JP4503013B2 - ディファレンシエーテッドサービス（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅ）を提供するシステムと方法 - Google Patents

Description

本発明は通信システムと方法とに関するもので、特に電気通信トラッフィックのフローにディファレンシエーテッドサービスを資源効率的に提供するシステムと方法とに関するものである。

インターネットは、種々のアプリケーションから生じる多くの異なる種類の電気通信トラッフィック（音声やデータやマルチメディア・トラッフィックなど）を移送するパケット・ベースのネットワークである。トラッフィックの種類が異なるとサービス品質（ＱｏＳ）の要求も異なる。音声トラッフィックでは小さな一様のパケット遅れが特に重要であるが、データ・トラッフィックではパケット損失が小さいことが最も重要な要求である。またサービス・プロバイダは、顧客の種々のニーズを満足させると共にクラス別化された（differentiated）課金方式を保持することができる異なるＱｏＳを持つサービスを提供することに関心がある。したがって、インターネットなどのパケット・ベースのネットワークでは種々のユーザやトラッフィック・フローに異なるＱｏＳを提供する複数の機構が開発されている。

国際特許出願ＷＯ０２／２５８６７号は、ユーザ装置との種々のパケット・データ接続に種々の異なった優先度クラスを与える無線アクセス・ネットワークを記述している。データ接続の優先度クラスは、ユーザ装置が制御ノードに知らせるスループット判定基準に従って制御ノードが動的に調整する。

ＩＥＴＦ（インターネット技術標準化委員会）は統合サービス（IntServ）アーキテクチャを開発した。これはＩＥＴＦ ＲＦＣ１６３３に記述されている。ＩｎｔＳｅｒｖアーキテクチャは、明示的な機構を用いてホストやルータなどのネットワーク要素にフロー当たりのＱｏＳ要求の信号を送る。ＩｎｔＳｅｒｖには多数の欠点がある。ＩｎｔＳｅｒｖはフロー当たりの状態および分類を保全しまた制御する必要がある。ネットワーク資源はフロー当たり基準で確保されるが、これは処理されるフローの数が数百万に及ぶことが多いコア・ネットワークではスケーラビリティの問題が起こる。したがって、ＩｎｔＳｅｒｖアーキテクチャはフローの数が余り大きくない小さなアクセス・ネットワークで用いるのが実際的である。

ＩｎｔＳｅｒｖのスケーラビリティと複雑さの問題を克服するため、ＩＥＴＦはＩＥＴＦ ＲＦＣ２４７５に記述されているディファレンシエーテッドサービス（ＤｉｆｆＳｅｒｖ）アーキテクチャを導入した。ＤｉｆｆＳｅｒｖを実現するネットワーク・コア・ルータを通るトラッフィックは集合体ベースで処理される。ネットワークに入るトラッフィックは分類されて種々のビヘイビア集合体に割り当てられる。各ビヘイビア集合体は１つのＤＳ（ディファレンシエーテッドサービス）コードポイントにより識別される。トラッフィックが分類されると、パケットには或るＤＳコードポイントの印が付けられ、ＩＰ（インターネット・プロトコル）ヘッダ内のＤＳフィールド内に置かれる。ネットワークのコア内では、パケットはパケットのＤＳコードポイントに関連するパー・ホップ・ビヘイビア（per-hop behaviour、ＰＨＢ）に従って転送される。ＰＨＢはノードの外部から観察可能な転送ビヘイビア（転送遅れやパケット損失など）を種々の負荷レベルで決定する。ＰＨＢは基礎をなす物理ネットワーク資源の使用を支配する論理ネットワーク資源である。したがって、ＰＨＢは全ネットワーク資源の部分集合を定義する部分ネットワーク資源と見ることができる。

国際特許出願ＷＯ０２／１１４６１号は、ＤｉｆｆＳｅｒｖシステムを記述する文書の一例である。これは、ＤｉｆｆＳｅｒｖアーキテクチャを含むＩＰネットワーク内の帯域幅ブローカにより動的なサービス品質を与える方法と構成とを開示している。帯域幅ブローカはＤｉｆｆＳｅｒｖ領域の境界ルータだけと通信することにより資源利用可能性情報を得てよい。

ＤｉｆｆＳｅｒｖの実現について説明している文書の別の例は国際特許出願ＷＯ０２／０８００１３号で、衛星を含む広帯域通信ネットワークでディファレンシエーテッドサービスを提供する動的資源割当てについて記述している。

サービス・プロバイダがエンド・ユーザにベアラ・サービスを売るとき、通常はサービスが指定される。サービスは、サービスのＱｏＳ要求を含むサービス・レベル仕様（Service Level Specification：ＳＬＳ）により指定してよい。したがって、ＳＬＳを用いてサービスの種々のクラス、又はレベルを定義してよい。ＳＬＳのＱｏＳ要求を満たすため、ＳＬＳに関連するトラッフィックに割り付けられる資源の割当ては厳しい。現在では、ネットワーク資源へのＳＬＳのマッピングは、通常はネットワークの提供と構成の一部として半永久的に行われる。ＩＥＴＦ ＲＦＣ３０８６を参照のこと。マッピングは予想されるトラッフィック・ミックスに適合するように設定される。

従来のネットワークでは、トラッフィック特性はかなりよく分かっている。将来のマルチサービス・ネットワークおよびマルチアクセス・ネットワークでは、ユーザのビヘイビアの変化や新しいアプリケーションの導入などによりトラッフィック特性は絶えず変化するであろう。またかかる変化は、種々の異なるＱｏＳクラスへの資源割当てに関してネットワークが柔軟でなければならないことを意味する。したがって、ネットワークを効率的に管理するための新しい方法が必要である。

