JP2006174002A

JP2006174002A - ネットワークシステム

Info

Publication number: JP2006174002A
Application number: JP2004362651A
Authority: JP
Inventors: Toyomi Nakamura; 中村豊美
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】
大容量でリアルタイム性を必要とするストリームデータを、安価なＩＰ網、ＭＰＬＳ網で送受信可能なネットワークシステムを提供する。
【解決手段】
ネットワークに送信する送信装置と、ネットワークからパケットを受信する受信装置がネットワークに対して複数の接続を持つ様にして、ＭＰＬＳ網でのＬＰＳ設定等を用いて送信側の各接続と受信側の各接続との間のネットワーク上の経路を固定する。送信装置はデータストリームをパケット化する段階で、パケットを送信する接続を選択し、負荷分散を行い送信する。受信装置は受信パケットからデータストリームの組み立て直しを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ストリームデータを送受信するネットワークに適用して有用な技術に関し、特にイーサネットをベースにしたネットワークでのデータ転送量を増やす技術に関するものである。

画像配信等の用途で、ＭＡＮあるいはＷＡＮのネットワークを経由してストリームデータを配信するには専用線を用いる方法と、インターネット網を用いる方法が有る。ストリームデータのトラフィックが少なく、リアルタイム性が必要でない場合には通常ＴＣＰ／ＩＰプロトコルとインターネット網の組合せが一般的であり、非圧縮のハイビジョン画像等の大容量データを送信する場合、あるいはリアルタイム性が必要な場合には専用線を用いる傾向にある。これはインターネットを用いた場合の運用コストの安さを重視するか、専用線を用いた場合の伝送速度の高さ、回線品質の高さを重視するかの選択であると考えられる。

すなわち、インターネット網では、基本的にはベストエフォートネットワークをベースにしている事と、ルータ、スイッチ等のパケット単位のバッファリングを行う機器を用いている事により、機器内バッファ満杯によるパケットロス等の信頼性の問題があり、大容量、リアルタイムのデータ転送での使用は避けられる傾向に有る。

この問題を解決するために、様々な改良が加えられてきている。ルータでのＱｏＳ（ＱｕａｒｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）サポート、ＭＰＬＳ（ＭｕｌｔｉＰｒｏｔｏｃｏｌＬａｂｅｌＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）によるスイッチングのサポートはパケットロスの可能性を低め、優先順位の高いデータに対しての帯域確保を行い、網全体を通してのワンダー、ジッターの評価を可能とした。これにより、従来はＩＰ網を通して送る事に適さなかった電話等の音声データアプリケーション（ＶｏＩＰ）でのインターネット網利用が可能となっている。

しかしながら、前記の従来技術だけでは、ハイビジョンの非圧縮データを転送するような極めて大容量のデータを扱う場合、１０ギガビットイーサネット等の接続を用いる事となり、インターネット網を用いる場合でもかなりの運用コストを必要とする。従って、例えば放送局とコンテンツ制作者間でハイビジョンの非圧縮データを転送する場合のようにコストが厳しい用途では用いる事はできない。一方この様な大容量でリアルタイム性を求める画像データの配信に関するニーズはデジタル放送の普及に伴い今後急速に増大するものと見込まれ、高価な専用線を用いない安価な配信手段に関する必要性が高まっている。本発明は、ＩＰ網への接続を多重化する事によりこの課題を解決し、大容量でリアルタイム性を求めるデータを安価なＩＰ網を用いて配信する事を可能とする。

上記目的を達成するため本発明では、データストリームをパケット化しネットワークに送信する送信装置が、ネットワークに対して複数の接続を有し、必要であればネットワークからパケットを受信する受信装置もネットワークに対して複数の接続を有する。

ＩＰ網は送信側の各接続と受信側との間のネットワーク上の経路が固定できるように構成する。この構成の具体的な手段としては、例えばＭＰＬＳネットワークでのＬＳＰ（Label Switched Path）設定がある。

