JP2013121144A - パケット制御方法及びパケット制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パケットの衝突要因の遅延の揺らぎを低減できるパケット制御方法及びパケット制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のパケット制御方法は、受信する受信パケットの品質を確認し、受信パケットが特定品質の特定パケットであるか、他の一般パケットであるかを判定して品質毎にバッファに入力する判定ステップと、判定ステップにおいて受信パケットが特定パケットである判定した場合、且つ既にバッファから一般パケットを出力中である場合に、一般パケットの出力を中断して特定パケットを出力する割込処理を実施する割込ステップと、を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、パケット伝送を行うネットワークにおけるパケット制御方法及びパケット制御装置に関する。

近年ネットワークにおける周波数、時刻同期を行う手法の一つとして、ＰＴＰ（Ｐｒｅｓｉｄｉｏｎ Ｔｉｍｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）に注目が集っている。ＰＴＰでは、正確な時刻を知るＭａｓｔｅｒ装置と、同期するＳｌａｖｅ装置の間の往復遅延時間（ＲＴＤ：Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｄｅｌａｙ）を計測することで時刻同期を行う（例えば、参考文献１を参照。）。

ＩＥＥＥ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｏｃｉｅｔｙ， "ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ａ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｃｌｏｃｋ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ" ， ＩＥＥＥ Ｓｔｄ １５８８−２００８， ２００８． 阪田史郎， 「インターネットにおけるＱｏＳ制御」， 電子情報通信学会誌， Ｖｏｌ．８５， Ｎｏ．１０， ｐｐ．７４９−７５５， ２００２．

ここで時刻同期の精度は、ＲＴＤの正確性に依存しているため、Ｍａｓｔｅｒ装置とＳｌａｖｅ装置の間の伝送遅延時間が揺らぐと時刻同期精度は劣化する。伝送遅延時間が揺らぐ要因としては、伝送路の切り替わりと中継スイッチにおけるパケットの衝突の２つが挙げられる。

パケットの衝突においては、優先制御技術を用いて最高優先クラスで処理することで、結果として遅延揺らぎを小さくすることができる。しかし最高優先で処理した場合でも、出力中のパケットとの衝突を回避するために、バッファにて遅延させる必要があり、遅延揺らぎを０とすることは困難である。

以下図を用いて、優先制御技術におけるパケット衝突時の遅延揺らぎについて説明する。図１は優先制御装置３００のブロック図を表している。ここでは簡単のため、３つの優先クラスについて図示している。図１の優先クラスより多い場合においてはバッファが増えるだけで基本的な構成は同じである。

優先制御装置３００は、入力したパケットの優先度を振り分ける優先度振り分け部１０と、各優先度ごとに設けられたバッファ（２０〜２２）、バッファからパケットを出力するゲート（３０〜３２）、ゲートを制御する制御部４０、及びゲートから出力された信号を多重する多重部５０を備える。

図２及び図３は制御部４０が行う制御のフローチャートである。図２は優先度振り分け部のフロー、図３は制御部のフローを示している。

優先度ごとに振り分けられたパケットは、各優先度のバッファに書き込みされる。制御部４０は、優先度の高いバッファ（２０〜２２）の先頭のパケットから順に読み込み（出力）させる。また、多重部５０は、バッファ（２０〜２２）から出力されたパケットを一つの出力ポートに時間多重して出力する。

図４に例としてバッファ２０へＰａｃｋｅｔ２を入力する際に、パケットの衝突がある場合と衝突がない場合にわけて、多重部５０が出力する出力パケットのタイミングを示す。パケットの衝突がない場合には、バッファ２０における遅延はなく、多重部５０における処理遅延Ｔ０のみが遅延として存在するため、バッファ２０へＰａｃｋｅｔ２が入力された後、処理遅延Ｔ０だけ遅れて多重部５０からパケットが出力される。

一方バッファ２０にＰａｃｋｅｔ２が入力されるとともに、バッファ２１へＰａｃｋｅｔ１が入力される場合、パケットの衝突が起こる。ここでＰａｃｋｅｔ２の優先度は最高であり、Ｐａｃｋｅｔ１の優先度より高いとする。この場合には、Ｐａｃｋｅｔ１はバッファ２１に入力後、処理遅延Ｔ０の後に多重部５０から出力されるが、Ｐａｃｋｅｔ２はＰａｃｋｅｔ１との衝突をさけるために、多重部５０からＰａｃｋｅｔ１の出力が完了するまでバッファ２０にて待機される。そして、Ｐａｃｋｅｔ２は、Ｐａｃｋｅｔ１の出力後パケットとパケットの間を識別するＩＦＧ（Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｇａｐ）の後に多重部５０から出力される。このように、パケット衝突の有無で遅延の揺らぎが発生する。

