JP2007300575A - パケットバッファ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置内に滞留する時間が一定時間を超過したパケットを廃棄する処理を簡易に実現できるパケットバッファ装置を提供する。
【解決手段】パケットバッファ装置は、バッファ３−１，…，３−Ｎと、バッファ管理部４−１，…，４−Ｎと、入力されたパケットの宛先決定部１と、決定された伝送先に対応するバッファに、入力されたパケットを書き込む書込み制御部２と、バッファ３−１，…，３−Ｎからパケットを読出して出力する読出し制御部５と、読出しが行われたバッファに対応する記憶素子の状態を読出しなし状態から読出しあり状態に変化させるバッファ読出し記憶部６と、読出しなし状態である記憶素子に対応するバッファに蓄積されたパケットを廃棄させる廃棄指示信号５０−１，…，５０−Ｎを出力するパケット廃棄制御部７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変長あるいは固定長のパケットを伝送装置内で一時蓄積するパケットバッファ装置に関する。

無線あるいは高速ＰＬＣなどのネットワークシステムでは、映像あるいは音声などのリアルタイム性を要求されるデータの送受信のためＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式を採用しデータを伝送する方式などが導入されつつある。具体的には、例えば、ＡＲＩＢ（社団法人電波産業会：Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒａｄｉｏ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ａｎｄ Ｂｕｓｉｎｅｓｓｅｓ）にて標準規格化されたＨｉＳＷＡＮａ（ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ７０ １．０版）などがある。

以下、ＨｉＳＷＡＮａ規格に採用されたＴＤＭＡ方式の概要を簡単に説明する。ＨｉＳＷＡＮａ規格で採用されたＴＤＭＡ方式では、管理端末と呼ばれる１台の端末によりネットワーク内の各端末は管理される。管理端末は、ネットワーク全体の時刻同期を管理するためＢｅａｃｏｎ信号と呼ばれるパケットデータ（以下「ＢＣＨ」と記す。）をあらかじめ定められた周期（ＨｉＳＷＡＮａ規格では、２ｍｓ周期）で同報通信する。図１０に、１Ｂｅａｃｏｎ周期内（以下「１フレーム」とも記す。）の各種データの送受信タイミングを示す。

ネットワーク内に配置された各端末はＢＣＨを受信すると、それを基準に、端末内の基準時刻情報をリセットするとともに、管理端末より送信される各種制御パケットの受信準備を開始する。管理端末は、ＢＣＨ送出後、次にネットワークに接続された各端末のデータ送信スケジュールを含むネットワークシステム制御用のパケットデータ（以下「ＦＣＨ」と記す。）をネットワークに接続された各端末に対して同報通信する。上記ＦＣＨには、ネットワークに接続された各端末のデータ送信、及び受信のスケジュール（データの送受信スロット情報（送受信開始タイミング情報、データ送受信時間情報）など）が付加され送信される。各端末は、ＦＣＨを受信すると、自端末がデータを受信するタイミングと自端末がデータを送信するタイミングを検出する。

管理端末は、ＦＣＨ送信に引き続き、端末に対して送信要求受信通知（以下「ＡＣＨ」と記す。）を送信する。管理端末より、ＢＣＨ、ＦＣＨ、ＡＣＨの各パケットデータの送信が完了すると、ＦＣＨにて通知されたスケジュールに基づき、各端末は、パケットデータの受信、及び送信動作を開始する。以下、各端末間でデータの送受信を行う期間を「ＴＣＨ」と記す。ＴＤＭＡ方式では、管理端末は、送信したいデータを持つ端末についてのみデータ送信スロットをスケジューリングする。従って、送信したいデータを持つ端末は、管理端末に対して自端末のデータを送信するためのスロットを割り振るよう要求する必要がある。ＨｉＳＷＡＮａ規格で採用されたＴＤＭＡ方式では、各端末より送信リクエストを受け付けるため、１Ｂｅａｃｏｎ周期内の最後に、各端末からの上記送信スロット要求リクエスト（帯域割り当て要求）を受け付けるためのＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）期間（以下「ＲＣＨ期間」と記す。）を準備している。管理端末は、ＲＣＨ期間に送信スロット要求リクエストを受け取った端末に対しては、次のＢｅａｃｏｎ周期内のＡＣＨにて、帯域割り当て要求を受け取った旨を通知する。

上記ＨｉＳＷＡＮａ規格をベースとしたＴＤＭＡ方式を適用した管理端末とネットワーク間中継装置のデータ送受信について、説明する。図１１は、管理端末とネットワーク間中継装置の接続図、図１２は、管理端末より中継装置＃１へのデータ送信タイミング、図１３は、中継装置＃１から管理端末へのデータ送信タイミングである。図１１において、管理端末と中継装置＃１乃至＃Ｙ（Ｙは正の整数）との間の通信は、無線方式又は有線方式のいずれであってもよい。管理端末から中継装置＃１乃至Ｙへの下流方向のデータ通信では（例えば、管理端末から中継装置＃１へデータを送信する場合）、管理端末は、図１２におけるＦＣＨ２１にて中継装置＃１への送信開始タイミング、データ送信時間などを同報通信にて通知する。中継装置＃１は、このＦＣＨを受信し、管理端末からのデータを受信するタイミング及びデータ受信時間を検出し、このタイミングに基づいてデータ送受信期間２２にてデータを受信する。

