JP4295066B2 - 経路制御装置、通信制御装置、およびこれらを用いた通信システム - Google Patents

Description

本発明は、パケット通信システムに関し、特に、ネットワークのコア部分でのクラス制御とエッジ部分での個別フロー制御を前提としつつ、パケットマーキングを利用したコア部分での効率的なフロー制御を可能にする通信システムと、このような通信システムで用いられる通信制御装置およびルータに関する。

従来、インターネットを介した通信は、すべてのパケットを同一のベストエフォート型として扱うことで発展してきた。ベストエフォート型とは、ネットワーク全体としては最善を尽くすように努力するが、エンド・ツゥ・エンドで見るとサービスの保証がなく、あるサービスのタイプが保証されない通信形態である。

これに対し、近年ではＤｉｆｆ−ｓｅｒｖやＩｎｔ−ｓｅｒｖなど、ネットワーク上でＱｏＳ制御を行う制御方法が提案されてきている（たとえば、非特許文献１および２参照）。Ｄｉｆｆ−ｓｅｒｖは、クラスという概念をもとに、ネットワーク全体でＱｏＳを確保することを目指した技術であり、具体的にはネットワーク内の各ルータにおいて、パケットに設定されたクラス（ＤＳＣＰ：Diffserv Code Pointｎ）に基づいて制御を行うことによって、クラスごとに、ネットワーク全体としてのある程度の品質を確保する。一方、Ｉｎｔ−ｓｅｒｖでは、ネットワーク内のルータ間に、フローごとのパスを設置することでフロー単位のＱｏＳを確保する技術である。

Ｄｉｆｆ−ｓｅｒｖでは、クラス単位の制御を行うため、ルータの制御負担が軽く、大規模ネットワークに対するスケーラビリティが高いというメリットがある。しかし、クラス単位での優先制御を行うため、フロー単位でＱｏＳを確保することが現実問題として難しいというデメリットがある。

一方、Ｉｎｔ−ｓｅｒｖでは、フロー単位でのＱｏＳの確保が容易であるというメリットがあるが、Ｉｎｔ−ｓｅｒｖを実現するＲＳＶＰプロトコル（資源予約プロトコル）が複雑なため、ルータの処理負荷が重く、大規模ネットワークに対するスケーラビリティが低いというデメリットがある。（非特許文献２参照）。

Ｄｉｆｆ−ｓｅｒｖとＩｎｔ−ｓｅｒｖの両者のメリットを合わせて、ネットワークのエッジ部分ではＩｎｔ−ｓｅｒｖ的にフロー単位のＱｏＳ制御を行い、ネットワーク内部（コア部分）ではＤｉｆｆ−ｓｅｒｖの制御を行って、全体としてスケーラビリティの高いネットワークを構築しようとする試みがなされている。一例として、Ｄｉｆｆ−ｓｅｒｖの制御方法に基づき、エッジ部分でパケットにサービスを差別化するクラスをマーキングする方法が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
"An Architecture for Differentiated Service"， ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force），ＲＦＣ２４７５ ""Resource Reservation Protocol" ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force），ＲＦＣ２２０５ 特開２００２−１１１７４２公報

しかし、従来のＤｉｆｆ−ｓｅｒｖシステムとＩｎｔ−ｓｅｒｖシステムを単に組み合わせるだけでは、移動端末のハンドオーバ時のバッファリング処理など、現実の移動通信網で必要とされるフロー制御をコア部分で対処することが困難である。図１に示すように、ネットワーク内部のルータ１とルータ２の間を通るフローについて、同じ優先度を持つフローは、ひとつのクラスとして扱われる。図１００の例では、フローＡ１〜Ａ４は同じクラス、フローＢ１、Ｂ２は同じクラス、フローＣ１、Ｃ２は同じクラスとして扱われ、個々のフローを識別することなく一括制御されている。ここで、フローＡ３を要求する移動端末がハンドオーバに入った場合、ルータ２では、制御対象フローであるＡ３のパケットをバッファリングし移動先へルーティングするために、すべてのフローを順次チェックしていかなければならない。すなわち、制御対象となるフローを識別し、それぞれのフローが必要とする制御内容（制御方法）を判断したうえで、フロー制御動作に入らなければならない。これでは、コア部分でのルータの負担が増大し、クラス制御のメリットが損なわれてしまう。

上記特許文献３に開示される技術も、エッジ部分でマーキングは行うが、全体として従来のＤｉｆｆ−ｓｅｒｖの制御と変わりはなく、コア部分で個別のフローに着目したＱｏＳ制御については、なんら言及がなされていない。

このように、エッジ部分でフロー単位の制御を行い、コア部分でクラス制御を行う方法は提案されているものの、移動通信網におけるハンドオーバ時のバッファ制御や、パケットの到着時刻指定制御などのコア部分での特別な制御を考慮すると、コア部分でのフロー単位の制御の必要性を無視するわけにはいかない。したがって、エッジ部分でのフロー制御とコア部分でのクラス制御のメリットを生かしつつ、コア部分でのフロー制御を低い負荷で効率的に行う改善された通信システムが望まれる。

そこで本発明は、コア部分でのＤｉｆｆ−ｓｅｒｖのクラス制御とエッジ部分でのＩｎｔ−ｓｅｒｖの個別フロー制御を前提としつつ、コア部分で必要とされる制御内容（制御方法）ごとに複数のフローを同じグループとして扱う。ここでいうグループとは、Ｄｉｆｆ−ｓｅｒｖのパケット優先度に基づくクラスとは別個のものであり、Ｄｉｆｆ−ｓｅｒｖのクラス制御を前提とし、かつ、バッファリング制御、時間指定配信制御などの各種制御の内容（方法）に応じたフローグループである。さらに、同じフローグループを一括して扱いつつ、グループ内の個々のフローを効率的に制御する。

これを実現するために、マーキングの手法を用いて、コア部分への入口ルータ（すなわち、エッジ部分のルータ）で、各フローが通過する制御ルータと、そこで行われるべき制御内容とを示す識別子をマーキングする。コア内部の制御ルータでは、マーキングだけを見て、自ルータでの制御の要否を判断し、制御が必要であれば、個別にフローを識別することなく、マーキングにより指定された制御を行うだけでよい。これにより、コア部分でのフロー制御に対するルータの負担を最小限にして、個々のフローの制御を実現することができる。

