JP3358726B2 - ニューラルネットワークとパケット伝送制御方式 - Google Patents
ニューラルネットワークとパケット伝送制御方式Info
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Description
おけるニューラルネットワークとファジイ推論を用いた
パケット伝送制御方式に関する。
音声信号の有音部(トークスパート)をパケット交換装
置を介して送受する音声パケット交換システムが用いら
れている。音声信号を扱う音声パケット交換システムで
は、伝送遅延が少ないこと、すなわち厳しい実時間性
と、同期通信により伝送遅延が一定であることが要求さ
れている。
ケットと交換ノードのトラヒック量に応じて通話品質と
音声遅延を最適に保つ音声パケット伝送遅延制御方式シ
ステムについて、特開昭63―275251号公報に記
載されている。同公報には、従来の音声パケット伝送遅
延制御方式システムにおけるパケット吸収バッファの蓄
積容量制御の一例が記載されている。
0から音声が入力される。その音声は送信機側装置21
2の符号器214で符号化それ、パケット組立装置21
6にて音声パケットに組み立てられてパケット交換網2
18へ送出される。電話機210に音声入力があるとき
だけ発せられた音声パケットは、パケット交換網218
におけるノード220を何段か経由して受信側装置22
2へ到着する。受信側装置222では、パケット分解装
置224にてパケットを分解され、復号器226によっ
て元の音声信号に再生されて電話機228で可聴音声に
復元される。
を要求する呼設定パケットを送出し、それと共に同じ時
刻に受信バッファ制御パケット300を、図16に示す
ような構成で、送出するように構成されている。図16
は受信バッファ制御パケット300の構成であり、パケ
ット識別子Fと、被呼者のアドレスである相手先アドレ
ス302と、制御識別子304と、パケットの伝送され
るノード220のトラヒックの輻輳状況を示すトラヒッ
ク情報指数を含む受信バッファ制御情報306と、情報
チェック用コードFCSと、パケット識別子Fとからな
る。パケットネットワークの中継交換局は、このパケッ
ト構造の相手先アドレスを検出するとルーティングやト
ラッキングをして相手先にパケットを送付する。
示す。パケット通信網218のパケット交換ノード22
0から回線端子330にパケットが受信される。受信し
たパケットはパケット分解回路332にてパケットを解
かれる。それらの受信パケットのうち音声パケットは、
パケット分解回路332で分解されると、その音声信号
データが出力334から遅延時間変動吸収バッファ33
6へ転送され、同バッファ336に順次蓄積される。遅
延時間変動吸収バッファ336は、受信した音声信号デ
ータを順番に蓄積し、FIFO動作にてその出力338
へ順番に出力する。バッファ336からの読み出しは制
御回路340にて制御される。音声信号は復号器226
で復号され、電話機228に送られて音声として再生さ
れる。
制御情報306を受信すると、これを分解してその受信
バッファ制御情報306をその出力342から制御パケ
ット受信回路344へ転送する。制御パケット受信回路
344は、受信バッファ制御情報306を記憶・保持す
る。その出力346は制御回路340に入力され、又そ
の出力348は応答パケット送信回路350に接続さ
れ、受信バッファ制御情報306をパケットに形成して
元の電話機用に出力する。制御回路340は受信バッフ
ァ制御情報306に従って決定したパケット数を下に遅
延時間変動吸収バッファ336の読み出しを制御する。
ムにおいては、音声パケットの受信側において受信した
制御パケットにより音声パケット通信網のトラヒック状
況や中継段数に関連する情報を入手できる。
への制御回路340からの制御により、音声パケット通
信網のトラヒック輻輳状態、過負荷時の状況、パケット
接続ノードの段数等に応じて、音声パケットの遅延時間
吸収バッファからの音声を取り出して、開始時点を取り
出すことにより、音声パケットの伝送遅延時間のばらつ
きが吸収され、受信側にて滑らかに再生することができ
る。
は、遅延揺らぎ吸収制御方式について、ATM多重伝送
システムにおけるセルの遅延揺らぎを吸収する場合に、
音声信号とファクシミリ信号やデータ等のモデム信号と
を含む場合に、音声信号の遅延を小さくし、且つモデム
信号のセル廃棄率を低減することを目的とし、音声信号
やモデム信号の入力信号を符号化する符号化部と、該符
号化部の符号化出力信号をセル化するセル化処理部と、
前記入力信号が音声信号か又はモデム信号かを検出する
信号検出部と、セル化処理部からのセルをバッファを介
して多重化する多重化部とを備え、前記信号検出部によ
る音声信号のとき、前記バッファの容量を小さくして、
音声信号の絶対遅延時間を短くして遅延揺らぎ吸収範囲
を広くして、セルの廃棄率を低減することが記載されて
いる。
2号公報には、ATM交換システムにおけるバッファ容
量を動的に変化させてアクティブに制御することが記載
されており、特開平9−116516号公報には、W−
ISDN,SONET,SDH(Synchronous Digital
Hierarchy),PDH(Plesiochronous Digital Hierar
chy)等のデジタル信号網の、スタッフアクションの頻
度を指標に、高品質の回線を選択する回線選択機能を有
