(57)【要約】【課題】  ＩＰネットワークを介して良好な音声品質で通話し緊急通信をするエッジスイッチを提供する。【解決手段】  エッジスイッチは、トークンバケット（２３３）に流入する単位時間当たりのトークン量をＩＰネットワークの輻輳状態に応じて変化させるトークンバケット制御部（２３４）を備え、パケットバッファからＩＰネットワークへの出力量をトークンバケット内のトークン量に応じて制御して回線識別子毎にパケット通信ネットワークへのパケットの出力レート調整を行い、パケット解析部（２３９）は、受信したパケットの送信元アドレスがあらかじめ登録された緊急通信先であるかどうかを判定する手段を備えており、緊急通信先からの発呼があった場合、トークンバケット制御部は、緊急通信先以外で輻輳している宛先アドレスのトークンバケットのトークン流入量を更に減少させる手段を備え、それにより緊急優先通信の品質を保持する。【選択図】      図２
2006279784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのルータによって構成されるパケット通信ネットワークのエッジ部分に位置し、少なくとも一つの端末に物理回線を介して接続されたエッジスイッチであって、前記エッジスイッチは、前記端末から出力される出力パケットに前記物理回線毎に１つづつ、他の物理回線と同一若しくは異なる回線識別子を付加して前記出力パケットを前記パケット通信ネットワーク上に転送する機能と、前記パケット通信ネットワークからの入力パケットの受信時に、前記回線識別子と宛先アドレスにより特定される物理回線上に接続された端末を選択し、該回線識別子を削除して前記入力パケットを該選択された端末に転送する機能とを有するレイヤスイッチを備え、前記エッジスイッチは更に、
前記回線識別子毎に前記レイヤスイッチから出力される前記出力パケットをバッファリングするパケットバッファと、
トークンを収容するトークンバケットと、
前記トークンバケットに流入される単位時間当たりのトークン量を前記パケット通信ネットワークの輻輳状態に応じて変化させるトークンバケット制御部とを備え、
前記パケットバッファに格納されている前記出力パケットの前記パケット通信ネットワークへの出力量を前記トークンバケットに収容されているトークン量に応じて制御し、それにより前記回線識別子毎に前記パケット通信ネットワークへのパケットの出力レート調整を行う事を特徴とするエッジスイッチ。
【請求項２】
前記回線識別子毎に設けられた前記出力パケットバッファとトークンバケットは、更に宛先アドレス毎に個別に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエッジスイッチ。
【請求項３】
受信したパケットの送信元アドレスがあらかじめ登録された緊急通信先であるかどうかを判定する手段を備えており、緊急通信先からの発呼があった場合、前記トークンバケット制御部は、緊急通信先以外で輻輳している宛先アドレスのトークンバケットのトークン流入量を更に減少させる手段を備え、それにより緊急優先通信の品質を保持することを特徴とする請求項１に記載のエッジスイッチ。
【請求項４】
受信したパケットの送信元アドレスがあらかじめ登録された緊急通信先であるかどうかを判定する手段を備えており、緊急通信先からの発呼があった場合、受信中のパケットから現在通信中の全宛先アドレスを検出し、緊急通信以外の全宛先アドレスに対するトークンバケットのトークン流入量を減少させるよう前記トークンバケット制御部に指示をする手段を備え、前記トークンバケット制御部は該指示を受けて緊急通信以外の全宛先アドレスに対するトークンバケットのトークン流入量を減少させる手段を備え、それにより緊急通信の品質を保持することを特徴とする、請求項２に記載のエッジスイッチ。
【請求項５】
現在通信中の全宛先アドレスに対してトレースルートを送信し、緊急通信と重複するルートのあった宛先アドレスに対して送信するパケットのみ、前記トークンバケットのトークン流入量を減少させることで、レート制御の範囲を最小限に抑えつつ、緊急通信の品質を保持することを特徴とする、請求項１に記載のエッジスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエッジスイッチに関し、より詳細にはＩＰネットワーク等のコネクションレスパケット通信ネットワークにおける輻輳を回避して常に安定した良好な音声品質を維持可能にした音声品質保証型エッジスイッチに関する。以下の説明ではコネクションレスパケット通信ネットワークをＩＰネットワークで代表して記載する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＰネットワークの爆発的普及により、従来型の高価な交換機を用いた音声系主体のネットワークから、安価なルータを使用した、データ系を中心にしてそこに音声を付随させるＩＰネットワークの型へと移行が進んでいる。
【０００３】
図１は本発明の背景となるＩＰネットワークの構成を示す図である。同図において、１１はＩＰネットワーク、１２１〜１２４はエッジスイッチ、１３１〜１３４はVOIP端末、１４１〜１４３はTV電話端末である。VOIP端末やTV電話端末に替えてパーソナルコンピュータにIP電話機能を持たせたものを接続してもよい。
【０００４】
ＩＰネットワークは音声、動画、データ等多種多様なメディアを安価に転送させることが可能であるというメリットがある反面、コネクションレス型転送であるため、音声通信では、固定電話並の高い音声品質を常に維持することが難しい。
サービスによっては、データ転送を主体として、音声転送を付加価値的サービスとして位置付けた場合もあり、この場合は特に高い音声品質は必要無いが、既存公衆網に取って代わるような音声転送を主体とするサービスをおこなう場合、総務省クラスＡ基準に代表されるように、固定電話並の高品質な音声通信を確保する必要がある。
