JP4316898B2 - パケットネットワークにおいて、統計値を収集するシステム及び方法 - Google Patents
パケットネットワークにおいて、統計値を収集するシステム及び方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に遠距離通信、特にパケットネットワークにおいて、統計値を収集し計算するシステム及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
PSTN(公衆交換電話網:public switched telephone network)は、ユーザが10億個に近い数の電話機からいずれか一つを取り上げ、10億近くの終端点からいずれか一つにダイアルすることにより、リアルタイムを有効にしマルチメディア通信のセションツールとして発展してきた。ナンバリングプラン、電子スイッチング及びルーティングの設置、ネットワーク向け信号システムなどのいくつかの開発段階を経て、ネットワークの自動化を達成することができた。
【0003】
PSTNなどと同様の方法は階層化されており、インターネットは、インターネットプロトコル(IP)に基づいている。IPメッセージ、或いはマルチメディアパケットは、一つのリンクから別のリンクへ(例えば、データフローの発信元からデータフローの目的先へ、など)、ルーティング或いは転送される。それぞれのマルチメディアパケットは、例えば32ビットのインターネットプロトコルのバージョン4(IPv4)のIPアドレスを備えている。それぞれのIPアドレスは、ネットワークの一部分を確実に示すビット番号や、ホストの一部分を確実に示すビット番号を備えている。ここで、マルチメディアとは、テキスト、画像、ビデオ、アニメーション、音声、データ、離散メディアの全て、或いはいずれか一つ以上を少なくとも含む。
【0004】
更に、マルチメディアパケットは、ヘッダー部とIPパケットデータ部を備えている。マルチメディアパケットのヘッダー部は、そのパケットがどこから来たのか発信アドレスを識別する発信元と、パケットの宛先となる目的アドレスを識別する目的先とを少なくとも備える。マルチメディアパケットのIPパケットデータ部は、目的アドレスに配置された目的デバイスに送信されるデータを備えた、マルチメディアパケットの残存部(remaining portion)を必然的に伴っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
マルチメディアパケットが送信されるように、目的デバイスへの最適なルートが決定されるのが好ましい。また、マルチメディアパケットの送信より前に、目的デバイスへの最適なルートが決定されるのがより好ましい。目的デバイスへの最適なルートを決定する場合、目的アドレスへのルートに位置するデバイスに関連づけられたジター、待ち時間、損失パケットの数などのいずれか一つ以上を考慮して、目的デバイスへの最適なルートを決定するのが好ましい。目的デバイスへの別の有効なルートを含むデバイスに、ジター、待ち時間及び損失パケット、その他の要因のいずれか一つ以上がある場合、目的デバイスへの異なる有効なルートが複数知られていると、より良いジター、待ち時間及び欠損パケットのいずれか一つ以上が観測されるルートが選択されるのが良い。従って、これらを収集し、他のマルチメディア送信の統計値を収集することは、有効である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するために、本発明の最良の実施の形態は、統計値を収集し計算するシステム及び方法に関する。
【0007】
統計値生成システムの構成を参照すると、このシステムは、概して、ネットワーク処理部、トラフィック管理部、ホスト処理部及びFPGA(field programmable gate array)を利用している。ネットワーク処理部は、受信するマルチメディアパケットのヘッダーを追加し、トラフィック管理部は、マルチメディアフローの頻度を測定及び実施する。ホスト処理部は、基本となるフローごとにマルチメディアフロー品質計測サービスを実施している。ここで、マルチメディアフロー品質計測サービスは、マルチメディアフローの集合と、最大又は最小の統計値とを含んだネットワーク処理部において、マルチメディアフローの現在の統計値を保持する手段を備えている。FPGAによって、受信したマルチメディアパケット或いは受信したマルチメディアパケットの一部をコピーし、待ち時間エンジン、損失パケット計算エンジン、リアルタイム送信制御プロトコル(RTCP)パケットジターエンジン、及びリアルタイム送信プロトコル(RTP)パケットジターエンジンで利用されることによって、統計の収集を行う。
【0008】
本発明は、パケットネットワークにおいて統計値を収集する方法を提供することを示している。これに関して、この方法は概括的に要約すると、到着時間を含んだマルチメディアパケットを受信するステップと、統計値の収集を行う連続した計算エンジンに送信するために、受信したマルチメディアパケットから情報を決定するステップと、計算エンジンに決定された情報を送信するステップと、受信したマルチメディアパケットに基づいて統計値を収集するステップとを備える。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の他のシステム及び方法は、具体的には、以下の図面及び詳細な説明を参酌することにより、当業者に明らかになる。改良システム及び方法、特徴及び効果は、この記載に含まれ、本発明の技術的範囲は、添付した特許請求の範囲によって保護される。
【0010】
図面を参照することにより、本発明はより理解されやすい。図面の構成において、スケール及び強調は、本発明の本質を理解しやすいように記載したものである。更に、この図面において、複数の視点を通して部分によって、数字が参照されている。
【0011】
第1の終端点から第2の終端点へマルチメディアパケットを送信する場合、多数のマルチメディア送信ルートを処理し、最適なマルチメディア送信ルートを選択するのが好ましい。セションルーターは、多くのマルチメディア送信ルートを適宜選択し、処理するために配置されている。セションルーターは、様々な統計分布を利用して、更に、同様のSIP(Session Initiation Protocol)のエージェントのセットから、終端点を選択する。多数のマルチメディアルートを選択し処理する場合、SIPエージェントのセットから選択することによって、更に、RTP(Real-time Transport Protocol )に起因するパケットフローのパスを管理することができる。
