(57)【要約】      （修正有）【課題】ＰＯＮのＭＰＣＰを利用することで、ＯＮＵからの上りトラフィックをＯＬＴで事前に計測し、フレーム破棄および遅延が少ないＯＳＵ、ＯＬＴ、光アクセスシステムおよびリンク省電力制御方法を提供する。【解決手段】光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵに対して、ＲＥＰＯＲＴフレームおよびＧＡＴＥフレームを用いたＭＰＣＰにより、各ＯＮＵが送信する上り信号の送信開始時間および送信フレーム量を制御するＯＳＵにおいて、ＭＰＣＰにより各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量情報を把握し、その情報に基づいて、ＯＳＵからＳＮＩポートを介して行われる上り通信のリンクレートを変更するＡＬＲ方式によるリンク省電力制御、または上り通信の一部の機能をスリープ状態に移行するＬＰＩ方式によるリンク省電力制御を行うリンク省電力制御手段を備える。【選択図】図５
2011124788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵ（optical network unit）に対して、ＲＥＰＯＲＴフレームおよびＧＡＴＥフレームを用いたＭＰＣＰ（multi point control protocol）により、各ＯＮＵが送信する上り信号の送信開始時間および送信フレーム量を制御するＯＳＵ（optical subscriber unit ）において、
前記ＭＰＣＰにより前記各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量情報を把握し、その情報に基づいて、ＯＳＵからＳＮＩ（service node interface）ポートを介して行われる上り通信のリンクレートを変更するＡＬＲ方式によるリンク省電力制御、または前記上り通信の一部の機能をスリープ状態に移行するＬＰＩ方式によるリンク省電力制御を行うリンク省電力制御手段を備えた
ことを特徴とするＯＳＵ。
【請求項２】
請求項１に記載のＯＳＵにおいて、
前記リンク省電力制御手段は、前記各ＯＮＵから受信した前記ＲＥＰＯＲＴフレームを基に各ＯＮＵの送信待ちのフレーム量を把握するメッセージ監視手段から各ＯＮＵのフレーム量情報を受け取り、そのフレーム量情報に応じてＯＳＵから前記ＳＮＩポートを介して行われる上り通信に対して前記リンク省電力制御を行う構成である
ことを特徴とするＯＳＵ。
【請求項３】
請求項１に記載のＯＳＵにおいて、
前記リンク省電力制御手段は、次のサイクルで各ＯＮＵに割り当てる帯域を通知するＧＡＴＥフレームを送信するＤＢＡ手段から各ＯＮＵの帯域情報を受け取り、その帯域情報に応じてＯＳＵから前記ＳＮＩポートを介して行われる上り通信に対して前記リンク省電力制御を行う構成である
ことを特徴とするＯＳＵ。
【請求項４】
請求項１に記載のＯＳＵにおいて、
前記リンク省電力制御手段は、前記ＬＰＩ方式によりＯＳＵから前記ＳＮＩポートを介して行われる上り通信に対して前記リンク省電力制御を行う構成であり、ＯＳＵが前記ＲＥＰＯＲＴフレームを受け取って帯域割当を行うＤＢＡサイクルとスリープ時間を、整数倍または整数分の１の関係に設定する構成である
ことを特徴とするＯＳＵ。
【請求項５】
光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵ（optical network unit）に対して、ＲＥＰＯＲＴフレームおよびＧＡＴＥフレームを用いたＭＰＣＰ（multi point control protocol）により、各ＯＮＵが送信する上り信号の送信開始時間および送信フレーム量を制御するＯＳＵ（optical subscriber unit ）を複数収容し、
複数の物理ポート、各ＯＳＵと前記複数の物理ポートとの間でフレーム転送を行うスイッチ、前記複数の物理ポートに対応する複数の物理リンクを１つの論理的なリンクに集約するＬＡＧ（link aggregation）制御を行う制御ユニットを備えたＯＬＴ（optical line terminal ）において、
前記各ＯＳＵが前記ＲＥＰＯＲＴフレームを受け取って帯域割当を行うＤＢＡサイクルごとに、前記各ＯＳＵから前記各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量および送信開始時間を受け取り、それらを集計して全ＯＳＵから到着するフレーム量情報を把握し、その情報に基づいて、ＯＬＴから前記複数の物理リンクを介して行われる上り通信で利用する物理リンクの数を決定し、残りの物理リンクをスリープさせるリンク省電力制御を行うリンク省電力制御手段を備えた
ことを特徴とするＯＬＴ。
【請求項６】
請求項５に記載のＯＬＴにおいて、
前記リンク省電力制御手段は、数回のＤＢＡサイクルにおける各ＯＳＵの上りトラフィックを観察し、そのトラフィックを平均化または重み付け平均化し、次のＤＢＡサイクルにおけるＯＬＴと前記複数の物理リンクを介して行われる上り通信で利用する物理リンクの数を決定し、残りの物理リンクをスリープさせる構成である
ことを特徴とするＯＬＴ。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のＯＬＴにおいて、
前記リンク省電力制御手段は、利用する物理リンクの数が１の場合に、当該物理リンクに対して、ＯＬＴから当該物理リンクを介して行われる上り通信のリンクレートを変更するＡＬＲ方式によるリンク省電力制御、または上り通信の一部の機能をスリープ状態に移行するＬＰＩ方式によるリンク省電力制御を行う構成である
ことを特徴とするＯＬＴ。
【請求項８】
光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵ（optical network unit）に対して、ＲＥＰＯＲＴフレームおよびＧＡＴＥフレームを用いたＭＰＣＰ（multi point control protocol）により、各ＯＮＵが送信する上り信号の送信開始時間および送信フレーム量を制御するＯＳＵ（optical subscriber unit ）において、
前記ＭＰＣＰにより前記各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量情報を把握し、その情報に基づいて、ＯＳＵからＳＮＩ（service node interface）ポートを介して行われる上り通信のリンクレートを変更するＡＬＲ方式によるリンク省電力制御、または上り通信の一部の機能をスリープ状態に移行するＬＰＩ方式によるリンク省電力制御を行う