そのような場合、従来はネットワーク構築段階からネットワークでのパケット遅延、パケットロス、パケットジッタ等の輻輳情報をルータの設置箇所や設置段数に応じて机上計算し、最終的には各拠点でのユーザ間の音声品質をＩＴＵ−Ｔ  Ｐ．８６１で勧告化されているＰＳＱＭ (Perceptual Speech Quality Measure) 等を用いて客観的に測定することで音声品質を保証していた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０４２７８号公報
【特許文献２】特開２００２−２８１０７８号公報
【特許文献３】特開２００４−７２２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、コネクションレス転送の形態をとるＩＰネットワークでは、従来型の回線帯域を保証した公衆網と異なり、突発的な輻輳や、局地的、大規模な輻輳時、慢性的な輻輳時にはパケットロス、ジッタ、遅延が発生し、音声品質を極端に低下させる原因となる。
【０００７】
また、公衆網では優先的に保証されなければならない緊急通信、重要通信でも、コネクションレス転送の形態をとるＩＰ網では、音声品質の極端な劣化により運用に支障をきたし、安定した社会生活の妨げになる可能性がある。
【０００８】
これらの対策として、ネットワーク自体をより大容量にして高速広帯域化させて輻輳の発生を回避させる解決策もあるが、いかなる事態でも輻輳を発生させることなく、また安定した品質を保証したネットワークをＩＰネットワークで構成するのは現実的でなく、また、安価で手軽なＩＰネットワークを使用して音声通信主体のサービスを行なう利点が損なわれてしまう。
【０００９】
更に、端末側に輻輳を回避する手段を具備する方式もあるが、全ての端末にこの機能を具備させることはユーザの端末選択に制約を与えることになりサービス上好ましくなく、また、端末間で機能の動作性能を保証しなくてはならず、一般的ではない。
【００１０】
したがって、本発明の第１の目的は、複数のルータで構成されるコネクションレス型のパケット通信ネットワークのエッジ部分に位置するエッジスイッチであって、ネットワークの輻輳時、ネットワークへ転送するパケット量を制限することにより、ネットワークの輻輳を回避することにある。
また、本発明の第２の目的は、複数のルータで構成されるコネクションレス型のパケット通信ネットワークのエッジ部分に位置する複数のエッジスイッチで構成されるパケット通信ネットワークにおけるエッジスイッチであって、エッジスイッチに接続された端末が相手先端末と通話を行う際、端末側では特別な制御及び機能を必要としないで、エッジスイッチの配下に接続されるだけで、コネクションレスなパケット通信ネットワークといえども安定した良好な音声品質を維持して通話を可能とするエッジスイッチを提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第３の目的は、コネクションレス型のパケット通信ネットワークが輻輳しても、緊急通信及び重要通信を良好な音声品質を維持しながら実現するエッジスイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の第１の目的を達成するために、本発明の第１の態様により提供されるものは、少なくとも一つのルータによって構成されるコネクションレス型のパケット通信ネットワークのエッジ部分に位置し、少なくとも一つの端末に物理回線を介して接続されたエッジスイッチである。そのエッジスイッチは、端末から出力される出力パケットに物理回線毎に１つづつ、他の物理回線と同一若しくは異なる回線識別子を付加して出力パケットをパケット通信ネットワーク上に転送する機能と、パケット通信ネットワークからの入力パケットの受信時に、回線識別子と宛先アドレスにより特定される物理回線上に接続された端末を選択し、該回線識別子を削除して入力パケットを該選択された端末に転送する機能とを有するレイヤスイッチを備えている。そのエッジスイッチは更に、回線識別子毎にレイヤスイッチから出力される出力パケットをバッファリングするパケットバッファと、トークンを収容するトークンバケットと、トークンバケットに流入される単位時間当たりのトークン量をパケット通信ネットワークの輻輳状態に応じて変化させるトークンバケット制御部とを備えている。これにより、パケットバッファに格納されている出力パケットのパケット通信ネットワークへの出力量をトークンバケットに収容されているトークン量に応じて制御し、それにより回線識別子毎にパケット通信ネットワークへのパケットの出力レート調整を行う。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、エッジスイッチは、パケットバッファ、トークンバケットを宛先アドレス毎に保持し、輻輳過程の宛先アドレスのみのトークン流入量をピンポイントで減少させることでレート制御の範囲を最小限に抑えつつ、総体的に安定した通信品質を維持する。
【００１４】
本発明の第３の態様によれば、エッジスイッチは、更に、緊急通信の通話が発生した場合、緊急通信以外の輻輳している宛先アドレスのトークン流入量を更に減少させることで緊急通信の品質を保持する。
【００１５】
本発明の第４の態様によれば、エッジスイッチは、該当の通信が緊急通信であった場合、緊急通信以外の通信中の全宛先アドレスのトークン流入量を減少させることで、緊急通信の音声品質を確実に安定化させる。
【００１６】
本発明の第５の態様によれば、エッジスイッチは、通信中の全宛先アドレスに対してトレースルートを行い、緊急通信と重複するルートのあった宛先アドレスに対してのみトークン流入量を減少させることで、レート制御の範囲を最小限に抑えつつ、緊急通信の音声品質を確実に安定化させる。
