JP2007013654A - パケット中継装置およびパケット中継方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＰネットワークにおいて遅延揺らぎの発生を防ぐこと。
【解決手段】ＩＰネットワーク内のパケットスイッチ間で転送するパケットに遅延情報を挿入し、遅延情報を用いてＱｏＳ制御を行うよう構成する。具体的には、パケットスイッチのフロー識別部６０１が受信パケットから遅延情報を取り出して送信制御部６０５に渡し、送信制御部６０５が遅延情報に基づいてキューの帯域設定を変更するとともに遅延演算部６０７を用いて内部補正時間を算出し、遅延情報処理部６０６が内部補正時間を用いて遅延情報を更新してパケットを送信する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、パケットネットワークにおいてパケットを中継するパケット中継装置およびパケット中継方法に関し、特に、遅延揺らぎの発生をパケットネットワーク全体として防止し、通信品質を向上することができるパケット中継装置およびパケット中継方法に関するものである。

通常、ＩＰ通信においては、データの伝送がベストエフォート中心となる。また、通信品質（ＱｏＳ）保証を行う拡張プロトコルも多数開発されているが、保証するものは単位時間あたりのパケット送信数をベースとした通信帯域保証である（例えば、特許文献１参照。）。

一例として、図９に示すＩＰネットワークを用いて従来の通信帯域保証技術を説明する。図９において、端末１０１と端末１０４がＩＰ電話で音声によるデータ通信を行っており、また、端末１０２と端末１０５、端末１０３と端末１０５が通常のＴＥＬＮＥＴやＨＴＴＰ等のデータ通信を行っている。

ＩＰ網（ＩＰネットワーク）内のパケットスイッチ１０６〜１１４は、それぞれのデータ中継を行っており、端末１０１から端末１０４間の音声通信は高優先で、他のデータ通信は低優先で、データの出力制御(ＱｏＳ制御)を行っている。

図１０は、図９に示したパケットスイッチ１０９のＱｏＳ関連の機能ブロックを示す図である。図１０において、フロー識別部２０１は、端末１０１〜端末１０３からパケットが送られてくると、パケットの優先度や出力する帯域を決定するため、通信を行っている端末の情報やデータの種類(音声通信なのか、データ通信なのか等)を識別し、識別結果に基づいてキュー１０〜３０のうちのいずれかにパケットの振り分けを行う。

ここで、パケットが振り分けられるキュー１０〜３０には、予めそのキューの優先度や出力帯域の設定がされており、送信制御部２０５にて、出力可能と判断したパケットをキューより読み出し出力する。

この例では、端末１０１と端末１０４間の通信は音声通信であるため、フロー識別部２０１は、端末１０１から送られてくるパケットは高優先のキューへ振り分け、端末１０２、１０３と端末１０５間の通信はデータ通信であるため、端末１０２、１０３から送られてくるパケットは低優先のキューへ振り分けることによって、データ通信によって音声通信が影響を受け、データ出力が抑えられることができるだけないようにしている。

特開２００２−２８１０６６号公報

しかしながら、従来のパケットスイッチによるＱｏＳ処理では次のような問題が発生する。図９のパケットスイッチ１０９では、端末１０１〜端末１０３のデータを受信し、パケットスイッチ１１０に対して送信する必要がある。ここで、端末１０１〜端末１０３からの受信データに対して、パケットスイッチ１１０へ送信できる帯域が小さい場合には、データの輻輳が発生し、端末１０１から端末１０４に対する音声通信を高優先としていた場合にも、出力データの遅延が発生する。

すなわち、後段のパケットスイッチ１１０は、受信したデータに対してＱｏＳ制御を実施し、端末１０１から端末１０４への音声通信については優先制御を実施するが、パケットスイッチ１１０は、前段にて出力遅延が発生したことがわからず、パケットスイッチ１１０内で閉じたＱｏＳ制御しかできないため、パケットスイッチ１０９で発生した出力遅延のままの状態でデータが端末１０４に送信され、パケット遅延揺らぎが発生する。

図１１は、パケット遅延揺らぎ発生の原理を示す図である。同図に示すように、パケットスイッチ１０９までは等間隔で伝送された音声データは、パケットスイッチ１１２とパケットスイッチ１１４からのデータにより出力が待たされるため、前データに対しては間隔が広く、後データに対しては間隔が狭くなり、データの揺らぎとなる。その結果、端末１０１と端末１０４の間で行っている音声通信の品質が劣化する。

