JP2000049862A - パケット通信網の方路選択方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】端末と端末とを結ぶパケット通信網の方路選択
方式において、特に輻輳状態にある経路や工事・障害等
で通信不能な経路を避け最短経路を選択するパケット通
信網の方路選択方式を提供する。 【解決手段】パケット通信網において、全てのノード間
の伝送路状態（実効伝送レート、輻輳状態、中継ノード
数等）を逐次計測するための伝送レート計測手段４２１
及び信号処理手段４２２と、得られた伝送路状態から端
末と端末を結ぶパケット通信網内に複数ある中継経路の
中から最短経路を予め把握しておく記憶手段４３２とを
全てのノードが持ち、パケットデータの中継時にこれを
参照して最短経路で網内を中継する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、端末と端末とを結
ぶパケット通信網の方路選択方式において、特に輻輳状
態にある経路や工事障害等で通信不能な経路を避け最短
経路を選択するパケット通信網の方路選択方式であっ
て、パケットデータのスループット向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】パケット通信網内には複数のパケット交
換機が設置され、それぞれが専用線で結ばれる。それぞ
れのパケット交換機は受信したパケットデータを蓄積し
次のパケット交換機へと中継する機能を持つ。つまり、
端末から端末へパケット通信網を介してパケットデータ
を送信する場合には網内に複数の方路が存在する。ここ
で、それぞれのパケット交換機のことをノードと呼ぶ。
各ノードにおいては、対向するノードとを結ぶ伝送路の
状態を認識し、輻輳状態もしくは工事・障害等ではない
伝送路（方路）を選択する機能を持つ。

【０００３】図１は、パケット通信網内の方路選択の一
例を示す中継経路図である。図１において、端末１０１
からパケットデータを受信したノード２０１では、ノー
ド２０２、２０３、２０４の３方路が選択候補となるが
いずれの方路も輻輳や障害等ではないため（符号Ｆｒｅ
ｅで示す。）ノード２０２方路へパケットデータを中継
する。ノード２０２では、ノード２０５、２０３、２０
１の３方路が候補となるが、ノード２０５方路は工事中
のため端末１０２に近いノード２０３方路へパケットデ
ータを中継する。ノード２０３では、ノード２０５、２
０４、２０１、２０２の４方路が候補となるが、ノード
２０５方路は障害のため、輻輳状態（符号Ｂｕｓｙで示
す。）ではあるが端末１０２へ近いノード２０４方路へ
パケットデータを中継する。ノード２０４では、ノード
２０５、２０１、２０３の３方路が候補となるが、輻輳
状態ではなく端末１０２へ最も近いノード２０５方路へ
パケットデータを中継し、パケットデータはノード２０
５から端末１０２へ到着する。

【０００４】このように、ノード２０１→２０２→２０
３→２０４→２０５という経路３０１にてパケットデー
タを中継することとなるも、理想はノード２０１→２０
４→２０５の経路３０２である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、端末
と端末とを結ぶパケット通信網において、最適な迂回路
がわからないことによるパケットデータの伝送遅延が生
じることである。その第１の理由は、パケット通信網内
の各ノードにおいて隣接するノードとを結ぶ伝送路状態
は認識しているが、隣接するノードの先の伝送路状態ま
で事前に認識していないからである。

【０００６】第２の理由は、パケット通信網内に複数あ
る経路の内輻輳していない経路が複数ある場合に、中継
するノードの数が最も少ない最短経路を事前に認識して
いないからである。各ノードでは、必要に応じてパケッ
トデータを蓄積するため伝送遅延が生じる。従って、中
継するノードの数が多いほど伝送遅延が増える。

