JP2001111608A

JP2001111608A - パケット並べ替え装置とその通信ネットワーク及び通信制御方式

Info

Publication number: JP2001111608A
Application number: JP28669899A
Authority: JP
Inventors: Koji Nishida; 康二西田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】パケットロスを判断し、読み出しポインタを
強制的にストアされているポインタ値までインクリメン
トすることにより、既に到着しているパケット列の先頭
パケットから送信するようにしたパケット並べ替え装置
を提供する。【解決手段】パケットのヘッダ情報部にシーケンス番
号が付加されており、次に送信すべきシーケンス番号の
パケットが到着するまでパケットの読み出しを待機する
並べ替え手段９０２と、並べ替え手段９０２に滞留して
いるパケット数を計測するパケット滞留数計測部８０１
と、並べ替え手段９０２にパケットが滞留している時間
を計測するパケット滞留時間計測部８０２とによって少
なくとも構成され、パケット滞留数がパケット滞留数閾
値（８００）を超過すること、又はパケット滞留時間が
パケット滞留時間閾値（８０３）を超過することによっ
てパケットロスを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パケット並べ替え
装置とその通信ネットワーク及び通信制御方法に関し、
更に詳しくは、特にパケット伝送順序が保証されない並
列多重伝送路に対応したパケット並べ替え装置におい
て、パケットロス時の通信制御方法とそれを実現するパ
ケット並べ替え装置の構成と、前記パケット並べ替え装
置を用いたネットワークシステムとに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報量の増大に伴い、端末装置を
接続するネットワークの高速大容量化に対応すべく、ノ
ード装置を並列多重伝送路で接続したネットワークシス
テムが検討されている。以下に従来のノード装置及びこ
れを用いたネットワークシステムについて説明する。

【０００３】図２は、従来のネットワークにおけるノー
ド装置の構成図である。図２において、符号２５１〜２
５８は、端末インタフェース部であり、並べ替え手段で
あるところの並べ替え部において、分離挿入部からサブ
伝送路を通して伝送されてくるパケットを各コネクショ
ン毎のリングバッファに保持し、パケットを読み出す際
にパケットの伝送順序を変更してパケットを送信する並
べ替え機能と、ヘッダ変換手段であるところのヘッダ変
換部において、端末から伝送されてくるパケットのヘッ
ダ情報を任意に変換するヘッダ変換を行う機能を有して
いる。符号２０１〜２０８は、分離挿入手段であるとこ
ろの分離挿入部であり、並列多重伝送路から入力される
パケットのアドレスを検出し、サブ伝送路を介して端末
インタフェース部へ伝送させるパケットとバッファへ入
力させるパケットに分離すると共に、端末インタフェー
ス部２５１〜２５８から伝送されてくるパケットを、並
列多重伝送路から入力されるパケット流に挿入する機能
を有している。符号２１１〜２１８は、バッファ手段で
あるところのバッファであり、分離挿入部２０１〜２０
８から出力されるパケットをスイッチ２４１の出力端子
に対応した記憶領域に一時記憶する機能を有している。
符号２２１〜２２８、２３１〜２３８は、ノード間を接
続するための並列多重伝送路であり、例えば空間的に分
離された複数の光ファイバ伝送路であったり、或いは１
本の光ファイバ上に波長分割されて多重化された波長多
重伝送路であったりする。符号２４１は、スイッチであ
り、スイッチ制御部２４２により制御されて、入力端子
ＩＮ１〜ＩＮ８に入力したパケットを任意の出力端子Ｏ
ＵＴ１〜ＯＵＴ８へ接続するものである。スイッチ２４
１は、並列多重伝送路２２１〜２２８、２３１〜２３８
に複数の光ファイバ伝送路を用いるときには、空間スイ
ッチ等を用いて交換を行う。また、波長多重伝送路を用
いる場合には、図とは若干構成が異なるが、複数の可変
波長レーザダイオードと合波器からなる送信部を波長多
重伝送路へ接続し、波長多重伝送路の受信部で分波器に
より各波長を分離することでノード間でスイッチを構成
し、可変波長レーザダイオードの送信波長を波長λ１〜
λ８の任意の波長に設定することで交換を行う。符号２
４２は、スイッチ制御部であり、例えば、後述する図５
の制御パターンに従ってスイッチ２４１を制御する。符
号２４３は、バッファ制御部であり、複数の通信路に均
等にパケットを伝送できるように各バッファ２１１〜２
１８に接続されたスイッチ２４１の入力端子が所望の出
力端子に接続されたときに対応するバッファから記憶さ
れているパケットを分散して読み出すように制御するも
のである。

【０００４】このように、複数の通信路を用い各通信路
に均等にパケットが流れるように分散させながらパケッ
トを送信する通信システムでは、送信側ノードから受信
側ノードへの伝送時において複数の送信路にパケットが
ランダムに送出され、且つ、途中のノードのバッファの
混み具合に従ってセルが停滞するために、セルの到着順
序がばらばらになり、受信側ノードに到着するセルの順
番は保証されない。

【０００５】図１は、ノード装置の端末インタフェース
部の内部構成を示し、図２の端末インタフェース部２５
１〜２５８の内部構成を示す。ヘッダ変換部１０１は、
ネットワークにパケットを送信する際に、シーケンス番
号をパケットの送信順番に対応してパケットのヘッダに
付加する機能部であり、並べ替え部１０２は、ランダム
に到着したパケットをシーケンス番号順にパケットを並
べ替える機能を持ち、図９に並べ替え部１０２の１コネ
クション分の内部構成を示す。図９は、ノード装置の端
末インターフェース部内の並べ替え部の内部構成を示す
図である。図９において、符号９００は、パケットのヘ
ッダ情報からシーケンス番号を分離するシーケンス番号
分離部、符号９０１は並べ替えバッファ９０２からパケ
ットを読み出すためのアドレスを生成する読み出しポイ
ンタ用リングカウンタ、符号９０２は、パケットを一時
記憶し、シーケンス番号順にパケットを送信するための
並べ替えバッファであり、並べ替え制御部９０３により
制御される。