する回線切り替え方法及び装置について記載されてい
る。
は、ATMセルの遅延揺らぎ吸収バッファ制御方式につ
いて、ATMセルをリアルタイム信号に再生する受信側
のCLAD(Cell Assembly and Disassembly)部のセ
ルバッファ部での遅延を減少させるとき、セルバッファ
部に蓄積されているセルを古いものから廃棄して、より
新しいセルの読み出しを行い、一方、遅延を増加させる
ときは、CLAD部のフレーム再生部に対応したダミー
セルの読み出しを行うことで、遅延揺らぎを吸収するこ
とが記載されている。
た従来のシステムでは、次のような問題がある。
ついて具体的に対応していないことである。すなわち、
音声パケットに対しての遅延時間吸収バッファの設定
が、FAXやWWW(インターネットに用いるWorld Wi
e Web)のWEB参照時のトラヒック等と同様となるた
め、品質が逆に悪化することもありえる。
設定は、トラヒックの状況により可変であるが、最初の
音声パケット受信時点で固定的に決定されるため、その
後は最適ではないということである。これは、その後の
トラヒック状況の変動に対応できないためである。
が、音声パケット交換システムを通っているので、ネッ
トワークで輻輳が発生した場合には、受信制御パケット
が遅延の原因となり、制御が不安定となるということで
ある。
して、遅延時間吸収バッファの設定ができるデータ通信
システムを提供することにある。
時間吸収バッファの設定ができるデータ通信システムを
提供することにある。
行うことができるデータ通信システムを提供することに
ある。
結果、一定のしきい値以下の場合には、別のネットワー
クに切り替えることが可能なデータ通信システムを提供
することにある。
アをパケットを伝送する送信部と受信部を有するニュー
ラルネットワークにおいて、前記送信部には、前記マル
チメディアのサービスの種類を検出するサービス検出部
と、前記受信部からのパケット遅延量を検出する遅延検
出部と、前記受信部からのパケット揺らぎ量を検出する
揺らぎ検出部と、前記受信部によるパケット損失量を検
出するパケット損失検出部と、前記受信部のタイムスタ
ンプ比較部とからの各データを入力とするニューラルネ
ットワーク部と、前記パケット遅延量と揺らぎ量とパケ
ット損失量とを入力とするファジイ推論部と、前記パケ
ットの揺らぎを吸収するバッファとを備え、前記パケッ
トの品質値と、前記パケットの揺らぎを吸収するバッフ
ァの修正量とを出力することを特徴とする。
トを伝送するファジイ推論を用いたパケット伝送制御方
式において、パケットの送信部には、前記マルチメディ
アのサービスの種類を検出するサービス検出部と、前記
パケットを受信する受信部からのパケット遅延量を検出
する遅延検出部と、前記受信部からのパケット揺らぎ量
を検出する揺らぎ検出部と、前記受信部によるパケット
損失量を検出するパケット損失検出部と、前記受信部の
タイムスタンプ比較部とからの各データを入力とするニ
ューラルネットワーク部と、前記パケット遅延量と揺ら
ぎ量とパケット損失量とを入力とするファジイ推論部
と、前記パケットの揺らぎを吸収するバッファとを備
え、前記パケットの品質値と、前記パケットの揺らぎを
吸収するバッファの修正量とを出力することを特徴とす
る。
の他のデータに関し、特にパケット通信のパケット揺ら
ぎ用バッファの制御とデータ通信の品質保持のために他
の通信手段への切り替え制御の改良に関し、具体的に、
図1を参照して説明すれば、サービス検出部11は入力
信号が音声/FAXデータ/ダイヤルアップのパケット
通信データのどれであるかを検出する。制御部12はタ
イムスタンプ設定部18からのタイムスタンプ情報と遅
延検出部15からの遅延時間、揺らぎ検出部16からの
揺らぎ量、パケット損失検出部17からのパケット損失
個数とサービス検出部11からのサービス種別を入力と
し、揺らぎ吸収バッファ19と43の修正量と品質、接
続先ネットワークを出力する。
6、パケット損失検出部19に入る情報はパケットネッ
トワーク2とは別の高信頼性ネットワーク3で伝達され
る。
ネットワーク部121とファジイ推論部123から構成
される。ニューラルネットワーク部121ではタイムス
タンプ設定部18からのタイムスタンプ情報と遅延検出
部15からの遅延時間、揺らぎ検出部16からの揺らぎ
量、パケット損失検出部19からのパケット損失個数と
サービス検出部11からのサービス種別を入力とし、揺
らぎ吸収バッファ19と43の修正量と品質を出力とす
る。ファジイ推論部123では遅延検出部15からの遅
延時間、揺らぎ検出部16からの揺らぎ量、パケット損
失検出部17からのパケット損失個数から揺らぎ吸収バ
ッファ19と43修正量を推論する。
これらニューラルネットワーク部とファジイ推論部の和
を取ることにより修正量を求める。これによって音声以
外のトラヒックに適用が可能で、パケットネットワーク
の輻輳時にも揺らぎ吸収バッファ修正量19と43の制
御がリアルタイムに可能となる。またニューラルネット
ワーク部121の出力の品質値から接続先ネットワーク
の判定を行うことにより、パケットネットワーク2に問
題がある場合には接続先の変更指示が可能となる。
図面を参照しつつ詳細に説明する。
を用いてパケット伝送するパケット伝送制御方式につい
て、図1を参照すると、本実施形態は、入力された入力
信号を処理し、パケットデータ化を行うデータ送信部1
