光傳送路終端裝置、無源光網系統以及頻帶分配方法

2023-09-19 20:34:35 1

專利名稱：光傳送路終端裝置、無源光網系統以及頻帶分配方法
技術領域：
本發明涉及高速光接入網絡，更詳細而言涉及能夠有效地應用於可以利用光纖 將高速網際網路服務提供給各家庭的無源光網(P0N:PasSive Optical Network(無源光 網絡))系統、以及PON系統中應用的站側裝置的光傳送路終端裝置(OLT=Optical Line Terminal (光線路終端))中的技術。
背景技術：
根據本發明人的研究，在PON系統中，為了經由通信網發送和接收大容量的圖像 信號、數據，謀求在向通信網連接加入者的接入網中也進行通信網的高速、寬帶化，並導入 國際電氣通信聯盟(以下稱為ITU-T)的建議G. 984. 1-3等中規定的PON系統。PON系統是利用由主幹光纖、光分離器以及多個支線光纖構成的光無源網將與上 位的通信網連接的站側裝置的0LT、和收容多個加入者的終端(PC、電話)的用戶側裝置的 加入者連接裝置(ONU=Optical Network Unit (光網絡單元))連接起來的系統。PON系統的光纖網包括與OLT連接的集線光纖、與各ONU連接的多個支線光纖、 以及將支線光纖與集線光纖進行結合的光分離器(或光耦合器(Optical coupler)), 成為可以在多個ONU中共用OLT與光分離器之間的光傳送路的光分配網(0DN OpticalDistribution Network(光配線網))形態。PON系統與其它寬帶接入技術相比，可以大幅削減光纖的鋪設成本。特別是 GE-PON(Gigabit-Ethernet PON 千兆乙太網無源光網絡)、G-P0N(Gigabit-Capable PON 千兆比特無源光網絡)系統能夠以千兆比特(Gigabit)水平高速進行可變長的數據幀傳 送，可以對終端用戶提供各種寬帶網絡應用。另外，在非專利文獻1中公開了 GE-P0N，在 ITU-T報告的非專利文獻2 4中公開了 G-P0N。在PON系統中，關於上行信號，為了防止用戶側裝置的每個ONU的信號的幹擾，而 對多個ONU通過時分接入動態地分配上行方向的頻帶。在通過已有的方法即ITU-T建議 G. 983. 4中規定的方法來進行頻帶控制的情況下，站側裝置的OLT對從ONU針對每個輪詢 (polling)周期收集的上行方向單元緩衝器(cell buffer)的數據積蓄信息進行解析，從 而實現DBA (Dynamic Bandwidth Assignment 動態頻帶分配)功能。即，對數據積蓄量多 的0NU，進行更大的上行方向未使用頻帶的分配。具體而言，站側裝置的OLT從各用戶側裝置的ONU預先接收希望向上行方向送出 的數據量的頻帶要求(請求)，決定應該對它們分配的頻帶，進行發送許可頻帶的通知(準 予(grant))。準予是由發送開始時刻與發送許可長度構成的。由此，ONU可以向上行方向 送出規定量的數據。另一方面，關於針對來自用戶側裝置的多個ONU的頻帶 要求如何分配上行發送的 頻帶，例如有如果從一個ONU接收到請求則立即對該ONU隨時分配頻帶的分散型DBA ；以 及按照輪詢周期集中來自多個(通常全部)ONU的頻帶要求，並根據這些各頻帶要求來綜合 地分配頻帶的集中型DBA。
此處，輪詢周期是指從ONU收集頻帶要求的周期，頻帶分配周期是指從許可的ONU 發送數據的周期。該輪詢周期與頻帶分配周期既可以相同，也可以不同。例如，關於輪詢周期與頻帶分配周期的關係，可知在上述分散型DBA中輪詢周期 與頻帶分配周期相同。另外，可知在上述集中型DBA中，根據一個上行方向的輪詢周期，將 服務等級分成確定了延遲最大值的低延遲等級與沒有確定延遲最大值的通常延遲等級，通 過將低延遲等級的頻帶分配周期設定得小於通常延遲等級的頻帶分配周期，從而同時實現 低延遲與頻帶的有效運用。作為這樣的控制輪詢周期的方法被公開在專利文獻1中。在該專利文獻中，在ONU 接收到突發業務(burst traffic)的情況下，通過控制輪詢周期來控制數據延遲。 另外，在IP (Internet Protocol 網際網路協議)網絡中，除了語音通信、數據服 務以外，正在積極發展如將廣播、電話、數據通信融合了的三網合一(triple play)服務 那樣需要高速數據傳送的視頻分發服務。三網合一服務中的網絡電視(IPTV=Internet ProtocolTelevision (網際網路協議電視))是最重要的寬帶應用之一。在該IP網絡中，為了傳送分組，主要使用TCP協議與UDP協議來進行通信。在可 靠性高的數據服務中使用TCP (TransportControl Protocol 傳輸控制協議)，在延遲要求 嚴的語音通信、IPTV服務中使用UDP (User Datagram Protocol 用戶數據報協議)。PON也 可以對這些分組分配頻帶來進行傳送。PON系統對TCP分組分配通常延遲等級的頻帶，對 UDP分組分配低延遲等級的頻帶。