JP2540235B2 - デ―タストリ―ム回復方法及び通信システム - Google Patents

デ―タストリ―ム回復方法及び通信システム

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は通信網に係り、特に自己回復（self−healin
g）通信網に関する。
（従来技術） 自己回復網は、何年にもわたる多くの研究の課題であ
った。この研究の大部分は、通信網内において故障した
通信リンクを迅速に検出し、この故障した通信リンクか
らのトラフィックを別の通信リンクに自動的に振り向け
ることができる通信網を構成しようとする点に集中され
た。この自己回復網の１つは、シー・ウイルソン（C.Wi
lson）によるテレフォニー（Telephony）、Vol.215、N
o.15B、Oct.1988、pp.43−47において「ビフォア ザコ
ンプレイン ロールズ イン…」（Before the Complai
nt Rolls In…）」なる論文に記載されている。この論
文は起こり得る故障を補償するためのリング網の使用を
記載している。特に、トラフィックは、連続リングに沿
って１つのノードから次のノードへ自己回復網を通して
送られる。もしも、この連続リング内におけるリンクが
故障すると、この故障したリンクを渡って送られる必要
のあるトラフィックが逆向きにリングを巡って送られて
故障リンクの反対側の行き先ノードについに達すること
になる。これにより自己回復網内に余分の遅れが生じ、
そして、この故障リンクにより通常扱われたトラフィッ
クを運ぶために使用されなければならないリンクが混雑
させられる。自己回復網の大部分の他の仕事も、上記の
論文に記載されているように、一方向又は別方向で故障
リンクを巡りトラフィックを再び送る点に集中された。
上記の方法の全ては、しかし、通常リンクが故障したと
いうことを通信機に知らせるに必要な遅れを導入する。
更に、残りの健全な線に関する混雑問題は、これらの自
己回復網の多くにおいて導入される。それは、これらが
故障リンクのために今度は別のトラフィックを扱わなけ
ればならないからである。従来技術に残っている問題
は、（１）迅速、即ち、故障リンクを巡りトラフィック
を再び送るために送信ノードを知らせる時間を必要とし
ない、（２）故障の通信リンクにより通常は搬送される
トラフィックを健全な通信リンクが運ぶように要求する
ことにより、この健全な通信リンクを混雑させない、及
び（３）余分な冗長リンクを必要としない自己回復網を
提供することである。
（発明の概要） 従来技術の上記の問題は、ほぼ瞬間的な自己回復通信
網に関する本発明により解決された。本発明の自己回復
通信路網では、複数Ｎ個の源からのデータストリームが
符号化されてＮ＋Ｍ個の符号化ストリームを発生し、こ
の各符号化ストリームは各々別々の通信リンクを介して
伝送される。この符号化ストリームは受信機により受信
され、そして、Ｎ＋Ｍ個の符号化ストリームのどのＭ個
も独特な仕方で復号化された元のＮ個のデータストリー
ムを発生し、それにより、Ｍ＋Ｎ個の通信リンクの内で
Ｍ個までの同時の故障に対する保護が与えられる。更に
一般的な実施例では、どの通信網構造も、その方法を利
用するために論理的な点対点構造に変換され、そして、
この方法により分配記憶システムも保護される。
（実施例の説明） 第１図は、（１）複数３個の例示的なデジタルデータ
ストリームd1、d2及びd3を発生し、及び、それぞれ線11
0ないし112を介して各データストリームを伝送する源ノ
ード101、（２）線110ないし112からその３つのデータ
ストリームd1〜d3を同時に受信して、それから例示的な
５個の符号化ストリームc1〜c5を発生するエンコーダ10
3、（３）各々がその５個の符号化ストリームc1〜c5の
それぞれを遠隔の場所へ伝送するための通信リンク105
〜109、（４）遠隔の場所でこの例示的な５個の符号化
ストリームc1〜c5を復号化してその３つのデータストリ
ームd1〜d3を再び発生し、及び、（５）その３つのデー
タストリームを受信するために行き先ノード102を有す
る本発明の自己回復網の例示的な実施例を示す。説明の
ために、全てのデータは、源ノード101から行き先ノー
ド102に流れると仮定するが、実際のシステムではデー
タはどの２つのノードの間でも両方向に流れ得る。これ
は、ノード間の接続が全二重式となり得るからである。
更に、エンコーダ103と源ノード101は、デコーダ104と
行き先ノード102のように物理的に同じ場所に配置する
