(57)【要約】【課題】アドレス枯渇の問題を伴うことなくＩＰ網を収容可能な通信システムおよびゲートウェイ装置を提供すること。【解決手段】基地局と網側とのＩ′インタフェースをＩＰ化し、基地局からのＴＤＭ信号をＩＰパケット化する。ゲートウェイ装置１０においても、回線交換されたＰＣＭデータを光収容部１３によりＩＰパケット化する。これにより加入者網３００がＩＰネットワーク化され、既存の時分割インタフェースよりも伝送帯域を拡大することができる。またゲートウェイ装置１０にアドレス変換部６７（または９３）を設けてＩＰ網２００のグローバルアドレスと、加入者網３００のプライベートアドレスとを相互に変換することにより、グローバルアドレスのリソースを有効に利用する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加入者網、同期通信網、および、グローバルアドレスを用いるＩＰ（Internet Protocol）網を具備する通信システムにおいて、
前記加入者網と、前記同期通信網と、前記ＩＰ網との間で相互に通信プロトコルを変換してこれらの網を相互接続するゲートウェイ装置と、
前記加入者網と前記ゲートウェイ装置とのインタフェースをプライベートアドレスを用いてＩＰ化するＩＰ化手段とを備え、
前記ゲートウェイ装置は、
前記同期通信網を終端して装置内信号を生成する同期網終端部と、
前記ＩＰ網を終端して前記装置内信号を生成するパケット網終端部と、
前記ＩＰ化されたインタフェースを介して前記加入者網を終端して前記装置内信号を生成する加入者網終端部と、
前記同期網終端部、前記パケット網終端部、および、前記加入者網終端部でそれぞれ生成された装置内信号を交換する時分割スイッチと、
前記加入者網と前記ＩＰ網との間で相互にアドレスを変換するアドレス変換処理部を有することを特徴とする通信システム。
【請求項２】
移動通信端末を無線収容する基地局を前記加入者網が備える場合に、
前記基地局と前記ゲートウェイ装置とを光ファイバを介して接続して前記インタフェースを光化する光化手段を備え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】
前記光化手段は、
前記加入者網に設けられ、前記基地局において受信された前記移動通信端末からの信号を電気／光変換して前記光ファイバに送出する電気／光変換部と、
前記ゲートウェイ装置に設けられ、前記光ファイバを介して到来する光信号を光／電気変換する光／電気変換部とを有することを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記光化手段は前記基地局に設けられることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項５】
前記加入者網は前記基地局を複数備え、
前記複数の基地局からそれぞれ延伸される光ファイバを集線して前記ゲートウェイ装置に接続する光集線部を備えることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項６】
前記ゲートウェイ装置は、前記複数の基地局を切り替え運用するための光切り替え部を有することを特徴とする請求項５に記載の通信システム。
【請求項７】
グローバルアドレスを用いるＩＰ（Internet Protocol）網と、プライベートアドレスを用いる加入者網と、同期通信網との間で相互に通信プロトコルを変換してこれらの網を相互接続するゲートウェイ装置であって、
前記同期通信網を終端して装置内信号を生成する同期網終端部と、
前記ＩＰ網を終端して前記装置内信号を生成するパケット網終端部と、
前記ＩＰ化されたインタフェースを介して前記加入者網を終端して前記装置内信号を生成する加入者網終端部と、
前記同期網終端部、前記パケット網終端部、および、前記加入者網終端部でそれぞれ生成された装置内信号を交換する時分割スイッチと、
前記加入者網と前記ＩＰ網との間で相互にアドレスを変換するアドレス変換処理部を有することを特徴とするゲートウェイ装置。
【請求項８】
移動通信端末を無線収容する基地局を前記加入者網が備え、前記基地局がこの基地局において受信された前記移動通信端末からの信号を電気／光変換して前記ゲートウェイ装置に接続される光ファイバに送出する電気／光変換部を備える場合に、
