JP5666420B2 - パケット多重伝送装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、パケット多重伝送装置及び方法に関し、例えばＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２．３に規定されるイーサネット（登録商標）などに代表されるパケット通信信号をカプセル化するパケット多重伝送装置に適用して好適なものである。

近年、インターネットを始めとするブロードバンド回線が普及してきている。これに伴い、ＩＰ（Internet Protocol）トラフィックを中心として回線需要が増大しており、これまでＷＡＮ（World Wide Name）の主流であったSDH/SONET（Synchronous Digital Hierarchy /Synchronous Optical NETwork）やＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）などに代わり、大容量で安価なイーサネット（登録商標）が急速に市場に普及しつつある。

イーサネット信号は、ＩＥＥＥ８０２．３で規定されているＭＡＣ（Media Access Control）フレームと、ＭＡＣフレームの間のＩＦＧ(Inter Frame Gap)と呼ばれる無信号状態を表す12バイト以上のデータとにより構成される。ＭＡＣとは、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルの第２層（レイヤ２）に属するプロトコルのことであり、その役割はＯＳＩ参照モデルの第３層（レイヤ３）以上のプロトコルやデータをＭＡＣパケットのデータ領域に格納することにより、これらのプロトコルやデータを確実に目的の端末へ伝送することにある。

さらに、近年、旧来から存在する時分割多重技術を用いるSDH/SONET技術をベースとするバックボーンネットワークと、新しく登場し始めた、パケット形式で情報を伝達するＩＰ・イーサネット（登録商標）技術をベースとするバックボーンネットワークとが並存する状況となっている。

このような状況の下、通信キャリアは、これらのバックボーンネットワークが並存する設備のため、及び、保守の非効率解消のために、SDH/SONET信号や、ＩＰ・イーサネット（登録商標）フレームに対して同一規格のヘッダやフッタを付加してカプセル化することにより、パケット通信ベースのバックボーンネットワークに集約を図るための検討を進めている。この検討により、例えばITU-T Y.1370.1やY.1371などでT-MPLS(Transport-MPLS)技術が規定された。このようなT-MPLSが適用されたパケット多重伝送装置は、さまざまな通信規格の信号を収容し、柔軟なネットワーク構成をとることが可能という特徴をもつ。

なお、このようなパケット多重伝送装置に適用可能なパケット結合伝送方式に関する技術として、例えば、特許文献１では、所定のパケット送信タイミング時に、規定のパケット結合数以下の場合でもパケット結合処理を実行することにより、パケット結合処理遅延の低減を図る方法が開示されている。また特許文献２には、トラフィックの単位時間当たりのトラフィック量を常に計測し、パケット結合における待ち時間を予測し、予測結果に基づいてパケット結合数を可変とすることにより、遅延時間を低減する方法が開示されている。

特開２００８−６６８１７号公報 特開平２−２９５２５６号公報

IEEE802.3 ITU-T Y.1370.1 ITU-T Y.1371

しかしながら、これら特許文献１及び特許文献２に開示されたパケット結合伝送方式によると、後述のようにパケット結合処理時に待ち時間が発生し、信号伝送に遅延が生じる問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、パケットの廃棄が発生するのを防止しながら、信号伝送の遅延を低減し得るパケット多重伝送装置及び方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、複数種の伝送信号を収容し、非パケット信号についてはパケット化を行い、パケット信号についてはパケット信号のまま収容し、それぞれのパケット信号を多重化して出力するパケット多重伝送装置において、それぞれ前記伝送信号を順次パケット化又はパケット信号のまま収容して第１のパケットを順次生成すると共に、当該第１のパケットをカプセル化して同一規格の第２のパケットを順次生成する多重化前処理部と、各前記多重化前処理部により生成された前記第２のパケットを多重化する多重部とを有し、前記多重化前処理部は、各前記伝送信号を順次パケット化して前記第１のパケットを順次生成する信号処理部と、前記第１のパケットを一時的に記憶すると共に、記憶した前記第１のパケットをカプセル化して前記第２のパケットを順次生成する待機バッファ部とを有し、前記待機バッファ部は、前記第１のパケットを一時的に記憶するバッファメモリと、前記バッファメモリにおける前記第１の滞留量を監視するバッファ監視部と、前記バッファ監視部の監視結果に基づいて、前記第１のパケットを前記第２のパケットにカプセル化するパケット結合処理部とを備え、前記バッファ監視部は、前記バッファメモリにおける前記第１のパケットの滞留量に基づいて輻輳が発生しているか否かを判定し、輻輳が発生していると判定したときには、結合すべき前記第１のパケットのパケット数を算出し、前記パケット結合処理部は、輻輳が発生していないと前記バッファ監視部が判定した場合には、前記バッファメモリが記憶している前記第１のパケットのうちの最も古い前記第１のパケットをカプセル化して出力する一方、輻輳が発生していると前記バッファ監視部が判定した場合には、前記バッファメモリが記憶している前記第１のパケットのうち、最も古いものから順番に前記バッファ監視部により算出された前記パケット数分の前記第１のパケットを結合してカプセル化して出力するようにした。

