(57)【要約】【課題】光回線帯域の有効利用を実現する親局装置を得ること。【解決手段】本発明は、２種類の通信媒体が接続されたＯＣＵ３０とともに通信システムを形成し、通信速度が高い第１の通信媒体でＯＣＵ３０に接続され、通信速度が低い第２の通信媒体でＯＣＵ３０に接続されているＣＮＵ４０と通信する親局装置（ＯＬＴ）１０であって、ＣＮＵ４０が新たに接続されたことに伴い実行する登録処理において、ＣＮＵ４０からＯＣＵ３０に向けた上り方向の通信速度の情報である上り通信速度を収集する登録処理部１０４と、登録処理部１０４が収集した、ＯＣＵ３０を介して通信するＣＮＵ４０毎の上り通信速度と、子局装置（ＯＮＵ２０，ＣＮＵ４０）の各々が自身に向けて送信を希望しているデータのデータ量とに基づいて、上り方向の帯域を子局装置（ＯＮＵ２０，ＣＮＵ４０）の各々に対して個別に割り当てる帯域制御部１０５と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種類の通信媒体が接続された中継装置とともに通信システムを形成し、かつ前記２種類の通信媒体のうち通信速度が高い方の第１の通信媒体で前記中継装置に接続され、通信速度が低い方の第２の通信媒体で前記中継装置に接続されている１台以上の子局装置と通信する親局装置であって、
前記第２の通信媒体および前記中継装置を介して通信する子局装置が新たに接続されたことに伴い実行する登録処理において、新たに接続された子局装置から前記中継装置に向けた上り方向の通信速度の情報である上り通信速度を収集する登録処理部と、
前記登録処理部が収集した、前記中継装置を介して通信する子局装置毎の上り通信速度と、前記子局装置の各々が自身に向けて送信を希望しているデータのデータ量とに基づいて、上り方向の帯域を前記子局装置の各々に対して個別に割り当てる帯域制御部と、
を備えることを特徴とする親局装置。
【請求項２】
前記第２の通信媒体における上り方向の通信方式はＯＦＤＭＡであり、
前記登録処理部は、前記上り通信速度を収集後、収集した上り通信速度に基づいて、前記第２の通信媒体における上り通信で使用するサブキャリアを新たに接続された子局装置に割り当てることを特徴とする請求項１に記載の親局装置。
【請求項３】
前記中継装置を介して通信する子局装置が新たに接続された時点で前記第２の通信媒体における上り通信用の全サブキャリアを接続済み子局装置に割り当て済みの場合、
前記登録処理部は、新たに接続された子局装置の上り通信速度との差が一定範囲内の上り通信速度の子局装置に割り当てているサブキャリアを当該新たに接続された子局装置にも割り当てることを特徴とする請求項２に記載の親局装置。
【請求項４】
前記帯域制御部は、前記データ量に基づいて、前記第１の通信媒体における上り帯域を時分割して各子局装置に割り当て、次に、各子局装置に割り当てた上り帯域および前記上り通信速度に基づいて、各子局装置が送信したデータの前記中継装置における滞留時間を算出し、当該算出した滞留時間に基づいて、各子局装置の送信開始時刻を決定することを特徴とする請求項１、２または３に記載の親局装置。
【請求項５】
前記帯域制御部は、
前記データ量に基づいて、前記第１の通信媒体における上り帯域を時分割して各子局装置に割り当て、次に、各子局装置に割り当てた上り帯域および前記上り通信速度に基づいて、各子局装置が送信したデータの前記中継装置における滞留時間を算出し、当該算出した滞留時間に基づいて、各子局装置の送信開始時刻を決定し、
前記第２の通信媒体における上り通信で使用するサブキャリアとして同じサブキャリアが割り当てられている子局装置が複数存在する場合、前記送信開始時刻の決定においては、同じサブキャリアが割り当てられている子局装置から送信された信号が前記第２の通信媒体上で衝突しないように考慮して各子局装置の送信開始時刻を決定することを特徴とする請求項３に記載の親局装置。
【請求項６】
２種類の通信媒体が接続された中継装置とともに通信システムを形成し、かつ前記２種類の通信媒体のうち通信速度が高い方の第１の通信媒体で前記中継装置に接続され、通信速度が低い方の第２の通信媒体で前記中継装置に接続されている１台以上の子局装置と通信する親局装置であって、
前記第２の通信媒体および前記中継装置を介して通信する子局装置が新たに接続されると、当該新たに設置された子局装置である新規子局装置から前記中継装置に向けた上り方向の通信速度の情報である上り通信速度を取得し、取得した上り通信速度と、その時点で接続済みの子局装置から過去に取得した上り通信速度とに基づいて、前記中継装置への上り通信で使用するＯＦＤＭＡサブキャリアを新規子局装置に割り当て、新規子局装置および接続済み子局装置をＴＤＭ制御することを特徴とする親局装置。
【請求項７】
第１の通信媒体を介して親局装置に接続されるとともに、前記第１の通信媒体よりも通信速度が低い第２の通信媒体を介して子局装置に接続され、前記親局装置と前記子局装置との間で信号を中継する中継装置であって、
子局装置からの受信信号を保持する複数の上りデータ保持部と、
各子局装置から自装置への通信速度に基づいて、当該通信速度の差が一定範囲内の子局装置から受信した信号の格納先が同一となるよう、各子局装置から受信した信号を前記複数の上りデータ保持部のいずれか一つに振り分ける信号振り分け部と、
を備えることを特徴とする中継装置。
【請求項８】
