JP4875423B2 - スイッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力されたパケットを宛先に応じて転送するスイッチ装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータ（以下「ＰＣ」という。）やブロードバンド接続の普及に伴い、複数のＰＣを相互に接続したりインターネットに接続したりするため、家庭内の通信ネットワーク、いわゆるホームネットワーク（以下「ＨＮＷ」という。）の普及が進んでいる。中でも、ＩＥＥＥ８０２．３で規格化されているイーサネット（登録商標）は、当該規格用の端子がＰＣに標準的に装備されるほど汎用性が高く、当該規格に対応する通信装置やケーブル等の機材の導入コストが他の方式によるものよりも安価なので、今後ＨＮＷの伝送メディアとして有力である。なお、ＩＥＥＥ８０２．３で規格化され、イーサネット（登録商標）又はＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）と称されている伝送方式によってデータを伝送するネットワークを以下「汎用ネットワーク」という。また、一般に、データを伝送する信号の単位として、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）参照モデルにおけるネットワーク層の通信ではパケット、データリンク層の通信ではフレームがそれぞれ用いられており、本明細書においては、パケットの用語を用いることとするが、パケットをフレームと読み替えてもよい。

一方、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）通信技術の進展に伴い、現在、放送局から家庭まで電波で伝送されている放送信号を、ＩＰ通信技術を利用して有線メディアで伝送するＩＰ放送（以下「ＩＰＴＶ」という。）の実現が現実味を帯びてきている。ＩＰＴＶでは、デジタル放送のコンテンツ多重化方式であるＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）−２の規格に準拠したトランスポートストリーム（以下「ＭＰＥＧ−２ＴＳ」という。）のパケットをＩＰパケットに包み、例えばＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ−Ｔｏ−Ｔｈｅ−Ｈｏｍｅ）のようなブロードバンドアクセス回線を通して家庭まで伝送する。伝送されたＩＰＴＶパケットを家庭内で分配するには、例えば、ＩＰＴＶの受信機を汎用ネットワークに対応させ、ＨＮＷを介してＩＰＴＶパケットを家庭内の受信機に伝送する方法があり、この方法によれば、用途別にＨＮＷを敷設する必要が無く効率的である。

ところで、ＩＰＴＶパケットの伝送には注意が必要である。デジタル放送のコンテンツは、映像、音声、データの各要素を同期して提示する必要がある。そのため、デジタル放送の多重化方式であるＭＰＥＧ−２ＴＳ方式では、各受信機がＳＴＣ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）と呼ばれる２７ＭＨｚのクロック信号を基準に各要素の復号と提示のタイミングとを調整するようになっている。このＳＴＣは、放送局でコンテンツをＭＰＥＧ−２ＴＳに多重化する際に埋め込まれたクロック伝送信号（Ｐｒｏｇｒａｍ Ｃｌｏｃｋ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ、以下「ＰＣＲ」）に基づいて受信機側で再生される。そのため、ＰＣＲを含むパケットが伝送中に消失したり、受信機に到着するタイミングが大きく変動して遅延ジッタが発生したりするとＳＴＣを精度よく再生することができず、結果としてコンテンツの再生が乱れてしまう。

汎用ネットワークのような非同期ネットワークを介してＭＰＥＧ−２ＴＳを伝送する場合に遅延ジッタの発生は避けられないため、受信機のパケット受信部にバッファを用意して遅延ジッタを平滑化してから、デコーダ部にＴＳパケットを渡す必要がある。汎用ネットワークによる遅延ジッタの発生を抑制できれば、受信機が備える遅延ジッタの平滑化用バッファの必要容量を削減することが可能となる。なお、ＭＰＥＧ−２ＴＳを規定するＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−１では、理想的なデコーダモデルにおける遅延ジッタの許容値として±５００ｎｓという規格がある。

通信におけるデータの損失率や伝送に要する時間、遅延ジッタ等の通信の品質を保証する技術は総称してＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）保証技術と呼ばれている。ＩＰ通信は、元来ＱｏＳを保証しないベストエフォート型の通信技術であったが、その用途の広がりに応じてＱｏＳ保証を実現する技術が提案されている。例えば、ＲＳＶＰ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｒｅＳｅｒＶａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＩｎｔＳｅｒｖ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）、ＤｉｆｆＳｅｒｖ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）等の技術が挙げられる。これらの技術は、通信事業者の基幹ネットワークの構築に利用するような高機能な通信機器において採用が進んでおり、伝送帯域幅に十分な余裕のある高速回線と組み合わせて一定の範囲でＱｏＳを保証した通信サービスを提供している事業者もある。

ここで、従来のスイッチ装置を例に挙げ、従来のＱｏＳ保証技術について図１０を用いて説明する。図１０に示すように、従来のスイッチ装置５００は、第１入力ポート５１０と、第２入力ポート５２０と、出力ポート５３０と、送出パケット選択部５０１とを有し、第１入力ポート５１０は入力キュー５１１を備え、第２入力ポート５２０は入力キュー５２１を備えている。なお、一般に、スイッチ装置は複数の入力ポート及び出力ポートを有するが、ここでは構成を分かり易くするため簡略化している。

スイッチ装置５００において、出力ポート５３０を転送先とするパケットが、第１入力ポート５１０及び第２入力ポート５２０に同時に到着する場合の動作を説明する。まず、第１入力ポート５１０及び第２入力ポート５２０に入力されたパケットは、それぞれ、入力キュー５１１及び５２１に格納される。ここで、入力されるパケットは、パケット長、パケット転送の優先度（以下、単に「優先度」という。）、パケットの宛先アドレス、パケットの発信元アドレス等を示す情報（以下「パケット特性情報」という。）を有している。

次いで、送出パケット選択部５０１は、パケット特性情報に基づいて送出すべきパケットを決定し、決定されたパケットが蓄積された入力キュー５１１又は５２１を示す情報をパケット送出部５３１に通知する。そして、パケット送出部５３１は、送出パケット選択部５０１が選択した入力キュー５１１又は５２１から該当パケットを取り出して出力する。

送出すべきパケットを決定するアルゴリズムとしては、例えばＳＰＱ（Ｓｔｒｉｃｔ Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｑｕｅｕｉｎｇ）やＷＦＱ（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇ）が知られている。また、パケットの優先度を表現する方法としては、パケットを生成する送信ノードがパケット内部のフィールドに予め優先度を示す情報を記述する方法、例えばＩＥＥＥ８０２．１ｐやＩＥＥＥ８０２．１Ｑがある。ただし、この方法は、一定期間のパケット転送スループットを優先度毎に配分するものであり、例えばパケット毎の転送遅延時間のような詳細な通信特性を保証するものではない。

また、前述のＤｉｆｆｓｅｖの技術により、スイッチ装置５００のパケット転送処理にＱｏＳ技術を導入しても、遅延ジッタを完全になくすことはできない。なぜならば、優先度の高いパケット（優先パケット）がスイッチ装置５００に到着した正にそのとき、優先度の低いパケット（非優先パケット）が出力ポート５３０から送信中であれば、当該非優先パケットの送信が終了するまで優先パケットが入力キュー（例えば入力キュー５１１）内で出力ポート５３０の空きを待たざるを得ず、優先パケットの転送遅延が非優先パケットの存在に影響を受けるからである。

ところで、汎用ネットワークで通常利用されるパケットは、パケット間ギャップ、プリアンブル、誤り検出・訂正を行うためのフィールド及びＩＥＥＥ８０２．１Ｑ規格のタグ情報を含む場合、パケットの最大長は１５４２［Ｂｙｔｅ］であり、このパケットが伝送速度１［Ｇｂｐｓ］の回線を通過するのに１２．３［μｓ］の時間を要する。一方、優先パケットの到着時に出力ポート５３０が空いていれば、優先パケットは即時に転送されるので、転送遅延はゼロである。なお、実際は、パケットがスイッチ装置５００の内部の回路を通過する時間がかかるが、この時間は優先パケット、非優先パケットに関わらず全てのパケットについて共通の処理時間であるので無視するものとする。

したがって、出力ポート５３０において、優先パケット及び非優先パケットの競合が発生する限り、優先パケット及び非優先パケットの最大パケット長と伝送速度とによって決定される遅延ジッタが、優先パケットの転送遅延に付加される可能性を排除できない。よって、優先パケットの遅延ジッタを完全になくすため、出力ポート５３０における優先パケットと非優先パケットとの競合を回避することができる技術が求められている。

