JP2002511704A - リングトポロジにおける動的同期転送モードの同期化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 最初のアイドルメッセージがリング（１０）全体を通過した後に拡張ノード（１２）に到着するまで、拡張ノード（１２）がアイドルメッセージをリングトポロジ（１０）内に送信する。次に拡張ノード（１２）は、すべてのサイクル時毎にフレームを送信することができる。拡張ノード（１２）は、入りフレームを受信し、これらのフレームを次のサイクル時まで記憶することができる拡張バッファ（３４）を有するものである。次に、バッファ（３４）内に記憶されているフレームを拡張ノード（１２）の送信側に転送し、これをリングトポロジ（１０）内に送信する。新たなサイクル時の先頭で、バッファ（３４）内に記憶されているフレームがない場合には、拡張ノード（１２）は新たなフレームを生成して、この新たなフレームをリングトポロジ（１０）内に転送することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 先出願 本願は１９９６年１１月２７日出願の米国特許出願番号08/757,347号の部分継
続出願である。

【０００２】 技術分野 本発明は、リングトポロジーを有する回線交換ネットワークにおける動的同期
転送モード（ＤＴＭ）アーキテクチャの同期化に関するものである。

【０００３】 発明の背景及び概要 次世代のネットワークでは、ファクス、メールを含む遅延に不感応な非同期ア
プリケーションのようなサービスと、オーディオ及びビデオを含む、実時間要求
があり遅延に敏感なアプリケーションを伴うファイル転送とが統合されるように
なる。これらのアプリケーションは一般に、異なるネットワーク技術によって支
えられてきており、異なるネットワーク間の統合は限定的かつ煩雑なものであっ
た。過去には、非同期通信はインターネットのようなパケット交換及びストアア
ンドフォワード（蓄積転送）技術を用いるコンピュータネットワークによって提
供されてきた。他方では、実時間同期通信は回線交換の時分割多重電話ネットワ
ークによって提供されてきた。

【０００４】 回線交換ネットワークには多くの魅力的な特徴がある。例えば、回線どうしが
相互に隔離されていて、これは１つの回線上のトラヒックが他の回線上の動作に
影響されないことを意味する。これにより、タイミング要求のあるアプリケーシ
ョンに往々にして適切な一定の遅延時間によって、伝送品質を保証することがで
きる。さらに回線交換ネットワークでは、データに関係する情報と制御に関係す
る情報とが分離している。回線を確立または終了する際にのみ制御情報の処理を
行い、データ流の処理及びいかなる輻輳の制御をも必要とせずに実際のデータ伝
送を行うことができる。これにより大量のデータを効率良く伝送することができ
る。

【０００５】 通常の回線交換ネットワークの静的な特性により、これらのネットワークが往
々にして、ある種類の情報の流れにとって不適切なものとなっている。一般に回
線には固定の静電容量があり、設定遅延時間が長く、かつ同報通信のサポートが
貧弱である。これらの欠点は、例えば回線交換ネットワークにおけるコンピュー
タ通信の効率的なサポートを困難にしている。このことが代替の解決方法を探索
する動機となり、有力な見解は、次世代の遠隔通信ネットワークは非同期伝送モ
ード（ＡＴＭ）にもとづくセル交換であるべきということである。セルは小型、
固定サイズのパケットであり、よってＡＴＭはパケット交換に類似している。こ
のことは、パケット交換の多くの弱点がセル交換ネットワーク、特にサービスの
品質を保証する領域に存在するという意味でもある。従って異なる種類の情報の
流れに対するサポートを統合するために、アドミッション制御、トラヒック調整
、リンク上のパケットのスケジューリング、及び受信機での再同期化のような追
加的なメカニズムが必要である。パケット交換及びセル交換ネットワーク一般に
ついて、特にＡＴＭについての主な関心事の一つは、これらのメカニズムをコス
ト効果のある方法で提供し、かつ利用することができるか否かということである
。

【０００６】 ＣＳＭＡ／ＣＤ、トークンリング及びＦＤＤＩのような共用媒体ローカルエリ
アネットワーク（ＬＡＮ）は、インターネットにおけるルータまたはブリッジに
よって接続されるビルディングブロックとして用いられている。拡張の容易性、
増設ノードの低コスト性、支障ノードに対する許容性が組み合わされて、簡単、
フレキシブルかつ強固なネットワークとなっている。また共用媒体は、ＩＰマル
チキャストのような新マルチキャストプロトコルの効率的な応用を促進するもの
である。

【０００７】 今日用いられている共用メディアの欠点は通常、どの時点でも１つの端末しか
送信することができず、従ってすべてのネットワークセグメントを有効に利用し
ていないということである。再利用すべき媒体の容量があるように設計を行うこ
とができるが、これには往々にして高速アクセス制御での複雑性が増すという代
償がある。また共用媒体用のアクセス制御メカニズムはネットワークの規模にも
直接依存し、かつ通常ローカルエリア環境に対してのみ有効なものである。

【０００８】 前述のように、通常用いられる主な２種類のネットワークは、電話に用いられ
る接続指向の回線交換ネットワーク、及びコンピュータに用いられ、インターネ
ットに好適な、接続のないパケット交換ネットワークである。回線交換ネットワ
ークをデータ通信に用いる際には、情報がバースト（大量発生）する間には回線
を開いたままにしておかなければならず、このことは往々にしてネットワーク容
量の非有効な利用となる。この問題は、ユーザの要求の動的な変化に比べて回線
管理動作が遅いために生じるものである。通常の回線交換ネットワークにおける
オーバヘッドの他の原因は、情報の流れが一方向である際に、ネットワークに１
００％のオーバヘッドを加える対称二重チャネルを要求することの限界である。
またこの制約はマルチキャスト交換を低効率にして、その実現を困難にするもの
である。他方では、パケット交換ネットワークは送信を行う前にリソースの予約
が必要であり、かつ各メッセージにヘッダ情報を付加しなければならない。さら
に、パケット交換ネットワークにおけるいかなるレイテンシ（待ち時間）も正確
に予測することができず、バッファオーバフローまたはヘッダの変容のためにパ
ケットを喪失することさえありうる。後の２つの要因は、パケット交換ネットワ
ークにおけるリアルタイムサービスのサポートを困難にしている。輻輳回避メカ
ニズムは異なるユーザの情報流を隔離することができる。しかしこれらの設計は
、往復のパケット遅延時間との比較が可能な時間尺度での動作に限定されるもの
である。

