JP4589289B2 - パケット転送装置 - Google Patents

Description

本発明は、パケット転送装置に関し、特に、光インターフェースを備えたパケット転送装置に好適な帯域制御技術に関する。

近年のネットワーク技術の進歩によって、ネットワークアクセスは、ダイアルアップ等のナローバンドアクセスサービスから、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）等のブロードバ
ンドアクセスサービスに移行している。これに伴い、ネットワークを利用したアプリケーションも、通信帯域の変化による影響が少ないアプリケーション（メール、World Wide Web、データ転送等）より、リアルタイム性が必要なアプリケーション（ストリーミング、ＶｏＩＰ、ネットバンキング等）が増加している。これによって、通信帯域が安定したネットワークが要求されている。

しかし、現状のネットワークサービスは、複数ユーザがベストエフォートで帯域を共有している。このため、安定した帯域の確保が困難で、リアルタイム性のあるネットワークアプリケーションには不適切な場合がある。よって、契約体系に応じて利用できる帯域を異ならせたネットワークサービスが求められている。
このような帯域制御を実現するために、現在のネットワークで多く利用されている可変長パケット通信（例えば、Ethernet（登録商標、以下同じ））の帯域を保証するために、リーキーバケットを利用したトラヒックシェーパが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載された技術によると、リーキーバケットに最低保証帯域と最大制御帯域を表す閾値を設定する。バケットの水位が最低保証帯域以下のキューからパケットの送出を許可する。また、余剰帯域が発生した場合は、パケットを保持し、かつバケットの水位が最大制御帯域未満のキューからパケットの送出を許可する。また、バケットの水位が最大制御帯域を越えたキューはパケットの有無に関わらずフレームの送出が禁止される。このようにすることで、最低保証帯域と最大許容帯域の制御を実現する。

また、トークンバケットの動作原理は非特許文献１に記載されている。また、リーキーバケットの動作原理は非特許文献２に記載されている。
特開２００３−１９８６１１号公報 P.F. Chimento, "Standard Token Bucket Terminology"，２００年５月１８日，インターネットＵＲＬ<http: //qbone.internet2.edu/bb/Traffic.pdf> The ATM Forum Technical Committee，"Traffic Management Specification Version 4.0"，４．４．２章

しかし、前述した従来技術では、空帯域を利用して最低帯域以上のデータを送出した後に、ネットワークに輻輳が発生すると、空帯域を利用してデータを送信したユーザは、バケットの水位が最低保証帯域以下になるまでパケットを送出できない。よって、その間、最低帯域が確保されない問題があった。

本発明の第１の目的は、ユーザ毎に、ベストエフォートサービス、契約帯域保証サービス、最大許容帯域制御サービス及びこれらの組み合わせによるサービスが提供できる帯域制御装置を有するパケット転送装置を提供することである。特に、特許文献１に記載され
た技術によると、ベストエフォートのみのサービスや、契約帯域保証とベストエフォートによる空帯域利用とを組み合わせたサービスは提供できない点の改善が求められる。

本発明の第２の目的は、近年普及してきたＦＴＴＨアクセスサービスを提供するＰＯＮシステムの局舎側装置にも適応可能なトラヒックシェーピング装置を提供することである。

本発明は、パケットを転送するパケット転送装置において、パケットを送受信するインターフェース部、前記受信したパケットを宛先のインターフェース部に出力するスイッチ、及び前記パケットの送信タイミングを制御するシェーピング部を備え、前記シェーピング部は、受信したパケットを格納する複数のキューを備えたパケットバッファと、キュー毎の帯域制御部と、前記パケットバッファにパケットの読み出しタイミングを通知するリクエスト選択部、とを備え、前記各帯域制御部は、トークンバケットアルゴリズムを用いて前記受信したパケットの前記パケットバッファからの読み出しが最低保証帯域以下であるか否かを判定し、前記受信したパケットの前記パケットバッファからの読み出しが最低保証帯域以下であると判定した場合に、前記リクエスト選択部に読み出しリクエストを送出する最低保証帯域排出タイミング生成部と、リーキーバケットアルゴリズムを用いて前記受信したパケットの前記パケットバッファからの読み出しが最大許容帯域以下であるか否かを判定し、前記受信したパケットの前記パケットバッファからの読み出しが最大許容帯域以下であると判定した揚合に、前記リクエスト選択部に読み出しリクエストを送出する最大許容帯域排出タイミング生成部と、を備え、前記リクエスト選択部は、前記最大許容帯域排出タイミング生成部からの読み出しリクエストよりも前記最低保証帯域排出タイミング生成部からの読み出しリクエストを優先して、前記パケットバッファに読み出しタイミングを通知し、前記パケットバッファは、読み出しタイミングが通知されたキューのパケットを読み出し、前記インターフェースは、前記パケットバッファから読み出されたパケットを出力する。

本発明によると、最大許容帯域の制御にリーキーバケットアルゴリズムを用い、最低保証帯域の制御にトークンバケットアルゴリズムを用いることによって、厳密に帯域を制御することができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態のネットワークシステムの概念図である。

第１の実施の形態のネットワークシステムは、コアネットワークＡ２０１、アクセスネットワークＢ２０２、アクセスネットワークＣ２０３及びアクセスネットワークＤ２０４を備える。コアネットワークＡ２０１及びアクセスネットワークＢ２０２〜Ｄ２０４は、光ファイバ網である。

アクセスネットワークＢ２０２、アクセスネットワークＣ２０３及びアクセスネットワークＤ２０４の各々と、コアネットワークＡ２０１とは、ネットワークノード３００によって接続されている。アクセスネットワークＢ２０２〜Ｄ２０４には、ユーザ端末１００が接続されている。

図２は、第１の実施の形態のネットワークノード３００のブロック図である。

ネットワークノード３００は、スイッチ３１０、複数の回線インターフェース３２０及び制御部３３０を備える。

スイッチ３１０は、回線インターフェース３２０が受信したパケットの送出先を決定し、送出先の回線インターフェース３２０に送る。

回線インターフェース３２０は、光モジュール３２１、パケット送信回路３２２、パケット受信回路３２３及びトラヒックシェーピング部３４０を備える。

トラヒックシェーピング部３４０は、パケットの送出タイミングを定める。本実施の形態では、トラヒックシェーピング部３４０を、回線インターフェース３２０内に設けたが、回線インターフェース３２０とは別に（例えば、回線インターフェース３２０の前段に）設けてもよい。

光モジュール３２１は、光ファーバ網を終端する光電気変換器であり、ネットワークＡ２０１等から送信された光信号を受信し、光−電気変換によって、電気信号を生成する。また、ネットワークＡ２０１等に対して所定のタイミングで光信号を送信する。

パケット送信回路３２２は、トラヒックシェーピング部３４０によって定められたタイミングでパケットを送出する。

パケット受信回路３２３は、光モジュール３２１が受信した光信号からパケットを抽出し、スイッチ３１０に送る。

制御部３３０は、トラヒックシェーピング部３４０で使用される各種閾値及び各動作モードの有効又は無効を設定し、その設定内容をトラヒックシェーピング部３４０に送る。

図３は、第１の実施の形態のトラヒックシェーピング部３４０のブロック図である。

トラヒックシェーピング部３４０は、複数の帯域制御部３４１、パケットバッファ３４５、最低保証帯域（ＭＦＲ）リクエスト選択部３４６、最大許容帯域（ＰＦＲ）リクエスト選択部３４７、ベストエフォート（ＢＥ）リクエスト選択部３４８及びリクエスト選択部３４９を備える。

トラヒックシェーピング部３４０は、処理速度の観点からハードウェアで構成するとよいが、ソフトウェアで構成してもよい。

パケットバッファ３４５は、入力されたデータを格納する複数のキューを備え、リクエスト選択部３４９からの送出許可信号によってキューに格納されたデータの読み出しを許可する。

また、パケットバッファ３４５は、キューから読み出されるパケット長を判定し、送出パケット長信号をパケットを送出するキューに対応する帯域制御部３４１に出力する。さらに、パケットバッファ３４５は、キューにパケットが格納されているか否かを示すパケット有無信号を帯域制御部３４１に出力する。パケット有無信号は、対応するキューにパケットが格納されていれば”１”を、キューにパケットが格納されていなければ”０”となる。

帯域制御部３４１は、パケットバッファ３４５に備えられたキュー毎に設けられ、各キューからのパケットの送出を制御する。帯域制御部３４１は、最低保証帯域排出タイミング生成部３４２、最大許容帯域排出タイミング生成部３４３及びベストエフォート読出リクエスト生成部３４４を備え、各生成部による制御アルゴリズムによって、パケットの送出タイミングを制御する。

ＭＦＲリクエスト選択部３４６は、複数の帯域制御部３４１の最低保証帯域排出タイミング生成部３４２からの信号を一つ選択する。例えば、ラウンドロビンによって、順に、帯域制御部３４１からの信号を選択するとよい。そして、選択した帯域制御部３４１に対応するキューのパケット送出リクエストを、リクエスト選択部３４９に送る。

ＰＦＲリクエスト選択部３４７は、複数の帯域制御部３４１の最大許容帯域排出タイミング生成部３４３からの信号を一つ選択する。例えば、ラウンドロビンによって、順に、帯域制御部３４１からの信号を選択するとよい。そして、選択した帯域制御部３４１に対応するキューのパケット送出リクエストを、リクエスト選択部３４９に送る。

ＢＥリクエスト選択部３４８は、複数の帯域制御部３４１のベストエフォート読出リクエスト生成部３４４からの信号を一つ選択する。例えば、ラウンドロビンによって、順に、帯域制御部３４１からの信号を選択するとよい。そして、選択した帯域制御部３４１に対応するキューのパケット送出リクエストを、リクエスト選択部３４９に送る。

リクエスト選択部３４９は、ＭＦＲリクエスト選択部３４６、ＰＦＲリクエスト選択部３４７、ＢＥリクエスト選択部３４８からパケット送出リクエストを受信すると、受信したパケット送出リクエストのいずれかを選択し、パケットバッファの複数のキューのうちパケットを送出してもよいキューを指示する送出許可信号を送出する。なお、パケット送出リクエストの優先順位はＭＦＲ選択部３４６、ＰＦＲリクエスト選択部３４７、ＢＥリクエスト選択部３４８の順で高くし、優先順位が高い送出許可リクエストがある場合は優先順位の低い送出許可リクエストが選択されないように設定することが望ましい。

図４は、第１の実施の形態の最低保証帯域排出タイミング生成部３４２のブロック図である。

最低保証帯域（ＭＦＲ）排出タイミング生成部３４２は、最低帯域を保証して、パケットの送出タイミングを制御する。最低保証帯域制御は、ユーザとキャリア間で契約帯域のデータ転送を確実に保証することが約束されたサービスを提供する。なお、契約帯域を超えてデータを送出するか否かは、ベストエフォートサービス、又は最大許容帯域サービスを適用するか否かの問題である。よって、最低保証帯域制御には非特許文献１に記載のトークンバケットアルゴリズムが適している。

