JPH11215183A - 通信ネットワークシステム - Google Patents

通信ネットワークシステム

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JPH11215183A JP6355198A JP6355198A JPH11215183A JP H11215183 A JPH11215183 A JP H11215183A JP 6355198 A JP6355198 A JP 6355198A JP 6355198 A JP6355198 A JP 6355198A JP H11215183 A JPH11215183 A JP H11215183A
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    • H04L2012/5667—IP over ATM

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネットワークレベルのＱｏＳと、アプリケー
ションの要求との間のギャップを埋めることである。 【解決手段】 満足度指数（ユーザの知覚するＱｏＳを
グレード化した数値）と、ソフトネスプロファイルとに
よって規定されるソフトＱｏＳの概念が導入される。こ
こで、ソフトネスプロファイルは、ネットワーク輻輳に
対するアプリケーションの強さを示す関数によってあら
わされる。本発明の他の実施形態では、ソフトＱｏＳの
要求を行うアプリケーションに対して、帯域幅の割当を
実行することである。帯域幅割当をネットワークノード
上で実行する場合、ソフトＱｏＳコントローラが使用さ
れる。このコントローラは、コネクションのソフトネス
プロファイルを用いて、割当てるべき帯域幅を計算し、
アクティブコネクションの最低満足度指数を最大にす
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、ネットワーク通信
システムに関し、特に、サービス品質（Quality of S
ervice：以下、ＱｏＳと略称する）をコントロールでき
るネットワーク通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ネットワークを通した通信が、広
く利用されている。このようなネットワークに使用され
るコネクションでは、所定のＱｏＳが保証されなければ
ならない。ネットワーク接続に必要なＱｏＳは、ＱｏＳ
パラメータによって測定される。従来のネットワークシ
ステムにおけるＱｏＳは、セル損失レート、遅延ジッ
タ、及びセル転送遅延等の統計的な項目によって表現さ
れている。
【０００３】所定のＱｏＳを保証するためには、ネット
ワークでは、そのトラフィックの統計的な特性につい
て、長時間予測を行う必要がある。しかしながら、ネッ
トワーク上のトラフィックは、種々のコネクションに応
じて、それぞれ独自の属性を備えている。更に、特定の
コネクションに関するネットワークの予測は、そのコネ
クションの全期間に亙って有効でなければならない。上
述した統計的な特性は、経験的なデータを確率的又は統
計的に処理する手法を使用することによって、従来得ら
れていた。
【０００４】一方、双方向、即ち、対話型のマルチメデ
ィアコネクションでは、そのセットアップの際、トラフ
ィックのプロファイル、即ち、状態は、未知である。こ
のため、上記したような手法を使用して、プロファイル
を表示することは、双方向マルチメディアコネクション
には、不向きである。更に、長時間統計による表示に用
いられたパラメータは、マルチメディアアプリケーショ
ンにたいして定められた特定のＱｏＳをあらわしていな
い。マルチメディアアプリケーションでは、当該アプリ
ケーション特有のダイナミックで、しかも、異なる帯域
幅の要求に応じることができるネットワークサービスが
必要である。
【０００５】実際、ビデオデータのビット数は、ソー
ス、マルチメディアネットワーク、及び複合マルチメデ
ィアネットワーク上で、５０，０００ビット以下から５
００，０００ビット以上まで大幅に変動する。
【０００６】一方、ネットワークでは、定められたＱｏ
Ｓを確実に保証するために、トラフィックを低めに予測
している。このように、トラフィックが低めに予測され
た場合、要求される容量より遥かに大きな容量が用意さ
れることになり、このことは、リザーブ容量が大きくな
ることを意味している。この結果、ネットワークの利用
率が低くなってしまう。
【０００７】過度に大きなリザーブ容量を用意すること
によるネットワーク利用率の低下の問題は、ＶＢＲ+を
使用する分野における技術者によって指摘されている
（例えば、D.Reininger,G.Rammurthy,D.Raychaudhuri
による”VBR MPEG Video Coding with Dynamic B
andwidth Recegotiation”と題する論文（Proceedings
of ICC（June 1995）参照）。ここで、ＶＢＲ+は、コ
ネクション中、そのコネクションに必要な帯域幅を再交
渉することができるネットワークサービスクラスであ
る。
【０００８】この方法を使用した場合、再交渉によって
