JPH06284167A - 対話型通信用の効率的な多重アクセス・ポーリング・プロトコルの方法およびシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 対話型通信用の多重アクセス・ポーリング・
プロトコル 【構成】 ポーリング手順が、ユーザの帯域幅要件に基
づきユーザの通信パラメータ（すなわち、応答割振りお
よびポーリング速度）を割り当てて動的に修正する機能
を提供する。また、このポーリング手順は、別々のユー
ザからのポール応答が重ならないように、往復伝搬遅延
と、前回にポーリングされたユーザの残りの応答割振り
との関数として応答を遅延させるようユーザに指令す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、全般的に対話型通信用
の多重アクセス・ポーリング・プロトコルに関し、詳し
くは、ユーザの帯域幅要件に基づいてユーザのポーリン
グ速度および応答サイズ割振りを割り当てかつ動的に変
化させる、対話型通信用の多重アクセス・ポーリング・
プロトコルに関する。

【０００２】

【従来の技術】ケーブル・テレビ（ＣＡＴＶ）システム
などの通信ネットワークでは、多くの場合、ネットワー
クに結合された個々の加入者端末から情報にアクセスす
ることが望ましい。たとえば、典型的な両方向ケーブル
・テレビ・システムは、各加入者が、許可されたテレビ
・プログラムを選択的に受信できるようにする、アドレ
ス可能なコンバータを備えている。ＣＡＴＶ業界の最近
の発展によって、有料視聴（ペイ・パー・ビュー）サー
ビスを提供できるようになり、ケーブル・テレビの顧客
は、封切り映画などの特定のプログラムを選択する機会
を与えられる。この種の構成のユーザ端末によって提供
される情報は限定されている。

【０００３】しかし、ホーム・ショッピング、ホーム・
バンキング、視聴者世論調査、ホーム・マルチメディア
ＰＣアプリケーション、およびテレビ会議を含めて、Ｃ
ＡＴＶシステムで利用できる他の機能では、ユーザ端末
が、通信コントロール・センターと通信する際に、より
能動的でなければならない。ユーザ端末の通信ニーズが
可変であるＣＡＴＶシステムで使用すべく選択される通
信プロトコルが有用であるためには、利用可能な資源
（たとえば、データ伝送帯域幅）が効率的に使用できる
ことが望ましい。さらに、利用可能な帯域幅が増えた場
合、またはユーザが必要とする最大帯域幅が増加した場
合（たとえば、ＨＤＴＶ）、あるいはその両方の場合
に、システムをグレード・アップできることが望まし
い。

【０００４】応用分野が異なると、帯域幅および遅延要
件も異なる。音声については、電話程度の音質を得るに
は毎秒約５６〜６４ビット（ｋｂｐｓ）が必要である
が、これよりも高い音質が望まれる場合、２５６ｋｂｐ
ｓが必要になることもある。ＭＰＥＧ−１標準を使用し
て圧縮されたビデオ信号では毎秒約１．５メガビット
（Ｍｂｐｓ）が必要であり、これよりも品質の高いビデ
オ信号を提供する他の圧縮方式では、５〜９Ｍｂｐｓが
必要になることがある。ＨＤＴＶ品質には、約２０Ｍｂ
ｐｓが必要である。

【０００５】データの帯域幅要件は広範囲に及ぶ。株式
相場を提供するアプリケーションは低い帯域幅要件（ｋ
ｂｐｓ）を有するが、ネットワークを介するファイルの
転送には、それよりはるかに高い帯域幅が必要である。

【０００６】また、音声およびビデオは厳密なリアルタ
イム伝送要件を有するが、データには通常そのような要
件はない。たとえば、１．５Ｍｂｐｓの帯域幅は、ユー
ザ端末が１ミリ秒ごとに１．５キロビットのサイズのパ
ケットを、あるいは１秒ごとに１．５メガビットのサイ
ズのパケットを送信できるようにすれば提供できる。後
者はファイル転送アプリケーションの場合には受け入れ
られることがあるが、さらに小さなパケットをより頻繁
に送信する必要があるテレビ会議では受け入れられな
い。

【０００７】対話環境では、ユーザの帯域幅要件が接続
中に変わることがある。たとえば、ユーザが音声呼出し
の途中で、呼出しに音声を追加したいものと仮定する。
この場合、帯域幅要件がたとえば２５０ｋｂｐｓから５
Ｍｂｐｓに上がり、それに伴って、ユーザ端末は、２０
ミリ秒ごとに５キロビットのパケットを送信していたの
が、４ミリ秒ごとに２０キロビットのパケットを送信す
るようになる。

【０００８】前述のように、利用可能な帯域幅を効率的
に共用するための解決策では、帯域幅要件が可変なユー
ザの可能性を考慮に入れる必要がある。周波数分割多重
アクセス（ＦＤＭＡ）や時分割多重アクセス（ＴＤＭ
Ａ）などの現在の方法ではそれぞれ、所定の最小周波数
帯域幅またはタイム・スロットの倍数としてしか割振り
ができない。さらに、ＴＤＭＡではすべてのユーザが時
間的に同期する必要があり、そのためシステムはさらに
複雑になる。これは、帯域幅要件が可変なアプリケーシ
ョンの場合は非効率的である。

