JP2003188939A - 遅れを許容しないデータ・サービス提供における性能推定方法 - Google Patents
遅れを許容しないデータ・サービス提供における性能推定方法Info
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Abstract
リームを処理し搬送する際のデータ交換設備の性能を評
価する方法と装置を提供する。 【解決手段】 この装置は受信追跡記録(120)と送
信追跡記録(160)とを含み、またこの方法は受信追
跡記録(120)と送信追跡記録(160)とを調査し
てデータ交換設備の性能を評価することを含む。その利
点は、データ転送待ち時間とデータ搬送ジッタとデータ
区分損失とを評価して、ストリーミング・データ・サー
ビスの提供を可能にする機能を含む。
Description
ータ転送に関するもので、より詳しくは、転送遅れ影響
型(sensitive)データ・サービスを提供する際の性能評
価のための方法と装置に関するものである。
ータ・サービスの需要がますます高まっている。ストリ
ーミング・データ・サービスは、オーディオとビデオと
データ・ストリーミングとを含む。
声サービスとも呼ばれ、遍在するプレーン・オールド電
話サービス(POTS)や電話会議やラジオなどを含
む。POTSサービスは、市内電話交換局と各電話局と
の銅対接続である市内線により提供されている。相互接
続された電話交換局のグループはいわゆる電話網を形成
する。しかし最近は無線電話が普及する傾向にある。電
話会議は電話交換サービスにより必要に応じて提供され
ている。無線サービスは最近まで自由空間電波により提
供されていた。
レビ番組やテレビ会議や、最近ではビデオ・オン・デマ
ンドを含む。テレビ番組は最初(現在でもなお)自由空
間電波を介して送られたが、最近のテレビ番組はケーブ
ル・テレビジョンを含む有線サービスで提供される傾向
にある。ラジオもケーブル・テレビジョンなどの有線サ
ービスで提供される傾向にある。
れる方法は、銅対の組合わせを用い、逆多重化法を用い
て多重市内線接続により、したがって電話網を介した多
重電話接続により、必要な帯域幅を送ることを含む。
専用回線を低ジッタで提供するという電話網の最も代表
的な特性にかなう方法であろう。しかし電話システムは
あらゆるところに届くように設計されるので、これを更
に拡張するには大きなインフラストラクチャ費用を必要
とする。自由空間電波(放送媒体)はデータ伝送をチャ
ンネル化すればやはりこの特性を有するが、到達範囲が
限られておりまた気象条件により制限される。ケーブル
・テレビジョン網はチャンネル化により同じ特性を有す
る。ケーブル・テレビジョン網の到達範囲を拡張するに
はインフラストラクチャ費用がかかる。最初ケーブル・
テレビジョン網は放送専用媒体であったが、最近は双方
向通信が提供されるようになり、文字放送およびビデオ
・オン・デマンドのサービスが可能になった。
成が可能なのは電話網である。一般に回線交換と呼ばれ
る方法により、市内線に接続するPOTS端末同志の間
に専用線を確立することができる。電話システムの帯域
幅の利用度は最適な状態ではないと考えられている。電
話網の最も広い使われ方は人対人の音声通信である。音
声通信の利用率は40%なので、利用可能な専用帯域幅
の60%が遊んでいる。
より誤りを許容するよう設計された。冗長性は、冗長な
電話交換局や、地理的に分離して配置された電話中継線
と呼ばれる冗長な電話間交換線を用いることにより実現
された。
ータ・サービスの需要が増加した。データ・サービスを
高い信頼性と低コストとで提供する方法が研究された。
信頼性は、データ転送網内でいわゆるパケット交換技術
を用いることにより与えられた。これは、一般にパケッ
トと呼ばれるプロトコル・データ・ユニット(PDU)
に区分されたデータの転送を保証する。パケットという
言葉が一般に用いられているが、これは技術的にはセル
交換やフレーム・データ転送などの全てのデータ転送技
術を含むわけではない。この説明では、パケット交換は
PDU交換を指すものとする。
幅を最適に利用することができる。伝送の信頼性は、デ
ータ転送網内の各PDUの経路を独立に選択ことにより
与えられる。これは、PDUヘッダ内に指定された宛先
データ網ノードに向かう途中にある故障したデータ転送
設備を迂回してPDUの経路を選択することを含む。デ
ータ転送網内の代替データ経路はデータ網ノード間の相
互接続ウエブにより与えられる。
は通信セッションが一度確立されると冗長回路は常時待
機状態で利用可能であるが、これに対して最も普通の形
