技術 受動光網システム用動的帯域割当装置及びその実現方法

0001

本発明は、通信分野に関し、より具体的には、例えばギガビット受動光網（GPON）のような受動光網システム（XPON）に用いられる動的帯域割当（DBA）装置及びその実現方法に関するものである。

0002

GPON技術は、ギガビットのレートをサポートする新規のワイドバンド受動光網技術である。GPONは、物理トポロジにおいてはポイント・ツー・マルチポイントの構造であるが、論理的にはポイント・ツー・ポイントの構造である。それの下りデータの転送は放送方式で、全ての光網端末（ONT）は、その物理的なPONポートを介して全ての下りデータフレームを受信することができる。しかし、上りは、時分割多元接続（TDMA）方式で、各ONTは、光加入者線端局装置（OLT）によって割当てられた上りリング認可タイムスロット内においてのみ、上りデータを送信することができる。

0003

GPONにおいて、帯域割当の認可対象は、「伝送容器」（T-CONT）である。１つのONTは、複数のT-CONTを含むことができる。T-CONTには、T-CONT1と、T-CONT2と、T-CONT3と、T-CONT4と、T-CONT5との五種類がある。この中、T-CONT類型1は、帯域が固定された類型で、動的な帯域割当に参与する必要がないが、他の類型のT-CONTは、いずれも動的な帯域割当を介して帯域を取得することができる。OLTにおいて、各T-CONTに上り帯域を割当てる機能ユニットを動的帯域割当（DBA）と称する。GPONのDBAには、ステータスレポートDBA（SR-DBA）と、非ステータスレポートDBA（NSR-DBA）との二種類がある。SR-DBAがT-CONTの帯域の需要状況を更に正確に反映できるので、帯域の利用率が高い。SR-DBAを採用する場合、T-CONTに上り帯域を割当てる際に各T-CONTから報告された帯域請求（DSRu）を考慮する以外、ネットワークマネージャーにより各T-CONTに配置したサービスレベルアグリーメント（SLA）パラメーターも考慮しなければならない。これらのパラメーターの内容は、T-CONTの類型によって異なる。

0004

GPON技術の１つのキーポイントとして、DBAを実現するために、各方面の要素を考慮して、綿密にデザインしなければならない。通常、帯域の割当にはスループット、遅延、ジッタ、公平性が求められる。アルゴリズム自体に対して、またアルゴリズムの運用効率及び資源占用率が求められる。この他、DBAはGPONシステムにおいて非常に柔軟性のある部分で、サービスの品質（Qos）に影響を与えるので、常に調節する必要があり、そのため、DBA装置の設計については、必ず拡張可能性を考慮しなければならない。現在、GPON DBAに対する研究は少なく、また、ほとんどはアルゴリズムに対する研究に集中し、DBA実現の設計方面に対する研究は少ない。従来の研究成果により、「Efficient medium arbitration ofFSAN-compliant GPONs」（作者：H.C.Leligou、Int.J.Commun.Syst.、2006;19:603-617に開示）において、DBA設計方案が提案されている。該方案の顕著な特徴の１つは、帯域の割当と帯域割当地図（BWMap）におけるタイムスロットの位置及び長さの割当とが１つのアルゴリズムで実現されることである。これにより、両方はしっかりカップリングされ、拡張可能性が強くない問題がある。従って、新しいDBA実現方法の研究が必要となっている。

0005

上述した問題を解決するために、本発明は、受動光網システムに用いられる動的帯域割当装置及びその実現方法を提供する。

0006

本発明の一態様によると、受動光網システムに用いられる動的帯域割当装置であって、各ディスパッチング（dispatching）周期内において、受動光網システムにおける各伝送容器に総転送バイト数を順次割当てると共に、生成した伝送容器帯域割当テーブルを保存する帯域割当サブユニットと、各ディスパッチング周期内において、伝送容器帯域割当テーブルを読取った後、総転送バイト数をディスパッチング周期内の各タイミングフレームに割当て、最終的に帯域割当地図を生成する帯域分布戦略制御サブユニットとを含む動的帯域割当装置を提供する。

0007

上記動的帯域割当装置において、帯域割当サブユニットと帯域分布戦略制御サブユニットは互いに独立していて、夫々異なるアルゴリズムを実行する。

0008

上記動的帯域割当装置において、帯域割当サブユニットは帯域割当アルゴリズムを実行し、上り帯域請求情報とユーザによって配置された伝送容器のサービスレベルアグリーメント情報に基づいて、総転送バイト数を算出する。

