JP4372078B2 - ゲートウェイ装置 - Google Patents

Description

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に関する。

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。

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。

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。下記特許文献１に、このようなインタフェース部分における障害対策としての技術が開示される。
特開２０００−１７４７４８号公報

ところで、既存のこの種の装置においてはネットワークインタフェース内の集線インタフェースを異常と判断する場合、制御部から制御インタフェース経由でネットワークインタフェース内にある集線インタフェースの状態を監視し障害を検出するようにしていたので、ネットワークインタフェース自体に異常が生じた場合、監視を行うことができない。
また、集線インタフェースとネットワークインタフェースとの間では、固定的に決定されたライン数が全て異常のとき集線インタフェースが異常であると判断することしかできない。このため２重化したネットワークインタフェースの集線インタフェースの場合、決定されたライン数の全てが異常となるまで、運用系から予備系への切り替えを実行することができない。
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、耐障害性能を向上させたゲートウェイ装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、加入者網と、回線交換網と、パケット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の相互通信を実現するゲートウェイ装置であって、前記加入者網を終端して装置内信号を生成する加入者網インタフェースと、前記回線交換網を終端して前記装置内信号を生成する回線交換網インタフェースと、前記装置内信号を回線交換する交換手段と、この交換手段から前記パケット通信網に向け出力される装置内信号をパケット化する複数のパケット化手段と、これらの複数のパケット化手段をそれぞれ集線する現用系集線手段および予備系集線手段を備え、当該複数のパケット化手段から出力されるパケット信号を前記パケット通信網における宛先に向け経路制御して送出するパケットスイッチと、前記現用系集線手段および予備系集線手段を介して前記複数のパケット化手段からの応答をモニタする第１モニタ手段と、この第１モニタ手段とは異なる経路で前記複数のパケット化手段からの応答をモニタする第２モニタ手段と、前記第１モニタ手段および第２モニタ手段によりそれぞれモニタされた応答の有無に基づいて、前記現用系集線手段における障害の有無を決定する障害判定手段と、この障害判定手段により前記現用系集線手段に障害有りと判定された場合に、前記予備系集線手段を現用系に切り替える切替手段とを具備することを特徴とするゲートウェイ装置が提供される。
このような手段を講じることにより、パケット化手段（ＩＰ変換部）のポート個別の障害を検出することが可能になり、障害復旧処理はもとより、障害時間の短縮やシステムの性能低下を防ぐことが可能になる。

この発明によれば、耐障害性能を向上させたゲートウェイ装置を提供することができる。

図１は、本発明に係わ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において加入者網ＳＮの複数の加入者回線１１４は、まずゲートウェイ装置１に収容される。ゲートウェイ装置１はＩＰ網ＤＮに接続される。ＩＰ網ＤＮはパケット通信網であり、ＮＣＣの独自網などとして形成される。またＩＰ網ＤＮとしてインターネットを接続することもできる。

加入者網ＳＮには、加入者端末５や移動電話システムの基地局ＣＳ１、および無線端末ＰＳ１などが属する。加入者端末５および基地局ＣＳ１は加入者回線１１４を介してゲートウェイ装置１に接続される。加入者回線１１４は複数の加入者端末５や無線端末ＰＳ１ごとに割り当てられるアクセス回線である。

ゲートウェイ装置１は、加入者網ＳＮから発せられた信号（音声データや映像、画像データなどのディジタルデータ信号）をＩＰ網ＤＮに送出する。またゲートウェイ装置１は、ＩＰ網ＤＮからの加入者網ＳＮ内の端末に宛てた信号を加入者網ＳＮ内に送出し、当該端末に着信させる。これにより、ＩＰ網ＤＮに属する加入者端末７と、加入者端末５および無線端末ＰＳ１との間に双方向の通信経路を任意に設定することができる。さらに図１のシステムでは、ネットワーク監視装置ＭＥがＩＰ網ＤＮに設けられる。ネットワーク監視装置ＭＥはＩＰ網ＤＮを介してゲートウェイ装置１と種々の情報を授受し、主にゲートウェイ装置１の運用状態を管理する。

