JP2010213078A - 伝送経路制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
伝送経路の冗長化を図りつつ、伝送経路の利用効率を高める。
【解決手段】
フレーム送受信装置（２２）はユーザポート（２０）からの各データフレームを転送装置（２４）に供給する。転送装置（２４）は、出力ポート制御装置（４２）からの経路制御信号に従い、フレーム送受信装置（２２）からのデータフレームをフロー毎にフレーム送受信装置（２６又は２８）に供給する。フロー情報収集データ種別判定装置３４は、送受信フレームの宛先ＭＡＣアドレスと送信元ＭＡＣアドレスにより個々の送信データフレームがどのフローのものかを識別し、データ種別を判定する。ネットワーク状態監視装置（３８）は各ネットワークポート（３０，３２）に接続するネットワークの状態を監視する。出力ポート制御装置（４２）は、データ種別及びネットワーク状態に従い、フロー毎に送信フレームの送出先となるネットワークを決定し、転送装置（２４）を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の伝送経路を効率的に利用する伝送経路制御装置に関する。

故障に対する信頼性を高める方法として冗長化がある。データ伝送システムでは、例えば、現用の伝送路に対して予備の伝送路を確保することが行われる（特許文献１、２）。パケットの経路選択で複数の経路から選択可能にする構成が特許文献３に記載されている．現用回線に対して２つの予備回線を用意し、これらの回線間の切替えを行う技術が特許文献４に記載されている。

複数の回線が利用可能な場合、一つの回線を現用しつつ、残の回線を予備とする方式が一般的である。しかし、予備回線を不使用のままにするのは効率が悪いので、低サービスレベルのデータ伝送に使用したり、複数の回線を同様に利用しつつ、一方の回線の障害に対して残る回線にデータを集約する方法もある。また、複数の回線で同じデータフレームを伝送し、受信側では重複するデータフレームを除去する方法も知られているが、帯域の使用効率が非常に悪い。

特開２００９−４８５４号公報 特開２００６−６０７３４号公報 特開２００４−５６３６５号公報 特開２００３−２３４７４９号公報

データはアプリケーションによって確保すべき信頼度が異なる。例えば、ＶｏＩＰでは一定以上の遅延は許容されない。他方、単なるファイル転送の場合には、遅延はあまり問題にならない。

また、伝送路の障害時に限らず、複数の伝送経路から適切なものを選択することで、ネットワーク全体としての効率的な運用を図りうる技術が望まれる。例えば、アプリケーション又はデータ種別や伝送経路の使用状況を総合的に勘案して伝送経路を選択又は決定する経路制御技術が望まれている。

本発明は、このような要望を満たすべく、複数の伝送経路を同時に利用しつつ、アプリケーション毎に適切な伝送経路に切り替えできる伝送経路制御装置を提示することを目的とする。

本発明に係る伝送経路制御装置は、それぞれ異なる伝送経路に接続する複数の伝送経路側送受信装置と、ユーザＬＡＮに接続するＬＡＮ側送受信装置と、ＬＡＮ側送受信装置からのデータを当該複数の伝送経路側送受信装置の何れかに転送する転送装置と、当該ユーザＬＡＮから当該伝送経路の何れかに送出すべき送信フレーム及びこれに対する受信フレームから、送信元及び宛先で識別されるフローごとのデータ種別を判定するデータ種別判定装置と、当該伝送経路のネットワーク状態を監視するネットワーク状態監視装置と、当該データ種別判定装置の判定結果及び当該ネットワーク状態監視装置によるネットワーク状態に従い、当該フロー毎に当該送信フレームの送出先となる伝送経路を決定し、当該転送装置を制御する送出先制御装置とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、複数の伝送経路を同時に使用しつつ、データ種別（アプリケーション）及びネットワーク状態に応じて、フロー毎に伝送経路を選択するので、伝送経路の冗長化を図りつつ、複数の伝送経路を効率的に利用できる。

本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。 本実施例を適用する出た伝送システムのネットワーク構成図である。 フローテーブルの一例を示す。 ネットワーク状態テーブルの一例を示す。 低ロス要求度低遅延要求度テーブルの一例である。 出力ポート制御装置の概略構成ブロック図を示す。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示し、図２は、本実施例を適用するネットワーク全体の概略構成ブロック図を示す。図１に示す構成からなる経路制御装置１０Ａ，１０Ｂ間で、伝送経路として２つのネットワーク１２，１４を選択可能である。勿論、３つ以上のネットワークから伝送経路を選択することも可能であるが、理解を容易にするために２つのネットワーク１２，１４を利用可能なケースで、本実施例の機能を説明する。

