JP5375470B2 - デジタル加入者線用伝送装置及びａｔｍ帯域制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル加入者線（ＤＳＬ：Digital Subscriber Line）用伝送装置及びＡＴＭ帯域制御方法に関する。本発明は、デジタル加入者線を使用したブロードバンド接続において、イーサフレームをＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）アダプテーションレイヤ５（以下、ＡＡＬ５と称す。）により、ＡＴＭレイヤに適合させて伝送するデジタル加入者線用伝送装置及びＡＴＭ帯域制御方法に適用することができる。

図５にデジタル加入者線（ＤＳＬ）を使用したブロードバンド接続の構成例を示す。一般に、デジタル加入者線（ＤＳＬ）を使用した典型的なブロードバンド接続では、ユーザのコンピュータ（ＰＣ）５−１と宅内ＤＳＬモデム（ＣＰＥ：Customer Premise Equipment）５−２とがイーサネット（登録商標）で接続される。

宅内ＤＳＬモデム（ＣＰＥ）５−２は、イーサフレームをＡＡＬ５処理によりＡＴＭレイヤに適合させ、デジタル加入者線（ＤＳＬ）を介して、ＡＴＭ信号を局舎内集線装置（ＤＳＬＡＭ：DSL Access Multiplexer）５−３と送受する。

局舎内集線装置（ＤＳＬＡＭ）５−３は、複数のデジタル加入者線（ＤＳＬ）を収容して回線を多重化する。局舎内集線装置（ＤＳＬＡＭ）５−３は、ブロードバンドアクセスサーバ（ＢＡＳ）５−４と、イーサネット（登録商標）又はＡＴＭ網により接続される。

ブロードバンドアクセスサーバ（ＢＡＳ）５−４は、インタネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）が管理する集線装置であり、局舎内集線装置（ＤＳＬＡＭ）５−３間は、それぞれのネットワーク形態に応じてＡＴＭ網（ＰＰＰｏＡ）又はイーサネット（登録商標）（ＰＰＰｏＥ）によりブロードバンドアクセスサーバ（ＢＡＳ）５−４と接続される。

宅内ＤＳＬモデム（ＣＰＥ）５−２とブロードバンドアクセスサーバ（ＢＡＳ）５−４との間でＰＰＰ（Point-to-Point Protocol）認証処理が行われ、ユーザのコンピュータ（ＰＣ）５−１は、ＩＰ（Internet Protocol）によりインタネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）を介してネットワーク５−５と接続され、通信サービスを受ける。

昨今、ネットワークのＩＰ化が益々進んでいるが、伝送ネットワークがＩＰベースであったとしても、通信事業者の既存設備の規模等の理由から、宅内ＤＳＬモデム（ＣＰＥ）５−２と局舎内集線装置（ＤＳＬＡＭ）５−３との間のアクセス回線上は、ＡＴＭベースでイーサフレーム・ＩＰデータを搬送するのが一般的である。本発明は、デジタル加入者線用伝送装置として使用される宅内ＤＳＬモデム（ＣＰＥ）５−２又は局舎内集線装置（ＤＳＬＡＭ）５−３に適用され、その間のＡＴＭ伝送における帯域制御等に好適に適用することができる。

イーサフレームは、宅内ＤＳＬモデム（ＣＰＥ）又は局舎内集線装置（ＤＳＬＡＭ）においてＡＡＬ５によりＡＴＭセル化される。図６にＡＡＬ５によるユーザデータのＡＴＭセルへのマッピング例を示す。ＡＡＬ５では、ユーザデータ（ユーザのコンピュータ等で送受されるデータフレーム、但し、厳密には完全なユーザデータではなく、ＰＰＰヘッダやＬＬＣ−ＳＮＡＰ（Logical link control - Sub Network Access Protocol）ヘッダ等が付加された通信対象データ）が、ＣＰＣＳ−ＰＤＵ（Common Part Convergence Sub layer - Payload Data Unit）のデータユニットのペイロードにマッピングされる。

ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットは、ペイロード部、パディング部及びトレーラ部を有する。ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットは、ＡＴＭセルペイロードに格納される４８バイトのＳＡＲ−ＰＤＵ（Segmentation And Reassembly-PDU）に分割される。そのため、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットとデータ長が４８バイトの整数倍になるように０〜４７バイトのデータをパディング部に詰め込むパディング処理を行い、データ長が調整される。

ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットを分割した４８バイトのＳＡＲ−ＰＤＵは、ＡＴＭセルの４８バイトのペイロードに格納される。ＡＴＭセルは、５バイトのＡＴＭセルヘッダが付加され、合計５３バイトのＡＴＭセルとして送信される。

ＡＴＭセルが送信されるデジタル加入者線（ＤＳＬ）毎の帯域制御は、通常、ＡＴＭレイヤ上で行われる。ＡＴＭレイヤのサービスクラス（Ｃｏｓ：Class of service）の帯域制御として、ＣＢＲ（Constant Bit Rate：固定伝送速度）、ＶＢＲ（Variable Bit Rate：可変伝送速度）、ＵＢＲ（Un-specified Bit Rate：帯域非保証速度）、ＡＢＲ（Available Bit Rate：利用可能帯域速度）、及びＰＣＲ（Peak Cell Rate：ピークセル速度）等があるが、ここでは説明を簡明化するため、ＰＣＲのみによる制御を行うＣＢＲ及びＵＢＲについて考察する。