図２は、既存の音声通信システムを示すシステムブロック図である。図２において加入者網ＳＮの加入者端末５は、回線交換網ＸＮの交換機３に加入者回線１１４を介して収容される。交換機３は回線交換網ＸＮに属する設備である。なお図１のシステムと図２のシステムとを組み合わせる場合、ゲートウェイ装置１は交換機３よりも加入者端末側に設けられる。よって加入者網ＳＮと回線交換網ＸＮとの網間接続点は、ゲートウェイ装置１と交換機３との間の接続箇所となる。すなわちゲートウェイ装置１は、加入者網ＳＮと回線交換網ＸＮとの網間接続点よりも加入者網ＳＮ側に配置される。また加入者網ＳＮと、回線交換網ＸＮとＩＰ網ＤＮとの通信プロトコルは互いに異なる。

図３は、図１のゲートウェイ装置１の実施の形態を示す機能ブロック図である。図３において、ゲートウェイ装置１は制御部１６と加入者回線インタフェース１１，１２とを備える。加入者回線インタフェース１１は加入者回線１１４のインタフェース制御を行い、加入者回線インタフェース１２は加入者回線１１５のインタフェース制御を行う。

すなわち加入者回線インタフェース１１は加入者回線１１４を介して加入者端末や無線基地局を収容し、ＩＳＤＮ（Integrated Service Digital Network）の交換局側インタフェースを提供する。加入者回線インタフェース１２は加入者回線１１５に接続され、ＩＳＤＮの端末側インタフェースを提供する。なお加入者回線１１５の通信容量はトラヒックの需要予測に基づいて予め設計される。

また制御部１６は、時分割スイッチなどの交換部１００を備える。交換部１００は、ＩＰ網ＤＮと加入者回線１１４のそれぞれとの通信経路を交換接続する。また回線交換網ＸＮがゲートウェイ装置１に接続されている場合には、交換部１００は、回線交換網ＸＮおよびＩＰ網ＤＮと加入者回線１１４のそれぞれとの通信経路を交換接続する。

さらに図３のゲートウェイ装置１は、ＩＰ変換部１４およびパケットスイッチ１５を備える。ＩＰ変換部１４は制御部１６とＩＰ網ＤＮとの間に設けられ、網間のプロトコル変換を行う。すなわちＩＰ変換部１４は、他の通信網（回線交換網ＸＮなど）を介して与えられる時分割多重信号をＩＰパケットに変換し、パケットスイッチ１５に入力する。ＩＰパケットは宛先ＩＰアドレスに従ってルーティングされ、ＬＡＮ（Local Area Network）ケーブル１１７を介してＩＰ網ＤＮに送出される。またＩＰ変換部１４は、ＩＰ網ＤＮからＬＡＮケーブル１１７およびパケットスイッチ１５を介して入力されるＩＰパケットを時分割多重信号に変換する。

なお、図３において加入者回線インタフェース１１に収容される加入者回線１１４の回線収容数と、加入者回線インタフェース１２に収容される加入者回線１１５の回線収容数すなわち通信容量とは、同数とする。または、加入者回線インタフェース１１に収容される加入者回線１１４の回線収容数を、加入者回線インタフェース１２に収容される加入者回線１１５の回線収容数よりも多くする。このようにするとシステムの設計上、有利である。

制御部１６はゲートウェイ装置１の全体の制御を行う。つまり、制御部１６は加入者回線インタフェース１１、加入者回線インタフェース１２に対して加入者回線１１４、加入者回線１１５の制御を行うよう要求したり、加入者回線インタフェース１１、加入者回線インタフェース１２が検出した障害を総合的に管理する。

ゲートウェイ装置１の制御部１６はＩＰ網ＤＮ経由でネットワーク監視装置ＭＥに接続される。ネットワーク監視装置ＭＥは制御部１６と通信を行い、総合的に管理している情報をネットワーク監視装置ＭＥ側で表示することにより、ゲートウェイ装置１を遠隔から監視、管理することができる。

図３において、制御部１６はＩＰ変換部１４およびパケットスイッチ１５を介してＩＰ網ＤＮに接続される。加入者回線インタフェース１１，１２および制御部１６はいずれも専用のＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリ（図示せず）を備え、各メモリに記憶されるプログラムに基づくＣＰＵの演算処理により動作する。

