JP4074631B2 - 伝送路システム、および同システムにおけるフレーム伝送装置、ならびに伝送路切り替え方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のポートを持つ複数のノードが、伝送路を介してフレームの伝送を行う、伝送路システム、および同システムにおけるフレーム伝送装置、ならびに伝送路切り替え方法に関する。

ネットワークの一形態として、ＩＥＥＥ８０２．３に規定されたリング構成のレイヤ２（ＯＳＩ：Open Systems Interconnection参照モデル７階層のうちの階層２）のイーサネット（登録商標）がある。また、ネットワーク構成のプロトコルとして、ＳＴＰ（Spanning Tree Protocol）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
ＳＴＰは、レイヤ２ネットワークにおいて、ループ構成を作らないようにネットワークを論理的に木構造とするためのプロトコルである。このＳＴＰは、情報転送ルートとして、物理的にループを含むトポロジから不要なパス（リンク）を論理的に切断し、ループのない論理的な木構造を構築する。また、木構造を構成するノード間に物理的または論理的な切断（断線）が発生したときには一度構築した木構造を再構築できるようになっている。

前記した木構造を構築するためには、どれか１つのノードをルートとして決め、他のノードについては隣接するノード間でトポロジ情報を交換することで、ポートの接続先がルートにより近いノードをルートポート、ルートから遠いノードを代表ポートとして決定する処理を全てのノードで実行する。そして、これらの上下関係のトポロジ情報を系全体に広めて木構造を構築する。
一方、木構造を再構築するためには、トポロジ復旧メッセージ機能を使用する。この処理は、例えば、伝送路に断線が発生した時、系全体にそのことを速報して再調停を促し、断線状態からの速やかな復旧を支援するために用意される機能である。調停は、論理的トポロジを構築するために隣接ノード間で行われ、トポロジ情報の交換、評価、ポートステート制御などの一連の処理を行う（例えば、特許文献１、２、３参照）。
ANSI：IEEE Std802.ID the spanning tree algorithm and protocol 特開２００４−１２９１００号公報（段落「００２３」〜「００２７」、図１） 特開２００４−２８２４０９号公報（段落「００５６」〜「００７８」、図１） 特開２００４−１４７１７２号公報（段落「００２９」〜「００３５」、図１）

ところで、前記した従来のＳＴＰによるポートステート制御およびトポロジ修復の仕方によれば、それぞれ以下に示す問題がある。
一つは、論理的トポロジの構築までに数十秒オーダーの長い時間を必要とすることである。隣接するノード同士は、互いのトポロジ情報を交換し、その優先順位を比較することでノード間の上下関係を決定し、ポートの論理的な役割を決定する。すなわち、ルートポートであれば各ポートにフレームの転送を禁止するブロッキング状態を維持し、代表ポートであれば許可するフォワーディング状態へ遷移できる。但し、ルートポートまたは代表ポートに選定されてからすぐにフォワーディング状態に遷移できるわけでなく、フレームの転送の準備状態として、一時的なループ形成を阻止するリスニング状態、およびフレームの転送の準備状態として、リスニング状態でフレームの受信のみ許可するラーニング状態とを経てから前記したフォワーディング状態に至るため、実際にフレームを転送するまでにかなりの遅延時間が発生する。

他の一つは、断線など、伝送路に障害が発生したときに、論理的トポロジを修復するまでに更に時間がかかることである。断線が発生した場合には、切断箇所を迂回する新たな論理的トポロジを構築しなければならない。速やかな論理的トポロジの構築のためには、断線があったことをネットワーク全体に通知する必要がある。
ＳＴＰでは、ネットワーク全体に障害発生を通知するための手段としてＴＣＮ（Topology Change Notification）メッセージがあるが、これはノード位置記憶キャッシュをクリアするためだけに使われ、トポロジ情報交換のトリガとしての意味は持たない。また、ＴＣＮメッセージ方式では、一度ルートノードまでＴＣＮメッセージを通知し、次に、ルートノードがネットワーク全体に通知するといったステップを踏むため、場合によっては余計な時間がかかってしまう。

本発明は、前記した問題に基づいてなされたものであり、トポロジ構築およびトポロジ修復のための処理を高速化する、伝送路システム、および同システムにおけるフレーム伝送装置、ならびに伝送路切り替え方法を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するために、本発明の伝送路システムは、複数のポートを持つ複数のノードが、伝送路を介してフレームの伝送を行うものであって、前記複数のポートのうち特定されたいずれかを用いたフレームの送信をブロッキングし、前記フレームの伝送に関しては前記特定されたポートと異なるポートを用いて行う一方の終端状態、前記複数のポートのうち少なくとも１つのポートを用いて前記フレームの伝送を行う中間局状態、伝送路を終端し、前記複数のポートのうち前記中間局に接続されるポートを用いて前記フレームの伝送を行う他方の終端状態、のいずれかひとつに前記ノードの状態を設定して網を構築する手段と、隣接するノード間で第１の制御フレームを交換して前記伝送路の障害を監視する手段と、前記監視の結果、伝送路を用いて第２の制御フレームを送信することで、一方の終端状態に遷移したことを他のノードに通知して、隣接するノードを他方の終端状態に、他のノードを中間局状態に遷移させる手段と、を備えた構成とした。

本発明によれば、トポロジ構築およびトポロジ修復のための処理を高速化する、伝送路システム、および同システムにおけるフレーム伝送装置、ならびに伝送路切り替え方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態にかかわる伝送路システム、ここでは、双方向二重リング型伝送路システムの論理的な基本概念を示す図である。
図１において、符号１〜符号６は、フレーム伝送装置としてのノードであり、それぞれには、ユニークなノード番号と、ノード状態とが割り当てられており、これらがＡ系廻り（時計廻り）、Ｂ系廻り（反時計廻り）の２本の伝送路９、１０を介して適宜接続されることにより網が構築される。
図１において、符号１は、一方の終端状態（マスタノード）（以下、Ａ端局という）であり、第２のポート（ポートＢ）側の送信をブロッキング（図中、‖印で示す）するノードである。このため、Ａ端局１では、第１のポート（ポートＡ）側を網内、ポートＢ側を網外と呼ぶ。Ａ端局１において、フレームの伝送は、ポートＡ側のみで行う。また、符号２は、他方の終端状態（終端局ノード）（以下、Ｂ端局という）であり、Ｂ系廻り（反時計廻り）の伝送路１０を終端するノードである。Ｂ端局２では、ポートＢ側を網内、ポートＡ側を網外と呼ぶ。Ｂ端局２において、フレームの伝送はポートＢ側でのみ行う。

