JP2009130759A - 回線通信方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回線通信方法及び装置に関し、伝送回線の統合による帯域拡大を行った場合に、各伝送回線のデータ量が偏らないようにして帯域利用効率の向上を図り、また、複数の伝送回線の回線接続手順の簡素化を図る。
【解決手段】対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線＃１，＃２，＃３を統合し、該統合した複数の伝送回線＃１，＃２，＃３にパケット通信データを分散して伝送する場合、各伝送回線＃１，＃２，＃３対応の送信間隔制御部１−３により、各伝送回線＃１，＃２，＃３に送信するパケット通信データの送信間隔を、統合した伝送回線数に応じて拡大し、データレートを均して送信する。また、前記対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線を統合する際に、接続すべき通信先ノードと同一の通信先ノードとの間に既に接続設定済みの他の伝送回線を、統合する伝送回線に割り当てて使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回線通信方法及び装置に関し、対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線を統合し、該統合した複数の伝送回線にパケットデータを分散して伝送する通信方法及び装置に関する。

近年の移動通信技術の大幅な発展により、例えば、ＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）、ＨＳＵＰＡ（High Speed Uplink Packet Access）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、４Ｇ（第4世代移動体通信）、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）等の技術に見られるように、無線チャネルの通信速度は、数ｋｂｐｓから数Ｍｂｐｓ、更には数１０Ｍｂｐｓへと上昇の一途を辿っている。

しかしながら、実際の通信システムにおいて、ユーザが利用することができる通信速度の上限は、無線チャネルの通信速度（帯域）だけでなく、無線信号を受信したノードが通信先ノードへ有線伝送回線で中継するＩＰ（Internet Protocol）網又はＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）網等の有線伝送回線の伝送速度（帯域）によっても制限される。

有線伝送回線で利用することができる帯域は無限ではなく、ユーザが契約している利用可能な帯域幅、及び回線種別（例えば、１５５ＭｂｐｓのＡＴＭ回線であれば１５５Ｍｂｐｓまで、１００ＢＡＳＥの回線であれば１００Ｍｂｐｓまで、１０００ＢＡＳＥの回線であれば１Ｇｂｐｓまで等）によって制限される。

ユーザが利用することができる通信速度の上限は、従来は無線チャネルにおける通信速度がボトルネックとなっていたが、近年の移動端末の増加に伴う無線チャネル数の増大と、１チャネル当たりの無線チャネルの通信速度の増加によって、ユーザが利用可能な通信速度の上限は、現状では無線チャネルではなく、無線信号を受信したノードが通信先ノードへ中継する有線伝送回線の帯域がボトルネックとなっている。

例えば、通信速度１４Ｍｂｐｓの無線チャネルを１００チャネル収容する場合、１４Ｍｂｐｓ×１００＝１４００Ｍｂｐｓの伝送帯域が必要となるが、この伝送帯域は１０００ＢＡＳＥ回線の伝送帯域を越えるため、１本の１０００ＢＡＳＥ回線では収容することができない。

こうした有線伝送回線の帯域のボトルネックを解消するための技術として、ＡＴＭ伝送路ではオーバライド、ＩＰ伝送路ではリンクアグリゲーションやＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）といった、複数の伝送回線を統合して使用し、複数の伝送回線にデータを分散して流すことで利用帯域を拡大する技術が用いられている。

図３は、伝送回線の統合及びデータの分散化による帯域拡大方法の例を示している。同図の（ａ）に示すように、通信速度１４Ｍｂｐｓの無線チャネルで送信され、ノード＃Ａで受信されたデータは、ノード＃Ａから送信先ノード＃Ｂへ、契約帯域２Ｍｂｐｓの伝送回線＃１の１本で伝送することはできない。

そこで、同図の（ｂ）に示すように、ノード＃Ａとノード＃Ｂとの間の契約帯域２Ｍｂｐｓの少なくとも７本の伝送回線＃１〜伝送回線＃ｎを統合することにより、伝送帯域を１４Ｍｂｐｓ以上に拡大し、該統合した伝送回線＃１〜伝送回線＃ｎに、データを分散して流すことにより、通信速度１４Ｍｂｐｓの無線チャネルで送信されたデータを伝送することができる。