例えば、ＰＣＲを１０，０００セル／秒と設定した場合、そのピーク時のデータ速度は、４，２４０ｋｂｐｓ（＝５３×１０，０００×８［ｂｐｓ］）となり、該データ速度を超過するユーザデータは廃棄されることとなる。このときのＡＴＭペイロード（４８バイト）つまりＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットデータ速度は、３，８４０ｋｂｐｓ（＝４８×１０，０００×８［ｂｐｓ］）である。

ＩＰパケットを始め、レイヤ３以上のデータトラヒックやＡＴＭ／ＰＰＰ／イーサフレーム／ＳＴＭ等のレイヤ２フレームを同一搬送波上に多重する技術等は、例えば下記の特許文献１等により知られている。また、ＡＴＭコネクションを用いて複数のＬＡＮの間を通信可能にするＡＴＭ通信システムにおいて、ＡＴＭ伝送交換装置としてＩＰ網とＡＴＭ網との関門に設置されるＡＴＭゲートウェイ装置は、例えば下記の特許文献２等により知られている。

特開２００１−１４４７７８号公報 特開平１１−３３１２７４号公報

デジタル加入者線（ＤＳＬ）は、宅内ＤＳＬモデム（ＣＰＥ）と局舎内集線装置（ＤＳＬＡＭ）との間は、ユーザデータをＡＡＬ５により適合化したＡＴＭセルで伝送され、このデジタル加入者線（ＤＳＬ）の帯域は、ＰＣＲ等によりＡＴＭセル単位で帯域制御される。

しかし、ユーザデータの帯域保証は、ＡＡＬ５によるＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットでのパディングやトレーラ（８バイト固定）等、ＡＴＭ伝送に際して付加される伝送オーバヘッドを含めたデータに対して帯域保証が行われ、純粋のユーザデータに対する厳密な帯域保証は行われていない。

ユーザは、約３，８４０ｋｂｐｓのデータ速度（ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータ速度）を期待して、ＰＣＲの設定値を１０，０００セル／秒に設定するとする。このとき、ピーク時のＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのデータ速度は、３，８４０ｋｂｐｓ（＝４８×１０，０００×８［ｂｐｓ］）であるが、ユーザデータであるＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのペイロードのデータ速度は、該データユニットのパディング量及びＳＡＲ−ＰＤＵへの分割数（即ち、ＡＴＭセル分割数）に依存する。

以下にＳＡＲ−ＰＤＵ分割数が５の場合を例に、パディング量が最小サイズの０バイトのケース１とパディング量が最大サイズの４７バイトのケース２について、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのペイロードのデータ速度の差について説明する。

＜ケース１：ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数５、パディング量０バイト＞
ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロードが２３２バイトのフレームばかりのユーザデータがピーク設定値を超えて入力されたとする。この場合、ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのパケット長は、２３２（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）＋０（パディング量）＋８（ＣＰＣＳトレーラ）＝２４０＝４８×５［バイト］となり、分割数５、パディング無しで伝送される。

このとき、ＰＣＲは１０，０００セル／秒であるので、ピーク時のＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットの数は、１０，０００［セル／秒］／５［セル］＝２，０００［ＣＰＣＳ−ＰＤＵ／秒］となり、ユーザデータであるＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロードのデータ速度は、以下のとおりとなる。
・２３２［バイト］×２，０００［ＣＰＣＳ−ＰＤＵｓ／秒］×８［ビット］＝３，７１２［ｋｂｐｓ］

＜ケース２：ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数５、パディング量４７バイト＞
ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロードが１８５バイトのフレームばかりのユーザデータがピーク設定値を超えて入力されたとする。この場合、ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのパケット長は、１８５（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）＋４７（パディング量）＋８（ＣＰＣＳトレーラ）＝２４０＝４８×５［バイト］となり、分割数５、パディング量４７で伝送される。

ケース２ではケース１と同様に、ＰＣＲが１０，０００セル／秒のときのＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットの数は、２，０００［ＣＰＣＳ−ＰＤＵｓ／秒］であるため、ユーザデータであるＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロードのデータ速度は、以下のとおりとなる。
・１８５［バイト］×２，０００［ＣＰＣＳ−ＰＤＵｓ／秒］×８［ビット］＝２，９６０［ｋｂｐｓ］

つまり、ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）に注目すると、ケース２の場合はケース１と比較して、ＰＣＲとして１０，０００セル／秒で保証される帯域のうち、総パディング量である４７［バイト］×２，０００［ＣＰＣＳ−ＰＤＵｓ／秒］＝９４［ｋバイト］（７５２ｋｂｐｓに相当）の分だけ、無効なパディングに帯域が使用され、ＰＣＲで保証される全帯域が必ずしもユーザデータの伝送に保証されなくなる。

表１に上記のケース１及びケース２の例を含め、ＰＣＲが１０，０００セル／秒の場合の、ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロード）が１８４バイト、１８５バイト、２０８バイト、２３２バイト、２３３バイトの各ケースについて、それぞれのパディング長、ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数（ＡＴＭセル分割数）、ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのデータ速度、ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロードのデータ速度を示す。

