(57)【要約】【課題】下位装置から受信した信号を終端装置が端局装置へ中継する場合に、中継における遅延を低減するように終端装置に帯域を割当てる。【解決手段】トラヒック情報取得部１４は、下位装置６が終端装置２を介して行う通信のトラヒック情報を取得する。トラヒック量推定部１５は、トラヒック情報に基づいて、トラヒックの変動周期を抽出し、時間スロットに分割する。トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６は、トラヒック情報に基づいて、トラヒック送信周期とその開始タイミングを推定する。帯域割当量算出部１７は、トラヒック情報と、トラヒック送信周期及び開始タイミングとに基づいて、時間スロットに含まれるトラヒック送信周期において終端装置２に割当てる帯域を、下位装置６の推定のトラヒック量の送信に必要な帯域がトラヒック送信周期の開始タイミングから次のトラヒック送信周期より前のタイミングまでに割当てられるように時間的に切り替える。【選択図】図２
2018074513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
終端装置と接続された下位装置ごとに、前記下位装置が前記終端装置を介して行う通信の時系列のトラヒック量を示すトラヒック情報を取得するトラヒック情報取得部と、
前記トラヒック情報に基づいて、トラヒックの変動周期を抽出し、抽出された前記変動周期を１以上の時間スロットに分割するトラヒック量推定部と、
前記トラヒック情報に基づいて、トラヒック送信周期と、前記トラヒック送信周期の開始タイミングとを推定するトラヒック送信周期推定部と、
前記トラヒック情報と、前記トラヒック送信周期及び前記開始タイミングとに基づいて、前記時間スロットに含まれる前記トラヒック送信周期において前記下位装置と接続される前記終端装置に割当てる帯域を、前記トラヒック情報から得られる前記下位装置の推定のトラヒック量の送信に必要な帯域が前記トラヒック送信周期の前記開始タイミングから次の前記トラヒック送信周期の前記開始タイミングより前のタイミングまでの間に割当てられるように時間的に切り替える帯域割当量算出部と、
前記帯域割当量算出部により割当てられた帯域に基づく制御スケジュールに従って前記終端装置に対する帯域割当を行う帯域割当機能部と、
を備えることを特徴とする帯域割当装置。
【請求項２】
前記トラヒック量推定部は、前記時間スロットごとに、前記トラヒック情報に基づいて前記下位装置のトラヒック量の平均値及び分散値を取得し、
前記帯域割当量算出部は、前記トラヒック送信周期において、前記下位装置と接続される前記終端装置に割当てる帯域を切り替えるタイミングを、前記トラヒック送信周期が含まれる前記時間スロットにおける前記下位装置の前記トラヒック量の平均値及び分散値と、危険率とに基づいて算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の帯域割当装置。
【請求項３】
前記帯域割当量算出部は、前記トラヒック送信周期において、前記トラヒック情報から得られる前記下位装置の推定のトラヒック量の送信に必要な帯域を前記トラヒック送信周期の前記開始タイミングから次の前記トラヒック送信周期の前記開始タイミングよりも前のタイミングまでの時間帯に割当てた後、前記推定のトラヒックを超えたトラヒックを送信するための余剰帯域を次の時間帯に割当てる、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯域割当装置。
【請求項４】
前記帯域割当機能部は、前記余剰帯域が割当てられた時間帯における所定のタイミングを超えて前記下位装置のトラヒックが発生した場合に、前記下位装置と接続される前記終端装置に時間による変化がない固定帯域を割当て、
前記帯域割当量算出部は、前記固定帯域が割当てられているときに前記トラヒック情報取得部が取得した前記トラヒック情報に基づいて、前記トラヒック送信周期において時間的に切り替えて前記終端装置に割当てる帯域を新たに算出する、
ことを特徴とする請求項３に記載の帯域割当装置。
【請求項５】
前記帯域割当機能部は、前記余剰帯域が割当てられた時間帯における所定のタイミングを超えて前記下位装置のトラヒックが発生した回数が閾値以上となった場合に、前記下位装置と接続される前記終端装置に時間による変化がない固定帯域を割当てる、
ことを特徴とする請求項４に記載の帯域割当装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯域割当装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線基地局のアンテナ部（ＲＲＨ：Remote Radio Head）と信号処理部（ＢＢＵ：Baseband Unit）を分離した無線通信システムがある。この無線通信システムでは、ＲＲＨとＢＢＵとは光装置及び光ファイバを介して結ばれており、この光区間はモバイルフロントホール（ＭＦＨ）と呼ばれている。図９は、ＭＦＨの構成例を示す図である。
【０００３】
近年、ＭＦＨの低コスト化を図るために、ＲＲＨをＴＤＭ−ＰＯＮ（Time Division Multiplexing- Passive Optical Network）システム（例えば、非特許文献１参照）を用いて収容する検討がなされている（例えば、非特許文献２参照）。ＴＤＭ−ＰＯＮシステムでは、光終端装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）から光端局装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）への信号送信にＴＤＭＡ（時分割多元接続）方式が用いられる。そこで、ＴＤＭ−ＰＯＮを用いてＲＲＨを収容した際に、ＲＲＨと無線端末間のトラヒック情報を基に、ＭＦＨに転送されるトラヒックを推定し、光端局装置から光終端装置へ割当てる帯域を動的に変化させる手法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
