(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加入者局装置が所定の割り当て条件に基づいて帯域割当を定める割り当て工程と、
前記割り当て工程で定められた帯域割当情報を前記加入者局装置が局側装置に送信する帯域送信工程と、
局側装置が、前記加入者局装置から送信された帯域割当情報を、帯域割り当て対象である全ての加入者局装置に送信するパイプライン送信工程とを備え、
前記加入者局装置は、割り当てられた帯域での送信データと共に前記帯域割当情報を前記局側装置に送信し、帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、次の一巡周期での帯域割当が決定され、
前記一巡周期の中で前記割り当て工程により帯域割当を最初に定める加入者局装置は、前記割り当て工程では、自装置における送信待ちのキューの内、該装置について予め設定された最大帯域の範囲内で送信するよう帯域割当を定めることを特徴とする帯域割当方法。
【請求項２】
加入者局装置が所定の割り当て条件に基づいて帯域割当を定める割り当て工程と、
前記割り当て工程で定められた帯域割当情報を前記加入者局装置が局側装置に送信する帯域送信工程と、
局側装置が、前記加入者局装置から送信された帯域割当情報を、帯域割り当て対象である全ての加入者局装置に送信するパイプライン送信工程とを備え、
前記加入者局装置は、割り当てられた帯域での送信データと共に前記帯域割当情報を前記局側装置に送信し、帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、次の一巡周期での帯域割当が決定され、
前記一巡周期の中で前記割り当て工程により帯域割当を定める順序が最初でない加入者局装置は、前記割り当て工程では、前記パイプライン送信工程により送信された帯域割当情報を用いて、
自装置における送信待ちのキューを該装置について予め設定された最大帯域の範囲内で割り当て可能な場合、当該割り当てを行い、
自装置における送信待ちのキューが該装置について予め設定された最大帯域の範囲内では割り当て不可能な場合、割り当て可能な分だけの割り当てを行うことを特徴とする帯域割当方法。
【請求項３】
帯域割当対象である各加入者局装置について、割り当てに優先度が関連付けられ、前記最初でない加入者局装置は、前記割り当て不可能な場合、優先度のより低い加入者局装置への割り当てデータよりも、優先度のより高い加入者局装置への割り当てを優先させるように帯域割当を変更することを特徴とする請求項２記載の帯域割当方法。
【請求項４】
帯域割当対象である各加入者局装置について、前記割り当て工程により帯域割当を定める加入者局装置とする順序を、前記一巡周期毎に順次ずらしていくことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の帯域割当方法。
【請求項５】
前記帯域送信工程では、前記加入者局装置が宅内中継装置を介して前記帯域割当情報を前記局側装置に送信し、前記宅内中継装置は、該帯域割当情報をカプセル化して前記局側装置に送信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の帯域割当方法。
【請求項６】
所定の割り当て条件に基づいて帯域割当を定める割り当て手段と、
前記割り当て手段で定められた帯域割当情報を局側装置に送信する帯域送信手段と、を備え、
前記帯域送信手段は、割り当てられた帯域での送信データと共に前記帯域割当情報を局側装置に送信し、自装置が接続された通信システムにおける帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、該通信システムにおける次の一巡周期での帯域割当が決定され、
前記割り当て手段は、自装置が前記一巡周期の中で帯域割当を最初に定める加入者局装置である場合、自装置における送信待ちのキューの内、該装置について予め設定された最大帯域の範囲内で送信するよう帯域割当を定めることを特徴とする加入者局装置。
【請求項７】
所定の割り当て条件に基づいて帯域割当を定める割り当て手段と、
前記割り当て手段で定められた帯域割当情報を局側装置に送信する帯域送信手段と、を備え、
前記帯域送信手段は、割り当てられた帯域での送信データと共に前記帯域割当情報を局側装置に送信し、自装置が接続された通信システムにおける帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、該通信システムにおける次の一巡周期での帯域割当が決定され、
前記割り当て手段は、自装置が前記一巡周期の中で帯域割当を最初に定める加入者局装置でない場合、前記局側装置から送信された帯域割当情報を用いて、
自装置における送信待ちのキューを該装置について予め設定された最大帯域の範囲内で割り当て可能な場合、当該割り当てを行い、
自装置における送信待ちのキューが該装置について予め設定された最大帯域の範囲内では割り当て不可能な場合、割り当て可能な分だけの割り当てを行うことを特徴とする加入者局装置。
【請求項８】
帯域割当対象である各加入者局装置について、割り当てに優先度が関連付けられ、前記割り当て手段は、自装置が前記最初でない加入者局装置であり、前記割り当て不可能な場合、優先度のより低い加入者局装置への割り当てデータよりも、優先度のより高い加入者局装置への割り当てを優先させるように帯域割当を変更することを特徴とする請求項７記載の加入者局装置。
【請求項９】
