JP5354574B2

JP5354574B2 - パケット通信制御装置及びパケット通信制御方法

Info

Publication number: JP5354574B2
Application number: JP2008280126A
Authority: JP
Inventors: 哲青木; 幸三山脇; 博敬大畑
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone West Corp; Nippon Telegraph and Telephone East Corp
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone West Corp; Nippon Telegraph and Telephone East Corp
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2028-10-30
Also published as: JP2010109736A

Description

本発明は、インタネット等の高速広帯域データ通信ネットワークにおいて、通信品質（ＱｏＳ：Ｑuality of Ｓervice）を保証する技術に関し、特に、異なる通信品質規定（以下、ＱｏＳポリシー）を有するネットワーク間で実現するべきＱｏＳポリシーを変換するパケット通信制御装置及びパケット通信制御方法に関する。

近年の高速広帯域データ通信ネットワークにおいては、契約者の契約レベルに応じて、パケットロス率、遅延、ジッタなどのサービス品質レベルを保証する優先制御を行う方法（Differentiated Service：ＤＳ）が提案されている。ＤＳのネットワークは、転送するパケット種別毎にマーキング値による優先度を付与することで、優先度に応じた送信タイミングの制御や優先度に応じた送信順により受信パケットの転送を行うものである。

ネットワーク間でのパケットの転送については、各パケットのＩＰヘッダの宛先ＩＰアドレスにしたがってパケットの転送処理が行われる。

ＱｏＳが保証されたネットワークによれば、パケットの種別と、パケットの優先度と、優先度判定のためにパケットに書き込むマーキング値及びマーキング種別（ＤＳＣＰ、ＣｏＳ等）との関係を、実現するべきＱｏＳポリシーとして一意に定めている。

ＱｏＳが保証されたネットワークの各パケット中継機器は、ＱｏＳポリシーに従ってパケット種別から対応する優先度及びマーキング値を決定し、優先制御およびマーキング（マーキング値をパケットに書き込む）を行うことで、全通信区間において期待するＱｏＳが実現されるように制御することが行われる。

ここで、いずれかのパケット中継機器において、ＱｏＳポリシーに違反する値で優先制御もしくはマーキングが行われた場合、期待するＱｏＳを保証できない弊害、すなわち、高優先と規定したパケットが、低優先と規定したパケットよりも高確率で廃棄されるという現象が発生する場合がある。

したがって、ネットワーク間におけるＱｏＳを厳密に保証するには、ネットワークに設置する全てのパケット中継装置に対して、同一のＱｏＳポリシーを適用することが必要である。

その一方で、全てのパケット中継装置に同一のＱｏＳポリシーを適用した場合、個々のユーザーが運用するローカルネットワークに対して、独自のＱｏＳポリシーを適用することができず、ユーザーの自由度が損なわれるという問題が生じる。

上記２つの問題を解決する方法として、ＱｏＳポリシーが異なるネットワークにパケットを転送する際に、特許文献１に示されるような送信パケットに別の優先度情報を付与したり、送信パケットのマーキング値を変換する方法が提案されている。これらの方法によれば、パケットポリシーを変更することで、転送前は転送元ネットワークのＱｏＳポリシーに、転送後は転送先ネットワークのＱｏＳポリシーにしたがってパケットの優先制御を行うことができる。
特開平１１−１５０５６５号公報

しかしながら、上記方法による場合、マーキング値の変換条件、即ち、変換対象パケットに関する情報（ＩＰアドレス、ポート番号等）と、変換後のマーキング値とを、ユーザー自身が事細かに設定する必要があり煩雑であるという問題があった。また、それらの設定を記録するには、メモリソースを大量に消費するという問題もあった。

本発明は、上記実情に鑑みて提案されたもので、異なるＱｏＳポリシーを有するネットワーク間でパケットポリシーを変換するに際して、パケットに付与されるマーキング値の変換を効率的に行うことを可能としたパケット通信制御装置及びパケット通信制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明は、異なるＱｏＳポリシーを有するネットワーク間でのパケット転送においてパケットポリシーを変換するパケット通信制御装置であって、次の構成を含むことを特徴としている。
受信パケットに付与されたマーキング値から受信パケットの種別を判定し、転送先のＱｏＳポリシーに基づいて前記受信パケット種別毎に転送後のマーキング値をリマーク値として決定する分類手段。
前記分類手段が決定した優先度に応じて転送する優先制御手段。
前記受信パケットのマーキング値を前記分類手段が決定したリマーク値に書き換える書換手段。

