JP4379601B2

JP4379601B2 - パケット中継方法、パケット中継装置およびプログラム

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Publication number: JP4379601B2
Application number: JP2004220115A
Authority: JP
Inventors: 暁櫻井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: JP2006042013A

Description

本発明は、音声および動画像などのデータの通信を行う通信網システムにおいて、特にノード間での中継転送を行うパケット中継方法、パケット中継装置、およびその中継方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

従来、通信装置の低電力化手法として、データ受信が無い間に受信回路を間欠的に停止させる間欠受信待ちが一般的に用いられている。この手法では、通信トラフィックが少ないほど間欠周期を伸張させることが可能であり、低電力化に大きな効果を発揮してきた。これまでは特に電池容量に制限のある無線通信端末に適用され、無線ＬＡＮ（標準プロトコル：ＩＥＥＥ８０２．１１）において無線基地局が送信する報知情報（ビーコン）や配送トラフィック表示メッセージ付き報知情報（ＤＴＩＭ）周期毎に無線通信端末の受信回路を間欠的に駆動することで低電力化を図るパワーセーブモードが提供されていることがその一例である。

また、有線通信においては、近年におけるＡＤＳＬ（ＡｓｙｍｍｅｔｒｉｃＤｉｇｉｔａｌＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒＬｉｎｅ）、ＦＴＴＨ（ＦｉｂｅｒｔｏｔｈｅＨｏｍｅ）、およびＣＡＴＶ（ＣａｂｌｅＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）など高速アクセス回線の普及による常時接続環境の整備を背景に、複数の加入者を収容してトラフィックを集約するＤＳＬＡＭ（ＤＳＬアクセス多重化装置）やＦＴＴＨ向けレイヤ２スイッチ、ＣＭＴＳ（ケーブルモデム終端システム）の導入が進んできた。これらの集約装置では加入者単位に送受信回路が存在しているとともに、通信トラフィックの有無に関わらず２４時間３６５日常時ネットワークに接続されるため、各加入者の通信トラフィック状態に応じた電力制御に対するニーズが高まっていくといえる。

しかしながらリアルタイム通信を行う場合を考えると、例えば、ＶｏＩＰ（ＶｏｉｃｅｏｖｅｒＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）サービスにおいて固定電話並みのサービス品質を提供するためには、エンド・エンド遅延は一般に２００ｍｓ以内であることが要求される。今日、ＶｏＩＰを実現するネットワークを構築する場合には、電気通信事業者のＶＰＮ（ＶｉｒｔｕａｌＰｒｉｖａｔｅＮｅｔｗｏｒｋ）サービスが利用されることが多く、このサービスでは３０〜４０ｍｓ以内の網内遅延をＳＬＡ（サービス品質保証制度）に規定している。このネットワークの構成機器に間欠受信待ちを適用した場合には、パケット転送の遅延時間によって網内遅延が大きくなり、アプリケーション品質が劣化してしまうという問題が発生する。これは、低電力化を実現する間欠受信待ち動作によって、隣接ノードでのパケット送信準備完了から該当ノードでのパケット受信準備完了までの時刻が伸張してしまうということに起因している。

この対策として、無線端末へデータを転送する際に、データとともに次の送信予定時間を通知するという手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによって無線端末はリアルタイム通信データの到着時刻を予測できるため、必要な時間帯にのみ間欠受信待ちを行うことが可能となる。
特開２００２−３００１７５号公報

上記特許文献１に開示の提案では無線端末の低電力化を想定しているため、次の送信予定時間を知る手段として動画像を受信する端末でアプリケーションの終端を前提としている。したがって、アプリケーションを終端できない通信路上の中継装置においては、到着時刻の予測が不可能であるという問題がある。

上記問題によって、中継装置ではエンド・エンドの端末動作に影響を与えることなく、音声や動画像などのリアルタイム通信データを検出できないため、無通信中における装置低電力化と中継遅延の抑制を両立することが困難であった。

本発明は上述したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、リアルタイムトラフィック中継の低遅延化と中継装置の低電力化とを両立したパケット中継方法、パケット中継装置、およびその中継方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のパケット中継方法は、データを分割して送るためのデータパケットをネットワークを介して外部と送受信する回線処理部を有するパケット中継装置によるパケット中継方法であって、
前記データパケットの種別および通信周期の情報を含むセッション制御用パケットを外部から受信すると、該セッション制御用パケットの複製である複製制御用パケットを生成する工程と、
前記複製制御用パケット内に前記データパケットの種別を検出すると、前記通信周期の情報を該複製制御用パケットから読み出す工程と、
前記回線処理部に対して前記通信周期に対応して前記データパケットを受信させるデータパケット受信工程と、
受信したセッション制御用パケットの宛先のノードが該セッション制御用パケットを受信可能か否かを調べ、該ノードが前記セッション制御用パケットを受信可能である場合、該セッション制御用パケットを該ノード宛に前記回線処理部に送出させ、前記ノードが該セッション制御用パケットを受信できない場合、該セッション制御用パケットを該ノードが受信可能になるまで前記回線処理部に保持させる工程と、
を有するものである。

本発明では、データパケットがネットワークを介してやり取りされる際、回線処理部はセッション制御用パケットから読み出された通信周期に対応して受信動作するため、データのリアルタイム通信が可能となる。また、データパケットがやり取りされていない場合、データパケットの通信周期よりも長い周期でパケットの受信を間欠動作するように設定されれば、低電力化が図れる。

