JP2018201110A

JP2018201110A - 通信装置

Info

Publication number: JP2018201110A
Application number: JP2017104463A
Authority: JP
Inventors: 悠中山; Yu Nakayama
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-05-26
Also published as: JP6867230B2

Abstract

【課題】より高速に時刻同期異常検知を行う。【解決手段】ノード１のトラヒックモニタ部１３は、他の装置から受信したフレームからタイムスタンプを取得する。時刻制御部１４は、トラヒックモニタ部１３が取得したタイムスタンプと現在時刻との差分により遅延時間を算出し、受信したフレームについて算出した遅延時間が、そのフレームよりも前に受信した複数の他のフレームそれぞれについて算出した遅延時間の履歴に基づいて異常であることを検出した場合に、時刻同期異常と判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、通信装置に関する。

一般に、アクセスネットワークにおいて、データの転送制御を行う通信装置は、転送される様々なトラヒックの集線を行い、これらのトラヒックを多重化した上で、エッジルータを通じてコアネットワークに転送する。コアネットワークは、通信事業者間を接続する大容量の基幹通信ネットワークである。各通信装置は、レイヤ２フレームに記載されたＣＯＳ（Class of Service）などの値を用いて優先度を識別し、ＶＬＡＮＩＤ（Virtual Local Area Network Identifier）などのユーザ識別子を用いて送信元ユーザを識別する。

一方で近年、増加し続けるモバイルトラヒックを効率的に収容するため、多数のＲＥ（Radio Equipment：無線装置）を高密度で配置し、集約配置されたＲＥＣ（Radio Equipment Control：無線制御装置）に接続するＣ−ＲＡＮ（Centralized Radio Access Network）構成が検討されている。ＲＥ−ＲＥＣ間を繋ぐネットワークをフロントホールと呼び、これをレイヤ２スイッチにより低コストで構成するため、IEEE 802.1CMの標準化が進んでいる。本技術では、レイヤ２スイッチにより構成されたネットワークに対してＲＥおよびＲＥＣを接続することでフロントホールトラヒックを転送する。

また、今後モバイル網で利用されていく見込みのＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）方式では、ＲＥ−ＲＥＣ間の上りおよび下りのトラヒック送信が時分割で行われる。このとき、各ＲＥ、ＲＥＣの間で時刻同期が行われ、タイムスタンプを付与してデータ送信が行われる。また、このとき、ＲＥおよびＲＥＣが接続されたレイヤ２ネットワークでは、スイッチ間での時刻同期が行われ、フロントホールトラヒックを低遅延で転送する。

レイヤ２スイッチによるフロントホールネットワークの構成については、リングプロトコルを用いたリングトポロジの他に、ＳＰＢ（Shortest Path Bridging）やIEEE 802.1Qcaなど、ＩＳ−ＩＳ（Intermediate System to Intermediate System）を利用しノード間で経路情報を交換して転送経路を決定することで、柔軟なネットワーク構成を実現する手法の利用が考えられる。特に、IEEE 802.1Qcaを用いた場合、利用するルーティングアルゴリズムに応じて、単純な最短経路以外の転送経路を設定して利用することが可能である。

従来、レイヤ２ネットワークにおいて時刻同期の異常を検知する技術として、例えば、非特許文献１に挙げるＰＴＰおよび非特許文献２に挙げる802.1ASが一般的に用いられる。本技術は、スイッチ間で同期メッセージを送受信して時刻同期を行う。また、周期的に同期メッセージを送受信することで、時刻同期状態を維持する。ただし、その同期メッセージ頻度は最大で秒間１２８、すなわち約８ｍｓ周期であり、これより高速に異常検知を行うことができなかった。

"IEEE-1588 Standard Version 2 -A Tutorial-"，Agilent Technologies，2006年 IEEE P802.1AS/D7.6，"Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications in Bridged Local Area Networks"，2010年