トークンバケットアルゴリズムは、トークンを保持するトークンバケットとそのトークンバケットに一定周期でトークンを加算するモデルで表現され、主に帯域制御に用いられるアルゴリズムである。

以下、トークンバケットアルゴリズムを説明する。トークンバケットアルゴリズムでは、トークンバケットに一定周期で加算するトークンがパケットの送出帯域に対応している。トークンバケットにトークンがある場合は帯域を遵守しているとしてパケットの送出許可を与える。また、パケットを送出した場合は、トークンバケットから送出パケットサイズに相当するトークンを減算する。また、トークンバケットにはある量までトークンを保持する機能を持たせておく。

このようにすることで、トークンバケットアルゴリズムでは、他ユーザのパケット送出のため等、何らかの理由でパケットの送出ができず、ある期間で最低保証帯域以下でのパケット送出を余儀なくされた場合、空き帯域が生じたときには保持しているトークン量だけバースト的にパケットを送出する権利を与える制御が可能である。このような制御が可能なトークンバケットアルゴリズムは、最低保証帯域の制御に適している。

しかし、トークンバケットアルゴリズムは、前述したように、バースト的なパケット送出を許容することから最大許容帯域制御にはあまり適さないとも言える。

トークンバケットアルゴリズムではパケットの送出許可を出すタイミングで２通りの考え方がある。一つはトークンバケットにパケットサイズ分のトークンが貯まってからパケットの送出許可を出し、パケット送出後にパケットサイズ分のトークンをトークンバケットから減算する方法である。

もう一つは、トークンバケットのトークン量が０より大きければパケットの送出許可を出し、パケット送出後にパケットサイズ分のトークンをトークンバケットから減算する方
法である。後者の方法では、トークンバケットのトークン値はマイナスの値を保持する。

両方式ともその特性はほぼ同じであり、本発明の実施例では後者のトークンバケットを採用しているが、前者を採用しても同じ効果が得られる。

トークンバケットアルゴリズムの他に帯域を制御するアルゴリズムには、リーキーバケットアルゴリズムがある。

リーキーバケットアルゴリズムは、穴が開いており、その穴から一定量でトークンが漏れ出すバケツ（リーキーバケット）にパケット送出毎に送出パケットサイズに相当するトークンを加算するモデルで表現される。

リーキーバケットアルゴリズムを説明する。リーキーバケットアルゴリズムでは、一定量で漏れ出す（一定周期で減算される）トークンがパケットの送出帯域に対応している。リーキーバケットが空ならば帯域を遵守しているとしてパケットの送出許可を与える。また、パケットを送出した場合は、リーキーバケットに送出パケットサイズに相当するトークンを加算する。また、リーキーバケットアルゴリズムのトークンは、マイナスの値を取ることはなく、トークンが”０”になるとその値を保持する。

そのため、トークンバケットアルゴリズムのように、他のユーザのパケット送出のため等、何らかの理由でパケットの送出ができず、ある期間で設定帯域以下でのパケット送出を余儀なくされた場合でも、設定帯域以上のバースト的なパケットの転送を許容しない。このような制御が可能なリーキーバケットアルゴリズムは、最大許容帯域の制御に適している。

最低保証帯域排出タイミング生成部３４２は、トークンバケットパラメータ保持部３４２１、トークン減算部３４２２、トークン加算部３４２３、トークン加算量保持部３４２４、最大トークン値保持部３４２５、トークン量判定部３４２６、ＭＦＲモード有効／無効保持部３４２７及びＡＮＤ回路３４２８を備える。

トークンバケットパラメータ保持部３４２１は、トークンバケットアルゴリズムに用いられるパラメータ（トークンバケットに蓄積されるトークン量（ＴＰ））を保持する。トークンバケットパラメータ保持部３４２１に蓄積されるトークンは、送出パケット長に基づいて減算され、一定時間に一定量が加算される。

トークン減算部３４２２は、パケットバッファ３４５から出力された送出パケット長信号に基づいて、トークンバケットパラメータ保持部３４２１から、パケット長に対応する量のトークンを減算する。

トークン加算量保持部３４２４は、定期的に加算されるトークンの加算量を保持しており、制御部３３０によって設定される。トークンの加算量は、パケットバッファ３４５内のキュー毎に設定されており、利用者毎の最低保証帯域に対応して定められている。

最大トークン値保持部３４２５は、トークンバケットパラメータ保持部３４２１で蓄積できる最大のトークン量を保持しており、制御部３３０によって設定される。

トークン加算部３４２３は、一定時間に一定量のトークンを加算する。具体的には、トークン加算部３４２３は、トークン加算信号（例えば、クロック信号）が入力されると、トークン加算量保持部３４２４に保持された量のトークンを加算する。トークン加算部３４２３は、トークン加算後のトークンバケットパラメータ保持部３４２１の値が最大トー
クン値保持部３４２５の値より大きくなった場合は、トークンバケットパラメータ保持部３４２１へ最大トークン値保持部３４２５の値を設定する。

トークン量判定部３４２６は、トークンバケットパラメータ保持部３４２１に蓄積されるトークン量（ＴＰ）の正負を判定し、ＴＰ≧０であれば”１”を、ＴＰ＜０であれば”０”をＡＮＤ回路３４２８に出力する。

ＭＦＲモード有効／無効保持部３４２７は、制御部３３０によって設定された、ＭＦＲモードの有効又は無効の情報を保持し、ＭＦＲモードが有効であれば”１”を、ＭＦＲモードが無効であれば”０”をＡＮＤ回路３４２８に出力し続ける。

ＡＮＤ回路３４２８は、ＭＦＲモード有効／無効保持部３４２７から出力される信号、トークン量判定部３４２６から出力される信号、パケットバッファ３４５から出力されるパケット有無信号及びＰＦＲ許容判定部３４３５から出力される信号の論理和を計算する。論理和の結果はパケット送出リクエストであり、ＭＦＲリクエスト選択部３４６に送られる。すなわち、最低保証帯域制御をする場合で、ＴＰ≧０であり、パケットバッファ３４５にパケットが格納されていて、かつ、ＰＦＲ許容判定部３４３５から”１”が出力されている場合、ＭＦＲリクエスト選択部３４６には”１”が送られる。

図５は、第１の実施の形態の最大許容帯域排出タイミング生成部３４３のブロック図である。

最大許容帯域（ＰＦＲ）排出タイミング生成部３４３は、許容される最大帯域を制御する。最大許容帯域制御は、ユーザとキャリア間で契約帯域以下にデータ転送を確実に制限することが約束されたサービスを提供する。よって、リーキーバケットアルゴリズムが最大許容帯域制御に適している。

最大許容帯域（ＰＦＲ）排出タイミング生成部３４３は、リーキーバケットパラメータ保持部３４３１、トークン加算部３４３２、トークン減算部３４３３、トークン減算量保持部３４３４、ＰＦＲ許容判定部３４３５、トークン量判定部３４３６、ＰＦＲモード有効／無効保持部３４３７及びＡＮＤ回路３４３８を備える。

リーキーバケットパラメータ保持部３４３１は、リーキーバケットアルゴリズムに用いられるパラメータ（リーキーバケットに蓄積されるトークン量（ＴＬ））を保持する。リーキーバケットパラメータ保持部３４３１に蓄積されるトークンは、送出パケット長に基づいて加算され、一定時間に一定量が減算される。

トークン加算部３４３２は、パケットバッファ３４５から出力された送出パケット長信号に基づいて、リーキーバケットパラメータ保持部３４３１に、パケット長に対応する量のトークンを加算する。

トークン減算量保持部３４３４は、定期的に減算されるトークンの減算量を保持しており、制御部３３０によって設定される。

トークン減算部３４３３は、一定時間に一定量のトークンを減算する。具体的には、トークン減算部３４３３は、トークン減算信号（例えば、クロック信号）が入力されると、トークン減算量保持部３４３４に保持された量のトークンを減算する。

トークン量判定部３４３６は、リーキーバケットパラメータ保持部３４３１に蓄積されるトークン量（ＴＬ）を判定し、ＴＬ＝０であれば”１”を、ＴＬ≠０であれば”０”を
、ＰＦＲ許容判定部３４３５及びＡＮＤ回路３４３８に出力する。

ＰＦＲ許容判定部３４３５は、ＰＦＲ制御の有効／無効及びリーキーバケットに蓄積されるトークン量に基づいて、ＭＦＲ制御を有効にするか否かを、図８に示す論理で判定する。その結果、ＭＦＲ制御を有効にする場合には”１”を出力し、ＭＦＲ制御を無効にする場合には”０”を出力する。

ＰＦＲモード有効／無効保持部３４３７は、制御部３３０によって設定された、ＰＦＲモードの有効又は無効の情報を保持し、ＰＦＲモードが有効であれば”１”を、ＰＦＲモードが無効であれば”０”をＡＮＤ回路３４３８に出力する。

ＡＮＤ回路３４３８は、ＰＦＲモード有効／無効保持部３４３７から出力される信号、トークン量判定部３４３６から出力される信号及びパケットバッファ３４５から出力されるパケット有無信号の論理和を計算する。論理和の結果はパケット送出リクエストであり、ＰＦＲリクエスト選択部３４６に送られる。すなわち、最大許容帯域を制御する場合で、ＴＬ＝０であり、かつ、パケットバッファ３４５にパケットが格納されている場合、ＰＦＲリクエスト選択部３４６には”１”が送られる。

図６は、第１の実施の形態のベストエフォート読出リクエスト生成部３４４のブロック図である。

ベストエフォート（ＢＥ）読出リクエスト生成部３４４は、ＢＥモード有効／無効保持部３４４７及びＡＮＤ回路３４４８を備える。

ＢＥモード有効／無効保持部３４４７は、制御部３３０によって設定された、ＢＥモードの有効又は無効の情報を保持し、ＢＥモードが有効であれば”１”を、ＢＥモードが無効であれば”０”をＡＮＤ回路３４４８に出力する。

ＡＮＤ回路３４４８は、ＢＥモード有効／無効保持部３４３７から出力される信号及びパケットバッファ３４５から出力されるパケット有無信号の論理和を計算する。論理和の結果はパケット送出リクエストであり、ＢＥリクエスト選択部３４６に送られる。すなわち、ＢＥモード制御する場合で、かつ、パケットバッファ３４５にパケットが格納されている場合、ＢＥリクエスト選択部３４６には”１”が送られる。

図７は、第１の実施の形態の動作モード制御テーブル４００の説明図である。

動作モード制御テーブル４００は、制御部３３０に格納されており、ユーザによって設定されたモード毎に、ＭＦＲ制御、ＰＦＲ制御及びＢＥ制御をするかを定める。動作モード制御テーブル４００は、帯域制御部３４１の数だけ制御部３３０に設けられ、キュー毎に異なる帯域制御モードの設定を可能とする。

