JP2004104387A - 帯域管理システム - Google Patents
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Abstract
【課題】リアルタイム通信の通信品質を高める。
【解決手段】通信端末間で送受される所定の単位信号の中継処理を各個に実行する複数の中継ノード装置を備えた通信ネットワークの帯域管理システムにおいて、当該通信ネットワーク中の各中継ノード装置に関する帯域の使用状態を管理する帯域管理装置を備え、当該帯域管理装置は、呼の設定後、所定のリアルタイム通信のために前記単位信号をやり取りする通信端末のあいだの経路上に存在する各中継ノード装置に関する帯域の使用状態に応じて、当該呼の設定を許可または不許可とする呼設定統括部を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】通信端末間で送受される所定の単位信号の中継処理を各個に実行する複数の中継ノード装置を備えた通信ネットワークの帯域管理システムにおいて、当該通信ネットワーク中の各中継ノード装置に関する帯域の使用状態を管理する帯域管理装置を備え、当該帯域管理装置は、呼の設定後、所定のリアルタイム通信のために前記単位信号をやり取りする通信端末のあいだの経路上に存在する各中継ノード装置に関する帯域の使用状態に応じて、当該呼の設定を許可または不許可とする呼設定統括部を備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は帯域管理システムに関し、例えば、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．３２３に準拠した環境でＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｒｅ ＩＰ）を行う場合などに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．３２３に準拠したＶｏＩＰ装置を使用してＩＰネットワーク上で通信サービスを提供する場合、その帯域管理は、ゲートキーパ（Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ）を用いたものである。
【０００３】
このゲートキーパによる帯域管理では、ＩＰネットワークヘのＨ．３２３端末の同時アクセス数を制限することが可能である。
【０００４】
【非特許文献】
ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．３２３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、任意の１つのＨ．３２３端末のアクセスによってＩＰネットワーク上の各ルータなどで使用される帯域は、Ｈ．３２３端末ごとに、あるいは、具体的な通信の内容ごとに相違し得る。
【０００６】
また、個々のルータの使用帯域は、ＩＰネットワーク上に設定される経路に依存して動的に変動し得るため、上述したゲートキーパで同時アクセス数を制限したとしても、過不足なく効率的な帯域管理を行うことは困難である。
【０００７】
同時アクセス数の上限値を比較的高く設定すると、例えば、あるルータでは帯域に十分な余裕があり、別なルータでは帯域に余裕がなく輻輳状態に陥っている等という現象が発生し得る。輻輳状態にまでいたらなくても、帯域に余裕がなくなれば、そのルータを経由する経路で行われるリアルタイム通信に遅延や途切れなどが発生し、通信品質が劣化する可能性がある。
【０００８】
ここで、リアルタイム通信とは、例えば、音声通信（ＩＰ電話による会話音声のように双方向的なもののほか、放送などの一方向的なものも含む）や動画像の通信など、その通信の品質に、連続的に到着する単位データ（例えば、ＩＰデータグラム）の到着間隔が重要な影響を与える通信を指す。
【０００９】
前記同時アクセス数の上限値を十分に低く設定すれば、遅延、途切れ、輻輳状態の発生を確実に防止することも可能であるが、それでは、ＩＰネットワーク上の帯域資源の利用効率が著しく低下し、非効率なネットワークとなってしまう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の発明では、通信端末間で送受される所定の単位信号の中継処理を各個に実行する複数の中継ノード装置を備えた通信ネットワークの帯域管理システムにおいて、 当該通信ネットワーク中の各中継ノード装置に関する帯域の使用状態を管理する帯域管理装置を備え、当該帯域管理装置は、呼の設定後、所定のリアルタイム通信のために前記単位信号をやり取りする通信端末のあいだの経路上に存在する各中継ノード装置に関する帯域の使用状態に応じて、当該呼の設定を許可または不許可とする呼設定統括部を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明では、通信端末間で送受される所定の単位信号の中継処理を各個に実行する複数の中継ノード装置を備えた通信ネットワークの帯域管理システムにおいて、（１）前記通信端末のうち呼設定を要求する側の通信端末は、前記単位信号を利用して呼設定を要求する呼設定制御信号を送信する呼設定要求部を備え、（２）前記中継ノード装置は、当該通信端末または他の中継ノード装置から当該単位信号を受信すると、所定の中継処理を実行し、当該中継処理の結果として決定された物理リンクに対して当該単位信号を送出する中継処理部と、（３）前記通信ネットワーク上における自身の識別子であるプロトコル対応アドレス番号を管理し、前記物理リンクに送出する前に当該プロトコル対応アドレス番号を前記単位信号に追加するアドレス番号管理部とを備え、（４）前記通信端末のうち呼設定の要求を受ける側の通信端末は、当該単位信号に収容されている複数のプロトコル対応アドレス番号から成るアドレス番号系列をもとに、所定の帯域管理装置に問い合わせを行い、この問い合わせに対する返答に応じて、呼設定の受付処理を制御する呼設定受付制御部と、（５）前記単位信号により、前記呼設定制御信号を受信すると、当該呼設定受付制御部からの制御に応じて、呼設定の受付けまたは受付け拒否の制御信号を返送する処理を行う制御信号返送部とを備え、（６）前記帯域管理装置は、前記通信ネットワーク内の各中継ノード装置につき、その帯域の使用状態を管理する帯域管理部と、（７）前記アドレス番号系列中の各プロトコル対応アドレス番号で指定される各中継ノード装置の帯域の使用状態が新たな帯域使用を許容する場合には、前記返答として肯定的な信号を返し、許可しない場合には否定的な信号を返す返答実行部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（Ａ）実施形態
以下、本発明にかかる帯域管理システムを、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．３２３に準拠した環境でＶｏＩＰを行うＶｏＩＰネットワークに適用した場合を例に、実施形態について説明する。
【００１３】
本実施形態は、Ｈ．３２３に準拠したＶｏＩＰネットワークで、回線（物理リンク）単位の帯域管理を行うものである。
【００１４】
（Ａ−１）実施形態の構成
本実施形態にかかるＶｏＩＰネットワーク１０の全体構成例を図１に示す。
【００１５】
図１において、当該ＶｏＩＰネットワーク１０は、４つのルータ１１〜１４と、４つのスイッチ（ＳＷ）１５〜１８と、４つのＨ．３２３端末（ＩＰ電話機とする）１９〜２２と、帯域管理センタ２３とを備えている。
【００１６】
このうちルータ１１のポート１１Ｂとルータ１２のポート１２Ａは回線（物理リンク）Ｃ２で接続され、ルータ１２のポート１２Ｃとルータ１３のポート１３Ａは回線Ｃ３で接続され、ルータ１１のポート１１Ｃとルータ１４のポート１４Ａとは回線Ｃ１で接続され、ルータ１４のポート１４Ｂとルータ１３のポート１３Ｃとは回線Ｃ４で接続されている。
【００１７】
各ルータ１１〜１４の各ポートには、それぞれ異なるＩＰアドレスが割り当てられている。例えば、ルータ１１のポート１１Ａと、ポート１１Ｂと、ポート１１Ｃには、それぞれ異なるＩＰアドレスが割り当てられている。
【００１８】
ここでは、各ポートに付与した符号の末尾に「Ｐ」を付加したものを当該ポートに割り当てられたＩＰアドレスとする。
【００１９】
したがって、ポート１１Ａに割り当てられたＩＰアドレスは１１ＡＰ、ポート１１Ｂに割り当てられたＩＰアドレスは１１ＢＰ、ポート１１Ｃに割り当てられたＩＰアドレスは１１ＣＰである。同様に、ポート１２Ａに割り当てられたＩＰアドレスは１２ＡＰ、ポート１２Ｂに割り当てられたＩＰアドレスは１２ＢＰ、ポート１２Ｃに割り当てられたＩＰアドレスは１２ＣＰであり、ポート１３Ａに割り当てられたＩＰアドレスは１３ＡＰ、ポート１３Ｂに割り当てられたＩＰアドレスは１３ＢＰ、ポート１３Ｃに割り当てられたＩＰアドレスは１３ＣＰであり、ポート１４Ａに割り当てられたＩＰアドレスは１４ＡＰ、ポート１４Ｂに割り当てられたＩＰアドレスは１４ＢＰ、ポート１４Ｃに割り当てられたＩＰアドレスは１４ＣＰである。
【００２０】
ルータ１１はスイッチ（レイヤ２スイッチなど）１５を介してＩＰ電話機１９と２０を収容している。
【００２１】
同様に、ルータ１２はスイッチ１６を介して帯域管理センタ２３を収容しており、ルータ１３はスイッチ１７を介してＩＰ電話機２１を収容しており、ルータ１４はスイッチ１８を介してＩＰ電話機２２を収容している。
【００２２】
ルータとＩＰ電話機のあいだにスイッチを配置することにより、コリジョン
によって妨げられることなく、ルータの配下の複数のＩＰ電話機（例えば、ルータ１５の配下の１９と２０）が他のＩＰ電話機と通信することが可能になる等、通信の効率がアップするが、スイッチは必ずしも必須の構成要素ではない。
【００２３】
スイッチを省略することも可能であるし、他のネットワーク機器（例えば、ハブやルータ（図１に示したルータとは別））と置換したり、他のネットワーク機器と併用したりすること等も可能である。
【００２４】
例えば、ルータ１４の配下に配置されるのが図示したＩＰ電話機２２だけであり、その他のＩＰ電話機や、データ通信端末が配置されないのであれば、スイッチ１８を設ける必要性は低い。
【００２５】
いわゆるコールエージェント（ＣＡ）を備えたＶｏＩＰネットワークの場合には、呼設定メッセージ（呼設定のための制御信号）はＣＡが中継し、音声データのほうはＩＰデータグラム（ＩＰパケット）にカプセル化した上でルータが中継するが、本実施形態の場合、呼設定メッセージもＩＰデータグラムにカプセル化してルータ１１〜１４が中継する。
【００２６】
このような構成の場合、音声データの通信のために帯域が消費されて呼設定メッセージの通信が妨げられる可能性もあるから、各ルータ１１〜１４が、音声データの通信用とは別に、呼制御メッセージ（呼設定メッセージも含む）の通信用の帯域を確保しておくようにしてもよい。
【００２７】
図１に示した構成要素１１〜２５のすべてが、ある企業などが自社の社員に使用させるために設置するものであってもかまわないが、構成要素１１〜２５のうちＩＰ電話機１９〜２２を除いたものは、ＶｏＩＰサービスを提供する通信事業者が設置するものであってもよい。その場合、ルータ１１〜１４などは、当該ＶｏＩＰサービスを利用する複数の企業などが、各企業の内線電話網などのために共用することになる。
【００２８】
図１中に示した各ＩＰ電話機１９〜２２は、それぞれ、ユーザＵ１〜Ｕ４によって使用される。
【００２９】
本実施形態のＩＰ電話機１９〜２２は基本的に、Ｈ．３２３に準拠しＶｏＩＰ技術を利用して音声通話を実行するための通常のＩＰ電話機（ＶｏＩＰ対応電話機）であるが、通常のＩＰ電話機が持たない機能も備えている。