【０００９】 ＤＴＭは、リソースの動的再割り当てによって増強された高速回線交換にもと
づくものであり、マルチキャストチャネルを良好にサポートし、かつアクセス遅
延時間を短くする手段を有するという点で、回線交換及びパケット交換多くの利
点を組合わせた広帯域のネットワークアーキテクチャである。ＤＴＭアーキテク
チャは同期化法を含むメディアのアクセスから、ルート（通信経路）割り当て及
び受信機での論理ポートのアドレス指定にまで及ぶものである。ＤＴＭは種々の
情報の流れをサポートすべく設計されており、アプリケーション間の通信用に、
あるいはＡＴＭまたはＩＰ（インターネットプロトコル）のような他のプロトコ
ル用の搬送波ネットワークとして直接用いることができる。

【００１０】 通信チャネルの確立及び終了に関連する信号発生の遅延時間で、高速回線交換
の効率がおよそ決まることが示されている。ＤＴＭはチャネルを高速に、２００
〜３００マイクロ秒以内に確立すべく設計されている。ＤＴＭは、制御に関係す
る情報とデータに関係する情報とを分離し、かつマルチキャスト（同報通信）、
マルチレート（多重通信速度）、大容量チャネルを用いて種々の異なる情報の流
れのクラスをサポートする点で、バースト交換とは異なるものである。例えばそ
の時点でのユーザの要求に依存して、既存のチャネルに割り当てたリソースを増
加または減少させることができる。たとえＤＴＭネットワークがあらゆるメッセ
ージ毎にチャネルを確立する可能性があっても、このやり方はすべての情報の流
れについて適切ではありえない。むしろ、情報のバースト毎にチャネルを確立す
るか、アイドル（空き）期間中にもチャネルが確立されたままにするかは、利用
者が決定することである。

【００１１】 ＤＴＭの概念は、チャネルをデータ通信の抽象化として用いることである。Ｄ
ＴＭチャネルは様々な点で電話回線と異なるものである。第１には、確立遅延時
間が短いので、ユーザの要求が変化するのと同じ速さでリソースを動的に割り当
て／解放することができるという点である。第２には、ＤＴＭチャネルは単信で
あり、通信が一方向の際のオーバヘッドを最小化するという点である。第３には
、ＤＴＭチャネルは多数のビットレートを供与して、ユーザの多様な容量要求を
サポートするという点である。最後には、ＤＴＭチャネルはマルチキャストであ
り、いかなる宛先数も可能であるという点である。

【００１２】 ＤＴＭチャネルは、チャネルを確立した後に制御情報を転送する必要がなく、
ネットワークリソースを大量のデータ転送用に、非常に高度に利用することがで
きる。いかなるリアルタイム情報の流れのサポートも有効に行い、ネットワーク
内の保安、輻輳制御、または流れ制御に関係する問題が存在しない。前述のよう
に制御情報がデータ情報から分離され、これによりマルチキャストをより複雑で
ないものにしている。送信遅延時間は無視できる程度（即ち１２５μＳ未満）で
あり、ＡＴＭにおけるようなバッファオーバフローによって起こるデータ損失の
可能性が事実上存在しない。ビットエラーレートはもととなるリンク技術に依存
するものであり、チャネル設定でリソースを厳格に予約するため、切換えは簡単
かつ高速になる。

【００１３】 ＤＴＭトポロジはリングとして構築することができ、これは二重バス構造に比
べてハードウエア要求を５０％低減するという利点を有するものである。ＤＴＭ
トポロジは１本の光ファイバのみを用いることによってすべてのノードがリング
トポロジ上で相互に通信することができ、これはすべてのノードが相互に通信で
きるようにするために少なくとも２本の逆方向のファイバを常時必要とするバス
構造とは対照的でなものある。これに加えて、ＤＴＭトポロジではバス構造にお
ける各ノード上の負荷が不均等に分布しうる。

【００１４】 特に本発明は、ＦＩＦＯ待ち行列を具える少なくとも１つの拡張ノードを有す
る一重ＤＴＭリングである。また本発明は以下のステップを具える方法でもある
。最初のステップでは、最初のアイドルメッセージがリング全体を通過してこの
拡張ノードに到着するまで、アイドルメッセージをリングトポロジへ送信する。
次のステップでは、この拡張ノードによって、サイクル時に対応する周波数でフ
レームを送信する。この拡張ノードは入りフレームを受信して、次のサイクル開
始時までこれらのフレームを記憶することができる拡張バッファを有するもので
ある。その次のステップでは、バッファに記憶されているフレームをリングトポ
ロジへ送信する。新たなサイクル時の始まりに、このバッファ内にフレームがな
い場合には、この拡張ノードは新たなフレームを生成して、この新たなフレーム
をリングトポロジへ送信する。

【００１５】 発明を実施するための好適な形態 図１〜図７に示すように、本発明は、好ましくは１２５マイクロ秒のサイクル
の整数倍の有効長を有する動的同期転送モード（ＤＴＭ）リングトポロジ１０で
あり、以下に詳細に説明するように、このリングトポロジの物理的な長さがこの
サイクル時の整数倍でなくても、このリングトポロジはリングトポロジ１０の有
効長を精密に調整するために用いることができる拡張ノード１２を具えるもので
ある。リングトポロジ１０の総容量は１２５マイクロ秒のサイクルに分割するこ
とができ、このサイクルはさらに６４ビットのスロットに分割することができる
。

