JP4005972B2 - ネットワーク接続を分類する方法およびシステム - Google Patents

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Description

本発明は、ネットワーク接続を分類する方法およびシステムに関する。該方法およびシステムでは、送信器と受信器との間で分類されるネットワーク接続の地理的な開始座標および終了座標が既知である。具体的には、該方法は、たとえば電話ネットワークのラスト・マイルなど、銅ワイヤ接続に基づくネットワークに関する。
POTS(普通の電話サービス(Plain Old Telephone Service)とも呼ばれる従来の電話ネットワーク・サービスは、通常、世帯およびより小規模の企業を、銅ワイヤを介して電話ネットワーク・オペレータの分配局に接続する。銅ワイヤは、互いの回りに巻かれ、より対線と呼ばれる。これらは、当初、具体的にはサウンドおよびボイスの伝送であるアナログ信号を保証することを意図していた。しかし、これらの要件は、遅くともインターネットおよびそれに関連したデータ・フローの出現により変化しており、また、実時間かつマルチメディアの応用分野に関して、家庭および/または事務所において作業することをできるようにする必要性のために、今日再び迅速に変化している。
たとえばイントラネットおよびインターネットなどのデータ・ネットワークは、スイッチとゲートとの間のブロードバンド・バックボーンと、より小さい帯域幅を有するローカル・ネットワーク接続との両方について、いわゆる共有媒体、すなわちパケット指向のLAN(ローカル・エリア・ネットワーク)またはWAN(ワイド・エリア・ネットワーク)の技術に非常に依存する。たとえばブリッジまたはルータなどのパケット・マネジャ・システムの使用が、ローカルLANネットワークをインターネットに接続するために普及している。したがって、インターネット・ルータは、たとえばIP(インターネット・プロトコル)、IPX(インターネット・パケット交換)、DECNET、アップルトーク(AppleTALK)、OSI(開放型システム間相互接続(Open System Interconnection))、SNA(IBMのシステム・ネットワーク・アーキテクチャ)など、最も変化したプロトコルに基づいて、状況に応じてパケットを伝送することができなければならない。そのようなネットワークの複雑さは、パケットを世界中に分配することをできるようにするために、サービスのベンダ(プロバイダ)および必要なハードウエアの製造業者の両方にとって課題である。
通常のLANシステムは、約100Mbpsのデータ転送レートで比較的よく機能する。100Mbpsを超える転送レートでは、パケット・スイッチなどのネットワーク・マネジャのリソースは、帯域幅の割当ておよびユーザのアクセスを管理するには、ほとんどの今日のネットワークにおいて十分ではない。当然、具体的には短期伝送ピークを有するデジタル情報を伝送するパケット・ベース・ネットワークの有用性は、かなり以前に認識されていた。そのようなネットワークは、通常、2点間構造を有し、各パケットが少なくとも宛先アドレスを備えるという点で、パケットは、単一送信器から単一受信器に伝送される。これの典型的な例は、IPデータ・パケットの既知のヘッダである。ネットワークは、割り当てられたヘッダのアドレスにパケットを経路指定することによって、データ・パケットに反応する。パケット・ベース・ネットワークは、たとえば高品質のサウンドおよびオーディオの伝送またはビデオの伝送など、連続データ・フローを必要とするデータ・タイプの伝送にも有用であり得る。ネットワークを商業的に使用することにより、複数の端点への同時パケット・ベース伝送も可能になることが特に望ましい。この例は、ビデオまたはオーディオのデータを伝送するいわゆるパケット・ブロードキャスティングである。これにより、いわゆる有料TV、すなわち請求する法的責任がある、ネットワーク上でのビデオ・データのブロードキャスト伝送を達成することができる。
しかし、帯域幅に関してはるかにより多くの用件を有し、さらに要件を随時保証しなければならない実時間およびマルチメディアの応用分野など、次世代の応用分野では、パケット指向ネットワークは、その限界に当たる。したがって、次世代のネットワークは、要求されたまたは合意されたQoSパラメータ(サービス品質)について事前に確定された帯域幅をユーザに常に保証することができるように、ネットワークを動的に再構成する可能性を有するべきである。これらのQoSは、たとえば、すべての可能な末端システム間におけるアクセス保証、アクセス性能、故障許容度、データ・セキュリティなどを備える。たとえばATM(非同期転送モード)などの新しい技術は、ネットワークの長期開発において、私的イントラネットならびに公的インターネットの必要な前提条件を創出するように作用するべきである。これらの技術は、QoSパラメータによって保証されるそのような高性能接続について、より経済的でよりスケーラブルな解決法を確約する。
将来のシステムの1つの変化は、具体的にはデータ・フローにも関する。今日のデータ・フローは、通常、サーバ・クライアント・モデルに基づく。すなわち、データは、多くのクライアントから1つまたは複数のネットワーク・サーバへ、もしくは1つまたは複数のネットワーク・サーバから多くのクライアントへ伝送される。クライアントは、通常、直接データ接続を創出せず、代わりに、ネットワーク・サーバを介して互いに通信する。このタイプの接続もまた、重要であり続ける。それにもかかわらず、ピア間で伝送されるデータの品質は、将来劇的に増大することが予期されるが、その理由は、需要に応じるために、ネットワークの最終目的が、すべてのシステムがサーバおよびクライアントの両方として作用することができる真の分散構造であるからである。したがって、ネットワークは、様々なピアへのより多くの直接接続を生成しなければならず、それにより、たとえば、デスクトップ・コンピュータは、バックボーン・インターネットを介して直接接続されることになる。
したがって、将来の応用分野では、ユーザに事前確定可能QoSパラメータおよび大きな帯域幅を保証することができることが、よりいっそう重要になることが明らかである。
エンド・ユーザにデータを伝送するために、具体的には従来の公衆電話ネットワーク(PSTN:公衆交換電話ネットワーク(Public Switched Telephone Network))および/またはPLMN(パブリック・ランド・モバイル・ネットワーク(Public Land Mobile Network))が使用される。これらは、実際には、そのような品質のデジタル・データを伝送するためではなく、当初は純粋なサウンド伝送のために設計された。いわゆる「ラスト・マイル」は、電話サービスのプロバイダまたはベンダがユーザに保証することができるQoSパラメータを決定する際に決定的な役割を担う。ラスト・マイルとして、公衆電話ネットワークの最終分配局とエンド・ユーザとの距離が指定される。最も少ない場合、ラスト・マイルは、高容量光ファイバ・ケーブルからなる。通常は、たとえば0.4mmまたは0.6mmのワイヤ直径を有するケーブルなど、通常の銅ワイヤ・ケーブルにかなりの程度基づく。さらに、ケーブルは、保護接地導電構造において地下のあらゆる場所を走るだけでなく、とりわけ、電話マストへの地上線からもなる。したがって、追加の妨害が生じる。
最大QoSパラメータを決定する他の問題は、いわゆるクロストークの問題である。この問題は、エンド・ユーザから電話ネットワーク・オペレータの分配局およびその反対など、回線上における信号の変調に付随して生じる。デジタル信号を変調する現況技術では、たとえば、ADSL(非対称デジタル加入者線)、SDSL(対称デジタル加入者線)、HDSL(高データ・レートDSL)、またはVDSL(超高速デジタル加入者線)などのxDSL技術(デジタル加入者線)が既知である。上述したクロストークは、銅ケーブルを介したデータの変調中に生じる物理現象である。電磁相互作用によって、銅ケーブル内の隣接する銅ワイヤが、モデムによって生成される対状の部分信号を得る。その結果、隣接するワイヤ上に担持されているxDSLモデムは、互いに干渉する。一端にある送信器の信号から同じ端にある受信器の信号への望ましくない信号結合を特徴とする近端クロストーク(Next)と、他端にある受信器への送信中における信号の望ましくない信号結合を特徴とし、送信中の信号が隣接銅ワイヤ対の信号に結合されて、受信器において雑音として出現する遠端クロストーク(FEXT)とは区別される。
たとえば”Spectral management on metallic access networks; Part 1: Definitions and signal library”, ETSI(European Telecommucations Standards Institute))、TR 101 830、2000年9月など、xDSLクロストークに関する多くの研究が現在利用可能であるが、クロストーク現象の複雑さおよび残存雑音パラメータの複雑さのために、ネットワークの特定のエンド・ユーザについてQoSパラメータを決定するための技術的に対処が容易で費用効果の高い補助は、現在はごく少数しか存在しない。現況技術では、たとえばアクターナ(Acterna)(WG SLK−11/12/22、エニンゲン、とりわけ、ドイツ)、トレンド・コミュニケーション(Trend Communication)(LT2000ライン・テスタ、www.trendcomms.com、バッキンガムシャー、英国)など、様々な企業によって、遠隔管理システムが提案されている。ラスト・マイル上の最高転送レートは、遠隔管理システムによる直接測定により決定される。デジタル信号プロセッサが、電話ネットワーク・オペレータの各ローカル分散局に装備される(たとえば、スイスでは数千)。デジタル信号プロセッサによって、いわゆる「単一端測定」が実施されるが、その理由は、ラスト・マイルの他の側のユーザにおいて装置を装備する必要がないからである。原理的には、「両端測定」による測定も可能である。しかし、回線の両端に管理装置を装備する必要がある。