従来、上記競合の回避を図ることを目的とした技術としては、例えば非特許文献１に記載されたものが知られている。非特許文献１に示された従来の技術は、非優先パケットが出力中であっても、優先パケットを非優先パケットに挿入して送信し、優先パケットの遅延ジッタを低減するものである。送信されるパケットには、優先パケットの挿入位置を示すための識別符号が優先パケットの前後に付加されるようになっている。

山田義朗ほか著「ギガビットイーサネット（登録商標）の下位層リアルタイム化による時刻同期手法」、信学技報、Ｖｏｌ.１０４、Ｎｏ.７２０、ＣＳ２００４−２１８、ｐｐ．７−１２、２００５年３月

しかしながら、非特許文献１に示された従来の技術では、優先パケットの挿入位置を示すための識別符号として汎用ネットワークの規格外の符号を用いる構成となっており、この技術を汎用ネットワークに適用しようとすると、優先パケットの挿入及び取り出しを行う専用装置を送信側及び受信側にそれぞれ設ける必要があるので、汎用ネットワークにおいて広く普及している機器を利用して遅延ジッタの発生を防止することができないという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができるスイッチ装置を提供することを目的とする。

本発明のスイッチ装置は、第１パケットを入力する第１パケット入力手段と、前記第１パケットよりもパケット転送の優先度が低く、予め定められた最大パケット長以下のパケット長を有する第２パケットを入力する第２パケット入力手段と、入力された前記第１パケットの出力を、前記最大パケット長を有する第２パケットの出力予想時間よりも長い遅延時間だけ遅延させるパケット出力遅延手段と、このパケット出力遅延手段によって出力が遅延された前記第１パケット及び前記第２パケット入力手段に入力された前記第２パケットを出力するパケット出力手段と、前記第２パケット入力手段に入力された前記第２パケットの出力予想時間を算出する第２パケット出力予想時間算出手段と、前記第１パケット入力手段に前記第１パケットが入力された時点で前記第２パケット入力手段に前記第２パケットが存在するときに、前記第２パケットを前記パケット出力手段から出力できるか否かを前記遅延時間及び前記第２パケットの出力予想時間に基づいて判断する第２パケット出力判断手段とを備え、前記パケット出力手段は、前記パケット出力遅延手段によって前記第１パケットが遅延されている間において、前記第２パケット出力判断手段が前記第２パケットを出力できると判断した場合は前記第２パケットを出力し、前記第２パケット出力判断手段が前記第２パケットを出力できないと判断した場合は前記第２パケットを前記第２パケット入力手段に待機させる構成を有している。

この構成により、本発明のスイッチ装置は、第２パケット入力手段に第２パケットが入力されたか否かに関わらず、第１パケットを遅延時間毎に出力するので、従来のものとは異なり、汎用ネットワークの規格外の符号を用いずに第１パケットを送信することができ、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができる。

また、この構成により、本発明のスイッチ装置は、最大パケット長を有する第２パケットの出力予想時間よりも大きい時間で遅延時間が設定されるので、第２パケット入力手段に第２パケットが入力されている場合でも、第１パケットを遅延時間毎に出力することができ、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができる。
また、本発明のスイッチ装置は、前記パケット出力遅延手段に代えて、現在時刻を取得する現在時刻取得手段と、前記第１パケット入力手段に前記第１パケットが入力された入力時刻を取得する第１パケット入力時刻取得手段と、前記現在時刻と前記入力時刻との差分時間を算出する差分時間算出手段とからなるパケット出力遅延手段を備え、前記第２パケット出力判断手段は、前記第１パケット入力手段に前記第１パケットが入力された時点で前記第２パケット入力手段に前記第２パケットが存在するときに、前記第２パケットを前記パケット出力手段から出力できるか否かを前記遅延時間及び前記差分時間に基づいて判断するものである構成を有するのが好ましい。

さらに、本発明のスイッチ装置は、前記第１パケット入力手段に前記第１パケットが入力された時点からの経過時間を計時し前記遅延時間から前記経過時間を減算して残時間を算出する残時間算出手段を備え、前記第２パケット出力判断手段は、前記第２パケットの出力予想時間が前記残時間未満のときは前記第２パケットを出力させると判断し、前記第２パケットの出力予想時間が前記残時間以上のときは前記第２パケットを待機させると判断する構成を有している。

この構成により、本発明のスイッチ装置は、第２パケット出力判断手段は、第２パケットの出力予想時間が残時間未満のときは第２パケットを出力させると判断し、第２パケットの出力予想時間が残時間以上のときは第２パケットを待機させると判断するので、優先度の高い第１パケットと優先度の低い第２パケットとの競合を回避することができ、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができる。

さらに、本発明のスイッチ装置は、前記第１パケット入力手段に入力された前記第１パケットの出力予想時間を算出する少なくとも１つの第１パケット出力予想時間算出手段と、前記残時間がゼロになったとき計時を開始して計時した時間が前記第１パケットの出力予想時間と一致したときに計時を完了する計時手段とを備え、前記パケット出力手段は、前記計時手段が前記計時を開始してから完了するまでの期間に前記第１パケットを出力する構成を有している。

この構成により、本発明のスイッチ装置は、パケット出力手段は、計時手段が計時を開始してから完了するまでの期間に第１パケットを出力するので、第２パケット入力手段に第２パケットが入力されたか否かに関わらず、第１パケットを所定の遅延時間毎に出力することができ、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができる。

さらに、本発明のスイッチ装置は、前記第２パケット入力手段は、入力された前記第２パケットを順次蓄積する第２パケット蓄積部を備え、前記残時間算出手段が前記経過時間の計時を開始してから前記残時間がゼロになるまでの期間において前記第２パケット蓄積部から前記出力予想時間が前記残時間未満である第２パケットを抽出するパケット抽出手段を備えた構成を有している。

この構成により、本発明のスイッチ装置は、第２パケット蓄積部に蓄積された第２パケットのうち、残時間未満である出力予想時間の第２パケットをパケット抽出手段が抽出するので、入力された第２パケットが第２パケット蓄積部の蓄積容量を超えて蓄積されることを回避することができ、第２パケットを効率よく出力することができる。

さらに、本発明のスイッチ装置は、前記第１パケットは、パケット転送の優先度を識別するためのパケット識別子を含み、前記第１パケット入力手段は、前記パケット識別子の情報を書き換えるパケット識別子書換部を備えた構成を有している。

この構成により、本発明のスイッチ装置は、パケット識別子の情報を書き換えることによって、自装置の後段に設けられた装置に第１パケットの優先度情報を通知することができる。

さらに、本発明のスイッチ装置は、パケット転送の優先度を識別するためのパケット識別子を含み前記優先度が互いに異なる混合パケットを入力し、入力した前記混合パケットを前記パケット識別子の情報に基づいて前記第１パケットと前記第２パケットとに判別し、前記第１パケットを前記第１パケット入力手段に出力し、前記第２パケットを前記第２パケット入力手段に入力するパケット識別子判別手段を備えた構成を有している。

この構成により、本発明のスイッチ装置は、優先度が互いに異なる混合パケットを入力する場合でも、高優先度パケットを判別して遅延時間毎に出力するので、従来のものとは異なり、汎用ネットワークの規格外の符号を用いずに高優先度パケットを送信することができ、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができる。

さらに、本発明のスイッチ装置は、前記パケット識別子は、前記混合パケットの宛先アドレス情報及び発信元アドレス情報を含み、前記パケット識別子判別手段は、前記宛先アドレス情報及び前記発信元アドレス情報の少なくとも一方に基づいて前記混合パケットの判別を行う構成を有している。

この構成により、本発明のスイッチ装置は、宛先アドレス情報及び発信元アドレス情報の少なくとも一方に基づいた特定のパケットのみを優先パケットとし、この優先パケットを遅延時間毎に出力することができるので、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができる。

さらに、本発明のスイッチ装置は、前記混合パケットの送信元である混合パケット送信装置に対して前記混合パケットの送受信に係る制御情報を含む制御パケットを送受信する制御パケット送受信手段を備え、前記パケット識別子判別手段は、前記制御情報に基づいて前記混合パケットの判別を行う構成を有している。

この構成により、本発明のスイッチ装置は、優先パケットとして扱うパケットを制御情報に基づいて動的に変更することができるので、パケットの優先度変更に柔軟に対応することができる。