図１０は、従来の端局装置の構成を示す図である。ＯＬＴなどの従来の端局装置では、ＯＮＵなどの終端装置との間の通信における上り信号もしくは下り信号をトラヒック情報取得部で取得する。トラヒック情報取得部は、取得したトラヒック情報をトラヒック量推定部に転送し、トラヒック量推定部は、数時間ないし数日分のトラヒック情報を基にトラヒックパターンを推定する。深夜や早朝では、無線端末の使用頻度が低いため、トラヒック量は日中よりは少ない。日中では、無線端末の使用頻度が高いため、トラヒック量も増加する。このようなトラヒック量の増減を表すパターンをトラヒックパターンと定義する。推定されたトラヒックパターンは、帯域割当機能部に転送される。
【０００５】
図１１は、従来技術の帯域割当機能部による帯域割当の方法を示す図である。端局装置は、ＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Allocation：動的帯域割当）周期で終端装置へ帯域割当量と上り信号の送信許可時間を送信する。時刻ｔ２まではトラヒックパターンの推定を行うためのトラヒック収集期間であり、帯域割当機能部は、各ＤＢＡ周期で固定のトラヒック量Ｒｐ［ｂｐｓ（ビット毎秒）］を終端装置に割当てる。端局装置は、トラヒック収集期間が終了する時刻ｔ２以降に可変の帯域割当てを開始する。帯域割当機能部は、トラヒック収集期間における平均トラヒック量を基に帯域割当量を決定する。例えば、期間Ｔ１における帯域割当量はＲ１［ｂｐｓ］である。帯域割当機能部は、この期間Ｔ１内の各ＤＢＡ周期では、固定的に帯域割当量Ｒ１を終端装置に割当てる。例えば、期間Ｔ１＝６．０時間、ＤＢＡ周期を２５０μｓ（マイクロ秒）、帯域割当量Ｒ１＝１．０Ｇｂｐｓとした場合、端局装置は、終端装置に２５０μｓ毎に１．０Ｇｂｐｓの帯域を６．０時間割当て続ける。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】”ＮＴＴ技術ジャーナル，技術基礎講座[GE-PON技術]，第1回 PONとは”，［online］，2005年，日本電信電話株式会社，［平成27年5月21日検索］，インターネット<URL http://www.ntt.co.jp/journal/0508/files/jn200508071.pdf>
【非特許文献２】T. Kobayashi，H. Ou，D. Hisano，T. Shimada，J. Terada and A. Otaka，“Bandwidth Allocation scheme based on Simple Statistical Traffic Analysis for TDM-PON based Mobile Fronthaul”，in Proc. of OFC2016，paper W3C.7，2016年3月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の帯域割当手法では、図１１に示すように時間スロット毎に、平均トラヒック量等の統計情報を基に帯域割当量を算出し、帯域割当量を可変としていた。例えば、図１１の期間Ｔ１の時間スロットでは帯域割当量Ｒ１を終端装置へ固定的に割当て、期間Ｔ２の時間スロットに切り替わった際には、帯域割当量Ｒ２を終端装置へ固定的に割当てる。
【０００８】
しかし、無線基地局におけるトラヒックモデルがバースト信号の場合に課題が存在する。図１２は、バースト信号が発生するトラヒックモデルの例を示す図である。無線端末からＲＲＨに上り信号が送信されたとき、ＲＲＨでは１ＴＴＩ（Transmission Time Interval）の間、上り信号をバッファする。ＴＴＩは、無線スケジューリングの最小単位を表している。ＴＴＩの時間的長さは、無線フレームにおいて上下リンクの送信のために分割されたフレームである１サブフレーム長と等しい。ＬＴＥ（Long Term Evolution）の場合、無線スケジューリングの周期は１ｍｓであるため、１ＴＴＩは、１ｍｓとなる。将来モバイルアクセスである第五世代移動通信システム（５Ｇ）では、ＴＴＩの短縮が検討されている。ＲＲＨは、バッファされた上り信号に対して、１ＴＴＩ経過後に復調・復号の動作を実行する。復調・復号された上り信号は、ＴＴＩの先頭から順にバッファされ、ＲＲＨから終端装置へ転送される。従って、図１３のＭＦＨを流れるトラヒックに示すように、端局装置は、ＴＴＩの周期でＲＲＨからのバースト信号を、終端装置を経由して受信することになる。従って、図１１における期間Ｔ１〜Ｔ３のトラヒック量に依らず、ＴＴＩ周期の先頭からデータトラヒックが生起する。
【０００９】
図１２、図１３に示すトラヒックモデルを持つ無線基地局の場合、図１１のトラヒックパターンが示すトラヒック量の増減は、図１４に示すようにＴＴＩ周期毎のバースト信号長となる。期間Ｔ１ではトラヒック量が少ないため、１ＴＴＩ内のバースト信号の長さは期間Ｔ２、Ｔ３と比較して短くなる。最もトラヒック量が多い期間Ｔ２では、１ＴＴＩ内のバースト信号の長さは最も長くなる。実際には、１ＴＴＩ内で生起するデータトラヒックはEthernet（登録商標）等のフレームでカプセル化されるため、１ＴＴＩ内のEthernet（登録商標）フレームの数でトラヒック量を表現することも可能である。
【００１０】
図１５は、従来の平均トラヒック量等の統計情報に基づく帯域割当手法を適用した結果を示す図である。複数のＴＴＩをまたぐ期間で平均化したトラヒックを基に帯域割当量を決定しているため、ＴＴＩ周期の先頭と一致するＤＢＡ周期において、トラヒックを全て送信することが不可能となる場合があり、終端装置に送信対象の信号がバッファされる。終端装置にバッファされた信号は次以降のＤＢＡ周期で送信されるため、送信にかかったＤＢＡ周期分だけ遅延として累積される。
