JP4891800B2 - 送受信システム - Google Patents

Description

本発明は、高速デジタル通信システム及びその方法に関して、例えば同期伝送網である回線交換網と非同期伝送網であるパケット通信網とを相互接続してなされる送受信システムまたは方式に関する。

ＮＧＮ（ｎｅｘｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ばれる次世代ＩＰネットワークでは、公衆網とＩＰ網を統合し、データ通信と音声・動画などのリアルタイム通信を統合したサービスを可能にするといった試みがなされている。公衆網側にはＡＴＭ（非同期転送モード）、ＳＴＭ（同期転送モード）が混在して用いられている。

ＡＴＭに比べてＳＴＭは高速通信が可能なために、動画などの伝送に適している。一方、ＳＴＭでは、送信側と受信側でタイミングを同期させてデータの転送を行うため、同期信号の検出に失敗した状態でデータの転送が行われると、そのデータが失われてしまう可能性がある。なおＳＴＭの回線終端としては６４Ｋｂｐｓ，１．５Ｍｂｐｓ，２Ｍｂｐｓ，６．３Ｍｂｐｓなどのインターフェースがあり、通常複数のＳＴＭ回線が収容される。

ＩＰ網は非同期網であるため、既存ＳＴＭインターフェースを持つノード（例えばＰＢＸ）間を、ＩＰ網で中継してＩＰ電話などのＩＰネットワークサービスを提供したいというような場合には、ＳＴＭ間の同期を取ることができず、音声のズレや消失などが発生していた。

ＩＰ網上に接続された音声通話システムにおいて、こうした音声のズレや消失などを解決するために、二つの局間でクロック同期を取り、基準クロックに同期した所定周期で生成した同期パケットを送受信する音声通信システムが提案されている。（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−２７７８３０公報

次世代ＩＰネットワークでは従来の音声通話のみでなく、映像などの多様なデータサービスを可能とするため、要求される伝送速度・品質も高速かつ多様なものになる。こうした種類の異なる複数のネットワークをつなぎ大規模なネットワークを形成するため、確実な同期動作を可能にし、同期周波数の変動に追従できる柔軟性の高い同期動作手段が求められている。

本発明は、このような問題点を解決するために為されたもので、非同期網であるＩＰ網を介して接続された同期公衆網間での同期動作を実現する送受信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の送受信システムは、回線交換網と、パケット通信網との間で相互に通信プロトコルを変換してこれらの網の相互通信を実現する通信装置を複数接続した送受信システムであって、一方の前記通信装置は、クロック周波数抽出手段と前記クロック周波数を含むクロックタイミングパケットを送出するクロックタイミングパケット送出手段と、を備え、他方の前記通信装置は、前記クロックタイミングパケットを受信するクロックタイミングパケット受信手段と、前記クロック周波数に基づいてクロック周波数を調整するクロック周波数調整手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、非同期網であるＩＰ網を介して接続された同期公衆網間での同期動作を実現する送受信システムを提供することができる。

以下本発明の実施例を説明する。

図１は、本実施例における、公衆網とＩＰ網からなるネットワーク構成図である。図１においては、公衆網１と接続しクロック抽出やパケット変換を行うゲートウェイ装置１０と、既存ＳＴＭノード３０と接続しパケットからクロックタイミングの抽出およびパケット変換するパケット変換装置２０とをＩＰ網２が中継している。

図２は、図１に示したゲートウェイ装置１０の機能ブロック図である。公衆網に接続するＳＴＭインターフェース（Ｉ／Ｆ）１５０でクロックを抽出し、パケット変換部１３０内のクロック制御部に入力し網クロック同期を行い、一方クロックタイミングをパケット化する。クロックタイミングとは別に、ＳＴＭデータもパケット変換部内でパケット化する。パケットスイッチ部１１０で生成したパケットの送信およびＩＰ網からのパケットの受信を行う。通常ゲートウェイ装置は運用を行う上で二重化して用いるが、ここでは便宜上０系をゲートウェイ装置１０、１系をゲートウェイ装置１１とした。

