JP3510983B2 - Ａｔｍアクセスインタフェース - Google Patents

Ａｔｍアクセスインタフェース

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JP3510983B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、データ通信に関
し、ユーザと広帯域で得たネットワークの間のデータト
ラフィックフローを制御する構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】広帯域として典型的な現代の広帯域デー
タネットワークにおいて、複数のユーザが広帯域非同期
伝送モード（ＡＴＭ）ネットワークのような広帯域ネッ
トワークへの１つの高速リンクを共有する。このような
ネットワークリンクは、例えば、１５５Ｍビット／秒の
ように高いデータレートを受け入れることができる。デ
ータ集中装置(data concentrator)は、しばしばアクセ
スインタフェースとして呼ばれ、複数のユーザを１つの
１５５Ｍビット／秒のネットワークリンクにつなぐのに
用いられる。データトラフィックがしばしば非常にバー
スト的であることが知られている。すなわち、非常に高
いデータレートのピークを有し、その大きさはユーザの
平均データレートをはるかに超えるものである。ネット
ワークリンクのバンド幅を有効に利用するため、ネット
ワークリンクへとアクセスインタフェースを通して多く
のユーザを接続しなければならない。各ユーザとアクセ
スインタフェースの間のリンクのデータレートは、ネッ
トワークリンクのデータレート（１５５Ｍビット／秒）
のように高くすることができる。これには混雑状態（か
なり長い時間の間複数のユーザがネットワークに高い待
機幅のデータを同時に送るような場合）の期間を取り扱
う手段が存在しなければならない。
【０００３】現代の広帯域データネットワークは、リア
ルタイムデータを取り扱うことができなければならな
い。これには、音声を表すデータのように遅延を許さな
い性質のものやファックス、インターネットウェブアク
セス静止画ビデオ、ファイルシステム転送のような望ま
しくはないがある程度大きな遅延を許すものがある。混
雑状態の時間を取り扱う方法は遅延を許さないデータに
ついて過剰な遅延を発生させないようにしなければなら
ない。
【０００４】ＡＴＭ標準は、ＡＴＭネットワークへのユ
ーザからのデータのデータフローを制限する機構を提供
する。各ユーザは完全な１５５Ｍｂｐｓ（あるいは他の
標準データレート）を連続的に送り受信する。ユーザが
アイドル状態（送るデータがない状態）の場合、ネット
ワークに送られるすべてのセルはアイドルセルであり、
ユーザがピーク能力にて送信している場合、すべてのセ
ルはアクティブである。通常、いずれかのユーザから送
信されるセルの少ない量の部分のみがアクティブであ
る。ネットワークに送信されるアクティブセルのフロー
制御機構は、ジェネリックフロー制御（ＧＦＣ：generi
c flow control）ビット（しばしばＧＦＣフィールドと
呼ばれる）によってユーザに送信されるトークンを利用
することによってＡＴＭ標準は提供する。ＧＦＣビット
は各送信セルのＡＴＭヘッダに含まれる。フロー制御機
構が呼び出されると、ユーザは利用可能なトークンをも
っている場合にのみアクティブセルを送信する。トーク
ンはもしネットワークが特定のアクティブセルのレート
よりも多く受け入れることができない場合にユーザが受
信したセルにおけるユーザに送信される。多くのセルを
送信するのに必要なトークンのみをネットワークがユー
ザへと送信する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来技術には多くの問
題が存在する。第１に、ネットワークへと入るトラフィ
ックをトークンの数を制限することによって調整される
べきことを検出する機構は、バースト的なデータトラフ