【００１１】
上記事情に鑑み、本発明は、下位装置から受信した信号を終端装置が端局装置へ中継する場合に、中継における遅延を低減するように終端装置に帯域を割当てることができる帯域割当装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、終端装置と接続された下位装置ごとに、前記下位装置が前記終端装置を介して行う通信の時系列のトラヒック量を示すトラヒック情報を取得するトラヒック情報取得部と、前記トラヒック情報に基づいて、トラヒックの変動周期を抽出し、抽出された前記変動周期を１以上の時間スロットに分割するトラヒック量推定部と、前記トラヒック情報に基づいて、トラヒック送信周期と、前記トラヒック送信周期の開始タイミングとを推定するトラヒック送信周期推定部と、前記トラヒック情報と、前記トラヒック送信周期及び前記開始タイミングとに基づいて、前記時間スロットに含まれる前記トラヒック送信周期において前記下位装置と接続される前記終端装置に割当てる帯域を、前記トラヒック情報から得られる前記下位装置の推定のトラヒック量の送信に必要な帯域が前記トラヒック送信周期の前記開始タイミングから次の前記トラヒック送信周期の前記開始タイミングより前のタイミングまでの間に割当てられるように時間的に切り替える帯域割当量算出部と、前記帯域割当量算出部により割当てられた帯域に基づく制御スケジュールに従って前記終端装置に対する帯域割当を行う帯域割当機能部と、を備える帯域割当装置である。
【００１３】
本発明の一態様は、上述の帯域割当装置であって、前記トラヒック量推定部は、前記時間スロットごとに、前記トラヒック情報に基づいて前記下位装置のトラヒック量の平均値及び分散値を取得し、前記帯域割当量算出部は、前記トラヒック送信周期において、前記下位装置と接続される前記終端装置に割当てる帯域を切り替えるタイミングを、前記トラヒック送信周期が含まれる前記時間スロットにおける前記下位装置の前記トラヒック量の平均値及び分散値と、危険率とに基づいて算出する。
【００１４】
本発明の一態様は、上述の帯域割当装置であって、前記帯域割当量算出部は、前記トラヒック送信周期において、前記トラヒック情報から得られる前記下位装置の推定のトラヒック量の送信に必要な帯域を前記トラヒック送信周期の前記開始タイミングから次の前記トラヒック送信周期の前記開始タイミングよりも前のタイミングまでの時間帯に割当てた後、前記推定のトラヒックを超えたトラヒックを送信するための余剰帯域を次の時間帯に割当てる。
【００１５】
本発明の一態様は、上述の帯域割当装置であって、前記帯域割当機能部は、前記余剰帯域が割当てられた時間帯における所定のタイミングを超えて前記下位装置のトラヒックが発生した場合に、前記下位装置と接続される前記終端装置に時間による変化がない固定帯域を割当て、前記帯域割当量算出部は、前記固定帯域が割当てられているときに前記トラヒック情報取得部が取得した前記トラヒック情報に基づいて、前記トラヒック送信周期において時間的に切り替えて前記終端装置に割当てる帯域を新たに算出する。
【００１６】
本発明の一態様は、上述の帯域割当装置であって、前記帯域割当機能部は、前記余剰帯域が割当てられた時間帯における所定のタイミングを超えて前記下位装置のトラヒックが発生した回数が閾値以上となった場合に、前記下位装置と接続される前記終端装置に時間による変化がない固定帯域を割当てる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、下位装置から受信した信号を終端装置が端局装置へ中継する場合に、中継における遅延を低減するように終端装置に帯域を割当てることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の第１の実施形態によるアクセスネットワークシステムの構成を示す図である。
【図２】同実施形態による端局装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】同実施形態による端局装置における帯域割当処理を示すフローチャートである。
【図４】同実施形態による帯域割当方法を示す図である。
【図５】第２の実施形態による端局装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】同実施形態による端局装置における帯域割当処理を示すフローチャートである。
【図７】同実施形態による帯域割当方法を示す図である。
【図８】第３の実施形態による端局装置における帯域割当処理を示すフローチャートである。
【図９】従来技術のＭＦＨの構成例を示す図である。
【図１０】従来技術の端局装置の構成を示す図である。
【図１１】従来技術の帯域割当機能部による帯域割当の方法を示す図である。
【図１２】バースト信号が発生するトラヒックモデルの例を示す図である。
【図１３】ＭＦＨを流れるトラヒックの例を示す図である。
【図１４】トラヒック量とパケット長の関係を示す図である。
【図１５】従来技術の帯域割当を適用した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の帯域割当装置は、トラヒック推定結果を基に、終端装置に割当てる１ＴＴＩ（Transmission Time Interval）周期内の帯域割当量をＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Allocation：動的帯域割当）周期単位で変化させる。つまり、本実施形態の帯域割当装置は、１ＴＴＩ周期の先頭と一致するＤＢＡ周期では固定的に終端装置に帯域割当を行い、遅延なく信号を転送する。ＤＢＡ周期は、端局装置から終端装置へ帯域割当量と上り信号の送信許可時間を送信する周期である。トラヒックがピーク時のトラヒックと比較して少ないとき、１ＴＴＩ周期内の後尾は信号が生起していない領域が存在する。本実施形態の帯域割当装置は、この領域に該当するＤＢＡ周期において割当帯域量を可変とすることで、モバイルシステムが利用する帯域の圧縮を行うことが可能となる。この帯域割当て動作により発生する余剰帯域は、例えば、他システムを収容したり、モバイル基地局と接続された終端装置をスリープさせたり、新規接続の終端装置を受け付けるための期間として活用可能である。
