行部が行う割当処理のフローチャートである。
【図８】宅側装置の上りバッファのデータ蓄積状態を示す概念図である。
【図９】動的帯域割当部での処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１      局側装置
２〜４      宅側装置
１０７      動的帯域割当部
１０８      リクエスト受信部
１０９      算出部
１１０      割当実行部
１１２      グラント送信部
Ｂ１〜Ｂ３  最低保証帯域
Ｒ１        第１リクエスト値
Ｒ２        第２リクエスト値
Ｒ          リクエスト
Ｇ          グラント
Ｔｃ        グラント周期
ｆ１〜ｆ６  可変長フレーム
【図１】
2010114822.tif 000004
【図２】
2010114822.tif 000005
【図３】
2010114822.tif 000006
【図４】
2010114822.tif 000007
【図５】
2010114822.tif 000008
【図６】
2010114822.tif 000009
【図７】
2010114822.tif 000010
【図８】
2010114822.tif 000011
【図９】
2010114822.tif 000012