【００１６】 本発明のＤＴＭリングトポロジ１０の重要な特徴は、サイクル時及びスロット
長が、ＤＴＭリングトポロジ１０全体を通して一定であることが好ましいという
ことである。ＤＴＭリングトポロジ１０は、接続されたすべてのノードによって
共用される容量を有する光ファイバ媒体１１のような多重アクセスがある一方向
メディア用に設計されたものである。拡張ノード１２は、時間スロットから成る
フレームを記憶するためのＦＩＦＯ（先入れ先出し）待ち行列１３のような拡張
可能なバッファセグメントを含むことができる。待ち行列１３は、拡張ノード１
２が、新たなサイクルの送信時におけるＦＩＦＯ待ち行列１３内のいずれの入り
サイクルの利用可能性とも無関係に、サイクルをリングトポロジ１０内に周期的
に（１２５マイクロ秒毎に）生成できるようにすることによって、リングトポロ
ジ１０の時間的拡張部が、拡張ノード１２の使用を最適化するのに適した時間分
のフレームを待ち行列１３内に記憶することができるようにする。１つの１２５
マイクロ秒サイクルに対応する以上の情報を保持しないように、ＦＩＦＯ待ち行
列１３を適応させることができる。このようにして、待ち行列１３に記憶されて
いるフレームの時間スロットがこの拡張ノードの送信側に渡される前に、拡張ノ
ード１２によって送信されたサイクル（またはフレーム）を終了させることがで
きる。

【００１７】 リングトポロジ１０のすべてのサイクル及び時間スロットの適正な同期を維持
するために、ＦＩＦＯ待ち行列１３の機能は極めて重要である。例えば１サイク
ルを１２５マイクロ秒とし、リングトポロジ１０の速度及び長さを、リングトポ
ロジ１０全体を通過するのに１５０マイクロ秒を要するようにすることができる
。

【００１８】 図５には、拡張ノード１２を、入りフレームを受信するための入り側４０、及
びフレームを送信するための出側４２を有するものとして示してある。時刻ｔ１
は、第１フレーム３０の第１スロットが拡張ノード１２によって生成される時刻
を表わすものとすることができる。時刻ｔ２は、リングトポロジ１０全体を通過
するのに要する時間（１５０マイクロ秒）を表わすものとすることができ、時刻
ｔ３は、第３フレーム３６の第１スロットがこの拡張ノードによって送信される
時刻を表わすものとすることができる。第１フレーム３０は長さ約１２５マイク
ロ秒である。ＦＩＦＯ待ち行列１３は、リングトポロジ１０の同期を維持するた
めに、入りフレーム３４をＦＩＦＯ待ち行列１３内で遅延させるために用いるこ
とができる。上記の例では、ＦＩＦＯ待ち行列１３は記憶しているフレームを、
予期される遅延時間４４によって示す１００マイクロ秒だけ遅延させることがで
き、これはｔ３（２５０マイクロ秒）とｔ２（１５０マイクロ秒）との差である
。このようにして、この予期される遅延時間を含めたリングトポロジ１０を回る
合計時間は２５０マイクロ秒となり、これはサイクル時１２５マイクロ秒のちょ
うど２倍である。このようにしてＦＩＦＯ待ち行列１３は、フレームの第１スロ
ットの到着と、記憶しているフレーム３２の第１スロットが拡張ノード１２によ
って送信されるべき時刻との間の時間を遅延させるために用いることができ、こ
の詳細については以下に説明する。

【００１９】 従って、リングトポロジ１０の物理的な長さはいかなる長さにすることもでき
、ＦＩＦＯ待ち行列は、前記遅延時間を含めた前記合計時間をサイクル時の整数
倍に確実に同期させるものである。またＦＩＦＯ待ち行列１３は、温度の変化に
よって起こりうるリングトポロジ１０の１周の長さのあらゆる変化を調整するた
めに用いることもできる。ＦＩＦＯ待ち行列１３における遅延時間は、サイクル
時の１２５マイクロ秒未満であることが好ましい。

【００２０】 リングトポロジの長さはいかなる長さにすることもでき、またサイクル長１２
５マイクロ秒は遠隔通信産業における標準となっているのでこれを選択したこと
は明らかなことである。例えばＳＤＨ／Ｓｏｎｅｔ及びＱＰＳＸは１２５マイク
ロ秒サイクルにもとづくものである。しかし、ノードによって生成されるあらゆ
るサイクルにおいて時間スロットが同期するように、サイクル時がほぼ一定であ
る限りいずれの適切なサイクル時を用いることもできる。

【００２１】 リングトポロジ１０は複数の通常ノード１４を有することが好ましく、これら
のノードのうち少なくとも１つを拡張ノード１２として選択する。拡張ノード１
２を選択する方法は、所定の識別番号が最大または最小のノードを選択するよう
な適切な選択方法に従って行うことができる。リングトポロジ１０は、必要なら
ば複数のノードを有することができることは明らかである。

【００２２】 図２は、入りサイクルの受信用の端部６２及び送信サイクル用の逆端部６４を
有するノード６０の詳細を示す図である。拡張ノード及び通常ノードを含めたす
べてのノードが２つのモジュール、即ち拡張モジュール６６及びスロットセレク
タ６８を具え、これらは直列に接続されている。ノード６０をリングトポロジ用
の拡張ノードとして選択した場合には、ノード６０があらゆる入りスロットをＦ
ＩＦＯ待ち行列７０に書き込むことが好ましい。ノード６０が拡張モードでない
場合には、このノードは、すべてのスロット（フレームスロット及びギャップス
ロットを含む）を、ＦＩＦＯ待ち行列７０を通さずに即座にスロットセレクタ６
８に転送することが好ましい。スロットセレクタ６８は、これらのスロットを複
写してノード６０に接続しているユーザへ送ることができる。またスロットセレ
クタ６８は、ユーザ７２によって提供された情報を有する拡張モジュール６６と
は無関係に、フレーム内のスロットを置き換えることもできる。