動作モード制御テーブル４００は、モード番号４０１、ＭＦＲ制御有無４０２、ＰＦＲ制御有無４０３及びＢＥ制御有無４０４を含む。

ＭＦＲ制御有無４０２は、最低保証帯域制御を行うか否かを定めるパラメータである。ＰＦＲ制御有無４０３は、最大許容帯域制御を行うか否かを定めるパラメータである。ＢＥ制御有無４０４は、ベストエフォート制御を行うか否かを定めるパラメータである。

動作モード制御テーブル４００にはモード１〜モード５が規定される。第１の実施の形態のネットワークノードは、これらの５種類のモードによる異なる帯域制御を実現するこ
とができる。

モード１では、ベストエフォート制御を有効にし、最低保証帯域制御と最大許容帯域制御とをを無効にする。この効果として、ベストエフォート読出リクエスト生成部３４４のみが動作するので、従来どおりのベストエフォートサービスが提供できる。

モード２では、最低保証帯域制御を有効にし、最大許容帯域制御及びベストエフォート制御を無効にする。この効果として、ユーザ毎の最低帯域を保証する制御をしながらパケットを転送することができ、契約帯域を確実に保証することができる。

モード３では、最低保証帯域制御及び最大許容帯域制御を有効にし、ベストエフォート制御を無効にする。この効果として、回線が混雑している場合、ユーザは最低保証帯域でパケットを転送することができる。また、回線に空きがある場合、ユーザは空帯域を利用し、設定した最大許容帯域までパケットを転送することができる。

なお、図８で後述するように、モード３には、空き帯域が生じており、かつ、最低保証帯域未満でパケットを転送するとき（トークンバケットパラメータ保持部３４２１のトークンが常に正のとき）に最大許容帯域を超えてパケットを送出するかどうかによって最低帯域優先モードと最大帯域優先モードの２種類のモードにさらに分類される。

モード４では、最低保証帯域制御及びベストエフォート制御を有効にし、最大許容帯域制御を無効にする。この効果として、回線が混雑している場合、ユーザは最低保証帯域でパケットを転送することができる。また、回線に空きがある場合、ユーザは空帯域を利用し、無制限にベストエフォートでパケットを転送することができる。

モード５では、最大許容帯域制御を有効にし、最低保証帯域制御及びベストエフォート制御を無効にする。この効果として、ユーザ毎の契約帯域以下に確実にトラヒックを制限しながらパケットを転送することができる。

なお、第１の実施の形態によれば、特許文献１に記載された技術では不可能であった制御（ベストエフォート制御や、契約帯域保証とべストエフォートによる空帯域利用とを組み合わせた制御）も提供することができる。

図８は、第１の実施の形態のＰＦＲ許容判定テーブル４１０の説明図である。

ＰＦＲ許容判定テーブル４１０は、ＰＦＲ許容判定部３４３５に格納されており、ユーザ送出パケット量が最低保証帯域以下ではあるが、最大許容帯域を超えた場合にパケットの転送を許可するか否かの判定に用いられる。このような状況はユーザがパケットを最低保証帯域以下で転送し続けており、あるときに最大許容帯域を超える帯域でバースト的にパケットを転送した場合に発生する（トークンバケットのトークン、リーキーバケットのトークン共に正の場合）。すなわち、ＰＦＲ許容判定テーブル４１０は、前述したモード３において、最大許容帯域と最低保証帯域とのいずれを優先して制御するかを定める。

つまり、過去一定時間、最低保証帯域以下でデータを転送し続けていると、トークンバケット内にトークンが溜まった状態になり、パケット送出許可と判定される。しかし、この状態のまま次にユーザがバースト的にパケットを転送した場合、リーキーバケットからトークンを減算しきれないため、リーキーバケット内にもトークンが溜まった状態になり、パケット送出禁止と判定される。ＰＦＲ許容判定テーブル４１０は、このようにトークンバケットとリーキーバケットとが矛盾した判定結果を出した場合に、どちらの判定結果を優先的に適用するかを定める。

ＰＦＲ許容判定テーブル４１０は、最低帯域優先制御フラグ４１１、ＰＦＲモード有効／無効情報４１２、トークン量判定結果４１３及び判定結果４１４を含む。ＰＦＲ許容判定テーブル４１０は、これらの情報４１１〜４１３を全て考慮して、ＰＦＲ制御としてパケット送出許可と判定した場合は”１”を、パケット送出禁止と判定した場合は”０”を、判定結果として出力する。

最低帯域優先制御フラグ４１１は、モード３（最低保証帯域及び最大許容帯域制御サービス）において、最低保証帯域を優先するのか、最大許容帯域を優先して制御するのかを定める。すなわち、最低帯域優先制御フラグ４１１＝”１”の場合は、最低保証帯域を優先して制御する最低帯域優先モードなので、ＰＦＲ許容判定部３４３５からの出力は”１”となり、最低保証帯域制御が有効となる。

ＰＦＲモード有効／無効情報４１２は、ＰＦＲモード有効／無効保持部３４３７に保持されたＰＦＲモードの有効又は無効の情報である。

トークン量判定結果４１３は、トークン量判定部３４３６のリーキーバケットパラメータ保持部３４３１に蓄積されるトークン量の判定結果である。

判定結果４１４は、最低保証帯域排出タイミング生成部３４２に対して出力される判定結果である。

最低帯域優先制御フラグ４１１＝”０”の場合は、モード３において、最大許容帯域を優先して制御する最大帯域優先モードとなり、リーキーバケットに格納されたトークン量によって、最低保証帯域制御の有効又は無効が定まる。

図９は、第１の実施の形態の最低保証帯域排出タイミング生成部３４２において実行されるトークン減算処理のフローチャートである。

まず、トークン減算部３４２２は、パケットバッファ３４５から送出パケット長信号を受信すると（Ｓ１０１）、送出されたパケット長に相当するトークンをトークンバケットパラメータ保持部３４２１から減算する（Ｓ１０２）。

次に、トークン量判定部３４２６は、トークンバケットパラメータ保持部３４２１に蓄積されたトークン量（ＴＰ）の正負を判定し（Ｓ１０３）、判定結果をＡＮＤ回路３４２８に出力する。

次に、ＡＮＤ回路３４２８は、入力された信号の論理和を計算する（Ｓ１０４）。すなわち、ＴＰ＞０であり、ＭＦＲモードが有効であり、ＰＦＲ許容状態であり、かつ、パケットバッファ３４５にパケットが蓄積されている場合に、最低保証帯域でのパケット送信タイミングであると判定し、パケット送出リクエストを生成して最低保証帯域リクエスト選択部３４６に送出する（Ｓ１０５）。

一方、ＴＰ＞０、ＭＦＲモードが有効、ＰＦＲ許容状態、又は、パケットバッファ３４５にパケットが蓄積されているのいずれかの条件を満たしていなかった場合には、最低保証帯域制御によるパケット送信タイミングではないので、パケット送出リクエストを生成せず、この処理を終了する。

図１０は、第１の実施の形態の最低保証帯域排出タイミング生成部３４２において実行される定期トークン加算処理のフローチャートである。

まず、トークン加算部３４２３は、トークン加算信号を受信すると（Ｓ１１１）、トークンバケットパラメータ保持部３４２１に蓄積されるトークンの量にトークン加算量保持部３４２４の値を加算した値と最大トークン値保持部３４２５の値との大小を比較する（Ｓ１１２）。

その結果、トークン加算量保持部３４２４の値を加算した後のトークン量が最大トークン値以下である場合は、トークン加算量保持部３４２４で保持されるトークンの加算量を、トークンバケットパラメータ保持部３４２１に加算する（Ｓ１１３）。

一方、加算後のトークン量が最大トークン値を超える場合は、最大トークン値保持部３４２５に保持される値を、トークンバケットパラメータ保持部３４２１に設定する（Ｓ１１４）。

その後、トークン量判定部３４２６は、トークンバケットパラメータ保持部３４２１に蓄積されたトークン量（ＴＰ）の正負を判定し（Ｓ１１５）、判定結果をＡＮＤ回路３４２８に出力する。

次に、ＡＮＤ回路３４２８は、入力された信号の論理和を計算する（Ｓ１１６）。すなわち、ＴＰ＞０であり、ＭＦＲモードが有効であり、ＰＦＲ許容状態であり、かつ、パケットバッファ３４５にパケットが蓄積されている場合に、最低保証帯域でのパケット送信タイミングであると判定し、パケット送出リクエストを生成して最低保証帯域リクエスト選択部３４６に送出する（Ｓ１１７）。

一方、ＴＰ＞０、ＭＦＲモードが有効、ＰＦＲ許容状態、又は、パケットバッファ３４５にパケットが蓄積されている、のいずれかの条件を満たしていなかった場合には、最低保証帯域制御によるパケット送信タイミングではないので、パケット送出リクエストを生成せず、この処理を終了する。

図１１は、第１の実施の形態の最大許容帯域排出タイミング生成部３４３において実行されるトークン加算処理のフローチャートである。

まず、トークン加算部３４３２は、パケットバッファ３４５から送出パケット長信号を受信すると（Ｓ１２１）、送出されたパケット長に相当するトークンをリーキーバケットパラメータ保持部３４３１に加算する（Ｓ１２２）。

次に、トークン量判定部３４３６は、リーキーバケットパラメータ保持部３４３１に蓄積されたトークン量（ＴＬ）の有無を判定し（Ｓ１２３）、判定結果をＡＮＤ回路３４３８に出力する。

次に、ＡＮＤ回路３４３８は、入力された信号の論理和を計算する（Ｓ１２４）。すなわち、ＴＬ＝０であり、ＰＦＲモードが有効であり、かつ、パケットバッファ３４５にパケットが蓄積されている場合に、最大許容帯域制御によるパケット送信タイミングであると判定し、パケット送出リクエストを生成して最大許容帯域リクエスト選択部３４７に送出する（Ｓ１２５）。

一方、ＴＬ＝０、ＰＦＲモードが有効、又は、パケットバッファ３４５にパケットが蓄積されているのいずれかの条件を満たしていなかった場合には、最大許容帯域制御によるパケット送信タイミングではないので、パケット送出リクエストを生成せず、この処理を終了する。

図１２は、第１の実施の形態の最大許容帯域排出タイミング生成部３４３において実行される定期トークン減算処理のフローチャートである。

まず、トークン減算部３４３３は、トークン減算信号を受信すると（Ｓ１３１）、リーキーバケットパラメータ保持部３４３１に蓄積されるトークンの量からトークン減算量保持部３４３４の値を減算した値と”０”とを比較する（Ｓ１３２）。