【発明の効果】
【００１７】
上記のようにエッジスイッチを構成することにより、ネットワークの輻輳時、ネットワークに転送されるパケット量を制限することによって、ネットワークの輻輳を回避できる。また、端末に特別な機能を実装しなくても、ＩＰネットワークを利用した高品質の音声・動画通話が可能であり、また、更に、いかなる時においても緊急通信の音声品質を保証した、公衆回線網と同等のサービスをＩＰネットワーク上で行なうことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態によるエッジスイッチ、より特定的には音声品質保証型エッジスイッチの構成を示すブロック図である。同図において、音声品質保証型エッジスイッチ１２６は、内部の各要素を制御するＣＰＵ２３１と、物理回線２２１〜２２Ｎを集線するレイヤスイッチ２３２と、トークンバケット２３３と、トークンバケット２３３に流入する単位時間当たりのトークン量を制御するトークンバケット制御部２３４と、端末２１からのパケットを蓄積するパケットバッファ２３５と、統計情報メモリ２３６と、ＩＰネットワークの輻輳状態を類推する統計情報部２３７と、トレースルート解析部２３８と、パケット解析部２３９と、バッファ制御部２４０と、トレースルート送出部２４１と、ＩＣＭＰ送出部２４２と、マルチプレクサ２４３とを備えている。
【００１９】
音声品質保証型エッジスイッチ１２６は、ルータ網で構成されるＩＰネットワーク１１のエッジ部分に位置し、複数の物理回線２２１〜２２Ｎを収容し、物理回線毎に回線識別子（ＶＷＡＮ  ＩＤ）が割り振られている。このＶＷＡＮ  ＩＤは他の物理回線と異なっていても同一であってもよい。更に各物理回線内には複数のＶＯＩＰ端末やＴＶ電話端末やＩＰ電話機能を持つパーソナルコンピュータ等の端末２１１、２１２、２１３…２１Ｘ，２１Ｙ，２１Ｚ…が接続されている。
【００２０】
即ち、同じ物理回線内に接続された端末同士は、ＩＰアドレスは異なるが、ＶＷＡＮ  ＩＤ（回線識別子、以下、ＶＷＡＮ  ＩＤと称する））は同一となる。ここで、ＶＷＡＮ  ＩＤの制約上、同一のＶＷＡＮ  ＩＤ同士では通信が可能だが、異なるＶＷＡＮ  ＩＤ同士では通信はできない。つまり、同一装置内または、他の装置で同一のＶＷＡＮ  ＩＤが付与された物理回線に接続された端末同士は通信可能だが、異なるＶＷＡＮ  ＩＤが付与された端末同士では通信できないことになる。
【００２１】
各端末からはイーサネット（登録商標）（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））２．０、若しくは、ＩＥＥＥ８０２．３規格で定義されたパケット形式で送受される。プロトコルスタックとしては、ＭＡＣ／ＩＰ／ＵＤＰ／ＲＴＰ／データとなる。データ部分には、ＶＯＩＰ端末であればＧ．７１１やＧ．７２９，Ｇ．７２３等のＣＯＤＥＣで圧縮された音声が格納され、ＴＶ電話端末であれば、ＭＰＥＧ４やＡＡＣ等の動画データが格納される。
【００２２】
また、これらの音声、動画データとは別に、音声／動画の受信端末側から送信端末側に対してパケットの受信状態を通知する目的で、定期的にＲＴＣＰパケットが転送される。
【００２３】
図３はＲＴＣパケットフォーマットを示す図である。図３に示すように。ＲＴＣＰパケットは、バージョンとパディングＰと、ＲＴＣＰパケットのヘッダ長と、ＲＴＰヘッダのシーケンス番号とタイムスタンプとから算出されたパケットロス率とジッタとが含まれている。ＲＴＣＰパケットを受信した送信端末に接続された音声品質保証型エッジスイッチ内のパケット解析部２３９は本情報を解析することにより、ネットワークの輻輳状態を類推することが可能である。
【００２４】
図２に戻り、音声品質保証型エッジスイッチ１２６は、端末２１とは複数の物理回線２２１〜２２２Ｎにより接続されているのに対して、ＩＰネットワーク１１とは一本の出力ポート２５のみで接続されている。
【実施例１】
【００２５】
次に図２に示した音声品質保証型エッジスイッチ１２６の実施例１による動作の概略を説明する。ＩＰネットワーク１１へ出力されるパケットは、ＶＷＡＮ  ＩＤ毎にパケットバッファ２３５に蓄積され、トークンバケット２３３に流入するトークン量に対応するレートで出力される。
【００２６】
例えば、ＶＷＡＮ  ＩＤ＝１の側の出力レートが５Ｋｂｐｓであった場合、１ｍｓ当たり５バイトのトークンがトークンバケット２３３に蓄積される。ＶＷＡＮ  ＩＤ＝１のパケットバッファ２３５にパケットが無い時は、トークンのみ定期的にトークンバケットに蓄積されていくがパケットバッファ２３５にパケットがある時は、トークンバケット２３３に蓄積されたトークン量に相当するパケットが出力される。
【００２７】
ここで、パケットバッファ２３５はＶＷＡＮ  ＩＤ毎に個別に保持され、トークンバケット２３３もＶＷＡＮ  ＩＤ毎に個別に設けられているので、各トークンバケットのトークンの値を物理回線毎に個別に設定可能とすることにより、ＶＷＡＮ  ＩＤ毎に出力レートの調整が可能となる。
【００２８】
尚、音声品質保証型エッジスイッチ１２６のパケット転送メカニズムは以下の通りとなる。
音声品質保証型エッジスイッチ１２６が、物理回線２２１〜２２Ｎのいずれかに接続された端末のいずれかからイーサネット（登録商標）（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））パケットを受信すると、音声品質保証型エッジスイッチ１２６の入力ポートでそのＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）パケットに該当物理回線に割り当てられたＶＷＡＮ  ＩＤが付与される。その後そのパケットはレイヤ２スイッチ２３２に転送され、レイヤ２スイッチ２３２はＶＷＡＮ  ＩＤと送信先ＭＡＣ(Media Access Control address)アドレス（ＭＡＣ  ＤＡ、即ち宛先アドレス）とに基づいて出力ポートを選択する。