なお、通信品質保証が強く求められているアプリケーションとして、電話、ビデオなどの実時間音声通信以外にも、ロボット遠隔操作、遠隔医療(手術)等の実時間通信などがあり、これらのアプリケーションでは、データの欠落や遅延、あるいは、遅延による揺らぎが発生しないネットワークが強く求められている。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、遅延揺らぎの発生をパケットネットワーク全体として防止し、通信品質を向上することができるパケット中継装置およびパケット中継方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係るパケット中継装置は、パケットネットワークにおいてパケットを中継するパケット中継装置であって、受信したパケットから該パケットの遅延状態を示す遅延情報を取り出し、該取り出した遅延情報に基づいて該パケットの出力帯域の設定を制御する出力帯域制御手段と、前記出力帯域制御手段により設定が制御される出力帯域および該出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて前記パケットの遅延情報を更新して該パケットを送信するパケット送信制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、受信したパケットからそのパケットの遅延状態を示す遅延情報を取り出し、取り出した遅延情報に基づいてそのパケットの出力帯域の設定を制御し、設定を制御する出力帯域および出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいてそのパケットの遅延情報を更新してそのパケットを送信するよう構成したので、遅延揺らぎの発生をパケットネットワーク全体として防止することができる。

また、請求項２の発明に係るパケット中継装置は、請求項１の発明において、前記遅延情報は、遅延した時間を示す遅延時間であり、前記パケット送信制御手段は、パケットの優先度別に設けられた各パケットキューに対応してパケットのデキューを制御するキューシェーパと、前記キューシェーパからのパケットデキュー要求に基づいてパケットをデキューするポートシェーパと、前記出力帯域および該出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて前記遅延時間に対する補正値を内部補正時間として算出する遅延時間演算手段と、前記遅延時間演算手段により算出された内部補正時間から前記遅延時間の更新値である更新遅延時間を算出し、算出した更新遅延時間を前記ポートシェーパによりデキューされたパケットに挿入して該パケットを送信するパケット送信手段と、を備え、前記出力帯域制御手段は、前記キューシェーパが制御するデキューの出力帯域の設定を制御することを特徴とする。

この請求項２の発明によれば、パケットの優先度別に設けられた各パケットキューに対応してキューシェーパが制御するパケットのデキューの出力帯域の設定を制御し、キューシェーパからのパケットデキュー要求に基づいてパケットをポートシェーパがデキューし、出力帯域および出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて遅延時間に対する補正値を内部補正時間として算出し、算出した内部補正時間から遅延時間の更新値である更新遅延時間を算出し、算出した更新遅延時間をポートシェーパによりデキューされたパケットに挿入してパケットを送信するよう構成したので、各パケット中継装置において遅延時間に応じた遅延の取戻しを行うことができる。

また、請求項３の発明に係るパケット中継装置は、請求項２の発明において、前記遅延時間演算手段は、前記遅延時間に対応する補正時間と前記キューシェーパからパケットのデキュー要求があった時点から該デキュー要求に基づいて該パケットを送信する時点までの時間とに基づいて前記内部補正時間を算出することを特徴とする。

この請求項３の発明によれば、遅延時間に対応する補正時間とキューシェーパからパケットのデキュー要求があった時点からそのデキュー要求に基づいてパケットを送信する時点までの時間とに基づいて内部補正時間を算出するよう構成したので、正確に内部補正時間を算出することができる。

また、請求項４の発明に係るパケット中継装置は、請求項１、２または３の発明において、受信したパケットに対して出力帯域の設定制御を行うか否かを判定する設定制御判定手段をさらに備え、前記出力帯域制御手段は、前記設定制御判定手段により出力帯域の設定制御を行うと判定されたパケットに対して出力帯域の設定を制御することを特徴とする。

この請求項４の発明によれば、受信したパケットに対して出力帯域の設定制御を行うか否かを判定し、出力帯域の設定制御を行うと判定したパケットに対して出力帯域の設定を制御するよう構成したので、不必要に出力帯域の設定を制御することを防ぐことができる。

また、請求項５の発明に係るパケット中継方法は、パケットネットワークにおいてパケットを中継するパケット中継方法であって、受信したパケットから該パケットの遅延状態を示す遅延情報を取り出し、該取り出した遅延情報に基づいて該パケットの出力帯域の設定を制御する出力帯域制御工程と、前記出力帯域制御工程により設定が制御される出力帯域および該出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて前記パケットの遅延情報を更新して該パケットを送信するパケット送信制御工程と、を含んだことを特徴とする。

この請求項５の発明によれば、受信したパケットからそのパケットの遅延状態を示す遅延情報を取り出し、取り出した遅延情報に基づいてそのパケットの出力帯域の設定を制御し、設定を制御する出力帯域および出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいてそのパケットの遅延情報を更新してそのパケットを送信するよう構成したので、遅延揺らぎの発生をパケットネットワーク全体として防止することができる。

