特許 5722827 光加入者線終端装置、光ネットワーク終端装置、及び光ネットワークシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5722827

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月27日

(54)【発明の名称】光加入者線終端装置、光ネットワーク終端装置、及び光ネットワークシステム

(51)【国際特許分類】

   H04L 12/44 20060101AFI20150507BHJP

【ＦＩ】

   H04L12/44 200

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-110551(P2012-110551)

(22)【出願日】2012年5月14日

(65)【公開番号】特開2013-239823(P2013-239823A)

(43)【公開日】2013年11月28日

【審査請求日】2014年7月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】899000079

【氏名又は名称】学校法人慶應義塾

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】田所 将志

(72)【発明者】

【氏名】西原 晋

(72)【発明者】

【氏名】氏川 裕隆

(72)【発明者】

【氏名】野村 紘子

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 謙一

(72)【発明者】

【氏名】吉本 直人

(72)【発明者】

【氏名】久保 亮吾

【審査官】 安藤 一道

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１７２２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Konstantin Miller, et al.，Network Coding in Passive Optical Networks，Network Coding (NetCod), 2010 IEEE International Symposium on ，IEEE，２０１０年 ６月，pp.1-6

【文献】 Martin Belzner, et al.，Network coding in passive optical networks，Optical Communication, 2009. ECOC '09. 35th European Conference on，２００９年 ９月，pp.1-2

【文献】 Dongseok Shin,et al.，Broadband PON-wireless convergence network based on Network Coding，Advanced Communication Technology (ICACT), 2010 The 12th International Conference on，２０１０年 ２月，pp.169-173

【文献】 Kerim Fouli,et al.，Network coding in next-generation passive optical networks，Communications Magazine, IEEE，２０１１年 ９月，pp.38-46

【文献】 Xin Liu,et al.，Network-Coding-Based Energy Management for Next-Generation Passive Optical Networks，Lightwave Technology, Journal of，２０１２年 １月，pp.864-875

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｌ １２／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光ネットワーク終端装置（ＯＮＵ）と光ファイバ伝送路を介してポイントツーマルチポイントの通信を行う光加入者線終端装置（ＯＬＴ）であって、
前記ＯＮＵからの帯域要求に基づいて前記ＯＮＵ毎に送信順番および送信可能なデータ量の割当を行う帯域割当部と、
前記ＯＮＵ間で送受信されるデータに対してネットワークコーディング（ＮＣ）処理を施すＮＣ部と、
を備え、
前記帯域割当部は、前記ＮＣ部が施す１つのＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵの送信順番を連続させることを特徴とするＯＬＴ。

【請求項2】

前記ＯＮＵの数をｎ（ｎ：自然数）、前記ＮＣ部が施す１つのＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵの数をｒ（ｒ：自然数、ただしＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵが存在しない場合はｒ＝１）としたとき、
前記帯域割当部は、前記ＮＣ部が施す１つのＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵに対して、送信順番ｓ（ｓ：自然数）をｓ≦ｎの範囲で連続させることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＴ。

【請求項3】

前記帯域割当部は、優先度ｍ（ｍ：自然数であり、ｒ≦ｍ≦ｎ）を有しており、前記ＮＣ部が施す１つのＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵの送信順番ｓをｓ≦ｍの範囲で連続させることを特徴とする請求項２に記載のＯＬＴ。

【請求項4】

前記帯域割当部は、前記ＮＣ部が施す１つのＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵの送信順番ｓをａ（ａ：自然数であり、ａ≦（ｎ−ｒ＋１）又はａ≦（ｍ−ｒ＋１））からａ＋ｒ−１までの連続したｒ個の自然数の範囲でランダムに割り当てることを特徴とする請求項２又は３に記載のＯＬＴ。

【請求項5】

前記帯域割当部は、ｍをｎ及びｒの少なくとも１つに応じて動的に決定することを特徴とする請求項３又は請求項３を引用する請求項４に記載のＯＬＴ。

【請求項6】

前記帯域割当部は、優先度ｍを各々の前記ＯＮＵから送出されるフレームの遅延時間、各々の前記ＯＮＵに割り当てられた帯域、及び各々の前記ＯＮＵが実際に使用する帯域、の少なくとも１つに応じて動的に決定することを特徴とする請求項３、請求項３を引用する請求項４、又は請求項５のいずれかに記載されるＯＬＴ。

【請求項7】

請求項１から６のいずれかに記載のＯＬＴに接続されているＯＮＵであって、
前記ＯＬＴに接続されている他のＯＮＵ宛のデータが存在する場合に、帯域要求と同時に宛先ＯＮＵの情報を前記ＯＬＴに対して通知するメッセージ送信部と、
ＮＣ処理が施される予定のデータを一定期間保持し、該データと前記ＯＬＴの前記ＮＣ部でＮＣ処理が施されたデータから自身宛のデータを復元する復元部と、
を備えることを特徴とするＯＮＵ。

【請求項8】

請求項１から６のいずれかに記載の１のＯＬＴと、請求項７に記載の複数のＯＮＵとが、光ファイバ伝送路を介してポイントツーマルチポイントで接続され、相互に通信を行うことを特徴とする光ネットワークシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバ伝送路を介してポイントツーマルチポイントの通信を行う光加入者線終端装置、光ネットワーク終端装置及び光ネットワークシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

