JP5413510B2 - 通信装置及び、信号劣化監視システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置及び信号劣化監視システム並びに信号劣化監視方法に係り、特に、パケットネットワーク上の信号劣化を検出することができる通信装置及び信号劣化監視システム並びに信号劣化監視方法に関する。
本願は、２０１０年７月３０日に出願された特願２０１０−１７２４７６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、ITU-T（International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector）では、パケットネットワークでの保守管理機能（ＯＡＭ（operations, administration, and maintenance）機能）として勧告Y.1731を規定している。また既存のＭＰＬＳ（Multi Protocol Label Switching）をキャリアネットワークに適用するために、ＯＡＭ機能を拡張したＭＰＬＳ−ＴＰ（Multi Protocol Label Switching Transport Profile）について、IETFとITU-Tとが共同で標準化を進めている。
勧告Y.1731や既存のＭＰＬＳ−ＴＰのＯＡＭ機能では、ネットワーク内の任意の２地点の各々にＭＥＰ（Maintenance End Point）を定義し、これらのＭＥＰ間で様々なＯＡＭフレームを送受信することで、その２地点間のパスなどの監視を行う。このＯＡＭ機能の１つとしてＬＭ（Loss Measurement）機能が有る。

このＬＭ機能は、送信側、受信側の各ＭＥＰにおいてカウントした送受信フレーム数をＬＭフレームに載せて相互に交換し、送信側ＭＥＰでカウントした送信フレーム数と受信側ＭＥＰでカウントした受信フレーム数との差分により、フレーム損失を検出する機能である。
このＬＭ機能を利用して、ＭＥＰ間の回線品質を監視することができる。

以下、従来技術であるＬＭ機能による信号劣化検出のメカニズムについて説明する。
まず、回線の品質を監視したい通信装置間に、ＭＥ（Maintenance Entity）を設定する。ＭＥはＯＡＭ機能で監視する単位のことであり、監視したいフロー毎、セクション毎、パス毎などで設定することができる。ＭＥの両端が前述のＭＥＰとなる。
ここで送信側の通信装置に設定されているＭＥＰを送信元ＭＥＰ、受信側の通信装置に設定されているＭＥＰを宛先ＭＥＰと呼ぶ。また、送信側の通信装置を送信元ノード、受信側の通信装置を宛先ノードと呼ぶ。
送信元ＭＥＰでは、送信元ノードが宛先ノードに送信するＭＥに関連したデータフレーム、及びＯＡＭフレーム数をカウントする。また、宛先ＭＥＰでは、ＭＥに関連したデータフレーム、ＯＡＭフレームの受信数をカウントする。
ＭＥＰでカウントしたフレーム数は、ＬＭメッセージとして定期的に送受信されているＯＡＭフレーム（ＣＣＭ（Continuity Check Message）フレーム）に載せ、宛先ＭＥＰから送信元ＭＥＰへと転送する。

宛先ＭＥＰでカウントしたフレームを転送により受信した送信元ＭＥＰは、以下の式により損失フレーム数を計算する。
[送信フレーム数（今回値）−送信フレーム数（前回値）] −[受信フレーム数（今回値）−受信フレーム数（前回値）]
また、勧告G.8021で勧告されている信号劣化の定義では、送信フレーム数が予め設定された閾値（最低送信フレーム数）を超えていて、かつ、上記損失フレーム数から計算された損失フレーム率が信号劣化閾値を超えている場合に、信号劣化状態を検出するとされている。
即ち、送信フレーム数が最低送信フレーム数を超えていない場合には信号劣化状態を検出することができないという問題点がある。

このように回線品質を監視することにより、フレーム損失が発生している回線で信号劣化警報を発出し、障害箇所の回避を行うことが可能になり、高信頼性のネットワークを提供することができる。
また、ITU-Tで規定している勧告G.8021では、信号劣化検出（回線品質の測定）の定義も定めている。

図７は、送信側通信装置と受信側通信装置との間で送受信されるデータフレームを示す説明図である。
同図に示すように、勧告G.8021では、送信側通信装置と受信側通信装置との間で送受信されているＣＣＭフレームに挟まれたデータフレームの数をカウントし、それらの値から、その回線の品質を測定することを定義している。
特に勧告G.8021では、送信フレーム数が、規定した閾値よりも大きくなることが必要であり、信号劣化を測定するためには、一定期間内にある程度のフレーム数が送受信されることが必要となる。

