JP6563385B2 - 中継装置およびデータ転送方法 - Google Patents

Description

本発明は、中継装置およびデータ転送方法に関する。

従来、産業分野ではイーサネット（登録商標）化が進み、製造現場ではＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、インバータ、センサ等のＦＡ（Factory Automation）機器を結んだ通信ネットワークであるＦＡネットワークが構築されている。ＦＡネットワークでは、高速かつ高精度のモーション制御を実現するため、中継装置が遅延揺らぎに敏感なフレームを一定の遅延時間である固定遅延で転送することが要求される。固定遅延で転送する必要がある固定遅延フレームでは、ＦＡ機器間の時刻同期に用いられるフレーム等が挙げられる。

一般的な中継装置では、フレーム全体を蓄積してから出力するストア＆フォワード方式の転送制御方式が用いられている。ストア＆フォワード方式では、転送フレームをクラスに分類し、クラス毎に優先度を定義する下記非特許文献１に記載のＰｒｉｏｒｉｔｙ Ｑｕｅｕｉｎｇを用い、高優先フレームを優先的に転送することで、転送遅延時間を短くすることが可能となる。しかしながら、ストア＆フォワード方式では、前述のＰｒｉｏｒｉｔｙ Ｑｕｅｕｉｎｇを用いても、遅延ジッタを排除できない。ストア＆フォワード方式では、低優先フレームを送信中に高優先フレームが入力された場合、低優先フレームの送信が終了するまで待つ必要があり、高優先フレームの転送遅延時間に揺らぎが発生するためである。

出力ポートにおいて高優先フレームと低優先フレームの転送競合が発生する限り、低優先フレームの最大フレーム長と伝送速度から決定される遅延ジッタが、高優先フレームの転送遅延時間に付加される可能性がある。したがって、高優先フレームの遅延ジッタを排除するため、出力ポートにおける高優先フレームと低優先フレームの転送競合を回避することが要求される。また、入力ポートが複数ある多重分離装置では、高優先フレーム同士の転送競合が発生する可能性があり、高優先フレーム同士の転送競合を回避することも要求される。

前述した低優先フレームと高優先フレームの転送競合時の高優先フレームの遅延ジッタを低減する技術について、例えば、下記特許文献１では、中継装置が、低優先フレームを送信中に高優先フレームが入力された場合、高優先フレームを低優先フレームの間に割り込ませて送信することで高優先フレームの遅延ジッタを低減させる技術が開示されている。中継装置は、割り込んで送信する高優先フレームの前後に挿入位置を示す制御コードを付加して送信する。

また、下記特許文献２では、低優先フレームと高優先フレームの転送競合が発生した場合、低優先フレームの送信を中断し、高優先フレームを優先して送信する通信装置についての技術が開示されている。通信装置は、低優先フレームを、送信と並行して再送バッファに格納しており、転送競合に伴って送信を中断した低優先フレームを高優先フレーム送信後に再送する。

また、下記特許文献３では、タイムスロット制御によって、高優先フレームを低優先フレームよりも優先して転送する技術が開示されている。ネットワーク装置は、予め決められた一定の周期で転送を繰り返す高優先フレームを低遅延で転送するため、送信周期と同期したタイミングで高優先フレームを転送する転送区間を一定の周期で設けることで高優先フレームを低遅延で転送し、低優先フレームをそれ以外の空いた時間に転送する。

特許第４３０２０１４号公報 特許第５０９４５３２号公報 特許第５３０２５５９号公報

Constantinos Dovrolis，et al. "A Case for Relative Differentiated Services and the Proportional Differentiation Model"，IEEE Network September/October 1999，pp.26-34.

しかしながら、特許文献１によれば、中継装置は、高優先フレームの挿入位置を示す制御コードに汎用ネットワークの規格外の符号を用いている。そのため、汎用ネットワークで利用するためには、高優先フレームの挿入と取り出しを行う専用装置を送信側及び受信側に設ける必要があり、汎用ネットワークで広く普及している機器を利用して遅延ジッタの発生を防止できない。

また、特許文献２によれば、通信装置は、低優先フレームとの転送競合が発生しない場合は高優先フレームを即時転送するのに対して、低優先フレームとの転送競合が発生した場合は低優先フレームの転送を中断した後にフレーム間隔を空けて高優先フレームを転送する必要がある。そのため、高優先フレームの低遅延転送は可能であるものの、遅延ジッタを排除することができない。

また、特許文献３によれば、ネットワーク装置は、転送区間以外で高優先フレームと低優先フレームが競合した場合はストア＆フォワード方式で転送するため、高優先フレームの遅延ジッタを排除できない。また、ネットワーク装置は、高優先フレーム同士の入力タイミングが競合した場合、出力可能な一方のフレームは低遅延で転送し、他方はストア＆フォワード方式で転送するため、一旦フレームをストアする。このため、フレーム長によってはフレームの最小限の遅延ジッタで転送することができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、汎用ネットワークで遅延ジッタの発生を防止し、特別な優先度を持つフレームを優先して低遅延かつ固定遅延で転送可能な中継装置およびデータ転送方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信フレーム内で定義された識別子に基づいて、前記受信フレームを、出力ポート毎に高優先フレームと前記高優先フレームより優先度の低い低優先フレームとに振り分ける判定手段と、前記判定手段で振り分けられた前記高優先フレームを、後段装置でフレームを正常に受信して転送可能なフレーム長、および規定の送信間隔の和以上の固定遅延時間で遅延させて送信する高優先キューと、前記判定手段で振り分けられた前記低優先フレームを格納する低優先フレーム格納手段と、前記高優先フレームを送信する際に前記低優先フレームを送信中の場合、前記低優先フレームの送信を中断させ、再送する制御を行う送信フレーム選択手段と、前記送信フレーム選択手段の制御に基づいて、前記後段装置へ送信するフレームを選出する出力制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる中継装置およびデータ転送方法は、汎用ネットワークで遅延ジッタの発生を防止し、特別な優先度を持つフレームを優先して低遅延かつ固定遅延で転送できる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる中継装置の構成例を示す図 特許文献２に記載の通信装置における高優先フレームの転送処理を示す図 実施の形態１の中継装置における高優先フレームの転送処理を示す図 実施の形態１にかかる中継装置のデータ転送方法を示すフローチャート 実施の形態２にかかる中継装置の構成例を示す図 実施の形態２にかかる中継装置の高優先フレームのデータ転送方法を示すフローチャート 実施の形態２にかかる中継装置の低優先フレームのデータ転送方法を示すフローチャート 実施の形態３にかかる中継装置の構成例を示す図 実施の形態３の中継装置における高優先フレーム同士の出力タイミングが競合した場合の転送処理を示す図 実施の形態３にかかる中継装置のデータ転送方法を示すフローチャート 実施の形態４にかかる中継装置の構成例を示す図 実施の形態４の中継装置における高優先フレーム同士の出力タイミングが競合した場合の転送処理を示す図 実施の形態４にかかる中継装置のデータ転送方法を示すフローチャート 実施の形態５の中継装置における高優先フレーム同士の出力タイミングが競合した場合に、先に低遅延転送の高優先フレームを転送する転送処理を示す図 実施の形態５の中継装置における高優先フレーム同士の出力タイミングが競合した場合に、先に固定遅延転送の高優先フレーム転送しつつ、低優先フレームの中断および再送を含む転送処理を示す図 実施の形態５にかかる中継装置のデータ転送方法を示すフローチャート 中継装置の構成を実現するハードウェア構成を示す図

以下に、本発明にかかる中継装置およびデータ転送方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる中継装置１の構成例を示す図である。中継装置１は、フレーム判定部２と、固定遅延キュー３と、低優先フレームバッファ４と、送信フレーム選択部５と、再送用バッファ６と、出力制御部７と、を備える。本実施の形態では、低優先フレームバッファ４および再送用バッファ６で低優先フレーム格納手段を構成する。

フレーム判定部２は、受信フレームのヘッダまたはペイロード内に定義された識別子を判断基準に、受信フレームを、出力ポート毎に高優先フレームと低優先フレームとに振り分ける判定手段である。ここでは、高優先フレームを特別の優先度をもつフレームとし、それ以外のフレームを低優先フレームとし、高優先フレームより優先度の低いフレームとする。

固定遅延キュー３は、フレーム判定部２で振り分けられた高優先フレームを格納し、送信フレーム選択部５に高優先フレームが入力されたことを通知する高優先キューである。固定遅延キュー３では、高優先フレームを規定された時間だけ遅延させた後に出力制御部７へ出力する。