上に述べたように、現在のネットワークの規模は或る予想されるトラッフィック・ミックスに従って決められる。したがって、ネットワーク要素と機構とは管理インターフェースを介して静的に構成される。トラッフィック・ミックスが変化すると、ネットワークを再構成するのにかなりの労力が必要である。これは、ネットワークを最適でない構成で運転するより費用がかかることが多い。高度に動的なトラッフィック・ミックスを持つネットワークでは、ネットワーク資源へのサービス・レベルのマッピングを容易に、また現状よりはるかに短い時間尺度で変更することができれば、ネットワーク資源の使用を大幅に改善することができるであろう。

したがって本発明の目的は、ネットワーク資源へのサービス・レベルの動的マッピングを可能にして、トラッフィック・ミックスが変化しても資源を効率的に使用することができる構成と方法とを提供することである。
上記の目的は、請求項１記載のシステムと、請求項１１記載の方法と、請求項２０記載の制御ユニットとにより達成される。

本発明に係る構成と方法とは、ネットワーク内で現在移送中の実際のトラッフィック・ミックスに関する情報に基づいて部分資源へのトラッフィックのマッピングを動的かつ自動的に変更することを可能にする。マッピングをトラッフィック・ミックスに適応させて、トラフィック・ミックスの転送中に全体的に資源をより効率的に使用すると共に設定されたサービス要求を満たすマッピングが得られる。最適なマッピングとは、無駄な資源（すなわち、トラッフィック・ミックスの転送には用いられないが、他のトラッフィックの移送には用いることができないようにして確保されている資源）の量を最小にするマッピングと通常は考える。

本発明の第１の態様では、サービス品質が可能な電気通信ネットワーク内で多数のマイクロフローの電気通信トラッフィックを転送するシステムを提供する。各マイクロフローは一組の所定のサービス・レベルから或る１つのサービス・レベルを割り当てられて一組のサービス・レベル集合体フローを作り、各サービス・レベルは一組のサービス要求に関連する。このシステムはネットワーク内でトラッフィックを転送するため一組の部分資源を備え、この資源にサービス・レベル集合体フローがマップされる。またこのシステムは制御ユニットを備えて、各サービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性と資源性能とに関する情報を受け、受けた情報に基づいて前記組の部分資源へのサービス・レベル集合体フローのマッピングを更新して、無駄な資源の総量を減らすと共にサービス・レベルのサービス要求を満たす更新されたマッピングを得る。

本発明の第２の態様では、サービス品質が可能な電気通信ネットワーク内でトラッフィックを転送するための、一組の部分資源へのサービス・レベル集合体フローのマッピングを更新する方法を提供する。この方法は一組のサービス・レベル集合体フローを受けるステップを含む。各サービス・レベル集合体フローは一組の所定のサービス・レベルからの同じサービス・レベルを割り当てられたマイクロフローから成り、各サービス・レベルは一組のサービス要求に関連する。またこの方法は各サービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性と資源性能とに関する情報を得るステップと、得た情報に基づいて前記組の部分資源へのサービス・レベル集合体フローのマッピングを更新して、無駄な資源の総量を減らすと共にサービス・レベルのサービス要求を満たす更新されたマッピングを得るステップとを含む。

本発明の第３の態様では、ネットワーク内でトラッフィックを転送するための、一組の部分資源への電気通信トラッフィックのサービス・レベル集合体フローのマッピングを制御する制御ユニットを提供する。各サービス・レベル集合体フローは一組のサービス要求に関連するサービス・レベルに対応する。制御ユニットは各サービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性と前記組の部分資源に関する情報を受ける手段を備える。また制御ユニットは、受けた情報に基づいて前記組の部分資源へのサービス・レベル集合体フローのマッピングを動的に制御して、無駄な資源の総量を減らすと共にサービス・レベルのサービス要求を満たす更新されたマッピングを得る手段を備える。

本発明の好ましい実施の形態では、現在のトラッフィック・ミックスを考慮して部分資源の性能を支配する資源パラメータを更新して、部分資源を最も効率的に使用する資源パラメータとマッピング（無駄な資源の総量を減らすと共にサービス・レベルのサービス要求を満たすマッピング）との組合せを達成する。

複数のサービス・レベルを持つネットワークの資源の使用を最適化するには、利用可能なネットワーク資源への種々のサービス・レベルのマッピングを現在のトラッフィック・ミックスに動的に適応させなければならない。本発明では、従来の製品で行われているこのマッピングの半永久的な構成とは異なり、ネットワーク・オペレータは適応マッピングを動的に行うことができる。

従来の技術のようにマッピングを半永久的に行うと、トラッフィック・ミックスが変化した場合に非効率になる。マッピングが非効率であることは検出されないことがあり、検出された場合でも、半永久的に行われるマッピングを変えるのは厄介なことが多い。

対照的に、本発明の利点は、現在のトラッフィック・ミックスを絶えず監視して、対応してマッピングを適応させることが可能なことである。本発明では、トラッフィック・ミックスが変化したときにマッピングを迅速かつ自動的に適応させることができる。

本発明により、ネットワーク・オペレータは自分のネットワーク資源をより効率的に用いることができる。これにより、オペレータはより多くのトラッフィックを転送し、より良いサービス品質を提供し、またはネットワーク資源の量を減らすことができる。

本発明は現在のトラッフィック・ミックスを絶えず監視してネットワーク資源へのサービス・レベルのマッピングを動的に最適化することができるので、本発明によりネットワーク・オペレータは、種々のサービス・レベルのサービス要求が満たされていることと、ネットワーク資源を過剰に備えなくてもネットワーク資源がオーバーロードにならないこととを確かめることが容易になる。
本発明の実施の形態の更なる利点と目的とは、図面を参照して以下の詳細な説明を読めば明らかになる。

