(57)【要約】【課題】  ネットワークが輻輳に近い状況になった場合でも、パケットを低遅延で確実に伝送する。【解決手段】  パケット伝送ネットワークでパケットの送受信を行う通信システム１において、パケットを送信するパケット伝送ノード１２と、パケットを受信するパケット多重化ノード１１と、各回線について帯域設定に関する情報を管理するパス管理システム１４と、ネットワーク内で時刻を同期するための時刻同期サーバ１５とを備える。このときパケット多重化ノード１１は、パケット伝送ノード１２から送信されるパケットの送信タイミングについて、到着時間が重ならないように、かつ伝達遅延時間を考慮せずに算出し、パケット多重化ノード１１又はパケット伝送ノード１２が、伝送遅延時間の分だけ送信タイミングの送信開始時刻を早める補正を行い、パケット伝送ノード１２は補正後の送信タイミングに従ってパケット多重化ノード１１にパケットを送信する。【選択図】図１
2014033251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケット伝送ノード間の回線ごとに帯域が割当てられるパケット伝送ネットワークでパケットの送受信を行う通信システムにおいて、前記回線を介してパケットを送信する第１のパケット伝送ノードと、前記第１のパケット伝送ノードから送信された前記パケットを受信する第２のパケット伝送ノードと、前記第１のパケット伝送ノードと前記第２のパケット伝送ノードとの間の各回線について、帯域の設定に関する情報を管理するパス管理システムと、前記第１のパケット伝送ノード及び第２のパケット伝送ノードで時刻を同期するための時刻同期信号を配信する時刻同期サーバとを備え、前記第２のパケット伝送ノードは、前記パス管理システムで管理される回線ごとの帯域設定の範囲内で、前記第１のパケット伝送ノードによる前記パケットの送信タイミングを、他の第１のパケット伝送ノードから送信されるパケットの到着時間に重ならないように、前記パケットの伝送時に発生する伝送遅延時間を考慮せずに算出し、前記第１のパケット伝送ノード又は前記第２のパケット伝送ノードは、前記伝送遅延時間を算出し、前記算出した遅延時間分だけ送信開始時刻を早める補正を行うことにより補正後の送信タイミングを算出し、前記第１のパケット伝送ノードは、前記補正後の送信タイミングに従って、前記第２のパケット伝送ノードにパケットを送信することを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記送信タイミングには、パケットの送信開始を許可する送信開始時刻、前記送信開始時刻からパケットの送信を許可する時間幅を示す割当時間幅、及び、次回にパケットの送信を許可するまでの送信開始時刻の間隔を示す送信間隔が含まれることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記帯域の設定に関する情報は、回線ごとに割当てる帯域を示す帯域設定情報を含み、前記パス管理システムが、前記帯域設定情報を前記第２のパケット伝送ノードに送信し、前記第２のパケット伝送ノードが、前記帯域設定情報による回線ごとの帯域設定の範囲内で前記パケットの送信タイミングを算出し、前記算出した送信タイミングを前記第１のパケット伝送ノードに通知し、前記第１のパケット伝送ノードは、前記第２のパケット伝送ノードから通知される送信タイミングのパケットの送信時刻と受信時刻との差に基づいて前記伝送遅延時間を算出し、前記第２のパケット伝送ノードから通知された前記送信タイミングに対して、前記伝送遅延時間による送信開始時刻の補正を行い、該補正を行った送信タイミングに従って、前記第２のパケット伝送ノードにパケットを送信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】
前記帯域の設定に関する情報は、回線ごとに割当てる帯域の割当基準を示す帯域割当ポリシーを含み、前記パス管理システムが、前記帯域割当ポリシーを前記第２のパケット伝送ノードに送信し、前記第１のパケット伝送ノードが、パケットを送信するための帯域の割当を前記第２のパケット伝送ノードに要求し、前記第２のパケット伝送ノードが、前記帯域割当ポリシーに基づく帯域設定の範囲内で、前記伝送遅延時間を考慮しないパケットの送信タイミングを算出し、さらに、前記第１のパケット伝送ノードから受信した要求パケットの送信時刻と受信時刻との差に基づいて前記伝送遅延時間を算出して、前記送信タイミングに対して送信開始時刻の補正を行い、前記第１のパケット伝送ノードは、前記第２のパケット伝送ノードによって補正された送信タイミングに従って、前記第２のパケット伝送ノードにパケットを送信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項５】
パケット伝送ノード間の回線ごとに帯域が割当てられるパケット伝送ネットワークでパケットの送受信を行う通信システムによるパケット送信方法において、前記通信システムは、前記回線を介してパケットを送信する第１のパケット伝送ノードと、前記第１のパケット伝送ノードから送信された前記パケットを受信する第２のパケット伝送ノードと、前記第１のパケット伝送ノードと前記第２のパケット伝送ノードとの間の各回線について、帯域の設定に関する情報を管理するパス管理システムと、前記第１のパケット伝送ノード及び第２のパケット伝送ノードで時刻を同期するための時刻同期信号を配信する時刻同期サーバとを有し、前記第２のパケット伝送ノードが、前記パス管理システムで管理される回線ごとの帯域設定の範囲内で、前記第１のパケット伝送ノードによる前記パケットの送信タイミングを、他の第１のパケット伝送ノードから送信されるパケットの到着時間に重ならないように、前記パケットの伝送時に発生する伝送遅延時間を考慮せずに算出する第１の送信タイミング算出ステップと、前記第１のパケット伝送ノード又は前記第２のパケット伝送ノードが、前記伝送遅延時間を算出し、前記算出した遅延時間分だけ送信開始時刻を早める補正を行うことにより、前記第１の送信タイミング算出ステップによって算出された送信タイミングから補正後の送信タイミングを算出する第２の送信タイミング算出ステップと、前記第１のパケット伝送ノードが、前記第２の送信タイミング算出ステップによって算出された送信タイミングに従って、前記第２のパケット伝送ノードにパケットを送信するパケット送信ステップとを備えることを特徴とするパケット送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システム及びパケット送信方法に関し、パケット伝送ネットワークにおいて回線ごとに帯域を割当ててパケットの送信を行う通信システム及びパケット送信方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
パケット伝送ネットワークは、トラフィック量の時間的なばらつきが大きい情報を伝送するために広く用いられるようになっている。しかし、パケット伝送ネットワークでは、バーストトラフィックがユーザ間でランダムに発生することを想定し、間欠的に発生するバーストトラフィックを一部廃棄、又は遅延させることを許容したリソース配分を行うことにより伝送路容量を確保する。そのため、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）、優先度の高いネットワーク制御情報、スマートグリッドで扱われる電力使用量の定期収集パケット、又は、電気機器を遠隔制御するための制御パケット等について、低遅延で確実に伝送することを保証することが難しいという課題がある。
【０００３】
上記の課題に対する対策として、情報の優先度に応じた優先ビットの付与や、ユーザトラフィックのピーク速度を使用契約に基づいて制限するトラフィックシェーパが用いられることがある。しかし、災害時や気象異常時等には、ユーザがトラフィックの優先度を上げて通信を試みるため、通信が集中してネットワークへの情報の流入が一斉に増大し、パケット伝送の保証が難しくなってしまう。そして、最悪の場合には、ユーザからのネットワーク接続要求を一部遮断する接続制限が行われることがあり、ネットワークに接続できないユーザにとって利便性が著しく低下してしまう。
【０００４】
ユーザは、ネットワークに接続できない状況よりは、遅延が発生したとしても最低限の通信が確実に保証されることを期待すると推測されるが、多くのユーザのために伝送路容量を確保しつつ低遅延で確実なパケット伝送を実現することは困難であった。
【０００５】