帯域割当対象である各加入者局装置について、前記割り当て手段により帯域割当を定める加入者局装置とする順序を、前記一巡周期毎に順次ずらしていくことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の加入者局装置。
【請求項１０】
複数の加入者局装置が宅内中継装置を介して接続されて用いられる局側装置であって、
前記加入者局装置から送信された帯域割当情報を、帯域割り当て対象である全ての加入者局装置に送信するパイプライン送信手段を備え、
前記加入者局装置は、割り当てられた帯域でのデータ送信時に前記帯域割当情報を前記局側装置に送信し、帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、次の一巡周期での帯域割当が決定されることを特徴とする局側装置。
【請求項１１】
帯域割当対象である各加入者局装置について、帯域割当を定めて前記帯域割当情報を送信する加入者局装置とする順序を、前記一巡周期毎に順次ずらしていくことを特徴とする請求項１０記載の局側装置。
【請求項１２】
請求項６から９の何れか１項に記載の加入者局装置が宅内中継装置に無線通信で接続され、該宅内中継装置が光分岐結合器を介して、請求項１０又は１１に記載の局側装置に接続されて構成されたことを特徴とする通信システム。
【請求項１３】
所定の割り当て条件に基づいて帯域割当を定める割り当て処理と、
前記割り当て処理で定められた帯域割当情報を局側装置に送信する帯域送信処理と、を加入者局装置のコンピュータに実行させる加入者局装置のプログラムであって、
前記帯域送信処理では、割り当てられた帯域での送信データと共に前記帯域割当情報を局側装置に送信し、前記加入者局装置が接続された通信システムにおける帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、該通信システムにおける次の一巡周期での帯域割当が決定され、
前記割り当て処理では、自装置が前記一巡周期の中で帯域割当を最初に定める加入者局装置である場合、自装置における送信待ちのキューの内、該装置について予め設定された最大帯域の範囲内で送信するよう帯域割当を定めることを特徴とする加入者局装置のプログラム。
【請求項１４】
所定の割り当て条件に基づいて帯域割当を定める割り当て処理と、
前記割り当て処理で定められた帯域割当情報を局側装置に送信する帯域送信処理と、を加入者局装置のコンピュータに実行させる加入者局装置のプログラムであって、
前記帯域送信処理では、割り当てられた帯域での送信データと共に前記帯域割当情報を局側装置に送信し、前記加入者局装置が接続された通信システムにおける帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、該通信システムにおける次の一巡周期での帯域割当が決定され、
前記割り当て処理では、自装置が前記一巡周期の中で帯域割当を最初に定める加入者局装置でない場合、前記局側装置から送信された帯域割当情報を用いて、
自装置における送信待ちのキューを該装置について予め設定された最大帯域の範囲内で割り当て可能な場合、当該割り当てを行い、
自装置における送信待ちのキューが該装置について予め設定された最大帯域の範囲内では割り当て不可能な場合、割り当て可能な分だけの割り当てを行うことを特徴とする加入者局装置のプログラム。
【請求項１５】
帯域割当対象である各加入者局装置について、割り当てに優先度が関連付けられ、
前記割り当て処理では、自装置が前記最初でない加入者局装置であり、前記割り当て不可能な場合、優先度のより低い加入者局装置への割り当てデータよりも、優先度のより高い加入者局装置への割り当てを優先させるように帯域割当を変更することを特徴とする請求項１４記載の加入者局装置のプログラム。
【請求項１６】
帯域割当対象である各加入者局装置について、前記割り当て処理により帯域割当を定める加入者局装置とする順序を、前記一巡周期毎に順次ずらしていくことを特徴とする、請求項１３乃至１５のいずれかに記載の加入者局装置のプログラム。
【請求項１７】
複数の加入者局装置が宅内中継装置を介して接続されて用いられ、前記加入者局装置から送信された帯域割当情報を、帯域割り当て対象である全ての加入者局装置に送信するパイプライン送信処理を局側装置のコンピュータに実行させることを特徴とする局側装置のプログラムであって、
前記加入者局装置は、割り当てられた帯域でのデータ送信時に前記帯域割当情報を前記局側装置に送信し、帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、次の一巡周期での帯域割当が決定されることを特徴とする局側装置のプログラム。
【請求項１８】
帯域割当対象である各加入者局装置について、帯域割当を定めて前記帯域割当情報を送信する加入者局装置とする順序を、前記一巡周期毎に順次ずらしていくことを特徴とする請求項１７記載の局側装置のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばPassive Optical Network（以下ＰＯＮと表記）など、局側装置に複数の装置が接続されて構成されたシステムにおける帯域割当方法、局側装置、加入者局装置、通信システム、および装置のプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの急速な普及によりアクセス回線のブロードバンド化が進んでいる。ブロードバンドアクセス回線としては既にＡＤＳＬ、ケーブルモデム等のいろいろな方式が存在するが、より一層の広帯域化に向けてはＰＯＮが世界的に有望視されている。