本発明について、本発明の好ましい実施の形態を示す添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし本発明は多くの異なる形式で実現してよく、ここに示す実施の形態に制限されるものと解釈してはならない。かかる実施の形態は、この開示を詳細かつ完全にして、本発明の範囲を当業者に十分伝えるために提供するものである。図中、同じ番号は同じ要素を指す。

本発明では、ネットワーク内で現在移送中の実際のトラッフィック・ミックスに関する情報を与えるフィードバックまたは信号情報に基づいて、資源へのサービス・レベルのマッピングを動的かつ自動的に変える。本発明は、例えばＵＭＴＳベアラ・サービスをＤｉｆｆＳｅｒｖ ＰＨＢにマッピングするのに用いてよい。

本発明はマッピングの動的最適化に基づいており、図１の例を参照して一般的に説明する。図１は、同じ物理リンク３１で多重送信中の多数のパケット・フローを示す。フローは、例えば、電話、ビデオ会議、ストリーミング、対話型アプリケーションにより生成される。したがって、フローは帯域幅や移送遅れやパケット損失率について種々の要求を有する。したがって、フローを種々のサービス・レベルに従って処理し、これに従ってトラッフィックを分類するのがよい。同一または同様のＱｏＳ要求を有するフローは同じサービス・レベルが割り当てられ、複雑さを減らすために１つの集合体トラッフィック・フローとして処理される。

各パケット・フローは帯域幅や遅れやパケット損失に関して明確な要求を有すると仮定する。図１では、電話アプリケーションをＡ１、ビデオ会議アプリケーションをＡ２などで示す。物理リンク３１で移送されるトラッフィック・ミックスは、アプリケーションＡ１からのｎ１個のフローや、アプリケーションＡ２からのｎ２個のフローなどで構成する。アプリケーションＡ１からのフローはＱｏＳ要求Ｒ１を有する第１のサービス・レベルが割り当てられてサービス・レベル集合体フローＳ１を形成し、同様に、アプリケーションＡ２からのフローはＱｏＳ要求Ｒ２を有する第２のサービス・レベルが割り当てられてサービス・レベル集合体フローＳ２を形成する等の割り当てがされる。しかし、フローのＱｏＳ要求を考慮した上で適当であれば、異なるアプリケーションからのフローを結合して１つの集合体フローにしてよいことに注意していただきたい。

物理リンクへのトラッフィックの進入（admission）を管理するため、多数のバッファＢ１，Ｂ２,...，ＢＮを設ける。各バッファには物理リンク上で利用可能な帯域幅の一部が割り当てられる。したがって、バッファはトラッフィックがその上で分散される一組の部分資源を表す。マッピング規則は集合体フローＳ１，Ｓ２,...ＳＭと部分資源Ｂ１，Ｂ２,...，ＢＮとの間のマッピングを決定する。また、所定の多重送信規則は各部分資源に属するパケットのリンク３１での伝送のスケジューリングを決定する。スケジューリングはフロー毎の遅れおよび損失の目標が満たされていることを確かめる。

資源をできるだけ効率的に使用するには、部分資源のトラッフィック移送能力を極限まで用いるようにするのが望ましい。これは、部分資源ができるだけ多くのトラッフィックを移送することができるようトラッフィック・フローを部分資源に供給することを意味する。現在のトラッフィック・ミックスから考えて部分資源のトラッフィック移送能力が最大限に用いられていない場合は、トラッフィックの移送に用いられていない部分資源の部分は無駄な資源である。この明細書で「無駄な資源」という語は、所定のトラッフィック・ミックスの移送には用いられないが、他のトラッフィックの移送には用いることができないようにして確保されている資源と定義する。無駄な資源の意味については、添付の図面に関連して後で更に説明する。

最適マッピングとは次のように定義される。
集合体フローＳ１,...，ＳＭから成る所定のトラッフィック・ミックスと部分資源Ｂ１,...，ＢＮの所定の組について要求Ｒ１,...，ＲＭを満たしながらトラッフィック・ミックスを移送するとき、最適マッピングは無駄な資源を最小にする。

ネットワーク・オペレータは最適マッピングについて別の定義を選んでよいが、オペレータにとって通常関心があるのは、所定の量のトラッフィックを移送すると共にそのトラッフィックに関連するＱｏＳ要求を満たすときに生じる無駄な資源の量を最小にすることである。これにより、オペレータは或る資源を追加のトラッフィックの移送に用いることができる。

部分資源に関連しまた部分資源の性能に影響を与えるパラメータを変えることができる場合は、無駄な資源を最小にすると共にサービス・レベルＱｏＳ要求を満たすマッピングと資源パラメータとの組合せを決定することにより、部分資源を更に良く使用することができるであろう。部分資源の性能を支配する資源パラメータは、例えばバッファ・サイズや種々の異なる部分資源に割り付けられる優先度などのパラメータである。かかるパラメータは、部分資源に割り当てられる基礎をなす物理資源の部分に影響を与えることができる。物理リンクへの部分資源のアクセスをスケジュールする機構の選択も部分資源の性能に影響を与える。資源パラメータは、異なる負荷レベルで部分資源のパケット遅れやパケット損失に影響するという形で部分資源の性能に影響を与えてよい。部分資源を適応させる能力により、所定の組の集合体トラッフィック・フローを移送するために割り当てられるネットワーク資源の総量を最小にすることができる。

上と同じ言い方をすると、マッピングおよびスケジューリング規則とトラッフィック・ミックスの移送コストとの間には直接の関係がある。したがって、最適マッピングは帯域幅コストを最小にするマッピングである。

異なるトラッフィック・ミックスは異なる最適マッピングおよびスケジューリング規則を有する。これは、所定のリンク上のトラッフィック・ミックスが変化するに従って動的にマッピングを変えることにより、またはマッピングとスケジューリング規則とを共に変えることにより、オペレータはコストを下げることができることを意味する。

