JP5186957B2

JP5186957B2 - ネットワーク中継装置、通信システムおよびネットワーク中継方法

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Publication number: JP5186957B2
Application number: JP2008061356A
Authority: JP
Inventors: 真大原
Original assignee: NEC Corp
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Priority date: 2008-03-11
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Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2028-03-11
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Description

本発明は、複数の通信装置が直列に接続されてなる通信ネットワークに対して信号の中継を行うネットワーク中継装置、このようなネットワーク中継装置を備えた通信システムおよびネットワーク中継方法に係わり、特に通信ネットワークを構成する通信装置に送出する信号に時間的な制限があるときに好適なネットワーク中継装置、通信システムおよびネットワーク中継方法に関する。

図１４は、監視装置が幾つかの被監視装置と通信を行う本発明に関連する通信システムの一例を表わしたものである。この通信システム１００は、監視装置１０１がＧＮＥ（Gateway Network Element：ゲートウェイ・ネットワーク要素）装置１０２を介して、第１〜第ｎのＮＥ（Network Element：ネットワーク要素）装置１０３₁〜１０３_nから成る被監視ネットワーク１０４に接続されている。

このような通信システム１００で、監視装置１０１はＧＮＥ装置１０２および第１〜第ｎのＮＥ装置１０３₁〜１０３_nとの間の通信をコネクション型通信で行っている。また、被監視ネットワーク１０４を構成する第１〜第ｎのＮＥ装置１０３₁〜１０３_nは、これらの間で順にデータを転送する転送機能を備えている。したがって、監視装置１０１はたとえば第１〜第ｎのＮＥ装置１０３₁〜１０３_nのうちの第Ｘの任意のＮＥ装置１０３_X（ただし１≦Ｘ≦ｎ）の監視を行うときには、この第ＸのＮＥ装置１０３_Xに対して監視結果の送出の要求を送信する。この要求は、ＧＮＥ装置１０２から第１のＮＥ装置１０３₁、第２のＮＥ装置１０３₂と順に転送されて第ＸのＮＥ装置１０３_Xにまで転送される。

第ＸのＮＥ装置１０３_Xは、監視装置１０１の監視要求を受信すると、自装置の監視結果を、図示しない第Ｘ−１のＮＥ装置１０３_X-1に転送する。この転送された監視結果は、監視の要求とは逆方向に順に被監視ネットワーク１０４内を転送され、最終的に監視装置１０１まで送出されることになる。

図１４に示したような通信システム１００では、監視結果の送出の要求が被監視ネットワーク１０４内の任意の第ＸのＮＥ装置１０３_Xに送り出されたとき、送出元の監視装置１０１は第ＸのＮＥ装置１０３_Xから応答が予め定めた一定時間内に行われるか否かを監視する。そして、この一定時間内に行われなかった場合にはコネクションが確立できないので、監視が不可能である旨の警報を発出するようにしている。

通信システム１００が比較的帯域の狭いネットワークで構成されているとする。このような場合、監視装置１０１がＧＮＥ装置１０２および第１〜第ｎのＮＥ装置１０３₁〜１０３_nと通信を行う際に、通信帯域の枯渇が生じやすい。通信帯域の枯渇が生じた場合には帯域を超過した分のパケットは廃棄されるか、その状況が正常に回復するまで送出を待機させられる。パケットが廃棄された場合にはそのパケットについて再送が試みられるが、これによって信号の遅延が発生する。通信帯域の枯渇が生じ得るような状況では、被監視ネットワーク１０４内の監視装置１０１から比較的距離の近いＮＥ装置ほど通信に伴う遅延が少なくなる傾向がある。したがって、監視装置１０１から比較的距離の近いＮＥ装置に通信帯域が優先的に占有される傾向がある。

たとえば第１のＮＥ装置１０３₁は監視装置１０１から最も距離が近く、第ｎのＮＥ装置１０３_nは監視装置１０１から最も遠距離に位置する。したがって、第ｎのＮＥ装置１０３_nは通信に伴う遅延が最大となり、通信の応答が最も遅くなって、監視装置１０１との通信ができなくなる可能性が高くなる。このような通信環境では、幾回か再送を繰り返すと警報の発出の可能性も高くなる。

なお、このような通信システム１００では、第１〜第ｎのＮＥ装置１０３₁〜１０３_nの間でデータが順に転送されるようになっているので、これらの通信装置間で個別に優先度を設定することで特定の通信装置における遅延を解消することはできない。また、データの転送を行うパケットの種別や、通信アドレスで優先度を決定することで通信帯域の占有の不均衡を是正することもできない。

そこで、本発明に関連する技術として、パケットごとに送達希望時刻を示すラベルを付けてそれぞれの宛先の通信装置に応答を指示する提案が存在している（たとえば特許文献１参照）。この提案では、送信先ごとに送達希望時刻のラベルを付けることになるので、リアルタイム性の高いデータから低いデータまで最適な優先度でルーティング処理が可能になる。たとえば監視装置１０１に近く、監視装置１０１から自装置までのパケットの転送回数がより少なくて済む第１のＮＥ装置１０３₁は被監視ネットワーク１０４内の他の通信装置よりも時間的に余裕を持って応答を行うことができる。また、監視装置１０１から遠く、被監視ネットワーク１０４内でパケットの転送回数が多くなる第ｎのＮＥ装置１０３_nのような通信装置は、第１のＮＥ装置１０３₁のような監視装置１０１に近い装置が応答を待機している時間を利用して、送達希望時刻までに応答を済ませることができる。
特開２０００−７８１８８号公報（第００１６段落、第００１７段落、図２）

