JPH1093590A - 通信システム - Google Patents

通信システム

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JPH1093590A
JPH1093590A JP22389397A JP22389397A JPH1093590A JP H1093590 A JPH1093590 A JP H1093590A JP 22389397 A JP22389397 A JP 22389397A JP 22389397 A JP22389397 A JP 22389397A JP H1093590 A JPH1093590 A JP H1093590A
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Reuven Cohen
レウヴェン・コーヘン
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Publication date
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Time-Division Multiplex Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つ以上のクライアントステーションによっ
て同時に送信されたデータパケットの衝突を回避するた
めに、共用通信チャネルの帯域幅を管理する。 【解決手段】 共用通信チャネルの帯域幅はマスタステ
ーションによってスロットに分割される。非同期使用可
能ビットレート（ＡＢＲ）スロットおよび同期固定ビッ
トレート（ＣＢＲ）スロットはフレーム中にそれぞれグ
ループ化されている。ＣＢＲコールが設定され、または
削除されるとき、ＣＢＲ領域は増減する。連続したＡＢ
Ｒスロットのブロックのための予約要求は、ＡＢＲスロ
ット中のクライアントステーションによって作られる。
マスタステーションは、予約要求を処理するために与え
られたフレームのＡＢＲ領域を拡大するすることができ
る。マスタステーションがＡＢＲ領域を拡大する場合は
同フレーム中のＣＢＲスロットを割譲し、後続フレーム
のＡＢＲ領域を削除する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はデータ通信に係り、
とりわけ共用チャネル上でのデータ通信、および共用チ
ャネル上での使用可能ビットレート（ＡＢＲ）データお
よび固定ビットレート（ＣＢＲ）データの共存を可能に
する通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】多くの通信媒体では、多数のステーショ
ンが共用チャネルを介して通信する。そのような通信モ
ードの例としては、ハイブリッドファイバ同軸ケーブル
（ＨＦＣ）データネットワーク、セルおよびワイヤレス
（ローカル分岐配布サービスマイクロ波など）ネットワ
ーク、および衛星通信ネットワークがある。
【０００３】これらの各ネットワーク用の１つの可能な
アーキテクチャは、マスタステーションが共用チャネル
を介して多数のクライアントステーションに接続される
ものである。共用媒体は、マスタステーションからクラ
イアントステーションへ制御情報（およびデータ）を伝
達する下流チャネル、およびクライアントステーション
からマスタステーションへデータを伝達する上流チャネ
ルの２つのチャネルに分けられる。
【０００４】これらの通信媒体の中には、既存の専用接
続技術と比較して広大な帯域幅を有するものもある。例
えば、ＨＦＣケーブル上のチャネルによるデータ通信
は、約３０Ｍビット／秒で行われ、これは、通常ツイス
トペア電話線を介して通信するのに使用される最も速い
モデムよりもほぼ１０００倍速い。
【０００５】ここ数年間で、インターネットは爆発的な
成長を遂げた。この成長は当分続くものと思われる。イ
ンターネットからデータを取り出す場合の現在の問題ま
たは失望の１つは、ユーザステーションとインターネッ
トサービスプロバイダ間の接続が遅いことである。イン
ターネットは、通常、写真などグラフィックを見たり、
コンピュータプログラムをダウンロードしたり、時には
オーディオファイルを受け取るのに使用される。これら
の種類のデータは非常に大きい。したがって、２８．８
ｋビット／秒または１４．４ｋビット／秒の普通のレー
トでデータを受け取る場合、転送時間は、ユーザが容認
できる時間を越える場合が多い。ＨＦＣケーブルモデム
システムの広大なビットレートは、その問題を緩和す
る。
【０００６】しかしながら、ＨＦＣおよび他の共用通信
媒体技術の帯域は、上述の障害を解決するために必要な
要件の範囲を越えるほど大きい。したがって、他のタイ
プの通信、例えばビデオや音声用に余分の帯域を使用す
ることが望ましい。デジタル化ビデオ信号および音声信
号は、特定のデッドラインの前に送信しなければならな
い。所要のデッドラインを満足しないと、ビデオストリ
ームまたは音声ストリームが正確な再生に必要な連続的
なフローを有しなくなる。
【０００７】満足しなければならないデッドラインを有
するデータは、同期または固定ビットレート（ＣＢＲ）
データと呼ばれる。デッドラインを有しないデータ、す
なわちチャネルが使用可能な場合に送信することができ
るデータは、非同期または使用可能ビットレート（ＡＢ
Ｒ）データと呼ばれる。
【０００８】共用データ媒体上でＡＢＲトラヒックとＣ
ＢＲトラヒックを結合する従来技術の解決策がいくつか
ある。１つは、例えば、周波数分割多重化（ＦＤＭ）や
時分割多重化（ＴＤＭ）などの方式を使用して、各トラ
ヒックタイプごとに異なる物理チャネルを画定すること
である。ＦＤＭならびにＴＤＭの欠点は、これらの手法
が、ＣＢＲデータに割り当てられた帯域の浪費を回避す
るために十分に有効でないことである。必要な要求に応
じて、できるだけ多くの使用可能帯域を使用することが
望ましい。したがって、ＡＢＲ送信に使用できないＣＢ
Ｒトラヒック用の帯域を予約させないことが望ましい。
さらに、ＡＢＲデータとＣＢＲデータの両方に対して同
じ装置が使用できることが望ましい。
【０００９】スロットネットワーク、すなわち、帯域が
スロット状態を伝達する制御チャネルを有するスロット
と呼ばれる時間間隔に分割されたネットワークでは、Ａ
ＢＲトラヒックとＣＢＲトラヒックを同じ物理チャネル
内で送信することができる。このために、マスタステー
ションは、データチャネルの各スロットをＣＢＲスロッ
トまたはＡＢＲスロットとしてマーク付けする。非同期
パケットはＡＢＲスロットのみを使用する。１つまたは
複数の同期（ＣＢＲ）スロットのバーストがスケジュー
ルされる場合、そのようなパケットをその送信の途中で
いくつかの部分にグループ化しなければならない。ＡＢ
Ｒパケットのグループ化および再アセンブリは、処理資
源および帯域資源の点で費用がかかる。したがって、Ａ
ＢＲパケットのグループ化は回避することが望ましい。
【００１０】共用チャネル通信の問題は、２つ以上のク
ライアントステーションによって同時に送信されたデー
タパケットの衝突の回避および処理である。共用コンピ
ュータネットワーク上での競合を回避する問題は、様々
な方法で処理されている。１つの初期の手法は、ＡＬＯ
ＨＡシステムと呼ばれるものである。ＡＬＯＨＡは、ハ
ワイ大学において考案され、初めは主として放送無線を
使用する通信に使用されていた。共用ケーブルによる通
信も、ケーブルに接続された全てのステーションがその
ケーブルを介して送信された信号を受信するので放送シ
ステムである。
【００１１】ＡＬＯＨＡの１つの改良物はスロットＡＬ
ＯＨＡである。スロットＡＬＯＨＡでは、時間が指定さ
れた間隔に分割され、これらの間隔中にのみメッセージ
が送られる。すなわち、メッセージが間隔境界上に広が
ることは許されない。スロットＡＬＯＨＡのチャネル効
率は３６％である。
【００１２】ＡＬＯＨＡ、スロットＡＬＯＨＡ、および
チャネル効率レートの導出については、Tanenbaum、And
rewの「Computer Networks」、second edition、Prenti
ce-Hall、ｐｐ．１２１〜１２４を参照のこと。
【００１３】１９９５年９月２２日出願の米国特許継続
出願第０８／５３２，９１８号「High-Speed Data Comm
unications Network System and Method」（以下’９１
８）には、共用チャネル上で通信するための予約方法が
記載されている。’９１８の方法では、上流チャネルの
時間領域が一定の時間間隔スロットに分割される。下流
チャネルは、各スロットの状態についてクライアントス
テーションに知らせる制御情報を含んでいる。この状態
は、それが、どのクライアントステーションも上流チャ
ネル上で送信することができる競合スロットであるか、