現況技術の欠点は、とりわけ、各ローカル分配局において遠隔管理システムを装備する必要があることによる高コストと、測定が一方の側(単一端)においてのみ実施され、誤差を決定するために両側の測定が必要であることによる、測定中の不正確に既知の不確実性またはそれぞれの未知の誤差とである。両側測定は、人員の投資および時間ならびにコストを考慮すると、実行不可能である。また、現況技術では、ネットワーク接続の最大の可能なビット・レートを計算する、またはそれぞれを予測する、ハードウエアまたはソフトウエアの実施するアルゴリズムが欠如している。ローカル末端分配局の代わりに、より少ない中央分配局に遠隔測定システムを装備することは、測定がエンド・ユーザへの特定の回線について最大の可能なデータ・スループット・レートを決定するのに適切ではないという顕著な不確実性を伴うことを示す。
「Spectral management on metallic access networks; Part 1: Definitions and signal library」、ETSI(European Telecommucations Standards Institute))、TR 101 830、2000年9月
本発明の目的は、上述した欠点を有していない、ネットワーク接続を分類する新しい方法および装置を提供することである。具体的には、不相応な技術的投資、人員の投資、および経済的投資を必要とせずに、QoSパラメータ、および特に特定のユーザに保証することができる最大ビット・レートを迅速かつ柔軟に決定することができる。また、これは、ネットワークが、たとえばラスト・マイルなど、不正確にしか既知でない複雑な接続構造を備えるときに行われるべきである。
この目的は、具体的には独立請求項の要素により、本発明により達成される。さらなる好ましい実施形態が、従属請求項および記述からさらに得られる。
具体的には、これらの目的は、ネットワーク接続を分類するために、分類されるネットワーク接続の送信器および受信器の地理的座標が既知であるという点と、1つまたは複数の距離ファクタが、ネットワーク接続の既知のデータに基づいて計算ユニットによって決定され、決定可能な確率に割り当てられ、計算ユニットのデータ・キャリアに送信され、それにより、距離ファクタが、空間距離に依存する実際のネットワーク接続長を示し、決定ネットワーク接続長が実施のネットワーク長より短いかまたは長いかの決定可能な確率が、安全ファクタによって確立されるという点と、実際のネットワーク接続長が、1つまたは複数の距離ファクタ、安全ファクタ、および分類されるネットワーク接続の送信器ならびに受信器の地理的座標に基づいて計算ユニットによって決定され、分類されるネットワーク接続に割り当てられ、計算ユニットのデータ・キャリアに送信されるという点と、少なくとも1つの減衰分配ファクタが、ネットワーク接続の既知のデータに基づいて決定され、計算ユニットのデータ・キャリアに送信され、それにより、少なくとも1つの減衰分配ファクタが、ネットワーク接続の様々な部分接続要素の互いに関する減衰比を示すという点と、異なるモデル・タイプの最大データ・スループット・レートを決定するデータ転送マージンが決定され、ネットワーク接続の物理長およびケーブル厚さに割り当てられ、計算ユニットのデータ・キャリアに記憶され、モデム・タイプのパワー・スペクトルが、パワー測定装置によって測定され、実際の信号強度および対応する雑音レベルが、パワー・スペクトルに基づいて計算ユニットによって決定され、事前確定ビット・レートのデータ転送マージンが、異なるデータ伝送変調および/または変調符号化について、信号強度および雑音レベルに基づいてガウス変換モジュールによって決定されるという点と、および、実際のネットワーク接続長、減衰分配ファクタ、およびデータ転送マージンに基づいて、分類されるネットワーク接続が、計算ユニットによって最大データ・スループット・レートに対応して分類されるという点とにおいて、本発明により達成される。本発明の利点は、とりわけ、方法およびシステムにより、膨大な技術的投資、人員の投資、および時間の投資を必要とせずに、データ転送マージンの簡単かつ迅速な決定が初めて可能になることである。具体的には、不確実性は、データ転送マージンおよび/またはビット・レートを測定する遠隔測定システムと同様に、各ローカル分配局における不正確に既知の異なる不確実性、または訂正されなければならない測定のそれぞれの未知の誤差を有さずに、上述した訂正によって訂正することができる。誤差を決定するために、両側の測定が必要なので、誤差を推定するのは、単一端のために困難である。
代替実施形態では、勾配ファクタおよび横座標が、計算ユニットによって距離ファクタとして決定され、空間距離と実際のネットワーク接続長との線形依存性が決定される。この代替実施形態は、とりわけ、ネットワーク構造のほとんどの依存性について十分であり、かつ必要な精度内で結果を提供することができるという利点を有する。これは、当業者にとって衝撃であるが、その理由は、そのような複雑な依存性について、線形関数が所望の精度内において十分であるということは、予期することができないからである。具体的には、線形依存性は、非線形より決定および対処が簡単かつ迅速である。
他の代替実施形態では、計算ユニットは、少なくとも2次の多項式のパラメータとして、距離ファクタを決定する。この代替実施形態は、とりわけ、使用される多項式の次数に依存するあらゆる精度、および空間距離と実際のネットワーク接続長との間の依存性のために要求される最大偏差を反映することができるという利点を有する。しかし、この方法の要件を満たすために、非常に高次の多項式をほとんど必要としないということは、驚きであり、かつ予想外のことである。
他の代替実施形態では、安全ファクタを使用して、確率が、0.85と0.95の間で選択される。この代替実施形態は、とりわけ、誤差率および最大偏差が、方法および装置に必要な精度に限定されるという利点を有する。
代替実施形態では、安全ファクタは、700と800の間の値を有する。単位は、この代替実施形態ではメートル(m)である。この代替実施形態は、とりわけ、先行する代替実施形態と同じ利点を有する。
他の代替実施形態では、減衰分配ファクタによって、互いに関する減衰の線形依存性が決定される。この実施形態は、とりわけ、ネットワーク構造のほとんどの依存性について十分であり、かつ必要な精度内で結果を提供することができるという利点を有する。これは、当業者にとって衝撃であるが、その理由は、そのような複雑な依存性について、線形関数が所望の精度内で十分であるこということは、予測することができないからである。具体的には、線形依存性は、非線形より、決定および対処が簡単かつ迅速である。この代替実施形態は、具体的には、たとえば0.4mmおよび0.6mmのワイヤ直径を有する銅ケーブルなど、異なるワイヤ厚さを有する2つの異なるケーブルからなる接続を有するネットワークに適用される。
他の代替実施形態では、計算ユニットは、記憶データ転送マージンに基づいて、少なくとも1つの訂正ファクタによって訂正データ転送マージンを決定し、ネットワーク接続のそれぞれの物理長およびケーブル・ワイヤ厚さに割り当て、計算ユニットのデータ・キャリアに記憶する。訂正ファクタは、実際のデータ転送マージンに関する記憶データ転送マージンの平均偏差を備える。この代替実施形態は、とりわけ、実際のデータ転送マージンに関する決定データ転送マージンの追加の偏差を生じさせるファクタを考慮に入れることができるという利点を有する。追加の偏差には、製造業者によるモデムの十分もしくは不十分な実装により生じる偏差、または等化器の量子化雑音もしくは不良相互調節による追加の内部雑音により生じる偏差などが含まれる。
代替実施形態では、雑音レベルは、少なくともクロストーク・パラメータおよび干渉源の数に応じて、依存計算ユニットによってパワー・スペクトルに基づいて決定される。
再び異なる代替実施形態では、少なくとも1つの訂正ファクタは、物理長および/またはケーブル・ワイヤ厚さに関する非線形依存性を反映する。すなわち、訂正ファクタは、2次以上の多項式などの非線形関数によって表すことができる。この代替実施形態は、とりわけ、はるかにより複雑な依存性を考慮に入れて、線形訂正ファクタではなくその複雑な依存性で訂正することができるという利点を有する。
代替実施形態では、パワー・スペクトルは、ADSLおよび/またはSDSLおよび/またはHDSLおよび/またはVDSLのモデム・タイプの伝送周波数に応じて測定される。可能なSDSLモデム・タイプは、少なくとも1つのG.991.2モデム・タイプを備えることができ、および/またはADSLモデム・タイプは、少なくとも1つのG.992.2モデム・タイプを備えることができる。ガウス変換モジュールによって、少なくともデータ転送変調2B1Qおよび/またはCAPおよび/またはDMTおよび/またはPAMについて、データ転送マージンを決定することができる。また、ガウス変換モジュールによって、少なくともトレリス変調符号化について、データ転送マージンを決定することができる。この代替実施形態は、とりわけ、xDSLモデム・タイプ、記述したデータ伝送変調、およびトレリス変調符号化に関して、市場で容易に獲得可能であり、かつ欧州および米国においても両方において広く使用されている共通の標準的な技術が使用されるという利点を有する。
具体的には、これらの目的は、ネットワーク接続を分類するために、分類されるネットワーク接続の送信器および受信器の地理的座標が既知であるという点と、
計算ユニットによって、ネットワーク接続の既知のデータに基づいて、1つまたは複数の距離ファクタが決定され、決定可能な確率に割り当てられ、計算ユニットのデータ・キャリアに送信され、距離ファクタが、空間距離に依存する実際のネットワーク接続長を示し、決定ネットワーク接続長が、実際のネットワーク長より短いかまたは長いかの決定可能な確率が、安全ファクタによって確立されるという点と、
距離ファクタ、安全ファクタ、および分類されるネットワーク接続の送信器ならびに受信器の地理的座標に基づいて、実際のネットワーク接続長が、計算ユニットによって決定され、分類されるネットワーク接続に割り当てられ、計算ユニットのデータ・キャリアに送信されるという点と、
