JP5314510B2

JP5314510B2 - 帯域管理制御システム及び帯域管理制御方法

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Publication number: JP5314510B2
Application number: JP2009144293A
Authority: JP
Inventors: 誠司出谷; 勇仁横川
Original assignee: NEC Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NEC Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: JP2011004053A

Description

本発明は、次世代ネットワーク（ＮＧＮ：Next Generation Network）における通信路の帯域を管理制御する帯域管理制御システム及び帯域管理制御方法の技術に関する。

従来、ルータ内の経路設定情報に対する入出力の許可・非許可や帯域上限値等の設定や、セッション確立を要求している呼の優先度等に基づいて、転送パスのクラスを選定することにより、一定の品質（ＱｏＳ：Quality of Service）をユーザに提供する手法が用いられていた。

例えば、特許文献１には、新たな呼の接続要求があった場合に、その新たな呼が加わることにより全ての優先度品質を評価し、評価した品質が満足できない場合には既存接続呼の優先度を見直して優先度を再設定した後に、その新たな呼の受付を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、ノード相互間でリソース情報を交換し合い、エッジノードで経路上の全てのリソース情報を持ち、自律分散的に受付制御を行う技術が開示されている。さらに、特許文献３にあっては、残余網リソースがＱｏＳ要求サービスを満たさない場合には受付を拒否し、割り当て可能な帯域でサービスを開始し、必要帯域が確保される都度、徐々に帯域を割り当てる技術が開示されている。さらにまた、特許文献４には、各ユーザに対して公平にサービスを提供する目的で、ユーザ毎の使用フロー数、利用帯域を契約値に基づき制御する技術、すなわち使用帯域が契約数を超えた場合には受付を拒否する技術が開示されている。

特開２００３−２４４２１８号公報特開２００４−０８０２５０号公報特開２０００−１３８６８０号公報特開２０００−３２４１６０号公報

しかしながら、インターネット上で確保される通信回線は主にベストエフォート型であるため、物理的な通信路の帯域幅よりも大きな帯域幅を必要とするサービス提供が求められた場合には遅延や輻輳等が発生して通信品質が低下し、インターネットが本来的に有する開放的な性質に基づく脆弱性により、充足したサービスがユーザに提供されていないという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、インターネットよりも高い通信品質を保証するように通信路の帯域を管理制御する帯域管理制御システム及び帯域管理制御方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、ＶＬＡＮを用いて複数の加入者端末を一定数に束ねるアクセスネットワークと、サービスエッジを経由して前記アクセスネットワークの通信路の帯域を管理制御する帯域管理制御装置と、前記サービスエッジからエッジルータまでをスタティックにルーティングするコアネットワークとを備えた帯域管理制御システムにおいて、前記帯域管理制御装置は、前記アクセスネットワークを構成している少なくとも３つ以上のノード間の物理的な各通信路を第１の仮想パス及び第２の仮想パスとし、当該各通信路における各上限帯域に対応付けて管理記憶しておく管理記憶手段と、加入者から要求フローが送信された場合に、当該要求フローが経由する前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスについて、前記管理記憶手段から読み出した前記上限帯域を超えない範囲で前記要求フローの帯域を積み上げ可能であるかを判定し、前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスの全てについて当該積み上げが可能である場合に、前記要求フローの帯域を確保する帯域管理手段と、を有し、前記管理記憶手段は、前記第１の仮想パスの帯域を、低遅延かつ低損失なＥＦクラスの帯域と、遅延を許容するＡＦクラスの帯域と、ベストエフォート型のＢＥクラスの帯域とからなる管理ＱｏＳクラスを用いて管理し、前記帯域管理手段は、前記第１の仮想パスの下り方向の帯域について、通信路の上限帯域から前記ＢＥクラスの帯域とＩＰ放送用の帯域を差し引いた帯域値を管理し、前記ＩＰ放送用の帯域が必要である場合、前記ＡＦクラスの帯域を減少させ、前記ＥＦクラスの帯域は変更しないことにより、前記ＩＰ放送用の帯域を確保することを要旨とする。

請求項２に記載の本発明は、前記管理記憶手段は、前記管理ＱｏＳクラスの帯域を、サービス種別に応じて複数の管理サービスクラスに分割して管理し、当該管理サービスクラスの帯域を、受付優先度に応じて複数の受付優先度閾値に関連付けて管理可能であって、前記加入者から送信された前記要求フローから、ＱｏＳクラス、サービス種別、受付優先度を解析する解析手段を更に有し、前記帯域管理手段は、解析された前記ＱｏＳクラスに対応する前記管理ＱｏＳクラスにおいて、前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、解析された前記サービス種別に対応する前記管理サービスクラスにおいて、前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、解析された前記受付優先度に対応する前記受付優先度閾値を越えない範囲で前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、全ての判定において積み上げが可能である場合に前記要求フローの帯域を確保することを要旨とする。

請求項３に記載の本発明は、前記管理記憶手段は、前記第２の仮想パスの帯域を、サービス種別に応じて複数のサービス閾値に関連付けて管理可能であって、前記加入者から送信された前記要求フローから、サービス種別を解析する解析手段を更に有し、前記帯域管理手段は、解析された前記サービス種別に対応する前記サービス閾値を超えない範囲で前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、当該判定において積み上げが可能である場合に、前記要求フローの帯域を確保することを要旨とする。

請求項４に記載の本発明は、前記管理記憶手段は、前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスを、上り方向と下り方向で異なる仮想パスを用いて管理可能であって、前記帯域管理手段は、前記上り方向及び前記下り方向における前記第１の仮想パスの帯域及び前記第２の仮想パスの帯域を動的に変更可能であることを要旨とする。

