JP4633025B2 - データ信号転送方法および受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、クライアントのデータ信号をネットワーク内で転送する際の転送制御技術に関する。

パケット通信における従来の高信頼化技術には、例えば、特許文献１にあるように、パケットに順序識別子を挿入し、複製して複数経路に送信し、受信側で各経路から到着する順序識別子を確認することにより順序を判別し、早着のパケットを下流に転送する方法がある。

この方法では、経路故障などによりパケットが未達となった場合でも、複数経路のうちいずれか１つが正常であれば、パケット損失の無い通信が可能であるという特徴がある。

また、特許文献２には、複数経路にＡＴＭセルフレームを送出し、受信側で選択する方法が記載されており、受信側で複数経路の遅延差を判定し、それに基づき複数経路から到着する同一情報を有するＡＴＭセルフレームの遅延差を調整することにより、伝送遅延の揺らぎが大きい場合にもＡＴＭセルフレームの欠落による中断の無い伝送を実現するという特徴がある。

特開２００５−１０２１５７号公報 特許第３４８４０８３号

上記特許文献１の方法と上記特許文献２の方法とは、それぞれ早着選択・遅着廃棄を行う動作モードの場合と、複数経路から到着する同一情報を有する転送フレームを同期させて１つを選択する（同期選択）動作モードの場合とを示している。

これらは、クライアントの要求条件に応じてどちらのモードを志向するかで、用いる方法および装置（送信装置、受信装置、中継装置など）が決定される。つまり、クライアントのデータ信号が伝送遅延の絶対値に厳しい場合は、早着選択・遅延廃棄を行う特許文献１の方法を志向する。この場合は、正常動作時は、伝送遅延の小さい経路から到着するフレームを常に下流に転送するが、経路故障等により伝送遅延の小さい経路からフレームが未着となれば、伝送遅延の大きい経路からの到着フレームを下流に転送することになるので、その場合に、フレーム受信時間の跳躍が生じる。

そのため、クライアントのデータ信号が、フレーム転送の連続性に厳しい場合は、特許文献２の方法を志向する。ただし、この場合は、必ず遅延差調整が発生するため、伝送遅延の絶対値は自ずと大きくなる。

このように、従来技術では、クライアントのデータ信号の要求条件に応じて適用方法および装置が異なっていたため、多様なクライアントを同一の装置に適用することは困難であった。これら２通りの動作モードを互いに変更したい場合は、事前にハードウェアおよびソフトウェアの設定を変更する作業が必要になる。

一方で、クライアントのデータ信号を転送するネットワークの伝送帯域が１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上とすることも可能となった昨今では、多様なクライアントに対し、同一の装置で対応することはコストや装置の運用性の点で重要な課題となる。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、早着選択・遅着廃棄または同期選択などの複数の動作モードが容易に変更可能な、データ信号転送方法および送受信装置を提供することを目的とする。

本発明は、動作モードの変更については、複数の経路に優先度を定義し、それぞれの経路に送出される転送フレームにこの優先度を設定し、受信側では優先度に従って下流側（クライアント側）への転送フレームを選択することで、遅延が小さい経路の優先度を高くした場合には、早着選択・遅延廃棄と同様の動作を行い、遅延が大きい経路の優先度を高くした場合には、複数経路からの同一情報を有する転送フレームを同期させて１つをクライアント側に転送する（同期選択）動作を行うといったように、動作モードの変更を容易に実現することができることを特徴とする。

すなわち、本発明は、データ信号転送方法であって、クライアントのデータ信号を転送するネットワーク内の送受信間は、独立した少なくとも２つ以上の経路（以下、独立した経路と呼ぶ）を設定することにより冗長化され、前記ネットワーク内の転送フレームは、送信側で複製された上で前記独立した経路のそれぞれに転送され、送信側では、前記転送フレームの順序を識別する順序識別子またはタイムスタンプを当該転送フレームに記述し、受信側では、前記独立した経路から受信する前記転送フレームに記述された前記順序識別子またはタイムスタンプを参照することにより、前記転送フレームのうち同一情報を有する転送フレームとその順序を認識するデータ信号転送方法である。

