JP2004260696A

JP2004260696A - フレーム転送ネットワーク

Info

Publication number: JP2004260696A
Application number: JP2003051090A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Matsui; 健一松井; Junichi Murayama; 純一村山; Yoshitake Tajima; 佳武田島; Kazuhiro Matsuda; 和浩松田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】高品質クラスのパケットが低品質クラスのパケットによりブロックされる不具合が解消されたフレーム転送ネットワークを実現する。
【解決手段】本発明では、前記加入者収容ノード（２０７〜２０９）間を仮想プライベートネットワーク機能を有するバックボーンネットワークを用いて物理的に接続し、各加入者収容ノード（２０７〜２０９）間には、品質クラス属性が異なる複数の仮想プライベートネットワーク（１０７，１０８）を並列に構築し、前記バックボーンネットワークにおけるフレーム転送をネットワーク制御装置により制御する。そして、各加入者収容ノードは、加入者有ユーザから受信したフレームをバックボーンネットワークへ送出する際、当該フレームに付与された品質クラス属性に基づいて、対応する品質クラス属性の仮想プライベートネットワーク（１０７，１０８）に送出する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加入者ユーザからの品質要求に応じて適切な通信品質サービスを提供できるネットワークに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の品質クラスで構成される品質制御サービスを提供するフレーム転送ネットワークとして、例えばＴＣＰ／ＩＰネットワーク上のＱｏＳ制御技術の一つであるＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄｓｅｒｖｉｃｅｓ（Ｄｉｆｆ−Ｓｅｒｖ）技術によるフレーム転送ネットワークが既知である（例えば、非特許文献１参照）。このようなフレーム転送ネットワークでは、高品質クラスのフレームと低品質クラスのフレームを同一リンクに多重し、多重時の優先制御により品質の差異化が実現されていた。
【０００３】
【非特許文献１】
１９９８年１２月にＩＥＴＦから発行されたＲＦＣ２４７５“ＡｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｆｏｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅｓ”
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したスケジューリングによる優先制御では、フレーム単位の転送制御が行われるために、フレーム転送ノードにおいて、特定の方路に向けて低品質クラスのロングパケットの転送中に、同一方路向けの高品質クラスのショートパケットが到着した場合、低品質クラスのロングパケットの転送が完了するまで高品質クラスのショートパケットの転送を待たせる必要があった。すなわち、低品質クラスのパケットが、高品質パケットの転送をブロックするような状況が発生する可能性があった。このため、ＶｏＩＰ（ＶｏｉｃｅＯｖｅｒＩＰ）のような遅延に敏感な音声ショートフレームが、ＦＴＰのような遅延に鈍感なデータロングフレームにブロックされ、音声品質が劣化する可能性が問題視された。
【０００５】
従って、本発明の目的は、加入者ユーザの要求に応じて適切な通信品質サービスを提供できるネットワークを提供することにある。