符号３〜符号６はいずれも中間局であり、Ａ系廻り（時計廻り）の伝送路９、Ｂ系廻り（反時計廻り）の伝送路１０の両伝送路に対してフレームの伝送が可能なノードである。中間局３〜６は、いずれもポートＡ、ポートＢともに網内に接続され、フレーム伝送は、ポートＡ側、ポートＢ側の両方で双方向に行われる。
なお、符号７、８は、Ａ端局１、Ｂ端局２、中間局３〜６として割り当てられる各ノードに接続される端末（ＰＣ：Personal Computerという）である。端末７、８は、ユーザフレームを生成し、Ａ系廻り（時計廻り）の伝送路９、あるいはＢ系廻り（反時計廻り）の伝送路１０を用いてデータ交換を行う。なお、図１における太線矢印は、データ交換を模式的に示したものである。

図２は、本実施形態にかかわる伝送路システムにおいて送受信されるフレームの種類を示す図である。図中、破線は、リング型伝送路のリングイメージを示している。
ここでは、Ａ端局とＢ端局間で伝送されるユーザフレームｃの他に、隣接するノード間で使用される第１の制御フレームとしての隣接間フレームａと、Ａ端局で生成されて網内でマルチキャスト送信され最終的にＡ端局に返る（受信する）、網制御用の第２の制御フレームとしての網制御フレームｂとが用意される。

なお、ユーザフレームｃは、不図示の支線ＬＡＮ（Local Area Network）から流入するフレームはもとより、自ノードが送受信するＴＣＰ（Transmission Control Protocol）およびＵＤＰ（User Datagram Protocol）フレームも含むものとする。

隣接間フレームａは、隣接ノード間の伝送路の健全性（切り離し、接続）の確認を行うフレームである。具体的に、図１の各ノード１〜６は、両隣の隣接ノードとの間で、現状の自局状態を、隣接間フレームを交換することで互いに通知しあい、ハンドシェイクを行っている。ここでは、隣接ノードと論理的なハンドシェイクが完了している状態をリンクアップと定義している。この隣接間フレームにより、伝送路障害監視および伝送品質の低下についての監視が行われる。
網制御フレームｂは、競合開始トリガフレームと、障害隣接Ａ宣言フレームと、障害隣接Ａ遷移フレームと、障害隣接Ａ遷移応答フレームとがある。

競合開始トリガフレームは、網内に存在する１以上のＡ端局を１つのノードに調停するために用いられ、具体的には、障害回復時に複数のＡ端局が互いに競合を行い優先度に基づく調停により１以上のＡ端局を１つのノードに調停するための契機になる。
障害隣接Ａ宣言フレームは、自局が障害隣接Ａ端局であることを宣言するために用いられ、具体的には、自局がＡ端局として最高優先度を持っているため、競合開始トリガフレームによる競合要求に対して競合を中止し、他ノードは中間局に遷移するように要求する。
障害隣接Ａ遷移フレームは、自局が障害隣接Ａ端局に遷移したことを宣言するために用いられ、具体的には、自局がＡ端局として最高優先度を持ったため、競合開始トリガフレームによる競合要求に対して競合を中止し、他ノードは中間局に遷移するように要求する。
障害隣接Ａ遷移応答フレームは、障害隣接Ａ遷移フレームを送信したノードに対する応答フレームとして用いられ、具体的には、障害隣接Ａ遷移応答フレームは、障害隣接Ａ端局が送信した障害隣接Ａ遷移フレームがＢ端局まで届いたことを通知するものであり、このことにより、Ａ端局〜Ｂ端局間の伝送路を確保できる。

図３は、本実施形態にかかわる伝送路システムで使用されるフレームのデータ形式を示す図であり、（ａ）隣接間フレーム、（ｂ）網制御フレーム、（ｃ）ユーザフレームのそれぞれが示されている。

図３（ａ）に示されるように、隣接間フレームは、宛先アドレス、送信元アドレス、タグ、フレーム長／タイプ、データエリア、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）の各フィールドにより構成される。また、図３（ｂ）に示されるように、網制御フレームは、宛先アドレス、送信元アドレス、タグ、フレーム長／タイプ、データエリア、ＣＲＣの各フィールドで構成される。
なお、データエリアに割り付けられるフレーム識別番号は、競合開始トリガフレーム、障害隣接Ａ宣言フレーム、障害隣接Ａ宣言フレーム、障害隣接Ａ遷移応答フレームの識別を行うために用いられ、制御情報は、前記各フレームが競合したときに制御情報として付された優先度により、いずれかひとつのフレームを有効にするために用いられる情報である。また、タグは、任意のポートを複数のＶＬＡＮ（Virtual LAN）に所属させるための識別のために用いられる。また、前記した隣接間フレーム、網制御フレームの識別は、固有の宛先アドレスの値により識別されるものとする。

また、図３（ｃ）に示されるように、ユーザフレームは、宛先アドレス、送信元アドレス、フレーム長／タイプ、データエリア、ＣＲＣの各フィールドにより構成される。
なお、前記した隣接間フレームおよび網制御フレームは、マルチキャストを用いて送信される。このため、図１の各ノード１〜６は、マルチキャストドメインを仮想的に複数に分割するＶＬＡＮの機能を備えたノードを用いることとする。