請求項１および５の発明によれば、遅延揺らぎの発生をパケットネットワーク全体として防止するので、通信品質を向上することができるという効果を奏する。

また、請求項２の発明によれば、各パケット中継装置において遅延時間に応じた遅延の取戻しを行うので、ネットワーク全体として通信品質を向上することができるという効果を奏する。

また、請求項３の発明によれば、正確に内部補正時間を算出するので、パケット中継装置間で正確な遅延時間を伝えることができるという効果を奏する。

また、請求項４の発明によれば、不必要に出力帯域の設定を制御することを防ぐので、不要な設定制御がネットワークに悪影響を与えることを防ぐことができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明に係るパケット中継装置およびパケット中継方法の好適な実施例を詳細に説明する。

まず、本実施例に係るパケットスイッチによるＱｏＳ保証方式について説明する。図１は、本実施例に係るパケットスイッチによるＱｏＳ保証方式を説明するための説明図である。

同図において、端末４０１と端末４０４がＩＰ電話で音声によるデータ通信を行っており、また、端末４０２と端末４０５、端末４０３と端末４０５が通常のＴＥＬＮＥＴやＨＴＴＰ等のデータ通信を行っている。

ＩＰ網のエッジ部分のパケットスイッチ４０６は、端末４０１から送信された音声データを受信すると、受信したデータの識別を行い、音声データ等の揺らぎ補正が必要なデータであるか否かを判断する。その結果、揺らぎ補正が必要なデータだと判断すると、パケットスイッチ４０６は、パケット中の固定位置に遅延を示す遅延情報を挿入する。

ここで、挿入する遅延情報は、送出すべき時間に対して遅れているのかまたは、進んでいるのかの情報を符号として、どのくらい遅れているまたは進んでいるのかの情報を数値として表した遅延時間である。また、遅延情報は、遅延情報であることを示すタグと遅延時間から構成される。この例では、パケットスイッチ４０６では輻輳等は発生していないため、遅延なしを示す遅延時間「０」が挿入され、遅延情報はデータとＭＡＣ（アドレス）の間に挿入される。

パケットスイッチ４０７からパケットスイッチ４０９までは、受信するパケットにすでに遅延情報が挿入されているために、この遅延情報の更新処理を行う。具体的には、パケットスイッチ４０７とパケットスイッチ４０８では、輻輳等発生していないため、データの遅延は発生せず、更新なしとなる。

これに対して、パケットスイッチ４０９では、端末４０２と端末４０３からのデータと輻輳し、端末４０１からのデータに遅延が発生する。そこで、パケットスイッチ４０９は、遅延量をパケットスイッチ４１０に伝えるために、遅延情報を更新してパケットを送信する。

すると、パケットスイッチ４１０は、受信したパケットの遅延情報より、受信したデータが遅延していることとどのくらい遅延しているかを認識し、その遅延情報にあったスケジューリングを実施し、遅延時間の取り戻しを行う。

その結果、遅延時間が完全に取り戻せた場合には、遅延なしとして遅延情報を更新し、次段のパケットスイッチ４１１に送信する。一方、遅延した時間が完全に取り戻せなかった場合には、受信した遅延時間と自パケットスイッチで取り戻した時間の差分を新たな遅延時間として遅延情報を更新し、次段のパケットスイッチ４１１に送信する。

パケットスイッチ４１１は、受信したパケットの遅延情報から、データが遅延していなければ、遅延情報の削除のみを行い、端末４０４にパケットを送信する。一方、データが遅延していれば、その遅延時間の取り戻しを行うようにスケジューリングを実施し、遅延情報の削除を行い、端末４０４にパケットを送信する。

このように、本実施例に係るＩＰ網では、パケットスイッチ間でデータの遅延情報の受け渡しを行うことで、ネットワーク全体としてデータ遅延の補正が可能となり、揺らぎを防止することができる。また、一つのパケットスイッチでデータの遅延が補正できなくても、遅延情報を更新することで、次段のパケットスイッチにネットワーク全体としての遅延情報を伝達することが可能であり、複数のパケットスイッチによる段階的な遅延の補正が可能となる。

次に、本実施例に係るパケットスイッチ４０６〜４１５の構成について説明する。なお、これらのパケットスイッチ４０６〜４１５はいずれも同様の構成を有するので、ここではパケットスイッチ４０９を例にとって説明する。

図２は、本実施例に係るパケットスイッチ４０９の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、このパケットスイッチ４０９は、フロー識別部６０１とＱｏＳ部６０２とを有する。