ここで、本発明の特徴とするところは、複数の前記独立した経路または前記独立した経路に転送される複数の前記同一情報を有する転送フレームには、それぞれ異なる優先度が定められ、受信側では、優先度が高くかつ正常な前記転送フレームのデータ信号を直ちにクライアント側に転送し、優先度の低い前記同一情報を有するフレームを廃棄し、優先度が低い転送フレームが通過した経路の伝送遅延が他の経路に比べて小さい場合には、この転送フレームを待機させて優先度の高い前記同一情報を有するフレームとの遅延差を調整するところにある。

例えば、前記優先度は、前記独立した経路の伝送遅延に基づき設定される。この際に、伝送遅延が大きい経路の方を優先度が高い経路と設定するか、あるいは、伝送遅延が小さい経路の方を優先度が高い経路と設定するかによって、前述した早着選択・遅着廃棄または同期選択の動作モードを選択することができる。

このときに、経路の伝送遅延が予め分かっている場合には、経路毎に優先度を予め定めておいてもよい。また、経路の伝送遅延が不明の場合あるいは経路の伝送遅延が時々刻々変化する場合には、複数の経路における遅延差を調べることにより、経路の伝送遅延をリアルタイムで測定してもよい。この場合には、伝送遅延に応じて優先度をどのように設定するのかといった優先度設定のためのポリシのみを予め定めておくことになる。

あるいは、送信側で前記転送フレームに当該転送フレームの優先度の識別子を付与することができる。これによれば、経路の伝送遅延その他の伝送環境の要因に依らず、転送フレーム毎に優先度を設定することができるため、例えば、データ信号の種別毎に早着選択・遅着廃棄または同期選択の動作モードを選択することができる。

また、例えば、複数の前記独立した経路から到着する前記転送フレームの遅延調整量は、前記独立した経路の伝送遅延差に基づき設定される。

また、本発明を送信装置の観点から観ると、本発明は、転送フレームを複製する手段と、この複製する手段により複製された各転送フレームに、当該転送フレームの順序を識別する順序識別子またはタイムスタンプを付与する手段と、この付与する手段により順序識別子またはタイムスタンプを付与された各転送フレームを複数の独立した経路にそれぞれ送出する手段とを備えた送信装置であって、本発明の特徴とするところは、前記転送フレームに当該転送フレームの優先度の識別子を付与する手段を備えたところにある。

また、本発明を受信装置の観点から観ると、本発明は、独立した経路から受信する転送フレームの順序識別子またはタイムスタンプを参照することにより、前記転送フレームのうち同一情報を有する転送フレームとその順序を認識する手段を備えた受信装置であって、本発明の特徴とするところは、複数の前記独立した経路または前記独立した経路に転送される複数の前記同一情報を有する転送フレームには、それぞれ異なる優先度が定められ、優先度が高くかつ正常な転送フレームのデータ信号を直ちにクライアント側に転送し、優先度の低い前記同一情報を有するフレームを廃棄し、優先度が低い転送フレームが通過した経路の伝送遅延が他の経路に比べて小さい場合には、この転送フレームを待機させて優先度の高い前記同一情報を有するフレームとの遅延差を調整する手段を備えたところにある。

なお、前記独立した経路とは、単一の故障あるいは工事によって同時に通信が途絶することのない独立した少なくとも２つ以上の経路である。また、前記順序識別子またはタイムスタンプを記述する箇所は、前記転送フレームのヘッダに定義された順序識別用のフィールドまたは用途が未定義の拡張用フィールドまたは前記転送フレームに挿入可能なものとして定義されたフィールド等である。

本発明によれば、早着選択・遅延廃棄と同期選択とを容易に選択可能とし、データ損失の無い高信頼なネットワークを提供することができる。

（第一実施例）
第一実施例の通信システムを図１および図２を参照して説明する。図１は第一実施例の通信システムの構成図である。第一実施例は、ユーザが経路毎に予め優先度を設定する場合である。優先度登録部６には、ユーザが予め設定した経路毎の優先度の情報が登録される。