【００３０】
当該ＩＰ電話機１９〜２２の内部構成例を図５に示す。ＩＰ電話機１９〜２２の内部構成は実質的に同じであるが、以下では、図５には主として、ＩＰ電話機１９を示したものとして説明を進める。
【００３１】
（Ａ−１−１）ＩＰ電話機の内部構成例
図５において、当該ＩＰ電話機１９は、質問処理部３０と、アドレス番号抽出部３１と、呼制御部３２と、ＶｏＩＰ対応部３３と、音声処理部３４と、ユーザインタフェース３５とを備えている。
【００３２】
このうちＶｏＩＰ対応部３３は、呼の設定後に行われる音声通話において、ユーザＵ１が発声した音声に対応した符号化を行って符号化音声データをＩＰデータグラムに収容して前記スイッチ１５に送出したり、これと反対に通信相手（ここでは、一例として、ＩＰ電話機２１を使用するユーザＵ３を想定する）が発声した音声に対応する符号化音声データを収容して到来するＩＰデータグラムから当該符号化音声データを抽出して復号したりする機能を有する部分である。
【００３３】
ユーザインタフェース部３５は、ユーザＵ１が発声した音声を集音するマイクロフォンや、ユーザＵ３が発声した音声を出力するスピーカなどを有する部分である。発呼するときに、ユーザＵ１が通信相手の電話番号（ＩＰ電話機２１の場合は、ＮＢ３）を指定するための操作ボタンなども、このユーザインタフェース部３５に含まれる。
【００３４】
なお、ＩＰ電話機１９は、通常の電話機としてのインタフェースをユーザＵ１に提供するため、ユーザＵ１が発呼時に指定するのは、相手の電話番号であるが、ＩＰプロトコルを使用するＶｏＩＰネットワーク１０上で有効な唯一の識別子はＩＰアドレスであるため、ＶｏＩＰネットワーク１０上で通信相手を特定するには、電話番号（ここでは、ＮＢ３）をＩＰアドレス（ここでは、ＡＤ３）に変換することが必要になる。この変換を行うのも、上述したゲートキーパである。したがって、図１中では省略しているが、本実施形態のＶｏＩＰネットワーク１０においてもゲートキーパは存在していてよい。
【００３５】
前記音声処理部３４は、ユーザインタフェース部３５とＶｏＩＰ対応部３３のあいだに介在し、ＩＰ電話機１９内部において両者の中継を実行する部分である。
【００３６】
これらの構成要素３３〜３５の機能は、従来のＩＰ電話機と同じであってよい。
【００３７】
呼制御部３２は、呼制御メッセージの送受を行う部分である。当該呼制御部３２は例えば、当該ＩＰ電話機１９から発呼するときには呼設定メッセージを送信し、反対に、当該ＩＰ電話機１９が着信先となるときには、通信相手からの呼設定メッセージを受信する。当該呼制御部３２からの呼設定メッセージの送信は、前記ユーザインタフェース部３５の操作ボタンを操作してユーザＵ１が指定した電話番号の（すなわち、当該電話番号に対応するＩＰアドレスの）ＩＰ電話機に宛てて行われる。
【００３８】
本実施形態では、前記ＣＡではなく、ルータ１１〜１４を利用して呼設定メッセージを送信するため、当該呼設定メッセージも、前記符号化音声データと同様に、ＩＰデータグラムにカプセル化して伝送されることは当然である。
【００３９】
当該呼制御部３２はまた、呼設定メッセージを送信するとき、当該呼設定メッセージをカプセル化するＩＰデータグラムのヘッダに、ＩＰプロトコルのオプション機能であるルート・レコード・オプションの設定を施す機能を備えている。
【００４０】
ＩＰデータグラムのヘッダにルート・レコード・オプションを設定すると、当該ＩＰデータグラムを受信した各ルータは自身の該当ポートのＩＰアドレスを当該ＩＰデータグラム内に記録する処理を行う。したがって、当該ＩＰデータグラムが着信先のＩＰ電話機（例えば、２１）に受信されたときには、ＩＰデータグラムが、その受信前に通過してきた経路上のルータのＩＰアドレスの系列（通過ルータＩＰアドレス情報）が記録されている。この記録は、当該ＩＰデータグラムが転送された経路の記録である。
【００４１】
前記質問処理部３０とアドレス番号抽出部３１は、当該呼制御部３２が呼設定メッセージを受信したときに機能する部分で、本実施形態の特徴的な構成要素である。
【００４２】
各ルータにおける経路記録には様々な方法が考えられるが、ここでは、ＩＰデータグラムを出力したポートではなく、入力したポートのＩＰアドレスを記録するものとする。
【００４３】
この場合、例えば、ＩＰ電話機２１の呼制御部（３２）が送信した当該呼設定メッセージを含んだＩＰデータグラムが、ルータ１３，１４，１１の経路を転送されてＩＰ電話機１９に受信されたと仮定すると、当該ＩＰデータグラムには、各ルータの各ポートのＩＰアドレス１３ＢＰ、１４ＢＰ、１１ＣＰから構成される通過ルータＩＰアドレス情報が記録されていることになる。
【００４４】
前記アドレス番号抽出部３１は、記録されているこの通過ルータＩＰアドレス情報を前記ＩＰデータグラムから抽出して質問処理部３０に渡す機能を有する。
【００４５】
質問処理部３０は、この通過ルータＩＰアドレス情報をもとに、前記帯域管理センタ２３に対して当該呼設定メッセージで要求されている呼設定を受け付けてよいか否かの質問を行う部分で、この質問に対する帯域管理センタ２３の応答の内容に応じて呼制御部３２が返送する呼制御メッセージを変更する。図１の場合、ＩＰ電話機１９と帯域管理センタ２３のあいだには、ルータ１１〜１４を経由する以外の伝送路は存在しないので、この質問の内容も、ＩＰデータグラムにカプセル化されて送信されることになる。
【００４６】
なお、この質問には、前記通過ルータＩＰアドレス情報のほかに、この呼設定メッセージを受け付けて呼設定を行った後のリアルタイム通信（ここでは、ＩＰ電話機による音声通話）が必要とする帯域幅に関する情報（確保帯域幅情報）も含まれている。
【００４７】
当該確保帯域幅情報をどのようにして決定するかについては、様々な方法が考えられる。例えば、予め通信端末（ここでは、ＩＰ電話機１９）に固定的に確保帯域幅情報を設定しておき、当該通信端末が通信を行う場合には常に、当該確保帯域幅情報で指定される一定の帯域幅を確保するようにしてもよいし、呼設定メッセージの送信元である通信端末（ここでは、ＩＰ電話機２１）が、これからリアルタイム通信に使用しようとしている通信アプリケーションの種類などに応じて確定帯域幅情報を決定し、決定した確定帯域幅情報を呼設定メッセージに付随させて送信するようにしてもよい。
【００４８】
いずれにしても質問処理部３０は、前記質問を発するときまでに、確保帯域幅情報の内容（値）を特定しておく必要がある。
【００４９】
後述するように、帯域管理センタ２３は、ＶｏＩＰネットワーク１０中の全ルータ１１〜１４に関して、帯域の使用状況を、ほぼリアルタイムで管理しているため、前記通過ルータＩＰアドレス情報に記録された経路上に１つでも、前記確定帯域幅情報で指定される帯域幅を確保することで使用可能な最大帯域幅を越えるルータが存在する場合には、呼設定の受け付け拒否を指示する否定的な応答を、前記質問を発した質問処理部２０に返送する。
【００５０】
すなわち、当該経路上の全ルータについて次の式（１）の不等式が成立するとき、帯域管理センタ２３は、受付許可を指示する肯定的な応答を返し、成立しないルータが経路上に１つでも存在するときには、受付拒否を指示する否定的な応答を返す。
【００５１】
回線帯域幅 ≧ 使用中帯域幅 ＋ 確保帯域幅 …（１）
ここで、回線帯域幅とは、各ルータが所定の回線について使用することの可能な最大の帯域幅のことで、一例としては、前記ルータ１２が回線Ｃ２について使用可能な最大の帯域幅が、これに該当する。一般的には、ルータごとに、あるいは同じルータであってもポートごとに（すなわち、回線ごとに）使用可能な回線帯域幅は相違する。当該回線帯域幅はルータ製品の仕様に応じて決まる値である。
【００５２】
使用中帯域幅とは、その時点で、各ルータが所定の回線について現に使用中の帯域幅のことで、ＶｏＩＰネットワーク１０の運用中には、時々刻々と変動する。一般的なＶｏＩＰネットワークでは、輻輳状態などにおいて、使用中帯域幅の値が回線帯域幅を越えることが起こり得るが、本実施形態の場合には、使用中帯域幅の値が回線帯域幅の値を越えることはあり得ない。すなわち、当該使用中帯域幅は、前記回線帯域幅の値を上限とする。
【００５３】
厳密には、呼制御メッセージの通信用の帯域を音声データの通信用とは別個に確保しておかない場合、呼制御メッセージの転送によっても、当該使用中帯域幅の値は増加する。ただし、ＶｏＩＰネットワーク１０内における呼制御メッセージの発生頻度や、１つの呼制御メッセージによる帯域の消費量が音声データの通信による帯域の消費量に比べて十分に小さければ、呼制御メッセージの転送による当該使用中帯域幅の増加は無視できる可能性がある。
【００５４】
呼制御メッセージの通信のトラフィック特性は、音声データの通信のように長時間、連続的な通信トラフィックを発生するものではなく、短時間で完結する（例えば、１または数個程度のＩＰデータグラムの通信で完結する）瞬間的なものであるため、その発生頻度が極端に高くない限り、音声データの通信による帯域消費量に比べて、十分に小さな帯域しか消費しない可能性が高い。
【００５５】
次に、図６をもとに、前記帯域管理センタ２３の内部構成例について説明する。
【００５６】
（Ａ−１−２）帯域管理センタの内部構成例
図６において、当該帯域管理センタ２３は、帯域管理サーバ２４と、帯域管理データベース２５を備えている。
【００５７】
このうち帯域管理サーバ２４は、応答処理部４０と、ルータ番号検索部４１と、帯域演算判定部４２とを備えている。
【００５８】
応答処理部４０は、前記質問処理部３０に対向する部分で、質問を発したＩＰ電話機の質問処理部３０に対して、前記応答をＩＰデータグラムにカプセル化して返送する。ただし、応答処理部４０が質問を受け取ってから、応答を返送するまでには、ルータ番号検索部４１と、帯域演算判定部４２の処理が実行される必要がある。
【００５９】
ルータ番号検索部４１は、前記質問の通過ルータＩＰアドレス情報に含まれている各ルータの各ポートのＩＰアドレスをもとに、各ルータのルータ番号を特定する部分である。
【００６０】
ルータ番号とは、帯域管理センタ２３内で各ルータ１１〜１４を一意に特性する識別子であり、一対のルータ番号によって、１つの回線を特定する。
【００６１】
ルータ番号としてはどのような値を用いてもかまわないが、ここでは、各ルータに付与した符号の末尾に「Ｎ」を付加したものをもって、ルータ番号とする。したがって、ルータ１１のルータ番号は１１Ｎ、ルータ１２のルータ番号は１２Ｎ、ルータ１３のルータ番号は１３Ｎ、ルータ１４のルータ番号は１４Ｎとなる。
【００６２】
これにより、例えば、ルータ１１とルータ１２のあいだの回線Ｃ２は、ルータ番号１１Ｎと１２Ｎの対（１１Ｎ，１２Ｎ）によって指定される。
【００６３】
識別子としては、各ルータ１１〜１４の各ポートに割り当てられたＩＰアドレスをそのまま、各回線Ｃ１〜Ｃ４を特定するために帯域管理センタ２３内で利用することも可能であるが、前記ルータ番号を利用したほうが、ＶｏＩＰネットワーク１０の構成との対応関係を理解しやすく、運用管理や、障害発生時の障害切り分けなどに便利である。
【００６４】
また、各ルータ１１〜１４の各ポートのＩＰアドレスは、ＶｏＩＰネットワーク１０の構成変更（例えば、新たなルータの追加や、既設のルータと新規のルータとの置き換えなど）によって、変動する可能性があるが、ルータ番号を利用することにより、このような変動が起きても、ルータ番号とＩＰアドレスの対応関係だけを変更すればよく、ルータ番号は基本的に変動以前のものをそのまま利用できる。
【００６５】