低優先フレームバッファ４は、フレーム判定部２で振り分けられた低優先フレームを格納し、送信フレーム選択部５に出力要求を送信する。低優先フレームバッファ４では、低優先フレームを、送信フレーム選択部５が低優先フレームの出力を許可した場合のみ出力制御部７および再送用バッファ６へ出力する。また、低優先フレームバッファ４では、送信フレーム選択部５から出力停止指示を受信した場合、再送用バッファ６へのフレームの格納は継続しつつ、出力制御部７への出力を停止する。なお、中継装置１において出力ポート毎に低優先フレームバッファ４を持つ場合、低優先フレームバッファ４では、複数の優先度毎のキューを持ち、予め設定されたまたは低優先フレーム内に格納された優先度識別情報によって、低優先フレームの優先度を識別して該当する優先度のキューに格納してもよい。

送信フレーム選択部５は、固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を受信した場合、固定遅延キュー３から高優先フレームを送信させる制御を行う送信フレーム選択手段である。また、送信フレーム選択部５は、固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を未受信かつ再送用バッファ６に低優先フレームを格納していない場合、低優先フレームバッファ４からの出力要求を許可し、低優先フレームバッファ４から低優先フレームを送信させる制御を行う。また、送信フレーム選択部５は、固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を未受信かつ再送用バッファ６にフレームが格納されている場合、再送用バッファ６に出力要求を送信し、再送用バッファ６から転送を中断した低優先フレームを再送させる制御を行う。

送信フレーム選択部５は、低優先フレームバッファ４または再送用バッファ６から低優先フレームを送信中に固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を受信した場合、低優先フレームの送信を中断する出力制御を行う。送信フレーム選択部５は、出力制御部７から低優先フレームの送信が中断されずに終了した場合、再送用バッファ６に対して、格納していた低優先フレームの解放を指示する。

本実施の形態では、送信フレーム選択部５は、低優先フレームの出力許可中に固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を受信した場合、すなわち、転送競合が発生した場合、中継装置１の後段装置でフレームを正常に受信して転送または廃棄可能なフレーム長、例えば、６４ｂｙｔｅまで低優先フレームを送信した上で、低優先フレームバッファ４に出力停止を指示する。

送信フレーム選択部５では、転送を中断した低優先フレームと高優先フレームのフレーム間隔が規定の送信間隔、具体的には、最小ＩＦＧ（Inter Frame Gap）を確保できるように出力制御部７を制御する。

再送用バッファ６は、低優先フレームバッファ４から出力された低優先フレームを格納する。また、再送用バッファ６は、送信フレーム選択部５からバッファ解放指示を受けた場合、格納していた低優先フレームであって再送が完了した低優先フレームを廃棄する。

出力制御部７は、送信フレーム選択部５からの制御の指示に基づいて、後段装置へ送信する転送フレームを選出する出力制御手段である。

固定遅延キュー３および再送用バッファ６の容量は、中継装置１を適用するシステムによってユーザが設定可能な構成とする。ここで、固定遅延キュー３では、中継装置１の後段装置でフレームを正常に受信して転送または廃棄可能なフレーム長、および最小ＩＦＧの和以上の時間を設定して固定遅延時間とする。

このように、中継装置１では、転送競合時に低優先フレームの送信を中断することで特別な優先度を持つ高優先フレームを高優先で、すなわち低優先フレームよりも先に高優先フレームを転送することができる。また、中継装置１では、高優先フレームを転送競合有無に関わらず、固定遅延キュー３で固定遅延時間だけ遅延させることで、固定遅延転送を実現できる。

具体的に、前述の特許文献２に記載の通信装置と、本実施の形態の中継装置１における、低優先フレーム転送中に高優先フレームを受信した場合の転送処理の違いについて説明する。

図２は、前述の特許文献２に記載の通信装置における高優先フレームの転送処理を示す図である。通信装置では、低優先フレームの転送開始後に高優先フレームを受信した場合、低優先フレームの送信を即時中断する。この場合、転送を中断した低優先フレームが原因で、後段装置では、後続の高優先フレームを正常に受信できないことが考えられる。通信装置が、後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長を確保せずに低優先フレームの送信を中断した場合である。通信装置では、転送を中断した低優先フレームを、高優先フレームを転送後、最小ＩＦＧを確保した上で再送する。

図３は、実施の形態１の中継装置１における高優先フレームの転送処理を示す図である。中継装置１では、低優先フレームの転送開始後に高優先フレームを受信した場合、高優先フレームの転送開始時刻に対して最小ＩＦＧを確保した時刻で低優先フレームの転送を中断する。固定遅延キュー３では、設定した固定遅延時間によって、中継装置１の後段装置が正常に廃棄可能なフレーム長を確保している。そのため、後段装置では、転送が中断された低優先フレームを受信した場合、異常フレームのため廃棄することができる。中継装置１では、転送を中断した低優先フレームを、高優先フレームを転送後、最小ＩＦＧを確保した上で再送する。

なお、中継装置１では、送信フレーム選択部５は、低優先フレームの転送を中断する場合、高優先フレームの転送開始時刻から最小ＩＦＧを確保して、できるだけ低優先フレームの転送を継続するが、このような制御に限定するものではない。例えば、送信フレーム選択部５は、中継装置１の後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長まで低優先フレームが送信されたことを確認した上で、高優先フレームの転送開始時刻に対して最小ＩＦＧを確保した時刻よりも前に低優先フレームの転送を中断してもよい。

中継装置１におけるデータ転送方法についてフローチャートを用いて説明する。図４は、実施の形態１にかかる中継装置１のデータ転送方法を示すフローチャートである。

中継装置１では、フレーム判定部２が、受信フレームが高優先フレームか低優先フレームか判定する（ステップＳ１）。高優先フレームの場合（ステップＳ１：高優先フレーム）、フレーム判定部２は、固定遅延キュー３に高優先フレームを格納する（ステップＳ２）。送信フレーム選択部５は、低優先フレーム送信中の場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、低優先フレームの送信を中断させる制御を行い（ステップＳ４）、低優先フレームを送信していない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ４の処理を省略する。固定遅延キュー３は、送信フレーム選択部５へ入力を通知し、中継装置１の後段装置でフレームを正常に受信して転送または廃棄可能なフレーム長、および最小ＩＦＧの和以上の時間を設定した固定遅延時間が経過するまでは格納を継続する（ステップＳ５：Ｎｏ）。固定遅延時間が経過すると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、送信フレーム選択部５は、出力制御部７から高優先フレームを送信させる制御を行う（ステップＳ６）。

送信フレーム選択部５は、再送用バッファ６に低優先フレームが無く（ステップＳ７：Ｎｏ）、低優先フレームバッファ４に低優先フレームが無い場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、処理を終了する。一方、送信フレーム選択部５は、再送用バッファ６に低優先フレームがある場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、後述するステップＳ１７の処理を行い、低優先フレームバッファ４に低優先フレームがある場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、後述するステップＳ１２の処理を行う。

ステップＳ１に戻って、フレーム判定部２は、受信フレームが低優先フレームの場合（ステップＳ１：低優先フレーム）、低優先フレームバッファ４に低優先フレームを格納する（ステップＳ９）。送信フレーム選択部５は、低優先フレームバッファ４から出力要求を受けると、高優先フレームがある、すなわち、固定遅延キュー３から入力通知を受信している場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、低優先フレームの出力要求を許可しない。送信フレーム選択部５は、高優先フレームが無く、すなわち、固定遅延キュー３から入力通知を未受信の場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、かつ、再送用バッファ６に低優先フレームが無い場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、低優先フレームバッファ４から低優先フレームを送信させる制御を行う（ステップＳ１２）。送信フレーム選択部５は、低優先フレームバッファ４から低優先フレームを送信中に高優先フレームの受信が無かった場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、低優先フレームバッファ４から中断せずに低優先フレームを送信して処理を終了する（ステップＳ１４）。

送信フレーム選択部５は、低優先フレームバッファ４から低優先フレームを送信中に高優先フレームの受信があった場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、低優先フレームバッファ４からの低優先フレームの送信を中断し、低優先フレームバッファ４から再送用バッファ６への格納を継続させる制御を行う（ステップＳ１５）。送信フレーム選択部５は、高優先フレームの送信が終了するまで待機し（ステップＳ１６：Ｎｏ）、高優先フレームの送信終了後（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、再送用バッファ６から低優先フレームを送信し、送信が完了した低優先フレームについては再送用バッファ６から解放する（ステップＳ１７）。なお、送信フレーム選択部５は、ステップＳ１１において、再送用バッファ６に低優先フレームがある場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、同様に、再送用バッファ６から低優先フレームを送信させる制御を行う（ステップＳ１７）。

