JP7173267B2 - パケット処理装置及びパケット処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、パケット処理装置及びパケット処理方法に関する。

近年、第５世代移動通信システム(５Ｇ)の実現に向け、ＢＢＵ（Baseband Unit）及びＲＲＨ（Remote Radio Head)で構成するＣ－ＲＡＮ(Centralized Radio Access Network)が検討されている。ＢＢＵとＲＲＨとの間のＭＦＨ(Mobile Front Haul)回線は、無線のアナログ信号をほぼそのまま伝送するＣＰＲＩ（Common Public Radio Interface）方式の採用が検討されている。

ＭＦＨ回線と接続する通信システムでは、情報がレイヤ２パケットとして扱われるため、基地局間を接続するＭＢＨ(Mobile Back Haul)回線や有線ネットワーク等との間でネットワークを共有できる。しかしながら、通信システムでは、ＭＦＨ回線からのＭＦＨパケットが、他のパケット、例えば、ＭＢＨ回線からのＭＢＨパケットとの競合で出力遅延が生じるため、出力遅延を抑制する優先制御処理が知られている。優先制御処理は、後続の高優先パケットが、キューイングされている低優先パケットを追い越して優先的に読み出されることになるため、高優先パケット、すなわちＭＦＨパケットの出力遅延を抑制できる。

しかしながら、優先制御処理では、低優先パケットの読出し中に高優先パケットが到着した場合、読出し中の低優先パケットの読出出力が完了するまでは高優先パケットの読出動作を停止する。その結果、最大で約１パケット分の待ちが生じることになる。例えば、リンク速度が１Ｇｂｐｓ、パケット長が９０００バイトの場合、約７μ秒の出力遅延となる。ＭＦＨ回線では、ＲＲＨとＢＢＵとの間で１００μ秒以下の出力遅延が求められているため、多段ノード構成の場合、この１パケット分の出力遅延が無視できなくなる。

そこで、更なる出力遅延を抑制する方法としてＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)８０２．１ＴＳＮ(Time Sensitive Networking)が検討されている。ＴＳＮには、パケットの出力遅延を抑制するデータプレーン機能としてＩＥＥＥ８０２．１ＱｂｖというＴＡＳ(Time Aware Shaper)方式がある。

特開平１０－１０７８０３号公報 特開２００３－３１８９６４号公報 特表平９－５０４６７２号公報 特開２０１６－１１６０２６号公報

例えば、ＴＡＳ方式を採用したパケットスイッチを複数段配置した通信システムを想定する。この場合、各パケットスイッチは、高優先パケットとしてＭＦＨパケットを優先出力すべく、ＭＦＨパケットの送信端の送信タイミングや、各パケットスイッチのゲート毎の伝送遅延を考慮し、通信システム全体で各ゲートの開閉タイミングを調整する必要がある。

一つの側面では、高優先パケットの出力遅延を抑制できるパケット処理装置及びパケット処理方法を提供することを目的とする。

一つの態様のパケット処理装置は、複数の格納部と、開閉部と、記憶部と、収集部と、制御部とを有する。格納部は、受信パケットの種別毎に受信パケットを格納する。開閉部は、各格納部の出力を開閉する。記憶部は、前記受信パケットのタイムスロット毎に種別毎の開閉情報及び滞留時間を記憶した。収集部は、前記受信パケットの前記タイムスロット毎のパケット量を収集する。解析部は、収集した前記受信パケットの内、優先制御対象パケットのタイムスロット毎のパケット量に基づき、前記優先制御対象パケットの周期を特定する。制御部は、前記解析部にて特定された前記優先制御対象パケットの周期に基づき、前記記憶部内の前記優先制御対象パケットに関わる前記開閉情報で示すタイムスロット数及び前記滞留時間を調整すると共に、前記優先制御対象パケットが到着するタイムスロット区間において前記優先制御対象パケットを出力する前記開閉部を開制御するように前記記憶部を更新する。

一つの態様では、優先制御対象パケットである高優先パケットの出力遅延を抑制できる。

図１は、実施例１の通信システムの一例を示す説明図である。 図２は、パケットスイッチのハードウェア構成の一例を示す説明図である。 図３は、パケット処理部の構成の一例を示す説明図である。 図４は、リストテーブルの構成の一例を示す説明図である。 図５は、無線信号の信号構成の一例を示す説明図である。 図６は、統計情報の一例を示す説明図である。 図７は、更新後のリストテーブルの一例を示す説明図である。 図８は、ズレ発生時の統計情報の一例を示す説明図である。 図９は、更新後のリストテーブルの一例を示す説明図である。 図１０は、調整処理に関わるパケット処理部の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１１は、監視処理に関わるパケット処理部の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１２は、第１の決定処理に関わるパケット処理部の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１３は、実施例２のパケット処理部の構成の一例を示す説明図である。 図１４は、リストテーブルの一例を示す説明図である。 図１５は、第２の決定処理に関わるパケット処理部の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１６は、パケット処理プログラムを実行する情報処理装置の一例を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本願の開示するパケット処理装置及びパケット処理方法の実施例を詳細に説明する。尚、各実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜組み合わせても良い。

図１は、実施例１の通信システム１の一例を示す説明図である。図１に示す通信システム１は、ＭＢＨ回線２Ａと、ＭＦＨ回線２Ｂと、バックボーン回線２Ｃとを有する。ＭＢＨ回線２Ａは、複数の基地局（ｅＮＢ:evolved Node B）３間を接続する回線である。基地局３は、無線アンテナを通じて無線端末４と無線で接続する。ＭＦＨ回線２Ｂは、ＲＲＨ５とＢＢＵ６との間を接続する回線である。ＲＲＨ５は、無線端末４と無線で接続する。ＭＦＨ回線２Ｂは、ＲＲＨ５とＢＢＵ６との間で無線信号をＬ２フレームのＭＦＨパケットで伝送するＣＰＲＩ方式を採用している。バックボーン回線２Ｃは、ＭＢＨ回線２Ａ及びＭＦＨ回線２Ｂの他に、他の有線ネットワークと接続し、ＭＢＨ回線２ＡからのＭＢＨパケット、ＭＦＨ回線２ＢからのＭＦＨパケット等の各種パケットを伝送する。ＭＦＨパケットは、ＭＢＨパケットに比較して出力遅延の抑制が強く求められている。