ゲートウェイ装置１０の機能のうち、本発明の主要な機能である、パケット変換部１３０について説明する。

図３はパケット変換部１３０のハード構成図であり、図４にさらに細部の構成として、パケット生成分解部１３２とクロック制御部１３９について機能ブロック図を示す。

図３のハード構成図においてパケット変換部１３０は、パケットデータを介してパケットスイッチ部１１０と接続するＬＡＮインターフェース１３１、ＰＣＭデータを交換する為ＳＴＭインターフェース１５０と接続するＰＣＭインターフェース１３３、ＰＣＭからのパケットの生成及びパケットからＰＣＭやタイミング情報の分解を相互に行うパケット生成分解部１３２，タイミング情報に基づいて同期制御を行うクロック制御部１３９、及び制御を行うＣＰＵ１３４，一部記憶領域のＲＡＭ１３５，設定ファイル等不揮発データを記録するＲＯＭ１３６，パケット変換部内部の制御信号を伝達するローカルＬＡＮインターフェース部１３７で構成される。各機能部はＦＰＧＡやＡＳＩＣなどから成る。

ゲートウェイ装置の二重化の際には、リレー１３８に入力された系切り替え信号により、パケット変換部が０系制御信号を受けて動くのか、１系制御信号を受けて動くのかを決定する。

図４の機能ブロック図において、パケット生成分解部１３２は、データパケット生成部１３２ａとパケット分解部１３２ｂからなり、ＳＴＭデータとＩＰパケットの相互変換を行う。すなわちパケット生成部はＳＴＭデータをフレームの整数倍単位でパケット化する。パケット分解部はその逆に、受信パケットの一部をＳＴＭデータに分解する。ヘッダによりＳＴＭデータのパケットか、クロックタイミングパケットかを判断し、ＳＴＭデータであればパケット分解部へ、クロックタイミングパケットであれば、クロック制御部へ転送する。

クロック１３９制御部において、ステータス検出部１３９ａでクロックタイミングパケットを分解し、分解して得られた各種情報のうち制御情報をＬＡＮインターフェースを介して制御部に転送する。同様に、統計情報はＣＰＵ１３４へ通知する。ゆらぎ量はクロック制御部１３９内のゆらぎ制御部１３９ｂへ転送する。

上記ゆらぎ量の情報が入力されると、ゆらぎ制御部１３９ｂはそれを打ち消すようにタイミングパケット生成部１３９ｃの送信タイミングを制御する。ＩＰ網は非同期であるから、伝送路上の遅延・障害などにより通信遅延時間のゆらぎが生じる。到着予定と測定した到着時間との差分をゆらぎとし、遅延が生じている場合には、ゆらぎ量分タイミングパケットの送出を早め、逆に到達が予定より早い場合には、ゆらぎ量分送出を遅くすることで、送信タイミングを一定に保つことができる。

以上で、ゲートウェイ装置１０について述べたが、次にパケット変換装置２０について述べる。

図５は、パケット変換装置２０のハード構成図であり、図６にさらに細部の構成として、クロック制御部２０３のハード構成図を示す。

図５において、パケット変換装置２０は同期網と非同期網とを接続する部分に相当し、ＩＰ網側からのクロックタイミングパケットに基づいて同期網側のクロックを制御するクロック制御部２０３と、受信したデータパケットからＳＴＭデータを分解するパケット生成分解部２０２を含み、ＳＴＭインターフェース２０１，ＬＡＮインターフェース２０４、ＣＰＵ２０５，ＲＡＭ２０６，ＲＯＭ２０７といった構成から成る。クロックタイミングパケットはＬＡＮインターフェース２０４で各種情報を分離し、さらに各種情報からクロック周波数情報がクロック制御部２０３で分解される。

