JP3215635B2 - リアルタイム処理用パケット交換機とパケットのリアルタイム処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ネットワークを指
向した接続、及び高速マルチキャスティングをサポート
する、パケット交換におけるリアルタイム処理に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＡＴＭ交換機は、３つのカテゴリーに分
類される。すなわち、基本交換機、スマート交換機、イ
ンテリジェント交換機である。基本交換機は、予備的な
交換機能を実行し、ときに多数のＧｂ／ｓのポート速度
をもって、数百Ｇｂ／ｓのスループット領域で動作する
ことがある。しかしながら、以下で論じられる理由か
ら、これらはマルチキャスト、つまり、一つのソース
（発信源）ホストから複数の目的地となるホストの選択
されたグループへの伝送や、あるいは、その他の特別な
機能をサポートすることはできない。多くの市販のＡＴ
Ｍ交換機は、このカテゴリーに入るものである。一方、
インテリジェント交換機は、ソフトウエアをベースとし
ていることに伴う技術的な制限を欠点としてもってお
り、それ故に、低スループットである交換機を除いて、
リアルタイムで動作することができない。（ほとんどが
１００Ｍｂ／ｓ以下で動作する、ルーターは、インテリ
ジェント交換機の一例である。）スマート交換機の範疇
に入るＡＴＭ交換機は、一つのソースホストから、特定
されたネットワーク上のすべてのホストへのマルチキャ
スト及びブロードキャスト伝送をサポートするものであ
る。これらの交換機は、数百Ｍｂ／ｓでのポート速度を
もって、数十Ｇｂ／ｓのスループット領域で動作する。

【０００３】現在では、基本的なＡＴＭ交換機から、マ
ルチキャストをサポートする、よりスマートな交換機へ
の推移、及びルーターのようなインテリジェントな交換
機から、サービス品質の要求を有する新しい高バンド幅
アプリケーションをサポートする、より高速なＡＴＭ交
換機への推移が存しているといえる。さらに、新たなＴ
Ｖ分配サービスが、スマート交換機への推移を加速して
いる。

【０００４】マルチキャストをサポートするため、ソー
ス（発信源）の交換機は、マルチキャストの目的地の各
交換機からのアクノリッジメント（肯定応答、ＡＣＫ）
を受け取り可能でなくてはならない。このように、マル
チキャスティング環境において信頼性のあるデリバリー
（送出）を受け取るように、ソースホストは、潜在的に
多数の目的地に対応するＡＣＫ（肯定応答）を処理する
ことが可能でなくてはならない。ソースのシステムが、
管理可能である上記のＡＣＫ（肯定応答）を受け取ると
きには、いわゆるＡＣＫ（肯定応答）のインプロージョ
ン（内破）として知られている状況が、結果として生
じ、システムの効率が、影響を受ける。

【０００５】例えば、ＡＣＫ（肯定応答）が、ソースの
アプリケーションへと伝えられる前に論理的に結合され
る、いわゆる結合機能をサポートする処理を提供するプ
ロトコールは、トランスポート（層）からアプリケーシ
ョン（層）のレベルを通じての層を含む、より高位のレ
イヤー（層）で提示されてきた。例えば、高速マルチキ
ャストプロトコールの方法を記述している、1996年7月3
0日にKristolらに付与された米国特許番号５，５４１，
９２７号（U.S.Patent No.5,541,927）を参照のこと。
典型的には、ソースがメッセージであふれてしまうこと
のないように、結合機能は、マルチキャストのツリーに
沿った枝（ブランチ）部分に配置されるであろう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】結合機能をソフトウエ
アでサポートすることは、有用である一方で、相対的に
は速度が遅い。マルチキャスティングを行う交換機に対
するハードウエアの集積回路は、ソフトウエアで実装さ
れた先行技術での結合機能よりも速くセルを複製するこ
とが可能であるので、ソフトウエアによる解決は、マル
チキャスト接続のスループットを減少させるボトルネッ
クとなる。それ故に、交換機のＶＬＳＩ内で、ＡＴＭ
（交換機の）ハードウエアレベルで論理的な結合機能を
実行することが、本発明の目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を進め
て、交換機が、シグナリング、メンテナンス、無線ネッ
トワーキング、ゲーム、ソフトウエア分配、同期、遠隔
測定、計算（コンピューティング）を含むアプリケーシ
ョンをサポートする一般的な目的のプリミティブ（関数
機能、論理演算機能）を提供するように、リアルタイム
状態及び組み合わせ論理が、ＡＴＭプロトコールレイヤ
ー（層）において、パケット交換機のハードウエアへ加
えられている。

【０００８】より個別的には、パケット交換機のＶＣＩ
（仮想チャネル識別子）ルックアップ表（参照用テーブ
ル）におけるメモリが拡張され、パケット交換機の命令
セットをサポートするため、算術論理ユニット（ＡＬ
Ｕ）の機能が、ヘッダー処理回路に添加されている。

【０００９】

【発明の実施の形態】交換機のプリミティブにアクセス
するため、エンドシステムにおける、より高位のレイヤ
ー（層）のプロトコールは、パケット交換機プロトコー
ルのレイヤー（層）そのものへのアクセスを有している
ものとされている。これ以下の説明では、本発明は、Ａ
ＴＭパケット交換機についての特定の場合について記述
されることになろう。しかしながら、本発明の原理は、
ＡＴＭパケット交換機でないものについても等しく適用
される。図１を参照するに、本発明に従った交換機での
プリミティブサービスを利用するセルは、特別なフォー
マットを有している。セル１１０のデータ部位は、オペ
コード（ｏｐコード）領域１１１、オペランド領域１１
２、ＣＲＣ（巡回冗長検査）領域１１３、オプショナル
データ（コメント）領域１１４を含んでいる。オペコー
ド（ｏｐコード）領域１１１にあるオペコード（ｏｐコ
ード）は、実行されるべき動作を特定しており、一方、
オペランド領域１１２は、計算を行う一つ以上のデータ
を含みうる。ＣＲＣ領域１１３のＣＲＣ（巡回冗長検
査）は、ＡＴＭ（層）レベルでのエラー保護が存在しな
いことから提供されている。単一のＣＲＣの計算は、当
該計算が完了する以前のオペコード（ｏｐコード）及び
オペランドについて実行される。ＣＲＣのエラーが検出
されるときには、なんらの修正がなされることなしに、
当該機能は中断される。セル損失は、より高位のレベル
で操作され、以下でさらに論じられる。制御ワード、ル
ックアップ表（参照用テーブル）１２０内に保存された
オペランド状態１２１、及び、セル１１０のオペランド
領域１１２を元にして、ＡＬＵ１３０において計算が実
行され、オペランド状態１２１あるいは、出力セル１４
０におけるオペランド領域１４２、あるいは、その両方
が、その結果により更新される。とりわけ、ＡＬＵ１３
０は、計算の結果を元に、フラグを設定し、フラグ制御
ユニット１５０へとフラッグを伝える。フラッグ制御ワ
ードにより、出力セル１４０は、削除されるか、あるい
は、結果により更新される場合がありうる。また、結果
は、状態表１２０のオペランド領域１２１に保存される
ことが可能である。典型的なＡＬＵの機能は、計算、加
算、ＡＮＤ（論理積）、ＯＲ（論理和）、及び、以下で
さらに詳述される、その他の特殊化された機能を含んで
いる。オペランド領域１４２に加えて、出力セル１４０
は、入力セル１１０と同じ領域、すなわち、オペコード
（ｏｐコード）領域１４１、ＣＲＣ領域１４３、コメン
ト領域１４４、及びＶＣＩ領域１４５を含んでいる。

【００１０】ＡＬＵ１３０に入力されたオペコード（ｏ
ｐコード）は、２つのソースの一つから生じることが可
能である。すなわち、ルックアップ表（参照用テーブ
ル）１２０のオペコード（ｏｐコード）部位１２３、あ
るいは入力セル１１０のオペコード（ｏｐコード）領域
１１１である。セル１１０におけるオペコード（ｏｐコ
ード）が、バーチャルチャネルのユーザーにより挿入さ
れる一方で、ルックアップ表（参照用テーブル）１２０
のオペコード（ｏｐコード）を更新するには、シグナリ
ングソフトウエアが用いられる。オペコード（ｏｐコー
ド）制御回路１６０は、ルックアップ表（参照用テーブ
ル）１２０のオペコード（ｏｐコード）ビットあるい
は、付加的なパーミッションビットを利用し、オペコー
ド（ｏｐコード）が入力セル１１０から受け入れられる
か、あるいは、ルックアップ表（参照用テーブル）１２
０からのオペコード（ｏｐコード）のみが用いられるの
か選択する。一旦、オペコード（ｏｐコード）のソース
が選択されると、オペコード（ｏｐコード）制御回路１
６０はＡＬＵの動作を選択するＡＬＵ制御ワードを生成
し、フラグ制御機能を選択するフラグ制御ワードを生成
する。