中継装置＃１より管理端末への上流方向のデータ通信では、図１３におけるＲＣＨ２３にて中継装置＃１より管理端末への送信要求を発行すると、管理端末は次のフレームのＡＣＨ２４にて中継装置＃１へ送信要求を受信した旨通知したのち、さらに次のフレームのＦＣＨ２５にて、中継装置＃１が管理端末に対して送信を開始できるタイミング及びデータ送信時間を通知する。中継装置＃１は、ＦＣＨ２５にて通知された内容に基づいて、データ送受信期間２６内に割当てられた通信スロットにてデータを送信する。

このようにＴＤＭＡ方式を採用したネットワークシステムでは、送信データが発生してから、データ送信相手に実際に送信するまでの期間、送信データを自装置内に蓄積しておく必要がある。

また、図１２及び図１３を用いた説明では、１つあるいは複数のフレーム周期期間を経て、管理端末あるいは中継装置内に蓄積されたデータを全て送信相手に送信できる例を示している。しかしながら、ネットワークの輻輳時には送信したいデータを全て送信できず、送信しきれないデータが装置内に一定時間以上滞留する場合がある。例えば、電話音声のようなリアルタイム性を要求されるパケットでは、ネットワーク内における伝送遅延が、要求される規格を超えることにより、情報品質の低下を招く。

このような状況を回避するために、中継装置内に一定時間以上滞留するパケットは廃棄されることになる。中継装置内に滞留する時間が一定時間を超過したことを判定して、超過したパケットを廃棄する従来例としては、特許文献１及び２に記載される方法がある。

特許文献１では、装置内遅延許容時間より送信待ちバッファにおける許容遅延時間閾値を算出し、送信待ちバッファにキューイングされた時刻と、そのバッファから読み出される時刻とを測定して差分を演算することより、送信待ちバッファにおける滞留時間を得て、バッファにおける滞留時間と閾値とを比較し、閾値を超えたパケットを廃棄する。

また、特許文献２では、入力パケットに到着時刻を示すタイムスタンプ値を付与しておき、中継装置にてパケットの出力予定時刻を演算し、設定された滞留許可時間とから到着時刻閾値を算出し、パケットに付与されたタイムスタンプ値と到着時刻閾値との比較を行って、閾値よりも小さいパケットを優先的に廃棄する。

このように、中継装置内に滞留する時間が一定時間を超過したパケットを廃棄する従来例においては、装置内に入力された時刻をパケットに付与して記憶し、特許文献１においては、出力される時刻との差分により得た滞留時間と、許容遅延時間閾値との比較を行い、特許文献２においては、設定された滞留許容時間をもとに算出した到着時刻閾値との比較を行い、それぞれ装置内における滞留許容時間超過判定を行って、超過したパケットの廃棄を行っている。

特開２０００−１６５３９２号公報 特開２００２−１８５５０１号公報

しかし、パケットが装置内に入力された時刻を、そのパケットに付与して記憶し、パケットが装置内に滞留する時間を、設定された滞留許容時間をもとに算出された閾値と比較するには、入力されたパケット全てについて装置に入力された時刻を記憶する必要がある。また、特許文献１においては、送信待ちバッファから読み出す際に現在時刻情報と、送信待ちバッファに入力された時刻情報より送信バッファにおける待ち時間を算出して、閾値との比較を行い、待ち時間が閾値を超える場合にはパケットを廃棄する。待ち時間が閾値を超え、廃棄されるパケットが送信待ちバッファに複数連続してバッファリングされている場合、バッファリングされた順番にパケットの送信待ち時間を算出して閾値比較を行い、送信待ち時間が閾値以下となるパケットを検索する必要があり、送信待ちバッファから読み出す際に送信待ち時間が閾値以下となるパケットを選択するまでに処理時間を要する。また、送信待ちバッファから読み出す際にリアルタイム性が重要となる装置においては、廃棄パケットが、例えば、数十以上発生する場合には適用は困難である。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、装置内に滞留する時間が一定時間を超過したことを判定してパケットを廃棄する処理を簡易に実現できるパケットバッファ装置を提供することにある。