前記複数の上りデータ保持部の各々は、信号の入力開始後、入力開始となった信号の送信元の子局装置から自装置への通信速度に基づく時間が経過すると、当該信号を前記親局装置へ送信する信号として出力することを特徴とする請求項７に記載の中継装置。
【請求項９】
親局装置と、第１の通信媒体を介して前記親局装置に接続されるとともに、前記第１の通信媒体よりも通信速度が低い第２の通信媒体を介して子局装置に接続され、前記親局装置と前記子局装置との間で信号を中継する中継装置と、備え、前記第１の通信媒体における上り通信をＴＤＭＡで行い、かつ前記第２の通信媒体における上り通信をＯＦＤＭＡで行う通信システムであって、
前記親局装置は、
前記第２の通信媒体および前記中継装置を介して通信する子局装置が新たに接続されたことに伴い実行する登録処理において、前記子局装置から前記中継装置に向けた上り方向の通信速度の情報である上り通信速度を収集するとともに、収集した上り通信速度に基づいて、前記第２の通信媒体における上り通信で使用するサブキャリアを新たに接続された子局装置に割り当てる登録処理部と、
前記第２の通信媒体および前記中継装置を介して通信する子局装置の各々から前記登録処理部が収集した上り通信速度および前記子局装置の各々が自身に向けて送信を希望しているデータのデータ量に基づき、上り方向の帯域を前記子局装置の各々に対して個別に割り当てる帯域制御部と、
を備え、
前記中継装置は、
子局装置からの受信信号を保持する複数の上りデータ保持部と、
各子局装置から自装置への上り通信速度に基づいて、子局装置からの受信信号を前記複数の上りデータ保持部のいずれか一つに振り分ける信号振り分け部と、
を備え、
前記複数の上りデータ保持部の各々は、信号の入力開始後、入力開始となった信号の送信元の子局装置から自装置への通信速度に基づく時間が経過すると、当該信号を前記親局装置へ送信する信号として出力する、
ことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親局装置、中継装置および通信システムに関するものであり、特に、親局装置と中継装置が光ファイバ等の光伝送路で接続され、中継装置を介して親局装置と子局装置が通信を行う形態の通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信システムの一つである従来のＰＯＮ（Passive  Optical  Network）システムは、通信速度が一定な通信媒体（光ファイバ）で接続された子局装置と親局装置とを含んで構成されている。親局装置は、自身に接続されている各子局装置の識別情報やレンジング（距離）情報を取得し、各子局装置に向けた方向である下り方向は同報、上り方向は時分割多重（ＴＤＭＡ：Time  Division  Multiple  Access）制御を実施して、Point-to-Multipoint制御を実現する（たとえば、非特許文献１、非特許文献２)。
【０００３】
一方、特許文献１に示すように光ファイバと同軸ケーブルを中継装置を介して接続し、親局装置と子局装置との間でＰＯＮのＴＤＭＡ制御を行うような方式（ＥＰｏＣ(EPON  Protocol  over  a  Coax)方式）が提案され、現在、ＩＥＥＥ（The  Institute  of  Electrical  and  Electronics  Engineers）のＰ８０２.３ｂｎタスクフォースでＥＰｏＣシステムに適用するＰＨＹ（PHYsical  layer）機能の標準化が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００５８８１３号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ８０２.３−２００８
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  ８０２.３ａｖ−２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＥＰｏＣシステムは、中継装置を介して親局装置と子局装置を接続することが検討されており、親局装置と中継装置は、上り方向はＴＤＭＡ／下り方向はＴＤＭ（Time  Division  Multiplexing）で通信し、中継装置と子局装置は、下り方向はＯＦＤＭ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing）／上り方向はＯＦＤＭＡ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiple  Access）で通信を行う。また、親局装置と中継装置の間の通信速度は一定（例えば１０Ｇｂ／ｓ）であるのに対して、中継装置と子局装置の間の通信速度は伝送路の減衰率によって、異なるサブキャリア数や符号化率が設定されるため、子局装置毎に異なる。一般的には、中継装置と子局装置の距離が大きくなるほど、通信速度は低下する傾向にある。すなわち、中継装置に近い子局装置の通信速度は高くなり、中継装置から離れている子局装置の通信速度は低くなる。
【０００７】