フロー識別部６０１は、受信したパケットに含まれるデータがどのようなデータ（ＩＰ電話による音声データ、ＴＥＬＮＥＴ等のデータ通信のデータなど）であるのかを識別してパケットの優先度や出力帯域を決定し、決定した優先度や出力帯域に基づいて、パケットをエンキューするキューを決定するする処理部であり、遅延情報識別部６０１ａとキュー決定部６０１ｂとを有する。

遅延情報識別部６０１ａは、受信したパケットに含まれるデータがどのようなデータであるのかを識別してパケットの優先度や出力帯域を決定するとともに、遅延情報がパケットに含まれている否かを識別し、遅延情報がパケットに含まれている場合には、遅延情報をパケットから取り出してＱｏＳ部６０２に渡す処理部である。

キュー決定部６０１ｂは、遅延情報識別部６０１ａにより決定された優先度や出力帯域に基づいて、パケットをエンキューするキューを決定し、決定したキューにパケットをエンキューする処理部である。

ＱｏＳ部６０２は、フロー識別部６０１による識別結果とフロー識別部６０１から受け取った遅延情報に基づいてＱｏＳ制御を行う処理部であり、キュー１〜３と、送信制御部６０５と、遅延情報処理部６０６と、遅延演算部６０７とを有する。

キュー１〜３は、受信したパケットのエンキューに使用するキューであり、キュー１の優先度が最も高く、キュー３の優先度が最も低い。したがって、キュー決定部６０１ｂは、端末４０１からのデータはＩＰ電話による音声データであるため受信パケットをキュー１にエンキューし、端末４０２および端末４０３からのデータはデータ通信のデータであるため受信パケットをキュー３にエンキューする。

送信制御部６０５は、各キューにパケットがエンキューされたことを検出すると、各キューの設定に従ってパケット出力のスケジューリングを行い、パケットの出力が可能な状態になるとキューからパケットを読み出して送信する処理部であり、キュー設定部６０５ａと、キューシェーパ６０５ｂと、ポートシェーパ６０５ｃとを有する。

キュー設定部６０５ａは、フロー識別部６０１から遅延情報を受け取り、受け取った遅延情報に基づいてキューの出力帯域の設定を変更する処理部であり、具体的には、帯域変換テーブル６０５ｄを用いてキュー設定値を求め、キューシェーパ６０５ｂに対してキュー設定値の変更を指示する。

ここで、帯域変換テーブル６０５ｄは、遅延時間に対応するキュー設定値を記憶したテーブルである。図３は、帯域変換テーブル６０５ｄの一例を示す図である。同図に示すように、この帯域変換テーブル６０５ｄは、遅延時間ごとにキュー設定値と補正時間とを対応させて記憶する。ここで、補正時間は、キュー設定値の変更によって補正される時間を示す。

このように、キュー設定部６０５ａが、フロー識別部６０１から受け取った遅延情報および帯域変換テーブル６０５ｄを用いてキューの出力帯域の設定を変更することによって、他のパケットスイッチで発生した遅延を取り戻すことができる。

キューシェーパ６０５ｂは、各キューの出力（デキュー）を制御する制御部であり、キュー設定部６０５ａにより指定されたキュー設定値に基づいて各キューのデキューをポートシェーパ６０５ｃに要求する。

ポートシェーパ６０５ｃは、パケットを出力するポートの帯域を管理し、キューシェーパ６０５ｂからのデキュー要求に基づいて各キューからパケットをデキューして遅延情報処理部６０６に渡す処理部である。

また、このポートシェーパ６０５ｃは、遅延演算部６０７を用いて内部補正時間を算出し、算出した内部補正時間を遅延情報処理部６０６に渡す。ここで、内部補正時間とは、自パケットスイッチ内での遅延時間とキュー設定変更による補正時間との差分であり、受信パケットに含まれる遅延時間から送信パケットに挿入する遅延時間を算出するために用いられる。

遅延情報処理部６０６は、遅延情報に関する処理を行ってパケットを送信する処理部であり、ネットワークのエッジ部分のパケットスイッチは、データの入口側で遅延情報の挿入を行い、データの出口側で遅延情報の削除を行い、エッジ部分以外のパケットスイッチは、遅延情報の更新を行う。

遅延演算部６０７は、自パケットスイッチ内での遅延時間とキュー設定変更による補正時間から内部補正時間を算出する処理部である。なお、自パケットスイッチ内での遅延時間は、デキューが可能となった時間から実際にパケットが出力ポートから出力可能となった時間であり、キュー設定変更による補正時間は、帯域変換テーブル６０５ｄに記憶された補正時間である。

この遅延演算部６０７が算出した内部補正時間は、送信制御部６０５を介して遅延情報処理部６０６に渡され、遅延情報処理部６０６で内部補正時間に基づいて遅延情報が更新されて次のパケットスイッチに渡される。

