JP3908655B2 - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信装置における通信帯域制御技術に関連し、例えば、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の光通信装置における通信帯域制御技術に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、特開２００２−７７２１２に開示された光多分岐通信システムがある。
図５は、従来技術に係る通信システムの構成を簡略化して示す図である。
図中の１はＰＯＮ区間の伝送路が２重化され、ブランチ切替機能及びＤＢＡ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）機能を有する親局である。
２は親局１に収容される子局であり、３１及び３２は親局と子局を接続する０系及び１系の光カプラである。
４１及び４２は、子局毎またはパス毎の上り伝送帯域使用量を監視する機能、子局または伝送路の障害検出機能、子局数またはパス数の変動検出機能を有する０系及び１系のＰＯＮ終端及び上り伝送帯域監視部である。
５１及び５２は０系及び１系のＤＢＡ機能部であり、６１及び６２は０系及び１系の障害／変更監視部である。
７は初期立上げ時及び子局または伝送路の障害や子局数またはパス数の変更に起因して▲１▼０系または１系への振り分けバランスが崩れた場合、▲２▼最低保障帯域の和が略均等でなくなった場合、▲３▼最大帯域の和が略均等でなくなった場合、▲４▼最大帯域と最低保障帯域の差分の和が略均等でなくなった場合、▲５▼設定帯域の和が略均等でなくなった場合、の何れかが発生した時に両系における子局毎またはパス毎の伝送路設定選択を行う伝送路設定選択部である。設定選択の判断基準として、判断基準▲１▼０系または１系への振り分けバランスが良いこと、判断基準▲２▼最低保障帯域の和が略均等であること、判断基準▲３▼最大帯域の和が略均等であること、判断基準▲４▼最大帯域と最低保障帯域の差分の和が略均等であること、判断基準▲５▼設定帯域の和が略均等であること、がある。
８は伝送路設定選択部７からの選択情報に従って両系からの入力信号及び両系への出力信号の経路を制御するセレクタスイッチ部である。
９１及び９２は子局側０系及び１系のＰＯＮ終端部であり、１０は親局側からの伝送路設定選択情報に従って両系におけるパス毎の伝送路設定選択を行う伝送路設定選択部である。１１は伝送路設定選択部１０からの選択情報に従って両系からの入力信号及び両系への出力信号の経路を制御するセレクタスイッチ部である。
なお、親局１が伝送路を設定選択する単位としては子局毎またはパス毎が考えられるが、ここでは簡単のために１子局に１パスのみ設定されているものとする。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７７２１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術に係る光多分岐システムは以上のように構成されているが、以下のような問題がある。
まず例としてインターネット接続を考えると、企業に設置された子局（ここでは簡単のために１子局に１パスのみ設定されていることとするため、以下では「子局」とのみ表現する。）への上り信号入力は昼に増加し、夜に減少する。逆に一般家庭に設置された子局への上り信号入力は夜に増加し、昼に減少する。また一週間での信号入力の変動についても、週末に増加する子局と減少する子局が生じる。この様に子局に入力される上り信号の変動は、子局毎に任意の周期を有する時間的変動特性がある。
【０００５】
