JP5697201B2

JP5697201B2 - 無瞬断パケット伝送装置および無瞬断パケット伝送方法

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Publication number: JP5697201B2
Application number: JP2011039745A
Authority: JP
Inventors: 健坂入; 勉久保; 久保　　勉; 宏一山田; 克俊行田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012178665A

Description

本発明は、クロックに同期したＳＴＭ（Synchronous Transfer Mode ：同期転送モード) 信号をパケット網で伝送する際に、パケット網内における伝送路故障、伝送経路上でのパケット損失、遅延変動が発生した場合でも、瞬断なくパケット信号からＳＴＭ信号に復元する無瞬断パケット伝送装置および無瞬断パケット伝送方法に関する。

パケット網において高品質な信号伝送を行う方法として、送信側で２つの伝送経路に同一のパケットを送出し、受信側において２つの経路から受信されるパケットのうち、正常な一方のパケットを選択して出力する手法が広く知られている。

しかし、単純にパケット損失を発生させない方法では、無瞬断伝送の際に遅延変動を抑えることはできない（特許文献１）。したがって、２つの経路長差が大きい場合、選択系変更に伴う到着パケット間隔の遅延変動が大きくなり、結果としてパケット信号からＳＴＭ信号を復元する受信側でバッファアンダーフローが発生し、ＳＴＭ信号に瞬断が生じる可能性があった。

一方、遅延変動を抑圧した無瞬断伝送方法として、ＡＴＭ網での無瞬断伝送方法が提案されているが（特許文献２）、パケット網において実現する方法は触れられておらず、また無瞬断伝送を行う網において伝送するパケットの間隔程度の遅延変動が発生した場合にパケット損失を回避する機能は含まれていない。

特に、ＳＴＭ信号をパケット網で伝送する際に、パケット網内において伝送路故障、伝送経路上でのパケット損失、遅延変動が発生した場合でも、パケット信号から復元したＳＴＭ信号に瞬断を生じさせることなく伝送するために、伝送システム全体のパケット遅延変動の影響を、パケット信号から復元したＳＴＭ信号に残さない切替技術が必要となる。

特開２００６−１７４４０６号公報特許第３４８４０８３号公報

パケット網において無瞬断伝送を行う際に、瞬断を発生させる原因となる遅延変動は、大別して以下の通りである。
(1) 冗長化した２つの伝送経路に伝搬時間差が存在することによる、受信側での選択系変更に伴う遅延変動。
(2) それぞれの伝送経路において他のパケットと多重されることによる多重化揺らぎによる遅延変動。

(1) の遅延変動がある場合、あるパケット（ｎ番目のパケット）を一方の伝送経路から選択し、次のパケット（ｎ＋１番目のパケット）を他方の伝送経路から選択して出力すると、ＳＴＭ信号を運ぶパケットの間隔が伝搬時間差だけ遅延もしくは先行し、パケット信号をＳＴＭ信号へ復元する際に受信側でバッファアンダーフローやスリップ（同期はずれ）を生じ、瞬断が発生する可能性がある。この瞬断を避けるために、２つの伝送経路の伝搬遅延時間差に起因する遅延変動を抑える必要がある。

また、(2) の遅延変動としてパケット間隔以上の多重化揺らぎがあれば、一方の伝送経路上で、もしくは２つの伝送経路間で、パケットの順序逆転が生じることになり、受信側で到着順にパケットの選択を行う方式では、符号誤り等により発生したパケット損失を見逃す可能性がある。よって、このような多重化揺らぎによる遅延変動が大きい場合でもパケット損失の見逃しを回避する必要がある。

例えば、一方の伝送経路のｎ番目のパケットが損失し、かつ、次のｎ＋１番目のパケットが他方の伝送経路のｎ番目のパケットよりも先に受信側に到着するような場合には、他方の伝送経路のｎ番目のパケットの到着を待って一方の伝送経路のｎ＋１番目のパケットを送出することが必要となる。

