(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
親機からカプラで分岐を行って複数の子機に接続され、各子機に複数の端末が接続されており、前記親機と複数の端末間で通信を行うＰＯＮの親機において、
複数の子機に対し可変長フレームを多重化し前記基準信号を付加してマルチフレームを生成するマルチフレーム生成手段と、
前記複数の子機から通知された蓄積量に基づいて各子機の出力する可変長フレームのフレームサイズと出力タイミングとを決定し前記各子機に通知する決定手段と、
前記複数の端末から子機を介して供給されるフレームがマルチキャストの参加要求であることを認識したとき、前記参加要求に対応するマルチキャスト配信を前記参加要求の端末にのみ配信されるよう前記子機に設けられたフィルタ手段に設定するマルチキャスト管理手段と
を有することを特徴とする親機。
【請求項２】
親機からカプラで分岐を行って複数の子機に接続され、各子機に複数の端末が接続されており、前記親機と複数の端末間で通信を行うＰＯＮの子機において、
前記親機から供給されるマルチフレームの基準信号を検出する基準信号検出手段と、
複数の端末からのフレームを多重化する多重化手段と、
前記基準信号検出手段で検出された基準信号を基準として、前記親機より指定されたタイミングで前記親機に対し、前記多重化手段で多重化された可変長フレームを送信する送信手段と、
前記複数の端末から供給されたフレームの蓄積量を周期的に前記親機に通知する蓄積量通知手段と、
前記複数の端末のうちマルチキャストグループの端末にのみマルチキャスト配信を行うフィルタ手段と、
前記複数の端末から供給されるフレームがマルチキャストの参加要求であることを認識したとき、前記フィルタ手段に前記参加要求に対応するマルチキャスト配信を前記参加要求の端末にのみ配信されるよう設定するマルチキャスト認識手段と
を有することを特徴とする子機。
【請求項３】
請求項１記載の親機において、
前記決定手段は、前記複数の子機それぞれに指示したフレームサイズに対する各子機から受信した可変長フレームのサイズとの比率を求め、前記比率が下限値未満の場合に当該子機に指示するフレームサイズを減少させるフレームサイズ減少手段を有することを特徴とする親機。
【請求項４】
請求項１記載の親機において、
前記決定手段は、前記複数の子機それぞれに指示したフレームサイズに対する各子機から受信した可変長フレームのサイズとの比率を求め、前記比率が上限値を超える場合に当該子機に指示するフレームサイズを増大させるフレームサイズ増大手段を有することを特徴とする親機。
【請求項５】
請求項１記載の親機において、
少なくとも前記複数の子機毎の出力キューを有し、
前記複数の出力キューについて均等割付による出力制御を行うことを特徴とする親機。
【請求項６】
請求項５記載の親機において、
前記複数の出力キューからの読み出しを一定周期で行って出力することを特徴とする親機。
【請求項７】
請求項１記載の親機において、
前記マルチフレームに多重化される可変長フレーム数分のバッファと、
前記バッファのいずれかから子機に対し転送中のフレームより優先度の高いフレームが他のバッファに供給されたとき、前記転送中のフレームに中断フラグを設定して中断し、前記優先度の高いフレームを転送したのち、中断したフレームを転送する中断制御手段を有することを特徴とする親機。
【請求項８】
請求項２記載の子機において、
前記マルチフレームに多重化される可変長フレーム数分のバッファと、
フレーム受信中に中断フラグを認識すると、受信フレームを格納していたバッファより優先度の高いバッファを選択して後続の受信フレームを格納したのち、格納を中断したバッファに受信を中断したフレームの後続部分を格納して復元する復元制御手段を有することを特徴とする子機。
【請求項９】
請求項１記載の親機において、
前記複数の子機から受信したフレームを前記複数の子機に転送するフレームとして折り返す折返し手段を有することを特徴とする親機。
【請求項１０】
請求項９記載の親機において、
受信したフレームの送信元アドレスと子機番号を合わせて学習する送信元学習テーブルと、
前記送信元学習テーブルの送信元アドレスと受信フレームの送信先アドレスが一致したとき前記受信フレームを前記折返し手段で折り返させる受信フレームフィルタ手段を有することを特徴とする親機。
【請求項１１】
請求項２記載の子機において、
前記複数の端末の電源及びフレームデータ有無状態を前記親機に通知する端末監視手段を有することを特徴とする子機。
【請求項１２】
請求項１記載の親機において、
前記複数の子機から通知された複数の端末の電源及びフレームデータ有無状態基づいて各端末に割り当てる帯域を変更する帯域割り当て手段を有することを特徴とする親機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＯＮ通信の親機及び子機に関し、親機とカプラ及び複数の子機を介して接続された複数の端末との間で相互通信を行うＰＯＮ通信の親機及び子機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）を実現する光加入者系システム構築技術として光ファイバの途中にカプラを入れて分岐を行うＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）は、ファイバ敷設費用が削減できるメリットから伴い近い将来、一般化され市場に普及する方向にある。
【０００３】
従来は、ＰＯＮにＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｄｅ）技術を適用したＡＴＭ−ＰＯＮが主に開発されている。ＡＴＭ−ＰＯＮでは、端末から供給される可変長のＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）フレーム等の非同期情報を分割して固定長のＡＴＭセルに載せ、ＰＯＮ上を転送している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＡＴＭ−ＰＯＮでは、ユーザの端末から供給される可変長フレームなどの非同期情報を固定長のＡＴＭセルに載せているために、ＰＯＮ上を転送される情報量に対するＡＴＭセルのオーバヘッド部分の割合が大きくなり、ＰＯＮの利用効率が低下するという問題があった。
【０００５】
また、ＰＯＮでＡＴＭレイヤのインタフェースを実現するために複雑なプロトコルや機能を実現する必要があり、ユーザの端末が接続されるＰＯＮの子機に、端末のＩＰフレームとＡＴＭ−ＰＯＮにおけるＡＴＭセルとを変換するための複雑な機能を実現する必要があり、ユーザ側に設けられるＰＯＮの子機が高価になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、ＰＯＮの利用効率が向上し、子機が必要とする機能が簡単で子機の価格を低くできるＰＯＮ通信の親機及び子機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、親機からカプラで分岐を行って複数の子機に接続され、各子機に複数の端末が接続されており、前記親機と複数の端末間で通信を行うＰＯＮの親機において、
複数の子機に対し可変長フレームを多重化し前記基準信号を付加してマルチフレームを生成するマルチフレーム生成手段と、
前記複数の子機から通知された蓄積量に基づいて各子機の出力する可変長フレームのフレームサイズと出力タイミングとを決定し前記各子機に通知する決定手段と、
前記複数の端末から子機を介して供給されるフレームがマルチキャストの参加要求であることを認識したとき、前記参加要求に対応するマルチキャスト配信を前記参加要求の端末にのみ配信されるよう前記子機に設けられたフィルタ手段に設定するマルチキャスト管理手段とを有することにより、非同期情報である可変長フレームをそのままＰＯＮに載せて転送するので、非同期情報を分割してそれぞれにヘッダを付加する必要がなく、上り回線のＰＯＮの利用効率を向上することができ、簡単な構成で低コストの子機を使ってマルチキャストフィルタリングを行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、親機からカプラで分岐を行って複数の子機に接続され、各子機に複数の端末が接続されており、前記親機と複数の端末間で通信を行うＰＯＮの子機において、
前記親機から供給されるマルチフレームの基準信号を検出する基準信号検出手段と、
複数の端末からのフレームを多重化する多重化手段と、
前記基準信号検出手段で検出された基準信号を基準として、前記親機より指定されたタイミングで前記親機に対し、前記多重化手段で多重化された可変長フレームを送信する送信手段と、
前記複数の端末から供給されたフレームの蓄積量を周期的に前記親機に通知する蓄積量通知手段と、
前記複数の端末のうちマルチキャストグループの端末にのみマルチキャスト配信を行うフィルタ手段と、
