JP4799441B2 - 通信システム、ゲートウェイ装置およびアダプタ装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば回線交換網とＩＰ（Internet Protocol）網とを相互接続するゲートウェイ装置と、この種の装置を備える通信システムに関する。特にこの発明は、Ｅ−ＰＯＮシステムにより形成される光イーサネット（登録商標）における網クロック伝送方式として好適に利用できる。

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。

ＰＳＴＮとＩＰ網とのように異なる通信ネットワークを互いに相互接続するために、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。これらはいずれもＩＰ網に対するネットワークインタフェースとしての役割を担う。

この種のゲートウェイ装置には、ＳＴＭ（Synchronous Transfer Mode）ノードと称する、同期網通信装置を収容するものがある。ＳＴＭノードにはＰＨＳ（Personal Handy-phone System）やいわゆる携帯電話システムなどの基地局なども含まれる。特許文献１に記載のように、近年の通信総ＩＰ網化のトレンドから、この収容回線をＩＰ化することが考えられている。しかしながらＩＰ網においては網同期という概念が無く、何らかの解決をしなければ、ＳＴＭノードをＩＰ回線を介してゲートウェイ装置に収容することができない。
特開２００４−３３６５２６号公報

以上述べたように回線交換網とＩＰ網とを相互接続するゲートウェイ装置においては、ＳＴＭノードを収容する回線をＩＰ化するにあたりクロック分配の問題を解決する必要がある。その一案としてＣＥＳという技術が知られているが、これに頼らず、より物理層に近いレイヤでクロック伝達を解決することにより上位層の負担を軽くしたいというニーズがある。
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、同期網装置をＩＰ回線を介して収容することの可能な通信システムと、このシステムに用いられるゲートウェイ装置およびアダプタ装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、同期網ノード装置を備える加入者網、同期通信網、および、パケット通信網を具備する通信システムにおいて、前記加入者網と、前記同期通信網と、前記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を相互接続するゲートウェイ装置と、前記同期網ノード装置を同期回線を介して収容するアダプタ装置と、このアダプタ装置と前記ゲートウェイ装置とのインタフェースをＩＰ化するＩＰ化手段とを備え、前記ゲートウェイ装置は、前記同期通信網を終端して装置内信号を生成する同期網終端部と、前記パケット通信網を終端して前記装置内信号を生成するパケット網終端部と、前記ＩＰ化されたインタフェースを介して前記加入者網を終端して前記装置内信号を生成する加入者網終端部と、前記同期網終端部、前記パケット網終端部、および、前記加入者網終端部でそれぞれ生成された装置内信号を交換する時分割スイッチと、前記加入者網に向けたデータ信号をＩＰパケット化するパケット生成部と、前記同期通信網のネットワーククロックを抽出するクロック抽出部と、このクロック抽出部で抽出された前記ネットワーククロックに同期し前記ＩＰパケットを含む固定長フレームを生成するフレーム生成部とを有し、前記アダプタ装置は、前記ゲートウェイ装置から伝送される前記固定長フレームを終端してこの固定長フレームから前記データ信号と前記ネットワーククロックとを抽出するフレーム終端部と、前記抽出した前記データ信号と前記ネットワーククロックとを前記同期回線を介して前記同期網ノード装置に伝達する伝達手段とを有することを特徴とする通信システムが提供される。

このような手段を講じることにより、同期網のネットワーククロックが、ＩＰ化された区間を挟んで同期網ノード装置に伝達される。これによりＩＰ回線を介して同期網装置をゲートウェイ装置に収容することが可能になる。しかもネットワーククロックは固定長フレームに同期して伝達されるので、上位層の負担を軽減することができる。

この発明によれば、同期網装置をＩＰ回線を介して収容することの可能な通信システムと、このシステムに用いられるゲートウェイ装置およびアダプタ装置を提供することができる。

図１はこの発明に係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のシステムは、同期通信網としての回線交換網１００と、パケット通信網としてのＩＰ網２００と、加入者網３００とを具備する。これらの網はゲートウェイ装置１０に接続される。回線交換網１００は例えばＩ′インタフェースを介して、ＩＰ網２００はＩＰを介してゲートウェイ装置１０に収容される。