さらに、本発明の別の目的は、高品質クラスのパケットが低品質クラスのパケットによりブロックされる不具合が解消されたフレーム転送ネットワークを実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるフレーム転送ネットワークは、複数の加入者ユーザを収容する複数の加入者収容ノードと、１個又はそれ以上の加入者ユーザノードを収容するフレーム転送ノードとを具え、加入者ユーザ間でフレーム転送を行うフレーム転送ネットワークにおいて、
前記加入者収容ノード間を仮想プライベートネットワーク機能を有するバックボーンネットワークを用いて物理的に接続し、各加入者収容ノード間には、品質クラス属性が異なる複数の仮想プライベートネットワークを並列に構築し、前記バックボーンネットワークにおけるフレーム転送をネットワーク制御装置により制御するフレーム転送ネットワークであって、
各加入者収容ノードは、加入者有ユーザから受信したフレームをバックボーンネットワークへ送出する際、当該フレームに付与された品質クラス属性に基づいて、対応する品質クラス属性の仮想プライベートネットワークに送出することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、フレーム多重時のスケジューリングによる品質差異化ではなく、クラス毎に異なる転送リソースを割り当て、この転送リソースの使用率を異ならせることで、品質の差異化を実現する。これにより、ブロッキングの問題が解決される。また、故障発生時等に、迂回制御を高速化することにより到達性を維持し、信頼性も同時に向上させることができる。さらに、故障発生時にも、品質の劣化は許容しても、品質の差異化を維持することができる。特に重要なことは、加入者収容ノード間に品質クラスの異なる複数の仮想プライベートネットワークを構築しているので、転送リソースの割り当てを仮想プライベートネットワーク単位に行えば良くなるため、品質クラス毎に異なる転送リソースを割り当てることが容易となる。
【０００８】
本発明によるフレーム転送ネットワークの好適実施例は、バックボーンネットワークに、仮想プライベートネットワーク毎に物理的に異なる転送経路を設定したことを特徴とする。これにより、仮想プライベートネットワーク単位の転送リソースの割り当てをより容易にすることができる。さらに、品質クラス毎に物理経路が異なることから、低品質クラスのパケットが、低品質パケットの転送をブロックするような状況を物理的に回避できる。さらに、いずれかの仮想プライベートネットワークに故障が発生した際、迂回制御の確実性を向上させることが可能となる。
【０００９】
本発明によるフレーム転送ネットワークの別の好適実施例は、ネットワーク制御装置は、品質クラスの高い第１の仮想プライベートネットワークの転送リソースの割合が、品質クラスの低い第２の仮想プライベートネットワークの転送リソースよりも高くなるようにバックボーンネットワークを制御することを特徴とする。これにより、具体的に、クラス毎に異なる転送リソースを割り当て、この転送リソースの使用率を異ならせることで、品質を差異化することができる。特に、２つの仮想プライベートネットワークが物理的に同一の転送経路を共有する場合、高品質クラスの仮想プライベートネットワークの転送リソースを高くすることにより、通信品質サービスの差異化を達成することができる。
【００１０】
本発明によるフレーム転送ネットワークの好適実施例は、ネットワーク制御装置がいずれかの仮想プライベートネットワークに故障が発生したことを検出した場合、当該ネットワーク制御装置は、当該故障が発生した仮想プライベートネットワーク向けのフレームを、故障が発生した仮想プライベートネットワークに対して並列に構築された他方の仮想プライベートネットワークに向けて転送するように前記バックボーンネットワークを制御することを特徴とする。これにより、加入者ユーザ収容ノードにおいて、故障検出後に、該当する仮想プライベートネットワークの復旧以前に、宛先への到達性だけは維持することが可能となる。
【００１１】