前記光ファイバを介して到来する光信号を光／電気変換する光／電気変換部を具備することを特徴とする請求項７に記載のゲートウェイ装置。
【請求項９】
前記加入者網が複数の基地局を備える場合に、
これらの複数の基地局を切り替え運用するための光切り替え部を有することを特徴とする請求項８に記載のゲートウェイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば回線交換網とＩＰ（Internet Protocol）網とを相互接続するゲートウェイ装置と、この装置を備える通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年になり情報通信ニーズの増大や通信の自由化が進展するにつれ、音声およびデータ通信を含む情報通信サービスが多様化してきている。このような背景から通信サービス分野に新たに参入する事業者（キャリア）も増えてきており、キャリア間のサービス競争が盛んになってきている。新規のキャリアはＮＣＣ（New common carrier）と称され、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）などの技術を用いて様々なサービスを提供している。ＶｏＩＰ（ヴォイプ）とはディジタルの音声データをパケット化して伝送することにより、音声系ネットワークとデータ系ネットワークとを統合する技術である。
【０００３】
ＮＣＣは、加入者回線を既に持つ特定のキャリアから、交換機などの設備を既定の料金で借り受けることが多い。またＮＣＣの多くは、自らの資金で例えばＩＰ網などの自前の交換ネットワークを構築する。これに、特定キャリアの回線交換網（ＰＳＴＮ：Public Switched Telephone Network）も加えて通信システムが形成され、一般ユーザへのサービスの提供にあたってはこれらの設備が複合的に利用される。
【０００４】
ＰＳＴＮとＩＰ網とのように異なる通信ネットワークを互いに相互接続するために、ゲートウェイ装置が用いられる。この種の装置は音声データやバイナリデータをＩＰ（Internet Protocol）パケットに変換するＩＰ変換部や、ＩＰパケットをスイッチングするパケットスイッチ部を備える。これらはいずれもＩＰ網に対するネットワークインタフェースとしての役割を担う。
【０００５】
この種のゲートウェイ装置にはＰＨＳ（Personal Handy-phone System）やいわゆる携帯電話システムなどの基地局を収容するものがある。近年の通信総ＩＰ網化のトレンドから、この収容回線をＩＰ化することが考えられている。しかしながらＩＰアドレスの枯渇の問題は良く知られており、この種の装置においても例外ではない。特許文献１にこのような不具合を解決するための一手法が開示されるが、この文献では移動端末とＰＳＴＮとの通信が想定されておらず、またグローバルアドレスとプライベートアドレスとの変換といった常識的な技術が開示されるに留まる。
【特許文献１】特開平１０−３０３９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上述べたように回線交換網とＩＰ網とを相互接続するゲートウェイ装置においては、移動通信システムの基地局を収容する回線をＩＰ化するにあたりアドレス枯渇の問題を解決する必要がある。  
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、アドレス枯渇の問題を伴うことなくＩＰ網を収容可能な通信システムおよびゲートウェイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、加入者網、同期通信網、および、グローバルアドレスを用いるＩＰ網を具備する通信システムにおいて、前記加入者網と、前記同期通信網と、前記ＩＰ網との間で相互に通信プロトコルを変換してこれらの網を相互接続するゲートウェイ装置と、前記加入者網と前記ゲートウェイ装置とのインタフェースをプライベートアドレスを用いてＩＰ化するＩＰ化手段とを備え、前記ゲートウェイ装置は、前記同期通信網を終端して装置内信号を生成する同期網終端部と、前記ＩＰ網を終端して前記装置内信号を生成するパケット網終端部と、前記ＩＰ化されたインタフェースを介して前記加入者網を終端して前記装置内信号を生成する加入者網終端部と、前記同期網終端部、前記パケット網終端部、および、前記加入者網終端部でそれぞれ生成された装置内信号を交換する時分割スイッチと、前記加入者網と前記ＩＰ網との間で相互にアドレスを変換するアドレス変換処理部を有することを特徴とする通信システムが提供される。  
