JP3563278B2 - 優先経路制御方法及びルータ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信パケットを高速かつ効率良くルーティング可能な優先経路制御方法及びルータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気通信の分野において、通信ネットワークを介して情報を効率良く交換・伝送するために、交換機（ｅｘｃｈａｎｇｅ）やルータ（ｒｏｕｔｅｒ）等の経路制御装置（以下、「ルータ装置」と呼ぶ。）が用いられる。このルータ装置は、特に、インターネットを介した情報データ通信で広く用いられており、インターネットを構成する上で重要な役割をはたしている。以下、図１を参照して、従来のルータ装置について説明する。
【０００３】
図１は従来のルータ装置の一例を示すもので、図中、１１は複数の入力ポート、１２はスイッチ部、１３は複数の出力ポート、１４は経路制御部、１５は通信パケットである。
【０００４】
次に、従来のルータ装置の動作について図１を参照して説明する。
【０００５】
入力ポート１１から入力された通信パケット１５は、スイッチ部１２に入力される。それぞれの通信パケット１５にはパケットの宛先を示す宛先アドレス（例えばインターネットプロトコル（以下、「ＩＰ」と記す。）で用いられているＩＰアドレス）１５ａが付加されており、スイッチ部１２を制御する経路制御部１４はこの宛先アドレス１５ａに基づいて、通信パケット１５をどの出力ポート１３から出力すべきかを判断する。
【０００６】
スイッチ部１２は空間スイッチ１６から構成されており、通信パケット１５から宛先アドレス１５ａを取り出して経路制御部１４に問い合わせると、経路制御部１４はルーティングテーブルを検索し、通信パケット１５をどの出力ポート１３にスイッチングすれば良いかを得て、その結果を空間スイッチ１６に返し、空間スイッチ１６がこの結果を受けて通信パケット１５をスイッチングする。
【０００７】
スイッチ部１２によって目的の出力ポート１３にスイッチングされた通信パケット１５は、出力ポート１３から出力される。
【０００８】
入力ポート１１から同じ宛先への通信パケットが大量に入力された場合、空間スイッチ１６において輻輳が発生し、通信パケットは破棄される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ルータ装置の役割は、入力された通信パケットをルーティング処理して出力することであって、従来のルータ装置では、経由する通信量が少なければ小さい遅延でルーティング可能であるが、通信量が多ければ遅延が大きくなり、また、空間スイッチの許容能力を越える通信パケットが入力されると、通信パケットを破棄する。即ち、従来のルータ装置は、通信パケットを転送するために最大限の努力をするが、処理能力の限界や通信回線の速度限界によって通信できないこともあるという、ベストエフォート型のネットワークを提供する。
【００１０】
電話の音声データや放送の動画像データ等は、リアルタイム性の高いデータであり、通信の遅延時間に大きなゆらぎが発生したり、通信パケットに欠落が生じると、受信側において正確なデータ再生ができなくなる。このため、これまでは、リアルタイム性の高いデータに対して「帯域保証」という概念の下、予め必要な通信路の帯域を確保して通信を行うようになしていた。
【００１１】
しかし、帯域確保を行う場合、
（ａ）送受信者間の全ての回線で帯域を確保しなければならない、
（ｂ）通信量が変動する場合、その最大値で帯域を確保しなければならないため、帯域利用効率が悪くなる、
（ｃ）ルータ装置において帯域確保のための処理負荷が大きい、
という問題があった。
【００１２】
以上のことから、帯域確保という手段によってリアルタイム性の高いデータを確実に届けることは可能であるが、多くの問題を抱えていた。
【００１３】
また、帯域保証の他に、個々の通信パケット毎に優先度が高いか低いかを表す値を付加し、リアルタイム性の高い通信パケット等を優先度の高い通信パケットとしてルーティングを行わせることにより、信頼性を向上させる方法もある。
【００１４】
しかし、この場合、優先度の高い通信パケットは通過する全てのルータ装置において優先的に扱われ、逆に優先度の低い通信パケットは全てのルータ装置において優先度が低く扱われてしまうことになる。即ち、通信パケットの重要の度合いが優先度が高いか低いかという固定的なパラメータで表されるため、優先度の高い通信パケットは必要以上に優先処理されるという状況が生じ、また、通信料金も一律に高くつくという問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、このような問題を解決し、帯域確保を行うことなく、リアルタイム性の高いデータからリアルタイム性を問わないバルクデータまでの幅広いデータを最適な優先度でルーティング処理でき、ネットワークの帯域利用効率を向上可能な優先経路制御方法及びルータ装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、通信パケット毎にラベル付けされた宛先アドレスに基づいて通信パケットの経路を切替制御するとともに、通信パケット毎にラベル付けされた送達希望時刻に基づいてパケット処理の優先順位を決定し、経路制御を行う優先経路制御方法において、通信パケットを送達希望時刻までの残り時間の単位別に待ち合わさせ、該単位毎に異なる確率で転送処理する場合、待ち合わせ中に送達希望時刻までの残り時間の単位が変化した時は待ち合わせの単位を変更することを特徴とする。
【００１７】
前記構成によれば、個々の通信パケットを送達希望時刻に応じた順序で経路制御でき、リアルタイム性の高いデータから低いデータまで最適な優先度でルーティング処理できるとともに、ネットワークリソースを有効活用でき、さらに送達希望時刻までの残り時間に対応した適切な転送処理が可能となる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明では、通信パケット毎にラベル付けされた宛先アドレスに基づいて通信パケットの経路を切替制御するとともに、通信パケット毎にラベル付けされた送達希望時刻に基づいてパケット処理の優先順位を決定し、経路制御を行う優先経路制御方法において、通信パケットを送達希望時刻までの残り時間の単位別に待ち合わさせ、該単位毎に異なる確率で転送処理する場合、前記単位毎の転送確率を、該単位毎の待ち合わせ中のパケット数に応じて変更することを特徴とする。
【００１９】
前記構成によれば、個々の通信パケットを送達希望時刻に応じた順序で経路制御でき、リアルタイム性の高いデータから低いデータまで最適な優先度でルーティング処理できるとともに、ネットワークリソースを有効活用でき、さらに送達希望時刻までの残り時間に応じた待ち合わせ中のパケット数の極端な差をなくすことができる。
【００２０】
また、請求項３記載の発明では、通信パケットの送信元アドレス及び宛先アドレスより求められる送受信者間のメトリック値、または通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとして通信料金を決定することを特徴とする。
【００２１】
前記構成によれば、データリンクの伝送帯域・距離のみによる課金処理に代えて、空間軸あるいは時間軸における情報の移動距離に基づいて個々のパケット毎にきめ細かい課金を行うことができる。
【００２２】
また、請求項４記載の発明では、ルータ装置のアドレス及び通信パケットの宛先アドレスより求められるルータ装置から宛先までのメトリック値、または現在時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとしてパケット処理の優先順位を決定し、経路制御を行うことを特徴とする。
【００２３】
前記構成によれば、上位レイヤを終端することなく、情報の属性に応じて処理の差別化を図ることが可能となり、ネットワークリソースを効率的に運用できるとともに、各ルータ装置において個々のパケット毎に配送が遅れているのかあるいは進んでいるのかを知ることができる。
【００２４】
また、請求項５記載の発明では、インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻を格納して作成した通信パケットを用いることを特徴とする。
【００２５】
前記構成によれば、既存のＩＰｖ６のパケットフォーマットを変更することなく、通信パケットに時間軸情報を付与することができる。
【００２６】
また、請求項６記載の発明では、処理能力以上の通信パケットにより輻輳が発生した場合、優先度が低い通信パケットをルータ装置内の記憶装置に一時的に退避させ、送達希望時刻が近づいて退避中の通信パケットの優先度が上がった場合、あるいは輻輳が収まった場合に、記憶装置から通信パケットを読み出して経路制御を再開させることを特徴とする。
【００２７】
前記構成によれば、トラヒック輻輳時におけるパケットの破棄を軽減することが可能となる。
【００２８】
また、請求項７記載の発明では、インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に、迂回した際の迂回元のルータ装置のＩＤ、送達希望時刻とは無関係な優先度、送達希望時刻を越えた場合の扱いを格納して作成した通信パケットを用いることを特徴とする。
【００２９】
前記構成によれば、経路の変更が可能となり、また、通信パケットを待ち合わせなしで最優先で処理したり、また、送達希望時刻を越えた通信パケットをそのまま待ち合わせさせたり、廃棄したりを指示できる。
【００３４】
そして、これらの優先経路制御方法は、
複数の入力ポート及び複数の出力ポートと、複数の入力ポート及び複数の出力ポート間を任意に切替接続可能な空間スイッチと、入力ポートから入力された通信パケットをその宛先アドレスに対応する出力ポートへ送出するよう空間スイッチを制御する経路制御部と、複数の通信パケットの順序を任意に入れ替え可能な時間スイッチと、複数の通信パケットの順序が各通信パケットに付与された送達希望時刻に対応する順序となるよう時間スイッチを制御する優先制御部とを有するルータ装置において、送達希望時刻までの残り時間の単位別に分割された時間スイッチと、待ち合わせ中に送達希望時刻までの残り時間の単位が変化した一の時間スイッチ内の通信パケットを、該変化後の単位に対応する時間スイッチへ移す手段とを備えたルータ装置、
複数の入力ポート及び複数の出力ポートと、複数の入力ポート及び複数の出力ポート間を任意に切替接続可能な空間スイッチと、入力ポートから入力された通信パケットをその宛先アドレスに対応する出力ポートへ送出するよう空間スイッチを制御する経路制御部と、複数の通信パケットの順序を任意に入れ替え可能な時間スイッチと、複数の通信パケットの順序が各通信パケットに付与された送達希望時刻に対応する順序となるよう時間スイッチを制御する優先制御部とを有するルータ装置において、送達希望時刻までの残り時間の単位別に分割された時間スイッチと、前記単位毎の時間スイッチにおける通信パケットの取り出し確率を、該単位毎の時間スイッチにおける待ち合わせ中のパケット数に応じて変更する手段とを備えたルータ装置、
通信パケットの送信元アドレス及び宛先アドレスより求められる送受信者間のメトリック値、または通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとして通信料金を決定する手段を備えた請求項８または９記載のルータ装置、
自装置のアドレス及び通信パケットの宛先アドレスより求められる自装置から宛先までのメトリック値、または現在時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとしてパケット処理の優先順位を決定し、時間スイッチを制御する優先制御部を備えた請求項８または９記載のルータ装置、
インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に格納された通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻を用いる優先制御部を備えた請求項８乃至１１いずれか記載のルータ装置、
通信パケットを一時的に記憶する記憶装置と、処理能力以上の通信パケットが入力されて輻輳が発生した場合、優先度が低い通信パケットを記憶装置に一時的に退避させ、送達希望時刻が近づいて退避中の通信パケットの優先度が上がった場合、あるいは輻輳が収まった場合に、記憶装置から通信パケットを読み出して優先経路制御を再開させる制御手段とを備えた請求項８乃至１２いずれか記載のルータ装置、
インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に格納された迂回した際の迂回元のルータ装置のＩＤ、送達希望時刻とは無関係な優先度、送達希望時刻を越えた場合の扱いを用いる優先制御部を備えた請求項８乃至１３いずれか記載のルータ装置、によって実現される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の優先経路制御方法及びルータ装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図２は本発明の優先経路制御方法を用いたルータ装置の基本構成を示すもので、図中、２１は複数の入力ポート、２２はスイッチ部、２３は複数の出力ポート、２４は経路制御部、２５は優先制御部、２６は通信パケットである。
【００３７】
スイッチ部２２は、複数の入力ポート２１と複数の出力ポート２３との間を自在に接続できる空間スイッチ２７と、本ルータ装置に入力される通信パケットの出力順を並べ替え可能な時間スイッチ２８とからなり、空間スイッチ２７は経路制御部２４により制御され、時間スイッチ２８は優先制御部２５により制御される。
【００３８】
本ルータ装置に入力される通信パケット２６には、ＩＰアドレスのようなネットワーク層の宛先アドレス２６ａの他、通信パケットの相手先の「送達希望時刻２６ｂ」が含まれる。図１に示したような空間スイッチのみからなる従来のルータ装置とは異なり、スイッチ部２２を空間スイッチ２７及び時間スイッチ２８で構成し、宛先を示すネットワーク層アドレス（ＩＰアドレス）２６ａに基づいた経路制御（空間スイッチの切り替え）に加え、新たに「送達希望時刻２６ｂ」に基づいて通信パケットの送出順を優先制御することにより、ネットワークリソースを有効利用できる。
【００３９】
なお、本発明でいう「送達希望時刻」とは、唯一の時点を示す時刻である場合とともに、ある時間幅を持つ場合（時間幅の指定方法としては、送達希望の開始時刻及び最終時刻を指定する、開始時刻または最終時刻と時間（予め取り決めておくことにより省略も可）を指定する等）も含むものとする。
【００４１】