本発明は、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができるという効果を有するスイッチ装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明のスイッチ装置を、ＩＰＴＶデータやその他のデータをＩＰ通信によって伝送するデータ伝送システムに適用した例を挙げて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明に係るデータ伝送システムの第１の実施の形態における構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態におけるデータ伝送システム１０は、データを送出するデータ送出ノード１１及び１２と、データを受信するデータ受信ノード１３と、データ送出ノード１１及び１２とデータ受信ノード１３とに汎用ネットワーク１４〜１６を介して接続されたスイッチ装置１００とを備えている。ここで、データ送出ノード１１及び１２は、予め定められた最大パケット長以下のパケット長を有するパケットに所定のデータを組み込んで送出するようになっている。このパケットは、データの他に、パケット長、パケットの優先度、パケットの宛先アドレス、パケットの発信元アドレス等を示す情報であるパケット特性情報を含んでいる。

データ送出ノード１１は、データ送信アプリケーションを稼働してＩＰＴＶデータを含むパケットをデータ受信ノード１３宛に送出するようになっている。また、データ送出ノード１１は、パケットを送出する際、データ送信アプリケーションが要求するスループットやネットワークが伝送可能な最大パケット長等の条件に基づいて、適当なデータパケットの送信時間間隔を算出するようになっている。

データ送出ノード１２は、データ送出ノード１１が送出するパケットよりも優先度が低いパケットをデータ受信ノード１３宛に出力するようになっている。以下の説明において、データ送出ノード１１がデータ受信ノード１３宛に送出するパケットを「優先パケット」といい、データ送出ノード１２がデータ受信ノード１３宛に送出するパケットを「非優先パケット」という。また、優先パケット又は非優先パケットに限定しない場合は、単にパケットという。ここで、優先パケット及び非優先パケットは、それぞれ、特許請求の範囲に記載の第１パケット及び第２パケットに対応するものである。

データ受信ノード１３は、スイッチ装置１００を介し、データ送出ノード１１及び１２がそれぞれ出力する優先パケット及び非優先パケットを受信するようになっている。

スイッチ装置１００は、データ送出ノード１１及び１２からのパケットをデータ受信ノード１３に出力するようになっており、例えば図２に示すような構成を有している。

すなわち、スイッチ装置１００は、データ送出ノード１１が出力する優先パケットを入力する優先入力ポート１１０と、データ送出ノード１２が出力する非優先パケットを入力する非優先入力ポート１２０と、データ受信ノード１３に優先パケット又は非優先パケットを出力する出力ポート１３０と、出力ポート１３０が出力するパケットを選択する送出パケット選択部１０１とを備えている。

なお、図２において、構成を分かりやすくするため、スイッチ装置１００は、優先入力ポート１１０及び非優先入力ポート１２０の２つで構成された入力ポートと、１つの出力ポート１３０とを備えるものとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の入力ポート及び複数の出力ポートを備える構成としてもよい。

優先入力ポート１１０は、優先パケットを順次入力して一時的に蓄える入力キュー１１１と、優先パケットの出力を所定の時間（以下「遅延時間Ｄ［ｓ］」という。）だけ遅延させる固定遅延キュー１１２とを備えている。なお、優先入力ポート１１０は、本発明の第１パケット入力手段を構成している。

入力キュー１１１は、例えばＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）型のメモリで構成され、優先入力ポート１１０に順次入力される優先パケットを入力された順序で蓄積し、蓄積された優先パケットを入力された順序で出力するようになっている。また、入力キュー１１１は、入力された優先パケットからパケット特性情報を取得し、取得したパケット特性情報を送出パケット選択部１０１に出力するようになっている。

固定遅延キュー１１２は、入力された優先パケットを予め設定された遅延時間Ｄだけ遅延させて出力するようになっている。なお、固定遅延キュー１１２は、本発明のパケット出力遅延手段を構成している。

非優先入力ポート１２０は、非優先パケットを順次入力して一時的に蓄える入力キュー１２１を備えている。なお、非優先入力ポート１２０は、本発明の第２パケット入力手段を構成している。

入力キュー１２１は、例えばＦＩＦＯ型のメモリで構成され、非優先入力ポート１２０に順次入力される非優先パケットを入力された順序で蓄積し、蓄積された非優先パケットを入力された順序で出力するようになっている。また、入力キュー１２１は、入力された非優先パケットからパケット特性情報を取得して送出パケット選択部１０１に出力するようになっている。なお、入力キュー１２１は、本発明の第２パケット蓄積部を構成している。

送出パケット選択部１０１は、優先パケットが優先入力ポート１１０に到着した際に計時を開始する到着タイマ１０１ａと、優先パケットの出力可能時間を計時するゲートタイマ１０１ｂと、送出すべきパケットを選択する送出パケット選択回路１０１ｃとを備えている。

到着タイマ１０１ａは、タイマ値Ｔａ［ｓ］を有し、優先パケットが優先入力ポート１１０に到着したときに遅延時間Ｄがタイマ値Ｔａにセットされ、タイマ値Ｔａを時間の経過と共に減算するようになっている。なお、タイマ値Ｔａの最終値はゼロである。ここで、到着タイマ１０１ａは、本発明の残時間算出手段を構成している。

ゲートタイマ１０１ｂは、タイマ値Ｔｇ［ｓ］を有し、到着タイマ１０１ａのタイマ値Ｔａがゼロとなったときに優先パケットの出力予想時間がタイマ値Ｔｇにセットされ、タイマ値Ｔｇを時間の経過と共に減算するようになっている。なお、タイマ値Ｔｇの最終値はゼロである。ここで、ゲートタイマ１０１ｂは、本発明の計時手段を構成している。

送出パケット選択回路１０１ｃは、入力キュー１１１及び１２１から取得したパケット特性情報に含まれる優先度の情報に基づき、入力された優先パケット及び非優先パケットの出力予想時間を算出し、出力ポート１３０が送出すべきパケットを選択するための選択情報を出力ポート１３０に送信するようになっている。なお、送出パケット選択回路１０１ｃは、本発明の第１パケット出力予想時間算出手段、第２パケット出力予想時間算出手段及び第２パケット出力判断手段を構成している。

なお、図２において、送出パケット選択部１０１は１つの到着タイマ１０１ａを備える構成としている。この構成は、優先パケットが連続して到着しない場合、具体的には、到着タイマ１０１ａが計時を開始してタイマ値Ｔａがゼロになる前に新たな優先パケットが優先入力ポート１１０に到着しない場合を想定したものである。優先パケットが連続して到着する場合は、送出パケット選択部１０１が複数の独立した到着タイマ１０１ａを備える構成とし、新たな優先パケットが到着する毎に異なる到着タイマ１０１ａで計時を開始する構成とすることができる。

出力ポート１３０は、送出パケット選択部１０１から選択情報を受信し、この選択情報に基づいて固定遅延キュー１１２又は入力キュー１２１からパケットを取出して出力するようになっている。なお、出力ポート１３０は、本発明のパケット出力手段を構成している。

次に、本実施の形態におけるデータ伝送システム１０の動作について図１を用いて説明する。

まず、データ送出ノード１１及び１２において、データ送信アプリケーションが稼働される。その結果、データ送出ノード１１からは優先パケットが、データ送出ノード１２からは非優先パケットが、それぞれ、スイッチ装置１００に出力される。なお、データ送出ノード１１及び１２が同時にパケットを出力する動作に限定されるものではなく、例えばデータ送出ノード１２がデータ送出ノード１１よりも先に非優先パケットの送信を開始し、その後、データ送出ノード１１が優先パケットの送信を開始する動作であってもよい。

データ送出ノード１１は、前述のようにＩＰＴＶデータを含むパケットを送出する際に、データ送信アプリケーションが要求するスループットやネットワークが伝送可能な最大パケット長等の条件に基づき、適当なパケットの送信時間間隔を算出する。

具体的には、ＩＰＴＶにおいて、例えばＢＳデジタル高精細度テレビジョン放送に相当する画質のコンテンツを途切れなく伝送するには、２４［Ｍｂｐｓ］での一定のスループットが必要であり、ＩＰＴＶのデータをペイロード長１５００［Ｂｙｔｅ］の最大長パケットで送信する場合、データ送出ノード１１は、優先パケットの送信時間間隔を５００［μｓ］に設定して優先パケットを送信する。なお、この場合、この優先パケットが１［Ｇｂｐｓ］の汎用ネットワーク回線を通過するのに要する時間は１２［μｓ］である。

引き続き、スイッチ装置１００によって、優先パケット及び非優先パケットがデータ受信ノード１３に出力される。そして、データ受信ノード１３によって、スイッチ装置１００から出力される優先パケット及び非優先パケットが受信される。