【００２３】 一般に、本発明のＤＴＭリングトポロジ１０によって提供されるサービスはチ
ャネルにもとづくものであることが好ましい。チャネルは１つの送信機及び任意
数の受信機を有する一組の時間スロットとして規定することができる。これによ
り、データがチャネルの容量によって決まる速度で受信機に到着することが保証
されることになる。物理的に共用される媒体上のチャネルは、時分割多重（ＴＤ
Ｍ）の図で表わすことができる（図２を参照）。以前に示したように、ファイバ
メディアの総容量は１２５マイクロ秒の長さを有する複数のサイクル１６に分割
することができ、これはさらに複数の６４ビットのスロットに分割することがで
きる。他のサイクル長及びスロット長を用いることができることは明らかである
。伝送媒体は、光ファイバに加えて同軸ケーブルまたは他の大容量の媒体とする
ことができる。本明細書では、伝送媒体を光ファイバとして記述している。

【００２４】 図３に示すように、アクティブ時間スロット（１組のギャップスロット１９を
除く）は、データスロット２０と制御スロット２２とに分離されることが好まし
い。以下で詳細に記述するように、各ノード１４は、制御情報をネットワーク内
の他のノードに送るために用いることができる少なくとも１つの制御スロット２
２へのアクセス権を有している。例えば、ユーザからの要求により、及び他のノ
ードからの制御メッセージに応答して、また同時に管理目的のために制御メッセ
ージを送ることができる。制御スロット２２が前記総容量の小部分を構成するこ
とができ、大部分のスロットは負荷を搬送するためのデータスロットとすること
が好ましい。

【００２５】 図４に完全時間サイクル５０の全体を詳細に示し、これは約１２５マイクロ秒
に相当する整数個の時間スロットとして規定することができる。サイクル５０は
、フレーム５２とギャップスロット５４とに分割することができる。フレーム５
２は、制御及び管理メッセージを搬送するためデータスロットを含むことができ
る。リングトポロジ１０内の各ノードを１２５マイクロ秒に完全に同期させるこ
とができず、かつギャップスロット５４はこれらノード間のあらゆる変動を調整
するために用いることができるので、ギャップスロット５４を各サイクル５０内
に含める必要がある。ギャップスロット５４は負荷を搬送するためには決して用
いず、調整メカニズムとしてのみ用いることが好ましい。ギャップスロット５４
の数を２〜３スロットだけ増減調整して、平均サイクル時が１２５マイクロ秒に
非常に近くなるようにすることができる。

【００２６】 また好適な実施例では、フレーム５２が開始スロット５６を含むこともでき、
これは新たなサイクルの開始を規定するためにフレーム５２の先頭に配置される
ものである。このようにして、フレーム５２はサイクル５０内のスロットの合計
数よりやや少ない固定数のスロットとなる。

【００２７】 フレームを含むあらゆる新たなサイクルが拡張ノード１２によって生成される
前に、拡張ノード１２がまずアイドルメッセージ２４の流れをリングトポロジ１
０に送信することが好ましい。アイドルメッセージ２４は数通りの機能を有する
ことができる。例えば、第１アイドルメッセージ２６が拡張ノード１２に戻った
ことを確認するまで待つことによって、いずれかのフレームが送信される前に、
無用かつ無意味な情報を含むランダムサイクルがリングトポロジ１０内に存在し
ないことを確かめるために、アイドルメッセージ２４を用いることができる。第
１アイドルメッセージ２６が戻ると、拡張ノード１２はリングトポロジ１０内に
ランダムサイクルが存在しないことを知る。またアイドルメッセージ２４は、ノ
ード１４がリングトポロジ１０用の拡張ノードとして選択されなかったこと、及
びこのノードの選択過程は、拡張ノードが完成されるようにするということを、
リングトポロジ１０内のノード１４に伝えるために用いることもできる。

【００２８】 アイドルメッセージ２４は、あらゆる時間スロットまたは他のいずれのメッセ
ージ中にゼロのみを含むことができ、最初のアイドルメッセージが、リングトポ
ロジ１０全体のすべてのノードを通過した後に拡張ノード１２に戻ると、拡張ノ
ード１２は入り時間スロットの内容をアイドルメッセージとして識別することが
できる。拡張ノード１２が入りメッセージをアイドルメッセージとして識別する
ことができる限り、アイドルメッセージ２４はあらゆる種類の情報を含むことが
できるということは明らかである。リングトポロジ１０内の拡張ノード１２及び
残りのノード１４が、アイドルメッセージ２４と有意味な負荷情報とを区別でき
るいうことが重要である。

【００２９】 前述のように、少なくとも拡張ノード１２への第１アイドルメッセージ２６の
受信を確認するまで、拡張ノード１２が第１フレーム３０を生成及び送信しない
ことが好ましい。換言すれば、第１フレーム３０が生成される前に、拡張ノード
１２がアイドルメッセージ２４を生成し続け、少なくとも第１アイドルメッセー
ジ２６がリングトポロジ１０全体を通過するまで待つ。しかし、アイドルメッセ
ージが拡張ノード１２に戻っていない限り、第１アイドルメッセージ２６が拡張
ノード１２に到着するまで、拡張ノード１２はアイドルメッセージ２４を生成及
び送信し続け、最終的に、第１フレーム３０がリングトポロジ１０に送信される
前に、リングトポロジ１０全体のすべての時間スロットがアイドルメッセージ２
４で満たされるようにする。しかし、単に第１アイドルメッセージ２６が拡張ノ
ード１２に到着したというだけで、拡張ノード１２がフレームを生成する必要は
ない。拡張ノード１２はフレームを生成すべき時点までアイドルメッセージ２４
を生成し続けることができる。