【００１１】図１で例示された実施例では、結合される
オペランドは、連続的に番号を付されたＶＣＩを有する
パケットに属しているものとされている。オペランド
は、それらが交換機において到達したパケットを識別す
るＶＣＩとともに、ルックアップ表（参照用テーブル）
１２０内に保存されていることから、次のパケットが到
達するときには、保存されたオペランドを識別し、取り
出し、さらに、結合機能を実行するように、そのＶＣＩ
は知られていなくてはならない。ＶＣＩ制御１７０は、
すべての入力パケットのＶＣＩについての最下位桁が、
０あるいは１という同じ値となるようにさせることで、
このことを容易にしている。２つの連続するＶＣＩは、
最下位桁においてのみ異なっていることから、ＶＣＩ制
御１７０の機能により、結果としては常に、ルックアッ
プ表（参照用テーブル）１２０内に保存されたオペラン
ドのＶＣＩとなり、これは、取り出されて、ＡＬＵ１３
０への入力となるようになっているものである。ＶＣＩ
制御１７０により制御される、入力セル１１０のＶＣＩ
領域１１５からのＶＣＩの情報は、また、オペコード
（ｏｐコード）の機能、及び、以下で記述されるよう
に、到達状態領域１２２にあるビットを修正するのに用
いられうる。

【００１２】ルーチング領域１２４及びサービス品質
（Quality-of-Service,QoS）領域１２５は、交換機の特
定の出力ポートにおいて出力セル１４０をルーチング
し、スケジューリングするため、ＡＴＭ交換機において
従来の手法で用いられる。ＶＣＩ領域１１５の変換は、
交換機のラインカードの出力部分において生じうる。

【００１３】上で記述されたハードウエアは、単一のＶ
ＣＩストリームにおけるセルについて、あるいは、多数
のＶＣＩストリームからのセルについて、機能を計算す
るため用いられることが可能である。単一のＶＣＩの機
能を行うときには、一つあるいはそれ以上のセルからの
オペランドが結果を計算するため用いられる。幾つかの
ステップが結合されるか、あるいは除去されることが可
能ではあるが、単一のＶＣＩの機能は、３つの一般的な
ステップを含んでいる。すなわち、初期化、計算、結果
の取り出し、である。初期化は、呼の設定において、シ
グナリングソフトウエアにより、あるいは、セルのオペ
コード（ｏｐコード）を通じて実行されることが可能で
ある。初期化とは、大抵は、ルックアップ表（参照用テ
ーブル）におけるオペランド領域に対して、それが既知
の値へと設定されるように、セルのオペランド領域をコ
ピーすることである。

【００１４】計算は、一つあるいはそれ以上のセルを、
適切なオペコード（ｏｐコード）及びオペランドととも
に交換機へと送ることにより実行される。演算の結果
は、ルックアップ表（参照用テーブル）のオペランド領
域において蓄積される。最終的には、状態表のオペラン
ド領域に蓄積された結果は、出力セルへとコピーされ、
その目的地へと送られることが可能である。選択的に
は、中間での各計算及び最終的な計算の結果は、各計算
の間に目的地へと前送りされることが可能であり、それ
により、最後のステップは除かれる。

【００１５】例えば、ネットワークマネージャーの制御
下で、例として、表（テーブル）の分配あるいはソフト
ウエアの更新といったメンテナンス機能を実行しなくて
はならないノードが１ダース、つまり１２カ所あるとし
よう。マネージャーは、各ノードから交換機へとＶＣＩ
Ａを設定し、当該交換機からマネージャー自体への逆
マルチキャスト接続を続ける。マネージャーは、また、
それ自体から、当該交換機への接続もＶＣＩ Ａ上に設
定し、オペランド状態を０に初期化するため用いる。別
のＶＣＩ上では、マネージャーは、各ノードに、当該機
能の第一のメンテナンスステップを実行させるコマンド
をマルチキャストする。（これが）完了すると、各ノー
ドは、ＯＲオペコード（ｏｐコード）及び、各ノードの
ステーションＩＤの単一表示（例えば、ステーション０
は、ビット０に設定し、ステーション１は、ビット１に
設定する。）を含むオペランドとともに、ＶＣＩ Ａ上
でセルを送る。適切な時間間隔の後、マネージャーは、
ＶＣＩ Ａ上にオペコード（ｏｐコード）を送り、結果
を出力セルへコピーする。さらに、それを受け取り、す
べてのステーションがメンテナンス機能を完了したこと
を確認するために用いる。マネージャーは、そこで、応
答を行わない任意のステーションに対してアクションを
とることが可能であり、さらに、次のメンテナンス機能
を続けることが可能となる。

【００１６】上で記述されたハードウエアは、また、適
度に複雑さが増えるだけで、多数のＶＣＩストリームに
ついて機能を計算するために用いられることが可能であ
る。一つの結合機能において、任意の数のＶＣＩをサポ
ートするには、２つのストリームについて計算をサポー
トすることで十分である。それは、より多数のストリー
ムについては、階層的な手法で、ＶＣＩの対につき計算
を行うことで、結合されることが可能であることによ
る。図２を例示として参照すると、ステーションＡ及び
Ｂからのセルは、交換機２０１において結合され、一
方、ステーションＣ及びＤからのセルは、交換機２０２
において結合される。最終的には、交換機２０１及び２
０２からの結果は、交換機２０３において結合される。
２つの到達状態領域で示された交換機２０１は、到達時
にステーションＢからのパケットについては、右側の領
域における値１をもって到達状態ビットを登録し、到達
時にステーションＡからのパケットについては、左側の
領域における値１をもって到達状態ビットを登録するよ
うに設定されている。同様の設定は、交換機２０２及び
交換機２０３についても示されている。

【００１７】一つ以上のＶＣＩについて機能を計算する
には、各ＶＣＩから丁度一つのセルが必要とされる。Ａ
及びＢからのセルは、順番に、”Ａ，Ｂ”あるいは”
Ｂ，Ａ”と到達することから、到達する最初のセルは、
第二のセルの到達までの間、状態メモリに保存され、出
力から削除されていなくてはならない。第二のセルが到
達すると、状態表からのセル及び第二のセルのオペラン
ド領域から論理機能が計算可能となり、結果は、出力セ
ルへコピーされることができる。

【００１８】Ａ，Ａという到達が、出力セルを生じさせ
ないように注意しなければならない。従って、受け取っ
たセルの数を単に数える代わりに、各セルが異なるステ
ーションからのものであることを保証するような技術が
用いられる。一つの有効な技術では、ＶＣＩ Ａ及びＶ
ＣＩ Ｂが、最下位ビット（ＬＳＢ）においてのみ異な
っていること、言い換えれば、それらが、隣り合うＶＣ
Ｉであることを前提としており、呼の設定の間、ＡＬＵ
は、これら２つのＶＣＩについて使用可能（イネーブ
ル）となっている。上で記述されているように、ＶＣＩ
制御１７０は、ＶＣＩの最下位ビット（ＬＳＢ）を無視
することで、Ａ及びＢの両方からのオペランドのルック
アップが、同じオペランドの状態表にアクセスさせるよ
うにする。しかしながら、最下位ビット（ＬＳＢ）は、
セルの到達の際に、別の２ビットの状態領域を更新する
のに用いられる。例えば、０，０とは、セルが到達して
いないことを示しており、１，０とは、Ａから一つのセ
ルが到達したことを示し、０，１とは、Ｂから一つのセ
ルが到達したことを示し、１，１とは両方のセルが到達
したことを示す。両方のセルが到達したときには、シス
テムは、結合された結果を発した後に状態１，１に留ま
って、自ら使用不能（ディセーブル）とするか、あるい
は、結果を発して、次の動作を待つ状態０，０へと自ら
をクリアにする。仮に、システムが、１，１という状態
にあって、使用不能としているとすれば、次の動作のた
めに０，０へと状態をリセットすべく、別の命令が発せ
られ（階層構造であるとすれば、マルチキャストされる
ということになる）なくてはならない。

【００１９】隣り合うＶＣＩを割り当てることが不可能
であるか、あるいは実際的でないとすれば、データ領域
内の、２つの入力セルの間を区別する分離ビットで、入
力セルの独自性を保証する一方で、共通のＶＣＩが用い
られることが可能である。選択的には、ＶＣＩと関連し
ているあらゆる特別な要求（おそらくは、速度の低下と
いう点において）を取り除き、間接的レベルがオペラン
ド領域へ加えられることが可能である。間接的なレベル
とは、直接的に表（テーブル）をルックアップするとい
うよりも、むしろ表（テーブル）に対するポインタを用
いるということを意味する。