ことができる。
動作において、源ノード101から行き先ノード102に伝
送されるべき例示的な３つのデジタルデータストリーム
d1〜d3は、源ノード101におけるユーザの装置要素によ
り発生される。エンコーダ103は、データストリームd1
〜d3を符号化してそこから５個の符号化ストリームc1〜
c5を発生する。この各符号化ストリームは、それぞれ通
信リンク105ないし109のそれぞれを介してデコーダ104
に伝送される。この５個の符号化ストリームc1〜c5がデ
コーダ104で受信されると、その３つの元のデータスト
リームd1〜d3は、そのデコーダに到達する符号化ストリ
ームc1〜c5のどの３個以上からも再生される。３個のデ
ータストリームd1〜d3の各々は次に線113ないし115のそ
れぞれを介して行き先ノード102に供給される。
５個の通信リンク105ないし109の全てが正しく機能し
ているときに、デゴーダは単に、例えば、符号化ストリ
ームc1〜c5を単に復号化し、元の３個のデータストリー
ムd1〜d3を発生しながら、残りの２つのデータストリー
ムを廃棄する。更に、単に説明のために本明細書におい
ては、c1、c2及びc3がd1,d2及びd3にそれぞれ同一であ
るように符号が設計されていると仮定するが、これに限
定されることはない。それ故、自己回復網が正しく機能
し、即ち、通信リンク105ないし109のどれもが故障して
いないとき、符号化は全然行う必要はなく、デコーダ10
4は、単に符号化ストリームc1、c2及びc3の各々を行き
先ノード102に対しそれぞれ別々の線113、114、115を介
して供給しながら到来する符号化ストリームc4およびc5
を廃棄する。
通信リンクの１つ、例えば、リンク107が故障する
と、デコーダ104は、リンク107に関する同期消失のよう
な搬送波の消失又は何らかの他のパラメータの消失を検
出する。デコーダ104は、上記のように、c1、c2がd1,d2
にそれぞれ等しい場合に、残りの４個の符号化ストリー
ムc1、c2、c4およびc5の内の任意の３つを複号化するこ
とによって消失した符号化ストリームc3,従って、d3を
直ちに供給することができる。例えば、通信リンク105
ないし109が正しく機能していたときに、c3の回復によ
りd3が生じる。更に、通信リンク105ないし107の内の２
つが故障しても、デコーダ104は残りの３つの符号化ス
トリームを復号化することによって元の３つのデータス
トリームを回復することができる。一般に、Ｎ個のデー
タストリーム、この例では３つ（d1〜d3）が使用されて
Ｎ＋Ｍ符号化ストリーム、この例では５個（c1〜c5）を
発生すると、デコーダ104は残りの符号化ストリームの
どのＮ個からもＮ個のデータストリームを回復すること
ができる。このことは、以下に述べる例示的な符号化及
び復号化アルゴリズムを調べることによって分かる。
この３つの例示的なデータストリームの各々は、例示
的なタイムスロットに分割することができる。この場
合、各タイムスロットは、データ数字を含んでもよい。
この１つのタイムスロットを考慮すると、別のデータを
記号が線110ないし112の各々に存在する。エンコーダの
動作は、マトリクス乗算Ｃ＝GDとして見ることができ
る。ここでＤは、線110、111及び112からのデータ記号
よりなるＮ個の記号の列ベクトルであり、Ｇは、符号を
定義する一定の（Ｎ＋Ｍ）xNの生成マトリクスであり、
Ｃは、Ｎ＋Ｍの記号列ベクトルであり、Ｎ＋Ｍの記号列
ベクトルの各符号は通信リンク105ないし109のそれぞれ
を介して伝送される各々の符号化記号を表す。マトリク
ス乗算は、３個のデータストリームと５個の符号化スト
リームを有する第１図の例示的なシステムの場合に以下
の式１に示してある。
ここで（′）は、対応するデータストリームにおける例
示的なタイムスロット中に現れるｂ桁の記号を表し、即
ち、d1′はデータストリームd1におけるｂ桁の記号を表
す。受け入れ可能なｂの値は、後で本明細書で述べる。
式１のＧマトリクスの上部における3x3の恒等マトリク
スと、Ｇマトリクスの底部の２つの行としてＰと示した
2x3（一般にMxN）のパリティマトリクスを有するように
生成マトリクスを操作することによって、最初の３つの
符号化記号はデータ記号に等しくなり、そして、最後の
２つの符号化記号はパリティ記号となる。これは行交
換、スカラー乗算、及び加算のような線形代数で公知の
理論を使用して容易になすことができる。尚、ここに述
べた全てのマトリクスは、単に列の線形の組み合わせを
取ることによって、これらのマトリクスから得られる如