または１つのクライアントステーションのみが上流チャ
ネル上で送信することができる予約済みスロットである
かである。
【００１４】’９１８の方法では、送信すべきＡＢＲデ
ータを有するステーションｓiは、データチャネル上の
使用可能な（競合）スロットを待ち、単一のスロット内
に合う短い予約メッセージをマスタステーションに送信
する。予約メッセージは、マスタステーションに、その
ＡＢＲパケットを送信するために必要なスロットｓiの
数について知らせる。２つ以上のステーションが同じ競
合スロット内でそれらの予約メッセージを送信した場
合、メッセージは、互いに衝突し、予約メッセージはど
れもマスタステーションによって受信されない。衝突
は、ＡＬＯＨＡ、ツリーアルゴリズムなど、衝突解決ア
ルゴリズムを使用して解決される。１つのステーション
のみが競合スロット内で予約メッセージを送信する場
合、メッセージは、マスタノードによって受信される。
ｎ個のスロットの割り振りを必要とするそのようなメッ
セージがステーションｓiによって送られると仮定す
る。マスタステーションは、次の未予約スロットのシー
ケンス番号、例えば番号ａを示すローカル変数を有す
る。次いで、マスタステーションは、次の使用可能スロ
ットがスロットａ＋ｎであることを示すためにこの変数
を更新する。次いで、マスタステーションは、ｓiがス
ロット番号ａ内で送信を開始できることをｓiに知らせ
る割り振りメッセージを制御チャネル上のｓiに送る。
割り振りメッセージは、スロット番号ａがデータチャネ
ル上でスケジュールされる前に、ｓiによって受信され
なければならない。ｓiは、事前決定された時間間隔内
で割り振りメッセージを受信しなかった場合、予約が他
の予約と衝突したとものとし、したがってしばらくして
から衝突解決アルゴリズムに従って再び予約を再送信す
る。
【００１５】ＡＢＲデータならびにＣＢＲデータをサポ
ートする共用チャネル用の予約プロトコルを有すること
が望ましいであろう。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】共用チャネル通信の問
題は、２つ以上のクライアントステーションによって同
時に送信されたデータパケットの衝突の回避および処理
である。この問題を回避するためには、共用通信チャネ
ルの帯域幅を管理しなければならない。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の他の利点および
特徴について以下の詳細な説明に関して明らかにする。
本発明による通信システムは、マスタステーション、複
数のクライアントステーション、およびマスタステーシ
ョンをクライアントステーションに接続する共用通信相
媒体を有する。媒体は、制御情報をマスタステーション
からクライアントステーションへ下流に送信する第１の
通信チャネル、および非同期使用可能ビットレート（Ａ
ＢＲ）データおよび同期固定ビットレート（ＣＢＲ）デ
ータをクライアントステーションからマスタステーショ
ンへ送信する第２の通信チャネルを有する。マスタステ
ーションは、時間領域を複数の一定の時間間隔スロット
に分割する。マスタステーションは、連続するスロット
をフレームにグループ化し、各スロットを競合スロット
または予約済みスロットに指定する。さらに、マスタス
テーションは、フレーム内のスロットを、ＡＢＲデータ
用の各フレーム内のスロットの第１の領域、およびＣＢ
Ｒデータ用のスロットの第２の領域内に区分する。各ク
ライアントステーションは、ＡＢＲデータを送信する必
要がある場合、（フレームのＡＢＲ領域内にのみ現れ
る）１つの競合スロット内で予約要求を送信する。予約
要求は、クライアントステーションが必要とする予約済
みスロットの数を示す長さフィールドを含む。現フレー
ム内に残っているＡＢＲスロットの数が最後の予約を受
容するために必要な数よりも少ない場合、マスタステー
ションは、予約を受容するために現フレームのＡＢＲ領
域を拡大することができるかどうか判定する。ＡＢＲ領
域を拡大することができる場合、マスタステーションは
ＡＢＲ領域を拡大し、次いで後続のフレームのＡＢＲ領
域を同じ量だけ縮小する。
【００１８】条件によっては、マスタステーションがＡ
ＢＲ領域を拡大してもしなくても予約パケットを現フレ
ーム内で受容することができないことがある。予約要求
が１つまたは複数の「センシィティブ（sensitive）ス
ロット」のうちの１つにおいて行われた場合、問題が生
じる。この問題の解決策は少なくとも３つある。第１
に、マスタステーションは、予約要求を無視することが
できる。要求を行ったクライアントステーションは、確
認を受け取らず、要求を後のフレーム内に再送する。第
２の解決策では、マスタステーションは、フレームの
「センシィティブスロット」内で１つの予約要求を受け
入れ、その予約を次のフレームまで据え置く。そのフレ
ームのセンシィティブスロット内の他の予約要求は無視
される。第３の解決策では、任意のフレームのセンシィ
ティブスロット内で受け取った全ての予約要求につい
て、マスタステーションは、ＡＢＲ領域を拡大してもし
なくてもその予約を処理することができる後続フレーム
を見つける。
【００１９】予約の受容にＡＢＲ領域拡大が必要な場
合、マスタステーションは、他の後続フレームのＡＢＲ
領域を所要のＡＢＲ領域拡大に等しい量だけ縮小する。
【００２０】必要なＡＢＲ領域の縮小分が少なくとも後
続フレームのＡＢＲ領域全体と同じ大きさである場合、
ＡＢＲ領域内で予約が行われないことを条件として、マ
スタステーションは、その後続のフレームのＡＢＲ領域
全体を除去する。
【００２１】本発明の他の様態および利点は、例として
本発明の原理を示す添付の図面と関連して行った以下の
詳細な説明から明らかとなろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１は、共用チャネル１１を介し
て多数のクライアントステーション１３と通信するマス
タステーション１５を有する通信システム１０の一般化
された図である。マスタステーション１５はさらに、他
のマスタステーション（図示せず）、ネットワークルー
タ（図示せず）、および他の共用通信チャネル（図示せ
ず）に接続される。例示の通信システム１０には、ケー
ブルテレビシステム、ＬＭＤＳ（ローカル分岐配布サー
ビス）などワイヤレスマイクロ波システム、衛星通信、
およびセル電話サービスが含まれる。
【００２３】図面に示すように、本発明は、説明のため
に共用チャネル１１を有する通信システムを管理する新
規の方法およびシステムの形で実施される。共用通信チ
ャネルは、非同期使用可能ビットレート（ＡＢＲ）デー
タならびに同期固定ビットレート（ＣＢＲ）データをサ
ポートする。ＡＢＲパケットのグループ化が不可能な、
マスタステーションおよび多数のクライアントステーシ
ョンを有する共用媒体ネットワークに対する従来技術の
解決策では、ＡＢＲデータおよびＣＢＲデータ用の別々
の物理チャネルを準備する。例としては、周波数分割多
重化（ＦＤＭ）および時分割多重化（ＴＤＭ）がある。
従来技術では、ＣＢＲサービスの要求が与えられた帯域
幅を満足しない場合はいつでも、ＣＢＲデータに充てら
れた帯域幅の一部が浪費される。
【００２４】本発明によれば、マスタステーション１５
は、共用チャネル１１の帯域幅をスロットと呼ばれる等
しいサイズの時間間隔に分割する。マスタステーション
はさらに、連続するスロットをフレームにグループ化
し、各フレームをＡＢＲデータ用の領域およびＣＢＲデ
ータ用の領域に区分する。マスタステーション１５は、
ＣＢＲコール（ＣＢＲ calls）の設定および分解を受容
するためにＡＢＲ領域とＣＢＲ領域の間の区分を調整す
る。さらに、ＡＢＲデータのマルチスロットパケットの
予約要求を受容するためにＡＢＲ領域を調整する。フレ
ームのＡＢＲ領域を拡大しつつ、デフォルトサイズのＡ
ＢＲ領域内に合わない予約パケットを受容するため、Ｃ
ＢＲ領域を据え置く。次いで、平均ＡＢＲ領域サイズが
一定のままでありかつデフォルトサイズのＡＢＲ領域に
等しくなるように後続のフレームのＡＢＲ領域を縮小す
る。
【００２５】図面に示し、添付の説明で説明するよう
に、本発明の通信管理システムは、保証されたスループ
ット、および共用チャネル１１への連続アクセス間の平
均遅延と最大遅延との他に、各ＣＢＲセッションを保証
する。さらに、ＣＢＲトラヒックとＡＢＲトラヒックの
両方に対して１つの物理チャネルが使用される。ＣＢＲ
トラヒック用に割り振られていない全ての帯域幅がＡＢ
Ｒトラヒック用に使用できる。したがって、ＦＤＭな
ど、複数の物理チャネルを使用する方式に関連する帯域
幅の浪費が回避される。
【００２６】次に図面を見ると、マスタステーション１
５を多数のクライアントステーション１３に接続する共