上記事情に鑑み、本発明は、より高速に時刻同期異常検知を行う通信装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、他の装置と通信する通信部と、前記通信部が受信したフレームからタイムスタンプを取得するトラヒックモニタ部と、前記トラヒックモニタ部が取得した前記タイムスタンプと現在時刻との差分により遅延時間を算出し、受信した前記フレームについて算出した前記遅延時間が、前記フレームよりも前に受信した複数の他のフレームそれぞれについて算出した前記遅延時間の履歴に基づいて異常であることを検出した場合に、時刻同期異常と判定する時刻制御部と、を備える通信装置である。

本発明の一態様は、上述の通信装置であって、前記時刻制御部は、前記遅延時間の履歴に基づきフローごとの前記遅延時間の分布である遅延分布を作成し、受信した前記フレームについて算出した前記遅延時間と、受信した前記フレームと同じフローについて作成された前記遅延分布との比較に基づき異常を検出する。

本発明により、より高速に時刻同期異常検知を行うことが可能となる。

本発明の実施形態による通信ネットワークの構成例を示す図である。同実施形態による通信ネットワークの構成例における転送経路設定例を示す図である。同実施形態によるノードの構成例を示すブロック図である。同実施形態によるノードの正常時の動作を説明するための図である。同実施形態によるノードの故障発生時の動作を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の通信装置は、例えば、ＲＥ（Radio Equipment：無線装置）−ＲＥＣ（Radio Equipment Control：無線制御装置）間を繋ぐフロントホールネットワークを構成するレイヤ２スイッチであり、高速な時刻同期異常検知を行う。そこで、本実施形態の通信装置は、フロントホールトラヒックのフレームに付与されたタイムスタンプを用いて、平常時の遅延時間を測定しておく。通信装置は、受信したフレームの遅延時間が異常値であることを、過去に測定された遅延時間の履歴に基づいて検出した際に、時刻同期異常と判断する。これにより、異常検知に要する時間を短縮する。

図１は、本実施形態による通信ネットワーク１００の構成例を示す図である。同図に示す通信ネットワーク１００においては、リング状に接続されたｎ台（ｎは２以上の整数）のノード１がフロントホールネットワークを構成している。ノード１は、通信装置の一例である。ノード１は、フロントホールネットワークを構成するレイヤ２スイッチとして動作する。無線装置２（以下、「ＲＥ２」と記載する。）及び無線制御装置３（以下、「ＲＥＣ３」と記載する。）が接続されたレイヤ２ネットワークであるフロントホールネットワークでは、ノード１（レイヤ２スイッチ）間で時刻同期が行われ、フロントホールトラヒックが転送される。時刻同期には、従来技術を用いることができる。また、フロントホールネットワークのトポロジは任意とすることができ、リングプロトコルまたはＩＳ−ＩＳ（Intermediate System to Intermediate System）等のルーティングプロトコルを用いて、転送経路設定が行われる。ＲＥ２及びＲＥＣ３はそれぞれ、ノード１に接続される。同図では、ｎ台のノード１をそれぞれ、ノード１−１〜１−ｎと記載し、ノード１−ｉ（ｉは１以上ｎ−１以下の整数）に接続されるＲＥ２を、ＲＥ２−ｉと記載している。ノード１−ｎには、ＲＥＣ３が接続される。

図２は、図１に示す通信ネットワーク１００のフロントホールネットワーク構成における各ＲＥ２とＲＥＣ３との間のフローの転送経路の設定例を表している。図２に示す例の場合、ＲＥ２−ｉ（ｉは１以上（ｎ−１）以下の整数）からＲＥＣ３に至るフローには、ノード１−ｉ、ノード１−（ｉ＋１）、…、ノード１−ｎを経由してＲＥＣ３に接続される転送経路が設定される。例えば、ＲＥ２−１からＲＥＣ３に至るフローには、ノード１−１、ノード１−２、…、ノード１−ｎを経由してＲＥＣ３に接続される転送経路が設定される。同図では、簡単のためＲＥ２からＲＥＣ３に向かうフローの転送経路についてのみ表記しているが、ＲＥＣ３から各ＲＥ２への向かうフローの転送経路もある。ＲＥ２及びＲＥＣ３は、送信データを設定したフレームを送信する際に、そのフレームの送信時刻を示すデータであるタイムスタンプを付与する。なお、フレームの中継を行うノード１においてタイムスタンプを付与してもよい。同一のフローについては、そのフローの転送経路上でタイムスタンプを付与するノード１は同一であるとする。