また本発明においては、複数種の伝送信号を収容し、非パケット信号についてはパケット化を行い、パケット信号についてはパケット信号のまま収容し、それぞれのパケット信号を多重化して出力するパケット多重伝送方法において、それぞれ前記伝送信号を順次パケット化又はパケット信号のまま収容して第１のパケットを順次生成すると共に、当該第１のパケットをカプセル化して同一規格の第２のパケットを順次生成する多重化前処理部と、各前記多重化前処理部により生成された前記第２のパケットを多重化する多重部とを有し、前記多重化前処理部は、各前記伝送信号を順次パケット化又はパケット信号のまま収容して前記第１のパケットを順次生成する信号処理部と、前記第１のパケットを一時的に記憶すると共に、記憶した前記第１のパケットをカプセル化して前記第２のパケットを順次生成する待機バッファ部とを有し、前記待機バッファ部は、前記第１のパケットを一時的に記憶するバッファメモリと、前記バッファメモリにおける前記第１の滞留量を監視するバッファ監視部と、前記バッファ監視部の監視結果に基づいて、前記第１のパケットを前記第２のパケットにカプセル化するパケット結合処理部とを有し、前記バッファ監視部が、前記バッファメモリにおける前記第１のパケットの滞留量に基づいて輻輳が発生しているか否かを判定し、輻輳が発生していると判定したときには、結合すべき前記第１のパケットのパケット数を算出する第１のステップと、前記パケット結合処理部が、輻輳が発生していないと前記バッファ監視部が判定した場合には、前記バッファメモリが記憶している前記第１のパケットのうちの最も古い前記第１のパケットをカプセル化して出力する一方、輻輳が発生していると前記バッファ監視部が判定した場合には、前記バッファメモリが記憶している前記第１のパケットのうち、最も古いものから順番に前記バッファ監視部により算出された前記パケット数分の前記第１のパケットを結合してカプセル化して出力する第２のステップとを備えるようにした。

本パケット多重伝送装置及び方法においては、待機バッファ部において、輻輳が発生した場合にのみ複数の第１のパケットを含む第２のパケットが生成され、待機バッファ部において、輻輳が発生していない場合には、１つの第１のパケットのみが格納された第２のパケットが生成される。

本発明によれば、輻輳の発生時には、第１のパケットの結合により伝送効率を高めることができるため、輻輳の発生時に待機バッファ部に第１のパケットが過剰蓄積されることに起因する第１のパケットの廃棄を有効に防止することができ、一方、輻輳が発生していないときには、複数の第１のパケットを結合するために一定量の第１のパケットがバッファメモリに蓄積されるのを待つ必要がないため、信号伝送の遅延を低減することができる。かくするにつき、パケットの廃棄が発生するのを防止しながら、信号伝送の遅延を低減し得るパケット多重伝送装置及び方法を実現できる。

本実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。 ＭＡＣフレームの構成を示す概念図である。 第１のパケット多重伝送装置の概略構成を示すブロック図である。 パケット長と伝送効率の関係を示す特性曲線図である。 待機バッファ部において輻輳の発生時に生成されるカプセル化パケットの構成を示す概念図である。 待機バッファ部において輻輳が発生していないときに生成されるカプセル化パケットの構成を示す概念図である。 待機バッファ部の概略構成を示すブロック図である。 第１及び第２の閾値の説明に供する概念図である。 カプセル化パケット送信処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）本実施の形態によるネットワークシステムの構成
図１において、１は全体として本実施の形態によるネットワークシステムを示す。このネットワークシステム１は、第１のクライアント装置２、第１のパケット多重伝送装置３、伝送路４、第２のパケット多重伝送装置５及び第２のクライアント装置６を備えて構成される。

第１のクライアント装置２は、イーサネット（登録商標）インタフェースやSDH/SONETインタフェース等を備えたルータ又はＬ２スイッチなどから構成されるネットワークノードであり、図示しないパーソナルコンピュータ等から送信される種々の通信規格の伝送信号を第１のパケット多重伝送装置３に転送する。

第１のパケット多重伝送装置３は、第１のクライアント装置２から転送される複数種の伝送信号のうち、SDH/SONET等のパケット化されていない伝送信号（非パケット信号）が与えられた場合には、当該伝送信号を順次カプセル化し、得られた個々のパケット（以下、これをカプセル化パケットと呼ぶ）をカプセル化パケット信号としてインターネット等の伝送路４を介して対応する第２のパケット多重伝送装置５に送信する。また第１のパケット多重伝送装置３は、第１のクライアント装置２からイーサネット（登録商標）等の既にパケット化されている伝送信号（パケット信号）が与えられた場合には、当該伝送信号をそのまま第２のパケット多重伝送装置５に送出する。

第２のパケット多重伝送装置５は、第１のパケット多重伝送装置と同様の構成を有するネットワークノードであり、第１のパケット多重伝送装置３から送信されたカプセル化パケット信号からカプセル化パケットを分離抽出すると共に、分離抽出したカプセル化パケットのカプセル化を解除することにより元の伝送信号を再構成し、これをその伝送信号の宛先に応じた第２のクライアント装置６に送信する。また第２のパケット多重伝送装置５は、第１のパケット多重伝送装置３からイーサネット（登録商標）等の既にパケット化されている伝送信号（パケット信号）が送信されてきたときには、これをそのままその伝送信号の宛先に応じた第２のクライアント装置６に送出する。