本発明は、パケット網内における伝送路故障、伝送経路上でのパケット損失、遅延変動が発生した場合でも、瞬断なくパケット信号からＳＴＭ信号に復元することができる無瞬断パケット伝送装置および無瞬断パケット伝送方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、パケット信号の入力順にシーケンス番号を付与して複製し、パケット網の２つの伝送経路に送信する無瞬断送信部と、２つの伝送経路を伝搬したパケット信号を入力し、同一シーケンス番号のパケット信号のうち先に入力するパケット信号を選択して出力し、後から入力するパケット信号を廃棄するパケット選択部を含む無瞬断受信部とを備えた無瞬断パケット伝送装置において、無瞬断受信部は、同一シーケンス番号のパケット信号の到着時間差を複数サンプルで平均化して伝送経路間の遅延差を計算し、伝搬遅延時間が短い伝送経路側のパケット信号に対してこの遅延差の分だけ遅延させてパケット選択部に出力する遅延差調整手段を備える。無瞬断受信部は、遅延差調整手段で遅延差が調整されたパケット信号を入力し、パケット選択部から送出されたパケット信号のシーケンス番号がｎである時に、ｎ＋１以下のシーケンス番号をもつパケット信号は直ちに前記パケット選択部に出力するとともに、一方の伝送経路のパケット損失によりシーケンス番号Ｎ（Ｎはｎ＋２以上の整数）のパケット信号が入力したときに、他方の伝送経路からシーケンス番号Ｎ−１のパケット信号が入力するまで待ち合わせる待合せ処理部を備える。待合せ処理部は、他方の伝送経路からシーケンス番号Ｎ−１のパケット信号が入力しない場合、各伝送経路の構成毎に決まる多重化揺らぎの最悪値を想定した時間だけ待ち合わせた後に、シーケンス番号Ｎのパケット信号を出力する構成である。

第２の発明は、無瞬断送信部でパケット信号の入力順にシーケンス番号を付与して複製し、パケット網の２つの伝送経路に送信し、無瞬断受信部のパケット選択部に２つの伝送経路を伝搬したパケット信号を入力し、同一シーケンス番号のパケット信号のうち先に入力するパケット信号を選択して出力し、後から入力するパケット信号を廃棄する無瞬断パケット伝送方法において、無瞬断受信部は、遅延差調整手段で同一シーケンス番号のパケット信号の到着時間差を複数サンプルで平均化して伝送経路間の遅延差を計算し、伝搬遅延時間が短い伝送経路側のパケット信号に対してこの遅延差の分だけ遅延させてパケット選択部に出力する。無瞬断受信部は、遅延差調整手段で遅延差が調整されたパケット信号を待合せ処理部に入力し、パケット選択部から送出されたパケット信号のシーケンス番号がｎである時に、ｎ＋１以下のシーケンス番号をもつパケット信号は直ちに前記パケット選択部に出力するとともに、一方の伝送経路のパケット損失によりシーケンス番号Ｎ（Ｎはｎ＋２以上の整数）のパケット信号が入力したときに、他方の伝送経路からシーケンス番号Ｎ−１のパケット信号が入力するまで待ち合わせる。待合せ処理部は、他方の伝送経路からシーケンス番号Ｎ−１のパケット信号が入力しない場合、各伝送経路の構成毎に決まる多重化揺らぎの最悪値を想定した時間だけ待ち合わせた後に、シーケンス番号Ｎのパケット信号を出力する。

本発明の無瞬断パケット伝送装置および無瞬断パケット伝送方法では、各伝送経路から到着するパケット信号に対して伝送経路間の遅延差を調整した後に、パケット選択部に入力する同一シーケンス番号のパケット信号のうち先に入力する方を遅延なく送出し、またシーケンス番号の飛びが生じた場合には後から到着する伝送経路側のパケット信号と待ち合わせることにより、選択系変更時の遅延変動を極力抑えた無瞬断伝送が可能になる。

これにより、パケット網内における伝送路故障、伝送経路上でのパケット損失、遅延変動が発生した場合でも、瞬断なくパケット信号からＳＴＭ信号に復元することができる。

本発明の無瞬断パケット伝送装置の全体構成を示す図である。無瞬断送信部１０の構成例を示す図である。無瞬断受信部２０の構成例を示す図である。遅延差調整部２２およびパケット選択部２４の動作例を示すタイムチャートである。遅延差調整部２２の動作例を示すタイムチャートである。待合せ処理部２３およびパケット選択部２４の構成例を示す図である。待合せ処理部２３の読出し制御部２３２の処理手順例を示すフローチャートである。待合せ処理部２３の動作例を示すタイムチャートである。パケット選択部２４の選択制御部２４１の処理手順例を示すフローチャートである。パケット信号からＳＴＭ信号への変換処理例を示すタイムチャートである。

図１は、本発明の無瞬断パケット伝送装置の全体構成を示す。
図１において、無瞬断パケット伝送装置は、パケット網１の２つの異なる伝送経路（０系）と伝送経路（１系）を介して対向接続される無瞬断送信部１０および無瞬断受信部２０と、ＳＴＭ信号からパケット信号に変換して無瞬断送信部１０に入力する変換部（図示せず）および無瞬断受信部２０から出力されるパケット信号からＳＴＭ信号を復元する復元部（図示せず）により構成される。