そして、前記パケット通信制御装置における分類手段は、受信パケットの種別毎にマーキング値と、ＱｏＳポリシーが同一のネットワークであるか否かという基準から「同種」と「異種」を定義し、前記同種間又は異種間におけるネットワークの転送方向、優先度及びリマーク値との関連付けを行う分類テーブルを有することを特徴としている。

本発明のパケット通信制御方法は、次の各手順を含むことを特徴としている。
ＱｏＳポリシーが同一のネットワークであるか否かという基準から「同種」と「異種」を定義し、受信パケットに付与されている宛先ＩＰアドレスからパケットの前記同種間又は異種間におけるネットワークの転送方向を特定する転送方向特定手順。
前記転送方向及びマーキング値から優先度及びリマーク値を特定する転送先情報特定手順。
前記受信パケットのマーキング値を前記リマーク値に書き換えるとともに、前記優先度に応じて受信パケットの送信処理を行う送信手順。

本発明によれば、パケットの転送方向とマーキング値の２種類の情報だけを使用して転送パケットの優先度とリマーク値を決定できるため、パケット種別を識別するための詳細な設定（ＩＰアドレス、ポート番号など）を行うことなく、転送先ネットワークのＱｏＳポリシーに沿った優先制御およびマーキング値の書き換えを行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明が適用されるＩＰボタン電話装置１００の主要部の構成を示したブロック図であり、ここでは、本発明の説明に不要な構成は図示が省略されている。

このＩＰボタン電話装置１００は、外線としてアナログ回線、ナンバーディスプレイ契約回線、網番号ダイヤルイン回線、アナログ専用線、デジタル専用線およびISDN回線などのレガシー（従来型・旧型）外線のみならず、アナログ専用回線、VoIP回線、NGN (next generation network：次世代ネットワーク)回線を利用できる。また、内線端末として一般アナログ端末、ISDN端末、ホテルフォンおよびFAXなどのレガシー端末のみならず、デジタルボタン電話機やIP電話機などのIP端末を収容し、各外線と各内線端末との間の通信を制御する。

ＩＰボタン電話装置１００において、主制御ユニットCCU (Central Control Unit)１は、システム全体を制御する。TDM制御ユニットTCCU２は、各レガシー端末とIP網との間および各レガシー外線とIP端末との間で時分割多重化通信(TDM)を制御する。カスタマエッジユニットCEU (Customer Edge Unite)３は、音声データと制御データとを多重化してIP通信を行う高速ブロードバンドルータとしての機能を備える。音声変換ユニットVCU (Voice Conversion Unit)４は、音声データを高ビットレートの高音質データまたは低ビットレートの標準音質データに変換する。

前記TCCU２には、ファックス端末８１、ホテルフォン端末８２、デジタルボタン電話機８３、単体電話機８４などのレガシー端末、および一般外線、ISDNネット回線、デジタル専用線、アナログ専用線などのレガシー外線が、各種の専用インタフェースおよびTDM通信用のTDMバス５を介して接続されている。前記TDMバス５は、制御データを送受信するDチャネルおよび音声信号を送受信するBチャネルを備える。

前記CCU１とTCCU２とは音声用LAN８および制御用LAN９の２本のLANで接続されている。CCU１とCEU３およびVCU４とは制御用LANで接続されている。前記CCU１には更に、保守用LAN１０を介して保守用コンピュータ９５が接続されると共に、IP内線LAN６を介してHUB７が接続されている。前記HUB７には、専用インタフェースを介してIP電話機９１や音声会議装置９２が接続され、無線アクセスポイント(AP)にはIPコードレスフォン９３が収容され、さらにソフトフォン９４のアプリケーションが実装されたコンピュータが接続されている。

前記CCU１は、CPU１１、DDR メモリ（RAM）１２、フラッシュメモリ１３、パケット転送の制御に特化した専用チップ１４、挿抜自在のコンパクトフラッシュ(登録商標)（CF）メモリ１５およびレイヤ2(L2)スイッチ１６を主要な構成としている。
前記TCCU２は、CPU２１、DDR メモリ２２、フラッシュメモリ２３、ファイ(PHY)２４、前記Bチャネルを制御するハイウエイスイッチ２５、前記Dチャネルを制御するDch制御信号通信チップ２６およびDSP(Digital Signal Processor)２７を主要な構成としている。前記PHY２４は、Ethernet(登録商標)(図示せず)の物理層を制御するLSIである。