経済的な光アクセスシステムの形態として、受動光ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）がある。図１に示すように、ＰＯＮは、１つの光加入者線終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）３００が複数の光ネットワーク終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）４００と光ファイバ伝送路１００および１対ｋの光スプリッタ２００（ｋは自然数）を介してポイントツーマルチポイントの通信を行うネットワークである。ＰＯＮの代表的な規格として、ＩＥＥＥ８０２．３にて標準化されたギガビットクラスの１Ｇ−ＥＰＯＮ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＯＮ）および１０ギガビットクラスの１０Ｇ−ＥＰＯＮがある。これらを総称してＥＰＯＮと呼ぶ。

【0003】

図２にＥＰＯＮにおけるＯＮＵ４００の機能ブロック図を示す。上り主信号は、ＵＮＩ（Ｕｓｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート４１、キュー管理手段４２、ＰＯＮ信号処理手段４３を介してＰＯＮ−ＩＦ（ＰＯＮ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート４４へと流れる。一方、下り主信号は、ＰＯＮ−ＩＦポート４４、ＰＯＮ信号処理手段４３、キュー管理手段４２を介してＵＮＩポート４１へと流れる。ＯＮＵ４００は、上り方向に対してキューを備え、キュー内のデータ量を監視するキュー監視手段４５を有している。ＰＯＮ信号処理手段４３には、ＯＬＴ３００に対してキュー内のデータ量をＲＥＰＯＲＴメッセージにより報告し、ＯＬＴ３００から上り帯域の割当結果をＧＡＴＥメッセージにより受け取るＭＰＣＰ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）部４３ａと、ＯＬＴ３００と保守監視用の制御フレームをやり取りするＯＡＭ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ， Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）部４３ｂが具備されている。

【0004】

図３にＥＰＯＮにおけるＯＬＴ３００の機能ブロック図を示す。下り主信号は、ＳＮＩ（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｎｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート３４、キュー管理手段３３、ＰＯＮ信号処理手段３２を介してＰＯＮ−ＩＦポート３１へと流れる。一方、上り主信号は、ＰＯＮ−ＩＦポート３１、ＰＯＮ信号処理手段３２、キュー管理手段３３を介してＳＮＩポート３４へと流れる。ＰＯＮ信号処理手段３２には、ＯＮＵ４００に対してＯＮＵに備えられたキュー内のデータ量をＲＥＰＯＲＴメッセージにより報告させ、上り帯域の割当結果をＧＡＴＥメッセージによりＯＮＵ４００に通知するＭＰＣＰ部３２ａと、ＯＮＵ４００から受信した報告メッセージをもとにＯＮＵ内のキューのデータ量を監視し、動的帯域割当（ＤＢＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムにより各ＯＮＵ４００へ送信順番および送信可能なデータ量の割当を行う帯域割当部３２ｂと、ＯＮＵと保守監視用の制御フレームをやり取りするＯＡＭ部３２ｃが具備されている。

【0005】

スマートグリッドアプリケーションやＰ２Ｐ（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）アプリケーションなど、送信元ＯＮＵと送信先ＯＮＵが同一のＰＯＮに存在するような通信サービスに対しては、コアネットワークを介さないＯＬＴ折り返し（ＯＮＵ間）通信を利用することでエンドツーエンド遅延を低減できることが知られている。例えば、非特許文献１ではＷＤＭ／ＴＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ／Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）型のＰＯＮを用いた光無線ハイブリッドネットワークにおいて、ＯＬＴ折り返し（ＯＮＵ間）通信を利用することにより遅延低減が図られている。

【0006】

特に、ＯＮＵ間通信における双方向フローに対しては、ＯＬＴにおいてネットワークコーディング（ＮＣ）処理を適用することで、下りスループットを最大５０％改善できることが知られている。非特許文献２では、ＰＯＮにおけるＮＣ技術の適用形態が議論されている。

【0007】

例えば、ＥＰＯＮに代表されるＴＤＭ型のＰＯＮにおいて同一のＯＬＴに接続されている２台のＯＮＵ間で双方向通信を行う場合のＮＣの概念を図４に示す。まず、図４（ａ）のように、ＯＮＵ１およびＯＮＵ２は、キュー内のデータ量をＲＥＰＯＲＴメッセージによりＯＬＴへ通知する。ＯＮＵ間通信を行うデータが存在する場合には、宛先情報も同時にＯＬＴに通知する。ＯＬＴの帯域割当部は、ＯＮＵより通知されたデータ量をもとに上りデータの送信時刻と各ＯＮＵへの割当帯域を決定し、それらの情報をＧＡＴＥメッセージによりＯＮＵに通知する。送信時刻になったら、ＯＮＵ１はＯＮＵ２宛のデータｆ１をＯＬＴへ送信し、ＯＮＵ２はＯＮＵ１宛のデータｆ２をＯＬＴへ送信する。

【0008】

ＯＬＴはデータｆ１およびデータｆ２をこの順番に受信したとする。ＮＣ処理を適用しない場合には、図４（ｂ）のようにＯＬＴは先に到着したデータｆ１をＯＮＵ２へ送信し、次にデータｆ２をＯＮＵ１へ送信する。ＯＮＵ１はＯＮＵ２が送信したデータｆ２を受信し、ＯＮＵ２はＯＮＵ１が送信したデータｆ１を受信する。