と、パケットデータを伝送するパケットネットワーク2
と、高信頼性ネットワーク3と、パケットデータを受信
し出力信号を生成するデータ受信部4とから構成され
る。
トのヘッダー部に格納された音声、画像、データ、音声
の場合には、コーデックの種類等のサービスを検出する
サービス検出部11と、パケットネットワークを通った
パケットがどれだけ遅延が発生しているかを検出する遅
延検出部15と、パケットネットワークを通ったパケッ
トがどれだけ揺らいでいるか検出する、例えば所定時間
内の平均遅延時間を基準遅延量としてタイムカウンタ等
によって遅延量の揺らぎを検出する揺らぎ検出部16
と、パケットネットワークを通ったパケットはどれだけ
損失しているかを検出するパケット損失検出部17とか
ら構成される。
ばXX年XX月XX日XX時XX分XX秒というような時間情報(タ
イムスタンプ)をパケットの所定箇所に設定するタイム
スタンプ設定部18と、これらサービス検出部11と,
遅延検出部15と,揺らぎ検出部16と,パケット損失
検出部17と,タイムスタンプ設定部18とからの情
報、サービス種別、遅延量、揺らぎ量、パケット損失
量、タイムスタンプから送信バッファ部19と、受信バ
ッファ部43の大きさを調整する制御部12と、入力信
号に対してアナログからデジタルの変換を行うA/D変
換部13と、A/D変換された通信データから送信バッ
ファ部19を介してパケット組立を行うパケットの組立
制御部14と、一時的にパケットのデータを格納する揺
らぎ吸収バッファ19から構成されている。
から目的宛先を読み込んでルーティングやトラッキング
をしてパケットを送付するパケットネットワーク2を通
ったパケットの組立制御を行うパケット組立制御部41
と、デジタルからアナログへの変換を行うD/A変換部
42と、一時的にパケットのデータを格納して受信揺ら
ぎを吸収する受信揺らぎ吸収バッファ部43と、タイム
スタンプ設定部18で付与されたタイムスタンプとD/
A変換されたパケットの通過時間とを比較して遅延量や
揺らぎ量を検出できるデータを送出するタイムスタンプ
比較器44とから構成されている。
図2に示すように、ニューラルネットワーク部121
と、ニューラルネットワーク部121からの品質値から
接続先の判定を行う接続判定部122と、ファジイ推論
部123とから構成される。
的には図3に示すように、ニューロンが相互に結合した
構成を取る。図3において、ニューロンUV51と、ニ
ューロンXY53とは、情報を送る側と受ける側との接
点であるシナプスにおいて、結合係数Tuv,xyにて
結合されており、ニューロンUVの出力Vuvとこの結
合係数との積がニューロンXY53に入力される。
ともいわれ、生理的には細胞体(soma)と、樹状突起
(dendrite)と、軸索(axon)の3つの要素からなり、
樹状突起と細胞体は入力信号を受け取り、細胞体はそれ
らを統合した出力を出し、軸索は出力信号を運んで、次
のニューロンに伝える機能を担う。ニューロンとニュー
ロンとの接点をシナプスといい、生理的シナプスは、ナ
トリウムイオンやカリウムイオンのイオン伝達による化
学伝達物質と、細胞同士が直接、電流をやり取りし電気
信号を伝える電気シナプス(electrical synapse)のギ
ャップジャンクションとからなり、シナプスにインパル
スが入力されると、その後シナプスの伝達効率が変化す
るというシナプスの可塑性の性質を有している。
期時には、上記ニューロンの特性を単純化し、数理的に
取り扱いやすい形でモデル化した形式ニューロンを並列
に結合したネットワークをいい、その後の進展により、
文字認識、音声認識、株価予測など種々な問題も解決さ
れつつあり、巡回セールスマン問題解決や誤差逆伝搬学
習法等の提案があり、超並列コンピュータを含むネット
ワークも含まれる。
ンが代表格で、シナプスによる情報修飾、細胞体による
電位加算、インパルス発生のしきい値特性に着目したも
ので、ニューロンを多入力1出力素子と見なせば、図3
に示すように、ニューロンUV51からの入力と外部入
力Ixy等の他のニューロンからの入力との総和がしき
い値Fより小さければ0を出力し、その総和がしきい値
Fより大きければ1を出力する。
ンの特性関数がヘビサイド関数となる0か1であったの
に対し、これを連続値を取る関数に置き換えたものが連
続値モデルである。この連続値モデルとしては、S字形
のシグモイド(sigmoid)関数のz={1/(1+
e-y)}で現せるものと、直線特性の線形ランプ関数、
プラス・マイナスのしきい値以外は一定となる線形しき
い値関数等が提唱されている。また、離散時刻Tに対す
るニューロンの出力として、離散時間モデルもあり、時
間加算特性を含めて遅れ要素を考慮したもの、ニューロ
ンの内部電位が時間に関する微分方程式として記述され
る連続時間モデル、これに時間加算特性を含めたものが
提唱されている。
しては、ニューロンを層状に並べ、前の層から次の層へ
と一方向にのみ信号が伝わっていく階層形前向きネット
ワーク(multi-layered feed-forward network)と、ニ
ューロンの接続形態に何ら制約を設けず任意のニューロ
ン間の接続を許す非階層形ネットワークの形態がある。
ーロンXY53には、隣接する他のニューロンUV51
の出力Vuvおよび自ニューロンXY53の出力Vxyがそ
れぞれ結合係数Tuv,xyによって重み付けされて入力さ
れる。また外部入力Ixy、Exyも入力される。ニュー
