JP4718963B2 - Data transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、データ伝送システムに関し、さらに詳しくは、ネットワークを介して接続された複数のコンピュータ間でデータの授受を円滑に行なわせるためのデータ伝送システムに関する。 The present invention relates to a data transmission system, and more particularly to a data transmission system for smoothly transferring data between a plurality of computers connected via a network.
電力送電系統では、IPルータ網、MPLS網、Ethernet(登録商標)網などのネットワークに多種多様のノード(サーバやPCなど)が相互に接続されており、これらのノードによって分散処理が行なわれている。しかし、このような様々な形態のネットワークやノードが混在した環境下で分散処理を実行する場合、様々な負荷や障害が想定される。そのため、現在、QoS(通信サービス品質)の向上や分散処理に対しての高信頼化が要求されている。 In a power transmission system, various nodes (servers, PCs, etc.) are connected to a network such as an IP router network, an MPLS network, and an Ethernet (registered trademark) network, and distributed processing is performed by these nodes. Yes. However, when distributed processing is executed in an environment in which various types of networks and nodes are mixed, various loads and failures are assumed. Therefore, at present, improvement of QoS (communication service quality) and high reliability for distributed processing are required.
QoSの向上や分散処理に対しての高信頼化を図る技術としては、例えば特許文献1のような技術が知られている。この特許文献1では、送達確認、処理実行ノードに対してのリクエストメッセージの再送、あるいは処理要求ノードに対してのレスポンスメッセージの再取得などといった通信をノード間で行なうことによって分散処理の高信頼化を図るようにしている。
しかしながら、処理要求ノードと処理実行ノードとの間で通信を行なって分散処理の高信頼化を図るといった方法は、伝送路が正常に機能するといった前提があって初めて実現されるものである。特に特許文献1では、単一の伝送路を用いてノード間で各種メッセージの授受や送達確認などを行なっているので、仮に伝送路に何らかの不具合が発生し、伝送路が使用不能になった場合、ノード間の通信ができなくなってしまうといった問題が発生する。
However, the method of achieving high reliability of distributed processing by performing communication between the processing request node and the processing execution node is realized only on the premise that the transmission path functions normally. In particular, in
そこで、本発明は、複数のコンピュータ間で行なわれるデータ通信の信頼度を高めることができるデータ伝送システムを提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a data transmission system capable of increasing the reliability of data communication performed between a plurality of computers.
かかる目的を達成するために、請求項1記載の発明にかかるデータ伝送システムは、伝送路を介して相互に接続された分散処理を行う複数のノードとの間でデータの授受をパケット通信によって行なうデータ伝送システムにおいて、前記各ノード間に前記伝送路を複数設けるとともに、これらの伝送路に対して1対1で対応しているIPアドレスを前記各ノード毎に設け、且つ、要求された処理を実行するアプリケーションを備える受信側ノードに設けられたIPアドレスのうちの代表IPアドレスを当該受信側ノードを示すためにデータ本体部に付与する第1のIPアドレス付与手段と、前記IPアドレスが互いに対応付けられた状態で記述されたアドレステーブルに基づいて前記データを複製するデータ複製手段と、このデータ複製手段によって前記データが複製された結果として得られた複数の前記データの各ヘッダに対して前記アドレステーブルに基づいて前記受信側ノードの互いに異なる前記IPアドレスを付与する第2のIPアドレス付与手段と、この第2のIPアドレス付与手段によって付与された前記IPアドレスに従って前記データを前記受信側ノードに送信するデータ送信手段と、他のノードが有する前記データ送信手段によって送信された複数のデータを受信するデータ受信手段と、このデータ受信手段で前記複数の同一データを受信した場合に後着のデータを廃棄する後着データ廃棄手段とを前記各ノードの各々に設け、前記後着データ廃棄手段は、受信した先着のデータから前記ヘッダのIPアドレスを取り除くと共に、どのノードのアプリケーションが生成したデータであるかを識別しながらシーケンス番号順につなぎ合わせて元の通信データに復元するようにしている。 To achieve this object, the data transmission system according to the first aspect of the present invention performs data transmission / reception by packet communication with a plurality of nodes performing distributed processing connected to each other via a transmission path. In the data transmission system, a plurality of the transmission lines are provided between the nodes, an IP address corresponding to each of the transmission lines is provided for each node, and the requested processing is performed. The first IP address assigning means for assigning the representative IP address of the IP addresses provided in the receiving side node provided with the application to be executed to the data body unit to indicate the receiving side node, and the IP address correspond to each other Data duplicating means for duplicating the data based on an address table described in an attached state, and the data duplicating means Therefore, second IP address assigning means for assigning different IP addresses of the receiving node based on the address table to each header of the plurality of data obtained as a result of duplication of the data, A data transmission means for transmitting the data to the receiving node according to the IP address assigned by the second IP address assignment means, and a plurality of data transmitted by the data transmission means possessed by another node are received. A data receiving means and a later-arrival data discarding means for discarding later-arrived data when the plurality of identical data are received by the data receiving means are provided in each of the nodes, together from the received first-arrival data removing IP address of the header, the application of which nodes Generated or identification Shinano a data is to be restored to the original communication data by joining the order of brushes sequence number.
したがって、データ複製手段によってデータが複製された結果として得られた複数のデータのそれぞれは、各データに付加されたIPアドレスに従って異なる伝送路を経由して受信側ノードに伝送される。 Therefore, each of a plurality of data obtained as a result of data duplication by the data duplicating means is transmitted to the receiving side node via different transmission paths according to the IP address added to each data.
以上のように、請求項1記載のデータ伝送システムによれば、送信側ノードが複数の同一データを異なる伝送路を経由させて受信側ノードに伝送するようにしたので、仮に複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路に不具合が生じたとしても、データを他の伝送路によって第2ノードに到達させることができる。これによりデータ伝送の信頼度を高めることができる。 As described above, according to the data transmission system of the first aspect, since the transmission side node transmits a plurality of the same data to the reception side node via different transmission paths, it is assumed that a plurality of transmission paths Even if a failure occurs in any one of the transmission paths, the data can reach the second node through another transmission path. Thereby, the reliability of data transmission can be increased.
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the best mode shown in the drawings.
図1〜6に本発明のデータ伝送システムの一実施形態を示す。本実施形態では、第1ノード(送信側ノード)と第2ノード(受信側ノード)間の送受信を例に説明する。この実施形態のデータ伝送システム1は、伝送路を介して相互に接続された第1ノードととして機能する処理要求ノード4と第2ノードとして機能する処理実行ノード5との間で通信データの授受を行なうものである。処理要求ノード4と処理実行ノード5との間に伝送路2、3を設けるとともに、これらの伝送路に対して1対1で対応しているIPアドレスを処理実行ノード5に設け、且つ、これらのIPアドレスのうちの代表IPアドレスを通信データの本体部に付与する第1のIPアドレス付与手段として機能するアプリケーション12と、IPアドレスが互いに対応付けられた状態で記述されたアドレステーブル27に基づいて通信データを複製するデータ複製手段として機能する送信制御部17と、この送信制御部17によって通信データが複製された結果として得られた複数の通信データの各ヘッダに対してアドレステーブル27に基づいて互いに異なるIPアドレスを付与する第2のIPアドレス付与手段として機能する送信制御部17と、この送信制御部17によって付与されたIPアドレスに従って通信データを処理実行ノード5に送信するデータ送信手段として機能する送信実行部19とを処理要求ノード4に設け、且つ、送信実行部19によって送信された複数のデータを受信するデータ受信手段として機能する受信実行部33と、この受信実行部33で複数の同一データを受信した場合に後着のデータを廃棄する後着データ廃棄手段として機能する受信制御部31とを処理実行ノード5に設けるようにしている。なお、後述するように、処理要求ノード4にも、上記データ受信手段として機能する受信実行部33、後着データ廃棄手段として機能する受信制御部31と同様の受信実行部20、受信制御部18が設けられている。また、処理実行ノード5にも上記第1のIPアドレス付与手段として機能するアプリケーション12、データ複製手段として機能する送信制御部17、第2のIPアドレス付与手段として機能する送信制御部17、データ送信手段として機能する送信実行部19と同様のアプリケーション13、送信制御部30、送信実行部32が設けられている。
1 to 6 show an embodiment of a data transmission system of the present invention. In the present embodiment, transmission / reception between a first node (transmission side node) and a second node (reception side node) will be described as an example. The
図1に示すように、データ伝送システム1は、伝送路2、3を介して相互に接続されている処理要求ノード4及び処理実行ノード5から構成されている。処理要求ノード4は、CPU6及びハードディスク7を備えている。また、処理実行ノード5は、CPU8及びハードディスク9を備えている。これらのノード間では分散処理が行なわれる。
As shown in FIG. 1, the
処理要求ノード4、処理実行ノード5のそれぞれには複数種類のアプリケーションがハードディスク7、9にインストールされている。CPU6、8のそれぞれには入力装置10、11が接続されており、上記のアプリケーションは、入力装置10、11から入力された信号に応答して起動する。
A plurality of types of applications are installed in the
処理要求ノード4と処理実行ノード5との間で分散処理を行なう場合には、例えば、CPU6上で動作するアプリケーション12が処理要求を発し、その処理要求を受けたCPU8のアプリケーション13が処理要求ノード4から送られてきた通信データに対して処理要求の内容に従って処理を実行する。そして、その処理が完了すると、アプリケーション13はその処理結果をアプリケーション12に送信する。なお、本実施形態では、処理要求ノード4のアプリケーション12と処理実行ノード5のアプリケーション13とで分散処理を行なう場合を例に挙げて説明するが、これに限ることなく、分散処理は、処理要求ノード4に存在する複数種類のアプリケーションと処理実行ノード5に存在する複数種類のアプリケーションとで行なうことも勿論可能であり、このような場合であっても本発明は言うまでもなく適用可能である。また、ネットワークを介して3つ以上のノードが相互に接続されており、これら全てのノードを用いて分散処理を行なうような場合であっても本発明は言うまでもなく適用可能である。
When performing distributed processing between the processing request node 4 and the
以下、処理要求ノード4の構成について説明する。CPU6は、ハードディスク7などの大容量記憶手段に格納されたプログラムを実行することによってファイルシステム14、入出力インターフェース15、パラメータ管理部16、送信制御部17、受信制御部18、送信実行部19、受信実行部20、及びNFSサーバ21として機能する。
Hereinafter, the configuration of the processing request node 4 will be described. The
ファイルシステム14は、処理要求ノード4のOSに備えられている機能であり、ハードディクスク7から所定のデータを読み出し、パラメータ保持用ディレクトリ22を形成する。パラメータ保持用ディレクトリ22は、送信制御部17、受信制御部18に対して設定されるパラメータを記憶するための記憶領域であり、このパラメータ保持用ディレクトリ22には、送信制御部17及び受信制御部18によって用いられるパラメータがディレクトリの階層構造によって段階的に記憶されている。なお、本実施形態では、上記の「OS」としては、JAVA(登録商標)を用いることができるOS、例えばLinuxあるいはWindowsXP(登録商標)などが使用可能である。
The
パラメータ保持用ディレクトリ22は、例えば、図2に示すように、アプリケーションに対して設定されているテンプレートを示す「templateInfo」ディレクトリ23、ノードを示す「nodeInfo」ディレクトリ24、アプリケーションを示す「apInfo」ディレクトリ25、及びシステム全体を示すシステムディレクトリ(図示省略)が最上位の階層に並列に配置され、「nodeInfo」ディレクトリ24の1段階下の階層に、自身の代表IPアドレスや他のノードの代表IPアドレスを示した複数のノードIPアドレスディレクトリが並列に配置され、「templateInfo」ディレクトリ23の1段階下の階層に、アプリケーションに対して設定されている複数のテンプレートのID番号で示した「1」ディレクトリ、「2」ディレクトリ、及び「3」ディレクトリなどの複数のテンプレートIDディレクトリが並列に配置され、「apInfo」ディレクトリ25の1段階下の階層に、アプリケーションの優先度を数字で示した「100」ディレクトリや「500」ディレクトリなどの複数のアプリケーション優先度ディレクトリが並列に配置され、アプリケーション優先度ディレクトリの1段階下の階層に、その優先度に属するアプリケーションをアプリケーション名で示した「CountupAP」ディレクトリ、「MessageAP」ディレクトリ、及び「TestAP」ディレクトリなどのアプリケーション個別ディレクトリがツリー構造で配置されることによって構成されている。そして、システムディレクトリ、ノードIPアドレスディレクトリ、テンプレートIDディレクトリ、アプリケーション優先度ディレクトリ、及びアプリケーション個別ディレクトリのそれぞれのディレクトリの中には「#properties」というパラメータ設定ファイルが設けられており、このファイルには送信制御部17、30や受信制御部18、31に対して設定されるパラメータが記述されている。
For example, as shown in FIG. 2, the
具体的には、システムディレクトリのパラメータ設定ファイル(以下、「システム全体用パラメータ設定ファイル」と称する)には、システム全体、すなわち、ネットワークに接続されている全てのノードにおいてデータ通信の振る舞いを同一にするためのパラメータが記述されている。 Specifically, the system directory parameter setting file (hereinafter referred to as “system-wide parameter setting file”) has the same data communication behavior in the entire system, that is, in all nodes connected to the network. The parameters to do are described.
各ノードIPアドレスディレクトリのパラメータ設定ファイル(以下、「ノード用パラメータ設定ファイル」と称する)には、個々のノードに対して設定されるパラメータが記述されている。例えば、IPアドレスが「192.168.7.11」のノードIPアドレスディレクトリに属するノード用パラメータ設定ファイルには、処理要求ノード4に対して設定されるパラメータが記述されている。 The parameter setting file (hereinafter referred to as “node parameter setting file”) in each node IP address directory describes parameters set for each node. For example, a parameter setting file for a node belonging to the node IP address directory whose IP address is “192.168.7.11” describes parameters set for the processing request node 4.