図６に例として一日における４子局それぞれに入力される上り信号の時間的変動を示す。例として子局２１、子局２２は企業に設置されており、子局２３、子局２４は一般家庭に設置されているとする。なお両系ともに正常運用されており、簡単のために４子局とも最低保障帯域、最大帯域、設定帯域、子局毎の時間的変動特性の周期（一日）がそれぞれ等しいものとする。また、子局に入力される上り信号量は最大帯域を越えず、ＤＢＡ機能によってそのまま上り伝送帯域使用量となることとする。
【０００６】
従来技術における子局の０系または１系への振り分け判断基準は前述の判断基準▲１▼から判断基準▲５▼であり、図６の場合各系に２子局ずつ振り分ければ全ての判断基準において４子局が同等と判断される。その結果、子局２１、子局２２が０系に振り分けられ、子局２３、子局２４が１系に振り分けられることがある。そのように振り分けられた場合、昼または夜の時間帯において０系または１系のどちらか片系に上り信号の増加が集中する。
【０００７】
同様に一週間の例を図７に示す。
図７の場合においても、子局２１、子局２２が０系に振り分けられ、子局２３、子局２４が１系に振り分けられることがある。そのように振り分けられた場合、月曜日〜金曜日または土曜日、日曜日において０系または１系のどちらか片系に上り信号の増加が集中する。
【０００８】
上り信号の増加が片系に集中すると、集中した系においては同一系に接続されている他の子局がＤＢＡ機能にて利用できる余剰帯域が減少することになり、逆に信号の増加が集中していない系においては他の子局がＤＢＡ機能にて利用できる余剰帯域が増加する。しかし、従来技術での伝送路設定選択部７による設定選択の変更が行われるのは、子局または伝送路の障害や子局数またはパス数の変更に起因して▲１▼０系または１系への振り分けバランスが崩れた場合、▲２▼最低保障帯域の和が略均等でなくなった場合、▲３▼最大帯域の和が略均等でなくなった場合、▲４▼最大帯域と最低保障帯域の差分の和が略均等でなくなった場合、▲５▼設定帯域の和が略均等でなくなった場合などに限られるため、それ以外では初期設定時の設定選択のまま選択された系は固定となる。その結果、時間的変動特性のために周期的に発生する上り信号の増加の片系への集中を回避することができない。
【０００９】
この様に従来技術では上り信号の増加がある時間帯において片系へ集中する場合でも伝送路設定選択の変更が行えないため、他系の余剰帯域などを有効利用できずに非効率となっていた。つまり、従来技術では、子局毎またはパス毎の上り伝送帯域使用量の時間的変動特性を考慮する機能がないため、類似の時間的変動特性をもつ子局またはパスが同一系に偏って設定選択されても設定選択の変更が行えず、上り伝送帯域使用量の増加の片系への集中を回避できなかった。その結果、上り帯域の有効利用ができず問題であった。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決することを主な目的としており、伝送帯域使用量の時間的変動特性を考慮して伝送帯域の有効利用を図ることを主な目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る通信装置は、
それぞれが複数の対向装置のそれぞれに接続している複数の伝送路に接続され、対向装置ごとに通信に用いる伝送路を設定し、設定した伝送路を用いてそれぞれの対向装置と通信を行う通信装置であって、
対向装置ごとに通信帯域使用量をモニターし、対向装置ごとに時間に対する通信帯域使用量の変動特性を学習する変動特性学習部と、
前記変動特性学習部による変動特性の学習結果に基づき、いずれかの対向装置について通信に用いる伝送路を設定選択する伝送路設定選択部とを有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
【００１３】
本実施の形態に係る通信システムの構成図を図１に示す。
