JP2005229205A - ネットワーク接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 端末装置やアプリケーションの負荷を軽減させることが可能なネットワーク接続装置を提供すること。
【解決手段】 ＦＥＣデコーダ２２は、インターネットを介して受信したパケットの誤り訂正を行なう。ＦＥＣエンコーダ２１は、端末装置から受信したパケットに誤り訂正符号を付加する。ＦＥＣ制御部２３は、パケットの属性が内部テーブル２４に格納されるパケットの属性と一致する場合に、ＦＥＣデコーダ２２にパケットの誤り訂正を行なわせ、ＦＥＣエンコーダ２１にパケットに誤り訂正符号を付加させる。したがって、端末装置やアプリケーションが誤り訂正を行なう必要がなくなり、その負荷を軽減させることが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ルータ、ブリッジなどのネットワーク接続装置に関し、特に、ＦＥＣ（Forward Error Correction）機能を内蔵したネットワーク接続装置に関する。

近年、インターネットが広く普及しており、利用者は世界各地で運営されているサイトの様々な情報にアクセスし、その情報を入手することが可能である。それに伴って、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）などのブロードバンドアクセスに対する要望も急速に高まってきている。

このような通信において、パケットのビット誤りに対してはリードソロモン符号やハミング符号などでビット誤りを訂正し、パケット全体の消失に対しては再送などによってパケットの復元が行なわれていた。これに関連する技術として、特開２０００−３０７４３８号公報に開示された発明がある。

この特開２０００−３０７４３８号公報に開示された誤り訂正符号化・復号化方法においては、データを横方向で並列状態のマトリクスに並べ替え、このマトリクスの各横列ブロックおよび各縦列ブロックに対して、それぞれチェックビットを付加してブロック符号を生成することにより、情報ビットについて２重に符号化を行なうものである。

インターネットにおいてパケットの欠損の発生は避けることができないため上述したような訂正機能が必要となるが、このような誤り訂正機能は必要に応じてアプリケーション側でサポートしていた。
特開２０００−３０７４３８号公報

映像などを高品質で伝送しようとすると誤り訂正が必要となるが、誤りが発生したときのみにパケットを再送するという方式では、アプリケーションの負荷は軽くなるが、放送などのブロードキャスト方式に対応するのは困難である。したがって、受信したパケットから欠損を補って訂正を行なう特開２０００−３０７４３８号公報に開示された誤り訂正符号化・復号化方法などの方式を選択せざるを得ない。

このような訂正機能を実現するためには、映像などの高ビットレートのデータ処理に加えて、訂正処理も行なう必要があるため、パフォーマンスの高いＣＰＵ（Central Processing Unit）が必要であり、その機能をアプリケーション側の各々に持たせるのはコストが高くなるといった問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、第１の目的は、端末装置やアプリケーションの負荷を軽減させることが可能なネットワーク接続装置を提供することである。

第２の目的は、誤り訂正による遅延時間を極力少なくすることが可能なネットワーク接続装置を提供することである。

本発明のある局面に従えば、ネットワーク接続装置は、インターネットを介して受信したパケットの誤り訂正を行なうためのデコード手段と、端末装置から受信したパケットに誤り訂正符号を付加するためのエンコード手段と、デコード手段およびエンコード手段を制御するための制御手段とを含む。

好ましくは、ネットワーク接続装置はさらに、誤り訂正を行なうパケットの属性を格納するための格納手段を含み、制御手段は、インターネットを介して受信したパケットの属性が格納手段に格納されるパケットの属性と一致する場合に、デコード手段に当該パケットの誤り訂正を行なわせる。

好ましくは、ネットワーク接続装置はさらに、誤り訂正を行なうパケットの属性を格納するための格納手段を含み、制御手段は、端末装置から受信したパケットの属性が格納手段に格納されたパケットの属性と一致する場合に、エンコード手段に当該パケットに誤り訂正符号を付加させる。

