JP2003198621A - Ｉｐパケットをサポートするネットワーク上で、音声などのデータ信号を伝送するためのネットワークリソースの利用を最適化する方法 - Google Patents

Ｉｐパケットをサポートするネットワーク上で、音声などのデータ信号を伝送するためのネットワークリソースの利用を最適化する方法

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JP2003198621A JP2002322597A JP2002322597A JP2003198621A JP 2003198621 A JP2003198621 A JP 2003198621A JP 2002322597 A JP2002322597 A JP 2002322597A JP 2002322597 A JP2002322597 A JP 2002322597A JP 2003198621 A JP2003198621 A JP 2003198621A
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Den Boeck Wim Van
ウイム・フアン・デン・ブツク
Kristiaan Johan Hubert Ghislanus Venken
クリスチヤーン・ヨハン・ヒユーベルト・ヒスラヌス・フエンケン
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Alcatel Lucent SAS
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Alcatel SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インターネットプロトコル（ＩＰ）をサポー
トするネットワーク（１）のネットワークユニット
（３、４）間で好ましくは音声フレームなどのデータフ
レームを伝送するネットワークリソース使用の最適化の
方法を提供すること。 【解決手段】本方法は、データサンプルが生成されるコ
ーデックに応じてデータもしくは音声フレームの各々
に、それぞれがデータフレームの異なるマウスツーイヤ
ー遅延バジェット範囲に対応するコーデックカテゴリを
割り当てるステップと、コーデックカテゴリに応じてデ
ータフレームを分類するステップと、同一のコーデック
カテゴリを有するデータフレームから、所定の数の音声
サンプルの多重集成により得られる多重化したセルを生
成するステップと、ＩＰネットワーク（１）において入
口ルータから出口ルータへ前記多重化したセルを伝送す
るステップとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、ＩＰパケットをサ
ポートするネットワークにおいて、ネットワークユニッ
ト間で音声フレームなどのデータフレームを伝送するた
めのネットワークリソースの使用を最適化する方法に関
する。データフレームは、フォーマットされかつデータ
フレームヘッダを付加されたデータサンプルから得られ
る。各コーデックは、それから引き出されるデータフレ
ームのための種々のマウスツーイヤー伝送遅延バジェッ
トを有する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＰをサポートするネットワークにおけ
るパケット化されたデータ信号の伝送は、ネット−ワー
クリソースのかなりの部分を要求することがある。この
ことは、特に、データ信号が音声信号であるときや一緒
に到着する多数のユーザストリームがネットワークルー
タ間および例えばユニバーサル移動通信システム（ＵＭ
ＴＳ）ネットワークの２つのマルチメディアゲートウエ
イ（ＭＧＷ）間で伝送される必要のあるときに該当す
る。知られているように、入口ルータのレベルで集めら
れる全てのユーザ音声ストリームが同種のコーデックか
ら来るとは限らず、いくつかのコーデックは、「遅延バ
ジェット」として定義される、良い品質の通信を得るた
めの、他のコーデックより長い許容可能なマウスツーイ
ヤー伝送遅延を有する。特に、音声コーディングのため
の適応型マルチレート（ＡＭＲ）および適応型マルチレ
ート広帯域（ＡＭＲＷＢ）コーデックの使用は、ＵＭＴ
Ｓ標準化機構３ＧＰＰによって選ばれており、したがっ
て、離散的な数の種々のコーデックレートをもたらすコ
ーデックが許可される。呼の間のコーデックレートの動
的な変化は、例えば、無線リンク上の音声伝送品質の変
化や帯域幅使用の最適化引き数を考慮することで予想さ
れる。知られているように、一のリンク上の利用可能な
帯域幅の適切な共有は大変重要である。
【０００３】伝送に必要な帯域幅を減少させる既知のア
プローチは、データフレームのインターネットプロトコ
ルＩＰによる伝送のための同一のパケットもしくはセル
におけるいくつかのデータフレームの多重化を示唆す
る。これは、３ＧＰＰによって推進されるＵＭＴＳ地上
