JP5254172B2 - パケット転送装置 - Google Patents

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本発明は、クロック同期型パケット転送網において、ユーザ装置の周波数公差によるパケット廃棄を防止するパケット転送装置に関する。
近年の通信システムトラフィックは、回線からパケットの比重が大きくなっている。通信事業者の基幹通信網も、SDH網からIP網やイーサネット(登録商標)などのパケット転送網への移行が進みつつある。ただし、移行途中では既存のSDH網とパケット転送網が並存することになり、SDH網によるパケット転送技術とパケット転送網によるSDH信号伝送技術が実用化されつつある。SDH網では、すべての伝送装置は網同期することが前提となっているが、パケット転送網でSDH信号を伝送する場合にもクロックを情報とともに伝送する必要がある。今後パケット転送網の主流となると考えられているイーサネット網では、クロックを転送する技術としてシンクロナスイーサネットが国際標準(ITU-T G.8261など)として規定されており、これらの問題は解決しつつある。この網同期機能を有するパケット転送装置により構成させる網同期型イーサネット網が、通信事業者の基幹網の中心となっていくと考えられている。
一方、通信事業者がパケット転送網へ移行を開始することで、高信頼性を要求するユーザも徐々にSDH網からパケット転送網へと移行し始めているが、これらのユーザは信号の瞬時の断も許容しない。これは、通信事業者の基幹網の途中でパケットが破棄されるようなことは許容できないことを示す。
しかし、従来のクロック同期型パケット転送網におけるパケット転送装置では、たとえパケット転送網側の帯域を十分に確保したとしても、ある条件下ではパケットを破棄することがある。それは、図5に示すように、ユーザ装置の信号周波数f0+Δf1、f0+Δf2が許容される周波数公差の範囲内であるが、通信事業者側の基幹網(クロック同期型パケット転送網)の信号周波数f0±0(網同期であるため、おおむね周波数公差0)よりも高く設定される場合である。たとえば、ユーザ装置の信号がギガビットイーサネットの場合は、規定のクロック周波数1.25GHz±100ppm(125 kHz)の上限の周波数となっていれば、 125kHzだけ基幹網よりも高くなる。そのため、基幹網の入力点(ユーザ側のクロックから基幹網側のクロックへと乗り換える点)で、入力信号の最大通過可能帯域をクロック周波数換算で1.25GHzに設定してあれば、パケット廃棄が発生する可能性がある。
従来のクロック同期型パケット転送網におけるパケット転送装置では、上記のパケット廃棄を回避するために以下に示す2つの課題を解決する必要がある。
図6は、従来のパケット転送装置における2つの課題を示す。ユーザ装置11のクロック周波数はf0+Δf1、ユーザ装置12のクロック周波数はf0+Δf2、パケット転送装置31,32はクロック同期型パケット転送網30の基準クロックの基準周波数f0に同期しているものとする。図6には、それぞれで転送できるパケット量を模式的に示す。
第1の課題は、図6(1) に示すように、ユーザ装置11のクロック周波数f0+Δf1が基準周波数f0よりも公差分Δf1だけ高い周波数である場合に、ユーザ装置11から送信されるパケットは、クロック同期型パケット転送網30の入力点のパケット転送装置31で、基準周波数f0に応じた入力制限がかかり、公差分Δf1に相当するパケットの廃棄が発生することである。
第2の課題は、図6(2) に示すように、クロック同期型パケット転送網30の入力点でパケット廃棄が起きないように、パケット転送装置31で最大公差周波数Δfmaxを考慮した帯域を確保しても、出力端のパケット転送装置32でユーザ装置12と接続するために、基準周波数f0に同期したパケットを出力すると、やはりパケット廃棄が発生することである。
