WO2015170475A1 - 通信装置、通信システム、通信方法および通信用プログラムが記憶された記憶媒体 - Google Patents

Abstract

［課題］複数の通信回線を用いてデータ転送を行う場合に、各回線が転送するデータ量の偏りを抑制できる通信装置を提供する。 ［解決手段］分割部８１は、入力されたフレームを分割する。振分部８２は、複数の回線の出力帯域に応じて、分割されたフレームを振り分ける。送信部８３は、振り分けられたフレームを送信する。また、振分部８２は、出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量に対し、その回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線にフレームを振り分ける。送信部８３は、所定の周期経過時に残りのデータ量に相当するダミーフレームを送信する。

Description

通信装置、通信システム、通信方法および通信用プログラムが記憶された記憶媒体

　本発明は、複数の通信回線を集約してデータ転送を行う通信装置、通信システム、通信方法および通信用プログラムが記憶された記憶媒体に関する。

　複数回線を使って通信帯域を増加させる技術に、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）８０２．３ａｄで標準化されているリンクアグリゲーションがある。リンクアグリゲーションでは、ＭＡＣ（Media Access Control address）アドレスやＩＰ（Internet Protocol ）アドレスなどに基づいて、フレームが複数の回線に振り分けられる。

　また、特許文献１には、複数の無線チャネル等を利用してデータパケットを並列送信し、正常に伝送されなかった場合に再送処理を行う方法が記載されている。特許文献１に記載された方法では、送信バッファに蓄積されたデータフレームから、並列送信可能な数単位で伝送所要時間が互いに等しい複数のデータパケットを生成し、並列送信可能な数単位で連続的に並列送信する。そして、１度に生成された複数のデータパケット群の伝送所要時間が異なる場合、並列再送時に伝送所要時間の短いデータパケットにダミービットを付加し、他のデータパケットと伝送所要時間を揃える。

特開２００８－１８７７２５号公報

　上述したリンクアグリケーションでは、各回線の使用帯域に偏りが生じることがある。例えば、ある回線で物理帯域よりもトラフィックが多く、ほかの回線で物理帯域よりもトラフィックが少ない場合、上述した方法では、トラフィックを均等に分散させることは困難である。

　また、特許文献１に記載された方法では、伝送所要時間が互いに等しくなるように複数のデータパケットが生成され、各チャネル間で独立してデータが転送される。そのため、回線の状況によっては、各チャネル間で転送されるデータ量に偏りが生じてしまう場合がある。

　そこで、本発明は、複数の通信回線を用いてデータ転送を行う場合に、各回線が転送するデータ量の偏りを抑制できる通信装置、通信システム、通信方法、および、通信用プログラムが記憶された記憶媒体を提供することを目的とする。

　本発明による通信装置は、複数の回線を用いてデータ転送を行う通信装置であって、入力されたフレームを分割する分割手段と、複数の回線の出力帯域に応じて、分割されたフレームを振り分ける振分手段と、振り分けられたフレームを送信する送信手段とを備え、振分手段が、出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量に対し、その回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線にフレームを振り分け、送信手段が、所定の周期経過時に残りのデータ量に相当するダミーフレームを送信することを特徴とする。

　本発明による通信システムは、複数の回線を用いてデータ転送を行う通信装置を複数備え、通信装置が、入力されたフレームを分割する分割手段と、複数の回線の出力帯域に応じて、分割されたフレームを振り分ける振分手段と、振り分けられたフレームを送信する送信手段とを含み、振分手段が、出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量に対し、その回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線にフレームを振り分け、送信手段は、所定の周期経過時に残りのデータ量に相当するダミーフレームを送信することを特徴とする。

　本発明による通信方法は、複数の回線を用いてデータ転送を行う場合の通信方法であって、入力されたフレームを分割し、出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量に対し、その回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線に、分割されたフレームを振り分け、振り分けられたフレームと、所定の周期経過時に残りのデータ量に相当するダミーフレームとを送信することを特徴とする。

　本発明による通信用プログラムが記憶された記憶媒体は、複数の回線を用いてデータ転送を行うコンピュータに適用される通信用プログラムが記憶された記憶媒体であって、コンピュータに、入力されたフレームを分割する分割処理、複数の回線の出力帯域に応じて、分割されたフレームを振り分ける振分処理、および、振り分けられたフレームを送信する送信処理を実行させ、振分処理で、出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量に対し、その回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線にフレームを振り分けさせ、送信処理で、所定の周期経過時に残りのデータ量に相当するダミーフレームを送信させる通信用プログラムが記憶されていることを特徴とする。

　本発明によれば、複数の通信回線を用いてデータ転送を行う場合に、各回線が転送するデータ量の偏りを抑制できる。

本発明による通信システムの一実施形態を示すブロック図である。 データフレーム送信処理の例を示す説明図である。 データフレーム受信処理の例を示す説明図である。 分割前のデータフレームの例を示す説明図である。 分割後のデータフレームの例を示す説明図である。 制御フレームフォーマットの例を示す説明図である。 ダミーフレームフォーマットの例を示す説明図である。 フレームを振り分ける処理の例を示す説明図である。 残り出力可能バイト数が一番大きい回線にフレームを出力する場合の動作例を示す説明図である。 出力帯域を調整する方法の例を示す説明図である。 遅延時間を測定する方法の例を示す説明図である。 本発明による通信装置の概要を示すブロック図である。 本発明による通信システムの概要を示すブロック図である。

　以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

　図１は、本発明による通信システムの一実施形態を示すブロック図である。本実施形態の通信システムは、２台の通信装置１、通信装置１５を備えている。通信装置１および通信装置１５は、同一の機能を有する装置であり、受信部２と送信部３とを含む。なお、通信装置１と通信装置１５とは、受信部２および送信部３以外に、それぞれ互いに異なる機能を含んでいてもよい。