【０００９】Ａ．ＣＡＴＶトポロジーに関する背景 図１は、星形トポロジーに相互接続した複数のハブ１０
４ａ〜ｄに接続された少なくとも１つのヘッドエンド１
０２を備えた典型的なＣＡＴＶシステムを示す。ハブ１
０４ａ〜ｄ間の接続は、冗長性を得るために設けられて
いる。前記の接続は、同軸ケーブル、マイクロ波リン
ク、または光ファイバによって行われているが、将来の
媒体は光ファイバであると予想される。

【００１０】各ハブ１０４ａから、１群のホームとして
機能するトランク１０６（通常４０〜５０本）が放射状
に伸びている。現在のトランクは通常、同軸ケーブルで
あるが、これらも光ファイバで置き換えられつつある。
光ファイバ・トランクは、光ノード１０８で終端する。
光ノード１０８は、光信号を受信し、同軸互換信号に変
換し、ホームに送信する。

【００１１】多くの相互接続を光ファイバで置き換える
と、同軸ケーブル上で利用可能な帯域幅が３００〜４０
０ＭＨｚから１ＧＨｚに増加すると思われる。これによ
って、通常のケーブル・チャネルだけでなく、数百のデ
ィジタルＰＰＶチャネルと、テレビ会議やホーム・ショ
ッピングなどの対話型サービスも提供できるようにな
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、１つの遠隔
端末に結合された複数のユーザによる、共用通信媒体へ
のアクセスを可能にするポーリング方式およびシステム
に関する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】各ユーザに、ポーリング
速度と所定の応答サイズが割り当てられる。次に、ポー
リング信号が、割り当てられたポーリング速度で、遠隔
端末から各ユーザ端末に送られる。次に、ポーリング信
号の受信後に、各ユーザ端末から、所定の応答サイズよ
り大きくないサイズの応答が送られる。

【００１４】

【実施例】I.概要 本発明のポーリング手順は、帯域幅要件に基づき、ユー
ザの通信パラメータ、すなわち応答サイズ割振り（パケ
ット・サイズ）およびポーリング速度を動的に修正する
機能を提供する。また、このポーリング手順によって、
別々のユーザからのポール応答が重ならないようにな
る。

【００１５】このポーリング手順をここではＣＡＴＶネ
ットワークに関して説明するが、ＣＡＴＶネットワーク
だけに限定されるものではないことに留意されたい。

【００１６】図３に、一例として、ハブとユーザがその
通信接続のパラメータ（たとえば、応答サイズ割振りお
よびポーリング速度）について再交渉する機能を示す。
図３では、ハブとユーザが、接続の確立時にすでに決定
されている通信パラメータを定義している。ユーザが活
動状態になる（すなわち、ハブがデータ・ポールを送信
し、ユーザがデータで応答する）と、ステップ３０２
で、その通信パラメータの一方または両方を修正したい
ユーザが、ハブに制御ポールを要求する。

【００１７】ステップ３０４で、ハブが制御ポールを送
信し、ステップ３０６で、ユーザが修正要求（すなわ
ち、ポールの頻度の削減と、より小さな応答サイズの割
振り）で応答できるようになる。要求を受信すると、ハ
ブはそれに従ってポールおよびそのポーリング速度を修
正する。ハブとユーザの間の以後のポーリングおよび応
答は、図３の、灰色の陰影領域から黒い陰影領域への遷
移によって表されるように、修正されたパラメータを使
用して行われる。

【００１８】通信パラメータを割り当て、それについて
再交渉する機能により、多重アクセス対話型通信用の効
率的で柔軟なポーリング・プロトコルが提供される。こ
れは、通信パラメータがある接続から次の接続に変わる
とき、またはそれらが所与の接続中に変わるとき、特に
好都合である。

【００１９】このポーリング手順のもう１つの態様で
は、別々のユーザによる応答が重ならくなる。この機能
を、一例として図４ないし７に示す。図４では、２人の
ユーザと通信するハブが、ポーリング手順を使用してい
る。このポーリング手順では、ユーザがポールを受信す
るとすぐ応答し（ユーザの処理の遅延はわずかであると
仮定する）、ハブは直前のポールからの応答の受信を待
ってから、次のポールを送出する。図４に示すように、
ハブとユーザは、ポールまたはデータ、あるいはその両
方が伝搬するのにかかる時間の間は遊休状態のままであ
る。

【００２０】図５に、一例として、帯域幅を最大限に使
用することができ、ハブがほぼいつもデータを受信する
ようになる、ポーリング手順のタイミングを示す。この
手順では、ハブは、ユーザがポールを受信するとすぐ応
答するとき、遊休時間が最小限になるようなタイミング
になるように、ポールをスケジューリングする。