ィックが作られるレートと比べると遅い。第２に、音声
や制御セルを表すデータのような高い優先度のデータを
含むセルに伝送優先度を与えることが可能であるが、セ
ルがＡＴＭインタフェースに到来すると、多くの低い優
先度のセルがパイプラインにすでにあって高い優先度の
セルを遅延させてしまう。この問題は、「ラインの先頭
のブロッキング(head of line blocking)」と呼ばれて
いる。これら両方の問題は、アクセスインタフェースに
て、非常に大きな複数の優先度のデータバッファを用い
て、すべてのデータを記憶し、優先度に基づいてアクセ
スを許し、データセルをドロップし、データセルのドロ
ップによって、および／またはすべてのユーザからのピ
ークトラフィックレートのアグリゲートを制限し、ある
いはＡＴＭアクセスインタフェースに接続されたユーザ
の数を制限するトラフィックプロジェクションアルゴリ
ズムを用いることによって、解決される。このような解
決法はしかしながら、望ましくなく、経済的でない。
【０００６】従来技術は、ネットワークにおけるバース
ト的データトラフィックにＡＴＭアクセスインタフェー
スに過剰な待ち行列が形成される前にそのトラフィック
を調整することにより応答し、また、音声を表すデータ
のような高い優先度のデータトラフィックや、株の売買
や購買要求のような即時デリバリを望まれるようなデー
タに関するタイムリーな伝送を確立するような、満足す
るような構成がない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明において、ファー
ストインファーストアウト（ＦＩＦＯ）待ち行列がＡＴ
Ｍアクセスインタフェースにつながれた各ユーザにつな
がれ、もしユーザのＦＩＦＯがｎセルよりも少ないセル
であればトークンをユーザに戻し、ユーザが蓄積するこ
とができるトークンの数はｍまでに制限される。この構
成において、もしユーザのＦＩＦＯがあまり頻繁に空に
されないならば、そのＦＩＦＯにつながれたユーザが利
用可能なトークンの供給は、急に間に合わなくなってし
まう。好ましい実施例において、ｎとｍ（それぞれは独
立にセットされる）は、１または２のいずれかに制限さ
れる。このことにより、非常に急速な検出や負荷に対す
る応答を可能にする。好ましい実施例において、ＦＩＦ
Ｏがｎセルよりも多く含んでいるかどうかを検出するの
に電子回路手段を用い、これらの電子回路手段は、ユー
ザに送信される各セルと共に送られる標準的なＡＴＭジ
ェネリックフロー制御（ＧＦＣ）における適切な値を挿
入することによりさらなるトークンの生成を直接押さえ
るのに用いられる。
【０００８】送信されるセルのＧＦＣフィールドにおけ
るデータにより規定される高い優先度のセルがＡＴＭア
クセスインタフェースにて受信されると、このセルは異
なるＦＩＦＯへと送られる。すなわち、高い優先度のセ
ルを受信し記憶するＦＩＦＯへと送られる。この高い優
先度のＦＩＦＯは、ＡＴＭネットワークへのセルの伝送
のためにより多くポーリングされるか、あるいは他の低
い優先後のＦＩＦＯよりも大きな好ましい度合いを与え
られることにより、他のＦＩＦＯよりも好ましい取り扱
いを与えられる。低い優先度のＦＩＦＯのみがテストさ
れ、トークンをユーザに送信すべきかどうかを検出され
る。ユーザの側では、高い優先度のセルがトークンを必
要とせずに伝送される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の動作を示すブロ
ック図である。複数の顧客位置装置（ＣＰＥ）１は、Ａ
ＴＭアクセスインタフェース２を介して広帯域ＡＴＭネ
ットワーク２０へとつながれている。顧客位置装置１の
それぞれは、フルスタンダードデータレート（例えば、
１５５Ｍビット／秒）にて送受信を行い、送受信される
アクティブデータがなければアイドルセルを送受信す
る。顧客位置装置１とＡＴＭアクセスインタフェース２
の間のリンク１４は、物理リンクとも呼ばれ、この実施
例では光／電気インタフェース３にて集端する光リンク