【０００６】シーケンス番号分離部９００によってパケ
ットのヘッダ情報上のシーケンス番号に従った書き込み
ポインタを生成し、そのポインタの指し示す並べ替えバ
ッファ９０２の記憶領域にパケットデータの書き込み
と、パケットデータが書き込まれていることを示すスト
アフラグビットの保持を行う。パケットの読み出し側
は、パケット読み出し毎にインクリメントされる読み出
しポインタ用リングカウンタ９０１に従って、読み出し
ポインタを生成し、そのポインタの指し示す並べ替えバ
ッファ９０２の記憶領域を読み出し、ストアフラグビッ
トが保持されているかどうかを確認する。保持されてい
ればパケットデータが書き込まれているということなの
で、そのパケットデータを読み出してパケットを送信
し、ストアフラグビットもクリアする。

【０００７】図３は、ノード装置の分離挿入部の内部構
成を示す図で、図２に示す分離挿入部２０１〜２０８の
内部構成を示す。図３において、符号３０１は、パケッ
トのヘッダから宛先アドレスを検出するヘッダ検出部、
符号３０２、３０３は、入力信号を出力又は遮断するた
めのゲート、符号３０４は、２つの入力信号のどちらか
一方を出力するセレクタ、符号３０５は、パケットを一
時記憶するためのＦＩＦＯ（First-In First-Out先入れ
先出し）である。分離挿入部２０１〜２０８において並
列多重伝送路２２１〜２２８より入力したパケットは、
ヘッダ検出部３０１においてヘッダが検出され、ヘッダ
の内容によりゲート３０２とゲート３０３の開閉の処理
を行う。ヘッダ検出部３０１には予めその分離挿入部に
接続されている端末のアドレスが記憶されており、検出
した宛先アドレスが記憶しているアドレスと一致したと
きには、ゲート３０３を開き、且つゲート３０２を閉じ
て端末方向のみにそのパケットを出力する。また、検出
した宛先アドレスが記憶しているアドレスと一致しない
場合は、ゲート３０２を開き、且つゲート３０３を閉じ
て、セレクタ３０４のみにそのパケットを出力してセレ
クタ３０４を通ってバッファへ送られる。一方、端末か
ら伝送されてきたパケットはＦＩＦＯ３０５に一時記憶
し、ゲート３０２からセレクタ３０４に入力したパケッ
ト流に隙間があるときにＦＩＦＯ３０５から読み出さ
れ、セレクタ３０４を通ってバッファへ送られるように
動作する。

【０００８】図４はノード装置のバッファの内部構成を
示す図であり、図２のバッファ２１１〜２１８の内部構
成である。図４において、符号４０１は、スイッチ２４
１の出力端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴ８に対応した記憶領域１
〜記憶領域８からなるバッファメモリ、符号４０２は、
パケットのヘッダから宛先アドレスを検出するヘッダ検
出部、符号４０３は、バッファメモリ４０１に書き込み
アドレスを供給するためのアドレスカウンタである。バ
ッファ２１１〜２１８において、分離挿入部２０１〜２
０８より入力したパケットは、ヘッダ検出部４０２にお
いてヘッダが検出され、ヘッダの内容によりそのパケッ
トを記憶する記憶領域が決定される。ヘッダ検出部４０
２には予め隣接する下流ノードに接続される端末のアド
レスが記憶されており、検出した宛先が記憶しているア
ドレスと一致したときには、その端末が接続されている
伝送路つまりスイッチ２４１の出力端子に対応した記憶
領域を指定し、アドレスカウンタ４０３より書き込みア
ドレスを発生させてバッファメモリ４０１に記憶させ
る。また、検出した宛先アドレスが記憶しているアドレ
スと一致しないときには、任意の記憶領域に均等に分散
させてパケットを記憶させるよう制御する。

【０００９】図５は、バッファ及びスイッチの入出力制
御法則を示す図であり、図２に示すスイッチ２４１の入
出力の接続関係を示す制御パターンである。図５におい
て、制御アドレスＡ１〜Ａ８によりスイッチ２４１の入
出力接続関係が変更される。入力端子ＩＮ１〜ＩＮ８
は、バッファ２１１〜２１８に対応しており、出力端子
ＯＵＴ１〜ＯＵＴ８（又は送信波長λ１〜λ８）は、各
バッファ２１１〜２１８のバッファメモリ４０１の記憶
領域１〜記憶領域８に対応している。

【００１０】図６は、ネットワークの構成を示す図であ
り、図２に示すノード装置を用いたネットワークシステ
ムの構成例である。図６において、４つのノード装置６
０１〜６０４を並列多重伝送路６０５〜６０８によって
リング型に接続し、各ノード装置６０１〜６０４にはそ
れぞれ８本のサブ伝送路を介して８台の端末が接続され
ている。端末６１１〜６１８は、端末インタフェース部
２５１〜２５８に接続され、同様に端末６２１〜６２
８、６３１〜６３８、６４１〜６４８も端末インタフェ
ース部２５１〜２５８に接続されている。