図４は、図３の制御部１６およびパケットスイッチ１５の冗長構成を示すブロック図である。制御部１６およびパケットスイッチ１５は、いずれも現用系および予備系に二重化される。パケットスイッチ１５は、現用系ＬＡＮスイッチ１５１と予備系ＬＡＮスイッチ１５２とに二重化される。制御部１６は、現用系制御部１６ａと予備系制御部１６ｂとに二重化される。現用系ＬＡＮスイッチ１５１と予備系ＬＡＮスイッチ１５２とは、それぞれ自らの駆動状態を示すステータス信号を、ポーリング要求などに応じて現用系制御部１６ａと予備系制御部１６ｂとに通知する。制御部１６はパケットスイッチ１５の駆動状態を認識し、その結果に基づく制御信号をリレー制御回路１５９に与える。リレー制御回路１５９は、現用系ＬＡＮスイッチ１５１と予備系ＬＡＮスイッチ１５２との駆動状態に基づいて、パケットスイッチ１５内に備わる複数のリレー（後述する）を切替制御するためのリレー制御信号を出力する。

図５は、パケットスイッチ１５に係わる信号の流れの詳細を示す図である。図５においてパケットスイッチ１５は現用ポートおよび予備ポートを介してＩＰ網ＤＮに接続される。現用ポートおよび予備ポートはスイッチ部２３を介して現用系集線インタフェース部１５１、予備系集線インタフェース部１５２に接続される。一方、現用系制御部１６ａ、予備系制御部１６ｂは外部ＬＡＮおよびスイッチ部２１を介して現用系集線インタフェース部１５１、予備系集線インタフェース部１５２に接続される。さらに現用系集線インタフェース部１５１、予備系集線インタフェース部１５２はスイッチ部２２を介して複数のＩＰ変換部１４に接続される。各スイッチ部２１，２２，２３は例えばリレーであり、リレー制御回路１５９の制御により切り替え制御される。なお現用系制御部１６ａは現用系制御インタフェース部１７から内部ＬＡＮを介してＩＰ変換部１４に接続され、予備系制御部１６ｂは予備系制御インタフェース部１８から内部ＬＡＮを介してＩＰ変換部１４に接続される。

図５において複数のＩＰ変換部１４には、外部ＬＡＮまたは内部ＬＡＮによる状態検出点が設けられている。このうち外部ＬＡＮを介してＬＡＮスイッチなどの集線インタフェース１５１，１５２の状態を検出する検出点をＡとし、内部制御通信（内部ＬＡＮ）を介してＩＰ変換部１４の状態を検出する点、またはステータス保存しているレジスタをＢとする。なお複数のＩＰ変換部１４を区別するため、添え字を設ける（１〜ｎ）。ＩＰ変換部１４はスイッチ部２２に接続され、リレー制御回路１５９からの制御により接続ルートが切り替えられる。

図６は、現用系制御部１６ａ，予備系制御部１６ｂを示す機能ブロック図である。図６において、時分割スイッチ（ＴＳＷ）は図３の交換部１００に対応する。交換部１００は加入者回線インタフェース１１、加入者回線インタフェース１２、および、ＩＰ変換部１４に時分割多重バス（図示せず）を介して接続される。交換部１００は回線接続設定に従って時分割多重バス上のタイムスロットを入れ換える。これにより、加入者回線インタフェース１１、加入者回線インタフェース１２、およびＩＰ変換部１４間の通信経路が交換接続される。

制御部１６は、ＲＯＭ１６２およびＲＡＭ１６３に記憶される制御プログラムに基づく制御プロセッサＣＰＵ１６１の処理により、ゲートウェイ装置１の動作に係わる各種制御を統括的に実行する。特に制御部１６は、加入者回線インタフェース１２と交換部１００とを結ぶ時分割多重バスの通信容量、および、加入者回線１１５の通信容量に基づいて交換部１００における通信経路の接続状態を制御する。

クロック制御部１６５は、任意の加入者回線をクロックマスターとして加入者回線インタフェース１２から選択する。選択されたクロックマスターはクロック供給ラインを介してクロック制御部１６５に接続され、クロック制御部１６５にマスタークロックを供給する。クロック制御部１６５はネットワーククロックに同期する内部クロックをマスタークロックから生成する。この内部クロックはクロック分配ラインを介してゲートウェイ装置１の各部に分配供給される。これによりゲートウェイ装置１はネットワーククロックに同期して動作する。