送信フレーム選択部５は、再送用バッファ６から低優先フレームを送信中に高優先フレームの受信が無かった場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、再送用バッファ６から中断せずに低優先フレームを送信し、送信完了した低優先フレームを再送用バッファ６から解放し（ステップＳ１９）、ステップＳ８へ移行する。送信フレーム選択部５は、再送用バッファ６から低優先フレームを送信中に高優先フレームの受信があった場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、再送用バッファ６からの低優先フレームの送信を中断させる制御を行い（ステップＳ２０）、ステップＳ１６へ移行する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、中継装置１は、低優先フレームの転送開始後に高優先フレームを受信した場合、高優先フレームの転送開始時刻に対して最小ＩＦＧを確保した時刻で低優先フレームの転送を中断し、高優先フレームに対して、後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長、および最小ＩＦＧの和以上の時間を設定した固定遅延時間だけ遅延させて送信することとした。これにより、汎用ネットワークで遅延ジッタの発生を防止し、特別な優先度を持つフレームを高優先かつ固定遅延で転送することができる。また、後段装置では、転送が中断された低優先フレームを受信した場合、異常フレームとして廃棄することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、低優先フレームバッファ４とは別に再送用バッファ６を設けていたが、これらは別々に持たなければならないものではない。実施の形態２では、低優先フレームバッファから再送可能な場合について説明する。なお、実施の形態１と同一の構成については同一の符号を付与し、詳細な説明については省略する。

図５は、実施の形態２にかかる中継装置１ａの構成例を示す図である。中継装置１ａは、中継装置１に対して、再送用バッファ６を削除し、また、低優先フレームバッファ４、送信フレーム選択部５および出力制御部７を、低優先フレームバッファ４ａ、送信フレーム選択部５ａおよび出力制御部７ａに置き換えたものである。本実施の形態において、低優先フレームバッファ４ａは低優先フレーム格納手段である。

低優先フレームバッファ４ａは、フレーム判定部２で振り分けられた低優先フレームを格納し、送信フレーム選択部５ａに出力要求を送信する。このとき、低優先フレームバッファ４ａは、出力要求とともに、格納した低優先フレームのフレーム長を示す情報であるバッファ状態通知を送信フレーム選択部５ａに送信する。低優先フレームバッファ４ａでは、低優先フレームを、送信フレーム選択部５ａが低優先フレームの出力を許可した場合のみ出力制御部７ａへ出力する。また、低優先フレームバッファ４ａでは、送信フレーム選択部５ａから出力停止指示を受信した場合、送信中の低優先フレームを廃棄せず再送可能な状態で低優先フレームのデータを格納したまま、出力制御部７ａへの出力を停止する。なお、中継装置１ａにおいて出力ポート毎に低優先フレームバッファ４ａを持つ場合、低優先フレームバッファ４ａでは、出力ポート毎に複数優先度毎のキューを持ち、予め設定されたまたは低優先フレーム内に格納された優先度識別情報によって、低優先フレームの優先度を識別して該当する優先度のキューに格納してもよい。

送信フレーム選択部５ａは、固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を受信した場合、固定遅延キュー３から高優先フレームを送信させる制御を行う送信フレーム選択手段である。また、送信フレーム選択部５ａは、固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を未受信または高優先フレームを固定遅延時間待たせている間に低優先フレームバッファ４ａの先頭の低優先フレームの出力を完了することが可能である場合、低優先フレームバッファ４ａからの出力要求を許可し、低優先フレームバッファ４ａから低優先フレームを送信させる制御を行う。

送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームバッファ４ａから低優先フレームを送信中に固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を受信した場合、低優先フレームの送信を中断する出力制御を行う。送信フレーム選択部５ａは、高優先フレームの送信完了後、送信を中断されて低優先フレームバッファ４ａに格納されている低優先フレームを、フレームの先頭から再送させる制御を行う。送信フレーム選択部５ａは、出力制御部７ａから低優先フレームの送信が中断されずに終了した場合、低優先フレームバッファ４ａに対して、格納していた低優先フレームの解放を指示する。

本実施の形態では、送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームの出力許可中に固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を受信した場合、すなわち、転送競合が発生した場合、中継装置１ａの後段装置でフレームを正常に受信して転送または廃棄可能なフレーム長、例えば、６４ｂｙｔｅまで低優先フレームを送信した上で、低優先フレームバッファ４ａに出力停止を指示する。

送信フレーム選択部５ａでは、転送を中断した低優先フレームと高優先フレームのフレーム間隔が規定の送信間隔、具体的には、最小ＩＦＧを確保できるように出力制御部７ａを制御する。

出力制御部７ａは、送信フレーム選択部５ａからの制御の指示に基づいて、後段装置へ送信する転送フレームを選出する出力制御手段である。

固定遅延キュー３および低優先フレームバッファ４ａの容量は、中継装置１ａを適用するシステムによってユーザが設定可能な構成とする。ここで、固定遅延キュー３では、中継装置１ａの後段装置でフレームを正常に受信して転送または廃棄可能なフレーム長、および最小ＩＦＧの和以上の時間を設定して固定遅延時間とする。

このように、中継装置１ａでは、転送競合時に低優先フレームの送信を中断することで特別な優先度を持つ高優先フレームを高優先で転送することができる。また、中継装置１ａでは、高優先フレームを転送競合有無に関わらず、固定遅延キュー３で固定遅延時間だけ遅延させることで、固定遅延転送を実現できる。

なお、中継装置１ａでは、送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームの転送を中断する場合、高優先フレームの転送開始時刻から最小ＩＦＧを確保して、できるだけ低優先フレームの転送を継続するが、このような制御に限定されるものではない。例えば、送信フレーム選択部５ａは、中継装置１ａの後段装置でフレームを正常に受信して転送または廃棄可能なフレーム長まで低優先フレームが送信されたことを確認した上で、高優先フレームの転送開始時刻に対して最小ＩＦＧを確保した時刻よりも前に低優先フレームの転送を中断してもよい。

つづいて、中継装置１ａにおけるデータ転送方法についてフローチャートを用いて説明する。図６は、実施の形態２にかかる中継装置１ａの高優先フレームのデータ転送方法を示すフローチャートである。

中継装置１ａでは、フレーム判定部２が、受信フレームが高優先フレームか低優先フレームか判定する（ステップＳ１０１）。高優先フレームを受信しない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、フレーム判定部２は、高優先フレームを受信するまで待機する。高優先フレームを受信した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、フレーム判定部２は、固定遅延キュー３に高優先フレームの格納を開始する（ステップＳ１０２）。固定遅延キュー３は、送信フレーム選択部５ａへ入力を通知し、中継装置１ａの後段装置でフレームを正常に受信して転送または廃棄可能なフレーム長、および最小ＩＦＧの和以上の時間を設定した固定遅延時間が経過するまでは格納を継続する（ステップＳ１０３：Ｎｏ）。固定遅延時間が経過すると（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、送信フレーム選択部５ａは、出力制御部７ａから高優先フレームの送信を開始させる制御を行う（ステップＳ１０４）。出力制御部７ａでは、高優先フレームの送信を継続し（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、高優先フレームの送信が終了すると（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、送信処理を終了する。

図７は、実施の形態２にかかる中継装置１ａの低優先フレームのデータ転送方法を示すフローチャートである。中継装置１ａでは、フレーム判定部２が、受信フレームが高優先フレームか低優先フレームか判定し、低優先フレームの場合、低優先フレームバッファ４ａに低優先フレームを格納する。

送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームバッファ４ａに低優先フレームが格納されており（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、低優先フレームが送信中ではなく（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、高優先フレームが送信中でない場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、低優先フレームの送信を下記の手順により実施する。

送信フレーム選択部５ａは、高優先フレームが送信待機中の場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、または高優先フレームの送信待機中ではないが（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、高優先フレームを受信した場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、低優先フレームバッファ４ａから送信したい先頭の低優先フレームのフレーム長により、送信したい低優先フレームが高優先フレームの送信前に送信完了可能か判断する（ステップＳ２０６）。送信完了可能と判断した場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームバッファ４ａから低優先フレームの送信を開始させる制御を行い（ステップＳ２０７）、低優先フレームバッファ４ａから中断せずに低優先フレームの送信が完了すると、送信完了した低優先フレームを低優先フレームバッファ４ａから解放して（ステップＳ２１０）、送信処理を終了する。