【００１１】図７は、ネットワークの通信原理を説明す
るための図である。図７において、符号７０１〜７０４
は、ノード装置、符号７０５〜７０８は、スイッチ２４
１に対応した交換スイッチ、符号７０９〜７１２は、バ
ッファ２１１〜２１８に対応したバッファ、符号７４１
〜７４４は、端末インタフェース部、符号７２１〜７３
６は、端末、符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、リングを成す並列
伝送路である。

【００１２】まず、図７を用いてこのネットワークの通
信原理について説明する。このネットワークは、複数の
並列伝送路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有し、各並列伝送路Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ間は、交換スイッチ７０５〜７０８によって
相互に接続されている。各端末７２１〜７３６は、並列
伝送路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの中の１つの伝送路に接続されて
おり、他の伝送路に接続された端末と通信を行う場合
は、少なくとも１回、任意の交換スイッチにより他の伝
送路に交換されることで通信が行われる。交換が行われ
る位置は特定されないが、宛先ノードの１つ手前のノー
ドで宛先の伝送路へ乗り換えるようにし、他のノードで
はパケットの伝送順序を特に保証せずに、任意の伝送路
へ分散させるようにすると通信制御が容易になる。この
ネットワークでは、ノード装置を簡略化するため、交換
スイッチ７０５〜７０８は、入力信号とは無関係に入出
力の接続関係を特定の巡回パターンにしたがって一定周
期で変更し、バッファ７０９〜７１２で入力信号を一時
蓄積して、交換スイッチ７０５〜７０８の入出力接続関
係が所望の関係になったときに対応するバッファからパ
ケットを読み出すようにして交換が行われる。

【００１３】例えば、端末７２２から端末７３２へ通信
する場合は、端末７２２から出力されたパケットは、ノ
ード７０１の端末インタフェース部７４１でシーケンス
番号をパケットヘッダに挿入してからバッファ７０９に
蓄積され、スイッチ７０５の入力端子ＩＮ２が例えば出
力端子ＯＵＴ２（太字で示す）に接続されたときにバッ
ファ７０９から読み出されて伝送路Ｂに出力され、ノー
ド７０２のバッファ７１０へ入力してスイッチ７０６の
入力端子ＩＮ２と出力端子ＯＵＴ４（太字で示す）が接
続されたときにバッファ７１０から読み出されることに
より、伝送路Ｄへ出力される。このときパケットの伝送
順番が入れ替わっている可能性があるが、伝送路Ｄから
分離されたパケットが端末インタフェース部７４３によ
ってシーケンス番号順に並び替えられてから端末７３２
へパケットが送られる。このように、それぞれのノード
装置７０１〜７０４で並列伝送路Ａ〜Ｄの任意の並列伝
送路に乗り換えることにより通信が行われる。

【００１４】次に、図１〜図６、図９を用いて詳細を説
明する。尚、説明においては、並列多重伝送路は、空間
的に分離された複数の光ファイバ伝送路、スイッチは、
空間スイッチとして説明するが、波長多重伝送路を用い
る場合も上記原理に基づいており、ほぼ同様の動作が行
われる。例えば、図６に示す端末６１２から端末６３５
へ通信する場合の動作例について説明する。

【００１５】端末６１２からの送信データは、固定長の
パケットに分割され、ヘッダ変換部１０１（図１）で、
各パケットのヘッダに宛先アドレスとシーケンス番号が
記載されて出力される。出力されたパケットは、サブ伝
送路を通ってノード装置６０１へ入力し、分離挿入部２
０２（図２）のＦＩＦＯ３０５（図３）に一時記憶され
る。記憶されたパケットは、ゲート３０２からセレクタ
３０４に入力したパケット流に隙間があるときにＦＩＦ
Ｏ３０５から読み出され、セレクタ３０４を通ってバッ
ファ２１２へ送られる。

【００１６】バッファ２１２のヘッダ検出部４０２（図
４）は、入力したパケットのヘッダを検出すると、検出
した宛先アドレスが記憶しているアドレスと一致しない
ので、任意の記憶領域を指定する。書き込みアドレスカ
ウンタ４０３は、その情報を受けて書き込みアドレスを
発生させ、そのパケットをバッファメモリ４０１の記憶
領域に書き込ませる。ここでは、仮に記憶領域１に記憶
されるとする。後続のパケットが入力したときは、他の
空いた記憶領域に書き込まれるように分散させて記憶さ
せる動作を行う。バッファ制御部２４３は、スイッチ２
４１の入力端子ＩＮ２が出力端子ＯＵＴ１に接続される
までそのパケットの読み出しを待機させ、接続されたと
きにパケットを読み出す。

【００１７】スイッチ制御部２４２は、図５に示すテー
ブルのように制御アドレスをＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、
Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８と順次供給してスイッチ２４１
の接続関係を変更させ、且つ制御アドレスを例えば１パ
ケット長周期に供給することで、８パケット周期で同じ
パターンを繰り返すように制御している。その情報をバ
ッファ制御部２４３へ通知することでバッファからの読
み出しタイミングが制御される。ここでは、スイッチ２
４１の入力端子ＩＮ２が出力端子ＯＵＴ１に接続された
ときにバッファ２１２の記憶領域１からパケットが読み
出されることにより、そのパケットは、スイッチ２４１
を通って伝送路２３１へ出力される。

【００１８】伝送路２３１（図２）を伝送されたパケッ
トは、ノード装置６０２の分離挿入部２０１に入力し、
ヘッダ検出部３０１（図３）においてパケットのヘッダ
が検出される。検出した宛先アドレスは、記憶している
アドレスと一致しないので、ゲート３０２を開きゲート
３０３を閉じてセレクタ３０４へそのパケットを出力す
る。分離挿入部２０１のセレクタ３０４へ出力されたパ
ケットは、セレクタ３０４を通りバッファ２１１へ入力
する。ヘッダ検出部４０２（図４）は、ヘッダを検出す
ると検出した宛先アドレスが記憶しているアドレスと一
致しているので、宛先アドレスの端末が接続される伝送
路に対応する記憶領域を指定する。ここでは、宛先の端
末６３５が伝送路２３５に接続されているので記憶領域
５に記憶させる。