である。光／電気インタフェース３はリンクの光信号と
ＡＴＭアクセスインタフェース２の中で用いられる電気
的信号との間を変換する。光／電気（Ｏ／Ｅ）インタフ
ェース３はそれぞれ物理層インタフェース４に接続さ
れ、ＡＴＭセルを集めて、ＦＩＦＯ６、高優先度ＦＩＦ
Ｏ１５に運ぶ。物理層インタフェース４はアイドルセル
を破棄してそれらがＦＩＦＯ６へと送信されないように
する。
【００１０】好ましい実施例において、物理層ユニット
（ＰＨＹ）４は、高い優先度のセルと通常のセルとを区
別し、高い優先度のセルを高優先度ＦＩＦＯ１５へと送
る。各ＦＩＦＯの出力はポーリングデバイス９によって
ＵＴＯＰＩＡバス１１へとつながれている。ポーリング
デバイス９はポーリング制御ロジック１０により制御さ
れていて、このポーリング制御ロジック１０はどのＦＩ
ＦＯが利用可能なセルを有しているかを示す入力をすべ
てのＦＩＦＯから受信し、どのＦＩＦＯがＵＴＯＰＩＡ
バス１１へとセルを送るべきかを選ぶためにすべてのポ
ーリングデバイスへの出力を有する。ＵＴＯＰＩＡバス
１１は、適切なインタフェース装置（図示しないが従来
技術において周知である）を介して広帯域ＡＴＭネット
ワーク２０へとつながれている。広帯域ＡＴＭネットワ
ーク２０から受信したデータは、ＵＴＯＰＩＡバス１２
上を適切なインタフェース装置（図示せず）を通して直
接物理層インタフェース４へとルーティングする。物理
層インタフェース４は顧客位置装置１へと送るべきセル
がない場合にアイドルセルを生成する。
【００１１】物理層インタフェース４は、物理リンク上
の伝送の直前に、顧客位置装置１に送られるＡＴＭセル
へとＧＦＣフィールドを書き込む。従って、新しいＧＦ
Ｃビットパターンが確立される時間と新しいビットパタ
ーンのセルが物理リンク上へ送出される時間との間には
１セルに満たないセル分の遅延がある。ＦＩＦＯ６につ
ながれたハードウェアロジックユニット８のようなハー
ドウェアロジックは、ＦＩＦＯ６がｎセルよりも多く含
んでいる場合に検出する。ハードウェアロジックユニッ
ト８によってｎセルよりも多くがＦＩＦＯ６において検
出された場合、顧客位置装置１へ送られるセルのＧＦＣ
フィールドへと適切なデータを挿入することによって、
同じハードウェアロジックユニット８がＣＰＥへとさら
なるトークンの送信を一時停止する。
【００１２】この構成は、過負荷状態の検出に非常に速
く応答することを可能にする。ｎセル以外のすべてがす
べてのＦＩＦＯが空でなくなるとすぐ、新しいトークン
の生成は１セル分よりも少ないセル分の時間遅延で一時
停止される。ＣＰＥはそれ自身は１ないし２のトークン
を保持する。１５５Ｍビット／秒で動作する１km長のフ
ァイバリンクでは、ＡＴＭアクセスインタフェースとＣ
ＰＥとの間の物理リンク上でＣＰＥへのトランジットに
おいて２トークンまでのトークンがあり得て、物理リン
ク上のアクセスインタフェースへのトランジットにおい
て２セルまでのセルがあり得る。従って、正味の得られ
るものは、高い過負荷の場合におけるＣＰＥが利用可能
なトークンのソースは約５であり、混雑状態が検出され
た後にＦＩＦＯにて到来するセルの総数は約７である。
もしｎが２セルにセットされていれば、各ＦＩＦＯは９
セルの深さ（３８１６ビット）しか必要なくなる。
【００１３】リンクにおいてファイバが１km増すごと
に、ＦＩＦＯの深さの必要条件に対しさらに４セルを加
える必要性が発生する。しかし、５km長の物理リンクで
あっても１７セル（７２０８ビット）のＦＩＦＯ深さし
か必要としない。１５５Ｍビット／秒で動作する５km長
の１００リンクであっても、必要とされるバッファの合
計は１Ｍビットを加えない。ここでＦＩＦＯの大きさを
決めるに際してデータがＦＩＦＯに入れられているとき
にＦＩＦＯからデータが外されているということは考慮
に入れておらず、従ってバッファの大きさは上限を表し
ている。
【００１４】ＦＩＦＯバッファを用いるとデータ転送に
対し遅延ないし待ち時間を導入してしまう。サービスの
品質を許容できるようにするには、ボイストラフィック
