JPWO2009093322A1 - 帯域保証通信システム - Google Patents

Abstract

イーサネット上において、アプリケーションなどの細かな単位に動的に必要な帯域を確保するための帯域保証通信システムを得る。レイヤ２を終端する複数装置が並ぶ通信ネットワークを備えている。帯域確保時に、レイヤ２で規定されたイーサネットＯＡＭフレームを用いて、帯域確保を行う端点から、イーサネットＯＡＭフレームにより帯域確保要求を行う。複数装置のうちの途中装置で帯域確保が可能か否かを判定し、帯域確保可能であれば下流方向の装置に転送して、最遠点まで到達すれば帯域確保要求を送信元に戻し、帯域確保が完了したことを認識してユーザ通信の開始を許可する。帯域確保不可能であれば帯域確保要求を送信元に戻し、当該回答経路でのユーザ通信の適用を許可しない。

Description

この発明は、Ｌ２（レイヤ２）を終端する複数装置が並ぶ通信ネットワークを備えた帯域保証通信システムに関するものである。

従来のイーサネット（登録商標）においては、帯域保証などのＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）制御に関する概念は無く、ベストエフォートサービスに限られていた。しかし、近年では、イーサネットの経済性および高速性などに着目して、キャリアネットワークに適用する傾向がある。この際に必要と考えられている機能の１つの帯域保証がある。

しかし、イーサネットの場合、動的な帯域確保のための通信手段は備えられていないので、帯域確保する場合には、固定的な手段でスイッチ間に帯域を設定することになる。したがって、この場合、帯域を必要とするか否かにかかわらず帯域を確保しており、必ずしも効率が良いとは言えない。

また、イーサネットの場合、動的に帯域確保を行う場合には、リンクアグリゲーションと呼ばれる手法（回線の帯域を増強させるために、ネットワーク機器間をつなぐ回線の数を増やして論理的に１つの太い回線として扱う方法）を用いることが考えられる。つまり、複数のリンクを、リンク−バイ−リンクにより必要な帯域分を束ねて使用する方式が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

一方、イーサネットで動的に情報転送する機能では、ＯＡＭ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）が規定されている（たとえば、非特許文献１参照）。
しかしながら、ＯＡＭにおいては、障害検出、保守情報の転送のプロトコルであることから、帯域確保に関する機能を有していない。

特開２００２−２３２４２７号公報、第１頁〜３頁、第１図 ＩＴＵ−Ｔ、Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ、Ｙ．１７３０

従来のイーサネットでは、同一のリンク上でアプリケーションなどの細かな単位で帯域を動的に確保するための帯域保証通信システムが実現されていないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、今後ますます広帯域化が進むイーサネット上において、アプリケーションなどの細かな単位に動的に必要な帯域を確保するための帯域保証通信システムを得ることを目的とする。

この発明に係る帯域保証通信システムは、レイヤ２を終端する複数装置が並ぶ通信ネットワークを備えた帯域保証通信システムであって、帯域確保を行う際に、レイヤ２で規定されたイーサネットＯＡＭフレームを用いて、帯域確保を行う端点から、イーサネットＯＡＭフレームにより帯域確保要求を行い、複数装置のうちの途中装置で帯域確保が可能か否かの判定を行い、帯域確保が可能と判定された場合には、途中装置よりも下流方向の装置に転送し、帯域確保が可能か否かの判定を繰り返し行い、複数装置の最遠点まで到達すれば、帯域確保要求を送信元に戻し、帯域確保要求を送信元に戻した時点で帯域確保が完了したことを認識してユーザ通信の開始を許可し、一方、途中装置で帯域確保が不可能と判定された場合には、不可能と判定された時点で帯域確保要求を送信元に戻し、当該回答経路でのユーザ通信の適用を許可しないものである。

