JP2007513553A - 物理伝送モード適応選択 - Google Patents

Abstract

データ伝送ネットワークは、ノード（１；２，３，４）の２つのグループと、該各グループに関係し且つそのグループのノード（１）に接続されている無線インタフェースと２つの無線インタフェース（９）との間の無線パス（５）とを備え、前記無線パスの中の回線容量が保証されている仮想パス（１５）の幾つかのグループ（１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄）は、前記第１のグループの１つのノード（１）と前記第２のグループの１つのノード（２，３，４）との間で伝送する。仮想パスのグループ（１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄）に保証される回線容量の合計は、基本モードと呼ばれる伝送モードで運用される場合、無線パス（５）の総回線容量を超えない。無線インタフェース（９）は、回線容量の異なる幾つかの物理伝送モードをサポートし、無線パス（５）の伝送品質を検知し、無線パス（５）の伝送品質がよい場合には、基本モードの回線容量より大きな回線容量の伝送モードで無線パス（５）を運用し、使用中のモードと基本モードとの間の回線容量の差分を、仮想パスのグループの保証された回線容量を超える回線容量需要に使用できるよう構成されている。

Description

本発明は、ネットワーク中のデータ伝送方法および当該方法が適用可能なネットワークに関するものである。

現代の電気通信ネットワークは、例えば、回線容量要求、許容信号伝送遅延、データ転送速度変動等に関して品質要件が異なる多数のさまざまなサービスをサポートしなければならない。ＡＴＭ（非同期転送モード）のような新しい電気通信規格は、ユニタリ伝送インフラの中でいわゆる仮想パスの定義を可能としている点において、この要求を考慮している。当該インフラでは、ネットワークに接続されている端末間の同じ品質要件を持つ多数の個別通信のデータを、ネットワークのノード間で伝送することが可能である。

電気通信事業における独占が廃止されて以降、民間の電気通信サービスのプロバイダが、多数、市場に出現している。それらのプロバイダは、少なくともある程度は既存の電気通信インフラを共同で使用している。例えば、顧客の端末間通信に必要な回線容量を提供するために、既設伝送回線の一定部分を継続的に借りている。このように異なるプロバイダ間で分割するため、かかる伝送回線で達成できる稼働率には限界がある。伝送回線がただ１つのプロバイダの管理下にある場合には、その総容量がそれ以上の接続を収容できなくなるまで、当該伝送回線を通して確立される端末間接続の追加を許可することができる。しかし、多数のプロバイダが伝送回線を借りている場合には、各プロバイダは自身が借りている回線容量内でしか端末間接続を許可することができない。別のプロバイダが借りている回線容量の一部が使用されていなかったとしても、新しい接続を加えることにより自身が借りている回線容量を超えてしまう場合には、許可することはできない。

米国特許第６,０９７,７２２号では、ＡＴＭ伝送回線の数グループの仮想パスを使用するプロバイダに、別のプロバイダに属するが現在使われていない回線容量を「貸す」ことにより、借りている回線容量を一時的に超えることを可能にする方法が提案されている。借りる回線容量は、要求された場合にはいつでもその「所有者」に返すことができなければならない。それゆえ貸手は、それを連続使用可能な回線容量や少ない信号伝送遅延を要する高価なサービスに使用することができない。

本発明の目的は、ネットワーク中のデータ伝送に関する方法およびその方法を実行するのに適切なネットワークを提供することである。そこでは、伝送回線は幾つかのユーザにより同時に使用されており、各ユーザは伝送回線の総回線容量の一部を常に専有することが保証されている。

本方法とネットワークは、可用性を増やすことにより、保証の範囲を超える回線容量をユーザに割り当てることを可能にする。これにより、最終的にはこの追加供給される回線容量を高価なサービスのために使用することができるようになる。

本発明は、伝送パスに無線パスを使用することを前提とするものであり、無線パスの伝送品質はそのまわりを支配する気候条件や幾つかの伝播パス間の干渉、あるいは同じ周波数での妨害といった、時とともに変化する条件に依存するという事実を前提とするものである。１００％−ｅという無線パスに要求される高可用性を確保するため（換言すると、ネットワーク運用時間の１００％−ｅの間じゅう指定の回線容量を使用することができなければならない。ｅは１％よりはるかに小さい）、物理的伝送モード、つまり変調と符号化の組み合わせは、非常に好ましくない気候条件のもとでも使用可能な無線パス上において使えなければならない。無線パスの運用時間のｅの部分の間だけは、ひどい気候条件のために無線パス上の伝送が妨害されることもある。可用性要件が高ければ高いほど、より耐性のある物理伝送モードが選ばれなければならず、基本モードと呼ばれるこの伝送モードと、耐性は劣るがより速いモードであって、かつ好ましい気候条件のもとで使用されるモードとの間の回線容量差が大きくなる。

