(57)【要約】  本発明は、複数の異なるサービスタイプおよび複数のユーザを有するＰＯＮにおいて、各々の異なる優先度またはサービスレベルのパフォーマンスを正確に予測するツールである。遅延およびビットレートが、パケット、プロトコル、伝搬およびスケジューリングのオーバヘッドをすべて考慮に入れて、計算される。すべてのサービスのパフォーマンスおよび遅延は、実際のＰＯＮのオペレーションを全く同一に模擬するリアルタイムシミュレーションを実行することによって、さらに検証されるので、サービスが加入者によって実際に使用されるか、あるいはサービスの使用の有無がテストされる前に、様々なサービスのパフォーマンスの非常に厳密な予測が得られることになる。本発明によれば、サービスプロバイダは、可能な限り最大数のサービスを販売できるとともに、サービスのすべてが満足に機能することが確実になる。本ツールを使用して、様々なＰＯＮの挙動をモデル化して、予測することができる。
2008529418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロードバンドサービスを提供する目的で、複数の加入者をセントラルオフィスに接続するための受動光ネットワーク（ＰＯＮ）のキャパシティ管理をモデル化して、予測する方法であって、
前記ＰＯＮの複数の特性と、前記ＰＯＮを使用して提供されるサービスとに関するデータを入力するステップと、
前記入力された特性に基づいて前記ＰＯＮのパフォーマンスをシミュレートするステップと、
前記提供されるサービスを配信する能力を前記ＰＯＮが有しているか否かを判定するステップと、
前記判定をユーザに出力するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記ＰＯＮの前記複数の特性は、ＰＯＮタイプ、加入者の数、サービスの帯域幅、サービスの優先度、動的帯域幅割当パラメータ、合格／失敗許容度、フレーミングパラメータ、パケット化パラメータ、およびスケジューリングパラメータを含むセットから選択されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記加入者の数、前記サービスの帯域幅、および前記サービスの優先度に関するデータは、加入使用量および売上げレートの確率に基づいて統計的に生成されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法において、前記加入者の数、前記サービスの帯域幅、および前記サービスの優先度に関するデータは、１つのＰＯＮにおける選択されたサービスセットに基づいていることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、前記加入者の数、前記サービスの帯域幅、および前記サービスの優先度に関するデータは、加入者の選択に基づいていることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
前記ＰＯＮの前記複数の特性に関する前記入力されたデータに基づいて、各サービスタイプごとの平均遅延を判定するステップと、
各サービスタイプごとの前記判定された平均遅延をユーザに提示するステップと
をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
前記ＰＯＮの前記複数の特性に関する前記入力されたデータに基づいて、各サービスタイプごとの最大遅延を判定するステップと、
前記ＰＯＮの前記複数の特性に関する前記入力されたデータに基づいて、各サービスタイプごとの前記判定した最大遅延を提示するステップと
をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
前記提供されるサービスをサポートする能力を前記ＰＯＮが有していないと判定された場合、前記ＰＯＮの前記特性に関するデータに対する変更を繰り返し入力するステップと、
前記サービスをサポートする能力を前記ＰＯＮが有していると判定されるまで、前記判定するステップを繰り返すステップと
をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法において、
前記平均遅延が許容し得ないと判定された場合、前記ＰＯＮの前記特性に関するデータに対する変更を繰り返し入力するステップと、
前記平均遅延が許容し得ると判定されるまで、前記平均遅延を前記判定するステップを繰り返すステップと
をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、
前記最大遅延が許容し得ないと判定された場合、前記ＰＯＮの前記特性に関するデータに対する変更を繰り返し入力するステップと、
前記最大遅延が許容し得ると判定されるまで、前記最大遅延を前記判定するステップを繰り返すステップと
をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
ブロードバンドサービスを提供する目的で、加入者敷地内端末を使用する複数の加入者をセントラルオフィスに接続するための受動光ネットワーク（ＰＯＮ）のキャパシティ管理をモデル化して、予測するシステムであって、
前記ＰＯＮの複数の特性に関するデータを入力するためのユーザインターフェースと、
前記入力された特性に基づいて前記ＰＯＮのパフォーマンスをシミュレートするためのＰＯＮモデラと