次に、本実施の形態におけるスイッチ装置１００の動作について図３及び４を用いて説明する。図３はスイッチ装置１００の送出パケット選択部１０１における動作の各ステップを示すフローチャートであり、図４はスイッチ装置１００の動作例を具体的に説明するための図である。

図４において、非優先入力ポート１２０に入力された非優先パケットｂ１〜ｂ６（図示省略）が出力ポート１３０から出力された後、優先入力ポート１１０の入力キュー１１１に優先パケットａ１〜ａ３が順次蓄積され、入力キュー１１１によって優先パケットａ１のパケット特性情報が取得された後、優先パケットａ１が固定遅延キュー１１２に格納された状態が示されている。また、非優先入力ポート１２０の入力キュー１２１には、非優先パケットｂ７〜ｂ９が順次蓄積された状態が示されている。なお、非優先パケットのパケット最大長は予め定められているものとし、当該パケット最大長をＬｂ_ｍａｘ［ｂｉｔ］とする。

以下、優先パケットが連続して到着しない場合におけるスイッチ装置１００の動作について、図３に示されたフローチャートに基づき、図４を適宜用いて説明する。なお、図１に示す汎用ネットワーク１４〜１６及びスイッチ装置１００を含む伝送メディアにおけるパケット伝送速度をＧ［ｂｉｔ／ｓ］とする。

まず、送出パケット選択回路１０１ｃによって、入力キュー１１１が優先パケットの特性情報を取得したか否かが判断され、入力キュー１１１が優先パケットのパケット特性情報を取得したと判断された場合、すなわち優先入力ポート１１０に優先パケットが到着した場合、具体的には図４に示すように入力キュー１１１が優先パケットａ１のパケット特性情報を取得して送出パケット選択回路１０１ｃに送信した場合は、到着タイマ１０１ａのタイマ値Ｔａに遅延時間Ｄがセットされる（ステップＳ１１）。ここで、遅延時間Ｄは、最大パケット長の非優先パケットが出力される出力予想時間Ｌｂ_ｍａｘ／Ｇ［ｓ］より大きい値で設定される。具体的には、汎用ネットワークのパケット最大長は１５４２［Ｂｙｔｅ］（＝１２３３６［ｂｉｔ］）なので、本実施形態に係る伝送メディアにおける非優先パケットの伝送速度を１［Ｇｂｉｔ／ｓ］とすると、遅延時間Ｄの最小値は１２．３３６［μｓ］となる。

次いで、送出パケット選択回路１０１ｃによって、入力キュー１２１に蓄積された非優先パケットのうち最も出力側にあるパケット（以下「非優先先頭パケット」という。）の特性情報が入力キュー１２１から取得される（ステップＳ１２）。具体的には、図４において、入力キュー１２１の非優先先頭パケットである非優先パケットｂ７の特性情報が入力キュー１２１から取得される。

さらに、送出パケット選択回路１０１ｃによって、非優先先頭パケットの出力予想時間Ｔｕが算出される（ステップＳ１３）。具体的には、図４に示された非優先先頭パケットである非優先パケットＬｂ７のビット長をＬｂ７［ｂｉｔ］とするとき、本実施形態では伝送メディアのパケット伝送速度をＧ［ｂｉｔ／ｓ］としているので、非優先パケットＬｂ７の出力予想時間Ｔｕ＝Ｌｂ７／Ｇ［ｓ］が得られる。

続いて、送出パケット選択回路１０１ｃによって、到着タイマ１０１ａのタイマ値Ｔａが非優先先頭パケットの出力予想時間Ｔｕよりも大きいか否かが判断される（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４において、到着タイマ１０１ａのタイマ値Ｔａが非優先先頭パケットの出力予想時間Ｔｕよりも大きいと判断された場合（Ｔａ＞Ｔｕ）は、Ｔｕ［ｓ］の間、送出パケット選択回路１０１ｃによって、入力キュー１２１から非優先先頭パケットをパケット送出部１３１に取り出させて出力させるための情報が生成され、この情報がパケット送出部１３１に通知される（ステップＳ１５）。その結果、パケット送出部１３１によって、非優先先頭パケットが出力される。

一方、ステップＳ１４において、到着タイマ１０１ａのタイマ値Ｔａが非優先先頭パケットの出力予想時間Ｔｕよりも大きいと判断されなかった場合（Ｔａ≦Ｔｕ）は、Ｔａ［ｓ］の間、送出パケット選択回路１０１ｃによって、非優先先頭パケットを入力キュー１２１に待機させるための情報が生成され、この情報がパケット送出部１３１に通知される（ステップＳ１６）。その結果、パケット送出部１３１によって、非優先先頭パケットが入力キュー１２１に待機させられる。

引き続き、送出パケット選択回路１０１ｃによって、到着タイマ１０１ａのタイマ値Ｔａがゼロか否かが判断される（ステップＳ１７）。

ステップＳ１７において、到着タイマ１０１ａのタイマ値Ｔａがゼロと判断されなかった場合（Ｔａ≠０）はステップＳ１３に戻り、到着タイマ１０１ａのタイマ値Ｔａがゼロと判断された場合（Ｔａ＝０）はゲートタイマ１０１ｂのタイマ値ＴｇにＴｇ０がセットされる（ステップＳ１８）。

このＴｇ０は、入力キュー１１１から送出パケット選択回路１０１ｃに通知されるパケット特性情報に含まれる優先パケットのパケット長のデータと、優先パケットの伝送速度とで算出される優先パケットの出力予想時間である。具体的には、図４において、入力キュー１１１から送出パケット選択回路１０１ｃに通知された優先パケットａ１のパケット長をＬａ１［ｂｉｔ］とするとき、本実施形態ではパケット伝送速度をＧ［ｂｉｔ／ｓ］としているので、優先パケットａ１の出力予想時間Ｔｇ０＝Ｌａ１／Ｇ［ｓ］が得られる。

続いて、送出パケット選択回路１０１ｃによって、Ｔｇ［ｓ］の間、固定遅延キュー１１２から優先パケットをパケット送出部１３１に取り出させて出力させるための情報が生成され、この情報がパケット送出部１３１に通知される（ステップＳ１９）。

そして、パケット送出部１１３によって、固定遅延キュー１１２から優先パケットが取り出されて出力され、優先パケットの出力が完了する。具体的には、図４に示す状況においては、固定遅延キュー１１２によって遅延時間Ｄだけ遅延された優先パケットａ１が、パケット送出部１１３によって取り出されて出力される。したがって、パケット送出部１１３は、優先パケットａ１を構成するデータを固定遅延キュー１１２から順次取り出し、汎用ネットワーク１６を介してデータ受信ノード１３に出力する。

前述のステップＳ１１の説明において述べたように、最大パケット長の非優先パケットが出力される出力予想時間Ｌｂ_ｍａｘ／Ｇ［ｓ］よりも大きい値で遅延時間Ｄを設定することにより、優先入力ポート１１０に優先パケットが到着したときに出力ポート１３０から非優先パケットが出力中であったとしても、当該優先パケットが優先入力ポート１１０に到着したときから固定遅延キュー１１２より出力されるときまでには、当該非優先パケットは出力ポート１３０から出力されていることとなる。

その結果、本実施形態におけるスイッチ装置１００は、優先入力ポート１１０に到着したＩＰＴＶデータを含む優先パケットを常に一定の遅延時間Ｄで出力ポート１３０から確実に出力することができる。したがって、本実施形態におけるスイッチ装置１００は、出力ポート１３０における優先パケットと非優先パケットとの競合により発生する遅延ジッタを解消することができるので、ＩＰＴＶデータを含む優先パケットを遅延ジッタが無い状態でデータ受信ノード１３に送信することができる。

次に、優先パケットが連続して到着する場合におけるスイッチ装置１００の動作について説明する。なお、この場合は、前述のように送出パケット選択部１０１が複数の独立した到着タイマ１０１ａを備える構成となる。

優先入力ポート１１０に優先パケットが連続して到着した場合、送出パケット選択回路１０１ｃによって、優先パケットの到着毎に入力キュー１１１からパケット特性情報が取得され、それぞれの優先パケット毎に、独立した到着タイマ１０１ａに遅延時間Ｄが設定される。入力キュー１１１の最も出力側にある優先パケット（以下「優先先頭パケット」という。）に関しては、図３に示されたステップＳ１２〜１９の処理を行う。優先先頭パケットでない優先パケットに関しては、ステップＳ１２以降の処理を行わないが、到着タイマＴａの値は時間の経過と共に減ずる。優先先頭パケットでない優先パケットが、優先先頭パケットの出力完了後に新たに優先先頭パケットとなったら、ステップＳ１２以降の処理を実施する。