図６において、クロックタイミングパケット内に記録された所望のクロック周波数の値をクロック周波数変動範囲設定レジスタ２１３を介してクロックジェネレータに入力し、所望のクロックを発生させる。このときクロックジェネレータから出力されたクロック信号のクロック周波数の値が、所望のクロック周波数に対応した同期するべき中心周波数からある範囲内であれば、クロック周波数変動範囲設定レジスタのイネーブル信号が出力されクロック周波数設定レジスタを更新し、範囲外であればクロック周波数変動範囲設定レジスタのイネーブル信号が出力されずクロック周波数設定レジスタを更新しないように動作する。クロック周波数変動範囲は、タイミングパケットの制御情報から設定を行うか、設定ファイルから読み込むなどしてレジスタに記録する。

クロック周波数設定レジスタが更新されると、従来のクロックの立ち上がりエッジの位相に合わせて新周波数クロック位相合わせ部が動作し、クロックジェネレータからクロックエッジの乱れない新周波数のクロックが出力される。これがＰＬＬに入力され、公衆網から入力した網クロックに同期したクロックを再生する。再生された網クロックを既存ＳＴＭノードに出力することで、このＳＴＭノードは公衆網と網同期することができる。クロックエッジに乱れが生じないため、クロックの切り替え時にデータがラッチできないことを防ぐことができる。

このとき、パケット変換装置で再生したクロックの周波数をゲートウェイ装置に出力し、ゲートウェイ装置でパケット変換装置が誤った周波数に同期していないかどうか監視できる。
次に、タイミングパケットのフォーマットを図７、図８に示す。

図７はゲートウェイ装置からパケット変換装置へのタイミングパケットのフォーマットであり、図８は逆方向のパケット変換装置からゲートウェイ装置へのタイミングパケットのフォーマットを示している。

ヘッダは本実施例ではＩＰｖ４に基づくパケットのヘッダとしているが、ネットワークの種別に基づき適宜選択すればよく、ＩＰｖ６などでもよい。

図７のクロック周波数情報は、ゲートウェイ装置から指定のクロック周波数を送出し、これを基にパケット変換装置でクロックを再生するが、この周波数の値が、中心周波数に対してある範囲を超えた場合はその値を使用せず、直前の値を使用する。そして、クロック周波数情報が再び範囲内に戻ったとき、その値を使用することを開始する。図８のクロック周波数（確認用）は、パケット変換装置で再生したクロックの周波数情報をゲートウェイ装置に戻し、パケット変換装置で誤った周波数に同期していないかどうか監視する。

図８のゆらぎ量については、タイミングパケットを受領したパケット変換装置は、図７のパケット送出間隔情報に対して、実際に算出したタイミングパケットの到着間隔との差分を、ゆらぎ量として算出し、これをタイミングパケットに記録してゲートウェイ装置に送信する。ゲートウェイ装置では、ゆらぎ量がプラスであれば、タイミングパケットの送出をその分早くし、マイナスであれば、タイミングパケットの送出をその分遅くする。これにより、タイミングパケットの各種情報の受け渡しの大きな遅延変動を抑えることが可能となる。

図７，図８においてシーケンスナンバーは連続する整数とし、受信した側で連続性を確認して、欠落した場合はパケット損失としてカウントし、統計情報とする。もし、タイミングパケットの到着順序が入れ替わった場合は、シーケンスナンバーの順番に戻す。

図７において各種制御情報は、ゲートウェイ装置からパケット変換装置の起動・停止等の制御を行うために使用する。

図７の各種監視信号は、パケット変換装置の生存監視等に使用する。パケット変換装置は、これら監視信号に対して図８の各種監視信号応答信号として応答を行う。

図７の各種統計情報要求は、パケット受信数や、シーケンスナンバーのところで述べたパケット損失数等の統計情報を要求するために使用し、パケット変換装置はこれらに対して、対応する図８の各種統計情報をゲートウェイ装置に出力する。