次に「送達希望時刻」に基づく通信パケットの優先制御の原理を図３により説明する。
【００４２】
図３では情報の伝達を時間軸及び空間軸からなる２次元空間上の移動と捉えて表現しており、該２次元空間の情報伝達ベクトルとして示している。即ち通信、情報の伝達とは、図３のような２次元空間上のある位置ベクトルから位置ベクトルへの空間ベクトルとして表現できる。
【００４３】
この時、時間軸要素は時刻であり、時刻自身を時間軸上のアドレスとして用いることができる。一方、空間軸要素はＩＰアドレス等のネットワーク層のアドレスであり、ＩＰバージョン４（以下、「ＩＰｖ４」と記す。）ならば３２ビットの一次元空間であり、ＩＰバージョン６（以下、「ＩＰｖ６」と記す。）ならば１２８ビットの一次元空間である。
【００４４】
時刻が線形空間であるのに対し、ＩＰアドレス空間は線形空間でないため、ＩＰアドレス間の距離としてルータ装置間のメトリック値を用いる。
【００４５】
本発明では、情報の伝達を上記の時刻−ネットワーク層アドレスによる２次元空間上の空間ベクトルとして表現し、ベクトルの時間軸成分、空間軸成分、大きさ、偏角といった各要素により、通信パケットが運ぶ情報属性を分類し、ルータ装置内における処理の優先度等の差別化を図るようになしている。
【００４６】
図４は情報伝達の空間ベクトルの要素を示すものである。情報伝達の空間ベクトルｚにおける始点＝情報の出発点の時間軸成分は発信時刻ｔｓ、空間軸成分は送信元ネットワーク層アドレスｓｓである。また、情報伝達の空間ベクトルにおける終点＝情報の到着（希望）点の時間軸成分は情報の送達希望時刻（送達期限）ｔｄ、空間軸成分は送達先ネットワークアドレスｓｄである。
【００４７】
空間軸上の移動距離｜ｓｄ−ｓｓ｜はルータ装置間メトリック値を基準にしたエンド−エンドのパケットの移動距離であり、時間軸上の移動距離｜ｔｄ−ｔｓ｜はパケット発信時に要求された送達希望時刻までの残り（余裕）時間である。
【００４８】
これらに加え、情報伝達の大きさ
｜ｚ｜＝｛（ｔｄ−ｔｓ）２＋（ｓｄ−ｓｓ）２｝１／２
は情報伝達のエンド−エンドでの時空間上の移動距離を表し、偏角
Θｚ＝ａｒｃｔａｎ｛｜ｓｄ−ｓｓ｜／｜ｔｄ−ｔｓ｜｝
は単位時間当たりの空間軸上の移動距離に対応している。
【００４９】
時空間上の移動距離が等しい場合でも、偏角Θｚが大きい情報伝達は単位時間当たりより遠くへ伝達される必要があり、偏角Θｚは通信コストあるいは通信料金の算出パラメータとして利用できる。また、偏角Θｚの値が同一であっても、時空間上の移動距離｜ｚ｜が大きければ、通過するルータ装置数や伝送距離が大きいことを意味するため、｜ｚ｜も通信コストあるいは通信料金の算出パラメータとして利用できる。
【００５０】
これまでのデータリンクの伝送帯域や距離のみによる料金算出に代わり、空間軸の移動距離｜ｓｄ−ｓｓ｜、時間軸の移動距離｜ｔｄ−ｔｓ｜や、時空間上のベクトルの大きさ｜ｚ｜、偏角Θｚといった個々のパラメータ、あるいはそれらの組み合わせによってパケット毎のより細かな課金が行えるようになる。
【００５２】
また、図４中のｙは通信途中のルータ装置における情報伝達の空間ベクトルを表している。この時、ベクトルの始点の時間軸成分はルータ装置内に情報が存在する時の現在時刻ｔｃを表し、空間軸成分はルータ装置のネットワーク層アドレスｓｃを表す。従って、ｙは通信途上のルータ装置から最終目的地までの情報伝達の空間ベクトルである。
【００５３】
｜ｓｄ−ｓｃ｜はルータ間メトリック値を元にした当該ルータ装置から相手先アドレスまでの残りの距離を表し、｜ｔｄ−ｔｃ｜は現時点での送達期限までの残り（余裕）時間を表す。また、ベクトルの大きさ
｜ｙ｜＝｛（ｔｄ−ｔｃ）２＋（ｓｄ−ｓｃ）２｝１／２
は通信パケットを処理する現在のルータ装置から最終到達点まで、時空間上でどれだけ移動距離が残っているかを表しており、偏角
Θｙ＝ａｒｃｔａｎ｛｜ｓｄ−ｓｃ｜／｜ｔｄ−ｔｃ｜｝
は送達希望時刻ｔｄまでに情報を伝達し終わるために、今後、単位時間当たり空間軸上を移動しなければならない距離を表している。
【００５４】
これら情報伝達ベクトルの各成分｜ｓｄ−ｓｃ｜、｜ｔｄ−ｔｃ｜、｜ｙ｜、Θｙのいずれか、あるいはこれらを組み合わせたものをパラメータとしてルータ装置はパケットルーティング処理の優先度を決定する。
【００５５】
次に、｜ｙ｜やΘｙによるルータ装置内の優先処理について、図３及び図４を参照して説明する。図３ではリアルタイムデータ転送とファイルデータ転送という２つの種類の異なる情報伝達を空間ベクトルとして表現している。リアルタイム転送では短時間のエンド−エンド情報伝達が要求されるため、ファイルデータ転送と比較してベクトルの偏角Θが大きい。
【００５６】
途中のルータ装置では、偏角Θｙの大きなリアルタイムデータと偏角Θｙの小さなファイルデータのいずれも処理しなければならない場合、偏角Θｙの値により処理の優先度を決定するのであれば、ファイルデータをルータ装置内に蓄積し、待ち合わせを行うことで優先度の高いリアルタイムデータを先に処理・送出することが可能となる。
【００５７】
このように従来のルータ装置とは異なり、現在時刻と送達希望時刻の差異や空間軸上の残りの距離から上位レイヤの終端をすることなく、情報の属性に応じて処理の差別化を図ることが可能となり、ネットワークリソースを効率的に運用できる。
【００５９】
また、送達希望時刻は、ルータ装置内での廃棄メカニズムの目安として捉えることもできる。例えば、ルータ装置内で、送達希望時刻を過ぎたパケットについてはこれを受信先へ送達しても意味の無い情報であると判断できるため（リアルタイムで再生されるストリームデータ等）、輻輳状態に至らなくともルータ装置内で積極的に廃棄することができる（ルータ装置における現在時刻ｔｃ＞送達希望時刻ｔｄの場合）。
【００６０】
また、偏角Θは現在時刻ｔｃの関数であるため、初期値Θｚとルータ装置内での現在値Θｙを比較することで、通信パケットの送達が予定より遅れているか、進んでいるかを判断することができ、これをルータ装置内での処理の優先度に反映させることも可能となる。
【００６２】
図５はＩＰｖ６における時間軸情報の格納例を示すものである。空間軸成分、即ち送信元ＩＰアドレスｓｓ及び宛先のＩＰアドレスｓｄはＩＰｖ６ヘッダとしてそれぞれ１２８ｂｉｔで表現されている。時間軸成分、即ち発信時刻ｔｓと、送達希望時刻ｔｄはＩＰｖ６ヘッダの後に続く中継点オプションヘッダを用いて、これらをそれぞれ３２ｂｉｔで表現し、格納する。
【００６３】
ＩＰｖ６におけるヘッダ処理の優先度は、ＩＰｖ６ヘッダ＞中継点オプションヘッダ（ｈｏｐ−ｂｙ−ｈｏｐ ｏｐｔｉｏｎｓ ｈｅａｄｅｒ）＞終点オプションヘッダ（ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｏｎｓ ｈｅａｄｅｒ）＞経路制御ヘッダ（ｒｏｕｔｉｎｇ ｈｅａｄｅｒ）＞断片ヘッダ（ｆｒａｇｍｅｎｔｈｅａｄｅｒ）＞認証ヘッダ（ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｈｅａｄｅｒ）＞暗号ペイロード（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｐａｙｌｏａｄ）＞終点オプションヘッダ＞上位層ヘッダ（ＴＣＰあるいはＵＤＰ等）であり、中継点オプションヘッダは、オプションヘッダとしては最も高い優先度で処理される。
【００６４】
この時、先頭のＩＰｖ６ヘッダ内の次ヘッダ番号には中継点オプションヘッダ（ＨＢＨ）を表現する「０」が入る。発信時刻、送達希望時刻を格納する中継点オプションヘッダの次ヘッダ番号には次に続くヘッダが例えば、ＴＣＰヘッダであれば「６」という値が格納される。
【００６５】
拡張ヘッダ長は当該中継点オプションヘッダ長（１２８ビット）を８バイト単位（６４ビット）で表現して−１した値、即ち「１」が入る。
【００６６】
オプション番号は８ビットの識別子であり、上位２ビットでルータ装置がオプションを認識できなかった場合の動作を示し、次の１ビットでオプションが配送経路上で変更可能かどうかを表し、下位５ビットはオプションの内容を示すオプション番号部分となる。本ルータ装置で用いるＩＰｖ６ヘッダの場合、動作は「００」（認識できない場合は続み飛ばすという意）、経路上変更可能ビットは「ＯＦＦ」、オプション番号部分については、ＩＡＮＡ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ａｓｓｉｇｎｅｄ Ｎｕｍｂｅｒｓ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ）に登録することによってＲＦＣに記述される新しい番号を入れる。オプションデータ長は当該オプションデータ長をバイト表現したもので「１２」が入る。
【００６７】
その後には発信時刻ｔｓ及び送達希望時刻ｔｄが、情報伝達ベクトルの始点及び終点アドレスとして３２ビットずつ格納される。中継点オプションヘッダの最後の４バイトは時刻情報の単位等の付加情報の格納用として予約するが、時刻情報の単位をミリ秒（ｍｓ）、秒（ｓ）、時間（ｈｏｕｒ）のように３段階で荒く表現する場合はＩＰｖ６ヘッダの優先度（４ビット）を利用して時刻情報の単位を表して（格納して）も良い。
【００６９】
ＩＰｖ６の中継点オプションヘッダを用いることで既存のＩＰｖ６のパケットフォーマットを変更せずに時間軸成分を運ぶことができ、従来の時間軸成分を情報として持たない既存のパケットと同等に処理することも可能となる。
【００７０】
また、パケットに格納される発信時刻や送達希望時刻は、例えばＭＰＥＧファイルのような等時性（アイソクロナス性）情報を運ぶ際の再生タイミングを表現していると言える（ＭＰＥＧのＴＳフレームのような）。即ち、通信パケットに添付されている送達希望時刻は受信先でアイソクロナスデータを再生するタイムスタンプとして利用できるため、ネットワークは遅延の揺らぎを抑えるといったアイソクロナス性保証のための転送メカニズムを実装する必要がなくなる。
【００７１】
さらに、送達希望時刻は通信パケットの絶対的なシーケンス番号とみなすことも可能であり、元情報を再構成することが可能であるため、ネットワークは通信パケット到着の順序性を保証する必要がなくなり、ルータ装置はより簡便な転送メカニズムを実装できる。
【００７３】
次に、本発明のルータ装置の具体例について説明する。
【００７４】
図６はルータ装置の全体構成を示すもので、同図（ａ）は全体斜視図、同図（ｂ）は配線図である。図中、３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは全二重通信路を有しかつ図２で述べた経路制御部、優先制御部及び時間スイッチを構成する入出力部、３２はディスクアレイ用コンピュータ（ＰＣ）、３３は入出力部３１Ａ〜３１Ｄ及びディスクアレイ用ＰＣ３２間を空間的にスイッチングするスイッチ（ＳＷ）部、３４は制御用コンピュータ（ＰＣ）、３５はこれらを接続する専用バックプレーン、３６はディスクアレイである。
【００７５】
制御用ＰＣ３４には他のルータ装置との間でリンクステート情報をやり取りするルーティングプロトコルが実装され、ルータ装置間の空間軸上の距離を測定する如くなっている。
【００７６】
前述した入出力部３１Ａ〜３１Ｄは全て同一構成であり、図７にその詳細構成の一例、ここではネットワークとのデータのやりとりを光信号で行うようになした場合の例を示す。図中、３１１ａは光入力部（Ｏｐｔ ｉｎ）、３１１ｂは光出力部（Ｏｐｔ ｏｕｔ）、３１２はシリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）、３１３はデータリンク層終端部、３１４はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）、３１５は信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）、３１６ａ，３１６ｂ，３１６ｃはシンクロナスＳＲＡＭ（ＳＳＲＡＭ）等からなる高速メモリ、３１７は連想メモリ（Ｃｏｎｔｅｎｔ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ：ＣＡＭ）、３１８はシンクロナス（ｓｙｎｃ．）ＦＩＦＯメモリ、３１９はインタフェース部（Ｉ／Ｆ）である。
【００７７】
以下、入出力部が前述した経路制御部、優先制御部及び時間スイッチを構成するようすをその動作概要とともに説明する。
【００７８】
図示しないネットワークから光ファイバを介して届いたパケットデータは、光入力部３１１ａで光電変換され、Ｓ／Ｐ３１２でシリアル・パラレル変換された後、ギガビットイーサネット（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）等のデータリンク層終端部３１３を経てＩＰデータグラムとして取り出され、ＦＰＧＡ３１４において時間軸成分の精度（単位）により振り分けられる。
【００７９】
ここで、時間軸成分の表示単位は、図５に示したようにＩＰｖ６ヘッダの優先度あるいは時間軸成分を格納する中継点オプションヘッダの末尾部分に格納されている。図７の例では、時間軸成分の単位をミリ秒（ｍｓ）、秒（ｓ）、時間（ｈｏｕｒ）の３段階に分類している。
【００８０】
ＦＰＧＡ３１４により時間軸成分の表示単位毎に分類されたデータはＩＰデータグラムのまま、ミリ秒（ｍｓ）用，秒（ｓ）用，時間（ｈｏｕｒ）用の高速メモリ３１６ａ，３１６ｂ，３１６ｃへ格納される。この時、ＩＰデータグラムはメモリ内に順に格納され、メモリはリングバッファとして利用される。
【００８１】
一方、高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃへ格納されるＩＰデータグラムのヘッダ部（中継点オプションヘッダを含む。）は、経路計算及び情報伝達ベクトルの偏角Θｙ計算用のＤＳＰ３１５へ渡される。
【００８２】
ＤＳＰ３１５はＩＰヘッダの相手先アドレスｓｄから経路を計算し、当該パケットをどの方路から送出すべきか、即ちＳＷ部３３を介して次にどの入出力部へ送出すべきかを決定する。
【００８３】
この方路情報は、時間軸成分の単位、高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃへＩＰパケットを格納した際のライトアドレス（ｗｐ）とともにＣＡＭ３１７へ格納される。この時、｛方路、単位、ｗｐ｝を格納するＣＡＭ３１７のライトアドレスはＤＳＰ３１５で計算されたΘｙの逆数を用いる。
【００８４】
ＣＡＭ３１７は通常のメモリとは異なり、アドレスを与えて格納されているデータへアクセスするのではなく、検索ワードを与え、これに一致するデータが格納されているアドレスを知るというメモリである。
【００８５】