を備えたことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記ＰＯＮの前記複数の特性は、ＰＯＮタイプ、加入者の数、サービスの帯域幅、サービスの優先度、動的帯域幅割当パラメータ、合格／失敗許容度、フレーミングパラメータ、パケット化パラメータ、およびスケジューリングパラメータを含むセットから選択されることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記加入者の数、前記サービスの帯域幅、および前記サービスの優先度に関するデータは、加入使用量および売上げレートの確率に基づいて統計的に生成されることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記加入者の数、前記サービスの帯域幅、および前記サービスの優先度に関するデータは、前記ＰＯＮにおいて利用可能なサービスに基づいていることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記サービスの数、前記サービスの帯域幅、および前記サービスの優先度に関するデータは、加入者の選択に基づいていることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記ＰＯＮモデラは、前記ＰＯＮの前記複数の特性に関する前記入力されたデータに基づいて、各サービスタイプごとの平均遅延を判定することを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記ＰＯＮの前記複数の特性に関する前記入力されたデータに基づいて、各サービスタイプごとの最大遅延を判定するステップと、
前記ＰＯＮの前記複数の特性に関する前記入力されたデータに基づいて、各サービスタイプごとの前記判定した最大遅延を提示するステップと
をさらに備えたことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
ブロードバンドサービスを提供する目的で、複数の加入者をセントラルオフィスに接続するための受動光ネットワーク（ＰＯＮ）のキャパシティ管理をモデル化して、予測する方法であって、
前記ＰＯＮの複数の特性と、前記ＰＯＮを使用して提供されるサービスとに関するデータを入力するステップと、
前記入力された特性に基づいて前記ＰＯＮのリアルタイムパフォーマンスをシミュレートするステップと、
前記提供されるサービスを配信する能力を前記ＰＯＮが有しているか否かを判定するステップと、
前記判定をユーザに出力するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記ＰＯＮの前記複数の特性は、ＰＯＮタイプ、加入者の数、サービスの帯域幅、サービスの優先度、動的帯域幅割当パラメータ、合格／失敗許容度、フレーミングパラメータ、パケット化パラメータ、およびスケジューリングパラメータを含むセットから選択されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
前記提供されるサービスをサポートする能力を前記ＰＯＮが有していないと判定された場合、前記ＰＯＮの前記特性に関するデータに対する変更を繰り返し入力するステップと、
前記サービスをサポートする能力を前記ＰＯＮが有していると判定されるまで、前記判定するステップを繰り返すステップと
をさらに備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、光ファイバベースの通信ネットワークに関し、より詳細には、ブロードバンドアクセスの目的のために、セントラルオフィス（ＣＯ：Central Office）を複数の加入者敷地内端末（customer premises terminal）に接続するＦＴＴＰネットワークにおいて利用されているような受動光ネットワーク（ＰＯＮ：Passive Optical Network）の管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願との相互参照）  
本出願は、「Capacity Management System for Passive Optical Network (PON)」という名称で２００５年１月２６日に出願された米国仮特許出願番号第６０／６４７３１４号の優先権の利益を主張している。
【０００３】
通信産業は、多年にわたって、ＦＴＴＰ（Fiber To The Premises）テクノロジを実現する作業を行なってきた。最近では、ＨＦＣ（Hybrid Fiber Coax）ネットワークを介して家庭および企業へのブロードバンドアクセスを提供するケーブル産業との競争が加わったために、従来の有線通信キャリアは、急速にＦＴＴＰテクノロジの展開を増加させつつある。有線通信キャリアによるＦＴＴＰ展開の一部は受動光ネットワーク（ＰＯＮ）になろうとしている。ＰＯＮは、アクティブエレクトロニクスによらずに、パッシブスプリッタ（passive splitter）を使用して複数の端末デバイスに信号を配信する光ファイバネットワークである。ＰＯＮを使用して、ＦＴＴＰネットワークにおいて、ローカルループを加入者敷地内に接続することが多い。
【０００４】