表１に示すように、同一のＰＣＲであっても、そのパディング量及びＳＡＲ−ＰＤＵへの分割数（ＡＴＭセル分割数）によって、ユーザデータであるＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロードのデータ速度に差異が生じ、表１に掲げた例では、２，９６０ｋｂｐｓ〜３，７１２ｋｂｐｓの範囲に亘り、ペイロードのデータ速度に差異が生じる。

つまり、デジタル加入者線（ＤＳＬ）の帯域制御は、ＡＴＭレイヤ上でＰＣＲによって行われるため、ユーザデータであるＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロードのデータ速度に注目すると、ＡＴＭセル数が同数であったとしても、ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットにおける０〜４７バイトのパディング量によって、ユーザデータのデータ速度に差異が生じてしまう。

本発明は、ユーザデータに対する帯域保証について、ＡＴＭ伝送に際して付加される伝送オーバヘッドを可能な限り含まない通信対象データに対して所定の帯域を保証することができるよう、ＡＴＭ帯域制御を改善することを目的とする。

上記課題を解決する一形態としてのデジタル加入者線用伝送装置は、通信対象データにパディング及びトレーラを付加したデータユニットをＡＴＭセル化したＡＴＭレイヤ信号を終端し、該ＡＴＭセルをイーサフレームに、又はイーサフレームを該ＡＴＭセルに適合させるＡＴＭアダプテーションレイヤ処理を行うデジタル加入者線用伝送装置において、前記通信対象データのフレームサイズを監視するＡＴＭアダプテーションレイヤ処理部と、所定の監視期間における前記フレームサイズの監視結果を基に、前記パディングの量を算出し、該パディングを除外したデータユニットのデータ速度が所定の速度となる最適ピークセルレートを算出する最適ピークセルレート計算部と、前記最適ピークセルレート計算部で算出された最適ピークセルレートに従って、ピークセルレートによるＡＴＭレイヤの帯域制御を行うＡＴＭ帯域制御部と、を備えたものである。

ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのパディングによる伝送オーバヘッド量の差異によって、ユーザフレームの実質データ速度に差分が生じることなく、パディング量が多いユーザフレームに対しても、該パディング量に影響されない伝送帯域を保証することができる。

Ingress信号処理部を含む局舎内集線装置の構成例を示す図である。 Egress信号処理部を含む局舎内集線装置の構成例を示す図である。 最適ＰＣＲの更新のフローを示す図である。 局舎内集線装置（ＩＰ−ＤＳＬＡＭ）の実施例を示す図である。 デジタル加入者線（ＤＳＬ）を使用したブロードバンド接続の構成例を示す図である。 ユーザデータのＡＴＭセルへのマッピング例を示す図である。

図１及び図２にこのデジタル加入者線用伝送装置の一実施形態である局舎内集線装置（ＩＰ−ＤＳＬＡＭ）の構成例を示す。図１は入口（Ingress）信号処理部を含む構成例を示し、図２は出口（Egress）信号処理部を含む構成例を示している。ここで、入口（Ingress）信号処理部は、宅内ＤＳＬモデム（ＣＰＥ）から送信され、デジタル加入者線（ＤＳＬ）を介して入力される上り方向のＡＴＭセルをイーサフレームに組み立て、ブロードバンドアクセスサーバ（ＢＡＳ）へ送信する処理部であり、デジタル加入者線（ＤＳＬ）毎に備えられる。

図２に示す出口（Egress）信号処理部は、ブロードバンドアクセスサーバ（ＢＡＳ）から入力されるイーサフレームを分解してＡＴＭセルに組み立て、デジタル加入者線（ＤＳＬ）を介して下り方向のＡＴＭセルを宅内ＤＳＬモデム（ＣＰＥ）へ送信する処理部であり、デジタル加入者線（ＤＳＬ）毎に備えられる。

図１及び図２に示すように、局舎内集線装置（ＩＰ−ＤＳＬＡＭ）は、デジタル加入者線（ＤＳＬ）とのインタフェース１−１，２−１、ＤＳＬ処理部１−２，２−２、ＡＴＭ帯域制御部１−３，２−３、ＡＡＬ５処理部１−４，２−４、最適ＰＣＲ計算部１−５，２−５、マルチプレクサ１−６，２−６、及びイーサネット（登録商標）回線とのインタフェース１−７，２−７を備える。

図１に示す入口（Ingress）信号処理部内のＤＳＬ処理部１−２は、上り方向のデジタル加入者線（ＤＳＬ）信号を処理し、ＡＴＭ帯域制御部１−３は、上り方向のＡＴＭ帯域を制御する。ＡＡＬ５処理部１−４はＡＴＭレイヤを終端し、ＡＴＭセルをイーサフレームに組み立て、マルチプレクサ１−６に該イーサフレームを送出する。

また、ＡＡＬ５処理部１−４は、ユーザデータ（通信対象データ）のフレームサイズを監視し、ソフトウェア処理により、一定期間のユーザデータの平均フレームサイズを算出する。一般に、実際のネットワークで伝送されるユーザデータのフレームサイズは、インタフェース毎（デジタル加入者線毎）におおよそ定まったものとなる傾向がある。

