JP4294627B2 - パケット中継装置 - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークを介してパケットを中継するときの帯域制御を行うパケット中継装置に関する。

従来のパケット中継装置に関わる装置としては、パケットの受信処理を行う複数のパケット受信回路と、パケットのルーティング処理を行うルーティング処理部と、ルーティング処理で特定された出力回線にパケットをスイッチングするパケット中継処理手段と、出力回線毎に対応するシェーパ部と、出力回線に送信処理を行うパケット送信回路より構成されるルータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

なお、トラフィックシェーパ（以下、単にシェーパという。）とは、例えば、複数のパケット受信回路が同時にパケットを受信し、受信したパケットが１つの出力回線に集中して出力される場合、出力されるパケットの伝送量が出力回線の帯域を超えるとき、パケットが廃棄されてしまうため、出力されるパケットの伝送量を制御するためのものであり、すなわち、出力回線の帯域を超えないようにパケットの伝送量を一定に制御する。

ところで、近年、動画や音声になる電子的なコンテンツをネットワークを介してリアルタイムで配信する、いわゆるストリーミング技術が普及している。図７は、シェーパを介して実施される従来のストリーミング技術を示す図である。

ストリーミング技術が適用される通信システムには、図７（Ａ）に示すように、コンテンツを配信するサーバ９と、コンテンツを構成するコンテンツデータを含むパケットを中継するパケット中継装置７と、サーバ９から配信されたパケットをネットワーク５を介して受信する通信端末６とが備えられている。

パケット中継装置７は、上述したシェーパ８を実装しており、シェーパ８は、図７（Ｂ）に示すように、サーバ９から配信されたパケットの伝送量を一定に制御し、パケット中継装置７は、シェーパ８によって制御されたパケットを通信端末６に中継するようになっている。

また、コンテンツを再生するソフトウエアがインストールされた通信端末６は、パケット中継装置７から中継されたパケットをネットワーク５を介して受信し、図７（Ｃ）に示すように、受信したパケットに含まれるコンテンツデータを一定量になるまでバッファに蓄積し、バッファに蓄積したコンテンツデータが一定量になったときコンテンツデータの再生を開始するようになっている。

従って、配信されたパケットに含まれるコンテンツデータが、なんらかの要因で一時的に転送されないことがあっても、通信端末６は、バッファに蓄積したコンテンツデータを再生できるため、コンテンツデータから再生された動画や音声を利用者が問題なく視聴することができる。なお、再生されたコンテンツデータは、バッファから消去される。
特開２００１−３２６６８８号公報（第９頁、第１図）

しかしながら、上述した従来のパケット中継装置７は、サーバ９が大量にパケットを通信端末６に配信したとしても、シェーパ８がパケットの伝送量を一定に制御することにより、通信端末６に転送されるパケットの伝送量が一定になり、即時にはコンテンツデータが一定量に到達しないため、コンテンツ再生の開始が遅れて利用者がコンテンツの視聴を待たされてしまうという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、コンテンツの視聴を待たせることなく利用者に快適な視聴を提供することができるパケット中継装置を提供することを目的とする。

本発明のパケット中継装置は、パケットが入力される入力部（１１）と、前記パケットを伝送路に出力する出力部（１２）と、前記入力部に入力されたパケットを受けて、当該パケットに対し帯域制御を行う帯域制御部（１３）とを備え、前記伝送路の帯域制御を行うパケット中継装置において、前記帯域制御の対象となるパケットを識別するための識別情報を登録テーブルに登録する制御部（１４）と、前記登録テーブルに登録されている識別情報によって識別される登録パケットでないパケットを検出するフロー検出部（１５）と、前記登録パケットの出力先を前記帯域制御部または前記出力部に切替える切替部（１６）とを更に備え、前記制御部は、前記フロー検出部が前記登録パケットでないパケットを検出したときの前記識別情報を前記登録テーブルに登録し、前記切替部は、前記フロー検出部が前記登録パケットでないパケットを検出した時点から所定時間が経過するまで前記登録パケットを前記出力部に出力し、前記所定時間が経過したとき、前記登録パケットを前記出力部から前記帯域制御部に切替えて出力する構成を有している。
この構成により、サーバから送信されたパケットを切替部が出力部に出力している間は、一挙に大量のパケットがパケット中継装置から通信端末に転送されるため、パケット中継装置から中継されたパケットをネットワークを介して受信する通信端末が、受信したパケットに含まれるコンテンツデータの蓄積を開始した時点からコンテンツデータが一定量に到達する時点までの時間を短くでき、即時にコンテンツデータの再生を開始することができることにより、コンテンツの視聴を待たせることなく利用者に快適な視聴を提供することができる。