図１に示すような受動光ネットワーク（ＰＯＮ）における伝送は、ＯＬＴ（Optical Line Terminal）１１２とＯＮＴ（Optical Network Terminal）１３０との間で行なわれている。ＯＬＴ１１２は、セントラルオフィス（ＣＯ）１１０または同様の類似の場所に配置されていて、光アクセスネットワークをバックボーン（図示せず）に接続している。ＯＮＴ１３０は、加入者の場所（本明細書では、加入者敷地内ともいう）またはその付近に配置されており、ＯＮＴは、時には、ＯＮＵ（Optical Network Unit）と呼ばれることもある。ＰＯＮはポイントツーマルチポイント（Ｐ２ＭＰ：point-to-multipoint）ネットワークとも呼ばれる。図１に示すように、（ＯＬＴからＯＮＴへの）ダウンストリーム方向では、ＰＯＮはブロードキャストネットワークであり、アップストリーム方向では、ＰＯＮはマルチポイントツーポイント（multipoint-to-point）ネットワークである。
【０００５】
ダウンストリーム方向では、ＯＬＴ１１２によって送信される信号は、１：Ｎのパッシブスプリッタ１２０または一連のパッシブスプリッタを通過し、その結果、信号はＮ個のＯＮＴすべてに到達する。ＰＯＮは通常、２０ｋｍ未満にわたって最大約３２のスプリット（split）を有するシングルモードファイバを使用している。低速（１５５Ｍｂｐｓ）のＰＯＮは通常、高速(１Ｇｂｐｓより大）のＰＯＮよりも多くのスプリットを許容することができる。
【０００６】
ＰＯＮは通常、ある波長（１４９０ｎｍ）ではダウンストリーム信号を変調し、別の波長（１３１０ｎｍ）ではアップストリーム信号を変調するが、どのような特定のシステムにおいても他の波長を使用することも可能である。ブロードキャストビデオ信号は、オーバーレイされた第３の波長（１５５０ｎｍ）では、ダウンストリームとして搬送することができる。アップストリーム方向では、パッシブスプリッタ１２０には指向特性（directional property）があるために、あるＯＮＴ１３０からのデータフレームは、ＯＬＴ１１２にだけ到達し、他のＯＮＴには到達しない。異なるＯＬＴから同時に送信された信号は、適切にスケジューリングされていないと衝突することになる。そのような理由から、ＰＯＮプロトコルでは、アップストリーム送信は、ＯＬＴから発せられた命令に従ってスケジューリングされている。各々のＯＮＴからの伝搬遅延（propagation delay）は、レンジングプロシージャ（ranging procedure）により記録され、その伝搬遅延は、ＴＤＭがスモールガードスペース（small guard space）とともにアップストリーム送信をスケジューリングすることによって、補償される。
【０００７】
現行のＰＯＮは通常、動的帯域幅割当（ＤＢＡ：Dynamic Bandwidth Allocation）メカニズムを利用している。このＤＢＡは、アップストリームトラフィックボリュームを、リアルタイムでＯＬＴにレポートするので、ＯＬＴは、アップストリームタイムスロットを割り当てることができる。特にＰＯＮベンダによる作業の多くは、トラフィックをリアルタイムで処理するための、効率的なＤＢＡアルゴリズムを作成することに集中している。ＰＯＮは共有媒体（shared medium）であるので、余りに多くの加入者が余りに多くのサービスに契約していると、問題が発生することになる。このことは最終的に、リアルタイムＤＢＡスケジューリングにおける問題として生じることになるが、ＤＢＡスケジューリングは、それ自身では、ユーザが任意の個別のサービスに加入することを許可すべきか否かを判断することができない。
【０００８】
従来技術によるシステムは、送信要求に対してタイムスロットを割り当てるためのリアルタイムスケジューリングメカニズムを定義することに集中していた（例えば、非特許文献１および非特許文献２参照）。
【０００９】
図１に示すようなＰＯＮベースのＦＴＴＰネットワークは、現在では、豊富な帯域幅キャパシティを提供する、将来のブロードバンドアクセスネットワークであると考えられている。しかし、ある時点で豊富なキャパシティであるように見えても、その後の時点では乏しいリソースになることはすでに実証されている。ＰＯＮ帯域幅は、現在要求される可能性が高いサービスの数の現実的な状況では豊富であるので、サービスプロバイダは（当然のことながら）、現在では、過剰加入（over-subscription）には関心をもっていない。例えば、３２ユーザが６２２Ｍｂｐｓ  ＰＯＮを共有しているとき、各ユーザにはおよそ２０Ｍｂｐｓが割り当てられることになるが、これは、現在のブロードバンド要求に対しては十分なものである。しかし、オンデマンドオールデジタルＨＤＴＶ（all-digital HDTV on demand）やアドバンスドインターネットサービス（advanced Internet service）、およびインターネットプロトコルベースＴＶ（ＩＰＴＶ：Internet Protocol based TV）のような将来のサービスは、その均等性（equation）を容易に変更してしまうおそれがある。
【００１０】
【非特許文献１】H. Miyoshi, T. Inoue and K. Yamashita, 「QoS-aware Dynamic Bandwidth Allocation Scheme in Gigabit-Ethernet Passive Optical Network」, 2004 IEEE International Conference on Communications, 2004