上記のように中継装置と子局装置の間の通信速度が子局装置毎に異なれば、中継装置での滞留時間も子局装置毎に異なることとなり、中継装置での滞留時間を無視して帯域割り当て（各子局装置の送信開始時刻の決定）を行うと、同軸回線（同軸ケーブルを介して通信する区間）上でデータが衝突する。ここで、中継装置での滞留時間は、親局装置から割り当てられた帯域に応じた量のデータの送信を子局装置が開始してから終了するまでの時間（同軸回線上でのデータ送信の所要時間）に相当する。同じ量のデータを送信する場合、通信速度が高い方が滞留時間は短くなる。したがって、通信速度に依存する滞留時間を無視し、データ量だけを考慮して送信開始時刻を決定すると、通信速度の低い子局装置から中継装置へのデータ送信が終了する前に通信速度の高い子局装置がデータ送信を開始してしまい、同軸回線上でデータが衝突する可能性がある。
【０００８】
このような問題の対策として、光回線上で十分なガードバンド（無送信区間）を設定してデータが衝突しないようにする方法が考えられるが、この対策は、ＥＰｏＣシステムの伝送効率を考えた場合不十分な対策と言える。すなわち、各子局装置に対して必要以上に大きな帯域（送信を許可する期間）を割り当てることになり、帯域の利用効率が低下する。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光回線帯域の有効利用を実現する親局装置、中継装置および通信システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、２種類の通信媒体が接続された中継装置とともに通信システムを形成し、かつ前記２種類の通信媒体のうち通信速度が高い方の第１の通信媒体で前記中継装置に接続され、通信速度が低い方の第２の通信媒体で前記中継装置に接続されている１台以上の子局装置と通信する親局装置であって、前記第２の通信媒体および前記中継装置を介して通信する子局装置が新たに接続されたことに伴い実行する登録処理において、新たに接続された子局装置から前記中継装置に向けた上り方向の通信速度の情報である上り通信速度を収集する登録処理部と、前記登録処理部が収集した、前記中継装置を介して通信する子局装置毎の上り通信速度と、前記子局装置の各々が自身に向けて送信を希望しているデータのデータ量とに基づいて、上り方向の帯域を前記子局装置の各々に対して個別に割り当てる帯域制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光回線帯域の有効利用が実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明にかかる通信システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、本発明が解決する課題の説明図である。
【図３】図３は、本発明にかかる通信システムにおける上り方向の送信動作の一例を示す図である。
【図４】図４は、ＯＬＴの構成例を示す図である。
【図５】図５は、ＯＣＵの構成例を示す図である。
【図６】図６は、上りバッファ制御部の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる親局装置、中継装置および通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態．
図１は、本発明にかかる通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態では通信システムについて、ＰＯＮ（Passive  Optical  Network）システムを例にとり説明するが、発明をＰＯＮシステムに限定するものではない。
【００１５】
図１に示すように、ＰＯＮシステムは、親局装置として動作する局側光通信装置（"Optical  Line  Terminal"とも言い、以降「ＯＬＴ」と称す）１０と、光ファイバを介してＯＬＴ１０に接続され、子局装置として動作する利用者側光通信装置（"Optical  Network  Unit"とも言い、以降「ＯＮＵ」と称す）２０と、光ファイバ（Optical  fiber）と同軸ケーブル（Coaxial  cable）が接続され、これらの伝送路上で送受信される信号を中継する中継装置（"Optical  Coax  Unit"とも言い、以降「ＯＣＵ」と称す）３０と、同軸ケーブルを介してＯＣＵ３０に接続され、子局装置として動作する利用者側通信装置（"Coax  Network  Unit"とも言い、以降「ＣＮＵ」と称す）４０とを備える。図１のＰＯＮシステムは、ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０およびＣＮＵ４０との間でPoint-to-Multipoint制御（ＰＯＮ制御）を行う構成となっている。
【００１６】
なお、図１に示した構成ではＯＬＴ１０に対して複数台のＯＮＵ２０およびＯＣＵ３０がスプリッタ５０を介して分岐された光ファイバにて接続されているが、ＯＬＴ１０に対して１台以上のＯＣＵ３０が接続されていればよい。また、ＯＮＵ２０は接続されていなくても構わない。ＯＣＵ３０には１台以上のＣＮＵ４０が接続されている。
【００１７】
図１に示した通信システムにおいて、ＯＬＴ１０とこれに接続されているＯＮＵ２０及びＯＣＵ３０との間のフレームフォーマットは、基本的にＩＥＥＥ８０２．３ａｖやＩＥＥＥ８０２．３に規定されるＧ−ＥＰＯＮ（Gigabit  Ethernet-Passive  Optical  Network）や１０Ｇ−ＥＰＯＮのフレームフォーマットに準拠し、通信方式もこれらの規定に準拠するものとする。ＯＣＵ３０とＣＮＵ４０の間の区間である同軸ケーブル区間においては、Ｇ−ＥＰＯＮや１０Ｇ−ＥＰＯＮのフレームを下り方向の通信はＯＦＤＭ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing）で、上り方向の通信はＯＦＤＭＡ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiple  Access）で行うものとする。