具体的には、当該ルータ番号を用いることによって、ＶｏＩＰネットワーク１０の構成変更時でも、後述する識別子対応テーブルＴＢ１（図３参照）さえ変更すれば、回線帯域管理テーブルＴＢ２（図４参照）はほとんど変更しなくてもよくなる。
【００６６】
ルータ番号検索部４１は、データベース２５中に格納されている識別子対応テーブルＴＢ１を検索することによって、ルータ番号を特定する。
【００６７】
当該識別子対応テーブルＴＢ１の構成は、例えば、図３に示すものであってよい。識別子対応テーブルＴＢ１には、ルータの各ポートのＩＰアドレスと、そのルータのルータ番号の対応関係が格納されている。
【００６８】
１つのルータは複数のポートを持っているため、１つのルータ番号には複数のＩＰアドレスが対応づけられる。
【００６９】
例えば、３つのポート１４Ａ〜１４Ｃを持つルータ１４の場合、そのルータ番号１４Ｎには、上述した３つのＩＰアドレス１４ＡＰ〜１４ＣＰが対応付けられている。
【００７０】
図３の識別子対応テーブルＴＢ１は、ＩＰアドレスの昇順に対応関係を整列したテーブルであるため、二分探索法などを利用して、少ない計算量で、高速な検索を行うことができる。ここでは、１４ＢＰ＜１４ＡＰ＜１４ＣＰと仮定している。
【００７１】
二分探索法は、あるＩＰアドレス（例えば、１４ＢＰ）を検索しようとするとき、まず全探索空間の中央付近のあるＩＰアドレス値と当該１４ＢＰの大小を比較し、１４ＢＰのほうが小さければ、全探索空間のうち値の小さいほうの半分の空間で、中央付近のあるＩＰアドレス値と当該１４ＢＰの大小を比較し、…という操作を繰り返す探索法である。
【００７２】
図１に示したように、ルータの数がわずか４つ程度の小規模なＶｏＩＰネットワーク１０なら、中央付近のＩＰアドレス値を抽出したり、大小を比較したりする処理の全計算量に占める比率が大きくなるため、現実の実装では、かえって単純な線形探索法（整列を行わず、値を１つずつ照合する操作を繰り返す探索法）のほうが高速となる可能性があるが、ルータの数やポートの数が図１に示したものよりも多くなればなるほど、線形探索法よりも二分探索法のほうが、計算量が少なく高速であることが計算量の理論によって証明されている。
【００７３】
各ルータにおける経路記録が、上述したように、ＩＰデータグラムを入力したポートのＩＰアドレスを用いて行われるものとすると、例えば、ルータ１３，１４，１１の経路を記録しているＩＰデータグラムを受信したＩＰ電話機１９からの質問では、ルータ１４に関してルータ番号検索部４１が行う検索では、ＩＰアドレス１４ＢＰが検索キーとなり、検索結果として、ルータ番号１４Ｎが得られる。
【００７４】
前記帯域演算判定部４２は、回線帯域管理テーブルＴＢ２を検索することにより、呼設定メッセージを受信したＩＰ電話機（例えば、１９）が、その呼設定メッセージを受け付けてよいか否かを判定する部分である。
【００７５】
当該回線帯域管理テーブルＴＢ２の構成例を図４に示す。
【００７６】
任意の２つのルータ間の回線（物理リンク）を双方向のデータ伝送に使用するか、一方向のデータ伝送に使用するかは、ＯＳＩ参照モデルのネットワーク層より下位の層（例えば、データリンク層）のプロトコルに依存するものと考えられるが、ここでは、双方向のデータ伝送に使用するものとする。したがって、例えば、ルータ１１と１４間の回線Ｃ１は、ルータ１１から１４へ向かう方向のＩＰデータグラムの伝送に使用されるとともに、ルータ１４から１１へ向かう方向のＩＰデータグラムの伝送にも使用される。
【００７７】
図４において、前記回線帯域管理テーブルＴＢ２は、列名（データ項目）として、２つの「ルータ番号」と、「回線帯域幅」と、「使用中帯域幅」とを備えている。
【００７８】
ここでは、各回線Ｃ１〜Ｃ４を双方向のデータ伝送に使用するものとしたので２つの「ルータ番号」を区別していないが、回線が一方向のデータ伝送にしか使用しないものである場合には、例えば、出力側のルータを示す「出力ルータ番号」と入力側のルータを示す「入力ルータ番号」などのデータ項目を設ける必要があり、行の数は図４の倍になる。
【００７９】
図４に示した状態で、例えば、最上部の行Ｌ１の各データ項目の値は、１１Ｎ、１４Ｎ、Ｗ１，ＷＡ１である。このことから、一対のルータ番号１１Ｎ、１４Ｎによって指定される回線Ｃ１の回線帯域幅の値は、Ｗ１であり、現時点の使用中帯域幅の値はＷＡ１であることがわかる。
【００８０】
同様に、上から３つ目の行Ｌ３の各データ項目の値は、１４Ｎ、１３Ｎ、Ｗ３，ＷＡ３であるから、一対のルータ番号１４Ｎ、１３Ｎによって指定される回線Ｃ４の回線帯域幅の値は、Ｗ３であり、現時点の使用中帯域幅の値はＷＡ３であることがわかる。
【００８１】
ここで、前記質問のもとになった呼設定メッセージを含むＩＰデータグラムの転送経路が、ルータ１３，１４，１１を通過する経路であるものとし、前記質問に含まれる確保帯域幅の値をＷＱ１とすると、前記帯域演算判定部４２は、前記式（１）から、Ｗ１≧ ＷＡ１＋ＷＱ１およびＷ３≧ ＷＡ３＋ＷＱ１の双方が成立するか否かを判定することになる。
【００８２】
双方がともに成立すれば、帯域演算判定部４２は、応答処理部４０を制御して、前記呼設定メッセージを受け付けてよい旨の応答を送信させ、双方のうちいずれか一方でも成立しない場合には、呼設定メッセージの受付拒否を指示する応答を送信させる。
【００８３】
なお、ＩＰ電話機１９から呼設定メッセージを送信する場合には、宛先のＩＰ電話機の内部でこれと同様な処理が行われるのは当然である。例えば、ＩＰ電話機１９からＩＰ電話機２１に宛てて呼設定メッセージを送信した場合には、ＩＰ電話機２１内の質問処理部３０が帯域管理センタ２３に対して、前記質問を収容したＩＰデータグラムを送信し、それに対する応答に応じた処理（呼制御）を実行することになる。
【００８４】
以下、上記のような構成を有する本実施形態の動作を、図２のシーケンス図を参照しながら説明する。
【００８５】
図２のシーケンス図は、前記ＩＰ電話機１９からＩＰ電話機２１へ発呼するケースに対応し、Ｓ１０〜Ｓ３４の各ステップから構成されている。
【００８６】
発呼時に送信される前記呼設定メッセージを含んだＩＰデータグラムがどのような経路で着信先のＩＰ電話機２１に届くかは、各ルータ１１〜１４が持っているルーティングテーブル（経路表）の内容や、障害発生箇所などに依存して変動し得るが、図２の例では、ルータ１１，１４，１３の経路が使用されている。
【００８７】
（Ａ−２）実施形態の動作
ＩＰ電話機１９のユーザＵ１がオフフックしてＩＰ電話機１９の電話番号ＮＢ１を入力すると、前記ゲートキーパなどの機能により、当該電話番号ＮＢ１に対応するＩＰ電話機２１のＩＰアドレスＡＤ３が得られる。そしてこのＩＰアドレスＡＤ３を送信先ＩＰアドレスとし、ＩＰヘッダに、前記ルート・レコード・オプションを設定した上で、呼設定メッセージを収容したＩＰデータグラムがＩＰ電話機１９の呼制御部３２から送信される（Ｓ１０）。
【００８８】
当該ＩＰデータグラムをポート１１Ａで受信したルータ１１は、ポート１１ＡのＩＰアドレスである１１ＡＰを記録した上で、当該ＩＰデータグラムを経路表にしたがってルーティングし、ポート１１Ｃから送出する。
【００８９】
ポート１１Ｃから送出された当該ＩＰデータグラムは、回線Ｃ１を伝送されてルータ１４のポート１４Ａで受信される（Ｓ１１）。当該ルータ１４でも、前記ルータ１１と同様に、当該ＩＰデータグラムにポート１４ＡのＩＰアドレス１４ＡＰを記録してルーティングし、ポート１４Ｂから送出する。
【００９０】
ポート１４Ｂから送出されたＩＰデータグラムは回線Ｃ４を伝送されてルータ１３のポート１３Ｃで受信される（Ｓ１２）。当該ルータ１３でも、前記ルータ１１、１４と同様に、当該ＩＰデータグラムにポート１３ＣのＩＰアドレス１３ＣＰを記録するから、このとき、ＩＰデータグラムは、前記１１ＡＰ、１４ＡＰと、当該１３ＣＰの３つのＩＰアドレスからなる通過ルータＩＰアドレス情報が記録された状態となる。
【００９１】
ルーティングにより、ルータ１３が当該ＩＰデータグラムをポート１３Ｂから送出すると、当該ＩＰデータグラムは、スイッチ１７を介してＩＰ電話機２１の呼制御部３２が受信する（Ｓ１３）。このあと、当該ＩＰ電話機２１の内部において、前記アドレス番号抽出部３１と質問処理部３０が動作し、当該ＩＰデータグラムから抽出した通過ルータＩＰアドレス情報と、当該ＩＰデータグラムから抽出または、予めＩＰ電話機２１に固定的に設定された情報に基づいてＩＰ電話機２１の呼制御部３２自身が生成した前記確保帯域幅情報を含む質問を、前記帯域管理サーバ２４に送信する（Ｓ１４）。
【００９２】
この質問の送信は、当該確保帯域幅情報で指定される帯域幅の確保を帯域管理サーバ２４に要求する処理であるとみることができる。ただし、帯域管理サーバ２４は、前記回線帯域管理テーブルＴＢ２を使用してルータ１１〜１４の帯域幅の管理を行い、前記応答によって、リアルタイム通信を許すか否かを決定するだけであり、実際のリアルタイム通信に対する帯域幅の割り当てを直接おこなうのは、各ルータ１１〜１４自身であることは当然である。
【００９３】
帯域管理センタ２３の内部において、上述したように、帯域管理サーバ２４と帯域管理データベース２５が連携して動作した結果として、この質問に対し、帯域管理サーバ４０の応答処理部４０が返送する応答の内容が決まる。
【００９４】
すなわち、経路上の全ルータ１１，１４，１３について、前記式（１）の不等式が成立する場合には、肯定的な応答が返送され、それ以外の場合には、否定的な応答が返送される。肯定的な応答は、ＩＰ電話機２１の呼制御部３２が、呼設定メッセージの受け付けを行い呼設定受付メッセージをＩＰ電話機１９へ返送することを許容するものであり、否定的な応答は、これを許容しない。
【００９５】
図２中のステップＳ１５〜Ｓ２９は、応答が肯定的である場合に実行される処理であり、ステップＳ３０〜Ｓ３４は、応答が否定的である場合に実行される処理である。
【００９６】
肯定的な応答を返送する場合、帯域管理サーバ２４は帯域管理テーブルＴＢ１の該当する行の使用中帯域幅の値を、確保帯域幅の値だけ増加させる。例えば、確保帯域幅の値がＷＱ２であるとすると、図４中のＷＡ１とＷＡ３がＷＱ２ずつ増加され、ＷＡ１＋ＷＱ２と、ＷＡ３＋ＷＱ２に更新される。
【００９７】
帯域管理センタ２３から、例えば、ルータ１２，１３を経由して肯定的な応答を受信すると（Ｓ１５）、ＩＰ電話機２１の呼制御部３２は、呼設定受付メッセージを収容したＩＰデータグラムを送出する。このＩＰデータグラムは、前記呼設定メッセージが転送された経路と同じ経路を反対方向に転送される。
【００９８】
したがって、この場合、当該ＩＰデータグラムは、ルータ１３，１４，１１の順番でルータ間を転送され（Ｓ１６〜Ｓ１８）、前記呼設定メッセージの送信元であるＩＰ電話機１９の呼制御部３２に受信される（Ｓ１９）。その他、呼制御処理の詳細や、やり取りされる呼制御メッセージの詳細は、Ｈ．３２３プロトコルにしたがう。
【００９９】
このステップＳ１９の実行等により、呼の設定が完了し、ＩＰ電話機１９を使用するユーザＵ１とＩＰ電話機２１を使用するユーザＵ３のあいだでリアルタイム通信（音声通話）が行われる（Ｓ２０）。
【０１００】
この音声通話のためのＩＰデータグラムが送受されているとき、経路上の各ルータ１１，１４，１３の使用中帯域幅は、上述した回線帯域幅以下の値に維持されるため、輻輳状態が発生することがなく、途切れや遅延が生じることもない。したがって、高い通信品質が実現できる。
【０１０１】