さらに現用系制御部１６ａ、予備系制御部１６ｂは、内部ＬＡＮに接続される内部ＬＡＮインタフェース部１６７と、外部ＬＡＮに接続される外部ＬＡＮインタフェース部１６８とを備える。これらはネットワークインタフェース制御部１６６により制御される。さらに制御部１６は、２重化制御部１６４を備える。２重化制御部１６４は現用系（０系）と予備系（１系）との冗長切替にかかわる制御を行う。

図５の構成において現用系制御部１６ａは、外部ＬＡＮを経由し集線インタフェース部１５１を介して監視信号を各ＩＰ変換部１４へ出力する。この応答があれば該当の集線インタフェース部１５１のラインは正常と判断することができる。もし、異常であれば制御部インタフェース部１７を経由してＩＰ変換部１４の状態を監視する。ＩＰ変換部１４の状態が正常であれば集線インタフェース部１５１の異常と判断し、異常であればＩＰ変換部１４の異常と判断する。現用系集線インタフェース部１５１に異常が生じたと判断されると、これを予備系集線インタフェース部１５２に切り替える冗長切り替えが実行される。

図７は、この実施形態におけるゲートウェイ装置の動作を示すフローチャートである。図７において、まず冗長切り替えの判断基準が設定される。すなわち集線インタフェース部の冗長切り替えのしきい値をｍとし、ｍポート分（ｍ≦ｎ）の障害を検出した場合に冗長切り替えを行うことを、システム起動時に運用管理装置ＭＥによって設定する（ステップＳ１）。この設定は、システム起動後も随時、運用管理装置ＭＥから変更することが可能である。

そして、ＩＰ変換部１４の監視点Ａにおける障害数ｘが外部ＬＡＮを介して随時モニタされ、ｘ＜ｍであれば切り替えを行うことなく通常の運用が継続される（ステップＳ３）。ｘ≧ｍであれば、ＩＰ変換部１４の監視点Ｂの障害の有無が内部ＬＡＮを介してモニタされる（ステップＳ４）。監視点Ｂの障害が無ければ集線インタフェース部の運用系が切り替えられる。すなわち運用系が０系であれば１系に、１系であれば０系に切り替えられ、これにより集線インタフェース部の冗長切り替えが適切に実行される（ステップＳ７〜Ｓ９）。一方、ステップＳ４で監視点Ｂに障害が有れば、監視点Ａおよび監視点Ｂが同じポートであるか否かが判定される（ステップＳ５）。同じポートであれば、障害が発生したことが結論付けられるので障害の有るＩＰ変換部１４が交換される（ステップＳ６）。

上記の手順において、集線インタフェースの０系が運用系である状態で、現用系制御部１６ａが監視点Ａ１〜Ａｎのうちｍポート分以上の障害を検出したとする。このとき監視点Ｂ１〜Ｂｎが全て正常であるか、または監視点Ｂ１〜Ｂｎの障害ポートが障害のあるＡ１〜Ａｎと同じポートでないとき、集線インタフェース０系が異常であるとして現用系制御部１６ａはスイッチ２２、２３を切替え、集線インタフェース１系を現用系に切り替える。
また集線インタフェースの０系が運用系である状態で監視点Ｂ１〜Ｂｎのいずれかが異常であるとき、現用系制御部１６ａは該当するＩＰ変換部１４が異常であるとしてそのＩＰ変換部１４を交換する。

一方、集線インタフェースの１系が運用系である状態で、現用系制御部１６ａが監視点Ａ１〜Ａｎのうちｍポート分以上の障害を検出し、かつ、監視点Ｂ１〜Ｂｎが全て正常であるか、または監視点Ｂ１〜Ｂｎの障害ポートが障害のあるＡ１〜Ａｎと同じポートでないとき現用系制御部１６ａは集線インタフェース１系が異常であるとしてスイッチ２２、２３を切替え、集線インタフェース０系を現用系に切り替える。
また集線インタフェースの１系が運用系である状態で、監視点Ｂ１〜Ｂｎのいずれかが異常であるとき、現用系制御部１６ａは該当するＩＰ変換部１４が異常であるとしてそのＩＰ変換部１４を交換する。

