JP5071165B2 - 経路多重化通信システム、通信ノード及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、経路多重化通信システム、通信ノード及び通信方法に関する。

２つの通信ノード間に利用可能な経路が２つ以上あるとき、両ノード間のトラフィックをこれらの経路に負荷分散することで、複数の経路の帯域が多重化され、単一経路のみを用いる場合に比べ高速の通信を行うことが可能である。安定した有線網において複数経路の帯域の多重化を行う技術として非特許文献１に開示されている、各経路に順番にデータを入力するラウンドロビン方式や、非特許文献２に開示されている複数の経路上の異なる通信速度により負荷分散の重みを決定する重みつきラウンドロビン方式などが知られている。また、より不安定な無線回線を含む複数の経路の帯域を多重化する技術としては、Mobile Inverse Mux（非特許文献３）などが知られている。

これらの経路多重化技術において、ある２ノード間の多重化対象の経路上に、別の経路多重化機能をもつノードが存在する場合を考える。図８において、ノード１，２，３はいずれも経路多重化の機能を有するものとする。いま、ノード１がノード３と通信するときに、直接通信できる経路としてリンク１３のみから成る経路があるが、一方リンク１１からノード２、リンク１２を経由する経路を用いても通信可能である。これらの２つの経路を多重化することは、ノード１と３の間のトラフィックに対してノード２は単なる中継ノードとして機能するように構成することで可能である。同様にノード２と３の間のトラフィックに対してノード１は単なる中継ノードとして機能するように構成すれば、ノード２と３の間の２つの経路は多重化される。このように、多重化対象の経路上に経路多重化機能を有するノードがあった場合に、各ノードがトラフィックに応じた振る舞いを行うように構成すれば、多重化対象経路の一部を異なるノード対間で共有することが可能となり、ネットワーク資源の利用効率の向上をもたらす。
"Striping Within the Network Subsystem", IEEENetwork,July/August 1995 M. Katevenis, S. Sidiropoulos, C. Courcoubetis, "Weighted Round-robinCell Multiplexing in a General-Purpose ATM Switch Chip,"IEEE Journal onSelected Areas in Communications, Vol.9, Issue 8,pp.1265-1279 (Oct1991) T. Nakata et al., "Efficient Bundling of Heterogeneous Radio Resourcesfor Broadband Internet Access from Moving Vehicles", Proceedings of GlobalMobile Congress 2004, Oct. 11-13 2004, Shanghai, China. Dovrolis, Ramanathan, and Moore, "What Do Packet Dispersion TechniquesMeasure ?", IEEE INFOCOM 2001 特開2001-320420号公報

ある瞬間にノード１,２のいずれにもノード３に送信すべきトラフィックが与えられており、いずれのノードも複数経路を用いてノード３へのトラフィックを送信する場合、いずれのノードも中継機能の他に経路多重化機能も持つ必要がある。なお簡単のため、リンク１１は他のリンクに比べて帯域が広いと仮定する。例えばノード１がノード２経由でノード３と通信する場合、リンク１２がこの経路上のボトルネックとなり、同リンク及び直接通信できる経路を構成するリンク１３の帯域に応じて、非特許文献２にあるような一定の重み付けや、非特許文献３による帯域推定結果に基づく負荷分散を行うと、リンク１２上にはノード２、３間のトラフィックも存在するため、実際に利用可能なリンク１２の帯域はこれらのトラフィックが存在しない場合に比べ狭い。

非特許文献２及び非特許文献３はこのノード間トラフィックの存在を考慮していないため最適な負荷分散ができない。一般に１つの経路の端点のみでその経路の帯域を推定する場合、非特許文献３が開示するクロストラフィックと呼ばれるパケット分散を用いる方法は測定を行う端点間以外のトラフィックが存在すると利用可能な帯域の推定は困難であることが非特許文献４に示されている。

以上の問題は、ノード１と２がリンク１３, １２の双方に負荷分散している時、いずれのリンクにも輻輳が生じないほどに各々のトラフィックレートが小さければ生じない。しかし、ノード１、３間とノード２、３間のトラフィックはいずれも低レートのため複数の経路に負荷分散しなくとも帯域の不足は生じないが、ノード１または２を中継ノードとする経路にのみ含まれるリンク１１の帯域は、ノード１、３間の帯域供給とノード２、３間の帯域供給の目的からは不要であるにもかかわらず消費されてしまう問題がある。

一方、特許文献１には、収集したトラフィック特性に基づいて負荷を演算し、求められた負荷に基づいて伝送路を追加するか削除するかの判定を行うことによって、負荷分散を行う技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示の技術においては、各ノード間でトラフィック特性そのものの送受信を行うため、ノード間通信のデータ量が大きくなる。ここで、トラフィック特性としては、例えば、キュー長やフロー数などの変数が考えられるが、これらの変数が、すべてのノード間で送受信されると、ノード数が増えた場合、膨大なデータ量になる可能性がある。また、伝送路を追加するか削除するかの判定における柔軟性の面でも問題がある。トラフィック以外の情報（例えば、経路の信頼度、サイバー攻撃を受けている可能性等、あるいは、モバイルノードであれば電池の消耗度等）も判定基準にしたいと考えた場合に、特許文献１に記載の技術においては、全ての判定基準に対応したノード間通信を定義しなければならず、プロトコルが複雑となる上に判定基準の数に応じて通信量も増大する。さらに、特許文献１に記載の技術では、各ノードは状況の収集と送信のみを行い、判定は全て送信元ノードが行うように構成されているので、判定のための計算負荷が送信元ノードに集中するという問題点もある。

