JP2012513131A - 多数のｉｐホストからのｉｐ多重化 - Google Patents

Abstract

本発明は、あて先ＩＰホストへ送信する前に、異なるＩＰホストからのデータパケットを１つの多重化パケットに多重化するための方法に関連し、その多重化パケットに含まれる異なるデータパケットは異なるあて先ＩＰホストへ配信される。

Description

本発明は、ＩＰネットワークにおいて、複数の情報源ＩＰホストから複数のあて先ＩＰホストへデータパケットを送信するための方法、データパケットを多重化する情報源多重化装置、及び、多重化されたデータパケットを逆多重化するあて先多重化装置に関する。

多重化は情報源ＩＰｓとあて先ＩＰアドレスにより特徴づけられるＩＰフローに基づいて行われる。２つのＩＰホストの間の各ＩＰ情報源／ＩＰあて先｛ＩＰ_Ｓ；ＩＰ_Ｄ｝フローに対して、独自の多重化ストリームが保持される。

帯域幅の節約は｛ＩＰ_Ｓ；ＩＰ_Ｄ｝フローの複数のＩＰパケットを、１つのＩＰ_Ｍ多重化パケットに多重化し、挿入されたＩＰパケットのＩＰヘッダを除去することにより達成される。オプションとして、さらにＲＴＰ（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ヘッダを圧縮してもよい。

サンプリング間隔ｔ_ｓごとの多重化できるパケットが多くなると、帯域幅の利得がより良くなり、伝送コストがより低くなる。

現在のノードの実装は多数のＩＰホスト（ｎ）で構成される。その結果として、ｎ個のＩＰホストをそれぞれ有するｍ個のノードは、ｎ×ｍ個の多重化ストリームを有するかもしれず、十分な数のＩＰパケット／ｔ_ｓに対する確率が低下する。１つのオプションは、多重化のためのｔ_ｓ間隔ごとに十分なＩＰパケットが利用可能になるまで、ｔ_ｓを増やすことであろう。

通信網における音声、ファクシミリ及び回線交換データのようなリアルタイムサービスに対して、終端間での遅延は、通話品質を確保するために最小に維持されなければならない重大なパラメータである。終端間での遅延は、符号化と復号化、ＩＰバックボーンにおける伝送遅延、そして多重化サンプリング時間ｔ_ｓに起因して生じた遅延に依存する。

電気通信の品質、通話品質を維持するため、ｔ_ｓは最小化されなければならない。これは、ｔ_ｓと帯域幅の要求は競り合い、もし、両方を最小化させると、ＩＰホストの数が最小となる必要があることを意味する。

以下では、ＩＰに基づく通信網の例について、図１と２、多重化時間間隔を最小化したとき、及びＩＰパケットを最大化したときに関連して説明する。以下の例は、１千万人の加入者を有するネットワークに基づくものであり、このネットワークは１０個のサイト（場所）を持ち、１つのサイトは例えば１つの町に対応する。同時に発生する呼（コール）の数を示すサイトごとのトラフィックは２００００アーランであるとする。さらに、トラフィックの６０％がそのサイトにとどまり、結果として８０００アーランのトラフィックがＩＰ多重化されてそのサイトを出るものとする。さらに、この例においては、サイトごとに２つのメディアゲートウェイが使用され、これは非サイトローカルのトラフィックは２つのメディアゲートウェイを経てそのサイトを出ることを意味する。図１に、０．００３ｍｓの第１の多重化時間間隔に対する利得を表すテーブルを示す。リアルタイムのアプリケーションに対して、この短い多重化間隔は有利である。図１に示すテーブルでは、ＲＴＰ（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ヘッダの圧縮が使用されているか否かという事実に依存して、利得が示されている。全てのメディアゲートウェイが１０個のＩＰアドレスを有している場合、我々は、３６００個のＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ、多重化装置）ストリームを各サイトから得る。各ストリームは１秒間に７２．２２個のパケットを処理し、これは多重化時間間隔ｔ_ｓの間に、ただ１つのパケットが集められることを意味する。したがって、多重化利得が得られない。ＲＴＰヘッダの圧縮がなければ、マイナスでさえある。図１から、メディアゲートウェイは、１つ又は最大で２つのＩＰホストを収容すべきであるという結論を出すことができる。

図２に、多重化時間間隔を１５０ｍｓまで増やした、同様のテーブルを示す。この場合、メディアゲートウェイあたり１０個のＩＰホストに対して、帯域幅の利得がすでに得られている。しかしながら、リアルタイム接続に対しては、通常、１５０ｍｓの増加した多重化時間は遅延として受け入れられない。より多くのメディアゲートウェイとメディアゲートウェイあたりのより多くのＩＰアドレスが使用されるとき、ＩＰ ＭＵＸストリーム数が劇的に増加し、多重化利得が減少する。

