(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１台の局装置と、光カップラを介して該局装置に接続される複数台の加入者端末を有するPONシステムにおける動的帯域割り当て制御方法であって、
各加入者端末に、最低限の帯域を保障する最低限保障帯域を割り当てるステップと、
加入者端末から、上り方向セルバッファの蓄積セル数が該上り方向バッファの容量オーバーが起こり得るセル数の閾値を越えたFULL状態の発生または前記上り方向セルバッファの蓄積セル数が容量オーバーとなる閾値を越えたBOF状態の発生による帯域増加要求を受信するたびに、当該加入者端末に未使用帯域の追加割り当てを段階的に行う第１、第２、・・・・、第k（kは２以上の自然数）の帯域増加処理ステップと
を有し、
第１、第２、・・・・、第kの帯域増加処理ステップの各処理ステップにおける段階の帯域増加幅はこの順序に漸次小さく、
第１の帯域増加処理ステップ中の段階nに、未使用帯域の追加割り当てを行ってから一定時間経過しても帯域増加要求がない場合、現在のnが１であれば第１の帯域増加処理ステップの最初の状態に戻り、nが２以上であればn＝n―１として第２の帯域増加処理ステップに進み、第２の帯域処理ステップでは第１の帯域増加処理ステップの段階（n―１）をベースに帯域増加処理を行い、第２の帯域増加処理ステップ中の段階mに、未使用帯域の追加割り当てを行ってから一定時間経過しても帯域増加要求がない場合、m＝１であればm＝０として第２の帯域増加処理ステップの最初の状態に戻り、m≧２以上であればm＝m―１として第３の帯域増加処理ステップに進み、第２の帯域増加処理ステップに入ってから一定時間経過しても帯域増加要求がない場合、第１の帯域増加処理ステップの（n―１）段階に戻り、以下の帯域増加処理ステップで同様の処理を行い、第kの帯域増加処理ステップでは第（k―１）の帯域増加処理ステップの（直前の段階―１）の段階をベースに帯域増加処理を行ない、第kの帯域増加処理ステップの段階lに、未使用帯域の追加割り当てを行なってから一定時間経過しても帯域増加要求がない場合、l＝l―１とし、その他の場合には第（k―１）の帯域増加処理ステップの最初の状態に戻る、
動的帯域割り当て制御方法。
【請求項２】
未使用帯域の追加割り当ての段階が上がる毎に各段階の増加帯域幅を大きくする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最低保障帯域の値によって、段階による帯域増加幅および／または前記一定時間を調整する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
PONシステムを構成する局装置において、
各加入者端末毎の監視カウンタと、
各加入者端末に、最低限の帯域を保障する最低限保障帯域を割り当てる処理と、加入者端末から、上り方向セルバッファの蓄積セル数が該上り方向バッファの容量オーバーが起こり得るセル数の閾値を越えたFULL状態の発生または前記上り方向セルバッファの蓄積セル数が容量オーバーとなる閾値を越えたBOF状態の発生による帯域増加要求を受信するたびに、当該加入者端末に未使用帯域の追加割り当てを段階的に行う第１、第２、・・・・、第k（kは２以上の自然数）の帯域増加処理を有し、第１、第２、・・・・、第kの帯域増加処理の各処理における段階の帯域増加幅はこの順序に漸次小さく、  第１の帯域増加処理中の段階nに、未使用帯域の追加割り当てを行ってから一定時間経過しても帯域増加要求がなく、前記監視タイマがタイムアウトした場合、現在のnが１であれば第１の帯域増加処理の最初の状態に戻り、nが２以上であればn＝n―１として第２の帯域増加処理に進み、第２の帯域処理では第１の帯域増加処理の段階（n―１）をベースに帯域増加処理を行い、第２の帯域増加処理中の段階mに、未使用帯域の追加割り当てを行ってから一定時間経過しても帯域増加要求がない場合、m＝１であればm＝０として第２の帯域増加処理の最初の状態に戻り、m≧２以上であればm＝m―１として第３の帯域増加処理に進み、第２の帯域増加処理に入ってから一定時間経過しても帯域増加要求がなく、前記監視タイマがタイムアウトした場合、第１の帯域増加処理の（n―１）段階に戻り、以下の帯域増加処理で同様の処理を行い、第kの帯域増加処理では、第（k―１）の帯域増加処理の（直前の段階―１）の段階をベースに帯域増加処理を行ない、第kの帯域増加処理の段階lに、未使用帯域の追加割り当てを行なってから一定時間経過しても帯域増加要求がなく、前記監視タイマがタイムアウトした場合、l＝l―１とし、その他の場合には第（k―１）帯域増加処理の最初の状態に戻る処理を行う帯域制御手段と