本発明によれば、無線パスの伝送品質を監視し、無線パスの伝送品質がよい場合には、基本モードより大きい回線容量を持つ伝送モードで運用することにより、少なくとも一時的に追加の回線容量を獲得することができる。その追加の回線容量は、基本モードにおける無線パスの総回線容量の一部をすでにプロバイダが借りており、保証している場合であって、かつプロバイダの一時的な回線容量需要が回線容量を超えるときに使用できる。要求される可用性が高ければ高いほど、換言するとｅが小さければ小さいほど、任意の瞬間に、基本モードより速いモードを使い、追加の回線容量が生み出される確率が高くなる。

本方法の第１の実施形態によれば、無線パスの検知された伝送品質のもとで使用可能な伝送モードのうち最大の回線容量を持つ物理伝送モードで、無線パスは永続的に運用される。この方法の場合、伝送モードを気候条件に継続的に適応させる必要があるが、プロバイダが自身が借りている容量を超える回線容量を必要とする際には、任意の条件のもとで達成可能な最大の回線容量をいつでも利用することができる。

第１の実施形態と二者択一になる本方法の第２の実施形態では、検知された無線パスの伝送品質のもとで使用可能な伝送モードのうち、合計回線容量需要を満たし且つ最も耐性のあるモードが使用される。ここで合計回線容量需要は、個別のプロバイダが借りている回線容量と、借りている量を超えてプロバイダが使用する回線容量とからなる。変化する気候条件による変更は、ここでは第１の実施形態より頻度が少ない。最も頻度の多い伝送モード変更の原因は、プロバイダの回線容量需要の変動である。この方法の利点は、無線パスが可能最低限の伝送出力で常に運用されており、それゆえ同一の周波数帯を使う他の無線パスを妨害することが避けられることである。

多数のプロバイダの合計回線容量需要が、検知された無線パスの伝送品質で利用可能な伝送モードのうち最大の回線容量より少ない場合には、合計回線容量需要に安全余裕を加えた回線容量をまかなうことができる回線容量を持つ伝送モードのうちで最も耐性のある伝送モードを使用するよう構成するのが現実的である。安全余裕の存在により、借りている回線容量を超えるプロバイダの回線容量需要を、伝送モードの変更を必要としなくとも短時間であれば満たすことができる。

伝送モード変更の必要なしに回線容量需要の小さな変化に適応する特に有益で実行可能な手段は、伝送出力を適応させることである。この方法では、より速いモードへの切り替えが必要と判定された場合には、ビットエラー率を減少させ、伝送エラーにより再送されなければならないセル数を減らすために、その切り替え準備として旧モードの伝送出力を短時間増やす。

さまざまなサービスが無線パス上を伝送される場合、その全部が一定のビットレートを持っているわけではないため、個別の端末間接続で合意されているサービス品質から合計回線容量需要を見積もることは難しい。現在使用されている伝送モードの回線容量とプロバイダの合計伝送容量需要との相違を見積もる簡単で実行可能な手段は、無線パスの送信側無線インタフェースにバッファを使用することである。送信されるデータはそのバッファの中に一時的に格納され、バッファの充填レベルが所定の限界を超えると現在使用中の伝送モードは合計回線容量需要を充足しないと判定される。

バッファ中に一時格納されるデータの滞留時間は簡単には指定できないので、一時格納されるデータは不特定のビットレートを持つ仮想パスに属するデータだけにすべきである。

新しい端末間接続を受け入れるか否かを決めるアドミッションコントロール（コールアドミッションコントロール（ＣＡＣ））は、他のグループとは無関係に仮想チャネルの各グループに対して実行される。

これまで述べられていない本発明の特徴と具体例は、添付図面を参照しながら以下の実施形態において明らかになろう。

本発明にかかるネットワークを非常に単純化した例として、図１には無線パス５、６、７により互いにデイジーチェーンで連結されている４つのノード１、２、３、４を持つネットワークが示されている。データはＡＴＭセルに挿入されて当該無線パスの中を伝送される。