送信フレーム選択部５ａは、高優先フレームを受信していない場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、低優先フレームバッファ４ａから低優先フレームの送信を開始させる制御を行う（ステップＳ２０８）。送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームバッファ４ａから低優先フレームを送信中（ステップＳ２０９：Ｙｅｓ）に高優先フレームを受信したかどうかを確認する（ステップＳ２１１）。高優先フレームを受信しない場合（ステップＳ２１１：Ｎｏ）、送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームバッファ４ａから中断せずに低優先フレームの送信が完了すると（ステップＳ２０９：Ｎｏ）、送信完了した低優先フレームを低優先フレームバッファ４ａから解放して（ステップＳ２１０）、送信処理を終了する。

高優先フレームを受信した場合（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）、送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームバッファ４ａから送信中の低優先フレームが高優先フレーム送信前に送信完了可能か判断する（ステップＳ２１２）。低優先フレームバッファ４ａから送信中の低優先フレームが高優先フレーム送信前に送信完了可能と判断した場合（ステップＳ２１２：Ｙｅｓ）、送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームバッファ４ａから中断せずに低優先フレームの送信が完了すると（ステップＳ２０９：Ｎｏ）、送信完了した低優先フレームを低優先フレームバッファ４ａから解放して（ステップＳ２１０）、送信処理を終了する。

低優先フレームバッファ４ａから送信中の低優先フレームを高優先フレーム送信前に送信完了できないと判断した場合（ステップＳ２１２：Ｎｏ）、送信フレーム選択部５ａは、既に送信中の低優先フレームを後段装置で正常に廃棄可能な長さ分送信済みかどうか確認する（ステップＳ２１３）。送信中の低優先フレームを後段装置で正常に受信して転送または廃棄可能な長さ分送信済みの場合（ステップＳ２１３：Ｙｅｓ）、送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームバッファ４ａから送信中の低優先フレームの送信を中断する。また、低優先フレームバッファ４ａでは、再送するために送信を中断した低優先フレームのデータを解放せず格納しておき、再送フレームとして保持する（ステップＳ２１４）。そして、ステップＳ２０１の処理に戻る。

送信中の低優先フレームを後段装置で正常に受信して転送または廃棄可能な長さ分送信していない場合（ステップＳ２１３：Ｎｏ）、送信フレーム選択部５ａは、後段装置で正常にフレームを受信して転送または廃棄可能な長さ分を送信するまで、低優先フレームバッファ４ａから送信中の低優先フレームの送信を継続する。送信フレーム選択部５ａは、後段装置で正常にフレームを受信して転送または廃棄可能な長さ分を送信すると（ステップＳ２１３：Ｙｅｓ）、低優先フレームバッファ４ａから送信中の低優先フレームの送信を中断する。また、低優先フレームバッファ４ａでは、再送するために送信を中断した低優先フレームのデータを解放せず格納しておき、再送フレームとして保持する（ステップＳ２１４）。そして、ステップＳ２０１の処理に戻る。

送信フレーム選択部５ａは、低優先フレームバッファ４ａに低優先フレームが格納されていない場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、または、低優先フレームを送信中の場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、または、高優先フレームを送信中の場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、または、送信したい低優先フレームが高優先フレームの送信前に送信完了できない場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、ステップＳ２０１の処理に戻る。

なお、本実施の形態において、図６および図７を用いて、高優先フレームおよび低優先フレームのデータ転送方法について説明したが、図７のステップＳ２０６において高優先フレームの送信前に低優先フレームを送信することを想定しない場合、実施の形態１で使用した図４のフローチャートを変形させて説明することも可能である。この場合、図４において、ステップＳ７，Ｓ１１，Ｓ１７〜Ｓ２０を削除する。ステップＳ６の後段の処理をステップＳ８とし、ステップＳ１０の後段の処理をステップＳ１２とし、ステップＳ１６の後段の処理をステップＳ１２とする。また、ステップＳ１５において、低優先フレームバッファ４から再送用バッファ６への格納を継続する処理を削除する。さらに、実施の形態１の説明において、中継装置１を中継装置１ａ、低優先フレームバッファ４を低優先フレームバッファ４ａ、送信フレーム選択部５を送信フレーム選択部５ａ、出力制御部７を出力制御部７ａと読み替えることで対応可能である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、中継装置１ａは、低優先フレームバッファ４ａにおいて、フレーム判定部２で振り分けられた低優先フレームを格納し、また、低優先フレームの送信が中断された場合に、送信中の低優先フレームを廃棄せずに低優先フレームのデータを格納したまま保持することとした。これにより、実施の形態１と比較して中継装置１ａの構成を簡易な構成にしつつ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態１，２では、２ポート構成の中継装置の動作について説明したが、一例であり、中継装置のポート数については制限を受けない。そのため、３ポート以上を備えた中継装置についても、実施の形態１，２の中継装置と同様の構成が可能である。３ポート以上の構成とする場合、実施の形態１，２の中継装置のフレーム判定部２から出力された複数のポートからの入力フレームに対し、同一優先度のフレームの転送が競合しないように予め処理する必要がある。本実施の形態では、ポートが３ポート以上の中継装置における高優先フレームの競合制御方法について説明する。なお、実施の形態１，２と同一の構成については同一の符号を付与し、詳細な説明については省略する。

図８は、実施の形態３にかかる中継装置１ｂの構成例を示す図である。中継装置１ｂは、中継装置１ａに対して、固定遅延キュー３および送信フレーム選択部５ａを、固定遅延キュー３ｂおよび送信フレーム選択部５ｂに置き換え、さらに、選択部８および多重部９を追加したものである。なお、中継装置１ｂでは、フレーム判定部２は入力ポート単位で実装し、固定遅延キュー３ｂ、低優先フレームバッファ４ａ、送信フレーム選択部５ｂ、出力制御部７ａ、選択部８、および多重部９は出力ポート単位で実装することとする。

フレーム判定部２は、入力ポート毎に受信される受信フレームのヘッダまたはペイロード内に定義された識別子、または後述する予め設定された識別子を判断基準に、受信フレームを、出力ポート毎に高優先フレームと低優先フレームとに振り分ける。ここでは、高優先フレームを特別の優先度をもつフレームとし、低優先フレームを、高優先フレームより優先度の低いフレームとする。

選択部８は、複数の入力ポートから受信された高優先フレームの受信フレームのヘッダまたはペイロード内に定義された識別子、または後述する予め設定された識別子を判断基準に、受信タイミングが重なった高優先フレームの優先度を判別し、競合した高優先フレームのうち、最も優先度の高いフレームを選択する選択手段である。選択部８は、選択した最も優先度の高いフレームを固定遅延キュー３ｂへ出力し、残りの競合した高優先フレームを廃棄する。また、選択部８は、送信フレーム選択部５ｂに、高優先フレームが入力されたことを示す入力通知とともに、競合判定した結果である固定遅延キュー３ｂへ出力した最も優先度の高いフレームの情報を通知する。なお、選択部８では残りの競合した高優先フレームを廃棄せずに固定遅延キュー３ｂへ出力し、固定遅延キュー３ｂが、残りの競合した高優先フレームを廃棄してもよい。

ここで、フレーム判定部２および選択部８において優先度の判断の際に使用する予め設定された識別子には、例えば、入力ポート毎に優先度が設定された場合の各入力ポートを識別する識別子がある。入力ポート毎に予め優先度を設定しておくことで、フレーム判定部２および選択部８では、入力ポートの情報から受信フレームの優先度を判断することができる。フレーム判定部２および選択部８では、例えば、特定の入力ポートから受信したフレームを高優先フレームとし、他の入力ポートから受信したフレームを低優先フレームとする。なお、予め設定された識別子については、優先度が設定された各入力ポートを識別する識別子に限定されるものではない。

固定遅延キュー３ｂは、選択部８で選択された高優先フレームの中でも優先度の高い高優先フレーム（以下、高優先フレーム：高とする）をフレームの先頭から格納する高優先キューである。固定遅延キュー３ｂでは、既に高優先フレーム：高よりも優先度の低い高優先フレーム（以下、高優先フレーム：低とする）が格納されており、ＩＦＧも考慮して出力タイミングが高優先フレーム：高と高優先フレーム：低で重なる場合、高優先フレーム：低を出力せず、高優先フレーム：高を規定された時間だけ遅延させた後に出力制御部７ａへ出力する。固定遅延キュー３ｂは、規定された時間以上遅延された、すなわち固定遅延時間以上の遅延となった高優先フレーム：低については廃棄する。