図４は、本実施形態にかかわるデータ伝送装置の内部構成を示すブロック図であり、具体的には、図１に示す各ノード１〜６の内部構成を示している。
本実施形態にかかわるデータ伝送装置は、ポートＡ（１１）と、ポートＢ（１２）と、ポートステート制御部１３と、受信バッファ１４と、受信フレーム制御部１５と、送信バッファ１６と、送信フレーム制御部１７と、網制御部１８とで構成される。

ポートステート制御部１３は、隣接するノード１〜６間で隣接間フレームを交換して周期的にハンドシェイクを行い、Ａ系廻り、Ｂ系廻りの伝送路９、１０（図１）の障害を監視する。
また、ポートステート制御部１３は、ポートＡ（１１）およびポートＢ（１２）を介して受信した、隣接間フレーム、あるいは網制御フレームの宛先アドレスを判別して、ポートＢ（１２）およびポートＡ（１１）に対する隣接間フレーム、あるいは網制御フレームの伝送をフォワーディングするかブロッキングするかを決定し、受信フレーム制御部１５を介して受信バッファ１４に格納する。

網制御部１８は、伝送路９（１０）の障害が検知されることにより、障害隣接Ａ端局に遷移するノードからＡ系廻りの伝送路９を用いてマルチキャスト送信される網制御フレームを受信し、ポートＢ（１２）を用いたユーザフレームの伝送をブロッキングする１以上のＡ端局を調停することにより決定される唯一のＡ端局と、当該唯一のＡ端局に隣接し、フレームの伝送をポートＢにより行いＢ系廻りの伝送路１０を終端する障害隣接Ｂ端局に遷移するノードとの間の伝送路を再構築する。

また、網制御部１８は、受信バッファ１４に格納された網制御フレームに含まれるフレーム識別番号により、網制御フレームが、障害が発生したＡ系廻り、もしくはＢ系廻りの伝送路９（１０）の回復を検知したときに、競合開始トリガフレーム、障害隣接Ａ宣言フレーム、障害隣接Ａ遷移フレーム、または障害隣接Ａ遷移応答フレームのいずれかを判別し、この判別結果に従い各ノードの状態遷移を制御する。

網制御部１８は更に、各ノード状態に基づき、隣接間フレーム、網制御フレームを送信する場合、送信フレーム制御部１７を介して送信バッファ１６から該当フレームを読み込んでポートステート制御部１３へ送信し、このとき、ポートステート制御部１３は、受信した該当フレームに含まれるタグを判別し、ポートＡ（１１）に送信するか、ポートＢ（１２）に送信するかを決定して送信する。

すなわち、前記したポートステート制御部１３および網制御部１８は、他のノードにおけるポートステート制御部と網制御部と協働することにより、以下に列挙する手段（１）〜（４）として機能する。
（１）自身のノードの状態について、ポートＢ（１２）を用いたフレームの送信をブロッキングし、フレームの伝送に関してポートＡ（１１）を用いて行うＡ端局、Ｂ系廻りの伝送路１０を終端し、ポートＢ（１２）を用いてフレームの伝送を行う終端局、伝送路に対してフレームを伝送し、ポートＡ（１１）、ポートＢ（１２）の両方を用いてフレームの双方向伝送を行う中間局、のいずれかひとつに設定して網を構築する手段
（２）隣接するノードとの間で隣接間フレームを交換し、Ａ系廻りの伝送路９、およびＢ系廻りの伝送路１０の障害を監視する手段
（３）監視の結果、障害を検知したノードが、Ｂ系廻りの伝送路１０を用いて網制御フレームをマルチキャストにより送信し、他のノードに対して、自身がＡ端局に遷移したことを通知して、Ｂ系廻りに隣接するノードを終端局に、他のノードを中間局に遷移させる手段
（４）監視の結果、障害の回復を検知したＡ端局が、Ａ系廻りの伝送路９を用いて網制御フレームをマルチキャストにより送信し、この網制御フレームを受信した１以上のＡ端局による調停が行われ決定される唯一のＡ端局と、調停の結果、中間局に遷移する他のノードを経由して終端局に遷移するノードとの間の網を再構築する手段
前記したいずれの手段についても詳細は後記する。

図６〜図１３は、本実施形態にかかわる伝送路システムの動作を示す図である。いずれも図５に示す本発明の伝送路システムの物理的構成に基づき示してある。
また、図６、図７は、障害発生時における網制御の手順を、図８、図９は、障害回復時における網制御の手順を、図１０、図１１は、複数ループ統合時における網制御の手順を、図１２、図１３は、電源投入時における網制御の手順を示す。なお、図６〜図１３中、○印は中継ポートとして割り当てられるポートを、●印は論理切り替えポートとして割り当てられるポートを、‖は、ブロッキング（論理切断）状態のそれぞれを示す。また、図中、各ノードに付された＃１〜＃６の番号は、図１に示す各ポートの付番１〜６のそれぞれに相当する。

以下、図６〜図１３を参照しながら、本実施形態にかかわる伝送路システムの動作について詳細に説明する。

まず、図６、図７を参照しながら、障害発生時の網制御について説明する。ここでは、ノード＃１がＡ端局に割り当てられてポートＢがブロッキングされ、ノード＃２がＢ端局に割り当てられてポートＡがブロッキングされ、ノード＃３〜＃６のそれぞれが中間局として網が構築されているものとして説明する。

各ノード＃１〜＃６は、隣接間フレーム通信を周期的に実行することにより、伝送路９（１０）の健全性を確認する（図６（ａ））。隣接間フレームがｎ回連続で失敗することにより障害が発生したものとし、ここでは、３回連続で失敗したこと検知することによりノード＃４〜＃５間に断線による障害が発生したものとする（図６（ｂ））。
このことにより、障害を検知したノード＃４は、障害隣接Ａ端局モードに遷移し、障害隣接Ａ端局に遷移したことを宣言するフレーム（障害隣接Ａ遷移フレーム）をＢ系廻りにマルチキャスト送信する。これをうけてノード＃５は障害隣接Ｂ端局モードに遷移する（図６（ｃ））。

