JP5372014B2 - アクセス回線の帯域幅を分けるシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブロードバンドアクセスに関し、より詳細には、複数のゲートウェイの間で動的に帯域幅を分ける方法に関する。

この節は、以下に記載及び／又は特許請求される本発明の様々な態様に関連する、当該技術分野の様々な態様を読者に導入することが意図される。この説明は、本発明の様々な態様の良好な理解を容易にするために背景技術を読者に提供することにおいて有効であると考えられる。したがって、これらの説明は、この観点で読まれるべきであって、従来技術の認定として読まれるべきではない。

ブロードバンドアクセスは、１つのブロードバンドアクセスプロバイダを通して、１つのイーサネット（登録商標）及びコンピュータ装置のようなIPベースの装置にインターネットアクセスを提供するモデムとして本来は見られている。後に、ブリッジ又はルータは、多数の装置に給仕するため、モデムユニットと共に統合されている。結合されたユニットは、ホームゲートウェイ（HG）と呼ばれる。このホームゲートウェイは、異なる家庭用機器を１つのアクセス回線を通してIPベースのネットワークに接続することができる。

インターネットアクセスの別のスキームは、ある装置がモデム及びVLANマルチプレクサを有するシステムである。この装置は、VLANベースのネットワークの終端（NT）を形成し、VLANベースのマルチドゥエリングユニットとしての役割を果たす。多数のホームゲートウェイは、このVLANに基づくネットワークの終端に接続され、このホームゲートウェイ装置は、モデム機能を有しない。これらホームゲートウェイのそれぞれは、VLANのセットを使用して、異なるブロードバンドアクセスプロバイダに接続される。ネットワークの終端は、マルチプロバイダの環境をサポートする。アクセス回線の帯域幅（Bw）は、多数のゲートウェイの間で分配される。それぞれのゲートウェイは、最大の利用可能なアップストリームの帯域幅が割り当てられると想定される。

全てのHG帯域幅の性能の合計が利用可能なアクセス回線の帯域幅よりも大きいとき、アップストリームの方向において帯域幅のストリームの可能性のあるオーバフローが存在する。

本発明は、ゲートウェイ間で帯域幅の割り当てを動的に管理するメカニズムを提供し、十分なアップストリームのアクセス帯域幅がある限りゲートウェイが平均の帯域幅又は重み付けされた帯域幅に優先するのを可能にし、アップストリームのアクセス帯域幅が満たされたときに適切な低減を強制するのを可能にすることで、帯域幅のオーバフローと関連がある問題の少なくとも幾つかを改善することを試みる。

本発明は、ある装置でのアップストリームの帯域幅を制御する方法に関し、本装置は、第一のネットワークへのインタフェース、１を超えるゲートウェイ装置を有する少なくとも１つの第二のネットワークへの少なくとも１つのローカルインタフェースを有する。

上記目的を達成するため、本方法は、第一のネットワークに関する利用可能な帯域幅の値をモニタするステップ、前記１を超えるゲートウェイ装置に、前記１を超えるゲートウェイ装置にとって利用可能な最大のアップストリームの帯域幅を周期的に示すステップを含み、最大のアップストリームの帯域幅は、利用可能な帯域幅、当該装置に接続される１を超えるゲートウェイ装置の数、及び１を超えるゲートウェイ装置に接続されるローカルインタフェースの数に依存する。

実施の形態によれば、利用可能な帯域幅の値は、はじめに、ローカルインタフェースについて分けられ、次いで、ゲートウェイ装置について分けられる。

本発明の別の目的は、１を超えるゲートウェイ装置を第一のネットワークに接続する装置である。

この目的を達成するため、本装置は、第一のネットワークへの第一のインタフェース、１を超えるゲートウェイ装置に接続するための少なくとも１つの第二のネットワークへの少なくとも１つの第二のインタフェース、Virtual LANマルチドゥウェリングユニット、及び、第一のインタフェースで利用可能な帯域幅をモニタし、１を超えるゲートウェイ装置について最大のアップストリームの帯域幅に利用可能な帯域幅を動的に分ける帯域幅制御管理モジュールを有する。

