JP2004514355A - Multiple service sub-throws in cable modem service flow - Google Patents
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Abstract
第一ネットワークデータフローを複数のサブフローに細分する方法の開示。各サブフローは特別なサービスクラスや優先順位の値を割当てられている。トークンが第一フローから各サブフローまでのネットワークを通じたデータ伝送を調整するため、最も高位の優先順位のパケットをより高い伝送優先順位として受け取るという方法などで割当てられる。A disclosure of a method for subdividing a first network data flow into a plurality of sub-flows. Each subflow is assigned a special service class or priority value. Tokens are assigned, such as by receiving the highest priority packet as a higher transmission priority, to coordinate data transmission over the network from the first flow to each subflow.
Description
【0001】
発明の分野
本発明は広くコミュニケーションシステム、より詳細にはサービスデータフローが複数のサブフローに細分化されるコミュニケーションシステムに関する。
【0002】
発明の背景
電話モデムを使用したインターネットアクセスは現在56Kbpsまでスピードアップし供給されている。電話ベースモデムは電話ネットワークの音声帯域を通じて伝送するためにデータ信号を変調し復調する。対照的に、ケーブルモデムはケーブルテレビシステムを使用してインターネットや他の外部ネットワークへのアクセスを供給する。これによりケーブルモデムは高い帯域幅が供給されて、電話システムより高いデータレートで機能する。ケーブルモデムは、ユーザーのコンピュータや他のコミュニケーションデバイスやケーブルシステムヘッドエンド間の接続を可能にし、例えばT1回線(T1 Transmission Line)等を通じてヘッドエンドから外部ネットワークまで接続が可能となる。ケーブルネットワークでは、ネットワークヘッドエンドからユーザーや加入者へ転送されるデータはダウンストリームデータといわれる;ユーザーからネットワークヘッドエンドへ転送されるデータはアップストリームデータといわれる。
【0003】
典型的な現在の技術の双方向ケーブルシステムを図1においてブロックダイヤグラムにて図示した。現在の技術のケーブルシステムは、ヘッドエンド装置101、光同軸ハイブリット(HFC)ケーブルプラント103、複数のケーブルモデム105,106(2つ図示)、関連したコミュニケ−ションリンク116,117を通じてケーブルモデム106,107に接続された関連した多くの加入者のコミュニケーションデバイス107,108(2つ図示)からなる。加入者のコミュニケーションデバイス107,108はコンピュータや、テレビや、電話などからなり得る。当業者に周知のように、ヘッドエンド装置101は、プロセッサー、ルーター、スイッチ、ダウンストリームトランスミッタ、アップストリームレシーバー、スプリッター、コンバイナー、加入者データベース、ネットワークマネージメントステーション、ダイナミックホストコンフィグレーションプロトコル(DHCP)、トリビアルファイル転送プロトコル(TFTP)サービス、コールエージェント、メディアゲートウェイ、課金システムからなる。HCFケーブルプラント103は光ファイバーケーブル、同軸ケーブル、ファイバー/同軸ノード、増幅器、フィルター、タップからなり、タップはヘッドエンド装置101からケーブルモデム105,106へ共有ダウンストリームチャネル110を通じた伝送とケーブルモデム105,106からヘッドエンド装置101へ共有アップストリームチャネル112を通じた伝送をサポートする。プログラム信号はヘッドエンド装置101にHFCケーブルプラント103を通じて加入者にブロードキャストするために入力される。
【0004】
ダウンストリームチャネル110とアップストリームチャネル112は通信情報への各伝送プロトコルを利用する。よくある例として、ダウンストリームチャネル110を通じて情報を伝送するために使用する変調スキーム(例、64―配列直交振幅変調(QAM))はアップストリームチャネル112を通じて情報を伝送するために使用する変調(例、差動4相位相変調(DQPSK)や16配列QAM)よりも高い順位(Order)であり、結果としてダウンストリームの伝送速度はアップストリームの伝送速度よりも早い。アップストリームの伝送速度がダウンストリームの伝送速度よりも遅いケーブルシステムは一般的に“非同期”システムといわれる。アップストリームの伝送速度がダウンストリームの伝送速度とほぼ同様なケーブルシステムは“同期”システムといわれる。
【0005】