送信装置はデータストリームをパケット化する段階で、データストリームのフラグメントを当該送信装置で使用するプロトコルのペイロードデータとし、下位プロトコルのヘッダー情報、各接続に固有の情報（ＭＡＣヘッダ等）、データストリーム内でのパケットの位置を示す情報を付加した受信装置宛のパケットを生成し、送信装置が有する複数の接続の1つを経由して送信する。

また送信装置は、パケット毎に、あるいはパケット群毎にパケットを送信する接続を変更し、複数の接続間での負荷分散を図る。

受信装置が複数の接続を持つ場合には、受信装置は複数の経路から受信した受信パケット内の情報を用いてデータストリームの組み立て直しを行う。

本発明に従うと、安価なネットワークを複数用いることにより、大容量でリアルタイム性を求めるデータを低コストかつ従来よりも格段に高い信頼性で配信する事が可能となる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

図１はシステム全体の構成を示す。送信装置１１は入力のＨＤ−ＳＤＩよりの非圧縮ハイビジョン映像をＭＰＬＳネットワーク１２に送信する装置であり、受信装置１３はＭＰＬＳネットワーク１２からのパケットを受信して非圧縮ハイビジョン映像を組み立てなおす装置である。送信装置１１と受信装置１３はデータ転送のプロトコルとしてリアルタイム伝送プロトコルすなわちＲＴＰ（Real-Time Transport Protocol）を用いる。なお、ＲＴＰのより詳細な記述は、以下の参考文献を参照するものとして、本説明においては、具体的な記載を省略する。

“RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications”, H. Schulzrinne, S. Casner, R. Frederick, V. Jacobson; RFC 1889, January 1996.

送信装置１１は送信用に３つのギガビットイーサネットポート（１１１、１１２、１１３）を持つ。受信装置１３は受信用に３つのギガビットイーサネットポート（１３１、１３２、１３３）を持つ。送信装置、受信装置の各ポートに対するＭＰＬＳ網内のＬＳＰの設定は、非圧縮ハイビジョン映像伝送用の所定のＩＰアドレスに関して１１１から送信したデータが１３１で受信され、１１２から送信したデータが１３２で受信され、１１３から送信したデータが１３３で受信される様にしてある。送信装置１１による送信から受信装置１３による受信までの各ＬＳＰの時間差はＲＴＰパケットの送信時間の２倍未満に設定されている。

図２は送信装置１１のブロック図である。

図２においてインタフェース回路２１は入力ＨＤ−ＳＤＩからの非圧縮ハイビジョンデータをフラグメントし、ＵＤＰ／ＩＰ上でのＲＴＰ（real-time transport protocol）のパケットを生成するＲＴＰパケット生成回路２２にフラグメントしたデータを与える。

ＲＴＰパケット生成回路２２はフラグメントデータをＲＴＰパケットのフォーマットにカプセル化する。ＲＴＰパケットのフォーマットを図４に示す。ＲＴＰヘッダー４１内のシーケンスナンバーフィールド４１１は送信するＲＴＰパケット毎にＲＴＰパケット生成回路によりインクリメントされる。従って、受信装置ではシーケンスナンバーフィールド４１１を参照する事により、データストリーム内でのパケットの位置を知ることができる。

ＲＴＰパケット生成回路２２は作ったＲＴＰパケットを３個のギガビットイーサネットＭＡＣ回路２３１、２３２、２３３の内の1つに与える。

ギガビットイーサネットＭＡＣ回路２３１、２３２、２３３は各々図１のギガビットイーサネットポート１１１、１１２、１１３に対するＭＡＣ副層の制御を行い、各ポートへの送信のための一時的なバッファを内含する。ＲＴＰパケット生成回路２２で作られたＲＴＰパケットはギガビットイーサネットＭＡＣ回路２３１、２３２、２３３の内の１つの制御のもとでギガビットイーサネットＰＨＹ回路２４１、２４２、２４３の1つを経て対応するポートに送られる。