用媒体は、制御情報をマスタステーションからクライア
ントステーションへ下流に送信する第１の通信チャネ
ル、および非同期使用可能ビットレート（ＡＢＲ）デー
タと同期固定ビットレート（ＣＢＲ）データとをクライ
アントステーション１３からマスタステーション１５へ
送信する第２の通信チャネル１１を有する。マスタステ
ーション１５は、時間領域を複数の一定の時間間隔スロ
ットに分割し、連続するスロットをフレーム（例えば、
図５、図８、および図９のフレーム４０１−１、４０１
−２、４０１−３、７０１−１、７０１−２、７０１−
３、８０１−１、８０１−２、８０１−３）にグループ
化する。各フレームは、ＡＢＲデータ用の領域（例え
ば、４０７−１）およびＣＢＲデータ用の領域（例え
ば、４０８−１）に再分される。マスタステーション１
５は、各ＡＢＲスロットを競合スロットまたは予約済み
スロットに指定する。競合スロット内では、どのクライ
アントステーション１３も、単一のスロット内に合うＡ
ＢＲパケットまたは専用ＡＢＲスロットの予約を送信す
ることができる。各スロットのタイプ（競合スロットま
たは予約済みスロット）は、制御チャネル上でマスタス
テーションからクライアントステーションへ伝達され
る。予約要求は、クライアントステーション１３が必要
とする予約済みスロットの数を示す長さフィールドを含
む。
【００２７】ρスロットの予約要求に応答して、マスタ
ステーション１５は、長さρを、現フレーム内でまだ割
り振られないで残っているＡＢＲスロットの数ρ’と比
較する。伝搬遅延を考慮して、要求を受容するために十
分なＡＢＲスロットが現フレーム内に残っている場合、
マスタステーション１５は、要求された数のスロットを
割り振り、制御チャネルを介して、そのＡＢＲ送信バー
ストを開始する前にどのくらいのスロットが待っている
かをクライアントステーション１３に知らせる。
【００２８】予約要求を現フレーム内で受容することが
できない場合、マスタステーション１５は、予約要求を
受容するためにどのくらいのＡＢＲ領域拡大が必要であ
るかを判定する。たいていの場合、マスタステーション
１５は、次いで現フレームをその量だけ拡大する。場合
によっては、そのような拡大は不可能になる。この事態
を処理する方法は少なくとも３つある。この問題および
その解決策について、図７および図５、図８および図９
の例とともに以下で詳細に論じる。
【００２９】最後に、マスタステーション１５は、後続
フレームのＡＢＲ領域をＡＢＲ領域拡大に等しい量だけ
縮小する。これらの後続フレームを処理している間、追
加の予約要求および関連するＡＢＲ領域拡大が行われ
る。マスタステーション１５は、必要な全縮小を追跡
し、平均ＣＢＲ領域サイズが時間がたって一定になるた
めに十分に後続ＡＢＲ領域を縮小する。
【００３０】図２は、共用チャネルを有する例示の通信
システム、すなわちヘッドエンド１０３のところに配置
された信号変換システム（ＳＣＳ）１０１と、サブスク
ライバ位置に配置されたクライアントステーション１０
５（例えば、１０５ａ〜１０５ｄ）との間でデータ通信
を実施するケーブルテレビシステム１００のより詳細な
図である。各ＳＣＳ１０１は、遠隔サーバステーション
との間でデータパケットを回送するルータ１１７に接続
される。他の接続方式では、ＳＣＳ１０１、例えば１０
１”は、回路交換固定ビットレートサービス用の回路ス
イッチ１１９に局所的または遠隔的にインターフェース
する。後者は、電話網へのデジタル音声接続を実施する
のに使用される。
【００３１】多くのケーブルテレビシステムでは、約５
００〜２０００のサブスクライバ（加入者）が同じヘッ
ドエンド１０３に接続される。ヘッドエンド１０３は、
ファイバノード１０９に接続された光ファイバケーブル
１０７ａ、１０７ｂを介して様々なサブスクライバステ
ーション１０５と通信する。ファイバノード１０９はさ
らに、同軸ケーブル１１１ａ、１１１ｂを介して多数の
サブスクライバステーション１０５に接続される。ファ
イバノード１０９は、光信号と電気信号とを変換する機
構を含んでいる。ルータ１１７とＳＣＳ１０１の間の接
続は、デジタル形式で通信する。しかしながら、ヘッド
エンド１０３とサブスクライバステーション間の通信
は、アナログ形式で行われる。
【００３２】各クライアントステーション１０５は、パ
ーソナルコンピュータ１１５に接続されたケーブルモデ
ム（ＣＭ）１１３を含んでいる。他の実施形態では、パ
ーソナルコンピュータ１１５の代わりに、同軸ケーブル
１１１を介してのヘッドエンド１０３とのデータ通信か
ら利益を得る他の装置が使用される。そのような別形態
の例としては、特定のケーブルテレビオペレーション、
例えば、ビデオオンデマンドタイプのサービスを要求す
るセットトップボックス、および対話式テレビジョンが
ある。
【００３３】ＳＣＳ１０１の１つの役目は、ルータ１１
７間で行われるデジタル通信と、ケーブルテレビシステ
ムの光ファイバおよび同軸ケーブル上でのアナログ通信
との間の信号変換を実施することである。さらに、ＳＣ
Ｓ１０１は、ケーブルモデム１１３からの上流送信をス
ケジュールする役目を有するマスタステーション１５の
一例である。ケーブルモデム１１３からの上流送信は、
同軸ケーブル１１１上の共用チャネルを介して行われ
る。したがって、この共用チャネルは、図１の共用チャ
ネルと同じである。同様に、ケーブルモデム１１３は、
図１のクライアントステーション１３の特定の例であ
る。
【００３４】図３は、信号変換システム（ＳＣＳ）１０
１のブロック図である。信号変換システム（ＳＣＳ）１
０１は、光ファイバケーブル１０７ａ、１０７ｂに接続
される。ＳＣＳ１０１は、送信機２０５を使用して、光
ファイバケーブル１０７ａ上にデータを送信する。ＳＣ
Ｓ１０１は、多重受信機２０７を使用して、光ファイバ
ケーブル１０７ｂ上の複数のチャネル上でデータを受信
する。このデータは、多数のデータフォーマットの１
つ、例えば、ＱＡＭ６４、ＱＡＭ２５６、ＱＰＳＫを使
用して送信される。したがって、送信機２０５および多
重受信機２０７は、必要な変調器および復調器を含んで
いる。
【００３５】ＳＣＳ１０１は、ルータ１１７に接続され
たルータインターフェース２０１を含んでいる。ルータ
インターフェース２０１は、デジタルデータパケット、
例えば、インターネットプロトコル（ＩＰ）パケット、
またはＡＴＭセルを受信し、またルータ１１７に送信す
る。ルータインターフェース２０１は、ＳＣＳ１０１の
他の構成要素との間でデータを転送するための内部バス
２０３に接続される。
【００３６】中央演算処理装置（ＣＰＵ）２０９は、Ｑ
ＡＭ６４、ＱＰＳＫ、およびルータインターフェース２
０１のデジタルパケットフォーマット間のデータ変換を
管理する。また、ＣＰＵ２０９は、内部バス２０３上の
データトラヒックを管理する。送信機２０５も多重受信
機２０７も内部バス２０３に接続される。ケーブル１０
７ａ、１０７ｂ上で送信および受信されたデータのほと
んどは、膨大な処理およびフォーマットを必要とする。
ＣＰＵ２０９は、この処理およびフォーマットを管理す
る。ＣＰＵ２０９の動作を制御するのに使用される手順
およびデータの多くは、内部バス２０３に接続されたＲ
ＯＭ２１１内に記憶される。処理および再送信中にデー
タを記憶するＲＡＭ２１３は、内部バス２０３に接続さ
れる。ＳＣＳ１０１およびＣＰＵ２０９などその構成要
素の動作を制御する他の手順は、どちらも入出力装置２
１７を介して内部バス２０３に接続されたＲＡＭ２１３
および二次記憶装置２１５内に記憶される。
【００３７】図４は、同軸ケーブル１１１およびパーソ
ナルコンピュータ（ＰＣ）１１５に接続されたケーブル
モデム（ＣＭ）１１３のハイレベル概略図である。ＣＭ
１１３は、ケーブルから同調器および復調器３０３内へ
データ信号を受信し、データ信号を送信機３０５によっ
てケーブル上に送信する。
【００３８】ＣＭ１１３は、ＰＣ１１５と同軸ケーブル
１１１の間で送信された信号をフィルタリングし、これ
らの信号を（必要に応じて）暗号化／暗号解読し、デー
タをバッファし、オンケーブル送信用の通信プロトコル
と、モデムＰＣ間送信用の通信プロトコルとを変換する
役目を果たす。上記および（以下で論じる）その他の機
能は、様々な構成回路によって達成される。ＣＭ１１３
の心臓部は制御回路３０１である。制御回路３０１は、
他の構成回路に接続され、マイクロプロセッサ３０２の
助けを借りて、タイミングおよび他の様々な構成回路間
のデバイス共用を制御する。
【００３９】ＣＭ１１３とＰＣ１１５の間の通信は、ロ
ーカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）トランシーバ回路
３０７によって達成される。ＬＡＮ回路は、制御回路３
０１に接続される。好ましい実施形態では、ＣＭ１１３
とＰＣ１１５との間の特定の入出力インターフェースは
