JP2006352714A - 非対称ネットワーク回線多重化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の通信回線多重化方式では不可能だった、（１）通信端末から通信端末までの回線を多重化すること、（２）異なる種類の通信回線で多重化される非対称ネットワークで多重化すること、を可能にすることにある。
【解決手段】 複数の異種通信回線で多重化された通信回線を介して通信機器間を接続するための非対称ネットワーク回線多重化装置であって、全ての前記通信回線の状態を監視し、該監視結果を経路状態情報として記憶する通信回線監視手段と、前記多重化装置に直接接続する通信機器からの送信データを、前記経路状態情報に基づいて該送信データを送信するのに適当な通信回線を選択して、送信する送信回線管理手段と、前記多重化された通信回線のいずれからの受信データも、前記多重化装置に直接接続する通信機器に中継する中継手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の異種通信回線で多重化された通信回線を介して通信機器間を接続するためのネットワーク回線多重化装置に関わり、更に詳しくは経路状態に応じて、直接接続している通信機器から送信されるデータを送信する通信回線を選択することの可能なネットワーク回線多重化装置に関する。

現在普及している通信ネットワークには、物理層及び通信プロトコルとしていろいろなものが存在しているが、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（イーサネット）（登録商標）、とＴＣＰ／ＩＰまたはＵＤＰ／ＩＰの組み合わせが一般的である。

ネットワークの冗長化についてはスイッチングハブ（ＳＷ−ＨＵＢ）を使用した、ＳＴＰ（Spanning Tree Protocol, スパニングツリープロトコル）などによる方法がある。ＳＴＰは、ＳＷ−ＨＵＢ接続を閉ループ構成とし、そのループ内の１ポートの中継機能を停止するものである。この中継機能を停止するポートをどの位置にするかを制御することで、回線上の一箇所故障についてはシステムに影響を与えないものとしてネットワークの冗長化を実現することが可能である。

もっと広い範囲のネットワークの冗長化については、ルータを使用した、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）またはＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）などによる方法がある。この場合、さまざまな通信経路を使用することができるが、回線の冗長化はルータまでとなる。

更に他のネットワークの冗長化の例として、特許文献１や特許文献２のように、通信機器とハブをＥｔｈｅｒｎｅｔ（イーサネット）（登録商標）で接続し、ハブの先の回線を主系、従系（予備系）の二重化された通信回線から成るように構成された通信多重化システムなどがある。

しかしながら、上述のネットワークの冗長化の方法では、通信機器から通信機器までの回線を多重化すること、異なる種類の通信回線（例えば専用回線とＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）経由など）からなる非対称なネットワークによって多重化すること、が不可能であった。具体的には、ＳＴＰの場合、通信機器はＳＷ−ＨＵＢ（スイッチングハブ）を介して通信回線と接続することになるため、異なる種類の通信回線からなる非対称なネットワークによって多重化することができず、また、ＲＩＰなどのルータによる冗長化を利用した場合には、図７に示すように、（ａ）ルータとスイッチ間の故障、（ｂ）スイッチ故障、について、経路を切り替える条件にはならないため、通信機器から通信機器までの回線を多重化することができない、ということであった。
特開２００４−１２００４２号公報 特開平１０−３１３３４８号公報

そこで、本発明の課題は、上述の問題点に鑑み、従来の通信回線多重化方式では不可能であった次の問題点を解決することにある。すなわち、（１）通信機器から通信機器までの回線を多重化すること、（２）異なる種類の通信回線で多重化される非対称ネットワークで多重化すること、を可能にすることにある。

上述した課題を解決するために、本発明では通信の多重化（二重化）を必要とする各通信機器を回線多重化装置に接続し、さらに回線多重化装置は複数（二つ）のスイッチングハブとの間に接続されるように構成した。すなわち、従来通信機器と通信回線を接続するのに用いられていたＳＷ−ＨＵＢ（スイッチングハブ）、ルータに加えて回線多重化装置を用いるようにした。そして、該回線多重化装置が、全ての回線の健全性を監視し、該観察結果を経路状態情報として記憶し、該記憶した経路状態情報に基づいて、通信機器から送信された送信データをどの経路に送信するかを選択指定して送信するようにした。