【００２０】
［第１の実施形態］
本実施形態では、帯域割当装置の基本構成について説明する。
図１は、本実施形態のアクセスネットワークシステム８の構成を示す図である。アクセスネットワークシステム８は、端局装置１、終端装置２及び光スプリッタ３を有する中継伝送システムが、上位装置５及び下位装置６を有する通信システムを収容する構成である。通信システムを収容するとは、通信システムにおける通信を中継することである。
【００２１】
中継伝送システムは、例えば、ＰＯＮ（Passive Optical Network；受動光ネットワーク）システムなどの光中継伝送システムである。中継伝送システムがＰＯＮシステムある場合、端局装置１は光端局装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）であり、終端装置２は光終端装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）である。端局装置１から終端装置２の方向は下りであり、終端装置２から端局装置１の方向は上りである。光スプリッタ３は、端局装置１から１本の光ファイバ４１により伝送されるＴＤＭ（時分割多重）の光信号を、複数の終端装置２それぞれと接続される光ファイバ４２に分配する。また、光スプリッタ３は、複数の終端装置２それぞれと接続される光ファイバ４２から伝送されるＴＤＭＡ（時分割多元接続）方式の光信号を合波して、光ファイバ４１に出力する。端局装置１は、各終端装置２に帯域を割当てる帯域割当装置としての機能を有する。
【００２２】
通信システムは、例えば、モバイルネットワークである。通信システムがモバイルネットワークの場合、上位装置５はＢＢＵ（Baseband Unit）であり、下位装置６は、ＲＲＨ（Remote Radio Head）である。ＲＲＨは、移動無線端末とＴＤＤ方式により無線通信する。なお、中継伝送システムは、複数の通信システムを収容し得る。
【００２３】
図２は、端局装置１の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。端局装置１は、上位送受信機能部１１、下位送受信機能部１２、トラヒック情報取得部１４、トラヒック量推定部１５、トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６、帯域割当量算出部１７及び帯域割当機能部１８を備える。
【００２４】
上位送受信機能部１１は、上位装置５との間のデータの送受信を担うインタフェースである。上位送受信機能部１１は、上位装置５から受信した下位装置６宛ての下り信号を下位送受信機能部１２に出力する。また、上位送受信機能部１１は、下位送受信機能部１２から受信した、下位装置６から上位装置５宛ての上り信号を上位装置５に送信する。
【００２５】
下位送受信機能部１２は、終端装置２との間のデータの送受信を担うインタフェースである。下位送受信機能部１２は、上位送受信機能部１１から出力された下り信号や、帯域割当機能部１８から出力された制御信号を、電気信号から光信号に変換して終端装置２に出力する。また、下位送受信機能部１２は、終端装置２から受信した上り信号を光信号から電気信号に変換し、下位装置６から上位装置５宛ての上り信号を上位送受信機能部１１に出力する。さらに、下位送受信機能部１２は、上り信号をトラヒック情報取得部１４に転送する。下位送受信機能部１２は、上りの主信号のみをトラヒック情報取得部１４に出力してもよい。
【００２６】
トラヒック情報取得部１４は、上り信号のトラヒックをモニタ（監視）する。トラヒック情報取得部１４は、トラヒックのモニタ結果を示すトラヒック情報をトラヒック量推定部１５、トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６及び帯域割当量算出部１７に出力する。以下では、トラヒックのモニタ結果は、例えば、時刻と、各下位装置６から送信された上り信号のトラヒック量とを対応付けた時系列のトラヒックデータである。
【００２７】
トラヒック量推定部１５は、トラヒック量の推定に必要な情報であるトラヒック推定用情報を抽出する。まず、トラヒック量推定部１５は、トラヒック情報が示す複数の終端装置２についてのトラヒックのモニタ結果に基づいて、トラヒックの変動周期であるトラヒックパターンを抽出し、１つのトラヒックパターンの開始から終了までの期間を１以上の時間スロットに分割する。続いて、トラヒック量推定部１５は、下位装置６別に、トラヒック情報に基づいて、各時間スロットにおけるトラヒック量の統計情報を算出する。トラヒック量の統計情報とは、各時間スロットにおける平均トラヒック量と、トラヒック量の分散値である。トラヒック量推定部１５は、各時間スロットの終了及び開始のタイミングと、各下位装置６の時間スロットごとトラヒック量の統計情報を、トラヒック推定用情報として帯域割当量算出部１７に転送する。
【００２８】
トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６は、トラヒック情報が示す全ての終端装置２のトラヒックのモニタ結果に基づいて、トラヒック送信周期と、トラヒック送信周期の開始タイミングとを推定する。トラヒック送信周期は、ＴＴＩに相当する。１ＴＴＩには、１以上のＤＢＡ周期が含まれる。トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６は、推定したトラヒック送信周期と、トラヒック送信周期の開始タイミングとを帯域割当量算出部１７に出力する。