明らかに、最適マッピングは帯域幅コストを最小にするマッピングであるという上の定義は、最適マッピングはオペレータの収入を最大にするマッピングであるという定義に対応する。

図２は、本発明に係るマッピングおよびスケジューリング規則の動的な最適化を行う機構の或る実施の形態を示すブロック図である。図２は、ネットワーク・ノードに到着して、リンクなどの物理ネットワーク要素２１へのアクセスを要求するＬ個のマイクロフローｆ１，ｆ２,...，ｆＬを示す。マイクロフローとはアプリケーションからアプリケーションへのフローの１つのインスタンスである。マイクロフローは種々のアプリケーションから生じ、帯域幅や遅れやパケット損失などのＱｏＳに関して種々の要求を有する。これらの要求はアドミッション制御機能２２に送られて処理される。リンク資源が利用可能な場合は、アドミッション制御機能は或るマイクロフローに或るサービス・レベル仕様（ＳＬＳ）を割り当てる。サービス・レベル仕様はトラッフィック調整仕様（ＴＣＳ）を含む。これは、マイクロフローがネットワークに入るときに満たさなければならないトラッフィック特性（ピーク速度、平均速度、最大可能なバースト度（burstiness）など）を指定する。

ＳＬＳは種々のサービス・クラスすなわちレベルを定義し、マイクロフローはそれぞれのＱｏＳ要求に対応するＳＬＳが割り当てられる。同一または同様のＱｏＳ要求を有するフローには同じＳＬＳが割り当てられるので、多数の集合体トラッフィック・フローが形成される。図２はＭ個の集合体フローＳＬＳ１,...，ＳＬＳＭを示す。平均帯域幅やバースト度などのトラッフィック・パラメータは測定機能２６により集合体フロー毎に別々に測定される。本発明では、これらのパラメータはフィードバック情報としてマッピング制御ユニット２３に報告される。フィードバック情報は実際のトラッフィック・ミックスの特性（各集合体フローのトラッフィックの量や種々の集合体フローのトラッフィックの量の間の比など）をマッピング制御ユニット２３に知らせる。

マッピング制御ユニット２３は受けたフィードバック情報に基づいてマッピング機能２４をプログラムする。マッピング機能２４は、それぞれが異なるＱｏＳレベルを有するＮ個の部分資源Ｂ１,...，ＢＮに集合体フローをマップする。部分資源のＱｏＳレベルは、部分資源を物理資源に多重送信する方法を支配する多重送信規則またはスケジューリング規則により決まる。したがって、種々の部分資源は全ての基礎をなす物理資源の種々の部分を用いることができる。これは、例えばラウンド・ロビン（Round Robin）スケジューリング機構または当業者に周知の他の機構により支配される。

図２に示す実施の形態では、部分資源の多重送信はマッピング制御ユニット２３の制御の下で再プログラムされ得る多重送信機能２５により支配される。したがって部分資源の容量はマッピング制御ユニットが受けるトラッフィック・ミックスに関するフィードバック情報に応じて変えることができる。マッピング制御ユニットは測定機能２７から部分資源毎のパケット遅れおよび損失データに関するフィードバック情報も受けてよい。これにより、マッピング制御ユニットは部分資源がオーバーロードであるかまたはオーバーロードになりそうかを検出することができ、これは更にマッピング制御ユニットが最適マッピングおよび多重送信規則を決定するのを助けることができる。測定機能２７からのフィードバック情報は、マイクロフロー当たりのＱｏＳ要求が満たされているかどうかも示す。ネットワーク要素上のマイクロフローの遅れおよびパケット損失の性能も終端間で測定され、その結果と、マイクロフローについてＳＬＳに述べられているフローの遅れおよび損失率の要求とを比較してもよい。

トラッフィック特性および資源負荷や、実際のＱｏＳとＱｏＳ要求との比較に関する上に述べたフィードバック情報を用いて、マッピング制御ユニットは最適化アルゴリズムにより最適なマッピングおよびスケジューリング規則を決定する。最適なマッピングおよびスケジューリング規則は、上に述べたように、通常は無駄な資源の総量を最小にし、したがってまたネットワーク要素２１の使用を最小にする、マッピングおよびスケジューリング規則と考えられる。測定機能２６および２７からマッピング制御ユニットへのフィードバック情報により、このシステムはトラッフィック・ミックス内の変化にリアルタイムで適応することができる。

図２に示す実施の形態では、部分資源Ｂ１,...，ＢＮの特性はスケジューリング規則を変えることにより変更することができる。したがって、マッピング制御ユニットは、スケジューリング規則（すなわち、資源の特性）を制御することにより、また部分資源への集合体フローのマッピングを制御することにより、資源の使用に影響を与えることができる。スケジューリング規則が固定されていて部分資源の特性を変更することができない場合でも、マッピングは利用可能な部分資源を考慮して最適なマッピングに設定することができる。しかし、部分資源を適応させることが可能な一層柔軟なシステムでは、部分資源が固定されて柔軟性の低いシステムに比べて、全資源を一層効率的に使用することができる。

図３は、ディファレンシエーテッドサービスＱｏＳアーキテクチャを用いるＩＰ ＱｏＳネットワークにおける本発明の或る実施の形態を示す。このアーキテクチャでは、集合体フローがマップされる部分資源をパー・ホップ・ビヘイビア（ＰＨＢ）と呼ぶ。図３では、集合体フローＳＬＳ１,...，ＳＬＳＭがＰＨＢ１,...，ＰＨＢＮにマップされる。ＰＨＢはノードの外部から観察可能な転送ビヘイビア（転送遅れまたはパケット損失など）を決定する割り当てられた緩衝およびリンク帯域幅資源である。図３に示す実施の形態では、マッピング制御ユニットは測定機能２６および２７から受けるフィードバック情報に応じてＰＨＢへの集合体フローのマッピングを制御する。ＰＨＢはスケジューリング機能２８によりリンク３１上でスケジュールされる。スケジューリング機能２８はマッピング制御ユニットによりプログラムされるので、ＰＨＢは現在受けたトラッフィック・ミックスに対して最適化される。