【００２０】図３を参照すると、ルックアップ表（参照
用テーブル）１２０のオペランド領域１２１の、オペラ
ンド領域３８０を含む別のオペランドルックアップ表
（参照用テーブル）３６０に対するオペランドポインタ
３２１への置き換えが示されている。接続設定時には、
シグナリングソフトウエアは、対象となる２つのルック
アップ表（参照用テーブル）ＶＣＩにおけるポインタ
が、オペランド領域３８０内の同一の自由な位置を示す
ように設定する。シグナリングソフトウエアは、当該オ
ペランド領域入力を使用されているものとマークし、そ
れをリソースとして管理する。上で述べたルックアップ
表（参照用テーブル）１２０内のオペランド領域１２１
上でのすべての読み書きは、ここでは、オペランド領域
３８０を用いる。第二のルックアップ表（参照用テーブ
ル）があることから、潜在的にはより低速となるが、こ
れにより、ＶＣＩが同一の値とすることを強いる必要な
しに、隣り合わない対も含めて、任意のＶＣＩの対がバ
イナリ形式で結合されることとなる。

【００２１】バーチャルチャネルの大部分が、ＡＬＵを
利用していないときには、さらに別の間接的レベルによ
り、これらの機能をサポートするのに必要なメモリの全
体量を低下させることが可能である。この間接化は、Ｖ
ＣＩオペランドテーブル３２０をポインタ領域３２１に
おける幾つかのポインタビットへと低減させる。より特
定すると、Ｃ_maxが、ＡＬＵを用いるアクティブなＶＣ
Ｉの最大数、Ｖ_maxが、アクティブなＶＣＩの最大数、
Ｍ_maxが、結合機能におけるＶＣＩの最大数、Ｏ
_{s ize}が、オペランドのサイズであるとすると、ＶＣＩの
ルックアップ表（参照用テーブル）３２０におけるポイ
ンタ領域３２１のサイズは、Ｖ_max・[ｌｏｇ₂Ｃ_max＋ｌ
ｏｇ₂Ｍ_max]となり、ここで、ｌｏｇについては、次に
高い整数へと切り上げられる。さらに、オペランドルッ
クアップ表（参照用テーブル）３６０のサイズは、Ｃ
_max・（Ｏ_size＋２Ｍ_max）となる。一般的にＭ_max個の
ＶＣＩとされていることを前提とすると、隣接するＶＣ
Ｉという本来のアプローチでは、Ｖ_max・（Ｏ_size＋２
Ｍ_max）のサイズが必要とされてきた。Ｖ_maxがＣ_maxよ
りはるかに大きい場合に、とりわけＭ_maxが大きい場合
には、隣接するＶＣＩによるアプローチを用いるには、
ポインタ領域によるアプローチよりも、より多くのアク
ティブなＶＣＩを必要とする。

【００２２】ルックアップ表（参照用テーブル）３６０
にオペコード（ｏｐコード）領域を含ませることで、付
加的な空間が省かれることが可能である。しかしなが
ら、オペランド領域がＶＣＩのルックアップ表（参照用
テーブル）３２０内に残っている場合には、別のＶＣＩ
は、さらにプログラミングのフレキシビリティを提供す
る、付随した別の命令を持つことが可能である。また、
別のＶＣＩが、異なるオペランド及びパーミッションを
有することを可能とする、オペコード（ｏｐコード）ポ
インタ３２３及びオペコード（ｏｐコード）ルックアッ
プ表３３０を用いて、オペコード（ｏｐコード）領域へ
間接的レベルを加えることが可能となる。これは一方で
また、間接化を行わずに、全体のメモリの要求をＶ_max
・Ｏ_sizeからＣ_max・Ｏ_sizeへと低減させることとな
る。考えられる命令数が、アクティブなＶＣＩの数より
もより大きい場合、これが有効となろうことは留意すべ
きである。

【００２３】多数のＶＣＩについて結合機能を拡張する
ため、前にルックアップ表（参照用テーブル）１２０の
一部として示され、オペコード（ｏｐコード）制御回路
１６０により修正された、到達状態３５０が、オペラン
ドルックアップ表（参照用テーブル）３６０に含まれて
いる。バイナリ形式で順番に番号が付された、小さい整
数記述子は、結合機能に付随した各ＶＣＩとユニークに
識別される。セル１１０が到達すると、バイナリ形式の
整数記述子Ｍは、ルックアップ表（参照用テーブル）３
２０の領域３２２から得られ、バイナリ−単一ユニット
３１０において単一の数へと変換され、どのセルが到達
したのかを示すことで、オペランドルックアップ表（参
照用テーブル）３６０内の到達状態領域３５０を更新す
るため用いられる。到達状態がすべて０を含んでいると
きには、セルは全く到達しておらず、現在到達している
セルは、そのオペランドをオペランド領域３８０へとコ
ピーしなくてはならない。セルのすべてではないが、一
部が到達しているときには、セル１１０からのオペラン
ドは、オペランド領域３８０内のオペランドと結合さ
れ、オペランド領域３８０へと戻って書き込まれなくて
はならない。最後のセルが到達すると、到達状態領域３
５０内にあるすべて、例えば、それぞれ、セルやオペラ
ンド領域１１２及び３８０といったものが結合され、結
果は、出力セル１４０のオペランド領域１４２へと書き
込まれる。未到達状態及び最終到達状態は、それぞれ、
ＮＯＲゲート及びＡＮＤゲートをもって復号化されるこ
とが可能である。

【００２４】ハードウエアが、多数のＶＣＩの結合をサ
ポートしているときには、当該ハードウエアは、所与の
アプリケーションが必要とするよりもより多くのＶＣＩ
のストリームを一つに結合してサポートしうる。また、
ハードウエアが最終到達状態を計算する方法を識別する
ように、呼の設定に際して、適切なマスキングあるいは
最大ＶＣＩ数の情報がルックアップ表（参照用テーブ
ル）３６０のマスクブロック３４０に保存されなくては
ならない。マスク領域３４０は、結合されるセルの数を
示している。これは、残っているビット数が、結合され
ることを要するセル数に一致するまで、交換機が結合可
能な最大セル数から到達状態ビットを取り出すことでな
される。未使用のＶＣＩについてのバイナリ−単一変換
は、マスクを生成するのに用いられることが可能で、こ
のマスクは、これらの場合における適切な動作のため、
到達状態とのＯＲ（論理和）を求められることが可能で
ある。

【００２５】図４から図９を参照すると、スマート交換
機用の提示された命令セット、命令の動作、及びそれら
のアクションの概要が示されている。記号Ｓは、所与の
ＶＣＩについて保存された状態オペランド領域の内容を
表している。記号Ｉは、入力セル内の命令オペコード
（ｏｐコード）に続く即値オペランド領域の内容であ
る。これらの動作の目的は、手短に論じられることにな
ろう。すべての算術演算は、条件付き演算に関係しうる
フラグビットを設定する。ＳＯＰオペコードとは、状態
表のオペコード（ｏｐコード）部分に挿入されたオペコ
ード（ｏｐコード）が、入力セル内にあるオペコード
（ｏｐコード）の代わりに用いられることを特定してい
るものである。オペランドは、整数（ｉｎｔ）あるい
は、符号のない整数（ｕｉｎｔ）のいずれかでありう
る。

【００２６】上の算術演算は、異なるＶＣＩからの２つ
のセルの内容を結合させて、結果を形成するのに用いら
れることが可能である。一般的には、Ｎ個のセルが結合
可能である場合、その演算は、Ｎ−ＡＲＹと呼ばれる。
２つのセルが結合可能である場合、交換機はＢＩＮＡＲ
Ｙモードにあると言うことができる。ＢＩＮＡＲＹモー
ドの演算には、各セルからの情報が、共に到達し、結合
されることが必要とされる。パケット交換機において
は、各セルが共に到達するように、２つのソースが同期
していない可能性もあることから、上で説明されたよう
に、最初に到達するセルからの状態は、Ｓに保存され、
一方、第二の到達により、保存された値Ｓ及び、セルの
オペランド領域からの即値Ｉを用いる計算が開始され
る。図５でリストされたような状態ビットは、図１のバ
イナリでの結合操作あるいは図３のＮ−ＲＡＹ結合操作
への接続についての到達状態１２２を追っているもので
ある。

【００２７】Ｎ−ＲＡＹモードでは、オペコード（ｏｐ
コード）機能は、制御ビットにより修正可能である。制
御ビットは、入力セルのオペコード（ｏｐコード）の一
部となりうるか、あるいは、シグナリングソフトウエア
あるいはＣＰＹ命令により状態レジスタの一部として保
存されうる。任意のＢセルが受け取られるより前は、第
二のＡセルにおけるように、一つのビットが一つの入力
上に到達する第二のセルの処理を決定する。Ｓは、複製
セルをもって更新可能であるか、あるいは、当該複製セ
ルが放棄されることが可能である。