フレームサイズから、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのパディング量及びＳＡＲ−ＰＤＵへの分割数（ＡＴＭセル分割数）が決定される。従って、ユーザデータのフレームサイズ、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのパディング量、ＳＡＲ−ＰＤＵへの分割数（ＡＴＭセル分割数）の統計情報を基に、デジタル加入者線（ＤＳＬ）毎に所定の監視期間Ｔにおける、（１）ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）の平均フレームサイズ［バイト］、（２）平均秒間パディング量［バイト／秒］、（３）平均ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数［セル］が求められる。ここで、平均秒間パディング量［バイト／秒］は、監視期間Ｔにおける１秒間の平均パディング量［バイト／秒］である。

最適ＰＣＲ計算部１−５は、これら（１）〜（３）の情報からユーザデータのデータ速度を、ユーザが期待するデータ速度により近づける最適ピークセルレート（ＰＣＲ）を算出する。そして、この算出した最適ピークセルレート（ＰＣＲ）を、ＡＴＭ帯域制御部１−３におけるピークセルレート（ＰＣＲ）の設定値として動的に更新する。こうすることにより、パディング量の影響を受けないデータ速度を、各ユーザに対して保証することができる。また、入力される各ユーザデータのフレームサイズの傾向の変化に対応した最適のデータ速度を保証することができる。

上述の最適ＰＣＲの算出法の説明の前に、先ず、上記（１）、（２）及び（３）の値の算出法について説明する。ＳＡＲ−ＰＤ分割数［セル］は、ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）のサイズ（バイト数）に、ＣＰＣＳトレーラ［８バイト固定］を加算した値を、１セルのバイト数である４８バイトで除算し、少数以下を切り上げた値となる。即ち、
・“ＳＡＲ−ＰＤ”分割数［セル］＝Ｒｏｕｎｄｕｐ｛（“ＣＰＣＳ−ＰＤＵ”のペイロードバイト数＋ＣＰＣＳトレーラ［８バイト固定］）÷４８［バイト］｝

ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのパディング量［バイト］は、上述のＳＡＲ−ＰＤ分割数［セル］に、１セルのバイト数である４８バイトを乗算し、該乗算結果から、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのペイロードのバイト数及びＣＰＣＳトレーラ［８バイト固定］を減算した値である。即ち、
・“ＣＰＣＳ−ＰＤＵ”のパディング量［バイト］＝“ＳＡＲ−ＰＤＵ”分割数×４８［バイト］−“ＣＰＣＳ−ＰＤＵ”のペイロードバイト数−ＣＰＣＳトレーラ［８バイト固定］

このように、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのペイロードサイズによって、ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数及びＣＰＣＳ−ＰＤＵのパディング量が決定される。表２にＣＰＣＳ−ＰＤＵのペイロードサイズ［バイト数］、ＳＡＲ−ＰＤ分割数［セル数］、及びＣＰＣＳ−ＰＤＵのパディング量［バイト数］の数値例を示す。

監視期間Ｔ当たりのこれらの平均量を演算した値が、上述の（１）ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）の平均フレームサイズ［バイト］、（２）平均秒間パディング量［バイト／秒］、（３）平均ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数［セル］である。

パディング量による伝送オーバヘッドの影響を受けない最適ＰＣＲは、以下の計算式によって算出される。
・最適ＰＣＲ［セル／秒］＝現行のＰＣＲ［セル／秒］＋平均秒間パディング量［バイト／秒］÷平均フレームサイズ［バイト］×平均“ＳＡＲ−ＰＤＵ”分割数［セル］

最適ＰＣＲ計算部１−５における最適ＰＣＲの算出は、ソフトウェアによって行う構成とすることができる。最適ＰＣＲ計算部１−５で算出した最適ＰＣＲを、ＡＴＭ帯域制御部１−３における上り方向のＡＴＭセルに対する帯域制御のためのＰＣＲとして設定する。

図２に示す出口（Egress）信号処理部内のＤＳＬ処理部２−２は、下り方向のデジタル加入者線（ＤＳＬ）信号を処理し、ＡＴＭ帯域制御部２−３は、下り方向のＡＴＭ帯域を制御する。ＡＡＬ５処理部２−４は、マルチプレクサ２−６から入力されるイーサフレームを分解し、ＡＴＭセルに組み立てる。

また、ＡＡＬ５処理部２−４は、入口（Ingress）信号処理部におけるＡＡＬ５処理部１−４と同様に、ユーザデータのフレームサイズを監視する。該フレームサイズからソフトウェア処理によりＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのパディング量及びＳＡＲ−ＰＤＵへの分割数が決定される。

最適ＰＣＲ計算部２−５は、入口（Ingress）信号処理部における最適ＰＣＲ計算部１−５と同様に、監視期間Ｔにおける（１）ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）の平均フレームサイズ［バイト］、（２）平均秒間パディング量［バイト／秒］、（３）平均ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数［セル］の情報から、ユーザデータのデータ速度を、ユーザが期待するデータ速度により近づける最適ＰＣＲを算出する。算出した最適ＰＣＲを、ＡＴＭ帯域制御部２−３における下り方向のＡＴＭセルに対する帯域制御のためのＰＣＲの設定値として更新する。