１０ベースＴプロトコルを使用するが、他のモデムＰＣ
間プロトコルの使用も容認できる。他の実施形態では、
ヒューレット・パッカード社製１００ＢａｓｅＶＧプロ
トコルなど、他のＬＡＮプロトコルが使用される。
【００４０】ＰＣ１１５と同軸ケーブル１１１の間で送
信された情報は、制御回路３０１に接続されたケーブル
モデム内でランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３０９に
バッファされる。このＰＣからのデータは、ＡＢＲデー
タとしてＳＣＳ１０１に送信すべきイーサーネットライ
ク（Ethernet-like）のパケットの形をしている。上述
のように、ＣＭ１１３とケーブルシステムとの間の通信
では、他のクライアントステーション１０５によって送
られてくるメッセージとの衝突が起こる。さらに、予約
システムを使用して衝突が回避される。衝突処理および
予約システムは、ＰＣ１１５に対して透過的である。し
たがって、送信されるのを待っている間、メッセージは
ＲＡＭ３０９にバッファされる。さらに、それぞれ同軸
ケーブル１１１またはＰＣ１１５へ再送信する前に、着
信メッセージまたは発信メッセージの追加の処理がＣＭ
１１３によって要求される。そのような処理には、暗号
化および暗号解読が含まれる。暗号化／暗号解読は、制
御回路３０１に接続された暗号化回路３１１によって実
行される。
【００４１】同軸ケーブル１１１上で送信された上流デ
ータおよび下流データはまた、固定ビットレート（ＣＢ
Ｒ）データを含んでいる。上流ＣＢＲデータは、ＣＭ１
１３からＡＢＲデータと同じ物理チャネル上で送られ
る。ＣＢＲデータは、音声信号の場合には電話機３１３
からか、またはビデオ信号の場合にはＭＰＥＧインター
フェース３１５から発生する。そのような音声およびビ
デオのＣＢＲ通信の用途の１つは、ビデオ会議である。
【００４２】同軸ケーブル１１１を介しての通信は、５
ＭＨｚから７５０ＭＨｚまでの周波数レンジにわたって
周波数多重化方法を使用することにより可能になる。標
準のテレビチャネルは、通常、５４ＭＨｚ以上のレンジ
内で送信される。そのような各チャネルは幅６ＭＨｚで
ある。一般に、５０ＭＨｚ以下の周波数は、不統一（un
structured）であり、非常にノイズが大きい。好ましい
実施の形態では、上流通信（ＣＭ１１３からＳＣＳ１０
１への通信）は、２ＭＨｚ幅周波数帯域上で５〜４２Ｍ
Ｈｚ周波数スペクトル内で行われ、下流通信（ＳＣＳ１
０１からＣＭ１１３への通信）は、標準の６ＭＨｚ幅テ
レビチャネル上で５４ＭＨｚ以上のレンジ内で行われ、
以下下流チャネルと呼ぶ。したがって、５〜４２ＭＨｚ
帯域は、クライアントステーション１０５からＳＣＳ１
０１への通信チャネルが選択できるスペクトルの役目を
し、５４ＭＨｚ以上の帯域は、ＳＣＳ１０１からクライ
アントステーション１０５への通信チャネルが選択でき
るスペクトルの役目をする。
【００４３】上流チャネル１１は、多数のクライアント
ステーション１３の間で共用される。上流チャネル１１
を効率的に共用するために、衝突解決および予約方法が
使用される。マスタステーション１５は、下流チャネル
上で、上流チャネル１１内の各スロットに関する情報を
有する短い制御パケットを送る。このミニスロットは、
スロットの競合スロットとしての指示または予約済みス
ロットとしての指示を含んでいる。各予約済みスロット
は、特定のクライアントステーションに充てられる。
【００４４】他の実施の形態では、各方法における多重
通信チャネルを準備する。そのような別形態は、本願に
記載の好ましい実施形態の当然の拡張であり、本発明の
範囲内に入る。説明のために、本発明については、各方
向１チャネル実施形態に関して説明する。しかしなが
ら、本発明をどのように多重チャネル別形態に応用する
かは当業者なら理解できよう。
【００４５】次に図５を見ると、上流チャネル１１の時
間領域の例示の図が示されている。まず、番号付けに注
目する。図５、図８、および図９の例では、同一符合に
対しては同一の番号が付されている。各同じ要素は、同
じ３桁の参照番号を有し、その後ろにダッシュによって
参照番号から分離されたシーケンス番号を有する。例え
ば、図５において、全てのフレームには４０１と番号付
けされており、４０１−１は例示のシーケンスの第１の
フレームであり、４０１−２は例示のシーケンスの第２
のフレームであり、４０１−３は例示のシーケンスの第
３のフレームである。同様に、４０３−１は、フレーム
１内のＣＢＲスロットであり、４０３−２は、フレーム
２内の対応するＣＢＲスロットである。同様に番号付け
された他の要素には、ＡＢＲ領域４０７、フレーム７０
１、ＡＢＲ領域７０７、ＣＢＲ領域７０９、フレーム８
０１、ＡＢＲ領域８０７、およびＣＢＲ領域８０９があ
る。
【００４６】上流チャネル１１の時間領域は、等しいサ
イズのスロットに分割される。この例では、これらのス
ロットのうちの３０個がエレメント４１１として示され
ている。連続するスロットは、フレーム、例えば、エレ
メント４０１−１、エレメント４０１−２、および４０
１−３として示されたフレーム１、フレーム２、および
フレーム３と呼ばれるユニットに分類される。各フレー
ム４０１は、ＡＢＲデータ用の領域４０７およびＣＢＲ
データ用の領域４０９の２つの領域に分割される。図５
の例では、ＡＢＲ領域のデフォルトサイズは３０スロッ
トであり、ＣＢＲ領域のサイズは２スロットである。
【００４７】ＣＢＲ領域内の各スロットは、特定のクラ
イアントステーション用の同期サービスを提供するのに
充てられる。したがって、図５の例では、スロット４０
３−１はクライアントステーションｓiに充てられ、ス
ロット４０５−１はクライアントステーションｓjに充
てられる。これらのクライアントステーションに充てら
れたスロットは、後続のフレーム４０１、例えば、スロ
ット４０３−２、４０３−３、４０５−２、および４０
５−３内で繰り返される。クライアントステーション
が、同期サービスを使用するためにサインオン（signs-
on）する場合、例えば、クライアントステーションにい
るユーザが電話をかける場合、１つまたは複数の追加の
専用ＣＢＲスロット、例えばフレーム３内のスロット４
０６−３および後続のフレームがＣＢＲ領域に追加され
る。コール設定によって追加されるスロットの数は、サ
ービス要件によって決まる。同様に、クライアントステ
ーションがもう同期サービスを使用する必要がない場
合、そのクライアントステーションの専用スロットは、
後続のフレームのＣＢＲ領域から除去される。
【００４８】同期サービスを提供したり、停止するため
にＣＢＲスロットを追加したり、除去するプロセスを図
６のフローチャートに示す。ステップ５０１において、
マスタステーションは、ＡＢＲパケットおよびＣＢＲパ
ケットを処理している。ステップ５０２において、マス
タステーション１５は、ＡＢＲパケットがＣＢＲコール
の設定の要求を含んでいるのか、または解除の要求を含
んでいるのかを判定する。ＡＢＲパケットがそのような
パケットでない場合、ステップ５０１において、マスタ
ステーションは、引き続き追加のパケットを処理する。
ＡＢＲパケットがそのようなパケットであるならば、ス
テップ５０３において、マスタステーション１５がＣＢ
Ｒコールを終了する要求に遭遇した場合、マスタステー
ション１５は、ステップ５０５において、分解されてい
るコールに充てられた全てのＣＢＲスロットを除去する
ことによってＣＢＲ領域を減らしはじめ、ステップ５０
７において、ＡＢＲ領域を同じ数のスロットだけ増やし
はじめる。ステップ５０９において、マスタステーショ
ンがクライアントステーションからＣＢＲコールを追加
する要求に遭遇した場合、マスタステーション１５は、
ステップ５１１において、ＡＢＲ領域をコールが必要と
するスロットの数だけ減らし、ステップ５１３におい
て、ＣＢＲ領域を同じ量だけ増やす。次いで、ステップ
５１５において、ＣＢＲ領域内の追加されたスロットを
要求側のクライアントステーションに割り当てる。
【００４９】マスタステーション１５は、同期コールの
期間中に同期トラヒックを有するステーションにＣＢＲ
サブチャネルを割り当てる。サブチャネルは、連続する
フレームのＣＢＲ領域内の繰り返されるｎ個のスロッ
ト、例えば（ｎ＝１の場合）、スロット４０３−１、４
０３−２、４０３−３またはスロット４０５−１、４０
５−２、４０５−３である。ＣＢＲサブチャネルによれ
ば、ステーションが、連続する送信間で保証された平均
遅延Ｔaverageおよび保証された最大遅延Ｔmaxを有する
ネットワーク帯域に周期的にアクセスすることができ
る。Ｔaverageの長さは非常に短い（例えば、１ミリ秒
以下）であるが、Ｔmax−Ｔaverageは、単一のステーシ
ョンが単一の予約要求の後で送信することができる最長