【００１９】バッファ制御部２４３は、スイッチ２４１
の入力端子ＩＮ１が出力端子ＯＵＴ５に接続されたとき
にバッファ２１１の記憶領域５からパケットを読み出す
ことで、パケットは、スイッチ２４１を通って伝送路２
３５へ出力される。この伝送路２３５を通ってノード装
置６０３の分離挿入部２０５に入力したパケットは、ヘ
ッダ検出部３０１でヘッダが検出され、検出した宛先ア
ドレスが記憶しているアドレスと一致したので、ゲート
３０３を開き且つゲート３０２を閉じて端末方向のみに
そのパケットを出力する。分離挿入部２０５から端末方
向へ出力されたパケットは、サブ伝送路を通って端末イ
ンタフェース部２５５へ送られる。端末インタフェース
部２５５は、並べ替え制御部９０３（図９）によってコ
ントロールされており、パケットの書き込みは、シーケ
ンス番号分離部９００によってパケットヘッダ上のシー
ケンス番号に従った書き込みポインタを生成し、そのポ
インタの指し示す並べ替えバッファ９０２の記憶領域に
パケットデータの書き込みと、パケットデータが書き込
まれていることを示すストアフラグビットの保持を行
う。パケットの読み出し側は、パケット読み出し毎にイ
ンクリメントされる読み出しポインタ用リングカウンタ
９０１に従って、読み出しポインタを生成し、そのポイ
ンタの指し示す並べ替えバッファ９０２の記憶領域を読
み出し、ストアフラグビットが保持されているかどうか
を確認する。ストアフラグビットが保持されていればパ
ケットデータが書き込まれているということなので、そ
のパケットデータを読み出してパケットを送信し、スト
アフラグビットもクリアし、読み出しポインタ用リング
カウンタ９０１をインクリメントすることで次に読み出
すべきシーケンス番号に対応するポインタ値を生成す
る。もし、ストアフラグビットが保持されていなけれ
ば、パケットがまだ到着していないということであるの
で、パケットデータの読み出しは、次に読み出すべきパ
ケットが到着してストアフラグビットが表示されるまで
待機することになる。このことによりランダムに到着し
たパケットデータをシーケンス番号順に並び替えて端末
６３５に送信する。このようにして、端末６１２から端
末６３５への通信が行われる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】伝送路ではパケットロ
スが生じる可能性があり、上記のような技術において、
パケットロスが生じた場合はシーケンス番号列に抜けが
生じ、即ち、ストアフラグビットが保持されることのな
い状況が生じる。これは上述したように、ストアフラグ
ビットが保持されないことにより、パケットデータの読
み出しを待機し続ける状態で回路が停滞してしまうこと
を意味する。

【００２１】尚、パケットに付加されるシーケンス番号
は、ある値（図９の例では５１１）を最大値にし、その
次は０に戻るようなリングカウンタの値を付加されてい
る。従って、最大値（５１２パケット）分のパケット毎
に同じシーケンス番号のパケットが現れる。その最大値
は、ネットワークをパケットが伝播する際に順番が入れ
替わる最大値より十分大きな値が設定される。

【００２２】パケットロスが発生すると、パケット読み
出しが停止した状態になり、一方、送信側からパケット
が送信され続けると、やがて並べ替えバッファに滞留し
ているパケットと同一シーケンス番号を持つパケットが
到着することになる。このことによりパケットロスが生
じていることを判断できるが、これでは同一シーケンス
番号のパケットが到着してしまうことによりパケットデ
ータが破壊（上書き又は破棄）されてしまうので送信デ
ータのエラー率が増大してしまうことになる。

【００２３】また、パケットロス後の送信データの総量
がこの最大値より少ないときにパケットロスが生じる
と、パケットロスが発生したことがいつまでも検出する
ことができないという問題点があった。

【００２４】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、パケットロスを判断し、読み出しポインタを強制的
にストアされているポインタ値までインクリメントする
ことにより、既に到着しているパケット列の先頭パケッ
トから送信するようにしたパケット並べ替え装置とその
通信ネットワーク及び通信制御方式を提供することを目
的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係わるパケット並べ替え装置
は、パケットのヘッダ情報部にシーケンス番号が付加さ
れており、次に送信すべきシーケンス番号のパケットが
到着するまでパケットの読み出しを待機する並べ替え手
段と、前記並べ替え手段に滞留しているパケット数を計
測するパケット滞留数計測部と、前記並べ替え手段にパ
ケットが滞留している時間を計測するパケット滞留時間
計測部とによって少なくとも構成され、パケット滞留数
がパケット滞留数閾値を超過すること、又はパケット滞
留時間がパケット滞留時間閾値を超過することによって
パケットロスを検出することを特徴とする。

【００２６】請求項２に係わるパケット並べ替え装置
は、請求項１に係わるパケット並べ替え装置において、
前記パケット滞留数計測部はセル滞留数カウンタテーブ
ルを用いてセル滞留数を保持し、前記パケット滞留時間
計測部はタイムアウトチェックフラグテーブルを用いて
タイムアウトチェック用のフラグを保持し、前記セル滞
留数カウンタテーブル及び前記タイムアウトチェックフ
ラグテーブルはコネクション毎に領域を分割して管理す
ることにより、複数コネクションにおけるパケットロス
の検出を行うことを特徴とする請求項１に記載のパケッ
ト並べ替え装置。

