JP4358162B2

JP4358162B2 - ゲートウェイ装置

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Publication number: JP4358162B2
Application number: JP2005198909A
Authority: JP
Inventors: 清高辻
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2025-07-07
Also published as: JP2007019831A

Description

本発明は、例えば回線交換網とＩＰ（Internet Protocol）網とを相互に接続するために用いられるゲートウェイ装置に関する。

近年になり情報通信ニーズの増大や通信の自由化が進展するにつれ、音声およびデータ通信を含む情報通信サービスが多様化してきている。このような背景から通信サービス分野に新たに参入する事業者（キャリア）も増えてきており、キャリア間のサービス競争が盛んになってきている。新規のキャリアはＮＣＣ（New common carrier）と称され、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）などの技術を用いて様々なサービスを提供している。ＶｏＩＰ（ヴォイプ）とはディジタルの音声データをパケット化して伝送することにより、音声系ネットワークとデータ系ネットワークとを統合する技術である。

ＮＣＣは、加入者回線を既に持つ特定のキャリアから、交換機などの設備を既定の料金で借り受けることが多い。またＮＣＣの多くは、自らの資金で例えばＩＰ網などの自前の交換ネットワークを構築する。これに、特定キャリアの回線交換網（ＰＳＴＮ：Public Switched Telephone Network）も加えて通信システムが形成され、一般ユーザへのサービスの提供にあたってはこれらの設備が複合的に利用される。下記特許文献１に、ＩＰネットワークを用いたサービスの一例が開示される。
特開２００２−２５２６３７号公報

ＰＳＴＮとＩＰ網とを組み合わせた通信システムを構築するために、ゲートウェイ装置が用いられる。この種の装置は音声データやバイナリデータをＩＰ（Internet Protocol）パケットに変換するＩＰ変換部や、ＩＰパケットをスイッチングするパケットスイッチ部を備える。

ところで、この種の装置において回路故障や回線断などが生じると、カード交換またはケーブル交換が完了するまで回線を使用することができず、復旧に時間がかかる。これを避けるためＩＰ変換部やパケットスイッチ部などを２重化し、信号経路を切り替えるリレーにより待機系と現用系とを切り替えるようにすることが考えられる。しかしながら既存の装置においては全てのトラフィックが現用系に集中するため、処理パフォーマンスが低下することがある。
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、トラフィックの増加に対するパフォーマンスの低下を軽減したネットワーク装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明の一態様によれば、加入者網と、回線交換網と、パケット通信網との間で相互に通信プロトコルを変換してこれらの網の相互通信を実現するゲートウェイ装置であって、前記加入者網を終端して装置内信号を生成する加入者網インタフェースと、前記回線交換網を終端して前記装置内信号を生成する回線交換網インタフェースと、前記装置内信号を回線交換する交換手段と、この交換手段から前記パケット通信網に向け出力される装置内信号をパケット化する信号変換手段と、この信号変換手段から出力されるパケット信号を前記パケット通信網における宛先に向け経路制御して送出する第１パケットスイッチと、この第１パケットスイッチの予備系として機能する第２パケットスイッチと、前記第１パケットスイッチの障害時には前記信号変換手段から出力されるパケット信号を前記第２パケットスイッチに入力し、前記第１および第２パケットスイッチの無障害時には前記信号変換手段から出力されるパケット信号を前記第１および第２パケットスイッチに入力する切替手段とを具備し、この切替手段は、前記第１パケットスイッチおよび前記第２パケットスイッチの信号入方路および信号出方路に設けられ、前記パケット信号の経路を前記障害時と前記無障害時とで切り替える複数のリレーを備え、これらの複数のリレーはオンとオフの２つの状態を取り、オン状態においてオフ状態よりも多くの電力を消費し、オン状態のリレーの数とオフ状態のリレーの数とを前記障害時と前記無障害時とで同一相当とすべく、前記複数のリレーを前記第１パケットスイッチおよび前記第２パケットスイッチに接続したことを特徴とするゲートウェイ装置が提供される。

このような手段を講じることにより、パケット通信網に接続されるパケットスイッチは冗長化され、耐障害性能が高められる。しかも、現用系としての第１パケットスイッチに障害が無く、第２パケットスイッチにも障害がない場合には、パケットトラフィックが第１および第２パケットスイッチの両方に振り分けて入力される。これによりトラフィックが一方のパケットスイッチに集中することを防止でき、従ってパフォーマンスの低下を軽減することが可能になる。
しかも、リレーで消費される電力を冗長切替の前後でほぼ同じにすることができる。従って冗長切替の前後において消費電流を安定化でき、装置への負担を軽減することが可能になる。