本発明では、セッション制御用パケットを他のノードに送出する際、送出先のノードが低電力化のために間欠受信動作を行っていても、セッション制御用パケットが一時的に保管され、ノードが受信可能になったときにセッション制御用パケットがそのノードに送出される。そのため、転送されるパケットの紛失を防ぎ、また、パケットを中継する各ノードの低電力化が図れる。

一方、上記目的を達成するための本発明のパケット中継装置は、データを分割して送るためのデータパケットをネットワークを介して外部から受信すると、該ネットワークを介して該データパケットを送信先に転送するパケット中継装置であって、
前記データパケットの種別および通信周期の情報を含むセッション制御用パケットを送受信し、また、該データパケットを含むパケットを受信する周期を変更可能な回線処理部と、
前記回線処理部と接続され、前記回線処理部より受け取る前記セッション制御用パケットの複製である複製制御用パケットを生成するパケットスイッチ部と、
前記パケットスイッチ部と接続され、前記パケットスイッチ部より受け取る前記複製制御用パケット内に前記データパケットの種別を検出すると、前記通信周期の情報を該複製制御用パケットから読み出すトラフィック識別部と、
前記回線処理部および前記トラフィック識別部と接続され、前記トラフィック識別部から前記通信周期を受け取ると、前記回線処理部に対して該通信周期に対応して前記データパケットを受信させる受信待ち周期生成部と、を有し、
前記回線処理部は、
前記セッション制御用パケットを格納するためのバッファと、
前記セッション制御用パケットの送出先のノードが前記セッション制御用パケットを受信可能か否かを調べるリンク確立検出部と、
前記ノードが前記セッション制御用パケットを受信可能である旨の情報を前記リンク確立検出部から受け取る場合、該セッション制御用パケットを該ノードに送出し、該ノードが該セッション制御用パケットを受信できない旨の情報を該リンク確立検出部から受け取る場合、該セッション制御用パケットを該ノードが受信可能になるまで前記バッファに保持させる送信管理部と、
を有する構成である。

また、上記目的を達成するための本発明のプログラムは、データを分割して送るためのデータパケットをネットワークを介して外部と送受信する回線処理部を有するコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記データパケットの種別および通信周期の情報を含むセッション制御用パケットを外部から受信すると、該セッション制御用パケットの複製である複製制御用パケットを生成する工程と、
前記複製制御用パケット内に前記データパケットの種別を検出すると、前記通信周期の情報を該複製制御用パケットから読み出す工程と、
前記回線処理部に対して前記通信周期に対応して前記データパケットを受信させるデータパケット受信工程と、
受信したセッション制御用パケットの宛先のノードが該セッション制御用パケットを受信可能か否かを調べ、該ノードが前記セッション制御用パケットを受信可能である場合、該セッション制御用パケットを該ノード宛に前記回線処理部に送出させ、前記ノードが該セッション制御用パケットを受信できない場合、該セッション制御用パケットを該ノードが受信可能になるまで前記回線処理部に保持させる工程と、
を前記コンピュータに実行させるものである。

本発明によれば、パケット中継装置では、外部から受信するパケットの内容から、やり取りされるデータがリアルタイム通信データであるか否かをトラフィック識別部にて検出される。そのため、通常時には長周期での間欠受信待ちを行って低電力化を図るとともに、リアルタイム通信データの到来時には受信待ち周期生成部からの指示により、回線処理部の間欠受信待ち周期をリアルタイム通信データの通信周期に対応するように制御することで、リアルタイム通信データの中継遅延を抑制できる。

本発明のパケット中継装置は、音声および動画像などのデータを含むパケットを転送する際、端末間でやり取りされるデータの種別を予め解析し、データの種別がリアルタイム通信の対象である場合にそのデータの通信周期に対応してパケットを受信するようにしたものである。

本発明のパケット中継装置の構成について説明する。

図１は本発明のパケット中継装置の一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、パケット中継装置１００は、外部の端末および中継装置等のノードとパケットを送受信する回線処理部１１０a〜ｃと、回線処理部１１０ａ〜ｃにパケットを送出させるとともにパケットを複製するパケットスイッチ部１０４と、パケットスイッチ部１０４から受け取る複製のパケットを解析するトラフィック識別部１０１と、回線処理部１１０a〜ｃに電源を供給する電源制御部１０３と、トラフィック識別部１０１からの情報により電源制御部１０３の動作周期を指示する受信待ち周期生成部１０２とを有する構成である。パケット中継装置１００は、インターネット等のネットワークおよび外部ポート１１３を介して他の中継装置や端末と接続されている。図１では、回線処理部をパケット中継装置１００に複数設けた場合として、符号１１０ａ〜ｃで示すように回線処理部を３つ以上設けている。

パケット中継装置１００は、イーサネットなどの有線インタフェースおよび無線ＬＡＮなどの無線インタフェース等のうち少なくともいずれかのプロトコルを利用して任意の外部ポート１１３より受信したパケットを所望のポートに中継転送するパケットスイッチとして機能する通信機器である。なお、以下では、パケット中継装置１００を介して電話機として機能する２つの端末のうち、電話をかける側を発端末と称し、かかってきた電話を受ける側を着端末と称する。