無線アクセスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）標準化過程に
おいて主唱されている。複合インターネットプロトコル
など、ＩＰ上の多重化プロトコルは、この目的で提案さ
れているが、ペイロードの多重化が可能な他の通信ネッ
トワークにも適用可能である。
【０００４】同一のＩＰセルで多重化されるデータフレ
ームが種々の遅延要件を含む音声フレームである場合、
このＩＰセルの遅延は、個々の遅延限界の最も低いもの
である必要がある。より厳しい遅延限界はＩＰネットワ
ークにおけるより高いリソース確保を意味し、結果とし
て、より非効率なネットワークリソース利用およびエン
ドユーザに対してより高いコストを意味する。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】本発明の目的は、インターネ
ットプロトコル（ＩＰ）をサポートするネットワークに
おいてネットワークユニット間で例えば音声フレームな
どのデータフレームを伝送するためのネットワークリソ
ースの使用の最適化のための方法を提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は、本発明の方法が、 ・データサンプルが生成されるコーデックに応じてデー
タフレームの各々にコーデックカテゴリを割り当てるス
テップであり、各コーデックカテゴリがそのフレームの
異なるマウスツーイヤー遅延バジェット範囲に対応する
ステップと、 ・コーデックカテゴリに応じてデータフレームを分類す
るステップと、 ・同一のコーデックカテゴリを有するデータフレームか
ら多重化したセルを生成するステップであり、各多重化
したセルが所定の数のデータサンプルの多重集成により
得られる、ステップと、 ・前記インターネットプロトコル（ＩＰ）をサポートす
るネットワークにおいて入口ルータから出口ルータへ前
記多重化したセルを伝送するステップと、を含むという
ことにより達成される。
【０００７】このようにして、種々の遅延要件すなわち
種々のコーデックカテゴリを有するパケットの異なった
取り扱いにより、より効率的な帯域幅の利用が可能とな
る。もしそのような区別を全くおこなわなければ、存在
するより厳しい遅延バジェット限界が、ＩＰネットワー
クにおいて必須のより高いリソース確保を意味し、結果
として、ネットワークリソースのより非効率な利用とエ
ンドユーザに対するより高いコストを意味する。
【０００８】本発明のこの目的および他の目的、利点お
よび特徴は、添付の図面と関連してなされた本発明の以
下の説明からより明らかになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明による方法が適用できる通
信システムの例を図１に示す。示した通信システムは、
ネットワーク１と、ここでは送信エンティティ２の要素
として考える複数の音声送信端末もしくは装置とを含
む。ネットワーク１は、インターネットプロトコル（Ｉ
Ｐ）パケットをサポートするネットワークであるとす
る。それは、ノードもしくはユニット、特に入口ルータ
３および出口もしくはコアルータ４などの入口、出口、
および／またはコアルータとして働くユニットを含む。
これらの二つのルータ３および４は、たとえば、ＵＭＴ
Ｓネットワークの一部である二つのマルチメディアゲー
トウエイ（ＭＧＷ）である。
【００１０】５Ａおよび５Ｂなどのコーデックは、ユー
ザ端末すなわち入口ルータへの伝送の前にここでは好ま
しくは音声信号であるデータ信号をサンプリングしてデ
ジタルエンコードする装置と関連づけられる。音声サン
プルは、通常は標準化された所定の時間フレームにした
がってコーデックの出力で得られる。
【００１１】コーデックの出力で生成された音声サンプ
ルのストリームは同一のコーデックレートをもつとは限
らない。知られているように、適応型マルチレート（Ａ
ＭＲ）コーデックおよび適応型マルチレート広帯域（Ａ
ＭＲ ＷＢ）コーデックは、たとえば４．７５から１
２．２ｋｂ／ｓである、コーデックモードに対応する種
々のソースレートでデータすトリームを生成することが
できる。
【００１２】コーデックによって生成された音声サンプ
ルのストリームは、たとえば６Ｃおよび６Ｄなどのパケ
ット化装置に送信され、それらのフォーマット化を可能
とする。
【００１３】当業者に知られるように、コーデックおよ
び／またはパケット化装置は別個のまたは共有される機
器であり、また、少なくとも一のパケット化装置に対し
て一以上のコーデックを含むユニットにグループ化する
こともできる。これについてはさらに述べることはしな
い。というのもそのような構成は本発明の目的に直接関
連しないからである。
【００１４】パケット化装置６Ｃ、６Ｄから得られるフ
レームの集成はユニット７などの結合ユニットにおいて
得られるものとし、ユニット７はさらなる伝送の前にセ
ルとしてさらに参照される複合パケットへの追加的なパ