しかしながら、この提案の技術では、監視装置１０１やＧＮＥ装置１０２が被監視ネットワーク１０４内に送出するパケットのそれぞれに送達希望時刻のラベルを付けて送信を行う必要がある。したがって、パケットの送出側も、これを受け取る第１〜第ｎのＮＥ装置１０３₁〜１０３_nも、送受信のためのデバイスとして特別なものを必要とする。また、監視装置１０１やＧＮＥ装置１０２は、第１〜第ｎのＮＥ装置１０３₁〜１０３_nのそれぞれに対して送達希望時刻を適正に算出する必要があり、通信システムの構成が煩雑となるだけでなく、管理も面倒であった。

そこで本発明の目的は、複数の通信装置が直列に接続されてなるネットワークと通常の信号を用いて、これらの各通信装置に対する信号の到達時間を管理できるネットワーク中継装置、通信システムおよびネットワーク中継方法を提供することにある。

本発明では、（イ）互いに信号の転送機能を備えた複数の通信装置が直列に接続されてなる通信ネットワークの一端と接続されるネットワーク接続手段と、（ロ）このネットワーク接続手段から前記した複数の通信装置のいずれかを宛先として送り出される信号を、その順序を整列して出力するために設けられた先入れ先出し記憶手段と、（ハ）この先入れ先出し記憶手段から出力される信号をネットワーク接続手段から順次前記したネットワークに送り出す信号送出手段と、（ニ）先入れ先出し記憶手段に格納されているそれぞれの信号を前記した複数の通信装置と対比しこれらの通信装置に到達されるべき時刻との関係で信号の再配置が必要か否かを判別する再配置要否判別手段と、（ホ）この再配置要否判別手段が再配置を必要と判別したとき先入れ先出し記憶手段に格納されている信号のうち必要とされる信号の出力順序を必要な範囲で変更する先入れ先出し記憶手段内順序変更手段と、先入れ先出し記憶手段に特定の宛先の信号が偏在しているかを判別する特定宛先偏在判別手段とをネットワーク中継装置に具備させ、先入れ先出し記憶手段内順序変更手段は、特定宛先偏在判別手段が特定の宛先の信号が偏在していると判別したときこれらの信号を早く出力される順序に変更する。

また、本発明では、（イ）互いに信号の転送機能を備えた複数の通信装置が直列に接続されてなる通信ネットワークと、（ロ）この通信ネットワークにおける前記した複数の通信装置に対して応答を要求する応答要求信号を随時発生させる信号要求源と、（ハ）この信号要求源から出力される応答要求信号を受信する応答要求信号受信手段と、この応答要求信号受信手段の受信した応答要求信号を、その順序を整列して出力するために設けられた先入れ先出し記憶手段と、この先入れ先出し記憶手段から出力される応答要求信号を通信ネットワークに順次送り出す信号送出手段と、先入れ先出し記憶手段に格納されているそれぞれの応答要求信号を前記した複数の通信装置と対比しこれらの通信装置に到達されるべき時刻との関係で信号の再配置が必要か否かを判別する再配置要否判別手段と、この再配置要否判別手段が再配置を必要と判別したとき先入れ先出し記憶手段に格納されている応答要求信号のうち必要とされる信号の出力順序を必要な範囲で変更する先入れ先出し記憶手段内順序変更手段と、先入れ先出し記憶手段に特定の宛先の信号が偏在しているかを判別する特定宛先偏在判別手段と、通信ネットワークから応答要求信号に応答する応答信号が送られてきたときこれを信号要求源に送出する応答信号送出手段とを備えたネットワーク中継装置とを通信システムに具備させ、先入れ先出し記憶手段内順序変更手段は、特定宛先偏在判別手段が特定の宛先の信号が偏在していると判別したときこれらの信号を早く出力される順序に変更する。

更にまた、本発明では、（イ）互いに信号の転送機能を備えた複数の通信装置が直列に接続されてなる通信ネットワークの前記した複数の通信装置のいずれかを宛先として送り出される信号を、その順序を整列して出力するための先入れ先出し記憶手段に順次格納する先入れ先出し記憶手段格納ステップと、（ロ）先入れ先出し記憶手段に特定の宛先の信号が偏在しているかを判別する特定宛先偏在判別ステップと、（ハ）この先入れ先出し記憶手段格納ステップで格納されたそれぞれの信号を前記した複数の通信装置と対比しこれらの通信装置に到達されるべき時刻との関係で信号の再配置が必要か否かを判別する再配置要否判別ステップと、（ニ）この再配置要否判別ステップで再配置を必要と判別したとき先入れ先出し記憶手段に格納されている信号のうち必要とされる信号の出力順序を必要な範囲で変更する先入れ先出し記憶手段内順序変更ステップと、（ホ）先入れ先出し記憶手段から出力される信号をネットワークに順次送り出す信号送出ステップとをネットワーク中継方法に具備させ、先入れ先出し記憶手段内順序変更ステップは、特定宛先偏在判別ステップが特定の宛先の信号が偏在していると判別したときこれらの信号を早く出力される順序に変更する。

以上説明したように本発明によれば、送信を行うまでの信号を一時的に蓄える送信バッファを先入れ先出し記憶手段として構成する一方で、通信装置と先入れ先出し記憶手段に格納された信号を対応付けて、先入れ先出し記憶手段内での信号の配置を必要に応じて変更できるようにした。これにより、信号自体に特別の情報を付け加えておく必要がなく、既存の信号のフォーマットをそのまま適用できるという効果がある。しかも、互いに信号の転送機能を備えた複数の通信装置が直列に接続されてなる通信ネットワークで、信号の入出力する側と反対側の近傍に配置される通信装置であっても、先入れ先出し記憶手段内での信号の再配置を行うことで、通信ネットワーク内の位置に係らず信号の到達時間の不利を解消することも可能である。