【００２１】一方、図６には、一例として、やはり帯域
幅を最大限に使用することができ、ハブがほぼいつもデ
ータを受信するようになる、帯域幅を最大限に使用する
ことができる、ポーリング手順のタイミングを示す。こ
の手順では、ハブは、前のユーザに対する最大応答サイ
ズ割振りに従ってポールをスケジューリングし、ユーザ
はハブから等距離に見えるようにその応答を適切に遅延
するよう指令される。

【００２２】図７に、図６の手順と同様に、一例とし
て、やはり帯域幅を最大限に使用することができ、ハブ
がほぼいつもデータを受信するようになる、ポーリング
手順のタイミングを示す。この手順では、ハブは、ポー
ルをスケジューリングするのではなく、前回にポーリン
グされたユーザに対する最大応答サイズ割振りの残り部
分と最大往復伝搬遅延の和の関数である、ある値だけ伝
送を遅延するようユーザに指令する。

【００２３】要約すると、本発明では、通信パラメータ
を変化させ、かつ一定期間の間ユーザからのポール応答
を遅延させて、応答が重ならないようにすることによ
り、より効率的なポーリングを提供する。図８に、前述
の諸態様の組合せを、一例として示す。

【００２４】遅延時間は、既知の最大往復伝搬遅延と、
前回にポーリングされたユーザに割り振られた最大応答
サイズとに基づく。このように、ハブは応答を待たずに
連続してポールを送出することができる。なぜなら、ユ
ーザ端末は、前回にポーリングされたユーザ端末がその
応答を終了するのに十分な時間だけ遅延するように指令
されているからである。

【００２５】II.例示的実施例の詳細な説明 前述のように、本発明のポーリング手順は、ユーザ端末
の最大パケット・サイズ割振りを割り当てて動的に修正
し、各ユーザがポーリングされる速度を動的に修正する
機能を提供する。また、このポーリングによって、別々
のユーザからのポール応答が重ならないようになる。

【００２６】Ａ．ポール 本発明の実施例では、データ・ポールと制御ポールとい
う２種類のポールがある。ポールの汎用フォーマットは
同じであるが、ポール中の１フィールドか、ポールがデ
ータ・ポールであるか制御ポールであるかを示す。

【００２７】図９に、ポール５００のフォーマットを示
す。図のように、ポール・フォーマットには、（１）遅
延５０２、（２）最大応答サイズ５０４、（３）端末ア
ドレス５０６、および（４）データ／制御標識５０８の
４つのフィールドがある。本明細書に明記されない他の
機能を実行するために、ポール・フォーマットに他のフ
ィールドを追加できることに留意されたい。

【００２８】遅延フィールド５０２は、ユーザがポール
を受信した時から応答を送信する時までに待つべき時間
の長さをユーザに示す。この遅延は、最初にユーザとハ
ブの間の往復伝搬遅延の知識から計算するが、必要なら
ば、変動（たとえば、天候）を補償するために定期的な
間隔で往復伝搬遅延を測定し直すこともできる。

【００２９】数式の形では、遅延フィールド５０２はＤ
ｉに等しい。Ｄｉは、以下の３つの量の和より大きな値
として選択される。 （１）任意のユーザからハブまでの最大往復伝搬遅延。 （２）下記で図１１を参照して説明する、ハブのポール
ＦＩＦＯで発生する遅延。 （３）下記で図１２を参照して説明する、ユーザ・セッ
ト・トップ・ボックスのポールＦＩＦＯで発生する遅
延。

【００３０】様々なユーザの遅延フィールドは、上流側
チャネル上の応答間のデッド・タイムが最も短くなり、
同時にこれらの応答が重ならなくなるように選択され
る。これについては、以下の「動作の理論」の節で詳細
に説明する。

【００３１】最大応答サイズ・フィールド５０４は、ポ
ールに応答して送信できる応答の最大長をユーザに示
す。この実施例では、データ・ポールの場合、このフィ
ールドは、最初に接続セットアップの時に指定される。
しかし、制御ポールの場合、このフィールドは、任意の
制御メッセージの最大サイズであり、システム設計時に
固定される。さらに、応答はデータのパケットの形式で
ある。

【００３２】端末アドレス・フィールド５０６は、ネッ
トワーク内のユーザのアドレスである。たとえば、図２
の木構造ネットワークを参照すると、各ユーザ２０２
は、別々のアドレスを有しており、木の葉に似ている。
しかし、この手順は、木構造トポロジーだけに限定され
るものではない。本発明に使用するのに適した他のトポ
ロジーには、リング、バス、星形などがある。

【００３３】データ／制御フィールド５０８は、前述の
ように、ポールがデータ・ポールであるか制御ポールで
あるかをユーザに示す。

【００３４】活動状態のユーザの場合、制御ポールは通
信パラメータについて再交渉するための好ましい手段で
ある。この実施例では、ユーザがデータ・ポールに応答
して送信するデータ・パケットのヘッダ中の１フィール
ドが、再交渉の目的でユーザに制御ポールを送ることを
ハブに要求する（図３）。