0009

上記動的帯域割当装置において、帯域分布戦略制御サブユニットは、オーバーヘッドの配分を考慮した上、ネットワークマネージャーにより配置された帯域分布戦略に従って、総転送バイト数を各タイミングフレームに割当てることによって、各タイミングフレームのタイムスロットの位置及び長さを得る。

0010

上記動的帯域割当装置において、直前の周期において各伝送容器から送信されてきた、光加入者線端局装置によって受信された上り帯域請求情報を調査すると共に、直前の周期において各伝送容器が実際に送信した非アイドルバイト数の統計を調査して、その調査結果に対して処理を行った後、帯域割当サブユニットに提供して使用させるように、データメンテナンスサブユニットによって提供されるインターフェースを介して保存する帯域請求及び統計調査サブユニットと、上り帯域請求情報を保存するために帯域請求及び統計調査サブユニットにインターフェースを提供し、伝送容器帯域割当テーブルを保存するために帯域割当サブユニットにインターフェースを提供し、伝送容器帯域割当テーブルをアクセスするために帯域分布戦略制御サブユニットにインターフェースを提供するデータメンテナンスサブユニットと、動的帯域割当装置における各サブユニットにタイミングサービスを提供するタイミングサービスサブユニットと、を更に含む。

0011

上記動的帯域割当装置において、ユーザに、動的帯域割当関連パラメータ、伝送容器のサービスレベルアグリーメントパラメータと帯域分布戦略の配置インターフェースを提供するインターフェース配置サブユニットと、1ディスパッチング周期内の利用可能な総帯域と該周期内の各フレームが転送すべき上りオーバーヘッドを算出するオーバーヘッド処理サブユニットとを更に含む。

0012

上記動的帯域割当装置において、前記受動光網システムはギガビット受動光網システムである。

0013

本発明の他の一態様によると、帯域割当サブユニットと、帯域分布戦略制御サブユニットと、インターフェース配置サブユニットと、オーバーヘッド処理サブユニットと、帯域請求及び統計調査サブユニットと、データメンテナンスサブユニットと、タイミングサービスサブユニットとを有し、受動光網システムにおける動的帯域割当に用いられる動的帯域割当装置の実現方法であって、タイミングサービスサブユニットがタイミング中断を提供して周期を生成するステップと、帯域請求及び統計調査サブユニットによって、各ディスパッチング周期において、直前の周期内に各伝送容器から送信されてきて光加入者線端局装置によって受信された上り帯域請求情報を調査すると共に、直前の周期内の各伝送容器によって実際に送信された非アイドルバイト数の統計を調査して、調査結果に対して処理を行った後、帯域割当サブユニットに提供して使用させるように、データメンテナンスサブユニットによって提供されるインターフェースを介して保存するステップと、帯域割当サブユニットによって、各ディスパッチング周期内において、受動光網システムにおける各伝送容器に総転送バイト数を順次割当てて、生成した伝送容器帯域割当テーブルを保存するステップと、帯域分布戦略制御サブユニットによって、各ディスパッチング周期内に、伝送容器帯域割当テーブルを読取った後、総転送バイト数をディスパッチ周期内の各タイミングフレームに割当てて、最終的に帯域割当地図を生成するステップと、動的帯域割当装置によって、各ディスパッチング周期内に、帯域割当地図が既にアップデートされたことを基底層MACハードウェアに通知し、MACハードウェアが下りフレームを介して帯域割当地図を各光網端末に送信するステップとを備える動的帯域割当装置の実現方法を提供する。

0014

上記実現方法において、帯域割当サブユニットと帯域分布戦略制御サブユニットは互いに独立していて、夫々異なるアルゴリズムを実行する。

0015

上記実現方法において、帯域分布戦略制御サブユニットは、オーバーヘッドの配分を考慮した上、ネットワークマネージャーにより配置された帯域分布戦略を応用して、総転送バイト数を各タイミングフレームに割当てる。

0016

上記実現方法において、配置インターフェースを介して、各伝送容器のサービスレベルアグリーメントパラメータ、動的帯域割当装置自体のパラメータと帯域分布戦略を配置するステップを更に含む。