ＢＢＵ６は、無線区間のスケジューリング機能を有する。スケジューリング機能は、１サブフレームに送信すべき、例えば、ユーザデータ、符号化率及び変調方式等の各種要素を決定する機能である。ＢＢＵ６は、ユーザデータをＬ２フレームに分割してＭＦＨパケットをＲＲＨ５宛に伝送する。つまり、ＢＢＵ６は、サブフレーム間隔、例えば、１ｍ秒毎にＭＦＨパケットをＲＲＨ５宛に伝送する。また、ＲＲＨ５は、受信した無線信号のユーザデータをＬ２フレームに分割してＭＦＨパケットをＢＢＵ６宛に伝送する。

バックボーン回線２Ｃは、複数のパケットスイッチ７を配置し、ＭＢＨ回線２ＡからのＭＢＨパケットや、ＭＦＨ回線２ＢからのＭＦＨパケットを伝送する回線である。更に、パケットスイッチ７は、ＭＢＨパケット及びＭＦＨパケットの他に、様々なパケットを伝送する。パケットスイッチ７は、ＩＥＥＥ８０２．１ＱｂｖのＴＡＳ(Time Aware Shaper)方式を適用し、ＭＦＨパケットを高優先パケットとして出力する。

図２は、パケットスイッチ７のハードウェア構成の一例を示す説明図である。図２に示すパケットスイッチ７は、入出力ＩＦ(Interface)１１と、複数のパケット処理部１２と、ＳＷ(Switch)１３と、メモリ１４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５とを有する。入出力ＩＦ１１は、バックボーン回線２Ｃ等の各種回線と接続し、パケットを入出力するＩＦである。入出力ＩＦ１１は、例えば、バックボーン回線２Ｃに接続するＲＲＨ５、ＢＢＵ６や、他のパケットスイッチ７と接続する。パケット処理部１２は、ＴＡＳ方式を適用したパケット処理を実行する。ＳＷ１３は、パケット処理部１２の入出力を切替えるスイッチである。メモリ１４は、各種情報を記憶する領域である。ＣＰＵ１５は、パケットスイッチ７全体を制御する。

図３は、パケット処理部１２の一例を示す説明図である。図３に示すパケット処理部１２は、第１のキュー２１Ａと、第２のキュー２１Ｂと、第１のゲート２２Ａと、第２のゲート２２Ｂと、セレクタ２３と、収集部２４と、解析部２５と、リストテーブル２６と、制御部２７とを有する。第１のキュー２１Ａは、到来する受信パケットの内、ＭＦＨパケットをキューイングする格納部である。第１のキュー２１Ａは、受信パケット内のＶＬＡＮタグのＰビットを識別し、その識別結果に基づき、受信パケットがＭＦＨパケットの場合、ＭＦＨパケットをキューイングする。第２のキュー２１Ｂは、到来する受信パケットの内、例えば、ＭＢＨパケット等の非ＭＦＨパケットをキューイングする格納部である。第２のキュー２１Ｂは、受信パケット内のＶＬＡＮタグのＰビットを識別し、その識別結果に基づき、受信パケットが非ＭＦＨパケットの場合、非ＭＦＨパケットをキューイングする。尚、ＭＦＨパケットは高優先パケットであるのに対し、非ＭＦＨパケットは低優先パケットである。その結果、ＭＦＨパケットを優先的に出力することで、非ＭＦＨパケットとの間の競合を回避してＭＦＨパケットの出力遅延を抑制できる。第１のゲート２２Ａは、第１のキュー２１Ａ内のＭＦＨパケットの出力を開閉する開閉部である。第２のゲート２２Ｂは、第２のキュー２１Ｂ内の非ＭＦＨパケットの出力を開閉する開閉部である。セレクタ２３は、第１のゲート２２Ａ又は第２のゲート２２Ｂの出力を選択出力する。

収集部２４は、受信パケットの統計情報を収集する。統計情報は、時間帯毎の受信パケット量である。尚、パケット量は、例えば、パケット数やバイト数である。解析部２５は、受信パケットの統計情報を解析し、受信パケットの周期性及びパターン等の周期性パターンを特定する。解析部２５は、受信パケットの到着間隔（周期性）及びパターン（平均到着量、バーストの揺らぎ度合）を学習する。制御部２７は、解析部２５の解析結果に基づき、リストテーブル２６のテーブル内容を更新する。制御部２７は、受信パケットの周期性パターンに基づき、リストテーブル２６内のＴＳ番号及びＴＳ番号毎の滞留時間を更新する。更に、制御部２７は、周期性パターンに基づき、リストテーブル２６内の第１のゲート２２Ａ及び第２のゲート２２ＢのＴＳ番号毎の設定状態を更新する。制御部２７は、受信パケット内のＭＦＨパケットの統計情報に基づき、高優先パケットであるＭＦＨパケットの到着タイミングを予測する。尚、設定状態は、第１のゲート２２Ａ及び第２のゲート２２Ｂの開閉情報、例えば、オープン及びクローズである。尚、制御部２７は、ＭＦＨパケットが高優先パケット、非ＭＦＨパケットが低優先パケットであるため、第１のゲート２２Ａを常時オープンとし、第２のゲート２２ＢをＴＳ単位でオープン又はクローズとする。第１のゲート２２Ａは、オープンの場合、第１のキュー２２Ａに保持中のＭＦＨパケットを出力することになる。第２のゲート２２Ｂは、オープンの場合、第２のキュー２２Ｂに保持中の非ＭＦＨパケットを出力すると共に、クローズの場合、第２のキュー２２Ｂに保持中の非ＭＦＨパケットの出力停止しながら、第１のキュー２２Ａに保持中のＭＦＨパケットを出力する。