なお、特許文献１には、データフレームの流量チェックに関連し、管理ポイント間の接続性をチェックするメッセージとして、３ビットで７種類の周期情報のうちいずれかを規定できるＥＴＨ―ＣＣＭなるメッセージを用い、ＥＴＨ―ＣＣＭを周期的に受信すべきＬ２スイッチが、この周期情報で示された周期の３．５倍以上の時間、このＥＴＨ―ＣＣＭを受信しなかった場合に、接続性損失を検出する方法を記載している。

また、特許文献２には、パケット交換を行う装置として送信機能部及び受信機能部が設けられた通信装置を用意し、受信機能部のデータフレーム受信回路において、対向側の通信装置から統計情報を受信した場合、統計情報積算回路は自装置の統計情報と対向側の通信装置との統計情報同士の比較を行い、伝送路においてデータフレームの損失が無かったか否かの判定を行うシステムが開示されている。

さらに、特許文献３には、計測ノードが、それぞれのルータにおけるトラフィックの状態を定期的に、または周期的に計測して、その通信品質を表す計測パケットを専用の通信路を介して外部ネットワーク監視装置に送信するシステムが開示されている。

特開２００９−１３０４７４号公報 特開２００９−１３０７８６号公報 特開２００９−２２４９４７号公報

しかしながら、上記背景技術で述べた従来のパケット網における信号劣化監視方法にあっては、送信フレーム数が最低送信フレーム数を超えていない場合には信号劣化状態を検出することができないという問題点がある。
例えば、勧告G.8021で勧告されている信号劣化の定義に準拠した場合、前述のとおり、送信フレーム数が予め設定された閾値（最低送信フレーム数）を超えている状態で、計算された損失フレーム率が信号劣化閾値を超えている場合に信号劣化状態を検出するとされている。よって、この定義では、送信フレーム数が最低送信フレーム数を超えていない場合には信号劣化状態を検出することができないことになる。

図８は、送信側通信装置と受信側通信装置との間で送受信される他のデータフレームを示す説明図である。
図８に示すように、送信するデータが存在しない場合や、少ない場合には、必ずしもデータフレームが流れているとは限らず、勧告G.8021で規定されている方法では、信号劣化を監視および検出することはできないという問題点が有る。

図９は、送信側通信装置と受信側通信装置との間でダミーフレームを挿入して送受信されるデータフレームを示す説明図である。
先願の特許資料（特願２００９−２６６３４４）に記載の技術では、パケット伝送ネットワークにおいて迅速なビットエラー率測定を行なうことを目的とした、伝送路品質推定方法が示されている。この方法は、送信流量を監視し、送信するデータパケットが存在しない場合には、図９に示すようにダミーパケットを生成して送信する方法である。
しかしながら、先願の特許資料（特願２００９−２６６３４４）に記載の技術では、送信パケットが存在しない場合には必ずダミーパケットを挿入してしまうことなる。
このため、隣接ノード間のセクションの品質監視を行う場合には適した方法となるが、複数の通信装置を経由するパスの監視を行う場合は、ダミーパケットにより帯域を占有してしまい、他のパスに影響を与えてしまうので、パス監視には適さないという問題点がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、パケットネットワーク上に流れるユーザのデータフレームの数が少ない場合や、流れていない場合にあっても信号劣化を検出することができる通信装置及び信号劣化監視システム並びに信号劣化監視方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る通信装置は、接続しているパケットネットワークを介して、フレームを受信する手段と、前記受信したフレーム及び自局発信のフレームを、前記パケットネットワークに送信する手段と、前記送信するフレームの流量を監視する手段と、前記フレームの流量が所定の閾値以上である場合は、前記自局発信のＯＡＭフレームの送信周期を通常状態用として設定されている所定の送信周期とする手段と、前記フレームの流量が所定の閾値を下回る場合には、送信フレーム数の不足分を補うことができるＯＡＭフレームの送信周期を割り出し、該割り出した送信周期を前記自局発信のＯＡＭフレームの送信周期とする手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る信号劣化監視システムは、送受信されているフレームの流量を監視する手段と、前記フレームの流量が所定の閾値以上である場合は、ＯＡＭフレームの送信周期を通常状態用として設定されている所定の送信周期とする手段と、前記フレームの流量が所定の閾値を下回る場合には、送信フレーム数の不足分を補うことができるＯＡＭフレームの送信周期を割り出し、該割り出した送信周期をＯＡＭフレームの送信周期とする手段と、を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明に係る信号劣化監視方法は、送受信されているフレームの流量を監視するステップと、前記フレームの流量が所定の閾値以上である場合は、ＯＡＭフレームの送信周期を通常状態用として設定されている所定の送信周期とするステップと、前記フレームの流量が所定の閾値を下回る場合には、送信フレーム数の不足分を補うことができるＯＡＭフレームの送信周期を割り出し、該割り出した送信周期をＯＡＭフレームの送信周期とするステップと、を有することを特徴とする。