また、本発明のパケット中継装置は、前記制御部は、前記登録パケットが前記入力部から一定時間入力されない場合、前記登録パケットを識別するための識別情報を前記登録テーブルから解除する構成を有している。
この構成により、登録パケットが一定時間入力されない場合、登録パケットを識別するための識別情報を登録テーブルから解除するため、コンテンツの配信が終了等した場合には、登録パケットの帯域制御を確実に終了することができる。

また、本発明のパケット中継装置は、前記所定時間が前記登録パケットに応じて可変である構成を有している。
この構成により、サーバから配信されるコンテンツの特性に応じて、通信端末が再生を開始するタイミングに合わせて、登録パケットの出力先を帯域制御部から出力部に切替えることができる。

また、本発明のパケット中継装置は、前記入力部に入力されたパケットに対し前記帯域制御部で制御されるべき帯域よりも大きい帯域で帯域制御を行う優先帯域制御部（２８）を備え、前記切替部は、前記フロー検出部が前記登録パケットでないパケットを検出した時点から所定時間が経過するまで前記登録パケットを前記出力部に出力する替わりに、前記優先帯域制御部に出力し、前記所定時間が経過したとき、前記登録パケットを前記優先帯域制御部から前記帯域制御部に切替えて出力する構成を有している。
この構成により、サーバから送信されたパケットを切替部が出力部に出力している間は、一挙に大量のパケットがパケット中継装置から通信端末に転送されるため、パケット中継装置から中継されたパケットをネットワークを介して受信する通信端末が、受信したパケットに含まれるコンテンツデータの蓄積を開始した時点からコンテンツデータが一定量に到達する時点までの時間が短くでき、即時にコンテンツデータの再生を開始することができることにより、コンテンツの視聴を待たせることなく利用者に快適な視聴を提供することができる。

本発明は、コンテンツの視聴を待たせることなく利用者に快適な視聴を提供することができるパケット中継装置を提供するものである。

以下、本発明の実施の形態に係るパケット中継装置について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る通信システムの構成図を示したものである。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る通信システムは、動画や音声になる電子的なコンテンツを配信するサーバ９Ａ、９Ｂと、コンテンツを構成するコンテンツデータを含むパケットを中継するパケット中継装置１０と、サーバ９Ａ、９Ｂから配信されたパケットをネットワーク５を介して受信する通信端末６とを備えている。

なお、サーバ９Ａ、９Ｂの各々を区別しない場合には、サーバ９として説明する。サーバ９は、サーバ９Ａ、９Ｂの２つを図示しているが、サーバ９の個数は特に限定しない。

なお、通信端末６には、コンテンツを再生するソフトウエアがインストールされており、通信端末６は、サーバ９からストリーミングされて配信されるパケットを受信し、受信したパケットに含まれるコンテンツデータを一定量になるまでバッファに蓄積し、バッファに蓄積したコンテンツデータが一定量になったときコンテンツデータの再生を開始するようになっている。

また、本発明の実施の形態に係る通信システムにおいて、通信端末６が複数存在した場合には、パケット中継装置１０は、サーバ９から配信されるコンテンツをそれぞれの通信端末６に中継するようになっている。

図２は、本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の構成図を示したものである。図２に示すように、パケット中継装置１０は、入力部１１、出力部１２、帯域制御部１３、切替部１６、制御部１４、フロー検出部１５、およびタイマ１７によって構成される。

入力部１１および出力部１２は、例えば、ネットワークインターフェースからなる。入力部１１は、入力されたパケットをフロー検出部１５に出力する。出力部１２は、帯域制御部１３または切替部１６から入力されたパケットを伝送路に出力するようになっている。

また、入出力されるパケットとしては、例えば、インターネットプロトコルに対応したパケット（以下、ＩＰパケットという。）であり、ＩＰパケットはヘッダ部とペイロード部から構成される。ヘッダ部には、宛先アドレスおよび送信元アドレス等が含まれる。ペイロード部には、ＴＣＰまたはＵＤＰ等のプロトコルに準拠したデータが含まれる。