図３は、ノード１の構成例を示すブロック図である。ノード１は、通信部１１、スイッチング部１２、トラヒックモニタ部１３及び時刻制御部１４を備える。

通信部１１は、他の装置と通信し、フレームを送受信する。図２に示すノード１は、３つの通信部１１として、通信部１１−１〜１１−３を備える。通信部１１−１はＲＥ２と通信し、通信部１１−２、１１−３はそれぞれ、他のノード１と通信する。

スイッチング部１２は、通信部１１が他の装置から受信したフレームを、そのフレームのフローに対して設定された転送経路に基づいて転送先と判断されるさらに他の装置と通信する通信部１１に出力する。転送先は、通信経路における１ホップ先の他のノード１、ＲＥ２又はＲＥＣ３である。

トラヒックモニタ部１３は、通信部１１が受信したフレームから、タイムスタンプとフローを特定する情報とを取得し、時刻制御部１４に出力する。例えば、フローを特定する情報には、フレームに設定されたＶＬＡＮＩＤや、送信元のＭＡＣ（Medium Access Control）アドレスと送信先のＭＡＣ（Medium Access Control）アドレスとの組合せ等を用いることができる。

時刻制御部１４は、現在時刻とのタイムスタンプとの差分を計算することで、受信フレームの遅延時間を算出する。時刻制御部１４は、算出した遅延時間の履歴を記録する。時刻制御部１４は、受信したフレームの遅延時間が正常な値であるか否かを、そのフレームよりも前に受信した複数の他のフレームのそれぞれについて算出した遅延時間の履歴に基づいて判定する。時刻制御部１４は、受信したフレームについて算出した遅延時間が正常な値ではなく、異常値であると判定した場合に、時刻同期異常の発生を検出したと判断する。

次に、図４及び図５を用いて、ノード１の動作について説明する。
図４は、ノード１の正常時の動作を説明するための図である。同図においては、ノード１−１〜１−９がフロントホールネットワークを構成している。ＲＥ２−１はノード１−１と接続され、ＲＥＣ３はノード１−９と接続される。ＲＥ２−１からＲＥＣ３に至るフローには、ノード１−１、ノード１−４、ノード１−７、ノード１−８、ノード１−９を経由してＲＥＣ３に接続される転送経路が設定される。ＲＥＣ３からＲＥ２−１へ至るフローには、ＲＥ２−１からＲＥＣ３に至るフローと逆の転送経路が設定される。

この転送経路上のノード１−８において、通信部１１は、ＲＥ２−１からＲＥＣ３宛てのフレームを、ノード１−７から受信する。スイッチング部１２は、通信部１１が受信したフレームを、次の転送先（転送経路上の１ホップ先）であるノード１−９と接続される通信部１１を介して、ノード１−９に送信する。

ノード１−８のトラヒックモニタ部１３は、通信部１１がノード１−７から受信したフレームから、タイムスタンプとフローを特定する情報とを取得し、時刻制御部１４に出力する。時刻制御部１４は、現在時刻と、受信したフレームから取得されたタイムスタンプとの差分により、遅延時間を算出する。時刻制御部１４は、受信したフレームと同じＲＥ２−１からＲＥＣ３宛てのフローの遅延時間の履歴に基づいて、受信したフレームの遅延時間が正常な値であるか否かを判定する判定処理を行う。判定処理において時刻制御部１４が異常値であると判定する方法は限定されないが、以下に例を説明する。