一方、ノード＃１は、障害隣接Ａ遷移フレームを受信することにより、他にＡ端局があることを認識し、中間局に遷移してブロッキングを解除する。また、ノード＃２は、ノード＃１が中間局になることで、自ノードはＢ端局ではないことを認識し、中間局に遷移してブロッキングを解除する（図７（ｄ））。
続いて、ノード＃５は、障害隣接Ｂ端局モードに遷移したため、障害隣接Ａ遷移フレームを受信したら応答フレーム（障害隣接Ａ遷移応答フレーム）をＡ系廻りにマルチキャスト送信する（図７（ｅ））。
ノード＃４は、障害隣接Ａ遷移応答フレームを受信したことでＢ端局から応答があったことを認識し、障害隣接Ａ遷移フレームの送信を停止する。なお、各ノード＃１〜＃６は、以降も隣接間フレームを周期的に通信して伝送路の健全性を確認し続ける（図７（ｆ））。

次に、図８、図９を参照しながら、障害回復時の網制御について説明する。ここでは、ノード＃４〜＃５間に断線などの障害が発生し、ノード＃４が障害隣接Ａ端局となってポートＢがブロッキングされ、ノード＃５が障害隣接Ｂ端局となってポートＡがブロッキングされ、ノード＃１〜＃３、＃６が中間局として網が構築されている。
各ノード＃１〜＃６は、隣接間フレーム通信を周期的に実行することにより、伝送路９（１０）の健全性を確認する（図８（ａ））。

次に、ノード＃４〜＃５間で発生した断線を結線することで障害が回復したものとする。ここでは、隣接間フレーム通信が３回連続して成功したことを検知してノード＃４〜＃５間の障害回復を認識する（図８（ｂ））。
ノード＃４は、ポートＢがリンクアップしたことを契機に、障害隣接Ａ端局モードから論理切断Ａ端局競合モードに遷移し、競合開始トリガフレームをＡ系廻りにマルチキャスト送信する。このことにより、ノード＃５は、ポートＡがリンクアップしたことを契機に障害隣接Ｂ端局モードから論理切断Ｂ端局モードに遷移する（図８（ｃ））。

中間局とＢ端局は、ノード＃４から送信された競合開始トリガフレームは無視する。このため、ノード＃４は、自身が送信した競合開始トリガフレームを受信することにより、網内にＡ端局が自ノードしか存在しないことを認識する。このことにより、ノード＃４は、論理切断Ａ端局競合モードから論理切断Ａ端局モードに遷移する（図９（ｄ））。
なお、各ノード＃１〜＃６は、以降も隣接間フレームを周期的に交換して伝送路９（１０）の健全性を確認し続ける（図９（ｅ））。

次に、図１０、図１１を参照しながら複数ループ統合時の網制御について説明する。ここでは、ノード＃１〜＃２間、ノード＃４〜＃５間に障害が発生したものとし、ノード＃１およびノード＃４が障害隣接Ａ端局となってポートＢをブロッキングし、ノード＃２およびノード＃５が障害隣接Ｂ端局ポートとなってポートＡをブロッキングし、ノード＃３およびノード＃６が中間局として網が構築されているものとする。

各ノード＃１〜＃６は、隣接間フレーム通信を周期的に実行することにより、伝送路９（１０）の健全性を確認する（図１０（ａ））。
ここで、ノード＃１〜＃２間の障害が回復したものとする。すなわち、隣接間フレームが３回連続して成功することにより、障害隣接Ａ端局となるノード＃１が、ノード＃１〜＃２間の障害回復を検知する（図１０（ｂ））。
続いて、ノード＃１は、ポートＢがリンクアップしたことを契機に障害隣接Ａ端局モードから論理切断Ａ端局競合モードに遷移し、競合開始トリガフレームをＡ系廻りにマルチキャスト送信する。また、ノード＃２は、ポートＡがリンクアップしたことを契機に障害隣接Ｂ端局モードから論理切断Ｂ端局モードに遷移する（図１０（ｃ））。

中間局としてのノード＃３、＃６と、Ｂ端局としてのノード＃２、＃５は、ノード＃１から送信される競合開始トリガフレームを無視する。ノード＃４は、競合開始トリガフレームを受信するが、この時ノード＃４は障害隣接Ａ端局モードであり、優先度が最大である。そのため、競合開始トリガフレームの送信元であるノード＃１へ、障害隣接Ａ宣言フレームを送信し、自ノードの優先度が高いことを通知する（図１１（ｄ））。
ノード＃１は、障害隣接Ａ宣言フレームを受信し、網内に優先度が高いＡ端局が存在することを認識する。このため、論理切断Ａ端局競合モードから中間局に遷移してブロッキングを解除する。また、ノード＃２は、ノード＃１が中間局になることで、自ノードはＢ端局でないことを認識し、中間局に遷移してブロッキングを解除する。各ノードは以降も隣接間フレームを周期的に交換して伝送路の健全性を確認し続ける（図１１（ｅ））。

最後に、図１２、図１３を参照しながら、電源投入時における網制御の手順について説明する。ここでは、３つあるノードのうち、ノード＃１とノード＃２を立ちあげ、ノード＃３が電源ＯＦＦのままであったとする（図１２（ａ））。
まず、電源ＯＮしたノード＃１、＃２は、電源ＯＦＦの状態から孤立モードに遷移する。続いて、隣接間フレームが３回連続して成功し、ノード＃１、＃２がリンクアップしたことを契機に、ノード＃１は、孤立モードから障害隣接Ｂ端局に、ノード＃２は、障害隣接Ａ端局モードに遷移する（図１２（ｂ））。

続いて、ノード＃３を立ち上げたとする。このことにより、ノード＃３は、電源ＯＦＦの状態から孤立モードに遷移する（図１２（ｃ））。
続いて、隣接間フレームが３回連続して成功することでノード＃３は、孤立モードから障害隣接Ｂ端局モードに遷移する。また、ノード＃１は、ポートＡがリンクアップしたことを契機に障害隣接Ｂ端局モードから中間局に遷移してブロッキングを解除する（図１３（ｄ））。