また、本実施例では、ネットワーク状態および転送されるデータ種別（またはアプリケーション）に従い伝送経路をフロー毎に決定する。説明上、「宛先ＭＡＣアドレスと送信元ＭＡＣアドレスの双方が等しいデータフレーム群」を同じフローであると扱う。もちろん、「宛先ＩＰアドレス、送信元ＩＰアドレス、宛先ポート番号、送信元ポート番号およびプロトコルの５つが等しいデータフレーム群」を同じフローと定義しても良い。ここでは、経路制御装置１０Ａから経路制御装置１０Ｂに５つのフローを伝送する場合を例に説明するが、勿論、逆向きに伝送するフローが存在しうる。

図１を参照して、経路制御装置１０Ａ，１０Ｂの基本的な機能を説明する。図１では、実線はデータの流れを示し、破線は経路制御のための制御信号等の流れを示す。経路制御装置１０Ａがデータ送信側になり、経路制御装置１０Ｂがデータ受信側になる。

経路制御装置１０Ａでは、複数（説明例では５つ）のフローＦ１〜Ｆ５のデータフレームが、ユーザのＬＡＮ回線を介してユーザポート２０からフレーム送受信装置２２に入力する。フレーム送受信装置２２は、例えば、イーサネット（登録商標）に対応する送受信装置である。各フローＦ１〜Ｆ５のデータフレームは、送信元のアドレスと宛先のアドレスをヘッダ部に保持し、送信元から宛先に向けたデータをデータ部に保持する。フレーム送受信装置２２はユーザポート２０からの各データフレームを転送装置２４に供給する。転送装置２４は、後述する経路制御信号又は経路制御コマンドで指定されるネットワーク１２又は１４に対応するフレーム送受信装置２６又は２８に、フレーム送受信装置２２からのデータフレームを転送する。

フレーム送受信装置２６はネットワークポート３０を介してネットワーク１２に接続し、フレーム送受信装置２８はネットワークポート３２を介してネットワーク１４に接続する。すなわち、フレーム送受信装置２６は、転送装置２４から供給されるデータフレームを、ネットワークポート３０を介してネットワーク１２に出力する。同様に、フレーム送受信装置２８は、転送装置２４から供給されるデータフレームを、ネットワークポート３２を介してネットワーク１４に出力する。図２に示す例では、経路制御装置１０ＡはフローF１，F２をネットワーク１２に出力し、フローＦ３，Ｆ４，Ｆ５をネットワーク１４に出力している。

経路制御装置１０Ｂでは、ネットワーク１２からのデータフレームがネットワークポート３０を介してフレーム送受信装置２６に入力し、ネットワーク１４からのデータフレームがネットワークポート３２を介してフレーム送受信装置２８に入力する。フレーム送受信装置２６，２８は、それぞれネットワークポート３０，３２から受信したデータフレームを転送装置２４に供給する。転送装置２４は、フレーム送受信装置２６，２８からのデータフレームを早く入力した順にフレーム送受信装置２２に転送する。フレーム送受信装置２２は、転送装置２４からのデータフレームを、ユーザポート２０を介してその先のユーザＬＡＮに供給する。

経路制御装置１０Ａでは、フレーム送受信装置２２は、ユーザポート２０からの各データフレームについて、そのフロー情報（宛先ＭＡＣアドレスと送信元ＭＡＣアドレスの対、および、送信フレームと受信フレームのフレーム数とフレーム長）をフロー情報収集データ種別判定装置３４に供給する。フロー情報収集データ種別判定装置３４は、フロー情報の宛先ＭＡＣアドレスと送信元ＭＡＣアドレスにより個々の送信データフレームがどのフローのものかを識別し、送受信フレームのフレーム長を考慮することで、各フローのデータ種別を判定する。

例えば、アプリケーションとして、ｄａｔａ、ＶｏＩＰ（Voice over IP）、マルチキャスト（ＩＰ放送）及びＶＯＤ（Video On Demand）の４種類を想定する場合、各フローのデータ種別を次にように判別する。すなわち、各フローの送信フレームと受信フレームのフレーム数とフレーム長を統計処理する。フレーム長は通常、単一ではないので、複数フレームについての平均値を採用する。フレーム長が短く（例えば、２１８Ｂｙｔｅ）、かつ、送受信フレーム数がほぼ等しい場合、「ＶｏＩＰ」と判断する。宛先ＭＡＣアドレスがマルチキャストアドレス（例えば、０１−００−５ｅ−ｘｘ−ｙｙ−ｚｚ）である場合、「マルチキャスト」と判断する。受信フレーム長が長く（例えば、１５１８Ｂｙｔｅ）、送信フレーム長が短く（例えば、６４Ｂｙｔｅ）、且つ、受信フレーム数＞＞送信フレーム数の場合、「ＶＯＤ」と判断する。これらの何れにも該当しない場合は、「ｄａｔａ」と判断する。フレーム長と（単位時間の）フレーム数から、推定帯域を導出できる。

