JP4399356B2 - セルをカプセル化するための方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般に、データ通信の分野であって、特に、セルをカプセル化するための方法及びシステムに関する。

通信システムにおけるセルのカプセル化は、カプセル化されるべく待っているセルをバッファリングするための複数のキューの使用を含む。異なるキューにおけるセルは、しかしながら、又セル遅延変化量として知られる、カプセル化に先立って異なる待ち時間を経ることが可能である。セル遅延変化量は、通信システムにおける不所望のジッタを導入する可能性がある。更に、既知の技術に従ったカプセル化は、通信チャネルの純最適な帯域幅の使用をもたらすことが可能である。それ故、ジッタを制御し且つ帯域幅の利用を改善する間のセルのカプセル化が課題となっている。

本発明に従って、データ通信におけるセルのカプセル化のための先行技術に関連する問題点及び不利点は低減又は削除することが可能である。

本発明の実施形態に従って、セルのカプセル化は、判定ポイントに関連するキューにおいてセルの受信を含む。各々の判定ポイントはセル数に対応し、閾値基準に関連する。続く操作は、閾値基準が満足されるまで繰り返される。判定ポイントに対応するセル数はキューに蓄積される。キューにおけるセルに関連するジッタは予測され、その予測されたジッタは判定ポイントに関連する閾値基準を満足するかどうかが判定される。予測されたジッタが閾値基準を満足する場合、セルは、キューに結合された他のバッファに送信される。そうでない場合、セルは、キューにおいて蓄積され続ける。バッファにおけるセルは、特定の基準が満足された場合、カプセル化される。

本発明の特定の実施形態は、１つ又はそれ以上の技術的有利点を提供することが可能である。一実施形態の技術的有利点は、カプセル化されるセル数が予測されたジッタに応じて調整され、そのセル数は、効率を維持する間にジッタを制御するように機能することが可能である。予測されたジッタが高い場合、少しのセルが、ジッタを制御するためにカプセル化される。予測されたジッタが低過ぎる場合、多くのセルは、効率を維持するためにカプセル化される。一実施形態の他の技術的有利点は、所定の時点にバッファにおけるセル数を予測することによりジッタの予測を提供することが可能であることである。セルの予測数が多い場合、ジッタは高くなると予測される。セルの予測数が少ない場合、１０多数は少ないと予測される。

本発明の特定の実施形態は、上記の有利点の全部を含む、一部を含む又は含まない。１つ又はそれ以上の他の技術的有利点について、当業者は、添付図、以下の説明及び同時提出の特許請求の範囲から、容易に理解することができるであろう。

図１は、カプセル化セクションを生成するようにセルをカプセル化するためのシステム１０を示している。システム１０は、予測されたジッタに応じてキューにおいてカプセル化されるために待っているセルの数を調整し、他のキューにおいてカプセル化されるために待っているセルの数に依存する。カプセル化されるセルの数を調整することにより、システム１０は、効率を維持する間にジッタを制御することが可能である。一般に、少数のセルをカプセル化することはジッタを低減する一方、多数のセルをカプセル化することは効率を改善する。システム１０は、ジッタを予測し、効率を維持する間に、ジッタを低減するようにカプセル化されるセル数を調整する。

システム１０は、映像フロー２０及びデータフロー２２からセルを受信し、カプセル化セクションを生成するために受信されたセルをカプセル化し、パケットにカプセル化セクションを断片化し、受信器３２にパケットを送信する。セルは固定サイズのパケットから構成される。例えば、セルは、４８バイトのペイロードと５バイトのヘッダとを有する非同期転送モード（ＡＴＭ）セルから構成されることが可能である。映像フロー２０は映像トラヒックを送信し、データフロー２２はデータトラヒックを送信する。一実施形態に従って、映像フロー２０は、ＡＴＭ永久仮想回路（ＰＶＣ）から構成されることが可能であり、データフロー２２はＰＶＣから構成されることが可能である。音声トラヒック又は他のリアルタイムトラヒックのような他のタイプのトラヒックを送信するフローは、映像フロー２０の代わりに又はそれに加えて使用されることが可能である。

システム１０は、例えば、ＭＰＥＧ−２（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ−２）又はＭＰＥＧ−４映像トラフィック、ＶＯＩＰ（Ｖｏｉｃｅ Ｏｖｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）又はインターネットプロトコル（ＩＰ）パケットトラヒック、若しくはＡＴＭセルに流れるシリアルデータストリーム等のいずれの適切なタイプのトラヒックを受信することが可能である。トラヒックを、ジッタトレランスに従って分類することが可能である。一実施形態に従って、ジッタトレランスであるトラヒックはデータトレランスから構成され、ジッタトレランスではないトラヒックは映像トラヒックから構成される。ジッタトレランストラヒックは、しかしながら、いずれの適切な“ジッタトレランス”の定義に従ったジッタトレランスであるいずれのトラヒックから構成されることが可能であり、ジッタイントレランストラヒックはジッタトレランスでないいずれのトラヒックから構成されることが可能である。例えば、ジッタイントレランストラヒックは音声トラヒックから構成されることが可能である。

システム１０は、スイッチ２６とカプセル化器３０とを含む。スイッチ２６は、映像フロー２０お呼びデータフロー２２からセルを受信し、カプセル化器３０にセルを送信する。スイッチ２６は、非同期転送モード（ＡＴＭ）スイッチから構成されることが可能である。スイッチ２６は、映像バッファ３４とデータバッファ３６とを含む。映像バッファは映像フロー２０からセルを受信し、データバッファ３６はデータフロー２２からセルを受信する。スイッチ２６は、データフロー２２からのジッタトレランストラヒックより映像フロー２０からのジッタイントレランストラヒックを支持するスケジューリング優先順位を実行する。