第２のクライアント装置６は、第１のクライアント装置２と同様の構成を有するネットワークノードであり、第２のパケット多重伝送装置５から送信される伝送信号をその宛先のノードに転送する。

なお、第１のクライアント装置２及び第１のパケット多重伝送装置３間を接続するネットワークがイーサネット（登録商標）である場合に、第１のクライアント装置２から第１のパケット多重伝送装置３に送信されるＭＣＡフレームの構成を図２に示す。

この図２に示すように、ＭＡＣフレーム７は、フレームの先頭を表す８〔Byte〕のプリアンブル７Ａと、ＭＡＣフレーム７の送信先端末のＭＡＣアドレスを示す６〔Byte〕宛先アドレス７Ｂと、ＭＡＣフレーム７の送信元端末のＭＡＣアドレスを示す６〔Byte〕の送信元アドレス７Ｃと、ＭＡＣフレーム７のフレーム長等を示す２〔Byte〕のType/Length７Ｄと、46〜1500〔Byte〕の範囲で可変長のデータ領域７Ｅと、４〔Byte〕のチェックサム値７Ｆとで構成される。通常プリアンブル７Ａを除いた部分が有効パケット範囲に数えられ、フレーム長は、64~1518〔Byte〕となる。

（２）第１のパケット多重伝送装置の構成
図３は、かかる第１のパケット多重伝送装置３のうちのパケットの多重化に関連する部位（以下、これをパケット多重化部位と呼ぶ）の概略構成を示す。図３からも明らかなように、第１のパケット多重伝送装置３は、かかるパケット多重化部位として、複数の低速インタフェース部１０と、パケットスイッチ部１１と、複数の伝送路インタフェース部１２とを備えて構成される。

低速インタフェース部１０は、信号処理部２０、帯域制御部２１及び待機バッファ部２２から構成される多重化前処理部２３を複数備えて構成されており、第１のクライアント装置２から転送される伝送信号のうちの非パケット信号を、対応する多重化前処理部２３の信号処理部２０においてパケット化する。そして、このようにして得られたパケット（以下、これをオリジナルパケットと呼ぶ）は、この後、帯域制御部２１において所定帯域に調整された後に待機バッファ部２２に格納される。

待機バッファ部２２は、オリジナルパケットを一時的に蓄積する役割を有する。そして、この待機バッファ部２２に格納されたオリジナルパケットは、この後、同一規格のヘッダ及びフッタを付加することによりカプセル化された後に上述のカプセル化パケットとして多重部２４に与えられ、当該多重部２４において他の待機バッファ部２２から読み出されたカプセル化パケットと多重化された後にパケットスイッチ部１１に送信される。

そしてパケットスイッチ部１１に送信されたカプセル化パケットは、この後、パケットスイッチ部１１によりその宛先に応じた伝送路インタフェース部１２に振り分けられ、伝送路インタフェース部１２を介してカプセル化パケット信号として伝送路４（図１）に出力される。

ここで、かかる構成を有する第１のパケット多重伝送装置３では、待機バッファ部２２及び多重部２４に伝送能力を超えるトラフィックが集中する場合がある。このように伝送能力を超えるトラフィック負荷が待機バッファ部２２及び多重部２４に与えられた場合（以下、この状態を輻輳と呼ぶ）、待機バッファ部２２における各オリジナルパケットの出力待ち時間が増え、待機バッファ部２２におけるオリジナルパケットの蓄積量が増加していく。この場合、やがて待機バッファ部２２の格納許容量を超えることとなり、オリジナルパケットの廃棄が発生する。

このような輻輳によるオリジナルパケット廃棄を低減する方法としては、待機バッファ部２２の記憶容量を大きくする方法が考えられる。しかしながら、この方法によると、ハードウェアリソースを増やすことになり、コスト面でも不利となる。

また輻輳によるパケット廃棄を低減する他の方法としては、複数のオリジナルパケットを結合して伝送する方法がある。

すなわち、イーサネット（登録商標）などに代表されるパケット通信においては、パケット間に規定の無通信区間（例えば、イーサネット（登録商標）ではＩＦＧ（Inter Frame Gap）と呼ばれる最低12〔Byte〕に相当する無通信区間）を設けることが規定されており、パケット長が短いほど伝送路に占める無通信区間の割合が増えることで伝送効率が下がってしまい、逆にパケット長が長いほど伝送効率が上がる。

この伝送効率は、伝送路における有効データの割合を表すもので、伝送効率をＴＥ、所定時間当たりに伝送されるパケットの合計データ量（以下、これを有効データ量と呼ぶ）をＤ１、ＩＦＧで転送可能なデータ量（以下、適宜、これを無効データ量と呼ぶ）をＤ２として次式
により算出される数値である。