ことを特徴とするリンク省電力制御方法。
【請求項９】
光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵ（optical network unit）に対して、ＲＥＰＯＲＴフレームおよびＧＡＴＥフレームを用いたＭＰＣＰ（multi point control protocol）により、各ＯＮＵが送信する上り信号の送信開始時間および送信フレーム量を制御するＯＳＵ（optical subscriber unit ）を複数収容し、
複数の物理ポート、各ＯＳＵと前記複数の物理ポートとの間でフレーム転送を行うスイッチ、前記複数の物理ポートに対応する複数の物理リンクを１つの論理的なリンクに集約するＬＡＧ（link aggregation）制御を行う制御ユニットを備えたＯＬＴ（optical line terminal ）において、
前記各ＯＳＵが前記ＲＥＰＯＲＴフレームを受け取って帯域割当を行うＤＢＡサイクルごとに、前記各ＯＳＵから前記各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量および送信開始時間を受け取り、それらを集計して全ＯＳＵから到着するフレーム量情報を把握し、その情報に基づいて、ＯＬＴから前記複数の物理リンクを介して行われる上り通信で利用する物理リンクの数を決定し、残りの物理リンクをスリープさせるリンク省電力制御を行う
ことを特徴とするリンク省電力制御方法。
【請求項１０】
請求項１に記載のＯＳＵまたは請求項５に記載のＯＬＴ、このＯＳＵまたはＯＬＴと光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵを備えたＰＯＮ（passive optical network ）により構成される
ことを特徴とする光アクセスシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＯＮ（passive optical network ）と多重分離装置（Ｌ２ＳＷ：layer 2 switch）とにより構成される光アクセスシステムにおいて、ＰＯＮのＯＳＵ（optical subscriber unit ）またはＯＬＴ（optical line terminal ）とＬ２ＳＷとの間のリンク省電力化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本格的なＩＴ（information technology）化に伴い、社会で扱う情報量は2025年には約 200倍（2006年比）になると見込まれている。この情報爆発に伴いネットワーク機器の数が大幅に増加するため、ネットワーク機器の消費電力が約５倍（2006年比）になると予想されている。このことから、ネットワーク機器自体やネットワークシステムの省電力化が重要な課題になっている。
【０００３】
ネットワークシステムの省電力化を図るために、トラフィックの有無によりネットワーク機器の一部機能をスリープ状態へ移行するＬＰＩ（low power idle）方式（非特許文献１）や、トラフィックに応じてリンクレートを変更するＡＬＲ（adaptive link rate）方式（非特許文献２）が提案されている。ＬＰＩ方式は、入力トラフィックが無い場合に当該リンクをスリープさせる方式である。送信側はスリープに入る際にスリープ信号を送信するとともに送信器をスリープさせる。受信側はスリープ信号を受信するとともに受信器をスリープさせる。トラフィックの再開に対応するために、受信側は一定のスリープ時間の後に受信を再開し、送信側はそのタイミングに合わせてウェイク信号またはリフレッシュ信号（スリープ継続メッセージ）を送信する。一方、ＡＬＲ方式は、高速で消費電力の高いモードと低速で消費電力の低いモードを切り換えて利用する方式であり、パラレルインタフェースの一部をスリープさせて総速度を調整する方式もＡＬＲ方式の範疇である。
【０００４】
また、複数の物理リンクを１つの論理的なリンクに集約する技術であるリンクアグリゲーション（ＬＡＧ：link aggregation）において、ＬＰＩ方式とＡＬＲ方式を応用し、トラフィックに応じて動的に物理リンク数を変更する方式（リンク省電力化手法）が提案されている（非特許文献３，４）。
【０００５】
図１は、リンク省電力化手法を組み入れた従来のＬ２ＳＷの構成例を示す。Ｌ２ＳＷは、フレーム転送を行うスイッチ１１と、ＬＡＧの制御やリンク省電力制御を行う制御ユニット１２と、ＬＡＧを構成する物理ポート１３から構成される。図１のＬ２ＳＷの物理ポート１３は４個となっているが、装置によっては４個以上の物理ポートを有するものもある。スイッチ１１は、受信フレームを一時的に溜めておくフレームバッファと、宛先アドレス（またはＶＩＤ：VLAN ID ）と物理ポートの対応表である転送テーブルと、ＬＡＧポートと物理ポートの対応表であるＬＡＧ転送テーブルを有する。なお、ＬＡＧポートはＬＡＧを構成する複数の物理ポートを管理するための識別子として使用される。制御ユニット１２は、各テーブルの設定およびＬＡＧを物理ポートに指示するＣＰＵ（central processing unit)、ＬＡＧの状態を管理するＬＡＧ管理ＤＢ（data base)、およびトラフィックに応じて動的に物理リンク数を変更するリンク省電力制御手段から構成される。
【０００６】
次に、制御ユニット１２のＬＡＧ設定について説明する。複数の物理ポートをＬＡＧで論理的に集約して使用する場合、管理者は対向する装置間で集約したい物理ポートを装置ごとに制御ユニット１２のＬＡＧ管理ＤＢに登録する。図１では管理者はＬ２ＳＷ−１の物理ポート１，２，３の３ポートとＬ２ＳＷ−２の物理ポート１，２，３の３ポートを各々のＬＡＧ管理ＤＢに登録する。なお、ここでは対向する装置間で同一の物理ポート番号同士を接続しているが、接続する物理ポート番号を同じにする必要はない。
【０００７】
次に、スイッチ１１のフレーム転送について説明する。スイッチ１１は、まずデータフレームを受信すると、それをフレームバッファへ格納する。このとき、データフレームのヘッダから送信元アドレスを読み取り、入力物理ポートと送信元アドレスの対応が転送テーブルになければ、その対応を新たに追加する。次に、格納していたフレームの転送先を決定するために宛先アドレスを読み取り、転送テーブルを使って宛先アドレスから転送先を検索する。検索の結果によりスイッチは次の２通りの動作をする。(1) 転送先が物理ポートならば、フレームは対応する物理ポートに転送される。一方、(2) 転送先がＬＡＧポートならば、さらにＬＡＧ転送テーブルを使ってＬＡＧポートに属する物理ポートを検索する。検索の結果、スイッチ１１はＬＡＧポートに属する物理ポートのうちフレーム振り分けアルゴリズムを用いて転送先の物理ポートを決定する。