少なくとも1つの減衰分配ファクタが、ネットワーク接続の既知のデータに基づいて決定され、計算ユニットのデータ・キャリアに送信され、少なくとも1つの減衰分配ファクタが、ネットワーク接続の様々な部分接続要素の互いに関する減衰比を示すという点と、
ビット・レートが、異なるモデム・タイプの最大データ・スループット・レートを決定するために決定され、ネットワーク接続の物理長およびケーブル厚さに割り当てられ、計算ユニットのデータ・キャリアに記憶され、パワー・スペクトルが、パワー測定装置によってモデム・タイプについて測定され、実際の信号強度および対応する雑音レベルが、パワー・スペクトルに基づいて計算ユニットによって決定され、事前確定データ転送マージンのビット・レートが、異なるデータ送信変調および/または変調符号化について、信号強度および雑音レベルに基づいてガウス変換モジュールによって決定されるという点と、
実際のネットワーク接続長、減衰分配ファクタ、およびデータ転送マージンに基づいて、分類されるネットワーク接続が、最大データ・スループット・レートに従って計算ユニットよって分類されるという点において、本発明により達成される。この代替実施形態は、とりわけ、方法およびシステムにより、膨大な技術的投資、人員に関する投資、および時間に関する投資に携わることを必要とせずに、ビット・レートの簡単かつ迅速な決定を初めて可能にするという利点を有する。具体的には、不確実性は、データ転送マージンおよび/またはビット・レートを測定する遠隔測定システムと同様に、各ローカル分配局における不正確に既知の異なる不確実性、または訂正されなければならない測定のそれぞれの未知の誤差を有さずに、記述した訂正によって訂正することができる。誤差を決定するために両側の測定が必要なので、誤差を推定することは、単一端のために困難である。
代替実施形態では、勾配ファクタおよび横座標が、計算ユニットによって距離ファクタとして決定され、空間距離とネットワーク接続長との間の線形依存性が決定される。この実施形態は、とりわけ、ネットワーク構造のほとんどの依存性について十分であり、かつ必要な精度内で結果を提供することができるという利点を有する。これは、当業者にとって衝撃であるが、その理由は、そのような複雑な依存性について、線形関数が所望の精度内で十分であるということは予期することができないからである。具体的には、線形依存性は、非線形より決定および対処が簡単かつ迅速である。
他の代替実施形態では、計算ユニットは、少なくとも2次の多項式のパラメータとして、距離ファクタを決定する。この代替実施形態は、とりわけ、使用される多項式の次数に依存する精度と、空間距離と実際のネットワーク接続長との間の依存性のために要求される最大偏差を反映することができるという利点を有する。しかし、この方法の要件を満たすために、非常に高次の多項式をほとんど必要としないということは、驚きであり、かつ予測外のことである。
他の代替実施形態では、安全ファクタを使用して、0.85と0.95の間の確率が選択される。この代替実施形態は、とりわけ、誤差率および最大偏差が、方法および装置に必要な精度に限定されるという利点を有する。
代替実施形態では、安全ファクタは、700と800の間の値を有する。この代替実施形態では、単位はメートル(m)である。この代替実施形態は、とりわけ、先行する代替実施形態と同じ利点を有する。
他の代替実施形態では、減衰分配ファクタによって、互いに関する減衰の線形依存性が決定される。この実施形態は、とりわけ、ネットワーク構造のほとんどの依存性について十分であり、かつ必要な精度内で結果を提供することができるという利点を有する。これは、当業者にとって衝撃であるが、その理由は、そのような複雑な依存性について、線形関数が所望の精度内において十分であるということは予測できないからである。具体的には、線形依存性は、非線形より決定および対処が簡単かつ迅速である。この代替実施形態は、具体的には、0.4mmおよび0.6mmのワイヤ直径を有する銅ケーブルなど、異なるワイヤ厚さを有する2つの異なるケーブルからなる接続を備えるネットワークに適用される。
他の代替実施形態では、計算ユニットは、記憶ビット・レートに基づいて少なくとも1つの訂正ファクタによって訂正ビット・レートを決定し、ネットワーク接続のそれぞれの物理長およびケーブル・ワイヤ厚さに割り当て、計算ユニットのデータ・キャリアに記憶する。訂正ファクタは、実際のビット・レートに関する記憶ビット・レートの平均偏差を備える。この代替実施形態は、とりわけ、実際のビット・レートに関する決定ビット・レートの追加の偏差を生じさせるファクタを考慮に入れることができるという利点を有する。追加の偏差には、製造業者によるモデムの十分もしくは不十分な実装により生じる偏差、または等化器の量子化雑音(アナログからデジタルへの変換)もしくは不良相互調節による追加の内部雑音により生じる偏差などが含まれる。
代替実施形態では、パワー・スペクトルは、ADSLおよび/またはSDSLおよび/またはHDSLおよび/またはVDSLのモデム・タイプの伝送周波数に関する依存性について測定される。可能なSDSLモデム・タイプは、少なくとも1つのG.991.2モデム・タイプを備えることができ、および/またはADSLモデム・タイプは、少なくとも1つのG.992.2モデム・タイプを備えることができる。ガウス変換モジュールによって、少なくともデータ伝送変調2B1Qおよび/またはCAPおよび/またはDMTおよび/またはPAMについて、データ転送マージンを決定することができる。また、ガウス変換モジュールによって、少なくともトレリス変調符号化について、データ転送マージンを決定することができる。この代替実施形態は、とりわけ、xDSLモデム・タイプ、記述したデータ伝送変調、およびトレリス変調符号化に関して、市場で容易に入手可能であり、かつ欧州および米国においても両方において広く使用されている共通する標準的な技術が使用されるという利点を有する。
他の代替実施形態では、訂正ファクタは、物理長および/またはケーブル・ワイヤ厚さに関する非線形依存性を反映する。すなわち、訂正ファクタは、2次以上の多項式関数など、非線形関数によって表すことができる。この代替実施形態は、とりわけ、はるかにより複雑な依存性を考慮に入れることができ、かつ線形訂正ファクタではなくその複雑な依存性で訂正することができるという利点を有する。
他の代替実施形態では、3dBと9dBの間のデータ転送マージンのビット・レートが、ガウス変換モジュールによって決定される。この代替実施形態は、とりわけ、3dBと9dBの間の範囲により、ほとんどの要件を満たすQoSパラメータを受容することが可能になるという利点を有する。具体的には、3dBと9dBの間のデータ転送マージンの範囲により、他のQoSパラメータに関するビット・レートの最適化が可能になる。
他の代替実施形態では、6dBデータ転送マージンのビット・レートは、ガウス変換モジュールによって決定される。この代替実施形態は、先行する代替実施形態と同じ利点を有する。具体的には、上記のように、6dBのデータ転送マージンにより、他のQoSパラメータに関するビット・レートの最適化が可能になる。
ここで、本発明による方法に加えて、本発明は、この方法を実施する装置にも関することを提示すべきである。
本発明の代替実施形態について、例を参照して以下で記述する。実施形態の例は、以下の添付の図によって示される。
図1は、本発明を達成するために使用することができるアーキテクチャを示す。ネットワーク接続を分類する方法および装置のこの実施形態例では、分類されるネットワーク接続12の送信器10および受信器11の地理的座標が既知である1000。座標は、たとえば十分な精度を有して経度および緯度で示すことができるが、他の座標または位置の表示も、送信器10および受信器11の互いに関する相対的な地理的位置を示すために考慮可能である。たとえばxDSL接続などの特定のネットワーク接続が、アクセス点について機能するかを決定することができるように、誤差の既知のマージン内で、実際のケーブル長を知っていなければならない。しかし、実際にはしばしば、空間距離(離隔距離)のみを妥当な出費で決定することができる(コスト、時間、人員、および材料の支出など)。送信器10および受信器11の相対的な地理的位置の座標表示または位置表示に基づいて、たとえば、送信器10と受信器11との空間距離が、計算ユニット30によって決定される。空間距離は、たとえば計算ユニット30のデータ・キャリアに記憶することができる。計算ユニット30は、ネットワーク接続に関する既知のデータ5000から選択されたデータ・サンプル4010に基づいて、1つまたは複数の距離ファクタ2011を決定する3010。本発明による方法の過程を図9に概略的に示し、4つの2進数も図9を参照する。データ5000は、たとえば、これらのネットワーク接続の空間距離および実際の物理的な回線の長さを含めて、実験的に得られたデータ、そうでない場合はネットワーク接続に関して既知のデータとすることができる。したがって、距離ファクタ2011は、確率に応じて決定され、それにより、確率を決定することができ、空間距離Dに依存する実際のネットワーク接続長Dを記述する。さらに、距離ファクタ2011は、計算ユニット30のデータ・キャリアに送信して、決定可能な確率に割り当てることができる。計算ユニット30によって、勾配ファクタおよび横座標を距離ファクタ2011として決定することができ、線形依存性が、空間距離Dと実際のネットワーク接続長Dとの間で決定される。しかし、たとえば、計算ユニット30によって、2次以上の多項式のパラメータとして距離ファクタ2011を決定することも可能である。安全ファクタ2012によって確立することができる決定可能な確率は、決定ネットワーク接続長が実際のネットワーク長Deより短いかまたは長いかを示す。安全ファクタを使用して、たとえば、0.85と0.95の間で確率を選択することができる。ラスト・マイルの場合(さらに以下を参照)、記述した確率では、安全ファクタは、たとえば700と800の間の値を有することができる。単位はメートル(m)である。