【0009】

一方、ＮＣ処理を適用する場合、図４（ｃ）のようにＯＬＴはデータｆ１とデータｆ２がＰＯＮに閉じた双方向通信であると識別すると、データｆ１とデータｆ２を利用して符号化処理を行う。例えば、データｆ１とデータｆ２に対して排他的論理和（ＸＯＲ：ｅＸｃｌｕｓｉｖｅ ＯＲ）演算を施す。結果として出力される符号化データｆ３をＯＮＵ１およびＯＮＵ２にマルチキャスト転送する。ＯＮＵ１は自身が以前に送出したデータｆ１をデータｆ３が到着するまで保持していれば、これらのデータのＸＯＲ演算によりＯＮＵ２が送信したデータｆ２を復号できる。ＯＮＵ２も自身が以前に送出したデータｆ２をデータｆ３が到着するまで保持していれば、これらのデータのＸＯＲ演算によりＯＮＵ１が送信したデータｆ１を復号できる。この場合、下り方向にはデータｆ３のみがマルチキャストされるため、ユニキャストの場合と比較して下り帯域が５０％削減される。一般的に、ｒ台（ｒ：自然数）のＯＮＵ間で双方向通信を行う場合にはＮＣ処理を施さないユニキャストの場合に比べて、ＮＣ処理を施した場合には、下り帯域が（ｒ−１）／ｒに削減される。

【0010】

図５にＥＰＯＮにおける上り帯域割当の例を示す。センサ・アクチュエータネットワークなどでは、端末から定期的に大量のデータが同時発生する。発生したデータはまずＯＮＵに送信され、ＯＮＵはキュー内のデータ量をＲＥＰＯＲＴメッセージによりＯＬＴに報告する。ＯＬＴはＤＢＡ周期毎にすべてのＯＮＵから上りデータに関する情報を収集し、帯域割当部においてＤＢＡアルゴリズムにより各ＯＮＵに割り当てる上り帯域を決定する。ＯＬＴは、ＧＡＴＥメッセージにより許可する上り帯域を通知する。ＮＣ処理を行う場合、同一のＯＬＴに接続されているＯＮＵ宛のデータがあるときには、ＲＥＰＯＲＴメッセージに宛先ＯＮＵを識別できる情報を書き込む。宛先ＯＮＵの識別には、例えば、ＬＬＩＤ（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｌｉｎｋ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレス、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスを用いることができる。また、ＧＡＴＥメッセージには、ＮＣ処理を施すか否かをＯＮＵに通知するための識別子を書き込む。ＯＮＵは識別子の情報をもとに、送信したデータを一定時間保持するかどうか決定する。この保持時間はＮＣ処理を行うためのＯＬＴでのキューイング時間の最大値よりも大きな値とする。例えば、１ＤＢＡ周期内で双方向通信が検知されたときのみＮＣ処理を施すと仮定すれば、保持時間はＤＢＡ周期とＯＬＴ―ＯＮＵ間往復伝送遅延の和よりも十分に大きな値に設定する必要がある。

【0011】

帯域割当部では各ＯＮＵに割り当てる時間スロットのスケジューリングも行う。例えば、図６に示すように、すべてのＯＮＵに対してスロットをランダムに割り当てる方式をＲＳ（Ｒａｎｄｏｍ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）方式と呼ぶ。例えば、１ＤＢＡ周期内で双方向通信が検知されたときのみＮＣ処理を施すことを考える。ＯＮＵ７およびＯＮＵ１５がＮＣ処理を施される予定のフローを送信するＯＮＵであるとすると、ＯＮＵ１５から送信されたデータはＯＬＴにおいてＯＮＵ７からのデータ到着を待つ。このとき、ＯＮＵ１５から送信されたデータをキューイング遅延ｄｑだけＯＬＴにおいて待機させる必要がある。ここで、ＤＢＡ周期の先頭からＮＣ処理が開始されるまでの遅延をスケジューリング遅延ｄｓと定義する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0012】

【非特許文献1】Ｙａｎ Ｌｉ， Ｊｉａｎｐｉｎｇ Ｗａｎｇ， Ｃｈｕｎｍｉｎｇ Ｑｉａｏ， Ａｓｈｗｉｎ Ｇｕｍａｓｔｅ， Ｙｕｎ Ｘｕ， Ｙｉｎｌｏｎｇ Ｘｕ，“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｆｉｂｅｒ−ｗｉｒｅｌｅｓｓ（ＦｉＷｉ） ａｃｃｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｉｎｔｅｒ−ＯＮＵ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ．２８， Ｎｏ．５， ｐｐ．７１４−７２４， Ｍａｒｃｈ ２０１０．

【非特許文献2】Ｋｅｒｉｍ Ｆｏｕｌｉ， Ｍａｒｔｉｎ Ｍａｉｅｒ， Ｍｕｒｉｅｌ Ｍｅｄａｒｄ，“Ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｄｉｎｇ ｉｎ ｎｅｘｔ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ”， ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ， Ｖｏｌ．４９， Ｎｏ．９， ｐｐ．３８−４６， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１１．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

前述したように、下り帯域を低減できるＮＣ処理を適用するためにはデータ間の同期が必要となるため、ＯＬＴにおいてキューイング遅延が発生し、かつ大容量のバッファを具備しなければならないという課題があった。

【0014】

本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＮＣ処理が可能でありながら、ＯＬＴにおいて大容量のバッファを不要とし、キューイング遅延を低減できるＯＬＴ、これに収容されるＯＮＵ、及びこれらを備える光ネットワークシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明は、各ＯＮＵに対して上り送信スロットを割り当てる際に、ＮＣを行うフローを送信するＯＮＵ（ＮＣグループＯＮＵ）に対して連続的にスロットを割り当てることでＯＬＴでバッファされるデータ量を減らすこととした。