例えば、特許文献１には、パケットの送信タイミングを制御して送信するトラヒックシェーパが記載されている。特許文献１に記載されたトラヒックシェーパは、リーキーバケットアルゴリズムを用いて最低保証帯域及び最大制御帯域の閾値を設定する。バケットの水位が最低保証帯域として設定した閾値以下のキューから優先的にパケットの送信を許可することで最低帯域保証を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９０４９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されたトラヒックシェーパは、パケットを送信する装置側での送信帯域を保証することは出来るが、複数の装置が独自のタイミングでパケットを送信するため、複数コネクションを集約し多重化するパケット多重化ノードにパケットが送信される場合に、パケット多重化ノードにパケットが到着するタイミングが重なる場合がある。このような場合に特許文献１に記載されたトラヒックシェーパは、パケット多重化ノードにおけるバッファ溢れによるパケットロスを防ぐ事が出来ず、結果として帯域を保証することが困難になる可能性があった。また、前述のパケットロスを軽減するためにはパケット多重化ノードに十分に深いバッファを具備する必要があるが、バッファを深くすると遅延時間及び遅延ゆらぎが増加し、さらに大容量のメモリが必要であるため装置コストも増加するという問題もあった。
【０００８】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、ネットワークが輻輳に近い状況になった場合でも、パケットを低遅延で確実に伝送することが可能な通信システム及びパケット送信方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するため本発明では、パケット伝送ネットワークでパケットの送受信を行う通信システムにおいて、回線を介してパケットを送信する第１のパケット伝送ノードと、第１のパケット伝送ノードからの送信パケットを受信する第２のパケット伝送ノードと、パケット伝送ノード間の各回線について帯域の設定に関する情報を管理するパス管理システムと、パケット伝送ノード同士で時刻を同期するための時刻同期サーバとを備え、第２のパケット伝送ノードは、回線ごとの帯域設定の範囲内で、第１のパケット伝送ノードによるパケットの送信タイミングを、他の第１のパケット伝送ノードから送信されるパケットの到着時間に重ならないように、伝送遅延時間を考慮せずに算出し、第１のパケット伝送ノード又は第２のパケット伝送ノードは、伝送遅延時間を算出し、遅延時間分だけ送信開始時刻を早める補正を行うことにより補正後の送信タイミングを算出し、第１のパケット伝送ノードは、補正後の送信タイミングに従って第２のパケット伝送ノードにパケットを送信する通信システムが提供される。
【００１０】
また、かかる課題を解決するため本発明では、パケット伝送ネットワークでパケットの送受信を行う通信システムによるパケット送信方法において、通信システムは、回線を介してパケットを送信する第１のパケット伝送ノードと、第１のパケット伝送ノードからの送信パケットを受信する第２のパケット伝送ノードと、パケット伝送ノード間の各回線について帯域の設定に関する情報を管理するパス管理システムと、パケット伝送ノード同士で時刻を同期するため時刻同期サーバとを有し、第２のパケット伝送ノードが、回線ごとの帯域設定の範囲内で、伝送遅延時間を考慮しないパケットの送信タイミングを算出し、第１のパケット伝送ノード又は第２のパケット伝送ノードが、伝送遅延時間を算出し、該遅延時間分だけ送信開始時刻を早める補正を行うことにより補正後の送信タイミングを算出し、第１のパケット伝送ノードが、補正後の送信タイミングに従って第２のパケット伝送ノードにパケットを送信するパケット送信方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ネットワークが輻輳に近い状況になった場合でも、パケットを低遅延で確実に伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態による通信システムの構成を示す概念図である。
【図２】図１に示すパケット多重化ノードの構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御パケット処理部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】送信タイミング通知を含むＭＡＣフレームのフレームフォーマットである。
【図５】パケット多重化ノード用の送信タイミングテーブルのデータ例である。
【図６】図１に示すパケット転送ノードの構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示す送信制御部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図８】パケット転送ノード用の送信タイミングテーブルのデータ例である。
【図９】図１に示す通信システムにおいて、回線ごとの帯域設定が入力されてから完了するまでの処理の流れを示すシーケンス図である。
【図１０】第１の実施の形態の通信システムによるパケットの送信タイミングの一例を示す概念図である。
【図１１】第２の実施の形態による通信システムの構成を示す概念図である。
【図１２】帯域設定割当が要求されてから送信タイミングの登録が完了するまでの送信帯域割当の処理手順を示すシーケンス図である。
【図１３】図１２で登録された送信タイミングによるパケット送信が完了した後の処理手順を示すシーケンス図である。
【図１４】送信タイミング割当要求を含むＭＡＣフレームのフレームフォーマットである。
【図１５】第２の実施の形態におけるパケット多重化ノード用の送信タイミングテーブルのデータ例である。
【図１６】第２の実施の形態における送信タイミング通知を含むＭＡＣフレームのフレームフォーマットである。
【図１７】第２の実施の形態におけるパケット転送ノード用の送信タイミングテーブルのデータ例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（１）第１の実施の形態
第１の実施の形態による通信システムは、パケット伝送ネットワーク内のパケット伝送ノード間の回線ごとに帯域設定を行う場合に、パケットの送信を許可する開始時刻及び時間幅の組を含む送信タイミングを、ネットワーク内で共通した時刻を基準として回線ごとに設定して各パケット伝送ノードに登録し、特に、パケット送信側のパケット伝送ノードが、パケット送信から受信までの伝送遅延を考慮して送信開始時刻を補正し、当該補正後の送信タイミングに基づいてパケットを送信することを特徴としている。
【００１４】
（１−１）第１の実施の形態による通信システムの構成
図１は、第１の実施の形態による通信システムの構成を示す概念図である。通信システム１は、パケット伝送ネットワークを形成し、パケット多重化ノード１１、パケット転送ノード１２（１２Ａ〜１２Ｃ）、通信端末１３（１３Ａ〜１３Ｃ）、パス管理システム１４、及び時刻同期サーバ１５を備える。
【００１５】
パケット多重化ノード１１は、パケット伝送ネットワークにおいて通信事業者側の終端装置に相当するパケット伝送ノードである。例えば図１に示すパケット伝送ネットワークが光ファイバ通信による場合には、パケット多重化ノード１１はＯＬＴ（Optical Line Terminal）に相当する。より具体的には、パケット多重化ノード１１は、メディアコンバータやレイヤ２スイッチで実現することができる。パケット多重化ノード１１は、パケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃ、パス管理システム１４、及びパケット転送網１６に、入出力回線を介して接続する。入出力回線は、パケット伝送又はその他のデータ伝送が行われる回線である。
【００１６】
パケット多重化ノード１１は、パケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃのそれぞれから送信されるパケットが到着するタイミングが重ならないように送信タイミングを決定してパケット転送ノード１２に通知する。そして、パケット多重化ノード１１は、パケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃからそれぞれ受信したパケットを多重化してパケット転送網１６に転送する。パケット転送網１６は、図１のパケット伝送ネットワークと外部のネットワークとを中継するネットワークである。