カプセル化器３０は、スイッチ２６から受信されたセルからカプセル化セクションを生成する。
カプセル化セクション３０は、インタファースカード３８、映像キュー４０、データキュー、処理器４３、リアルタイムバッファ４２、非リアルタイムバッファ４４及びスケジューラ４６を含む。赤外線カード３８は、スイッチ２６から受信されたセルをバッファリングし、映像キュー４０及びデータキュー４２にセルを送信する。インタフェースカード３８は、例えば、非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワークインタフェースカードから構成されることが可能である。

映像キュー４０は映像トラヒックをバッファリングし、データキュー４１はデータトラヒックをバッファリングする。各々の映像キュー４０は、映像キュー４０に関連する映像フロー２０から送信された映像トラヒックを記憶する。一実施形態に従って、音声トラヒック又は他のリアルタイムトラヒックのような他のタイプのトラヒックをキューイングするキューは、映像キュー４０の代わりに又はそれに加えて、使用されることが可能である。同様に、各々のデータキュー４１は、データキュー４１に関連するデータフロー２２から送信されたデータトラヒックを記憶する。本明細書で用いる“各々”は、集合の各々のメンバー又は集合の副集合の各々のメンバーを言う。

処理器４３はカプセル化プロセスを管理する。映像キュー４０におけるセル数が閾値に達した場合、セルはカプセル化セクションを生成する。処理器４３は、予測されたジッタに応じて目標値を決定し、その目標値は、リアルタイムバッファ４２におけるパケット数に、一部依存する。ジッタは、スイッチ２６への入力と受信器３２への入力との間のセル遅延変化量を計算することにより予測される。データキュー４１は、同様の方法で又は他の適切な方法で、データセルからカプセル化セクションを生成することが可能である。

キュー４０及び４１からのカプセル化セクションはパケットにパケット化される。映像カプセル化セクションのパケットはリアルタイムバッファ４２にコピーされ、データカプセル化セクションのパケットは非リアルタイムバッファ４４にコピーされる。カプセル化セクションのパケットは、パケットが他のカプセル化セクションのパケットによりインターリーブされないような、リアルタイムバッファ４２又は非リアルタイムバッファ４４に連続的にコピーされることが可能である。パケット化されたカプセル化セクションについては、図２を参照して説明する。一実施形態に従って、音声トラヒック又は他のリアルタイムトラヒックのような他のタイプのトラヒックをバッファリングするバッファは、リアルタイムバッファ４２の代わりに又はそれに加えて、用いられることが可能である。

スケジューラ４６は、リアルタイムバッファ４２から映像カプセル化セクションを、非リアルタイムバッファ４４からデータカプセル化セクションを出力する。リアルタイムバッファが空である場合にのみ、パケットが非リアルタイムバッファ４４から送信されるように、リアルタイムバッファ４２は、非リアルタイムバッファ４４に対してスケジューリング優先順位を与えられることが可能である。従って、非リアルタイムバッファ４４は、遅延データカプセル化セクションを記憶するように十分大きい。リアルタイムバッファ４２及び非リアルタイムバッファ４４は、先入先出法に従って、パケットを処理することが可能である。

要約すると、システム１０は、カプセル化セクションを生成するためにセルをカプセル化する。各々の映像キュー４０においてカプセル化されるセルの数は、効率を維持する間にジッタを低減させることを目的として、予測されたジッタに応じて調整される。ジッタは、図３を参照して説明するように、セル遅延変化量を計算することにより見積もられることが可能である。いつ、セルをカプセル化するべきかを決定するための方法について、図４を参照して説明する。セル遅延変化量を予測することは、図５を参照して説明するように、リアルタイムバッファ４２にあると予測されるパケットの数を計算することを含む。カプセル化セクションはパケットに断片化され、それらパケットは受信器３２に送信される。セルおよびパケットは固定サイズのパケットから構成され、ここで、セルのサイズはパケットのサイズとは異なるようにすることが可能である。

図３乃至５を参照して示している例において説明した計算を実行するために、次の表のようなパラメータを用いる。

図２は、パケット化されたカプセル化セクション２００を示している。カプセル化セクション２００は、セクションヘッダ２１０と、セクションデータ２１２と、セクションフッタ２１４とを含む。セクションヘッダ２１０は、例えば、デジタル映像放送（ＤＶＢ）マルチプロトコルカプセル化（ＭＰＥ）ヘッダデータを含むことが可能である。セクションデータ２１２はパケット２１６を含む。一実施形態に従って、カプセル化セクション２００は、マルチプロトコルカプセル化（ＭＰＥ）セクションから構成されることが可能である。パケット２１６は、パケットヘッダ２１８と、パケットデータ２２０と、パケットフッタ２２２とを含む。パケットデータ２２０はセルを含む。セクションフッタ２１４は、例えば、エラー補正コードを含むことが可能である。一実施形態に従って、各々のパケット２１６は、２０４バイトのＭＰＥＧ−２のパケットから構成されることが可能である。パケットヘッダ２１８は８バイトを有し、パケットデータ２２０は１０４バイトを有し、パケットフッタ２２２は８バイトを有し、そして、４バイトが制御目的で使用される。

一実施形態に従って、ヘッダ圧縮は、セルをカプセル化するときに使用されることが可能である。セルヘッダからの関連情報は、カプセル化セクション２００の制御セルに符合化される。

図３は、セル遅延変化量を計算することが可能であるカプセル化セクション２００を示している。示している例において表されている式は実施形態に適用され、その実施形態に従って、ＡＴＭセルおよびＭＰＥＧ−２パケットは使用される。しかしながら、他の式が他の実施形態に対して使用されることが可能であり、そのような他の実施形態に従って、他のセル又はパケットが使用される。一実施形態に従って、カプセル化セクション２００は、キューｉと呼ばれるｉ番目の映像キュー４０にあり、ここで、ｉ＝１，．．．，ｎ_ｖである。能力Ｒ_ｉは、キューｉに割り当てられた帯域幅である。スイッチ２６において、キューｉが経験する、最悪の場合のセル遅延変化量