図１は、本実施の形態における通信システムの概要を表わしたものである。この通信システム２００は、通信ネットワーク２０１とこれに対して所定の信号の返答を要求する信号要求源２０２と、これら通信ネットワーク２０１と信号要求源２０２の間に配置された中継装置２０３によって構成されている。

図２は、中継装置に接続された通信ネットワークを具体的に表わしたものである。通信ネットワーク２０１は、第１〜第ｎの通信装置２１１₁〜２１１_nが直列に接続された構成となっている。第１〜第ｎの通信装置２１１₁〜２１１_nは、共に隣接する他の装置に自装置に関係しない信号を転送する機能を備えている。したがって、たとえば中継装置２０３が第Ｘの通信装置２１１_X（ただし１≦Ｘ≦ｎ）に宛てた信号は、第１の通信装置２１１₁にまず送られ、ここから順次転送されて、第Ｘの通信装置２１１_Xまで送られる。

この転送されてきた信号が返答を要求する信号であれば、第Ｘの通信装置２１１_Xが作成した返答用の信号は、今度は第１の通信装置２１１₁の方向に順に転送される。第１の通信装置２１１₁は、このようにして得られた第Ｘの通信装置２１１_Xの返答用の信号を中継装置２０３に送出する。中継装置２０３はこれを信号要求源２０２（図１）に送出する。

ところで、本実施の形態では、中継装置２０３が通信ネットワーク２０１を構成する第１〜第ｎの通信装置２１１₁〜２１１_nのそれぞれに宛てた信号の到達までの時間を調整することができる。また、信号要求源２０２が第１〜第ｎの通信装置２１１₁〜２１１_nのいずれかに返答を要求する信号を送信し、タイムアウトの生じる前に返答用の信号が信号要求源２０２に受信されることを要求した場合、中継装置２０３は往路と復路の双方の時間を調整して、この要求に応える機能を備えている。

図３は、このような中継装置の内部回路としての基本的な構成を示したものである。図１および図２と共に説明する。中継装置２０３は、図２に示した通信ネットワーク２０１を構成する第１の通信装置２１１₁と接続するネットワーク接続部２２１を備えている。通信ネットワーク２０１に送出する信号は、このネットワーク接続部２２１に接続された信号送出部２２２から送出される。信号送出部２２２の前段には、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）記憶部２２３が備えられている。

先入れ先出し記憶部２２３は、図１に示した信号要求源２０２から送られてきた信号のうちの通信ネットワーク２０１方向に中継すべきものを図示しない回路部分で取り出した後の信号２２４を順次格納し、原則としてはこの格納が早く行われたものから順番に信号送出部２２２に送り込むようになっている。再配置要否判別部２２５は、先入れ先出し記憶部２２３に格納されている各信号について、これらの宛先が通信ネットワーク２０１を構成する第１〜第ｎの通信装置２１１₁〜２１１_nのいずれであるかをチェックする。この結果、たとえば、これらの信号の中に第Ｘの通信装置２１１_Xに宛てたものがあり、この信号を先入れ先出し記憶部２２３に格納された順番で出力すると、予め定めた時刻までに第Ｘの通信装置２１１_Xに到達しないということが判別されたものとする。

このような場合、再配置要否判別部２２５は、先入れ先出し記憶部２２３に格納された信号の順番（配置）を変更する必要があると判別する。そこで、再配置要否判別部２２５は先入れ先出し記憶部内順序変更部２２６に割込処理２２７を行わせて、先入れ先出し記憶部２２３における第Ｘの通信装置２１１_Xを宛先とする信号の出力の優先順位を上げさせる。これにより、中継装置２０３を経た信号は、この例では第Ｘの通信装置２１１_Xに対して所望の時間内に到達することができるようになる。

再配置要否判別部２２５は、通信ネットワーク２０１内における信号の遅延状況を勘案したり、あるいは通信ネットワーク２０１に送出する信号が送信に失敗して再送される信号であるといった事情を基にして、該当する信号の再配置による迅速な送信が必要であるかどうかといった状況を判別することになる。送信バッファとしての先入れ先出し記憶部２２３に多くの信号が格納されていて、通信ネットワーク２０１にこれらの信号を送出する段階で通信帯域の枯渇のおそれが生じてくる場合がある。通信帯域の枯渇によって信号が廃棄される通信システムであれば、廃棄を避けなければならない信号を再配置により上位に繰り上げて、通信帯域が実際に枯渇する前にその信号の送出を完了させることも有効である。

また、再配置要否判別部２２５が同時に異なった複数の通信装置２１１の再配置を必要と判別する場合には、これらの通信装置２１１の個々の事情を考慮してこれらの中で優先順位を定める。たとえば第２の通信装置２１１₂と第ｎの通信装置２１１_nの双方が再配置を必要とされた場合、中継装置２０３から遠い方の第ｎの通信装置２１１_nの優先度をより高めることは配慮されてよい。これは、第ｎの通信装置２１１_nに信号が到達するまでに第２の通信装置２１１₂よりも多くの転送処理を受け、その分だけ到達に要する時間が長くなるからである。

ところで、図１に示した信号要求源２０２が返答を要求する信号を第Ｘの通信装置２１１_Xを宛先として送信し、タイムアウトの生じる前に返答用の信号が信号要求源２０２に受信されることを要求したとする。この場合、中継装置２０３は、返答を要求する信号が、ある時間内に該当する第Ｘの通信装置２１１_Xに到達するように調整すると共に、中継装置２０３に返ってきた信号が信号要求源２０２に到達するまでの時間も調整する必要がありえる。中継装置２０３と信号要求源２０２の間の伝送路の帯域が伝送される信号に比して狭いような場合にはその必要性が高くなる。