【0016】

具体的には、本発明に係るＯＬＴは、複数の光ネットワーク終端装置（ＯＮＵ）と光ファイバ伝送路を介してポイントツーマルチポイントの通信を行う光加入者線終端装置（ＯＬＴ）であって、
前記ＯＮＵからの帯域要求に基づいて前記ＯＮＵ毎に送信順番および送信可能なデータ量の割当を行う帯域割当部と、前記ＯＮＵ間で送受信されるデータに対してネットワークコーディング（ＮＣ）処理を施すＮＣ部と、を備え、
前記帯域割当部は、前記ＮＣ部が施す１つのＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵの送信順番を連続させることを特徴とする。

【0017】

ＮＣグループＯＮＵに連続的にスロットを割り当てることで、ＯＬＴにおけるＯＮＵ間通信のためのデータ待ち合わせを減少させることができる。このため、ＯＬＴのバッファ量を低減でき、キューイング遅延を低減することができる。従って、本発明は、ＮＣ処理が可能でありながら、ＯＬＴにおいて大容量のバッファを不要とし、キューイング遅延を低減できるＯＬＴを提供することができる。

【0018】

本発明に係るＯＬＴの前記帯域割当部は、前記ＮＣ部が施す１つのＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵに対して、送信順番ｓ（ｓ：自然数）をｓ≦ｎの範囲で連続させることを特徴とする。ただし、前記ＯＬＴに接続されている前記ＯＮＵの数をｎ（ｎ：自然数）、前記ＮＣ部が施す１つのＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵの数をｒ（ｒ：自然数、ただしＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵが存在しない場合はｒ＝１）とする。

【0019】

各ＯＮＵに割り当てるｎ個のタイムスロットを１周期としてスケジューリングを行うときに、１周期毎にＮＣグループＯＮＵの有無を確認し、ＮＣグループＯＮＵが存在するときに当該ＯＮＵへ割り当てるタイムスロットを連続させる。このようにスケジューリングすることで、各ＯＮＵに割り当てられるタイムスロットが公平になるので、ＮＣ処理を施されるフローとＮＣ処理が施されないフローとの間の遅延公平性を担保することができる。

【0020】

本発明に係るＯＬＴの前記帯域割当部は、優先度ｍ（ｍ：自然数であり、ｒ≦ｍ≦ｎ）を有しており、前記ＮＣ部が施す１つのＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵの送信順番ｓをｓ≦ｍの範囲で連続させることを特徴とする。

【0021】

制御通信ネットワークにおけるセンサデータなどのような定期的に同時発生するフローに対してＮＣ技術を適用する場合、スケジューリングで１周期内の後方にあるタイムスロットを指定され、エンドツーエンド遅延が増大する場合があるという課題があった。そこで、本発明では、ＮＣグループＯＮＵに対して優先的に先頭に近いスロットを割り当てることでスケジューリング遅延を低減し、エンドツーエンド遅延を低減することとした。

【0022】

本発明に係るＯＬＴの前記帯域割当部は、前記ＮＣ部が施す１つのＮＣ処理対象に属する前記ＯＮＵの送信順番ｓをａ（ａ：自然数であり、ａ≦（ｎ−ｒ＋１）又はａ≦（ｍ−ｒ＋１））からａ＋ｒ−１までの連続したｒ個の自然数の範囲でランダムに割り当ててもよい。

【0023】

本発明に係るＯＬＴの前記帯域割当部は、ｍをｎ及びｒの少なくとも１つに応じて動的に決定してもよい。

【0024】

本発明に係るＯＬＴの前記帯域割当部は、優先度ｍを各々の前記ＯＮＵから送出されるフレームの遅延時間、各々の前記ＯＮＵに割り当てられた帯域、及び各々の前記ＯＮＵが実際に使用する帯域、の少なくとも１つに応じて動的に決定してもよい。

【0025】

本発明では、優先度ｍを登録ＯＮＵ数ｎ、ＮＣグループＯＮＵ数ｒ、遅延時間などに応じて適応的に決定することで遅延公平性を改善することができる。

【0026】

本発明に係るＯＮＵは、前記ＯＬＴに接続されているＯＮＵであって、
前記ＯＬＴに接続されている他のＯＮＵ宛のデータが存在する場合に、帯域要求と同時に宛先ＯＮＵの情報を前記ＯＬＴに対して通知するメッセージ送信部と、
ＮＣ処理が施される予定のデータを一定期間保持し、該データと前記ＯＬＴの前記ＮＣ部でＮＣ処理が施されたデータから自身宛のデータを復元する復元部と、
を備えることを特徴とする。

【0027】

本発明に係る光ネットワークシステムは、前記ＯＬＴと、複数の前記ＯＮＵとが、光ファイバ伝送路を介してポイントツーマルチポイントで接続され、相互に通信を行うことを特徴とする。

【0028】

前記ＯＬＴと組合せることで、ＮＣ処理が可能でありながら、ＯＬＴにおいて大容量のバッファを不要とし、キューイング遅延を低減できるＯＮＵ及び光ネットワークシステムを提供することができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明は、ＮＣ処理が可能でありながら、ＯＬＴにおいて大容量のバッファを不要とし、キューイング遅延を低減できるＯＬＴ、これに収容されるＯＮＵ、及びこれらを備える光ネットワークシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】ＰＯＮの構成を説明する図である。