図5は、既存のネットワークについてデータ・サンプルの例を示す。データ・サンプルは、ラスト・マイル(さらに以下を参照)の200000の測定ネットワーク接続を備える。このネットワークでは、接続は、主に、0.4mmおよび0.6mmのワイヤ直径の銅ケーブルを有する従来の電話接続からなる。そのようなネットワーク構造の複雑さにより、当業者ならより複雑な依存性を予期するにもかかわらず、例は、明瞭な相関を示す。軸は、メートルで表した実際のネットワーク接続長Dを表し、軸は、同様にメートルで表したネットワーク接続Dの空間距離を表す。
図8は、1つまたは複数の距離ファクタ2011および安全ファクタ2012を決定する例を示す。図5と同様に、X軸は、メートルで表した実際のネットワーク接続長Dを表し、Y軸は、同様にメートルで表したネットワーク接続Dの空間距離を表す。データ点は、たとえば、ネットワーク接続の既知のデータ5000を有するデータ・サンプルから選択される4010。距離ファクタ2011ならびに安全ファクタ2012の決定は、たとえば、FITモジュールによって行うことができる。この例では、線形依存性が、空間距離Dと実際のネットワーク接続長Dとの間において決定され、勾配ファクタおよび横座標bが、計算ユニット30によって距離ファクタ2011として決定された。横座標bは、アクセス位置の様々な点(市、郊外、農村領域、山など)、ならびにアクセス領域の異なる点(主な配線盤、配電箱、クロスオーバ点など)により得られる。したがって、実際の距離は、D=y=aD+bから得られる。yについて、決定ネットワーク接続の約50%は、実際のネットワーク接続より短い。すなわち、確率は0.5である。安全ファクタS2012は、やはり線形であるように選択され、すなわち一定である。したがって、結果は、D=y=aD+b+Sである。決定ネットワーク接続長が実際のネットワーク接続長Dより短いかまたは長いかの確率は、Sによって決定することができる。図8のyで示す例では、確率は、安全ファクタS2012によって0.9に設定された。実施形態例では、従来の電話ネットワークのラスト・マイルの勾配ファクタa=D/Dについて、たとえば、市条件では、a=1.27、郊外条件ではa=1.28、農村条件ではa=1.30、および山条件ではa=1.30であることが判明した。混合データ集合では(市、郊外、農村領域、山)、aall=1.30が決定された。同様の方式で、そのように実施することにより、結果は、bをメートルで表して、b=200、b=355、b=372、b=391、およびball=328である。実施形態例の標準偏差σは、σ=333、σ=569、σ=682、σ=527、およびσall=598である。標準偏差σは、実際のネットワーク接続長と決定ネットワーク接続長との差の統計的広がりを反映する。決定ネットワーク接続長Dからの実際のネットワーク接続長Dのメートルで表した平均偏差は、ネットワーク接続長にほぼ独立であり、実施形態例について図6に示す。X軸は、メートルで表した平均偏差ΔDを表し、Y軸は、使用したデータ・サンプルのサイズ、すなわち既知のネットワーク接続の数Nを表す。0.9の確率を得るために、この実施形態例の安全ファクタSの結果は、たとえば、S=360、S=640、Sl=850、S=670、およびSall=730である。しかし、0.95の確率を得るために、この実施形態例の安全ファクタSの結果は、S=490、S=1100、S=1330、S=930、およびSall=1210である。
1つまたは複数の距離ファクタ2011および安全ファクタ2012に基づいて、分類されるネットワーク接続12の送信器10および受信器11の地理的座標を参照して、実際のネットワーク接続長、すなわち物理量が、計算ユニット30によって決定され1010、分類されるネットワーク接続12に割り当てられ、計算ユニット30のデータ・キャリアに送信される。物理長によって、実際のケーブル長、すなわち、空間距離ではなく、送信器10と受信器11との間の長さを意味する。ネットワーク接続12は、たとえば銅ワイヤ・ケーブルなど、アナログ媒体からなるべきである。この実施形態例では、たとえば、公衆電話ネットワーク(PSTN:公衆交換電話ネットワーク(Public Switched Telephone Network))のラスト・マイルにおいて通常使用される、0.4または0.6mmのワイヤ直径を有する銅ケーブルが使用された。ラスト・マイルを図4に概略的に示す。参照符号70は、ネットワークへのルータを示し、ルータは、たとえば10BTイーサネット77および公衆電話ネットワーク(PSTN)72を介して、モデムを有する端末サーバ71に接続される。モデム端末サーバ71は、DSLアクセス・マルチプレクサ(DSLAM)とすることができる。記述したように、参照符号72は、公衆電話ネットワーク(PSTN)であり、モデム端末サーバ71が、たとえば光ファイバ・ケーブル78を介して接続される。さらに、公衆電話ネットワーク79またはそれぞれのモデム端末サーバ71は、通常銅ワイヤ・ケーブル79を介して、また電話ボックス73を介して、パーソナル・コンピュータ(PC)75のモデム74に接続される。参照符号79は、電話ネットワーク・オペレータの分配局からエンド・ユーザへの記述したいわゆる「ラスト・マイル」である。自分のPCで、エンド・ユーザ76は、記述した接続によってルータ70に直接アクセスすることができる。通常の電話銅線は、たとえば、2〜2400の対の銅ワイヤで作成することができる。しかし、他のアナログ媒体も考慮可能であり、具体的には他のワイヤ直径などを有する銅ケーブルである。ネットワーク接続12は、各場合に異なる直径または厚さ114、142、143、144を有することができるだけでなく、異なるワイヤ直径または厚さを有するケーブルの組合せで個々のネットワーク接続を作成することができる、すなわち、ネットワーク接続は、異なるワイヤ厚さのケーブルを有する複数の部分接続要素を備えることができることを明瞭に指摘しなければならない。
ネットワークが、異なるワイヤ直径または厚さを有するケーブルの組合せからなる場合、少なくとも1つの減衰分配ファクタ2020が、ネットワーク接続に関する既知のデータ5000から選択されるデータ・サンプル4020に基づいて決定され3020、計算ユニット30のデータ・キャリアに送信される。少なくとも1つの減衰分配ファクタ2020は、ネットワーク接続の異なる部分接続要素の互いに関する減衰比を示す。減衰分配ファクタ2020は、線形ファクタとして決定することができる。しかし、少なくとも1つの減衰分配ファクタ2020は、必要である場合には、非線形の依存性をも備える。この実施形態例では、ネットワーク接続は、ラスト・マイル上では一般的である0.4mmおよび0.6mmのワイヤ直径の銅ワイヤ・ケーブルを備える。2つのタイプのケーブルのみを使用するので、1つの減衰分配ファクタ2020を決定すれば十分である。接続ケーブルは、異なる直径に関して、異なる電気特性および異なる減衰を有する。したがって、この方法では、ネットワーク接続の0.4mmのワイヤ直径を有する銅ケーブルおよび0.6mmのワイヤ直径を有する銅ケーブルの占有率について、少なくとも比が必要な精度内で既知であることが重要である。公衆電話ネットワークは、通常、DCインピーダンス(DC:直流)がある範囲内にあるように設計される。この特徴を使用して、ユーザが電話をするために受話器を上げたときを決定することができる。電話が使用されている場合、すなわちユーザが受話器などを上げている場合、電話はインピーダンスを変化させ、この変化は中央ユニットによって検出される。したがって、一般に、0.6mmのケーブルが長距離伝送線により多く使用され(抵抗Ωがより小さい)、0.4mmのケーブルが短距離により多く使用される。したがって、ケーブル・ワイヤ厚さの比は、現象に応じて近似することができる。具体的には、計算ユニット30は、FITモジュールによって、ネットワーク接続の既知のデータ5000に基づいて、接続長に依存する減衰分配ファクタの関数を決定することもできる2020。この実施形態例では、線形ファクタが、以下を有する減衰分配ファクタ2020として使用された。
Figure 0004005972
上式で、D(D:ネットワーク接続の実際の長さ)の関数として、L0.4は、kmで表した0.4mmケーブルの占有率を表し、L0.6は、同様にkmで表した0.6mmケーブルの占有率を表す。図7は、0.4mmワイヤ直径を有するケーブル部分であるtおよび0.6mmワイヤ直径を有するケーブル部分であるtで、依存性Rを概略的に示す。X軸は、実際のネットワーク接続長D、すなわち物理長を表し、Y軸は、パーセンテージで表したそれぞれのケーブル・タイプの占有率Rを表す。図からわかるように、10kmを超える距離Dでは、0.6mmワイヤ銅ケーブルの部分は、100%まで増大し、これは、ネットワーク接続が、ほとんど独占的に0.6mm銅ケーブルからなることを意味する。接続長2020および実際のネットワーク接続長に依存する減衰分配ファクタの関数に基づいて、減衰分配ファクタが、分類されるネットワーク接続について決定され1020、分類されるネットワーク接続12に割り当てられ、計算ユニット30のデータ・キャリアに送信される。