帯域制御部１３は、例えば、シェーパからなり、入力部１１から入力されたパケットに対し帯域制御を行うようになっている。

制御部１４は、例えば、プロセッサおよびメモリからなり、帯域制御の対象となるパケットを識別するための識別情報を登録テーブルに登録するようになっている。なお、帯域制御の対象となるパケットは、ネットワーク管理者が指定することにより、予め決められる。

例えば、パケットがＩＰパケットであったとき、識別情報を構成する情報は、宛先アドレスおよび送信元アドレスのうち少なくとも１つからなり、さらにＴＣＰまたはＵＤＰのポート番号を加えたものでもよい。

また、登録テーブルの一例を図３に示す。図３（Ａ）に示した登録テーブルには、識別情報、この識別情報に対応する切替状態、切替カウント値、解除カウント値、カウント増分値などの情報からなる。なお、これらの情報の詳細については、後述する。

フロー検出部１５は、入力されたパケットを切替部１６に出力する際に、帯域制御の対象となるパケットのうち、登録テーブルに登録されている識別情報によって識別される登録パケットでないパケットを検出するようになっている。

図２において、切替部１６は、登録パケットの出力先を帯域制御部１３または出力部１２に切替えるようになっている。従って、切替部１６が登録パケットを出力部１２に出力している場合、登録パケットは、帯域制御部１３の制御を受けずに出力部１２によって伝送路に出力され、切替部１６が登録パケットを帯域制御部１３に出力している場合、登録パケットは、帯域制御部１３の制御を受けて出力部１２によって伝送路に出力される。

タイマ１７は、一定時間毎に制御部１４に時間の経過を通知するようになっている。なお、タイマ１７が時間の経過を通知したときには、制御部１４は、切替カウント値にカウント増分値を積算し、積算された切替カウント値に応じて、切替部１６が登録パケットの出力先を切替えるタイミングを検出し、また、制御部１４は、解除カウント値に一定値を積算し、積算された解除カウント値に応じて、登録テーブルから登録されている識別情報を解除するようになっている。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の動作について、図面を用いて以下に説明する。また、本発明の実施の形態では、本発明の理解を容易にするため、帯域制御の対象となるパケットをサーバ９Ａ、９Ｂから送信されるＩＰパケットとし、それぞれ送信元アドレスＡ、送信元アドレスＢをもつＩＰパケットとして説明する。

まず、登録テーブルになにも登録されていない場合において、フロー検出部１５は、例えば、送信元アドレスＡをもつＩＰパケットが入力されると、入力されたＩＰパケットを切替部１６に出力する際に、登録テーブルを参照し、登録テーブルになにも登録されていないため、送信元アドレスＡをもつＩＰパケットを、登録パケットでないパケットとして検出する。

制御部１４は、フロー検出部１５が検出したときのＩＰパケットの識別情報である送信元アドレスＡを図３（Ｂ）に示すように登録テーブルに登録すると同時に、この識別情報に対応する切替状態を「出力部１２」に初期化し、さらに切替カウント値および解除カウント値を０に初期化し、カウント増分値を送信元アドレスに対応する値に初期化する。

制御部１４が送信元アドレスＡを登録テーブルに登録すると共に、切替部１６は、送信元アドレスＡをもつＩＰパケットがフロー検出部１５から入力される毎に、登録テーブルから送信元アドレスＡに対応する切替状態を参照し、切替状態が出力部１２を示しているため、出力部１２に送信元アドレスＡをもつ登録パケットを順次に出力する。なお、切替部１６は、切替状態を参照するのではなく、ＩＰパケットと共にＩＰパケットにおける切替状態をフロー検出部１５から受け取り、受け取った切替状態に応じて登録パケットを出力するようにしてもよい。

送信元アドレスＡをもつ登録パケットが出力部１２に順次に出力されている間、タイマ１７が時間の経過を通知し、制御部１４は、切替カウント値にカウント増分値を積算し、解除カウント値に一定値を積算する。

なお、切替部１６が、送信元アドレスＡをもつＩＰパケットがフロー検出部１５から入力される毎に、解除カウント値は初期化される。また、フロー検出部１５が登録パケットを検出したとき、解除カウント値は初期化されてもよい。

解除カウント値が初期化されなければ、解除カウント値は積算され、やがて一定時間を表す値となり、制御部１４は、登録パケットを識別するための識別情報である送信元アドレスＡを登録テーブルから解除する。