【００２９】
出力ポートがこの音声品質保証型エッジスイッチ１２６の端末側にある場合は、付与したＶＷＡＮ  ＩＤを取り外して、その端末の側の物理回線に転送する。また、出力ポートがＩＰネットワーク１１側にある場合は、ＶＷＡＮ  ＩＤを付与したままＩＰネットワーク１１に転送する。
【００３０】
音声品質保証型エッジスイッチ１２６がＩＰネットワーク１１からパケットを受信時は、受信パケットのＶＷＡＮ  ＩＤとＭＡＣ  ＤＡに基づいて出力ポートを選択する。この場合、出力ポートは物理回線２２１〜２２Ｎのいずれかとなるので、ＶＷＡＮ  ＩＤを取り外して該当物理回線ポートにその受信パケットを転送する。
【００３１】
図４は本発明の実施例１において受信パケットがＲＴＣＰパケットの場合の音声品質保証型エッジスイッチ１２６の動作を説明するフローチャートである。同図において、ステップS４１にて受信したパケットがＩＰネットワーク１１側からのものかを判定し、物理回線側から受信したパケットについては、何も処理を行なわないで、そのままスルーでＩＰネットワーク１１側に通過させる。
【００３２】
受信したパケットがＩＰネットワーク１１からのものである場合は、ステップＳ４２にて、パケット解析部に２３９により、その受信したパケットのヘッダをチェックすることによりＲＴＣＰパケットであるかどうかを判定する。受信したパケットがＲＴＣＰパケットでなければステップＳ４１に戻り次のパケットの受信を待機する。
【００３３】
受信したパケットがＲＴＣＰパケットであれば、ステップＳ４３に進み、統計情報部２３７により、ペイロード内に含まれる、パケットロス率とジッタ情報を取得し、該当ＶＷＡＮ  ＩＤ毎に管理する。尚、ＲＴＣＰパケットは端末同士の通話が確立している間しか転送されないため、一定時間以上、到着が無いＶＷＡＮ  ＩＤの情報については削除する。
【００３４】
エッジスイッチによるＲＴＣＰパケット受信後の輻輳制御メカニズムは次のように行なう。
まず、あるエッジスイッチ１と別のエッジスイッチ２にそれぞれ収容されたＶＯＩＰ端末加入者Ａ，Ｂがあるとする。ここで、Ａ，ＢのＶＷＡＮ  ＩＤ＝Ｊは同一である。加入者Ａは加入者Ｂに対して、Ｈ．３２３等で発呼し、加入者Ａ，Ｂ間での呼が確立、通話が開始される。この時、Ａ，Ｂ間ではＧ．７１１にエンコードされた音声がＲＴＰパケットの形で送受される。また、受信パケットのパケットロス率、ジッタを情報として含んだＲＴＣＰパケットも一定間隔で送受される。
【００３５】
エッジスイッチ１は端末Ｂから受信したＲＴＣＰパケットをＲＴＣＰパケット解析部で解析し、ＶＷＡＮ  ＩＤ＝Ｊの輻輳情報として、パケットロス率、ジッタを保持する。前述したように、この情報は、端末ＡからＢに対する側のＲＴＰパケットの輻輳情報である。
ここで、ＲＴＣＰパケットからもたらされた輻輳情報はパケットロス率とジッタの２値であるため、論理を単純化するために、ステップＳ４４に示すように多変量解析等を用いて、あらかじめ定義された重み係数が含まれた線形方程式に代入され、１値に指標化する。
【００３６】
順次ＲＴＣＰパケット受信後も同様の処理を行い、ステップＳ４５にて、ＶＷＡＮ  ＩＤ毎に指標化値が前回受信時の指標化値以上の時は、その指標化値を上書きして統計情報部２３７内の輻輳情報メモリに輻輳値として格納し、未満の時は保持した値を輻輳値としてそのまま維持する。
【００３７】
次いでステップＳ４６にて、輻輳値があらかじめ決められた閾値α以上となったかどうかを判定し、閾値α以上となった場合は。ステップＳ４７にて、端末ＡからＢへのパケット送出ルート中で輻輳が発生しつつあると判断し、統計情報部２３７はトークンバケット制御部２３４に対してその旨を通知する。
【００３８】
次いでステップＳ４８にて、トークンバケット制御部２３４は該当ＶＷＡＮ  ＩＤ＝Ｊの単位時間当たりのトークン量をβだけ低下させ、それによりパケットバッファ２３５からのパケットの出力レートを低下させる。
【００３９】
図５はパケットの出力レートを元に回復させる時の音声品質保証型エッジスイッチ１２６の動作を説明するフローチャートである。同図において、ステップＳ５１にて一定時間Ｔが経過したかを判定し、経過した場合は、ステップＳ５２にて現状の輻輳値が閾値αより、定義された値γ以上低下したかを判定する。定義された値γ以上低下したと判定された場合は、ステップＳ５３にて輻輳が回避されたとして、その旨を統計情報部２３７はトークンバケット制御部２３４に対してトークン量を元に戻すよう指示し、ステップＳ５４にてトークンバケット制御部２３４は該当ＶＷＡＮ  ＩＤのトークンバケット２３３へのトークン流入量を元に戻すことによりパケットバッファ２３５からのパケットの出力レートを元の値に戻す。
【００４０】
一定時間Ｔ後においても、ステップＳ５２の判定で輻輳値の低下分がγ未満、若しくは逆に上昇していた場合は、ステップＳ５５に進み、依然として輻輳が継続しているか悪化したと判断して、パケット解析部２３９はトークンバケット制御部２３４に対してトークン量を更に低下させるよう指示する。この場合、時間Ｔ×Ｘ後に輻輳値の低下がγとなった場合はトークンバケット２３３に流入する単位時間当たりのトークン量を初期値に戻す。
【００４１】
以上のように、輻輳している、若しくは輻輳過程であるルートを通るパケットの出力レートを落とすことになるが、通話している端末同士からすると、レート低下レベルは微々たるものであるため通話品質に影響を与える程ではなく、また、全体的にみると、全ての輻輳過程であるパケットレートが同時に落とされるため、総体的にパケット輻輳が回避され、一定の通信品質が得られることとなる。
【実施例２】
【００４２】