【０００７】本発明の目的は、端末と端末とを結ぶパケ
ット通信網の方路選択方式において、特に輻輳状態にあ
る経路や工事・障害等で通信不能な経路を避け最短の経
路を選択するパケット通信網の方路選択方式を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、端末と端末と
を結ぶパケット通信網の方路選択方式であって、前記パ
ケット通信網内の各ノードにおいて、自ノードと隣接す
るノードとを結ぶ伝送路の輻輳状態を伝送レートに換算
して方路別に逐次記憶してこれを定期的に網内全てのノ
ードが収集しあう手段と、収集した伝送レート情報か
ら、端末と端末とを結ぶパケット通信網内の複数の経路
の中からの最短経路の選択情報を生成する手段と、端末
からパケットデータを受信した最初のノードではパケッ
トデータ内の宛先情報から前記最短経路の選択情報を参
照して最短経路を検索し、この経路情報を受信したパケ
ットデータに付加して次のノードへ中継する手段と、次
ノードにおいては受信したパケットデータ内の経路情報
を参照してさらに次のノードへ中継する手段とを有する
ことを特徴としている。ここで、最短経路選択情報は、
収集した伝送レート情報から、例えば自ノードと末端ノ
ードとを結ぶ２点間の経路毎に分類し、これら２点間を
結ぶ複数の経路の中から中継するノードの数が少なく、
かつノード間の伝送レートが最も早いものから順に並べ
替えて編集したものとすることも可能である。

【０００９】本発明によればまた、パケットデータが前
記経路情報に基づいて網内を中継している途中で突発的
な障害、工事等の伝送路の障害が発生した場合にも、直
前のノードにおいて最短経路の再検索を行い、新たな経
路情報を基に次ノードへ中継する手段を有することを特
徴とするパケット通信網の方路選択方式が得られる。

【００１０】なお、前記最短経路の選択情報は、少なく
とも各ノード間の伝送レート、回線使用率、及び中継ノ
ード数に対応する情報を含むようにすることができる。
また伝送レートに対応する情報は、複数の中継ノードに
おける最低の伝送レートに基づいて決定される実効伝送
レートを示す情報とすることができる。また、回線使用
率に対応する情報は、複数の中継ノードにおける最低の
回線使用率に基づいて決定される最大の回線使用率を示
す情報とすることができる。

【００１１】上記の構成によって本発明では、パケット
通信網内の各ノードにおいて、網内全ての最新の伝送路
状態を共有することにより瞬時に最適な方路選択が可能
となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、パケット通
信網内の方路選択の一例を示す中継経路図である。図１
を参照すると本発明の実施の形態は、パケットデータを
発信する端末１０１と、受信したパケットデータを目的
の端末１０２へ中継するパケット通信網内の各ノード２
０１〜２０５から構成されている。

【００１３】図２は、図１に示す各ノード（パケット交
換機）の装置構成を表すブロック図である。ただし、図
２では図１のノード２０１に対応する方路名を示してい
る。図２を参照すると、各ノードは、接続された各方路
４０１に対してパケットデータを送受する複数の送受信
手段４１１と、各送受信手段４１１にて送受するパケッ
トデータの伝送レートを計測する伝送レート計測手段４
２１と、伝送レート計測手段４２１で計測した伝送レー
ト情報をそれぞれ方路別に逐次記憶する記憶手段４３２
と、自ノードの伝送レートを計測する時間間隔を指定す
る伝送レート計測タイマ、他ノードの伝送レートの計測
結果を収集する時間間隔を指定する全ノード伝送レート
監視タイマ等を有し、周囲の全てのノードから伝送レー
ト情報を定期的に収集するためのタイマを作動させるた
めのタイマ手段４３１と、収集した伝送レート情報を基
に、受信したパケットデータを最短経路にて中継を行う
信号処理手段４２２から構成されている。

【００１４】図３は、パケットデータの一例を示す概念
図である。パケットデータは、ヘッダ部とデータ部とか
らなり、ヘッダ部には、発端末番号、着端末番号、着端
末に接続されているノードを示す着ノード番号からなる
宛先情報が含まれている。さらにこのヘッダ部は本発明
で新たに追加した経路情報５０１を含み、経路情報５０
１は発端末に接続されているノードを示す発ノード番号
と、到着（中継）すべきノードの数を示す着ノード数
と、到着すべき各着ノードを示す複数の着ノード番号と
から構成されている。この経路情報は、発ノード（この
場合ノード２０１）にて発端末から受信したパケットデ
ータに付加される。

【００１５】次に、図１〜図６を参照して、本パケット
通信網の方路選択方式の動作を説明する。なお、図４〜
図６は、パケット通信網内のノード間を結ぶ伝送路の伝
送レート（ｂｐｓ：bits per second）を記憶する伝送
レート情報６０１（図４）と、最短経路を求める際に対
象となる中間経路の候補６０２（図５）と、網内のパケ
ットデータを最短経路で中継するための情報である最短
経路選択情報６０３（図６）をそれぞれ示す概念図であ
る。また図４〜６は、特に、端末１０１から最初にパケ
ットデータを受信して方路選択を行うノード２０１にお
いて処理される情報を示している。また、中継経路の候
補６０２は、複数あるノード２０１からノード２０５ま
での中継経路を示している。

