(57)【要約】  本発明は、１つの光回線ターミネーション（ＯＬＴ）ポイントと、複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）と、複数の仮想ネットワークユニット（ＶＮＯ）とを備える受動光ネットワークにおいて、動的帯域幅割り当て（ＤＢＡ）を仮想化する方法及びシステムを提供する。各ＶＮＯは、１つ以上の仮想動的帯域幅割り当てモジュールを備えて、他のＶＮＯとは無関係に帯域幅割り当てをスケジューリングするように構成されている。本発明は、マージングエンジンを使用して、受動光ネットワーク上の詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを実施する。
2020510357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの光回線ターミネーション（ＯＬＴ）ポイントと、複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）と、複数の仮想ネットワークユニット（ＶＮＯ）とを備える受動光ネットワークにおいて、動的帯域幅割り当て（ＤＢＡ）を仮想化するシステムであって、各ＶＮＯは、１つ以上の仮想動的帯域幅割り当てモジュールを備えて、他のＶＮＯとは無関係に帯域幅割り当てをスケジューリングすると共に、前記受動光ネットワーク上の詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを実施するように構成されており、前記システムは、
前記ＯＬＴからのバッファレポート又はレポートフレームを、各前記ＶＮＯの各前記仮想動的帯域幅割り当てモジュールに通信するように構成されていると共に、各前記ＶＮＯの各前記仮想動的帯域幅割り当てモジュールから仮想帯域幅マップを受信するように構成されたマージングエンジンを備え、前記マージングエンジンは、前記ＶＮＯから受信された前記仮想帯域幅マップを、前記複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）にスケジューリングされる単一のコヒーレント物理帯域幅マップ割り振りに統合して、前記詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを実施するように構成されている、システム。
【請求項２】
仮想動的帯域幅割り当ては、最適化アルゴリズムを使用して、サービスレベル同意制約を満たさない確率を最小化するやり方で、いかにして前記スケジューリングを統合すべきかを判定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
最適化アルゴリズムが、多重波長システムにおける複数の波長にわたる、仮想動的帯域幅割り当ての最適なスケジューリングを提供する、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記受動光ネットワーク（ＰＯＮ）は、多重波長で動作されるシステムである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
少なくとも１つのＶＮＯが、使用される波長数に基づき、独立して、帯域幅容量を割り当てるように構成されており、単一の動的帯域幅割り当てを生成すると共に、単一の帯域幅マップを提供する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記マージングエンジンは、単一の光ネットワークユニットを異なる波長に動的に割り当てるように構成されており、所望のＱｏＳ要件を満たす能力を最適化する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
１つの光回線ターミネーション（ＯＬＴ）ポイントと、複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）と、複数の仮想ネットワークユニット（ＶＮＯ）とを備える受動光ネットワークにおいて、動的帯域幅割り当て（ＤＢＡ）を仮想化する方法であって、前記方法は、
各ＶＮＯを、仮想動的帯域幅割り当てモジュールを備えるように構成し、他のＶＮＯとは無関係に帯域幅割り当てをスケジューリングするステップと、
前記ＯＬＴからのバッファレポート又はレポートフレームを、各前記ＶＮＯの各前記仮想動的帯域幅割り当てモジュールに通信すると共に、各前記ＶＮＯの各前記仮想動的帯域幅割り当てモジュールから仮想帯域幅マップを受信するように、マージングエンジンを構成することによって、前記受動光ネットワーク上の詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを実施するステップと、
前記詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを実施するために、前記ＶＮＯから受信された前記仮想帯域幅マップを、前記複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）にスケジューリングされる単一のコヒーレント物理帯域幅マップ割り振りに統合するステップと、を備える方法。
【請求項８】
最適化アルゴリズムを使用して、サービスレベル同意制約を満たさない確率を最小化するやり方で、いかにして前記スケジューリングを統合すべきかを判定するステップを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
最適化アルゴリズムを使用して、多重波長システムにおける複数の波長にわたる、仮想動的帯域幅割り当ての最適なスケジューリングを提供するステップを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つのＶＮＯが、使用される波長数に基づき、独立して、帯域幅容量を割り当てるように構成されて、単一の動的帯域幅割り当てを生成すると共に、単一の帯域幅マップを提供するステップを備える、請求項７、８、又は、９に記載の方法。