この音声通話が終了すると、例えば、ＩＰ電話機２１内においてユーザＵ３のオンフック（切断）を検出したユーザインタフェース部３５が呼制御部３２にオンフックの事実を通知し、当該呼制御部３２は解放完了メッセージを収容したＩＰデータグラムをＩＰ電話機１９に送信する。このＩＰデータグラムは、前記呼設定受付メッセージと同じ経路を同じ方向へ転送されて、ＩＰ電話機１９の呼制御部３２に受信される（Ｓ２１〜Ｓ２４）。
【０１０２】
これを受けて、ＩＰ電話機１９の呼制御部３２が解放完了メッセージを送信すると、当該解放完了メッセージは、前記呼設定メッセージと同じ経路を同じ方向に転送されてＩＰ電話機２１の呼制御部３２に受信される（Ｓ２５〜Ｓ２８）。この解放完了メッセージが受信された時点で、呼制御も含むＩＰ電話機１９と２１のあいだの通信が完了する。
【０１０３】
当該ステップＳ２８につづき、ＩＰ電話機２１は、前記帯域管理センタ２１に対し、帯域解放要求を送信する（Ｓ２９）。この帯域解放要求は、前記質問において指定し確保された確保帯域幅の解放を要求するものである。この解放により、当該確保帯域幅の値だけ、前記ルータ１１，１４，１３の使用中帯域幅が減少するから、他のＩＰ電話機（例えば、２２）から質問を受信した場合に、肯定的な応答が帯域管理センタ２３から返送される確率が高まる。
【０１０４】
図４に示した帯域管理テーブルＴＢ２の構成からも明らかなように、この帯域の解放は、回線ごと（すなわち、ルータ番号の対ごと）に実行する必要がある。そのため、前記ステップＳ１４でＩＰ電話機２１から送信した質問に含まれていた前記通過ルータＩＰアドレス情報が再度、必要になる。
【０１０５】
このとき、通過ルータＩＰアドレス情報を得る方法については、様々なものが考えられる。
【０１０６】
例えば、ステップＳ２５でＩＰ電話機１９の呼制御部３２が送信する解放完了メッセージを含むＩＰデータグラムのルート・レコード・オプションを設定しておき、ＩＰ電話機２１が当該ＩＰデータグラムを受信したときに当該ＩＰデータグラムから通過ルータＩＰアドレス情報を抽出して帯域解放要求とともに送信する方法も使用可能である。
【０１０７】
あるいは、帯域管理センタ２３が前記質問に対して肯定的な応答を返送する場合、その質問に含まれていた通貨ルータＩＰアドレス情報を、帯域管理センタ２３側にＩＰ電話機２１の識別子（例えば、ＩＰアドレスＡＤ３）と対応づけた形式で記憶しておき、ＩＰ電話機２１が帯域解放要求を送信してきたときには、そのＩＰデータグラムの送信元ＩＰアドレスＡＤ３と同じＩＰアドレスに対応付けられて記憶されている通過ルータＩＰアドレス情報を検索する方法なども利用可能であるが、ここでは、質問の送信時に使用した通過ルータＩＰアドレス情報をＩＰ電話機２１内に記憶しておいて、帯域解放要求とともに送信する方法を用いるものとする。
【０１０８】
なお、帯域の解放によって解放される帯域幅（解放帯域幅）の値は、確保帯域幅の値と同じ値である必要があるが、その値を特定する方法についても、帯域管理センタ２３側にＩＰ電話機２１の識別子（例えば、ＩＰアドレスＡＤ３）と対応づけた形式で前記通過ルータＩＰアドレス情報とともに記憶しておく方法が使用可能であるが、ここでは、ＩＰ電話機２１側に記憶しておくものとする。このＩＰ電話機２１における確保帯域幅の値の記憶は、固定的なものであってもよく、ＩＰ電話機１９から通信アプリケーションの種類などに応じて（呼設定メッセージとともに）送信されてくる確定帯域幅情報に応じて動的に記憶内容が変動するものであってもよい。
【０１０９】
帯域解放要求が受信されると、帯域管理センタ２３では当該通過ルータＩＰアドレス情報をもとに該当するルータ番号を特定し、帯域管理テーブルＴＢ１の該当する行の使用中帯域幅の値を、前記確保帯域幅ＷＱ２の値と等しい値だけ減少させる。もしもこの時点の各回線の使用中帯域幅が、ＷＡ１＋ＷＱ２と、ＷＡ３＋ＷＱ２のままであるとすると、この減少により、ＷＡ１＋ＷＱ２はＷＡ１に戻り、ＷＡ３＋ＷＱ２はＷＡ３に戻ることになる。
【０１１０】
一方、前記帯域管理センタ２３から送信される応答が否定的であり、帯域確保拒否が返送された場合（Ｓ３０）、この応答を受信したＩＰ電話機２１の呼制御部３２は、解放完了メッセージを収容したＩＰデータグラムをＩＰ電話機１９に送信する（Ｓ３１）。このＩＰデータグラムは、前記呼設定メッセージと同じ経路を反対方向に転送されてＩＰ電話機１９の呼制御部３２に到達する（Ｓ３２〜Ｓ３４）。
【０１１１】
これにより、この時点で、データ通信やリアルタイム通信を実行中のＶｏＩＰネットワーク１０のユーザ（例えば、Ｕ２，Ｕ４）の通信品質が高く維持される。
【０１１２】
なお、前記ステップＳ２９の帯域解放要求は、ステップＳ２８のあとではなく、ステップＳ２１の前後で実行してもかまわない。
【０１１３】
（Ａ−３）実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、Ｈ．３２３に準拠したＶｏＩＰネットワーク（１０）で、回線（Ｃ１〜Ｃ４）単位の帯域管理を行うことができ、リアルタイム通信の通信品質を高めることができる。
【０１１４】
すなわち、本実施形態において、音声通話などのリアルタイム通信を行う場合、輻輳状態、途切れ、遅延などの発生を防止することができる。
【０１１５】
もちろん、本実施形態はリアルタイム通信だけでなく通常のデータ通信（例えば、ＦＴＰプロトコルを用いたファイル転送など）に適用しても、通信品質の向上や、実効的なスループットの向上に有効である。実効的なスループットが向上するのは、輻輳状態が発生しないためにパケット損失などが起きず、再送制御の頻度が低減できるからである。
【０１１６】
（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態では、各ＩＰ電話機が発呼し得る機能を持つものとしたが、原理的には、発呼機能だけを持つＩＰ電話機や、着呼機能だけを持つＩＰ電話機があってもかまわない。
【０１１７】
また、上記実施形態では、すべての端末がＶｏＩＰ対応機能を備えたＩＰ電話機であったが、ＶｏＩＰ対応機能を持たない一般電話機（Ｈ．３２３非対応端末）が含まれていてもかまわない。その場合、当該Ｈ．３２３非対応端末は、ＰＢＸ（構内交換機）などを介してＶｏＩＰゲートウエイに接続され、ＶｏＩＰゲートウエイが提供するＶｏＩＰ対応機能を利用することになる。
【０１１８】
さらに、上記実施形態ではＩＰ電話機を例に説明したが、Ｈ．３２３端末は必ずしもＩＰ電話機に限定する必要はない。例えば、動画像などをやり取りするビデオ会議システムなどにも適用可能である。
【０１１９】
なお、上記実施形態では、二分探索法を行うため、識別子対応テーブルＴＢ１で、ＩＰアドレスを昇順に整列したが、降順に整列してもよいことは当然である。また、探索法としては、二分探索法以外の効率的な方法を用いてもかまわない。例えば、ハッシュ法を利用することも可能である。ハッシュ法では、シノニム（衝突）の発生率を抑制できれば、基本的にわずか一回のアクセスで、所望のルータ番号を検索することが可能である。
【０１２０】
上記実施形態では、ＩＰ網上で音声通信を行うＶｏＩＰを例に説明したが、このＩＰ網は、その他のネットワークに置換可能である。例えば、フレームリレー網上で音声通信を行うＶｏＦＲなどにも適用可能である。
【０１２１】
なお、上記実施形態では、図１に示したように、ルータ１１〜１４間のトポロジはリング型であったが、リング型以外のトポロジを用いることも可能である。例えば、ツリー型や、メッシュ型のトポロジも利用可能である。
【０１２２】
また、ルータ１１〜１４の数は上述した４つより少なくてもよく、多くてもよいことは当然である。
【０１２３】
なお、上記実施形態の構成においてゲートキーパを設ける場合、当該ゲートキーパによる帯域管理は行わないようにしてもよい。
【０１２４】
また、ゲートキーパによる帯域管理と帯域管理センタ２３による帯域管理を併用する場合、呼設定の要求に対する帯域管理の結論が、ゲートキーパと帯域管理センタ２３で矛盾するものとなることが起こり得るが、そのようなケースでは、帯域管理センタ２３の結論を優先するようにするとよい。さらに、このような優先は、結論が否定的（前記応答が否定的）な場合にのみ行うようにしてもよい。この場合、例えば、帯域管理センタ２３が肯定的な結論を出し、ゲートキーパが否定的な結論を出した場合には、呼設定の受付は拒否されることになる。
【０１２５】
以上の説明では主としてハードウエア的に本発明を実現したが、本発明はソフトウエア的に実現することも可能である。
【０１２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、帯域資源の利用効率が高い適切な帯域管理を行うことによって、リアルタイム通信の通信品質を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＶｏＩＰネットワークの全体構成例を示す概略図である。
【図２】実施形態の動作例を示すシーケンス図である。
【図３】実施形態で使用するテーブルの構成例を示す概略図である。
【図４】実施形態で使用するテーブルの構成例を示す概略図である。
【図５】実施形態で使用するＩＰ電話機の内部構成例を示す概略図である。
【図６】実施形態で使用する帯域管理センタの内部構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…ＶｏＩＰネットワーク、１１〜１４…ルータ、１５〜１８…スイッチ、１９〜２２…ＩＰ電話機（ＩＰ電話機）、２３…帯域管理センタ、２４…帯域管理サーバ、２５…データベース、３０…質問処理部、３１…アドレス番号抽出部、３２…呼制御部、３３…ＶｏＩＰ対応部、３４…音声処理部、３５…ユーザインタフェース部、４０…応答処理部、４１…ルータ番号検索部、４２…帯域演算判定部、Ｃ１〜Ｃ４…回線、ＴＢ１，ＴＢ２…テーブル。
【発明の属する技術分野】
本発明は帯域管理システムに関し、例えば、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．３２３に準拠した環境でＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｒｅ ＩＰ）を行う場合などに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．３２３に準拠したＶｏＩＰ装置を使用してＩＰネットワーク上で通信サービスを提供する場合、その帯域管理は、ゲートキーパ（Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ）を用いたものである。
【０００３】
このゲートキーパによる帯域管理では、ＩＰネットワークヘのＨ．３２３端末の同時アクセス数を制限することが可能である。
【０００４】
【非特許文献】
ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．３２３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、任意の１つのＨ．３２３端末のアクセスによってＩＰネットワーク上の各ルータなどで使用される帯域は、Ｈ．３２３端末ごとに、あるいは、具体的な通信の内容ごとに相違し得る。
【０００６】
また、個々のルータの使用帯域は、ＩＰネットワーク上に設定される経路に依存して動的に変動し得るため、上述したゲートキーパで同時アクセス数を制限したとしても、過不足なく効率的な帯域管理を行うことは困難である。
【０００７】
同時アクセス数の上限値を比較的高く設定すると、例えば、あるルータでは帯域に十分な余裕があり、別なルータでは帯域に余裕がなく輻輳状態に陥っている等という現象が発生し得る。輻輳状態にまでいたらなくても、帯域に余裕がなくなれば、そのルータを経由する経路で行われるリアルタイム通信に遅延や途切れなどが発生し、通信品質が劣化する可能性がある。