図２は、無瞬断送信部１０の構成例を示す。
図２において、無瞬断送信部１０は、シーケンス番号付与部１１およびパケット複製部１２により構成される。シーケンス番号付与部１１に入力するパケット信号は入力順にシーケンス番号が付与され、パケット複製部１２で複製して伝送経路（０系）および伝送経路（１系）に送出される。

図３は、無瞬断受信部２０の構成例を示す。
図３において、無瞬断受信部２０は、遅延差計算部２１、遅延差調整部２２、待合せ処理部２３およびパケット選択部２４により構成される。

遅延差計算部２１は、伝送経路毎に到着したパケットからシーケンス番号と到着時刻を取得し、同一シーケンス番号のペアの到着時刻差を複数サンプルで平均化することで、伝送経路間の平均の遅延差（伝搬遅延時間差）を継続的に計算し、当該遅延差情報を後段の遅延差調整部２２に通知する。

遅延差調整部２２は、伝搬遅延時間が短い伝送経路側のパケットを、遅延差計算部２１で計算された平均の遅延差の分だけバッファリングすることで、２つの伝送経路の遅延差をキャンセルする。ただし、伝送経路間の平均の遅延差には、図４に示すように伝送経路毎の多重化揺らぎが残存しており、各伝送経路の同一シーケンス番号のパケットの位相は揃っていない。ここで、パケット損失がない状態では、伝送経路間の遅延差が調整されたパケットは待合せ処理部２３を通過してパケット選択部２４に入力する。パケット選択部２４は、各伝送経路の同一シーケンス番号のパケットのうち、先に入力するパケットを選択し、シーケンス番号を除去して出力する。また、後から入力する同一シーケンス番号のパケットを廃棄する。

しかし、図５に示すように、一方の伝送経路にパケット損失が発生し、遅延差調整部２２で伝送経路間の遅延差を調整したときに、伝送経路（０系）のパケット３と伝送経路（１系）のパケット２の順序が逆転すると、パケット選択部２４はパケット２の損失を見逃してパケット３を選択することになり、伝送経路（１系）のパケット２は廃棄される。この問題を解決するための待合せ処理部２３の機能について以下に説明する。

図６は、待合せ処理部２３およびパケット選択部２４の構成例を示す。
図６において、待合せ処理部２３は、各伝送経路に対応する読出し時刻付きバッファ２３０，２３１と、読出し制御部２３２により構成される。パケット選択部２４は、選択回路２４０および選択制御部２４１により構成される。

遅延差調整部２２で伝送経路間の遅延差が調整されたパケットは、各伝送経路に対応する読出し時刻付きバッファ２３０，２３１に順次入力して蓄積される。パケットを蓄積する際には、バッファの入力時刻に一定の待ち合わせ時間を加えた時刻が読出し時刻Ｔｐとして付与される。この一定の待ち合わせ時間とは、各伝送経路の構成毎に決まる多重化揺らぎの最悪値を想定した時間であり、他方の伝送経路から必ず次のシーケンス番号のパケットが入力するまでに必要な時間である。読出し制御部２３２は、パケット選択部２４から入力する送出済みシーケンス番号ＳＮＴと、読出し時刻付きバッファ２３０，２３１の各先頭パケットのシーケンス番号ＳＮｐとその読出し時刻Ｔｐを常時監視し、図７のフローチャートに従って以下の処理を行う。

なお、読出し制御部２３２および読出し時刻付きバッファ２３０，２３１は、送出済みシーケンス番号ＳＮＴに対して到着パケットのシーケンス番号が例えば２以上離れている場合には、そのシーケンス番号のパケットが到着するまでの待ち合わせ時間を算出し、Ｔｐに付加してもよい。