このような手段を講じることにより、ＩＰ化された加入者網においてグローバルアドレスではなく、プライベートアドレスを用いることが可能になる。従ってグローバルアドレスのリソースを有効活用できるようになり、アドレス枯渇の問題を解消することができる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、アドレス枯渇の問題を伴うことなくＩＰ網を収容可能な通信システムおよびゲートウェイ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１はこの発明に係る通信システムの実施の形態を示すシステム図である。図１のシステムは、同期通信網としての回線交換網１００と、パケット通信網としてのＩＰ網２００と、加入者網３００とを具備する。これらの網はゲートウェイ装置１０に接続される。回線交換網１００は例えばＩ′インタフェースを介して、ＩＰ網２００はＩＰを介してゲートウェイ装置１０に収容される。
【００１０】
ゲートウェイ装置１０は、加入者網３００と、回線交換網１００と、ＩＰ網２００との間で相互に通信プロトコルを変換してこれらの網を相互接続する。なおゲートウェイ装置１０の内部においては時分割スイッチを用いた同期的な交換接続により各網のデータが交換される。  
ここで、ＩＰ網はIPパケットの伝送にグローバルアドレスを用いるものであり、すなわちインターネット（Internet）である。
【００１１】
加入者網３００は複数の基地局２１〜２ｎを備える。各基地局２１〜２ｎはＰＨＳなどの移動通信端末ＰＳを無線回線を介して収容する。このうち基地局２１はＩ′インタフェースを介してゲートウェイ装置１０に直接に接続される回線と、アダプタ３０を介してゲートウェイ装置１０に接続される回線とを有する。基地局２２もアダプタ３０を介してゲートウェイ装置１０に収容される。基地局２ｎは内蔵アダプタ５０を備え、この内蔵アダプタ５０からＩＰインタフェースを介してゲートウェイ装置１０に収容される。
【００１２】
アダプタ３０とゲートウェイ装置１０との間、および、基地局２ｎとゲートウェイ装置１０との間は既設のダークファイバ網４００を経由してゲートウェイ装置１０に収容される。各基地局２１〜２ｎから延伸される光ファイバＦは集線部５００において集線されてゲートウェイ装置１０に接続される。
【００１３】
ダークファイバ網４００は例えばＰＯＮ（Passive Optical Network）技術を利用したＩＰ網である。各基地局２１〜２ｎがダークファイバ網４００に収容されるネットワーク／ノードインタフェースは、基地局自体の機能、あるいはアダプタ３０によりＩＰ化される。その一方で、出力インタフェースを２つもつ基地局２１のようにＩ′インタフェースのままゲートウェイ装置１０に収容されるものもある。
【００１４】
ゲートウェイ装置１０は回線交換網１００を収容する公衆網インタフェース１１と、ＩＰ網２００を収容するＩＰインタフェース１２とを備える。公衆網インタフェース１１は回線交換網１００を終端して時分割のＰＣＭ（Pulse Code Modulation）データを生成する。ＩＰインタフェース１２はＩＰ網２００を終端してＰＣＭデータを生成する。
【００１５】
さらにゲートウェイ装置１０は、光収容部１３と、パケット変換部１４と、主制御部１５とを備える。光収容部１３は、集線部５００において集線された光ファイバＦを介して基地局２１〜２ｎを収容する。すなわち光収容部１３はダークファイバ網４００から到来する光信号を光／電気変換するとともにＩＰパケットを終端してＰＣＭデータを生成する。
【００１６】