【図2】ＯＮＵの構成を説明する図である。

【図3】ＯＬＴの構成を説明する図である。

【図4】ＮＣの概念を説明する図である。（ａ）は上り信号を説明する図である。（ｂ）はＮＣを適用しない場合の下り信号を説明する図である。（ｃ）はＮＣを適用した場合の下り信号を説明する図である。

【図5】ＥＰＯＮにおける上り帯域割当の例を示した図である。

【図6】ＯＮＵに割り当てる時間スロットのスケジューリング（ＲＳ方式）の例を示した図である。

【図7】本発明に係るＯＬＴを説明する図である。

【図8】本発明に係るＯＮＵを説明する図である。

【図9】本発明に係るＯＬＴが行う上り送信スロットのスケジューリング（ＧＲＳ方式）の例を示した図である。

【図10】本発明に係るＯＬＴが行う上り送信スロットのスケジューリング（ＧＰＳ方式）の例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0032】

本発明に係るＯＬＴおよびＯＮＵの機能をＩＥＥＥ標準のＥＰＯＮである１Ｇ−ＥＰＯＮおよび１０Ｇ−ＥＰＯＮを例に挙げて説明する。

【0033】

本実施形態のＯＬＴ３０１の機能構成例を図７に示す。ＯＬＴ３０１は、複数のＯＮＵ４０１と光ファイバ伝送路１００を介してポイントツーマルチポイントの通信を行うＯＬＴである。ＯＬＴ３０１は、ＯＮＵ４０１からの帯域要求に基づいてＯＮＵ毎に送信順番および送信可能なデータ量の割当を行う帯域割当部３２ｂと、ＯＮＵ４０１間で送受信されるデータに対してネットワークコーディング（ＮＣ）処理を施すＮＣ部３５と、を備え、帯域割当部３２ｂは、ＮＣ部３５が施す１つのＮＣ処理対象に属するＯＮＵ４０１の送信順番を連続させる。

【0034】

下り主信号は、ＳＮＩ（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｎｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート３４、キュー管理手段３３、ＰＯＮ信号処理手段３２を介してＰＯＮ−ＩＦポート３１へと流れる。一方、上り主信号は、ＰＯＮ−ＩＦポート３１、ＰＯＮ信号処理手段３２、キュー管理手段３３を介してＳＮＩポート３４へと流れる。さらに、ＯＬＴ３０１において折り返し通信を行うＯＮＵ間通信主信号は、ＰＯＮ−ＩＦポート３１、ＰＯＮ信号処理手段３２、キュー管理手段３３と流れ、キュー管理手段３３においてＮＣ処理が開始されるまでバッファリングされ、ＮＣ処理が施された後にＰＯＮ信号処理手段３２を介してＰＯＮ−ＩＦポート３１へ流れる。

【0035】

ＰＯＮ信号処理手段３２には、ＯＮＵ４０１に対してＯＮＵに備えられたキュー内のデータ量およびＯＮＵ間通信の宛先ＯＮＵの情報をＲＥＰＯＲＴメッセージにより報告させ、上り帯域の割当結果とＮＣ処理の有無をＧＡＴＥメッセージによりＯＮＵに通知するＭＰＣＰ部３２ａと、ＯＮＵ４０１から受信した報告メッセージをもとにＯＮＵ内のキューのデータ量を監視し、ＤＢＡアルゴリズムにより各ＯＮＵ４０１へ送信順番および送信可能なデータ量の割当を行う帯域割当部３２ｂと、ＯＮＵ間通信データに対してＮＣ処理を施すＮＣ部３５が具備されている。

【0036】

帯域割当部３２ｂでは、１ＤＢＡ周期内に、ＯＬＴ３０１に接続されている全てのＯＮＵ４０１に対して上り送信スロットが割り当てられる。また、ＮＣ部３５はキュー管理手段３３において、ＮＣ処理が開始されるまでＯＮＵ間通信データをバッファリングする機能を有している。ＯＬＴ３０１におけるＮＣ処理では、例えばＸＯＲ演算を用いた符号化が行われる。

【0037】

本実施形態のＯＮＵ４０１の機能構成例を図８に示す。ＯＮＵ４０１は、ＯＬＴ３０１に接続されている他のＯＮＵ４０１宛のデータが存在する場合に、帯域要求と同時に宛先ＯＮＵ１の情報をＯＬＴ３０１に対して通知するメッセージ送信部と、ＮＣ処理が施される予定のデータを一定期間保持し、該データとＯＬＴ３０１のＮＣ部３５でＮＣ処理が施されたデータから自身宛のデータを復元する復元部と、を備える。

【0038】

上り主信号は、ＵＮＩポート４１、キュー管理手段４２、ＰＯＮ信号処理手段４３を介してＰＯＮ−ＩＦポート４４へと流れる。一方、下り主信号は、ＰＯＮ−ＩＦポート４４、ＰＯＮ信号処理手段４３、キュー管理手段４２を介してＵＮＩポート４１へと流れる。ＯＮＵ４０１は、上り方向に対してキューを備え、キュー内のデータ量を監視するキュー監視手段４５を有している。また、キュー監視手段４５では、ＮＣ処理が施される予定のデータを一定時間バッファリングするためのキューが具備されている。

