(57)【要約】      （修正有）【課題】大容量でリアルタイム性を必要とするストリームデータにおける、パケットロス等に起因する信頼性低下を防止する。【解決手段】送信装置と、受信装置がネットワークに対して複数の接続を持つ様にして、ＭＰＬＳ網でのＬＰＳ設定等を用いて送信側の各接続と受信側の各接続との間のネットワーク上の経路を固定する。送信装置はデータストリームをパケット化する段階で、同一のペイロードデータを持つ複数のパケットを生成し、各接続を通して送信する。受信装置は同じペイロードデータを持つ複数の受信パケットの内から１つのパケットだけをデータストリームの組み立て直しに用いる。これにより、ネットワークのどこかに障害が発生するか、あるいはネットワーク内の機器でパケットロスが発生した場合、受信装置は全てのパケットを失わせるような障害が発生しない限り、もとのデータストリームを組み立て直す事が出来る。【選択図】  図１
2006174000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データストリームをパケット化しネットワークに送信する送信装置と、当該パケットを伝送するネットワークと、当該パケットを受信し前記データストリームへ組み立て直す受信装置より成るネットワークシステムにおいて、前記送信装置がネットワークへの複数の接続を有し、必要と有れば前記受信装置も複数の接続を有し、前記送信装置が１つのデータストリームからのパケットを前記複数の接続へ送信するという冗長性を有し、前記受信装置がデータストリームに組み立て直す時に前記冗長性に基づき信頼性を向上する手段を持つ事を特徴とするネットワークシステム。
【請求項２】
パケットのなかにパケットの順序を識別する情報を含み、前記受信装置が当該情報を用いてデータストリームの組立て直しを行う事を特徴とする請求項１記載のネットワークシステム。
【請求項３】
前記送信装置のネットワークへの複数の接続がイーサネット（登録商標）であり、前記ネットワークがＭＰＬＳ網である事を特徴とする請求項１記載のネットワークシステム。
【請求項４】
前記パケットは、IETFリアルタイム伝送プロトコル（RTP）にしたがって前記送信装置から前記ネットワークに伝送されるものであることを特徴とする請求項１に記載のネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストリームデータを送受信するネットワークに適用して有用な技術に関し、特にイーサネットをベースにしたネットワークでのパケットロスに起因する信頼性低下を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像配信等の用途で、ＭＡＮあるいはＷＡＮのネットワークを経由してストリームデータを配信するには専用線を用いる方法と、インターネット網を用いる方法が有る。ストリームデータのトラフィックが少なく、リアルタイム性が必要でない場合には通常ＴＣＰ／ＩＰプロトコルとインターネット網の組合せが一般的であり、非圧縮のハイビジョン画像等の大容量データを送信する場合、あるいはリアルタイム性が必要な場合には専用線を用いる傾向にある。これはインターネット網を用いた場合の運用コストの安さを重視するか、専用線を用いた場合の回線品質の高さを重視するかの選択であると考えられる。
【０００３】
すなわち、イーサネットとルータをベースにしたインターネット網では、基本的にはベストエフォートネットワークをベースにしている事と、ルータ、スイッチ等のパケット単位のバッファリングを行う機器を用いている事により、機器内バッファ満杯によるパケットロス等の信頼性の問題があり、大容量、リアルタイムのデータ転送での使用は避けられる傾向に有る。
【０００４】