　通信装置１と通信装置１５は、複数の回線１、回線２、…、回線ｎを介して互いに接続される。通信装置１と通信装置１５とは、対になり、２つの通信装置間で通信が行われる。なお、通信装置１と通信装置１５とは、直接接続されていてもよく、別の装置を経由して接続されていてもよい。なお、別の装置を経由して接続される場合であっても、通信装置１のフレームの宛先は、通信装置１５である。また、本実施形態では、通信装置１以外の装置が送信したフレームは、通信装置１５に入力されないものとする。

　送信部３は、分割部４、帯域管理部５、振分部６、複数の制御フレーム生成部７－１～７－ｎ、格納部８－１～８－ｎおよび調停部９－１～９－ｎを有する。以下、制御フレーム生成部、格納部および調停部の機能を説明する場合、それぞれ制御フレーム生成部７、格納部８および調停部９と記す。制御フレーム生成部７、格納部８および調停部９は、接続される回線（ポート）ごとに設けられる。

　分割部４は、入力されたフレームを分割し、振分部６に入力する。分割部４がフレームを分割する方法は任意であり、分割部４は、広く知られた方法を用いてフレームを分割すればよい。

　帯域管理部５は、各回線の出力帯域を管理する。振分部６は、各回線の出力帯域に応じて、分割されたフレームを振り分け、格納部８に入力する。なお、帯域管理部５が管理する出力帯域の内容および振分部６が分割後のフレームを振り分ける方法は、後述される。

　制御フレーム生成部７は、他の通信装置に対して送信する制御フレームを生成する。また、制御フレーム生成部７は、帯域管理部５が管理する各回線の出力帯域に対して、送信されるデータフレームが少ない場合に送信されるダミーフレームを生成する。なお、制御フレームおよびダミーフレームの詳細は後述される。

　格納部８は、振分部６から入力されたフレームを一時的に保持する。

　調停部９は、格納部８に入力されたフレームを、接続された回線を介して、順次送信する。

　分割部４と、帯域管理部５と、振分部６と、制御フレーム生成部７と、調停部９とは、プログラム（通信用プログラム）に従って動作するコンピュータのＣＰＵ(Central Processing Unit)によって実現される。例えば、プログラムは、通信装置１の記憶部（図示せず）に記憶され、ＣＰＵは、そのプログラムを読み込み、プログラムに従って、分割部４、帯域管理部５、振分部６、制御フレーム生成部７および調停部９として動作してもよい。

　また、分割部４と、帯域管理部５と、振分部６と、制御フレーム生成部７と、調停部９とは、それぞれが専用のハードウェアで実現されていてもよい。また、格納部８は、例えば、メモリ等により実現される。

　図２は、送信部３によって行われるデータフレーム送信処理の例を示す説明図である。
フレーム１、フレーム２およびフレーム３が送信部３に入力されると、分割部４は、各フレームを分割し、分割したフレームにシーケンス番号、先頭フラグおよび末尾フラグを付与して、振分部６に入力する。先頭フラグは、分割されたフレームの先頭のデータか否かを識別するフラグであり、末尾フラグは、分割されたフレームの末尾のデータか否かを識別するフラグである。

　ここで、フレーム１ａのシーケンス番号をｎとすると、フレーム１ｂのシーケンス番号はｎ＋１、フレーム１ｃのシーケンス番号はｎ＋２、フレーム２のシーケンス番号はｎ＋３、フレーム３ａのシーケンス番号はｎ＋４、フレーム３ｂのシーケンス番号はｎ＋５になる。

　振分部６は、帯域管理部５が管理する各回線の出力帯域に従って、各回線の格納部８（８－１，８－２，８－３）にフレームを送信する。図２に示す例では、帯域管理部５が管理する各回線では、回線２の出力帯域が一番大きく、回線１の出力帯域が一番小さいとする。回線ごとに設けられる格納部８は、受信したフレームを格納する。調停部９（９－１，９－２，９－３）は、格納部８に格納されたフレームを読み出し、接続される各回線に送信する。

　受信部２は、複数のフィルタ部１０－１～１０－ｎ、制御フレーム処理部１１－１～１１－ｎ、格納部１２－１～１２－ｎ、読出部１３、および結合部１４を有する。以下、フィルタ部、制御フレーム処理部および格納部の機能を説明する場合、それぞれフィルタ部１０、制御フレーム処理部１１および格納部１２と記す。フィルタ部１０、制御フレーム処理部１１および格納部１２は、接続される回線（ポート）ごとに設けられる。

　フィルタ部１０は、他の装置から送信されたフレームを受信し、制御フレーム処理部１１および格納部１２に入力する。

　制御フレーム処理部１１は、受信した制御フレームを処理する。

　格納部１２は、フィルタ部１０から入力されたフレームを一時的に保持する。

　読出部１３は、各格納部１２に保持されたフレームを読出し、結合部１４に入力する。

　結合部１４は、読出部１３から入力されたフレームを結合し、他の装置に送信する。

　フィルタ部１０と、制御フレーム処理部１１と、読出部１３と、結合部１４とは、プログラム（通信用プログラム）に従って動作するコンピュータのＣＰＵによって実現される。例えば、プログラムは、通信装置１の記憶部（図示せず）に記憶され、ＣＰＵは、そのプログラムを読み込み、プログラムに従って、フィルタ部１０、制御フレーム処理部１１、読出部１３および結合部１４として動作してもよい。

　また、フィルタ部１０と、制御フレーム処理部１１と、読出部１３と、結合部１４とは、それぞれが専用のハードウェアで実現されていてもよい。また、格納部１２は、例えば、メモリ等により実現される。

　図３は、受信部２によって行われるデータフレーム受信処理の例を示す説明図である。図３に例示するフレーム１ａ、フレーム１ｂ、フレーム１ｃ、フレーム２、フレーム３ａおよびフレーム３ｂは、図２に例示する各調停部９が送信したフレームである。

　フィルタ部１０（１０－１，１０－２，１０－３）は、送信されたデータフレームを格納部１２（１２－１，１２－２，１２－３）に入力する。読出部１３は、格納部１２に格納されているデータフレームを、到着順にかかわらず、シーケンス番号の順番で読み出し、結合部１４に入力する。

　図２および図３に示す例では、読出部１３は、シーケンス番号が一番小さいフレーム１ａから順に、前のフレームのシーケンス番号に１を加算したフレームを次のフレームとして読み出す。