しかし、輻輳したＶＷＡＮ  ＩＤに属する端末の中には、実際には輻輳しているルートを通らない端末同士も存在することが考えられる。このような端末に対してもパケットのレートを落としていては問題の無い端末同士の通信品質を多少なりとも劣化させることになり効率的ではない。よって、図６に示すアルゴリズムを行なう。
【００４３】
図６は本発明の実施例２において受信パケットがＲＴＣＰパケットの場合の音声品質保証型エッジスイッチ１２６の動作を説明するフローチャートである。同図において、図４に示した実施例１と異なるステップは、ステップＳ６３において、統計情報部２３７は、パケットロス率、ジッタの取得以外に、受信したＲＴＣＰのＶＷＡＮ  ＩＤと共に送信元ＩＰアドレス情報（ＩＰ  ＳＡ）を取得することと、ステップＳ６５において輻輳値をＶＷＡＮ  ＩＤのＩＰアドレス毎に保持することと、ステップＳ６９において該当ＩＰ  ＤＡに対応するＲＴＣＰパケットを個別にバッファ制御部２４０によりパケットバッファ２３５に保持することである。
【００４４】
パケット解析部２３９は、ステップＳ６３にて、受信したＲＴＣＰパケットのＶＷＡＮ  ＩＤと共に送信先ＩＰアドレス情報（ＩＰ  ＳＡ）を取得する。この情報は、統計情報部２３７により、ＶＷＡＮ  ＩＤ内の送信先ＩＰアドレス情報（ＩＰ  ＤＡ）として保持される。
【００４５】
尚、ステップＳ６４における輻輳値を指標化する方法については図４のステップＳ４４と同様である。
【００４６】
また、パケットバッファ２３５はＩＰ  ＤＡ毎に個別に持つ。即ち、端末同士で呼が確立したことにより新規のＲＴＣＰパケットを受信した場合、パケット解析部２３９はバッファ制御部２４０にその旨を通知し、バッファ制御部２４０は該端末間の送信パケット用に、新たにＩＰ  ＤＡ毎に個別のパケットバッファ２３５を割り当てる。
【００４７】
ＩＰネットワーク側に送出されるパケットは、該新たに割り当てられた個別のパケットバッファ２３５にそのパケットを蓄積後、送出される。
【００４８】
本アルゴリズムによる統計情報部でのパケット輻輳判断はＩＰ  ＤＡ毎に行なわれる。つまり、同一ＶＷＡＮ  ＩＤ内であっても輻輳と判断されないＩＰ  ＤＡに対しては、トークンバケット制御部２３４への輻輳通知は行なわれない。これにより、ＩＰネットワーク上の輻輳中ルートを通過するパケットに対して、ピンポイントでレート低下を指示でき、問題無いルートに対してはレート制御を行なわないことから、より効率的にネットワークの輻輳を回避することが可能である。
【実施例３】
【００４９】
次に緊急通信の場合を説明する。一般に、社会生活では、緊急通信は警察、消防に代表されるように社会生活基盤上、重要不可欠な機能であり、また、企業や政府においても、要人間のホットラインや重要秘匿通信等、重要な位置付けにあり、これらの通信品質が劣化することにより通話が困難となった場合は、人的・経済的、物的被害を被る可能性がある。
【００５０】
よって、コネクションレスネットワークのＩＰ網といえども、これらの通信に対しては安定した品質が確保可能なようにしなければならない。
図７は本発明の実施例３による音声品質保証型エッジスイッチ１２６の緊急通信時の動作を説明するフローチャートである。同図において、ステップＳ７１〜ステップＳ７３までは図６のステップＳ６１〜ステップＳ６３までと同じなのでここでは説明を省略する。
【００５１】
ステップＳ７４にて、パケット解析部２３９は受信したＲＴＣＰパケットの送信元アドレス（ＩＰ  ＳＡ）があらかじめ登録された緊急通信先であるどうかを判断する。あらかじめ登録された緊急通信先であると判断されると、ステップＳ７５にてそのＩＰ  ＳＡに対応する輻輳メモリ（パケットバッファ２３５）内の輻輳情報に対して、緊急通信先である旨を表すフラグを明記する。ステップＳ７４にて送信元アドレス（ＩＰ  ＳＡ）があらかじめ登録された緊急通信先ではないと判断されると、ステップＳ７５にて図６のステップＳ６４以降と同じ処理を行う。
【００５２】
ステップＳ７６に次いで、ステップＳ７７では、統計情報部２３７により、この緊急通信先ＩＰ  ＤＡに輻輳が発生するかどうかを判断する。輻輳が発生すると判断されると、ステップＳ７８にて統計情報部２３７は輻輳中と指示されている他の宛先アドレス（ＩＰ  ＤＡ）の出力トークン値を低下させるよう、トークンバケット制御部２３４に指示する。
【００５３】
次いでステップＳ７９にて、トークンバケット制御部２３４は指示された全ての該当ＩＰ  ＤＡのトークンバケット２３３へのトークン流入量を現状より１ポイント低下させる。
【００５４】
緊急通信終了時のレートを戻す処理は次のように行う。即ち、パケット解析部２３９は緊急通信のＲＴＣＰパケット受信時にタイマ（図示省略）をカウントし、次の受信でそのタイマをクリアするが、このタイマがタイムアウトした時、緊急通信の通話が終了したと判断し、トークンバケット制御部２３４に対してパケットバッファ２３５への単位時間当たりのトークン流入量をもとに戻すよう指示する。
【００５５】
以上により、緊急通信の端末以外のレートが総体的に落とされ、緊急通信分は安定した通話帯域が確保されることにより、常に良好な音声品質が得られる。
尚、前述したように、輻輳中の回線に対してレートを更に１ポイント落としたといえども、その値は品質に影響を与えない範囲の微々たるものであるため、各回線の品質が極端に劣化することはない。
【実施例４】
【００５６】
図８は本発明の実施例４による音声品質保証型エッジスイッチ１２６の動作を説明するフローチャートである。本実施例４では、緊急通信が発生した場合は輻輳発生となる前からの押さえ込みが出来、緊急通信に対してより高品質な音声通話が可能となる。
【００５７】
図８において、ステップＳ８１からステップＳ８７までは図７のステップＳ７１からステップＳ７７までの処理と同じなのでここでは説明を省略する。