実施の形態によれば、第一のインタフェースは、ブロードバンドアクセス加入者回線へのインタフェースである。

実施の形態によれば、本装置は、１を超えるゲートウェイ装置に最大のアップストリームの帯域幅を動的に示す手段を有する。

実施の形態によれば、本装置は、１を超えるゲートウェイ装置と通信するためにELMIサーバのサブセットを有し、ELMIサーバは、ゲートウェイ装置の発見のためのELMIチェック機能、及びSingle EVC Asynchronous Status手順を有し、この場合、認定情報レート（Committed Information Rate）は、特定の接続された及びアクティブなゲートウェイ装置を使用することができる最大の帯域幅により取って代わる。

本発明の別の目的は、コンピュータ上で当該プログラムが実行されたとき、本発明に係るプロセスのステップを実行するプログラムコード命令を有するコンピュータプログラムプロダクトである。「コンピュータプログラムプロダクト」により、ディスク又はカセットのようなプログラムを含む記憶スペースであるだけではなく、電気信号又は光信号のような信号であるコンピュータプログラムサポートを意味する。

開示される実施の形態と範囲において釣り合いのとれた所定の態様は、以下に述べられる。これらの態様は、読者に本発明が採り得る所定の形式の簡単な要約を提供するために単に与えられ、これらの態様は、本発明の範囲を制限することが意図されないことを理解されたい。確かに、本発明は、以下に説明されない様々な態様を包含する場合がある。

本発明は、添付図面を参照して、限定されることなしに、以下の実施の形態及び実行例により良好に理解及び例示される。
実施の形態に係るシステムを例示する図である。 帯域幅を分ける４つの異なるケースを例示する図である。 帯域幅の値の計算を例示する図である。 帯域幅の制御メッセージを使用した情報伝送を例示する図である。

図１では、表現されるブロックは、純粋に機能的なエンティティであり、必ずしも、物理的に個別のエンティティに対応しない。すなわち、これらは、ハードウェア又はソフトウェアの形式で開発されるか、或いは１又は複数の集積回路で実現される。

図１は、実施の形態に係るシステムを表す。VLANに基づくネットワークの終端（NT）及び多数のレジデンシャルゲートウェイ（HG1,HG2,HG3,HG4）を有する。

NTは、VLANマルチプレクサを有するマルチドゥウェリングユニットである。NTは、WANインタフェースとしても知られる、DSLネットワークへのインタフェースN1を有する。勿論、WANインタフェースは、任意のブロードバンドネットワークへのインタフェースである。NTは、異なるローカルエリアネットワーク（LAN）へのインタフェースP1，P2，P3を有する。HGは、ポイントツーポイントの方式で、又は限定されるものではないがイーサネット（登録商標）ネットワークのようなローカルネットワークを通して、NTに接続される。NTでは、あるポートは、１つのHG又は複数のHGに接続される場合がある。図１に示されるように、NTは、３つのポートP1，P2，P3を有する。唯一のHGは、第一のポートP1と第三のポートP3とに接続される。２つのHGは、第二のポートP2に接続される。

NTは、帯域幅制御管理モジュールBCMを有する。このBCMは、WANの実際の利用可能な帯域幅を周期的且つ動的に測定するために適合される。実際の帯域幅は、測定が行われるときに利用可能な帯域幅を表す。また、BCMは、以下に示されるようにHG間で帯域幅を動的に分けるために適合される。また、BCMは、実際に送出する利用可能な最大のアップストリームの帯域幅をそれぞれのHGに動的に示す手段を有する。