【請求項１１】
単一の光ネットワークユニットを異なる波長に動的に割り当てるように前記マージングエンジンを構成し、所望のＱｏＳ要件を満たす能力を最適化するステップを備える、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
コンピュータに、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の方法を実施させるためのプログラム命令を含むコンピュータプログラム又はソフトウェア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ネットワーク、例えば、受動光ネットワークにおける動的帯域幅割り当て（ＤＢＡ）を仮想化するシステム及び方法に関する。
【従来技術】
【０００２】
Fiber-to-the-premises（ＦＴＴＰ）アクセスネットワーク解法を世界中に導入することは、ファイバインフラストラクチャを至るところに配備する初期費用が高いため妨げられている。受動光ネットワークは、ポイントツーポイント解法と比べて低費用を提供可能であるが、それを所有するための全費用は、多くのオペレータにとって、大量配備を正当化するには依然として高い。したがって、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）インフラストラクチャを共有することが、ネットワークオペレータがＦＴＴＰサービスを運営する費用を低減するための１つの解法として提案されている。加えて、オペレータが住宅でのサービスに加えて事業所でのサービス（例えば、モバイルバックホールを含む）を提供する能力が、ＰＯＮネットワーク全体の収入を増大させるためには不可欠である。しかしながら、複数のオペレータ（仮想ネットワークオペレータ（ＶＮＯ）等）が共有する１つの物理的インフラストラクチャ上で、極めて多様な要件を有するサービスを運営することには、ＶＮＯは、ＰＯＮの容量スケジューリングに対する厳格な制御権を有することが求められる。
【０００３】
受動光ネットワーク（ＰＯＮ）は、大容量及び広い受信地域を提供可能であるため、優れたアクセスネットワーク解法の１つとして考えられている。その一方で、ＰＯＮの配備に必要な資本支出（ＣＡＰＥＸ）が高いことが、特に、使用者数及び帯域幅需要が少ない農村地域における大規模な導入に対する障害となっている。この点に関して、これまでに、多数の解法が、アクセスファイバー配備の投資対効果検討書を改善するために提案されてきた。これらはすなわち、ネットワークアーキテクチャ全体を変更すること（M. Ruffini et al., DISCUS: End-to-end network design for ubiquitous high speed broadband services. ICTON 2013）から、費用効率の高い多重波長ＰＯＮ用のトランシーバを開発すること（N. Cheng, et al., Flexible TWDM PON system with pluggable optical transceiver modules，Optics Express, 22(2), 2014）までを含む。経済的持続性に対する相補的な取り組みは、ＰＯＮによって生成される収入を増やすことであり、これは、企業及び住宅での用途に加えて、例えば、モバイルバックホール（P. Alvarez, et al., Evaluating dynamic bandwidth allocation of virtualized passive optical networks over mobile traffic traces, JOCN 8(3), 2016）や、フロントホール（P. Chanclou et al., Optical fiber solution for mobile fronthaul to achieve cloud radio access network. Future Network Summit 2013）を含むサポート可能なサービスの数及び種類を増やすことにより実現される。Keita Nishimotoらによる「Virtualization of EPON OLT functions and collision suppression techniques for Multi-Point MAC Control」（OFC 2016、アメリカ合衆国カリフォルニア州アナハイム）を名称とする公報は、単一のＤＢＡをハードウェアからソフトウェアに移動させることを開示し、時刻同期だけの特定の課題に取り組んでいる。
【０００４】
したがって、上述の全てのサービスが同一のＰＯＮインフラストラクチャ上で共存及び動作することが可能なシナリオが、インフラストラクチャの利用を増大させること、したがって新たな収入の流れを生成することにおいて極めて重要である。そして、多様な要件を有するサービスを提供する複数のサービスプロバイダの共存を可能にするには、マルチテナンシーを重視した好適な一連の解法が求められる。アクセスネットワークのマルチテナンシーが、次世代アクセス（ＮＧＡ）ビットストリーム及び仮想アンバンドルドローカルアクセス（ＶＵＬＡ）のような技術により開発されている。しかしながら、これらのアプローチによる課題は、これらの高度仮想化ツールが、５Ｇ用途や将来のネットワークが必要とする厳格なサービス品質要件を満たすために不可欠であり得る容量スケジューリングを制御する能力を与えない点である。さらなる課題は、ＰＯＮネットワークにおける無駄な帯域幅であり、というのも、サービス品質が維持されるように、帯域幅割り振りが過剰性能になっている可能性があるからである。これは帯域幅リソースの無駄遣いである。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、受動光ネットワークにおける動的帯域幅割り当て（ＤＢＡ）を仮想化する改善されたシステム及び方法を提供することに有る。
【発明の概要】