具体的には、本発明の第１の側面では、ネットワーク上の通信を管理する通信制御装置と、前記ネットワーク内へ送信されるパケットが通過する入口ルータと、前記ネットワーク内部で前記パケットのフロー制御を行う制御ルータとを含む通信システムを提供する。この通信システムにおいて、通信制御装置は、パケットフローごとに、入口ルータと制御ルータとを特定し、前記入口ルータに対して、対応する制御ルータおよび当該制御ルータで行われるフロー制御を指定するマーキング要求を送信する。入口ルータは、前記マーキング要求にしたがって、制御ルータとフロー制御とを含むマーキング情報を、前記パケットフローに含まれるパケットに付加する。制御ルータは、前記パケットのマーキング情報に基づいて、パケットフローを制御する。

このような通信システムによれば、制御ルータの負荷を抑制しつつ、ネットワークコア部でのフロー制御が可能になる。

本発明の第２の側面では、上述した通信システムで用いられる通信制御装置を提供する。経路制御装置は、
（ａ）ネットワーク上で送受信されるパケットについて、フロー制御の必要性を検出する実行管理部と、
（ｂ）フロー制御が必要なパケットフローについて、このパケットフローが通過する入口ルータと、このパケットフローに対してフロー制御を行う制御ルータとを特定するフロー管理部と、
（ｃ）特定された入口ルータに対して、対応の制御ルータと、この制御ルータで行われるフロー制御とを指定するマーキング要求を送信する制御管理部とを備える。

このような通信制御装置を用いることで、ネットワーク内部でのフロー制御が必要なパケットフローに対して、ネットワークのエッジ部分でフロー制御に必要な情報のマーキング処理を実現することができる。

本発明の第３の側面では、上述した通信システムで用いられ、ネットワーク内に送信されるパケットが通過する入口ルータとしての経路制御装置を提供する。経路制御装置は、
（ａ）ネットワーク上の通信を管理する通信制御装置から、前記パケットに必要なフロー制御を表わす制御識別子と、当該フロー制御が行われる制御ルータを表わすルータ識別子とを含むマーキング要求を受信する制御管理部と、
（ｂ）前記経路制御装置に到着したパケットが属するフローを識別し、当該フローに対するマーキング要求が受信されているか否かを判断する実行管理部と、
（ｃ）前記マーキング要求が受信されている場合に、前記到着したパケットに対し、前記制御識別子とルータ識別子とを含むマーキング情報を付加するマーキング制御部と
を備える。

このような経路制御装置を用いることで、ネットワーク内でフロー制御が必要なパケットフローごとに、フロー制御を行う制御ルータとそこで行われるフロー制御方法をマーキングすることができる。この結果、ネットワーク内部でのフロー制御が簡便かつ低負荷で行われる。

本発明の第４の側面では、ネットワーク内を通過するパケットのフローを制御する制御ルータとしての経路制御装置を提供する。経路制御装置は、
（ａ）到着パケットが、当該経路制御装置でのフロー制御を指定するマーキング情報を含むか否かを判断する実行管理部と、
（ｂ）前記到着パケットが、当該経路制御装置でのフロー制御を指定するマーキング情報を含む場合に、前記マーキング情報にしたがって、前記到着パケットを制御するパケット制御部と
を備える。このような経路制御装置を用いることにより、ネットワークコア部で、到着パケットのマーキング情報をチェックするだけで、指定されたフロー制御を迅速かつ的確に行うことができる。

エッジ部分でのフロー制御、コア部分でのクラス制御というＱｏＳアーキテクチャのメリットを生かしつつ、さらにコア部分で必要に応じたフロー制御を、ルータへの負担を最小限にして実現できる。

本発明のその他の特徴、効果は、以下で図面を参照して述べる実施形態により、いっそう明確になるものである。

図２は、本発明が適用される通信システム１の概要図である。図２（ａ）に示すように、通信システム１は、ネットワーク上の通信を制御する通信制御装置１０と、ネットワークのエッジ領域でフロー制御を行うエッジルータ（ＥＲ）２０ａ〜２０ｄと、ネットワークのコア領域でフローのグループ制御を行う制御ルータ（ＣＲ）３０ａ〜３０ｃを含む。エッジルータ２０は、このネットワークを使用する個々の通信端末に対するフローを個別に制御する。一方、コア領域の制御ルータ３０は、図２（ｂ）に示すように、フローをそれが必要とする制御内容（制御方法）ごとにグループに分けてグループ単位でフローを扱う。たとえば、グループＡはバッファリング制御を必要とするグループ、グループＢは、時刻指定配信を必要とするグループ、グループＣは特別の制御を必要とせず通常の通信制御だけで済むグループである。このような制御内容に応じたフローのグループ分けは、Ｄｉｆｆ−ｓｅｒｖのクラス制御と並行して行われる。したがって、Ｄｉｆｆ−ｓｅｒｖで同じ優先度のクラスに所属するフローであっても、それが必要とする制御方法に応じて異なるグループに分けられる場合もある。

通信制御装置１０は、通話要求、移動端末のハンドオーバ、時刻指定型配信要求、再送要求、パケットカウント要求など、ネットワーク上で要求される任意の制御を管理する。そして、各パケットフローが通過する入口部分のエッジルータ２０と、フロー制御が行われるべき制御ルータ３０を特定する。通信制御装置１０は、パケットフローごとに、どの制御ルータ３０で、どのような制御内容（制御方法）が必要かを判断し、対応のエッジルータ２０に、特定した制御ルータ３０を表わす制御ルータ識別子と、制御内容を表わす制御識別子をマーキングするように要求する。

マーキング要求を受けたエッジルータ（図２（ａ）の例ではＥＲ２０ａ）は、そのフローの各パケットに制御ルータと制御内容を示す識別子をマーキングして、コア領域の制御ルータ３０にパケットを送り出す。制御ルータ３０は、送られてきた各フローの制御ルータ識別子を判別して、自ルータに宛てられたものかどうかを判断し、自ルータに宛てられたものであれば、制御識別子にしたがってフロー制御を行うだけでよい。