上述の最適ＰＣＲの更新のフローを図３に示す。最適ＰＣＲの更新は、まず、ＰＣＲの初期値を現行ＰＣＲ値ＣｕｒｒＰＣＲとして設定する（３−１）。次に、自動ＰＣＲ更新設定がイネーブルとなっているか否かを判定する（３−２）。ディスイネーブルとなって入る場合は処理を終了する。イネーブルとなっている場合は、監視期間Ｔのタイマーをスタートさせる（３−３）。

次に、ユーザデータのフレーム長、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのパディング量及びＳＡＲ−ＰＤＵへの分割数の統計情報を収集する（３−４）。次に、監視期間Ｔが経過したか否かを判定し（３−５）、経過していない場合は、フロー３−４による統計情報の収集を実施する。監視期間Ｔが経過した場合は、監視期間Ｔにおけるユーザデータの平均フレーム長（ＡｖｒＬｅｎｄｔｈ）、平均秒間パディング量（ＡｖｒＰａｄｄｉｎｇ）及び平均ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数（ＡｖｒＳＡＲＰＤＵｓ）を算出する（３−６）。

上記の値を基に最適ＰＣＲの更新値（ＮｅｗＰＣＲ）として、現行ＰＣＲ値（ＣｕｒｒＰＣＲ）に、平均秒間パディング量（ＡｖｒＰａｄｄｉｎｇ）を平均フレーム長（ＡｖｒＬｅｎｄｔｈ）で除算し、平均ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数（ＡｖｒＳＡＲＰＤＵｓ）を乗算した値を加算した値を設定する（３−７）。

最適ＰＣＲの更新値（ＮｅｗＰＣＲ）を現行ＰＣＲ値（ＣｕｒｒＰＣＲ）に設定する（３−８）。そして、自動ＰＣＲ更新の設定がイネーブルとなっているか否かを判定する（３−９）。ディスイネーブルとなって入る場合は処理を終了する。イネーブルとなっている場合は、フロー３−３に戻って監視期間Ｔのタイマーをスタートさせ、同様の処理を繰り返す。

ここで、ユーザデータのフレームサイズに依存するパディング量に応じてＰＣＲを更新し、ユーザが期待するデータ速度（伝送オーバヘッドを含まないデータの速度）を保証する動作を、具体例を挙げて説明する。

＜例１＞
ユーザは、前述のケース１と同様に約３，８４０ｋｂｐｓのデータ速度（ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのデータ速度）を期待して、ＰＣＲを１０，０００セル／秒に設定したとする。そして、前述の＜ケース２：ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数５、パディング量４７バイト＞と同様に、ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロードが１８５バイトのフレームばかりのユーザデータがピークを超えて入力されたとする。

すると、１つのＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニット当たりに４７バイトのパディングが挿入され、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットは、５つのＳＡＲ−ＰＤＵに分割されてＡＴＭセルにより伝送される。そのため、ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロードのデータ速度は、１０，０００［セル／秒］÷５［セル］×１８５［バイト］×８［ｂｉｔｓ］＝２，９６０［ｋｂｐｓ］となる。

この場合、１秒間当たり、９４，０００［バイト／秒］（＝１０，０００［セル／秒］÷５［セル］×４７［バイト］）のパディングが、ユーザデータではない伝送オーバヘッドとして帯域を消費したこととなる。

この伝送オーバヘッド分を、ＰＣＲを増加させることによりユーザデータのデータ速度を補償する。この場合、９４，０００［バイト／秒］÷１８５［バイト］×５［セル］≒２，５４０［セル／秒］であるので、２，５４０［セル／秒］だけＰＣＲを増加すればよい。従って、現行のＰＣＲ１０，０００に２，５４０を加えた１２，５４０［セル／秒］を最適ＰＣＲとしてＰＣＲ値を更新する。

このとき、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのペイロードのデータ速度は、１８５［バイト］×１２,５４０［セル／秒］÷５［セル］×８［ｂｉｔｓ］＝３，７１２［ｋｂｐｓ］となり、ＰＣＲが１０，０００［セル／秒］でパディング量が０の場合のデータ速度とほぼ等しくすることができる。

表３に、ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）が１８４バイト、１８５バイト、２０８バイト、２３２バイト、２３３バイトの各ケースについて、最適ＰＣＲにより補償した後のユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）のペイロードのデータ速度算出値を示す。

表１に示すパディングの補償を行っていない各ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）の各データ速度が、３，６８０、２，９６０、３，３２８、３，７１２、３，１０７であるのに対し、表３に示すようにパディング補償の補償を行った各ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）の各データ速度は、３，６８０、３，７１２、３，７１１、３，７１２、３，７３１に改善される。

＜例２＞
例１では、説明を簡潔にするために「一定サイズ（１８５バイト）のユーザデータばかりが入力される」という例であったが、実際には、入力されるユーザデータのサイズは多少の傾向は有るものの多岐に亘る。従って、ここでは幾つかの異なるサイズのユーザデータが或る割合でピークを超えて入力される例について説明する。

ユーザデータとして以下（ｉ）〜（iii）の３種類のデータが入力されるものとする。
（ｉ）ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロードのサイズが１８５バイト、パディング量が４７バイト、ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数が５
（ii）ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロードのサイズが４２５バイト、パディング量が４７バイト、ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数が１０
（iii）ＣＰＣＳ−ＰＤＵデータユニットのペイロードのサイズが９０５バイト、パディング量が４７バイト、ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数が２０