本発明は、ユーザ装置とクロック同期型パケット転送網の周波数公差によるパケット廃棄を防止することができるパケット転送装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、クロック周波数f0+Δf1で動作するユーザ装置から受信するパケット信号を基準周波数f0の基準クロックに同期するクロック同期型パケット転送網に送信し、該クロック同期型パケット転送網から受信するパケット信号をユーザ装置に送信するパケット転送装置において、ユーザ装置から受信するパケット信号のクロック周波数f0+Δf1を検出し、基準周波数f0との差分周波数Δf1を検出し、当該差分周波数Δf1の情報を含む第1の差分信号を生成するユーザ装置側受信手段と、クロック周波数f0+Δf1に対応する帯域を確保し、ユーザ装置側受信手段に受信するパケット信号および第1の差分信号をクロック同期型パケット転送網に送信する網側送信手段と、クロック同期型パケット転送網からパケット信号および差分周波数Δf2の情報を含む第2の差分信号を受信する網側受信手段と、差分周波数Δf2から基準クロックに同期したクロック周波数f0+Δf2を生成し、当該クロック周波数f0+Δf2で網側受信手段に受信したパケット信号をユーザ装置に送信するユーザ装置側送信手段とを備える。
第2の発明は、クロック周波数f0+Δf1で動作するユーザ装置から受信するパケット信号を基準周波数f0の基準クロックに同期するクロック同期型パケット転送網に送信し、該クロック同期型パケット転送網から受信するパケット信号をユーザ装置に送信するパケット転送装置において、パケット信号のクロック周波数f0+Δf1と基準周波数f0との差分周波数Δf1の上限を最大差分周波数Δfmaxとし、ユーザ装置からパケット信号を受信するユーザ装置側受信手段と、クロック周波数f0+Δfmaxに対応する帯域を確保し、ユーザ装置側受信手段に受信するパケット信号をクロック同期型パケット転送網に送信する網側送信手段と、クロック同期型パケット転送網からパケット信号を受信する網側受信手段と、最大差分周波数Δfmaxから基準クロックに同期したクロック周波数f0+Δfmaxを生成し、当該クロック周波数f0+Δfmaxで網側受信手段に受信したパケット信号をユーザ装置に送信するユーザ装置側送信手段とを備える。
第1の発明のパケット転送装置において、パケット転送装置間を接続する通信方式は、IEEE802.1ah PBB−TEまたはITU−T G.8118.1 MPLS−TPとし、パケット転送装置間に経路が固定されたパスを設定して帯域を確保する構成である。
第2の発明のパケット転送装置において、パケット転送装置間を接続する通信方式は、IEEE802.1ah PBB−TEまたはITU−T G.8118.1 MPLS−TPとし、パケット転送装置間に経路が固定されたパスを設定して帯域を確保する構成である。
第1の発明のパケット転送装置において、ユーザ装置側受信手段およびユーザ装置側送信手段と他のパケット転送装置との間にVLANを設定し、パケット転送装置間に経路が固定されたフローを設定して帯域を確保する構成である。
第2の発明のパケット転送装置において、ユーザ装置側受信手段およびユーザ装置側送信手段と他のパケット転送装置との間にVLANを設定し、パケット転送装置間に経路が固定されたフローを設定して帯域を確保する構成である。
第1の発明のパケット転送装置において、パケット転送装置間の帯域を差分周波数Δf1に応じて設定する構成としてもよい。さらに、パケット転送装置間の帯域を差分周波数Δf1の変動に応じて動的に設定する構成としてもよい。
本発明のパケット転送装置は、ユーザ装置のクロック周波数が基準周波数f0よりも高い周波数である場合でも、他のパケット転送装置に転送する際および網側からユーザ装置に送信する際に、ユーザ装置とクロック同期型パケット転送網の周波数公差によるパケット廃棄を防止することができる。
本発明のパケット転送装置の第1の実施例を示す図である。 本発明の第1の実施例におけるパケット転送装置21の構成例を示す図である。 本発明のパケット転送装置の第2の実施例を示す図である。 本発明の第2の実施例におけるパケット転送装置23の構成例を示す図である。 クロック同期型パケット転送網の構成例を示す図である。 従来のパケット転送装置における2つの課題を説明する図である。
(第1の実施例)
図1は、本発明のパケット転送装置の第1の実施例を示す。本実施例は、図6(1),(2) に示す第1の課題および第2の課題に対する第1の解決法を示す。