【００３５】すべてのユーザは、所定の低周波数でポー
ルを制御するが、接続をセットアップする目的で遊休状
態となる。この実施例では、（送るべきデータがなくな
ったとき）データ・ポールに応答して適切な制御パケッ
トを送信することにより、接続解除（または切断要求）
を行うことができる。

【００３６】Ｂ．ポール・テーブルおよびポール生成 本発明のこの実施例では、利用可能な帯域幅が２種類の
チャネルに分割される。上流側通信（すなわち、ユーザ
からハブへ）用のチャネルと、下流側通信（すなわち、
ハブからユーザへ）用のチャネルである。各上流側チャ
ネル用にポーリング・テーブルが維持されるが、以下の
説明では、例示のため、上流側チャネルが１つである場
合に焦点を当てる。

【００３７】図１０に、本発明に使用するのに適したポ
ーリング・テーブル６００のフォーマットを示す。ポー
リング「テーブル」に代わる方法を少なくとも１つ挙げ
ると、テーブル・エントリを含むメモリ位置を指すポイ
ンタを記憶する方法がある。

【００３８】図１０に示すように、各テーブル・エント
リは、以下の４つのフィールドを含む（δは、ポーリン
グ・テーブル６００からの連続する２つのエントリの読
取り間の時間間隔である） （１）Δ_j ６０２、その接続用のポール間の時間（ユ
ーザが活動状態の場合、この時間間隔は接続要求時に指
定される。ユーザが遊休状態の場合は、遊休ユーザに対
する所定の時間間隔となる）。 （２）ε_j ６０４、ここでε_jδは、ポーリング時間の
累積誤差を補正するのに必要な、次のポールまでの時間
調整である。 （３）ｔ_j ６０６、ポールjをポーリング・テーブルか
らδ単位で読み取るべき時間。 （４）ポールｊ ５００、ポール自体。

【００３９】各端末ごとに、ポーリング・テーブル６０
０中に１つのエントリがある。このエントリは、その端
末にポールが送信されるたびに置き換えられる。エント
リのパラメータの一部、たとえば次のポールまでの時間
Δは、端末からの制御メッセージ、たとえば接続要求お
よび切断に応答して変更される。

【００４０】非空行（有効なエントリ）を読み取ると、
そのエントリはポールＦＩＦＯ（図１２参照）にコピー
され、ポーリング・テーブル６００中のこの行から除去
され、現行からΔ行目にそのユーザ用の新しいエントリ
を作成する試みが行われる。しかし、Δ行目の行が占有
されている場合には問題が発生する可能性がある。本発
明のこの実施例では、エントリが次に利用可能な行に書
き込まれるので、この接続に関する連続する読取りの間
の時間が長くなる。連続する読取り間の時間の増加を補
償するための１つの解決策は、次のポールまでの時間を
短縮することである。

【００４１】以下に、ポーリング・テーブルの読取り、
書込み、および更新について数式を使って記述する（以
下の式で、Ｎはポーリング・テーブル６００中の行の数
であり、２つのポール間の最大時間Ｎδは、遊休端末へ
の連続する２つのポール間の時間である）。

【００４２】（１）テーブル中の任意の位置で、ネット
ワーク中の各端末ごとに１つのエントリでポーリング・
テーブルを初期設定する。このエントリが行ｉにある場
合は、ｔ_i＝ｔ＋ｉδ、Δ_i＝Ｎ、かつε_i＝０に設定す
る。Ｊ＝−１とする。

【００４３】（２）ｊ＝ｊ＋１とする。

【００４４】（３）接続要求があるかどうかを検査し、
存在する場合は、ポーリング・テーブルからその端末に
対応する遊休エントリを削除し、テーブル中の最初に利
用可能な行、たとえば行ｉに、接続要求で指定されたパ
ラメータをもつエントリを追加する。ε_i＝０に設定す
る。Δ_iおよびポール_iは接続要求から得ることができ
る。

【００４５】（４）制御ポールを求める要求があるかど
うかを検査し、テーブル中の最初に利用可能な位置に、
それに対応するエントリを追加し、Δ＝０に設定する。

【００４６】（５）切断要求があるかどうかを検査し、
ポーリング・テーブル中の対応するエントリを、遊休端
末用のパラメータをもつエントリで置き換える。

【００４７】（６）帯域幅再交渉メッセージがあるかど
うかを検査する。ある場合は、そのユーザ用のエントリ
を削除し、最初に利用可能な位置に、新しいパラメータ
をもつエントリを追加する（この実施例では、帯域幅変
更要求は、同時切断および接続に扱われる）。

【００４８】（７）ポーリング・テーブル中の行ｊ mod
Ｎが空である場合、（２）に進む。

【００４９】（８）行ｊ mod Ｎを読み取り、ポールｊ
をポールＦＩＦＯ（図１２参照）に送信する。このエン
トリが１回限りの制御ポールである場合（すなわち、Δ
＝０）、このエントリを削除して（２）に進む。