例えば、ＣＡＭ３１７に検索ワードとして、方路及び単位を与えることで、特定の方路及び単位の情報だけを取り出すことができる。方路及び単位が一致する情報が複数格納されている場合、ＣＡＭ３１７は格納されているデータの中から最小アドレスを返すため、｛方路、単位、ｗｐ｝を格納するＣＡＭ３１７のライトアドレスにΘｙの逆数を用いることで、特定方路行きの特定単位の最大Θｙ情報、即ち最大Θｙを持つＩＰデータグラムの高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃへの格納位置ｗｐを知ることができる。
【００８６】
こうして得られたｗｐを高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃのリードアドレス（ｒｐ）に用いることで、常に特定方路行きの特定単位の最大Θｙを持つＩＰデータグラムを高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃから取り出すことができる。
【００８７】
このようにしてＩＰデータグラムの中から取り出された、最大のΘｙとなるＩＰデータグラムはＩ／Ｆ３１９を経て、バックプレーン３５を介してＳＷ部３３へ転送される。
【００８８】
一方、ＳＷ部３３からバックプレーン３５を介して到着したＩＰデータグラムは、Ｉ／Ｆ３１９を経てＳｙｎｃ．ＦＩＦＯメモリ３１８で受信される。Ｓｙｎｃ．ＦＩＦＯメモリ３１８に格納されたＩＰデータグラムは順次、データリンク層終端部３１３、Ｓ／Ｐ３１２、光出力部３１１ｂへ送られ、光信号に変換されてネットワークへ送出される。
【００８９】
図８は前述したスイッチ部（ＳＷ部）の詳細構成を示すもので、同図（ａ）は回路構成図、同図（ｂ）は切替接続の説明図である。図中、３３１は高速クロスバスイッチチップで構成される５×５スイッチ構成のクロスバスイッチであり、その５つの入力ポート及び出力ポートには４つの入出力部３１Ａ〜３１Ｄとともに、ディスクアレイ用ＰＣ３２が接続されている。また、３３２は切替制御用のＣＰＵであり、クロスバスイッチ３３１を、タイミングを管理しつつ、同図（ｂ）に示すような各入出力ポートのｌ対１接続を全て網羅する５つのフェーズに切り替え制御する如くなっている。なお、フェーズとフェーズとの間にはガードタイムが設定されている。
【００９０】
ディスクアレイ用ＰＣ３２は、送達希望時刻ｔｄが∞（無限大）に設定されているような優先度の低いＩＰデータグラムを格納するための大容量の記憶装置、ここではディスクアレイ３６を制御するためのものである。
【００９１】
送達希望時刻までの余裕が大きい場合や、送達希望時刻が無限大に設定されているような通信パケットは、入出力部３１Ａ〜３１ＤからＳＷ部３３及びＰＣ３２を介して、一旦、ディスクアレイ３６に蓄積され、然るべき時間経過を待ってＰＣ３２及びＳＷ部３３を介して再度、入出力部へ読み出される。
【００９２】
この際、送達希望時刻を無限大に設定することにより、時刻を問わず送達して構わないデータであることを指定できるので、ルータ装置内の記憶装置に蓄積しながら、確実に伝達されるという情報伝達サービスクラスを新たに定義することができる。また、トラフィック輻輳時においても低優先度パケットを廃棄するのではなく、記憶装置に待避させることができるため、パケット廃棄率を改善でき、その結果、エンド−エンドの簡便な送達確認メカニズムを持つトランスポートレイヤにより信頼性の高いデータ転送が実現できる。
【００９４】
ところで、前述した実施の形態において、高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃへのパケットデータの格納は、時間軸成分の単位（ミリ秒、秒、時間）毎に単純に受信した順に行われ、また、高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃからのパケットデータの取り出しは、方路毎及び時間軸成分の単位毎に単純に優先度（Θｙ）の高い順に行われていた。
【００９５】
従って、ネットワークが込み合うような状況下において、ある時間軸成分の単位、例えば時間（ｈ）に対応したメモリ３１６ｃ内に格納されたパケットデータの送達希望時刻までの残り（余裕）時間が少なくなったりしても、他のメモリ３１６ａ，３１６ｂ内のパケットデータの転送が優先され、その結果、メモリ３１６ｃに格納されたパケットデータの送達希望時刻が守られなくなる場合があり得るという問題があった。
【００９６】
図９は前述した点を改良した本発明のルータ装置の実施の形態の他の例の要部、ここでは高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃに対するパケットデータの格納（キューイング：ｑｕｅｕｉｎｇ）及び取り出し制御にかかわる部分を示すものである。
【００９７】
本実施の形態では、各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃ内におけるパケットデータのキューイングを優先度（Θｙ）順に行うとともに、待ち合せ等によって送達希望時刻までの残り時間の単位（オーダ）が変化した場合にはキューイングするメモリそのものを変更する。また、パケットデータの取り出しは高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃ毎に優先度の高いものから行うが、各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃからの取り出し（転送）確率（割合）を、キューイングしているデータ量に応じて変化させる。
【００９８】
前述した各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃ内におけるパケットデータの優先度順のキューイングは、連想メモリ３１７から優先度順に取り出されるアドレスによって並べ替えることにより実現され、優先度（Θｙ）が高いものほど各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃの先頭（出口）に近く、低いものほど後尾（入口）に近くなるように配列される。
【００９９】
各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃに格納されたパケットデータは、それぞれのメモリ内で優先度の高いもの、即ちＡ、Ｂ、Ｃから取り出される。
【０１００】
この際、長時間の待ち合わせ等により送達希望時刻までの残り時間のオーダが変化してしまった場合、例えばオーダが時間（ｈ）のメモリ３１６ｃ内のパケットＣの送達希望時刻までの残り時間が５９分５９秒以下になった場合、オーダ遷移制御部４１によりｃ１のルートを通って速やかに秒（ｓ）のメモリ３１６ｂの最後尾に移る。また、同様にオーダが秒（ｓ）のメモリ３１６ｂ内のパケットＢの送達希望時刻までの残り時間が９９９ｍｓ以下になった場合、オーダ遷移制御部４１によりｂ１のルートを通ってミリ秒（ｍｓ）のメモリ３１６ａの最後尾に移る。これは連想メモリ３１７における時間軸成分の単位のビットを書き替えることにより実現される。
【０１０１】
また、各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃからのパケットデータの取り出しに関しては取り出し制御部４２によって、さらに詳細に制御される。
【０１０２】
即ち、取り出し制御部４２は各メモリ３１６ａ〜３１６ｃ内の格納パケットデータ数（キューの長さ）の変動を観測しており、それによりメモリ３１６ａ〜３１６ｃ毎の取り出し確率を変化させる。但し、取り出し確率は０＜確率＜ｌの範囲での変動とし、待ち合わせ及び到着パケットの全くないメモリが存在しない限り、特定のメモリのみから取り出したり、特定のメモリに関して全く取り出さなかったりということはない。
【０１０３】
図１０、図１１はパケットの受信時のキューイング及びオーダ遷移制御アルゴリズムを表すフローチャートである。また、図１２〜図１４はパケット送信時の取り出し制御アルゴリズムを表すフローチャートである。
【０１０５】
図１５は図５と同様、ＩＰｖ６における時間軸情報の他の格納例を示すものである。ここで、送達希望時刻としてｔｄ１，ｔｄ２という２種類が存在するが、これは送達希望時刻としてｔｄ１より後、ｔｄ２より前という指定を可能とするものである。即ち、図５と同様のｔｄの扱いにするためにはｔｄ１＝０とすれば良く、また、ｔｄ１＝ｔｄ２とした場合は、ちょうどその時刻に送達されるようにパケットの転送を行う。
【０１０６】
また、送信先が込み合っている場合等で迂回を行う時、パケットループを防ぐために迂回元のルータＩＤを記述する。迂回していない場合は「０」である。この変更を行うため、オプションタイプの経路上変更可能ビットは図５と異なり、「１」となる。
【０１０７】
さらに優先度及び時刻ｔｄのオーダのフィールドを設ける。優先度が「１」の場合、最も優先度が高いものとして、ルータが受信したパケットはキューイングを行わずに素早く次のルータへ送る。この場合、送達希望時刻のフィールドは参照せず、従って優先度Θの計算も行わない。「０」の場合は通常通り、送達希望時刻のオーダ毎のキューイングを行う。
【０１０８】
また、このフィールド最後のビットを用いて、送達希望時刻を越えたパケットの扱いを指定する。「１」の場合は送達希望時刻を越えても捨てずに配送を行う。「０」の場合は送達希望時刻を越えたパケットは廃棄する。
【０１１０】
また、これまでの説明におけるルーティングプロトコルでは、固定的なメトリック値を用いており、ネットワークを流れるトラフィックの変動に起因する、利用可能帯域の変動等による目的地までの処要時間の変化に対して有効な対策を取り得ない。即ち、途中のルータが動作不能になる等、パケットが到達不能にならない限り、輻輳により転送効率が落ち、パケットロスが発生し始めても、ルーティングテーブル作成時に「最短である」とみなされた経路を採り続けるという問題が生じる。このため、ネットワークのトラフィック状況によっては送達希望時刻を満たすパケットが著しく減少する可能性がある。
【０１１１】
前述した問題は隣接するルータ装置間でネットワーク状況に関する情報を交換し、メトリック値を動的に変更可能とすることにより解決できる。
【０１１２】
図１６はＡＳ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ：自律システム）内のルーティング情報の伝播の一例として、ＯＳＰＦ（Ｏｐｅｎ Ｓｈｏｒｔｅｓｔ Ｐａｔｈ Ｆｉｒｓｔ）のＬＳＡ（Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ）パケットにおける隣接ルータとの交換情報の格納例である。
【０１１３】
詳しい情報の交換は隣接ルータとのみ行うため、ｆｌｏｏｄｉｎｇ ｓｃｏｐｅはＬｉｎｋ Ｌｏｃａｌである。ここでいうＣＬＡＳＳはキュー（高速メモリ）の数と一致しており、ｍｓ，ｓ，ｈの３つのキューを持つのであればＣＬＡＳＳ＝３となる。
【０１１４】
また、低優先度のパケットを退避させるため、大容量の半導体メモリ及びハードディスクをストレージとして用いる場合は、その後のＳＴＲビットを立てる。また、ｉｆ＿ｎｕｍはルータに挿してあるインタフェースの総数である（但し、コミュニケーションポート等、管理の時にしか使用しないインタフェースは除く。）。ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄは各キュー内にキューイングされているパケット数であり、ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄは各キューの空き、即ち格納可能なパケット数を示している。
【０１１５】
ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ、ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄはそれぞれメモリバッファの使用量、空き容量をｂｙｔｅｓ単位で表す値である。同様にｍｅｍｏｒｙ＿ｕｓｅｄ、ｍｅｍｏｒｙ＿ｕｎｕｓｅｄ及びｄｉｓｋ＿ｕｓｅｄ、ｄｉｓｋ−ｕｎｕｓｅｄもストレージに関する使用量、空き容量をＫｂｙｔｅｓ単位で表す値である。これらのパケット数、容量は測定時の瞬間的な値ではなく、ある時間区間毎の平均値である。
【０１１６】
さらにｔｒ＿ｉｆはインタフェース毎の情報をメンバに持つ構造体である。ｔｒ＿ｉｆ．ｉｎｔｅｒｆａｃｅ＿ｉｄはルータ内でインタフェースを一意に識別するＩＤであり、ｔｒ＿ｉｆ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅはインタフェースの物理速度を示す。
【０１１７】
ｔｒ＿ｉｆ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓは一秒あたりのそのインタフェースを経由してルータ内に入ってきたパケットのｂｙｔｅｓ数を示す。ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔのリンクであれば、この数値がリンクの使用状況を示し、また、ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔのリンクであれば、リンク上の全てのルータのｓｔａｔｉｓｔｉｃｓを集計したものがリンクの使用状況となる。
【０１１８】
ｔｒ＿ｉｆ．ｒｏｕｔｅ＿ｎｕｍはそのリンク上の隣接ルータの数である。ｔｒ＿ｉｆ．ｒｏｕｔｅｒ＿ｉｄは隣接ルータのｉｄであり、ｔｒ＿ｉｆ．ｒｔｔはその隣接ルータまでの往復にかかる時間ＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ）である。
【０１１９】
これらの情報を隣接ルータ間で交換し、隣接ルータまでのメトリック値をそれぞれ計算する。その際、各ルータへのメトリック値をｍｓ，ｓ，ｈ用にそれぞれ３種類計算する。この計算式は得られた情報の関数として計算される。よってメトリック値は動的なものとなり、このうちｍｓのメトリック値を代表値としてＡＳ内全てのルータにｆｌｏｏｄｉｎｇにより配布する。このメトリック値を図３における空間アドレス上の距離に相当するものとしてΘｙを計算する。
【０１２０】
ここで、ルータＣに対し隣接ルータＡから送られる交換情報が構造体Ａのメンバとして与えられたとし、ルータＡ内のｍｓのキューに存在するパケット数の平均値及び格納可能なパケットの数の平均値がそれぞれＡ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［０］及びＡ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［０］、また、同様にＡ内のメモリバッファの使用量及び残容量がそれぞれＡ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ及びＡ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ、さらにルータＡとのＲＴＴがＡ．ＲＴＴ、ルータＡが存在するリンクの物理速度をＡ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ、ルータＡが存在するリンク上のルータＣに対する全ての隣接ルータより得た使用状況から算出した当該リンクの使用状況をＡ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓとして与えられたとすると、これらを用いて隣接ルータＡへのｍｓにおけるメトリック値｜ＳＡ−ＳＣ｜ｍｓを表すと、