【０００６】
本発明によれば、添付の特許請求の範囲に記載されるように、１つの光回線ターミネーション（ＯＬＴ）ポイントと、複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）と、複数の仮想ネットワークユニット（ＶＮＯ）とを備える受動光ネットワークにおいて、動的帯域幅割り当て（ＤＢＡ）を仮想化するシステムが提供される。各ＶＮＯは、１つ以上の仮想動的帯域幅割り当てモジュールを備えて、他のＶＮＯとは無関係に帯域幅割り当てをスケジューリングすると共に、前記受動光ネットワーク上の詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを提案するように構成されている。
【０００７】
本発明は、仮想ＤＢＡ（ｖＤＢＡ）に関し、すなわち、各ＶＮＯがそれ自体の最適な仮想ＤＢＡアルゴリズムを、インフラストラクチャプロバイダー（ＩＰ）によって制御される共有ＰＯＮインフラストラクチャの上に配備することを許容する仮想化技術に関する。これによって、マルチテナンシー構成のＰＯＮネットワークにおいて複数の仮想ＤＢＡを有することが可能になる。
【０００８】
一実施形態では、ＯＬＴからのバッファレポート又はレポートフレームを、各ＶＮＯの各仮想動的帯域幅割り当てモジュールに通信するように構成されたマージングエンジンが提供される。用語「スケジューリングされた帯域幅割り当て」及び「帯域幅マップ」は同じものであることは、明らかであろう。最初の用語は、システムが何を行うかを規定しているため、より機能的であり、一方、２番目の用語は、ＰＯＮシステムにおいて典型的に使用される用語である。
【０００９】
一実施形態では、マージングエンジンは、各ＶＮＯの各仮想動的帯域幅割り当てモジュールから仮想帯域幅マップを受信するように構成されている。
【００１０】
一実施形態では、マージングエンジンは、ＶＮＯから受信された受信仮想帯域幅マップを、複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）にスケジューリングされる単一のコヒーレント物理帯域幅マップ割り振りに統合するように構成されている。
【００１１】
一実施形態では、各ｖＤＢＡは、フレーム毎に１つの帯域幅マップを生成する。ＶＮＯは、１つの帯域幅マップをそれぞれ生成するより多くのｖＤＢＡを有することが可能である。原則として、ＶＮＯは、フレーム毎に２つ以上の帯域幅マップを生成することが可能である。まとめて考えると、全てのｖＤＢＡ（及び類似の全てのＶＮＯ）が帯域幅マップを生成することになり、これらはその後、マージングエンジンによって、１つの帯域幅マップ（フレーム毎）に統合される。
【００１２】
当然ながら、単一のＶＮＯが存在する場合、ｖＤＢＡが１つ存在するか、又は、２つ以上存在するかに応じて、１つ以上の帯域幅マップが存在し得る。１つのｖＤＢＡを有する１つのＶＮＯしか存在しない場合、帯域幅マップは１つであり、この場合、統合するものは無く、現在の仮想化されていないＰＯＮの単純なケースとなる。
【００１３】
一実施形態では、仮想動的帯域幅割り当ては、最適化アルゴリズムを使用して、サービスレベル同意制約を満たさない確率を最小化するやり方で、いかにして前記スケジューリングを統合すべきかを判定するように構成されている。
【００１４】
一実施形態では、ＰＯＮは、多重波長で動作されるシステムである。
【００１５】
一実施形態では、少なくとも１つのＶＮＯが、使用される波長数に基づき、独立して、帯域幅容量を割り当てるように構成されており、単一の動的帯域幅割り当てを生成すると共に、単一の帯域幅マップを提供する。
【００１６】
一実施形態では、マージングエンジンは、単一の光ネットワークユニットを異なる波長に動的に割り当てるように構成されており、所望のＱｏＳ要件を満たす能力を最適化する。
【００１７】
一実施形態では、多重波長システムにおける複数の波長にわたる、仮想動的帯域幅割り当ての最適なスケジューリングを提供する最適化アルゴリズムが提供される。これは、多重波長システムにおいて、マージングエンジンが、複数の波長にわたるｖＢＭＡＰの最適なスケジューリングを提供して、２つの目的、すなわち、（例えば、主な目的として）ＶＮＯのＱｏＳ要件を満たす能力、及び、（例えば、二次的な目的として）全ての波長チャンネルにわたるシステムの処理能力を最大化することを最適化することが可能であることを意味している。これは、この仮想化されたシステムにおいて良好に機能する。なぜなら、ＶＮＯは、どの波長チャンネルが使用されているかを見ず（又は気にせず）、マージングエンジンに、最良の解法を選択することにおいてさらなる自由度を与えるからである。
【００１８】
他の実施形態において、１つの光回線ターミネーション（ＯＬＴ）ポイントと、複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）と、複数の仮想ネットワークユニット（ＶＮＯ）とを備える受動光ネットワークにおいて、動的帯域幅割り当て（ＤＢＡ）を仮想化する方法が提供される。この方法は、各ＶＮＯを、仮想動的帯域幅割り当てモジュールを備えるように構成するステップと、他のＶＮＯとは無関係に帯域幅割り当てをスケジューリングするステップと、前記受動光ネットワーク上の詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを提案するステップとを含む。
【００１９】
一実施形態では、このシステムは、マルチテナントＰＯＮにおける、ＤＢＡ仮想化のためのフレームレベルシェアリング方法を提供する。
【００２０】
ＰＯＮにおいてＤＢＡ（例えばアップストリーム容量スケジューリング機構）を仮想化する原理は、その複数のインスタンスであって、それぞれ異なる仮想ネットワークオペレータに割り当てられるインスタンスの生成を許容するように行う点である。各ＶＮＯは、他のＶＮＯとは無関係に、それ自体のスケジューリングアルゴリズムを実行すると共に、共有されるＰＯＮにわたる詳細なスケジューリング割り振りを提案する能力を有している。