ロンXY53はこれらの総和Σを取り、しきい値Fと比
較してしきい値Fより大きい場合には”1”を、しきい
値Fより小さいときには”0”を出力するしきい値処理
して出力する。
ク部121の構成を示す。本実施形態では、3層61、
62、63に示す階層状態の階層ニューラルネットワー
ク構成をとり、図1に示した入力信号に対し、サービス
を検出するサービス検出部11と、パケットネットワー
クを通ったパケットがどれだけ遅延が発生しているかを
検出する遅延検出部15と、パケットネットワークを通
ったパケットがどれだけ揺らいでいるか検出する揺らぎ
検出部16と、パケットネットワーク2を通ったパケッ
トはどれだけ損失しているかを検出するパケット損失検
出部17と、パケット組立時のタイムスタンプを設定す
るタイムスタンプ設定部18からのそれぞれの情報であ
る、サービス種別、遅延量、揺らぎ量、パケット損失
量、タイムスタンプを入力とし、送信バッファ部19、
受信バッファ部43の揺らぎ吸収バッファの記憶容量の
サイズと、品質とを出力とする。
使用するしきい値関数としては、ニューロンの出力関数
として代表的なシグモイド関数を使用する。図5にシグ
モイド関数の式とグラフを示す。このシグモイド関数
は、しきい値関数の代表的な関数であり、他の関数を用
いてもよい。
クの教師データの構成を図6に示す。教師データとして
は入力71、出力72のそれぞれの項目に対してそれぞ
れ数種類のパターンのデータを対象パケットネットワー
クのトラヒックデータと通信履歴と使用者の評価から作
成を実施する。
の一つとして、ボルツマンマシンの学習則があり、外部
より入力信号を与えられるニューロンの集合を入力部、
出力信号を出すニューロンの集合を出力部、残りのニュ
ーロンを隠れ部といい、入力部と出力部とをまとめて可
視部ともいい、環境(外部より可視部へ与えられる教師
信号)を模擬するモデルをネットワーク内部に作り上げ
て検索する。この教師信号を入力部と出力部とに分けた
データを教師データと称している。
記憶手段に格納されており、学習結果に収束した各種の
データを当てはめて、当てはまるパターンの教師データ
があれば、収束したと判断して、ニューラルネットワー
ク部の品質値や揺らぎ吸収バッファ量を出力とする。
23のファジイ規則を示す。このファジイ規則は、パケ
ット損失量81と、揺らぎ量82と、揺らぎバッファ修
正量83との関係を、以下のルールとして、表形式にま
とめたものである。
の)修正量 もし Loss=Sで Jitta=M ならば △J
B=Z(修正量ゼロ) もし Loss=Sで Jitta=Z ならば △J
B=P(修正量プラス) もし Loss=Sで Jitta=P ならば △J
B=P(修正量プラス) もし Loss=Mで Jitta=M ならば △J
B=M(修正量中間) もし Loss=Mで Jitta=Z ならば △J
B=Z(修正量ゼロ) もし Loss=Mで Jitta=P ならば △J
B=P(修正量プラス) もし Loss=Lで Jitta=M ならば △J
B=M(修正量中間) もし Loss=Lで Jitta=Z ならば △J
B=M(修正量中間) もし Loss=Lで Jitta=P ならば △J
B=Z(修正量ゼロ) 例えば、パケット損失量Loss81が小さく、揺らぎ
量Jitta82がマイナスならば、揺らぎバッファ修
正量はゼロとしてこの点の処理を行わず、パケット損失
量81が大きく、揺らぎ量82がプラスであるならば、
揺らぎバッファ修正量はゼロとしてこの点の処理を行わ
ない。
ークとは、本発明にも用いているが、ファジー推論の考
え方にニューラルネットワークを取り入れて、両者の利
点を盛り込んだシステムであり、ファジー推論とは、い
くつかのファジー命題(規則・事実)からある一つの命
題(結論)を導き出す推論法であり、ファジー集合で
は、ファジー集合に属しているかいないか曖昧であり、
ファジー集合での帰属度をメンバシップ関数で表す。図
7に示すファジイ規則は、パケット損失量81と、揺ら
ぎ量82と、揺らぎバッファ修正量83との関係を上記
条件の下で各符号で表した例を示しており、他のファジ
ー要素の事実からでも図7と同様な同様なファジイ規則
の表を作成できる。
のメンバーシップ関数を示す。このメンバーシップ関数
はそれぞれ91から99の9つの関数から構成されてお
り、パケット損失、揺らぎの各規則への適合度を算出す
るために使用する。図8のkL、kJ、kdjはメンバ
ーシップ関数のパラメータ変数である。
ト損失量LS中でスモールSの特性を示し、パケット損
失を0〜1間でパラメータ関数−kLから0に至る特性
となっている。同様に、揺らぎ量、揺らぎ吸収バッファ
修正量についても同様で、揺らぎ吸収バッファ修正量の
メンバーシップ関数98はパケット損失Loss=Mと
なる中間値で、揺らぎ量Jitta=Zとなるゼロであ
るならば、揺らぎ吸収バッファ修正量のJitta B
uffer修正量△JB=Zとなる、パラメータ変数−
kdj〜0〜kdj間で0→1→0となる特性で現せ
る。
はA/D変換器13によりデジタル信号に変換され、容
量可変のバッファ部19に格納され、制御部12によっ
てニューラルネットワーク部とファジー推論部によるバ
ッファ吸収量に従って、バッファ量を可変され、パケッ
ト組立制御部14によりパケットを組み立てられてパケ
ットネットワーク網2に配信される。タイムスタンプ設