　結合部１４は、先頭フラグが１のフレームから末尾フラグが１のフレームまでを、分割前のフレームとして認識する。そして、結合部１４は、分割されたフレームから、シーケンス番号、先頭フラグおよび末尾フラグを削除して結合し、分割前のフレームに復元して送信する。

　次に、制御フレームの内容を説明する。制御フレームは、回線の接続確認および動的出力帯域制御に使用される。具体的には、制御フレームは、図１における送信部３の制御フレーム生成部７（７－１，７－２，…，７－ｎ）によって生成される。そして、調停部９（９－１，９－２，…，９－ｎ）が、データフレームと制御フレームとの調停を行い、制御フレームが回線に出力される。

　また、通信装置１５の受信部２では、フィルタ部１０（１０－１，１０－２，…，１０－ｎ）が制御フレームを受信し、制御フレーム条件に一致した場合に、制御フレーム処理部１１（１１－１，１１－２，…，１１－ｎ）に入力する。制御フレーム処理部１１は、制御フレームの内容を解析し、解析された内容を、出力帯域制御と送信用の制御フレームを生成するために使用する。

　次に、ダミーフレームの内容を説明する。ダミーフレームは、設定された出力帯域よりも、出力されるデータフレームが少ない場合に、空き帯域分挿入されるフレームである。このダミーフレームは、後述する動的出力帯域制御にも使用される。

　具体的には、帯域管理部５は、管理する出力帯域よりも、出力されるデータフレームが少ない場合、各回線に対応する制御フレーム生成部７（７－１，７－２，…，７－ｎ）にその旨を通知する。通知を受けた制御フレーム生成部７は、出力するフレームが、帯域管理部５によって管理される出力帯域となるように、ダミーフレームを生成し、調停部９に出力する。調停部９は、データフレームとの出力調停が行われたダミーフレームを送信する。

　また、通信装置１５の受信部２では、フィルタ部１０（１０－１，１０－２，…，１０－ｎ）がダミーフレームを受信し、ダミーフレーム条件に一致した場合に、制御フレーム処理部１１（１１－１，１１－２，…，１１－ｎ）に入力する。そして、制御フレーム処理部１１は、入力されたダミーフレームを破棄する。

　次に、本実施形態で用いられるフレームの内容を説明する。図４は、分割前のデータフレームの例を示す説明図である。図４に例示する分割前データフレーム２１は、ネットワークを透過させるために必要なヘッダ２２と、ペイロード２３とを含む。

　図５は、分割後のデータフレームの例を示す説明図である。分割後データフレーム２４－ａ～２４－ｃは、図４に例示する分割前データフレーム２１から生成される。図５に示す例では、分割前データフレームが３つのフレームに分割されている。

　図５に例示する分割後データフレーム２４－ａ～２４－ｃのように、分割部４は、分割前データフレーム２１を、分割前データフレーム分割データ３１に分割する。さらに、分割部４は、分割した各データに対して、ヘッダ２５、シーケンス番号２６、先頭フラグ２７、末尾フラグ２８、制御フラグ２９およびダミーフラグ３０を付与して、分割後データフレームを生成する。

　ヘッダ２５は、データフレームがネットワークを透過するために必要なヘッダであり、分割前データフレームのヘッダ２２とは別に、新たに付与される。

　シーケンス番号２６は、受信部２の読出部１３が分割後データフレームを並べ替えるために使用される。シーケンス番号２６の値は、一つ前の分割後データフレームのシーケンス番号に１を加算した値になる。

　先頭フラグ２７は、分割前データフレームの先頭を示すフラグである。図５に例示する分割後データフレームのうち、分割後データフレーム２４－ａのみ先頭フラグ２７が１に設定され、分割後データフレーム２４－ｂおよび分割後データフレーム２４－ｃの先頭フラグ２７は０に設定される。

　末尾フラグ２８は、分割前データフレームの末尾を示すフラグである。図５に例示する分割後データフレームのうち、分割後データフレーム２４－ｃのみ末尾フラグ２８が１に設定され、分割後データフレーム２４－ａおよび分割後データフレーム２４－ｂの末尾フラグ２８は０に設定される。

　先頭フラグ２７および末尾フラグ２８は、受信部２の結合部１４がフレームを組み立てるために使用される。

　制御フラグ２９は、フレームが制御フレームであることを示すフラグである。また、ダミーフラグ３０は、フレームがダミーフレームであることを示すフラグである。図５に例示する分割後データフレームの場合、制御フラグ２９およびダミーフラグ３０が０に設定される。

　図６は、制御フレームフォーマットの例を示す説明図である。制御フレーム３２は、図５に例示する分割後データフレームと同様に、ヘッダ２５、シーケンス番号２６、先頭フラグ２７、末尾フラグ２８、制御フラグ２９およびダミーフラグ３０を含む。制御フレームのシーケンス番号２６の値は、ひとつ前の制御フレーム３２のシーケンス番号に１を加算した値になる。また、先頭フラグ２７および末尾フラグ２８には固定的に１が設定される。また、制御フラグ２９は、制御フレームを示すフィールドのため、１が設定される。
また、ダミーフラグ３０は、ダミーフレームを示すフィールドのため、０が設定される。

　受信部２のフィルタ部１０は、制御フラグ２９に１が設定されているフレームを制御フレームと判断し、制御フレーム処理部１１に出力する。すなわち、フィルタ部１０は、制御フラグ２９に１が設定されているか否かを制御フレーム条件として利用する。

　制御フレーム３２は、回線の帯域を調整するため、分割後データフレームに含まれる情報に加え、対向装置送信フレーム数３３、対向装置送信バイト数３４、自装置受信フレーム数３５、自装置受信バイト数３６、自装置送信フレーム数３７、自装置送信バイト数３８および遅延測定情報３９を含む。