【０００８】
ここで、リアルタイム通信とは、例えば、音声通信（ＩＰ電話による会話音声のように双方向的なもののほか、放送などの一方向的なものも含む）や動画像の通信など、その通信の品質に、連続的に到着する単位データ（例えば、ＩＰデータグラム）の到着間隔が重要な影響を与える通信を指す。
【０００９】
前記同時アクセス数の上限値を十分に低く設定すれば、遅延、途切れ、輻輳状態の発生を確実に防止することも可能であるが、それでは、ＩＰネットワーク上の帯域資源の利用効率が著しく低下し、非効率なネットワークとなってしまう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の発明では、通信端末間で送受される所定の単位信号の中継処理を各個に実行する複数の中継ノード装置を備えた通信ネットワークの帯域管理システムにおいて、 当該通信ネットワーク中の各中継ノード装置に関する帯域の使用状態を管理する帯域管理装置を備え、当該帯域管理装置は、呼の設定後、所定のリアルタイム通信のために前記単位信号をやり取りする通信端末のあいだの経路上に存在する各中継ノード装置に関する帯域の使用状態に応じて、当該呼の設定を許可または不許可とする呼設定統括部を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明では、通信端末間で送受される所定の単位信号の中継処理を各個に実行する複数の中継ノード装置を備えた通信ネットワークの帯域管理システムにおいて、（１）前記通信端末のうち呼設定を要求する側の通信端末は、前記単位信号を利用して呼設定を要求する呼設定制御信号を送信する呼設定要求部を備え、（２）前記中継ノード装置は、当該通信端末または他の中継ノード装置から当該単位信号を受信すると、所定の中継処理を実行し、当該中継処理の結果として決定された物理リンクに対して当該単位信号を送出する中継処理部と、（３）前記通信ネットワーク上における自身の識別子であるプロトコル対応アドレス番号を管理し、前記物理リンクに送出する前に当該プロトコル対応アドレス番号を前記単位信号に追加するアドレス番号管理部とを備え、（４）前記通信端末のうち呼設定の要求を受ける側の通信端末は、当該単位信号に収容されている複数のプロトコル対応アドレス番号から成るアドレス番号系列をもとに、所定の帯域管理装置に問い合わせを行い、この問い合わせに対する返答に応じて、呼設定の受付処理を制御する呼設定受付制御部と、（５）前記単位信号により、前記呼設定制御信号を受信すると、当該呼設定受付制御部からの制御に応じて、呼設定の受付けまたは受付け拒否の制御信号を返送する処理を行う制御信号返送部とを備え、（６）前記帯域管理装置は、前記通信ネットワーク内の各中継ノード装置につき、その帯域の使用状態を管理する帯域管理部と、（７）前記アドレス番号系列中の各プロトコル対応アドレス番号で指定される各中継ノード装置の帯域の使用状態が新たな帯域使用を許容する場合には、前記返答として肯定的な信号を返し、許可しない場合には否定的な信号を返す返答実行部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（Ａ）実施形態
以下、本発明にかかる帯域管理システムを、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．３２３に準拠した環境でＶｏＩＰを行うＶｏＩＰネットワークに適用した場合を例に、実施形態について説明する。
【００１３】
本実施形態は、Ｈ．３２３に準拠したＶｏＩＰネットワークで、回線（物理リンク）単位の帯域管理を行うものである。
【００１４】
（Ａ−１）実施形態の構成
本実施形態にかかるＶｏＩＰネットワーク１０の全体構成例を図１に示す。
【００１５】
図１において、当該ＶｏＩＰネットワーク１０は、４つのルータ１１〜１４と、４つのスイッチ（ＳＷ）１５〜１８と、４つのＨ．３２３端末（ＩＰ電話機とする）１９〜２２と、帯域管理センタ２３とを備えている。
【００１６】
このうちルータ１１のポート１１Ｂとルータ１２のポート１２Ａは回線（物理リンク）Ｃ２で接続され、ルータ１２のポート１２Ｃとルータ１３のポート１３Ａは回線Ｃ３で接続され、ルータ１１のポート１１Ｃとルータ１４のポート１４Ａとは回線Ｃ１で接続され、ルータ１４のポート１４Ｂとルータ１３のポート１３Ｃとは回線Ｃ４で接続されている。
【００１７】
各ルータ１１〜１４の各ポートには、それぞれ異なるＩＰアドレスが割り当てられている。例えば、ルータ１１のポート１１Ａと、ポート１１Ｂと、ポート１１Ｃには、それぞれ異なるＩＰアドレスが割り当てられている。
【００１８】
ここでは、各ポートに付与した符号の末尾に「Ｐ」を付加したものを当該ポートに割り当てられたＩＰアドレスとする。
【００１９】
したがって、ポート１１Ａに割り当てられたＩＰアドレスは１１ＡＰ、ポート１１Ｂに割り当てられたＩＰアドレスは１１ＢＰ、ポート１１Ｃに割り当てられたＩＰアドレスは１１ＣＰである。同様に、ポート１２Ａに割り当てられたＩＰアドレスは１２ＡＰ、ポート１２Ｂに割り当てられたＩＰアドレスは１２ＢＰ、ポート１２Ｃに割り当てられたＩＰアドレスは１２ＣＰであり、ポート１３Ａに割り当てられたＩＰアドレスは１３ＡＰ、ポート１３Ｂに割り当てられたＩＰアドレスは１３ＢＰ、ポート１３Ｃに割り当てられたＩＰアドレスは１３ＣＰであり、ポート１４Ａに割り当てられたＩＰアドレスは１４ＡＰ、ポート１４Ｂに割り当てられたＩＰアドレスは１４ＢＰ、ポート１４Ｃに割り当てられたＩＰアドレスは１４ＣＰである。
【００２０】
ルータ１１はスイッチ（レイヤ２スイッチなど）１５を介してＩＰ電話機１９と２０を収容している。
【００２１】
同様に、ルータ１２はスイッチ１６を介して帯域管理センタ２３を収容しており、ルータ１３はスイッチ１７を介してＩＰ電話機２１を収容しており、ルータ１４はスイッチ１８を介してＩＰ電話機２２を収容している。
【００２２】
ルータとＩＰ電話機のあいだにスイッチを配置することにより、コリジョン
によって妨げられることなく、ルータの配下の複数のＩＰ電話機（例えば、ルータ１５の配下の１９と２０）が他のＩＰ電話機と通信することが可能になる等、通信の効率がアップするが、スイッチは必ずしも必須の構成要素ではない。
【００２３】
スイッチを省略することも可能であるし、他のネットワーク機器（例えば、ハブやルータ（図１に示したルータとは別））と置換したり、他のネットワーク機器と併用したりすること等も可能である。
【００２４】
例えば、ルータ１４の配下に配置されるのが図示したＩＰ電話機２２だけであり、その他のＩＰ電話機や、データ通信端末が配置されないのであれば、スイッチ１８を設ける必要性は低い。
【００２５】
いわゆるコールエージェント（ＣＡ）を備えたＶｏＩＰネットワークの場合には、呼設定メッセージ（呼設定のための制御信号）はＣＡが中継し、音声データのほうはＩＰデータグラム（ＩＰパケット）にカプセル化した上でルータが中継するが、本実施形態の場合、呼設定メッセージもＩＰデータグラムにカプセル化してルータ１１〜１４が中継する。
【００２６】
このような構成の場合、音声データの通信のために帯域が消費されて呼設定メッセージの通信が妨げられる可能性もあるから、各ルータ１１〜１４が、音声データの通信用とは別に、呼制御メッセージ（呼設定メッセージも含む）の通信用の帯域を確保しておくようにしてもよい。
【００２７】
図１に示した構成要素１１〜２５のすべてが、ある企業などが自社の社員に使用させるために設置するものであってもかまわないが、構成要素１１〜２５のうちＩＰ電話機１９〜２２を除いたものは、ＶｏＩＰサービスを提供する通信事業者が設置するものであってもよい。その場合、ルータ１１〜１４などは、当該ＶｏＩＰサービスを利用する複数の企業などが、各企業の内線電話網などのために共用することになる。
【００２８】
図１中に示した各ＩＰ電話機１９〜２２は、それぞれ、ユーザＵ１〜Ｕ４によって使用される。
【００２９】
本実施形態のＩＰ電話機１９〜２２は基本的に、Ｈ．３２３に準拠しＶｏＩＰ技術を利用して音声通話を実行するための通常のＩＰ電話機（ＶｏＩＰ対応電話機）であるが、通常のＩＰ電話機が持たない機能も備えている。
【００３０】
当該ＩＰ電話機１９〜２２の内部構成例を図５に示す。ＩＰ電話機１９〜２２の内部構成は実質的に同じであるが、以下では、図５には主として、ＩＰ電話機１９を示したものとして説明を進める。
【００３１】
（Ａ−１−１）ＩＰ電話機の内部構成例
図５において、当該ＩＰ電話機１９は、質問処理部３０と、アドレス番号抽出部３１と、呼制御部３２と、ＶｏＩＰ対応部３３と、音声処理部３４と、ユーザインタフェース３５とを備えている。
【００３２】
このうちＶｏＩＰ対応部３３は、呼の設定後に行われる音声通話において、ユーザＵ１が発声した音声に対応した符号化を行って符号化音声データをＩＰデータグラムに収容して前記スイッチ１５に送出したり、これと反対に通信相手（ここでは、一例として、ＩＰ電話機２１を使用するユーザＵ３を想定する）が発声した音声に対応する符号化音声データを収容して到来するＩＰデータグラムから当該符号化音声データを抽出して復号したりする機能を有する部分である。
【００３３】
ユーザインタフェース部３５は、ユーザＵ１が発声した音声を集音するマイクロフォンや、ユーザＵ３が発声した音声を出力するスピーカなどを有する部分である。発呼するときに、ユーザＵ１が通信相手の電話番号（ＩＰ電話機２１の場合は、ＮＢ３）を指定するための操作ボタンなども、このユーザインタフェース部３５に含まれる。
【００３４】
なお、ＩＰ電話機１９は、通常の電話機としてのインタフェースをユーザＵ１に提供するため、ユーザＵ１が発呼時に指定するのは、相手の電話番号であるが、ＩＰプロトコルを使用するＶｏＩＰネットワーク１０上で有効な唯一の識別子はＩＰアドレスであるため、ＶｏＩＰネットワーク１０上で通信相手を特定するには、電話番号（ここでは、ＮＢ３）をＩＰアドレス（ここでは、ＡＤ３）に変換することが必要になる。この変換を行うのも、上述したゲートキーパである。したがって、図１中では省略しているが、本実施形態のＶｏＩＰネットワーク１０においてもゲートキーパは存在していてよい。
【００３５】
前記音声処理部３４は、ユーザインタフェース部３５とＶｏＩＰ対応部３３のあいだに介在し、ＩＰ電話機１９内部において両者の中継を実行する部分である。
【００３６】
これらの構成要素３３〜３５の機能は、従来のＩＰ電話機と同じであってよい。
【００３７】
呼制御部３２は、呼制御メッセージの送受を行う部分である。当該呼制御部３２は例えば、当該ＩＰ電話機１９から発呼するときには呼設定メッセージを送信し、反対に、当該ＩＰ電話機１９が着信先となるときには、通信相手からの呼設定メッセージを受信する。当該呼制御部３２からの呼設定メッセージの送信は、前記ユーザインタフェース部３５の操作ボタンを操作してユーザＵ１が指定した電話番号の（すなわち、当該電話番号に対応するＩＰアドレスの）ＩＰ電話機に宛てて行われる。
【００３８】
本実施形態では、前記ＣＡではなく、ルータ１１〜１４を利用して呼設定メッセージを送信するため、当該呼設定メッセージも、前記符号化音声データと同様に、ＩＰデータグラムにカプセル化して伝送されることは当然である。
【００３９】
当該呼制御部３２はまた、呼設定メッセージを送信するとき、当該呼設定メッセージをカプセル化するＩＰデータグラムのヘッダに、ＩＰプロトコルのオプション機能であるルート・レコード・オプションの設定を施す機能を備えている。
【００４０】