【０００８】
次に、Ｌ２ＳＷのリンク省電力化手法について説明する。制御ユニット１２のリンク省電力制御手段はフレームバッファに溜まっているフレーム量やトラフィックを定期的に監視し、それらに応じて、ＬＡＧに属している物理ポートの有効リンク数を制御する。この有効リンク数を決定するアルゴリズムがリンク省電力化手法の核となる要素である。非特許文献３および非特許文献４では、フレームバッファを定期的に監視し、バッファ使用率とフレームバッファに蓄積されているフレーム量の増減によって有効リンク数を決定するＭＩＡＤ（multiplcative increase additive decrease）方式、過去の複数回のトラフィックを観測し、その平均トラフィックを基に有効リンク数を決定するＳＴＡ（simple traffic average）方式などが提案されている。これらの方式は、フレームバッファに現在蓄積されているフレーム量や過去のトラフィックから未来のトラフィックを予測し、有効リンク数を決定する特徴をもつ。
【０００９】
図２は、光アクセスシステムの構成例を示す。光アクセスシステムは、ＰＯＮとＬ２ＳＷで構成されており、ＰＯＮは、１つのＯＳＵ２１が複数のＯＮＵ（optical network unit）２２と光ファイバ２３および１対Ｎの光スプリッタ２４を介して、ポイント・ツー・マルチポイントの通信を行うネットワークである（Ｎは自然数）。ＯＬＴ２０は、複数のＯＳＵ２１と１つの制御ユニット２５で構成される。制御ユニット２５は、管理者が各ＯＳＵの設定や各ＯＳＵに接続されているＯＮＵの設定をする場合に利用する。Ｌ２ＳＷ２６は各ＯＳＵ２１と接続され、複数のＯＳＵ２１からのフレームを多重する大規模な多重分離装置である。
【００１０】
ＰＯＮの規格として、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈで規定されているＥＰＯＮ（Ethernet（登録商標） passive optical network）が標準化されている。ＥＰＯＮでは、複数のＯＮＵから送信された信号が光スプリッタから先の光ファイバで共有されるため、異なるＯＮＵから送信された信号の衝突を避けるように、信号の送信タイミングを制御するプロトコル（ＭＰＣＰ：multi point control protocol）を規定している。
【００１１】
ここで、ＰＯＮの上り通信について説明する。
(1) ＯＬＴは、各ＯＮＵにＧＡＴＥフレームで送信開始時間と送信フレーム量を指示する。
(2) ＯＮＵは、ＯＬＴにＲＥＰＯＲＴフレームでバッファに蓄積されている送信待ちのフレーム量を送信する。
(3) ＯＬＴは、受信したＲＥＰＯＲＴフレームから各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量を把握し、動的帯域割り当て（ＤＢＡ：dynamic bandwidth allocation）アルゴリズムに従って、各ＯＮＵの送信開始時間と送信フレーム量を計算する（ＤＢＡプロセス）。
(4) ＯＬＴは、再びＧＡＴＥフレームで各ＯＮＵの送信開始時間と送信フレーム量を指示する（ＧＡＴＥプロセス）。
(5) ＯＮＵは、ＧＡＴＥフレームを受け取るとＧＡＴＥフレームに指定されている時刻Ｔから長さＬの間にデータフレームを送信する。このとき、ＯＮＵのバッファに蓄積されている送信待ちのフレーム量をＲＥＰＯＲＴフレームでＯＬＴに送信する（ＲＥＰＯＲＴプロセス）。
【００１２】
以降、 (3)〜(5) のサイクル（ＤＢＡサイクルとよぶ）を繰り返すことにより、複数のＯＮＵからＯＬＴへの信号が衝突することなく通信が可能となる。
【００１３】
また、図３に示すように従来のＯＬＴのＯＳＵ２１に、スイッチ１１、制御ユニット１２および物理ポート１３を加えて多重機能をもたせ、ＯＬＴとＬ２ＳＷ間のリンクをＬＡＧで接続する形態も知られている。この形態の利点は、(1) 論理的なリンクの帯域幅は集約した個々のリンクの帯域幅の和となるために帯域幅が拡大することと、(2) 集約した個々のリンクのうち、いくつかのリンクにおいて障害が発生しても残りのリンクで通信を継続できるため、信頼性が向上することである。
【００１４】
図４は、従来のＯＳＵの構成例を示す。従来のＯＳＵにおける下り信号は、ＳＮＩ（service node interface）ポート４１、ＭＡＣブリッジ手段４２、ＰＯＮ信号処理手段４３を介して、ＰＯＮ−ＩＦポート４４へ流れる。一方、上り信号は、ＰＯＮ−ＩＦポート４４、ＰＯＮ信号処理手段４３、ＭＡＣブリッジ手段４２を介してＳＮＩポート４１へ流れる。
【００１５】
ＯＳＵは、各ＯＮＵからの信号の送信タイミングを制御するために、ＭＰＣＰのＧＡＴＥフレームおよびＲＥＰＯＲＴフレームを処理するマルチポイントＭＡＣ制御手段４５、ＯＮＵから受信したＲＥＰＯＲＴフレームを基に、各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量を把握するメッセージ監視手段４６、各ＯＮＵの送信待ちのフレーム量に基づいて、各ＯＮＵの送信開始時間と送信フレーム量を計算するＤＢＡ手段４７を有する。すなわち、ＲＥＰＯＲＴフレームは、各ＯＮＵで送信待ちのフレーム量をＯＳＵに通知するＭＰＣＰフレームであり、ＧＡＴＥフレームは、各ＯＮＵに送信許可情報（送信開始時間、送信フレーム量）を通知するＭＰＣＰフレームである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｐ８０２．３ａｚ    (1) http://www.ieee802.org/3/az/public/mar08/chou 01 0308.pdf     (2) http://www.ieee802.org/3/az/public/mar08/healey 01 0308.pdf     (3) http://www.ieee802.org/3/az/public/may08/taich 02 0508.pdf
【非特許文献２】C. Gunaratne, K. Christensen, B. Nordman and S. Suen, “Reducing the Energy Consumption of Ethernet with Adaptive Link Rate (ALR),” IEEE Transaction on Computers, Vol.57, No.4, pp.448-461, 2008.