一般，TCP 的吞吐量(throughput)由窗口大小與往返時間 RTT(Round-trip time) 來決定。PON系統通過對TCP分組分配更大的頻帶，從而高速傳送窗口大小相當量的分組， 實現高吞吐量。例如，在IGbps等級的GE-PON中，在連接了 32個用戶側裝置的情況下，每個ONU 的平均分配頻帶相當於30Mbps。在將窗口大小設為64K字節、且往返時間RTT是17. Imsec 以下時，TCP的吞吐量可以達到30Mbps。該往返時間RTT不僅包括PON內的數據延遲，而且 還包括網絡部分。在IGbps等級的GE-PON中，PON內的數據延遲的影響小。專利文獻1 國際公開第99/038292號非專利文獻1 JEEE802. 3ah "Ethernet in the First Mile」非專利文獻2:ITU-T G. 984. 1 『『Gigabit-capable PassiveOptical Networks (GPON) :General characteristics，，非專利文獻3:ITU-T G. 984. 2 『『Gigabit-capable PassiveOptical Networks (GPON) :Physical Media Dependent (PMD)IayerSpecification，，非專禾Ij文獻 4:ITU-T G. 984. 3 『『Gigabit-capable PassiveOptical Networks (GPON) Transmission convergence layerspecification"另外，關於如上所述的PON系統，本發明人進行了研究的結果，得知如下的情況。 例如，在以往的IGbps等級的GE-PON中，由於因頻帶分配周期所引起的數據延遲對TCP的 RTT造成的影響小，所以不會對TCP的吞吐量造成影響。但是，在IOGbps等級的PON中，在 頻帶分配周期一定的情況下，數據延遲也一定，在使用了 TCP那樣的對能否實現數據傳送 進行確認的數據傳送協議的情況下，存在無法提高吞吐量的問題。使用圖14，對RTT與吞吐量的關係進行說明。考慮從用戶終端向伺服器發送TCP數據的情況。用戶終端發送TCP數據。ONU 20在接收到TCP數據之後發送頻帶要求請求 (報告(R印ort))，從OLT 10接收發送許可頻帶的通知(準予(Grant))。ONU 20在許可的 時間發送數據。OLT 10向伺服器傳送所接收到的TCP數據。伺服器在接收到TCP數據之 後，向用戶終端發送作為確認應答的ACK。用戶終端在接收到該ACK之後，發送下一個TCP 數據。通常，在TCP中，將接收ACK之前可以發送的分組量定義為TCP窗口大小。以從發送 TCP數據後接收到ACK為止的時間來定義RTT。另外，在PON內的數據傳送中，將從ONU 20 發送頻帶要求請求後直到可以發送數據為止的時間定義為延遲。例如，在IOGbps等級的GE-PON中，在連接了 32個用戶側裝置的情況下，每個ONU 的平均分配頻帶相當於300Mbps。在將窗口大小設為64K字節、且往返時間RTT是1. 71msec 以下時，TCP的吞吐量可以達到300Mbps。此時，PON內的數據延遲的影響大。S卩，在上述以往的系統中，僅根據服務等級來決定頻帶分配周期，每個服務等級的 PON內的數據延遲被固定，所以TCP那樣的數據的RTT也被固定，因此無法提高TCP那樣的 數據的吞吐量。當然，也考慮增大窗口大小，但在分組損失了的情況下，還存在大量發生重 發分組這樣的問題，所以在此無法解決。PON內的數據延遲是根據DBA的處理時間而決定的。其中，主要包括如下時間，即， 該時間是接收數據量的頻帶要求(請求)、並決定應該對它們分配的頻帶而進行發送許可 頻帶的通知(準予)的時間。通常，如上述所說明那樣，PON內的數據延遲成為輪詢周期與 頻帶分配周期的N倍。
在這樣的以往的DBA技術中，用戶側裝置的ONU在從站側裝置的OLT提供的發送 定時之中，必須按照針對每個輪詢周期至少一次的比例來發送保持信號。另外，在ONU發送 數據的情況下，按照針對每個頻帶分配周期至少一次的比例，發送數據信號。而且，必須在 即將發送數據之前發送用於對信號的電平(level)進行調整的信號和用於使時鐘同步的 信號。因此，用於傳送數據的頻帶減少與送出保持信號的量相當的量和與調整信號的電平 的量相當的量。輪詢周期與頻帶分配周期越短，該頻帶的減少量越大。此處，考慮用於減小數據延遲的方法。作為例子，考慮為了減小數據的延遲而減小 頻帶分配周期的方法。頻帶分配周期決定數據的延遲。因此，如果為了減小頻帶的減少量 而簡單地延長輪詢周期與頻帶分配周期，則存在數據的延遲變大這樣的缺點，難以選擇頻 帶分配周期。另外，即使通過專利文獻1那樣的方法來控制了輪詢周期，也無法提高TCP那樣的 數據的吞吐量。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種通信服務，例如用於因TCP數據等的延遲而引 起的吞吐量的劣化較大的服務，可以使數據傳送延遲與分配頻帶成為最佳從而使每個加入 者要求源的吞吐量成為最大。