図４は、リストテーブル２６の一例を示す説明図である。図４に示すリストテーブル２６は、ＴＳ番号２６Ａと、第１のゲート２２Ａの設定状態２６Ｂと、第２のゲート２２Ｂの設定状態２６Ｃと、滞留時間２６Ｄとを対応付けて管理する。ＴＳ番号２６Ａは、受信パケットのＴＳ(Time Slot)を識別する番号である。第１のゲート２２Ａの設定状態２６Ｂは、第１のゲート２２Ａのオープン（Ｏ）／クローズ（Ｃ）状態を示すゲート開閉情報である。第２のゲート２２Ｂの設定状態２６Ｃは、第２のゲート２２Ａのオープン／クローズ状態を示すゲート開閉情報である。滞留時間２６Ｄは、ＴＳ番号２６Ａの割当時間である。ＴＳ番号２６Ａは、１～Ｎまでの範囲で適宜変更可能である。第１のゲート２２Ａの設定状態２６Ｂ及び第２のゲート２２Ｂの設定状態２６Ｃも、ＴＳ番号２６Ａ毎に適宜変更可能である。滞留時間２６Ｄも、ＴＳ番号２６Ａ毎に適宜変更可能である。制御部２７は、リストテーブル２６を参照し、ＴＳ番号“１”のタイミングでＴＳ番号“１”に対応する設定状態を第１のゲート２２Ａ及び第２のゲート２２Ｂに設定する。次に、制御部２７は、ＴＳ番号“２”のタイミングでＴＳ番号“２”に対応する設定状態を第１のゲート２２Ａ及び第２のゲート２２Ｂに設定する。更に、制御部２７は、ＴＳ番号“３”からＴＳ番号“Ｎ”までの各タイミングで各設定状態を第１のゲート２２Ａ及び第２のゲート２２Ｂに順次設定する。そして、制御部２７は、ＴＳ番号“Ｎ”に対応する設定状態を設定後、再度、ＴＳ番号“１”に戻り、ＴＳ番号“１”に対応する設定状態を設定し、ＴＳ番号“２”からＴＳ番号“Ｎ”までの各タイミングで設定状態を順次設定することになる。つまり、制御部２７は、リストテーブル２６を参照し、ＴＳ番号“１”からＴＳ番号“Ｎ”までの各タイミングで各設定状態を第１のゲート２２Ａ及び第２のゲート２２Ｂに周期的に繰り返し順次設定することになる。

図５は、無線信号の信号構成の一例を示す説明図である。図５に示す無線信号は、例えば、１ｍ秒のサブフレームで構成し、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）と、ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）とを有する。ＰＤＣＣＨは、制御情報を格納する領域である。制御情報は、例えば、帯域予約量を有する。ＰＤＳＣＨは、ユーザデータを格納する領域である。帯域予約量は、例えば、ＰＤＳＣＨ内のＲＢ（Resource Block）にユーザデータを割当てた量を示す情報である。

図６は、統計情報の一例を示す説明図である。縦軸は、受信パケットのパケット量、横軸は、時間軸とする。解析部２５は、統計情報からバースト区間が“４”、“５”及び“６”の周期性パターンを特定する。尚、バースト区間は、データあり、すなわち統計情報が正の区間である。制御部２７は、解析部２５にて受信パケットから周期性パターンを特定し、周期性パターンを所定回数連続して特定した場合にＭＦＨパケットの周期性パターンと判断する。図７は、更新後のリストテーブル２６の一例を示す説明図である。制御部２７は、ＭＦＨパケットの周期性パターンと判断した場合、周期性パターンのバーストＴＳ区間を特定する。バーストＴＳ区間は、データあり、すなわち統計情報が正のＴＳ区間である。そして、制御部２７は、特定された周期性パターンのバーストＴＳ区間及び、バーストＴＳ区間の前後１ＴＳ分のマージン区間を特定し、バーストＴＳ区間及びマージン区間の各ＴＳ番号の第２のゲート２２Ｂをクローズに設定する。制御部２７は、図６に示す周期性パターンの場合、例えば、“４”、“５”及び“６”のバースト区間を特定する。制御部２７は、例えば、“４”、“５”及び“６”がバースト区間の周期性パターンを特定した場合、図７に示すバーストＴＳ区間をＴＳ番号“４”、“５”及び“６”に特定する。更に、制御部２７は、バーストＴＳ区間直前のＴＳ番号“４”の１ＴＳ分前のＴＳ番号“３”及び、バーストＴＳ区間直後のＴＳ番号“６”の１ＴＳ分後のＴＳ番号“７”をマージン区間と特定する。そして、制御部２７は、バーストＴＳ区間及びマージン区間、すなわち、ＴＳ番号“３”～“７”の区間の第２のゲート２２Ｂをクローズに設定すべく、リストテーブル２６の内容を更新する。尚、パケットスイッチ７は、自走クロックであるため、他のパケットスイッチ７、ＢＢＵ６やＲＲＨ５との間でクロック偏差によるズレが生じる場合がある。