【００５０】（９）ｉ＝ｍｉｎとする（ｋ：ｋ≧ｊ＋
１、ｋ≧ｊ＋Δ_j−ε_j、ポーリング・テーブル中のエン
トリｋ mod Ｎは空である）。ポーリング・テーブル中
のエントリｊを削除し、行ｉ mod Ｎ中のエントリで置
き換える。エントリの他のフィールドは下記の数式１で
与えられる。

【数１】ε_i＝ε_j−（ｉ−ｊ−Δ_j） Δ_i＝Δ_j、かつ ｔ_i＝ｔ_j＋（ｉ−ｊ）δ

【００５１】（１０）（２）に戻る。

【００５２】前述のステップの特定の順序を提示した
が、必要ならば、一定の設計目標に適応するように順序
を変更できることに留意されたい。

【００５３】前述の手順についてさらに例示するため、
次の例を検討する。

【００５４】ネットワーク中に両方とも遊休状態である
２つの端末があり、それらの端末に制御ポールが定期的
に送信されると仮定する。また、このプロセスはポーリ
ング・テーブルの１番上にあり、t＝０であるものと仮
定する。

【００５５】端末１から、Δが１００δと指定された接
続要求を受け取る。端末１の遊休ポールが削除され、ポ
ーリング・テーブルの行０に、パラメータ（ポール₀、
Δ₀＝１００、ε₀＝０、ｔ₀＝０）をもつエントリが書
き込まれる。

【００５６】ポーリング・テーブルの行０が読み取られ
た後に削除され、パラメータ（ポール₁₀₀＝ポー
ル₀...、ｔ₁₀₀＝１００δ）をもつエントリが行１００
に書き込まれる（行１００は空であると仮定する）。

【００５７】ここで、ポーリング・テーブルの行９が読
み取られた後に、接続要求があるかどうか検査されたと
き、端末２からの接続要求が削除される。この端末に対
して指定されたΔは９０δである。端末２の遊休ポール
が削除され、適切なパラメータ（ポール₁₀、Δ₁₀＝９
０、ε₁₀＝０、ｔ₁₀＝１０δ）をもつエントリが、次に
利用可能な行である行１０に書き込まれる。

【００５８】ポーリング・テーブルの行１０が読み取ら
れた後、このエントリが削除され、行１００（１０＋９
０）に別のエントリを書き込む試みが行われるが、この
行は占有されている。次に利用可能な行は１０１なの
で、この行に、適切なパラメータ（ポール₁₀₁＝ポール
₁₀、Δ₁₀₁＝Δ₁₀＝９０、ε₁₀₁＝１、ｔ₁₀₁＝１０１
δ）をもつエントリを書き込む。他に制御メッセージ
（たとえば、切断、帯域幅変更要求）が受信されていな
いものと仮定すると、行１１ないし９９は空のままとな
る。

【００５９】行１００が読み取られた後、同じパラメー
タをもつ行２００のエントリで置き換えられる。行１０
１が読み取られた後、適切なパラメータ（ポール₁₉₀＝
ポール₁₀₁、Δ₁₉₀＝Δ₁₀₁＝９０、ε₁₉₀＝ε₁₀₁＋（１
９０−１０１−９０）＝０、ｔ₁₉₀＝１９０δ）をもつ
行１９０（１０１＋Δ₁₀₁−ε₁₀₁＝１０１＋９０−１＝
１９０））のエントリで置き換えられる。

【００６０】Ｎ＝１０２４であると仮定し、前述のプロ
セスを続行すると、行２００、３００、４００、５０
０、....１０００、７６（１１００ mod Ｎ）が端末１
のポールを含み、行２８０、３７０、４６０、....９１
０、１００１、６６（１０９０mod １０２４）が端末２
のポールを含むことになる。

【００６１】前記の例で示した手順によって、ポール
は、接続の帯域幅要件を満たす速度で生成される。

【００６２】ｃ．ハブおよびユーザ・ポーリング装置 図１１に、本発明に使用するのに適したハブ用のポーリ
ング装置７００を示す。図ではポーリング装置のこの部
分はハブ中にあるが、光ノード中にも配置できることに
留意されたい。また、ハブとヘッドエンドの間の通信
（図１参照）は、当技術分野で周知の適切な手段で行う
ことができる。

【００６３】図１１では、（前述の）ポーリング・テー
ブル６００が、活動状態および遊休状態の各接続に関連
するエントリを含んでいる。ポール生成機構７０６が、
エントリを読み取り、ポールＦＩＦＯ ７０８に書き込
む。ポールＦＩＦＯ ７０８からのポールと、データＦ
ＩＦＯ ７１０からのデータが、マルチプレクサ７１２
に送られる。マルチプレクサ７１２の出力は、ポール記
憶機構７１６の出力を使用する遅延補正機構７１４によ
って適切に修正される（修正手順については、以下で詳
細に説明する）。遅延補正機構７１４の出力は、変調装
置７１８によって変調され、ケーブルに沿って伝送され
る。

