JP7331554B2 - 処理装置、処理プログラムおよび処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、処理装置、処理プログラムおよび処理方法に関し、例えば、瞬断が品質に影響する放送等の映像信号のマルチキャストストリームを中継する装置に関するものである。

一般に、従来のマルチキャスト中継装置は、L3ルータが用いられており、PIM（Protocol Independent Multicasting）プロトコルによりマルチキャストパケットの要求に対する制御を行っていた（特許文献１参照）。「L3」は、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルの第３層を意味する。

特開２０１２－１９９６８９号公報

しかしながら、上記のL3ルータのPIMプロトコルでは、マルチキャスト送出元からの経路が２経路以上で冗長化されていても、ルーティング情報によって１つの経路が選択される。このため、経路上の装置で故障等が発生した場合、経路を切り替えるまでの間は、マルチキャストパケットが中継できないという問題があった。

上記事情に鑑みて、本発明は、マルチキャストパケットの中継において、瞬断による品質低下を抑制することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の処理装置は、冗長に構成される複数の第１中継装置に接続され、第１装置に接続される処理装置であって、マルチキャストパケットを用いて当該処理装置に第１情報を送信することに関わる要求情報を前記複数の第１中継装置に送信する第１処理部と、前記複数の第１中継装置から前記第１情報を重複して受信して、前記重複して受信した第１情報のうち第１情報におけるマルチキャストパケットに付された識別情報が同じである第１情報の中から１つの第１情報を、前記第１装置に送信する第２処理部と、を有し、前記第１処理部は、前記第１装置から受信した前記要求情報を前記複数の第１中継装置に送信し、前記複数の第１中継装置の１つである代表中継装置が決められており、前記第１処理部は、前記第１装置が前記要求情報を送信するための問い合わせ情報を前記代表中継装置から受信すると、前記代表中継装置以外の第１中継装置、および、前記第１装置に前記問い合わせ情報を送信する、ことを特徴とする。

また、本発明の処理プログラムは、冗長に構成される複数の第１中継装置に接続され、第１装置に接続される処理装置としてのコンピュータを、マルチキャストパケットを用いて当該処理装置に第１情報を送信することに関わる要求情報を前記複数の第１中継装置に送信する第１処理部、前記複数の第１中継装置から前記第１情報を重複して受信して、前記重複して受信した第１情報のうち第１情報におけるマルチキャストパケットに付された識別情報が同じである第１情報の中から１つの第１情報を、前記第１装置に送信する第２処理部、として機能させるための処理プログラムであって、前記第１処理部は、前記第１装置から受信した前記要求情報を前記複数の第１中継装置に送信し、前記複数の第１中継装置の１つである代表中継装置が決められており、前記第１処理部は、前記第１装置が前記要求情報を送信するための問い合わせ情報を前記代表中継装置から受信すると、前記代表中継装置以外の第１中継装置、および、前記第１装置に前記問い合わせ情報を送信する、ことを特徴とする処理プログラムである。

また、本発明の処理方法は、冗長に構成される複数の第１中継装置に接続され、第１装置に接続される処理装置における処理方法であって、前記処理装置は、マルチキャストパケットを用いて当該処理装置に第１情報を送信することに関わる要求情報を前記複数の第１中継装置に送信する第１ステップと、前記複数の第１中継装置から前記第１情報を重複して受信して、前記重複して受信した第１情報のうち第１情報におけるマルチキャストパケットに付された識別情報が同じである第１情報の中から１つの第１情報を前記第１装置に送信する第２ステップと、を実行し、前記第１ステップで、前記第１装置から受信した前記要求情報を前記複数の第１中継装置に送信し、前記複数の第１中継装置の１つである代表中継装置が決められており、前記第１ステップで、前記第１装置が前記要求情報を送信するための問い合わせ情報を前記代表中継装置から受信すると、前記代表中継装置以外の第１中継装置、および、前記第１装置に前記問い合わせ情報を送信する、ことを特徴とする。