【００２９】
帯域割当量算出部１７は、可変の帯域割当を行う前のトラヒック収集時は、各ＤＢＡ周期において、終端装置２に固定の帯域を割当てる。帯域割当量算出部１７は、可変の帯域割当を行う際には、後述する図４にも示すように、時間スロット毎に以下のように各下位装置６に接続される終端装置２に帯域割当を行う。すなわち、帯域割当量算出部１７は、固定帯域（１）を割当てた場合に、トラヒック量推定部１５により推定された下位装置６の平均トラヒック量が継続して発生すると想定したときの１ＴＴＩ分の推定トラヒック量を送信するためにかかる時間ｔａｖｒを算出する。固定帯域（１）は、１ＴＴＩ分の推定トラヒック量を１ＴＴＩの期間で平均して送信するための帯域よりも大きな帯域である。さらに、帯域割当量算出部１７は、その算出した時間ｔａｖｒに、トラヒック量推定部１５により推定されたトラヒック量の分散に応じた時間を加算して時間ｔｅｎｄを算出する。帯域割当量算出部１７は、ＴＴＩの開始から時間ｔａｖｒを含むＤＢＡ周期に固定帯域（１）を割当て、固定帯域（１）が割当てられたＤＢＡ周期の次のＤＢＡ周期から時間ｔｅｎｄを含むＤＢＡ周期に固定帯域（２）を割当て、固定帯域（２）が割当てられたＤＢＡ周期の次のＤＢＡ周期から次のＴＴＩが開始されるまでの残りのＤＢＡ周期については帯域を割当てない。固定帯域（２）は、固定帯域（１）と同じでもよく、異なってもよい。
【００３０】
このように、ＴＴＩの開始から推定トラヒック量を平均して送信する場合の帯域よりも多い固定帯域を割当てるため、バーストトラヒックが発生した場合でも、終端装置２における上りトラヒックの送信遅延を低減することができる。また、トラヒックの分散によって、帯域を割当てるトラヒック周期を増やすことができるため、トラヒックの変動が大きい時間スロットや下位装置６の場合でも、終端装置２から送信される上りトラヒックの遅延を低減することができる。
【００３１】
帯域割当機能部１８は、帯域割当量算出部１７により算出された、終端装置２の各時間スロットにおける１ＴＴＩ内の帯域割当量の時間変化に基づく制御スケジュールに従って、終端装置２に帯域割当を行う。帯域割当機能部１８は、制御スケジュールに従って各終端装置２へ各ＤＢＡ周期における帯域割当量を通知する。終端装置２は、通知された各ＤＢＡ周期における帯域割当量に従って、上り信号を端局装置１に送信する。
【００３２】
図３は、端局装置１における帯域割当処理を示すフローチャートである。
まず、端局装置１の帯域割当機能部１８は、各終端装置２にトラヒック収集のために各ＤＢＡ周期に固定的に帯域を割当てる。下位送受信機能部１２は、各終端装置２に、各ＤＢＡ周期の割当帯域として、帯域割当機能部１８が割当てた固定の帯域を通知する。各終端装置２は、割当てられた帯域に従って、下位装置６から受信した上りデータを端局装置１に送信する。端局装置１の下位送受信機能部１２は、終端装置２から受信した上り信号をトラヒック情報取得部１４に転送する（ステップＳ１１０）。
【００３３】
トラヒック量推定部１５は、トラヒックのモニタ結果に基づいてトラヒック周期を推定し、推定したトラヒック周期を１以上の時間スロットに分割する。トラヒック量推定部１５は、下位装置６別に、トラヒックのモニタ結果に基づいて各時間スロットの平均トラヒック量とトラヒック量の分散値を計算する（ステップＳ１２０）。
【００３４】
例えば、トラヒック量推定部１５は、複数の日に跨る受信データトラヒックからトラヒック周期を１日と推定し、そのトラヒック周期を朝・昼・夜等のようにいくつかの時間スロットに分割する。トラヒック量推定部１５は、下位装置６ごとに、各時間スロットにおける平均トラヒック量Ｒａｖｇ［Ｎｓｌｏｔ］及びトラヒック量の分散値σ［Ｎｓｌｏｔ］を計算する。Ｎｓｌｏｔは、受信データトラヒックの時間スロット番号を表す。例えば、朝・昼・夜の３つの時間スロットに分割された場合、Ｎｓｌｏｔは、０，１，２のいずれかの値となる。時間スロットの期間をより細かく取ることも可能である。トラヒック量の推定結果は、帯域割当に利用される。トラヒック量推定部１５は、時間スロットの終了及び開始のタイミングと、下位装置６別の各時間スロットの平均トラヒック量及びトラヒック量の分散値を設定した統計情報とを、帯域割当量算出部１７に転送する。この統計情報は、将来的に各時間スロットにおいて発生する推定のトラヒック量を表す。
【００３５】
さらにトラヒック情報取得部１４は、トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６に、トラヒック情報を転送する。トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６は、トラヒック情報に基づいて、１ＴＴＩの先頭タイミングと送信周期を抽出する（ステップＳ１３０）。例えば、トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６は、トラヒック量が０又は０付近から、トラヒックの発生を検知するための閾値を超えるトラヒック量に移行したタイミングを送信周期の先頭タイミングの候補とし、それら先頭タイミングの候補が現れる時間間隔に基づいて、１ＴＴＩの先頭タイミングと送信周期を推定する。トラヒック情報取得部１４は、推定した１ＴＴＩの先頭タイミングと送信周期を帯域割当量算出部１７に転送する。
【００３６】
帯域割当量算出部１７は、各下位装置６と接続される終端装置２ごとに、各時間スロットにおける帯域割当のタイミングと帯域割当量の計算を行う（ステップＳ１４０）。図４は、帯域割当量算出部１７による帯域割当方法を示す図である。帯域割当量算出部１７は、各下位装置６と接続される終端装置２のそれぞれについて、時間スロット別に以下の処理を行う。つまり、帯域割当量算出部１７は、帯域割当対象の時間スロットにおける下位装置６のトラヒック量の統計情報と、１ＴＴＩの先頭タイミング及び送信周期とに基づいて、その時間スロットにおける１ＴＴＩ周期内の帯域割当量をＤＢＡ周期単位で決定する。帯域割当量算出部１７は、１ＴＴＩ周期の先頭と一致するＤＢＡ周期では固定的に帯域割当を行い、遅延なく信号を転送する。トラヒックがピーク時のトラヒックと比較して少ないとき、１ＴＴＩ周期内の後尾は信号が生起していない領域が存在する。帯域割当量算出部１７は、この領域に該当するＤＢＡ周期における割当帯域量を可変とすることで、モバイルシステムが利用する帯域の削減を行うことが可能となる。