このような構成により、ネットワークのコア領域で、制御ルータ３０の負担を増大させることなく、フローの個別制御が可能になる。

図３は、本発明の第１実施形態に係る通信システム１Ａの構成図である。第１実施形態では、移動端末のハンドオーバ時のバッファリング制御を例にとって、フロー制御を説明する。

通信システム１Ａの移動通信ネットワーク５０は、通信制制御装置１０と、入口ルータ２０と、制御ルータ３０と基地局４０Ａ，４０Ｂと、ルータ３１〜３３を含む。移動端末１２は、たとえばユーザが直接使用する携帯電話であり、ネットワーク５０を介して相手側通信装置１１と通信する。相手側通信装置１１は、端末装置であってもサーバであってもよい。また、図３の例では、相手側通信装置１１は、直接、または他のネットワークを経由してネットワーク５０に接続されているが、ネットワーク５０の内部に含まれてもよい。

図３では、説明の便宜上、単一の通信制御装置１０、入口ルータ２０、制御ルータ３０を示しているが、ネットワーク５０には複数の通信制御装置１０、入口ルータ２０、制御ルータ３０が含まれ、ルータ３１〜３３が制御ルータあるいは入口ルータとして機能する場合もある。この場合、複数の通信制御装置１０は、ネットワーク５０上のすべてのルータ、入口ルータ、制御ルータを網羅するように接続され、ネットワーク５０上の通信を制御、管理する。

基地局４０Ａはルータ３２を介して、信号線により制御ルータ３０に接続される。基地局４０Ｂはルータ３３を介して、信号線により制御ルータ３０に接続される。通信制御装置１０と、入口ルータ２０と、制御ルータ３０は、信号線により相互に接続されている。移動端末１２は、基地局４０Ａのサービスエリアから基地局４０Ｂのサービスエリアに移動中である。通信制御装置１０は、移動端末１２のハンドオーバを検出し、入口ルータ２０と制御ルータ３０に制御情報を供給し、入口ルータ２０と制御ルータ３０でその制御情報に応じた動作を行うことによって、ネットワーク５０のコア部分での効率的なフロー制御が可能になる。すなわち、通信制御装置１０、入口ルータ２０、および制御ルータ３０が本発明の通信システムを構成し、協調してサービス制御を行う。

図４は、図３に示す通信システム１Ａ全体の処理の流れを示すシーケンス図である。上述したように、第１実施形態では、移動端末１２のハンドオーバを契機とするフロー制御に本発明を適用したものである。

まず、起動端末１２が、基地局４０Ａのサービスエリアに位置する間は、通常のルーティングにより、相手側通信装置１１から、入口ルータ２０、制御ルータ３０を介して、基地局４０Ａにパケットが送られ、移動端末１２は基地局４０Ａからパケットを受信する。移動端末１２は、通信制御装置１０に対して定期的に位置情報を送信しており、通信制御装置１０は移動端末１２の位置を登録する。なお、図４の例では、移動端末１２から通信制御装置１０に位置情報が送られる構成となっているが、この例に限定されず、基地局４０Ａから通信制御装置１０に移動端末１２の位置情報が供給されてもよいし、途中の交換機、制御装置（ともに不図示）から通信制御装置１０に位置情報を送る構成としてもよい。

ここで、移動端末１２が基地局４０Ａのサービスエリアから基地局４０Ｂのサービスエリアへ移動を開始すると、通信制御装置１０は移動端末１２のハンドオーバを検出する（Ｓ１０１）。通信制御装置１０は、相手側通信装置１１からのパケットフローが通過する入口ルータ２０と制御ルータ３０を判定し（Ｓ１０３），それぞれに対してマーキング要求（Ｓ１０５）と、制御開始要求（Ｓ１０７）を送る。マーキング要求を受けた入口ルータ２０は、相手側通信装置１１から移動端末１２へのパケットに、制御ルータ識別子と、制御内容識別子をマーキングし（Ｓ２００）、マーキングしたパケットを制御ルータ３０へ転送する。制御ルータ３０は、パケットにマーキングされた自ルータの識別子とバッファリング処理の識別子だけを見て、このパケットフローのバッファリングを開始する（Ｓ３００）。

移動端末１２が基地局４０Ｂのサービスエリア内への移動を完了すると、通信制御装置１０は、移動端末１２のハンドオーバ終了を検出し（Ｓ１０９）する。そして、入口ルータ２０にマーキング解除要求を送るとともに（Ｓ１１１）、制御ルータ３０に制御終了要求を送る（Ｓ１１３）。

制御ルータ３０は、制御終了要求にしたがってバッファを開放し、ハンドオーバの間にバッファリングしていたパケットを、移動先の基地局４０Ｂへと送信する（Ｓ４００）。入口ルータ２０はマーキング解除要求に応じ、それ以降は相手先通信装置１１から移動端末１２へのパケットのフローに対して、マーキングを行わない。したがって、その後のパケットフローは通常のルーティング処理により入口ルータ２０、制御ルータ３０を介して基地局４０Ｂへ送られる。

図５は通信制御装置１０の概略構成図、図６は通信制御装置１０で行われる処理を示すフローチャートである。図６は、図４における通信制御装置１０の動作を詳細に示すものであり、図４のシーケンス図と同じステップは、同じ符号で示されている。

通信制御装置１０は、制御管理部１２１と、実行管理部１２２と、フロー管理部１２３を有する。図６のフローチャートに示すように、まず、通信制御装置１０の実行管理部１２２は、移動端末１２の位置情報などに基づいて、ネットワーク５０内の移動端末１２のハンドオーバを検出する（Ｓ１０１）。ハンドオーバを検出した実行管理部１２２は、フロー管理部１２３に問い合わせ、相手側通信装置１１から移動端末１２へ送られるパケットフローが通過する入口ルータ２０と、ハンドオーバに伴ってバッファリング制御を行うべき制御ルータ３０を特定する（Ｓ１０３）。

入口ルータ２０と制御ルータ３０が特定されると、通信制御装置１０の実行管理部１２２は、制御管理部１２１を介して、特定した入口ルータ２０にマーキング要求を送る（Ｓ１０５）。第１実施形態の場合、入口ルータ２０へのマーキング要求とともに、制御ルータ３０に対して制御開始要求を送出する（Ｓ１０７）。制御ルータ３０において、ハンドオーバにともなうバッファリングのための資源を確保する必要があるからである。