この問題を解決するために、様々な改良が加えられてきている。ルータでのＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）サポート、ＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  Ｌａｂｅｌ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）によるスイッチングのサポートはパケットロスの可能性を低め、優先順位の高いデータに対しての帯域確保を行い、網全体を通してのワンダー、ジッターの評価を可能とした。これにより、従来はＩＰ網を通して送る事に適さなかった電話等の音声データアプリケーション（ＶｏＩＰ）でのインターネット網利用が可能となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記の従来技術だけでは、例えばハイビジョンの非圧縮データを放送局間で配信するようなネットワークに極めて高い信頼性を必要とする用途にインターネット網、すなわちＩＰ網を用いる事はできない。一方この様な大容量でリアルタイム性を求める画像データの配信に関するニーズはデジタル放送の普及に伴い今後急速に増大するものと見込まれ、高価な専用線を用いない安価な配信手段に関する必要性が高まっている。本発明は、ＩＰ網への接続を多重化する事によりこの課題を解決し、大容量でリアルタイム性を求めるデータを従来よりも格段に高い信頼性でＩＰ網を用いて配信する事を可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明では、データストリームをパケット化しネットワークに送信する送信装置はネットワークに対して複数の接続を有し、必要であればネットワークからパケットを受信する受信装置もネットワークに対して複数の接続を有する。
【０００７】
ＩＰ網は送信側の各接続と受信側との間のネットワーク上の経路が固定できるように構成する。この構成の具体的な手段としては、例えばＭＰＬＳネットワークでのＬＳＰ（Label Switched Path）設定がある。
【０００８】
送信装置はデータストリームをパケット化する段階で、データストリームの同一のフラグメントを当該送信装置で使用するプロトコルのペイロードデータとし、下位プロトコルのヘッダー情報、各接続に固有の情報（ＭＡＣヘッダ等）、データストリーム内でのパケットの位置を示す情報を付加した受信装置宛の複数のパケットを生成し、各接続を通して送信する。
【０００９】
ネットワークが障害なく動作していて、ネットワーク内のルータあるいはスイッチ等の機器でのパケットロスが発生しないとすると、受信装置はネットワークから同じペイロードデータを持つパケットを時間差を置いて受信する事になる。
【００１０】
受信装置は同じペイロードデータを持つ複数の受信パケットの内から１つのパケットだけをデータストリームの組み立て直しに用いる。もし、ネットワークのどこかに障害が発生するか、あるいはネットワーク内の機器でパケットロスが発生した場合、受信装置は送信装置が複数の接続に送信したパケット数より少ない数のパケットを受信する。しかし、送信した全てのパケットを失わせるような障害が発生しない限り、もとのデータストリームを組み立て直す事が出来る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に従うと、ストリームデータをパケット化し送受信するベストエフォート型のネットワークにおけるパケットロスに起因する信頼性低下をネットワークの冗長性を利用して防止する事が可能となり、大容量でリアルタイム性を求めるデータを低コストかつ従来よりも格段に高い信頼性で配信する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１はシステム全体の構成を示す。送信装置１１は入力のＨＤ−ＳＤＩよりの非圧縮ハイビジョン映像をＭＰＬＳネットワーク１２に送信する装置であり、受信装置１３はＭＰＬＳネットワーク１２からのパケットを受信して非圧縮ハイビジョン映像を組み立てなおす装置である。送信装置１１と受信装置１３はデータ転送のプロトコルとしてリアルタイム伝送プロトコルすなわちＲＴＰ（Real-Time Transport Protocol）を用いる。なお、ＲＴＰのより詳細な記述は、以下の参考文献を参照するものとして、本説明においては、具体的な記載を省略する。
【００１４】
“RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications”, H. Schulzrinne, S. Casner, R. Frederick, V. Jacobson; RFC 1889, January 1996.
【００１５】
