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発明の名称 パケット転送網における平均遅延時間短縮方式及び方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−7854(P2001−7854A)
公開日 平成13年1月12日(2001.1.12)
出願番号 特願平11−176536
出願日 平成11年6月23日(1999.6.23)
代理人 【識別番号】100082935
【弁理士】
【氏名又は名称】京本 直樹 (外2名)
【テーマコード(参考)】
5K002
5K030
【Fターム(参考)】
5K002 AA05 DA02 DA05 EA05 
5K030 GA02 HA08 HB16 HB21 HC01 HC20 JA01 JA10 JA11 JL03 JL10 LA17 LE05 MB09 MC09
発明者 川上 弘幸
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 同期デジタルハイアラーキ(SDH)の下位階層に波長分割多重化(WDM)技術を利用し、加入者からのユーザーパケットを変換して、光波ネットワーク内に転送する為の光波アダプテーションフレームに構築する光波アダプテーションレイヤを含み、加入者網を収容するエッジノードと、コア網内の中継転送処理を行うコアノードを含む光波ネットワークにおいて、前記エッジノードは、加入者網から受信したユーザーパケットの属性により、フレーム長を選択して前記光波アダプテーションフレームを構築し、前記コアノードへ転送する構成を具備することを特徴とするパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項2】 前記エッジノードは、各加入者網からのユーザーパケットの属性に応じて、あらかじめ最適なフレーム長を記憶する記憶部と、前記加入者網から受信したユーザーパケットに付与されている属性を読み取る属性識別手段と、当該読み取った前記パケットの属性に対応するフレーム長を選択するフレーム長選択手段と、当該選択した規定フレーム長を有し、1つ以上の前記ユーザーパケットを収容して光波アダプテーションフレームを構築するフレーム構築手段とを有することを特徴とする請求項1に記載のパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項3】 前記エッジノードの記憶部は、ユーザーに対して予め定められ、ユーザーパケットに付与される属性情報に基づいてサービスクラスを決定する第1の情報テーブルと、前記サービスクラス毎に設定され、光波ネットワーク内のトラフィックの負荷状況に対応したフレーム長を記憶する第2の情報テーブルを有することを特徴とする請求項2に記載のパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項4】 前記フレーム長選択手段は、受信したユーザーパケットの属性が示す優先度毎にフレーム長を選択することを特徴とする請求項2に記載のパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項5】 前記フレーム長選択手段は、前記光波ネットワーク内の負荷状況に対応してフレーム長を選択することを特徴とする請求項2に記載のパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項6】 同期デジタルハイアラーキ(SDH)の下位階層に波長分割多重化(WDM)技術を利用し、加入者からのユーザーパケットを変換し、光波ネットワーク内に転送する為の光波アダプテーションフレームに構築する光波アダプテーションレイヤを含み、加入者網を収容するエッジノードと、コア網内の中継転送処理を行うコアノードとを含む光波ネットワークにおいて、単位時間当りに通過する転送パケット数を観測し、当該観測情報を出力するコアノードと、前記コアノードが出力する観測情報を受信し、トラフィック負荷状況の判定を行い、トラフィック負荷状況判定結果を出力する中央監視装置と、前記中央監視装置から受信した前記判定結果に基づいて前記加入者網からのユーザーパケットを収容する光波アダプテーションフレームのフレーム長を決定するエッジノードとを有することを特徴とするパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項7】 加入者網を収容し、加入者からのユーザーパケットを受信し、後段のデータ通信網に転送を行う加入者アクセス装置を含む加入者アクセス網と、前記加入者アクセス網と接続し、パケットの中継転送処理を行うデータ転送装置とを含むデータ転送網を含むパケット転送網において、前記パケット転送網は、受信したユーザーパケットを変換して、当該パケット転送網内に転送する為の新たなフレームとして構築するアダプテーションレイヤを含み、前記加入者アクセス装置は、前記加入者網から受信したユーザーパケットの属性により、前記パケット転送網の転送用の前記フレームのフレーム長を選択して、前記データ転送網へ転送する構成を具備することを特徴とするパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項8】 