本発明によれば、マルチキャストパケットの中継において、瞬断による品質低下を抑制することができる。

第１実施形態における通信システムの機能構成図の例である。 第１実施形態における冗長受信中継装置の機能構成図の例である。 第１実施形態における冗長受信中継装置の処理を示すフローチャートの例である。 第２実施形態における冗長受信中継装置の機能構成図の例である。 第２実施形態における冗長受信中継装置の処理を示すフローチャートの例である。

以下、本発明の実施するための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、本実施形態では、本発明と直接的に関連しない構成や周知な構成については、説明を省略する場合がある。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

≪第１の実施形態≫
＜構成＞
図１に示すように、第１実施形態における通信システムは、冗長受信中継装置１０Ａと、中継ルータ１－１，１－２，２－１，２－２，３と、送信装置４と、受信装置５と、を備える。冗長受信中継装置１０Ａは、特許請求の範囲の「処理装置」の例である。中継ルータ１－１，１－２，２－１，２－２，３は、特許請求の範囲の「第１中継装置」の例である。受信装置５は、特許請求の範囲の「第１装置」の例である。

冗長受信中継装置１０Ａは、マルチキャストパケットを中継する装置である。冗長受信中継装置１０Ａは、受信装置５に接続されている。冗長受信中継装置１０Ａは、ＬＨＲ（Last Hop Router）として機能することができる。

中継ルータ１－１，１－２，２－１，２－２，３は、マルチキャストパケットを中継する装置である。中継ルータ１－１は、中継ルータ１－２に接続されている。中継ルータ１－２は、冗長受信中継装置１０Ａに接続されている。中継ルータ２－１は、中継ルータ２－２に接続されている。中継ルータ２－２は、冗長受信中継装置１０Ａに接続されている。中継ルータ３は、中継ルータ１－１，２－１に接続されている。中継ルータ３は、ＦＨＲ（First Hop Router）として機能することができる。

送信装置４は、マルチキャストパケットを送信する装置である。送信装置４は、中継ルータ３に接続されている。より具体的には、送信装置４は、送信装置４から出力するマルチキャストパケットに情報を乗せて送信する。しかし、説明の便宜上、上記処理を、単に、「マルチキャストパケットを送信する」と表現する場合がある。マルチキャストパケット（詳細には、マルチキャストパケットに乗っている情報）は、特許請求の範囲の「第１情報」の例である。
受信装置５は、マルチキャストパケットを受信する装置である。

送信装置４が送信するマルチキャストパケットは、中継ルータ１－１，１－２、および、冗長受信中継装置１０Ａを中継して、受信装置５に受信される。また、送信装置４が送信するマルチキャストは、中継ルータ２－１，２－２、および、冗長受信中継装置１０Ａを中継して、受信装置５に受信される。このように、中継ルータ１－１，１－２，２－１，２－２は、冗長に構成されている。なお、受信装置５が受信するマルチキャストパケットは１つになる（詳細は後記）。

図２に示すように、冗長受信中継装置１０Ａは、マルチキャストパケット処理部１１と、IGMP/MLD処理部１２ａと、ＮＷ端子Ｒ１，Ｒ２，Ｔ１と、を備える。マルチキャストパケット処理部１１は、特許請求の範囲の「第２処理部」の例である。IGMP/MLD処理部１２ａは、特許請求の範囲の「第１処理部」の例である。「ＮＷ」は、ネットワーク（Network）の略称である。

なお、IGMP（Internet Group Management Protocol）は、IP（Internet Protocol）ネットワーク上でマルチキャスト（特定の一対多または多対多通信）を行うために、マルチキャストに参加するホストのグループを設定し、ネットワークに通知するための通信プロトコルである。IGMPは、IPv4（Internet Protocol version 4）ネットワーク向けのマルチキャストプロトコルである。
また、MLD（Multicast Listener Discovery）は、IGMPの仕組みを元にIPv6（Internet Protocol version 6）での利用環境に適合させたプロトコルである。

ＮＷ端子Ｒ１は、マルチキャストパケット処理部１１を中継ルータ１－２に接続するためのインタフェースである。ＮＷ端子Ｒ２は、マルチキャストパケット処理部１１を中継ルータ２－２に接続するためのインタフェースである。ＮＷ端子Ｔ１は、マルチキャストパケット処理部１１を受信装置５に接続するためのインタフェースである。