【００１７】
パケット転送ノード１２は、パケット伝送ネットワークにおける加入者側の終端装置に相当するパケット伝送ノードである。例えば図１に示すパケット伝送ネットワークが光ファイバ通信による場合には、パケット転送ノード１２はＯＮＵ（Optical Network Unit）に相当する。より具体的には、パケット転送ノード１２は、メディアコンバータやレイヤ２スイッチで実現することができる。パケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃは、パケット多重化ノード１１と、パケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃのそれぞれに対応する通信端末１３Ａ〜１３Ｃとに、入出力回線を介して接続する。また、パケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃは、時刻同期サーバ１５から信号線を介して時刻同期信号を受信する。信号線は、信号の伝送が行われる通信線である。
【００１８】
パケット転送ノード１２は、パケット多重化ノードとのパケット伝送時に発生する伝送遅延時間を算出する。そして、パケット転送ノード１２は、パケット多重化ノード１１から通知される送信タイミング通知に従って、送信時刻については伝送遅延時間による補正を行った上で、通信端末１３から受信したパケットをパケット多重化ノード１１に転送する。
【００１９】
なお、パケット多重化ノード１１については、後述の図２及び図３を参照して詳細な構成を説明し、パケット転送ノード１２については、後述の図６及び図７を参照して詳細な構成を説明する。
【００２０】
通信端末１３は、加入者が通信を行うために利用する端末であって、各通信端末１３Ａ〜１３Ｃは、入出力回線を介してパケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃに接続される。
【００２１】
パス管理システム１４は、ネットワーク内の各ノードまでのパスを管理するシステムであって、内部に処理装置（図示せず）やデータベース（図示せず）等を備える。例えば、データベースには、帯域設定が完了した回線を示す情報が格納される。パス管理システム１４は、回線ＩＤで対応付けられるネットワーク内の回線についてパス情報を管理し、また、回線ごとに割当てる帯域の設定情報を示す帯域設定情報を、入出力回線を介してパケット多重化ノード１１に送信する。帯域設定情報は、例えばオペレータの入力操作やプログラムの動作等によってパス管理システム１４に入力される。なお、帯域設定情報には、パケット多重化ノード１１からパケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃまでのパス情報を併せ持たせてもよい。
【００２２】
時刻同期サーバ１５は、正確な時刻を保持するネットワークタイムサーバ（ＮＴＰ（Network Time Protocol）サーバ）であり、当該時刻に基づいた時刻同期信号を、信号線を介してパケット多重化ノード１１及びパケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃに配信する。パケット多重化ノード１１及びパケット転送ノード１２は、時刻同期サーバ１５から配信される時刻同期信号に基づいて、自身の時刻を時刻同期サーバ１５が保持する時刻に同期している。
【００２３】
例えば、ネットワークに時刻情報を提供する現在最も有力な方式の１つに、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）１５８８  Ｔｕｔｏｒｉａｌで規定された時刻同期プロトコルがある。ＩＥＥＥ１５８８では、マスタノードとスレーブノードとの間の伝播遅延時間を測定し、配信された時刻情報から伝播遅延時間を除くことにより高精度の時刻合わせを実現する。第１の実施の形態では、時刻同期サーバ１５から時刻同期信号をパケット伝送ノード（パケット多重化ノード１１及びパケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃに相当）に配信し、上述のＩＥＥＥ１５８８の時刻同期プロトコルを利用して、各パケット伝送ノードにおいて時刻同期サーバ１５が保持する時刻に同期させることができる。
【００２４】
（１−２）パケット多重化ノード
（１−２−１）パケット多重化ノードの構成及び機能
以下では、パケット多重化ノード１１の詳細な構成及び機能について説明する。図２は、図１に示すパケット多重化ノード１１の構成を示すブロック図である。パケット多重化ノード１１は、パス管理システムインタフェース１１０、パケット転送ノードインタフェース１１１（１１１Ａ〜１１１Ｎ）、制御パケット処理部１１２、多重部１１３、分離部１１４、バッファ１１５，１１６、パケット転送網インタフェース１１７、制御部１１８、及び、時刻同期部１１９を有する。
【００２５】
パケット転送ノードインタフェース１１１は、パケット転送ノード１２に接続する入出力回線に接続され、当該入出力回線を介してパケット転送ノード１２との間でパケットの送受信を行うためのインタフェースである。例えば、パケット転送ノードインタフェース１１１Ａは、１組の入出力回線を介してパケット転送ノード１２Ａと通信可能に接続され、パケット転送ノードインタフェース１１１Ｂは、別の入出力回線を介してパケット転送ノード１２Ｂと通信可能に接続され、パケット転送ノードインタフェース１１１Ｃは、さらに別の入出力回線を介してパケット転送ノード１２Ｃと通信可能に接続される。
【００２６】
制御パケット処理部１１２は、制御パケットの生成や終端処理等を行う。例えば、制御パケット処理部１１２は、パケット転送ノード１２からパケット転送ノードインタフェース１１１を介して受信した制御パケットの終端処理を行ってデータを抽出し、抽出したデータを制御部１１８に送信する。また、制御パケット処理部１１２は、パケット転送ノードインタフェース１１１からパケット転送ノード１２にパケットを送信するときに、所定のタイミング（例えば、一連のパケット送信の完了時）で制御パケットを生成し、パケット転送ノードインタフェース１１１に出力する。制御パケット処理部１１２の詳細な構成及びその機能については、図３を参照して後述する。
【００２７】
多重部１１３は、制御パケット処理部１１２から入力されたパケットを多重化し、バッファ１１５に出力する。バッファ１１５は、多重部１１３から入力されたパケットを一時的に蓄積する。
【００２８】
パケット転送網インタフェース１１７は、パケット転送網１６に接続する入出力回線に接続され、当該入出力回線を介してパケット転送網１６との間でパケットの送受信を行うためのインタフェースである。バッファ１１６は、パケット転送網インタフェース１１７から出力されるパケットを一時的に蓄積する。分離部１１４は、バッファ１１６から出力されるパケットをパケット転送ノードインタフェース１１１Ａ〜１１１Ｎに振分ける。
【００２９】
時刻同期部１１９は、信号線を介して時刻同期サーバ１５から配信される時刻同期信号を受信することにより時刻同期サーバ１５と同期した時刻を生成し、制御パケット処理部１１２に時刻を配信する。
【００３０】
パス管理システムインタフェース１１０は、パス管理システム１４に接続する入出力回線に接続され、当該入出力回線を介してパス管理システム１４との間で情報の送受信を行うためのインタフェースである。また、パス管理システムインタフェース１１０は、信号線を介して制御部１１８に接続される。
【００３１】
制御部１１８は、上述したパケット多重化ノード１１内の各部を制御する。例えば、制御部１１８は、パス管理システムインタフェース１１０を経由してパス管理システム１４から回線ＩＤごとの帯域設定情報を受信すると、受信した回線ＩＤ及び帯域設定情報を図３に示す送信タイミング演算部１１２３に送る処理を行う。
【００３２】
なお、制御パケット処理部１１２、多重部１１３、分離部１１４、制御部１１８、及び時刻同期部１１９は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実現され、バッファ１１５，１１６は記憶デバイスによって実現される。
【００３３】
（１−２−２）制御パケット処理部の構成
図３は、図２に示す制御パケット処理部の詳細な構成を示すブロック図である。制御パケット処理部１１２は、制御パケット終端部１１２１（１１２１Ａ〜１１２１Ｎ）、制御パケット挿入部１１２２（１１２２Ａ〜１１２２Ｎ）、送信タイミング演算部１１２３、送信タイミングテーブル１１２４を有する。なお、図３では、簡略のために、制御部１１８と制御パケット処理部１１２内の各部を接続する信号線の記載が省略されている。