【００１８】
具体的には、ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０やＯＣＵ３０の間の光ファイバ区間は、図１に示したように、下り波長λ１および上り波長λ２のＷＤＭ（Wavelength  Division  Multiplexing）で、下り方向の信号はＯＮＵ２０及びＯＣＵ３０に同報され、上り方向の信号は各ＯＮＵ２０やＯＣＵ３０からの信号が衝突しないようにＴＤＭＡ（Time  Division  Multiple  Access）制御される。同軸ケーブル区間の信号は、下りのＯＦＤＭ信号はすべてのＣＮＵ４０に対して同報され、上りの信号は、ＴＤＭＡ／ＯＦＤＭＡハイブリッドによる制御で通信を行う。ＴＤＭＡ／ＯＦＤＭＡハイブリッドによる制御とは、同じＯＦＤＭサブキャリアに割り当てられた複数のＣＮＵ４０から送信された信号が衝突しないようにＴＤＭＡ制御することをいう。ＯＣＵ３０では、下り方向の光信号を受信するとＯＦＤＭの信号にマッピングしてＣＮＵ４０へ送信し、ＯＦＤＭＡで受信した上り方向の信号については光信号に変換し、同じＯＬＴ１０に接続されている他の通信装置（ＯＮＵ２０やＯＣＵ３０）から送信された光信号と衝突しないように送信する。すなわち、ＯＣＵ３０は、光ファイバ経由でＯＬＴ１０から受信した信号を同軸ケーブル区間に適用された通信方式の信号に変換して各ＣＮＵ４０へ転送し、同軸ケーブル経由で各ＣＮＵ４０から受信した信号を光ファイバ区間に適用された通信方式の信号に変換してＯＬＴ１０へ転送する。なお、光ファイバにおける通信速度が同軸ケーブルにおける通信速度よりも高い（速い）ものとする。図１の例では、光ファイバにおける通信速度を１０Ｇｂ／ｓ、同軸ケーブルにおける通信速度を最大１Ｇｂ／ｓとしている。
【００１９】
このような通信システムにおいて、ＯＣＵ３０と各ＣＮＵ４０の同軸ケーブル上の上り方向の通信ビットレート（通信速度）は、ＣＮＵ４０が接続されている距離や伝送路品質によって異なる。なお、同軸ケーブルの伝送路品質は基本的に時間変動がなく安定しており、同じ種類（性能）の同軸ケーブルで各ＣＮＵ４０が接続されている場合、通信速度は距離に依存するといえる。このような状況において、上りの通信に着目した場合、ＣＮＵ４０毎に通信速度が異なると、図２の上段に示したように、通信速度の高いＣＮＵ４０（ＣＮＵ＃１）からの上りフレームは、ＯＣＵ３０での滞留時間（ＯＣＵ３０が上りフレームの受信を開始してからそれを完了してＯＬＴ１０への送信を開始するまでの時間）が短く、通信速度の低いＣＮＵ４０（ＣＮＵ＃２）からの上りフレームはＯＣＵ３０での滞留時間が長い。よって、図２の下段のようにＯＬＴ１０の受信端でデータが衝突しないように従来のＰＯＮシステムと同様に各ＣＮＵ４０のＲＴＴ（Round  Trip  Time）に基づいて補正を掛けて上りのバースト信号制御をした場合でも、ＯＣＵ３０の受信端でデータが衝突してしまうという問題がある。これを防ぐために、同軸回線上でのデータの衝突を回避するのに十分なガードバンドを設定する方法も考えられるが、この場合、光回線上の帯域利用効率が低下するという別の問題が生じる。
【００２０】
これらの問題を解決するために、本実施の形態のＯＬＴ１０は、ＣＮＵ４０毎、またはＣＮＵ４０のグループ（以下、ＣＮＵグループと称す）毎の、同軸ケーブル上の上り方向の通信速度（以下、上り通信速度と称す）とＯＣＵ３０での滞留時間（以下、ＯＣＵ滞留時間と称す）を管理する手段を持つ。なお、ＯＣＵ滞留時間は同軸ケーブル上の上り通信速度から求めることができるので、上り通信速度のみを管理することとし、必要に応じてＯＣＵ滞留時間を算出するようにしてもよい。ここで、ＣＮＵグループとは、同軸ケーブル上での上り通信速度が同じＣＮＵ４０をグルーピングしたものである。上り通信速度が略同じ（上り通信速度の差が一定範囲内の）ＣＮＵ４０同士をグルーピングしてもよい。ＯＬＴ１０は、ＣＮＵ４０の登録時に登録しようとしているＣＮＵ４０に対して、未使用のＯＦＤＭサブキャリアを使用して上りの通信を行うように指示を出すか、登録しようとしているＣＮＵ４０の同軸ケーブル上の上り通信速度毎にＣＮＵ４０をグルーピングし、登録しようとしているＣＮＵ４０に対して同じ上り通信速度のＣＮＵ４０（登録済みのＣＮＵ４０）のグループが使用しているＯＦＤＭサブキャリアを使用して通信を行うように指示を出す。これにより、異なる通信速度を持つ複数のＣＮＵ４０からの上り信号がＯＣＵ３０の受信端で衝突しないようにできる。なお、上り通信速度が同じ（または略同じ）ＣＮＵ４０が多数存在する場合、これらを１つのグループにまとめるのではなく、複数のグループに分けて、各グループにそれぞれ異なるＯＦＤＭサブキャリアを割り当てるようにする。同じグループに多数のＣＮＵ４０が存在すると、１台のＣＮＵ４０に割り当てることができる帯域が限定されてしまい、帯域利用効率の低下を招くおそれがあるため、同じＯＦＤＭサブキャリアを共用するＣＮＵ４０の台数を制限して帯域利用効率の低下を回避する。各ＣＮＵ４０の契約帯域が異なる場合、複数グループに分ける際に、契約帯域を考慮してもよい。上記の上り通信速度に基づくグルーピングは、未使用のＯＦＤＭサブキャリアが存在しなくなってから行うようにしてもよい。すなわち、未使用のＯＦＤＭサブキャリアが存在しない状態において新たなＣＮＵ４０の登録が発生した場合にグルーピングを行う。例えば、新たなＣＮＵ４０の上り通信速度との差が一定範囲内の既存ＣＮＵ４０を探索し、探索した既存ＣＮＵ４０に割り当て済みのＯＦＤＭサブキャリアを新たなＣＮＵ４０にも割り当てて共用させる。