本発明によれば、トラフィックの増加に対するパフォーマンスの低下を軽減したネットワーク装置を提供することができる。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係わる通信システムの実施の形態を示すシステム図である。図１において加入者網ＳＮの複数の加入者回線１１４は、まずゲートウェイ装置１に収容される。ゲートウェイ装置１はＩＰ網ＤＮに接続される。ＩＰ網ＤＮはパケット通信網であり、ＮＣＣの独自網などとして形成される。またＩＰ網ＤＮとしてインターネットを接続することもできる。

加入者網ＳＮには、加入者端末５や移動電話システムの基地局ＣＳ１、および無線端末ＰＳ１などが属する。加入者端末５および基地局ＣＳ１は加入者回線１１４を介してゲートウェイ装置１に接続される。加入者回線１１４は複数の加入者端末５や無線端末ＰＳ１ごとに割り当てられるアクセス回線である。

ゲートウェイ装置１は、加入者網ＳＮから発せられた信号（音声データや映像、画像データなどのディジタルデータ信号）をＩＰ網ＤＮに送出する。またゲートウェイ装置１は、ＩＰ網ＤＮからの加入者網ＳＮ内の端末に宛てた信号を加入者網ＳＮ内に送出し、当該端末に着信させる。これにより、ＩＰ網ＤＮに属する加入者端末７と、加入者端末５および無線端末ＰＳ１との間に双方向の通信経路を任意に設定することができる。さらに図１のシステムでは、ネットワーク監視装置ＭＥがＩＰ網ＤＮに設けられる。ネットワーク監視装置ＭＥはＩＰ網ＤＮを介してゲートウェイ装置１と種々の情報を授受し、主にゲートウェイ装置１の運用状態を管理する。

図２は、既存の音声通信システムを示すシステムブロック図である。図２において加入者網ＳＮの加入者端末５は、回線交換網ＸＮの交換機３に加入者回線１１４を介して収容される。交換機３は回線交換網ＸＮに属する設備である。なお図１のシステムと図２のシステムとを組み合わせる場合、ゲートウェイ装置１は交換機３よりも加入者端末側に設けられる。よって加入者網ＳＮと回線交換網ＸＮとの網間接続点は、ゲートウェイ装置１と交換機３との間の接続箇所となる。すなわちゲートウェイ装置１は、加入者網ＳＮと回線交換網ＸＮとの網間接続点よりも加入者網ＳＮ側に配置される。また加入者網ＳＮと、回線交換網ＸＮとＩＰ網ＤＮとの通信プロトコルは互いに異なる。

図３は、図１のゲートウェイ装置１の実施の形態を示す機能ブロック図である。図３において、ゲートウェイ装置１は制御部１６と加入者回線インタフェース１１，１２とを備える。加入者回線インタフェース１１は加入者回線１１４のインタフェース制御を行い、加入者回線インタフェース１２は加入者回線１１５のインタフェース制御を行う。

すなわち加入者回線インタフェース１１は加入者回線１１４を介して加入者端末や無線基地局を収容し、ＩＳＤＮ（Integrated Service Digital Network）の交換局側インタフェースを提供する。加入者回線インタフェース１２は加入者回線１１５に接続され、ＩＳＤＮの端末側インタフェースを提供する。なお加入者回線１１５の通信容量はトラヒックの需要予測に基づいて予め設計される。

また制御部１６は、時分割スイッチなどの交換部１００を備える。交換部１００は、ＩＰ網ＤＮと加入者回線１１４のそれぞれとの通信経路を交換接続する。また回線交換網ＸＮがゲートウェイ装置１に接続されている場合には、交換部１００は、回線交換網ＸＮおよびＩＰ網ＤＮと加入者回線１１４のそれぞれとの通信経路を交換接続する。

さらに図３のゲートウェイ装置１は、ＩＰ変換部１４およびパケットスイッチ１５を備える。ＩＰ変換部１４は制御部１６とＩＰ網ＤＮとの間に設けられ、網間のプロトコル変換を行う。すなわちＩＰ変換部１４は、他の通信網（回線交換網ＸＮなど）を介して与えられる時分割多重信号をＩＰパケットに変換し、パケットスイッチ１５に入力する。ＩＰパケットは宛先ＩＰアドレスに従ってルーティングされ、ＬＡＮ（Local Area Network）ケーブル１１７を介してＩＰ網ＤＮに送出される。またＩＰ変換部１４は、ＩＰ網ＤＮからＬＡＮケーブル１１７およびパケットスイッチ１５を介して入力されるＩＰパケットを時分割多重信号に変換する。

