JP3543738B2

JP3543738B2 - ネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファ制御方法及びシステム並びに記録媒体

Info

Publication number: JP3543738B2
Application number: JP2000207057A
Authority: JP
Inventors: 直子八百屋; 稔哉岡部; 悟山野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP2002026969A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークにおける遅延揺らぎの吸収制御システム及び方法に関し、特に、音声フレームが伝送されるネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファの制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、インターネットの急速な普及に伴いＩＰ（internet protocol、レイヤ３プロトコル）を介して音声を伝送するVoIP（Voice over IP）技術に関する製品、システムが開発されている。
【０００３】
音声をＩＰネットワーク上で伝送するVoIP技術は、音声圧縮、パケット化、パケット遅延の吸収、パケット監視等の各機能を備え、音声の電話通信への応用としては、既存電話網（交換機）と接続するゲートウェイ装置を備え、ゲートウェイ装置でパケット化し、ルータを介してインターネット／イントラネットに接続される。ゲートウェイ装置等は、IUT-T（国際電気通信連合電気通信標準化部門）勧告H.323等に準拠している。因みに、H.323に準拠した装置では、H.323端末、電話網と接続しH.323端末とのインタフェースをとるゲートウェイ、電話番号のIPアドレスへの変換、H.323端末間の音声帯域の管理、付加サービス、課金情報収集を行うゲートキーパ、多地点通信装置（MCU）よりなる。ＩＰネットワーク上で電話ネットワークを構築したＩＰテレホニー・ネットワーク・システムについて簡単に説明しておくと、例えばネットワークとして、ルータと、電話番号とＩＰアドレスの変換及び帯域管理等を行うゲートキーパを備えたイントラネット・バックボーンを備え、イントラネット・バックボーンのルータと音声及びデータを送受するルータと、該ルータと接続するゲートウェイ（音声圧縮、プロトコル、音質、音声遅延制御を行う）と、ＰＢＸ（構内交換機）と、該ＰＢＸに収容される電話端末と、を備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のシステムにおいては、音声フレームを扱うネットワークでは、該ネットワークの外に、ゲートウェイ装置を設け、音声フレームの遅延の揺らぎを吸収していた。
【０００５】
しかしながら、ネットワークの伝送遅延を考慮することは、一般に、困難であり、各ネットワークノードにおいて、音声の揺らぎを吸収する為の機構を改めて具備することは、困難である。
【０００６】
したがって、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、ネットワークにおけるフレーム遅延時間を認識し、遅延時間に応じて揺らぎを吸収可能としたネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファ制御方法及びシステム並びに記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明は、ネットワークの端部ノードと端末に接続するネットワークエッジが、前記端末よりフレームを受信してから、後段のネットワークノードが前記フレームを受信するまでに要する時間を求める手段と、前記求められた時間に応じて、ネットワークからのフレームを受信する揺らぎバッファの深度を可変に制御する手段と、を備えている。