【０００３】
一方、メタル回線や光ファイバの敷設が困難な地域へのブロードバンド無線通信方式としてWorldwide Interoperability for Microwave Access（以下ＷｉＭＡＸと表記）が注目されている。最近ではシステムの簡素化ならびにコストダウンを目的として固定系通信と移動系通信の融合（Fixed Mobile Convergence：ＦＭＣ）が提唱され、ＰＯＮの加入者側にＷｉＭＡＸを接続するネットワークが提案されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
図２４はＰＯＮの一般的な構成を示したものである。エンドユーザー宅には宅内装置ＯＮＵ（Optical Network Unit）が設置され、局には局側装置ＯＬＴ（Optical Line Terminator）が設置される。両者は光ファイバおよび光分岐結合器Optical Splitterを用いて接続される。各ユーザのパソコンはＯＮＵを介してネットワークに接続され、さらにＯＬＴを経て上位ネットワーク及びインターネットに接続される。
【０００５】
上り方向の信号（波長は通常１．３μｍ）と下り方向の信号（波長は通常１．５μｍ）は波長多重されるため、双方向１芯の光ファイバで接続される。下り方向の信号はＯＬＴから全ＯＮＵにブロードキャストされ、各ＯＮＵはフレームの宛先をチェックし自装置宛のフレームを取り込む。
【０００６】
各ＯＮＵからの上り方向の信号はOptical Splitterで合流するが、この時、信号の衝突が起こらないようにするため、時分割多重が用いられる。そのため、ＯＬＴは各ＯＮＵから時々刻々報告される出力要求（ＲＥＰＯＲＴ）を調停し、ＯＬＴ−ＯＮＵ間の距離に基づく伝送時間を計算した上で各ＯＮＵに対して信号送出許可（ＧＡＴＥ）を与える。
【０００７】
出力要求（ＲＥＰＯＲＴ）にはバッファのキューの状態（待ち行列の長さ）が情報として含まれている。信号送出許可（ＧＡＴＥ）には信号の優先度毎に送出開始時刻および送出継続時間が含まれており、ＯＮＵはこれに従って上り信号を送出する。すなわち上り方向の帯域割当はタイムスロットの割当として実現される。図２５、図２６はＯＮＴが３台接続された場合の信号の流れを示しており、図２５が下り方向の信号、図２６が上り方向の信号を示す。数字付きの四角が各ＯＮＵ宛て並びに各ＯＮＵ発の信号のフレームを示す。
【０００８】
図２７はＯＮＵとＯＬＴの間で取り交わされる出力要求信号（ＲＥＰＯＲＴ）、出力許可信号（ＧＡＴＥ）、上りデータ信号（ＤＡＴＡ）の時間関係を示したものである。本図は１台のＯＮＵとＯＬＴの間で取り交わされる信号を示しており、図中ｔ１、ｔ５はＲＥＰＯＲＴの送出時刻、ｔ２、ｔ４はＧＡＴＥの到着時刻、Waiting Timeは信号送出までの待ち時間、Time Slotはデータ送出のタイムスロットを示す。ＲＥＰＯＲＴはＤＡＴＡの最後にpiggy backで送信される場合が多い。すなわち、その場合はｔ４＝ｔ５となる。
【０００９】
図２８は３台のＯＮＵ（ＯＮＵ１、ＯＮＵ２、ＯＮＵ３）とＯＬＴの間で取り交わされる信号の時間関係を示している。全てのＯＮＵの上り信号送信が一巡する周期をサービスサイクル（Service Cycle）と呼ぶ。サービスサイクルの長さは普通、一定とはせず、各ＯＮＵからの出力要求に応じて動的に変化させる場合が多い。
【００１０】
イーサネット（登録商標）（Ethernet（登録商標））やＰＯＮに関してはＩＥＥＥ８０２．３ａｈで標準化が行われており、ＲＥＰＯＲＴメッセージとＧＡＴＥメッセージに関しフレームフォーマットが規定されている。
しかしながら、上り方向の帯域割当方法やアルゴリズムについては規定されておらず、装置の実装に委ねられている。
【００１１】
図２９はＷｉＭＡＸのシステム構成を示す図である。ＢＳ（Base Station）とＳＳ（Subscribers Station）は、それぞれ基地局（あるいは親局）、加入者局（あるいは子局）と呼ばれる。前者はサービスプロバイダ側に設置され後者はユーザ宅内に設置される。基地局装置ＢＳと加入者局装置ＳＳは無線によって結ばれ、加入者にインターネット接続等のサービスを提供する。
【００１２】
ＷｉＭＡＸの仕様はＩＥＥＥ８０２．１６シリーズによって規定されている。物理層における周波数帯域や変調方式にはいくつかの種類があるが、ＭＡＣ層は共通であり上り信号と下り信号は時分割で切り替えられ、さらに複数のＳＳの信号（上りおよび下り）も時分割で多重される。
【００１３】
下り方向の信号はＰＯＮと同様にＢＳから全ＳＳにブロードキャストされ、各ＳＳはフレームの宛先をチェックし自装置宛のフレームを取り込む。上り信号も基本的にはＰＯＮと同様でありＳＳからの帯域割当要求をＢＳで調停し割当結果をＳＳに返送する。
【００１４】
一般に、ＰＯＮの上り方向の帯域割当に関してはＯＬＴに搭載された帯域割当機能部（Allocation Module、以下、本文及び図においてＡＭと表記）が各ＯＮＵからの要求に基づいて集中的に行っている。また、ＷｉＭＡＸの上り方向の帯域割当に関してもＢＳに搭載された帯域割当機能部（ＡＭ）が各ＳＳからの要求に基づいて集中的に行っていた。
【００１５】
Ethernet PON（以下ＥＰＯＮと表記）とＷｉＭＡＸの方式上の最も大きな違いは前者がコネクションレス型の通信方式であるのに対し、後者はコネクション型の通信方式である点である。すなわち、ＥＰＯＮは帯域割当要求に関してキュークラスベースであるのに対し、ＷｉＭＡＸはコネクションベースとなる。