【００３４】
制御パケット終端部１１２１は、パケット転送ノード１２からパケット転送ノードインタフェース１１１を経由して受信した制御パケットについて、制御パケットの終端処理を行う。具体的には例えば、制御パケット終端部１１２１Ａは、パケット転送ノード１２Ａから送信されてパケット転送ノードインタフェース１１１Ａを経由して受信するパケットを監視し、受信したパケットが制御パケットであった場合には当該パケットの終端処理を行ってデータを抽出し、抽出したデータを制御部１１８に送信する。
【００３５】
制御パケット挿入部１１２２は、信号線を介して時刻同期部１１９に接続され、時刻同期部１１９から時刻同期サーバ１５に同期した時刻が配信される。制御パケット挿入部１１２２は、時刻同期サーバ１５から配信された時刻、及び送信タイミング演算部１１２３から送信される送信タイミングにかかる情報（後述する）に基づいて、送信タイミング通知を含む制御パケット（送信タイミング制御パケット）を生成する。なお、送信タイミング通知には、送信タイミング制御パケットの送信時刻を示すタイムスタンプも付与される。送信タイミング制御パケットは、例えば、ＭＡＣフレームの構造を有する。制御パケット挿入部は、分離部１１４とパケット転送ノードインタフェース１１１とを接続する信号線に送信タイミング制御パケットを挿入し、パケット転送ノードインタフェース１１１に送信する。その後、送信タイミング制御パケットは、パケット転送ノード１２に送信される。
【００３６】
図４は、送信タイミング通知を含むＭＡＣフレームのフレームフォーマットである。ＭＡＣフレーム３１は、ＭＡＣヘッダ３１１、データ３１２、及びＦＣＳ（Frame Check
Sequence）３１３から構成される。データ３１２には、送信タイミング通知を構成するデータが記載される。送信タイミング通知の具体的なデータ構成は、例えば、メッセージ種別３１２１、回線ＩＤ３１２２、送信基準時刻３１２３、送信間隔３１２４、割当時間幅３１２５、及びタイムスタンプ３１２６からなる。
【００３７】
メッセージ種別３１２１は、データ３１２が送信タイミング通知であることを示すメッセージの種別値であり、回線ＩＤ３１２２は、当該送信タイミング通知の対象となる回線を特定する回線ＩＤである。また、送信基準時刻３１２３、送信間隔３１２４、及び割当時間幅３１２５は、それぞれ送信タイミング演算部１１２３によって決定される送信基準時刻、送信間隔、及び割当時間幅を示す値である。送信基準時刻、送信間隔、及び割当時間幅については、送信タイミング演算部１１２３の記載において後述する。また、タイムスタンプ３１２６は、当該パケットが送信された送信時刻を示すタイムスタンプである。タイムスタンプ３１２６に示す時刻は、時刻同期サーバ１５から配信される時刻情報に基づいて各パケット伝送ノードで同期した時刻が使用される。
【００３８】
送信タイミング演算部１１２３は、信号線を介して時刻同期部１１９に接続され、時刻同期部１１９から時刻同期サーバ１５に同期した時刻が配信される。送信タイミング演算部１１２３は、制御部１１８から回線ＩＤ及び帯域設定情報を受け取ると、帯域設定情報に基づいて、当該回線ＩＤが示す回線に割当てる帯域を計算する。さらに、送信タイミング演算部１１２３は、当該回線ＩＤの回線を使用してパケット転送ノード１２から送信されるパケットの送信間隔、及び、パケットの送信を許可する時間幅（割当時間幅）を算出する。また、送信タイミング演算部１１２３は、信号線を介して送信タイミングテーブル１１２４を参照し、既に登録済みのエントリと送信時刻が重ならないような送信開始タイミングを送信基準時刻として算出する。送信基準時刻は、パケット伝送ネットワーク内で共通して同期される時刻によって表わされる。送信タイミング演算部１１２３は、上記算出した送信タイミング（送信間隔、割当時間幅、及び送信基準時刻）を制御パケット挿入部１１２２に送信する。
【００３９】
送信タイミングテーブル１１２４は、パケット転送ノード１２からパケット多重化ノード１１に送信するパケットの送信タイミングについて、パケット多重化ノード１１側で保持されるテーブルである。第１の実施の形態では、送信タイミングテーブル１１２４には、送信タイミング演算部１１２３によって算出された送信タイミングが登録されるが、この送信タイミングは、パケット転送ノード１２とパケット多重化ノード１１との間で発生する伝送遅延の時間を考慮しない場合の送信タイミングである。
【００４０】
図５は、パケット多重化ノード用の送信タイミングテーブルのデータ例である。図５の送信タイミングテーブル１１２４は、回線ＩＤ欄１１２４Ａ、送信基準時刻欄１１２４Ｂ、送信間隔欄１１２４Ｃ、及び割当時間幅欄１１２４Ｄを有する。回線ＩＤ欄１１２４Ａには、パケット多重化ノード１１とパケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃとの間を接続する回線ごとの回線ＩＤが記載される。送信基準時刻欄１１２４Ｂ、送信間隔欄１１２４Ｃ、及び割当時間幅欄１１２４Ｄには、回線ＩＤ欄１１２４Ａで示される回線について、送信タイミング演算部１１２３によって算出された送信タイミング（送信基準時刻、送信間隔、及び割当時間幅）がそれぞれ記載される。
【００４１】
すなわち、図５の各行には、回線ＩＤごとの送信タイミングが登録される。例えば、図５で回線ＩＤ欄１１２４Ａに「１」が記載された行には、回線ＩＤ「１」のエントリとして、「Ｔ１」を送信開始時刻の基準として割当時間幅「ｗ１」の時間内にパケットの送信が許可され、「Ｔ１」から送信間隔「Δｔ１」が経過するごとに、再び割当時間幅「ｗ１」の時間内にパケットの送信が許可されることが示されている。
【００４２】
（１−３）パケット転送ノード
（１−３−１）パケット転送ノードの構成及び機能
以下では、パケット転送ノード１２の詳細な構成及び機能について説明する。図６は、図１に示すパケット転送ノードの構成を示すブロック図である。パケット転送ノード１２は、通信端末インタフェース１２１、バッファ１２２，１２３、送信制御部１２４、時刻同期部１２５、パケット多重化ノードインタフェース１２６、及び制御部１２７を有する。
【００４３】
通信端末インタフェース１２１は、通信端末１３に接続する入出力回線に接続され、当該入出力回線を介して通信端末１３との間でパケットの送受信を行うためのインタフェースである。例えば、パケット転送ノード１２Ａの通信端末インタフェース１２１は、１組の入出力回線を介して、通信端末１３Ａとの間でパケットの送受信を行う。通信端末インタフェース１２１が受信したパケットは、バッファ１２２に出力される。バッファ１２２は、通信端末インタフェース１２１から入力されたパケットを一時的に蓄積する。バッファ１２３は、送信制御部１２４から出力されるパケットを一時的に蓄積する。
【００４４】
送信制御部１２４は、バッファ１２２から出力されたパケットをパケット多重化ノードインタフェース１２６に送信するタイミングの制御処理、制御フレームの生成処理、生成した制御フレームをパケット多重化ノードインタフェース１２６に送信する処理、及び、パケット多重化ノードインタフェース１２６から出力された制御フレームに対する終端処理等を行う。送信制御部１２４の詳細な構成及びその機能については、図７を参照して後述する。
【００４５】
時刻同期部１２５は、信号線を介して時刻同期サーバ１５から配信される時刻同期信号を受信することにより時刻同期サーバ１５と同期した時刻を生成し、送信制御部１２４に時刻を配信する。
【００４６】
パケット多重化ノードインタフェース１２６は、パケット多重化ノード１１に接続する入出力回線に接続され、当該入出力回線を介してパケット多重化ノード１１との間でパケットの送受信を行うためのインタフェースである。また、パケット多重化ノードインタフェース１２６は、信号線を介して送信制御部１２４に接続される。
【００４７】
制御部１２７は、上述したパケット転送ノード１２内の各部を制御する。例えば、制御部１２７は、送信制御部１２４から制御パケットから抽出されたデータを受信すると、受信した抽出データに応じた制御処理を実行する。
【００４８】
（１−３−２）送信制御部の構成
図７は、図６に示す送信制御部の詳細な構成を示すブロック図である。送信制御部１２４は、送信タイミング制御部１２４１、制御パケット挿入部１２４２、制御パケット終端部１２４３、及び送信タイミングテーブル１２４４を有する。なお、送信タイミング制御部１２４１には、パケット多重化ノード１１とパケット転送ノード１２との間の伝送遅延時間に基づいてパケットの送信時刻を補正する伝送遅延補正部１２４５が含まれる。