ＩＰデータグラムのヘッダにルート・レコード・オプションを設定すると、当該ＩＰデータグラムを受信した各ルータは自身の該当ポートのＩＰアドレスを当該ＩＰデータグラム内に記録する処理を行う。したがって、当該ＩＰデータグラムが着信先のＩＰ電話機（例えば、２１）に受信されたときには、ＩＰデータグラムが、その受信前に通過してきた経路上のルータのＩＰアドレスの系列（通過ルータＩＰアドレス情報）が記録されている。この記録は、当該ＩＰデータグラムが転送された経路の記録である。
【００４１】
前記質問処理部３０とアドレス番号抽出部３１は、当該呼制御部３２が呼設定メッセージを受信したときに機能する部分で、本実施形態の特徴的な構成要素である。
【００４２】
各ルータにおける経路記録には様々な方法が考えられるが、ここでは、ＩＰデータグラムを出力したポートではなく、入力したポートのＩＰアドレスを記録するものとする。
【００４３】
この場合、例えば、ＩＰ電話機２１の呼制御部（３２）が送信した当該呼設定メッセージを含んだＩＰデータグラムが、ルータ１３，１４，１１の経路を転送されてＩＰ電話機１９に受信されたと仮定すると、当該ＩＰデータグラムには、各ルータの各ポートのＩＰアドレス１３ＢＰ、１４ＢＰ、１１ＣＰから構成される通過ルータＩＰアドレス情報が記録されていることになる。
【００４４】
前記アドレス番号抽出部３１は、記録されているこの通過ルータＩＰアドレス情報を前記ＩＰデータグラムから抽出して質問処理部３０に渡す機能を有する。
【００４５】
質問処理部３０は、この通過ルータＩＰアドレス情報をもとに、前記帯域管理センタ２３に対して当該呼設定メッセージで要求されている呼設定を受け付けてよいか否かの質問を行う部分で、この質問に対する帯域管理センタ２３の応答の内容に応じて呼制御部３２が返送する呼制御メッセージを変更する。図１の場合、ＩＰ電話機１９と帯域管理センタ２３のあいだには、ルータ１１〜１４を経由する以外の伝送路は存在しないので、この質問の内容も、ＩＰデータグラムにカプセル化されて送信されることになる。
【００４６】
なお、この質問には、前記通過ルータＩＰアドレス情報のほかに、この呼設定メッセージを受け付けて呼設定を行った後のリアルタイム通信（ここでは、ＩＰ電話機による音声通話）が必要とする帯域幅に関する情報（確保帯域幅情報）も含まれている。
【００４７】
当該確保帯域幅情報をどのようにして決定するかについては、様々な方法が考えられる。例えば、予め通信端末（ここでは、ＩＰ電話機１９）に固定的に確保帯域幅情報を設定しておき、当該通信端末が通信を行う場合には常に、当該確保帯域幅情報で指定される一定の帯域幅を確保するようにしてもよいし、呼設定メッセージの送信元である通信端末（ここでは、ＩＰ電話機２１）が、これからリアルタイム通信に使用しようとしている通信アプリケーションの種類などに応じて確定帯域幅情報を決定し、決定した確定帯域幅情報を呼設定メッセージに付随させて送信するようにしてもよい。
【００４８】
いずれにしても質問処理部３０は、前記質問を発するときまでに、確保帯域幅情報の内容（値）を特定しておく必要がある。
【００４９】
後述するように、帯域管理センタ２３は、ＶｏＩＰネットワーク１０中の全ルータ１１〜１４に関して、帯域の使用状況を、ほぼリアルタイムで管理しているため、前記通過ルータＩＰアドレス情報に記録された経路上に１つでも、前記確定帯域幅情報で指定される帯域幅を確保することで使用可能な最大帯域幅を越えるルータが存在する場合には、呼設定の受け付け拒否を指示する否定的な応答を、前記質問を発した質問処理部２０に返送する。
【００５０】
すなわち、当該経路上の全ルータについて次の式（１）の不等式が成立するとき、帯域管理センタ２３は、受付許可を指示する肯定的な応答を返し、成立しないルータが経路上に１つでも存在するときには、受付拒否を指示する否定的な応答を返す。
【００５１】
回線帯域幅 ≧ 使用中帯域幅 ＋ 確保帯域幅 …（１）
ここで、回線帯域幅とは、各ルータが所定の回線について使用することの可能な最大の帯域幅のことで、一例としては、前記ルータ１２が回線Ｃ２について使用可能な最大の帯域幅が、これに該当する。一般的には、ルータごとに、あるいは同じルータであってもポートごとに（すなわち、回線ごとに）使用可能な回線帯域幅は相違する。当該回線帯域幅はルータ製品の仕様に応じて決まる値である。
【００５２】
使用中帯域幅とは、その時点で、各ルータが所定の回線について現に使用中の帯域幅のことで、ＶｏＩＰネットワーク１０の運用中には、時々刻々と変動する。一般的なＶｏＩＰネットワークでは、輻輳状態などにおいて、使用中帯域幅の値が回線帯域幅を越えることが起こり得るが、本実施形態の場合には、使用中帯域幅の値が回線帯域幅の値を越えることはあり得ない。すなわち、当該使用中帯域幅は、前記回線帯域幅の値を上限とする。
【００５３】
厳密には、呼制御メッセージの通信用の帯域を音声データの通信用とは別個に確保しておかない場合、呼制御メッセージの転送によっても、当該使用中帯域幅の値は増加する。ただし、ＶｏＩＰネットワーク１０内における呼制御メッセージの発生頻度や、１つの呼制御メッセージによる帯域の消費量が音声データの通信による帯域の消費量に比べて十分に小さければ、呼制御メッセージの転送による当該使用中帯域幅の増加は無視できる可能性がある。
【００５４】
呼制御メッセージの通信のトラフィック特性は、音声データの通信のように長時間、連続的な通信トラフィックを発生するものではなく、短時間で完結する（例えば、１または数個程度のＩＰデータグラムの通信で完結する）瞬間的なものであるため、その発生頻度が極端に高くない限り、音声データの通信による帯域消費量に比べて、十分に小さな帯域しか消費しない可能性が高い。
【００５５】
次に、図６をもとに、前記帯域管理センタ２３の内部構成例について説明する。
【００５６】
（Ａ−１−２）帯域管理センタの内部構成例
図６において、当該帯域管理センタ２３は、帯域管理サーバ２４と、帯域管理データベース２５を備えている。
【００５７】
このうち帯域管理サーバ２４は、応答処理部４０と、ルータ番号検索部４１と、帯域演算判定部４２とを備えている。
【００５８】
応答処理部４０は、前記質問処理部３０に対向する部分で、質問を発したＩＰ電話機の質問処理部３０に対して、前記応答をＩＰデータグラムにカプセル化して返送する。ただし、応答処理部４０が質問を受け取ってから、応答を返送するまでには、ルータ番号検索部４１と、帯域演算判定部４２の処理が実行される必要がある。
【００５９】
ルータ番号検索部４１は、前記質問の通過ルータＩＰアドレス情報に含まれている各ルータの各ポートのＩＰアドレスをもとに、各ルータのルータ番号を特定する部分である。
【００６０】
ルータ番号とは、帯域管理センタ２３内で各ルータ１１〜１４を一意に特性する識別子であり、一対のルータ番号によって、１つの回線を特定する。
【００６１】
ルータ番号としてはどのような値を用いてもかまわないが、ここでは、各ルータに付与した符号の末尾に「Ｎ」を付加したものをもって、ルータ番号とする。したがって、ルータ１１のルータ番号は１１Ｎ、ルータ１２のルータ番号は１２Ｎ、ルータ１３のルータ番号は１３Ｎ、ルータ１４のルータ番号は１４Ｎとなる。
【００６２】
これにより、例えば、ルータ１１とルータ１２のあいだの回線Ｃ２は、ルータ番号１１Ｎと１２Ｎの対（１１Ｎ，１２Ｎ）によって指定される。
【００６３】
識別子としては、各ルータ１１〜１４の各ポートに割り当てられたＩＰアドレスをそのまま、各回線Ｃ１〜Ｃ４を特定するために帯域管理センタ２３内で利用することも可能であるが、前記ルータ番号を利用したほうが、ＶｏＩＰネットワーク１０の構成との対応関係を理解しやすく、運用管理や、障害発生時の障害切り分けなどに便利である。
【００６４】
また、各ルータ１１〜１４の各ポートのＩＰアドレスは、ＶｏＩＰネットワーク１０の構成変更（例えば、新たなルータの追加や、既設のルータと新規のルータとの置き換えなど）によって、変動する可能性があるが、ルータ番号を利用することにより、このような変動が起きても、ルータ番号とＩＰアドレスの対応関係だけを変更すればよく、ルータ番号は基本的に変動以前のものをそのまま利用できる。
【００６５】
具体的には、当該ルータ番号を用いることによって、ＶｏＩＰネットワーク１０の構成変更時でも、後述する識別子対応テーブルＴＢ１（図３参照）さえ変更すれば、回線帯域管理テーブルＴＢ２（図４参照）はほとんど変更しなくてもよくなる。
【００６６】
ルータ番号検索部４１は、データベース２５中に格納されている識別子対応テーブルＴＢ１を検索することによって、ルータ番号を特定する。
【００６７】
当該識別子対応テーブルＴＢ１の構成は、例えば、図３に示すものであってよい。識別子対応テーブルＴＢ１には、ルータの各ポートのＩＰアドレスと、そのルータのルータ番号の対応関係が格納されている。
【００６８】
１つのルータは複数のポートを持っているため、１つのルータ番号には複数のＩＰアドレスが対応づけられる。
【００６９】
例えば、３つのポート１４Ａ〜１４Ｃを持つルータ１４の場合、そのルータ番号１４Ｎには、上述した３つのＩＰアドレス１４ＡＰ〜１４ＣＰが対応付けられている。
【００７０】
図３の識別子対応テーブルＴＢ１は、ＩＰアドレスの昇順に対応関係を整列したテーブルであるため、二分探索法などを利用して、少ない計算量で、高速な検索を行うことができる。ここでは、１４ＢＰ＜１４ＡＰ＜１４ＣＰと仮定している。
【００７１】
二分探索法は、あるＩＰアドレス（例えば、１４ＢＰ）を検索しようとするとき、まず全探索空間の中央付近のあるＩＰアドレス値と当該１４ＢＰの大小を比較し、１４ＢＰのほうが小さければ、全探索空間のうち値の小さいほうの半分の空間で、中央付近のあるＩＰアドレス値と当該１４ＢＰの大小を比較し、…という操作を繰り返す探索法である。
【００７２】
図１に示したように、ルータの数がわずか４つ程度の小規模なＶｏＩＰネットワーク１０なら、中央付近のＩＰアドレス値を抽出したり、大小を比較したりする処理の全計算量に占める比率が大きくなるため、現実の実装では、かえって単純な線形探索法（整列を行わず、値を１つずつ照合する操作を繰り返す探索法）のほうが高速となる可能性があるが、ルータの数やポートの数が図１に示したものよりも多くなればなるほど、線形探索法よりも二分探索法のほうが、計算量が少なく高速であることが計算量の理論によって証明されている。
【００７３】
各ルータにおける経路記録が、上述したように、ＩＰデータグラムを入力したポートのＩＰアドレスを用いて行われるものとすると、例えば、ルータ１３，１４，１１の経路を記録しているＩＰデータグラムを受信したＩＰ電話機１９からの質問では、ルータ１４に関してルータ番号検索部４１が行う検索では、ＩＰアドレス１４ＢＰが検索キーとなり、検索結果として、ルータ番号１４Ｎが得られる。
【００７４】
前記帯域演算判定部４２は、回線帯域管理テーブルＴＢ２を検索することにより、呼設定メッセージを受信したＩＰ電話機（例えば、１９）が、その呼設定メッセージを受け付けてよいか否かを判定する部分である。
【００７５】
当該回線帯域管理テーブルＴＢ２の構成例を図４に示す。
【００７６】
任意の２つのルータ間の回線（物理リンク）を双方向のデータ伝送に使用するか、一方向のデータ伝送に使用するかは、ＯＳＩ参照モデルのネットワーク層より下位の層（例えば、データリンク層）のプロトコルに依存するものと考えられるが、ここでは、双方向のデータ伝送に使用するものとする。したがって、例えば、ルータ１１と１４間の回線Ｃ１は、ルータ１１から１４へ向かう方向のＩＰデータグラムの伝送に使用されるとともに、ルータ１４から１１へ向かう方向のＩＰデータグラムの伝送にも使用される。
【００７７】