【非特許文献２】G. Kramer, B Mukherjee, S. Dixit, Y. Ye and R. Hirth, 「Supporting Differentiated Classes of Service in Ethernet Passive Optical Networks」, Journal of Optical Networking, vol. 1, no. 8/9, pp. 280-298, August 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、最大３２の加入者敷地内の加入者の信号を、セントラルオフィスでシングルガラスファイバ上の単一の信号に効率的に集約する、ＰＯＮネットワークのキャパシティの正確な認識および管理を可能にする方法およびシステムが望まれている。
【００１２】
さらに、共有ＰＯＮタイムスロット、特に、アップストリームのタイムスロットをスケジューリングすることに伴うオーバヘッドを記録することによって、ＰＯＮ使用量を最大限にするとともに、サービス品質（ＱｏＳ：Quality of Service）を維持するための、サービス加入を管理する方法およびシステムが望まれている。
【００１３】
さらに、すべてのパフォーマンス目標が達成可能であるか否か、あるいは一部のサービスに低い優先度を割り当てるべきか、一部のサービスを完全にブロックすべきか否かを正確に判定することによって、ＰＯＮに関連するサービスの問題が実際に発生する前に、その問題を識別するためのプランニングプロセス（planning process）が望まれている。
【００１４】
最後に、レポートされた問題が、ＰＯＮにおいて単にトラフィックが過負荷（overload）になったことに起因するのか否かを判断するためのシステムおよび方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のシステムおよび方法によれば、ＦＴＴＰブロードバンドアクセスネットワークを展開するために使用される受動光ネットワーク（ＰＯＮ）のキャパシティを管理することが可能となる。本発明のＰＯＮキャパシティ管理方法およびＰＯＮキャパシティ管理システムによれば、ユーザは、ＰＯＮ共有媒体ブロードバンドアクセスネットワークにおいて、帯域幅割当、許可制御（admission control）、およびサービスレベルの管理を統御することができる。本発明は、ＰＯＮにおいて送信される加入者のサービスのセットのオペレーションおよびパフォーマンスをモデル化した後に、それらサービスが実際に展開されるようにする。このようにすると、オペレータは、問題が実際に発生する前に問題を識別し、すべてのパフォーマンス目標が達成可能であるか否か、あるいは一部のサービスに低い優先度や低い帯域幅を割り当てるべきか、一部のサービスを完全にブロックグすべきか否かを正確に判定することができる。また、このようにすると、比較的未熟なサービス発注担当者（service order personnel）でも、少しでも多くのサービス要求をＰＯＮにおいて無理に送信しようとしたときのＱｏＳに及ぼす影響を予め正確に判断することができる。
【００１６】
本発明は、複数の異なるサービスタイプおよび複数のユーザを伴うＰＯＮにおける、各々の異なる優先度またはサービスレベルのパフォーマンスを正確に予測するツールである。遅延およびビットレートは、パケット、プロトコル、伝搬およびスケジューリングのオーバヘッドをすべて考慮に入れて計算される。すべてのサービスのパフォーマンスおよび遅延は、実際のＰＯＮのオペレーションを全く同一に模擬するリアルタイムシミュレーションを実行することによって、さらに検証されるので、サービスが実際に加入者によって使用されるか、あるいは加入者による使用の有無がテストされる前に、様々なサービスのパフォーマンスについて非常に厳密な予測が得られることになる。本発明によれば、サービスプロバイダは、可能な限り最大数のサービスを販売できるとともに、サービスのすべてが満足に機能することが確実になる。
【００１７】
ＰＯＮモデル化ツールは、ブロードバンドサービスを提供する目的で、加入者敷地内端末を使用する加入者をセントラルオフィスに接続するための受動光ネットワークのキャパシティをモデル化して、予測する。ＰＯＮモデル化ツールのユーザは、ＰＯＮの複数の特性に関するデータを入力する。次いで、ＰＯＮモデル化ツールは、入力された特性に基づいてＰＯＮのパフォーマンスをシミュレートし、入力された数の加入者にサービスを配信する能力をＰＯＮが有しているか否かを判定する。ＰＯＮモデル化ツールは、その判定をユーザに出力する。
【００１８】
ＰＯＮモデル化ツールのユーザは、ＰＯＮの複数の特性に関するデータを入力する。それらＰＯＮの複数の特性には、ＰＯＮタイプ、加入者の数、サービスの帯域幅、サービスの優先度、動的帯域幅割当パラメータ、合格／失敗（pass/fail）許容度、フレーミングパラメータ（framing parameter）、パケット化パラメータ（packetization parameter）、およびスケジューリングパラメータが含まれる。加入者の数、サービスの帯域幅、およびサービスの優先度に関するデータは、加入使用量および売上げレート（take rate）に基づいて、統計的に生成することができる。代替として、加入者の数、サービスの帯域幅、およびサービスの優先度に関するデータは、ＰＯＮにおいて利用可能なサービスに対する特定の要求のセットに基づくこともできる。