図２と図３とに示す本発明の実施の形態では、集合体フローＳＬＳ１,...，ＳＬＳＭのトラッフィック・パラメータは測定機能により測定されてマッピング制御ユニットに報告される。このようにしてマッピング制御ユニットは集合体フローのトラッフィック特性に関する情報を与えられ、これを用いてトラッフィック・ミックスを考慮して最適マッピングを決定する。本発明の別の実施の形態では、マッピング制御ユニットに報告されるトラッフィック特性に関する情報は、測定ではなく計算に基づく。

マイクロフローのセットアップ中に、或るマイクロフローは或るトラッフィック制限（例えば、平均速度やピーク速度に関して）を超えてはならないと決めることができる。かかるトラッフィック制限はＲＳＶＰまたはＡＴＭ信号によりアドミッション制御機能２２に報告される。アドミッション制御機能２２は、各集合体フロー内に含まれるマイクロフローのトラッフィック制限に基づいて集合体フロー当たりの対応するトラッフィック制限を計算することができる。集合体フロー当たりの計算されたトラッフィック制限は集合体フローのトラッフィック特性に関する情報としてアドミッション制御機能２２からマッピング制御ユニット２３に報告してよい。本発明のこの別の実施の形態では、測定機能２６は図４に示すように省略してよい。または測定機能２６は、アドミッション制御ユニットからトラッフィック制限計算を受けて、測定値または受けたトラッフィック制限計算値をマッピング制御ユニット２３に報告できるように構成され得る。

マッピング制御ユニット２３に報告される集合体フローのトラッフィック特性に関する情報が計算されたトラッフィック制限に基づく場合は、恐らくマッピングはいくぶん過大評価されたトラッフィック量に適応する。なぜなら、マイクロフローは設定されたトラッフィック制限より下であって上ではないからである。したがって通常は、トラッフィック・ミックスに関する測定された情報に基づくマッピングの方が計算された情報に基づくマッピングより資源効率が良い可能性がある。

部分資源の使用を制御するための本発明に係るシステムの機能を更に説明するため、マッピング制御ユニットが用い得る最適化アルゴリズムの具体的で単純化された例を、図５と図６とを参照して以下に説明する。

図５は、７つのサービス・レベル集合体フローＳＬＳ１，ＳＬＳ２,...，ＳＬＳ７を３つのＰＨＢであるＰＨＢ１，ＰＨＢ２，ＰＨＢ３にマップする例についての最適化原理を示す。各ＰＨＢは２つのパラメータ（ピーク速度と平均速度）に関して割り当てられた基礎をなす物理資源を有する。同様に、各サービス・レベル集合体フローはピーク速度と平均速度についての要求に関連する。図５では、ピーク速度をｘ軸に示し、平均速度とピーク速度との比をｙ軸に示す。したがって、平均速度はＰＨＢボックスまたは集合体フロー・ボックスの面積である。この例では、特定のＰＨＢにマップされる全てのサービス・レベル集合体フローは同じ時間尺度のピーク速度バーストを有し、この時間尺度はＰＨＢのバッファ・サイズに適合する。

平均速度とピーク速度との比が１の場合は、ＰＨＢ資源はトラッフィックのピーク速度で移送するよう割り当てられる。この場合はパケット損失もキューイング遅延も起こらない。この比が１より小さい場合は、オペレータはネットワークが瞬時に処理できる能力を超えるピーク速度サービス・レベル仕様を売ったわけである。したがって、トラッフィックをバッファしなければならない。その結果、キューイング遅延やパケット損失さえも起こることがある。

図５の線図は、集合体フロー・ボックスＳＬＳ１,...，ＳＬＳ７をＰＨＢボックスＰＨＢ１，ＰＨＢ２，ＰＨＢ３に最も効率的に詰め込む問題としての最適化問題の例を与える。集合体フロー・ボックスＳＬＳ１,...，ＳＬＳ７がＰＨＢボックスの限界内に留まるときは、ＰＨＢの基礎をなす物理資源はピーク速度と平均速度に関する集合体フローの要求をサポートすることができる。集合体フロー・ボックスでカバーされないＰＨＢボックスの面積は無駄な平均速度資源を示す。

本発明の或る実施の形態に係る最適化アルゴリズムは、ＰＨＢボックスの間の境界をｘ軸に沿って移動することにより、またＰＨＢボックスの高さを調整してボックス内の最も高い集合体フローの高さに等しくすることにより、平均速度資源の無駄を最小にする。これを図６に示す。図６では、ＰＨＢ１とＰＨＢ２との間の境界を左に移動して、これらの２つのボックスの高さを調整して各ボックス内の最も高い集合体フローになるようにした。調整されたＰＨＢボックスを図６のＰＨＢ１＋とＰＨＢ２＋とで示す。

図に見られるように、ＰＨＢ１＋ボックス内ではＰＨＢ１に比べて資源の無駄が減少した。他方で、ＰＨＢ２＋ボックス内ではＰＨＢ２に比べて資源の無駄がいくぶん増加した。しかし無駄の減少の方が増加より大きいので、正味では資源の節約になる。

最適化アルゴリズムは図３のマッピング機能２４とスケジューリング機能２８とに以下のように関係する。ＰＨＢボックスの境界をｘ軸に沿って移動することは、ＰＨＢへの集合体フローのマッピングを変更しなければならないことを意味する。これはマッピング機能２４を再プログラムすることにより行う。更に、ＰＨＢボックスの境界をｘ軸またはｙ軸に沿って移動するときＰＨＢのバッファリングおよび帯域幅資源が適応する。これはスケジューリング機能２８のプログラムを変更することにより行う。