【0012】
ネットワーク処理部を備えるメディアルーターは、パケットのヘッダーの点検し、パケットの転送を決定することによって、早いRTPデータフローパケットを決定し、パケットを転送する。更に、ネットワーク処理部は、MPLS(マルチプロトコルラベルスイッチング:multi-protocol label switching)、ラベルの抽出及び挿入に対応している。早いルーティングを行ういくつかの方法が、ネットワーク処理部によって実施されている。即ち、共有配列ロード、第2パス配列、新しいルーティングパス配列及びネットワークに適応した方々のルート配列などである。
【0013】
ルーティングを早くするために、共有配列ロードを利用する場合について以下で記載する。それぞれのRTPデータフローは、好ましくは1から増加しそれぞれのパケットに付与されたシーケンス番号を持つRTPデータパケットを備えている。RTPデータパケットを受信すると、ネットワークの入り口で、例えば、次のメディアルーターのアルゴリズムの数に従った、偶数又は奇数の分散アルゴリズムや、剰余分割などに基づいて、RTPデータパケットは異なる場所に送信される。発明のその他の実施の形態において、他の分散方法も利用されても良い。
【0014】
剰余分割方法は、分散ロードできる二つ以上のパスを出力する仕組みを提供する。従って、例えば、パスの数が3つの場合、0、3、6、9などのシーケンス番号を持つRTPデータパケットは、第1のパスに定められる。更に、1、4、7、10などのシーケンス番号を持つRTPデータパケットは、第2のパスに定められ、2、5、8、11、14などの番号を持つRTPデータパケットは、第3のパスに定められる。
【0015】
また、ルーティングを早くするために、第2パス配列が配置される。マルチドメインネットワークを介したセッションルーティングを利用して第1のパスが割り当てられ、様々な場所へパケットを転送するためにメディアルーターが利用されると、同等に活用できる第2のパスが割り当てられる。本実施の形態において、メディアルーターのそれぞれは、第1の中継及び第2の中継のそれぞれに供給されている。ここでは、第2のパス配列を供給する例を説明している。例えば、セションルーターからメディアルーターへのマルチメディアパケットフローを管理するためのコマンドは、以下のようになる。
【0016】
【0017】
第1或いは第2のアドレス対のいずれかに接続されたデバイスから受信したパケットは、シングルRTPデータパケットフローの一部である。更に、第1の発信元及び目的先の対、或いは第2の発信元及び目的先の対のいずれか一つを備えるリンクに到達したパケットは、中継される。ここでは、第1或いは第2のいずれかの外部アドレスへ中継される。特に、RTPデータパケットが129.0.0.1:3000の発信元アドレスと、130.0.0.1:5000の目的先アドレスに到着すると、131.0.0.1:3000の発信元アドレスと132.0.0.2:4000の目的先アドレス、或いは133.0.0.1:1000の発信元アドレスと134.0.0.1:7000の目的先アドレスのいずれかに転送される。より好ましくは、フローの中断や、リンク失敗の検出を参照することによって、大まかに決定される失敗に基づいて、第1或いは第2の中継の選択が行われる。
【0018】
新たにルーティングされたパス配列は、転送先のパスで失敗を検出すると、メディアルーターの外部の新しいアドレスに配置される。メディアルーターは好ましくは、新しい転送パスが配置されると、転送先のパスでの失敗をセションルーターに報告するのが好ましい。そしてセションルーターは再接続の指示とともに、メディアルーターに戻る新しいパスを送信する。
【0019】
ネットワークを介して異なるパスを目標とするために、不連続なネットワークアドレスを利用して、ネットワーク志向のルートが配置される。OFPF(Open shortest path first)ルーティングは、数々のリンクを越えて均一にパケットを流すのに利用される。リンク上の距離値を慎重にセッティングすることにより、メディアルーターは、共通の目的先へ分割してロードすることができる。更に、ボーダーゲートウェイプロトコル4(RFC1771)(BGP−4)を用いて、慎重に公示され、到達可能なルートが受け入れられるように慎重に管理することにより、多数のリンクを越えてパケットトラフィックを管理することもできる。OSPFとBGP−4の両方の実施においてリンクが失敗した場合、その他によって、トラフィックのバランスが吸収されるのが好ましい。
【0020】
好ましくは、セションルーターは、データフローの帯域幅の割り当てを確実に行うべきである。特に、メディアルーターを介して直接割り当てが行われたとしても、メディアルーターを介して目的先へ通すために、どのデータフローが割り当てられたのか、を確実に行うべきである。或いは、特定のデータフローを通すためにメディアルーターが割り当てられていなければ、データフローはメディアルーターを介して通されることはない。トラフィック管理部はセションルーターによって、割り当てられた帯域幅とビットレートに従った特定のデータ量を受け入れさせられる。従って、セションルーターによって許可されたビットレートよりも高いビットレートでデータが受信された場合、その高いビットレートで受信されたデータは送信されない。セションルーターによって明示された特徴は、むしろ、セションルーターを用いることなく、メディアルーターに直接プログラムされても良い。
【0021】
また、メディアルーターは受信したデータパケットをトラフィック形成することができる。トラフィック形成は、メディアルーターに一時的に保存された受信したデータパケットを送信するための特定の命令のことである。更に、トラフィック形成はデータパケットの送信において割り当てられる帯域幅を明記させる。
【0022】
メディアルーターは、RTPデータフローのフローの質の統計値を生成することができる。いくつかの場合、統計値はメディアルーター間でのリンクにのみ関連する。言い換えれば、メディアルーターは目的先や終端点までのフロー質を計測することができる。ジター及び待ち時間の二つの計測値は、このカテゴリーで取得されがフロー質である。
【0023】
データフローの待ち時間を計測するために、メディアルーターはこのデータフローのその他の終端点に接続する。他の終端点とは、おそらく必要ではないが別のメディアルーターのことである。好ましくは、この接続の目的は、終端点でループしてメディアルーターに戻るテストパケットを用いて、RTPデータフローの待ち時間を決定することである。メディアルーターは、ループしたパケットを受信し、パケットが送信されたときと、パケットが受信されたときとを比較する。往復の飛行時間の半分は、片道の飛行時間、即ち待ち時間に近似される。その他の実施の形態においては、経過した時間を計測するために、RTCPパケットは(メディアルーターによって作成された送信レポートから)送信者によって挿入されたタイムスタンプを抽出して変更しても良い。