この発明によれば、アプリケーションなどの細かな単位に動的に必要な帯域を確保することができる。

この発明の実施例１に係る帯域保証通信システムによる帯域確保方式を示す説明図である。（実施例１） この発明の実施例１に係る帯域保証通信システムによる帯域確保方式を示す説明図である。（実施例１） この発明の実施例１に係る帯域保証通信システムに用いるイーサネットＯＡＭフレームの構成を概略的に示す説明図である。（実施例１） この発明の実施例２に係る帯域保証通信システムによるイーサネットＯＡＭフレームの概略構成を示す説明図である。（実施例２） この発明の実施例３に係る帯域保証通信システムによる処理の組み合わせを示す説明図である。（実施例３） この発明の実施例４に係る帯域保証通信システムによる帯域確保方式を示す説明図である。（実施例４）

（実施例１）
図１および図２はこの発明の実施例１に係る帯域保証通信システムによる帯域確保方式を示す説明図である。
図１および図２において、ルータを構成するＬ３（レイヤ３）装置Ｌ３＃１、Ｌ３＃２の各間には、イーサスイッチを構成する３台のＬ２（レイヤ２）装置Ｌ２＃１、Ｌ２＃２、Ｌ２＃３が接続されている。

ユーザ情報１の流れは、Ｌ３装置Ｌ３＃１からＬ３装置Ｌ３＃２に対して行われており、Ｌ３装置Ｌ３＃１とＬ３装置Ｌ３＃２との間は、図２のように帯域確保が行われてもよく、また、図１のように帯域確保が行われなくてもよい。帯域確保（Ｌ３レベルでのリソース確保）が行われる場合には、経路２（破線矢印参照）で行われる。

Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３の相互間での信号３は、イーサネットＯＡＭの通信経路を介して送信されており、Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３の相互間での帯域は、イーサネットＯＡＭの通信経路を用いて確保される。

図３はＬ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３の相互間での帯域確保に用いるイーサネットＯＡＭフレームの構成を概略的に示す説明図である。
図３において、イーサネットＯＡＭフレーム１０は、プロトコルタイプ１２を含む標準のヘッダ１１と、イーサＯＡＭタイプ１３と、情報設定領域１４とにより構成されている。情報設定領域１４には、たとえば、方向、帯域確保要求、回答、必要帯域などが設定される。

以下、図１〜図３を参照しながら、この発明の実施例１による動作について説明する。
最初に、図２を用いて、Ｌ３で帯域確保を行う場合について説明する。
Ｌ３装置Ｌ３＃１とＬ３装置Ｌ３＃２との間で帯域が確保された後に、Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３の相互間での帯域確保が行われる。

Ｌ３装置Ｌ３＃１、Ｌ３＃２の相互間の帯域確保は、ＳＩＰ（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）や、ＲＳＶＰ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）による帯域確保の方式が採用される。

Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３の相互間においては、イーサネットＯＡＭフレーム１０（図３参照）を用いて帯域確保が行われる。イーサネットＯＡＭフレーム１０の情報設定領域１４には、必要帯域が記入されており、各Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３は、必要帯域が確保できるか否かをフレーム受信時に判定する。

必要帯域が確保できる場合には、信号３を下流方向に転送し、一方、必要帯域が確保できない場合には、上流側に対して「必要帯域が確保できないこと」を通知する。

各Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３は、下り方向から帯域確保可能を知らせるメッセージを受信した場合、自装置よりも下流側のすべてで帯域確保がされたことを認識し、さらに、該当フレームを上流側に転送する。

各Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３は、上記転送処理を繰り返し実行する。
これにより、端点に位置するＬ３装置Ｌ３＃１は、各Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３での帯域確保の可否を知ることができる。
Ｌ３装置Ｌ３＃１は、すべてのＬ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３で帯域確保がされたことを認識した場合には、ユーザ通信を開始する。

しかし、帯域確保ができないことを認識した場合には、Ｌ３装置Ｌ３＃１とＬ３装置Ｌ３＃２との間で規定されているプロトコルを用いて、帯域確保ができないことを通知し、Ｌ３装置Ｌ３＃１、Ｌ３＃２の相互間での帯域確保処理を取り止めて、ユーザに対して帯域確保が不可能であることを通知する。