続いて、ノード＃２とノード＃３間の隣接間フレームが３回連続して成功することで、ノード＃３は、障害隣接Ｂ端局モードから論理切断Ｂ端局モードに遷移する。また、ノード＃２は、ポートＢがリンクアップしたことを契機に障害隣接Ａ端局モードから論理切断Ａ端局競合モードに遷移し、競合開始トリガフレームをＡ系廻りにマルチキャスト送信する（図１３（ｅ））。
このとき、中間局であるノード＃１とＢ端局であるノード＃３は、ノード＃２から送信された競合開始トリガフレームを無視する。また、ノード＃２は、自身が送信した競合開始トリガフレームが返ってきたことから、網内にＡ端局が自ノードしか存在しないことを認識する。そして、ノード＃２は、論理切断Ａ端局競合モードから論理切断Ａ端局モードに遷移する。
各ノード＃１，＃３は、以降も隣接間フレームを周期的に交換して伝送路の健全性を確認し続ける（図１３（ｆ））。

図１４は、本実施形態にかかわる伝送路システムのモード間の状態遷移を示す図である。図６〜図１３を用いて説明した動作を模式的に示している。図中、“アップ”は、隣接局と論理的に接続されている状態を、“ダウン”は論理的に切断されている状態を示す。

以上説明のように本発明は、複数のノード＃１〜＃６が、Ａ系廻りの伝送路９、Ｂ系廻りの伝送路１０を用いてフレームの伝送を行うもので、それぞれのノードを、ポートＢを用いた制御フレームの送信をブロッキングし、フレームの送信に関してポートＡを用いて行うＡ端局、Ｂ系廻りの伝送路を終端し、ポートＢを用いてフレームの伝送を行う終端局ノード、（３）伝送路の両方に対してフレームを送受信し、ポートＡ、ポートＢの両方を用いてフレームの双方向伝送を行う中間ノード、のいずれかに割り当て、伝送路システムを構築するものである。
このとき、各ノード＃１〜＃６（フレーム伝送装置）は、隣接するノードとの間で第１の制御フレームを交換して伝送路の障害監視を行う。そして、障害を検知したノードが、Ｂ系廻りの伝送路１０を用いて第２の制御フレームをマルチキャストにより送信して他のノードに対して自身がＡ端局に遷移したことを通知し、隣接するノードを終端局ノードに、他のノードを中間局ノードに遷移させる。一方、障害の回復を検知したＡ端局は、Ａ系廻りの伝送路９を用いて第２の制御フレームをマルチキャスト送信し、当該第２の制御フレームを受信した１以上のＡ端局による調停が行われ決定される唯一のＡ端局と、調停の結果中間局ノードに遷移する他のノードを経由して終端局ノードに遷移するノードとの間の網を再構築する。

このことにより、双方向二重リング型伝送路システムにおいて伝送路の障害の発生および回復の検知を、隣接するノード間で第１の制御フレームを交換するハンドシェイクにより実現することができ、また、障害発生を検知したノードがＡ端局に遷移し、第２の制御フレームをマルチキャストして調停を行い、網を再構築することで、論理的トポロジ構築に要する時間の短縮をはかることができる。
また、第２の制御フレームはトポロジ情報交換のトリガとしての意味も持ち、マルチキャストにより第２の制御フレームが一斉に各ノードに通知されるため、トポロジ構築、およびトポロジ修復のための処理を高速化することができる。

なお、前記した本発明実施形態によれば、障害として、伝送路の断線のみ例示して説明したが、ノード障害等についても同様に、隣接する障害検出ノードがＡ端局として動作するものであり、同様の効果が得られるものである。
また、図５に示すポートステート制御部１３、受信フレーム制御部１５、送信フレーム制御部１７、網制御部１８のそれぞれが持つ機能をプログラムにより実現し、このプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納し、各ノードの制御中枢となるＣＰＵがそのプログラムを逐次読み出して実行することによっても前記した本発明の双方向二重リング型伝送路システムならびにフレーム伝送装置を構築することができる。

本発明の実施形態にかかわる伝送路システムの論理的な基本概念を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムにおいて送受信されるフレームの種類を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムで使用されるフレームのデータ形式を示す図であり、（ａ）隣接間フレーム、（ｂ）網制御フレーム、（ｃ）ユーザフレーム、それぞれのデータ形式が示される。 本実施形態にかかわるデータ伝送装置の内部構成を示すブロック図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムの物理的な基本構成を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムの障害発生時における網制御の手順を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムの障害発生時における網制御の手順を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムの障害回復時における網制御の手順を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムの障害回復時における網制御の手順を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムの複数ループ統合時における網制御の手順を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムの複数ループ統合時における網制御の手順を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムの電源投入時における網制御の手順を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムの電源投入時における網制御の手順を示す図である。 本実施形態にかかわる伝送路システムのモード間の状態遷移を示す図である。

符号の説明

１〜６ ノード（フレーム伝送装置）
７、８ 端末
９、１０ 伝送路（Ａ系廻り、Ｂ系廻り）
１１ ポートＡ（第１のポート）
１２ ポートＢ（第２のポート）
１３ ポートステート制御部
１４ 受信バッファ
１５ 受信フレーム制御部
１６ 送信バッファ
１７ 送信フレーム制御部
１８ 網制御部

Claims (11)