主制御部１５はゲートウェイ装置１０を統括的に制御する機能と、タイムスイッチ１５ａとを備える。タイムスイッチ１５ａはＰＣＭデータをスイッチングして回線交換網１００、ＩＰ網２００、および加入者網３００を交換接続する。その際、ＩＰ網２００向けの信号はパケット変換部１４により、ダークファイバ網４００向けのデータは光収容部１３によりそれぞれＩＰパケット化される。  
ゲートウェイ装置１０の内部においては、時分割のＰＣＭデータはＰＣＭハイウェイ（ＰＣＭ−ＨＷＹ）を介して伝達される。ＩＰパケットは制御ＬＡＮ（Local Area Network）またはデータＬＡＮを介して伝達される。
【００１７】
光収容部１３は、光スイッチ１３ａと、光インタフェース（Ｉ／Ｆ）１３ｂと、信号処理部１３ｃと、パケット変換部１３ｄとを備える。光スイッチ１３ａはダークファイバ網４００から収容する光ファイバＦの経路を切り替える。これにより基地局２１〜２ｎを切り替え運用することが可能になり、耐障害性能の向上などを促すことができる。
【００１８】
光スイッチ１３ａを介して装置内に導入された光信号は光インタフェース１３ｂの備える光／電気変換素子（図示せず）により電気信号に変換されるとともにＩＰパケットが再生される。ＩＰパケットは信号処理部１３ｃのデータ用レイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）によりルーティングされてＩＰインタフェース１２またはパケット変換部１３ｄに送られる。パケット変換部１３ｄは制御ＬＡＮおよびデータＬＡＮを流れるパケットと、ＰＣＭ−ＨＷＹを流れる時分割データとを相互に変換する。
【００１９】
図２は光収容部１３の詳細とデータの流れを示す図である。図２は信号処理部１３ｃからＩＰインタフェース１２への装置内ＬＡＮを専用に布線した場合のデータの流れを示す。  
図２において光収容部１３はクロック処理部２０を備える。クロック処理部２０は、ＰＣＭデータをパケット化する際にタイミング情報を付加する。これによりＰＣＭデータと同期タイミングとを同じ回線で伝送することができ、ＩＳＤＮインタフェースしか持たない基地局への対処が可能になる。
【００２０】
図２の光収容部１３において、音声またはバイナリコードを含む伝送データは光インタフェース１３ｂ〜データ用Ｌ２ＳＷ１３ｃ〜パケット変換部１４〜主制御部１５の経路を伝送される。そして、この伝送データは主制御部１５のタイムスイッチ１５ａにより交換され、パケット変換部１４で再度パケット化されたのちＩＰインタフェース１２を経由してＩＰ網に接続される。
【００２１】
ＩＰインタフェースとＩＳＤＮインターフェースとの両方を持つ基地局（基地局２１）であれば、同期情報をＩＳＤＮで伝送できる。伝送データは、基地局のＩＰインタフェースから光インタフェース１３ｂ〜データ用Ｌ２ＳＷ１３ｃを通ってパケットのままＩＰインタフェース１２を経由してＩＰ網に接続することができる。
【００２２】
以上の構成においては、基地局と網側とのＩ′インタフェースがいずれもＩＰ化される。すなわち、基地局からのＴＤＭ信号がＩＰパケット化される。ゲートウェイ装置１０においても、回線交換されたＰＣＭデータが光収容部１３においてＩＰパケット化される。これにより加入者網３００がＩＰネットワーク化され、既存の時分割インタフェースよりも伝送帯域を拡大することができる。  
ここで本実施形態では、加入者網３００におけるＩＰパケットの伝送に、この加入者網３００において有効なプライベートアドレスを用いる。
【００２３】
図３は、図１の信号処理部１３ｃの実施の形態を示す機能ブロック図である。信号処理部１３ｃは大きくデータ用レイヤ２スイッチを含むブロックと、光制御部を含むブロックとに分かれる。データ用レイヤ２スイッチは光インタフェース１３ｂとパケット変換部１３ｄ、ＩＰインタフェース１２との間で相互にパケットを交換する。これらの処理に係る制御や光スイッチ部１３ａの切替制御は光制御ブロックによりを行われる。
【００２４】