したがって、ＩＰ情報源／あて先ストリームごとにＩＰ多重化がされる事実の中に１つの問題を見ることができる。多くのメディアゲートウェイとメディアゲートウェイあたりの多くのＩＰアドレスの場合、ある特定の時間間隔の中で多重化できるＩＰパケットの数がとても低くなり、帯域幅の５０％削減の提案された利得は到達できない。一方、全体のサンプリングレートが、音声、ファクシミリ、又は回線交換データのようなリアルタイムのアプリケーションにとって受け入れられないため、帯域幅削減のためにサンプリングレートを増加させることはできない。これは、モバイル、有線及び無線ネットワークに当てはまる。

したがって、多重化サンプリング時間を低く保ちながら、多くのデータパケットを多重化することにより帯域幅の利得を得る必要性が存在する。

この必要性は、独立請求項の特徴により満たされる。発明の好ましい実施形態は従属請求項に記載される。

発明の第１の側面によれば、ＩＰネットワークにおいて、複数の情報源ＩＰホストから複数のあて先ＩＰホストへデータパケットを送信する方法が提供される。発明の１つのステップによれば、情報源多重化装置はデータパケットを複数の情報源ＩＰホストから集め、その多重化装置は、そのデータパケットを１つの多重化パケットに多重化する。さらに、情報源多重化装置の情報源ＩＰアドレスは多重化パケットに付加され、あて先多重化装置のあて先ＩＰアドレスはその多重化パケットに付加される。あて先多重化装置自身は、再度複数のあて先ＩＰホストに接続される。各データパケットに対して、逆多重化後のそれぞれのデータパケットが配信されるべきあて先ＩＰホストのあて先情報が多重化パケットに付加され、あて先多重化装置は、あて先情報に基づいて、各データパケットに対するそのあて先ＩＰホストを識別する。さらに、あて先多重化装置のあて先ＩＰアドレスに基づいて、多重化パケットはあて先多重化装置へ送信される。異なる情報源多重化装置からのデータパケットの収集は、遅延を最小化するために、また、リアルタイムアプリケーションへ発明の適用を可能とするために、多重化サンプリング時間ｔ_ｓを低く保ちながら、多重化されるデータパケットの数を高く保つのに役立つ。異なるデータパケットを発生させるこれらのＩＰホストは、同一ノード内にあってもよく、また、ＩＰネットワーク内の異なるノード内にあってもよい。

多重化パケットを送るために、情報源多重化装置の情報源ＩＰアドレスとあて先多重化装置のあて先ＩＰアドレスは、多重化パケットのＩＰヘッダに付加されてもよい。一例として、サイト間の多重化はクラスＣのＩＰサブネットワークごとに行われてもよい。この場合、多重化ヘッダに付加される追加の情報はＩＰアドレスの最後のオクテットとすることができる。

さらに、多重化パケットに含まれる各データパケットのあて先情報が付加されるべきである。発明の１実施形態において、これは、多重化パケットに含まれる多重化ヘッダへ、各データパケットのあて先情報を付加することにより達成される。しかしながら、各パケットのあて先情報は、多重化パケットの他の部分へ付加されるのであってもよい。時間間隔ごとに多重化されるデータパケットの数をさらに増やすために、異なる種類のインターフェースから発生する異なるアプリケーションのデータパケットを集め、情報源多重化装置により多重化することができる。一例では、以下のインターフェース、Ｎｂ、ＭＢ、ＩｕＣＳ、及びＡ、からデータパケットを集めるモバイル通信ネットワークにおいて、データパケットを多重化するべきかもしれない。

送信されるデータパケットの圧縮のためには、あて先ＩＰホストのＩＰアドレスは、全てのあて先ＩＰホストに共通な各共通部分を含み、ＩＰアドレスはさらに、異なるあて先ＩＰホストを互いに区別する特徴的部分を含むのが有利である。好ましくは、多重化パケットの中であて先ＩＰアドレスに占有されるビット数を最小化するために、あて先情報は各あて先ＩＰアドレスの特徴的部分のみを含む。あて先ＩＰアドレスの特徴的部分は、望ましくは、多重化データパケットの多重化ヘッダに付加される。

追加のステップにおいて、異なる情報源ＩＰホストのデータパケットと多重化された多重化パケットを、あて先多重化装置が逆多重化できるか否かを、多重化パケットを生成する前にチェックするようにしてもよい。これがその場合でないとき、すなわち、あて先多重化装置が多重化パケットを逆多重化できないとき、そのトラフィック／データパケットは変更されずに送られる。