本発明は、好ましくは、複数のネットワークノードを有し、該複数のネットワークノードよりなるネットワークの第１、第２の端部ノードにそれぞれ接続され、共通のクロック供給源からのクロックおよび基準時刻により時刻の同期をとる第１、第２のネットワークエッジを含み、前記第１、２のネットワークエッジには、それぞれ第１、第２の端末が接続され、前記第１のネットワークエッジが、前記第１の端末から送信されるフレームを受信する手段と、前記第１の端末より受信したフレームの所定の位置に該フレームを受信した実時間を設定する手段と、前記フレームを前記ネットワークを介して宛先に送信する手段と、を備え、前記第２のネットワークエッジが、前記第１のネットワークエッジより送信され前記ネットワークを介して受信したフレーム内の所定の位置に設定されている実時間情報と、前記ネットワークより受信した前記フレームの受信時刻に基づき、前記第１のネットワークエッジが、前記第１の端末からフレームを受信してから、前記第２のネットワークエッジで該フレームを受信するまでに要した遅延時間を求め、前記求められた遅延時間に基づき、前記ネットワークからのフレームを受信する揺らぎ吸収バッファの深度を調節する手段と、前記揺らぎ吸収バッファで受信された前記ネットワークからのフレームを前記第２の端末に送信する手段と、を備えている。
【０００８】
本発明においては、ネットワークにおけるフレーム遅延時間を認識し、遅延時間に応じてＮＭＳ（Network Magement System）に通知し、ＮＭＳから制御を行うことで、ネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファを制御するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。本発明は、その一実施の形態においては、図１を参照すると、共通のクロック供給源（５０）からのクロックおよび基準時刻により時刻の同期をとったネットワークエッジ（１０）と、ネットワークノード（４０）群と、ネットワークエッジ（１０）を制御するネットワーク管理システム（Network Managemnet System；「ＮＭＳ」という）（２０）と、を含む。
【００１０】
ネットワークエッジ（１０）は、端末（３０）からのフレームを受信する手段（図２の１０１）と、端末（３０）から受信したフレームの特定のフィールドに受信時刻（実時間）を設定する手段（図２の１０７、１０４）と、該フレームをネットワークの宛先に送信する手段（図２の１０４、１０３）と、ネットワークから受信したフレーム内の所定の位置に設定されている実時間フィールドを参照し、ネットワークエッジが端末からフレームを受信してからネットワークノードで該フレームを受信するまでに要する時間、すなわちネットワーク内の遅延時間を演算し、演算した結果、導かれた値によって、揺らぎ吸収バッファ（図２の１０５）の深度を調節する揺らぎ吸収バッファ制御手段（図２の１０６）と、揺らぎ吸収バッファ（図２の１０５）で受信したネットワークからのフレームを、端末（３０）に送信する手段（図２の１０２）と、を備えている。
【００１１】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して以下に説明する。図１は、本発明の一実施例のネットワークエッジを含むネットワーク構成の一例を示す図である。
【００１２】
図１を参照すると、本発明の一実施例は、クロック供給源５０と、ネットワークノード群４０の端部ノードに接続されるとともに、端末３０₁、３０₂にそれぞれ接続され、共通のクロック供給源５０からのクロックおよび基準時刻より時刻の同期をとる第１、第２のネットワークエッジ１０₁、１０₂と、第１、第２のネットワークエッジ１０₁、１０₂を制御するネットワーク管理システム（Network Management System；「ＮＭＳ」という）２０と、を備えている。第１の端末３０₁と第２の端末３０₂は、ネットワークの端部ノードに接続される第１のネットワークエッジ１０₁、ネットワークノード４０₁〜４０_Nのノード群からなるネットワーク、ネットワークの端部ノードに接続される第２のネットワークエッジ１０₂を介して通信接続するものであり、電話端末、あるいは、ＩＰ電話ソフトウエアがインストールされたパーソナルコンピュータ等の情報処理端末よりなる。
【００１３】