図８は、ズレ発生時の統計情報の一例を示す説明図である。縦軸は、受信パケットのパケット量、横軸は、時間軸とする。解析部２５は、統計情報からバースト区間が“３”、“４”及び“５”の周期性パターンを特定する。そこで、制御部２７は、収集部２４にて周期性パターンを順次特定し、周期性パターンを所定回数連続して特定した場合にＭＦＨパケットの周期性パターンと順次判断する。その結果、制御部２７は、図８に示す周期性パターンの場合、例えば、“３”、“４”及び“５”のバースト区間を特定する。図９は、更新後のリストテーブル２６の一例を示す説明図である。制御部２７は、例えば、“３”、“４”及び“５”がバースト区間の周期性パターンと特定した場合、図９に示すバーストＴＳ区間をＴＳ番号“３”、“４”及び“５”に特定する。更に、制御部２７は、バーストＴＳ区間直前のＴＳ番号“３”の１ＴＳ分前のＴＳ番号“２”及び、バーストＴＳ区間直後のＴＳ番号“５”の１ＴＳ分後のＴＳ番号“６”をマージン区間として特定する。そして、制御部２７は、バーストＴＳ区間及びマージン区間、すなわち、ＴＳ番号“２”～“６”のＴＳ区間の第２のゲート２２Ｂをクローズに設定すべく、リストテーブル２６の内容を更新する。尚、制御部２７は、図７に示すリストテーブル２６から図９に示すリストテーブル２６に更新する場合、ＴＳ番号“３”～“７”からＴＳ番号“２”～“６”に対応する第２のゲート２２Ｂの設定状態２６Ｃの更新を最小限に抑制する。そして、ＴＳ番号“３”～“６”に対応する第２のゲート２２Ｂのクローズを維持しながら、ＴＳ番号“２”をクローズ、ＴＳ番号“７”をオープンに設定する。

次に実施例１の通信システム１の動作について説明する。図１０は、調整処理に関わるパケット処理部１２の処理動作の一例を示すフローチャートである。図１０においてパケット処理部１２内の収集部２４は、現在の統計情報を取得したか否かを判定する（ステップＳ１１）。尚、統計情報は、現在の受信パケットのパケット量である。パケット処理部１２内の解析部２５は、現在の統計情報を取得した場合（ステップＳ１１肯定）、直前の統計情報に基づき、現在の統計情報が０から正に変化したか否かを判定する（ステップＳ１２）。

解析部２５は、現在の統計情報が０から正に変化した場合（ステップＳ１２肯定）、受信パケットのバースト区間の開始点と判断し、（現在時刻－直前の変化時刻）に基づき、観測周期を算出する（ステップＳ１３）。尚、観測周期は、ＭＦＨパケット発生の周期性パターンである。

解析部２５は、現在時刻を直前の変化時刻に設定し（ステップＳ１４）、周期観測回数を＋１インクリメントする（ステップＳ１５）。解析部２５は、（観測周期＊α）＋（直前の平均周期＊（１－α））に基づき、平均周期を算出する（ステップＳ１６）。尚、係数αは０＜α＜１とする。

解析部２５は、ステップＳ１１にて取得した現在の統計情報を直前の統計情報として設定し（ステップＳ１７）、周期観測回数がＭ回であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。尚、Ｍ回は、周期観測回数の閾値である。パケット処理部１２内の制御部２５は、周期観測回数がＭ回の場合（ステップＳ１８肯定）、平均周期に基づき、リストテーブル２６内のリスト長を設定する（ステップＳ１９）。制御部２７は、平均周期に基づき、リストテーブル２６内のＴＳ数（ＴＳ番号）及び滞留時間を調整し（ステップＳ２０）、図１０に示す処理動作を終了する。

制御部２７は、現在の統計情報が取得できない場合（ステップＳ１１否定）、又は、周期観測回数がＭ回でない場合（ステップＳ１８否定）、現在の統計情報を取得したか否かを判定すべく、ステップＳ１１に移行する。

解析部２５は、現在の統計情報が０から正に変化したのでない場合（ステップＳ１２否定）、現在時刻を直前の変化時間に設定すべく、ステップＳ１４に移行する。

調整処理を実行する解析部２５は、直前の統計情報に基づき、現在の統計情報が０から正に変化した場合に、（現在時刻－直前の変化時刻）で観測周期を算出し、周期観測回数を＋１インクリメントする。解析部２５は、（観測周期＊α＋直前の平均周期＊（１－α））に基づき平均周期を算出する。制御部２７は、周期観測回数がＭ回の場合に、平均周期に基づき、リストテーブル２６のリスト長、ＴＳ数及び滞留時間を調整する。その結果、制御部２７は、受信パケットに応じたリストテーブル２６内のリスト長、ＴＳ数（ＴＳ番号）及び滞留時間を取得できる。

図１１は、監視処理に関わるパケット処理部１２の処理動作の一例を示すフローチャートである。図１１において収集部２４は、ＴＳ単位の高優先パケットの統計情報を取得したか否かを判定する（ステップＳ３１）。尚、高優先パケットは、ＭＦＨパケットである。解析部２５は、高優先パケットの統計情報を取得した場合（ステップＳ３１肯定）、直前の統計情報に基づき、現在の統計情報が０から正に変化したか否かを判定する（ステップＳ３２）。

制御部２７は、現在の統計情報が０から正に変化した場合（ステップＳ３２肯定）、バースト区間の開始と判断し、バースト数ｎを１に設定する（ステップＳ３３）。制御部２７は、現在ＴＳが設定中のバースト始点よりも大であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。尚、現在ＴＳは、現在の統計情報が０から正に変化した時点のＴＳである。

制御部２７は、現在ＴＳが設定中のバースト始点よりも大の場合（ステップＳ３４肯定）、現在ＴＳをバースト始点に設定し（ステップＳ３５）、ＴＳ観測数がＸ回であるか否かを判定する（ステップＳ３６）。尚、Ｘ回は、ＴＳ観測数の閾値である。