【００２７】請求項３に係わる通信ネットワークは、端
末からのパケットを複数の伝送チャンネルを有する並列
多重伝送路に挿入し、前記並列多重伝送路からのパケッ
トをパケットのヘッダの情報によりバッファ手段又は端
末インタフェース部へ出力する複数の分離挿入手段と、
前記複数の分離挿入手段からの信号を複数の記憶領域の
１つに一時記憶させるためのバッファ手段と、前記複数
の伝送チャンネルのそれぞれを他の伝送チャンネルへ切
り替えるためのスイッチ手段と、前記バッファ手段と前
記スイッチ手段を制御するための制御手段と、請求項１
又は２に記載のパケット並べ替え装置を用いてパケット
の伝送順序を変更する並べ替え手段とパケットのヘッダ
情報を任意に変換するヘッダ変換手段とにより構成され
る端末インタフェース部とから少なくとも構成される複
数のノード装置を、前記並列多重伝送路によってリング
状に接続し、前記並べ替え手段においてパケットの滞留
数がパケット滞留数閾値を超過すること、又はパケット
滞留時間がパケット滞留時間閾値を超過することによっ
てパケットロスを検出することを特徴とする。

【００２８】請求項４に係わる通信制御方式は、並列伝
送路をノード装置によりリング状につないだマルチリン
グネットワークにおいて送信端末より出力されるパケッ
トの伝送順序を該マルチリングネットワーク上で保証せ
ず、受信端末、又は端末インタフェース部において請求
項１又は２に記載のパケット並べ替え装置を用いて送信
時の伝送順にパケットを並べ直し、前記並べ替え手段に
おいてパケットの滞留数がパケット滞留数閾値を超過す
ること、又はパケット滞留時間がパケット滞留時間閾値
を超過することによってパケットロスを検出することを
特徴とする。

【００２９】請求項５に係わる通信制御方式は、請求項
４に記載の通信制御方式において、前記並べ替え手段に
おいて、パケットロスが生じた後、パケット滞留数閾値
以上のパケットが前記並べ替え手段に伝送され続けた場
合に対応してパケット滞留数計測部とパケット滞留数閾
値とを持ち、パケット滞留数がパケット滞留数閾値を超
過したことによりパケットロスを検出することを特徴と
する。

【００３０】請求項６に係わる通信制御方式は、請求項
４に記載の通信制御方式において、前記並べ替え手段に
おいて、パケットロスが生じた後、前記パケット滞留数
閾値未満の少量のパケットしか該並べ替え手段に伝送さ
れてこなかった場合に対応してパケット滞留時間計測部
とパケット滞留時間閾値とを持ち、パケット滞留時間が
パケット滞留時間閾値を超過したことによりパケットロ
スを検出することを特徴とする。

【００３１】請求項７に係わる通信制御方式は、請求項
４に記載の通信制御方式において、パケットロスの判断
を行う際に、パケット滞留数がパケット滞留数閾値を超
過したこと、又はパケット滞留時間がパケット滞留時間
閾値を超過したことによるパケットロスの判断結果の論
理和によって最終的なパケットロスの検出を行うことを
特徴とする。

【００３２】請求項８に係わる通信制御方式は、請求項
７に記載の通信制御方式において、パケットがロスして
いると判断した際に、前記並べ替え手段において、ロス
したパケットを無視してシーケンス番号順に従って正常
に到着しているパケットから読み出すことを特徴とす
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００３４】先ず、本発明の概要について説明する。伝
送路において、パケットロスがあっても、パケットが抜
けた状態のまま受信端末に送れば、ネットワークの上位
層でエラーが検出されるため、パケットの廃棄やパケッ
トの再送等の処理が行われる。よって、パケットロスを
判断した後、読み出しポインタを強制的にストアされて
いるポインタ値までインクリメントすることにより、既
に正常に到着しているパケット列の先頭パケットから送
信する。そのときのパケットロスの判断は、下記の２方
式により行う。

【００３５】（１）パケット滞留計測部とパケット滞留
数閾値を持ち、パケットロスが生じたとき、シーケンス
番号が連続していないことからパケットの読み出しが行
われないためパケットが滞留したままとなり、パケット
の流入が続けばパケット滞留数が増加し、パケット滞留
数閾値を超過することになる。このことによりパケット
ロスの判断を行う。

【００３６】（２）パケット滞留時間計測部とパケット
滞留時間閾値を持ち、パケットロス時は、シーケンス番
号が連続していないことからパケットの読み出しが行わ
れないためにパケットが滞留したままとなり、そのため
パケット読み出しによるパケット滞留時間計測値のリセ
ットが行われず滞留時間が計測され続け、その滞留時間
がパケット滞留時間閾値と比較されてタイムアウトであ
ることを検出することによりパケットロスの検出をす
る。

【００３７】以上の２方式によってパケットロスを判断
することで、パケットデータが破壊（上書き又は廃棄）
されてしまい伝送エラー率が増大してしまうことや、パ
ケットロスが発生したことをいつまでも検出することが
できないという問題を解消することができる。