【００２１】
マージングエンジンの原理は、ユーザとＶＮＯとの間の通信を促進する、及び、ＶＮＯからの個々の仮想ＢＭＡＰを、ユーザへの１つのコヒーレント物理ＢＭＡＰ割り振りに統合するというタスクを有する。また、マージングエンジンは、最適化アルゴリズムを用いて、ＳＬＡ制約を満たさない確率を最小化するやり方で、いかにして前記スケジューリングを統合すべきかを判定可能である。
【００２２】
本発明に係る仮想化は、多重波長システムに適用可能であることは明らかであろう。ここで、ＰＯＮは、多数のユーザを扱う２つ以上のチャンネルを有する（既存の多重波長ＰＯＮ）。ＶＮＯは、その顧客の、異なる波長への物理的割り振りに関する知識とは無関係に動作する。各波長が物理的に１０Ｇｂ／ｓを提供する場合でも、１つのＶＮＯは、このような物理的制約をする必要はなく、このシステムが、全容量が８０Ｇｂ／ｓの８つの波長を有しているならば、１つのＶＮＯは、例えば、１６Ｇｂ／ｓ（これはまた動的に変動し得る）に割り当てられてもよい。これは、多数のサービス、すなわち、幾つかは、厳格なサービス品質要件を有し、他はより緩いサービス品質要件を有するか、又は、全くＱｏＳを有さないサービスにわたって広がる。
【００２３】
ＶＮＯは、使用される波長数に基づき、独立して、容量を割り当てることが可能であり、したがって、単一のＤＢＡを動作させて、単一のＢＭａｐを提供する（一方、現在のところ、ＰＯＮを所有した場合、各波長について別々のＤＢＡを動作させる必要があろう）。
【００２４】
マージングエンジンを管理するインフラストラクチャプロバイダーは、ユーザ（およびそのサービス）を異なる波長に動的に割り当て、その、ＶＮＯに提供するサービスのうちの幾つかのサービスの厳格なＱｏＳ要件を満たす能力を最適化することが可能である。
【００２５】
一実施形態において、１つの光回線ターミネーション（ＯＬＴ）ポイントと、複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）と、複数の仮想ネットワークユニット（ＶＮＯ）とを備える受動光ネットワークにおいて、動的帯域幅割り当て（ＤＢＡ）を仮想化するシステムが提供される。各ＶＮＯは、１つ以上の仮想動的帯域幅割り当てモジュールを備えて、他のＶＮＯとは無関係に帯域幅割り当てをスケジューリングすると共に、前記受動光ネットワーク上の詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを実施するように構成されており、前記システムは、
前記ＯＬＴからのバッファレポート又はレポートフレームを、各前記ＶＮＯの各前記仮想動的帯域幅割り当てモジュールに通信するように構成されていると共に、各前記ＶＮＯの各前記仮想動的帯域幅割り当てモジュールから仮想帯域幅マップを受信するように構成されたマージングエンジンを備え、前記マージングエンジンは、前記ＶＮＯから受信された前記仮想帯域幅マップを、前記複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）にスケジューリングされる単一のコヒーレント物理帯域幅マップ割り振りに統合して、前記詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを実施するように構成されている。
【００２６】
他の実施形態において、１つの光回線ターミネーション（ＯＬＴ）ポイントと、複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）と、複数の仮想ネットワークユニット（ＶＮＯ）とを備える受動光ネットワークにおいて、動的帯域幅割り当て（ＤＢＡ）を仮想化する方法が提供される。前記方法は、
各ＶＮＯが仮想動的帯域幅割り当てモジュールを備えるように構成し、他のＶＮＯとは無関係に帯域幅割り当てをスケジューリングするステップと、
前記ＯＬＴからのバッファレポート又はレポートフレームを、各前記ＶＮＯの各前記仮想動的帯域幅割り当てモジュールに通信すると共に、各前記ＶＮＯの各前記仮想動的帯域幅割り当てモジュールから仮想帯域幅マップを受信するように、マージングエンジンを構成することによって、前記受動光ネットワーク上の詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを実施するステップと、
前記詳細な帯域幅スケジューリング割り振りを実施するために、前記ＶＮＯから受信された前記仮想帯域幅マップを、前記複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）にスケジューリングされる単一のコヒーレント物理帯域幅マップ割り振りに統合するステップと、を備える。
【００２７】
記録媒体、キャリア信号、又は、読み出し専用メモリに具現化され得る上記方法を実施させるためのプログラム命令を含むコンピュータプログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明は、以下の、単なる例として記載される実施形態の説明を、添付の図面を参照することにより、より明確に理解されよう。
【図１】従来のＰＯＮを示す図であり、単一のＤＢＡスキームがＯＬＴハードウェア上に実装されている図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る、ＰＯＮ上の多数のＶＮＯを、３つの層を含むマルチテナントアーキテクチャとしての示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る、フレームレベルシェアリング（ＦＬＳ）アーキテクチャを示す図である。
【図４−５】異なる実装例に係る、マージングエンジンによって実施可能な２つの共有ポリシーを示す図である。
【発明の詳細な説明】
【００２９】