　対向装置送信フレーム数３３は、対向する通信装置から送信されたフレーム数を示す。
対向装置送信バイト数３４は、対向する通信装置から送信されたフレームのバイト数を示す。自装置受信フレーム数３５は、対向する通信装置から受信したフレーム数を示す。自装置受信バイト数３６は、対向する通信装置から受信したフレームのバイト数を示す。自装置送信フレーム数３７は、自通信装置が送信するフレーム数を表す。自装置送信バイト数３８は、自通信装置が送信するフレームのバイト数を表す。遅延測定情報３９は、フレーム送信を送信した際に測定される遅延時間を表す。なお、制御フレームに含まれる各フィールドを利用する方法は、後述の出力帯域調整機能の説明において、説明される。

　図７は、ダミーフレームフォーマットの例を示す説明図である。ダミーフレーム４０は、図５に例示する分割後データフレーム２４や、図６に例示する制御フレーム３２と同様に、ヘッダ２５、シーケンス番号２６、先頭フラグ２７、末尾フラグ２８、制御フラグ２９およびダミーフラグ３０を含む。

　ダミーフレームのシーケンス番号２６の値は、固定的に０が設定され、先頭フラグ２７および末尾フラグ２８の値は、固定的に１が設定される。また、制御フラグ２９には０が設定され、ダミーフラグ３０には１が設定される。

　受信部２のフィルタ部１０は、ダミーフラグ３０に１が設定されているフレームをダミーフレームと判断し、制御フレーム処理部１１に出力する。すなわち、フィルタ部１０は、ダミーフラグ３０に１が設定されているか否かをダミーフレーム条件として利用する。

＜フレーム振分機能＞
　次に、振分部６が分割後のフレームを振り分ける方法を説明する。帯域管理部５は、出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量と、その回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量を管理する。具体的には、帯域管理部５は、単位時間に出力可能なデータ量として単位時間当たりの出力可能バイト数を保持し、所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量として残り出力可能バイト数を回線ごとに保持している。
この単位時間は、任意の単位で固定的に設定される。

　振分部６は、回線に分割後データフレームを出力するたびに、出力した分割後データフレームのバイト数を帯域管理部５へ通知する。帯域管理部５は、保持する残り出力可能バイト数から、通知された分割後データフレームのバイト数を減算する。

　帯域管理部５は、所定の周期ごとに、出力可能なデータ量（出力可能バイト数）を、出力可能な残りのデータ量（残り出力可能バイト数）に設定する。すなわち、帯域管理部５は、所定の周期ごとに、残り出力可能バイト数をリセットして出力可能バイト数に戻す処理を行う。具体的には、帯域管理部５は、リセット周期毎に、残り出力可能バイト数に単位時間当たり出力可能バイト数をロードする。

　振分部６は、出力可能なデータ量に対する、出力可能な残りのデータ量の割合を示す値を算出する。以下、このように算出される値を残り出力重みと記す。振分部６は、以下に例示する式１を用いて残り出力重みを算出してもよい。

　残り出力重み＝残り出力可能バイト数／単位時間当たり出力可能バイト数　…（式１）　

　そして、振分部６は、残り出力重みが最も大きい回線にフレームを振り分ける。すなわち、分割後データフレームが出力される回線は、残り出力重みが一番大きい回線になる。

　図８は、フレームを振り分ける処理の例を示す説明図である。図８に示す例では、２回線（回線１、回線２）を利用してフレームが振り分けられる。ここで、図８に例示する回線１は、単位時間当たりの出力可能バイト数が１２００であり、回線２は、単位時間当たりの出力可能バイト数が６００であるとする。また、図８では、フレームを＃で記し、＃１～＃１５までの１５のフレームが送信されているものとする。なお、フレームのバイト数は、すべて２００とする。

　時間ｔ１のときの出力可能バイト数には、単位時間当たり出力可能バイト数がセットされており、回線１の出力可能バイト数は１２００、回線２の出力可能バイト数は６００である。フレーム＃１が到着すると、振分部６は、振分処理として残り出力重みを算出する。時間ｔ１では、回線１と回線２とで残り出力重みは同じ値になるため、振分部６は、より小さい番号の回線１にフレーム＃１を振り分ける。そして、振分部６は、回線１の残り出力可能バイト数を２００減算して１０００と算出する。

　次に、時間ｔ２において、回線１の出力可能バイト数は１０００、回線２の出力可能バイト数は６００である。そのため、振分部６は、回線１の残り出力重みを約０．８３と算出し、回線２の残り出力重みを１．００と算出する。そこで、振分部６は、残り出力重みがより大きい回線２にフレーム＃２を振り分ける。そして、振分部６は、回線２の残り出力可能バイト数を２００減算して４００と算出する。

　同様に、時間ｔ３において、回線１の出力可能バイト数は１０００、回線２の出力可能バイト数は４００である。そのため、振分部６は、回線１の残り出力重みを約０．８３と算出し、回線２の残り出力重みを約０．６７と算出する。そこで、振分部６は、残り出力重みがより大きい回線１にフレーム＃３を振り分ける。以降、同様の処理が繰り返される。

　ここで、時間ｔ１から時間ｔ１０の期間が残り出力可能バイト数をリセットする周期であるとする。時間ｔ１０において、帯域管理部５は、残り出力可能バイト数に単位時間当たり出力可能バイト数を設定する。すなわち、回線１の残り出力可能バイト数が１２００に設定され、回線２の残り出力可能バイト数が６００に設定される。

　残り出力可能バイト数をリセットする際（すなわち、出力可能バイト数をロードする前に）、残り出力可能バイト数が０でない場合、帯域管理部５は、残り出力可能バイト数を制御フレーム生成部７に通知する。制御フレーム生成部７は、残り出力可能バイト数分のダミーフレームを生成し、調停部９に出力する。

　このように、本実施形態では、振分部６が各回線間の残り出力重みを比較して振分処理を行うため、回線１と回線２には単位時間当たりの出力可能バイト数に応じて均等にフレームが出力される。

　すなわち、本実施形態では、振分部６が、分割後データフレームを、残り出力可能バイト数が一番大きい回線に出力するのではなく、残り出力重みが一番大きい回線に出力する。そのため、時間的な偏りがなく、各回線に均等にフレームを出力できる。