【００１６】
図３０はＥＰＯＮとＷｉＭＡＸが融合されたネットワークの構成を示している。ＰＯＮの各ＯＮＵの配下にＷｉＭＡＸが収容される構成となっている。ＯＮＵとＢＳはひとつの宅内中継装置として統合される。この宅内中継装置を以下、ＯＮＵ−ＢＳと呼ぶこととする。
【００１７】
また、本出願人による関連技術として、アクセスポイントが携帯端末と無線で接続し、アクセス回線接続装置がその携帯端末によるインターネットへのアクセスを可能にし、加入者によるインターネットへのアクセスとは分離してパケットをルーティングするようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−６４７８３号公報
【非特許文献１】Gangxiang Shen et.al.、"Fixed Mobile Convergence Architectures for Broadband Access: Integration of EPON and WiMAX"、IEEE Communications Magazine August 2007、pp.44-50
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述したＷｉＭＡＸとＥＰＯＮが接続されたネットワークにおいては、ＷｉＭＡＸの上り方向の帯域割当要求をＯＮＵ−ＢＳにおいてＥＰＯＮの要求に変換する必要がある。
ここで、先に述べたようにＥＰＯＮのキュークラスベースとコネクションベースとでは親和性が低いため、ＯＬＴにおける帯域割当において末端のＳＳの要求を効率的かつ精度よく反映させることが困難であった。
【００１９】
さらにＳＳやＯＮＵの数が増えるにつれてＢＳとＯＬＴにおける帯域割当処理の負荷が増し、スケーラビリティの問題が生じてくる。すなわち従来の割当方式では全てのＳＳまたはＯＮＵから割当要求を収集した後、次のサービスサイクルが始まるまでの間に集中して割当を行うため、ＳＳまたはＯＮＵの数が多い場合、制御回路に過大な負荷をかけることになる。すなわち、大規模なＷｉＭＡＸやＰＯＮでは制御回路に高価で高速な集積回路やＣＰＵを要することになりシステムのコストアップにつながってしまう虞があった。
計算時間に余裕を持たせるとサービスサイクルの開始が遅れて帯域が無駄になり性能が低下する。
【００２０】
また、末端のＳＳの要求を効率的かつ高精度で反映させるために図３１に示すようにＳＳの要求をそのままＯＬＴに転送し、ＯＬＴで集中的に割当を行う方法があるが、この構成では、ＯＬＴにおける処理の負荷が著しく高くなるという問題があった。
【００２１】
また、上述した特許文献１のものは、公衆インターネット接続サービスを広いエリアに提供しようとするものであり、端末装置の数が多い大規模なシステムであっても、制御回路に高価で高速な集積回路やＣＰＵを要しないようにすることについてまで考慮されたものではなかった。
【００２２】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、端末装置の数が多い大規模なシステムであっても、制御回路に高価で高速な集積回路やＣＰＵを要することなく、かつ割当要求を精度よく反映し、帯域の利用効率を高めることができる帯域割当方法、局側装置、加入者局装置、通信システム、および装置のプログラム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】
【００２３】
本発明に係る帯域割当方法は、加入者局装置が所定の割り当て条件に基づいて帯域割当を定める割り当て工程と、上記割り当て工程で定められた帯域割当情報を上記加入者局装置が局側装置に送信する帯域送信工程と、局側装置が、上記加入者局装置から送信された帯域割当情報を、帯域割り当て対象である全ての加入者局装置に送信するパイプライン送信工程とを備え、加入者局装置は、割り当てられた帯域での送信データと共に帯域割当情報を局側装置に送信し、帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、次の一巡周期での帯域割当が決定され、一巡周期の中で前記割り当て工程により帯域割当を最初に定める加入者局装置は、割り当て工程では、自装置における送信待ちのキューの内、該装置について予め設定された最大帯域の範囲内で送信するよう帯域割当を定めることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る加入者局装置は、所定の割り当て条件に基づいて帯域割当を定める割り当て手段と、上記割り当て手段で定められた帯域割当情報を局側装置に送信する帯域送信手段と、を備え、帯域送信手段は、割り当てられた帯域での送信データと共に帯域割当情報を局側装置に送信し、加入者局装置が接続された通信システムにおける帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、該通信システムにおける次の一巡周期での帯域割当が決定され、割り当て手段は、自装置が前記一巡周期の中で帯域割当を最初に定める加入者局装置である場合、自装置における送信待ちのキューの内、該装置について予め設定された最大帯域の範囲内で送信するよう帯域割当を定めることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る局側装置は、複数の加入者局装置が宅内中継装置を介して接続されて用いられる局側装置であって、上記