各テンプレートIDディレクトリのパラメータ設定ファイル(以下、「テンプレート用パラメータ設定ファイル」と称する)には、個々のテンプレートに対して設定されるパラメータが記述されている。例えば、「1」ディレクトリのテンプレート用パラメータ設定ファイルには、ID番号が「1」のテンプレートに対して設定されるパラメータが記述されている。 Parameters set for each template are described in the parameter setting file (hereinafter referred to as “template parameter setting file”) in each template ID directory. For example, in the template parameter setting file in the “1” directory, parameters set for the template with the ID number “1” are described.
各アプリケーション優先度ディレクトリのパラメータ設定ファイル(以下、「アプリケーション優先度用パラメータ設定ファイル」と称する)には、その優先度に属するアプリケーションに対して設定されるパラメータが記述されている。例えば、「100」ディレクトリのアプリケーション優先度用パラメータ設定ファイルには、優先度が「100」のアプリケーション(「CountupAP」及び「MessageAP」)に対して設定されるパラメータが記述されている。 The parameter setting file in each application priority directory (hereinafter referred to as “application priority parameter setting file”) describes parameters set for applications belonging to the priority. For example, the parameter setting file for the application priority in the “100” directory describes parameters set for the applications with the priority “100” (“CountupAP” and “MessageAP”).
各アプリケーション個別ディレクトリのパラメータ設定ファイル(以下、「アプリケーション用パラメータ設定ファイル」と称する)には、個々のアプリケーションに対して設定されるパラメータが記述されている。例えば、「MessageAP」ディレクトリのアプリケーション用パラメータ設定ファイルには、「MessageAP」という名称のアプリケーションに対して設定されるパラメータが記述されている。 A parameter setting file (hereinafter referred to as “application parameter setting file”) in each application individual directory describes parameters set for each application. For example, parameters set for an application named “MessageAP” are described in the application parameter setting file in the “MessageAP” directory.
なお、上記の「アプリケーションに対して設定されている複数のテンプレート」とは、例えば、1つのアプリケーションが複数の処理実行ノードに対して分散処理を依頼する場合、その処理実行ノードの数だけ設定されたテンプレートのことを示す。また、上記の「アプリケーションの優先度」とは、アプリケーションがデータ伝送を行なう際に、それぞれのデータに対して与えるものである。また、テンプレート用パラメータ設定ファイル、アプリケーション用パラメータ設定ファイル、アプリケーション優先度用パラメータ設定ファイル、及びノード用パラメータ設定ファイルはいずれも任意で設定しなくても良いが、システム全体用パラメータ設定ファイルはNFSサーバ21やNFSクライアント36といったネットワーク共有機能によってネットワークを介して接続されている全ノードを通して必ず共通のものが設定される。また、本実施形態では、テンプレート用パラメータ設定ファイルには、例えば伝送路2、3の両方を使用してデータ通信を行なうこと(以下、これを「2ルート通信」と称する)を示すパラメータが記述されており、それ以外のパラメータ設定ファイルには、伝送路2のみを使用してデータ通信を行なうこと(以下、これを「片ルート通信」と称する)を示すパラメータが記述されている例を挙げて説明する。また、上記の2ルート通信を示すパラメータと、例えば通信データが送達した否かを確認する送達確認機能をノードに付与するパラメータや通信データが所定のノードに送達しなかった場合に通信データを再送する再送機能をノードに付与するパラメータなどを併用することによってデータ通信の高信頼化及びQos保証を図ることもできる。
Note that the above-mentioned “plural templates set for an application” is set by the number of processing execution nodes when, for example, one application requests distributed processing to a plurality of processing execution nodes. Indicates a template. The “application priority” is given to each data when the application performs data transmission. The template parameter setting file, the application parameter setting file, the application priority parameter setting file, and the node parameter setting file may not be set arbitrarily, but the system-wide parameter setting file is an NFS server. By using a network sharing function such as 21 or
アプリケーション12は、入力装置10からCPU6に入力された分散処理開始信号を契機に、ハードディスク7に記憶されている所定のプログラムやデータに基づいて分散処理で用いる通信データを生成する。また、その通信データの本体部のメモリ領域に対して処理要求と処理実行ノード5の代表IPアドレスとを付与する。なお、本実施形態では、アプリケーション12が、通信データの本体部のメモリ領域に対して処理実行ノード5の代表IPアドレスを付与するようにしているが、これに限ることなく、入出力インターフェース15にて代表IPアドレスを付与するようにしても良い。
The
アプリケーション12は、通信データを入出力インターフェース15を介して送信制御部17に入力する。また、アプリケーション12は、分散処理開始信号が入力されたことを契機に信号をパラメータ管理部16に入力する。パラメータ管理部16は、アプリケーション12から信号が入力されたことを契機に、ファイルシステム14のパラメータ保持用ディレクトリ22から全てのパラメータ設定ファイルを読み出し、それらをディレクトリ22の階層構造に従って段階的にメモリ26上に保持する。
The
テンプレート用パラメータ設定ファイル、アプリケーション用パラメータ設定ファイル、アプリケーション優先度用パラメータ設定ファイル、ノード用パラメータ設定ファイル、及びシステム全体用パラメータ設定ファイルには予め順位が付与されている。換言すると、テンプレート単位、アプリケーション単位、アプリケーション優先度単位、ノード単位、システム単位のそれぞれに属するパラメータには予め順位が付与されている。具体的には、テンプレート用パラメータ設定ファイルの順位を1位とし、アプリケーション用パラメータ設定ファイルの順位を2位とし、アプリケーション優先度用パラメータ設定ファイルの順位を3位とし、ノード用パラメータ設定ファイルの順位を4位とし、システム全体用パラメータ設定ファイルの順位を5位として、パラメータ設定ファイルと順位との関係が記述された順位テーブル17aが送信制御部17のメモリ領域に保持されている。
The template parameter setting file, the application parameter setting file, the application priority parameter setting file, the node parameter setting file, and the system-wide parameter setting file are previously assigned ranks. In other words, ranks are assigned in advance to parameters belonging to the template unit, application unit, application priority unit, node unit, and system unit. Specifically, the template parameter setting file is ranked first, the application parameter setting file is ranked second, the application priority parameter setting file is ranked third, and the node parameter setting file is ranked. Is ranked fourth, the ranking of the parameter setting file for the entire system is ranked fifth, and a ranking table 17 a in which the relationship between the parameter setting file and the ranking is described is held in the memory area of the
送信制御部17は、通信データが入力されたことを契機に、メモリ領域から順位テーブル17aを読み出し、その順位テーブル17aに記述されている順位と、通信データの属性(例えば、テンプレートID、アプリケーション名、優先度、送信IPアドレス、受信IPアドレス)とに基づいてメモリ26に保持されているパラメータ設定ファイルの中からパラメータ設定ファイルを指定するとともに、パラメータ取得要求信号をパラメータ管理部16に入力する。
When the communication data is input, the
送信制御部17がメモリ26上のパラメータ設定ファイルを指定する場合、先ず、送信制御部17は、通信データの属性のテンプレートIDに対応したテンプレート用パラメータ設定ファイルがメモリ26内に存在しているか否かを識別する。存在していた場合には、そのテンプレート用パラメータ設定ファイルを指定する。存在していなかった場合には、通信データの属性のアプリケーション名に対応したアプリケーション用パラメータ設定ファイルがメモリ26内に存在しているか否かを識別する。存在していた場合には、そのアプリケーション用パラメータ設定ファイルを指定する。存在していなかった場合には、通信データの属性の優先度に対応したアプリケーション優先度用パラメータ設定ファイルがメモリ26内に存在しているか否かを識別する。存在していた場合には、そのアプリケーション優先度用パラメータ設定ファイルを指定する。存在していなかった場合には、送信IPアドレス、受信IPアドレスに対応したノード用パラメータ設定ファイルがメモリ26内に存在しているか否かを識別する。存在していた場合には、そのノード用パラメータ設定ファイルを指定する。存在していなかった場合には、システム全体用パラメータ設定ファイルを指定する。
When the
パラメータ管理部16は、図3のフローチャートに示すように、アプリケーション12が起動したことを契機に(S1)、ファイルシステム14のパラメータ保持用ディレクトリ22から全てのパラメータ設定ファイルを読み出し(S2)、そのファイルをメモリ26に保持する(S3)。パラメータ管理部16は、送信制御部17から何らかの要求信号が入力されたか否かを常時監視しており(S4)、要求信号が入力されない間(S4;No)、待機状態となる(S5)。パラメータ管理部16は、送信制御部17から要求信号が入力された場合(S4;Yes)、その要求信号がパラメータの取得要求を示すパラメータ取得要求信号であるか否かの識別を行なう(S6)。そして、パラメータ管理部16は、入力された要求信号がパラメータ取得要求信号であると識別した場合(S6;Yes)、パラメータ取得要求信号に基づいて送信制御手段によって指定されたパラメータ設定ファイルからパラメータを抽出し、それを送信制御部17及び受信制御部18に対して設定する(S7)。パラメータ管理部16は、入力された要求信号がパラメータ取得要求信号ではないと識別した場合(S6;No)、その要求信号がパラメータの更新を指示する更新要求信号であるか否かの識別を行なう(S8)。そして、パラメータ管理部16は、入力された要求信号が更新要求信号であると識別した場合(S8;Yes)、ファイルシステム14のパラメータ保持用ディレクトリ22から改めて全てのパラメータ設定ファイルを読み出し、その読み出したファイルをメモリ26上に保持する(S2)。パラメータ管理部16は、入力された要求信号が更新要求信号ではないと識別した場合(S8;No)、その要求信号がパラメータ設定システム1の終了を指示する終了要求信号であるか否かの識別を行なう(S9)。そして、パラメータ管理部16は、入力された要求信号が終了要求信号であると識別した場合(S9;Yes)、全ての処理を終了する。入力された要求信号が終了要求信号ではないと識別した場合(S9;No)、送信制御部17から何らかの要求信号が入力されたか否かの監視を続行する(S4)。
As shown in the flowchart of FIG. 3, the
送信制御部17は、図4のフローチャートに示すように、通信データが入力されると(S101)、先ず、その通信データに処理要求が付与されているか否かを識別する(S102)。処理要求が付与されていない場合(S102;No)、待機状態となる(S103)。処理要求が付与されていた場合(S102;Yes)、次に、新規の通信であるか否かを識別する(S103)。新規の通信ではなかった場合(S104;No)、送信制御部17及び受信制御部18は既存のパラメータを利用する(S105)。新規の通信の場合(S104;Yes)、送信制御部17は、メモリ26内の順位1位のパラメータ設定ファイルの存在を確認し(S106)、メモリ26内に順位1位のパラメータ設定ファイルが存在しない場合には(S107;No)、次の順位のパラメータ設定ファイルの存在を確認する(S108)。パラメータ設定ファイルが存在する場合には(S107;Yes)、送信制御部17及び受信制御部18は、そのパラメータ設定ファイルに記述されているパラメータを通信で利用するパラメータとして取得する(S109)。送信制御部17及び受信制御部18は、その取得したパラメータに基づいて処理を実行する(S110)。送信制御部17は、アプリケーション12から入力される要求の種類を識別しており、アプリケーション12から入力された要求が更新要求であった場合(S111;Yes)、現在設定されているパラメータを更新する(S112)。アプリケーション12から入力された要求が更新要求ではなく(S111;No)、アプリケーション12から入力された要求が終了要求であった場合(S113;Yes)、全ての処理を終了し、アプリケーション12から入力された要求が終了要求でなかった場合(S113;No)、通信データに処理要求が付与されているか否かの識別を再び行なう(S102)。
As shown in the flowchart of FIG. 4, when communication data is input (S101), the
送信制御部17は、アドレステーブル27をメモリ領域に保持している。アドレステーブル27には、例えば処理実行ノード5に設定されている代表IPアドレスとサブIPアドレスとが対応付けられた状態で記述されている。例えば代表IPアドレスは伝送路2に対応しており、サブIPアドレスは伝送路3に対応している。送信制御部17は、パラメータ管理部16によってパラメータが設定されたことを契機にメモリ領域からアドレステーブル27を読み出す。そして、このアドレステーブル27に基づいて通信データを複製する。これにより伝送路の数だけ通信データが生成される。つまり、本実施形態では、2つの通信データが生成される。
The
送信制御部17は、2つの通信データをパケット化し、通信データごとのパケットのヘッダにパケットの順序を示すシーケンス番号を付与する。さらに、一方の通信データの各パケットのヘッダに代表IPアドレスを、他方の通信データの各パケットのヘッダにサブIPアドレスを付与する。
The
送信実行部19は、代表IPアドレスが付与されたパケットを通信プロトコル40、例えばTCP/IPに従って伝送路2を用いて処理実行ノード5に送信するとともに、サブIPアドレスが付与されたパケットを通信プロトコル40に従って伝送路3を用いて処理実行ノード5に送信する。
The
受信制御部18は、受信実行部20で受信したパケットが後着したものであるか否かを判断する。すなわち、受信制御部18は、先着パケットのシーケンス番号を記録するログファイル28を有し、受信実行部20が受信したパケットのヘッダ内のシーケンス番号を読み取って、シーケンス番号がログファイル28に存在するか否かを確認する。ログファイル28に存在しなければ、受信パケットは過去に受信したことにない先着パケットであると判断し、そのシーケンス番号をログファイル28に書き込む。これにより、次回同一のパケットが受信された場合に、当該パケットが後着であることがログファイル28により確認できる。一方、受信パケットのシーケンス番号が既にログファイル28にある場合は、過去に受信されたパケットと同一の後着パケットであると判断し、廃棄する。さらに、受信制御部18は、パケットのヘッダからIPアドレスを取り除き、シーケンス番号に従ってパケットを繋ぎ合わせて通信データを復元する。各パケットには送受信を行うノード4,5のアプリケーション名が含まれており、受信制御部18はどのノードのアプリケーション(この場合は処理実行ノード5が返信を行う場合であるのでアプリケーション13)が生成したデータであるかを識別しながら、各パケットをつなぎ合わせて復元する。そして、その通信データを入出力インターフェース15を介してアプリケーション12に送る。なお、アプリケーション12、入出力インターフェース15及び受信制御部18は、処理要求ノード4の代表IPアドレスを認識しており、受信実行部20で受信した通信データにおいて、通信データの本体部に代表IPアドレスが付与されている通信データに対してのみ処理を実行するように構成されている。