を、次のような式（１）により表すことが可能である。

ここで、Ｒｓｗはスイッチ２６の出力部分のスイッチング能力である。次のバッファリング段階は、カプセル化器３０のインタフェースカード３８において起こる。

インタフェースカードに至るまで及びそれを含むセル遅延変化量

は、次式（２）により表すことが可能である。

ここで、Ｒｃａｒｄはインタファースカード３８の処理能力である。インタフェースカード３８を出た後、最悪の場合の出発間時間

又は遅延時間は、フローｉの２つの連続セルに対して、次の式（３）により表される。

カプセル化器３０の出力における２つの連続セルに対する最悪の場合の出発間時間は、２つの連続セルの第１セルがｋ番目のカプセル化セクションの最後のセルであり、連続セルの第２セルが（ｋ＋１）番目のカプセル化セクションの第１セルであるとき、生じる。示している例において、第１セル２５０ａはｋ番目のカプセル化セクション２００ａの最後のセルであり、第２セル２５０ｂは、（ｋ＋１）番目のカプセル化セクション２００ｂの第１セルである。

第１セル２５０ａの第１ビットが時間ｔにおいてキューｉに到達する場合、第１セル２５０ａの最後のビットは時間ｔ＋４２４／Ｒ_ｃａｒｄにおいて到達する。一実施形態に従って、カプセル化セクション２００に対してヘッダ２１０及びフッタ２１４を計算するためとカプセル化セクション２００にセル２５０を挿入するためとに必要な時間は、キューｉにおけるセル２５０の待ち時間に比較して短いと仮定される。同様に、パケット２１６のパケットヘッダ２１８及びパケットフッタ２２２を生成するために必要な時間は短いと仮定される。カプセル化器３０の出力における最悪の場合の出発間時間を計算するために、第１セル２５０ａの最後のビットに対する最も早い有効な出発時間と第２セル２５０ｂの最後のビットに対する最新の有効な出発時間との間の差が計算される。

一旦、第１セル２５０ａの最後のビットがキューｉに到達すると、ｋ番目のカプセル化セクション２００ａに対するヘッダ２１０ａ及びフッタ２１４ａが計算され、カプセル化セクション２００ａは、次式（４）により与えられるパケット２１６ａの数にパケット化される。

ここで、

はシーリング関数である。セルヘッダが圧縮される場合、カプセル化セクション２００は、ヘッダを有しないＭ_ｉ（ｋ）−１個のセルを加えたカプセル化セクション２００の次のセル２５０のヘッダ情報を表す制御セルを有するＭ_ｉ（ｋ）個のセルを含む。示している例において、分子の１６バイトの項は、カプセル化セクションヘッダ２１０及びフッタ２１４の組み合わせであり、分母の１８４バイトは、パケット２１６のパケットデータ２２０のサイズである。

最良のシナリオにおいては、ｋ番目のカプセル化セクション２００ａのパケット２１６は、即座に、カプセル化器３０から送信される。従って、第１セル２５０ａの最後のセルの最も早い有効な出発時間は、次の式（５）により与えられる。

ここで、Ｒ_{ｅｎｃａｐ}は、カプセル化器３０の処理能力である。式（５）の右辺における最後の項は、最後のパケット２１６ａのパケットフッタ２２２ａとフッタ２１４ａとを送信するために必要な時間を表し、それらは第１セル２５０ａの最後のビットの後に送信される。

最悪の場合、第２セル２５０ｂの第１ビットは時間Ｄ_ｃａｒｄに映像キューに到達し、最後のビットは時間ｔ＋Ｄ_ｃａｒｄ＋４２４／Ｒ_ｃａｒｄに到達する。第２セル２５０ｂは、カプセル化セクション２００ｂと比較するために、個の付加セルの到着のためにキューｉにおいて待つ。一実施形態に従って、Ｍ_ｉ（１＋ｋ）個のセルは制御セルを含むことが可能である。従って、（ｉ＋ｋ）番目のカプセル化セクション２００ｂの最後のセルの最後のビットは、時間ｔ＋Ｄ_ｃａｒｄ（Ｍ_ｉ（１＋ｋ）−１）＋４２４／Ｒ_ｃａｒｄにキューｉにおいて利用可能となる。一旦、最後のビットが利用可能になると、（１＋ｋ）番目のカプセル化セクション２００ｂは構築されることが可能である。リアルタイムバッファ４２と非リアルタイムバッファ４４とに新しく生成されたパケット２１６のコピーは、Ｒ_{ｅｎｃａｐ}より速いレートで行われると仮定される。

最悪の場合、キューｉの（ｉ＋ｋ）番目のカプセル化セクションは、他のキューｊからのｎ_ｖ−１個のカプセル化セクションの送信のために待つ必要があり、ここで、スケジューラ４６の擬似特性のために、ｊ＝１，．．．，ｎ_ｖであり、ｊ≠ｉであり、非リアルタイムバッファ４４からのパケット２１６の送信が加えられる。Ｍｊは、キューｊからのカプセル化セクションの一般的サイズを示している。キューｉの（ｉ＋ｋ）番目のカプセル化セクションの第１ビットは、次の式（６）により表されるより遅くなることなくカプセル化器３０から送信される。

（ｉ＋ｋ）番目のカプセル化セクションにおいては、第１パケット２１６ｂのヘッダ２１８ｂ、パケット２１６ｂの制御フィールド、ヘッダ２１０ｂ及び制御セルが第２セル２５０ｂの前に来る。一実施形態に従って、パケットヘッダ２１８ｂは８バイトから構成され、制御フィールドは４バイトから構成され、ヘッダ２１０ｂは８バイトから構成され、そして制御セルは４８バイトから構成される。第２セル２５０ｂの最後のビットの最新の送信時間を次の式（７）により表すことが可能である。

式（５）及び（７）から、カプセル化器３０の出力における最悪の場合の出発間時間

を次式（８）のより表すことが可能である。

カプセル化器３０に至るまでの及びそれを含む最悪の場合のセル遅延変化量

を次式により与えることが可能である。

例として、Ｍ値がカプセル化セクション２００全てに対してその最大の有効サイズに設定されるとき、最悪の場合の状態が生じる。この場合、式（８）は次式（１０）に縮められる。