なお、本発明は、
（１） パケットネットワークにおける通信装置間での回線品質を、送受信したフレーム数の比較により監視する方式であり、
（２） 通信装置間のデータフレームの流量を監視し、
（３） 当該流量が、回線の品質測定に利用可能な閾値よりも少ない場合には、ＯＡＭフレーム（ＣＣＭフレーム）の送信周期を変更し、一定以上の流量（トラヒック）を与える、
ことを骨子としている。
よって、前述の特許文献１に記載の技術は、接続性損失を検出する方法を示すものであるため、本発明とは目的が異なる。
また、前述の特許文献２，３に記載の技術は、前述の本発明の骨子として記載した第（３）項を構成要件として含むものではない。

以上説明したように、本発明の通信装置によれば、ユーザのデータフレームの流量が少ない場合には、ＯＡＭフレーム（ＣＣＭフレーム）の送信周期を増やすので、このような場合にあっても信号劣化の検出ができる効果が有る。
また、パケットネットワークでの保守管理に必要な情報伝達用のフレームとしては、勧告Y.1731や、ＭＰＬＳ−ＴＰ標準化で規定しているフレーム（即ちＯＡＭフレーム）を使用しているため、本発明を用いる場合に、本発明に対応していない装置とも対向させることができる効果が有る。

送信側通信装置と受信側通信装置との間で送信されるユーザのデータフレームの流量が少ない場合の通信状態を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る通信装置１の全体構成を示す構成図である。 上記通信装置１のフレーム送信機能部のブロック構成図である。 上記通信装置１のフレーム受信機能部のブロック構成図である。 本実施形態に係る複数の通信装置がネットワーク接続されているネットワークの１例を示す説明図である。 上記ネットワークの１例における別のデータ流量例を示す説明図である。 予め予想される不足フレーム数と、該不足フレーム数に対して適切に対応できるＯＡＭフレームの送信周期との関係を対応付けて示した説明図である。 送信側通信装置と受信側通信装置との間で送受信されるデータフレームを示す説明図である。 送信側通信装置と受信側通信装置との間で送受信されるデータフレームの他の状態を示す説明図である。 送信側通信装置と受信側通信装置との間でダミーフレームを挿入して送受信されるデータフレームを示す説明図である。

本発明は、パケットネットワークにおける通信装置において、送信しているデータフレームの流量を監視することにより、その流量が信号劣化を検出できる閾値よりも少ない場合にはＯＡＭフレーム（ＣＣＭ（Continuity Check Message）フレーム）の送信周期を変更し、一定以上のトラヒックを与えることにより、信号劣化の検出を可能とするものである。
ちなみに、勧告Y.1731では、ＣＣＭフレームの送信周期は３．３３ミリ秒周期から１０分周期まで、７種類の周期が定義され、通常の状態では接続性検証のために１秒周期でＣＣＭフレームが送信されている。

本発明では、ユーザのデータフレームの流量が少なく、対向側で信号劣化を検出することが困難な場合に、ＣＣＭフレームの送信周期の制御を行うことでトラヒックの流量を増やし、対向側の通信装置において、そのＣＣＭフレームをデータフレームと共に使用して回線の品質測定に利用する。
このため、本発明では、データフレームの流量が少ない場合でも、回線品質を監視することができるので、信号劣化を検出することが可能となる。