他の工程において、データ転送マージン2030が、異なるモデム・タイプの最大データ・スループット・レートを決定するために決定され1030、ネットワーク接続12の物理長13およびケーブル厚さ141、142、143、144に割り当てられ、計算ユニット30のデータ・キャリアに記憶される。さらに、パワー・スペクトルPSDModem(f)が、パワー測定装置20によって、可能なモデム・タイプ101、102、103、104について伝送周波数fに応じて測定され、計算ユニット30のデータ・キャリアに送信される。パワー・スペクトルは、パワー・スペクトル密度(PSD)としても表され、連続周波数スペクトルの特定帯域幅について、特定の帯域幅によって分割される特定の周波数帯域幅の全エネルギーを反映する。帯域幅による分割は、スケーリングに相当する。したがって、PSDは、周波数fに依存する関数であり、通常、ヘルツあたりのワットで表される。受信器11におけるパワー測定装置20によるパワー測定では、たとえば、簡単なA/D変換器を使用することができ、電圧は、抵抗を介して印加される。たとえばエンド・ユーザから電話ネットワーク・オペレータの分配局およびその反対など、回線12へのデジタル信号の変調では、様々なタイプのモデムのほとんどを使用することができる。現況技術では、xDSL技術(デジタル加入者線)などが既知であり、ADSL(非対称デジタル加入者線)およびSDSL(対称デジタル加入者線)が2つの主な典型である。xDSLの他の典型には、HDSL(高データ・レートDSL)およびVDSL(超高速デジタル加入者線)がある。xDSL技術は、銅線または他のアナログ媒体上でデータを変調させるための高度に開発された変調方式である。xDSL技術は、「ラスト・マイル技術」と呼ばれることもあるが、その精確な理由は、最後の電話ネットワーク分配局を事務所または家庭のエンド・ユーザに接続する目的を通常果たし、個々の電話ネットワーク分配局間では使用されないからである。xDSLは、既存の銅線上で動作することができるという限りでは、ISDN(総合デジタル通信ネットワーク)と同様であり、両方とも、電話ネットワーク・オペレータの次の分配局までが比較的短距離であることを必要とする。しかし、xDSLは、ISDNよりはるかにより高い伝送レートを提供する。xDSLは、最高で32Mbps(bps:1秒あたりのビット)の下流レート(受信中、すなわち変調中の伝送レート)および32kbpsから6Mbpsの上流レート(データの送信中、すなわち復調中の伝送レート)のデータ伝送レートに到達するが、一方、チャネルあたりのISDNは、64kbpsのデータ伝送レートを支援する。ADSLは、銅線上でデータを変調させるために、最近非常に普及した技術である。ADSLは、0から9Mbpsの下流レートおよび0から800kbpsの上流レートのデータ伝送レートを支援する。ADSLは、非対称DSLを意味するが、その理由は、異なる上流レートおよび下流レートを支援するからである。一方、SDSLまたは対称DSLは、対称的と呼ばれるが、その理由は、同じ上流レートおよび下流レートを支援するからである。SDSLにより、最高で2.3Mbpsのデータ伝送が可能になる。ADSLは、銅ケーブルの高周波数領域において、デジタル・インパルスを伝送する。これらの高周波数は、音波の範囲(ボイスなど)の通常のサウンド伝送では使用されないので、ADSLは、たとえば、電話の会話を同じ銅ケーブル上で伝送するように同時に機能することができる。ADSLは、北米で普及し、SDSLは、とりわけ欧州で発展した。ADSLならびにSDSLは、専用に装備されるモデムを必要とする。HDSLは、対称DSL(SDSL)の典型である。対称HDSL(SDSL)の規格は、現在、G.991.2として既知のG.SHDSLであり、ITU(国際電気通信連合(International Telecommunication Union))のCCITT(国際電信電話諮問委員会(Comite Consulatif International Telephonique et Telegraphique))の国際標準として開発された。G.991.2は、192kbpsと2.31Mbpsとの間の転送レートを有する簡単な銅ワイヤ対上における非対称データ・ストリームの受信および送信を支援する。G.991.2は、ADSLおよびSDSLの特徴を備え、かつ具体的にはIETF(インターネット技術標準化委員会(Internet Engineering Task Force))の現行バージョンIPv4およびIPv6またはIpng、ならびにTCP/IP(トランスポート制御プロトコル)、ATM(非同期転送モード)、T1、E1、およびISDNである、IP(インターネット・プロトコル)などの標準的なプロトコルを支援するように開発された。続けて記述すると、最新のxDSL技術は、VDSL(超高速デジタル加入者線)である。VDSLは、より対銅ケーブルを介して短距離(通常300〜1500mの間)にわたって13〜55Mpbsの範囲でデータを伝送する。VDSLでは、距離が短くなると、伝送レートが高くなるということがあてはまる。ネットワークの最終部分として、VDSLは、ユーザの事務所または家庭を、光学ネットワーク・ユニット(ONU)と呼ばれる隣接する光学ネットワーク・ユニットに接続する。ONUは、会社など、主要光ファイバ・ネットワーク(バックボーン)に通常接続される。VDSLにより、ユーザは、通常の電話線を介して最大帯域幅を有するネットワークにアクセスすることが可能になる。VDSL規格は、まだ完全には確立されていない。したがって、DMT(離散マルチトーン)に基づく回線符号化方式を有するVDSL技術が存在する。DMTは、ADSL技術に非常に類似したマルチ・キャリア・システムである。他のVDSL技術は、直交振幅変調(QAM)に基づく回線符号化方式を有する。QAMは、DMTとは対照的に、より安価で、必要とするエネルギーがより少ない。この実施形態例では、モデム・タイプは、ADSLおよび/またはSDSLおよび/またはHDSLおよび/またはVDSLのモデム・タイプ(101、102、103、104)を備えることができる。具体的には、可能なSDSLモデム・タイプ(101、102、103、104)は、少なくとも1つのG.991.2モデム・タイプを含むことができ、および/またはADSLモデム・タイプ(101、102、103、104)は、少なくとも1つのG.992.2モデム・タイプを含むことができる。しかし、この列挙は、本発明の保護範囲に対する限定として適用されると想定されるべきではなく、対照的に、他のモデム・タイプも考慮可能である。
計算ユニット30で、減衰Hが、たとえば0.4mmおよび0.6mmなど、ネットワーク接続12のケーブル141、142、143、144の異なる物理長13およびコア厚さについて決定され、受信器11における実際の信号強度S(f)が、減衰H(f)ならびにパワー・スペクトルPSD(f)に基づいて、計算ユニット30のデータ・キャリアの第1リストに記憶され、それぞれの物理長L13およびケーブル・ワイヤ厚さD141、142、143、144に割り当てられる。実際の信号強度S(f)と同様に、減衰H(f,L,D)は、周波数fに依存する関数である。したがって、送信器10から送信された信号は、PSDModem(f)であり、一方、受信器では、実際の信号強度S(f)=PSDModem(f)H(f,L,D)が依然として得られる。第2リストでは、雑音レベルN(f)40が、計算ユニット30のデータ・キャリアに記憶され、ネットワーク接続のそれぞれの物理長13およびケーブル・ワイヤ厚さ141、142、143、144に割り当てられ、雑音レベルN(f)40が、少なくともクロストーク・パラメータXトーク・タイプおよび干渉源Aの数に応じて、計算ユニット30によってパワー・スペクトルPSDに基づいて決定される。すなわち、以下のようになる。
Figure 0004005972
指標iによる加算は、Xトーク・タイプに依存する望ましくない変調全体にわたり、ネットワーク接続の平行接続に影響を与える。PSDSModem(i)は、i番目のSモデムのパワー・スペクトルである。Hxpは、クロストークに依存する減衰である。記述したように、クロストークの問題は、銅ケーブル上での変調と付随して生じる物理現象である。銅ケーブル内の隣接銅ケーブル・ワイヤは、電磁相互作用によって、モデムによって生成される対状の部分信号を得る。これは、xDSLモデムに至り、隣接ワイヤ上で割り当てられて搬送され、互いに干渉する。物理的な効果としてのクロストークは、ISDNではほとんど無視できるが(周波数範囲が最高で120kHz)、たとえばADSL(周波数範囲が最高で1MHz)では重要になり、VDSL(周波数範囲が最高で12MHz)では決定的なファクタとなる。記述したように、従来の電話銅線は、2から2400の銅ワイヤからなる。たとえば、4つの対を使用することができるように、送信器におけるデータ・ストリームは、平行データ・ストリームの倍数に分割され、受信器において再び組み合わされ、これにより実際のデータ・スループットは4倍になる。これにより、最高で100Mbpsのデータ伝送が可能になる。さらに、4対の銅ワイヤの場合、同じ4対のワイヤを使用して、同じ量のデータを反対方向に同時に輸送することができる。銅ワイヤの各対上で両方向にデータを伝送することにより、伝送することができる情報容量が2倍になる。これにより、2対が各場合に一方向に使用される従来の伝送と比較して、この場合のデータ伝送レートは8倍になる。上述したデータ伝送では、クロストーク雑音は、著しい限定ファクタである。クロストーク・タイプとして、一端にある送信器10の信号50から同じ端にある受信器11の信号50に対する望ましくない結合を記述する近端クロストーク(Next)551と、他端にある受信器11への送信中における信号50の望ましくない結合を記述し、信号50が、送信中に、隣接する銅ワイヤ対の信号50に結合され、受信器11において雑音として出現する遠端クロストーク(FEXT)52とは区別される(図1参照)。通常、NEXT51は、唯一の近端干渉源を有する。したがって、Xトーク・タイプは、位置およびストリーム(上流/下流)、すなわちXトーク・タイプ(ストリーム、位置)に依存する。一般的な場合である(通常、2と2400と間のワイヤが存在する)3つ以上の銅ワイヤが存在する場合、上述した対状結合は、もはや適切ではない。たとえば、4対のワイヤを同時に使用する場合、結果として3つの望ましくない干渉源が存在し、そのエネルギーは信号50に結合される。Aでは、A=3がこの場合に適用される。同じことが、FEXTクロストーク52にあてはまる。
ガウス変換モジュール31によって、計算ユニット30は、事前確定ビット・レートの異なるデータ伝送変調および/または変調符号化について、第1リストの実際の信号強度の強度S(f)および第2リストの対応する雑音レベルR(f)に基づいて、データ転送マージンを決定し、データ転送マージンは、ネットワーク接続12のそれぞれの物理長13およびケーブル・ワイヤ厚さ141、142、143、144に割り当て、データ転送マージンを計算ユニット30のデータ・キャリアに記憶する。第1リストの実際の信号強度S(f)および雑音レベルN(f)により、信号S対雑音R比SNR(信号対雑音比を)計算ユニット30によって計算することができ、以下を得る。