１から４の各ノードは、本質的には無線インタフェース９と端末インタフェース１０の２つのコンポーネントから構成されている。インタフェース９と１０は、両方とも双方向伝送であるが、平易のため以下では一伝送方向だけを考慮するものとする。つまり、ノード１は送信ノードの機能だけ、ノード２から４は受信ノードの機能だけが記述されている。

模式的に拡大された詳細図は、ノード１からノード４へ向かう無線パス５上のデータ・トラフィックを示したものである。この無線パス５上のデータ・トラフィックは仮想パス１５の３グループ１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄から構成されている。各グループの仮想パス１５は、同じノード１、２間または１、３間または１、４間に張られ、ノードに接続されている端末間を仮想パス１５経由で伝送される通信において合意されているサービス品質が互いに異なっている。一伝送方向だけを考慮しているので、送信ノード１に接続されている端末はソースと呼び、受信ノード２、３、４に接続されている端末はドレインと呼ぶこともできる。

無線パス５の回線容量の個別グループ１４への割り当ては、ネットワーク事業者とグループ１４に関するパスを使用する電気通信サービスのプロバイダとの合意により決められ、基本モードと呼ばれる変調と符号化の組み合わせが無線パス５上で使用される場合、これらの割り当ての合計は無線パス５の総回線容量以上になることはない。

各ノードのペア１＋２、１＋３、１＋４は、他のノード・ペアの需要を調整することなく自由に、自身に指定された無線パス５の回線容量の割り当てを使用できる。ノード・ペアの端末間に新しい接続を確立するにあたっては、伝送品質に関するこの通信の要件が関係するノード・ペアに指定されている無線パス５の回線容量の割り当て内で充足されることが保証されていなければならない。これを確実にする方法として、ＡＴＭ分野ではコールアドミッションコントロール（ＣＡＣ）が知られており、ここでは詳細の説明は省略する。図１において、ＣＡＣプロセッサー１２はノード１に接続されている仮想パスのグループ１４のそれぞれに対するノード１の端末インタフェースの中に示されている。なお、これらのプロセッサーは複数回路として存在する必要はなく、時分割多重でグループ１４のそれぞれのＣＡＣ処理を実行するただ１つの回路で構成されてもよいことはいうまでもない。

グループ１４₁₂に属する基本モードの回線容量の割り当ての中に利用できる容量がなくなり、ＣＡＣ処理がノード１とノード２との端末間に新しい通信が確立できない旨を表示した場合でも、本発明の端末インタフェース１０はこの通信を拒絶しない。その代わり、ノード１とノード２間に追加の伝送容量を提供可能かどうか見つけ出すべく、端末インタフェース１０はノード１の無線インタフェース９の制御ユニット１３に要求を送信する。

ノード１から４の無線インタフェースは多数の物理伝送モード、つまり変調と符号化の組み合わせをサポートする。その物理伝送モードは耐性と回線容量とがさまざまであり、個別グループ１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄の仮想パス１５のほかに、他のどのグループにも割り当てられていない可変または不特定ビットレートを持つトラフィックのための仮想パス１６を追加して確立することができる。さらに、無線パス５、６、７上の伝送品質を監視するための手段を備えている。

第１の実施形態によれば、ノード１の制御ユニットは、例えば信号雑音比の測定により検知される伝送品質に応じて、サポートされている伝送モードの中で検知された無線パス５の品質で使用可能な最大の回線容量を持つモードを選び、無線パス５上でそれを使用する。換言すると、基本モードの回線容量は例えば１５Ｍｂ／ｓにすぎないが、制御ユニット１３が端末インタフェース１０からグループ１４₁₂に対する追加伝送容量の要求を受信すると同時に、伝送状態がよく、耐性で劣るが回線容量が大きい伝送モードを使用できる場合には、無線パス５の伝送容量は例えば３０または６０Ｍｂｉｔ／ｓになる。このケースでは、制御ユニット１３は端末インタフェース１０からの要求に肯定的に応答する。

仮想パス１６は無線パス５の基本モードに指定されている可用性１００％−ｅを持たないので、必要とされる容量を端末インタフェース１０に対して永続的に保証することはできない。それゆえ、一定ビットレート（ＣＢＲ）の通信に仮想パス１６の容量を使うことはできないが、変動ビットレート（ＶＢＲ）または不特定ビットレート（ＵＢＲ）の通信には使うことができるため、要求される通信を最終的には受け入れることができる。確立される通信がＵＢＲまたはＶＢＲトラフィックなら、仮想パス１６上を伝送することができる。ＣＢＲトラフィックなら、端末インタフェースはこのグループのＵＢＲまたはＶＢＲパスを犠牲にしてグループ１４₁₂の回線容量の仮想ＣＢＲパスに属する割り当てを増やす。こうして、追い出されたＵＢＲまたはＶＢＲトラフィックは仮想パス１６上を伝送される。