前記CEU３は、CPU３１、DDRメモリ３２、フラッシュメモリ３３、パケット転送の制御に特化した専用チップ３４およびL2スイッチ３５を主要な構成としている。VCU４は、CPU４１、DDRメモリ４２、フラッシュメモリ４３、L2スイッチ４４およびDSP４５を主要な構成としている。DSP４５は、音声情報を高品質から標準音質への変換、若しくはその逆の変換を行う。

このように、本実施形態ではCCU１、TCCU２、CEU３およびVCU４のそれぞれにCPU１１，２１，３１，４１を分散配置することで負荷分散を実現すると共に、CCU１およびCEU３には更に、パケット転送に特化した専用チップ１４，３４を搭載することでCPUにおけるパケット転送の処理を軽減し、更なる負荷分散を実現している。

このような構成において、レガシー端末（例えば、単体電話機８４）がNGN経由で発着信した場合、レガシー端末とTCCU２との間ではPCM変換された音声信号がTDMバス５上で時分割多重化通信により送受信される。TCCU２とCCU１との間にはIPセッションが確立され、このIPセッションにおいて音声信号のデータパケットが交換される。CEU３では前記L2スイッチ３５によりNGNが選択されており、CCU１およびCEU３は、それぞれの専用チップ１４，３４を利用してパケットを交換する。

また、IP端末がレガシー外線（例えば、ISDNネット）経由で発着信した場合は、TDMバス５，TCCU２，CCU１およびHUB７を介してデータが送受信される。さらに、IP端末がNGN経由で発着信した場合は、CEU３，CCU１およびHUB７を介してデータが送受信される。

本発明のパケット通信制御装置は、図１におけるCCU１又はCEU３内に適用されるものであり、その詳細な構成について、図２〜図４を参照しながら説明する。CEU３は回線数が多数である場合にCCU１に加えて接続されるものであり、ＩＰボタン電話装置１００がCCU１のみで構成される場合には本発明のパケット通信制御装置はCCU１内に、ＩＰボタン電話装置１００がCCU１及びCEU３で構成される場合には本発明のパケット通信制御装置はCEU３内に適用される。

図２に、ネットワークインタフェースが２つ有る場合のパケット通信制御装置１１０の機能構成を示す。図１との対応では、パケット通信制御装置１１０は、CCU１内の専用チップ１４又はCEU３内の専用チップ３４で実現されるものである。
パケット通信制御装置１１０は、異なるＱｏＳポリシーを有するネットワーク間でのパケット転送においてパケットポリシーを変換するものであり、パケットの送受信を行うＷＡＮ側のネットワークインタフェース１１１，ＬＡＮ側のネットワークインタフェース１１２と、各ネットワークインタフェース１１１，１１２に接続してパケットを受信し送信するに際してパケットのＩＰヘッダやＶＬＡＮタグに付与されたマーキング値のリマーク値を決定する分類手段１１３と、パケットの転送順を制御して送信処理を行う優先制御手段１１４と、前記リマーク値への書き換えを行う書換手段１１５を備えて構成している。

パケットの送受信を行うためのＷＡＮ側のネットワークインタフェース１１１，ＬＡＮ側のネットワークインタフェース１１２は、図１においては接続線１０２，１０３，１０４に接続している。すなわち、ＩＰボタン電話装置１００がCCU１及びCEU３で構成される場合は、ＷＡＮ側のネットワークインタフェース１１１が接続線１０３に、ＬＡＮ側のネットワークインタフェース１１２が接続線１０４に接続し、ＩＰボタン電話装置１００がCCU１のみで構成される場合は、ＷＡＮ側のネットワークインタフェース１１１が接続線１０４に、ＬＡＮ側のネットワークインタフェース１１２が接続線１０２（６）に接続することで、ＨＵＢ７に接続されるＬＡＮ側及びＩＰ網に接続されるＷＡＮ側に対してパケットを送受信可能なように構成されている。

分類手段１１３は、受信パケットに付与されたマーキング値から受信パケットの種別を判定し、転送先のＱｏＳポリシーに基づいて受信パケット種別毎に転送後のマーキング値をリマーク値として決定するものである。
パケットの種別には、例えば音声、映像、制御信号、データが存在し、ＷＡＮ又はＬＡＮにおけるＱｏＳポリシーに基づいて優先度が定められている。すなわち、この例の場合図２に示すように、ＷＡＮ側におけるＱｏＳポリシーでは、音声、映像、制御信号、データの順に、優先度が高く設定され、順にマーキング値「４６」「３２」「８」「０」が割り当てられるようになっている。また、ＬＡＮ側におけるＱｏＳポリシーでは、制御信号、音声、映像、データの順に、優先度が高く設定され、順にマーキング値「４６」「３２」「８」「０」が割り当てられるようになっている。