図６，図７において、読出し制御部２３２は、読出し時刻付きバッファ２３０（または２３１）の先頭パケットのシーケンス番号ＳＮｐおよび読出し時刻Ｔｐと、送出済みシーケンス番号ＳＮＴを読み出し（Ｓ１）、ＳＮｐとＳＮＴ＋１を比較し（Ｓ２）、ＳＮｐ≦ＳＮＴ＋１であればその先頭パケットを読み出してパケット選択部２４に出力する（Ｓ３）。一方、ＳＮｐ＞ＳＮＴ＋１であれば、現在時刻ＴがＴ≧Ｔｐになるまでその先頭パケットおよび後続パケットをバッファリングし（Ｓ４からＳ１）、読出し時刻Ｔｐになった時点でその先頭パケットを読み出してパケット選択部２４に出力する（Ｓ４からＳ３）。また、読出し時刻Ｔｐが経過する前に、他方の読出し時刻付きバッファ２３１（または２３０）から読み出されたパケットがパケット選択部２４で選択されて送出済みシーケンス番号ＳＮＴが更新し、ＳＮｐ≦ＳＮＴ＋１となれば、その時点で先頭パケットがパケット選択部２４に出力される（Ｓ２からＳ３）。

ここで、パケット選択部２４の送出済みシーケンス番号ＳＮＴを任意の整数ｎとすると、読出し時刻付きバッファ２３０（または２３１）の先頭パケットのシーケンス番号ＳＮｐがｎ＋１以下であれば、読出し時刻Ｔｐにかかわらず、それぞれ先頭パケットをパケット選択部２４に出力する。一方、読出し時刻付きバッファ２３０（または２３１）の先頭パケットのシーケンス番号ＳＮｐがＮ（Ｎはｎ＋２以上の整数）であれば、他方の読出し時刻付きバッファ２３１（または２３０）から読み出されたシーケンス番号Ｎ−１のパケットがパケット選択部２４で選択されて送出済みシーケンス番号ＳＮＴがＮ−１に更新した時点で、シーケンス番号Ｎの先頭パケットがパケット選択部２４に出力される。あるいは、読出し時刻付きバッファ２３０（または２３１）の先頭パケットを読出し時刻Ｔｐまでバッファリングし、読出し時刻Ｔｐになった時点でパケット選択部２４に出力される。

例えば、図８に示すように、伝送経路（０系）のパケット２の損失によってパケット３が伝送経路（１系）のパケット２よりも早く読出し時刻付きバッファ２３０に入力すると、その時点の送出済みシーケンス番号ＳＮＴが「１」であるために、パケット３が待ち合わせとなる。その後、伝送経路（１系）のパケット２が読出し時刻付きバッファ２３１に入力して直ちに読み出され、パケット選択部２４から出力して送出済みシーケンス番号ＳＮＴが「２」に更新された時点で、伝送経路（０系）のパケット３が読み出される。このように、通常は伝送経路（０系）のパケット３が待ち合わせとなっても、上記の「一定の待ち合わせ時間」により決まる読出し時刻Ｔｐが経過する前に伝送経路（０系）のパケット２が入力するので、伝送経路（１系）のパケット２、伝送経路（０系）のパケット３の順に出力される動作となる。

図６において、待合せ処理部２３から出力されるパケットは、伝送経路（０系）の読出し時刻付きバッファ２３０および伝送経路（１系）の読出し時刻付きバッファ２３１から、それぞれ独立にパケット選択部２４の選択回路２４０および選択制御部２４１に入力する。このとき、選択制御部２４１は、伝送経路（０系）のパケットのシーケンス番号ＳＮｐ０、伝送経路（１系）のパケットのシーケンス番号ＳＮｐ１を読み出し、これらと送出済みシーケンス番号ＳＮＴとに基づいて、図９のフローチャートに従って以下の処理を行う。

図６，図９において、選択制御部２４１は、伝送経路（０系）または伝送経路（１系）のパケット入力を待ち、入力パケットのシーケンス番号ＳＮｐ（ＳＮｐ０またはＳＮｐ１）と、送出済みシーケンス番号ＳＮＴを読み出し（Ｓ11）、ＳＮｐとＳＮＴ＋１を比較し（Ｓ12）、ＳＮｐ≧ＳＮＴ＋１であれば入力パケットを選択し、シーケンス番号を除去して出力するように選択回路２４０を制御する（Ｓ13）。そして、送出済みシーケンス番号ＳＮＴをＳＮｐに更新する（Ｓ14）。一方、ＳＮｐ＜ＳＮＴ＋１であれば、シーケンス番号ＳＮｐの入力パケットを廃棄する（Ｓ15）。

ここで、送出済みシーケンス番号ＳＮＴを任意の整数ｎとすると、ｎ以下のシーケンス番号のパケットは廃棄される。また、ｎ＋１以上のシーケンス番号のパケットが入力したら、早く入力した伝送経路側のパケットを遅延なく出力し、送出済みシーケンス番号ＳＮＴを更新する。当該パケットを出力する際には、パケットからシーケンス番号が除去される。これにより、後から入力する伝送経路側の同一シーケンス番号のパケットは廃棄される。