本発明の目的は、以上に述べたような問題点を解決する経路多重化通信システム、通信ノード及び通信方法を提供することにある。

本発明の通信システムは対向リンクを経由して相互に接続された第１、第２、第３ノードから成り、該第１ノードと該第３ノードの間に、両ノード間の対向リンクから成る第１経路と、該第１、第２ノード間の対向リンクと該第２、第３ノード間の対向リンクから成る第２経路が構成され、前記第１ノードと第３ノードがそれぞれ複数の経路の帯域を同時に利用して通信する経路多重化機能を有する送信ノードと受信ノードとして機能するとき、該第１ノードは第３ノードとの通信を要求する経路多重化要求メッセージを前記第２ノードに送信し、該第２ノードは、該経路多重化要求メッセージを受信すると中継ノードとして機能し、前記第２、第３ノード間の対向リンクの帯域を前記第１ノードに提供することにより前記第１経路と第２経路を論理的に多重化できるか否かを判定し、経路多重化が可能であれば経路多重化了解メッセージを前記第１ノードに返送し、前記第１ノードは該経路多重化了解メッセージに応じ、前記第１及び第２経路を多重化して前記第３ノードと通信を行うことを特徴とする。

本発明の通信システムは、通信ネットワークと、該通信ネットワークに接続された複数の中継ノードと、該通信ネットワーク経由で該複数の中継ノードに接続可能な少なくとも１つの送信ノードと、該複数の中継ノードに接続された受信ノードとから構成され、該中継ノードと該受信ノードの間に、
他の中継ノードを含まない少なくとも1つの第1経路と、前記ネットワークを経由し少なくとも１つの他の中継ノードを含む少なくとも１つの第２経路が構成され、該複数の中継ノードのうち少なくとも１つのノードは前記送信ノードと前記受信ノード間の通信に際し送信側中継ノードとして機能し、経路多重化要求メッセージを該ネットワークに送信し、前記複数の中継ノードのうち少なくとも他の１つのノードは該ネットワーク経由の経路多重化要求メッセージを受信すると受信側中継ノードとして機能し、前記受信側中継ノードと前記受信ノード間のリンクの帯域を前記送信ノードに提供することにより前記少なくとも１つの第１経路と前記少なくとも１つの第２経路を論理的に多重化可能か否かを判定し、経路多重化が可能であれば経路多重化了解メッセージを前記送信側中継ノードに前記ネットワーク経由で返信し、前記送信側中継ノードは該経路多重化了解メッセージに応じ、前記少なくとも１つの第１経路と前記少なくとも１つの第２経路を用いて前記送信ノードと前記受信ノードの間の通信を中継することを特徴とする。

本発明の通信ノードは、 対向リンクを経由して相互に接続された送信ノードと、中継ノードと、受信ノードとから成り、該送信ノードと該受信ノードの間に、該送信ノードと該受信ノード間の対向リンクから成る第１経路と、該送信ノードから該中継ノードを経由して該受信ノードに至る第２経路が構成される通信網において、送信ノード、中継ノードまたは受信ノードのいずれとしても機能する通信ノードであって、自ノードが中継ノードとして機能する時、送信ノードとして機能する他のノード及び受信ノードとして機能する他のノードに接続される送受信手段と、該送受信手段経由で該送信ノードとして機能する他のノードから経路多重化要求メッセージを受信すると、自ノード及び前記受信ノードとして機能する他のノード間の対向リンクの帯域を前記送信ノードとして機能する他のノードに提供することにより前記第１経路と第２経路を論理的に多重化できるか否かを判定する制御手段と、該制御手段の判定結果が多重化可能を示す時、経路多重化了解メッセージを前記送受信手段経由で前記送信ノードとして機能する他のノードに返送するメッセージ生成手段と、該制御手段により制御され、前記送信ノードとして機能する他のノードからのトラフィックを前記第２経路に送信する経路多重手段を具備することを特徴とする。

本発明は、経路多重化機能を持つ複数のノードから成る通信システムにおいて、ある経路多重化機能を持つノードが他の経路多重化機能を持つノードを送信元とする経路に含まれ、かついずれの経路多重化機能を持つノードも送信元ノードとして機能するときのシステムの性能低下及び帯域資源の不必要な消費を防ぐことができる。

本発明は、少なくとも１つの経路多重化機能を有するノードを含む通信システムに経路多重化要求メッセージと経路多重化了解／却下メッセージを導入することにより、送信ノードの負荷分散の最適化が可能となる。即ち、送信ノードからの経路多重化要求メッセージに応じ、経路多重化機能を有する中継ノードは多重化の可否を決定し、経路多重化了解／却下メッセージを送信ノードに返信する。これにより、送信ノードの多重化対象の経路の１つが中継ノードを含み、かつ送信ノードと中継ノード共通の相手ノードとの間に送受信すべきトラフィックが存在する場合にも、送信ノードは中継ノードを含む経路と含まない経路の帯域を効率よく多重化することが可能となる。また、経路多重化機能を有するノード間の帯域の不必要な消費を抑えることができる。