図1において、ユーザ装置11のクロック周波数はf0+Δf1、ユーザ装置12のクロック周波数はf0+Δf2であり、クロック同期型パケット転送網20の基準クロックの基準周波数f0よりそれぞれΔf1、Δf2だけ高く設定されている。ここでは、ユーザ装置11から送信されたパケット信号をクロック同期型パケット転送網20のパケット転送装置21で受信し、パケット転送装置21からパケット転送装置22に転送し、パケット転送装置22からユーザ装置12に送信する場合について示すが、ユーザ装置12からユーザ装置11に送信する場合についても同様である。
ユーザ装置11に接続するパケット転送装置21は、ユーザ装置11から送信されたパケット信号のクロック周波数f0+Δf1と基準周波数f0との差分周波数Δf1を検出し、当該差分周波数Δf1の情報を含む差分信号をクロック同期型パケット転送網20を介してパケット転送装置22に転送する。また、パケット転送装置21は、入力するパケット信号のクロック周波数f0+Δf1に対応する帯域を確保し、当該パケット信号をクロック同期型パケット転送網20を介してパケット転送装置22に転送する。パケット転送装置22は、差分周波数Δf1の情報を含む差分信号を受信し、基準クロックに同期したクロック周波数f0+Δf1のクロック信号を生成し、パケット転送装置21から転送されたパケット信号をユーザ装置12に送信する。これにより、ユーザ装置11から送信されたパケット信号をパケット転送装置21,22を介してユーザ装置12に転送する過程でのパケット廃棄を防止することができる。
なお、ユーザ装置11の周波数公差Δf1と、ユーザ装置12の周波数公差Δf2について、Δf1≦Δf2であればユーザ装置12でのパケット廃棄は生じないが、Δf1>Δf2であればユーザ装置12でのパケット廃棄が生じる。ただし、本発明はクロック同期型パケット転送網20のパケット転送装置21,22でのパケット廃棄を防止することが目的であり、ユーザ装置12でのパケット廃棄は関知しない。
図2は、本発明の第1の実施例におけるパケット転送装置21の構成例を示す。
図2において、パケット転送装置21は、ユーザ装置との信号送受信処理を行うユーザ装置側インタフェース部40−1,40−2と、クロック同期型パケット転送網20のパケット転送装置との信号送受信処理を行う網側インタフェース部50と、ユーザ装置側インタフェース部40−1,40−2と網側インタフェース部50とを接続するパケットスイッチ部(SW)61と、パケット転送装置21を制御する監視制御部62、各インタフェース部に基準クロックを供給する基準クロック部63とを備える。なお、基準クロック部63は、図6に示すクロック供給装置から直接入力するか、クロック供給装置に接続されるパケット転送装置を介して入力する基準周波数f0のクロック信号に同期した基準クロックを生成する構成である。
ここで、本実施例のユーザ装置側インタフェース部40−1,40−2は、請求項1に記載のユーザ装置側受信手段およびユーザ装置側送信手段に相当する。本実施例の網側インタフェース部50は、請求項1に記載の網側送信手段および網側受信手段に相当する。
ユーザ装置側インタフェース部40−1は、ユーザ装置からパケット信号を入力する光/電気変換部(O/E)41、入力するパケット信号のクロック周波数f0+Δf1を検出するクロック制御部(CDR:Clock Data Recovery )42、パケット信号のクロック周波数f0+Δf1と基準クロック部63の基準周波数f0との差分周波数Δf1を検出して監視制御部62に通知する周波数比較部43、基準クロックと監視制御部62から差分周波数Δf2を入力してクロック周波数f0+Δf2のクロック信号を生成するクロック生成部44、ユーザ装置への送信に用いるクロック周波数f0+Δf2を設定するCDR45、ユーザ装置にパケット信号を送信する電気/光変換部(E/O)46により構成される。
網側インタフェース部50は、基準クロック部63から基準周波数f0の基準クロックを入力し、監視制御部62から差分周波数Δf1の情報を含む差分信号を入力し、クロック周波数f0+Δf1に対応する帯域を確保してパケット信号および差分周波数Δf1の情報を含む差分信号を隣接するパケット転送装置に送信するCDR51およびE/O52、隣接するパケット転送装置からパケット信号および差分周波数Δf2の情報を含む差分信号を受信し、差分信号を監視制御部62に出力するO/E53およびCDR54により構成される。