一方、切替カウント値は積算され、やがて所定時間を表す値となり、制御部１４は、送信元アドレスＡに対応する切替状態を「帯域制御部１３」とし、切替部１６は、送信元アドレスＡをもつＩＰパケットをフロー検出部１５から入力される毎に、登録テーブルから送信元アドレスＡに対応する切替状態を参照し、切替状態が帯域制御部１３を示しているため、帯域制御部１３に送信元アドレスＡをもつ登録パケットを順次に出力する。

図４（Ａ）に示すように、サーバ９Ａから送信されたＩＰパケットを切替部１６が出力部１２に出力している間は、一挙に大量のＩＰパケットがパケット中継装置１０から通信端末６に転送される。また、切替部１６がＩＰパケットを帯域制御部１３に出力している間は、帯域制御部１３がＩＰパケットの伝送量を一定に制御するため、ＩＰパケットは、伝送量を一定にしてパケット中継装置１０から通信端末６に転送される。

また、通信端末６は、パケット中継装置７から中継されたＩＰパケットをネットワーク５を介して受信し、図４（Ｂ）に示すように、受信したＩＰパケットに含まれるコンテンツデータの蓄積を開始した時点からコンテンツデータが一定量に到達する時点までの時間が短いため、即時にコンテンツデータの再生を開始することができる。従って、コンテンツの視聴を待たせることなく利用者に快適な視聴を提供することができる。

なお、登録テーブルに送信元アドレスＡが登録されている間に、フロー検出部１５は、送信元アドレスＢをもつＩＰパケットを入力し、送信元アドレスＢをもつＩＰパケットを切替部１６に出力する際に、登録テーブルを参照し、登録テーブルに送信元アドレスＢが登録されていないため、送信元アドレスＢをもつＩＰパケットを、登録パケットでないパケットとして検出する。制御部１４は、フロー検出部１５が検出したときのＩＰパケットの識別情報である送信元アドレスＢを図３（Ｃ）に示すように登録テーブルに登録すると同時に、この識別情報に対応する切替状態を「出力部１２」とし、さらに切替カウント値、解除カウント値、カウント増分値を初期化する。

また、図３（Ｃ）に示すように制御部１４がカウント増分値を識別情報の内容に応じて変更することにより、登録パケットに応じて切替部１６が登録パケットの出力先を切替えるタイミングとなる所定時間を可変にすることもできる。従って、サーバ９Ａから配信されるコンテンツおよびサーバ９Ｂから配信されるコンテンツのそれぞれの特性に応じて、通信端末６が再生を開始するタイミングが異なるため、再生を開始するタイミングに合わせて、登録パケットの出力先を帯域制御部１３から出力部１２に切替えることができる。

なお、切替カウント値および解除カウント値を積算する形態について説明したが、それぞれの値を初期化するときに、制御部１４は、所定の定数を設定し、タイマ１７が時間の経過を通知したときには、設定した所定の定数から減算してもよい。減算する際には、切替カウント値または解除カウント値が０になったとき、登録パケットの出力先を切替えるタイミングや、登録テーブルから登録されている識別情報を解除するタイミングを検出することになる。

図２で説明したパケット中継装置１０の変形例を図５に示す。図５に示すように、パケット中継装置２０は、パケット中継装置１０の構成要素に対し、入力部１１に入力されたＩＰパケットに対し優先して帯域制御を行う優先帯域制御部２８を加えた構成を有している。なお、優先帯域制御部２８は、例えば、シェーパからなり、優先帯域制御部２８が制御するＩＰパケットは、帯域制御部１３で制御される場合よりも大きな帯域（高いレート）で出力部１２を介して出力される。

本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の変形例の動作として、まず、登録テーブルになにも登録されていない場合において、フロー検出部１５は、例えば、送信元アドレスＡをもつＩＰパケットを入力し、入力したＩＰパケットを切替部１６に出力する際に、登録テーブルを参照し、登録テーブルになにも登録されていないため、送信元アドレスＡをもつＩＰパケットを、登録パケットでないパケットとして検出する。

制御部１４は、フロー検出部１５が検出したときのＩＰパケットの識別情報である送信元アドレスＡを図６（Ａ）に示すように登録テーブルに登録すると同時に、この識別情報に対応する切替状態を「優先帯域制御部２８」とし、さらに切替カウント値、解除カウント値、カウント増分値を初期化する。