【００２１】
また、ＯＬＴ１０は、ＣＮＵ４０に帯域を割り当てる際には、帯域を割り当てる対象の各ＣＮＵ４０から通知されたデータ量、および、各ＣＮＵ４０のＯＣＵ滞留時間を考慮して各ＣＮＵ４０に割り当てる帯域（送信開始時刻）を決定することにより、光回線上の帯域利用効率を向上させる。
【００２２】
一方、ＯＣＵ３０は、ＣＮＵ４０毎、またはＣＮＵグループ毎に、異なるＦＩＦＯ（First-In  First-Out）を持ち、ＣＮＵ４０毎、またはＣＮＵグループ毎に、対応付けられたＦＩＦＯ（キュー）にデータを書き込み、書き込みを開始してからＣＮＵ４０毎、またはＣＮＵグループ毎の上り通信速度で一意に決まる読み出し時間となったら、光回線側の速度でデータを読み出して光回線に送信することで、キュー毎の上りの遅延揺らぎが発生しないようにする。
【００２３】
図３には、上記のＯＬＴ１０とＯＣＵ３０を組み合わせ、複数の通信速度をもつＣＮＵ４０（ＣＮＵ＃１〜ＣＮＵ＃１０）が通信している様子を示している。
【００２４】
上述したように、ＣＮＵ４０からＯＣＵ３０への通信速度は伝送路品質と伝送路長によって異なるが、ＯＬＴ１０は、あらかじめ設定した通信速度の範囲に含まれるＣＮＵ４０をグルーピングして同一グループの各ＣＮＵ４０に対して同じＯＦＤＭサブキャリアを割り当て、同一ＯＦＤＭサブキャリアを割り当てたＣＮＵ４０間でＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡハイブリッド制御を行う。
【００２５】
ＯＣＵ３０は、同軸ケーブル上の上り通信速度毎に決まる固定遅延量で、光回線側にフレームを転送する。
【００２６】
ＯＬＴ１０およびＯＣＵ３０がこのような制御を行うことで、同軸回線上および光回線上のいずれにおいてもデータの衝突が発生せず、かつ光回線上に不要なガードバンドを設定する必要もなくなる。よって、上り通信速度が異なる複数のＣＮＵ４０を効率的に収容することができ、帯域の有効利用が実現できる。
【００２７】
次に、ＯＬＴ１０の構成および動作を説明する。図４は、ＯＬＴ１０の構成例を示す図である。ＯＬＴ１０は、主要な構成要素として、制御フレーム処理部１０１、データフレーム処理部１０２および信号送受信部１０３を備えている。
【００２８】
制御フレーム処理部１０１は、登録処理部１０４、帯域制御部１０５および記憶部１０６を含み、子局装置としてのＯＮＵ２０やＣＮＵ４０の登録処理、登録済み子局装置の各種情報の管理、登録済み子局装置に対して割り当てる帯域の決定などを行う。
【００２９】
データフレーム処理部１０２は、登録済み子局装置とその通信相手装置との間で送受信されるデータフレームの中継処理などを行う。
【００３０】
信号送受信部１０３は、制御フレーム処理部１０１またはデータフレーム処理部１０２から出力された各種下りフレームである電気信号を光信号に変換して光ファイバ経由で子局装置（ＯＮＵ２０，ＣＮＵ４０）へ出力するとともに、光ファイバ経由で子局装置から受信した光信号を電気信号に変換し、その種類に応じて、制御フレーム処理部１０１またはデータフレーム処理部１０２へ出力する。
【００３１】
制御フレーム処理部１０１の登録処理部１０４は、子局装置（ＯＮＵ２０またはＣＮＵ４０）が新たに設置された場合、この子局装置と通信を行いながら、ＲＴＴの測定やＬＬＩＤ割り当て処理などを含む登録処理を実行する。ＣＮＵ４０の登録処理においては、このＣＮＵ４０が上位のＯＣＵ３０に対して信号を送信する際の上り方向の通信速度（同軸ケーブル上の上り通信速度）の情報収集と、上位のＯＣＵ３０へ信号を送信する際に使用させるＯＦＤＭサブキャリアの割り当ても行う。上り通信速度は、使用されている同軸ケーブルの性能（減衰率）およびＯＣＵ３０とＣＮＵ４０の距離に依存する。上り通信速度の情報収集方法については特に規定しない。例えば、登録するＣＮＵ４０が上り通信速度測定のための通信をＯＣＵ３０と行い、その測定結果をＯＣＵ３０から取得する。システム内で使用されている全ての同軸ケーブルの性能が分かっている場合にはＲＴＴの測定結果に基づき登録処理部１０４などで算出するようにしてもよい。なお、１台のＯＣＵ３０に接続されているＣＮＵ４０の台数が少ない場合、１台のＣＮＵ４０に対して複数のＯＦＤＭサブキャリアを割り当てても構わない。これとは反対に、１台のＯＣＵ３０に対して多数のＣＮＵ４０が接続されている場合、複数台のＣＮＵ４０に対して同じＯＦＤＭサブキャリアを割り当てる。この場合には、ＯＣＵ３０への上り方向の通信速度（同軸ケーブル上の上り通信速度）が同じ（または略同じ）ＣＮＵ４０のグループに対して同じＯＦＤＭサブキャリアを割り当てる。ＲＴＴの測定結果、登録処理で割り当てたＬＬＩＤやＯＦＤＭサブキャリア、上り通信速度の情報は記憶部１０６に格納する。
【００３２】