ネットワーク接続部２２１に接続された信号受信部２２８は、通信ネットワーク２０１から送られてきた信号を受信すると共に、信号の送信の箇所で説明した先入れ先出し記憶部２２３と同様の図示しない先入れ先出し記憶部にこの信号を格納する。そして、再配置要否判別部２２５と同様の図示しない再配置要否判別部で再配置の要否を判別し、信号要求源２０２に早急にその信号を送信する必要がある場合には先入れ先出し記憶部内順序変更部２２６と同様の図示しない先入れ先出し記憶部内順序変更部でこの信号の送出の優先順位を上げることになる。

＜実施の形態１＞
図４は本発明の実施の形態１として通信システムの構成を具体的に表わしたものである。この通信システム３００では、システムの監視を行う監視装置３０１が、１または複数の被監視ネットワークに対する中継を行うＧＮＥ（Gateway Network Element）装置３０２と接続されている。図４でＧＮＥ装置３０２は、この例で第１の被監視ネットワーク３０３にのみ接続されている。第１の被監視ネットワーク３０３は、ＧＮＥ装置３０２と接続された第１のＮＥ（Network Element）装置３０４₁を一端に配置し、他端の第ｎのＮＥ装置を開放端としたｎ台の直列接続されたＮＥ装置で構成されている。

図５は、ＧＮＥ装置の構成の概要を表わしたものである。ＧＮＥ装置３０２は、パケットの転送先の制御を行うプロトコル部３１１を備えている。プロトコル部３１１はＬＡＮ（Local Area Network）ポート用の大通信部３１２と、ＤＣＣ（Data Communication Channel）ポート用の第１〜第ｍの小通信部３１３₁〜３１３_mを接続している。ここで、大通信部３１２はたとえば１００Ｍｂｐｓ（メガビット／秒）の通信速度で図４に示した監視装置３０１と通信を行うために使用されるようになっている。これに対して第１〜第ｍの小通信部３１３₁〜３１３_mは、１９２ｋｂｐｓ（キロビット／秒）または５７６ｋｂｐｓといった低速の通信速度であり、被監視ネットワークと通信を行うようになっている。この実施の形態１では、第１の小通信部３１３₁が第１の被監視ネットワーク３０３との通信に使用されている。したがって、第２〜第ｍの小通信部３１３₂〜３１３_mは本実施の形態１で使用されない。

図６は、第１のＮＥ装置の構成を表わしたものである。第２〜第ｎのＮＥ装置３０４₂〜３０４_nは、第１のＮＥ装置３０４₁と構成が基本的に同一である。そこで、これらの構成の図示は省略する。

第１のＮＥ装置３０４₁は、パケットの転送先の制御を行うプロトコル部３２１と、送受信を兼用した１つの小通信部３２３を備えている。小通信部３２３における図示しない受信部は、前段の通信装置から送られてきたパケットを受け取り、これが自装置宛のものであれば受信して処理する。他の装置宛のものであれば、これを後段の通信装置（ＮＥ装置）に転送する。第ｎのＮＥ装置３０４_nの場合には、後段の通信装置が存在しないので、自装置宛以外のパケットは廃棄される。

一方、小通信部３２３における図示しない送信部は、後段の通信装置からパケットが転送されてきた場合には、これを前段の通信装置に転送する。また、自装置が図４に示すＧＮＥ装置３０２を経由する形で監視装置３０１に応答を返す場合には、そのパケットを前段の通信装置に送出する。第１のＮＥ装置３０４₁の場合には、前段の通信装置はＧＮＥ装置３０２となる。第ｎのＮＥ装置３０４_nの場合には、後段の通信装置が存在しないので、自装置の応答を図示しない前段の第ｎ−１のＮＥ装置３０４_n-1に送出する通信のみが行われることになる。

図７は、ＧＮＥ装置の第１の被監視ネットワークに関係する箇所を具体的に表わしたものである。ＧＮＥ装置３０２のプロトコル部３１１に接続された第１の小通信部３１３₁は、受信バッファ３３１を介して受信部３３２と接続されると共に、パケットの送信の順序を制御する送信制御部３３３と接続されている。送信制御部３３３は、送信バッファ３３４を介して送信部３３５と接続されている。また、ＧＮＥ装置３０２は装置全体を制御する制御部３４１を備えている。制御部３４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３４２と、その制御のための制御プログラムを格納したメモリ３４３を備えている。メモリ３４３は、ＣＰＵ３４２が制御プログラムを実行するときに使用される各種のデータを一時的に格納するメモリ領域としても使用される。送信制御部３３３は、制御部３４１のＣＰＵ３４２が制御プログラムを実行することによってソフトウェア的に実現する機能部である。もちろん、送信制御部３３３は、制御部３４１とは別にＣＰＵやその制御プログラムを格納するメモリを備える構成となっていてもよい。

図８は、第１のＮＥ装置を更に具体的に表わしたものである。第１のＮＥ装置３０４₁内のプロトコル部３２１は、小通信部３２３内の受信バッファ３５１を介して受信部３５２と接続され、また、送信バッファ３５３を介して送信部３５４と接続されている。また、第１のＮＥ装置３０４₁は装置全体を制御する制御部３５６を備えている。制御部３５６は、ＣＰＵ３５７と、その制御のための制御プログラムを格納したメモリ３５８を備えている。メモリ３５８は、ＣＰＵ３５７が制御プログラムを実行するときに使用される各種のデータを一時的に格納するメモリ領域としても使用される。