次に、優先パケットが未着で非優先パケットを送信する場合におけるスイッチ装置１００の動作について説明する。

優先入力ポート１１０に優先パケットが存在しない場合、送出パケット選択回路１０１ｃによって、入力キュー１２１に蓄積された非優先先頭パケットの特性情報が入力キュー１２１から取得される。

さらに、送出パケット選択回路１０１ｃによって、非優先先頭パケットの出力予想時間Ｔｕが算出される。具体的には、図４に示された非優先先頭パケットである非優先パケットＬｂ７のビット長をＬｂ７［ｂｉｔ］とするとき、本実施形態では伝送メディアのパケット伝送速度をＧ［ｂｉｔ／ｓ］としているので、非優先パケットＬｂ７の出力予想時間Ｔｕ＝Ｌｂ７／Ｇ［ｓ］が得られる。

そして、送出パケット選択回路１０１ｃによって、Ｔｕ［ｓ］の間、非優先パケットＬｂ７を出力するための情報がパケット送出部１３１に通知される。その結果、パケット送出部１３１によって、非優先パケットＬｂ７を構成するデータが入力キュー１２１から順次取り出され、非優先先頭パケットＬｂ７が出力される。

次に、非優先入力ポート１２０の入力キュー１２１が、順次入力される非優先パケットを収容できず、非優先パケットが入力キュー１２１から溢れる場合について説明する。

前述のように、スイッチ装置１００は、優先入力ポート１１０に到着した優先パケットに常に一定の遅延時間Ｄを付加して出力ポート１３０から出力するよう動作する。一方、ゲートタイマ１０１ｂのタイマ値Ｔｇが、Ｔｇ０＞Ｔｇ＞０である期間において非優先入力ポート１２０に到着した非優先パケットは、非優先入力ポート１２０の入力キュー１２１に順次蓄積される。入力キュー１２１の蓄積容量は有限なので、蓄積容量を超えて非優先パケットが到着すると非優先パケットが入力キュー１２１から溢れてスイッチ装置１００内で廃棄されることとなる。

しかしながら、本実施の形態において想定しているＩＰ通信は、元来ベストエフォート型の通信なので、ＩＰの上位層プロトコルには、パケットの消失を想定して例えばパケットの再送処理のような信頼性を向上させる手法が通常組み込まれている。したがって、スイッチ装置１００の内部において、前述のように非優先パケットが廃棄されても通信そのものが全く不可能になることはない。また、入力キュー１２１から非優先パケットが溢れたときに廃棄する非優先パケットを選択的に決定する手法、例えばＲＥＤ（Ｒａｎｄｏｍ Ｅａｒｌｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）のようなアルゴリズムを導入することによって、非優先パケットを送信した通信アプリケーションに与える、非優先パケットの廃棄による影響を低減することもできる。

次に、非優先入力ポート１２０の入力キュー１２１においてキュー詰まりが生じた場合について説明する。

ステップＳ１６の説明において述べたように、到着タイマ１０１ａのタイマ値Ｔａが、Ｄ＞Ｔａ＞０である期間において、非優先入力ポート１２０の入力キュー１２１の先頭にある非優先パケットの通過予想時間Ｔｕが、Ｔａ≦Ｔｕである間、送出パケット選択部１０１は、非優先パケットを入力キュー１２１内に待機させ、非優先パケットの出力を見合わせる。そのため、比較的長いパケット長を有する非優先パケットが入力キュー１２１の先頭に存在する場合、当該非優先パケットをいつまでも出力できないヘッドブロックと呼ばれる状態になる。このヘッドブロックの状態になると、出力ポート１３０が長時間使用されず、出力ポート１３０の利用効率が低下することとなる。

そこで、ヘッドブロックを解消するため、Ｔａ＞Ｔｕである非優先パケットを入力キュー１２１の先頭から順次探索して当該非優先パケットを抽出するパケット抽出手段を設けることにより、非優先入力ポート１２０に到着した順序とは異なる順序でＴａ＞Ｔｕである非優先パケットを出力ポート１３０に転送するよう構成することもできる。この構成により、本発明のスイッチ装置１００は、入力キュー１２１に蓄積された非優先パケットのうち、Ｔａ＞Ｔｕである非優先パケットを抽出できるので、入力された非優先パケットが入力キュー１２１の蓄積容量を超えて蓄積されることを回避することができ、非優先パケットを効率よく出力することができる。

なお、上記説明では、非優先入力ポート１２０に到着した順序とは異なる順序でＴａ＞Ｔｕである非優先パケットを出力ポート１３０に転送する構成としたが、この構成としても特に問題はない。なぜならば、本実施の形態において想定しているＩＰ通信は、元来ベストエフォート型の通信であり、ＩＰの上位層プロトコルはパケットの順序が送信時と異なって到着することを通常想定して設計されているので、前述のように非優先パケットの出力の順序が到着した順序と異なっても通信そのものに障害を与えることはないからである。

次に、スイッチ装置１００が、複数の非優先入力ポート１２０を備える場合について説明する。

この場合は、到着タイマ１０１ａのタイマ値Ｔａが、Ｄ＞Ｔａ＞０である非優先パケットの送出期間において、送出パケット選択部１０１は、複数の非優先入力ポート１２０がそれぞれ有する各入力キュー１２１から通知されるパケット特性情報に基づいて、次回送信する非優先パケットを適当なアルゴリズムによって選択する構成とすることができる。例えば、ＳＰＱ（Ｓｔｒｉｃｔ Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｑｕｅｕｉｎｇ）やＷＦＱ（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇ）等のアルゴリズムを利用することができる。

以上のように、本実施の形態におけるデータ伝送システム１０によれば、データ送出ノード１１は、ＩＰＴＶデータを含む優先パケットを送出し、スイッチ装置１００は、遅延ジッタを生じさせることなく優先パケットをデータ受信ノード１３に出力する構成としたので、映像の乱れや音声の途切れ等のないＩＰＴＶのコンテンツを利用者に提供することができる。特に、データ伝送システム１０は、遅延時間の絶対量よりも遅延ジッタ量に敏感な用途に適したＱｏＳ保証の通信に好適である。

また、本実施の形態におけるスイッチ装置１００によれば、送出パケット選択部１０１は、優先パケットが優先入力ポート１１０に到着した際に優先パケットのパケット特性情報を取得し、入力キュー１２１の非優先パケットを出力するか待機させるかをパケット送出部１３１に通知し、パケット送出部１３１は、優先パケットを遅延時間毎に出力する構成としたので、遅延ジッタの発生原因である優先パケット及び非優先パケットの出力ポート１３０における競合を解消することができる。したがって、本実施の形態におけるスイッチ装置１００は、従来のものとは異なり、汎用ネットワークの規格外の符号を用いずに優先パケットを送信することができるので、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができる。

また、本実施の形態におけるスイッチ装置１００は、以下に述べるようにＨＮＷに適用する際の従来の課題を解決することもできる。

これまで通信機能を持たなかった家電製品も今後はＨＮＷに接続され、多様なサービスを提供する家電製品が多数出現することが予想され、ＨＮＷにおいても多種多様な特性のデータ通信の共存が予想される。したがって、今後ＨＮＷにおいても、上記ＩＰＴＶのようなＱｏＳ保証が必要な通信と、ＱｏＳ保証が必要でないベストエフォート型の通信とに差別化されるものと推定される。

一部のＨＮＷ向けの通信機器では、背景技術の説明において述べたＤｉｆｆＳｅｒｖのＱｏＳ技術を流用したものが出始めているが、これらの通信機器ではそのＱｏＳ機能利用に先立って通信帯域の配分や優先データの識別方法等を利用者が設定する必要があり、通信技術の知識を持たない利用者が利用するのは困難である。一般の消費者が利用するＨＮＷ向けの通信機器においては、利用に先立って通信機器を設定する必要がなく、通信機器を通過するパケットに応じて自動的にＱｏＳが保証された通信が容易に実現することが望まれていた。

本実施の形態で説明したように、スイッチ装置１００は、優先パケットを遅延時間Ｄだけ遅延させ、出力ポート１３０における優先パケットと非優先パケットとの競合を回避することによって遅延ジッタの発生を防止するという簡単な構成としたので、利用に先立って通信機器を設定する必要がなく、スイッチ装置１００内を通過するパケットに応じて自動的にＱｏＳが保証された通信を容易に実現することができ、低コストで簡単な方式が要求されるＨＮＷに好適である。