次に、各構成について詳細に説明する。

パケットスイッチ部１０４は、ハードウェア回路およびパケットバッファメモリを備え、任意の回線処理部１１０ａ〜ｃから受信したパケットを別の回線処理部１１０ａ〜ｃに中継転送する一般的なパケットスイッチの機能を有する。そして、本実施例のパケットスイッチ部１０４は、受信したパケットを中継転送する際、出力ポートの回線種別やデータ長に応じて送信回路駆動時間を算出し、電源制御部１０３に対して該当する回線処理部１１２の駆動指示を与える。また、受信したパケットを中継する際、パケットを複製し、複製したパケットをトラフィック識別部１０１に送出する。以下では、複製したパケットを複製パケットと称する。なお、スイッチング先の方路決定はパケット内のＭＡＣアドレスやＩＰアドレスなどにしたがって行われるが、これはルータやスイッチのような通信機器において基本的な動作概念であるため、本実施例ではその詳細な説明を省略する。

トラフィック識別部１０１は、パケットスイッチ部１０４にて複製されたパケットの内部を解析し、フロー単位でのリアルタイム通信データの到来有無を検出し、リアルタイムトラフィック周期を検出し、これらの情報を元に受信待ち周期生成部１０２に対して周期の変更を通知するパケット処理部である。リアルタイム通信データは、ここでは音声情報を含む音声パケットであるが、動画像の情報を含む動画像パケットであってもよい。

本実施例においては、ＶｏＩＰデータの到来有無の検出手段として、シグナリングにＳＩＰ（ＳｅｓｓｉｏｎＩｎｉｔｉａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ：セッション制御プロトコル）を適用し、音声パケットにＲＴＰ（Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅＴｒａｎｓｐｏｒｔＰｒｏｔｏｃｏｌ：リアルタイム転送プロトコル）を適用している。ここで、ＳＩＰおよびＲＴＰのパケットのフォーマットについて説明する。

図２はパケットのフォーマットを示す図である。図２（ａ）はＳＩＰパケットのフォーマットであり、図２（ｂ）はＲＴＰパケットのフォーマットである。

ＳＩＰパケットは、図２（ａ）に示すように、ＭＡＣ（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）アドレス１５１と、発端末および着端末のＩＰアドレス１５２と、ＵＤＰ（ＵｓｅｒＤａｔａｇｒａｍＰｒｏｔｏｃｏｌ）ヘッダ１５３と、ＳＩＰメッセージ１５４と、ＦＣＳ（ＦｒａｍｅＣｈｅｃｋＳｅｑｕｅｎｃｅ）１５５とを有している。なお、図２（ａ）では、ＭＡＣアドレスをＭＡＣと略記し、ＩＰアドレスをＩＰと略記し、ＵＤＰヘッダをＵＤＰと略記し、ＳＩＰメッセージをＳＩＰと略記している。

ＵＤＰヘッダ１５３には、端末間のセッションを制御するためのアプリケーションを示すＵＤＰポート番号の情報が含まれている。ここでは図２（ａ）に示すように、ＵＤＰポート番号が“５０６０”の４桁の数値である。

ＳＩＰメッセージ１５４には、発端末および着端末のアドレスと、端末間でやり取りされるＲＴＰのアプリケーションを示すＲＴＰポート番号と、シグナリングのリクエストメッセージまたはレスポンスメッセージと、符号化方式と、音声パケット送信間隔の情報が含まれている。ＲＴＰポート番号は、音声パケットのアプリケーションだけでなく、端末間でやり取りされるパケットが音声パケットであることを示しており、パケットの種別を表わしている。音声パケット送信間隔がＲＴＰパケットのやり取りされる通信周期となる。発端末および着端末のアドレスはＩＰアドレスまたはＵＲＩ（ＵｎｉｆｏｒｍＲｅｓｏｕｒｃｅＩｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）アドレスである。ＵＲＩアドレスの場合、図に示さないＤＮＳ（ＤｏｍａｉｎＮａｍｅＳｙｓｔｅｍ）サーバにパケット中継装置１００がアクセスすることで、ＵＲＩアドレスに対応するＩＰアドレスを取得する。以下では、ＳＩＰメッセージ１５４に含まれる端末のアドレスをＩＰアドレスの場合で説明する。

リクエストメッセージとなるメソッドには、端末間でセッションを設定するための「ＩＮＶＩＴＥ」、「ＩＮＶＩＴＥ」に対する受信確認のための「ＡＣＫ」、およびセッションを解放するための「ＢＹＥ」などがある。レスポンスメッセージとなるレスポンスコードは、例えば、リクエスト受信を意味する「Ｔｒｙｉｎｇ」の場合には「１００」であり、処理中を意味する「Ｒｉｎｇｉｎｇ」の場合には「１８０」であり、リクエスト成功を意味する「ＯＫ」の場合には「２００」である。

ＲＴＰパケットは、図２（ｂ）に示すように、ＭＡＣアドレス１６１と、発端末および着端末のＩＰアドレス１６２と、ＵＤＰヘッダ１６３と、ＲＴＰヘッダ１６４と、音声内容のＰａｙｌｏａｄ１６５と、ＦＣＳ１６６とを有している。なお、図２（ｂ）では、図２（ａ）の場合と同様に、ＭＡＣアドレスをＭＡＣと略記し、ＩＰアドレスをＩＰと略記し、ＵＤＰヘッダをＵＤＰと略記している。そして、ＲＴＰヘッダをＲＴＰと略記している。また、ＭＡＣアドレス１６１、ＩＰアドレス１６２、ＵＤＰヘッダ１６３およびＦＣＳ１６６はＳＩＰパケットと同様な構成であるため、詳細な説明を省略する。