このように、パケットの衝突要因の遅延の揺らぎは、Ｐａｃｋｅｔ２の優先度に関わらず発生するため、従来の優先制御では遅延揺らぎを０にすることが困難という課題があった。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、パケットの衝突要因の遅延の揺らぎを低減できるパケット制御方法及びパケット制御装置を提供することを目的とする。

目的を達成するため、本発明は、入力されたパケットの遅延揺らぎへの要求精度（以下、パケット品質と記載することがある。）を判定し、パケット品質に応じて割込処理を行うこととした。

具体的には、本発明に係るパケット制御方法は、受信する受信パケットの品質を確認し、前記受信パケットが特定品質の特定パケットであるか、他の一般パケットであるかを判定して品質毎にバッファに入力する判定ステップと、前記判定ステップにおいて前記受信パケットが特定パケットであると判定した場合、且つ既に前記バッファから一般パケットを出力中である場合に、前記一般パケットの出力を中断して前記特定パケットを出力する割込処理を実施する割込ステップと、を行う。

本パケット制御方法は、割込処理を行うことで、最高優先クラスのパケットが入力された際、他のパケットとの衝突の有無に限らず外部に最高優先クラスのパケットが出力されるために遅延揺らぎは生じ難く、ＰＴＰにおいて精度劣化の原因となる遅延揺らぎを低減することができる。従って、本発明は、パケットの衝突要因の遅延の揺らぎを低減できるパケット制御方法を提供することができる。

本発明に係るパケット制御方法は、前記割込ステップの前記割込処理において、前記一般パケットの出力を中断した後、固定時間経過後に前記特定パケットを出力することを特徴とする。割込された一般パケットと特定パケットとを明確に識別することができる。

本発明に係るパケット制御方法は、前記判定ステップにおいて、前記受信パケットが一般パケットと判定された場合、前記一般パケットのコピーを保管しておき、前記割込ステップを行った場合、前記割込処理後、コピーされた前記一般パケットを再出力する再出力ステップを行うことを特徴とする。バッファを冗長構成とすることで、割込処理において読み出しを中断されることで欠損するパケットのコピーを保持し、パケット品質の最も高いクラスのパケットが出力された後に、中断されたパケットを欠損のない状態で再出力することが可能である。

本発明に係るパケット制御方法は、前記判定ステップにおいて、前記受信パケットの品質を下位レイヤにおける優先度クラス分けと対応付けて判定することを特徴とする。優先制御の最優先クラスのパケットを特定パケットとすることで、最優先クラスのパケットの遅延揺らぎを低減することができる。

本発明に係るパケット制御方法は、前記割込ステップを行わない場合、前記判定ステップで判定された優先度クラスに従う順で前記一般パケットを前記バッファから出力することを特徴とする。本発明に係るパケット制御方法の割込処理はネットワークの優先制御と併用することができる。

本発明に係るパケット制御装置は、受信する受信パケットの品質を判定する品質判定部と、前記品質判定部で判定された品質毎に前記受信パケットが入力される複数のバッファと、それぞれの前記バッファから出力されるパケットを多重して出力する多重部と、前記多重部で前記一般パケットが時間多重するように前記バッファの出力を制御するとともに、前記品質判定部から通知される前記受信パケットの品質に基づき、前記パケット制御方法を行う制御部と、を備える。本パケット制御装置は、上述したパケット制御方法を行う。従って、本発明は、パケットの衝突要因の遅延の揺らぎを低減できるパケット制御装置を提供することができる。