図４は、イーサネット（登録商標）における伝送効率の一例であり、有効データ量Ｄ１を有効パケット長（64〔Byte〕〜1518〔Byte〕）、無効データ量Ｄ２をＩＦＧデータ数（12〔Byte〕）としてグラフ化したものである。この図４からも明らかなように、64〔Byte〕長のパケットと、1518〔Byte〕長のパケットとでは、伝送効率として約２２％の差がある。つまり、パケットの送信時に複数のパケットを結合して送信することによって、伝送効率を高めることができることが分かる。

このようなパケット結合伝送方式に関連して、上述の特許文献１には、パケット送信タイミング時に、規定のパケット結合数以下の場合でもパケット結合処理を実行することにより、パケット結合処理遅延の低減を図る方法が開示され、特許文献２には、トラフィックの単位時間当たりのトラフィック量を常に計測し、パケット結合における待ち時間を予測し、予測結果に基づいてパケット結合数を可変とすることにより、遅延時間を低減する方法が開示されている。

しかしながら、これらの方式のいずれを採用したとしても、パケット結合処理時における待ち時間が発生するため、パケット伝送の遅延時間をなくすことができないという問題があった。

この場合において、かかるパケット結合方式では、輻輳の発生時にのみ伝送効率を高めれば良く、常にオリジナルパケットを結合する必要はない。また、輻輳が発生した場合には、待機バッファ部２２におけるオリジナルパケットの蓄積量が増加して行くため、待機バッファ部２２におけるオリジナルバッファの滞留量が増加した場合に輻輳が発生したと判断することができる。従って、この場合にのみ複数のオリジナルパケットを結合させるパケット結合処理を実施することで伝送効率を上げ、待機バッファ部２２におけるオリジナルパケットの滞留量を減少させることが可能となる。

そこで、本実施の形態の場合、第１のパケット多重伝送装置３の待機バッファ部２２において、予め設定した閾値（以下、これを第１の閾値と呼ぶ）以上のオリジナルパケットの滞留が発生した場合にのみパケット結合処理を実施し、待機バッファ部２２におけるオリジナルパケットの滞留量がかかる第１の閾値未満の場合には、パケット結合処理を実施しないことを特徴の１つとしている。

図５は、かかるパケット結合処理により複数のオリジナルパケットＯＰ（ＯＰ１〜ＯＰ３）を結合することにより生成されるカプセル化パケット２５のフォーマット例を示す。本実施の形態の場合、かかるカプセル化パケット２５は、先頭にカプセル化ヘッダ２５Ａが配置され、カプセル化ヘッダ２５Ａの後に結合化有無フラグ２５Ｂが配置される。この結合化有無フラグ２５Ｂは、そのカプセル化パケット２５に複数のオリジナルパケットＯＰが含まれているか否かを表すフラグであり、そのカプセル化パケット２５が複数のオリジナルパケットＯＰを含むものである場合には「１」に設定され、当該カプセル化パケット２５が１つのオリジナルパケットＯＰのみを含むものである場合には「０」に設定される。

また結合化有無フラグ２５Ｂの後には、結合された複数のオリジナルパケットＯＰが順次配置される。この際、個々のオリジナルパケットＯＰの先頭には、結合化ヘッダ２５Ｃが配置される。この結合化ヘッダ２５Ｃは、そのオリジナルパケットＯＰが当該カプセル化パケット２５における最後のオリジナルパケットＯＰであるか否かを表す結合継続フラグ２５ＣＡと、そのオリジナルパケットＯＰのパケット長を表す情報２５ＣＢとから構成される情報である。なお、結合継続フラグ２５ＣＡは、対応するオリジナルパケットＯＰがそのカプセル化パケット２５における最後のオリジナルパケットＯＰでない場合には「１」に設定され、当該オリジナルパケットＯＰがそのカプセル化パケット２５における最後のオリジナルパケットＯＰである場合には「０」に設定される。そしてカプセル化パケット２５の最後には、カプセル化フッダ２５Ｄが配置される。

従って、かかるカプセル化パケット２５を受信した第２のパケット多重伝送装置５（図１）は、結合化有無フラグ２５Ｂを参照してそのカプセル化パケット２５に複数のオリジナルパケットＯＰが含まれているか否かを判定し、当該カプセル化パケット２５に複数のオリジナルパケットＯＰが含まれていると判定した場合には、個々のオリジナルパケットＯＰの先頭に配置された結合化ヘッダ２５Ｃを参照して、そのカプセル化パケット２５に含まれる最後のオリジナルパケットＯＰまで、対応する結合化ヘッダ２５Ｃに含まれるパケット長のオリジナルパケットＯＰを順次分離抽出することになる。