送信装置１１は送信用に３つの１０ギガビットイーサネットポート（１１１、１１２、１１３）を持つ。受信装置１３は受信用に３つの１０ギガビットイーサネットポート（１３１、１３２、１３３）を持つ。送信装置、受信装置の各ポートに対するＭＰＬＳ網内のＬＳＰの設定は、非圧縮ハイビジョン映像伝送用の所定のＩＰアドレスに関して１１１から送信したデータが１３１で受信され、１１２から送信したデータが１３２で受信され、１１３から送信したデータが１３３で受信される様にしてある。
【００１６】
送信装置１１による送信から受信装置１３による受信までの各ＬＳＰの時間差はＲＴＰパケットの送信時間の２倍未満に設定されている。
【００１７】
図２は送信装置１１のブロック図である。図２においてインタフェース回路２１は入力ＨＤ−ＳＤＩからの非圧縮ハイビジョンデータをフラグメントし、ＵＤＰ／ＩＰ上でのＲＴＰのパケットを生成するＲＴＰパケット生成回路２２にフラグメントしたデータを与える。
【００１８】
ＲＴＰパケット生成回路２２はフラグメントデータをＲＴＰパケットのフォーマットにカプセル化する。ＲＴＰパケットのフォーマットを図４に示す。ＲＴＰヘッダー４１内のシーケンスナンバーフィールド４１１は送信するＲＴＰパケット毎にＲＴＰパケット生成回路によりインクリメントされる。従って、受信装置ではシーケンスナンバーフィールド４１１を参照する事により、パケットロスの検出を行うことが可能である。
【００１９】
ＲＴＰパケット生成回路２２は作ったＲＴＰパケットを３個の１０ギガビットイーサネットＭＡＣ回路２３１、２３２、２３３に与える。
【００２０】
１０ギガビットイーサネットＭＡＣ回路２３１、２３２、２３３は各々図１の１０ギガビットイーサネットポート１１１、１１２、１１３に対するＭＡＣ副層の制御を行い、各ポートへの送信のための一時的なバッファを内含する。ＲＴＰパケット生成回路２２で作られたＲＴＰパケットは１０ギガビットイーサネットＭＡＣ回路２３１、２３２、２３３制御のもと１０ギガビットイーサネットＰＨＹ回路２４１、２４２、２４３を経て各ポートに送られる。
【００２１】
マイクロプロセッサ２７は送信装置の全体制御を行い、ＳＮＭＰ、ＯＡＭ、ＲＴＣＰ等のプロトコル制御も行う。
【００２２】
図３は受信装置１３のブロック図である。図３において１０ギガビットイーサネットＭＡＣ回路３３１、３３２、３３３は各々図１の１０ギガビットイーサネットポート１３１、１３２、１３３に対するＭＡＣ副層の制御を行い、各ポートからの受信のための一時的なバッファを内含する。各ポートから１０ギガビットイーサネットＰＨＹ回路３４１、３４２、３４３を経て受信したＲＴＰパケットは、１０ギガビットイーサネットＭＡＣ回路３３１、３３２、３３３の制御のもと、シーケンスナンバー比較回路３５へ送られる。
【００２３】
シーケンスナンバー比較回路３５はＲＴＰパケット内のシーケンスナンバーフィールドの値を抜き出し、次のアルゴリズムに従った動作を行う。
【００２４】
（１）受信したＲＴＰパケットのシーケンスナンバーフィールドの値が、最後にＲＴＰパケット処理回路３２に送ったＲＴＰパケットのシーケンスナンバーと等しい場合、あるいは所定の値以内で遅れている場合、冗長受信（すでに他のポートから当該パケットを受信している）と判定し、当該パケットを廃棄する。
【００２５】
（２）受信したＲＴＰパケットのシーケンスナンバーフィールドの値が、最後にＲＴＰパケット処理回路３２に送ったＲＴＰパケットのシーケンスナンバーをインクリメントした値と等しい場合、当該パケットをＲＴＰパケット処理回路に送信する。
【００２６】
（３）受信したＲＴＰパケットのシーケンスナンバーフィールドの値が、上記（１）（２）のケースいずれでのない場合（すなわち進んでいる場合）、パケットロスが発生したと判定し、パケットロス発生の旨をマイクロプロセッサ３７に報告する。
【００２７】
上記動作の結果、同じシーケンスナンバーフィールドの値のＲＴＰパケットを複数受信してもシーケンスナンバー比較回路３５からＲＴＰパケット処理回路３２へ渡されるＲＴＰパケットは１つだけとなる。ＲＴＰパケット処理回路３２はＲＴＰパケットからペイロード、およびタイミング情報を抜き出しインタフェース回路３１に与える。
【００２８】
インタフェース回路３１は当該ペイロードのデータ、タイミング情報より非圧縮ハイビジョン映像データを組み立て直しＨＤ−ＳＤＩに出力する。