第２の実施形態によれば、制御ユニット１３は伝送品質を監視するので、現在使用可能であるどの変調と符号化の組み合わせが最大の伝送容量を持つかを決めることができるが、現在使用可能な組み合わせのうち、現在のデータ・トラフィックに対処するのに十分であって、最も耐性のあるものを使用する。このやり方で、伝送出力は平均的には低く抑えられ、近傍の送信機への妨害は少なく保たれる。この趣旨で、グループ１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄の仮想ＵＢＲパスのデータを送信する前に一時格納する送信バッファと該送信バッファの充填レベルを監視する手段とを備えている。現在使用中の伝送モードの回線容量が追加の通信に即応するのに十分でなくても、速い伝送モードへの切り替えが実行されるまで、通信を確立することで引き起されるデータ・トラフィックの増加を送信バッファに一時格納することにより、無線インタフェース９が端末インタフェースの伝送容量増加要求を即座に充足することができるようになる。このことを考慮して、バッファの充填レベルは、別の伝送モードへの切り替えが必要か否かを基準として選ばれる。第１の危険限界を越えれば、オーバーフローを回避するため速い伝送モードへの切り替えが必要である。第２の下側の危険限界以下に落ちれば、現在使用中のモードは必要以上に速いので、代わりに、低伝送出力でより耐性のあるモードを代わりに使用する。

更なる実施形態によれば、制御ユニット１３は回線容量需要に基づき無線パス上の送信出力も制御する。無線パス５上のビットエラー率を減らし、伝送エラーにより再送しなければならないセル数を減らすことができるように設定値以上に送信出力を増大させることで、回線容量需要の短期間のピークを吸収することができる。この送信出力を増大させる基準は、前述のようにバッファの充填レベルが限界値を超える場合である。近傍の無線パスを妨害しないため、送信出力増大期間はできるだけ短くおさえるべきである。それゆえ制御ユニットはできるだけ早く高速伝送モードに切り替えるとともに、送信出力を再び設定値まで落とす。

制御ユニットは、例えばグループ１４₁₂に対する伝送容量追加の要求を受信するが、無線伝送状態が悪く基本モードの１４Ｍｂｉｔ／ｓを超える容量を無線パス５上で利用できない場合であっても、必ずしも要求を拒絶する必要はない。代わりに、そのような場合、制御ユニット１３では、端末インタフェース１０の中の仮想パスに割り当てられたＣＡＣプロセッサーから仮想パスの他のグループ１４₁₃と１４₁₄の負荷レベルを獲得する。追加される通信を予想データ転送速度で伝送する能力が、他のグループの１つがあると判定された場合には、通信要求を許可できるよう、制御ユニット１３は要求している端末インタフェース１０に対して無線パスの回線容量の指定割り当てを超えることを許可する。

図２は本発明の第２の実施形態にかかるネットワークの一部のブロックダイアグラムである。２つの物理ノード２０と２１とが示されており、それらのノードは無線パス５を通して互いに通信する。物理ノード２０と２１とはソフトウェアにより複数の仮想ノード１_a、１_b、１_cと２_a、２_b、２_cとにそれぞれ分けられており、異なるプロバイダａ、ｂ、ｃによりそれぞれ使われている。各仮想ノードはそれぞれのプロバイダの顧客の端末および、またはこのプロバイダのネットワークの図示されていない他の現実または仮想ノードの一方に接続されている。無線パス５上のデータ伝送から見て、仮想ノード１_a、１_b、１_cは図１の送信ノードに相当し、仮想ノード２_a、２_b、２_cは受信ノード２、３、４に相当する。

ノード２０と２１の無線インタフェース９は図１のそれらと全く同じである。また、無線パス５の回線容量を仮想パス１５の幾つかのグループ１４_a、１４_b、１４_cと、どのグループにも割り当てられていないパス１６とに分割する点についても図１と同じである。仮想パス１５の各グループは、それぞれ仮想送信ノード１_a、１_b、１_cと物理ノード２０の無線インタフェース９との間、並びに物理ノード２１の無線インタフェース９と仮想受信ノード２_a、２_b、２_cのうちの１つとの間のデータ・トラフィックに相当する。プロバイダａの１_a、２_aのような仮想ノードは仮想パスの関連するグループ１４_aを通じて通信する。