各チャネル110,112上で使用される変調のための特有のタイプに加えて、各チャネル110,112における共有される性質は他のプロトコル要求を導入する。例えば、ダウンストリームチャネル110が共有された場合、ダウンストリームプロトコルはアドレス情報を含み、各ケーブルモデム105,106は情報パケットがそこに向けられているかダウンストリームチャネル110をモニターする。一方、特定のケーブルモデム105や,106(接続されたコミュニケーションデバイス107や,108や、(ブロードキャストメッセージなど)全てのケーブルモデム105,106(、接続されたコミュニケーションデバイス107,108)に向けられた情報パケットはケーブルモデム105,106により処理され、必要に応じて接続された加入者コミュニケーションデバイス107,108(例えば、電話、パーソナルコンピュータ、他の終端デバイス)へ転送される。アップストリームチャネルが共有された場合、アップストリームチャネルアクセスプロトコルはケーブルモデム105,106から生じる通信情報の衝突の可能性を減少するように使用される。数多くのアクセスプロトコルがアップストリームチャネルアクセスの定義用に存在している。その中にはALOHA、スロット(sllotted)ALOHA、符号分割多重接続(CDMA)、時間分割多重接続(TDMA)、衝突検出型TDMA(TDMA With Collision Detect)、キャリア検知多重接続、などのよく知られたプロトコルが含まれている。
【0006】
一部の双方向ケーブルシステムは近年公開されたデータ・オーバー・ケーブルシステムインターフェース(DOCSIS)バージョン1.0により定義されたアップストリームとダウンストリームチャネルプロトコルにより遵守され、使用する。
【0007】
DOCISの詳細は本願に組み入れられている。DOCSIS標準により定義されたアップストリームプロトコルはタイミングをヘッドエンド装置101(DOCSIS標準における“ケーブルモデムターミネーションシステム”(CMTS))によりコントロールされ、ダウンストリームチャネル110を通じて伝送されたタイムスタンプ同期メッセージを経由してケーブルモデム105,106と接続する。そのため、順番に、高い精度で(high quality manner)、アップストリームコミュニケーションを発生させるために、モデム105,106で加入者のコミュニケーションデバイス107,108によって供給される情報の伝送が始まる前に、各ケーブルモデム105,106内のタイムレファレンスとヘッドエンド装置101の同様のタイムレファレンスがほぼ同期する必要がある。;さもなければ、モデム105からの伝送は他のモデム106からの伝送と衝突する可能性がある。
【0008】
ヘッドエンド装置101は一般的に、光ファイバ配信データインタフェース(FDDI)リンクや100ベースTイーサーネット(100baseTEthernet)リンクなど、適切なコミュニケーションリンク119を経由して、パブリックスイッチテレフォンネットワーク等の外部ネットワーク114やインターネット等の広域パケットネットワークに接続される。従って、双方向ケーブルシステムは加入者のコミュニケーションデバイス107,108や、図1に含まれていない同様のデバイスや、インターネットサーバーや、コンピュータネットワークや、その他外部ネットワーク114によって代表されるもの間のコミュニケ―ション接続性を供給する。
【0009】
また、ヘッドエンド装置101は(サテライトダウンリンク、地上マイクロ波、有線を経由した)加入者へのブロードキャストのためにプログラム信号を受信する。
【0010】
加入者データは6MHzチャンネルを通じて送信される。6MHzチャンネルは全ての加入者向けのブロードキャスティングテレビジョン信号ためのケーブルテレビジョンチャネル用に割当てられた帯域のサイズである。加入者側では、ダウンストリームデータがケーブルモデム105,106によりそれぞれ受信する間、セットトップボックス(図2)によりプログラム信号が受信される。ケーブルモデムシステム内の多くのアップストリームやダウンストリームチャネルはサービスエリア、ユーザー数、各ユーザーに契約したデータレート、可能帯域に基づいて処理されている。
【0011】
図2は加入者やユーザー側でのケーブルシステムコンポーネントのブロックダイヤグラムであり、コミュニケーションデバイス108に関連している。加入者側の構内では、スプリッター134はケーブルシステムヘッドエンド101からの入力信号を分配する。テレビジョン信号はセットトップボックス138のコントロールによりテレビ140上に表示される。スプリッター134からの第2のアウトプットはケーブルモデム105との接続を可能にする。ヘッドエンド装置101からのダウンストリーム信号はRF(無線周波数)チューナー142に供給される。ケーブルモデム105のスタートアップやコンフィグレーションフェーズ中にケーブルモデム105に割当てた周波数帯に信号を同調させる。上記で述べたように、ダウンストリームチャネルは典型的に直交振幅変調(QAM)を使用し、復調器144内で復調される。復調された信号はメディアアクセスコントローラー146に入力される。メディアアクセスコントローラー146からのベースエンドデータ信号はケーブルモデム105の全体的なコントロールをし、データコントロール機能を供給するデータ/管理ロジックユニットに入力される。コミュニケーションデバイス108はダウンストリーム方向に送信されるデータを受信し、アップストリーム方向にデータを送信するためのケーブルモデム105のデータ/管理ロジックユニットに接続される。