すなわち信号処理部１３ｃは、冗長化されたデータ用レイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）６１，６２、光制御部６３、レイヤ２スイッチ６４、物理層処理部６５、リレー６６、アドレス変換部６７、およびＲＯＭ６８、ＲＡＭ６９を備える。現用系のＬ２ＳＷを経て加入者網３００から送られたＩＰパケットはアドレス変換部６７に送られ、アドレス変換処理が実施される。すなわち加入者網３００において用いられるプライベートアドレスは、アドレス変換部６７によりＩＰ網２００のグローバルアドレスに変換される。またＩＰ網２００から加入者網に宛てたＩＰパケットのグローバルアドレスは、アドレス変換部６７により加入者網３００のプライベートアドレスに変換される。
【００２５】
ＩＰ網２００へのＩＰパケットは、現用系のＬ２ＳＷから光制御部６３およびデータＬＡＮ用のレイヤ２スイッチ６４によりルーティングされて装置内のデータＬＡＮを経由し、ＩＰインタフェース１２を介してＩＰ網２００に送出される。回線交換網１００に宛てたＩＰパケットは、光制御部６３から物理層処理部６５、リレー６６を介して図１のパケット変換部１４、主制御部１５に送られる。このほか光制御部６３は、図１の光スイッチ１３ａを切り替えるための光スイッチ切替信号なども生成する。
【００２６】
図４は、アドレス変換部６７の実施形態の詳細を示す機能ブロック図である。プライベートアドレスはプライベートアドレスレジスタ７１に、グローバルアドレスはグローバルアドレスレジスタ７２にそれぞれ予め登録される。その内容はプライベートアドレステーブル７３およびグローバルアドレステーブル７４に記憶される。
【００２７】
加入者網３００からＩＰ網２００への通信、すなわちプライベート側からグローバル側への通信は次の手順で実施される。まず、プライベート側である基地局からのＩＰパケットを受信バッファ７５で受信すると、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）レイヤのポート番号がポート番号レジスタ８１に書き込まれる。次に、ＩＰレイヤの送信元のプライベートアドレスがプライベートアドレスレジスタ７１に書き込まれる。これをプライベートアドレステーブル７３の内容と比較部７６により比較し、一致すれば、パケット送信バッファ７７でプライベートアドレスのエリア（ＩＰパケットの規定のフィールド）にグローバルアドレスを書き込む。その後この書き込み後のパケット送出が許可され、このＩＰパケットはグローバル側（ＩＰ網２００）に送信される。
【００２８】
ＩＰ網２００から加入者網３００への通信、すなわちグローバル側からプライベート側への通信は次の手順で実施される。まず、グローバル側であるＩＰインタフェース１２からのＩＰパケットを受信バッファ７８で受信すると、ＩＰレイヤの送信元のグローバルアドレスがグローバルアドレスレジスタ７２に書き込まれる。これとグローバルアドレステーブル７４の内容とを比較部７９により比較し、一致すれば、ＴＣＰレイヤのポート番号がポート番号レジスタ８０に書き込まれ、さらにこれとポート番号レジスタ８１とが比較部８２により比較される。これらが一致すると、パケット送信バッファ８３はグローバルアドレスのエリアにプライベートアドレスを書き込み、この書き込み後のＩＰパケットの送出を許可する。このようにしてＩＰパケットがプライベート側（加入者網３００）に送信される。
【００２９】
図５は、図１のパケット変換部１４の実施の形態を示す機能ブロック図である。パケット変換部１４は、ＰＤＭ−ＨＷを流れるＰＣＭデータをＰＣＭハイウェイインタフェース（ＰＤＭ ＨＷ Ｉ／Ｆ）９１を介して取得し、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）９２に送る。ＤＳＰ９２は、ＰＣＭデータをＶｏＩＰ（Voice over IP）技術によりＩＰパケット化する。その際、プライベートアドレスとグローバルアドレスとのアドレス変換が、アドレス変換部９３により実施される。なおアドレス変換部９３の構成および動作は図４と同様である。  
このほかパケット変換部１４は、このパケット変換部１４を主制御部１５（図１）から監視・制御するために制御ＬＡＮに接続するための物理層処理部９４や、これらをローカルに制御するための制御部９５などを備える。
【００３０】
図５のようにアドレス変換部９３をパケット変換部１４に設けることにより、信号処理部１３ｃからＩＰインタフェース１２へのデータＬＡＮを専用に布線しなくとも、信号処理部１３ｃからの内部制御ＬＡＮを経由してＩＰパケットを交換することが可能になり、装置構成の簡易化を促すことが可能になる。