図７のダウンロードデータエリアは、パケット変換装置のプログラム更新等に際し、プログラムファイルのダウンロードのために使用する。パケット変換装置は、ダウンロードのデータの最終パケットが到着すると、ダウンロードが終了したという図８のダウンロード応答信号をゲートウェイ装置に返す。以上のことから、ＩＰ網を介して接続された同期公衆網間での同期動作を実現する送受信システムを提供することが可能となる。

なお本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば複数のパケット変換装置を用いて、異なる周波数で同期する公衆網間をＩＰ網で接続し、タイミングパケットフォーマットに公衆網の種別を記載することで、多種の回線終端からなる公衆網間をＩＰ網で接続することができる。

さらに、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施例におけるネットワーク構成図。 本発明の実施例におけるゲートウェイ装置の機能ブロック図。 本発明の実施例におけるゲートウェイ装置内パケット変換部のハード構成図。 図３における、パケット生成部とクロック制御部の機能ブロック図。 本発明の実施例におけるパケット変換装置のハード構成図。 図５における、クロック制御部の機能ブロック図。 ゲートウェイ装置からパケット変換装置へのタイミングパケットのフォーマット。 パケット変換装置からゲートウェイ装置へのタイミングパケットのフォーマット。

符号の説明

１…公衆網、２…ＩＰ網、１０、１１…ゲートウェイ装置、２０…パケット変換装置、３０…ＳＴＭノード、１１０…パケットスイッチ部、１３０…パケット変換部、１５０…ＳＴＭインターフェース部、１３１、１３７…ＬＡＮインターフェース部、１３２…パケット生成分解部、１３３，ＰＣＭ−ＨＷインターフェース部、１３４…ＣＰＵ，１３５…ＲＡＭ、１３６…ＲＯＭ，１３７…ＬＡＮインターフェース部、１３８…リレー、１３９…クロック制御部、１３９ａ…ステータス検出部、１３９ｂ…ゆらぎ制御部、１３９ｃ…タイミングパケット生成部、２０２…パケット生成分解部，２０３…クロック制御部、２１１…クロック周波数情報抽出部、２１２…タイミングパケット生成部、２１３…クロック周波数変動範囲設定レジスタ、２１４…クロック周波数設定レジスタ、２１５…周波数カウンタ、２１６…クロックジェネレータ、２１７…ＰＬＬ、２１８…クロック位相調整部

Claims (5)

1. 回線交換網と、パケット通信網との間で相互に通信プロトコルを変換してこれらの網の相互通信を実現する通信装置を複数接続した送受信システムであって、
   一方の前記通信装置は、
   クロック周波数抽出手段と
   前記クロック周波数を含むクロックタイミングパケットを送出するクロックタイミングパケット送出手段と、を備え、
   他方の前記通信装置は、
   前記クロックタイミングパケットを受信するクロックタイミングパケット受信手段と、
   前記クロック周波数に基づいてクロック周波数を調整するクロック周波数調整手段と、を備えたことを特徴とする送受信システム。
2. 前記クロックタイミング伝送パケットの送信間隔を等間隔とすることを特徴とする請求項１記載の送受信システム。
3. 一方の前記通信装置に、さらに
   クロックタイミングパケット送出間隔調整手段を備え、
   他方の前記通信装置に、さらに
   クロックタイミングパケット到着間隔測定手段と、
   クロックタイミングパケット到着間隔通知手段とを備え、
   前記クロックタイミングパケット送出間隔調整手段は、測定された前記クロックタイミングパケット到着間隔と前記クロックタイミングパケット送出間隔との差分に基づいてクロックタイミングパケット送出間隔を設定することを特徴とする請求項１記載の送受信システム。
4. 前記クロックタイミングパケットに、前記通信装置の制御情報を付加したことを特徴とする請求項１記載の送受信システム。
5. 前記クロックタイミングパケットに、前記通信装置の統計情報を付加したことを特徴とする請求項１記載の送受信システム

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