請求項５に記載の本発明は、前記３つ以上のノードは、前記複数の加入者端末に接続された複数のＯＮＵと、前記複数のＯＮＵを束ねるＯＬＴと、当該アクセスネットワーク内を前記加入者毎に論理的に分割し、前記ＯＬＴに接続されたレイヤ２スイッチと、前記レイヤ２スイッチに接続された前記サービスエッジとであって、前記管理記憶手段は、前記ＯＮＵと前記ＯＬＴとの間と、前記ＯＬＴと前記レイヤ２スイッチとの間とを前記第２の仮想パスとし、前記レイヤ２スイッチと前記サービスエッジとの間を前記第１の仮想パスとして管理することを要旨とする。

請求項６に記載の本発明は、前記レイヤ２スイッチは、前記加入者から送信された前記要求フローがセッション受付制御である場合に、前記ＥＦクラスの帯域を用いて優先的に前記サービスエッジに転送することを要旨とする。

請求項７に記載の本発明は、ＶＬＡＮを用いて複数の加入者端末を一定数に束ねるアクセスネットワークと、サービスエッジを経由して前記アクセスネットワークの通信路の帯域を管理制御する帯域管理制御装置と、前記サービスエッジからエッジルータまでをスタティックにルーティングするコアネットワークとを備えた帯域管理制御方法において、前記帯域管理制御装置により、前記アクセスネットワークを構成している少なくとも３つ以上のノード間の物理的な各通信路を第１の仮想パス及び第２の仮想パスとし、当該各通信路における各上限帯域に対応付けて管理記憶手段に管理記憶しておく第１のステップと、加入者から要求フローが送信された場合に、当該要求フローが経由する前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスについて、前記管理記憶手段から読み出した前記上限帯域を超えない範囲で前記要求フローの帯域を積み上げ可能であるかを判定し、前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスの全てについて当該積み上げが可能である場合に、前記要求フローの帯域を確保する第２のステップと、を有し、前記第１のステップは、前記第１の仮想パスの帯域を、低遅延かつ低損失なＥＦクラスの帯域と、遅延を許容するＡＦクラスの帯域と、ベストエフォート型のＢＥクラスの帯域とからなる管理ＱｏＳクラスを用いて管理し、前記第２のステップは、前記第１の仮想パスの下り方向の帯域について、通信路の上限帯域から前記ＢＥクラスの帯域とＩＰ放送用の帯域を差し引いた帯域値を管理し、前記ＩＰ放送用の帯域が必要である場合、前記ＡＦクラスの帯域を減少させ、前記ＥＦクラスの帯域は変更しないことにより、前記ＩＰ放送用の帯域を確保することを要旨とする。

請求項８に記載の本発明は、前記管理ＱｏＳクラスの帯域を、サービス種別に応じて複数の管理サービスクラスに分割して管理し、当該管理サービスクラスの帯域を、受付優先度に応じて複数の受付優先度閾値に関連付けて管理可能であって、前記加入者から送信された前記要求フローから、ＱｏＳクラス、サービス種別、受付優先度を解析する第３のステップを更に有し、前記第２のステップは、解析された前記ＱｏＳクラスに対応する前記管理ＱｏＳクラスにおいて、前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、解析された前記サービス種別に対応する前記管理サービスクラスにおいて、前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、解析された前記受付優先度に対応する前記受付優先度閾値を越えない範囲で前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、全ての判定において積み上げが可能である場合に前記要求フローの帯域を確保することを要旨とする。

請求項９に記載の本発明は、前記第１のステップは、前記第２の仮想パスの帯域を、サービス種別に応じて複数のサービス閾値に関連付けて管理可能であって、前記加入者から送信された前記要求フローから、サービス種別を解析する第３のステップを更に有し、前記第２のステップは、解析された前記サービス種別に対応する前記サービス閾値を超えない範囲で前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、当該判定において積み上げが可能である場合に、前記要求フローの帯域を確保することを要旨とする。

請求項１０に記載の本発明は、前記第１のステップは、前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスを、上り方向と下り方向で異なる仮想パスを用いて管理可能であって、前記第２のステップは、前記上り方向及び前記下り方向における前記第１の仮想パスの帯域及び前記第２の仮想パスの帯域を動的に変更可能であることを要旨とする。

本発明によれば、インターネットよりも高い通信品質を保証するように通信路の帯域を管理制御する帯域管理制御システム及び帯域管理制御方法を提供することができる。

本実施の形態に係る帯域管理制御システムのシステム構成を示す図である。ユーザＶＬＡＮ区間を構成している各装置のＱｏＳ機能を説明する図である。スタティックルーティング区間を構成している各装置のＱｏＳ機能を説明する図である。サービス別及びＱｏＳクラス別の帯域管理方法を示す図である。他の帯域管理方法を示す図である。ユーザＶＬＡＮ区間における仮想パスの構成図である。ユーザＶＬＡＮ区間における上り方向の帯域管理方法を示す図である。ユーザＶＬＡＮ区間における下り方向の帯域管理方法を示す図である。ＱｏＳプロファイル情報を示す図である。ＳＳＥにおける仮想パス帯域の動的割付の具体例を示す図である。ＱｏＳクラス別のＱｏＳクラス情報を示す図である。データフロー情報を示す図である。帯域管理フローを示す図である。Ｌ２ＳＷ仮想パス構成情報を示す図である。ＯＬＴ仮想パス構成情報を示す図である。アクセスライン仮想パス構成情報を示す図である。