The
NFSサーバ21は、処理要求ノード4のOSの機能の一部あるいはプログラムとしてハードディスク7にインストールされており、CPU6起動時にハードディスク7から読み出され、起動する。通信機能(図示省略)を用いることにより遠隔のNFSクライアント36に対してファイルシステム14のパラメータ保持用ディレクトリ22を公開する。
The NFS server 21 is installed in the hard disk 7 as a part of the OS function of the processing request node 4 or as a program, and is read from the hard disk 7 and activated when the
次に、処理実行ノード5の構成について説明する。CPU8は、ハードディスク9などの大容量記憶手段に格納されたプログラムを実行することによって入出力インターフェース29、送信制御部30、受信制御部31、送信実行部32、受信実行部33、パラメータ管理部34、ファイルシステム35、及びNFSクライアント36として機能する。なお、CPU6及びCPU8は、入出力インターフェース29、送信制御部30、受信制御部31、送信実行部32、受信実行部33、パラメータ管理部34、及びファイルシステム35は、CPU6における入出力インターフェース15、送信制御部17、受信制御部18、送信実行部19、受信実行部20、パラメータ管理部16、及びファイルシステム14と同一の機能を有しているので、以下、上記の説明と重複する部分の説明は省略し、上記で説明した機能と異なる機能についてのみ説明する。
Next, the configuration of the
NFSクライアント36は、処理実行ノード5のOSの機能の一部あるいはプログラムとしてハードディスク9にインストールされており、CPU8起動時にハードディスク9から読み出され、起動する。処理要求ノード4のNFSサーバ21と通信を行なうことにより、NFSサーバ21が公開したパラメータ保持用ディレクトリ22をファイルシステム35のマウントポイントにマウントする。
The
パラメータ管理部34は、アプリケーション13から信号が入力されたことを契機に、ファイルシステム35のパラメータ保持用ディレクトリ22から全てのパラメータ設定ファイルを読み出し、それらをメモリ37上に保持する。そして、パラメータ管理部34は、入力装置11からの入力された信号に応答して送信制御部30及び受信制御部31に対してパラメータを設定する。
The
受信制御部31は、受信実行部33で受信したパケットが後着したものであるか否かをログファイル38を用いて判断し、後着したものについては廃棄し、先着したパケットを元の通信データに復元して、入出力インターフェース29を介してアプリケーション13に入力する。なお、アプリケーション13、入出力インターフェース29及び受信制御部31は、処理実行ノード5の代表IPアドレスを認識しており、受信実行部31で受信した通信データにおいて、通信データの本体部に代表IPアドレスが付与されている通信データに対してのみ処理を実行するように構成されている。
The
アプリケーション13は、通信データに付与された処理要求の内容に従って処理を実行する。そして、その処理が完了すると、通信データを生成し、その通信データの本体部のメモリ領域に対して処理結果と処理要求ノード4の代表IPアドレスとを付与する。アプリケーション13は、通信データを入出力インターフェース29を介して送信制御部30に入力する。
The
送信制御部30は、アドレステーブル39をメモリ領域に保持している。アドレステーブル39には、例えば処理要求ノード4に設定されている代表IPアドレスとサブIPアドレスとが対応付けられた状態で記述されている。代表IPアドレスは伝送路2に対応しており、サブIPアドレスは伝送路3に対応している。送信制御部30は、アプリケーション13から通信データが入力されたことを契機にメモリ領域からアドレステーブル39を読み出す。そして、このアドレステーブル39に基づいて通信データを複製する。これにより伝送路の数だけ通信データが生成される。つまり、本実施形態では、同一の通信データが2つ生成される。
The transmission control unit 30 holds the address table 39 in the memory area. In the address table 39, for example, the representative IP address set to the processing request node 4 and the sub IP address are described in association with each other. The representative IP address corresponds to the
送信制御部30は、2つの通信データをパケット化し、通信データごとのパケットのヘッダにパケットの順序を示すシーケンス番号を付与する。さらに、一方の通信データの各パケットのヘッダに代表IPアドレスを、他方の通信データの各パケットのヘッダにサブIPアドレスを付与する。 The transmission control unit 30 packetizes two pieces of communication data and assigns a sequence number indicating the order of the packets to the packet header for each piece of communication data. Further, the representative IP address is assigned to the header of each packet of one communication data, and the sub IP address is assigned to the header of each packet of the other communication data.
送信実行部32は、代表IPアドレスが付与されたパケットを通信プロトコル(例えば、TCP/IP)に従って伝送路2を用いて処理要求ノード4に送信するとともに、サブIPアドレスが付与されたパケットを通信プロトコルに従って伝送路3を用いて処理要求ノード4に送信する。
The
次に、処理要求ノード4での処理の流れを図5のフローチャートを参照しながら説明する。アプリケーション12が通信データを生成する(S201)。アプリケーション12は通信データのメモリ領域に処理要求を付与する(S202)。送信制御部17は、通信データの属性を参照してパラメータを決定する(S203)。そのパラメータが2ルート通信を示すものである場合(S204;Yes)、通信データを複製する(S205)。各通信データをパケット化する(S206)。通信データ毎のパケットのヘッダにパケットの順序を示すシーケンス番号を付与する(S207)。アドレステーブル27に基づいて一方の通信データの各パケットのヘッダに処理実行ノード5の代表IPアドレスを付与し、他方の通信データの各パケットのヘッダに処理実行ノード5のサブIPアドレスを付与する(S208)。他方、パラメータが片ルート通信を示すものである場合(S204;No)、通信データをパケット化する(S209)。各パケットのヘッダにパケットの順序を示すシーケンス番号を付与する(S210)。各パケットのヘッダに処理実行ノード5の代表IPアドレスを付与する(S211)。送信実行部19は、各パケットのヘッダに付与された代表IPアドレスあるいはサブIPアドレスに従ってデータ通信を行なう。具体的には、ヘッダに代表IPアドレスが付与されたパケットは、伝送路2を経由して処理実行ノード5に送られ、ヘッダにサブIPアドレスが付与されたパケットは、伝送路3を経由して処理実行ノード5に送られる(S212)。受信制御部18では、処理実行ノード5からの返信の通信データが受信実行部20で受信されずに(S213;No)、予め定められた制限時間が経過していない場合(S214;No)、待機状態となる(S215)。処理実行ノード5から返信の通信データが受信実行部20で受信されずに(S213;No)、予め定められた制限時間が経過した場合(S214;Yes)、エラー処理を行ない(S216)、全ての処理を終了する。他方、処理実行ノード5から返信の通信データを受信実行部20で受信した場合(S213;Yes)、受信制御部18は、受信実行部20で受信したパケットが後着であるか否かをログファイル28を用いて判断し、後着パケットである場合(S217;Yes)、パケットを廃棄する(S218)。先着パケットである場合(S217;No)、そのパケットのヘッダからIPアドレスを外す(S219)。そして、パケットをシーケンス番号に従って繋ぎ合わせて、処理実行ノード5のアプリケーション13が生成した通信データに復元する(S220)。受信制御部18は、その通信データを入出力インターフェース16に入力する(S221)。入出力インターフェース16は、通信データからアプリケーション13での処理結果を抽出し(S222)、その処理結果をアプリケーション12に送る(S223)。
Next, the flow of processing in the processing request node 4 will be described with reference to the flowchart of FIG. The
次に、処理実行ノード5での処理の流れを図6のフローチャートを参照しながら説明する。受信制御部31は、受信実行部33でパケットを受信し(S301)、そのパケットが後着パケットであるか否かをログファイル38を用いて判断し、後着パケットである場合(S302;Yes)、パケットを廃棄する(S303)。先着パケットである場合(S302;No)、そのパケットのヘッダからIPアドレスを外す(S304)。そして、パケットをシーケンス番号に従って繋ぎ合わせて、処理要求ノード4のアプリケーション12が生成した通信データに復元する(S305)。受信制御部31は、その通信データを入出力インターフェース29に入力する(S306)。入出力インターフェース29は、通信データからアプリケーション12の処理要求を抽出し(S307)、その処理要求をアプリケーション13に送る(S308)。アプリケーション13は処理要求の内容に従って処理を実行する(S309)。処理が完了すると(S310)、アプリケーション13は通信データを生成し(S311)、通信データのメモリ領域に処理結果を付与する(S312)。送信制御部30は、通信データの属性を参照してパラメータを決定する(S313)。そのパラメータが2ルート通信を示すものである場合(S314;Yes)、通信データを複製する(S315)。各通信データをパケット化する(S316)。通信データ毎のパケットのヘッダにパケットの順序を示すシーケンス番号を付与する(S317)。アドレステーブルに基づいて一方の通信データの各パケットのヘッダに処理要求ノード4の代表IPアドレスを付与し、他方の通信データの各パケットのヘッダに処理要求ノード4のサブIPアドレスを付与する(S318)。他方、パラメータが片ルート通信を示すものである場合(S314;No)、通信データをパケット化する(S319)。各パケットのヘッダにパケットの順序を示すシーケンス番号を付与する(S320)。各パケットのヘッダに処理要求ノード4の代表IPアドレスを付与する(S321)。送信実行部19は、各パケットのヘッダに付与された代表IPアドレスあるいはサブIPアドレスに従ってデータ通信を行なう。具体的には、ヘッダに代表IPアドレスが付与されたパケットは、伝送路2を経由して処理要求ノード4に送られ、ヘッダにサブIPアドレスが付与されたパケットは、伝送路3を経由して処理要求ノード4に送られる(S322)。
Next, the flow of processing in the
以上のように、本発明のデータ伝送システム1によれば、処理要求ノード4が複数の同一通信データを伝送路2、3を経由させて処理実行ノード5に伝送するようにしたので、仮に伝送路2、3のうちのいずれかの伝送路に不具合が生じたとしても、通信データをもう一方の伝送路によって処理実行ノード5に到達させることができる。これによりデータ伝送の信頼度を高めることができ、処理要求ノード4と処理実行ノード5とを用いた分散処理を確実に実行させることができる。
As described above, according to the
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上記実施形態では、処理要求ノード4と処理実行ノード5とを伝送路2、3で接続したが、これに限ることなく、2つのノード間を3つ以上の伝送路で接続しても良い。この場合、受信側のノードに伝送路の数だけIPアドレスを設ける。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the process request node 4 and the
上記実施形態では、処理要求ノード4と処理実行ノード5との間のデータ通信を例に挙げて説明したが、これに限ることなく、3つ以上のノードの相互間を複数の伝送路で接続した場合であっても本発明を適用することができる。この場合、各ノードにおいて、ノードに接続されている伝送路の数だけ互いに異なるIPアドレスを設けるとともに、送信先の全てのIPアドレスが記述されたアドレステーブルを設ける。例えば、処理要求ノード4とノードA(図示省略)との間を3本の伝送路で接続し、処理要求ノード4が処理実行ノード5だけではなく、ノードAともデータ通信を行なう場合、ノードAに代表IPアドレスと2つのサブIPアドレスを設け、これらのIPアドレスが記述されたアドレステーブルを処理要求ノード4に設ける。また、処理要求ノード4には、処理実行ノード5とのデータ通信で用いる代表IPアドレスとサブIPアドレスとは別に、ノードAとのデータ通信で用いる代表IPアドレスと2つのサブIPアドレスを設け、これらのIPアドレスが記述されたアドレステーブルをノードAに設ける。
In the above-described embodiment, the data communication between the process request node 4 and the
以下に本発明のデータ伝送システムを電力送電系統での遠隔運用保守などに適用する例について説明する。 An example in which the data transmission system of the present invention is applied to remote operation maintenance in a power transmission system will be described below.
電力自由化の進展に伴い、様々な電力機器間やアプリケーション間、さらには電力会社間の連携(相互接続性)の重要性が増してくるものと考えられる。このような連携を実現するには、情報通信アーキテクチャ(プラットフォーム)の標準化(統一)が必要である。また、分散型電源のような多数の機器が系統に接続されると、集中的な制御に比べ、自律的な分散制御(参照;C. Rehtanz, Autonomous Systems and Intelligent Agents in Power System Control and Protection, Springer, 2003)が有効となる場合も考えられる。そこで、相互接続性を実現するため、電力機器の国際標準情報モデルや汎用インターネット技術を適用するとともに、自律分散型処理の可能なモバイルエージェント技術などを適用した情報通信アーキテクチャである、分散リアルタイムネットワークアーキテクチャ(DRNA:Distributed Real-time computer Network Architecture)の開発を進めている(参照;「分散リアルタイムネットワークアーキテクチャ(DRNA)の開発 (その1) −アーキテクチャの要件と機能概要−」,電力中央研究所研究報告R02013,2003年3月)。DRNAは,図 7に示すような4つの要素からなる構造となっており,各構成要素は,それぞれ次のような機能を持つ。 With the progress of electric power liberalization, the importance of cooperation (interconnectivity) between various electric power devices, applications, and even between electric power companies will increase. In order to realize such cooperation, standardization (unification) of information communication architecture (platform) is necessary. In addition, when many devices such as distributed power sources are connected to the grid, autonomous distributed control (see C. Rehtanz, Autonomous Systems and Intelligent Agents in Power System Control and Protection, Springer, 2003) may be effective. Therefore, in order to realize interoperability, distributed real-time network architecture, which is an information communication architecture that applies international standard information model of power equipment and general-purpose Internet technology, and mobile agent technology capable of autonomous distributed processing, etc. (DRNA: Distributed Real-time Computer Network Architecture) is being developed (Reference; "Development of Distributed Real-Time Network Architecture (DRNA) (Part 1)-Outline of Architecture Requirements and Functions-") R02013, March 2003). DRNA has a structure consisting of four elements as shown in Fig. 7, and each component has the following functions.