加入者網を収容し、加入者からのユーザーパケットを受信して、後段のデータ通信網に転送を行う加入者アクセス装置を含む加入者アクセス網と、前記加入者アクセス装置から受信したパケットの中継転送処理を行うデータ転送装置を含むデータ通信網から構成されるパケット転送網において、前記加入者アクセス装置は、前記加入者網からのユーザーパケットの属性に応じて、あらかじめ最適なフレーム長を記憶する記憶部と、前記加入者網から入力されたユーザーパケットに付与されている属性情報を読み取り、同一の属性に属する複数のユーザーパケットを抽出する属性識別手段と、前記抽出したユーザーパケットに関する属性情報及び、前記データ通信網の負荷状況から、前記データ通信網で転送する為のフレーム長を選択するためのフレーム長選択手段と、および前記選択したフレーム長を有し、前記抽出したユーザーパケットを、ペイロード情報として含み、後段データ通信網転送用のフレームとして構築するフレーム構築手段とを有することを特徴とする請求項7に記載のパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項9】 加入者網と、前記加入者網と接続し、加入者からのユーザーパケットを受信して後段のデータ通信網に転送を行う加入者アクセス装置を含む加入者アクセス網と、加入者アクセス網と接続し受信したパケットの転送処理を行うデータ転送装置を含むデータ転送網から構成されるパケット転送網において、単位時間当りに通過する転送パケット数を観測し、当該観測情報を出力するデータ転送装置と、前記データ転送装置が出力する観測情報を受信し、トラフィック負荷状況の判定を行い、トラフィック負荷状況判定結果を出力する中央監視装置と、前記中央監視装置から受信した前記判定結果に基づいて前記加入者網からのユーザーパケットを収容する光波アダプテーションフレームのフレーム長を決定する加入者アクセス装置とを有することを特徴とするパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項10】 加入者網を収容するエッジノードと、コア網内の中継転送処理を行うコアノードとを含む光波ネットワークにおいて、前記光波ネットワークは、同期デジタルハイアラーキ(SDH)の下位階層に波長分割多重化(WDM)技術を利用し、加入者からのユーザーパケットを変換して、光波ネットワーク内に転送する為の光波アダプテーションフレームに構築する光波アダプテーションレイヤを含み、前記エッジノードは、加入者網から受信したユーザーパケットの属性により、フレーム長を選択して前記光波アダプテーションフレームを構築し、当該光波アダプテーションフレームを前記コアノードへ転送することを特徴とするパケット転送網における平均遅延時間短縮方法。
【請求項11】 前記エッジノードは、各加入者網からのユーザーパケットの属性に応じて、あらかじめ最適なフレーム長を記憶部にて記憶し、前記加入者網から受信したユーザーパケットに付与されている属性を読み取り、当該読み取った前記パケットの属性に対応するフレーム長を選択し、当該選択した規定フレーム長を有し、1つ以上の前記ユーザーパケットを収容して光波アダプテーションフレームを構築することを特徴とする請求項10に記載のパケット転送網における平均遅延時間短縮方法。
【請求項12】 前記エッジノードの記憶部は、ユーザーに対して予め定められ、ユーザーパケットに付与される属性情報に対応するサービスクラスを決定する為の第1の情報テーブルと、前記サービスクラス毎に設定され、光波ネットワーク内のトラフィックの負荷状況に対応したフレーム長を記憶する第2の情報テーブルとを記憶し、当該記憶部の第1のテーブルと第2のテーブルを参照して、前記ユーザーパケットを収容する前記光波アダプテーションフレームのフレーム長を決定することを特徴とする請求項11に記載のパケット転送網における平均遅延時間短縮方法。
【請求項13】 前記エッジノードは、加入者網から受信したユーザーパケットの属性が示す優先度毎にフレーム長を選択することを特徴とする請求項11に記載のパケット転送網における平均遅延時間短縮方法。
【請求項14】 前記エッジノードは、前記光波ネットワーク内の負荷状況に対応してフレーム長を選択することを特徴とする請求項11に記載のパケット転送網における平均遅延時間短縮方法。
【請求項15】 同期デジタルハイアラーキ(SDH)の下位階層に波長分割多重化(WDM)技術を利用し、加入者からのユーザーパケットを変換し、光波ネットワーク内に転送する為の光波アダプテーションフレームに構築する光波アダプテーションレイヤを含み、加入者網を収容するエッジノードと、コア網内の中継転送処理を行うコアノードとを含む光波ネットワークにおいて、前記コアノードは、単位時間当りに通過する転送パケット数を観測し、当該観測情報を出力し、前記中央監視装置は、コアノードが出力する観測情報を受信して、トラフィック負荷状況の判定を行い、前記エッジノードに対してトラフィック負荷状況判定結果を出力し、前記エッジノードは、前記中央監視装置から受信した前記判定結果に基づいて前記加入者網からのユーザーパケットを収容する光波アダプテーションフレームのフレーム長を決定することを特徴とするパケット転送網における平均遅延時間短縮方法。