【非特許文献３】相原慎司，福田豊，川原憲治，尾家祐二，“リンク集約技術を利用したスイッチ省電力化手法”，信学技報，vol.106, no.461, pp.55-60, 2007.
【非特許文献４】今泉英明，南正輝，永田智大，國頭吾郎，山崎憲一，“グリーンネットワークに向けたリンク省電力化手法”，信学技報，vol.108, no.476, pp.105-110, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ＯＬＴとＬ２ＳＷにリンク省電力化手法を適用することは、光アクセスシステムの省電力化に有効である。
【００１８】
しかし、従来のリンク省電力手法では、スリープさせた物理リンクをいつウェイクアップさせるかを予測によって決定しているため、予測と異なるトラフィックが生じた場合に性能の低下が生じる可能性があった。例えば、予測より少ないトラフィックが生じた場合には最大限の省電力化ができないし、予測より多いトラフィックが生じた場合にはフレーム破棄が生じる可能性がある。また、予測を用いず、トラフィックに応じて省電力制御を行った場合には、到着したフレームを、物理リンクがウェイクアップするまでフレームバッファに格納する必要があり、フレーム破棄および遅延が発生するという課題があった。
【００１９】
本発明は、上記の課題を解決するために、ＰＯＮのＭＰＣＰを利用することで、ＯＮＵからの上りトラフィックをＯＬＴで事前に計測し、従来のリンク省電力化手法よりも省電力効果が高く、フレーム破棄および遅延が少ないＯＳＵ、ＯＬＴ、光アクセスシステムおよびリンク省電力制御方法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】
【００２０】
第１の発明は、光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵに対して、ＲＥＰＯＲＴフレームおよびＧＡＴＥフレームを用いたＭＰＣＰにより、各ＯＮＵが送信する上り信号の送信開始時間および送信フレーム量を制御するＯＳＵにおいて、ＭＰＣＰにより各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量情報を把握し、その情報に基づいて、ＯＳＵからＳＮＩ（service node interface）ポートを介して行われる上り通信のリンクレートを変更するＡＬＲ方式によるリンク省電力制御、または上り通信の一部の機能をスリープ状態に移行するＬＰＩ方式によるリンク省電力制御を行うリンク省電力制御手段を備える。
【００２１】
第１の発明のＯＳＵにおいて、リンク省電力制御手段は、各ＯＮＵから受信したＲＥＰＯＲＴフレームを基に各ＯＮＵの送信待ちのフレーム量を把握するメッセージ監視手段から各ＯＮＵのフレーム量情報を受け取り、そのフレーム量情報に応じてＯＳＵからＳＮＩポートを介して行われる上り通信に対してリンク省電力制御を行う構成である。
【００２２】
第１の発明のＯＳＵにおいて、リンク省電力制御手段は、次のサイクルで各ＯＮＵに割り当てる帯域を通知するＧＡＴＥフレームを送信するＤＢＡ手段から各ＯＮＵの帯域情報を受け取り、その帯域情報に応じてＯＳＵからＳＮＩポートを介して行われる上り通信に対してリンク省電力制御を行う構成である。
【００２３】
第１の発明のＯＳＵにおいて、リンク省電力制御手段は、ＬＰＩ方式によりＯＳＵからＳＮＩポートを介して行われる上り通信に対してリンク省電力制御を行う構成であり、ＯＳＵがＲＥＰＯＲＴフレームを受け取って帯域割当を行うＤＢＡサイクルとスリープ時間を、整数倍または整数分の１の関係に設定する構成である。
【００２４】
第２の発明は、光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵに対して、ＲＥＰＯＲＴフレームおよびＧＡＴＥフレームを用いたＭＰＣＰにより、各ＯＮＵが送信する上り信号の送信開始時間および送信フレーム量を制御するＯＳＵを複数収容し、複数の物理ポート、各ＯＳＵと複数の物理ポートとの間でフレーム転送を行うスイッチ、複数の物理ポートに対応する複数の物理リンクを１つの論理的なリンクに集約するＬＡＧ制御を行う制御ユニットを備えたＯＬＴにおいて、各ＯＳＵがＲＥＰＯＲＴフレームを受け取って帯域割当を行うＤＢＡサイクルごとに、各ＯＳＵから各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量および送信開始時間を受け取り、それらを集計して全ＯＳＵから到着するフレーム量情報を把握し、その情報に基づいて、ＯＬＴから複数の物理リンクを介して行われる上り通信で利用する物理リンクの数を決定し、残りの物理リンクをスリープさせるリンク省電力制御を行うリンク省電力制御手段を備える。
【００２５】
第２の発明のＯＬＴにおいて、リンク省電力制御手段は、数回のＤＢＡサイクルにおける各ＯＳＵの上りトラフィックを観察し、そのトラフィックを平均化または重み付け平均化し、次のＤＢＡサイクルにおけるＯＬＴと複数の物理リンクを介して行われる上り通信で利用する物理リンクの数を決定し、残りの物理リンクをスリープさせる構成である。
【００２６】
第２の発明のＯＬＴにおいて、リンク省電力制御手段は、利用する物理リンクの数が１の場合に、当該物理リンクに対して、ＯＬＴから当該物理リンクを介して行われる上り通信のリンクレートを変更するＡＬＲ方式によるリンク省電力制御、または上り通信の一部の機能をスリープ状態に移行するＬＰＩ方式によるリンク省電力制御を行う構成である。