本実施例においても前述の全ての実施例におけると同様に、統計情報部２３７は、パケット解析部２３４から受信した送信元アドレル（ＩＰ  ＳＡ）情報を全て保持する。つまり、現在通話中の全ての送信先ＩＰを認識する。
【００５８】
本実施例４においては、ステップＳ８７で緊急通信ＩＰに輻輳が発生したと判断されると、ステップＳ８８にて、統計情報部２３７は、トークンバケット制御部２３４に対して緊急通信以外の全通話中ＩＰに対して、トークンバケット２３３への単位時間当たりのトークン流入量を低下させるよう指示する。
【００５９】
次いでステップＳ８９にて、トークンバケット制御部２３４は緊急通信以外の全ＩＰの出力トークン流入量を１ポイント低下させる。
これにより、緊急通信が発生時は即座に他のパケットのレートを落とすことから、公衆通信網におけるＳＶＣパス（相手選択接続パス）のような効果があり、通話直後から緊急通信に対して高い音声品質が確保可能となる。
尚、通信終了時のレートを戻す処理については前述と同様である。
【実施例５】
【００６０】
図９は本発明の実施例５による音声品質保証型エッジスイッチ１２６の動作を説明するフローチャートである。本実施例５では、緊急通信に対して、輻輳発生自体の押さえ込みを行いつつ、他の通話への影響を最小限に抑える。
【００６１】
図９において、ステップＳ９１にて、パケット解析部２３９は受信したＲＴＣＰパケットの送信元アドレス（ＩＰ  ＳＡ）があらかじめ登録された緊急通信先であるどうかを判断する。ステップＳ９１にて送信元アドレス（ＩＰ  ＳＡ）があらかじめ登録された緊急通信先ではないと判断されると、ステップＳ９２にて図６のステップＳ６４以降と同じ処理を行う。ステップＳ９１にてあらかじめ登録された緊急通信先であると判断されると、ステップＳ９３にて、パケット解析部２３９はトレースルート送出部２４１に対してその旨を通知する。トレースルート送出部２４１は統計情報部２３７から通話中の全送出先ＩＰアドレスを入手し、該送出先ＩＰアドレスに対してトレースルートを送出する。
【００６２】
次いでステップＳ９４にて、トレースルートの返送情報は、トレースルート解析部２３８で解析され、緊急通話と同一ルートを経由する宛先アドレス（ＩＰ  ＤＡ）がリストアップされる。
【００６３】
次いでステップＳ９５にて緊急通信ＩＰに輻輳が発生しているかを判断する。輻輳が発生していなければ処理を終了する。輻輳が発生していれば、ステップＳ９６にて、トレースルート解析部２３８が該ＩＰ  ＤＡを統計情報部２３７に対して通知し、統計情報部２３７は該ＩＰ  ＤＡに対してレートを落とすようにトークンバケット制御部２３４に指示する。
【００６４】
次いでステップＳ９６にて、トークンバケット制御部２３４は、該ＩＰ  ＤＡに対するトークンを１ポイント落とす。
尚、通信終了時のレート復帰方法については前実施例と同様である。
【実施例６】
【００６５】
前実施例までの方法では、緊急通信中の端末がエッジスイッチの配下に接続されている場合しか認識する手段がない。本実施例６では、他エッジスイッチでも緊急通信中の端末が存在することを認識するため、次のような手段を用いる。
【００６６】
図１０の（ａ）は本発明の実施例６により配下に緊急通信用端末が接続された音声品質保証型エッジスイッチ１２６の動作を説明するフローチャートである。同図において、ステップＳ１０１にて、パケット解析部２３９は受信したパケットの送信元アドレス（ＩＰ  ＳＡ）があらかじめ登録された緊急通信先であるどうかを判断する。ステップＳ１０１にて送信元アドレス（ＩＰ  ＳＡ）があらかじめ登録された緊急通信先ではないと判断されると、ステップＳ１０２にて図６のステップＳ６４以降と同じ処理を行う。ステップＳ１０１にてあらかじめ登録された緊急通信先であると判断されると、パケット解析部２３９は、ＩＣＭＰ送出部２４２に対して緊急通信送信先のＩＰアドレスを通知する。ＩＣＭＰ送出部２４２は、ステップＳ１０３にて緊急通話先のＩＰアドレスを他のエッジスイッチに通知するために、ＩＣＭＰ (Internet Control Message Protocol) のデータ部分に緊急通話先のＩＰアドレス情報を保持し、ブロードキャストで全エッジスイッチに対して送出する。
【００６７】
図１０の（ｂ）は本の実施例６により緊急通信情報を含むＩＣＭＰを受信した音声品質保証型エッジスイッチ１２６の動作を説明するフローチャートである。同図において、ステップＳ１０４では、パケット解析部２３９により該ＩＣＭＰパケットを解析し、他のエッジスイッチで緊急通信が行なわれていることを認識する。その後は、前述したように、緊急通信以外のＩＰ  ＤＡに対して出力レートを制御することでＩＰネットワーク全体の帯域を制御し、緊急通信の品質が確保される。
【００６８】
以上、本実施例６により、レート制御は緊急通信と同一のルートを通るパスにしか影響がなく、且つ、全エッジスイッチが緊急通信の品質を確保するために総体的に動作することから、他の通話への影響を最小限に抑えつつ、緊急通信発生直後から占有パスが張られたような効果があり、緊急通信の品質が安定的に確保される。
【００６９】
上記実施例６の変形として緊急通信の品質をより安定化させる手段を以下に説明する。
パケット解析部２３９は、緊急通信発生時、バッファ制御部２４０に対して該当ＩＰ  ＤＡを通知する。バッファ制御部２４０は該当ＩＰ  ＤＡのパケットを出力する際に、ＩＰヘッダのＴＯＳ（Ｔｙｐｅ  Ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）値を最高優先値に設定する。
これにより、中継ルータでのパケット出力優先順位が高められ、ネットワークでのジッタや遅延が減少されると同時に、輻輳によるロスも回避され、常に最高品質の通話を行なうことが可能である。
【００７０】