1.応用プログラムおよび情報モデル層: 電力系統機器のオブジェクトモデル,及び監視制御に用いるアプリケーションプログラム。
2.高度通信機能層: 一般の上位プロトコルにおいて、状況の変化に対応して自律的に動作し,様々な通信形態の基盤を提供する.高度通信機能は、通信機能を主として担う「高度通信機能ミドルウェア」と、エージェントによる情報処理を担う「エージェントプラットフォーム」から構成される。本実施例では、高度通信機能ミドルウェアについて述べる。
3.伝達通信機能層: 一般の下位プロコルにおいて、IP (Internet Protocol) 技術に基づいて基本的な通信と通信品質 (QoS: Quality of Service) の制御を行う。
4.通信管理・セキュリティ機能: DRNAの各要素が正常に動作するための支援を行う。
1. Application program and information model layer: Object model of power system equipment and application program used for supervisory control.
2. Advanced communication function layer: In general higher level protocols, it operates autonomously in response to changes in the situation and provides a basis for various communication forms. The advanced communication function includes “advanced communication function middleware” mainly responsible for the communication function and “agent platform” responsible for information processing by the agent. In this embodiment, advanced communication function middleware will be described.
3. Communication and communication functional layer: Basic communication and quality of service (QoS) control based on IP (Internet Protocol) technology in general lower protocol.
4). Communication management / security function: Supports the proper operation of each element of DRNA.
現在の電力通信網では,系統監視や給電運用などの設備運用・保全システムのアプリケーション毎に通信網が構成されているが,効率的な通信網の活用やコスト低減の観点から,将来は各種の監視制御システム(すなわちアプリケーション)のデータ伝送を統合する,すなわち統合IP網を構築することが望ましい(参照;「電力自由化時代における電力通信網の将来展望」電力中央研究所研究報告R02003, 2002年12月)(参照;「電力自由化が及ぼす電力通信網への影響と課題」電力中央研究所調査報告R02002, 2003年1月)。この際,IP網を利用する場合には通信品質の確保のためにQoS制御が必要となる。DRNAではIPレベルのQoS制御は伝達通信機能で行うが,一度設定したものをアプリケーションや通信網の状況に応じて頻繁に変更することは難しい。高度通信機能ミドルウェアはこれを補完し,状況に適応するQoS保証機能が動作する。 In the current power communication network, a communication network is configured for each application of equipment operation / maintenance system such as system monitoring and power supply operation. However, in the future, from the viewpoint of efficient use of the communication network and cost reduction, It is desirable to integrate the data transmission of supervisory control systems (ie applications), that is, to build an integrated IP network (see; “Future prospects of power communication networks in the power liberalization era”) Research Report of Central Research Institute of Electric Power R02003, 2002 (December) (Reference: “Effects and Issues of Electricity Liberalization on Electric Power Communication Networks” Research Report of Central Research Institute of Electric Power R02002, January 2003). At this time, when using an IP network, QoS control is required to ensure communication quality. In DRNA, IP-level QoS control is performed using the transfer communication function, but once set, it is difficult to change frequently according to the application and communication network conditions. The advanced communication function middleware complements this, and the QoS guarantee function that adapts to the situation operates.
高度通信機能ミドルウェアでは,上位のアプリケーションの要求に応じて適切な機能要素を組み合わせて提供する。このため,アプリケーションは基本的なパラメータのみを設定するだけでよく,QoS保証のためにどのような機能を使用するかについては設定する必要がない。これまで、送受信端末においてモバイルエージェントとオブジェクト間通信について自律的な優先制御を用いたリアルタイム通信を実現した(参照;分散リアルタイムネットワークアーキテクチャ(DRNA)の開発 (その7)−高度通信機能の詳細設計と実装−、電力中央研究所報告 研究報告R03007、2004年3月)。しかし、統合IP網(参照;分散リアルタイムネットワークアーキテクチャ(DRNA)の開発 (その5)−伝達通信機能におけるIPルータ/MPLS/広域Ethernetの適用の考え方−、電力中央研究所報告 研究報告R02010、2003年3月)では複数のアプリケーションが混在することから、
a) 同一優先度のアプリケーション間の干渉
b) 少数のアプリケーションによる通信資源の占有
c) 通信網上の負荷への対策
が課題であった。また、下記の電力系統の設備運用・保全システム特有の要求への対応が課題であった。
d) 高信頼化への対応
そのために、高度通信機能ミドルウェアへ下記の機能を追加した(図8参照)。なお、図8の通信方式としてはTCP/IPを採用しているが、UDP/IPでも実行可能である。
・QoS保証機能(追加分):上記の項目aとbへの対応
・伝達通信機能との連携:上記の項目cへの対応
・高信頼化機能:上記の項目dへの対応
The advanced communication function middleware provides a combination of appropriate functional elements according to the requirements of the host application. For this reason, the application only needs to set basic parameters, and it is not necessary to set what function is used for QoS guarantee. Up to now, real-time communication using autonomous priority control for mobile agent and object-to-object communication has been realized at the sending and receiving terminals (see; Development of distributed real-time network architecture (DRNA) (Part 7)-Detailed design of advanced communication functions and Implementation-Power Central Research Institute report Research report R03007, March 2004). However, integrated IP network (see; Development of distributed real-time network architecture (DRNA) (Part 5)-Concept of application of IP router / MPLS / Wide area Ethernet in transmission and communication function-, Research report of R & D Center for Electric Power Research, R02010, 2003 (March), because multiple applications are mixed,
a) Interference between same priority applications
b) Occupancy of communication resources by a small number of applications
c) Measures against the load on the communication network were an issue. In addition, it was a challenge to meet the requirements specific to the following power system operation and maintenance system.
d) Response to higher reliability For this purpose, the following functions were added to the advanced communication function middleware (see Fig. 8). Note that TCP / IP is adopted as the communication method in FIG. 8, but it can also be executed by UDP / IP.
・ QoS guarantee function (additional): Correspondence to the above items a and b ・ Cooperation with transmission communication function: Corresponding to the above item c ・ High reliability function: Corresponding to the above item d
次に、統合IP網に求められるQoS保証、リアルタイム通信、高度通信機能ミドルウェアの概要、関連研究と課題について述べる。 Next, we will describe the QoS guarantee, real-time communication, and advanced communication function middleware required for integrated IP networks, related research and issues.
統合IP網は、以下の特徴を有する。
・ 多数のアプリケーション混在:アプリケーションが混在することにより、様々な情報フローが発生し、各アプリケーションの通信を制御する重要性が増す。
・ 大規模:基幹系網、支店系網、地域系の網が相互接続され、さらに様々な端末(サーバやPCなど)が接続され、統一的な端末を含めた網の管理の重要性が増す。
・ 異種技術混在網:IPルータ網、MPLS網、Ethernet網が混在し、統一的なQoS制御が求められる。
The integrated IP network has the following characteristics.
-Many applications are mixed: By mixing applications, various information flows occur, and the importance of controlling the communication of each application increases.
・ Large-scale: The backbone network, branch network, and regional network are interconnected, and various terminals (servers, PCs, etc.) are connected to increase the importance of network management including unified terminals. .
・ Heterogeneous technology mixed network: IP router network, MPLS network and Ethernet network are mixed, and unified QoS control is required.
網の統合化が進み複雑になるほど、様々な負荷や障害が想定されるため、アプリケーションが要求する品質(QoS:通信サービス品質)や高信頼化の要求は多様化する。
QoSについては、これまで通信装置のみにおいてQoSの制御(QoS制御)を行うことで、アプリケーションに対してQoSを保証(QoS保証)している。例えば、DiffServ (Differentiate Services) (参照;K.Nichols, S.Blake, F.Baker and D.Black:”Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers”, RFC2474, 1998 )(参照;「DiffServの遅延特性と電力通信網への適用 」、電中研研究報告R00026、2001年4月)によるQoS保証である。QoSとして、以下の項目を挙げることが出来る。
・ 遅延
・ 遅延ゆらぎ(ジッタ)
・ 帯域
・ ロス率
このようにアプリケーションが要求するQoSは多様である。アプリケーションが通信を行うためには、サーバなどの端末とIP網が必要である。
QoS制御は、優先すべき通信に対して優先度や回線帯域、バッファなどの資源を割り当てる。資源割り当てのタイミングに着目すると、QoS制御方式は以下の2つに分類できる。
・ プロビジョニング方式:事前にトラヒックの状況を想定して、事前に割り当てる方式である。
・ シグナリング方式:アプリケーションからの個別要求毎に資源を割り当てる方式である。
As the integration of networks progresses and becomes more complex, various loads and failures are assumed, so the quality required by applications (QoS: communication service quality) and the requirement for high reliability are diversified.
With respect to QoS, so far, QoS is guaranteed (QoS guaranteed) for applications by performing QoS control (QoS control) only in the communication device. For example, DiffServ (Differentiate Services) (see K. Nichols, S. Blake, F. Baker and D. Black: “Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers”, RFC 2474, 1998) ( Reference: QoS guarantee by "DiffServ delay characteristics and application to power communication network", Research Report R00026, April 2001). The following items can be listed as QoS.
・ Delay ・ Delay fluctuation (jitter)
-Bandwidth and loss rate As described above, QoS required by applications varies. In order for applications to communicate, a terminal such as a server and an IP network are required.
In QoS control, resources such as priority, line bandwidth, and buffer are assigned to communication that should be given priority. Focusing on the timing of resource allocation, QoS control methods can be classified into the following two types.
-Provisioning method: A method that assigns in advance, assuming traffic conditions in advance.
Signaling method: A method for allocating resources for each individual request from an application.
ネットワークプロトコル層における主要なQoS制御方式として、以下の3方式がある。
・ ST2 (Internet Stream Protocol Version 2)(参照;L. Delgrossi and L. Berger(Editors):” Internet Stream Protocol Version 2 (ST2) Protocol Specification - Version ST2+”, RFC1819, 1995 August):シグナリング方式で行うEnd-to-Endで実時間品質保証を行うためのプロトコルである。
・ IntServ(Integrated Service)(参照; R. Braden, D. Clark and S. Shenker : “Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview “, RFC1633, June 1994):シグナリング方式であり、IPプロトコルのフローについてQoS制御できる点で優れている。
・ DiffServ:シグナリング方式でもプロビジョニング方式の何れでも実現できる方式である。上記2つの方式に比べて、フロー集合単位で制御する点が異なる。
There are three main QoS control methods in the network protocol layer as follows.
ST2 (Internet Stream Protocol Version 2) (see L. Delgrossi and L. Berger (Editors): “Internet Stream Protocol Version 2 (ST2) Protocol Specification-Version ST2 +”, RFC1819, 1995 August): End done in signaling mode It is a protocol for performing real-time quality assurance with -to-End.
• IntServ (Integrated Service) (see; R. Braden, D. Clark and S. Shenker: “Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview”, RFC1633, June 1994): A signaling method and QoS for IP protocol flows. It is excellent in that it can be controlled.
DiffServ: A method that can be realized by either a signaling method or a provisioning method. Compared with the above two methods, control is performed in units of flow sets.
ST2とIntServは、通信経路上の全ての通信装置の対応が必要となるために、広く普及していない。DiffServは、他2つの方式に比べフロー集合で制御を行うという点で劣っているが、実現が容易である。現在、通信網側ではプロビジョニング方式で、IPレベルの優先度であるDSCP値を基にQoS制御行う方式が主流である。DiffServでは、エッジノードでDSCPを指定する。これを発展させ、端末のアプリケーション層でDSCP値の指定し、シグナリング方式の代わる、状況に応じた自律的QoS保証を行えば、パケット単位で高品質な通信を実現することが期待できる。 ST2 and IntServ are not widely used because all communication devices on the communication path need to be supported. DiffServ is inferior in that control is performed with a flow set compared to the other two methods, but it is easy to implement. At present, the provisioning method on the communication network side, the method of performing QoS control based on the DSCP value that is the priority of the IP level is the mainstream. In DiffServ, DSCP is specified at the edge node. By developing this and specifying the DSCP value in the application layer of the terminal and performing autonomous QoS guarantee according to the situation instead of the signaling method, it can be expected to realize high-quality communication on a packet basis.
端末における高信頼化については、アプリケーションから要求としては、以下の項目を挙げることができる。
・ 2ルート伝送
・ 連続送信
・ 再送信
・ 送達確認
これらを満足する機能は、QoS保証のための機能と併用できる必要がある。
As for the high reliability in the terminal, the following items can be listed as requests from the application.
• Two-route transmission • Continuous transmission • Re-transmission • Delivery confirmation Functions that satisfy these requirements must be able to be used in conjunction with QoS guarantee functions.