何なるマトリクスにも等価である。式２は、上部におい
てNxMの恒等マトリクスを有する第１図の例示的な通信
網で利用することができる一定の生成マトリクスを示
す。
数式２では、P1′は、パリティストリームP1内における
例示的なタイムスロット中に現れるｂ桁のパリティ記号
である。数式（２）のマトリクスを使用して、数式１の
c1、c2,c3,c4及びc5はそれぞれd1,d2,d3,p1,及びp2に等
しい。式２のマトリクス乗算が行われる場合には、式２
が以下の表１に示した５個の式を表し、この５個の式の
各々の左側は、第１図の通信リンク105ないし109の各々
を介して伝送される符号化記号である。
表１ d1′＝d1′＋Od2′＋Od3′（105を介して伝送される） d2′＝Od1′＋d2′＋Od3′（106を介して伝送される） d2′＝Od1′＋Od2′＋d3′（107を介して伝送される） p1′＝ｐ1,1d1′＋ｐ1,2d2′＋ｐ1,3d3′（108を介して
伝送される） p2′＝ｐ2,1d1′＋ｐ2,2d2′＋ｐ2,3d3′（109を介して
伝送される） データストリームd1,d2,d3をそれぞれ搬送する組10
5、106、107からの少なくとも１つの通信リンクを有す
る２つの通信リンク105ないし109の組み合わせが故障す
ると、失われた記号は、デコーダで一組の式を解くこと
によって回復される。例えば、通信リンク105と106が故
障し、データ記号d1′とd2′の入き先ノードを得ると仮
定する。デコーダ104は、表１からの数式の内の３つと
残される。その３つの内の２つは以下に示すが、これ
は、失われたデータ記号について解くために利用され
る： p1′＝ｐ1,1（d1′）＋ｐ1,2（d2′）＋ｐ1,3d3′ p2′＝ｐ2,1（d1′）＋ｐ2,2（d2′）＋ｐ2,3d3′ ここでかっこ付きの項はデコーダでは未知項である。
この未知の項ｐ1,1;p1,2;p2,1及びｐ2,2は、一定の生成
マトリクスＧの2x2の小マトリクスを形成する。それ
故、この2x2の小マトリクスは、デコーダによって解か
れるべき上の２つの式について逆転可能でなければなら
ない。更に、この2x2の小マトリクスと逆転可能である
と保証される場合、デコーダは、どの公知の方法も、即
ち、ガウス粉末、代入、マトリクス逆転などを利用して
上記の２つの式を解くことができ、そして、故障した通
信リンク105と106が修理できるまで各次々のタタイムス
ロットごとにd1′とd2′を発生することができる。上述
のように、通信リンク105と106よりむしろ通信リンク10
5と107が損傷を得けたと仮定する。この場合、デコーダ
は、次の組の式を解くことになる： P1′＝ｐ1,1（d1′）＋ｐ1,2（d2′）＋ｐ1,3（d3′） P2′＝ｐ2,1（d1′）＋ｐ2,2（d2′）＋ｐ2,3（d3′） これらの式は２つの未知数の２つの式を表す。しか
し、この第２の例における未知数の係数により表される
Ｇの2x2の小マトリクスは、第１の例の小マトリクスと
は異った2x2の小マトリクスである。この新しい小マト
リクスは、その加工方法については逆転可能なものでな
ければならない。もしも故障したリンクのあるものがデ
ータストリームを搬送し、他のものがパリティストリー
ムを搬送するとすると、残りのパリティストリーム、は
データを搬送していた故障リンクを回復するために使用
することができる。一般的に、Ｍ個までの故障した通信
リンクからデータを回復するために、ＧマトリクスのＮ
行の任意の組み合わせは、線形独立でなければならな
い。従って、生成マトリクスＧは、システムを動作させ
るために正しく選ばれなければならない。適切な生成マ
トリクスを選ぶ２つの方法を以下に詳述する。以下説明
の都合上、MxNマトリクスを形成するＧマトリクスの底
部のＭ個の行をＰマトリクスとして示す。
１つの適切なＧは、このＧマトリクス内の値を割り当
てることによって次のごとく構成される： gi+ N,j＝r(i-1)(j-1) （３） ここでｒは任意の有限体の原始要素であり、ａとｂは
整数であり、有限体はab個の要素を有し、１≦ｉ≦Ｍ、
かつ、１≦ｊ≦Ｎで、gi+ N,jは、Ｇマトリクスのｉ＋Ｎ
番目の行、ｊ番目の列の要素である。ｉとｊのこれらの
値のみがＮ個の要素のＭ個の行を各々発生する。これは
生成マトリクスの最初のＮ個の行がNxMの恒等マトリク
スであると仮定されたからである。この実施例では、前
述のデータ記号を符号化する全ての加算及び乗算、及
び、式（３）の全ての演算は、例示的な有限体内で行わ