本発明は、パケットの衝突要因の遅延の揺らぎを低減できるパケット制御方法及びパケット制御装置を提供することができる。

優先制御を行うパケット制御装置を説明するブロック図である。 優先制御を行うパケット制御装置の優先度振り分け部が行う優先度振り分け処理フローの一例である。 優先制御を行うパケット制御装置の制御部が行うゲート処理フローの一例である。 優先制御を行うパケット制御装置の入出力パケットのタイミングを示す一例である。 本発明に係るパケット制御装置を説明するブロック図である。 本発明に係るパケット制御装置の品質判定部が行うフローチャートである。 本発明に係るパケット制御装置の制御部が行うゲート制御のフローチャートである。 本発明に係るパケット制御装置の制御部が行う割込処理のフローチャートである。 本発明に係るパケット制御装置の入出力パケットのタイミングを示す一例である。 本発明に係るパケット制御装置を説明するブロック図である。 本発明に係るパケット制御装置の品質判定部が行うフローチャートである。 本発明に係るパケット制御装置の制御部が行うゲート制御のフローチャートである。 本発明に係るパケット制御装置の制御部が行う割込処理のフローチャートである。 本発明に係るパケット制御装置を説明するブロック図である。 本発明に係るパケット制御装置の品質判定部が行うフローチャートである。 本発明に係るパケット制御装置の制御部が行うゲート制御のフローチャートである。 本発明に係るパケット制御装置の制御部が行う割込処理のフローチャートである。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図５は、本実施形態１のパケット制御装置３０１を説明する図である。パケット制御装置３０１は、受信する受信パケットの品質を判定する品質判定部６０と、品質判定部６０で判定された品質毎に受信パケットが入力される複数のバッファ（７０、７１）と、それぞれのバッファ（７０、７１）から出力されるパケットを多重して出力する多重部１００と、多重部１００で一般パケットが時間多重するようにバッファ（７０、７１）の出力を制御するとともに、品質判定部６０から通知される受信パケットの品質に基づき、後述するパケット制御方法を行う制御部９０と、を備える。具体的には、制御部９０はバッファ（７０、７１）のゲート（８０、８１）を開閉することで多重部１００でパケットを時間多重すること及び割込処理をすることができる。

制御部９０が行うパケット制御方法は、受信する受信パケットの品質を確認し、受信パケットが特定品質の特定パケットであるか、他の一般パケットであるかを判定して品質毎にバッファに入力する判定ステップと、判定ステップにおいて受信パケットが特定パケットであると判定した場合、且つ既にバッファから一般パケットを出力中である場合に、一般パケットの出力を中断して特定パケットを出力する割込処理を実施する割込ステップと、を行う。ここでパケット品質は、例えば送信元アドレス、宛先アドレス、ＶＬＡＮタグ、優先制御識別フィールドなどから判定することができる。

図６〜図８は、図５のパケット制御装置３０１に対応した処理のフローチャートを表している。図６は品質判定部６０のフロー、図７はゲート制御のフロー、図８はゲート制御に割り込む処理のフローを表している。

遅延揺らぎ要求精度が最も厳しい（パケット品質が最高）の特定パケットがパケット制御装置３０１に入力されたかどうかを変数Ｘにより管理する。図６のように、初期においてＸに０を代入しておく（ステップＳ１０１）。受信パケットが到着したのち（ステップＳ１０２）、品質判定部６０がパケット品質の識別を行い（ステップＳ１０３）、パケット品質が最高であれば（特定パケットであれば）Ｘに１を代入する（ステップＳ１０４、Ｓ１０５）。その後品質に従ったバッファへ入力する（ステップＳ１０６）。例えば、特定パケットであればバッファ７０へ入力し、一般パケットであればバッファ７１へ入力する。

図７においては初期設定として、割り込み処理を随時許可する（ステップＳ１１０）。そしてバッファ７０に特定パケットがある場合には、バッファ７０内の先頭の特定パケットの読み込みを行う（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）。

図８においてはＸ＝１になった場合に図７に対して割込処理を行う（ステップＳ１２０）。まず読み込み中の一般パケットの有無を確認し（ステップＳ１２１）、ある場合には該当一般パケットの読み込みの中断を行う（ステップＳ１２２）。その後、品質最高のバッファ７０内にある特定パケットを固定時間Ｔ１後に読み込む（ステップＳ１２３）。続いてＸに０を代入し、割り込みを終了する（ステップＳ１２４、Ｓ１２６）。ここで固定時間Ｔ１は、パケットとパケットの間に付与されるＩＦＧとする。例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の場合、固定時間Ｔ１は最短ＩＦＧ長である１２ｂｙｔｅよりも長くする必要がある。

図９は、図５のパケット制御装置３０１に対して入出力されるパケットの例を表している。バッファ７０へパケット品質最高のＰａｃｋｅｔ２（特定パケット）が入力されるものとする。この際、パケットの衝突がなければ、Ｐａｃｋｅｔ２は処理遅延Ｔ０と固定遅延Ｔ１の後に多重部１００から出力される。ここで処理遅延Ｔ０は多重部１００における処理遅延を表す。