　仮に、残り出力可能バイト数が一番大きい回線にフレームを出力した場合、図８に例示するように均等にフレームを出力することは困難である。この場合の動作を図９に示す。
図９は、残り出力可能バイト数が一番大きい回線にフレームを出力する場合の動作例を示す説明図である。

　図９に示す例では、時刻ｔ１から時刻ｔ４までは、回線１の残り出力可能バイト数は、回線２の残り出力可能バイト数以上である。そのため、この期間、フレームは均等に振り分けられず、回線１にのみ振り分けられる。以後、回線１の残り出力可能バイト数が回線２の残り出力可能バイト数を下回ってからは、回線１と回線２とに交互にフレームが振り分けられる。

　このように、残り出力可能バイト数が一番大きい回線にフレームを出力する方法では、あるポートでのみフレームが出力される期間と、すべての回線で均等にフレームが出力される期間とが存在する。そのため、フレームを均等に出力することは困難である。一方、本実施形態では、残り出力重みが一番大きい回線に出力することで、この問題を解決している。

＜出力帯域調整機能＞
　次に、出力帯域を調整する方法を説明する。図１０は、出力帯域を調整する方法の例を示す説明図である。図１０に例示する実線矢印は、フレームの流れを示し、点線矢印は、制御フレームの流れを示す。出力帯域調整機能には、出力帯域を広げる機能と、出力帯域を狭める機能とが含まれる。以下、出力帯域を広げる機能を実行している状態を、出力帯域増加モードと記し、出力帯域を狭める機能を実行している状態を、出力帯域削減モードと記す。本実施形態において、初期状態では、出力帯域削減モードになっているものとし、出力帯域を狭める処理が行われるとする。

　まず初めに、出力帯域を狭める処理を説明する。出力帯域削減モードにおいて、出力帯域を狭めるか否かの判断は、通信装置１から送信したフレーム数と、対向の通信装置１５が受信したフレーム数とを比較することによって行われる。通信装置１５が受信したフレーム数が、通信装置１が送信したフレーム数より小さい場合、帯域管理部５は、対象の回線の出力帯域が狭くなるように設定する。本実施形態では、新たな出力帯域は、通信装置１５から受信したフレーム数及びバイト数に基づいて算出される。

　図１０に示す例では、通信装置１の調停部９は、送信した分割データフレームとダミーフレームとのフレーム数及びバイト数をカウントする。カウントされた値は、例えば、調停部９が有するメモリ（図示せず）に保持される。なお、調停部９は、制御フレームのフレーム数及びバイト数をカウントしない。

　制御フレーム生成部７は、所定のタイミングで制御フレームを生成し、調停部９に入力する。調停部９は、入力された制御フレーム３２の自装置送信フレーム数３７に、保持するフレーム数を設定し、制御フレーム３２の自装置送信バイト数３８に保持するバイト数を設定する。そして、調停部９は、フレーム数及びバイト数を設定した制御フレーム３２を通信装置１５に送信する。制御フレーム３２を送信した際、調停部９は、保持するフレーム数及びバイト数を０にリセットする。

　通信装置１５のフィルタ部１０は、分割データフレームおよびダミーフレームを受信すると、受信したフレームのフレーム数及びバイト数をカウントする。カウントされた値は、例えば、フィルタ部１０が有するメモリ（図示せず）に保持される。なお、フィルタ部１０は、制御フレームのフレーム数及びバイト数をカウントしない。

　フィルタ部１０は、制御フレームを受信すると、受信した制御フレームを制御フレーム処理部１１に送信する。併せて、フィルタ部１０は、カウントしているフレーム数及びバイト数を制御フレーム処理部１１に通知する。

　制御フレーム処理部１１は、制御フレーム３２に含まれる自装置送信フレーム数３７を対向装置送信フレーム数として、自通信装置１５の制御フレーム生成部７に通知する。また、制御フレーム処理部１１は、制御フレーム３２に含まれる自装置送信バイト数３８を対向装置送信バイト数として、自通信装置１５の制御フレーム生成部７に通知する。さらに、制御フレーム処理部１１は、自通信装置１５のフィルタ部１０から通知されたフレーム数を自装置受信フレーム数として、自通信装置１５の制御フレーム生成部７に通知する。また、制御フレーム処理部１１は、自通信装置１５のフィルタ部１０から通知されたバイト数を自装置受信バイト数として、自通信装置１５の制御フレーム生成部７に通知する。

　通信装置１５の制御フレーム生成部７は、制御フレーム３２の対向装置送信フレーム数３３に、制御フレーム処理部１１から通知された対向装置送信フレーム数を設定する。また、通信装置１５の制御フレーム生成部７は、制御フレーム３２の対向装置送信バイト数３４に、制御フレーム処理部１１から通知された対向装置送信バイト数を設定する。

　同様に、通信装置１５の制御フレーム生成部７は、制御フレーム３２の自装置受信フレーム数３５に、制御フレーム処理部１１から通知された自装置受信フレーム数を設定する。また、通信装置１５の制御フレーム生成部７は、制御フレーム３２の自装置受信バイト数３６に、制御フレーム処理部１１から通知された自装置受信バイト数を設定する。そして、通信装置１５の調停部９は、各情報が設定された制御フレーム３２を通信装置１に送信する。

　通信装置１のフィルタ部１０が制御フレーム３２を受信すると、制御フレーム処理部１１は、制御フレーム３２に含まれる対向装置送信フレーム数３３と自装置受信フレーム数３５とを比較する。通信装置１の制御フレーム処理部１１は、対向装置送信フレーム数３３が自装置受信フレーム数３５より大きい場合、出力帯域を狭める対象であると判断し、新たに設定する出力領域を算出して、通信装置１の帯域管理部５に通知する。新たな出力帯域は、例えば、以下に例示する式２を用いて算出されてもよい。

　新たな出力帯域＝自装置受信バイト数３６÷制御フレーム送信間隔　…（式２）

　なお、本実施形態の帯域管理部５は、出力帯域を単位時間当たりの出力可能バイト数に基づいて管理する。そこで、帯域管理部５は、以下に例示する式３を用いて単位時間当たりの出力可能バイト数を算出し、算出した値に基づいて出力帯域を更新してもよい。

