JP2004104708A - 公平アクセスネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】トラフィック量の大きな加入者に物理リンクが占有されることのないように、各加入者に対して帯域割り当ての公平性を確保する。
【解決手段】論理的に多重化されたＶＬＡＮの数に従って各ＶＬＡＮにそれぞれ対応するキューを作成し、受信したパケットの宛先ＩＰアドレスに基づき、このパケットを送信する場合に所属するＶＬＡＮのキューにこのパケットのデータを振り分け、次に複数のキューにそれぞれ振り分けられたパケットのデータを各キューから所定の順序で送出する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の加入者端末装置（加入者ホスト）とアクセスネットワーク間で、コンテンツ配信のアクセスなどに用いられる公平アクセスネットワークシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のネットワークシステムでは、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ　Ｌｉｎｅ）やＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ　Ｔｏ　Ｔｈｅ　Ｈｏｍｅ）などを用いた高速なデータ伝送を行うアクセスネットワークが普及することにより、このアクセスネットワークを利用してインターネットを使った動画などのコンテンツ配信が行われるようになってきた。このコンテンツ配信のインターネット接続サービスでは、バックボーンネットワークであるアクセスネットワーク上に設けられたサービス事業者の配信サーバから、動画などのデータをＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケット構成にして、加入者の端末装置（加入者ホスト）である加入者ＰＣ（パーソナルコンピュータ）に送信している。このＩＰを使った配信ネットワークでは、各加入者に個別のＩＰアドレスまたはネットワークアドレスが割り振られており、この割り振られたアドレスに基づいて、コンテンツ配信のサービスを行っていた。
【０００３】
このインターネット接続サービスでは、加入者ホストを収容するネットワークにおいて、ＩＥＥＥ８０２．３で規定されるＬＡＮが利用されるようになっている。このＬＡＮでは、複数の加入者ホストが一つの物理リンクを論理的に共有する形態での接続方法が用いられ、パケットを多重化して中継していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、中継装置において各加入者が利用することのできる帯域は、ネットワークを先にアクセスした加入者から優先的に割り当てられるので、先の加入者が伝送帯域の広いデータ伝送を行うと、この特定の加入者ホストのパケットが物理リンクの全帯域を占有してしまい、他の加入者ホストが通信できない状況が発生するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、各加入者に対して帯域割り当ての公平性を確保して、トラフィック量の大きな加入者に物理リンクが占有されることのない公平アクセスネットワークシステムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の請求項１では、複数の加入者ホストとアクセスネットワークとを有し、該加入者ホストとアクセスネットワークが中継装置を介して接続され、パケットの中継を行うネットワークシステムにおいて、前記加入者ホストは、パケットを送受信するための仮想ネットワークを構築しており、前記アクセスネットワークに接続される前記中継装置は、前記仮想ネットワークに対応付けられて作成された蓄積手段を有し、受信した前記パケットの仮想ネットワークの識別データ、または送信先の仮想ネットワークの識別データに基づいて、該当する仮想ネットワークに対応する蓄積手段に当該パケットのデータを蓄積させるとともに、前記各蓄積手段に蓄積されたパケットのデータを、所定のキューイング方式によって順番に取り出して送出することを特徴とする公平アクセスネットワークシステム。
【０００７】
この発明によれば、例えば各ＶＬＡＮに対応付けられた蓄積手段であるキューを作成し、受信したパケットの宛先ＩＰアドレスを検索して、送信ポートとＶＬＡＮ　ＩＤを決定し、該当ＶＬＡＮに対応するキューにこのパケットのデータを蓄積させるとともに、ラウンドロビン方式などの所定のキューイング方式によって順番に、例えば所定割合で取り出して送出することで、各加入者に対して帯域割り当ての公平性を確保する。
【０００８】