【請求項16】 加入者網を収容し、加入者からのユーザーパケットを受信し、後段のデータ通信網に転送を行う加入者アクセス装置を含む加入者アクセス網と、前記加入者アクセス網と接続し、パケットの中継転送処理を行うデータ転送装置とを含むデータ転送網を含むパケット転送網において、前記パケット転送網は、受信したユーザーパケットを変換して、当該パケット転送網内に転送する為の新たなフレームとして構築するアダプテーションレイヤを含み、前記加入者アクセス装置は、前記加入者網から受信したユーザーパケットの属性により、前記パケット転送網の転送用の前記フレームのフレーム長を選択して、前記データ転送網へ転送することを特徴とするパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項17】 加入者網を収容し、加入者からのユーザーパケットを受信し、後段のデータ通信網に転送を行う加入者アクセス装置を含む加入者アクセス網と、前記加入者アクセス網と接続し、パケットの中継転送処理を行うデータ転送装置とを含むデータ転送網を含むパケット転送網において、前記パケット転送網は、受信したユーザーパケットを変換して当該パケット転送網内に転送する為の新たなフレームとして構築するアダプテーションレイヤを含み、前記加入者アクセス装置は、前記加入者網から受信したユーザーパケットの属性により、前記パケット転送網の転送用の前記フレームのフレーム長を選択して、前記データ転送網へ転送することを特徴とする請求項16に記載のパケット転送網における平均遅延時間短縮方式。
【請求項18】 加入者網を収容し、加入者からのユーザーパケットを受信し、後段のデータ通信網に転送を行う加入者アクセス網を構成として含む通信網において、前記加入者アクセス網は、入力されたユーザーパケットの属性情報から、同一の属性に属する複数のユーザーパケットを抽出し、前記抽出したユーザーパケットに関する属性情報及び、前記データ通信網の負荷状況から、前記データ通信網で転送する為のフレーム長を選択し、前記選択したフレーム長を有し、前記抽出したユーザーパケットを、ペイロード情報として含む後段データ通信網転送用のフレームとして構築することを特徴とするパケット転送網における平均遅延時間短縮方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加入者からのユーザーパケットを一定長以上のフレーム内に収容し、光波ネットワーク内転送を行う光波ネットワークデータ通信方式に関し、経由するコアノードにおける転送遅延を短縮するパケット転送網における平均遅延時間短縮方式及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、インターネットをはじめとするマルチメディアデータに対応した高速大容量な基幹網の実現が求められており、物理層に波長パスを導入したWDM(波長分割多重化)技術を用いた光波ネットワークのデータ転送技術が有望視されている。
【0003】図6は、従来の技術の光波ネットワーク構成を示す説明図である。光波ネットワークは、図6の(a)に示すように、加入者網を収容するエッジ網と、光波ネットワークの主転送機能を提供するコア網から構成される。図では、エッジ網、コア網がメッシュ構成の場合を示しているが、メッシュ構成以外のネットワーク構成形態もとりうる。
【0004】エッジ網を構成するエッジノードは、加入者網から受信したユーザーパケットの宛先情報などを読み取るとともに、ユーザーパケットをプロトコル変換して、光波ネットワーク転送用のフレームとして、コア網を構成するコアノードに向けて送信を行う。
【0005】また、コアノードは、受信したフレームを適切な転送先にルーテイングして、データを転送する為の超高速ポートから後段のノードに出力する。
【0006】しかし、高速大容量の転送機能を提供するWDM技術を用いても、コアノードにおけるスイッチ間隔であるアービタ時間(アービトレーションタイム)は、出力ポート数などにより制限を受け、一定値以上、短縮することが困難である。
【0007】すなわち、パケット長の短いユーザーパケットをそのまま光波ネットワーク内に転送を行うと、高速な波長パスを用いたWDMによるデータ転送機能を用いても、コアノードの含むパケットスイッチの処理速度がネックとなり、所望の性能がでないという問題がある。
【0008】具体的に説明すると、コアノードで用いられる一般的なパケットスイッチは入力バッファ型のクロスバスイッチであるが、入力バッファ型スイッチの一般的な問題点として、タイミング的に出力すべきデータがぶつかるHOL(Headof Line)ブロッキングがある。この為、本入力バッファ型スイッチでは、スイッチ切り替えの性能を上げてもコアノード装置全体の処理のスループットは、頭打ちとなる。
【0009】たとえば、80Gbpsのスイッチ部を構築しても、HOLを排除しないと処理のスループットは実質58%までしか増大せず、80Gbps×0.58=46Gbpsにしかならない。
【0010】HOLの問題点を解消する方法として、入力バッファにおいて出力ポート単位の仮想的なパケットキューを用意し、HOLが発生すると他に転送可能な出力ポートを判定してそちらに転送する方式がある。しかし、このような処理方式でも、転送データのスケジューリングにより制限を受け、現状の電気処理技術では数10Gbpsのスイッチ容量が限界となる。