マーキング値「４６」「３２」「８」「０」は、それぞれ優先度としての「最高優先」「高優先」「優先」「ベストエフォート」を区別するために付与されるものであり、「４６」や「８」の数値自体には特に意味がないものである。
また、各パケットのＩＰヘッダ又はＶＬＡＮタグには、種別に応じた優先度に対応するマーキング値が付与されている。ＩＰヘッダとＶＬＡＮタグのどちらにマーキング値等が付与されているかは、ネットワークのＱｏＳポリシーにより任意に決められている。

そして、受信パケット種別毎に決定される転送後のマーキング値（リマーク値）は、予め定められた分類テーブル１１６に基づいて決められる。分類テーブル１１６では、図３および図４に示すように、受信パケットの種別毎にマーキング値と転送方向、優先度及びリマーク値とが関連付けされている。
すなわち、分類テーブルの各構成要素の各項目（フィールド）は、転送方向毎かつパケット種別毎に、予め次のように設定されている。
フィールド「転送方向」は、対象とするパケット種別に関して、起こりうる全パターン「ＬＡＮ→ＷＡＮ」「ＬＡＮ→ＬＡＮ」「ＷＡＮ→ＬＡＮ」「ＷＡＮ→ＷＡＮ」をそれぞれ設定する。
フィールド「マーキング値」は、対象とするパケット種別に関して、転送元ネットワークのＱｏＳポリシーが規定するマーキング値を設定する。
フィールド「優先度」は、対象とするパケット種別に関して、転送先ネットワークのＱｏＳポリシーが規定する優先度を設定する。
フィールド「リマーク値」は、対象とするパケット種別に関して、転送先ネットワークのＱｏＳポリシーが規定するマーキング値を設定する。

優先制御手段１１４は、受信パケットに対して分類手段１１３が決定した優先度に応じて（受信パケットの転送順を）優先制御するものである。すなわち、分類手段１１３が決定した優先度が与えられたパケットはバッファメモリ１７内の前記した４段階の優先度「最高優先」「高優先」「優先」「ベストエフォート」に応じたキュー１７ａ，キュー１７ｂ，キュー１７ｃ，キュー１７ｄにそれぞれ一時的に格納され、優先制御手段１１４により順次呼び出されて送信される。この時、複数のキューに優先度が異なるパケットが格納されている状態が生じた場合には、優先制御手段１１４により優先度が高いパケットを呼び出して送信処理が行われる。

書換手段１１５は、パケットを送信するに際して、受信パケットのＩＰヘッダ又はＶＬＡＮタグに付与されているマーキング値を分類手段１１３が決定したリマーク値に書き換えることでパケットポリシーを変換し、ＷＡＮ側のネットワークインタフェース１１１又はＬＡＮ側のネットワークインタフェース１１２を介して宛先ＩＰアドレスへ送信が行われる。

次に、上記構造のパケット通信制御装置によるパケットの通信制御の手順について、図５〜図７を参照しながら説明する。

パケット通信制御装置１１０の分類手段１１３が、ネットワークインタフェース１１１又はネットワークインタフェース１１２を介してパケットを受信すると、パケットに付与されている宛先ＩＰアドレスから転送先インタフェースがＷＡＮ側のネットワークインタフェース１１１であるかＬＡＮ側のネットワークインタフェース１１２であるかを特定し、パケットの転送方向が「ＬＡＮ→ＷＡＮ」「ＬＡＮ→ＬＡＮ」「ＷＡＮ→ＬＡＮ」「ＷＡＮ→ＷＡＮ」のいずれであるかを決定する（ステップ２０１）。

次に、転送元Ｎ／Ｗ（ネットワーク）のマーキング種別がＤＳＣＰであるかＣｏＳであるかを判断する（ステップ２０２）。
転送元Ｎ／Ｗ（ネットワーク）のマーキング種別がＤＳＣＰであればＩＰヘッダのフィールドＤＳＣＰを参照し（ステップ２０３）、ＣｏＳであればＶＬＡＮタグのフィールドＣｏＳを参照して（ステップ２０４）、転送元のマーキング値を決定することで、パケットの種別を判断する（ステップ２０５）。
分類テーブルを参照し（ステップ２０６）、転送方向・マーキング値からパケットの種別に対する転送先のＱｏＳポリシーに応じた優先度・リマーク値を決定する（ステップ２０７）。
以上の処理が分類手段１１３で行われる。