解析部２５は、現在の統計情報が０から正に変化しなかった場合（ステップＳ３２否定）、直前の統計情報に基づき、現在の統計情報が正から０に変化したか否かを判定する（ステップＳ３７）。制御部２７は、現在の統計情報が正から０に変化しなかった場合（ステップＳ３７否定）、バースト区間が継続と判断し、現在のバースト数ｎを＋１インクリメントする（ステップＳ３８）。更に、制御部２７は、現在の統計情報を直前の統計情報に設定し（ステップＳ３９）、ＴＳ観測数がＸ回であるか否かを判定すべく、ステップＳ３６に移行する。

制御部２７は、現在の統計情報が正から０に変化した場合（ステップＳ３７肯定）、バースト区間の終点と判断し、ＴＳ観測数を＋１インクリメントする（ステップＳ４０）。制御部２７は、バースト数ｎが設定中の最大バースト数ｎ ｍａｘを超えたか否かを判定する（ステップＳ４１）。制御部２７は、バースト数ｎが最大バースト数ｎ ｍａｘを超えた場合（ステップＳ４１肯定）、現在バースト数ｎを最大バースト数に設定し（ステップＳ４２）、ＴＳ観測数がＸ回であるか否かを判定すべく、ステップＳ３６に移行する。

制御部２７は、ＴＳ観測数がＸ回の場合（ステップＳ３６肯定）、（バースト始点－前マージン分）のＴＳ番号から（バースト始点＋最大バースト値＋後マージン分）のＴＳ番号までのＴＳ区間を第２のゲート２２Ｂをクローズに変更する（ステップＳ４３）。そして、制御部２７は、図１１に示す処理動作を終了する。尚、前マージン分はＴＳ１個分、後マージン分もＴＳ１個分とする。

収集部２４は、高優先パケットの統計情報を取得しなかった場合（ステップＳ３１否定）、図１１に示す処理動作を終了する。制御部２７は、現在ＴＳがバースト始点よりも大でない場合（ステップＳ３４否定）、ＴＳ観測数がＸ回であるか否かを判定すべく、ステップＳ３６に移行する。制御部２７は、バースト数ｎが設定中の最大バースト数を超えたのでない場合（ステップＳ４１否定）、ＴＳ観測数がＸ回であるか否かを判定すべく、ステップＳ３６に移行する。制御部２７は、ＴＳ観測数がＸ回でない場合（ステップＳ３６否定）、高優先パケットの統計情報を取得したか否かを判定すべく、ステップＳ３１に移行する。

監視処理を実行する制御部２７は、高優先パケット（ＭＦＨパケット）の統計情報を取得し、直前の統計情報に基づき、現在の統計情報が０から正に変化した場合にバースト数ｎを１に設定し、現在ＴＳをバースト始点のＴＳ番号とする。更に、制御部２７は、直前の統計情報に基づき、現在の統計情報が正から０に変化しなかった場合にバースト数ｎを＋１インクリメントする。更に、制御部２７は、直前の統計情報に基づき、現在の統計情報が正から０に変化した場合、ＴＳ観測数を＋１インクリメントし、現在バースト数を最大バースト数に設定する。

制御部２７は、ＴＳ観測数がＸ回の場合、（バースト始点－前マージン分）のＴＳ番号から（バースト始点＋最大バースト数＋後マージン分）のＴＳ番号までを第２のゲート２２Ｂのクローズ区間とする。すなわち、第１のゲート２２Ａは常時オープンであるため、第２のゲート２２Ｂのクローズ区間はＭＦＨパケットの優先出力区間となる。

図１２は、第１の決定処理に関わるパケット処理部１２の処理動作の一例を示すフローチャートである。図１２において収集部２４は、ＴＳ単位の高優先パケット（ＭＦＨパケット）の統計情報を取得したか否かを判定する（ステップＳ５１）。制御部２７は、高優先パケットの統計情報を取得した場合（ステップＳ５１肯定）、（バースト始点－前マージン分）のＴＳの統計情報が正であるか否かを判定する（ステップＳ５２）。

制御部２７は、（バースト始点－前マージン分）のＴＳの統計情報が正の場合（ステップＳ５２肯定）、正常時はＴＳの統計情報が０であるため、前方異常と判断し、前方異常回数を＋１インクリメントする（ステップＳ５３）。そして、制御部２７は、前方異常回数が異常閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ５４）。

制御部２７は、前方異常回数が異常閾値を超えた場合（ステップＳ５４肯定）、バースト始点のＴＳ番号を＋１デクリメントする（ステップＳ５５）。更に、制御部２７は、第２のゲート２２Ｂの設定状態として、（バースト始点－前マージン分－１）のＴＳ番号をクローズ、（バースト始点＋最大バースト数＋後マージン分）のＴＳ番号をオープンに設定すべく、リストテーブル２６を更新する（ステップＳ５６）。そして、制御部２７は、図１２に示す処理動作を終了する。

制御部２７は、（バースト始点－前マージン分）のＴＳの統計情報が正でない場合（ステップＳ５２否定）、バースト始点のＴＳ番号の統計情報が０であるか否かを判定する（ステップＳ５７）。制御部２７は、バースト始点のＴＳ番号の統計情報が０の場合（ステップＳ５７肯定）、正常時はＴＳの統計情報が正であるため、後方異常と判断し、後方異常回数を＋１インクリメントする（ステップＳ５８）。そして、制御部２７は、後方異常回数が異常閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ５９）。

制御部２７は、後方異常回数が異常閾値を超えた場合に（ステップＳ５９肯定）、バースト始点のＴＳ番号を＋１インクリメントする（ステップＳ６０）。制御部２７は、第２のゲート２２Ｂの設定状態として、（バースト始点－前マージン分）のＴＳ番号をオープン、（バースト始点＋最大バースト数＋後マージン分＋１）のＴＳ番号をクローズに設定すべく、リストテーブル２６を更新する（ステップＳ６１）。そして、制御部２７は、図１２に示す処理動作を終了する。