本発明のパケットバッファ装置は、入力されたパケットを一時蓄積して出力する装置であって、前記入力されたパケットの伝送先に対応する複数のバッファ（と、前記複数のバッファに対応して備えられ、前記複数のバッファにバッファリングされているパケットに関する情報を管理する複数のバッファ管理部と、前記入力されたパケットの伝送先を決定する宛先決定部と、前記複数のバッファのうちの前記宛先決定部によって決定された伝送先に対応するバッファに、前記入力されたパケットを書き込む書込み制御部と、前記複数のバッファからパケットを読出して出力する読出し制御部と、前記複数のバッファに対応する複数の記憶素子を有し、前記複数のバッファのうちのいずれかのバッファからパケットの読出しが行われると、前記複数の記憶素子のうちの前記読出しが行われたバッファに対応する記憶素子の状態を、前記記憶素子の直近の初期化以降にパケット読出しが行われたことがないことを示す読出しなし状態から、前記初期化以降にパケット読出しが行われたことがあることを示す読出しあり状態に変化させるバッファ読出し記憶部と、所定の時間毎に前記記憶素子の状態を初期化させる初期化信号を前記バッファ読出し記憶部に出力すると共に、所定の時間毎に前記複数の記憶素子の状態を判定して、読出しなし状態である前記記憶素子に対応する前記バッファに蓄積されたパケットを廃棄させる廃棄指示信号を、対応する前記バッファ管理部に出力するパケット廃棄制御部とを有することを特徴としている。

以上に説明したように、本発明のパケットバッファ装置を用いれば、伝送先の数だけ設けられたバッファから、予め設定される装置内滞留許容時間の間にパケットが読み出されたかどうかを示す記憶素子の状態が読出しなし状態である場合に、該バッファに蓄積されているパケットの装置内滞留時間が許容時間を超過したと判断できるので、装置内に滞留する時間が一定時間を超過したパケットを廃棄する処理を実現できるという効果がある。また、本発明のパケットバッファ装置によれば、装置内滞留時間算出のため、パケット毎に到着時刻を示すタイムスタンプを付与して記憶する必要がなく、また、滞留時間を超過したかどうかをパケット毎に判定する必要もないので、パケットバッファ装置の構成の簡素化を実現できるという効果もある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るパケットバッファ装置の構成を概略的に示すブロック図である。図１に示されるように、実施の形態１に係るパケットバッファ装置は、複数の端末（図示せず）から送出された送信データが多重化されたパケット群がデータ伝送路を通して入力され、入力されたパケット群の伝送先をパケット毎に決定する宛先決定部１と、宛先決定部１によって決定された宛先に基づいて各パケットを第１乃至第Ｎ（Ｎは正の整数）のバッファのうちのいずれかに書き込む書込み制御部２と、各パケットを複数の伝送先のいずれかに送出するため伝送先毎に設けられる第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎと、第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎに対応して備えられ、第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎにバッファリングされているパケットのバッファリング情報を管理する第１乃至第Ｎのバッファ管理部４−１，…，４−Ｎと、第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎにバッファリングされているパケットを読出してデータ伝送路へ出力する読出し制御部５とを有する。また、実施の形態１に係るパケットバッファ装置は、複数のバッファ３−１，…，３−Ｎに対応する複数の記憶素子（後述する図３に示す。）を構成とし、複数のバッファ３−１，…，３−Ｎのうちのいずれかのバッファからパケットが読み出されると、複数の記憶素子のうちの上記読出しがなされたバッファに対応する記憶素子の状態を、記憶素子の直近の（現時点に最も近い）初期化以降にパケット読出しが行われたことがないことを示す読出しなし状態から、直近の初期化以降にパケット読出しが行われたことがあることを示す読出しあり状態に変化させるバッファ読出し記憶部６と、第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎのうちのバッファであって、直近の初期化以降に１度もパケットが読み出されたことのないバッファ（すなわち、読出しなし状態のバッファ）に蓄積されたパケットを廃棄するパケット廃棄制御部７とを有する。

図２は、図１に示される第１乃至第Ｎのバッファ管理部４−１，…，４−Ｎのいずれか（第Ｍ（１≦Ｍ≦Ｎを満たす整数）のバッファ管理部４−Ｍ）の構成を概略的に示すブロック図である。第１乃至第Ｎのバッファ管理部４−１，…，４−Ｎのそれぞれは、同じ構造及び機能を持つので、ここでは、第Ｍのバッファ管理部４−Ｍについて説明する。図２に示されるように、第Ｍのバッファ管理部４−Ｍは、第Ｍのバッファ３−Ｍに蓄積したパケットのバッファリング情報を第Ｍのバッファ３−Ｍに蓄積した順に記憶するＦＩＦＯメモリ１１と、次にパケットが到来する際にバッファリング情報を記憶する、ＦＩＦＯメモリ１１のアドレスを指し示す書込みポインタ１２とを有する。また、第Ｍのバッファ管理部４−Ｍは、ＦＩＦＯメモリ１１に記憶されたバッファリング情報をもとに、最も直近にバッファから読み出されてデータ伝送路へ出力されたパケットのバッファリング情報格納アドレスを指し示す読出しポインタ１３と、パケット廃棄制御部７からの廃棄指示信号５０（又は５０−１，…，５０−Ｎ）により、読出しポインタ１３の値を書込みポインタ１２の値から１を減じた値に置き換えるスイッチ１４とを有する。ここで、読出しポインタ１３の値を書込みポインタ１２の値から１を減じた値に置き換える動作は、読出しポインタ１３の示すデータを、書込みポインタ１２の示すデータの１つ前の行とすることによって第Ｍのバッファ３−Ｍのデータ待ち行列を無くすることを意味する。