本実施例のパケット転送装置21は、ユーザ装置側インタフェース部40−1に入力するパケット信号のクロック周波数f0+Δf1に応じて受信処理を行い、基準周波数f0との差分周波数Δf1を検出して監視制御部62に通知する。監視制御部62は、この差分周波数Δf1の情報を含む差分信号を網側インタフェース部50に出力し、網側インタフェース部50から隣接するパケット転送装置に転送する。また、パケット転送装置21は、入力するパケット信号のクロック周波数f0+Δf1に対応する帯域を確保して当該パケット信号を隣接するパケット転送装置に転送する。一方、網側インタフェース部50は、隣接するパケット転送装置から転送される差分周波数f0+Δf2の情報を含む差分信号を受信し、監視制御部62に通知する。監視制御部62は、この差分周波数Δf2をユーザ装置側インタフェース部40−1に通知し、パケット転送装置21からユーザ装置に送信するパケット信号をクロック周波数f0+Δf2で処理する。
(第2の実施例)
図3は、本発明のパケット転送装置の第2の実施例を示す。本実施例は、図6(1),(2) に示す第1の課題および第2の課題に対する第2の解決法を示す。
図3において、ユーザ装置11のクロック周波数はf0+Δf1、ユーザ装置12のクロック周波数はf0+Δf2であり、クロック同期型パケット転送網20の基準クロックの基準周波数f0よりそれぞれΔf1、Δf2だけ高く設定されている。ここでは、ユーザ装置11から送信されたパケット信号をクロック同期型パケット転送網20のパケット転送装置23に入力し、パケット転送装置23からパケット転送装置24に転送し、パケット転送装置23からユーザ装置12に送信する場合について示すが、ユーザ装置12からユーザ装置11に送信する場合についても同様である。
ユーザ装置11に接続するパケット転送装置23は、入力するパケット信号の最大周波数公差Δfmaxを含むクロック周波数f0+Δfmaxに対応する帯域を確保し、当該パケット信号をクロック同期型パケット転送網20を介してパケット転送装置22に転送する。パケット転送装置22は、最大周波数公差Δfmaxに応じて、基準クロックに同期したクロック周波数f0+Δfmaxのクロック信号を生成し、パケット転送装置22から転送されたパケット信号をユーザ装置12に送信する。これにより、ユーザ装置11から送信されたパケット信号をパケット転送装置23,24を介してユーザ装置12に転送する過程でのパケット廃棄を防止することができる。
なお、本実施例においてもユーザ装置12でのパケット廃棄については第1の実施例と同様である。
図4は、本発明の第2の実施例におけるパケット転送装置23の構成例を示す。
図4において、パケット転送装置23は、ユーザ装置との信号送受信処理を行うユーザ装置側インタフェース部40−1,40−2と、クロック同期型パケット転送網20のパケット転送装置との信号送受信処理を行う網側インタフェース部50と、ユーザ装置側インタフェース部40−1,40−2と網側インタフェース部50とを接続するパケットスイッチ部(SW)61と、パケット転送装置21を制御する監視制御部62、各インタフェース部に基準クロックを供給する基準クロック部63とを備える。なお、基準クロック部63は、図6に示すクロック供給装置から直接入力するか、クロック供給装置に接続されるパケット転送装置を介して入力する基準周波数f0のクロック信号に同期した基準クロックを生成する構成である。
ここで、本実施例のユーザ装置側インタフェース部40−1,40−2は、請求項2に記載のユーザ装置側受信手段およびユーザ装置側送信手段に相当する。本実施例の網側インタフェース部50は、請求項2に記載の網側送信手段および網側受信手段に相当する。
ユーザ装置側インタフェース部40−1は、ユーザ装置からパケット信号を入力するO/E41およびCDR42、基準クロックと監視制御部62から最大公差周波数Δfmaxを入力してクロック周波数f0+Δfmaxのクロック信号を生成するクロック生成部44、ユーザ装置への送信に用いるクロック周波数f0+Δfmaxを設定するCDR45、ユーザ装置にパケット信号を送信するE/O46により構成される。