コピー部１では、入力されたパケットを複製し、順序識別子付与部２では、複製された複数のパケットに対して同一の順序識別子を付与して複数の経路にそれぞれ送出する。

遅延差判定部３では、順序識別子やタイムスタンプに応じ、複数経路から到着するフレームのうち、同一情報を有するフレームの判別を行い、同一情報を有する転送フレーム間の遅延差を判別する。

遅延が小さい方の経路の優先度を高く設定した場合には、遅延が小さい方の経路からフレームが到着すれば直ちにそのデータ信号をクライアント側に転送し、遅延が大きい方の経路から同一情報のフレームが到着したらそれを廃棄する。

遅延が小さい方の経路の優先度を低く設定した場合には、遅延が小さい方の経路の転送フレームを遅延差に相当する時間だけ待機させて、遅延が大きい方の経路からの同一情報を有する転送フレームの到着を待ち、遅延差調整部４により２つのフレームの遅延差を無くすように調整した後、フレーム選択部５により２つのフレームのうち正常なフレームを１つだけ選択してそのデータ信号をクライアント側に転送する。選択しなかった方のフレームは廃棄する。

次に、第一実施例の処理手順を図２を参照して説明する。図２は第一実施例の処理手順を示すフローチャートである。ここでは、独立した経路数が２の場合を示しており、Ａ系、Ｂ系としている。また、Ａ系の優先度がＢ系よりも高いとしている。受信側の処理手順としては、まず、優先度の高い方（例ではＡ系）の到着フレームの有無を確認し（Ｓ１）、有れば順序比較を行う（Ｓ２、Ｓ３）。

転送フレームの順序ＣＡが、受信側で保持しているカウンタ値ＣＦ以下（ＣＦ≧ＣＡ）であれば、その転送フレームは既着の転送フレームであると認識できるので廃棄する（Ｓ４）。

ＣＦ＋１＝ＣＡであれば、次に到着すべき転送フレームであると認識でき、Ａ系は優先度が高い方なので、その転送フレームのデータ信号を直ちに下流に転送する（Ｓ５）。

ＣＡがＣＦ＋１よりも大きければ（ＣＦ＋１＜ＣＡ）、遅延差調整部４のバッファに転送フレームを待機させ、順序がＣＦ＋１に相当するフレームを待つことができる。その場合の待ち時間を予め設定しておくことができ、順序待ち時間が未了の場合は（Ｓ６）、Ａ系転送フレームのデータ信号は待機を行う（Ｓ７）。一方、順序待ち時間が満了の場合は（Ｓ６）、Ａ系転送フレームのデータ信号を下流に転送する（Ｓ５）。

図２の例では、優先度の高い経路の転送フレーム（Ａ系転送フレーム）の処理後、優先度の低い経路の転送フレーム（Ｂ系転送フレーム）の処理に移る。Ｂ系でもＡ系と同様に、転送フレームの有無を確認し（Ｓ８）、有れば順序比較を行う（Ｓ９、Ｓ１０）。転送フレームの順序ＣＢが、受信側で保持しているカウンタ値ＣＦ以下（ＣＦ≧ＣＢ）であれば、その転送フレームは既着の転送フレームと認識できるので廃棄する（Ｓ１１）。

ＣＦ＋１＝ＣＢであれば、次に下流に転送すべきデータ信号を含む転送フレームであると認識できるが、この時点でＣＦがＣＢよりも１つ小さい順序であるということは、優先度の高いＡ系においてＣＦ＋１の転送フレームが未着であるということなので、優先度の低いＢ系の転送フレームを直ちに転送せずに、Ａ系からの到着を待つ動作を行う。

他系到着待ち時間を予め設定しておき、その時間が未了であれば（Ｓ１３）、Ｂ系転送フレームは待機し（Ｓ１４）、Ａ系転送フレームの確認に戻る。一方、他系到着待ち時間が満了であれば（Ｓ１３）、Ｂ系転送フレームを転送する（Ｓ１２）。

ＣＢがＣＦ＋１よりも大きい（ＣＦ＋１＜ＣＢ）場合は、ＣＢとＣＡとの比較を行う（Ｓ１５）。ＣＢがＣＡ以上（ＣＡ≦ＣＢ）である場合は、そのままＢ系転送フレームは待機し（Ｓ１４）、Ａ系転送フレームの確認に戻る。