〔帯域管理制御システムのシステム構成について〕
最初に、本実施の形態に係る帯域管理制御システムのシステム構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る帯域管理制御システムのシステム構成を示す図である。本帯域管理制御システムは、地デジ放送、電話、ＶＯＤ等の様々なサービスに対してネットワーク上で通信品質を保証するため、ＳＩＰセッション制御に基づいて通信路の帯域を制御することを実現するものであり、具体的には、情報家電やパソコン等のホームゲートウェイ（ＨＧＷ：Home Gateway）４１を宅内に設置した複数の加入者を一定数の加入者単位に束ねるアクセスネットワーク２００と、大容量のエッジルータ（ＥＲ：Edge Router）３１で構成されるコアネットワーク３００と、アクセスネットワーク２００を介して前述の一定数の加入者を収容するサービスエッジ（ＳＳＥ：Subscriber Service Edge）２１と、アクセスネットワーク２００やコアネットワーク３００を構成している各装置（後述）間の通信路の帯域を管理制御する帯域管理制御装置１００とを備えている。

アクセスネットワーク２００は、各加入者宅内のＨＧＷ４１を光ファイバー加入者通信網に接続する加入者宅側の終端装置（ＯＮＵ：Operation Network Unit）２４と、ＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）を介して複数のＯＮＵ２４を束ねる電話局側の終端装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）２３と、アクセスネットワーク２００内の通信ネットワークを加入者毎に論理的に分割可能なレイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）２２と、前述したサービスエッジ（ＳＳＥ：Subscriber Service Edge）２１の入り側までとで構成されている。ＨＧＷ４１からＳＳＥ２１の入り側までの区間の通信ネットワークはＬ２ＳＷ２２により論理分割されており、以降、その区間をユーザＶＬＡＮ区間と称するものとする。なお、ＳＳＥ２１の入り側とは、アクセスネットワーク２００に直接接続された物理的なインタフェースを示すものであるが、そのインタフェースに割り当てられたＩＰアドレス情報や上限帯域幅等の設定情報をも含むものである。

コアネットワーク３００は、次世代ネットワーク（ＮＧＮ：Next Generation Network）に相当し、複数のＥＲ３１で構成されている。加入者を直接収容するアクセスネットワーク２００と異なり、個々の加入者の存在を意識する必要がなく、映像等のサービスデータを高速に転送する機能が求められているため、ＳＳＥ２１からＥＲ３１までの区間の転送経路はスタティックに設定されている。以降、その区間をスタティックルーティング区間と称するものとする。

帯域管理制御装置１００は、セッション制御部１１と、帯域管理部１２と、加入者情報管理部１３と、データ記憶部１４とで構成されている。この帯域管理制御装置１００は、ＮＧＮにおけるＳＳＣ（Subscriber Session Control Server）に相当し、ＥＴＳＩＥＳ２８２００１／ＥＴＳＩＴＳ１８３０１７／ＥＴＳＩＥＳ２８３０３４／ＥＴＳＩＥＳ２８３０３５に準拠したインタフェース（Ｇｑ’、ｅ２、ｅ４）を備えている。

セッション制御部１１は、ＮＧＮにおけるＣＳＣＦ（Call Session Control Function）に相当するものであって、ＳＩＰによるセッション制御を行い、ＳＩＰのＩＮＶＩＴＥメッセージのＳＤＰ（Session Description Protocol）に記述されるメディア情報に基づいて、サービス提供に必要な要求帯域や転送品質クラスを解析する機能を有している。

帯域管理部１２は、ＮＧＮにおけるＲＡＣＳ（Resource and Admission Control Subsystem）に相当するものであって、ユーザＶＬＡＮ区間とスタティックルーティング区間とをＱｏＳ（Quality of Service）提供区間とし、そのＱｏＳ提供区間を構成している各装置間の物理的な通信路を仮想パスとして該通信路の上限帯域に対応付けてデータ記憶部１４に記憶して管理しておき、セッション制御部１１により解析された要求帯域や転送品質クラスをＱｏＳ提供区間の仮想パス上に確保できるか否かの帯域積上判定（後述）を行う機能を有している。また、帯域管理部１２は、アクセスネットワーク２００を構成している各装置（ＯＮＵ２４、ＯＬＴ２３、Ｌ２ＳＷ２２、ＳＳＥ２１）間の各仮想パス（ＯＮＵ２４とＯＬＴ２３との間のアクセスライン仮想パス、ＯＬＴ２３とＬ２ＳＷ２２との間のＯＬＴ仮想パス、Ｌ２ＳＷ２２とＳＳＥ２１との間のＬ２ＳＷ仮想パス）の帯域を、優先度に応じた複数のＱｏＳクラスや、サービス種別に応じた複数のサービスクラスに分割して管理しておき、セッション制御部１１により解析された要求帯域や転送品質クラスに基づいて固有の優先制御を各仮想パスでそれぞれ行い、その優先制御の組み合わせにより、加入者毎及び／又はサービス毎に通信路のリソースを動的に割り当て、加入者のＨＧＷとサービス提供装置との間の接続許可、フロー量制御、優先制御を行う機能も有している。なお、ここでいう動的に割り当てとは、各仮想パスの帯域を動的に変更（大きく又は小さく）すること、又はセッション単位での動的なポートの開閉を行うことであり、具体的には、各仮想パスを物理的に接続している各装置の物理ポートに対して割り当てられた上限帯域や後述する閾値等の各設定値を変更することや、物理ポートをアップ又はダウンさせて帯域を調整することをいう。