２つのＰＨＢボックスがあって、集合体フロー・ボックスは幅が等しく、その高さが幾何級数的に減少するシーケンス｛ａ_ｉ｝を表す特殊な場合は、２つのＰＨＢボックスへのサービス・レベル集合体フローのマッピングを反復的に更新するのに次の最適化アルゴリズムを用いてよい。
（ａ_１−ａ_Ｔ＋１）／（ａ_Ｔ＋１−ａ_Ｔ＋２） ＜（Ｍ−Ｔ−１） ＝＞Ｔ：＝Ｔ＋１
（ａ_１−ａ_Ｔ）／（ａ_Ｔ−ａ_Ｔ＋１） ＞（Ｍ−Ｔ） ＝＞Ｔ：＝Ｔ−１
Ｍはサービス・レベル集合体フローの総数、Ｔは２つのＰＨＢボックスの第１のボックス内のサービス・レベル集合体フローの数である。このアルゴリズムは、Ｔ番目のサービス・レベル集合体フロー（すなわち、ＳＬＳＴ）を第１のＰＨＢから第２のＰＨＢに移動するための、またはＴ＋１番目のサービス・レベル集合体フロー（すなわち、ＳＬＳＴ＋１）を第２のＰＨＢから第１のＰＨＢに移動するための条件を単に示す。

サービス・レベル集合体フローを移動した後で、ＰＨＢの資源をこれに従って適応させなければならない。この適応は、サービス・レベル集合体フローの資源要求の事前の知識に基づいて、または遅れおよびパケット損失に関してのＰＨＢ性能の測定値に基づいて、計算することができる。

ここに概要を述べた二次元の最適化アルゴリズムは、トラッフィックおよび資源を記述する追加のパラメータ（種々のリーキィ・バケット（leaky bucket）・パラメータなど）を含む多次元の場合に一般化することができる。しかし、一般的な場合には全体的な最適値を見つける優れた反復アルゴリズムは存在しないようである。

最も直接的な方法は、ＰＨＢへのサービス・レベル集合体フローの全ての可能なマッピングについて無駄な資源の量を計算して、最良のものを取り出すことである。組合せの数を減らすには、図５に示す場合と同様に、サービス・レベル集合体フローを資源要求に関してその類似性に従ってグループ化しなければならない。

上に述べたアルゴリズムでは、各サービス・レベル集合体フローは１つのＰＨＢにマップされる。しかし本発明の別の実施の形態では、サービス・レベル集合体フローを２つ以上の資源（ＰＨＢなど）に分割してよい。サービス・レベル集合体フローを複数の資源の間に分割すると、場合によっては資源の使用が一層効率的になることがある。何らかの理由で資源の特性を適応させることが許されないかまたはできない場合には、これは特に優れている。

トラッフィック・ミックスがしばしば変わる場合は、上に述べたアルゴリズムではマッピングが非常に頻繁に変わることがある。サービス・レベル集合体フローを異なるＰＨＢの間に短期間に何度も移したり戻したりすると、ネットワークの性能に悪影響を与えることがある。かかる悪影響を避けるため、或る種のヒステリシスを含むアルゴリズムを用いてよい。無駄な資源の減少が或る限界を超えるときだけサービス・レベル集合体フローを例えば１つのＰＨＢから別のＰＨＢに移動してよく、または資源へのサービス・レベル集合体フローの２つの連続的なマッピングの間に或る指定された最小時間を設けてよい。

トラッフィック・ミックスが変わるとサービス・レベル集合体フローの特性も変わる。図５と図６では、これはボックスＳＬＳ１,...，ＳＬＳ７の面積が変わるという形で影響する。かかる変化の後、部分資源への集合体フローのマッピングを再調整して全資源をより効率的に使用するとよい。本発明に係るマッピング制御ユニットは現在受けているトラッフィック・ミックスに関する情報を受けるので、本発明によりトラッフィック・ミックスの変化を迅速に検出して適応させることができる。測定機能２６またはアドミッション制御機能２２からの情報は、サービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性（平均速度やピーク速度やその他の特性など）に関する情報を含んでよい。

本発明で測定され、計算され、マッピング制御ユニットに報告される現在のトラッフィック・ミックスに関する情報は、資源の使用の最適化以外の目的に用いてよい。またこれを用いて、ルータで実現されるＱｏＳ機構の性能を最適化するためのパラメータを決定してよい。例えば、パケットの予想平均長を考えることが重要であるＤｉｆｆＳｅｒｖアーキテクチャの実現がある。測定機能２６内でトラッフィックを測定するときに平均パケット長の大幅な変化が検出された場合は、もちろんこの情報を用いてＤｉｆｆＳｅｒｖ構成パラメータを変えてよい。

マッピング制御ユニットは本発明の中心ユニットである。これは、現在受けているトラッフィック・ミックスに従ってオーバーロードになることなく部分資源を効率的に用いることを確かめる。当業者に周知のように、複数の異なる形態のマッピング制御ユニットが可能である。例えば、ネットワークまたはＱｏＳドメインの各ノードがマッピング制御ユニットを備えてよく、またはネットワーク・ノードと通信する集中制御ノード内にマッピング制御ユニットを備えてよい。周知のハードウエアおよびソフトウエア手段を用いて本発明のマッピング制御ユニットおよび他の機能を実現する方法は当業者に明らかであろう。マッピング機能２４は、本発明ではマッピング制御ユニットの制御の下にプログラム可能である。プログラム可能なマッピング機能を実現する最も簡単な方法はソフトウエア手段を用いることであるが、プログラム可能なハードウエア構成やハードウエアとソフトウエアの組合せの構成も可能である。上に述べたように、多重送信機能２５またはスケジューリング機能２８もマッピング制御ユニットの制御の下にプログラム可能であることは本発明の好ましい特徴である。