【００１６】まず図２を参照して動作の概略について説
明する。各ノードでは、各方路４０１から送受信される
パケットデータの伝送レートを、伝送レート計測手段４
２１にて計測し、得られた伝送レート情報（図４参照）
を方路毎に記憶手段４３２へ格納する。ここで、得られ
た伝送レート情報をその方路の最大回線容量で割った値
を回線使用率として輻輳状態の目安とする。続いてタイ
マ手段４３１にて作動された全ノード伝送レート監視タ
イマのタイムアウトで、全ノードに対して伝送レート情
報の要求信号を送信して伝送レート情報を収集する。続
いて収集した伝送レート情報を自ノードと全ての他ノー
ドとを結ぶ２点間の経路毎に分類し（図４参照）、これ
ら２点間を結ぶ複数の経路、中継するノードの数や、ノ
ード間の伝送レートの順位を含む最短経路選択情報（図
６参照）を作成し、記憶手段４３２に格納する。なお、
最短経路選択情報の作成は、信号処理手段４２２で行う
ようにすることもできるし、あるいは図示していない各
部を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）によって行うよう
こともできる。

【００１７】次に端末からパケットデータを受信した信
号処理手段４２２において、受信パケットデータ内の宛
先情報から記憶手段４３２に格納されている最短経路選
択情報を検索して、実効伝送レート、回線使用率、中継
ノード数の情報に基づいて、最短経路を割り出し、受信
したパケットデータに検索した経路情報を付与して次ノ
ードへ中継する。次ノードでは、受信したパケットデー
タ内の経路情報を参照してさらに次のノードへ中継を行
い、目的の端末へパケットデータを中継してゆく。

【００１８】次に、本パケット通信網の方路選択方式の
詳細動作を説明する。図１を参照すると、端末１０１と
端末１０２とを結ぶ中継経路は複数有り、ここではこれ
らの中から最短ルートを検索してパケットデータが中継
される様子をノード２０１を中心に説明する。

【００１９】図２に示すノード内の装置構成を表すブロ
ック図をノード２０１と仮定して説明する。図２を参照
すると、伝送レート計測手段４２１において各方路４０
１（対ノード２０２、２０３、２０４）から送信および
受信されるパケットデータの発生数とサイズ（ｂｉｔ）
を逐次記憶手段４３１の伝送レート情報（図４、伝送レ
ート情報６０１）の伝送レートに加算して行き、タイマ
手段４３１にて作動する伝送レート計測タイマのタイム
アウトにて一定時間内に各方路別に加算された伝送レー
トを所定の時間で割ることにより単位時間あたりの伝送
レート（Ｋｂｐｓ）を算出し伝送レート情報６０１へ記
憶する。さらに算出した伝送レートをその方路の最大回
線容量（ｂｐｓ）で割って１００％を乗じた結果をその
方路の回線使用率（％）として伝送レート情報６０１へ
記憶する。この使用率が所用値（仮に６０％ととする）
を越えた場合を輻輳状態とする。またその方路が工事・
障害中の場合は、回線使用率を１００％とする。このよ
うに得られた伝送レート、最大回線容量、回線使用率を
自ノードの伝送レート情報として、伝送レート情報６０
１に格納する。

【００２０】続いてタイマ手段４３１にて作動される全
ノード伝送レート監視タイマのタイムアウトで、全ノー
ドに対して伝送レート情報要求信号を送信し、各ノード
から受信された伝送レート情報報告信号内の伝送レート
情報を取り出してノード毎に伝送レート情報６０１に格
納する。全てのノードから伝送レート情報報告信号の受
信を終了した時点で格納した伝送レート情報６０１から
最短経路選択情報６０３を生成する。