さらに好ましくは、制御手段は、パケットのエラー率を算出し、算出されたエラー率が格納手段に予め格納されたエラー率以上であればパケットの属性が一致すると判定する。

さらに好ましくは、制御手段は、エンコード手段にエンコードを行なわせる場合に、予め格納された許容遅延量以下の範囲で誤り訂正符号を付加させる。

好ましくは、ネットワーク接続装置はさらに、インターネットに接続され、物理層を制御するための第１の通信手段と、端末装置に接続され、フレームの転送を制御するための第２の通信手段とを含む。

本発明のある局面によれば、ネットワーク接続装置がデコード手段およびエンコード手段を含むので、端末装置やアプリケーションが誤り訂正を行なう必要がなくなり、その負荷を軽減させることが可能となった。

また、制御手段が、インターネットを介して受信したパケットの属性が格納手段に格納されるパケットの属性と一致する場合に、デコード手段に当該パケットの誤り訂正を行なわせるので、誤り訂正が必要なパケットに対してのみ誤り訂正を行なうことができるようになり、誤り訂正による遅延時間を極力少なくすることが可能となった。

また、制御手段は、端末装置から受信したパケットの属性が格納手段に格納されたパケットの属性と一致する場合に、エンコード手段に当該パケットに誤り訂正符号を付加させるので、誤り訂正が必要なパケットに対してのみ誤り訂正符号を付加することができるようになり、誤り訂正符号の付加による遅延時間を極力少なくすることが可能となった。

また、制御手段は、パケットのエラー率を算出し、算出されたエラー率が格納手段に予め格納されたエラー率以上であればパケットの属性が一致すると判定するので、エラー率が高くなった場合にのみ誤り訂正、誤り訂正符号の付加を行なえるようになった。

また、制御手段は、エンコード手段にエンコードを行なわせる場合に、予め格納された許容遅延量以下の範囲で誤り訂正符号を付加させるので、設定された遅延量の範囲内で誤り訂正、誤り訂正符号の付加を行なえるようになった。

また、ネットワーク接続装置はさらに、インターネットに接続され、物理層を制御するための第１の通信手段と、端末装置に接続され、フレームの転送を制御するための第２の通信手段とを含むので、インターネットと端末装置との間にネットワーク接続装置を容易に設置することが可能となった。

インターネットに接続するためには、通常ルータやブリッジが設置される。パケット欠損が発生するのはほとんどがインターネット側であることから、本実施の形態においてはルータやブリッジにＦＥＣ機能を内蔵してパケット欠損を補い、端末装置（アプリケーション）側ではパケット欠損を補わない構成をとる。

ただし、バースト欠損などに対応するためには、ある程度のパケット蓄積が必要であり遅延を伴う。したがって、全パケットをＦＥＣ機能によって訂正するのは適切ではない。本実施の形態においては、パケットのポート番号、プロトコル番号などに着目し、ルータやブリッジに予め設定されたポート番号、プロトコル番号などに対応するパケットに対してのみ、送信側でＦＥＣ機能により誤り訂正符号を付加し、受信側でＦＥＣ機能により誤り訂正を行なうものである。なお、ルータやブリッジなどのデータを中継する装置を総称して、ネットワーク接続装置と呼ぶことにする。また、ＦＥＣ機能の一例として、本出願人が出願した特願２００３−５９８１２号に記載の誤り訂正方法を挙げることができる。詳細は、この文献を参照されたい。

図１は、本発明の実施の形態におけるルータを用いたシステムの構成例を示す図である。このシステムは、カメラ１と、カメラ１に接続されるＳＴＢ（Set Top Box）２と、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略す。）３と、ＳＴＢ２およびＰＣ３に接続されるルータ４と、モニタ７と、モニタ７に接続されるＳＴＢ６と、ＰＣ８と、ＳＴＢ６およびＰＣ８に接続されるルータ５と、インターネット９とを含む。

カメラ１からＳＴＢ２、ルータ４、インターネット９、ルータ５およびＳＴＢ６を経てモニタ７に至るパスＡにおいては、ＦＥＣ機能によってパケット欠損を補いたいものとし、ＦＥＣ機能による誤り訂正が行なわれる。このとき、ポート番号として８０が使用される。

また、ＰＣ３からルータ４、インターネット９およびルータ５を経てＰＣ８に至るパスＢにおいては、ＦＥＣ機能によってパケット欠損を補う必要がないものとし、ＦＥＣ機能による誤り訂正は行なわれない。このとき、ポート番号として８０以外が使用される。