【0012】
アップストリームデータはコミュニケーションデバイス108からデータ/管理ロジックユニット、メディアコントローラーを経て、最後に変調のための変調器へ送り出す。一般的に、差動4相位相変調(DQPSK)や16QAM変調がアップストリームデータ用に採用される。選択した変調の種類は各ケーブル105に供給される設定情報に記載される。アップストリームデータは伝送のためにスプリッター134を通り、光同軸ケーブルプラント103を経由してヘッドエンド101へ送り出される。最終的には、図1で述べたようにデータは外部ネットワーク114に到達する。
【0013】
ある実施では、ダウンストリームチャネルは6MHzケーブルチャネル上のデータを30〜40Mbpsに分配する能力をもつ64QAM変調や256QAM変調を採用する。アップストリームチャネルは320Kbps〜10Mbpsまで使用可能なデータレートと共にQPSKや16QAM信号を使用する。アップストリームとダウンストリームデータレートはシステムオペレーターによって設定される。例えば、ビジネスユーザーに使用されるケーブルモデム105は双方向にそれぞれ高いデータレートで情報を受信し伝送できるように設定されえる。一方、家庭ユーザーはアップストリームデータ伝送が低い速度に制限され、外部ネットワーク114からデータを受信するためのダウンストリーム方向の広い帯域幅アクセス(そのため高いデータレート)に設定されたケーブルモデム105を持ち得る。さらにもう一つの実施では、データレートの割当ては時刻に依存(time−of−day−sensitive)でありえる。
【0014】
しかし、ケーブルモデムが規定の変調タイプを使用して、規定変調速度(やデータレート)を作用することを強調しなければならない。独立したデータパケットの優先順位は設定されたアップストリームデータレートや帯域幅に影響しない。アップストリームチャネル上の伝送する全てのモデムは同じ変調速度や変調型を使用する。しかし、ケーブルモデムによって使用される帯域幅の実際の量はモデムをコントロールするソフトウェアによって制限されている。上記で示したように家庭ユーザーは1Mbpsに制限されている中、ビジネスユーザーはアップストリーム方向で2Mbpsにするように設定されている。しかし、ビジネスユーザーや家庭ユーザーをサポートしているケーブルモデムは高いシステムレートで使用する能力がある。個々のデータパケットの優先順位は設定変調速度や変調型に影響しない。
【0015】
ケーブルモデム105か107が電力を入れたとき、光同軸ケーブルプラント103を経由してヘッドエンド装置101向けて接続が作成される。この接続はインターネットプロトコル(IP)を採用している、そのためヘッドエンド装置101により受信したようなIPフォーマットのインターネットやワールトワイドウェブ(一般的には外部ネットワーク114)から来たデータはケーブルモデム105や106に向けダウンストリームを前進することができる。ケーブルモデムの初期化のプロセスで、モデムはIPアドレス、他の操作上の(operational)パラメータ、ダイナミックホストコンフィグレーションプロトコル(DHCP)からのモデム設定ファイルのサーバーアドレスなどを獲得する。どのDHCPサーバーもブロードキャスト要求に応えられ、必要な情報を供給できる。設定ファイルは様々なモデム設定パラメータからなり、それらは、アクセスコントロール情報、ダウンストリームとアップストリームチャネルの割当て、モデム操作ソフトをダウンロード可能なトリビアルファイル転送プロトコル(TFTP)サーバーからなる。
【0016】
図1に示されるケーブルシステムネットワークなど、パケットスイッチネットワークは典型的にベストエフォート型配信(best−effort service delivery)方法で運営されている。好ましくないことに、コネクションレスベストエフォート型配信モデルを使用したインターネットプロトコルは順番に、時間通りに、などパケットを配信することを保証しない。全てのトラフィックは同様の優先順位を持ち、時間通りに配信される同様の可能性を持つ。ネットワークが込み合った場合、また全てのトラフィックは、遅延や脱落の同様の可能性を持つ。ネットワークを使用する多くの種類のアプリケーションで、ワールドワイドウェブにインターフェースするミッションクリティカル(mission−critical)アプリケーションや、オンラインビジネスクリティカルアプリケーションや、(ディスクトップビデオ会議やウェブベーストレーニングなど)マルチメディアに基づくアプリケーションや、ボイスオーバーインターネットプロトコル(VoIP)(voice over Internet protocol)がある。あるネットワークアプリケーションは帯域幅や遅延に敏感の場合があり、そのためネットワーク上のサービス要求の特別なクラスを要求する。一部のアプリケーションは受信側にリアルタイムの配信を要求し、他のアプリケーションは少々の遅延は許容できる。