網側インタフェース部50は、基準クロック部63から基準周波数f0の基準クロックを入力し、最大公差周波数Δfmaxに応じたクロック周波数f0+Δfmaxに対応する帯域を確保してパケット信号を隣接するパケット転送装置に送信するCDR51およびE/O52、隣接するパケット転送装置からパケット信号を受信するO/E53およびCDR54により構成される。
本実施例のパケット転送装置23は、ユーザ装置側インタフェース部40−1に入力するパケット信号のクロック周波数f0+Δf1に応じて受信処理を行い、最大公差周波数Δfmaxを考慮したクロック周波数f0+Δfmaxに対応する帯域を確保して当該パケット信号を隣接するパケット転送装置に転送する。また、パケット転送装置23のユーザ装置側インタフェース部40−1は、最大公差周波数Δfmaxを考慮したクロック周波数f0+Δfmaxを設定し、隣接するパケット転送装置から転送されたパケット信号をユーザ装置に送信する。
(他の実施例)
第1の実施例および第2の実施例において、パケット転送装置間を接続する通信方式は、IEEE802.1ah PBB−TE(Provider Backbone Bridging - Traffic Engineering)またはITU−T G.8118.1 MPLS−TP(Multiprotocol Label Switching - Transport Profile)であってもよい。これらの通信方式では、パケットで従来のSDHと同様の経路が固定されたパスを張り、SDHと同等の信頼性を確保することができる。
また、第1の実施例および第2の実施例において、ユーザ装置側インタフェース部ごとに、他のパケット通信装置との間にVLAN(Virtual Local Area Network) を設定して帯域を確保するようにしてもよい。VLANは、イーサネットスイッチにおいて、PBB−TEやMPLS−TPと同様のパスの概念であるフローを構築するものである。
また、第1の実施例において、PBB−TEやMPLS−TPでパスを設定する場合、VLANでフローを構築する場合に、他のパケット転送装置との間の帯域として、入力信号のクロック周波数f0+Δf1と基準周波数f0との差分周波数Δf1に対応する分だけ拡大してパケット廃棄が生じないように設定してもよい。
さらに、他のパケット転送装置との間の帯域を差分周波数Δf1に応じて動的に変更するようにしてもよい。例えば、パケット転送装置のパケットスイッチ部(図2,61)に備わっているポリシング機能部・シェーピング機能部によってパスの帯域を制御することができる。1GbpsEthernet (登録商標)の場合、元の信号は1GHzであるが、8B/10B符号化によりクロックレートは1.25GHz(=1×(10/8))となる。最大公差周波数 125kHzで入力された場合1.250125GHzとなり、これを帯域で換算すると 100kbps 増加して1.0001Gbps となる。この 100kbps 増加分をポリシング機能部・シェーピング機能部へ登録することにより、1.0001Gbps 分の帯域を確保することができる。差分周波数は、常に測定しており、差分周波数が変化すれば、その分の帯域だけポリシング機能部・シェーピング機能部に再度登録することにより、動的に帯域を確保することができる。
11,12 ユーザ装置
20,30 クロック同期型パケット転送網
21,22,23,24,31,32 パケット転送装置
41,53 光/電気変換部(O/E)
42,45,51,54 クロック制御部(CDR:Clock Data Recovery )
43 周波数比較部
44 クロック生成部
46,52 電気/光変換部(E/O)
61 パケットスイッチ部(SW)
62 監視制御部
63 基準クロック部

Claims (8)

  1. クロック周波数f0+Δf1で動作するユーザ装置から受信するパケット信号を基準周波数f0の基準クロックに同期するクロック同期型パケット転送網に送信し、該クロック同期型パケット転送網から受信するパケット信号を前記ユーザ装置に送信するパケット転送装置において、
    前記ユーザ装置から受信するパケット信号のクロック周波数f0+Δf1を検出し、前記基準周波数f0との差分周波数Δf1を検出し、当該差分周波数Δf1の情報を含む第1の差分信号を生成するユーザ装置側受信手段と、
    前記クロック周波数f0+Δf1に対応する帯域を確保し、前記ユーザ装置側受信手段に受信する前記パケット信号および前記第1の差分信号を前記クロック同期型パケット転送網に送信する網側送信手段と、