【0024】
ジターは、経過時間又はフローにおけるパケット間の間隔の変化の測定値である。もう一つの定義は、フローの待ち時間における変化である。マルチメディアルーターは、メディアルーターを介したパケットであるRTPデータフローのジターを計測することができる。データパケットが、メディアルーターに備えられたネットワーク処理部によって処理されると、タイマーが開始し、RTPデータフローの次のパケットが到着するまで継続する。パケット間の間隔は、ジター値の”中間値(mean)”を生成するのに使われる集合値に追加される。
【0025】
RTCPに基づいた仕組みがない場合、ドロップしたパケット或いは損失パケットの処理は、パケットが損失したとき、及びジター窓においてパケットが現れたか否かを追跡するために利用される、ブーリアン登録の二つのスコアボード配列を用いたRTPフローによって行われる。一般的には、ジター窓は、ネットワーク状態の変化を安定させるボイスゲートウェイにおいて実行されることが示されている。ジター窓は、圧縮して転送する前の特定の時間、入ってきたパケットを保存するパケットバッファである。この処理はパケットフローをスムーズにする効果があり、その方法によって、パケット損失、パケット遅延、その他の送信影響の生成に対するCODEC(compressor/de-compressor)の回復力を増加させることができる。ジター窓はメディアルーターによって直接定義されても良いが、セションルーターによって定義づけられるのが好ましい。
【0026】
スコアボード配列の各登録は、特定のシーケンス番号を備えたパケットがメディアルーターから受信されたかを示している。スコアボードレスは、ネットワーク処理部のメモリ内或いは様々なローカル或いは遠隔地のメモリに位置する。ブーリアン登録の各列は、いくつの登録が「損失」とマークされているかを追跡するカウンターを備えている。全ての登録は、初期値として「受信済み」とマークされるのが好ましい。
【0027】
ネットワーク処理部においてシーケンス番号が追跡され、損失パケットが検出されると、即ち、処理されたパケットが、前に処理したパケットより1カウント以上高いシーケンス番号を含んでいるとき、現在のスコアボード配列において、関連づけられた登録は「損失」とマークされ、損失カウンターが一つカウントアップする。ジター窓において、パケットの最大数に従って、二つの列はサイズが変更するのが好ましい。これらの二つの配列は、現在の配列と、古い配列との参照に基づいたものである。現在の配列が、最大のジター窓が経過した持続時間を示す最後の登録にたどり着いたとき、古い配列は、再び初期化され、現在の配列になり、現在の配列は古い配列となる。古い配列が消去される前に、ドロップしたパケットのカウンターは回復する。
【0028】
シーケンス命令「古いパケット」が受信されると、即ち、処理されたパケットに、前に処理したパケットのシーケンス番号よりも少ないシーケンス番号が含まれている場合、ネットワーク処理部は、パケットのタイミングに基づいた現在の或いは古い配列のいずれかから、そのシーケンス番号を持つ登録を検索する。ネットワーク処理部が「損失」のマークと関連づけられた登録を発見し、その登録を変更した場合、ネットワーク処理部は、損失パケットを追跡している損失パケットカウンターを一つ減らす。損失とマークされたパケットがない場合、ネットワーク処理部は2倍のパケットを意味する。シーケンス番号は、ジター窓の深さよりも更に古いパケット日付である場合、ネットワーク処理部は検索を行わない。ドロップパケットのカウントを実行するこの方法は、RTCPを用いて得られるものより、更に正確である。
【0029】
配列されたセションルーター及びメディアルーターは、IPネットワークにおいて、適切に高品質なインタフェースを生成するのが好ましい。セションルーターとメディアルーターを利用しないと、データパケットは、基本的なネットワークに従って、様々な経路を横断することになる。
【0030】
ここで、図面を参照する。図面において同一部分については、同一の符号番号が振られている。図1は、本発明に係る統計値を収集するシステムにおいて、セションルーターとメディアルーターを利用する通信ネットワーク102のブロック図である。
【0031】
SIP或いはnon−SIPなどのあらゆるデバイスは、ネットワーク112及び132の間で通信を要求する第1及び第2のキャリアネットワーク112及び132を備えていることが記載されている。他のRTPデータ発信源は、IAD(integrated access devices)、VoIP(voice over Internet protocol)、Cisco AS5300やSonus GSXなどのゲートウェイ、PCs、IP-PBXsなどのマルチメディア発信源を備えているが、これらに限定されるものではない。更に、第1のキャリアネットワーク112と第2のキャリアネットワーク132間の通信は、WAN(wide area network)や、LAN(local area network)を介して供給される。また、インターネット122は、メディアルーター118及び136はインターネットに含まれる二つのドメインの間で利用されており、データネットワークドメインの役割を果たしている。
【0032】
一方、ルーターは、これに限ることではないがボーダールーターなどであり、第1及び第2のキャリアネットワーク112及び132の間の通信を支援する第1及び第2のメディアルーター118及び136の間に位置する。第1のSIP電話114から第2のSIP電話134への通信は、第1及び第2のメディアルーター118及び136により供給される。しかしながら、ボーダールーターなどの追加するルーターは、第1及び第2のキャリアネットワーク112及び132間の通信において、必ずしも必要なものではない。第1及び第2のセションルーター116及び138は、インターネットプロトコル(TRIP)の支援を介して、SIPや電話のルーティングなどを供給している。
【0033】