【0039】

ＰＯＮ信号処理手段４３には、ＯＬＴ３０１に対してキュー内のデータ量およびＯＮＵ間通信の宛先ＯＮＵの情報をＲＥＰＯＲＴメッセージにより報告し、ＯＬＴから上り帯域の割当結果をＧＡＴＥメッセージにより受け取るＭＰＣＰ部４３ａと、ＯＬＴ３０１においてＮＣ処理を施されたデータから自身のＯＮＵ宛てのデータを復元するＮＣ部４６が具備されている。ＯＮＵ４０１におけるＮＣ処理では、例えばＸＯＲ演算を用いた復号が行われる。なお、前記メッセージ送信部がＭＰＣＰ部４３ａに相当し、前記復元部がＮＣ部４６に相当する。

【0040】

（実施例１）
ＯＬＴ３０１に接続されているＯＮＵ４０１の数をｎ（ｎ：自然数）、ＮＣ部３５が施す１つのＮＣ処理対象に属するＯＮＵの数をｒ（ｒ：自然数、ただしＮＣ処理対象に属するＯＮＵが存在しない場合はｒ＝１）としたとき、帯域割当部３２ｂは、ＮＣ部３５が施す１つのＮＣ処理対象に属するＯＮＵに対して、送信順番ｓ（ｓ：自然数）をｓ≦ｎの範囲で連続させる。

【0041】

実施例１では、図９に示すように、ＯＬＴ３０１は、帯域割当部３２ｂにおける上り送信スロットのスケジューリング方式として、ＧＲＳ（Ｇｒｏｕｐｅｄ Ｒａｎｄｏｍ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）方式を実装する。ここで、「ＮＣ部３５が施す１つのＮＣ処理対象に属するＯＮＵ」とは、ＮＣ処理を施されるフローを送信するＯＮＵのことであり、以下では当該ＯＮＵの集合を「ＮＣグループ」と記載することがある。ＧＲＳ方式では、ＮＣグループに属するＯＮＵに対して連続した送信スロットを割り当てる。つまり、ＯＬＴ３０１に接続されているＯＮＵ数をｎ（ｎ：自然数）とすると、ＮＣグループに属するＯＮＵに対して送信順番ｓ（ｓ：自然数）をｓ≦ｎの範囲で連続して割り当てる。

【0042】

例えば、３台以上のＯＮＵがＮＣグループに属している場合、ＮＣグループに属するＯＮＵ間の送信順番は任意に決定することができる。また、ＮＣグループと非ＮＣグループ間の送信順番も任意に決定することができる。例えば、これらの送信順番はランダムに決定する。例えば、図９のように、ＯＬＴ３０１に接続されているＯＮＵの内で、ＯＮＵ７とＯＮＵ１５がＮＣグループに属するＯＮＵであった場合を考えると、ＯＮＵ７とＯＮＵ１５には連続したスロットが割り当てられる。

【0043】

ＧＲＳ方式を用いて、ＮＣグループに属するＯＮＵに対して連続的な送信スロットを割り当てることで、ＯＬＴ３０１におけるキューイング遅延ｄｑを低減させることができる。例えば、ＯＬＴ３０１にｎ台のＯＮＵ４０１が接続されていて、ＤＢＡ周期をｐ、各ＯＮＵ４０１に割り当てられる帯域が等しいと仮定すると、スロット間隔ｓは一定値ｐ／ｎとなる。ＲＳ方式を用いた場合には、平均キューイング遅延ｄｑが

【数1】

平均スケジューリング遅延ｄｓが

【数2】

となる。ただし、ｒはＮＣグループに属するＯＮＵの数である。一方、ＧＲＳ方式を用いた場合には、平均キューイング遅延ｄｑが

【数3】

平均スケジューリング遅延ｄｓが

【数4】

となる。例えば、ｎ＝１６、ｒ＝８、ｐ＝１ｍｓとすると、キューイング遅延ｄｑは、ＲＳ方式の場合４００μｓ程度であるが、ＧＲＳ方式の場合２００μｓ程度となる。

【0044】

また、スケジューリング遅延ｄｓは、ＲＳ方式の場合９００μｓ程度であるが、ＧＲＳ方式の場合７００μｓ程度となる。このように、ＧＲＳ方式を用いることで、キューイング遅延ｄｑおよびスケジューリング遅延ｄｓを低減することができ、結果として、ＯＬＴのバッファ容量の削減やＯＮＵ間通信データに対するエンドツーエンド遅延の低減につながる。

【0045】

（実施例２）
帯域割当部３２ｂは、優先度ｍ（ｍ：自然数であり、ｒ≦ｍ≦ｎ）を有しており、ＮＣ部３５が施す１つのＮＣ処理対象に属するＯＮＵの送信順番ｓをｓ≦ｍの範囲で連続させる。

【0046】

図１０に示すように、ＯＬＴの帯域割当部における上り送信スロットのスケジューリング方式として、ＧＰＳ（Ｇｒｏｕｐｅｄ Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）方式を実装する。ＮＣ処理を施されるフローを送信するＯＮＵの集合をＮＣグループと定義すると、ＧＰＳ方式では、ＮＣグループに属するＯＮＵに対して連続した送信スロットを割り当て、さらにｍ番目（ｍ：自然数）よりも前の送信順番になるように送信スロットを割り当てる。優先度ｍはＮＣグループに属するＯＮＵ数ｒ以上、ＯＬＴに接続されているＯＮＵ数ｎ以下となるように設定する。つまり、ＮＣグループに属するＯＮＵに対して送信順番ｓをｓ≦ｍの範囲となるように割り当てる。