ＲＴＰヘッダ１６４にはＲＴＰポート番号の他に、ＲＴＰパケットを順番通りに並べるためのタイムスタンプおよびシーケンス番号の情報が含まれている。

また、図２（ｂ）に示すように、ここでのＵＤＰポート番号は“５００４−５０５９”であり、２組の４桁の数値がハイフンで結ばれた形式である。図２（ａ）のＳＩＰパケットが４桁の数値であることから、ＳＩＰパケットとＲＴＰパケットとでＵＤＰポート番号の形式が異なっている。

なお、音声パケットおよび動画像パケットは本発明のデータパケットであり、ＳＩＰパケットは本発明のセッション制御用パケットである。

上述したパケットに対するトラフィック識別部１０１の処理内容を説明する。

ＳＩＰパケットとＲＴＰパケットとでＵＤＰポート番号の形式が異なることから、トラフィック識別部１０１は、図２に示したフォーマットのパケットを受け取ると、パケットのＵＤＰヘッダ１５３、１６３からＵＤＰポート番号を解析して、ＳＩＰパケットであるか、ＲＴＰパケットであるかを識別する。この処理はハードウェア回路により平易に構成することが可能であり、ＳＩＰおよびＲＴＰ以外の必要としないパケットについては全て遮断することによって後述のＳＩＰメッセージ解析におけるソフトウェア処理負荷を軽減できる。

また、トラフィック識別部１０１は、受け取ったパケットがＳＩＰパケットの場合、ＳＩＰメッセージ１５４の内容を解析することにより、ＩＰアドレスで発端末アドレスおよび着端末アドレスを識別する。また、ＲＴＰポート番号に基づいたフロー識別を行う。また、シグナリングのメソッド種別およびレスポンスコード種別ならびに符号化された音声パケット送信間隔を識別する。これらの識別処理は、ソフトウェア処理にて実現するものとする。この音声パケット送信間隔は、一般的な音声コーデックであるＧ．７１１やＧ．７２９の場合には通常２０〜１００ｍｓの値が用いられている。

一方、トラフィック識別部１０１は、受け取ったパケットがＲＴＰパケットの場合、ＳＩＰパケットの場合と同様にＲＴＰヘッダ１６４の内容を解析し、ＲＴＰポート番号に基づいたフロー識別を行う。

受信待ち周期生成部１０２は、トラフィック識別部１０１より通知された受信待ち周期を元に電源制御部１０３を周期的に制御し、ハードウェア回路、ソフトウェアプログラム、またはそれらの組み合わせによって実現されるタイマ機能部である。

電源制御部１０３は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）などの電源制御ＩＣによって構成される。受信待ち周期生成部１０２の指示にしたがって任意の回線処理部１１０ａ〜ｃ内の受信処理部１１１ａ〜ｃに対する電源オン・オフの駆動を制御し、必要なときのみ受信処理部１１１ａ〜ｃを動作させる。また、パケットスイッチ部１０４の指示にしたがって回線処理部１１０ａ〜ｃ内の送信処理部１１２ａ〜ｃの駆動を制御し、必要なときのみ送信処理部１１２ａ〜ｃを動作させる。

回線処理部１１０は、外部からパケットを受け取る受信処理部１１１と、外部にパケットを送出する送信処理部１１２とを有する構成である。また、有線インタフェースおよび無線インタフェース等のうち少なくともいずれかのプロトコルを利用して外部ポート１１３を介して隣接する端末や中継装置と通信可能に接続され、フレーム同期や誤り制御といったレイヤ１（物理層）およびレイヤ２（データリンク層）の機能を実現するブロックである。以下に、回線処理部１１０について詳細に説明する。

図３は回線処理部の一構成例を示すブロック図である。

図３に示すように、回線処理部１１０は、隣接ノードがパケットを受信可能か否かを調べるリンク確立検出部１１４を受信処理部１１１内に備えている。また、リンク確立検出部１１４からの指示によりパケットを管理する送信管理部１１５と、一時的にパケットを格納するための送信待ちバッファ１１６とを送信処理部１１２内に備えている。パケット中継装置１００は、隣接ノードが上述の間欠受信待ちを行うパケット中継装置であると、パケットの送信を試みる際には隣接ノードに対してパケット受信可能であるかの問い合せをする必要がある。この応答をリンク確立検出部１１４が識別し、受信可能となるまでの間、送信管理部１１５は、送信待ちバッファ１１６に送信パケットを格納する。

回線処理部１１０が隣接ノードにパケットを送信しようとしたとき、そのノードが間欠受信待ち動作によりパケットを受信できない状態であっても、パケットが送信待ちバッファ１１６に格納されるため、パケットの紛失を防げる。また、ネットワーク上の各ノードが間欠受信待ち動作を行うことが可能となり、ネットワーク全体の低電力化が図れる。

なお、発端末および着端末は、一般的なＩＰ電話の機能を有するものであり、その詳細な説明を省略する。

次に、上述した構成のパケット中継装置の動作手順を説明する。ここでは、リアルタイム通信データの到来有無の検出手段としてＶｏＩＰシグナリングにＳＩＰを適用した場合について説明する。また、発端末１２０と着端末１３０の２つの端末がパケット中継装置１００ａおよび１００ｂを介してパケットを送受信する場合とする。パケット中継装置１００ａとパケット中継装置１００ｂは同様な構成であるため、パケット中継装置１００ｂの動作については説明を省略する。