【００２７】
第３の発明のリンク省電力制御方法は、光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵに対して、ＲＥＰＯＲＴフレームおよびＧＡＴＥフレームを用いたＭＰＣＰにより、各ＯＮＵが送信する上り信号の送信開始時間および送信フレーム量を制御するＯＳＵにおいて、ＭＰＣＰにより各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量情報を把握し、その情報に基づいて、ＯＳＵからＳＮＩ（service node interface）ポートを介して行われる上り通信のリンクレートを変更するＡＬＲ方式によるリンク省電力制御、または上り通信の一部の機能をスリープ状態に移行するＬＰＩ方式によるリンク省電力制御を行うことを特徴とする。
【００２８】
第４の発明のリンク省電力制御方法は、光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵに対して、ＲＥＰＯＲＴフレームおよびＧＡＴＥフレームを用いたＭＰＣＰにより、各ＯＮＵが送信する上り信号の送信開始時間および送信フレーム量を制御するＯＳＵを複数収容し、複数の物理ポート、各ＯＳＵと複数の物理ポートとの間でフレーム転送を行うスイッチ、複数の物理ポートに対応する複数の物理リンクを１つの論理的なリンクに集約するＬＡＧ制御を行う制御ユニットを備えたＯＬＴにおいて、各ＯＳＵがＲＥＰＯＲＴフレームを受け取って帯域割当を行うＤＢＡサイクルごとに、各ＯＳＵから各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量および送信開始時間を受け取り、それらを集計して全ＯＳＵから到着するフレーム量情報を把握し、その情報に基づいて、ＯＬＴから複数の物理リンクを介して行われる上り通信で利用する物理リンクの数を決定し、残りの物理リンクをスリープさせるリンク省電力制御を行うことを特徴とする。
【００２９】
第５の発明の光アクセスシステムは、第１の発明のＯＳＵまたは第２の発明のＯＬＴ、このＯＳＵまたはＯＬＴと光ファイバおよび光スプリッタを介して接続される複数のＯＮＵを備えたＰＯＮにより構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、ＭＰＣＰのＲＥＰＯＲＴフレームまたはＧＡＴＥフレームを利用して得られる各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量情報に基づいて、ＯＳＵからＳＮＩポートを介して行われる上り通信に対してＡＬＲ方式またはＬＰＩ方式によるリンク省電力制御を行うことができる。
【００３１】
また、本発明は、ＭＰＣＰのＲＥＰＯＲＴフレームまたはＧＡＴＥフレームを利用して得られる各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量情報に基づいて、ＯＬＴと複数の物理リンクを介して行われる上り通信で利用する物理リンクの数を決定し、残りの物理リンクをスリープさせるリンク省電力制御を行うことができる。
【００３２】
このようにＯＳＵまたはＯＬＴで取得する情報に基づくことにより、従来のリンク省電力化手法よりも省電力効果が高く、フレーム破棄および遅延の防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】リンク省電力制御手法を組み入れた従来のＬ２ＳＷの構成例を示す図である。
【図２】光アクセスシステムの構成例を示す図である。
【図３】多重機能をもつＯＬＴの構成例を示す図である。
【図４】従来のＯＳＵの構成例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のＯＳＵの構成例を示す図である。
【図６】ＡＬＲ方式を適用する例を示す図である。
【図７】ＬＰＩ方式を適用する例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のＯＳＵの構成例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態のＯＬＴの構成例を示す図である。
【図１０】第３の実施形態におけるＬＡＧのリンク省電力制御の第１の実施例を示す図である。
【図１１】第３の実施形態におけるＬＡＧのリンク省電力制御の第２の実施例を示す図である。
【図１２】第３の実施形態において利用するＬＡＧテーブルの構成例を示す図である。
【図１３】ＬＡＧ確立の処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】リンク省電力制御手段の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】障害切替の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（第１の実施形態）
図５は、本発明の第１の実施形態のＯＳＵの構成例を示す。
