JP2002514361A - サービス品質の保証を提供する通信網 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも一つの情報パケットを網のソースノードと宛先ノードの間で伝送するための通信網が開示される。この網は、ソースノードと宛先ノードとの間で伝送される情報クラスタを含み、この情報クラスタに情報パケットが付加される。情報パケットは情報クラスタにソースノードの所で情報クラスタがソースノードに到着した時点で付加され、情報クラスタから宛先ノードの所で情報クラスタが宛先ノードに到着した時点で取り出される。

Description

【発明の詳細な説明】 サービス品質の保証を提供する通信網 技術分野 本発明は、一般的には、コンピュータ通信網、より詳細には、優れたサービス 品質（以降、“ＱＯＳ”と呼ぶ）の保証を提供する改良された通信網に関する。 背景技術 サービス品質（Quality of Service、ＱＯＳ）の保証は、効率的な網通信のた めに、特に、分散マルチメディア用途に対して必要である。高いサービス品質を 連続メディア／リアルタイム用途に対して提供する必要性も通信網分野において 良く認識されている。 コンピュータ通信網においては、回路交換とパケット交換の２つのモードが良 く用いられる。回路交換用に構成された通信網においては、専用の通信経路が２ つの（あるいはそれ以上の）通信プログラムの間でこれら通信プログラムによっ て専用に用いられるために設定される。回路交換を利用する通信網の一例として は従来の電話網がある。回路交換接続を用いる通信網は、通信プログラム間の通 信の信頼性が非常に高いという長所をもつが、反面、通信の際に設定および維持 される全リンクに対して資源を予約する必要があるという重大な欠陥を持つ。つ まり、コンピュータ通信は、“バースト的”であるために（すなわち、通信プロ グラム間の通信では、情報の交換が、比較的短時間の実際の情報の交換に続いて 比較的“長時間”沈黙期間が発生するバーストモードにて行なわれるために）、 回路交換に基づく通信網は、網資源の利用効率が悪い。 他方、パケット交換を採用する網においては、２つ（あるいはそれ以上の）通 信プログラムは、回路交換の場合のような専用の予約された物理的網資源を持つ ことはない。代わりに、パケット交換においては、送信プログラムから受信プロ グラムに向けて発信される情報は、“パケット”と呼ばれる単位で伝送され、各 情報パケットは、自身の宛先となる受信プログラムを識別する情報を含む。各情 報パケットは、こうして識別される受信プログラムのアドレスに基づいて、網内 を次々と、最終的に意図される受信プログラムに到着するまで交換される。 パケット交換網においては、各情報パケットは、中間ノードによって、パケッ トの見出しに含まれる情報を用いて、宛先に転送される。この見出し情報としは 、宛先ホストのアドレス（ＩＰの場合）や、接続識別子（ＡＴＭにおけるＶＰＩ ／ＶＣＩ欄等）が含まれる。パケットは典型的には発信ホストによって任意の時 間に送信することが可能である。ＡＴＭ網等の幾つかの網においては、パケット の送信は、速度制御されたアプローチを用いて制限される。各パケットは網内の ノードによって独立的にルートされるが、ただし、いったん送信プログラムによ って設定された情報パケットの内容は不変で、網内を複数のノードを経て最終的 に宛先プログラムに到達する過程で変更されることはない。 パケット交換網は、データグラムと仮想回路の２つのモードにて動作する。型 的なデータグラムモードにおいては、パケットの見出しは、（ａ）受信者のアド レスを識別する情報、および（ｂ）パケットを網内の任意の中間ノードにおいて 処理するために必要となる他の情報を含む。データグラムモードにおいては、網 内を伝送される情報のパケットは順番に関係なく伝送され、また、受信機に向う 網内の任意の空いた経路を取る。実際、典型的に状況においては、情報のパケッ トが経由すべき経路が事前に定められていないために、情報パケットが一緒に伝 送されないことや、一緒に受信機に到着しないことがある。従って、全ての伝送 された情報が、実際に、（ａ）受信者に到着することや、（ｂ）受信者の所に送 信された順番通りに到着することは保証されない。この問題は、情報が、所定の 期間内に受信されること、あるいは特定の順番で受信されることが要求されるよ うな状況においては重大な問題となる。 仮想回路モードは、見出しが、パケットの伝送経路に対する識別子を含むこと のみを要求されるために簡単に構成できるという点で、上述のデータグラムモー ドより有利である。 仮想回路モードにて動作する網では、通信を開始する時点で、送信機から発信 される全てのパケットに対して固定ルートが選択される。 一般的には、パケット交換を用いた場合の方が、回路交換のみを用いる場合よ り、網資源の利用効率は改善される。ただし、パケット交換網を用いて、回路交 換網によって提供されるのと同程度のサービス品質（ＱＯＳ）の保証を提供する ことは、定義上、パケット交換網では通信プログラム（コンピュータ）間に専用 の物理的接続が存在しないために不可能である。 コンピュータ網は、音声およびビデオ用途と共に、データ用途もサポートする 方向に進化を見せており、以前よりも増して信頼性の高いサービス品質の保証を 提供することが要求されている。このために、十分に満足のできるサービス品質 の保証を提供できる網スキームを組み込もうとする様々な試みがなされている。 通常、これらスキームは、形式は幾分異なるが、全て仮想交換手法に基づく。周 知の仮想回路交換網においては、網資源は、仮想回路が設定される時点で予約さ れ、仮想回路が破壊される時点で解放される。仮想回路がいったん設定されたら 、実際に仮想回路を用いる前に、周知の管理制御スキームを用いて、ノードの相 互接続の設定に対してあるレベルのサービス品質が提供されることを保証するこ とを試みることが可能である。 ただし、仮想回路のみを用いるコンピュータ網は、例えば、仮想回路の設定に 対して、実際の通信時間は短時間であるのに対して、典型的には比較的長時間が 必要とされることや、効率的、かつ、十分なサービス品質の保証を提供すること ができない等の欠陥を持つ。