本発明の一態様によれば、複数の異種通信回線で多重化された通信回線を介して通信機器間を接続するための非対称ネットワーク回線多重化装置であって、全ての前記通信回線の状態を監視し、該監視結果を経路状態情報として記憶する通信回線監視手段と、前記多重化装置に直接接続する通信機器からの送信データを、前記経路状態情報に基づいて該送信データを送信するのに適当な通信回線を選択して、送信する送信回線管理手段と、前記多重化された通信回線のいずれからの受信データも、前記多重化装置に直接接続する通信機器に中継する中継手段と、を備えることを特徴とする。これにより、異なる種類の通信回線で多重化される非対称ネットワークで通信機器間の通信を多重化することが可能であり、また通信回線の状態に応じて送信データの送信通信回線を選択することができるので、通信機器間の通信が常に正常になるようにすることが可能となる。

本発明の一態様によれば、 複数の異種通信回線で多重化された通信回線を介して通信機器間を接続するための非対称ネットワーク回線多重化装置であって、前記通信機器が送信するデータのヘッダ部から、前記回線多重化装置のローカルポート に接続された通信機器のＭＡＣアドレスおよびＩＰアドレスを取得、記憶する、接続機器認識手段と、前記回線多重化装置のローカルポートに接続された前記通信機器と通信しているす全ての通信機器までの経路状態等を経路状態情報として格納する経路状態情報格納手段と、前記回線多重化装置のローカルポートに接続された前記通信機器から送信されるデータと同じ宛先に経路状態問合せ要求を送信し、該要求に対する応答を受信し、該応答を経路状態情報として前記経路状態情報格納手段に格納し、また、該経路状態問合せ要求を受信した場合には、前記接続機器認識手段が記憶するＭＡＣアドレス及びＩＰアドレスを用いて応答データを作成し送信する、経路状態検知手段と、前記回線多重化装置のローカルポートに接続された通信機器から送信されたデータを、前記経路状態情報格納手段に格納された情報に基づいて、該送信データを送信するのに適当な通信回線を選択して、該送信データを送信する送信経路管理手段と、多重化されているいずれかの通信回線から受信したデータを前記回線多重化装置のローカルポートに接続された通信機器に中継するユーザデータ中継手段と、を備えることを特徴とする。これにより、異なる種類の通信回線で多重化される非対称ネットワークで通信機器間の通信を多重化することが可能であり、また通信回線の状態に応じて、通信機器間の通信が常に正常な通信を保つようにすることが可能となる。

本発明によれば、異なる種類の通信回線で多重化される非対称ネットワークで通信機器間の通信を成立させることが可能であり、また通信機器間が常に正常な通信を保つようにすることが可能である。これにより、通常使用する高速な専用回線と、専用回線に故障が発生した場合に使用する衛星経由の通信回線などの低速回線との組み合わせで、通信機器間の通信を多重化することが可能となる。よって、災害などに備えなければならない通信システムに適用すると非常に有効であると言える。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の回線多重化装置１の原理構成を示す図である。
本発明の回線多重化装置１は、通信機器５と直接接続し、該通信機器５の相手通信機器（不図示）までの通信回線を多重化された通信回線Ｉ（６−１）、通信回線ＩＩ（６−２）で接続させる役割を果たす。

回線多重化装置１は、回線Ｉ，ＩＩの状態を監視し、該監視結果を経路状態情報として記憶する通信回線監視手段２と、通信機器の送信データを、該経路情報に基づいて適当な通信回線に送信する送信経路管理手段３と、多重化されているいずれかの通信から受信したデータを通信機器に中継する中継手段４と、を備えて成る。

以下、本発明の回線多重化装置について、図２に示す多重化回線を例に、より詳細に説明する。図２において、回線の二重化を必要とする各通信機器は回線多重化装置に接続し、さらに回線多重化装置は二つのスイッチングハブとの間に接続されるように構成する。すなわち、回線多重化装置Ｕ（Ｎ１）のＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴに通信機器Ｎ−１が接続し、該ＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴの反対側にはＡ−ＰＯＲＴ，Ｂ−ＰＯＲＴが備えられており、それぞれ回線Ａ，回線Ｂが接続する。回線Ａ，回線Ｂには、それぞれスイッチングハブＳＷ（Ａ１，Ｂ１），ルータＲ（Ａ１，Ｂ１），ルータＲ（Ａ２．Ｂ２），スイッチングハブＳＷ（Ａ２，Ｂ２）の順に各機器が接続し、相手側の回線多重化装置Ｕ（Ｎ２）のＡ−ＰＯＲＴ，Ｂ−ＰＯＲＴに終結する。回線Ａは、専用線などの高速回線、回線ＢはＷＡＮを経由する低速回線である。また、回線多重化装置Ｕ（Ｎ２）も回線多重化装置Ｕ（Ｎ１）と同一な構成で、該装置のＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴに通信機器Ｎ−２が接続する。通信機器Ｎ−２は、通信機器Ｎ−１の相手先通信機器である。ここでは、通信機器Ｎ−１と通信機器Ｎ−２間の通信は、通常はＡ回線（主系回線）を使用しており、主系上に何かしらの故障が発生した場合にはＢ回線（従系回線）を使用して通信を継続可能としているものとする。