加入者局装置から送信された帯域割当情報を、帯域割り当て対象である全ての加入者局装置に送信するパイプライン送信手段を備え、加入者局装置は、割り当てられた帯域でのデータ送信時に帯域割当情報を局側装置に送信し、帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、次の一巡周期での帯域割当が決定されることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る通信システムは、上述した本発明に係る加入者局装置が宅内中継装置に無線通信で接続され、該宅内中継装置が光分岐結合器を介して、上述した本発明に係る局側装置に接続されて構成されたことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る加入者局装置のプログラムは、所定の割り当て条件に基づいて帯域割当を定める割り当て処理と、上記割り当て処理で定められた帯域割当情報を局側装置に送信する帯域送信処理と、を加入者局装置のコンピュータに実行させる加入者局装置のプログラムであって、帯域送信処理では、割り当てられた帯域での送信データと共に帯域割当情報を局側装置に送信し、加入者局装置が接続された通信システムにおける帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、該通信システムにおける次の一巡周期での帯域割当が決定され、割り当て処理では、自装置が前記一巡周期の中で帯域割当を最初に定める加入者局装置である場合、自装置における送信待ちのキューの内、該装置について予め設定された最大帯域の範囲内で送信するよう帯域割当を定めることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る局側装置のプログラムは、複数の加入者局装置が宅内中継装置を介して接続されて用いられ、加入者局装置から送信された帯域割当情報を、帯域割り当て対象である全ての加入者局装置に送信するパイプライン送信処理を局側装置のコンピュータに実行させることを特徴とする局側装置のプログラムであって、加入者局装置は、割り当てられた帯域でのデータ送信時に帯域割当情報を局側装置に送信し、帯域割当対象である全ての加入者局装置によるデータ送信が一巡する一巡周期の間に、次の一巡周期での帯域割当が決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明によれば、端末装置の数が多い大規模なシステムであっても、制御回路に高価で高速な集積回路やＣＰＵを要することなく、かつ割当要求を精度よく反映し、帯域の利用効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明に係る帯域割当方法、局側装置、加入者局装置、通信システム、および装置のプログラムを適用した一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３１】
まず、本実施形態の概略について説明する。
本実施形態では、図１に示すように、加入者局装置が、所定の割り当て条件に基づいて帯域割当を定める割り当て手段と、その割り当て手段で定められた帯域割当情報を局側装置に送信する帯域送信手段と、を備える。
また、局側装置は、加入者局装置から送信された帯域割当情報を、帯域割り当て対象である全ての加入者局装置に送信するパイプライン送信手段を備える。
【００３２】
こうした構成により、本実施形態は、ＰＯＮとＷｉＭＡＸが融合したアクセスネットワークにおいて上り方向の帯域割当制御部を各加入者局（ＳＳ：Subscriber Station）に分散配備し、かつパイプライン処理を導入することにより、ＰＯＮ局側装置、ＰＯＮ宅内装置兼ＷｉＭＡＸ基地局装置ＯＮＵ−ＢＳの処理負担を軽減し、帯域使用効率が高く、かつ帯域割当要求を割当結果に忠実に反映し、公平でスケーラビリティの高い帯域割当方法を提供することを特徴とする。
【００３３】
次に、本実施形態の構成について説明する。
図２に本実施形態の構成を示す。本図２は、各ＯＮＵ−ＢＳ装置に加入者局装置（ＳＳ）がそれぞれ３台収容される場合について機能配備を示している。
【００３４】
ＰＯＮとＷｉＭＡＸから構成されるアクセスネットワークの一般的な構成、方式については、背景技術として上述しているが、本実施形態は、上述した関連技術で局側装置（ＯＬＴ）およびＷｉＭＡＸ基地局装置に配備されていた帯域割当制御部（ＡＭ；Allocation Module）を、各加入者局装置（ＳＳ１〜ＯＮＵ９）に分散配備するように構成している。
このため、本実施形態では、割当結果が上り信号とともにＯＬＴまで通知される。
【００３５】
また、上り信号の待ち合わせ用バッファはＳＳのみに搭載することとし、ＯＬＴ−ＢＳには搭載しない。ＯＬＴ−ＢＳでは信号変換に伴う固定遅延のみが発生するように装置を構成する。ＯＬＴは、各ＳＳで決定された割当結果を全ＳＳに通知する機能として、ＮＭ（Notification Module）を備える。
【００３６】
本実施形態としての通信システムでは、図２に示すように、ＯＬＴ１００に、ＯＮＵ−ＢＳ３００が、光分岐結合器Optical Splitter２００を介して接続される。また、そのＯＮＵ−ＢＳ３００に、ＳＳ４００が無線通信により接続され、そのＳＳ４００に端末装置５００が接続されて構成される。
【００３７】
ＯＬＴ１００は、図３に示すように、上述したＮＭ（パイプライン送信手段）１１０と、ＯＮＵとの通信制御など装置全体の制御を行う制御部１２０と、通信ＩＦ（インタフェース）である通信部１３０とを備える。