インターネットプロトコルを使用する、VoIPやビデオ会議等のリアルタイムアプリケーションを配備するために、帯域幅の待ち時間や変動の要求などからなる許容可能なレベルの品質が保証される必要があり、さらに、ネットワーク上に伝統的なデータトラフィックを使用して共存するリアルタイムトラフィックを可能にする方法を満たす必要がある。サービスクラス(CoS)の概念の採用は、劣位のクリティカルアプリケーションに合理的で効率的な方法でネットワークの使用を許可することにより、ネットワークマネージャーにミッションクリティカルやリアルタイムアプリケーションのトラフィックについて、帯域幅を必要とする他のアプリケーションから保護を保証することを可能にする。この目的を達成するため、ネットワークサービスクラスのポリシーはネットワークユーザーの目的によりネットワークのリソースを調整する。それらのサービスクラスのパラメータがなければ、ネットワークのリソースは重要でないアプリケーションによってすぐに消費されてしまうだろうし、より重要なものに使用できなくなる。サービスクラスの実装の形態はネットワークデバイスに予測可能な方法で高い優先順位のトラフィックを認識し、配信する。ネットワークの混雑が起こった時、サービスクラスのメカニズムは高い優先順位のトラフィックを配信するために、劣位の順位のトラフィックを脱落させたり遅延させる。
【0017】
そのため、パケットスイッチケーブルモデムシステムでサービスクラススキームを設立し、それを実装するためのメカニズムを開発する必要性があり、それによって高い優先順位のアップストリームデータの可能性増加は時間通りに目的地に到達するだろう。
【0018】
好適な実施例の詳細な説明
双方向ケーブルモデムコミュニケーションシステム内のデータ−フローに対するサービスクラスの優先順位の割当てや実装のための特定の方法や装置について詳細を記述する前に、本発明は第一にそこに関連するステップや装置の斬新な組合せに有ることが見られるだろう。従って、ハードウェアのコンポーネントや方法のステップは図面中の従来の要素によって表現され、現在の発明に関係のある特定の詳細だけを示し、本発明の備える此処に記述された利点が当業者に簡単に理解できるような構造の詳細によって本開示を明確にした。
【0019】
DOCSIS1.0プロトコルは、ケーブルモデム105,106のようなケーブルモデムがアップストリーム方向のキャリー(Carrying)データのための複数のサービスフローを設定することを可能とする。しかし、ケーブルオペレーターにとってこの特性を有効利用することは不可能である。なぜなら業界内にデータを、あるサービスフローと他の優先的なサービスフローと分類するメカニズムがないからである。従って、全てのデータが第一アップストリームサービスフローを流れる。DOCSIS1.1基準はケーブルモデムに有るパケットを特定のサービスフローに送信を指示するための、設定時に活動化される、分類特性を備えている。例えば、他の全てのデータパケットが第一サービスフローを通じて送信される間に、全ての音声パケットを第二サービスフローに乗せるように分類を設定できるだろう。
【0020】
本発明に基づいて、第一サービスフローは多くのサブフローに分割される。サブフローの一つ一つは、ケーブルモデム105,106からヘッドエンド装置101へのサブフロー上の伝送待機データ用の順位を決定する関連ランキングや優先スキームによるサービスクラスに割当てられる。高い優先順位のデータは低い優先順位のデータの前に伝送される。例えばIP電話のコールは遅延や会話の途切れを避けるためにほぼリアルタイムで伝送される必要がある。約300ミリ秒以上の遅延は会話の当事者にはたいてい我慢できないと知られている。それゆえ、IP電話などで示されるデータは高い優先順位のサービスクラスが割当てられるだろう。反対に、文章データは低い順位のサービスクラスの割当てを受けるだろう。
【0021】
モデムによって与えられる(伝送優先順位など)サービスフローパラメータは設定ファイルにより設定される。サブフローのパラメータは下で記述するように、サービスフローパラメータより生成される。
【0022】
本発明のある実施形態は、トークンバケット方法はデータパケットを運ぶアップストリームサブフローを管理し、保証されたパケットはケーブルモデム105,106から割当てられたサービス優先順位により伝送される。各トークンバケットは3つのコンポーネント;放出量、中間レート(Mean Rate)、時間間隔からなる。中間(平均)レートは、時間間隔により定義された単位時間当りどれぐらいの量のデータが伝送できるか指定している。放出量は(ビットで測定され、)ネットワークスケジュールコンフリクトの発生を防ぐために一回の放出で送信されるデータの量を指定している。5Mbのトークンバケット放出量を使用した典型的なトークンバケットアルゴリズムは1Mbpsの中間ビットレートと1秒の時間間隔からなる。バケットは5メガビットの最大容量を持つ。バケットがフルになった時(5メガビット相当のトークンを含むとき)、それ以上のトークンが加えられない。
【0023】