ところで、この通信システム３００では、図４に示した監視装置３０１と第１の被監視ネットワーク３０３を中継する役割のＧＮＥ装置３０２が、パケットの転送状況を把握する。そして、パケットの転送に偏りが生じている場合には、これらのパケットの一部を優先して送信する優先制御を行うことで、通信の偏りを解消して帯域の枯渇が生じにくいような制御を行うようになっている。

図９は、ＧＮＥ装置におけるこのような優先制御の原理を表わしたものである。受信部３３２はパケットを受信すると、受信バッファ３３１にその順序でこれらを格納する。そして、通信時のそれぞれの宛先によってプロトコル部３１１が転送先としての送信先を順に決定する。決定された送信先は、送信制御部３３３を介してメモリ３４３内の所定の作業領域に第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nのいずれかの宛先を示すアドレス情報として順に記憶される。また、これらの宛先に転送されるパケットは、順に送信バッファ３３４に格納される。送信バッファ３３４は、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）メモリのように、原則的には先着順にパケットを送信するためのメモリ領域である。

ところで、送信制御部３３３は送信バッファ３３４にパケットを格納する処理を行う一方で、この送信バッファ３３４の状態を監視している。そして、その格納状態、すなわち未送信のパケットの総量から、帯域の枯渇の生じる限界量に近い所定のしきい値を超過するかどうかをチェックする。たとえば、このしきい値は、帯域の枯渇の生じる限界量の８０パーセントに設定される。

送信バッファ３３４内のパケットの総量がしきい値を超えない場合、これらのパケットは帯域の枯渇で廃棄されることなく、比較的短時間に送信部３３５による送信処理が行われる。したがって、このとき送信バッファ３３４に格納されているパケットに起因して、図４に示した監視装置３０１が監視が不可能である旨の警報を発出することはない。

これに対して、送信バッファ３３４内のパケットの総量がしきい値を超えている場合、そのパケットが帯域の枯渇によって廃棄される可能性がある。この場合、該当するパケットが先に同様に廃棄された結果として生成された再送パケットであるような場合、これをそのままの状態で送信バッファ３３４内に格納しておくと、廃棄が再度行われたときの遅延が加算され、その結果として監視装置３０１が警報を発出する可能性がある。そこで、このような状況にあるパケットが送信バッファ３３４内に格納されている場合、あるいは格納される場合、送信制御部３３３はそのパケットの送出の順序を変更する操作を行う。

この操作は、送信バッファ３４４から優先的に送信部３３５に送り出される位置に、該当するパケットを割り込ませること（割込処理３６１）により実現される。なお、この割込処理３６１は送信制御部３３３が実行する。この結果、割り込みによって処理の優先されたパケットは送信部３３５で第１の被監視ネットワーク３０３に向けて遅滞なく送信される。

図１０は、以上のような処理を実現するための送信制御部の処理の様子を表わしたものである。図９と共に説明する。送信制御部３３３は第１の被監視ネットワーク３０３に送信するパケットの受信（ステップＳ４０１）と、送信バッファ３３４内のパケットの総量が所定のしきい値を超えているか（ステップＳ４０２）の監視を行っている。

パケットを受信した場合には（ステップＳ４０１：Ｙ）、そのパケットについて前記したようにプロトコル部３１１が決定した宛先のアドレス（第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nのアドレス）と、再送パケットであるかどうかのデータをメモリ３４３内の送信待機状態にあるパケットの状態を記録する領域に記録する（ステップＳ４０３）。ここで、再送パケットとは、受信したパケットが送信バッファ３３４に入れられたものの、帯域が枯渇した状態となってそのパケットの送信が廃棄され、再度、送信が試みられるパケットをいう。再送パケットであるかどうか、あるいは再送が何回試みられるパケットであるかは、メモリ３４３内の前記した領域を管理することによっても判別することができる。

以上のステップＳ４０３の処理が終了したら、送信制御部３３３は該当するパケットを送信バッファ３３４に格納する（ステップＳ４０４）。送信バッファ３３４は、通常の場合、先に格納したものから先に送信部３３５に送り出されるようになっているので、最後尾のパケットとして格納されることになる。なお、ステップＳ４０３の処理とステップＳ４０４の処理はどちらが先に行われてもよい。該当するパケットについてステップＳ４０３およびステップＳ４０４の処理が共に終了すると、処理は再びステップＳ４０１に戻される（リターン）。

一方、送信バッファ３３４内のパケットの総量が所定のしきい値を超えていると送信制御部３３３が判別した場合（ステップＳ４０２：Ｙ）、送信部３３５から送り出されるパケットが帯域の枯渇によって送出が不可能になって廃棄される事態が生じるおそれがある。そこで、この場合、送信制御部３３３は送信バッファ３３４内で送信待ちとなっているパケットと同一の宛先をメモリ３４３内の前記した領域から検索する（ステップＳ４０５）。そして、再送の有無を示すデータと付き合わせることで、送信バッファ３３４内に再送パケットが存在するかどうかを判別する（ステップＳ４０６）。

この結果、再送パケットが送信バッファ３３４内に存在しない場合には（Ｎ）、この送信バッファ３３４に何らの処理も行うことなく、ステップＳ４０１に処理を戻す（リターン）。これは、送信バッファ３３４に格納されたパケットに廃棄が万一発生しても、このパケットを所定の遅延時間以内に再送することができれば、監視装置３０１が監視が不可能である旨の警報を発出するに至らないということを前提としている。

これに対して、送信バッファ３３４内に格納されたパケットに再送パケットが存在した場合には（ステップＳ４０６：Ｙ）、割込処理３６１によってそのパケットを送信のための最優先の順位に変更する（ステップＳ４０７）。このとき、たとえば図４に示す第ｎのＮＥ装置３０４_nに送信するパケットが送信バッファ３３４内に複数存在した場合には、滞留時間の最も長いパケットを最も高い優先順位に変更することになる。