【００３８】
ＳＳ４００は、図４に示すように、上述したＡＭ（割り当て手段）４１０と、ＯＬＴとの通信制御など装置全体の制御を行う制御部４２０と、通信ＩＦ（インタフェース）である通信部４３０とを備える。上述した帯域送信手段は、この制御部４２０と通信部４３０とにより実現される。
【００３９】
各ＳＳの帯域割当制御部（ＡＭ１〜ＡＭ９）は自装置内のコネクション毎のバッファキューの状態（待ち行列の長さ）とＯＬＴから通知される他ＳＳの帯域割当結果に基づき自ＳＳの帯域割当を実行する機能を有する。各ＳＳから送出される帯域割当結果は各コネクションの信号先頭がＰＯＮのフレームとしてＯＬＴに到達する時刻および継続時間が含まれている。
【００４０】
ＡＭ１〜ＡＭ９は帯域割当モジュールであり、これらはＯＬＴを介して通知される他ＳＳの割当情報に基づきパイプライン処理によって帯域割当を実行する機能を有する。すなわちＡＭ１〜ＡＭ９はＯＬＴおよびＯＮＵ−ＢＳを介して、それぞれＳＳ１〜ＳＳ９の各自のキューの状態（queue status）および前段ＳＳのモジュールからの割当結果（allocation result）を受け取り、次段ＳＳのモジュールに対し割当結果を送信する構成とする。また、完成した割当（completed allocation）に基づき各ＳＳは上り信号を送出する構成とする。ＯＮＵ−ＢＳはＷｉＭＡＸの上り信号をＰＯＮのフレームでカプセル化してＯＬＴに送信する構成をとる。
【００４１】
次に、本実施形態による動作について説明する。
全ＳＳによるデータ送信が一巡する周期を、改めてService Cycle（ＳＣと略記）と定義する。本発明では現ＳＣの期間内に次のＳＣの帯域割当を実行する。
【００４２】
図５〜図１３に、図２の構成における帯域割当の動作を示す。
まず、システム立ち上げ時にＯＬＴ、ＯＮＵ−ＢＳ、ＳＳの間に行われる時刻合わせ及び距離（伝播遅延時間）測定の結果は各ＯＮＵ−ＢＳ、ＳＳに通知されメモリに格納される。したがって各ＡＭはその帯域割当において信号先頭のＯＬＴへの到達時刻を計算することができる。
【００４３】
また、各ＳＳは自身の装置番号、すなわちパイプライン処理の何番目に位置するかをＯＬＴからの通知により認識しているものとする。本実施例において帯域割当はＳＳのコネクション毎に行うこととする。
また、ＳＣの合計最大帯域（Maximum of Service Cycle）および各ＳＳの最大帯域を予め定めておき、割当時にこれを超過しないようにする。ここで各ＳＳの最大帯域の合計は必ずしもＳＣの合計最大帯域以下とする必要はない。
【００４４】
ＡＭ１は自身のコネクションのキューの状態に基づきＳＳ１に関するＳＣ２の割当を行う。この時、Maximum of Service Cycleの範囲内および自身の最大帯域に収まるならばＡＭ１は自身のキューに滞留する信号をすべて送信できるように割当を行う。ＡＭ１はこの結果をＷｉＭＡＸの帯域要求フレームのフォーマット（６バイト）でＯＮＵ−ＢＳに通知する。
【００４５】
図１４にＷｉＭＡＸの帯域要求フレームのフレーム構成を示す。図１４（ａ）がＷｉＭＡＸの帯域要求フレームそのものであり、図１４（ｂ）は本実施形態で使用する割当結果通知用に修正されたフレームフォーマットである。ひとつのフレームで割当結果に関する情報を２バイト通知することができる。
【００４６】
ＥＰＯＮの上り方向の割当結果（ＧＡＴＥフレーム）は、図１５（ａ）に示すように、ひとつのＯＮＵあたり６バイトを必要とする。したがって、各ＳＳは自装置の上り方向割当結果をＰＯＮの割当結果の形で表現し、これを上記の割当結果通知用フレーム３個分の中に収めてＯＮＵ−ＢＳに情報を送る。これらの割当結果フレームにはＯＬＴへの信号到達時刻および信号継続時間が含まれている。ＯＬＴへの到達時刻は立ち上げ時に通知されたＯＬＴ〜ＳＳ１の伝播遅延時間から計算される。ＯＮＵ−ＢＳは直ちにこれをＰＯＮのＲＥＰＯＲＴフレームとしてカプセル化しＯＬＴに送信する。
【００４７】
ＲＥＰＯＲＴフレームのＰＤＵは最大１６バイトでありＷｉＭＡＸの帯域要求フレーム（６バイト）を収容することができる。図１６にＰＯＮのＲＥＰＯＲＴフレームを示す。図１６（ａ）がＰＯＮの帯域要求フレームそのものであり、図１６（ｂ）は本実施形態で使用する割当結果通知用に修正されたフレームフォーマットである。
【００４８】
ＯＬＴはＳＳ１の割当結果を直ちに下り信号としてＯＮＵ−ＢＳを通じて全ＳＳに通知する。この通知信号をNotificationと呼ぶこととする。ＯＮＵ−ＢＳは、このカプセル化された通知信号をカプセル解除して上述したＷｉＭＡＸのフレーム構成とし、各ＳＳに送信する。図１５（ｂ）が、図１５（ａ）に示すＰＯＮのＧＡＴＥフレームを修正したNotificationフレームである。図５のAllocation（ＳＳ１）はここまでの動作が行われる時間を示している。
【００４９】
次にＳＳ２のＡＭ２はＯＬＴからの通知情報（すなわち１つ前に帯域割当を行ったＳＳ１による帯域割当情報）および自身のキューの状態に基づき、ＳＳ２に関するＳＣ２の割当を行う。ＯＬＴからの情報はＯＮＵ１の信号の先頭がＯＬＴに到着する時刻と信号の継続時間を含んでいるため、ＳＳ２はそれと衝突しないように信号送出開始時刻を決める。この時、ＳＳ２は立ち上げの際に通知されたＯＬＴ〜ＳＳ２間の伝播遅延時間を用いて時刻の計算を行う。
【００５０】
ＡＭ２は割当結果をＯＮＵ−ＢＳを介してＯＬＴに通知しその結果は下り信号で再び全ＳＳに通知される。図６のAllocation（ＳＳ２）はここまでの動作が行われる時間を示している。