上記（ｉ），（ii），（iii）のユーザデータは、１０，０００セル／秒のＰＣＲの帯域を、それぞれ４，０００セル／秒、３，０００セル／秒、３，０００セル／秒を消費する割合で入力されたとする。この場合、１０，０００セル／秒のＰＣＲの帯域に制御されたＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロードのデータ速度は、表４に示すとおりとなる。

表４に示すように、１０，０００セル／秒のＰＣＲの帯域に制御された（ｉ）〜（iii）のユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）の補償無しの場合の各データ速度は、それぞれ、１，１８４ｋｂｐｓ、１，０２０ｋｂｐｓ、１，０８６ｋｂｐｓで、全体で３，２９０ｋｂｐｓとなる。

これに対して最適ＰＣＲを設定して補償を行った場合のデータ速度を表５に示す。

表５に示すように、ＰＣＲの補償により、（ｉ）のデータに対しては帯域が４，０００セル／秒が５，０１０セル／秒に、（ii）のデータに対しては帯域が３，０００セル／秒が３，３３０セル／秒に、（iii）のデータに対しては帯域が３，０００セル／秒が３，１５０セル／秒に帯域が増加し、全体で帯域が１１，４９０セル／秒に設定される。

そして、（ｉ）〜（iii）の各ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）の各データ速度は、それぞれ、１，４８３ｋｂｐｓ、１，１３２ｋｂｐｓ、１，１４０ｋｂｐｓとなり、全体で３，７５５ｋｂｐｓとなる。従って、ユーザが期待するデータ速度（３，８４０ｋｂｐｓ）により接近させることができる。

一般にＡＴＭレベルでの帯域管理において、ＰＣＲはユーザからの接続要求があった場合に、ユーザが求める通信品質を満足する帯域が確保されるかどうかで受付の可否を判断し、帯域を管理するＣＡＣ（Connection Admission Control）により管理される。上述の伝送オーバヘッドの影響を受けないユーザデータ速度の補償は、動的にＰＣＲを更新することにより行うため、ＰＣＲの自動更新が上述のＣＡＣの範囲で許容可能であることが、このデータ速度の補償の適用条件の１つとなる。

次にデータ速度補償を更に精度良く行う実施形態について説明する。前述のパディングによる伝送オーバヘッドの影響を受けない最適ＰＣＲの算出では、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニット中の８バイトのＣＰＣＳトレーラの伝送オーバヘッドを、計算から除外していた。従って、この伝送オーバヘッド分も含めて最適ＰＣＲの算出を行うことにより、より精度の高いユーザデータのデータ速度を保証することが可能となる。

前述の最適ＰＣＲの算出では、（１）ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）の平均フレームサイズ［バイト］、（２）平均秒間パディング量［バイト／秒］、（３）平均ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数［セル］の３つのパラメータを用いて最適ＰＣＲを導出した。

ここで、上記（２）の平均秒間パディング量［バイト／秒］は、以下のように分解することができる。
・平均秒間パディング量［バイト／秒］＝平均パディング量［バイト］×平均秒間“ＣＰＣＳ−ＰＤＵ”数［フレーム／秒］

従って、収集・算出すべきパラメータとして、（１）’ユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）の平均フレームサイズ［バイト］、（２）’平均パディング量［バイト］（１つのＣＰＣＳ−ＰＤＵにおけるパディング量の平均サイズ）、（３）’平均秒間ＣＰＣＳ−ＰＤＵ数［フレーム／秒］（１秒間のＣＰＣＳ−ＰＤＵ数の平均）、（４）’平均ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数［セル］の４つのパラメータとする。

これらのパラメータは、ユーザデータのフレームサイズ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのペイロードサイズ）とユーザデータのフレーム数（ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニット数）とによって、以下のように算出される。まず、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットペイロードサイズによって、以下のとおり、ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数及びＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのパディング量が決定される。

・“ＳＡＲ−ＰＤ”分割数［セル］＝Ｒｏｕｎｄｕｐ｛（“ＣＰＣＳ−ＰＤＵ”のペイロードバイト数＋ＣＰＣＳトレーラ［８バイト固定］）÷４８［バイト］｝
・“ＣＰＣＳ−ＰＤＵ”のパディング量［バイト］＝“ＳＡＲ−ＰＤＵ”分割数×４８［バイト］−“ＣＰＣＳ−ＰＤＵ”のペイロードバイト数−ＣＰＣＳトレーラ［８バイト固定］

上述の（１）’〜（４）’のパラメータは、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニットのペイロードサイズ（統計収集）、ＣＰＣＳ−ＰＤＵのデータユニット数（統計収集）、ＣＰＣＳ−ＰＤＵパディング量（上記式により算出）、ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数（上記式により算出）のそれぞれについて、監視期間Ｔにおける平均値の算定により取得される。

前述のＣＰＣＳトレーラの伝送オーバヘッド分を含めない前述の最適ＰＣＲの算出式は、以下のように変形される。
・最適ＰＣＲ［セル／秒］＝現行のＰＣＲ［セル／秒］＋平均パディング量［バイト］×平均秒間“ＣＰＣＳ−ＰＤＵ”数［フレーム／秒］÷平均フレームサイズ［バイト］×平均“ＳＡＲ−ＰＤＵ”分割数［セル］