0017

上記実現方法において、前記受動光網システムはギガビット受動光網システムである。

0018

このように、本発明の方法及び装置によると、XPON、例えば、GPONにおけるDBA機能を配置する際の柔軟性及び拡張可能性を向上することができる。

0019

本発明の他の特徴及びメリットは、後述の明細書に記載され、明細書における記載内容によって理解でき、又は本発明を実施することによって更に把握できる。本発明の目的及び他のメリットは、明細書と、特許請求の範囲と図面にて特別に指摘された構造によって実現し、獲得することができる。

0020

図１は、本発明の実施例に係わるGPONトポロジ図である。
図２は、本発明の実施例に係わるDBA機能ユニットの構造を示す模式図である。
図３は、本発明の実施例に係わるDBA装置の作業フローチャートである。

0021

以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態を詳しく説明する。

0022

本発明が解決しようとする技術課題は、既存技術に存在する柔軟性に欠けると共に拡張可能性が低い欠陥を解消するために、GPONにおけるDBA機能の実現方法を提供することである。

0023

本発明の上記GPONにおけるDBA機能の実現方法は以下のとおりである：
第1のステップ：DBA機能ユニットを、帯域割当サブユニットと、帯域分布戦略制御サブユニットと、インターフェース配置サブユニットと、オーバーへット処理サブユニットと、DBRu及び統計調査サブユニットと、データメンテナンスサブユニットと、タイミングサービスサブユニットとのサブユニットに分ける。
第2のステップ：DBA装置が周期的に作動する。タイミングサービスサブユニットによってタイミング中断が提供される時、DBRu及び統計調査サブユニットは、先ず、直前の周期内においてOLTが受信した、T-CONTから送信されてきた全ての上りDBRu情報を調べて処理を行い、その後、帯域割当サブユニットに提供して使用させるように、データメンテナンスサブユニットによって提供されるアクセスインターフェースを介して保存する。そして、各T-CONTの直前の周期内において実際に送信した非IDLEバイト数の統計を調べて処理を行った後、帯域割当サブユニットに提供して使用させるように、データメンテナンスサブユニットによって提供されるアクセスインターフェースを介して保存する。
第3のステップ：DBA帯域割当サブユニットは帯域割当アルゴリズムを実行する。DBRu情報とユーザにより配置されたT-CONT SLA情報に基づいて、ディスパッチ周期内において、各T-CONTに総転送バイト数を順次割当て、生成されたT-CONT帯域割当テーブルをデータメンテナンスサブユニットによって提供されるインターフェースを介して保存する。
第4のステップ：その後、帯域分布戦略制御サブユニットは作動し、データメンテナンスサブユニットによって提供されるアクセスインターフェースを介して、帯域割当サブユニットによって生成された帯域割当テーブルを読取った後、オーバーへットの配分を考慮した上、ネットワークマネージシャーが配置した帯域分布戦略を応用して、各T-CONTの総転送バイト数をディスパッチ周期内の各125usフレームに割当て、最終的にBWmapを生成する。
第5のステップ：DBA装置は、BWMapがすでにアップデートされたことを基底層のMACハードウェアに通知し、MACは、該BWMapを下りフレームを介して各ONTに送信する。
第6のステップ：第3のステップ〜第6のステップを繰り返して実行する。
第7のステップ：ネットワークマネージャーは、配置インターフェースを介して、各T-CONTのSLAと、DBA装置自体のパラメータと、帯域分布戦略とを配置することができる。

0024

中に、上記の第1のステップは、更に、以下のステップを含むことができる：
1、帯域割当サブユニットが、帯域割当アルゴリズムを実行して、1ディスパッチ周期において、送信可能な総バイト数を各T-CONTに割当てる。
2、帯域分布戦略制御サブユニットが、帯域割当戦略を応用して、各T-CONTの1ディスパッチ周期内における各125usフレーム内のタイムスロットの位置及び長さを割当てる。
3、インターフェース配置サブユニットが、ユーザに、DBA関連パラメータ、T-CONT SLAパラメータと帯域分布戦略の配置インターフェースを提供する。
4、オーバーヘッド処理サブユニットが、1ディスパッチ周期内の利用可能な総帯域及び該周期内に各フレームが転送すべき上りオーバーヘッドを算出する。
5、DBRu及び統計調査サブユニットが、各T-CONTが報告した自分の行列占用状況及び実際の上り転送量の統計を調査して整理する。
6、データメンテナンスサブユニットが、全ての他のサブユニットが必要とするデータテーブルをメンテナンスすると共に、アクセスインターフェースを提供する。
7、タイミングサービスサブユニットが、他のサブユニットに必要なタイミング同期サービスを提供する。