また、しきい値を超えた時点で送信バッファ３３４内に第１の被監視ネットワーク３０３内の複数のＮＥ装置３０４を宛先とする再送パケットが存在した場合には、ＧＮＥ装置３０２から遠い順にこれらのパケットが最高の優先順位から順に並ぶように順位を変更する。たとえば第１のＮＥ装置３０４₁と第２のＮＥ装置３０４₂が同一回数の再送パケットとして存在していた場合には、第２のＮＥ装置３０４₂を最高の優先順位に変更し、第１のＮＥ装置３０４₁を２番目に高い優先順位に変更する。これは、第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nがパケットの受信から応答のためのパケットの送出までの処理時間が共に同一であると仮定したとき、ＧＮＥ装置３０２から遠い通信装置ほどパケットの転送処理に要する時間が余計に掛かるので、遠い通信装置ほど優先順位を上げる必要があるからである。

したがって、監視装置３０１が第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nの個々について警報の発出までの時間を異なったものに定めていたり、第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nのそれぞれの要求パケットの受信から応答パケットの送信までに要する時間が異なるような場合、送信制御部３３３はこれらの事情を考慮して優先順位の変更を行うことができる。

＜発明の第１の変形例＞

図１１は、ネットワークの中継を行うＧＮＥ装置に被監視ネットワークを構成する複数のＮＥ装置がループ状に接続された通信システムを本発明の実施の形態１の第１の変形例として表わしたものである。図５に示したＧＮＥ装置３０２の第１の小通信部３１３₁に接続された第１のポートＰ₁には、第１の被監視ネットワーク３０３の一端に配置された第１のＮＥ装置３０４₁の一端が接続されている。また、ＧＮＥ装置３０２の図示しない第２の小通信部３１３₂に接続された第２のポートＰ₂には、第１の被監視ネットワーク３０３の他端に配置された第ｎのＮＥ装置３０４_nの一端が接続されている。第１のＮＥ装置３０４₁の他端と第ｎのＮＥ装置３０４_nの他端との間には、第２〜第ｎ−１のＮＥ装置３０４₂〜３０４_n-1が数珠繋ぎに接続されており、全体としてループ形状となっている。なお、この「ループ形状」は、各ＮＥ装置３０４が数珠繋ぎに接続されていることからも明らかなように、複数の通信装置が「直列に接続」されている１つの形態である。

このような構成の通信システム３００Ａでは、監視装置３０１が第１の被監視ネットワーク３０３の第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nのいずれかに送出する要求パケットは、ＧＮＥ装置３０２の第１および第２の小通信部３１３₁、３１３₂に入力する。そして、第１の小通信部３１３₁からは第１のＮＥ装置３０４₁を先頭に第ｎのＮＥ装置３０４_nの方向に要求パケットが転送される。また、第２の小通信部３１３₂からは第ｎのＮＥ装置３０４_nを先頭に第１のＮＥ装置３０４₁の方向に同一の要求パケットが転送される。第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nは、いずれかの方向から受信された要求パケットに対して、応答パケットを送出すればよい。

ここで、第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nがパケットの送受信に関してすべて同一の特性を持った通信装置であると仮定し、かつ第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nが共にパケットの転送に関して何らの障害も発生していないものとする。監視装置３０１が第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nに対して行う要求パケットの送出に何らの偏りも発生させていない場合、値「２ｍ」が値「ｎ」に等しいとすると、この通信システム３００Ａは第ｍのＮＥ装置３０４_mと第ｍ＋１のＮＥ装置３０４_m+1の間の伝送路５０１を切断したものと実質的に等しい動作を行う。この場合には、伝送路５０１を切断して、第１の被監視ネットワーク３０３を第１および第２の被監視ネットワークとしてもよい。

しかしながら、ＧＮＥ装置３０２の第１および第２の小通信部３１３₁、３１３₂が図９および図８で説明したように送信バッファ３３４内のパケットの送出順序を変更したり、廃棄パケットやこれに伴う再送パケットが発生するような場合がある。このような場合や第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nの一部の転送経路に障害が発生した場合には、第１の被監視ネットワーク３０３をループ形状でＧＮＥ装置３０２に接続する利点がある。

＜発明の第２の変形例＞

図１２は、本発明の実施の形態１の第２の変形例による通信システムを表わしたものである。図４に示した実施の形態１では通信システム３００に１台のＧＮＥ装置３０２が存在したが、監視装置３０１に直列に第１および第２のＧＮＥ装置３０２₁、３０２₂等の複数の中継装置が接続されていてもよい。この図１２に示した通信システム３００Ｂの例では、第１のＧＮＥ装置３０２₁が監視装置３０１に対しては第１Ａ〜第ｎＡのＮＥ装置３０４Ａ₁〜３０４Ａ_nの送信制御のみならず、図５の大通信部３１２に対応する伝送路５１１に送出される応答パケットについての第１Ｂ〜第ｎＢのＮＥ装置３０４Ｂ₁〜３０４Ｂ_n等の他の被監視ネットワークの送信制御も併せて行うことになる。

なお、図４に示した通信システム３００では、ＧＮＥ装置３０２のみが配下の、あるいは自装置よりも下流方向の複数のＮＥ装置におけるパケットの送信制御を行ったが、これに限定されるものではない。たとえば、図４で第１〜第ｎ−１のＮＥ装置３０４₁〜３０４_n-1が同様に自装置よりも下流側に対してパケットの送出の優先制御を行うことも可能である。