これに対して、ＣＰＣＳトレーラの伝送オーバヘッド分も含めて補償する最適ＰＣＲは、以下の算出式により算出される。
・最適ＰＣＲ［セル／秒］＝現行のＰＣＲ［セル／秒］＋（平均パディング量［バイト］＋ＣＰＣＳトレーラ［８バイト固定］）×平均秒間“ＣＰＣＳ−ＰＤＵ”数［フレーム／秒］÷平均フレームサイズ［バイト］×平均“ＳＡＲ−ＰＤＵ”分割数［セル］

表６にＣＰＣＳトレーラを計算に含めて算出した最適ＰＣＲにより補償されるユーザデータ（ＣＰＣＳ−ＰＤＵペイロード）のデータ速度算出値の例を示す。

表６に示す例は、表１及び表３のユーザデータと同様のケースについて示している。ＣＰＣＳトレーラを含めずに算出した最適ＰＣＲによるデータ速度は、表３に示したとおり、おおよそ３，７００ｋｂｐｓまで保証可能であるのに対して、ＣＰＣＳトレーラを含めて算出した最適ＰＣＲによるデータ速度は、表６に示すとおり、おおよそ３，８４０ｋｂｐｓまで保証可能であり、ユーザが期待する３，８４０ｋｂｐｓとほぼ等しい値となる。

以上のとおり、デジタル加入者線（ＤＳＬ）毎に、伝送オーバヘッド含まないユーザデータでの帯域制御を高精度に行うことができる。また、ユーザデータのサイズの変化に対しても、所定の監視期間Ｔ毎に自動的に最適ＰＣＴを計算して更新するため、デジタル加入者線（ＤＳＬ）を使用したブロードバンド接続において、高精度かつ信頼度の高い帯域制御が可能となる。また、通信事業者側の装置によって付加される伝送オーバヘッドのサイズに影響されないデータ速度（帯域）を、ユーザデータに対して保証することができ、ユーザに対する通信サービスの品質を向上させることができる。

上述の最適ＰＣＲの設定による伝送オーバヘッド分の伝送帯域を補償するデジタル加入者線用伝送装置の実施例を図４に示す。該実施例は、宅内ＤＳＬモデム（ＣＰＥ）とデジタル加入者線（ＤＳＬ）を介して接続され、ブロードバンドアクセスサーバ（ＢＡＳ）とイーサネット（登録商標）回線を介して接続された局舎内集線装置（ＩＰ−ＤＳＬＡＭ）の実施例を示している。

図４に示す局舎内集線装置（ＩＰ−ＤＳＬＡＭ）は、複数のデジタル加入者線（ＤＳＬ）を多重化し、ＡＡＬ５によるＡＴＭレイヤの伝送を終端し、ＩＰベースのルータ等の通信機器を介する通信に対して、高速・大容量のイーサネット（登録商標）・ＩＰ基幹回線（バックボーン）への橋渡しを行う。

局舎内集線装置（ＩＰ−ＤＳＬＡＭ）は、より広義にはＡＴＭネットワーク（イーサフレーム・ＩＰデータをＡＴＭベースで伝送するネットワーク）と、イーサネット（登録商標）・ＩＰネットワーク（イーサフレーム・ＩＰデータをそのまま伝送するネットワーク）との接続点のエッジ装置である。

図４において、スプリッタ４−１は、デジタル加入者線（ＤＳＬ）の信号を、通信データ信号と音声通話信号とに分割し、通信データ信号をアナログフロントエンド部４−２に送出し、音声通話信号を音声処理系４−３に出力する。

アナログフロントエンド部４−２は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、該デジタル信号をｘＤＳＬデジタルシグナルプロセッサ４−４に送出する。ｘＤＳＬデジタルシグナルプロセッサ４−４は、デジタル加入者線信号を処理し、Ｕｔｏｐｉａ Ｌｅｖｅｌ２バスを介して、ネットワークプロセッサ４−５にＡＴＭ信号を送出する。

音声処理系４−３は、アナログ信号とデジタル信号との変換、及びデジタル信号とＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）パケットとの変換を行い、ＨＰＩ（Host Port Interface）バスを介して、ネットワークプロセッサ４−５に音声ＲＴＰパケットを送出する。

ネットワークプロセッサ４−５は、ＡＴＭ帯域制御部４−５１、ＡＡＬ５処理部４−５２、音声ＲＴＰパケット処理部４−５３、マルチプレクサ４−５４、及びイーサフレーム／ＩＰ部４−５５を備える。ＡＴＭ帯域制御部４−５１は、デジタル加入者線（ＤＳＬ）におけるＡＴＭ信号の伝送帯域を制御する。ＡＡＬ５処理部４−５２は、ＡＴＭアダプテーションレイヤを終端し、通信データのフレームサイズを監視し、該フレームサイズの情報を中央処理装置（ＣＰＵ）４−６に通知する。

中央処理装置（ＣＰＵ）４−６は、ＡＡＬ５処理部４−５２から通知されるフレームサイズの情報から、監視期間Ｔにおける平均フレームサイズ［バイト］、平均秒間パディング量［バイト／秒］、平均ＳＡＲ−ＰＤＵ分割数［セル］を算出する。又は平均秒間パディング量［バイト／秒］の代わりに、平均パディング量［バイト］及び平均秒間ＣＰＣＳ−ＰＤＵ数［フレーム／秒］を算出する。