また、スイッチ装置１００は、パケットが入力される入力ポートを、優先入力ポート１１０と非優先入力ポート１２０とに物理的に分離して備える構成としたので、スイッチ装置１００をＨＮＷに適用した場合、スイッチ装置１００が有する優先制御機能をＨＮＷの利用者に分かり易く提供することができる。

なお、前述の実施の形態において、優先パケットとしてＩＰＴＶデータを含むパケットを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＩＰＴＶ以外のデータを含むパケットを優先パケットとして送信する構成としても同様の効果が得られる。

（第２の実施の形態）
まず、本発明に係るデータ伝送システムの第２の実施の形態における構成について説明する。

図５に示すように、本実施の形態におけるデータ伝送システム２０は、データを送出するデータ送出ノード２１〜２３と、データを受信するデータ受信ノード２４と、データ送出ノード２１及び２２にそれぞれ汎用ネットワーク２５及び２６を介して接続されたスイッチ装置２００と、スイッチ装置２００、データ送出ノード２３及びデータ受信ノード２４にそれぞれ汎用ネットワーク２７、２８及び２９を介して接続されたスイッチ装置３００とを備えている。なお、本実施の形態におけるデータ伝送システム２０は、カスケード接続された２つのスイッチ装置２００及び３００を備えたものであり、本発明の第１の実施の形態におけるデータ伝送システム１０（図１参照）の説明と重複する構成の説明は省略する。

データ送出ノード２１〜２３は、パケット識別子を有するパケットにデータを組み込んでデータ受信ノード２４宛に送出するようになっている。このパケットは、データの他に、パケット長、パケットの優先度、パケットの宛先アドレス、パケットの発信元アドレス等を示す情報であるパケット特性情報を含んでいる。また、パケット識別子とは、カスケード接続されたスイッチ装置２００及び３００が、優先パケットと非優先パケットとを区別するために用いる識別子をいう。このパケット識別子を実現する方法としては、例えばＩＥＥＥ８０２．３で規格化されている"ＥｔｈｅｒＴｙｐｅ／Ｌｅｎｇｔｈ"フィールドや、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑで規格化されている"ＶＬＡＮ ｔａｇ"フィールドに特定の値を割り当てることで実現できる。

データ送出ノード２１は、データ送信アプリケーションを稼働し、ＩＰＴＶデータのパケットをデータ受信ノード２４宛に送出するようになっている。本実施の形態においては、データ送出ノード２１が送出したパケットは、優先パケットとしてスイッチ装置２００に入力されるようになっている。

データ送出ノード２２及び２３は、データ受信ノード２４宛にデータをそれぞれ送出するようになっている。本実施の形態においては、データ送出ノード２２が送出したパケットは、非優先パケットとしてスイッチ装置２００に、データ送出ノード２３が送出したパケットは、非優先パケットとしてスイッチ装置３００に、それぞれ、入力されるようになっている。

スイッチ装置２００は、優先パケットと非優先パケットとが混合されたパケット（以下「混合パケット」という。）をスイッチ装置３００に出力するようになっている。

スイッチ装置３００は、混合パケットと非優先パケットとをデータ受信ノード２４に出力するようになっている。

次に、本実施の形態におけるスイッチ装置２００の構成を説明する。

図６に示すように、スイッチ装置２００は、データ送出ノード２１が出力した優先パケットを入力する優先入力ポート２１０と、データ送出ノード２２が出力した非優先パケットを入力する非優先入力ポート２２０と、スイッチ装置３００に混合パケットを出力する出力ポート２３０と、出力ポート２３０が出力するパケットを選択する送出パケット選択部２０１とを備えている。ここで、優先パケット及び非優先パケットは、それぞれ、特許請求の範囲に記載の第１パケット及び第２パケットに対応するものである。

なお、本実施の形態におけるスイッチ装置２００は、第１の実施の形態におけるスイッチ装置１００と比べ、パケット識別子書換部２１２を備えている点が異なるので、その他の構成については説明を省略する。また、図６において、送出パケット選択部２０１は１つの到着タイマ２０１ａを備える構成としているが、第１の実施の形態において説明したように、優先パケットが連続して到着する場合は、送出パケット選択部２０１が複数の独立した到着タイマ２０１ａを備える構成とし、新たな優先パケットが到着する毎に異なる到着タイマ２０１ａで計時を開始する構成とすることができる。

パケット識別子書換部２１２は、優先入力ポート２１０に到着したパケットのパケット識別子を優先パケットを示す値に書き換えて、固定遅延キュー２１３に出力するようになっている。なお、パケット識別子書換部２１２は、本発明のパケット識別子書換部を構成している。

本実施の形態におけるスイッチ装置２００は、前述のように構成され、固定遅延キュー２１３が優先パケットの出力を遅延時間だけ遅延させるので、パケット識別子書換部２１２によってパケット識別子が優先パケットを示す値に書き換えられた優先パケットと、非優先入力ポート２２０に到着した非優先パケットとが、出力ポート２３０において競合することなく、優先パケットを遅延時間毎に、すなわち遅延ジッタが無い状態でスイッチ装置３００に送信すると共に、非優先パケットをスイッチ装置３００に送信することができる。

次に、本実施の形態におけるスイッチ装置３００の構成を説明する。

図７に示すように、スイッチ装置３００は、スイッチ装置２００が出力した混合パケットを入力する混合入力ポート３１０と、データ送出ノード２３が出力した非優先パケットを入力する非優先入力ポート３２０と、優先パケット又は非優先パケットをデータ受信ノード２４に出力する出力ポート３３０と、出力ポート３３０が出力するパケットを選択する送出パケット選択部３０１とを備えている。

なお、スイッチ装置３００は、前述のスイッチ装置２００と比べ、パケット識別子判別部３１１を備えている点が異なるので、その他の構成については説明を省略する。また、図７において、送出パケット選択部３０１は１つの到着タイマ３０１ａを備える構成としているが、第１の実施の形態において説明したように、優先パケットが連続して到着する場合は、送出パケット選択部３０１が複数の独立した到着タイマ３０１ａを備える構成とし、新たな優先パケットが到着する毎に異なる到着タイマ３０１ａで計時を開始する構成とすることができる。

パケット識別子判別部３１１は、混合入力ポート３１０に到着したパケットのパケット識別子を判別し、到着したパケットが優先パケットの場合は入力キュー３１２に転送し、到着したパケットが非優先パケットの場合は入力キュー３２１に転送するようになっている。

なお、パケット識別子判別部３１１から入力キュー３１２に転送される優先パケットは、特許請求の範囲に記載の高優先度パケットに対応するものである。また、パケット識別子判別部３１１から入力キュー３２１に転送される非優先パケットは、特許請求の範囲に記載の第２低優先度パケットに対応するものである。また、非優先入力ポート３２０に入力される非優先パケットは、特許請求の範囲に記載の第１低優先度パケットに対応するものである。第１低優先度パケット及び第２低優先度パケットにそれぞれ対応する非優先パケットの優先度は、高優先度パケットの優先度より低いものであればよい。

また、混合入力ポート３１０及び非優先入力ポート３２０は、それぞれ、本発明の混合パケット入力手段及び低優先度パケット入力手段を構成している。また、パケット識別子判別部３１１は、本発明のパケット識別子判別手段を構成している。

本実施の形態におけるスイッチ装置３００は、前述のように構成され、固定遅延キュー３１４が優先パケットの出力を遅延時間だけ遅延させるので、上流にあるスイッチ装置２００により優先パケットのパケット識別子が付与されたパケットが混合入力ポート３１０に到着したとき、当該優先パケットと、非優先入力ポート３２０に到着した非優先パケットとが、出力ポート３３０において競合することなく、優先パケットを遅延ジッタが無い状態でデータ受信ノード２４に送信すると共に、非優先パケットもデータ受信ノード２４に送信することができる。

以上のように、本実施の形態におけるデータ伝送システム２０によれば、カスケード接続されたスイッチ装置２００及び３００を有し、スイッチ装置２００は、優先パケット及び非優先パケットを混合して混合パケットとしてスイッチ装置３００に出力し、スイッチ装置３００は、混合パケットを入力する混合入力ポート３１０と、非優先パケットを入力する非優先入力ポート３２０とを備え、スイッチ装置２００及び３００は、スイッチ装置２００に入力された優先パケットを遅延ジッタが無い状態でデータ受信ノード２４に送信する構成としたので、映像の乱れや音声の途切れ等のないＩＰＴＶのコンテンツを利用者に提供することができる。