入口ルータ２０へのマーキング要求は、通知情報として、相手側通信装置１１から移動端端末１２に送られるパケットフローのフロー識別子と、マーキング情報を含む。マーキング情報は、このパケットフローが必要とする制御内容（第１実施形態ではバッファリング制御）を示す制御識別子と、制御を実行する制御ルータ３０を示す制御ルータ識別子で構成される。一方、制御ルータ３０に対する制御開始要求は、移動端末１２に送られるパケットのフロー識別子を含む。制御ルータ３０は、制御開始要求を受け取ると、このフロー識別子で特定されるフローのために、バッファ領域を確保する。

移動端末１２の移動が完了したならば、通信制御装置１０の実行管理部１２２はハンドオーバの終了を検出する（Ｓ１０９）。通信制御装置１０の実行管理部１２２は、制御管理部１２１を介して、入口ルータ２０に対して、マーキング解除要求を出すとともに（Ｓ１１１）。制御ルータ３０に対して、制御終了要求を出す（Ｓ１１３）。マーキング解除要求に添付される通知情報は、フロー識別子を含むが、マーキング情報もそのまま添付してもよい。また、制御終了要求に添付される通知情報はフロー識別子を含む。制御ルータ３０は、制御終了要求のあったフローについては、制御を解除する。第１実施形態の場合、制御ルータ３０は当該フローに割り当てていたバッファ領域を開放する。

このような通信制御装置１０は、たとえば交換機の制御部により実現される。

図７は、図３の通信システム１Ａで用いられる入口ルータ２０の概略構成図、図８は入口ルータ２０で行われる処理動作のフローチャートである。図８の処理フローは、図４のシーケンスにおけるマーキング（Ｓ２００）処理の詳細である。

入口ルータ３０は、通信制御装置１０に接続される制御管理部１０１、実行管理部１０２、フロー管理部１０３、相手側通信装置１１に直接または間接的に接続される入力制御部１０４、次ルータ３１に接続される出力制御部１０６、および入力制御部１０４に到着したパケットにマーキングを行うマーキング制御部１０５を含む。フロー管理部１０３は、通信制御装置１０から送られてくるマーキング要求を制御管理部１０１経由で受け取り、マーキング要求に含まれるマーキング情報（図６参照）を、フロー管理テーブル２５に書き込んでおく。

動作において、入力制御部１０４にパケットが到着すると、実行管理部１０２は、到着したパケットの属するフローを識別する（Ｓ２０１）。そして、通信制御装置１０からの通知によりフロー管理部１０３に記憶されたフロー管理テーブル２５を参照して（Ｓ２０３）、このパケットに対するマーキング処理の要否を判断する（Ｓ２０５）。マーキング処理が不要の場合には（Ｓ２０５でＮＯ）、出力制御部１０６からパケットをそのまま次のルータ３１へ送り出す（Ｓ２０９）。マーキング処理が必要な場合は（Ｓ２０５でＹＥＳ）、マーキング制御部１０５は、フロー管理テーブル２５で指定されたマーキング情報をパケットに付与してから（Ｓ２０７）、出力制御部１０６にパケットを送る。

このように、入口ルータ２０は、通信制御装置１０から送られてきたマーキング情報に基づいて、この入口ルータ２０を通過するパケットにマーキングが必要な場合に、マーキングを行う。第１実施形態の場合、入口ルータ２０は通信制御装置１０からのマーキング要求を契機として、相手側通信装置１１から移動端末１２へ送られるパケットにマーキングを開始する。なお、図示はしないが、マーキング処理と併行して、ＱｏＳのクラス制御が従来どおり行われているものとする。

図９は、入口ルータ２０のフロー管理テーブル２５の一例を示す。図９に示すフロー管理テーブル２５Ａは、フロー識別子とマーキング情報を対応付けて格納しており、マーキング情報には、ルータ識別子と制御識別子が含まれる。フロー＃１とフロー＃２０５はそれぞれ別個のフローであるが、ともに制御ルータ３０でのバッファリング制御を必要とする。フロー＃２１、＃２５、＃５４は、制御ルータ３０での時刻指定制御を必要とする。フロー＃７２は、ルータ３１、３２からのマルチキャスト制御が必要であり、フロー＃９３はルータ３３でのパケット数カウントを、フロー＃９８はルータ３２でのパケットカウントを必要とする。

ここで、同じ制御内容のフロー、すなわちバッファリングを要するフロー＃１とフロー＃２０５は、コア部のルータ間では同じグループとして扱われる。また、パケット数カウントを要するフロー＃９３とフロー＃９８も、同じグループとして扱われる。

制御の内容によっては、同じ制御方法として同じグループにまとめられたフローの中でも、それぞれ個別に制御が必要な場合がある。たとえば、第１実施形態のようにハンドオーバにともなうバッファリング制御の場合は、制御ルータ３０でフローごとに別個のバッファ領域を確保しなければならない。そこで図９のフロー管理テーブル２５Ａでは、同じグループ内の異なるフローに対する制御が区別されるように、制御識別子自体に各フローを区別する情報を含ませる。具体的には、パケット数カウント＃１、パケット数カウント＃２というように、同じ制御方法内でフローを区別する。

マーキング情報に含まれる制御識別子の形態は、通信制御装置１０で決定することができる。第１実施形態の場合、たとえば通信制御装置１０は、パケットフロー＃２０５に関してハンドオーバを検出すると、入口ルータ２０に送るマーキング要求の中に、制御ルータ３０というルータ識別子と、バッファリング制御＃２という制御識別子を含める。入口ルータ２０のフロー管理部１０３は、この通知情報を管理テーブル２５Ａに書き込む。

図９のフロー管理テーブル２５Ａに代えて、図１０に示すフロー管理テーブル２５Ｂを用いてもよい。フロー管理テーブル２５Ｂでは、マーキング情報の中にフロー識別子が含まれる。図１０の場合も図９と同様に、同じ制御内容を必要とするフローは同じグループとして扱われるが、マーキング情報の中でルータと制御内容がそれぞれフロー識別子と関連付けて記録されているので、同じ制御内容に対しては同じ制御識別子だけが与えられている。