ケット化を提供するものであり、ここでは入口ルータ３
に配置されるものとする、ただしこの入口ルータの外に
配置されうることもある。解決すべき問題は、どのよう
にして、デジタル音声信号からコーデックにより提供さ
れ、かつ、多重化されたセルにより２つのネットワーク
ルータ間で、より詳細には所定のリンク上を所定のイン
ターフェースにより、送信される音声ペイロードを取り
扱うかということである。
【００１５】パケット多重化は、ＵＭＴＳ地上無線アク
セスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）の枠組み内で定義され
る、例えば複合インターネットプロトコル（ＣＩＰ）な
どの、ＩＰ上の多重化プロトコルに基づく必要がある。
そのようなＣＩＰプロトコルは集成機能を有し、これに
より、様々なサイズの異なるＣＩＰパケットを、本発明
書でセルとして参照される複合パケットを形成する一の
コンテナへと多重化することが可能になる。そのような
集成機能はほかのネットワークにも拡張できてＩＰペイ
ロード多重化を可能とするが、それは特にＵＭＴＳネッ
トワークの２つのマルチメディアゲートウエイ間のイン
ターフェースレベルで予見されるものである。
【００１６】限定的でない例としてＣＩＰを用いると、
ＣＩＰコンテナすなわち複合パケットはコンテナのため
のＩＰヘッダとユーザデータグラムプロトコル（ＵＤ
Ｐ）ヘッダを伴う一般的なフォーマットを有することが
思い起こされる。このコンテナは、一のＣＩＰコンテナ
ヘッダと一のＣＩＰコンテナペイロードを含む。後者
は、それぞれのＣＩＰパケットヘッダを伴うＣＩＰパケ
ット負荷を含む。ＣＩＰパケットヘッダは、コンテキス
ト識別子ＣＩＤ、ペイロード長セクションおよび連続番
号セクションを含む。コンテキスト識別子は、訂正コー
ドＣＲＣと多重化のためのフラグを含む。ペイロード長
セクションはＣＩＰパケットペイロードの長さを定義し
集成のために用いられる。連続番号セクションは長いフ
レームプロトコルパケットデータユニット（ＦＰ ＰＤ
Ｕ）が分割されたときの終了フラグと分割されたパケッ
トを再組み立てするための連続番号を含む。
【００１７】簡単化されたＣＩＰプロトコルまたは機能
的に同等のＩＰ上のプロトコルを音声フレームの伝送の
ために用いることができる。
【００１８】パケットの多重化によりオーバーヘッドの
削減が可能となるが、例えば多重化されたパケットが長
すぎる場合、多重化が遅延をもたらすこともあり、その
ような長いパケットは、例えば多すぎるストリームが多
重化されるときに得られる。
【００１９】種々のコーデックが必ずしも同じ特性をも
たないので、それらのコーデックは、必ずしも同一のマ
ウスツーイヤー伝送遅延バジェットを有するわけではな
い。知られているように、全体のマウスツーイヤー（Ｍ
２Ｅ）遅延すなわちＴＭ２Ｅは以下の様々な部分から構
成されるものとみなせる。
【００２０】Ｔ＿Ｍ２Ｅ＝Ｔ＿ｗａｉｔ＋Ｔ＿ｓｅｒ＋
Ｔ＿ｐｒｏｐ。ただし、Ｔ＿ｗａｉｔ＝Ｔ＿ｑｕｅｕｅ
＋Ｔ＿ｂｌｏｃｋ＋Ｔ＿ｐａｃｋ。
【００２１】待ち行列遅延Ｔ＿ｑｕｅｕｅは音声キュー
をスケジューリングするための時間であり、音声パケッ
トサイズ、提供された負荷および、音声キューのサービ
ス時間に依存する。ブロック遅延Ｔ＿ｂｌｏｃｋは先行
する進行中のパケットの処理によって生じる遅延であ
る。パケット化遅延Ｔ＿ｐａｃｋは、ＩＰ／ＣＩＰデー
タグラムが纏め上げられるまでにパケットが待たなけれ
ばならない実時間であり、無視できるものとされる。一
パケットのシリアル化遅延Ｔ＿ｓｅｒは、一パケットの
最初のビットと最後のビットを伝送する間の時間に対応
し、伝播遅延Ｔ＿ｐｒｏｐは５μｓ／ｋｍであり、両遅
延とも無視できるものと考えられる。
【００２２】伝送のためのマウスーツーイヤー遅延すな
わちよい品質の通信のための最大許容可能遅延は、歪み
に依存し、したがってコーデックのタイプとモード（コ
ーデックレート）に依存する。高いコーデックレートの
コーデックモードは、上で示したように、低いレートの
コーデックモードよりも大きいマウスツーイヤー伝送遅
延バジェットを有する。したがって、種々のコーデック
レートを有し様々な遅延要件を引き起こすコーデックに
より提供される音声ペイロードを、同一のパケットにお
いて多重化することは、最適化された解決策にはならな
い。
【００２３】そこで、本発明によれば、そのコーデック
タイプおよびモードもしくはコーデック（タイプおよ
び）モードのグループに従って音声フレームが多重化さ
れて、同一の遅延要件を伴う音声フレームを含む複合音
声パケットを形成した後に、ＩＰ多重化を可能にするネ
ットワークの少なくとも一部を通して特に入口ルータか
ら他のルータへ伝送する。
【００２４】高いコーデックレートを有するコーデック
タイプおよびモードは、低いコーデックレートを有する
コーデックタイプおよびモードよりも大きいマウスツー