帯域幅をダイナミックに、即ち、動的に割り当てること
ができ、コネクションが行われている間、その帯域幅を
再交渉することができる（例えば、D.Reininger,W.Luo
による論文"Statistical Multiplexing of VBR+ vid
eo"（Proceedings of SPIE International Symposi
um on Voice, Video & Data Communications, D
allas, Texas(Nov.1997)参照）。
【０００９】しかしながら、コネクション帯域幅計算に
使用される式は、等しい帯域幅を持つ場合と同様なパラ
メータを含んでいる。この結果として、帯域幅を再割当
する場合には、コネクションのＱｏＳを変更する必要が
ある。この場合、ＶＢＲのように、帯域幅再割当を行う
ときには、新しいＱｏＳのパラメータは、コネクション
における元のＱｏＳを満たすことが必要である。この目
的を実現するパラメータとして、本発明では、「ＱｏＳ
満足度」の概念が導入される。
【００１０】従来知られている方法をＱｏＳ満足度と言
う点で見ると、上記ＱｏＳ満足度は、バイナリ（”yes
／no”）、即ち、２元的なパラメータであらわされてい
ることになる。例えば、予測されたセル損失レートが要
求されたセル損失レートより大きい場合、コネクション
は、満足に行われないと、判断される。この結果は、要
求されたセル損失レートと予測されたセル損出レートと
の差異が小さいときにも、同様である。
【００１１】このことを考慮すると、バイナリパラメー
タを使用したときには、ＱｏＳ満足度が明らかに過剰に
なってしまう。この手法は、セットアップの際、２つの
ＱｏＳパラメータ、即ち、所望のＱｏＳと許容ＱｏＳを
使うことによって、部分的に改善することができる。
【００１２】ここで、上記した２つのパラメータを使う
一連のＱｏＳの交渉は、ユーザコネクションと、ネット
ワークで行われる。この場合、ユーザコネクションに
は、当該コネクションによって最初に要求された所望の
ＱｏＳとは異なる許容ＱｏＳパラメータが割り当てられ
る。この方法は、先に述べたバイナリパラメータを用い
た場合のＱｏＳに比較して改善されているが、実際に
は、所望のＱｏＳと、許容ＱｏＳとの間における中間の
ＱｏＳを処理することはできない。したがって、所望の
ＱｏＳと、許容ＱｏＳとの間の中間ＱｏＳ領域を有効に
処理できないことが判る。
【００１３】更に、従来のシステムは、コネクション中
に使用できるＱｏＳ満足度について、何等、考慮されて
いない。また、マルチメディアアプリケーションに対す
る要求の下で、固定的な、即ち、ハードな長時間ＱｏＳ
による保証を維持した状態で、高い利用率を達成するこ
とはできない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、従来のネ
ットワークシステムでは、次のような問題が不可避的に
生じる。
【００１５】まず、２元的なＱｏＳは、マルチメディア
トラフィックには不適当であり、且つ、ネットワークの
利用率の面で不十分である。更に、従来のＱｏＳを満足
するための手法では、コネクションが行われている間
に、ＱｏＳを修正できず、また、従来のＱｏＳ用システ
ムは、等しい帯域幅を割り当てることを前提としている
ため、サービス品質に応じた資源を構成できない。
【００１６】本発明の目的は、ネットワークシステムに
おける上記した問題点を解決することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施態様によ
れば、サービスの品質（ＱｏＳ）を滑らかに調節するソ
フトＱｏＳに基づいて、再交渉及び帯域幅の再割当を行
う通信ネットワークシステムが得られる。この場合、ソ
フトＱｏＳは、ソフトネスプロファイルによって規定さ
れ、更に、当該ソフトネスプロファイルは、品質の度合
をしめす満足度指数と、アプリケーションによって要求
された帯域幅と実際に割当てられた帯域幅との比をあら
わす帯域幅比によって、規定される。
【００１８】本発明の他の実施態様によれば、複数のク
ライエント、複数のサーバ、及び、ネットワークとを備
え、前記各クライエントは、アプリケーション、及び、
ネットワークインタフェースカードを有し、他方、前記
各サーバは、ターミナルＱｏＳコントローラ、データソ
ース、及び、サーバネットワークインタフェースカード
を有し、更に、前記ネットワークは、前記クライエント
及び前記サーバに対して、ソフトＱｏＳによるサポート
を行う通信ネットワークシステムが得られる。
【００１９】本発明の更に他の実施態様によれば、ソフ
トＱｏＳコントローラによりＱｏＳの再交渉を処理する
方法において、 ａ）帯域幅増加及び減少要求のいずれか一方を帯域幅要
求として受けるステップと、 ｂ）前記帯域幅要求に関連したソフトネスプロファイル
を受けるステップと、ｃ）前記帯域幅減少要求を許可す
るステップと、 ｄ）利用できるだけの容量が存在する場合だけ、前記帯
域幅増加要求を許可するステップとを有する再交渉処理
方法が得られる。
【００２０】本発明の他の実施態様によれば、複数のド
ナーコネクションと、レシピエントコネクションとを備
えたネットワークにおける帯域幅再割当方法において、