制御部１４が送信元アドレスＡを登録テーブルに登録すると共に、切替部１６は、送信元アドレスＡをもつＩＰパケットをフロー検出部１５から入力される毎に、登録テーブルから送信元アドレスＡに対応する切替状態を参照し、切替状態が優先帯域制御部２８を示しているため出力部１２に、送信元アドレスＡをもつ登録パケットを順次に出力する。

一方、切替カウント値は積算され、やがて所定時間を表す値となり、制御部１４は、送信元アドレスＡに対応する切替状態を「帯域制御部１３」とし、切替部１６は、送信元アドレスＡをもつＩＰパケットをフロー検出部１５から入力される毎に、登録テーブルから送信元アドレスＡに対応する切替状態を参照し、切替状態が帯域制御部１３を示しているため帯域制御部１３に、送信元アドレスＡをもつ登録パケットを順次に出力する。

図６（Ｂ）に示すように、サーバ９Ａから送信されたＩＰパケットを切替部１６が優先帯域制御部２８に出力している間は、短い間隔でＩＰパケットがパケット中継装置１０から通信端末６に転送され、切替部１６が帯域制御部１３に出力している間は、帯域制御部１３がＩＰパケットの伝送量を一定に制御するため、ＩＰパケットは、伝送量を一定にしてパケット中継装置１０から通信端末６に転送される。

また、通信端末６は、パケット中継装置７から中継されたＩＰパケットをネットワーク５を介して受信し、図６（Ｃ）に示すように、受信したＩＰパケットに含まれるコンテンツデータの蓄積を開始した時点からコンテンツデータが一定量に到達する時点までの時間が短いため、即時にコンテンツデータの再生を開始することができる。

以上のように、本発明に係るパケット中継装置は、コンテンツの視聴を待たせることなく利用者に快適な視聴を提供することができるという効果を有し、ネットワークを介してパケットを中継するときの帯域制御を行うルータ、シェーパ、またはスイッチ等として有用である。

本発明の実施の形態に係る通信システムの構成図 本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の構成図 登録テーブルの一例を示す図 本発明の実施の形態に係るパケット中継装置および通信端末が処理するパケットのフローに係る説明図 本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の変形例を示す図 本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の変形例に係る動作説明図 従来のパケット中継装置に係る動作説明図

符号の説明

５ ネットワーク
６ 通信端末
７、１０、２０ パケット中継装置
８ シェーパ
９、９Ａ、９Ｂ サーバ
１１ 入力部
１２ 出力部
１３ 帯域制御部
１４ 制御部
１５ フロー検出部
１６ 切替部
１７ タイマ
２８ 優先帯域制御部

Claims (4)

1. パケットが入力される入力部（１１）と、
   前記パケットを伝送路に出力する出力部（１２）と、
   前記入力部に入力されたパケットを受けて、当該パケットに対し帯域制御を行う帯域制御部（１３）とを備え、前記伝送路の帯域制御を行うパケット中継装置において、
   前記帯域制御の対象となるパケットを識別するための識別情報を登録テーブルに登録する制御部（１４）と、
   前記登録テーブルに登録されている識別情報によって識別される登録パケットでないパケットを検出するフロー検出部（１５）と、
   前記登録パケットの出力先を前記帯域制御部または前記出力部に切替える切替部（１６）とを更に備え、
   前記制御部は、前記フロー検出部が前記登録パケットでないパケットを検出したときの前記識別情報を前記登録テーブルに登録し、
   前記切替部は、前記フロー検出部が前記登録パケットでないパケットを検出した時点から所定時間が経過するまで前記登録パケットを前記出力部に出力し、前記所定時間が経過したとき、前記登録パケットを前記出力部から前記帯域制御部に切替えて出力することを特徴とするパケット中継装置。
2. 前記制御部は、前記登録パケットが前記入力部から一定時間入力されない場合、前記登録パケットを識別するための識別情報を前記登録テーブルから解除することを特徴とする請求項１に記載のパケット中継装置。
3. 前記所定時間が前記登録パケットに応じて可変であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパケット中継装置。
4. 前記入力部に入力されたパケットに対し前記帯域制御部で制御されるべき帯域よりも大きい帯域で帯域制御を行う優先帯域制御部（２８）を備え、
   前記切替部は、前記フロー検出部が前記登録パケットでないパケットを検出した時点から所定時間が経過するまで前記登録パケットを前記出力部に出力する替わりに、前記優先帯域制御部に出力し、前記所定時間が経過したとき、前記登録パケットを前記優先帯域制御部から前記帯域制御部に切替えて出力することを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載のパケット中継装置。

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