の待ち時間は、エコーキャンセルなしの接続では２ｍ秒
より小さくあるべきで、エコーキャンセルありの接続で
は９０ｍ秒よりも小さくあるべきである。１kmの長さで
１５５Ｍビット／秒の速度である５０のリンクをネット
ワークへと１つの１５５Ｍビット／秒のリンクへと集め
るインタフェースでは、もし高優先度トラフィックと低
優先度トラフィックの両方に対して１つのバッファを用
いた場合の最悪の場合の条件の下で、ボイストラフィッ
クに１．２５ｍ秒の待ち時間を導入する（１５５Ｍビッ
ト／秒のリンクは、３．６６×１０5セル／秒（４２４
ビット／セル）の速度でセルを空にする。最悪の条件の
下では、５０のＦＩＦＯすべてが混雑状態になり、９の
セルを含む。１５５Ｍビット／秒ですべての４５０のセ
ルを空にするには１．２５ｍ秒を必要とする）。
【００１５】ユーザとアクセスインタフェースとの間の
リンクが長い場合、および／またはアクセスインタフェ
ースにて集中度が高い場合は、高い優先度のトラフィッ
クと低い優先度のトラフィックの両方にて１つのＦＩＦ
Ｏが用いられている場合にボイストラフィックに大きな
待ち時間を与えてしまう。高優先度トラフィックと低優
先度トラフィックに別々のＦＩＦＯを用いると、アクセ
スインタフェースにおける高優先度トラフィックの待ち
時間に影響を与える唯一の因子は、高優先度トラフィッ
クの集中の度合いである。すなわち、高優先度のセルが
到来する速度である。リンクの長さはもう問題とはなら
ない。
【００１６】低優先度セルによるヘッドオブラインのブ
ロックは、ＧＦＣフロー制御メカニズムが伝送を一時停
止することができるまで、それらを低優先度のＦＩＦＯ
へと送ることにより防ぐことができる。高優先度のＦＩ
ＦＯに絶対的な好ましい度合いを与えた場合、低優先度
のＦＩＦＯにおけるセルの数は高優先度トラフィックの
待ち時間に影響を与えない。１つのボイスリンクは、通
常、０．５ｍ秒当たり１ＡＴＭ（ＡＴＭセル当たり４バ
イトのボイスレータ）を超えない速度で送信し、通常は
それよりも頻繁でなく送る。０．５ｍ秒当たり１ＡＴＭ
セルのボイスレートを想定すると、アクセスインタフェ
ースは、高優先度ＦＩＦＯと低優先度ＦＩＦＯの両方を
用いた場合、いかなるリンクの長さの１８０間でのボイ
スチャネルを１つの１５５Ｍビット／秒のネットワーク
リンクへと集中させることができる。
【００１７】ＡＴＭセル当たりもっと多くのボイスデー
タのバイトをパックした場合、アクセスインタフェース
にてもっと大きな集中の度合いを実現することができ
る。低優先度トラフィックのフローを制御するためにＧ
ＦＣフィールドを用いることは、アクセスインタフェー
スへ送られる低優先度セルが高優先度セルよりも異なる
ＧＦＣフィールドを有することを意味する。従って、高
優先度ＦＩＦＯと低優先度ＦＩＦＯとの間でＡＴＭセル
を分離する単純な方法は、ＧＦＣフィールドの値によっ
て分離する方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作を示すＡＴＭアクセスインタフェ
ースのブロック図。
【符号の説明】
１ 顧客位置装置 ２ ＡＴＭアクセスインタフェース ３ 光／電気インタフェース ４ 物理層インタフェース ６ ＦＩＦＯ ８ ハードウェアロジックユニット ９ ポーリングデバイス １０ ポーリング制御ロジック １１、１２ ＵＴＯＰＩＡバス １５ 高優先度ＦＩＦＯ ２０ ＡＴＭネットワーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ スタヴァート ルース アメリカ合衆国，60532 イリノイ，リ スル，ヘリテイジ レイン 6105 (72)発明者 ジェームズ フィリップ ランヨン アメリカ合衆国，60187 イリノイ，フ ィートン，チャンピオン フォレスト コート 1231 (72)発明者 シエン−チュエン ユ アメリカ合衆国，60563 イリノイ，ナ パーヴィル，マールス コート 1276 (56)参考文献 特開 平７−95205（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−107369（ＪＰ，Ａ) ＮＥＣ技報，第50巻，第３号，第182 −186頁 ＮＥＣ技報，第50巻，第３号，第179 −181頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04L 12/56