【００２８】図６で示されているように、２入力のそれ
ぞれにおけるセルの到達に際して、到達状態は、ＢＯＴ
Ｈ＿ＡＲＲＩＶＥＤ状態から、ＢＩＮＡＲＹの組み合わ
せである次のラウンドが生じるようになるＮＥＩＴＨＥ
Ｒ状態へと自動的にスイッチすることが可能であるか、
あるいは、図４でリストされたＲＳＴＡＳ命令が受け取
られ、当該到達状態がリセットされるまで、ＢＯＴＨ＿
ＡＲＲＩＶＥＤ状態へ留められることが可能である。幾
つかのアプリケーションでは、状態をクリアにして、新
しい情報を受け取るように準備することが望ましい。こ
れは、エンドポイント同期と呼ばれているものである。
ＲＳＴＡＳ機能を用いることは、エンドポイント同期を
考慮に入れるものである。

【００２９】図７を参照するに、ＢＩＮＡＲＹモードで
ないＡＬＵの動作の結果が、状態表を更新するため用い
られることを特定するため、オペコード（ｏｐコード）
領域内に単一ビットが含まれることが可能である。ＢＩ
ＮＡＲＹモードでは、状態表は、第一の到達に際してロ
ードされなくてはならず、後のラウンドにおいて上書き
されることとなろう。

【００３０】オペコード（ｏｐコード）領域内の付加的
ビットは、当該演算がＢＩＮＡＲＹモードにあるのかを
特定し、出力セルが生成されているかどうかを判断する
ことが可能である。算術演算からのフラグの結果を元に
して、図８で特定されたように、出力セルは、当該結果
をもって、条件付きで生成されることが可能である。

【００３１】セキュリティ上の理由から、任意のオペコ
ード（ｏｐコード）の利用を制限し、セルのオペランド
データのみが供給されることを許容することは重要なこ
ととなりうる。このような場合には、シグナリングチャ
ネルは、オペコード（ｏｐコード）を状態メモリ内に保
存することが可能であり、セキュリティ状態は、図９に
おけるようにシグナリングチャネルを通じて設定される
ことができる。セルのオペコード（ｏｐコード）が許容
されているときには、状態オペコード（ｏｐコード）命
令（ＳＯＰ）が、デフォルトのオペコード（ｏｐコー
ド）を選択する。セルのオペコード（ｏｐコード）が許
されていないときには、オペコード（ｏｐコード）領域
は、無視され、図７の状態表に保存されたオペコード
（ｏｐコード）が常に用いられる。ＩＮＣ命令について
は、セルのオペコード（ｏｐコード）が使用不能（ディ
セーブル）である場合には、当該セルの領域のいずれも
用いられない。従って、オーバーフローの場合以外に
は、出力セルを検出することで、課金の際に有用となる
うるセルカウンタとして用いられることが可能である。

【００３２】動作についての前述のリストは、単に例示
のためのみであることを意図している。オペコード（ｏ
ｐコード）または、上で与えられたモード、あるいは、
付加的なオペコード（ｏｐコード）または、上で与えら
れていないモードは、特定のアプリケーションに依存す
るものであるということは理解されよう。有用であり得
る付加的な命令としては、以下のようなものを含んでい
る。すなわち、条件付き演算、論理的及び算術的シフト
命令、浮動小数点サポート、課金サポート命令、２つの
セルのオペランド領域のサブフィールドを連結するバイ
ナリモードの命令である。付加的な命令は、例えば、待
ち行列の長さといったような、状態表からのデータより
他の、内部的な交換機状態に対応するデータにアクセス
し、パケットデータと結合させ、直接的あるいは間接的
には、例えば、交換機サービスポリシーのような、内部
状態を修正することも可能であろう。

【００３３】セルをベースとしたＡＬＵの計算について
の一般的な考え方は、トランスポートプロトコールから
引かれた例を用いて、以下で例示されている。セルをベ
ースとしたＡＬＵの計算は、特定のトランスポートプロ
トコールを実施する機構あるいは、一般的なプロトコー
ルに対する機構以上のものであるが、計算処理として
の、セルをベースとした計算の利用が、メインフレーム
にとってそうであったように、プロトコールは自然のも
のである。メインフレームが、データベース、ゲーム、
グラフィック、双方向性の計算をサポートしているよう
に、ここで記述された、ネットワークのＡＬＵユニット
は、以下でさらに論じられるように、一般的な有用性を
有している。上で論じられた、プリミティブについての
一つの重要な応用例は、以下で論じられるような、信頼
性のあるマルチキャスティングプロトコールのサポート
である。

【００３４】ここでの応用例の背景となる部分で論じ
た、ＡＣＫ（肯定応答）のインプロージョン（内破）と
いう問題を解決するため、ローカルな処理ノードの階層
構造が、本発明に従って、結合機能を実行する。上で論
じられたプリミティブは、パケット交換機のハードウエ
ア内に含まれており、プロトコールスタックを上下させ
る必要を避け、リアルタイムで、中間の結合交換機セン
ターにおいて、結合機能が実行される。マルチキャステ
ィングを行う交換機内に結合機能を付随させることで、
マルチキャストツリーの枝部（ブランチ）で、もっとも
効率的になると考えられる部分において結合機能が適用
されることが可能である。ハードウエアにおける実施
は、リアルタイムでセルを処理することにより、高いス
ループット及び低遅延を提供するものである。

【００３５】本発明の一つの実施例では、米国特許５，
５４１，９２７号（U.S.Patent No.5,541,927）で記述
された高速マルチキャストプロトコールは、リアルタイ
ム交換アプリケーション用に、本発明のハードウエアプ
リミティブをもって実施されることが可能である。マル
チキャストをサポートすることに応用されると、呼設定
時において、階層的な結合ツリーが設定され、すべての
マルチキャスト受信者から交換機のＡＬＵユニットへと
ＡＣＫ（肯定応答）を伝送する。ここで、これらのＡＣ
Ｋ（肯定応答）については、結果的には、単一の略式化
されたセルがソースへの伝送のために利用可能となるま
で、上で述べたようなバイナリの結合機能を用いて、対
状に結合されるのである。ＡＣＫ（肯定応答）の状態情
報が、各マルチキャスト受信者により、独立にかつ周期
的に伝送されている場合、ＡＣＫ（肯定応答）のストリ
ーム間でなんら特別な同期は必要とされない。従って、
ＡＬＵが計算を行い、２つのもっとも新しい対からの現
時点での結果を送ると直ちに、各入力ＶＣＩからの次の
セルのため、自らをリセットする場合、自己清浄バイナ
リモードが利用可能である。これにより、パイプライン
がフルに残ることが可能となり、各ＡＣＫの後のツリー
の状態をリセットする必要性を避けることとなる。各ソ
ースからの状態情報の伝送は、独立しており、公称上は
同一速度であることから、複製セルが所与の入力ポート
上に到達すると常に、保存された状態はより新しい状態
と更新されることが可能である。従って、ＡＣＫ（肯定
応答）の状態のもっとも新しい状態が計算を行うため入
力されるのである。

【００３６】一つのソースからのセルの一つが、ビット
エラーのため、あるいは輻輳のために失われた場合に
は、損失しているセルからの周期的な状態が再伝送さ
れ、結合機能に対する引数が完了される次の周期まで
は、当該結合された結果は、決してソースへと伝送され
ない。このことは、ソースへの結合された状態情報にお
けるタイムスキューを生じさせることになろう。例え
ば、Ａ、Ｂ、Ｃが到達し、Ｄが失われたとすると、結合
されたセルは何ら生成されない。後に、次の周期的な伝
送からのセルが、Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｃの順に到達する場合、
以前のＣという状態を用い、Ｄの到達に従って、ＡＢＣ
Ｄという結果が生成されるであろう。このことは、次の
結合機能までは、Ｃからの新しい状態は顧みられること
はないということを意味するのである。さらに、おそら
くもっとも長い経路を有しているといったことから、Ｃ
が常に最後となるとすれば、その状態は、常に、一周期
の状態間隔だけ遅れることになるであろう。

【００３７】ここでの実施例では、一往復のウインド内
に多くの周期的な状態の伝送が存在し、同一ステーショ
ンからの複製された到達が単に状態を更新していること
から、このことは容認できる。このような実施例では、
各受信者は、各自のクロックを元に周期的にその状態を
伝送している。それ故に、周期的伝送は、すべて公称速
度で生じうるが、同期しておらず、各伝送の位相は互い
に動いている（スライドしている）であろう。このよう
に、上で概略説明されたように、損失セルの結果として
起きた任意のスキューは、迅速に消失するであろうし、
状態の更新も、互いの少しの周期的な伝送間隔以内に留
まることであろう。