発明の別の実施形態によれば、リアルタイムサービスに対して、異なるアプリケーションのデータパケットを含む多重化パケットに対する遅延とジッタは所定の閾値より低く保たれる。望ましくは、異なるデータパケットをサンプリングするための遅延は５０ｍｓ以下、より好ましくは２０ｍｓ以下、さらに好ましくは１０ｍｓ以下に保たれる。さらに、特定のアプリケーション、又は、ＩＰネットワークにおけるノードのペアに対して、遅延とジッタはその閾値以下に保たれてもよい。

本発明は、さらに、複数の情報源ＩＰホストを有するＩＰネットワークにおいて、情報源多重化装置から送信された多重化パケットを逆多重化する方法を提供する。多重化パケットが異なる情報源ＩＰホストの多くのデータパケットを含むとき、各データパケットを配信すべきあて先ＩＰホストを決定するために、多重化パケットに含まれる各データパケットに対して、多重化パケットに含まれるあて先情報が抽出される。さらに、抽出されたあて先情報に基づいて、各データパケットはそのあて先ＩＰホストへ配信される。

本発明はさらに、データパケットを多重化する情報源多重化装置であって、その多重化装置は多数の情報源ＩＰホストからデータパケットを集める多重化部を備え、そのデータパケットを１つの多重化パケットに多重化するように構成される。さらに、情報源ＩＰアドレスとあて先ＩＰアドレスを多重化パケットのＩＰヘッダに挿入するようにＩＰアドレス生成部が提供され、ＩＰアドレス生成部はさらに、各データパケットに対して、それぞれのデータパケットが配信されるべき、あて先ＩＰホストのあて先情報を付加する。あて先多重化装置はさらに、取りだされたあて先情報に基づいて、各データパケットをそのあて先ＩＰホストに配信する配信器を備える。

本発明とそのさらなる目的と利点は、添付の図面とともに以下の好ましい実施形態の詳細な説明を参照することによりもっともよく理解されるだろう。

第１のサンプリング時間に対するメディアゲートウェイあたりのＩＰホスト数に基づく利得を示すテーブル。 より高く増加させた多重化間隔に対する図１のテーブル。 複数の情報源ＩＰホストからのデータパケットを多重化及び逆多重化することを可能とする情報源多重化装置とあて先多重化装置を伴うシステム。 多重化データパケットのデータ構造。 多くのＩＰホストからのデータパケットを多重化し、伝送後のそのデータパケットを逆多重化するのに必要な主たるステップを含むフローチャート。 異なるＩＰホストのデータパケットを多重化するＩＰネットワークの一例。

図３に、リアルタイムトラフィックに対してＩＰ多重化を強化することができるシステムを示す。示されたシステムにおいて、情報源多重化装置である多重化装置１０は、第１のＩＰネットワーク、例えばＩＰネットワークＡ、の多数のＩＰホストのデータパケットを多重化する。その多重化装置は、多重化部１２と、ＩＰアドレス生成部１１とを備える。ＩＰアドレス生成部は、多重化装置１０の情報源ＩＰアドレスとあて先多重化装置２０のあて先ＩＰアドレスをＩＰヘッダに挿入する。多重化パケットのＩＰヘッダは多重化部１２により生成されるが、この情報源多重化装置とあて先多重化装置の情報源、及びあて先ＩＰアドレスを、参照の数値４０を付して図４に示す。図４は多重化データパケットのデータ構成を示す。ＩＰアドレス生成部は、さらに、異なるＩＰホストの各データパケットに対して、それぞれのデータパケットが配信されるべきあて先ＩＰホストのあて先情報を付加する。このあて先情報は、図４に示される多重化ヘッダ５０の中に入力することができる。送信器１３は多重化パケットを含む単一多重化ストリームをあて先多重化装置２０へ送信し、あて先多重化装置はＩＰアドレス抽出部２１、逆多重化のための多重化部２２、及び、異なるデータの集合を、抽出したあて先情報に応じて、対応するＩＰ情報源へ配信する配信器２３を備える。

図５に、１つの多重化装置において、異なるＩＰホストのデータパケットを多重化するのに必要な、主たるステップをまとめる。その方法はステップ５０１において開始する。ステップ５０２では、多重化時間間隔ｔ_ｓの間、異なるＩＰホストのデータパケットが集められる。ここで、ｔ_ｓは、望ましくは１０−２０ｍｓより小さい。ステップ５０３では、多重化部１２で生成される多重化データパケットのＩＰヘッダに、多重化装置１０の情報源ＩＰアドレスと多重化装置２０のあて先ＩＰアドレスとが付加される。付加的なステップ５０４では、多重化パケットに含まれる各データパケットに対して、各データパケットの多重化ヘッダにあて先情報が付加される。ステップ５０５では、多重化データパケットがあて先多重化装置２０へ送信され、ステップ５０６では、各データパケットに対するあて先情報が抽出され、そして、ステップ５０７において、各データパケットは対応するＩＰホストに配信される。その方法は、ステップ５０８で終了する。