このように、遅延演算部６０７が、自パケットスイッチ内での内部補正時間を算出し、遅延情報処理部６０６が内部補正時間を用いて遅延時間の更新値である更新遅延時間を算出し、更新遅延時間を用いて遅延情報を更新することによって、いずれかのパケットスイッチで発生した遅延をネットワーク全体で補正していくことが可能となる。

次に、遅延が発生している場合の送信制御部６０５によるデキュー動作について説明する。図４は、遅延が発生している場合の送信制御部６０５によるデキュー動作を説明するための説明図である。同図（ａ）は、従来のフローを示し、同図（ｂ）は、本実施例に係るフローを示す。

同図（ａ）に示すように、従来は、キューシェーパがキューの設定にあわせて帯域を追加し、デキュー可能な帯域になるとパケットをデキューするとともに出力パケットの帯域をキューの帯域から減算する動作を繰り返す。したがって、受信パケットに遅延が発生している場合でも、キューに対して設定された帯域に基づいて、遅延が発生していない場合と同様に、送信制御部はデキューを行う。

これに対して、同図（ｂ）に示すように、本実施例では、遅延情報に基づいてキュー設定部６０５ａがキューの出力帯域の設定を変更することによってキューに対する帯域を増加させ、デキュー可能な帯域に早く到達させることができる。

このように、本実施例では、遅延情報に基づいてキュー設定部６０５ａがキューの出力帯域の設定を変更してキューに対する帯域を増加させることによって、デキュー可能となるまでの時間を短縮し、他のパケットスイッチで発生した遅延を取り戻すことができる。

次に、本実施例に係るパケットスイッチによる遅延時間挿入処理について説明する。ここで、遅延時間挿入処理とは、受信したパケットの遅延時間は"０"であるが、ポートシェーパ６０５ｃの輻輳によりパケットの送信が遅れた場合に遅延情報を更新して遅延時間を挿入する処理である。

図５は、本実施例に係るパケットスイッチによる遅延時間挿入処理を説明するための説明図である。同図に示すように、各キューにエンキューされたパケットに対してキューシェーパ６０５ｂは、キューに予め設定されている帯域に従い、デキュー可能となる時間を算出し、デキュー可能になるとポートシェーパ６０５ｃに対してデキュー可能となったことを通知する。

そして、ポートシェーパ６０５ｃは、キューシェーパ６０５ｂからのデキュー可能の通知を受け取ると、出力ポートの帯域が空いていれば、キューからパケットの読み出しを行い、パケット出力を行う。

図５において、出力のポートが空いており、デキュー可能とデータ出力が同時となるパケットは、パケット１−１、２−１、３−１、２−２、３−２までとなる。パケット１−２については、キューの帯域設定からデキュー可能となったが、前に出力しているパケット３−２のパケット長が長く、出力ポートの帯域を占有しているため、出力待ち状態となる。すなわち、パケット３−２が出力された後、パケット１−２が出力される。

遅延演算部６０７は、パケット１−２のデキュー可能通知からカウントを行い、データの出力可能となるまでの遅延時間を計測し、計測した遅延時間を内部補正時間として、送信制御部６０５を介して遅延情報処理部６０６に渡す。そして、遅延情報処理部６０６がこの遅延時間を用いて遅延情報を更新する。

このように、遅延演算部６０７が計測した遅延時間を遅延情報処理部６０６がパケットに遅延情報として挿入することによって、次のパケットスイッチが遅延情報を用いて遅延を取り戻す処理を行うことが可能となる。

次に、本実施例に係るパケットスイッチによる遅延時間取戻処理について説明する。ここで、遅延時間取戻処理とは、受信したパケットの遅延情報が遅延の発生を示している場合に、遅延を取り戻すために行う処理である。

図６は、本実施例に係るパケットスイッチによる遅延時間取戻処理を説明するための説明図である。同図に示すように、本実施例に係るパケットスイッチは、受信パケット１−１については、受信時の遅延情報から遅延が発生していないことを検出し、通常のキュー設定値によるＱｏＳ処理を実施してデータの出力を行う。

受信パケット１−２については、受信した遅延情報から、データの遅延が発生していることを検出し、送信制御部６０５は、遅延情報内の遅延時間を検索キーとして帯域変換テーブル６０５ｄを検索し、キューの設定値と補正時間を求める。

そして、送信制御部６０５は、帯域変換テーブル６０５ｄの検索によって得たキュー設定値を用いてキューの帯域設定を変更する。ここでは、データを早く出力する場合なので、キューの設定帯域を大きくすることでキューからのデキューを早くする。