自律的なQoS保証を実現する際には、優先制御が最も重要である。高度通信機能ミドルウェアの開発では、独自の優先制御を開発し、その有効性を確認している。しかし、占有帯域が多すぎれば、優先制御に影響が生じる。これは、DiffServでも同様のことが発生する。DiffServでは、これを補うために、Bandwidth Brokerと呼ばれるサブシステムを導入する研究が行われている。これは、シグナリング方式に該当するため、自律性を損なわないためには、これに代わる端末でのプロビジョニング方式の機能が必要となる。その機能はシェーピングやポリシングであり、IP網で適用可能な方式としてはUDP、TCPといったネットワーク層の研究があるが、アプリケーション層での研究は途上である。資源割当については、グリッド分野でのSUN Gridやglobusの研究をあげることができることが出来るが、通信技術よりも情報処理技術が中心である。
この他に、OS (Operating System) 面からの研究開発も進められており、シェーピング/ポリシング機能についてはネットワーク層に関するものがある(参照;Raj Rajkumar, Kanaka Juvva, Anastasio Molano and Shui Oikawa , Resource Kernels: A Resource-Centric Approach to Real-Time Systems, In Proceedings of the SPIE/ACM Conference on Multimedia Computing and Networking,1998.January)(参照;Takashi Okumura, Daniel Mosse, Virtualizing Network I/O on End-Host Operating System: Operating System Support for Network Control and Resource Protection , Trans. on Computer, IEEE, Vol. 53, No. 10, pp. 1303-1316 ,2004.October)。OSの変更や拡張を必要とする。
ネットワーク層での制御機能を実現する際には、OSに依存することが多いため、監視制御システムに要求されているマルチベンダによるシステム構築を行うには、アプリケーション層で実現する方式が望ましい。
When implementing autonomous QoS guarantee, priority control is the most important. In developing advanced communication function middleware, we have developed our own priority control and confirmed its effectiveness. However, if there are too many occupied bands, priority control will be affected. The same thing happens with DiffServ. In DiffServ, research to introduce a subsystem called Bandwidth Broker has been conducted to compensate for this. Since this corresponds to the signaling method, in order not to impair the autonomy, a function of the provisioning method in the terminal instead of this is required. Its functions are shaping and policing, and there are studies on the network layer such as UDP and TCP as methods applicable to the IP network, but research on the application layer is still in progress. With regard to resource allocation, research on SUN Grid and globus in the grid field can be cited, but information processing technology is more important than communication technology.
In addition, research and development from the OS (Operating System) aspect is also underway, and there is a network layer for shaping / policing functions (see Raj Rajkumar, Kanaka Juvva, Anastasio Molano and Shui Oikawa, Resource Kernels: A Resource-Centric Approach to Real-Time Systems, In Proceedings of the SPIE / ACM Conference on Multimedia Computing and Networking, 1998.January (see Takashi Okumura, Daniel Mosse, Virtualizing Network I / O on End-Host Operating System: Operating System Support for Network Control and Resource Protection, Trans. On Computer, IEEE, Vol. 53, No. 10, pp. 1303-1316, 2004. October). Requires OS changes and extensions.
Since the control function in the network layer is often dependent on the OS, a system realized in the application layer is desirable for constructing a system by a multi-vendor required for the supervisory control system.
電力系統の設備運用・保全の通信においては、QoSだけではなく、高い信頼性が要求される。電力以外の分野では、電力分野で要求される高信頼化技術への取り組みは少ない。電力分野においては、中央電力協議会で開発されたRNA (Real-time computer Network Architecture)がある。RNAは2ルート送信、送達確認、再送、後着廃棄の機能を提供する。しかし、QoS保証に関わる優先制御の機能は提供されていない。また、エージェント通信には対応していない。詳細については後述する。 In power system facility operation and maintenance communications, not only QoS but also high reliability is required. In fields other than electric power, there are few approaches to high reliability technology required in the electric power field. In the electric power field, there is RNA (Real-time computer Network Architecture) developed by the Central Electric Power Council. RNA provides functions of two-route transmission, delivery confirmation, retransmission, and late arrival discard. However, a priority control function related to QoS guarantee is not provided. Also, agent communication is not supported. Details will be described later.
End-to-Endの通信で、QoS保証と高信頼化の要求を満足するためには、端末に搭載する通信ミドルウェアを開発し、端末側に以下の機能を具備する必要がある。
・ 優先制御(送信/受信)
・ シェーピング/ポリシング
・ 集約/展開
・ 高信頼化
In order to satisfy the requirements for QoS guarantee and high reliability in end-to-end communication, it is necessary to develop communication middleware installed in the terminal and to have the following functions on the terminal side.
・ Priority control (transmission / reception)
・ Shaping / policing / Aggregation / deployment / High reliability
これらを実現する際、通信ミドルウェアは、伝達通信網を構成する通信装置のQoS制御機能との連携が必要となる。そのためには、通信ドルウェアには、以下の機能が必要となる。
・ 伝達通信機能との連携機能
優先制御は、通信の混雑への対応するためのものであり、狭義のQoS保証機能といえる。シェーピングやポリシング、集約は、送受信に関わる情報量の通信タイミングを制御し、同一優先度のアプリケーション間の干渉、少数のアプリケーションによる通信処理能力の占有などを防止するためのものである。高信頼化は、2ルート伝送や再送など通信路途絶やパケット損失に対応するためのものである。伝達通信との連携は、通信装置のQoS制御と協調するための重要な機能である。
When realizing these, the communication middleware needs to cooperate with the QoS control function of the communication device that constitutes the transmission communication network. For this purpose, the communication dollarware needs the following functions.
-Linking function with transfer communication function Priority control is for dealing with communication congestion and can be said to be a QoS guarantee function in a narrow sense. Shaping, policing, and aggregation are for controlling the communication timing of the amount of information related to transmission and reception to prevent interference between applications having the same priority, occupation of communication processing capability by a small number of applications, and the like. High reliability is to cope with communication path interruption and packet loss such as two-route transmission and retransmission. Cooperation with transmission communication is an important function for coordinating with QoS control of a communication device.
電力系統の監視制御システムでは、確実な監視制御を実現するために、通信遅延の保証が重要である。ここで、本実施例では、遅延が保証される通信を「リアルタイム通信」と呼ぶこととする。
DRNAでは、自律分散型処理の可能なモバイルエージェント技術やその基礎技術となる分散オブジェクト技術を適用でき、これらの技術の活用による、監視制御業務の高度化・効率化が期待できる。分散オブジェクト技術は、RPCが発展したものである。分散オブジェクト技術を用いることで、アプリケーションが自端末内で授受する情報形式で、他の端末との情報授受においても同様の形式での通信が行うことが可能となり、分散処理を行うアプリケーションの開発効率を図ることができる。分散処理を行うアプリケーションで適用される主要な方式としては、CORBA (Common Object Request Broker Architecture)(参照;http://www.omg.org)やJava RMI (Remote Method Invocation) (http://www.sun.com )を挙げることができる。CORBAやJava RMIはアプリケーション層のプロトコルを用いて実現されている。しかし、これらでは、リアルタイム通信を実現することは考慮していない。DRNAの開発では、リアルタイム通信の実現を目指した、アプリケーション層に位置する高度通信機能ミドルウェアの検討を行っている。
In a power system supervisory control system, it is important to guarantee communication delay in order to realize reliable supervisory control. Here, in this embodiment, communication in which a delay is guaranteed is referred to as “real-time communication”.
In DRNA, mobile agent technology capable of autonomous decentralized processing and distributed object technology as its basic technology can be applied, and the utilization of these technologies can be expected to enhance the efficiency and efficiency of monitoring and control work. Distributed object technology is an evolution of RPC. By using the distributed object technology, it is possible to communicate in the same format when exchanging information with other terminals in the information format that applications send and receive within their own terminals, and the efficiency of developing applications that perform distributed processing Can be achieved. Major methods applied in applications that perform distributed processing include CORBA (Common Object Request Broker Architecture) (see http://www.omg.org) and Java RMI (Remote Method Invocation) (http: // www .sun.com). CORBA and Java RMI are implemented using application layer protocols. However, these do not consider real-time communication. In the development of DRNA, we are examining middleware for advanced communication functions located in the application layer, aiming at real-time communication.
高度通信機能ミドルウェアは、従来の監視情報の伝送方式であったストリーミングだけではなく、非定型データなど高度な情報を伝送可能なオブジェクト間通信やエージェント通信が可能である。エージェント通信は、データだけでなく、プログラム自身を各監視制御装置へ移動させながら処理を行う、すなわち自律的に処理を行うプログラムを実現する。これにより、アプリケーションは、エージェント通信を活用することで、自律的な分散制御を容易に実現できる。また、高度通信機能ミドルウェアは、下位プロトコルとしてTCP、Java RMI、UDPを用いることができる。これまでにプロトタイプ実装した高度通信機能ミドルウェアでは、下記に示す2種類の通信方式、自律的QoS保証機能として「3種類の優先制御と情報共有」を実装している。 The advanced communication function middleware is capable of not only streaming, which is a conventional monitoring information transmission method, but also inter-object communication and agent communication capable of transmitting advanced information such as atypical data. Agent communication realizes not only data but also a program that performs processing while moving the program itself to each monitoring control device, that is, autonomously performs processing. Thereby, the application can easily realize autonomous distributed control by utilizing agent communication. The advanced communication function middleware can use TCP, Java RMI, and UDP as lower protocols. In the advanced communication function middleware that has been implemented so far, the following two types of communication methods and “3 types of priority control and information sharing” are implemented as autonomous QoS guarantee functions.
・ 通信方式:エージェント通信、オブジェクト間通信。
・ 自律的QoS保証機能:優先制御(静的優先処理、動的優先処理、プロセス起動順制御)、情報共有。
-Communication method: Agent communication, communication between objects.
Autonomous QoS guarantee function: priority control (static priority processing, dynamic priority processing, process activation order control), information sharing.
優先制御を利用した際のオブジェクト間通信の処理手順は以下の通りである。ただし、QoS保証要求は、処理期限と受信側での期待処理時間を含む。 The processing procedure of inter-object communication when using priority control is as follows. However, the QoS guarantee request includes a processing time limit and an expected processing time on the receiving side.
1) アプリケーションがデータ送信を行う際に高度通信機能ミドルウェアに渡す情報は、アプリケーションの名称、QoS保証要求および実際に送信するデータのみでよい。
2) 高度通信機能ミドルウェアは、QoS保証要求に応じて必要な機能を自動的に設定する。送信時と受信時には、優先度が高いものや終了期限までの時間が短いものを優先して処理する(静的優先処理、動的優先処理)。
3) データ受信時には高度通信機能ミドルウェアがアプリケーションを呼び出し、データを受け渡す(プロセス起動順序制御)。
1) The information that the application passes to the advanced communication function middleware when sending data is only the name of the application, the QoS guarantee request, and the data that is actually sent.
2) The advanced communication function middleware automatically sets the necessary functions according to the QoS guarantee request. At the time of transmission and reception, processing with higher priority or processing with a short time until the end deadline is preferentially processed (static priority processing, dynamic priority processing).
3) When receiving data, the advanced communication function middleware calls the application and delivers the data (process startup sequence control).
この結果、低優先の通信は処理数が多くなると処理時間が大きくなるが、処理期限が保証される高優先の通信はほぼ一定の時間で処理を完了でき、通信のリアルタイム性を確保できる。
優先制御は、エージェント通信、オブジェクト間通信、ストリーミング通信に対応する。QoS保証要求を基に、送信・受信処理を制御することで、通信のリアルタイム性を保証する。
As a result, the processing time of the low-priority communication increases as the number of processes increases, but the high-priority communication for which the processing time limit is guaranteed can complete the processing in a substantially constant time, and the real-time property of the communication can be secured.
The priority control corresponds to agent communication, inter-object communication, and streaming communication. Real-time communication is guaranteed by controlling transmission / reception processing based on QoS guarantee requests.
図9にエージェント通信を例とした送信用優先制御の概要を示す。送信用優先制御には、静的優先処理と動的優先処理がある。例えば、急行型処理と確実型処理のためのエージェントには静的優先処理を適用し、ベストエフォート(BE)型処理のエージェントには動的優先処理を用いる方法がある。確実型処理は処理期限があるリアルタイム性を有した処理を、急行型処理は、確実型処理の中で、常に最優先の処理を要求するものである。
静的優先処理は、優先順位調節器と送信サブコンポーネントから構成される。同時に複数のデータが渡された場合、優先順位調節器が処理期限を参照して、送信サブコンポーネントに渡すデータの順序を調整する。次に、送信サブコンポーネントがデータの送信を実行する。
FIG. 9 shows an overview of transmission priority control using agent communication as an example. The priority control for transmission includes static priority processing and dynamic priority processing. For example, there is a method in which static priority processing is applied to an agent for express processing and certain processing, and dynamic priority processing is used for an agent of best effort (BE) processing. The certainty type process always requires a process having real-time properties with a processing time limit, and the express type process always requires the highest priority process among the certainty type processes.
Static priority processing consists of a priority adjuster and a transmission subcomponent. When a plurality of data is simultaneously passed, the priority order controller refers to the processing deadline and adjusts the order of data passed to the transmission subcomponent. Next, the transmission subcomponent performs data transmission.
動的優先処理は、優先度弁別器と送信サブコンポーネントから構成される。優先度毎に送信サブコンポーネントを設置している。送信サブコンポーネント自体はスケジューリングを行わない。また、動的優先処理は、各サブコンポーネントを並行動作させ、サブコンポーネントに滞在しているデータの処理期限に対する余裕を見て、サブコンポーネントの動作時間割当を調整する。この調整は、余裕がないサブコンポーネントの動作時間割当を長くする、あるいは、その逆を行うことで実施する。静的優先処理と動的優先処理は、文献「分散リアルタイムネットワークアーキテクチャ(DRNA)の開発 (その7)−高度通信機能の詳細設計と実装−、電力中央研究所報告 研究報告R03007、2004年3月」と文献「分散制御用モバイルエージェントの優先処理方式、電力中央研究所研究報告、R01010、2002年4月」の方式を、高度通信機能ミドルウェアの対応させるために、優先度の取り扱いなどを拡張している。 The dynamic priority process includes a priority discriminator and a transmission subcomponent. A transmission subcomponent is installed for each priority. The transmission subcomponent itself does not perform scheduling. In the dynamic priority process, the sub-components are operated in parallel, and the operating time allocation of the sub-components is adjusted by checking the margin for the processing time limit of the data staying in the sub-components. This adjustment is performed by lengthening the operation time allocation of subcomponents with no margin, or vice versa. Static priority processing and dynamic priority processing are described in the document "Development of Distributed Real-Time Network Architecture (DRNA) (Part 7)-Detailed Design and Implementation of Advanced Communication Functions-, Research Report R03007, March 2004" ”And the document,“ Priority Processing Method for Mobile Agents for Distributed Control, Research Report of Central Research Institute of Electric Power Industry, R01010, April 2002 ”have been expanded to handle priority levels in order to support advanced communication function middleware. ing.