【００３０】 ランダムサイクルは、拡張ノード１２及びノード１４が用いるサイクル時とは
異なるサイクル時を有しがちであり、従って不都合なことにランダムサイクルが
リングトポロジ１０全体の同期化を妨げうるので、第１フレーム３０を送信する
前に、ネットワーク内の、アイドルメッセージ２４を有するすべてのランダムサ
イクルを除去することが望ましい。

【００３１】 拡張ノード１２に戻されたいずれのランダムサイクルも、ＦＩＦＯ待ち行列１
３に一時的に記憶することができる。しかしいずれのランダムサイクルも、リン
グトポロジ１０から恒久的に除去される前に、まずＦＩＦＯ待ち行列１３に記憶
する必要はない。

【００３２】 好適な実施例では、アイドルメッセージ２４でないあらゆる入り情報をＦＩＦ
Ｏ待ち行列１３に記録するためのみに、拡張ノード１２を設定することができる
。このようにして、アイドルメッセージ２４が拡張ノード１２内に到着する際に
、アイドルメッセージ２４は決してＦＩＦＯ待ち行列１３に入ることなく、拡張
ノード１２から除去される。これにより最終的に、ＦＩＦＯ待ち行列１３が確実
に、フレームを搬送する負荷のみを含むようになる。

【００３３】 拡張ノード１２が第１フレーム３０をリングトポロジ１０内に生成する際にＦ
ＩＦＯ待ち行列１３が空であり、アイドルメッセージ２４がまだリングトポロジ
１０内を動き回っていることが好ましい。第１フレーム３０が拡張ノード１２に
到着すると、拡張ノード１２が次のフレームを送出できるようになっている際に
、この第１フレームがちょうど新たなサイクルの開始時に到着した場合でなけれ
ば、第１フレーム３０はＦＩＦＯ待ち行列１３に入る。新たなサイクルの開始時
とは異なる時点で、第１フレーム３０が拡張ノード１２に到着するものとすれば
、第１フレーム３０はＦＩＦＯ待ち行列１３に記憶される。拡張ノード１２が新
たなフレームをリングトポロジ１０内に送信できるようになり、かつ次のサイク
ルが開始するまで、第１フレーム３０がＦＩＦＯ待ち行列１３に残ることが好ま
しい。

【００３４】 拡張ノード１２が第２フレーム３２をリングトポロジ１０に送信できるように
なると（即ち最初のサイクル時のちょうど１２５マイクロ秒後である次のサイク
ル時の先頭で）、拡張ノード１２はまず、ＦＩＦＯ待ち行列１３に記憶されてい
る情報で、ローカルノード（即ちこの拡張ノード）に転送すべき情報があるか否
かを決定する。ＦＩＦＯ待ち行列に記憶されているフレームがローカルノードに
転送すべき情報を含む時間スロットを含む場合には、このフレームをこのノード
の送信側に転送する前に、これらの時間スロットを読み込むことができる。これ
に加えて、これらの時間スロットが拡張ＦＩＦＯからこの拡張ノードの送信側に
転送されるにつれて、この拡張ノードはこれらの時間スロットを新たな情報で満
たすことができる。

【００３５】 次のサイクルの始点で利用可能な、記憶されているフレーム３４がある場合
には、拡張ノード１２はこの記憶されているフレーム３４のあらゆる時間スロッ
トの各々を通過することによって、ＦＩＦＯ待ち行列１３に記憶されているフレ
ーム３４を読み込む。例えば拡張ノード１２は、この記憶されているフレーム３
４のスロット１を読み込むことによって読み込みプロセスを開始することができ
、次に拡張ノード１２がこの記憶されているフレーム３４の最終スロットを読み
込むまで、スロット２、３、等のように移動していく。サイクル時及びスロット
長が一定であり、かつ拡張ノード１２が、いつ各メッセージまたは各サイクルの
最終スロットを読み込むべきかを知っているので、各フレームの終わりの最終ス
ロットに目印を付ける必要がない。

【００３６】 拡張ノード１２が、例えば第２フレーム３２の特定の時間スロットに付加すべ
き新たな情報を有していない場合には、記憶されているフレーム３４の特定のス
ロットに含まれている情報を転送することができる。換言すれば、拡張ノード１
２に所属するローカルユーザが、特定のスロットに新たな情報が含まれることを
所望しなければ、記憶されたフレーム３４内の情報を将来のフレームで用るよう
にすることをデフォルトとして設定することができる。この詳細については以下
に説明する。

【００３７】 拡張ノード１２が例えば第２フレーム３２を送信中の過程にあるが、第１フレ
ーム３０がリングトポロジ１０全体を通過した後に拡張ノード１２に戻ってくる
場合には、第１フレーム３０がＦＩＦＯ待ち行列１３に入り、拡張ノード１２が
第２フレーム３２のすべてのスロットを読み込んで送信し終わるまで、この待ち
行列内で待機しなければならないことが好ましい。拡張ノード１２が第１フレー
ム３０の開始スロット１を生成してから１２５マイクロ秒のちょうど整数倍の時
間の後に、第２フレーム３２の開始スロット１を生成して、リングトポロジ１０
内のすべてのフレームの同期を維持することが好ましい。

【００３８】 第２フレーム３２を送信すると、拡張ノード１２は記憶されているフレーム３
４内の第１スロットの読み込みを開始することができる。なお前述のように、拡
張ノード１２が記憶されているフレーム３４の各スロットを読み込むと、この拡
張ノードは、ＤＴＭプロトコルに従う他のノードと同様に、記憶されているフレ
ーム３４の特定のスロット内に記憶されている同じ情報を用いるか、新たなフレ
ームをリングトポロジ１０内に送信する前に特定のスロットの情報を変更するか
いずれかの選択肢を有する。