定部18はバッファ部19の可変量に応じてパケット組
立制御部14を制御する。
ク網2からのパケットを先ず受信側の揺らぎ吸収バッフ
ァ43に格納され、その格納されたパケットを再組立制
御するパケット組立制御部で再パケットに組立て、D/
A変換部42でアナログ信号に変換して、元のマルチメ
ディアの所定の入力信号と同一の出力信号として出力す
る。また、受信部4で得られたバッファ部43に格納さ
れたパケットを送信部1に、高信頼性のネットワーク3
を介して送信する。
形態のニューラルネットワークの学習について説明す
る。
クの学習のフロー図である。学習に先立ち、まず図6に
示すような、教師データの生成(101)を行う。教師
データはニューラルネットワークの入力となるデータ、
サービス、タイムスタンプ、遅延時間、揺らぎ量、パケ
ット損失量について偏りがないように、対象パケットネ
ットワークにおいてサンプリングを実施する。
値の設定(102)を行う。本実施形態では図4に示す
3層51〜53のニューラルネットワークを使用する。
サンプリングして収集した教師データを、図4のニュー
ラルネットワークに適合(103)し、ニューラルネッ
トワーク計算(104)を実施する。ニューラルネット
ワークの出力と教師データの差分(105)から、図1
0に示したエネルギー関数(113)を用いて、エネル
ギーを算出する(106)。エネルギーが別に設定した
しきい値以下となったときは、ニューラルネットワーク
の学習が完了したと考え終了する(107)。しきい値
以下となっていない場合は、教師データの差分からバッ
クプロパゲーション法(111)を用いて、ニューロン
間の結合係数を修正する(108)。教師データの適合
(103)からエネルギーの算出までを繰り返すことに
より、ニューラルネットワークの学習を行う。
いたエネルギー関数を示す構成図であり、教師データ
中、サービス種別、タイムスタンプ、遅延時間、揺らぎ
量、パケット損失量を入力とし、品質値と揺らぎ吸収バ
ッファサイズを出力とするニューラルネットワーク部1
12と、教師データの出力分とニューラルネットワーク
部112の出力である品質値と揺らぎ吸収バッファサイ
ズの各差分に応じて、ニューラルネットワーク部112
にフィードバックするバックプロパゲーション(逆伝
搬)部111とから構成される。
ルネットワーク部112の品質値の出力NQxと教師デ
ータの品質値NQxとの差の2乗の総和と、ニューラル
ネットワーク部112の揺らぎ吸収バッファサイズの出
力NBxと教師データの揺らぎ吸収バッファサイズの出
力Bxとの差の2乗の総和とを加算したものであり、図
10に示す関数で示される。
て、エネルギーの一定化を図る。エネルギー量が所定の
しきい値以下となれば収束したと判断して、そのときの
ニューラルネットワーク部の品質値及び揺らぎ吸収バッ
ファサイズを出力する。
作について説明する。図1に示す構成に従って説明すれ
ば、入力された信号に対してサービス検出部11におい
て、音声、FAX、データのいづれの種類のサービスで
あるかを検出する(131)。1周期前の遅延量を遅延
検出部15で、パケット損失量をパケット損失検出部1
7で、タイムスタンプをタイプスタンプ設定部18でそ
れぞれ収集し、ニューラルネットワーク部121と、フ
ァジイ制御部123とに入力する(132,133,1
34,135,136)。ニューラルネットワークの出
力として品質値が出力されるが、これは図2の接続判定
部122において、別に設定したしきい値と比較し、し
きい値以下となった場合は、パケットネットワークから
より高信頼性のネットワークへ接続切り替えを行って終
了する(137)。ニューラルネットワーク部121か
ら求められる揺らぎ吸収バッファサイズは、前周期のバ
ッファサイズとの差分を取り、揺らぎ吸収バッファサイ
ズ修正量とする。そして、ニューラルネットワーク部1
21から求められる揺らぎ吸収バッファサイズと、ファ
ジイ推論部123から求められた揺らぎ吸収バッファサ
イズ修正量と平均をとり、それを本実施形態における揺
らぎ吸収バッファサイズ修正量とする。
バッファサイズ修正量を求め、求められた揺らぎ吸収バ
ッファサイズ修正量を用いて、送信揺らぎ吸収バッファ
19、受信揺らぎ吸収バッファ43サイズの変更を行
う。受信揺らぎ吸収バッファ43サイズの変更は高信頼
性ネットワーク経由で行う。
ナログ/デジタル変換を実施し(138)、送信揺らぎ
吸収バッファに蓄積し(139)、パケット化実施時に
タイムスタンプの設定を行う(140)。パケットネッ
トワーク通信を行った後には(142)、受信揺らぎ吸
収バッファに蓄積を行う(143)。パケット化実施時
のプロトコルに従い、前パケット化実施時から所定の時
間が経過後に受信揺らぎ吸収バッファからパケットを抽
出する。パケット組立制御によって一般のデータ整形後
(144)、D/A変換を実施し(145)、入力され
た形態の信号に復調する。
入力された信号がなくなる迄行う事により、リアルタイ
ムに送信および受信の揺らぎ吸収バッファサイズの変更
および品質評価の実施による接続先の変更を行うことが
できる。
データを送信し、コーデックとしてITU-T,G.723.1を使
用し、音声遅延が10秒ある例によって説明する。デー
タ送信部1に音声信号によるコーデックG.723.1で入力
されたパケットは、サービス検出部11でパケットヘッ
ダー部の解析を行われ、「音声」「コーデックITU-T,G.