多重部９は、フレーム判定部２で振り分けられた複数の入力ポートから受信した低優先フレームを多重する制御を行う。

送信フレーム選択部５ｂは、選択部８から高優先フレームの入力通知を受信した場合、固定遅延キュー３ｂから高優先フレームを送信させる制御を行う送信フレーム選択手段である。送信フレーム選択部５ｂは、選択部８から高優先フレーム：低の入力通知を受信後、出力タイミングが競合する高優先フレーム：高の入力通知を受信した場合、固定遅延キュー３ｂから高優先フレーム：高のみを固定遅延時間で出力させる制御を行い、出力タイミングが競合した高優先フレーム：低を廃棄する処理を行う。すわなち、送信フレーム選択部５ｂは、選択部８の判別結果に基づいて、競合した高優先フレームのうち最も優先度の高いフレームを固定遅延で送信し、残りの競合した高優先フレームを廃棄させる制御を行う。高優先フレーム：低の廃棄処理については、前述のように選択部８で行う場合があり、固定遅延キュー３ｂで行う場合がある。送信フレーム選択部５ｂにおいて、低優先フレームバッファ４ａからの出力要求を許可し、低優先フレームバッファ４ａから低優先フレームを送信させる制御については、実施の形態２と同様の処理である。

本実施の形態では、送信フレーム選択部５ｂは、高優先フレーム：低の入力通知を受信後、高優先フレーム：低のフレーム長に最小ＩＦＧを加算した長さ分の転送時間以内に高優先フレーム：高の入力通知を受信した場合に、高優先フレーム：低と高優先フレーム：高において転送競合が発生したと判断しなければならない。そのため、固定遅延キュー３ｂは、競合が発生し得る高優先フレーム：低の最大フレーム長＋最小ＩＦＧの長さだけデータを転送する時間以上、固定遅延させることとする。この固定遅延させる時間を固定遅延時間とする。

出力制御部７ａは、送信フレーム選択部５ｂからの制御の指示に基づいて、後段装置へ送信する転送フレームを選出する。

このように、中継装置１ｂでは、競合した高優先フレーム同士の中で最も優先して転送したい高優先フレームを固定遅延キュー３ｂで固定遅延時間だけ遅延させて出力することで、固定遅延転送を実現できる。

図９は、実施の形態３の中継装置１ｂにおける高優先フレーム同士の出力タイミングが競合した場合の転送処理を示す図である。中継装置１ｂでは、高優先フレーム：低の受信開始後に高優先フレーム：高の受信を開始し、ＩＦＧも考慮して出力タイミングが競合する場合は、高優先フレーム：低を廃棄して高優先フレーム：高のみ固定遅延で転送する。なお、図９では、入力される高優先フレームは２フレームであるが、一例であり、３フレーム以上の場合も同様に競合した高優先フレームのうち最も高優先の高優先フレームのみ固定遅延で転送し、残りの競合した高優先フレームは廃棄する。

中継装置１ｂにおけるデータ転送方法についてフローチャートを用いて説明する。図１０は、実施の形態３にかかる中継装置１ｂのデータ転送方法を示すフローチャートである。ここでは、実施の形態１の図４に示すフローチャートの処理に対して左側の高優先フレームの処理にかかる部分のみ記載する。低優先フレームの送信にかかるステップＳ９からＳ２０の処理は同様のため記載を省略する。また、高優先フレームの処理にかかるステップＳ１からＳ８の処理は実施の形態１と同様のため説明を省略する。

中継装置１ｂでは、ステップＳ４またはステップＳ３：Ｎｏの後、選択部８が、複数の高優先フレームが転送競合する場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、受信フレーム内で定義された識別子、または予め設定された識別子に基づいて、競合した高優先フレームの優先度を判別し、最も優先度の高い高優先フレームを判別する（ステップＳ３０２）。選択部８は、最も優先度の高い高優先フレームを固定遅延キュー３ｂへ出力する。固定遅延キュー３ｂでは、固定遅延時間が経過するまでは格納を継続する（ステップＳ３０３：Ｎｏ）。固定遅延時間が経過すると（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、送信フレーム選択部５ｂは、選択部８の判別結果に基づいて、出力制御部７ａから、競合した高優先フレームのうち最も優先度の高い高優先フレームを送信させる制御を行う（ステップＳ３０４）。そして、送信フレーム選択部５ｂは、残りの競合した高優先フレームを廃棄させる制御を行う（ステップＳ３０５）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、中継装置１ｂは、複数の入力ポートから１つのポートに出力が競合するタイミングで高優先フレームを受信した場合、高優先フレームの優先度に従って、最も優先度の高い高優先フレームのみを、設定した固定遅延時間だけ遅延させて送信することとした。これにより、汎用ネットワークで遅延ジッタの発生を防止し、特別な優先度を持つ高優先フレームの中でも最も重要なフレームを固定遅延で転送することができる。

なお、本実施の形態における中継装置１ｂは、実施の形態２の中継装置１ａのように低優先側では１つの低優先フレームバッファ４ａのみを備える構成としているが、これに限定されるものではない。低優先フレームバッファ４ａの部分については、実施の形態１の中継装置１のように、低優先フレームバッファ４および再送用バッファ６で構成してもよい。

実施の形態４．
実施の形態３では、高優先フレームの競合制御方法において、最も優先度の高い高優先フレームのみを設定した固定遅延時間だけ遅延させて送信し、競合した残りの高優先フレームは廃棄していた。本実施の形態では、競合した残りの高優先フレームについて、固定遅延で送信できないが廃棄しないで送信する方法について説明する。なお、実施の形態１から３と同一の構成については同一の符号を付与し、詳細な説明については省略する。

図１１は、実施の形態４にかかる中継装置１ｃの構成例を示す図である。中継装置１ｃは、中継装置１ｂに対して、選択部８を削除し、固定遅延キュー３ｂおよび送信フレーム選択部５ｂを、遅延キュー１０および送信フレーム選択部５ｃに置き換えたものである。なお、中継装置１ｃでは、フレーム判定部２は入力ポート単位で実装し、遅延キュー１０、低優先フレームバッファ４ａ、送信フレーム選択部５ｃ、出力制御部７ａ、および多重部９は出力ポート単位で実装することとする。

フレーム判定部２は、入力ポート毎に受信される受信フレームのヘッダまたはペイロード内に定義された識別子、または予め設定された識別子を判断基準に、受信フレームを、出力ポート毎に高優先フレームと低優先フレームとに振り分ける。ここでは、高優先フレームを特別の優先度をもつフレームとし、低優先フレームを、高優先フレームより優先度の低いフレームとする。

遅延キュー１０は、複数の入力ポートから受信された高優先フレームを複数格納可能なキューを持ち、複数の入力ポートから受信された高優先フレームのヘッダまたはペイロード内に定義された識別子、または予め設定された識別子を判断基準に、高優先フレームの優先度を判別する高優先キューである。遅延キュー１０は、送信フレーム選択部５ｃに、受信した高優先フレームの優先度を示す優先度識別情報とともに高優先フレームが入力されたことを示す入力通知を通知する。また、遅延キュー１０は、フレーム判定部２から受信した複数ポートから受信した高優先フレームをフレームの先頭から空いている１つのキューに格納する。遅延キュー１０は、出力ポート毎に同時に複数の高優先フレームを格納し、高優先フレームを固定時間または動的に指定した時間遅延させる。

優先度を判断する識別子としては、実施の形態３と同様、フレーム内に格納された情報以外では、例えば、入力ポート毎に予め優先度を設定しておくことで入力ポートの情報を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

送信フレーム選択部５ｃは、遅延キュー１０から高優先フレームの優先度識別情報および入力通知を受信した場合、遅延キュー１０から最も優先度の高い高優先フレームを送信させる制御を行う。送信フレーム選択部５ｃは、高優先フレームの優先度を、遅延キュー１０から通知される優先度と動的に変化する識別子情報とを用いて決定する。送信フレーム選択部５ｃは、高優先フレーム：高を固定遅延時間で出力し、高優先フレーム：高の後から最小ＩＦＧで高優先フレーム：低を固定遅延時間以上遅らせて出力させる制御を行うことにより、出力タイミングが競合した高優先フレーム：高と高優先フレーム：低を送信する処理を行う。すなわち、送信フレーム選択部５ｃは、遅延キュー１０での高優先フレームの優先度の判別結果、および動的に変化する識別子情報に基づいて、競合した高優先フレームのうち最も優先度の高いフレームを固定遅延で送信し、残りの競合した高優先フレームを固定遅延時間以上遅延させて優先度の高い順に送信させる制御を行う。送信フレーム選択部５ｃにおいて、低優先フレームバッファ４ａからの出力要求を許可し、低優先フレームバッファ４ａから低優先フレームを送信させる制御については、実施の形態２と同様の処理である。