【００３８】（第１の実施の形態）本発明の通信制御方
式が適用される通信ネットワークでは、パケット送信時
の順番が保証されないネットワークを前提としており、
本実施の形態の回路にパケットがランダムに入力されて
くる。図９は、ノード装置の端末インタフェース部内の
並べ替え部の内部構成を示す図、図８は、パケットロス
の判断を行う機能ブロックを示す図である。図９及び図
８示すように、パケット入力時においてパケットのヘッ
ダ部を分離してシーケンス番号分離部９００に送り、こ
のシーケンス番号分離部９００でヘッダ内のシーケンス
番号を用いてパケットの書き込みポインタを生成する。
パケットデータは、この書き込みポインタの指し示す並
べ替えバッファ９０２の記憶領域にパケット保持すると
共に、この並べ替えバッファ９０２内の前記記憶領域の
ストアフラグを立てることで、前記パケットが保持され
ていることを表示する。また、セルロス判断部（図８）
において、パケット書き込み有り（８１１）の信号を用
いてパケット滞留数計測部８０１をカウントアップし、
このパケット滞留数計測部８０１からパケット滞留中
（８１２）を示す信号を受けたパケット滞留時間計測部
（８０２）がパケットの滞留時間を計測する。

【００３９】パケットの読み出しは、読み出しポインタ
用リングカウンタ９０１を用いて読み出しポインタを生
成し、そのポインタの指し示す並べ替えバッファ９０２
の記憶領域に保持されているストアフラグを検索する。
このとき、ストアフラグが表示状態であればパケットが
保持されているということになるので、前記記憶領域に
保持されているパケットデータを読み出して前記パケッ
トを出力し、同時にストアフラグを非表示にして次のパ
ケットの記憶領域を検索するために読み出しポインタ用
リングカウンタ９０１のカウント値を１進める。このと
き、パケットの送信順序は、読み出しポインタ用リング
カウンタ９０１が１ずつ単調増加するリングカウンタで
あるため、パケットの読み出しがシーケンス番号順に並
べ替えられて読み出されることが保証される。

【００４０】また、セルロス判断部（図８）では、パケ
ット読み出し有り（８１０）の信号を受けてパケット滞
留数計測部８０１は、カウントダウンし、パケット滞留
時間計測部８０２は、パケットの滞留時間の計測値をリ
セットする。

【００４１】例として、図１０〜図１２の並べ替えバッ
ファの内部状態例を示す図で説明する。図１０は、並べ
替えバッファの内部状態例（正常）を示す図、図１１
は、並べ替えバッファの内部状態例（停滞中）を示す
図、図１２は、並べ替えバッファの内部状態例（正常）
を示す図である。図１０のように並べ替えバッファにパ
ケットが滞留している場合を考えると、記憶領域（シー
ケンス番号）１５０〜１５５のパケットまでは上記に述
べたような動作で正常に読み出されるが、シーケンス番
号１５６のパケットがロスしたために、図のように記憶
領域に空きが生じた場合は、パケット読み出しにおいて
ストアフラグを常に検索し続ける状態のまま停滞するこ
とになる。

【００４２】この状態でパケットの流入が続くとパケッ
ト滞留数計測部８０１において滞留数がカウントアップ
され続けることになる。仮にパケット滞留数閾値（８０
０）の閾値を１００として、パケットが流入してシーケ
ンス番号１５７〜２５６のパケットが滞留している状態
から新たにシーケンス番号２５９のパケットが書き込ま
れて図１１に示す状態のようになったとすると、パケッ
ト滞留数計測部８０１の滞留数の値が１０１となり、比
較器８０４によりパケット滞留数閾値＝１００と比較さ
れて滞留数超過（８１３）が生じることになる。このこ
とにより、パケットロス（８１５）の検出を行う。

【００４３】また、上記のようにパケットの流入がパケ
ット滞留数閾値＝１００を超過するほど多くない場合が
あり、例として、図１２のようにパケット滞留数＝１４
の状態のままパケット滞留数が増加しない場合のパケッ
トロスを検出するために、パケット滞留時間計測部８０
２とパケット滞留時間閾値（８０３）を持つ。パケット
滞留数計測部８０１が、パケットが滞留中（８１２）を
示す信号を送信することにより、パケット滞留時間計測
部８０２が滞留時間を計測する。パケットロス時は、パ
ケットの読み出しが行われないことにより滞留時間がリ
セットされないため、比較器８０５により滞留時間がパ
ケット滞留時間閾値（８０３）と比較されてタイムアウ
ト（８１４）が生じることになる。このことにより、パ
ケットロス（８１５）の検出を行う。

【００４４】論理和ゲート８０６により以上の２方式の
論理和、即ち、２方式のどちらかによるパケットロスの
検出が行われると、読み出しポインタ用リングカウンタ
９０１は、強制的にインクリメントされ、“パケットが
保持されているポインタ値”即ち、ストアフラグが表示
されているポインタ値までストアフラグを検索しながら
インクリメントされる。図１０、図１１、図１２に示す
例においては、シーケンス番号１５７にインクリメント
される。そして、ストアフラグが表示されているポイン
タ値＝１５７まで進むと、パケットが記憶領域に保持さ
れているということなので、パケットデータを読み出
し、パケットを送信する。

【００４５】このようにしてパケットロスを判断するこ
とで、パケットデータが破壊（上書き又は廃棄）されて
しまい伝送エラー率が増大してしまうことや、パケット
ロスが発生したことをいつまでも検出することができな
いという問題を解消することができる。また、タイマー
のみによってパケットロスを検出する場合と比較する
と、パケット滞留数の閾値超過を検出する回路はオーバ
ーフロー検出機能を容易に付加することができ、前者に
比べて拡張性に優れている。また、パケットの出力制御
にシェーパー機能（指定のレートでパケットを読み出す
機能）を用いた場合、前者ではパケット滞留時間閾値を
レートに合わせて可変させなくてはならない（なぜな
ら、並べ替えバッファがオーバーフローする前にパケッ
トロスを検出しなくてはならないため）が、本発明の方
式では初期設定時に最低レートに合わせたパケット滞留
時間閾値を設定するだけで良く制御性に優れている。