加入者情報管理部１３は、ＮＧＮにおけるＮＡＳＳ（Network Attachment SubSystem）に相当するものであって、ＨＧＷ４１に対してＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol）によりＩＰアドレスの払い出しや認証等を行う機能を有している。

データ記憶部１４は、帯域管理部１２が管理している仮想パス、帯域積上判定に用いるＱｏＳプロファイル（図９）、ＱｏＳクラス別の情報（図１１）、データフローの情報（図１２）、Ｌ２ＳＷ仮想パス情報（図１４）、ＯＬＴ仮想パス情報（図１５）、アクセスライン仮想パス情報（図１６）、帯域積上判定に用いる数式等を記憶しておく機能を備えている。

〔ＱｏＳ提供区間の各装置に配備されたＱｏＳ機能について〕
次に、ＱｏＳ提供区間の各装置に配備されたＱｏＳ機能について説明する。図２は、ユーザＶＬＡＮ区間を構成している各装置のＱｏＳ機能を説明する図である。ＳＳＥ２１の配下に位置するユーザＶＬＡＮ区間では、加入者が要求したサービス要求（以降、「要求フロー」と称する）を用いて帯域管理制御装置１００により解析された要求帯域や転送品質クラスに基づいて、各装置間の通信路のリソースを動的に割り当てると共に通信品質制御を行う。

具体的には、ＯＮＵ２４においては、同一加入者において優先制御を行い、ＯＬＴ２３においては、同一ＶＬＡＮ内で優先制御を行うと共にＯＮＵ間では公平制御を行う。また、Ｌ２ＳＷ２２においては、Ｌ２ＳＷ仮想パスの帯域を予め優先度に応じた複数のＱｏＳクラス（ＥＦ（Expedited Forwarding）クラス、ＡＦ（Assured Forwarding）クラス、ＢＥ（Best Effort）クラス）に分割しておき、要求フローのＱｏＳクラスに対応するＱｏＳクラスに該要求フローを割り当ててＳＳＥ２１に転送し、余剰帯域をベストエフォート型のＢＥクラスに割り当て、ＶＬＡＮ間で公平制御を行う。特に、要求フローがセッション受付制御（ＣＡＣ：Call Admission Control）の場合には、優先的な割り当てを規定するＥＦクラス又はＡＦクラスに割り当て、他のフローよりも優先的にＳＳＥ２１に転送する。また、ＳＳＥ２１にあっては、帯域管理制御装置１００からの制御指示に基づいて、セッション単位での動的なポートの開閉制御を行う。

図３は、スタティックルーティング区間を構成している各装置のＱｏＳ機能を説明する図である。ＳＳＥ２１は、固定的にリソースの割り当てを行うと共に、Ｌ２ＳＷ２２で割り当てられたＱｏＳクラスに基づく優先制御による時系列的なトラフィック管理により品質制御を行う。具体的には、例えば、Ｌ２ＳＷ２２から転送された要求フローがＥＦクラスの場合には低遅延・低損失なＥＦ３２ａの経路に転送し、ＢＥクラスの場合にはベストエフォート型のＢＥ３２ｃの経路に転送する。

〔ＶＬＡＮ区間における各仮想パスの管理方法について〕
次に、ＶＬＡＮ区間における各仮想パスの管理方法について説明する。図４は、サービス別及びＱｏＳクラス別の帯域管理方法を示す図である。帯域管理制御装置１００の帯域管理部１２は、前述したようにＮＧＮにおいて通信品質制御に必要な帯域管理を行うため、各装置間における通信路に関する構成を仮想パスとしてデータ記憶部１４に記憶して管理しておく。そして、加入者から要求フローがあった場合には利用可能な帯域を見積もり、利用可能であれば帯域の指定および積み上げ管理を行う。

具体的には、仮想パス単位、ＱｏＳクラス単位、サービス単位でそれぞれ帯域管理しておき、帯域管理部１２から要求帯域が送信された場合に、その要求帯域を個別に割り当てる。例えば、仮想パスの帯域をＱｏＳクラス毎に分割して管理、すなわち、クラスａについては低遅延かつ低損失なＩＥＴＦＤｉｆｆｓｅｒｖＥＦ（Expedited Forwarding）に対応させ、クラスｂ及びクラスｃについては遅延を許容するＩＥＴＦＤｉｆｆｓｅｒｖＡＦ（Assured Forwarding）に対応させ、クラスｄについてはベストエフォート型のＢＥ（Best Effort）に対応させて管理する。なお、全てのクラスａ〜クラスｄの帯域幅の合計値は仮想パスの上限帯域値となるようにして管理する。

また、各ＱｏＳクラスの帯域については、そのＱｏＳクラスを使用するサービス単位（サービスａ、サービスｂ等）に分割して管理する。なお、全てのサービスの帯域幅の合計値は、そのＱｏＳクラスの上限帯域値となるようにして管理する。

さらに、各サービスの帯域は受付優先度単位に共有して管理し、優先度の高い要求フローに対して優先的に帯域を割り当てる。例えば、受付優先度＃１の要求フローと受付優先度＃２の要求フローがあった場合に、サービスａにおいて、現在使用中のサービス使用帯域が受付優先度閾値＃２までの場合には、両方の要求フローを受け付け、受付優先度閾値＃２を超えた場合には、受付優先度＃１の要求フローのみを受け付ける閾値制御を行う。