ここで、優先度を判断する動的に変化する識別子情報としては、高優先フレームの中継装置１ｃへの入力タイミング、例えば、入力順序、入力時間、フレームの滞留時間等があるが、これらに限定されるものではない。

本実施の形態では、送信フレーム選択部５ｃは、高優先フレームの入力通知を受信した後、この高優先フレームのフレーム長に最小ＩＦＧを加算した長さ分の転送時間以内に別の高優先フレームの入力通知を受信した場合に、転送競合が発生したと判断する。そのため、遅延キュー１０は、競合が発生し得るかつ高優先フレームの中で優先度の低くなり得るフレームの最大フレーム長＋最小ＩＦＧの長さだけデータを転送する時間以上、固定遅延させることとする。

出力制御部７ａは、送信フレーム選択部５ｃからの制御の指示に基づいて、後段装置へ送信する転送フレームを選出する。

このように、中継装置１ｃでは、競合した高優先フレーム同士の中で最も優先して転送したい高優先フレーム：高を遅延キュー１０で固定遅延時間だけ遅延させて出力する。また、中継装置１ｃでは、２番目に優先度の高い高優先フレーム：低を遅延キュー１０で固定遅延時間以上遅延させ、高優先フレーム：高の出力後に継続して出力することで、最も優先したい高優先フレームの固定遅延転送を実現できる。

図１２は、実施の形態４の中継装置１ｃにおける高優先フレーム同士の出力タイミングが競合した場合の転送処理を示す図である。中継装置１ｃでは、高優先フレーム：低の受信開始後に高優先フレーム：高の受信を開始し、ＩＦＧも考慮して出力タイミングが競合する場合は、高優先フレーム：低を固定遅延時間以上遅延させ、高優先フレーム：高のみ固定遅延で転送する。中継装置１ｃは、高優先フレーム：低については固定遅延時間で転送できないが、廃棄することなく転送する。

なお、図１２では、入力される高優先フレームは２フレームであるが、一例であり、３フレーム以上の場合も同様に競合した高優先フレームのうち最も高優先の高優先フレームのみ固定遅延で転送し、残りの競合した高優先フレームは固定遅延時間以上遅延させて転送する。

中継装置１ｃにおけるデータ転送方法についてフローチャートを用いて説明する。図１３は、実施の形態４にかかる中継装置１ｃのデータ転送方法を示すフローチャートである。実施の形態３の図１０と同様、実施の形態１の図４に示すフローチャートの処理に対して左側の高優先フレームの処理にかかる部分のみ記載する。低優先フレームの送信にかかるステップＳ９からＳ２０の処理は同様のため記載を省略する。また、高優先フレームの処理にかかるステップＳ１からＳ８の処理は実施の形態１と同様のため説明を省略する。ただし、ステップＳ２において、高優先フレームの格納先は、出力ポート毎に同時に複数の高優先フレームを格納し、高優先フレームを固定時間または動的に指定した時間遅延させる遅延キュー１０となる。

中継装置１ｃでは、ステップＳ４またはステップＳ３：Ｎｏの後、遅延キュー１０が、複数の高優先フレームが転送競合する場合（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、受信フレーム内で定義された識別子、または予め設定された識別子に基づいて、競合した高優先フレームの優先度を判別し、最も優先度の高い高優先フレームを判別する（ステップＳ４０２）。遅延キュー１０では、固定遅延時間が経過するまでは格納を継続する（ステップＳ４０３：Ｎｏ）。固定遅延時間が経過すると（ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、送信フレーム選択部５ｃは、遅延キュー１０での高優先フレームの優先度の判別結果、および動的に変化する識別子情報に基づいて、出力制御部７ａから、競合した高優先フレームのうち最も優先度の高い高優先フレームを送信させる制御を行う（ステップＳ４０４）。そして、送信フレーム選択部５ｃは、残りの競合した高優先フレームを固定遅延時間以上遅延させて優先度の高い順に送信させる制御を行う（ステップＳ４０５）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、中継装置１ｃは、複数の入力ポートから１つのポートに出力が競合するタイミングで高優先フレームを受信した場合、高優先フレームの優先度に従って、最も優先度の高い高優先フレームのみを、設定した固定遅延時間だけ遅延させて送信し、残りの競合した高優先フレームは固定遅延時間以上遅延させて送信することとした。これにより、汎用ネットワークで遅延ジッタの発生を防止し、特別な優先度を持つ高優先フレームの中でも最も重要なフレームを固定遅延で転送することができつつ、別の優先度の高優先フレームを廃棄せずに低遅延で転送することができる。

なお、本実施の形態における中継装置１ｃは、実施の形態２の中継装置１ａのように低優先側では１つの低優先フレームバッファ４ａのみを備える構成としているが、これに限定されるものではない。低優先フレームバッファ４ａの部分については、実施の形態１の中継装置１のように、低優先フレームバッファ４および再送用バッファ６で構成してもよい。つぎの実施の形態５についても同様とする。

実施の形態５．
本実施の形態では、中継装置１ｃにおいて、高優先フレームを固定遅延で転送するかまたは低遅延で転送するかの転送種別に基づいて転送を行う場合について説明する。なお、中継装置１ｃの構成は実施の形態４と同様とする。

遅延キュー１０は、複数の入力ポートから受信された高優先フレームを複数格納可能なキューを持ち、複数の入力ポートから受信された高優先フレームのヘッダまたはペイロード内に定義された識別子、または予め設定された識別子を判断基準に、高優先フレームの優先度、および高優先フレームを固定遅延転送するか低遅延転送するかの転送種別を判別する。固定遅延転送は、実施の形態４の場合と同様の転送方法である。低遅延転送は、可能な限り早く転送を行う転送方法である。遅延キュー１０は、送信フレーム選択部５ｃに、受信した高優先フレームの優先度を示す優先度識別情報、転送種別の情報とともに高優先フレームが入力されたことを示す入力通知を通知する。また、遅延キュー１０は、フレーム判定部２から受信した複数ポートから受信した高優先フレームをフレームの先頭から空いている１つのキューに格納する。

優先度および転送種別を判断する識別子としては、実施の形態４と同様、フレーム内に格納された情報以外では、例えば、入力ポート毎に予め優先度を設定しておくことで入力ポートの情報を用いることができる。例えば、特定の入力ポートから受信したフレームを高優先フレームとし、他の入力ポートから受信したフレームを低優先フレームとする。また、特定の入力ポートから受信したフレームを固定遅延とし、他の入力ポートから受信したフレームを低遅延とする。なお、優先度および転送種別を判断する情報については、これらに限定されるものではない。

本実施の形態では、送信フレーム選択部５ｃは、中継装置１ｃの後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長まで低優先フレームが送信されたことを確認した上で、高優先フレームの転送開始時刻に対して最小ＩＦＧを確保した時刻よりも前に低優先フレームの転送を中断する。

送信フレーム選択部５ｃは、遅延キュー１０から高優先フレームの入力通知を受信した場合、遅延キュー１０から最も優先度の高い高優先フレームを、当該高優先フレームの転送種別に従って固定遅延転送または低遅延転送で送信させる制御を行う。送信フレーム選択部５ｃは、高優先フレームの優先度および転送種別を、遅延キュー１０から通知される優先度および転送種別の情報と、動的に変化する識別子情報とを用いて決定する。送信フレーム選択部５ｃは、高優先フレーム：高が低遅延転送であれば送信可能な最短の時間だけ遅延させる低遅延で出力し、高優先フレーム：高が固定遅延転送のフレームであれば固定遅延時間で出力する。そして、送信フレーム選択部５ｃは、高優先フレーム：高の後から最小ＩＦＧで高優先フレーム：低を低遅延あるいは固定遅延時間以上遅らせて制御を行うことにより、出力タイミングが競合した高優先フレーム：高と高優先フレーム：低を送信する処理を行う。すなわち、送信フレーム選択部５ｃは、遅延キュー１０での高優先フレームの優先度および転送種別の判別結果、および動的に変化する識別子情報に基づいて、競合した高優先フレームのうち最も優先度の高いフレームを転送種別に従って優先的に送信し、残りの競合した高優先フレームを優先度の高い順に転送種別に従って送信させる制御を行う。なお、送信フレーム選択部５ｃでは、高優先フレーム：高が固定遅延転送、高優先フレーム：低が低遅延転送の場合、高優先フレーム：高の送信前に高優先フレーム：低を送信することもある。