1. 複数のポートを持つ複数のノードが、伝送路を介してフレームの伝送を行う伝送路システムであって、
   前記複数のポートのうち特定されたいずれかを用いたフレームの送信をブロッキングし、前記フレームの伝送に関しては前記特定されたポートと異なるポートを用いて行う一方の終端状態、前記複数のポートのうち少なくとも１つのポートを用いて前記フレームの伝送を行う中間局状態、伝送路を終端し、前記複数のポートのうち前記中間局に接続されるポートを用いて前記フレームの伝送を行う他方の終端状態、のいずれかひとつに前記ノードの状態を設定して網を構築する手段と、
   隣接するノード間で第１の制御フレームを交換して前記伝送路の障害を監視する手段と、
   前記監視の結果、伝送路を用いて第２の制御フレームを送信することで、一方の終端状態に遷移したことを他のノードに通知して、隣接するノードを他方の終端状態に、他のノードを中間局状態に遷移させる手段と、
   を備え、
   前記複数のノードは、
   （１）障害が発生した伝送路の障害回復を検知したときに、１以上のマスタノードに対して競合を促し調停するための契機となる競合開始トリガフレームと、
   （２）自ノードが最高優先度を持つマスタノードであるため、前記競合開始トリガフレームによる競合を中止し、他ノードに対して中間局ノードに遷移するように要求し、宣言する障害隣接Ａ宣言フレームと、
   （３）自ノードがマスタノードとしての最高優先度を持ったため、前記競合開始トリガフレームによる競合を中止し、他ノードに対して中間局ノードに遷移するように要求し、前記障害を検知して障害隣接Ａ端局に遷移したことを宣言する障害隣接Ａ遷移フレームと、
   （４）自ノードが送信した前記障害隣接Ａ遷移フレームが終端局ノードに到達したことを通知し、前記障害隣接Ａ端局と前記終端局ノードとの間の伝送路が確保されたことを示す障害隣接Ａ遷移応答フレームと、から成る前記第２の制御フレーム、
   のそれぞれを認識し、当該認識結果に基づき各ノードの状態遷移を制御することを特徴とする伝送路システム。
2. 前記複数のノードは、
   第１の制御フレームにより、隣接するノードとの間で周期的にハンドシェイクを行って自ノードの状態を通知しあい伝送路の障害を監視するとともに、隣接するノードと論理的なハンドシェイクが完了したことを契機に、前記ノードの状態遷移の実行を許可することを特徴とする請求項１に記載の伝送路システム。
3. 第１のポートと第２のポートとを持つ複数のノードが、Ａ系廻りとＢ系廻りの伝送路を用いてフレームの伝送を行う伝送路システムであって、
   第２のポートを用いたフレームの送信をブロッキングし、前記フレームの伝送に関しては第１のポートを用いて行うマスタノード、Ｂ系廻りの伝送路を終端し、第２のポートを用いて前記フレームの伝送を行う終端局ノード、伝送路に対して前記フレームを伝送し、第１のポートおよび第２のポートの両方を用いてフレームの双方向伝送を行う中間局ノード、のいずれかひとつに前記ノードの状態を設定して網を構築する手段と、
   隣接するノード間で第１の制御フレームを交換して前記伝送路の障害を監視する手段と、
   前記監視の結果、Ｂ系廻りの伝送路を用いて第２の制御フレームをマルチキャスト送信することで、マスタノードに遷移したことを他のノードに通知して、隣接するノードを終端局ノードに、他のノードを中間局ノードに遷移させる手段と、
   前記監視の結果、前記障害の回復を検知した前記マスタノードが、Ａ系廻りの伝送路を用いて第２の制御フレームをマルチキャスト送信し、前記第２の制御フレームを受信した１以上のマスタノードによる調停が行われ決定される唯一のマスタノードと、前記調停の結果、中間局ノードに遷移する他のノードを経由して終端局ノードに遷移するノードとの間の網を再構築する手段と、
   を備え、
   前記複数のノードは、
   （１）障害が発生した伝送路の障害回復を検知したときに、１以上のマスタノードに対して競合を促し調停するための契機となる競合開始トリガフレームと、
   （２）自ノードが最高優先度を持つマスタノードであるため、前記競合開始トリガフレームによる競合を中止し、他ノードに対して中間局ノードに遷移するように要求し、宣言する障害隣接Ａ宣言フレームと、
   （３）自ノードがマスタノードとしての最高優先度を持ったため、前記競合開始トリガフレームによる競合を中止し、他ノードに対して中間局ノードに遷移するように要求し、前記障害を検知して障害隣接Ａ端局に遷移したことを宣言する障害隣接Ａ遷移フレームと、
   （４）自ノードが送信した前記障害隣接Ａ遷移フレームが終端局ノードに到達したことを通知し、前記障害隣接Ａ端局と前記終端局ノードとの間の伝送路が確保されたことを示す障害隣接Ａ遷移応答フレームと、から成る前記第２の制御フレーム、
   のそれぞれを認識し、当該認識結果に基づき各ノードの状態遷移を制御することを特徴とする伝送路システム。
4. 前記複数のノードは、
   第１の制御フレームにより、隣接するノードとの間で周期的にハンドシェイクを行って自ノードの状態を通知しあい伝送路の障害を監視するとともに、隣接するノードと論理的なハンドシェイクが完了したことを契機に、前記ノードの状態遷移の実行を許可することを特徴とする請求項３に記載の伝送路システム。
5. 第１のポートと第２のポートとを持つ複数のノードが、Ａ系廻りとＢ系廻りの伝送路を用いてフレームの伝送を行う伝送路システムにおけるフレーム伝送装置であって、
   隣接する前記ノード間で第１の制御フレームを交換して周期的にハンドシェイクを行い、前記伝送路の障害を監視するポートステート制御部と、
   前記伝送路の障害を検知することでマスタノードに遷移するノードによりＡ系廻りの伝送路を用いてマルチキャスト送信される第２の制御フレームを受信し、前記第２のポートを用いたユーザフレームの伝送をブロッキングする１以上のマスタノードを調停することで決定される唯一のマスタノードと、当該唯一のマスタノードに隣接し、前記フレームの伝送を第２のポートにより行いＢ系廻りの伝送路を終端する終端局ノードとの間の伝送路を再構築する網制御部と、
