(57)【要約】【課題】受信側通信装置の回線帯域を分割予約することにより生じうる未使用帯域を有効に利用する方法及び装置を提供する。【解決手段】本特許によって構成される通信装置は、マネージメントモジュール９と、設定帯域記憶部１０と、予約制御部１１と、予約帯域記憶部１２と、帯域制御部１３と、フレームバッファ１４と、回線インタフェース１５と、パケット処理部１６と、受信リソース制御部１７と、受信リソース記憶部１８と、クロスバースイッチ１９と、ルーティング処理部２０と、他回線ルーティング処理部３０と、他回線パケット処理部３１を備える。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のパケット通信装置と通信する第２のパケット通信装置であって、
パケットを送受信する送受信部と、
前記送受信部で送信する帯域条件を記憶する予約帯域記憶部と、
前記第１のパケット通信装置宛に第１の帯域条件の予約を要求する帯域予約要求メッセージを送信させ、受信した当該帯域予約要求メッセージへの応答に基づいて、前記予約帯域記憶部に前記第１のパケット通信装置宛の送信の帯域条件として前記第１の帯域条件を設定する予約制御部と、
前記予約帯域記憶に設定された帯域条件に従って前記送受信部の送信を制御する送信制御部とを有することを特徴とするパケット通信装置。
【請求項２】
請求項１のパケット通信装置であって、
前記第１のパケット通信装置から前記送受信部で予約解放メッセージを受信すると、前記予約制御部は、前記予約帯域記憶部に設定した前記第１の帯域条件を解除することを特徴とするパケット通信装置。
【請求項３】
請求項２のパケット通信装置であって、
前記第１のパケット通信装置から前記送受信部で予約復旧メッセージを受信すると、前記予約制御部は、前記予約帯域記憶部で解除した前記第１の帯域条件を再設定することを特徴とするパケット通信装置。
【請求項４】
請求項２のパケット通信装置であって、
前記予約帯域記憶部は、複数の帯域条件を記憶し、
前記予約制御部は、前記第１の帯域条件を解除すると、当該第１の帯域条件よりも最大送信帯域が小さい第２の帯域条件に従って前記送信制御部で送信を制御させることを特徴とするパケット転送装置。
【請求項５】
第２のパケット通信装置と通信する第１のパケット通信装置であって、
パケットを送受信する送受信部と、
前記第２のパケット通信装置から第１の最低保証帯域と第１の最大送信帯域の予約を要求する帯域予約要求メッセージを受信すると、前記第１の最低保証帯域と前記第１の最大送信帯域とが第１の所定条件を満たすかを判断し、満たすと判断すると予約可の応答メッセージを前記第１のパケット通信装置宛に送信させる予約制御部と、
前記送受信部で受信するパケットの帯域量を監視し、受信した帯域量が第２の所定条件以上のとき、前記予約制御部で予約解放メッセージを前記第１のパケット通信装置宛に送信させる受信帯域制御部とを有することを特徴とするパケット通信装置。
【請求項６】
請求項４のパケット通信装置であって、
前記受信帯域制御部は、受信した帯域量が第３の所定条件以下のとき、前記予約制御部で予約復旧メッセージを前記第１のパケット通信装置宛に送信させることを特徴とするパケット転送装置。
【請求項７】
請求項４のパケット通信装置であって、
前記予約制御部は、前記第１の所定条件として、前記第１の最大送信帯域が受信許容帯域よりも小さく且つ前記第１の最低保証帯域が前記受信許容帯域と予約済帯域との差分よりも小さいか否かを判断することを特徴とするパケット通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信の帯域を制御する帯域制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、広域イーサネット（イーサネットは登録商標）（以下、広域ＥＮという）と呼ばれるVPN (Virtual Private Network)サービスの契約者数が大きく伸びている。広域ＥＮでは各接続拠点におけるアクセス回線の速度が異なるケースがあり、トラヒック送信側で受信側の契約帯域を超えたトラヒックを転送するとトラヒックが廃棄されてしまう。トラヒック転送途中にパケット廃棄が発生してもTCPなどの再送機能を有する通信手段を用いれば、一時的なパケット廃棄は問題にならないが、定常的に廃棄が発生するようなネットワーク構成では、通信の実行効率の低下が発生してしまう、動画配信といったリアルタイム性が求められる通信パケットについては再送による回避が有効でない。