以下では、本発明の効果を示す例について議論する。サイトＡは２つのＩＰアドレスＡ．Ｂ．Ｃ．１とＡ．Ｂ．Ｃ．２（Ａ．Ｂ．Ｃ．０／２４）を持つ１つのメディアゲートウェイを有する。他のサイトＢは２つのＩＰアドレスＡ．Ｂ．Ｄ．１とＡ．Ｂ．Ｄ．２（Ａ．Ｂ．Ｄ．０／２４）を持つ１つのメディアゲートウェイを有する。

これは多重化のための４つのＩＰ情報源／あて先ストリームに対応するかもしれず、異なるＩＰホストからの多重化が使用されない場合、２つのサイト間で２５４ストリームに拡大する可能性がある。最適条件は、サイトＡとＢの間での多重化に対して、同時に４倍多くの多重化されるＩＰパケットを集める１つのストリームであるかもしれない。以下では、各サイトは１つのＩＰ多重化装置を含むとする。このＩＰ多重化装置はＩＰサブネットワークＡ（Ａ．Ｂ．Ｃ．０／２４）からデータパケットを受信する。そのＩＰ ＭＵＸは特定の時間ｔ_ｓに対して、全てのローカルＩＰホストのＩＰデータパケットを集める。図６に、この例を、異なるユニットの異なるＩＰアドレスとともに、より詳細に示す。サイトＡからの全てのノード、ここではメディアゲートウェイとＲＡＮ（Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ノードは、ＲＴＰペイロードトラフィックをＩＰアドレス１０．０．０．１００を有するデフォルトゲートウェイＩＰ ＭＵＸクラスタへ送り、メディアゲートウェイはＩＰアドレス１０．０．０．２０と１０．０．０．２１を有し、ＲＡＮはＩＰアドレス１０．０．０．３０と１０．０．０．３１を有する。ＩＰ ＭＵＸクラスタは、多重化時間ｔ_ｓに対して、サイトＡからの全ての受信データパケットを集め、あて先ＩＰサブネットワークに基づき、図６に示すように、自分自身のＩＰアドレス１０．０．０．２００と、あて先ＩＰアドレスとしてサイトＢのＩＰ ＭＵＸアドレス１０．０．１．２００を有する多重化パケットＩＰ_Ｍを生成するように構成される。ＩＰヘッダとＲＴＰヘッダは、図４に示すように圧縮されてもよく、追加的に、各多重化されたＩＰパケットに対して、最後のＩＰアドレスのオクテット（２０、２１、３０、又は３１）を多重化ヘッダに付加する。このようにして、各多重化されたＩＰパケットの情報源ＩＰアドレスは、多重化ヘッダ５０に付加される。

各ＩＰ ＭＵＸクラスタにおいて、そのあて先がトラフィックを逆多重化できるかどうかを管理することが必要である。これが確認されると、異なるＩＰホストのデータパケットを有する多重化パケットをＭＵＸクラスタ１０．０．１．２００へ送ることができ、反面、そうでない場合は、トラフィックは変更されずに、例えばサイトＣへ、送られる。サイトＢのＩＰ多重化装置は、受信した多重化ＩＰ_Ｍパケットの情報源ＩＰアドレスと追加的な多重化ヘッダ情報に応じて、正しいＩＰヘッダを再生する。その後、そのあて先へ、示される例では、ＩＰアドレス１０．０．１．２０と１０．０．１．２１を有するメディアゲートウェイへ、異なるデータパケットを配信することができる。上で説明された機能は、Ｎｂ、Ｍｂ、Ｉｕ／ＩＰ、及びＡ／ＩＰを導入しても動作することができ、Ｉｕ、Ｎｂ及びＡインターフェースに対して同時に使用することができる。

まとめると、ＩＰネットワークの帯域幅は、コアネットワークにおける異なるインターフェースの多様なＲＴＰストリームを組み合わせることにより効果的に削減することができ、無線アクセスネットワークは多重化時間ｔ_ｓと、それに伴い遅延を同時に低く保つ。

Claims (13)