【0047】

例えば、ＮＣグループに属するｒ台のＯＮＵに対して、前記送信順番ｓをａ（ａ：自然数、ａ≦（ｍ−ｒ＋１））からａ＋ｒ−１までの連続したｒ個の自然数の範囲でランダムに割り当てることができる。例えば、図１０のように、ＯＬＴに接続されているＯＮＵの内で、ＯＮＵ７とＯＮＵ１５がＮＣグループに属するＯＮＵであった場合を考えると、ＯＮＵ７とＯＮＵ１５には連続して、かつｍ番目よりも前のスロットが割り当てられる。

【0048】

ＧＲＳ方式を用いて、ＮＣグループに属するＯＮＵに対して連続的な送信スロットを割り当てることで、ＯＬＴにおけるキューイング遅延ｄｑを低減させることができる。例えば、ＯＬＴにｎ台のＯＮＵが接続されていて、ＤＢＡ周期をｐ、各ＯＮＵに割り当てられる帯域が等しいと仮定すると、スロット間隔ｓは一定値ｐ／ｎとなる。ＲＳ方式を用いた場合には、平均キューイング遅延ｄｑが

【数5】

平均スケジューリング遅延ｄｓが

【数6】

となる。一方、ＧＰＳ方式を用いた場合には、平均キューイング遅延ｄｑが

【数7】

平均スケジューリング遅延ｄｓが

【数8】

となる。例えば、ｎ＝１６、ｒ＝８、ｐ＝１ｍｓ、ｍ＝８とすると、キューイング遅延ｄｑは、ＲＳ方式の場合４００μｓ程度であるが、ＧＰＳ方式の場合２００μｓ程度となる。

【0049】

また、スケジューリング遅延ｄｓは、ＲＳ方式の場合９００μｓ程度であるが、ＧＰＳ方式の場合４００μｓ程度となる。このように、ＧＰＳ方式を用いることで、キューイング遅延ｄｑおよびスケジューリング遅延ｄｓを低減することができ、結果として、ＯＬＴのバッファ容量の削減やＯＮＵ間通信データに対するエンドツーエンド遅延の低減につながる。

【0050】

優先度ｍをＯＬＴに接続されているＯＮＵ数ｎ、および／ないしＮＣグループに属するＯＮＵ数ｒに応じて動的に決定することができる。例えば、ＮＣグループに属するＯＮＵから送信されるデータの平均スケジューリング遅延とＮＣグループに属さないＯＮＵから送信されるデータの平均スケジューリング遅延を等しくすることにより遅延公平性を向上させたい場合、次式によって仮の優先度ｍ’を決定する。

【数9】

ｍは自然数であるため、仮の優先度ｍ’から優先度ｍを求める。

【0051】

仮の優先度ｍ’から優先度ｍを求める演算は、小数点以下四捨五入、小数点以下切り上げ、小数点以下切り下げのいずれでも構わない。例えば、ｎ＝１６、ｒ＝８、ｐ＝１ｍｓの場合、優先度ｍ’は１２．５となり、四捨五入により優先度ｍは１３となる。このとき、ＮＣグループに属するＯＮＵから送信されたデータの平均スケジューリング遅延ｄｓは、６００μｓ程度となる。ＮＣグループに属さないＯＮＵから送信されたデータの平均スケジューリング遅延ｄｓも６００μｓ程度であり、ｍ＝８と設定したときの平均スケジューリング遅延ｄｓが７００μｓ程度であることと比較して、遅延公平性が高い。

【0052】

また、優先度ｍをＯＬＴに接続されているＯＮＵ数ｎ、および／ないしＮＣグループに属するＯＮＵ数ｒに加えて、各ＯＮＵから送出されるフレームの遅延時間、および／ないし各ＯＮＵに割り当てられた帯域および／ないし実際に使用する帯域に応じて動的に決定することができる。例えば、帯域割当部によって各ＯＮＵに割り当てられる上り帯域量がそれぞれ異なる場合であっても、ＮＣグループに属するＯＮＵから送信されるデータの平均スケジューリング遅延とＮＣグループに属さないＯＮＵから送信されるデータの平均スケジューリング遅延を等しくすることにより遅延公平性を向上させたい場合、次式によって仮の優先度ｍ’を決定する。

【数10】

ただし、Ｋはゲイン、ｄ１はＮＣグループに属さないＯＮＵから送信されるデータの平均スケジューリング遅延、ｄ２はＮＣグループに属するＯＮＵから送信されるデータの平均スケジューリング遅延である。ゲインＫは任意の実数を設定する。

【0053】

ｄ１およびｄ２は例えば、指数移動平均を用いて算出することができる。ｍは自然数であるため、仮の優先度ｍ’から優先度ｍを求める。仮の優先度ｍ’から優先度ｍを求める演算は、小数点以下四捨五入、小数点以下切り上げ、小数点以下切り下げのいずれでも構わない。