尚、図２では回線多重化装置に接続する通信機器をそれぞれ１台としているが、複数の通信機器を接続するように構成してもよい。本発明の多重化通信では、従来通信機器と通信回線を接続するのに用いられていたＳＷ−ＨＵＢ（スイッチングハブ）、ルータに加えて回線多重化装置を用いるようにすることで、末端の通信機器が接続されるＬＡＮ自体の多重化も可能とする。

そして、図３は、回線多重化装置（Ｕ（Ｎ１），Ｕ（Ｎ２））のより詳しい構成を示す図である。回線多重化装置は、ユーザデータ中継部３１、接続機器認識部３２、経路状態検知部３３、経路状態情報格納部３４、送信経路管理部３５を備える。尚、図１と図３の対応関係は、ユーザデータ中継部３１が中継手段４に相当し、接続機器認識部３２及び経路状態検知部３３、経路状態情報格納部３４が通信回線監視手段２に相当し、送信経路管理部３５が送信経路管理手段３に相当することになる。

以下、各部の機能を順に説明する。
（１）ユーザデータ中継部３１
ユーザデータ中継部３１は、回線多重化装置のＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴに接続された通信機器から送信されたデータを、送信経路管理部３５に伝達し、Ａ回線またはＢ回線に中継させる機能、および回線Ａまたは回線Ｂから受信したデータをＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴ接続の通信機器に中継し送信する機能を有する。

（２）接続機器認識部３２
ＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴ接続の通信機器が何かしらのデータを送信する場合には、必ず自装置を経由することになる。よって、接続機器認識部３２は、装置のＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴから回線Ａまたは回線Ｂに中継するデータパケット、すなわち上述のユーザデータ中継部３１を通過するデータパケットのヘッダ部を観測することで、接続通信機器のＭＡＣアドレス、ＩＰアドレスを知ることが可能である。ここで得た両アドレスを常に更新するとともに、接続機器認識部３２内に記憶する。

（３）経路状態検知部３３
図４に経路状態検知部３３の詳細構成を示す。ＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴ接続通信機器から送信されるデータと同じ宛先に「経路状態問合せ要求」を自装置から送信する問合せ要求送信部４１、該要求に対する応答データを受信する応答データ受信部４２、該応答データ内容を保存、管理し、経路状態情報格納部３４に情報を格納する応答データ管理部４３を備え、また問合せ要求を受信した場合には応答データを作成し、送信する応答データ作成・送信部４４を備える。

問合せ要求送信部４１で作成される「経路状態問合せ要求」は、ＵＤＰデータ構造で、ポート番号に「経路状態問合せ要求」である意の番号を指定したもので送信される。
問合せ要求データ作成において、送信先ＩＰアドレスには、相手側の回線多重化装置のアドレスではなく目的通信機器のアドレスを使用する。また、問合せ要求の送信元ＩＰアドレス、ＭＡＣアドレスには、自装置のアドレスではなく、自装置に接続する通信機器のアドレスを使用する。これにより本来のユーザデータの通過する経路と同じ経路を通って目的の通信機器までデータ伝送が行われることになる。

「経路状態問合せ要求」が、ＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴ接続通信機器から送信されたデータと同じ経路を通って、相手通信機器が接続される回線多重化装置の経路状態検知部３３の応答データ作成・送信部４４によって受信されると、該応答データ作成・送信部４４は、接続機器認識部３２に記憶されている、ＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴに接続された通信機器のアドレス情報およびその接続状態を含んだ応答データを作成し、送信元に返信する。すなわち、要求を受信した回線多重化装置は、ＩＰアドレスが示す通信機器に要求データを中継することなく、該要求を自装置内に取り込み、応答処理などの処理を行う。応答データの作成についても、問合せ要求と同様に、送信先ＩＰアドレスには、応答先回線多重化装置に接続されている通信機器のアドレスを使用し、送信元ＩＰアドレス、ＭＡＣアドレスには、自装置に接続されている通信機器のアドレスを使用する。

「経路状態問合せ要求」を送信した回線多重化装置の応答データ受信部４２が応答データを受信すると、この内容を応答データ管理部４３に伝達し、該データは経路状態情報格納部３４に格納できるデータ形式に変換され、また、現在使用している回線の情報とともに、経路状態情報格納部３４に格納される。現在使用している回線の情報は、ユーザデータ中継部３１がデータを中継している送信先通信回線を参照すれば取得することができる。