その結果、トークン減算量保持部３４３４の値減算後のトークン量が”０”より大きい場合は、トークン減算量保持部３４３４で保持しているトークンの減算量を、リーキーバケットパラメータ保持部３４３１から減算する（Ｓ１３３）。

一方、減算後のトークン量が”０”以下の場合は、リーキーバケットパラメータ保持部３４３１に”０”設定する（Ｓ１３４）。

その後、トークン量判定部３４３６は、リーキーバケットパラメータ保持部３４３１に蓄積されたトークン量（ＴＬ）の有無を判定し（Ｓ１３５）、判定結果をＡＮＤ回路３４３８に出力する。

次に、ＡＮＤ回路３４３８は、入力された信号の論理和を計算する（Ｓ１３６）。すなわち、ＴＬ＝０であり、ＰＦＲモードが有効であり、かつ、パケットバッファ３４５にパケットが蓄積されている場合に、最大許容帯域制御によるパケット送信タイミングであると判定し、パケット送出リクエストを生成して最大許容帯域リクエスト選択部３４７に送出する（Ｓ１３７）。

一方、ＴＬ＝０、ＰＦＲモードが有効、又は、パケットバッファ３４５にパケットが蓄積されている、のいずれかの条件を満たしていなかった場合には、最大許容帯域制御によるパケット送信タイミングではないので、パケット送出リクエストを生成せず、この処理を終了する。

図１３は、第１の実施の形態の動作モード”２”（最低保証帯域）実施時のトークンバケットのトークンの動作を表す説明図である。

動作モード”２”は、トークンバケットアルゴリスムを用いて、式 Ｒ×Ｔ＋Ｂ を用いて帯域を制御する方法で、最低帯域の保証に適している（図７参照）。なお、Ｒは単位時間当たりに加算するトークン量、Ｔは時間、Ｂはバケットの深さ（蓄積できるトークンの最大量）である。

トークンバケットアルゴリズムは、最低保証帯域サービスにおけるパケット送出制御に用いられる。なお、本説明図では、パケットバッファ３４５には、常に、ユーザのパケットが格納されていることを前提としている。

トークンバケットアルゴリズムでは、一定周期に一定量のトークンをバケットの中に加算する。この一定量の加算トークン量が設定する最低保証帯域に相当する。そして、トークン量が正になればパケット送出権が発生する。パケットが送出されると、送出されたパケットの長さに対応するトークンが減算される。

具体的には、トークンが加算され、トークン量（ＴＰ）＞０になると、パケット送出権が発生し、パケットを送出する。そして、パケットを送出すると送出したパケット長に相当するトークンをバケットから減算する（５０１）。

その後も、一定周期に一定量のトークンをトークンバケットに加算して、トークン量が正になればパケットを送出する。しかし、ＴＰ＞０であっても、他ユーザがパケット送出中などの場合には、パケットの送出ができない場合もある（５０２）。

また、トークンバケットにトークンを加算した結果、最大トークン値に到達したら、それ以上のトークンを加算できないように制御される（５０３）。

その後、他ユーザによるパケット送出が終了すれば、パケットを送出する。さらに、帯域に空きがあり、ＴＰ＞０であれば、パケットを連続して送出することができる。

このようなトークンバケットアルゴリズムによって、最低帯域を保証するように制御される。

図１４は、第１の実施の形態の動作モード”３”の”最大帯域優先モード”（図７及び図８参照）のトークンバケットとリーキーバケットのトークンの動作を表す説明図である。

動作モード３では、トークンバケットとリーキーバケットの両方を用いて帯域の制御を行う。

動作モード”３”は、リーキーバケットアルゴリズムは、式 Ｒ×Ｔ を用いて帯域を制御する方法で、最大許容帯域の制限に適している。なお、Ｒは単位時間当たりにバケットから減算するトークン量、Ｔは時間である。

リーキーバケットアルゴリズムは、最大許容帯域制御サービスにおけるパケット送出制御に用いられる。なお、本説明図では、パケットバッファ３４５には、常に、ユーザＢのパケットが格納されていることを前提としている。

リーキーバケットは、一定周期に一定量のトークンをバケットから減算する。この一定量の減算トークン量が設定する最大許容帯域に相当する。そして、トークンが”０”になるとパケット送出権が発生する。パケットが送出されると、送出されたパケットの長さに対応するトークンが加算される。

本実施の形態の装置は、トークンバケットアルゴリズム及びリーキーバケットアルゴリズムを組み合わせているので、最低保証帯域及び最大許容帯域の双方の制御が実現する。

パケットを送出すると、リーキーバケットアルゴリズムでは、キューから送出されるパケットの長さに対応するトークンを加える。トークンを加えた結果、リーキーバケットのトークンは正となり、キューへのパケット送出許可信号は発生しない。リーキーバケットからは一定周期に一定量のトークンが減算されるので、やがて、トークン（ＴＬ）が”０”になり、パケット送出権が発生する。一方、トークンバケットアルゴリズムでは、キューから送出されるパケットの長さに対応するトークンを減じる。トークンを減じた結果、トークンバケットのトークンが負となった場合、キューへのパケット送出許可信号は発生しない。トークンバケットには一定周期に一定量のトークンが加算されるので、やがて、トークン量（ＴＰ）が正になり、パケット送出権が発生する。すなわち、ＴＰ＞０、かつ、ＴＬ＝０であれば、パケットを送出することができる。

しかし、空き帯域がある場合は、ＴＰ≦０であっても，ＴＬ＝０ならば、パケットの送出を許可する。この空帯域を利用したパケット送出時に、ＴＰ≦０の場合はトークンを減
算しない（５１１）。これは、ＴＰ≦０のパケットの送出時にトークンを減算すると、輻輳時にパケットの送出が抑制され、最低帯域が保証できない可能性があるからである。このようにすると、最低帯域を保証しつつ、空き帯域があれば最大許容帯域まで利用してパケットを送出することができる。

しかし、モード”３”の”最大帯域優先モード”では、ＴＰ＞０かつ空き帯域があっても、ＴＬ＞０であれば、パケットの送出は禁止される（５１２）。これは、ＴＰ＞０であっても、ＴＬ＞０の場合にパケットを送出すると、最大許容帯域を超えてしまい、最大許容帯域を制限できなくなるからである。これは、”最大帯域優先モード”では、ＴＬ＞０の場合に、ＰＦＲ許容判定部から”０”が送出されるためである。

図１５は、第１の実施の形態の動作モード”３”の”最低帯域優先モード”（図７及び図８参照）のトークンバケットとリーキーバケットのトークンの動作を表す説明図である。

輻輳時および空帯域が発生し最低保証帯域以上の帯域を利用してパケットの送出を許可する動作は図１４に示した動作モード”３”の”最大帯域優先モード”と同一である（５２１）。

一方、”最低帯域優先モード”では、ＴＰ＞０かつＴＬ＞０の場合の動作が”最大帯域優先モード”と異なる。”最低帯域優先モード”ではＴＰ＞０かつＴＬ＞０であっても、帯域に空きがあれば、パケットの送出が許可される（５２２）。このようすることで、何らかの理由（例えば、他ユーザによる回線占有）によって、ユーザの使用帯域が最低保証帯域以下となってしまった場合に、バースト的にパケットを送出して、今まで使用できなかった帯域を取り戻すことができ、結果的に最低保証帯域の保証をより確実にする。これは、”最低帯域優先モード”では、ＴＬの値に関わらず、ＰＦＲ許容判定部から”１”が送出されるためである。

図１６は第１の実施の形態においてトラヒックの変動が発生した場合の各ユーザトラヒック量の変化を示す説明図である。

ユーザＡは、最低保証帯域サービス（モード１）の提供を受けている。ユーザＢは、最低保証帯域かつ最大許容帯域制御のサービス（モード３の最大帯域優先モード）の提供を受けている。ユーザＣは、最低保証帯域かつベストエフォート（モード４）のサービスの提供を受けている。ユーザＤは、ベストエフォート（モード１）のサービスの提供を受けている。

このように、本実施の形態では、帯域制御部３４１毎にモードの設定を変更することによって、ユーザ毎に異なるサービス形態を提供することが可能である。また、帯域制御部３４１毎にトークン加算量保持部３４２４の設定値、トークン減算量保持部の値３４３４の設定値を変えて保持することによって、ユーザ毎に異なる回線帯域を提供することが可能である。

図１６のある時点では、ユーザＡ、Ｂ、Ｃからは設定した最低保証帯域を遵守する間隔でパケットが到着しており、到着パケットをネットワークノードから送出している。また、ユーザＤはパケットの送出を行っていない（１６０１）。

その後、ユーザＢのパケットが最低保証帯域以上に本ネットワークノードに到着し始める。このとき、ユーザＢの実際のパケット到着量は不明であるが、ユーザＡとユーザＣの最低保証帯域は確保されており、ユーザＢのパケットは空帯域を利用してのみ送出されて
いる（１６０２）。これは、リクエスト選択部３４９ではＭＦＲリクエスト選択部３４６から送られてきたパケット送出リクエストを最優先して選択するためである。

その後、ユーザＡから到着するパケットがユーザＡの最低保証帯域以下になりさらに空帯域が発生した。また、ユーザＢから到着するパケットが更に増加した。このとき、ユーザＢのパケットは設定している最大許容帯域まで送出される。但し、空帯域がまだあったとしても、最大帯域以上のパケットは転送されない（１６０３）。

これは、ＭＦＲ排出タイミング生成部３４２において、トークンバケットパラメータ保持部の値が”０”以下、つまりは最低保証帯域を超過している場合、パケットの有無に関わらずパケット送出リクエストが送出されないためである。また、同様にＰＦＲ排出タイミング生成部３４３において、リーキーバケットパラメータ保持部の値が”０”より大きい、つまりは最大許容帯域を超過している場合、パケットの有無に関わらずパケット送出リクエストが送出されないためである。

その後、ユーザＢの到着パケットが減少し、ユーザＡとユーザＣの到着パケットが増加した。また、ユーザＤからパケットが到着するようになった。ユーザＡには、最低保証帯域サービスのみが提供のみが提供されているため、設定帯域以上にパケットは送出されない。一方、ユーザＣには、最低保障帯域かつベストエフォート（モード４）のサービスが提供さであるため、ベストエフォートサービスの提供を受けているユーザＤとユーザＣとで空帯域が公平に割り当てられて、パケットが送出されている（１６０４）。

これは、最低保証帯域サービスかつベストエフォートサービスでは、空帯域を利用して最低保証帯域以上のパケットを送出する場合、帯域制御部３４１のＭＦＲ排出タイミング部のトークンバケットパラメータ保持部３４２１の値が”０”以下であり、ＭＦＲ排出タイミング部からはパケット送出リクエストが送出されず、ＢＥ読み出しリクエスト生成部３４４からのみパケット送出リクエストが送出されからである。