なければならない。更に、ＧのＮ個の行のどの組み合わ
せの線形独立をも保証するために、ｂは次のごとく選ば
れなければならない。
ある場合には、ＧのＮ個の行の全ての組み合わせもよ
り小さなｂの場合にも線形独立であるという可能性があ
るが、これが、この方法で選ばれたＧマトリクスの場合
となるときを決定する公知の系統的な方法は存在しな
い。
ａ＝２である１つの有限体は,2b個の要素を有し，そ
して、デジタルコンピュータで実施するに特に魅力的な
ものである。特に、各データストリームを、各々がｂ個
のビットを有するタイムスロットに分割し、Ｇの各要素
の長さをｂビットにする場合、上記の条件は満足され
る。ｂ＝３、ａ＝２、原始要素ｒ＝（010）、及び原始
多項式がZ3＋Ｚ＋１の場合，第１図の例示的な通信網の
Ｇマトリクスを以下に示す。
ここでr2＝100である。
適当なＧマトリクスを決定する別の方法は次の通り。
まず、Mx（Ｍ＋Ｎ）マトリクスＨ′を次の通り定義す
る、 ここでｒは，上記のように、有限体の原始要素であ
る。次に、もう２つのマトリクスＡとＢを定義する。こ
の場合、Ａの列は、Ｈ′の最も右側のＭ個の列に等し
く、Ｂの列は、Ｈ′の最も左後のＮ個の列に等しい。所
望の（Ｍ＋Ｎ）xNマトリクスｇは、次にA-1BのＭ個の行
を伴うNxNの恒等マトリクスから形成される。この方法
を用いてＧマトリクスを定義することによりＧマトリク
スのＮ行のどの組み合わせも ｂ≧log（Ｎ＋Ｍ＋１） 上の式が成り立つ場合に線形独立であることが保証さ
れる。ここで対数関数の底はａである。なお、各例示的
な記号または等価的にタイムスロットの長さの桁の数は
Ｍ≧３の場合、前述のＧマトリクスの場合よりも小さく
することができる。
第１図に関する上記の方法は単一の源を単一の行き先
ノードに接続する複数の通信リンクを意味する。しか
し、この方法は更に一般的であり、そして複数の通信網
ノードで複数の通信リンクのデータを保護するために使
用することができる。第２図は、（１）源ノードS1〜S
3,（２）行き先ノードD1〜D3,（３）通信リンク203〜21
3,（４）エンコーダ201,（５）デコーダ202、及び
（６）短距離通信リンク214〜219を有するこのようなシ
ステムの実施例を示す。短距離通信リンク214〜219は、
冗長度、誤り訂正符号化法を使用して信頼性あると考え
らるか、または保護することができる。短距離通信リン
クは、更に通信網内における任意の他のリンクと考えら
れ、そして、本発明を用いて保護できるとさえ考えられ
る。
源ノードs1〜s3の各々はそれぞれの通信ノードを介し
て行き先ノードD1〜D3の各々にデータを伝送するように
構成されている。通信リンク203〜211の各々もｄx,yと
して示した。ここで、ｘは源ノード、ｙは行き先ノー
ド、ｄx,yは源ノードｘから行き先ノードｙまで伝送さ
れるデータストリームを表す。更に通信リンク212と213
は、各々Ｍ個（この実施例では２個）のパリティストリ
ームを伝送するために使用される。Ｇの上部NxNマトリ
クスが恒等マトリクスである場合、式７はこのシステム
で使用される可能性のあるＧマトリクス及び例示的なタ
イムスロット中の各データストリームからのデータ記号
を有するベクトルＤ及び伝送されるべき符号ベクトルｃ
を示す。
式８は、源ノードのデータに依存する２パリティ記号
p1′とp2′の一部を各源ノード203〜211が発生すること
ができるということを示す。特に及び第２図と式７の両
方に関して、パリティp1′p2′とを計算したい例示的な
タイムスロットを考える。次ぎの計算は源ノードS1〜S3
で行われる。
源の各々がそれぞれの部分マトリクス積PM1,PM2及びP
M3をエンコーダ201へ転送するならば、エンコーダ201は
単にこの３つの部分マトリクス積を加算して２要素列ベ
クトルを形成する。２要素列ベクトルは２つの所望のパ
リティ記号を有する。これを知るためには、式８から、
例えば、列ベクトルの第２の要素が、式７が示すよう
に、ベクトルＤにより乗算されるＧマトリクスの最後の
行に等価な和ｄ1, １ ′,p2,1′＋ｄ1,2′ｐ2,2′，＋…＋ｄ3,3′ｐ2,9′
となる。エンコーダ201は源ノードs1〜s3の１つに設置
することさえ可能であり、他の源ノードはそのPMをその
源ノードに送る。この２つのパリティ記号の各々は，通
信リンク212〜213のそれぞれを介して伝送される。
行き先ノードD1,D2及びD3の各々は各データストリー
ムＤ1,1〜Ｄ3,3のそれぞれを受信する。デコーダ202は
第２図に示したように、通信リンク212と213を介してそ