【００４９】
送信タイミング制御部１２４１及び制御パケット終端部１２４３には、信号線を介して時刻同期部１２５から時刻同期サーバ１５に同期した時刻が配信される。
【００５０】
送信タイミング制御部１２４１は、パケット多重化ノード１１から送信される送信タイミング制御パケットから抽出される送信タイミング通知の情報と、時刻同期部１２５から配信される時刻情報とに基づいて、パケット多重化ノード１１に送信するパケットの送信タイミングを決定する。
【００５１】
具体的にはまず、送信タイミング制御部１２４１が、制御パケット終端部１２４３による送信タイミング制御パケットに対する終端処理の結果、当該パケットの送信タイミング通知に記載された回線ＩＤ、送信基準時刻、送信間隔、割当時間幅、及びタイムスタンプ（送信時刻）を受信する。このとき、伝送遅延補正部１２４５は、送信タイミング制御パケットの受信時刻からタイムスタンプ（送信時刻）を引くことにより、パケット多重化ノード１１とパケット転送ノード１２との間で発生する伝送遅延時間を算出する。伝送遅延補正部１２４５は、送信タイミング通知に記載された送信基準時刻から伝送遅延時間を引くことにより、伝送遅延分を補正した送信基準時刻を決定する（送信基準時刻補正）。そして、送信タイミング制御部１２４１は、回線ＩＤ、補正後の送信基準時刻、送信間隔、及び割当時間幅によって決定されるタイミングを、補正後の送信タイミングとする。そして、送信タイミング制御部１２４１は、決定した補正後の送信タイミングを示すデータを送信タイミングテーブル１２４４に登録し、登録完了後に制御パケット挿入部１２４２に完了通知を送る。
【００５２】
送信タイミングテーブル１２４４は、パケット転送ノード１２からパケット多重化ノード１１に送信するパケットの送信タイミングについて、パケット転送ノード１２側で保持されるテーブルである。第１の実施の形態では、送信タイミングテーブル１２４４には、伝送遅延補正部１２４５による補正後の送信基準時刻による送信タイミングが登録される。すなわち、送信タイミングテーブル１２４４には、パケット転送ノード１２とパケット多重化ノード１１との間で発生する伝送遅延時間の分だけ送信タイミングを早めた送信タイミングが登録される。
【００５３】
図８は、パケット転送ノード用の送信タイミングテーブルのデータ例である。図８の送信タイミングテーブル１２２４は、回線ＩＤ欄１２２４Ａ、送信基準時刻欄１２２４Ｂ、送信間隔欄１２２４Ｃ、及び割当時間幅欄１２２４Ｄを有する。回線ＩＤ欄１２２４Ａには、当該送信タイミングテーブル１２２４を有するパケット転送ノード１２とパケット多重化ノード１１とを接続する回線の回線ＩＤが記載される。送信基準時刻欄１２２４Ｂには、伝送遅延補正部１２４５による伝送遅延時間の補正後の送信基準時刻が記載される。例えば、図８では、補正前の送信基準時刻を「Ｔｘ」とし、伝送遅延時間を「ｄｘ」としたときに、送信基準時刻欄１２４４Ｂには「Ｔｘ−ｄｘ」が記載されている。送信間隔欄１２４４Ｃ及び割当時間幅欄１２４４Ｄには、送信タイミング通知に記載されていた送信間隔及び割当時間幅が記載される。
【００５４】
また、送信タイミング制御部１２４１は、送信タイミングテーブル１２４４に登録した送信タイミングに従って、バッファ１２２に蓄積されたパケットを送信する。具体的にはまず、送信タイミング制御部１２４１は、信号線を介してバッファ１２２を監視する。そして、バッファ１２２にパケットが蓄積されている場合には、送信タイミング制御部１２４１は、当該蓄積されているパケットを読出し、時刻同期部１２５から入力される時刻を参照しつつ、送信タイミングテーブル１２４４に登録された送信タイミング（すなわち、パケットの送信が許可されている時間帯）に従って、読出したパケットをパケット多重化ノードインタフェース１２６に送信する。
【００５５】
このようにパケット転送ノード１２が送信タイミングテーブル１２４４に登録された補正後の送信タイミングでパケットを送信すると、当該パケットは、伝送遅延時間分の時間を経てパケット多重化ノード１１に到着することになり、すなわち、パケット多重化ノード１１側の送信タイミングテーブル１１２４に登録されたタイミングでパケット多重化ノード１１に到着する。
【００５６】
制御パケット挿入部１２４２は、制御パケットを生成して信号線に挿入する。具体的には例えば、制御パケット挿入部１２４２は、送信タイミング制御部１２４１から完了通知を受信した場合に、当該完了通知を含む制御パケットを生成し、生成した制御パケットを送信タイミング制御部１２４１とパケット多重化ノードインタフェース１２６とを接続する信号線に挿入し、パケット多重化ノードインタフェース１２６に送信する。その後、完了通知を含む制御パケットは、パケット多重化ノード１１に送信される。
【００５７】
制御パケット終端部１２４３は、信号線を介してパケット多重化ノードインタフェース１２６に接続されており、パケット多重化ノードインタフェース１２６から受信したパケットを監視する。制御パケット終端部１２４３は、受信したパケットが送信タイミング制御パケットであった場合には、当該パケットの終端処理を行って送信タイミング通知が示す情報を抽出し、当該パケットの受信時刻のタイムスタンプと合わせて送信タイミング制御部１２４１に送信する。制御パケット終端部１２４３は、受信したパケットが送信タイミング制御パケット以外の制御パケットであった場合には、当該パケットの終端処理を行ってデータを抽出し、抽出したデータを制御部１２７に送信する。
【００５８】
（１−４）第１の実施の形態における帯域設定の処理
図９は、図１に示す通信システムにおいて、回線ごとの帯域設定が入力されてから完了するまでの処理の流れを示すシーケンス図である。図９を参照して、パケット伝送ネットワークの回線ごとの帯域設定がパス管理システム１４に入力された場合に、各パケット伝送ノードで送信タイミングが登録されて帯域設定が完了するまでの処理を説明する。
【００５９】
まず、パケット転送ノード１２及びパケット多重化ノード１１のパス設定は既に完了しており、パスにはそれぞれ回線ＩＤが設定されているとする。このとき、パス管理システム１４では、オペレータの入力操作やプログラムの動作等によって、回線ＩＤが設定されたパスに対して帯域設定情報が入力される（ステップＳ１０１）。そして、パス管理システム１４がパケット多重化ノード１１に帯域設定情報を送信する（ステップＳ１０２）。
【００６０】
パケット多重化ノード１１では、パス管理システムインタフェース１１０が帯域設定情報を受信し（ステップＳ１０３）、受信した帯域設定情報は制御部１１８に送信される。制御部１１８は、回線ＩＤ及び帯域設定情報を制御パケット処理部１１２の送信タイミング演算部１１２３に送信する。そして、送信タイミング演算部１１２３は、パケットの送信間隔及び割当時間幅を算出する（ステップＳ１０４）。
【００６１】
さらに、送信タイミング演算部１１２３は、送信タイミングテーブル１１２４を検索し（ステップＳ１０５）、既に登録済みのエントリと送信時刻が重ならないように送信基準時刻「Ｔｃ」を算出する（ステップＳ１０６）。送信タイミング演算部１１２３は、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５で算出した送信間隔、割当時間幅、及び送信基準時刻を制御パケット挿入部１１２２に送信する。
【００６２】
そして、制御パケット挿入部１１２２は、送信タイミング演算部１１２３から受信した送信間隔、割当時間幅、及び送信基準時刻と、時刻同期部１１９から配信される時刻とに基づいて、送信タイミング通知を含む制御パケット（送信タイミング制御パケット）を生成し（ステップＳ１０７）、生成した送信タイミング制御パケットをパケット転送ノードインタフェース１１１からパケット転送ノード１２に送信する（ステップＳ１０８）。なお、送信タイミング通知には、送信タイミング制御パケットの送信時刻を示すタイムスタンプも付与され（図４のタイムスタンプ３１２６に相当）、送信タイミング制御パケットは、送信タイミング通知の回線ＩＤ（図４の回線ＩＤ３１２２に相当）が示す回線に対応したパケット転送ノード１２に送信される。図９では、送信時刻を示すタイムスタンプとして、送信時刻「Ｔａ」を記載している。
【００６３】