なお、前述の実施の形態において、データ伝送システム２０が２つのスイッチ装置２００及び３００を備える構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上のスイッチ装置で優先入力ポート及び混合入力ポートを適宜備える構成としても同様の効果が得られる。

また、パケット識別子判別部３１１の機能を以下のように拡張することもできる。

例えば、複数のデータ送出ノードが混合入力ポート３１０に接続されている場合、パケット特性情報に含まれるパケットの宛先アドレスや発信元アドレスの情報に基づき、混合入力ポート３１０に到着したパケットの内、特定のパケットのみを優先パケットとして処理するよう、パケット識別子判別部３１１を構成することもできる。この構成により、本発明のスイッチ装置３００は、宛先アドレス情報及び発信元アドレス情報の少なくとも一方に基づいた特定のパケットのみを優先パケットとし、この優先パケットを遅延時間毎に出力することができるので、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができる。

また、例えば、複数のデータ送出ノードと混合入力ポート３１０との間における混合パケットの送受信に係る制御情報を含む制御パケットを送受信する制御パケット送受信手段を設け、各データ送出ノードが送信する制御パケットの内容に応じて、優先パケットとして取り扱うパケットを動的に変更するような機能をパケット識別子判別部３１１に持たせることもできる。ここで、複数のデータ送出ノードは、特許請求の範囲に記載の混合パケット送信装置に相当するものである。この構成により、本発明のスイッチ装置３００は、優先パケットとして扱うパケットを制御情報に基づいて動的に変更することができるので、パケットの優先度変更に柔軟に対応することができる。なお、制御パケットの形式としては、例えば「ＩＥＥＥ８０２．３−２００２、Ｓｅｃｔｉｏｎ２，３１章」で規定されるＭＡＣ制御プロトコルを参照して決定することができる。

（第３の実施の形態）
本発明に係るデータ伝送システムの第３の実施の形態の構成は、図１に示された第１の実施の形態におけるデータ伝送システム１００と同様であり、スイッチ装置１００に代えて図８に示すようなスイッチ装置４００を備えるものである。したがって、本実施の形態におけるデータ伝送システムのスイッチ装置４００以外の構成は、図１に示されたものと同一の符号を用いて構成の説明を省略する。

図８に示すように、スイッチ装置４００は、データ送出ノード１１が出力する優先パケットを入力する優先入力ポート４１０と、データ送出ノード１２が出力する非優先パケットを入力する非優先入力ポート４２０と、データ受信ノード１３に優先パケット又は非優先パケットを出力する出力ポート４３０と、出力ポート４３０が出力するパケットを選択する送出パケット選択部４０１とを備えている。

なお、本実施の形態におけるスイッチ装置４００の構成は、第１の実施の形態におけるスイッチ装置１００（図２参照）と比べ、スイッチ装置１００の優先入力ポート１１０が有する固定遅延キュー１１０ａが無い点と、スイッチ装置１００の送出パケット選択部１０１に代わる送出パケット選択部４０１を有する点とが異なっているので、送出パケット選択部４０１以外の構成については説明を省略する。

送出パケット選択部４０１は、現在時刻を取得する時計４０１ａと、時刻情報に係るデータを記憶するメモリ４０１ｂと、送出すべきパケットを選択する送出パケット選択回路４０１ｃとを備えている。なお、送出パケット選択部４０１は、本発明のパケット出力遅延手段を構成している。また、時計４０１ａは、本発明の現在時刻取得手段を構成している。また、送出パケット選択回路４０１ｃは、本発明の第１パケット入力時刻取得手段及び差分時間算出手段を構成している。

次に、本実施の形態におけるスイッチ装置４００の動作について説明する。

図９に示すように、まず、入力キュー４１１が優先パケットのパケット特性情報を取得した場合、すなわち優先入力ポート４１０に優先パケットが到着した場合、送出パケット選択回路４０１ｃによって、時計４０１ａの時刻が参照され、到着した優先パケットの到着時刻Ｃａがメモリ４０１ｂに記憶される（ステップＳ３１）。

次いで、送出パケット選択回路４０１ｃによって、時計４０１ａの時刻が参照され、現在時刻Ｃｃが取得される（ステップＳ３２）。

さらに、送出パケット選択回路４０１ｃによって、現在時刻Ｃｃと優先パケットの到着時刻Ｃａとの差分時間Ｃ_ｄｉｆｆ＝Ｃｃ−Ｃａが算出され（ステップＳ３３）、遅延時間Ｄと差分時間Ｃ_ｄｉｆｆとが比較される（ステップＳ３４）。

ステップＳ３４において、Ｄ＞Ｃ_ｄｉｆｆの場合、すなわち優先パケットが到着してから遅延時間Ｄが経過していない場合、送出パケット選択回路４０１ｃによって、非優先先頭パケットの出力予想時間Ｔｕが算出される（ステップＳ３５）。

次いで、送出パケット選択回路４０１ｃによって、（Ｄ−Ｃ_ｄｉｆｆ）とＴｕとが比較される（ステップＳ３６）。

ステップＳ３６において、（Ｄ−Ｃ_ｄｉｆｆ）＞Ｔｕの場合、すなわち現在時刻から優先パケットの出力予想時刻までの間に非優先先頭パケットの出力を完了することが可能である場合、送出パケット選択回路４０１ｃによって、Ｔｕ［ｓ］の間、入力キュー４２１から非優先先頭パケットを出力させるための情報が生成され、この情報がパケット送出部４３１に通知され（ステップＳ３７）、ステップＳ３２に戻る。その結果、パケット送出部４３１によって、非優先先頭パケットを構成するデータが順次取り出されて出力され、非優先パケットの出力が完了する。

一方、ステップＳ３６において、（Ｄ−Ｃ_ｄｉｆｆ）＞Ｔｕではない場合、すなわち現在時刻から優先パケットの出力予想時刻までの間に非優先先頭パケットの出力を完了することが不可能である場合、送出パケット選択回路４０１ｃによって、（Ｄ−Ｃ_ｄｉｆｆ）［ｓ］の間、非優先先頭パケットを待機させるための情報が生成され、この情報がパケット送出部４３１に通知され（ステップＳ３８）、ステップＳ３２に戻る。その結果、非優先先頭パケットの出力が一時的に待機させられる。

また、ステップＳ３４において、Ｄ＞Ｃ_ｄｉｆｆではない場合、すなわち現在時刻までに遅延時間Ｄが経過した場合、送出パケット選択回路４０１ｃによって、優先パケットの出力予想時間Ｔｇ［ｓ］が算出される（ステップＳ３９）。

引き続き、送出パケット選択回路４０１ｃによって、Ｔｇ［ｓ］の間、入力キュー４１１から優先パケットを出力させるための情報が生成され、この情報がパケット送出部４３１に通知される（ステップＳ４０）。その結果、パケット送出部４３１によって、優先パケットを構成するデータが順次取り出されて出力され、優先パケットの出力が完了する。

なお、連続して優先パケットが優先入力ポート４１０に到着する場合は、送出パケット選択回路４０１ｃは、優先パケットの到着毎に時計４０１ａを参照し、それらの到着時刻を記録した到着時刻の線形リストＣ＝（Ｃａ_１、Ｃａ_２、・・・）をメモリ４０１ｂに記憶する。前述のステップＳ３３においては、線形リストＣの先頭の優先パケットの到着時刻Ｃａ_１を用いてＣ_ｄｉｆｆを算出し、ステップＳ３４の比較を行う。先頭の優先パケットの出力が完了したら、線形リストＣの先頭にある到着時刻Ｃａ_１のデータを削除し、Ｃａ_２以降の到着時刻のデータを前に詰める。

以上のように、本実施の形態におけるデータ伝送システムによれば、スイッチ装置４００は、現在時刻Ｃｃと優先パケットの到着時刻Ｃａとの差分時間Ｃ_ｄｉｆｆを算出し、遅延時間Ｄが差分時間Ｃ_ｄｉｆｆ以下のときはＴｇの間優先パケットを出力し、遅延時間Ｄが差分時間Ｃ_ｄｉｆｆよりも大きいときは非優先パケットを待機させるか出力させるかを判断する構成としたので、パケット送出部４３１は、優先パケットを遅延時間毎に出力することができ、遅延ジッタの発生原因である優先パケット及び非優先パケットの出力ポート４３０における競合を解消することができる。したがって、本実施の形態におけるスイッチ装置４００は、従来のものとは異なり、汎用ネットワークの規格外の符号を用いずに優先パケットを送信することができるので、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができる。