【００４６】（第２の実施の形態）第１の実施の形態に
おいては、単一コネクション時における実施例であった
ので、第２の実施の形態において複数コネクションサポ
ート時の構成を示す。

【００４７】図１３は、複数コネクションサポート時の
パケットロス判断部の構成を示す図である。図１３に示
すように、パケット滞留数を保持するパケット滞留数カ
ウンタテーブル１３００と、パケット滞留時間のタイム
アウトを検出するためのタイムアウトチェックフラグテ
ーブル１３０１を、それぞれＲＡＭを用いてＮコネクシ
ョン分持つ。このパケットロス判断部は、図１の端末イ
ンターフェース部１００に点線で示す。

【００４８】パケット滞留数カウンタは、パケット滞留
数計測部１４０１の制御により、パケット書き込み時に
コネクションに対応したパケット滞留数カウンタテーブ
ル１３００の記憶領域をリードし、カウント値を１増加
してから同じ記憶領域に書き込み、パケット読み出し時
はコネクションに対応したパケット滞留数カウンタテー
ブル１３００の記憶領域をリードし、カウント値を１減
じてから同じ記憶領域に書き込む動作を行い、パケット
滞留数計測部１４０１でパケット滞留数の計測を行う。
また、パケット書き込み時に比較器１４０４によりその
カウンタ値とパケット滞留数閾値（１４００）との比較
を行うことで、第１の実施の形態と同様なパケットロス
の判断を行う。

【００４９】タイムアウトチェックフラグ（ＴＯＣフラ
グ）は、パケット滞留時間計測部１４０２によりタイマ
ー周期（パケット滞留数閾値）（１４０３）毎に全コネ
クションのＴＯＣフラグテーブルにアクセス（１４１
２）を行い、各コネクションのパケット滞留数カウンタ
値が１以上ならばＴＯＣフラグを１にする。パケット読
み出し時においてＴＯＣフラグが１であれば、コネクシ
ョンに対応したＴＯＣフラグに０を書き込みリセットさ
れるので、次のタイマー周期において全コネクションの
ＴＯＣフラグテーブルをアクセスしたとき、ＴＯＣフラ
グが１のままのコネクションを見つけたらパケット滞留
時間のタイムアウト（１４１４）とし、パケットロス
（１４１５）と判断する。タイムアウトと判断する時間
は“タイマー周期”から“タイマー周期×２”の間のバ
ラツキがあるが、パケットロスの検出が目的であるので
許容する。

【００５０】このようにしてパケットロスを判断するこ
とで、パケットデータが破壊（上書き又は廃棄）されて
しまい伝送エラー率が増大してしまうことや、パケット
ロスが発生したことをいつまでも検出することができな
いという問題を解消することができる。複数コネクショ
ンにおいても、ＴＯＣフラグテーブルを用いることで、
コネクション毎にパケット滞留時間閾値を持つことな
く、簡易な回路構成で実現することができる。

【００５１】また、第１の実施の形態で述べたように、
タイマーのみの検出でパケットロスを検出する場合と比
較しても、初期設定時にパケット滞留時間閾値を設定す
るだけで良く、またオーバーフロー処理の回路を容易に
付加できる等の回路の制御性や拡張性において優れてい
る。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パケット滞留数がパケット滞留数閾値を超過すること、
又はパケット滞留時間がパケット滞留時間閾値を超過す
ることによってパケットロスを検出することによりパケ
ットロスを判断することで、パケットデータが破壊され
てしまい伝送エラー率が増大してしまうことや、パケッ
トロスが発生したことをいつまでも検出することができ
ないという問題を解消することができる。

【００５３】また、パケット滞留数の閾値超過を検出す
る回路はオーバーフロー検出機能を容易に付加すること
ができ、拡張性に優れ、パケットの出力制御にシェーパ
ー機能を用いた場合、初期設定時に最低レートに合わせ
たパケット滞留時間閾値を設定するだけで良く、制御性
に優れているという効果がある。

【００５４】また、複数コネクションにおいても、ＴＯ
Ｃフラグテーブルを用いることで、コネクション毎にパ
ケット滞留時間閾値を持つことなく、簡易な回路構成で
実現することができ、初期設定時にパケット滞留時間閾
値を設定するだけで良く、オーバーフロー処理の回路を
容易に付加できる等の回路の制御性や拡張性において優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ノード装置の端末インタフェース部の内部構成
を示す図である。