下記の特許文献１には、ＡＴＭ回線のコネクションの終端局と次の終端局とに複数のルートを設定し、それぞれの空き帯域を同時に使用することにより、転送速度を速くし、伝送効率を向上するＡＴＭネットワークのランダムルーティングシステムについて記載されている。

また、下記の特許文献２には、帯域制御方式と優先制御方式とを組み合わせて伝送路帯域を効率的に使用するようにしたＬＡＮ中継交換装置において、伝送路帯域に空きがある場合、該空き帯域を埋めるように帯域制御キューの設定帯域を拡大するＬＡＮ中継交換装置について記載されている。
特開平１０−６５６９２号公報（段落０００９等） 特開２０００−２７００２３号公報（請求項４、請求項５等）

複数の伝送回線を統合し、複数の伝送回線にデータを分散することにより、利用可能な帯域を拡大することができ、例えば、３回線束ねることにより帯域は計算上３倍となるが、回線の統合及びデータの分散化を行った場合、複数の伝送回線に対する呼接続方法は、回線統合及びデータ分散化を行っていない１回線の呼接続時と比べて当然異なり、例えば、計算上帯域が３倍になっても、該帯域が３０％しか利用できない場合には、実質的な帯域は増えていないことになる。そのため、伝送回線の統合による拡大された帯域の有効利用、及び、実際の移動通信における呼接続への適用を考えた場合、以下のような点を改善する必要がある。

（１）帯域利用効率の改善
複数の伝送回線の統合及び複数の伝送回線へのデータ分散により、総帯域を拡大しても、或るチャネルに限って見れば、該チャネルで運ばれるデータは、常に同一の伝送回線に流す必要がある。何故ならば、一つのチャネルのデータを複数の伝送回線にバラバラに流した場合、各伝送回線における伝送時間の差によって、通信先ノードに到着した時点でデータの順番が逆転してしまう問題が発生するためである。従来の技術で説明した、ＡＴＭ伝送回線におけるオーバライドや、ＩＰ伝送回線におけるリンクアグリゲーションやＯＳＰＦの技術でもこれが守られている。

逆に考えると、パケット通信のようにバースト的にデータ流量が変動するケースにおいて、或るチャネルで運ばれるデータ量が大幅に増加した場合、増加した分のデータ量を、回線統合及びデータ分散を行っている他の伝送回線に逃がそうとしても、上記の理由により逃がすことができないことになる。

各チャネルのデータ量がバースト的に偏った場合、それらのデータ量を単純に合計した値では総帯域内に収まっていたとしても、実際には何れかの伝送回線で帯域をオーバしてしまうケースが発生し得る。例えば、１Ｇｂｐｓ回線を２回線統合することで、計算上は、１０Ｍｂｐｓ×２００チャネル＝２Ｇｂｐｓとなり、１０Ｍｂｐｓの無線チャネルを２００チャネル分収容することができることとなる。

しかしながら、２回線のうち、１本の伝送回線にバースト的に１５Ｍｂｐｓのデータ量が１００チャネル分発生し、他の１本の伝送回線に５Ｍｂｐｓのデータ量が１００チャネル分、偏って発生したとすると、全体では、１５Ｍｂｐｓ×１００チャネル＋５Ｍｂｐｓ×１００チャネル＝２Ｇｂｐｓであっても、１本の回線では１５Ｍｂｐｓ×１００チャネル＝１５００Ｍｂｐｓ＞１Ｇｂｐｓ、他の回線では５Ｍｂｐｓ×１００チャネル＝５００Ｍｂｐｓ＜１Ｇｂｐｓとなり、個々の伝送回線では帯域オーバが発生してしまう。