図10にエージェント通信を例に、受信用優先制御機能であるプロセス起動順序制御の概要を示す。プロセス起動順序制御は、エージェント通信、オブジェクト間通信、ストリーミング通信に対応する。プロセス起動順序制御へデータが渡されると、プロセス起動順序制御は、QoS保証パラメータの優先度、処理期限、受信側での期待処理時間を用いて、各データの処理期限の余裕と優先度のバランスを考慮した効率的なスケジューリングを行う。ただし、急行型処理のエージェントについては、常に最優先で起動する。また、プロセス起動順序制御は、エージェントの起動を逐次的に行う。なお、プロセス起動順序制御の詳細は、文献「分散処理のリアルタイム性を保証するための動的スケジューリング機能の提案、電力中央研究所報告 研究報告R01021、2002年4月」の方式をベースに、単一エージェントによる端末のCPU占有を防止するための拡張を行っている。 FIG. 10 shows an outline of process activation order control, which is a reception priority control function, taking agent communication as an example. The process activation order control corresponds to agent communication, inter-object communication, and streaming communication. When data is passed to the process startup sequence control, the process startup sequence control uses the priority of QoS guarantee parameters, the processing deadline, and the expected processing time on the receiving side to balance the margin of processing time and priority of each data. Efficient scheduling that takes into account However, the express processing agent always starts with the highest priority. The process activation order control sequentially activates agents. The details of the process startup sequence control are based on the method described in the document “Proposal of dynamic scheduling function to guarantee real-time performance of distributed processing, Research Report R01021 of the Central Research Institute of Electric Power, April 2002”. An extension is being implemented to prevent a single agent from occupying the CPU of the terminal.
高度通信機能ミドルウェアの研究では、全体構成(参照;「分散リアルタイムネットワークアーキテクチャ(DRNA)の開発 (その2) −高度通信機能の構成と外部インタフェース仕様の設計−」,電力中央研究所研究報告R02005,2003年3月)、リアルタイム通信を実現するための優先制御(参照;「電力用IP通信網における適応的プロトコル層に関する検討」,電力中央研究所研究報告R99006,2000年4月)(参照;「分散処理のリアルタイム性を保証するための動的スケジューリング機能の提案」、電力中央研究所報告 研究報告R01021、2002年4月 )や情報共有(参照;「分散リアルタイムネットワークアーキテクチャ (DRNA) の開発 (その3) −高度通信機能における情報共有方式とキャッシュの適用検討−」,電力中央研究所研究報告R02009,2003年3月)の検討を行い、実装を進めてきた(参照;分散リアルタイムネットワークアーキテクチャ(DRNA)の開発 (その7)−高度通信機能の詳細設計と実装−、電力中央研究所報告 研究報告R03007、2004年3月)。これまでの検討は、1:1の端末間で、優先度が異なるアプリケーションそれぞれが通信する場合を対象としており、統合IP網での複数のアプリケーションが混在した状況で、それぞれの通信を保証することが困難であった。
上述したように、高度通信機能ミドルウェアに、シェーピングなどの機能、高信頼化機能、通信装置との連携する機能、を追加することで、End-to-EndでのQoS保証が可能となる。そのためには、これまでの議論より、QoS保証機能や高信頼化には、以下の特徴を有する必要がある。
・ シェーピングなどの機能は、優先制御と同様に自律的な制御を行う。
・ 高信頼化は、RNAで提供している機能を有し、エージェント通信に対応する。
通信装置との連携を実現するためには、以下の処理が要求される。
・ 通信装置との連携は、ToS値やポート番号を指定できる。ToS値は、上位3ビットにDSCP (DiffServ Code Point)を収容する。
In the research on advanced communication function middleware, the overall structure (refer to: “Development of distributed real-time network architecture (DRNA) (Part 2)-Composition of advanced communication function and design of external interface specification-”), Central Research Institute of Electric Power Research Institute R02005, March 2003), priority control to realize real-time communication (see; "Study on adaptive protocol layer in power IP communication network", Central Research Institute of Electric Power Research R99006, April 2000) (see; Proposal of dynamic scheduling function to guarantee real-time performance of distributed processing ”, Research report R01021 of the Central Research Institute of Electric Power, April 2002) and information sharing (see“ Development of distributed real-time network architecture (DRNA) 3) -Investigation of application of information sharing method and cache in advanced communication function- ", Central Research Institute of Electric Power Research R02009, March 2003) There, has been promoting the implementation (see; the development of distributed real-time network architecture (DRNA) (Part 7) - the detailed design and implementation of advanced communication function -, Central Research Institute of Electric Power reported research report R03007, 3 May 2004). The study so far is aimed at the case where applications with different priorities communicate with each other on a 1: 1 terminal, and each communication is guaranteed in a situation where multiple applications are mixed in an integrated IP network. It was difficult.
As described above, end-to-end QoS guarantees can be made by adding functions such as shaping, a highly reliable function, and a function for linking with a communication device to the advanced communication function middleware. For that purpose, it is necessary to have the following characteristics for QoS guarantee function and high reliability based on the discussions so far.
・ Functions such as shaping perform autonomous control in the same way as priority control.
-High reliability has the functions provided by RNA and supports agent communication.
In order to realize cooperation with the communication device, the following processing is required.
-ToS connection and communication device can specify ToS value and port number. The ToS value contains DSCP (DiffServ Code Point) in the upper 3 bits.
高度通信機能ミドルウェアに、シェーピングなどの機能と高信頼化機能、伝達通信機能との連携機能を追加した。追加機能は、図11(図中の太枠が追加機能を示す)に示すようにアプリケーション層に位置するものであり、データの処理期限や優先度に応じた通信制御を行う。この結果、アプリケーション層には、以下の機能が配置されることになる。なお、品質・高信頼化に関わる機能以外にも、遠隔処理呼出機能を追加している。遠隔処理呼出機能は、エージェントプラットフォームと接続に利用できる。
・ 通信方式(エージェント通信、オブジェクト間通信、ストリーミング通信)
・ QoS保証機能
・ 高信頼化機能
・ 伝達通信機能との連携機能
・ 遠隔処理呼出機能(高度通信RPC)
アプリケーションが通信する際には、アプリケーション層にデータと共に処理期限などを与え、各機能が下記の処理を行うことで、End-to-EndのQoS・高信頼化要求が保証された通信を実現する。
・ 監視情報の伝送などリアルタイム処理に適した優先制御や、シェーピング、集約を行う。
・ 2ルート伝送や片ルート伝送の選択など電力特有の高信頼化伝送を行う。
・ 通信装置のQoS制御機能と連携するためのQoS制御パラメータの指定を行う。
・ アプリケーション層から渡されたストリーミング、オブジェクト、エージェントを伝送する。プロトタイプでは、下位プロトコルとして、TCP、UDP、Java RMIを利用することができるものとした。
The advanced communication function middleware has added functions such as shaping, a highly reliable function, and a link function with the transmission communication function. The additional function is located in the application layer as shown in FIG. 11 (the thick frame in the figure indicates the additional function), and performs communication control according to the data processing deadline and priority. As a result, the following functions are arranged in the application layer. In addition to the functions related to quality and high reliability, a remote processing call function is added. The remote processing call function can be used for connection with the agent platform.
・ Communication method (agent communication, inter-object communication, streaming communication)
・ QoS guarantee function ・ High reliability function ・ Linkage function with communication function ・ Remote processing call function (advanced communication RPC)
When an application communicates, a processing time limit is given to the application layer together with data, and each function performs the following processing, thereby realizing communication with guaranteed end-to-end QoS and high reliability requirements. .
-Perform priority control, shaping, and aggregation suitable for real-time processing such as transmission of monitoring information.
・ Perform high-reliability transmission peculiar to power, such as 2-route transmission or single-route transmission.
-Specify the QoS control parameters for linking with the QoS control function of the communication device.
-Transmit streaming, objects, and agents passed from the application layer. In the prototype, TCP, UDP, and Java RMI can be used as lower protocols.
統合IP網を構成する通信装置と端末上の高度通信機能ミドルウェアが連携するためには、以下の項目の実現が必要である。
・ 異種技術網の混在への対応:MPLSやEthernetなどの技術に依存せずに、QoS制御できる。
・ 通信装置の改造が不要:連携機能を端末機能で実現することができる。
・ 統一的な連携制御:各端末の制御情報を共通化し、通信装置が個別の端末への対応を不要できる。
In order for the communication device constituting the integrated IP network and the advanced communication function middleware on the terminal to cooperate, the following items must be realized.
-Support for mixed heterogeneous technology networks: QoS control can be performed without depending on technologies such as MPLS and Ethernet.
・ No need to modify the communication device: The linkage function can be realized with the terminal function.
-Unified linkage control: Control information of each terminal can be shared, and communication devices do not need to correspond to individual terminals.
本連携機能では、各装置が参照できるIPヘッダに着目し、IPヘッダのToS値を利用する。送信端末でToS値を指定することにより、通信装置の改造が不要で、かつアプリケーションの追加の度に通信装置の設定することが不要となる。詳細なQoS制御を可能とするために、ToS値の他に、連携機能はトランスポート層のポート番号を指定する。これにより、例えば、セキュリティ機能であるSSHとの連携が可能である。 This linkage function focuses on the IP header that can be referenced by each device and uses the ToS value in the IP header. By specifying the ToS value at the transmission terminal, it is not necessary to modify the communication device, and it is not necessary to set the communication device each time an application is added. In order to enable detailed QoS control, in addition to the ToS value, the linkage function specifies the port number of the transport layer. Thereby, for example, cooperation with SSH which is a security function is possible.
図12に連携機能を用いた通信処理の概要を示す。連携機能は、優先度とポート番号・ToS値との変換テーブルを保持する。送信側では、変換テープルを基にToSとポート番号を指定した送信処理を行う。受信側では、変換テーブルに記載されたポート番号からの受信を可能とする。 FIG. 12 shows an outline of communication processing using the cooperation function. The linkage function holds a conversion table of priority and port number / ToS value. On the transmission side, transmission processing is performed by specifying the ToS and port number based on the conversion table. The receiving side can receive from the port number described in the conversion table.
図13に連携機能の有無について、広域Ethernet網とMPLS網が統合されたIP網を介して、変電所サーバと制御所サーバが通信を行う際の、通信装置のQoS制御パラメータの設定処理の概要を示す。
同図 (a)は連携機能が無い場合であり、それぞれの網の初段の通信装置は、IPアドレスを元に、QoS制御パラメータEthernetのVLAN-tagやMPLSのラベルに優先度を設定する。最終段の装置は、VLAN-tagやMPLSのラベルを除去する。通信装置は、IPアドレス単位でしか制御できず、かつその設定が必要となる。
同図(b)は連携機能がある場合であり、送信端末から指定することで、各網では、このToS値に基づいて、通信装置がEthernetのVLAN-tagやMPLSラベルを設定することができ、送信端末から指定されたQoSをアプリケーションに対して提供できる。この場合、各通信装置はToS値毎にQoS制御の設定をするだけで済み、端末やアプリケーションの追加毎の設定追加・変更は不要となる。
FIG. 13 shows the outline of QoS control parameter setting processing of the communication device when the substation server and the control station server communicate via the IP network in which the wide area Ethernet network and the MPLS network are integrated. Indicates.
FIG. 6A shows a case where there is no linkage function, and the first-stage communication device of each network sets priorities to the VLAN-tag and MPLS label of the QoS control parameter Ethernet based on the IP address. The last-stage device removes the VLAN-tag and MPLS labels. The communication device can be controlled only in units of IP addresses and needs to be set.
Figure (b) shows the case where there is a linkage function. By specifying from the sending terminal, each network can set the Ethernet VLAN-tag and MPLS label based on this ToS value in each network. The QoS specified by the transmitting terminal can be provided to the application. In this case, each communication device only needs to set QoS control for each ToS value, and it is not necessary to add or change settings for each terminal or application added.
QoS保証機能(追加分)は、アプリケーション層において通信タイミングを制御することで、同一優先度のアプリケーションの干渉や、通信資源の占有防止を図る。 The QoS guarantee function (additional) controls communication timing in the application layer to prevent interference of applications with the same priority and occupation of communication resources.
シェーピングは、データの送信に対して制約を設けることで、送信先へのパケットのバースト到着を抑制する。高度通信機能ミドルウェアレベルのウィンドウ制御を実現することが出来る。
シェーピングでは、処理期限を用いて、独自のマーキング方式を行い、この結果に基づき整形と廃棄を行っている。データの処理期限と制御パラメータの許容超過時間を用いて、廃棄することが出来る。
シェーピングは、アプリケーション、送信先(ノード名+アプリケーション名)、送信元アプリケーションの優先度(特定の優先度)の単位で制御可能である。
Shaping suppresses the burst arrival of packets to the transmission destination by providing restrictions on data transmission. Advanced communication function middleware level window control can be realized.
In shaping, a unique marking method is performed using the processing deadline, and shaping and disposal are performed based on the result. It can be discarded using the data processing time limit and the allowable overtime of the control parameter.
Shaping can be controlled in units of application, destination (node name + application name), and source application priority (specific priority).