以下、本発明の通信装置及び信号劣化監視システム並びに信号劣化監視方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、送信側通信装置と受信側通信装置との間で送信されるユーザのデータフレームの流量が少ない場合の通信状態を示す説明図である。
ユーザのデータフレームが送信されていない場合、または、図１に示すように、送信されているユーザのデータフレーム流量が少ない場合に、斜線を施したＣＣフレームの送信周期を変更し、対向側の通信装置で信号劣化を検出するために最低限必要なフレーム量を補うことにより、信号劣化の監視および検出を可能とする。

図２は、本発明の実施形態に係る通信装置の全体構成を示す構成図である。
同図において、本実施形態の通信装置１は、１つまたは複数のインタフェースカード（ここではインタフェースカード１１とインタフェースカード１２が、パケットスイッチ１３を介して接続されている。
インタフェースカード１１は、ここでは、送信ポート１１１と、受信ポート１１２と、フレーム送信機能部１１３と、フレーム受信機能部１１４と、を備える。
インタフェースカード１２は、ここでは、送信ポート１２１と、受信ポート１２２と、フレーム送信機能部１２３と、フレーム受信機能部１２４と、を備える。
但し、図２に示す通信装置１の構成は、本発明に係る通信装置の１例に過ぎず、本発明に係る通信装置の構成は、図２に示す構成に限定するものではない。
例えば、インタフェースカード１１，１２と、パケットスイッチ１３とが一体化した構成の通信装置であっても、本発明を適用することができる。

また、ここでは、各インタフェースカードに、１対の送信ポートと受信ポートとを備えているが、一般に、本発明に係る通信装置は、複数ポートを備えていても良い。
図３は、本実施形態に係る通信装置１のフレーム送信機能部のブロック構成図である。
同図に示すように、本発明に係る通信装置のフレーム送信機能部（ここではフレーム送信機能部１１３，１２３）は、送信制御部３１と、ＯＡＭ制御部３２と、流量監視部３３とを備えて構成される。
送信制御部３１は、データフレームやＯＡＭフレームを送信する制御を行う。
ＯＡＭ制御部３２は、ＯＡＭ機能の処理を行う。即ち、ＭＥ、ＭＥＰの管理、ＯＡＭフレームの生成、ＯＡＭフレームの挿入などを実施する。
流量監視部３３は、送信制御部３１から送信されているデータフレーム及びＯＡＭフレームの各流量（即ち、データフレーム及びＯＡＭフレームの各々について、自局に流入したフレームのフレーム数と自局から発信するフレームのフレーム数との総和）を監視する。

図４は、本実施形態に係る通信装置１のフレーム受信機能部のブロック構成図である。
同図に示すように、本発明に係る通信装置のフレーム受信機能部（ここではフレーム受信機能部１１４，１２４）は、受信制御部４１と、ＯＡＭ制御部４２と、を備えて構成される。
受信制御部４１は、受信ポートから受信したデータフレームやＯＡＭフレームの処理を行う。ＯＡＭフレームを受信した場合は、このＯＡＭフレームをＯＡＭ処理部４２に転送する。
なお、受信制御部４１は図示しないカウンタを備え、データフレーム、ＯＡＭフレームの各々の受信フレーム数をカウントすることができる。このカウントした結果も、ＯＡＭ制御部４２に送出する。
ＯＡＭ制御部４２では、受信したＯＡＭフレームの機能に従った処理を行う。受信制御部４１でカウントした受信フレーム数を基に、廃棄フレーム数の計測などを行う。

図２〜４に示した通信装置の構成において、データフレームの転送処理に関わる機能ブロックが必要となるが、本発明とは直接関係しないため、その詳細構成は省略する。上記のデータフレームの転送処理に関わる機能ブロックとは、データフレームの宛先検索処理ブロック、ＱｏＳ（Quality of Service）機能処理ブロックなどである。