    前記クロック同期型パケット転送網からパケット信号および差分周波数Δf2の情報を含む第2の差分信号を受信する網側受信手段と、
    前記差分周波数Δf2から前記基準クロックに同期したクロック周波数f0+Δf2を生成し、当該クロック周波数f0+Δf2で前記網側受信手段に受信したパケット信号を前記ユーザ装置に送信するユーザ装置側送信手段と
    を備えたことを特徴とするパケット転送装置。
  2. クロック周波数f0+Δf1で動作するユーザ装置から受信するパケット信号を基準周波数f0の基準クロックに同期するクロック同期型パケット転送網に送信し、該クロック同期型パケット転送網から受信するパケット信号を前記ユーザ装置に送信するパケット転送装置において、
    前記パケット信号のクロック周波数f0+Δf1と前記基準周波数f0との差分周波数Δf1の上限を最大差分周波数Δfmaxとし、
    前記ユーザ装置からパケット信号を受信するユーザ装置側受信手段と、
    前記クロック周波数f0+Δfmaxに対応する帯域を確保し、前記ユーザ装置側受信手段に受信する前記パケット信号を前記クロック同期型パケット転送網に送信する網側送信手段と、
    前記クロック同期型パケット転送網からパケット信号を受信する網側受信手段と、
    前記最大差分周波数Δfmaxから前記基準クロックに同期したクロック周波数f0+Δfmaxを生成し、当該クロック周波数f0+Δfmaxで前記網側受信手段に受信したパケット信号を前記ユーザ装置に送信するユーザ装置側送信手段と
    を備えたことを特徴とするパケット転送装置。
  3. 請求項1に記載のパケット転送装置において、
    前記パケット転送装置間を接続する通信方式は、IEEE802.1ah PBB−TE(Provider Backbone Bridging - Traffic Engineering)またはITU−T G.8118.1 MPLS−TP(Multiprotocol Label Switching - Transport Profile)とし、前記パケット転送装置間に経路が固定されたパスを設定して帯域を確保する構成である
    ことを特徴とするパケット転送装置。
  4. 請求項2に記載のパケット転送装置において、
    前記パケット転送装置間を接続する通信方式は、IEEE802.1ah PBB−TE(Provider Backbone Bridging - Traffic Engineering)またはITU−T G.8118.1 MPLS−TP(Multiprotocol Label Switching - Transport Profile)とし、前記パケット転送装置間に経路が固定されたパスを設定して帯域を確保する構成である
    ことを特徴とするパケット転送装置。
  5. 請求項1に記載のパケット転送装置において、
    前記ユーザ装置側受信手段および前記ユーザ装置側送信手段と他のパケット転送装置との間にVLAN(Virtual Local Area Network) を設定し、前記パケット転送装置間に経路が固定されたフローを設定して帯域を確保する構成である
    ことを特徴とするパケット転送装置。
  6. 請求項2に記載のパケット転送装置において、
    前記ユーザ装置側受信手段および前記ユーザ装置側送信手段と他のパケット転送装置との間にVLAN(Virtual Local Area Network) を設定し、前記パケット転送装置間に経路が固定されたフローを設定して帯域を確保する構成である
    ことを特徴とするパケット転送装置。
  7. 請求項3または請求項5に記載のパケット転送装置において、
    前記パケット転送装置間の帯域を前記差分周波数Δf1に応じて設定する構成である
    ことを特徴とするパケット転送装置。
  8. 請求項3または請求項5に記載のパケット転送装置において、
    前記パケット転送装置間の帯域を前記差分周波数Δf1の変動に応じて動的に設定する構成である
    ことを特徴とするパケット転送装置。
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