キューｉの（ｉ＋ｋ）番目のカプセル化セクション２００ｂがカプセル化される必要があるとき、制御されることが可能である式（８）の唯一の因数は、Ｍ_ｉ（１＋ｋ）である。これは、最悪の場合のセル遅延変化量を減少させるために用いられることが可能である。

セル遅延変化量は、大きいＭ値によりマイナスの影響を与えられる。しかしながら、Ｍ値を減少させることは、そのような減少はカプセル化の関連オーバーヘッドを典型的には増加させるため、帯域幅効率に関して悪影響を有することとなる。この関係を示すために、変数Ｍは、所定のカプセル化セクション２００のＭ値を表すために用いられる。帯域幅効率η（Ｍ）は、カプセル化セクション２００のペイロードバイト数とカプセル化器３０からカプセル化セクション２００を送信するために用いられる全バイト数との間の比として定義されている。一実施形態に従って、ペイロードバイトは、カプセル化セクション２００を生成するために必要な、カプセル化器３０の入力におけるＡＴＭトラヒックバイトと呼ばれる。従って、帯域幅効率を、次式（１１）を用いて計算することが可能である。

ここで、

は、カプセル化セクション２００のパケット２１６の数であり、Ｍ−１は、カプセル化セクション２００のペイロードセルの数である。

一般に、Ｍ値が大きくなるに従い、帯域幅効率は大きくなる。しかしながら、その傾向は、式（１１）のシーリング関数のために単調ではなく、パケット２１６における使用されていないバイトのパディングに依存する。このパディングの結果として、ＡＴＭに対して、最適な効率がＭ＝８４において達成され、次式（１２）により表される。

η_ｏｐｔ（Ｍ）＝η（８４）＝９８．０２％ （１２）
最適に近い効率を、８４より著しく小さい特定のＭ値であって、例えば、Ｍ＝３６又はＭ＝１５を用いて、達成することが可能である。

図４は、セルをカプセル化するための方法について示すフロー図である。その方法に従って、各々の映像キュー４０は、判定ポイントに関連付けられる。図に示している例において、各々の映像キュー４０は、３つの判定ポイントＭ_ｌｏｗ、Ｍ_{ｍｅｄｉｕｍ}及びＭ_ｈｉｇｈに関連付けられる。判定ポイントは、映像キュー４０におけるセル数を参照する。映像キュー４０が判定ポイントに到達するとき、映像キュー４０においてセルをカプセル化すべきかどうかの判定は、他の映像キュー４０とリアルタイムバッファ４２におけるアクティビティに基づいてなされる。代表的には、他の映像キュー４０とリアルタイムバッファ４２における高いアクティビティは、高いジッタに対するポテンシャルを示す。そのアクティビティが高い場合、予測されるジッタは高くなることが示され、それ故、セルはジッタを制御するためにカプセル化される。そのアクティビティが低い場合、予測されるジッタは低くなることが示され、送信効率を増加するためにカプセル化は保留される。一実施形態に従って、各々の判定ポイントは、効率を最大化するために、判定ポイントにおけるセルの数のカプセル化を提供するように、最適化効率に関連付けられることが可能である。高品質のサービスの制約を伴わないデータは、最大化効率においてカプセル化されることが可能であり、高品質のサービスの制約を伴うデータは、高品質のサービスの制約に関連する最大化効率においてカプセル化されることが可能である。

アクティビティは、リアルタイムバッファ４２におけるパケットの

数を予測することにより見積もられることが可能であり、そのパケット数は、他の映像クエリ４０からリアルタイムバッファ４２に到達することが予測されるパケットの数を加えた、リアルタイムバッファ４２に既にあるパケットの数を含む。閾値は、映像キュー４０とリアルタイムばっふぁにおけるアクティビティがセルをカプセル化するに十分であるか銅かを判定するために用いられることが可能である。例えば、パケット

の数が閾値を満足する場合、カプセル化は実行される。示している例において、各々の映像キュー４０は第１閾値及び第２閾値に関連付けられる。第１閾値は、カプセル化がＭ_ｌｏｗ又はＭ_ｍｅｄにおいて起こるかどうかを判定するために、判定ポイントＭ_ｌｏｗにおいて用いられ、第２閾値は、カプセル化がＭ_ｍｅｄ又はＭ_ｈｉｇｈにおいて起こるかどうかを判定するために、判定ポイントＭ_ｍｅｄにおいて用いられる。

この方法は、セルが映像キュー４０において蓄積される段階３００において開始される。映像キュー４０におけるセルの数は、段階３０２において調べられる。セルの数が判定ポイントＭ_ｌｏｗに達していない場合、この方法は、映像キュー４０においてセルを継続して蓄積するために段階３００に戻る。セルの数が判定ポイントＭ_ｌｏｗに達している場合、この方法は、リアルタイムバッファ４２にあるパケット数を予測するために段階３０４に進む。パケットの数を、図５を参照して説明する方法に従って予測することが可能である。その予測される数が、段階３０６において第１閾値を満足する場合、この方法は、Ｍ_ｌｏｗのセルを含む小さいカプセル化セクションをカプセル化するために段階３０８に進む。その小さいカプセル化セクションをカプセル化した後、この方法は終了する。

その予測される数が段階３０６において第１閾値を満足しない場合、この方法は、映像キュー４０においてセルを継続して蓄積するために段階３１０に進む。蓄積されたセルの数は段階３１２において調べられる。セルの数が判定ポイントＭ_ｍｅｄに達していない場合、この方法は、映像キュー４０においてセルを継続して蓄積するために段階３１０に戻る。セルの数が判定ポイントＭ_ｍｅｄに達している場合、この方法は、リアルタイムバッファ４２にあるパケット数を予測するために段階３１４に進む。その予測される数が、段階３１６において第２閾値を満足する場合、この方法は、中間サイズのカプセル化セクションをカプセル化するために段階３１８に進む。セルをカプセル化した後、この方法は終了する。