更に、メディアルーターは、第1のメディアルーター118と第2のメディアルーター136間に供給されても良い。図2は、図1に示した通信システムにおいて、本発明の別の実施の形態として、追加したメディアルーターを利用した場合を示したブロック図である。このように、第1のメディアルーター118は、第1のキャリアネットワーク112に位置しており、インターネット122を介して第3のメディアルーター137と通信を行う。第3のメディアルーター137は、順番に、インターネット122を介して、第2のキャリアネットワーク132において、第2のメディアルーター136と通信を行う。これを繰り返すことにより、第1のメディアルーターから、LAN、WAN、或いはその他の場所に位置する第2のメディアルーター、セションルーター、SIPデバイス、non−SIPデバイスのいずれか一つ以上のデバイスに向けて通信が行われる。
【0034】
図3は、メディアルーター(ここではメディアルーター118)から受信したマルチメディアパケットの一例を示したブロック図である。詳述すると、図3に示したように、マルチメディアパケットのヘッダー部は、発信元/目的地ヘッダー141、RTPヘッダー142、RTCP(real-time transport control protocol)ヘッダー143、VIX−V3ヘッダー144を備えている。サイズやフォーマットなどを含む様々なヘッダーの様相は、通信ネットワーク102(図1に示した)によって利用されるプロトコルに従って異なる。ヘッダー部140の発信元/目的地ヘッダー141は、マルチメディアパケットの発信元アドレス、目的先アドレス、発信元ポート、目的先ポートのいずれか一つ以上を備えており、ここで、アドレスやポートは、マルチメディアパケットの発信元及び目的地を明記している。
【0035】
Vix−V3ヘッダー144は、ユーザ定義領域145及びフロー識別領域(フローID領域)149を更に備えている。ユーザ定義領域145は、更に、分類ID146、検索ビット147、コピー領域(コピービット)148を更に備えている。分類ID146は、現在のマルチメディアパケットがRTPパケットなのかRTCPパケットなのかを明記している。検索ビット147は、FPGAが位置するどの検索エンジン(後述する)が、メディアルーター(ここではメディアルーター118)において利用するためにメディアパケットをコピーするのかをFPGA(後述する)が決定するために、利用される。コピー領域148は、RTPマルチメディアパケットのデータ部のコピーを、ネットワーク処理部またはネットワーク処理部とFPGAの両方に提供するかをトラフィック管理部が決定するために利用される。更に、コピー領域148に位置するコピービットは、マルチメディアパケットの全てか、マルチメディアパケットの一部が、検索エンジンによってコピーされるかをFPGAが明記するために利用される。
【0036】
フロー識別領域(フローID領域)149は、メディアルーターが特定のマルチメディアパケットフローに含まれる全てのマルチメディアパケットを識別するために、利用される。マルチメディアパケットの上述した部分のそれぞれは、以下に更に詳細に説明される。
【0037】
図4は、図1及び図2で示されたメディアルーター(ここではメディアルーター118)を更に示したブロック図である。図4に示したメディアルーター118は、一つの実施の形態であり、その他の実施の形態もあることを明記しておく。図4に示すように、第1の通信インタフェース152及び第2の通信インタフェース154が、メディアルーターに備えられており、メディアルーター118が外部と通信を行う手段を供給する。更に、メディアルーター118に備えられた通信ネットワークは、これより多いくても少なくても良い。
【0038】
図示しないが、入力デバイスは、第1及び第2の通信インタフェース152及び154に接続されている。入力デバイスの一例としては、キーボード或いはマウスなどが含まれるが、これらに限定されるものではない。更に、図示しないが出力デバイスが第1及び第2の通信インタフェースに接続されていても良い。出力デバイスの一例としては、モニター或いはプリンターなどが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【0039】
(ネットワーク処理部)
メディアルーター118には、二つのネットワーク処理部を備えている。特に、第1のネットワーク処理部162及び第2のネットワーク処理部164がメディアルーター118に備えられており、それぞれは、通信インタフェース152及び154に接続されている。メディアルーター118に備えられるネットワークプロセッサはこれより多くても少なくても良いことを記載しておく。ネットワーク処理部162及び164は、マルチメディアパケットのヘッダーを検査する。更に、ネットワーク処理部162及び164は、MPLS(multi-protocol label switching)のラベルの取り除き及び付加を支援する。ここでは、マルチメディアルーター118は、マルチメディアパケットのIPヘッダーにおいて、MPLSタグを取り除き或いは挿入することができる。
【0040】
ネットワーク処理部162及び164は、メディアルーター118における中継サービスも供給する。ネットワーク処理部162及び164による中継サービスは、発信元アドレス、目的先アドレス、発信元ポート、目的先ポート、或いはマルチメディアパケットに含まれるこれらの領域のあらゆる組合せを中継することができる。更に、ネットワーク処理部162及び164は、マルチメディアパケットのヘッダー部140(図3に示す)において、diffserve codepointを挿入したり変更することができ、パケット送信する前に、マルチメディアパケットを優先するように変更することができる。
【0041】
それぞれのネットワーク処理部162及び164は、これに限られるものではないが、Vix−V3インタフェースなどのインタフェースを備えている。Vix−V3インタフェースは、ネットワーク処理部162及び164が、受信したRTPマルチメディアパケットを、Vix−V3の固定長セルを参照して多数の固定長のセルに変換するのに利用される。Vix−V3固定長セルは、下記で詳細に記載されるトラフィック管理部及びFPGAの両方によって、知らされる。RTPマルチメディアパケットをVix−V3の固定長セルに変換するために、ネットワーク処理部162及び164は、RTPマルチメディアパケットにVix−V3ヘッダー144(図3に示す)を追加する。Vix−V3ヘッダー部、特に、ユーザ定義領域145(図3)及びフロー識別領域149(図3)は、下記に示す理由に基づいて、トラフィック管理部及びFPGAによって利用される。例えば、Vix−V3ヘッダー144(図3)のフロー識別領域149(図3)部分は、トラフィック管理部、FPGA、ネットワーク処理部162及び164によって、識別されたRTPマルチメディアフローにパケットの統計値を保存して、RTPマルチメディアパケットを識別するために利用される。