ここで、図１及び図２を参照すると、従来のＰＯＮと本発明に係る仮想化されたＭＴ−ＰＯＮとの間の比較が示されている。図１は、参照番号１によって示される従来のＰＯＮを示しており、単一のＤＢＡスキーム２が、物理層４におけるＯＬＴハードウェア上に実装されている。これは、以下では、ＰＨＹ−ＤＢＡと呼ばれる。マルチテナンシーアーキテクチャ内の問題は、インフラストラクチャプロバイダーだけがＰＨＹ−ＤＢＡ機能を制御する点にある。結果的に、全てのＶＮＯは、彼ら自身の顧客／サービスのアップストリームＤＢＡプロセスを制御することができず、せいぜい保証された料金のサービスを行うだけであり、彼らの顧客であるＯＮＵ３のバースト割り振りをスケジューリングする能力は有していない。この特徴は、ＶＮＯが、ジッタ、待ち時間、及び、利用可能性といったさらなるパラメータを制御するには、重要となる。
【００３０】
ＰＯＮにおける多数のＶＮＯの共存を可能にするために、３つの層を含むマルチテナントアーキテクチャが図２に示されている。
【００３１】
物理層４は、従来のＰＯＮの場合と同じである。主な違いは、物理層４が、ＤＢＲｕ（例えば、ＩＴＵ  ＸＧＳ−ＰＯＮプロトコル）を、ＯＮＵ  Ｔ−ＣＯＮＴからマージングエンジン５に向けている点にある。エンジン５は、これらを１つ以上の仮想ＤＢＡ（ｖＤＢＡ）エンジン６に直接転送する。ｖＤＢＡエンジン６は、容量をＤＢＲｕに割り当てることを担当する。本発明はＩＴＵ基準に準拠するものであるが、当然ながら、同じ機構を（１０ＧＥ−ＰＯＮ）レポートフレームにも適用可能である。ＰＨＹ層４は、インフラストラクチャプロバイダーによって制御可能である。
【００３２】
仮想ＤＢＡ（ｖＤＢＡ）層
仮想ＤＢＡ（ｖＤＢＡ）層７が、１つ以上のＶＮＯ６によって制御され、１つ以上のＶＮＯ６は、その仮想ＰＯＮスライス上で動作するために最も適した仮想ＤＢＡアルゴリズムの選択に関する完全制御権を有する。ｖＤＢＡ７は、そのＰＯＮスライス用の仮想帯域幅マップ（ｖＢＭａｐ）を計算し、これをマージングエンジン５に供給する。
【００３３】
ｖＤＢＡ６がマージングエンジン５とのフィードバックループを形成するかどうかによって、及び、配信されたアプリケーションの種類に関連した容量を割り当てようとする際の精度の程度によって、多数のバージョンのｖＤＢＡが想定可能である。
【００３４】
マージングエンジン層
マージングエンジン５は、主なタスクを２つ有するマージングエンジン層を含む。第１に、マージングエンジン層は、ＶＮＯによって制御されるｖＤＢＡとの通信を担当する。マージングエンジン層は、アップストリームバッファレポート（ＤＢＲｕ又はレポートフレーム）をｖＤＢＡに渡し、対応する仮想帯域幅グラント（仮想帯域幅マップ又は仮想ゲートメッセージ）を受け取る。第２に、マージジング層は、全てのｖＤＢＡからの仮想帯域幅グラントを分析し、これらを１つの物理帯域幅グラント（帯域幅マップ又はゲートフレーム）に統合する。ＰＯＮの意味する範囲において、マージングエンジン層は、仮想ＤＢＡから生成された仮想帯域幅マップを統合することに関与し、物理ＢＭａｐ（ＰＨＹ−ＢＭａｐ）を生成する。これが、ＰＯＮ物理インターフェースを介して送信され得る帯域幅マップである。
【００３５】
なお、待ち時間及びジッタが制限された、モバイルフロントホール等の幾つかの特定のサービスでは、ＤＢＲＵも、ｖＤＢＡと直接インターフェースをとるアプリケーションによって生成され得る。フロントホールの場合、例えば、特定のＴ−ＣＯＮＴ用のＤＢＲｕは、ＯＮＵではなく、ＢＢＵスケジューリングプロセスとｖＤＢＡとの間のインターフェースにより生成され得る。
【００３６】
ここで、ＰＯＮにおいて容量を共有するための機構を、提案されるオプションの数を考慮しつつ詳細に説明する。
【００３７】
マージングエンジン５は、全容量共有のためのスキーム及びアーキテクチャを実施するように構成されていてもよく、ここで、波長チャンネルの概念は、仮想オペレータに完全に抽象化されており、したがって、この仮想オペレータは、１つの波長の容量の一部を使用して、又は、複数の波長からの容量を統合させることによって、仮想ＰＯＮを任意の所望の容量において動作させることが可能である。したがって、ＰＯＮ全体が、容量がそれぞれ１０Ｇｂ／ｓである８つの波長上で動作し得る場合であっても、仮想オペレータは、総合容量、例えば６Ｇｂ／ｓ、又は１８Ｇｂ／ｓ、又は、全容量限度内の他の任意の値にわたって動的に動作可能であろう。
【００３８】
ＶＮＯは、常にＰＯＮによって保障されることになる（又は、一定の割合の時間内で保障されることになる）認定情報速度（ＣＩＲ）、及び、予備の容量がある場合に許容される、ＣＩＲよりも高いピーク情報速度（ＰＩＲ）を規定可能である。ＰＩＲよりも高いトラフィック速度は自動的に拒絶される（又は、アドミッション制御システムが、トラフィックポリサーではなくトラフィックシェーパを作動させている場合、遅延され得る）。これは、物理オペレータが、オペレータにどれくらいのトラフィックが割り当てられ得るかを、ＣＩＲとして決定することを許容する（原則として、複数のＶＮＯに割り当てられたＣＩＲの合計は、全システム容量より大きくてはならないが、ＶＮＯとインフラストラクチャプロバイダー（ＩＰ）との間の契約において考慮される利用可能性によっては、ある程度のオーバーブッキングが行われ得る）。
【００３９】
当該システム及び方法は、仮想オペレータが、配信されたアプリケーションのサービスのクラスを識別することを許容する。本発明は、オペレータ及びサービス（幾つかは極めて厳格な性能要件を有している）の多重化を許容するので、ＶＮＯが、配信された各サービスの要件のクラスを規定することが重要である。
【００４０】
原則的に、規定されるサービス／トラフィックの分類には、主に３つのカテゴリーが存在し得る。最初のカテゴリーでは、サービス品質（ＱｏＳ）要件があるが、これらは、ＣＩＲ及びＰＩＲ（つまり、典型的には現在のシステム）に関してのみ考慮される。このようなサービスに関連付けられたＴ−ＣＯＮＴは、「ＱｏＳ−Ｔ−ＣＯＮＴ」と呼ばれる。トラフィックの第２のクラスでは、システムが適切に機能するためには、ＣＩＲ／ＰＩＲ容量以外のさらなる制限が満たされる必要がある。この場合、ジッタ、待ち時間、及び、利用可能性といったさらなるパラメータが特定され、これらを「厳格ＱｏＳ−Ｔ−ＣＯＮＴ」と呼ぶ。トラフィックの第３のクラスは、単に、ベストエフォート用である。