図１は本発明の第１の実施形態の通信システムを示す。本通信システムは少なくとも３つのノード１，２，３により構成され、対向リンク１１，１２，１３により相互に接続されている。本通信システムの特徴とするところは、ノード１，２，３のうち少なくとも１つのノードは経路多重化機能付きの中継ノードとして機能し，他の２つのノードのうち少なくとも１つは送信ノードとして機能するとき対向リンク上の受信ノードとの通信用帯域を示す多重化要求メッセージを該対向リンク以外で該受信ノードに至る複数のリンクから成る経路上の中継ノードに送信する。この経路多重化要求メッセージを受信した中継ノードはこのメッセージが示す帯域を前記受信ノードに至る対向リンク上に論理的に多重化できるか否かを判定し、前記送信ノードに多重化が可能である場合、経路情報を含む経路多重化了解メッセージを返送し、不可能であれば多重化却下メッセージを返送する。送信ノードは経路多重化了解メッセージを受信した場合、前記中継ノード経由で前記受信ノードと通信を行う。また、送信ノードは負荷分散のため逆多重化手段を具備している。

好適実施例として、ノード１に多重化手段を具備し中継ノードとしての機能を持たせ、ノード２にも逆多重化手段を具備し送信ノードとして機能させることが好ましい。この場合、ノード２がノード３との通信の際、多重化要求メッセージをノード１に送信する。

中継機能付きノード２はモデム等のインターフェース２１、２２を有し、それぞれリンク１１，１２を介してノード１と３に接続されている。インターフェース２１はノード１からの信号をプロトコル処理する受信部２３に供給し、送信信号のプロトコル処理する送信部２４からの信号をノード１に送信する。同様に、インターフェース２２はノード３からの信号を受信部２９に供給し、送信部２４からの信号をノード３に送信する。

受信部２３、２９と入出力装置３１の出力は制御部２５と多重部／逆多重部２８に供給され、制御部２５は必要に応じ、負荷分散の割合や送信タイミング決定アルゴリズムのパラメータ変更などを指示する制御信号を多重化／逆多重化に入力する。
多重部／逆多重部２８の出力は送信部２４，３０と入出力装置３１に接続される。中継ノードはリンク１１と１２から成る経路の他に経路を有し、多重部／逆多重部２８はこれらの他の送受信部とインターフェースを経由しノード１と３に接続される。多重部／逆多重部２８は中継ノードが有するこれらの複数経路を多重化する機能を具備している。

経路状態情報を保存するための経路状態メモリ２６が制御部２５に接続され、制御部２５はノード２に出入するトラフィックを常時監視し、メモリ２６を更新する。

ノード１がノード３へのトラフィックを負荷分散する場合、同ノードは事前にノード２に経路多重化要求メッセージを送信する。ノード２の受信部２３はこのメッセージを受信し、制御部２５に伝える。後述の如く、制御部２５は経路状態メモリ２６からノード２とノード３の間の、ノード１を経由しない複数の経路を多重化した多重化リンク上の状態情報を読み出し、この多重化リンクを含むノード１とノード３の間の経路と、ノード１とノード３の間の他の経路との多重化が可能か否かを判定し、その結果をメッセージ生成部２７に供給する。メッセージ生成部２７は制御部の判定結果に基づき多重化が可能であれば送信部２４を介し経路多重化了解メッセージをノード１に返信し、不可能であれば多重化却下メッセージを返信する。

ノード１はノード２からの返信が多重化却下メッセージであれば負荷分散を中止し、経路多重化了解メッセージであればノード３に対する送信トラフィック（カプセル化データ）の一部をノード３に直接送信し、残りのトラフィックをノード２に送信する。

中継ノード２の制御部２５はノード１からのカプセル化データを受信すると多重部／逆多重部２８にこのデータを、多重化リンクを介してノード３に転送するために出力する。多重部／逆多重部２８は受信部２３からのカプセル化データをノード２とノード３の間の、ノード１を経由しない複数の経路のいずれかを選択し、該当する送信部に出力する。送信部３０は多重部／逆多重部２８から入力されたデータ信号をインターフェース２２とリンク１２を介し受信ノード３に送信する。

非特許文献３の多重化方法によれば、中継ノードは送信ノードから受信したトラフィックに負荷分散を施し、受信したデータを同送信ノードにも返送することになり、非効率な帯域消費及び遅延が生じる。

本実施例はこれを防ぐために、送信ノード１は、受信側が負荷分散元のノードを特定できるようにするカプセル化処理を送信データに施す。従って、中継ノード２はカプセル化された受信データからノード１を送信元として特定し、この受信データをノード１を経由しない経路で構成される多重化リンクを介して受信ノード３に送信する。

中継ノード２の制御部２５は、送信ノード1と受信ノード３間のカプセル化データを受信するとメモリ２６から多重化リンクの経路状態情報を読み出し、後続のデータを、多重化リンクを用いて転送することは不可能と判定した場合は、現受信データを多重化部２８に出力し、多重化却下メッセージをノード１に返信する。一方、制御部２５がメモリ２６から得た多重化リンクの経路状態情報から、後続のデータを、多重化リンクを用いて転送することが可能と判定した場合、多重化部２８は現受信データを、ノード１を経由しないいずれかの経路から送信する。