以上説明したように、第１の実施の形態では、最低保証帯域制御のためのトークンバケット、最大許容帯域制御のためのリーキーバケットの双方を、帯域の制御単位（キュー毎）に備える。さらに、空帯域が発生した場合にのみパケットの転送が許可されるベストエフォート用のスケジューラを備える。よって、ユーザ毎に、ベストエフォートサービス、契約帯域保証サービス、最大許容帯域制御サービス及びこれらの組み合わせによるサービスを提供することができる。

（実施形態２）
図１７は、本発明の第２の実施の形態のネットワーク構成を示すブロック図である。

本発明の実施の形態のネットワークは、インターネット１１１０、電話網（又は、専用線網）１１２０、ＯＮＵ１２００及びＯＬＴ１３００を備える。

ＯＮＵ（Optical Network Unit）１２００は、光ファイバ網の加入者側の終端装置である。ＯＮＵ１２００には、加入者側に設けられたEthernet及び電話回線（又は、専用線）が接続されている。

ＯＮＵ１２００は、ＯＬＴ１３００から送信された光信号を受信し、光−電気変換によって、電気信号を生成する。また、ＯＮＵ１２００は、Ethernet及び電話回線から入力されたい信号を多重化して、ＯＬＴ１３００から指定されたタイミングで光信号を送信する。

ＯＬＴ（Optical Line Terminal）１３００は、光ファイバ網の局側の終端装置である
。ＯＬＴ１３００は、インターネット１１１０及び電話網１１２０に接続されている。

インターネット１１１０は、データの伝送終了まで回線を占有する必要がないネットワーク（パケット交換網）であって、可変帯域通信を提供する。電話網１１２０は、回線交換網（例えば、ＩＳＤＮ網）であり、データの伝送終了まで回線を占有するネットワーク（例えば、ＩＳＤＮ網等の回線交換網）であって、固定帯域通信を提供する。

ＯＮＵ１２００とＯＬＴ１３００とは、光ファイバ網で接続されている。ＯＮＵ１２００とＯＬＴ１３００との間の経路上にはスプリッタが設けられる。スプリッタは、光ファイバ網の途中に設けられる分岐装置であり、例えば、スターカプラが使用される。

スプリッタが複数のＯＮＵ１２００からの信号を多重化して、ＯＬＴ１３００へ伝送するネットワーク区間がＰＯＮ（Passive Optical Network）区間となる。

図２０は、第２の実施の形態のＰＯＮ区間でデータを伝送するＰＯＮフレームの構成図である。

ＰＯＮ区間の下りフレーム１５０１は固定長であり、フレームヘッダ１５０２とペイロードを含む構成に分かれている。一般的にペイロードにはＴＤＭデータが先に格納され、Ethernetデータが後に格納されるため、ここでは、ペイロードをＴＤＭペイロード１５０３及びEthernetペイロード１５０４に分けて表現する。さらに、Ethernetペイロード１５０４には、Ethernetパケット以外のパケットが格納されることもあるが、ここでは可変長パケットの代表としてEthernetとしている。

ＴＤＭ用ペイロード１５０３及びEthernet用ペイロード１５０４は、読出選択部１３５２によって、ＰＯＮフレーム１５０１中に配置される。

フレームヘッダ１５０２は、ＯＮＵ１２００の制御情報（ＰＯＮ区間上りの帯域、ＯＮＵ１２００の構成情報など）を含む可変長のデータである。なお、フレームヘッダ１５０２以外の領域がデータに割り当てられるペイロードである。

ＴＤＭ用ペイロード１５０３は、固定帯域データに割り当てられる可変長の領域である。

Ethernet用ペイロード１５０４は、可変帯域データに割り当てられる可変長の領域である。すなわち、可変帯域データは、フレームヘッダ１５０２及びＴＤＭ用ペイロード以外の領域に割り当てられる。

Ethernet用ペイロード１５０４には、複数のＧＥＭパケット１５０９が含まれている。ＰＯＮ区間において、EthernetパケットはＧＥＭパケット１５０９にカプセル化され転送される。ＧＥＭパケット１５０９はパケットの宛先及びパケット長などの情報が格納されているＧＥＭヘッダ１５０５と、ＧＥＭペイロード１５０６を含む。ＧＥＭペイロードにはEthernetフレームが含まれる。

ここで、ＰＯＮ下りフレーム１５０１は固定長である。そのため、図２０に示すようにEthernetペイロードに収まりきらないEthernetパケット１５１０が現れる。この時、ＯＬＴ１３００は、Ethernetパケットを二つに分割し、それぞれをＧＥＭパケットに格納する。すなわち、分割された Ethernetパケットの前半１５０７は現在パケット格納中のEthernet用ペイロードへ格納され、後半１５０８は次のEthernet用ペイロードの先頭に格納される。

図１８は、第２の実施の形態のＯＬＴ１３００のブロック図である。

ＯＬＴ１３００は、スイッチ１３１０、ＰＯＮ回線インターフェース１３２０、制御部１３３０、パケット交換インターフェース１３２８及び回線交換インターフェース１３２９を備える。ここでは簡単のため、パケット交換インタフェース１３２８、回線交換インタフェース１３２９、ＰＯＮ回線インタフェース１３２０は各１つづつとなっているが、複数毎あっても良い。

スイッチ１３１０は、送られたデータの内部ヘッダを参照して、当該データを送信するインターフェースを決定し、決定したインターフェースにデータを送る。

ＰＯＮ回線インターフェース１３２０は、ＰＯＮ区間の光ファーバ網を終端し、光−電気変換によって、受信した光信号から電気信号を生成する。そして、受信したフレームのヘッダを解析し、内部ヘッダを付加してスイッチ１３１０に送る。

制御部１３３０は、トラヒックシェーピング部１３４０で使用される各種閾値及び各動作モードの有効又は無効を設定し、その設定内容をトラヒックシェーピング部１３４０に送る。

パケット交換インターフェース１３２８は、ＯＬＴ１３００をインターネット１１１０に接続するインターフェースである。パケット交換インターフェース１３２８は、インターネット１１１０にパケットを送信し、インターネット１１１０からパケットを受信する。

回線交換インターフェース１３２９は、ＯＬＴ１３００を電話網１１２０に接続するインターフェースである。回線交換インターフェース１３２９は、電話網１１２０にデータを送信し、電話網１１２０からデータを受信する。

ＰＯＮ回線インターフェース１３２０は、光モジュール１３２１、パケット送信回路１３２２、パケット受信回路１３２３、ヘッダ付与回路１３２５及びトラヒックシェーピング部１３４０を備える。

光モジュール１３２１は、ＰＯＮ区間の光ファーバ網を終端する光電気変換器であり、ＯＮＵ１２００から送信された光信号を受信し、光−電気変換によって、電気信号を生成する。また、ＯＮＵ１２００に対して所定のタイミングで光信号を送信する。

パケット送信回路１３２２は、トラヒックシェーピング部１３４０によって定められたタイミングでパケットを送出する。

パケット受信回路１３２３は、光モジュール１３２１が受信した光信号からパケットを抽出し、スイッチ１３１０に送る。

ヘッダ付与回路１３２５は、トラヒックシェーピング部１３４０からパケットを受信すると、ＰＯＮ区間の転送に使用するＰＯＮ下りフレーム１５０１を生成する。ヘッダ付与回路１３２５は、ＰＯＮ下りフレームのヘッダを作成し、作成したヘッダのヘッダサイズをフレームヘッダ長信号としてトラヒックシェーピング部１３４０へ送出する。また、ＰＯＮ下りフレーム１５０１のペイロードへパケットを格納する準備が完了すると、フレーム送出許可信号を送出する。フレーム送出許可信号は、ペイロードが満載になるまでの間
送出され続ける。また、図示を省略するが、ヘッダ付与回路には、受信パケット長をカウントするカウンタが存在し、ＰＯＮ下りフレーム１５０１のペイロードが満載になると、フレーム送出許可信号の送出を停止する。

トラヒックシェーピング部１３４０は、パケットの送出タイミングを定める。

図１９は、第２の実施の形態のトラヒックシェーピング部１３４０のブロック図である。

トラヒックシェーピング部１３４０は、複数の帯域制御部１３４１、ＭＦＲリクエスト選択部１３４６、ＰＦＲリクエスト選択部１３４７、ＢＥリクエスト選択部１３４８、リクエスト選択部１３４９、ＴＤＭパケットバッファ１３５０、Ethernetパケットバッファ１３５１、読出選択部１３５２、フラグメントバッファ１３５３、読出データ長制御部１３５４及び読出データ長カウンタ１３５５を備える。

トラヒックシェーピング部１３４０は、処理速度の観点からハードウェアで構成するとよいが、ソフトウェアで構成してもよい。

Ethernetパケットバッファ１３５１は、パケット交換インターフェース１３２８から入力されたデータを格納する複数のキューを備え、リクエスト選択部１３４９からの送出許可信号によってキューに格納されたデータを送出する。

また、Ethernetパケットバッファ１３５１は、キューから送出されるパケット長を判定し、送出パケット長信号を帯域制御部１３４１と読出データ長制御部１３５４に出力する。さらに、Ethernetパケットバッファ１３５１は、キューにパケットが格納されているか否かを示すパケット有無信号を帯域制御部１３４１に出力する。パケット有無信号は、対応するキューにパケットが格納されていれば”１”を、パケットが格納されていなければ”０”となる。

ＴＤＭパケットバッファ１３５０は、回線交換インターフェース１３２９から入力されたデータを格納する複数のキューを備え、リクエスト選択部３４９からの送出許可信号によってキューに格納されたデータを送出する。

また、ＴＤＭパケットバッファ１３５０は、キューから送出されるパケット長を判定し、送出パケット長信号を読出データ長制御部１３５４に出力する。

帯域制御部１３４１は、Ethernetパケットバッファ１３５１に備えられたキュー毎に設けられ、各キューからのパケットの送出を制御する。帯域制御部１３４１は、最低保証帯域（ＭＦＲ）排出タイミング生成部１３４２、最大許容帯域（ＰＦＲ）排出タイミング生成部１３４３及びベストエフォート（ＢＥ）読出リクエスト生成部１３４４を備え、各生成部による制御アルゴリズムによって、パケットの送出タイミングを制御する。

最低保証帯域排出タイミング生成部１３４２は、前述した第１の実施の形態の最低保証帯域排出タイミング生成部３４２（図４）と同じ構成である。また、最大許容帯域排出タイミング生成部１３４３は、前述した第１の実施の形態の最大許容帯域排出タイミング生成部３４３（図５）と同じ構成である。また、ベストエフォート読出リクエスト生成部１３４４は、前述した第１の実施の形態のベストエフォート読出リクエスト生成部３４４（図６）と同じ構成である。