ＣＢがＣＡより小さい（ＣＡ＞ＣＢ）場合は、そのＢ系転送フレームのデータ信号が下流に転送されるのは、他系到着待ち時間と順序待ち時間とが共に満了しているときのみである（Ｓ１６、Ｓ１７）。その場合を除いては、Ｂ系転送フレームは待機を行って、Ａ系転送フレームの確認へ戻る。

この例では、優先度の高い経路からの転送フレームを確認して処理を行った後、優先度の低い経路の転送フレームの処理に移行するフローチャートを示したが、全ての経路の処理を並列に行い、順序の同定と優先度の識別とを行うという方法も可能である。このように、本発明における転送フレームの処理手順は、本実施例で示したものに限るものではない。

（第二実施例）
第二実施例の通信システムを図３を参照して説明する。図３は第二実施例の通信システムの構成図である。第二実施例は、遅延差判定部３により転送フレームの伝送遅延差を判定し、遅延差に応じて優先度を設定する構成である。遅延が小さい方の優先度を高く設定することもできるし、遅延が大きい方の優先度を設定することもできる。

優先度設定部７には、ユーザによって、予め遅延に応じた優先度が設定される。遅延が小さい方の優先度を高く設定した場合には、遅延が小さい方からフレームが到着すれば直ちにそのデータ信号をクライアント側に転送し、遅延が大きい方から同一情報のフレームが到着したらそれを廃棄する。

遅延が小さい方の優先度を低く設定した場合には、遅延が小さい方の転送フレームを遅延差に相当する時間だけ待機させて、遅延が大きい方からの同一情報を有する転送フレームの到着を待ち、遅延差調整部４により２つのフレームの遅延差を無くすように調整した後、フレーム選択部５により２つのフレームのうち正常なフレームを１つだけ選択してそのデータ信号をクライアント側に転送する。選択しなかった方のフレームは廃棄する。

他の処理手順は、第一実施例と同様であるので説明を省略する。

（第三実施例）
第三実施例の通信システムを図４および図５を参照して説明する。図４は第三実施例の通信システムの構成図である。第三実施例は、送信側の優先度識別子付与部８により転送フレーム毎に優先度を設定し、受信側の優先度判定部９は、転送フレーム毎に付与された優先度識別子を読み出すことにより、優先度の識別を行っている。

次に、第三実施例の処理手順を図５を参照して説明する。図５は第三実施例の処理手順を示すフローチャートである。Ａ系およびＢ系からの転送フレームが有るときには（Ｓ２０）、優先度判定部９は、Ａ系およびＢ系の転送フレームから優先度識別子を読み出し（Ｓ２１）、優先度の比較を行う（Ｓ２２）。

優先度の高低が判別できたら、まず、第一実施例で説明した優先度が高い方の転送フレーム処理手順（図２のステップＳ３〜Ｓ７）を実行し（Ｓ２３）、続いて、第一実施例で説明した優先度が低い方の転送フレーム処理手順（図２のステップＳ１０〜Ｓ１７）を実行する（Ｓ２４）。

また、Ａ系またはＢ系のいずれか一方からのみの転送フレームが有るときには（Ｓ２０）、優先度判定部９は、その転送フレームから優先度識別子を読み出し（Ｓ２５）、その優先度識別子を参照することにより（Ｓ２６）、その転送フレームに付与されている優先度を認識し、優先度が高いときには、第一実施例で説明した優先度が高い方の転送フレーム処理手順（図２のステップＳ３〜Ｓ７）を実行し（Ｓ２７）、優先度が低いときには、第一実施例で説明した優先度が低い方の転送フレーム処理手順（図２のステップＳ１０〜Ｓ１７）を実行する（Ｓ２８）。

（第四実施例）
第四実施例を図６〜図９を参照して説明する。図６〜図９は本実施例の送信装置のブロック構成図である。第四実施例は、送信装置の実施例であり、図１、図３、図４に示した送信装置をさらに詳細に説明している。