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｍｓ
＝ｆ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［０］，Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［０］，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ，Ａ．ｒｔｔ，Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ，Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）
となる。以下、同様にｓ，ｈにおけるメトリック値は、
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｓ
＝ｇ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［１］，Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［１］，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ，Ａ．ｍｅｍｏｒｙ＿ｕｓｅｄ，Ａ．ｍｅｍｏｒｙ＿ｕｎｕｓｅｄ，Ａ．ｒｔｔ，Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ，Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｈ
＝ｈ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［２］，Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［２］，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ，Ａ．ｄｉｓｋ＿ｕｓｅｄ，Ａ．ｄｉｓｋ＿ｕｎｕｓｅｄ，Ａ．ｒｔｔ，Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ，Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）
となる。
【０１２１】
ｆ（），ｇ（），ｈ（）の具体例として、以下の数式を示す。
【０１２２】
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｍｓ
＝｛αｍｓ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［０］＋βｍｓＡ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［０］）＋γｍｓ（Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ＋δｍｓＡ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ）｝・Ａ．ｒｔｔ／｛１・１・（Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ−Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）｝
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｓ
＝｛αｓ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［１］＋βｓＡ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［１］）＋γｓ（Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ＋δｓＡ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ）＋εｓ（Ａ．ｍｅｍｏｒｙ＿ｕｓｅｄ＋ζｓＡ．ｍｅｍｏｒｙ＿ｕｎｕｓｅｄ）｝・Ａ．ｒｔｔ／｛１・１・（Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ−Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）｝
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｈ
＝｛αｈ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［２］＋βｈＡ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［２］）＋γｈ（Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ＋δｈＡ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ）＋εｈ（Ａ．ｄｉｓｋ＿ｕｓｅｄ＋ζｈＡ．ｄｉｓｋ＿ｕｎｕｓｅｄ）｝・Ａ．ｒｔｔ／｛１・１・（Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ−Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）｝
上式中、１は全て１秒を表しており、それぞれの式を無次元化するために挿入してある。また、αは平均パケットサイズ、β〜ζは全て実定数であり、γ，εに関しては正、β，δ，ζに関しては負である。
【０１２３】
このｍｓ，ｓ，ｈにおける３種のメトリック値を用い、それぞれでルーティングテーブルを作成する。但し、他のルータに配布するメトリック値は前述の通りｍｓのメトリック値のみであり、逆に他のルータから配布されてくるメトリック値もｍｓのもののみである。即ち、３種のメトリック値は自ルータから隣接ルータまでのメトリック値のみであり、ｓ，ｈのメトリック値によるルーティングテーブルは迂回に用いる。
【０１２４】
即ち、代表として他のルータに配布するｍｓのメトリック値を最適なパスとして通常用いるが、そのパスが込み合ってきた場合、ｓ，ｈのオーダのキューにあるパケットに関してはｓ，ｈのメトリック値によるルーティングテーブルを参照し、迂回が可能であれば迂回を行う。その際、図１５に示したＩＰｖ６の中継点オプションヘッダ内に迂回元ルータＩＤを記述する。
【０１２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果を得ることができる。
【０１２７】
即ち、請求項１記載の発明によれば、個々の通信パケットを送達希望時刻に応じた順序で経路制御でき、リアルタイム性の高いデータから低いデータまで最適な優先度でルーティング処理できるとともに、ネットワークリソースを有効活用でき、さらに送達希望時刻までの残り時間に対応した適切な転送処理が可能となる。
【０１２８】
また、請求項２記載の発明によれば、個々の通信パケットを送達希望時刻に応じた順序で経路制御でき、リアルタイム性の高いデータから低いデータまで最適な優先度でルーティング処理できるとともに、ネットワークリソースを有効活用でき、さらに送達希望時刻までの残り時間に応じた待ち合わせ中のパケット数の極端な差をなくすことができる。
【０１２９】
また、請求項３記載の発明によれば、データリンクの伝送帯域・距離のみによる課金処理に代えて、空間軸あるいは時間軸における情報の移動距離に基づいて個々のパケット毎にきめ細かい課金を行うことができる。
【０１３０】
また、請求項４記載の発明によれば、上位レイヤを終端することなく、情報の属性に応じて処理の差別化を図ることが可能となり、ネットワークリソースを効率的に運用できるとともに、各ルータ装置において個々のパケット毎に配送が遅れているのかあるいは進んでいるのかを知ることができる。
【０１３１】
また、請求項５記載の発明によれば、既存のＩＰｖ６のパケットフォーマットを変更することなく、通信パケットに時間軸情報を付与することができる。
【０１３２】
また、請求項６記載の発明によれば、トラヒック輻輳時におけるパケットの破棄を軽減することが可能となる。
【０１３３】
また、請求項７記載の発明によれば、経路の変更が可能となり、また、通信パケットを待ち合わせなしで最優先で処理したり、また、送達希望時刻を越えた通信パケットをそのまま待ち合わせさせたり、廃棄したりを指示できる。
【０１３６】
また、請求項８乃至１４の発明によれば、前述した優先経路制御を実行可能なルータ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のルータ装置の一例を示すブロック構成図
【図２】本発明のルータ装置の基本構成を示すブロック構成図
【図３】送達希望時刻に基づく通信パケットの優先制御の原理の説明図
【図４】情報伝達の空間ベクトルの要素の説明図
【図５】ＩＰｖ６における時間軸情報の格納例の説明図
【図６】本発明のルータ装置の実施の形態の一例を示す構成図
【図７】図６中の入出力部の詳細構成図
【図８】図６中のスイッチ部の詳細構成図
【図９】本発明のルータ装置の実施の形態の他の例の要部を示す構成図
【図１０】パケット受信時のキューイング及びオーダ遷移制御アルゴリズムを表すフローチャート
【図１１】パケット受信時のキューイング及びオーダ遷移制御アルゴリズムを表すフローチャート
【図１２】パケット送信時の取り出し制御アルゴリズムを表すフローチャート
【図１３】パケット送信時の取り出し制御アルゴリズムを表すフローチャート
【図１４】パケット送信時の取り出し制御アルゴリズムを表すフローチャート
【図１５】ＩＰｖ６における時間軸情報の他の格納例の説明図
【図１６】ＬＳＡパケットにおける隣接ルータ装置との交換情報の格納例の説明図
【符号の説明】
２１：入力ポート、２２：スイッチ部、２３：出力ポート、２４：経路制御部、２５：優先制御部、２６：通信パケット、２６ａ：宛先アドレス、２６ｂ：送達希望時刻、２７：空間スイッチ、２８：時間スイッチ、３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ：入出力部、３２：ディスクアレイ用ＰＣ、３３：スイッチ（ＳＷ）部、３４：制御用ＰＣ、３５：バックプレーン、３６：ディスクアレイ、３１１ａ：光入力部（Ｏｐｔ ｉｎ）、３１１ｂ：光出力部（Ｏｐｔ ｏｕｔ）、３１２：シリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）、３１３：データリンク層終端部、３１４：ＦＰＧＡ、３１５：信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）、３１６ａ〜３１６ｃ：高速メモリ、３１７：連想メモリ（ＣＡＭ）、３１８：シンクロナス（ｓｙｎｃ．）ＦＩＦＯメモリ、３１９：インタフェース部（Ｉ／Ｆ）、３３１：クロスバスイッチ、３３２：制御用ＣＰＵ、４１：オーダ遷移制御部、４２：取り出し制御部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信パケットを高速かつ効率良くルーティング可能な優先経路制御方法及びルータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気通信の分野において、通信ネットワークを介して情報を効率良く交換・伝送するために、交換機（ｅｘｃｈａｎｇｅ）やルータ（ｒｏｕｔｅｒ）等の経路制御装置（以下、「ルータ装置」と呼ぶ。）が用いられる。このルータ装置は、特に、インターネットを介した情報データ通信で広く用いられており、インターネットを構成する上で重要な役割をはたしている。以下、図１を参照して、従来のルータ装置について説明する。
【０００３】
図１は従来のルータ装置の一例を示すもので、図中、１１は複数の入力ポート、１２はスイッチ部、１３は複数の出力ポート、１４は経路制御部、１５は通信パケットである。
【０００４】
次に、従来のルータ装置の動作について図１を参照して説明する。
【０００５】
入力ポート１１から入力された通信パケット１５は、スイッチ部１２に入力される。それぞれの通信パケット１５にはパケットの宛先を示す宛先アドレス（例えばインターネットプロトコル（以下、「ＩＰ」と記す。）で用いられているＩＰアドレス）１５ａが付加されており、スイッチ部１２を制御する経路制御部１４はこの宛先アドレス１５ａに基づいて、通信パケット１５をどの出力ポート１３から出力すべきかを判断する。
【０００６】
スイッチ部１２は空間スイッチ１６から構成されており、通信パケット１５から宛先アドレス１５ａを取り出して経路制御部１４に問い合わせると、経路制御部１４はルーティングテーブルを検索し、通信パケット１５をどの出力ポート１３にスイッチングすれば良いかを得て、その結果を空間スイッチ１６に返し、空間スイッチ１６がこの結果を受けて通信パケット１５をスイッチングする。
【０００７】
スイッチ部１２によって目的の出力ポート１３にスイッチングされた通信パケット１５は、出力ポート１３から出力される。
【０００８】
入力ポート１１から同じ宛先への通信パケットが大量に入力された場合、空間スイッチ１６において輻輳が発生し、通信パケットは破棄される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ルータ装置の役割は、入力された通信パケットをルーティング処理して出力することであって、従来のルータ装置では、経由する通信量が少なければ小さい遅延でルーティング可能であるが、通信量が多ければ遅延が大きくなり、また、空間スイッチの許容能力を越える通信パケットが入力されると、通信パケットを破棄する。即ち、従来のルータ装置は、通信パケットを転送するために最大限の努力をするが、処理能力の限界や通信回線の速度限界によって通信できないこともあるという、ベストエフォート型のネットワークを提供する。
【００１０】