ＭＦＲリクエスト選択部１３４６は、複数の帯域制御部１３４１の最低保証帯域排出タ
イミング生成部１３４２からの信号を一つ選択する。例えば、ラウンドロビンによって、順に、帯域制御部１３４１からの信号を選択するとよい。そして、選択した帯域制御部１３４１に対応するキューのパケット送出リクエストを、リクエスト選択部１３４９に送る。

ＰＦＲリクエスト選択部１３４７は、複数の帯域制御部１３４１の最大許容帯域排出タイミング生成部１３４３からの信号を一つ選択する。例えば、ラウンドロビンによって、順に、帯域制御部１３４１からの信号をを選択するとよい。そして、選択した帯域制御部１３４１に対応するキューのパケット送出リクエストを、リクエスト選択部１３４９に送る。

ＢＥリクエスト選択部１３４８は、複数の帯域制御部１３４１の最低保証帯域排出タイミング生成部１３４２からの信号を一つ選択する。例えば、ラウンドロビンによって、順に、帯域制御部１３４１からの信号を選択するとよい。そして、選択した帯域制御部１３４１に対応するキューのパケット送出リクエストを、リクエスト選択部１３４９に送る。

リクエスト選択部１３４９は、ＭＦＲリクエスト選択部１３４６、ＰＦＲリクエスト選択部１３４７、ＢＥリクエスト選択部１３４８からパケット送出リクエストを受信すると、受信したパケット送出リクエストのいずれかを選択し、パケットバッファの複数のキューのうちパケットを送出してもよいキューを指示する送出許可信号を送出する。なお、パケット送出リクエストの優先順位はＭＦＲ選択部１３４６、ＰＦＲリクエスト選択部１３４７、ＢＥリクエスト選択部１３４８の順で高くし、優先順位が高い送出許可リクエストがある場合は優先順位の低い送出許可リクエストが選択されないように設定することが望ましい。

読出選択部１３５２は、ＴＤＭパケットバッファ１３５０及びリクエスト選択部１３４９へパケット送出許可を出す。読出選択部１３５２は、ヘッダ付与回路１３２５からフレーム送出許可信号を受信すると、まず、ＴＤＭパケットバッファ１３５０へとＴＤＭ送出許可信号を送出する。ＴＤＭパケットバッファ１３５０に蓄積されるデータが空になり、かつ、まだ送出許可信号を受信している場合、読出選択部１３５２はリクエスト選択部１３４９へEthernet送出許可信号を送出する。読出選択部１３５２は、フレーム送出許可信号を受信している間はEthernet送出許可信号を送出し続け、フレーム送出許可信号を受信しなくなると、Ethernet送出許可信号を停止する。また、読出選択部１３５２は、ＴＤＭパケットバッファ１３５０に格納された固定帯域データ及びEthernetパケットバッファ１３５１に格納された可変帯域データを多重化し、フレーム許可信号に従ってヘッダ付与回路１３２５に送る。また、読出選択部１３５２は受信パケットの内部ヘッダ情報を元にＧＥＭヘッダを作成し、Ethernetパケットをカプセル化する。

読出データ長制御部１３５４は、ヘッダ付与回路１３２５からフレームヘッダ長信号を受信すると、その値を読出データ長カウンタ１３５５に加算する。加算時、読出データ長カウンタの値が負の値であった場合、フラグメントバッファ１３５３に、フラグメント化されたEthernetパケットが格納されているので、読出信号を送出してフラグメントバッファからのパケット送出を許可する。

読出データ長制御部１３５４は、読出完了信号をフラグメントバッファ１３５３から受信すると、リクエスト選択部１３４９へ選択許可信号を送出する。

さらに、読出データ長制御部１３５４は、ＴＤＭパケットバッファおよびEthernetパケットバッファからの送出パケット長信号を受信すると、その値を読出データ長カウンタ１
３５５から減算する。また、減算の結果、読出データ長カウンタ値が負になった場合、Ethernetパケットを図２０に示すように２つに分割するためのフラグメント信号をフラグメントバッファ１３５３に送出する。また、読出データ長カウンタが０以下になった場合は選択許可信号を停止する。

フラグメントバッファ１３５３は、フラグメント信号を受信すると、ＰＯＮフレームに収容するパケットの送出を停止し、送出が停止されたパケットを一時的に保持する。すなわち、ＰＯＮフレームに収容できなかった可変帯域データは、フラグメントバッファ１３５３に一時的に格納され、次のフレームのタイミングで読出選択部１３５２に送る。

読出データ長カウンタ１３５５は、下りＰＯＮフレームのペイロードに搭載できるデータ長を表しており、ＴＤＭパケットバッファ１３５０又は Ethernetパケットバッファ１３５１からパケットを送信する毎に、そのパケット長に相当する値が減算される。読出データ長カウンタ１３５５は負の値を保持することもある。

図２１は、第２の実施の形態の読出選択処理のフローチャートであり、読出選択部１３５２において実行される。

まず、読出選択部１３５２は、フレーム送出許可信号を受信しているか否かを判定する（Ｓ１００１）。

その結果、フレーム送出許可信号の受信中であれば、可変帯域データ（Ethernetパケット）を割り当てる前に固定帯域データ（ＴＤＭパケット）を割り当てるために、ＴＤＭ送出許可信号をＴＤＭパケットバッファ１３５０に送信し（Ｓ１００２）、ＴＤＭパケットバッファ１３５０からＴＤＭパケットを読み出す。

その後、全てのＴＤＭパケットの読み出しが完了したか否かを判定する（Ｓ１００３）。ＴＤＭパケットの読み出しが完了していなければ、ステップＳ１００１に戻り、フレーム送信許可信号受信中であれば、ＴＤＭパケットバッファ１３５０からＴＤＭパケットを読み出す。

一方、ＴＤＭパケットの読み出しが完了していれば、Ethernet送出許可信号をEthernetパケットバッファ１３５１に送信し（Ｓ１００４）、Ethernetパケットバッファ１３５１からEthernetパケットを読み出す。

その後、フレーム送出許可信号を受信しているか否かを判定する（Ｓ１００５）。フレーム送出許可信号の受信中であれば、ステップＳ１００４に戻り、Ethernet送出許可信号を送信し、Ethernetパケットを読み出す。

一方、フレーム送出許可信号の受信中でなければ、ＰＯＮフレームにEthernetパケットを割り当てることができないので、Ethernet送出許可信号を停止する（Ｓ１００６）。

図２２は、第２の実施の形態の読出データ長制御部の読出データ長カウンタ値計算処理のフローチャートであり、読出データ長制御部１３５４にて実行される。

まず、読出データ長制御部１３５４は、受信したフレームヘッダ長信号から、フレームヘッダ長を特定する（Ｓ１０１１）。

次に、読出データ長カウンタ値の正負を判定する（Ｓ１０１２）。

その結果、読出データ長カウンタ値が負であれば、固定長のＰＯＮ下りフレーム長と負の読出データカウンタ値とを加算し、そこから、ＰＯＮフレームのヘッダ長を減した値を、読出データカウンタに設定する（Ｓ１０１３）。

一方、読出データ長カウンタ値が”０”以上であれば、ＰＯＮフレーム長からＰＯＮフレームのヘッダ長を減じた値を、読出データカウンタに設定する（Ｓ１０１４）。

その後、選択許可送信信号をリクエスト選択部１３４９に送信する（Ｓ１０１５）。その後、ＴＥＭパケットバッファ１３５０または、Ethernetパケットバッファ１３５１からパケットが読み出されると、送出パケット長信号を受信する（Ｓ１０１６）。

送出パケット長信号を受信すると、送出されたパケット長を特定して、特定された送出パケット長を読出データ長カウンタ値から減じる（Ｓ１０１７）。

その後、読出データ長カウンタ値の正負を判定する（Ｓ１０１８）。

その結果、読出データ長カウンタ値が正であれば、ＰＯＮフレームにまだパケットを収容することができるので、ステップＳ１０１６に戻り、送出パケット長受信待ちとなる。一方、読出データ長カウンタ値が”０”以下であれば、ＰＯＮフレームにこれ以上のパケットを収容できないので、ステップＳ１０１９に進む。

ステップＳ１０１９では、読出データ長カウンタ値の正負を判定する。その結果、読出データ長カウンタ値が負であれば、パケットがＰＯＮフレームに収容しきれないので、フラグメント信号をフラグメントバッファ１３５３に送信する（Ｓ１０２０）。その後、選択許可信号の出力を停止し（Ｓ１０２１）、この処理を終了する。

一方、読出データ長カウンタ値が”０”以上（すなわち、読出データ長カウンタ値＝”０”）であれば、パケットがＰＯＮフレームに収容されたので、この処理を終了する。

以上説明したように、第２の実施の形態では、最低保証帯域制御のためのトークンバケット、最大許容帯域制御のためのリーキーバケット、ベストエフォート用のスケジューラを、帯域の制御単位（キュー毎）に備える。さらに、トラヒックシェーピング部１３２１に、ＴＤＭパケットバッファ１３５０、 Ethernetパケットバッファ１３５１、フラグメントバッファ１３５３、読出選択部１３５２、読出データ長制御部１３５４及び読出データ長カウンタ１３５５を備える。よって、近年普及してきたＦＴＴＨアクセスサービスを提供するＰＯＮシステムの局舎側装置においても、ユーザ毎に、ベストエフォートサービス、契約帯域保証サービス、最大許容帯域制御サービス及びこれらの組み合わせによるサービスを提供することができる。

特許請求の範囲に記載した以外の本発明の観点の代表的なものとして、次のものがあげられる。

（２）前記シェーピング部は、パケットの送出帯域を制御する帯域制御部を備え、
前記帯域制御部は、前記トークンバケットアルゴリズムを用いて前記最低保証帯域を保証し、又は、前記リーキーバケットアルゴリズムを用いた前記最大許容帯域以下へ制限することを特徴とする請求項１に記載のパケット転送装置。

（３）前記インターフェース部は、受信した光信号を電気信号に変換する光・電気変換部を備えることを特徴とする請求項１に記載のパケット転送装置。

（４）前記シェーピング部は、前記受信したパケットを一時的に格納するパケットバッファと、前記パケットバッファから読み出されるパケットを選択するリクエスト選択部と、を備え、
前記帯域制御部は、
前記受信したパケットの前記最低保証帯域を前記トークンバケットアルゴリズムを用いて保証するための前記パケットの送出タイミングを出力する第１タイミング生成部と、
前記受信したパケットの送出帯域を前記リーキーバケットアルゴリズムを用いて前記最大許容帯域以下に制限するための前記パケットの送出タイミングを出力する第２タイミング生成部と、
前記受信したパケットをベストエフォートで送出するための前記パケットの送出タイミングを出力する第３タイミング生成部と、を備え、
前記リクエスト選択部は、前記第１タイミング生成部、前記第２タイミング生成部及び前記第３タイミング生成部から出力された信号のいずれかを選択して、前記パケットバッファから読み出されるパケットを選択することを特徴とする（２）に記載のパケット転送装置。