この発明の請求項２では、複数の加入者ホストとアクセスネットワークとを有し、該加入者ホストとアクセスネットワークが中継装置を介して接続され、パケットの中継を行うネットワークシステムにおいて、前記加入者ホストは、マルチプロトコル・ラベル・スイッチングのパケットを送受信するためのラベルが設定されており、前記アクセスネットワークに接続される前記中継装置は、前記加入者に対応付けられて作成された蓄積手段を有し、受信した前記パケットのラベルに基づいて、該当する加入者に対応する蓄積手段に当該パケットのデータを蓄積させるとともに、前記各蓄積手段に蓄積されたパケットのデータを、所定のキューイング方式によって順番に取り出して送出することを特徴とする公平アクセスネットワークシステムが提供される。
【０００９】
この発明によれば、例えば各ラベルに対応付けられたキューを作成し、受信したパケットのラベルを検索して、該当加入者に対応するキューにこのパケットのデータを蓄積させるとともに、ラウンドロビン方式などの所定のキューイング方式によって順番に、例えば所定割合で取り出して送出することで、各加入者に対して帯域割り当ての公平性を確保する。
【００１０】
この発明の請求項３では、上記発明において、前記中継装置は、前記各蓄積手段に対してトラフィック量の重み付けが設定されており、該重み付けされたトラフィック量に応じて前記蓄積されているパケットを送出することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、キューにトラフィック量の重み付けが設定され、このパケットのデータをキューに蓄積させ、該重み付けされたトラフィック量に応じて蓄積されているパケットを送出することで、帯域割り当ての公平性を確保する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる公平アクセスネットワークシステムの好適な実施の形態を説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１は、この発明にかかる公平アクセスネットワークシステムの構成の一実施例を示す構成図である。図において、公平アクセスネットワークシステムは、アクセスネットワーク１０に配設されるサービス事業者（データセンタ）のルータ１１と、このルータ１１に接続されるコンテンツ配信サーバ１２を含むサーバ群１３と、同じくアクセスネットワーク１０に配設される複数のエッジルータ１４と、上位側のエッジルータ１４に接続されるとともに、下位側の加入者ＰＣまたはカスタマエッジルータと接続される加入者集約装置１５〜１７と、この加入者集約装置１５〜１７によってそれぞれ集約される複数の加入者ＰＣ１８〜２２，２３〜２７，２８〜３２とから構成されている。
【００１４】
このサーバ群１３は、コンテンツ配信サーバ１２の他に、例えば加入者認証サーバ、配信受付サーバ、課金サーバなどから構成されている。ルータ１１は、アクセスネットワーク１０を介してコンテンツ配信サーバ１２から配信されるマルチキャストパケットおよびユニキャストのストリームを各エッジルータ１４に配信している。
【００１５】
エッジルータ１４は、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑの規定で決められた方式で、フレームで構成される公知のパケット内のＶＬＡＮタグを使って加入者ＰＣを論理的にグループ化し、加入者ＰＣからの要求に応じてコンテンツ配信サーバ１２からのストリームをフォワードしている。また、エッジルータ１４は、異なるポート上の同一ＶＬＡＮタグについて、レイヤ２での接続を分離する機能を有している。
【００１６】
なお、このパケットは、図２に示すように、それぞれ６バイトずつの宛先アドレスＤＡおよび送信元アドレスＳＡと、それぞれ２バイトずつのタグ・プロトコル識別子ＴＰＩＤ、タグ識別情報ＴＣＩおよびフレーム長・型式情報ＬＥＮ／ＴＹＰと、４６〜１５００バイトからなる可変長のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）クライアント・データＤＡＴＡと、４バイトのフレーム・チェック・シーケンスＦＣＳとからなる。そして、タグ識別情報ＴＣＩは、３ビットのユーザ優先度情報ＰＲＩと、１ビットの正規形式識別子ＣＦＩと１２ビットのＶＬＡＮ識別子ＶＬＡＮ　ＩＤとからなる。
【００１７】
図３は、図１に示したエッジルータ１４の基本構成を示す構成図である。図において、エッジルータ１４は、アクセスネットワーク１０の回線に接続されてパケットが入力する複数の入力ポート１４ａと、入力したパケットを適切な出力ポートに振り分ける複数のスイッチファブリック１４ｂと、出力ポート毎に振り分けられたパケットを各ＶＬＡＮ毎に振り分ける複数のＶＬＡＮクラシファイア１４ｃと、各ＶＬＡＮ毎に設けられてＶＬＡＮクラシファイア１４ｃで振り分けられたパケットのデータを一時格納する複数のキュー（待ち行列）１４ｄと、出力ポート毎に設けられて各キュー１４ｄに振り分けられてパケットを各キューから順に所定数ずつ取り出して送出する選択部１４ｅと、入力するパケットを出力する出力ポート１４ｆと、これら機器を制御する制御部１４ｇとから構成されている。