図２は、本発明の一実施例のネットワークエッジ１０の構成の一例を示す図である。図２を参照すると、ネットワークエッジ１０は、端末３０からフレームを受信するフレーム受信部１０１と、フレーム受信部１０１で受信され、中央制御部１０４によって書きこまれたフレームを、ネットワーク側に送信するための送信バッファ１０３と、例えばＦＩＦＯ（先入れ先出し）型バッファメモリよりなり、ネットワークからの受信フレームを格納する揺らぎ吸収バッファ１０５と、揺らぎ吸収バッファ１０５から出力されたフレームを端末３０へ送信するフレームの制御を行なうフレーム送信部１０２と、ネットワークエッジ１０が端末３０からフレームを受信してから、ネットワークノード４０（ネットワークエッジ１０に隣接するネットワークノード）が該フレームを受信するまでに要した時間（遅延時間）を演算する機能を備え、演算の結果導かれた値によって、揺らぎ吸収バッファ１０５の深度（バッファサイズ）を調整する揺らぎ吸収バッファ制御部１０６と、中央制御部１０４と、受信クロックに同期して実時間を設定するための実時間判定部１０７と、を備えている。
【００１４】
実時間判定部１０７は、共通クロック源５０からのクロック及び基準時刻に基づき、実時間を設定する。中央制御部１０４は、図３に示すように、端末３０から受信したフレームのヘッダ部２０１において、予め定められた位置２０３（実時間フィールド）に、実時間判定部１０７から読み出されたフレーム受信時の実時間を設定する。図３には、フレームフォーマットの一例を示す図であり、ヘッダ部２０１とデータ部２０２よりなる。
【００１５】
揺らぎ吸収バッファ制御部１０６は、ネットワークから受信したフレームの特定の位置に設定されている実時間２０３（図３参照）の値より、揺らぎ吸収バッファ１０５の深さを可変に設定する。例えばネットワークの遅延時間が長い場合には、揺らぎ吸収バッファ１０５の深さ（バッファサイズ）を浅くする。すなわち、揺らぎ吸収バッファ１０５に、ＦＩＦＯ形式で、その最終段から入力された受信フレームは、揺らぎ吸収バッファ１０５の深さが浅い（バッファの段数が小さい）場合には、早く揺らぎ吸収バッファ１０５から出力され、これにより、ネットワークの遅延をキャンセルし、遅延の揺らぎを制御することができる。
【００１６】
揺らぎ吸収バッファ１０５に一時的に蓄積されたネットワークからの受信フレームは、揺らぎ吸収バッファ１０５から読み出され、フレーム送信部１０２から、端末３０に送信される。
【００１７】
中央制御部１０４は、端末３０から受信したフレームのヘッダの解析を行うほか、ＮＭＳ２０によってあらかじめ設定されたネットワーク遅延許容値を設定しておき、該許容値を超える時間（ネットワークで許容できない時間）を経過したフレームを、ネットワークから受信した場合に、ＮＭＳ２０に通知するとともに、フレームを廃棄する機能を備え、受信したフレームのヘッダを解析し、フレーム情報の制御を行なう。
【００１８】
本発明の一実施例の動作について説明する。
【００１９】
端末３０とネットワークノード４０とをインタフェースし、共通のクロック供給源５０からのクロックおよび基準時刻により時刻の同期をとったネットワークエッジ１０と、ネットワークノード４０と、各々のネットワークエッジを制御するＮＭＳ２０から構成されるネットワークにおいて、音声（音声フレーム）を転送する場合において、例えばネットワークに許容される遅延許容値を１００ｍｓ（ミリ秒）とすると、ＮＭＳ２０から第１、第２のネットワークエッジ１０₁、１０₂に対して１００ｍｓという値を設定する。
【００２０】
例えば第１のネットワークエッジ１０₁において、フレーム受信部１０１で、第１の端末３０₁から受信したフレームに対して、必要なヘッダ情報を付加する機能を具備する中央制御部１０４において、実時間判定部１０７から読み出されたフレームの受信時刻が、実時間として、フレームのヘッダ２０１の所定の位置（実時間フィールド）２０３に設定される。
【００２１】
その他のヘッダ情報についても、中央制御部１０４において解析され、必要に応じて、新たな情報の付加または加工が施され、該フレームは、フレーム送信バッファ１０３に書きこまれた後、ヘッダの宛先（アドレス）情報から判断され、後段のネットワークノード４０または該ネットワークと端末３０₂とのインタフェースをとる第２のネットワークエッジ１０₂に送信される。
【００２２】
第２のネットワークエッジ１０₂において、ネットワークノード４０または第１のネットワークエッジ１０₁からのフレームを、揺らぎ吸収バッファ１０５で受信すると、ネットワークから受信したフレームの受信時間を実時間判定部１０７から読み出すために、揺らぎ吸収バッファ制御部１０６に通知する。