図１１は、さらに別のフロー管理テーブル２５Ｃを示す。図１１のフロー管理テーブル２５Ｃでは、マーキング情報にフロー識別子は含まれず、かつ、制御識別子はフローを区別する情報を持たない。

上述したように、通信制御部１０から入口ルータ２０に送られてくるマーキング情報の形態は、通信制御装置１０が指定することができる。通信制御装置１０が生成するマーキング情報の構成に応じて、入口ルータ２０はフロー管理テーブル２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃのいずれを格納してもよい。

図１２は、入口ルータ２０が通信制御装置１０からマーキング関連要求を受け取った場合の処理フローを示す。入口ルータ２０は、マーキング要求を受け取ったとき（Ｓ２１１）、およびマーキング解除要求を受け取ったとき（Ｓ２１３）に、フロー管理テーブル２５を更新する。たとえば、フロー管理テーブル２５Ａの例では、フロー＃１に対するマーキング要求を受け取ると、このフローのフロー識別子に対応づけて、マーキング情報のルータ識別子（制御ルータ３０）と制御識別子（バッファリング＃１）をテーブル２５Ａに書き込む。他のフローに対するマーキング要求を受け取った場合も、順次テーブル２５Ａに書き込んでいく。

入口ルータ２０が、通信制御装置１０からフロー＃１に対するマーキング解除要求を受け取ると、入口ルータ２０はフロー管理テーブル２５Ａから、フロー＃１のエントリを消去する。したがって、これ以降は、このフローに含まれるパケットにマーキングすることなく、通常の手順でパケットを次ルータへ転送する。

図１３は、図３の通信システム１Ａで用いられる制御ルータ３０の概略構成図、図１４は、制御ルータ３０で行われる処理動作のフローチャートである。図１４の処理フローは、図４のシーケンスにおけるバッファリング（Ｓ３００）に対応する処理の詳細である。

制御ルータ３０は、通信制御装置１０に接続される制御管理部１１１、実行管理部１１２、フロー管理部１１３、相手側通信装置１１に論理的に接続されて到着パケットの処理を行う入力制御部１１５、次ルータに接続される出力制御部１１６、および制御対象フローに属するパケットに対して所定の制御を行うパケット制御部１１４を含む。

まず、実行管理部１１２は、入力制御部１１５に到着したパケットのマーキングの有無を確認する（Ｓ３０１）。マーキングされていないパケットは（Ｓ３０１でＮＯ）、そのまま通常のルーティングで次ルータへ転送する（Ｓ３１１）。パケットにマーキングがされていれば（Ｓ３０１でＹＥＳ）、マーキング情報に含まれる制御ルータ識別子をチェックして、自ルータに宛てられたものか否かを判断する（Ｓ３０３）。自ルータでの制御を必要としないパケットは（Ｓ３０３でＮＯ）、そのまま次ルータへ転送する（Ｓ３１１）。到着パケットが自ルータの制御対象フローに含まれる場合は（Ｓ３０３でＹＥＳ）、パケットにマークされた情報からそのパケットが必要とする制御内容を識別し（Ｓ３０５）、指定された制御方法にしたがってパケットを制御する（Ｓ３０７）。

通信制御装置からの制御終了要求があるまで（Ｓ３０９でＮＯ）、到着パケットに対する制御を継続する。第１実施形態では、制御終了要求があるまで、特定のバッファ領域へのバッファリングを継続する。制御終了要求を受け取ると（Ｓ３０９でＹＥＳ）、次ルータへパケットを転送する（Ｓ３１１）。

ステップＳ３０５において、入口ルータ２０が図９に示すフロー管理テーブル２５Ａまたは図１０に示すフロー管理テーブル２５Ｂを用いる場合は、制御ルータ３０の実行管理部１１２は、パケットにスタンプされたマーキング情報を見るだけで、到着パケットの制御方法をフロー別に識別することができる。すなわち、受け取ったパケットにマークされた制御識別子をチェックするだけで（図９の場合）、あるいはパケットにマークされた制御識別子とフロー識別子の対応付けをチェックするだけで（図１０の場合）、パケットを当該フローのために確保されたバッファ領域に蓄積することができる。

これに対し、入口ルータ２０が図１１に示すフロー管理テーブル２５Ｃを用いる場合は、パケットにマークされたマーキング情報は、ルータ識別子と、フロー区別のない制御識別子を含んでいる。この場合、制御ルータ３０のフロー管理部１１３は、図１５に示す制御管理テーブル３５を有する。制御ルータ３０の実行管理部１１２は、マーキング情報だけからでは、到着したパケットをどのバッファ領域にバッファリングすべきか判断できない。そこで、ステップＳ３０５で実行管理部１１２は、必要に応じてフロー管理部１１３の制御管理テーブルを参照して、到着パケットの制御方法を識別する。パケット制御が識別されると、パケット制御（第１実施形態ではバッファリング制御）を開始し、制御終了要求を受け取るまで、制御を継続する。制御終了要求の受信後は、バッファを開放し、次ルータへパケットを送信する。

図１５は、制御ルータ３０が保持する制御管理テーブル３５の一例を示す。制御管理テーブル３５を用いる場合は、通信制御装置１０から送られてくる制御開始要求（図６参照）の中に、フロー識別子に加え、制御内容（方法）の情報も含まれる。制御ルータ３０の制御管理部１１１は、制御開始要求を受け取ると、実行管理部１１２を介してフロー管理部１１３の制御管理テーブル３５に、フロー識別子と制御識別子を記録する。実行管理部１１２は、制御管理テーブル３５を参照して、受け取ったパケットの制御識別子に対応するパケットフローを確認し、このパケットを対応するバッファ領域に格納する。

図１６は、制御ルータ３０が通信制御装置１０から制御関連要求を受け取った場合の処理を示す。通信制御装置１０が移動端末１２のハンドオーバを検出すると、制御ルータ３０は、移動端末１２に送られるパケットフローについての制御開始要求を通信制御装置１０から受信する（Ｓ４０１）。制御ルータ３０は、このパケットフローのためのバッファ領域を確保する（Ｓ４０３）。制御管理テーブル３５を用いる場合は、バッファ領域の確保とともに、制御管理テーブル３５を更新する。