なお、図３において加入者回線インタフェース１１に収容される加入者回線１１４の回線収容数と、加入者回線インタフェース１２に収容される加入者回線１１５の回線収容数すなわち通信容量とは、同数とする。または、加入者回線インタフェース１１に収容される加入者回線１１４の回線収容数を、加入者回線インタフェース１２に収容される加入者回線１１５の回線収容数よりも多くする。このようにするとシステムの設計上、有利である。

制御部１６はゲートウェイ装置１の全体の制御を行う。つまり、制御部１６は加入者回線インタフェース１１、加入者回線インタフェース１２に対して加入者回線１１４、加入者回線１１５の制御を行うよう要求したり、加入者回線インタフェース１１、加入者回線インタフェース１２が検出した障害を総合的に管理する。

ゲートウェイ装置１の制御部１６はＩＰ網ＤＮ経由でネットワーク監視装置ＭＥに接続される。ネットワーク監視装置ＭＥは制御部１６と通信を行い、総合的に管理している情報をネットワーク監視装置ＭＥ側で表示することにより、ゲートウェイ装置１を遠隔から監視、管理することができる。

図３において、制御部１６はＩＰ変換部１４およびパケットスイッチ１５を介してＩＰ網ＤＮに接続される。加入者回線インタフェース１１，１２および制御部１６はいずれも専用のＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリ（図示せず）を備え、各メモリに記憶されるプログラムに基づくＣＰＵの演算処理により動作する。

図４は、図３の制御部１６およびパケットスイッチ１５の冗長構成を示すブロック図である。制御部１６およびパケットスイッチ１５は、いずれも現用系および予備系に二重化される。パケットスイッチ１５は、現用系ＬＡＮスイッチ１５１と予備系ＬＡＮスイッチ１５２とに二重化される。制御部１６は、現用系制御部１６ａと予備系制御部１６ｂとに二重化される。現用系ＬＡＮスイッチ１５１と予備系ＬＡＮスイッチ１５２とは、それぞれ自らの駆動状態を示すステータス信号を、ポーリング要求などに応じて現用系制御部１６ａと予備系制御部１６ｂとに通知する。制御部１６はパケットスイッチ１５の駆動状態を認識し、その結果に基づく制御信号をリレー制御回路１５９に与える。リレー制御回路１５９は、現用系ＬＡＮスイッチ１５１と予備系ＬＡＮスイッチ１５２との駆動状態に基づいて、パケットスイッチ１５内に備わる複数のリレー（後述する）を切替制御するためのリレー制御信号を出力する。

図５は、図３のパケットスイッチ部１５の要部構成を示す機能ブロック図である。パケットスイッチ部１５は、例えばスイッチングＩＣ（Integrated Circuit）として実現され、ＩＰパケットをＯＳＩ参照モデル第３レイヤ以下において処理するＬＡＮスイッチを備える。ＬＡＮスイッチは現用系および予備系を備えて二重化され、現用系ＬＡＮスイッチに符号１５１を、予備系ＬＡＮスイッチに符号１５２を付与する。

またパケットスイッチ部１５は、シリアルバス１１６を介して伝送されるＩＰパケットの伝送経路を現用系ＬＡＮスイッチ１５１および予備系ＬＡＮスイッチ１５２のいずれかに切り替え、現用系ＬＡＮスイッチ１５１と予備系ＬＡＮスイッチ１５２との間での冗長切り替えを実現するためのリレー１５３〜１５８を備える。リレー１５３〜１５８はいずれも２つの接点を有し、オン状態において一方の接点が接続され、オフ状態において他方の接点が接続される。いずれの状態においても電力が消費されるが、オン状態における電力消費量がオフ状態に比べて多いとする。各リレー１５３〜１５８は、リレー制御回路１５９から与えられるリレー制御信号１５１０，１５１１によりオンまたはオフのいずれかの状態に切り替えられる。

図５において、ＩＰ変換部１４からのシリアルバス１１６は２系統に分岐され、それぞれリレー１５３，１５４の入力端子に接続される。リレー１５３のオフ側端子およびリレー１５４のオン側端子は現用系ＬＡＮスイッチ１５１に接続され、リレー１５３のオン側端子およびリレー１５４のオフ側端子は予備系ＬＡＮスイッチ１５２に接続される。