図５Ａ，５Ｂは、本実施形態に係る複数の通信装置がネットワーク接続されているネットワークの１例を示す説明図である。
以下、図５Ａ，５Ｂを参照して、本発明の実施形態に係るパケット網における信号劣化監視システムの動作を説明する。
図５Ａ，５Ｂに例示するネットワークでは、本発明の実施形態に係る通信装置１である通信装置Ａ、Ｂ、Ｃが、ネットワーク上に接続されている場合において、通信装置ＡとＣの間にＭＥが設定されている。
ここでは、図５Ａ，５Ｂにおいて、通信装置Ａを送信ノードとし、設定されているＭＥＰを送信元ＭＥＰ、通信装置Ｃを受信ノードとし、設定されているＭＥＰを宛先ＭＥＰとする（通信装置Ｂは、ＭＥに関連するＯＡＭフレームは通過させる）。

また、図５Ａ，５Ｂに記載されているデータフレーム、ＯＡＭフレームは、全て通信装置Ａ−Ｃ間に設定されているＭＥに関連するものであるものとする。
実際には、通信装置Ａ−Ｃ間には、他のフレームも多重されて送信されているが、ここでは省略する。
通信装置Ａの送信制御部３１では、上記ＭＥに関連するデータフレーム、ＯＡＭフレームの送信フレーム数のカウントを行う。ここでは、データフレームの送信フレーム数をＮ＿Ｔｘ＿ＤＡＴＡ、ＯＡＭフレームの送信フレーム数をＮ＿Ｔｘ＿ＯＡＭとする。
また、通信装置Ａの流量監視部３３では、通信装置Ｃにおいて信号劣化を検出するために必要な閾値（最低送信フレーム数）との比較を行う。ここでは、信号劣化を検出するために必要な上記の閾値を、ＴＨ＿Ｄｅｇとする。ＴＨ＿Ｄｅｇは監視するＭＥ単位で保証したい品質を設定できるよう、ＭＥ毎に固有の値を設定できるようにしている。

図５Ａに示すように、データフレームの流量が大きく、（Ｎ＿Ｔｘ＿ＤＡＴＡ＋Ｎ＿Ｔｘ＿ＯＡＭ≧ＴＨ＿Ｄｅｇ）である場合には、ＯＡＭフレーム（ＣＣＭフレーム）の送信周期には通常状態で設定されている送信周期を用いる。
これに対し、図５Ｂに示すように、データフレームの流量が少なく、（Ｎ＿Ｔｘ＿ＤＡＴＡ＋Ｎ＿Ｔｘ＿ＯＡＭ＜ＴＨ＿Ｄｅｇ）となる場合には、通信装置Ａの流量監視部３３が、送信フレーム数の不足分を補うことができるＯＡＭフレームの送信周期を計算し、同様に、ＯＡＭ制御部３２に送信周期の変更要求を通知する。
通信装置ＡのＯＡＭ制御部３２は、ＯＡＭフレームの送信周期の変更要求を受信した以降は、その変更要求に従ってＯＡＭフレーム（ＣＣＭフレーム）の送信周期を変更する。

図６は、予め予想される不足フレーム数と、該不足フレーム数に対して適切に対応できるＯＡＭフレームの送信周期との関係を対応付けて示した説明図である。
流量監視部３３における上記の送信周期の計算は、（ＴＨ＿Ｄｅｇ−Ｎ＿Ｔｘ＿ＤＡＴＡ−Ｎ＿Ｔｘ＿ＯＡＭ）から不足分を補えるフレーム数を計算することができるが、図６に示すように不足しているフレーム数により適切に対応する送信周期を予め決定しておくことも可能である。
通信装置Ｂには、ＭＥに関係する監視点を備えていないため、データフレームも、ＯＡＭフレームも通過させる。
通信装置Ｃでは、受信した、ＭＥに関連するデータフレーム、ＯＡＭフレームの受信フレーム数のカウントを行う。

以上の説明からも明らかなように、本実施形態に係る信号劣化監視システムにあっては、データフレームの流量が少ない場合においても信号劣化を検出することができる。
さらに、信号劣化を検出するためにＯＡＭフレーム（ＣＣＭフレーム）を使用するので、新たに別のフレーム生成を行う機能を追加する必要がない。
ちなみに、ＩＴＵ−Ｔの勧告Y.1731や、標準化が進められているＭＰＬＳ−ＴＰのようなＯＡＭ機能では、ＣＣＭ機能を備えたＯＡＭフレームの送信周期は可変であるため、ＯＡＭ機能を実装している通信装置では、そのＯＡＭフレームの送信周期を変更する機能ブロックは必ず備えている。