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の顧客位置装置（ＣＰＥ）とＡＴＭ
    ネットワークとの間をインタフェースするＡＴＭアクセ
    スインタフェースにおいて、 前記複数の顧客位置装置（ＣＰＥ）へとインタフェース
    する物理層インタフェースと、 前記物理層インタフェースに接続され、該物理層インタ
    フェースからセルを受けるＦＩＦＯと、 前記ＦＩＦＯから入力を受け、制御信号を前記物理層イ
    ンタフェースへと送るハードウェアロジックユニットと
    を有し、 前記ＦＩＦＯからの入力は、ＦＩＦＯにｎ個よりも多く
    のセルが現在記憶されているかどうかを示す信号を表
    し、 前記ハードウェアロジックユニットは、前記ＦＩＦＯか
    らの信号に応答して、前記ＦＩＦＯにｎ個よりも多くの
    セルが現在記憶されている場合に、接続された前記複数
    の顧客位置装置（ＣＰＥ）において新しいトークンの形
    成を一時停止するように、適切なジェネリックフロー制
    御（ＧＦＣ）ビットを物理層インタフェースから接続さ
    れた前記複数の顧客位置装置（ＣＰＥ）へと送信される
    セルへと挿入するように、制御信号を生成し、前記複数の顧客位置装置（ＣＰＥ）は、前記適切なジェ
    ネリックフロー制御ビットの受信に応答して、新しいト
    ークンの形成を停止し、 前記複数の顧客位置装置（ＣＰＥ）は、ｍ個までのトー
    クンを維持し、そして、 前記複数の顧客位置装置（ＣＰＥ）は、該顧客位置装置
    （ＣＰＥ）が蓄積したトークンのそれぞれに対して１個
    のみの蓄積されたセルを送信する ことを特徴とするＡＴ
    Ｍアクセスインタフェース。
  2. 【請求項２】 高優先度ＦＩＦＯを有し、前記物理層イ
    ンタフェースは、高優先度セルを検出し、高優先度セル
    を高優先度ＦＩＦＯへと送信し、 前記高優先度ＦＩＦＯは、ＡＴＭネットワークへのアク
    セスにおいて他の通常の優先度のＦＩＦＯよりも優位を
    与えられていることを特徴とする請求項１記載のＡＴＭ
    アクセスインタフェース。
  3. 【請求項３】 高優先度のセルは、低優先度のセルのジ
    ェネリックフロー制御（ＧＦＣ）フィールドとは異なる
    ジェネリックフロー制御（ＧＦＣ）フィールドを有し、 前記物理層インタフェースは、到来するセルのジェネリ
    ックフロー制御（ＧＦＣ）フィールドをテストすること
    により高優先度セルを検出することを特徴とする請求項
    ２記載のＡＴＭアクセスインタフェース。
  4. 【請求項４】 前記複数の顧客位置装置（ＣＰＥ）は、
    蓄積されたトークンの利用可能性に関わらず蓄積した高
    優先度セルを送信することを特徴とする請求項１記載の
    ＡＴＭアクセスインタフェース。
  5. 【請求項５】 １≦ｎ≦２であり、１≦ｍ≦２であるこ
    とを特徴とする請求項１記載のＡＴＭアクセスインタフ
    ェース。
JP06870999A 1998-03-17 1999-03-15 Ａｔｍアクセスインタフェース Expired - Fee Related JP3510983B2 (ja)

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ＮＥＣ技報，第５０巻，第３号，第１７９−１８１頁
ＮＥＣ技報，第５０巻，第３号，第１８２−１８６頁

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