マイクロプロセッサ２７は送信装置の全体制御を行い、ＳＮＭＰ、ＯＡＭ、ＲＴＣＰ等のプロトコル制御も行う。

図３は受信装置１３のブロック図である。

図３においてギガビットイーサネットＭＡＣ回路３３１、３３２、３３３は各々図１のギガビットイーサネットポート１３１、１３２、１３３に対するＭＡＣ副層の制御を行い、各ポートからの受信のための一時的なバッファを内含する。各ポートからギガビットイーサネットＰＨＹ回路３４１、３４２、３４３を経て受信したＲＴＰパケットは、ギガビットイーサネットＭＡＣ回路３３１、３３２、３３３の制御のもと、並び替え回路３５へ送られる。

並び替え回路３５はＲＴＰパケット内のシーケンスナンバーフィールドの値を用いて、パケットをシーケンスナンバー順に並び替えＲＴＰパケット処理回路３２に送信する。

ＲＴＰパケット処理回路３２はＲＴＰパケットからペイロード、およびタイミング情報を抜き出しインタフェース回路３１に与える。インタフェース回路３１は当該ペイロードのデータ、タイミング情報よりＨＤ−ＳＤＩを組み立て直し出力する。

マイクロプロセッサ３７は受信装置の全体制御を行い、ＳＮＭＰ、ＯＡＭ、ＲＴＣＰ等のプロトコル制御も行う。

次に、本実施例での非圧縮ハイビジョン映像データの伝送について一連の流れを説明する。

図５に送信装置１１のＨＤ−ＳＤＩに入力された非圧縮ハイビジョン映像データと送信装置１１のギガビットイーサネットポート（１１１、１１２、１１３）上のパケット、および受信装置１３の並び替え回路３５のＲＴＰパケット処理回路３２への出力との関係を示す。

送信装置１１のＨＤ−ＳＤＩに入力された非圧縮ハイビジョン映像データは、ＲＴＰパケット生成回路２２によってＲＴＰパケット化された結果、順次インクリメントされるシーケンスナンバーフィールドを持つＲＴＰのパケットとして送信用のギガビットイーサネットポート（１１１、１１２、１１３）を経由してＭＰＬＳネットワーク１２に送られる。図５では最初のＲＴＰパケットのシーケンス番号を３と仮定している。従って、引き続くＲＴＰパケットのシーケンス番号は４、５、６とインクリメントして送られる事となる。

送信装置１１の３つのギガビットイーサネットポートに送られたＲＴＰパケットはＭＰＬＳネットワーク１２を経由して受信装置１３の３つのギガビットイーサネットポートに到着する。しかし、ＭＰＬＳネットワーク内の各ＬＳＰの通過時間の差（ＲＴＰパケットの送信時間の２倍未満）により受信装置の１３での３つのギガビットイーサネットポートではＲＴＰパケットの到着に時間差が生じる。図５のケースではギガビットイーサネットポート１３１での受信が最も早く、ギガビットイーサネットポート１３２での受信が最も遅い。この時間差の吸収は、３つのギガビットイーサネットポートから渡されるＲＴＰパケットのシーケンスナンバーフィールドを用いて、並び替え回路３５が行う。結果として、並び替え回路３５からＲＴＰパケット処理回路３２への図５に示すデータが渡され、ＲＴＰパケット処理回路３２でパケットフォーマットが外され、出力非圧縮ハイビジョン映像データが組立て直され受信装置１３のＨＤ−ＳＤＩから出力される。

前記実施例では、１つのＭＰＬＳネットワークに接続されるシステムについて説明したが、複数のＭＰＬＳネットワークを用いて更なる高信頼化を図る事は可能であるし、さらに一部または全てに専用線を用いたネットワークに対しても本発明を利用する事もできる。また、実施例ではＭＰＬＳ、イーサネット、ＲＴＰを前提としたネットワークを用いたが、他のプロトコル、ネットワークへ本発明を適用する事は容易である。さらに実施例での非圧縮ハイビジョン映像データは一例でありＭＰＥＧ，ＪＰＥＧ等の他の種類のストリームデータに本発明を適用する事に障害はない。また、送信側と受信側は前記実施例では１対１の接続を複数本設けていたが、ｎ対１あるいはｎ対ｍの構成にも本発明を適用する事は容易に可能である。また、前記実施例での送信装置、受信装置は同様な機能を持つＬＳＩ、ボードに置き換え可能な事は明らかである。