【００３７】
図４に示す帯域割当方法による時間ｔにおける帯域割当量Ｒ（ｔ）は、以下の式で一般化できる。
【００３８】
【数１】
2018074513.tif 000003
【００３９】
【数２】
2018074513.tif 000004
【００４０】
【数３】
2018074513.tif 000005
【００４１】
ここで、Ｒｍａｘは、割当て可能な最大の帯域であり、ｔａｖｇ及びｔｅｎｄはトラヒック量推定部１５によるトラヒック量の推定結果を基に算出された時間である。１ＴＴＩの時間を０とする。なお、α（ｔ）が任意定数を取る場合のα（ｔ）Ｒｍａｘは、Ｒａｖｇ［Ｎｓｌｏｔ］以上とする。
【００４２】
１ＴＴＩ中に統計情報で示される推定の平均トラヒック量Ｒａｖｇの転送が行われると仮定し、図１２、図１３のように１ＴＴＩの先頭からフルレートで信号が転送され、ｔａｖｇまでに信号の転送が完了するとした場合、ｔａｖｇは、以下の式（４）のように推定平均トラヒック量Ｒａｖｇの線形写像で表される。
【００４３】
【数４】
2018074513.tif 000006
【００４４】
ここで、ｔＴＴＩは１ＴＴＩの長さであり、ＬＴＥの場合、ｔＴＴＩは１ｍｓである。式（３）において、ｔｅｎｄは１ＴＴＩにおける帯域割当の終了時間を表している。帯域割当量算出部１７は、統計情報により示される下位装置６のＲａｖｇ［Ｎｓｌｏｔ］を用いて式（４）によりｔａｖｇを算出する。ｔｅｎｄは、以下の式（５）のように算出される。
【００４５】
【数５】
2018074513.tif 000007
【００４６】
ｔσは式（４）と同様に分散値σの線形写像である。式（４）では、推定平均トラヒック量からｔａｖｇを算出した。ｔσは、以下の式（６）のように表される。
【００４７】
【数６】
2018074513.tif 000008
【００４８】
帯域割当量算出部１７は、統計情報により示される下位装置６のトラヒック量の分散値σ［Ｎｓｌｏｔ］を用いて式（６）によりｔσを算出し、算出されたｔσを用いて式（５）によりｔｅｎｄを算出する。式（５）におけるγは、通信システムに求められる危険率Ｐに基づいて決まる正の実数である。帯域割当量算出部１７は、予めγを記憶してもよく、予め記憶しておいた危険率Ｐから所定の算出式により、又は、危険率Ｐとγを対応付けた表から読み出すことにより、γを取得してもよい。危険率Ｐが低いほどγの値は大きくなる。また、トラヒック量推定部１５から帯域割当量算出部１７に危険率Ｐを指示してもよい。
【００４９】
帯域割当量算出部１７は、ｔａｖｇ及びｔｅｎｄに基づき、ＤＢＡ周期単位で帯域を割当てる。帯域割当量算出部１７は、ＴＴＩの開始から時間ｔａｖｒを含むＤＢＡ周期に帯域割当量α（ｔ）Ｒｍａｘ（αは任意定数）を割当てる。帯域割当量算出部１７は、時間ｔａｖｒを含むＤＢＡ周期の次のＤＢＡ周期から時間ｔｅｎｄを含むＤＢＡ周期まではβ（ｔ）（βは任意定数）を割当てる。ただし、１つのＤＢＡ周期に時間ｔａｖｒ及び時間ｔｅｎｄが含まれる場合、そのＤＢＡ周期には帯域割当量α（ｔ）Ｒｍａｘ（αは任意定数）を割当てる。帯域割当量算出部１７は、時間ｔｅｎｄを含むＤＢＡ周期以降、次のＴＴＩが開始されるまでのＤＢＡ周期については帯域を割当てない。
【００５０】
ｔｅｎｄを設定することで、１ＴＴＩの先頭から時間ｔａｖｇまで帯域割当を行った場合と比較して、余剰に帯域を割当てているため、平均トラヒック量を超えるトラヒックが流入した場合においても対応することが可能となる。さらには、この割当てが行われないｔｅｎｄ以降、次のＴＴＩの開始時刻までのＤＢＡ周期は、例えばＦＴＴＨ（Fiber to the home）などの他システムを収容したり、モバイル基地局と接続された終端装置２（ＯＮＵ）をスリープさせたり、新規に接続された終端装置２（新規ＯＮＵ）を受け付けるための期間として活用可能である。
【００５１】
例えば、１ＴＴＩ＝１ｍｓ、ＤＢＡ周期が１２５μｓ、４Ｇｒａｎｔ／ＤＢＡ周期のとき、１ＴＴＩ（１ｍｓ）を３２分解能に分割可能である。この分解能中に先頭から帯域を固定的に割当てる。ここで、トラヒック量推定結果に基づき、１８分解能まで帯域を割当てるならば、１９〜３２番目の分解能には帯域を割当てずにスリープ状態とする。
【００５２】
また、平均トラヒック量を超えるトラヒックが流入した場合に対応するトラヒック量は危険率Ｐによって決めることが可能である。
【００５３】
なお、式（１）〜式（６）における時間は、ＴＴＩの先頭をｔ＝０と定義したときの経過時間として表される。０秒から時間ｔａｖｇ,ｔｅｎｄ,ｔＴＴＩを経過後、次ＴＴＩ周期の先頭に時間が遷移した場合、時間ｔ＝０となる。
【００５４】
帯域割当機能部１８は、各下位装置６と接続される終端装置２について帯域割当量算出部１７により算出された、各時間スロットにおける１ＴＴＩ内の帯域割当量の時間変化に基づく制御スケジュールに従って、終端装置２に各ＤＢＡ周期の帯域割当を行う（ステップＳ１５０）。終端装置２は、各ＤＢＡ周期について割当てられた帯域に従って、下位装置６から受信した上り信号を端局装置１に送信する。
なお、端局装置１は、ステップＳ１２０とステップＳ１３０を並行して行ってもよい。
【００５５】