電話の音声データや放送の動画像データ等は、リアルタイム性の高いデータであり、通信の遅延時間に大きなゆらぎが発生したり、通信パケットに欠落が生じると、受信側において正確なデータ再生ができなくなる。このため、これまでは、リアルタイム性の高いデータに対して「帯域保証」という概念の下、予め必要な通信路の帯域を確保して通信を行うようになしていた。
【００１１】
しかし、帯域確保を行う場合、
（ａ）送受信者間の全ての回線で帯域を確保しなければならない、
（ｂ）通信量が変動する場合、その最大値で帯域を確保しなければならないため、帯域利用効率が悪くなる、
（ｃ）ルータ装置において帯域確保のための処理負荷が大きい、
という問題があった。
【００１２】
以上のことから、帯域確保という手段によってリアルタイム性の高いデータを確実に届けることは可能であるが、多くの問題を抱えていた。
【００１３】
また、帯域保証の他に、個々の通信パケット毎に優先度が高いか低いかを表す値を付加し、リアルタイム性の高い通信パケット等を優先度の高い通信パケットとしてルーティングを行わせることにより、信頼性を向上させる方法もある。
【００１４】
しかし、この場合、優先度の高い通信パケットは通過する全てのルータ装置において優先的に扱われ、逆に優先度の低い通信パケットは全てのルータ装置において優先度が低く扱われてしまうことになる。即ち、通信パケットの重要の度合いが優先度が高いか低いかという固定的なパラメータで表されるため、優先度の高い通信パケットは必要以上に優先処理されるという状況が生じ、また、通信料金も一律に高くつくという問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、このような問題を解決し、帯域確保を行うことなく、リアルタイム性の高いデータからリアルタイム性を問わないバルクデータまでの幅広いデータを最適な優先度でルーティング処理でき、ネットワークの帯域利用効率を向上可能な優先経路制御方法及びルータ装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、通信パケット毎にラベル付けされた宛先アドレスに基づいて通信パケットの経路を切替制御するとともに、通信パケット毎にラベル付けされた送達希望時刻に基づいてパケット処理の優先順位を決定し、経路制御を行う優先経路制御方法において、通信パケットを送達希望時刻までの残り時間の単位別に待ち合わさせ、該単位毎に異なる確率で転送処理する場合、待ち合わせ中に送達希望時刻までの残り時間の単位が変化した時は待ち合わせの単位を変更することを特徴とする。
【００１７】
前記構成によれば、個々の通信パケットを送達希望時刻に応じた順序で経路制御でき、リアルタイム性の高いデータから低いデータまで最適な優先度でルーティング処理できるとともに、ネットワークリソースを有効活用でき、さらに送達希望時刻までの残り時間に対応した適切な転送処理が可能となる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明では、通信パケット毎にラベル付けされた宛先アドレスに基づいて通信パケットの経路を切替制御するとともに、通信パケット毎にラベル付けされた送達希望時刻に基づいてパケット処理の優先順位を決定し、経路制御を行う優先経路制御方法において、通信パケットを送達希望時刻までの残り時間の単位別に待ち合わさせ、該単位毎に異なる確率で転送処理する場合、前記単位毎の転送確率を、該単位毎の待ち合わせ中のパケット数に応じて変更することを特徴とする。
【００１９】
前記構成によれば、個々の通信パケットを送達希望時刻に応じた順序で経路制御でき、リアルタイム性の高いデータから低いデータまで最適な優先度でルーティング処理できるとともに、ネットワークリソースを有効活用でき、さらに送達希望時刻までの残り時間に応じた待ち合わせ中のパケット数の極端な差をなくすことができる。
【００２０】
また、請求項３記載の発明では、通信パケットの送信元アドレス及び宛先アドレスより求められる送受信者間のメトリック値、または通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとして通信料金を決定することを特徴とする。
【００２１】
前記構成によれば、データリンクの伝送帯域・距離のみによる課金処理に代えて、空間軸あるいは時間軸における情報の移動距離に基づいて個々のパケット毎にきめ細かい課金を行うことができる。
【００２２】
また、請求項４記載の発明では、ルータ装置のアドレス及び通信パケットの宛先アドレスより求められるルータ装置から宛先までのメトリック値、または現在時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとしてパケット処理の優先順位を決定し、経路制御を行うことを特徴とする。
【００２３】
前記構成によれば、上位レイヤを終端することなく、情報の属性に応じて処理の差別化を図ることが可能となり、ネットワークリソースを効率的に運用できるとともに、各ルータ装置において個々のパケット毎に配送が遅れているのかあるいは進んでいるのかを知ることができる。
【００２４】
また、請求項５記載の発明では、インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻を格納して作成した通信パケットを用いることを特徴とする。
【００２５】
前記構成によれば、既存のＩＰｖ６のパケットフォーマットを変更することなく、通信パケットに時間軸情報を付与することができる。
【００２６】
また、請求項６記載の発明では、処理能力以上の通信パケットにより輻輳が発生した場合、優先度が低い通信パケットをルータ装置内の記憶装置に一時的に退避させ、送達希望時刻が近づいて退避中の通信パケットの優先度が上がった場合、あるいは輻輳が収まった場合に、記憶装置から通信パケットを読み出して経路制御を再開させることを特徴とする。
【００２７】
前記構成によれば、トラヒック輻輳時におけるパケットの破棄を軽減することが可能となる。
【００２８】
また、請求項７記載の発明では、インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に、迂回した際の迂回元のルータ装置のＩＤ、送達希望時刻とは無関係な優先度、送達希望時刻を越えた場合の扱いを格納して作成した通信パケットを用いることを特徴とする。
【００２９】
前記構成によれば、経路の変更が可能となり、また、通信パケットを待ち合わせなしで最優先で処理したり、また、送達希望時刻を越えた通信パケットをそのまま待ち合わせさせたり、廃棄したりを指示できる。
【００３４】
そして、これらの優先経路制御方法は、
複数の入力ポート及び複数の出力ポートと、複数の入力ポート及び複数の出力ポート間を任意に切替接続可能な空間スイッチと、入力ポートから入力された通信パケットをその宛先アドレスに対応する出力ポートへ送出するよう空間スイッチを制御する経路制御部と、複数の通信パケットの順序を任意に入れ替え可能な時間スイッチと、複数の通信パケットの順序が各通信パケットに付与された送達希望時刻に対応する順序となるよう時間スイッチを制御する優先制御部とを有するルータ装置において、送達希望時刻までの残り時間の単位別に分割された時間スイッチと、待ち合わせ中に送達希望時刻までの残り時間の単位が変化した一の時間スイッチ内の通信パケットを、該変化後の単位に対応する時間スイッチへ移す手段とを備えたルータ装置、
複数の入力ポート及び複数の出力ポートと、複数の入力ポート及び複数の出力ポート間を任意に切替接続可能な空間スイッチと、入力ポートから入力された通信パケットをその宛先アドレスに対応する出力ポートへ送出するよう空間スイッチを制御する経路制御部と、複数の通信パケットの順序を任意に入れ替え可能な時間スイッチと、複数の通信パケットの順序が各通信パケットに付与された送達希望時刻に対応する順序となるよう時間スイッチを制御する優先制御部とを有するルータ装置において、送達希望時刻までの残り時間の単位別に分割された時間スイッチと、前記単位毎の時間スイッチにおける通信パケットの取り出し確率を、該単位毎の時間スイッチにおける待ち合わせ中のパケット数に応じて変更する手段とを備えたルータ装置、
通信パケットの送信元アドレス及び宛先アドレスより求められる送受信者間のメトリック値、または通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとして通信料金を決定する手段を備えた請求項８または９記載のルータ装置、
自装置のアドレス及び通信パケットの宛先アドレスより求められる自装置から宛先までのメトリック値、または現在時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとしてパケット処理の優先順位を決定し、時間スイッチを制御する優先制御部を備えた請求項８または９記載のルータ装置、
インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に格納された通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻を用いる優先制御部を備えた請求項８乃至１１いずれか記載のルータ装置、
通信パケットを一時的に記憶する記憶装置と、処理能力以上の通信パケットが入力されて輻輳が発生した場合、優先度が低い通信パケットを記憶装置に一時的に退避させ、送達希望時刻が近づいて退避中の通信パケットの優先度が上がった場合、あるいは輻輳が収まった場合に、記憶装置から通信パケットを読み出して優先経路制御を再開させる制御手段とを備えた請求項８乃至１２いずれか記載のルータ装置、
インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に格納された迂回した際の迂回元のルータ装置のＩＤ、送達希望時刻とは無関係な優先度、送達希望時刻を越えた場合の扱いを用いる優先制御部を備えた請求項８乃至１３いずれか記載のルータ装置、によって実現される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の優先経路制御方法及びルータ装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図２は本発明の優先経路制御方法を用いたルータ装置の基本構成を示すもので、図中、２１は複数の入力ポート、２２はスイッチ部、２３は複数の出力ポート、２４は経路制御部、２５は優先制御部、２６は通信パケットである。
【００３７】
スイッチ部２２は、複数の入力ポート２１と複数の出力ポート２３との間を自在に接続できる空間スイッチ２７と、本ルータ装置に入力される通信パケットの出力順を並べ替え可能な時間スイッチ２８とからなり、空間スイッチ２７は経路制御部２４により制御され、時間スイッチ２８は優先制御部２５により制御される。
【００３８】
本ルータ装置に入力される通信パケット２６には、ＩＰアドレスのようなネットワーク層の宛先アドレス２６ａの他、通信パケットの相手先の「送達希望時刻２６ｂ」が含まれる。図１に示したような空間スイッチのみからなる従来のルータ装置とは異なり、スイッチ部２２を空間スイッチ２７及び時間スイッチ２８で構成し、宛先を示すネットワーク層アドレス（ＩＰアドレス）２６ａに基づいた経路制御（空間スイッチの切り替え）に加え、新たに「送達希望時刻２６ｂ」に基づいて通信パケットの送出順を優先制御することにより、ネットワークリソースを有効利用できる。
【００３９】
なお、本発明でいう「送達希望時刻」とは、唯一の時点を示す時刻である場合とともに、ある時間幅を持つ場合（時間幅の指定方法としては、送達希望の開始時刻及び最終時刻を指定する、開始時刻または最終時刻と時間（予め取り決めておくことにより省略も可）を指定する等）も含むものとする。
【００４１】
次に「送達希望時刻」に基づく通信パケットの優先制御の原理を図３により説明する。
【００４２】
図３では情報の伝達を時間軸及び空間軸からなる２次元空間上の移動と捉えて表現しており、該２次元空間の情報伝達ベクトルとして示している。即ち通信、情報の伝達とは、図３のような２次元空間上のある位置ベクトルから位置ベクトルへの空間ベクトルとして表現できる。
【００４３】
この時、時間軸要素は時刻であり、時刻自身を時間軸上のアドレスとして用いることができる。一方、空間軸要素はＩＰアドレス等のネットワーク層のアドレスであり、ＩＰバージョン４（以下、「ＩＰｖ４」と記す。）ならば３２ビットの一次元空間であり、ＩＰバージョン６（以下、「ＩＰｖ６」と記す。）ならば１２８ビットの一次元空間である。
【００４４】
時刻が線形空間であるのに対し、ＩＰアドレス空間は線形空間でないため、ＩＰアドレス間の距離としてルータ装置間のメトリック値を用いる。
【００４５】
本発明では、情報の伝達を上記の時刻−ネットワーク層アドレスによる２次元空間上の空間ベクトルとして表現し、ベクトルの時間軸成分、空間軸成分、大きさ、偏角といった各要素により、通信パケットが運ぶ情報属性を分類し、ルータ装置内における処理の優先度等の差別化を図るようになしている。
【００４６】
図４は情報伝達の空間ベクトルの要素を示すものである。情報伝達の空間ベクトルｚにおける始点＝情報の出発点の時間軸成分は発信時刻ｔｓ、空間軸成分は送信元ネットワーク層アドレスｓｓである。また、情報伝達の空間ベクトルにおける終点＝情報の到着（希望）点の時間軸成分は情報の送達希望時刻（送達期限）ｔｄ、空間軸成分は送達先ネットワークアドレスｓｄである。
【００４７】
空間軸上の移動距離｜ｓｄ−ｓｓ｜はルータ装置間メトリック値を基準にしたエンド−エンドのパケットの移動距離であり、時間軸上の移動距離｜ｔｄ−ｔｓ｜はパケット発信時に要求された送達希望時刻までの残り（余裕）時間である。
【００４８】
これらに加え、情報伝達の大きさ
｜ｚ｜＝｛（ｔｄ−ｔｓ）２＋（ｓｄ−ｓｓ）２｝１／２
は情報伝達のエンド−エンドでの時空間上の移動距離を表し、偏角
Θｚ＝ａｒｃｔａｎ｛｜ｓｄ−ｓｓ｜／｜ｔｄ−ｔｓ｜｝
は単位時間当たりの空間軸上の移動距離に対応している。
【００４９】
時空間上の移動距離が等しい場合でも、偏角Θｚが大きい情報伝達は単位時間当たりより遠くへ伝達される必要があり、偏角Θｚは通信コストあるいは通信料金の算出パラメータとして利用できる。また、偏角Θｚの値が同一であっても、時空間上の移動距離｜ｚ｜が大きければ、通過するルータ装置数や伝送距離が大きいことを意味するため、｜ｚ｜も通信コストあるいは通信料金の算出パラメータとして利用できる。
【００５０】
これまでのデータリンクの伝送帯域や距離のみによる料金算出に代わり、空間軸の移動距離｜ｓｄ−ｓｓ｜、時間軸の移動距離｜ｔｄ−ｔｓ｜や、時空間上のベクトルの大きさ｜ｚ｜、偏角Θｚといった個々のパラメータ、あるいはそれらの組み合わせによってパケット毎のより細かな課金が行えるようになる。
【００５２】