を有することを特徴とする局装置。
【請求項５】
未使用帯域の追加割り当ての段階が上がる毎に各段階の増加帯域幅を大きくする、請求項４に記載の局装置。
【請求項６】
前記最低保障帯域の値によって、段階による帯域増加幅および／または前記一定時間を調整する、請求項４または５に記載の局装置。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか１項に記載の動的帯域割り当て制御方法をコンピュータに実行させるための動的帯域割り当て制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１台の局装置と、光カップラを介して該局装置に接続される複数台の加入者端末を有するPON（パッシブ光通信網：Passive Optical Network）システムに関し、特に動的帯域割り当て制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既存の方法であるITU―T勧告Ｇ. ９８３.４で規定されている方法によって帯域制御を行う場合、局装置（OLT: Optical Line Treminal）が各加入者端末（ONT: Optical Network Terminal）から一定周期毎に収集する上り方向セルバッファのセル蓄積情報を解析することによってDBA（動的帯域割り当て）機能を実現する。つまりセル蓄積量の多い加入者端末ＯＮＴに対して、より大きな上り方向未使用帯域の割り当てを行う。
【０００３】
ここで、メモリ容量による帯域割り当て処理の差を考える。例として割り当てられた帯域よりはるかに大きいセルの入力が行われているONT＃１と、僅かにセル入力の方が大きいONT＃２が１台のOLTと接続されているとする。各ONTに搭載されているバッファ容量が小さい場合の帯域更新の様子を図８に示す。ONT＃１、２から帯域更新の直前に「上り方向セルバッファのセル蓄積情報」がOLTに通知され、OLTではこの情報により、各ONTの新しい帯域を決定する。搭載されているバッファ容量が小さい場合、実際のセル入力量としてはONT＃１の方がはるかに大きいが、セル蓄積量としてはONT＃２とほぼ同じとなってしまうために、ONT＃１に対して必要な帯域が割り当てることができない。さらに、ONT＃２に対して無駄に大きな帯域が割り当てられてしまうような状況も起こり得る。
【０００４】
それに対して図９のように十分な大きさのバッファが用意されている場合には、各ONT間のセル蓄積数の差によって、より柔軟な帯域の割り当てが可能となり、ONT＃１に対して必要な帯域を即座に割り当てることも、未使用帯域が余っていれば可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
つまり上述した従来のシステムではONTに大容量のバッファを用意しなければ、各ONT間で上り方向未使用帯域を有効に活用することはできない。しかし安易にメモリの容量を大きくするとONTの価格が高くなってしまうという欠点があり、使用するバッファの容量および価格を考慮した選択が難しかった。
【０００６】
本発明の目的は、ONTに使用するバッファの容量に関係なくDBA機能を実現する動的帯域割り当て制御方法およびPONシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、PONシステムにおけるDBA機能を用いた帯域割り当てに使用する状態パラメータとして、上り方向セルバッファが容量オーバーしたBOF状態と、上り方向セルバッファの蓄積セル数が上り方向セルバッファの容量オーバーが起こりセル数であるFULL状態を用いる。
【０００８】