【００４１】
これらの各クラスに対して、さらなるサブカテゴリーが生成され得る。例えば、異なるサブクラスは、異なる待ち時間、ジッタ、パケット損失、及び、容量要件、並びに、それらの利用可能性を規定し得る。利用可能性は、特定の１つのＴ−ＣＯＮＴについて、（容量、ジッタ、待ち時間、及び、利用可能性の要件の、任意であるが所定の組み合わせとして意図された）ＱｏＳが満たされることになる時間の割合として既定される。
【００４２】
一実施形態において、ＰＯＮにおける複数のＶＮＯの共存を促進するために、図３に示されるフレームレベルシェアリング（ＦＬＳ）アーキテクチャ１０が提供される。ＦＬＳアーキテクチャ１０は、中程度のアクセス制御層シェアリングのカテゴリーに該当し、ＰＯＮ伝送収束（ＴＣ）層１２の上部に配置されることになる、新たな層であるマージングエンジンを含む。なお、本実施形態ではＸＧＳ−ＰＯＮ基準が用いられるが、このワークは他の種類のＩＴＵ−Ｔ  ＰＯＮ基準にも適用可能である。ＦＬＳアーキテクチャ１０では、光ネットワークユニット（ＯＮＵ）３からの帯域幅リクエスト（ＤＢＲｕ）が、ＴＣ層１２によって、対応するＶＮＯのｖＤＢＡインスタンスまで中継される。そのような仮想インスタンスは、物理的に、例えば、ＰＯＮインフラストラクチャプロバイダーにも所有される中央オフィス内のサーバの上で動作可能である。
【００４３】
この情報により、各ＶＮＯ６は、仮想帯域幅マップ（ｖＢＷマップ）を算出することが可能であり、当該ＶＮＯ６が扱うＯＮＵへの容量スケジューリングに関する完全制御を実現する。図３に示されるマージングエンジン層は、２つの主なタスクを有している。第１に、マージングエンジン層は、各ｖＤＢＡインスタンスとの通信を処理することに関与する。マージングエンジン層は、アップストリームバッファレポート（ＤＢＲｕ）をｖＤＢＡに渡し、各ＶＮＯから、対応する仮想帯域幅マップを受信する。第２に、マージングエンジン層は、受信した全てのｖＢＷマップに対する完全な分析を行い、これらを１つの物理的帯域幅マップ１１に統合させる。この分析は、次のアップストリームフレーム内に、グラントサイジングアプローチ及びグラントスケジューリングアルゴリズムの両方を含む。この動作は、相反するｖＢＷＭＡＰ割り振りの間、及び、ＸＧＳ−ＰＯＮの範囲内の競合を解決するために、極めて重要である。
【００４４】
ｖＤＢＡ及びマージングエンジン用の多数の異なるアルゴリズムを実施可能である。例えば、ジッタ、待ち時間、及び、利用可能性の保証の無い（すなわち、ＱｏＳ  Ｔ−ＣＯＮＴの）独立したｖＤＢＡを使用してもよい。
【００４５】
これは、ｖＤＢＡ７及びマージングエンジン（ＭＥ）５がいかなる特定のクラス定義にも同意せず、特定のＴ−ＣＯＮＴに関してＭＥによって実施されるアドミッション制御が存在しない、アルゴリズムの最も単純な形であり、最大後方互換性のために現在のＤＢＡ機構のほとんどを再利用するものである。ここで、マージングエンジンは、単に、ＯＮＵからのＤＢＲｕリクエストを、適切なｖＤＢＡエンジンに渡す。各ｖＤＢＡエンジンは、アップストリームリソースのスケジューリングを操作し、ＰＯＮ基準において定義される帯域幅マップ（ＢＭａｐ）を生成する。その後、全てのＢＭａｐが、マージングエンジンに転送され、マージングエンジンは、これらを統合する。最も単純な形態では、ｖＤＢＡは、ＭＥと同期されていなくてもよく、これは、ＭＥは各フレームについてＢＭａｐを生成するが、ｖＤＢＡのうちの幾つかは、これらが生成した仮想ＢＭａｐが所定時間後にＭＥに到達し、これが代わりに次のフレームについて割り振られるならば、現在の割り振りに失敗するかもしれないことを意味している。全てのｖＤＢＡがそれらのｖＢＭａｐを送信する必要があるタイミングを知っている（ＭＥと同期されている）同期型形態も、想定可能である。
【００４６】
この形態では、ＭＥはトラフィッククラス定義を知っておらず、ＭＥは、単に、トラフィックがＣＩＲ及びＰＩＲポリシーと一致するかどうかを確認し、その後、複数のＶＮＯからのｖＢＭａｐを１つの物理ＢＭａｐに統合する。この単純なＭＥアルゴリズムは、割り振りの変化を最小化しつつ、ｖＢＭａｐを統合することになる。
【００４７】
より高度なＭＥアルゴリズムも、同一フレーム内の隣接していないＯＮＵ伝送の割り振りを最小化することが可能である。これは、２つ以上のＶＮＯによって同一のＯＮＵが扱われる場合に有効であり、同一のＯＮＵからの複数のアップストリームバーストに関連付けられた伝送の諸費用を低減することが可能である。その後、さらなる容量がＩＰにより使用されて、ＣＩＲ及びＰＩＲ予算全体を増大させ得る。
【００４８】
これらの技術は、複数のＶＮＯからの多重化トラフィックを許容するが、ｖＢＭａｐ内の容量のスケジューリングが元のまま維持されることにいかなる保証も与えるものではない。したがって、ｖＤＢＡが慎重にｖＢＭａｐを割り振って、待ち時間及びジッタを制御したとしても、ＭＥは、このような割り振りがＰＨＹ−ＢＭａｐにおいて維持されることを保証することはできない。
【００４９】
これらのさらなるＱｏＳ機構が満たされることが期待できない場合、ＭＥの極めて単純な実施が行われ得る。ここで、Ｔ−ＣＯＮＴ割り振りは、各ｖＢＭａｐ内の割り振りを圧縮した後、各ＶＮＯのｖＢＭａｐを連結させることによって割り当てられる（つまり、バースト伝送間の必須の保護間隔を除く、Ｔ−ＣＯＮＴ割当間のあらゆる間隔を除去する）。
【００５０】
なお、通常、ｖＤＢＡは、フレーム毎にｖＢＭａｐを与えることに何の制約も有していない。ＭＥがその自身の各アップストリームフレームのシェアを各ＶＮＯに割り当てる限り、各ｖＤＢＡは、独立して、各サービス間隔（ＳＩ）を割り当てることが可能である。ＭＥが、頻繁に繰り返されるアイドルアップストリームフレームがスケジューリングされたことを通知すると、より高機能のアルゴリズムが、ｖＤＢＡのうちの１つをシフトするために実施され得る。