ゲートウェイ装置１０は、加入者網３００と、回線交換網１００と、ＩＰ網２００との間で相互に通信プロトコルを変換してこれらの網を相互接続する。なおゲートウェイ装置１０の内部においては時分割スイッチを用いた同期的な交換接続により各網のデータが交換される。
加入者網３００は複数の基地局２１〜２ｎを備える。各基地局２１〜２ｎはＰＨＳなどの移動通信端末ＰＳを無線回線を介して収容する。このうち基地局２１はＩ′インタフェースを介してゲートウェイ装置１０に直接に接続される回線と、パケット変換装置３０を介してゲートウェイ装置１０に接続される回線とを有する。基地局２２もパケット変換装置３１を介してゲートウェイ装置１０に収容される。基地局２ｎは内蔵アダプタ５０を備え、この内蔵アダプタ５０からＩＰインタフェースを介してゲートウェイ装置１０に収容される。

パケット変換装置３０，３１とゲートウェイ装置１０との間、および、基地局２ｎとゲートウェイ装置１０との間は既設のダークファイバ網４００を経由してゲートウェイ装置１０に収容される。パケット変換装置３０，３１から延伸される光ファイバＦは集線部５００において集線されてゲートウェイ装置１０に接続される。

ダークファイバ網４００は例えばＰＯＮ（Passive Optical Network）技術を利用したＩＰ網である。各基地局２１〜２ｎがダークファイバ網４００に収容されるネットワーク／ノードインタフェースは、基地局自体の機能、あるいはパケット変換装置３０，３１によりＩＰ化される。その一方で、出力インタフェースを２つもつ基地局２１のようにＩ′インタフェースのままゲートウェイ装置１０に収容されるものもある。

ゲートウェイ装置１０は回線交換網１００を収容する公衆網インタフェース１１と、ＩＰ網２００を収容するＩＰインタフェース１２とを備える。公衆網インタフェース１１は回線交換網１００を終端して時分割のＰＣＭ（Pulse Code Modulation）データを生成する。ＩＰインタフェース１２はＩＰ網２００を終端してＰＣＭデータを生成する。

さらにゲートウェイ装置１０は、光スイッチ１３ａと、光インタフェース１３ｂと、光収容部１３と、パケット変換部１４と、主制御部１５とを備える。光スイッチ１３ａはダークファイバ網４００から収容する光ファイバＦの経路を切り替える。これによりパケット変換装置３０，３１、基地局２１〜２ｎを切り替え運用することが可能になり、耐障害性能の向上などを促すことができる。

光インタフェース部１３ｂはダークファイバ網４００から到来する光信号を光／電気変換する。光収容部１３は、集線部５００において集線された光ファイバＦを介して基地局２１〜２ｎを収容する。すなわち光収容部１３は加入者網３００からのＩＰパケットを終端してＰＣＭデータを生成する。

主制御部１５はゲートウェイ装置１０を統括的に制御する機能と、タイムスイッチ１５ａとを備える。タイムスイッチ１５ａはＰＣＭデータをスイッチングして回線交換網１００、ＩＰ網２００、および加入者網３００を交換接続する。その際、ＩＰ網２００向けの信号はパケット変換部１４により、ダークファイバ網４００向けのデータは光収容部１３によりそれぞれＩＰパケット化される。
ゲートウェイ装置１０の内部においては、時分割のＰＣＭデータはＰＣＭハイウェイ（ＰＣＭ−ＨＷＹ）を介して伝達される。ＩＰパケットは制御ＬＡＮ（Local Area Network）またはデータＬＡＮを介して伝達される。

光スイッチ１３ａを介して装置内に導入された光信号は光インタフェース１３ｂの備える光／電気変換素子（図示せず）により電気信号に変換されるとともにＩＰパケットが再生される。ＩＰパケットは光収容部１３においてレイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）などによりルーティングされてＩＰインタフェース１２または制御ＬＡＮに送出される。制御ＬＡＮおよびデータＬＡＮを流れるパケットと、ＰＣＭ−ＨＷＹを流れる時分割データとは、光収容部１３において相互に変換される。

図２は、図１のシステムの要部構成を示す機能ブロック図である。この図において、パケット変換装置３０，３１が光カプラ５００を介してゲートウェイ装置１０に収容される。基地局２１，２２はいずれも同期網ノード装置（ＳＴＭノード）としての機能を持つ。アダプタ装置としてのパケット変換装置３０，３１は、いずれも同期回線としてのＳＴＭ回線を介して基地局２１，２２を収容する。図２においては、回線交換網１００に接続されるゲートウェイ装置１０と、既存ＳＴＭインタフェース（６４kbps、１．５Mbps、２Mbps、６．３Mbps・・・）を持つＳＴＭノードとが、Ｅ−ＰＯＮを介して接続される構成が示される。なおＥ−ＰＯＮは、イーサネット（登録商標）−パッシブ・オプティカル・ネットワークの略である。