【0011】以上説明したように、コアノードのパケットスイッチのスイッチ間隔を短くするには限界があり、このようなパケットスイッチ部をもつコアノードから構成されるコア網内においてデータを効率的に転送し、処理スループットを向上させるためには、スイッチ間隔を基準にして転送フレームを長めのフレームにすることが有効である。
【0012】このような中で、複数のユーザーパケットを一定長以上の光波ネットワーク転送用のフレームに構築して転送効率をあげる技術として出願人は、特願平11−054400号の光波ネットワークを特許出願している。
【0013】本従来技術においては、図6の(b)に従来の技術の光波ネットワークのプロトコルスタック構成を示すように、物理レイヤにWDMを利用し、レイヤ2を同期デジタル網(SDH)または同期光ネットワーク(SONET)レイヤとし、IPパケット転送を行うネットワークレイヤの中間階層として光波アダプテーションレイヤ(光波ADPレイヤ)を定義したプロトコル階層を有している。
【0014】光波アダプテーションレイヤの主機能は、光波ヘッダのアドレス解決、光波アダプテーションフレーム単位のスイッチング、およびユーザーパケットを光波ネットワーク転送用の光波アダプテーションフレームへの構築と、逆に光波アダプテーションフレームからユーザーパケットへの解体処理機能を持つ。
【0015】そして、加入者網からユーザーパケットを受信したエッジノードでは、もともと一定長以上のパケット長を持つロングパケットについては、そのまま単一の光波アダプテーションフレームとして後段に転送を行い、パケット長の短いパケットについては、複数のパケットを1つの光波アダプテーションフレームに組み立てて、光波ネットワーク内を転送する。そして、この一定長以上の光波アダプテーションフレームをスーパーフレームと定義する。
【0016】このようなスーパーフレームを用いた本従来技術のアービタ時間とフレーム長の関係について、図9を用いて説明する。
【0017】図9は、アービタ時間とフレーム長の関係について示す説明図である。図9に示すように、スーパーフレーム化していない加入網から受信した通常のパケットがノード内パケットスイッチ部に到着すると、ノード内のパケット処理部は、アービタ時間でスケジュールされたタイミングで1パケットずつ読み込み、宛先ポートへ転送するが、この場合、1アービタ時間の単位で、1パケット転送を行う為、受信パケット量が多いとパケットスイッチ部内で、パケットの出力待ちが発生し、データ転送率は悪くなる。
【0018】しかし、スーパーフレーム化されたフレームが到着した場合、アービタ時間でスケジューリングされた転送間隔を有効に利用することができ、転送効率が向上する。
【0019】すなわち、同一宛先、同一種別を持つ複数のパケットを一定長以上のフレームに収容し、スーパーフレームとして光波ネットワーク内転送を行うと、1アービタ時間に実質上、複数のユーザーパケットの転送が行えることになる。
【0020】また、本従来技術ではスーパーフレーム内のペイロード利用率を一定以上にする為に、経由するノードで、パケットの乗り合わせを行っている。この方式をシェア・ライド(Share Ride:乗合)と呼び、ペイロードの利用率の低いスーパーパケットについて、同一宛先を持つパケットを乗り合わせ、一定長以上のパケット収容を行うスーパーフレームとして転送を行うことにより、光波ネットワーク内の転送効率の向上をはかろうとするものである。
【0021】例えば、あるトラヒックフローに注目して、従来技術でのシェア・ライド機能を持つ光波ネットワーク内のデータ転送方法について図6および図7を用いて具体的に説明する。
【0022】図6に示すエッジノードc1から入ったIPパケットが、加入者網Dを収容するエッジノードc4を宛先として持つものとすると、エッジノードc1は、この受信したパケットの宛先アドレスとサービスクラスから、光波ヘッダのアドレスを解決し、一定単位に集約して光波アダプテーションフレーム化(シングルフレームに変換後、さらにスーパーフレームに変換)して、別途ルーテイング処理により決定した転送先に送信を行う。ここでは、c1→b1→a1→d1→コアノード1→コアノード5→コアノード4→a4→b4→c4の経路を取り転送されていき、また、経由するエッジノードb1、a1では、各々前記パケットと同じようなタイミングで、それぞれ加入者網B、加入者網Cより、同一宛先c4と同一サービスクラスを有するユーザーパケットが加入者網から送信される場合を図示している。
【0023】ここでは、各エッジノード全てにおいて光波ADPレイヤで終端する構成を示しているが、WDMレイヤで終端し、スーパーフレームの構築/解体、スーパーフレーム単位のスイッチングをしない実施形態もある。
【0024】次に図7を用いてスーパーフレームの構築動作について説明する。図7は、従来の技術におけるスーパーフレームの転送動作を示すブロック図である。図7に示されるように、発エッジノードc1で受信されたIPパケットは、読み取られた宛先アドレスとサービスクラスから、適切な光波ヘッダが付与されたフレームであるシングルフレームに変換され(処理1)、さらにc1内で、同一の集約フローに属する複数のシングルフレームを、フレーム長の長いスーパーフレームとして構築し、後段のノードb1に転送する(処理2)。