また、図４に示した実施の形態１とは異なり、図５に示した第１〜第ｍの小通信部３１３₁〜３１３_mのそれぞれに独立して第１〜第ｍの被監視ネットワークを配置してもよい。この場合、パケットの送出についての優先順位の管理は第１〜第ｍの小通信部３１３₁〜３１３_mがそれぞれ対応するネットワークに対して行うことになる。

更に、図４に示した実施の形態１では送信バッファの優先順位を変更するための基準としてパケットの再送の有無および再送の回数を採用した。これに限らず、宛先の通信装置が送信バッファ内で偏在しているかどうかを判別の基準としてもよい。

＜発明の第３の変形例＞

図１３は、ネットワーク内の優先順位を変更する本発明の実施の形態１の第３の変形例として、送信バッファ内のパケットのアドレスが偏在している場合の処理の要部を表わしたものである。図１０と対比して説明する。図１０ではそのステップＳ４０２で送信バッファ３３４（図９）内のパケットの容量が所定のしきい値を超過するかどうかを判別した。図１３では、これと同様に送信等のための帯域が枯渇するおそれがあるかどうかをステップＳ６０１で判別する。枯渇のおそれがない場合には（Ｎ）、再び制御の先頭に戻る（リターン）ことになる。

これに対して、帯域が枯渇するおそれがある場合（ステップＳ６０１：Ｙ）、送信バッファ３３４内に特定の宛先のパケットが偏在しているかどうかをチェックする（ステップＳ６０２）。第１〜第ｎのＮＥ装置３０４₁〜３０４_nが宛先の対象となるものとし、この中でたとえば第ｎのＮＥ装置３０４_nを宛先とするパケットが他よりも極端に多かったとする。このような場合は、その通信端末に各種のデータを迅速に処理すべき緊急事態が発生している可能性がある。そこで、このような場合には送信バッファ３３４内における第ｎのＮＥ装置３０４_nのパケット全体の優先順位を上げる処理を行う（ステップＳ６０３）。

以上説明した実施の形態１では監視装置３０１とＮＥ装置３０４の間にＧＮＥ装置３０２が介在した場合を説明したが、他の装置が中継あるいは優先順位の調整装置として介在してもよい。また、通信システムは監視装置３０１とＮＥ装置３０４以外の通信装置で構成されるものであってもよいことは当然である。

本発明の実施の形態における通信システムの構成の概要を表わしたシステム構成図である。本実施の形態における中継装置に接続された通信ネットワークを具体的に表わしたブロック図である。本実施の形態における中継装置の基本的な構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態１として通信システムの構成の概要を具体的に表わしたシステム構成図である。実施の形態１におけるＧＮＥ装置の構成の概要を表わしたブロック図である。実施の形態１における第１のＮＥ装置の構成を表わしたブロック図である。実施の形態１におけるＧＮＥ装置の第１の被監視ネットワークに関係する箇所を具体的に表わしたブロック図である。実施の形態１における第１のＮＥ装置を更に具体的に表わしたブロック図である。実施の形態１におけるＧＮＥ装置の優先制御の原理を示した説明図である。実施の形態１における送信制御部の処理の様子を表わした流れ図である。本発明の第１の変形例でＧＮＥ装置に複数のＮＥ装置がループ状に接続された接続形態の通信システムを示すシステム構成図である。本発明の第２の変形例における通信システムを表わしたシステム構成図である。本発明の第３の変形例におけるネットワーク内の優先順位を変更する制御の要部を表わした流れ図である。監視装置が幾つかの被監視装置と通信を行う本発明に関連する通信システムのシステム構成図である。

符号の説明

２００、３００、３００Ａ、３００Ｂ通信システム
２０１通信ネットワーク
２０２信号要求源
２０３中継装置
３０１監視装置
３０２、３０２₁、３０２₂ ＧＮＥ装置
３０３第１の被監視ネットワーク
３０４、３０４Ａ、３０４ＢＮＥ装置
３１１プロトコル部
３１２大通信部
３１３小通信部
３３３送信制御部
３３４送信バッファ
３３５送信部
３４２ＣＰＵ
３４３メモリ