マルチキャストパケット処理部１１は、中継ルータ１－２，２－２から重複して受信するマルチキャストパケットを処理する。具体的には、マルチキャストパケット処理部１１は、中継ルータ１－２，２－２の各々から同じマルチキャストパケットを受信して、受信した２つのマルチパケットのうち１つを受信装置５に送信する。マルチキャストパケット処理部１１は、受信した２つのマルチパケットのうちもう１つを破棄する。

なお、マルチキャストパケット処理部１１が重複して受信したマルチキャストパケットが同じであるか否かの判定は、次のようにして実現できる。例えば、マルチキャストパケット処理部１１が、受信装置５に送信した一方のマルチキャストパケットに付された識別子（周知のものでよい）を一時的に記憶する。また、マルチキャストパケット処理部１１が他方の同じマルチキャストパケットを受信したときに、当該他方のマルチキャストパケットに付された識別子が一時的に記憶している識別子と同じであったとする。このとき、マルチキャストパケット処理部１１は、重複して受信したマルチキャストパケットが同じであると判定する。また、マルチキャストパケット処理部１１は、他方の同じマルチキャストパケットを破棄する。

IGMP/MLD処理部１２ａは、IGMPまたはMLDといったプロトコルに基づいてマルチキャストパケットの通信の制御をする。具体的には、IGMP/MLD処理部１２ａは、要求情報を中継ルータ１－２，２－２の各々に送信する。要求情報は、マルチキャストパケットを用いて冗長受信中継装置１０Ａにマルチキャストパケットに乗っている情報を受信装置５宛てに送信することに関わる情報である。要求情報は、IGMPまたはMLDにおけるレポートに相当する。また、中継ルータ１－２，２－２の各々は、IGMPまたはMLDにおけるクエリを冗長受信中継装置１０Ａに送信する。クエリの送信は、周期的に行われる。また、レポートは、クエリの応答となる。

＜処理＞
次に、図３を参照して、第１実施形態における冗長受信中継装置１０Ａの処理について説明する。
まず、冗長受信中継装置１０Ａは、IGMP/MLD処理部１２ａによって、IGMPまたはMLDに従うクエリを中継ルータ１－２，２－２の各々から受信する（ステップＡ１）。次に、冗長受信中継装置１０Ａは、IGMP/MLD処理部１２ａによって、IGMPまたはMLDに従うレポートを中継ルータ１－２，２－２の各々に送信する（ステップＡ２）。ステップＡ１，ステップＡ２により、マルチキャスト通信の準備が整う。レポート出力の後、適宜のタイミングで、送信装置４から、中継ルータ１－１，１－２を中継するマルチキャストパケット、および、中継ルータ２－１，２－２を中継するマルチキャストパケットが送信される。

次に、冗長受信中継装置１０Ａは、マルチキャストパケット処理部１１によって、中継ルータ１－２を経由してＮＷ端子Ｒ１で受信したマルチキャストパケット、および、中継ルータ２－２を経由してＮＷ端子Ｒ２で受信したマルチキャストパケットを重複して受信する（ステップＡ３）。

次に、冗長受信中継装置１０Ａは、マルチキャストパケット処理部１１によって、重複するマルチキャストパケットの１つをＮＷ端子Ｔ１に接続された受信装置５に送信する（ステップＡ４）。受信装置５に送信するマルチキャストパケットは、中継ルータ１－２を経由してＮＷ端子Ｒ１で受信したマルチキャストパケットでもよいし、中継ルータ２－２を経由してＮＷ端子Ｒ２で受信したマルチキャストパケットでもよい。

最後に、冗長受信中継装置１０Ａは、マルチキャストパケット処理部１１によって、重複するマルチキャストパケットのもう１つを破棄する（ステップＡ５）。

従来技術では、すべての中継ルータがPIMプロトコルにより連携してマルチキャストパケットを中継する仕組みになっていた。また、従来技術では、予め決めたルーティング情報に基づいて、中継経路として中継ルータ１－１，１－２を使用するか、中継ルータ２－１，２－２を使用するかを決めて、決められた経路にのみマルチキャストパケットを流していた。例えば、現用系として機能する中継ルータ１－１，１－２経由でマルチキャストパケットが中継されているときに、中継ルータ１－１が故障等の理由でマルチキャストパケットの中継ができなくなった場合を考える。この場合、予備系として機能する中継ルータ２－１，２－２に経路が自動的に変更する。しかし、経路変更の際に一時的にマルチキャストパケットの中継が途絶え、受信装置５でパケットロス等の問題が発生していた。