NTとNTに接続されているHGとの間で帯域幅の制御の調整が行われる。T1のリファレンスポイントで、NTとHGとの通信のためにELMIプロトコルが使用される。NTによるHGの発見のためにELMIが使用される。これは、2006年1月のMetro Ethernet（登録商標） Forum Technical Specification, MEF16 “Ethernet（登録商標） Local Management Interface (E-LMI)”で定義されるようなELMIプロトコルの異なる使用である。NTとHGとの間の通信プロトコルは、ELMIの機能のサブセットを使用する。これは、特に、ELMIの以下の機能を使用する。HGの発見のためのELMIチェック機能、Single EVC Asynchronous Status procedure。この場合、認定情報レート（CIR）は、HGに割り当てられる特定のVLANを使用して、該HGにより送出することができるBmaxにより置き換えられる。

より一般には、以下の機能を有するプロトコルは、NTとHGとの間で帯域幅の制御について調整を行う。HGは、（HG発見のためにNTにより使用される）HGにとって利用可能なVLANのNTに要求する。NTは、規則的な時間での実際の利用可能な帯域幅をHGに示す。

ELMIサーバ（Srv）、ネットワークサイドエンティティは、NTにおいて位置される。それぞれのHGは、ELMIクライアント（Cli）、ユーザサイドエンティティを有する。HGのスタートアップ時に、HGは、ELMIチェック手順を実行する。ELMIクライアントは、ローカルネットワークにSTATUS ENQUIRYを送出する。NTとネットワーク上の他のHGの両者は、STATUS ENQUIRYメッセージを受信する。NTにおけるELMIサーバのみが送信HGに対するSTATUSに応答する。HG及びNTは、MACアドレスを知るようになる。NTは、接続されたHGのリストを保持する。

ELMIのチェックは、典型的に１０秒毎に周期的に行われる。このポーリングメカニズムにより、NTはHGになお電源が投入されているかを検出することができる。たとえば３０秒間に特定のHGによりSTATUS ENQUIRYが送出されない場合、NTは、HGへの電源が切られたか又は接続が解除されたと見なすことができる。NTは、あるポートに接続されているHGの数を更新する。この手順は、HGがELMIプロトコルを実現していること、又は上述されたELMIの特徴を有する少なくとも低減されたバージョンを必要とする。

代替的に、HGは、ELMIプロトコルを実現しない場合がある。NTは、あるポートで、たとえばIPフレームといったトラフィックを受信するときにHGを発見する。HGは、イーサネット（登録商標）フレームを送出するとき、NTを通して情報を通過する必要がある。HGは、どのような場合でも発見される。

アップストリームトラフィックの帯域幅の制御は、HGにおいて行われる。これは、成形による帯域幅の制限のため、イーサネット（登録商標）フレームに関するリーキーバケット（leaky bucket）メカニズムを使用する。代替的に、これは、許容されるバーストによる帯域幅の制限のため、イーサネット（登録商標）フレームに関するトークンバケットメカニズムを使用する。

NTとHGとの間の最大のアップストリームの帯域幅は、以下ではBLと示される。NTとHGとの間のLAN上の帯域幅は、LAN技術に依存する。アクセス回線での最大の利用可能な帯域幅は、以下ではBwと示される。BLはBwには及ばない。

NTは、HG間でアクセス回線のアップストリームの帯域幅を分ける。特に、アクセス回線のアップストリームの帯域幅は、ポートについて分配される。NTは、N個のポートを有する。N個のポートのうち、ｎ個のポートはＨＧに接続される。Bhgと示される、ポート当たりの平均の最大の帯域幅は、Bhg=Bw/nである。

１を超えるHG、ｍ個のHGが同じポートに接続される場合、それぞれのHGについて平均／重み付けされた最大の帯域幅は、Bhg=Bw/n/mである。

実施の形態によれば、ローカルエリアネットワークは、イーサネット（登録商標）100Mbit/sに準拠する。BLは、100Mbit/sに設定される。図１の例に拠れば、ｎは３に設定される。BLの値は、HG1及びHG4について100/3 Mbit/sに設定される。HG2及びHG3は、同じポートP2に接続され、値BLは、100/3/2 Mbit/sに設定される。