0025

以下、図１〜３を参照して、本発明の基本思想を詳しく説明する。図１は、本発明の方法に関するGPONネットワークトポロジ図である。

0026

図１に示すように、１つのOLTPONポートには、分光器を介して複数のONTが接続される。OLTからONTへの下りデータ転送方式は、時分割多元接続且つ物理層の放送方式で、即ち、各下りフレームは全てのONTのPONポートに送信される。ONTからOLTへの上りデータ転送方式は、TDMA方式である。各ONTは複数のT-CONTを含むことができ、上り帯域の割当はOLTのDBA機能ユニットによって実現され、T-CONTを認可対象として行われる。

0027

図２は、本発明の技術の方法におけるDBA装置200の構造を示す図である。図２に示すように、DBA装置200は、帯域割当サブユニット202と、帯域分布戦略制御サブユニット204と、インターフェース配置サブユニット206と、オーバーヘッド処理サブユニット208と、DBRu及び統計調査サブユニット210と、データメンテナンスサブユニット212と、タイミングサービスサブユニット214とに分けられる。

0028

各サブユニットの機能は以下の通りである。
（1）帯域割当サブユニット202は、1ディスパッチング周期内において、転送可能な総バイト数を各T-CONTに割当てる。その入力パラメータには、利用可能な総帯域、各T-CONTのSLA、DBRu情報、類型、直前の周期の統計情報と帯域割当の粒度等が含まれる。その出力は、各T-CONTが本ディスパッチング周期内に取得した総バイト数で、「T-CONT帯域割当テーブル」と呼ばれ、そのテーブルアイテムは、T-CONTが本周期内に送信可能な総バイト数である。該実施例において、帯域割当サブユニット202に用いられる帯域割当アルゴリズムは、DBA装置200全体の実現とは関係なく、独立したダイナミックリンクライブラリ（Dynamic Link Library）として提供することができる。
（2）帯域分布戦略制御サブユニット204は、帯域割当サブユニットによって生成されたT-CONTの送信可能な総バイト数を、指定された分布戦略に従って、ディスパッチング周期内の各フレームに割当てて、オーバーヘッド処理サブユニット208によって指定されたオーバーヘッドの分布及びONT発見ウィンド分布状況を結合して、ITU-T G.984.3標準に合致するBWMapを構成し、下りフレームにて新しいBWMapを各ONTに送信することをOLTMAC216に通知する。実際には、ここでいう帯域分布戦略はQos実現戦略であって、ネットワークマネージャーによって配置することができる。例えば、「スループット優先」の分布戦略を取る場合、１つのONTに属するT-CONTの送信タイムスロットを一緒に配分することによってオーバーヘッドを低減させることを考慮しなければならない。その他、「遅延優先」と「ジッタ優先」などの戦略がある。該サブユニットは、DBA装置200全体における最も柔軟性のある部分であって、アップデートとメンテナンスの便利を図るように、その戦略制御アルゴリズムもダイナミックリンクライブラリとして提供することができる。
（3）インターフェース配置サブユニット206は、ネットワークマネージャーであるユーザに、DBAとT-CONT SLAに対する配置インターフェースを提供するが、配置可能なアイテムは、
A、T-CONT SLA：固定帯域、保証帯域、非保証帯域、最大帯域、最大バーストパケットのサイズ、重み等と、
B、DBA装置のパラメータ：ディスパッチング周期、帯域割当粒度、ONT発見プロセスの頻度、最大利用可能な帯域等と、
C、帯域分布戦略とを含む。
（4）オーバーヘッド処理サブユニット208は、GPONOLT状態機械からの上りオーバーヘッド送信請求を処理する。これに基づいて、ディスパッチング周期内の利用可能な総上り帯域を算出して帯域割当サブユニット202に伝達する。また、BWMapにおいてオーバーヘッドに送信タイムスロットを提供するように、オーバーヘッドの送信請求を帯域分布戦略制御サブユニット204に提供する。
（5）帯域請求及び統計調査サブユニット（即ち、図２に示すDBRu及び統計調査サブユニット）210は、実際に、二つの部分に分けられるが、その一部は、直前の周期において各T-CONTが実際に送信したバイト数を調査して帯域利用状況を算出して、テーブルアイテムがT-CONTの帯域利用率である「T-CONT帯域利用率テーブル」を出力し、T-CONTの上り帯域の利用状況をモニタリングするのに用いる。もう一部は、直前の周期において各T-CONTから受信したDBRu情報を調査して、テーブルアイテムがT-CONTの送信が請求されたバイト数である「T-CONT帯域請求テーブル」を出力する。
（6）データメンテナンスサブユニット212は、DBA装置の全ての配置可能なパラメータとデータテーブルのアクセスインターフェースを提供すると共に、相互排除の保護処理を行っている。しかし、該サブユニットは、DBA装置の最終出力でありOLTMACハードウェア216に用いられる BWMapテーブルのメンテナンスを行わない。
（7）タイミングサービスサブユニット214は、通常ハードウェアによって実現され、簡潔化にすることができる。例えば、125usのタイミングサービスを提供して、また、ディスパッチング周期になると中断し、DBAの周期的な作動を開始する。