なお、従来技術では、例えば、冗長受信中継装置１０Ａの代わりに、ＬＨＲ（Last Hop Router）として機能する中継ルータが配置され、当該中継ルータが、中継ルータ１－２，２－２に接続するためのインタフェースとなる１つのＮＷ端子を備えていた。当該中継ルータは、中継ルータ１－２，２－２の各々に対応するＩＰアドレスを適宜切り替えることで、２経路のうち現用系として設定されている経路を介するマルチキャストパケットを受信していた。

第１の実施形態によれば、中継ルータ１－１，１－２経由の経路も中継ルータ２－１，２－２経由の経路も実質的に現用系として扱う。このため、上記の例のように、中継ルータ１－１が故障等になったとしても、冗長受信中継装置１０Ａは、中継ルータ２－１，２－２経由の経路から同じマルチキャストパケットを受信することができる。このため、冗長受信中継装置１０Ａは、受信したマルチキャストパケットを破棄しないように処理することで、受信装置５にマルチキャストパケットを確実に送信することができる。

また、図２、図３では、２経路について説明したが、第１の実施形態は、３経路以上の経路でマルチキャストパケットを中継する場合にも適用することができる。この場合、重複して受信したマルチキャストパケットの１つが受信装置５に送信され、残りはすべて破棄される。

したがって、２経路以上の経路でマルチキャストパケットを中継する際に、１つの経路上で中継できない問題が発生しても、継続して欠落のないマルチキャストパケットを中継させることができる。その結果、マルチキャストパケットの中継において、瞬断による品質低下を抑制することができる。

≪第２の実施形態≫
第２の実施形態を説明する際、第１の実施形態と重複する部分についての説明は基本的に省略し、第１の実施形態との相違点について主に説明する。

＜構成＞
図４に示すように、第２の実施形態では、第１の実施形態と比較して、冗長受信中継装置１０Ａに代えて導入される冗長受信中継装置１０Ｂが、IGMP/MLD処理部１２ａに代えてIGMP/MLD中継処理部１２ｂを備える点、IGMP/MLD中継処理部１２ｂがＮＷ端子Ｔ１に接続し、受信装置５に接続することができる点が異なる。IGMP/MLD中継処理部１２ｂは、特許請求の範囲の「第１処理部」の例である。

IGMP/MLD中継処理部１２ｂは、要求情報を受信装置５から受信する。要求情報は、マルチキャストパケットを用いて冗長受信中継装置１０Ｂにマルチキャストパケットに乗っている情報を受信装置５宛てに送信することに関わる情報である。また、IGMP/MLD中継処理部１２ｂは、受信した要求情報を中継ルータ１－２，２－２の各々に中継するように送信する。つまり、IGMP/MLD中継処理部１２ｂは、受信装置５からの、IGMPまたはMLDに従う要求（レポート）に応じて、マルチキャストパケットの中継処理を実現する。

要求情報に対して、送信装置４から送信されたマルチキャストパケットを中継ルータ１－１，１－２，２－１，２－２，３が中継処理し、マルチキャストパケット処理部１１が中継処理をする。これらの中継処理とあわせて、中継ルータ１－２，２－２から受信装置５が存在するかどうかを確認するためのIGMP/MLDクエリパケット（IGMPまたはMLDにおけるクエリ）が周期的に送出される。IGMP/MLDクエリパケットは、特許請求の範囲の「問い合わせ情報」の例である。

IGMP/MLD中継処理部１２ｂは、このIGMP/MLDクエリパケットを受信装置５に中継する。受信装置５が受信中の場合は、受信装置５は、IGMP/MLDクエリに対する応答パケット（レポート）を送信する。IGMP/MLD中継処理部１２ｂは、この応答パケットを中継ルータ１－２，２－２に送信することで、中継ルータ１－２，２－２は受信装置５が存在することが確認でき、マルチキャストパケットを継続して送信する。