Figure 0004005972
この式は、CAP、2B1Q、およびPAMの変調にのみ適用され、DMT変調には適用されない。DMTについて、以下でより厳密に記述する。Tは、ナイキスト周波数の逆数の半分の間隔を表す記号である。ナイキスト周波数は、依然として精確にサンプリングすることができる最高に可能な周波数である。ナイキスト周波数は、サンプリング周波数の半分であるが、その理由は、周波数がサンプリング周波数の半分より高い信号をサンプリングするとき、望ましくない周波数が生成されるからである。nは、加算指標である。実際には、nは、通常−1から1までで十分である。これでは十分でない場合、所望の精度に到達するまで、他の最大限界値0、±1/T、±2/Tなどを含むことができる。データ転送マージンは、上記で詳しく記述したように、データ転送変調および/または変調符号化に依存する。この実施形態例では、たとえば、ADSL DMT変調(離散マルチトーン技術)の例として、およびトレリス符号化信号の変調符号化に関して、HDSLモデム2B1Q変調(2 2進、1 4進)およびCPA変調(キャリアレス振幅/位相変調)について依存性を示す。しかし、本発明による方法およびシステムは、さらなる面倒を必要とせずに、たとえばPAM(パルス振幅変調)などの他のデータ伝送変調および/または変調符号化にも適用されることも明らかである。2B1Q変調ならびにCAP変調が、HDSLモデムと共に使用され、事前確定ビット・レートを有する。DMT変調が、ADSLモデムと共に使用され、対照的に可変ビット・レートを有する。CAPおよびDMTは、同じ基本的な変調技術QAM(直交振幅変調)を使用したが、この技術を異なる方式で使用する。QAMは、2つのデジタル・キャリア信号が同じ伝送帯域幅を占有することを可能にする。2つの独立したいわゆるメッセージ信号を使用して、周波数は同一であるが、振幅および位相が異なる2つのキャリア信号を変調する。QAM受信器は、たとえば銅ワイヤ対上における雑音および干渉を回避するために、少数または多数の振幅および位相状態が必要であるかを識別することができる。2B1Q変調は、「4レベル・パルス振幅変調」(PAM)としても既知である。これは、信号パルスについて2つのボルト・レベルを使用し、たとえばAMI(交番マーク挿入)などには1レベルを使用する。正および負のレベル識別も行われるので、4レベル信号を得ることができる。ビットは、各場合において最終的に2に組み合わされ、この対は、それぞれ、ボルト・レベル(したがって2ビット)に対応する。サンプル・ビット・レートを伝送するのに必要な信号周波数は、バイポーラAMIと同様に、2B1Qでは半分になる。2B1Q変調またはCAP変調を有するHDSLモデムでは、SNRに関してデータ転送マージンの以下の依存性が存在する。
Figure 0004005972
上式で、ξは、誤差率(記号誤差率)εの関数として決定することができる。LAN(IP)では、通常、ε=10−7の誤差率が十分である。すなわち、平均して各10ビットが不適切に伝送される。企業は、通常、企業ネットワークについてε=10−12を必要とする。たとえば、εが伝送されたデータ・パケット・サイズの大きさの次数に近付く場合(たとえば10−3)、これは、反対に、各パケットが適切に到着するまで、各パケットを平均して2回伝送しなければならないことを意味する。2B1Q変調では、たとえば、εについて以下が適用される。
Figure 0004005972
符号化されていない信号について
Figure 0004005972
トレリス符号化信号について
一方、CAP変調では、以下が適用される。
Figure 0004005972
符号化されていない信号について
Figure 0004005972
トレリス符号化信号について
両方の符号化について、Gは、以下の相補ガウス関数である。
Figure 0004005972
2B1Q変調では、Mは、2B1QについてM=4を有するモーメント数であるが、CAP変調では、Mは、集合体の大きさM×Mである。Tは、上記のように、ナイキスト周波数の逆数の半分の間隔を表す記号である。DMT変調を有するADSLモデムでは、依存性は異なる。上述したように、ADSLは、可変ビット・レートを有する。これは、Mでも同様に表される。以下が適用可能である。
Figure 0004005972
上式で、ξ(f)は、信号対雑音の関係S(f)/N(f)である。xrefは、基準マージンであり、この実施形態例では、通常、6dB、すなわちxref=100.6と選択される。基準マージンの他の値も考慮可能であるが、Δfは、伝送に使用される全周波数幅またはそれぞれの全周波数帯である。積分は、周波数を介して実行される。Dは、たとえばb/s(ビット/秒)で表されたビット・レートである。Γは、訂正ファクタである。この実施形態例では、Γは、たとえば、Γ=9.55である。積分は、この実施形態例では、周波数fを介して実施される。同様に、時間または他の物理値にわたって実施することも可能であり、その場合は上記の式を必要に応じて適合させなければならない。
一般に、上記のように得られるデータ転送マージンは、実験には対応しない。したがって、計算ユニット30は、記憶データ転送マージンに基づいて、少なくとも1つの訂正ファクタによって実際のデータ転送マージンを決定する。この実施形態例の訂正ファクタは、得られたデータ転送マージンと実際のデータ転送マージンとの間で十分な対応が達成されるように選択された。この場合はたとえば+/−3dBが十分であると想定しているが、他の値も考慮可能である。+/−3dBのこの最大偏差を達成するために、2つのパラメータが決定される。Mimpは、製造業者によるモデムの十分なまたは不十分な実装を考慮する。Mimpは、同等のハードウエアおよび同じデータ伝送変調および/または変調符号化を有するが、異なる製造業者による同じモデムが、アナログ信号からデジタル信号への変換およびその反対の最中に、異なる結果を送達し、これにより、特定のネットワーク接続の最大ビット・レートまたは最大範囲が影響を受けるということに基づいて導入された。これは、データ転送マージンについて訂正されなければならない。第2パラメータとして、Nintが導入された。Nintは、モデムの量子化雑音(アナログ・デジタル変換)、ならびに伝送中における等化器の可能性のある不十分な適応を考慮する。伝送が送信器10と受信器11との間で行われる場合、モデムの等化器は、2つの通信モデム間で往復して送信されるトレーニング・シーケンスによって、伝送レートを回線の減衰、位相ひずみなどのネットワーク接続の条件に適応させる。等化器による不良な適応により、結果がひずみ、これは、訂正されなければならない。線形等化器では、たとえば、以下の式を使用することができる:
Figure 0004005972
ただし、
Figure 0004005972
上式で、SNRlinearEqは信号対雑音比であり、Sは等化器が受信する信号、Nは雑音、fは周波数である。決定フィードバック等化器(DFE)では、以下の式を使用することができる:
Figure 0004005972
ただし、
Figure 0004005972
上式で、再びSNRlinearEqは信号対雑音比、Sは、上記のように、等化器が受信する信号、Nは雑音、fは周波数である。SNRDFEを決定するために、計算ユニット30は、たとえば以下の近似を使用することができる。
Figure 0004005972
したがって、実際のデータ・マージンでは、以前と同様に次のようになる:S(f)=PSDModem(f)H(f,L,D)。雑音は、以下のように訂正される。
Figure 0004005972
計算ユニット30では、ハードウエアまたはソフトウエアを使用するモジュールにおいて、訂正を実施することができる。そのようなモジュールでは、訂正Nintに基づいて、等化器の高調波など、考慮に入れることができる可変雑音ファクタが導入されることを指摘することが重要である。これは、現況技術などでは見ることができず、とりわけ、本発明の大きな利点である。実際のデータ転送マージンMeffは、Meff=M−Mimp<により与えられ>、これは、上述したように、Nintに加えて考慮される。MおよびNintの訂正値は、実験データと比較して、計算ユニット30によって得ることができる。通常、計算ユニット30は、この目的のために、所望の偏差内で適切にパラメータを決定することができるように、様々な実験のデータへのアクセスを有さなければならない。したがって、実際のデータ転送マージンに関して記憶データ転送マージンの平均偏差を備える訂正ファクタによって、上述した実際のデータ転送マージンが決定され、同様にネットワーク接続12のそれぞれの物理長L13およびケーブル・ワイヤ厚さD141、142、143、144に割り当てられ、計算ユニット30のデータ・キャリアに記憶される。訂正ファクタは、必ずしも線形ファクタ、すなわち一定である必要はなく、代わりに、非線形依存性を有する訂正関数を備えることも全く同様にできることを指摘すべきである。応用分野に応じて、実験データのより複雑な偏差を考慮に入れることもできる。最後に、データ転送マージンを有する記憶行列によって、計算ユニット30は、送信器10と受信器11との間で決定されるネットワーク接続12の既知の物理長13に関して、記憶されている実際の転送マージンに基づいて、特定のネットワーク接続12についてデータ転送マージンを決定する。数回記述したように、データ転送マージンは、dBで表される。モデムは、通常、>0dBの値について実行され、<0dBの値については実行されない。良好で安全な動作を保証するために、モデムは、より低い限界としてたとえば6dBを選択するように理解することができる。しかし、一般に、3dBと9dBの間の値など、他のデータ転送マージンも、より低い限界として適切である。上記の指摘からわかるように、データ転送マージンを有する行列の代わりに、6dBのデータ転送マージンなど、様々なネットワーク接続のビット・レートを有する対応する行列を、同じ構成によって、ADSLモデムについて決定することができる。したがって、ビット・レート6dB=Meffを有する行列を決定することになる。HDSLモデムの場合、これは、たとえば2B1QまたはCAPなどHDSLによる符号化が、ここではたとえば2.048Mb/sである一定ビット・レートで機能する限りでは、意味をなさない。ADSLモデムに関するこの違いの理由は、HDSLシステムは、より高いビット・レートを有するアクセス点についてのみ設計され、セキュリティにのみ関係する(SNR)からである。図3は、ADSLモデムの伝送レート(ビット・レート)に依存するネットワーク接続の伝送距離を示す。参照符号60および61は、異なる雑音環境を表す。上述したように、ビット・レートは、記憶行列またはそれぞれのリストに基づいて示されている。