その予測される数が段階３１６において第２閾値を満足しない場合、この方法は、セルを継続して蓄積するために段階３２０に進む。蓄積されたセルの数は段階３２２において調べられる。セルの数が判定ポイントＭ_ｈｉｇｈに達していない場合、この方法は、セルを継続して蓄積するために段階３２０に戻る。セルの数が判定ポイントＭ_ｈｉｇｈに達している場合、この方法は、リアルタイムバッファ４２にあるパケット数を予測するために段階３１４に進む。その予測される数が、段階３１６において第２閾値を満足する場合、この方法は、大きいサイズのカプセル化セクションをカプセル化するために段階３２４に進む。セルをカプセル化した後、この方法は終了する。

図５は、ジッタを予測するための方法を示すフローチャートである。この方法は、キューｉに位置付けられたセルをカプセル化するかどうかを判定するために用いられる、リアルタイムバッファ４２におけうパケット

の数を予測する。この方法に従って、キューｊに関連するフロー２０に割り当てられた帯域幅を考慮する間に、フィルタイムマトリクスＡ_ｊは、他のキューｊが判定ポイントに達する時間を表す。リアルタイムバッファ４２における予測されたパケット

は、現在のパケット数とフィルタイムマトリクスＡ_ｊとを用いて決定される。

この方法は、フィルタイムマトリクスＡ_ｊが開始される段階４００において開始される。各々のキューｊを、２つのコラムを有するフィルタイムマトリクスＡ_ｊに関連付けることが可能である。完全なフィルタイムマトリクスＡ_ｊにおいて、第１コラムはフィルタイムを表し、第２コラムは各々の充填により生成された付加パケットを表す。要素Ａ_ｊ（ｐ，ｑ）は、Ａ_ｊの（ｐ，ｑ）番目の要素である。

示している例において、判定ポイントは、Ｍ_ｌｏｗ、Ｍ_ｍｅｄ及びＭ_ｈｉｇｈから構成される。判定は、キューｉにおけるセル数Ｍ_ｉが、Ｍ_ｌｏｗ−１及びＭ_ｍｅｄ−１に達したときになされる。判定ポイントは段階４０２において選択される。キューｉにおけるセル数Ｍ_ｉがＭ_ｌｏｗ−１に等しい場合、Ｍ＝Ｍ_ｌｏｗを用いてカプセル化するか又は次の判定ポイントに達するまでセルを継続して蓄積するかの判定がなされる。カプセル化するべきであるかどうかを判定するために、セル遅延変化量に関する次の判定ポイントを待つインパクトが評価される。

待つ期間は段階４０４において計算される。カプセル化が、ｍ_ｉ＝Ｍ_ｍｅｄ−１になるまで延期される場合、最悪の場合において、キューｉは、次式（１３）により表される期間

を待つ必要がある。

待ち期間の間、他のキューｊはそれらのそれぞれの判定ポイントに達することが可能であり、３つのＭ値のいずれを用いて、カプセル化することが可能である。他のキューｊの１つが、セル遅延変化量に関してキューｊにおいてアクティビティのインパクトを決定するために、段階４０５において選択される。期間

以内にキューｊに達することが可能であるセルの最大数は、

により与えられる。キューｊの充填状態、即ち、ｍ_ｊ≧Ｍ_ｍｅｄ、Ｍ_ｌｏｗ≦ｍ_ｊ＜Ｍ_ｍｅｄ−１及びｍ_ｊ＜Ｍ_ｌｏｗ−１に依存して、考慮される３つの可能性がある。

ｍ_ｊ≧Ｍ_ｍｅｄを有するキューｊに対する充填時間は段階４０６において計算される。ｍ_ｊ≧Ｍ_ｍｅｄである場合、キューｊに対する次の判定ポイントはＭ_ｈｉｇｈに現れる。それ故、

である場合、最悪の場合、キューｊがＭ_ｍｅｄ−１の充填レベルに達する前に、キューｊは、少なくとも１つのカプセル化セクションを生成することが可能である。それが生じる場合、キューｊはリアルタイムバッファ４２に

個のパケット２１６生成し、再び充填を開始する。

最悪の場合、期間

内のキューｊにおける次のカプセル化は、Ｍ_ｌｏｗを用いて実行される。それ故、期間

の間にキューｊから生成されることが可能であるカプセル化セクション２００の最大数は、次式（１４）により表される。

ここで、

はフロア関数（ｆｌｏｏｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）である。上記のように、最初の充填は２２個のパケット２１６をもたらし、各々の次の充填は

個のパケット２１６を生成する。最初の充填の最初の生成は、式

により表されるインタバルの後に起こる。次の充填は、式

により表されるインタバルにおいて生じる。

Ｍ_ｌｏｗ≦ｍ_ｊ＜Ｍ_ｍｅｄ−１を有するキューｊに対する充填時間は、段階に４０８において計算される。Ｍ_ｌｏｗ≦ｍ_ｊ＜Ｍ_ｍｅｄ−１である場合、キューｊに対する次の判定ポイントはＭ_ｍｅｄに現れる。そのようなカプセル化が生じることが可能である最初の時間は、４２４（Ｍ_ｍｅｄ−ｍ_ｊ−１）Ｒ_ｊ秒により与えられる。それ故、

である場合、最悪の場合、キューｊがＭ_ｍｅｄ−１の充填レベルに達する前に、キューｊは少なくとも１つのカプセル化セクションを生成する。それが生じる場合、キューｊは、リアルタイムバッファ４０に

個のパケットを生成し、再び充填を開始する。

最悪の場合、期間

の間のキューｊにおける次のカプセル化は、Ｍ_ｌｏｗを用いて実行される。それ故、期間

の間にキューｊから生成されることが可能であるカプセル化セクション２００の最大数は、次式（１７）により表される。

１０個のパケット２１６を生成する最初の充填を除いて、続く充填の全ては４個のパケット２１６を生成する。最初の充填を生成するための最初の時間は、次式（１８）により表されるインタバルの後に生じる。