【００６４】ケーブルの他端では、図１２に示すポーリ
ング装置８００が、ユーザのセット・トップ・ボックス
中で使用される。装置７００から送られた変調済みのデ
ータが、まず復調装置８０２によって復調される。次
に、端末アドレスが認識された場合、復調済みデータが
受信され、ポールまたは（ユーザ）データとして識別さ
れる（機能ブロック８０４）。次に、タイムスタンパ８
０６によってポールにタイムスタンプが付けられる。次
に、デマルチプレクサ８０８を使用して、データがユー
ザ装置に経路指定され、同時にタイムスタンプ付きのポ
ールがポールＦＩＦＯ ８１０に格納される。カウンタ
８１２は、ポールの遅延フィールドを読み取り、発信デ
ータの伝送を指定された時間だけ遅延する。送信すべき
データは、マルチプレクサ８１４を介して選択された
後、変調装置によって変調され、ケーブルを介して送り
返される。

【００６５】Ｄ．ポーリング手順における遅延調整 図１１を参照すると、ポールＦＩＦＯ ７０８は、ポー
ルと、それがテーブルから読み取られた時間ｔ_jを含
む。ｔ_jの１つの目的は、ポールが、ポールＦＩＦＯ
７０８中で伝送されるのを待っている間に生じる遅延を
計算できるようにすることである。本発明のこの実施例
では、ポールは、データ・メッセージに対して非優先使
用優先順位をもつ（すなわち、送信されるのを待ってい
るポールがある場合、データ・パケットは送信されない
が、ポールを送信するために、伝送中のデータ・パケッ
トが割り込まれることはない）。したがって、ポール
は、データが送信されている時間中に伝送されるように
スケジューリングされている場合、ポールＦＩＦＯ ７
０８中で遅延される。

【００６６】しかし、ポールＦＩＦＯ ７０８で生じる
遅延が、ポールに対する応答が重ならないようにするた
めに使用される唯一の因子ではない。もう１つの考慮す
べき因子として、前回に送信されたポールに対する応答
に割り振られた最大時間がある。

【００６７】ポールｊおよびｊ＋１に対する応答は、た
とえばｔ_j＋ｐ_j＜ｔ_j+1である場合に重なる。ただし、
ｔ_jおよびｔ_j+1はそれぞれポールｊおよびｊ＋１のタイ
ムスタンプであり、ｐ_jはポールｊに対する応答の最大
サイズである。しかし、ポールｊおよびｊ＋１に対する
応答が重なるかどうかを判定するために、ポールｊに対
する応答のサイズを考慮するだけでは必ずしも十分では
ない。前のポールの応答のサイズも考慮しなければなら
ないこともある。以下の手順を使って、ポールに対する
応答が重ならないようにするために、ポールｊの遅延フ
ィールドを増加する必要がある場合に、その値を計算す
る。

【００６８】第１のポールのタイムスタンプをｔ₀と
し、このポールに対する応答の最大サイズをｐ₀とす
る。値ｔ₀＋ｐ₀でポール記憶機構７１６を初期設定す
る。ポール記憶機構７１６中の値をＳで示す。ｊ≧１の
場合、ｔ_j≧Ｓであるかそれともｔ_j＜Ｓであるかに応じ
て、以下のステップのどちらかを実行する。

【００６９】ｔ_j≧Ｓである場合、ポールｊの遅延フィ
ールドの増分はゼロである。Ｓをｔ_j＋ｐ_jで置き換え
る。

【００７０】ｔ_j＜Ｓである場合、ポールｊの遅延フィ
ールドの増分はＳ−ｔ_jである。Ｓをｐ_jだけ増大する。

【００７１】図１２のユーザ・ポーリング装置におい
て、受信した各ポールに、到着時間ｔ_kを記録するタイ
ムスタンプが付けられ、ポールＦＩＦＯ ８１０に格納
される。ポールがポールＦＩＦＯ ８１０の先頭に達し
たとき、遅延フィールドは、ポールＦＩＦＯ ８１０中
で費やした時間ｔ−ｔ_kだけ減分される。ポールＦＩＦ
Ｏ ８１０の先頭にあるポール中の遅延フィールドの値
が、カウンタにロードされる。このカウンタは、ゼロに
達するまで（クロック速度で）減分される。ゼロに達し
た時点で、ポールに対する応答が送られ、ポールが破棄
される。

【００７２】Ｅ．接続要求のブロック システムの容量は有限なので、拒否しなければならなく
なる接続要求もある。上流側チャネル上の接続ｉの最大
パケット・サイズがｐ_iであり、連続するポール間の時
間がΔ_iδである場合、上流側チャネル上のｉ番目のユ
ーザの帯域幅要件はｐ_i／（ＴΔ_iδ)である。ただし、
１／Ｔはクロック速度である。下流側チャネル上のｉ番
目のユーザの帯域幅要件がｐ_i'／（ＴΔ_iδ)であり、ポ
ールの長さがπであると仮定すると、上流側および下流
側チャネル上の使用可能総帯域幅がＢである場合、下記
の数式２および３が成立しなければならない。