　単位時間当たりの出力可能バイト数
　＝　単位時間×制御フレーム処理部１１から通知された出力帯域　…（式３）

　このように、本実施形態の通信装置１では、調停部９が各回線から送信される送信データ量を含む制御フレーム３２を通信装置１５に送信し、フィルタ部１０が、調停部９による制御フレームの送信に応じて通信装置１５から送信される制御フレーム３２を受信する。この受信する制御フレーム３２には、通信装置１５が受信した受信データ量が含まれており、その受信データ量が送信データ量よりも小さい場合、帯域管理部５は、その制御フレームを送信した回線の出力帯域を狭く設定する。このように出力帯域を狭くすることで、各回線のデータ量の偏りをより抑制できる。

　次に、出力帯域を広げる処理を説明する。出力帯域増加モードにおいて、出力帯域を狭めるか否かの判断は、通信装置１から一時的に多く挿入されるダミーフレームにより、フレームの遅延時間が発生したか否かによって行われる。

　具体的には、通信装置１の制御フレーム生成部７がダミーフレームを一時的に多く挿入し、制御フレーム処理部１１が、フレームの遅延時間をその前後で測定する。遅延時間が大きくなった場合、制御フレーム処理部１１は、通信装置１と通信装置１５との間のネットワークで通信帯域が物理帯域を超えたことによる遅延が発生したと判断し、出力帯域を広げられないと判断する。一方、遅延時間が大きくならなかった場合、制御フレーム処理部１１は、出力帯域を広げられると判断する。

　本実施形態では、フレームロスが発生したか否かを判断する代わりに、フレームの遅延時間の変化の判断結果に基づいて、出力帯域を広げられるか否かが判断される。制御フレーム生成部７がフレームロスを発生させない範囲でダミーフレームを増加させることで、データフレームへの影響を最小限にとどめることができる。

　通信装置１の帯域管理部５は、通信装置１の制御フレーム生成部７に残り出力可能バイト数を通知する。制御フレーム生成部７は、通知された残り出力可能バイト数をダミーフレーム挿入量と判断し、その挿入量分のダミーフレームを生成して、通信装置１の調停部９へ出力する。

　なお、出力帯域増加モードでは、通信装置１の帯域管理部５が、残り出力可能バイト数に帯域増加量を加算して、通信装置１の制御フレーム生成部７に通知する。

　その後、通信装置１の制御フレーム処理部１１は、通信装置１の帯域管理部５へ遅延量増加の有無を通知する。遅延量の増加がない場合、通信装置１の帯域管理部５は、単位時間当たりの出力可能バイト数を、帯域増加量＋単位時間当たりの出力可能バイト数に上書きする。

　このように、制御フレーム生成部７が送信するダミーフレームのデータ量を増加させ、ダミーフレームの増加による遅延が生じない場合、帯域管理部５は、ダミーフレームを増加させて送信した回線の出力帯域を、増加させたダミーフレームのデータ量に応じて広く設定する。

　制御フレーム処理部１１は、例えば、以下に例示する２通りの測定方法を用いて遅延時間を測定してもよい。ただし、遅延時間を測定する方法は、以下に例示する２通りの方法に限定されない。

　１つ目の方法として、制御フレーム処理部１１は、Ｙ．１７３１で標準化されているフレーム遅延測定（ＥＴＨ－ＤＭ：Frame Delay Measurement ）のように、タイムスタンプを使用して遅延を測定する。フレーム遅延測定では、フレーム送信時点におけるタイムスタンプとフレーム受信時点におけるタイムスタンプとを用いて遅延時間が求められる。

　この方法を用いる場合、制御フレーム生成部７は、制御フレーム３２の遅延測定情報３９にこのタイムスタンプを付与した制御フレームを生成する。遅延測定情報３９にこのタイムスタンプを付与することで、遅延の測定が行われる。また、遅延測定情報３９に遅延量を付与することで、通信装置１と通信装置１５との間で遅延量が伝達される。

　２つ目の方法として、制御フレーム処理部１１は、制御フレームが到着する時間を相対的に比較することにより、遅延を測定する。図１１は、遅延時間を測定する方法の例を示す説明図である。

　図１１に示す例では、４つの回線から制御フレームが同時に送信される。受信側の通信装置では、各回線の帯域幅により、異なったタイミングで制御フレームが受信される。このとき、制御フレーム生成部７は、出力帯域を広げる対象の１回線を選出し、その回線にダミーフレームを一時的に多く挿入する。

　その後の制御フレームの到着時間が、ダミーフレームを多く挿入していない回線と比較して、相対的な遅延量の増加がなかった場合、制御フレーム処理部１１は、出力帯域を広げることが可能であると判断する。制御フレーム生成部７は、制御フレーム３２の遅延測定情報３９にこの相対的な遅延量を付与した制御フレームを生成する。遅延測定情報３９に遅延量を付与することで、通信装置１と通信装置１５との間で遅延量が伝達される。

　出力帯域増加モードと出力帯域削減モード間の状態遷移は、次のタイミングで実行される。出力帯域増加モードでフレームロスが発生した場合、出力帯域削減モードに移行される。出力帯域削減モードで制御フレーム処理部１１が出力帯を狭くする対象にならないと判断した場合（つまり、対向装置送信フレーム数３３が自装置受信フレーム数３５と同じ場合）、出力帯域増加モードに移行される。

　以上のように、本実施形態では、分割部４が入力されたフレームを分割し、振分部６が、複数の回線の出力帯域に応じて分割されたフレームを振り分け、各調停部９が、振り分けられたフレームを送信する。このとき、振分部６は、出力帯域として各回線に設定される単位時間当たり出力可能バイト数に対し、その回線の残り出力可能バイト数の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線にフレームを振り分ける。また、調停部９は、リセット周期ごと残りのデータ量に相当するダミーフレームを送信する。そのため、複数の通信回線を用いてデータ転送を行う場合に、各回線が転送するデータ量の偏りを抑制できる。