のパケット交換の特徴は、各PDUの経路を絶えず独立
に選択することによるコネクションレスデータ転送であ
る。各PDUの経路を独立に選択するとデータ転送に無
視できない遅れが加わる。
送の特徴はベスト・エフォートである。PDUがループ
循環するのを防ぐためにデータ網ノードをウエブ状に相
互接続したり、目的の経路を見つけるために異常に長時
間探索したりすると、PDUが脱落することがある。P
DUを再送信すれば転送の信頼性を高めることができ
る。しかしこれらの方法を用いるとPDUは転送遅れを
生じる。これを、構成するPDUの転送時間の変動のた
めにデータの流れにジッタが生じると言う。
置ベースで電話網と同程度に近づいた。展開や保全や運
転のコストは比較的低く、これに柔軟な拡張性と、帯域
幅の爆発的な増加と、新しいサービスの迅速な実現及び
提供とが加わって、従来からある通信サービス(上に述
べたストリーミング・データ・サービスを含む)に、デ
ータ転送の手段としてパケット交換技術を考慮するよう
に圧力がかかった。また、別々の網の保全と管理をやめ
たいと希望する通信サービス提供業者からも圧力がかか
っている。
送網内に用いられるデータ交換ノードなどのデータ交換
設備である。各PDUの経路を独立に選択するには多く
の処理が必要である。データ網設備とデータ転送プロト
コルとPDU交換方法とは、回線交換を真似て、仮想回
線と呼ばれるデータ転送経路を事前に確立する方法によ
り開発された。しかし、高帯域幅での経済性は得られる
が、上記の方法では端末間の問題は解決されない。デー
タ転送網の端で一層高い帯域幅が必要になるに従って、
将来恐らく端末間の解決方法が実現されるだろう。現在
のところ、これはデータ網バックボーンの解決に留まっ
ている。現在の設備について中間的な端末間の解決を実
現する必要がある。
データ・サービスを提供する現在の方法はボイス・オー
バーIP(VoIP)サービスを含むが、これに限られ
るわけではない。恐らく最も支援されているデータ転送
プロトコルの1つはインターネット・プロトコル(I
P)である。これは恐らく最も柔軟な技術であり、イン
ターネットと呼ばれる遍在国際データ転送網の端にまで
商業的に最も深く浸透していることは間違いない。デー
タ転送プロトコルとしては、非同期転送モード(AT
M)や同期光階層(SONET)やフレーム・リレー
(FR)などがあり、すでに用いられている。これらの
データ転送プロトコルはデータ転送網の高帯域幅の運転
を扱うもので、バックボーン網には理想的である。現
在、ストリーミング・データ・サービスはこれらの高帯
域幅データ転送プロトコルにより提供されているが、I
Pプロトコルによるストリーミング・データ・サービス
を支援するには一層の開発が必要である。
・ラジオなどのオーディオ・ストリーミングでも、テレ
ビ電話サービスやテレビ会議やインターネット・テレビ
ジョンなどのビデオ・ストリーミングでも、文字放送や
ニュース・サービスや株式情報サービスなどのデータ・
ストリーミングでも、ストリーミング・データ・サービ
スを送ることはデータ転送プロトコルとハードウエア・
レベルの支援とを含む。
タ網ノードの間のデータ・リンクにより最大送信速度で
転送されるが、データ伝送遅れのみを生じる。VoIP
などのデータ転送プロトコルの改善については別途に述
べられている。PDUの経路選択が非効率な場合はPD
Uの搬送に遅れを生じる。そして、これがこの説明の主
題である。
データ・サービスがあり、将来更に多くのストリーミン
グ・データ・サービスが開発され提供されることは間違
いないが、これらのサービスは全て各サービスの性質に
従う遅れ影響型として分類される。すなわち、オーディ
オ・ストリーミングは音声を識別する能力に影響を与え
る遅れ影響型であり、ビデオ・ストリーミングは動画を
識別する能力に影響を与える遅れ影響型であり、データ
・ストリーミングは搬送された情報(例えば株式情報サ
ービス)への適時反応に影響を与える遅れ影響型であ
る。オーディオ・ストリーミングとビデオ・ストリーミ
ングはジッタにも影響するが、データ・ストリーミング
は余り影響しない。
スはPDU損失にもある程度影響する。人の聴覚システ
ムは会話の文脈を利用して(例えば、騒がしいパーティ
ーなどで)聞き損なった音の部分を補う能力を有するの
で、オーディオ・ストリーミングはビデオ・ストリーミ
ングに比べて影響が少ない。高い帯域幅が必要でありま
た各PDUで搬送されるデータの量が大きいので、ビデ
オ・ストリーミングはPDU損失に比較的強く影響す
る。現在開発中のビデオ・データ符号化プロトコルは、