【００１８】
スイッチファブリック１４ｂは、入力ポート１４ａを介して入力される送信パケットを取り込み、このパケット内の宛先アドレスに応じて、該当するポートのＶＬＡＮクラシファイア１４ｃにパケットを振り分けており、ＶＬＡＮクラシファイア１４ｃは、このパケット内の宛先アドレスからＶＬＡＮ　ＩＤを決定し、ＶＬＡＮ　ＩＤに応じて、該当するキュー１４ｄにパケットを蓄積させている。
【００１９】
キュー１４ｄは、各出力ポート１４ｆに接続される物理回線に多重化されるＶＬＡＮ毎に設けられるとともに、予め設定されたパケット格納容量を有しており、この容量を越える入力パケットは廃棄されることとなる。なお、このキューのパケット格納容量は、例えばコンテンツ配信などの標準的な情報通信において各ＶＬＡＮの通信パケットを保持することができる程度に設定される。また、選択部１４ｅは、例えばラウンドロビン方式によって複数のキュー１４ｄからパケットを順に所定数ずつ取り出して、出力ポート１４ｆを介して物理回線に送出するフェアキューイング機能を実行している。
【００２０】
制御部１４ｇは、各物理回線に多重化されたＶＬＡＮ数を調べ、これらＶＬＡＮのそれぞれに対応するキュー１４ｄを設定している。また、制御部１４ｇは、ＶＬＡＮクラシファイア１４ｃがＶＬＡＮ毎のパケットを該当するキュー１４ｄに振り分けるようにＶＬＡＮクラシファイア１４ｃの動作を制御している。
【００２１】
この物理回線の伝送帯域をＷ、この物理回線に多重化されたＶＬＡＮ数をＮとすると、各ＶＬＡＮに対する重み付けＵは、
Ｕ＝Ｗ／Ｎ
ＷとＮ：任意の整数
となり、選択部１４ｅは、制御部１４ｇで設定されたこの重み付けＵによって、各キュー１４ｄがら該当するパケットを取り出して出力している。
【００２２】
次に、この公平アクセスネットワークシステムの動作を図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００２３】
図において、エッジルータ１４の制御部１４ｇは、各出力ポート１４ｆに接続された物理回線に割り当てられたＶＬＡＮの数を調べ（ステップ１０１）、このＶＬＡＮにそれぞれ対応したキュー１４ｄを作成する（ステップ１０２）。そして、ＶＬＡＮクラシファイア１４ｃによって入力パケットの宛先ＩＰアドレスからＶＬＡＮ　ＩＤを決定し、そのＶＬＡＮ　ＩＤに基づいて、該当するキュー１４ｄにこのパケットを振り分ける（ステップ１０３）。
【００２４】
つまり、データセンタから送出されたパケットがアクセスネットワーク１０を介してエッジルータ１４の入力ポート１４ａから入力されると、スイッチファブリック１４ｂは、このパケット内の宛先ＩＰアドレスの情報に応じて出力ポート１４ｆを決定する。そして、この決定した出力ポート１４ｆに対応して設けられたＶＬＡＮクラシファイア１４ｃが、このパケット内の宛先ＩＰアドレスからＶＬＡＮ　ＩＤを決定し、当該ＶＬＡＮに対応したキュー１４ｄにこのパケットをそれぞれ振り分ける。この振り分けが行われると、選択部１４ｅは、ラウンドロビン方式などを用いて設定された重み付けによって、各キュー１４ｄに蓄積されたパケットを所定数ずつ取り出して、出力ポート１４ｆに出力する（ステップ１０４）。
【００２５】
次に、制御部１４ｇは、監視している各物理回線に多重化されているＶＬＡＮの数が増減されたかどうか判断する（ステップ１０５，１０６）。すなわち、サービス事業者がネットワークの構成を変化させて新たなＶＬＡＮを設定したり、逆に既存のＶＬＡＮの設定を削除することによってＶＬＡＮの数が増減することがあるので、ここでは、まずＶＬＡＮ数が増加したかどうか判断する（ステップ１０５）。
【００２６】
ここで、例えばＶＬＡＮ数が増加した場合には、増加した分のキューの追加を行い（ステップ１０７）、また増加していない場合には、ＶＬＡＮ数が減少したかどうか判断する（ステップ１０６）。ここで、増減がない場合には、ステップ１０３に戻って、次のパケットの送出制御を繰り返し、またＶＬＡＮ数が減少した場合には、選択部１４ｅによって開放されたＶＬＡＮに該当するキュー１４ｄに残されているパケットのデータを送出した後に（ステップ１０８）、制御部１４ｇで該当するキュー１４ｄを削除した後（ステップ１０９）、ステップ１０３に戻って、次のパケットの送出制御を繰り返す。
【００２７】
このように、この実施例では、宛先アドレスとＶＬＡＮの数に応じてキューが設定され、ＶＬＡＮクラシファイア１４ｃによってこのキューにパケットを一時蓄積させた後に、選択部１４ｅで設定された重み付けによって、各キュー１４ｄに蓄積されたパケットを所定数ずつ取り出して、出力ポート１４ｆに出力するので、トラフィック量の大きな加入者に物理回線が占有されることがなくなり、各加入者に対して帯域割り当ての公平性を確保することができる。
【００２８】
また、この実施例では、制御部によってＶＬＡＮの数に応じてキュー１４ｄの作成と削除を行うことができるので、ＶＬＡＮ毎に予め割り当てられた物理回線の伝送帯域を必要に応じて有効に利用することができ、パケット伝送の伝送効率を向上させることができる。