【0025】次に、このスーパーフレームを受信したエッジノードb1では、後続の同一宛先、同一種別を持つ集約フローに属するパケットの到着を予め指定されたタイムアウト値だけ待ち、受信したパケットをシングルフレーム化すると共に、得られた複数のシングルフレームを、先程のスーパーフレームのペイロードへ収容する(処理3)。
【0026】そして、当該スーパーフレーム受信から再構築待ちのタイムアウト時間経過後、または、当該スーパーフレームが規定フレーム長に達した場合、後段のエッジノードへ、新たなパケットをシングルフレームに変換後、スーパーフレームのペイロードへの乗り合わせを行い、再構築したスーパーフレームを転送する。
【0027】そして、スーパーフレームを受信した次エッジノードa1では到着したフレームのパケット収容率が、もし規定値に達していなければ、a1で受信した同一宛先、同一種別を持つIPパケットを変換し、さらにスーパーフレームの構築を再開する(処理4)。
【0028】以上の要領で、このスーパーフレームは、ペイロードに収容するパケットの収容率を上げながら、最終的な宛先であるエッジノードc4まで転送される。こうしてパケット収容率の高いスーパーフレームによるデータ転送が実現できる。
【0029】ただし、このスーパーフレーム長を単に長く設定すると、パケット負荷を軽減でき転送効率が増すが、エッジ網でのスーパーフレーム構築時間が長くなり、平均遅延時間は増加してしまうという問題がある。
【0030】よって、本従来技術ではさらに、シェア・ライド方式を用いたデータ転送時の最大遅延時間を保証する為、経由する光波ノードにおいて、シェア・ライド待ちできる最大ノード数と、タイムアウト値をシェア・ライド処理を解除する条件として設定し、前記条件を満たした以後の通過ノードにおいては、シェア・ライド待ちは行わず、そのまま転送処理を行う。
【0031】図8は、前記従来技術におけるシェア・ライドにスーパーフレームの構築待ち条件を付加した実施形態である。発エッジノードでは、受信したユーザーパケットについて、各々経由コアノードまたはエッジノードで、スーパーフレーム構築待ちをおこなうルータ数および構築待ちタイムアウト値を設定し、各経由ノードで、上記条件を満たした場合、スーパーフレームを再構築する為の、同種のフレームの待ち合わせであるシェア・ライド処理は行わず、以降のノードは、スイッチング処理を行うのみで、そのまま後段に転送を行うものである。
【0032】ここでは、光波アダプテーションフレームのヘッダ部にシェアライド待ちを行わせるノードの数mを設定する。そして転送経路上に位置する経由ノードのうち、シェアライド待ち処理の結果、規定待ち時間内に、規定フレーム長以上のスーパーフレームに構築できずにタイムアウトになったノードは、シェアライド待ち数をデクリメントした後、次段経由コアノードに転送する。そして、前記シェアライド待ち数が「0」を検出した経由ノード以降のノードでは、たとえ規定長未満のスーパーフレームであってもシェアライド待ちは行わず、通過転送を行う。
【0033】また、出願人が特願平11−001441号として特許出願した集中型通信網観測制御装置を第2の従来技術として図10を参照して説明する。特願平11−001441号に開示したように、上位レイヤを観測して、下位レイヤのリンク容量とリンク経路に制御をかける方式がある。
【0034】本従来技術では、観測/制御対象の通信網90を構成するノードから、その状態をリンク単位で定期的に、または一定時間を超過したときに観測値として取り込む観測部91と、予め指定した期間内の観測値とサービス内容を含む各リンクに関する情報とを記憶する記憶部92を有し、計算部94は記憶部92の記憶内容と各レイヤの制御内容93の情報とから、下位レイヤを制御した場合にサービス内容を満足できるか否かまで考慮して、リンク容量とリンク経路を含む下位レイヤの構成情報を決定するものである。
【0035】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特願平11−054400号に開示した方式には、以下の改善できる点がある。
【0036】1点目は、シェア・ライド待ちできる最大ノード数と1ノードでのスーパーフレーム再構築の最大待ち時間であるタイムアウト値だけでは、集約フロー別に最大遅延時間のみしか保証できないことである。
【0037】すなわち、実質的にかかる遅延時間は、集約フロー別のトラヒック量に大きく依存して変化し、ネットワーク内のトラヒック量が少なくなると、スーパーフレーム構築のための遅延が増加する。コア網のパケット負荷は小さいのにも関わらず、長いフレームを構築しようとするため、平均遅延時間が増加して、最大遅延時間に近づいてしまい効率的ではない。
【0038】更に、各ノードで待ちが増えると光波ルータ内での必要メモリ量の増加を引き起こす。このため、集約フロー設定時に、予定トラヒック量とコア網の予定トラヒック負荷状況に応じて、静的に規定フレーム長を選択するべきであるが、従来方式にはそれがない。