なお既存ＳＴＭインタフェースをもつＳＴＭノードとしては移動通信システムの基地局のほか、ＰＢＸ（Private Branch eXchange）なども挙げられる。

図３は、図１の光収容部１３の実施の形態を示す機能ブロック図である。光収容部１３内部のＳＴＭインタフェース（Ｉ／Ｆ）部６２は回線交換網１００に接続され、回線交換網１００のネットワーククロックを抽出する。このネットワーククロックはＰＬＬ（Phase Lock Loop）回路６３に入力されて装置内の網クロック同期に使用される。また、ＳＴＭＩ／Ｆ部６２は装置内のＰＣＭデータをＩＰパケットに変換する。

ＯＬＴ（Optical Line Terminal）部６１はＰＯＮを制御する。ＯＬＴ部６１から出力されるＩＰパケットはフレーム化部６４において、例えば１２５マイクロ秒（μｓ）ごとにフレーム化される。すなわち、複数のＩＰパケットを含みネットワーククロックに同期する固定長フレームが生成される。この固定長フレームは光インタフェース部１３ｂの電気／光変換部５２により光信号に変換されて光ファイバＦに送出される。なお光カプラ５００からの光信号は光／電気変換部５１により電気信号に変換されてＯＬＴ部６１に入力される。

図４はフレーム化部６４の実施の形態を示す機能ブロック図である。ＯＬＴ部６１から入力されたＩＰパケットはパケットバッファ６４１に蓄えられ、逐次フレームバッファ６４４に出力される。１２５μｓ分のパケットが蓄積されるとフレームバッファ６４４はこれらのパケットをフレーム化し、生成した固定長フレームをＰＬＬ回路６３からのネットワーククロックに同期して電気／光変換部５２に出力する。

パケットバッファ６４１のパケット蓄積量はパケットバッファ監視・制御部６４２により監視され、パケットバッファ６４１が空になるとダミーパケット付加部６４３からのダミーパケットがフレームバッファ６４４に出力されるようにデータ経路が切り替えられる。これにより、ＩＰパケットが途切れてパケットバッファ６４１が空になってもフレームバッファ６４４にパケットが入力されるので、固定長フレームは中断せずに出力される。従って後段の装置パケット変換装置３０，３１や基地局２１〜２ｎにおいてクロックを途切れなく再生できる。

図５はパケット変換装置３０，３１の実施の形態を示す機能ブロック図である。光カプラ５００から光／電変換部７４を経て到達した固定長フレームはフレーム終端部７５に入力される。フレーム終端部７５は固定長フレームからネットワーククロックと伝送データ（ＰＣＭデータ）とを分離・抽出する。このうちネットワーククロックはＰＬＬ回路７６に入力されて網同期のために使用される。伝送データは再びＩＰパケットに戻されてＯＮＵ部（Optical Network Unit）７２に入力される。ＯＮＵ部７２を通過したＩＰパケットはＰＬＬ回路７６で網同期されたクロックに基づき、ＳＴＭＩ／Ｆ部７１で時分割のＴＤＭ信号に変換されたのちＳＴＭノードへのＳＴＭ回線に出力される。なおＳＴＭ回線から入力されるＴＤＭ信号は逆の経路をたどり、ＳＴＭＩ／Ｆ部７１からＯＮＵ部７２を経てパケット化された後、電気／光変換部７３を介して光ファイバＦに出力される。

図６は図５のフレーム終端部７５を示す機能ブロック図である。光／電気変換部７４から受信した固定長フレームはクロック・パケット分離部７５１に入力される。クロック・パケット分離部７５１は固定長フレームからネットワーククロックとＩＰパケットとに分離し、このうちネットワーククロックはＰＬＬ回路７６に入力される。ＩＰパケットはダミーパケット削除部７５２に出力され、ダミーバイトがあった場合はこれが削除されて、有効なパケットのみがＯＮＵ部７２に出力される。