【００２１】図５を参照すると、中継経路の候補６０２
によれば、ノード２０１とノード２０５を結ぶ経路は９
通りある。例えばノード２０１→２０２→２０５の経路
１を調べると、ノード２０２→２０５の区間の回線使用
率が１００％（工事中）であることがわかる。また、ノ
ード２０１→２０２→２０３→２０４→２０５の経路３
を調べると、ノード２０３→２０４の区間の回線使用率
が７０％で所用値（６０％）を越えた輻輳状態になって
おり、中継ノード数も最も多い４ノードであることがわ
かる。一方、ノード２０１→２０４→２０５の経路７を
調べると、ノード２０１→２０４とノード２０４→２０
５の区間の回線使用率はそれぞれ４１％と２０％で低く
（非輻輳状態）、かつ中継ノード数も２ノードと少ない
ことがわかる。ここで、ノード２０１→２０４の最大回
線容量が５６Ｋｂｐｓ、ノード２０４→２０５の最大回
線容量が６４Ｋｂｐｓといずれか低い方の最大回線容量
（この場合は５６Ｋｂｐｓ）がこの中継経路７の実効伝
送レートと定める。

【００２２】上記のように、ノード２０１と２０５を結
ぶ個々の経路を調べて行き、各経路ごとに、発ノード番
号と、各着（中継）ノード番号と、中継ノード数と、実
効伝送レートと、輻輳期間及び工事障害区間の有無なら
びに最大の回線使用率等の情報を示す中継経路内の伝送
路状態、最短経路の候補としての度合いを最短経路選択
情報６０３に記憶する。この最短経路の候補としての度
合いには、実効伝送レートが最も高く、かつ回線使用率
が低く（非輻輳状態）、さらに中継ノード数の少ない中
継経路から順に並べ替え、最も順位の高いものを最短
（☆☆☆）、次に順位の高いものを次候補（☆☆）、そ
の次を次々候補（☆）、また候補として成立しないもの
には不通を示す情報を設定する。そしてこれらの情報を
最短経路選択情報６０３として記憶手段４３２へ格納す
る。

【００２３】なお、最短経路選択情報６０３は、さら
に、各経路の情報に基づいて、実効伝送レートが最も早
く、かつ回線使用率が低く（非輻輳状態）、さらに中継
ノード数の少ない中継経路から順に並べ替えて記憶する
ようにしてもよい。また、最短経路の情報として、経路
順に優先度を示すような情報のみ、例えば最短の経路
と、それに続くいくつかの経路を示す情報（図６では星
印の数）のみとすることもできる。これらによれば、最
短経路選択情報６０３に基づく経路の選択処理を簡易に
することができる。

【００２４】図１を参照すると、端末１０１からパケッ
トデータを受信したノード２０１では、受信したパケッ
トデータ（図３）の宛先がノード２０５であることか
ら、ノード２０１〜２０５を結ぶ複数経路の中で最短経
路を最短経路選択情報（図６、最短経路選択情報６０
３）にて検索すると、ノード２０１→２０４→２０５の
経路３０２が最短経路であることが求まり、これらの中
継ノード番号を経路情報（図３、経路情報５０１参照）
として受信したパケットデータに付加、すなわち図３の
発ノード番号にノード２０１、着ノード数を２ノード、
第１着ノード番号をノード２０４、第２着ノード番号を
ノード２０５として設定し、次ノードであるノード２０
４へ中継する。ノード２０４では受信したパケットデー
タの経路情報を読み出すと、自ノード（ノード２０４）
の次のノード番号がノード２０５であることがわかり受
信したパケットデータをノード２０５へ中継する。

【００２５】以上のように本実施形態ではパケット通信
網内の各ノードにおいて、自ノードと隣接するノードと
を結ぶ伝送路の輻輳状態を伝送レートに換算して方路別
に逐次記憶し、さらにこれを定期的に網内全てのノード
で収集する。そして、収集した伝送レート情報から端末
と端末とを結ぶパケット通信網内の複数の経路の中から
最短経路の選択情報を生成する。さらに、端末からパケ
ットデータを受信した最初のノードではパケットデータ
内の宛先情報から最短経路の選択情報を参照して最短経
路を検索し、この経路情報を受信したパケットデータに
付加して次のノードへ中継する。また、次ノードにおい
ては受信したパケットデータ内の経路情報を参照してさ
らに次のノードへ中継するようにしている。