ＰＯＮモデル化ツールは、ＰＯＮの特性に関する入力データに基づいて、各サービスタイプごとの平均遅延および最大遅延を判定する。この情報はユーザに提示されるので、ユーザは、ＰＯＮを反復的に（iteratively）、かつ対話方式（interactively）でモデル化し、その使用量を最大限にするために、出力に基づいてＰＯＮの特性の一部を変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図２を参照すると、図２は、本発明のＰＯＮキャパシティ管理システムを示す機能図である。中央のＰＯＮモデラ（modeler）２００は、ＰＯＮキャパシティを判定するために、計算とシミュレーションとを実行する。ＰＯＮモデラ２００は、所定の物理的パラメータを入力２１０〜２２４として使用する。入力として可能なパラメータの一部が図２に示されている。ＰＯＮタイプ（Ｂ，Ｇ，Ｅ）から、使用されるＰＯＮタイプがＰＯＮモデラ２００に提供される。ここで、ＢはブロードバンドＰＯＮを表し、ＧはギガＰＯＮを表し、Ｅはイーサネット（登録商標；以降同じ）ＰＯＮを表している。入力２１２からは、各サービスタイプごとの加入者の数がＰＯＮモデラ２００に提供される。入力２１４からは、サービスの帯域幅がＰＯＮモデラ２００に提供される。すなわち、例えば、ＨＤＴＶは、９Ｍｂｐｓダウンストリームを使用し、デジタル電話（digital telephony）は、６４ｋｂｐｓアップストリームおよび６４ｋｂｐｓダウンストリームの両方を使用し、平均加入者用インターネット帯域幅（average subscribed Internet bandwidth）は、１Ｍｂｐｓアップストリーム、かつ３Ｍｂｐｓダウンストリームである。入力２１６からは、サービスの優先度がＰＯＮモデラ２００に提供される。入力２１８からは、各加入者が使用する予め割り当てられた帯域幅と優先度とを有する各サービスの数であるＰＯＮフィル（fill）が、各ユーザのインターネットアクセスといった可変帯域幅サービスの加入者用帯域幅とともに、ＰＯＮモデラ２００に提供される。入力２２０からは、ＰＯＮのフレーム長がＰＯＮモデラ２００に提供される。このフレーム長は、アップストリーム送信のための一連のタイムスロットがユーザに与えられるサイクルタイムである。入力２２２からは、ＰＯＮにおけるタイムスロット割当および動的帯域幅割当（ＤＢＡ）のスケジューリングパラメータがＰＯＮモデラ２００に提供される。これらについては、遅延の影響を受けるトラフィックと優先トラフィックとが考慮されている。入力２２４からは、ビットレートや伝搬遅延などの他の入力変数が提供される。ＰＯＮモデラ２００は、すべてのサービスおよびユーザのパケットストリームをＰＯＮ共有媒体に多重化する、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）レイヤ２のパケット多重化の挙動をモデル化する。ダウンストリームＰＯＮ  ＭＡＣオペレーションは、すべてのユーザのデータがＯＬＴからブロードキャストされ、かつＯＮＴトランシーバは自身のＩＤに対応するデータのみを保持しているとの認識に基づいている。
【００２０】
アップストリームＰＯＮ  ＭＡＣスケジューリングは非常に複雑である。アップストリームＭＡＣは、現行の標準と典型的な慣行とに従って、モデル内でシミュレートされる。現行の標準としては、ブロードバンドＰＯＮ（ＢＰＯＮ）を規定しているＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．９８３系標準、ギガビットＰＯＮ（ＧＰＯＮ）を規定しているＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．９８４系標準、およびイーサネットＰＯＮ（ＥＰＯＮ）を規定しているＩＥＥＥ  ８０２．３ａｈ標準がある。これらの異なるタイプのＰＯＮ（ＢＰＯＮ，ＥＰＯＮ，ＧＰＯＮ）は、動作が若干異なるので、それらの各々は、異なるモデルを有している。しかし、これらのＰＯＮは、現在では、いずれも時分割を使用して同じように稼動している。各ＯＮＴは、他のＯＮＴとは別のタイムスロットで送信し、アップストリーム送信は、オーバラップしない形でＯＬＴに到達するようにスケジューリングされる。ＯＬＴは、ＯＮＴからの要求に応じて、可変長のアップストリームタイムスロットを各ＯＮＴに割り当てる。アクティブなＯＮＴの各々が、各フレーム（ほぼ１ミリ秒）で１回、アップストリームに送信することを許可されている場合には、フレーミング方法を利用することができる。各ユーザのあるアップストリーム送信と次のアップストリーム送信との間のガードスペース、タイムスロットを要求して割り当てる０ＡＭパケット、セグメンテーション、パケットヘッダなどのような、ＰＯＮの稼動に伴う多くのオーバヘッドはすべて、ツールのモデル内に組み込まれている。
【００２１】
ツールへの入力としては、個々のＰＯＮに特有のパラメータまたは特定のＰＯＮサービスシナリオがあり、それら入力には、ユーザの数、各加入サービスタイプの数、および優先度が含まれている。さらに、入力としては、ＰＯＮタイプの全体的な背景定義（background definition）、およびＰＯＮ  ＭＡＣレイヤと物理レイヤとのオペレーションにおいて変更できるパラメータがある。入力パラメータはまた、各個別のサービスタイプごとに定義されており、それら入力パラメータには、トラフィック特性、上位層パケット化、およびビットレートが含まれている。