【0042】
ネットワーク処理部162及び164は、マルチメディアパケットのヘッダー部140(図3)において、検索ビット147(図3)を設定するために利用される。下記に説明するように、検索ビット147(図3)は、FPGAが、FPGAに位置するどの検索エンジン(以下に説明する)が、メディアルーター118で利用するために、マルチメディアパケットの全て或いは一部をコピーするか、を決定するのに利用される。例えば、マルチメディアパケットの一部のみがコピーに必要な場合は、FPGAが統計目的で保存するのに必要なマルチメディアパケットに関連づけられた情報が、パケットの発信元或いは目的地である場合である。更に、RTPマルチメディアパケットをVix−V3の固定長セルに変換した後、ネットワーク処理部162及び164は、Vix−V3ヘッダー144(図3)のコピー領域148において、RTPマルチメディアパケットのコピーをネットワーク処理部162及び164に、或いは、ネットワーク処理部162及び164、及びFPGA182及び184の両方に供給するかを明記する。
【0043】
(トラフィック管理部)
トラフィック管理部172は、メディアルーター118に備えられている。トラフィック管理部172は、好ましくは、4つの入出力ポートを備えており、二つのネットワーク処理部162及び164は、4つの入出力ポートのうちの二つに接続しており、メディアルーター118において、トラフィック管理部172が通信を行うことができるようになっている。残った二つの入出力ポートは、二つのFPGA182及び184に接続されており、ネットワーク統計値の取得及び計算のために利用される。FPGA182及び184、及びFPGA182及び184によって行われる機能は、後述する。
【0044】
受信したマルチメディアパケットのフロー識別領域149(図3)は、トラフィック管理部172が、受信したマルチメディアパケットの送信において、トラフィック管理部(トラフィック管理手段)172のどの入出力ポートを利用するかを決定するのに利用される。好ましくは、トラフィック管理メモリ174は、トラフィック管理部172の内部に備えられており、フロー識別領域149(図3)の位置情報を保存している。それぞれのフロー識別領域149(図3)との関連において、トラフィック管理メモリ174は、目的先のトラフィック管理部の入出力ポートを保存している。従って、トラフィック管理メモリ174は、受信したRTPマルチメディアパケットの送信において、トラフィック管理部172のどの入出力ポートが利用されるかを決定するために、受信したRTPマルチメディアパケットに関連づけられた値をフロー識別領域149(図3)において検索される。
【0045】
入力された見通しから、トラフィック管理部172は、RTPマルチメディアパケットフローを監視し、RTPマルチメディアパケットフローに割り当てられた帯域幅外である場合、RTPマルチメディアパケットをドロップすること、または、捨てるべきものとしてこれらをマークすることにより、最大データ送信レートで実施する。トラフィック管理部172は、セションルーター116(図1)によって割り当てられた帯域幅及びビットレートに従った特定の量のマルチメディアを受け入れ、より高いビットレートで受信したマルチメディアは、メディアルーター118によって、送信されない。セションルーター116(図1)によって明記される特徴は、セションルーター116(図1)を利用することなく、メディアルーター118によって直接プログラムされても良い。
【0046】
トラフィック管理部172は、また、トラフィック計測として観察されるIPセションRTPマルチメディアフローレート或いは、トラフィック、プロセスを計測及び/又は実施するのに利用される。商業的に適切なトラフィック管理部172の一例としては、米国カリフォルニアにあるMMCネットワークより販売されているNPX5700トラフィックマネージャーがあげられる。本質的に、トラフィック管理部は、通信インタフェース152及び154を介して流れるマルチメディアパケットの数を計測する。
【0047】
トラフィック管理メモリ174はまた、受信したRTPマルチメディアパケットを一時的に保存するために利用される。更に、一度マルチメディアルーターによって転送が決定されると、トラフィック管理部は、ネットワーク処理部162及び164、及びFPGA(後述する)と提携して、受信したRTPマルチメディアパケットを、そのそれぞれのIPマルチメディアパケットフローの待ち行列に優先的に入れる。従って、トラフィック管理部172は、トラフィック管理メモリ174に一時的に保存された受信したRTPマルチメディアパケットが、マルチメディアルーター118から目的地へ送信される順番を決定することができる。
【0048】
トラフィック管理部172は、また、受信したマルチメディアパケットのデータ部がトラフィック管理部172によってコピーされ送信されているかを決定するために、受信したRTPマルチメディアパケットのヘッダー部140のコピー領域148(図3)を検査する。上述した様にコピー領域148(図3)の記載を参照すると、コピー領域148(図3)は、また、コピーされたデータ部をネットワーク処理部162及び164に送信するか、或いはネットワーク処理部162及び164、及びFPGA182及び184の両方に送信するかを明記している。
【0049】
図4に示すように、二つのFPGA182及び184は、メディアルーター118に備えられている。それぞれのFPGA182及び184は、メディアルーター118に統計値を収集させており、ここで、ジター、待ち時間、損失パケットが決定される。図5は、FPGA182及び184を図示したブロック図である。
【0050】
(ホスト処理部)
ホスト処理部202は、ローカルリンク154を介してFPGA182及び184に接続されており、FPGA182及び184によって統計値を生成された後、マルチメディアを受信することができる。ホスト処理部202は、初期化を支援するために、ローカルリンク154を介して、メディアルーター118の他の部分によって、通信することができる。ネットワーク処理部は、ネットワーク処理部によって実行される機能コードを保持していないと定義されているので、ホスト処理部202は、機能コードを補い、そのコードをネットワーク処理部162及び164に送信する。ここで、機能コードは、記憶素子203に記憶されているのが好ましい。当業者には良く知られているように、機能コードは、ネットワーク処理部162及び164によって実行される機能を定義している。
【0051】