前記複数の端末から供給されるフレームがマルチキャストの参加要求であることを認識したとき、前記フィルタ手段に前記参加要求に対応するマルチキャスト配信を前記参加要求の端末にのみ配信されるよう設定するマルチキャスト認識手段とを有することにより、各子機のフレームサイズを端末からのフレーム蓄積量に応じて効率的に割り当てることができ、上り回線のＰＯＮの利用効率を向上することができ、親機と子機間の通信帯域を有効利用することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、複数の子機それぞれに指示したフレームサイズに対する各子機から受信した可変長フレームのサイズとの比率を求め、比率が下限値未満の場合に当該子機に指示するフレームサイズを減少させるフレームサイズ減少手段を有することにより、
フレームサイズをダイナミックなフレームサイズを設定でき、上り回線のＰＯＮの利用効率を向上することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、複数の子機それぞれに指示したフレームサイズに対する各子機から受信した可変長フレームのサイズとの比率を求め、比率が上限値を超える場合に当該子機に指示するフレームサイズを増大させるフレームサイズ増大手段を有することにより、
フレームサイズをダイナミックなフレームサイズを設定でき、上り回線のＰＯＮの利用効率を向上することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、少なくとも前記複数の子機毎の出力キューを有し、
前記複数の出力キューについて均等割付による出力制御を行うことにより、
各出力キューからの出力を最低レートで保証することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、複数の出力キューからの読み出しを一定周期で行って出力することにより、
各出力キューからの出力を一定レートで保証することができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、マルチフレームに多重化される可変長フレーム数分のバッファと、
前記バッファのいずれかから子機に対し転送中のフレームより優先度の高いフレームが他のバッファに供給されたとき、前記転送中のフレームに中断フラグを設定して中断し、前記優先度の高いフレームを転送したのち、中断したフレームを転送する中断制御手段を有し、
請求項８に記載の発明は、マルチフレームに多重化される可変長フレーム数分のバッファと、
フレーム受信中に中断フラグを認識すると、受信フレームを格納していたバッファより優先度の高いバッファを選択して後続の受信フレームを格納したのち、格納を中断したバッファに受信を中断したフレームの後続部分を格納して復元する復元制御手段を有することにより、
フレームサイズの大きいユーザフレームの転送中に優先度の高いユーザフレームの転送割り込みが発生した場合は、現在転送しているユーザフレームを中断して優先度の高いユーザフレームを先に転送することが可能となる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、複数の子機から受信したフレームを前記複数の子機に転送するフレームとして折り返す折返し手段を有することにより、
各子機に接続された端末間でローカル通信を行うことが可能となる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、受信したフレームの送信元アドレスと子機番号を合わせて学習する送信元学習テーブルと、
前記送信元学習テーブルの送信元アドレスと受信フレームの送信先アドレスが一致したとき前記受信フレームを前記折返し手段で折り返させる受信フレームフィルタ手段を有することにより、
トラヒックの無駄な増加を防止することができる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、複数の端末の電源及びフレームデータ有無状態を前記親機に通知する端末監視手段を有し、請求項１２に記載の発明は、複数の子機から通知された複数の端末の電源及びフレームデータ有無状態基づいて各端末に割り当てる帯域を変更する帯域割り当て手段を有することにより、
各子機に接続される端末の上り帯域をダイナミックに変更することができ、効率的にユーザフレームを多重化することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、ＰＯＮシステムの全体構成図を示す。同図中、ＰＯＮの親機１，２は、バックボーンネットワーク３と接続されて、多種多様の通信が実現される上り回線を持ち、また、下り回線としては、カプラ４ａ〜４ｎを介して複数の子機５ａ１〜５ａｎ，…，６ａ〜６ｘと接続される回線を複数収容しており、上り回線との通信を下り回線との通信にフレームレベルで交換を行う。また、子機５ａ〜５ｘ，６ａ〜６ｘそれぞれは、親機１と自装置に接続される複数の端末７ａ１〜７ａｉ，７ｘ１〜７ｘｊ，８ａ１〜８ａｋ，８ｘ１〜８ｘｌとのフレーム通信を実現する。
【００２３】
図２は、本発明の親機及び子機の一実施例のブロック図を示す。同図中、まず、端末からのフレームを子機から親機を介してバックボーンネットワークに通信する上り（アップリンク）処理について説明する。
【００２４】
図２に示す子機５ａにおいて、端末処理部５０は、自装置に複数接続される端末からのフレームデータを認識し、端末間でのローカルな通信はフィルタで阻止し、バックボーンネットワークや他の子機への通信フレームのみを抽出する。端末処理部５０からのフレームを親機１に送信するには、カプラ４ａに接続される複数の子機５ａ〜５ｘ間で調整する必要があり、ＰＯＮ終端部４０は、自装置の送信タイミングに合わせて親機１側にフレームを送信する。
【００２５】
親機１において、回線処理部３０ａは、複数の子機５ａ〜５ｘからのフレームを１対Ｎ接続されたカプラ４ａを介して受信し、有効なフレームを抽出し、フレームＳＷ１０に転送する。フレームＳＷ１０は、複数の回線処理部３０からのフレームを送信先アドレス等によって、送信先を振り分ける機能を持ち、要求されている送信先に転送する。
【００２６】
次に、バックボーンネットワークからのフレームを親機から子機を介して端末に通信する下り（ダウンリンク）処理について説明する。親機１では、バックボーンネットワーク３からのフレームを受信し、端末側への通信であれば、該当端末が接続される子機のＰＯＮ終端部４０宛にフレームを転送する。
【００２７】
回線処理部３０ａ〜３０ｘは、カプラ４ａに１対Ｎで接続された複数の子機５ａ〜５ｘに対してフレームを同報通知する。子機５ａ内のＰＯＮ終端部４０は、この同報されるフレームの端末アドレスを認識し、自装置宛もしくは自装置配下に接続される端末宛であることを判断し、自装置宛もしくは自装置配下に接続される端末宛のフレームのみを抽出して端末処理部５０に転送する。
【００２８】
図３に、本発明で利用されるフレームフォーマットの概略構成を示す。図３（Ａ）は、端末−端末間や端末−子機間のフレーム（以下、「ユーザフレーム」と呼ぶ）のフレームフォーマットを示したものである。フレームの先頭を示すデリミタに続いて、送信先アドレス、送信元アドレス、制御部分が設けられ、これに続くデータ領域に、端末の情報が任意サイズ（可変長）で収容される。最後にフレームの正常性を確認するためのエラーチェックシーケンス（ＣＲＣ）が付加されている。
【００２９】
なお、本フレームフォーマットは、ＩＥＥＥ、ＲＦＣ等の標準規格で定められたフォーマットに準拠している。また、フレームとフレームの間には、フレーム識別用のプリアンブルやギャップといった信号も存在している。
【００３０】
図３（Ｂ）は、親機より子機に送信されるカプラ上でのダウンリンクマルチフレームのフォーマットを示す。カプラ上のフレーム先頭タイミングを示す先頭タイミング制御フィールド（請求項記載のマルチフレームの基準信号）に続けて、複数の子機に対する可変長のユーザフレームをフレーム多重している。この先頭タイミング制御フィールドは同期パターンと制御ヘッダとから構成されている。上記の先頭タイミング制御フィールドから次の先頭タイミング制御フィールドまでの周期（先頭タイミング周期）は例えば３．５ｍｓで固定である。なお、ユーザフレームは可変長であるので、先頭タイミング周期に多重されるユーザフレーム数は可変である。
【００３１】
図３（Ｃ）は、子機より親機に送信されるカプラ上でのアップリンクマルチフレームのフレームフォーマットを示す。先頭タイミング制御フィールドの後に、複数の子機からの可変長のユーザフレームがフレーム多重して送信される。この先頭タイミング制御フィールドは同期パターンと制御ヘッダとから構成されている。上記の先頭タイミング制御フィールドから次の先頭タイミング制御フィールドまでの周期（先頭タイミング周期）は例えば３．５ｍｓで固定である。
【００３２】