複数の連続したビデオ・フレームにわたってPDUが完
全に消失しても影響されないことを目的とした救済策を
与えるものである。データ・ストリーミング(株式情
報)の場合はPDUが消失することは許されないが、オ
ーディオ・ストリーミングやビデオ・ストリーミングに
比べると転送帯域幅が比較的狭くてよいので負荷が少な
い。
に限られるわけではない)などの遅れ影響型データ・サ
ービスを提供する際にデータ網設備の性能を実時間で評
価する方法と装置とを開発することが必要である。
タ交換ノードの処理性能を評価する方法を与える。この
方法は一連のステップを含む。受信した各PDUからP
DUヘッダ情報を取り出す。取り出した情報と時刻表示
(time stamp)とを受信追跡記録内の項目に収める。デ
ータ交換ノードの交換機能でPDUを処理する。交換機
能と時刻表示とから得られた情報を送信追跡記録内の項
目に収める。受信および送信追跡記録の項目内に保持さ
れている情報に基づいて、データ交換ノードの処理性能
を評価する。
るデータ交換ノードを与える。データ交換ノードは利用
可能な要素として、PDU分類子はデータ交換ノードが
受信したPDUからヘッダ情報を取り出すことと、受信
したPDUに関する時刻表示情報を受信追跡記録内に保
持することと、処理したPDUに関する時刻表示情報を
送信追跡記録内に保持することと、プロセッサは受信お
よび送信追跡記録内に保持されている時刻表示情報を用
いてデータ交換ノードの性能を評価することと、を含
む。
ータ搬送ジッタとデータ区分損失とを評価してストリー
ミング・データ・サービスの提供を可能にすることであ
る。本発明の特徴と利点は、添付の図面を参照して好ま
しい実施の形態の詳細な説明を読めば明らかになる。図
中、同じ機能は同じラベルで表す。
形態に係る、ストリーミング・データ・サービスPDU
を搬送する際に、性能の実時間評価を可能にするデータ
交換ノードを実現する要素を示す略図である。
N)ポート104や構内通信網(LAN)ポート106
を介して受信したPDUに、またはCPUポート110
を介してプロセッサ(CPU)108が生成したPDU
に、交換機能102を行う。
スループットを有するバックボーン側のデータ転送イン
ターフェースを表す。LANポート106は比較的中程
度のデータ・スループットを有する分配側のデータ転送
インターフェースを表す。データ交換ノード100はL
ANポート106を介して受信したデータ・スループッ
トをWANポート104上に集め、またWANポート1
04から受信したデータ・スループットをLANポート
106に配る。本発明は図に示すポート104/106
/110の数に限定されない。また、WANポート10
4はVoIPを支援してオーディオ・ストリーミングを
伝送するときに、時分割多元(TDM)データ転送プロ
トコルの支援を含んでよい。
し、交換機能102を支援してヘッダ情報(114)を
取り出し、同様に、性能評価機能を支援して各PDUを
識別するのに用いる。
形態において円形受信追跡バッファ120で示されてい
る受信追跡記録を介して与えられる。受信追跡記録は少
なくとも次のものをそれぞれ指定するフィールド指定子
を有する項目122を含む。すなわち、PDU処理バッ
ファ150で処理するための対応するPDUを記憶して
いるメモリ・アドレスを指定するPDUポインタ124
と、PDUを受信したソース・ポート126と、受信追
跡記録120に関連する時刻表示機能130が与える時
刻表示128と、である。ここに記憶する他の情報とし
て、PDUを送る出力ポート104/106/110を
決定するために交換機能102が用いる宛先コンテキス
ト140があるが、これに限られるわけではない。用い
るデータ転送プロトコルに従って、受信追跡記録120
内の項目122は各ストリーミング・データ・サービス
PDUを識別するための最小の情報を含む。
円形バッファのサイズNは、これを開発するときに指定
されたデータ交換ノード100のPDU処理スループッ
トにより決まる。このサイズは管理卓により、および/
または、より高いレベルの性能評価プロセス(図示せ
ず)により監視し調整することにより、手動で設定して
よい。円形受信追跡バッファ120は、各PDUを受信
したときに収める次の項目のトラックを管理するインデ
ックス132を有する。
行列マネージャ152にも送られる。待ち行列マネージ
ャ152は受信したPDUを別々の処理待ち行列に分類
し、処理バッファ150内でPDUを処理する優先順位
を決める(154)。交換機能102は処理バッファ1
50内の各PDUの宛先ポート104/106/110
を決定する。PDU処理の方法は別途に示されている。