図３は、図１に示されるバッファ読出し記憶部６の構成を概略的に示すブロック図である。図３に示されるように、バッファ読出し記憶部６は、第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎによって構成される。第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎは、同様の構成及び機能を持つ。第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎのそれぞれは、読出し制御部５から入力される記憶素子毎のバッファ読出し信号２０（又は２０−１，…，２０−Ｎ）を受け取ると、第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎからパケットが読み出されたことがあることを示す読出しあり状態となる。また、第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎのそれぞれは、パケット廃棄制御部７より入力される記憶素子毎の初期化信号３０を受け取ると初期化され、第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎよりパケットが読み出されていないことを示す読出しなし状態になる。

次に、実施の形態１に係るパケットバッファ装置の動作について説明する。パケットバッファ装置に新しいパケットが到着すると、図１に示される宛先決定部１においてパケットの宛先が決定され、パケットは書込み制御部２により、第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎのうち、決定した宛先のパケットを蓄積するバッファにバッファリングされる。このとき第１乃至第Ｎのバッファ管理部４−１，…，４−Ｎのうち、決定した宛先のバッファを管理するバッファ管理部の書込みポインタ１２の示す位置にバッファリングしたパケットのバッファリング情報が書き込まれ、書込みポインタ１２の値が１つ増える。バッファリング情報とは、例えば、当該パケットをバッファに格納する際のバッファの先頭アドレス、パケットのバイト数等のパケットを伝送するためにバッファから読み出す際に必要となる情報である。固定長パケットを扱う伝送システムでは、パケットのバイト数は一意となるため、パケットのバイト数をバッファリング情報に含める必要はない。このように、伝送システムにより、必要なバッファリング情報は異なる。

図４は、第Ｍのバッファ管理部４−Ｍの読出し書込みポインタ１２の値（実線）と読出しポインタ１３の値（一点鎖線）の変化の例を示す図である。なお、図４において、書込みポインタ１２の値（実線）と読出しポインタ１３の値（一点鎖線）は、厳密には、階段状の変化を示すが、図４においては、直線で近似している。図４に示されるように、第Ｍのバッファ管理部４−Ｍの書込みポインタ１２の値は、第Ｍのバッファ３−Ｍにパケットを書き込む毎に１加算される。書込みポインタ１２の値は、加算が繰り返され、ＦＩＦＯメモリ１１の行数まで達すると、図４の時間ｔａに示されるように、ＦＩＦＯメモリ１１の先頭に戻る。第Ｍのバッファ管理部４−Ｍの書込みポインタ１２の値は、図４の時間ｔｂに示されるように、読出しポインタ１３の値と等しくなるまで増加されると（即ち、第Ｍのバッファ３−Ｍがこれ以上、パケットを蓄積できなくなったことを表す）、次に読出しポインタ１３の値が変化するまで（図４の時間ｔｃまで）、増加が停止される。

読出し制御部５は、第Ｍのバッファ３−Ｍからパケットを読み出す際に、第Ｍのバッファ管理部４−Ｍの読出しポインタ１３の値を１加算した値が指し示すＦＩＦＯメモリ１１のアドレスに格納されているバッファリング情報をもとに、第Ｍのバッファ３−Ｍよりパケットを読み出し、データ伝送路へ出力する。第Ｍのバッファ管理部４−Ｍの読出しポインタ１３の値は、第Ｍのバッファ３−Ｍからパケットを読み出す毎に１加算される。読出しポインタ１３の値は、加算が繰り返され、ＦＩＦＯメモリ１１の行数まで達すると、図４の時間ｔｄに示されるように、ＦＩＦＯメモリ１１の先頭に戻る。第Ｍのバッファ管理部４−Ｍの読出しポインタ１３の値は、図４の時間ｔｅに示されるように、書込みポインタの値から１を減算した値まで増加されると（即ち、第Ｍのバッファ３−Ｍに蓄積されたパケットがないことを表す）、次に書込みポインタの値が変化するまで（図４の時間ｔｆまで）、増加が停止される。

また、読出し制御部５は、パケットを読み出す際に、第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎのうち、指示された宛先のパケットを蓄積するバッファからの読出しがあったことをバッファ読出し記憶部６に伝える。バッファ読出し記憶部６は、第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎのうち、いずれのバッファからパケットを読み出したかを示す情報を読出し制御部５より得て、第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎのうち、パケットを読み出したバッファに対応する記憶素子を読出しあり状態に変化させる。バッファ読出し記憶部６の第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎの状態は、パケット廃棄制御部７に入力される。第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎは、パケット廃棄制御部７より初期化信号３０を受け取ると、読出しなし状態に変化する。即ち、バッファ読出し記憶部６の第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎは、読出し制御部５が発行するバッファ読出し信号２０によって読出しあり状態に変化し、パケット廃棄制御部７が発行する初期化信号３０によって読出しなし状態に戻り、それ以外の期間は、現在の状態を保持する記憶素子である。