【０００３】
このようなパケット廃棄を回避するため、回線帯域に合わせてフレーム送信レートを抑えるトラヒックシェーピングが有効となる。トラヒックシェーピングの従来技術として特許文献１などがある。これはユーザ毎に送信側インタフェースのシェーピングを掛け、更にトラヒック送信側の各ユーザの回線リソース使用状況を逐次監視して、各ユーザのトラヒック送信レートを動的に変えることを特徴として有する。
【０００４】
また、テレビ会議のようにネットワーク上で通信装置間での通信品質を実現する従来技術として、特許文献２がある。これは、通信装置から通信品質を確保するためのリソースをネットワーク管理サーバーと呼ばれる装置に予約して使用する。
【０００５】
また、ネットワーク上の通信装置間での回線リソース予約のやり取りを規定したプロトコルとして、RSVP (Resource Reservation Protocol)（非特許文献１）がある。このプロトコルの特徴は、トラヒックを送信するノードから接続先のノードに対して、リソース情報（帯域幅、ジッタ情報など）を通知するためのシグナリング方法を規定しており、複数拠点からの予約帯域情報を共有しあう特徴を有する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８２７２８号公報
【特許文献２】特開２００３−３０９８３２号公報
【非特許文献１】R. Braden, L. Zhang, S. Berson, S. Herzog, S. Jamin, 迭esource ReSerVation Protocol (RSVP)  [IETF RFC 2205]
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
広域ＥＮのようなマルチポイント接続型のVPNサービスでは、複数拠点から１拠点にアクセスが集中するケースが存在する。このケースでは、流入したトラヒックが受信契約帯域を超えた場合に、トラヒックの廃棄が発生してしまい問題となる。上記した従来のトラヒックシェーピング装置では、複数拠点から１拠点にアクセスが存在する場合、それぞれの拠点に対しては受信側の帯域を拠点数で分割された帯域を設定することでトラフィックの廃棄を軽減している。
【０００８】
特許文献１の技術では、拠点におけるユーザ毎のトラヒック送信レートを動的に変えることはできるが、受信側で分割された帯域を動的に変えることはできない。
【０００９】
特許文献２の技術では、通信装置間でのリソース（帯域）をサーバーで管理予約できるが、予約された後の状況に応じて動的に（特に装置が自律的に）帯域を変えることはできない。
【００１０】
非特許文献１の技術では、帯域予約を通信装置間で共有するが予約された後の状況に応じて帯域変動をさせようとすると、状況変化に応じて通信装置間で帯域予約の為のシグナリングパケットを流す必要があり、回線帯域への過負荷や再計算に伴う装置処理負荷などの問題が生じる。
【００１１】
しかし、従来のトラヒックシェーピング装置では、仮に他拠点のために確保していた帯域が利用されていなくても、送信可能なトラヒックはそれぞれの拠点毎に分割して予約された帯域で固定的に制限されてしまい、回線帯域を有効に活用できないことがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、上記課題を解決するため、接続先の回線リソース状況を監視して、トラヒックシェーピング帯域を動的かつ俊敏に変動させることが可能となる技術を検討した。
【００１３】
例えば、マネージメントモジュール上で動作する制御プログラムによって複数拠点の通信機器間で回線リソース予約を行う手段と、マネージメントモジュール上で動作する制御プログラムによって受信トラヒックと帯域リソースの状況によって接続対向装置に対して送信レートを変更させる手段と、前記手段によって変更された送信レートによって従属してトラヒックシェーピング動作する手段を有するシェーピング装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