0029

図３は、本発明に係わるDBA装置の1周期内の完全な処理フローチャートである。以下、図２に示す装置200を用いて図３に示す方法を説明する。図３に示すように、タイミングサービスサブユニットによって提供される中断を受信した後、DBAは1周期の作動を開始する。

0030

ステップS302：DBRu及び統計調査サブユニット210は、ハードウェアを介して直前の周期における各T-CONTの上りDBRu請求及び実際に送信した転送量の統計を調査して処理を行って、「T-CONT帯域利用率テーブル」と「T-CONT帯域請求テーブル」を生成する。オーバーヘッド処理サブユニット208は本周期の利用可能な総上り帯域を算出する。
ステップS304：帯域割当サブユニット202は、帯域割当アルゴリズムを実行し始め、送信可能な総バイト数を各T-CONTに割当てると共に、「T-CONT帯域割当テーブル」を生成する。その後、帯域割当分布戦略制御サブユニット204は、先ず、本周期にて送信すべきオーバーヘッドに具体的な送信タイムスロットを配分する。
ステップS306：現在、指定されている分布戦略に従って、本周期内の各125usフレームにおいて、各T-CONTに実際の送信タイムスロットを割当てて、最終的なBWMapを構成すると共に、アップデートすることをハードウェアに通知する。
ステップS308：OLTMACハードウェア216は、下りフレームを介して該BWMapを全てのONTに送信する。

0031

そして、配置インターフェースを介して、各伝送容器のサービスレベルアグリーメントパラメータ、動的帯域割当装置自体のパラメータと帯域分布戦略を配置するステップを更に含む。

0032

この他、説明して置きたいことは、帯域割当サブユニット202と帯域分布戦略制御サブユニット204とは互いに独立していて、夫々異なるアルゴリズムを実行する。また、帯域分布戦略制御サブユニット204は、オーバーヘッドの配分を考慮した上、ネットワークマネージャーによって配置された帯域分布戦略を応用して、総転送バイト数を各タイミングフレームに割当てる。

0033

上記から分かるように、本発明により、以下のような効果が実現できる。
本発明に係わる方法及び装置によると、帯域割当部分とディスパッチング周期内の帯域分布制御部分とを分離して実現することができ、帯域割当アルゴリズムと帯域分布戦略アルゴリズムとの独立した調節が可能となり、また、DBA関連パラメータに対する配置インターフェースを提供することができる。該方法は簡単に実現でき、ハードウェアによって実現できる共にソフトウェアによっても実現できる。上記のDBA実現方法によると、XPON、例えばGPONにおけるDBA機能の配置の柔軟性及び拡張可能性を向上させることができる。

0034

上記の内容は本発明の好適な実施例にすぎなく、本発明を限定するものではない。当業者であれば、本発明に対して様々な変更と変化を行うことができる。本発明の精神及び原則の範囲内で行う補正、均等置換え、改良などはすべて本発明が保護しようとする範囲内に属する。

0035

ここで説明する図面は本発明に対する理解を深めるためのもので、本出願の一部分であって、本発明の模式的な実施例と共に本発明を解釈していて、本発明を不当に限定するものではない。