図７は、以上のようなパケット結合処理を実行するための第１のパケット多重伝送装置の待機バッファ部２２の構成例を示す。この待機バッファ部２２は、帯域制御部２１から与えられるオリジナルパケットＯＰを一時的に記憶するバッファメモリ３０と、バッファメモリ３０に記憶されている複数のオリジナルパケットＯＰを必要に応じて結合するパケット結合部３１と、バッファメモリ３０に記憶されているオリジナルパケットＯＰの合計データ量を監視するバッファ監視部３２と、パケット結合部３１を制御するパケット結合制御部３３とを備えて構成される。またパケット結合部３１は、図５について上述したカプセル化ヘッダ２５Ａ、カプセル化フッダ２５Ｄ及び結合化ヘッダ２５Ｃ等を生成するヘッダ／フッダ生成部３４と、バッファメモリ３０及びヘッダ／フッダ生成部３４の出力を選択的に後段の多重部２４（図３）に出力するセレクタ３５とを備えて構成される。

バッファメモリ３０は、当該バッファメモリ３０にオリジナルパケットＯＰが格納され又は当該バッファメモリ３０からオリジナルパケットＯＰが読み出されると、そのオリジナルパケットＯＰのデータ量をバッファ監視信号としてバッファ監視部３２に通知している。

そしてバッファ監視部３２は、かかるバッファ監視信号に基づいてバッファメモリ３０におけるオリジナルパケットＯＰの滞留量を予測し、当該予測結果に基づいて輻輳が発生しているか否かを判定する。具体的に、バッファ監視部３２は、図８に示すように、バッファメモリ３０におけるオリジナルパケットＯＰの滞留量が予め定められた上述の第１の閾値以上であるか否かを判定する。そしてバッファ監視部３２は、かかる滞留量が第１の閾値以上である場合には、輻輳が発生していると判定し、かかる滞留量が第１の閾値未満である場合には、輻輳が発生していないと判断する。

そして、バッファ監視部３２は、輻輳が発生していると判定した場合には、結合すべきオリジナルパケットＯＰのパケット数を決定する。具体的に、バッファ監視部３２は、バッファメモリ３０に格納されているオリジナルパケットＯＰを、当該バッファメモリ３０への格納順番が古いものから順番に結合した場合の合計データ量が、予め定められた第２の閾値（第２の閾値は、第１の閾値よりも小さい値）以下となるパケット数を、結合すべきパケット数として決定する。

例えば、図８の例の場合、バッファメモリ３０に格納されている最も古いオリジナルパケットＯＰを１番目、次に古いオリジナルパケットＯＰを２番目、その次に古いオリジナルパケットＯＰを３番目、……とすると、１番目のオリジナルパケットＯＰから順次データ量を加算した場合に合計データ量が第２の閾値以下となるのはＮ番目のオリジナルパケットＯＰまでであるため、この場合に結合すべきパケット数（以下、これを結合パケット数と呼ぶ）は「Ｎ」ということになる。

そして、バッファ監視部３２は、上述のようにして判定を行った輻輳が発生しているか否かの判定結果と、輻輳が発生していると判定した場合に決定した結合パケット数とを結合情報としてパケット結合制御部３３に通知する。

一方、パケット結合制御部３３には、待機バッファ部２２がカプセル化パケット２５を送信しても良いタイミングとなったときに、多重部２４からパケット送信許可が与えられる。そしてパケット結合制御部３３は、かかるパケット送信許可を受信すると、バッファ監視部３２から与えられる結合情報に基づいて、ヘッダ／フッダ生成部３４、バッファメモリ３０及びセレクタ３５をそれぞれ所定のタイミングで制御する。

かくして、ヘッダ／フッダ生成部３４は、パケット結合制御部３３の制御のもとに、図６について上述したカプセル化ヘッダ２５Ａ、結合化有無フラグ２５Ｂ、結合化ヘッダ２５Ｃ及びカプセル化フッダ２５Ｄのうちの必要な情報を必要なタイミングで生成してセレクタ３５に送信する。またバッファメモリ３０は、パケット結合制御部３３の制御のもとに、当該バッファメモリ３０に格納されたオリジナルパケットＯＰのうちの最も古いオリジナルパケットＯＰを必要なタイミングで読み出してセレクタ３５に送信する。さらにセレクタ３５は、パケット結合制御部３３の制御のもとに、ヘッダ／フッダ生成部３４及びバッファメモリ３０の出力を選択的に後段の多重部２４に出力する。

この結果、例えば輻輳が発生している場合には、図５について上述したフォーマットのカプセル化パケット２５が生成されて多重部２４に出力され、輻輳が発生していないときには、図６に示すように、１つのオリジナルパケットＯＰの先頭部にカプセル化ヘッダ２６Ａ及び結合化有無フラグ２６Ｂ（結合化有無フラグ２６Ｂの値は「０」）が付加され、当該オリジナルパケットＯＰの後尾にカプセル化フッダ２６Ｃが付加されてなるカプセル化パケット２６が生成されて多重化部２４に出力される。

（３）カプセル化パケット送信処理
図９は、オリジナルパケットＯＰのカプセル化に関連して待機バッファ部２２において実行される一連の処理（以下、これをカプセル化パケット送信処理と呼ぶ）の具体的な処理手順を示す。