本発明は、動画像のデータ転送システムに限られず、例えば、デジタルデータの読出しや書込みを行う端末装置間で通信を行うシステムや、ファクトリオートメーション（ＦＡ）システム等のデジタルデータに係る種々の信号処理を行う端末装置間で通信を行うシステムに適用しても有用である。

システム全体の構成。送信装置１１のブロック図。受信装置１３のブロック図。ＲＴＰパケットのフォーマット。送信装置１１の送信データと受信装置１３の受信データの関係。

符号の説明

１１・・・送信装置
１２・・・ＭＰＬＳネットワーク
１３・・・受信装置
１１１・・・送信装置の送信用ギガビットイーサネットポート
１１２・・・送信装置の送信用ギガビットイーサネットポート
１１３・・・送信装置の送信用ギガビットイーサネットポート
１３１・・・受信装置の受信用ギガビットイーサネットポート
１３２・・・受信装置の受信用ギガビットイーサネットポート
１３３・・・受信装置の受信用ギガビットイーサネットポート
２１・・・送信装置のＨＤ−ＳＤＩインタフェース回路
２２・・・ＲＴＰパケット生成回路
２３１・・・送信装置のギガイーサネットＭＡＣ回路
２３２・・・送信装置のギガイーサネットＭＡＣ回路
２３３・・・送信装置のギガイーサネットＭＡＣ回路
２４１・・・送信装置のギガビットイーサネットＰＨＹ回路
２４２・・・送信装置のギガビットイーサネットＰＨＹ回路
２４３・・・送信装置のギガビットイーサネットＰＨＹ回路
２７・・・送信装置のマイクロプロセッサ
３１・・・受信装置のＨＤ−ＳＤＩインタフェース回路
３２・・・ＲＴＰパケット処理回路３２
３３１・・・受信装置のギガビットイーサネットＭＡＣ回路
３３２・・・受信装置のギガビットイーサネットＭＡＣ回路
３３３・・・受信装置のギガビットイーサネットＭＡＣ回路
３４１・・・受信装置のギガビットイーサネットＰＨＹ回路
３４２・・・受信装置のギガビットイーサネットＰＨＹ回路
３４３・・・受信装置のギガビットイーサネットＰＨＹ回路
３５・・・並び替え回路
３７・・・受信装置のマイクロプロセッサ
４１１・・・シーケンスナンバーフィールド

Claims

データストリームをパケット化しネットワークに送信する送信装置と、当該パケットを伝送するネットワークと、当該パケットを受信する受信装置より成るネットワークシステムにおいて、前記送信装置がネットワークへの複数の接続を有し、必要と有れば前記受信装置も複数の接続を有し、前記送信装置が１つのデータストリームからのパケットを前記複数の接続の1つへ送信する手段、および前記複数の接続に対しての送信の負荷分散を行う手段を有し、前記受信装置が前記ネットワークから受信したデータを１つのデータストリームに組み立て直す手段を持つ事を特徴とするネットワークシステム。
パケットのなかにパケットの順序を識別する情報を含み、前記受信装置が当該情報を用いてデータストリームの組立て直しを行う事を特徴とする請求項１記載のネットワークシステム。
前記送信装置のネットワークへの複数の接続がイーサネット（登録商標）であり、前記ネットワークがＭＰＬＳ網である事を特徴とする請求項１記載のネットワークシステム。
前記パケットは、IETFリアルタイム伝送プロトコル（RTP）にしたがって前記送信装置から前記ネットワークに伝送されるものであることを特徴とする請求項１に記載のネットワークシステム。