フロー情報収集データ種別判定装置３４は判定結果をフローテーブル３６に格納する。図３は、フローテーブル３６の一例を示す。フローＩＤは、宛先ＭＡＣアドレスと送信元ＭＡＣアドレスの対で特定されるフローの識別情報である。

経路制御装置１０Ｂのネットワーク状態監視装置３８は、フレーム送受信装置２６，２８によりネットワーク１２，１４の状態（例えば、フレームロス、遅延及び帯域使用率等）を監視し、フレーム送受信装置２６，２８を介して相手装置である経路制御装置１０Ａに監視結果を送信する。経路制御装置１０Ａのネットワーク状態監視装置３８は、経路制御装置１０Ｂから監視結果をフレーム送受信装置２６，２８から受け取り、ネットワーク状態情報としてネットワーク状態テーブル４０に格納する。図４は、ネットワーク状態テーブル４０の一例を示す。

経路制御装置１０Ａがネットワーク状態を測定するための制御フレームを経路制御装置１０Ｂに送信し、経路制御装置１０Ｂが当該制御フレームによるネットワーク状態の測定結果を経路制御装置１０Ａに返信するようにしてもよい。フレームロスの測定には、例えば、ＥｔｈｅｒＯＡＭ（ＯＡＭ：Operation, Administration and Maintenance）のＬＭ（Loss Measurement）フレームを用いた測定方法を利用できる。遅延の測定には、例えば、ＥｔｈｅｒＯＡＭのＤＭ（Delay Measurement）フレームを用いた測定方法を利用できる。帯域の測定には、ＴＯＰＰ（Trains of Packet Pairs）法を用いた測定方法（受信フレームのフレーム間隔から帯域を推定する方法）がある。

出力ポート制御装置４２は、フロー毎に送信フレームの送出先となる伝送経路を決定し、転送装置２４を制御する送出先制御装置として、フローテーブル３６及びネットワーク状態テーブル４０を参照し、各フローをネットワークポート３０，３２のどちらに送出すべきかを決定し、転送装置２４を制御する。より具体的には、出力ポート制御装置４２は、フローテーブル３６及びネットワーク状態テーブル４０の情報から、所定の評価関数に従い評価値（現在の評価値と、伝送経路を変更したと仮定した場合の予想値）を計算し、その評価値が最小（又は最善）になるネットワーク１２又は１４を送出先として決定する。もちろん、現状で評価値が最小の場合には、送出先ネットワークを変更しない。

出力ポート制御装置４２における評価関数の引数又は評価因子としては、フレームロス、遅延、帯域使用率、経路の重要度、経路の故障率、及び経路のコストがありうる。

例えば、フレームロス、遅延および帯域使用率から評価値を算出する場合、評価関数Ｋは、Ｋ＝Ｋｌｏｓｓ＋Ｋｄｅｌａｙ＋Ｋｂｗと表現される。ここで、Ｋｌｏｓｓ、ＫｄｅｌａｙおよびＫｂｗはそれぞれ、フレームロス、遅延及び帯域使用率に関する評価関数又は評価値である。一例として、
Ｋｌｏｓｓ＝Σ（低ロス要求度×測定ロス）
Ｋｄｅｌａｙ＝Σ（低遅延要求度×測定遅延）
Ｋｂｗ＝Σ（各出力ポートの帯域使用率）^２
と定義する。Σは、送受信されるフローについての累計を示す。低ロス要求度はいわばロスに対する耐性であり、ロスが多くても構わない場合（例えば、再送で対処できる場合）に低ロス要求度が小さな値になる。低遅延要求度は遅延に対する耐性であり、リアルタイム性の要求されるＶｏＩＰでは、低遅延要求度が高い。図５は、データ種別（アプリケーション別）ごとの低ロス要求度および低遅延要求度の数値例を示す。

フレームロス、遅延及び帯域使用率の３つを評価の要素に入れることで、例えば「ある経路で遅延が増大したので他方へ切り替えたら、帯域があふれた」という誤った切替えを防止できる。

図６は、フレームロス、遅延および帯域使用率から評価値を算出する場合の出力ポート制御装置４２の概略構成ブロック図を示す。機能ブロック図で示しているが、勿論、この機能の一部をソフトウエア演算で代替出来ることは明らかである。

テーブル５０に、図５に示すような低ロス要求度および低遅延要求度の基準値又は閾値が格納されている。現状評価値算出装置５２が、フローテーブル３６およびネットワーク状態テーブル４０を参照し、現状での評価値を算出する。評価値算出装置５４−１〜５４−ｎが、各フローＦ１〜Ｆｎの転送先を切り替えたと仮定したときの評価値（予想評価値）を算出する。例えば、評価値算出装置５４−ｋは、各フローＦｋのみの転送先を切り替えたと仮定したときの評価値（予想評価値）を算出する。