【００２９】
マイクロプロセッサ３７は受信装置の全体制御を行い、ＳＮＭＰ、ＯＡＭ、ＲＴＣＰ等のプロトコル制御も行う。
【００３０】
次に、本実施例での非圧縮ハイビジョン映像データの伝送について一連の流れを説明する。
【００３１】
図５に送信装置１１のＨＤ−ＳＤＩに入力された非圧縮ハイビジョン映像データと送信装置１１の１０ギガビットイーサネットポート（１１１、１１２、１１３）上のパケット、受信装置１３のＨＤ−ＳＤＩの非圧縮ハイビジョン映像データとの関係を示す。
【００３２】
送信装置１１のＨＤ−ＳＤＩに入力された非圧縮ハイビジョン映像データは、ＲＴＰパケット生成回路２２によってＲＴＰパケット化された結果、順次インクリメントされるシーケンスナンバーフィールドを持つＲＴＰのパケットとして送信用の１０ギガビットイーサネットポート（１１１、１１２、１１３）を経由してＭＰＬＳネットワーク１２に送られる。図５では最初のＲＴＰパケットのシーケンス番号を３と仮定している。従って、引き続くＲＴＰパケットでは、シーケンス番号は４、５、６とインクリメントして送られる。
【００３３】
送信装置１１の１０ギガビットイーサネットポート（１１１、１１２、１１３）上では同じＲＴＰパケット（もちろんＭＡＣアドレス等のＭＡＣ副層の情報は異なる）がほとんど同時に送られる。これは各ポート上の送信時間の差は、論理回路の遅延の差、ケーブルの遅延の差だけから起きるため、事実上無視できるレベルのものだからである。もちろん、フロー制御、ＯＡＭ、あるいはＲＴＣＰパケットの送受信等により無視できない差が発生する可能性もあるが、本説明では説明の簡易化のために時間差のほとんど発生しない代表的なケースについて説明することとする。
【００３４】
送信装置１１の３つの１０ギガビットイーサネットポートに送られたＲＴＰパケットはＭＰＬＳネットワーク１２を経由して受信装置１３の３つの１０ギガビットイーサネットポートに到着する。しかし、ＭＰＬＳネットワーク内の各ＬＳＰの通過時間の差（ＲＴＰパケットの送信時間の２倍未満）により受信装置１３での３つの１０ギガビットイーサネットポートではＲＴＰパケットの到着に時間差が生じる。図５のケースでは１０ギガビットイーサネットポート１３１での受信が最も早く、１０ギガビットイーサネットポート１３２での受信が最も遅い。この場合、受信装置１３のシーケンスナンバー比較回路３５に最初に入力されるシーケンスナンバーフィールド３のＲＴＰパケットは１０ギガイーサネットＭＡＣ回路３３１からのパケットであり、シーケンスナンバー比較回路３５は当該パケットをＲＴＰパケット処理回路３２に渡す。
【００３５】
その後、１０ギガビットイーサネットＭＡＣ回路３３２、３３３からシーケンスナンバー比較回路３５に入力されるシーケンスナンバーフィールド３のＲＴＰパケットは廃棄される。
【００３６】
引き続いて受信するシーケンスナンバーフィールドが４、５、６のパケットについても同じ処理が行われ、結果として１０ギガビットイーサネットポート１３１から受信したパケットだけから非圧縮ハイビジョン映像データが組立て直され受信装置１３のＨＤ−ＳＤＩから出力される事になる。
【００３７】
上記はＭＰＬＳネットワークでのパケットロスが発生しなかった場合であるが、パケットロスが発生した場合には図６で示す動きとなる。送信装置１１の動きは図５の場合と同じである。
【００３８】
送信装置１１の１０ギガビットイーサネットポート１１１から受信装置１３の１０ギガビットイーサネットポート１３１へのＬＳＰのどこかでシーケンスナンバーフィールドが４のＲＴＰパケットが失われたとする。
【００３９】
受信装置１３のシーケンスナンバー比較回路３５は１０ギガイーサネットＭＡＣ回路３３１からシーケンスナンバーフィールドが３のＲＴＰパケットを受信した後、同じポートからシーケンスナンバーフィールドが４のパケットを受信する事ができない。しかし、１０ギガビットイーサネットポート１３２、および１３３ではシーケンスナンバーフィールドが４のパケットが受信され、シーケンスナンバー比較回路３５に入力される。
【００４０】