図２は、帯域幅を共有する４つの異なるケースを例示する。それぞれのケースに関して、ｂは利用可能な最大の実際の帯域幅を表し、ｔはアクセス回線の帯域幅の占有を表す。それぞれのケースにおいて、HGは、Bw/nに等しい、アクセス回線のアップストリームの帯域幅を超えて使用する場合がある。HGは、BLまで帯域幅を使用する場合がある。しかし、アクセス回線の占有がBwに対応していっぱいになった場合、HGについて利用可能な最大の帯域幅は、NTにより示される値に低減され、極限では、この値は、Bw/n（又はLAN回線上にｍ個のHGがある場合にはBw/n/m）になる。

ケース１は、HGのアップストリームトラフィックについて、実際の帯域幅の可能性のあるポイントの領域について不連続な帯域幅のプロファイルである。全てのケースは、ポートについて唯一のHGが存在するときの帯域幅のプロファイルを例示する。あるポートにｍ個のHGが存在するとき、値はｍで割られる。ブレイクは、Bw−BLに等しい値Xに設定される。アクセス回線の帯域幅の占有が（Bw-BL）を超えるとき、HGについて実際の最大の帯域幅はBw/nに設定される。ブレイクは、Bw−BLとは異なる値Xを有し、この値は、LAN上のトラフィック状態に依存する場合がある。

ケース２は、HGについて利用可能な帯域幅は、値（0,BL）と（Bw,Bw/n）との間でリニアなプロファイルを有する。

ケース３は、ケース１とケース２とを結合する。帯域幅は、BLに設定され、Bw−BLに設定されるブレイク値Xまでである。次いで、プロファイルは、（Bw−BL,BL）と（Bw,Bw/n）との間でリニアである。

より一般的には、一般的なケースにおいて示されるように、（0,BL）と（Bw,Bw/n）との間で帯域幅を制限する任意の関数が使用される場合があり、この場合、HGについて利用可能な最大の帯域幅はBLである。

帯域幅を制御するため、NTは以下を実行する。NTは、アクセス回線で使用される帯域幅を測定する。NTは、異なるHGの帯域幅のプロファイルを追跡する。これは、占有されるポートの数、特定のポートに接続されるHGの数に依存する。帯域幅のプロファイルに基づいて、NTは、特定の接続された及びアクティブなHGが使用することができる最大の帯域幅（Bmax）を計算する。

この計算は、上述されたトラフィックプロファイルに基づく。たとえば、図３は、帯域幅のプロファイル ケース２について計算がどのように行われるかを示す。少なくとも１つの電源が投入されたHGが存在するNTでのインタフェースの数は、ｎに設定される。この特定のＨＧが接続されている回線に対する電源が投入されたＨＧの数は、ｍに設定される。

帯域幅のプロファイルに基づくBmaxの計算は、図３に例示される。それぞれのHGは、Bmax値を使用して、リーク性又はバースト性バケットメカニズムのバケットサイズを適合する。送出される実際の帯域幅は、NTの要求に適合される。バケットメカニズム、及びバケットサイズを適合するためにBmaxがどのように使用されるかは、本実施の形態の範囲外である。

NTは、周期的に、Bmax値をHGにELMIプロトコルにより通信する。特に、図４に示されるように、ELMIプロトコルの低減された機能が使用される。ELMIにより、NTは、利用可能なアップストリームの帯域幅の更新を示すことができる。リニアなモデルについて、これは、送出されたSTATUS ENQUIRY通知の数を制限するため、「僅かな“little”」最小限のステップに基づくことができる。

実施の形態では、HGは、同じタイプのネットワークインタフェースを通してNTに接続される。勿論、HGは、異なるタイプのネットワークインタフェースを通して接続され、アクセス回線上の帯域幅を分ける場合がある。

発明の詳細な説明において開示される参考文献、特許請求の範囲及び図面は、独立して又は適切な組み合わせで提供される場合がある。機能は、必要に応じて、ハードウェア、ソフトウェア、又は２つの組み合わせで実現される場合がある。