図８は制御部１６に記憶されるＩＰ変換部１４の構成情報の一例を示す図である。また図９は、集線インタフェース障害検出時に集線インタフェースを切替えるためのしきい値（ｍ）設定テーブルを示す。構成情報にあるＩＰ変換部１４の実装設定ポート数（ｎ）により、ｍ≦ｎとなるようｍの入力を制限する。この例では、ｎ＝６、ｍ＝４である。これらの値は運用管理装置ＭＥからの操作により設定することができる。さらに、運用管理装置ＭＥからの操作により遠隔から集線インタフェースを現用系から予備系へ切り替えることができ、障害切り分けや保守のために役立てることができる。以上のことから、耐障害性能を向上させたゲートウェイ装置を提供することが可能となる。

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く、実施段階ではそ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。

本発明に係わる通信システムの実施の形態を示すシステム図。 既存の音声通信システムを示すシステムブロック図。 図１のゲートウェイ装置１の実施の形態を示す機能ブロック図。 図３の制御部１６およびパケットスイッチ１５の冗長構成を示すブロック図。 パケットスイッチ１５に係わる信号の流れの詳細を示す図。 図５の現用系制御部１６ａ，予備系制御部１６ｂを示す機能ブロック図。 本発明の実施形態におけるゲートウェイ装置の動作を示すフローチャート。 制御部１６に記憶されるＩＰ変換部１４の構成情報の一例を示す図。 集線インタフェース障害検出時に集線インタフェースを切替えるためのしきい値（ｍ）設定テーブルを示す図。

符号の説明

ＳＮ…加入者網、１１４，１１５…加入者回線、１…ゲートウェイ装置、ＤＮ…ＩＰ網、５，７…加入者端末、ＣＳ１…基地局、ＰＳ１…無線端末、ＭＥ…ネットワーク監視装置、ＸＮ…回線交換網、３…交換機、１６…制御部、１１，１２…加入者回線インタフェース、１００…交換部、１４…ＩＰ変換部、１５…パケットスイッチ、１１７…ＬＡＮケーブル、１５１…現用系ＬＡＮスイッチ、１５２…予備系ＬＡＮスイッチ、１６ａ…現用系制御部、１６ｂ…予備系制御部、１５９…リレー制御回路、２１，２２，２３…スイッチ部、１７…現用系制御インタフェース部、１８…予備系制御インタフェース部、１６２…ＲＯＭ、１６３…ＲＡＭ、１６１…ＣＰＵ、１６５…クロック制御部、１６７…内部ＬＡＮインタフェース部、１６８…外部ＬＡＮインタフェース部、１６６…ネットワークインタフェース制御部、１６４…２重化制御部

Claims (4)

1. 加入者網と、回線交換網と、パケット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の相互通信を実現するゲートウェイ装置であって、
   前記加入者網を終端して装置内信号を生成する加入者網インタフェースと、
   前記回線交換網を終端して前記装置内信号を生成する回線交換網インタフェースと、
   前記装置内信号を回線交換する交換手段と、
   この交換手段から前記パケット通信網に向け出力される装置内信号をパケット化する複数のパケット化手段と、
   これらの複数のパケット化手段をそれぞれ集線する現用系集線手段および予備系集線手段を備え、当該複数のパケット化手段から出力されるパケット信号を前記パケット通信網における宛先に向け経路制御して送出するパケットスイッチと、
   前記現用系集線手段および予備系集線手段を介して前記複数のパケット化手段からの応答をモニタする第１モニタ手段と、
   この第１モニタ手段とは異なる経路で前記複数のパケット化手段からの応答をモニタする第２モニタ手段と、
   前記第１モニタ手段および第２モニタ手段によりそれぞれモニタされた応答の有無に基づいて、前記現用系集線手段における障害の有無を決定する障害判定手段と、
   この障害判定手段により前記現用系集線手段に障害有りと判定された場合に、前記予備系集線手段を現用系に切り替える切替手段とを具備することを特徴とするゲートウェイ装置。
2. 前記現用系集線手段に障害有りと判定するための前記第１モニタ手段における信号経路のライン数の閾値を予め設定可能としたことを特徴とする請求項１に記載のゲートウェイ装置。
3. 前記パケット通信網に運用管理装置が備えられる場合に、この運用管理装置から前記閾値を設定可能としたことを特徴とする請求項２に記載のゲートウェイ装置。
4. 前記現用系集線手段と前記予備系集線手段との間の切り替え制御を前記運用管理装置から実行可能としたことを特徴とする請求項３に記載のゲートウェイ装置。

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