中継ノード２の制御部２５は、送信ノード1と受信ノード３間のカプセル化データを受信するとメモリ２６からリンク１２の経路状態情報を読み出し、後続のデータをリンク１２に多重化不可能と判定した場合は、現受信データを多重化部２８により多重化し、多重化却下メッセージをノード１に返信する。一方、制御部２５がメモリ２６から得たリンク１２の経路状態情報から、後続のデータをリンク１２に多重化可能と判定した場合、多重化部２８は現受信データを多重化するリンク１２に多重化する。

図２は負荷分散を実行する送信ノードの動作の好適実施例を示すフローチャートである。先ず、ステップ２０１において、送信ノードは、受信ノードとの対向リンクのトラフィックレート（Ｒ）を検出し、この値の同リンクの帯域（Ｗ）に占める占有率（Ｒ／Ｗ）を算出し、これが所定値以下であるか否かを判定し（ステップ２０２）、所定値以下であればステップ２１０に進み中継ノード経由の多重化を中止し、送信データを直接受信ノードに送信する。これにより、中継用リンクの帯域を不必要に消費することを防ぐ。

占有率（Ｒ／Ｗ）が所定値以上であれば、送信ノードはステップ２０２からステップ２０３に進み経路多重化要求メッセージを中継ノードに送信する。中継ノードからメッセージを受信すると、それが経路多重化了解メッセージであるか経路多重化却下メッセージであるかを判断し（ステップ２０４）、却下メッセージであればステップ２１０に進み中継ノード経由の多重化を中止する。中継ノードからの受信メッセージが了解メッセージであれば、送信ノードはステップ２０４からステップ２０５に進み、前記対向リンクの信頼性を検証する。対向リンクの信頼性の１つの要素として同リンクのデータ損失率がある。また、送信ノードが移動端末である場合、一定時間内に同端末が通信圏外に移動する確率の値でリンクの信頼性を判断する。

この場合、非特許文献４が示す理由により、経路状態を多重化要求元ノードが直接測定する場合よりも高い測定精度が得られる。多重化要求元の送信ノードは要求先の中継ノードが中継する経路については送信ノード自らが経路状態の推定を行う必要がないため、処理負荷を軽減することができる。

対向リンクの信頼性が十分な場合、送信ノードはステップ２０５からステップ２０６に進み、経路多重化了解メッセージに含まれる経路情報から負荷分散比率を決定する。ステップ２０７に進み、カプセル化送信データの一部を受信ノードに送信、残りのデータを中継ノードに送信する。送信後、判定ステップ２０８で中継ノードから多重化却下メッセージを受信したか否かを判定する。多重化却下メッセージが中継ノードから到来しなければ、ステップ２０７に戻り次のデータを負荷分散モードで送信する。データ送信後に多重化却下メッセージが中継ノードから到来した場合、送信ノードはステップ２０９に進み直ちに負荷分散通信モードを中止し送信データを直接受信ノードに送信する。

一方、 対向リンクの信頼性が不十分な場合、送信ノードはステップ２０５からステップ２１０に進み送信先を中継ノードに決定し、経路多重化了解メッセージに含まれる経路情報から送信データ量を算出する。

次に、ステップ２１１で、カプセル化送信データを中継ノードに送信する。送信後、判定ステップ２１２で中継ノードから多重化却下メッセージを受信したか否かを判定する。多重化却下メッセージが中継ノードから到来しなければ、ステップ２１１に戻り次のデータを中継ノードに送信する。データ送信後に多重化却下メッセージが中継ノードから到来した場合、送信ノードはステップ２１３に進み直ちに中継ノード向けのデータ送信を中止する。

図３は中継ノードの動作の好適実施例を示すフローチャートである。先ず、判定ステップ３０１で送信ノードから経路多重化要求メッセージを受信したか否かを判定する。経路多重化要求メッセージを送信ノードから受け取ると、中継ノードはステップ３０２において経路状態メモリ２６から経路状態情報として、送信ノードが要求する経路（中継ノード経由）の使用中帯域と同経路の利用可能帯域とを読み出す。

次に、ステップ３０３に進み、メモリ２６から読み出した情報から、中継ノード経由の経路の使用中帯域がその経路の利用可能帯域に占める利用率を算出し、所定の多重化判定基準値と比較し、要求された経路の帯域を送信ノードに提供できるか否かを判定し、経路多重化の可能性を決定する。即ち、ノード１が送信ノードでノード３が受信ノードの場合、ノード２は中継ノードとして機能し、中継ノード２と受信ノード３間の対向リンク１３の帯域を送信ノード１に提供することにより、ノード１、３間の対向リンク１３から成る第１経路と中継ノードを経由するリンク１１，１２から成る第２経路を論理的に多重化できるか否かを判定する。経路多重化が不可能であると判定した場合、中継ノードはス
テップ３０９に進み経路多重化却下メッセージを送信ノードに返信する。