また、上記のＯＡＭ機能を実装している通信装置は、一般に、送受信したフレーム数をカウントする機能ブロックも備えている。そのため、本発明を実施するために必要となる追加回路は、送信フレーム数を比較するための回路のみとなり、大幅にコストを増大させることなく信号劣化の検出を行うことが可能となる。
本実施形態によれば、ユーザのデータフレームの流量が少ない場合には、ＣＣＭフレームの送信周期を増やしているので、このような場合にも信号劣化の検出ができる効果が有る。

また、パケットネットワークでの保守管理に必要な情報伝達用のフレームとしては、勧告Y.1731や、ＭＰＬＳ−ＴＰ標準化で規定しているフレーム（ＯＡＭフレーム）を使用しているため、本発明を用いる場合に、本発明に対応していない装置とも対向させることができる効果が有る。
また、ＯＡＭフレームの送信周期を変更する機能は必須の機能であるため、従来の通信装置に対して、大幅な構成要素（回路など）の追加などを必要とせずに、本発明を適用できる効果が有る。
さらに、自局の通信装置が送信しているデータフレーム数から計測して、信号劣化を測定するので、複数の通信装置を経由するパスを監視する場合においても、必要最低限のＯＡＭフレームを追加するだけでよく、他のパスに与える影響を軽減できる効果が有る。

以上説明したように、本発明の通信装置によれば、ユーザのデータフレームの流量が少ない場合には、ＯＡＭフレーム（ＣＣＭフレーム）の送信周期を増やすので、このような場合にあっても信号劣化の検出ができる効果が有る。

１ 通信装置
１１，１２ インタフェースカード
１３ パケットスイッチ
３１ 送信制御部
３２ ＯＡＭ制御部
３３ 流量監視部
４１ 受信制御部
４２ ＯＡＭ制御部
１１１，１２１ 送信ポート
１１２，１２２ 受信ポート
１１３，１２３ フレーム送信機能部
１１４，１２４ フレーム受信機能部

Claims (4)

1. 接続しているパケットネットワークを介して、フレームを受信する手段と、
   前記受信したフレーム及び自局発信のフレームを、前記パケットネットワークに送信する手段と、
   前記送信するフレームの流量を監視する手段と、
   前記フレームの流量が所定の閾値以上である場合は、前記自局発信のＯＡＭフレームの送信周期を通常状態用として設定されている所定の送信周期とする手段と、
   前記フレームの流量が所定の閾値を下回る場合には、送信フレーム数の不足分を補うことができるＯＡＭフレームの送信周期を割り出し、該割り出した送信周期を前記自局発信のＯＡＭフレームの送信周期とする手段と、
   を備えたことを特徴とする通信装置。
2. 予め予想される不足フレーム数と、該不足フレーム数に対して適切に対応できる前記ＯＡＭフレームの送信周期との関係を対応付けたテーブルを備え、前記ＯＡＭフレームの送信周期を割り出す際に該テーブルを参照することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 送受信されているフレームの流量を監視する手段と、
   前記フレームの流量が所定の閾値以上である場合は、ＯＡＭフレームの送信周期を通常状態用として設定されている所定の送信周期とする手段と、
   前記フレームの流量が所定の閾値を下回る場合には、送信フレーム数の不足分を補うことができるＯＡＭフレームの送信周期を割り出し、該割り出した送信周期をＯＡＭフレームの送信周期とする手段と、
   を備えたことを特徴とする信号劣化監視システム。
4. 送受信されているフレームの流量を監視するステップと、
   前記フレームの流量が所定の閾値以上である場合は、ＯＡＭフレームの送信周期を通常状態用として設定されている所定の送信周期とするステップと、
   前記フレームの流量が所定の閾値を下回る場合には、送信フレーム数の不足分を補うことができるＯＡＭフレームの送信周期を割り出し、該割り出した送信周期をＯＡＭフレームの送信周期とするステップと、
   を有することを特徴とする信号劣化監視方法。

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