「１実施の形態」又は「実施の形態」に対する本明細書における参照は、実施の形態と共に記載される特定の機能、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実現において含まれることを意味する。本明細書における様々な位置におけるフレーズ「１実施の形態では」の出現は、必ずしも、実施の形態を全て参照するものではなく、他の実施の形態を必ずしも相互に排他する個別又は代替的な実施の形態でもない。

特許請求の範囲に出現する参照符号は、例示するためのものであって、特許請求の範囲への制限する効果を有するものではない。

Claims (3)

1. ある装置でのアップストリームの帯域幅を制御する方法であって、
   前記装置は、最大の利用可能な帯域幅Ｂ _W を有する第一のネットワークへのインタフェースと、少なくとも１つの第二のネットワークへの少なくとも１つのローカルインタフェースであって、最大のアップストリームの帯域幅Ｂ _L を有する少なくとも１つのローカルインタフェースとを有し、前記最大の利用可能な帯域幅Ｂ _W に対応するビットレートは、前記最大のアップストリームの帯域幅Ｂ _L に対応するビットレートよりも高く、前記少なくとも１つの第二のネットワークは、１を超えるゲートウェイ装置を有し、
   当該方法は、
   前記第一のネットワークで利用可能な帯域幅の値をモニタするステップと、
   前記１を超えるゲートウェイ装置にとって利用可能な前記最大のアップストリームの帯域幅を前記１を超えるゲートウェイ装置に周期的に示すステップとを含み、
   前記第一のネットワークでの帯域幅の占有がゼロに等しいときに、利用可能なアップストリームの帯域幅が前記最大のアップストリームの帯域幅Ｂ _L となり、前記第一のネットワークでの帯域幅の占有が前記最大の利用可能な帯域幅Ｂ _W に等しいときに、前記利用可能なアップストリームの帯域幅が前記最大の利用可能な帯域幅Ｂ _W を前記１を超えるゲートウェイ装置の数で割ったものに等しくなるように、前記最大のアップストリームの帯域幅は、前記第一のネットワークでの前記最大の利用可能な帯域幅及び前記第一のネットワークでの帯域幅の占有に依存する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記利用可能な帯域幅の値は、はじめに、前記ローカルインタフェースについて分けられ、次いで、ゲートウェイ装置について分けられる、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. １を超えるゲートウェイ装置を第一のネットワークに接続する装置であって、
   最大の利用可能な帯域幅Ｂ _W を有する第一のネットワークへの第一のインタフェースと、
   前記１を超えるゲートウェイ装置に接続するため、少なくとも１つの第二のネットワークへの少なくとも１つの第二のインタフェースであって、前記最大の利用可能な帯域幅Ｂ _W に対応するビットレートは、前記最大のアップストリームの帯域幅Ｂ _L に対応するビットレートよりも高く、最大のアップストリームの帯域幅Ｂ _L を有する少なくとも１つのローカルインタフェースと、
   前記第一のネットワークでの帯域幅の占有をモニタし、前記１を超えるゲートウェイ装置にとって利用可能な前記最大のアップストリームの帯域幅を前記１を超えるゲートウェイ装置に周期的に示す帯域幅制御モジュールとを有し、
   前記帯域幅の占有がゼロに等しいときに、利用可能なアップストリームの帯域幅が前記最大のアップストリームの帯域幅Ｂ _L となり、前記帯域幅の占有が前記最大の利用可能な帯域幅Ｂ _W に等しいときに、前記利用可能なアップストリームの帯域幅が前記最大の利用可能な帯域幅Ｂ _W を前記１を超えるゲートウェイ装置の数で割ったものに等しくなるように、前記最大のアップストリームの帯域幅は、前記第一のネットワークでの前記最大の利用可能な帯域幅及び前記第一のネットワークでの帯域幅の占有に依存する、
   ことを特徴とする装置。

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