続く充填は、式（１９）により表されるインタバルにおいて生じる。

ｍ_ｊ≦Ｍ_ｌｏｗ−１を有するキューｊに対する充填時間は、段階に４１０において計算される。ｍ_ｊ≦Ｍ_ｌｏｗ−１である場合、キューｊに対する次の判定ポイントはＭ_ｌｏｗに現れる。そのようなカプセル化が生じることが可能である最初の時間は、４２４（Ｍ_ｌｏｗ−ｍ_ｊ−１）Ｒ_ｊ秒により与えられる。それ故、

である場合、最悪の場合、キューｊがＭ_ｍｅｄ−１の充填レベルに達する前に、キューｊは少なくとも１つのカプセル化セクションを生成する。それが生じる場合、キューｊは、リアルタイムバッファ４０に４個のパケットを生成し、再び充填を開始する。最悪の場合、期間

の間のキューｊの次のカプセル化は、Ｍ_ｌｏｗを用いて実行される。それ故、期間

の間にキューｊから生成されることが可能であるカプセル化セクション２００の最大数は、次式（２０）により表される。

最初の充填を生成するための最初の時間は、式（２０）により表されるインタバルの後に生じる。

次の充填は、式

により表されるインタバルにおいて生じる。

キューｊについての充填マトリクスＡ_ｊは、段階４０６乃至４１０において決定される充填時間を有する段階４１２において更新される。キューｊ＝１，．．．，ｎ_ｖ（ｊ≠ｉ）からのパケット２１６の生成に対する、予測される最悪のシナリオは、期間

の後、リアルタイムバッファ４２の状態を予測するために用いられる。リアルタイムバッファ４２におけるパケットの数の展開は、既知の開始時間と不均一入力とを有する、即ち、各々の入力のインタバル時間は決定性であるが、一の入力から他の入力に変化する、バッチ

キューイングシステムのそれと同じである。各々の入力の最初の充填を除いて、バッチサイズは４個のパケットに固定される。示している例において、パケットを扱うための時間は、タイムスロットとして選択される１６３２／Ｒ_{ｅｎｃａｐ}秒により与えられる。各々のマトリクスＡ_ｊの第１コラムは、各々の充填のための時間がタイムスロットの値で表されるように、規格化される。フロア関数は、タイムスロットの整数値を生成するように、とられることが可能である。

段階４１４において次の他のキューが存在する場合、この方法は、次の他のキューｊを選択するために段階４０５に戻る。段階４１４において次の他のキューが存在しない場合、この方法は、リアルタイムバッファ４０において現在のパケット数Ｑ_ＲＴを決定するために段階４１６に進む。

のタイムスロットの後の将来のパケット数

は、段階４１８における現在のパケット数Ｑ_ＲＴを用いて予測される。リアルタイムバッファ４２の成長は、ｊ（ｊ≠ｉ）に対する充填時間マトリクスＡ_ｊを用いて、タイムスロット数に対してシミュレートされることが可能である。次の方法は、

を予測するために用いられる。その方法において、パラメータｎｅｘｔ＿ｆｉｌｌ［ｊ］は、キューｊにおいて次の充填時間に対するインデックスを生成する。

キューｉにおいてカプセル化を先送りすることにより生じる最悪の場合の付加遅延は、式（２３）を用いて予測される。

その予測は段階４２０において報告される。Ｍ_ｌｏｗを用いて、カプセル化するべきか否かの判定は、次式（２４）

により表される閾値Ｎ_ｌｏｗ→_ｍｅｄに対して

を比較することによりなされる。

である場合、カプセル化セクション２００はＭ_ｌｏｗを用いて生成される。そうでない場合、カプセル化は、次の判定ポイントまで先送りされる。その予測値が報告された後、この方法は終了する。

判定ポイントＭ_ｍｅｄが段階４０２において選択される場合、Ｍ_ｌｏｗを用いてカプセル化しないためであって、ｍ_ｉ＝Ｍ_ｍｅｄ−１まで待つように、その判定はなされる。そのような判定がなされるための基準は、カプセル化器３０におけるセル遅延変化量に関して待つインパクトに依存する。

待つ期間は段階４０４において計算される。カプセル化がｍ_ｉ＝Ｍ_ｍｅｄ−１まで先送りされる場合、最悪の場合のキューｉは、次式（２５）

により表される期間

を待つ必要がある。待つ期間の間、他のキューｊはそれぞれの充填レベルに達することが可能であり、３つのＭ値のいずれかを用いてカプセル化することが可能である。他のキューｊの１つは、セル遅延変化量に関してキューｊにおけるアクティビティのインパクトを決定するために、段階４０５において選択される。期間

内にキューｊに達することが可能であるセルの最大数は

により与えられる。キューｊの充填状態、即ち、ｍ_ｊ≧Ｍ_ｍｅｄ、Ｍ_ｌｏｗ≦ｍ_ｊ＜Ｍ_ｍｅｄ、ｍ_ｊ＜Ｍ_ｌｏｗに依存して考慮されるべき３つの可能性がある。

ｍ_ｊ≧Ｍ_ｍｅｄに対する充填時間は段階４０６において計算される。ｍ_ｊ≧Ｍ_ｍｅｄである場合、キューｉに対する次の判定ポイントはＭ_ｈｉｇｈに現れる。そのようなカプセル化が起こる最初の時間は、４２４（Ｍ_ｈｉｇｈ−ｍ_ｊ−１）／Ｒ_ｊにより与えられる。

である場合、キューｉは、

内の

カプセル化セクション２００の最大を生成し、ここで、ｆ_ｈｉｇｈは次式（２６）

により表される。上記のように、第１カプセル化セクションは２２個のパケット２１６を有する一方、各々の続くカプセル化セクションは４個のパケット２１６を有する。最良で、カプセル化セクションは、時間