１は親局であり、通信装置の例に相当する。また、２は子局であり、対向装置に相当する。図１では、子局２は１つだけしか示されていないが、複数の子局２が２重化された伝送路を介して親局１と接続されている。また、各子局は複数のパスを収容していてもよい。
図１では、図５と比較して、親局１では上り伝送帯域使用量変動特性学習部１２が追加され、また、０系ＤＢＡ機能部５１、１系ＤＢＡ機能部５２、伝送路設定選択部７に後述する機能が追加されている。それ以外の部分については図５に示したものと同様である。なお、上り伝送帯域使用量変動特性学習部１２は、変動特性学習部に相当する。
また、子局２の構成は、図５に示したものと同様である。
【００１４】
０系ＤＢＡ機能部５１及び１系ＤＢＡ機能部５２には、各系に設定選択されている子局毎またはパス毎の上り伝送帯域使用量（通信帯域使用量）を示す伝送帯域情報を上り伝送帯域使用量変動特性学習部１２に対して出力する機能を追加する。
上り伝送帯域使用量変動特性学習部１２は、０系に設定選択された子局毎またはパス毎の上り伝送帯域情報を０系ＤＢＡ機能部５１より取得して子局毎またはパス毎の上り伝送帯域使用量をモニターし、１系に設定選択された子局毎またはパス毎の上り伝送帯域情報を１系ＤＢＡ機能部５２より取得して子局毎またはパス毎の上り伝送帯域使用量をモニターし、それらに基づいて全子局又は全パスについて子局毎またはパス毎に時間的な上り伝送帯域使用量の変動特性を統計的に学習する。
学習するとは、上り伝送帯域使用量をＷ、子局数またはパス数をＮ、時間をｔ、学習するべき変動特性の周期をＴとすると、「Ｗ_ｎ＝ｆ_ｎ（ｔ）、０≦ｔ＜Ｔ、ｎ＝１，２，３，，，Ｎ」で表されるｍ次関数ｆ_ｎ（ｍ：整数）を、実際の上り伝送帯域使用量の時間的変動に可能な限り近似するように子局毎またはパス毎に求めることである。学習する関数の次数ｍ及び関数の種類は設定可能であり、次数ｍが大きいほど学習できる変動特性の精度が高くなる。関数ｆ_ｎの例としては、線形関数、非線形関数などがあり、ｓｉｎ関数「Ｆ（ｘ）＝Ａｓｉｎ（Ｂｘ＋Ｃ）＋Ｄ：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは任意の実数」やシグモイド関数「Ｆ（ｘ）＝Ａ／｛Ｂ＋ｅｘｐ（−Ｃｘ＋Ｄ）｝＋Ｅ：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは任意の実数」などの関数を一種類または多種類、単数または複数の和で構成される関数などもある。関数ｆ_ｎを学習する期間をＴ_Ｌとすると、Ｔ_ＬはＴの整数倍（Ｔ_Ｌ＝ＰＴ、Ｐ：整数）であり、Ｔ及びＴ_Ｌを任意に設定可能である。例えばＴを１日、Ｔ_Ｌを一週間としたり、Ｔを一週間、Ｔ_Ｌを一月とするなどが可能である。また、再学習開始のトリガ要因（例えば、子局または経路の障害発生や装置管理者からのコマンドなど）、学習回数Ｑ（有限回数または無限回数）、学習頻度（例えば毎月の第一週に学習するなど）または学習間隔Ｌについても任意に設定可能である。
【００１５】
上り伝送帯域使用量変動特性学習部１２は、学習する期間Ｔ_Ｌが終了すると伝送路設定選択部７に対して学習結果として、学習した全子局または全パスについて子局毎またはパス毎の変動特性情報（関数ｆ_ｎ、周期Ｔなど）及び、設定選択変更要求を出力する。
図２に学習に関するフローチャートを示す。
【００１６】
子局ｎまたはパスｎについての関数ｆ_ｎ（ｔ）の学習について説明する。
関数の例としてｍ次関数「ｆ_ｎ（ｔ）＝ａ_ｎ，ｍｔ^ｍ＋ａ_{ｎ，ｍ−１}ｔ^ｍ−１＋…＋ａ_ｎ，１ｔ＋ａ_ｎ，０」とすると、学習するとは各係数「ａ_ｎ，ｍ，ａ_{ｎ，ｍ−１}，…，ａ_ｎ，０」の値を求めることである。学習には最小二乗誤差法を用い、学習期間中の任意のサンプル時間ｔ＝ｔ_ｘ（０≦ｔ_ｘ＜Ｔ）における実際の上り伝送帯域使用量がＷ_ｎｘであったとすると、｜ｆ_ｎ（ｔ_ｘ）−Ｗ_ｎｘ｜^２の値が小さくなるように各係数「ａ_ｎ，ｍ，ａ_{ｎ，ｍ−１}，…，ａ_ｎ，０」の値をそれぞれに対して学習期間Ｔ_Ｌが終了するまで修正を繰り返す。