シーケンスナンバー比較回路３５は前記のアルゴリズムに従った動作を行い、１０ギガビットイーサネットポート１３３からのシーケンスナンバーフィールドが４のＲＴＰパケットをＲＴＰパケット処理回路３２に渡す。その後、シーケンスナンバーフィールドが５のパケットについては、再び１０ギガビットイーサネットポート１３１からのパケットがシーケンスナンバー比較回路３５からＲＴＰパケット処理回路３２に渡される。結果として、受信装置１３のＨＤ−ＳＤＩから出力される非圧縮ハイビジョン映像データは２つの１０ギガビットイーサネットから受信したデータを混在して組み立て直したものとなる。すなわち、１つのＬＳＰでのパケットロスを冗長ルートからの受信パケットを用いて救済できた事となる。
【００４１】
前記実施例では、１つのＭＰＬＳネットワークに接続されるシステムについて説明したが、複数のＭＰＬＳネットワークを用いて更なる高信頼化を図る事は可能であるし、さらに一部または全てに専用線を用いたネットワークに対しても本発明を利用する事もできる。また、実施例ではＭＰＬＳ、イーサネット、ＲＴＰを前提としたネットワークを用いたが、他のプロトコル、ネットワークへ本発明を適用する事は容易である。さらに実施例での非圧縮ハイビジョン映像データは一例であり他の種類のストリームデータに本発明を適用する事に障害はない。また、送信側と受信側は前記実施例では１対１の接続を複数本設けていたが、ｎ対１あるいはｎ対ｍの構成にも本発明を適用する事は容易に可能である。また、前記実施例での送信装置、受信装置は同様な機能を持つＬＳＩ、ボードに置き換え可能な事は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、動画像のデータ転送システムに限られず、例えば、デジタルデータの読出しや書込みを行う端末装置間で通信を行うシステムや、ファクトリオートメーション（ＦＡ）システム等のデジタルデータに係る種々の信号処理を行う端末装置間で通信を行うシステムに適用しても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】システム全体の構成。
【図２】送信装置１１のブロック図。
【図３】受信装置１３のブロック図。
【図４】ＲＴＰパケットのフォーマット。
【図５】送信装置１１の送信データと受信装置１３の受信データの関係（パケットロス無）。
【図６】送信装置１１の送信データと受信装置１３の受信データの関係（パケットロス有）。
【符号の説明】
【００４４】
１１・・・送信装置
１２・・・ＭＰＬＳネットワーク
１３・・・受信装置
１１１・・・送信装置の送信用１０ギガビットイーサネットポート
１１２・・・送信装置の送信用１０ギガビットイーサネットポート
１１３・・・送信装置の送信用１０ギガビットイーサネットポート
１３１・・・受信装置の受信用１０ギガビットイーサネットポート
１３２・・・受信装置の受信用１０ギガビットイーサネットポート
１３３・・・受信装置の受信用１０ギガビットイーサネットポート
２１・・・送信装置のＨＤ−ＳＤＩインタフェース回路
２２・・・ＲＴＰパケット生成回路
２３１・・・送信装置の１０ギガイーサネットＭＡＣ回路
２３２・・・送信装置の１０ギガイーサネットＭＡＣ回路
２３３・・・送信装置の１０ギガイーサネットＭＡＣ回路
２４１・・・送信装置の１０ギガビットイーサネットＰＨＹ回路
２４２・・・送信装置の１０ギガビットイーサネットＰＨＹ回路
２４３・・・送信装置の１０ギガビットイーサネットＰＨＹ回路
２７・・・送信装置のマイクロプロセッサ
３１・・・受信装置のＨＤ−ＳＤＩインタフェース回路
３２・・・ＲＴＰパケット処理回路３２
３３１・・・受信装置の１０ギガビットイーサネットＭＡＣ回路
３３２・・・受信装置の１０ギガビットイーサネットＭＡＣ回路
３３３・・・受信装置の１０ギガビットイーサネットＭＡＣ回路
３４１・・・受信装置の１０ギガビットイーサネットＰＨＹ回路
３４２・・・受信装置の１０ギガビットイーサネットＰＨＹ回路
３４３・・・受信装置の１０ギガビットイーサネットＰＨＹ回路
３５・・・シーケンスナンバー比較回路
３７・・・受信装置のマイクロプロセッサ
４１１・・・シーケンスナンバーフィールド
【図１】
2006174000.tif 000003
【図２】
2006174000.tif 000004
【図３】
2006174000.tif 000005
【図４】
2006174000.tif 000006
【図５】
2006174000.tif 000007
【図６】
2006174000.tif 000008