、

及び

において生成され、ここで、

は、ｍ＝１及びｍ＞１、それぞれに対して式（１５）及び（１６）により表される。

Ｍ_ｌｏｗ≦ｍ_ｊ＜Ｍ_ｍｅｄ−１は段階４０８において計算される。

である場合、最悪の場合、キューｊは、期間

内の少なくとも１つのカプセル化セクションにおいて生成され、

カプセル化セクションの最小を生成することが可能であり、ここで、ｆ_ｍｅｄは次式（２７）により表すことが可能である。

最初のカプセル化セクション２００はリアルタイムバッファ４０において１０個のパケットを生成する一方、各々の続くカプセル化セクション２００はリアルタイムバッファ４０において４つのパケットを生成する。キューｊからのカプセル化セクションの世代間時間は、式（１８）及び（１９）において与えられる。

ｍ_ｊ≦Ｍ_ｌｏｗ−１に対する充填時間は段階４１０において計算される。

である場合、最悪の場合、キューｊがＭ_ｈｉｇｈ−１の充填レベルに達する前に、キューｊは、

カプセル化セクションの最大を生成し、ここで、ｆ_ｌｏｗは次式（２８）により表される。

各々のカプセル化セクション２００は４個のパケット２１６においてパケット化される。これらのカプセル化セクションに対する生成時間を、式（２１）及び（２２）から得ることが可能である。生成されたパケットのポテンシャル数及び充填時間に関する情報は、段階４１２において充填時間マトリクスＡ_ｊにおいて記憶される。段階４１４において、次の他のキューｊがある場合、この方法は、次の他のキューｊを選択するために段階４０５に戻る。段階４１４において次の他のキューがない場合、この方法は段階４１６に進む。

リアルタイムバッファ４２におけるパケットの現在の数Ｑ_ＲＴは段階４１６において決定される。リアルタイムバッファ４２における予測数

のパケットは、現在の数Ｑ_ＲＴと充填マトリクスとから段階４１８において予測される。第２ラインにおいて、

を

で置き換えた上記の方法を、

の後、セル数を表す予測数

を計算するために用いることが可能である。一旦、

が得られると、キューｉにおいてカプセル化の判定を先送りすることによりもたらされた最悪の付加遅延を、次式（２９）を用いて予測することが可能である。

予測値は段階４２０において報告される。Ｍ_ｍｅｄを用いてカプセル化するべきか否かの判定は、次式（３０）

により表されているように、閾値Ｎ_ｍｅｄ→_ｈｉｇｈに対して

を比較することによりなされることが可能である。

である場合、カプセル化セクションは、Ｍ_ｍｅｄのセルを用いて生成される。そうでない場合、カプセル化は、ｍ_ｉ＝Ｍ_ｈｉｇｈ−１まで先送りされる。予測値を報告した後、この方法は終了する。

示している方法に従ってセルをカプセル化することにより、効率を維持する間にジッタを低減することが可能である。キューｉからのカプセル化セクション２００が、Ｍ_ｌｏｗを用いて生成される場合、カプセル化器３０の出力における最悪の場合の出発間時間は、Ｍ_ｌｏｗをＭ_ｉ（１＋ｋ）に対して、Ｍ_ｈｉｇｈをＭ_ｊに対して、及びＭ_ｌｏｗをＭ_ｉ（ｋ）に対して置き換えることにより、式（８）を用いて得られることが可能であり、次式（３１）が得られる。

カプセル化がｍ_ｉ＝Ｍ_ｍｅｄ−１まで先送りされる場合、最悪の場合の出発間時間は、次式（３２）により表されるように、上限をつけられる。

式（３２）の右辺の第１項は、カプセル化の前に、Ｍ_ｍｅｄ−１のセルの到着を待つ必要がある理由である。他の項は、キューｉ以外のキューｊからのカプセル化セクション２００のインパクトとキューｉからの前のカプセル化セクションのインパクトとを説明する。

最後に、カプセル化がｍ_ｉ＝Ｍ_ｈｉｇｈ−１まで先送りされる場合、最悪の場合の出発間時間は、次式（３３）により表されるように、上限をつけられる。

Ｍ値に対する、最悪の場合のセル遅延変化量は、所定のＭ値における対応する最悪の場合の出発間時間により

を置き換えることにより、式（９）から得られることが可能である。セル遅延変化量における減少は、Ｍ_ｌｏｗが用いられるとき最大であり、Ｍ_ｈｉｇｈが用いられるとき最小である。ロードが大きくなればなる程、大きいＭ値を用いてカプセル化する傾向が大きくなるため、セル遅延変化量における平均減少は、トラヒック状態にそれぞれ依存する、Ｍ_ｌｏｗ、Ｍ_ｍｅｄ及びＭ_ｈｉｇｈを用いてカプセル化されるカプセル化セクション２００の寄与に依存する。時間の多くの部分に対してロードが小さい場合、カプセル化セクションの殆どは、Ｍ_ｈｉｇｈを用いてカプセル化され、Ｍ_ｍｅｄに対しては少ない。

結果として得られるセル遅延変化量の境界が自由過ぎる場合、Ｎ_{ｌｏｗ→ｍｅｄ}とＮ_{ｍｅｄ→ｈｉｇｈ}の値を修正することにより、Ｍ_ｍｅｄ及びＭ_ｈｉｇｈの両方に対してこれらの境界を制御することができる。例えば、式（２４）において用いられる値より小さい、Ｎ_{ｌｏｗ→ｍｅｄ}に対する値を用いることにより、Ｍ_ｌｏｗを用いてカプセル化されるカプセル化セクションの数を増加させ、それ故、最悪の場合の平均セル遅延変化量を減少させる。一実施形態に従って、所望のセル遅延変化量の性能を提供することができるように、カプセル化セクションのサイズをモニタすることが可能であり、閾値Ｎ_{ｌｏｗ→ｍｅｄ}とＮ_{ｍｅｄ→ｈｉｇｈ}を調整することが可能である。