時刻制御部１４は、フローごとに、遅延時間の履歴に基づいて遅延時間の分布である遅延分布を作成しておき、受信したフレームについて算出した遅延時間と、受信したフレームと同じフローについて作成された遅延分布との比較に基づき異常を検出する。具体的には、時刻制御部１４は、フローごとに、遅延時間の平均値および標準偏差（σ）を算出しておく。時刻制御部１４は、新たに受信したフレームについて算出した遅延時間と、そのフレームと同じフローについて算出された過去の遅延時間の平均値および標準偏差（σ）とを比較する。例えば、時刻制御部１４は、新たに受信したフレームの遅延時間が、平均値からｎσ（ｎは変数）以上乖離する場合には異常値と判定し、平均値との乖離がｎσに満たなければ正常と判定する。ただし、サンプル数が少なく、遅延分布が未完成であると判断される場合には、時刻制御部１４は、異常値との判定は行わない。また、時刻制御部１４は、ｎσに代えて予め決められた所定値を用い、新たに受信したフレームの遅延時間と平均値との乖離がその所定値以上である場合に異常値と判定してもよい。時刻制御部１４は、遅延時間が正常と判定した場合、受信したフレームについて算出した遅延時間に基づいて、ＲＥ２−１からＲＥＣ３宛てのフローの遅延分布を更新し、記録する。

図５は、ノード１の故障発生時の動作を説明するための図である。ＲＥ２−１が送信したフレームがノード１−８に至る転送経路上（ノード１−１、ノード１−４、ノード１−７、ノード１−８）のいずれかのノード１に故障が発生したとする。この場合、ノード１−８の時刻制御部１４は、上記の判定処理において新たに受信したフレームの遅延時間が異常値であると判定し、時刻同期異常の発生を検知する。あるいは、時刻制御部１４は、同じフローについて、又は、フローの種類を問わず、所定回数以上の複数回の判定処理において連続して異常値と判定した場合に、時刻同期異常が発生していることを検知してもよい。この検知により、ノード１−８の時刻制御部１４は、自ノードまたは転送経路上の他のノード１において時刻同期異常が発生していることが分かる。このため、ノード１−８の時刻制御部１４は、フロントホールネットワークを構成する他のノード１との間で利用している時刻同期プロトコルを用いて、直ちに、自ノードを含め、時刻補正を開始する。例えば、異なるフローについて複数回の異常と判定された場合は、それらのフローに共通してタイムスタンプを付与するノード１において時刻同期異常が発生していることが分かる。

上述した実施形態によれば、フロントホールネットワークを構成するレイヤ２スイッチにおいて、時刻同期異常の検知に要する時間を短縮することができる。つまり、レイヤ２スイッチは、受信フレームのタイムスタンプを読込み、現在時刻とタイムスタンプの差分から遅延時間を算出する。レイヤ２スイッチは、遅延時間の履歴に基づいて所定の方法により、受信フレームの遅延時間が異常であることを検出した場合は、時刻同期異常と判定する。これにより、レイヤ２スイッチに流入するトラヒックのタイムスタンプを用いて、従来の時刻同期プロトコルを用いた手法より短時間で時刻同期異常を検知することが可能となる。従って、レイヤ２スイッチにおける低遅延転送を可能とし、基地局など、低遅延が重要なレイヤ２の通信装置を実現できる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

複数の通信装置が時刻同期を行い、フレームを転送する場合に適用可能である。

１、１−１〜１−９、１−（ｎ−１）、１−ｎ−１…ノード
２…無線装置（ＲＥ）
３…無線制御装置（ＲＥＣ）
１１−１〜１１−３…通信部
１２…スイッチング部
１３…トラヒックモニタ部
１４…時刻制御部
１００…通信ネットワーク

Claims

他の装置と通信する通信部と、
前記通信部が受信したフレームからタイムスタンプを取得するトラヒックモニタ部と、
前記トラヒックモニタ部が取得した前記タイムスタンプと現在時刻との差分により遅延時間を算出し、受信した前記フレームについて算出した前記遅延時間が、前記フレームよりも前に受信した複数の他のフレームそれぞれについて算出した前記遅延時間の履歴に基づいて異常であることを検出した場合に、時刻同期異常と判定する時刻制御部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
前記時刻制御部は、前記遅延時間の履歴に基づきフローごとの前記遅延時間の分布である遅延分布を作成し、受信した前記フレームについて算出した前記遅延時間と、受信した前記フレームと同じフローについて作成された前記遅延分布との比較に基づき異常を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。