ポリシングは、受信時に単位時間当たりのデータの受信数を制限することにより、アプリケーションの過負荷を予防する。また、プロセス起動順序制御と組み合わせることにより、プロセス起動順序制御によるリアルタイム保証率を向上させることが出来る。
受信アプリケーション、送信元(ノード名+アプリケーション名)、送信元アプリケーションの優先度(特定の優先度)の単位で制御可能である。
Policing prevents application overload by limiting the number of data received per unit time during reception. Further, in combination with the process activation order control, the real-time guarantee rate by the process activation order control can be improved.
Control is possible in units of receiving application, transmission source (node name + application name), and priority (specific priority) of the transmission source application.
データが多く、その伝送処理のオーバヘッドが大きい際に、このオーバヘッドを削減するため、集約機能はデータを集約し、伝送する。
制御方法として、以下の条件を満たすとき、集約したデータを送信する。集約上限数および単位時間は制御単位毎に設定する。
・ 集約上限数に達したとき
・ 単位時間を経過したとき
送信アプリケーション、送信先ノード名(代表IPアドレス)、優先度単位で制御可能とす。各レベルでの優先度を制御単位とする。
When there is a lot of data and the overhead of the transmission process is large, the aggregation function aggregates and transmits the data in order to reduce this overhead.
As a control method, aggregated data is transmitted when the following conditions are satisfied. The aggregation upper limit number and unit time are set for each control unit.
-When the maximum number of aggregations has been reached-When the unit time has elapsed Control is possible in units of sending application, destination node name (representative IP address), and priority. The priority at each level is used as a control unit.
展開機能は受信側に配置され、送信側で集約機能により集約したデータを受信した際に、展開して、本来のデータに復元する。制御パラメータは必要とせず、受信した順に、逐次展開する。 The expansion function is arranged on the reception side, and when the data aggregated by the aggregation function is received on the transmission side, it is expanded and restored to the original data. Control parameters are not required, and are sequentially expanded in the order received.
送達確認機能は、送信データが順序と連続性を保ちながら受信端末に渡ったことを確認する。受信側はデータ受信時に送達確認を送り返す。送達確認が一定時間だけ送信側端末に戻ってこない場合、再度送信を行う。
各パケットには識別のために送達確認用のシーケンス番号を付与する。
The delivery confirmation function confirms that the transmission data has passed to the receiving terminal while maintaining the order and continuity. The receiving side sends back a delivery confirmation when receiving data. If the delivery confirmation does not return to the transmitting terminal for a certain period of time, the transmission is performed again.
Each packet is given a delivery confirmation sequence number for identification.
再送機能は、送信データが受信端末に渡ったことが確認できなかった場合に、同一データを再度送信する。送信端末側から送達確認を要求することは行わない。各パケットには識別のために再送用シーケンス番号を付与する。
再送要求を行うまでの受信側端末の待ち時間、及び再送要求回数を指定できる。
The retransmission function transmits the same data again when it cannot be confirmed that the transmission data has passed to the receiving terminal. No request for delivery confirmation is made from the sending terminal side. Each packet is given a retransmission sequence number for identification.
It is possible to specify the waiting time of the receiving terminal until a retransmission request is made and the number of retransmission requests.
連続送信機能は、2つの端末間で、1経路に対して同一データを複製して連続して送信する。各パケットには識別のために多重化データシーケンス番号を付与する。
複製するデータの個数、データ送信間隔を指定できる。
The continuous transmission function duplicates the same data for one path and transmits it continuously between two terminals. A multiplexed data sequence number is assigned to each packet for identification.
You can specify the number of data to be replicated and the data transmission interval.
2ルート送信機能は、2つの端末間で、通信経路が物理的に2経路ある場合に、以下のいずれかのデータ送信方法が選択できるものとする。
・ 受信側端末とのコネクションを2経路確立し、両方の経路に対して同一データを同一タイミングで送信する。各パケットには識別のために多重化データシーケンス番号を付与する。
・ 受信側端末とのコネクションは1経路のみ確立し、その経路にデータを送信する。コネクションが切断された場合は、もう一方の経路を選択する。
・ 受信側端末とのコネクションは1経路のみ確立し、その経路にデータを送信する。
2ルートのデータ送信方法についての概念図を図14に示した。なお、図中の「AP」とは、「Application」の略語であり、「NIC」は「Network Interface Card」の略語である。
The two-route transmission function can select one of the following data transmission methods when there are two physical communication paths between two terminals.
-Establish two connections with the receiving terminal and send the same data to both paths at the same timing. A multiplexed data sequence number is assigned to each packet for identification.
-Establish only one connection with the receiving terminal and send data to that path. When the connection is disconnected, the other route is selected.
-Establish only one connection with the receiving terminal and send data to that path.
A conceptual diagram of the two-route data transmission method is shown in FIG. In the figure, “AP” is an abbreviation for “Application”, and “NIC” is an abbreviation for “Network Interface Card”.
後着廃棄機能は、送信側端末において、データに多重化データシーケンス番号を付与してあれば、受信側端末において、受信した複数の同一データのうち、先に受信したデータをアプリケーションに渡し、後着のデータを廃棄する。各パケットの識別には多重化データシーケンス番号と、送受信それぞれのアプリケーション名を使用する。 The late arrival discard function allows the receiving side terminal to pass the previously received data to the application among the received plurality of the same data if the transmitting side terminal assigns the multiplexed data sequence number to the data. Discard the arrival data. For identification of each packet, a multiplexed data sequence number and transmission / reception application names are used.
受信側端末が同一データを複数個受信するケースは以下の場合である。
・ 2ルート送信機能を用いて2経路にデータ送信された場合
・ 連続送信機能を用いて複数データが送信された場合
The case where the receiving terminal receives a plurality of the same data is as follows.
・ When data is transmitted to 2 routes using the 2 route transmission function ・ When multiple data is transmitted using the continuous transmission function
追加機能を既開発の高度通信機能ミドルウェアのプロトタイプ(参照;分散リアルタイムネットワークアーキテクチャ(DRNA)の開発 (その7)−高度通信機能の詳細設計と実装−、電力中央研究所報告 研究報告R03007、2004年3月)に実装し、評価した結果を以下に示す。 Development of advanced communication function middleware prototypes for additional functions (see; Development of distributed real-time network architecture (DRNA) (Part 7)-Detailed design and implementation of advanced communication functions-Research report R03007, 2004 The result of mounting and evaluation in March) is shown below.
図15に評価システムの構成を示す。変電所構内監視制御サーバ(変電所サーバ)と制御所監視制御サーバ(以下、制御所サーバ)、負荷発生源とする設備保全サーバそれぞれを模擬するPC3台を、IP網を介して接続した。PC3台の仕様は同一で、その仕様は以下の通り。
・ CPU;Pentium(登録商標)4 2.8GHz
・ メモリ;1GB
・ ネットワークインタフェースカード;10/100/1000BASE-TX×2枚(IP網へは100BASE-TXで接続した。)
FIG. 15 shows the configuration of the evaluation system. Substation premises monitoring and control server (substation server), control station monitoring and control server (hereinafter referred to as control station server), and three PCs that simulate equipment maintenance servers as load generation sources were connected via an IP network. The specifications of the three PCs are the same, and the specifications are as follows.
CPU: Pentium (registered trademark) 4 2.8GHz
・ Memory: 1GB
・ Network interface card: 10/100 / 1000BASE-TX x 2 (connected to IP network with 100BASE-TX)
IP網の構成は、CISCO社製Ethernetスイッチ2950 2台を用いて、2系列網とした。物理的に、制御所サーバと変電所サーバは両系に、設備保全サーバは片系(プライマリ)に接続する。
各種サーバには、高度通信機能ミドルウェアを搭載する。なお、本プロトタイプは、当所開発のソフトウェアである。Java言語を用いて開発した。また、OSには、Linuxを用いた。各ソフトウェアの詳細は以下の通りである。
・ Java: SUN Java Standard Edition 1.4.2(登録商標)
・ OS: Novel SuSE Linux 9.1(カーネルのバージョンは2.6)(登録商標)
The configuration of the IP network was a two-line network using two CISCO Ethernet switches 2950. Physically, the control station server and the substation server are connected to both systems, and the equipment maintenance server is connected to one system (primary).
Various servers are equipped with middleware for advanced communication functions. This prototype is software developed by our company. Developed using Java language. The OS used was Linux. Details of each software are as follows.
-Java: SUN Java Standard Edition 1.4.2 (registered trademark)
-OS: Novel SuSE Linux 9.1 (kernel version is 2.6) (registered trademark)
評価システムでは、以下の3種類のアプリケーションによる通信を模擬する。 The evaluation system simulates communication using the following three types of applications.
・ 監視制御アプリケーション(A)
・ 保全(業務支援アプリケーション)(B)
・ 保全(ITVアプリケーション)(C)
-Monitoring and control application (A)
・ Maintenance (business support application) (B)
・ Maintenance (ITV application) (C)
アプリケーションには、表1に示す遅延、帯域、可用性についてのQoS要求があると想定した。これに基づき、表2と表3にプロパティとプロファイルを決定した結果を示す。遅延要求、帯域割当、高信頼化の要求に基づき、優遇の違いが出るようにパラメータを決定した。この設定の基で、通信時に、各アプリケーションが要求する処理期限を指定することで、リアルタイム通信が実行できる。表1はアプリケーションの要求を示し、表2はプロファイルとプロパティの設定結果を示し、表3は通信装置との連携のためのプロファイルを示す。 The application was assumed to have QoS requirements for delay, bandwidth and availability as shown in Table 1. Based on this, Table 2 and Table 3 show the results of determining properties and profiles. Based on delay requirements, bandwidth allocation, and high reliability requirements, the parameters were determined so that there would be a difference in preferential treatment. Based on this setting, real-time communication can be executed by designating the processing time limit requested by each application during communication. Table 1 shows application requests, Table 2 shows profile and property setting results, and Table 3 shows profiles for cooperation with communication devices.
性能評価では、上記で示した3種類アプリケーションが変電所から制御所への監視情報の周期伝送処理を行わせた。伝送する情報量は、IEC61850の情報モデルに含まれる遮断器オブジェクトの定義を参考にし、これを128量分のデータとした。高度通信機能ミドルウェアプロトタイプでは、データベース上にIEC61850の情報モデルを一部実装している。この実装における、遮断器オブジェクトが保持するデータを表4に示す。このデータサイズの合計は145バイトであり、これに128量を乗算すると、145×128=18560バイト≒20,000バイトとなることから、20,000バイトを伝送するデータ量とした。なお、表4は、想定する遮断器オブジェクトの構成を示す。 In the performance evaluation, the three types of applications described above performed periodic transmission of monitoring information from the substation to the control station. For the amount of information to be transmitted, the definition of the circuit breaker object included in the information model of IEC61850 was referred to, and this was used as data for 128 volumes. In the advanced communication function middleware prototype, a part of the information model of IEC61850 is implemented on the database. Table 4 shows data held by the circuit breaker object in this implementation. The total data size is 145 bytes, and when this is multiplied by 128, the result is 145 × 128 = 18560 bytes≈20,000 bytes, so the amount of data to be transmitted is 20,000 bytes. Table 4 shows an assumed configuration of the circuit breaker object.
提案方式の処理オーバヘッドを測定する実験を行った。表5は、通信基本特性(処理オーバーヘッド)を示す。表5(a)に示す優先制御、シェーピング、ポリシング、高信頼化機能を用いた場合、優先制御機能のみを用いた場合、何れの機能も用いない場合の3種類の設定をしたアプリケーションを用いて、送信開始から受信終了までの処理時間を測定した。通信方式として、TCPを用いたオブジェクト間通信を利用した。その結果、表5(b)を得た。オブジェクト間通信に対してQoS保証機能と高信頼化の適用有無(アプリケーションAとアプリケーションB)の場合の処理時間の比は、8.1:12.2[ms]≒2:3である。この差は、QoS保証および高信頼化機能に要する処理時間であり、オブジェクト間通信自体の処理時間に比べて、小さいといえる。よって、QoS保証および高信頼化機能は、1秒程度の遅延保証を要求する通信への適用可能であることを確認した。 An experiment was conducted to measure the processing overhead of the proposed method. Table 5 shows basic communication characteristics (processing overhead). When using the priority control, shaping, policing, and high-reliability functions shown in Table 5 (a), using only the priority control function, and using an application with three types of settings when neither function is used The processing time from the start of transmission to the end of reception was measured. Inter-object communication using TCP was used as the communication method. As a result, Table 5 (b) was obtained. The ratio of processing time when the QoS guarantee function and the high reliability are applied (application A and application B) for communication between objects is 8.1: 12.2 [ms] ≈2: 3. This difference is the processing time required for the QoS guarantee and the high reliability function, and can be said to be small compared to the processing time of the inter-object communication itself. Therefore, it was confirmed that the QoS guarantee and the high reliability function can be applied to communication requiring a delay guarantee of about 1 second.