本発明によるフレーム転送ネットワークの好適実施例は、バックボーンネットワークに接続された加入者収容ノード及びフレーム転送ノードが、同一の物理方路に複数のフレームを転送しようとして送信競合が発生した場合、送信すべきフレームに付与された品質クラス属性を識別して優先度の高い品質クラスに属するフレームを優先的に送信するスケジューリング機能を有することを特徴とする。本例においては、いずれかの仮想プライベートネットワークに故障が発生して複数の品質クラスのフレームを多重的に転送する事態が生じても、高品質クラスのフレームの転送品質を劣化させることなく高品質なものに維持することが可能になる。さらに、このような高品質クラスのフレームの転送品質を劣化させることなく高品質なものに維持できる効果は、高品質クラスをサポートする仮想プライベートネットワークが故障して、低品質クラスをサポートする仮想プライベートネットワークに高品質クラスのフレームを迂回させる場合にも同様に期待することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるフレーム転送ネットワークの論理ネットワーク構成を示す。この構成は、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ形式のＭＡＣフレーム転送を前提とする。図１を参照するに、ユーザ端末１０１をリンク１０５を介して収容する加入者ユーザ収容ノード１０３と、ユーザ端末１０２をリンク１０６を介して収容する加入者ユーザ収容ノード１０４とを、並列に設けた２個のＶＬＡＮ（＃１）１０７とＶＬＡＮ（＃２）１０８により接続する。これらＶＬＡＮ１０７及び１０８はそれぞれ仮想プライベートネットワークを構成する。これら２つのＶＬＡＮには互いに異なる品質クラス属性を付与し、ＶＬＡＮ（＃１９には高品質を要求するトラヒックが収容され、ＶＬＡＮ（＃２）には高品質が要求されないトラヒックが収容される。尚、どちらか一方のＶＬＡＮ上に故障が発生した場合、品質要求に関わりなく、全てのトラヒックが、正常なＶＬＡＮに収容させることができる。
【００１３】
図２は、本発明によるフレーム転送ネットワークの物理的なネットワーク構成を示す。加入者ユーザ収容ノード２０７は、リンク（＃１）２１２およびリンク（＃２）２１３を介して、ユーザ端末２０１およびユーザ端末２０２をそれぞれ収容する。加入者ユーザ収容ノード２０８は、リンク（＃３）２１４およびリンク（＃４）２１５を介して、ユーザ端末２０３およびユーザ端末２０４をそれぞれ収容する。加入者ユーザ収容ノード２０９は、リンク（＃５）２１６およびリンク（＃６）２１７を介して、ユーザ端末２０５およびユーザ端末２０６をそれぞれ収容する。
【００１４】
各加入者ユーザ収容ノードは、仮想プライベートネットワーク機能を有するバックボーンネットワークを用いて物理的に接続され、フレーム転送ノードに収容される形で互いに相互接続する。すなわち、フレーム転送ノード２１０は、リンク（＃７）２１８を介して加入者ユーザ収容ノード２０７に接続され、リンク（＃９）２２０を介して加入者ユーザ収容ノード２０８に接続され、リンク（＃１１）２２２を介して加入者ユーザ収容ノード２０９に接続する。また、フレーム転送ノード２１１は、リンク（＃８）２１９を介して加入者ユーザ収容ノード２０７に接続され、リンク（＃１０）２２１を介して加入者ユーザ収容ノード２０８に接続され、リンク（＃１２）２２３を介して加入者ユーザ収容ノード２０９に接続する。
【００１５】
加入者ユーザ収容ノード２０７〜２０９は、リンク（＃１３）２２５、リンク（＃１５）２２７及びリンク（＃１７）２２９を介してサーバ２２４に接続され、フレーム転送ノード２１０〜２１１は、それぞれリンク（＃１４）２２６とリンク（＃１６）２２８を介してサーバ２２４に接続する。サーバ２２４はネットワーク制御装置としての機能を果たし、加入者収容ノード間を接続するバックボーンネットワークにおけるフレーム転送を制御する機能を実行する。
【００１６】