従って、各伝送回線の帯域の利用効率を向上させないと、複数の伝送回線を統合して複数の伝送回線にデータを分散させことにより帯域を拡大しようとしても、各伝送回線で瞬間的に帯域オーバが発生し、回線統合による帯域拡大の効果が得られないことになる。

つまり、図４に示すように、統合した複数の伝送回線＃１〜＃３のうち、一本の伝送回線＃１に、パケット通信データがバースト的に発生し、一本の伝送回線＃１の帯域をオーバしてしまうと、該パケット通信データは受信側装置に伝送されず、破棄されてしまう。複数の伝送回線を統合し、複数の伝送回線にデータを分散して伝送する場合に、各伝送回線のデータ量が偏らないようにすることが望ましい。

（２）回線接続手順の改善
移動通信における呼接続時には、通信ノード間のコネクションを確立するために、回線接続手順を実施する必要がある。例えば、第三世代携帯電話（３ＧＰＰ：Third Generation Partnership Project)システムでは、ＡＴＭ伝送回線の場合はＱＡＡＬ２プロトコルを用いたＡＴＭトランスポートレイヤのコネクション確立、ＩＰ伝送回線の場合はＮＢＡＰプロトコルを用いた宛先アドレス交換によるパス確立を実施する必要がある。１ユーザの呼接続が１回線である場合には、回線接続手順は１回線分で済むが、回線統合／データ分散により、１ユーザの呼接続が複数回線になる場合には、回線接続手順を複数回線分行う必要がある。

図５に、ＮＢＡＰプロトコルを用いた従来の回線接続手順を示す。同図の（ａ）は１回線分の回線接続手順を示し、同図の（ｂ）は、回線統合／データ分散による帯域拡大時の回線接続手順を示している。（ｂ）に示すように、１ユーザの呼接続が複数回線になる場合は、回線接続手順を複数回線分行わなければならない。しかしながら、回線接続手順を複数回行うということは、従来の呼接続処理のままでは実施できないことであり、呼接続処理の変更が必要となり、呼接続処理のアプリケーションソフトウェアの変更が必要となる。

また、回線統合／データ分散により回線接続手順が増えるということは、収容可能なユーザ接続数の減少にも繋がる。例えば、回線接続手順が２倍になれば、呼接続処理負荷も２倍となり、同じ処理負荷で接続することができるユーザ接続は２分の１になる。こうした悪影響を抑えるためには、回線統合／データ分散により１ユーザ接続が複数回線となっても、回線接続手順は従来手順と同じように１回線分で行えることが望ましい。

本発明は、このように複数の伝送回線にデータを分散することにより、伝送回線の帯域拡大を行った場合に、各伝送回線のデータ量が偏らないようにして帯域利用効率の向上を図り、また、複数の伝送回線の回線接続手順の簡素化を図ることを目的とする。

上記課題を解決する回線通信方法は、対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線にパケット通信データを分散して伝送する通信方法において、前記複数の伝送回線にパケット通信データを送信する際に、各伝送回線に送信するパケット通信データの送信間隔を、伝送回線数に応じて拡大して送信するものである。

また、前記対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線にて伝送する際に、接続すべき通信先ノードと同一の通信先ノードとの間に既に接続設定済みの他の伝送回線を、該複数の伝送回線に割り当てて使用するものである。

また、上記課題を解決する回線通信装置は、対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線にパケット通信データを分散して送信する通信装置において、前記複数の伝送回線に送信パケット通信データを振り分ける回線間振り分け部と、前記回線間振り分け部から出力される伝送回線毎のパケット通信データの送信間隔を、伝送回線数に応じて拡大して送信する送信間隔制御部と、を備えたものである。

また、前記対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線にて伝送する際に、接続すべき通信先ノードと同一の通信先ノードとの間に既に接続設定済みの他の伝送回線を、該複数の伝送回線に割り当てて使用するものである。

本発明によれば、複数の伝送回線を複数の伝送回線にデータを分散することで利用帯域を拡大した場合に、各伝送回線でパケット通信データの送信間隔を拡大することにより、バースト性のパケット通信データのデータレートが均され、データ量の偏りが減り、帯域の利用効率を向上させることができる。