各トークンはヘッドエンド装置101に向けたある数のビットを送信するケーブルモデムのための許可を表す。パケットを伝送するため、ケーブルモデムはバケットからパケットサイズに対する表示と等しい数のトークンを持ち去る。もしも、パケットを送信するバケット内に十分なトークンがない場合、バケットが十分なトークンを持つか、パケットが単に廃棄されるかまでパケットは待つ。それゆえ、どんなときでも、ネットワーク内にケーブルモデムが送信可能な最も大きい放出やパケットはバケット許容量におおよそ比例する。
【0024】
さらに本発明の教示によれば、ケーブルモデム105,106からのパケットの伝送は多くのトークンバケットによってコントロールされ、各トークンバケットはケーブルモデムに対する特定のサービス(サブフロー)クラスによって構成される。第一フローバケットからのトークンは多くのサブフローバケットの間に分配される。上記で記載のように、トークンは第一バケットより周期的に補充される。各サブフローバケットは第一トークンバケットより補充される。事実、サブフローバケットを補充するための多くのアルゴリズムがある。例えば、第一バケットは各サブフロー向けに規定の割合の受信トークを割当てることによりコントロールできる。例えば、最も優先順位の高いサブフローバケット(バケットワン)は任意の時間間隔を通して第一バケット内のトークンの50%を受信することができる。最も優先順位の低いサブフローバケット(バケットスリー)は同じ時間間隔を通して第一バケット内のトークンの15%を受信する。最後に真中の優先順位のバケット(バケットツウ)は任意の時間間隔を通して第一バケットトークンの35%を受信する。あるいは、第一バケットにトークンが入っている場合、それが満杯になるまで第一にバケットワン(最も優先順位の高いサブフローバケット)に配置することができる。高い優先順位のパケットはトークンを受信する高い可能性と、伝送の高い優先順位を持つことを保証する。より遅く受信されたトークンはバケットツウが満杯になるまでバケットツウに配置され(前提としてバケットワンは満杯である。)、最後に、他の二つのバケットが満杯の場合到着したトークンはバケットスリーに配置される。当業者によって理解されるように、第一バケットと多くのサブフローバケットのどちらへの補充プロセスを管理する様々な技術が用意されている。
【0025】
第一バケットの補充のためのアルゴリズムと多くのサブフローバケットはケーブルモデム105,106にハードコードされる場合がある、また、アルゴリズムは設定ファイルに設定されている場合もある。ベンダー特異TLVパラメータ通じて、設定ファイルはスタートアップフェーズ中にケーブルモデム105,106にダウンロードされる。コントロールメカニズム用に設定ファイルを使用することにより、ケーブルシステムオペレータが複数のサブフローに対して補充アルゴリズムを変更することを可能にする。またケーブルシステムオペレータは各ケーブルモデム105,106をシンプルネットワークマネージメントプロトコル(SNMP)の下で実行するネットワーク管理アプリケーションソフトを使用することにより管理することができる。SNMPはネットワークマネージャーがネットワークデバイス内のネットワークオブジェクトの修正することを可能にし、それによりネットワークパラメータを変更する。例えば、バケット補充プロセスはSNMPに基づく命令によりリアルタイムで修正されえる。
【0026】
ある実施では、各データパケットはパケットヘッダーに含まれている情報によりサブフローの一つに割当てられる。例えば、パケットヘッダーはIPデータ、LLCデータ、TCP/UDPデータを識別する。データタイプに基づき、データパケットは適切な優先順位のサブフローに割当てられ、データタイプとサブフローの優先順位間の相互関係は設定ファイルで設定されたり、モデム内でハードコードされている。もしくはデータタイプを識別するため、モデムは特別なデータ署名のためのデータファイルを調べることができる。VoIPデータはこのような特別の署名を持つ。他の実施では、モデムはデータタイプを識別し、パケットを発生させる内蔵ケーブルモデムソフトアプリケーションを調べることにより、サブフローに割当てることができる。例えば、ネットワーク管理アプリケーションはシンプルネットワークマネージメントプロトコル(SNMP)パケットを発生させる。典型的にSNMPパケットはデータパケットより高い優先順位を割当てられる。
【0027】
ケーブルモデムのサブフローの割当てに関するヘッダーの検査の代わりに、パケットを作成するアプリケーションソフトはサブフローの割当てが可能で、これらのパラメータを提供できる。別の例では、モデムは電話の可聴音をデジタル化し、それをパケット化するVoIPソフトウェアアプリケーションを備える。この例では、パケットの優先順位の確定する検査は必ずしも必要としない。なぜなら、モデムを操作するソフトはパケットが音声データを操作するソフトウェアアプリケーションから来ることを確定できるからである。そのため、一般的にはこれらのパケットは高い優先順位のサブフローを割当てられる。
【0028】