なお、図２におけるトラヒック情報取得部１４、トラヒック量推定部１５、トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６、帯域割当量算出部１７、及び、帯域割当機能部１８を端局装置１内に設けているが、これらの全て又は一部を端局装置１の外部装置である帯域割当装置に設けることも可能である。また、本実施形態は、ネットワークトポロジーに制限を受けない。すなわち、ＰＯＮシステムだけではなく、リング構成やバス構成等のネットワークトポロジーでも実現することが可能である。
【００５６】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、式（１）〜式（６）を基にして帯域割当を行っている。しかしながら、推定結果を大幅に上回るトラヒックが生じる可能性がある。このため、第２の実施形態では、推定帯域割当量を上回るトラヒックが生起した際に帯域割当状態を初期状態に遷移させる。以下、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
【００５７】
図５は、本実施形態による端局装置１ａの構成を示す機能ブロック図である。同図において、図２に示す第１の実施形態による端局装置１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態の端局装置１ａが、第１の実施形態の端局装置１と異なる点は、トラヒック情報取得部１４に代えてトラヒック情報取得部１４ａを備える点、及び、トラヒック判定時間閾値処理部１９をさらに備える点である。
【００５８】
トラヒック情報取得部１４ａは、第１の実施形態のトラヒック情報取得部１４と同様の機能を有する。トラヒック情報取得部１４ａは、トラヒックのモニタ結果を、トラヒック量推定部１５、トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６、帯域割当量算出部１７及びトラヒック判定時間閾値処理部１９へ転送する。
【００５９】
トラヒック判定時間閾値処理部１９は、任意の時間閾値ｔｔｈを設定する。ｔａｖｇ＜ｔｔｈ＜ｔｅｎｄである。トラヒック判定時間閾値処理部１９は、あるＴＴＩにおいてトラヒック量が時間閾値ｔｔｈを超えて発生した場合に、各終端装置２へ時間で不変の固定帯域を割当てるよう帯域割当機能部１８に指示する。
【００６０】
図６は、端局装置１ａにおける動作を示す図である。端局装置１ａのトラヒック判定時間閾値処理部１９が、あるＴＴＩにおいて時間閾値ｔｔｈを超えるトラヒック量の発生を検出した場合に、帯域割当機能部１８は、各終端装置２へ時間で不変の固定帯域を割当てる。端局装置１ａは、再びトラヒック収集を行い、収集したトラヒックの情報に基づいてトラヒック量を推定して帯域割当を行う。この処理により、推定が外れた際の無線基地局への遅延やスループットの影響を最小化する。
【００６１】
図７は、端局装置１ａにおける帯域割当処理を示すフローチャートである。同図において、図３に示す第１の実施形態による帯域割当処理と同一の処理には同一の符号を付し、その説明を省略する。端局装置１ａは、図３に示すステップＳ１１０〜ステップＳ１５０の処理を行う。トラヒック判定時間閾値処理部１９は、あるＴＴＩにおいてトラヒック量が時間閾値ｔｔｈを超えて発生したか否かを判定する(ステップＳ１６０）。トラヒック判定時間閾値処理部１９が、トラヒック量が時間閾値ｔｔｈを超えて発生したことを検出しなかった場合は、ステップＳ１５０からの処理を繰り返し、検出した場合はステップＳ１１０からの処理を繰り返す。
【００６２】
［第３の実施形態］
第２の実施形態の場合、時間閾値ｔｔｈを超えたときに、即座に再推定を行う。しかし、トラヒックの増加が一時的なケースである場合、過剰な回数の再帯域割当を行うことになる。このため、時間閾値ｔｔｈを複数のＴＴＩに渡り、予め定めた回数だけ上回った場合に第２の実施形態の再帯域割当とトラヒック量推定のやり直しを行う。これにより、過剰に第２の実施形態を動作させることを防ぐことが可能となる。以下、第２の実施形態との差分を中心に説明する。
【００６３】
本実施形態の端局装置は、図６に示す第２の実施形態の端局装置１ａと同様である。
図８は、本実施形態の端局装置１ａにおける帯域割当処理を示すフローチャートである。同図において、図３に示す第１の実施形態による帯域割当処理と同一の処理には同一の符号を付し、その説明を省略する。端局装置１ａは、図３に示すステップＳ１１０〜ステップＳ１５０の処理を行う。トラヒック判定時間閾値処理部１９は、あるＴＴＩにおいてトラヒック量が時間閾値ｔｔｈを超えて発生したか否かを判定する(ステップＳ１６０）。トラヒック判定時間閾値処理部１９が、トラヒック量が時間閾値ｔｔｈを超えて発生したことを検出しなかった場合は、ステップＳ１５０からの処理を繰り返し、検出した場合はステップＳ１７０の処理を行う。
【００６４】
トラヒック判定時間閾値処理部１９は、初期値が０であるカウンタの現在の値に１を加算して更新する（ステップＳ１７０）。トラヒック判定時間閾値処理部１９は、カウンタの値が所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１８０）。トラヒック判定時間閾値処理部１９が、カウンタの値が閾値を以下であると判定した場合は、ステップＳ１５０からの処理を繰り返し、閾値を超えたと判定した場合はステップＳ１１０からの処理を繰り返す。
【００６５】
［第４の実施形態］
第１の実施形態〜第３の実施形態では、端局装置は、上りトラヒックを取得してトラヒック情報を推定し、帯域割当を行っていた。端局装置は、上りトラヒックに代えて、下りトラヒックのみ、又は、上下トラヒックの両方を取得し、取得したトラヒック情報を用いて第１の実施形態〜第３の実施形態と同様の処理を行ってもよい。
【００６６】
［第５の実施形態］
中継伝送システムが複数のＲＲＨを収容した場合、端局装置１は、ＲＲＨと接続している終端装置２毎に、上述した第１の実施形態〜第４の実施形態のトラヒックパターンの抽出と時間スロットへの分割、１ＴＴＩの先頭タイミング及び送信周期の抽出を行うことにより、帯域削減効果を高めることが可能になる。また、ＴＴＩの先頭はＲＲＨによって異なるため、個別に抽出を行うことで対応することが可能である。