【００２２】
ツールからの出力としては、すべてのサービスデータおよびオーバヘッドから消費される帯域幅の総和、様々なクラスのサービスの個々の和（これらの和はパーセンテージとして表される）、および要求されたサービスが満たされた後に残っている利用可能な帯域幅の表示がある。さらに、出力としては、各サービスまたは各優先度クラスのパケット遅延の最大値、平均値および標準偏差がある。
【００２３】
本発明の全機能プロトタイプは、ソフトウェアツールに組み込まれている。図５は、本発明のＰＯＮモデル化ツールにおける情報のフローを示すフロー図である。ステップ５１０において、システムのユーザは「オフライン」パラメータを入力する。「オフライン」パラメータとしては、ＰＯＮタイプ；提供されるサービスの帯域幅および優先度；動的帯域幅割当（ＤＢＡ）パラメータ；フレーミングパラメータ、パケット化パラメータ、およびスケジューリングパラメータ；および合格／失敗許容度などがある。ステップ５２０において、ユーザはランタイムパラメータを入力する。ランタイムパラメータとしては、ユーザの数／ＯＮＴの数；要求された加入者用サービスの数；および要求された可変レートデータサービスの帯域幅などがある。ステップ５２２、５２４および５２６は、ＰＯＮモデラのユーザが実行できる３つの異なる方法を示している。ステップ５２２では、ユーザは、加入使用量および売上げレートの確率（probability）を入力することによって、使用量データを統計的に生成する。ステップ５２４では、ユーザはＰＯＮ（ＯＬＴポート）におけるすべてのサービスを入力する。ステップ５２６では、ユーザは、サービスの数と、個々のユーザによって加入されている各サービスについての帯域幅とを入力する。
【００２４】
ユーザがオプションのクイック帯域幅チェックを実行することを選択したときは、これはステップ５３０で実行され、選択したサービスと帯域幅とがサポート可能であれば、処理はステップ５５０に続く。サポート可能でなければ、ステップ５４０において、ユーザは、要求したサービスの数を少なくするか、かつ／または、要求したサービスの帯域幅を下げるかした後に、クイック帯域幅チェックをステップ５３０で再実行することを要求される。ステップ５５０において、フルリアルタイムシミュレーション（full, real-time simulation）が実行される。ステップ５６０において、遅延が、ＰＯＮの優先度レベル、サービスおよびユーザにとって許容し得るか否かが判定される。その判定がＹｅｓであれば、ＰＯＮシミュレーションは完了する。ＰＯＮモデラのユーザが、遅延が許容し得ないと判定した場合は、ユーザは、ステップ５７０において、要求したサービスの数を少なくするか、かつ／または、要求したサービスの帯域幅を下げるかすると、フルリアルタイムシミュレーションがステップ５５０で再実行される。
【００２５】
ツールは、サーバ側のＪａｖａ（登録商標；以降同じ）を使用して、Ｊａｖａプログラミング言語で書かれ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標；以降同じ） ＥｘｐｌｏｒｅｒまたはＮｅｔｓｃａｐｅ（登録商標；以降同じ） Ｎａｖｉｇａｔｏｒなどの、汎用ウェブブラウザがクライアントＧＵＩとなり、他方、計算はサーバ側で実行されるようにしている。このソフトウェアは、サーバとして使用できる汎用コンピュータならば、どのコンピュータ上でも実行することができる。本システムは、入力画面をＨＴＭＬによりクライアント側に提示し、その後、この入力画面はサーバに返され、サーバ上で、ユーザ入力データがＪａｖａサーブレットに入力される。次に、サーブレットはコアアルゴリズム（core algorithm）を呼び出す。結果は、サーブレットによって、ＨＴＭＬウェブページ内に返され、コアアルゴリズムの計算が完了すると、ＨＴＭＬウェブページがクライアントに送信される。プロトタイプサーバはＪａｖａサーブレットをサポートしており、現在では、Ａｐａｃｈｅ Ｔｏｍｃａｔサーバがこのために使用されている。クライアントはどのウェブブラウザにすることもできる。ＡＵ計算はサーバ側で実行される。システムは、面倒な作業を必要としないで、ＰＯＮシステムを厳密に模擬しているので、実際のＰＯＮ機器を構成して、実行テストをしないで済むようになっている。
【００２６】
このツールは、現在では、ユーザが３通りの方法でツールを実行することを可能にし、各実行ごとに３通りの方法で入力データを指定することを可能にしている。各ＰＯＮ加入者のための第１のオプション（オプション１）では、各サービスの数および可変ビットレート（ＶＢＲ：Variable Bit Rate）サービスのビットレートが指定される。第２のオプション（オプション２）では、１つのＰＯＮにおける全ユーザのための各サービスの総数および可変ビットレートサービスの総ビットレートが指定される。第３のオプション（オプション３）では、各ユーザが各サービスに加入する統計的な平均確率（サービス売上げレート）が、可変ビットレートサービスの最大ビットレート、最小ビットレートおよび平均ビットレートとともに指定される。オプション１およびオプション２を使用すると、個々のサービス加入要求をテストして、それらが許容し得るパフォーマンスを提供しているか否かを確認した後に、サービスを実際に展開することができる。パフォーマンスが不十分であれば、割り当てるサービスの数を減らすと、パフォーマンスが向上するので、販売されるサービスの数を連続的に少なくするか、あるいは一部のサービスレベルの帯域幅を下げることにより、パフォーマンスが許容し得るまで、反復的なプロセスを実行することができる。オプション３を使用すると、様々なサービスのターゲット層（demographics）全体に対して、サービス使用量の予測とパフォーマンスの予測とが可能となるので、収入を最適化するサービスの評価などの、ビジネス意思決定を定式化することができる。