【００２６】なお、上記構成においては、パケット通信
網内に複数ある中継経路の中から、最短経路、次最短経
路、の順で次候補を予め用意しておくための手段とを全
てのノードが有しているので、端末と端末とを結ぶパケ
ット通信網内を経路情報に基づいてパケットデータを中
継している途中で、突発的な伝送路の障害等が発生した
場合には、直前のノードにおいて最短経路の再検索を行
うことにより新たな経路情報を生成しこれに基づいて障
害中の経路を迂回するようにすることも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば端
末と端末とを結ぶパケット通信網の最短方路選択方式を
提供できる。本発明の第１の効果は、端末と端末を結ぶ
パケット通信網内を中継するパケットデータの伝送遅延
を抑える（スループットを向上する）効果が得られるこ
とである。その理由は、パケット通信網内の全てのノー
ド間の伝送路状態（実効伝送レート、輻輳状態、中継ノ
ード数等）を逐次計測する手段と、得られた伝送路状態
から端末と端末を結ぶパケット通信網内に複数ある中継
経路の中から最短経路を予め把握しておく手段とを全て
のノードが有することである。

【００２８】第２の効果は、端末と端末を結ぶパケット
通信網内を中継している途中で突発的な伝送路障害等が
発生した場合でも、伝送遅延を最小限に抑えられる効果
が得られることである。その理由は、パケット通信網内
に複数ある中継経路の中から、最短経路、次最短経路、
の順で次候補を予め用意しておく手段とを全てのノード
が有することである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 パケット通信網内の方路選択の一例を示す中
継経路図である。

【図２】 パケット交換機（ノード）の装置構成を表す
ブロック図である。

【図３】 パケットデータの一例を示す概念図である。

【図４】 ノード間の伝送レート情報を示す概念図であ
る。

【図５】 経路選択の際に候補となる経路情報を示す概
念図である。図である。

【図６】 網内の最短経路を選択するための情報を示す
概念図である。

【符号の説明】

１０１，１０２ 端末 ２０１〜２０５ パケット交換機（ノード） ３０１，３０２ 中継経路 ４０１ ノード内の各方路 ４１１ ノード内の送受信手段 ４２１ ノード内の伝送レート計測手段 ４２２ ノード内の信号処理手段 ４３１ ノード内のタイマ手段 ４３２ ノード内の記憶手段 ５０１ 経路情報 ６０１ 伝送レート情報 ６０２ 中継経路の候補 ６０３ 最短経路選択情報

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端末と端末とを結ぶパケット通信網の方
   路選択方式であって、 前記パケット通信網内の各ノードにおいて、自ノードと
   隣接するノードとを結ぶ伝送路の輻輳状態を伝送レート
   に換算して方路別に逐次記憶してこれを定期的に網内全
   てのノードが収集しあう手段と、 収集した伝送レート情報から、端末と端末とを結ぶパケ
   ット通信網内の複数の経路の中からの最短経路の選択情
   報を生成する手段と、 端末からパケットデータを受信した最初のノードではパ
   ケットデータ内の宛先情報から前記最短経路の選択情報
   を参照して最短経路を検索し、この経路情報を受信した
   パケットデータに付加して次のノードへ中継する手段
   と、 次ノードにおいては受信したパケットデータ内の経路情
   報を参照してさらに次のノードへ中継する手段とを有す
   ることを特徴とするパケット通信網の方路選択方式。
2. 【請求項２】 端末と端末とを結ぶパケット通信網内を
   前記経路情報に基づいてパケットデータを中継している
   途中で、突発的な障害、工事等の伝送路の障害が発生し
   た場合にも直前のノードにおいて最短経路の再検索を行
   うことにより新たな経路情報を生成しこれに基づいて障
   害中の経路を迂回する手段を有することを特徴とする前
   記請求項１記載のパケット通信網の方路選択方式。
3. 【請求項３】 前記最短経路の選択情報が、少なくとも
   各ノード間の伝送レート、回線使用率、及び中継ノード
   数に対応する情報を含んでいることを特徴とする請求項
   １又は２記載のパケット通信網の方路選択方式。
4. 【請求項４】 前記伝送レートに対応する情報が、複数
   の中継ノードにおける最低の伝送レートに基づいて決定
   される実効伝送レートを示す情報であることを特徴とす
   る請求項３記載のパケット通信網の方路選択方式。
5. 【請求項５】 前記回線使用率に対応する情報が、複数
   の中継ノードにおける最低の回線使用率に基づいて決定
   されるその経路における最大の回線使用率を示す情報で
   あることを特徴とする請求項３記載のパケット通信網の
   方路選択方式。