図3は本発明のソフトウェアのフローチャートを示すものである。モデム105,106がステップ180で起動し、ステップ182で設定ファイルをダウンロードする。本発明の実施で、複数のサブフローとバケット補充アルゴリズムの詳細は設定ファイル内で識別される。この情報は設定ファイル内で生成され、補充プロセスとサブフローの割当てを管理するモデム操作ソフトに供給される。ステップ186では、パケットは伝送のための準備としてパケットに伴い決定したサービスクラスを検査する。他の例で議論したように、サービスクラスはヘッダーの検査以外の技術でも決定しえる。いずれにせよ、一度パケット用のサービスクラスが決定されると、パケットによって構成されたサブフロー(またはサービスクラス)バケットを検査するステップ188にプロセスは移動する。もし十分なトークンがバケット内に用意されると、プロセスは決定ステップ190から適切な数のトークンがパケットに割当てられるステップ192に移動する。ステップ194では、パケットが伝送される。そしてプロセスは待機中の次のパケットを検査するステップ186に戻る。もし十分な数のトークンが決定ステップ190で用意されていない場合、パケットは転送することができず、キューの中に保持される。プロセスは決定プロセス190から次の待ちパケットを検査するためのステップ186に戻る。遅延したパケットで構成されたサブフロートークンバケットが補充されるとき、パケットは伝送される。上記で議論したように、補充プロセスは周期的に各サブフローバケットにトークンを配置するが、これは図3のフローチャートに記述されていない。ある実施例では、補充プロセスは以下のように実行される。R/Tをアルゴリズムの中間レートとする。Rはビットで測定され、Tは秒で測定される。そして毎T秒ごとのRビット相当のトークンがバケットに加えられる。例えば、R=1ミリオンビット、T=1秒、毎秒1ミリオンビット相当のトークンがバケットに加えられる。このとき中間レートは1Mbpsである。
【0029】
上記したように、ケーブルシステムオペレータはケーブルモデム105,106に対する(SNMPプロトコルを使用)伝送ネットワーク管理コントロール情報によってサブフロー割当てプロセスの操作を修正できる。このような管理情報は図3のフローチャートに対する中断として機能(operate)する。
【0030】
好ましい実施を例示として本発明を記述してきた、当業者は本発明の範囲と精神から逸脱することなく、様々な修正や変更がなしえることが認識されるであろう。本発明の範囲から逸脱することなく特定の実施形態に適応するための変更が作成できる。本発明は開示されたベストモードと考えられる実施だけに限定するものではなく、添付の特許請求の範囲並びにその代替物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】典型的な従来技術における双方向ケーブルコミュニケーションシステムを示す電気ブロックダイヤグラム。
【図2】加入者構内における双方向ケーブルコミュニケーションシステムの要素を示す電気ブロックダイヤグラム。
【図3】本発明に関連したサービスクラスの割当てと方法論を示すフローチャート。[0001]
Field of the invention
The present invention relates generally to communication systems, and more particularly to communication systems in which a service data flow is subdivided into a plurality of subflows.
[0002]
Background of the Invention
Internet access using telephone modems is currently being provided at speeds up to 56 Kbps. Telephone-based modems modulate and demodulate data signals for transmission over the voice band of the telephone network. In contrast, cable modems use a cable television system to provide access to the Internet and other external networks. This provides the cable modem with a higher bandwidth and operates at a higher data rate than the telephone system. A cable modem allows a connection between a user's computer and other communication devices and a cable system headend, for example, from a headend to an external network through a T1 Transmission Line or the like. In cable networks, data transferred from the network headend to users and subscribers is called downstream data; data transferred from the user to the network headend is called upstream data.