【0039】2点目は、規定フレーム長が、トラヒックの動的な変化に対応していないことである。昨今の音声通信、画像通信、データ通信、等の様々な速度をもつマルチメディア通信でのトラヒック特性を予測することは困難である。従って、一定間隔で観測することが有用である。サービス契約情報、観測した集約フロー別トラヒック量とコア網のトラヒック負荷状況を基に、定期的に規定フレーム長を変更することは、平均遅延時間の短縮が期待できるが、従来方式にはそれがない。
【0040】また、特願平11−001441号の集中型通信網観測制御装置による方式は、光波ネットワークを特徴つける規定フレーム長の制御については、全く記載していない。
【0041】
【課題を解決するための手段】本発明は、同期デジタルハイアラーキ(SDH)の下位階層に波長分割多重化(WDM)技術を利用し、加入者からのユーザーパケットを変換し、光波ネットワーク内に転送する為の光波アダプテーションフレームに構築する光波アダプテーションレイヤを定義し、加入者網を収容するエッジノードと、コア網内の中継転送処理を行うコアノードとを含む光波ネットワークにおいて、単位時間当りに通過する転送パケット数を観測し、当該観測情報を出力する手段を有するコアノードと、ネットワーク全体の監視を行い、前記コアノードから受信した観測情報から、ネットワークのトラフィック負荷状況の判定を行ってトラフィック負荷状況判定結果を出力する手段を有する中央監視装置と、この中央監視装置から受信したトラフィック負荷状況判定結果に基づいて、加入者網からのユーザーパケットを収容する光波アダプテーションフレームのフレーム長を決定する手段を有するエッジノードを構成として含み、さらに前記エッジノードは、各加入者網からのユーザーパケットの属性に応じて、あらかじめ最適なフレーム長を記憶する記憶部と、加入者網から受信したユーザーパケットに付与されている属性を読み取る属性識別手段と、これら読み取った前記パケットの属性に対応してフレーム長を選択するフレーム長選択手段と、当該選択した規定フレーム長を有し、1つ以上の前記ユーザーパケットを収容して光波アダプテーションフレームを構築するフレーム構築手段と を有する。
【0042】さらに、本発明にかかるパケット点草莽における平均遅延時間短縮方式及び方法は、適用ネットワークとして光波ネットワークに限定されることなく、後段網のパケット処理負荷を低減する為に、前段網で長いフレームにパケットを集約するという観点において、いかなるパケット転送網にも適用されるものである。
【0043】つまり、本発明は、加入者網を収容し、加入者からのユーザーパケットを受信し、後段のデータ通信網に転送を行う加入者アクセス装置を含む加入者アクセス網と、前記加入者アクセス網と接続し、パケットの中継転送処理を行うデータ転送装置とを含むデータ転送網を含むパケット転送網において、前記パケット転送網は、受信したユーザーパケットを変換して、当該パケット転送網内に転送する為の新たなフレームとして構築するアダプテーションレイヤを定義し、上記加入者アクセス装置は、加入者網から受信したユーザーパケットの属性により、パケット転送網に構築する転送用フレームのフレーム長を選択して、前記データ転送網へ転送する構成を備えるものである。
【0044】そして、前記加入者アクセス装置は、入力されたユーザーパケットの属性情報から、同一の属性に属する複数のユーザーパケットを抽出し、これら抽出したユーザーパケットに関する属性情報及び、前記データ通信網の負荷状況から、データ通信網を含むパケット通信網内を転送する為のフレーム長を選択して、当該選択したフレーム長を有する新たなフレームであって、前記抽出したユーザーパケットをペイロード情報として構築する手段を有するものである。
【0045】
【発明の実施の形態】本発明は、従来の技術の特願平11−054400号に示される、複数パケットを到着順に連結してぺイロードに収容し、共通のヘッダをつけたスーパーフレームについて、シェア・ライドを行う光波ネットワークにおいて、エッジノードにて各構築するスーパーフレームについて、複数の規定フレーム長が任意に設定でき、契約したネットワークサービス品質と予定トラヒック量に応じて、最適な規定フレーム長を選択し、平均遅延時間を短縮する機能をもつことを特徴とする。
【0046】本発明では、加入者網から受信するユーザーパケットに関し、たとえばあらかじめサービス別に異なる規定フレーム長を選択する静的な規定フレーム長の選択と、ネットワークの状況に合わせ高負荷時と低負荷時で規定フレーム長を選択する動的な規定フレーム長の選択を可能にするものである。
【0047】これにより、従来の技術でスーパーフレーム長を長くすると、パケット負荷を軽減でき転送効率が増すが、エッジ網でのスーパーフレーム構築時間が長くなり、平均遅延時間は増加してしまうという問題点を解決し、光波ネットワークのシェア・ライドを用いたスーパーフレーム転送の平均遅延時間を短縮することが可能となる。
【0048】本発明では集約フローのトラフィック量及び、パケット負荷状況を観測し、当該観測情報から、記憶部にて記憶している可能な規定フレーム長、及び対応するサービス契約内容を参照し、最適な規定フレーム長を選択し、当該選択した規定フレーム長にスーパーフレーム長を設定制御を行う機能を持つ。
【0049】以下に、本発明の光波ネットワークにおける平均遅延時間短縮方式及び装置における、規定フレーム長を変更するしくみについて説明する。