イヤー伝送遅延バジェットを有するので、同じ遅延要件
を有する音声フレームの伝送は、ＩＰセルあたりのパケ
ットの数を調整することによって最適化できる。より小
さいＭ２Ｅ遅延バジェットを有するコーデックカテゴリ
に属するコーデックにより提供されるパケットと比較し
て、大きいＭ２Ｅ遅延バジェットを有するコーデックカ
テゴリに属するコーデックによってパケットが提供され
ると、セルあたりのパケットの数は多くすることができ
る。
【００２５】図２に示したとおり、伝送に必要な帯域幅
および結果として確保されるべき容量はＭ２Ｅ遅延バジ
ェットに依存する。このことは、ｍｓ単位の許容待ち行
列遅延に対するｋｂ／ｓ単位の確保されるべき容量に関
するシミュレーショングラフによって指摘される。グラ
フは、それぞれ様々な多重化方式により、一の特定のコ
ーデックタイプおよびモードによって生成された、同じ
提供されるペイロードの取扱いに対応するいくつかのプ
ロットを含み、その提供されるペイロードはＯＰで参照
される。
【００２６】グラフＡは、非同期転送モード／ＡＴＭ適
応レイヤ２／フレームプロトコルすなわちＡＴＭ／ＡＡ
Ｌ２／ＦＰスタックに対応する。Ｂ１およびＢ２は、そ
れぞれ５０および１０の多重化された音声フレームにつ
いての複合インターネットプロトコル／フレームプロト
コル（ＣＩＰ／ＦＰ）スタックに対応する。グラフＣ
は、多重化のないインターネットプロトコル／フレーム
プロトコルスタックに対応する。
【００２７】グラフＡ、Ｂ１およびＢ２は、確保される
べき帯域幅容量が、グラフＣに対応するＩＰ／ＦＰスタ
ックに比べて、ＡＴＭ／ＡＡＬ２／ＦＰもしくはＩＰ／
ＣＩＰ／ＦＰスタックについてははるかに重要性が薄い
ことを示す。またグラフは、許容された遅延の指数的な
関数により帯域幅要件が減少することも示す。遅延が短
くたとえば３０ｍｓ未満であると大きい容量が必要とさ
れ、より長い遅延についてははるかに低く実際には定数
となる。矢印Ｆ１およびＦ２によって指摘されるよう
に、グラフＢ１とＢ２の間の差異は、マウスツーイヤー
伝送遅延バジェットが２５ｍｓの選ばれた低い許容可能
遅延値より低いときは重要であるが、遅延バジェットが
より長いとあまり重要性がなくなる。グラフＡを考えた
ときも同じである。
【００２８】大きい遅延バジェットは、より小さい遅延
バジェットより多くのパケット、ここでは多くの音声フ
レームを多重化することを可能にするが、ＵＭＴＳコア
バックボーンの２つのマルチメディアゲートウエイの間
で、２１ｍｓという非常に小さな遅延バジェットが考慮
される最悪ケースシナリオについて、図２と同じ条件で
なされたシミュレーションから限界を導くことができ
る。図３に示すように、上述の条件で確保されるべき帯
域幅は、グラフＤによりセル毎のペイロード数とともに
急激に増加し、ペイロード数が６から１０のペイロード
の間にあるとよりよい値を示す。２１ｍｓより大きいル
ータ間の遅延バジェットが考慮されると、この数は増加
し、様々な最適多重化数を様々な遅延バジェットと関連
づけて獲得することができる。
【００２９】したがって、本発明によれば、すべて同一
のマウスツーイヤー遅延バジェット範囲に属し、同一の
コーデックカテゴリに属する音声フレームが一緒に多重
化されて、所定の数の多重化音声フレームを含むセルを
形成し、この数はセルに含まれるフレームのマウスツー
イヤー遅延に関連して各セルに対して選ばれる。
【００３０】好ましい実施形態では、コーデックにより
提供される音声サンプルはフォーマット化され、フレー
ムプロトコル（ＦＰ）ヘッダを付加され、それぞれのカ
テゴリに、すなわち、同一のコーデック、もしくは、同
じもしくは実質的に同じ遅延バジェットを有する、所定
のタイプおよびモード（複数）の一以上のコーデックに
関する所定のカテゴリにしたがってマークされる。所定
のカテゴリのコーデックは例えば、所定の範囲の連続的
なビットレートを有する複数のコーデックを含む。
【００３１】音声フレームから得られるあらゆるセル
は、それが含むすべての音声サンプルに共通のコーデッ
クカテゴリに関する識別マークを含むヘッダを含む。そ
のような識別マークは、たとえば、音声フレームのため
に利用されているフレームプロトコルにしたがって定義
されたコーデックタイプフィールドから得られる。本発
明による方法を適用すると得られる必要な帯域幅の削減
は、結果としてネットワーク事業者にとってのコストの
削減となる。
【００３２】それぞれ発生もとのコーデックタイプおよ
びモードに従う音声サンプルの識別は、集成によりパケ
ット化される前に実現される。それは、例えば、音声サ
ンプルが伝送されるフレームプロトコルにより提供され
るマークに基づき、マークはフレームアーキテクチャか
ら引き出すこともできる。
【００３３】集成は、たとえばエッジルータのレベルで
実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法の実現を可能にする通信シス