【００３９】 ＤＴＭプロトコルによれば、リングトポロジ１０内の各拡張ノード１２及びノ
ード１４が、拡張ノード１２を含む前のノードによって送信または受信されたフ
レームのスロットを読み込むと、これらのノードはこれらのスロットの情報を複
写して、この情報を特定ノードのローカルユーザに送り、そして同じ情報をリン
グトポロジ１０内の次のノードへ送信することもできる。またスロットの再利用
を行う場合には、ノード１４はこれらのスロットの情報を読み込んで複写し、こ
の複写した情報をローカルユーザへ転送し、そしてフレームを次のノードへ転送
する際に、この情報を変更するか、あるいは新たな情報をこれらのスロットに書
き込むこともできる。

【００４０】 もちろん、これらのノードは特定のノードの情報を読み込むことも複写するこ
ともできない。記憶されているフレーム３２がＦＩＦＯ待ち行列１３内にある間
には、スロットの情報の変更を行わないことが好ましい。拡張ノード１２が一組
の特定スロットに含まれている情報を変更しない際には、リング内で拡張ノード
１２の前に位置するノードは、リングトポロジ１０内で拡張ノード１２の後に位
置するノードに情報を送ることができる。従って拡張ノード１２の機能は、拡張
ノード１２が入りサイクルを遅延させて、同期が正確であることを確かめること
ができるという例外を除いては、他のノード１４のうちの１つの機能と似通った
ものとすることができる。

【００４１】 拡張ノード１２によって送信された各フレームの間に、拡張ノード１２が一組
のアイドルメッセージ（図３のギャップスロット５４）を送信して、これらのフ
レームを相互に分離させることができる。

【００４２】 前述のように本発明の重要な特徴の一つは、リングトポロジ１０全体の同期を
維持するために、各フレームのサイクル時が一定であることが好ましいというこ
とである。これに加えて、あらゆるサイクル内の各スロットが何らかの情報を含
んでも含まなくても、各フレームが一定数のスロットを有するということである
。なお、光ファイバ１１の容量を増加することができ、これによってネットワー
クのリングトポロジ１０が同期を失うことなく１サイクル当たりのスロット数を
増加することができるということも重要である。たとえ２つのＤＴＭリングネッ
トワークが異なる速度で動作し、サイクル時及びスロット長が一定である場合に
同期を維持することができる場合でも、これら２つのＤＴＭリングネットワーク
を接続することが可能である。

【００４３】 前述のように、拡張ノード１２またはリングトポロジ１０内の他のいずれのノ
ード１４が、チャネル用の一組のデータスロットを各ノードに割り当て、かつチ
ャネル確立制御メッセージを送信することによって、チャネルを確立することが
できる。この制御メッセージは、単一ノードまたはマルチキャストグループのい
ずれかに宛てることができ、そしてチャネルが確立されてどのスロットが使用さ
れているかを知らせるものである。

【００４４】 通常の回線は往々にして、送信機と受信機との間の１点対１点の接続である。
他方では、ＤＴＭリングトポロジ内のいくつかのノードがスロットを読み込むこ
とができるので、ＤＴＭはマルチキャストを本質的にサポートする共用媒体を用
いるものとなる。

【００４５】 アクセス遅延時間は、要求がノードに到着した時点からデータ転送が開始され
るまでの平均時間である。これはチャネル確立のオーバヘッドの尺度であり、ス
ロットを割り当て、チャネル確立のメッセージを受信機に送り、そしてデータの
第１スロットを送るのに要する時間を含むものである。マルチホップ（多重反射
）の場合には、送信機はデータの送信を開始する前に、受信機からの、両方のリ
ングトポロジ上にチャネルが確立されたことの確認を待機する。シングルホップ
（単反射）の場合には、送信機が単独で受信機へのチャネルを確立することがで
き、従ってスロットが割り当てられ次第、データの送信を開始することができる
。

【００４６】 低負荷条件の際には、アクセス遅延時間は主に、ノードが転送要求を処理する
のに要する時間、最初の利用可能な制御スロット（チャネル確立メッセージ用の
）の待ち時間、及び最初のデータスロットの待ち時間から成る。負荷が増加する
と、ノードは他のノードからのスロットを要求しなければならず、遅延時間がよ
り長くなりうる。

【００４７】 各ネットワークのノードにはノードコントローラがあり、これはＤＴＭ制御プ
ロトコルを実行して、データスロットへのアクセスを制御し、かつネットワーク
の始動、エラー修復のようなネットワーク管理操作を実行するプロセス／プロセ
ッサである。ノードコントローラの一部のタスクは、ユーザの要求によりチャネ
ルを確立し終了すること、及びユーザ要求に応答して、またバックグラウンドで
ネットワークリソースを管理することのようなＤＴＭ制御プロトコルに関係する
ものである。このようにして、ノードコントローラはブート（立ち上げ）シーケ
ンスを実行することができ、かつ制御スロット内でメッセージを交換することが
できる。

【００４８】 制御スロットは専らノードコントローラ間のメッセージ用に用いることが好ま
しい。前述のように、各ノードコントローラは、各サイクル内の少なくとも１つ
の制御スロットへの書き込みアクセス権を有し、この制御スロットは、このノー
ドコントローラが制御メッセージを下流のノードへ伝えるために用いる。制御ス
ロットへの書き込みアクセス権が排他的であるので、ノードコントローラは常時
、他のノード及びネットワーク負荷にかかわらずその制御スロットへのアクセス
権を有する。１つのノードが使用する制御スロットの数は、ネットワーク動作中
に動的に変化させることができる。