第一の効果は、広域ＥＮのようなマルチポイント接続型の通信方式において、回線帯域を最大限に有効活用できることである。その理由は、受信側の回線リソースを複数拠点間で静的に分割予約するのではなく、トラヒック受信装置側の回線リソース状況に応じて、複数拠点間で回線帯域を共有して、リソース予約を行うことが可能とした構成であるため。
【００１５】
第二の効果は、回線リソース状況の変化によって生じるリソース予約制御によるシーケンス処理を低減している為、リアルタイム性の高いリソース予約制御システムにおいてへの適用が可能となる。その理由は、リソース予約の際に複数のルール（最低保障帯域、最大送信帯域）を事前に交渉し、予め想定される事象に対して拠点間で再調整をするのではなく、一方（受信側ルータ）の指示によって複数のトラヒック送信側ルータが従属的かつ協調性を持って動作することが可能とした構成であるため。
【００１６】
上記以外の、課題、手段、構成は後述する実施例によって明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施に好適な形態の例を、トラヒックシェーピングを参照して説明する。ただし、本発明は、本実施形態に限定されない。
【００１８】
本実施形態は、トラヒックシェーピング方法及びトラヒックシェーピング装置に関する。特に、本実施形態はトラヒック受信側通信装置の回線リソース状況に応じてトラヒックシェーピングを可変制御し、ユーザにより使用される帯域の変化に応じて帯域を有効利用するトラヒックシェーピング方法及びトラヒックシェーピング装置に関する。
【００１９】
また、本実施形態は、特に広域ＥＮなどの複数拠点間(多対多)のフルメッシュ接続を実現するマルチポイント接続型のVPN(仮想専用線ネットワーク)サービスにおいて、複数の対地（VPNの接続先）毎にトラヒックをシェーピングし、その上で帯域を有効的に活用する目的に関する。
【００２０】
広域ＥＮのようなマルチポイント接続型のVPNサービスの場合、複数拠点から１つの拠点にトラヒックが集中することも想定され、それぞれの拠点に対しては受信側の帯域を拠点数で分割された帯域しか予約できない。
【００２１】
図２のようなネットワークにおいて、通信機器１・２・３から通信機器４に向けて送信するトラヒックシェーピングレートＲ１，Ｒ２，Ｒ３の総和は、通信機器４の受信回線帯域R4より小さい値になるように設定しないと、それぞれの通信機器からトラヒックが流入した場合に、通信機器４でトラヒックを受信しきれず、トラヒック廃棄問題が発生する。問題を回避する為には以下の条件１を満たすように設定を行うことが必要となる。
条件１：R4≧R1+R2+R3
条件１を満たすようにユーザがシェーピング設定を行った場合、トラヒック廃棄問題は発生しないが、回線帯域の利用効率化が悪くなることがある。それは通信機器１・２・３からの通信機器４に対して通信トラヒックがほとんど流れていない状態であっても、送信可能なトラヒックはあらかじめユーザによって分割予約された帯域R1,R2,R3で制限されてしまい回線帯域を有効活用できないケースが生じる。具体的にはR1=10Mbps, R2=10Mbps, R3=10Mbps, R4=30Mbpsとして、トラヒックシェーピングの設定が行われた場合には、トラヒック廃棄問題は発生しないが、通信機器４の回線リソースに余裕があっても、通信機器１・２・３のそれぞれから通信機器４にトラヒック転送できる最大帯域は10Mbpsに制限される。
【００２２】
本実施形態では図３のように複数のトラヒックシェーピングパラメータを設けて、トラヒック受信側装置の回線リソース状況に応じて、トラヒックシェーピングレートを使い分ける方式によって構成される。
【００２３】
最低保証帯域(MFSR)は、対地通信機器のリソース状況に関わらず、保証されるトラヒック帯域である。最大送信帯域(PFSR)は、対地通信機器のリソース状況に余裕がある場合、トラヒック転送することができる帯域である。PFSRは対地毎に1つでも複数設定されても良いが、PFSRを複数設定することで、受信リソースの状況により細かな状態遷移が可能となる。
【００２４】
受信許容帯域(RPB)は通信機器でトラヒック受信を行うことができる帯域である。
【００２５】
本実施形態におけるリソース予約においては以下条件を満たす。
条件２：RPB≧PFSR1、RPB≧PFSR2、RPB≧PFSR3
条件３：RPB≧MFSR1+MFSR2+MFSR3