現用系ＬＡＮスイッチ１５１の出力はリレー１５５の入力端子に接続され、予備系ＬＡＮスイッチ１５２の出力はリレー１５７の入力端子に接続される。リレー１５５のオフ側出力端子はリレー１５６のオフ側入力端子に接続される。リレー１５５のオン側出力端子はリレー１５８のオン側入力端子に接続される。リレー１５７のオン側出力端子はリレー１５６のオン側入力端子に接続される。リレー１５７のオフ側出力端子はリレー１５８のオフ側入力端子に接続される。そして、リレー１５６の出力端子は現用ポート１５１２に接続され、リレー１５８の出力端子は予備ポート１５１３に接続される。現用ポート１５１２と予備ポート１５１３とは、ＬＡＮケーブル１１７を介してＩＰ網ＤＮに接続される。

図６は、図５のパケットスイッチ部１５の通常状態における信号経路を示す図である。図６において、通常状態すなわち無障害時には、リレー１５３がオフ、リレー１５４がオンとなり、シリアルバス１１６からのＩＰパケットは全て現用系ＬＡＮスイッチ１５１に接続される。また、１５５〜１５８のリレーはオフとなり、現用系ＬＡＮスイッチ１５１が現用ポート１５１２およびＬＡＮケーブル１１７を介してＩＰ網ＤＮに接続される。

図７は、図６に示される状態から現用系ＬＡＮスイッチ１５１に障害が生じた場合の信号経路を示す図である。現用系ＬＡＮスイッチ１５１に障害が生じると、図４の現用系ＬＡＮスイッチ１５１からのステータス信号が現用系制御部１６ａに与えられる。これにより現用系制御部１６ａは障害の発生を認識し、リレー制御回路１５９にリレー制御情報が発行される。これを受けてリレー制御信号１５１０によりリレー１５３がオンされ、リレー１５４がオフされる。これによりシリアルバス１１６からのＩＰパケットは全て予備系ＬＡＮスイッチ１５２に接続される。また、リレー制御信号１５１１によりリレー１５６，１５７はいずれもオンされ、これにより予備系ＬＡＮスイッチ１５２が現用ポート１５１２を介してＩＰ網ＤＮに接続される。

図８は、図６に示される状態から現用ポート１５１２に回線障害が生じた場合の信号経路を示す図である。現用ポート１５１２に回線障害が生じると、現用ポート１５１２に接続されている現用系ＬＡＮスイッチ１５１が障害を検出し、図４の現用系ＬＡＮスイッチ１５１からのステータス信号が現用系制御部１６ａに与えられる。これにより現用系制御部１６ａは障害の発生を認識し、リレー制御回路１５９にリレー制御情報が発行される。これを受けてリレー１５３がオフされるとともにリレー１５４がオンされ、これによりシリアルバス１１６からのＩＰパケットは全て現用系ＬＡＮスイッチ１５１に接続される。また、リレー制御信号１５１１によりリレー１５６，１５７がいずれもオンされ、これにより現用系ＬＡＮスイッチ１５１が予備ポート１５１３を介してＩＰ網ＤＮに接続される。

以上のように本実施形態では、パケットスイッチ部１５に現用系ＬＡＮスイッチ１５１および予備系ＬＡＮスイッチ１５２を備えて冗長化し、各ＬＡＮスイッチ１５１，１５２の信号入方路および信号出方路に設けられるリレー１５３〜１５８により冗長切り替えを実施できるようにする。これにより障害からの速やかな復旧を実現することができる。各リレー１５３〜１５８はオフおよびオンの２つの接続状態を持ち、このうちオン状態において多くの電力を消費するとする。そして、冗長切り替えの前後すなわち通常動作時と障害動作時とにおいて、オン状態に有るリレーの数を同一相当とすべく、各リレー１５３〜１５８を現用系ＬＡＮスイッチ１５１および予備系ＬＡＮスイッチ１５２に接続するようにしている。

既存の装置においては、例えば現用系動作時には全てのリレーがオフされ、待機系への切り替えに伴って全てのリレーがオンとなるようになっている。リレーはオン状態において比較的大きな電力を消費するため、全てのリレーがオンされると消費電力が急激に増加し、電源回路などに過大な負荷がかかって最悪の場合には装置破壊に至る虞が有る。

これに対し第１の実施形態では、ＩＰ変換部１４に接続されるリレー（リレー１５３，１５４）の駆動方向を半分ずつ逆にする構成としているため、図６の状態でのリレーの駆動数をｎ個とすると、図７の状態でのリレーの駆動数はｎ＋２個、図８の状態でのリレーの駆動数はｎ＋２個となる。よって、冗長切り替えの前後において駆動状態（オン状態）にあるリレーの数はほぼ同じとなる。従って冗長切り替えの前後において消費電流を安定化でき、電源回路などへの負担を軽減できる。特に、ｎが多くなればなるほどこの効果はより顕著になる。以上のことから、電力消費量を安定化できるとともに障害から速やかに復旧することの可能なゲートウェイ装置を提供することが可能となる。