【0050】図1は、本発明の実施の形態の機能概要を示すブロック図である。図2は本発明の実施の形態のシステム構成を示すブロック図である。図2に示すように、本発明のシステム構成は、エッジ網を構成するエッジノード100と、コア網を構成するコアノード200、および、これらコア網とエッジ網より形成される光波ネットワークの監視を行う中央監視装置300とから構成されている。
【0051】次に図1にしたがって、本発明の実施の形態における規定フレーム長を変更する動作の概要を説明する。
【0052】観測対象のコアノード200では、内部のパケットスイッチ21の負荷を観測する観測部20を有している。そして、中央監視装置300は観測対象ノードから収集されたトラフィック観測データをもとに負荷状況を判定する判定部31と、判定部に基づき、関連するエッジノード100に、規定フレーム長を制御する為の制御メッセージを送信する制御部32を有する。
【0053】エッジノード100は、加入者網からのユーザーパケットを受信し、スーパーフレームとして後段に転送を行うが、特に光波ADPヘッダ生成部14、受信したユーザーパケットについて、とりうる規定フレーム長情報を格納する記憶部40、フレーム長決定の為に必要な受信パケットの情報を読み取るIPパケット優先度読み取り部12を実装している。
【0054】次に本発明の動作の流れを図1を参照して説明する。まず、コアノード200の観測部20では、コアノードにおけるポート単位の単位時間当りの転送パケット数または、コアノードにおけるノード単位の単位時間当りの転送パケット数を観測する。
【0055】ここで、具体的なノード単位の負荷状況の算出方法の一例として、(全観測対象ノードの単位時間当りの転送パケット数合計)/(全観測対象ノード単位の単位時間当りの最大転送パケット数合計)の値を基に、算出する方法がある。
【0056】また、転送パケットの観測は、全ノードの全ポートについて、単位時間当りの転送パケット数と平均パケット長を観測するのが最適であるが、観測用装置のコストと処理負荷が増加してしまう問題があり、本実施例では、観測部のトラフィック観測対象として、いくつかのコアノードを選び出し、ノード単位の単位時間当りの転送パケット数を観測する場合を考える。
【0057】次に、中央処理装置300における判定部31は、前記コアノードの観測部20から、収集したノード単位の単位時間当りの転送パケット数を取得する。そして、各ノードに関する負荷状況を判定し、たとえば現在のコア網が「高負荷」か「低負荷」かの状態を、ネットワーク内の一部、或いは全てのエッジノードに制御部32を介し通知する。そして、制御部32からの通知を受けたエッジノード100では、通知された現在の負荷情報を記憶部40に記憶格納する。
【0058】エッジノード100における光波アダプテーションフレーム生成部14は、加入者契約の内容が、IPパケットの優先度に応じたサービスを希望するものであれば、IPパケット読み取り部12で読み取られる優先度と、記憶部40内の関連付け情報、光波ヘッダ情報、更に、判定部31から入力される負荷状態(高負荷または低負荷など)の情報を基に、スーパーフレームを構築する。
【0059】次に、本発明のシステムの全体構成を図2に、エッジノード内機能配備を図3、コアノード内機能配備について図5を参照して説明する。
【0060】図5は、本発明にかかるコアノード内の機能配備を示している。図5のコアノード200は、各波長パスに対応する光波インタフェース部(図示せず)と、パケットスイッチ部21、及び、パケットスイッチ部21の負荷状況を観測する観測部20を有している。
【0061】コアノード200では、受信したスーパーフレームを、光波ヘッダ内の情報を基に、パケットスイッチ21を介して転送する。ここで、パケットスイッチ部21における単位時間当たりの転送フレーム数と、規定長を観測部20で観測し、中央監視装置300の判定部31へ通知する。
【0062】本来、観測対象のコアノードの負荷はパケットスイッチ21のポート単位などで観測すべきであるが、この例ではノード単位に観測する実施例を示している。
【0063】図3のエッジノードにおいて、加入者網であるIP網から入ってきたIPパケットは、優先度読み取り部12で、IPv4ヘッダ内のTOS値から優先度を読み取る。本実施の形態において、IPパケットの優先度の判別方法は、IPヘッダ内のTOS値、TCPヘッダ内のポート番号、IPパケットが入ってくる物理ポート番号、IPパケットが入ってくる物理ポート内の論理ポート番号、例えば、ATMでのVCI、VPI値で判別等の方法が挙げられるが、ここでは、一例として、IPヘッダ内のTOS値を使用することが可能である。
【0064】次に、IPパケットから読み取った優先度と、判定部31から入力されたコア網のパケット負荷状況データ(たとえば、高負荷または低負荷)および記憶部40にある情報を基に規定フレーム長選択部10で規定フレーム長を選択する。そして、選択した規定フレーム長のフレームを生成し、ユーザーパケット情報を変換して光波ヘッダ内に含め、光波ヘッダ付与部14において、ユーザーパケットをカプセル化する。