また、図４中のｙは通信途中のルータ装置における情報伝達の空間ベクトルを表している。この時、ベクトルの始点の時間軸成分はルータ装置内に情報が存在する時の現在時刻ｔｃを表し、空間軸成分はルータ装置のネットワーク層アドレスｓｃを表す。従って、ｙは通信途上のルータ装置から最終目的地までの情報伝達の空間ベクトルである。
【００５３】
｜ｓｄ−ｓｃ｜はルータ間メトリック値を元にした当該ルータ装置から相手先アドレスまでの残りの距離を表し、｜ｔｄ−ｔｃ｜は現時点での送達期限までの残り（余裕）時間を表す。また、ベクトルの大きさ
｜ｙ｜＝｛（ｔｄ−ｔｃ）２＋（ｓｄ−ｓｃ）２｝１／２
は通信パケットを処理する現在のルータ装置から最終到達点まで、時空間上でどれだけ移動距離が残っているかを表しており、偏角
Θｙ＝ａｒｃｔａｎ｛｜ｓｄ−ｓｃ｜／｜ｔｄ−ｔｃ｜｝
は送達希望時刻ｔｄまでに情報を伝達し終わるために、今後、単位時間当たり空間軸上を移動しなければならない距離を表している。
【００５４】
これら情報伝達ベクトルの各成分｜ｓｄ−ｓｃ｜、｜ｔｄ−ｔｃ｜、｜ｙ｜、Θｙのいずれか、あるいはこれらを組み合わせたものをパラメータとしてルータ装置はパケットルーティング処理の優先度を決定する。
【００５５】
次に、｜ｙ｜やΘｙによるルータ装置内の優先処理について、図３及び図４を参照して説明する。図３ではリアルタイムデータ転送とファイルデータ転送という２つの種類の異なる情報伝達を空間ベクトルとして表現している。リアルタイム転送では短時間のエンド−エンド情報伝達が要求されるため、ファイルデータ転送と比較してベクトルの偏角Θが大きい。
【００５６】
途中のルータ装置では、偏角Θｙの大きなリアルタイムデータと偏角Θｙの小さなファイルデータのいずれも処理しなければならない場合、偏角Θｙの値により処理の優先度を決定するのであれば、ファイルデータをルータ装置内に蓄積し、待ち合わせを行うことで優先度の高いリアルタイムデータを先に処理・送出することが可能となる。
【００５７】
このように従来のルータ装置とは異なり、現在時刻と送達希望時刻の差異や空間軸上の残りの距離から上位レイヤの終端をすることなく、情報の属性に応じて処理の差別化を図ることが可能となり、ネットワークリソースを効率的に運用できる。
【００５９】
また、送達希望時刻は、ルータ装置内での廃棄メカニズムの目安として捉えることもできる。例えば、ルータ装置内で、送達希望時刻を過ぎたパケットについてはこれを受信先へ送達しても意味の無い情報であると判断できるため（リアルタイムで再生されるストリームデータ等）、輻輳状態に至らなくともルータ装置内で積極的に廃棄することができる（ルータ装置における現在時刻ｔｃ＞送達希望時刻ｔｄの場合）。
【００６０】
また、偏角Θは現在時刻ｔｃの関数であるため、初期値Θｚとルータ装置内での現在値Θｙを比較することで、通信パケットの送達が予定より遅れているか、進んでいるかを判断することができ、これをルータ装置内での処理の優先度に反映させることも可能となる。
【００６２】
図５はＩＰｖ６における時間軸情報の格納例を示すものである。空間軸成分、即ち送信元ＩＰアドレスｓｓ及び宛先のＩＰアドレスｓｄはＩＰｖ６ヘッダとしてそれぞれ１２８ｂｉｔで表現されている。時間軸成分、即ち発信時刻ｔｓと、送達希望時刻ｔｄはＩＰｖ６ヘッダの後に続く中継点オプションヘッダを用いて、これらをそれぞれ３２ｂｉｔで表現し、格納する。
【００６３】
ＩＰｖ６におけるヘッダ処理の優先度は、ＩＰｖ６ヘッダ＞中継点オプションヘッダ（ｈｏｐ−ｂｙ−ｈｏｐ ｏｐｔｉｏｎｓ ｈｅａｄｅｒ）＞終点オプションヘッダ（ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｏｎｓ ｈｅａｄｅｒ）＞経路制御ヘッダ（ｒｏｕｔｉｎｇ ｈｅａｄｅｒ）＞断片ヘッダ（ｆｒａｇｍｅｎｔｈｅａｄｅｒ）＞認証ヘッダ（ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｈｅａｄｅｒ）＞暗号ペイロード（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｐａｙｌｏａｄ）＞終点オプションヘッダ＞上位層ヘッダ（ＴＣＰあるいはＵＤＰ等）であり、中継点オプションヘッダは、オプションヘッダとしては最も高い優先度で処理される。
【００６４】
この時、先頭のＩＰｖ６ヘッダ内の次ヘッダ番号には中継点オプションヘッダ（ＨＢＨ）を表現する「０」が入る。発信時刻、送達希望時刻を格納する中継点オプションヘッダの次ヘッダ番号には次に続くヘッダが例えば、ＴＣＰヘッダであれば「６」という値が格納される。
【００６５】
拡張ヘッダ長は当該中継点オプションヘッダ長（１２８ビット）を８バイト単位（６４ビット）で表現して−１した値、即ち「１」が入る。
【００６６】
オプション番号は８ビットの識別子であり、上位２ビットでルータ装置がオプションを認識できなかった場合の動作を示し、次の１ビットでオプションが配送経路上で変更可能かどうかを表し、下位５ビットはオプションの内容を示すオプション番号部分となる。本ルータ装置で用いるＩＰｖ６ヘッダの場合、動作は「００」（認識できない場合は続み飛ばすという意）、経路上変更可能ビットは「ＯＦＦ」、オプション番号部分については、ＩＡＮＡ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ａｓｓｉｇｎｅｄ Ｎｕｍｂｅｒｓ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ）に登録することによってＲＦＣに記述される新しい番号を入れる。オプションデータ長は当該オプションデータ長をバイト表現したもので「１２」が入る。
【００６７】
その後には発信時刻ｔｓ及び送達希望時刻ｔｄが、情報伝達ベクトルの始点及び終点アドレスとして３２ビットずつ格納される。中継点オプションヘッダの最後の４バイトは時刻情報の単位等の付加情報の格納用として予約するが、時刻情報の単位をミリ秒（ｍｓ）、秒（ｓ）、時間（ｈｏｕｒ）のように３段階で荒く表現する場合はＩＰｖ６ヘッダの優先度（４ビット）を利用して時刻情報の単位を表して（格納して）も良い。
【００６９】
ＩＰｖ６の中継点オプションヘッダを用いることで既存のＩＰｖ６のパケットフォーマットを変更せずに時間軸成分を運ぶことができ、従来の時間軸成分を情報として持たない既存のパケットと同等に処理することも可能となる。
【００７０】
また、パケットに格納される発信時刻や送達希望時刻は、例えばＭＰＥＧファイルのような等時性（アイソクロナス性）情報を運ぶ際の再生タイミングを表現していると言える（ＭＰＥＧのＴＳフレームのような）。即ち、通信パケットに添付されている送達希望時刻は受信先でアイソクロナスデータを再生するタイムスタンプとして利用できるため、ネットワークは遅延の揺らぎを抑えるといったアイソクロナス性保証のための転送メカニズムを実装する必要がなくなる。
【００７１】
さらに、送達希望時刻は通信パケットの絶対的なシーケンス番号とみなすことも可能であり、元情報を再構成することが可能であるため、ネットワークは通信パケット到着の順序性を保証する必要がなくなり、ルータ装置はより簡便な転送メカニズムを実装できる。
【００７３】
次に、本発明のルータ装置の具体例について説明する。
【００７４】
図６はルータ装置の全体構成を示すもので、同図（ａ）は全体斜視図、同図（ｂ）は配線図である。図中、３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは全二重通信路を有しかつ図２で述べた経路制御部、優先制御部及び時間スイッチを構成する入出力部、３２はディスクアレイ用コンピュータ（ＰＣ）、３３は入出力部３１Ａ〜３１Ｄ及びディスクアレイ用ＰＣ３２間を空間的にスイッチングするスイッチ（ＳＷ）部、３４は制御用コンピュータ（ＰＣ）、３５はこれらを接続する専用バックプレーン、３６はディスクアレイである。
【００７５】
制御用ＰＣ３４には他のルータ装置との間でリンクステート情報をやり取りするルーティングプロトコルが実装され、ルータ装置間の空間軸上の距離を測定する如くなっている。
【００７６】
前述した入出力部３１Ａ〜３１Ｄは全て同一構成であり、図７にその詳細構成の一例、ここではネットワークとのデータのやりとりを光信号で行うようになした場合の例を示す。図中、３１１ａは光入力部（Ｏｐｔ ｉｎ）、３１１ｂは光出力部（Ｏｐｔ ｏｕｔ）、３１２はシリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）、３１３はデータリンク層終端部、３１４はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）、３１５は信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）、３１６ａ，３１６ｂ，３１６ｃはシンクロナスＳＲＡＭ（ＳＳＲＡＭ）等からなる高速メモリ、３１７は連想メモリ（Ｃｏｎｔｅｎｔ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ：ＣＡＭ）、３１８はシンクロナス（ｓｙｎｃ．）ＦＩＦＯメモリ、３１９はインタフェース部（Ｉ／Ｆ）である。
【００７７】
以下、入出力部が前述した経路制御部、優先制御部及び時間スイッチを構成するようすをその動作概要とともに説明する。
【００７８】
図示しないネットワークから光ファイバを介して届いたパケットデータは、光入力部３１１ａで光電変換され、Ｓ／Ｐ３１２でシリアル・パラレル変換された後、ギガビットイーサネット（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）等のデータリンク層終端部３１３を経てＩＰデータグラムとして取り出され、ＦＰＧＡ３１４において時間軸成分の精度（単位）により振り分けられる。
【００７９】
ここで、時間軸成分の表示単位は、図５に示したようにＩＰｖ６ヘッダの優先度あるいは時間軸成分を格納する中継点オプションヘッダの末尾部分に格納されている。図７の例では、時間軸成分の単位をミリ秒（ｍｓ）、秒（ｓ）、時間（ｈｏｕｒ）の３段階に分類している。
【００８０】
ＦＰＧＡ３１４により時間軸成分の表示単位毎に分類されたデータはＩＰデータグラムのまま、ミリ秒（ｍｓ）用，秒（ｓ）用，時間（ｈｏｕｒ）用の高速メモリ３１６ａ，３１６ｂ，３１６ｃへ格納される。この時、ＩＰデータグラムはメモリ内に順に格納され、メモリはリングバッファとして利用される。
【００８１】
一方、高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃへ格納されるＩＰデータグラムのヘッダ部（中継点オプションヘッダを含む。）は、経路計算及び情報伝達ベクトルの偏角Θｙ計算用のＤＳＰ３１５へ渡される。
【００８２】
ＤＳＰ３１５はＩＰヘッダの相手先アドレスｓｄから経路を計算し、当該パケットをどの方路から送出すべきか、即ちＳＷ部３３を介して次にどの入出力部へ送出すべきかを決定する。
【００８３】
この方路情報は、時間軸成分の単位、高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃへＩＰパケットを格納した際のライトアドレス（ｗｐ）とともにＣＡＭ３１７へ格納される。この時、｛方路、単位、ｗｐ｝を格納するＣＡＭ３１７のライトアドレスはＤＳＰ３１５で計算されたΘｙの逆数を用いる。
【００８４】
ＣＡＭ３１７は通常のメモリとは異なり、アドレスを与えて格納されているデータへアクセスするのではなく、検索ワードを与え、これに一致するデータが格納されているアドレスを知るというメモリである。
【００８５】
例えば、ＣＡＭ３１７に検索ワードとして、方路及び単位を与えることで、特定の方路及び単位の情報だけを取り出すことができる。方路及び単位が一致する情報が複数格納されている場合、ＣＡＭ３１７は格納されているデータの中から最小アドレスを返すため、｛方路、単位、ｗｐ｝を格納するＣＡＭ３１７のライトアドレスにΘｙの逆数を用いることで、特定方路行きの特定単位の最大Θｙ情報、即ち最大Θｙを持つＩＰデータグラムの高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃへの格納位置ｗｐを知ることができる。
【００８６】
こうして得られたｗｐを高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃのリードアドレス（ｒｐ）に用いることで、常に特定方路行きの特定単位の最大Θｙを持つＩＰデータグラムを高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃから取り出すことができる。
【００８７】
このようにしてＩＰデータグラムの中から取り出された、最大のΘｙとなるＩＰデータグラムはＩ／Ｆ３１９を経て、バックプレーン３５を介してＳＷ部３３へ転送される。
【００８８】
一方、ＳＷ部３３からバックプレーン３５を介して到着したＩＰデータグラムは、Ｉ／Ｆ３１９を経てＳｙｎｃ．ＦＩＦＯメモリ３１８で受信される。Ｓｙｎｃ．ＦＩＦＯメモリ３１８に格納されたＩＰデータグラムは順次、データリンク層終端部３１３、Ｓ／Ｐ３１２、光出力部３１１ｂへ送られ、光信号に変換されてネットワークへ送出される。
【００８９】
図８は前述したスイッチ部（ＳＷ部）の詳細構成を示すもので、同図（ａ）は回路構成図、同図（ｂ）は切替接続の説明図である。図中、３３１は高速クロスバスイッチチップで構成される５×５スイッチ構成のクロスバスイッチであり、その５つの入力ポート及び出力ポートには４つの入出力部３１Ａ〜３１Ｄとともに、ディスクアレイ用ＰＣ３２が接続されている。また、３３２は切替制御用のＣＰＵであり、クロスバスイッチ３３１を、タイミングを管理しつつ、同図（ｂ）に示すような各入出力ポートのｌ対１接続を全て網羅する５つのフェーズに切り替え制御する如くなっている。なお、フェーズとフェーズとの間にはガードタイムが設定されている。
【００９０】
ディスクアレイ用ＰＣ３２は、送達希望時刻ｔｄが∞（無限大）に設定されているような優先度の低いＩＰデータグラムを格納するための大容量の記憶装置、ここではディスクアレイ３６を制御するためのものである。
【００９１】
送達希望時刻までの余裕が大きい場合や、送達希望時刻が無限大に設定されているような通信パケットは、入出力部３１Ａ〜３１ＤからＳＷ部３３及びＰＣ３２を介して、一旦、ディスクアレイ３６に蓄積され、然るべき時間経過を待ってＰＣ３２及びＳＷ部３３を介して再度、入出力部へ読み出される。
【００９２】
この際、送達希望時刻を無限大に設定することにより、時刻を問わず送達して構わないデータであることを指定できるので、ルータ装置内の記憶装置に蓄積しながら、確実に伝達されるという情報伝達サービスクラスを新たに定義することができる。また、トラフィック輻輳時においても低優先度パケットを廃棄するのではなく、記憶装置に待避させることができるため、パケット廃棄率を改善でき、その結果、エンド−エンドの簡便な送達確認メカニズムを持つトランスポートレイヤにより信頼性の高いデータ転送が実現できる。