パケット廃棄制御部７は、一定時間Ｐ秒毎にバッファ読出し記憶部６の第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎの状態より、Ｐ秒前から現在までの間に第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎのそれぞれからパケットを送信するためのバッファ読出しがあったか又はなかったかを判断する。

図５は、Ｐ秒間の間に第Ｍのバッファ３−Ｍの読出しが１度以上あった場合の読出しポインタの値、及び第Ｍの記憶素子１６−Ｍの状態の遷移を示す図である。なお、図５に第Ｍのバッファ３−Ｍ及び第Ｍのバッファ管理部４−Ｍの動作を示すが、他のバッファ及びバッファ管理部も同様の機能を持つ。図５の時間ｔ１１において初期化された第Ｍの記憶素子１６−Ｍは、読出しなし状態にある。読出し制御部５は、第Ｍのバッファ３−Ｍからパケット読出しを行うと、第Ｍのバッファ３−Ｍからパケットを読み出したことをバッファ読出し記憶部６にバッファ読出し信号２０によって通知する（時間ｔ１２）。なお、このとき第Ｍのバッファ管理部４−Ｍの読出しポインタ１３の値は、ＲＰからＲＰに１を加算して得られた値、すなわち、（ＲＰ＋１）になる。このとき、バッファ読出し記憶部６は、第Ｍの記憶素子１６−Ｍを読出しあり状態に変化させ、その状態を保持する。

また、読出し制御部５が、第Ｍのバッファ３−Ｍからパケットを読み出したことをバッファ読出し記憶部６にバッファ読出し信号２０によって通知したときに、第Ｍの記憶素子１６−Ｍが既に読出しあり状態に変化している場合には、第Ｍの記憶素子１６−Ｍは、読出しあり状態を保持する（時間ｔ１３，ｔ１４）。なお、このとき第Ｍのバッファ管理部４−Ｍの読出しポインタ１３の値は、例えば、（ＲＰ＋１）から（ＲＰ＋２）に、又は、（ＲＰ＋２）から（ＲＰ＋３）になる。

パケット廃棄制御部７は、所定の時間であるＰ秒毎（例えば、時間ｔ１５）に第Ｍの記憶素子１６−Ｍの状態を入力し、第Ｍの記憶素子１６−Ｍが読出しあり状態である場合、Ｐ秒間の間に少なくとも１回、第Ｍのバッファ３−Ｍからの読出しが行われたことがあるものとして、第Ｍのバッファ３−Ｍに蓄積されているパケットの廃棄は行わない。また、パケット廃棄制御部７は、次のＰ秒間に第Ｍのバッファ３−Ｍからの読出しが行われるかどうかを判断するために、第Ｍの記憶素子１６−Ｍを読出しなし状態に戻すよう初期化信号３０をバッファ読出し記憶部６に送出する。

一方、図６は、Ｐ秒間の間に第Ｍのバッファ３−Ｍの読出しが１度もなかった場合の書込みポインタ１２の値、読出しポインタ１３の値、及び第Ｍの記憶素子１６−Ｍの状態の遷移を示す図である。時間ｔ２２において、第Ｍの記憶素子１６−Ｍは、Ｐ秒前（時間ｔ２１）にパケット廃棄制御部７より初期化されたときの状態である読出しなし状態のままとなる。第Ｍの記憶素子１６−Ｍが読出しなし状態である場合、パケット廃棄制御部７は、第Ｍのバッファ３−Ｍの読出しがＰ秒間なかったものとして、第Ｍのバッファ３−Ｍに蓄積されているパケットがバッファに滞留している時間がＰ秒以上であると判断し、第Ｍのバッファ管理部４−Ｍに廃棄指示信号５０−Ｍを送出して、読出しポインタ１３の値（図６において、ＲＰ）を書込みポインタ１２の値から１を減じた値（図６において、ＷＰ−１）と等しくなるよう書き換える。これにより、第Ｍのバッファ３−Ｍに蓄積されたパケットは、全て廃棄されたことになり、第Ｍのバッファ３−Ｍに蓄積されているパケット数は０となる。

パケット廃棄制御部７は、バッファ読出し記憶部６の全ての第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎに対して、同様の処理を行い、第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎにそれぞれ一定時間以上滞留しているパケットを無効なパケットとして廃棄する。

以上に説明したように、実施の形態１に係るパケットバッファ装置を用いれば、伝送先の数だけ設けられたバッファから、予め設定される装置内滞留許容時間の間にパケットが読み出されたかどうかを示す記憶素子の状態が読出しなし状態である場合に、該バッファに蓄積されているパケットの装置内滞留時間が許容時間を超過したと判断できるので、装置内に滞留する時間が一定時間を超過したパケットを廃棄する処理を実現できる。また、実施の形態１に係るパケットバッファ装置によれば、装置内滞留時間算出のため、パケット毎に到着時刻を示すタイムスタンプを付与して記憶する必要がなく、また、滞留時間を超過したかどうかをパケット毎に判定する必要もないので、パケットバッファ装置の構成の簡素化を実現できる。