　また、本実施形態では、出力帯域を狭める方法として、調停部９が、各回線から送信される送信データ量を含む制御フレームを他の装置に送信する。なお、この制御フレームは、制御フレーム生成部７により生成される。そして、フィルタ部１０が、制御フレームの送信に応じて通信装置１５から送信された制御フレームを受信する。この制御フレームには、通信装置１５が受信した受信データ量が含まれる。制御フレーム処理部１１が、その受信データ量が送信データ量よりも小さいと判断した場合に、帯域管理部５が、上記制御フレームを送信した回線の出力帯域を狭く設定する。このように出力帯域を狭くすることで、各回線のデータ量の偏りをより抑制できる。

　また、本実施形態では、出力帯域を広げる方法として、制御フレーム生成部７が、送信するダミーフレームのデータ量を増加させ、帯域管理部５が、ダミーフレームの増加による遅延が生じない場合に、ダミーフレームを増加させて送信した回線の出力帯域を、増加させたダミーフレームのデータ量に応じて広く設定する。このようにダミーフレームの遅延に基づいて判断することで、データフレームを送信する際の影響を低く抑えることができる。また、このように、出力帯域を広げることで、効率的にデータを送信できる。

　以上のように、本実施形態による通信装置を用いることで、複数の回線を集約（アグリゲート）する際、各回線の出力帯域設定に従って偏りなくデータを送信する。よって、それぞれの回線の出力帯域設定に応じてトラフィックを効率よく分散して通信できるため、回線を効率よく使用することが可能となる。

　また、例えば、各回線の出力帯域の設定に誤りがあると、フレームの遅延やロスが発生し、フレームをシーケンス番号通りに組み立てられず正常に通信ができない。本実施形態によれば各回線の出力帯域設定を動的に調整できるため、このような問題を解決できる。

　なお、本実施形態では、通信装置１（通信装置１５）が、効率的にフレームを振り分ける機能だけでなく、出力帯域を調整する機能を備えている場合について説明した。ただし、通信装置は、出力帯域を調整する機能を備えていなくてもよい。また、通信装置は、出力帯域を調整する機能のうち、出力帯域を広げる機能と、出力帯域を狭める機能との、いずれか一方または両方を備えていてもよい。

　次に、本発明の概要を説明する。図１２は、本発明による通信装置の概要を示すブロック図である。本発明による通信装置は、複数の回線を用いてデータ転送を行う通信装置（例えば、通信装置１、通信装置１５）であって、入力されたフレームを分割する分割部８１（例えば、分割部４）と、複数の回線の出力帯域に応じて（例えば、帯域管理部５が管理する各回線の出力帯域に応じて）、分割されたフレームを振り分ける振分部８２（例えば、帯域管理部５、振分部６）と、振り分けられたフレームを送信する送信部８３（例えば、調停部９）とを備えている。

　振分部８２は、出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量（例えば、単位時間当たり出力可能バイト数）に対し、その回線で所定の周期（例えば、リセット周期）ごとに出力可能な残りのデータ量（例えば、残り出力可能バイト数）の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線にフレームを振り分ける。また、送信部８３は、所定の周期経過時に残りのデータ量に相当するダミーフレーム（例えば、ダミーフレーム４０）を送信する。そのような構成により、複数の通信回線を用いてデータ転送を行う場合に、各回線が転送するデータ量の偏りを抑制できる。

　また、送信部８３は、各回線から送信される送信データ量（例えば、自装置送信フレーム数３７、自装置送信バイト数３８）を含む制御フレーム（例えば、制御フレーム３２）を他の装置に送信してもよい。また、振分部８２（例えば、フィルタ部１０）は、制御フレームの送信に応じて他の装置（例えば、通信装置１５）から送信される制御フレームを受信し、その制御フレームに含まれる他の装置が受信した受信データ量が、送信データ量よりも小さい場合（例えば、制御フレーム処理部１１が判定した場合）に、（例えば、帯域管理部５が）制御フレームを送信した回線の出力帯域が狭くなるように設定してもよい。

　具体的には、振分部８２は、制御フレームを送信する間隔に対する、他の装置が受信した受信データ量（例えば、上記の式２）に基づいて、設定する出力帯域を決定してもよい。

　また、送信部８３（例えば、制御フレーム生成部７）は、送信するダミーフレームのデータ量を増加させてもよい。そして、振分部８２（例えば、帯域管理部５）は、ダミーフレームの増加による遅延が生じない場合に、ダミーフレームを増加させて送信した回線の出力帯域を、増加させたダミーフレームのデータ量に応じて広くなるように設定してもよい。このようにダミーフレームの遅延に基づいて出力帯域を判断することで、データフレームを送信する際の影響を低く抑えることができる。また、このように、出力帯域を広げることで、効率的にデータを送信できる。

　具体的には、送信部８３は、フレームロスを発生させない範囲でダミーフレームを増加させてもよい。

　図１３は、本発明による通信システムの概要を示すブロック図である。本発明による通信システムは、複数の回線を用いてデータ転送を行う通信装置８０を複数備えている。なお、通信装置８０の内容は、図１２に例示する通信装置８０の内容と同様である。

　図１３に例示する通信システムにおいて、第一の通信装置８０（例えば、通信装置１）の送信部８３（例えば、調停部９）は、各回線から送信される送信データ量（例えば、自装置送信フレーム数３７、自装置送信バイト数３８）を含む制御フレームを第二の通信装置８０（例えば、通信装置１５）に送信する。第二の通信装置８０の送信部８３（例えば、調停部９）は、自通信装置が受信した受信データ量（例えば、対向装置送信フレーム数３３、対向装置送信バイト数３４、自装置受信フレーム数３５、自装置受信バイト数３６）を設定した制御フレームを第一の通信装置８０に送信する。第一の通信装置８０の振分部８２（例えば、制御フレーム処理部１１、帯域管理部５）は、第二の通信装置８０から受信した制御フレームに含まれる受信データ量が、送信データ量よりも小さい場合に、制御フレームを送信した回線の出力帯域が狭くなるように設定する。