図７は、フレーム化部６４から出力される固定長フレームのフレームフォーマットの一例を示す図である。図７において、例えば１２５μｓごとに発生するフレーム内に、フレームヘッダと複数のパケット１〜ｍが含まれる。フレームヘッダは既存のＳＴＭインタフェースで使用される方式を用いることができる。その例としてはＩＳＤＮ、あるいはＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）等がある。なお固定長フレームに含まれるパケットの数ｍは、各パケットのパケット長により変わることはもちろんである。

以上説明したようにこの実施形態では、加入者網３００にパケット変換装置３０，３１を設けて基地局からのＩ′インタフェースをＩＰインタフェースに変換するとともに、物理層インタフェースを光化する。またゲートウェイ装置１０に光収容部１３を設けてパケット変換装置３０，３１からの光ファイバＦを収容するとともに、ＩＰパケットを装置内のＰＣＭデータに変換する。このようにすることで、ＩＰ化した加入者網３００からの伝送データもゲートウェイ装置１０の内部において交換接続できるようになる。

その際、ゲートウェイ装置１０において回線交換網１００のネットワーククロックを抽出し、このネットワーククロックに同期する固定長フレームに、ＩＰパケットを多重化してパケット変換装置３０，３１に送る。パケット変換装置３０，３１は固定長フレームからＰＣＭデータとネットワーククロックとを再生し、基地局に伝達する。このようにすることで、ＩＰネットワークを挟む同期網間で、ＣＥＳ（Circuit Emulation System）などの技術に頼らなくとも、より物理層に近いレイヤでクロックを伝達することが可能になる。すなわち回線交換網１００のネットワーククロックに、既存ＳＴＭインタフェースを持つＳＴＭノードをクロック同期させることが可能になる。

これらのことから、同期網装置をＩＰ回線を介して収容することが可能となり、ＩＰによる高速通信や、ＩＰ電話などといった種々のＩＰネットワークサービスを享受することが可能となる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば図６のフレーム終端部７５を基地局（ＳＴＭノード）２１〜２ｎに実装しても良い。さらに、この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。

この発明に係る通信システムの実施の形態を示すシステム図。 図１のシステムの要部構成を示す機能ブロック図。 図１の光収容部１３の実施の形態を示す機能ブロック図。 フレーム化部６４の実施の形態を示す機能ブロック図。 パケット変換装置３０，３１の実施の形態を示す機能ブロック図。 図５のフレーム終端部７５を示す機能ブロック図。 フレーム化部６４から出力される固定長フレームのフレームフォーマットの一例を示す図。

符号の説明

Ｆ…光ファイバ、１００…回線交換網、２００…ＩＰ網、３００…加入者網、４００…ダークファイバ網、５００…集線部、１０…ゲートウェイ装置、２１〜２ｎ…基地局、ＰＳ…移動通信端末、３０，３１…パケット変換装置、１１…公衆網インタフェース、１２…ＩＰインタフェース、１３…光収容部、１４…パケット変換部、１５…主制御部、１３ａ…光スイッチ、１３ｂ…光インタフェース、５１…光／電気変換部、５２…電気／光変換部、６１…ＯＬＴ部、６２…ＳＴＭＩ／Ｆ部、６３…ＰＬＬ回路、６４…フレーム化部、６４１…パケットバッファ、６４２…パケットバッファ監視・制御部、６４３…ダミーパケット付加部、６４４…フレームバッファ、７１…ＳＴＭＩ／Ｆ部、７２…ＯＮＵ部、７３…電気／光変換部、７４…光／電変換部、７５…フレーム終端部、７６…ＰＬＬ回路、７５１…クロック・パケット分離部、７５２…ダミーパケット削除部７５２

Claims (12)