本發明的上述以及其它目的與新的特徵根據本說明書的記述以及附圖將變得明確。如果簡單說明本申請中公開的發明中的代表性的發明的概要，則如下所述。S卩，在代表性的發明的概要是，在站側裝置的OLT中具備頻帶要求接收單元，接收來自多個用戶側裝置的ONU各自的頻帶要求量；頻帶分配周期計算單元，根據接收到的 每個要求源的頻帶要求量，針對每個要求源計算出下次的頻帶分配周期；頻帶分配計算單 元，根據接收到的每個要求源的頻帶要求量，針對每個要求源計算出下次的頻帶分配量；以 及發送許可發送單元，向多個ONU分別發送基於所計算出的頻帶分配量的發送許可。如果簡單說明通過本申請中公開的發明中的代表性的發明而得到的效果，則如下 所述。S卩，通過代表性的發明得到的效果是，由於考慮數據延遲與開銷的同時進行動態 頻帶分配，所以能夠提供可以使每個加入者要求源的吞吐量成為最大的通信服務。


圖1是示出本發明的實施方式1的PON系統的結構以及OLT的內部結構的框圖。圖2是在本發明的實施方式1中示出ONU的內部結構的框圖。圖3是在本發明的實施方式1中說明OLT中的輪詢周期與頻帶分配周期的圖。圖4是在本發明的實施方式1中說明OLT中的另一輪詢周期與頻帶分配周期的 圖。圖5是在本發明的實施方式1中示出DBA功能的處理的流程圖。圖6是在本發明的實施方式1中說明數據量的頻帶要求與發送許可頻帶的通知的 圖。圖7是在本發明的實施方式1中示出ONU管理表的圖。圖8是在本發明的實施方式1中說明TCP的吞吐量的圖。圖9是在本發明的實施方式2中示出ONU的內部結構的框圖。圖10是在本發明的實施方式2中示出DBA功能的處理的流程圖。圖11是在本發明的實施方式3中示出DBA功能的處理的流程圖。圖12是在本發明的實施方式4中示出DBA功能的處理的流程圖。圖13是在本發明的實施方式5中示出DBA功能的處理的流程圖。圖14是在一般的PON系統中說明TCP數據的流的圖。附圖標記說明10 =OLT ；20 =ONU ；30 集線光纖；31 支線光纖；32 光分離器；101 光發送接收 部；102 :0/E變換部；103 上行接收緩衝器；104 =PON幀解析部；105 上行發送緩衝器； 106 發送線路IF部；107 接收線路IF部；108 下行接收緩衝器；109 :Ρ0Ν幀生成部；110 下行發送緩衝器；111 :E/0變換部；120 :0LT控制部；121 :MPCP控制部；122 :DBA控制部； 123 動態頻帶分配計算部；124 頻帶分配周期計算部；125 =ONU管理表；201 光發送接 收部；202 :0/E變換部；203 下行接收緩衝器；204 =PON幀解析部；205 下行發送緩衝器； 206 發送線路IF部；207 接收線路IF部；208 上行接收緩衝器；209 =PON幀生成部；210 上行發送緩衝器；211 :E/0變換部；212 服務識別部；213 :TCP數據用緩衝器；214 :UDP數 據用緩衝器；215 選擇器；220 :0NU控制部；221 =MPCP控制部；222 緩衝器監視部。
具體實施例方式以下，根據附圖，對本發明的實施方式進行詳細說明。另外，在用於說明實施方式的所有附圖中，對同一部件原則上附加同一標號，並省略其重複的說明。另外，在以下的實施方式中，說明將本發明應用於ITU規格的G-PON中的情況，但 本發明也可以應用於G-PON以外的其它PON系統、例如適合利用乙太網(註冊商標)幀進 行的信息傳送的GE-P0N、或在PON區間利用固定長度的ATM單元(ATM cell)來傳送信息的 B-PON (Broadband PON 寬帶無源光網絡)。根據圖1 圖8，對本發明的實施方式1的PON系統進行說明。圖1是示出本發明的實施方式1的PON系統的結構的框圖。 PON系統包括0LT (還稱為站側裝置、光傳送路終端裝置等)10、多個ONU (還稱
為用戶側裝置、加入者連接裝置等)20(#1 :20-1、#2 :20-2、#3 :20_3.....#N :20_N)、以
及連接這些要素的PON區間的光分配網ODN。PON區間的光分配網包括與OLT 10連接的 集線光纖30以及與各ONU 20連接的支線光纖31 (31-1 31-N)，支線光纖31通過光分 離器(或者光耦合器)32而從集線光纖30分支。OLT 10通常設置在載體(carrier)、 ISPdnternetService Provider 網際網路服務提供商)所具有的用戶線路收容站中，ONU 20設置在辦公室、大廈(mansion)等大樓、以及用戶住宅中。在本實施方式中，各ONU 20向OLT 10的上行方向的傳送速率以IGbps的GE-P0N 為基礎。因此，ONU 20的接入控制基本上是按照GE-PON的通信方式進行的，ONU 20發送用 兩個字節單位表現了希望發送給OLT 10的數據量的請求(頻帶要求，還稱為報告)，用兩個 字節單位的發送許可長度和發送開始時刻來表現了與其對應的準予(發送許可頻帶的通 知)。另外，通過每隔16ns進行遞增的計數器來表現時刻，在PON系統內取得同步。