図3において、例えば、MFSR1=10Mbps, MFSR2=10Mbps, MFSR3=10Mbps, RPB=30Mbps, PFSR1=25Mbps, PFSR2=25Mbps, PFSR3=25Mbpsのような設定が行われた場合、通信機器４の回線リソースに余裕があると通信機器１・２・３から通信機器４にトラヒック転送できる最大帯域は25Mbpsとなる。また、通信機器４の回線リソースが逼迫して、通信機器１・２・３に対して、トラヒックを抑制するように制御が行われるとそれぞれのトラヒック転送は10Mpbsに制限される。
【００２６】
このようにトラヒック受信側の状況に応じた、トラヒックシェーピングを行うことで帯域利用を効率化できる。
【００２７】
次に、本実施形態を構成する通信装置として、必要となる機器構成を以下に示す。
【００２８】
図１は、本実施形態の回路構成のブロック図を示す。本実施形態によって構成される通信装置は、例えばルータ・スイッチなどのパケット中継装置であり、マネージメントモジュール９と、設定帯域記憶部１０と、予約制御部１１と、予約帯域記憶部１２と、帯域制御部１３と、フレームバッファ１４と、回線インタフェース１５と、パケット処理部１６と、受信リソース制御部１７と、受信リソース記憶部１８と、クロスバースイッチ１９と、ルーティング処理部２０を有する。
【００２９】
なお、クロスバースイッチに接続される回線は、トラヒックシェーピング機構を有するインタフェースのパケット処理部１６とルーティング処理部２０の他に複数接続可能であり、他回線ルーティング処理部３０と他回線パケット処理部３１に接続される。
【００３０】
次に、図４のフローチャートに従って、通信装置が実行するリソース予約の処理の例を説明する。
【００３１】
ユーザが設定を行った対地毎のMFSRおよびPFSRはマネージメントモジュール９を介して設定帯域記憶部１０に格納される。設定帯域記憶部１０に格納されるMFSRは対地毎に1つ設定される。PFSRは対地毎に1つでも複数設定されても良いが、PFSRを複数設定することで受信リソースの状況により細かな状態遷移が可能となる。
【００３２】
予約制御部１１はマネージメントモジュール９の命令によって設定帯域記憶部１０に格納されたMFSRおよびPFSRが読み、MFSRおよびPFSRの情報を含んだリソース予約要求メッセージを生成する。なお、リソース要求メッセージには、その他、MD5やSHA認証に必要となるパスワード情報が含まれていても良い。生成されたリソース予約要求メッセージは、パケット処理部１６、送信フレームバッファ１４、回線インタフェース１５を介して、該当の対向通信装置に対して送出される。
【００３３】
リソース予約要求メッセージを受信した対向通信装置は、回線インタフェース１５、受信リソース制御部１７、パケット処理部１６を介して、ルーティング処理部２０に転送される。ルーティング処理部２０では、フレームヘッダ情報のMACアドレスやIPアドレスから出力先インタフェースを算出する。受信フレームがリソース予約要求メッセージの場合、宛先IPアドレスを参照して、クロスバースイッチ１９、パケット処理部１６を介して、予約制御部１１にフレーム転送が行われる。
【００３４】
制約制御部１１では、今回のリソース予約要求メッセージを受け付けるか否かの判定を行う。
【００３５】
この判定については、受信リソース記憶部１８に記録されている受信許容帯域(RPB)と他通信機器によって予約されているMFSRの合計値である予約済み帯域(RSB)と、リソース予約要求メッセージを比較して、以下の条件を満たすか否かの判定が行われる。
条件４. PFSR≦RPB
条件５. MFSR≦RPB−RSB
条件４，５を満たす場合には、予約制御部１１はパケット処理部１６、送信フレームバッファ１４、回線インタフェース１５を介して、対向通信装置に対してリソース予約完了メッセージを送出し、更にRSBに今回予約したMSFRを加算して、受信リソース記憶部１８に新たなRSBを保存する。条件４，５を満たなかった場合には、対向通信装置に対してリソース予約不可メッセージを送出される。
【００３６】