本実施形態のＯＳＵは、図４に示す従来のＯＳＵにおけるメッセージ監視手段４６とＳＮＩポート４１との間に、リンク省電力制御手段５１を接続した構成である。メッセージ監視手段４６は、各ＯＮＵから受信したＲＥＰＯＲＴフレームを基に、各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量情報を把握している。リンク省電力制御手段５１は、メッセージ監視手段４６から当該フレーム量情報を読み出し、各ＯＮＵi （ｉ＝１，…，ｎ）に蓄積されているフレーム量Ｂi を把握する。このフレーム量の総和ΣＢi を計算し、ΣＢi を用いて、ＯＬＴとＬ２ＳＷ間のリンクに対してＡＬＲ方式またはＬＰＩ方式を適用する。
【００３５】
まず、図６にＡＬＲ方式を適用する例を示す。これは、ＯＮＵ１、ＯＮＵ２、ＯＳＵとＬ２ＳＷの上り通信の手順を表している。図６のＡＬＲ方式では、低速リンクと高速リンクの２つのリンクレートを仮定する。また、頻繁なリンク切替を防止するために２つのしきい値を用意し、高速リンクから低速リンクへ切り替わるしきい値をＢlow 、低速リンクから高速リンクへ切り替わるしきい値をＢhighとする。ここで、Ｂhigh＞Ｂlow とする。ＯＮＵ１、ＯＮＵ２から送信されたＲＥＰＯＲＴフレームをＯＳＵが受信すると、リンク省電力制御手段５１は通知された送信フレーム量の総和ΣＢi を計算する（図中(1),(5) ）。その後、以下の判定を行い、リンクレートを切り替えのための命令を送信する（図中(2),(6) ）。
【００３６】
ここで、現在のリンクレートが高速リンクであるときに、ΣＢi ≦Ｂlow であれば低速リンクへ切り替え、ΣＢi ＞Ｂlow であれば高速リンクのままとする。また、現在のリンクレートが低速リンクであるときに、ΣＢi ≧Ｂhighであれば高速リンクへ切り替え、ΣＢi ＜Ｂhighであれば低速リンクのままとする。さらに、通信相手のＬ２ＳＷから承認メッセージ（図中(3),(7))を受信した後に、速度変更後のリンクにて通信を開始する（図中(4),(8) ）。
【００３７】
次に、図７にＬＰＩ方式を適用する例を示す。これも図６と同様に、ＯＮＵ１、ＯＮＵ２、ＯＳＵとＬ２ＳＷの上り通信の手順を表している。(1) ＯＮＵ１とＯＮＵ２のＲＥＰＯＲＴフレームを受け取り、各ＯＮＵに蓄積されているフレーム量の和Ｂ１＋Ｂ２＝０である場合、(2) Ｌ２ＳＷへスリープ要求（信号）を送る。(3) スリープ要求（信号）を受け取ったＬ２ＳＷは承認をＯＬＴに返す。(4) ＯＳＵは、アクティブ状態からスリープ状態に移行して上り送信を休止し、消費電力を減らすために送信機能の一部を休止する。Ｌ２ＳＷも受信機能の一部を休止する。スリープ時間は、ＤＢＡサイクル＋最初に上りデータフレームを送信するＯＮＵのＲＴＴ(round trip time) である。
【００３８】
ところで、省電力イーサネット（ＩＥＥＥ８０２．３ａｚ）のスリープ時間は、インタフェースの種類により多様な値に規定されており、ＤＢＡサイクル（通常、 200μｓ〜２ｍｓ）より非常に大きい場合もあれば非常に小さい場合もある。ここで、例えば１０００ＢＡＳＥ−Ｔの場合、スリープ時間を20ｍｓ〜24ｍｓの範囲で設定できると仮定すると、スリープ時間はＤＢＡサイクルのｎ倍（10≦ｎ≦120 かつｎは整数）に設定すればよい。また、１０ＧＢＡＳＥ−Ｔの場合、スリープ時間を39.68 μｓと仮定すると、スリープ時間はＤＢＡサイクルの１／ｍ倍（５≦ｍ≦50かつｍは整数）に設定すればよい。これにより、無駄な待ち時間なく再起動が実施可能である。なお、ＤＢＡサイクルとスリープ時間が大幅に異なる場合には、最初に上りデータフレームを送信するＯＮＵのＲＴＴは無視できるので、スリープ時間はＤＢＡサイクルのｎ倍または１／ｍに設定すればよい。
【００３９】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態のＯＳＵの構成例を示す。
本実施形態のＯＳＵは、図４に示す従来のＯＳＵにおけるＤＢＡ手段４７とＳＮＩポート４１との間に、リンク省電力制御手段５２を接続した構成である。ＤＢＡ手段４７は、メッセージ監視手段４６から各ＯＮＵのＲＥＰＯＲＴフレームを受け取り、各ＯＮＵに蓄積されている送信待ちのフレーム量に応じて各ＯＮＵに割り当てる送信開始時間および送信フレーム量を決定し、ＧＡＴＥフレームで各ＯＮＵに通知する。リンク省電力制御手段５２は、ＤＢＡ手段４７から各ＯＮＵに対して通知するＧＡＴＥフレームを基に、ＤＢＡ手段４７で把握している各ＯＮＵの送信開始時間と送信フレーム量の情報を読み出し、各ＯＮＵi （ｉ＝１，…，ｎ）に蓄積されているフレーム量Ｂi を把握する。このフレーム量の総和ΣＢi を計算し、ΣＢi を用いて、ＯＬＴとＬ２ＳＷ間のリンクに対してＡＬＲ方式またはＬＰＩ方式を適用する。ＡＬＲ方式またはＬＰＩ方式の適用に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００４０】
なお、第１の実施形態ではＲＥＰＯＲＴフレームを用い、第２の実施形態ではＧＡＴＥフレームを用いているが、それぞれの利点について説明する。
【００４１】
ＯＳＵは、各ＯＮＵのＲＥＰＯＲＴフレームの情報から帯域割当計算を行い、その結果をＧＡＴＥフレームで通知する。このため、ＲＥＰＯＲＴフレームの情報は、これに対応するＧＡＴＥフレームの情報より早く知ることができる。したがって、全ＯＮＵのフレーム量をより早く推定することができる。なお、ＧＡＴＥフレームによって実際に割り当てられるフレーム量は、ＲＥＰＯＲＴフレームで通知された送信待ちのフレーム量を下回ることはあっても上回ることはない。このため、ＲＥＰＯＲＴフレームを基に全ＯＮＵのフレーム量を推定し、これを用いて省電力制御を行う方法では、推定より多くのフレームが到着してフレーム破棄が生じる、というような事態は起きない。