中央処理装置（ＣＰＵ）４−６は、これらの統計情報をメモリ４−７に保存し、また、これらの統計情報から最適ＰＣＲ［セル／秒］を算出し、該最適ＰＣＲ［セル／秒］をＡＴＭ帯域制御部４−５１に設定する。ＡＴＭ帯域制御部４−５１は、該最適ＰＣＲ［セル／秒］に従って、デジタル加入者線（ＤＳＬ）毎のＡＴＭ帯域を制御する。

なお、図４の構成例について、デジタル加入者線（ＤＳＬ）からイーサネット（登録商標）回線への上り方向の信号に対する動作を説明したが、逆方向のイーサネット（登録商標）回線からデジタル加入者線（ＤＳＬ）への下り方向の信号に対する動作も、同様の手法により最適ＰＣＲ［セル／秒］を算出し、最適ＰＣＲ［セル／秒］をＡＴＭ帯域制御部４−５１に設定し、デジタル加入者線（ＤＳＬ）毎のＡＴＭ帯域を制御する。

図４の機能ブロック構成において、ネットワークプロセッサ４−５及びＣＰＵ４−６における処理は、ソフトウェア処理によって行う構成とすることができ、従来のハードウェア構成に対して、ソフトウェア処理により簡単に新機能の追加が可能である。

１−１ インタフェース
１−２ ＤＳＬ処理部
１−３ ＡＴＭ帯域制御部
１−４ ＡＡＬ５処理部
１−５ 最適ＰＣＲ計算部
１−６ マルチプレクサ
１−７ インタフェース

Claims (6)

1. 通信対象データにパディング及びトレーラを付加したデータユニットをＡＴＭセル化したＡＴＭレイヤ信号を終端し、該ＡＴＭセルをイーサフレームに、又はイーサフレームを該ＡＴＭセルに適合させるＡＴＭアダプテーションレイヤ処理を行うデジタル加入者線用伝送装置において、
   前記通信対象データのフレームサイズを監視するＡＴＭアダプテーションレイヤ処理部と、
   所定の監視期間における前記フレームサイズの監視結果を基に、前記パディングの量を算出し、該パディングを除外したデータユニットのデータ速度が所定の速度となる最適ピークセルレートを算出する最適ピークセルレート計算部と、
   前記最適ピークセルレート計算部で算出された最適ピークセルレートに従って、ピークセルレートによるＡＴＭレイヤの帯域制御を行うＡＴＭ帯域制御部と、
   を備えたことを特徴とするデジタル加入者線用伝送装置。
2. 前記最適ピークセルレート計算部は、前記パディング及び前記トレーラを除外したデータユニットのデータ速度が所定の速度となる最適ピークセルレートを算出することを特徴とする請求項１に記載のデジタル加入者線用伝送装置。
3. 通信対象データにパディング及びトレーラを付加したデータユニットをＡＴＭセル化したＡＴＭレイヤ信号を処理し、該ＡＴＭセルをイーサフレームに、又はイーサフレームを該ＡＴＭセルに適合させるＡＴＭアダプテーションレイヤ処理を行う伝送装置のＡＴＭ帯域制御方法において、
   前記ＡＴＭアダプテーションレイヤ処理の際に、前記通信対象データのフレームサイズを監視するステップと、
   所定の監視期間における前記フレームサイズの監視結果を基に、前記パディング処理によるパディング量を算出し、パディングを除外したデータユニットのデータ速度が所定の速度となる最適ピークセルレートを算出するステップと、
   前記最適ピークセルレートに従って、ピークセルレートによるＡＴＭレイヤの帯域制御を行うステップと、
   を含むことを特徴とするＡＴＭ帯域制御方法。
4. 前記最適ピークセルレートを算出する際に、前記パディング及び前記トレーラを除外したデータユニットのデータ速度が所定の速度となる最適ピークセルレートを算出することを特徴とする請求項３に記載のＡＴＭ帯域制御方法。
5. 前記最適ピークセルレートを算出するステップにおいて、前記通信対象データのフレームサイズから、所定の監視期間における平均フレームサイズ、平均秒間パディング量、及び平均ＡＴＭセル分割数を算定し、
   該平均秒間パディング量を該平均フレームサイズで除算し、該平均ＡＴＭ分割数を乗算した値を、現行のピークセルレートに加算した値を、最適ピークセルレートとして算出することを特徴とする請求項３に記載のＡＴＭ帯域制御方法。
6. 前記最適ピークセルレートを算出するステップにおいて、前記通信対象データのフレームサイズから、所定の監視期間における平均フレームサイズ、前記データユニットの平均パディング量、平均秒間データユニット数、及び平均ＡＴＭ分割数を算定し、
   該平均パディング量に該トレーラのサイズを加えた値に該平均秒間データユニット数を乗算し、該平均フレームサイズで除算し、平均ＡＴＭ分割数を乗算した値に、現行のピークセルレートを加えた値を、最適ピークセルレートとして算出することを特徴とする請求項４に記載のＡＴＭ帯域制御方法。

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