【００６７】
以上説明した実施形態によれば、帯域割当装置（例えば、端局装置１、１ａ）は、トラヒック情報取得部（例えば、トラヒック情報取得部１４、１４ａ）と、トラヒック量推定部（例えば、トラヒック量推定部１５）と、トラヒック送信周期推定部（例えば、トラヒック送信周期・タイミング抽出部１６）と、帯域割当量算出部（例えば、帯域割当量算出部１７）と、帯域割当機能部（例えば、帯域割当機能部１８、１８ａ）とを備える。
トラヒック情報取得部は、終端装置と接続された下位装置ごとに、下位装置が終端装置を介して行う通信の時系列のトラヒック量を示すトラヒック情報を取得する。トラヒック量推定部は、トラヒック情報に基づいて、トラヒックの変動周期を抽出し、抽出された変動周期を１以上の時間スロットに分割する。トラヒック送信周期推定部は、トラヒック情報に基づいて、トラヒック送信周期と、トラヒック送信周期の開始タイミングとを推定する。帯域割当量算出部は、トラヒック情報と、トラヒック送信周期及びその開始タイミングとに基づいて、時間スロットに含まれるトラヒック送信周期において下位装置と接続される終端装置に割当てる帯域を、トラヒック情報から得られるその下位装置の推定のトラヒック量の送信に必要な帯域がトラヒック送信周期の開始タイミングから次のトラヒック送信周期の開始タイミングより前のタイミングまでの間に割当てられるように時間的に切り替える。帯域割当機能部は、帯域割当量算出部により割当てられた帯域に基づく制御スケジュールに従って終端装置に対する帯域割当を行う。
【００６８】
トラヒック量推定部は、時間スロットごとに、トラヒック情報に基づいて下位装置のトラヒック量の平均値及び分散値を取得してもよい。帯域割当量算出部は、トラヒック送信周期において、下位装置と接続される終端装置に割当てる帯域を切り替えるタイミングを、トラヒック送信周期が含まれる時間スロットにおける下位装置のトラヒック量の平均値及び分散値と、危険率とに基づいて算出する。
【００６９】
帯域割当量算出部は、トラヒック送信周期において、トラヒック情報から得られる下位装置の推定のトラヒック量の送信に必要な帯域をそのトラヒック送信周期の開始タイミングから次のトラヒック送信周期の開始タイミングよりも前のタイミングまでの時間帯に割当てた後、推定のトラヒックを超えたトラヒックを送信するための余剰帯域を次の時間帯に割当てる。
【００７０】
帯域割当機能部は、余剰帯域が割当てられた時間帯における所定のタイミングを超えて下位装置のトラヒックが発生した場合に、下位装置と接続される終端装置に時間による変化がない固定帯域を割当てる。あるいは、帯域割当機能部は、余剰帯域が割当てられた時間帯における所定のタイミングを超えて下位装置のトラヒックが発生した回数が閾値以上となった場合に、下位装置と接続される終端装置に時間による変化がない固定帯域を割当てる。帯域割当量算出部は、固定帯域が割当てられているときにトラヒック情報取得部が取得したトラヒック情報に基づいて、トラヒック送信周期において時間的に切り替えて終端装置に割当てる帯域を新たに算出する。
【００７１】
従来のトラヒック推定による帯域割当手法では、無線基地局の信号を転送する際に、大幅な遅延を与えることがあった。以上説明した実施形態によれば、端局装置は、トラヒック量を推定し、推定結果に基づいて１ＴＴＩ周期内の帯域割当量をＤＢＡ周期毎に変化させる。端局装置は、１ＴＴＩ周期の先頭と一致するＤＢＡ周期では固定的に帯域割当を行い、遅延なく信号を転送する。トラヒックがピーク時のトラヒックと比較して少ないとき、１ＴＴＩ周期内の後尾は信号が生起していない領域が存在する。端局装置は、この領域に該当するＤＢＡ周期において、割当帯域量を可変させる。このように、トラヒック量から帯域割当を行うため、過剰な帯域割当を抑圧することが可能である。従って、他システムの収容する、モバイル基地局と接続されたＯＮＵをスリープにする、新規接続されたＯＮＵの受付期間に活用することが可能となる。
【００７２】
上述した実施形態における端局装置１、１ａの一部の機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００７３】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
ＴＤＭＡ方式により通信を行う通信システムに適用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１、１ａ…端局装置
２…終端装置
３…光スプリッタ
５…上位装置
６…下位装置
１１…上位送受信機能部
１２…下位送受信機能部
１４、１４ａ…トラヒック情報取得部
１５…トラヒック量推定部
１６…トラヒック送信周期・タイミング抽出部
１７…帯域割当量算出部
１８…帯域割当機能部
１９…トラヒック判定時間閾値処理部
４１、４２…光ファイバ
【図１】
2018074513.tif 000009
【図２】
2018074513.tif 000010
【図３】
2018074513.tif 000011
【図４】
2018074513.tif 000012
【図５】
2018074513.tif 000013
【図６】
2018074513.tif 000014
【図７】
2018074513.tif 000015
【図８】
2018074513.tif 000016
【図９】
2018074513.tif 000017
【図１０】
2018074513.tif 000018
【図１１】
2018074513.tif 000019
【図１２】
2018074513.tif 000020
【図１３】
2018074513.tif 000021
【図１４】
2018074513.tif 000022
【図１５】
2018074513.tif 000023