一方、通信制御装置１０が移動端末の移動完了を検出すると、制御ルータ３０は、移動端末１２に送られるパケットフローについて制御終了要求を受信する（Ｓ４０５）。そして、制御終了要求にしたがってバッファ領域を開放し、蓄積しておいたパケットを移動端末１２の移動先の基地局へと送信する（Ｓ４０７）。制御管理テーブル３５を用いる場合は、制御管理テーブル３５から、このパケットフローについてのエントリを消去する。

このように、制御ルータ３０は、個々のフローをすべて識別する必要はなく、受け取ったパケットのマーキング情報の有無に応じて、通常のルーティングを行うか特定の制御を行うかを判断する。受け取ったパケットにマーキング情報があり、かつ自ルータでの制御を指定するものである場合に、フローの識別なしに、マーキング情報に含まれる制御識別子に従った制御を行うだけでよい。この結果、コア部分で同じ制御方法についてのグループ処理を行う一方で、制御ルータ３０の負担増大なしにグループ内の個別のフローについての制御が可能になる。

次に、本発明の第２実施形態について、図１７〜１９を参照して説明する。図１７は、本発明の第２実施形態に係る通信システム１Ｂの概略構成図、図１８は、通信システム１Ｂで用いられる通信制御１０の動作を示すフローチャートである。

第２実施形態では、複数の移動端末１２Ａ〜１２Ｃに対する時刻指定配信に本発明を適用する。時刻指定配信は、たとえば日時を指定した新譜の配信や、時刻を特定して行われるオークションやクイズの際に必要になる。情報は、新譜の入手を希望するすべてのユーザ、オークション、クイズなどに参加するすべてのユーザに公平になるように、同時配信される必要があるからである。

通信システム１Ｂは、第１実施形態の通信システム１Ａと同様に、通信制御装置１０と、入口ルータ２０と、制御ルータ３０を含む。入口ルータ２０と制御ルータ３０の間に、ルータ３１が挿入され、制御ルータ３０は、ルータ３２を介して、基地局４０Ａに接続される。これらは、たとえば信号線により接続されている。移動端末１２Ａ〜１２Ｃは、ユーザが直接使用する移動端末である。相手側通信装置１１は、移動端末１２Ａ〜１２Ｃの通信相手であり、通信の形態により端末、あるいはサーバの場合があり、また、移動通信ネットワーク５０に含まれる場合と、移動通信ネットワーク５０に直接接続される場合と、他のネットワークを経由して接続される場合がある。

通信制御装置１０は、図５に示す第１実施形態と同様に、制御管理部１２１と、実行管理部１２２と、フロー管理部１２３を有する。図１７のフローチャートでは、通信制御装置１０の実行管理部１２２は、たとえば相手通信装置１１との間のネゴシエーションを通じて、移動端末１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃへのパケットフローが到着時刻指定制御の対象となるフローであることを検出する（Ｓ５０１）。到着時刻指定制御の対象フローを検出した実行管理部１２２は、フロー管理部１２３に問い合わせ、相手側通信装置１１から移動端末１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃへ送られるパケットフローが通過する入口ルータ２０と、到着時刻指定制御を行うべき制御ルータ３０を特定する（Ｓ５０３）。

図１７では説明の便宜上、基地局４０Ａのサービスエリア内にある移動端末１２Ａ〜１２Ｃに到着時刻指定で情報を配信する例としているが、別の基地局のサービスエリア内の移動端末への到着時刻指定配信も当然含まれる。通信制御装置１０は、配信先の移動端末の位置に応じて、フローごとに、対応する制御ルータを特定することができる。

入口ルータ２０と制御ルータ３０が特定されると、通信制御装置１０の実行管理部１２２は、制御管理部１２１を介して、特定した入口ルータ２０にマーキング要求を送る（Ｓ５０５）。マーキング要求は、通知情報として、相手側通信装置１１から移動端端末１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに送られるパケットフローのフロー識別子と、マーキング情報を含む。マーキング情報は、このパケットフローが必要とする制御内容（第２実施形態では到着時刻指定配信制御）を示す制御識別子と、制御を実行する制御ルータ３０を示す制御ルータ識別子で構成される。第２実施形態では、制御識別子の中に、到着時刻情報も含む。

通信制御装置１０の実行管理部１２２は、相手先配信装置１１とのネゴシエーションを通じて、到着時刻指定が必要なパケットの送信完了を検出する（Ｓ５０７）。実行管理部１２２は、制御管理部１２１を介して、入口ルータ２０にマーキング解除要求を送る（Ｓ５０９）。マーキング解除要求に添付される通知情報は、フロー識別子を含むが、マーキング情報もそのまま添付してもよい。通信制御装置１０は、たとえば交換機の制御部により実現される。

入口ルータ３０は、図７に示す第１実施形態と同様に、通信管理装置１０に接続される制御管理部１０１と、実行管理部１０２と、フロー管理部１０３と、相手側通信装置１１から直接または間接的にパケットを受け取る入力制御部１０４と、パケットに対してマーキング制御を行うマーキング制御部１０５と、次ルータへの出力を制御する出力制御部１０６を有する。

フロー管理部１０３は、図９〜図１１のフロー管理テーブル２５Ａ〜２５Ｃのいずれかを格納する。入力制御部１０４にパケットが到着すると、実行管理部１０２は、到着したパケットの属するフローを識別し、フロー管理部１０３に記憶されたフロー管理テーブル２５を参照して、このパケットに対するマーキング処理の要否を判断する。たとえば、図９に示すフロー管理テーブル２５Ａを用いるとする。

図９のフロー管理テーブル２５Ａにおいて、フロー＃２１、フロー＃２５、フロー＃５４は、移動端末１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに対して到着時刻指定で配信されるべきパケットフローである。これらのフローは、制御ルータ３０で到着時刻指定制御を受ける必要がある。入口ルータ２０は、パケットが到着するたびに、フロー管理テーブル２５Ｂを参照して、そのパケットが属するフローがマーキングを要するか否かを判断し、マーキングを要する場合にパケットにマーキングを施す。到着したパケットがフロー＃２１に属するものである場合、このパケットにマーキング情報として、制御ルータ３０を示すルータ識別子と、制御内容である到着時刻指定配信を示す制御識別子をマークする。