一方、中継ノードはステップ３０３で経路多重化が可能であると判定した場合、次のステップ３０４で経路多重化了解メッセージを送信ノードに返信する。好適実施例として、中継ノードが送信ノードに返信する経路多重化了解メッセージに中継経路上に提供可能な帯域の上限値や予測遅延情報を経路状態情報として含めてもよい。さらに、中継ノードは経路多重化要求メッセージを受け取った時点で取扱中のトラフィックの内容またはデータ量に基づき経路状態情報を生成し経路多重化了解メッセージに含ませても良い。あるいは、経路状態情報に取扱中のトラフィックがマルチキャストトラフィックであるか否かを示す情報を含ませてもよい。

次に、中継ノードは判定ステップ３０５に進み、送信ノードからのカプセル化データの到来を待つ。中継ノードはステップ３０５でカプセル化データを受け取るとステップ３０６に進み、受信データを多重／逆多重部２８に入力する。

ステップ３０７で、中継ノードは中継経路上に多重化したデータ量を算出し、これに基づき経路状態メモリ２６を更新する。次に、ステップ３０８で後続データの経路多重化の可能性を検証し、経路多重化が可能であればステップ３０５に戻り送信ノードから後続データの到来を待ち、上記の処理を繰り返す。

ステップ３０８の判定により、後続データの経路多重化が不可能であればステップ３０９に進み経路多重化却下メッセージを送信ノードに返信する。

従って、ノード１が送信ノードとして機能し、ノード３を受信ノードとする経路多重化要求メッセージをノード２に送出すると、ノード２は中継ノードとして、図４に示すように、受信部２３でこのメッセージを受け取り、制御部２５はこれを解析すると同時に、経路状態メモリ２６からリンク１２の状態情報を読み出し、ノード１が要求する経路の多重化が可能か否か判断し、可能である場合メッセージ２７から経路多重化了解メッセージを送信部２４を介して送信ノード１に返信する。

この経路多重化了解メッセージに応じ、送信ノード１は負荷分散モードによる通信を開始し、図５に示す如く全送信データをＡ１とＡ２に逆多重化し、データＡ１を受信ノードにリンク１３を介し送信し、データＡ２を中継ノードにリンク１１を介し送信する。

中継ノード２の制御部２５はデータＡ２を受け取ると、経路状態メモリ２６からリンク１２の更新済みの状態情報を読み出し、後続データの多重化の可能性を判断し、多重化が可能であれば多重／逆多重部２８を制御し受信データＡ２を送信部３０に送出し、リンク１２上に多重化する。後続データの多重化が不可能であれば現データは多重／逆多重部２８を介して送信部３０に送出すると同時に多重化却下メッセージをメッセージ生成部２７から送信部２４を介し送信ノード１に送出する。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態によれば、経路多重化了解メッセージ若しくは経路多重化却下メッセージ、すなわち、経路の多重化が可能か否か（YesまたはNo）のメッセージを中継ノードから送信元ノードへ送信するため、ノード間通信のデータ量は極めて少ない。したがって、多数のノードを含む大規模なシステムにも適用が可能となる。

また、本実施の形態によれば、中継ノードが経路多重化ができるか否かを判定し、この判定に基づいて経路多重化了解メッセージ若しくは経路多重化却下メッセージを中継ノードから送信元ノードへ送信するため、経路多重化の判断において柔軟性がある。すなわち、例えば、経路の信頼度、サイバー攻撃を受けている可能性、あるいは、モバイルノードであれば電池の消耗度等も経路多重化するか否かの判定基準にしたいと考えた場合に、これらの判定が可能となるように中継ノードを対応させれば良いだけであり、ノード間通信の変更は不要である。

さらに、本実施の形態によれば、判定は中継ノードによって行われるため、判定のための計算負荷が送信元ノードに集中するという特許文献１の問題点も解消される。

なお、上記の実施の形態では、制御部２５はノード２に出入するトラフィックを常時監視しているが、これに限られるものではない。例えば、制御部２５が、送信元からの多重化要求を受けたときにはじめて、ノード２に出入するトラフィックの監視を開始するようにすれば、中継ノードの負担をより軽減することができる。

図６は本発明の第２の発明の実施形態の通信システムを示す。ノード２−１乃至２−Ｎは経路多重化機能の中継機能を兼ね備える中継ノードであり、ノード３は経路多重化機能を備える終端ノード、１−１乃至１−Ｍは、経路多重化機能を持たない終端ノードである。全中継ノード２と全終端ノード１は通信網５を介して相互に接続されている。

各中継ノード２は他の中継ノード２を経由して通信していない状態において、自ら生成したトラフィックまたは、終端ノード３のトラフィックまたは、エンドノード１が相手先を問わず送信したトラフィックを受信すると、送信可の場合、経路多重化要求メッセージを通信網５経由で全ての中継ノード２にブロードキャストするか、例えば以下に示すような方法で特定した少なくとも１つ以上の中継ノード２に送信する。