圖1是示出OLT的內部結構的框圖。OLT 10進行上述動態頻帶分配。在圖1中，OLT 10具備從上位網絡接收應向ONU 20發送的下行信號的接收線路 IF部107 ；臨時存儲所接收到的下行信號的下行接收緩衝器108 ；生成PON幀的PON幀生成 部109 ；臨時存儲應發送的PON幀的下行發送緩衝器110 ；將電信號變換為光信號的E/0變 換部111 ；以及向光纖輸入光信號的光發送接收部101。另外，OLT 10具備從ONU 20接收應向上位網絡發送的上行光信號的光發送接收 部101 ；將光信號變換為電信號的0/E變換部102 ；臨時存儲所接收到的上行信號的上行接 收緩衝器103 ；解析PON幀的PON幀解析部104 ；臨時存儲應發送的信號的上行發送緩衝器 105 ；以及向上位網絡發送的發送線路IF部106。而且，在OLT 10中，0LT120具備具有頻帶要求接收單元以及發送許可發送單元 的功能的MPCP (Multi Point Control Protocol 多點控制協議)控制部121、以及DBA控 制部122，其中，所述頻帶要求接收單元接收來自ONU 20各自的頻帶要求量，所述發送許可 發送單元向ONU 20分別發送基於計算出的頻帶分配量的發送許可。DBA控制部122具備動 態頻帶分配計算部123、頻帶分配周期計算部124、以及ONU管理表125，其中，所述動態頻帶 分配計算部123具有根據接收到的每個要求源的頻帶要求量而針對每個要求源計算出下 次的頻帶分配量的頻帶分配計算單元的功能，所述頻帶分配周期計算部124具有根據接收 到的每個要求源的頻帶要求量而針對每個要求源計算出下次的頻帶分配周期的頻帶分配 周期計算單元的功能。
MPCP控制部121發送和接收數據量的頻帶要求信號與發送許可頻帶的通知信號。 MPCP控制部121接收數據量的頻帶要求(請求)，動態頻帶分配計算部123決定應分配給 它們的頻帶，頻帶分配周期計算部124決定頻帶分配周期，MPCP控制部121進行發送許可 頻帶的通知(準予)。準予是由發送開始時刻和發送許可長度構成的。由此，ONU 20可以 在上行方向上送出規定量的數據。
圖2是示出ONU的內部結構的框圖。ONU 20根據上述動態頻帶分配的數據積蓄量 來進行頻帶要求。在圖2中，ONU 20具備從用戶終端接收應向OLT 10發送的上行信號的接收線路 IF部207 ；臨時存儲所接收到的上行信號的上行接收緩衝器208 ；生成PON幀的PON幀生成 部209 ；臨時存儲應發送的PON幀的上行發送緩衝器210 ；將電信號變換為光信號的E/0變 換部211 ；以及向光纖輸入光信號的光發送接收部201。另外，ONU 20具備從OLT 10接收應向用戶終端發送的下行光信號的光發送接收 部201 ；將光信號變換為電信號的0/E變換部202 ；臨時存儲所接收到的下行信號的下行接 收緩衝器203 ；解析PON幀的PON幀解析部204 ；臨時存儲應發送的信號的下行發送緩衝器 205 ；以及向用戶終端發送的發送線路IF部206。而且，在ONU 20中，ONU控制部220具備MPCP控制部221和緩衝器監視部222。 緩衝器監視部222對上行發送緩衝器210的數據積蓄量進行監視。MPCP控制部221發送 和接收基於來自緩衝器監視部222的數據積蓄量的數據量的頻帶要求信號和發送許可頻 帶的通知信號。進行數據量的頻帶要求(請求)的通知，從OLT 10接收發送許可頻帶的通 知(準予)。準予是由發送開始時刻與發送許可長度構成的。由此，ONU 20可以向上行方 向送出規定量的數據。[動態頻帶分配]OLT 10的DBA控制部122進行上述集中型DBA。圖3是該集中型DBA的時序圖。 如圖3所示，在集中型DBA中，通過一個準予G，同時進行請求用以及數據用的頻帶分配。各ONU 20按照該準予G，將請求(Rl RN) 302與數據(Dl DN) 303附加到開銷 頻帶301而分別地進行發送。OLT 10與數據分開地最初僅集中接收請求，在接收完各ONU 20的請求的時刻，開始進行頻帶分配處理。作為集中型DBA的代表性的一個例子，在頻帶分配周期(準予循環)的範圍內，針 對來自頻帶分配不足的ONU 20的請求，優先地分配頻帶，本實施方式的OLT 10也進行該類 型的集中型DBA。0NU20針對每個輪詢周期向OLT 10發送頻帶要求信號。圖4是輪詢周期 與頻帶分配周期不同時的時序圖。如圖4所示，在DBA中，為了減小PON中的數據的傳送延 遲，可以將頻帶分配周期也設定得較小。圖5是示出DBA功能的處理的流程圖。MPCP控制部121接收來自ONU 20的數據 的頻帶要求，更新ONU管理表125 (401)。動態頻帶分配計算部123根據ONU管理表125的 信息，計算出分配頻帶(402)。進行動態頻帶分配處理以決定對多個ONU 20分別分配多少 通信頻帶。該通信頻帶表示在一個頻帶周期中可以傳送的總字節長度內對各ONU 20分配 多少字節長度。頻帶分配周期計算部124根據ONU管理表125的信息，計算出頻帶分配周期 (403)。