【００２３】
揺らぎ吸収バッファ制御部１０６では、ネットワークから受信したフレームのヘッダの所定の位置に設定された実時間２０３と、実時間判定部１０７から読み出された、該受信フレームの受信時の時間とに基づき、ネットワーク内における遅延を計算し、計算結果を、中央制御部１０４に通知する。
【００２４】
中央制御部１０４は、計算されたネットワーク内の遅延時間が、ネットワークにおいて許容される遅延時間を超えているものと判断した場合、該当フレームを廃棄するとともに、ＮＭＳ２０に通知する。
【００２５】
揺らぎ吸収バッファ制御部１０６では、ネットワーク内における遅計算結果によってその深さが設定された揺らぎ吸収バッファ１０５で受信したフレームを、フレーム送信部１０２に書きこみ、書きこみ完了通知をフレーム送信部１０２に通知する。
【００２６】
書きこみ完了通知を受信したフレーム送信部１０２は、揺らぎ吸収バッファ１０５に書き込まれたフレームを読み出して、端末３０₂に該フレームを送信する。
【００２７】
本発明の一実施例において、ネットワークエッジ１０において、
（ａ）ネットワークエッジ１０に接続される端末３０から送信されるフレームを受信するフレーム受信部１０１の処理と、
（ｂ）端末３０より受信したフレームの所定の位置に、実時間判定部１０７から取得した該フレームを受信した実時間を設定する中央制御部１０４における処理と、
（ｃ）前記フレームを送信バッファ１０３からネットワークの宛先に送信する送信処理と、
（ｄ）前記ネットワークより受信したフレーム内の所定の位置（実時間フィールド）に設定されている実時間情報を参照し、該フレーム受信時の時刻から、一のネットワークエッジが端末からフレームを受信してから自ネットワークエッジで該フレームを受信するまでに要した遅延時間を求め、前記求められた遅延時間の大小によって、前記ネットワークからのフレームを受信する揺らぎ吸収バッファ１０５の深度を調節する揺らぎ吸収バッファ制御部１０６の処理と、
（ｅ）前記揺らぎ吸収バッファ１０５で受信したネットワークからのフレームを読み出して、前記端末に送信するフレーム送信部１０２の処理と、
の前記（ａ）乃至（ｅ）の処理は、ネットワークエッジ１０を構成するコンピュータでプログラムを実行することで実現される。この場合、該プログラムを記録媒体（磁気ディスク、磁気テープ、光ディスク、半導体メモリ等）から、該プログラムをコンピュータに読み出して実行することで本発明を実施することができる。
【００２８】
本発明の実施例においては、あらかじめ既存のルータ等から構成されたネットワークにおいても、ネットワークにおけるフレーム遅延時間を認識し、遅延時間に応じて，ＮＭＳ２０に通知し、ＮＭＳ２０から制御を行なうことができる。
【００２９】
なお、クロック供給源５０については、その種類を問わず、ＧＰＳ（Global Positioning System；全世界測位システム）、交換機に設置されるクロック供給源（ＤＣＳ；Digital Clock Source）等が適用できる。
【００３０】
なお、上記実施例及び図面に示した内容は、あくまで本発明を例示して説明するための図であり、本発明を限定するためのものではないことは勿論である。例えば本発明において、端末は２台に限定されるものでないことは勿論であり、また端末は、VoIPプトロコルが適用される任意の端末であってよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えば音声をネットワークに送信する場合において、新たにネットワークを構築する場合のみならず、あらかじめ既存のルータ等から構成されたネットワークにおいても、ネットワークにおけるフレーム遅延時間を認識し、遅延時間に応じて、ネットワーク遅延に応じて揺らぎ吸収を行うことができるという効果を奏する。
【００３２】
また、本発明によれば、ネットワークエッジにおける揺らぎ吸収制御、及びフレーム廃棄制御を、ＮＭＳから制御を行うことができる、という効果がある。
【００３３】