【図２】ノード装置の構成を示す図である。

【図３】ノード装置の分離挿入部の内部構成を示す図で
ある。

【図４】ノード装置のバッファの内部構成を示す図であ
る。

【図５】バッファ及びスイッチの制御法則を示す図であ
る。

【図６】ネットワークの構成を示す図である。

【図７】ネットワークの通信原理を示す図である。

【図８】パケットロスの判断を行う機能ブロックを示す
図である。

【図９】ノード装置の端末インタフェース部内の並べ替
え部の内部構成を示す図である。

【図１０】並べ替えバッファの内部状態例（正常）を示
す図である。

【図１１】並べ替えバッファの内部状態例（停滞中）を
示す図である。

【図１２】並べ替えバッファの内部状態例（停滞中）を
示す図である。

【図１３】複数コネクションサポート時のパケットロス
判断部の構成を示す図である。

【符号の説明】

１００端末インタフェース部１０１ヘッダ変換部１０２並べ替え部２０１〜２０８分離挿入部２１１〜２１８、７０９〜７１２バッファ２２１〜２２８、２３１〜２３８、６０５〜６０８並
列多重伝送路２４１、７０５〜７０８スイッチ２４２スイッチ制御部２４３バッファ制御部３０１、４０２ヘッダ検出部３０２、３０３ゲート３０４セレクタ３０５ＦＩＦＯ４０１バッファメモリ４０３アドレスカウンタ６０１〜６０４、７０１〜７０４ノード装置２５１〜２５８、７４１〜７４４端末インタフェース
部６１１〜６１８、６２１〜６２８、６３１〜６３８、６
４１〜６４８、７２１〜７３６端末８００、１４００パケット滞留数閾値８０１、１４０１パケット滞留数計測部８０２、１４０２パケット滞留時間計測部８０３、１４０３パケット滞留数時間閾値８０４、８０５、１４０４比較器８０６、１４０６論理和ゲート８１０パケット読み出し有り信号８１１パケット書き込み有り信号８１２パケット滞留中信号８１３滞留数超過信号８１４タイムアウト信号８１５パケットロス信号９００シーケンス番号分離部９０１読み出しポインタ用リングカウンタ９０２並べ替えバッファメモリ９０３並べ替え制御部１３００パケット滞留数カウンタテーブル１３０１タイムアウトチェックフラグテーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パケットのヘッダ情報部にシーケンス番
号が付加されており、次に送信すべきシーケンス番号の
パケットが到着するまでパケットの読み出しを待機する
並べ替え手段と、前記並べ替え手段に滞留しているパケ
ット数を計測するパケット滞留数計測部と、前記並べ替
え手段にパケットが滞留している時間を計測するパケッ
ト滞留時間計測部とによって少なくとも構成され、パケ
ット滞留数がパケット滞留数閾値を超過すること、又は
パケット滞留時間がパケット滞留時間閾値を超過するこ
とによってパケットロスを検出することを特徴とするパ
ケット並べ替え装置。
【請求項２】前記パケット滞留数計測部はセル滞留数
カウンタテーブルを用いてセル滞留数を保持し、前記パ
ケット滞留時間計測部はタイムアウトチェックフラグテ
ーブルを用いてタイムアウトチェック用のフラグを保持
し、前記セル滞留数カウンタテーブル及び前記タイムア
ウトチェックフラグテーブルはコネクション毎に領域を
分割して管理することにより、複数コネクションにおけ
るパケットロスの検出を行うことを特徴とする請求項１
に記載のパケット並べ替え装置。
【請求項３】端末からのパケットを複数の伝送チャン
ネルを有する並列多重伝送路に挿入し、前記並列多重伝
送路からのパケットをパケットのヘッダの情報によりバ
ッファ手段又は端末インタフェース部へ出力する複数の
分離挿入手段と、前記複数の分離挿入手段からの信号を
複数の記憶領域の１つに一時記憶させるためのバッファ
手段と、前記複数の伝送チャンネルのそれぞれを他の伝
送チャンネルへ切り替えるためのスイッチ手段と、前記
バッファ手段と前記スイッチ手段を制御するための制御
手段と、請求項１又は２に記載のパケット並べ替え装置
を用いてパケットの伝送順序を変更する並べ替え手段と
パケットのヘッダ情報を任意に変換するヘッダ変換手段
とにより構成される端末インタフェース部とから少なく
とも構成される複数のノード装置を、前記並列多重伝送
路によってリング状に接続し、前記並べ替え手段におい
てパケットの滞留数がパケット滞留数閾値を超過するこ
と、又はパケット滞留時間がパケット滞留時間閾値を超
過することによってパケットロスを検出することを特徴
とする通信ネットワーク。
【請求項４】並列伝送路をノード装置によりリング状
につないだマルチリングネットワークにおいて送信端末
より出力されるパケットの伝送順序を該マルチリングネ
ットワーク上で保証せず、受信端末、又は端末インタフ
ェース部において請求項１又は２に記載のパケット並べ
替え装置を用いて送信時の伝送順にパケットを並べ直
し、前記並べ替え手段においてパケットの滞留数がパケ
ット滞留数閾値を超過すること、又はパケット滞留時間
がパケット滞留時間閾値を超過することによってパケッ
トロスを検出することを特徴とする通信制御方式。
【請求項５】前記並べ替え手段において、パケットロ
スが生じた後、パケット滞留数閾値以上のパケットが前
記並べ替え手段に伝送され続けた場合に対応してパケッ
ト滞留数計測部とパケット滞留数閾値とを持ち、パケッ
ト滞留数がパケット滞留数閾値を超過したことによりパ
ケットロスを検出することを特徴とする請求項４に記載
の通信制御方式。
【請求項６】前記並べ替え手段において、パケットロ
スが生じた後、前記パケット滞留数閾値未満の少量のパ
ケットしか該並べ替え手段に伝送されてこなかった場合
に対応してパケット滞留時間計測部とパケット滞留時間
閾値とを持ち、パケット滞留時間がパケット滞留時間閾
値を超過したことによりパケットロスを検出することを
特徴とする請求項４に記載の通信制御方式。
【請求項７】パケットロスの判断を行う際に、パケッ
ト滞留数がパケット滞留数閾値を超過したこと、又はパ
ケット滞留時間がパケット滞留時間閾値を超過したこと
によるパケットロスの判断結果の論理和によって最終的
なパケットロスの検出を行うことを特徴とする請求項４
に記載の通信制御方式。
【請求項８】パケットがロスしていると判断した際
に、前記並べ替え手段において、ロスしたパケットを無
視してシーケンス番号順に従って正常に到着しているパ
ケットから読み出すことを特徴とする請求項７に記載の
通信制御方式。