図６の構成例では、受信部１０によりデータ信号を受信し、フレーム化部１１により受信したデータ信号をペイロード領域に持つ転送フレームを生成する。コピー部１によりこの転送フレームを複製し、二つの識別子付与部２０−１および２０−２により複製された転送フレームにそれぞれ順序識別子または優先度識別子を付与する。二つの送信部１２−１および１２−２により複製されて順序識別子または優先度識別子を付与された転送フレームが受信側に向けて送信される。

図７の構成例では、受信部１０によりデータ信号を受信し、フレーム化部１１により受信したデータ信号をペイロード領域に持つ転送フレームを生成する。識別子付与部２０により転送フレームに順序識別子または優先度識別子を付与する。コピー部１によりこの転送フレームを複製し、二つの送信部１２−１および１２−２により複製されて順序識別子または優先度識別子を付与された転送フレームが受信側に向けて送信される。

図６および図７の構成例は、いずれもフレーム化部１１によってデータ信号をペイロード領域に持つ転送フレームを生成するが、データ信号自体が既に転送フレームとしての構成を有している場合には、図８および図９に示すように、フレーム化部１１を省くことができる。

また、図６〜図９の構成例では、一つの識別子付与部２０によって、順序識別子付与部２および優先度識別子付与部８の機能を兼用するが、これらの機能を分離して設ける構成例も容易に類推できる。

（第五実施例）
第五実施例を図１０を参照して説明する。図１０は本実施例の受信装置のブロック構成図である。第五実施例は、受信装置の実施例であり、図１、図３、図４に示した受信装置をさらに詳細に説明している。

送信装置から送信された転送フレームは、受信部３０−１および３０−２によって受信され、メモリ−Ａとしてのバッファ３１−１とメモリ−Ｂとしてのバッファ３１−２とにそれぞれ蓄積される。

図１、図３、図４における遅延差判定部３は、同一の順序情報を有する転送フレームがそれぞれのバッファ３１−１および３１−２に到着した時刻差を制御部３２が調べることによって実現できる。

また、遅延差調整部４は、制御部３２が調べた同一の順序情報を有する転送フレームのバッファ３１−１および３１−２への到着時刻差に基づき、当該転送フレームのバッファ３１−１および３１−２からの読み出しタイミングを制御部３２が調整することによって実現できる。

また、フレーム選択部５は、バッファ３１−１とバッファ３１−２とにそれぞれ蓄積された転送フレームの正常性を制御部３２が確認し、いずれか一方の転送フレームの正常性が確認された場合にはその転送フレームをバッファ３１−１または３１−２から読み出し、正常性が確認されなかった方の転送フレームについてはバッファ３１−１または３１−２から廃棄することによって実現できる。また、双方の転送フレームの正常性が確認された場合には、予め定められた一方の転送フレームを読み出し、他方を廃棄する。

また、優先度登録部６、優先度設定部７、優先度判定部９は、制御部３２がその機能を有することができる。さらに、図２または図５のフローチャートの処理手順のように各部が協働して実行する処理手順を実行するためには、制御部３２とカウンタ部３３とが協働し、カウンタ部３３のカウンタ値を、図２または図５のフローチャートにおけるＣＦ、ＣＦ＋１に相応する値とすることにより実現できる。

本発明によれば、早着選択・遅延廃棄と同期選択とを容易に選択可能とし、データ損失の無い高信頼なネットワークを実現することができるため、ネットワークユーザの利便性を向上させることができると共に、ネットワーク運営者にとっては、複数のデータ信号転送方法および装置を用意する必要が無く、効率の良いネットワーク運営を実現することができる。

第一実施例の通信システムの構成図。 第一実施例の通信システムの処理手順を示すフローチャート。 第二実施例の通信システムの構成図。 第三実施例の通信システムの構成図。 第三実施例の通信システムの処理手順を示すフローチャート。 第四実施例の送信装置のブロック構成図（その１）。 第四実施例の送信装置のブロック構成図（その２）。 第四実施例の送信装置のブロック構成図（その３）。 第四実施例の送信装置のブロック構成図（その４）。 第五実施例の受信装置のブロック構成図。