リソース予約完了メッセージを受信した対向通信装置は、回線インタフェース１５、受信リソース制御部１７、パケット処理部１６を介して、ルーティング処理部２０、クロスバースイッチ１９、パケット処理部１６を介して、予約制御部１１にフレーム転送される。予約制御部１１では、リソース予約が完了した対地毎に最低保障予約帯域(MFRR)と最大送信予約帯域(PFRR)とステータス状態(ST)が予約帯域制御部１２に記録される。MFRRおよびPFRRはリソース要求したMFSR、PFSRと同等の値となり、PFSRが複数設定された場合にはPFRRにも同様に複数設定が行われる。
【００３７】
リソース予約不可メッセージを受信した場合、MFRRおよびPFRRにはリソース予約要求メッセージを再送するために必要となる最低限必要な帯域(例えば、1kbps)が記録される。ユーザは条件４，５を満たすMFSR、PFSRを再設定しない限り、十分なトラヒック帯域を確保することができない。
【００３８】
ステータス状態(ST)は対向装置の回線リソースの状態変化によって送付される予約開放メッセージ、予約復旧メッセージによって状態遷移するパラメータであり、リソース予約直後のSTは帯域が最も大きいPFRRにマッピングされるIDが格納される。対向装置の回線リソース状況が逼迫（ひっぱく）し、予約開放メッセージを受信するとSTは一段階小さな帯域幅のIDに状態遷移する。対向装置の回線リソース状況に余剰があり、予約復旧メッセージを受信するとSTは一段階大きな帯域幅のIDに状態遷移される。
【００３９】
次に、図５のフローチャートに従って、通信装置が実行する回線リソースの状態監視処理の例を説明する。
【００４０】
回線インタフェース１５は、１つないしは複数の物理レイヤ機能を有する専用回路と接続されてパケット入出力を行う。外部から本装置にトラヒックが入力されると回線インタフェース１５から受信リソース制御部１７にフレーム転送される。受信リソース制御部１７では、フレーム情報の一部（フレームサイズ）からリアルタイム受信レート(RRR)が逐次算出され、パケット処理部１６にフレーム転送する。受信リソース制御部１７でトラヒック監視する単位は物理回線単位であっても良いし、接続対地毎であっても良い。但し、接続対地毎に受信トラヒックを監視する場合には、送信トラヒックに何らかの識別子が必要となる。対地を識別するためにデータトラヒックの中に特別な識別情報を設けても良いが、接続対地毎にVLANを分けてVLAN-IDを参照することで何処の対地から出力されたトラヒックであるかを識別しても良い。なお、受信リソース記憶部１８には、前述のとおり、受信許容帯域(RPB)、予約済み帯域(RSB)が記録されており、リアルタイム受信レート(RRR)と受信許容帯域(RPB)を比較して、RRRが上回った場合、受信リソース制御部１７から予約制御部１１に対して予約開放メッセージの送出指示が行われる。また、RRRがRPBの一定割合RATE(例えば、RPBの60%など定義)を下回った場合、回線リソースに余剰があると判断し、受信リソース制御部１７から予約制御部１１に対して予約復旧メッセージの送出指示が行われる。
条件６．ＲＲＲ＞ＲＰＢ
条件７．ＲＲＲ＜ＲＰＢ×ＲＡＴＥ
次に、図６に従って、前記予約制御手段によって、対向通信装置間でリソース予約された帯域に従って、トラヒックシェーピングを行う通信処理の例を説明する。
【００４１】
トラヒックシェーピング動作機構を有する回線インタフェースから入力されたフレームは、前記受信リソース制御が行われた後、ルーティング処理部２０にフレームヘッダ情報の一部（宛先ＭＡＣアドレスや宛先ＩＰアドレスなど）を提供する。ルーティング処理部２０はクロスバースイッチ１９を介してフレーム転送を行うべき宛先のパケット処理部１６または他回線パケット処理部３１を選択する。なお、トラヒックシェーピング機構を有しない他回線インタフェースから入力されたフレームは、前記受信リソース制御をせずにフレームヘッダ情報から宛先のパケット処理部１６または他回線パケット処理部３１を選択する。
【００４２】
クロスバースイッチ１９を介して、トラヒックシェーピング制御機構を有するパケット処理部１６に転送されたフレームは、一部のヘッダ情報(VLAN-ID,パケットサイズ)が帯域制御部１３に転送されて、フレームは送出フレームバッファ１４に格納される。送出フレームバッファ１４は接続対地毎にそれぞれ独立したキューを持っており、ヘッダ情報の一部(例えばVLAN-ID)からフレーム毎にどの対地に送信するフレームか判定し、当該キューにフレームをバッファリングする。他回線パケット処理部３１に転送されたフレームについて、トラヒックシェーピング動作を行う場合はパケット処理部１６に接続される制御機構が必要となる。