非同期（ＡＢＲ）バーストに等しい。例えば、全ての競
合するステーションが各予約要求内のただ１つのイーサ
ーネットライクのパケット用にＡＢＲスロットを予約す
ることができると仮定する。この制限は、単一のステー
ションが単一の予約要求の後で送信することができる最
長非同期バーストが、最長イーサーネットパケットのサ
イズ、すなわち１５１８バイトに等しいことを意味す
る。そのようなパケットは、４８バイトスロットネット
ワークの３２スロット内で送信される。データチャネル
内の送信レートが３Ｍビット／秒である場合、最大非同
期フレーム持続時間は３２＊４８＊８／（３＊１０６）
＝４ミリ秒である。したがって、この例では、Ｔmax＝
Ｔaverage＋４ミリ秒が成り立つ。図７のフローチャー
トと図５、図８、および図９の例とともに以下で論じる
予約要求を処理する本発明の方法は、この結果がどのよ
うにして達成されるかを示す。
【００５０】ＡＢＲ領域内およびＣＢＲ領域内のスロッ
トのデフォルト数は、各トラヒッククラスごとに割り当
てる必要のある帯域幅の割合によって決まる。（デフォ
ルトとして）平均、各フレームは、τCＣＢＲスロット
およびτAＡＢＲスロットを有する。したがって、Ｔ
average＝τC＋τAが成り立ち、スロット、データチャ
ネル帯域幅のτC／（τC＋τA）の一部はＣＢＲトラヒ
ックに割り当てられ、帯域幅の残りのτA／（τC＋
τA）はＡＢＲトラヒックに割り当てられる。マスタス
テーション１５は、ＣＢＲコールの新しい設定要求を受
容するために（τCを増すことによって）、またＣＢＲ
コールの分解要求を受容するために（τCを減らすこと
によって）時々τCおよびτAの値を調整するか、あるい
はマスタステーション１５は、Ｔaverageを変更するた
めに（例えば、τCおよびτAを同じファクタだけ減らす
ことによって）各トラヒッククラスごとに割り当てられ
た帯域幅の割合に影響を及ぼすことなくＣＢＲチャネル
への連続アクセス間の平均遅延を減らす。
【００５１】図５、図８、および図９の例では、τAの
初期値は３０スロットであり、τAの初期値は２スロッ
トである。言い換えれば、各フレームは、平均して、３
０スロットのＡＢＲ領域、および２スロットのＣＢＲ領
域を有する。もちろん、これらの値は、説明のために任
意に選択したものであり、用途によってはまったく異な
ることがある。
【００５２】図７は、本発明による予約要求を処理する
方法およびマスタステーション１５のフローチャートで
ある。ステップ６０１（図６のステップ５０１と同じ）
において、マスタステーション１５は、ＡＢＲスロット
およびＣＢＲスロットを処理する。図５に戻ると、エレ
メント４１１には、フレーム１のＡＢＲ領域４０７−１
（エレメント４０１）の詳細な図が示されている。ＡＢ
Ｒ領域４０７内の各スロットには、その状態が示されて
いる。スロットは、「ａ」で示されている場合、競合ス
ロットとして使用でき、クライアントステーション指
示、例えば「ｓ１」で示されている場合、スロットは、
指示されたクライアントステーション用に予約される。
図５の例では、スロット０（４１３）内で、ステーショ
ンｓ１は６スロットの予約を要求し、スロット１（４１
５）内で、ステーションｓ２は７スロットの予約を要求
する。
【００５３】受信したパケットが予約でない場合、マス
タステーション１５は、ステップ６０５において、パケ
ットの受信の成功を確認し、ステップ５０１において、
ＡＢＲスロットおよびＣＢＲスロットの処理に戻る。
【００５４】パケットがＡＢＲスロットの予約の要求で
ある場合、次の３つの状況のうちの１つが生じる。
（１）予約が現フレームのＡＢＲ領域内でその領域を拡
大することなく処理できる。（２）予約がＡＢＲ領域を
現フレーム内で拡大することによって処理できる。
（３）予約が現フレーム内で処理できない。
【００５５】したがって、マスタステーション１５が、
ステップ６０７において、予約が現フレーム内でＡＢＲ
領域を拡大することなく処理できるかどうかを判定す
る。この判定は、少なくとも予約を受容するために必要
なスロットと同数の未予約のスロットがＡＢＲ領域４０
７内に残っているかどうかによって決まる。このように
しても予約を受容することができる場合、マスタステー
ション１５は、ステップ６０９において、ＡＢＲ領域の
調整に関してそれ以上処理を行うことなしに、要求側の
クライアントステーション１３に予約の確認を送る。図
５の例では、ｓ１の予約は、フレーム１のスロット０内
で行われる。この時点において、フレーム１のＡＢＲ領
域内の全てのスロットは使用可能である。伝搬遅延を考
慮するために、マスタステーションは、いくつかのスロ
ットΔの後、すなわち予約が送信されたスロットの後ま
で（図５の例、および後続の例では、Δ＝３）、ｓ１が
確認を受信することを保証されないことを知る。Δ＝３
であるので、スロット４から９まではｓ１用に予約され
る。マスタステーション１５は、制御チャネル上で、そ
のＡＢＲバーストをスロット４内で送信し始めるように
ｓ１に指示する確認メッセージを送る。スロット２（エ
レメント４１５）内で、ｓ２は、７個の予約済みスロッ
トを要求する。スロット４から９まで（エレメント４１
７）がすでにｓ１に割り当てられているので、マスタス
テーション１５は、スロット１０から１６まで（エレメ
ント４１９）をｓ２用に予約し、スロット１０内でその
ＡＢＲバーストを開始するようにｓ２に指示する。
【００５６】図８は、予約パケットを受容するためにＡ
ＢＲ領域を拡大する方法の例を示す上流チャネル１１の
時間領域の図である。ステップ６０７において、マスタ
ステーション１５が予約を現フレーム内で処理すること
ができないと判定した場合、マスタステーション１５
は、ステップ６１１において、予約要求を受容するため
にＡＢＲ領域をどのくらい拡大する必要があるかを判定
する。
【００５７】図８の例では、スロット２２（エレメント
７１１）内で、クライアントステーションｓ１は１４ス
ロットを要求する。各フレームごとのＡＢＲ領域７０７
のデフォルトサイズτAは（図５の例の場合と同様に）
３０スロットであるので、クライアントフレーム（フレ
ーム１、エレメント７０１）は、ＡＢＲ領域７０７−１
を拡大しなければ予約を受容することができない。スロ
ット２２内の要求は、Δ個のスロットが経過するまで
（これらの例では、Δ＝３）確認できず、したがってｓ
１が通信を開始することができる第１のスロットはスロ
ット２６である。しかしながら、τAは３０であるの
で、４つのスロットしか残っていない。したがって、ス
テップ６１１において、現フレームのＡＢＲ領域を、予
約長さρとΔ個以下の計画したＡＢＲ領域の残りのスロ
ットρ’との差だけ拡大しなければならない。図８の例
では、スロット２２以上の計画したＡＢＲ領域内に残っ
ている（予約が行われた）スロットの数は７個である。
Δ個を取り除くと、４個のスロットが残る。したがっ
て、ρ’は４に等しい（ρ’＝４）。予約の量（ρ）は
１４個である。拡大の量ρ−ρ’は１０である（ρ−
ρ’＝１４−４＝１０）。したがって、図８の例では、
フレーム１（エレメント７０１）のＡＢＲ領域は４０に
拡大される。
【００５８】予約が拡大によって処理されたかまたは拡
大なしに処理されたかに関わらず、ステップ６０９にお
いて、予約要求は確認される。したがって、ステップ６
１３において、フレームを拡大した後、ステップ６０９
において、要求を行ったクライアントステーションに要
求パケットの確認が送信される。確認は、ＡＢＲ送信バ
ーストをいつ開始すべきかというクライアントステーシ
ョン１３への指示を含む。
【００５９】フレームのＣＢＲ領域がスケジュールされ
た場合、すなわちＣＢＲ領域の拡大および対応する据置
きをもたらし得る使用可能な競合スロットがＡＢＲ領域
内にすでにない場合、マスタステーション１５は、スロ
ットに割り当てられた各クライアントステーション１３
に、下流制御チャネル上の短い制御パケット内で、その
クライアントステーション１３がいつそのＣＢＲデータ
を送信することができるかを示すメッセージを送信す
る。
【００６０】ステップ６１３において、フレームのＡＢ
Ｒ領域が拡大された場合、平均フレーム長さは、拡大さ
れているフレーム以外のフレームを縮小することによっ
て一定に保たれる。マスタステーション１５は、レジス
タｃ内で所要の縮小の量を追跡する。したがって、ステ
ップ６１３において、マスタステーション１５はまた、
拡大の量をｃの値に加える。
【００６１】拡大の量は、後続のフレームのＡＢＲ領域
を縮小することによって保証される。したがって、マス
タステーション１５は、後続のフレームをさらに縮小す
る必要があるかどうかを判定するために検査する。すな
わち、マスタステーション１５は、ステップ６１５にお
いて、ｃの値が０よりも大きいかどうかを判定する。
【００６２】さらに縮小する必要がある場合、ステップ