このカプセル化パケット送信処理は、多重部２４（図３）からパケット結合制御部３３（図７）にカプセル化パケット２５，２６の送信許可が与えられると開始され、まず、バッファ監視部３２が、バッファメモリ３０から与えられるバッファ監視信号に基づいて、バッファメモリ３０におけるオリジナルパケットＯＰの滞留量を取得し（ＳＰ１）、取得した滞留量が第１の閾値以上であるか否かを判定する（ＳＰ２）。

この判定において否定結果を得ることは、輻輳が発生していないことを意味する。かくして、このときバッファ監視部３２は、輻輳が発生していない旨の結合情報をパケット結合制御部３３に通知する。

パケット結合制御部３３は、かかる結合情報を受信すると、ヘッダ／フッダ生成部３４（図７）を制御して、図６について上述したカプセル化ヘッダ２６Ａ及び結合化有無フラグ２６Ｂ（結合化有無フラグ２６Ｂの値は「０」）を生成させると共に、セレクタ３５を制御して、ヘッダ／フッダ生成部３４から出力されるこれらカプセル化ヘッダ２６Ａ及び結合化有無フラグ２６Ｂを多重部２４に送出させる（ＳＰ３）。

続いてパケット結合制御部３３は、バッファメモリ３０を制御して、当該バッファメモリ３０に格納されたオリジナルパケットＯＰのうちの最も古いオリジナルパケットＯＰを読み出させると共に、セレクタ３５を制御して、バッファメモリから出力されるこのオリジナルパケットを多重部に送出させる（ＳＰ）。

さらにパケット結合制御部３３は、ヘッダ／フッダ生成部３４を制御して図６について上述したカプセル化フッダ２６Ｃを生成させると共に、セレクタ３５を制御して、ヘッダ／フッダ生成部３４から出力されるかかるカプセル化フッダ２６Ｃを多重部２４に送出させる（ＳＰ）。

以上の処理により、バッファメモリ３０に格納されているオリジナルパケットＯＰのうちの最も古いオリジナルパケットＯＰのみをカプセル化したカプセル化パケット２６（図６）が生成され、これがセレクタ３５から多重部２４に出力されることになる。

そして待機バッファ部２２は、この後、このカプセル化パケット送信処理を終了する。

一方、ステップＳＰ２の判定において肯定結果を得ることは、輻輳が発生していることを意味する。かくして、このときバッファ監視部３２は、輻輳が発生している旨の情報と、このとき結合すべきパケット数（結合パケット数）とを結合情報としてパケット結合制御部３３に通知する。

そしてこの結合情報を取得したパケット結合制御部３３は、当該結合情報から結合パケット数を取得し（ＳＰ６）、この後、ヘッダ／フッダ生成部３４を制御して、図５について上述したカプセル化ヘッダ２５Ａ及び結合化有無フラグ２５Ｂ（結合化有無フラグ２５Ｂの値は「１」）を生成させると共に、セレクタ３５を制御して、ヘッダ／フッダ生成部３４から出力されるこれらカプセル化ヘッダ２５Ａ及び結合化有無フラグ２５Ｂを多重部２４に送出させる（ＳＰ７）。

またパケット結合制御部３３は、ヘッダ／フッダ生成部３４を制御して、結合継続フラグ２５ＣＡ（図５）が「１」に設定された結合化ヘッダ２５Ｃ（図５）を生成させると共に、セレクタ３５を制御して、この結合化ヘッダ２５Ｃを多重部２４に出力させる（ＳＰ８）。さらにパケット結合制御部３３は、バッファメモリ３０を制御して、当該バッファメモリ３０に格納されたオリジナルパケットＯＰのうちの最も古いオリジナルパケットＯＰを読み出させると共に、セレクタ３５を制御して、このオリジナルパケットＯＰを多重部２４に出力させる（ＳＰ９）。

この後、パケット結合制御部３３は、結合情報として通知された結合パケット数よりも１つ少ない数のオリジナルパケットＯＰについてステップＳＰ８及びステップＳＰ９の処理を完了したか否かを判断する（ＳＰ１０）。そしてパケット結合制御部３３は、この判断で否定結果を得ると、ステップＳＰ８に戻り、この後ステップＳＰ８〜ステップＳＰ１０の処理を繰り返す。

そしてパケット結合制御部３３は、やがて結合情報として通知された結合パケット数よりも１つ少ない数のオリジナルパケットＯＰについてステップＳＰ８及びステップＳＰ９の処理を完了することによりステップＳＰ１０において肯定結果を得ると、ヘッダ／フッダ生成部３４を制御して、結合継続フラグ２５ＣＡ（図５）が「０」に設定された結合化ヘッダ２５Ｃ（図５）を生成させると共に、セレクタ３５を制御して、この結合化ヘッダ２５Ｃを多重部２４に送出させる（ＳＰ１１）。

さらにパケット結合制御部３３は、バッファメモリ３０を制御して、当該バッファメモリ３０に格納されたオリジナルパケットＯＰのうちの最も古いオリジナルパケットＯＰを読み出させると共に、セレクタ３５を制御して、このオリジナルパケットＯＰを多重部２４に送出させる（ＳＰ１２）。