PDUの全終端間搬送に処理遅れと呼ばれる遅れを生じ
させる。PDU処理の優先順位づけ154を行うとPD
Uの全終端間搬送にジッタを生じる。なぜなら、取り出
した関連するPDUヘッダ情報114内で指定された処
理優先順位のために、交換機能102はPDUを受信し
たシーケンスに関するシーケンスでPDUを処理するか
らである。
PDUを処理する効率を決定するPDU損失と、を評価
するのに送信追跡記録160を用いる。送信追跡記録1
60は、好ましくは円形送信追跡バッファで実現する
が、これに限られるわけではない。円形送信追跡バッフ
ァ160は、項目122を記憶し、また各PDUを処理
すると進むインデックス・ポインタ164が指定する項
目122を収める時刻表示機能162に関連する。
ンテキスト・フィールド140内に宛先ポート指定10
4/106/110を含む。脱落したPDUは送信追跡
記録160内に対応する項目122を有しない。または
対応する送信追跡記録160の項目122は、宛先コン
テキスト・フィールド140内に保留値を記憶すること
によりPDUが脱落したことを、指定する。
とき、CPU108は受信追跡記録120内と送信追跡
記録160内の項目122を相関させて(170)、各
PDUを処理するときに発生した待ち時間、ジッタ、お
よび/または脱落を決定する。処理待ち時間は、対応す
る項目122の時刻表示指定子128内に保持されてい
る時刻表示値を比較することにより決定する。特定のデ
ータ・ストリームに関連するPDUの処理ジッタは、そ
のデータ・ストリームに関連するPDUの処理待ち時間
のシーケンスを比較することにより決定する。PDUが
脱落したことは、送信追跡バッファ160から判定す
る。
各PDUの送信とを含むプロセッサ108が定期的に実
行する。性能評価を行うために追跡記録120/160
を調べる頻度はデータ交換ノード100のPDU処理速
度に一致する。いいかえれば、性能推定プロセスの効率
が下がり、実時間の正確で精密な性能評価を行うことが
できない。
ド動作では、誤り条件が起こったことをデータ交換ノー
ド100が知ると受信追跡バッファ120及び送信追跡
バッファ160の調査を開始してその誤り条件の前に発
生した事象を判定する。
て、当業者が理解するように、本発明の精神から逸れる
ことなく、上に説明した実施の形態を変更することがで
きる。本発明の範囲は特許請求の範囲に規定されてい
る。
ミング・データ・サービスPDUを搬送する際に性能を
実時間で評価するデータ交換ノードを実現する要素を示
す略図。
Claims (27)
- 【請求項1】 プロトコル・データ・ユニット(PD
U)交換性能を評価するデータ交換ノードであって、 a. 前記データ交換ノードに関連する複数のポートを
介して受信したPDUからヘッダ情報を取り出すPDU
分類子と、 b. 対応する受信PDUに関する時刻情報を各々指定
する項目を有する、受信追跡記録と、 c. PDUを処理する交換機能と、 d. 対応する処理PDUに関する時刻情報を指定する
項目を有する、送信追跡記録と、 e. 追跡記録項目内に記憶されている情報を用いて前
記交換機能の性能を評価するプロセッサと、を備える前
記データ交換ノード。 - 【請求項2】 前記交換データ・ノードはタイマを更に
含む、請求項1記載のデータ交換ノード。 - 【請求項3】 前記各追跡記録は追跡記録項目を記憶す
る円形バッファを備えた、請求項1記載のデータ交換ノ
ード。 - 【請求項4】 前記各円形バッファは収める次の追跡記
録項目を指定するインデックス・ポインタを含む、請求
項3記載のデータ交換ノード。 - 【請求項5】 前記各追跡記録に関連する追跡記録項目
の数は前記データ交換ノードの所望のPDU処理スルー
プットに対応して予め指定される、請求項1記載のデー
タ交換ノード。 - 【請求項6】 前記各追跡記録に関連する追跡記録項目
の数は可変であり、前記記録項目の数は、手動設定と、
管理卓と、前記データ交換ノードの現在のPDU処理ス
ループットを利用可能なより高いレベルのプロトコル最
適化資源と、の内の1つを介して調整可能である、請求
項1記載のデータ交換ノード。 - 【請求項7】 各受信追跡記録項目は、 a. 対応するPDUを受信したと判断される時刻を表
す時刻の値と、 b. 前記受信PDUに対応する識別情報と、を保持す
る指定子を更に含む、請求項1記載のデータ交換ノー
ド。 - 【請求項8】 前記受信PDUに対応する識別情報は前
記PDUを未処理のまま記憶している位置の指定を更に
含む、請求項7記載のデータ交換ノード。 - 【請求項9】 前記受信PDUに対応する識別情報は前