【数２】 Σ_iＰ_i／（ＴΔ_iδ）＜Ｂ （Ｕ）

【数３】 Σ_i（Ｐ_i'＋π）／（ＴΔ_iδ）＜Ｂ （Ｄ）

【００７３】新しい接続を受け入れるとこれら２つの不
等式のどちらかに違反する場合、接続はブロックされ
る。

【００７４】Ｆ．複数チャネル 上流側および下流側チャネルが複数の場合、図１０のポ
ーリング・テーブル６００と図１１のハブ・ポーリング
装置７００が、システムの各チャネル用のハブにおいて
複製されることに留意されたい。

【００７５】しかし、図１２の変調装置８１６および復
調装置８０２は、システムで利用可能なチャネルの範囲
にわたって同調可能にすることができる。

【００７６】また、ハブはユーザ端末にチャネルを割り
当てる。本発明のこの実施例では、各ユーザ端末は、遊
休状態のとき、ホーム・チャネル（ユーザが異なると異
なるものにすることができる）を有し、ユーザ端末のセ
ット・トップ・ボックス中の変調装置８１６および復調
装置８０２がそれに同調される。ユーザが活動状態にな
ると、ハブによって、調整下流側チャネルと上流側チャ
ネルがユーザに割り当てられ、それらのチャネルに、そ
れぞれ復調装置８０２と変調装置８１６が同調される。
したがって、ハブは、システム中の各ユーザについて、
どのチャネル上でポールを送信すればよいかを知ってい
る。

【００７７】Ｇ．動作の理論 図１に示すように、ＣＡＴＶネットワークが木構造トポ
ロジーで構成されていると仮定すると、木構造中に、任
意のノードから任意の他のノードに至る、具体的にはユ
ーザからハブに至る固有の経路があることになる。その
結果、ハブは任意のユーザの伝送のコピーを１つだけ受
信する。

【００７８】すべての伝送が同軸ケーブル上で同じ速度
で伝搬し、有限の継続時間を有する（多分伝送ごとに異
なる）ものと仮定する。２つの伝送は、それらの一部が
同じ時間に木構造の１つの点にある場合、その点で衝突
すると言われる。

【００７９】前述の仮定を立てると、以下のことが観測
される。

【００８０】２人のユーザから発する伝送は、ハブで衝
突しない場合、ハブに至るユーザの経路のどの部分でも
衝突しない。

【００８１】ポーリング・シーケンスをｓ_iとする。す
なわち、ユーザはハブによってｓ₀、ｓ₁...という順序
でポーリングされるものとする。ユーザｓ_iに対するポ
ールが生成される時間をｔ_i（タイムスタンプ）とし、
ユーザｓ_iの応答が瞬間ｔ_i'にハブで受信を開始され、
かつサイズｐ_iであるものと仮定する。したがって、こ
の応答は、ハブによって間隔[ｔ_i', ｔ_i'＋ｐ_i]の間に
受信される。これらの応答がハブで重ならない（したが
って、前述の観測により、同軸木のどの部分でも重なら
ない）ようにするには、ｔ_i'を、これらの間隔が共通部
分を含まないように、すなわち次式が成立するように選
択する必要がある。

【数４】 すべてのｉについてｔ_i+1'≧ｔ_i'＋ｐ_i （Ｃ）

【００８２】さらに、ｔ_i+1'＝ｔ_i'＋ｐ_iである場合、
応答間にデッド・タイムはない。これを図５に示す。

【００８３】ポールが生成される時間が、次式が成立す
るような関係のものであると仮定する。

【数５】すべてのｉについてｔ_i+1≧ｔ_i＋ｐ_i

【００８４】この場合、ポーリング手順の設計は、ハブ
でこのポールが生成される時点と、ハブがこのポールに
対する応答を受信する時点との間の時間（ｔ_i'−ｔ_i）
が、ポールの送信先のユーザとは無関係に、定数Ｄにな
るようにする。これは、各ユーザに、ポールに対するそ
の応答を指定された量Ｄ_iだけ遅延させることによって
実現される。ポールの生成時に、ユーザｉに対する往復
伝搬遅延をΠ_iで示すと、Ｄ_iはＤ−Π_iに等しく設定さ
れる。

【００８５】再び、図１１および１２を参照すると、ハ
ブのポールＦＩＦＯ ７０８の先頭で、ＦＩＦＯ中で生
じた遅延をＤ_iから引き、セット・トップ・ボックスに
ついても同様にすると、ポールを生成してから応答を受
信するまでの正味経過時間がＤで一定になる。これを図
６に示す。

【００８６】しかし、前のポールの宛先が応答するのに
十分な時間が経過しないうちに、たとえばｔ_i+1＜ｔ_i＋
ｐ_iである場合に、ポールｉ＋１が生成できることによ
り状況は複雑になる。この場合、応答が重ならないよう
にポールｉ＋１の遅延フィールドを増加する。