従って、従来達成可能であったより優れたＱＯＳ保 証を提供できると共に、上述の欠陥を克服することができる通信網において用い るための網アーキテクチャが要求されている。 発明の開示 本発明は、一般的に述べると、情報パケットを網のノード間で伝送するための 通信網を提供する。この通信網は、好ましくは、少なくとも一つのソースノード と宛先ノード、および、ソースノードと宛先ノードとの間で伝送される情報クラ スタを含み、この情報クラスタに情報パケットが付加される。情報パケットは、 情報クラスタにソースノードの所で情報クラスタがソースノードの所に入来した 時点で付加され、情報クラスタから宛先ノードの所で情報クラスタが宛先ノード に到着した時点で取り出される。 情報クラスタは、網を通じて、網内の予め選択されたノード間の所定の経路に 沿って次々と巡回（移動）する。この所定の経路に沿う複数の選択されたノード の中のある一つのノードから発信された情報パケットは、情報クラスタに情報ク ラスタがその情報パケットが待っている特定のノードの所に到着した時点で付加 される。同様にして、情報パケットは情報クラスタから、選択された任意のノー ドの所で情報クラスタがその宛先ノードに到着した時点で取り出される。 網全体は、情報パケットを運ぶことに加えて、好ましくは、複数の情報クラス タを運ぶ。ただし、本発明によるたった１つの情報クラスタを運ぶ網を考えるこ とも可能である。これら情報クラスタは、事前にスケジューリングされた通りに 、好ましくは、規則的な時間間隔にて予め選択されたノードの間を次々と巡回す る。情報クラスタが規則的な時間間隔を持ち、予測可能であるために、網内のあ る特定のノードは、事前にある情報クラスタがその特定のノードの所にいつ到着 するか知ることができる。このようにして、網内の情報パケットに対して、これ は情報クラスタに付加して運ばれるが、より高い信頼レベルのＱＯＳ保証を提供 することが可能となる。 本発明による通信網は、ここに開示される情報クラスタを提供するのに加えて 、上述の周知の追加のネットワーキングスキームを組み込むこともできる。実際 、本発明によると、情報クラスタ上に空いたスペースが存在しないため、あるい は情報パケットの宛先ノードにある指定される期間内に向うようにスケジュール された情報クラスタが存在しないために、情報パケットを情報クラスタに付加す ることができない場合は、情報パケットは、パケット交換法等の別の（周知の） 交換スキームを用いて伝送される。 情報クラスタとは、パケットを扱うための同期転送モード（synchronous Tran sfer Mode,ＳＴＭ）と非同期転送モード（Asynchronous Transfer Mode,ＡＴＭ ）との組合せであると考えることができる。ＳＴＭにおいては、パケットはある 固定された時間にしか伝送することができないが、ＡＴＭにおいては、パケット は任意の時間にいつでも伝送することができる。本発明に従って構成された通信 網においては、情報パケットを情報クラスタを用いて伝送するには、情報パケッ トは予めスケジュールされた情報クラスタがその情報パケットが待っているノー ドの所に到着するのを待つことを要求されるが、他方情報パケットは、その情報 クラスタ上の空いている任意のスペースを用いることができる。 情報パケットを２つのノード間で伝送するために、発信ノード（情報パケット が発信されるノード）は、好ましくは、情報パケットを運ぶべき情報クラスタを 決定する。発信ノードは、また、好ましくは、到着する予定の情報クラスタ上に その情報パケットに対するスペースを予約する。その後、情報パケットは、情報 クラスタがそのノードの所に到着するのを待ち、到着した時点で、情報クラスタ に付加される（乗せられる）。 一方、情報クラスタが各選択されたノードの所に到着すると、情報クラスタが 位置する所のノードは、その情報クラスタ上にその特定のノードを宛先ノードと して識別する情報パケットが存在するか調べる。そのノードが特定の情報パケッ トに対する宛先ノードとして識別されている場合は、そのノードに向けられた情 報パケットが、その情報クラスタから取り出される。 性能の保証（ＱＯＳ要件）を必要とする情報パケットに対しては、事前に情報 クラスタ上のスペースを予約することで、情報クラスタによる伝送が保証される 。他方、低い優先レベルを持つ情報パケットの場合は、空いたスペースがある場 合は、これも情報クラスタに付加されるが、ただし、より高いＱＯＳ要件を持つ 情報パケットが存在する場合は、伝送を控えられ、バッファ（その他）内に一時 的に格納される。 網内の各ノードは、ノード間を次々と巡回される情報クラスタの発着時間につ いての知識を持ち、加えて、各ノードは到着する各情報クラスタの容量について の知識も持つ。従って、任意の特定のノードは、全ての情報クラスタの要件を満 たすのに十分な資源をそのノードの所に持つか否かを容易に決定することができ る。この目的に対しては、周知のスキームとの関連で用いられる様々な周知の管 理制御テストの任意の一つを用いることが可能である。各ノードは、網内でのＱ ＯＳ保証を提供するためには、そのノードの所に到着することが見込まれる情報 クラスタの数に対して十分なスペースを割当てる必要があると共に、それら情報 クラスタ内のパケットを処理する際の上り方向に関する遅延について決定する必 要がある。従って、各情報クラスタは、好ましくは、各ノードの所で指定される 処理時間を持つようにされる。 ＱＯＳ保証を必要とする情報パケットは、情報クラスタを用いて伝送されるよ うにスケジュールされることが必要であり、従って、情報クラスタ上のスペース を予約することを必要とされる。情報パケットに対して、いったんスペースが予 約されれば、その情報パケットは、そのパケットが付加される情報クラスタのそ れと類似するＱＯＳを持つことを保証される。他方、ある特定の情報パケットが 、ある特定のノードに、情報クラスタがそのノードを通過した後に到着し、その 特 定のノードから発信される場合は、その情報パケットは、パケット交換法等の従 来の方法を用いて伝送されることとなる。 例えば、ある情報パケットを、２つのノード間で情報クラスタを用いて伝送す ることができない場合は、この情報パケットを伝送するために２つのノード間に 仮想回路が設定される。 