DBA機能（動的帯域割り当て機能）を用いた帯域制御を行う際に、各ONTの上り方向セルバッファのセル蓄積数がBOFまたはFULL状態発生の閾値を越えた時点で当該ONTはOLTに対して帯域増加要求を行う。OLTは帯域に増加要求を受信するたびに当該ONTに未使用帯域の追加割り当てを行う。
【０００９】
これによりDBA制御に使用するためのONTから情報通知量を既存のシステムより少なくすることができるので、OLT、ONTともに必要な回路規模を小さくすることが可能となる。特にONTのメモリ容量を小さくすることによって、装置価格を低く抑えることができる。
【００１０】
また、連続してFULL／BOFの状態が発生した場合には、一定割合で帯域を増加させるのではなく、例えば指数関数的に帯域の増加を行うことによって、目標である最適帯域に実際の割り当て帯域をすばやく近づけることが可能となる。
【００１１】
また、ONT別に監視カウンタを設け、帯域増加後一定時間経過する間に次の帯域増加要求を受信しない場合は、帯域の増加段階を１つ前の段階に戻すといった処理を行うこともできる。
【００１２】
この場合、増加段階を戻した段階が帯域増加を全く行っていない初期状態になる場合を除いて、その戻した段階から今までの帯域増加幅より帯域増加幅を小さくして帯域の増加を行うことにより最適帯域に実際の割り当て領域をすばやく近づけることが可能となる。
【００１３】
ここで、本発明と従来の割り当て帯域処理の差を比較した結果を図７に示す。理想的に大容量のメモリが各ONTに搭載されている場合に限ると、従来の「セル蓄積量通知方式」（図７（２））はその量によって最初の帯域変更の時点で大幅な帯域の増加を行うことが可能である。しかし接続されているONTからの情報を一定周期毎に全て集めた上で、その情報により各ONTに割り当てる帯域の計算を行うために、複雑な処理が必要である。それに対して本発明（図７（１））はONT個別にBOFまたはFULLの状態発生に対して帯域更新を行うため、複雑な処理も必要なく、従来の「セル蓄積量通知方式」に比べて更新周期をはるかに短くすることが可能である。つまり最初に割り当てられる帯域幅は小さく、最適帯域とはかけ離れた値となるが、更新周期を短くすることによって最適帯域に達する時間としては、ほぼ同程度の結果を期待することができる。
【００１４】
よって、本発明は、バッファ容量に関係なく最適帯域への追従性としては大容量のメモリを使用した従来の「セル蓄積量通知方式」の場合とほぼ同等の効果を期待できるシステムとなり、従来のシステムより低価格に抑えたONTの構成が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態のPONシステムの構成図である。
【００１７】
本実施形態のPONシステムは１台の局装置（OLT）１と、光カップラ２を介してOLT１に接続された複数台の加入者端末（ONT)３から構成されている。
【００１８】
ONT３は、PON区間のセルの制御を行うPON制御部３１と、上り方向セルの一時蓄積を行う上り方向セルバッファ３２と、バッファ３２の上り方向セルの蓄積量を監視し、蓄積量がBOF発生閾値を越えた場合にセルの入力を禁止するフロー制御部３４と、上り方向セルバッファ３２のセル蓄積量がFULL発生閾値を越えた場合にOLT１に対して帯域増加要求を行う状態通知部３３と、下り方向セルの一時蓄積を行う下り方向セルバッファ３５と、PHYデバイス間IFの通信制御を行うPHYデバイス制御部３６を有している。
【００１９】
OLT１は、PON区間のセルの制御を行うPON制御部１２と、接続されているONT３の上り帯域制御を行う帯域制御部１１を有している。
【００２０】
通常の運用状態では、各ONT３は契約した帯域幅のみが割り当てられる（図２（a））。しかし、DBA機能が有効な場合、接続される全てのONT３の契約した帯域幅（保障帯域）を割り当てた後、さらに未使用帯域が存在した場合にはONT３からの要求があれば、未使用領域を使用してそのONT３の帯域を増やしてもよい（図２（b））。このように未使用帯域を有効に利用する方法がPONシステムにおけるDBA機能である。この機能の詳細についてはITU―T勧告G.９８３.４を参照されたい。本発明はこのONTからの帯域増加要求に使用するパラメータの処理に関する。