【００１７】
上り伝送帯域使用量変動特性学習部１２より設定選択変更要求が入力された伝送路設定選択部７は、初期設定時に全子局毎または全パス毎に設定された各パラメータ（最低保障帯域、最大帯域、設定帯域など）と上り伝送帯域使用量変動特性学習部１２より入力された子局毎またはパス毎の変動特性情報（関数ｆ_ｎ、周期Ｔなど）に基づき伝送路設定選択の変更を行う。
子局毎またはパス毎の０系または１系への振り分け判断基準は、例えば、従来技術の基準である、判断基準▲１▼０系または１系への振り分けバランスが良いこと、判断基準▲２▼最低保障帯域の和が略均等であること、判断基準▲３▼最大帯域の和が略均等であること、判断基準▲４▼最大帯域と最低保障帯域の差分の和が略均等であること、判断基準▲５▼設定帯域の和が略均等であること、及び、本実施の形態で追加する判断基準▲６▼上り伝送帯域使用量の時間的変動特性が類似した子局またはパスが同一系に偏らないこと、である。
０系、１系のいずれか片側の伝送路に伝送帯域使用量が偏る時間帯がある場合、すなわち、０系の伝送路の伝送帯域使用量、１系の伝送路の伝送帯域使用量に時間に対する変動がある場合に、伝送路設定選択部７は判断基準▲６▼を適用して時間に対する変動を抑制するようにいずれかの子局について伝送路の設定を変更する。
なお、判断基準▲１▼から判断基準▲６▼については任意の重み付けが可能であり、その重みについても設定可能である。なお、子局や伝送路に障害が発生するか、子局数またはパス数に変動が発生した場合は、０系障害／変更監視部６１または１系障害／変更監視部６２より設定選択変更要求が入力され、同様の判断基準に従って伝送路設定選択の変更を行う。ただし、変動特性の学習が完了していない場合は上記判断基準▲６▼は除く。
【００１８】
以上のような機能を追加することにより、学習に関する設定パラメータ（学習期間Ｔ_Ｌ、学習回数Ｑ、学習間隔Ｌなど）を任意に設定することで子局毎またはパス毎の伝送路設定選択の変更を動的に行うことが可能となる。また、時間的変動特性を考慮することで類似の時間的変動特性をもつ子局またはパスが同一系に集中的に設定選択されることを避け、上り伝送帯域使用量の増加の片系への集中を回避することが出来る。その結果、両系における上り伝送帯域使用量に関して時間的な統計多重効果が得られ、ＤＢＡ機能で使用できる余剰帯域の片系への偏りが無くなり、上り伝送帯域の使用効率が向上する。
【００１９】
例として図６の場合について本実施の形態を適用した場合の動作を図３で説明する。
簡単のために学習する関数を２次関数ｆ_ｎ（ｔ）＝ａ_ｎ，２ｔ^２＋ａ_ｎ，１ｔ＋ａ_ｎ，０とし、周期を一日とすると、学習の結果、子局２１、子局２２の係数ａ_ｎ，２は負の値となり、子局２３、子局２４の係数ａ_ｎ，２は正の値となる（図３の特性関数のグラフが、これらの学習結果に対応している）。４子局に関しては判定基準▲１▼から判定基準▲５▼について同等であるため、本実施の形態で追加する判断基準▲６▼によって子局２１と子局２２または子局２３と子局２４はそれぞれ別系に設定選択される。図３では、例として子局２２が０系から１系に変更され、子局２４が１系から０系に変更された状況を示している。伝送路設定選択部７による伝送路の設定の変更により、図３の０系の上り伝送帯域のグラフ３０１及び１系の上り伝送帯域のグラフ３０２に示すように、両系の伝送路の伝送帯域使用量の時間的な変動が抑制される。
この結果、上り伝送帯域使用量の増加または減少について両系で時間的な統計多重効果が得られ、帯域の有効利用が可能となる。
【００２０】
次に図７の場合について本実施の形態を適用した場合の動作を図４で説明する。