この物理ネットワーク構成では、各加入者ユーザ収容ノード間を相互接続するバックボーンネットワークの仮想プライベートネットワーク機能により、加入者ユーザ収容ノード２０７〜２０９とフレーム転送ノード２１０との間に図３及び図４に示す２つのＶＬＡＮが設定される。図３は、高品質クラスのトラヒックを収容する仮想プライベートネットワークを構成するＶＬＡＮ（＃１）を示す。この構成では、リンク（＃７）２１８、リンク（＃９）２２０及びリンク（＃１１）２２２を介して、フレーム転送ノード２１０と加入者ユーザ収容ノード２０７〜２０９とがそれぞれ論理的に接続される。図４は、低品質クラスのトラヒックを収容する仮想プライベートネットワークを構成するＶＬＡＮ（＃２）を示す。この構成では、リンク２１９〜２２３を介してフレーム転送ノード２１１と加入者ユーザ収容ノード２０７〜２０９とをそれぞれ論理的に接続する。このように、互いに物理経路を違えるようなＶＬＡＮ設定は、サーバ２２４を用いて、各転送ノードの転送テーブルを設定することで行える。
【００１７】
ここで、加入者ユーザ収容ノード２０８は、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑで示されるようなｐｒｉｏｒｉｔｙタグを付加されたＭＡＣフレームの転送を行う場合、図５に示すような転送テーブルを保有することができる。このテーブルは、宛先ＭＡＣアドレスおよびｐｒｉｏｒｉｔｙから、ＬＡＮ番号と出力リンクを特定する構造になっている。具体的には、Ｐｒｉｏｒｉｔｙのｈｉｇｈ、ｌｏｗに応じて、ＶＬＡＮ（＃１）あるいはＶＬＡＮ（＃２）をそれぞれ割り当てる。出力リンクには、宛先ＭＡＣアドレスに応じてＶＬＡＮ内での出力方路が記述される。このような構成により、ユーザ端末から送出され、加入者ユーザ収容ノードにより受信されて各リンクに送出されるフレームに付与された品質クラスの属性例えばＰｒｉｏｒｉｔｙで示される品質クラスに基づいてＶＬＡＮを分離することができる。
【００１８】
ｈｉｇｈクラスの品質を高品質に保つためには、ｈｉｇｈクラスのトラヒック流量を制限する必要がある。このような制御はネットワーク制御装置であるサーバ２２４を用いて実施する。すなわち、サーバは２２４は、予め決められた粒度のフロー単位で、アドミッション制御を行い、特定フローの転送の許可／不許可を判断する。フロー粒度の例として、送信元および宛先の対のＭＡＣアドレスで示されるフロー粒度がある。フロー転送要求が許可と判断された場合には、サーバ２２４が加入者ユーザ収容ノードを制御して、決められたトラヒック流量以下での転送を可能とさせる。このため、加入者ユーザ収容ノードは、フロー単位のシェーピング機能あるいはポリシング機能を保有する。
【００１９】
一方、ｌｏｗ品質クラスのトラヒック流量には制限を加えない。これにより、トラヒック負荷が高まった場合に、ｈｉｇｈクラス用ＶＬＡＮの品質をｌｏｗクラスＶＬＡＮの品質よりも高めることが可能となる。また、ｈｉｇｈクラス用ＶＬＡＮとｌｏｗクラス用ＶＬＡＮとの間で物理経路を共有しているような場合は、ｈｉｇｈクラスの要求トラヒック流量に応じて、それ以上の転送リソースをｈｉｇｈクラス用ＶＬＡＮへ割り当てる。逆に、ｌｏｗクラス用ＶＬＡＮへの転送リソース割当量は減少することになる。これにより、トラヒック負荷が高まった場合に、ｈｉｇｈクラス用ＶＬＡＮの品質をｌｏｗクラスＶＬＡＮの品質よりも高めることが可能となる。
【００２０】
具体例を表１、表２を用いて説明する。
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
サーバ２２４はアドミッション制御を行い、各リンクのリンク容量、高品質転送リソース割当可能量、高品質転送リソース割当量、低品質転送リソース割当量を管理する。ある時点で、サーバ２２４は表１に示す値を管理していたとする。このとき、ユーザ端末２０１からユーザ端末２０５へ向かう高品質のトラヒック要求が行われ、そのトラヒックの値は５であったとする。サーバ２２４は要求高品質トラヒック量が、高品質転送リソース割当可能量から高品質転送リソース割当量を引いた値以下であるかどうかを判断し、Ｙｅｓであるならば要求を許可し、リソース割当を行い、加入者ユーザ収容ノードを制御して、決められたトラヒック流量以下での転送を可能とさせる。一方、Ｎｏであるならば、要求を拒否しリソース割当を行わない動作を行う。