最後に、本発明による方法では、一つのあるいは複数の情報パケットを、網ル ートに沿う任意のポイントにおいて情報クラスタに付加することが可能であり、 また、網ルートに沿う任意の所望のノードの所で情報クラスタから取り出すこと が可能である。本発明によると、情報クラスタは、保証されるサービス品質を示 す様々なパラメータを持ち、あるレベルのサービス品質の保証を要求する情報パ ケットは、それに見合った適当な情報クラスタに付加して伝送される。 本発明の一つの目的は、従って、インターネットおよびコーポレート（企業） イントラネットにおいて利用することが可能な改良された網アーキテクチャを提 供することにあるが、本発明は、特に、これらの網上で用いるのに、例えば、ワ ールドワイドウエブ（world wide web）上をブラウズするのに特に有効である。 本発明のもう一つの目的は、網内で情報を伝送するための、網上の輻湊その他 の問題をより容易に回避できる方法を提供することにある。 本発明のさらにもう一つの目的は、サービス品質の性能要件を満たすことが可 能な通信網を提供することにある。 本発明のさらにもう一つの目的は、コネクションレス網を提供することにある が、これは、結果として、網資源の大幅な節減に結びつく。 本発明のその他の目的および長所が、一部自明であり、一部この明細書から明 らかになるものである。 従って、本発明は、一例として以下に詳細に開示されるような、複数のステッ プ、これら一つあるいは複数のステップと他のステップとの関係、これらステッ プを実行するために適合された装置、この装置を実現するための主要な要素、要 素の組合せ、パーツの配列、並びに、特徴的な性質および要素間の関係を有する 物品等から構成され、本発明の範囲については請求の範囲において示される通り である。 図面の簡単な説明 本発明をより良く理解するために、以下に図面との関連で本発明を詳細に説明 するが： 図１は、本発明に従って構成された通信網の概要を示し； 図２は、本発明に従って構成された情報クラスタの一つの好ましい構成を示し ； 図３は、情報を情報クラスタから情報クラスタが特定のノードに到着した時点 で取り出すための一つの好ましい方法を示す流れ図であり； 図４は、情報パケットを情報クラスタ上に情報クラスタが特定のノードの所に 到着した時点で付加するための一つの好ましい方法を示す流れ図であり； 図５は、本発明に従って構成された通信網内で情報を伝送するための一つの好 ましい方法を示す流れ図であり； 図６は、図１の通信網内で情報パケットを伝送するための一つの好ましい方法 をさらに詳細に示す流れ図であり；そして 図７は、図１の通信網内でサービス品質の保証を指定する情報を伝送するため の一つの好ましい方法をより詳細に示す流れ図である。 発明を実施するための最良の形態 最初に、図１との関連で説明を行なうが、図１は本発明に従って構成された通 信網１００の概要を示す。通信網１００（以降、“網１００”と呼ぶ）は、複数 のホスト１１０、１２０、１３０（これらは、例えば、コンピュータであり得る ）、複数のノード１０、２０、３０、４０、５０、６０、および複数のリンクを 含む。ノード１０〜６０とホスト１１０〜１３０は、周知の方法にて、回路交換 、 パケット交換、クラスタ交換等が可能となるように相互接続される。ここで、網 １００は、図１に示すより多数あるいは少数のノードとリンク、あるいはコンピ ュータを含むことも考えられることに注意する。 各々のノード内には対応するコントローラが存在する。つまり、図１に示す網 においては、ノード１０はコントローラ１５を含み、ノード２０はコントローラ ２５を含み、ノード３０はコントローラ３５を含み、以下類似する構成を持つ。 後に詳細に説明するように、各コントローラは、網のノード間をＨＤＬＣ、ＳＤ ＬＣなどの特定のリンク層プロトコルに従って巡回する情報クラスタが各ノード の所に到着したとき、この情報クラスタから情報パケットを取り出す働きを持つ が、コントローラは、その特定のノードにおいて取り出されることを意図された 情報パケットのみを取り出す。例えば、情報クラスタがノード３０の所に到着し 、この情報クラスタがノード３０に向けられた情報パケットを運ぶ場合は、コン トローラ３５は、この情報クラスタからノード３０に宛てられた情報パケットを 取り出し、このデータをデータバス（図示せず）上に送出する。 各ノード内のコントローラは、また、特定のノード（この例ではノード３０） において、どの情報パケットを情報クラスタに付加すべきかについても決定する 。つまり、ノード３０（つまり、バッファ）の所には、別個の異なるＱＯＳ要件 を持つ複数の情報パケットが、各パケットのサービス品質の要件に従って伝送さ れために待っている。コントローラ（つまりコントローラ３５）は、別個の異な るＱＯＳ要件を持つ複数の情報パケットを監視し、各情報パケットを、各情報パ ケットのＱＯＳ要件に基づいて情報クラスタに付加して伝送する。 もう一つの例として、（ａ）後にノード５０に向けて伝送されるようにスケジ ュールされている情報クラスタがノード４０の所に到着するが、（ｂ）ノード４ ０の所にはノード５０に向けて伝送されるのを待っている別個の２つの情報パケ ットが存在し、（ｃ）これらの第一の情報パケットは第二の情報パケットより 高い優先レベルを持ち、（ｄ）前記到着する情報クラスタ上のスペース（つまり 、メモリ）は、待っている２つの情報パケットの内の一つしか収容できない（運 ぶことができない）という状況を想定すると、ノード４０の所のコントローラ（ つまり、コントローラ４５）は、第一の情報パケットの方が高い優先レベル（よ り大きなサービス品質の要件）を持つために、第一の情報パケットを伝送するこ とを決定する。ただし、到着する情報クラスタ上に、待機しているこれら両方の 情報パケットを収容できる（運ぶことが可能な）空いた情報パケット用のスロッ ト（つまり、メモリ）が存在する場合は、コントローラ４５は、両方の情報パケ ットをその情報クラスタに付加する。 図１には、さらに、サーバ７０およびスケジューラ８０が示されるが、この好 ましい実施例においては、サーバ７０およびスケジューラ８０は、中央化して、 それぞれ、ノード５０および６０の所に配置される。