【００４３】
帯域制御部１３は対して転送されたヘッダ情報の一部から、フレーム毎にどの対地に所属するか判定し、予約帯域記憶部１２に格納されている当該対地のMFRR, PFRR, STと当該フレームのパケットサイズ情報からフレーム送信間隔(フレームを転送するのに要する時間)を算出して、前回のフレーム送信予定時刻にフレーム送信間隔を加算することによって送信予定時刻が得られる。
【００４４】
例えば、予約帯域記憶部１２によって得られる当該フレーム（パケットサイズ＝１５００byte）の送信対地へのシェーピングレートが１００Mbpsであった場合、フレーム送信間隔は12msecとなる。
(フレーム送信間隔)＝1500(byte)/100(Mbps)=1500*8/100M=12(msec)
帯域制御部にはタイマ機能を有しており、送信予定時刻を越えた場合に送出フレームバッファ１４に格納されたフレームの送出するように指示が行われて、送信可の判定が行われたフレームから回線インタフェース１５に転送が行われる。
【００４５】
本実施形態は、以下も含む。マネージメントモジュール、クロスバースイッチ、ルーティング処理部、パケット処理部、回線インタフェース、クロスバースイッチを介して複数接続される他回線ルーティング処理部／他回線パケット処理部を有するトラヒックシェーピング装置において、複数存在する対地毎にトラヒックシェーピングを行うため設定される１つの最低保障設定帯域(MFSR)および１つないしは複数の最大送信設定帯域(PFSR)を記憶する設定帯域記憶部と、前記設定帯域記憶部を参照して、対地毎の通信機器間で帯域予約制御を行うためにパケット処理部に接続される予約制御部と、前記予約制御部による予約制御結果を記憶する予約帯域記憶部と、前記予約帯域記憶部を参照して、パケット処理部から転送されてきたヘッダ情報から、フレーム毎にフレームの送信時刻を算出し、フレームバッファに対してフレームの送信命令を出す帯域制御部と、パケット処理部から転送されたフレームを対地毎にキューイングし、帯域制御部の命令によって回線インタフェースへフレームを転送するフレームバッファと、前記回線インタフェース側からフレームを受信して受信フレームの帯域計算を行い、その結果を受信リソース記憶部に転送する受信リソース制御部と、現在のリソース状況を記録する受信リソース記憶部で構成され、マネージメントモジュール上で動作する制御プログラムによって複数拠点の通信機器間で回線リソース予約を行う手段と、マネージメントモジュール上で動作する制御プログラムによってトラヒック帯域リソースの状況によって接続対向装置に対して送信レートを変更させる手段と、前記手段によって変更された送信レートによって従属してトラヒックシェーピング動作する手段を有することで、マルチポイント接続された接続拠点間で宛先回線リソース状況に応じた出力トラヒックを従属的な可変的制御を可能とし、トラヒック受信側の回線リソースを最大限に有効活用するトラヒックシェーピング装置。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】トラヒックシェーピング装置の構成例を示す
【図２】一般的なトラヒックシェーピング例を示す
【図３】本実施形態におけるシェーピング設定例を示す
【図４】リソース予約制御処理の例を示す
【図５】受信リソース監視制御処理の例を示す
【図６】リソース予約の制御パケットのやり取りの例を示す
【符号の説明】
【００４７】
９・・・マネージメントモジュール
１０・・・設定帯域記憶部
１１・・・予約制御部
１２・・・予約帯域記憶部
１３・・・帯域制御部
１４・・・送信フレームバッファ
１５・・・回線インタフェース
１６・・・パケット処理部
１７・・・受信リソース制御部
１８・・・受信リソース記憶部
１９・・・クロスバースイッチ
２０・・・ルーティング処理部
３０・・・他回線ルーティング処理部
３１・・・他回線パケット処理部
【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】
2007215061.tif 000007
【図６】
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