図４は動作手順を説明するためのブロック図である。図５はＳＩＰにおけるＶｏＩＰ基本接続シーケンスを示す図である。図６は受信待ち周期生成部１０２の状態遷移シーケンスを示すフローチャートである。

図６に示すように、初期状態として受信待ち周期生成部１０２はＩＮＶＩＴＥ受信待ち状態（ステップ３０１）にあり、受信間隔として長周期ｔ１の値が設定されているものとする。これにより各回線処理部１１０ａ〜ｃにおける受信処理部１１１ａ〜ｃはこのｔ１周期毎にパケット受信有無の検出を行う間欠受信待ち動作を行う。

ユーザが発端末１２０を操作して着端末１３０に電話をかけると、図５に示すように、呼を接続するために発端末１２０がＩＮＶＩＴＥメッセージを含むＳＩＰパケットをパケット中継装置１００ａに送信する。回線処理部１１０ａの受信処理部１１１ａは最大でｔ１の待ち時間の後にこのＳＩＰパケットを受信する（ステップ２０１）。受信処理部１１１ａは受信したＳＩＰパケットをパケットスイッチ部１０４に送出する。パケットスイッチ部１０４は、回線処理部１１０ａから受信したＳＩＰパケットを複製し、受信したＳＩＰパケットを回線処理部１１０ｃの送信処理部１１２ｃに送信するとともに、複製パケットをトラフィック識別部１０１に転送する。なお、ＳＩＰパケットの複製は本発明の複製制御用パケットである。

トラフィック識別部１０１は、受信した複製パケットのＵＤＰヘッダを解析し、該当パケットがＳＩＰパケットであるかＲＴＰパケットであるかを識別する。そして、この複製パケットがＳＩＰパケットであることを識別すると、ＳＩＰメッセージの内容から発端末アドレスおよび着端末アドレスならびにＲＴＰポート番号を抽出し、シグナリングの種別を識別する。受信待ち周期生成部１０２は、トラフィック識別部１０１からの情報により、シグナリングのメソッド種別がＩＮＶＩＴＥであることを認識すると（ステップ３０２）、ＡＣＫ受信待ち状態（ステップ３０３）に遷移する。

また、トラフィック識別部１０１は、ＳＩＰメッセージの内容から識別した音声パケット送信間隔を受信待ち周期生成部１０２で用いる短周期ｔ２として保持する。

一方、回線処理部１１１ｃはパケットスイッチ部１０４からＳＩＰパケットを受信すると、パケット中継装置１００ｂにＳＩＰパケットを送信する前に、パケット中継装置１００ｂがパケットを受信可能であるか否かをリンク確立検出部１１４が識別してその識別結果を送信管理部１１５に送出する。パケット中継装置１００ｂがパケットを受信可能な状態である場合、送信管理部１１５はパケットスイッチ部１０４から受け取ったＳＩＰパケットをパケット中継装置１００ｂに送信する。反対にパケット中継装置１００ｂがパケットを受信できない状態である場合、パケット中継装置１００ｂがパケットを受信可能な状態になるまでの間、送信管理部１１５はＳＩＰパケットを送信待ちバッファ１１６に格納する。そして、リンク確立検出部１１４は、パケット中継装置１００ｂがパケットを受信可能な状態になったことを認識すると、パケット中継装置１００ｂへのパケットの送信を許可する送信許可信号を通信管理部１１５に送出する。通信管理部１１５は、リンク確立検出部１１４から送信許可信号を受け取ると、送信待ちバッファ１１６に格納したＳＩＰパケットをパケット中継装置１００ｂに送信する。

なお、パケット中継装置１００ａおよびパケット中継装置１００ｂは、相互にＳＩＰパケットを送受信する際、上述の回線処理部１１１ｃの動作と同様なため、以下ではその説明を省略する。

着端末１３０は、パケット中継装置１００ｂからＩＮＶＩＴＥメッセージを含むＳＩＰパケットを受け取ると、図５に示すように、パケット中継装置１００ａおよびパケット中継装置１００ｂを介して「１８０Ｒｉｎｇｉｎｇ」応答を含むＳＩＰパケットを発端末１２０に返送する（ステップ２０２）。そして、着端末１３０のユーザが受話器を取り上げて着端末１３０に着呼させると、着端末１３０はパケット中継装置１００ａおよびパケット中継装置１００ｂを介して「２００ＯＫ」応答を含むＳＩＰパケットを発端末１２０に返送する（ステップ２０３）。

続いて、発端末１２０がＡＣＫメッセージを含むＳＩＰパケットをパケット中継装置１００ａに送出する。回線処理部１１０ａの受信処理部１１１ａはＳＩＰパケットを発端末１２０から受信すると（ステップ２０４）、ＳＩＰパケットをパケットスイッチ部１０４に送出する。パケットスイッチ部１０４は、回線処理部１１０ａからＳＩＰパケットを受け取ると、ＩＮＶＩＴＥメッセージを含むＳＩＰパケットの処理と同様にして、パケットを複製する。そして、受け取ったＳＩＰパケットを回線処理部１１０ｃの送信処理部１１２ｃに送信するとともに、複製パケットをトラフィック識別部１０１に転送する。