制御部２７は、バースト始点のＴＳ番号の統計情報が０でない場合（ステップＳ５７否定）、前方異常回数及び後方異常回数をリセットし（ステップＳ６２）、図１２に示す処理動作を終了する。収集部２４は、ＴＳ単位の高優先パケット（ＭＦＨパケット）の統計情報を取得しなかった場合（ステップＳ５１否定）、図１２に示す処理動作を終了する。制御部２７は、後方異常回数が異常閾値を超えなかった場合（ステップＳ５９否定）、又は、前方異常回数が異常閾値を超えなかった場合（ステップＳ５４否定）、図１２に示す処理動作を終了する。

第１の決定処理を実行する制御部２７は、ＭＦＨパケットの統計情報を取得し、（バースト始点－前マージン分）、すなわち前マージンのＴＳ番号の統計情報が正である場合、正常時は前マージンの統計情報が０であるため、前方異常回数を＋１インクリメントする。制御部２７は、前方異常回数が異常閾値を超えた場合、バースト始点のＴＳ番号を＋１デクリメントし、（バースト始点－前マージン分－１）のＴＳ番号の第２のゲート２２Ｂをクローズに設定する。更に、制御部２７は、（バースト始点＋最大バースト始点＋後マージン分）のＴＳ番号の第２のゲート２２Ｂをオープンに設定する。その結果、ＭＦＨパケットが前方１ＴＳ分移動した場合でも、第２のゲート２２Ｂのクローズ区間を１ＴＳ分前方に移動する。

制御部２７は、ＭＦＨパケットの統計情報を取得し、バースト始点の統計情報が０の場合、正常時がバースト始点のＴＳ番号の統計情報が正であるため、後方異常回数を＋１インクリメントする。制御部２７は、後方異常回数が異常閾値を超えた場合、バースト始点のＴＳ番号を＋１デクリメントし、（バースト始点－前マージン分）のＴＳ番号の第２のゲート２２Ｂをオープンに設定する。更に、制御部２７は、（バースト始点＋最大バースト始点＋最大バースト数＋後マージン分＋１）のＴＳ番号の第２のゲート２２Ｂをクローズに設定する。その結果、ＭＦＨパケットが後方１ＴＳ分移動した場合でも、第２のゲート２２Ｂのクローズ区間を１ＴＳ分後方に移動する。

実施例１のパケットスイッチ７は、受信パケットのタイムスロット毎のパケット量に基づき、受信パケットの周期性パターンを特定する。更に、パケットスイッチ７は、特定された受信パケットの周期性パターンに基づき、ＭＦＨパケットを優先的に出力するバーストＴＳ区間を特定し、特定されたバーストＴＳ区間の第１のゲート２２Ａ及び第２のゲート２２Ｂを制御した。その結果、パケットスイッチ７は、受信パケットの周期性パターンからＭＦＨパケットのバーストＴＳ区間を自律的に認識できるため、ＭＦＨパケットの出力遅延を抑制できる。しかも、パケットスイッチ７は、他のパケットスイッチ７の設定状態や、ＭＦＨパケットの送信タイミングを考慮しなくても、自律的にＭＦＨパケットの周期性パターンを認識できる。

パケットスイッチ７は、ＭＦＨパケットのパケット量に基づき、ＭＦＨパケットの周期性パターンを自律的に認識し、ＭＦＨパケットを優先出力する際の非ＭＦＨパケットのクローズ区間を決定する。その結果、パケットスイッチ７は、ＴＡＳ機能の事前設定や時刻同期等のネットワークに跨る複雑な調整なしにＭＦＨパケットの出力遅延を抑制できる。

パケットスイッチ７は、ＭＦＨパケットのパケット量に基づき、ＭＦＨパケットのバーストＴＳ区間及び前後のマージン区間を特定する。更に、パケットスイッチ７は、第１のゲート２２Ａをオープンにした状態で、これらバーストＴＳ区間及び前後のマージン区間に第２のゲート２２Ｂをクローズ区間に設定した。その結果、ＭＦＨパケットの出力遅延を抑制しながら、マージン区間を設けることで、演算速度が遅くても高速なゲート制御に対応できる。

パケットスイッチ７は、リストテーブル２６を参照し、ＭＦＨパケットを優先出力するバーストＴＳ区間の第１のゲート２２Ａ及び第２のゲート２２Ｂを制御する。その結果、パケットスイッチ７は、リストテーブル２６を参照し、ＭＦＨパケットの優先出力を実現できる。パケットスイッチ７は、周期性パターンに基づき、受信パケットのＴＳ数、ＴＳ間隔及び、当該ＴＳ毎の種別毎の第１のゲート２２Ａ及び第２のゲート２２Ｂの設定状態を特定し、特定された内容にリストテーブル２６の内容を更新する。その結果、パケットスイッチ７は、リストテーブル２６の内容を自律的に更新できる。

パケットスイッチ７は、前後の周期性パターンの同一タイムスロットのパケット量の有無に基づき、周期性パターンの変化を検出する。更に、パケットスイッチ７は、周期性パターンの変化を検出した場合に、後の周期性パターンに基づき、ＴＳ数、ＴＳ間隔及び第１のゲート２２Ａ及び第２のゲート２２Ｂの設定状態を特定する。そして、パケットスイッチ７は、特定された内容にリストテーブル２６の内容を更新する。その結果、パケットスイッチ７は、リストテーブル２６の内容を自律的に更新できる。