ここで、優先度および転送種別を判断する動的に変化する識別子情報としては、高優先フレームの中継装置１ｃへの入力タイミング、例えば、入力順序、入力時間、フレームの滞留時間等があるが、これらに限定されるものではない。

本実施の形態では、送信フレーム選択部５ｃは、高優先フレームの入力通知を受信した後、この高優先フレームを転送種別に従って送信するタイミングと、別の高優先フレームの入力通知を受信してこの高優先フレームを転送種別に従って送信するタイミングとから、送信タイミングが競合したかどうかを判断する。そのため、遅延キュー１０は、競合が発生し得るかつ高優先フレームの中で優先度の低くなり得るフレームの最大フレーム長＋最小ＩＦＧの長さだけデータを転送する時間以上、固定遅延させることとする。

このように、中継装置１ｃでは、競合した高優先フレーム同士の中で最も優先して転送したい高優先フレーム：高を遅延キュー１０から転送種別に従って送信する。また、中継装置１ｃでは、２番目に優先度の高い高優先フレーム：低を遅延キュー１０から転送種別に従って出力することで、最も優先したい高優先フレームの固定遅延転送または低遅延転送を実現できる。

図１４は、実施の形態５の中継装置１ｃにおける高優先フレーム同士の出力タイミングが競合した場合に、先に低遅延転送の高優先フレームを転送する転送処理を示す図である。中継装置１ｃでは、固定遅延の高優先フレーム：低の受信開始後に低遅延の高優先フレーム：高の受信を開始した場合、低遅延の高優先フレーム：高を低遅延で転送し、固定遅延の高優先フレーム：低を固定遅延時間以上遅延させ、低遅延の高優先フレーム：高の後に転送する。中継装置１ｃは、固定遅延の高優先フレーム：低については固定遅延時間で転送できないが、遅延ジッタの発生を防止しつつ、廃棄することなく転送する。

図１５は、実施の形態５の中継装置１ｃにおける高優先フレーム同士の出力タイミングが競合した場合に、先に固定遅延転送の高優先フレーム転送しつつ、低優先フレームの中断および再送を含む転送処理を示す図である。中継装置１ｃでは、低優先フレーム送信中に、固定遅延の高優先フレーム：高、低遅延の高優先フレーム：低の順に受信を開始した場合、低優先フレームの送信を中断し、固定遅延の高優先フレーム：高を固定遅延で転送し、続けて低遅延の高優先フレーム：低を転送し、最後に低優先フレームを再送する。

なお、図１４および図１５では、入力される高優先フレームは２フレームであるが、一例であり、３フレーム以上の場合も同様に競合した高優先フレームのうち最も高優先と判断した高優先フレームから順に最優先で転送する処理を行う。

中継装置１ｃにおけるデータ転送方法についてフローチャートを用いて説明する。図１６は、実施の形態５にかかる中継装置１ｃのデータ転送方法を示すフローチャートである。実施の形態４の図１３と同様、実施の形態１の図４に示すフローチャートの処理に対して左側の高優先フレームの処理にかかる部分のみ記載する。低優先フレームの送信にかかるステップＳ９からＳ２０の処理は同様のため記載を省略する。また、高優先フレームの処理にかかるステップＳ１からＳ８の処理は実施の形態１と同様のため説明を省略する。また、ステップＳ４０１からＳ４０２は、実施の形態４と同様のため説明を省略する。

ステップＳ４０２の後、遅延キュー１０では、さらに、受信フレーム内で定義された識別子、または予め設定された識別子に基づいて、競合した高優先フレームの転送種別を判別する（ステップＳ５０１）。送信フレーム選択部５ｃは、遅延キュー１０での高優先フレームの優先度および転送種別の判別結果、および動的に変化する識別子情報に基づいて、出力制御部７ａから、競合した高優先フレームのうち最も優先度の高い高優先フレームを転送種別に従って優先的に送信させる制御を行う（ステップＳ５０２）。そして、送信フレーム選択部５ｃは、残りの競合した高優先フレームを、優先度の高い順に転送種別に従って送信させる制御を行う（ステップＳ５０３）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、中継装置１ｃは、複数の入力ポートから１つのポートに出力が競合するタイミングで高優先フレームを受信した場合、高優先フレームの優先度に従って、最も優先度の高い高優先フレームを、設定または動的に可変の時間だけ遅延させて送信することとした。これにより、汎用ネットワークで固定遅延が必要なフレームについては遅延ジッタの発生を防止しつつ、高優先フレームを廃棄せずに低遅延で転送することができる。

実施の形態３から５では、高優先フレームに対しては、複数のポートから入力されたフレームが同一のポートに出力するなど競合した場合、受信フレームのヘッダまたはペイロード内に定義された識別子に基づいて、または予め設定した優先度で定義された識別子、前述の例では入力ポート毎に優先度が設定された場合の各入力ポートを識別する識別子に基づいて、高優先フレームの中での優先度を識別し、より優先度の高いフレームを固定遅延または低遅延で転送するため、中継装置は、１つ以上の遅延キューを持つ。中継装置は、各々のフレームへの遅延量を制御する、または競合した場合は一方を廃棄することで、低優先フレームの出力も制御しつつ、高優先フレームの競合に対しても出力を制御する。これにより、高優先フレーム同士の出力が競合した場合でも、最も優先度の高いフレームを固定遅延で転送できる、または、対象となる高優先フレームの送信順序制御を行うことで、重要なフレームを低遅延または固定遅延の最適な遅延で転送できる。

つぎに、図１，５，８，１１に示す中継装置の各構成を実現するハードウェア構成について説明する。中継装置において、フレーム判定部２はフレーム判定回路、固定遅延キュー３，３ｂ、低優先フレームバッファ４，４ａ、再送用バッファ６、遅延キュー１０はメモリ、送信フレーム選択部５，５ａ，５ｂ，５ｃは送信フレーム選択回路、出力制御部７，７ａは出力制御回路、選択部８は選択回路、多重部９は多重回路である。なお、図１，５，８，１１に示す中継装置において、一部の構成はソフトウェアにより構成してもよい。図１７は、中継装置１，１ａ，１ｂ，１ｃの構成を実現するハードウェア構成を示す図である。中継装置１，１ａ，１ｂ，１ｃにおいて一部の構成は、プロセッサ９１がメモリ９２に記憶された各構成用のプログラムを実行することにより実現され、送信器９３および受信器９４とともに中継装置１，１ａ，１ｂ，１ｃを実現する。プロセッサ９１、メモリ９２、送信器９３および受信器９４は、システムバス９５により接続されている。複数のプロセッサ９１および複数のメモリ９２が連携して図１，５，８，１１に示す各構成の機能を実行してもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

以上のように、本発明にかかる中継装置およびデータ転送方法は、無線通信に有用であり、特に、ＦＡネットワークに適している。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 中継装置、２ フレーム判定部、３，３ｂ 固定遅延キュー、４，４ａ 低優先フレームバッファ、５，５ａ，５ｂ，５ｃ 送信フレーム選択部、６ 再送用バッファ、７，７ａ 出力制御部、８ 選択部、９ 多重部、１０ 遅延キュー。

Claims (24)