Claims

互いに信号の転送機能を備えた複数の通信装置が直列に接続されてなる通信ネットワークの一端と接続されるネットワーク接続手段と、
このネットワーク接続手段から前記複数の通信装置のいずれかを宛先として送り出される信号を、その順序を整列して出力するために設けられた先入れ先出し記憶手段と、
この先入れ先出し記憶手段から出力される信号を前記ネットワーク接続手段から順次前記ネットワークに送り出す信号送出手段と、
前記先入れ先出し記憶手段に格納されているそれぞれの信号を前記複数の通信装置と対比しこれらの通信装置に到達されるべき時刻との関係で信号の再配置が必要か否かを判別する再配置要否判別手段と、
この再配置要否判別手段が再配置を必要と判別したとき前記先入れ先出し記憶手段に格納されている信号のうち必要とされる信号の出力順序を必要な範囲で変更する先入れ先出し記憶手段内順序変更手段と、
前記先入れ先出し記憶手段に特定の宛先の信号が偏在しているかを判別する特定宛先偏在判別手段と
を具備し、
前記先入れ先出し記憶手段内順序変更手段は、前記特定宛先偏在判別手段が前記特定の宛先の信号が偏在していると判別したときこれらの信号を早く出力される順序に変更することを特徴とするネットワーク中継装置。
前記再配置要否判別手段は前記信号が再送される信号であるか否かを判別する手段であり、前記先入れ先出し記憶手段内順序変更手段は前記再送される信号であると判別された信号を前記先入れ先出し記憶手段の最も早く出力される順序に変更する手段であることを特徴とする請求項１記載のネットワーク中継装置。
前記再配置要否判別手段は、前記先入れ先出し記憶手段に格納された信号の量が前記ネットワーク接続手段の前記通信ネットワークと接続する伝送路の通信帯域を枯渇させるおそれがあるかを所定のしきい値と比較することにより判別する通信帯域余裕度判別手段を具備することを特徴とする請求項１記載のネットワーク中継装置。
前記互いに信号の転送機能を備えた複数の通信装置が直列に接続されてなる通信ネットワークの一端と接続されるネットワーク接続手段は、更に前記通信ネットワークの他端と接続されており、前記信号送出手段は前記通信ネットワークの一端または他端から前記信号をこのネットワークに送り出すことを特徴とする請求項１記載のネットワーク中継装置。
前記互いに信号の転送機能を備えた複数の通信装置が直列に接続されてなる通信ネットワークの一端と接続されるネットワーク接続手段は複数存在し、それぞれが他の接続手段を介して接続されていることを特徴とする請求項１記載のネットワーク中継装置。
前記通信帯域余裕度判別手段が前記通信ネットワークと接続する伝送路の通信帯域を枯渇させるおそれがあると判別したとき、前記特定宛先偏在判別手段は、前記先入れ先出し記憶手段に特定の宛先の信号が偏在しているかを判別することを特徴とする請求項３記載のネットワーク中継装置。
前記再配置要否判別手段が前記複数の通信装置の２以上について信号の再配置を必要と判別したとき前記通信ネットワークの他端に近い側の通信装置に対応する信号の出力順位を優先する競合時優先出力手段を具備することを特徴とする請求項２または請求項３記載のネットワーク中継装置。
互いに信号の転送機能を備えた複数の通信装置が直列に接続されてなる通信ネットワークと、
この通信ネットワークにおける前記複数の通信装置に対して応答を要求する応答要求信号を随時発生させる信号要求源と、
この信号要求源から出力される応答要求信号を受信する応答要求信号受信手段と、この応答要求信号受信手段の受信した前記応答要求信号を、その順序を整列して出力するために設けられた先入れ先出し記憶手段と、この先入れ先出し記憶手段から出力される応答要求信号を前記通信ネットワークに順次送り出す信号送出手段と、前記先入れ先出し記憶手段に格納されているそれぞれの応答要求信号を前記複数の通信装置と対比しこれらの通信装置に到達されるべき時刻との関係で信号の再配置が必要か否かを判別する再配置要否判別手段と、この再配置要否判別手段が再配置を必要と判別したとき前記先入れ先出し記憶手段に格納されている応答要求信号のうち必要とされる信号の出力順序を必要な範囲で変更する先入れ先出し記憶手段内順序変更手段と、前記先入れ先出し記憶手段に特定の宛先の信号が偏在しているかを判別する特定宛先偏在判別手段と、前記通信ネットワークから前記応答要求信号に応答する応答信号が送られてきたときこれを前記信号要求源に送出する応答信号送出手段とを備えたネットワーク中継装置
とを具備し、
前記先入れ先出し記憶手段内順序変更手段は、前記特定宛先偏在判別手段が前記特定の宛先の信号が偏在していると判別したときこれらの信号を早く出力される順序に変更することを特徴とする通信システム。
前記応答信号送出手段は、前記応答信号を受信する応答信号受信手段と、この応答信号受信手段の受信した前記応答信号を、その順序を整列して出力するために設けられた先入れ先出し記憶手段と、この先入れ先出し記憶手段から出力される応答信号を前記信号要求源に順次送り出す信号送出手段と、前記先入れ先出し記憶手段に格納されているそれぞれの応答信号を前記複数の通信装置と対比しこれらの通信装置から前記信号要求源に到達されるべき時刻との関係で信号の再配置が必要か否かを判別する再配置要否判別手段と、この再配置要否判別手段が再配置を必要と判別したとき前記先入れ先出し記憶手段に格納されている応答信号のうち必要とされる信号の出力順序を必要な範囲で変更する先入れ先出し記憶手段内順序変更手段を具備することを特徴とする請求項８記載の通信システム。
前記信号要求源から送り出された前記応答要求信号に対する前記応答信号の返答までに要求される時間を基準に前記通信装置に到達されるべき時刻と前記信号要求源に到達されるべき時刻が設定されることを特徴とする請求項９記載の通信システム。
互いに信号の転送機能を備えた複数の通信装置が直列に接続されてなる通信ネットワークの前記複数の通信装置のいずれかを宛先として送り出される信号を、その順序を整列して出力するための先入れ先出し記憶手段に順次格納する先入れ先出し記憶手段格納ステップと、
前記先入れ先出し記憶手段に特定の宛先の信号が偏在しているかを判別する特定宛先偏在判別ステップと、
前記先入れ先出し記憶手段格納ステップで格納されたそれぞれの信号を前記複数の通信装置と対比しこれらの通信装置に到達されるべき時刻との関係で信号の再配置が必要か否かを判別する再配置要否判別ステップと、
この再配置要否判別ステップで再配置を必要と判別したとき前記先入れ先出し記憶手段に格納されている信号のうち必要とされる信号の出力順序を必要な範囲で変更する先入れ先出し記憶手段内順序変更ステップと、
前記先入れ先出し記憶手段から出力される信号を前記前記ネットワークに順次送り出す信号送出ステップ
とを具備し、
前記先入れ先出し記憶手段内順序変更ステップは、前記特定宛先偏在判別ステップが前記特定の宛先の信号が偏在していると判別したときこれらの信号を早く出力される順序に変更することを特徴とするネットワーク中継方法。