また、実施の形態１に係るパケットバッファ装置によれば、パケット送出時にパケットが滞留時間を超過したかどうかをパケット毎に判定する必要がなく、判定結果によりパケットを廃棄して続けてバッファに格納されている次のパケットを読み出す処理が不要となるため、バッファ読出しを迅速に行うことができるという効果がある。

なお、上記説明においては、パケット廃棄制御部７において、バッファ読出し記憶部６の記憶素子の状態を判定する間隔をＰ秒としているが、判定する間隔を記憶素子毎に個別に設定して、バッファ毎に許容滞留時間を異なるよう設定してもよい。これにより、伝送要求品質の異なるパケット、例えば、遅延をある程度許容できる低優先クラス、電話音声のようなリアルタイム性を要求される高優先クラス、低優先クラスと高優先クラスの中間クラス、といった複数の要求クラスのパケットが混在する場合には、要求品質毎に個別のバッファに蓄積し、バッファ読出し記憶部６の記憶素子の判定間隔をＰ１，Ｐ２，…，ＰＮ秒と個別に設けてもよい。例えば、高優先クラスのパケットを蓄積するバッファからの読出しがあったことを記憶する記憶素子の判定間隔時間を短くし、低優先クラスのパケットを蓄積するバッファからの読出しがあったことを記憶する記憶素子の判定間隔時間を長く設定することにより、複数の要求品質を制御できる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係るパケットバッファ装置の構成を概略的に示すブロック図である。図７において、図１に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。実施の形態２に係るパケットバッファ装置は、第１乃至第Ｎのバッファ管理部８−１，…，８−Ｎ（Ｎは正の整数）の構成が、実施の形態１に係るパケットバッファ装置における第１乃至第Ｎのバッファ管理部４−１，…，４−Ｎと相違する。また、実施の形態２に係るパケットバッファ装置は、後述するパケット廃棄制御部９より第１乃至第Ｎのバッファ管理部８−１，…，８−Ｎに書込みポインタ値一時記憶指示６０（又は６０−１，…，６０−Ｎ）が発行される点が、実施の形態１に係るパケットバッファ装置と相違する。

図８は、実施の形態２に係るパケットバッファ装置の第Ｍのバッファ管理部８−Ｍ（Ｍは１≦Ｍ≦Ｎを満たす整数）の構成を概略的に示すブロック図である。図８において、図２に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。パケット廃棄制御部９は、一定時間Ｐ秒毎に第１乃至第Ｎのバッファ管理部８−１，…，８−Ｎに書込みポインタ値一時記憶指示６０（又は６０−１，…，６０−Ｎ）を送出する。第１乃至第Ｎのバッファ管理部８−１，…，８−Ｎのそれぞれは、書込みポインタ値一時記憶指示を受け取ると、この時の書込みポインタ１２の値が一時レジスタ１５に記憶される。パケット廃棄制御部９はまた、一定時間Ｐ秒毎にバッファ読出し記憶部６の第１乃至第Ｎの記憶素子１６−１，…，１６−Ｎの状態より、Ｐ秒前から現在までの間に第１乃至第Ｎのバッファ３−１，…，３−Ｎのそれぞれからパケットを送信するためのバッファ読出しがあったか又はなかったかを判断して、バッファ読出しがなかった場合は、廃棄指示信号５０（又は５０−１，…，５０−Ｎ）を送出する。

図９は、Ｐ秒間の間に第Ｍのバッファ３−Ｍの読出しが１度もなかった場合の書込みポインタ１２の値、読出しポインタ１３の値、一時レジスタ１５の値、及び第Ｍの記憶素子１６−Ｍの状態の遷移を示す図である。第１乃至第Ｎのバッファ管理部８−１，…，８−Ｎのそれぞれは、同じ構造及び機能を持つので、ここでは、第Ｍのバッファ管理部８−Ｍについて説明する。図９において、ＷＰ_０，ＷＰ_１，ＷＰ_１＋１，ＷＰ_１＋２，…，ＷＰ_２，ＷＰ_２＋１は、書込みポインタ１２の値を示す。時間ｔ３２において、第Ｍの記憶素子１６−Ｍは、Ｐ秒前（時間ｔ３１）にパケット廃棄制御部９により初期化されたときの状態である読出しなし状態のままとなる。第Ｍの記憶素子１６−Ｍが読出しなし状態である場合、パケット廃棄制御部９は、第Ｍのバッファ３−Ｍの読出しがＰ秒間なかったものとして、第Ｍのバッファ３−ＭにＰ秒前（時間ｔ３１）までに蓄積されたパケットがバッファに滞留している時間がＰ秒以上であると判断し、第Ｍのバッファ管理部８−Ｍに廃棄指示信号５０−Ｍを送出する。第Ｍのバッファ管理部８−Ｍでは、Ｐ秒前（時間ｔ３１）の書込みポインタの値ＷＰ_１が一時レジスタ１５に記憶されており、廃棄指示信号５０−Ｍを受け取ると、一時レジスタ１５の値ＷＰ_１から１を減じた値、すなわち、（ＷＰ_１−１）が読出しポインタ１３の値となるよう読出しポインタ１３の値を書き換える。これにより、第Ｍのバッファ３−ＭにＰ秒前以前に蓄積されたパケットは、全て廃棄されたことになり、第Ｍのバッファ３−Ｍに蓄積されている全てのパケットのバッファ滞留時間はＰ秒未満となる。