【００４２】
一方、ＯＮＵはＧＡＴＥフレームで通知された量のフレームを送信するので、ＧＡＴＥフレームを用いる場合には、ＲＥＰＯＲＴフレームの情報を用いる場合に比べてより正確なフレーム量の値を得ることができる利点がある。
【００４３】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態のＯＬＴの構成例を示す。
本実施形態のＯＬＴは、図３に示す従来のＯＬＴにおける制御ユニット１２にリンク省電力制御手段５３を付け加えた構成である。
【００４４】
図１０は、第３の実施形態におけるＬＡＧのリンク省電力制御の第１の実施例を示す。
図１０において、リンク省電力制御手段５３は、まず、ＲＥＰＯＲＴフレームによって報告される各ＯＮＵの上り送信待ちのフレーム量情報をＯＳＵごとに収集する。各ＯＳＵについて見ると、ＯＮＵi （ｉ＝１，…，ｎ）の送信待ちフレーム量をＢi として、全ＯＮＵの総和ΣＢi がＰＯＮの上り容量ＢPON （ＥＰＯＮの場合は約１Ｇbit/s ）を超えない場合は、次のＤＢＡサイクルでこのＯＳＵに到着するフレーム量はΣＢi となる。また、ΣＢi がＢPON と同じかＢPON を超える場合は、次のＤＢＡサイクルでこのＯＳＵに到着するフレーム量はＢPON となる。
【００４５】
リンク省電力制御手段５３は、次にこれらを合計し、次のＤＢＡサイクルで全ＯＳＵから到着する合計フレーム量Ｂtotal を計算する。リンク省電力制御手段５３は、Ｂtotal の値に応じて、ＯＬＴ−Ｌ２ＳＷ間で利用するリンク数を決定し、これに応じて各リンクのスリープ状態を制御する。利用するリンク数は、例えば、Ｂtotal に一定のマージンを加えた量を転送可能なリンク数に決定すればよい。
【００４６】
なお、利用するリンク数が１の場合は、当該のリンクに対して、第１の実施形態〜第２の実施形態に示した省電力制御を実施すると、より効果的である。
【００４７】
図１１は、第３の実施形態におけるＬＡＧのリンク省電力制御の第２の実施例を示す。
図１１において、リンク省電力制御手段５３は、複数（ここでは３回）のＤＢＡサイクルによって報告される３回分のＲＥＰＯＲＴ情報を用いて、当該３サイクルのトラフィックを平均化し、または重み付け平均化し、この値に基づいて次のサイクルのリンク数を決定する。
【００４８】
一般にＤＢＡサイクルは 200μｓ〜２ｍｓであり、ＶｏＩＰ（voice over IP ）の音声パケットの送信間隔は20ｍｓであるので、10〜 200回のＤＢＡサイクルにおける各ＯＳＵの上りトラフィックを平均化することにより、ＶｏＩＰを利用しているユーザのトラフィックを最低限平均化することができる。また、ＩＰＴＶ（internet protocol television）の映像・音声パケットの送信間隔は 553.6μｓ（＝（約1000Byte（ＩＰパケット長）＋14Byte（ＭＡＣフレームヘッダ）＋4Byte （ＦＳＣ：frame check sequence）＋8Byte （プリアンブル・ＳＦＤ）＋12Byte（ＩＦＧ:inter frame gap））×８／15Ｍbps(データ伝送速度））程度であることも考慮すると、２〜３回のＤＢＡサイクルにおける各ＯＳＵの上りトラフィックを平均化することにより、ＩＰＴＶを利用しているユーザのトラフィックを最低限平均化することができる。
【００４９】
当該ＯＬＴに接続されるＯＮＵ数が非常に多い場合は、個々のＯＮＵの帯域が急激に変動してもＯＬＴにおける総帯域は急激に変化しない。すなわち、全ＯＮＵの総帯域が同時に急激に増えるまたは減ることはないと考えることができる。この場合には、本実施例のように、複数回の情報を平均化して扱っても、性能低下（省電力効果の非効率化やフレーム廃棄など）には繋がらないものと考えられる。したがって、本実施例は、当該ＯＬＴに接続されるＯＮＵ数が非常に多い場合に有効である。
【００５０】
なお、利用するリンク数が１の場合は、当該リンクに対して、第１の実施形態〜第２の実施形態に示した省電力制御を実施すると、より効果的である。
【００５１】
図１２は、第３の実施形態において利用するＬＡＧテーブルの構成例を示す。
図１２において、(a) は転送テーブル、(b) はＬＡＧ転送テーブル、(c) はＬＡＧ管理ＤＢである。ＬＡＧ管理ＤＢは、ＬＡＧポート番号、ＬＡＧポートに属する物理ポート番号、スリープ状態に移行する物理ポートの優先順位、物理ポートのアクティブ状態(ACT) ／スタンバイ状態(SBY) ／スリープ状態(SLP) を示すACT/SBY/SLP 、リンク状態を示すLink Stateによって構成される。
【００５２】
図１２のＬＡＧ管理ＤＢでは、ＬＡＧポートＡは３つの物理ポート１，２，３から構成されるＬＡＧであり、物理ポート３はACT/SBY/SLP が "SLP"であるためスリープ状態である。また、ＬＡＧポートＢは物理ポート５，６から構成されるＬＡＧであり、物理ポート３はACT/SBY/SLP が "SBY"であるため、スタンバイ状態である。
【００５３】
これらのテーブルを用いて、(1) ＬＡＧの確立、(2) リンク省電力制御、(3) 障害切替の各処理手順について以下に説明する。