この後、パケット結合制御部３３は、ヘッダ／フッダ生成部３４を制御してカプセル化フッダ２５Ｄ（図５）を生成させると共に、セレクタ３５を制御して、かかるカプセル化フッダ２５Ｄを多重部２５に送出させる（ＳＰ１３）。

以上の処理により、ステップＳＰ６において取得した結合パケット数のオリジナルパケットＯＰを含む図５について上述したカプセル化パケット２５が生成され、これがセレクタ３５から多重部２４に送出されることになる。

そして待機バッファ部２２は、この後、このカプセル化パケット送信処理を終了する。

（４）本実施の形態の効果
以上のように本実施の形態によるネットワークシステム１では、第１のパケット多重伝送装置３の待機バッファ部２２において、予め設定した第１の閾値以上のオリジナルパケットＯＰの滞留が発生した場合（輻輳が発生した場合）にのみパケット結合処理を実施し、待機バッファ部２２におけるオリジナルパケットＯＰの滞留量が第１の閾値未満の場合（輻輳が発生していない場合）にはパケット結合処理を実施しない。

従って、本ネットワークシステム１によれば、輻輳の発生時には、オリジナルパケットＯＰの結合により伝送効率を高めることができるため、輻輳の発生時に待機バッファ部２２にオリジナルパケットＯＰが過剰蓄積されることに起因するオリジナルパケットＯＰの廃棄を有効に防止することができ、一方、輻輳が発生していないときには、パケット結合処理のために一定量のオリジナルパケットＯＰがバッファメモリ３０に蓄積されるのを待つ必要がないため、信号伝送の遅延を低減することができる。

また本ネットワークシステム１では、待機バッファ部２２へのオリジナルパケットＯＰの流入量及び流出量などを計測することなく、待機バッファ部２２におけるオリジナルパケットＯＰの滞留量に基づいて輻輳の発生の有無を判断するため、第１のパケット多重伝送装置３の構成を簡易化することができる。

（５）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を図３のように構成された第１のパケット多重伝送装置３に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成のパケット多重伝送装置に広く適用することができる。

また上述の実施の形態においては、図８について上述した第１及第２の閾値を異なる値（第１の閾値＜第２の閾値）に設定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば第１及び第２の閾値を同じ値に設定するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、バッファ監視部３２の監視結果に基づいて、オリジナルパケットＯＰをカプセル化パケットにカプセル化するパケット結合処理部を、パケット結合制御部３３、ヘッダ／フッダ生成部３４及びセレクタ３５により構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成を広く適用することができる。

本発明はパケット多重伝送装置及び方法に関し、伝送信号をカプセル化する種々の構成のパケット多重伝送装置に広く適用することができる。

１……ネットワークシステム、３，５……パケット多重伝送装置、４……伝送路、２２……待機バッファ部、２３……多重化前処理部、２４……多重部、２５，２６……カプセル化パケット、２５Ｂ，２６Ｂ……結合化有無フラグ、２５Ｃ……結合化ヘッダ、２５ＣＡ……結合継続フラグ、３０……バッファメモリ、３１……パケット結合部、３２……バッファ監視部、３３……パケット結合制御部、３４……ヘッダ／フッダ生成部、３５……セレクタ、ＯＰ……オリジナルパケット。

Claims (12)