MPCP控制部121通知包含有分配給ONU 20的頻帶信息的發送許可(準予)(404)。接收到基於該準予的指示的ONU 20根據該準予，向上行方向送出數據。各ONU 20在從OLT 10許可了發送數據的定時，發送數據。各ONU 20按照許可的通信字節長度來決定應結束髮 送的定時。圖6示出數據量的頻帶要求(請求)與發送許可頻帶的通知(準予)的一個例子。 在請求中包括LLID 501、要求頻帶的值(積蓄數據量)502以及數據的服務的種類503。在 準予中包括LLID 504、發送許可長度505以及發送許可時間506。但是，在例子中這些值 僅包括一個，但也可以包括多個。LLID (Logical Link ID 邏輯鏈路ID)是邏輯鏈路，識別 0NU。另外，ONU在具備多個緩衝器的情況下，可以針對每個緩衝器分配LLID。因此，在針對 數據的每個服務種類分配了緩衝器的情況下，可以針對數據的每個服務種類，提供要求頻 帶、發送許可。圖7示出ONU管理表的一個例子。ONU管理表125存儲有ONUID 601 (或者也可以 是LLID)、每個ONU的分配頻帶602、頻帶分配周期603、數據要求延遲604、以及吞吐量605 而作為用於發送DBA的發送許可頻帶的通知(準予)的信息。由動態頻帶分配計算部123 決定分配頻帶602，由頻帶分配周期計算部124決定頻帶分配周期603。對於這些決定方 法，在後面敘述。根據來自各ONU的要求，發送數據要求延遲604。另外，關於吞吐量605， 計算減去了開銷的所需頻帶而得到的值。即，關係為吞吐量=(分配頻帶)_(開銷頻帶)。 如上所述開銷由保持信號、數據的同步時間構成。
以下，對動態頻帶分配計算部123的具體的功能與頻帶分配周期計算部124的具 體的功能進行說明。首先，在通常的運用狀態下，各ONU 20僅被分配約定的頻帶寬度。但是，在DBA功 能有效的情況下，在分配了所連接的所有0NU20約定的頻帶之後，還存在未使用頻帶的情 況下，如果存在來自0NU20的要求，則也可以使用未使用區域來增加該ONU 20的頻帶。這 樣有效地利用未使用頻帶的方法是PON系統中的DBA功能。對於該功能的詳細內容，請參 照 ITU-T 建議 G. 983. 4。動態頻帶分配計算部123根據來自ONU 20的與數據積蓄量相應的頻帶要求，使用 通常的DBA功能來計算出ONU 20的分配頻帶。此時，將分配給ONU 20的頻帶設為還包含 同步用信號的開銷、保持用的信號在內的頻帶。如上所述，在ONU 20發送數據的情況下，按 照針對每個頻帶分配周期至少一次的比例，必須在即將發送數據之前發送用於對信號的電 平進行調整的信號與用於使時鐘同步的信號。因此，用於傳送數據的頻帶減少與用於對信 號的電平進行調整的量相當的量。頻帶分配周期越短，該頻帶的減少量越大。即，如果沒有 決定頻帶分配周期，則無法計算出每個ONU的吞吐量。接下來，對頻帶分配周期的決定方法進行說明。頻帶分配周期計算部124根據用 於對信號的電平進行調整的信號和用於使時鐘同步的信號部分的頻帶以及數據的要求延 遲，來決定頻帶周期。在GE-PON中，作為用於對信號的電平進行調整的信號和用於使時鐘同步的信號 部分的頻帶，雷射的ON(開啟)/0FF(關斷)時間被定義為512nSec、時鐘同步時間被定 義為SOOnsec。而且在各ONU信號的期間，以使信號不幹擾的方式設定了保護頻帶時間 (guardband time)，約為1 μ sec至5 μ sec。以下，將這些頻帶稱為開銷頻帶。但是，實際的 參數基於裝置的設計規格，所以不限於此。即，在減小頻帶分配周期時，開銷頻帶增加。
例如，假設分配了 300Mbps的ONU的頻帶。此時，在將頻帶分配周期設為0. 5msec的情況下，如果將開銷頻帶設為30 %，則吞吐量成為210Mbps (300Mbps X 70 % )。另外，在將頻帶分配周期設為2msec的情況下，如果將開銷頻帶設為10%，則吞吐量成為 270Mbps(300MbpsX90%)o因此，在縮短頻帶分配周期時吞吐量增加，在延長頻帶分配周期 時吞吐量減少。即，頻帶分配周期與吞吐量具有折衷的關係。PON系統內的數據傳送延遲是ONU 20接收數據並發送請求信號後直到接收準予 信號並發送數據為止的時間。其中，還包括光纖的傳播延遲、裝置的計算處理時間。即，根 據PON系統的要求延遲，計算出頻帶分配周期即可。例如，在數據的要求延遲是4msec的情況下，如果將發送請求信號後接收到 準予信號設為其次的頻帶分配周期範圍，則將頻帶分配周期設定為3msec即可。但 是，由於實際的參數基於裝置的設計規格，所以不限於此。因此，在數據的要求延遲是 4msec的情況下，頻帶分配周期成為2msec，如果將開銷頻帶設為10%，則吞吐量成為 270Mbps (300Mbps X 90% )。另外，在數據的要求延遲是Imsec的情況下，頻帶分配周期成為 0. 5msec，如果將開銷頻帶設為30%，則吞吐量成為210Mbps (300Mbps X 70% )。