また、送信制御部６０５は、帯域変換テーブル６０５ｄの検索によって得た補正時間を内部補正時間の演算のために、遅延演算部６０７に送る。この例では、出力ポートの輻輳はなく、キューからのデキュー要求とポート出力が同時となるため、帯域変換テーブル６０５ｄから求めた補正時間だけによって内部補正時間が算出される。

送信制御部６０５は、ポートシェーパ６０５ｃからパケット１−２が出力されると同時に、帯域変換テーブル６０５ｄから求めた補正時間を遅延演算部６０７に送信し、遅延演算部６０７が、内部補正時間を算出する。そして、遅延情報処理部６０６が遅延演算部６０７によって算出された内部補正時間と受信した遅延情報内の遅延時間である受信遅延時間とを用いて受信遅延時間−内部補正時間を計算し、遅延情報を更新してパケット出力を行う。

受信パケット１−３については、帯域変換テーブル６０５ｄの検索結果からキュー設定が変更され、キューから早めにデキュー可能となるまでは、パケット１−２と同じであるが、ポート出力の際に、パケット２−２が出力中であるため、ポートへの出力待ち状態となる。このような場合には、遅延演算部６０７において、キューからデキュー可能となった時点から実際にデータ出力可能となるまでの時間を計測する必要がある。

そのため、遅延演算部６０７は、キューのデキュー可能通知をトリガーとしてポートから出力可能となるまでのカウントを行い、カウントを行った結果であるデータ出力待ち時間と帯域変換テーブル６０５ｄから求められた補正時間との差分を内部補正時間として算出し、送信制御部６０５を介して遅延情報処理部６０６へ出力する。遅延情報処理部６０６は、受信遅延時間と遅延演算部６０７で算出した内部補正時間の差分をパケットの新たな遅延時間、すなわち更新遅延時間として遅延情報を更新し、パケットを出力する。

このように、遅延演算部６０７が、カウントを行ったデータ出力待ち時間と帯域変換テーブル６０５ｄから求めた補正時間の差分を内部補正時間として算出し、遅延情報処理部６０６が、受信遅延時間と遅延演算部６０７で算出した内部補正時間との差分を更新遅延時間としてパケットの遅延情報を更新することによって、取り戻した遅延時間を遅延情報に反映させることができる。

次に、図２に示したキューシェーパ６０５ｂの処理手順について説明する。図７は、図２に示したキューシェーパ６０５ｂの処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、このキューシェーパ６０５ｂは、新たなパケットがキューの先頭に到達すると（ステップＳ１０１）、そのキューが遅延情報に基づいて遅延制御を行う遅延制御キューであるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

その結果、そのキューが遅延情報に基づいて遅延制御を行う遅延制御キューである場合には、キュー設定部６０５ａの指示に基づいてその遅延制御キューの帯域設定を行う（ステップＳ１０３）。

そして、そのキューからのデキューが可能な状態になると（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）、デキュー出力をポートシェーパ６０５ｃに要求し（ステップＳ１０５）、出力キューの帯域からデキューパケットによる帯域を減算する（ステップＳ１０６）。

このように、キューシェーパ６０５ｂが、キュー設定部６０５ａの指示に基づいて遅延制御キューの帯域設定を行うことによって、他のパケットスイッチで発生した遅延を取り戻すことができる。

次に、図２に示したポートシェーパ６０５ｃの処理手順について説明する。図８は、図２に示したポートシェーパ６０５ｃの処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、このポートシェーパ６０５ｃは、キューシェーパ６０５ｂからデキュー要求があると（ステップＳ２０１）、遅延制御キューからのデキュー要求があるか否かを判定し（ステップＳ２０２）、遅延制御キューからのデキュー要求がある場合には、遅延演算部６０７に出力待ち時間のカウントを指示する（ステップＳ２０３）。

そして、出力ポートがデキューが可能な状態になると（ステップＳ２０４、Ｙｅｓ）、デキュー要求のある各キューの帯域を比較し（ステップＳ２０５）、一番大きな帯域を持っているキューからデキューを行う。また、このとき、デキューを行うキューが遅延制御キューである場合には、遅延演算部６０７から内部補正時間を取得し、遅延情報処理部６０６に渡す（ステップＳ２０６）。そして、出力したキューの帯域からデキューパケットによる帯域を減算する（ステップＳ２０７）。

このように、ポートシェーパ６０５ｃが遅延制御キューからデキューする際に、遅延演算部６０７が計算した内部補正時間を遅延情報処理部６０６に渡すことによって、遅延情報処理部６０６は、遅延情報を更新してパケットを送信することができる。