パケットスイッチ７は、ＭＦＨパケットを優先出力するバーストＴＳ区間に対応付けて、第１のゲート２２Ａをオープン、第２のゲート２２Ｂをクローズにする設定状態を対応付けてリストテーブル２６内に記憶する。その結果、パケットスイッチ７は、リストテーブル２６を参照し、ＭＦＨパケットを優先出力できる。

尚、上記実施例では、ＭＦＨパケットを優先的に出力、すなわち、非ＭＦＨパケットの出力を停止すべく、ＭＦＨパケットのバーストＴＳ区間に加えて前後の１ＴＳをマージン区間として設定した。しかしながら、ＭＦＨパケット内の制御パケット内の予約帯域量やＬｅｎｇｔｈ情報を利用することでマージン区間を設けなくても良く、その場合の実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。

図１３は、実施例２のパケット処理部１２Ａの構成の一例を示す説明図である。尚、実施例１の通信システム１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図１３に示すパケット処理部１２Ａは、第１のキュー２１Ａ、第２のキュー２１Ｂ、第１のゲート２２Ａ、第２のゲート２２Ｂ、セレクタ２３、収集部２４、リストテーブル２６及び制御部２７の他に、解析部２５Ａ及びフィルタ２８を有する。フィルタ２８は、ＭＦＨパケットの制御パケットを抽出する。解析部２５Ａは、フィルタ２８にて抽出された制御パケットに基づき、ＭＦＨパケットの周期性パターンを特定する。解析部２５Ａは、制御パケットが下りの制御パケットの場合、制御パケット内のＬｅｎｇｔｈ情報に基づき、例えば、４ｍ秒後の下りのＭＦＨパケットの周期性パターンを特定する。更に、解析部２５Ａは、制御パケットが上りの制御パケットの場合、制御パケット内の予約帯域量に基づき、上りのＭＦＨパケットの周期性パターンを特定する。

図１４は、リストテーブル２６のテーブル内容の一例を示す説明図である。図１４に示すリストテーブル２６では、ＴＳ数をＮ＝１４個にし、ＴＳ番号“４”、“５”及び“６”の第２のゲート２２Ｂをクローズにしている。

次に実施例２の通信システム１の動作について説明する。図１５は、第２の決定処理に関わるパケット処理部１２Ａの処理動作の一例を示す説明図である。図１５においてパケット処理部１２Ａ内の解析部２５Ａは、フィルタ２８を通じて制御情報を検出したか否かを判定する（ステップＳ７１）。尚、フィルタ２８は、ＭＦＨパケットから制御情報を抽出する。解析部２５Ａは、制御情報を検出した場合（ステップＳ７１肯定）、制御情報が下り方向の制御情報であるか否かを判定する（ステップＳ７２）。尚、下り方向の制御情報は、例えば、ＢＢＵ６からＲＲＨ５へのＭＦＨパケットの制御情報である。

解析部２５Ａは、制御情報が下り方向の制御情報である場合（ステップＳ７２肯定）、制御情報からＬｅｎｇｔｈ情報を取得する（ステップＳ７３）。解析部２５Ａは、（Ｌｅｎｇｔｈ情報÷１ＴＳ相当のパケット長）で調整値ｅを算出する（ステップＳ７４）。制御部２７は、下り方向のリストテーブル２６内のバースト始点のＴＳ番号から（バースト始点＋調整値ｅ）のＴＳ番号までのＭＦＨパケットのバーストＴＳ区間をクローズに設定し（ステップＳ７５）、図１５に示す処理動作を終了する。制御部２７は、Ｌｅｎｇｔｈ情報に基づき、後続パケットのパケット長が５０００バイトの場合、５０００バイト分のＴＳが３ＴＳであるため、マージンを設けることなく、ＴＳ番号“４”、“５”及び“６”の第２のゲート２２Ｂをクローズに設定する。

解析部２５Ａは、制御情報が下り方向の制御情報でない場合（ステップＳ７２否定）、上り方向の制御情報と判断し、制御情報から帯域予約量を取得する（ステップＳ７６）。尚、上り方向の制御情報は、例えば、ＲＲＨ５からＢＢＵ６へのＭＦＨパケットの制御情報である。解析部２５Ａは、（帯域予約量÷１ＴＳ相当のパケット長）で調整値ｆを算出する（ステップＳ７７）。制御部２７は、上り方向のリストテーブル２６内の帯域予約量相当のバースト始点のＴＳ番号から（バースト始点＋調整値ｆ）のＴＳ番号までのＭＦＨパケットのバーストＴＳ区間をクローズに設定し（ステップＳ７８）、図１５に示す処理動作を終了する。制御部２７は、帯域予約量に基づき、４ｍ秒後のパケットの帯域予約量が５０００バイトの場合、５０００バイト分のＴＳが３ＴＳであるため、マージンを設けることなく、ＴＳ番号“４”、“５”及び“６”の第２のゲート２２Ｂをクローズに設定する。

実施例２のパケットスイッチ７は、制御情報のＬｅｎｇｔｈ情報又は予約帯域量に基づき、マージン区間を設定することなく、第２のゲート２２Ｂのクローズ区間を設定した。その結果、パケットスイッチ７は、制御情報を用いてＭＦＨパケットのバーストＴＳ区間を高精度に特定する。そして、パケットスイッチ７は、ＭＦＨパケットの出力遅延を抑制し、しかも、マージン区間を設けないため、非ＭＦＨパケットのネットワーク使用率の向上が図れる。

上記実施例では、ＭＦＨパケットを高優先パケット及び非ＭＦＨパケットの低優先パケットの２種類としたが、２種類に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、優先度を３種類のパケットとした場合、３個のゲートを配置し、リストテーブル２６内の各ゲートの設定状態を格納するものとする。