比較・判定装置５６は、評価値算出装置５２により算出された現状評価値および評価値算出装置５４−１〜５４−ｎにより算出された予想評価値を互いに比較し、最小の評価値を検出する。これにより、現状評価値が最小であれば、現状のままで良いことになる。例えば、フローＦｋの予想評価値が現状評価値よりも小さく、且つ、他の予想評価値よりも小さければ、フローＦｋの転送先を切り替えるべきであると判定されたことになる。

現状評価値と予想評価値との比較では、現状評価値に比べ、一定値以上に予想評価値が下回る場合に、伝送経路の切替えを選択するようにしてもよい。こうすることで、伝送経路の頻繁な切替えを防止できる。

コマンド生成装置５８は、比較・判定装置５６の判定結果に従い、フローとその新たな伝送経路を指定する転送先制御コマンド（経路制御信号）を生成し、転送装置２４に供給する。例えば、比較・判定装置５６がフローＦｋの転送先を切り替えるべきであると判定したときには、コマンド生成装置５８は、フローＦｋの転送先の切替えを指示する転送先制御コマンドを生成し、転送装置２４に供給する。転送装置２４は、転送制御コマンドで指定されるフローのデータフレームを、以後、当該転送制御コマンドで指定されるネットワークに対応するフレーム送受信装置２６又は２８に供給する。もちろん、現状のままで良いときには、コマンド生成装置５８は、何の転送先制御コマンドも生成しなくて良い。

理解を容易にするために、以上では、選択可能な伝送経路が２つの実施例を説明したが、３つ以上の伝送経路を選択可能であっても良いことは勿論である。その場合、選択可能な伝送路経路の数に応じた個数の評価値算出装置５４−１〜５４−ｎを用意する。

理解を容易にするために、以上では、１つのフローのみを切り替えることを前提に予想評価値を算出したが、複数のフローを切り替えた場合の予想評価値を算出し、結果として複数のフローを同時に切り替えることも可能である。

フレームロス、遅延及び帯域使用率の３つに加えて、又は、これらに代えて、伝送経路の重要度、伝送経路上の機器故障率、経路コスト等を評価因子として評価関数に組み入れてもよい。

特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。

１０Ａ，１０Ｂ：経路制御装置
１２，１４：ネットワーク（伝送経路）
２０：ユーザポート
２２：フレーム送受信装置
２４：転送装置
２６，２８：フレーム送受信装置
３０，３２：ネットワークポート
３４：フロー情報収集データ種別判定装置
３６：フローテーブル
３８：ネットワーク状態監視装置
４０：ネットワーク状態テーブル
４２：出力ポート制御装置
５０：低ロス要求度低遅延要求度テーブル
５２：現状評価値算出装置
５４−１〜５４−ｎ：評価値算出装置
５６：比較・判定装置
５８：コマンド生成装置

Claims (4)

1. それぞれ異なる伝送経路に接続する複数の伝送経路側送受信装置（２６，２８）と、
   ユーザＬＡＮに接続するＬＡＮ側送受信装置（２２）と、
   ＬＡＮ側送受信装置からのデータを当該複数の伝送経路側送受信装置の何れかに転送する転送装置（２４）と、
   当該ユーザＬＡＮから当該伝送経路の何れかに送出すべき送信フレーム及びこれに対する受信フレームから、送信元及び宛先で識別されるフローごとのデータ種別を判定するデータ種別判定装置（３４）と、
   当該伝送経路のネットワーク状態を監視するネットワーク状態監視装置（３８）と、
   当該データ種別判定装置の判定結果及び当該ネットワーク状態監視装置によるネットワーク状態に従い、当該フロー毎に当該送信フレームの送出先となる伝送経路を決定し、当該転送装置を制御する送出先制御装置（４２）
   とを具備することを特徴とする伝送経路制御装置。
2. 当該送出先制御装置が、
   所定評価関数に従い、現状の評価値を算出する現状評価値算出装置（５２）と、
   前記所定評価関数に従い、各フローについて、当該送出先を変更したときの各予想評価値を算出する評価値算出装置（５４−１〜５４−ｎ）と、
   当該現状評価値と当該予想評価値とを比較し、当該送出先を変更すべきフローを判定する比較・判定装置（５６）と、
   当該比較・判定装置の判定結果に従い、当該転送装置に対する経路制御コマンドを生成するコマンド生成装置（５８）
   とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の伝送経路制御装置。
3. 当該比較・判定装置は、当該予想評価値の少なくとも１つが、当該現状評価値より所定値以上の差で当該送出先の変更を示す場合に、当該予想評価値の内で最も好ましい予想評価値をもたらすフローを、当該送出先を変更すべきフローと判定することを特徴とする請求項２に記載の伝送経路制御装置。
4. 当該ネットワーク状態が、フレームロス、遅延及び帯域使用率を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の伝送経路制御装置。

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