以上に説明したように、実施の形態２に係るパケットバッファ装置を用いれば、伝送先の数だけ設けられたバッファから、予め設定される装置内滞留許容時間の間にパケットが読み出されたかどうかを示す記憶素子の状態が読出しなし状態である場合に、該バッファに蓄積されているパケットの装置内滞留時間が許容時間を超過したと判断できるので、装置内に滞留する時間が一定時間を超過したパケットを廃棄する処理を実現できる。また、実施の形態１に係るパケットバッファ装置によれば、装置内滞留時間算出のため、パケット毎に到着時刻を示すタイムスタンプを付与して記憶する必要がなく、また、滞留時間を超過したかどうかをパケット毎に判定する必要もないので、パケットバッファ装置の構成の簡素化を実現できる。

また、実施の形態２に係るパケットバッファ装置を用いれば、一定間隔毎にバッファの蓄積状態を記憶し、一定時間読出しのなかったバッファに対して、一定時間前までに蓄積され、バッファに滞留しているパケットを伝送したようにバッファ状態を書き換えることにより、装置内滞留時間が許容時間内であるパケットのみをバッファに蓄積しておくことができる。

さらに、実施の形態２に係るパケットバッファ装置を用いれば、パケット送出時にパケットが滞留時間を超過したかどうかをパケット毎に判定する必要がなく、判定結果によりパケットを廃棄して続けてバッファに格納されている次のパケットを読み出す処理が不要となるため、バッファ読出しが迅速に行える効果がある。

さらにまた、実施の形態２に係るパケットバッファ装置を、実施の形態１で説明したと同様に、パケット廃棄制御部９において、バッファ読出し記憶部６の記憶素子の状態を判定する間隔及びバッファ管理部の書込みポインタ１２を一時記憶させる間隔を記憶素子毎に個別に設定して、バッファ毎に許容滞留時間を異なるよう設定してもよい。

なお、実施の形態２において、上記以外の点は、上記実施の形態１の場合と同じである。

本発明の実施の形態１に係るパケットバッファ装置の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１に係るパケットバッファ装置の第Ｍのバッファ管理部の構成を概略的に示すブロック図である。 図１に示されるバッファ読出し記憶部の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１に係るパケットバッファ装置の第Ｍのバッファ管理部の書込みポインタと読出しポインタの値の変化の例を示す図である。 実施の形態１において、第Ｍのバッファからの読出しがあった場合の読出しポインタ及びバッファ読出し記憶素子の状態の遷移を示す図である。 実施の形態１において、第Ｍのバッファからの読出しがなかった場合の読出しポインタ及びバッファ読出し記憶素子の状態の遷移を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るパケットバッファ装置の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態２に係るパケットバッファ装置の第Ｍのバッファ管理部の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態２において、第Ｍのバッファからの読出しがなかった場合の読出しポインタ、バッファ読出し記憶素子、及び一時レジスタの状態の遷移を示す図である。 ＴＤＭＡ方式を採用する伝送システムにおける１フレーム内のデータフォーマット、及びＦＣＨ内のスケジュールデータの構成を概略的に示す図である。 ネットワークシステムの構成を概略的に示す図である。 ＴＤＭＡ方式を採用する伝送システムにおける管理端末に蓄積されるバッファ量の１フレーム周期内の推移を示す図である。 ＴＤＭＡ方式を採用する伝送システムにおける中継装置に蓄積されるバッファ量の推移を示す図である。

符号の説明

１ 宛先決定部、 ２ 書込み制御部、 ３−１，…，３−Ｎ 第１乃至第Ｎのバッファ、 ４−１，…，４−Ｎ，８−１，…，８−Ｎ 第１乃至第Ｎのバッファ管理部、 ５ 読出し制御部、 ６ バッファ読出し記憶部、 ７，９ パケット廃棄制御部、 １１ ＦＩＦＯメモリ、 １２ 書込みポインタ、 １３ 読出しポインタ、 １５ 一時レジスタ、 １６−１，…，１６−Ｎ 第１乃至第Ｎの記憶素子、 ２０又は２０−１，…，２０−Ｎ バッファ読出し信号、 ２１ ＦＣＨ、 ２２ データ送受信期間、 ２３ ＲＣＨ、 ２４ ＡＣＨ、 ２５ ＦＣＨ、 ２６ データ送受信期間、 ３０又は３０−１，…，３０−Ｎ 初期化信号、 ４０又は４０−１，…，４０−Ｎ バッファ読出しあり／なし信号、 ５０又は５０−１，…，５０−Ｎ 廃棄指示信号、 ６０−１，…，６０−Ｎ 書込みポインタ値一時記憶指示信号。