この場合、表１によれば、ユーザ端末２０１からユーザ端末２０５へ向かうリンク＃７とリンク＃１１の高品質転送リソース割当可能量が共に８であり、高品質転送リソース割当量が共に３であるため、差は共に５である。一方、要求トラヒック量は５であるため、要求トラヒック量は差以下であるため、要求を許可し、表２のようにリソース割当を行い、加入者ユーザ収容ノード２０７を制御して、決められたトラヒック流量以下での転送を可能とさせる。さらに、ユーザ端末２０３からユーザ端末２０５へ向かう高品質のトラヒック要求が行われ、そのトラヒックの値は５であったとする。この場合、表２によれば、ユーザ端末２０３からユーザ端末２０５へ向かうリンク＃９とリンク＃１１のうち、リンク＃１１の高品質転送リソース割当可能量が８であり、高品質転送リソース割当量が８であるため、差は０である。一方、要求トラヒック量は５であるため、要求トラヒック量は差以下ではないため、要求を拒否し、ユーザ収容ノード２０８を制御して、決められたトラヒック流量以下での転送を可能とはしない。
【００２３】
ところで、ＶＬＡＮ内に故障が発生すると、そのＶＬＡＮ内での到達性が失われてしまう可能性がある。例えば、図２のフレーム転送ノード２１０が故障すると、ｈｉｇｈクラスのトラヒック転送が行えなくなる。この場合、ＶＬＡＮを切り替えて転送することが有効な方策である。このため、本例では、サーバ２２４はバックボーンネットワーク中で発生した故障を検出することができる。サーバ２２４は、故障を検出すると、故障を含むＶＬＡＮ向けのトラヒックを正常なＶＬＡＮへ振り分けるために、各加入者ユーザ収容ノードへ故障通知を行うか、転送テーブルそのものを直接的に更新する。転送テーブルを更新する場合、フレーム転送ノード２１０の故障に対して、図５に示すテーブルは、図６に示すテーブルのように書き換えられる。ここでは、Ｐｒｉｏｒｉｔｙがｈｉｇｈのエントリすなわち、故障したフレーム転送ノード２１０を含むＶＬＡＮ向けのエントリが、正常なＶＬＡＮ＃２向けに更新される。これに伴い、出力リンクも、ＶＬＡＮ＃１内転送向けリンク＃７のものが、ＶＬＡＮ＃２内転送向けリンク＃８に更新される。ただし、この場合、ｈｉｇｈクラスとｌｏｗラスのトラヒックを同一のＶＬＡＮで転送するため、このままでは、品質に差がつかなくなる。そこで、フレーム転送ノード２１１においては、同一リンクへの出力競合が発生した場合に、品質クラス別の優先制御を行い、常に、ｈｉｇｈクラスのトラヒックを優先的に出力する。ｈｉｇｈクラスのトラヒックが待たされていない場合にのみｌｏｗクラスのトラヒックを出力する。このようなスケジューリング機能を各加入者収容ノード及びフレーム転送ノードが有することにより、故障発生時に、ＶＬＡＮを品質クラス間で共用した場合でも、ｈｉｇｈクラスの品質優位性を維持することが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
上述の様に、本発明によれば、ＶｏＩＰ（ＶｏｉｃｅＯｖｅｒＩＰ）のような遅延に敏感な音声ショートフレームが、ＦＴＰのような遅延に鈍感なデータロングフレームにブロックされ、音声品質が劣化する問題が解決できるだけでなく、故障の発生時にも、迂回制御を高速化して、到達性を維持しつつ、さらに、高品質クラスのフレームの品質を、低品質クラスのフレームの品質よりも向上させることが可能となる。したがって、品質の差異化サービスを経済的に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフレーム転送ネットワークの論理ネットワーク構成を示す図である。
【図２】本発明によるフレーム転送ネットワークの物理ネットワークの一例の構成を示す図である。
【図３】ＶＬＡＮ＃１の構成を示す図である。
【図４】ＶＬＡＮ＃２の構成を示す図である。
【図５】正常時における加入者ユーザ収容ノード２０１のテーブル構成を示す図である。
【図６】異常時における加入者ユーザ収容ノード２０１のテーブル構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１ユーザ端末