723.1」と認識される。制御部12のニューラルネット
ワーク部121の学習には、対象パケットの通信データ
と通信履歴と使用者の評価から作成されるが、例えば音
声の場合には10秒の遅延がある場合に、会話が不可で
あるというデータを学習した場合、遅延時間検出部15
で10秒の遅延を検出した時には、品質値として接続し
ているネットワークは使用できないとの判断がなされ、
接続ネットワークを変更する品質値を接続判定部122
に出力する。接続判定部122では、入力された品質値
から接続ネットワークを変更することを判断し、高信頼
性のあるネットワークへ切り替えを行う。
ークの構成はレイヤー層として3層により行ったが、3
層以上の構成においても可能であり、制限はない。
ットワークとしてパケットネットワークを取り上げた
が、TCP/IP等のパケット伝送ばかりでなく、バー
スト的に連続性のある伝送方式であっても、特定のパラ
メータを使用して高信頼性のあるネットワークとか、意
識的に低品位のネットワーク網へ切り替えを行うことも
可能である。
ーク、フレームリレーネットワーク、インターネットプ
ロトコルネットワークも、本実施形態のパケットネット
ワークを採用されれば、広範囲にわたる共通プロトコル
で処理できるので、ルーティングの迅速解明と、ネット
ワーキングの迅速形成・組織的な拡大縮小等の際に効果
的である。
実施形態について説明する。図12を参照すると、本実
施形態は揺らぎ吸収バッファサイズが送信側および受信
側に分割されている点で第一の実施形態と異なる。
の教師データを示す。教師データとして送信側と受信側
の揺らぎ吸収バッファサイズを各々設定することによ
り、送信側と受信側に応じたバッファサイズの推定が可
能となる。
ューラルネットワークの学習について説明する。
クの学習のフロー図である。学習に先立ちまず教師デー
タの生成(101)を行う。教師データはニューラルネ
ットワークの入力となるデータ、サービス種類、タイム
スタンプ、遅延時間、揺らぎ量、パケット損失量につい
て偏りがないように、対象パケットネットワークにおい
て、サンプリングを実施する。
の設定(102)を行う。本実施形態では図12に示す
3層のニューラルネットワークを使用する。サンプリン
グして、収集した図13に示す教師データを、図12の
ニューラルネットワークに適合(103)し、計算(1
04)を実施する。ニューラルネットワークの出力と教
師データの差分(105)から、図14に示したエネル
ギー関数(173)を用いてエネルギーを算出する(1
06)。エネルギーが別に設定したしきい値以下となっ
たときはニューラルネットワークの学習が完了したと考
え終了する(107)。しきい値以下となっていない場
合は、教師データの差分からバックプロパゲーション法
(111)を用いてニューロン間の結合係数を修正する
(108)。教師データの適合からエネルギーの算出ま
でを繰り返すことによりニューラルネットワークの学習
を行う。
いたエネルギー関数を示す構成図であり、教師データ
中、サービス種別、タイムスタンプ、遅延時間、揺らぎ
量、パケット損失量を入力とし、品質値と、送信揺らぎ
吸収バッファサイズと、受信揺らぎ吸収バッファサイズ
を出力とするものある。一方、教師データの図13に示
す教師パターンに整合すれば、そのときの入力値に対応
した出力値が得られるので、その出力値の送信揺らぎ吸
収バッファサイズと、受信揺らぎ吸収バッファサイズ
と、品質値とを図14の右側から減算器に入力する。す
なわち、そのときの品質値と、送信揺らぎ吸収バッファ
サイズと、受信揺らぎ吸収バッファサイズとを出力とす
るニューラルネットワーク部172と、ニューラルネッ
トワーク部172の品質値と送信揺らぎ吸収バッファサ
イズと受信揺らぎ吸収バッファサイズ教師データの出力
と、教師データの品質値と、送信揺らぎ吸収バッファサ
イズと、受信揺らぎ吸収バッファサイズとの差を減算器
でそれぞれとって、ニューラルネットワーク部172に
フィードバックするバックプロパゲーション(逆伝搬)
部171とから構成されている。
ルネットワーク部172の品質値の出力NQxと教師デ
ータの品質値の出力Qxとの差の2乗の総和と、ニュー
ラルネットワーク部172の送信揺らぎ吸収バッファサ
イズの出力NSBxと教師データの送信揺らぎ吸収バッ
ファサイズSBxとの差異の2乗の総和と、ニューラル
ネットワーク部172の受信揺らぎ吸収バッファサイズ
の出力NRBxと教師データの受信揺らぎ吸収バッファ
サイズRBxとの差の2乗の総和とを加算したものであ
る。通常、エネルギー最小化の原理に基づいて、エネル
ギーの一定化を図る。
作について説明する。図1に示す構成に従って説明すれ
ば、入力された信号に対してサービス検出部11におい
て音声、FAX、データのいづれの種類のサービスであ
るかを検出する(131)。1周期前の遅延量とパケッ
ト損失量、揺らぎ量と現在のタイムスタンプを収集しニ
ューラルネットワーク部121とファジイ制御部123
に入力する(132,133,134,135,13
6)。ニューラルネットワークの出力として品質が出力
されるが、これは図2の接続判定部122において別に
設定したしきい値と比較し、しきい値以下となった場合
は、パケットネットワークからより高信頼性のネットワ
ークへ接続切り替えを行って終了する(137)。
られる送信揺らぎ吸収バッファサイズと受信揺らぎ吸収
バッファサイズは、前周期のバッファサイズとの差分を
取り、送信揺らぎ吸収バッファサイズ修正量と、受信揺
らぎ吸収バッファサイズ修正量とする。そして、ニュー
ラルネットワーク部121から求められる送信揺らぎ吸
収バッファサイズとファジイ推論部123から求められ
た送信揺らぎ吸収バッファサイズ修正量との平均をと
り、また、ニューラルネットワーク部121から求めら
れる受信揺らぎ吸収バッファサイズとファジイ推論部1
23から求められた受信揺らぎ吸収バッファサイズ修正