【００５１】
以下、同様にしてＡＭ３〜ＡＭ９はＯＬＴおよびＯＮＵ−ＢＳを介して前段ＡＭから渡された結果と自身のキューの状態に基づき各ＳＳに関するＳＣ２の割当を行う。この時、各ＳＳではあらかじめ設定された最大帯域及びＳＣの合計帯域を超過しないように割当を行う。ＡＭ９においてＳＣ２の割当は完了し、割当結果はＡＭ９からＯＬＴに渡され、再度全ＳＳに通知される。
【００５２】
同様にＳＣ３の割当はＡＭ２→ＡＭ３→ＡＭ４→・・・→ＡＭ９→ＡＭ１の順序で行い結果は全ＳＳが共有する。また、ＳＣ４の割当はＡＭ３→ＡＭ４→ＡＭ５→・・・→ＡＭ９→ＡＭ１→ＡＭ２の順序で行い結果は全ＯＮＵが共有する。
以下同様にして割当を行いＳＣ１０の割当はＡＭ９→ＡＭ１→ＡＭ２→・・・→ＡＭ８の順序で行う。
【００５３】
割当の開始モジュールをＳＣによって循環的に変化させるため、ＳＳからのデータ送出順序も循環的に変化させる。すなわちＳＣ２はＳＳ１→ＳＳ２→・・・→ＳＳ９、ＳＣ３はＳＳ２→ＳＳ３→・・・→ＳＳ９→ＳＳ１、ＳＣ４はＳＳ３→ＳＳ４→・・・→ＳＳ９→ＳＳ１→ＳＳ２の順序でデータ送出を行う。以下のＳＣも同様である。
【００５４】
各ＳＳからの割当結果はＰＯＮの上りデータにpiggy backされるのでデータと同じ順序でＳＳからの割当結果が到着する。割当の開始モジュールを循環的に変化させることによりＳＳ間の公平性が保たれる。
【００５５】
図１７〜図２０は、ＳＣ２からＳＣ４までの割当の動作例を示したものである。図１７および図１８では、全ＳＳの帯域要求が合計最大帯域を下回るため全てのＳＳの割当要求が結果に反映される。図１９では合計最大帯域の制限からＳＳ２の割当が制限されている様子を示している。図２０では同様にＳＳ３が割当の制限を受けている様子を示す。
図２１、図２２は、ＳＳからの割当結果通知およびＯＬＴによる全ＳＳへの一斉通知の様子を示している。
【００５６】
このように、ＳＣの中で帯域割当を最初に定めるＳＳのＡＭは、次のＳＣにおける帯域割当を行う際、自装置における送信待ちのキューを、そのＳＳについて予め設定された最大帯域の範囲内で送信するように帯域割当を定め、その定めた帯域割当情報をＲｅｐｏｒｔとしてＯＬＴ１００に通知する。
【００５７】
また、ＳＣの中で帯域割当を定める順序が最初でないＳＳのＡＭは、次のＳＣにおける帯域割当を行う際、ＯＬＴ１００からの通知情報（すなわち１つ前に帯域割当を行ったＳＳによる帯域割当情報）を用いて、まず、自装置における送信待ちのキューをそのＳＳについて予め設定された最大帯域の範囲内で割り当て可能な場合、そのように帯域割当を行う。
また、自装置における送信待ちのキューがそのＳＳについて予め設定された最大帯域の範囲内では割り当て不可能な場合、割り当て可能な分だけの帯域割当を行う。
【００５８】
以上のように、上述した実施形態によれば以下の効果が得られる。
まず、ＯＬＴおよび各ＯＮＵ−ＢＳにおいて全ての割当要求が到着してから割当を行う従来例に比べて、本発明の帯域割当方法は上りデータ受信時間を利用して逐次的に割当処理を進めるため、帯域を無駄にすることがない。このことは従来例のタイミングチャート図２３と本発明のタイミングチャートである図５〜図１３とを比較すれば明瞭である。
【００５９】
しかも帯域の割当順序を循環的に変化させることによりＯＮＵ間の公平性が確保される。また、分散処理によって処理時間に余裕が生じるためにＳＳやＯＮＵの数が増えても制御部の負荷が著しく増大することはない。安価な回路素子またはＣＰＵで制御部を構成することができシステムのコストを削減できる。また、末端のＳＳが直接割当を行うため精度のよい割当が可能となる。
【００６０】
このように、本実施形態によれば、末端のＳＳ間の上り帯域の公平性維持、割当要求の精度のよい反映、帯域の利用効率の向上、かつ高いスケーラビリティを実現する帯域割当方法を提供することができる。
【００６１】
なお、上述した各実施形態は本発明の好適な実施形態であり、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々変形して実施することが可能である。
例えば、上述した実施形態では９台のＳＳに対して割当を行う例を示したが、これを一般的にＮ台（Ｎは自然数）のＳＳに拡張しても、本実施形態を同様に適用することができる。その場合はＮ台のＡＭが仮想的にリング状に接続されパイプライン処理が行われることになる。
【００６２】
また、上述した実施形態ではプライオリティに基づく割当については記していないが、ＳＳの各コネクションに優先度を付与し、この情報を全ＳＳが共有することによってプライオリティに基づく割当が可能となる。
このように、ＳＳの各コネクションへの帯域割当に優先度が関連付けられる場合、ＳＣの中で帯域割当を定める順序が最初でないＳＳのＡＭが帯域割当を行う際、自装置における送信待ちのキューがそのＳＳについて予め設定された最大帯域の範囲内では割り当て不可能であれば、優先度のより低い加入者局装置への割り当てデータよりも、優先度のより高い加入者局装置への割り当てを優先させるように帯域割当を変更する。
【００６３】
また、上述した実施形態ではＥＰＯＮを用いて説明したが、本方式をＧＰＯＮ、ＢＰＯＮなど他のＰＯＮ方式に適用することも可能である。
【００６４】
このように、上述した実施形態では、Ｎ台のＳＳを有するＰＯＮとＷｉＭＡＸの融合ネットワークにおいて上り帯域割当において、各ＳＳに搭載されるＮ個のアロケーションモジュールによって帯域割当のパイプライン処理を行う方法うぃお提供する。