ただし、各ユーザフレームの前に子機側の制御部分（Ｃ１〜Ｃｎ）が設けられている。この子機側の制御部分Ｃ１〜Ｃｎは各子機側が送信するタイミング情報を親機に伝えるための部分であり、制御部Ｃ１〜Ｃｎに続いて該当する子機のユーザフレームがフレーム多重されて親機に送信される。制御部Ｃ１〜Ｃｎは、送信している子機からの制御情報や親機からの制御の応答用に固定的に設けられている。なお、ユーザフレームは可変長であるので、先頭タイミング周期に多重されるユーザフレーム数は可変である。
【００３３】
なお、図３（Ｂ）に示すダウンリンクマルチフレームと、図３（Ｃ）に示すアップリンクマルチフレームとは、波長多重されている。
【００３４】
図４は、回線処理部３０ａ〜３０ｘの一実施例のブロック図を示す。同図中、送信フレーム検出回路３５０は、フレームＳＷ１０から供給される入力フレーム（ユーザフレーム）を受信して、マルチフレーム多重化回路３４０に転送する。なお、送信フレーム検出回路３５０には後述するＩＧＭＰセンタ部が設けられている。ＩＧＭＰセンタ部は自装置の配下の子機に接続された端末から受信したＩＧＭＰのＨＭＲを認識して、その端末のアドレスとマルチキャストグループを設定情報として子機に転送する。
【００３５】
マルチフレーム多重化回路３４０はカプラ上のフレーム多重を行い、先頭タイミング制御フィールドを付加し、図３（Ｂ）に示すようなダウンリンクマルチフレームを符号化回路３３０に転送する。符号化回路３３０は、カプラ上の論理レベルの符号化処理を行い、Ｅ／Ｏ回路３２０に転送する。Ｅ／Ｏ回路３２０は、電気信号を光信号に変換し、光多重化回路３１０ａに転送する。光多重化回路３１０ａでは、送信される光を受信される光に波長多重してカプラ４ａ〜４ｘに送信する。
【００３６】
一方、カプラ４ａ〜４ｘからの光信号は光分配回路３１０ｂに供給され、ここで受信光の信号のみを抽出してＯ／Ｅ回路３６０に転送する。Ｏ／Ｅ回路３６０では光信号を電気信号に変換し、復号化回路３７０に転送する。復号化回路３７０では、フレームのデリミタ、フレームヘッダの検出を行い、マルチフレーム分離回路３８０に転送する。
【００３７】
マルチフレーム分離回路３８０は、復号化回路３７０でフレームの区切り信号であるデリミタによって分割されている複数のユーザフレームと先頭タイミング制御フィールドを分離し、複数のユーザフレームのみをフレーム検出回路３９０に転送し、先頭タイミング制御フィールドの終端を行う。マルチフレーム分離回路３８０で抽出されたフレームは、フレーム検出回路３９０においてフレームの正常性確認およびフレームの種類をチェックされ、フレームＳＷ１０に転送される。また、フレーム検出回路３９０内の統計回路３９１０は、子機毎の有効フレーム率（親機が設定したフレームサイズに対する実際に子機から転送されたフレームサイズの割合）を測定し、子機毎に有効フレーム率の履歴を保持する。
【００３８】
図５は、親機のフレームＳＷ１０の一実施例のブロック図を示す。同図中、入力処理部１１０−１〜１１０−Ｎそれぞれは、回線処理部３０ａ〜３０ｘを介して供給される複数の子機からのフレームや、バックボーンネットワーク３に接続されている回線からのフレームを入力し、フレームの正常性や転送先確認を行なう。
【００３９】
複数の入力処理部１１０−１〜１１０−Ｎは、フレーム交換部１００によって図３（Ａ）に示すユーザフレームの先頭にある送信先アドレスフィールド、送信元アドレスフィールド、制御フィールドの内容に従って、複数の出力処理部１２０−１〜１２０−Ｎにユーザフレームを転送する。このフレーム交換部１００には、ユーザフレームの交換を行なうために交換用の制御テーブル１３０、フレームバッファ１４０が接続されている。
【００４０】
フレームバッファ１４０は、入力処理部１１０から入力されるユーザフレームを一旦蓄積しておくメモリ回路である。フレーム交換部１００は、複数の入力処理部１１０からのユーザフレームを、そのアドレスフィールド、制御フィールドに基づき制御テーブル１３０の内容に従って目的の出力処理部に転送するために一旦フレームバッファ１４０に蓄積する。このときに必要であれば、制御テーブル１３０の内容に従って送信先アドレスフィールドや制御フィールドの更新が行なわれる場合がある。出力処理部１２０−１〜１２０−Ｎは、フレームバッファ１４０に蓄積された自装置宛のフレームを取り出し、カプラやバックボーンネットワークに送信する。
【００４１】
図６は、制御部２０の一実施例のブロック図を示す。同図中、ＣＰＵ２００は、演算処理を行なうプロセサ回路であり、ここで実行されるプログラムはＲＯＭ２１０に内蔵されており、このプログラムによってプログラミングされた処理を演算実行する。また、そのときに使用する作業空間としてＲＡＭ２１０がある。
【００４２】
図７は、子機のＰＯＮ終端部４０の一実施例のブロック図を示す。図７中の上部の回路ブロックはダウンリンクマルチフレームの流れをしてしており、下部の回路ブロックはアップリンクマルチフレームの流れを示している。
【００４３】
同図中、光分配回路４１０ｂはカプラから受信される光信号のみを抽出し、Ｏ／Ｅ回路４６０に転送する。Ｏ／Ｅ回路４６０では、光信号を電気信号に変換にし、復号化回路４７０に転送する。このときにＯ／Ｅ回路４６０は光信号より受信の基本クロックを抽出し、基本クロックも復号化回路４７０に転送する。復号化回路４７０は、カプラ上の符号化された信号（例えは４Ｂ／５Ｂ符号、８Ｂ／１０Ｂ符号等）を復号化し、図３（Ｂ）に示すカプラ上のダウンリンクマルチフレームの先頭位置を先頭タイミング制御フィールドを検出することによって認識し、マルチフレーム分離回路４８０に転送する。
【００４４】
マルチフレーム分離回路４８０は、先頭タイミング制御フィールドに続くユーザフレームの抽出を行ない、端末処理部５０にユーザフレームの転送を行なう。また、マルチフレーム分離回路４８０では認識される先頭タイミング制御フィールドに含まれる制御ヘッダを認識し、必要によっては、制御ヘッダをマルチフレーム解析処理回路４９０に転送する。
【００４５】
マルチフレーム解析処理回路４９０は、カプラ上のアップリンクに送信している自装置の送信タイミング情報の通知、カプラ上のズレ幅補正（レンジング機能）等のカプラで正常に主信号通信を行なうための補助的処理を実現している。また、先頭タイミング制御フィールドの制御ヘッダがコマンドである場合には親機に対する応答を要求されることがあり、この場合には応答などの必要な情報をマルチフレーム多重化回路４４０に転送する。
【００４６】
一方、端末処理部５０から受信されるユーザフレームは、マルチフレーム多重化回路４４０においてフレーム多重が行なわれる。多重化されたユーザフレームは、図３（Ｃ）に示す先頭タイミング制御フィールドの生成タイミングを基準にして、予め親機から通知されている先頭タイミング制御フィールドを基準とする自装置の送信タイミングに基づいて、符号化回路４３０に転送される。
【００４７】
符号化回路４３０は、マルチフレーム多重化回路４４０からのアップリンクマルチフレームを符号化し、Ｅ／Ｏ回路４２０に転送する。Ｅ／Ｏ回路４２０では、電気信号を光信号に変換し、光多重化回路４１０ａに転送し、受信光と同一の光ファイバーに多重して出力する。このときの発光タイミングは、先述の先頭タイミング制御フィールドを基準として、自装置の定められた位置（タイミング）である。
【００４８】
図８は、端末処理部５０の一実施例のブロック図を示す。同図中、送信フレーム処理回路５３０は、図７中のマルチフレーム分離回路４８０から転送されるユーザフレームを受け取り、自装置宛フレームなのか、自装置の配下に接続される端末へのユーザフレームであるかを判別し、ローカルＳＷ回路５２０に転送する。もし、他装置の子機宛、他装置の子機配下宛であれば無視する。ただし、ブロードキャスト通信であれば、自装置宛とみなしローカルＳＷ回路５２０に転送する。自装置宛のフレームであればコマンド解析回路５５０に転送する。更に、送信フレーム処理回路５３０内には後述するフィルタ部が設けられており、フィルタ部は受信したマルチキャスト配信フレームのマルチキャストグループに属する端末が自装置の配下に存在するか否かを判別し、当該端末にのみ、マルチキャスト配信フレームをローカルＳＷ回路５２０に転送する。
【００４９】
ローカルＳＷ回路５２０は、受信されたユーザフレームの転送先アドレスに従って物理終端回路５１０にユーザフレーム交換する。物理終端回路５１０は、ローカルＳＷ回路５２０からのユーザフレームをユーザの端末に向けて送信する。これと同時に、物理終端回路５１０は、ユーザの端末からのユーザフレームを受信し、ユーザ側の内部通信以外のユーザフレームを認識して蓄積しローカルＳＷ回路５２０に転送する。また、蓄積したフレームサイズをコマンド解析回路５５０に通知する。
【００５０】
送信フレーム処理回路５３０で自装置宛のユーザフレームが検出されるとコマンド解析回路５５０は、ユーザフレーム内の制御フィールド、送信元アドレスフィールド、データフィールドに記載されている情報を解析し、後述するさまざまな処理を行なう。処理の結果、回答が必要な場合は、ユーザフレーム組立を行い、受信フレーム処理回路５４０に転送する。
【００５１】