量との平均をとり、それを本実施形態における送信揺ら
ぎ吸収バッファサイズ修正量、及び受信揺らぎ吸収バッ
ファサイズ修正量とする。
サイズ修正量を用いて送信揺らぎ吸収バッファ19、受
信揺らぎ吸収バッファ43サイズの変更を行う。受信揺
らぎ吸収バッファ43サイズの変更は高信頼性ネットワ
ーク経由で行う。
ナログ/デジタル変換を実施し(138)、送信揺らぎ
吸収バッファに蓄積し(139)、パケット化実施時に
タイムスタンプの設定を行う(140)。パケットネッ
トワーク通信を行った後には(142)、受信揺らぎ吸
収バッファに蓄積を行う(143)。パケット化実施時
のプロトコルに従い、前パケット化実施時から所定の時
間が経過後に受信揺らぎ吸収バッファからパケットを抽
出する。パケット組立制御によって一般のデータ整形後
(144)、D/A変換を実施し(145)、入力され
た形態の信号に復調する。
力された信号がなくなる迄行う事により、リアルタイム
に送信および受信の揺らぎ吸収バッファサイズの変更お
よび品質評価の実施による接続先の変更を行うことがで
きる。
クの構成は3層により行ったが、3層以上の構成におい
ても可能であり、制限はない。
ークを取り上げたが、ATMネットワーク、フレームリ
レーネットワーク、インターネットプロトコルネットワ
ークも本実施形態のパケットネットワークとして適用が
可能である。
ー推論のニューラルネットワークについて説明したが、
神経細胞によるニューロンのダイナミクスとしてモデル
化されたファジー推論ばかりでなく、比較的簡単な規則
に支配された不規則振動を示し複雑な非線形ダイナミク
スで説明されるカオスの性質を利用してもよい。上述の
エネルギー関数に代わって、ある有限な集合でその近傍
の任意の点を初期値とする軌道が漸近するような閉集合
のことをアトラクティング集合とよび、そのうち軌道が
緻密に存在するものをアトラクタとよび、このアトラク
タがカオスである。このカオスによるアトラクタを応用
することによって、より柔軟な連想機能が実現され、ネ
ットワークによって伝搬されるパケットの遅延時間を縮
小し、安定したパケット伝送を可能とする。
ヒックの種別等を考慮して、ニューラルネットワーク機
能とファジイ推論機能とを組み合わせたので、効果的に
遅延時間吸収バッファの設定ができ、小さなバッファ容
量で、音声ばかりでなく、ファクシミリや画像・データ
等のパケット伝送を確実に且つパケットの品質を信頼性
高く保て、サービス性を高めることができる。
ァの設定が可能である。さらに、伝送されたデータの品
質評価が可能である。また、品質の評価の結果、一定の
しきい値以下の場合には、別のネットワークに切り替え
ることが可能である。
たパケット伝送方式の機能構成図である。
ある。
である。
いたパケット伝送方式のフロー図である。
るニューラルネットワークの構成である。
るニューラルネットワークの教師信号である。
るニューラルネットワークの学習による構成図である。
の周辺構成図である。
ンシナプスモデル 71,72,161,162 教師データの入力と出力 81,82,83 ファジイ推論のルール 91〜99 ファジイ推論のメンバーシップ関数特性 111,172 ニューラルネットワーク部 112,171 バックプロパゲーション部 113,173 エネルギー関数 121 ニューラルネットワーク部 122 接続判定部 123 ファジイ推論部 216 パケット組立装置 220 パケット交換ノード 224 パケット分離装置 336 遅延時間変動吸収バッファ 350 応答パケット送信回路
Claims (8)
- 【請求項1】 マルチメディアをパケット伝送する送信
部と受信部を有するニューラルネットワークにおいて、 前記送信部には、前記マルチメディアのサービスの種類
を検出するサービス検出部と、前記受信部からの前記パ
ケット伝送のパケット遅延量を検出する遅延検出部と、
前記受信部からの前記パケット伝送のパケット揺らぎ量
を検出する揺らぎ検出部と、前記受信部による前記パケ
ット伝送のパケット損失量を検出するパケット損失検出
部と、前記受信部のタイムスタンプ比較部とからの各デ
ータを入力とするニューラルネットワーク部と、前記パ
ケット遅延量と前記パケット揺らぎ量と前記パケット損
失量とを入力とするファジイ推論部と、前記パケット伝
送の揺らぎを吸収するバッファとを備え、少なくとも前
記各検出部と前記ニューラルネットワーク部とで前記パ
ケット伝送の品質値と、前記パケット伝送の揺らぎを吸
収するバッファの修正量とを出力することを特徴とする
ニューラルネットワーク。 - 【請求項2】 前記パケット伝送の揺らぎを吸収するバ
ッファの修正量は、前記ニューラルネットワーク部と前
記ファジイ推論部との出力の和によって判定することを
特徴とする請求項1に記載のニューラルネットワーク。 - 【請求項3】 前記ニューラルネットワーク部は、前記
タイムスタンプ情報と、前記サービスの種類と、前記パ
ケット遅延量と、前記パケット揺らぎ量と、前記パケッ
ト損失量とを入力として階層状態のニューラルネットワ
ーク構成で、前記品質値と前記揺らぎ吸収バッファのサ
イズとを出力することを特徴とする請求項1又は2に記
載のニューラルネットワーク。 - 【請求項4】 前記ファジイ推論部は、前記遅延検出部
からの遅延量の遅延時間と、前記揺らぎ検出部からの揺
らぎ量と、前記パケット損失検出部からのパケット損失
個数とから、前記バッファによる揺らぎ吸収バッファと
前記受信部に設けた揺らぎ吸収バッファとのバッファの
修正量を推論することを特徴とする請求項1又は2に記
載のニューラルネットワーク。 - 【請求項5】 前記ニューラルネットワーク部は、教師
データとして前記サービスの種類と、前記パケット遅延
量と、前記パケット揺らぎ量と、前記パケット損失量と
を入力として、前記品質値と前記揺らぎ吸収バッファの
サイズとを出力とし、前記品質値と前記揺らぎ吸収バッ
ファのサイズとの出力の一部をフィードバックするバッ