経路多重化要求メッセージの送信先候補として、例えば図７のような、予め多重化要求可能なノードをノードテーブル６に登録し、これを図１のメモリ２５に格納する。図７でメトリックとは多重化対象としての優先度を表し、例えば通信網5におけるホップ数に応じて決められる。多重化対象の数を制限した場合には、例えばメトリックの値が小さいほうから特定の数のノードを多重化対象とする。経路多重化機能を持つノードが動的に通信網５に接続または切断され、トポロジーが動的に変更される場合には、状態変化のあったノードは通信網５全体に通知し、それを受信したほかの中継ノードは多重化対象ノードテーブルを更新する。多重化対象のノードテーブルはまた、図６のサーバ４に格納し、サーバ４は他の中継ノードからの多重化可能ノードの問い合わせに応じるように構成してもよい。好適例として、ＡＳＰ(Application Service Provider)サーバをサーバ４と利用してもよい。以上のような手段により経路多重化要求メッセージの送信先ノードの数を限定することで、経路多重化要求メッセージ及び多重化了解（却下）メッセージによる網５の帯域の圧迫を制限することが出来る。

少なくとも１つの終端ノード１と終端ノード３の間に、中継ノード２とネットワーク５を経由し、少なくとも１つの第１経路と少なくとも１つの第２経路が構成される。これらの中継ノードのうち少なくとも１つの中継ノードは終端ノード１のうちの１つから終端ノード３への通信に際し送信側中継ノードとして機能し、経路多重化要求メッセージをネットワーク５に送信する。経路多重化要求メッセージを受信した少なくとも１つの中継ノード２はこの経路多重化要求メッセージを受信すると受信側中継ノードとして機能し、受信側中継ノード２と受信ノード３間の対向リンクの帯域を送信元の終端ノード１に提供することにより第１経路と第２経路を論理的に多重化できるか否か、図３で説明したように判定し、経路多重化が可能であれば経路多重化了解メッセージを送信側の中継ノードにネットワーク５経由で返信する。送信側中継ノード１はこの経路多重化了解メッセージに応じ、負荷分散を行い、第１経路と第２経路の双方を用いて送信元ノード１と終端ノード3の間のトラフィックを中継する。

本発明の第１の実施形態の通信システム示すブロック図。 図１の送信ノードの動作を示すフローチャート。 図１の中継ノードの動作を示すフローチャート。 図１のノード間で行われる多重化要求メッセージと経路多重化了解メッセージの交換を示すブロック図。 図１の中継ノードが送信ノードからカプセル化データを受信するときの状態を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態の通信システム示すブロック図。 図６の通信システムが使用するノードテーブル。 背景技術の説明のためのブロック図。

符号の説明

1, 2, 3 ノード
11, 12, 13 リンク
24, 30 送信部
23, 29 受信部
25 制御部
26 経路状態メモリ
27 メッセージ生成部
29 多重／逆多重部

Claims (31)