図面と明細書において、本発明の代表的な好ましい実施の形態を開示した。特定の用語を用いたが、これらは一般的にかつ説明的に用いたものであって制限するためではない。本発明の範囲は特許請求の範囲内に規定されている。

本発明が適用可能なシステムを示す略ブロック図である。 本発明に係る、集合体フローと部分資源との間の動的マッピングのための機構の実施の形態を示す略ブロック図である。 ディファレンシエーテッドサービス（Differentiated Service）アーキテクチャを用いたネットワーク内の集合体フローとパー・ホップ・ビヘイビア（ＰＨＢ）との間の動的マッピングのための、本発明に係る機構を示す略ブロック図である。 図３に示す機構の別の実施の形態を示す略ブロック図である。 ＰＨＢへのサービス・レベル集合体フローのマッピングを示す略ブロック図である。 図５に示すマッピングを本発明に従って変更して資源をより効率的に使用する方法を示す略図である。

Claims (25)

1. サービス品質が可能な電気通信ネットワーク内で多数のマイクロフロー（ｆ１，ｆＬ）の電気通信トラッフィックを転送するシステムであって、各マイクロフローは所定のサービス・レベルの或る集合から或るサービス・レベルを割り当てられてサービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）の或る集合を作り、各サービス・レベルはサービス要求（Ｒ１，Ｒ２，ＲＭ）の或る集合に関連し、前記システムはネットワーク内でトラッフィックを転送する部分資源（Ｂ１，ＢＮ，ＰＨＢ１，ＰＨＢＮ）の或る集合を備え、この部分資源に前記サービス・レベル集合体フローがマップされ、前記システムは、
   各サービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性と資源性能とに関する情報を受け、
   無駄な資源の総量を減らすと共に前記サービス・レベルのサービス要求を満たす更新されたマッピングを得るために、前記受けた情報に基づいて部分資源の前記集合への前記サービス・レベル集合体フローのマッピングを更新し、
   更に、部分資源の前記集合の性能を支配する資源パラメータを更新して、無駄な資源の総量を最小にすると共に前記サービス・レベルのサービス要求（Ｒ１，Ｒ２，ＲＭ）を満たすマッピングと資源パラメータとの組合せを達成する、
   制御ユニット（２３）を更に備えることを特徴とする、電気通信トラッフィックを転送するシステム。
2. 前記資源パラメータは部分資源の前記集合を物理リンク（３１）で多重送信する方法を支配するスケジューリング・パラメータである、請求項１記載の電気通信トラッフィックを転送するシステム。
3. 部分資源の前記集合はＤｉｆｆＳｅｒｖパー・ホップ・ビヘイビア（ＰＨＢ１，ＰＨＢＮ）の或る集合である、請求項１又は２に記載の電気通信トラッフィックを転送するシステム。
4. 資源性能を測定して測定結果を制御ユニット（２３）に報告する資源性能測定機能（２７）を更に備え、資源性能に関する前記情報は前記資源性能測定機能により測定される各部分資源（Ｂ１，ＢＮ，ＰＨＢ１，ＰＨＢＮ）のパケット遅れおよびパケット損失に関する情報である、請求項１乃至３のいずれかに記載の電気通信トラッフィックを転送するシステム。
5. 少なくとも１つのサービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性を測定して測定結果を制御ユニット（２３）に報告するトラッフィック測定機能（２６）を更に備え、各サービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性に関する前記情報の少なくとも一部は前記トラッフィック測定機能により測定される平均速度とピーク速度とに関する情報である、請求項１乃至４のいずれかに記載の電気通信トラッフィックを転送するシステム。
6. 前記システムは、マイクロフロー（ｆ１，ｆＬ）のために設定されるトラッフィック制限に関する信号情報を受ける手段（２２）と、マイクロフロー当たりのトラッフィック制限に関する前記信号情報に基づいてサービス・レベル集合体フロー当たりの対応するトラッフィック制限を計算する手段と、サービス・レベル集合体フロー当たりの前記トラッフィック制限を各サービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）のトラッフィック特性に関する前記情報の少なくとも一部として前記制御ユニット（２３）に送る手段とを更に含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の電気通信トラッフィックを転送するシステム。
7. 制御ユニット（２３）は各サービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）を部分資源の前記集合内の１つまたは複数の部分資源（Ｂ１，Ｂ２，ＢＮ，ＰＨＢ１，ＰＨＢＮ）にマップする、請求項１乃至６のいずれかに記載の電気通信トラッフィックを転送するシステム。
8. 制御ユニット（２３）は前記受けた情報とサービス要求（Ｒ１，Ｒ２，ＲＭ）の前記集合とを考慮して無駄な資源の総量を最小にする反復最適化アルゴリズムを用いる、請求項１乃至７のいずれかに記載の電気通信トラッフィックを転送するシステム。
9. 制御ユニット（２３）は、前記マッピングを最後に更新した後で少なくとも１つのサービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）の少なくとも１つのトラッフィック特性が所定の量だけ変化したことを前記受けた情報が示したとき前記マッピングを更新する、請求項１乃至８のいずれかに記載の電気通信トラッフィックを転送するシステム。
10. サービス品質が可能な電気通信ネットワーク内でトラッフィックを転送するための、部分資源（Ｂ１，Ｂ２，ＢＮ，ＰＨＢ１，ＰＨＢＮ）の或る集合へのサービス・レベル集合体フローのマッピングを更新する方法であって、
    サービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）の或る集合を受け、各サービス・レベル集合体フローは所定のサービス・レベルの或る集合からの同じサービス・レベルを割り当てられたマイクロフローから成り、各サービス・レベルはサービス要求（Ｒ１，Ｒ２，ＲＭ）の或る集合に関連する、
    ステップを含み、更に、