頻帶分配周期計算部124決定頻帶分配周期以使吞吐量成為最大。即，考慮來自 ONU 20的頻帶要求是210Mbps的時候。首先，作為第一例子，在作為DBA功能的分配結果而 分配了 300Mbps的頻帶的情況下，頻帶分配周期是0. 5msec，成為滿足吞吐量210Mbps的最 小值。可以使數據延遲成為最小的同時，實現吞吐量210Mbps。另外，作為第二例子，在作為 DBA功能的分配結果而分配了 200Mbps的頻帶的情況下，頻帶分配周期為5msec (預先設定 的上限值)，吞吐量成為最大值190Mbps。另外，對於這些數據延遲，頻帶分配周期計算部124既可以是從OLT 10的外部，從 網絡操作員處接收要求，設定數據要求延遲，也可以是與數據信號的發送源即伺服器協同 進行自動設定。關於上述功能，特別是在使用了 TCP那樣的對能否進行數據傳送進行確認的數據 傳送協議的情況下，能夠將吞吐量最大化。TCP的吞吐量依賴於RTT，所以優選將PON系統 內的數據傳送延遲最小化。另一方面，其結果，如果每個ONU的吞吐量由於開銷頻帶的原因 而降低則沒有意義。圖8是說明TCP的吞吐量的圖。如上所述，關於開銷所致的吞吐量界限曲線，頻帶 分配周期長的一方變大。這是因為，開銷的頻帶所佔的比例減少。另一方面，關於TCP的延 遲所致的吞吐量界限曲線，頻帶分配周期長的一方變小。這是因為，如果頻帶分配周期變 長，則PON內的數據傳送延遲變大，作為結果，TCP的RTT也變大。從該圖可知，這兩者是折 衷的關係，但在該曲線的交點處，ONU的吞吐量成為最大值。因此，頻帶分配周期計算部124 計算出PON系統中的TCP的吞吐量成為最大的頻帶分配周期。如上所述，根據本實施方式，在OLT 10中，根據來自ONU 20的每個要求源的頻帶 要求量，針對每個要求源計算出下次的頻帶分配周期，根據每個要求源的頻帶要求量，針對 每個要求源計算出下次的頻帶分配量，並向ONU 20分別發送基於該計算出的頻帶分配量 的發送許可，從而考慮數據延遲與開銷的同時進行動態頻帶分配，所以可以將每個加入者 要求源的吞吐量設為最大。
根據圖9、圖10，對本發明的實施方式2的PON系統進行說明。圖9是示出本發明的實施方式2的ONU的內部結構的框圖。在圖9的例子中，在 PON幀生成部209與上行發送緩衝器210之間具備服務識別部212，該服務識別部212具有 對從用戶終端接收到的數據的服務種類進行識別分類並進行傳送的服務識別單元的功能。 另外，在上行發送緩衝器210中具備TCP數據用緩衝器213、UDP數據用緩衝器214、選擇器 215。其它與上述實施方式1相同。服務識別部212識別所接收到的分組，分配給所對應的緩衝器而傳送。由MPCP控 制部221向OLT 10通知TCP數據用緩衝器213中的數據積蓄量而作為頻帶要求。OLT 10 的DBA控制部122根據來自各ONU 20的頻帶要求，計算出分配頻帶與頻帶分配周期。圖10是示出DBA功能的處理的流程圖。MPCP控制部121接收來自ONU 20的數據 的頻帶要求，更新ONU管理表125 (901)。動態頻帶分配計算部123根據ONU管理表125的 信息，計算出分配頻帶(902)。此處，按照通常的DBA分配步驟，根據頻帶要求來分配頻帶。 接下來，頻帶分配周期計算部124根據ONU管理表125的信息，將要求頻帶與根據分配頻帶 計算出的ONU 20的吞吐量進行比較(903)。頻帶分配周期計算部124在要求頻帶大於ONU 20的吞吐量的情況下，增加頻帶分配周期(904)。由此，ONU 20的吞吐量增大。另一方面， 頻帶分配周期計算部124在要求頻帶小於ONU 20的吞吐量的情況下，減少頻帶分配周期 (905)。由此，ONU 20的吞吐量增大。MPCP控制部121通知包含有分配給ONU 20的頻帶信 息的發送許可(準予)(906)。這樣將ONU 20的吞吐量與頻帶要求進行比較，增減頻帶周期，從而可以階段性地 使ONU 20的吞吐量最佳化。通過高速地進行該步驟，可以迅速地接近最佳的頻帶分配和頻 帶周期、即吞吐量和數據延遲。根據圖11，對本發明的實施方式3的PON系統進行說明。圖11是示出本發明的實施方式3的DBA功能的處理的流程圖。本實施方式是通 過從各ONU 20接收數據延遲要求，也可以使ONU 20的吞吐量最佳化的例子。MPCP控制部121接收來自ONU 20的數據的延遲要求，更新ONU管理表125 (701)。 動態頻帶分配計算部123根據ONU管理表125的信息，計算出分配頻帶(702)。頻帶分配周 期計算部124根據ONU管理表125的信息，計算出頻帶分配周期(703)。MPCP控制部121 通知包含有分配給ONU 20的頻帶信息的發送許可(準予)(704)。接收到基於該準予的指 示的ONU 20根據該準予，向上行方向送出數據。如上所述，在存在網絡結構信息的情況下、或預先存在廣域網絡側的數據傳送延 遲信息的情況下，該方式是有效的。例如，作為提供服務的一個例子考慮如下方式在PON 系統上提供網絡結構比較簡單的IPTV廣播下載服務的情況下，在OLT 10的附近配置IPTV 伺服器，並在ONU 20上連接IPTV終端。