データ転送マージン/ビット・レートの記憶行列またはそれぞれのリスト2030に基づいて、データ転送マージン/ビット・レートが、分類されるネットワーク接続について決定され1030、分類されるネットワーク接続12に割り当てられ、計算ユニット30のデータ・キャリアに送信される。
実際のネットワーク接続長、減衰分配ファクタ2020、およびデータ転送マージン2030に基づいて、計算ユニット30によって最大データ・スループット・レートにより、分類されるネットワーク接続を分類することができる1040。分類は、分類されるネットワーク接続について、具体的には、最大に可能なデータ伝送レートを備えることができる。分類の結果は、スクリーン、プリンタ・モジュール、または他の出力ユニットを介して、ユーザに利用可能とすることができる1050。具体的には、装置を介して、グラフィック・インタフェースを介したインターネットへの接続を実施することができ、それにより、電話ネットワーク・サービス・プロバイダのあらゆる電話加入者が、自分のアクセス点(たとえば家庭における)が、特定のネットワーク接続に適切であるか否かを容易に決定することができる。
送信器10と受信器11との間の決定物理長13を有するネットワーク接続12について、データ転送マージンまたはそれぞれのビット・レートを決定する、本発明によるシステムの代替実施形態のアーキテクチャを概略的に示すブロック図である。 一端にある送信器10の信号50から同じ端にある受信器11の信号50に対する望ましくない結合を記述する近端クロストーク(Next)51と、他端にある受信器11への送信中における信号50の望ましくない結合を記述し、送信中に、信号50が、隣接する銅ワイヤ対の信号50と結合して、受信器11において雑音として出現する遠端クロストーク(FEXT)52とを有するクロストーク相互作用を概略的に示す図である。 本発明によるシステムで得ることができる、ADSLモデムの伝送レート(ビット・レート)に依存するネットワーク接続の伝送距離を概略的に示す図である。参照符号60および61は、異なる雑音環境を示す。 家庭のエンド・ユーザと、公衆電話ネットワークを介して到達すると想定されるネットワークとの間に通常存在する、公衆電話ネットワーク(PSTN:公衆交換電話ネットワーク(Public Switched Telephone Network))のいわゆるラスト・マイルを概略的に示す図である。 データ・サンプルが、電話ネットワークのラスト・マイルの200000の測定ネットワーク接続を備える、既存のネットワークのデータ・サンプルの例を示す図である。 決定ネットワーク接続長Dからの実際のネットワーク接続長Dの平均偏差を示す図である。X軸は、メートルで表した平均偏差ΔDを表し、Y軸は、使用したデータ・サンプルのサイズ、すなわち既知のネットワーク接続の数Nを表す。 公衆電話ネットワークのラスト・マイル上における0.4mm銅ケーブルt対0.6mm銅ケーブルtの比を概略的に示す図である。X軸は、実際のネットワーク接続長D、すなわち物理長を表し、Y軸は、パーセンテージで表したそれぞれのケーブル・タイプの占有率Rを表す。 1つまたは複数の距離ファクタおよび安全ファクタの決定2011/2012の例を示す図である。図5と同様に、軸はメートルで表した実際のネットワーク接続長Dを表し、軸は同様にメートルで表したネットワーク接続の空間距離Dを表す。 本発明による方法の過程を概略的に示す図である。4桁の参照符号は、各場合に図9を参照する。
符号の説明
10 送信器(トランシーバ)
101/102/103/104 異なるモデム・タイプ(ADSL、HDSLなど)
11 受信器
12 ネットワーク接続(伝送線)
13 ネットワーク接続の物理長
141/142/143/144 ケーブル厚さ
20 パワー測定装置
30 計算ユニット
31 ガウス変換モジュール
40 雑音
50 信号
51 近端クロストーク(NEXT)
52 遠端クロストーク(FEXT)
60/61 異なる雑音環境
70 ルータ
71 モデム端末サーバ
72 公衆電話ネットワーク(PSTN)
73 電話のアクセス点またはそれぞれの電話ボックス
74 モデム
75 パーソナル・コンピュータ
76 エンド・ユーザ
77 10BTイーサネット
78 光ファイバ接続
79 銅線(HDSLもしくはADSLを有するアナログ、またはISDNを有するデジタル)
1000 分類されるネットワーク接続の座標の入力
1010 分類されるネットワーク接続の実際の物理量の終端
1020 分類されるネットワーク接続の減衰分配ファクタの決定
1030 分類されるネットワーク接続のデータ転送マージンの決定
1040 ネットワーク接続の分類
1050 分類の出力
2011 距離ファクタ
2012 安全ファクタ
2020 減衰分配ファクタ
2030 データ転送マージン
3010 距離ファクタの決定
3020 減衰分配ファクタの決定
3030 データ転送マージンの決定
4010 距離ファクタを決定するためのデータ・サンプルの選択
4020 減衰分配ファクタを決定するためのデータ・サンプルの選択
4030 パワー・スペクトルPSDModem(f)の決定
5000 既知の特徴に対する接続を有するデータ・サンプル

Claims (28)

  1. ネットワーク接続を最大データ・スループット・レートに対応して分類する方法であって、分類対象のネットワーク接続(12)における送信器(10)及び受信器(11)の地理的座標が既知であり、
    計算ユニット(30)によって、ネットワーク接続の既知のデータ(5000)から決定ネットワーク接続長が1/2の確率で実際のネットワーク接続長に対して長くなるように設定される以上の距離ファクタ(2011)が選択され(3010)、計算ユニット(30)のデータキャリアに記憶され、距離ファクタ(2011)によって該送信器と該受信器のそれぞれの地理的座標から算出される離隔距離に依存する実際のネットワーク接続長が表されさらに、決定ネットワーク接続長が実際のネットワーク接続長に対して長くなることを保証する所定の確率が安全ファクタ(2012)によって確定されること、
    前記1以上の距離ファクタ(2011)、前記安全ファクタ(2012)及び前記分類対象のネットワーク接続(12)における送信機(10)及び受信機(11)の地理的座標に基づいて、前記決定ネットワーク接続が前記計算ユニット(30)によって計算され(1010)、前記分類対象のネットワーク接続(12)に割り当てられ、前記計算ユニット(30)のデータキャリアに記憶されること、
    少なくとも1つの減衰分配ファクタ(2020)がネットワーク接続の既知のデータ(5000)から選択され(3020)、前記計算ユニット(30)のデータキャリアに記憶され、少なくとも1つの減衰分配ファクタ(2020)が、ネットワーク接続が異なる部分的接続要素を有することによる減衰比を表しること、
    データ転送マージン(2030)が、異なるモデム・タイプについて最大データ・スループット・レートを決定するために選択され(3030)、ネットワーク接続(12)の物理長(13)及びケーブル厚さ(141、142、143、144)について設定され、前記計算ユニット(30)のデータキャリアに記憶され、前記モデム・タイプのパワー・スペクトルがパワー測定装置(20)によって測定され、実際の信号強度及び対応する雑音レベルが、前記パワー・スペクトルに基づいて計算ユニットによって計算され、事前確定ビット・レートに対する前記データ転送マージン(2030)が、異なるデータ伝送変調及び/又は変調符号化について、前記信号強度及び前記雑音レベルに基づいてガウス変換モジュール(31)によって決定されること、及び
    前記実際のネットワーク接続長、前記減衰分配ファクタ(2020)、及び前記データ転送マージンに基づいて、分類対象のネットワーク接続長が計算ユニット(30)によって最大データ・スループット・レートに対応して分類されること(1040)
    を特徴とする方法。