一方、送信タイミング制御パケットの送信先となったパケット転送ノード１２では、パケット多重化ノード１２６が送信タイミング制御パケットを受信し（ステップＳ１０９）、送信制御部１２４に転送する。このとき、送信制御部１２４は、時刻同期部１２５から配信される時刻情報を参照して、送信タイミング制御パケットの受信時刻（図９における受信時刻「Ｔｂ」に相当）を合わせて取得する。
【００６４】
次に、送信制御部１２４の制御パケット終端部１２４３は、パケット多重化ノード１２６から受信した送信タイミング制御パケットに対する終端処理を行い、当該パケットの送信タイミング通知から回線ＩＤ、送信基準時刻、送信間隔、割当時間幅、及びタイムスタンプ（送信時刻）を抽出して送信タイミング制御部１２４１に送信する。そして、送信タイミング制御部１２４１の伝送遅延補正部１２４５が、当該パケットの受信時刻から当該パケットのタイムスタンプ（送信時刻）を引くことにより、伝送遅延時間を算出する（ステップＳ１１０）。図９では、伝送遅延時間は「Ｔｂ−Ｔａ」で示される。さらに伝送遅延補正部１２４５は、送信タイミング通知に記載された送信基準時刻から伝送遅延時間を引くことにより、送信基準時刻を補正する（ステップＳ１１１）。ステップＳ１１１の結果、補正後の送信基準時刻は、「Ｔｃ−（Ｔｂ−Ｔａ）」で表される。
【００６５】
次に、送信タイミング制御部１２４１は、回線ＩＤ、補正後の送信基準時刻、送信間隔、及び割当時間幅によって決定されるタイミングをパケットの送信タイミングとして送信タイミングテーブル１２４４に登録する（ステップＳ１１２）。
【００６６】
送信タイミング制御部１２４１は、送信タイミングテーブル１２４４の登録完了後に制御パケット挿入部１２４２に完了通知を送り、制御パケット挿入部１２４２が、完了通知の受信に応じて当該完了通知を含む制御パケットを生成し（ステップＳ１１３）、完了応答としてパケット多重化ノードインタフェース１２６に送信する（ステップＳ１１４）。
【００６７】
パケット多重化ノード１１では、パケット転送ノードインタフェース１１１が、ステップＳ１１４で送信された完了応答を受信し（ステップＳ１１５）、受信したパケットを制御パケット処理部１１２に送信する。制御パケット処理部１１２の制御パケット終端部１１２１は、完了応答を示す制御パケットを受信すると、当該パケットに対する終端処理を行い、完了応答を受信したことを制御部１１８に通知する。通知を受けた制御部１１８は、送信タイミング演算部１１２３に指示して、ステップＳ１０７で生成した送信タイミング通知を示す情報を送信タイミングテーブル１１２４に登録させる（ステップＳ１１６）。
【００６８】
その後、制御部１１８は、送信タイミングの通知送信タイミングテーブルへの登録が完了したことを示す完了応答の制御パケットを生成し（ステップＳ１１７）、当該送信タイミングの設定を行った回線ＩＤと合わせて完了応答の制御パケットをパス管理システム１４に送信する（ステップＳ１１８）。ステップＳ１１５〜Ｓ１１８の処理は、ステップＳ１０３で受信した帯域設定情報で指定された回線ＩＤが示す全ての回線について行われる。
【００６９】
パス管理システム１４は、ステップＳ１０１で帯域設定情報を入力した全ての回線ＩＤについて完了応答を受信すると（ステップＳ１１９）、当該回線ＩＤについて帯域設定が完了したことをパス管理システム１４内のデータベースに記録して更新する（ステップＳ１２０）。このステップＳ１２０の処理によって、回線ごとの帯域設定を行う処理が完了する。
【００７０】
なお、ステップＳ１１５〜Ｓ１１６において制御部１１８は、ステップＳ１０３で受信した帯域設定情報で指定された回線ＩＤが示す全ての回線についてパケット転送ノード１２から完了応答を受信し、送信タイミングテーブル１１２４に登録するまで、ステップＳ１１７の処理に進まず、当該全ての回線について送信タイミングテーブル１１２４への登録が完了した段階で、ステップＳ１１７の完了応答パケットの生成、及びステップＳ１１８の完了応答パケットの送信を行うとしてもよい。この場合には、パス管理システム１４は、ステップＳ１１９で完了応答を受信した段階で、ステップＳ１０１で帯域設定情報を入力した全ての回線ＩＤについて帯域設定が完了したと判断して、ステップＳ１２０でデータベースを更新すればよい。
【００７１】
（１−５）第１の実施の形態によるパケット送信
図１０は、第１の実施の形態の通信システムによるパケットの送信タイミングの一例を示す概念図である。図１０では、パケット転送ノード１２Ａとパケット多重化ノード１１とを接続する回線の回線ＩＤを「１」とし、パケット転送ノード１２Ｂとパケット多重化ノード１１とを接続する回線の回線ＩＤを「２」とし、パケット転送ノード１２Ｃとパケット多重化ノード１１とを接続する回線の回線ＩＤを「３」とし、図９に示した処理によって、パケット多重化ノード１１には、図５に示した送信タイミングテーブル１１２４が登録されたとする。また、パケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃには、図８に示す送信タイミングテーブル１２４４にｘ＝１〜３の値を代入した送信タイミングテーブルが登録されたとする。具体的には、パケット転送ノード１２Ａには「ｘ＝１」が代入され、パケット転送ノード１２Ｂには「ｘ＝２」が代入され、パケット転送ノード１２Ｃには「ｘ＝３」が代入される。
【００７２】
図１０では、パケット転送ノード１２Ａは、時刻「Ｔ１−ｄ１」から割当時間幅「ｗ１」の時間内に１回目のパケット（Ｐ１２Ａ１）の送信が許可される。次に、パケット転送ノード１２Ａは、時刻「Ｔ１−ｄ１」から送信間隔「Δｔ１」経過後の、時刻「ｔ１−ｄ１＋Δｔ１」から割当時間幅「ｗ１」の時間内に２回目のパケット（Ｐ１２Ａ２）の送信が許可される。以降は、パケット転送ノード１２Ａは、送信が許可された時刻を基準に、送信間隔「Δｔ１」を周期として割当時間幅「ｗ１」の時間内ごとにパケットの送信が許可される。このとき、回線ＩＤ「１」における伝送遅延時間は「ｄ１」であるから、パケット転送ノード１２Ａから送信されたパケット（Ｐ１２Ａ１）は、時刻「Ｔ１」から「Ｔ１＋ｗ１」までの間にパケット多重化ノード１１に到着し、パケット（Ｐ１２Ａ２）は、時刻「Ｔ１＋Δｔ１」から「Ｔ１＋ｗ１＋Δｔ１」の間にパケット多重化ノード１１に到着し、その後のパケットも、「Δｔ１」を周期として定期的な時間内にパケット多重化ノード１１に到着する。そして、この到着時間は、図５の回線ＩＤ「１」の行に登録された送信基準時刻「Ｔ１」、送信間隔「Δｔ１」、割当時間幅「ｗ１」から示される時間に一致する。
【００７３】
同様に、パケット転送ノード１２Ｂ及びパケット転送ノード１２Ｃにおいても、各パケット転送ノード１２側の送信タイミングテーブル１２４４に登録された送信タイミングでパケットの送信が行われ、それらのパケットがパケット多重化ノード１１に到着する時間は、図５の回線ＩＤ「２」及び「３」行に登録された数値群に一致する。
【００７４】
従って、パケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃからそれぞれ送信されたパケットは、パケット多重化ノード１１に登録された送信タイミングでパケット多重化ノードに到着し、すなわち、到着時刻が重ならずにパケット多重化ノード１１に分散して到着する。
【００７５】
なお、図１０では、パケットの送信が許容された１回の時間内に１個のパケットが送信される様子が示されているが、当該時間内に送信されるパケット数は１個に限定されるものではなく、当該時間内であれば他のパケット転送ノードから送信されたパケットの到着時間と重なることはないので、例えば複数回にわたって複数個のパケットが送信されてもよい。
【００７６】
（１−６）第１の実施の形態の効果
上述のような第１の実施の形態によれば、パス管理システム１４からパケット伝送ネットワーク内のパケット伝送ノード間の回線ごとに帯域設定を行う場合に、パケット多重化ノード１１で回線ごとにパケットの送信時刻が重ならないように算出した送信タイミングに対して、パケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃでそれぞれ回線の伝達遅延時間による補正を行い、パケット転送ノード１２Ａ〜１２Ｃからそれぞれの補正後の送信タイミングでパケットの送信を行うことにより、当該パケットがパケット多重化ノード１１に到着する時間が重ならないように分散させることができる。その結果、通信システム１は、ネットワークが輻輳に近い状況になった場合でも、パケットを低遅延で確実に伝送することができる。
【００７７】
なお、第１の実施の形態による通信システム１は、パケット伝送ネットワークにおいて、低遅延が必要で、かつ、情報量が限定的なパケットに対して特に有用である。