６１７において、ｉによって指示されたフレーム（最初
に現フレーム＋１）を縮小する。図８の例について考え
る。上述のように、スロット２２内のステーションｓ１
からの予約要求を受容するために、フレーム１（エレメ
ント７０１−１）を１０スロットだけ拡大する。したが
って、フレームのＣＢＲ部分は据え置かれる。次に、第
２のフレーム７０１−２のＡＢＲ領域について考える。
前のフレーム７０１−１内の１０スロットの「オーバド
ラフト」を保証するために、マスタステーション１５
は、第２のフレームのＡＢＲ領域７０７−２を２０スロ
ット（３０から１０）に減らす。この縮小されたＡＢＲ
領域７０７−２の後、２つのＣＢＲスロット７０３−２
および７０５−２をスケジュールする。
【００６３】さらに、ステップ６１７において、ｃの値
をフレームを縮小した量だけ減らす。図８の例の場合、
フレーム１の拡大がフレーム２の縮小に等しいので、さ
らに縮小する必要はない。
【００６４】図９について考える。第１のフレーム内の
ＡＢＲセルの内容は、図８の例の場合と同様である。す
なわち、第１のフレーム内のＡＢＲ領域を拡大した後、
第２のフレーム内のＡＢＲ領域８０７−２の計画したサ
イズは２０スロットになる。図９に、スロット１５内で
始まるこれらのスロットの内容を示す。スロット１５内
で、ステーションｓ１は、４１スロットを予約する。マ
スタステーション１５は、スロット１９（１５＋Δ＋
１）内で送信を開始するようにステーションｓ１をスケ
ジュールすることができる。したがって、この予約を受
容するために、ＡＢＲ領域８０７−２の長さを６０まで
拡大しなければならない。これにより、ＡＢＲチャネル
の全オーバドラフトが４０スロットになる。このオーバ
ドラフトはＡＢＲ領域τAのデフォルトサイズ（３０）
よりも大きいので、第３のフレームはＡＢＲスロットを
有しない。第３のフレーム８０１−３のＡＢＲ領域全体
を除去することにより、同期トラヒックの最大遅延が限
定される。第３のフレーム８０１−３のＡＢＲ部分をス
キップすることによって、ＡＢＲオーバドラフトは、４
０スロットからわずか１０スロットまで減る。したがっ
て、ステップ６１５でさらに縮小する必要がある。した
がって、次のフレームのＡＢＲ領域の計画された長さは
２０スロット（３０−１０＝２０）になる。実際の長さ
は本当に２０以上になるかどうかは、その次のフレーム
の競合スロット内でクライアントステーション１３によ
って行われる予約要求のパターンによって決まる。
【００６５】上述のように、状況によっては、現フレー
ムは、ＡＢＲ領域を拡大してもしなくても予約要求を処
理することができないことがある。図５および図８の２
つの例は、任意のフレーム内で、フレームの端部かまた
は予約済みスロットの最後のバーストの前に配置された
Δ個の「センシィティブ」競合スロットが存在すること
を示す。「センシィティブスロット」中の予約要求は、
現フレーム内で受容することができない。
【００６６】「センシィティブスロット」がフレームの
端部に配置されている状況を図５に示す。Δ＝３スロッ
トであるので、マスタステーションは、スロット２６が
スケジュールされたときにスロット３０の状況を判定す
る。未決定の予約が存在しないので、マスタステーショ
ンは、スロット２９がＡＢＲ領域の最後のスロットであ
り、次のスロット３０は、元のスケジュールに従って第
１のＣＢＲスロット４０３のオーナーであるステーショ
ンｓ１に割り当てられると判定する。マスタステーショ
ンは、ｓ１がその同期データをスロット３０内で送信で
きることをｓ１に告知する（競合スロット通信パケット
の確認と同じ）メッセージを制御チャネル上で送信す
る。さらに、マスタステーション１５は、スロット３０
が予約されたことを全てのレギュレータステーションに
告知する（前のメッセージに組み込むことができる）メ
ッセージを制御チャネル上で送る（マスタステーション
１５は、スロットがＡＢＲ領域内にあるかまたはＣＢＲ
領域内にあるかに関わらず、全ての予約済みスロットに
関するそのようなメッセージを送る）。ｓjに割り振ら
れたスロット３１についても、同じ手順がマスタステー
ションによって行われる。したがって、このフレームの
ＡＢＲ部分の最後のΔスロット内でステーションによっ
て行われた予約は、現フレームのＡＢＲ部分内で受容す
ることができない。
【００６７】前の例に示すように、ＡＢＲ領域が計画し
たサイズよりも拡大されない場合、その最後のΔ個のス
ロットは「センシィティブスロット」である。ＡＢＲ領
域が拡大された場合、その「センシィティブスロット」
は、最後の予約要求の後のΔ個のスロットである。この
状況を図８に示す。第１のフレーム７０１−１内で、ス
ロット２２〜２５は、競合のために使用できる。ステー
ションｓ１は、スロット２２内で予約に成功する。この
予約のために、上述のように、マスタステーション１５
は、ＡＢＲ領域の長さを延長する必要がある。マスタス
テーションが一回の予約要求のために行う必要がある最
大延長は、最大サイズの非同期フレームの（スロット内
の）サイズＬに等しい。しかしながら、より多くの予約
がスロット２３〜２５内で受け入れられた場合、ＡＢＲ
領域の長さをそれに応じて延長しなければならない。最
悪の場合、この拡大によりマスタステーションがフレー
ムのＡＢＲ領域をΔ・Ｌ個のスロットだけ拡大し、Ｔ
maxは、Ｌ個のみのスロットではなく、Δ・Ｌ個のスロ
ットだけＴaverageよりも大きくなる。このようにＴm ax
を（Δ−１）・Ｌスロットだけ増加することが、ＣＢＲ
コールのサービス（ＱＯＳ）の品質に好ましくない影響
を及ぼす場合、最後の予約の後のΔ個のスロットも「セ
ンシィティブスロット」と見なされる。
【００６８】「センシィティブスロット」内で受容さ
れ、したがって現フレーム内で受容することができない
予約要求を処理する方法は３つある。図１０は、これら
３つの方法を示すフローチャートである。
【００６９】ステップ９０１において、予約を現フレー
ム内で処理することができる場合、ステップ９０３にお
いて（必要ならば）予約を拡大し、ステップ９０４にお
いて、（図７のステップ６０９以降に示すように）確認
し、縮小する。
【００７０】ステップ９０１において、予約を現フレー
ム内で処理することができない場合、ステップ９０２に
おいて、そのような予約を処理する３つの手法の１つを
選択する。この選択は、システムごとに、例えば、代表
的なパケットサイズおよび伝搬遅延に応じて行われる。
【００７１】第１の方法、すなわちステップ９０５で
は、予約要求を単に無視する。予約要求が無視された場
合、要求を行ったクライアントステーション１３は、そ
れが確認を受信できなかった場合に自動的に要求を後続
のフレーム内で再送する。この解決策の利点は、マスタ
ステーション１５が容易にそれを実施することができる
ことである。欠点は、ＡＢＲ帯域幅のｐ・Δ／τAの損
失がもたらされることである。上式で、ｐは、使用可能
（競合）スロットがいくつかのクライアントステーショ
ン１３の予約メッセージを含んでいる確率である。この
確率ｐは、１−［競合スロット内で予約メッセージを送
信するステーションが存在しない確率］−［２つ以上の
ステーションが同じスロット内で予約メッセージを送信
する確率］に等しい（この場合、衝突が起こり、マスタ
ステーションによって受信される予約はない）。ｐの値
は、競合アルゴリズム（例えば、ＡＬＯＨＡまたはツリ
ーアルゴリズム）によって異なる。ｐの値は、理論的に
は０．４８によって決定され、実際には０．３によって
決定される。
【００７２】問題を処理すると同時に、ＡＢＲ帯域幅の
損失を減らす第２の手法、すなわちステップ９０９〜９
１３では、ステップ９０９において、Δセンシィティブ
スロット中にだだ１つの予約を受け入れ、センシィティ
ブスロット中に他の予約要求を無視する。ステップ９１
１において、そのＡＢＲ領域が空でない次のフレーム内
で予約要求を処理する（図９において、第３のフレーム
のＡＢＲ領域が空であることを想起されたい）。ステッ
プ９１３において、必要ならば、そのフレームのＡＢＲ
領域を拡大し、後続のフレームを縮小する。ｐ・Δの値
が１程度である場合、Δ個の「センシィティブ」スロッ
ト中に２つ以上の予約が成功したことによる帯域幅の予
想される損失はごくわずか、すなわちｍａｘ（ｐ・Δ−
１、０）／τAである。
【００７３】ｍａｘ（ｐ・Δ−１、０）／τAが大きい
場合、マスタステーション１５は、ＡＢＲ帯域幅の大幅
な損失を回避するために、Δ個のセンシィティブスロッ
トのシーケンス中に複数の予約を受容しなければならな
い。この結果は、第３の手順（ステップ９１７〜９２
３）によって達成される。
【００７４】ルックアヘッド手順によって、マスタステ
ーション１５は、ステップ９１７において、予約要求を
処理することができる後続のフレームを見つける。複数
の後続フレーム内に予約を受容するためにルックアヘッ