次に、図１を用いて、Ｌ３装置Ｌ３＃１、Ｌ３＃２の相互間で帯域確保を行わない場合、つまり、Ｌ３装置Ｌ３＃１、Ｌ３＃２の相互間と、Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃２の相互間とにおいて、独立して帯域確保が行われる場合について説明する。

この場合、端点に位置するＬ３装置Ｌ３＃１は、ユーザからの通信要求があれば、その時点で帯域確保のためのイーサネットＯＡＭフレーム１０を発出する。
以下、上記と同様に、Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３の相互間の帯域確保が行われる。

以上のように、この発明の実施例１（図１〜図３）によれば、Ｌ２（レイヤ２）を終端する複数装置Ｌ３＃１、Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３、Ｌ３＃２が並ぶ通信ネットワークを備えた帯域保証通信システムであって、帯域確保を行う際に、Ｌ２で規定されたイーサネットＯＡＭフレーム１０を用いて、帯域確保を行う端点（Ｌ３＃１）から、イーサネットＯＡＭフレーム１０により帯域確保要求を行い、複数装置のうちの途中装置で帯域確保が可能か否かの判定を行う。

そして、帯域確保が可能と判定された場合には、途中装置よりも下流方向の装置に転送し、以下、帯域確保が可能か否かの判定を繰り返し行い、複数装置の最遠点（Ｌ３＃２）まで到達すれば、帯域確保要求を送信元に戻し、帯域確保要求を送信元に戻した時点で帯域確保が完了したことを認識してユーザ通信の開始を許可する。

一方、途中装置で帯域確保が不可能と判定された場合には、不可能と判定された時点で帯域確保要求を送信元に戻し、当該回答経路でのユーザ通信の適用を許可しないようにする。
これにより、アプリケーションなどの細かな単位に動的に必要な帯域を確保するための帯域保証通信システムを得ることができる。

（実施例２）
なお、上記実施例１（図３）においては、イーサネットＯＡＭフレーム１０内に、方向、帯域確保要求、回答、必要帯域を設定する情報設定領域１４を設けたが、図４のように、イーサネットＯＡＭフレーム１０Ａ内に、方向、帯域確保要求、回答、必要帯域のみならず、ポリシーおよび確保領域を設定する情報設定領域１４Ａを設けてもよい。

図４はこの発明の実施例２によるイーサネットＯＡＭフレーム１０Ａの概略構成を示す説明図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
図４において、帯域確保するイーサネットＯＡＭフレーム１０Ａ内には、ポリシーが記述される情報設定領域１４Ａが設けられている。

つまり、前述（図３）の実施例１では、必要帯域のみを記述していたのに対して、実施例２（図４）では、情報設定領域１４Ａ内に、帯域が確保できなかった際のポリシーが記述される。

ポリシーとしては、下記の３種類Ｐ１〜Ｐ３があげられる。
ポリシーＰ１では、帯域確保できない場合は拒否（ユーザ通信を開始しない）。
ポリシーＰ２では、帯域確保できない場合は確保できるだけの帯域で通信を行う。
ポリシーＰ３では、帯域確保できない場合はベストエフォートサービスとして通信を行う。

以下、各ポリシーＰ１〜Ｐ３の際の動作について、さらに具体的に説明する。
まず、ポリシーＰ１の場合は、帯域確保要求する際にイーサネットＯＡＭフレーム１０Ａ内の情報設定領域１４Ａの「ポリシー」の項目に「ポリシーＰ１」であることを記載する。
中継するＬ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３は、帯域が確保できない場合には、情報設定領域１４Ａの「回答」の項目に「確保不可能」と記載し、送信側に戻す。これにより、該当通信の通信処理が拒否されたことになる。

次に、ポリシーＰ２の場合は、情報設定領域１４Ａの「ポリシー」の項目に「ポリシーＰ２」であることを記載する。この場合、必要帯域が確保できない場合でも、現在確保できる最大帯域を確保する。
また、情報設定領域１４Ａの「確保帯域」の項目にその帯域を記載して、下流側に転送する。以下、ここで設定された確保帯域の値に基づいて、下流側のＬ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３は、帯域確保を図る。