（５）前記第１タイミング生成部は、トークンバケットパラメータ保持部、トークン減算部、トークン加算部及びトークン量判定部を備え、
前記トークン減算部は、前記パケットバッファから送出されたパケット長に対応するトークンを前記トークンバケットパラメータ保持部から減じ、
前記トークン加算部は、所定量のトークンを前記トークンバケットパラメータ保持部に周期的に加え、
前記トークン量判定部は、前記トークンバケットパラメータ保持部に保持されたトークン量が正であれば、前記パケットバッファからパケットを読み出し可能と判定することを特徴とする（４）に記載のパケット転送装置。

（６）前記第２タイミング生成部は、リーキーバケットパラメータ保持部、トークン加算部、トークン減算部及びトークン量判定部を備え、
前記トークン加算部は、前記パケットバッファから送出されたパケット長に対応するトークンを前記リーキーバケットパラメータ保持部に加え、
前記トークン減算部は、所定量のトークンを前記リーキーバケットパラメータ保持部か
ら周期的に減算し、
前記トークン量判定部は、前記リーキーバケットパラメータ保持部に保持されたトークン量が０であれば、前記パケットバッファからパケットを読み出し可能と判定することを特徴とする（４）に記載のパケット転送装置。

（７）前記シェーピング部は、前記リーキーバケットアルゴリズムの有効又は無効、前記トークンバケットアルゴリズムの有効又は無効、及び、前記ベストエフォート制御の有効又は無効、を制御することを特徴とする請求項１に記載のパケット転送装置。

（８）データを転送するパケット転送装置において、
パケットを送受信するインターフェース部、受信したパケットの宛先のインターフェース部に出力するスイッチ、パケットの送信タイミングを制御するシェーピング部及び前記シェーピング部を制御する制御部を備え、
前記シェーピング部は、
前記受信したパケットの送出帯域をトークンバケットアルゴリズムを用いて最低保証帯域を保証するように制御する第１タイミング生成部と、
前記受信したパケットの送出帯域をリーキーバケットアルゴリズムを用いて最大許容帯域以下に制限するように制御する第２タイミング生成部と、
前記受信したパケットの送出帯域をベストエフォートで制御する第３タイミング生成部と、を備え、
前記制御部は、前記各タイミング生成部による制御の有効又は無効を切り替えることを特徴とするパケット転送装置。

（９）前記制御部は、前記第３タイミング生成部による制御を有効とし、前記第１タイミング生成部及び前記第２タイミング生成部による制御を無効とすることによって、ベストエフォートでパケットを転送することを特徴とする（８）に記載のパケット転送装置。

（１０）前記制御部は、前記第１タイミング生成部による制御を有効とし、前記第２タイミング生成部及び前記第３タイミング生成部による制御を無効とすることによって、ユーザ毎の最低保証帯域を保証しながらパケットを転送することを特徴とする（８）に記載のパケット転送装置。

（１１）前記制御部は、前記第１タイミング生成部及び前記第２タイミング生成部による制御を有効とし、前記第３タイミング生成部による制御を無効とすることによって、ユーザ毎の最低保証帯域を保証し、かつユーザ毎の送出帯域を最大許容帯域以下に制限しながらパケットを転送することを特徴とする（８）に記載のパケット転送装置。

（１２）前記制御部は、前記第１タイミング生成部及び前記第３タイミング生成部による制御を有効とし、前記第２タイミング生成部による制御を無効とすることによって、ユーザ毎の最低保証帯域を保証しつつ、空き帯域を有効に利用しながらパケットを転送することを特徴とする（８）に記載のパケット転送装置。

（１３）前記制御部は、前記第２タイミング生成部による制御を有効とし、前記第１タイミング生成部及び前記第３タイミング生成部による制御を無効とすることによって、ユーザ毎の送出帯域を最大許容帯域以下に制限しながらパケットを転送することを特徴とする（８）記載のパケット転送装置。

（１４）前記制御部は、前記各タイミング生成部による制御の有効又は無効を設定することを特徴とする（８）に記載のパケット転送装置。

（１５）前記シェーピング部は、前記第１タイミング生成部に保持されるトークン量の最大値を保持する最大トークン値保持部を備え、
前記制御部は、前記トークン量の最大値を設定することを特徴とする（８）に記載のパケット転送装置。

（１６）前記シェーピング部は、前記各タイミング生成部による制御の有効又は無効を保持する有効／無効保持部を備え、
前記制御部は、前記各タイミング生成部による制御の有効又は無効を、前記有効／無効保持部に設定することを特徴とする（８）に記載のパケット転送装置。

（１７）データを転送するパケット転送装置において、
可変長パケットを格納した固定長フレームを送受信するインターフェース部、前記受信した可変長パケットを宛先のインターフェース部に出力するスイッチ及び前記可変長パケットの送信タイミングを制御するシェーピング部を備え、
前記シェーピング部は、前記可変長パケットの送出帯域を制御する帯域制御部及び前記受信した可変長パケットを一時的に格納するパケットバッファを備え、
前記シェーピング部は、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットが前記パケット転送装置から送出される前記固定長フレームに収容しきれないときに、当該可変長パケットの一部を他の固定長フレームに収容することを特徴とするパケット転送装置。

（１８）前記シェーピング部は、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットを一時的に格納するフラグメントバッファを備え、
前記シェーピング部は、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットが前記パケット転送装置から送出される前記固定長フレームに収容できないときに、当該可変長パケットの少なくとも一部を前記フラグメントバッファに一時的に格納することを特徴とする（１７）に記載のパケット転送装置。

（１９）前記シェーピング部は、前記パケットバッファから読み出されたデータ量を計数する読出データ長制御部を備え、
前記読出データ長制御部は、前記パケットバッファから読み出されたデータ量の計数結果によって、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットが前記パケット転送装置から送出される前記固定長フレームに収容できるか否かを判定することを特徴とする（１７）に記載のパケット転送装置。

（２０）前記読出データ長制御部は、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットが前記パケット転送装置から送出される前記固定長フレームに収容できないと判定したら、前記フラグメントバッファにフラグメント信号を出力し、
前記フラグメント信号によって、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットの少なくとも一部を、前記フラグメントバッファに一時的に格納することを特徴とする（１９）に記載のパケット転送装置。

（２１）局側光終端装置と加入者側光終端装置とが光ファイバ網で接続されたネットワークシステムにおいて、
前記局側光終端装置は、コアネットワークに接続されており、
前記局側光終端装置は、可変長パケットを格納した固定長フレームを送受信するインターフェース部、受信した前記可変長パケットの宛先のインターフェース部に出力するスイッチ及び前記可変長パケットの送信タイミングを制御するシェーピング部を備え、
前記シェーピング部は、前記可変長パケットの送出帯域を制御する帯域制御部を備え、
前記帯域制御部は、
トークンバケットアルゴリズムを用いて、入力された前記可変長パケットの最低保証帯域を保証し、
リーキーバケットアルゴリズムを用いて、入力された前記可変長パケットの送出帯域を最大許容帯域以下に制限することを特徴とするネットワークシステム。

（２２）前記インターフェース部は、受信した光信号を電気信号に変換する光・電気変換部を備えることを特徴とする（２１）に記載のネットワークシステム。

（２３）前記シェーピング部は、前記受信した可変長パケットを一時的に格納するパケットバッファと、前記パケットバッファから読み出される前記可変長パケットを選択するリクエスト選択部と、を備え、
前記帯域制御部は、
前記受信した可変長パケットの前記最低保証帯域を前記トークンバケットアルゴリズムを用いて保証するための前記可変長パケットの送出タイミングを出力する第１タイミング生成部と、
前記受信した可変長パケットの送出帯域を前記リーキーバケットアルゴリズムを用いて前記最大許容帯域以下に制限するための前記可変長パケットの送出タイミングを出力する第２タイミング生成部と、
前記受信した可変長パケットの送出帯域をベストエフォートで制御するための前記可変長パケットの送出タイミングを出力する第３タイミング生成部と、を備え、
前記リクエスト選択部は、前記第１タイミング生成部、前記第２タイミング生成部及び前記第３タイミング生成部から出力された信号のいずれかを選択して、前記パケットバッファから読み出されるパケットを選択することを特徴とする（２１）に記載のネットワークシステム。

（２４）前記第１タイミング生成部は、トークンバケットパラメータ保持部、トークン減算部、トークン加算部及びトークン量判定部を備え、
前記トークン減算部は、前記パケットバッファから送出されたパケット長に対応するトークンを前記トークンバケットパラメータ保持部から減じ、
前記トークン加算部は、所定量のトークンを前記トークンバケットパラメータ保持部に周期的に加え、
前記トークン量判定部は、前記トークンバケットパラメータ保持部に保持されたトークン量が正であれば、前記パケットバッファからパケットを読み出し可能と判定することを特徴とする（２３）に記載のネットワークシステム。

（２５）前記第２タイミング生成部は、リーキーバケットパラメータ保持部、トークン加算部、トークン減算部及びトークン量判定部を備え、
前記トークン加算部は、前記パケットバッファから送出されたパケット長に対応するトークンを前記リーキーバケットパラメータ保持部に加え、
前記トークン減算部は、所定量のトークンを前記リーキーバケットパラメータ保持部から周期的に減算し、
前記トークン量判定部は、前記リーキーバケットパラメータ保持部に保持されたトークン量が０であれば、前記パケットバッファからパケットを読み出し可能と判定することを特徴とする（２３）に記載のネットワークシステム。

（２６）局側光終端装置と加入者側光終端装置とが光ファイバ網で接続されたネットワークシステムにおいて、
前記局側光終端装置は、コアネットワークに接続されており、
前記局側光終端装置は、可変長パケットを格納した固定長フレームを送受信するインターフェース部、前記受信した可変長パケットの宛先のインターフェース部に出力するスイ
ッチ、前記可変長パケットの送信タイミングを制御するシェーピング部及び前記シェーピング部を制御する制御部を備え、
前記シェーピング部は、
前記受信した可変長パケットの送出帯域をトークンバケットアルゴリズム用いて最低保証帯域を保証するように制御する第１タイミング生成部と、
前記受信した可変長パケットの送出帯域をリーキーバケットアルゴリズムを用いて最大許容帯域以下に制限するように制御する第２タイミング生成部と、
前記受信した可変長パケットの送出帯域をベストエフォートで制御する第３タイミング生成部と、を備え、
前記制御部は、前記各タイミング生成部による制御の有効又は無効を切り替えることを特徴とするネットワークシステム。

（２７）前記制御部は、前記第３タイミング生成部による制御を有効とし、前記第１タイミング生成部及び前記第２タイミング生成部による制御を無効とすることによって、ベストエフォートで前記可変長パケットを転送することを特徴とする（２６）に記載のネットワークシステム。