【0054】

以下は、本実施形態のＯＬＴ、ＯＮＵ及び光ネットワークシステムをまとめたものである。
（１）
１つの光加入者線終端装置（ＯＬＴ）が複数の光ネットワーク終端装置（ＯＮＵ）と光ファイバ伝送路を介してポイントツーマルチポイントの通信を行う光ネットワークにおけるＯＬＴであって、
前記ＯＬＴに接続されているＯＮＵからの帯域要求に基づいてＯＮＵ毎に送信順番および送信可能なデータ量の割当を行う帯域割当機能、および前記ＯＬＴに接続されているＯＮＵ間で送受信されるデータに対してネットワークコーディング（ＮＣ）処理を施す符号化機能を有し、
前記ＯＬＴに接続されているＯＮＵの数をｎ（ｎ：自然数）、ＮＣ処理が施される予定のデータを送信しようとしているＯＮＵの数をｒ（ｒ：自然数、ただしＮＣ処理が施される予定のデータを送信しようとしているＯＮＵが存在しない場合はｒ＝１）としたとき、
前記帯域割当機能は、前記符号化機能によりＮＣ処理が施される予定のデータを送信しようとしているｒ台のＯＮＵに対して、送信順番ｓ（ｓ：自然数）をｓ≦ｎの範囲で連続して割り当てることを特徴とするＯＬＴ。

【0055】

（２）
上記（１）に記載のＯＬＴにおいて、
優先度をｍ（ｍ：自然数、ｒ≦ｍ≦ｎ）としたとき、
前記帯域割当機能は、前記符号化機能によりＮＣ処理が施される予定のデータを送信しようとしているＯＮＵの送信順番ｓをｓ≦ｍの範囲となるように割り当てることを特徴とするＯＬＴ。

【0056】

（３）
上記（２）に記載のＯＬＴにおいて、
ＮＣ処理が施される予定のデータを送信しようとしているｒ台のＯＮＵに対して、前記送信順番ｓをａ（ａ：自然数、ａ≦（ｍ−ｒ＋１））からａ＋ｒ−１までの連続したｒ個の自然数の範囲でランダムに割り当てることを特徴とするＯＬＴ。

【0057】

（４）
上記（２）ないし（３）に記載のＯＬＴにおいて、
前記帯域割当機能は、前記優先度ｍを前記ＯＬＴに接続されているＯＮＵの数ｎ、および／ないしＮＣ処理が施される予定のデータを送信しようとしているＯＮＵの数ｒに応じて動的に決定することを特徴とするＯＬＴ。

【0058】

（５）
上記（２）から（４）のいずれかに記載のＯＬＴにおいて、
前記帯域割当機能は、前記優先度ｍを各ＯＮＵから送出されるフレームの遅延時間、および／ないし各ＯＮＵに割り当てられた帯域および／ないし実際に使用する帯域に応じて動的に決定することを特徴とするＯＬＴ。

【0059】

（６）
上記（１）から（５）のいずれかに記載のＯＬＴに接続されているＯＮＵであって、
前記ＯＬＴに接続されている他のＯＮＵ宛のデータが存在する場合に、帯域要求と同時に宛先ＯＮＵの情報をＯＬＴに対して通知する機能と、
ＮＣ処理が施される予定のデータを一定期間保持し、該データとＯＬＴの符号化機能により符号化されたデータから自身のＯＮＵ宛のデータを復元する復号機能を有する
ことを特徴とするＯＮＵ。

【0060】

（７）
上記（１）から（５）のいずれかに記載のＯＬＴと、上記（６）に記載のＯＮＵとが、光ファイバ伝送路を介してポイントツーマルチポイントで接続され、相互に通信を行うことを特徴とする光ネットワークシステム。

【0061】

（効果）
本実施形態のＯＬＴ、ＯＮＵ及び光ネットワークシステムは、各ＯＮＵに対して上り送信スロットを割り当てる際に、ＮＣ処理を施されるフローを送信するＯＮＵ（ＮＣグループＯＮＵ）に対しては連続的にスロットを割り当てることにより、ＯＬＴにおけるキューイング遅延およびエンドツーエンド遅延を低減できる。また、ＮＣグループＯＮＵに対して優先的にＤＢＡ周期内の先頭に近いスロットを割り当てることでエンドツーエンド遅延を低減できる。さらに、登録ＯＮＵ数、ＮＣグループＯＮＵ数、遅延時間などに応じて適応的に送信スロットの順番を決定することでＮＣ処理を施されるフローとＮＣ処理を施されないフローとの間の遅延公平性を担保できる。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本実施例では、ＩＥＥＥ標準のＥＰＯＮである１Ｇ−ＥＰＯＮおよび１０Ｇ−ＥＰＯＮの場合について記述したが、他のＰＯＮ、例えばＩＴＵ−Ｔ勧告準拠のＢ−ＰＯＮおよびＧ−ＰＯＮ、ＸＧ−ＰＯＮ、さらにはＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける帯域割当部にも本発明を適用できることは明らかである。

【符号の説明】

【0063】

３１：ＰＯＮ−ＩＦポート
３２：ＰＯＮ信号処理手段
３２ａ：ＭＰＣＰ部
３２ｂ：帯域割当部
３２ｃ：ＯＡＭ部
３３：キュー管理手段
３４：ＳＮＩポート
３５：ＮＣ部
４１：ＵＮＩポート
４２：キュー管理手段
４３：ＰＯＮ信号処理手段
４３ａ：ＭＰＣＰ部
４３ｂ：ＯＡＭ部
４４：ＰＯＮ−ＩＦポート
４５：キュー監視手段
４６：ＮＣ部
１００：光ファイバ伝送路
２００：スプリッタ
３００、３０１：ＯＬＴ
４００、４０１：ＯＮＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】