    各サービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性と資源性能とに関する情報を得るステップと、そして
    無駄な資源の総量を減らすと共に前記サービス・レベルのサービス要求を満たす更新されたマッピングを得るために、前記得た情報に基づいて部分資源の前記集合への前記サービス・レベル集合体フローのマッピングを更新するステップであって、部分資源の前記集合の性能を支配する資源パラメータを更新して、無駄な資源の総量を最小にすると共に前記サービス・レベルのサービス要求（Ｒ１，Ｒ２，ＲＭ）を満たすマッピングと資源パラメータとの組合せを達成するステップと、を含むことを特徴とする、マッピングを更新する方法。
11. 前記資源パラメータは部分資源の前記集合を物理リンク（３１）で多重送信する方法を支配するスケジューリング・パラメータである、請求項１０記載のマッピングを更新する方法。
12. 情報を得る前記ステップは各部分資源（Ｂ１，Ｂ２，ＢＮ，ＰＨＢ１，ＰＨＢＮ）のパケット遅れとパケット損失とを測定することを含む、請求項１０又は１１に記載のマッピングを更新する方法。
13. 情報を得る前記ステップは少なくとも１つのサービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）の平均速度とピーク速度とを測定することを含む、請求項１０乃至１２のいずれかに記載のマッピングを更新する方法。
14. 各サービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）のトラッフィック特性に関する前記情報を得る前記ステップはマイクロフロー（ｆ１，ｆＬ）のために設定されるトラッフィック制限に関する信号情報を受けるステップと、マイクロフロー当たりのトラッフィック制限に関する前記信号情報に基づいてサービス・レベル集合体フロー当たりの対応するトラッフィック制限を計算して各サービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性に関する前記情報の少なくとも一部を形成するステップとを含む、請求項１０乃至１３のいずれかに記載のマッピングを更新する方法。
15. 前記マッピングは各サービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）が部分資源の前記集合内の１つまたは複数の部分資源（Ｂ１，Ｂ２，ＢＮ，ＰＨＢ１，ＰＨＢＮ）にマップされるように更新される、請求項１０乃至１４のいずれかに記載のマッピングを更新する方法。
16. マッピングの前記更新は前記得た情報とサービス要求（Ｒ１，Ｒ２，ＲＭ）の前記集合とを考慮して無駄な資源の総量を最小にする反復最適化アルゴリズムを用いて行う、請求項１０乃至１５のいずれかに記載のマッピングを更新する方法。
17. マッピングの前記更新は、前記マッピングを最後に更新した後で少なくとも１つのサービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）の少なくとも１つのトラッフィック特性が所定の量だけ変化したことを前記得た情報が示すときに行われる、請求項１０乃至１６のいずれかに記載のマッピングを更新する方法。
18. ネットワーク内でトラッフィックを転送するための、部分資源（Ｂ１，Ｂ２，ＢＮ，ＰＨＢ１，ＰＨＢＮ）の或る集合への電気通信トラッフィックのサービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）のマッピングを制御する制御ユニット（２３）であって、各サービス・レベル集合体フローはサービス要求（Ｒ１，Ｒ２，ＲＭ）の或る集合に関連するサービス・レベルに対応し、前記制御ユニット（２３）は、
    各サービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性と部分資源の前記集合の性能とに関する情報を受ける手段と、
    前記受けた情報に基づいて部分資源の前記集合への前記サービス・レベル集合体フローのマッピングを動的に制御して、無駄な資源の総量を減らすと共に前記サービス・レベルのサービス要求を満たす更新されたマッピングを得る手段と、そして
    無駄な資源の総量を最小にすると共に前記サービス・レベルのサービス要求を満たすマッピングと資源パラメータとの組合せを達成するために、部分資源の前記集合の性能を支配する資源パラメータを動的に制御する手段と、
    を備えることを特徴とする制御ユニット。
19. 前記資源パラメータは部分資源の前記集合を物理リンク（３１）で多重送信する方法を支配するスケジューリング・パラメータである、請求項１８記載の制御ユニット。
20. 前記制御ユニットは、マイクロフロー（ｆ１，ｆＬ）がサービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）に進入するのを制御するアドミッション制御ユニット（２２）への現在のマッピングに関する情報を送る手段を更に含む、請求項１８又は１９に記載の制御ユニット。
21. 部分資源の前記集合の性能に関する前記情報は各部分資源のパケット遅れとパケット損失とに関する情報を含む、請求項１８乃至２０のいずれかに記載の制御ユニット。
22. 各サービス・レベル集合体フローのトラッフィック特性に関する前記情報は平均速度とピーク速度とに関する情報を含む、請求項１８乃至２１のいずれかに記載の制御ユニット。
23. マッピングを動的に制御する前記手段は、各サービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）を部分資源の前記集合内の１つまたは複数の部分資源（Ｂ１，Ｂ２，ＢＮ，ＰＨＢ１，ＰＨＢＮ）にマップするようにマッピングを制御する、請求項１８乃至２２のいずれかに記載の制御ユニット。
24. マッピングを動的に制御する前記手段は、前記受けた情報とサービス要求の前記集合とを考慮して無駄な資源の総量を最小にする反復最適化アルゴリズムを用いる計算手段を含む、請求項１８乃至２３のいずれかに記載の制御ユニット。
25. 前記制御ユニットは、前記マッピングを最後に更新した後で少なくとも１つのサービス・レベル集合体フロー（Ｓ１，Ｓ２，ＳＭ，ＳＬＳ１，ＳＬＳＭ）の少なくとも１つのトラッフィック特性が所定の量だけ変化したことを前記受けた情報が示すと前記マッピングを更新する、請求項１８乃至２４のいずれかに記載の制御ユニット。

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