【００３１】
以上述べたようにこの実施形態では、基地局と網側とのＩ′インタフェースがいずれもＩＰ化され、基地局からのＴＤＭ信号がＩＰパケット化される。ゲートウェイ装置１０においても、回線交換されたＰＣＭデータが光収容部１３においてＩＰパケット化される。これにより加入者網３００がＩＰネットワーク化され、既存の時分割インタフェースよりも伝送帯域を拡大することができる。またゲートウェイ装置１０にアドレス変換部６７（または９３）を設けてＩＰ網２００のグローバルアドレスと、加入者網３００のプライベートアドレスとを相互に変換することにより、グローバルアドレスのリソースを有効に利用することが可能になる。
【００３２】
通常のシステムは数十万もの基地局を備えるので、これに一つずつのグローバルアドレスを割り当てることはＩＰアドレスのリソース上、得策ではない。そこで、基地局のＩＰアドレスにプライベートアドレスを割り当て、ＩＰ網２００との接続インタフェースにグローバルアドレスを割り当てることで、ＩＰアドレスを有効に使用できるようになる。さらに図４の構成は、ハードウェアロジックにより容易に実現することができる。これによりソフトウェアによるアドレス変換処理に比べて処理を高速化でき、遅延時間を短縮することができる。
【００３３】
これらのことから、アドレス枯渇の問題を伴うことなくＩＰ網を収容可能な通信システムおよびゲートウェイ装置を提供することが可能となる。
【００３４】
なおこの発明は上記実施形態そのままに限定されるものではない。例えば上記では光ファイバＦを用いて加入者網３００を光化した例を示したが、メタリックケーブルのままの通信網においても同様の実施を行える。この場合ダークファイバ網４００をドライカッパー網に置き換えることができる。
【００３５】
さらにこの発明は、実施段階ではこの形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明に係る通信システムの実施の形態を示すシステム図。
【図２】図１の光収容部１３の詳細とデータの流れを示す図。
【図３】図１の信号処理部１３ｃの実施の形態を示す機能ブロック図。
【図４】アドレス変換部６７の実施形態の詳細を示す機能ブロック図。
【図５】図１のパケット変換部１４の実施の形態を示す機能ブロック図。
【符号の説明】
【００３７】
１００…回線交換網、２００…ＩＰ網、３００…加入者網、４００…ダークファイバ網、５００…集線部、１０…ゲートウェイ装置、２１〜２ｎ…基地局、ＰＳ…移動通信端末、３０…アダプタ、１１…公衆網インタフェース、１２…ＩＰインタフェース、１３…光収容部、１４…パケット変換部、１５…主制御部、１３ａ…光スイッチ、１３ｂ…光インタフェース、１３ｃ…信号処理部、１３ｄ…パケット変換部、２０…クロック処理部、３１…ＣＰＵ、３２…ＬＡＮインタフェース、３３…ＴＤＭインタフェース、３４…クロック処理部、３５…電気／光変換部、３６…電気／光変換部、５１…ＣＰＵ、５２…ＬＡＮスイッチ、５３…クロック処理部、５４…信号処理部、５５…電気／光変換部、６１，６２…データ用レイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）、６３…光制御部、６４…レイヤ２スイッチ、６５…物理層処理部、６６…リレー、６７…アドレス変換部、６８…ＲＯＭ、６９…ＲＡＭ、７１…プライベートアドレスレジスタ、７２…グローバルアドレスレジスタ、７３…プライベートアドレステーブル、７４…グローバルアドレステーブル、７５…受信バッファ、７６…比較部、７７…パケット送信バッファ、７８…受信バッファ、７９…比較部、８０…ポート番号レジスタ、８１…ポート番号レジスタ、８２…比較部、８３…パケット送信バッファ、９１…ＰＣＭハイウェイインタフェース（ＰＤＭ ＨＷ Ｉ／Ｆ）、９２…ＤＳＰ、９３…アドレス変換部、９４…物理層処理部、９５…制御部、Ｆ…光ファイバ
【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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