到着パケットがマーキングを要しない場合は、入口ルータ２０は通常のルーティング手順で、パケットを次ルータへ転送する。

入口ルータ２０は、通信制御装置１０からマーキング解除要求を受け取ると、フロー管理テーブル２５Ｂから、フロー＃２１、フロー＃２５、フロー＃５４についてのエントリを消去する。それとともに、以降は、これらのフローに属するパケットにマーキングすることなく、通常の手順で次ルータへ転送する。オークション、クイズなどの特別の時間が過ぎれば、ユーザに対する厳密な同時配信の時間制御を行う必要はないからである。

制御ルータ３０は、図１３に示す第１実施形態と同様に、制御管理部１１１と、実行管理部１１２と、フロー管理部１１３と、パケット制御部１１４と、入力制御部１１５と、出力制御部１１６を有する。

図１９は、第２実施形態の制御ルータ３０の動作を示すフローチャートである。入力制御部１１５でパケットの到着が認識されると、実行管理部１１２は到着パケットがマーキング情報を有するか否かを判断する（Ｓ６０１）。パケットにマーキングがない場合は（Ｓ６０１でＮＯ），そのまま通常のルーティング処理でパケットを次ルータへ転送する（Ｓ６０９）。パケットにマーキングされている場合は（Ｓ６０１でＹＥＳ）、そのパケットが自ルータでの制御を必要とするパケットかどうかを判断する（Ｓ６０３）。

到着パケットが自ルータでの制御対象でない場合は（Ｓ６０３でＮＯ）、そのパケットをそのまま通常ルーティングで次ルータへ転送する（Ｓ６０９）。自ルータでの制御対象である場合は（Ｓ６０３でＹＥＳ）、実行管理部１１２は、到着パケットの制御内容（方法）を識別する（Ｓ６０５）。制御内容の識別は、マーキング情報に含まれている制御識別子を判別するだけでよい。パケット制御部１１４は、制御識別子にしたがって、パケットの制御を行う（Ｓ６０７）。第２実施形態では、時刻指定配信を特定する制御識別子は、時刻情報も含み、制御ルータ３０は、時刻指定配信が必要なパケットフローについて、所定時刻になるまで一括してバッファしておく。そして、制御識別子によって指定される時刻になると、パケットを次ルータへ転送する（Ｓ６０９）。

以上説明したように、本発明の通信システムにおいては、ネットワークのエッジ部分でのフロー単位のＱｏＳ制御と、コア部分でのクラス制御によるスケーラビリティという特徴を生かしつつ、個別制御の困難なコア部でフローごとのパケット制御を可能にする。

とくに、入口ルータでマーキングされた情報に基づいてパケット制御を行うことにより、コア部分でのルータの負担を最小限に抑えて、フローごとの制御が可能になる。また、コア部でのルータの処理能力の向上を図ることができる。

なお、実施形態では、移動通信ネットワークにおけるハンドオーバを契機とするバッファリング制御と、到着時刻指定配信制御を例にとって説明してきたが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。たとえば、マルチキャスト通信のためのフロー制御、パケット数カウント制御、再送制御など、移動通信ネットワークで必要とされるすべてのフロー制御に本発明を適用することができる。

従来のネットワークシステムの問題点を説明するための図である。 本発明が適用されるシステムの概要図である。 本発明の第１実施形態に係る通信システム１Ａの概略構成図である。 通信システム１Ａ全体の処理の流れを示すシーケンス図である。 図３のシステムで用いられる通信制御装置１０の構成図である。 図３のシステムにおける通信制御装置１０の処理動作を示すフローチャートである。 図３のシステムで用いられる入口ルータ２０の構成図である。 図３のシステムにおける入口ルータ２０の処理動作を示すフローチャートである。 入口ルータでのフロー管理テーブルの構成例を示す図である。 入口ルータでのフロー管理テーブルの別の例を示す図である。 入口ルータでのフロー管理テーブルのさらに別の例を示す図である。 通信制御装置からマーキング関連要求を受け取ったときの入口ルータ２０の処理を示す図である。 図３のシステムで用いられる制御ルータ３０の構成図である。 図３のシステムにおける制御ルータ３０の処理動作を示すフローチャートである。 必要に応じて制御ルータで用いられる制御管理テーブルの構成例を示す図である。 通信制御装置から制御関連要求を受け取ったときの制御ルータ３０の処理を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る通信システム１Ｂの概略構成図である。 図３のシステムにおける通信制御装置１０の処理動作を示すフローチャートである。 図１７の通信システムで用いられる制御ルータの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１、１Ａ，１Ｂ 通信システム
１０ 通信制御装置
１１ 相手側通信装置
１２、１２Ａ−１２Ｃ 移動端末
２０ 入口ルータ（エッジルータ）
２５、２５Ａ、２５Ｂ 入口ルータフロー管理テーブル
３０ 制御ルータ
３１−３３ ルータ
３５ 制御管理テーブル
４０Ａ、４０Ｂ 基地局
５０ 移動通信ネットワーク
１０１ 入口ルータ制御管理部
１０２ 入口ルータ実行管理部
１０３ 入口ルータフロー管理部
１０４ 入口ルータ入力制御部
１０５ マーキング制御部
１０６ 入口ルータ出力制御部
１１１ 制御ルータ制御管理部
１１２ 制御ルータ実行管理部
１１３ 制御ルータフロー管理部
１１４ パケット管理部
１１５ 制御ルータ入力制御部
１１６ 制御ルータ出力管理部
１２１ 通信制御装置の制御管理部
１２２ 通信制御装置の実行管理部
１２３ 通信制御装置のフロー管理部

Claims (11)