符号の説明

１ コピー部
２ 順序識別子付与部
３ 遅延差判定部
４ 遅延差調整部
５ フレーム選択部
６ 優先度登録部
７ 優先度設定部
８ 優先度識別子付与部
９ 優先度判定部
１０ 受信部
１１ フレーム化部
１２−１、１２−２、３４ 送信部
２０、２０−１、２０−２ 識別子付与部
３０−１、３０−２ 受信部
３１−１、３１−２ バッファ
３２ 制御部
３３ カウンタ部

Claims (5)

1. クライアントのデータ信号を転送するネットワーク内の送受信間は、独立した少なくとも２つ以上の経路（以下、独立した経路と呼ぶ）を設定することにより冗長化され、
   前記ネットワーク内の転送フレームは、送信側で複製された上で前記独立した経路のそれぞれに転送され、
   送信側では、前記転送フレームの順序を識別する順序識別子またはタイムスタンプを当該転送フレームに記述し、
   受信側では、前記独立した経路から受信する前記転送フレームに記述された前記順序識別子またはタイムスタンプを参照することにより、前記転送フレームのうち同一情報を有する転送フレームとその順序を認識するデータ信号転送方法において、
   複数の前記独立した経路または前記独立した経路に転送される複数の前記同一情報を有する転送フレームには、それぞれ異なる優先度が定められ、
   受信側では、
   複数の前記独立した経路のうち遅延が最も小さい経路、または遅延が最も小さい転送フレームの優先度を最も高く設定した場合には、
   遅延が最も小さくかつ正常な前記転送フレームのデータ信号を直ちにクライアント側に転送し、その他の前記同一情報を有する転送フレームを廃棄し、
   複数の前記独立した経路のうち遅延が最も小さい経路以外の経路、または遅延が最も小さい転送フレーム以外の転送フレームの優先度を最も高く設定した場合には、
   優先度が最も高い経路からの、または優先度が最も高い転送フレームより遅延が小さい前記転送フレームを待機させて、優先度が最も高い経路からの、または優先度が最も高い前記同一情報を有する転送フレームの到着を待ち、それらの転送フレームの遅延差を無くすように調整した後、正常な転送フレームを１つだけ選択してそのデータ信号をクライアント側に転送し、選択しなかった転送フレームを廃棄する
   ことを特徴とするデータ信号転送方法。
2. 前記優先度は、前記独立した経路の伝送遅延に基づき設定される請求項１記載のデータ信号転送方法。
3. 送信側で前記転送フレームに当該転送フレームの優先度の識別子を付与する請求項１記載のデータ信号転送方法。
4. 複数の前記独立した経路から到着する前記転送フレームの遅延調整量は、前記独立した経路の伝送遅延差に基づき設定される請求項１記載のデータ信号転送方法。
5. 独立した経路から受信する転送フレームの順序識別子またはタイムスタンプを参照することにより、前記転送フレームのうち同一情報を有する転送フレームとその順序を認識する手段を備えた受信装置において、
   複数の前記独立した経路または前記独立した経路に転送される複数の前記同一情報を有する転送フレームには、それぞれ異なる優先度が定められ、
   複数の前記独立した経路のうち遅延が最も小さい経路、または遅延が最も小さい転送フレームの優先度を最も高く設定した場合には、
   遅延が最も小さくかつ正常な前記転送フレームのデータ信号を直ちにクライアント側に転送し、その他の前記同一情報を有する転送フレームを廃棄し、
   複数の前記独立した経路のうち遅延が最も小さい経路以外の経路、または遅延が最も小さい転送フレーム以外の転送フレームの優先度を最も高く設定した場合には、
   優先度が最も高い経路からの、または優先度が最も高い転送フレームより遅延が小さい前記転送フレームを待機させて、優先度が最も高い経路からの、または優先度が最も高い前記同一情報を有する転送フレームの到着を待ち、それらの転送フレームの遅延差を無くすように調整した後、正常な転送フレームを１つだけ選択してそのデータ信号をクライアント側に転送し、選択しなかった転送フレームを廃棄する手段を備えた
   ことを特徴とする受信装置。

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