（２８）前記制御部は、前記第１タイミング生成部による制御を有効とし、前記第２タイミング生成部及び前記第３タイミング生成部による制御を無効とすることによって、ユーザ毎の最低保証帯域を保証しながら前記可変長パケットを転送することを特徴とする（２６）に記載のネットワークシステム。

（２９）前記制御部は、前記第１タイミング生成部及び前記第２タイミング生成部による制御を有効とし、前記第３タイミング生成部による制御を無効とすることによって、ユーザ毎の最低保証帯域を保証し、かつユーザ毎のパケット送出帯域を最大許容帯域以下に制限しながら前記可変長パケットを転送することを特徴とする（２６）に記載のネットワークシステム。

（３０）前記制御部は、前記第１タイミング生成部及び前記第３タイミング生成部による制御を有効とし、前記第２タイミング生成部による制御を無効とすることによって、ユーザ毎の最低保証帯域を保証しつつ、空き帯域を有効に利用しながらパケットを転送することを特徴とする（２６）に記載のネットワークシステム。

（３１）前記制御部は、前記第２タイミング生成部による制御を有効とし、前記第１タイミング生成部及び前記第３タイミング生成部による制御を無効とすることによって、ユーザ毎のパケット送出帯域を最大許容帯域以下に制限しながらパケットを転送することを特徴とする（２６）に記載のネットワークシステム。

（３２）前記制御部は、前記各タイミング生成部による制御の有効又は無効を設定することを特徴とする（２６）に記載のネットワークシステム。

（３３）前記シェーピング部は、前記第１タイミング生成部に保持されるトークン量の最大値を保持する最大トークン値保持部を備え、
前記制御部は、前記トークン量の最大値を設定することを特徴とする（２６）に記載のネットワークシステム。

（３４）前記シェーピング部は、前記各タイミング生成部による制御の有効又は無効を保持する有効／無効保持部を備え、
前記制御部は、前記各タイミング生成部による制御の有効又は無効を、前記有効／無効保持部に設定することを特徴とする（２６）に記載のネットワークシステム。

（３５）局側光終端装置と加入者側光終端装置とが光ファイバ網で接続されたネットワークシステムにおいて、
前記局側光終端装置は、コアネットワークに接続されており、
前記局側光終端装置は、可変長パケットを格納した固定長フレームを送受信するインターフェース部、前記受信した可変長パケットを宛先のインターフェース部に出力するスイッチ及び前記可変長パケットの送信タイミングを制御するシェーピング部を備え、
前記シェーピング部は、前記可変長パケットの送出帯域を制御する帯域制御部及び受信した前記可変長パケットを一時的に格納するパケットバッファを備え、
前記シェーピング部は、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットが前記パケット転送装置から送出される前記固定長フレームに収容しきれないときに、当該可変長パケットの一部を他の固定長フレームに収容することを特徴とするネットワークシステム。

（３６）前記シェーピング部は、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットを一時的に格納するフラグメントバッファを備え、
前記シェーピング部は、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットが前記パケット転送装置から送出される前記固定長フレームに収容できないときに、当該可変長パケットの少なくとも一部を前記フラグメントバッファに一時的に格納することを特徴とする（３５）に記載のネットワークシステム。

（３７）前記シェーピング部は、前記パケットバッファから読み出されたデータ量を計数する読出データ長制御部を備え、
前記読出データ長制御部は、前記パケットバッファから読み出されたデータ量の計数結果によって、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットが前記パケット転送装置から送出される前記固定長フレームに収容できるか否かを判定することを特徴とする（３５）に記載のネットワークシステム。

（３８）前記読出データ長制御部は、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットが前記パケット転送装置から送出される前記固定長フレームに収容できないと判定したら、前記フラグメントバッファにフラグメント信号を出力し、
前記フラグメント信号によって、前記パケットバッファから読み出された前記可変長パケットの少なくとも一部を、前記フラグメントバッファに一時的に格納することを特徴とする（３７）に記載のネットワークシステム。

第１の実施の形態のネットワークシステムの概念図である。 第１の実施の形態のネットワークノードのブロック図である。 第１の実施の形態のトラヒックシェーピング部のブロック図である。 第１の実施の形態の最低保証帯域排出タイミング生成部のブロック図である。 第１の実施の形態の最大許容帯域排出タイミング生成部のブロック図である。 第１の実施の形態のベストエフォート読出リクエスト生成部のブロック図である。 第１の実施の形態の動作モード制御テーブルの説明図である。 第１の実施の形態のＰＦＲ許容判定テーブルの説明図である。 第１の実施の形態のトークン減算処理のフローチャートである。 第１の実施の形態の定期トークン加算処理のフローチャートである。 第１の実施の形態のトークン加算処理のフローチャートである。 第１の実施の形態の定期トークン減算処理のフローチャートである。 第１の実施の形態のトークンバケットのトークンの動作の説明図である。 第１の実施の形態のトークンバケットとリーキーバケットのトークンの動作の説明図である。 第１の実施の形態のトークンバケットとリーキーバケットのトークンの動作の説明図である。 第１の実施の形態のユーザトラヒック量の変化の説明図である。 第２の実施の形態のネットワーク構成のブロック図である。 第２の実施の形態のＯＬＴのブロック図である。 第２の実施の形態のトラヒックシェーピング部のブロック図である。 第２の実施の形態のＰＯＮフレームの構成図である。 第２の実施の形態の読出選択処理のフローチャートである。 第２の実施の形態の読出データ長制御処理のフローチャートである。

符号の説明

１００ ユーザ端末
２０１〜２０４ネットワーク
３００ ネットワークノード
３１０ スイッチ
３２０ 回線インターフェース
３３０ 制御部
３２１ 光モジュール
３２２ パケット送信回路
３２３ パケット受信回路
３４０ トラフィックシェーピング部
３４１ 帯域制御部
３４２ 最低保証帯域（ＭＦＲ）排出タイミング生成部
３４３ 最大許容帯域（ＰＦＲ）排出タイミング生成部
３４４ ベストエフォート（ＢＥ）読出リクエスト生成部
３４５ パケットバッファ
３４６ ＭＦＲリクエスト選択部
３４７ ＰＦＲリクエスト選択部
３４８ ＭＦＲリクエスト選択部
３４９ リクエスト選択部
１２００ ＯＮＵ
１３００ ＯＬＴ
１３４０ トラヒックシェーピング部
１３４１ 帯域制御部
１３４２ 最低保証帯域（ＭＦＲ）排出タイミング生成部
１３４３ 最大許容帯域（ＰＦＲ）排出タイミング生成部
１３４４ ベストエフォート（ＢＥ）読出リクエスト生成部
１３４６ ＭＦＲリクエスト選択部
１３４７ ＰＦＲリクエスト選択部
１３４８ ＢＥリクエスト選択部
１３４９ リクエスト選択部
１３５０ ＴＤＭパケットバッファ
１３５１ Ethernetパケットバッファ
１３５２ 読出選択部
１３５３ フラグメントバッファ
１３５４ 読出データ長制御部
１３５５ 読出データ長カウンタ

Claims (7)

1. パケットを転送するパケット転送装置において、
   パケットを送受信するインターフェース部、
   前記受信したパケットを宛先のインターフェース部に出力するスイッチ、及び
   前記パケットの送信タイミングを制御するシェーピング部を備え、
   前記シェーピング部は、
   受信したパケットを格納する複数のキューを備えたパケットバッファと、
   キュー毎の帯域制御部と、
   前記パケットバッファにパケットの読み出しタイミングを通知するリクエスト選択部、とを備え、
   前記各帯域制御部は、
   トークンバケットアルゴリズムを用いて前記受信したパケットの前記パケットバッファからの読み出しが最低保証帯域以下であるか否かを判定し、前記受信したパケットの前記パケットバッファからの読み出しが最低保証帯域以下であると判定した場合に、前記リクエスト選択部に読み出しリクエストを送出する最低保証帯域排出タイミング生成部と、
   リーキーバケットアルゴリズムを用いて前記受信したパケットの前記パケットバッファからの読み出しが最大許容帯域以下であるか否かを判定し、前記受信したパケットの前記パケットバッファからの読み出しが最大許容帯域以下であると判定した揚合に、前記リクエスト選択部に読み出しリクエストを送出する最大許容帯域排出タイミング生成部と、を備え、
   前記リクエスト選択部は、前記最大許容帯域排出タイミング生成部からの読み出しリクエストよりも前記最低保証帯域排出タイミング生成部からの読み出しリクエストを優先して、前記パケットバッファに読み出しタイミングを通知し、
   前記パケットバッファは、読み出しタイミングが通知されたキューのパケットを読み出し、
   前記インターフェースは、前記パケットバッファから読み出されたパケットを出力するパケット転送装置。
2. 前記トークンバケットアルゴリズムは、トークンバケットに保持されるトークン量が正である場合に、前記パケットバッファからの前記パケットの読み出しは最低保証帯域以下であると判定し、
   前記リーキーバケットアルゴリズムは、リーキーバケットに保持されるトークン量が０である場合に、パケットバッファからの前記パケットの読み出しは最大許容帯域以下であると判定する請求項１に記載のパケット転送装置。
3. 前記最大許容帯域排出タイミング生成部は、最低保証帯域排出タイミング生成部にリクエスト生成抑止信号を入力し、
   前記最低保証帯域排出タイミング生成部は、前記リクエスト抑止信号が入力されると、前記読み出しリクエストを前記リクエスト選択部に送出出力しない請求項１または２に記載のパケット転送装置。
4. 前記最大許容帯域排出タイミング生成部から最低保証帯域排出タイミング生成部に、リクエスト生成抑止信号を入力するか否かを切り替える請求項１または２に記載のパケット転送装置。
5. 前記各帯域制御部は、前記最低保証帯域排出タイミング生成部及び前記最大許容帯域排出タイミング生成部のタイミング生成の有効又は無効を切り替える制御部を有する請求項１ないし４のいずれか一つに記載のパケット転送装置。
6. 前記複数の帯域制御部のうち少なくとも１以上の帯域制御部は、前記受信したパケットの送出タイミングを前記リクエスト選択部に出力するベストエフォートタイミング生成部を備え、
   前記リクエスト選択部は、前記最低保証帯域排出タイミング生成部からの読み出しリクエスト、前記最大許容帯域排出タイミング生成部からの読み出しリクエスト、前記ベストエフォートタイミング生成部からの読み出しリクエスト、の順に読み出しリクエストを優先して、パケットバッファに読み出しタイミングを通知する請求項１に記載のパケット転送装置。
7. 前記各帯域制御部は、前記最低保証帯域排出タイミング生成部、前記最大許容帯域排出タイミング生成部及び前記ベストエフォートタイミング生成部のタイミング生成の有効又は無効を切り替える制御部を有する請求項６に記載のパケット転送装置。

Images