図１１は図１０に示した実施例６において使用されるＩＣＭＰのフォーマットの例を示す図である。ＩＣＭＰはＩＰのエラーメッセージや制御メッセージを転送するプロトコルであって、ＴＣＰ／ＩＰで接続されたコンピュータやネットワーク機器間で、互いの状態を確認するために用いられる。図１１では１４バイトのイーサネット（登録商標）ヘッダ部と、２０バイトのＩＰヘッダ部と、ＩＣＭＰ部とが示されている。ＩＣＭＰ部のサイズはデータによる。緊急優先時のＩＣＭＰ内のフォーマットとしては、例えば、ＩＣＭＰフォーマット内の「タイプ」の欄に緊急優先通信を示す値（未定義）をマッピングし、「データ」の欄に緊急優先通信を行っている送信元アドレス（ＩＰ  ＳＤ）又は宛先アドレス（ＩＰ  ＤＡ）及び、緊急優先通信中であることを示すフラグ＝１をマッピングする。
【００７１】
（付記１）
少なくとも一つのルータによって構成されるパケット通信ネットワークのエッジ部分に位置し、少なくとも一つの端末に物理回線を介して接続されたエッジスイッチであって、前記エッジスイッチは、前記端末から出力される出力パケット上に前記物理回線毎に１つづつ、他の物理回線と同一若しくは異なる回線識別子を付加して前記出力パケットを前記パケット通信ネットワーク上に転送する機能と、前記パケット通信ネットワークからの入力パケットの受信時に、前記回線識別子と宛先アドレスにより特定される物理回線上に接続された端末を選択し、該回線識別子を削除して前記入力パケットを該選択された端末に転送する機能とを有するレイヤスイッチを備え、前記エッジスイッチは更に、
前記回線識別子毎に前記レイヤスイッチから出力される前記出力パケットをバッファリングするパケットバッファと、
トークンを収容するトークンバケットと、
前記トークンバケットに流入される単位時間当たりのトークン量を前記パケット通信ネットワークの輻輳状態に応じて変化させるトークンバケット制御部とを備え、
前記パケットバッファに格納されている前記出力パケットの前記パケット通信ネットワークへの出力量を前記トークンバケットに収容されているトークン量に応じて制御し、それにより前記回線識別子毎に前記パケット通信ネットワークへのパケットの出力レート調整を行う事を特徴とするエッジスイッチ。
（付記２）
前記エッジスイッチは、前記端末から前記パケット通信ネットワークを経由してパケットを一定時間間隔で受信し、該パケットを解析するパケット解析部と、該解析に基づいて前記パケット通信ネットワーク上での相手先送信ルートにおける輻輳情報を前記回線識別子毎に統計収集する統計情報部とを備えることを特徴とする、付記１に記載のエッジスイッチ。
（付記３）
前記トークンバケット制御部は、前記統計情報部により統計収集された輻輳情報が所定閾値以上となった回線識別子に対応する送出ルートが輻輳中又は輻輳する過程と判断する手段と、該判断された回線識別子毎に保持する前記トークンバケットへのトークン流入量を減少させる手段と、前記パケット通信ネットワーク側に送出される該判断された回線識別子に対応するパケットの出力レートを落とす制御を行う手段とを備え、それにより、前記パケット通信ネットワークの輻輳を回避させ、安定した通信品質を維持することを特徴とする、付記２に記載のエッジスイッチ。
(付記４)
前記統計情報部は、受信したパケットの送出元アドレスを検出する手段と、該検出した送出元アドレスに対応する前記回線識別子と前記宛先アドレスとで輻輳情報を統計収集する手段とを備えることを特徴とする、付記２に記載のエッジスイッチ。
（付記５）
前記回線識別子毎に設けられた前記パケットバッファとトークンバケットは、更に宛先アドレス毎に個別に設けられていることを特徴とする付記４に記載のエッジスイッチ。
（付記６）
前記パケットバッファ及び前記トークンバケットは前記回線識別子内の宛先アドレス毎に設けられており、前記トークンバケット制御部は、前記統計情報部により前記回線識別子及び前記宛先アドレスの各々の単位で統計収集した輻輳情報がある閾値を超えたパケットがあった時、該宛先アドレスに対する通信経路で輻輳が生じたか生じる過程であると判断する手段と、該当回線識別子内の宛先アドレスに対するトークンバケットへのトークン流入量を減少させる手段とを備え、それによりパケット通信ネットワークが大規模な輻輳を発生する前に輻輳を回避させ、且つ、該当の宛先アドレスのみのレートを落とすことで、出力レートを制御するパケットの範囲を最小限に抑えつつ、安定した通信品質を維持することを特徴とする、付記１に記載のエッジスイッチ。
（付記７）
前記パケット解析部は、受信したパケットの送信元アドレスがあらかじめ登録された緊急通信先であるかどうかを判定する手段を備えており、緊急通信先からの発呼があった場合、前記トークンバケット制御部は、緊急通信先以外で輻輳している宛先アドレスのトークンバケットのトークン流入量を更に減少させる手段を備え、それにより緊急優先通信の品質を保持することを特徴とした付記２に記載のエッジスイッチ。
（付記８）
前記パケット解析部は、受信したパケットの送信元アドレスがあらかじめ登録された緊急通信先であるかどうかを判定する手段を備えており、前記統計情報部は緊急通信先からの発呼があった場合、受信中のパケットから現在通信中の全宛先アドレスを検出し、緊急通信以外の全宛先アドレスに対するトークンバケットのトークン流入量を減少させるよう前記トークンバケット制御部に指示をする手段を備え、前記トークンバケット制御部は該指示を受けて緊急通信以外の全宛先アドレスに対するトークンバケットのトークン流入量を減少させる手段を備え、それにより緊急通信の品質を保持することを特徴とする、付記５に記載のエッジスイッチ。
（付記９）
現在通信中の全宛先アドレスに対してトレースルートを送信し、緊急通信と重複するルートのあった宛先アドレスに対して送信するパケットのみ、前記トークンバケットのトークン流入量を減少させることで、レート制御の範囲を最小限に抑えつつ、緊急通信の品質を保持することを特徴とする、付記８に記載のエッジスイッチ。