れぞれパリティストリームp1p2を受信する。デコーダ20
2は後で詳しく述べるように行き先ノードD1〜D3の各々
から何等かの部分復号化情報も受信する。パリティスト
リームp1とp2を組み合わせてこの部分復号化情報を利用
することによってデコーダ202は、前述のように、故障
した通信リンク203〜211のどの２つからもデータを受信
することができる。このことは以下に述べる。まず、故
障した任意の２つの通信リンク203〜211からのデータを
復元するために、２つの同時線形独立の式に対する解法
が、本明細書で前に述べた点対点の場合のように必要と
される。第２図の例示的なシステムの場合、解かれなけ
ればならない２つの式を以下に示すが、これは、式７が
示すようにデータベクトルＤにより乗算されるＧマトリ
クスの最後の２つの例を表す。
ｐ1,1ｄ1,1′＋ｐ1,2ｄ1,2′＋ｐ1,3ｄ1,3′＋ｐ1,4ｄ
2,1′ ＋ｐ1,5ｄ2,2′＋ｐ1,6ｄ2,3′＋ｐ1,7ｄ3,1′＋ｐ1,8
ｄ3,2′＋ｐ1,9ｄ3,3′＝p1′ ｐ2,1ｄ1,1′＋ｐ2,2ｄ1,2′＋ｐ2,3ｄ1,3′＋ｐ2,4ｄ
2,1′ ＋ｐ2,5ｄ2,2′＋ｐ2,6ｄ2,3′ ＋ｐ2,7ｄ3,1′＋ｐ2,8ｄ3,2′＋ｐ2,9ｄ3,3′＝p2′ 上記の式における未知の項は通信リンク203〜211のど
れが故障したかにより決定される。例えば通信リンク20
3と204が故障するとき、上記の式のｄ1,1とｄ1,2が未知
である。
消失したデータストリームの復号と回復は部分マトリ
クスの積として実施することができる。特に、通常の動
作中リンクが故障していない場合、行き先ノードD1〜D3
の各々は源ノードS1〜S3から別々のデータストリームを
受信し、そして、それぞれの受信データに基ずく上記の
式から全ての項を計算する。例えば、行き先ノードD1は
上記の式で示されるように、行き先ノードD1のp1′への
寄与である和ｐ1,1ｄ1,1′ｐ1,4ｄ2,1′＋ｐ1,7ｄ3,1′
を計算する。さらに、その受信データストリーム内の各
ｂ個のビット記号ごとに行き先ノードD1は、上記のよう
に、D1のp2への寄与であるｐ2,1ｄ1,1′ｐ2,4ｄ2,1′＋
ｐ2,7ｄ3,1′を計算する。受信機で形成されるこれらの
部分のマトリクスの積は、本明細書では行き先部分マト
リクス（DPM）として示す。他の２つの例示的な行き先
ノードD2とD3は、それぞれの受信データストリームにつ
いてのアナログ加算を行う。この和の各々は、そのそれ
ぞれの行き先ノードD1〜D3からデコーダ202に伝送され
る。更に、通常の動作では、デコーダ202は、以下に述
べる少しの遅れ期間の後には、デコーダ202が受ける全
てを単に廃棄する。通信リンク203〜211の１つ又は２つ
が故障すると、影響を受ける行き先ノードD1〜D3はデコ
ーダ202に知らせる。上記の式からの対応項は故障した
通信リンクのために消滅し、せいぜい２つの未知数を持
つ２つの式を残す。これらの式は前述のようにデコーダ
により解かれて、消滅した記号はそれぞれの行き先ノー
ドD1〜D3に伝送される。
以下の２つの実行の詳細は注目する価値がある。すな
わち、まず、デコーダ202は、各データとパリティスト
リームからのデータの少数の連続タイムスロットを記憶
しなければなない。これは、通信リンク203〜201の１つ
以上が故障したときから、行き先ノードD1〜D3がデコー
ダ202に通知し、そして、デコーダ202に消失したデータ
記号の供給を開始させることができるまでは、数個の、
例えば、Ｔ個のタイムスロットが通過することが有り得
るからである。デコーダ202は、データが回復できるよ
うにするために、これらのタイムスロットの各々からデ
ータとパリティー記号をもらわなければならない。第２
に、通信リンク203〜213及び短距離通信リンク214〜219
の各々を介してそれぞれ異なる伝送遅れが存在し得るの
で、デコーダとエンコーダは、短距離通信リンク214〜2
19及び通信リンク203〜213のそれぞれから、互いに異な
るときに受信されたデータ記号が実際に同一のタイムス
ロットからのものとなり得るようにしなければならな
い。特に、エンコーダ又は源ノードのいずれかは、短距
離通信リンク214〜219を介する伝送遅れの差を等しくし
なければならず、行き先ノード又は源ノードのいずれか
は通信リンク203〜211のそれぞれ異なる通路遅れを等し
くしなければならず、デコーダ又はエンコーダの何れか
は通信リンク212〜213の各々異なる通路遅れを等しくし
なければならず、そして、行き先ノード又はデコーダの