在該情況下，由於可以預知得知廣域網絡側的數據 延遲，所以可以計算出能實現高速的下載服務的要求頻帶、數據延遲。因此，從各ONU 20接 收數據延遲要求，可以使ONU 20的吞吐量最大化。〈實施方式4>根據圖12，對本發明的實施方式4的PON系統進行說明。圖12是示出本發明的實施方式4的DBA功能的處理的流程圖。 本實施方式是通過從各ONU 20接收吞吐量要求，也可以使ONU 20的吞吐量最佳化的例子。MPCP控制部121接收來自ONU 20的吞吐量的要求，更新ONU管理表125 (801)。 也可以通過頻帶要求(請求)來進行來自各0NU20的吞吐量的要求。特別是在TCP那樣的 對能否進行數據傳送進行確認的數據傳送協議中，也可以根據頻帶要求(請求)的頻帶要 求量(502)與服務的種類(503)的組合，判斷為吞吐量的要求。接下來，頻帶分配周期計算 部124根據ONU管理表125的信息，計算出頻帶分配周期(802)。動態頻帶分配計算部123 根據ONU管理表125的信息，計算出考慮了開銷的分配頻帶(803)。MPCP控制部121通知 包含有分配給ONU 20的頻帶信息的發送許可(準予)(804)。接收到基於該準予的指示的 ONU 20根據該準予，向上行方向送出數據。如上所述，還可以根據ONU 20的吞吐量要求來逆運算所需的分配頻帶，從而分配 頻帶。在TCP那樣的傳送協議中，重要的是吞吐量，所以也可以設定使吞吐量最大化的(圖 8)頻帶分配與頻帶分配周期。
〈實施方式5>根據圖13，對本發明的實施方式5的PON系統進行說明。圖13是示出本發明的實施方式5的DBA功能的處理的流程圖。MPCP控制部121接收來自ONU 20的數據的頻帶要求，更新ONU管理表125 (811)。 動態頻帶分配計算部123根據頻帶要求，計算出ONU 20的分配頻帶(812)。頻帶分配周期 計算部124將TCP吞吐量的上限與由開銷所致的吞吐量的上限進行比較，計算出使吞吐量 成為最大的頻帶分配周期(813)。MPCP控制部121通知包含有分配給ONU 20的頻帶信息 的發送許可(準予)(814)。如上所述，也可以根據ONU 20的吞吐量要求來逆運算所需的分配頻帶，從而分配 頻帶。在TCP那樣的傳送協議中，重要的是吞吐量，所以也可以設定使吞吐量最大化的(圖 8)頻帶分配與頻帶分配周期。如上所述，在PON系統中傳送TCP那樣的對能否進行數據傳送進行確認的數據傳 送協議的情況下，可以有效運用PON系統的頻帶。PON系統內的數據延遲與吞吐量具有折衷 的關係，所以通過進行考慮了這些的DBA控制，可以提高PON系統的吞吐量。以上，根據實施方式具體地說明了由本發明人完成的發明，但本發明不限於上述 實施方式，當然也可以在不脫離其要旨的範圍內進行各種變更。產業上的可利用性本發明涉及高速光接入網絡，更詳細而言可以利用於可以通過光纖將高速網際網路 服務提供給各家庭的PON系統、以及PON系統中應用的0LT。
權利要求
一種光傳送路終端裝置，經由光分配網而與用於收容用戶終端的多個加入者連接裝置進行連接，其特徵在於，具備頻帶要求接收單元，接收來自上述多個加入者連接裝置各自的頻帶要求量；頻帶分配周期計算單元，根據由上述頻帶要求接收單元接收到的每個要求源的頻帶要求量，針對每個要求源計算出下次的頻帶分配周期；頻帶分配計算單元，根據由上述頻帶要求接收單元接收到的每個要求源的頻帶要求量，針對每個要求源計算出下次的頻帶分配量；以及發送許可發送單元，對上述多個加入者連接裝置分別發送基於由上述頻帶分配計算單元計算出的頻帶分配量的發送許可。
2.根據權利要求1所述的光傳送路終端裝置，其特徵在於，上述頻帶分配周期計算單元在上述加入者連接裝置的上述頻帶要求量超過上限閾值 的情況下，增加下次的頻帶分配周期。
3.根據權利要求1所述的光傳送路終端裝置，其特徵在於，上述頻帶分配周期計算單元在上述加入者連接裝置的上述頻帶要求量不超過下限閾 值的情況下，減少下次的頻帶分配周期。
4.根據權利要求1所述的光傳送路終端裝置，其特徵在於，上述頻帶分配周期計算單元在上述加入者連接裝置的上述頻帶要求量在一定範圍內 的情況下，不使下次的頻帶分配周期變動。
5.根據權利要求1所述的光傳送路終端裝置，其特徵在於，上述頻帶要求接收單元接收來自上述多個加入者連接裝置各自的數據延遲要求，上述頻帶分配周期計算單元以使上述多個加入者連接裝置的吞吐量成為最大的方式 計算出下次的頻帶分配周期。
6.根據權利要求1所述的光傳送路終端裝置，其特徵在於，上述頻帶分配周期計算單元將TCP吞吐量的上限與由開銷所致的吞吐量的上限進行 比較，以使上述加入者連接裝置的吞吐量成為最大的方式計算出下次的頻帶分配周期。
7.根據權利要求1所述的光傳送路終端裝置，其特徵在於，上述頻帶分配計算單元根據上述每個要求源的吞吐量要求量，計算出下次的頻帶分配量，上述頻帶分配周期計算單元根據上述每個要求源的吞吐量要求量與開銷的頻帶所需 量，計算出下次的頻帶分配周期。