一方、バッファ７１へパケット品質が最高未満のＰａｃｋｅｔ１（一般パケット）が入力されることでパケットの衝突が発生する。この場合、パケット制御装置３０１は既に出力中であるＰａｃｋｅｔ１の出力を中断し、Ｐａｃｋｅｔ２を優先的に出力する。このように、パケット制御装置３０１は、パケットの衝突の有無に関わらずＰａｃｋｅｔ２に対する遅延時間が等しい。従って、パケット制御装置３０１は、パケット衝突に基づく特定パケットの遅延揺らぎを低減できる。

割込処理された一般パケットはヘッダ、ペイロード、Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ（ＦＣＳ）のいずれか、または全てが壊れた状態で伝送される。この一般パケットは伝送先のスイッチやルータなどでの処理の際にＦＣＳエラーチェック機能にて破棄される。

（実施形態２）
図１０は、本実施形態のパケット制御装置３０２を説明する図である。パケット制御装置３０２と図５のパケット制御装置３０１との違いはパケットの冗長である。すなわち、パケット制御装置３０２は、パケット冗長用のバッファ（７６、７７）及びゲート（８６、８７）をさらに備えており、制御部９０が判定ステップにおいて、受信パケットが一般パケットと判定された場合、一般パケットのコピーを冗長用バッファ７７に保管しておき、割込ステップを行った場合、割込処理後、コピーされた一般パケットを冗長用バッファ７７から再出力する再出力ステップを行う。

バッファ７６はバッファ７０の冗長用バッファであり、バッファ７７はバッファ７１の冗長用バッファである。ここでは、バッファとしてＦｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ（ＦＩＦＯ）を想定しており、バッファからの読み出しを一度行うと、パケットは失われるため冗長構成としている。なお、パケット制御装置３０２は特定パケット用のバッファ７０にも冗長用バッファ７６を備えているが、冗長用バッファ７６を備えなくても同様の効果を得られる。

図１１〜図１３は、図１０のパケット制御装置３０２に対応した処理のフローチャートを表している。図１１がパケット品質振り分け処理、図１２がゲート制御処理、図１３がゲート制御の割り込み処理を表している。

図１１の処理は図６の処理と比較して、冗長用バッファ７７への書き込みを行う点が異なる（ステップＳ２０６）。図１２の処理は図７の処理と比較して冗長用バッファ７７からのメモリの削除を行う点が異なる（ステップＳ２１３）。図１３の処理は図８の処理と比較して、読み込みの中断が行われた（ステップＳ１２２）際に、適切な固定時間Ｔ１の遅延の後、読み込みが中断されたパケットを冗長メモリから読み込む点が異なる（ステップＳ２２４）。

（実施形態３）
図１４は、本実施形態３のパケット制御装置３０３を説明する図である。パケット制御装置３０３は、図５のパケット制御装置３０１にバッファ（７２、７３）及びゲート（８２、８３）をさらに備え、いわゆる優先制御の機能も有している。パケット制御装置３０３は、判定ステップにおいて、受信パケットの品質を下位レイヤにおける優先度クラス分けと対応付けて判定する。すなわち、パケット制御装置３０３では、パケット品質が優先制御のクラスと対応づけられており、最高のパケット品質が最高の優先クラスに対応している。

パケット制御装置３０３の制御部９０は、割込ステップを行わない場合、判定ステップで判定された優先度クラスに従う順で一般パケットをバッファ（７１、７２、７３）から出力する。図１４では優先クラスが４つの場合の構成を描いているが、このクラス数に限ることはなくクラス数の増減は可能である。

図１５〜図１７は、図１４のパケット制御装置３０３における処理のフローを表している。図１５がパケット品質の振り分け処理、図１６がゲート制御処理、図１７がゲート制御の割り込み処理を表している。

図１５の処理は図６の処理と同じである。図１６の処理は図７の処理と比較してバッファ間に競合の有無について判定を行い（ステップＳ３１１）、競合があった場合にパケット品質の高い側のバッファ内の先頭のパケットのみを読み込む点（ステップＳ３１２）が異なる。図１７は図８の処理と同じである。