しかしながら、中継ルータ１－２，２－２がそれぞれ、異なるタイミングでIGMP/MLDクエリパケットを送信する場合がある。この場合、IGMP/MLD中継処理部１２ｂがそのまま受信装置５に送信すると、IGMP/MLDクエリパケットが受信装置５に複数到着して、適切なタイミングで応答パケットを送信しない場合がある。結果として、受信装置５が存在しないと判断した中継ルータがマルチキャストパケットの送出を停止する可能性がある。

この問題を回避するため、中継ルータ１－２，２－２のどちらか一方を代表ルータとする。IGMP/MLDの規定では、代表ルータが存在する場合、代表ルータのみがIGMP/MLDクエリパケットを送信することになっているため、複数のIGMP/MLDクエリパケットが中継される事態を回避できる。代表ルータは、特許請求の範囲の「代表中継装置」の例である。

一方、代表ルータが存在することを中継ルータ同士で確認できるようにする必要がある。このため、例えば代表ルータが中継ルータ１－２である場合に、IGMP/MLD中継処理部１２ｂは、中継ルータ１－２が送信したIGMP/MLDクエリパケットを、受信装置５だけでなく、中継ルータ２－２にも送信する。中継ルータ２－２は、別の中継ルータから送信されたIGMP/MLDクエリパケットを受信することで、代表ルータが稼働中であることを認識することができる。その結果、中継ルータ２－２自らがIGMP/MLDクエリパケットを送信しない動作となる。

＜処理＞
次に、図５を参照して、第２実施形態における冗長受信中継装置１０Ｂの処理について説明する。代表ルータは中継ルータ１－２であるとする。
まず、冗長受信中継装置１０Ｂは、IGMP/MLD中継処理部１２ｂによって、IGMPまたはMLDに従うクエリを代表ルータである中継ルータ１－２から受信する（ステップＢ１）。次に、冗長受信中継装置１０Ｂは、IGMP/MLD中継処理部１２ｂによって、受信したクエリを、他の中継ルータ２－２および受信装置５に送信する（ステップＢ２）。クエリを受信した中継ルータ２－２は、自身でクエリを送信することはない。

次に、冗長受信中継装置１０Ｂは、IGMP/MLD中継処理部１２ｂによって、受信装置５からレポートを受信する（ステップＢ３）。その後は、図３を参照してすでに説明したステップＡ２～Ａ５が実行される。ただし、ステップＡ２は、IGMP/MLD処理部１２ａではなく、IGMP/MLD中継処理部１２ｂによって実行される。また、ステップＡ２において、IGMP/MLD処理部１２ａは、クエリを送信した代表ルータである中継ルータ１－２にレポートを送信するとともに、クエリを送信しなかった中継ルータ２－２にもレポートを送信する。

第２の実施形態によれば、第１実施形態と比較して、受信装置５からのレポートに合わせて、継続して欠落のないマルチキャストパケットを効率的に中継させることができる。その結果、マルチキャストパケットの中継において、瞬断による品質低下を抑制することができる。

≪その他≫
（ａ）：第１，第２実施形態では、冗長受信中継装置１０Ａ，１０Ｂがマルチキャストパケットをそのまま中継する構成とした。しかし、中継時にマルチキャストパケットに対する各種処理を施す機能を組み合わせても構わない。例えば、コンピュータ上の汎用ソフトウエア（処理プログラムを含む）として機能を実現することにより、マルチキャストパケットの蓄積保存、アドレス変更やパケット内のデータの書き換えなどを実行する装置にも適用可能である。より具体的には、本実施形態の冗長受信中継装置１０Ａ，１０Ｂは、ＣＰＵ（Central Processing unit）と、メモリと、ハードディスクなどの記憶手段（記億部）と、ネットワークインタフェースとを有するコンピュータとして構成される。このコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラムを実行することにより、各種機能が実現される。
（ｂ）：第１，第２実施形態において、中継ルータ１－１，１－２，２－１，２－２，３での中継に遅延が生じ、マルチキャストパケット処理部１１が、同じマルチキャストパケットを所定の時間差で重複受信する場合がある。この場合、マルチキャストパケット処理部１１は、先に受信したマルチキャストパケットを受信装置５に送信し、後に受信したマルチキャストパケットを破棄するように制御してもよい。あるいは、一方の中継遅延を考慮して先に受信したマルチキャストパケットを保持し、時間差を考慮した後に受信装置５に送信することで、先に受信したマルチキャストパケットに欠落が生じていた場合、後で受信したパケットで補完するように制御してよい。
（ｃ）第２実施形態では、代表ルータを中継ルータ１－２とした。しかし、中継ルータ１－１，２－１，２－２，３のいずれかを代表ルータとしてもよい。また、第２実施形態において、代表ルータを設けないようにすることを妨げない。