いずれかは短距離通信リンク217〜219を介して遭遇され
る互いにそれぞれ異なる通路遅れを等しくしなければな
らない。これは容易にバッファの使用により達成するこ
とができて、比較的短い遅れで通路を介して伝送される
必要のあるパケットを遅らせることができる。
この方法は任意のトポロジーの回路網を収容するため
に更に一般化し得る。その場合、各ノードは回路網内の
１つおきのノードに対し送信し、かつ、このノードから
受信するように構成される。まず、（１）各ノードが入
りリンク及び出リンクを有す、そして、（２）中央プロ
セッサが使用されてその回路網に関する全ての符号化及
び復号化を行うと仮定する。この場合、回路網内の各ノ
ードは、3M個の余分な接続箇所を備え、各接続箇所は、
このノードと中央プロセッサとの間の通信を行う。各ノ
ードへの最初のＭ個の接続箇所の各々は、そのノードに
関するPMのそれぞれの要素を中央プロセッサに送るため
に使用される。第２のＭ個の接続箇所の各々は、中央プ
ロセッサからそのノードへ、そのノードに関するDMPの
それぞれの要素を送るために使用される。最後に、最後
のＭ個の接続箇所の各々は、中央プロセッサからそのノ
ードへ回路網の故障のために消失したＭ個の回復データ
ストリームのそれぞれを送るために使用される。
この方法は、又トランク付き通信線を保護するために
も使用することができる。特に、余分のＭ個のトランク
を設置することによってＮ個トランクのシステム内でＭ
個までの故障トランクを保護することが望まれると仮定
する。更に、Ｎ個のトランクの各々と別のＭ個のトラン
クの各々が、Ｋ個の通信リンクを有していると仮定す
る。Ｍ個までのトランクが破壊された場合、この破壊さ
れたトランクの各々に対する第１の通信リンクからのデ
ータストリームは、Ｎ個以上の残りのトランクの最初の
通信リンクのデータ及びパリティストリームを使用して
回復される。この破壊されたトランクの各々の第２の通
信リンクからのデータストリームは、Ｎ個以上の残りの
トランクの第２の通信リンクのデータ及びパリティスト
リームを用いて回復される。同様に、この破壊されたト
ランクの第３番目から第Ｋ番目までの通信リンクからの
データストリームは、Ｎ個以上の残りのトランクの第３
番目から第Ｋ番目までのリンクからのデータ及びパリテ
ィストリームを用いて回復される。これは本明細書で前
に述べた方法を用いてなし得る。
尚、本明細書において示した例は単に例示的なもので
あって、本発明の多くの異なる実施例が本発明の主旨又
は範囲を逸脱せずに可能である。通信リンクは、例え
ば、ファイバ光学波長分割多重化（WDM）システムの場
合のように空間よりもむしろ周波数で分けることができ
る。この方法は、exp（−j2π/N′）に比例する任意の
数を代入することによって連続的な振幅離散時間信号を
保護するために使用できる。ここで、Ｎ′は、（３）に
おけるＮより大きいか又はＮに等しい任意の素数、又
は、（６）におけるＮ＋Ｍより大きいか又はこれに等し
い任意の整数Ｎ′、ｊは、上記のマトリクスの全ての場
合においてｒに対する−１の平方根であって、任意の有
限体よりもむしろ複素数体に演算を行う。これは、exp
（−j2π/N′）が複素数体の原始根として見ることがで
きるという事実のためである。エンコーダは、並行動作
を行なって、高速データストリームを数個のより低速度
のデータストリームに分解し、各低速度のデータストリ
ームを符号化し、そして、この符号化されたストリーム
を多重化して高速符号化ストリームを形成することがで
きる。デコーダでは、高速符号化ストリームは分離され
て複数の低速符号化ストリームとなり、この低速符号化
ストリームは、前述の方法を用いて復号化される。任意
のトポロジーにおける3M個の接続箇所はノードと中央プ
ロセッサとの間の共通リンクに数個の信号を多重化する
ことにより減少することができる。通信網リンクは、デ
ータ記憶装置で置換することができ、この方法は分配記
憶システムの場合のように任意のＭ個の故障した記憶装
置からデータを回復するように適応される。源ノードと
行き先ノードは、全て例えば、スイッチの場合のように
配列することができる。その場合、このスイッチへの入
力部とこのスイッチからの出力部との間における故障
は、この方法を用いて保護することができる。
上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので、こ
の技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が