なお、第１の実施の形態におけるスイッチ装置１００（図２参照）を第２の実施の形態におけるスイッチ装置２００（図６参照）及び３００（図７参照）に展開したのと同様に、本実施の形態におけるスイッチ装置４００を第２の実施の形態におけるスイッチ装置２００及び３００に相当するものに展開することができる。したがって、前述のように展開された複数のスイッチ装置４００がカスケード接続されたデータ伝送システムは、第２の実施の形態のものと同様に、優先パケットを遅延ジッタが無い状態でデータ受信ノードに送信することができるので、映像の乱れや音声の途切れ等のないＩＰＴＶのコンテンツを利用者に提供することができる。

以上のように、本発明に係るスイッチ装置は、汎用ネットワークにおいても遅延ジッタの発生を防止することができるという効果を有し、入力されたパケットを宛先に応じて転送するスイッチ装置等として有用である。

本発明に係るデータ伝送システムの第１の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係るデータ伝送システムの第１の実施の形態におけるスイッチ装置の構成を示すブロック図 本発明に係るデータ伝送システムの第１の実施の形態におけるスイッチ装置の各ステップのフローチャート 本発明に係るデータ伝送システムの第１の実施の形態におけるスイッチ装置の動作説明図 本発明に係るデータ伝送システムの第２の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係るデータ伝送システムの第２の実施の形態において、優先入力ポートを備えたスイッチ装置の構成を示すブロック図 本発明に係るデータ伝送システムの第２の実施の形態において、混合入力ポートを備えたスイッチ装置の構成を示すブロック図 本発明に係るデータ伝送システムの第３の実施の形態におけるスイッチ装置の構成を示すブロック図 本発明に係るデータ伝送システムの第３の実施の形態におけるスイッチ装置の各ステップのフローチャート 従来のスイッチ装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１０、２０ データ伝送システム
１１、１２、２１〜２３ データ送出ノード
１３、２４ データ受信ノード
１４〜１６、２５〜２９ 汎用ネットワーク
１００ スイッチ装置
１０１ 送出パケット選択部（第１パケット出力予想時間算出手段、第２パケット出力予想時間算出手段、第２パケット出力判断手段）
１０１ａ 到着タイマ（残時間算出手段）
１０１ｂ ゲートタイマ（計時手段）
１０１ｃ 送出パケット選択回路
１１０ 優先入力ポート（第１パケット入力手段）
１１１ 入力キュー
１１２ 固定遅延キュー（パケット出力遅延手段）
１１３ パケット送出部
１２０ 非優先入力ポート（第２パケット入力手段）
１２１ 入力キュー（第２パケット蓄積部）
１３０ 出力ポート（パケット出力手段）
１３１ パケット送出部
２００ スイッチ装置
２０１ 送出パケット選択部（第１パケット出力予想時間算出手段、第２パケット出力予想時間算出手段、第２パケット出力判断手段）
２１０ 優先入力ポート（第１パケット入力手段）
２１２ パケット識別子書換部
２１３ 固定遅延キュー（パケット出力遅延手段）
２２０ 非優先入力ポート（第２パケット入力手段）
２３０ 出力ポート（パケット出力手段）
３００ スイッチ装置
３０１ 送出パケット選択部
３１０ 混合入力ポート（混合パケット入力手段）
３１１ パケット識別子判別部（パケット識別子判別手段）
３１２ 入力キュー
３１３ パケット識別子書換部
３１４ 固定遅延キュー（パケット出力遅延手段）
３２０ 非優先入力ポート（低優先度パケット入力手段）
３２１ 入力キュー
３３０ 出力ポート（パケット出力手段）
４００ スイッチ装置
４０１ 送出パケット選択部（パケット出力遅延手段）
４０１ａ 時計（現在時刻取得手段）
４０１ｂ メモリ
４０１ｃ 送出パケット選択回路（第１パケット入力時刻取得手段、差分時間算出手段）
４１０ 優先入力ポート
４１１ 入力キュー
４２０ 非優先入力ポート
４２１ 入力キュー
４３０ 出力ポート
４３１ パケット送出部

Claims (9)

1. 第１パケットを入力する第１パケット入力手段と、
   前記第１パケットよりもパケット転送の優先度が低く、予め定められた最大パケット長以下のパケット長を有する第２パケットを入力する第２パケット入力手段と、
   入力された前記第１パケットの出力を、前記最大パケット長を有する第２パケットの出力予想時間よりも長い遅延時間だけ遅延させるパケット出力遅延手段と、
   このパケット出力遅延手段によって出力が遅延された前記第１パケット及び前記第２パケット入力手段に入力された前記第２パケットを出力するパケット出力手段と、
   前記第２パケット入力手段に入力された前記第２パケットの出力予想時間を算出する第２パケット出力予想時間算出手段と、
   前記第１パケット入力手段に前記第１パケットが入力された時点で前記第２パケット入力手段に前記第２パケットが存在するときに、前記第２パケットを前記パケット出力手段から出力できるか否かを前記遅延時間及び前記第２パケットの出力予想時間に基づいて判断する第２パケット出力判断手段とを備え、
   前記パケット出力手段は、前記パケット出力遅延手段によって前記第１パケットが遅延されている間において、前記第２パケット出力判断手段が前記第２パケットを出力できると判断した場合は前記第２パケットを出力し、前記第２パケット出力判断手段が前記第２パケットを出力できないと判断した場合は前記第２パケットを前記第２パケット入力手段に待機させることを特徴とするスイッチ装置。
2. 前記パケット出力遅延手段に代えて、
   現在時刻を取得する現在時刻取得手段と、
   前記第１パケット入力手段に前記第１パケットが入力された入力時刻を取得する第１パケット入力時刻取得手段と、
   前記現在時刻と前記入力時刻との差分時間を算出する差分時間算出手段とからなるパケット出力遅延手段を備え、
   前記第２パケット出力判断手段は、前記第１パケット入力手段に前記第１パケットが入力された時点で前記第２パケット入力手段に前記第２パケットが存在するときに、前記第２パケットを前記パケット出力手段から出力できるか否かを前記遅延時間及び前記差分時間に基づいて判断するものであることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
3. 前記第１パケット入力手段に前記第１パケットが入力された時点からの経過時間を計時し前記遅延時間から前記経過時間を減算して残時間を算出する残時間算出手段を備え、
   前記第２パケット出力判断手段は、前記第２パケットの出力予想時間が前記残時間未満のときは前記第２パケットを出力させると判断し、前記第２パケットの出力予想時間が前記残時間以上のときは前記第２パケットを待機させると判断することを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
4. 前記第１パケット入力手段に入力された前記第１パケットの出力予想時間を算出する少なくとも１つの第１パケット出力予想時間算出手段と、前記残時間がゼロになったとき計時を開始して計時した時間が前記第１パケットの出力予想時間と一致したときに計時を完了する計時手段とを備え、
   前記パケット出力手段は、前記計時手段が前記計時を開始してから完了するまでの期間に前記第１パケットを出力することを特徴とする請求項３に記載のスイッチ装置。
5. 前記第２パケット入力手段は、入力された前記第２パケットを順次蓄積する第２パケット蓄積部を備え、
   前記残時間算出手段が前記経過時間の計時を開始してから前記残時間がゼロになるまでの期間において前記第２パケット蓄積部から前記出力予想時間が前記残時間未満である第２パケットを抽出するパケット抽出手段を備えたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のスイッチ装置。
6. 前記第１パケットは、パケット転送の優先度を識別するためのパケット識別子を含み、前記第１パケット入力手段は、前記パケット識別子の情報を書き換えるパケット識別子書換部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のスイッチ装置。
7. パケット転送の優先度を識別するためのパケット識別子を含み前記優先度が互いに異なる混合パケットを入力し、入力した前記混合パケットを前記パケット識別子の情報に基づいて前記第１パケットと前記第２パケットとに判別し、前記第１パケットを前記第１パケット入力手段に出力し、前記第２パケットを前記第２パケット入力手段に入力するパケット識別子判別手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
8. 前記パケット識別子は、前記混合パケットの宛先アドレス情報及び発信元アドレス情報を含み、
   前記パケット識別子判別手段は、前記宛先アドレス情報及び前記発信元アドレス情報の少なくとも一方に基づいて前記混合パケットの判別を行うことを特徴とする請求項７に記載のスイッチ装置。
9. 前記混合パケットの送信元である混合パケット送信装置に対して前記混合パケットの送受信に係る制御情報を含む制御パケットを送受信する制御パケット送受信手段を備え、
   前記パケット識別子判別手段は、前記制御情報に基づいて前記混合パケットの判別を行うことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のスイッチ装置。

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