また、複数の伝送回線にて伝送する場合に、接続すべき通信先ノードと同一の通信先ノードに既に接続済みの回線を、該複数の伝送回線に割り当てて使用することにより、複数の各伝送回線に対してそれぞれ回線接続手順を実施することなく、簡素な回線手続手順で複数の伝送回線にて伝送することができる。

図１は本発明によるデータの送信間隔の拡大を行う回線通信装置の構成とその動作例を示す。同図において、１−１は回線通信装置における送信部の回線制御部、１−２は回線間振り分け部、１−３は送信間隔制御部、１−４は各伝送回線のインタフェース部である。また、１−５は受信側における各伝送回線のインタフェース部、１−６は回線間の受信データを合成する合成部である。

回線制御部１−１は、伝送回線の保守監視及び伝送回線の統合及びデータの分散化を制御する機能部である。回線間振り分け部１−２は、装置内から送信部で受け取ったパケット通信データを、送信すべき伝送回線にルーティングする機能部であり、伝送回線の統合／データ分散時の伝送回線間の送信データの分散化の処理も実施する。回線インタフェース部１−４は、物理回線を終端する機能部である。

本発明では、各伝送回線に対して、データ送信間隔を変更する送信間隔制御部１−３を設けると共に、伝送回線の統合／データ分散時に、回線制御部１−１から各伝送回線の送信間隔制御部１−３に対して、データ送信間隔の拡大を指示する。例えば、伝送回線の統合／データ分散を実施していない状態での送信間隔がαの場合、Ｎ回線の伝送回線を統合した場合は、αをＮ倍する。或いはＮ×αを新しい送信間隔とする指示を回線制御部１−１から送信間隔制御部１−３に対して行う。また、Ｎ回線の伝送回線の統合／データ分散の伝送を解除した場合には、逆に元の送信間隔に戻す。或いは送信間隔をＮ分の１にする指示を回線制御部１−１から送信間隔制御部１−３に対して行う。

また、回線統合を行った伝送回線の何れかが伝送障害を起こした場合には、回線制御部１−１にて伝送障害を起こした伝送回線を検出し、回線制御部１−１から回線間振り分け部１−２に対して、障害伝送回線への送信データの振り分けを行わないように指示すると共に、障害伝送回線を除いた伝送回線の送信間隔制御部１−３に対して、送信間隔の拡大を指示する。例えば、３回線の伝送回線を統合して送信間隔を３倍に拡大させている状態で、１回線が障害になった場合には、伝送回線が２本となったことにより、バースト性のデータのデータレートを更に均すために、送信間隔を更に１．５（＝３÷２）倍とするように制御する。

送信間隔制御部１−３は、回線制御部１−１からの指示に従って、送信データの送信間隔を拡大又は縮小する。データの送信間隔を拡大又は縮小する手段は、ＡＴＭ回線で実施されているシェーピング技術（通信レートが回線帯域内に収まるようにＡＴＭセルの送信間隔を変更する技術）や、ＷＣＤＭＡシステムなどで実施されている送信間隔に従ってデータをスケジューリングする技術を採用することにより実現可能である。

次に、伝送回線の統合及びデータ分散化のための回線接続手順について説明する。回線統合／データ分散化を行う伝送回線に対して、接続すべき通信先ノードと同一の通信先ノードに既に接続済みの伝送回線を割り当てることで、回線統合／データ分散化を行う伝送回線に対する回線接続手順を不要にする。

例えば、ノード＃Ａにおいて通信先のノード＃Ｂに対するコネクションを設定する場合に、ノード＃Ａとノード＃Ｂとの間で回線統合を行う伝送回線に対して、既に回線接続されている（ノード間で回線接続手順が実施済みの）チャネルを選択して割り当てる。又は、ノード＃Ａとノード＃Ｂとの間で既に接続されているチャネルを含む伝送回線を統合／分散回線として選択する。