ド計算を実施する場合、同期コールを設定または分解し
たときにフレーム構造（すなわちτAおよびτC）が変化
しやすいことを考慮すべきである。したがって、ルック
アヘッド手法を使用する場合、マスタステーション１５
は、２部確認を行うことができる。第１の部分は、ステ
ップ９１９において、予約の受取りが成功したことを競
合するクライアントステーション１３に知らせる（予約
の受取りが失敗した場合、ステーションは、予約が他の
予約と衝突したものと考え、したがってしばらくしてか
ら衝突解決アルゴリズムに従って再び予約を再送信す
る）。後続のスロット内で送信された確認の第２の部分
は、ステップ９２１において、正確なポインタを有する
割り振りメッセージをＡＢＲスロットの割り振られたバ
ーストに送る。ステップ９２３において、上述のよう
に、予約を受容しているフレームのＡＢＲ領域を（必要
ならば）拡大し、後続のフレームを縮小する。正規の１
部確認を使用する場合、残っているＡＢＲ予約を処理す
るまで、後続ＣＢＲコールの受諾を遅らせなければなら
ない。
【００７５】上述のように、本発明の新規の予約割り振
り方法は、マスタステーション１５によってのみに実行
できる。クライアントステーション１３は、各フレーム
の長さおよび共用チャネル１１がいつＡＢＲモードから
ＣＢＲモードへ「スイッチ」したかについて知らなくて
もよい。同期データのみを受容する場合と同様に、マス
タステーション１５は、Δ個（またはそれ以上）のスロ
ットについて、データチャネル上の各スロットがスケジ
ュールされる前に、そのスロットが競合に使用できるの
かまたはそのスロットが（ＡＢＲ用またはＣＢＲ用に）
予約されているのかをクライアントステーションに知ら
せる必要がある。マスタステーション１５は各同期割り
振りまたは非同期割り振りごとに割り振りメッセージを
送る必要がある。同期割り振りと非同期割り振りの唯一
の差異は、同期割り振りの場合、コール設定プロトコル
中、ただ１つの予約メッセージがコール持続時間の間マ
スタステーションによって受け取られ、一方、非同期割
り振りの場合、別個の予約が各割り振りの前にデータチ
ャネル内の競合スロット上で受け取られることである。
【００７６】多数の修正および変更を本発明に加えるこ
とができることを当業者なら理解できるように、本発明
を図示および説明した厳密な構成および動作に限定する
ことは望ましくない。したがって、全ての適切な修正お
よび同等物は、本発明の範囲内に入るものとする。
【００７７】以下に本発明の実施の形態を要約する。 １． マスタステーションと、複数のクライアントステ
ーションと、前記マスタステーションを前記クライアン
トステーションに接続し、非同期使用可能ビットレート
（ＡＢＲ）データおよび同期固定ビットレート（ＣＢ
Ｒ）データを前記クライアントステーションから前記マ
スタステーションへ送信するための通信チャネルを有
し、第２の通信チャネルが時間領域を有する共用通信媒
体とを含み、前記マスタステーションが、前記時間領域
を複数の一定の時間間隔スロットに分割し、連続するス
ロットをフレームにグループ化し、フレーム内の前記ス
ロットを各フレーム内のＡＢＲデータ用のスロットの第
１の領域およびＣＢＲデータ用のスロットの第２の領域
に区分し、各スロットを競合スロットまたは予約済みス
ロットに指定するように動作でき、前記クライアントス
テーションがそれぞれ、あるクライアントステーション
がＡＢＲデータを送信する必要がある場合に、前記クラ
イアントステーションは、前記クライアントステーショ
ンが必要とする予約済みスロットの数ρを示す長さフィ
ールドを含む予約要求を１つの競合スロット内で送信す
るように動作でき、任意の特定の時点において、現フレ
ーム、および前記現フレームのＡＢＲ領域内に残ってい
るρ’個の使用可能スロットが存在し、前記マスタステ
ーションがさらに、予約要求に応答して、前記予約を前
記現フレーム内で処理することができないならば、前記
予約を受容するためにどのくらいのＡＢＲ領域拡大が必
要であるかを前記マスタステーションが判定し、前記現
フレームがその拡大を処理することができるならば、前
記現フレームの前記ＡＢＲ領域を前記マスタステーショ
ンが拡大し、後続のフレームのＡＢＲ領域を前記現フレ
ームが拡大されたのと同じ量だけ縮小するように動作で
きる通信システム。
【００７８】２． 前記マスタステーションがさらに、
予約パケットを受容するためにＡＢＲ領域拡大が必要で
あり、かつ前記現フレームが前記拡大を処理することが
できないならば、所要の前記ＡＢＲ領域拡大を処理する
ことができる後続フレームを見つけ、他の後続フレーム
のＡＢＲ領域を前記所要のＡＢＲ領域拡大に等しい量だ
け縮小するように動作できる上記１に記載の通信システ
ム。
【００７９】３． 前記マスタステーションがさらに、
所要のＡＢＲ領域縮小が少なくとも後続のスロットのＡ
ＢＲ領域全体と同じ大きさであるならば、前記後続のス
ロットのＡＢＲ領域全体を除去するように動作できる上
記１に記載の通信システム。
【００８０】４． 前記マスタステーションがさらに、
予約パケットを受容するためにＡＢＲ領域拡大が必要で
あり、かつ前記現フレームが前記拡大を処理することが
できないならば、前記予約要求を無視するように動作で
き、各クライアントステーションは、前記マスタステー
ションが前記予約要求を無視したならば、後続のフレー
ムの競合スロット内で前記予約要求を再送信する上記１
に記載の通信システム。
【００８１】５． 各フレームごとに、ＡＢＲ領域を有
する次のフレームが存在し、前記マスタステーションが
前記現フレームの前記ＡＢＲ領域を拡大する必要がある
予約要求を前記マスタステーションが受け取ったが、前
記現フレームが前記拡大を処理することができないなら
ば、前記マスタステーションが、前記予約用のＡＢＲ領
域を有する前記次のフレーム内でスロットを割り振り、
前記マスタステーションが同じフレーム内で追加の予約
要求を受け取ったならば、前記マスタステーションが前
記追加の予約要求を無視する上記１に記載の通信システ
ム。
【００８２】６． 各フレームごとに、ＡＢＲ領域を有
する後続フレームが存在し、前記マスタステーションが
前記現フレームの前記ＡＢＲ領域を拡大する必要がある
予約要求を前記マスタステーションが受け取ったが、前
記現フレームが前記拡大を処理することができないなら
ば、前記予約用の開始アドレスを前記クライアントステ
ーションに与えることなしに前記マスタステーションが
前記予約要求を確認し、その後、後続のフレーム内で前
記予約用の開始アドレスを示すメッセージを前記クライ
アントステーションに送る上記１に記載の通信システ
ム。
【００８３】７． 任意の時点について現フレームが存
在する時間領域をフレームに分割するステップと、各フ
レームをスロットに分割するステップと、各フレーム
を、第１のデータタイプのスロット用の第１の領域およ
び第２のデータタイプのスロット用の第２の領域に分割
するステップと、長さρの前記第１のデータタイプのス
ロットのブロックの予約に応答して、前記現フレームが
前記第１の領域のサイズを変更することなく前記予約を
受容することができるかどうかを判定するステップと、
前記現フレームが前記予約を受容することができないな
らば、前記予約を受容するためにフレームの前記第１の
領域を拡大するステップと、他のフレームの前記第１の
領域を前記拡大に等しい量だけ縮小するステップとを含
む複数のステーション間で共用される時間領域を有する
チャネルの時分割多重化を達成するようにコンピュータ
を動作させる通信方法。
【００８４】８． 現スロット内で専用スロットを予約
する要求を受け取るステップをさらに含み、前記現フレ
ームが前記予約を受容することができるかどうかを判定
する前記ステップが、前記現スロットおよび伝搬遅延の
後で前記現フレームの前記ＡＢＲ領域内に残っている未
予約のスロットの数と長さρとを比較するステップを含
む上記７に記載の通信方法。
【００８５】９． 前記第１の領域内の各スロットが予
約済みスロットまたは競合スロットに指定され、それに
よりフレームが予約パターンを有するようなり、前記縮
小ステップが、（ａ） 後続フレームの前記予約パター
ンが前記後続フレームの前記第１の領域を縮小すること
を許すかどうかを判定するステップと、（ｂ） 前記後
続フレームの前記第１の領域を前記予約パターンが許す
量だけ縮小するステップと、他の後続フレームについ
て、累積縮小が前記拡大に等しくなるまで前記判定ステ
ップ（ａ）および前記縮小ステップ（ｂ）を繰り返すス
テップとを含む上記７に記載の通信方法。
【００８６】１０． 前記後続フレームの前記所要の縮
小が前記後続フレームの前記第１の領域よりも大きいな
らば、前記後続のフレームの前記第１の領域全体を除去
する上記９に記載の通信方法。