制御フレーム処理部１０１の帯域制御部１０５は、配下の各ＯＮＵ２０および各ＣＮＵ４０から所定のタイミングで通知される上りデータ蓄積量（送信を希望する上りデータのデータ量）、および、各ＣＮＵ４０の上り通信速度に基づいて、上りデータの送信を希望しているＯＮＵ２０およびＣＮＵ４０に対して送信を許可する時間（送信を開始させる時刻）を決定する。ここで、ＯＮＵ２０に送信を開始させる時刻は上りデータ蓄積量に基づいて決定し、ＣＮＵ４０に送信を開始させる時刻は上りデータ蓄積量および上り通信速度に基づいて決定する。すなわち、この制御において、帯域制御部１０５は、各ＣＮＵ４０の同軸ケーブル上の上り通信速度から一意に決まる、ＣＮＵ４０ごとのＯＣＵ滞留時間を考慮し、各ＣＮＵ４０からの送信信号が光ケーブル上で衝突しないよう、各ＣＮＵ４０の帯域（送信開始時刻）を決定する。具体的には、ＯＬＴ１０は、まず、各ＯＮＵ２０および各ＣＮＵ４０に割り当てる光回線上の帯域（各ＯＮＵ２０および各ＣＮＵ４０からの上り信号を受信するタイミング（受信する期間））を決定する。次に、光回線上での帯域割り当て結果に基づいて各ＯＮＵ２０の送信開始時刻を決定するとともに、光回線上での帯域割り当て結果および各ＣＮＵ４０に対応するＯＣＵ滞留時間に基づき各ＣＮＵ４０の送信開始時刻を決定する。このとき、グループ化されているＣＮＵ４０については、同一グループの各ＣＮＵ４０からの送信信号が同軸ケーブル上で衝突しないようなタイミングとする。
【００３３】
次に、ＯＣＵ３０の構成および動作を説明する。図５は、ＯＣＵ３０の構成例を示す図であり、ＯＬＴ側が１０Ｇ−ＥＰＯＮのインタフェース、ＣＮＵ側が１ＧｂｐｓのＥＰｏＣインタフェースである場合の構成例を示している。
【００３４】
図５に示したように、ＯＣＵ３０は、ＯＬＴ１０との間で光信号を送受信する光送受信部（１０Ｇ−ＥＰＯＮ  ＴＲｘ）３０１と、パラレル信号が入力されるとシリアル信号に変換し、シリアル信号が入力されるとパラレル信号に入力するパラレル／シリアル変換部（ＳＥＲ  ＤＥＳ）３０２と、暗号化された状態の信号が入力されるとこれを復号するデスクランブラ３０３と、入力信号に対して暗号化を行うスクランブラ３０４と、入力信号の誤り訂正を行うＦＥＣデコーダ３０５と、入力信号に対して誤り訂正符号化を行うＦＥＣエンコーダ３０６と、６４ビット単位の信号が入力されると６６ビット単位の信号に変換し、一方、６６ビット単位の信号が入力されると６４ビット単位の信号に変換する６４Ｂ／６６Ｂ変換部（６４Ｂ／６６Ｂ）３０７と、入力信号を解析して制御信号とデータ信号のいずれに該当するかを判別するパーサ（Ｐａｒｓｅｒ）３０８と、６４ビット単位の制御信号を受け取って保持しておき、８ビット単位で出力するバッファ（ＦＩＦＯ）３０９と、６４ビット単位のデータ信号を受け取って保持しておき、８ビット単位で出力するバッファ（ＦＩＦＯ）３１０と、８ビット単位の信号が入力されると１０ビット単位の信号に変換する８Ｂ／１０Ｂ変換部（８Ｂ／１０Ｂ）３１１と、入力信号を誤り訂正符号化するＦＥＣエンコーダ３１２および３１３と、入力信号の誤り訂正を行うＦＥＣデコーダ３１４と、入力信号を並べ替えるインタリーバ３１５および３１６と、インタリーブにより並べ替えられた状態の入力信号を元の並び順（インタリーブが実行される前の並び順）に戻すデインタリーバ３１７と、入力信号に対して符号変調を行う符号変調部３１８と、符号変調された状態の入力信号を復調する符号復調部３１９と、入力信号に対してＩＦＦＴ（Inverse  Fast  Fourier  Transform）を行うＩＦＦＴ部３２０と、入力信号に対してＦＦＴ（Fast  Fourier  Transform）を行うＦＦＴ部３２１と、ＣＮＵ４０に対して信号を送信する送信部（Ｃｏａｘ  Ｔｘ）３２２と、ＣＮＵ４０から送信された信号を受信する受信部（Ｃｏａｘ  Ｒｘ）３２３と、８ビット単位の信号を受け取って保持しておき、ＣＮＵまたはＣＮＵグループ毎のキューを持ち、キュー毎に固定遅延で６４ビット単位で出力しつつ、光送受信部３０１に対して送信タイミングを指示するためのバースト制御信号を生成する上りバッファ制御部３２４と、を備える。
【００３５】
以下、上記構成のＯＣＵ３０の全体動作について、下り方向（ＯＬＴ１０からＯＮＵ２０への方向）の動作と上り方向の動作に分けて説明する。
【００３６】
（ＯＣＵ３０の下り方向の動作）
光送受信部３０１は、ＯＬＴ１０から送信された下り信号である１０Ｇ−ＥＰＯＮデータ（制御フレームとデータフレームからなる）を受信し、受信した１０Ｇ−ＥＰＯＮデータをパラレル／シリアル変換部３０２が６６ビット長のデータに展開する。デスクランブラ３０３は、６６ビット長のデータに展開された後のデータをデスクランブリングし、ＦＥＣデコーダ３０５はデスクランブリング後のデータに対して誤り訂正を行う。６４Ｂ／６６Ｂ変換部３０７は、誤り訂正後のデータに対して６６Ｂ／６４Ｂコード変換を実行し、この結果、６４ビット長のデータ（６４ビットデータ）が得られる。パーサ３０８は、プリアンブルを確認し、伝送パスを制御パスとデータパスに振り分ける。具体的には、制御フレームであることを示す情報がプリアンブルに付与されていれば制御パス（制御フレーム）と判断して制御信号用のバッファ３０９に格納し、そうでなければデータパス（データフレーム）と判断してデータ信号用のバッファ３１０に格納する。ここで、バッファ３０９は固定遅延ＦＩＦＯバッファ、バッファ３１０は可変遅延ＦＩＦＯバッファである。