【００３８】マルチキャストのサポートに応用されたも
のとして、本発明の別の実施例では、損失セルが結合機
能から削除されることが可能である。ソースは、各ステ
ーションに、各自の状態を伝送するための同一セルのコ
メント領域を通知する一方で、使用不能（ディセーブ
ル）とされた１，１という状態から使用可能（イネーブ
ル）とされた０，０という状態への遷移を、マルチキャ
ストで開始することが可能である。結合パケットが特定
された時間内に到達しないときには、ソースであるステ
ーションは、迅速にセル損失を検出することができる。
しかしながら、上で概略説明された方法よりも遅く、長
い往復遅延を伴うこのような方法を用いては、限られた
パイプライン処理のみが、実現可能である。

【００３９】図１０を参照すると、マルチキャストの各
目的地から周期的に送られた状態セル１０１０のフォー
マットが示されている。ここで、目的地とは、元のデー
タセルの目的地のことを呼称している。マルチキャスト
の目的地とは、実際には、結合されて、元のデータセル
のソースへと送られる状態セル１０１０のソースであ
る。状態セル１０１０の領域についての記述は、米国特
許５，５４１，９２７号（U.S.Patent No.5,541,927）
にみられる。ＡＴＭ交換機における計算及び結合機能に
関しては、ＶＣＩ、ＴＹＰＥ、ＳＥＱ、Ｋ、Ｅｒｒｏｒ
Ｃｈｅｃｋ、ＥＰＩ領域、それぞれ、１０１１、１０
１３、１０１４、１０１８、１０１９がコメントとして
扱われることが可能である。

【００４０】状態セル１０１０のＢｕｆｆ＿Ａｖａｉｌ
領域１０１７は、各目的地により伝送される。バッファ
ーがオーバーランすることを避けるため、ソースは、す
べての目的地について、このような領域を最小限だけ必
要とする。アウトスタンディングブロックリスト（ＬＯ
Ｂ）領域１０１６は、目的地で無事に受け取られたデー
タブロックのビットマップであり、一方、ＬＷ_r領域１
０１５は、ＬＯＢ領域１０１６の最下位ビット（ＬＳ
Ｂ）のブロック番号を与えている。言い換えれば、ＬＷ
_rとは、ビットマップのアンカーとなっており（固定し
ており）、まだうまく受け取られていない最初のブロッ
ク番号を与えているのである。ソースは、このような情
報を、どのブロックが選択的に再伝送されるべきか、及
びその伝送速度が調整されるべきかを判断するのに用い
る。同一のブロック番号を有する各ＬＯＢの最初のビッ
トをもって、ビットマップが配列されるよう適切にシフ
トされた、ＬＯＢのそれぞれについて論理積ＡＮＤ（０
は、受け取っていないことを表し、１は受け取っている
ことを表すものとする。）を有するように、マルチキャ
ストの枝部（ブランチ）はＬＯＢのビットマップを結合
しなくてならない。プロトコールについてのバリエーシ
ョンとしては、ＡＮＤをＯＲ機能で置き換えるものがあ
る。

【００４１】ＡＴＭセルは小さく、結合機能に関係でき
るオペランド領域は、わずか数バイトにすぎないことか
ら、各独立した領域は別のストリーム上で搬送されうる
ことが望ましい。Ｂｕｆｆ＿Ａｖａｉｌ領域１０１７
は、論理的にはＬＯＢ１０１６と独立していることか
ら、Ｂｕｆｆ＿ＡｖａｉｌセルはＬＯＢの結合機能とは
異なるＶＣＩ上を進む。しかしながら、ＬＯＢ領域１０
１６は、ＬＷ_r領域１０１５とは独立していない。時間
について適切な調整が存しているプロトコールをもって
すれば、この点は緩和されることが可能であり、多数の
結合について同一のＶＣＩが利用されることができる。

【００４２】上で記述されたＡＬＵのプリミティブは、
目的地のホストからのすべての状態セルについてＭＩＮ
機能を計算するのに利用できる。上で論じられた階層構
造のツリーを用いて、各目的地は、そのＢｕｆｆ＿Ａｖ
ａｉｌ領域を一つのオペランドとして伝送する。各対の
第一の到達は、交換機の状態表に保存され、一方では、
保存され、かつ受け取られたオペランドの最小値が当該
ツリーの次のレベルへと伝送されることを、第二のセル
が生じさせるのである。ソースは、すべての目的地につ
いて、最小値を受け取ることになろう。

【００４３】上で述べたように、ＬＷ_r領域１０１５及
びＬＯＢ領域１０１６は独立しておらす、共に伝送され
なくてはならない。実際、ＬＷ_rはＬＯＢの開始位置を
示している。例えば、ＬＷ_r領域１０１５の値が１２３
であり、ＬＯＢ１０１６が０１０１１１００を含んでい
るとすると、ブロック１２３、１２５、１２９、１３０
は受け取られていないということを示しており、ここ
で、ＬＯＢにおけるビットマップは、ブロック番号が、
左から右へと増加することに対応している。このよう
に、異なるＬＷ_rとともに２つの状態メッセージが存在
している場合には、多数の位置としてのＬＯＢのうち一
つを左側へ、ＬＯＢについて論理和（ＯＲ）を求められ
る必要がある場合には右側へ、ＬＷ_r間の差としてシフ
トされることで、ＬＯＢは配列される必要がある。

【００４４】ＬＯＢは、以下のようにしてハードウエア
内で結合されることが可能である。第一に、ＡＬＵオペ
ランド及びオペコード（ｏｐコード）領域が、大規模な
多重領域オペランドを操作するように拡張される。結合
機能を実行するオペコード（ｏｐコード）機能とは、各
セルのＬＷ_r領域１０１５間の差を取り、各ＬＯＢ領域
が配列されるまで、それぞれのＬＯＢ領域１０１６の一
方あるいは両方をシフトすることを含む。次に、各ＬＯ
Ｂ領域１０１６は、ＡＮＤ（論理積）が求められる。論
理積が求められた結果は、２つの各ＬＷ_r領域１０１５
の小さい方と共にトランスポートされる。

【００４５】選択的には、ハードウエアの複雑さを減少
させるため、正確な動作に影響を及ぼすことなくプロト
コールの結合機能について簡潔な修正を行うことが可能
である。図１１を参照すると、ＬＯＢ１０１６は、複数
の等しいサイズのウインドへと分割されている。例え
ば、ＬＯＢが６４ビットであり、ウインドが４ビットで
あるとすると、１６個のウインドがあることになる。Ｌ
ＯＢにおける最初のウインドは、Ｗｉｎ＃（ウインド番
号）領域１１１１で示される。このように、ＬＷ_r領域
１０１５は、効率的にＷｉｎ＃（ウインド番号）領域１
１１１をもって置き換えられる。Ｗｉｎ＃（ウインド番
号）領域１１１１を用いることは、結果として、ＬＷ_r
領域１０１５よりもより少ないビットしか要しない整数
表示となる。ここで、ＬＷ_r及びＬＷ_rからはじまるＬＯ
Ｂを伝送する代わりに、Ｗｉｎ＃（ウインド番号）及び
ＬＯＢブロックが、固定された境界（値）とともに伝送
される。２つの状態メッセージは、同一のＷｉｎ＃（ウ
インド番号）を有することが可能であるが、必ずしも同
一のＬＷ_rでないことは留意すべきである。実際、ウイ
ンドサイズが、△（デルタ）であるとすると、２つの状
態メッセージにおけるＬＷ_rは、△−１程度の割合で変
化しうるが、それでもなお、同一のＷｉｎ＃（ウインド
番号）を有する。このように、同一のＷｉｎ＃（ウイン
ド番号）（但し、異なるＬＷ_r）を持つ２つの状態メッ
セージが存在する場合には、なんらのシフトがなされる
ことなしに、ＬＯＢは直接にＡＮＤ（論理積）が求めら
れることが可能となる。なお、このようなシフトは、元
のプロトコールにおけるように、ＬＷ_rを元に配列がな
されるような場合には、必要なものとなるであろう。

【００４６】このような結合機能をより詳細に考慮する
と、各目的地のホストは、Ｗｉｎ＃（ウインド番号）領
域１１１１及び各セル内の対応するウインドのビットマ
ップを伝送することが期待されている。ＬＯＢのビット
マップ上の一つのウインドが完了する（すべて１であ
る。）と、目的地は、次のウインドへ進み、それを伝送
する。結合オペコード（ｏｐコード）は、最初に、Ｗｉ
ｎ＃（ウインド番号）を比較し、さらに、Ｗｉｎ＃（ウ
インド番号）とともにより小さいＷｉｎ＃（ウインド番
号）を有するＬＯＢが、結果としてのセルへコピーされ
る。Ｗｉｎ＃（ウインド番号）が等しい場合には、Ｗｉ
ｎ＃（ウインド番号）及び２つのＬＯＢのＡＮＤ（論理
積）が結果としてのセルへコピーされる。