【００２９】
なお、この発明は、上述のように加入者アクセス伝送路側のＶＬＡＮに限定されるものではなく、例えば幹線伝送路側にＶＬＡＮを構成する場合、この幹線伝送路の伝送制御にこの発明の公平アクセスネットワークシステムを適用すれば、この幹線伝送路の帯域の利用に関してもＶＬＡＮ間の公平な伝送制御を行うことが可能となる。
【００３０】
（実施例２）
また、この発明は、上記実施例に示したＶＬＡＮの場合にだけに限らず、例えばＲＦＣ３０３１で規定されるＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｌａｂｅｌ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）にも用いることが可能である。この方式では、エッジルータは、フレーム構成のパケット内のシムヘッダ２のラベルを用いて加入者ＰＣを認識し、この加入者ＰＣからの要求に応じてコンテンツ配信サーバ１２からのストリームをフォワードしている。
【００３１】
なお、このパケットは、図５に示すように、６バイトずつの宛先ＭＡＣアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレスなどからなるＭＡＣヘッダと、それぞれ４バイトずつのシム（Ｓｈｉｍ）ヘッダ１およびシムヘッダ２と、上位層データとからなる。シムヘッダ１，２は、ほぼ同様の構成で、２０ビットのラベル（Ｌａｂｅｌ）と、３ビットのＥｘｐ（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｕｓｅ）と、１ビットのＳ（Ｂｏｔｔｏｍ　ｏｆ　Ｓｔａｃｋ）と、ＴＴＬ（Ｔｉｍｅ　Ｔｏ　Ｌｉｖｅ）とから構成されている。このうち、シムヘッダ２のラベルは、加入者毎に割り当てられたラベルからなっている。
【００３２】
この実施例にかかるエッジルータ１４の制御部１４ｇは、加入者数を調べ、この加入者のそれぞれに対応するキューを作成している。また、制御部１４ｇは、クラシファイア１４ｃが加入者毎のパケットを該当するキューに振り分けるようにクラシファイア１４ｃの動作を制御している。
【００３３】
次に、この公平アクセスネットワークシステムの動作を図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００３４】
図において、エッジルータ１４の制御部１４ｇは、各出力ポート１４ｆに接続された物理回線に割り当てられた加入者の数を調べ（ステップ２０１）、この加入者にそれぞれ対応したキュー１４ｄを作成する（ステップ２０２）。そして、クラシファイア１４ｃによって入力パケットのフレームに含まれるシムヘッダ２のラベルに基づいて、該当するキュー１４ｄにこのパケットを振り分ける（ステップ２０３）。
【００３５】
つまり、データセンタから送出されたパケットがアクセスネットワーク１０を介してエッジルータ１４の入力ポート１４ａから入力されると、スイッチファブリック１４ｂは、このパケット内のラベルの情報に応じて出力ポート１４ｆを決定する。そして、この決定した出力ポート１４ｆに対応して設けられたクラシファイア１４ｃが、このパケット内のラベルの情報を検出して、該当する加入者に対応したキュー１４ｄにこのパケットをそれぞれ振り分ける。この振り分けが行われると、選択部１４ｅは、ラウンドロビン方式などのキューイング方式を用いて、制御部１４ｇで設定された重み付けＵによって、各キュー１４ｄに蓄積されたパケットを所定数ずつ取り出して、出力ポート１４ｆに出力する（ステップ２０４）。
【００３６】
次に、制御部１４ｇは、監視している各物理回線に多重化されている加入者の数が増減されたかどうか判断する（ステップ２０５，２０６）。すなわち、サービス事業者がネットワークの構成を変化させて新たな加入者が加わったり、逆に既に加入していた加入者の設定を削除することによって加入者の数が増減することがあるので、ここでは、まず加入者数が増加したかどうか判断する（ステップ２０５）。
【００３７】
ここで、例えば加入者数が増加した場合には、増加した分のキューの追加を行い（ステップ２０７）、また増加していない場合には、加入者数が減少したかどうか判断する（ステップ２０６）。ここで、増減がない場合には、ステップ２０３に戻って、次のパケットの送出制御を繰り返し、また加入者数が減少した場合には、選択部１４ｅによって開放された加入者に該当するキュー１４ｄに残されているパケットのデータを送出した後に（ステップ２０８）、制御部１４ｇで該当するキュー１４ｄを削除した後（ステップ２０９）、ステップ２０３に戻って、次のパケットの送出制御を繰り返す。
【００３８】