1. 複数種の伝送信号を収容し、非パケット信号についてはパケット化を行い、パケット信号についてはパケット信号のまま収容し、それぞれのパケット信号を多重化して出力するパケット多重伝送装置において、
   それぞれ前記伝送信号を順次パケット化又はパケット信号のまま収容して第１のパケットを順次生成すると共に、当該第１のパケットをカプセル化して同一規格の第２のパケットを順次生成する多重化前処理部と、
   各前記多重化前処理部により生成された前記第２のパケットを多重化する多重部と
   を有し、
   前記多重化前処理部は、
   各前記伝送信号を順次パケット化又はパケット信号のまま収容して前記第１のパケットを順次生成する信号処理部と、
   前記第１のパケットを一時的に記憶すると共に、記憶した前記第１のパケットをカプセル化して前記第２のパケットを順次生成する待機バッファ部と
   を有し、
   前記待機バッファ部は、
   前記第１のパケットを一時的に記憶するバッファメモリと、
   前記バッファメモリにおける前記第１の滞留量を監視するバッファ監視部と、
   前記バッファ監視部の監視結果に基づいて、前記第１のパケットを前記第２のパケットにカプセル化するパケット結合処理部と
   を備え、
   前記バッファ監視部は、
   前記バッファメモリにおける前記第１のパケットの滞留量に基づいて輻輳が発生しているか否かを判定し、輻輳が発生していると判定したときには、結合すべき前記第１のパケットのパケット数を算出し、
   前記パケット結合処理部は、
   輻輳が発生していないと前記バッファ監視部が判定した場合には、前記バッファメモリが記憶している前記第１のパケットのうちの最も古い前記第１のパケットをカプセル化して出力する一方、輻輳が発生していると前記バッファ監視部が判定した場合には、前記バッファメモリが記憶している前記第１のパケットのうち、最も古いものから順番に前記バッファ監視部により算出された前記パケット数分の前記第１のパケットを結合してカプセル化して出力する
   ことを特徴とするパケット多重伝送装置。
2. 前記バッファ監視部は、
   前記第１のパケットが前記バッファメモリに格納され又は前記バッファメモリから読み出されると、前記バッファメモリに記憶されている前記第１のパケットの合計のデータ量に基づいて、前記バッファメモリにおける前記第１のパケットの滞留量を予測する
   ことを特徴とする請求項１に記載のパケット多重伝送装置。
3. 前記バッファ監視部は、
   前記バッファメモリにおける前記第１のパケットの滞留量が予め定められた第１の閾値以上となったときに、輻輳が発生していると判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載のパケット多重伝送装置。
4. 前記バッファ監視部は、
   バッファメモリへの格納順番が古いものから順番に結合した場合の合計データ量が、予め定められた第２の閾値以下となるパケット数を、結合すべきパケット数として決定する
   ことを特徴とする請求項３に記載のパケット多重伝送装置。
5. 前記パケット結合処理部は、
   複数の前記第１のパケットを結合する際、当該第１のパケットの先頭に、当該第１のパケットが前記第２のパケット内の最後の第１のパケットであるか否かを表すフラグと、当該第１のパケットのパケット長とを含むヘッダを付加する
   ことを特徴とする請求項１に記載のパケット多重伝送装置。
6. 前記第２のパケットは、
   当該第２のパケットに複数の第１のパケットが含まれているか否かを表す第２のフラグを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のパケット多重伝送装置。
7. 複数種の伝送信号を収容し、非パケット信号についてはパケット化を行い、パケット信号についてはパケット信号のまま収容し、それぞれのパケット信号を多重化して出力するパケット多重伝送方法において、
   それぞれ前記伝送信号を順次パケット化又はパケット信号のまま収容して第１のパケットを順次生成すると共に、当該第１のパケットをカプセル化して同一規格の第２のパケットを順次生成する多重化前処理部と、
   各前記多重化前処理部により生成された前記第２のパケットを多重化する多重部と
   を有し、
   前記多重化前処理部は、
   各前記伝送信号を順次パケット化又はパケット信号のまま収容して前記第１のパケットを順次生成する信号処理部と、
   前記第１のパケットを一時的に記憶すると共に、記憶した前記第１のパケットをカプセル化して前記第２のパケットを順次生成する待機バッファ部と
   を有し、
   前記待機バッファ部は、
   前記第１のパケットを一時的に記憶するバッファメモリと、
   前記バッファメモリにおける前記第１の滞留量を監視するバッファ監視部と、
   前記バッファ監視部の監視結果に基づいて、前記第１のパケットを前記第２のパケットにカプセル化するパケット結合処理部と
   を有し、
   前記バッファ監視部が、前記バッファメモリにおける前記第１のパケットの滞留量に基づいて輻輳が発生しているか否かを判定し、輻輳が発生していると判定したときには、結合すべき前記第１のパケットのパケット数を算出する第１のステップと、
   前記パケット結合処理部が、輻輳が発生していないと前記バッファ監視部が判定した場合には、前記バッファメモリが記憶している前記第１のパケットのうちの最も古い前記第１のパケットをカプセル化して出力する一方、輻輳が発生していると前記バッファ監視部が判定した場合には、前記バッファメモリが記憶している前記第１のパケットのうち、最も古いものから順番に前記バッファ監視部により算出された前記パケット数分の前記第１のパケットを結合してカプセル化して出力する第２のステップと
   を備えることを特徴とするパケット多重伝送方法。
8. 前記第１のステップにおいて、前記バッファ監視部は、
   前記第１のパケットが前記バッファメモリに格納され又は前記バッファメモリから読み出されると、前記バッファメモリに記憶されている前記第１のパケットの合計のデータ量に基づいて、前記バッファメモリにおける前記第１のパケットの滞留量を予測する
   ことを特徴とする請求項７に記載のパケット多重伝送方法。
9. 前記第１のステップにおいて、前記バッファ監視部は、
   前記バッファメモリにおける前記第１のパケットの滞留量が予め定められた第１の閾値以上となったときに、輻輳が発生していると判定する
   ことを特徴とする請求項８に記載のパケット多重伝送方法。
10. 前記第１のステップにおいて、前記バッファ監視部は、
    バッファメモリへの格納順番が古いものから順番に結合した場合の合計データ量が、予め定められた第２の閾値以下となるパケット数を、結合すべきパケット数として決定する
    ことを特徴とする請求項９に記載のパケット多重伝送装置の制御方法。
11. 前記第２のステップにおいて、前記パケット結合処理部は、
    複数の前記第１のパケットを結合する際、当該第１のパケットの先頭に、当該第１のパケットが前記第２のパケット内の最後の第１のパケットであるか否かを表すフラグと、当該第１のパケットのパケット長とを含むヘッダを付加する
    ことを特徴とする請求項７に記載のパケット多重伝送方法。
12. 前記第２のパケットは、
    当該第２のパケットに複数の第１のパケットが含まれているか否かを表す第２のフラグを備える
    ことを特徴とする請求項７に記載のパケット多重伝送方法。