ただし、当業者においては 周知のように、本発明から逸脱することなく、サーバ７０および／あるいはスケ ジューラ８０は、分散して実現することも可能である。つまり、サーバ７０とス ケジューラ８０の要素を網内の複数のノード内に配置することも可能である。 一般的に述べると、サーバ７０は、サービス品質の保証を要求する情報パケッ トに対して、（巡回する情報クラスタ上の）スペースを予約する機能を持つ。サ ーバ７０は、また、各情報パケットのサービス品質の要件を監視し、網１００内 の各ノードにおける情報クラスタの発着スケジュールを維持する。このようにし て、サーバ７０は、どの情報クラスタに付加して伝送すれば、各ノードのバッフ ァ内で待っている様々な情報パケットのＱＯＳ要件を最も良く満たすことができ るかを決定する。より具体的には、コントローラは、好ましくは、サーバ７０と 通信することで、情報クラスタ上のスペースを予約する。この通信は、新たな情 報パケットが生成される度に、ブロックのスロットを予め予約するために開始さ れる。コントローラは、その後、好ましくは、各情報パケットの要件を監視し、 それらの予約を動的に調節する。 スケジューラ８０は、網１００内を巡回されるべき情報クラスタのタイプおよ び網のノード間で情報クラスタをどの程度頻繁に巡回すべきかについて決定する 機能を持つ。スケジューラ８０は、また、後に説明するように、各情報クラスタ のスケジュールを所定のプログラミング制約／プロトコルに従って調整する。ス ケジューラ８０はまた更新されたスケジュールおよび情報クラスタについて、Ｏ ＳＰＦなどのルーティングプロトコルを用いて網全体に一斉に伝送（通知）する 。 次に、図２との関連で説明を行なうが、図２は、本発明に従って構成された情 報クラスタ２００の概要を示す。 情報クラスタ２００は、好ましくは、その情報クラスタ自身の識別を含むクラ スタ識別子２１０および任意の時間において情報クラスタ２００によって収容す る（運ぶ）ことが可能な情報パケットの数を示す容量指標２２５を含む。長さ指 標２２０は、情報クラスタの現在の長さを、例えば、バイト単位にて示す。これ は、後に述べるように、幾つかのスロットが空である場合は、情報クラスタに対 する許容最大長より短くなる。 情報クラスタ２００は、複数の情報パケット用のスロット２４０ａ、２４０ｂ 、２４０ｃ、．．．２４０ｎを含む。選択されたノード間を巡回する情報クラス タ２００に付加される情報パケットは、実際には、この情報パケット用のスロッ ト内に格納される。 情報クラスタ２００は、また、複数のスロット指標２３０ａ、２３０ｂ、２３ ０ｃ、．．２３０ｎを含む。これらスロット指標の数は、情報クラスタ上で利用 することが可能な情報パケット用のスロット２４０ａ〜ｎの数に対応する。これ らスロット指標は、スロット内のパケットに関する制御情報を含む。各スロット 識別子は、対応する情報パケット用のスロット内に格納された情報パケット の優先レベル（つまり、ＱＯＳ要件）を識別する。スロット指標２３０ａ−ｎは 、また、対応する情報パケット用のスロットが空であるか否かを示す。ここで、 空である場合は、このスロットは、後に説明するように、ノードの所で待ってい る情報パケットを収容する（運ぶ）ことができる。スロット指標の内容は、図２ に示すように、３つの欄から成る。欄２５０はそのスロット内の情報パケットの 発信元を識別し、欄２６０はそのスロット内の情報パケットの宛先を識別し、欄 ２７０はそのスロット内の情報パケットの優先レベルを識別する（例えば、その 情報パケットが、ＱＯＳ保証を要求するパケットであるか、努力（best effort ：出来るだけの努力を試みる）パケットであるか、あるいはスロットが空である か等を識別する）。 情報クラスタ２００に、情報クラスタの終端を示すトレーラ（図示せず）を付 加し、このトレーラに情報クラスタの長さを格納することも考えられる。この好 ましい実施形態においては、情報クラスタは、固定された容量を持ち、固定され た数の情報パケットを運ぶが、ただし、情報クラスタ内の空のトレーラスロット を物理的に運ぶ必要性はなく、情報クラスタは、実際には、可変の長さを持つ。 次に、図３および図４との関連で説明を行なうが、図３は、情報パケットを情 報クラスタに付加するステップを詳細に示し、図４は、情報パケットを情報クラ スタがノードに到着したとき情報クラスタから取り出すステップを詳細に示す。 具体的には、情報クラスタは、好ましくは、選択されたノードの各々の所に、事 前にスケジュールされた時刻に到着する。情報パケットは、周知のプロトコルに 従って、網内のデータバスに沿う各ノードの所に到着する。そして、情報パケッ トは、ノードの所で情報クラスタから取り出され、構成（コンフィギアー）され た上で、（必要であれば）適当な出力データラインに出力される。情報パケット は、情報クラスタから一時的に取り出し、別の情報クラスタに挿入されるのを待 って、一時バッファに格納される場合もある。 ここでは、本発明の一例を説明するために、以下の第一のテーブルに示すよう な情報クラスタがノード２０の所に到着し、第二のテーブルに示すような情報パ ケットがノード２０のバッファ内で待っているものと想定する： 第一のテーブル 第二のテーブル 上の例では、情報クラスタ２００は、５つの情報パケット（パケット１〜５） を運んでおり、最後の情報パケット用のスロット２４０ｆは空である。この事実 はスロット指標２３０ｆによって示される。各パケットは、それぞれ、発信およ び着信ノードを持ち、これらの両方とも、好ましくは、各々のスロット指標２３ ０ａ〜ｆ内に格納される。つまり、その情報パケットが最初にどこで情報クラス タに付加され、その情報がどのノードにて情報クラスタから取り出されるべきか に関する情報が維持される。各パケットはまた各々の特定の優先（“ｐ”）レベ ル１〜４（ここで、ｐ１＞ｐ２＞ｐ３＞ｐ４）を持つ。この優先レベルは、例え ば、ＱＯＳ要件を定量的に表す。 説明の都合上、さらに、以下の事項を想定する。