さらに、本発明によれば、ネットワークノードにおいて特別な機能を付加することは必要とされず、既存ノードをそのまま利用できることから、開発コストを低減し、システムの実現を容易化する、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例のネットワークエッジの構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施例におけるフレーム構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ネットワークエッジ
２０ＮＭＳ
３０端末
４０ネットワークノード
５０クロック源
１０１フレーム受信部
１０２フレーム送信部
１０３送信バッファ
１０４中央制御部
１０５揺らぎ吸収バッファ
１０６揺らぎ吸収バッファ制御部
１０７実時間判定部
２０１ヘッダ部
２０２データ部
２０３実時間フィールド

Claims

複数のネットワークノードを有し、該複数のネットワークノードよりなるネットワークの第１、第２の端部ノードにそれぞれ接続され、共通のクロック供給源からのクロックおよび基準時刻により時刻の同期をとる第１、第２のネットワークエッジを含み、前記第１、２のネットワークエッジには、それぞれ第１、第２の端末が接続され、
前記第１のネットワークエッジが、
前記第１の端末から送信されるフレームを受信する手段と、
前記第１の端末より受信したフレームの所定の位置に該フレームを受信した実時間を設定する手段と、
前記フレームを前記ネットワークを介して宛先に送信する手段と、
を備え、
前記第２のネットワークエッジが、
前記第１のネットワークエッジより送信され前記ネットワークを介して受信したフレーム内の所定の位置に設定されている実時間情報と、前記ネットワークより受信した前記フレームの受信時刻に基づき、前記第１のネットワークエッジが、前記第１の端末からフレームを受信してから、前記第２のネットワークエッジで該フレームを受信するまでに要した遅延時間を求め、前記求められた遅延時間に基づき、前記ネットワークからのフレームを受信する揺らぎ吸収バッファの深度を調節する手段と、
前記揺らぎ吸収バッファで受信された前記ネットワークからのフレームを前記第２の端末に送信する手段と、
を備えている、ことを特徴とする、ネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファ制御システム。
前記第２のネットワークエッジが、
前記第２の端末から送信されるフレームを受信する手段と、
前記第２の端末より受信したフレームの所定の位置に該フレームを受信した実時間を設定する手段と、
前記フレームを前記ネットワークを介して宛先に送信する手段と、
をさらに備え、
前記第１のネットワークエッジが、
前記第２のネットワークエッジより送信され前記ネットワークを介して受信したフレーム内の所定の位置に設定されている実時間情報と、前記ネットワークより前記フレームを受信した時の時刻に基づき、前記第２のネットワークエッジが、前記第２の端末からフレームを受信してから、前記第１のネットワークエッジで該フレームを受信するまでに要した遅延時間を求め、前記求められた遅延時間に基づき、前記ネットワークからのフレームを受信する揺らぎ吸収バッファの深度を調節する手段と、
前記揺らぎ吸収バッファで受信された前記ネットワークからのフレームを前記第１の端末に送信する手段と、
をさらに備えている、ことを特徴とする、請求項１記載のネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファ制御システム。
前記第１、第２のネットワークエッジを制御するネットワーク管理システム（ＮＭＳ）を備え、
前記第１、第２のネットワークエッジにおいて、前記ネットワーク管理システム（ＮＭＳ）によってあらかじめ設定されたネットワーク遅延許容値を設定しておき、
該許容値を超える時間を経過したフレームを受信した場合に、前記ネットワーク管理システム（ＮＭＳ）に通知するとともに、前記フレームを廃棄する手段を備えている、ことを特徴とする、請求項２記載のネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファ制御システム。