【００２１】
また、PON区間のセルの制御方法については、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係ないので、その詳細な構成は省略する。
【００２２】
OLT１の帯域制御部１１より割り当てられた帯域以上に端末であるPC４よりセルがONT３に入力された場合、送りきれなかったセルは上り方向セルバッファ３２に蓄積され、入力セルの増加が一時的なものであれば、その後、徐々に減少する。しかし設定帯域以上のセル入力が恒常的に発生している場合、上り方向セルバッファ３２のセル蓄積量は時間と共に増加していくことになる。本実施形態では、上り方向セルバッファ３２に蓄積されるセルの蓄積数についてBOF発生閾値、FULL発生閾値、BOF解除閾値の３つの閾値が存在する。ここで、BOF発生閾値は、セル蓄積量がバッファ３２の容量をオーバーしたＢＯＦ状態と判定するセル量であり、BOF発生解除閾値はセル蓄積量がバッファ３２の容量をオーバーしていないと判定するセル量であり、FULL発生閾値はバッファ３２の容量オーバーが起こり得るＦＵＬＬ状態と判定するセル量である。これらの閾値の間にはBOF発生閾値＞FULL発生閾値＞BOF解除閾値の関係がある。
【００２３】
フロー制御部３４は上り方向セルバッファ３２の監視を常に行い、蓄積セル数がBOF発生閾値を越えた時点でPHYデバイス制御部３６に対して上り方向セル入力の停止を要求する。PHYデバイス制御部３６はPC４に対してセル送出停止指示を行う。PON区間へのセル送出処理が行われ、蓄積セル数がBOF解除閾値より下回った場合には、PC４に対してセル送出再開指示を行う。このようにフロー制御部３４は処理できないセルの廃棄がONT３で行われないように制御を行う。ただし、フロー制御を行うと、上り方向セルの伝送を一時的に止めることになるため、上り方向セルの伝送遅延が大きくなる。そのため、状態通知部３３では、セル蓄積数がFULL発生閾値を越えた時点でOLT１に対して帯域増加要求（通知）を行う。この動作により上りセルの伝送遅延発生を防ぐ。しかし、ONT３からOLT１への帯域増加要求後も、OLT１が帯域を増加させない、または上り方向セルバッファ３２への入力セルがさらに増加するなどの事象が発生すると、上り方向セルバッファ３２ではBOFが発生することになる。この場合、状態通知部３３は設定帯域以上のセル入力が恒常的に発生しているとし、OLT１に対し帯域増加要求を継続する。
【００２４】
OLT１の帯域制御部１１は、各ONT３に対して最低保障帯域を割り当てた後に、上り方向セルバッファ３の未使用帯域が未だ存在している場合には、各ONT３の状態通知部３３からFULL／BOF状態発生による帯域増加要求を受信するたびに、各ONT３に対して個別に未使用帯域の追加割り当てを行う。また、ONT３別に監視カウンタを備え、帯域増加後一定時間経過する間に次の帯域増加要求を受信しない場合は、帯域の増加段階を１つ前の状態に戻すといった処理を行う。
【００２５】
図３はOLT１の帯域制御部１１で行われる帯域割り当て制御の状態遷移図である。図３の例では、３つの帯域増加処理である帯域増加処理状態＿１、帯域増加処理状態＿２、帯域増加処理状態＿３が存在し、n、m、lはそれぞれの帯域増加処理状態における帯域増加段階の番号を示している。各帯域増加処理状態における帯域増加幅は帯域増加処理状態＿１＞帯域増加処理状態＿２＞帯域増加処理状態＿３である。これら変数n、m、lは初期状態では共に０である。BOL、FULLのいずれも発生しなければ、最低限の帯域のみ保障する「保障帯域維持」となる。「初期状態」でFULLまたはBOFが発生すると帯域増加処理状態＿１になる。この状態でBOFまたはFULLが連続して発生すると、段階nを１つずつ上げて帯域を増す。帯域増加処理状態＿１で一定時間経過して監視カウンタがタイムアウトした場合、n＝１であれば「初期状態」に戻り、nが１でなければ段階nをn―１として帯域増加処理状態＿２に進む。この段階でBOFまたはFULLが連続して発生すれば、段階mを１ずつ上げて帯域を増す。帯域増加処理状態＿２が一定時間経過して監視タイマがタイムアウトした場合、m＝０であれば、段階nをn―１として帯域増加処理状態＿１に戻る。m＝１であればm＝０として帯域増加処理状態＿２に戻る。mが０、１以外であれば、段階mを１つ下げて帯域増加処理状態＿３に進む。この段階でBOFまたはFULLが連続して発生すると、段階lを１ずつ上げ帯域を増す。帯域増加処理状態＿３が一定時間経過して監視タイマがタイムアウトした場合、l＝０であれば、段階l、mを共に０にして帯域増加処理状態＿２に戻る。lが０でなければ、段階lを１つ減らして帯域増加処理状態＿３に戻る。