高度通信機能ミドルウェアによるQoS保証の効果について評価した結果について述べる。表 6(a)に示す変電所から制御所に方向に2種類のアプリケーションA、Bのそれぞれが通信している際に、アプリケーションCが通信網の片系(プライマリ)に負荷を発生させた。アプリケーションAとBの違いを明確とするために、通信方式として、TCPを用いたオブジェクト間通信を利用した。その結果、表 6(Qos保証・高信頼化の評価を示す)を得た。通信網の負荷となるアプリケーションC自体は、他の2種類が通信中は100Mbps以上のデータの送信を継続した結果、処理時間が増加し、処理期限を超過する。アプリケーションCの影響により、同一優先度のアプリケーションBの遅延は増加するが、優先度の高いAへの影響は小さい。また、アプリケーションBは、平常時に比べて遅延が増加するが、処理期限を超過することは無かった。
通信装置との連携については、表3に示すようにプロファイルの指定どおりに、アプリケーションの優先度に応じて、連携機能が制御所サーバのポート番号とDSCP (DiffServ Code Point:ToS値の上位3ビット)値を指定して、通信していることを確認した。
アプリケーションAは、高度通信機能ミドルウェアの2ルート伝送機能と後着廃棄を適用しており、可用性の向上を図っている。片系の伝送路に障害を発せさせても、アプリケーションAは通信を継続でき、可用性の要求を満足できることを確認した。
以上の結果から、QoS保証および高信頼化機能の有効性を確認した。
The result of evaluating the effect of QoS guarantee by advanced communication function middleware is described. When each of the two types of applications A and B was communicating in the direction from the substation to the control station shown in Table 6 (a), application C caused a load on one side (primary) of the communication network. In order to clarify the difference between applications A and B, we used communication between objects using TCP as the communication method. As a result, Table 6 (showing evaluation of QoS guarantee and high reliability) was obtained. The application C itself, which is a load on the communication network, continues to transmit data of 100 Mbps or more while the other two types are communicating, and as a result, the processing time increases and the processing time limit is exceeded. Although the delay of the application B having the same priority increases due to the influence of the application C, the influence on A having a high priority is small. In application B, the delay increased compared to the normal time, but the processing deadline was not exceeded.
For linkage with communication devices, as shown in Table 3, according to the priority of the application, the linkage function determines the port number of the control station server and the upper 3 bits of DSCP (DiffServ Code Point: ToS value) as specified in the profile. ) Specify a value and confirm that you are communicating.
Application A applies the two-route transmission function of the advanced communication function middleware and the late arrival discard to improve availability. It was confirmed that application A can continue communication even if a failure occurs in the transmission line of one system, and it can satisfy availability requirements.
From the above results, we confirmed the effectiveness of QoS guarantee and high reliability functions.
高度通信機能ミドルウェアとRNA (Real-time computer Network Architecture)との比較結果を表7に示す。高度通信機能ミドルウェアは、RNAで提供している高信頼化機能だけではなく、IP網特有の通信遅延対策に必要な優先制御、さらに通信装置との連携、エージェント通信・オブジェクト間通信へ対応しているなどの点で優れている。RNAは監視制御アプリケーションへ実導入されている。これに対し、高度通信機能ミドルウェアのプロトタイプは、高度通信機能ミドルウェアの検証を目的として開発したものであり、実用化に当たっては、フィールド検証や実導入に向けての改良を行いつつ、保全アプリケーションなどから適用していくものと思われる。 Table 7 shows a comparison result between the advanced communication function middleware and RNA (Real-time computer Network Architecture). The advanced communication function middleware supports not only the high-reliability functions provided by RNA, but also priority control necessary for IP network-specific communication delay countermeasures, cooperation with communication devices, agent communication, and communication between objects. It is excellent in that it is. RNA has been introduced into surveillance control applications. On the other hand, the prototype of advanced communication function middleware was developed for the purpose of verifying advanced communication function middleware. It seems to be applied.
次に、様々なアプリケーションのQoSや高信頼化要求に応じた高度通信機能ミドルウェアの利用法を示す。これにより、高度通信機能ミドルウェアが提供する様々な機能を効率的に利用することが可能となる。 Next, we will show how to use the advanced communication function middleware according to the QoS and high reliability requirements of various applications. Thereby, various functions provided by the advanced communication function middleware can be efficiently used.
アプリケーションが要求するQoS保証と高信頼化の種別に応じて、適用すべき機能が異なる。要求の種別と適用すべき機能は以下の通りである。
・ 遅延:優先制御
・ 遅延揺らぎ:優先制御とシェーピング、ポリシング
・ 帯域:シェーピング、ポリシング、集約・展開
・ ロス率:シェーピング、ポリシング、集約・展開、2ルート伝送、連続送信、再送信
・ 高信頼化:2ルート伝送、連続送信、再送信、送達確認
伝送路のQoSが要求される際は、通信装置との連携機能を利用する。
高度通信機能ミドルウェアに与えるパラメータは、プロファイルとプロパティ、通信パラメータである。プロファイルとプロパティは、事前に決定しておく必要がある。ただし、アプリケーション利用者ではなく、ネットワーク管理・セキュリティ機能を通じて、システム全体の運用管理者が設定する必要がある。QoS保証パラメータは、アプリケーションが、通信要求時に指定する必要がある。
・ プロファイル:アプリケーションに割り当てる優先度とアプリケーションが利用すべき機能を指定する。
・ プロパティ:機能毎の振る舞いを指定する。
・ QoS保証パラメータ:通信処理期限、受信側で処理時間
The functions to be applied differ depending on the QoS guarantee and high reliability type required by the application. The types of requests and the functions to be applied are as follows.
・ Delay: priority control ・ Delay fluctuation: priority control and shaping, policing ・ Bandwidth: shaping, policing, aggregation / expansion ・ Loss rate: shaping, policing, aggregation / expansion, 2-route transmission, continuous transmission, retransmission ・ High reliability : 2-route transmission, continuous transmission, re-transmission, delivery confirmation When QoS of the transmission path is required, use the link function with the communication device.
The parameters given to the advanced communication function middleware are a profile, a property, and a communication parameter. Profiles and properties need to be determined in advance. However, it is necessary not to be an application user but to be set by the operation manager of the entire system through the network management / security function. The QoS guarantee parameter needs to be specified by the application at the time of communication request.
Profile: Specify the priority assigned to the application and the function that the application should use.
-Property: Specify the behavior for each function.
-QoS guarantee parameters: communication processing time limit, processing time on the receiving side
各機能は、通信網と端末の混雑度・品質に応じて、柔軟に組み合わせることが出来る。組み合わせは、プロファイルを用いて指定する。図16に想定する各種機能の使用順序を示す。ただし、同じ機能は2度利用することは出来ない。状況に応じて利用しない機能もある。表8にプロパティの一覧を示す。高度通信機能ミドルウェアはプロパティを、下記のプロパティ指定の優先度に基づきパラメータとして採用する。図17に示すように、優先度が大きいほど、高優先である。
・ テンプレート用プロパティ:優先度5
・ アプリケーション用プロパティ:優先度4
・ アプリケーション優先度用プロパティ:優先度3
・ ノード用プロパティ:優先度2
Each function can be flexibly combined according to the degree of congestion and quality of the communication network and the terminal. The combination is specified using a profile. FIG. 16 shows the order of use of various functions assumed. However, the same function cannot be used twice. Some functions are not used depending on the situation. Table 8 shows a list of properties. The advanced communication function middleware adopts the property as a parameter based on the following property specification priority. As shown in FIG. 17, the higher the priority, the higher the priority.
-Template property:
-Application properties: Priority 4
-Application priority property:
-Node property:
シェーピング、ポリシング、集約・展開機能では、上記の優先度3や2の場合、アプリケーション優先度単位やノード単位というように複数のアプリケーションをグループ化して制御でき、全てのアプリケーションに対して、容易にこれら機能を適用することが出来る。
高信頼化機能では、再送間隔や再送回数をアプリケーション毎に設定が可能であり、ノード単位で制御するTCPに比べ、詳細な設定が可能である。
The shaping, policing and aggregation / deployment functions can be controlled by grouping multiple applications, such as application priority units and node units, in the case of the
In the high reliability function, it is possible to set the retransmission interval and the number of retransmissions for each application, and more detailed settings can be made compared to the TCP controlled on a node basis.
アプリケーションが要求するQoSを保証するために、下記の手順が必要となる(図18参照)。 In order to guarantee the QoS required by the application, the following procedure is required (see FIG. 18).
1. アプリケーションの優先度を設定する。
2. 伝送路のQoS要求がある場合は、通信装置によるQoS制御の設定と比較する。設定の追加が必要となる場合、高度通信機能ミドルウェアの優先度およびToS値やポート番号の割当を追加する。なお、通信装置の設定については、文献「分散リアルタイムネットワークアーキテクチャ(DRNA)の開発 (その5)−伝達通信機能におけるIPルータ/MPLS/広域Ethernetの適用の考え方−、電力中央研究所報告 研究報告R02010、2003年3月」に記載されている。
3. 必要な機能を選択し、動作時に通信のボトルネックが発生しないよう順序を決定し、プロファイルで指定する。
4. 各種機能の振る舞いを指定するプロパティを指定する。
5. 通信時に、アプリケーションはQoS保証パラメータとなる遅延を、高度通信機能ミドルウェアに指定する。
1. Set application priority.
2. If there is a QoS requirement for the transmission path, compare it with the QoS control setting by the communication device. If it is necessary to add settings, add the priority of advanced communication function middleware and the assignment of ToS value and port number. For communication device settings, refer to the document "Development of Distributed Real-Time Network Architecture (DRNA) (Part 5)-IP router / MPLS / Wide-area Ethernet application concept for transmission and communication functions", Research Report R02010 , March 2003 ".
3. Select the required functions, determine the order so that communication bottlenecks do not occur during operation, and specify them in the profile.
4. Specify properties that specify the behavior of various functions.
5. During communication, the application specifies the delay that is the QoS guarantee parameter to the advanced communication function middleware.
各機能の詳細な手順は、以下の通りである。
(1)遅延
優先制御を用いて、自アプリケーションより優先度の低いものの影響を防止する。プロファイルには、アプリケーションに割り当てる優先度と優先制御機能の利用を指定する。アプリケーションの優先度は、アプリケーションの種別に応じて設定する。アプリケーション全てに対して優先制御機能を適用する。これと並行して、QoS保証パラメータには、アプリケーションは処理期限を指定する。
(2)ジッタ
シェーピングとポリシングを用いて、送信タイミングと受信タイミングを周期化し、アプリケーション単位でのゆらぎを抑制する。
優先度が低いアプリケーションの影響を抑制する場合、その低優先度グループ単位のシェーピング、ポリシング、優先制御を利用して対応することができる。
(3)帯域
シェーピング、ポリシング、集約・展開を用いて、単位時間当たりに授受するデータ数を帯域の単位として制御する。アプリケーションが要求する帯域に基づいて、プロパティを設定する。
(4)ロス率
再送を許容できる程度に処理期限の余裕がある場合は、再送機能を利用する。この他に、通信方式の下位プロトコルとして、TCPやJava RMIを用いることも可能であるが、再送回数を端末単位でのみの指定となる。
(5)高信頼化
高信頼化要求に応じて、高信頼化機能の適用の有無、および利用する機能を指定する。さらに、IP網の構成に応じて、伝送路の構成(2ルート(1+1)、2ルート(1:1)、1ルート構成)を選択する。
2ルート(1:1)については、伝達通信機能が提供する経路切替機能でも実現が可能である。
(6)伝送路のQoS
プロファイルにおいて、要求品質に応じて、アプリケーション優先度毎に通信品質クラスを指定する。通信品質クラスとして、送受信ポート番号とToS値を指定する。これにより、通信装置では、これらの値を基に、あらかじめ通信装置に設定された内容に従い、優先制御やシェーピング、ポリシング、経路切替を行う。
The detailed procedure of each function is as follows.
(1) Delay Use priority control to prevent the effects of lower priority than the own application. The profile specifies the priority assigned to the application and the use of the priority control function. Application priority is set according to the type of application. Apply the priority control function to all applications. In parallel with this, the application specifies a processing time limit in the QoS guarantee parameter.
(2) Jitter Shaping and policing are used to cycle the transmission timing and reception timing and suppress fluctuations in application units.
In order to suppress the influence of an application having a low priority, it can be dealt with by using shaping, policing, and priority control for each low priority group.
(3) Bandwidth The number of data exchanged per unit time is controlled as a bandwidth unit using shaping, policing, and aggregation / development. Set properties based on the bandwidth required by the application.
(4) Loss rate Use the resend function when there is enough processing time to allow resending. In addition, TCP or Java RMI can be used as a lower protocol of the communication method, but the number of retransmissions can be specified only for each terminal.
(5) High reliability In response to high reliability requests, specify whether to apply high reliability functions and the functions to be used. Furthermore, the transmission path configuration (2-route (1 + 1), 2-route (1: 1), 1-route configuration) is selected according to the configuration of the IP network.
Two routes (1: 1) can also be realized by the route switching function provided by the transmission communication function.
(6) QoS of transmission line
In the profile, a communication quality class is designated for each application priority according to the required quality. Specify the transmission / reception port number and ToS value as the communication quality class. As a result, the communication apparatus performs priority control, shaping, policing, and path switching according to the contents set in advance in the communication apparatus based on these values.
以上のように、本実施例では、アプリケーション層においてQoSおよび高信頼化要求を保証する高度通信機能ミドルウェアとその利用法について示した。高度通信機能ミドルウェアは、QoS保証、高信頼化、伝達通信機能との連携を主な機能要素としている。これらにより、メッセージ通信、エージェント通信、ストリーミング通信に対して、送信端末、通信網、受信端末が協調してQoS保証および高信頼化を行うことが可能となり、統合IP網において、End-to-End通信のQoS保証および高信頼化要求を満足することができる。 As described above, in this embodiment, the advanced communication function middleware that guarantees the QoS and the high reliability requirement in the application layer and the usage method thereof are shown. The advanced communication function middleware mainly includes QoS guarantee, high reliability, and linkage with transfer communication function. As a result, it is possible for the sending terminal, communication network, and receiving terminal to perform cooperative QoS guarantee and high reliability for message communication, agent communication, and streaming communication. It can satisfy the QoS guarantee and high reliability requirement of communication.
1 データ伝送システム
2、3 伝送路
4 処理要求ノード
5 処理実行ノード
6、8 CPU
7 ハードディスク
12、13 アプリケーション
16、34 パラメータ管理部
17、30 送信制御部
17a 順位テーブル
18、31 受信制御部
19、32 送信実行部
20、33 受信実行部
14 ファイルシステム
22 パラメータ保持用ディレクトリ
26 メモリ
27、39 アドレステーブル
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