1. ＩＰネットワークにおいて、複数の情報源ＩＰホストから複数のあて先ＩＰホストへデータパケットを送信する方法であって、
   情報源多重化装置（１０）が、複数の情報源ＩＰホストからデータパケットを集め、前記データパケットを多重化パケットに多重化するステップと、
   前記情報源多重化装置の情報源ＩＰアドレスを前記多重化パケットに付加するステップと、
   あて先多重化装置（２０）のあて先ＩＰアドレスを前記多重化パケットに付加するステップであって、該あて先多重化装置（２０）が複数のあて先ＩＰホストに接続されるステップと、
   各データパケットに対して、それぞれの該データパケットが配信されるべき、あて先ＩＰホストのあて先情報を前記多重化パケットに付加するステップであって、前記あて先多重化装置（２０）が、前記あて先情報に基づいて、各データパケットに対して前記あて先ＩＰホストを識別するステップと、
   前記あて先多重化装置の前記あて先ＩＰアドレスに基づいて、前記多重化パケットを該あて先多重化装置へ送信するステップとを備える方法。
2. 前記情報源多重化装置の前記情報源ＩＰアドレスと前記あて先多重化装置の前記あて先ＩＰアドレスが、前記多重化パケットのＩＰヘッダ（４０）へ付加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 各データパケットの前記あて先情報が、前記多重化パケットに含まれる多重化ヘッダ（５０）へ付加されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記情報源多重化装置は、異なる種類のインターフェースから発生する異なるアプリケーションのデータパケットを集め、多重化することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記あて先ＩＰホストのＩＰアドレスは、全てのあて先ＩＰホストに共通する共通部分と異なるあて先ＩＰホストを互いに識別する特徴的部分とをそれぞれ含み、前記あて先情報は、各あて先ＩＰアドレスの前記特徴的部分のみを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. あて先ＩＰアドレスの前記特徴的部分は多重化ヘッダへ付加されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記多重化パケットが生成される前に、異なる前記情報源ＩＰホストの前記データパケットを含む前記多重化パケットを前記あて先多重化装置（２０）が逆多重化できるか否かをチェックするステップをさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. リアルタイムサービスに対して、異なるアプリケーションのデータを含む多重化パケットに対する遅延とジッタが所定の閾値より低く保たれることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 特定のアプリケーション、又は前記ＩＰネットワークのノードのペアに対して、遅延とジッタが所定の閾値以下に保たれることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 複数の情報源ＩＰホストを有するＩＰネットワークにおいて、情報源多重化装置から送信された多重化パケットを逆多重化する方法であって、該多重化パケットは異なる情報源ＩＰホストの複数のデータパケットを含み、
    前記多重化パケットに含まれる各データパケットに対して、各データパケットが配信されるべきあて先ＩＰホストを決定するために、前記多重化パケットに含まれるあて先情報を抽出するステップと、
    抽出した前記あて先情報に基づき、各データパケットを、そのあて先ＩＰホストへ配信するステップとを備える方法。
11. ＩＰネットワークにおいて、複数の情報源ＩＰホストから送信されるデータパケットを多重化する情報源多重化装置（１０）であって、
    複数の情報源ＩＰホストからデータパケットを集め、該データパケットを多重化パケットに多重化するように構成される多重化部（１２）と、
    情報源ＩＰアドレスとあて先ＩＰアドレスを前記多重化パケットのＩＰヘッダに挿入し、さらに、各データパケットに対して、それぞれの前記データパケットが配信されるべきあて先ＩＰホストのあて先情報を前記多重化パケットに付加するＩＰアドレス生成部（１１）と、
    あて先多重化装置の前記あて先ＩＰアドレスに基づいて、該あて先多重化装置へ前記多重化パケットを送信する送信器（１３）と、
    を備えることを特徴とする情報源多重化装置。
12. 前記ＩＰアドレス生成部は各データパケットの前記あて先情報を対応する多重化ヘッダの中へそれぞれ入力することを特徴とする請求項１１に記載の情報源多重化装置。
13. 複数の情報源ＩＰホストを有するＩＰネットワークにおいて、情報源多重化装置から送信された多重化パケットを逆多重化するあて先多重化装置（２０）であって、前記多重化パケットは異なる情報源ＩＰホストのデータパケットを複数含み、
    各データパケットに対してあて先ＩＰホストを決定し、前記多重化パケットに含まれる各データパケットに対して、各データパケットが配信されるべきあて先ＩＰホストを決定するために前記多重化パケットに含まれるあて先情報を抽出する、あて先決定部（２１）と、
    取りだされた前記あて先情報に基づいて、各データパケットをそのあて先ＩＰホストへ配信する配信器（２３）とを備えるあて先多重化装置。

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