トラフィック識別部１０１は、パケットスイッチ部１０４から受信した複製パケットのＵＤＰヘッダを解析し、該当パケットがＳＩＰパケットであるかＲＴＰパケットであるかを識別する。ＳＩＰパケットであることを識別すると、ＳＩＰメッセージの内容から発端末アドレスおよび着端末アドレスを抽出し、また、シグナリングの種別を識別する。受信待ち周期生成部１０２は、トラフィック識別部１０１からの情報により、シグナリングの種別が該当フローのＡＣＫメッセージであることを認識する（ステップ３０４）。そして、受信待ち周期生成部１０２は、ＲＴＰ受信待ち状態に遷移し（ステップ３０６）、連続して受信待ち可能になるように、ｔ∞＝無限大の値を回線処理部１１０ａの受信処理部１１１ａを設定する。これにより、受信処理部１１１ａは間欠受信動作を停止し、連続受信待ち状態になる。以上の動作により、呼接続処理が完了する。

続いて、図５に示すように、発端末１２０のユーザが受話器に向けて音声を発すると、発端末１２０は、ユーザによる音声の情報を分割し、分割した音声情報を含むＲＴＰパケットを生成する。そして、生成したＲＴＰパケットをパケット中継装置１００に送信する（ステップ２０５）。受信処理部１１１ａは連続受信待ち状態であるため、このパケットを直ちに受信する。そして、受信したＲＴＰパケットをパケットスイッチ部１０４に送信する。パケットスイッチ部１０４は、回線処理部１１０ａからＲＴＰパケットを受け取ると、パケットを複製する。そして、受け取ったＲＴＰパケットを回線処理部１１０ｃの送信処理部１１２ｃに送信するとともに、複製パケットをトラフィック識別部１０１に転送する。

トラフィック識別部１０１は、パケットスイッチ部１０４から受信した複製パケットのＵＤＰヘッダを解析し、該当パケットがＳＩＰパケットであるかＲＴＰパケットであるかを識別する。ＲＴＰパケットであることを識別すると、ＲＴＰメッセージの内容から発端末アドレスおよび着端末アドレスを抽出する。受信待ち周期生成部１０２は、トラフィック識別部１０１からの情報により、該当フローのＲＴＰパケットであることを認識する（ステップ３０７）。

続いて、受信待ち周期生成部１０２は、先のＩＮＶＩＴＥメッセージから抽出した短周期ｔ２値を受信処理部１１１ａに設定する。これにより、受信処理部１１１ａは、ｔ２周期毎にパケット受信の有無を検出する間欠受信待ち動作を行い、受信待ち周期生成部１０２は、呼を解放するためメソッド種別であるＢＹＥの受信待ち状態に遷移する（ステップ３０９）。それ以降において、ユーザ通話中の状態では、図５に示すように、発端末１２０はｔ２周期毎にＲＴＰパケットをパケット中継装置１００ａに送信する（ステップ２０６、２０７）。このようにして、間欠の受信待ちをする受信処理部１１１ａは、パケットが到着するｔ２周期に合わせて回路を駆動させるため、必要最小限の電力で動作することが可能となる。

その後、ユーザの通話が完了して、発端末１２０のユーザが受話器を置くと、図５に示すように、発端末１２０はＢＹＥメッセージを含むＳＩＰパケットをパケット中継装置１００ａに送信する（ステップ２０８）。回線処理部１１０ａの受信処理部１１１ａは最大でｔ２の待ち時間の後にこのＳＩＰパケットを受信する。そして、受信したＳＩＰパケットをパケットスイッチ部１０４に送信する。パケットスイッチ部１０４は、回線処理部１１０ａからＳＩＰパケットを受け取ると、ＩＮＶＩＴＥメッセージを含むＳＩＰパケットの処理と同様にして、パケットを複製する。そして、受け取ったＳＩＰパケットを回線処理部１１０ｃの送信処理部１１２ｃに送信するとともに、複製パケットをトラフィック識別部１０１に転送する。

トラフィック識別部１０１は、パケットスイッチ部１０４から受信した複製パケットのＵＤＰヘッダを解析し、該当パケットがＳＩＰパケットであるかＲＴＰパケットであるかを識別する。ＳＩＰパケットであることを識別すると、ＳＩＰメッセージの内容から発端末アドレスおよび着端末アドレスを抽出する。受信待ち周期生成部１０２は、トラフィック識別部１０１からの情報により、シグナリングの種別が該当フローのＢＹＥメッセージであることを認識する（ステップ３１０）。

そして、受信待ち周期生成部１０２は、再びＩＮＶＩＴＥ受信待ち状態に遷移し（ステップ３０１）、長周期のｔ１値を受信処理部１１１ａに設定する。これにより、受信処理部１１１ａはｔ１周期毎にパケット受信の有無を検出する間欠受信待ち動作を行う。

一方、回線処理部１１０ｃの送信処理部１１２ｃは、パケットスイッチ部１０４からＳＩＰパケットを受け取ると、このＳＩＰパケットをパケット中継装置１００ｂを介して着端末１３０に送信する。図５に示すように、着端末１３０は、パケット中継装置１００ａの送信処理部１１２ｃからパケット中継装置１００ｂを介してＢＹＥメッセージを含むＳＩＰパケットを受け取ると、「２００ＯＫ」応答を含むＳＩＰパケットを発端末１２０宛に返送する（ステップ２０９）。以上の動作により、呼解放処理が完了する。