続いて、優先制御手段１１４において、優先度に応じたキューに受信パケットを格納し（ステップ２１１）、高優先度のキューに格納されたパケットを優先的に送信する（ステップ２１２）。

次に、書換手段１１５において、送信先Ｎ／Ｗ（ネットワーク）のマーキング種別がＤＳＣＰであるかＣｏＳであるかを判断し（ステップ２２１）、送信先Ｎ／Ｗ（ネットワーク）のマーキング種別がＤＳＣＰであればＩＰヘッダのフィールドＤＳＣＰのマーキング値を書き換え（ステップ２２２）、ＣｏＳであればＶＬＡＮタグのフィールドＣｏＳのマーキング値を書き換える（ステップ２２３）。
この時、転送元と送信先のＮ／Ｗ（ネットワーク）のマーキング種別が異なる場合には、転送元のＮ／Ｗ（ネットワーク）のマーキング種別に付与された情報の全部又は一部を消去する処理を行っても良い。

送信先のＱｏＳポリシー（パケット種別による優先度）は、ユーザーにより自由に設定することができる。ＱｏＳポリシーが変更されると、分類テーブルの各構成要素の各フィールドは、前項目のルールに従うように、設定値が自動的に変更される。

上記の例では、ＱｏＳポリシーが異なるネットワークがＷＡＮ、ＬＡＮの２つある場合について説明したが、３つ以上の複数が存在しても良い。

上述したパケット制御装置１１０によれば、転送方向とマーキング値の２種類の情報だけを使用して転送パケットの優先度とリマーク値を決定できるため、パケット種別を識別するための詳細な設定（ＩＰアドレス、ポート番号など）を行うことなく、転送先ネットワークのＱｏＳポリシーに沿った優先制御およびマーキング値の書き換えを行うことができる。

本発明が適用されるＩＰボタン電話装置のブロック図である。本発明のパケット通信制御装置の機能構成を説明するためのブロック図である。（ａ）（ｂ）は、ＷＡＮ側及びＬＡＮ側のＱｏＳポリシーの一例をそれぞれ示す表である。パケット通信制御装置の分類手段で使用する分類テーブルの設定例を示す表である。パケット通信制御装置の分類手段により処理手順を説明するためのフローチャート図である。パケット通信制御装置の優先制御手段により処理手順を説明するためのフローチャート図である。パケット通信制御装置の書換手段により処理手順を説明するためのフローチャート図である。

符号の説明

１…ＣＣＵ、３…ＣＥＵ、６…ＩＰ内線ＬＡＮ、１４，３４…専用チップ、１００…ＩＰボタン電話装置、１１０…パケット制御装置、１１１…ＷＡＮ側のネットワークインタフェース、１１２…ＬＡＮ側のネットワークインタフェース、１１３…分類手段、１１４…優先制御手段、１１５…書換手段、１１６…分類テーブル、１１７…バッファメモリ。

Claims

異なるＱｏＳポリシーを有するネットワーク間でのパケット転送においてパケットポリシーを変換するパケット通信制御装置であって、
受信パケットに付与されたマーキング値から受信パケットの種別を判定し、転送先のＱｏＳポリシーに基づいて前記受信パケット種別毎に転送後のマーキング値をリマーク値として決定する分類手段と、
前記分類手段が決定した優先度に応じて転送する優先制御手段と、
前記受信パケットのマーキング値を前記分類手段が決定したリマーク値に書き換える書換手段と、を具備し、
前記分類手段は、受信パケットの種別毎にマーキング値と、ＱｏＳポリシーが同一のネットワークであるか否かという基準から「同種」と「異種」を定義し、前記同種間又は異種間におけるネットワークの転送方向、優先度及びリマーク値との関連付けを行う分類テーブルを有することを特徴とするパケット通信制御装置。
ＱｏＳポリシーが同一のネットワークであるか否かという基準から「同種」と「異種」を定義し、受信パケットに付与されている宛先ＩＰアドレスからパケットの前記同種間又は異種間におけるネットワークの転送方向を特定する転送方向特定手順と、
前記転送方向及びマーキング値から優先度及びリマーク値を特定する転送先情報特定手順と、
前記受信パケットのマーキング値を前記リマーク値に書き換えるとともに、前記優先度に応じて受信パケットの送信処理を行う送信手順と
を具備することを特徴とするパケット通信制御方法。