ローカルＳＷ回路５２０は、物理終端回路５１０からのユーザフレームを受信すると受信フレーム処理回路５４０に転送する。受信フレーム処理回路５４０は、ローカルＳＷ回路５２０やコマンド解析回路５５０から送られてくるフレームを受信して、図７に示すマルチフレーム多重化回路４４０に転送する。また、受信フレーム処理回路５４０内にはＩＧＭＰ認識部が設けられており、ＩＧＭＰ認識部は自装置の配下の端末から受信したＩＧＭＰのＨＭＲを認識して、その端末のアドレスとマルチキャストグループをフィルタ部に設定する。
【００５２】
図９は、マルチフレーム多重化回路３４０とマルチフレーム分離回路４８０によって実現されるカプラ上のダウンリンクマルチフレーム実現回路のブロック図を示す。同図中、マルチフレーム多重化回路３４０では、システムの開始からマルチフレームタイミング生成回路３４２０によって、先頭タイミング制御フィールド周期の信号をタイミング制御回路３４１０に与えている。
【００５３】
上記タイミング信号によってダウンリンクマルチフレームの周期が決定される。よって、本タイミング信号に合わせて図３（Ｂ）に示す先頭タイミング制御フィールドを制御ヘッダ生成回路３４４０より読み出す。図５に示す出力処理部１２０−１〜１２０−Ｎの内の例えば１２０−１からユーザフレームがある場合は、上記先頭タイミング制御フィールドに続けてフレーム区切り信号（デリミタ）を付けて、当該ユーザフレームを転送する。転送すべきフレームがない場合は、ＩＤＥＬパターン生成回路３４３０よりアイドルパターンを転送する。
【００５４】
アイドルパターン送信中に出力処理部１２０−１から転送するユーザフレームがあることを通知されると、次のユーザフレームの転送タイミングまでに転送できる長さ以内のフレームサイズであるかを確認し、フレームサイズが転送できる長さ以内であれば、そのユーザフレームにフレーム区切り信号をつけて転送を行なう。
【００５５】
このとき、出力処理部１２０−１からタイミング制御回路３４１０に対しユーザフレームの有無とフレームサイズとが通知されており、タイミング制御回路３４１０では、通知されたユーザフレームが送信できるか否かを判断し、送信できるタイミングに合わせてフレームの転送要求を出力処理部１２０−１に通知することでフレームの転送タイミング制御を行なっている。
【００５６】
上記方式以外にも、図５中の出力処理部１２０−１からのユーザフレームを一旦受信してタイミング制御回路３４１０内で一旦バッファし、フレームサイズに関係なくフレーム送信をし、次のユーザフレームの転送タイミングがきた場合は一旦ユーザフレームの転送を中断し、次のユーザフレームのタイミング信号で発生する先頭タイミング制御フィールドに続けて、一旦停止していたフレームの残り部分を継続転送することによって、ＰＯＮの伝送帯域の効率化を図ることも可能である。
【００５７】
セレクタ回路３４５０は、タイミング制御回路３４１０の指示によってアイドルパターン生成回路３４３０、制御ヘッダ生成回路３４４０、出力処理部１２０−１からのユーザフレームのいずれかを選択する。
【００５８】
制御ヘッダ生成回路３４４０は、図１０に示す回路構成であり、ＰＯＮ配下に接続される複数の子機への個別指示情報や子機配下に接続される端末の制御用情報、全体のＰＯＮレイヤ制御用の情報、ＰＯＮレイヤ上の状態情報の通知、親機／子機間での正常性確認用情報等を有している。
【００５９】
図１０に示すシーケンス制御回路３４４１０は、タイミング制御回路３４１０からの転送タイミングに従い、初めは同期パターン部３４４２０から先頭タイミング制御フィールドの同期パターンをタイミング制御回路３４１０に転送する。引き続いて、コマンド／制御／通知用テーブル３４４３０内の情報をタイミング制御回路３４１０に転送する。
【００６０】
コマンド／制御／通知用テーブル内の情報は、制御部２０内のＣＰＵ２００のソフトウェア制御によって予め設定されている情報や、親機と子機間でやり取りしている情報等、さらに受信状態などの親機で検出する情報なども含まれている。また、ＣＰＵ２００内で動作しているソフトウェア制御によって、ダイナミックに設定情報を更新することでさまざまな制御を実現している。
【００６１】
この設定情報の内容は図１１に示すように、子機番号、遅延値、帯域指定、コマンド等がある。なお、設定情報の第３項の遅延値は、システムの立ち上げ時に親機１から子機に情報収集指示を与え、子機からの応答を得ることにより伝送遅延時間を測定した値であり、この遅延測定結果を子機に通知することにより、子機は伝送遅延時間を加味してアップリンクマルチフレームの自装置に与えられた位置でユーザフレームを送信する。
【００６２】
図９に示す子機側では、ＰＯＮ終端部４０のマルチフレーム分離回路４８０の詳細回路を示している。ダウンリンクマルチフレームは、マルチフレームタイミング検出回路４８１０において、タイミング制御回路３４１０で生成された先頭タイミング制御フィールドの同期パターンを検出し、それに続くフレームが有効フレームであるか否かを判別する。ここでの有効フレームとは、先頭タイミング制御フィールドに続く領域にアイドルパターン以外の信号でフレーム区切り符号とフレーム終了符号にはさまれたフレームであることをさしている。なお、マルチフレーム多重化回路３４０の作りによっては、フレーム区切り符号とフレーム終了符号の間に先頭タイミング制御フィールドが入る場合もある。
【００６３】
先頭タイミング制御フィールドの検出メカニズムは、符号化回路３３０において符号化されたときに現れない信号として先頭タイミング制御フィールド内に同期パターンとして設定されており、この同期パターンを受信側の複合化回路３７０で検出し、検出信号をマルチフレーム分離回路３８０内のマルチフレームタイミング検出回路４８１０に通知することで実現している。
【００６４】
なお、先頭タイミング制御フィールドの検出方法としては、例えは、先頭タイミング制御フィールド内の先頭にユニーク符号列を定義し、本ユニーク符号が同一周期で連続的に１回若しくはＮ回以上受信することによって、ダウンリンクマルチフレームの確立が確認され、ユニーク符号列が毎周期確認されるのを判定し、さらにユニーク符号列が１回若しくはＭ回連続で受信されないときにダウンリンクマルチフレームの確立が開放したと判断する。
【００６５】
有効なダウンリンクマルチフレームは、図８に示す端末処理部５０内の送信フレーム処理部５３０に転送される。また、先頭タイミング制御フィールドの制御ヘッダは、マルチフレームヘッダ解析回路４８２０に渡される。マルチフレームヘッダ解析回路４８２０は、先頭タイミング制御フィールドの制御ヘッダの情報をマルチフレーム解析処理回路４９０に転送する。
【００６６】
図１２は、マルチフレーム分離回路３８０とマルチフレーム多重化回路４４０によって実現されるカプラ上のアップリンクマルチフレーム実現回路のブロック図を示す。図１２における基本的な動作は、図９のダウンリンクマルチフレーム実現回路と同様であるが、親機のマルチフレームタイミング検出回路３８１０は、ダウンリンクマルチフレームのフレームタイミング（先頭タイミング制御フィールド）からの位相差で予め決定されている。
【００６７】
また、子機のマルチフレーム多重化回路４４０中の送信タイミング記憶回路４４１０は、ダウンリンクを介し設定情報の第３項の遅延値として通知される自装置の送信タイミング、送信サイズを記憶している。送信フレームバッファ回路４４３０は、図８に示す受信フレーム処理回路５４０から供給されるユーザフレームを一旦蓄積しておくフレームバッファと、図７に示すマルチフレーム解析処理回路４９０から供給される制御情報（図３（Ｃ）における制御部分Ｃｎ）を蓄積しておく制御情報バッファとよりなり、送信タイミング制御回路４４２０からの要求によって、制御情報バッファから読み出す制御情報Ｃｎに続けて、フレームバッファからユーザフレームを読み出してアップリンクマルチフレームを転送する。
【００６８】
図１３は、親機と子機間のＰＯＮ通信開始時のシーケンスを示す。同図中、親機１はダウンリンクマルチフレームの先頭タイミング制御フィールドの制御ヘッダで子機５ａを指定して同期確立応答を要求し、同様にして子機５ｂ〜５ｘを順次指定して同期確立応答を要求する。子機５ｘは電源投入後、受信したダウンリンクマルチフレームの先頭タイミング制御フィールドの同期パターンを検出してマルチフレーム同期確立した時点で親機１に対してアップリンクマルチフレームの先頭タイミング制御フィールドで同期確立の応答を行う。
【００６９】
これにより、親機１は子機５ｘの伝送遅延時間を測定し、測定結果に応じて子機５ｘの送信タイミングと送信帯域を設定するコマンドを先頭タイミング制御フィールドの制御ヘッダに載せて子機５ｘに送信する。この後、子機５ｘからアップリンクマルチフレームの先頭タイミング制御フィールドで送信タイミングと送信帯域の設定に対する応答を行うことにより、親機１と子機５ｘとの間の通信回線が確立する。
【００７０】