つまり、情報クラスタ２００ は、ノード２０の所に、ノード１０（ここでパケット１〜５が情報クラスタに付 加された）から、ちょうど到着した所であり、情報パケット１、３、４、５は、 ノード２０に向けられているのではなく、それぞれ、ノード３０、３０、４０、 ４０に向けられており、情報パケット２は、ノード２０の所で情報クラスタ２０ から取り出されるようにスケジュールされており、最後に、情報クラスタ２００ は、ノード２０を出発した後、ノード３０に向うようにスケジュールされている ものと想定する。 次に、図３との関連で説明するが、図３は、前述のように、情報クラスタから パケットを取り出すステップを示す。情報クラスタ２００がノード２０に入来し （ステップ３０１）、ノード２０のカウンタが、好ましくは、０にリセットされ る（ステップ３０３）。次に、カウンタの値が、情報クラスタ２００がノード２ ０に入った時点において情報クラスタ２００上に格納されている情報パケットの 数と比較される（ステップ３０５）。情報パケット用のスロット２４０ａ〜ｎの どれにも情報パケットが格納されてない場合は（ステップ３１３）、コントロー ラ２５は、ノード２０のバッファ内に、網１００の別のノードに送られるのを待 っている情報パケットが存在するか否か決定する（図４参照）。この例では、（ 情報クラスタの長さに依存して）パケット６および／あるいはパケット７が以下 に詳細に説明するステップに従って情報クラスタに付加される。 コントローラ２５が、情報クラスタ２００上に情報パケットが存在することを 決定した場合は（ステップ３０６）、情報クラスタが位置するノード（ノード２ ０）と、各スロット指標内に格納されている宛先ノードとが一致するか否か、最 初に、スロット２４０ａ内に格納されている第一の情報パケット（パケット１） について比較される（ステップ３０７）。スロット指標２３０ａ内に格納された パケット１の宛先ノードが、情報パケット１がこの特定のノード２０に向けられ ていることを示す場合は、情報パケット１は情報クラスタ２００から取り出され 、周知のプロトコルに従ってデータライン上に出力される（ステップ３０９）。 ただし、上の例では、パケット１は、ノード３０に向けられている。このためパ ケット１は、情報クラスタ２００内に留まる。次に、カウンタが増分される（ス テップ３１１）。第一のスロットが空である場合（ステップ３１１）もカウンタ が増分される。 （次に増分されたカウンタ値（２）に対して上述のステップが反復されるが） ここでは、情報クラスタ２００に付加された第二のパケット（パケット２）につ いても存在することが決定される（ステップ３０６）。情報クラスタ２００が位 置する所のノード（ノード２０）の識別と、スロット指標２３０ｂ内に格納され ている宛先ノードの識別とが比較される（ステップ３０７）。ここではスロット 指標２３０ｂ内に格納された宛先ノードは、情報パケット２がノード２０に向け られていることを示す（ステップ３０７）。従って、情報パケット２は、情報ク ラスタ２００から取り出され、周知のプロトコルに従ってデータライン上に出力 される（ステップ３０９）。情報クラスタ２００から一つの情報パケットを取り 出した後、こうして取り出された情報パケットを今まで格納していた情報パケッ ト用のスロット（この例ではスロット２４０ｂ）は、“から”として表示される 。つまり、情報パケット用のスロット２４０ｂは、この中に別の情報パケット（ 例えば、パケット６）を収容することが可能となる。 再びカウンタが、情報クラスタ２００に付加された次の情報パケットを指すよ うに増分される（ステップ３１１）。 当業者においては明らかなように、カウンタが残りの各スロット指標に対して 次々と増分され、上述のステップが残りの全ての情報パケットについて遂行され 、 情報クラスタから取り出されるべきか否か決定される。 次に図４との関連で説明を行なうが、図４は、前述のように、情報パケットを 情報クラスタ２００に付加するステップを示す。この情報パケットを情報クラス タに付加するステップは、好ましくは、情報クラスタから必要な全ての情報パケ ットを取り出した後に遂行される。 情報パケットを情報クラスタに付加するルーチンが開始され（ステップ４０１ ）、ノード内のカウンタがリセットされる。カウンタが、ここでも、好ましくは 、０にリセットされる（ステップ４０３）。その後、最初のカウンタの値が、第 一のスロット指標２３０ａと比較され（ステップ４０５）、その後、カウンタが 次々と増分され、全てのスロット指標２３０ａ〜ｅについて比較が遂行される。 その後、この情報クラスタ２００は、後に説明するように、ノード２０を出発し 、情報クラスタの予めスケジュールされたルート上の次のノード（この例ではノ ード３０）へと向う。 前述のように、パケット２は、情報クラスタ２００から取り出されており、こ のために、情報パケット用のスロット２４０ｂは、空の状態となっている。また 、情報スロット２４０ｅは、情報クラスタ２００がノード２０に入った時点で既 に空であった。 こうして、カウンタが、最初に、スロット指標２３０ａに対して増分され（ス テップ４０６）、対応する情報パケット用のスロット２４０ａが空であるか決定 される（ステップ４０７）。この例では、情報パケット用のスロット２４０ａは 空ではない。増分されたカウンタ値に対応する情報パケット用のスロットが情報 パケットによって占拠されている場合は、そのカウンタ値に対応する情報パケッ トの優先レベルが決定される（ステップ４０８）。そのノードの所に、既に付加 されている情報パケットより高い優先レベルを持つ情報パケットが待っている場 合は、優先レベルの低い方の情報パケット（既に情報クラスタに付加されている 情報パケット）が情報クラスタから取り出され、その後の伝送のために、そのノ ードのバッファ内に格納される（ステップ４１０）。次に、より優先レベルの高 い待っていた情報パケットが情報クラスタに付加される（ステップ４０９）。対 応するスロットが占拠されており（ステップ４０７）、しかも、情報クラスタが 位置するノードの所に、より高い優先レベルを持つ伝送を待っている情報パケッ トが存在しない場合は（ステップ４０８）、単に、カウンタが増分され（ステッ プ４１１）、このルーチンが、各スロット指標に対して次々と遂行される（ステ ップ４０５）。 