【００７８】
また、第１の実施の形態は、例えば時分割多重（ＴＤＭ：Time Division Multiplexing）信号のように、固定帯域におけるコネクション伝達を行う場合に特に適しており、既存の同期伝送方式におけるチャネルタイムスロットを、第１の実施の形態においてタイミングテーブルに登録される各行に対応させれば、パケット伝送ネットワーク上でフレーム周期伝達を含めたＴＤＭエミュレーションを実現することができる。
【００７９】
（２）第２の実施の形態
第２の実施の形態による通信システムは、パケット転送ノードが通信端末から送信されたデータをパケット多重化ノードに送信するために送信帯域の割当を要求することをトリガとして、パケットの送信を許可する開始時刻及び時間幅の組を含む送信タイミングを、パケット伝送ネットワーク内で共通した時刻を基準として回線ごとに設定して各パケット伝送ノードに登録し、特に、パケット受信側のパケット伝送ノードが、パケット送信から受信までの伝送遅延を考慮して送信開始時刻を補正した送信タイミングをパケット伝送ノードに通知し、パケット送信側のパケット伝送ノードは、当該補正後の送信タイミングに基づいてパケットを送信することを特徴としている。
【００８０】
（２−１）第２の実施の形態による通信システムの構成
図１１は、第２の実施の形態による通信システムの構成を示す概念図である。通信システム２は、図１に示した第１の実施の形態による通信システム１と同様の構成によってパケット伝送ネットワークを形成する。通信システム２は、パケット多重化ノード２１、パケット転送ノード２２（２２Ａ〜２２Ｃ）、通信端末１３（１３Ａ〜１３Ｃ）、パス管理システム２４、及び、時刻同期サーバ１５を備える。
【００８１】
パケット多重化ノード２１は、図２及び図３に示したパケット多重化ノード１１と同様の構成を有し、パケット転送ノード２２は、図６及び図７に示したパケット転送ノード１２と同様の構成を有する。パケット多重化ノード２１及びパケット転送ノード２２は、時刻同期サーバ１５から配信される時刻同期信号に基づいて、自身の時刻を時刻同期サーバ１５が保持する時刻に同期している。
【００８２】
パス管理システム２４は、図１に示したパス管理システム１４と同様の構成を備える。パス管理システム２４は、ネットワーク内の各ノードまでのパス情報及び帯域割当ポリシー等を管理する。帯域割当ポリシーは、帯域の割当基準を示すものであり、例えば、割当時の全帯域幅、各回線の規格、及び各パケット伝送ノードの伝送能力等に基づいて帯域の割当を算出可能にしている。なお、パス管理システム２４は、パケット多重化ノード２１にパス情報は送信するが、パス管理システム１４のように帯域を設定する帯域設定情報は送信しない。
【００８３】
第２の実施の形態では、パケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃが、それぞれが接続する通信端末１３からデータを受信すると、パケット多重化ノード２１にパケットを送信するために送信帯域の割当（送信帯域割当）を要求する。パケット多重化ノード２１は、パス管理システム２４から送信されて予め設定されている帯域割当ポリシーに従って、パケットの送信間隔及び割当時間幅を算出する。また、パケット多重化ノード２１は、各パケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃから送信されるパケットの到着タイミングが重ならないような送信開始タイミングを算出し、送信帯域割当の要求元との間の伝送遅延時間を考慮して補正を行った送信開始タイミングを送信基準時刻として算出する。パケット多重化ノード２１は、回線ごとに算出した送信タイミング（送信間隔、割当時間幅、及び送信基準時刻）を、パケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃにそれぞれ通知し、パケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃは、通知された送信タイミングに従ってパケットの送信を行う。このようにしてパケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃから送信されたパケットは、それぞれ異なる到着時刻にパケット多重化ノード２１に到着し、パケット多重化ノード２１で多重化されてパケット転送もう１６に転送される。
【００８４】
（２−２）第２の実施の形態における送信帯域割当の処理及びパケット送信完了後の処理
図１２は、図１１に示す通信システムにおいて、帯域設定割当が要求されてから送信タイミングの登録が完了するまでの送信帯域割当の処理手順を示すシーケンス図であり、図１３は、図１２で登録された送信タイミングによるパケット送信が完了した後の処理手順を示すシーケンス図である。
【００８５】
なお、図９の各ステップでは、パケット多重化ノード１１及びパケット転送ノード１２の詳細な構成要素（図２，図３及び図６，図７参照）を処理主体として説明したが、図１２及び図１３では、簡略のために、パケット多重化ノード２１及びパケット転送ノード２２の詳細な処理主体の記述を省略する。
【００８６】
まず、図１２を参照して、送信帯域割当の処理について説明する。ステップＳ２０１では、パケット転送ノード２２が通信端末１３からデータを受信し、パケットの送信が必要となる（ステップＳ２０１）。このとき、パケット転送ノード２２は、パケット多重化ノード２１にパケットを送信するために送信帯域の割当（送信帯域割当）を要求する（ステップＳ２０２）。パケット転送ノード２２は、送信帯域割当の要求送信時に、送信時刻「Ｔａ」を合わせて送信する。
【００８７】
図１４は、送信帯域割当要求を含むＭＡＣフレームのフレームフォーマットである。ＭＡＣフレーム３２は、ＭＡＣヘッダ３２１、データ３２２、及ぶＦＣＳ３２３から構成される。データ３２２には、送信帯域割当要求を構成するデータが記載される。送信帯域割当要求の具体的なデータ構成は、例えば、メッセージ種別３２２１、パケット転送ノードＩＤ３２２２、送信データ量３２２３、及びタイムスタンプ３２２４からなる。メッセージ種別３２２１は、データ３２２が送信帯域割当要求であることを示すメッセージの種別値であり、パケット転送ノードＩＤ３２２２は、当該パケットの送信元のパケット転送ノード２２を特定するＩＤである。送信データ量３２２３は、送信を要求するパケットのデータ量である。タイムスタンプ３２２４は、当該パケットの送信時刻を示すタイムスタンプが記載される。タイムスタンプ３２２４に示す時刻は、時刻同期サーバ１５から配信される時刻情報に基づいて各パケット伝送ノードで同期した時刻が使用される。
【００８８】
パケット多重化ノード２１は、送信帯域割当の要求を受信すると（ステップＳ２０３）、送信帯域割当の要求の受信時刻「Ｔｂ」から送信時刻「Ｔａ」を引いて伝送遅延時間「Ｔｂ−Ｔａ」を算出する（ステップＳ２０４）。
【００８９】
次に、そして、パケット多重化ノード２１は、パス管理システム２４から送信されて予め設定されている帯域割当ポリシーに従って、パケットの送信間隔及び割当時間幅を算出する（ステップＳ２０５）。また、パケット多重化ノード２１は、送信タイミングテーブルに登録されている送信タイミングを参照し（ステップＳ２０６）、各パケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃから送信されるパケットの到着タイミングが重ならないような送信基準時刻「Ｔｃ」を算出する（ステップＳ２０７）。そして、パケット多重化ノード２１は、算出した送信タイミング（送信間隔、割当時間幅、及び送信基準時刻）を送信タイミングテーブルに登録する（ステップＳ２０８）。
【００９０】
図１５は、第２の実施の形態におけるパケット多重化ノード用の送信タイミングテーブルのデータ例である。図１５の送信タイミングテーブル２１２４は、パケット転送ノードＩＤ欄２１２４Ａ、送信基準時刻欄２１２４Ｂ、送信間隔欄２１２４Ｃ、割当時間幅欄２１２４Ｄ、及び伝送遅延時間欄２１２４Ｅを有する。送信タイミングテーブル２１２４は、伝送遅延時間欄２１２４Ｅ以外は、図５に示した送信タイミングテーブル１１２４と同様の項目を有する。伝送遅延時間欄２１２４Ｅには、パケット多重化ノード２１とパケット転送ノード２２との間の伝送遅延時間ｄｘが記載される。伝送遅延時間ｄｘは、図１２のステップＳ２０４で算出される伝送遅延時間「Ｔｂ−Ｔａ」に相当する。
【００９１】