考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包
含される。
尚、特許請求の範囲に記載された参照番号は、発明の
容易なる理解のためで、その範囲を制限するよう解釈さ
れるべきではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例のブロック線図、 第２図は複数個の源ノードと行き先ノードを利用する本
発明の通信網の他の実施例を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チー―リン アイ アメリカ合衆国，07701ニュージャージ ィ レッド バンク，タワー ヒル ド ライブ 99 (72)発明者 ジェームス イー．メイゾ アメリカ合衆国，07704ニュージャージ ィ フェア ヘブン，ヒルサイド プレ イス 44 (56)参考文献 特開 昭60−239127（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−278215（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−268233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−50220（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−138237（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＭおよびＮを１より大きい整数として、Ｎ
    個のデータストリームとＮ＋Ｍ個の通信リンクを有する
    通信システムにおける、当該Ｎ個のデータストリームの
    うちのＭ個までを回復する方法において、 a.前記Ｎ個のデータストリームを符号化してＮ＋Ｍ個の
    符号化ストリームを生成するステップと、 b.前記Ｎ＋Ｍ個の通信リンクのそれぞれを通じて前記Ｎ
    ＋Ｍ個の符号化ストリームのそれぞれを送信するステッ
    プと、 c.前記Ｎ＋Ｍ個の符号化ストリームのうちの少なくとも
    Ｎ個の符号化ストリームを受信するステップと、 d.前記少なくともＮ個の符号化ストリームを復号化する
    ことによってＮ個のデータストリームを回復するステッ
    プとからなり、 Ｄを各データストリームから１つずつとったＮ個のデー
    タ記号からなるベクトルとし、Ｇを（Ｍ＋Ｎ）行Ｎ列の
    生成行列として、前記ステップａは行列の積GDを生成す
    るステップを含み、 生成行列Ｇは、Ｎ個の行が互いに線形独立となるように
    構成され、 生成行列Ｇは、Ｎ行Ｎ列の単位行列にＭ行Ｎ列のパリテ
    ィ行列を連結した行列に等しく、 １≦ｉ≦Ｍおよび１≦ｊ≦Ｎとし、ｒを有限体の原始根
    または複素数体の１の根として、前記Ｍ行Ｎ列のパリテ
    ィ行列の（i,j）成分の値はr(i-1)(j-1)であることを特
    徴とするデータストリーム回復方法。
  2. 【請求項２】ＭおよびＮを１より大きい整数として、Ｎ
    個のデータストリームとＮ＋Ｍ個の通信リンクを有する
    通信システムにおける、当該Ｎ個のデータストリームの
    うちのＭ個までを回復する方法において、 a.前記Ｎ個のデータストリームを符号化してＮ＋Ｍ個の
    符号化ストリームを生成するステップと、 b.前記Ｎ＋Ｍ個の通信リンクのそれぞれを通じて前記Ｎ
    ＋Ｍ個の符号化ストリームのそれぞれを送信するステッ
    プと、 c.前記Ｎ＋Ｍ個の符号化ストリームのうちの少なくとも
    Ｎ個の符号化ストリームを受信するステップと、 d.前記少なくともＮ個の符号化ストリームを復号化する
    ことによってＮ個のデータストリームを回復するステッ
    プとからなり、 Ｄを各データストリームから１つずつとったＮ個のデー
    タ記号からなるベクトルとし、Ｇを（Ｍ＋Ｎ）行Ｎ列の
    生成行列として、前記ステップａは行列の積GDを生成す
    るステップを含み、 生成行列Ｇは、Ｎ個の行が互いに線形独立となるように
    構成され、 生成行列Ｇは、Ｎ行Ｎ列の単位行列にＭ行Ｎ列のパリテ
    ィ行列を連結した行列に等しく、 １≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦ＮおよびＮ＋１≦ｋ≦Ｎ＋Ｍと
    し、ｒを有限体の原始根または複素数体の１の根とし、