記PDUを受信したときに経由したポートの指定を更に
含む、請求項7記載のデータ交換ノード。 - 【請求項10】 前記受信PDUに対応する識別情報は
前記受信PDUに対応する宛先コンテキストの指定を更
に含む、請求項7記載のデータ交換ノード。 - 【請求項11】 各送信追跡記録項目は、 a. 対応するPDUを処理したと判断される時刻を表
す時刻の値と、 b. 前記処理PDUに対応する識別情報と、を保持す
る指定子を更に含む、請求項1記載のデータ交換ノー
ド。 - 【請求項12】 前記処理PDUに対応する識別情報は
前記PDUを未処理のまま記憶している位置の指定を更
に含む、請求項11記載のデータ交換ノード。 - 【請求項13】 前記処理PDUに対応する識別情報は
前記PDUを受信したときに経由したポートの指定を更
に含む、請求項11記載のデータ交換ノード。 - 【請求項14】 前記処理PDUに対応する識別情報は
前記処理PDUに対応する宛先コンテキストの指定を更
に含む、請求項11記載のデータ交換ノード。 - 【請求項15】 前記処理PDUに対応する宛先コンテ
キストの指定はPDUを所望の宛先に送るときに経由す
るポートを含む、請求項14記載のデータ交換ノード。 - 【請求項16】 前記処理PDUに対応する宛先コンテ
キストの指定はPDUを脱落させる指定を含む、請求項
14記載のデータ交換ノード。 - 【請求項17】 プロトコル・データ・ユニット(PD
U)を送るデータ交換ノードの処理性能を評価する方法
であって、 a. 受信したPDUからPDUヘッダ情報を取り出
し、 b. 前記データ交換ノードが保持する受信追跡記録内
に項目を収めるステップと、 c. 前記受信PDUを処理するステップと、 d. 前記データ交換ノードが保持する送信追跡記録内
に項目を収めるステップと、 e. 追跡記録項目内に保持されている情報に基づいて
前記処理性能を評価するステップと、を含む、データ交
換ノードの処理性能を評価する前記方法。 - 【請求項18】 情報を前記追跡記録項目の1つに収め
るステップは前記対応するPDUを一時的に記憶する位
置を表す値をPDUポインタ項目に収めるステップを更
に含む、請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 情報を前記送信追跡記録項目の1つに
収めるステップはPDU脱落の場合にPDU放棄を表す
情報を前記送信追跡記録項目に収めるステップを更に含
む、請求項17記載の方法。 - 【請求項20】 前記データ交換ノードの性能を評価す
るステップは前記データ交換ノードが搬送する各データ
のストリームに対応するPDU脱落表示を計算するステ
ップを更に含む、請求項19記載の方法。 - 【請求項21】 前記データ交換ノードの性能を評価す
るステップは前記データ交換ノードの現在の動作状態に
対応するPDU脱落表示を計算するステップを更に含
む、請求項19記載の方法。 - 【請求項22】 情報を前記受信追跡記録項目の1つに
収めるステップは前記PDUを受信したと思われる時刻
を表す時刻値を前記受信追跡記録項目に関連する時刻表
示指定子に収めるステップを更に含む、請求項17記載
の方法。 - 【請求項23】 情報を前記送信追跡記録項目の1つに
収めるステップは前記PDUを処理した時刻を表す時刻
値を前記送信追跡記録項目に関連する時刻表示指定子に
収めるステップを更に含む、請求項18記載の方法。 - 【請求項24】 前記処理性能を評価するステップは前
記PDUに対応する受信追跡記録項目内と送信追跡記録
項目内とに保持されている時刻表示値の差を計算するこ
とによりPDU処理遅れを決定するステップを更に含
む、請求項22記載の方法。 - 【請求項25】 前記処理性能を評価するステップは対
応するPDUで生じたPDU処理遅れの平均を計算する
ことにより前記データ交換ノードで生じた平均PDU処
理遅れを決定するステップを更に含む、請求項23記載
の方法。 - 【請求項26】 前記処理性能を評価するステップはデ
ータのストリームに関連する複数のPDUで生じたPD
U処理遅れの分布を決定することによりデータのストリ
ームのPDU搬送ジッタを決定するステップを更に含
む、請求項23記載の方法。 - 【請求項27】 前記処理性能を評価するステップは前
記データ交換ノードが送った複数のPDUで生じたPD
U処理遅れの分布を決定することによりデータ交換のP
DU搬送ジッタを決定するステップを更に含む、請求項
23記載の方法。
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