ホスト処理部202は、RTPマルチメディアパケットの送信において、上流及び下流の失敗を検出及び収集し。マルチメディアフロー品質計測サービスを行う。ホスト処理部202がRTPマルチメディアパケットの送信において、上流及び下流の失敗を検出及び収集する方法は、これに限らないがリンク失敗、外部管理イベントなどを含んでいる。ホスト処理部202によるマルチメディアフロー品質計測サービスは、一つのフローに基づいて供給され、RTPマルチメディアフローは、発信元のIPアドレス、目的地のIPアドレス、発信元のポート、目的先のポートのいずれか一つ以上により定義づけられている。品質計測サービスは、ネットワーク処理部162及び164においてRTPメディアフローの現在の統計値、即ち、適切なRTPマルチメディアフローの集合、最小/最大の統計値を保持することを含んでいる。
【0052】
ホスト処理部202によって収集される統計値としては、予め定義された時間窓における待ち時間、ジター、パケット損失などが一例としてあげられる。これらの統計値は、FPGA182及び184によって予め計測され、FPGAメモリ183及び185に保存されている。予め定義づけされた時間窓は、セションルーター116及び/又はメディアルーター118によって定義づけられている。ホスト処理部202は、トラフィック管理部の方針と、方針の管理を形成することができ、FPGA182及び184によって供給されないネットワーク処理部によってポーリングした統計値を収集する。
【0053】
CAM212(内容によってアドレスできるメモリ:content addressable memory)或いは外部検索エンジンは、メディアルーター118に備えられ、メディアルーター118において、ネットワーク処理部162及び164に備えられた特定の外部検索メモリインタフェースを介して通信を行うのが好ましい。CAM212は、中継或いはバインドであり、好ましくは、ネットワーク処理部162及び164による早い接続で”オープン/バインド”のリクエストが決定される。外部検索エンジンの一例としては、カリフォルニアのマウンテンビューにあるNetlogic Microsystemsにより製造されているものがある。
【0054】
(FPGA(Field Programmable Gate Arrays))
メディアルーター118とその一部を説明してきたが、以下においては、FPGA182及び184を図示した図5を参照して、メディアルーター118の統計値生成部分について記載する。ソフトウェアを使用することにより、ソフトウェアを介して統計値の収集が行われる場合、メディアルーター118よりも、このFPGA182及び184を備えたメディアルーター118が行う方が、早く実行されることを明記しておく。
【0055】
図5を参照すると、FPGA182及び184がRTPマルチメディアパケットを受信すると、そのパケットは、タイムスタンプエンジン222によって、タイムスタンプが行われる。タイムスタンプエンジン222は、稼働時計であり、FPGA182及び184において、パケットが送信される前に、受信したRTPマルチメディアパケットに到着時刻を割り当てることができる。RTPマルチメディアパケットのヘッダーに、参照時間は提供されていないので、到着時刻は、以下で詳細に説明するような実際のジター及び待ち時間を決定するために利用される。
【0056】
FPGA182及び184は、RTPマルチメディアパケットを受信し、マルチメディアパケットのユーザ定義領域145を参照して、パケットが保存されるかを決定する分類エンジン224を備えている。特に、FPGA182及び184は、RTPマルチメディアパケットヘッダー部140の検索ビット147を参照して、RTPマルチメディアパケットをコピーするか否かを決定する。
【0057】
受信したマルチメディアパケットが保存される場合、分類エンジン224は、パケットを検索エンジン225に送信する。受信したマルチメディアパケットヘッダー部140の検索ビットがセットされている場合、検索エンジン225は、RTPマルチメディアパケットヘッダー部140のコピービットを参照して、マルチメディアパケットの全て或いは、マルチメディアパケットのヘッダー部分のみのいずれかをコピーするか否かを決定する。検索エンジン225が全てのマルチメディアパケットをコピーする場合、パケットは記憶素子203、或いはホスト処理部202が接続できる他の記憶デバイスに送信され、マルチメディアパケット或いは検索したヘッダーを補う。
【0058】
好ましくは、受信したマルチメディアパケットのコピーが記憶素子203に送信される、或いはマルチメディアパケットがコピーされない場合、受信したマルチメディアパケットは、パケット分解手段226に送信される。マルチメディアパケットがパケット分解手段226に送信されると、内部信号が、コンテキストエンジン240に送信される。コンテキストエンジン240は、Vix−V3ヘッダー144のフロー識別領域149を利用して、それぞれの計算エンジンに情報を送信した後、FPGA182及び184に備えた計算エンジンが必要な情報を照合する。好ましくは、この情報は、FPGA182に接続されたFPGAメモリ183で保存されており、その結果、マルチメディアルーター118の他の部分との最小限の相互作用によって、素早く統計値を収集することができる。
【0059】
それぞれの検索エンジンで必要な情報は、好ましくは配線によって行われており、これにより、ソフトウェアを利用することなく、必要な情報を予め定義することができる。後述するように、計算エンジンは、RTCPジターエンジン234、RTPジターエンジン232、待ち時間エンジン236及び損失パケット算出エンジン238を備えたFPGA182及び184に備えられている。以下に、それぞれの計算エンジンに必要な情報の例を記載する。
【0060】
本発明の最良の実施の形態において、待ち時間エンジン236は、DLSR(LSR から現在までの遅延:delay since last send report)、RTCPヘッダー143(図3)にあるNTP(network timing protocol)タイムスタンプ、及びLSRからの時間が必要である。RTCPジターエンジン234は、RTCPヘッダー143(図3)によって定義されるRTCPジター値が必要である。損失パケット算出エンジン238は、RTPヘッダー142(図3)からシーケンス番号が必要である。他に、RTPジターエンジン232は、FPGAエンジン183及び183(図4)からの情報は必要としない。
【0061】