図５に、図２の多重化回線を例に、問合せ要求／応答のやり取りの概略を示した。すなわち、問合せ要求が回線多重化装置Ｕ（Ｎ１）から送信されると、該要求に対する応答は相手先通信機器Ｎ−２が接続する回線多重化装置Ｕ（Ｎ２）から返信される。問合せ要求のデータ構造、問合せ応答のデータ構造はそれぞれ図に示すようになっており、問合せ要求の場合、送信先ＩＰアドレスは通信機器Ｎ−２のアドレス、送信元ＩＰアドレス・ＭＡＣアドレスは通信機器Ｎ−１のアドレスとなっていて、問合せ応答の場合、送信先ＩＰアドレスは通信機器Ｎ−１のアドレス、送信元ＩＰアドレス・ＭＡＣアドレスは通信機器Ｎ−２のアドレスとなっている。

また、図５の問合せ要求、問合せ応答のデータ構造にはデータの送信先通信機器、送信元通信機器を示すＩＰアドレス、ＭＡＣアドレスのみ示したが、問合せ要求データ、問合せ応答データそれぞれは例えば以下のような情報を更に含んで構成される。

○問合せ要求データに含まれる情報の一例
・要求元回線多重化装置のＩＰアドレス
・要求元回線多重化装置に接続する通信機器のＩＰアドレス
・本要求データ送信回線（Ａ回線か？Ｂ回線か？）

○問合せ応答データに含まれる情報の一例
・応答元回線多重化装置のＩＰアドレス
・応答元回線多重化装置に接続する通信機器のＩＰアドレス
・本応答データ送信回線（Ａ回線か？Ｂ回線か？）

このように、回線多重化装置の経路状態検知部３３では、「経路状態問合せ要求」を、自装置のＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴに接続する通信機器から送信されるすべての送信相手に対してＡ回線及びＢ回線から送信し、それぞれの応答データを受信することでそれぞれの回線の状態が正常かどうか判断でき、その結果を経路状態情報に反映させることができる。すなわち、実際にＡ回線とＢ回線を使用して相手通信機器までのネットワーク経路の状態を確認し、常に最新の経路状態情報を把握していることが可能である。

（４）経路状態情報格納部３４
経路状態情報格納部３４は、経路状態検知部３４によって収集された、自装置に接続する通信機器が通信しているすべての通信機器までの状態などの経路情報を記憶、管理する。以下に、経路状態情報の内容の一例を示す。尚、以下の経路状態情報は、各相手通信機器ごとに管理されるものである。

○経路状態情報の内容の一例
・相手通信機器ＩＰアドレス
・Ａ回線で相手通信機器までの経路健全性（ＯＫ／ＮＧ）
・Ｂ回線で相手通信機器までの経路健全性（ＯＫ／ＮＧ）
・現使用経路情報（Ａ回線か？Ｂ回線か？）

図６に、上記の内容で構成される経路状態情報の具体例を示した。Ａ回線、Ｂ回線の情報はそれぞれポート状態、経路状態とから成り、ポート状態とは回線と多重化装置のそれぞれのポートがＬＩＮＫ ＵＰかＬＩＮＫ ＤＯＷＮかを示し、経路状態とはそれぞれの回線の状態が通信可であるか否かを示すものである。

（５）送信経路管理部３５
送信経路管理部３５は、経路状態情報格納部３４に格納される経路状態情報に基づいて通信機器から送信されたデータをＡ回線から送信するか、Ｂ回線から送信するのかを判断して中継送信する機能を有する。
送信先回線の判断にあたっては、相手先通信機器のＩＰアドレスを用いて、前記経路状態情報格納部３４に格納された経路状態情報を参照し、主系（現使用系）回線に故障等がなければ主系回線を用い、故障等があれば従系（予備系）回線に切り替えるような判断を行う。すなわち、図６に示した経路状態情報の相手通信機器のＩＰアドレスから、Ａ回線の状態、Ｂ回線の状態、現在通信に用いている回線がどの回線を用いて通信しているのか、という情報を取得することが可能で、これにより、データ送信に用いる回線を選択指定することができる。また、前記経路状態情報格納部３４に情報が格納されていないような通信相手である場合には、その相手通信機器のＩＰアドレスを経路状態情報格納部３４に新規登録し、データの送信の送信回線は初期設定などで予め規定された回線に送信するようにする。

この送信経路管理部３５については、初期設定などにおいて、ＬＯＣＡＬ−ＰＯＲＴからの送信データの送信先を送信相手ごとに切り替えるか、すべての送信相手へのものを一括で切り替えるか指定できるように構成することも可能である。