【００２６】
帯域増加量を例えば１段階では５、２段階では１０、３段階では２０、４段階では４０、５段階では８０とすると、例えば帯域増加処理状態＿１で４段階まで遷移後タイムアウトして帯域増加処理状態＿２に遷移し、その後再び２段階まで遷移した場合、タイムアウトした状態で（４―１）段階となるので帯域数は２０、その後２段階目まで遷移するので帯域数は１０となり、割り当てられる帯域数は合計で３０となる。
【００２７】
図４はn台のONT３でBOFまたはFULLが発生した場合の帯域の増減の例を示している。
【００２８】
次に、以上説明したFULL／BOFの発生状態通知による割り当て帯域変更処理によって実際に割り当てられる帯域の例を図５を用いて詳細に説明する。
【００２９】
区間１：  FULL／BOFが発生していないので保障帯域維持状態となり、保証帯域が維持される。
【００３０】
区間２：  BOFが発生したことにより帯域増加処理状態＿１となり、対応するONTの帯域が１段階増加される。
【００３１】
区間３―６：  BOFが連続して発生したことにより、対応するONTの帯域が５段階まで増加される。ここで注意する点は、帯域を増やしてもすぐに次の帯域増加要求があるということは、現在の割り当て帯域と最適帯域との間の大きな差があるということである。よって連続してFULLまたはBOFが発生した場合には、一定割合で帯域を増加させるのではなく、例えば指数関数的に帯域の増加を行うことによって、目標である最適帯域に実際の割り当て帯域をすばやく近づけることが可能となる。
【００３２】
区間７：  帯域増加処理後、次のFULLまたはBOF状態の通知が発生しないということは、入力されている帯域に対して必要以上に帯域が割り当てられている可能性がある。よって一定時間内にFULLまたはBOF通知が発生しない（監視カウンタがタイムアウトした）場合には、帯域増加段階nをn―１とし（図では５から４段階目に遷移）帯域増加処理状態＿２に遷移する。
【００３３】
区間８―９：  １度、監視カウンタのタイムアウトが発生しているので、FULLまたはBOF発生時の帯域の増加処理幅を１段階目に戻し、帯域増加処理状態＿１の帯域増加段階の帯域幅をベース（図では４段階）として加算することによって、割り当て帯域が最適帯域に近づくように帯域の調整を行う。
【００３４】
区間１０―１２：  ２度目のタイムアウトで帯域増加処理状態＿３に遷移し、現状態までの帯域増加幅をベース（図では４―１―０段階）としてさらに帯域の微調整を行う。BOFが発生するのは、コネクションの初期設定時やバースト的にセル入力が行われ、大量にセルが入力された場合だけである。本実施形態ではONT３の帯域を個別に制御できる点を利用して、最適帯域と割り当て帯域が近づいた後は、セル蓄積量がFULLからBOF状態になる前にすばやく帯域を調整することによりBOF状態を回避することが可能であり、BOFによるフロー制御によってセルの伝送遅延が発生することを防ぐことが可能である。
【００３５】
区間１３―１６：  タイムアウトが連続発生したときには帯域増加処理状態を３→２→１と遷移させることによって割り当て帯域を小さくする。
【００３６】
最低帯域を保障し、それ以上の帯域ではベストエフォートでサービスを行う場合、コネクション毎に契約した最低保障帯域がそれぞれ異なるときには、最低保障帯域幅を考慮した余剰帯域の割り当てを行わなければならない。なぜならこの条件を考慮しない場合、少ない保障帯域を選択して契約した加入者が利益を得ることは明白であるからである。
【００３７】