【００４７】例示されているように、ＬＯＢ１１１２の
サイズは１６であり、ウインドのサイズは４で、２つの
目的地Ａ及びＢに対するＬＷ_rは、それぞれ、４及び７
で、Ａ及びＢに対するＬＯＢは、それぞれ、０１００
１１０１ １００１ １１００及び、０ １００１ ０
１００ １０１０ １１１であるとする。Ａは、４と１
９の間のブロックに対するＬＯＢを与えるものであり、
Ｂは、７と２２の間のブロックに対するＬＯＢを与える
ものである。元のプロトコールを用いてこれらを結合さ
せるとすると、ＢのＬＯＢは、３ビット右へシフトさせ
ることで、ＡのＬＯＢと配列することになり、そこで、
ＡＮＤ（論理積）が求められて、０１００ １００１
００００ １０００が生成され、結合されたＬＷ_rは４
（２つのＬＷ_rの最小値）となるであろう。

【００４８】Ｗｉｎ＃（ウインド番号）０は、（ブロッ
ク）０から３まで拡がっており、Ｗｉｎ＃（ウインド番
号）１は、ブロック４−７に対応しており、伝送された
ＬＯＢは、０１００ １１０１ １００１ １１００及
び、１１１０ １００１ ０１００ １０１０となるこ
とであろうから、Ａ及びＢの両方に対してＷｉｎ＃（ウ
インド番号）を用いると、Ｗｉｎ＃（ウインド番号）は
１となる。ＢのＬＯＢの左端の３ビットは、１であり、
Ｂは、ブロック４、５、６を受け取ったことを示してい
るということは留意すべきである。Ｗｉｎ＃（ウインド
番号）が同一であることから、結合機能は、単にビット
マップについてのＡＮＤ（論理積）を求めることにな
り、結果としては、０１００ １００１ ００００ １
０００となる。これは、元のプロトコールにおける場合
と、まさに同一である。結合されたＷｉｎ＃（ウインド
番号）は、１となるであろう。しかしながら、Ａ及びＢ
のＬＷ_rが異なるウインドに属している場合には、新し
いスキームでは、やや悪い結果が生じるであろう。例え
ば、Ａ及びＢのＬＷ_rが、それぞれ７（Ｗｉｎ＃＝１）
及び９（Ｗｉｎ＃＝２）であるとすると、元のプロトコ
ールでは、結合されたＬＷ_rが、ＬＷ_r＝７（２つのＬＷ
_rの最小値）から開始する、結合されたＬＯＢを生成す
るであろう。一方、新しいスキームでは、Ｗｉｎ＃＝１
（２つのＷｉｎ＃の最小値）から開始する、結合された
ＬＯＢを生成するであろう。しかしながら、Ｗｉｎ＃＝
１とは、ＬＷ_r＝４に対応するものであり、従って、新
しいスキームにより得られた、結合されたＬＯＢは一部
の余分な結果を含んでいる。

【００４９】図１２の（Ａ）の方を参照すると、米国特
許５，５４１，９２７号（U.S.Patent No.5,541,927）
で記述された、結合されたプロトコールにおけるよう
に、ステーションは、ローカルに状態情報を交換し、無
事にセルを受け取らなかったローカルなステーションに
対して、損失セルを再伝送することが可能である。それ
によって、ソースからの再伝送のオーバーヘッドを低減
する。これは、結合を行う交換機からの結合された結果
のＡＮＤ（論理積）を目的地へ戻すようにマルチキャス
トし、一方で、当該結果のＯＲ（論理和）を、マルチキ
ャストツリーの上方向へ送ることで実現可能である。デ
ータを無事に受け取ったノードは、マルチキャストされ
るＡＮＤ（論理積）状態セルが０という値を有している
と確かめると、当該データを他のステーションへと再伝
送するであろう。

【００５０】図１２の（Ｂ）の方を参照すると、また、
マルチキャストツリーのサブツリーの一方の側にある目
的地では、どこもセルを受け取っていないが、一方で、
当該サブツリーの他方の側にある目的地では、セルを受
け取っているということが起こりうるのである。例え
ば、交換機Ａ及びＢが問題となっているセルを受け取っ
ていたが、交換機Ｃ及びＤは受け取っていない場合に
は、Ａのような、セルを受け取った目的地の一つは、Ｃ
及びＤのような、サブツリーの他方の側にある目的地へ
とローカルに当該セルをマルチキャストすることが可能
である。ソースにより近いレベルにある場合には、とり
わけ、マルチキャストツリーが、幅広い地理的範囲（直
径）を有しているときには、（セルを）受け取っている
交換機からよりも、むしろソースから再伝送することの
ほうが望ましいかもしれない。

【００５１】Ｗｉｎ＃（ウインド番号）及びＬＯＢ領域
の依存性を操作する特別なオペコード（ｏｐコード）の
サポートとともに、上で示されたような、高性能、高
速、マルチキャストなトランスポートレイヤー（層）プ
ロトコールをサポートすることに加えて、ＭＡＸ、ＭＩ
Ｎ、ＯＲ、ＡＮＤ、ＳＵＭ、ＩＮＣ等の一般目的のプリ
ミティブが多くのプロトコールを操作可能である。現在
のパケットが誤っていることを述べるネガティブアクノ
リッジ（ＮＡＣＫ）メッセージを受け取ることにより、
現在受け取られたパケットに先だってＮ個のパケットが
再伝送されるという標準的なＮ戻り（ゴーバックＮ）プ
ロトコールは、最後に受け取られたパケット番号につい
てＭＩＮ機能を用いることで容易に実施される。上で述
べたような、ローカルな目的地内での再伝送は、また、
誤っているパケットのみが再伝送される選択的繰り返し
にも当てはまる。

【００５２】課金、すなわち、ＶＣＩにより費やされた
ネットワークリソースの量を記録することは、本発明の
ＡＬＵをベースとした交換機に対する別の例示的な応用
例である。図１３を参照すると、呼の設定において、発
信元ユーザー１３１０から被呼ユーザー１３２０へのユ
ーザーのセルストリームは、本発明のプリミティブを実
施するネットワーク課金交換機１３３０へのマルチキャ
ストとなっている。課金の応用例については、パーミッ
ションＮＯＰＡＣＫＥＴＯＰＳを付したＤＥＬ＿ＮＯＶ
Ｆをもって、オーバーフローＩＮＣが存しない場合の削
除のための状態表オペコード（ｏｐコード）を設定する
ことが有効である。任意でありうる、発信元ユーザーの
データについての各セルは、状態Ｓを進めさせて、削除
される。オーバーフローに際しては、交換機１３３０の
ＡＬＵからセルがコピーされ、これは、このようなより
低速の信号を容易に記録できる中央に配置されたコンピ
ュータ１３５０へと送られる。信頼性のため、ストリー
ムは、幾つかの位置へマルチキャストされ、これによ
り、冗長性が増すこととなる。

【００５３】別の課金方法は、周期的に状態をプール
し、リセットすることであろう。これは、状態オペコー
ド（ｏｐコード）を適切に修正することで、シグナリン
グネットワークを通じて実現可能であろう。

【００５４】バイナリモードでの課金命令は、プロバイ
ダー及びユーザーの両者にとって、課金情報を計算し、
まとめるのに非常に強力な方法を提供することが可能で
あろう。一つのいわば「保護された」ポートに入力され
るセルが、状態を進めさせ、一方では、第二のいわば
「安全」ポートにおけるセルが、状態の読み出しを生じ
させるというように、同期を必要としない新しいバイナ
リ形式の命令は動作できるであろう。選択的には、別の
オペコード（ｏｐコード）が異なるＶＣＩと関連するこ
とが認められるという、ハードウエア拡張セクションに
おける修正が、利用可能とされている場合には、既存の
オペコード（ｏｐコード）がこのような機能を提供する
こともできる。

【００５５】中央課金サーバーは、おそらくは一つのア
カウント（勘定）に属している、カウンターのグループ
へ読み出しトリガーセルをマルチキャストし、反対に、
まとめられた結果を受け取ることができよう。これらの
結果はまた、ユーザー読み出しポートとして動作するユ
ーザー課金交換機１３４０を通じて、ユーザーへ利用可
能となされることが可能であろう。ネットワークは、Ｃ
ＰＹＩを用いて、課金情報を別のノードのオペランド状
態表へと書き込みを行う。一方、ユーザーは、当該オペ
ランド状態表をＣＰＹＳコマンドをもって読むことがで
きる。ユーザーは、また、オペランド状態表を廃棄する
こともできようが、そのようなことは、あまり有用では
ないし、ネットワークの課金操作を害するものではない
であろう。