図４において、前記回線帯域管理テーブルＴＢ２は、列名（データ項目）として、２つの「ルータ番号」と、「回線帯域幅」と、「使用中帯域幅」とを備えている。
【００７８】
ここでは、各回線Ｃ１〜Ｃ４を双方向のデータ伝送に使用するものとしたので２つの「ルータ番号」を区別していないが、回線が一方向のデータ伝送にしか使用しないものである場合には、例えば、出力側のルータを示す「出力ルータ番号」と入力側のルータを示す「入力ルータ番号」などのデータ項目を設ける必要があり、行の数は図４の倍になる。
【００７９】
図４に示した状態で、例えば、最上部の行Ｌ１の各データ項目の値は、１１Ｎ、１４Ｎ、Ｗ１，ＷＡ１である。このことから、一対のルータ番号１１Ｎ、１４Ｎによって指定される回線Ｃ１の回線帯域幅の値は、Ｗ１であり、現時点の使用中帯域幅の値はＷＡ１であることがわかる。
【００８０】
同様に、上から３つ目の行Ｌ３の各データ項目の値は、１４Ｎ、１３Ｎ、Ｗ３，ＷＡ３であるから、一対のルータ番号１４Ｎ、１３Ｎによって指定される回線Ｃ４の回線帯域幅の値は、Ｗ３であり、現時点の使用中帯域幅の値はＷＡ３であることがわかる。
【００８１】
ここで、前記質問のもとになった呼設定メッセージを含むＩＰデータグラムの転送経路が、ルータ１３，１４，１１を通過する経路であるものとし、前記質問に含まれる確保帯域幅の値をＷＱ１とすると、前記帯域演算判定部４２は、前記式（１）から、Ｗ１≧ ＷＡ１＋ＷＱ１およびＷ３≧ ＷＡ３＋ＷＱ１の双方が成立するか否かを判定することになる。
【００８２】
双方がともに成立すれば、帯域演算判定部４２は、応答処理部４０を制御して、前記呼設定メッセージを受け付けてよい旨の応答を送信させ、双方のうちいずれか一方でも成立しない場合には、呼設定メッセージの受付拒否を指示する応答を送信させる。
【００８３】
なお、ＩＰ電話機１９から呼設定メッセージを送信する場合には、宛先のＩＰ電話機の内部でこれと同様な処理が行われるのは当然である。例えば、ＩＰ電話機１９からＩＰ電話機２１に宛てて呼設定メッセージを送信した場合には、ＩＰ電話機２１内の質問処理部３０が帯域管理センタ２３に対して、前記質問を収容したＩＰデータグラムを送信し、それに対する応答に応じた処理（呼制御）を実行することになる。
【００８４】
以下、上記のような構成を有する本実施形態の動作を、図２のシーケンス図を参照しながら説明する。
【００８５】
図２のシーケンス図は、前記ＩＰ電話機１９からＩＰ電話機２１へ発呼するケースに対応し、Ｓ１０〜Ｓ３４の各ステップから構成されている。
【００８６】
発呼時に送信される前記呼設定メッセージを含んだＩＰデータグラムがどのような経路で着信先のＩＰ電話機２１に届くかは、各ルータ１１〜１４が持っているルーティングテーブル（経路表）の内容や、障害発生箇所などに依存して変動し得るが、図２の例では、ルータ１１，１４，１３の経路が使用されている。
【００８７】
（Ａ−２）実施形態の動作
ＩＰ電話機１９のユーザＵ１がオフフックしてＩＰ電話機１９の電話番号ＮＢ１を入力すると、前記ゲートキーパなどの機能により、当該電話番号ＮＢ１に対応するＩＰ電話機２１のＩＰアドレスＡＤ３が得られる。そしてこのＩＰアドレスＡＤ３を送信先ＩＰアドレスとし、ＩＰヘッダに、前記ルート・レコード・オプションを設定した上で、呼設定メッセージを収容したＩＰデータグラムがＩＰ電話機１９の呼制御部３２から送信される（Ｓ１０）。
【００８８】
当該ＩＰデータグラムをポート１１Ａで受信したルータ１１は、ポート１１ＡのＩＰアドレスである１１ＡＰを記録した上で、当該ＩＰデータグラムを経路表にしたがってルーティングし、ポート１１Ｃから送出する。
【００８９】
ポート１１Ｃから送出された当該ＩＰデータグラムは、回線Ｃ１を伝送されてルータ１４のポート１４Ａで受信される（Ｓ１１）。当該ルータ１４でも、前記ルータ１１と同様に、当該ＩＰデータグラムにポート１４ＡのＩＰアドレス１４ＡＰを記録してルーティングし、ポート１４Ｂから送出する。
【００９０】
ポート１４Ｂから送出されたＩＰデータグラムは回線Ｃ４を伝送されてルータ１３のポート１３Ｃで受信される（Ｓ１２）。当該ルータ１３でも、前記ルータ１１、１４と同様に、当該ＩＰデータグラムにポート１３ＣのＩＰアドレス１３ＣＰを記録するから、このとき、ＩＰデータグラムは、前記１１ＡＰ、１４ＡＰと、当該１３ＣＰの３つのＩＰアドレスからなる通過ルータＩＰアドレス情報が記録された状態となる。
【００９１】
ルーティングにより、ルータ１３が当該ＩＰデータグラムをポート１３Ｂから送出すると、当該ＩＰデータグラムは、スイッチ１７を介してＩＰ電話機２１の呼制御部３２が受信する（Ｓ１３）。このあと、当該ＩＰ電話機２１の内部において、前記アドレス番号抽出部３１と質問処理部３０が動作し、当該ＩＰデータグラムから抽出した通過ルータＩＰアドレス情報と、当該ＩＰデータグラムから抽出または、予めＩＰ電話機２１に固定的に設定された情報に基づいてＩＰ電話機２１の呼制御部３２自身が生成した前記確保帯域幅情報を含む質問を、前記帯域管理サーバ２４に送信する（Ｓ１４）。
【００９２】
この質問の送信は、当該確保帯域幅情報で指定される帯域幅の確保を帯域管理サーバ２４に要求する処理であるとみることができる。ただし、帯域管理サーバ２４は、前記回線帯域管理テーブルＴＢ２を使用してルータ１１〜１４の帯域幅の管理を行い、前記応答によって、リアルタイム通信を許すか否かを決定するだけであり、実際のリアルタイム通信に対する帯域幅の割り当てを直接おこなうのは、各ルータ１１〜１４自身であることは当然である。
【００９３】
帯域管理センタ２３の内部において、上述したように、帯域管理サーバ２４と帯域管理データベース２５が連携して動作した結果として、この質問に対し、帯域管理サーバ４０の応答処理部４０が返送する応答の内容が決まる。
【００９４】
すなわち、経路上の全ルータ１１，１４，１３について、前記式（１）の不等式が成立する場合には、肯定的な応答が返送され、それ以外の場合には、否定的な応答が返送される。肯定的な応答は、ＩＰ電話機２１の呼制御部３２が、呼設定メッセージの受け付けを行い呼設定受付メッセージをＩＰ電話機１９へ返送することを許容するものであり、否定的な応答は、これを許容しない。
【００９５】
図２中のステップＳ１５〜Ｓ２９は、応答が肯定的である場合に実行される処理であり、ステップＳ３０〜Ｓ３４は、応答が否定的である場合に実行される処理である。
【００９６】
肯定的な応答を返送する場合、帯域管理サーバ２４は帯域管理テーブルＴＢ１の該当する行の使用中帯域幅の値を、確保帯域幅の値だけ増加させる。例えば、確保帯域幅の値がＷＱ２であるとすると、図４中のＷＡ１とＷＡ３がＷＱ２ずつ増加され、ＷＡ１＋ＷＱ２と、ＷＡ３＋ＷＱ２に更新される。
【００９７】
帯域管理センタ２３から、例えば、ルータ１２，１３を経由して肯定的な応答を受信すると（Ｓ１５）、ＩＰ電話機２１の呼制御部３２は、呼設定受付メッセージを収容したＩＰデータグラムを送出する。このＩＰデータグラムは、前記呼設定メッセージが転送された経路と同じ経路を反対方向に転送される。
【００９８】
したがって、この場合、当該ＩＰデータグラムは、ルータ１３，１４，１１の順番でルータ間を転送され（Ｓ１６〜Ｓ１８）、前記呼設定メッセージの送信元であるＩＰ電話機１９の呼制御部３２に受信される（Ｓ１９）。その他、呼制御処理の詳細や、やり取りされる呼制御メッセージの詳細は、Ｈ．３２３プロトコルにしたがう。
【００９９】
このステップＳ１９の実行等により、呼の設定が完了し、ＩＰ電話機１９を使用するユーザＵ１とＩＰ電話機２１を使用するユーザＵ３のあいだでリアルタイム通信（音声通話）が行われる（Ｓ２０）。
【０１００】
この音声通話のためのＩＰデータグラムが送受されているとき、経路上の各ルータ１１，１４，１３の使用中帯域幅は、上述した回線帯域幅以下の値に維持されるため、輻輳状態が発生することがなく、途切れや遅延が生じることもない。したがって、高い通信品質が実現できる。
【０１０１】
この音声通話が終了すると、例えば、ＩＰ電話機２１内においてユーザＵ３のオンフック（切断）を検出したユーザインタフェース部３５が呼制御部３２にオンフックの事実を通知し、当該呼制御部３２は解放完了メッセージを収容したＩＰデータグラムをＩＰ電話機１９に送信する。このＩＰデータグラムは、前記呼設定受付メッセージと同じ経路を同じ方向へ転送されて、ＩＰ電話機１９の呼制御部３２に受信される（Ｓ２１〜Ｓ２４）。
【０１０２】
これを受けて、ＩＰ電話機１９の呼制御部３２が解放完了メッセージを送信すると、当該解放完了メッセージは、前記呼設定メッセージと同じ経路を同じ方向に転送されてＩＰ電話機２１の呼制御部３２に受信される（Ｓ２５〜Ｓ２８）。この解放完了メッセージが受信された時点で、呼制御も含むＩＰ電話機１９と２１のあいだの通信が完了する。
【０１０３】
当該ステップＳ２８につづき、ＩＰ電話機２１は、前記帯域管理センタ２１に対し、帯域解放要求を送信する（Ｓ２９）。この帯域解放要求は、前記質問において指定し確保された確保帯域幅の解放を要求するものである。この解放により、当該確保帯域幅の値だけ、前記ルータ１１，１４，１３の使用中帯域幅が減少するから、他のＩＰ電話機（例えば、２２）から質問を受信した場合に、肯定的な応答が帯域管理センタ２３から返送される確率が高まる。
【０１０４】
図４に示した帯域管理テーブルＴＢ２の構成からも明らかなように、この帯域の解放は、回線ごと（すなわち、ルータ番号の対ごと）に実行する必要がある。そのため、前記ステップＳ１４でＩＰ電話機２１から送信した質問に含まれていた前記通過ルータＩＰアドレス情報が再度、必要になる。
【０１０５】
このとき、通過ルータＩＰアドレス情報を得る方法については、様々なものが考えられる。
【０１０６】
例えば、ステップＳ２５でＩＰ電話機１９の呼制御部３２が送信する解放完了メッセージを含むＩＰデータグラムのルート・レコード・オプションを設定しておき、ＩＰ電話機２１が当該ＩＰデータグラムを受信したときに当該ＩＰデータグラムから通過ルータＩＰアドレス情報を抽出して帯域解放要求とともに送信する方法も使用可能である。
【０１０７】
あるいは、帯域管理センタ２３が前記質問に対して肯定的な応答を返送する場合、その質問に含まれていた通貨ルータＩＰアドレス情報を、帯域管理センタ２３側にＩＰ電話機２１の識別子（例えば、ＩＰアドレスＡＤ３）と対応づけた形式で記憶しておき、ＩＰ電話機２１が帯域解放要求を送信してきたときには、そのＩＰデータグラムの送信元ＩＰアドレスＡＤ３と同じＩＰアドレスに対応付けられて記憶されている通過ルータＩＰアドレス情報を検索する方法なども利用可能であるが、ここでは、質問の送信時に使用した通過ルータＩＰアドレス情報をＩＰ電話機２１内に記憶しておいて、帯域解放要求とともに送信する方法を用いるものとする。
【０１０８】
なお、帯域の解放によって解放される帯域幅（解放帯域幅）の値は、確保帯域幅の値と同じ値である必要があるが、その値を特定する方法についても、帯域管理センタ２３側にＩＰ電話機２１の識別子（例えば、ＩＰアドレスＡＤ３）と対応づけた形式で前記通過ルータＩＰアドレス情報とともに記憶しておく方法が使用可能であるが、ここでは、ＩＰ電話機２１側に記憶しておくものとする。このＩＰ電話機２１における確保帯域幅の値の記憶は、固定的なものであってもよく、ＩＰ電話機１９から通信アプリケーションの種類などに応じて（呼設定メッセージとともに）送信されてくる確定帯域幅情報に応じて動的に記憶内容が変動するものであってもよい。
【０１０９】