【００４９】 １サイクル内のスロットの大部分はデータスロットであることが好ましい。デ
ータスロットへのアクセスはトラヒックの需要に従い、時間と共に変化する。デ
ータスロットへの書き込みアクセスは、スロットトークン（またはトークンと略
す）によって制御することができる。ノードコントローラは対応するトークンを
所有する場合にのみ、スロットにデータを書き込むことができる。トークンプロ
トコルは衝突なくスロットへアクセスすることを保証するものであり、これは最
多でも１つのノードが同じスロット内にデータを書き込むことを意味するもので
ある。

【００５０】 チャネル確立用及び帯域幅再割り当て用の制御メッセージは、何組かのトーク
ンをパラメータとして搬送することができる。しかし制御メッセージは６４ビッ
トであることが好ましく、従って少数のパラメータしか有することができない。
このことは、ユーザが広帯域での転送を要求する場合には、チャネルを確立する
ためにいくつかの制御メッセージを送る必要がありうることを意味する。このこ
とは余分なアクセス遅延時間をもたらし、信号化容量を消費するものである。チ
ャネル確立及びトークン再割り当て中に送る必要のある情報量を低減するために
、いくつかのメカニズムが考案されている。トークン管理における第１の最適化
は、ブロックトークンを導入することである。ブロックトークンは単一の制御メ
ッセージで転送することができ、これはトークンのグループを表わすものである
が、トークンの特定の組合わせに対してのみ用いることができる。例えばブロッ
クトークンは、スロット番号、及びグループ内の連続スロット数を与えるオフセ
ットによって表わすことができる。ブロックトークンの最適化は、トークンプー
ルが小片に断片化されていないことを仮定するものである。自由プール内の小さ
いトークンブロックの量が問題となりうるものであり、これは断片化と称される
ものである。

【００５１】 トークンプロトコルは、リングトポロジ上の２つのノードがデータスロットを
決して同時に使用することができないことを保証するものである。このプロトコ
ルは時として旧式的すぎるものである。図６に３つのトークン（Ａ、Ｂ及びＣ）
を３つのチャネル用に予約するやり方の例を示す。ノードはセグメントによって
接続され、チャネルは通常、リング構造上のセグメントのサブセット（ハッチを
付した部分）を使用し、残りの部分（白色部分）は予約されるが未使用のままと
し、従って分与されたリソースを有効に使用していない。より良好な代案は図７
に示す例のように、これらのチャネルが送信機と受信機との間のセグメント上の
容量を予約するのみとすることである。この場合には、リングトポロジ上で単一
のスロットを多数回使用することができる。チャネルＤはチャネルＥと同じスロ
ットを使用するが、これらは異なるセグメント上にある。同様にチャネルＦとチ
ャネルＧとは同じスロットを使用するが、これらは異なるセグメント上にある。
これはスロット再利用と称されるものである。スロット再利用は、リングトポロ
ジ上の分離したセグメントにまたがる同じスロット内のものを同時に送信するこ
とを可能にする。またリングトポロジが環形であるので、セグメント１６からセ
グメント２までのように、終端セグメントから始端セグメントまでのスロットを
予約することも可能である。このことはリング構造の追加的な特徴であり、一重
または二重の直線バストポロジでは不可能なことである。

【００５２】 スロット再利用は、リング及びバスネットワークにおいて共用リンクをより良
好に利用する一般的な方法である。ＤＱＤＢ、単信、及びＣＲＭＡにおけるスロ
ット再利用法は、スロット内の制御情報に依存するものである。バッファ挿入ネ
ットワークがメタ−リングにおけるような宛先解放と組み合わされると、弾性バ
ッファを通過する入りパケット流を遅延させることによって個々のリンクの容量
を再利用し、偶発的なコンテンション（競合）を解決することができる。

【００５３】 スロット再利用をＤＱＤＢ、単信、及びＣＲＭＡにおけるようにハードウエア
で実現するか、ＤＴＭにおけるようにソフトウエアで実現するにかかわらず、ス
ロット再利用によってアクセス方法の複雑性が増加しうる。またスロット再利用
の原理をＤＴＭ以外のシステムで実現する際に、スロット再利用によりノードを
通る高速クリティカルパス（最長経路）に複雑なハードウエアが追加され、従っ
てノード遅延時間が増加しうる。

【００５４】 ＤＴＭにおけるスロット再利用を可能にするために、ブロックトークンのフォ
ーマットは、このフォーマットで表現されるセグメントを記述するパラメータが
含まれるように拡張されるべきものである。またトークン管理プロトコルは、ス
ロット番号次元並びにセグメント次元における競合を回避するように修正するこ
とができる。最も重要な仮定は、元の原型を実現するにあたり、ハードウエア変
更が要求されるべきではないということである。

【００５５】 ＤＴＭでの利用に影響する２つの主な要因が存在する。第１には、各ノードが
固定のリンク容量を与えられた制御スロットの形で信号発生容量を割り当てられ
ることであり、このことは、多数のノードを有するリング上で、より少ないスロ
ットがデータ転送用に利用可能であるということを意味する。第２には、スロッ
トトークンがノード間に再割り当てされている間に、対応するスロットがデータ
転送用に使用できないので、トークン再割り当てがオーバヘッドを招くというこ
とである。

【００５６】 本明細書では本発明の好適な実施例について記述しているが、追加請求項に記
載のように、本発明の範疇から逸脱することなく、代案及び変形例を考案しうる
ことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のＤＴＭリングトポロジーの概略図である。