複数のネットワークノードを有し、該複数のネットワークノードよりなるネットワークの第１、第２の端部ノードにそれぞれ接続され、共通のクロック供給源からのクロックおよび基準時刻により時刻の同期をとる第１、第２のネットワークエッジを含むネットワークシステムでの前記各ネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファの制御方法において、
前記第１のネットワークエッジが、前記第１のネットワークエッジに接続される端末より受信したフレームの所定の位置に該フレームを受信した実時間を設定し、前記フレームを前記ネットワークを介して宛先に送信し、
前記第２のネットワークエッジが、前記第１のネットワークエッジより送信され前記ネットワークを介して受信したフレーム内の所定の位置に設定された実時間情報と、前記ネットワークより受信した該フレームの受信時刻に基づき、前記第１のネットワークエッジが、前記第１のネットワークエッジに接続される端末からフレームを受信してから、前記第２のネットワークエッジで該フレームを受信するまでに要した遅延時間を求め、前記求められた遅延時間に基づき、前記ネットワークからのフレームを受信する揺らぎ吸収バッファの深度を調節する、ことを特徴とするネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファ制御方法。
前記第２のネットワークエッジが、前記第２のネットワークエッジに接続される端末より受信したフレームの所定の位置に該フレームを受信した実時間を設定し、前記フレームを前記ネットワークを介して宛先に送信し、
前記第１のネットワークエッジが、前記第２のネットワークエッジより送信され前記ネットワークを介して受信したフレーム内の所定の位置に設定された実時間情報と、前記ネットワークより受信した該フレームの受信時刻に基づき、前記第２のネットワークエッジが、前記第２のネットワークエッジに接続される端末からフレームを受信してから、前記第１のネットワークエッジで該フレームを受信するまでに要した遅延時間を求め、前記求められた遅延時間に基づき、前記ネットワークからのフレームを受信する揺らぎ吸収バッファの深度を調節する、ことを特徴とする、請求項４記載のネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファ制御方法。
前記第１、第２のネットワークエッジが接続するネットワーク管理システム（ＮＭＳ）によって、あらかじめ設定されたネットワーク遅延許容値を、前記第１、第２のネットワークエッジに設定しておき、
前記第１、第２のネットワークエッジにおいて、該許容値を超える遅延時間を経過したフレームを前記ネットワークから受信した場合に、前記ネットワーク管理システム（ＮＭＳ）に通知するとともに、前記フレームを廃棄する、ことを特徴とする、請求項５記載のネットワークエッジにおける揺らぎ吸収バッファ制御方法。
複数のネットワークノードよりなるネットワークの第１、第２の端部ノードにそれぞれ接続され、共通のクロック供給源からのクロックおよび基準時刻により時刻の同期をとる第１、第２のネットワークエッジを含むネットワークシステムにおいて、前記第１、第２のネットワークエッジをそれぞれ構成するコンピュータの各々に、
（ａ）前記第１、第２のネットワークエッジにそれぞれ接続される端末から送信されるフレームを受信する処理と、
（ｂ）前記端末より受信したフレームの所定の位置に該フレームを受信した実時間を設定する処理と、
（ｃ）前記フレームを、前記ネットワークを介して宛先に送信する処理と、
（ｄ）前記ネットワークより受信したフレーム内の所定の位置に設定されている実時間情報と、前記第２、第１のネットワークエッジよりそれぞれ送信され前記ネットワークを介して受信した該フレームの受信時刻に基づき、前記第２、第１のネットワークエッジが、前記第２、第１のネットワークエッジにそれぞれ接続された端末からフレームを受信してから、前記第１、第２のネットワークエッジで該フレームを受信するまでに要した遅延時間を求め、前記求められた遅延時間に基づき、前記ネットワークからのフレームを受信する揺らぎ吸収バッファの深度を調節する処理と、
（ｅ）前記揺らぎ吸収バッファで受信した、前記ネットワークからのフレームを読み出して、前記第１、第２のネットワークエッジに接続された前記端末に送信する処理と、
の前記（ａ）乃至（ｅ）の各処理を、実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。