ジター、待ち時間、損失パケットの計算は、コンテキストエンジン240によって補われたFPGAメモリ183及び185から保存したデータと、受信したマルチメディアパケットから受信したリアルタイムデータが必要である。パケット分解手段226は、ジター、待ち時間及び損失パケットのいずれか一つ以上の正確な計測値を得て比較するために、リクエスト計算エンジンにリアルタイムデータを供給している。パケット分解手段226はまた、ヘッダー部140(図3)の分類ID146(図3)を利用して、受信したマルチメディアパケットがRTPパケットであるか、RTCPパケットであるかを識別する。受信したマルチメディアパケットがRTPパケットである場合、パケット分解手段226は、マルチメディアパケットからリアルタイムデータを隔離し、そのデータをRTPジターエンジン232に送信する。一方、受信したマルチメディアパケットがRTCPパケットである場合、パケット分解手段は、マルチメディアパケットからリアルタイムデータを隔離し、RTCPジターエンジン234にそのデータを送信する。
【0062】
ジターは、フローにおけるパケット間の間隔の変化の計測値である。別の定義では、ジターは、RTPマルチメディアパケットフローの待ち時間の変化である。RTPジターエンジン232は、メディアルーター118を介したRTPマルチメディアパケットフローのジターを計測する。RTPマルチメディアパケットが、RTPジターエンジン232に到達すると、タイマーが開始され、そのマルチメディアフローの次のRTPマルチメディアパケットが到達するまでタイマーは稼働する。マルチメディアパケットの到着時間の間隔は、内部パケットの間隔に参照される。二つの内部パケットの間隔の偏差によって、ジター値が決定される。偏差は、ジター値の中間値(“mean”)を生成し保存するための、偏差の集合に付加される。
【0063】
一方、RTCPマルチメディアパケットは、RTCPヘッダー144(図3)において、ジター値を備えている。従って、RTCPジターエンジン234がRTCPマルチメディアパケットを受信すると、RTCPジターエンジン234は、RTCPヘッダーを分解し、ジター値を取り除く。ジター計算は、特に、RTPジターエンジン232或いはRTCPジターエンジン234のいずれか一つによって、配線によって行われるので、ジターの計算は、メディアルーター118において、処理部が必ず必要な訳ではない。
【0064】
マルチメディアパケットの一部がRTCPジターエンジン及びRTPジターエンジン232に送信されると、パケット分解手段226は、また、RTCPマルチメディアパケットからリアルタイムデータを隔離し、そのデータを待ち時間エンジン236に送信する。待ち時間エンジン236は、メディアルーター118から終端点のRTCPマルチメディアパケット送信において、待ち時間を計測する。おそらく、終端点は、これに限定されるものではないが、SIP電話などの通信手段である。メディアルーター118と終端点との通信の対象(subject)は、テストパケットである。送信されたテストパケットを受信する終端点は、終端点によってテストパケットが受信された時刻と、テストパケットがメディアルーター118によって送信された時刻とを比較して、往復の飛行時間を決定する。往復の飛行時間の半分は、マルチメディアパケット送信における待ち時間となる、片道の飛行時間と考えられる。
【0065】
パケットループを行う専用経路を利用するというよりも、RTCPパケットフォーマットが利用されることを記載する。RTCPパケットフォーマットによって、送信元の(送信レポートから)タイムスタンプを取得し、ループしているテストパケット(の受信レポートに)にタイムスタンプを設置することができ、また、テストパケットのループにどれくらいの時間がかかったのかを判定することができる。
【0066】
RTPマルチメディアパケットがRTPジターエンジン232に送信されると、RTPマルチメディアパケットは、また、損失パケット算出エンジン238に送信される。更に、損失パケット処理を参照して、以下のようなステップを実行して、マルチメディアフローにおけるドロップしたパケット処理を成し遂げる。損失パケット算出エンジン238はパケット分解手段226からシーケンス番号を受信し、そのシーケンス番号が、FPGAメモリ183及び185に記憶された最大シーケンス番号よりも大きい場合、損失パケット算出エンジン238は、カウンターを一つあげる。損失パケット算出エンジン238は、最大値と受信したシーケンス番号の違いだけカウンターをあげる。損失パケット算出エンジン238がFPGAメモリ183及び185に記憶された最大シーケンス番号よりも小さい場合、損失パケット算出エンジン238は、カウンターを一つ下げる。損失パケットパケットヘッダー部140(図3)から受信したシーケンス番号が、”とても遠い”最大シーケンス番号よりも離れている数字である場合、ホスト処理部202によって予め定義されている様に、遅すぎていると認定され、シーケンス番号の損失パケット算出エンジン238は、受信したシーケンス番号の増加、減少を行わない。損失パケット算出エンジン238が算出するカウンター番号は、損失パケットの数を示している。
【0067】
FPGA182及び184は、検索したマルチメディアパケットをホスト処理部202へ送信し、ホストに、取得した統計値にアクセスさせ、蓄積したあらゆるカウンターをクリアさせる。FPGA182及び184は、マルチメディアパケットが継続して受信され、それぞれのクロック端においてFPGA182及び184によって解析されるのが好ましい。
【0068】
本発明の別の実施の形態においては、ネットワーク処理部162、164、166、168は、それよりも多い或いは少ないネットワーク処理部がトラフィック管理部172に接続されていても良いし、トラフィック管理部172はそれ以上或いはそれ以下のポートを備えていても良い。更に、メディアルーター118において、FPGA182及び184は、それ以上或いはそれ以下のFPGAを備えていても良い。
【0069】
本発明の上述した実施の形態は、特にあらゆる好ましい実施の形態は、単に実施の一例であり、単に、本発明の本質を理解しやすくするものである。本発明の本質及び主題からはずれることなく、上述した本発明の実施の形態に、様々な変更及び改良が加えられても良い。全てのこの変更及び改良は、この開示及び本発明の範囲に含められ、特許請求の範囲により保護される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の統計値を収集するシステムにおいて使われる通信ネットワークを示したブロック図である。
【図2】図1に示した通信ネットワークにおいて、更にメディアルーターを追加した場合を示したブロック図である。