また、図１に示したＧｑ’インタフェースを介して帯域管理部１２からの要求帯域が上り及び下りの双方向で指定されている場合には、双方向の帯域を積み上げ、片方向で指定されている場合には、上り又は下りのいずれかで積み上げ管理を行う。

図５は、他の帯域管理方法を示す図である。仮想パスの帯域をＱｏＳクラスやサービスに分割して管理する方法とは異なり、仮想パスの帯域を上限帯域値とし、サービス単位に共有して管理することにより、優先度の高いサービスの要求フローを優先的に受け付ける閾値制御を行う。例えば、サービス＃１及びサービス＃２を使用していた場合に、現在使用中のサービス使用帯域がサービス閾値＃２までの場合には、両方のサービスに係る要求フローを受け付け、サービス閾値＃２を超えた場合には、サービス＃１の要求フローのみを受け付ける閾値制御を行う。また、図４に示した方法と同様に、仮想パス帯域を受付優先度単位に共有して管理することにより、緊急性の高い要求フローを優先的に受け付ける閾値制御を行う。

図６は、ユーザＶＬＡＮ区間における仮想パスの構成図である。アクセスライン仮想パスの上り帯域はＯＬＴ２３により公平に割り当てられており、加入者毎に設定されたＶＬＡＮ帯域を上限としている。従って、その上限帯域は、同一のＯＬＴ２３に収容される加入者数の増減により再計算されることになる。また、アクセスライン仮想パス帯域２５、ＯＬＴ仮想パス帯域２６、Ｌ２ＳＷ仮想パス帯域２７は、上り方向と下り方向とでそれぞれ異なる仮想パス及び上限帯域を用いて管理可能となっている。

図７は、ユーザＶＬＡＮ区間における上り方向の帯域管理方法を示す図である。アクセスライン仮想パス及びＯＬＴ仮想パスについては、図５を用いて説明した帯域管理方法のうちサービス共有管理方法を用いて各仮想パスの管理を行い、Ｌ２ＳＷ仮想パスについては、図４を用いて説明したサービス別及びＱｏＳクラス別の帯域管理方法を用いて仮想パスの管理を行う。特に、ＯＬＴ仮想パスとＬ２ＳＷ仮想パスとの上り帯域については、物理リンク帯域（回線の物理速度）及び最大のスループットを考慮した値からクラスｄに相当するＢＥの帯域を差し引いた帯域値を管理可能としている。

図８は、ユーザＶＬＡＮ区間における下り方向の帯域管理方法を示す図である。上り方向の帯域管理方法と同様に、アクセスライン仮想パス及びＯＬＴ仮想パスについては、サービス共有管理方法を用いて各仮想パスの管理を行い、Ｌ２ＳＷ仮想パスについては、サービス別及びＱｏＳクラス別の帯域管理方法を用いて仮想パスの管理を行う。特に、ＯＬＴ仮想パスとＬ２ＳＷ仮想パスとの下り帯域については、物理リンク帯域（回線の物理速度）及び最大のスループットを考慮した値から、クラスｄに相当するＢＥの帯域と、マルチキャストサービスを提供するＩＰ放送Ａの帯域及びＩＰ放送Ｂの帯域とを差し引いた帯域値を管理可能としている。

なお、各ＩＰ放送に必要なＩＰ放送用帯域については、契約した加入者毎に設定されるＱｏＳプロファイル情報（図９に一例を示す。このＱｏＳプロファイル情報は、ＥＴＳＩＥＳ２８３０３４にて規定された“ＱｏＳ−Ｐｒｏｆｉｌｅ”に相当している。）としてデータ記憶部１４に加入者情報管理部１３により記憶して管理されているので、契約した加入者が有効、即ち、該加入者の要求フローを積み上げ可能である場合に、加入者情報管理部１３は、ＩＰ放送Ａ及びＩＰ放送Ｂにそれぞれ必要とされるＩＰ放送用帯域を帯域管理部１２に通知する。その後、帯域管理部１２は、アクセスライン仮想パス帯域、ＯＬＴ仮想パス帯域、Ｌ２ＳＷ仮想パス帯域をそれぞれＩＰ放送用帯域分仮想させる。このとき、Ｌ２ＳＷ仮想パスにおけるＱｏＳクラスのうち、クラスｂ及びクラスｃの帯域については、両方共同じ品質レベルなので同比率で減少させ、クラスａの帯域については、最優先に対する優先制御の品質低下を防止するため変更しない。

また、加入者情報管理部１３により通知されたＩＰ放送用帯域によって帯域が溢れる状態となる場合には、各装置から帯域管理部１２や加入者情報管理部１３に対してエラーを通知することも可能である。なお、障害に対しては各装置で動的制御を行い、特にＳＳＥ２１の動作状態や物理リンク状態を常時監視し、何らかの障害が発生した場合にはＬ２ＳＷ仮想パスの上限帯域がゼロとなるようＳＳＥ２１を動的に制御し、Ｌ２ＳＷ仮想パスに収容されているセッションを帯域溢れ状態として帯域管理制御装置１００に通知する。