  2. 勾配ファクタおよび横座標が、前記計算ユニット(30)によって距離ファクタ(2011)として選択され、離隔距離と実際のネットワーク接続長との間の線形依存性が特定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記距離ファクタ(2011)が、少なくとも2次の多項式のパラメータとして、前記計算ユニット(30)によって決定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記安全ファクタ(2012)を使用して、前記所定の確率が0.85と0.95の間で選択されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記安全ファクタ(2012)が700から800メートルの間の値であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 減衰分配ファクタ(2020)によって、前記減衰の互いに関する線形依存性が特定されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記計算ユニット(30)が、少なくとも1つの訂正ファクタによって、前記記憶データ転送マージン(2030)に基づいて、訂正データ転送マージンを決定し、ネットワーク接続(12)のそれぞれの物理長(13)およびケーブル・ワイヤ厚さ(141、142、143、144)に対して設定され、前記計算ユニット(30)のデータキャリアに記憶し、前記少なくとも1つの訂正ファクタが、実際のデータ転送マージンに対する前記記憶データ転送マージンの平均偏差および/または等化器調節を訂正する等化器ファクタを備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記訂正ファクタが、前記物理長(13)および/またはケーブル・ワイヤ厚さ(141、142、143、144)に関して非線形依存性を有することを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 前記雑音レベルが、少なくともクロストーク・パラメータおよび干渉源の数に応じて、計算ユニット(30)によって前記パワー・スペクトルに基づいて決定されることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記パワー・スペクトルが、ADSLおよび/またはSDSLおよび/またはHDSLおよび/またはVDSLのモデム・タイプ(101、102、103、104)伝送周波数に対して測定されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記可能なSDSLモデム・タイプ(101、102、103、104)が、少なくとも1つのG.991.2モデム・タイプを備え、および/またはADSLモデム・タイプ(101、102、103、104)が、少なくとも1つのG.992.2モデム・タイプを備えることを特徴とする請求項10に記載の方法。
  12. 前記ガウス変換モジュール(31)によって、前記データ転送マージンが、少なくとも前記伝送変調2B1Qおよび/またはCAPおよび/またはDMTおよび/またはPAMについて決定されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 前記ガウス変換モジュール(31)によって、前記データ転送マージンが、少なくともトレリス変調符号化について決定されることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の方法。
  14. ネットワーク接続を最大データ・スループット・レートに対応して分類する方法であって、分類対象のネットワーク接続(12)の送信器(10)および受信器(11)の地理的座標が既知であり、
    計算ユニット(30)によって、ネットワーク接続の既知のデータ(5000)から決定ネットワーク接続長が1/2の確率で実際のネットワーク接続長に対して長くなるように設定される以上の距離ファクタ(2011)が選択され(3010)、計算ユニット(30)のデータキャリアに記憶され、距離ファクタ(2011)によって該送信器と該受信器の離隔距離に依存する実際のネットワーク接続長が表されさらに、決定ネットワーク接続長が実際のネットワーク接続長に対して長くなることを保証する所定の確率が安全ファクタ(2012)によって確定されること、
    前記距離ファクタ(2011)、前記安全ファクタ(2012)及び前記分類対象のネットワーク接続(12)における送信機(10)及び受信機(11)の地理的座標に基づいて、前記決定ネットワーク接続が前記計算ユニット(30)によって計算され(1010)、前記分類対象のネットワーク接続(12)に割り当てられ、前記計算ユニット(30)のデータキャリアに記憶されること、
    少なくとも1つの減衰分配ファクタ(2020)がネットワーク接続の既知のデータ(5000)から選択され(3020)、前記計算ユニット(30)のデータキャリアに記憶され、少なくとも1つの減衰分配ファクタ(2020)が、ネットワーク接続が異なる部分的接続要素を有することによる減衰比を表しること、
    ビット・レート(2030)が、異なるモデム・タイプについて最大データ・スループット・レートを決定するために選択され、ネットワーク接続(12)の物理長(13)およびケーブル厚さ(141、142、143、144)について設定され、前記計算ユニット(30)のデータキャリアに記憶され、パワー・スペクトルが、パワー測定装置(20)によって前記モデム・タイプについて測定され、実際の信号強度および対応する雑音レベルが、前記パワー・スペクトルに基づいて計算ユニット(30)によって決定され、事前確定データ転送マージンの前記ビット・レート(2030)が、異なるデータ伝送変調および/または変調符号化について、前記信号強度および雑音レベルに基づいて、ガウス変換モジュール(31)によって決定されること、及び
    前記実際のネットワーク接続長、前記減衰分配ファクタ(2020)、および前記データ転送マージン(2030)に基づいて、分類対象の前記ネットワーク接続が、最大データ・スループット・レートに従って計算ユニット(30)によって分類される(1040)こと
    を特徴とする方法。
  15. 勾配ファクタおよび横座標が、前記計算ユニット(30)によって距離ファクタ(2011)として選択され、離隔距離と実際のネットワーク接続長との間の線形依存性が特定されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. 前記計算ユニット(30)によって、前記距離ファクタ(2011)が、少なくとも2次の多項式のパラメータとして決定されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
  17. 前記安全ファクタ(2012)を使用して、0.85と0.95の間の確率が選択されることを特徴とする請求項14乃至16のいずれか1項に記載の方法。
  18. 前記安全ファクタ(2012)が、700から800メートルの間の値であることを特徴とする、請求項14乃至17のいずれか1項に記載の方法。
  19. 3dBと9dBの間のデータ転送マージンの前記ビット・レートが、前記ガウス変換モジュール(31)によって決定されることを特徴とする請求項14乃至18のいずれか1項に記載の方法。
  20. 6dBデータ転送マージンの前記ビット・レートが、前記ガウス変換モジュール(31)によって決定されることを特徴とする、請求項14乃至18のいずれか1項に記載の方法。
  21. 前記計算ユニット(30)が、少なくとも1つの訂正ファクタによって、前記記憶ビット・レート(203)に基づいて、訂正ビット・レートを決定し、前記ネットワーク接続(12)のそれぞれの物理長(13)およびケーブル・ワイヤ厚さ(141、142、143、144)に対して設定され、前記計算ユニット(30)のデータキャリアに記憶し、前記訂正ファクタが、実際のビット・レートに関する前記記憶ビット・レートの平均偏差および等化器調節を訂正する等化器ファクタを備えることを特徴とする請求項14乃至20のいずれか1項に記載の方法。
  22. 前記少なくとも1つの訂正ファクタが、前記物理長(13)および/またはケーブル・ワイヤ厚さ(141、142、143、144)に関して非線形依存性を有することを特徴とする請求項21に記載の方法。
  23. 前記雑音レベルが、少なくともクロストーク・パラメータおよび干渉源の数に応じて、計算ユニット(30)によって前記パワー・スペクトルに基づいて決定されることを特徴とする請求項14乃至22のいずれか1項に記載の方法。
  24. 前記パワー・スペクトルが、ADSLおよび/またはSDSLおよび/またはHDSLおよび/またはVDSLのモデム・タイプ(101、102、103、104)の伝送周波数に対して測定されることを特徴とする、請求項14乃至23のいずれか1項に記載の方法。
  25. 可能なSDSLモデム・タイプ(101、102、103、104)が、少なくとも1つのG.991.2モデム・タイプを備え、および/または前記ADSLモデム・タイプ(101、102、103、104)が、少なくとも1つのG.992.2モデム・タイプを備えることを特徴とする請求項24に記載の方法。
  26. 少なくとも前記データ伝送変調2B1Qおよび/またはCAPおよび/またはDMTおよび/またはPAMの前記ビット・レートが、前記ガウス変換モジュール(31)によって決定されることを特徴とする請求項14乃至25のいずれか1項に記載の方法。
  27. 少なくともトレリス変調符号化の前記ビット・レートが、前記ガウス変換モジュール(31)によって決定されることを特徴とする請求項14乃至26のいずれか1項に記載の方法。
  28. ネットワーク接続を最大データ・スループット・レートに対応して分類する装置であって、分類対象のネットワーク接続(12)の送信器(10)および受信器(11)の地理的座標が既知であり、
    装置が、ネットワーク接続の既知のデータ(5000)から決定ネットワーク接続長が1/2の確率で実際のネットワーク接続長に対して長くなるように設定される以上の距離ファクタ(2011)を選択および記憶する計算ユニット(30)を備え、前記距離ファクタ(2011)が該送信器と該受信器の離隔距離に依存する実際のネットワーク接続長を表し、さらに、決定ネットワーク接続長が実際のネットワーク接続長に対して長くなることを保証する所定の確率が安全ファクタ(2012)によって確定されること、
    前記計算ユニット(30)が、ネットワーク接続の既知のデータ(5000)から、少なくとも1つの減衰分配ファクタ(2020)を選択および記憶する手段を備え、前記少なくとも1つの減衰分配ファクタ(2020)が、ネットワーク接続(12)が異なる部分的接続要素を有することによる減衰比を表しること、及び
    装置が、異なるモデム・タイプのパワー・スペクトルを測定するパワー測定装置(20)、前記パワー・スペクトルに基づいて実際の信号強度および対応する雑音レベルを決定する手段(30)、ならびに、異なるデータ伝送変調および/または変調符号化ならびに事前確定ビット・レートについて前記信号強度および前記雑音レベルに基づいてデータ転送マージン(2030)を決定および記憶するガウス変換モジュール(31)を備えること
    を特徴とする装置。
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