【図3】図1及び図2に示したメディアルーターで受信したマルチメディアパケットの例を示すブロック図である。
【図4】図1及び図2に示したメディアルーターを示したブロック図である。
【図5】図4に示したメディアルーターに含まれるFPGAを示したブロック図である。
Claims (10)
- 受信したマルチメディアパケットに、ユーザ定義領域(145)とフロー識別領域(149)を備えるヘッダー(140)を加えることにより、前記受信したマルチメディアパケットを複数の固定長セルに変換する、少なくとも一つのネットワーク処理部(162)と、
マルチメディアフローレートを計測するとともに、前記マルチメディアフローレートの最大データ送信レートで実施するトラフィック管理部(172)と、
受信したマルチメディアパケットの少なくとも一部をコピーし、前記受信したマルチメディアパケットのコピーによって、計算エンジン列を介して前記統計値の収集を実行する少なくとも一つのFPGA(フィールドプログラム可能なゲートアレイ)(182)と、
前記ネットワーク処理部(162)における前記マルチメディアフローの集合及び最小又は最大統計値を含む現在の統計値の保存を含むマルチメディアフロー品質計測サービスを、一つのフローについて実行し、前記現在の統計値は前記FPGAによって収集された統計値を含むホスト処理部(202)とを備え、
前記ユーザ定義領域には、前記受信したマルチメディアパケットのデータ部のコピーを、少なくとも一つのネットワーク処理部に、または、少なくとも一つのネットワーク処理部および前記FPGAに、提供するか否かを決定するためのコピー領域を含み、
前記トラフィック管理部は、
前記受信したマルチメディアパケットの前記ユーザ定義領域に含まれる前記コピー領域に従って、前記受信したマルチメディアパケットのデータ部のコピーを、少なくとも一つの前記ネットワーク処理部、または少なくとも一つの前記ネットワーク処理部と前記FPGAに送信する
ことを特徴とするマルチメディアパケットネットワーク(102)において統計値を収集するシステム。 - 前記受信したマルチメディアパケットは更に、RTCPヘッダー(143)を備えており、
前記統計値を収集するシステムは、
前記システムに接続された所定の終端点を介して往復するように設計されたマルチメディアテストパケットと、テストパケット送信時刻とを関連づけ、
前記マルチメディアテストパケットが往復して到着したとき、テストパケット受信時刻とを関連づけ、
前記テストパケット送信時刻と前記テストパケット受信時刻とをから往復時間を生成し、
前記往復時間から前記マルチメディアパケットの送信における待ち時間を生成して、前記マルチメディアパケットの送信における待ち時間を決定する待ち時間計算エンジン(236)
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記受信したマルチメディアパケットは、前記受信したマルチメディアパケットで保存されたシーケンス番号を含むRTPパケットヘッダー(142)を更に備えており、
前記統計値を収集するシステムは、
前記シーケンス番号を受信し、受信した前記シーケンス番号が保存されたシーケンス番号の最大値より大きい場合、前記最大値と受信した前記シーケンス番号との違いによって、受信した前記シーケンス番号のカウンターをあげ、
受信した前記シーケンス番号が、前記保存されたシーケンス番号の最大値より小さい場合、前記カウンターの値を、損失パケットの数に下げて、損失パケットの処理を供給する損失パケット算出エンジン(238)
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記受信したマルチメディアパケットは、ジター値を含むRTCPパケットヘッダー(143)を更に備えており、
前記統計値を収集するシステムは、
前記RTCPパケットヘッダーを解剖し、RTCPジター値を削除することにより、RTCPジターを決定するRTCPジターエンジン(234)
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記統計値を収集するシステムは、
第1のRTPマルチメディアパケットを受信したときにタイマーを開始し、
前記第1のRTPマルチメディアパケットと同一のRTPマルチメディアフローから生成された第2のRTPマルチメディアパケットを受信したときに前記タイマーを停止し、
前記第1のRTPマルチメディアパケットと、前記第2のマルチメディアパケットとの到着時刻の時間間隔を、内部パケットの間隔として参照し、
前記RTPジター値を取得するために、二つの内部パケットの間隔を偏差を決定することにより、RTPジター値を決定するRTPジターエンジン(232) を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記トラフィック管理部(172)は、前記マルチメディアパケットが、マルチメディアパケットフローに割り当てられた所定の帯域幅外である場合、適切に放棄して、マルチメディアパケットをドロップし或いは前記マルチメディアパケットをマークすることにより、予め決められたデータ送信レートの最大値で実施して、マルチメディアフローを計測及び実施を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記ヘッダー(140)は、更にVix−V3ヘッダー(144)を備えていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記ネットワーク処理部は、前記コピー領域に、受信した前記マルチメディアパケットのコピーが、少なくとも一つのネットワーク処理部、または少なくとも一つのネットワーク処理部と前記FPGAに供給されることを明記する
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記FPGAは、前記コピー領域のコピービットに従って、全ての受信したマルチメディアパケットをコピーし、または前記受信したマルチメディアパケットの前記ヘッダーをコピーする
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記FPGAは、前記受信したマルチメディアパケットのユーザ定義領域に含まれる検索ビットを参照し、前記検索ビットに従って、前記受信したマルチメディアパケットをコピーするか否かを決定する
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
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