【００８７】一般に、ポールｋについて遅延フィールド
を増加すべき量をａ_kで示す。そうすると、不等式
（Ｃ）を満たすために、ａ_kは次式を満たす必要があ
る。

【数６】 すべてのｋについてｔ_k+1＋ａ_k+1≧ｔ_k＋ａ_k＋ｐ_k

【００８８】さらに、応答間のデッド・タイムを最小限
にするために、この不等式のスラックを最小限にする必
要がある。すなわち、この不等式を満たすａ_kの最小値
（非負数）を選択する必要がある。

【００８９】本明細書では、本発明をＣＡＴＶに関する
対話型通信用の多重アクセス・ポーリング・プロトコル
の方法およびシステムとして例示して説明したが、本発
明は例示した細部だけに限定されるものではない。そう
ではなくて本発明の趣旨から逸脱することなく、特許請
求の範囲の相当物の範囲内で、細部に様々な修正を加え
ることが可能である。

【００９０】

【発明の効果】本発明は、ユーザの帯域幅要件に基づき
ユーザのポーリング速度および応答サイズ割振りを割り
当て動的に変更する、対話型通信用の多重アクセス・プ
ロトコルを提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＡＴＶアナログ・ネットワーク構造を表す図
である。

【図２】ハブ、光ノード、および関連する木構造ネット
ワークに焦点を当てた、図１のセグメントを示す図であ
る。

【図３】動的に変化するポーリング速度および応答サイ
ズの割振りを提供する本発明の態様を示すタイミング図
である。

【図４】ポーリングの効率に対する伝搬遅延の影響を示
すタイミング図である。

【図５】ポーリングの効率に対する伝搬遅延の影響を示
すタイミング図である。

【図６】効率的な重ならない応答を提供する本発明の態
様を示すタイミング図である。

【図７】効率的な重ならない応答を提供する本発明の態
様を示すタイミング図である。

【図８】図３、６、および７に示した態様を統合したも
のを示すタイミング図である。

【図９】本発明に使用するのに適したポールのフォーマ
ットを示す図である。

【図１０】本発明に使用するのに適した図９のポールを
記憶するためのポーリング・テーブルのフォーマットを
示す図である。

【図１１】本発明に使用するのに適したハブ・ポーリン
グ装置の機能ブロック図である。

【図１２】本発明に使用するのに適したユーザのセット
・トップ・ボックス・ポーリングの機能ブロック図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロッシュ・アンドレ・ゲラン アメリカ合衆国10598、ニューヨーク州ヨ ークタウン・ハイツ、シーニック・ビュ ー、ナンバー・フォー・エイチ（番地な し) (72)発明者 クマル・ネッリチェリー・シヴァラージャ ン アメリカ合衆国10520、ニューヨーク州ク ロトン・オン・ハドソン、シーニック・ド ライブ 29ダブリュー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポーリング信号を送信する遠隔端末に結合
   された複数のユーザ端末による、共用通信媒体へのアク
   セスを可能にするポーリング方法であって、 各ユーザにポーリング速度と所定の応答サイズを割り当
   てるステップと、 割り当てられたポーリング速度で、遠隔端末から各ユー
   ザ端末にポーリング信号を送信するステップと、 ポーリング信号を受信した後、所定の応答サイズよりも
   大きくないサイズの各ユーザ端末からの応答を送信する
   ステップとを含むポーリング方法。
2. 【請求項２】さらに、各ユーザ端末にそれぞれ当該の遅
   延を割り当てるステップと、 前記遅延時間の後に前記ポーリング信号に応答して、当
   該のユーザ端末から前記遠隔端末に所定の応答サイズ内
   の応答を送信するステップとを含む、請求項１に記載の
   ポーリング方法。
3. 【請求項３】ポーリング信号を送信する遠隔端末に結合
   された複数のユーザ端末による、共用通信媒体へのアク
   セスを可能にするポーリング・システムであって、 各ユーザにポーリング速度と所定の応答サイズを割り当
   てる手段と、 割り当てられたポーリング速度で、遠隔端末から各ユー
   ザ端末にポーリング信号を送信する手段と、 ポーリング信号を受信した後、所定の応答サイズよりも
   大きくないサイズの各ユーザ端末からの応答を送信する
   手段とを含むポーリング・システム。
4. 【請求項４】各ユーザ端末がそれぞれ当該の帯域幅要件
   を有し、さらに、各ユーザ端末のポーリング速度および
   所定の応答サイズを、それぞれ当該のユーザ端末の帯域
   幅要件の関数として変化させる手段を備えることを特徴
   とする、請求項３に記載のポーリング・システム。
5. 【請求項５】前記ポーリング速度および所定の応答サイ
   ズを前記当該の帯域幅要件から計算することを特徴とす
   る、請求項４に記載のポーリング・システム。