また、各ＳＳがＯＮＵ−ＢＳおよびＯＬＴを介して他ＳＳの割当結果を認識する方法、割当順序を循環的に変化させる方法を提供する。
また、１つ先のサービスサイクルの割当処理を現サービスサイクル内に分散して行う方法を提供する。
また、サービスサイクル毎の帯域上限、ＳＳ毎の帯域上限を設定する方法を提供する。
また、各ＳＳの割当結果をＰＯＮの割当要求フォーマット（ＲＥＰＯＲＴ）を使用してＰＯＮ上を転送し、ＯＬＴに通知する方法を提供する。
また、割当結果をＰＯＮの割当許可フォーマット（ＧＡＴＥ）を使用してＰＯＮ上を転送し、さらに全ＳＳに通知する方法を提供する。
さらに、上り方向の待ち合わせバッファをＳＳのみに搭載する構成を提供する。
【００６５】
また、上述した各実施形態としての通信システム、局側装置、加入者局装置を実現するための処理手順をプログラムとして記録媒体に記録することにより、本発明の各実施形態による上述した各機能を、その記録媒体から供給されるプログラムによって、システムを構成するコンピュータのＣＰＵに処理を行わせて実現させることができる。
この場合、上記の記録媒体により、あるいはネットワークを介して外部の記録媒体から、プログラムを含む情報群を出力装置に供給される場合でも本発明は適用されるものである。
すなわち、記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記録媒体および該記録媒体から読み出された信号は本発明を構成することになる。
この記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ＲＯＭ等を用いてよい。
【００６６】
この本発明に係るプログラムによれば、当該プログラムによって制御される各装置に、上述した各実施形態における各機能を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施形態の概略を示す図である。
【図２】本実施形態としての通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図３】ＯＬＴ１００の構成例を示すブロック図である。
【図４】ＳＳ４００の構成例を示すブロック図である。
【図５】本実施形態での帯域割当によるＳＣ１の動作例を示す図である。
【図６】本実施形態での帯域割当によるＳＣ２の動作例を示す図である。
【図７】本実施形態での帯域割当によるＳＣ３の動作例を示す図である。
【図８】本実施形態での帯域割当によるＳＣ４の動作例を示す図である。
【図９】本実施形態での帯域割当によるＳＣ５の動作例を示す図である。
【図１０】本実施形態での帯域割当によるＳＣ６の動作例を示す図である。
【図１１】本実施形態での帯域割当によるＳＣ７の動作例を示す図である。
【図１２】本実施形態での帯域割当によるＳＣ８の動作例を示す図である。
【図１３】本実施形態での帯域割当によるＳＣ９の動作例を示す図である。
【図１４】ＷｉＭＡＸの（ａ）一般（ｂ）本実施形態、での帯域要求フレームのフレーム構成を示す図である。
【図１５】ＧＡＴＥフレームの（ａ）一般（ｂ）本実施形態、でのフレーム構成を示す図である。
【図１６】ＲＥＰＯＲＴフレームの（ａ）一般（ｂ）本実施形態、でのフレーム構成を示す図である。
【図１７】ＳＣ１における帯域割り当てが行われる例を時系列的に示す図である。
【図１８】ＳＣ２における帯域割り当てが行われる例を時系列的に示す図である。
【図１９】ＳＣ３における帯域割り当てが行われる例を時系列的に示す図である。
【図２０】ＳＣ４における帯域割り当てが行われる例を時系列的に示す図である。
【図２１】ＳＳからの割当結果通知の動作例を示す図である。
【図２２】ＯＬＴによる全ＳＳへの一斉通知の動作例を示す図である。
【図２３】関連技術での帯域割当による動作例を示す図である。
【図２４】一般的なＰＯＮの構成を示すブロック図である。
【図２５】一般的なＰＯＮの構成と下り方向信号の仕組みを示すブロック図である。
【図２６】一般的なＰＯＮの構成と上り方向信号の仕組みを示すブロック図である。
【図２７】一般的なＯＮＵとＯＬＴの間で取り交わされる各信号の時間関係を示す図である。
【図２８】一般的な３台のＯＮＵとＯＬＴの間で取り交わされる各信号の時間関係を示す図である。
【図２９】一般的なＷｉＭＡＸのシステム構成を示すブロック図である。
【図３０】一般的なＥＰＯＮとＷｉＭＡＸが融合されたネットワークの構成を示すブロック図である。
【図３１】ＯＬＴで集中的に割当を行う一般的なシステム構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００    ＯＬＴ（局側装置の一例）
１１０    ＮＭ（パイプライン送信手段の一例）
３００    ＯＮＵ−ＢＳ（宅内中継装置の一例）
４００    ＳＳ（加入者局装置の一例）
４１０    ＡＭ（割り当て手段の一例）
【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】
0005109710.tif 000009
【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】
0005109710.tif 000020
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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