１０Ａ，１０Ｂ 冗長受信中継装置
１－１，１－２，２－１，２－２，３ 中継ルータ
４ 送信装置
５ 受信装置
１１ マルチキャストパケット処理部
１２ａ IGMP/MLD処理部
１２ｂ IGMP/MLD中継処理部

Claims (3)

1. 冗長に構成される複数の第１中継装置に接続され、第１装置に接続される処理装置であって、
   マルチキャストパケットを用いて当該処理装置に第１情報を送信することに関わる要求情報を前記複数の第１中継装置に送信する第１処理部と、
   前記複数の第１中継装置から前記第１情報を重複して受信して、前記重複して受信した第１情報のうち第１情報におけるマルチキャストパケットに付された識別情報が同じである第１情報の中から１つの第１情報を、前記第１装置に送信する第２処理部と、
   を有し、
   前記第１処理部は、前記第１装置から受信した前記要求情報を前記複数の第１中継装置に送信し、
   前記複数の第１中継装置の１つである代表中継装置が決められており、
   前記第１処理部は、前記第１装置が前記要求情報を送信するための問い合わせ情報を前記代表中継装置から受信すると、前記代表中継装置以外の第１中継装置、および、前記第１装置に前記問い合わせ情報を送信する、
   ことを特徴とする処理装置。
2. 冗長に構成される複数の第１中継装置に接続され、第１装置に接続される処理装置としてのコンピュータを、
   マルチキャストパケットを用いて当該処理装置に第１情報を送信することに関わる要求情報を前記複数の第１中継装置に送信する第１処理部、
   前記複数の第１中継装置から前記第１情報を重複して受信して、前記重複して受信した第１情報のうち第１情報におけるマルチキャストパケットに付された識別情報が同じである第１情報の中から１つの第１情報を、前記第１装置に送信する第２処理部、
   として機能させるための処理プログラムであって、
   前記第１処理部は、前記第１装置から受信した前記要求情報を前記複数の第１中継装置に送信し、
   前記複数の第１中継装置の１つである代表中継装置が決められており、
   前記第１処理部は、前記第１装置が前記要求情報を送信するための問い合わせ情報を前記代表中継装置から受信すると、前記代表中継装置以外の第１中継装置、および、前記第１装置に前記問い合わせ情報を送信する、
   ことを特徴とする処理プログラム。
3. 冗長に構成される複数の第１中継装置に接続され、第１装置に接続される処理装置における処理方法であって、
   前記処理装置は、
   マルチキャストパケットを用いて当該処理装置に第１情報を送信することに関わる要求情報を前記複数の第１中継装置に送信する第１ステップと、
   前記複数の第１中継装置から前記第１情報を重複して受信して、前記重複して受信した第１情報のうち第１情報におけるマルチキャストパケットに付された識別情報が同じである第１情報の中から１つの第１情報を前記第１装置に送信する第２ステップと、
   を実行し、
   前記第１ステップで、前記第１装置から受信した前記要求情報を前記複数の第１中継装置に送信し、
   前記複数の第１中継装置の１つである代表中継装置が決められており、
   前記第１ステップで、前記第１装置が前記要求情報を送信するための問い合わせ情報を前記代表中継装置から受信すると、前記代表中継装置以外の第１中継装置、および、前記第１装置に前記問い合わせ情報を送信する、
   ことを特徴とする処理方法。

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