1. 対向リンクを経由して相互に接続された第１、第２、第３ノードから成り、該第１ノードと該第３ノードの間に、両ノード間の対向リンクから成る第１経路と、該第１、第２ノード間の対向リンクと該第２、第３ノード間の対向リンクから成る第２経路が構成され、
   前記第１ノードと第３ノードがそれぞれ複数の経路の帯域を同時に利用して通信する経路多重化機能を有する送信ノードと受信ノードとして機能するとき、該第１ノードは第３ノードとの通信を要求する経路多重化要求メッセージを前記第２ノードに送信し、
   該第２ノードは、該経路多重化要求メッセージを受信すると中継ノードとして機能し、前記第２、第３ノード間の対向リンクの帯域を前記第１ノードに提供することにより前記第１経路と第２経路を論理的に多重化できるか否かを判定し、経路多重化が可能であれば経路多重化了解メッセージを前記第１ノードに返送し、
   前記第１ノードは該経路多重化了解メッセージに応じ、前記第１及び第２経路を多重化して前記第３ノードと通信を行うことを特徴とする通信システム。
2. 請求項１において、前記送信ノードとして機能している第１ノードは前記受信ノードとして機能している第３ノードとの全通信量の一部を前記第１経路を用いて送信し、他の一部を前記第２経路を用いて送信する負荷分散機能を有することを特徴とする通信システム。
3. 請求項１または２において、 前記第３ノードと第１ノードがそれぞれ送信ノードと受信ノードとして機能するとき、該第３ノードは該第１ノードとの通信を要求する経路多重化要求メッセージを前記第２ノードに送信し、
   該第２ノードは、該経路多重化要求メッセージを受信すると中継ノードとして機能し、前記第２、第３ノード間の対向リンクの帯域を前記第３ノードに提供することにより前記第１経路と第２経路を論理的に多重化できるか否かを判定し、経路多重化が可能であれば経路多重化了解メッセージを前記第３ノードに返送し、
   前記第３ノードは該経路多重化了解メッセージに応じ、
   前記第１及び第２経路を多重化して前記第１ノードと通信を行うことを特徴とする通信システム。
4. 請求項３において、 前記送信ノードとして機能している第３ノードは前記受信ノードとして機能している第１ノードとの全通信量の一部を前記第１経路を用いて送信し、他の一部を前記第２経路を用いて送信する負荷分散機能を有することを特徴とする通信システム。
5. 請求項３または４において、 前記第３ノードと該第２ノードの間に両ノード間の対向リンクから成る第１経路と、
   前記第３、第１ノード間の対向リンクと前記第１、第２ノード間の対向リンクから成る第２経路が構成され、
   前記第３ノードと第２ノードがそれぞれ送信ノードと受信ノードとして機能するとき、該第３ノードは該第２ノードとの通信を要求する経路多重化要求メッセージを前記第１ノードに送信し、
   該第１ノードは、該経路多重化要求メッセージを受信すると中継ノードとして機能し、前記第３、第２ノード間の対向リンクの帯域を前記第３ノードに提供することにより前記第１経路と第２経路を論理的に多重化できるか否かを判定し、経路多重化が可能であれば経路多重化了解メッセージを前記第３ノードに返送し、
   前記第３ノードは該経路多重化了解メッセージに応じ、前記第１及び第２経路を多重化して前記第２ノードと通信を行うことを特徴とする通信システム。
6. 請求項５において、 前記送信ノードとして機能している第３ノードは前記受信ノードとして機能している第２ノードとの全通信量の一部を前記第１経路を用いて送信し、他の一部を前記第２経路を用いて送信する負荷分散機能を有することを特徴とする通信システム。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記送信ノードとして機能するノードは、前記中継ノードを経由しない経路の状態情報に基づき前記経路多重化要求メッセージの送信の可否を決定することを特徴とする通信システム。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、前記送信ノードとして機能するノードは前記受信ノードとの対向リンク上のトラフィックレートが該対向リンクの帯域に占める占有率に基づき前記経路多重化要求メッセージの送信の可否を決定することを特徴とする通信システム。
9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、前記送信ノードとして機能するノードは前記受信ノードとの対向リンクの信頼性に基づき前記経路多重化要求メッセージの送信の可否を決定することを特徴とする通信システム。
10. 請求項４において、前記経路多重化了解メッセージは経路状態情報を含み、前記送信ノードとして機能しているノードは該経路状態情報に基づき前記負荷分散の比率を決定することを特徴とする通信システム。
11. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記中継ノードとして機能しているノードは受信データから該受信データの送信元を特定する機能を有し、前記送信ノードとして機能しているノードを受信データの送信元として特定した場合、該受信データを前記送信ノード経由の経路上に多重化しないことを特徴とする通信システム。
12. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記第１乃至第３ノードの少なくとも１つのノードは、前記経路多重化要求メッセージを受信可能な複数のノードを表示する経路多重化要求対応リストを保持し、該リストに含まれるノードに対して経路多重化要求メッセージ送信することを特徴とする通信システム。
13. 請求項１０において、前記中継ノードとして機能しているノードは、前記経路多重化要求メッセージを受け取った時点で、該中継ノードが取扱中のトラフィックの内容またはデータ量に基づき前記経路多重化了解メッセージに含まれる経路状態情報を生成することを特徴とする通信システム。
14. 請求項１３において、前記経路情報は前記中継ノードが取扱中のトラフィックがマルチキャストトラフィックであるか否かを示すことを特徴とする通信システム。
15. 請求項１において、前記中継ノードとして機能するノードは、該中継ノードから前記受信ノードに至るリンクの状態を保存する経路状態メモリを具備し、前記経路多重化了解メッセージを返信後に前記送信ノードからのデータを受け取ると、該データを前記リンクに多重化し、多重化後のデータ量に基づき前記保存されているリンクの状態を更新し、後続のデータの前記リンクへの多重化の可否を更新されたリンクの状態に基づき判定し、不可能の場合、多重化却下メッセージを前記送信ノードに返信することを特徴とする通信システム。
16. 通信ネットワークと、
    該通信ネットワークに接続された複数の中継ノードおよび少なくとも1つの送信ノードと、
    該複数の中継ノードの各々に、少なくとも1つのリンクにより接続された受信ノードとから構成され、前記中継ノードと前記受信ノードの間に、他の中継ノードを経由しない少なくとも１つの第１経路と、前記ネットワークと少なくとも1つの他の中継ノードとを経由する少なくとも１つの第２経路が構成され、