このように、本発明では、情報の発生源に近い非同期情報をそのままＰＯＮに載せることで利用効率を向上することができる。また、本発明では、ＰＯＮ上で上り回線のデータが衝突しないよう時分割多重方式をとってはいるが、分割の単位を比較的長く設定することによって、分割の単位内に複数の非同期情報をフレーム多重することによって伝送効率をあげることができる。
【００７１】
また、ＰＯＮの子機側の機能が複雑にならないために、端末からの非同期情報は、可変長フレームによってフレーミングしている。したがって、可変長フレーム情報をそのままＰＯＮの時分割単位内に重畳させることで子機の機能を単純化できる。子機側で必要となる機能は、時分割されたＰＯＮの終端機能（子機から親機へ）とフレーム多重された情報から自装置宛のフレームを抽出する機能のみとなり、子機の機能が大幅に簡略化される。
【００７２】
図１４は、フレーム蓄積情報収集のシーケンス、図１５はフレーム蓄積情報収集処理のフローチャートを示す。両図中、親機１はステップＳ１０でダウンリンクマルチフレームの先頭タイミング制御フィールドの制御ヘッダを用いた定期的なタイミング通知で各子機５ａ〜５ｘに情報通知タイミング（アップリンクマルチフレームにおける先頭タイミング制御フィールドを基準する多重タイミング）とフレームサイズを通知する。なお、定期的とは先頭タイミング周期の数１０周期から数１００周期程度である。
【００７３】
各子機５ａ〜５ｘはステップＳ１２でタイミング通知を認識し、自装置の情報通知タイミングとフレームサイズを記憶する。各子機５ａ〜５ｘは自装置の配下に接続されている端末からのフレーム情報をマルチフレーム多重化回路４４０内に蓄積しており、各子機５ａ〜５ｘはステップＳ１４で蓄積したフレームサイズをアップリンクマルチフレームの制御部分（Ｃ１〜Ｃｎ）を用いて親機１に通知する。
【００７４】
親機１のマルチフレーム多重化回路３４０はステップＳ１６でアップリンクマルチフレームの制御部分（Ｃ１〜Ｃｎ）を見ることで子機毎５ａ〜５ｘの要求フレームサイズを認識し、次回の定期的なタイミング通知において各子機５ａ〜５ｘに通知するフレームサイズを決定する。
【００７５】
各子機５ａ〜５ｘは図１４に示すステップＳ１８でタイミング通知で指示された自装置の情報通知タイミングとフレームサイズにてユーザフレームを親機１に対し転送する。
【００７６】
このように、定期的に子機５ａ〜５ｘから親機１に蓄積した要求フレームサイズを通知し、これに応じて親機１から子機５ａ〜５ｘにフレームサイズを指示することにより、効率的にユーザフレームを多重化することができる。
【００７７】
図１６は、フレーム蓄積情報収集のシーケンスを示す。両図中、親機１はステップＳ２０，Ｓ２４でダウンリンクマルチフレームの先頭タイミング制御フィールドの制御ヘッダを用いた定期的なタイミング通知で各子機５ａ〜５ｘに情報通知タイミングとフレームサイズを通知する。各子機５ａ〜５ｘはステップＳ２２，Ｓ２６でタイミング通知により指示された自装置の情報通知タイミングとフレームサイズにてユーザフレームを親機１に対し転送する。
【００７８】
親機１のマルチフレーム多重化回路３４０はステップＳ２８で、統計回路３９１０により測定した子機毎５ａ〜５ｘの有効フレーム率（親機が設定したフレームサイズに対する実際に子機から転送されたフレームサイズの割合）が所定回（例えば２回）以上連続して上限値（例えば８０パーセント）を超えていれば、帯域つまりフレームサイズを増大させる設定を行い、子機毎に有効フレーム率が所定回（例えば２回）以上連続して下限値（例えば２０パーセント）を下回っていれば、帯域つまりフレームサイズを減少させる設定を行う。この設定はダウンリンクマルチフレームの先頭タイミング制御フィールドの制御ヘッダを用いて行われる。
【００７９】
これによって、親機１の制御だけでダイナミックに帯域を変更することができ、効率的にユーザフレームを多重化することができる。
【００８０】
図１７は、親機側で子機の最低レートを保証するためのフレーム交換部１００及びその周辺部のブロック図を示す。同図中、フレーム交換部１００内のフレーム交換処理部１０１０は、複数の入力処理部１１０−１〜１１０−Ｎから供給されるユーザフレームの交換順序をスケジューリングした制御テーブル１３０の内容に従ってフレーム交換を行なう。フレームバッファ１４０には入力バッファ１４２０と出力バッファ１４１０が設けられている。入力バッファ１４２０は、フレーム交換処理部１０１０でスケジューリング処理が行われるまでに待たされる入力処理部１１０−１〜１１０−Ｎ毎のフレーム待ちキューである。出力バッファ１４１０は、スケジューリングされたフレームを出力処理部１２０−１〜１２０−Ｎ毎のフレーム待ちキューである。
【００８１】
図１８は、制御テーブル１３０の内容の一実施例を示す。制御テーブル１３０は入力処理部番号と送信先アドレスと送信元アドレスと制御タイプによって出力処理部番号が割り当てられている。なお、出力部の括弧内の番号は出力処理部毎に設けられた出力バッファにおける待ちキュー番号である。
【００８２】
図１９は、フレーム交換処理部１０１０での入力処理のフローチャートを示す。ステップＳ３０で、入力処理部からのユーザフレームを受信し、一旦入力処理部毎に入力バッファ１４２０に格納する。
【００８３】
次に、ステップＳ３２で入力処理部毎の入力バッファ１４２０にユーザフレームがあることを確認し、その先頭のユーザフレームを取り出す。ステップＳ３４で取り出したユーザフレームのヘッダ情報と制御テーブル１３０とを比較して、制御テーブル１３０から得られた出力処理部番号を転送先の出力処理部として決定し、ステップＳ３６で当該出力処理部に対応する出力バッファ１４１０に転送する。
【００８４】
ところで、出力バッファ１４１０では、図１８に示すように一つの出力処理部番号に括弧内の番号分のキューを持つことになる。各出力キューは、子機の台数または子機配下の端末台数分を持たせることによって、各出力キューからの出力制御をポーリング等による均等割付による出力制御を行なうことで各出力キューからの出力を最低レートで保証することができる。更に、各出力キューからの取り出しをタイマ管理にて一定周期で行って出力することにより、各出力キューからの出力を一定レートで保証することができる。
【００８５】
図２０は、フレーム交換処理部１０１０での優先出力処理のフローチャートを示す。同図中、ステップＳ４０で出力バッファ１４１０の出力タイミングが発生すると、ステップＳ４２に進んで出力バッファ１４１０内にある複数の出力キューのうち一番高い優先レベルのキューを見てユーザフレームの有無を調べる。そして、ステップＳ４４でユーザフレームの有無の調査結果を判別し、ユーザフレームがあればステップＳ４６でそのユーザフレームを出力処理部に転送してステップＳ４２に進む。ステップＳ４４でユーザフレームがなければステップＳ４８に進む。
【００８６】
ステップＳ４８では、出力バッファ１４１０内にある複数の出力キューのうち次の優先レベルのキューを見てユーザフレームの有無を調べる。そして、ステップＳ５０でユーザフレームの有無の調査結果を判別し、ユーザフレームがあればステップＳ５２でそのユーザフレームを出力処理部に転送してステップＳ４８に進む。ステップＳ５０でユーザフレームがなければステップＳ５４で次の優先レベルのキューの有無を判別し、次の優先レベルのキューがあればステップＳ４８に進み、次の優先レベルのキューが無ければ処理を終了する。
【００８７】
ここでは、各出力キューに優先レベルが割り振られており、同一優先レベルの出力キュー間では、一度読み出しが行われた出力キューについて同一優先レベル内で最低の優先度にすることによって、同一優先レベルでの送信権を必ず確保している。
【００８８】
本発明ではユーザフレームの長さが可変長であることからフレームサイズによって、帯域の差が大きく異なる。つまり、フレームサイズが大きいユーザほど帯域が大きく割り当てられたように見えることから、次の実施例においては、フレームサイズの大きいユーザフレームが転送中であっても優先度の高いユーザフレームの転送割り込みが発生した場合は、現在転送しているユーザフレームを中断し、優先度の高いユーザフレームを先に転送し、優先度の高いフレームの転送完了後に中断していたフレームの残り部分の転送を行なうことで最低レートの保証をより確実に行なうようにしている。
【００８９】
なお、フレームサイズの大きいユーザフレームの転送中に優先度の高いユーザフレームの転送割り込みが発生し、現在転送しているユーザフレームを中断して優先度の高いユーザフレームを先に転送している状態で、更に優先度の高いフレームのユーザフレームの転送割り込みが発生したとき、優先度の高いユーザフレームの転送を中断して更に優先度の高いユーザフレームを先に転送し、更に優先度の高いフレームの転送完了後に中断していた優先度の高いフレームの残り部分の転送を行ない、その後、中断していたフレームサイズの大きいフレームの残り部分の転送を行なうことを入れ子状態の転送という。
【００９０】