【００５１】
他の一実施形態は、ジッタ、待ち時間、及び、利用可能性の保証を有する（すなわち厳格ＱｏＳ  ＴＣＯＮＴの）連携されたｖＤＢＡ割り振りを用いることができる。この方法では、同意されたＣＩＲ及びＰＩＲを配慮することに加えて、ＩＰは、ジッタ、待ち時間、及び、利用可能性といったさらなる性能パラメータを保証しようとする。
【００５２】
この場合には、トラフィックが、（例えば、サポート可能なジッタ、待ち時間、及び、利用可能性を規定するために、）特定のクラスのサービスに適切にタグ付されることが重要である。このようなクラスは、その後、ＰＯＮ基準に従って、Ｔ−ＣＯＮＴに関連付けられる。
【００５３】
他の一実施形態では、厳格に実行されるｖＢＭａｐ計算が用いられてもよい。この場合、ｖＤＢＡは、自立的にｖＢＭａｐを計算し、トラフィックスロット割り振りを特定のＴ−ＣＯＮＴに関連付ける。ＭＥが異なるｖＤＢＡからの複数のｖＢＭａｐをＰＨＹ−ＢＭａｐにまとめようとする時に、これは、まず、ＢＭａｐの重複していない部分を割り当てる。ここで、重複は、より厳格なジッタ／待ち時間／利用可能性の要件を有するＴ−ＣＯＮＴに優先的に生じ、優先度がより低いＴ−ＣＯＮＴにシフトする。典型的には、ベストエフォートＴ−ＣＯＮＴを、ＰＨＹ−ＢＭａｐに沿ったどこかに移動させること、又は、異なるフレームに割り振られることが可能である。ＱｏＳ  Ｔ−ＣＯＮＴを、多数のフレームにわたって移動させてもよい。しかしながら、厳格なＱｏＳ  Ｔ−ＣＯＮＴは、これらが属するクラスのジッタ／待ち時間／利用可能性要件に違反しない場合にのみ移動可能である。なおこれは、いつも可能であるとは限らず、したがって、ＩＰは、保証されたＱｏＳを有するＴ−ＣＯＮＴに対してアドミッション制御を行う必要がある。
【００５４】
新たなＴ−ＣＯＮＴが、ｖＤＢＡが提案する通りに（つまり、ｖＢＭａｐ内の特定の位置に）割り当てられない場合、ＭＥは、ｖＤＢＡにフィードバックを提供して、別の割り振りを提案することが可能である。ｖＤＢＡがこれを受け入れる場合（つまり、これがそのＱｏＳ要件にまだ準拠している場合）、ＭＥは、その容量を割り当てる。
【００５５】
なお、この機構は、（フロントホールタイプのアプリケーション等の）静的容量要件を有するサービスの場合に最良に機能する。なぜなら、アドミッション制御は、サービスの開始時に適用されることが可能であり、そこで、更新される前の多数のフレームの間維持されることが可能だからである。極めて変動しやすいトラフィックの場合、アドミッション制御システムは、厳格なＱｏＳを最大容量まで保証する必要がある。より多くの容量が必要とされる場合、より高い容量閾値を有する新たなアドミッション制御に同意される必要がある。
【００５６】
当然ながら、このアドミッション制御を単一のフレーム毎に行うことが可能である場合、システムは完全に動的になる。
【００５７】
ジッタ対待ち時間のトレードオフ
ＭＥが、上述のように、厳格ＱＯＳ  Ｔ−ＣＯＮＴをＰＨＹ−ＢＭａｐに適合させることができない場合、このエンジンは、ｖＤＢＡに、別の割り振りを受け入れるように提案可能である。こうすることにより、ＭＥがジッタの設定値を保証することは許容されるだろうが、この問題はＶＮＯに移り、当該サービスのジッタを増大させることになるともいえる。最終的に、これは、アプリケーションにとって重要なエンドツーエンドジッタである。なお、しかしながら、ジッタは差分量であるので、厳格ＱＯＳ  Ｔ−ＣＯＮＴが別の場所に永久的にシフトされると、そのジッタは、（引き起こされるさらなる待ち時間が許容され得る限り）低い値に定着することになる。
【００５８】
緩やかに実行されるｖＢＭａｐ計算
この場合、ｖＤＢＡは、ｖＢＭａｐ内のどこにＴ−ＣＯＮＴを割り振る必要があるかを正確に特定しないが、ｖＢＭａｐを使用して、サービスのＴ−ＣＯＮＴクラスに関する情報を伝達する。
【００５９】
この場合、ＭＥは、Ｔ−ＣＯＮＴの割り振りをＰＨＹ−ＢＭａｐ内のどこに配置するかを選択することにおいてより高い自由度を有する。
【００６０】
ジッタ最小化アルゴリズム
ジッタとは差分値であるので、連続した少なくとも２つのＴ−ＣＯＮＴ割り振りにわたって計算される必要がある。実際には、これは、多くの場合、多数の割り振りにわたって計算され、及び、変動として測定される。以下のアルゴリズムは、ＭＥが、ＰＨＹ−ＢＭａｐ割り振りにおけるジッタを制御するための多数の実装例を記載するものである。
【００６１】
ジッタ最小化競合解決
このアルゴリズムは、多数のフレームをカバーするムービングウィンドを介して動作して、平均待ち時間を計算し、これから、ジッタを、各厳格ＱＯＳ  Ｔ−ＣＯＮＴ伝送についての遅延の変動として計算する。
【００６２】
新たなフレーム毎に、ＭＥは、ｖＢＭａｐリクエストを、当該フレームについての計算されたジッタを最小化する１つのリクエストに統合する。最適な解法を計算するためには時間が短すぎると想定されるので、ＭＥアルゴリズムの実施時には、ヒューリスティックを考慮する必要がある。
【００６３】
単にフレーム内の全ての厳格ＱＯＳ  Ｔ−ＣＯＮＴにわたってジッタを最小化するのではなく、異なる厳格ＱＯＳ  Ｔ−ＣＯＮＴ間にフェアネスを提供しようとする、アルゴリズムの変形も提案される。したがって、これはまた、各厳格ＱＯＳ  Ｔ−ＣＯＮＴの個々のジッタを最小化しようとし、システムによりフェアネスをもたらす。この場合でも、複雑度が恐らくＷＪＭアルゴリズムよりも高いヒューリスティックアルゴリズムが使用されることは想定可能である。
【００６４】
ジッタ最小化競合の回避
このアルゴリズムでは、マージングエンジンが、各サービスに求められるジッタ制約（最大及び平均）に応じて、各／複数のアップストリームフレーム内の各厳格ＱＯＳ  Ｔ−ＣＯＮＴの開始点を規定する。
【００６５】
最終的に、上記のアルゴリズムのうちのいずれかが、上述の厳格に実行される又は緩やかに実行されるアルゴリズム上で、動作し得る点に留意されたい。
【００６６】
共有ポリシー