Claims (6)

1. 入力されたパケットを一時蓄積して出力するパケットバッファ装置において、
   前記入力されたパケットの伝送先に対応する複数のバッファと、
   前記複数のバッファに対応して備えられ、前記複数のバッファにバッファリングされているパケットに関する情報を管理する複数のバッファ管理部と、
   前記入力されたパケットの伝送先を決定する宛先決定部と、
   前記複数のバッファのうちの、前記宛先決定部によって決定された伝送先に対応するバッファに、前記入力されたパケットを書き込む書込み制御部と、
   前記複数のバッファからパケットを読出して出力する読出し制御部と、
   前記複数のバッファに対応する複数の記憶素子を有し、前記複数のバッファのうちのいずれかのバッファからパケットの読出しが行われると、前記複数の記憶素子のうちの前記読出しが行われたバッファに対応する記憶素子の状態を、前記記憶素子の直近の初期化以降にパケット読出しが行われたことがないことを示す読出しなし状態から、前記初期化以降にパケット読出しが行われたことがあることを示す読出しあり状態に変化させるバッファ読出し記憶部と、
   所定の時間毎に前記記憶素子の状態を初期化させる初期化信号を前記バッファ読出し記憶部に出力すると共に、所定の時間毎に前記複数の記憶素子の状態を判定して、読出しなし状態である前記記憶素子に対応する前記バッファに蓄積されたパケットを廃棄させる廃棄指示信号を、対応する前記バッファ管理部に出力するパケット廃棄制御部と
   を有することを特徴とするパケットバッファ装置。
2. 前記廃棄指示信号を受信した前記バッファ管理部は、前記廃棄指示信号を受信した時点以前に、対応する前記バッファに蓄積されているパケットを全て、前記読出し制御部による読出し対象から除外し、前記廃棄指示信号を受信した時点より後に、対応する前記バッファに入力されたパケットを、前記読出し制御部による読出し対象とする処理を行うことによって、対応する前記バッファに蓄積されているパケットを全て廃棄することを特徴とする請求項１に記載のパケットバッファ装置。
3. 前記複数のバッファ管理部のそれぞれは、
   前記バッファに蓄積したパケットのバッファリング情報を、蓄積した順に記憶するＦＩＦＯメモリと、
   次にパケットのバッファリング情報を記憶する前記ＦＩＦＯメモリのアドレスを指し示す書込みポインタと、
   前記バッファから読み出されたパケットのバッファリング情報が格納されていた前記ＦＩＦＯメモリのアドレスを指し示す読出しポインタと
   を有し、
   前記バッファ管理部がパケットを全て廃棄する処理は、前記パケット廃棄制御部によりパケットを廃棄すると判定された前記バッファの前記バッファ管理部の読出しポインタの値を、前記書込みポインタの値から１を減じた値に書き換えることによって行われる
   ことを特徴とする請求項２に記載のパケッバッファ装置。
4. 前記廃棄指示信号を受信した前記バッファ管理部は、前記廃棄指示信号を受信した時点以前に、対応する前記バッファに蓄積されているパケットであって、所定の蓄積滞留時間以上、前記バッファに蓄積され続けているパケットを、前記読出し制御部による読出し対象から除外する処理を行うことによって、対応する前記バッファに蓄積されているパケットを廃棄することを特徴とする請求項１に記載のパケットバッファ装置。
5. 前記複数のバッファ管理部のそれぞれは、
   前記バッファに蓄積したパケットのバッファリング情報を、蓄積した順に記憶するＦＩＦＯメモリと、
   次にパケットのバッファリング情報を記憶する前記ＦＩＦＯメモリのアドレスを指し示す書込みポインタと、
   前記バッファから読み出されたパケットのバッファリング情報が格納されていた前記ＦＩＦＯメモリのアドレスを指し示す読出しポインタと
   所定の滞留許容時間毎に書込みポインタの値を一時記憶する一時レジスタと
   を有し、
   前記バッファ管理部が所定の滞留許容時間以上、前記バッファに蓄積されているパケットを廃棄する処理は、前記パケット廃棄制御部によりパケットを廃棄すると判定された前記バッファの前記バッファ管理部の読出しポインタの値を、前記一時レジスタの値から１を減じた値に書き換えられることによって行われる
   ことを特徴とする請求項４に記載のパケットバッファ装置。
6. 前記複数の記憶素子の状態を判定する所定の時間間隔は、前記複数の記憶素子のそれぞれについて異なる値に設定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のパケットバッファ装置。

Images