１０２ユーザ端末
１０３加入者ユーザ収容ノード
１０４加入者ユーザ収容ノード
１０５リンク
１０６リンク
１０７ＶＬＡＮ＃１
１０８ＶＬＡＮ＃２
２０１ユーザ端末
２０２ユーザ端末
２０３ユーザ端末
２０４ユーザ端末
２０５ユーザ端末
２０６ユーザ端末
２０７加入者ユーザ収容ノード
２０８加入者ユーザ収容ノード
２０９加入者ユーザ収容ノード
２１０フレーム転送ノード
２１１フレーム転送ノード
２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０，２２１，２２２，２２３，２２５，２２６，２２７，２２８，２２９リンク
２２４サーバ

Claims

複数の加入者ユーザを収容する複数の加入者収容ノードと、１個又はそれ以上の加入者ユーザノードを収容するフレーム転送ノードとを具え、加入者ユーザ間でフレーム転送を行うフレーム転送ネットワークにおいて、
前記加入者収容ノード間を仮想プライベートネットワーク機能を有するバックボーンネットワークを用いて物理的に接続し、各加入者収容ノード間には、品質クラス属性が異なる複数の仮想プライベートネットワークを並列に構築し、前記バックボーンネットワークにおけるフレーム転送をネットワーク制御装置により制御し、
各加入者収容ノードは、加入者有ユーザから受信したフレームをバックボーンネットワークへ送出する際、当該フレームに付与された品質クラス属性に基づいて、対応する品質クラス属性の仮想プライベートネットワークに送出することを特徴とするフレーム転送ネットワーク。
請求項１に記載のフレーム転送ネットワークにおいて、前記バックボーンネットワークに、仮想プライベートネットワーク毎に物理的に異なる転送経路を設定したことを特徴とするフレーム転送ネットワーク。
請求項１に記載のフレーム転送ネットワークにおいて、前記バックボーンネットワークに、物理的に同一の転送経路を共有する複数の仮想プライベートネットワークを構築したことを特徴とするフレーム転送ネットワーク。
請求項１から３までのいずれか１項に記載のフレーム転送ネットワークにおいて、前記加入者収容ノード間に構築した仮想プライベートネットワークとして、高品質クラスのトラヒックを収容する第１の仮想プライベートネットワークと、第１の仮想プライベートネットワークよりも低い品質クラスのトラヒックを収容する第２の仮想プライベートネットワークとが構築されていることを特徴とするフレーム転送ネットワーク。
請求項４に記載のフレーム転送ネットワークにおいて、前記ネットワーク制御装置は、前記第１の仮想プライベートネットワークの転送リソースの割合が、前記第２の仮想プライベートネットワークの転送リソースよりも高くなるようにバックボーンネットワークを制御することを特徴とするフレーム転送ネットワーク。
請求項１から５までのいずれか１項に記載のフレーム転送ネットワークにおいて、前記ネットワーク制御装置がいずれかの仮想プライベートネットワークに故障が発生したことを検出した場合、当該ネットワーク制御装置は、当該故障が発生した仮想プライベートネットワーク向けのフレームを、故障が発生した仮想プライベートネットワークに対して並列に構築された他方の仮想プライベートネットワークに向けて転送するように前記バックボーンネットワークを制御することを特徴とするフレーム転送ネットワーク。
請求項１から６までのいずれか１項に記載のフレーム転送ネットワークにおいて、前記バックボーンネットワークに接続された加入者収容ノード及びフレーム転送ノードは、同一の物理方路に複数のフレームを転送しようとして送信競合が発生した場合、送信すべきフレームに付与された品質クラス属性を識別して優先度の高い品質クラスに属するフレームを優先的に送信するスケジューリング機能を有することを特徴とするフレーム転送ネットワーク。
請求項１から７までのいずれか１項に記載のフレーム転送ネットワークにおいて、前記バックボーンネットワークに構築される仮想プライベートネットワークを仮想ＬＡＮにより構築したことを特徴とするフレーム転送ネットワーク。