[0003]
A typical state of the art bidirectional cable system is illustrated in block diagram form in FIG. Current technology cable systems include a head-
[0004]
The
[0005]
In addition to the specific type of modulation used on each
[0006]
Some bidirectional cable systems comply and use the upstream and downstream channel protocols defined by the recently published Data over Cable System Interface (DOCSIS) version 1.0.
[0007]
The details of DOCIS are incorporated herein. The upstream protocol defined by the DOCSIS standard is controlled in timing by the headend device 101 (“Cable Modem Termination System” (CMTS) in the DOCSIS standard) and via a timestamp synchronization message transmitted over the
[0008]
The
[0009]
Also, the
[0010]
Subscriber data is 6MHzSent through the channel. 6MHzChannel is the size of the band allocated for cable television channels for broadcasting television signals for all subscribers. On the subscriber side, the program signal is received by the set top box (FIG. 2) while the downstream data is received by the
[0011]
FIG. 2 is a block diagram of the cable system components at the subscriber and user side and is associated with the
[0012]
The upstream data is sent from the
[0013]
In one implementation, the downstream channel is 6 MHz64QAM modulation or 256QAM modulation capable of distributing data on the cable channel at 30 to 40 Mbps is adopted. The upstream channel uses QPSK or 16QAM signals with data rates available from 320 Kbps to 10 Mbps. Upstream and downstream data rates are set by the system operator. For example, a
[0014]
However, it must be emphasized that cable modems use a specified modulation type and operate at a specified modulation rate (or data rate). The priority of the independent data packets does not affect the set upstream data rate or bandwidth. All modems transmitting on the upstream channel use the same modulation rate and modulation type. However, the actual amount of bandwidth used by a cable modem is limited by the software that controls the modem. As shown above, while the home user is limited to 1 Mbps, the business user is set to 2 Mbps in the upstream direction. However, cable modems supporting business and home users are capable of using at high system rates. The priority of each data packet does not affect the set modulation rate or modulation type.
[0015]
When the
[0016]
Packet switch networks, such as the cable system network shown in FIG. 1, are typically operated in a best-effort service (delivery) manner. Unfortunately, Internet protocols using the connectionless best effort delivery model do not guarantee that packets will be delivered in order, on time, etc. All traffic has a similar priority and a similar likelihood of being delivered on time. If the network is crowded, and all traffic has similar potential for delays and drops. Many types of networked applications include mission-critical applications that interface to the World Wide Web, online business critical applications, and multimedia-based applications (such as desktop video conferencing and web-based training). And Voice over Internet Protocol (VoIP). Certain network applications may be sensitive to bandwidth and delay, and thus require special classes of service requests on the network. Some applications require the receiver to deliver in real time, while other applications can tolerate a small delay. In order to deploy real-time applications such as VoIP and video conferencing using Internet protocols, an acceptable level of quality, such as bandwidth latency and demand for fluctuations, needs to be ensured. There must be a way to enable coexisting real-time traffic using traditional data traffic. Adopting the concept of class of service (CoS) requires network managers to provide bandwidth for mission-critical and real-time application traffic by allowing lower critical applications to use the network in a rational and efficient manner. Allows you to guarantee protection from other applications. To this end, network service class policies regulate network resources according to the objectives of the network user. Without these service class parameters, network resources would be quickly consumed by non-essential applications and would not be available to more important ones. A class of service implementation recognizes and delivers high priority traffic to network devices in a predictable manner. When network congestion occurs, the service class mechanism drops or delays lower priority traffic in order to deliver higher priority traffic.
[0017]
Therefore, there is a need to establish a class of service scheme in a packet switched cable modem system and develop a mechanism to implement it, thereby increasing the likelihood of high priority upstream data to its destination on time. Will reach.
[0018]
Detailed Description of the Preferred Embodiment
Before describing the details of a particular method or apparatus for assigning or prioritizing service classes to data flows in a two-way cable modem communication system, the present invention first addresses the steps and apparatus associated therewith. You can see that it is in a novel combination. Accordingly, hardware components and method steps are represented by conventional elements in the drawings, showing only certain details pertinent to the present invention, and the advantages described herein provided by the present invention being readily apparent to those skilled in the art. The present disclosure has been clarified by structural details that can be understood by those skilled in the art.
[0019]
The DOCSIS 1.0 protocol allows a cable modem, such as
[0020]
According to the invention, the first service flow is divided into a number of sub-flows. Each of the subflows is assigned to a service class according to a related ranking or a priority scheme that determines the ranking for transmission standby data on the subflow from the
[0021]
Service flow parameters (such as transmission priority) provided by the modem are set by a configuration file. Subflow parameters are generated from service flow parameters, as described below.