【図２】 本発明のノードの詳細図である。

【図３】 制御時間スロットから分離したデータ時間スロットを有する本発明の
ＤＴＭサイクルの概略図である。

【図４】 フレーム及びギャップスロットを含むＤＴＭサイクルの概略図である
。

【図５】 拡張ノードにおける入りフレーム及び出フレームの概略図である。

【図６】 リングトポロジーにおける３つの分離チャネルを示す図である

【図７】 本発明のリングトポロジーにおける異なるセグメントのスロットの再
利用を示す図である。

【手続補正書】特許協力条約第１９条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年６月４日（１９９９．６．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ラーズ マルクス ハイデル スウェーデン国 18142 リディンゴ マ ルクス キルクヴェイゲン 38

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノードを有し、かつ多数の時間スロットに分割可能な容量
   を有するリングトポロジを用意するステップを具え、該ノードが該リングトポロ
   ジと動作的に掛合され； さらに 前記リングトポロジと動作的に掛合され、かつ前記リングトポロジ内にフレー
   ムを送信すべく適応され、かつ拡張バッファを有する拡張ノードを用意するステ
   ップを具え、該拡張バッファが該拡張ノードと動作的に掛合され； さらに 前記拡張ノードが、複数の時間スロットから成る第１フレームを、第１サイク
   ル時に前記リングトポロジ内に送信するステップと； 前記拡張バッファが、前記第１サイクル時より遅い到着時に、前記第１フレー
   ムを受信するステップと； 前記第１フレームを前記拡張バッファに記憶するステップと； 前記第１フレームの到着時が前記第１サイクル時の整数倍である場合には、前
   記拡張ノードが前記第１フレームの時間スロットを再考し； 前記到着時が前記第１サイクル時の整数倍でない場合には、前記到着時に遅延
   時間を加えた合計時間が前記第１サイクル時の整数倍になるまで前記第１フレー
   ムを遅延させ、次に前記拡張ノードが前記第１フレームの時間スロットを再考す
   るステップと を具えることを特徴とする循環メッセージの同期化方法。
2. 【請求項２】 前記第１フレームを前記拡張バッファから前記拡張ノードの送信
   側に転送するステップと、前記第１フレームを前記リングトポロジ内に送信する
   ステップとをさらに具えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記第１フレームを送信する前に、前記第１フレームを変更する
   ステップをさらに具えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記第１サイクル時より前の第１送信時に第１アイドルメッセー
   ジを送信するステップをさらに具え、前記第１サイクル時が前記第１アイドルメ
   ッセージの送信時より整数倍遅いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記第１サイクル時より前の第２送信時に第２アイドルメッセー
   ジを送信するステップをさらに具え、前記第１送信時が前記第２送信時より整数
   倍遅いことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記第１アイドルメッセージを前記リングトポロジを通して送信
   するステップと、前記拡張ノードが前記第１アイドルメッセージを受信して、前
   記第１アイドルメッセージを前記リングトポロジから除去するステップとをさら
   に具えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記第１アイドルメッセージと前記第１フレームとを区別するス
   テップをさらに具えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 【請求項８】 フレームのみを前記拡張バッファに記憶するステップをさらに具
   えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記第１フレームを前記リングトポロジ内に送信する前に、前記
   第１フレームの時間スロットを読み込むステップをさらに具えることを特徴とす
   る請求項１に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記第１フレームを送信するステップの後にアイドルメッセー
    ジを送信して、第２フレームを送信するステップをさらに具えることを特徴とす
    る請求項１に記載の方法。
11. 【請求項１１】 複数の一定サイクル時に分割可能な容量を有する回線交換ネッ
    トワークにおける循環フレームの同期化方法において、この方法が： バッファセクションを有する拡張ノード及び少なくとも２つのノードを具える
    リングトポロジを用意するステップを具え、これらのノードが該リングトポロジ
    と動作的に掛合され； さらに 複数のアイドルメッセージを供給するステップと； 複数のデータスロット及び一定数の制御スロットから成る複数のフレームを供
    給するステップと； 各々が少なくとも１サイクル時だけ分離している複数のアイドルメッセージを
    前記リングトポロジ内に送信するステップと； 前記バッファセクションを制御して、前記バッファセクションが第１アイドル
    メッセージを含む場合にはフレームを前記リングトポロジ内に送信し、前記バッ
    ファセクションが情報を含まない場合にはアイドルメッセージを前記リングトポ
    ロジ内に送信し続けるステップと を具えることを特徴とする循環フレームの同期化方法。
12. 【請求項１２】 複数の制御スロット及び複数のデータスロットに分割可能な容
    量を有する動的同期転送モードリングトポロジを具え； さらに 前記リングトポロジと動作的に掛合され、かつ先入れ先出しの拡張待ち行列及
    び該先入れ先出し拡張待ち行列に直列に接続されたスロットセレクタを有する拡
    張ノードを具え、該スロットセレクタがユーザアクセスモジュール及び前記拡張
    バッファの送信側に接続され； さらに 前記リングトポロジと動作的に掛合された少なくとも２つのノードとを具える
    ことを特徴とする動的同期転送モードネットワーク。
13. 【請求項１３】 第１ノード及び第２ノードを有するリングトポロジを具え、こ
    れらのノードが該リングトポロジと動作的に掛合され； さらに 前記リングトポロジと動作的に掛合され、かつアイドルメッセージ及びフレー
    ムを前記リングトポロジ内に送信する拡張ノードを具え、該フレームが、複数の
    データスロット及び前記第１ノードに関連する第１制御スロット及び前記第２ノ
    ードに関連する第２制御スロットを有する第１フレームと、複数のデータスロッ
    ト及び前記第１ノードに関連する第１制御スロット及び前記第２ノードに関連す
    る第２制御スロットを有する第２フレームとから成り； さらに 前記拡張ノードと動作的に掛合され、かつ前記拡張ノードによって送信された
    フレームを受信しこれらを記憶して、前記アイドルメッセージを前記リングトポ
    ロジから除去するバッファセグメントを具えること を特徴とする回線交換ネットワーク。