【００９４】
ところで、前述した実施の形態において、高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃへのパケットデータの格納は、時間軸成分の単位（ミリ秒、秒、時間）毎に単純に受信した順に行われ、また、高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃからのパケットデータの取り出しは、方路毎及び時間軸成分の単位毎に単純に優先度（Θｙ）の高い順に行われていた。
【００９５】
従って、ネットワークが込み合うような状況下において、ある時間軸成分の単位、例えば時間（ｈ）に対応したメモリ３１６ｃ内に格納されたパケットデータの送達希望時刻までの残り（余裕）時間が少なくなったりしても、他のメモリ３１６ａ，３１６ｂ内のパケットデータの転送が優先され、その結果、メモリ３１６ｃに格納されたパケットデータの送達希望時刻が守られなくなる場合があり得るという問題があった。
【００９６】
図９は前述した点を改良した本発明のルータ装置の実施の形態の他の例の要部、ここでは高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃに対するパケットデータの格納（キューイング：ｑｕｅｕｉｎｇ）及び取り出し制御にかかわる部分を示すものである。
【００９７】
本実施の形態では、各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃ内におけるパケットデータのキューイングを優先度（Θｙ）順に行うとともに、待ち合せ等によって送達希望時刻までの残り時間の単位（オーダ）が変化した場合にはキューイングするメモリそのものを変更する。また、パケットデータの取り出しは高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃ毎に優先度の高いものから行うが、各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃからの取り出し（転送）確率（割合）を、キューイングしているデータ量に応じて変化させる。
【００９８】
前述した各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃ内におけるパケットデータの優先度順のキューイングは、連想メモリ３１７から優先度順に取り出されるアドレスによって並べ替えることにより実現され、優先度（Θｙ）が高いものほど各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃの先頭（出口）に近く、低いものほど後尾（入口）に近くなるように配列される。
【００９９】
各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃに格納されたパケットデータは、それぞれのメモリ内で優先度の高いもの、即ちＡ、Ｂ、Ｃから取り出される。
【０１００】
この際、長時間の待ち合わせ等により送達希望時刻までの残り時間のオーダが変化してしまった場合、例えばオーダが時間（ｈ）のメモリ３１６ｃ内のパケットＣの送達希望時刻までの残り時間が５９分５９秒以下になった場合、オーダ遷移制御部４１によりｃ１のルートを通って速やかに秒（ｓ）のメモリ３１６ｂの最後尾に移る。また、同様にオーダが秒（ｓ）のメモリ３１６ｂ内のパケットＢの送達希望時刻までの残り時間が９９９ｍｓ以下になった場合、オーダ遷移制御部４１によりｂ１のルートを通ってミリ秒（ｍｓ）のメモリ３１６ａの最後尾に移る。これは連想メモリ３１７における時間軸成分の単位のビットを書き替えることにより実現される。
【０１０１】
また、各高速メモリ３１６ａ〜３１６ｃからのパケットデータの取り出しに関しては取り出し制御部４２によって、さらに詳細に制御される。
【０１０２】
即ち、取り出し制御部４２は各メモリ３１６ａ〜３１６ｃ内の格納パケットデータ数（キューの長さ）の変動を観測しており、それによりメモリ３１６ａ〜３１６ｃ毎の取り出し確率を変化させる。但し、取り出し確率は０＜確率＜ｌの範囲での変動とし、待ち合わせ及び到着パケットの全くないメモリが存在しない限り、特定のメモリのみから取り出したり、特定のメモリに関して全く取り出さなかったりということはない。
【０１０３】
図１０、図１１はパケットの受信時のキューイング及びオーダ遷移制御アルゴリズムを表すフローチャートである。また、図１２〜図１４はパケット送信時の取り出し制御アルゴリズムを表すフローチャートである。
【０１０５】
図１５は図５と同様、ＩＰｖ６における時間軸情報の他の格納例を示すものである。ここで、送達希望時刻としてｔｄ１，ｔｄ２という２種類が存在するが、これは送達希望時刻としてｔｄ１より後、ｔｄ２より前という指定を可能とするものである。即ち、図５と同様のｔｄの扱いにするためにはｔｄ１＝０とすれば良く、また、ｔｄ１＝ｔｄ２とした場合は、ちょうどその時刻に送達されるようにパケットの転送を行う。
【０１０６】
また、送信先が込み合っている場合等で迂回を行う時、パケットループを防ぐために迂回元のルータＩＤを記述する。迂回していない場合は「０」である。この変更を行うため、オプションタイプの経路上変更可能ビットは図５と異なり、「１」となる。
【０１０７】
さらに優先度及び時刻ｔｄのオーダのフィールドを設ける。優先度が「１」の場合、最も優先度が高いものとして、ルータが受信したパケットはキューイングを行わずに素早く次のルータへ送る。この場合、送達希望時刻のフィールドは参照せず、従って優先度Θの計算も行わない。「０」の場合は通常通り、送達希望時刻のオーダ毎のキューイングを行う。
【０１０８】
また、このフィールド最後のビットを用いて、送達希望時刻を越えたパケットの扱いを指定する。「１」の場合は送達希望時刻を越えても捨てずに配送を行う。「０」の場合は送達希望時刻を越えたパケットは廃棄する。
【０１１０】
また、これまでの説明におけるルーティングプロトコルでは、固定的なメトリック値を用いており、ネットワークを流れるトラフィックの変動に起因する、利用可能帯域の変動等による目的地までの処要時間の変化に対して有効な対策を取り得ない。即ち、途中のルータが動作不能になる等、パケットが到達不能にならない限り、輻輳により転送効率が落ち、パケットロスが発生し始めても、ルーティングテーブル作成時に「最短である」とみなされた経路を採り続けるという問題が生じる。このため、ネットワークのトラフィック状況によっては送達希望時刻を満たすパケットが著しく減少する可能性がある。
【０１１１】
前述した問題は隣接するルータ装置間でネットワーク状況に関する情報を交換し、メトリック値を動的に変更可能とすることにより解決できる。
【０１１２】
図１６はＡＳ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ：自律システム）内のルーティング情報の伝播の一例として、ＯＳＰＦ（Ｏｐｅｎ Ｓｈｏｒｔｅｓｔ Ｐａｔｈ Ｆｉｒｓｔ）のＬＳＡ（Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ）パケットにおける隣接ルータとの交換情報の格納例である。
【０１１３】
詳しい情報の交換は隣接ルータとのみ行うため、ｆｌｏｏｄｉｎｇ ｓｃｏｐｅはＬｉｎｋ Ｌｏｃａｌである。ここでいうＣＬＡＳＳはキュー（高速メモリ）の数と一致しており、ｍｓ，ｓ，ｈの３つのキューを持つのであればＣＬＡＳＳ＝３となる。
【０１１４】
また、低優先度のパケットを退避させるため、大容量の半導体メモリ及びハードディスクをストレージとして用いる場合は、その後のＳＴＲビットを立てる。また、ｉｆ＿ｎｕｍはルータに挿してあるインタフェースの総数である（但し、コミュニケーションポート等、管理の時にしか使用しないインタフェースは除く。）。ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄは各キュー内にキューイングされているパケット数であり、ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄは各キューの空き、即ち格納可能なパケット数を示している。
【０１１５】
ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ、ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄはそれぞれメモリバッファの使用量、空き容量をｂｙｔｅｓ単位で表す値である。同様にｍｅｍｏｒｙ＿ｕｓｅｄ、ｍｅｍｏｒｙ＿ｕｎｕｓｅｄ及びｄｉｓｋ＿ｕｓｅｄ、ｄｉｓｋ−ｕｎｕｓｅｄもストレージに関する使用量、空き容量をＫｂｙｔｅｓ単位で表す値である。これらのパケット数、容量は測定時の瞬間的な値ではなく、ある時間区間毎の平均値である。
【０１１６】
さらにｔｒ＿ｉｆはインタフェース毎の情報をメンバに持つ構造体である。ｔｒ＿ｉｆ．ｉｎｔｅｒｆａｃｅ＿ｉｄはルータ内でインタフェースを一意に識別するＩＤであり、ｔｒ＿ｉｆ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅはインタフェースの物理速度を示す。
【０１１７】
ｔｒ＿ｉｆ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓは一秒あたりのそのインタフェースを経由してルータ内に入ってきたパケットのｂｙｔｅｓ数を示す。ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔのリンクであれば、この数値がリンクの使用状況を示し、また、ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔのリンクであれば、リンク上の全てのルータのｓｔａｔｉｓｔｉｃｓを集計したものがリンクの使用状況となる。
【０１１８】
ｔｒ＿ｉｆ．ｒｏｕｔｅ＿ｎｕｍはそのリンク上の隣接ルータの数である。ｔｒ＿ｉｆ．ｒｏｕｔｅｒ＿ｉｄは隣接ルータのｉｄであり、ｔｒ＿ｉｆ．ｒｔｔはその隣接ルータまでの往復にかかる時間ＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ）である。
【０１１９】
これらの情報を隣接ルータ間で交換し、隣接ルータまでのメトリック値をそれぞれ計算する。その際、各ルータへのメトリック値をｍｓ，ｓ，ｈ用にそれぞれ３種類計算する。この計算式は得られた情報の関数として計算される。よってメトリック値は動的なものとなり、このうちｍｓのメトリック値を代表値としてＡＳ内全てのルータにｆｌｏｏｄｉｎｇにより配布する。このメトリック値を図３における空間アドレス上の距離に相当するものとしてΘｙを計算する。
【０１２０】
ここで、ルータＣに対し隣接ルータＡから送られる交換情報が構造体Ａのメンバとして与えられたとし、ルータＡ内のｍｓのキューに存在するパケット数の平均値及び格納可能なパケットの数の平均値がそれぞれＡ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［０］及びＡ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［０］、また、同様にＡ内のメモリバッファの使用量及び残容量がそれぞれＡ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ及びＡ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ、さらにルータＡとのＲＴＴがＡ．ＲＴＴ、ルータＡが存在するリンクの物理速度をＡ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ、ルータＡが存在するリンク上のルータＣに対する全ての隣接ルータより得た使用状況から算出した当該リンクの使用状況をＡ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓとして与えられたとすると、これらを用いて隣接ルータＡへのｍｓにおけるメトリック値｜ＳＡ−ＳＣ｜ｍｓを表すと、
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｍｓ
＝ｆ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［０］，Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［０］，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ，Ａ．ｒｔｔ，Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ，Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）
となる。以下、同様にｓ，ｈにおけるメトリック値は、
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｓ
＝ｇ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［１］，Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［１］，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ，Ａ．ｍｅｍｏｒｙ＿ｕｓｅｄ，Ａ．ｍｅｍｏｒｙ＿ｕｎｕｓｅｄ，Ａ．ｒｔｔ，Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ，Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｈ
＝ｈ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［２］，Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［２］，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ，Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ，Ａ．ｄｉｓｋ＿ｕｓｅｄ，Ａ．ｄｉｓｋ＿ｕｎｕｓｅｄ，Ａ．ｒｔｔ，Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ，Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）
となる。
【０１２１】