（付記１０）
緊急通信の発呼があった場合、緊急通信を行なっている端末を配下に接続していないエッジスイッチに対して、緊急通信が行なわれている事を通知する手段として、配下の端末が緊急通信中と認識したエッジスイッチは他の全エッジスイッチに対してＩＣＭＰを送出し、緊急通信中であることを認識させる手段を持つことを特徴とする、付記９に記載のエッジスイッチ。
（付記１１）
緊急通信のパケットに対して、ＩＰ  ＴＯＳフィールドを高優先に設定することにより、経路ルータでの出力優先順位が高位となり、緊急通信の品質を保持することを特徴とする、付記１０に記載のエッジスイッチ。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上説明したように、本発明によれば、エッジスイッチの出力段にＶＷＡＮＩＤ毎に異なるバッファを用意し、出力レートをＶＷＡＮ  ＩＤ毎にトークンバケットのトークン値で制御できることと、相手端末から受信したＲＴＣＰパケットを解析し、ＶＷＡＮ  ＩＤ毎に輻輳情報を管理し、更に、該輻輳情報に基づいて輻輳したＶＷＡＮ  ＩＤのトークン値を制御してレート調整が可能であること、また、ＲＴＣＰのＩＰ  ＳＡを基に接続先のＩＰアドレスを割り出し、更に、出力パケットバッファをＩＰ  ＤＡ毎に管理することにより、輻輳した場合は、ＶＷＡＮ  ＩＤ内のＩＰ  ＤＡ毎にトークン値を制御してレート調整が可能となることで、音声の品質保証が困難なＩＰネットワーク上においても、ネットワークを高速、大容量化する設備投資を行なう必要なく、大規模、慢性的な輻輳を回避し、常に安定した音声品質を確保することが可能となる。
【００７３】
また、本機能を全てエッジスイッチに搭載し、エッジスイッチ間で実現することにより、端末に特別な機能を付加することがなくなり、端末間での接続性の問題の回避や、ユーザの端末選択における自由性が高まる。
【００７４】
更に、緊急通信発生時は、輻輳中の宛先アドレス（ＩＰ  ＤＡ）のトークンを減少させることや、緊急通信以外の通話中の全てのＩＰ  ＤＡのトークンを減少させること、また、トレースルートを行い、緊急通信と経路が重なるＩＰ  ＤＡのトークンを減少させること、ＩＰネットワーク内の全てのエッジスイッチに対して、緊急通信が行なわれていることを認識させる手段をもつこと、緊急通信のＩＰ  ＴＯＳ部分に高優先設定を行なうことが可能なことで、事前に輻輳を回避させることができ、特定回線の通信品質を常時維持することが難しいＩＰネットワークにおいても、接続先との帯域や品質が保証されたＳＶＣサービス並の高品質な通話を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の背景となるＩＰネットワークの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態による音声品質保証型エッジスイッチの構成を示すブロック図である。
【図３】ＲＴＣパケットフォーマットを示す図である。
【図４】本発明の実施例１において受信パケットがＲＴＣＰパケットの場合の音声品質保証型エッジスイッチの動作を説明するフローチャートである。
【図５】パケットの出力レートを元に回復させる時の音声品質保証型エッジスイッチ１２６の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２において受信パケットがＲＴＣＰパケットの場合の音声品質保証型エッジスイッチの動作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３による音声品質保証型エッジスイッチの緊急通信時の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の実施例４による音声品質保証型エッジスイッチの動作を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の実施例５による音声品質保証型エッジスイッチの動作を説明するフローチャートである。
【図１０】（ａ）は本発明の実施例６により配下に緊急通信用端末が接続された音声品質保証型エッジスイッチの動作を説明するフローチャート、（ｂ）は本の実施例６により緊急通信情報を含むＩＣＭＰを受信した音声品質保証型エッジスイッチ１２６の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】図１０に示した実施例６において使用されるＩＣＭＰのフォーマットの例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１    ＩＰネットワーク
１２６    音声品質保証型エッジスイッチ
２１１〜２１３、２１Ｘ、２１Ｙ、２１Ｚ    端末
２３３    トークンバケット
２３４    トークンバケット制御部
２３５    パケットバッファ
２３６    統計情報メモリ
２３７    統計情報部
２３８    トレースルート解析部
２３９    パケット解析部
２４０    バッファ制御部
２４１    トレースレート送出部
２４２    ICMP送出部
【図１】
2006279784.tif 000003
【図２】
2006279784.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006279784.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006279784.tif 000008
【図７】
2006279784.tif 000009
【図８】
2006279784.tif 000010
【図９】
2006279784.tif 000011
【図１０】
2006279784.tif 000012
【図１１】
2006279784.tif 000013