【００２７】
図３は、ＰＯＮに関する情報を収集するために、ＰＯＮモデラのユーザに表示されるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ：Graphical User Interface）を示す図である。フィールド３１０には、ＰＯＮにおける加入場所の数、すなわち、ＯＮＴの数をユーザが入力することが要求される。フィールド３１２〜３２４には、ＣＯにおけるＯＬＴから、様々なタイプの一定ビットレート（ＣＢＲ：Constant Bit Rate）サービスを受信する加入者の総数をユーザが入力することが要求される。フィールド３１２は標準精細ＴＶ（ＳＤＴＶ）に対するものである。フィールド３１４は高精細ＴＶ（ＨＤＴＶ）に対するものである。フィールド３１６は標準精細ビデオ会議サービスに対するものである。フィールド３２０はＤＳ１サービスに対するものである。フィールド３２２はＤＳ３サービスに対するものであり、フィールド３２４はＰＯＴＳサービスに対するものである。フィールド３３０および３３２は、アップストリーム方向（フィールド３３０）およびダウンストリーム方向（フィールド３３２）においてＯＬＴから全加入者に提供される総和データ（ＶＢＲ，ＵＢＲ）ビットレートに関するデータをユーザが入力するための場所である。これはネットレート（net rate）であり、パケットのオーバヘッドを含んではいない。図３の下部のボタン３５０を使用すると、ユーザは入力フィールドを同時に消去することができる。このソフトウェアは、他のどのようなサービスでも定義して、入力できるとともに、様々な帯域幅および優先度レベルを割り当てることができるように、柔軟に設計されている。
【００２８】
最初の２つのタイプの入力に関して、図３に示すように、ユーザは、「クイック」計算を実行するか、またはフルシミュレーションを実行するかを選択することできる。図３に示すＧＵＩでボタン３６０を選択すると、クイック計算は、ＰＯＮのオーバヘッドとともに各サービスのパケットおよびプロトコルのオーバヘッドを考慮に入れ、すべてのサービス使用量を総和して、要求されたＣＢＲサービスを搬送できるか否か（合格／失敗）を迅速に判定する。このクイック計算は、データサービスを含む他のサービスのために使用できる正味の帯域幅の量が残っていれば、その量も出力する。
【００２９】
ボタン３４０を使用してユーザによって選択されたフルシミュレーションは、複数のサービスタイプおよび加入者からの複数のトラフィックストリームを擬似ランダムに生成するリアルタイムシミュレーションを実行し、アップストリーム方向およびダウンストリーム方向の両方のＰＯＮにおけるトラフィックストリームを総計して、実際のＰＯＮのオペレーションを模擬する。ＰＯＮにおける様々なトラフィックソース（traffic source）をシミュレートして、送出することができる。そのようなトラフィックソースには、一定ビットレート（ＣＢＲ）サービスおよび可変ビットレート（ＶＢＲ）サービスが含まれる。ＶＢＲデータサービスソースは、まったく同じようなパケットベースのソースジェネレータ（self-similar packet-based source generator）を使用して生成される。各ユーザは、各サービスまたは優先度レベルごとにアップストリームおよびダウンストリームの両方のキューを有しており、これらのキューは、ＰＯＮオペレーションがシミュレートされるとき、先入れ先出し（ＦＩＦＯ：First-In First-Out）方式で連続的に投入され、空にされる。高優先度サービスのパケットは、低優先度サービスのパケットよりも先にＰＯＮにおいて送信される。パケットがＰＯＮに到達する時間と、パケットがＰＯＮの他端から発せられる時間とが追跡され、これらの時間の統計が、各サービスレベルおよびユーザのキューごとに判定される。本システムは、各サービスタイプごとに、このＰＯＮスケジューリングおよびパケット化プロセスにおいて生じた遅延に関する統計を判定し、表示する。汎用的かつ合理的なハイパフォーマンスの動的帯域幅割当（ＤＢＡ）アルゴリズムは、現在では、リアルタイムスケジューリングのために使用され、ＤＢＡにより、あるアップストリーム帯域幅は、現行のキューサイズに基づいて割り当てられるとともに、ある帯域幅は、予め設定されたレベルに従って全ユーザの間で割り当てられる。物理的遅延およびプロトコル遅延はすべてシミュレーションに含まれている。これにより、各サービスタイプごとに、パケット遅延統計が得られる。この統計を使用して、これらの遅延が特定のサービスに許容し得るか否かを判定する。このことから、帯域幅が十分であるか否かが基本的に分かるようにしている。
【００３０】
このツールは未加工の結果（raw result）を取得し、その結果を、ユーザが入力したサービス品質（ＱｏＳ）の閾値と比較して、要求されたサービスすべてをサポートする能力の有無の判定を、単純にｙｅｓかｎｏで出力する。ツールは、対話方式で使用することもできるし、ＱｏＳの閾値が満たされるまで低優先度または不要なサービス要求を個別的にブロックまたは削除するように予め設定することもできる。将来のサービス要求をサポートする能力を正確にモデル化することができるので、これらのサービス要求が将来確実に展開できるような余地を残しておくことできる。