つまり、ノード２０の所に、情報クラスタ上に現在既に存在するパケットより 高いサービス品質の要件（より高い優先レベル）を持つ情報パケットが待ってい る場合は、このより高い優先レベルを持つパケットが、情報クラスタに付加され 、より低い優先レベルを持つパケットは、ノードのバッファ内に一時的に格納さ れ、次の情報クラスタにて伝送される機会を待つ。上述の例では、後に説明する ように、パケット６および７が、それぞれ、情報クラスタ２００のスロット２４ ０ｂと２４０ｅに付加され、その後、パケット８が、より低い優先レベルを持つ 情報パケット（例えば、パケット５）の代わりに情報クラスタに付加される。 具体的には、カウンタが次々と増分され（ステップ４１１）、各スロット指標 （２３０ｂ〜ｆ）について、対応する情報パケット用のスロットが空であるか否 か決定され（ステップ４０６、４０７）、情報パケット用のスロット２４０ｂお よび２４０ｅは空であるために、パケット６および７が情報クラスタ２００に付 加され（ステップ４０９）、これと共に、発信ノードと宛先ノード、およびその 優先レベルに関するデータが、各スロット指標内に格納される（ステップ４０９ ）。 つまり、低いサービス品質の要件（優先レベル４）を持つ情報パケット（この 例ではパケット５）が、情報クラスタ２００から取り出され、バッファ内に格納 され、より高いサービス品質の要件を持つ情報パケット（パケット８）が、情報 クラスタ内の前記より低いＱＯＳ要件を持つパケット５によって以前占拠されて たスロット内に付加される。換言すれば、より低いＱＯＳ要件を持つ情報パケッ トは、情報クラスタが現在位置するノードの所でより高いＱＯＳ要件を持つ情報 パケットが待っている場合は、情報クラスタ上のスペースを見合わせることを要 求される。 これも当業者においては理解できるように、図３および図４の処理ステップを 併合（インターリーブ）し、情報パケットの情報クラスタへの付加とこれからの 取り出しの両方を遂行する併合プログラムを開発することも可能である。加えて 、これらステップは、ノードの入力ラインの所で遂行することも、あるいは出力 ラインの所で遂行することも可能である。 必要な情報パケットを情報クラスタ２００に付加し、あるいは、これから取り 出した後に、情報クラスタ２００は、所定の時間の後に、ノード２０を出発する 。情報クラスタがノードを出発する時刻および情報クラスタがノードに留まる時 間の長さは、各ノード内のコントローラによって決定・監視・維持される。情報 クラスタがノードに留まる時間の長さは、ある特定のノードにおいて情報パケッ トの処理に要求される時間よりもかなり長い。 サーバ７０は、情報パケットを情報クラスタに付加するために用いる情報パケ ット用のスロットの割当てについても制御する。サーバ７０は、さらに、好まし くは、網１００内の現在の情報クラスタのスケジュールの他、網内の各情報クラ スタの要件（遅延の制約および損失要件）等について維持監視を行なう。サーバ ７０あるいは各コントローラは、情報クラスタの巡回スケジュールに基づいて、 複数の動作中の情報クラスタの中から、どの情報クラスタを選択すれば網内の情 報パケットのＱＯＳ要件が最も良く満たされるかを決定する。サーバ７０は、こ うして、情報パケットに対して、適当な情報クラスタ上に情報パケット用のスロ ットを予約する。 例えば、ある特定の情報パケットを運ぶように選択された情報クラスタは、そ の情報パケットが送られるべき宛先ノードに向うことを要求されることに加えて 、その情報パケットの遅延制約（あるいは類似の要件）を満たすようなスケジュ ールを持つことを要求される。例えば、ある情報パケットに対する適当な空いた 情報クラスタが存在しない場合は、その情報パケットはどの情報クラスタへのア クセスも拒絶され、これは、別の周知の伝送スキームを用いて、すなわち、努力 (best-effort)パケットとして、伝送されることとなる。ここで、努力(best-eff ort)パケットとは、網によってＱＯＳの保証が提供されないパケットを意味する 。網は、そのパケットを出来るかぎり配達することを試みるが、資源が不足した 場合は、このパケットは破棄される。 本発明の方法は、複数の連続した情報パケットを伝送するために複数の情報パ ケット用のスロットが要求され、このため、複数の情報クラスタが用いられるよ うなケースに対しても容易に拡張することが可能である。また、方法は、固定長 のパケットを想定するが、可変長のパケットに拡張することも可能である。 次に、図５との関連で説明を行なうが、図５は、情報クラスタを網１００内お よび網の選択されたノードの間で効率的に巡回するための好ましい判定プロセス を示す。ノード４０の所のバッファ内に、以下の第三のテーブルに示す状態を持 つパケット９〜１１が待っているものと想定する： 第三のテーブル 前述のチャートに示すように、情報パケット９が、例えば、データバスを介し て、ノード４０の所に入来するものと想定する。すると、サーバは、パケット９ が、ＱＯＳ制約を持つか否か決定する（ステップ５０３）。制約を持たない場合 は、パケット９は、宛先ノード６０に、クラスタ交換、回路交換等の周知の方法 を用いて伝送される（ステップ５０５）。このサブルーチンは、次に、終端する （ステップ５１３）。さらに、新たな情報パケット１０がノード４０に入来する と（ステップ５０１）、サーバ７０は、再びその情報パケット１０がＱＯＳ制約 を持つか否か決定する（ステップ５０３）。上の例では、情報パケット１０は、 ＱＯＳ制約を持ち、このため、サーバ７０は、このＱＯＳ要件をノード４０の所 に到着することがスケジュールされている次の情報クラスタによって満たすこと ができるか否か決定する（ステップ５０７）。サーバ７０が、ノード４０の所に 到着する予定の次の情報クラスタが情報パケット１０の要件を満たすことができ ることを決定した場合は、情報パケット１０のために、予定の情報クラスタ上の 情報パケット用のスロットが予約され（ステップ５０９）、その後、この情報パ ケットは、こうして識別された次の情報クラスタによって伝送される（ステップ ５１１）。反対に、サーバ７０が、ノード４０の所に到着することが予定される 次の情報クラスタがパケット１０の要件を満たすことができないことを決定した 場合は、情報パケット１０はパケット交換等周知の方法を用いて伝送される（ス テップ５０５）。 