図７はパケット中継装置１００ｂにおけるパケットの送受信動作を示す図である。

図７のステップ４０１、４０２に示すように、パケット中継装置１００ａがパケット中継装置１００ｂにＳＩＰパケットを送信しようとしても、パケット中継装置１００ｂは長周期ｔ１で間欠受信動作を行っている。そのため、パケット中継装置１００ａはパケット中継装置１００ｂの受信可能となるタイミングに合わせて、ＳＩＰパケットをパケット中継装置１００ｂに送信する。パケット中継装置１００ｂはパケット中継装置１００ａからＳＩＰパケットを受信すると、ＳＩＰパケットを着端末１３０に送出している。

また、発端末１２０と着端末１３０がＲＴＰパケットのやり取りを始めると、ステップ４０３から４０６に示すように、パケット中継装置１００ｂはパケット中継装置１００ａから音声パケット送信間隔に合わせてＲＴＰパケットを受信し、受信したＲＴＰパケットを着端末１３０に送出している。そして、パケット中継装置１００ａからＢＹＥメッセージを含むＳＩＰパケットを受け取ると、再び長周期ｔ１の間欠受信待ちの動作になる。

なお、図６に示すように、呼接続処理の完了前に発端末１２０がコネクションを切断した場合、受信待ち周期生成部１０２はＡＣＫ受信待ち状態において発端末１２０よりＢＹＥメッセージを受信することになる（ステップＳ３０５）。また、呼接続処理の完了直後に発端末１２０がコネクションを切断した場合、受信待ち周期生成部１０２はＲＴＰ受信待ち状態において発端末１２０よりＢＹＥメッセージを受信することになる（ステップ３０８）。これらのケースにおいては、受信待ち周期生成部１０２は再びＩＮＶＩＴＥ受信待ち状態（ステップ３０１）に遷移し、長周期のｔ１値が再設定される。これにより、受信処理部１１１ａはｔ１周期毎にパケット受信有無の検出を行う間欠受信待ち動作を行う。

上述したように、本実施例のパケット中継装置１００では、隣接する中継装置や端末からパケットを受信する毎に、パケットスイッチ部１０４がパケットを複製してトラフィック識別部１０１に複製パケットを転送する。そして、トラフィック識別部１０１はこの複製パケットの内部を解析し、リアルタイム通信データの到来を検出すると、受信待ち周期生成部１０２に対して周期の変更を通知する。

リアルタイム通信データが存在しない間は、受信待ち周期生成部１０２は長周期で受信部１１１を間欠駆動することによって低電力化を図るが、リアルタイム通信データの到来時には受信部１１１の間欠受信待ち周期を端末のデータ送信周期に合わせて短縮化することによって、以降は該当パケット到着毎に速やかに受信処理を行うことが可能となる。

本発明のパケット中継装置１００は、任意のポート１１３からの受信パケットがリアルタイム通信データであるか否かをトラフィック識別部１０１にて検出する機能を有する。そのため、通常時には長周期ｔ１での間欠受信待ちを行って低電力化を図るとともに、リアルタイム通信データの到来時には受信待ち周期生成部１０２が生成する短周期ｔ２に基づき受信処理部１１１の間欠受信待ち周期を動的に制御することで、リアルタイム通信データの中継遅延を抑制できる。

この検出機能としては、パケットスイッチ部にて複製されたＳＩＰパケットをトラフィック識別部で解析する構成をとることによって、エンド・エンドの端末動作に影響を与えることなくリアルタイム通信データを検出できるという特長がある。また、トラフィック識別部はＵＤＰポート番号の解析処理をハードウェア、ＳＩＰメッセージ解析におけるソフトウェアにて構成することにより、ＳＩＰおよびＲＴＰ以外の必要としないパケットについては全てハードウェア回路で遮断することが可能であるため、ＳＩＰメッセージ解析におけるソフトウェア処理負荷を軽減することができるという実装上の効果がある。

このようにして本願発明では、エンド・エンドの端末動作への影響を与えずにリアルタイム通信データを自律的に検出し、動的に間欠受信待ち周期を変更できるため、無通信中における受信回路の駆動停止による装置低電力化を実現するとともに、リアルタイム通信中においても中継遅延を抑制しアプリケーションの品質を維持できる。

なお、本発明は、ＶｏＩＰやビデオ電話・放送などを提供するリアルタイム通信システムを構築するためのパケット中継装置、加入者集約装置に利用可能である。

また、本実施例では、ＲＴＰパケットで送信するデータを音声の場合で説明したが、データは動画像であってもよい。この場合、図２（ａ）のＳＩＰメッセージにおけるパケット送出間隔は動画像を分割して送るためのパケットの通信周期となる。

また、本実施例では、パケット中継装置１００に回線処理部を複数設けていたが、回線処理部が１つであってもよい。

さらに、プログラムにしたがって所定の処理を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、プログラムを格納するためのメモリとをパケット中継装置１００に備え、上述したパケットスイッチ部１０４、トラフィック識別部１０１、および受信待ち周期生成部１０２による制御の内容を記述したプログラムをＣＰＵに実行させるようにしてもよい。