【００３７】
８Ｂ／１０Ｂ変換部３１１は、バッファ３０９および３１０から所定のタイミングで信号を読み出し、８Ｂ／１０Ｂコード変換を実行する。バッファ３０９から読み出され、８Ｂ／１０Ｂコード変換が実行された制御信号はＦＥＣエンコーダ３１２に渡され、ＦＥＣエンコーダ３１２は、制御信号を誤り訂正符号化する。インタリーバ３１５は、誤り訂正符号化後の制御信号をインタリーブする。同様に、バッファ３１０から読み出され、８Ｂ／１０Ｂコード変換が実行されたデータ信号はＦＥＣエンコーダ３１３に渡され、ＦＥＣエンコーダ３１３は、データ信号を誤り訂正符号化する。インタリーバ３１６は、誤り訂正符号化後のデータ信号をインタリーブする。
【００３８】
符号変調部３１８は、インタリーブ後の制御信号およびデータ信号に対して、個別に符号変調を行う。ＩＦＦＴ部３２０は、符号変調が実施された後の制御信号およびデータ信号のそれぞれに対して逆フーリエ変換を実行する。送信部３２２は、ＩＦＦＴ部３２０から出力されたＯＦＤＭ信号である、逆フーリエ変換後の制御信号およびデータ信号をＣＮＵ４０へ送信する。制御信号は制御チャネルにて送信され、データ信号はデータチャネルにて送信される。なお、同軸回線上に送出される制御チャネルとデータチャネルの変調方法やＦＥＣ符号化率は異なる方法であってもよい。
【００３９】
（ＯＣＵ３０の上り方向の動作）
上り方向の動作は、上述した下り方向の動作と逆の動作となる、ただし、制御信号とデータ信号を区別することなく処理を行う。
【００４０】
受信部３２３は、ＣＮＵ４０から送信された上り信号（制御信号とデータ信号からなる）を受信し、ＦＦＴ部３２１は、ＣＮＵ４０からの受信信号に対してフーリエ変換を行う。符号復調部３１９は、フーリエ変換後の信号を符号復調する。デインタリーバ３１７は、符号復調後の信号をデインタリーブして並べ替え、送信元のＣＮＵ４０でインタリーブされる前の状態に戻す。ＦＥＣデコーダ３１４は、デインタリーブ後の信号に対して誤り訂正を行う。
【００４１】
その後、誤り訂正された後の信号は上りバッファ制御３２４に格納された後、６４ビットデータとして６４Ｂ／６６Ｂ変換部３０７に読み出され、６４Ｂ／６６Ｂ変換部３０７は、６４ビットデータに対して６４Ｂ／６６Ｂ符号化を実行する。なお、上りバッファ制御部３２４は、送信元のＣＮＵ４０が同じ信号ごとに分類して信号を保持する。また、この上りバッファ制御３２４において、光ファイバ区間と同軸ケーブル区間における通信速度差を吸収する。６４Ｂ／６６Ｂ符号化された後の６６ビットデータはＦＥＣエンコーダ３０６で誤り訂正符号化され、さらに、スクランブラ３０４でスクランブリング（暗号化）され、パラレル／シリアル変換部３０２でシリアルデータに変換された後、１０Ｇ−ＥＰＯＮの光バースト信号として、光送受信部３０１から光ファイバ上に送信される。
【００４２】
なお、図５中において、上りバッファ制御部３２４から出力されるバースト制御信号は、同軸ケーブル（ＣＮＵ４０側）からの有効な信号入力があったことを検出し、同軸ケーブル上のバーストデータを受信後（有効な信号の入力を検出した後）、一定時間が経過後に光送受信部３０１に対してバースト制御信号を生成する。光送受信部３０１は、バースト制御信号の生成タイミングに従って光信号を送信する。
【００４３】
次に、上りバッファ制御部３２４の構成について説明する。
【００４４】
図６は、上りバッファ制御部３２４の構成例を示す図である。図６に示すように、上りバッファ制御部３２４は、ＣＮＵ４０、または、ＣＮＵグループ毎の振り分け先を管理するＣＮＵグループ管理レジスタ５０１と、ＣＮＵグループ管理レジスタ５０１が管理している情報に基づいて、入力信号を複数のＲＡＭ５０３1〜５０３nのいずれか一つに振り分けるＤＥＭＵＸ部（デマルチプレクサ）５０２と、ＣＮＵ４０毎、またはＣＮＵグループ毎のデータを格納するＲＡＭ５０３1〜５０３nと、ＲＡＭ５０３1〜５０３nへのデータ書き込み・読み出し制御を実施するとともに、データ読み出し制御の際にはバースト制御信号を出力するバッファ制御部５０４1〜５０４nと、ＣＮＵ４０またはＣＮＵグループ毎の通信速度を記憶する通信速度管理レジスタ５０５と、バッファ制御部５０４1〜５０４nのいずれか一つからバースト制御信号が出力されるとそれを光送受信部３０１（図５参照）へ出力するＯＲ回路５０６と、ＲＡＭ５０３1〜５０３nから読み出されたデータを６４Ｂ／６６Ｂ変換部３０７（図５参照）へ出力するセレクタ５０７と、を備えている。なお、ＲＡＭ５０３1〜５０３nから読み出されるデータは６４ビット単位のデータである（６４ビット単位でデータが読み出される）。ＲＡＭ５０３1〜５０３nとバッファ制御部５０４1〜５０４nは上りデータ保持部を形成している。
【００４５】
次に上りバッファ制御部３２４の動作について説明する。
【００４６】