    Ａを（i,k）成分の値がr(i-1)(k-1)であるようなＭ行Ｎ
    列の行列とし、Ｂを（i,j）成分の値がr(i-1)(j-1)であ
    るようなＭ行Ｎ列の行列として、前記Ｍ行Ｎ列のパリテ
    ィ行列が行列の積A-1Bに等しいことを特徴とするデータ
    ストリーム回復方法。
  3. 【請求項３】前記Ｎ個のデータストリームは複数の情報
    源（S1〜S3）から生成され、前記ステップａは、Ｎ個以
    下の情報源のそれぞれにおいて前記Ｎ個のデータストリ
    ームを部分的に符号化するステップを含むことを特徴と
    する請求項１または２の方法。
  4. 【請求項４】前記Ｎ個のデータストリームは複数の宛先
    （D1〜D3）で受信され、前記ステップｄは、Ｎ個以下の
    宛先のそれぞれにおいて前記Ｎ個のデータストリームを
    部分的に復号化するステップを含むことを特徴とする請
    求項１または２の方法。
  5. 【請求項５】ＭおよびＮを１より大きい整数として、 Ｎ個のデータストリームを生成する手段（101）と、 前記Ｎ個のデータストリームを符号化してＮ＋Ｍ個の符
    号化ストリームを生成する符号化手段（103） 前記Ｎ＋Ｍ個の符号化ストリームのそれぞれを伝送する
    Ｎ＋Ｍ個の通信リンク（105〜109）と、 前記Ｎ＋Ｍ個の符号化ストリームのうちの少なくともＮ
    個の符号化ストリームを受信して当該少なくともＮ個の
    符号化ストリームからＮ個のデータストリームを回復す
    る受信手段（104）とからなる通信システムにおいて、 Ｄを各データストリームから１つずつとったＮ個のデー
    タ記号からなるベクトルとし、Ｇを（Ｍ＋Ｎ）行Ｎ列の
    生成行列として、前記符号化手段は行列の積GDを生成
    し、 生成行列Ｇは、Ｎ個の行が互いに線形独立となるように
    構成され、 生成行列Ｇは、Ｎ行Ｎ列の単位行列にＭ行Ｎ列のパリテ
    ィ行列を連結した行列に等しく、 １≦ｉ≦Ｍおよび１≦ｊ≦Ｎとし、ｒを有限体の原始根
    または複素数体の１の根として、前記Ｍ行Ｎ列のパリテ
    ィ行列の（i,j）成分の値はr(i-1)(j-1)であることを特
    徴とする通信システム。
  6. 【請求項６】ＭおよびＮを１より大きい整数として、 Ｎ個のデータストリームを生成する手段（101）と、 前記Ｎ個のデータストリームを符号化してＮ＋Ｍ個の符
    号化ストリームを生成する符号化手段（103） 前記Ｎ＋Ｍ個の符号化ストリームのそれぞれを伝送する
    Ｎ＋Ｍ個の通信リンク（105〜109）と、 前記Ｎ＋Ｍ個の符号化ストリームのうちの少なくともＮ
    個の符号化ストリームを受信して当該少なくともＮ個の
    符号化ストリームからＮ個のデータストリームを回復す
    る受信手段（104）とからなる通信システムにおいて、 Ｄを各データストリームから１つずつとったＮ個のデー
    タ記号からなるベクトルとし、Ｇを（Ｍ＋Ｎ）行Ｎ列の
    生成行列として、前記符号化手段は行列の積GDを生成
    し、 生成行列Ｇは、Ｎ個の行が互いに線形独立となるように
    構成され、 生成行列Ｇは、Ｎ行Ｎ列の単位行列にＭ行Ｎ列のパリテ
    ィ行列を連結した行列に等しく、 １≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦ＮおよびＮ＋１≦ｋ≦Ｎ＋Ｍと
    し、ｒを有限体の原始根または複素数体の１の根とし、
    Ａを（i,k）成分の値がr(i-1)(k-1)であるようなＭ行Ｎ
    列の行列とし、Ｂを（i,j）成分の値がr(i-1)(j-1)であ
    るようなＭ行Ｎ列の行列として、前記Ｍ行Ｎ列のパリテ
    ィ行列が行列の積A-1Bに等しいことを特徴とする通信シ
    ステム。
  7. 【請求項７】前記Ｎ個のデータストリームは複数の情報
    源（S1〜S3）から生成され、前記符号化手段は、Ｎ個以
    下の情報源のそれぞれにおいて前記Ｎ個のデータストリ
    ームを部分的に符号化することを特徴とする請求項５ま
    たは６の通信システム。
  8. 【請求項８】前記Ｎ個のデータストリームは複数の宛先
    （D1〜D3）で受信され、前記受信手段は、Ｎ個以下の宛
    先のそれぞれにおいて前記Ｎ個のデータストリームを部
    分的に復号化することを特徴とする請求項５または６の
    通信システム。
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