　そのような構成であっても、複数の通信回線を用いてデータ転送を行う場合に、各回線が転送するデータ量の偏りを抑制できる。

　なお、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）複数の回線を用いてデータ転送を行うコンピュータに適用される通信用プログラムであって、前記コンピュータに、入力されたフレームを分割する分割処理、前記複数の回線の出力帯域に応じて、分割されたフレームを振り分ける振分処理、および、振り分けられたフレームを送信する送信処理を実行させ、前記振分処理で、前記出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量に対し、当該回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線にフレームを振り分けさせ、前記送信処理で、前記所定の周期経過時に前記残りのデータ量に相当するダミーフレームを送信させるための通信用プログラム。

（付記２）コンピュータに、送信処理で、各回線から送信される送信データ量を含む制御フレームを他の装置に送信させ、振分処理で、前記制御フレームの送信に応じて前記他の装置から送信される制御フレームを受信させ、当該制御フレームに含まれる前記他の装置が受信した受信データ量が、前記送信データ量よりも小さい場合に、前記制御フレームを送信した回線の出力帯域が狭くなるように設定させる付記１記載の通信用プログラム。

　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

　この出願は、２０１４年５月８日に出願された日本出願特願２０１４－０９６７６２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　本発明は、複数の通信回線を集約してデータ転送を行う通信装置に好適に適用される。
通信回線として、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）網や、パケットやセルを利用して通信を行う回線が挙げられる。

　１，１５　通信装置
　２　受信部
　３　送信部
　４　分割部
　５　帯域管理部
　６　振分部
　７　制御フレーム生成部
　８　格納部
　９　調停部
　１０　フィルタ部
　１１　制御フレーム処理部
　１２　格納部
　１３　読出部
　１４　結合部

Claims (10)

1. 　複数の回線を用いてデータ転送を行う通信装置であって、
   　入力されたフレームを分割する分割手段と、
   　前記複数の回線の出力帯域に応じて、分割されたフレームを振り分ける振分手段と、
   　振り分けられたフレームを送信する送信手段とを備え、
   　前記振分手段は、前記出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量に対し、当該回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線にフレームを振り分け、
   　前記送信手段は、前記所定の周期経過時に前記残りのデータ量に相当するダミーフレームを送信する
   　ことを特徴とする通信装置。
2. 　前記送信手段は、各回線から送信される送信データ量を含む制御フレームを他の装置に送信し、
   　前記振分手段は、前記制御フレームの送信に応じて前記他の装置から送信される制御フレームを受信し、当該制御フレームに含まれる前記他の装置が受信した受信データ量が、前記送信データ量よりも小さい場合に、前記制御フレームを送信した回線の出力帯域が狭くなるように設定する
   　請求項１記載の通信装置。
3. 　前記振分手段は、制御フレームを送信する間隔に対する、他の装置が受信した受信データ量に基づいて、設定する出力帯域を決定する
   　請求項２記載の通信装置。
4. 　前記送信手段は、送信するダミーフレームのデータ量を増加させ、
   　前記振分手段は、前記ダミーフレームの増加による遅延が生じない場合に、ダミーフレームを増加させて送信した回線の出力帯域を、増加させたダミーフレームのデータ量に応じて広くなるように設定する
   　請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の通信装置。
5. 　前記送信手段は、フレームロスを発生させない範囲でダミーフレームを増加させる
   　請求項４記載の通信装置。
6. 　複数の回線を用いてデータ転送を行う通信装置を複数備え、
   　前記通信装置は、
   　入力されたフレームを分割する分割手段と、
   　前記複数の回線の出力帯域に応じて、分割されたフレームを振り分ける振分手段と、
   　振り分けられたフレームを送信する送信手段とを含み、
   　前記振分手段は、前記出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量に対し、当該回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線にフレームを振り分け、
   　前記送信手段は、前記所定の周期経過時に前記残りのデータ量に相当するダミーフレームを送信する
   　ことを特徴とする通信システム。
7. 　第一の通信装置の前記送信手段は、各回線から送信される送信データ量を含む制御フレームを第二の通信装置に送信し、
   　前記第二の通信装置の前記送信手段は、自通信装置が受信した受信データ量を設定した制御フレームを前記第一の通信装置に送信し、
   　前記第一の通信装置の前記振分手段は、前記第二の通信装置から受信した制御フレームに含まれる前記受信データ量が、前記送信データ量よりも小さい場合に、前記制御フレームを送信した回線の出力帯域が狭くなるように設定する
   　請求項６記載の通信システム。
8. 　複数の回線を用いてデータ転送を行う場合の通信方法であって、
   　入力されたフレームを分割し、
   　出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量に対し、当該回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線に、分割されたフレームを振り分け、
   　振り分けられたフレームと、前記所定の周期経過時に前記残りのデータ量に相当するダミーフレームとを送信する
   　ことを特徴とする通信方法。
9. 　各回線から送信される送信データ量を含む制御フレームを他の装置に送信し、
   　前記制御フレームの送信に応じて前記他の装置から送信される制御フレームを受信し、　前記制御フレームに含まれる前記他の装置が受信した受信データ量が、前記送信データ量よりも小さい場合に、前記制御フレームを送信した回線の出力帯域が狭くなるように設定する
   　請求項８記載の通信方法。
10. 　複数の回線を用いてデータ転送を行うコンピュータに適用される通信用プログラムが記憶された記憶媒体であって、
    　前記コンピュータに、
    　入力されたフレームを分割する分割処理、
    　前記複数の回線の出力帯域に応じて、分割されたフレームを振り分ける振分処理、および、
    　振り分けられたフレームを送信する送信処理を実行させ、
    　前記振分処理で、前記出力帯域として各回線に設定される単位時間に出力可能なデータ量に対し、当該回線で所定の周期ごとに出力可能な残りのデータ量の割合を示す残り出力重みが最も小さい回線にフレームを振り分けさせ、
    　前記送信処理で、前記所定の周期経過時に前記残りのデータ量に相当するダミーフレームを送信させる
    　ための通信用プログラムが記憶された記憶媒体。

Images