[0022]
In one embodiment of the present invention, the token bucket method manages upstream subflows carrying data packets, and guaranteed packets are transmitted by
[0023]
Each token represents a permission for the cable modem to transmit a certain number of bits towards the
[0024]
Further in accordance with the teachings of the present invention, the transmission of packets from
[0025]
The algorithm for refilling the first bucket and many subflow buckets may be hard coded into the
[0026]
In one implementation, each data packet is assigned to one of the subflows according to information contained in the packet header. For example, the packet header identifies IP data, LLC data, and TCP / UDP data. Based on the data type, data packets are assigned to sub-flows of appropriate priority, and the correlation between data type and sub-flow priority is set in a configuration file or hard-coded in the modem. Alternatively, to identify the data type, the modem can examine the data file for a special data signature. VoIP data has such a special signature. In another implementation, the modem can be assigned to a subflow by identifying the data type and examining the built-in cable modem software application that generates the packet. For example, a network management application generates a Simple Network Management Protocol (SNMP) packet. Typically, SNMP packets are assigned a higher priority than data packets.
[0027]
Instead of examining the header for the cable modem subflow assignment, the application software that creates the packet can assign the subflow and provide these parameters. In another example, the modem includes a VoIP software application that digitizes the telephone audible tone and packetizes it. In this example, the check for determining the priority of the packet is not necessarily required. This is because the software operating the modem can determine that the packet comes from the software application that operates the voice data. As such, these packets are generally assigned a higher priority subflow.
[0028]
FIG. 3 shows a flowchart of the software of the present invention. The
[0029]
As described above, the cable system operator can modify the operation of the subflow allocation process with the transmission network management control information (using the SNMP protocol) for the
[0030]
Having described the invention by way of example in the preferred embodiment, those skilled in the art will recognize that various modifications and changes can be made without departing from the scope and spirit of the invention. Changes can be made to adapt to a particular embodiment without departing from the scope of the invention. The invention is not limited only to the implementation considered the best mode disclosed, but only by the appended claims and their alternatives.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electrical block diagram showing a typical prior art two-way cable communication system.
FIG. 2 is an electrical block diagram illustrating elements of a two-way cable communication system at a subscriber premises.
FIG. 3 is a flowchart illustrating service class assignment and methodology related to the present invention.
Claims (18)
第一サービスフローを複数のサブフローに分割する工程と、
複数のサブフローに各々優先順位を割当てる工程と、
各パケットに優先順位を割当てる工程と、
割当てられた優先順位基づいたサブフローに伝送する工程と、
からなるパケット伝送を管理するための方法。In a network consisting of a first service flow comprising a plurality of network devices for transmitting and receiving packets,
Dividing the first service flow into a plurality of subflows;
Assigning a priority to each of the plurality of subflows;
Assigning a priority to each packet;
Transmitting to the assigned priority-based subflow;
For managing packet transmissions.
コンピュータが複数のサブフローに第一サービスフローを分配するよう設定するコンピュータ可読プログラムコードと、
コンピュータが複数のサブフローに各々優先順位を割当てるよう設定するコンピュータ可読プログラムコードと、
コンピュータが各パケットに優先順位を割当てるよう設定するコンピュータ可読プログラムコードと、
コンピュータが割当てられた優先順位に関連したサブフロー上にパケットを伝送するよう設定するコンピュータ可読プログラムコードと、
からなる製品。A computer readable medium for implementing management of packet transmission in a network in which the computer usable medium comprises the first service flow, wherein the network comprises a plurality of network devices for packet transmission and reception. ,
Computer readable program code for configuring a computer to distribute a first service flow to a plurality of subflows;
Computer readable program code for setting a computer to assign a priority to each of the plurality of subflows;
Computer readable program code for setting the computer to assign a priority to each packet;
Computer readable program code for configuring a computer to transmit packets on a subflow associated with the assigned priority;
Products consisting of.
複数のサブフロー内に第一サービスフローを分離するための第一モジュールと、
複数のサブフローの各サブフローに優先順位を割当てる第二モジュールと
各パケットに優先順位を割当てる第三モジュールと
割当てられた優先順位に関連したサブフローにパケットを伝送する第四モジュールと、
からなるパケット伝送を管理する装置。An apparatus in each of the plurality of network devices, wherein the network device transmits and receives packets over the network comprising the first service flow;
A first module for separating a first service flow into a plurality of subflows,
A second module that assigns priority to each subflow of the plurality of subflows, a third module that assigns priority to each packet, and a fourth module that transmits packets to subflows associated with the assigned priority,
Device that manages packet transmission.
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