以上（１）〜（５）に、図３に示した、回線多重化装置の各部について詳細に説明した。
本発明によれば、Ａ回線、Ｂ回線の二回線は、まったく異なった通信（専用線接続、ＷＡＮ経由接続、フレームリレー経由接続、衛星回線経由など）の組み合わせにより多重化することが可能となり、また通信回線の状態に応じて送信データの送信先通信回線を選択することで、通信機器間の回線が常に正常になるようにすることができる。これにより、通常使用する高速な専用回線と、専用線に故障が発生した場合に使用する衛星経由の通信回線などの低速回線との組み合わせで通信機器間の通信を多重化することが可能となる。また、図２のところで述べたように回線多重化装置のローカルポートに複数の通信機器を接続するように構成することも可能であるため、ルータ間の多重化のみではなく、末端の通信機器が接続されるＬＡＮ自体の多重化も可能で、多種多様な通信経路を多重化して使用することができる。よって、本発明の装置を含む多重化通信システムは、災害などに備えなければならない分野などへの応用が期待できると言えよう。

以上、本発明の回線多重化装置について詳細に説明したが、本発明は以上に述べたことに限定されるものではない。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々の構成または形状をとることができることはいうまでもない。

本発明の原理構成を示す図である。 本発明における回線多重化の例を示す図である。 回線多重化装置の構成を示す図である。 経路状態検知部の構成を示す図である。 問合せ要求／応答のやりとりを示す図である。 経路状態情報の例を示す図である。 従来方式（ＲＩＰなど）において、検出不可能な故障箇所を図示するものである。

符号の説明

１ 回線多重化装置
２ 通信回線監視手段
３ 送信経路管理手段
４ 中継手段
５ 通信機器
６−１、６−２ 回線
３１ ユーザデータ中継部
３２ 接続機器認識部
３３ 経路状態検知部
３４ 経路状態情報格納部
３５ 送信経路管理部
４１ 問合せ要求送信部
４２ 問合せ応答受信部
４３ 応答データ管理部
４４ 応答データ作成・送信部
Ｎ−１，Ｎ−２ 通信機器
Ｕ（Ｎ１），Ｕ（Ｎ２） 回線多重化装置
ＳＷ（Ａ１）、ＳＷ（Ａ２），ＳＷ（Ｂ１），ＳＷ（Ｂ２） スイッチングハブ
Ｒ（Ａ１），Ｒ（Ａ２），Ｒ（Ｂ１），Ｒ（Ｂ２） ルータ

Claims (2)

1. 複数の異種通信回線で多重化された通信回線を介して通信機器間を接続するための非対称ネットワーク回線多重化装置であって、
   全ての前記通信回線の状態を監視し、該監視結果を経路状態情報として記憶する通信回線監視手段と、
   前記経路状態情報に基づいて送信データを送信するのに適当な通信回線を選択して、前記多重化装置に直接接続する通信機器からの送信データを送信する送信回線管理手段と、
   前記多重化された通信回線のいずれからの受信データも、前記多重化装置に直接接続する通信機器に中継する中継手段と、
   を備えることを特徴とする非対称ネットワーク回線多重化装置。
2. 複数の異種通信回線で多重化された通信回線を介して通信機器間を接続するための非対称ネットワーク回線多重化装置であって、
   前記通信機器が送信するデータのヘッダ部から、前記回線多重化装置のローカルポート に接続された通信機器のＭＡＣアドレスおよびＩＰアドレスを取得、記憶する、接続機器認識手段と、
   前記回線多重化装置のローカルポートに接続された前記通信機器と通信している全ての通信機器までの経路状態等を経路状態情報として格納する経路状態情報格納手段と、
   前記回線多重化装置のローカルポートに接続された前記通信機器から送信されるデータと同じ宛先に経路状態問合せ要求を送信し、該要求に対する応答を受信し、該応答を経路状態情報として前記経路状態情報格納手段に格納し、また、該経路状態問合せ要求を受信した場合には、前記接続機器認識手段が記憶するＭＡＣアドレス及びＩＰアドレスを用いて応答データを作成し送信する、経路状態検知手段と、
   前記経路状態情報格納手段に格納された情報に基づいて送信データを送信するのに適当な通信回線を選択して、前記回線多重化装置のローカルポートに接続された通信機器から送信されたデータを送信する送信経路管理手段と、
   多重化されているいずれかの通信回線から受信したデータも前記回線多重化装置のローカルポートに接続された通信機器に中継するユーザデータ中継手段と、
   を備えることを特徴とする非対称ネットワーク回線多重化装置。

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