   を備え、
   前記網制御部は、
   前記第２の制御フレームに含まれるフレーム識別番号により、前記第２の制御フレームが、（１）障害が発生した伝送路の障害回復を検知したときに、１以上のマスタノードに対して競合を促し調停するための契機となる競合開始トリガフレームか、（２）自ノードが前記伝送路に障害が発生したことを検知した最高優先度を持つマスタノードであるため、競合開始トリガフレームによる競合を中止し、他ノードに対して中間局ノードに遷移するように要求して宣言する障害隣接Ａ宣言フレームか、（３）自ノードがマスタノードとしての最高優先度を持ったため、競合開始トリガフレームによる競合を中止し、他ノードに対して中間局ノードに遷移するように要求し、障害隣接Ａ端局に遷移したことを宣言する障害隣接Ａ遷移フレームか、（４）自ノードが送信した前記障害隣接Ａ遷移フレームが終端局ノードに到達したことを通知し、マスタノードと終端局ノードとの間の伝送路が確保されたことを示す障害隣接Ａ遷移応答フレームかを判別し、
   前記判別結果に従い前記ノードの状態遷移を制御することを特徴とするフレーム伝送装置。
6. 前記ポートステート制御部は、
   前記第１のポートおよび前記第２のポートを介して受信した、前記第１の制御フレームおよび第２の制御フレームの宛先アドレスを判別して、前記第２のポートおよび前記第１のポートに対する制御フレームの伝送をフォワーディングするかブロッキングするかを決定し、受信フレーム制御部を介して受信した前記制御フレームを受信バッファに格納することを特徴とする請求項５に記載のフレーム伝送装置。
7. 第１のポートと第２のポートとを持つ複数のノードが、Ａ系廻りとＢ系廻りの伝送路を用いてフレームの伝送を行う伝送路システムにおけるフレーム伝送装置であって、
   隣接する前記ノード間で第１の制御フレームを交換して周期的にハンドシェイクを行い、前記伝送路の障害を監視するポートステート制御部と、
   前記伝送路の障害を検知することでマスタノードに遷移するノードによりＡ系廻りの伝送路を用いてマルチキャスト送信される第２の制御フレームを受信し、前記第２のポートを用いたユーザフレームの伝送をブロッキングする１以上のマスタノードを調停することで決定される唯一のマスタノードと、当該唯一のマスタノードに隣接し、前記フレームの伝送を第２のポートにより行いＢ系廻りの伝送路を終端する終端局ノードとの間の伝送路を再構築する網制御部と、
   を備え、
   前記網制御部は、
   前記ノード状態に基づき前記第１、第２の制御フレームを送信するときに、送信フレーム制御部を介して送信バッファから読み込み、該当制御フレームを前記ポートステート制御部へ送信し、前記ポートステート制御部は、受信した前記該当制御フレームに含まれるタグを判別し、第１のポートに送信するか、第２のポートに送信するかを決定して送信することを特徴とするフレーム伝送装置。
8. 前記ポートステート制御部は、
   前記第１のポートおよび前記第２のポートを介して受信した、前記第１の制御フレームおよび第２の制御フレームの宛先アドレスを判別して、前記第２のポートおよび前記第１のポートに対する制御フレームの伝送をフォワーディングするかブロッキングするかを決定し、受信フレーム制御部を介して受信した前記制御フレームを受信バッファに格納することを特徴とする請求項７に記載のフレーム伝送装置。
9. 第１のポートと第２のポートとを持つ複数のノードが、Ａ系廻りとＢ系廻りの伝送路を用いてフレームの送受信を行う伝送路システムにおける伝送路切り替え方法であって、
   前記各ノードが、隣接するノード間で第１の制御フレームを交換してハンドシェイクを行い、前記伝送路において発生する障害を監視する第１のステップと、
   前記監視の結果、（１）障害を検知したノードが、第２のポートを用いたフレームの送信をブロッキングし、第１のポートからＢ系廻りの伝送路を用いて第２の制御フレームをマルチキャスト送信して、マスタノードに遷移したことを他のノードに対し通知することで、（２）前記遷移したマスタノードに隣接するノードが、前記Ｂ系廻りの伝送路を終端し、第２のポートを用いてフレームの伝送を行う終端局ノードに遷移し、（３）他のノードが、前記伝送路に対して前記第２の制御フレームを伝送し、第１のポートおよび第２のポートの両方を用いてフレームの伝送を行う中間局ノードに遷移する第２のステップと、
   前記障害の回復を検知した前記マスタノードが、Ａ系廻りの伝送路を用いて第２の制御フレームをマルチキャスト送信し、前記第２の制御フレームを受信した１以上のマスタノードによる調停を促し、前記調停の結果決定される唯一のマスタノードが、前記調停の結果、前記中間局ノードに遷移する他のノードを経由して終端局ノードに遷移するノードと自身との間の網を再構築する第３のステップと、
   を有し、
   前記第２のステップは、
   前記ハンドシェイクの失敗により伝送路上の障害を検知して障害隣接Ａ端局モードに遷移するマスタノードが、障害隣接Ａ端局モードに遷移したことを宣言する第２の制御フレームとしての障害隣接Ａ遷移フレームを、Ｂ系廻りの伝送路を用いて他のノードに対してマルチキャスト送信するサブステップと、
   前記障害隣接Ａ遷移フレームを受信した前記マスタノードに隣接するノードが障害隣接Ｂ端局モードに遷移するサブステップと、
   前記障害発生前にマスタノードとして動作していたノードが、前記障害隣接Ａ遷移フレームを受信して他にマスタノードの存在を知り、中間局ノードに遷移するために第２のポートのブロッキングを解除するサブステップと、
   前記伝送路の障害発生前に終端局ノードとして動作していたノードが、マスタノードとして動作していたノードが中間局ノードに遷移したことをうけて中間局ノードに遷移し、そのために第１のポートのブロッキングを解除するサブステップと、