図１０は、ＳＳＥにおける仮想パス帯域の動的割付の具体例を示す図である。ＳＳＥ２１におけるサービス毎及び／又はセッション毎の動的な割付制御は、前述したように、リンク帯域（回線の物理的な速度帯域）をクラスａ〜クラスｄのＱｏＳクラスに割り当て、各ＱｏＳクラスの割当帯域を、そのクラスを使用するサービス単位に分割する。そして、各サービスの割当帯域に対して、そのサービスのセッション情報を反映させた「みなし帯域」を割り付ける。サービス毎及び／又はセッション毎の割付を帯域管理制御装置１００の帯域管理部１２で実施し、動的な割付制御を実現する。なお、図１０の（ｂ）には、例えば、ＥＦのクラスａは、リアルタイム性が求められる映像付電話のサービスに割り付られ、ＢＥのクラスｄにはインターネットのＷｅｂ閲覧等のサービスの場合に割り付られている。

〔帯域管理制御装置の帯域管理フローについて〕
続いて、帯域管理制御装置１００の帯域管理フローについて説明する。最初に、帯域管理部１２は、前述したようにＱｏＳ提供区間の仮想パスと、図１１に示すＱｏＳクラス別のＱｏＳクラス情報をデータ記憶部１４に記憶して管理しておく。

まず、セッション制御部１１は、加入者から要求フローが送信された場合に、図１２に示すデータフロー情報の各パラメータ（要求フローのピークレート、ＱｏＳクラス、サービス種別等）の値をＳＩＰメッセージ中のＳＤＰから解析し、帯域管理部１２に通知する。

次に、帯域管理部１２は、ＱｏＳ提供区間の仮想パスをデータ記憶部１４から読み出して、要求フローが経由する全ての仮想パス（アクセスライン仮想パス、ＯＬＴ仮想パス、Ｌ２ＳＷ仮想パス）について、該各仮想パスの上限帯域を超えない範囲で、要求フローで求められた論理セッション帯域を積み上げ可能であるか否かの帯域積上判定を行う。その結果、全ての仮想パスについて帯域積上が可能である場合に、要求フローの積み上げ（要求フローの帯域を確保）を行い、該要求フローに対する接続を許可するようにＯＬＴ２３、Ｌ２ＳＷ２２、ＳＳＥ２１の設定情報を更新する（図１３参照）。なお、帯域積上判定をする際に、フロー要求時のピークバケットサイズσ_ｉについては、式（１）を用いて計算する。論理セッション帯域ｅ_ｉｋｓについては、式（２）を用いて計算する。また、積上帯域値については、式（３）を用いて計算することができる。

続いて、各仮想パスにおける帯域積上判定方法について具体的に説明する。まず、Ｌ２ＳＷ仮想パスでの帯域積上判定については、図１４に示すようなＬ２ＳＷ仮想パス構成情報をデータ記憶部１４に記憶しておき、セッション制御部１１が、加入者から送信された要求フローから、帯域要求の方向、ＱｏＳクラス、サービス種別、受付優先度を解析する。そして、帯域管理部１２が、解析された要求フローに関するそれらの値（帯域要求の方向、ＱｏＳクラス、サービス種別、受付優先度）、データ記憶部１４で管理している仮想パス（なお、以降、仮想パスで分割管理されているＱｏＳクラスを管理ＱｏＳクラス、サービス種別毎の各サービスを管理サービスクラスと称する）、図１４に示したサービス閾値Ｕ_ｍｔ及び受付優先度閾値γ_ｈｔを用いて、仮想パス単位、ＱｏＳクラス単位、サービス単位で帯域積上判定を行う。

具体的には、帯域管理部１２は、解析されたＱｏＳクラスに対応する管理ＱｏＳクラスにおいて、要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、解析されたサービス種別に対応する管理サービスクラスにおいて、要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、解析された受付優先度に対応する受付優先度閾値を越えない範囲で要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、全ての判定において積み上げが可能である場合に、要求フローの帯域積上を可能と判断する。より具体的には、式（４）及び式（５）が共に成立する場合には帯域積上ＯＫとし、少なくともいずれか一方が不成立の場合には帯域積上ＮＧとする。

また、ＯＬＴ仮想パスでの帯域積上判定については、図１５に示すようなＯＬＴ仮想パス構成情報をデータ記憶部１４に記憶しておき、セッション制御部１１が、加入者から送信された要求フローから、帯域要求の方向、サービス種別を解析する。そして、帯域管理部１２が、解析された要求フローに関するそれらの値（帯域要求の方向、サービス種別）、データ記憶部１４で管理している仮想パス、図１５に示したサービス閾値Ｕ_ｍｙを用いて、仮想パス単位に帯域積上判定を行う。

具体的には、帯域管理部１２が、解析されたサービス種別に対応するサービス閾値を超えない範囲で要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、該判定において積み上げが可能である場合に、要求フローの帯域積上を可能と判断する。より具体的には、式（６）が成立する場合には帯域積上ＯＫとし、不成立の場合には帯域積上ＮＧとする。

さらに、アクセスライン仮想パスでの帯域積上判定については、図１６に示すようなアクセスライン仮想パス構成情報をデータ記憶部１４に記憶しておき、セッション制御部１１が、加入者から送信された要求フローを用いて、帯域要求の方向、サービス種別を解析する。そして、帯域管理部１２が、解析された要求フローに関するそれらの値（帯域要求の方向、サービス種別）、データ記憶部１４で管理している仮想パス、図１６に示したサービス閾値Ｕ_ｍｙを用いて、仮想パス単位に帯域積上判定を行う。

具体的には、帯域管理部１２が、解析されたサービス種別に対応するサービス閾値を超えない範囲で要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、該判定において積み上げが可能である場合に、要求フローの帯域積上を可能と判断する。より具体的には、式（７）が成立する場合には帯域積上ＯＫとし、不成立の場合には帯域積上ＮＧとする。