【００３１】
第３のオプションでは、プランニングのために使用することができる、統計的な入力値を使用する。ここで、サービス加入の実際の数およびデータレートは、入力された統計値に従って複数回ランダムに生成され、その後、リアルタイムシミュレーションが、これらの回数の各々について、再実行される。総パフォーマンス結果が、これらの実行すべてにわたって総和され、その総和が出力されて、ユーザに提示される。
【００３２】
ＡＴＭベースのブロードバンドＰＯＮ（ＢＰＯＮ）、イーサネットＰＯＮ（ＥＰＯＮ）またはギガＰＯＮ（ＧＰＯＮ）のいずれも、現在では、分析が可能になっている。回線ビットレート（line bit rate）、ガードスペース、パケットサイズ、ＣＢＲサービスのビットレート、シミュレートされる時間の長さなどの内部変数、およびその他の多くの内部変数は、特定の環境またはＰＯＮの実装に合わせて容易に変更することができる。２つのサービス優先度（ＣＢＲの方がＶＢＲよりも優先度が高い）が、現在では、ＧＵＩに実装されているが、コアアルゴリズムソフトウェアは柔軟に書かれているので、ＰＯＮにおいて、サービス優先度がいくつあっても対応することが可能である。
【００３３】
可変ビットレート（ＶＢＲ）データトラフィックまたは不特定ビットレート（ＵＲＢ：Unspecified Bit Rate）データトラフィックと呼ばれるデータトラフィックは、まったく同じようなトラフィックジェネレータを使用して擬似ランダムに生成され、平均ビットレートまたはピークビットレートなどの統計は、ユーザによって変更可能である。一定ビットレート（ＣＢＲ）トラフィックは、ＴＤＭサービス、ビデオおよびＰＯＴＳに要求されるタイミング要件で生成される。各サービスタイプに関連する様々なプロトコルオーバヘッドが考慮されて、シミュレートされる。データトラフィックは、ＴＣＰ／ＩＰおよびイーサネットでカプセル化され、ビデオは、ＭＰＥＧ２トランスポートストリームにカプセル化され、ＲＴＰでは、ビデオはＭＰＥＧ４によりカプセル化される。ＥＰＯＮでは、ＰＯＴＳは、ＵＤＰ／ＩＰ上にカプセル化され、ＢＰＯＮでは、ＰＯＴＳは、ＡＴＭセルに直接カプセル化される。ＴＤＭ（ＤＳ１およびＤＳ３）サービスも、ビデオ会議と同様にシミュレートされる。ＢＰＯＮでは、ＡＴＭセルとＡＴＭ  ＡＡＬとのオーバヘッドがシミュレートされる。ＧＰＯＮは、ＧＥＭ（GPON Encapsulation Method）を使用してシミュレートされる。
【００３４】
図４は、本発明によるＰＯＮモデラの出力画面のグラフィカルユーザインターフェースを示す図である。出力フィールド４３０および４４０からは、要求されたすべてのＣＢＲサービスおよびＶＢＲサービスをそれぞれサポートする能力をＰＯＮが有しているか否かの表示が提供される。出力フィールド４０２〜４１６からは、モデル化されたＰＯＮにおける様々なサービスタイプについて予想可能な遅延に関する、ミリ秒を単位とする情報が提供される。出力フィールド４０２からは、平均ＣＢＲアップストリーム遅延が提供される。出力フィールド４０４からは、アップストリーム方向の最大ＣＢＲ遅延が提供される。出力フィールド４０６からは、平均ＣＢＲダウンストリーム遅延が提供されるのに対し、出力フィールド４０８からは、最大ＣＢＲダウンストリーム遅延が提供される。出力フィールド４１０からは、平均ＶＢＲアップストリーム遅延が提供される。出力フィールド４１２からは、最大ＶＢＲアップストリーム遅延が提供される。最後に、出力フィールド４１４および４１６からは、それぞれダウンストリーム方向の平均ＶＢＲ遅延および最大ＶＢＲ遅延が提供される。
【００３５】
以上の説明は、本発明を例示的に説明することだけを目的に提示したものである。以上の説明は、網羅的であることを意図するものでも、本発明を、開示したどの具体的形態にも限定することを意図するものでもない。上述した教示内容に照らせば、多くの変更および変形が可能である。上述したアプリケーションは、本発明の原理とその実際の用途とを分かりやすく解説するために、選択および説明したが、当業者であれば、様々なアプリケーションに対して、本発明を最良の形で利用できるであろう。また、当業者であれば、意図する特定の用途に適するように様々な変更を加えることができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】セントラルオフィスから加入者敷地内へのＦＴＴＰネットワークのアーキテクチャを示す図である。
【図２】本発明によるＰＯＮモデラの機能特性を示す図である。
【図３】本発明によるＰＯＮモデラの一実施形態におけるデータ入力用のグラフィカルユーザインターフェースを示す図である。
【図４】本発明によるＰＯＮモデラの一実施形態におけるデータ出力用のグラフィカルユーザインターフェースを示す図である。
【図５】本発明によるＰＯＮをモデル化するためのコンピュータ実装方法を示すフロー図である。
【図１】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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