図２は、本発明の実施の形態におけるルータの概略構成を示すブロック図である。このルータは、インターネット９に接続され、物理層を制御するＰＨＹ（PHYsical layer device）部１１と、ＦＥＣエンコーダ２１と、ＦＥＣデコーダ２２と、ＦＥＣデバイスの全体的な制御を行なうＦＥＣ制御部２３と、内部テーブル２４と、端末装置との間におけるフレーム転送を制御するＭＡＣ（Media Access Control）部１３とを含む。なお、ＦＥＣエンコーダ２１、ＦＥＣデコーダ２２、ＦＥＣ制御部２３および内部テーブル２４によって、ＦＥＣデバイスが構成されるものとする。

ＦＥＣ制御部２３は、内部テーブル２４を参照して、ＰＨＹ部１１によって受信されたパケットの属性が内部テーブル２４に設定されたものと一致する場合には、ＦＥＣデコーダ２２にそのパケットを送出する。ＰＨＹ部１１によって受信されたパケットの属性が内部テーブル２４に設定されたものと一致しない場合には、パケットをそのままＭＡＣ部１３に送出する。

ＦＥＣデコーダ２２は、ＦＥＣ制御部２３からパケットを受けると、ＦＥＣ機能によって誤り訂正を行ない、訂正後のパケットをＭＡＣ部１３に送出する。

また、ＦＥＣ制御部２３は、内部テーブル２４を参照して、ＭＡＣ部１３によって受信されたパケットの属性が内部テーブル２４に設定されたものと一致する場合には、ＦＥＣエンコーダ２１にそのパケットを送出する。ＭＡＣ部１３によって受信されたパケットの属性が内部テーブル２４に設定されたものと一致しない場合には、パケットをそのままＰＨＹ部１１に送出する。

ＦＥＣエンコーダ２１は、ＦＥＣ制御部２３からパケットを受けると、ＦＥＣ機能によって誤り訂正符号を生成して付加し、誤り訂正符号が付加された後のパケットをＰＨＹ部１１に送出する。

図３は、本発明の実施の形態におけるルータの制御を模式的に示す図である。この図は、ＦＥＣ機能を用いて誤り訂正を行なうパケットの条件として、内部テーブル２４に宛先ポート番号８０が格納されている場合を示している。

ＦＥＣデバイス１２は、ＰＨＹ部１１によって受信されたパケットの宛先がポート番号８０であれば、そのパケットをＦＥＣデコーダ２２に送出する。ＦＥＣデコーダ２２はパケットを受けると、ＦＥＣ機能によって誤り訂正を行ない、訂正後のパケットをＭＡＣ部１３に送出する。パケットの宛先がポート番号８０以外であれば、そのパケットをそのままＭＡＣ部１３に送出する。

また、ＦＥＣデバイス１２は、ＭＡＣ部１３によって受信されたパケットの宛先がポート番号８０であれば、そのパケットをＦＥＣエンコーダ２１に送出する。ＦＥＣエンコーダ２１はパケットを受けると、ＦＥＣ機能によって誤り訂正符号を生成して付加し、誤り訂正符号が付加された後のパケットをＰＨＹ部１１に送出する。パケットの宛先がポート番号８０以外であれば、そのパケットをそのままＰＨＹ部１１に送出する。

図４は、内部テーブル２４の一例を示す図である。この内部テーブル２４は、ポート番号と、プロトコル名と、エラー率と、ＭＡＸ遅延値と、ＩＰアドレスとを含んでいる。内部テーブル２４に設定されている条件を全て満たす場合に、誤り訂正処理が行なわれる。たとえば、ポート番号のみが設定されていれば、図３に示すような制御が行なわれる。ポート番号、プロトコル名およびＩＰ（Internet Protocol）アドレスは、パケットから抽出されたものと比較され、それらが一致するか否かが判定される。

エラー率が設定されていれば、エラー率が設定された値以上の場合に誤り訂正処理が行なわれる。たとえば、ルータ５によってエラー率が設定された値以上であることが検出された場合、ルータ５はルータ４に誤り訂正符号を付加したパケットを送信するよう制御コマンドを送信する。