最後に、ポリシーＰ３の場合は、情報設定領域１４Ａの「ポリシー」の項目に「ポリシーＰ３」である旨を記載する。
Ｌ２装置Ｌ２＃１〜Ｌ２＃３は、帯域が確保できない場合には、同フレームの情報設定領域１４Ａの「確保帯域」の項目を「０」に設定して下流方向に転送する。これにより、同通信に対しての帯域は確保されないが、通信自体は許可されており、ベストエフォートサービスでの提供が可能となる。

以上のように、この発明の実施例２（図４）によれば、イーサネットＯＡＭフレーム１０Ａの情報設定領域１４Ａにおいて、帯域確保の可否判定に関連したポリシーを設定し、帯域確保が不可能と判定された場合には、確保帯域を減らしてでも可能帯域に接続する第１の通信形態と、帯域確保を一切行わないベストエフォート通信として接続する第２の通信形態とを含む多様な通信形態を、ポリシーに応じて実現する。
これにより、さらに、アプリケーションなどの細かな単位に動的に必要な帯域を確保するための帯域保証通信システムを得ることができる。

（実施例３）
なお、上記実施例２では、特に言及しなかったが、各Ｌ２装置およびＬ３装置は、それらが有するリンク間ごとに、ポリシーＰ１〜Ｐ３の処理を変更することができる（たとえば、図５参照）。

図５はこの発明の実施例３による処理の組み合わせを示す説明図である。図５において、Ｌ２装置およびＬ３装置における処理の組み合わせは、前方リンク（図５中の縦方向）および後方リンク（図５中の横方向）の各状態（ＯＫ、または、ＮＧ）に応じて、要求帯域確保、可能帯域確保、通信拒否、ベストエフォート、または、Ｎ／Ａ（Ｎｏｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ：該当無し）に変更される。

以上のように、この発明の実施例３によれば、ポリシーを複数装置の各々の前段リンクと後段リンクとで別々に設定し、ポリシーの切替点に対応する装置においては、前段リンクおよび後段リンクの両方のポリシーの組み合わせテーブル（図５）に応じて制御形態を決定する。
これにより、さらに、アプリケーションなどの細かな単位に動的に必要な帯域を確保するための帯域保証通信システムを得ることができる。

（実施例４）
なお、上記実施例１〜３では、特に言及しなかったが、図６のように、Ｌ２装置においてマルチポイントを構成した場合のフラッディング（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）現象にも対応することができる。
図６はこの発明の実施例４に係る帯域確保通信システムによる帯域確保方式を示す説明図であり、Ｌ２装置でマルチポイントになる場合の動作を示している。

Ｌ２装置においては、フラッディングが発生してイーサネットＯＡＭフレームを受信した際に、転送方路が決定せずに、可能性のあるすべての方路に転送する現象が発生することが考えられる。以下、図６を参照しながら、フラッディング現象について説明する。

図６において、方路２０は、帯域をイーサネットＯＡＭで確保された方路であり、Ｌ２装置において、２方路に分岐されている。
実際の通信ＣＲは、破線矢印のように、一方の方路に向けて行われ、他方の方路は、確保されたにもかかわらず無駄になる帯域３０となる。
図６においては、Ｌ２装置でフラッティングが発生し、２方路に対して帯域が確保された状態で、実際の通信ＣＲには、片方の方路のみが使用された場合を示している。

次に、この発明の実施例４による動作について説明する。
図６のように複数方路で帯域を確保した場合、一定期間のうちにユーザ通信が開始されない（ユーザ通信のフレームを受信しない）場合には、その方路の帯域を強制的に他のユーザに開放する。
また、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスなどの登録が行われてフラッディングが完了した場合にも、使用しない方路の帯域の強制開放を行う。つまり、該当方路に対して、その時点でイーサネットＯＡＭフレームを用いて帯域確保要求を送信する。