次に、パケット多重化ノード２１は、ステップＳ２０８で登録した送信タイミングについて、送信基準時刻からステップＳ２０４で算出した伝送遅延時間を引く補正を行って、補正後の送信基準時刻「Ｔｃ−（Ｔｂ−Ｔａ）」を算出する（ステップＳ２０９）。パケット多重化ノード２１は、パケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃとの間の回線ごとに、補正後の送信タイミング通知（送信間隔、割当時間幅、及び補正後の送信基準時刻）を決定し、当該送信タイミング通知を含む制御パケット（送信タイミング制御パケット）を各回線に対応するパケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃに送信する（ステップＳ２１０）。
【００９２】
図１６は、第２の実施の形態における送信タイミング通知を含むＭＡＣフレームのフレームフォーマットである。ＭＡＣフレーム３３は、ＭＡＣヘッダ３３１、データ３３２、及びＦＣＳ３３３から構成される。データ３３２には、送信タイミング通知を構成するデータが記載される。送信タイミング通知の具体的なデータ構成は、例えば、メッセージ種別３３２１、パケット転送ノードＩＤ３３２２、送信基準時刻３３２３、送信間隔３３２４、及び割当時間幅３３２５からなる。メッセージ種別３３２１及びパケット転送ノードＩＤ３３２２は、図１４に示した送信タイミング割当要求のメッセージ種別３２２１及びパケット転送ノードＩＤ３２２２と同じ値である。送信基準時刻３３２３は、図１２のステップＳ２０９で算出される補正後の送信基準時刻である。送信間隔３３２４及び割当時間幅３３２５は、図１２のステップＳ２０５で算出される送信間隔及び割当時間幅である。
【００９３】
パケット転送ノード２２は、送信タイミング制御パケットを受信すると（ステップＳ２１１）、当該送信タイミング制御パケットに含まれる補正後の送信タイミングを送信タイミングテーブルに登録する（ステップＳ２１２）。パケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃでは、それぞれが受信した送信タイミング制御パケットに基づいて、送信タイミングテーブルに補正後の送信タイミングが登録され、送信帯域割当が完了する。
【００９４】
図１７は、第２の実施の形態におけるパケット転送ノード用の送信タイミングテーブルのデータ例である。図１７の送信タイミングテーブル２２４４は、送信基準時刻２２４４Ａ、送信間隔２２４４Ｂ、及び割当時間幅２２４４Ｃを有する。送信基準時刻２２４４Ａ、送信間隔２２４４Ｂ、及び割当時間幅２２４４Ｃには、図１６に示した送信タイミング通知の送信基準時刻３３２３、送信間隔３３２４、及び割当時間幅３３２５が記載される。
【００９５】
その後、パケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃは、それぞれの送信タイミングテーブルに登録された補正後の送信タイミングに従って、パケットをパケット多重化ノード２１に送信する。このようにしてパケット転送ノード２２Ａ〜２２Ｃから送信されたパケットは、それぞれ異なる到着時刻にパケット多重化ノード２１に分散して到着し、パケット多重化ノード２１で多重化されてパケット転送もう１６に転送される。
【００９６】
次に、図１３を参照して、パケット送信完了後の処理について説明する。図１３の開始時には、パケット転送ノード２２が、パケット多重化ノード２１に全てのパケットを送信し終わっているとする。
【００９７】
このとき、パケット転送ノード２２は、パケット多重化ノード２１に送信するパケットがなくなっていることを認識し（ステップＳ３０１）、図１２で登録した送信タイミングを開放することを通知する送信タイミング開放通知を生成し、パケット多重化ノード２１に送信する（ステップＳ３０２）。その後、パケット転送ノード２２は、送信タイミングテーブルから、図１２のステップＳ２１２で登録した送信タイミングテーブルを削除する（ステップＳ３０３）。
【００９８】
一方、パケット多重化ノード２１は、パケット転送ノード２２から送信タイミング開放通知を受信すると（ステップＳ３０４）、図１２のステップＳ２０８で登録した送信タイミングテーブルを削除する（ステップＳ３０５）。
【００９９】
このようにパケット転送ノード２２からパケット多重化ノード２１にパケット送信が完了したときに送信タイミングテーブルに登録されていた送信タイミングを削除することによって、設定されたタイムスロット区間を確保するためのリソースが開放されるので、開放されたリソースを他のパケット送信時の帯域設定割当に利用することができるようになる。
【０１００】
（２−３）第２の実施の形態の効果
上述のような第２の実施の形態によれば、通信端末１３からのデータ送信を受信したパケット転送ノード２２が送信帯域割当の要求を行うことによって、パケット多重化ノード２１で伝送遅延時間を考慮した送信タイミングが算出され、パケット転送ノード２２は、当該送信タイミングに従ってパケットを送信することにより、当該パケットのパケット多重化ノード２１への到着時刻が重ならないように分散させることができる。その結果、通信システム２は、通信端末１３からのデータ送信量の急激な増加及び集中が発生した場合でも、バースト的なトラヒックに対応して帯域割当を調整することができ、ネットワークが輻輳に近い状況であってもパケットを低遅延で確実に伝送することができる。
【０１０１】
第２の実施の形態による通信システム２は、特に、図１２における送信帯域割当要求と送信タイミング通知とを、例えばミリ秒単位の短い周期で頻繁に行うことによって、バースト的なトラヒックにより対応した帯域割当を実現することができる。なお、第２の実施の形態は、第１の実施の形態の通信システム１で好適とした固定帯域のコネクションにおける通信に使用することもできる。
【０１０２】
（３）他の実施の形態
なお、上述の第１及び第２の実施の形態においては、パケット多重化ノード１１，２１が送信タイミングの算出を行った場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば通信端末１３が送信タイミングの算出を行うように構成されてもよい。但し、このような場合には、通信端末１３に、時刻同期サーバ１５からパケット転送ノード１２，２２と同期した時刻が配信され、パス管理システム１４，２４から回線ごとのパス情報、及び必要に応じて帯域設定情報が通知されることが必要となる。このとき、通信端末１３が送信タイミングを算出してパケット転送ノード１２，２２に通知することになるので、パケット多重化ノード１１，２１における処理負担が軽減され、より高速な帯域設定の実現が期待できる。
【０１０３】
また、上述の第１又は第２の実施の形態による通信システム１，２において、パケット転送ノード１２，２２は、回線を介してパケットを送信する第１のパケット伝送ノードに相当し、パケット多重化ノード１１，２１は、第１のパケット伝送ノードから送信された前記パケットを受信する第２のパケット伝送ノードに相当する。第２のパケット伝送ノードであるパケット多重化ノード１１，２１は、パス管理システム１４，２４で管理される回線ごとの帯域設定の範囲内で、第１のパケット伝送ノード（パケット転送ノード１２，２２）によるパケットの送信タイミングを、他の第１のパケット伝送ノードから送信されるパケットの到着時間に重ならないように、パケットの伝送時に発生する伝送遅延時間を考慮せずに算出する。また、第１のパケット伝送ノードであるパケット転送ノード１２，２２は、補正後の送信タイミングに従って、第２のパケット伝送ノードであるパケット多重化ノード１１，２１にパケットを送信する。
【符号の説明】
【０１０４】
１，２  通信システム
１１，２１  パケット多重化ノード
１２（１２Ａ〜１２Ｃ），２２（２２Ａ〜２２Ｃ）  パケット転送ノード
１３（１３Ａ〜１３Ｃ）  通信端末
１４，２４  パス管理システム
１５    時刻同期サーバ
１６    パケット転送網
１１１（１１１Ａ〜１１１Ｎ）  パケット転送ノードインタフェース
１１２  制御パケット処理部
１１３  多重部
１１４  分離部
１１５，１１６，１２２，１２３  バッファ
１１７  パケット転送網インタフェース
１１８，１２７  制御部
１１９，１２５  時刻同期部
１２１  通信端末インタフェース
１２４  送信制御部
１２６  パケット多重化ノードインタフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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