帯域解放要求が受信されると、帯域管理センタ２３では当該通過ルータＩＰアドレス情報をもとに該当するルータ番号を特定し、帯域管理テーブルＴＢ１の該当する行の使用中帯域幅の値を、前記確保帯域幅ＷＱ２の値と等しい値だけ減少させる。もしもこの時点の各回線の使用中帯域幅が、ＷＡ１＋ＷＱ２と、ＷＡ３＋ＷＱ２のままであるとすると、この減少により、ＷＡ１＋ＷＱ２はＷＡ１に戻り、ＷＡ３＋ＷＱ２はＷＡ３に戻ることになる。
【０１１０】
一方、前記帯域管理センタ２３から送信される応答が否定的であり、帯域確保拒否が返送された場合（Ｓ３０）、この応答を受信したＩＰ電話機２１の呼制御部３２は、解放完了メッセージを収容したＩＰデータグラムをＩＰ電話機１９に送信する（Ｓ３１）。このＩＰデータグラムは、前記呼設定メッセージと同じ経路を反対方向に転送されてＩＰ電話機１９の呼制御部３２に到達する（Ｓ３２〜Ｓ３４）。
【０１１１】
これにより、この時点で、データ通信やリアルタイム通信を実行中のＶｏＩＰネットワーク１０のユーザ（例えば、Ｕ２，Ｕ４）の通信品質が高く維持される。
【０１１２】
なお、前記ステップＳ２９の帯域解放要求は、ステップＳ２８のあとではなく、ステップＳ２１の前後で実行してもかまわない。
【０１１３】
（Ａ−３）実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、Ｈ．３２３に準拠したＶｏＩＰネットワーク（１０）で、回線（Ｃ１〜Ｃ４）単位の帯域管理を行うことができ、リアルタイム通信の通信品質を高めることができる。
【０１１４】
すなわち、本実施形態において、音声通話などのリアルタイム通信を行う場合、輻輳状態、途切れ、遅延などの発生を防止することができる。
【０１１５】
もちろん、本実施形態はリアルタイム通信だけでなく通常のデータ通信（例えば、ＦＴＰプロトコルを用いたファイル転送など）に適用しても、通信品質の向上や、実効的なスループットの向上に有効である。実効的なスループットが向上するのは、輻輳状態が発生しないためにパケット損失などが起きず、再送制御の頻度が低減できるからである。
【０１１６】
（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態では、各ＩＰ電話機が発呼し得る機能を持つものとしたが、原理的には、発呼機能だけを持つＩＰ電話機や、着呼機能だけを持つＩＰ電話機があってもかまわない。
【０１１７】
また、上記実施形態では、すべての端末がＶｏＩＰ対応機能を備えたＩＰ電話機であったが、ＶｏＩＰ対応機能を持たない一般電話機（Ｈ．３２３非対応端末）が含まれていてもかまわない。その場合、当該Ｈ．３２３非対応端末は、ＰＢＸ（構内交換機）などを介してＶｏＩＰゲートウエイに接続され、ＶｏＩＰゲートウエイが提供するＶｏＩＰ対応機能を利用することになる。
【０１１８】
さらに、上記実施形態ではＩＰ電話機を例に説明したが、Ｈ．３２３端末は必ずしもＩＰ電話機に限定する必要はない。例えば、動画像などをやり取りするビデオ会議システムなどにも適用可能である。
【０１１９】
なお、上記実施形態では、二分探索法を行うため、識別子対応テーブルＴＢ１で、ＩＰアドレスを昇順に整列したが、降順に整列してもよいことは当然である。また、探索法としては、二分探索法以外の効率的な方法を用いてもかまわない。例えば、ハッシュ法を利用することも可能である。ハッシュ法では、シノニム（衝突）の発生率を抑制できれば、基本的にわずか一回のアクセスで、所望のルータ番号を検索することが可能である。
【０１２０】
上記実施形態では、ＩＰ網上で音声通信を行うＶｏＩＰを例に説明したが、このＩＰ網は、その他のネットワークに置換可能である。例えば、フレームリレー網上で音声通信を行うＶｏＦＲなどにも適用可能である。
【０１２１】
なお、上記実施形態では、図１に示したように、ルータ１１〜１４間のトポロジはリング型であったが、リング型以外のトポロジを用いることも可能である。例えば、ツリー型や、メッシュ型のトポロジも利用可能である。
【０１２２】
また、ルータ１１〜１４の数は上述した４つより少なくてもよく、多くてもよいことは当然である。
【０１２３】
なお、上記実施形態の構成においてゲートキーパを設ける場合、当該ゲートキーパによる帯域管理は行わないようにしてもよい。
【０１２４】
また、ゲートキーパによる帯域管理と帯域管理センタ２３による帯域管理を併用する場合、呼設定の要求に対する帯域管理の結論が、ゲートキーパと帯域管理センタ２３で矛盾するものとなることが起こり得るが、そのようなケースでは、帯域管理センタ２３の結論を優先するようにするとよい。さらに、このような優先は、結論が否定的（前記応答が否定的）な場合にのみ行うようにしてもよい。この場合、例えば、帯域管理センタ２３が肯定的な結論を出し、ゲートキーパが否定的な結論を出した場合には、呼設定の受付は拒否されることになる。
【０１２５】
以上の説明では主としてハードウエア的に本発明を実現したが、本発明はソフトウエア的に実現することも可能である。
【０１２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、帯域資源の利用効率が高い適切な帯域管理を行うことによって、リアルタイム通信の通信品質を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＶｏＩＰネットワークの全体構成例を示す概略図である。
【図２】実施形態の動作例を示すシーケンス図である。
【図３】実施形態で使用するテーブルの構成例を示す概略図である。
【図４】実施形態で使用するテーブルの構成例を示す概略図である。
【図５】実施形態で使用するＩＰ電話機の内部構成例を示す概略図である。
【図６】実施形態で使用する帯域管理センタの内部構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…ＶｏＩＰネットワーク、１１〜１４…ルータ、１５〜１８…スイッチ、１９〜２２…ＩＰ電話機（ＩＰ電話機）、２３…帯域管理センタ、２４…帯域管理サーバ、２５…データベース、３０…質問処理部、３１…アドレス番号抽出部、３２…呼制御部、３３…ＶｏＩＰ対応部、３４…音声処理部、３５…ユーザインタフェース部、４０…応答処理部、４１…ルータ番号検索部、４２…帯域演算判定部、Ｃ１〜Ｃ４…回線、ＴＢ１，ＴＢ２…テーブル。
Claims (4)
- 通信端末間で送受される所定の単位信号の中継処理を各個に実行する複数の中継ノード装置を備えた通信ネットワークの帯域管理システムにおいて、
当該通信ネットワーク中の各中継ノード装置に関する帯域の使用状態を管理する帯域管理装置を備え、
当該帯域管理装置は、
呼の設定後、所定のリアルタイム通信のために前記単位信号をやり取りする通信端末のあいだの経路上に存在する各中継ノード装置に関する帯域の使用状態に応じて、当該呼の設定を許可または不許可とする呼設定統括部を備えたことを特徴とする帯域管理システム。 - 請求項１の帯域管理システムにおいて、
前記中継ノード装置は、
前記通信端末または他の中継ノード装置から単位信号を受信すると、所定の中継処理を実行し、当該中継処理の結果として決定された物理リンクに対して単位信号を送出する中継処理部と、
前記通信ネットワーク上における自身の識別子であるプロトコル対応アドレス番号を管理し、前記物理リンクに送出する前に当該プロトコル対応アドレス番号を前記単位信号に追加するアドレス番号管理部とを備えたことを特徴とする帯域管理システム。 - 通信端末間で送受される所定の単位信号の中継処理を各個に実行する複数の中継ノード装置を備えた通信ネットワークの帯域管理システムにおいて、
前記通信端末のうち呼設定を要求する側の通信端末は、
前記単位信号を利用して呼設定を要求する呼設定制御信号を送信する呼設定要求部を備え、
前記中継ノード装置は、
当該通信端末または他の中継ノード装置から当該単位信号を受信すると、所定の中継処理を実行し、当該中継処理の結果として決定された物理リンクに対して当該単位信号を送出する中継処理部と、
前記通信ネットワーク上における自身の識別子であるプロトコル対応アドレス番号を管理し、前記物理リンクに送出する前に当該プロトコル対応アドレス番号を前記単位信号に追加するアドレス番号管理部とを備え、
前記通信端末のうち呼設定の要求を受ける側の通信端末は、
当該単位信号に収容されている複数のプロトコル対応アドレス番号から成るアドレス番号系列をもとに、所定の帯域管理装置に問い合わせを行い、この問い合わせに対する返答に応じて、呼設定の受付処理を制御する呼設定受付制御部と、前記単位信号により、前記呼設定制御信号を受信すると、当該呼設定受付制御部からの制御に応じて、呼設定の受付けまたは受付け拒否の制御信号を返送する処理を行う制御信号返送部とを備え、
前記帯域管理装置は、
前記通信ネットワーク内の各中継ノード装置につき、その帯域の使用状態を管理する帯域管理部と、
前記アドレス番号系列中の各プロトコル対応アドレス番号で指定される各中継ノード装置の帯域の使用状態が新たな帯域使用を許容する場合には、前記返答として肯定的な信号を返し、許可しない場合には否定的な信号を返す返答実行部とを備えたことを特徴とする帯域管理システム。 - 請求項３の帯域管理システムにおいて、
前記呼設定制御信号には、その呼設定後に、前記通信端末間で行うリアルタイム通信で使用する帯域を示す要求帯域情報を付随させることを特徴とする帯域管理システム。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002262346A JP2004104387A (ja) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | 帯域管理システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002262346A JP2004104387A (ja) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | 帯域管理システム |
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|---|---|
| JP2004104387A true JP2004104387A (ja) | 2004-04-02 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002262346A Pending JP2004104387A (ja) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | 帯域管理システム |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2004104387A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008524912A (ja) * | 2004-12-17 | 2008-07-10 | エヌエイチエヌ コーポレーション | バス型ネットワーク構造の通信ネットワークシステム及びこれを用いたサービス間のデータ送受信方法 |
| JP2011101126A (ja) * | 2009-11-04 | 2011-05-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | トラフィック制御装置及びシステム及び方法及びプログラム及びプログラム記録媒体 |
-
2002
- 2002-09-09 JP JP2002262346A patent/JP2004104387A/ja active Pending
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