学習する関数をシグモイド関数ｆ_ｎ（ｔ）＝ａ_ｎ／｛ｂ_ｎ＋ｅｘｐ（−ｃ_ｎｔ＋ｄ_ｎ）｝＋ｅ_ｎとし、周期を一週間とすると、学習の結果子局２１、子局２２の係数の積ａ_ｎ・ｃ_ｎは負の値となり、子局２３、子局２４の係数の積ａ_ｎ・ｃ_ｎは正の値となる（図４の特性関数のグラフが、これらの学習結果に対応している）。
よって上記同様子局２１と子局２２または子局２３と子局２４はそれぞれ別系に設定選択される。図４では、例として子局２２が０系から１系に変更され、子局２４が１系から０系に変更された状況を示している。伝送路設定選択部７による伝送路の設定の変更により、図４の０系の上り伝送帯域のグラフ４０１及び１系の上り伝送帯域のグラフ４０２に示すように、両系の伝送路の伝送帯域使用量の時間的な変動が抑制される。
この結果、上り伝送帯域使用量の増加または減少について両系で時間的な統計多重効果が得られ、帯域の有効利用が可能となる。
【００２１】
このように、本実施の形態に係る親局（通信装置）は、ＰＯＮ区間の伝送路が２重化され、その両系ともが現用系として使用できかつ子局毎またはパス毎に系を切り替えられるブランチ切替が可能な系構成で、子局毎またはパス毎に動的に帯域を割り当てられるＤＢＡ機能を有する通信装置であって、伝送路が両系ともに正常運用されている場合、子局毎またはパス毎の上り伝送帯域使用量の時間的変動特性などに基づき子局毎またはパス毎に伝送路を動的に設定選択することを特徴とする。
【００２２】
上述したように、従来は、子局毎またはパス毎の伝送路を初期設定時の各種設定パラメータ（最低保障帯域、最大帯域、設定帯域など）に基づき設定選択しており、障害の発生や子局数またはパス数の変動が発生しない限り固定であった。しかし、実運用中の上り伝送帯域使用量の時間的な変動は子局毎またはパス毎に特性があり、類似の特性をもつ子局またはパスが同一系に設定選択された場合、ある時間帯の上り伝送帯域使用量の増加または減少が片系に集中し非効率となる。
そこで、本実施の形態に係る親局は、まず子局毎またはパス毎の上り伝送帯域使用量の時間的変動特性を学習し、その時間的変動特性と初期設定時の各種設定パラメータに基づいて子局毎またはパス毎に伝送路を動的に設定選択し、上り伝送帯域使用量の増加または減少の片系への集中を回避する点に特徴がある。この結果、時間的な統計多重効果が得られ、帯域の有効利用が可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、対向装置ごと又はパスごとに通信帯域使用量の時間に対する変動特性を学習し、学習結果に基づきいずれかの対向装置又はパスについて通信に用いる伝送路を設定選択するため、通信帯域使用量の増加または減少が特定の伝送路へ集中することを回避することができ、通信帯域の有効利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係る通信システムの構成例を示す図。
【図２】 実施の形態１に係る時間的変動特性の学習処理の例を示すフローチャート図。
【図３】 実施の形態１に係る伝送路の変更処理の例を示す図。
【図４】 実施の形態１に係る伝送路の変更処理の例を示す図。
【図５】 従来技術を説明する図。
【図６】 従来技術を説明する図。
【図７】 従来技術を説明する図。
【符号の説明】
１ 親局、２ 子局、７ 伝送路設定選択部、８ セレクタスイッチ部、１０伝送路設定選択部、１１ セレクタスイッチ部、１２ 上り伝送帯域使用量変動特性学習部、３１ ０系光カプラ、３２ １系光カプラ、４１ ０系ＰＯＮ終端及び上り伝送帯域監視部、４２ １系ＰＯＮ終端及び上り伝送帯域監視部、５１ ０系ＤＢＡ機能部、５２ １系ＤＢＡ機能部、６１ ０系障害／変更監視部、６２ １系障害／変更監視部、９１ ０系ＰＯＮ終端部、９２ １系ＰＯＮ終端部。