上述してきたように、本実施例では、ＩＰネットワーク内のパケットスイッチ間で転送するパケットに遅延情報を挿入し、遅延情報を用いてＱｏＳ制御を行うこととしたので、いずれかのパケットスイッチで発生した遅延をＩＰネットワーク全体として取り戻すことができる。具体的には、フロー識別部６０１が受信パケットから遅延情報を取り出して送信制御部６０５に渡し、送信制御部６０５が遅延情報に基づいてキューの帯域設定を変更するとともに遅延演算部６０７を用いて内部補正時間を算出し、遅延情報処理部６０６が内部補正時間を用いて遅延情報を更新してパケットを送信することとしたので、あるパケットスイッチで発生した遅延を他のパケットスイッチで取り戻すことができる。

なお、本実施例では、ＩＰネットワークでパケットを転送するパケットスイッチについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、パケットを用いてデータを転送するネットワークにおいてパケットを転送するパケット中継装置に同様に適用することができる。

（付記１）パケットネットワークにおいてパケットを中継するパケット中継装置であって、
受信したパケットから該パケットの遅延状態を示す遅延情報を取り出し、該取り出した遅延情報に基づいて該パケットの出力帯域の設定を制御する出力帯域制御手段と、
前記出力帯域制御手段により設定が制御される出力帯域および該出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて前記パケットの遅延情報を更新して該パケットを送信するパケット送信制御手段と、
を備えたことを特徴とするパケット中継装置。

（付記２）前記遅延情報は、遅延した時間を示す遅延時間であり、
前記パケット送信制御手段は、パケットの優先度別に設けられた各パケットキューに対応してパケットのデキューを制御するキューシェーパと、
前記キューシェーパからのパケットデキュー要求に基づいてパケットをデキューするポートシェーパと、
前記出力帯域および該出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて前記遅延時間に対する補正値を内部補正時間として算出する遅延時間演算手段と、
前記遅延時間演算手段により算出された内部補正時間から前記遅延時間の更新値である更新遅延時間を算出し、算出した更新遅延時間を前記ポートシェーパによりデキューされたパケットに挿入して該パケットを送信するパケット送信手段と、を備え、
前記出力帯域制御手段は、前記キューシェーパが制御するデキューの出力帯域の設定を制御することを特徴とする付記１に記載のパケット中継装置。

（付記３）前記遅延時間演算手段は、前記遅延時間に対応する補正時間と前記キューシェーパからパケットのデキュー要求があった時点から該デキュー要求に基づいて該パケットを送信する時点までの時間とに基づいて前記内部補正時間を算出することを特徴とする付記２に記載のパケット中継装置。

（付記４）受信したパケットに対して出力帯域の設定制御を行うか否かを判定する設定制御判定手段をさらに備え、
前記出力帯域制御手段は、前記設定制御判定手段により出力帯域の設定制御を行うと判定されたパケットに対して出力帯域の設定を制御することを特徴とする付記１、２または３に記載のパケット中継装置。

（付記５）前記出力帯域制御手段は、遅延情報であることを示すタグを用いて遅延情報をパケットから取り出すことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載のパケット中継装置。

（付記６）パケットネットワークにおいてパケットを中継するパケット中継方法であって、
受信したパケットから該パケットの遅延状態を示す遅延情報を取り出し、該取り出した遅延情報に基づいて該パケットの出力帯域の設定を制御する出力帯域制御工程と、
前記出力帯域制御工程により設定が制御される出力帯域および該出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて前記パケットの遅延情報を更新して該パケットを送信するパケット送信制御工程と、
を含んだことを特徴とするパケット中継方法。

（付記７）前記遅延情報は、遅延した時間を示す遅延時間であり、
前記パケット送信制御工程は、パケットの優先度別に設けられた各パケットキューに対応してパケットのデキューをキューシェーパが制御するデキュー制御工程と、
前記キューシェーパからのパケットデキュー要求に基づいてパケットをポートシェーパがデキューするデキュー工程と、
前記出力帯域および該出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて前記遅延時間に対する補正値を内部補正時間として算出する遅延時間演算工程と、
前記遅延時間演算工程により算出された内部補正時間から前記遅延時間の更新値である更新遅延時間を算出し、算出した更新遅延時間を前記ポートシェーパによりデキューされたパケットに挿入して該パケットを送信するパケット送信工程と、を含み、
前記出力帯域制御工程は、前記キューシェーパが制御するデキューの出力帯域の設定を制御することを特徴とする付記６に記載のパケット中継方法。

（付記８）前記遅延時間演算工程は、前記遅延時間に対応する補正時間と前記キューシェーパからパケットのデキュー要求があった時点から該デキュー要求に基づいて該パケットを送信する時点までの時間とに基づいて前記内部補正時間を算出することを特徴とする付記７に記載のパケット中継方法。