このポリシーでは、動作中の各ｖＤＢＡは、その割り振られた、アップストリーム容量、Ｃｉのシェアを認識している。したがって、生成された仮想帯域幅の累積グラントサイズは、いかなる状況下でも、アップストリームフレームの対応するＶＮＯシェアを超過することはあり得ない。このポリシーは、マージングエンジンタスクの複雑度を低減することを支援する。マージングエンジンは、低減された帯域幅グラントのサイズを現状のまま維持するものとする。マージングエンジンは、スケジューリングアルゴリズムを実施するだけで、完全な帯域幅マップが重複されたグラントを有さないことを保証することになる。
【００６７】
このポリシーの図は、図４において、参照番号２０によって示されている。ここで、第３のＶＮＯが十分にロードされていないため十分な帯域幅容量があるにもかかわらず、第２のＶＮＯは、その超過需要帯域幅２１を割り振ることは出来ない。この単純なポリシーは、十分にロードされていないＶＮＯの未使用の容量が、他の過度にロードされたＶＮＯに共有されることを許容しない。しかしながら、これは、ＶＮＯ間の完全な分離を確保する。ＳＳ静的機構とは異なり、各ＶＮＯは、アップストリームフレーム毎にポーリングされることが可能であり、低待ち時間要件を満たすことを支援する。
【００６８】
図５において、参照番号３０で示される容量共有ポリシーは、帯域幅利用効率とＶＮＯの分離とを妥協させるものである。このポリシーは、以下の通りに機能する。各ｖＤＢＡは、全ＰＯＮ容量を所有しているかのように機能し、対応する仮想帯域幅マップを生成する。結果的に、これらのｖＢＷマップ３２、３２、及び、３３は、全アップストリームフレームと同じ程度の累積グラントサイズを有していることが可能である。マージングエンジン層５のタスクは、全てのＶＮＯからの仮想帯域幅マップを処理して最終帯域幅マップを生成するために、より高機能である。グラントサイズに関して、マージングエンジンは以下のように機能する。
１）  全ての帯域幅グラントの累積サイズがアップストリームフレーム内に収まることが可能であれば、いずれの仮想帯域幅マップグラントサイズも低減されない。
２）  全ての帯域幅グラントの累積サイズが大きすぎて、１つのアップストリームフレーム内に収まらない場合、過度にロードされたＶＮＯの帯域幅グラントが低減されて、次のアップストリームフレームに適合されることになる。
【００６９】
一般的にいえば、帯域幅グラント低減プロセスは、保証されていない帯域幅グラントを、最も遅延に寛容なＴ−ＣＯＮＴから、必要に応じてより高いものに至るまで削除し、マージングエンジン層は、最初に、ベストエフォートトラフィックグラントを低減することを開始する。これでもまだ十分でない場合、保証されていないトラフィック帯域幅グラントも低減されることになる。説明した分析は、単一波長システムに基づくものであるが、この概念を、多重波長システムにも容易に拡張可能であり、ここで、例えば、複数の波長にわたる全ＰＯＮ容量が、容量の良好な粒度を有する複数のスライスに仮想化される（例えば、仮想スライスは、１０ＧＰＯＮとして動作する必要はないが、必要に応じて、例えば４ＧＰＯＮ又は１８ＧＰＯＮとして動的に割り当てられてもよい）。加えて、本発明はまた、フロントホールのような、極めて低待ち時間を要件とするアプリケーションに容易に適用可能である。例えば、ＢＢＵがＤＢＡを埋め込み、ＤＢＲｕメッセージを待つことなく帯域幅マップを生成することが可能であり、したがって、ＢＢＵとＯＬＴとの間の厳格な同期化を可能にする。
【００７０】
ＳＤＮプロビジョニングシステムとの関係
なお、ｖＤＢＡシステムにおいて考慮される容量、待ち時間、ジッタ、及び、利用可能性の値は、単に、ＰＯＮシステムに対して相対的なものである。
【００７１】
実際には、ＰＯＮ上で動作しているサービスは、端末相互間で、したがって多数のネットワークを介して満たされる必要があるＱｏＳ要件を有し、ＰＯＮは、単にこれらのネットワークのうちの１つかもしれない。ＳＤＮシステムを用いて、全てのＱｏＳ要件パラメータを計算すると共に、当該ＰＯＮ区域に適用されるべき容量、ジッタ、待ち時間、及び、利用可能性の相対値を計算してもよい。
【００７２】
図面を参照して説明した本発明における実施形態は、コンピュータ装置、及び／又は、コンピュータ装置において実行されるプロセスを含む。しかしながら、本発明はまた、コンピュータプログラム、特に、本発明を実施するように構成されたキャリア上又はその中に格納されたコンピュータプログラムにも拡張される。このプログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、若しくは、部分的にコンパイルされた形状等のコード仲介ソース及びオブジェクトコード、又は、本発明に係る方法を実施する際の使用に適した他の形態を有していてもよい。キャリアは、例えばＣＤ  ＲＯＭ等のＲＯＭや、例えばメモリースティック又はハードディスク等の磁気記録媒体といった、記憶媒体を含んでいてもよい。キャリアは、電気又は光ケーブルを介して、又は、無線又は他の手段により、送信され得る電気又は光信号であってもよい。
【００７３】
明細書では、用語「含む（comprise）、含まれる、及び、含んでいる」、又は、そのあらゆる変形例と、用語「含む（include）、含まれる、及び、含んでいる」、又は、そのあらゆる変形例とは、全て、互いに置換可能であるものと考えられ、これらは、出来る限り広く解釈されるべきであり、その逆もまた有効である。
【００７４】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、構成および細部において変形させてもよい。
【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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【国際調査報告】
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