次に図６との関連で説明を行なうが、図６は、（特定のＱＯＳ要件を持たない ）情報パケットを、網内で、どのように伝送すべきかを決定するための好ましい 方法について詳細に示す。この方法によると、“努力(best efforts)”パケット であることを示す状態を持つ新たなパケットが、あるノードの所に、別のノード に伝送されるために入来した場合（ステップ６０１）、そのノードの所に到着す る予定の次の情報クラスタが指定される時間期間内に到着し、その情報パケット の伝送に間に合う否か決定される（ステップ６０３）。予定される次の情報クラ スタによってその情報パケットを送ることができない場合は（そのＱＯＳ要件を 満たすことができない場合は）、その情報パケットは、上述のように、従来のス キームを用いて伝送される（ステップ６０５）。一方、次に到着する予定の情報 クラスタが所定の期間内に到着することが決定された場合は、その情報クラスタ を待ち（ステップ６０７）、次に、その情報パケットを運ぶための空いたスペー スが存在するか否か決定される（ステップ６０９）。空いたスペースが存在しな い場合は、ここでも、この“努力(best efforts)”パケットは、従来の方法を用 いて伝送される（ステップ６０５）。一方、情報クラスタ上にスペースが存在す る場合は、この情報パケットは、そのスペースに付加され、これを用いて伝送さ れる（ステップ６１１）。 このようにして、サービス品質の制約を持たない情報パケットに対しては、網 は、これらパケットを、特定のＱＯＳ要件を持つより高い優先レベルの情報パケ ットのために伝送を見合わされることなく、直ちに、従来の方法を用いて伝送す る。 次に図７との関連で説明を行なうが、図７は、特定のＱＯＳ制約を持つ情報パ ケットを網内でどのように伝送すべきかを決定するための好ましい方法を示す。 特定のＱＯＳ制約を持つ新たなパケットが、ノードに別のノードに伝送されるた めに入来した場合（ステップ７０１）、この場合も、次にそのノードの所に到着 する予定の情報クラスタが、その情報パケットの特定のＱＯＳ制約を満たすこと ができるか否か決定される（ステップ７０３）。予定の次の情報クラスタがその 情報パケットのＱＯＳ要件を満たすことができない場合は、情報パケットは、上 述のように、従来の方法を用いて伝送される（ステップ７０５）。次に到着する 予定の情報クラスタが、ＱＯＳ制約を満たすことが決定された場合は、その情報 クラスタ上に、その情報パケットのために既に予約されているスペースが存在す るか否か決定される（ステップ７０７）。予約されたスペースが存在しない場合 は、スペースを予約するために、サーバ７０にアクセスする（ステップ７１１） 。サーバ７０が、これに応答して、次の情報クラスタが到着する前に、次の情報 クラスタ上にスペースを予約したことを示す指標をノードに送り返した場合は（ ステップ７１５）、情報パケットは、次の情報クラスタを待ち（ステップ７０９ ）、この情報クラスタを用いて伝送される（ステップ７１９）。反対に、サーバ ７０が、次の情報クラスタが到着する前に応答しなかった場合は（ステップ７１ ５）、情報クラスタがノードの所に実際に到着した時点で、その上にスペースが 存在するか否か決定される（ステップ７１７）。その情報クラスタ上にスペース が存在する場合は、情報パケットは、その情報クラスタに付加され、これを用い て伝送される（ステップ７１９）。反対に、スペースが存在しない場合は、情報 パケットは、従来の方法を用いて伝送される（ステップ７０５）。同様に、サー バ７０から情報クラスタ上にスペースが存在しないことを示す否定的な応答があ った場合も、情報パケットは、従来の方法を用いて伝送される（ステップ７０５ ）。 情報パケットは、複数の情報クラスタに付加し、これを複数のノードに伝送す ることも可能である。このためには、スケジューラ８０は、好ましくは、従来の ルーティングプロトコル、例えば、ＯＳＰＦを用いて、情報クラスタのスケジュ ールをグローバル的に各コントローラに送る。 本発明の信頼性は、情報クラスタを網内を、特に、網内の選択されたノード間 で移動させる巡回スケジュールを生成および維持するためのアルゴリズムの品質 に依存する。 スケジューラ８０は、網内を伝送されるべき情報クラスタのタイプおよびこれ らをどの程度頻繁にラン（運行）するかを決定する。スケジューラ８０は、情報 クラスタのスケジュールを以下の制約に従って調節する： １）ノードの各ソース・宛先ペアの所に情報クラスタがかなり頻繁な間隔にて 発着する存在するようにする； ２）ノードの所に存在する情報クラスタの総数が任意の時間においてそのバッ ファ容量を超えないようにする； ３）ノードが任意の時間においてそのノードの所の全ての情報クラスタのＱＯ Ｓ制約（例えば、処理時間の制約）を満たすことができるようにする； ４）好ましくは情報クラスタがソースノードと宛先ノードの間の最短経路を通 るようにする。 そして、情報クラスタのスケジュールは、好ましくは、以下のアルゴリズムに 従って作成される： １）全ペア最短経路アルゴリズムをランし、ノードの全てのペア間の最短経路 を見つける； ２）全ノード間のＮ×Ｎ個の最短経路の一覧を作成する； ３）他の経路のサブセットである経路を除去することで、セットの極大経路（ a set of maximal paths）を見つける； ４）こうして見つけられた経路の各々に対して情報クラスタを周期的な間隔に て割当てる； ５）各情報クラスタにノード上のステーション間で期待されるトラヒックに比 例する容量を割当てる。一例においては、容量は、情報クラスタの経路長に比例 するようにされる。 これら制約およびアルゴリズムは、当業者においては、容易に実現できるもの である。例えば、上で簡単に述べられた制約およびアルゴリズムが、Monma,C.L. およびShegn,D.Dによる論文“Backbone Network Design and Performance Analy sis:A Methology For Packet Switching Networks”,IEEE J Select Areas Comm un.SAC-4:946-965において説明されているために、これについても参照されたい 。 