図２１は、優先転送処理を実現する回路の一実施例のブロック図を示す。フレーム送信の中断処理はフレーム中断処理部９２０によって実現され、分断されたユーザフレームを元のユーザフレームに復元する処理はフレーム復元部９１０によって実現される。フレーム中断処理部９２０は、図５に示すフレーム交換部１００内に設けられ出力処理部１１０に転送する直前でフレーム中断処理が行なわれる。フレーム復元部９１０は、図８に示す送信フレーム処理回路５３０内に設けられる。
【００９１】
フレーム中断処理部９２０の内部には、アップリンクマルチフレーム及びダウンリンクマルチフレームそれぞれにおけるユーザフレームの多重数（入れ子状態数）分のバッファ９２０２が用意されており、中断したユーザフレームの残り部分が格納される仕組みとなっている。また、フレーム復元部９１０には、フレーム中断処理部９２０と同じ数、即ちアップリンクマルチフレーム及びダウンリンクマルチフレームそれぞれにおけるユーザフレームの多重数（入れ子状態数）分のバッファ９１０２が用意されている。
【００９２】
フレーム中断処理部９２０は、フレーム交換処理部１０１０に接続される制御テーブル１３０に従ってフレーム交換処理された出力バッファ１４１０から複数のキューの先頭フレームが転送されて、バッファ９２０２に格納される。バッファ９２０２では、高い優先度のバッファよりユーザフレームの転送を開始する。
【００９３】
このとき、高い優先度のバッファにユーザフレームがなければ低優先度のユーザフレームを転送する。低優先度のフレームを転送しているときに、転送中のフレームより優先度の高いフレームがバッファ９２０２に蓄積されると、優先度の高いフレームのユーザフレームの先頭に中断フラグを設定し、転送中の低優先度のフレームを中断するとともに優先度の高いバッファに蓄積されたフレームを送信開始する。優先度の高いフレームの転送が完了すると先に中断していた低優先度のフレームの残りフレームの転送を再開する。これらの制御を実現しているのでタイミング制御部９２０３である。
【００９４】
フレーム復元部９１０の分離符号認識回路９１０１では、ユーザフレームの受信中に中断フラグを認識すると、受信ユーザフレームを格納していたバッファ９１０２内のバッファより優先度の高いバッファを選択し、新たなユーザフレームの受信として認識するとともに、ユーザフレームを中断している事実を記憶しておく。新たなユーザフレームの受信が完了すると中断していたユーザフレームの記憶を確認し、中断していたバッファに受信ユーザフレームを転送することによって低優先度のユーザフレームを復元することができる。これらの制御を実現しているのでタイミング制御部９１０３である。
【００９５】
図２２は、帯域ダイナミック制御を実現する回路の一実施例のブロック図を示す。同図中、図２と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。子機５ａに設けられた端末ＬＡＮポート監視部２０３０は、各端末（７ａ１等）の電源オン状態及び各端末の収容されているＬＡＮポートの状態（フレームデータ有無）を監視して、その監視情報をアップリンクマルチフレームの制御部分で親機１に通知する。
【００９６】
親機１内の電源状態監視部２０１０では、各子機の上記監視情報を基に、フレームデータ有りの端末の対して所定帯域（上り）を割り当てる。また、フレームデータ無しで電源オンの端末の対して最小固定帯域（上り）を割り当て、フレームデータ無しで電源オフの端末の対して上り帯域の割り当てを行わない。ところで帯域変更制御部２０２０は、上記の電源状態監視部２０１０による各端末の帯域割り当て処理を一定周期で行うようにタイミングを制御する。
【００９７】
これによって、親機１の制御によって各子機に接続される端末の上り帯域をダイナミックに変更することができ、効率的にユーザフレームを多重化することができる。
【００９８】
ところで、ネットワークサービスの一つとして、複数の端末でマルチキャストグループを形成し、このマルチキャストグループ内の任意の端末から送信したユーザフレームをマルチキャストグループ内の全ての端末にマルチキャスト送信するマルチキャストサービスがある。
【００９９】
ＡＴＯ−ＰＯＭでは、ダウンリンクの帯域をＴＤＭ（時分割多重）しており、各ＴＤＭチャネル毎に端末が割り当てられ、各子機では自装置に接続されている端末に割り当てられているＴＤＭチャネルがわかっているために、子機ではマルチキャストグループに入っている端末についてのみマルチキャスト配信を行い、マルチキャストグループに入っていない端末にはマルチキャスト配信を行わないようにして、マルチキャストサービスを実現できる。
【０１００】
しかし、本実施例のように、ダウンリンクマルチフレームに可変長のユーザフレームを多重する場合にはチャネル毎に端末が割り当てられている分けではないため、子機では自装置の配下にどの端末が接続されているかわかってないので、そのままではマルチキャストグループに入っている端末についてのみマルチキャスト配信を行うことができない。
【０１０１】
ここで、ＩＧＭＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｇｒｏｕｐ  Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）の動作概要について、図２３を用いて説明する。同図中、端末がマルチキャストグループに参加する場合、参加希望の端末７ａ１はルータ９ｒを介しホストの上位サーバ９ｓに対して参加の要求を行う。これを受信した上位サーバ９ｓはルータ９ｒを介し当該端末７ａ１に応答を行い、また、ルータ９ｒに対しマルチキャストの配信を行う。
【０１０２】
これにより、ルータ９ｒは配下の全ての端末に対しクエリメッセージＨＭＱ（Ｈｏｓｔ  Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ  Ｑｕｅｒｙ）を送信する。このクエリメッセージＨＭＱを受け取った参加希望の端末７ａ１は、参加希望のグループを通知するためリポートメッセージＨＭＲ（Ｈｏｓｔ  Ｍｅｍｂｅｒ  Ｒｅｐｏｒｔ）をルータ９ｒに送信する。これによって、ルータ９ｒは当該端末が参加希望するマルチキャストグループを把握し、以降、そのグループのマルチキャスト配信を行う。
【０１０３】
また、参加していたマルチキャストグループからの離脱を希望する端末７ａ１は、リーブメッセージをルータ９ｒに送信する。これを受信したルータ９ｒは、まだ他にそのマルチキャストグループに参加している端末が存在するか否かを確認するために、そのマルチキャストグループのアドレス宛てにクエリメッセージＧＳＱ（Ｇｒｏｕｐ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｑｕｅｒｙ）を送信する。もしリーブメッセージを送信した端末７ａ１以外にまだそのグループに参加している端末が存在すれば、その端末（例えば８ａ１）はリポートを送信してその存在をルータ９ｒに伝える。
【０１０４】
図２４は、本発明におけるマルチキャストフィルタリングを実現する親機及び子機の第１実施例のブロック図を示す。同図中、図２と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。端末７ａ１から子機５ａ，親機１を通して上位サーバ９ｓに参加の要求が上げられるとき、親機１内のＩＧＭＰセンタ部２１１０（図４の送信フレーム検出回路３５０に内蔵）は参加要求のユーザフレームの送信元アドレス（端末７ａ１のアドレス）と参加希望のマルチキャストグループのアドレスを認識し、その端末アドレスとマルチキャストグループアドレスを図１１に示す設定情報として、フィルタ情報送信部２１２０（図４の送信フレーム検出回路３５０に内蔵）に子機５ａに対して転送させる。
【０１０５】
子機５ａ内のフィルタ情報受信部２１４０（図７のマルチフレーム解析処理回路４９０に内蔵）は上記設定情報を解析して設定情報から得た端末アドレスとマルチキャストグループアドレスを、フィルタ部２１３０（図８の送信フレーム処理回路５３０に内蔵）に設定する。
【０１０６】
これによって、子機５ａのフィルタ部２１３０では、ルータからのマルチキャスト配信について、設定されているマルチキャストグループアドレスと一致する端末アドレスの端末（例えば７ａ１）にのみ配信し、他の端末には配信しないフィルタリングを行う。この実施例では、子機にはフィルタ部２１３０を設けるだけで良く、簡単な構成で低コストの子機を使ってマルチキャストフィルタリングを行うことができる。
【０１０７】
図２５は、本発明におけるマルチキャストフィルタリングを実現する親機及び子機の第２実施例のブロック図を示す。同図中、図２と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。端末７ａ１から子機５ａ，親機１を通して上位サーバ９ｓに参加の要求が上げられるとき、子機５ａ内のＩＧＭＰ認識部２２１０（図８の受信フレーム処理回路５４０に内蔵）は参加要求のユーザフレームの送信元アドレス（端末７ａ１のアドレス）と参加希望のマルチキャストグループのアドレスを認識し、その端末アドレスとマルチキャストグループアドレスをフィルタ部２２３０（図８の送信フレーム処理回路５３０に内蔵）に設定する。