    該複数の中継ノードのうち少なくとも１つのノードは前記送信ノードと前記受信ノード間の通信に際し送信側中継ノードとして機能し、経路多重化要求メッセージを前記ネットワークに送信し、
    該複数の中継ノードのうち少なくとも他の１つのノードは前記ネットワーク経由の経路多重化要求メッセージを受信すると受信側中継ノードとして機能し、該受信側中継ノードと前記受信ノード間のリンクの帯域を前記送信ノードに提供することにより、該送信側中継ノードと受信ノードの間の前記少なくとも1つの第１経路と、前記少なくとも1つの第２経路を論理的に多重化可能か否かを判定し、経路多重化が可能であれば経路多重化了解メッセージを前記送信側中継ノードに前記ネットワーク経由で返信し、
    前記送信側中継ノードは該経路多重化了解メッセージに応じ、前記少なくとも1つの第１経路と前記少なくとも１つの第２経路の双方を用いて前記送信ノードと前記受信ノードの間の通信を中継することを特徴とする通信システム。
17. 請求項１６において、各中継ノードは、前記経路多重化要求メッセージを受信可能な複数の中継ノードを表示する経路多重化要求対応リストを保持し、該リストに含まれる中継ノードに対して経路多重化要求メッセージ送信することを特徴とする信システム。
18. 請求項１６において、前記経路多重化要求メッセージを受信可能な複数の中継ノードを表示する経路多重化要求対応リストを保持するサーバが、前記少なくとも１つの中継ノードからの問い合わせメッセージに応じ、経路多重化要求メッセージを該リストに含まれるノードに送信することを特徴とする通信システム。
19. 請求項１８において、前記サーバはＡＳＰサーバであることを特徴とする通信システム。
20. 対向リンクを経由して相互に接続された送信ノードと、中継ノードと、受信ノードとから成り、該送信ノードと該受信ノードの間に、該送信ノードと該受信ノード間の対向リンクから成る第１経路と、該送信ノードから該中継ノードを経由して該受信ノードに至る第２経路が構成される通信網において、送信ノード、中継ノードまたは受信ノードのいずれとしても機能する通信ノードであって、
    自ノードが中継ノードとして機能する時、送信ノードとして機能する他のノード及び受信ノードとして機能する他のノードに接続されて送受信を行う送受信手段と、
    該送受信手段経由で該送信ノードとして機能する他のノードから経路多重化要求メッセージを受信すると、自ノード及び前記受信ノードとして機能する他のノード間の対向リンクの帯域を前記送信ノードとして機能する他のノードに提供することにより前記第１経路と第２経路を論理的に多重化できるか否かを判定する制御手段と、
    該制御手段の判定結果が経路多重化可能を示す時、経路多重化了解メッセージを前記送受信手段経由で前記送信ノードとして機能する他のノードに返送するメッセージ生成手段と、
    該制御手段により制御され、前記送信ノードとして機能する他のノードからのトラフィックを前記第２経路に送信する経路多重手段を具備することを特徴とする通信ノード。
21. 請求項２０において、 前記受信ノードして機能する他のノードに至るリンクの状態を保存する経路状態メモリを更に具備し、前記制御手段は、前記経路多重化了解メッセージが返信された後に前記送信ノードして機能する他のノードから到来するデータを前記送受信手段経由で受け取ると、前記多重手段を制御し該データを前記リンクに多重させ、多重化後のデータ量に基づき前記保存されているリンクの状態を更新し、後続のデータの前記リンクへの多重化の可否を更新されたリンクの状態に基づき判定し、前記メッセージ生成手段は該制御手段が多重化不可能と判定する場合、多重化却下メッセージを前記送受信手段経由で前記送信ノードに返信することを特徴とする通信ノード。
22. 請求項２０または２１において、前記メッセージ生成手段が生成する前記経路多重化了解メッセージは前記対向リンクの経路状態情報を含むことを特徴とする通信ノード。
23. 請求項２０乃至２２のいずれかにおいて、前記制御手段は前記経路状態情報に基づき前記対向リンクの帯域を前記送信ノードに提供することが可能か否かを判定することを特徴とする通信ノード。
24. 請求項２０乃至２３のいずれかにおいて、 自ノードが送信ノードとして機能する時、前記送受信手段経由で送信データを負荷分散する逆多重手段を更に具備することを特徴とする通信ノード。
25. 請求項２４において、前記受信ノードとして機能する他のノードに至るリンクのトラフィックレートの該リンクの帯域に占める割合が所定値以上のとき前記経路多重化要求メッセージを自ノードと前記受信ノードとして機能する他のノードとを結ぶ経路上にある中継ノードとして機能する他のノードに送信することを特徴とする通信ノード。
26. 請求項２５において、前記受信ノードとして機能する他のノードに至るリンクの信頼性が十分のとき前記逆多重手段は送信データに負荷分散を実行し、該リンクの信頼性が不十分のとき送信データを前記中継ノードとして機能する他のノードに送信することを特徴とする通信ノード。
27. 送信ノードから受信ノードに至る第１経路、該送信ノードから中継ノード経由で該受信ノードに至る第２経路を構成される通信網において、
    a）前記送信ノードが経路多重化要求メッセージを前記中継ノードに送信するステップ、
    b）該中継ノードは該中継ノードと前記受信ノード間の対向リンクの帯域を前記送信ノードに提供することによって前記第１経路及び第２経路を論理的に多重化できるか否かを判定するステップ、
    c) 該判定結果が経路多重化可能を示す時、経路多重化了解メッセージを前記送信ノードに返送するステップ、
    d) 前記送信ノードは該経路多重化了解メッセージに応じ前記第１経路及び第２経路を多重化して通信するステップから成ることを特徴とする通信方法。
28. 請求項２７において、前記ステップ（ｂ）は、前記中継ノードから前記受信ノードに至るリンクの状態をメモリに保存し、該保存されたリンクの状態を経路多重化後のトラフィック量に基づき更新し、後続するトラフィックが前記リンクに送信可能か否かを前記更新されたリンクの状態に基づき判定し、
    前記ステップ（ｃ）は該ステップ（ｂ）の判定結果が不可能の場合、経路多重化却下メッセージを前記送受信手段経由で前記送信ノードに返信することを特徴とする通信方法。
29. 請求項２７または２８において、前記ステップ（ｃ）が返信する前記経路多重化要求メッセージは前記対向リンクの経路状態情報を含むことを特徴とする通信方法。
30. 請求項２７乃至２９のいずれかにおいて、前記ステップ（ｂ）は前記経路状態情報に基づき前記対向リンクの帯域を前記送信ノードに提供することが可能か否かを判定することを特徴とする通信方法。
31. 請求項２７乃至３０のいずれかの通信方法を実施するためのコンピュータプログラム。

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