テムの部分の機能説明図である。
【図２】所定の条件における、伝送遅延とセルすなわち
複合パケットで多重化されるパケットの数とに関する一
定の提供される負荷のために確保されるべき帯域幅を示
すグラフである。
【図３】所定の伝送遅延につき、また、すべての音声サ
ンプルが同一のコーデックレートで生成される場合につ
き、セルごとの音声フレームの数の関数として確保され
るべき帯域幅を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ネットワーク ２ 送信エンティティ ３ 入口ルータ ４ 出口（もしくはコア）ルータ ５Ａ、５Ｂ コーデック ６Ｃ、６Ｄ パケット化装置 ７ ユニット Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ、Ｄ グラフ Ｆ１、Ｆ２ 矢印 ＯＰ ペイロード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスチヤーン・ヨハン・ヒユーベルト・ ヒスラヌス・フエンケン ベルギー国、2970・シールデ、ナザレスト レーフ・４ Ｆターム(参考） 5K030 HA08 HB01 HB16 JA01 JA05 LE17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インターネットプロトコル（ＩＰ）をサ
    ポートするネットワーク（１）においてネットワークユ
    ニット（３、４）間でデータフレームを伝送するための
    ネットワークリソースの使用を最適化する方法であり、
    前記データフレームがデータサンプルから得られ、該デ
    ータサンプルはフォーマットされかつデータフレームヘ
    ッダが付加され、該データサンプルはコーデック（５
    Ａ、５Ｂ）によって生成され、該コーデックが該コーデ
    ックから生じるデータフレームのための種々のマウスツ
    ーイヤー伝送遅延バジェットを有する、方法であって、
    該方法が、 データサンプルが生成されるコーデックに応じて前記デ
    ータフレームの各々にコーデックカテゴリを割り当てる
    ステップであり、各コーデックカテゴリが前記データフ
    レームの異なるマウスツーイヤー遅延バジェット範囲に
    対応するステップと、 前記コーデックカテゴリに応じて前記データフレームを
    分類するステップと、 同一のコーデックカテゴリを有するデータフレームから
    多重化したセルを生成するステップであり、各多重化し
    たセルが所定の数のデータサンプルの多重集成により得
    られる、ステップと、 前記インターネットプロトコル（ＩＰ）をサポートする
    ネットワーク（１）において入口ルータ（３）から出口
    ルータ（４）へ前記多重化したセルを伝送するステップ
    と、を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記データサンプルの所定の数が、前記
    多重化されたセルの伝送のための比較的低い帯域幅確保
    要件に対応し、かつ、前記コーデックカテゴリ、利用可
    能なリソース、遅延バジェット、ネットワーク負荷およ
    びネットワークトポロジなどのパラメータの関数である
    ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記コーデックカテゴリが、前記データ
    フレームの内容の関数で割り当てられることを特徴とす
    る、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記コーデックカテゴリが、前記データ
    フレームのアーキテクチャの関数で割り当てられること
    を特徴とする、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記方法が、さらに、各データフレーム
    をフレームに割り当てられたコーデックカテゴリに応じ
    てマーキングするステップを含むことを特徴とする、請
    求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記多重化されたセルの各々がヘッダを
    有することおよび前記ヘッダが前記多重化されたセルに
    属するデータフレームのコーデックカテゴリにしたがっ
    てマークされることを特徴とする、請求項１に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記データフレームが音声フレームであ
    ることおよび前記データサンプルが音声サンプルである
    ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
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