ｆ（），ｇ（），ｈ（）の具体例として、以下の数式を示す。
【０１２２】
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｍｓ
＝｛αｍｓ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［０］＋βｍｓＡ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［０］）＋γｍｓ（Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ＋δｍｓＡ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ）｝・Ａ．ｒｔｔ／｛１・１・（Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ−Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）｝
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｓ
＝｛αｓ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［１］＋βｓＡ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［１］）＋γｓ（Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ＋δｓＡ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ）＋εｓ（Ａ．ｍｅｍｏｒｙ＿ｕｓｅｄ＋ζｓＡ．ｍｅｍｏｒｙ＿ｕｎｕｓｅｄ）｝・Ａ．ｒｔｔ／｛１・１・（Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ−Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）｝
｜ＳＡ−ＳＣ｜ｈ
＝｛αｈ（Ａ．ｑｌｅｎ＿ｕｓｅｄ［２］＋βｈＡ．ｑｌｅｎ＿ｕｎｕｓｅｄ［２］）＋γｈ（Ａ．ｍｂｕｆ＿ｕｓｅｄ＋δｈＡ．ｍｂｕｆ＿ｕｎｕｓｅｄ）＋εｈ（Ａ．ｄｉｓｋ＿ｕｓｅｄ＋ζｈＡ．ｄｉｓｋ＿ｕｎｕｓｅｄ）｝・Ａ．ｒｔｔ／｛１・１・（Ａ．ｉｆ＿ｂａｕｄｒａｔｅ−Ａ．ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）｝
上式中、１は全て１秒を表しており、それぞれの式を無次元化するために挿入してある。また、αは平均パケットサイズ、β〜ζは全て実定数であり、γ，εに関しては正、β，δ，ζに関しては負である。
【０１２３】
このｍｓ，ｓ，ｈにおける３種のメトリック値を用い、それぞれでルーティングテーブルを作成する。但し、他のルータに配布するメトリック値は前述の通りｍｓのメトリック値のみであり、逆に他のルータから配布されてくるメトリック値もｍｓのもののみである。即ち、３種のメトリック値は自ルータから隣接ルータまでのメトリック値のみであり、ｓ，ｈのメトリック値によるルーティングテーブルは迂回に用いる。
【０１２４】
即ち、代表として他のルータに配布するｍｓのメトリック値を最適なパスとして通常用いるが、そのパスが込み合ってきた場合、ｓ，ｈのオーダのキューにあるパケットに関してはｓ，ｈのメトリック値によるルーティングテーブルを参照し、迂回が可能であれば迂回を行う。その際、図１５に示したＩＰｖ６の中継点オプションヘッダ内に迂回元ルータＩＤを記述する。
【０１２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果を得ることができる。
【０１２７】
即ち、請求項１記載の発明によれば、個々の通信パケットを送達希望時刻に応じた順序で経路制御でき、リアルタイム性の高いデータから低いデータまで最適な優先度でルーティング処理できるとともに、ネットワークリソースを有効活用でき、さらに送達希望時刻までの残り時間に対応した適切な転送処理が可能となる。
【０１２８】
また、請求項２記載の発明によれば、個々の通信パケットを送達希望時刻に応じた順序で経路制御でき、リアルタイム性の高いデータから低いデータまで最適な優先度でルーティング処理できるとともに、ネットワークリソースを有効活用でき、さらに送達希望時刻までの残り時間に応じた待ち合わせ中のパケット数の極端な差をなくすことができる。
【０１２９】
また、請求項３記載の発明によれば、データリンクの伝送帯域・距離のみによる課金処理に代えて、空間軸あるいは時間軸における情報の移動距離に基づいて個々のパケット毎にきめ細かい課金を行うことができる。
【０１３０】
また、請求項４記載の発明によれば、上位レイヤを終端することなく、情報の属性に応じて処理の差別化を図ることが可能となり、ネットワークリソースを効率的に運用できるとともに、各ルータ装置において個々のパケット毎に配送が遅れているのかあるいは進んでいるのかを知ることができる。
【０１３１】
また、請求項５記載の発明によれば、既存のＩＰｖ６のパケットフォーマットを変更することなく、通信パケットに時間軸情報を付与することができる。
【０１３２】
また、請求項６記載の発明によれば、トラヒック輻輳時におけるパケットの破棄を軽減することが可能となる。
【０１３３】
また、請求項７記載の発明によれば、経路の変更が可能となり、また、通信パケットを待ち合わせなしで最優先で処理したり、また、送達希望時刻を越えた通信パケットをそのまま待ち合わせさせたり、廃棄したりを指示できる。
【０１３６】
また、請求項８乃至１４の発明によれば、前述した優先経路制御を実行可能なルータ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のルータ装置の一例を示すブロック構成図
【図２】本発明のルータ装置の基本構成を示すブロック構成図
【図３】送達希望時刻に基づく通信パケットの優先制御の原理の説明図
【図４】情報伝達の空間ベクトルの要素の説明図
【図５】ＩＰｖ６における時間軸情報の格納例の説明図
【図６】本発明のルータ装置の実施の形態の一例を示す構成図
【図７】図６中の入出力部の詳細構成図
【図８】図６中のスイッチ部の詳細構成図
【図９】本発明のルータ装置の実施の形態の他の例の要部を示す構成図
【図１０】パケット受信時のキューイング及びオーダ遷移制御アルゴリズムを表すフローチャート
【図１１】パケット受信時のキューイング及びオーダ遷移制御アルゴリズムを表すフローチャート
【図１２】パケット送信時の取り出し制御アルゴリズムを表すフローチャート
【図１３】パケット送信時の取り出し制御アルゴリズムを表すフローチャート
【図１４】パケット送信時の取り出し制御アルゴリズムを表すフローチャート
【図１５】ＩＰｖ６における時間軸情報の他の格納例の説明図
【図１６】ＬＳＡパケットにおける隣接ルータ装置との交換情報の格納例の説明図
【符号の説明】
２１：入力ポート、２２：スイッチ部、２３：出力ポート、２４：経路制御部、２５：優先制御部、２６：通信パケット、２６ａ：宛先アドレス、２６ｂ：送達希望時刻、２７：空間スイッチ、２８：時間スイッチ、３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ：入出力部、３２：ディスクアレイ用ＰＣ、３３：スイッチ（ＳＷ）部、３４：制御用ＰＣ、３５：バックプレーン、３６：ディスクアレイ、３１１ａ：光入力部（Ｏｐｔ ｉｎ）、３１１ｂ：光出力部（Ｏｐｔ ｏｕｔ）、３１２：シリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）、３１３：データリンク層終端部、３１４：ＦＰＧＡ、３１５：信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）、３１６ａ〜３１６ｃ：高速メモリ、３１７：連想メモリ（ＣＡＭ）、３１８：シンクロナス（ｓｙｎｃ．）ＦＩＦＯメモリ、３１９：インタフェース部（Ｉ／Ｆ）、３３１：クロスバスイッチ、３３２：制御用ＣＰＵ、４１：オーダ遷移制御部、４２：取り出し制御部。
Claims (14)
- 通信パケット毎にラベル付けされた宛先アドレスに基づいて通信パケットの経路を切替制御するとともに、通信パケット毎にラベル付けされた送達希望時刻に基づいてパケット処理の優先順位を決定し、経路制御を行う優先経路制御方法において、
通信パケットを送達希望時刻までの残り時間の単位別に待ち合わさせ、該単位毎に異なる確率で転送処理する場合、待ち合わせ中に送達希望時刻までの残り時間の単位が変化した時は待ち合わせの単位を変更する
ことを特徴とする優先経路制御方法。 - 通信パケット毎にラベル付けされた宛先アドレスに基づいて通信パケットの経路を切替制御するとともに、通信パケット毎にラベル付けされた送達希望時刻に基づいてパケット処理の優先順位を決定し、経路制御を行う優先経路制御方法において、
通信パケットを送達希望時刻までの残り時間の単位別に待ち合わさせ、該単位毎に異なる確率で転送処理する場合、前記単位毎の転送確率を、該単位毎の待ち合わせ中のパケット数に応じて変更する
ことを特徴とする優先経路制御方法。 - 通信パケットの送信元アドレス及び宛先アドレスより求められる送受信者間のメトリック値、または通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとして通信料金を決定することを特徴とする請求項１または２記載の優先経路制御方法。
- ルータ装置のアドレス及び通信パケットの宛先アドレスより求められるルータ装置から宛先までのメトリック値、または現在時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとしてパケット処理の優先順位を決定し、経路制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載の優先経路制御方法。
- インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻を格納して作成した通信パケットを用いることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の優先経路制御方法。
- 処理能力以上の通信パケットにより輻輳が発生した場合、
優先度が低い通信パケットをルータ装置内の記憶装置に一時的に退避させ、
送達希望時刻が近づいて退避中の通信パケットの優先度が上がった場合、あるいは輻輳が収まった場合に、記憶装置から通信パケットを読み出して経路制御を再開させる
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の優先経路制御方法。 - インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に、迂回した際の迂回元のルータ装置のＩＤ、送達希望時刻とは無関係な優先度、送達希望時刻を越えた場合の扱いを格納して作成した通信パケットを用いることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の優先経路制御方法。
- 複数の入力ポート及び複数の出力ポートと、複数の入力ポート及び複数の出力ポート間を任意に切替接続可能な空間スイッチと、入力ポートから入力された通信パケットをその宛先アドレスに対応する出力ポートへ送出するよう空間スイッチを制御する経路制御部と、複数の通信パケットの順序を任意に入れ替え可能な時間スイッチと、複数の通信パケットの順序が各通信パケットに付与された送達希望時刻に対応する順序となるよう時間スイッチを制御する優先制御部とを有するルータ装置において、
送達希望時刻までの残り時間の単位別に分割された時間スイッチと、
待ち合わせ中に送達希望時刻までの残り時間の単位が変化した一の時間スイッチ内の通信パケットを、該変化後の単位に対応する時間スイッチへ移す手段とを備えた
ことを特徴とするルータ装置。 - 複数の入力ポート及び複数の出力ポートと、複数の入力ポート及び複数の出力ポート間を任意に切替接続可能な空間スイッチと、入力ポートから入力された通信パケットをその宛先アドレスに対応する出力ポートへ送出するよう空間スイッチを制御する経路制御部と、複数の通信パケットの順序を任意に入れ替え可能な時間スイッチと、複数の通信パケットの順序が各通信パケットに付与された送達希望時刻に対応する順序となるよう時間スイッチを制御する優先制御部とを有するルータ装置において、
送達希望時刻までの残り時間の単位別に分割された時間スイッチと、
前記単位毎の時間スイッチにおける通信パケットの取り出し確率を、該単位毎の時間スイッチにおける待ち合わせ中のパケット数に応じて変更する手段とを備えた
ことを特徴とするルータ装置。 - 通信パケットの送信元アドレス及び宛先アドレスより求められる送受信者間のメトリック値、または通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとして通信料金を決定する手段を備えたことを特徴とする請求項８または９記載のルータ装置。
- 自装置のアドレス及び通信パケットの宛先アドレスより求められる自装置から宛先までのメトリック値、または現在時刻及び送達希望時刻より求められる送達希望時刻までの残り時間、あるいはメトリック値と送達希望時刻までの残り時間とから求められる値、もしくはこれらの組み合わせ、をパラメータとしてパケット処理の優先順位を決定し、時間スイッチを制御する優先制御部を備えたことを特徴とする請求項８または９記載のルータ装置。
- インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に格納された通信パケットの発信時刻及び送達希望時刻を用いる優先制御部を備えたことを特徴とする請求項８乃至１１いずれか記載のルータ装置。
- 通信パケットを一時的に記憶する記憶装置と、
処理能力以上の通信パケットが入力されて輻輳が発生した場合、優先度が低い通信パケットを記憶装置に一時的に退避させ、送達希望時刻が近づいて退避中の通信パケットの優先度が上がった場合、あるいは輻輳が収まった場合に、記憶装置から通信パケットを読み出して優先経路制御を再開させる制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項８乃至１２いずれか記載のルータ装置。 - インターネットプロトコルバージョン６仕様における通信パケットの中継点オプションヘッダ内に格納された迂回した際の迂回元のルータ装置のＩＤ、送達希望時刻とは無関係な優先度、送達希望時刻を越えた場合の扱いを用いる優先制御部を備えた
ことを特徴とする請求項８乃至１３いずれか記載のルータ装置。
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