1. 同期網ノード装置を備える加入者網、同期通信網、および、パケット通信網を具備する通信システムにおいて、
   前記加入者網と、前記同期通信網と、前記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を相互接続するゲートウェイ装置と、
   前記同期網ノード装置を同期回線を介して収容するアダプタ装置と、
   このアダプタ装置と前記ゲートウェイ装置とのインタフェースをＩＰ（Internet Protocol）化するＩＰ化手段とを備え、
   前記ゲートウェイ装置は、
   前記同期通信網を終端して装置内信号を生成する同期網終端部と、
   前記パケット通信網を終端して前記装置内信号を生成するパケット網終端部と、
   前記ＩＰ化されたインタフェースを介して前記加入者網を終端して前記装置内信号を生成する加入者網終端部と、
   前記同期網終端部、前記パケット網終端部、および、前記加入者網終端部でそれぞれ生成された装置内信号を交換する時分割スイッチと、
   前記加入者網に向けたデータ信号をＩＰパケット化するパケット生成部と、
   前記同期通信網のネットワーククロックを抽出するクロック抽出部と、
   このクロック抽出部で抽出された前記ネットワーククロックに同期し前記ＩＰパケットを含む固定長フレームを生成するフレーム生成部とを有し、
   前記アダプタ装置は、
   前記ゲートウェイ装置から伝送される前記固定長フレームを終端してこの固定長フレームから前記データ信号と前記ネットワーククロックとを抽出するフレーム終端部と、
   前記抽出したデータ信号と前記ネットワーククロックとを前記同期回線を介して前記同期網ノード装置に伝達する伝達手段とを有することを特徴とする通信システム。
2. 前記フレーム生成部は、前記パケット生成部からのＩＰパケットが途切れると前記固定長フレームにダミーパケットを挿入し、
   前記フレーム終端部は、前記終端した固定長フレームから前記ダミーパケットを削除して有効なＩＰパケットを抽出することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記アダプタ装置と前記ゲートウェイ装置とを光ファイバを介して接続して前記インタフェースを光化する光化手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
4. 前記光化手段は、
   前記アダプタ装置に設けられ、前記インタフェースに送出されるＩＰパケットを電気／光変換して前記光ファイバに送出する電気／光変換部と、
   前記ゲートウェイ装置に設けられ、前記光ファイバを介して到来する光信号を光／電気変換する光／電気変換部とを有することを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
5. 前記加入者網は前記同期網ノード装置を複数備え、
   前記複数の同期網ノード装置からそれぞれ延伸される光ファイバを集線して前記ゲートウェイ装置に接続する光集線部を備えることを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
6. 前記ゲートウェイ装置は、前記複数の同期網ノード装置を切り替え運用するための光切り替え部を有することを特徴とする請求項５に記載の通信システム。
7. 前記同期網ノード装置は、移動通信端末を無線収容する基地局であることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
8. 同期網ノード装置、この同期網ノード装置を同期回線を介して収容するアダプタ装置、およびこのアダプタ装置からのインタフェースをＩＰ（Internet Protocol）化するＩＰ化手段を備える加入者網と、同期通信網と、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を相互接続するゲートウェイ装置であって、
   前記同期通信網を終端して装置内信号を生成する同期網終端部と、
   前記パケット通信網を終端して前記装置内信号を生成するパケット網終端部と、
   前記ＩＰ化されたインタフェースを介して前記加入者網を終端して前記装置内信号を生成する加入者網終端部と、
   前記同期網終端部、前記パケット網終端部、および、前記加入者網終端部でそれぞれ生成された装置内信号を交換する時分割スイッチと、
   前記加入者網に向けたデータ信号をＩＰパケット化するパケット生成部と、
   前記同期通信網のネットワーククロックを抽出するクロック抽出部と、
   このクロック抽出部で抽出された前記ネットワーククロックに同期し前記ＩＰパケットを含む固定長フレームを生成するフレーム生成部とを具備することを特徴等するゲートウェイ装置。
9. 前記アダプタ装置が、前記インタフェースに送出されるＩＰパケットを電気／光変換して前記光ファイバに送出する電気／光変換部を備える場合に、
   前記光ファイバを介して到来する光信号を光／電気変換する光／電気変換部とを有することを特徴とする請求項８に記載のゲートウェイ装置。
10. 前記加入者網が複数の同期網ノード装置を備える場合に、
    これらの複数の同期網ノード装置を切り替え運用するための光切り替え部を有することを特徴とする請求項９に記載のゲートウェイ装置。
11. 同期網ノード装置を備える加入者網と、同期通信網と、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を相互接続するゲートウェイ装置を具備する通信システムに用いられ、前記同期網ノード装置を同期回線を介して収容するアダプタ装置であって、
    自装置と前記ゲートウェイ装置とのインタフェースをＩＰ（Internet Protocol）化するＩＰ化手段と、
    前記ゲートウェイ装置から伝送される固定長フレームを終端してこの固定長フレームからデータ信号と前記同期通信網のネットワーククロックとを抽出するフレーム終端部と、
    前記抽出したデータ信号と前記ネットワーククロックとを前記同期回線を介して前記同期網ノード装置に伝達する伝達手段とを有することを特徴とするアダプタ装置。
12. 前記同期網ノード装置に設けられることを特徴とする請求項１１に記載のアダプタ装置。

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