1. ネットワーク上の通信を管理する通信制御装置と、
   前記ネットワーク内へ送信されるパケットが通過する第１の経路制御装置と、
   前記ネットワーク内部でパケットフロー制御を行う第２の経路制御装置と
   を含み、
   前記通信制御装置は、パケットフローごとに、該パケットフローが通過すべき第１の経路制御装置と、該パケットフローに対して制御を行うべき第２の経路制御装置とを特定し、
   前記通信制御装置は、前記特定した第２の経路制御装置の識別子と、該第２の経路制御装置により行われるべき前記パケットフローに対する制御内容を示す識別子とを含むマーキング情報を指定し、
   前記通信制御装置は、前記第１の経路制御装置に、前記パケットフローに含まれるパケットに前記マーキング情報を付加するマーキング要求を送信し、
   前記通信制御装置は、前記特定した第２の経路制御装置に対して、制御開始要求を送信し、
   前記第１の経路制御装置は、前記マーキング要求にしたがって、前記パケットフローに含まれるパケットに、マーキング情報を付加し、
   前記第２の経路制御装置は、前記マーキング情報に基づいて、前記パケットフローを制御することを特徴とする通信システム。
2. ネットワーク上で送受信されるパケットフローに対して必要とされる制御内容を検出する実行管理部と、
   該実行管理部により制御が必要とされたパケットフローについて、該パケットフローが通過すべき第１の経路制御装置と、該パケットフローに対して制御を行うべき第２の経路制御装置とを特定するフロー管理部と、
   該フロー管理部により特定された第２の経路制御装置の識別子と、該第２の経路制御装置により行われるべき前記パケットフローに対する制御内容を示す識別子とを含むマーキング情報を指定するマーキング情報指定部と、
   前記フロー管理部により特定された第１の経路制御装置に対して、前記パケットフローに含まれるパケットに前記マーキング情報指定部により指定されたマーキング情報を付加するマーキング要求を送信する制御管理部と
   を備えることを特徴とする通信制御装置。
3. 前記制御管理部は、前記フロー管理部により特定された第２の経路制御装置に対して、制御開始要求を送信することを特徴とする請求項２に記載の通信制御装置。
4. 前記制御管理部は、前記フロー管理部により特定された第２の経路制御装置に対して、制御終了要求を送信することを特徴とする請求項３に記載の通信制御装置。
5. 前記制御管理部は、前記パケットフローに対する制御の必要性が解消されたときに、前記第１の経路制御装置に対して、マーキング解除要求を送信することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の通信制御装置。
6. ネットワーク内に送信されるパケットが通過する経路制御装置であって、
   前記ネットワーク上の通信を管理する通信制御装置は、パケットフローが通過すべき第１の経路制御装置と、該パケットフローに対して制御を行うべき第２の経路制御装置とを特定し、該第２の経路制御装置の識別子と、該第２の経路制御装置により行われるべきパケットフローに対する制御内容を示す識別子とを含むマーキング情報を指定し、前記第１の経路制御装置に、前記パケットフローに含まれるパケットに該マーキング情報を付加するマーキング要求を送信し、
   前記第１の経路制御装置は、
   前記通信制御装置から、前記マーキング要求を受信する制御管理部と、
   当該第１の経路制御装置が受信したパケットが属するパケットフローを識別し、前記制御管理部により受信されたマーキング要求に基づいて、前記識別したパケットフローに対するマーキング情報が受信されているかを判断する実行管理部と、
   該実行管理部により前記パケットフローに対するマーキング情報が受信されていると判断された場合に、前記パケットフローに属するパケットに前記マーキング情報を付加するマーキング制御部と
   を備える経路制御装置。
7. 前記制御の対象となるパケットフローと対応づけて、マーキング要求に含まれる制御内容を示す識別子と第２の経路制御装置の識別子とを格納するフロー管理テーブル
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の経路制御装置。
8. マーキング情報に含まれる制御内容を示す識別子は、前記制御の対象となるパケットフローを区別する情報を含むことを特徴とする請求項７に記載の経路制御装置。
9. ネットワーク内を通過するパケットフローを制御する経路制御装置であって、
   前記ネットワーク上の通信を管理する通信制御装置は、パケットフローが通過すべき第１の経路制御装置と、前記パケットフローに対して制御を行うべき第２の経路制御装置とを特定し、該第２の経路制御装置の識別子と、該第２の経路制御装置により行われるべきパケットフローに対する制御内容を示す識別子とを含むマーキング情報を指定し、前記第１の経路制御装置に、前記パケットフローに含まれるパケットに該マーキング情報を付加するマーキング要求を送信し、
   該マーキング要求を受信した第１の経路制御装置は、前記マーキング要求に基づいて、前記パケットフローに属するパケットに前記マーキング情報を付加し、
   第２の経路制御装置は、
   前記第１の経路制御装置からの受信パケットがマーキング情報を含む場合に、該マーキング情報に含まれる第２の経路制御装置の識別子が当該第２の経路制御装置の識別子であるかを判断する実行管理部と、
   該実行管理部により前記受信パケットに含まれるマーキング情報が当該第２の経路制御装置の識別子を含む場合に、前記受信パケットに対する制御内容にしたがって、前記受信パケットを制御するパケット制御部と
   を備える経路制御装置。
10. 前記通信制御装置から、特定のパケットフローに対する制御開始要求を受信する制御管理部
    をさらに含み、
    前記制御開始要求が受信された場合に、前記実行管理部は、前記特定のパケットフローの制御を開始することを特徴とする請求項９に記載の経路制御装置。
11. ネットワーク上を送受信されるパケットフローごとに、前記ネットワーク内へ送信されるパケットが通過すべき第１の経路制御装置と、前記ネットワーク内部で前記パケットに対して制御を行うべき第２の経路制御装置とを特定するステップと、
    前記特定するステップにより特定された第２の経路制御装置の識別子と、該第２の経路制御装置により行われるべき前記パケットフローに対する制御内容を示す識別子とを含むマーキング情報を指定するステップと、
    前記第１の経路制御装置に、前記パケットフローに含まれるパケットに前記指定するステップにおいて指定されたマーキング情報を付加するマーキング要求を送信するステップと、
    前記特定するステップにおいて特定された第２の経路制御装置に対して、制御開始要求を送信するステップと
    を有し、
    前記第１の経路制御装置は、前記マーキング要求にしたがって、当該第１の経路制御装置を通過するパケットフローに含まれるパケットに前記マーキング情報を付加し、
    前記第２の経路制御装置は、前記パケットに付加されたマーキング情報に基づいて、前記パケットフローの制御を行う
    ことを特徴とする通信制御方法。

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