本発明の他の実施形態では、契約した最低保障帯域の値によって、段階による増加幅やタイムアウト値を調整することにより、加入者間の差別化を容易にはかることができる。図６に増加幅やタイムアウト値が表１のように異なる場合の割り当て帯域の差分の例を示す。
【００３８】
【表１】
0004069360.tif 000002
【００３９】
同程度の帯域の入力が行われた場合、最低保障帯域の大きいONT＃１の方に優先的に帯域が割り当てられる。余剰帯域に余裕があれば、最終的にはONT＃１、２共に最適帯域まで割り当てられることになるが、余裕がなければ図６の区間６のように、余剰帯域が発生するまで帯域増加処理が停止したままになることもあり得る。また、タイムアウト値も短くなるので、入力帯域が小さくなった場合の割り当て帯域の削減処理もONT＃２の方が早く行われる。
【００４０】
なお、以上説明した動的帯域割り当て制御方法はそ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、実行するものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、CD―ROM等の記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク装置等の記憶装置を指す。さらに、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネットを介してプログラムを送信する場合のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体もしくは伝送波）、その場合のサーバ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む。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、DBA機能を用いた帯域制御を行う際のパラメータとして、ITU―T勧告G. ９８３.４で規定されている「上り方向バッファセルのセル蓄積数」をOLTに通知して行う方法ではなく、「上り方向セルバッファのFULL／BOF発生状態」を使用することによって、ONTに搭載されている上り方向セルバッファの容量が小さくても、大容量バッファを使用したときと同様のDBA効果が期待でき、よってONTに必要なメモリやその他の回路規模を小さくすることが可能であるため、ONT装置の価格を低く抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のPONシステムの構成図である。
【図２】  ONTへの帯域幅の割り当てを、DBA機能なしとありの場合で示す図である。
【図３】帯域割り当て制御の状態遷移図である。
【図４】３台のONTでBOFまたはFULLが発生した場合の帯域の増減の例を示す図である。
【図５】実際に割り当てられる帯域の例を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態で、帯域増加幅やタイムアウト値が異なる場合の割り当て帯域の差分の例を示す図である。
【図７】本発明と従来技術の効果を比較して示す図である。
【図８】従来技術による帯域制御の説明図である。
【図９】従来技術による帯域制御の説明図である。
【符号の説明】
１    OLT
２    光カップラ
３    ONT
４    PC
１１    帯域制御部
１２    PON制御部
３１    PON制御部
３２    上り方向セルバッファ
３３    状態通知部
３４    フロー制御部
３５    下り方向セルバッファ
３６    PHYデバイス制御部
【図１】
0004069360.tif 000003
【図２】
0004069360.tif 000004
【図３】
0004069360.tif 000005
【図４】
0004069360.tif 000006
【図５】
0004069360.tif 000007
【図６】
0004069360.tif 000008
【図７】
0004069360.tif 000009
【図８】
0004069360.tif 000010
【図９】
0004069360.tif 000011