【００８７】１１． 前記第１のデータタイプがＡＢＲ
データである上記７に記載の通信方法。
【００８８】１２． 前記第２のデータタイプがＣＢＲ
データである上記７に記載の通信方法。
【００８９】１３． 拡大すべき前記フレームが前記現
フレームである上記７に記載の通信方法。
【００９０】１４． 前記第２のデータタイプのデータ
を送信するために必要な帯域幅の変化に応じて、所要の
帯域幅の変化を受容するために前記第２の領域のサイズ
を変更するステップをさらに含む上記７に記載の通信方
法。
【００９１】１５． 他のコンピュータにメッセージを
送り、他のコンピュータからメッセージを受信し、前記
コンピュータがメッセージを受信するチャネルの時間領
域を、それぞれ第１のタイプのデータ用の第１の領域お
よび第２のタイプのデータ用の第２の領域を有するフレ
ームに区分し、前記第１のデータタイプのスロット内で
送信すべきデータパケットについての前記他のコンピュ
ータからの予約要求を受け入れ、前記予約要求がフレー
ム内で受け取られ、かつ前記フレーム内の第１のデータ
タイプのデータ用の前記領域を拡大することなしに前記
予約要求を受容することができるならば、 前記予約要
求を行ったコンピュータがいつ送信を開始すべきかを示
す指示によって前記予約要求を確認し、前記フレーム内
の第１のデータタイプのデータ用の前記領域を拡大する
ことなしに前記予約要求を受容することができず、かつ
第１のデータタイプのデータ用の前記領域を拡大するこ
とができるならば、前記フレーム内の第１のデータタイ
プのデータ用の前記領域を拡大し、後続のフレームを拡
大と同じ量だけ縮小するようにコンピュータに指示する
命令を含めて、コンピュータ実行可能命令から成るコン
ピュータ読取り可能記憶媒体。
【００９２】１６． 前記予約要求が前記フレーム内の
第１のデータタイプのデータ用の領域の拡大を必要と
し、かつ第１のデータタイプのデータ用の前記領域を拡
大することができないならば、前記予約要求を無視する
ように前記コンピュータに指示する命令をさらに含む上
記１５に記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【００９３】１７． メッセージを送る命令が、予約要
求の確認を送る命令を含み、かつ前記確認が、要求側の
コンピュータに送信をいつ開始すべきかを示す指示を含
む上記１５に記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【００９４】１８． 縮小が必要であり、かつ前記縮小
が少なくとも後続のフレームの第１のデータタイプのデ
ータ用の前記領域全体と同じ大きさであるならば、前記
後続のフレームから第１のデータタイプのデータ用の前
記領域全体を除去するように前記コンピュータに指示す
る命令をさらに含む上記１５に記載のコンピュータ読取
り可能記憶媒体。
【００９５】
【発明の効果】上述のように、本願では、本発明につい
て、ＳＣＳ１０１がマスタステーション１５の働きをす
る共用ケーブル通信システムに関して説明した。本発明
によるＡＢＲトラヒックおよびＣＢＲトラヒックのスケ
ジューリングは、他の共用チャネル通信システムにも等
しく適用できる。そのようなシステムの例としては、衛
星が多数の地上基地クライアントステーションと通信す
る衛星通信システムがある。送信チャネル、例えば１つ
の周波数帯域がクライアントステーション間で共用さ
れ、衛星がマスタステーションの働きをする。同様に、
セル電話システムでは、セル内の多数の移動電話ユーザ
が共用チャネル上のセルノードと通信することができ
る。セルノードがマスタステーションの働きをし、様々
な移動電話がクライアントステーションの働きをする。
他の例としては、宅内機器が共用チャネル上でハブトラ
ンシーバと通信するローカル分岐配布サービス（ＬＭＤ
Ｓ）システム、および他の無線通信システムがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】共用チャネルを介して複数のクライアントステ
ーションと通信するマスタステーションを有する通信シ
ステムを示す概念図である。
【図２】本発明に従って、ケーブル上の共用チャネルを
介して、ヘッドエンドに配置された信号変換システム
（ＳＣＳ）と、サブスクライバ位置に配置されたクライ
アントステーションとの間でデータ通信を実施するよう
になされたケーブルテレビシステムを示す図である。
【図３】本発明による信号変換システム（ＳＣＳ）を示
す概略図である。
【図４】図１のケーブルテレビシステムに従って使用さ
れるケーブルモデムを示すハイレベル概略図である。
【図５】共用上流チャネル上のスロットの使用可能度状
態の第１の例示を示す図である。
【図６】共用チャネル上で同期トラヒック用のサブチャ
ネルの割り振りおよび割り振り解除を行う本発明の方法
を示すフローチャートである。
【図７】異なる長さのＡＢＲ領域パケットを受容するた
めに共用チャネル上でＡＢＲ領域の拡大および縮小を行
う本発明の方法を示すフローチャートである。
【図８】共用上流チャネル上のスロットの使用可能度状
態の第２の例示を示す図である。
【図９】共用上流チャネル上のスロットの使用可能度状
態の第３の例示を示す図である。
【図１０】予約要求を受容するために現フレームのＡＢ
Ｒ領域を拡大することができない状況を処理する異なる
３つの手法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 通信システム １１ 共用チャネル １３ クライアントステーション １５ マスタステーション １００ ケーブルテレビシステム １０１ 信号変換システム（ＳＣＳ） １０３ ヘッドエンド １０５ クライアントステーション １０７ａ、１０７ｂ 光ファイバケーブル １０９ ファイバノード １１１ 同軸ケーブル １１３ ケーブルモデム（ＣＭ） １１５ パーソナルコンピュータ １１７ ルータ １１９ 回路スイッチ ２０１ ルータインターフェース ２０３ 内部バス ２０５ 送信機 ２０７ 多重受信機 ２０９ 中央演算処理装置（ＣＰＵ） ２１１ ＲＯＭ ２１３ ＲＡＭ ２１５ 二次記憶装置 ２１７ 入出力装置 ３０１ 制御回路 ３０３ 復調器 ３０５ 送信機 ３０７ ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）トラン
シーバ回路 ３０９ ＲＡＭ ３１３ 電話機 ３１５ ＭＰＥＧインターフェース

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マスタステーションと、 複数のクライアントステーションと、 前記マスタステーションを前記クライアントステーショ
    ンに接続し、非同期使用可能ビットレート（ＡＢＲ）デ
    ータおよび同期固定ビットレート（ＣＢＲ）データを前
    記クライアントステーションから前記マスタステーショ
    ンへ送信するための通信チャネルを有し、第２の通信チ
    ャネルが時間領域を有する共用通信媒体とを含み、 前記マスタステーションが、 前記時間領域を複数の一定の時間間隔スロットに分割
    し、 連続するスロットをフレームにグループ化し、 フレーム内の前記スロットを各フレーム内のＡＢＲデー
    タ用のスロットの第１の領域およびＣＢＲデータ用のス
    ロットの第２の領域に区分し、 各スロットを競合スロットまたは予約済みスロットに指
    定するように動作でき、 前記クライアントステーションがそれぞれ、 あるクライアントステーションがＡＢＲデータを送信す
    る必要がある場合に、前記クライアントステーション
    は、前記クライアントステーションが必要とする予約済
    みスロットの数ρを示す長さフィールドを含む予約要求
    を１つの競合スロット内で送信するように動作でき、 任意の特定の時点において、現フレーム、および前記現
    フレームのＡＢＲ領域内に残っているρ’個の使用可能
    スロットが存在し、前記マスタステーションがさらに、
    予約要求に応答して、 前記予約要求を前記現フレーム内で処理することができ
    ないならば、前記予約要求を受容するためにどのくらい
    のＡＢＲ領域拡大が必要であるかを前記マスタステーシ
    ョンが判定し、 前記現フレームがその拡大を処理することができるなら
    ば、前記現フレームの前記ＡＢＲ領域を前記マスタステ
    ーションが拡大し、 後続のフレームのＡＢＲ領域を前記現フレームが拡大さ
    れたのと同じ量だけ縮小するように動作できる通信シス
    テム。
JP22389397A 1996-08-30 1997-08-20 通信システム Pending JPH1093590A (ja)

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