エラー率の算出方法として、たとえばＰＨＹ部１１によって受信された映像パケットに付加されたシーケンス番号をチェックし、シーケンス番号が抜けていればそれを欠損パケットとして判定する。そして、到着したパケットのシーケンス番号のうち、最大シーケンス番号から最小シーケンス番号を差し引いた数を全パケット数として、次式によりエラー率を算出する。

エラー率＝欠損パケット数／全パケット数 …（１）
また、内部テーブル２４にＭＡＸ遅延値が設定されている場合には、設定された遅延量をＭＡＸとして誤り訂正処理が行なわれる。

図５は、パケットの遅延量の算出を説明するための図である。たとえば、映像パケットとしてＮ個のパケットＰ_１〜Ｐ_ｎを受信すると仮定する。パケットＰ_１を受信してからパケットＰ_２を受信するまでの時間ｔは、次式によって表される。

ｔ＝１パケットのビット数／平均ビットレート …（２）
したがって、パケットＰ_１を受信してからパケットＰ_ｎを受信するまでの全体の遅延量は次式によって算出される。

遅延量＝Ｎ×ｔ …（３）
以上説明したように、本実施の形態におけるネットワーク接続装置によれば、ネットワーク接続装置に内蔵されたＦＥＣデバイス１２が、ＦＥＣ機能によって誤り訂正を行なうようにしたので、端末装置（アプリケーション）は誤り訂正を行なう必要がなくなり、ＣＰＵの負荷を軽減させることが可能となった。

また、内部テーブル２４に設定された条件を満たす場合にのみＦＥＣ機能による誤り訂正を行なうようにしたので、ＦＥＣ機能による誤り訂正が必要なパケットに対してのみそれを行なうことができるようになり、遅延時間を極力少なくすることが可能となった。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態におけるルータを用いたシステムの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるルータの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるルータの制御を模式的に示す図である。 内部テーブル２４の一例を示す図である。 パケットの遅延量の算出を説明するための図である。

符号の説明

１ カメラ、２，６ ＳＴＢ、３，８ ＰＣ、４，５ ルータ、７ モニタ、９ インターネット、１１ ＰＨＹ部、１２ ＦＥＣデバイス、１３ ＭＡＣ部、２１ ＦＥＣエンコーダ、２２ ＦＥＣデコーダ、２３ ＦＥＣ制御部、２４ 内部テーブル。

Claims (6)

1. インターネットを介して受信したパケットの誤り訂正を行なうためのデコード手段と、
   端末装置から受信したパケットに誤り訂正符号を付加するためのエンコード手段と、
   前記デコード手段および前記エンコード手段を制御するための制御手段とを含むネットワーク接続装置。
2. 前記ネットワーク接続装置はさらに、誤り訂正を行なうパケットの属性を格納するための格納手段を含み、
   前記制御手段は、前記インターネットを介して受信したパケットの属性が前記格納手段に格納されるパケットの属性と一致する場合に、前記デコード手段に当該パケットの誤り訂正を行なわせる、請求項１記載のネットワーク接続装置。
3. 前記ネットワーク接続装置はさらに、誤り訂正を行なうパケットの属性を格納するための格納手段を含み、
   前記制御手段は、前記端末装置から受信したパケットの属性が前記格納手段に格納されたパケットの属性と一致する場合に、前記エンコード手段に当該パケットに誤り訂正符号を付加させる、請求項１記載のネットワーク接続装置。
4. 前記制御手段は、パケットのエラー率を算出し、該算出されたエラー率が前記格納手段に予め格納されたエラー率以上であればパケットの属性が一致すると判定する、請求項２または３記載のネットワーク接続装置。
5. 前記制御手段は、前記エンコード手段にエンコードを行なわせる場合に、予め格納された許容遅延量以下の範囲で誤り訂正符号を付加させる、請求項２または３記載のネットワーク接続装置。
6. 前記ネットワーク接続装置はさらに、前記インターネットに接続され、物理層を制御するための第１の通信手段と、
   前記端末装置に接続され、フレームの転送を制御するための第２の通信手段とを含む、請求項１〜５のいずれかに記載のネットワーク接続装置。

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