【００５４】
(1) ＬＡＧの確立は、図１３に示すフローチャートのようになる。
(1-1) 管理者は、ＬＡＧ管理ＤＢのＬＡＧポート、物理ポートおよびＬＡＧ優先順位を設定する。ここで、ＬＡＧポートはＬＡＧの識別番号であり、物理ポートはＬＡＧポートに属するポートであり、ＬＡＧ優先順位は優先してスリープさせる物理ポートの順番である。
(1-2) 制御ユニットのＣＰＵは、ＬＡＧ管理ＤＢの情報に基づいて、ＬＡＧ転送テーブルにＬＡＧポート、物理ポートおよび設定の有効を表すValid を登録する。
(1-3) ＬＡＧ転送テーブルに登録したすべての物理ポートに対して、Link Stateが "１" であれば、ACT/SBY/SLP を "ACT"、Enableを "１" とする。Link Stateが "０" であれば、ACT/SBY/SLP を "SBY"、Enableを "０" とする。
(1-4) なお、ＬＡＧのプロトコルの１つであるＬＡＣＰ（link aggregation control protocol ）を用いる場合には、図１３の破線部分のように、ＬＡＣＰＤＵ（link aggregation control protocol data unit ）のハンドシェイクを行う。
【００５５】
(2) リンク省電力制御は、図１４に示すフローチャートのようになる。
(2-1) リンク省電力制御手段の判断によりＬＡＧのリンク数を減らす場合、ＣＰＵは、ACT/SBY/SLP が "ACT"であり、優先順位が最高の物理ポートを選択する。該当物理ポートに対して、スリープのハンドシェイク（スリープ要求と承認）を行い、ACT/SBY/SLP を "SLP"、Enableを "０" とする。
(2-2) 一方、ＬＡＧのリンク数を増やす場合、ＣＰＵは、ACT/SBY/SLP が "SLP"であり、優先順位が最低の物理ポートを選択する。該当物理ポートに対して、ウェイクアップのハンドシェイク（ウェイク要求と承認）を行い、ACT/SBY/SLP を "ACT"、Enableを "１" とする。
(2-3) なお、ＬＡＧのプロトコルの１つであるＬＡＣＰを用いる場合には、図１４の破線部分のように、ＬＡＣＰＤＵのハンドシェイクを行う。
【００５６】
(3) 障害切替は、図１５に示すフローチャートのようになる。
(3-1) ＬＡＧポートに属している物理ポートが障害を検出すると、まず、障害を検出した物理ポートのACT/SBY/SLP を "SBY"、Enableを "０" とし、スタンバイ状態へ移行する。
(3-2) 次に、障害検出した物理ポートの１つ前の状態（ACT/SBY/SLP ）が、 "ACT"か "SLP"で２つに場合分けする。障害検出した物理ポートのACT/SBY/SLP が "SLP"の場合は、該当物理ポートがスリープ状態であったので何もしない。
(3-3) また、障害検出した物理ポートのACT/SBY/SLP が "ACT"の場合は、障害を検出した物理ポートとは別のスリープ状態の物理ポートを検索し、その物理ポートをスリープ状態からアクティブ状態に移行させる。しかし、スリープ状態の物理ポートがない場合は何もしない。
(3-4) なお、ＬＡＧのプロトコルの１つであるＬＡＣＰを用いる場合には、図１５の破線部分のように、ＬＡＣＰＤＵのハンドシェイクを行う。
【００５７】
また、図５または図８に示すＯＳＵまたは図９に示すＯＬＴと、図２に示すようにこのＯＳＵまたはＯＬＴと光ファイバ２３および光スプリッタ２４を介して接続される複数のＯＮＵ２２を備えたＰＯＮにより光アクセスシステムを構成することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１１  スイッチ
１２  制御ユニット
１３  物理ポート
２０  ＯＬＴ（optical line terminal ）
２１  ＯＳＵ（optical subscriber unit ）
２２  ＯＮＵ（optical network unit）
２３  光ファイバ
２４  光スプリッタ
２５  制御ユニット
２６  多重分離装置（Ｌ２ＳＷ：layer 2 switch）
４１  ＳＮＩ（service node interface）ポート
４２  ＭＡＣブリッジ手段
４３  ＰＯＮ信号処理手段
４４  ＰＯＮ−ＩＦポート
４５  マルチポイントＭＡＣ制御手段
４６  メッセージ監視手段
４７  ＤＢＡ手段
５１，５２，５３  リンク省電力制御手段
【図１】
2011124788.tif 000003
【図２】
2011124788.tif 000004
【図３】
2011124788.tif 000005
【図４】
2011124788.tif 000006
【図５】
2011124788.tif 000007
【図６】
2011124788.tif 000008
【図７】
2011124788.tif 000009
【図８】
2011124788.tif 000010
【図９】
2011124788.tif 000011
【図１０】
2011124788.tif 000012
【図１１】
2011124788.tif 000013
【図１２】
2011124788.tif 000014
【図１３】
2011124788.tif 000015
【図１４】
2011124788.tif 000016
【図１５】
2011124788.tif 000017