8.根據權利要求1所述的光傳送路終端裝置，其特徵在於，上述頻帶分配計算單元根據上述每個要求源的頻帶要求量與開銷的頻帶所需量，計算 出下次的頻帶分配量，上述頻帶分配周期計算單元根據上述每個要求源的頻帶要求量與開銷的頻帶所需量， 計算出下次的頻帶分配周期。
9.根據權利要求1所述的光傳送路終端裝置，其特徵在於，上述頻帶分配周期計算單元根據延遲信息與頻帶分配信息，計算出包括開銷的頻帶分 配周期。
10.一種無源光網系統，是經由光分配網將用於收容用戶終端的多個加入者連接裝置與連接於廣域網的光傳送路終端裝置連接起來的無源光網系統，其特徵在於，上述光傳送路終端裝置具備頻帶要求接收單元，接收來自上述多個加入者連接裝置各自的頻帶要求量；頻帶分配周期計算單元，根據由上述頻帶要求接收單元接收到的每個要求源的頻帶要 求量，針對每個要求源計算出下次的頻帶分配周期；頻帶分配計算單元，根據由上述頻帶要求接收單元接收到的每個要求源的頻帶要求 量，針對每個要求源計算出下次的頻帶分配量；以及發送許可發送單元，對上述多個加入者連接裝置分別發送基於由上述頻帶分配計算單 元計算出的頻帶分配量的發送許可。
11.根據權利要求10所述的無源光網系統，其特徵在於，上述加入者連接裝置具備服務識別單元，該服務識別單元對從上述用戶終端接收到的 數據的服務種類進行識別分類而傳送，上述光傳送路終端裝置根據從上述服務識別單元傳送的每個服務的頻帶要求量，來進 行頻帶分配。
12.一種無源光網系統中的頻帶分配方法，在該無源光網系統中，經由光分配網將用於 收容用戶終端的多個加入者連接裝置與連接於廣域網的光傳送路終端裝置進行了連接，其 特徵在於，上述光傳送路終端裝置，接收來自上述多個加入者連接裝置各自的頻帶要求量，根據上述接收到的每個要求源的頻帶要求量，針對每個要求源計算出下次的頻帶分配 周期，根據上述接收到的每個要求源的頻帶要求量，針對每個要求源計算出下次的頻帶分配量，對上述多個加入者連接裝置分別發送基於上述計算出的頻帶分配量的發送許可。
13.根據權利要求12所述的頻帶分配方法，其特徵在於，在上述頻帶分配周期的計算中，在上述加入者連接裝置的上述頻帶要求量超過了上限 閾值的情況下，增加下次的頻帶分配周期。
14.根據權利要求12所述的頻帶分配方法，其特徵在於，在上述頻帶分配周期的計算中，在上述加入者連接裝置的上述頻帶要求量不超過下限 閾值的情況下，減少下次的頻帶分配周期。
15.根據權利要求12所述的頻帶分配方法，其特徵在於，在上述頻帶分配周期的計算中，在上述加入者連接裝置的上述頻帶要求量在一定範圍 內的情況下，不使下次的頻帶分配周期變動。
16.根據權利要求12所述的頻帶分配方法，其特徵在於，在上述頻帶要求的接收中，接收來自上述多個加入者連接裝置各自的數據延遲要求，在上述頻帶分配周期的計算中，以使上述多個加入者連接裝置的吞吐量成為最大的方 式計算出下次的頻帶分配周期。
17.根據權利要求12所述的頻帶分配方法，其特徵在於，在上述頻帶分配周期的計算中，將TCP吞吐量的上限與開銷所致的吞吐量的上限進行比較，以使上述加入者連接裝置的吞吐量成為最大的方式計算出下次的頻帶分配周期。
18.根據權利要求12所述的頻帶分配方法，其特徵在於，在上述頻帶分配量的計算中，根據上述每個要求源的吞吐量要求量，計算出下次的頻 帶分配量，在上述頻帶分配周期的計算中，根據上述每個要求源的吞吐量要求量與開銷的頻帶所 需量，計算出下次的頻帶分配周期。
19.根據權利要求12所述的頻帶分配方法，其特徵在於，在上述頻帶分配量的計算中，根據上述每個要求源的頻帶要求量與開銷的頻帶所需 量，計算出下次的頻帶分配量，在上述頻帶分配周期的計算中，根據上述每個要求源的頻帶要求量與開銷的頻帶所需 量，計算出下次的頻帶分配周期。
20.根據權利要求12所述的頻帶分配方法，其特徵在於，在上述頻帶分配周期的計算中，根據延遲信息與頻帶分配信息，計算出包括開銷的頻 帶分配周期。
21.根據權利要求12所述的頻帶分配方法，其特徵在於，上述加入者連接裝置對從上述用戶終端接收到的數據的服務種類進行識別分類而傳送，上述光傳送路終端裝置根據上述傳送的每個服務的頻帶要求量，進行頻帶分配。
全文摘要
提供光傳送路終端裝置、無源光網系統以及頻帶分配方法，例如用於TCP數據等延遲所致的吞吐量的劣化大的服務，可使數據傳送延遲與分配頻帶成為最佳而使每個加入者要求源的吞吐量最大。PON系統中的站側裝置的OLT(10)具備MPCP控制部(121)，接收來自多個用戶側裝置的ONU(20)各自的頻帶要求量；頻帶分配周期計算部(124)，根據接收到的每個要求源的頻帶要求量，針對每個要求源算出下次的頻帶分配周期；動態頻帶分配計算部(123)，根據接收到的每個要求源的頻帶要求量，針對每個要求源算出下次的頻帶分配量；和MPCP控制部(121)，向多個ONU(20)分別發送基於算出的頻帶分配量的發送許可。
文檔編號H04Q11/00GK101841745SQ20101011652
公開日2010年9月22日 申請日期2010年2月10日 優先權日2009年3月18日
發明者加澤徹, 池田博樹 申請人:株式會社日立製作所