以上のように、この発明の実施例４によれば、複数装置の前方リンクにおいて複数の方路が接続されており、フラッディングが発生した場合に、フラッディングが終了した方路の帯域、または、複数フラッディングの開始から一定時間にわたってユーザ通信が行われていない方路の帯域を他のユーザに開放し、イーサネットＯＡＭフレームにより、開放された方路から下流方向に帯域確保要求を送信する。
これにより、フラッディング発生時においても、アプリケーションなどの細かな単位に動的に必要な帯域を確保するための帯域保証通信システムを得ることができる。

（実施例５）
なお、上記実施例１〜４では、帯域確保要求により帯域確保を行うことに注目して説明したが、他の用途にも適用可能である。
たとえば、図３および図４に定義されたイーサネットＯＡＭフレームにおいて、情報設定領域に以下の値を書き込むことにより、それぞれの観点での確保を行うことができる。

すなわち、累積遅延時間、装置単位の遅延時間、累積廃棄率、装置単位の廃棄率、累積揺らぎ時間、装置単位の揺らぎ時間など、ＩＰＱｏＳ（ＩＰ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）としてＩＴＵ−Ｔ、Ｙ．１５４１で規定されている各項目について確保要求を出すことが可能である。

以上のように、この発明の実施例５によれば、帯域確保要求に加えて、累積遅延要求、装置通過遅延要求、累積廃棄率要求、装置通過廃棄率要求、累積揺らぎ要求および装置通過揺らぎ要求の少なくとも１つの項目についての確保可否通知を行うことにより、さらに、アプリケーションなどの細かな単位に動的に必要な帯域を確保するための帯域保証通信システムを得ることができる。

Claims (5)

1. レイヤ２を終端する複数装置が並ぶ通信ネットワークを備えた帯域保証通信システムであって、
   帯域確保を行う際に、前記レイヤ２で規定されたイーサネットＯＡＭフレームを用いて、前記帯域確保を行う端点から、前記イーサネットＯＡＭフレームにより帯域確保要求を行い、
   前記複数装置のうちの途中装置で前記帯域確保が可能か否かの判定を行い、
   前記帯域確保が可能と判定された場合には、前記途中装置よりも下流方向の装置に転送し、
   以下、前記帯域確保が可能か否かの判定を繰り返し行い、前記複数装置の最遠点まで到達すれば、前記帯域確保要求を送信元に戻し、
   前記帯域確保要求を送信元に戻した時点で前記帯域確保が完了したことを認識してユーザ通信の開始を許可し、
   一方、前記途中装置で前記帯域確保が不可能と判定された場合には、前記不可能と判定された時点で前記帯域確保要求を送信元に戻し、当該回答経路でのユーザ通信の適用を許可しないことを特徴とする帯域保証通信システム。
2. 前記帯域確保の可否判定に関連したポリシーを設定し、
   前記帯域確保が不可能と判定された場合には、確保帯域を減らしてでも接続する第１の通信形態と、帯域確保を一切行わないベストエフォート通信として接続する第２の通信形態とを含む多様な通信形態を、前記ポリシーに応じて実現することを特徴とする請求項１に記載の帯域保証通信システム。
3. 前記ポリシーを前記複数装置の各々の前段リンクと後段リンクとで別々に設定し、前記ポリシーの切替点に対応する装置においては、前記前段リンクおよび前記後段リンクの両方のポリシーの組み合わせテーブルに応じて制御形態を決定することを特徴とする請求項２に記載の帯域保証通信システム。
4. 前記複数装置の前方リンクにおいて複数の方路が接続されており、
   フラッディングが発生した場合に、前記フラッディングが終了した方路の帯域、または、前記複数フラッディングの開始から一定時間にわたってユーザ通信が行われていない方路の帯域を開放し、
   前記イーサネットＯＡＭフレームにより、開放された前記方路から下流方向に前記帯域確保要求を送信することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の帯域確保通信システム。
5. 前記帯域確保要求に加えて、累積遅延要求、装置通過遅延要求、累積廃棄率要求、装置通過廃棄率要求、累積揺らぎ要求および装置通過揺らぎ要求の少なくとも１つの項目についての確保可否通知を行うことを可能とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の帯域確保通信システム。

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