   前記障害隣接Ｂ端局モードに遷移した新たな終端局ノードが、前記障害隣接Ａ遷移フレームを受信し、第２の制御フレームとしての障害隣接Ａ遷移応答フレームをＡ系廻りの伝送路を用いて他のノードにマルチキャスト送信するサブステップと、
   前記障害隣接Ａ端局モードに遷移した前記マスタノードが、前記障害隣接Ａ遷移応答フレームを受信して終端局ノードから応答があったことを認識し、前記障害隣接Ａ遷移フレームのマルチキャスト送信を停止するサブステップと、
   を有することを特徴とする伝送路システムにおける伝送路切り替え方法。
10. 第１のポートと第２のポートとを持つ複数のノードが、Ａ系廻りとＢ系廻りの伝送路を用いてフレームの送受信を行う伝送路システムにおける伝送路切り替え方法であって、
    前記各ノードが、隣接するノード間で第１の制御フレームを交換してハンドシェイクを行い、前記伝送路において発生する障害を監視する第１のステップと、
    前記監視の結果、（１）障害を検知したノードが、第２のポートを用いたフレームの送信をブロッキングし、第１のポートからＢ系廻りの伝送路を用いて第２の制御フレームをマルチキャスト送信して、マスタノードに遷移したことを他のノードに対し通知することで、（２）前記遷移したマスタノードに隣接するノードが、前記Ｂ系廻りの伝送路を終端し、第２のポートを用いてフレームの伝送を行う終端局ノードに遷移し、（３）他のノードが、前記伝送路に対して前記第２の制御フレームを伝送し、第１のポートおよび第２のポートの両方を用いてフレームの伝送を行う中間局ノードに遷移する第２のステップと、
    前記障害の回復を検知した前記マスタノードが、Ａ系廻りの伝送路を用いて第２の制御フレームをマルチキャスト送信し、前記第２の制御フレームを受信した１以上のマスタノードによる調停を促し、前記調停の結果決定される唯一のマスタノードが、前記調停の結果、前記中間局ノードに遷移する他のノードを経由して終端局ノードに遷移するノードと自身との間の網を再構築する第３のステップと、
    を有し、
    前記第３のステップは、
    障害の回復を検知したマスタノードが、第２のポートがハンドシェイクに成功したことを認識して障害隣接Ａ端局モードから、１以上のマスタノードの調停を行う論理切断Ａ端局競合モードに遷移し、競合開始の契機になる第２の制御フレームとしての競合開始トリガフレームを、Ａ系廻りの伝送路を用いて他のノードに対しマルチキャスト送信するサブステップと、
    前記マスタノードに隣接する終端局ノードが、第１のポートがハンドシェイクに成功したことを認識して前記障害隣接Ｂ端局モードから、論理切断Ｂ端局モードに遷移するサブステップと、
    前記マスタノードが、自身が送信した前記競合開始トリガフレームを受信することにより網内にマスタノードは自身しか存在しないことを認識し、論理切断Ａ端局競合モードから論理切断Ａ端局モードに遷移するサブステップと、
    を有することを特徴とする伝送路システムにおける伝送路切り替え方法。
11. 第１のポートと第２のポートとを持つ複数のノードが、Ａ系廻りとＢ系廻りの伝送路を用いてフレームの送受信を行う伝送路システムにおける伝送路切り替え方法であって、
    前記各ノードが、隣接するノード間で第１の制御フレームを交換してハンドシェイクを行い、前記伝送路において発生する障害を監視する第１のステップと、
    前記監視の結果、（１）障害を検知したノードが、第２のポートを用いたフレームの送信をブロッキングし、第１のポートからＢ系廻りの伝送路を用いて第２の制御フレームをマルチキャスト送信して、マスタノードに遷移したことを他のノードに対し通知することで、（２）前記遷移したマスタノードに隣接するノードが、前記Ｂ系廻りの伝送路を終端し、第２のポートを用いてフレームの伝送を行う終端局ノードに遷移し、（３）他のノードが、前記伝送路に対して前記第２の制御フレームを伝送し、第１のポートおよび第２のポートの両方を用いてフレームの伝送を行う中間局ノードに遷移する第２のステップと、
    前記障害の回復を検知した前記マスタノードが、Ａ系廻りの伝送路を用いて第２の制御フレームをマルチキャスト送信し、前記第２の制御フレームを受信した１以上のマスタノードによる調停を促し、前記調停の結果決定される唯一のマスタノードが、前記調停の結果、前記中間局ノードに遷移する他のノードを経由して終端局ノードに遷移するノードと自身との間の網を再構築する第３のステップと、
    を有し、
    前記第３のステップは、
    障害の回復を検知した第１のマスタノードが、第２のポートがハンドシェイクに成功したことを認識して障害隣接Ａ端局モードから１以上のマスタノードの調停を行う論理切断Ａ端局競合モードに遷移し、競合開始の契機になる第２の制御フレームとしての競合開始トリガフレームを、Ａ系廻りの伝送路を用いて他のノードに対しマルチキャスト送信するサブステップと、
    前記第１のマスタノードに隣接する第１の終端局ノードが、第１のポートがハンドシェイクに成功したことを認識して前記障害隣接Ｂ端局モードから、論理切断Ｂ端局モードに遷移するサブステップと、
    前記競合開始トリガフレームを受信した第２のマスタノードが、自身は障害隣接Ａ端局モードにあって、最高優先度を持つことを、前記競合開始トリガフレームの送信元である前記第１のマスタノードへ第２の制御フレームとしての障害隣接Ａ宣言フレームを送信するサブステップと、
    障害隣接Ａ宣言フレームを受信した前記第１のマスタノードが、網内に優先度の高い第２のマスタノードが存在することを認識し、論理切断Ａ端局モードから中間局モードに遷移し、第２のポートのブロッキングを解除するサブステップと、
    前記第１の終端局ノードが、前記第１のマスタノードが中間局モードに遷移したことをうけて自身は終端局ノードではないことを認識し、中間局モードに遷移して第１のポートのブロッキングを解除するサブステップと、
    を有することを特徴とする伝送路システムにおける伝送路切り替え方法。

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