本発明の特定の実施形態は、１つ又はそれ以上の技術的有利点を提供することが可能である。一実施形態の技術的有利点は、カプセル化されるべきセルの数が、効率が維持される間に、ジッタを制御するための操作における予測ジッタに応じて調整されることとすることが可能であることである。予測ジッタが高い場合、ジッタを制御するために少しのセルがカプセル化される。予測ジッタが低過ぎる場合、より多くのセルが、効率を維持するためにカプセル化される。一実施形態の他の技術的有利点は、所定の時間にバッファにおけるセル数を予測することにより、ジッタの予測を提供することが可能である。セルの予測値が大きい場合、ジッタは高くなるように予測される。セルの予測値が小さい場合、ジッタは低くなるように予測される。

本発明の実施形態及びその有利点について詳細に説明したが、同時提出の特許請求の範囲により規定される、本発明の範囲及び主旨から逸脱することなく、当業者は種々の変形、付加及び削除を行うことが可能である。

カプセル化セクションを生成するようにセルをカプセル化するためのシステムを示す図である。 パケット化されたカプセル化セクションを示す図である。 セル遅延変化量を計算することが可能であるカプセル化セクションを示す図である。 セルをカプセル化するための方法を示すフロー図である。 ジッタを予測するための方法を示すフロー図である。

Claims (4)

1. セルをカプセル化する方法であって：
   最初の判定ポイントに達するまで、複数のキューの特定の一において複数のセルを蓄積する段階であって、前記最初の判定ポイントは最初のセルの基準数に対応する、段階；
   複数のキューの他の一におけるセルがカプセル化を待つ時間量を決定することにより、前記最初の判定ポイントに達するときに、前記蓄積されたセルに関連するジッタを予測する段階であって、前記決定された時間量はセル伝達に関連するセル遅延変化である、段階；
   前記予測されたジッタが前記最初の判定ポイントに関連する最初の閾値基準を満たすかどうかを判定する段階；
   前記最初の閾値基準に達する前記予測されたジッタに応答して、カプセル化セクションに対して前記蓄積されたセルを生成する段階；
   前記カプセル化セクションをパケットにパケット化する段階；
   前記複数のキューに関連するバッファに前記パケットを記憶する段階；
   を有する方法。
2. セルをカプセル化するシステムであって：
   最初の判定ポイントに達するまで、複数のセルを蓄積するように動作するキューであって、前記最初の判定ポイントは前記キューにより蓄積される最初のセルの基準数に対応する、キュー；及び
   該キューに結合された処理器であって、
   バッファに関連する他のキューにおけるセルがカプセル化を待つ時間量を決定することにより、前記最初の判定ポイントに達するときに、前記蓄積されたセルに関連するジッタを予測し、
   前記予測されたジッタが最初の閾値基準に達するかどうかを判定し、
   前記最初の閾値基準に達する前記予測されたジッタに応答して、カプセル化セクションに対して前記蓄積されたセルを生成し、
   前記カプセル化セクションをパケットにパケット化し、そして
   前記キューに関連する前記バッファに前記パケットを記憶する、
   ように動作する、処理器であり、前記決定される時間量はセル伝達に関連するセル遅延変化である、処理器；
   を有するシステム。
3. セルをカプセル化するシステムであって：
   最初の判定ポイントに対応するセルの数を、バッファに関連する複数のキューの特定の一において蓄積する手段；
   複数のキューの他の一におけるセルがカプセル化を待つ時間量を決定することにより、前記最初の判定ポイントに達するときに、前記蓄積されたセルに関連するジッタを予測する手段であって、前記決定された時間量はセル伝達に関連するセル遅延変化である、手段；
   前記予測されたジッタが前記最初の判定ポイントに関連する最初の閾値基準に達するかどうかを判定する手段；
   前記最初の閾値基準に達する前記予測されたジッタに応答して、カプセル化セクションに対して前記蓄積されたセルを生成する手段；
   前記カプセル化セクションをパケットにパケット化する手段；
   前記複数のキューに関連するバッファに前記パケットを記憶する手段；
   を有するシステム。
4. セルをカプセル化する方法であって：
   キューにおける複数のセルを受信する段階であって、前記キューは複数の判定ポイントに関連し、各々の判定ポイントは複数のセルに対応し、閾値基準に関連する各々の判定ポイントは前記キューに結合しているバッファにおけるパケットの閾値数に対応する、段階；
   現在の判定ポイントにおけるカプセル化と次の判定ポイントにおけるカプセル化との間の待機期間を計算し、該待機期間中に他のキューから前記バッファに送信されるパケットの複数の集合についての情報を決定することにより、複数の前記他のキューに関連する複数の充填時間マトリクスを計算する段階；
   判定ポイントに対応するセルの数を前記キューに蓄積する段階；
   前記充填時間マトリクスにアクセスすることにより前記バッファにおいてパケットの数を予測することによって前記セルに関連するジッタを予測し、前記バッファにおいて現在のパケットの数を決定し、そして前記セルに関連する前記ジッタを予測するように、前記充填マトリクス及び前記バッファにおける前記現在のパケットの数に従って前記パケットの数を予測する段階；
   前記予測された数が前記閾値基準を満たすかどうかを判定する段階；
   前記予測されたジッタが前記閾値基準を満たす場合、前記バッファに前記セルを送信し、前記バッファにおいて前記蓄積されたセルをカプセル化する段階；及び
   前記閾値基準を満たさない前記予測されたジッタに応答して次の判定ポイントに対応するセルの数を前記キューにおいて蓄積し続け、前記セルを前記バッファに送信し、前記予測されたジッタが前記次の判定ポイントにおいて前記閾値基準を満たす場合、前記バッファにおいて前記蓄積されたセルをカプセル化する段階；
   を有する方法であり、
   前記セルは、前記セルにパケットヘッダ及びパケットフッタを付加することによりパケットを生成し、複数のパケットにセクションヘッダ及びセクションフッタを付加することによりカプセル化セクションを生成することにより前記バッファにおいてカプセル化される；
   方法。

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