全スケジュールが、好ましくは、網を通じて一定な時間間隔Ｔにて反復される が、この間隔Ｔは、網上の負荷の変化の速度によって決定される。 上述のように生成されたスケジュールを用いた場合でも、幾つかのノードが同 時に存在する情報クラスタ内の情報を緩衝することができないとう意味で、幾つ かのノードの所で資源要件が違反されることがあり得る。ただし、この問題は、 情報クラスタの到着時刻をずらすと共に、情報クラスタが各ノードの所に止まる 時間の量を変化させることによって解消することができる。これは、変数として 各ノードの所での情報クラスタの到着時刻と遅延を持ち、制約として任意の時間 においてノードのバッファスペースが超過されるべきではないという条件を持つ 線形最適化問題として定式化することができ、この問題を解決するために、周知 の様々な線形計画法を用いることが可能である。 本発明に従って通信網を提供することにより、サービス品質の保証を提供する コーポレート（企業）イントラネット、コーポレート（企業）仮想プライベート 網等の改良された網を構築することが可能である。本発明による通信アーキテク チャは、ルータ、スイッチ、アクセスノード等の周知の網要素に組み込むことも 可能である。加えて、本発明の通信網は、インターネットアクセスの他、特に、 音声およびビデオ用の用途にも適する。さらに、本発明によって構成された通信 網は、ウエブベースの用途に用いられる場合のインターネットおよびイントラネ ットの性能を向上させる。さらに、本発明に従って構成される通信網は、それ自 身はＡＴＭ交換機から成る網を制御するために用いられるＰＮＮＩ等のプロトコ ルの要素として用いることも可能である。さらに、遠隔教育用、分散教室用、グ ループウエア支援用の網に、本発明によって構成される通信網を組み込むことで 、これら網の性能を大幅に改善することが可能である。 上述の構造および方法は、単に、本発明の原理を解説するものである。当業者 においては、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これ以外の様々な 修正および適応を考えることが可能であり、これら全てが請求の範囲に含まれる ものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 網のノード間で少なくとも一つの情報パケットを伝送するための通信網 であって、この通信網は、 少なくとも一つのソースノードおよび宛先ノードと、 情報クラスタとを含み、この情報クラスタが前記ソースノードと前記宛先ノー ドとの間で伝送され、この情報クラスタがこれに情報パケットを付加するために 用いられ；前記情報パケットは、前記情報クラスタが前記ソースノードに入来し たときに前記ソースノードで前記情報クラスタに付加され、前記情報クラスタが 前記宛先ノードに到達したときに前記宛先ノードで前記情報クラスタから取り出 される。 ２． クレーム１に記載された通信網において、 少なくとも第三のノードを含み、前記情報パケットがそれと関連して前記情報 パケットが前記第三のノードに伝送されるべきことを示す指標を持ち、前記宛先 ノードが宛先ノードコントローラを含み、このコントローラは、前記情報クラス タが前記情報パケットに関連するサービス品質の要件に応じた前記宛先ノードに 到着した時点で、前記情報クラスタから前記情報パケットを取り出す。 ３． クレーム２に記載された通信網において、 少なくとも第二の情報クラスタを含み、この情報クラスタが前記宛先ノードと 前記第三のノードの間で伝送され、前記コントローラは、前記情報クラスタが前 記情報パケットに関連するサービス品質の要件に応じた前記宛先ノードに到着し た時点で、前記情報パケットを前記第二の情報クラスタに付加する。 ４． クレーム１に記載された通信網において、 関連するサービス品質の要件を有する情報パケットを扱うために前記情報クラ スタ上のスペースを予約するためのサーバを有する。 ５． クレーム４に記載された通信網において、 前記サーバは、前記情報クラスタが前記情報パケットの前記サービス品質の要 件を満たすことができるか否か決定する。 ６． クレーム５に記載された通信網において、 前記情報パケットは、これと関連して前記情報パケットが前記宛先ノードに伝 送されるべきであることを示す指標を持ち； 前記ソースノードは、前記情報クラスタが前記ソースノードに到着した時点で 前記情報パケットを前記情報クラスタに付加するためのソースノードコントロー ラを有し； 前記コントローラは、前記サーバと通信し、前記情報クラスタが前記ソースノ ードに到着する前に前記情報クラスタ上のスペースを予約する。 ７． クレーム１に記載された通信網において、 前記情報クラスタのスケジュールを決定するためのスケジューラを含み； 前記スケジュールは、前記情報クラスタが前記ソースノードに到着する時刻、 前記情報クラスタが前記ソースノードを出発する時刻、および前記情報クラスタ が前記宛先ノードに到着する時刻を含む。 ８． クレーム１に記載された通信網において、 前記情報クラスタは、 前記情報クラスタを識別する識別子と、 前記情報クラスタに同時に付加することが可能な情報パケットの数を示す容量 指標と、 前記情報クラスの長さを示す長さ指標と、 情報パケットのソースノードの識別、前記情報パケットの宛先ノードの識別、 および前記情報パケットのサービス品質の要件を示す少なくとも一つのレコード 指標を含む。 ９． 情報パケットを通信網内の二つのノード間で伝送するための方法であっ て、この方法は、 情報クラスタをソースノードに伝送するステップと、 前記情報クラスタが前記ソースノードに到着した時点で、前記情報パケットを 前記情報クラスタに付加するステップと、 前記情報クラスタを宛先ノードに伝送するステップと、 前記情報クラスタが前記宛先ノードに到着した時点で、前記情報パケットを前 記情報クラスタから取り出すステップとを有する。 １０． 通信システム内で用いるためのノードであって、このノードが、少な くとも一つの情報パケットを情報クラスタに付加し、この情報クラスタを第二の ノードに伝送するように構成され、このノードがさらに別のノードから別の情報 クラスタを受信し、この情報クラスタからこのノードに宛てられた一つあるいは 複数の情報パケットを取り出すように構成される。