1. 受信フレーム内で定義された識別子に基づいて、前記受信フレームを、出力ポート毎に高優先フレームと前記高優先フレームより優先度の低い低優先フレームとに振り分ける判定手段と、
   前記判定手段で振り分けられた前記高優先フレームを、後段装置でフレームを正常に受信して転送可能なフレーム長、および規定の送信間隔の和以上の固定遅延時間で遅延させて送信する高優先キューと、
   前記判定手段で振り分けられた前記低優先フレームを格納する低優先フレーム格納手段と、
   前記高優先フレームを送信する際に前記低優先フレームを送信中の場合、前記低優先フレームの送信を中断させ、再送する制御を行う送信フレーム選択手段と、
   前記送信フレーム選択手段の制御に基づいて、前記後段装置へ送信するフレームを選出する出力制御手段と、
   を備えることを特徴とする中継装置。
2. 前記低優先フレーム格納手段は、
   前記判定手段で振り分けられた前記低優先フレームを格納する低優先フレームバッファと、
   前記低優先フレームバッファから出力された前記低優先フレームを格納する再送用バッファと、
   を備え、
   前記送信フレーム選択手段は、前記高優先フレームを送信する際に前記低優先フレームバッファから前記低優先フレームを送信中の場合、前記低優先フレームの前記再送用バッファへの格納を継続しつつ、前記低優先フレームの送信を中断させる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
3. 前記送信フレーム選択手段は、前記高優先フレームの送信完了後、送信を中断されて前記再送用バッファに格納されている前記低優先フレームを、フレームの先頭から再送させる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
4. 前記送信フレーム選択手段は、前記再送用バッファに格納されている前記低優先フレームの送信完了後、前記再送用バッファに格納されていた前記低優先フレームの解放を指示する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の中継装置。
5. 前記低優先フレーム格納手段は、前記判定手段で振り分けられた前記低優先フレームを格納し、前記低優先フレームの送信が完了するまでは前記低優先フレームのデータを格納したままで再送が可能な低優先フレームバッファであり、
   前記送信フレーム選択手段は、前記高優先フレームを送信する際に前記低優先フレームバッファから前記低優先フレームを送信中の場合、前記低優先フレームの送信を中断させる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
6. 前記送信フレーム選択手段は、前記高優先フレームの送信完了後、送信を中断されて前記低優先フレームバッファに格納されている前記低優先フレームを、フレームの先頭から再送させる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項５に記載の中継装置。
7. 前記送信フレーム選択手段は、前記低優先フレームバッファに格納されている前記低優先フレームの送信完了後、前記低優先フレームバッファに格納されていた前記低優先フレームの解放を指示する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の中継装置。
8. 前記送信フレーム選択手段は、前記低優先フレームと前記高優先フレームの転送競合時、前記低優先フレームが前記後段装置でフレームを正常に受信して転送可能なフレーム長以上送信されたことを確認して前記低優先フレームの送信を中断させる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の中継装置。
9. 複数の前記高優先フレームの転送競合時、前記受信フレーム内で定義された識別子、または予め設定された識別子に基づいて、競合した高優先フレームの優先度を判別する選択手段、
   を備え、
   前記送信フレーム選択手段は、前記選択手段の判別結果に基づいて、前記競合した高優先フレームのうち最も優先度の高いフレームを固定遅延時間で送信し、残りの競合した高優先フレームを廃棄させる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の中継装置。
10. 前記高優先キューは、さらに、出力ポート毎に複数の高優先フレームを格納し、高優先フレームを固定遅延時間で遅延させる、
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の中継装置。
11. 前記高優先キューは、複数の前記高優先フレームの転送競合時、前記受信フレーム内で定義された識別子、または予め設定された識別子に基づいて、競合した高優先フレームの優先度を判別し、
    前記送信フレーム選択手段は、前記高優先キューでの前記高優先フレームの優先度の判別結果、および動的に変化する識別子情報に基づいて、前記競合した高優先フレームのうち最も優先度の高いフレームを固定遅延時間で送信し、残りの競合した高優先フレームを固定遅延時間以上遅延させて優先度の高い順に送信させる制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の中継装置。
12. 前記高優先キューは、複数の前記高優先フレームの転送競合時、前記受信フレーム内で定義された識別子、または予め設定された識別子に基づいて、競合した高優先フレームの優先度および転送種別を判別し、
    前記送信フレーム選択手段は、前記高優先キューでの前記高優先フレームの優先度および転送種別の判別結果、および動的に変化する識別子情報に基づいて、前記競合した高優先フレームのうち最も優先度の高いフレームを転送種別に従って優先的に送信し、残りの競合した高優先フレームを優先度の高い順に転送種別に従って送信させる制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の中継装置。
13. 中継装置のデータ転送方法であって、
    受信フレーム内で定義された識別子に基づいて、前記受信フレームを、出力ポート毎に高優先フレームと前記高優先フレームより優先度の低い低優先フレームとに振り分ける判定ステップと、
    前記判定ステップで振り分けられた前記高優先フレームを、後段装置でフレームを正常に受信して転送可能なフレーム長、および規定の送信間隔の和以上の固定遅延時間で遅延させて送信する高優先キューに格納する高優先フレーム格納ステップと、
    前記判定ステップで振り分けられた前記低優先フレームを低優先フレーム格納手段に格納する低優先フレーム格納ステップと、
    前記高優先フレームを送信する際に前記低優先フレームを送信中の場合、前記低優先フレームの送信を中断させ、再送する制御を行う送信フレーム選択ステップと、
    前記送信フレーム選択ステップでの制御に基づいて、前記後段装置へ送信するフレームを選出する出力制御ステップと、
    を含むことを特徴とするデータ転送方法。
14. 前記低優先フレーム格納手段が、低優先フレームバッファおよび再送用バッファから構成され、前記低優先フレーム格納ステップにおいて前記低優先フレームが前記低優先フレームバッファに格納される場合に、
    前記低優先フレームバッファから出力された前記低優先フレームを再送用バッファに格納する再送用バッファ格納ステップ、
    を含み、
    前記送信フレーム選択ステップでは、前記高優先フレームを送信する際に前記低優先フレームバッファから前記低優先フレームを送信中の場合、前記低優先フレームの前記再送用バッファへの格納を継続しつつ、前記低優先フレームの送信を中断させる制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のデータ転送方法。
15. 前記送信フレーム選択ステップでは、前記高優先フレームの送信完了後、送信を中断されて前記再送用バッファに格納されている前記低優先フレームを、フレームの先頭から再送させる制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１４に記載のデータ転送方法。
16. 前記送信フレーム選択ステップでは、前記再送用バッファに格納されている前記低優先フレームの送信完了後、前記再送用バッファに格納されていた前記低優先フレームの解放を指示する、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のデータ転送方法。
17. 前記低優先フレーム格納ステップでは、前記判定ステップで振り分けられた前記低優先フレームを前記低優先フレーム格納手段である低優先フレームバッファに格納し、前記低優先フレームの送信が完了するまでは前記低優先フレームのデータを格納したままで再送が可能な状態とし、
    前記送信フレーム選択ステップでは、前記高優先フレームを送信する際に前記低優先フレームバッファから前記低優先フレームを送信中の場合、前記低優先フレームの送信を中断させる制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のデータ転送方法。
18. 前記送信フレーム選択ステップでは、前記高優先フレームの送信完了後、送信を中断されて前記低優先フレームバッファに格納されている前記低優先フレームを、フレームの先頭から再送させる制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のデータ転送方法。
19. 前記送信フレーム選択ステップでは、前記低優先フレームバッファに格納されている前記低優先フレームの送信完了後、前記低優先フレームバッファに格納されていた前記低優先フレームの解放を指示する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ転送方法。
20. 前記送信フレーム選択ステップでは、前記低優先フレームと前記高優先フレームの転送競合時、前記低優先フレームが前記後段装置で正常に受信して転送可能なフレーム長以上送信されたことを確認して前記低優先フレームの送信を中断させる制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１３から１９のいずれか１つに記載のデータ転送方法。
21. 複数の前記高優先フレームの転送競合時、前記受信フレーム内で定義された識別子、または予め設定された識別子に基づいて、競合した高優先フレームの優先度を判別する判別ステップ、
    を含み、
    前記送信フレーム選択ステップでは、前記判別ステップにおける判別結果に基づいて、前記競合した高優先フレームのうち最も優先度の高いフレームを固定遅延時間で送信し、残りの競合した高優先フレームを廃棄させる制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１３から２０のいずれか１つに記載のデータ転送方法。
22. 前記高優先フレーム格納ステップでは、さらに、出力ポート毎に複数の高優先フレームを格納し、高優先フレームを固定遅延時間で遅延させる、
    ことを特徴とする請求項１３から２０のいずれか１つに記載のデータ転送方法。
23. 複数の前記高優先フレームの転送競合時、前記受信フレーム内で定義された識別子、または予め設定された識別子に基づいて、競合した高優先フレームの優先度を判別する判別ステップ、
    を含み、
    前記送信フレーム選択ステップでは、前記高優先キューでの前記高優先フレームの優先度の判別結果、および動的に変化する識別子情報に基づいて、前記競合した高優先フレームのうち最も優先度の高いフレームを固定遅延時間で送信し、残りの競合した高優先フレームを固定遅延時間以上遅延させて優先度の高い順に送信させる制御を行う、
    ことを特徴とする請求項２２に記載のデータ転送方法。
24. 複数の前記高優先フレームの転送競合時、前記受信フレーム内で定義された識別子、または予め設定された識別子に基づいて、競合した高優先フレームの優先度および転送種別を判別する判別ステップ、
    を含み、
    前記送信フレーム選択ステップでは、前記高優先キューでの前記高優先フレームの優先度および転送種別の判別結果、および動的に変化する識別子情報に基づいて、前記競合した高優先フレームのうち最も優先度の高いフレームを転送種別に従って優先的に送信し、残りの競合した高優先フレームを優先度の高い順に転送種別に従って送信させる制御を行う、
    ことを特徴とする請求項２２に記載のデータ転送方法。

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