図２は伝送回線の統合及びデータ分散化のための回線接続手順のシーケンス例を示す。同図の（ａ）は現状のＮＢＡＰプロトコルを用いた回線接続手順のシーケンス例を示し、（ｂ）は本発明による帯域拡大時の回線接続手順のシーケンス例を示す。同図の（ｂ）に示すように、ノード＃Ａとノード＃Ｂとの間にチャネルＣＨ＃１，ＣＨ＃２のコネクションの回線接続手順が実施され、チャネルＣＨ＃１，ＣＨ＃２のコネクションが既に設定されているものとする。

ノード＃Ａとノード＃Ｂとの間に回線統合による複数の伝送回線（チャネル）の接続設定を行う場合、図２の（ａ）に示すように、ノード＃Ａとノード＃Ｂとの間で、通常の回線接続手順と同様の１回線分の回線接続手順を実施し、（ｂ）に示すように、或る伝送回線を選択して新たなチャネルを設定し、基本回線のコネクションを確立する。

上記基本回線のコネクションを確立した伝送回線に統合させる他の伝送回線として、同一の通信先であるノード＃Ｂとの間に既に設定されているチャネルＣＨ＃１，ＣＨ＃２を選択して割り当てる。この場合、チャネルＣＨ＃１，ＣＨ＃２のコネクションは、既に確立しているので、チャネルＣＨ＃１，ＣＨ＃２を設定する回線設定手順は実施しない。

このように、回線統合及びデータ分散化を行う場合の伝送回線の接続設定において、接続すべき通信先ノードと同一の通信先ノードに既に接続済みの回線を、該回線統合及びデータ分散化を行う伝送回線に割り当てて使用することで、回線統合及びデータ分散を行う他の伝送回線に対する回線接続手順を不要とし、１回線分の回線接続手順で統合回線の接続設定を行うことができ、回線統合及びデータ分散化を行う際の伝送回線の接続手順を簡略化したものとすることができる。

本発明によるデータの送信間隔の拡大を行う回線通信装置の構成とその動作例を示す図である。 伝送回線の統合及びデータ分散化のための回線接続手順のシーケンス例を示す図である。 伝送回線の統合及びデータの分散化による帯域拡大方法の例を示す図である。 伝送回線の統合及びデータの分散化時のデータレートの偏りの例を示す図である。 ＮＢＡＰプロトコルを用いた従来の回線接続手順を示す図である。

符号の説明

１−１ 送信部の回線制御部
１−２ 回線間振り分け部
１−３ 送信間隔制御部
１−４ 各伝送回線のインタフェース部
１−５ 受信側における各伝送回線のインタフェース部
１−６ 回線間の受信データを合成する合成部

Claims (4)

1. 対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線にパケット通信データを分散して伝送する通信方法において、
   前記複数の伝送回線にパケット通信データを送信する際に、各伝送回線に送信するパケット通信データの送信間隔を、伝送回線数に応じて拡大して送信することを特徴とする回線通信方法。
2. 前記対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線にて伝送する際に、接続すべき通信先ノードと同一の通信先ノードとの間に既に接続設定済みの他の伝送回線を、該複数の伝送回線に割り当てて使用することを特徴とする請求項１に記載の回線通信方法。
3. 対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線にパケット通信データを分散して送信する通信装置において、
   前記複数の伝送回線に送信パケット通信データを振り分ける回線間振り分け部と、
   前記回線間振り分け部から出力される伝送回線毎のパケット通信データの送信間隔を、伝送回線数に応じて拡大して送信する送信間隔制御部と、
   を備えたことを特徴とする回線通信装置。
4. 前記対向する通信先ノードとの間の複数の伝送回線にて伝送する際に、接続すべき通信先ノードと同一の通信先ノードとの間に既に接続設定済みの他の伝送回線を、該複数の伝送回線に割り当てて使用することを特徴とする請求項３に記載の回線通信装置。

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