このように、この実施例では、加入者の数に応じてキューが設定され、クラシファイア１４ｃによってこのキューにパケットを一時蓄積させた後に、選択部１４ｅが制御部１４ｇで設定された重み付けによって、各キュー１４ｄに蓄積されたパケットを所定数ずつ取り出して、出力ポート１４ｆに出力するので、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
この発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。この発明は、例えば、加入者識別に送信元／宛先ＩＰアドレスを使う場合にも応用が可能であり、この場合にも実施例１〜２で示した効果と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の請求項１，２では、複数の加入者ホストとアクセスネットワークとを有し、該加入者ホストとアクセスネットワークが中継装置を介して接続され、パケットの中継を行うネットワークシステムにおいて、各ＶＬＡＮ／各加入者に対応付けられた蓄積手段であるキューを作成し、受信したパケットの宛先アドレスを検索してＶＬＡＮ　ＩＤを決定し、該当ＶＬＡＮ／該当加入者に対応するキューにこのパケットのデータを蓄積させるとともに、所定のキューイング方式によって順番に取り出して送出するので、各加入者に対して帯域割り当ての公平性を確保して、トラフィック量の大きな加入者に物理リンクが占有されることのない公平アクセスネットワークシステムを提供できる。
【００４１】
また、この発明の請求項３では、キューにトラフィック量の重み付けが設定され、入力するパケットのデータをキューに蓄積させ、該重み付けされたトラフィック量に応じて蓄積されているパケットを送出するので、帯域割り当ての公平性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる公平アクセスネットワークシステムの構成の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１に示した公平アクセスネットワークシステムで送受信されるパケットのフレーム構成の一例を示す構成図である。
【図３】図１に示したエッジルータの基本構成を示す構成図である。
【図４】この発明の実施例１における公平アクセスネットワークシステムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】図１に示した公平アクセスネットワークシステムで送受信されるパケットのフレーム構成の他例を示す構成図である。
【図６】この発明の実施例２における公平アクセスネットワークシステムの動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０　アクセスネットワーク
１１　ルータ
１２　コンテンツ配信サーバ
１３　サーバ群
１４　エッジルータ
１４ａ　入力ポート
１４ｂ　スイッチファブリック
１４ｃ　クラシファイア
１４ｄ　キュー
１４ｅ　選択部
１４ｆ　出力ポート
１４ｇ　制御部
１５〜１７　加入者集約装置
１８〜３２　加入者ＰＣ

Claims (3)

1. 複数の加入者ホストとアクセスネットワークとを有し、該加入者ホストとアクセスネットワークが中継装置を介して接続され、パケットの中継を行うネットワークシステムにおいて、
   前記加入者ホストは、パケットを送受信するための仮想ネットワークを構築しており、
   前記アクセスネットワークに接続される前記中継装置は、前記仮想ネットワークに対応付けられて作成された蓄積手段を有し、受信した前記パケットの仮想ネットワークの識別データ、または送信先の仮想ネットワークの識別データに基づいて、該当する仮想ネットワークに対応する蓄積手段に当該パケットのデータを蓄積させるとともに、前記各蓄積手段に蓄積されたパケットのデータを、所定のキューイング方式によって順番に取り出して送出することを特徴とする公平アクセスネットワークシステム。
2. 複数の加入者ホストとアクセスネットワークとを有し、該加入者ホストとアクセスネットワークが中継装置を介して接続され、パケットの中継を行うネットワークシステムにおいて、
   前記加入者ホストは、マルチプロトコル・ラベル・スイッチングのパケットを送受信するためのラベルが設定されており、
   前記アクセスネットワークに接続される前記中継装置は、前記加入者に対応付けられて作成された蓄積手段を有し、受信した前記パケットのラベルに基づいて、該当する加入者に対応する蓄積手段に当該パケットのデータを蓄積させるとともに、前記各蓄積手段に蓄積されたパケットのデータを、所定のキューイング方式によって順番に取り出して送出することを特徴とする公平アクセスネットワークシステム。
3. 前記中継装置は、前記各蓄積手段に対してトラフィック量の重み付けが設定されており、該重み付けされたトラフィック量に応じて前記蓄積されているパケットを送出することを特徴とする請求項１または２に記載の公平アクセスネットワークシステム。

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