上りの信号が上りバッファ制御部３２４に入力すると、信号振り分け部としてのＤＥＭＵＸ部５０２が、ＣＮＵグループ管理レジスタ５０１に格納された情報に基づいて、ＲＡＭ５０３1〜５０３nへ振り分ける。ＣＮＵグループ管理レジスタ５０１に格納された情報は、自ＯＣＵに接続されている各ＣＮＵ４０のＬＬＩＤ（Logical  Link  ID）毎にどのバッファ（ＲＡＭ）に振り分けるべきかを示す情報であり、ＤＥＭＵＸ部５０２は、上り信号のフレーム（以下、上りフレームと称す）に格納されているＬＬＩＤ情報を参照して、データを各バッファに振り分ける。このＣＮＵグループ管理レジスタ５０１に格納された情報は、同軸ケーブル区間（ＯＣＵと各ＣＮＵの間の区間）における上り通信速度が同じＣＮＵ４０（同じＯＦＤＭサブキャリアを使用しているＣＮＵ４０）のデータが同じバッファに振り分けられるように指示する情報（ＬＬＩＤとバッファの対応関係を示す情報）である。この情報は、ＣＮＵ４０が新たに登録されると更新される。例えば、各バッファは、ＣＮＵ４０からＯＣＵ３０への上り通信で使用されるＯＦＤＭサブキャリアのいずれか一つと対応付けられており、ＯＣＵ３０は、新たに登録されたＣＮＵ４０（以下、新規ＣＮＵ４０と称す）に対してＯＬＴ１０が割り当てたＯＦＤＭサブキャリアの情報およびＬＬＩＤをＯＬＴ１０または新規ＣＮＵ４０から取得してＣＮＵグループ管理レジスタ５０１に登録する。
【００４７】
各バッファ制御部５０４（バッファ制御部５０４1〜５０４n）は、通信速度管理レジスタ５０５に格納された値に基づいてバッファの読み出し制御を行う。具体的には、上りバースト信号がバッファに格納されてから、通信速度管理レジスタ５０５に格納された時間が経過した後に１０Ｇｂ／sの速度でバッファからデータを読み出す制御を行う。また、各バッファ制御部５０４は、データを読み出すタイミングで、バースト光送受信器である光送受信部３０１に対するバースト制御信号を生成する。通信速度管理レジスタ５０５には、バッファごとのＯＣＵ滞留時間に応じた長さの値がデータ読み出しタイミングとして格納されている。既に説明したように、ＯＣＵ滞留時間は、各バッファに格納されるデータの送信元ＣＮＵ４０（または送信元のＣＮＵグループ）の同軸回線上の上り通信速度から求めることが可能である。
【００４８】
このように、ＯＣＵ３０は、上り方向の通信において、ＣＮＵ４０またはＣＮＵグループ毎に異なるバッファを持ち、ＣＮＵ４０またはＣＮＵグループ毎にバッファ（キュー）にデータを書き込み、書き込みを開始してからＣＮＵ４０またはＣＮＵグループ毎の通信速度で一意に決まる読み出し時間となったら、光回線側の速度でデータを読み出すので、バッファ毎の上りの遅延揺らぎが発生しないようにする制御が実現できる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態のＰＯＮシステムにおいて、ＯＬＴ１０は、ＣＮＵ４０の登録処理において、ＣＮＵ４０とＯＣＵ３０の間の上り通信速度を取得するとともに、この上り通信速度に基づいて、同軸回線での通信で使用させるＯＦＤＭサブキャリアを決定することとした。さらに、上り方向の帯域制御においては、ＣＮＵ４０とＯＣＵ３０の間の上り通信速度を考慮してＣＮＵ４０ごとの送信開始時刻を決定することとした。また、ＯＣＵ３０は、上りフレームを格納するためのバッファを複数備え、同じサブキャリアを使用して送信されてきた上りフレーム同士を同じバッファに格納し、上りフレームの送信元ＣＮＵ４０の上り通信速度に応じたタイミングで各バッファから上りフレームを取り出してＯＬＴ１０へ送信することとした。これにより、光回線帯域の有効利用と同軸回線上でのデータ衝突防止を両立させることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、通信システムがＰＯＮシステムの場合について説明したが、通信速度の異なる２つの伝送路に接続された中継装置における制御信号の伝送遅延を固定化する必要がある通信システムであれば適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明は、通信速度が異なる２種類の通信媒体のうち、一方を利用して親局装置と中継装置が接続され、他方を利用して中継装置と複数の子局装置が接続された構成の通信システムを実現する場合に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  局側光通信装置（ＯＬＴ）、２０  利用者側光通信装置（ＯＮＵ）、３０  中継装置（ＯＣＵ）、４０  利用者側通信装置（ＣＮＵ）、５０  スプリッタ、１０１  制御フレーム処理部、１０２  データフレーム処理部、１０３  信号送受信部、１０４  登録処理部、１０５  帯域制御部、１０６  記憶部、３０１  光送受信部（１０Ｇ−ＥＰＯＮ  ＴＲｘ）、３０２  パラレル／シリアル変換部（ＳＥＲ  ＤＥＳ）、３０３  デスクランブラ、３０４  スクランブラ、３０５，３１４  ＦＥＣデコーダ、３０６，３１２，３１３  ＦＥＣエンコーダ、３０７  ６４Ｂ／６６Ｂ変換部（６４Ｂ／６６Ｂ）、３０８  パーサ（Ｐａｒｓｅｒ）、３０９，３１０  バッファ（ＦＩＦＯ）、３１１  ８Ｂ／１０Ｂ変換部（８Ｂ／１０Ｂ）、３１５，３１６  インタリーバ、３１７  デインタリーバ、３１８  符号変調部、３１９  符号復調部、３２０  ＩＦＦＴ部、３２１  ＦＦＴ部、３２２  送信部（Ｃｏａｘ  Ｔｘ）、３２３  受信部（Ｃｏａｘ  Ｒｘ）、３２４  上りバッファ制御部、５０１  ＣＮＵグループ管理レジスタ、５０２  ＤＥＭＵＸ部、５０３1〜５０３n  ＲＡＭ、５０４1〜５０４n  バッファ制御部、５０５  通信速度管理レジスタ、５０６  ＯＲ回路、５０７  セレクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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