１_aと２_aのような仮想ノードのペアが仮想パスの関連するグループ１４_aに相当する伝送容量以上の伝送容量が必要な場合における処理は、図１を参照しながら記述されたネットワークと全く同じである。

本発明の第１の実施形態にかかるネットワークのブロック図である。 本発明の第２の実施形態にかかるネットワークのブロック図である。

Claims (8)

1. ２つの無線インタフェース（９）間の無線パス（５）上のデータ伝送の方法であって、
   回線容量の異なる多数の物理伝送モードをサポートし、
   ａ）前記無線パス（５）上に仮想パス（１５）の多数のグループ（１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄；１４_a，１４_b，１４_c）を確立するステップを備え、該各グループは保証されている回線容量を持ち、該グループに保証されている回線容量の合計は基本モードと呼ばれる伝送モードで運用している無線パスの合計回線容量を超えない容量であり、
   ｂ）前記無線パス（５）の伝送品質を検知するステップを備え、該無線パスの伝送品質がよい場合に、
   ｃ）前記基本モードの回線容量より大きい回線容量の伝送モードで前記無線パス（５）を運用し、使用中のモードと前記基本モードとの間の回線容量の差分を、前記保証されている回線容量を超える前記仮想パス（１５）のグループ（１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄；１４_a，１４_b，１４_c）の回線容量需要のために使用するステップを備えることを特徴とする方法。
2. 前記無線パス（５）の検知された伝送品質に適合する最大の回線容量を持つ伝送モードで運用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記仮想パス（１５）のグループ（１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄；１４_a，１４_b，１４_c）の合計回線容量需要が、前記無線パス（５）の検知された伝送品質に適合する伝送モードの中で最大の回線容量を持つモードの回線容量より少ない場合には、これらの適合する伝送モードであって、且つ回線容量が前記合計回線容量需要を充足する伝送モードのうち最も耐性のあるモードが使われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記回線容量需要の小さな変動を、前記無線パス（５）の伝送出力を適応させることにより充足させることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記仮想パスのグループ（１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄；１４_a，１４_b，１４_c）の中で伝送されるデータの少なくとも一部が送信側無線インタフェース（９）に一時格納され、バッファの充填レベルが限界値を超える場合には、現在使われている伝送モードが前記合計回線容量需要を充足していないと判定されることを特徴とする請求項３または４に記載の方法。
6. 前記格納されるデータが少なくとも１つの不特定ビットレートの前記仮想パスのデータであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記各仮想パスのグループの中で、新しい通信の受入れは、ＣＡＣ法で決定されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 第１のグループのノード（１；１_a，１_b，１_c）と、
   前記第１のグループのノード（１；１_a，１_b，１_c）に接続されている第１の無線インタフェース（９）と、
   第２のグループのノード（２，３，４；２_a，２_b，２_c）と、
   前記第２のグループのノードに接続されている第２の無線インタフェース（９）と、
   ２つの前記無線インタフェース（９）間の無線パス（５）と、を備え、
   前記無線パス内の保証されている回線容量の仮想パス（１５）の幾つかのグループ（１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄；１４_a，１４_b，１４_c）が前記第１のグループの１つのノード（１；１_a，１_b，１_c）と、前記第２のグループの１つのノード（２，３，４；２_a，２_b，２_c）との間で伝送され、
   前記仮想パスのグループ（１４₁₂,１４₁₃,１４₁₄；１４_a，１４_b，１４_c）に保証されている回線容量の合計は基本モードと呼ばれる伝送モードで運用されているときの前記無線パス（５）の総回線容量を超えず、
   前記無線インタフェース（９）は、回線容量の異なる幾つかの物理伝送モードをサポートし、前記無線パス（５）の伝送品質を検知し、前記無線パス（５）の伝送品質がよい場合に、前記基本モードの回線容量より大きい回線容量を持つ伝送モードで前記無線パス（５）を運用し、使用中のモードと前記基本モードとの間の回線容量の差分を、保証されている回線容量を超える前記仮想パスのグループの回線容量需要のために使用できるよう構成されていることを特徴とするデータ伝送ネットワーク。

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