【００５６】前述の内容では、本発明に従ったパケット
交換機において結合される、２つの異なるステーション
からのセルの間には何らの同期も仮定していなかった。
しかしながら、幾つかのプロトコールでは同期あるいは
タイムアウトを要求している。このような場合には、タ
イムアウトは、ソースステーションにおいて、所定時間
後にセルを伝送し、その時になって結合の状態を生じさ
せることで実施されることが可能である。交換機におい
て各ＶＣＩについてタイマーを維持すること、及び、タ
イマーが時間切れとなった際に、セル伝送を含む動作を
行うことは、実用的でない場合がありうることから、タ
イムアウトは、ソースステーションで実施されるのであ
る。代わりに、マルチキャストツリーの根本にあるホス
トは、タイマーを維持することが可能で、さらに、適切
なオペコード（ｏｐコード）及びＶＣＩとともにセルを
交換機へと送ることで、交換機におけるイベントを生じ
させ、当該交換機に、保存された状態から計算されたセ
ルを発せさせることによって状態を引き起こさせること
ができる。これは、例えば、ある時間間隔におけるセル
の到達をカウントするには有用である。例えば、時間が
定められたものと表示された位置をテストするか、ある
いは遅らせる状態マシンサイクルを、状態メモリ空間の
すべてを通じて、有することが可能であり得る。さら
に、幾つかのアーキテクチャーにおいては、伝送のため
のセルを並べておくことは非合理的なことではないかも
しれない。しかしながら、ＡＬＵあるいはその他のロジ
ックは、現時点でのすべてのトラヒックを操作する一方
で、ＣＲＣを生成し、セルをパッドアウトしなくてはな
らないだろう。

【００５７】同期は多くの応用例にとって本質的なもの
であり、ここで提示された方法は、幅広い文脈で有用で
ある。上のプロトコールの例において記述されたバイナ
リ形式のツリーは、単一のセルを同期させる一つの方法
を提供するものである。別の方法は、自己清浄モード
（セルフクリーニングモード）におけるＣＰＹＡＳ（到
達状態を設定し、両方が到達した場合に、到達状態を出
力へコピーする。）をもって、２ストリーム間の差異を
生成する。異なるストリームのセルは、２つのストリー
ムのいずれが、最初に到達したのかを特定し、フェーズ
ドロックドループ（位相ロックループ）におけるよう
に、一方のストリームを他方と配列させるためのソース
フィードバックとして用いられることができる。

【００５９】ＡＮＤオペコード及び、位置がソースのＩ
Ｄを表す、一つのゼロビット以外のすべてが１であるオ
ペランド領域をもって、多数のソースは、ＶＣＩ上でセ
ルを送ることが可能である。すべてのソースがセルを送
ってしまっており、結果が、すべてのソースホストへと
マルチキャストされて戻るときには、交換機の状態はす
べて０となるであろう。損失セルの場合を扱うため、各
ソースはマルチキャスト応答を受け取るまで、周期的に
伝送を繰り返す。そのような点に至って、すべてのソー
スホストは、同期点に至ったことを知らせるのである。

【００６０】ネットワーク管理は、交換機内の状態メッ
セージの組み合わせを利用することのできる別の応用例
である。ネットワーク管理の一つの重要な機能は、フォ
ールト管理（誤り管理）と呼ばれ、そこでは、ネットワ
ークマネージャー（ＮＭ）が、ネットワークにおける誤
りの要素の位置を示そうとする。誤りの位置決定は、幾
つかの方法によりなされることが可能である。例えば、
ネットワークマネージャーは、規定の時間間隔でネット
ワーク要素すべてから状態を集め、それらを解析する
か、あるいは、ネットワークにおいて誤りが存在してい
るときのみ、ネットワーク要素がネットワークマネージ
ャー（ＮＭ）に知らせるようにさせうる。ネットワーク
の各要素が、その状態を周期的にネットワークマネージ
ャー（ＮＭ）に送るという最初の場合を考えよう。この
ような場合に、交換機で状態メッセージを結合する我々
のスキームが適用される場合、ネットワークマネージャ
ー（ＮＭ）は、それが管理している分配されたリソース
から、単一の結合された状態メッセージを受け取るであ
ろう。分配された各リソースは、動作しているときには
１を伝送し、利用不可能であるときには０を伝送するで
あろう。結合された論理積（ＡＮＤ）は、ネットワーク
マネージャー（ＮＭ）へと伝送される。ネットワークマ
ネージャー（ＮＭ）が０を受け取る場合には、誤り位置
決定アルゴリズムが起動される。

【００６１】幾つかの場合には、例えば、火事や地震あ
るいはバッテリー電力切れのために、リソースが完全に
損なわれることもありえ、何らの状態情報がそのような
リソースにより伝送されないことになるであろう。結果
としては、ネットワークマネージャー（ＮＭ）は、状態
メッセージを受け取らないことになろう。そのような場
合には、ツリーについてのバイナリ形式でのサーチ（二
分法による検索）が実行され、損失状態セルの位置を決
定することが可能である。これは、問題となっているレ
ベルにおいて、ネットワークマネージャー（ＮＭ）から
各入力へテスト状態メッセージを送ることにより実現さ
れることができる。ツリーでの、故障と関連のある側に
あるポートへテスト状態セルが入力されている場合に
は、結合された状態は、ネットワークマネージャー（Ｎ
Ｍ）へとリリースされるであろうが、ツリーの動作して
いる側へ入力されている場合には、リリースされないで
あろう。

【００６２】上の２つのネットワーク管理のそれぞれの
場合では、ネットワークマネージャー（ＮＭ）は、故障
したネットワーク要素を明示的に調べなくてはならな
い。ネットワークマネージャー（ＮＭ）が、誤り位置決
定アルゴリズムが起動させる必要が明らかにないように
するため、ネットワークマネージャー（ＮＭ）に、故障
のみならず、故障した要素のＩＤについても同時に知ら
せられるとすれば、かなり効率的になるであろう。これ
は、我々のアーキテクチャーのフレームワークに簡単な
変更をすることで実現できる。修正されたスキームと
は、以下のように記述できる。２つのネットワーク要素
Ａ及びＢの状態を結合する中間ノードを考えてみよう。
要素Ｂがダウンした場合、その状態は当該中間ノードへ
と送られることはないであろう。しかしながら、Ａは、
周期的に自らの状態を送るであろう。交換機（中間ノー
ドに対応する）のルックアップ表（参照用テーブル）に
おける状態は、Ａからの連続的な状態メッセージの数
（カウント）を維持し、当該数（カウント）があるしき
い値を超えるときに、セルのコメント領域内にＢのＩＤ
を含むセルを送り出すことが可能である。このようにし
て、ネットワークマネージャー（ＮＭ）は、ネットワー
クの故障について知らせられるのみならず、ネットワー
クにおける故障した要素のＩＤもまた知ることになるで
あろう。

【００６３】本発明の別の応用例としては、ブリッジン
グがある。例えば、データストリーム内の各音声サンプ
ルは、ＶＣＩ上で、オペランド領域に含まれたサンプル
データとともに伝送されることができる。そこで、交換
機は、異なるユーザーからのサンプルについて加算を計
算し、その合計値をすべてのユーザーへと出力するとい
うことが可能である。すなわち、ブリッジされた音声出
力を提供するということである。

【００６４】応用例は、本発明のスマート交換機を利用
するのみならず、上の例からも明らかなように、フィー
ドフォワード（前送り）なロジック及び算術を含め、計
算を実行し、一連のクラスの問題を解くように、ＡＴＭ
交換機をプログラミングすることが可能である。例えば
浮動小数点数で、命令セットを増加させることは、この
ようなクラスの問題を、信号処理類似のアルゴリズム
や、プログラミング、クロッキング、結果の集積を行う
エンドポイントをもって動作するシミュレーションへと
拡張することが可能となろう。これらのツールを分配さ
れた応用例に備えることで、さらなる可能性を開くこと
になるのである。

【００６５】述べられてきたことは、単に本発明の原理
の応用例について例示するものである。本発明の技術思
想及び保護の範囲から逸脱することなく、当該技術分野
の当業者によって、他の配置や方法が実施可能である。
とりわけ、ＡＴＭ（交換機）に沿って記述されてきた
が、本発明は、ＡＴＭ（交換機）でない多くのパケット
交換機についての実施に対しても、等しく適しているの
である。

【００６６】

【発明の効果】本発明により、交換機がリアルタイムな
マルチキャストをサポートする場合に生じる、ＡＣＫ
（肯定応答）のインプロージョン（内破）等の問題が、
論理的な結合機能により解決され、さらに、ＡＴＭ交換
機等のハードウエアレベル（交換機のＶＬＳＩ内）で論
理的な結合機能を実行することを実現することで、ソフ
トウエアによる解決に比べて、マルチキャスト接続のス
ループットを増加させることが可能となった。さらに、
交換機が、様々なアプリケーションをサポートする一般
的な目的のプリミティブを提供することも実現した。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の原理に従って設計されたハー
ドウエアプリミティブについての例示的なアーキテクチ
ャーを示している。