本発明のパケット中継装置の一構成例を示すブロック図である。パケットのフォーマットを示す図である。回線処理部の一構成例を示すブロック図である。本発明のパケット中継装置の動作手順を説明するためのブロック図である。ＳＩＰにおけるＶｏＩＰ基本接続シーケンスを示す図である。受信待ち周期生成部の状態遷移シーケンスを示すフローチャートである。パケット中継装置におけるパケット送受信動作を示す図である。

符号の説明

１００パケット中継装置
１０１トラフィック識別部
１０２受信待ち周期生成部
１０３電源制御部
１０４パケットスイッチ部
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ回線処理部
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ受信処理部
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ送信処理部

Claims

データを分割して送るためのデータパケットをネットワークを介して外部と送受信する回線処理部を有するパケット中継装置によるパケット中継方法であって、
前記データパケットの種別および通信周期の情報を含むセッション制御用パケットを外部から受信すると、該セッション制御用パケットの複製である複製制御用パケットを生成する工程と、
前記複製制御用パケット内に前記データパケットの種別を検出すると、前記通信周期の情報を該複製制御用パケットから読み出す工程と、
前記回線処理部に対して前記通信周期に対応して前記データパケットを受信させるデータパケット受信工程と、
受信したセッション制御用パケットの宛先のノードが該セッション制御用パケットを受信可能か否かを調べ、該ノードが前記セッション制御用パケットを受信可能である場合、該セッション制御用パケットを該ノード宛に前記回線処理部に送出させ、前記ノードが該セッション制御用パケットを受信できない場合、該セッション制御用パケットを該ノードが受信可能になるまで前記回線処理部に保持させる工程と、
を有するパケット中継方法。
前記データパケット受信工程において、前記データパケットの種別が音声および動画のうち少なくともいずれかのデータを示している場合、前記通信周期として第１の通信周期を前記回線処理部に設定し、前記複製制御用パケットがセッションを解放する旨のメッセージを含むパケットである場合、前記第１の通信周期よりも周期の長い第２の通信周期を前記通信周期として前記回線処理部に設定する、請求項１記載のパケット中継方法。
データを分割して送るためのデータパケットをネットワークを介して外部から受信すると、該ネットワークを介して該データパケットを送信先に転送するパケット中継装置であって、
前記データパケットの種別および通信周期の情報を含むセッション制御用パケットを送受信し、また、該データパケットを含むパケットを受信する周期を変更可能な回線処理部と、
前記回線処理部と接続され、前記回線処理部より受け取る前記セッション制御用パケットの複製である複製制御用パケットを生成するパケットスイッチ部と、
前記パケットスイッチ部と接続され、前記パケットスイッチ部より受け取る前記複製制御用パケット内に前記データパケットの種別を検出すると、前記通信周期の情報を該複製制御用パケットから読み出すトラフィック識別部と、
前記回線処理部および前記トラフィック識別部と接続され、前記トラフィック識別部から前記通信周期を受け取ると、前記回線処理部に対して該通信周期に対応して前記データパケットを受信させる受信待ち周期生成部と、を有し、
前記回線処理部は、
前記セッション制御用パケットを格納するためのバッファと、
前記セッション制御用パケットの送出先のノードが前記セッション制御用パケットを受信可能か否かを調べるリンク確立検出部と、
前記ノードが前記セッション制御用パケットを受信可能である旨の情報を前記リンク確立検出部から受け取る場合、該セッション制御用パケットを該ノードに送出し、該ノードが該セッション制御用パケットを受信できない旨の情報を該リンク確立検出部から受け取る場合、該セッション制御用パケットを該ノードが受信可能になるまで前記バッファに保持させる送信管理部と、
を有する、パケット中継装置。
前記受信待ち周期生成部は、
前記データパケットの種別が音声および動画のうち少なくともいずれかのデータを示している場合、前記トラフィック識別部から通知される第１の通信周期を前記通信周期として前記回線処理部に設定し、前記複製制御用パケットがセッションを解放する旨のメッセージを含むことを示す情報を前記トラフィック識別部から受信する場合、前記第１の通信周期よりも周期の長い第２の通信周期を前記通信周期として前記回線処理部に設定する、請求項３記載のパケット中継装置。
データを分割して送るためのデータパケットをネットワークを介して外部と送受信する回線処理部を有するコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記データパケットの種別および通信周期の情報を含むセッション制御用パケットを外部から受信すると、該セッション制御用パケットの複製である複製制御用パケットを生成する工程と、
前記複製制御用パケット内に前記データパケットの種別を検出すると、前記通信周期の情報を該複製制御用パケットから読み出す工程と、
前記回線処理部に対して前記通信周期に対応して前記データパケットを受信させるデータパケット受信工程と、
受信したセッション制御用パケットの宛先のノードが該セッション制御用パケットを受信可能か否かを調べ、該ノードが前記セッション制御用パケットを受信可能である場合、該セッション制御用パケットを該ノード宛に前記回線処理部に送出させ、前記ノードが該セッション制御用パケットを受信できない場合、該セッション制御用パケットを該ノードが受信可能になるまで前記回線処理部に保持させる工程と、
を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。
前記データパケット受信工程において、前記データパケットの種別が音声および動画のうち少なくともいずれかのデータを示している場合、前記通信周期として第１の通信周期を前記回線処理部に設定し、前記複製制御用パケットがセッションを解放する旨のメッセージを含むパケットである場合、前記第１の通信周期よりも周期の長い第２の通信周期を前記通信周期として前記回線処理部に設定する、請求項５に記載のプログラム。