［第２の実施形態］
各リレー１５３〜１５８は個別にオン／オフ駆動することができ、各リレーのオン／オフ状態の組み合わせは上記の限りではない。以下では、現用系と予備系とを具備することの利点を生かし、ＬＡＮスイッチへの負荷を軽減することの可能な実施形態を開示する。

図９は、図５のパケットスイッチ部１５における信号経路の他の例を示す図である。図９において、現用系ＬＡＮスイッチ１５１および予備系ＬＡＮスイッチ１５２のいずれにも障害が生じていないとする。このことは図４の制御部１６により認識される。この状態において制御部１６は、各リレー１５３〜１５８を全てオフとする。このようにすることで、ＬＡＮスイッチ１５１，１５２のトラフィック負荷を分散させることができる。またＩＰ変換部１４が冗長化されている場合には、各ＩＰ変換部１４のトラフィック負荷を軽減することもできる。これによりトラフィックの集中を防ぐことができ、負荷を分散してパフォーマンスの低下を軽減することができる。しかも、この状態では全てのリレー１５３〜１５８がオフ状態であるので、電力消費量も最低となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明に係わる通信システムの実施の形態を示すシステム図。既存の音声通信システムを示すシステムブロック図。図１のゲートウェイ装置１の実施の形態を示す機能ブロック図。図３の制御部１６およびパケットスイッチ１５の冗長構成を示すブロック図。図３のパケットスイッチ部１５の要部構成を示す機能ブロック図。図５のパケットスイッチ部１５の通常状態における信号経路を示す図。図６に示される状態から現用系ＬＡＮスイッチ１５１に障害が生じた場合の信号経路を示す図。図６に示される状態から現用ポート１５１２に回線障害が生じた場合の信号経路を示す図。図５のパケットスイッチ部１５における信号経路の他の例を示す図。

符号の説明

ＳＮ…加入者網、ＤＮ…ＩＰ網、ＸＮ…回線交換網、１…ゲートウェイ装置、ＣＳ１…基地局、ＰＳ１…無線端末、３…交換機、５〜７…加入者端末、１１…加入者回線インタフェース（端末側）、１２…加入者回線インタフェース（交換機側）、１４…ＩＰ変換部、１５…パケットスイッチ部、１６…制御部、１１４…加入者回線、１１５…加入者回線、１１６…シリアルバス、１１７…ＬＡＮケーブル、１５１…現用系ＬＡＮスイッチ、１５２…予備系ＬＡＮスイッチ、１５３〜１５８…リレー、１５９…リレー制御回路、１５１２…現用ポート、１５１３…予備ポート

Claims

加入者網と、回線交換網と、パケット通信網との間で相互に通信プロトコルを変換してこれらの網の相互通信を実現するゲートウェイ装置であって、
前記加入者網を終端して装置内信号を生成する加入者網インタフェースと、
前記回線交換網を終端して前記装置内信号を生成する回線交換網インタフェースと、
前記装置内信号を回線交換する交換手段と、
この交換手段から前記パケット通信網に向け出力される装置内信号をパケット化する信号変換手段と、
この信号変換手段から出力されるパケット信号を前記パケット通信網における宛先に向け経路制御して送出する第１パケットスイッチと、
この第１パケットスイッチの予備系として機能する第２パケットスイッチと、
前記第１パケットスイッチの障害時には前記信号変換手段から出力されるパケット信号を前記第２パケットスイッチに入力し、前記第１および第２パケットスイッチの無障害時には前記信号変換手段から出力されるパケット信号を前記第１および第２パケットスイッチに入力する切替手段とを具備し、
この切替手段は、
前記第１パケットスイッチおよび前記第２パケットスイッチの信号入方路に設けられ、前記パケット信号の経路を前記障害時と前記無障害時とで切り替える複数のリレーを備え、
これらの複数のリレーはオンとオフの２つの状態を取り、オン状態においてオフ状態よりも多くの電力を消費し、
オン状態のリレーの数とオフ状態のリレーの数とを前記障害時と前記無障害時とで同一相当とすべく、前記複数のリレーを前記第１パケットスイッチおよび前記第２パケットスイッチに接続したことを特徴とするゲートウェイ装置。
前記複数のリレーは、前記第１パケットスイッチおよび前記第２パケットスイッチの信号入方路および信号出方路に設けられ、
さらに、前記第１パケットスイッチまたは前記第２パケットスイッチから送出されたパケット信号を前記パケット通信網に送出する第１ポートと、
前記第１ポートの予備系として機能する第２ポートとをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のゲートウェイ装置。