クプロパゲーション部を備えたことを特徴とする請求項
1又は2に記載のニューラルネットワーク。 - 【請求項6】 前記ニューラルネットワーク部は、教師
データとして前記サービスの種類と、前記パケット遅延
量と、前記パケット揺らぎ量と、前記パケット損失量と
を入力として、前記品質値と送信側のバッファによる送
信揺らぎ吸収バッファのサイズと受信側のバッファによ
る受信信揺らぎ吸収バッファのサイズとを出力とし、前
記品質値と前記送信揺らぎ吸収バッファのサイズと前記
受信揺らぎ吸収バッファのサイズとの出力の一部をフィ
ードバックするバックプロパゲーション部を備えたこと
を特徴とする請求項1又は2に記載のニューラルネット
ワーク。 - 【請求項7】 マルチメディアをパケット伝送するファ
ジイ推論を用いたパケット伝送制御方式において、 前記パケット伝送の送信部には、前記マルチメディアの
サービスの種類を検出するサービス検出部と、前記パケ
ット伝送を受信する受信部からのパケット遅延量を検出
する遅延検出部と、前記受信部からの前記パケット伝送
のパケット揺らぎ量を検出する揺らぎ検出部と、前記受
信部による前記パケット伝送のパケット損失量を検出す
るパケット損失検出部と、前記受信部のタイムスタンプ
比較部と前記各検出部からの各データを入力とするニュ
ーラルネットワーク部と、少なくとも前記パケット遅延
量と前記揺らぎ量と前記パケット損失量とを入力とする
ファジイ推論部と、前記パケット伝送の揺らぎを吸収す
るバッファとを備え、少なくとも前記各検出部と前記ニ
ューラルネットワーク部とにより前記パケット伝送の品
質値と、前記パケット伝送の揺らぎを吸収するバッファ
の修正量とを出力することを特徴とするパケット伝送制
御方式。 - 【請求項8】 前記揺らぎを吸収するバッファは、前記
パケット伝送の送信部と、前記受信部とにそれぞれ備
え、前記ニューラルネットワーク部と前記ファジイ推論
部とにより前記品質値と前記送信部のバッファによる送
信揺らぎ吸収バッファのサイズと前記受信部のバッファ
による受信信揺らぎ吸収バッファのサイズとを出力する
ことを特徴とする請求項7に記載のパケット伝送制御方
式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29407299A JP3358726B2 (ja) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | ニューラルネットワークとパケット伝送制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29407299A JP3358726B2 (ja) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | ニューラルネットワークとパケット伝送制御方式 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001119425A JP2001119425A (ja) | 2001-04-27 |
JP3358726B2 true JP3358726B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=17802930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29407299A Expired - Lifetime JP3358726B2 (ja) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | ニューラルネットワークとパケット伝送制御方式 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3358726B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4635880B2 (ja) * | 2006-01-20 | 2011-02-23 | パナソニック株式会社 | パケット通信装置及びパケット通信方法 |
JP5228155B2 (ja) * | 2007-05-09 | 2013-07-03 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | 全方向移動型パワーアシスト装置および全方向移動型パワーアシスト装置の制御方法 |
US11586933B2 (en) | 2017-04-10 | 2023-02-21 | Softbank Corp. | Information processing apparatus, information processing method, and program for simulating growth of cells |
US11494388B2 (en) | 2017-04-10 | 2022-11-08 | Softbank Corp. | Information processing apparatus, information processing method, and program |
US11494640B2 (en) | 2017-04-10 | 2022-11-08 | Softbank Corp. | Information processing apparatus, information processing method, and program |
-
1999
- 1999-10-15 JP JP29407299A patent/JP3358726B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001119425A (ja) | 2001-04-27 |
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