なお、最後に、マルチキャストサービスのＩＰ放送Ａ及びＩＰ放送Ｂの帯域を確保する場合の下り方向の帯域値の計算方法について説明しておく。Ｌ２ＳＷ仮想パスの上限帯域Ｃ_ｔとＯＬＴ仮想パスの上限帯域Ｃ_ｙは、Ｌ２ＳＷ仮想パス、ＯＬＴ仮想パスの物理的な各リンク帯域から、ＩＰ放送Ｂの使用帯域と、ＩＰ放送Ａの使用帯域×ＩＰ放送Ａの契約者数の使用帯域と、クラスｄの帯域とを差し引くことにより計算することが可能となる。帯域管理部１２は、計算された各上限帯域になるよう、ＳＳＥ２１、Ｌ２ＳＷ２２、ＯＬＴ２３の設定を動的に変更する。

本実施の形態によれば、アクセスネットワーク２００を構成している各ノード（ＯＮＵ２４、ＯＬＴ２３、Ｌ２ＳＷ２２、ＳＳＥ２１）の間の物理的な各通信路を、アクセス仮想パス、ＯＬＴ仮想パス、Ｌ２ＳＷ仮想パスとし、該各通信路における各上限帯域に対応付けてデータ記憶部１４に管理記憶しておき、加入者から要求フローが送信された場合に、該要求フローが経由するアクセス仮想パス、ＯＬＴ仮想パス、Ｌ２ＳＷ仮想パスについて、各上限帯域を超えない範囲で要求フローの帯域を積み上げ可能であるかを判定し、全ての仮想パスについて積み上げが可能である場合に、要求フローの帯域を確保するので、インターネットと比較してより一定の通信品質を保証し、従来の電気通信網回線レベルに近い信頼性のＩＰ回線を確保するように通信路の帯域を管理制御することができる。

最後に、本実施の形態で説明した帯域管理制御装置１００は、コンピュータで構成され、各機能ブロックの各処理はプログラムで実行されるようになっている。また、各実施の形態で説明した帯域管理制御装置１００の各処理動作をプログラムとして例えばコンパクトディスクやフロッピー（登録商標）ディスク等の記録媒体に記録して、この記録媒体をコンピュータに組み込んだり、若しくは記録媒体に記録されたプログラムを、任意の通信回線を介してコンピュータにダウンロードしたり、又は記録媒体からインストールし、該プログラムでコンピュータを動作させることにより、上述した各処理動作を帯域管理制御装置１００として機能させることができるのは勿論である。

１００…帯域管理制御装置（ＳＳＣ）
１１…セッション制御部（ＣＳＣＦ、解析手段）
１２…帯域管理部（ＲＡＣＳ、帯域管理手段）
１３…加入者情報管理部（ＮＡＳＳ）
１４…データ記憶部（管理記憶手段）
２００…アクセスネットワーク
２１…サービスエッジ（ＳＳＥ）
２２…レイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）
２３…電話局側の終端装置（ＯＬＴ）
２４…加入者宅側の終端装置（ＯＮＵ）
３００…コアネットワーク
３１…エッジルータ（ＥＲ）
４１…ホームゲートウェイ（ＨＧＷ、加入者端末）
Ｓ１０１〜Ｓ１０５…ステップ