実施形態１〜３のいずれか、もしくはその複合を用いることで、パケットの衝突があった場合にも遅延を揺らぎを発生させることなくパケットの伝送が可能となる。

以下は、実施形態１〜３のパケット制御装置とパケット制御を説明したものである。
（１）
入力されたパケットの遅延揺らぎへの要求精度（以下パケット品質）を判定し、パケット品質に応じたクラス別に前記パケットを振り分ける処理ステップと、
前記処理ステップにより前記入力パケットをクラス別に、複数のバッファへそれぞれ蓄積するステップと、
前記蓄積するステップにより、前記バッファから前記入力パケットを着順に読み出して外部へ転送するとともに、パケット品質の最も高いクラスのパケットが入力された際他のパケットの読み出しの状態を確認して読み出しが行われている場合には読み出しを中断し最も高いクラスのパケットを固定遅延ののち優先的に読み出す読み出しステップと、
からなることを特徴とする制御方式。

（２）
前記複数のバッファに付されるパケット品質のクラス分けにおいて、下位レイヤにおける優先度クラス分けと対応づけられていることを特徴とする（１）記載の制御方式。

（３）
前記複数バッファにおいて、各バッファを冗長構成とすることにより、読み出しを中断することによって欠損が生じるパケットのコピーを別バッファに保持し、最も高いクラスのパケットの出力後に再送することを特徴とする（１）記載の制御方式。

（４）
入力されたパケットの遅延揺らぎへの要求精度（以下パケット品質）を判定し、パケット品質に応じたクラス別に前記パケットを振り分ける処理部と、該クラス別振り分け処理部により前記入力パケットをクラス別にそれぞれ蓄積する複数のバッファを備えたバッファ部と、前記各バッファから前記入力パケットを着順に読み出して外部へ転送するとともに、パケット品質の最も高いクラスのパケットが入力された際他のパケットの読み出しの状態を確認して読み出しが行われている場合には読み出しを中断し最も高いクラスのパケットを固定遅延ののち優先的に読み出す読み出し制御部と、を設けたことを特徴とする制御装置。

（５）
前記バッファ部の複数のバッファに付されるパケット品質のクラス分けは、下位レイヤにおける優先度クラス分けと対応づけられていることを特徴とする（４）記載の制御装置。

（６）
前記バッファ部の複数バッファにおいて、各バッファを冗長構成とすることにより、読み出しを中断することによって欠損が生じるパケットのコピーを別バッファに保持し、最も高いクラスのパケットの出力後に再送することを特徴とする（４）記載の制御装置。

１０ 優先度振り分け部
２０〜２２ バッファ
３０〜３２ バッファの出力を開閉するゲート
４０ 制御部
５０ 多重部
６０ 品質判定部
７０〜７３ バッファ
８０〜８３、８６〜８７ バッファの出力を開閉するゲート
９０ 制御部
１００ 多重部
７６ 冗長用バッファ
７７ 冗長用バッファ
３００：優先制御装置
３０１〜３０３：パケット制御装置

Claims (6)

1. 受信する受信パケットの品質を確認し、前記受信パケットが特定品質の特定パケットであるか、他の一般パケットであるかを判定して品質毎にバッファに入力する判定ステップと、
   前記判定ステップにおいて前記受信パケットが特定パケットであると判定した場合、且つ既に前記バッファから一般パケットを出力中である場合に、前記一般パケットの出力を中断して前記特定パケットを出力する割込処理を実施する割込ステップと、
   を行うパケット制御方法。
2. 前記割込ステップの前記割込処理において、前記一般パケットの出力を中断した後、固定時間経過後に前記特定パケットを出力することを特徴とする請求項１に記載のパケット制御方法。
3. 前記判定ステップにおいて、前記受信パケットが一般パケットと判定された場合、前記一般パケットのコピーを保管しておき、
   前記割込ステップを行った場合、前記割込処理後、コピーされた前記一般パケットを再出力する再出力ステップを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のパケット制御方法。
4. 前記判定ステップにおいて、前記受信パケットの品質を下位レイヤにおける優先度クラス分けと対応付けて判定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のパケット制御方法。
5. 前記割込ステップを行わない場合、
   前記判定ステップで判定された優先度クラスに従う順で前記一般パケットを前記バッファから出力することを特徴とする請求項４に記載のパケット制御方法。
6. 受信する受信パケットの品質を判定する品質判定部と、
   前記品質判定部で判定された品質毎に前記受信パケットが入力される複数のバッファと、
   それぞれの前記バッファから出力されるパケットを多重して出力する多重部と、
   前記多重部で前記一般パケットが時間多重するように前記バッファの出力を制御するとともに、前記品質判定部から通知される前記受信パケットの品質に基づき、請求項１から５に記載のいずれかのパケット制御方法を行う制御部と、
   を備えるパケット制御装置。

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