上記実施例では、第４世代移動通信システムの無線信号のサブフレームの時間幅として１ｍ秒としたが、１ｍ秒に限定されるものではなく、例えば、第５世代移動通信システムの無線信号に対応すべく、サブフレームの時間幅は適宜変更可能である。

上記実施例では、解析部２５（２５Ａ）、制御部２７及びリストテーブル２６をパケット処理部１２（１２Ａ）に配置したが、例えば、解析部２５（２５Ａ）、制御部２７、リストテーブル２６をＣＰＵ１５内部に配置しても良く、適宜変更可能である。

上記実施例では、サブフレームの１周期をＮ個のＴＳとしたが、周期性を保持できれば良く、サブフレームの１周期をＮの倍数に設定しても良く、適宜変更可能である。

また、図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

更に、各装置で行われる各種処理機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のマイクロ・コンピュータ）上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良い。また、各種処理機能は、ＣＰＵ（又はＭＰＵ、ＭＣＵ等のマイクロ・コンピュータ）で解析実行するプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良いことは言うまでもない。

ところで、本実施例で説明した各種の処理は、予め用意されたプログラムを情報処理装置内のＣＰＵ等のプロセッサで実行させることによって実現できる。そこで、以下では、上記実施例と同様の機能を有するプログラムを実行する情報処理装置の一例を説明する。図１６は、パケット処理プログラムを実行する情報処理装置の一例を示す説明図である。

図１６に示すパケット処理プログラムを実行する情報処理装置１００は、通信部１１０と、ＲＯＭ(read Only Memory)１３０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１４０と、ＣＰＵ１５０とを有する。更に、通信部１１０、ＲＯＭ１３０、ＲＡＭ１４０及びＣＰＵ１５０は、バス１６０を介して接続される。通信部１１０は、パケットを受信する。通信部１１０は、受信パケットの種別毎に受信パケットを格納する複数の格納部１１０Ａと、各格納部１１０Ａの出力を開閉する開閉部１１０Ｂとを有する。

そして、ＲＯＭ１３０には、上記実施例と同様の機能を発揮するパケット処理プログラムが予め記憶されている。ＲＯＭ１３０は、パケット処理プログラムとして収集プログラム１３０Ａ、解析プログラム１３０Ｂ及び制御プログラム１３０Ｃが記憶されている。尚、ＲＯＭ１３０ではなく、図示せぬドライブでコンピュータ読取可能な記録媒体にパケット処理プログラムが記録されていても良い。また、記録媒体としては、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、ＵＳＢメモリ等の可搬型記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体メモリ等でも良い。

そして、ＣＰＵ１５０は、収集プログラム１３０ＡをＲＯＭ１３０から読み出して収集プロセス１５０Ａとして機能する。更に、ＣＰＵ１５０は、解析プログラム１３０ＢをＲＯＭ１３０から読み出して解析プロセス１５０Ｂとして機能する。更に、ＣＰＵ１５０は、制御プログラム１３０ＣをＲＯＭ１３０から読み出して制御プロセス１５０Ｃとして機能する。

ＣＰＵ１５０は、受信パケットのタイムスロット毎のパケット量を収集する。ＣＰＵ１５０は、受信パケットのタイムスロット毎のパケット量に基づき、受信パケットの周期性パターンを特定する。ＣＰＵ１５０は、特定された前記受信パケットの周期性パターンに基づき、所定種別の受信パケットを優先的に出力するタイムスロット区間を特定し、特定されたタイムスロット区間の各開閉部１１０Ｂの開閉を制御する。その結果、所定種別の受信パケットの出力遅延を抑制できる。

７ パケットスイッチ
１２ パケット処理部
２１Ａ 第１のキュー
２１Ｂ 第２のキュー
２２Ａ 第１のゲート
２２Ｂ 第２のゲート
２４ 収集部
２５ 解析部
２５Ａ 解析部
２６ リストテーブル
２７ 制御部
２８ フィルタ

Claims (2)

1. 受信パケットの種別毎に受信パケットを格納する複数の格納部と、
   各格納部の出力を開閉する開閉部と、
   前記受信パケットのタイムスロット毎に種別毎の開閉情報及び滞留時間を記憶した記憶部と、
   前記受信パケットの前記タイムスロット毎のパケット量を収集する収集部と、
   収集した前記受信パケットの内、優先制御対象パケットのタイムスロット毎のパケット量に基づき、前記優先制御対象パケットの周期を特定する解析部と、
   前記解析部にて特定された前記優先制御対象パケットの周期に基づき、前記記憶部内の前記優先制御対象パケットに関わる前記開閉情報で示すタイムスロット数及び前記滞留時間を調整すると共に、前記優先制御対象パケットが到着するタイムスロット区間において前記優先制御対象パケットを出力する前記開閉部を開制御するように前記記憶部を更新する制御部と
   を有することを特徴とするパケット処理装置。
2. 受信パケットの種別毎に受信パケットを格納する複数の格納部と、各格納部の出力を開閉する開閉部とを有するパケット処理装置が実行するパケット処理方法であって、
   前記パケット処理装置が、
   前記受信パケットのタイムスロット毎に種別毎の開閉情報及び滞留時間を記憶部に記憶しておき、
   前記受信パケットの前記タイムスロット毎のパケット量を収集し、
   収集した前記受信パケットの内、優先制御対象パケットのタイムスロット毎のパケット量に基づき、前記優先制御対象パケットの周期を特定し、
   特定された前記優先制御対象パケットの周期に基づき、前記記憶部内の前記優先制御対象パケットに関わる前記開閉情報で示すタイムスロット数及び前記滞留時間を調整すると共に、前記優先制御対象パケットが到着するタイムスロット区間において前記優先制御対象パケットを出力する前記開閉部を開制御するように前記記憶部を更新する
   処理を実行することを特徴とするパケット処理方法。

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