Claims

ＶＬＡＮを用いて複数の加入者端末を一定数に束ねるアクセスネットワークと、サービスエッジを経由して前記アクセスネットワークの通信路の帯域を管理制御する帯域管理制御装置と、前記サービスエッジからエッジルータまでをスタティックにルーティングするコアネットワークとを備えた帯域管理制御システムにおいて、
前記帯域管理制御装置は、
前記アクセスネットワークを構成している少なくとも３つ以上のノード間の物理的な各通信路を第１の仮想パス及び第２の仮想パスとし、当該各通信路における各上限帯域に対応付けて管理記憶しておく管理記憶手段と、
加入者から要求フローが送信された場合に、当該要求フローが経由する前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスについて、前記管理記憶手段から読み出した前記上限帯域を超えない範囲で前記要求フローの帯域を積み上げ可能であるかを判定し、前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスの全てについて当該積み上げが可能である場合に、前記要求フローの帯域を確保する帯域管理手段と、を有し、
前記管理記憶手段は、
前記第１の仮想パスの帯域を、低遅延かつ低損失なＥＦクラスの帯域と、遅延を許容するＡＦクラスの帯域と、ベストエフォート型のＢＥクラスの帯域とからなる管理ＱｏＳクラスを用いて管理し、
前記帯域管理手段は、
前記第１の仮想パスの下り方向の帯域について、通信路の上限帯域から前記ＢＥクラスの帯域とＩＰ放送用の帯域を差し引いた帯域値を管理し、前記ＩＰ放送用の帯域が必要である場合、前記ＡＦクラスの帯域を減少させ、前記ＥＦクラスの帯域は変更しないことにより、前記ＩＰ放送用の帯域を確保することを特徴とする帯域管理制御システム。
前記管理記憶手段は、
前記管理ＱｏＳクラスの帯域を、サービス種別に応じて複数の管理サービスクラスに分割して管理し、当該管理サービスクラスの帯域を、受付優先度に応じて複数の受付優先度閾値に関連付けて管理可能であって、
前記加入者から送信された前記要求フローから、ＱｏＳクラス、サービス種別、受付優先度を解析する解析手段を更に有し、
前記帯域管理手段は、
解析された前記ＱｏＳクラスに対応する前記管理ＱｏＳクラスにおいて、前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、解析された前記サービス種別に対応する前記管理サービスクラスにおいて、前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、解析された前記受付優先度に対応する前記受付優先度閾値を越えない範囲で前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、全ての判定において積み上げが可能である場合に前記要求フローの帯域を確保することを特徴とする請求項１に記載の帯域管理制御システム。
前記管理記憶手段は、
前記第２の仮想パスの帯域を、サービス種別に応じて複数のサービス閾値に関連付けて管理可能であって、
前記加入者から送信された前記要求フローから、サービス種別を解析する解析手段を更に有し、
前記帯域管理手段は、
解析された前記サービス種別に対応する前記サービス閾値を超えない範囲で前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、当該判定において積み上げが可能である場合に、前記要求フローの帯域を確保することを特徴とする請求項１又は２に記載の帯域管理制御システム。
前記管理記憶手段は、
前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスを、上り方向と下り方向で異なる仮想パスを用いて管理可能であって、
前記帯域管理手段は、
前記上り方向及び前記下り方向における前記第１の仮想パスの帯域及び前記第２の仮想パスの帯域を動的に変更可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の帯域管理制御システム。
前記３つ以上のノードは、
前記複数の加入者端末に接続された複数のＯＮＵと、前記複数のＯＮＵを束ねるＯＬＴと、当該アクセスネットワーク内を前記加入者毎に論理的に分割し、前記ＯＬＴに接続されたレイヤ２スイッチと、前記レイヤ２スイッチに接続された前記サービスエッジとであって、
前記管理記憶手段は、
前記ＯＮＵと前記ＯＬＴとの間と、前記ＯＬＴと前記レイヤ２スイッチとの間とを前記第２の仮想パスとし、前記レイヤ２スイッチと前記サービスエッジとの間を前記第１の仮想パスとして管理することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の帯域管理制御システム。
前記レイヤ２スイッチは、
前記加入者から送信された前記要求フローがセッション受付制御である場合に、前記ＥＦクラスの帯域を用いて優先的に前記サービスエッジに転送することを特徴とする請求項５に記載の帯域管理制御システム。
ＶＬＡＮを用いて複数の加入者端末を一定数に束ねるアクセスネットワークと、サービスエッジを経由して前記アクセスネットワークの通信路の帯域を管理制御する帯域管理制御装置と、前記サービスエッジからエッジルータまでをスタティックにルーティングするコアネットワークとを備えた帯域管理制御方法において、
前記帯域管理制御装置により、
前記アクセスネットワークを構成している少なくとも３つ以上のノード間の物理的な各通信路を第１の仮想パス及び第２の仮想パスとし、当該各通信路における各上限帯域に対応付けて管理記憶手段に管理記憶しておく第１のステップと、
加入者から要求フローが送信された場合に、当該要求フローが経由する前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスについて、前記管理記憶手段から読み出した前記上限帯域を超えない範囲で前記要求フローの帯域を積み上げ可能であるかを判定し、前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスの全てについて当該積み上げが可能である場合に、前記要求フローの帯域を確保する第２のステップと、を有し、
前記第１のステップは、
前記第１の仮想パスの帯域を、低遅延かつ低損失なＥＦクラスの帯域と、遅延を許容するＡＦクラスの帯域と、ベストエフォート型のＢＥクラスの帯域とからなる管理ＱｏＳクラスを用いて管理し、
前記第２のステップは、
前記第１の仮想パスの下り方向の帯域について、通信路の上限帯域から前記ＢＥクラスの帯域とＩＰ放送用の帯域を差し引いた帯域値を管理し、前記ＩＰ放送用の帯域が必要である場合、前記ＡＦクラスの帯域を減少させ、前記ＥＦクラスの帯域は変更しないことにより、前記ＩＰ放送用の帯域を確保することを特徴とする帯域管理制御方法。
前記第１のステップは、
前記管理ＱｏＳクラスの帯域を、サービス種別に応じて複数の管理サービスクラスに分割して管理し、当該管理サービスクラスの帯域を、受付優先度に応じて複数の受付優先度閾値に関連付けて管理可能であって、
前記加入者から送信された前記要求フローから、ＱｏＳクラス、サービス種別、受付優先度を解析する第３のステップを更に有し、
前記第２のステップは、
解析された前記ＱｏＳクラスに対応する前記管理ＱｏＳクラスにおいて、前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、解析された前記サービス種別に対応する前記管理サービスクラスにおいて、前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、解析された前記受付優先度に対応する前記受付優先度閾値を越えない範囲で前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、全ての判定において積み上げが可能である場合に前記要求フローの帯域を確保することを特徴とする請求項７に記載の帯域管理制御方法。
前記第１のステップは、
前記第２の仮想パスの帯域を、サービス種別に応じて複数のサービス閾値に関連付けて管理可能であって、
前記加入者から送信された前記要求フローから、サービス種別を解析する第３のステップを更に有し、
前記第２のステップは、
解析された前記サービス種別に対応する前記サービス閾値を超えない範囲で前記要求フローを積み上げ可能であるかを判定し、当該判定において積み上げが可能である場合に、前記要求フローの帯域を確保することを特徴とする請求項７又は８に記載の帯域管理制御方法。
前記第１のステップは、
前記第１の仮想パス及び前記第２の仮想パスを、上り方向と下り方向で異なる仮想パスを用いて管理可能であって、
前記第２のステップは、
前記上り方向及び前記下り方向における前記第１の仮想パスの帯域及び前記第２の仮想パスの帯域を動的に変更可能であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の帯域管理制御方法。