（付記９）受信したパケットに対して出力帯域の設定制御を行うか否かを判定する設定制御判定工程をさらに備え、
前記出力帯域制御工程は、前記設定制御判定工程により出力帯域の設定制御を行うと判定されたパケットに対して出力帯域の設定を制御することを特徴とする付記６、７または８に記載のパケット中継方法。

（付記１０）前記出力帯域制御工程は、遅延情報であることを示すタグを用いて遅延情報をパケットから取り出すことを特徴とする付記６〜９のいずれか一つに記載のパケット中継方法。

以上のように、本発明に係るパケット中継装置およびパケット中継方法は、パケットを転送するネットワークに有用であり、特に、音声や映像などのデータをリアルタイムで転送するネットワークに適している。

本実施例に係るパケットスイッチによるＱｏＳ保証方式を説明するための説明図である。 本実施例に係るパケットスイッチの構成を示す機能ブロック図である。 帯域変換テーブルの一例を示す図である。 遅延が発生している場合の送信制御部によるデキュー動作を説明するための説明図である。 本実施例に係るパケットスイッチによる遅延時間挿入処理を説明するための説明図である。 本実施例に係るパケットスイッチによる遅延時間取戻処理を説明するための説明図である。 図２に示したキューシェーパの処理手順を示すフローチャートである。 図２に示したポートシェーパの処理手順を示すフローチャートである。 ＩＰネットワーク構成の一例を示す図である。 図９に示したパケットスイッチのＱｏＳ関連の機能ブロックを示す図である。 パケット遅延揺らぎ発生の原理を示す図である。

符号の説明

１〜３，１０〜３０ キュー
１−１，１−２，１−３，２−１，２−２，３−１，３−２ パケット
１０１〜１０５，４０１〜４０５，４１６ 端末
１０６〜１１４，４０６〜４１５ パケットスイッチ
２０１，６０１ フロー識別部
２０２，６０２ ＱｏＳ部
２０５，６０５ 送信制御部
６０１ａ 遅延情報識別部
６０１ｂ キュー決定部
６０５ａ キュー設定部
６０５ｂ キューシェーパ
６０５ｃ ポートシェーパ
６０５ｄ 帯域変換テーブル
６０６ 遅延情報処理部
６０７ 遅延演算部

Claims (5)

1. パケットネットワークにおいてパケットを中継するパケット中継装置であって、
   受信したパケットから該パケットの遅延状態を示す遅延情報を取り出し、該取り出した遅延情報に基づいて該パケットの出力帯域の設定を制御する出力帯域制御手段と、
   前記出力帯域制御手段により設定が制御される出力帯域および該出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて前記パケットの遅延情報を更新して該パケットを送信するパケット送信制御手段と、
   を備えたことを特徴とするパケット中継装置。
2. 前記遅延情報は、遅延した時間を示す遅延時間であり、
   前記パケット送信制御手段は、パケットの優先度別に設けられた各パケットキューに対応してパケットのデキューを制御するキューシェーパと、
   前記キューシェーパからのパケットデキュー要求に基づいてパケットをデキューするポートシェーパと、
   前記出力帯域および該出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて前記遅延時間に対する補正値を内部補正時間として算出する遅延時間演算手段と、
   前記遅延時間演算手段により算出された内部補正時間から前記遅延時間の更新値である更新遅延時間を算出し、算出した更新遅延時間を前記ポートシェーパによりデキューされたパケットに挿入して該パケットを送信するパケット送信手段と、を備え、
   前記出力帯域制御手段は、前記キューシェーパが制御するデキューの出力帯域の設定を制御することを特徴とする請求項１に記載のパケット中継装置。
3. 前記遅延時間演算手段は、前記遅延時間に対応する補正時間と前記キューシェーパからパケットのデキュー要求があった時点から該デキュー要求に基づいて該パケットを送信する時点までの時間とに基づいて前記内部補正時間を算出することを特徴とする請求項２に記載のパケット中継装置。
4. 受信したパケットに対して出力帯域の設定制御を行うか否かを判定する設定制御判定手段をさらに備え、
   前記出力帯域制御手段は、前記設定制御判定手段により出力帯域の設定制御を行うと判定されたパケットに対して出力帯域の設定を制御することを特徴とする請求項１、２または３に記載のパケット中継装置。
5. パケットネットワークにおいてパケットを中継するパケット中継方法であって、
   受信したパケットから該パケットの遅延状態を示す遅延情報を取り出し、該取り出した遅延情報に基づいて該パケットの出力帯域の設定を制御する出力帯域制御工程と、
   前記出力帯域制御工程により設定が制御される出力帯域および該出力帯域でのパケット出力に対して内部で発生する内部遅延に基づいて前記パケットの遅延情報を更新して該パケットを送信するパケット送信制御工程と、
   を含んだことを特徴とするパケット中継方法。

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