【0065】記憶部40には、図4に1実施形態を示すように、受信したユーザーパケットであるIPパケット情報と、当該ユーザーパケットに対するサービスの関連付けファイルのテーブル41、契約ポートに対するサービスの関連付けファイルのテーブル42、及び、光波ヘッダ情報テーブル43として光波アダプテーションフレームに対して定義したサービスクラスと、高負荷/低負荷時各々のフレーム長、およびタイムアウト値、構築待ち最大ノード数などが記憶されている。
【0066】当該記憶情報を参照し、規定フレーム長選択部10は、受信したパケットを収容するスーパーフレームの規定長を決定することができる。たとえば、受信したユーザーパケットの読み取った優先度がaという値である場合、テーブル41を参照して、当該優先度に対応する光波ADPレイヤのサービスクラスを検索し、対応値Aを求める。
【0067】次に、このAというサービスクラスに対応する光波ヘッダ情報テーブルを参照し、判定部から通知されている負荷情報に対応し、高負荷時の規定フレーム長か、低負荷時の規定フレーム長のいづれかをよみとり、この読み取った規定フレーム長値と、その他、従来技術でのべられているタイムアウト値、スーパーフレーム構築待ち(SF構築待ち)最大ノード数などを読み取り、これらの情報と共に、ユーザーパケットを光波ヘッダ付与部14へ送信する。この時点のパケットには、光波ヘッダは付与されているがスーパーフレーム化はされていないシングルフレームの形式になっている。
【0068】パケットスイッチ11を通過したシングルフレームは、光波ヘッダ内の情報に基づきディスパッチャ15bにより、所定の転送先に対応したスーパーフレーム構築部(SF構築部)17に振り分けられる。
【0069】スーパーフレーム構築部17に転送されたシングルフレームは、規定フレーム長に達するまで、集約単位である同一宛先で同一優先度のパケットの到着を待ち、連結して、スーパーフレームを構築する。スケジューラ部18は、光波ヘッダ内の情報に基づき、スーパーフレーム構築時間を管理する。
【0070】また、光波ネットワークから入ってきたスーパーフレームは、ディスパッチャ15により、光波アドレスを元に振り分けられる。そして、その読み取った光波アドレスが、自ノード宛てでなければ、そのままパケットスイッチ11へ転送する。
【0071】また、自ノード宛ての光波パケットであれば、スーパーフレーム解体部16でスーパーフレームを解体し、短い元のユーザーパケットに復元後、再度光波ヘッダを付与し、パケットスイッチ11へ転送する。そして、パケットスイッチ11を通過した後、光波ヘッダ取り外し部19においてヘッダを取り外し、IP網へ転送する。
【0072】次に、本発明に係るパケット転送網における平均遅延時間短縮方式及び方法は、適用ネットワークとして光波ネットワークに限定されることなく、後段網のパケット処理負荷を低減するために、前段網で長いフレームにパケットを集約するという観点において、いかなるパケット転送網にも適用され得る。
【0073】すなわち、単位時間当りの転送パケット数[packets/sec]が少ないなどパケットフォワーディング能力が低いルータなどのノードを用いて通信網を構成する場合全てに、適用することができる。
【0074】また、たとえば、ノードがソフトウェアによるルーティング処理を行うソフトルーティングの場合、現状の技術ではハードによるルーティング処理に比較して、オーダのレベルでフォワーディング能力が低下してしまうが、リンクの伝送容量は十分にある場合に適用できる。
【0075】前段網として加入者網を収容する加入者アクセス装置を含む加入者アクセス網と、これと接続し、受信したパケットの中継転送を行うデータ転送装置からなるデータ転送網から構成されるようなパケット通信網において適用できる。
【0076】この場合も、前段網で、一定の集約化処理、例えば、同一宛先、同一優先度のパケットを集約する方式に従って、受信パケットを集約し、長いフレームを生成する。
【0077】そして、前段網でフレームを長くして後段網へ転送すると、後段網内を転送されるフレーム数が減り、データの転送処理を実行するフォワーディングエンジンの負荷が低減される。しかしながら、長くしすぎると、フレーム構築のための待ち合わせ時間が増大してしまうので、エンド・エンドの転送遅延時間が増加する為、後段網内ノードのフォワーディングエンジンの負荷を観測しながら、コア網の負荷状況で、余裕があれば、前段網で形成するフレーム長を制御することが有効である。
【0078】
【発明の効果】1点目は、これまでは単数の規定フレーム長としていたのを、複数に変更することで、平均遅延時間を短縮することが可能となる。スーパーフレームのタイムアウト時間とスーパーフレーム構築待ち最大ノード数を制御するだけでは、最大待ち時間しか制御することができなかった。
【0079】2点目は、これまでは、トラヒック変動に連動して平均遅延時間が大きく変動していたが、規定フレーム長を短く制御することで、平均遅延時間を短くすることができる。
【0080】また、トラヒック量が小さいときに、規定フレーム長を短く設定する)ばかりではなく、コア網のパケット負荷と状況も制御することができる。(トラヒック量が大きいときに、規定フレーム長を長く設定する)これは、網資源を有効に利用して、サービス品質を向上させるしくみとなり得る。




 

 


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