Claims (7)

1. それぞれが複数の対向装置のそれぞれに接続している複数系の伝送路に接続され、対向装置ごとに通信に用いる伝送路の系を設定し、設定した系の伝送路を用いてそれぞれの対向装置と通信を行う通信装置であって、
   対向装置ごとに通信帯域使用量をモニターし、対向装置ごとに時間に対する通信帯域使用量の変動特性を学習する変動特性学習部と、
   前記変動特性学習部による変動特性の学習結果に基づき、類似の時間的変動特性をもつ対向装置が同一系に設定選択されないように、それぞれの対向装置について通信に用いる伝送路の系を設定選択する伝送路設定選択部とを有することを特徴とする通信装置。
2. 前記伝送路設定選択部は、
   前記変動特性学習部による変動特性の学習結果に基づき、伝送路の各系の最大帯域を変更することなく、それぞれの対向装置について通信に用いる伝送路の系を設定選択することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. それぞれが複数の対向装置のそれぞれに接続している複数系の伝送路に接続され、それぞれの対向装置に収容されているパスごとに通信に用いる伝送路の系を設定し、設定した系の伝送路を用いてそれぞれのパスについての通信を行う通信装置であって、
   パスごとに通信帯域使用量をモニターし、パスごとに時間に対する通信帯域使用量の変動特性を学習する変動特性学習部と、
   前記変動特性学習部による変動特性の学習結果に基づき、類似の時間的変動特性をもつパスが同一系に設定選択されないように、それぞれのパスについて通信に用いる伝送路の系を設定選択する伝送路設定選択部とを有することを特徴とする通信装置。
4. 前記伝送路設定選択部は、
   前記変動特性学習部による変動特性の学習結果に基づき、伝送路の各系の最大帯域を変更することなく、それぞれのパスについて通信に用いる伝送路の系を設定選択することを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
5. 前記通信装置は、
   複数の対向装置との間で光通信を行う光通信装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の通信装置。
6. それぞれが複数の対向装置のそれぞれに接続している複数系の伝送路を介して複数の対向装置と通信が可能であり、対向装置ごとに通信に用いる伝送路の系を設定し、設定した系の伝送路を用いてそれぞれの対向装置と通信を行う通信方法であって、
   対向装置ごとに通信帯域使用量をモニターし、対向装置ごとに時間に対する通信帯域使用量の変動特性を学習する変動特性学習ステップと、
   前記変動特性学習ステップによる変動特性の学習結果に基づき、類似の時間的変動特性をもつ対向装置が同一系に設定選択されないように、それぞれの対向装置について通信に用いる伝送路の系を設定選択する伝送路設定選択ステップとを有することを特徴とする通信方法。
7. それぞれが複数の対向装置のそれぞれに接続している複数系の伝送路を介して複数の対向装置と通信が可能であり、それぞれの対向装置に収容されているパスごとに通信に用いる伝送路の系を設定し、設定した系の伝送路を用いてそれぞれのパスについての通信を行う通信方法であって、
   パスごとに通信帯域使用量をモニターし、パスごとに時間に対する通信帯域使用量の変動特性を学習する変動特性学習ステップと、
   前記変動特性学習ステップによる変動特性の学習結果に基づき、類似の時間的変動特性をもつパスが同一系に設定選択されないように、それぞれのパスについて通信に用いる伝送路の系を設定選択する伝送路設定選択ステップとを有することを特徴とする通信方法。

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