【図２】図２は、セルストリームを定義するバーチャル
チャネル識別子（仮想チャネル識別子）の結合を例示し
ている。

【図３】図３は、ルックアップ表（参照用テーブル）の
オペランド及びオペコード（ｏｐコード）が、それぞ
れ、別のオペランド表に対するオペランドポインタ、及
び別のオペコード（ｏｐコード）表に対するオペコード
（ｏｐコード）ポインタで置き換えられている、例示的
なハードウエアアーキテクチャを示している。

【図４】図４は、命令セット及び命令セット領域を示し
ており、これらは、本発明の原理を実施すべく、パケッ
ト交換機システムのプロセッサーによって実行される。

【図５】図５は、命令セット及び命令セット領域を示し
ており、これらは、本発明の原理を実施すべく、パケッ
ト交換機システムのプロセッサーによって実行される。

【図６】図６は、命令セット及び命令セット領域を示し
ており、これらは、本発明の原理を実施すべく、パケッ
ト交換機システムのプロセッサーによって実行される。

【図７】図７は、命令セット及び命令セット領域を示し
ており、これらは、本発明の原理を実施すべく、パケッ
ト交換機システムのプロセッサーによって実行される。

【図８】図８は、命令セット及び命令セット領域を示し
ており、これらは、本発明の原理を実施すべく、パケッ
ト交換機システムのプロセッサーによって実行される。

【図９】図９は、命令セット及び命令セット領域を示し
ており、これらは、本発明の原理を実施すべく、パケッ
ト交換機システムのプロセッサーによって実行される。

【図１０】図１０は、マルチキャストの各目的地から周
期的に送られた（ブロードキャストされた）例示的な状
態パケットの各フォーマットを示している。

【図１１】図１１は、オペコード（ｏｐコード）の計算
を単純化するため設計された、修正された状態パケット
を例示している。

【図１２】図１２は、本発明の原理を実施するパケット
交換システムにおける再伝送をサポートするため、状態
パケットについて実行されたバイナリ計算を例示してい
る。

【図１３】図１３は、課金アプリケーションを実施する
ため、本発明のプリミティブを用いる交換機アーキテク
チャーを例示している。

【符号の説明】 １１０ 入力セル １１１ オペコード（ｏｐコード）領域 １１２ オペランド領域 １１３ ＣＲＣ領域 １１４ オプショナル（コメント）領域 １１５ ＶＣＩ（仮想チャネル識別子）領域 １２０ ルックアップ表（参照用テーブル） １２１ オペランド状態 １２２ 到達状態領域 １２３ オペコード（ｏｐコード）領域 １２４ ルーチング領域 １２５ サービス品質（Quality-of-Service,ＱｏＳ）
領域 １３０ 算術論理ユニット（ＡＬＵ） １４０ 出力セル １４１ オペコード（ｏｐコード）領域 １４２ オペランド領域 １４３ ＣＲＣ領域 １４４ コメント領域 １４５ ＶＣＩ（仮想チャネル識別子）領域 １５０ フラグ制御ユニット １６０ オペコード（ｏｐコード）制御回路 １７０ ＶＣＩ（仮想チャネル識別子）制御 ２０１ 交換機 ２０２ 交換機 ２０３ 交換機 ３１０ バイナリ−単一ユニット ３２０ ＶＣＩ（仮想チャネル識別子）ルックアップ表
（参照用テーブル） ３２１ オペランドポインタ領域 ３２２ 領域（バイナリ形式整数記述子Ｍ） ３２３ オペコード（ｏｐコード）ポインタ領域 ３３０ オペコード（ｏｐコード）ルックアップ表（参
照用テーブル） ３４０ マスクブロック領域 ３５０ 到達状態領域 ３６０ オペランドルックアップ表（参照用テーブル） ３７０ ＶＣＩ（仮想チャネル識別子）制御 ３８０ オペランド領域 １０１０ 状態セル １０１１ ＶＣＩ（仮想チャネル識別子）領域 １０１２ ＴＹＰＥ領域 １０１３ ＳＥＱ領域 １０１４ Ｋ領域 １０１５ ＬＷ_r領域 １０１６ ＬＯＢ（List of Outstanding Blocks,アウ
トスタンディングブロックリスト）領域 １０１７ Ｂｕｆｆ＿Ａｖａｉｌ領域 １０１８ エラーチェック（Ｅｒｒｏｒ Ｃｈｅｃｋ,
ＥＲＲ＿ＣＨＫ）領域 １０１９ ＥＰＩ領域 １１１０ 状態セル １１１１ ウインド番号（Ｗｉｎ＃）領域 １１１２ ＬＯＢ（List of Outstanding Blocks,アウ
トスタンディングブロックリスト）領域 １３１０ 発信元ユーザー １３２０ 被呼ユーザー １３３０ ネットワーク課金交換機 １３４０ ユーザー課金交換機 １３５０ 中央コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊ ｅｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 サンジョイ ポール アメリカ合衆国，07716 ニュージャー ジー，アトランティック ハイランズ, サウザンド オークス ドライブ 280 (72)発明者 クラーク ウッドワース アメリカ合衆国，07760 ニュージャー ジー，ラムソン，ワーデル アヴェニュ ー 13 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04L 12/56

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力パケットおよび出力パケットをリア
   ルタイム処理するパケット交換機において、 各入力パケットから、前記パケット交換機でリアルタイ
   ムで実行される結合機能において使用するためのデータ
   を識別する識別手段と、 複数の所定の結合機能のうちから特定の結合機能を選択
   するとともに、前記識別手段で識別されたデータに対し
   て該特定の結合機能を実行する算術論理ユニットと、 前記特定の結合機能の結果を出力パケットに挿入する手
   段とを有することを特徴とするリアルタイム処理用パケ
   ット交換機。
2. 【請求項２】 前記特定の結合機能の結果が前記出力パ
   ケットへ挿入されるまで該結果を蓄積する状態ルックア
   ップ表をさらに有することを特徴とする請求項１に記載
   のパケット交換機。
3. 【請求項３】 前記算術論理ユニットは、 結合機能を選択する算術論理ユニット制御ワードを生成
   する手段と、 前記出力パケットが、削除されるべきか、あるいは、前
   記特定の結合機能の結果で更新されるべきかを判断する
   フラグ制御ワードを生成する手段とを含むことを特徴と
   する請求項１に記載のパケット交換機。
4. 【請求項４】 入力パケットおよび出力パケットをパケ
   ット交換機でリアルタイム処理する方法において、 各入力パケットから、前記パケット交換機でリアルタイ
   ムで実行される結合機能において使用するためのデータ
   を識別する識別ステップと、 算術論理ユニットを利用して、複数の所定の結合機能の
   うちから特定の結合機能を選択するとともに、前記識別
   ステップで識別されたデータに対して該特定の結合機能
   を実行するステップと、 前記特定の結合機能の結果を出力パケットに挿入するス
   テップとを有することを特徴とする、パケットのリアル
   タイム処理方法。
5. 【請求項５】 各入力パケットは、マルチキャスト受信
   機、あるいは複数のマルチキャスト受信機からの複数の
   伝送の結合された結果に由来し、 前記入力パケットは、マルチキャスト送信機への肯定応
   答の状態を表すデータを含み、 前記出力パケットは、前記マルチキャスト受信機の結合
   された肯定応答の状態を表すデータを含み、前記マルチ
   キャスト送信機へ伝送されることを特徴とする請求項４
   に記載の方法。
6. 【請求項６】 パケット交換機において、 各入力パケットを受け取ったことに応答して、該パケッ
   トにおいて、前記パケット交換機によって実行される複
   数の所定の結合機能のうちの特定の結合機能を指定する
   データを識別する手段と、 前記特定の結合機能を実行する算術論理ユニットとを有
   することを特徴とするパケット交換機。
7. 【請求項７】 前記データはオペコードであり、前記複
   数の結合機能は各オペコードにより定義されることを特
   徴とする請求項６に記載のパケット交換機。
8. 【請求項８】 前記パケットは、ヘッダおよびびペイロ
   ードを有し、前記データは、前記ペイロードの各フィー
   ルドに含まれることを特徴とする請求項７に記載のパケ
   ット交換機。
9. 【請求項９】 前記特定の結合機能は、前記入力パケッ
   トに含まれる他のデータに適用されることを特徴とする
   請求項６に記載のパケット交換機。
10. 【請求項１０】 前記特定の結合機能は、前記パケット
    交換機により供給された他のデータに適用されることを
    特徴とする請求項６に記載のパケット交換機。