【０１０８】
これによって、子機５ａのフィルタ部２２３０では、ルータからのマルチキャスト配信について、設定されているマルチキャストグループアドレスと一致する端末アドレスの端末（例えば７ａ１）にのみ配信し、他の端末には配信しないフィルタリングを行う。この実施例では、子機にフィルタ部２２３０の他に構成の複雑なＩＧＭＰ認識部２２１０を設ける必要があるものの、親機から子機に設定情報を転送する必要がなく、親機と子機間の通信帯域を有効利用することができる。
【０１０９】
ここで、図２４及び図２５の構成において、親機１でアップリンクマルチフレームを無条件に折り返しダウンリンクマルチフレームとして各子機に送信することで、各子機に接続された端末間でローカル通信を行うことが可能となる。但し、ダウンリンクマルチフレームの帯域をアップリンクマルチフレームのＮ倍の帯域にする必要がある。
【０１１０】
更に、子機の端末終端部５０内の送信フレーム処理回路５３０（図８）において、フレームを通過させるフィルタ部２１３０，２２３０は、送信先アドレスと送信元アドレスの二つで比較する必要があり、送信元アドレスが自装置もしくは自装置配下の端末であれば通過させないようにする処理を行う。
【０１１１】
図２６は、本発明におけるローカル通信を実現する親機及び子機の第１実施例のブロック図を示す。同図中、図２と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。フレーム送信回路３０１０およびフレーム受信回路３０２０はこれまでに説明した送信動作、および受信動作の総称として記載されており、フレーム制御回路３０３０がアップリンクマルチフレームを各子機に折り返してローカル通信を実現している回路である。
【０１１２】
図２７は、フレーム制御回路３０３０の一実施例のブロック図を示す。同図中、図中の受信フレームのフィルタリング回路３０３１には、受信したユーザフレームの送信元アドレスと子機番号を合わせて学習（記憶）する送信元学習テーブル３０３１１を持ち、この送信元学習テーブル３０３１１の送信元アドレスと受信ユーザフレームの送信先アドレスが一致した場合、そのユーザフレームはローカル通信フレームとしてローカルフレームバッファ３０３２に転送する。
【０１１３】
但し、送信元学習テーブル３０３１１の送信元アドレスと受信ユーザフレームの送信先アドレスが一致した場合であっても、受信ユーザフレームの送信元アドレスが送信元学習テーブル３０３１１の子機番号と同一の場合は、フレーム交換するか、もしくは廃棄する。これは、子機内のローカル通信であり、無効フレームを防止するために上記処理を入れることでトラヒックの無駄な増加を防止している。
【０１１４】
ローカル通信としてローカルフレームバッファ３０３２に蓄積されたフレームは、通常の外部（フレームＳＷ１０）からのフレームに多重されて送信フレームタイミング調整回路３０３３を経て、ダウンリンクマルチフレームとして転送される。フレームタイミングバッファ３０３４は、ローカルフレームバッファ３０３２からのフレーム送信中にフレームＳＷ１０からのフレームを一旦蓄積しておくバッファである。
【０１１５】
なお、マルチフレームタイミング検出回路４８１０が請求項記載の基準信号検出手段に対応し、マルチフレーム多重化回路４４０が多重化手段に対応し、光多重化回路４１０ａが送信手段に対応し、マルチフレーム多重化回路３４０がマルチフレーム生成手段及び決定手段に対応し、マルチフレーム多重化回路４４０が蓄積量通知手段に対応し、統計回路３９１０がフレームサイズ減少手段とフレームサイズ増大手段に対応し、ＩＧＭＰセンタ部２１１０がマルチキャスト管理手段に対応し、フィルタ部２１３０がフィルタ手段に対応し、ＩＧＭＰ認識部２２１０がマルチキャスト認識手段に対応し、タイミング制御部９２０３が中断制御手段に対応し、タイミング制御部９１０３が復元制御手段に対応し、フレーム制御回路３０３０が折返し手段に対応し、受信フレームのフィルタリング回路３０３１が受信フレームフィルタ手段に対応し、端末ＬＡＮポート監視部２０３０が端末監視手段に対応し、電源状態監視部２０１０が帯域割り当て手段に対応する。
【０１１６】
（付記１）  親機からカプラで分岐を行って複数の子機に接続され、各子機に複数の端末が接続されており、前記親機と複数の端末間で通信を行うＰＯＮ通信方法において、
各子機は、前記親機から供給されるマルチフレームの基準信号を基準として、前記親機より指定されたタイミングで前記親機に対し可変長フレームを送信することを特徴とするＰＯＮ通信方法。
【０１１７】
（付記２）  付記１記載のＰＯＮ通信方法において、
前記親機は、複数の子機に対し可変長フレームを多重化し前記基準信号を付加したマルチフレームを送信することを特徴とするＰＯＮ通信方法。
【０１１８】
（付記３）  親機からカプラで分岐を行って複数の子機に接続され、各子機に複数の端末が接続されており、前記親機と複数の端末間で通信を行うＰＯＮの子機において、
前記親機から供給されるマルチフレームの基準信号を検出する基準信号検出手段と、
複数の端末からのフレームを多重化する多重化手段と、
前記基準信号検出手段で検出された基準信号を基準として、前記親機より指定されたタイミングで前記親機に対し、前記多重化手段で多重化された可変長フレームを送信する送信手段を
有することを特徴とする子機。
【０１１９】
（付記４）  親機からカプラで分岐を行って複数の子機に接続され、各子機に複数の端末が接続されており、前記親機と複数の端末間で通信を行うＰＯＮの親機において、
複数の子機に対し可変長フレームを多重化し前記基準信号を付加してマルチフレームを生成するマルチフレーム生成手段を有し、
前記マルチフレームを送信することを特徴とする親機。
【０１２０】
（付記５）  付記３記載の子機において、
前記複数の端末から供給されたフレームの蓄積量を周期的に前記親機に通知する蓄積量通知手段を有することを特徴とする子機。
【０１２１】
（付記６）  付記４記載の親機において、
前記複数の子機から通知された蓄積量に基づいて各子機の出力する可変長フレームのフレームサイズと出力タイミングとを決定し前記各子機に通知する決定手段を有することを特徴とする親機。
【０１２２】
（付記７）  付記４記載の親機において、
前記複数の子機それぞれに指示したフレームサイズに対する各子機から受信した可変長フレームのサイズとの比率を求め、前記比率が下限値未満の場合に当該子機に指示するフレームサイズを減少させるフレームサイズ減少手段を有することを特徴とする親機。
【０１２３】
（付記８）  付記４記載の親機において、
前記複数の子機それぞれに指示したフレームサイズに対する各子機から受信した可変長フレームのサイズとの比率を求め、前記比率が上限値を超える場合に当該子機に指示するフレームサイズを増大させるフレームサイズ増大手段を有することを特徴とする親機。
【０１２４】
（付記９）  付記４記載の親機において、
前記複数の端末から子機を介して供給されるフレームがマルチキャストの参加要求であることを認識したとき、前記参加要求に対応するマルチキャスト配信を前記参加要求の端末にのみ配信されるよう前記子機に設けられたフィルタ手段に設定するマルチキャスト管理手段を有することを特徴とする親機。
【０１２５】
（付記１０）  付記３記載の子機において、
前記複数の端末のうちマルチキャストグループの端末にのみマルチキャスト配信を行うフィルタ手段と、
前記複数の端末から供給されるフレームがマルチキャストの参加要求であることを認識したとき、前記フィルタ手段に前記参加要求に対応するマルチキャスト配信を前記参加要求の端末にのみ配信されるよう設定するマルチキャスト認識手段とを有することを特徴とする子機。
【０１２６】
（付記１１）  付記４記載の親機において、
少なくとも前記複数の子機毎の出力キューを有し、
前記複数の出力キューについて均等割付による出力制御を行うことを特徴とする親機。
【０１２７】
（付記１２）  付記１１記載の親機において、
前記複数の出力キューからの読み出しを一定周期で行って出力することを特徴とする親機。
【０１２８】
（付記１３）  付記４記載の親機において、
前記マルチフレームに多重化される可変長フレーム数分のバッファと、
前記バッファのいずれかから子機に対し転送中のフレームより優先度の高いフレームが他のバッファに供給されたとき、前記転送中のフレームに中断フラグを設定して中断し、前記優先度の高いフレームを転送したのち、中断したフレームを転送する中断制御手段を有することを特徴とする親機。
【０１２９】
（付記１４）  付記３記載の子機において、
前記マルチフレームに多重化される可変長フレーム数分のバッファと、
フレーム受信中に中断フラグを認識すると、受信フレームを格納していたバッファより優先度の高いバッファを選択して後続の受信フレームを格納したのち、格納を中断したバッファに受信を中断したフレームの後続部分を格納して復元する復元制御手段を有することを特徴とする子機。
【０１３０】
（付記１５）  付記９記載の親機において、