以上説明したように、各伝送経路から到着するパケット信号に対して伝送経路間の遅延差を調整した後に、パケット選択部に入力する同一シーケンス番号のパケット信号のうち先に入力する方を遅延なく送出し、またシーケンス番号の飛びが生じた場合には後から到着する伝送経路側のパケット信号と待ち合わせることにより、選択系変更時の遅延変動を極力抑えた無瞬断伝送が可能になる。すなわち、図１０に示すように、パケット選択部２４から出力されるパケット信号について、多重化揺らぎを吸収してＳＴＭ信号に復元する際に、パケット信号の欠落を回避しながら遅延時間を最小限に抑えることができる。

１パケット網
１０無瞬断送信部
１１シーケンス番号付与部
１２パケット複製部
２０無瞬断受信部
２１遅延差計算部
２２遅延差調整部
２３待合せ処理部
２３０，２３１読出し時刻付きバッファ
２３２読出し制御部
２４パケット選択部
２４０選択回路
２４１選択制御部

Claims

パケット信号の入力順にシーケンス番号を付与して複製し、パケット網の２つの伝送経路に送信する無瞬断送信部と、
前記２つの伝送経路を伝搬したパケット信号を入力し、同一シーケンス番号のパケット信号のうち先に入力するパケット信号を選択して出力し、後から入力するパケット信号を廃棄するパケット選択部を含む無瞬断受信部と
を備えた無瞬断パケット伝送装置において、
前記無瞬断受信部は、同一シーケンス番号のパケット信号の到着時間差を複数サンプルで平均化して伝送経路間の遅延差を計算し、伝搬遅延時間が短い伝送経路側のパケット信号に対してこの遅延差の分だけ遅延させて前記パケット選択部に出力する遅延差調整手段を備え、
前記無瞬断受信部は、
前記遅延差調整手段で遅延差が調整されたパケット信号を入力し、前記パケット選択部から送出されたパケット信号のシーケンス番号がｎである時に、ｎ＋１以下のシーケンス番号をもつパケット信号は直ちに前記パケット選択部に出力するとともに、一方の伝送経路のパケット損失によりシーケンス番号Ｎ（Ｎはｎ＋２以上の整数）のパケット信号が入力したときに、他方の伝送経路からシーケンス番号Ｎ−１のパケット信号が入力するまで待ち合わせる待合せ処理部を備え、
前記待合せ処理部は、他方の伝送経路からシーケンス番号Ｎ−１のパケット信号が入力しない場合、各伝送経路の構成毎に決まる多重化揺らぎの最悪値を想定した時間だけ待ち合わせた後に、前記シーケンス番号Ｎのパケット信号を出力する構成である
ことを特徴とする無瞬断パケット伝送装置。
無瞬断送信部でパケット信号の入力順にシーケンス番号を付与して複製し、パケット網の２つの伝送経路に送信し、
無瞬断受信部のパケット選択部に前記２つの伝送経路を伝搬したパケット信号を入力し、同一シーケンス番号のパケット信号のうち先に入力するパケット信号を選択して出力し、後から入力するパケット信号を廃棄する
無瞬断パケット伝送方法において、
前記無瞬断受信部は、遅延差調整手段で同一シーケンス番号のパケット信号の到着時間差を複数サンプルで平均化して伝送経路間の遅延差を計算し、伝搬遅延時間が短い伝送経路側のパケット信号に対してこの遅延差の分だけ遅延させて前記パケット選択部に出力し、
前記無瞬断受信部は、
前記遅延差調整手段で遅延差が調整されたパケット信号を待合せ処理部に入力し、前記パケット選択部から送出されたパケット信号のシーケンス番号がｎである時に、ｎ＋１以下のシーケンス番号をもつパケット信号は直ちに前記パケット選択部に出力するとともに、一方の伝送経路のパケット損失によりシーケンス番号Ｎ（Ｎはｎ＋２以上の整数）のパケット信号が入力したときに、他方の伝送経路からシーケンス番号Ｎ−１のパケット信号が入力するまで待ち合わせ、
前記待合せ処理部は、他方の伝送経路からシーケンス番号Ｎ−１のパケット信号が入力しない場合、各伝送経路の構成毎に決まる多重化揺らぎの最悪値を想定した時間だけ待ち合わせた後に、前記シーケンス番号Ｎのパケット信号を出力する
ことを特徴とする無瞬断パケット伝送方法。