前記複数の子機から受信したフレームを前記複数の子機に転送するフレームとして折り返す折返し手段を有することを特徴とする親機。
【０１３１】
（付記１６）  付記１５記載の親機において、
受信したフレームの送信元アドレスと子機番号を合わせて学習する送信元学習テーブルと、
前記送信元学習テーブルの送信元アドレスと受信フレームの送信先アドレスが一致したとき前記受信フレームを前記折返し手段で折り返させる受信フレームフィルタ手段を有することを特徴とする親機。
【０１３２】
（付記１７）  付記３記載の子機において、
前記複数の端末の電源及びフレームデータ有無状態を前記親機に通知する端末監視手段を有することを特徴とする子機。
【０１３３】
（付記１８）  付記４記載の親機において、
前記複数の子機から通知された複数の端末の電源及びフレームデータ有無状態基づいて各端末に割り当てる帯域を変更する帯域割り当て手段を有することを特徴とする親機。
【０１３４】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載の発明によれば、各子機は、親機から供給されるマルチフレームの基準信号を基準として、親機より指定されたタイミングで親機に対し可変長フレームを送信することにより、非同期情報である可変長フレームをそのままＰＯＮに載せて転送するので、非同期情報を分割してそれぞれにヘッダを付加する必要がなく、上り回線のＰＯＮの利用効率を向上することができ、簡単な構成で低コストの子機を使ってマルチキャストフィルタリングを行うことができる。
【０１３６】
請求項２に記載の発明によれば、親機から供給されるマルチフレームの基準信号を検出する基準信号検出手段と、複数の端末からのフレームを多重化する多重化手段と、基準信号検出手段で検出された基準信号を基準として、親機より指定されたタイミングで親機に対し、多重化手段で多重化された可変長フレームを送信する送信手段を有することにより、各子機のフレームサイズを端末からのフレーム蓄積量に応じて効率的に割り当てることができ、上り回線のＰＯＮの利用効率を向上することができ、親機と子機間の通信帯域を有効利用することができる。
【０１３９】
請求項３に記載の発明によれば、複数の子機それぞれに指示したフレームサイズに対する各子機から受信した可変長フレームのサイズとの比率を求め、比率が下限値未満の場合に当該子機に指示するフレームサイズを減少させるフレームサイズ減少手段を有することにより、フレームサイズをダイナミックなフレームサイズを設定でき、上り回線のＰＯＮの利用効率を向上することができる。
【０１４０】
請求項４に記載の発明によれば、複数の子機それぞれに指示したフレームサイズに対する各子機から受信した可変長フレームのサイズとの比率を求め、比率が上限値を超える場合に当該子機に指示するフレームサイズを増大させるフレームサイズ増大手段を有することにより、フレームサイズをダイナミックなフレームサイズを設定でき、上り回線のＰＯＮの利用効率を向上することができる。
【０１４３】
請求項５に記載の発明によれば、少なくとも複数の子機毎の出力キューを有し、複数の出力キューについて均等割付による出力制御を行うことにより、各出力キューからの出力を最低レートで保証することができる。
【０１４４】
請求項６に記載の発明によれば、複数の出力キューからの読み出しを一定周期で行って出力することにより、各出力キューからの出力を一定レートで保証することができる。
【０１４５】
請求項７に記載の発明によれば、マルチフレームに多重化される可変長フレーム数分のバッファと、バッファのいずれかから子機に対し転送中のフレームより優先度の高いフレームが他のバッファに供給されたとき、転送中のフレームに中断フラグを設定して中断し、優先度の高いフレームを転送したのち、中断したフレームを転送する中断制御手段を有し、請求項８に記載の発明によれば、マルチフレームに多重化される可変長フレーム数分のバッファと、フレーム受信中に中断フラグを認識すると、受信フレームを格納していたバッファより優先度の高いバッファを選択して後続の受信フレームを格納したのち、格納を中断したバッファに受信を中断したフレームの後続部分を格納して復元する復元制御手段を有することにより、フレームサイズの大きいユーザフレームの転送中に優先度の高いユーザフレームの転送割り込みが発生した場合は、現在転送しているユーザフレームを中断して優先度の高いユーザフレームを先に転送することが可能となる。
【０１４６】
請求項９に記載の発明によれば、複数の子機から受信したフレームを複数の子機に転送するフレームとして折り返す折返し手段を有することにより、各子機に接続された端末間でローカル通信を行うことが可能となる。
【０１４７】
請求項１０に記載の発明によれば、受信したフレームの送信元アドレスと子機番号を合わせて学習する送信元学習テーブルと、送信元学習テーブルの送信元アドレスと受信フレームの送信先アドレスが一致したとき受信フレームを折返し手段で折り返させる受信フレームフィルタ手段を有することにより、トラヒックの無駄な増加を防止することができる。
【０１４８】
請求項１１に記載の発明は、複数の端末の電源及びフレームデータ有無状態を前記親機に通知する端末監視手段を有し、請求項１２に記載の発明は、複数の子機から通知された複数の端末の電源及びフレームデータ有無状態基づいて各端末に割り当てる帯域を変更する帯域割り当て手段を有することにより、各子機に接続される端末の上り帯域をダイナミックに変更することができ、効率的にユーザフレームを多重化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＰＯＮシステムの全体構成図を示す図である。
【図２】本発明の親機及び子機の一実施例のブロック図である。
【図３】本発明で利用されるフレームフォーマットの概略構成を示す図である。
【図４】回線処理部の一実施例のブロック図である。
【図５】親機のフレームＳＷの一実施例のブロック図である。
【図６】制御部の一実施例のブロック図である。
【図７】子機のＰＯＮ終端部の一実施例のブロック図である。
【図８】端末処理部の一実施例のブロック図である。
【図９】マルチフレーム多重化回路とマルチフレーム分離回路によって実現されるカプラ上のダウンリンクマルチフレーム実現回路のブロック図である。
【図１０】制御ヘッダ生成回路の回路構成図である。
【図１１】設定情報の内容を示す図である。
【図１２】マルチフレーム分離回路とマルチフレーム多重化回路によって実現されるカプラ上のアップリンクマルチフレーム実現回路のブロック図である。
【図１３】親機と子機間のＰＯＮ通信開始時のシーケンスである。
【図１４】フレーム蓄積情報収集のシーケンスである。
【図１５】フレーム蓄積情報収集処理のフローチャートである。
【図１６】フレーム蓄積情報収集のシーケンスである。
【図１７】親機側で子機の最低レートを保証するためのフレーム交換部及びその周辺部のブロック図である。
【図１８】制御テーブル１３０の内容の一実施例を示す図である。
【図１９】マルチフレーム多重化回路とマルチフレーム分離回路によって実現されるカプラ上のダウンリンクマルチフレーム実現回路のブロック図である。
【図２０】フレーム交換処理部での優先出力処理のフローチャートである。
【図２１】優先転送処理を実現する回路の一実施例のブロック図である。
【図２２】帯域ダイナミック制御を実現する回路の一実施例のブロック図である。
【図２３】ＩＧＭＰの動作概要を示す図である。
【図２４】本発明におけるマルチキャストフィルタリングを実現する親機及び子機の第１実施例のブロック図である。
【図２５】本発明におけるマルチキャストフィルタリングを実現する親機及び子機の第２実施例のブロック図である。
【図２６】本発明におけるローカル通信を実現する親機及び子機の第１実施例のブロック図である。
【図２７】フレーム制御回路の一実施例のブロック図である。
【符号の説明】
１，２  親機
３  バックボーンネットワーク
４ａ〜４ｎ  カプラ
５ａ１〜５ａｎ，６ａ〜６ｘ  子機
７ａ１〜７ａｉ，７ｘ１〜７ｘｊ，８ａ１〜８ａｋ，８ｘ１〜８ｘｌ  端末
１０  フレームＳＷ
３０ａ〜３０ｘ  回線処理部
４０  ＰＯＮ終端部
５０  端末処理部
３１０ａ，４１０ａ  光多重化回路
３１０ｂ，４１０ｂ  光分配回路
３２０，４２０  Ｅ／Ｏ回路
３３０，４３０  符号化回路
３４０，４４０  マルチフレーム多重化回路
３５０  送信フレーム検出回路
３６０，４６０  Ｏ／Ｅ回路
３７０，４７０  復号化回路
３８０，４８０  マルチフレーム分離回路
３９０  フレーム検出回路
４９０  マルチフレーム解析処理回路
５１０  物理終端回路
５２０  ローカルＳＷ回路
５３０  送信フレーム処理回路
５４０  受信フレーム処理回路
５５０  コマンド解析回路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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