前記レシピエントコネクションと各ドナーコネクション
とはそれぞれ満足度プロファイルにより関連付けられて
おり、前記各満足度プロファイルは、所定の最低満足度
指数を最大化するとともに、前記各満足度プロファイル
は、再割当後、予め定められた許容範囲内にする帯域幅
再割当方法が得られる。
【００２１】更に、本発明の他の実施態様によれば、複
数のドナーコネクションと、レシピエントコネクション
とを備え、前記レシピエントコネクションと各ドナーコ
ネクションとはそれぞれ満足度プロファイルにより関連
付けられたネットワークの帯域幅再割当方法において、 ａ）より高い満足度指数を有する前記ドナーコネクショ
ンを識別するステップと、 ｂ）予め選択された値より高い割当帯域幅を有するドナ
ーコネクションのサブセットを識別するステップと、 ｃ）ソフトネスプロファイルを使用して、前記ドナーコ
ネクションのサブセットによって開放されるべき帯域幅
量を計算し、前記サブステップＧだけ予め選択された満
足度指数を減少させるステップと、 ｄ）前記レシピエントコネクションの満足度指数が予め
定められた許容範囲に入るか、或いは、前記サブセット
内のドナーコネクションの少なくとも一つにおける満足
度指数が所定の最低満足度に達するまで、前記ステップ
ａ）−ｃ）を繰り返すステップと、 ｅ）前記サブセット内のドナーコネクションの少なくと
も一つにおける満足度指数が所定の最低満足度に達した
場合、前記ネットワークに対して、帯域幅を要求するス
テップとを有することを特徴とする再割当方法が得られ
る。
【００２２】本発明の実施態様によれば、ネットワーク
システムにおける受付制御方法において、 ａ）基準コネクションプロファイルを開示するステップ
と、 ｂ）前記基準コネクションプロファイルをソフトＵＰＣ
パラメータに変換するステップと、 ｃ）前記ソフトＵＰＣパラメータを用いて、２ステート
モデルを構成するステップと、 ｄ）前記ネットワークシステムにおける帯域幅の平均値
及び分散値を調整するステップとを有する受付制御方法
が得られる。
【００２３】また、本発明の更なる実施態様によれば、
マルチメディアシステムに対して、ソフトＱｏＳによる
サポートを与えるコンピュータプログラム記憶媒体にお
いて、前記ソフトＱｏＳに関するコードを格納するとと
もに、新たなコネクションの受付を制御する受付制御コ
ードをも格納しており、前記新たなコネクションが前記
ソフトＱｏＳによるサービスを要求した場合、前記ソフ
トＱｏＳコードにより、前記新たなコネクションの受付
及び拒絶する処理手順を格納した記憶媒体が得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の原理：本発明は、固定的
でハードなＱｏＳに対して、滑らかなソフトＱｏＳによ
って特徴づけられ、このソフトＱｏＳでは、ソフトネス
プロファイル、即ち、滑らかな特性曲線に関するパラメ
ータが、パラメータの一つとして使用されている。換言
すれば、本発明に係るソフトＱｏＳは、許容できる性能
範囲内で、アプリケーションが動作できるだけのリソー
ス、即ち、資源（主に、帯域幅）を確保する能力をあら
わしている。
【００２５】本発明の理解を容易にするために、ソフト
ネスプロファイルの定義について説明する。本発明にお
けるソフトネスプロファイルは、満足度指数（Satisfac
tionIndex）及び帯域幅比とによって規定される。この
内、満足度指数は、ユーザにおいて知覚された品質の度
合を示しており、帯域幅比は、アプリケーションによっ
て要求された帯域幅に対して、実際に割り当てられたネ
ットワーク帯域幅の割合を示している。ソフトネスプロ
ファイルは、アプリケーションの満足度指数、及び、当
該アプリケーションによって要求され、更に、割り当て
られたネットワークの帯域幅に関連した関数である。
【００２６】ここで、ソフトネスプロファイルを得るた
めには、いくつかの手法が考えられる。ビットレートと
品質との間の非線形関係を示すマルチメディアアプリケ
ーションでは、当該非線形関係がソフトネスプロファイ
ルを特徴づける手法の一つとして使用できる。この非線
形関係及び応答は、知覚的評価テストによって経験的に
行われる。
【００２７】ビデオアプリケーションの場合、種々のデ
ィジタルビデオサービス、例えば、HDTV（High Defini
tion Television）、DBS（Direct Broadcasting ser
vices）における品質について、研究が行われている。
そのような研究の一つとして、J.G.Lourens, H.H.Mall
eson, C.C.Theronによる”Optimisation of bit-rat
es,for digitally compressed television services,
as a function of acceptable picture quality and
picture complexity” （IEE Colloquium onDigitall
y Compressed TN by Satellite,１９９５）の論文
（以下、文献１と呼ぶ）で、開示されたテレビジョンサ
ービス用MPEG−２の技術がある。
【００２８】この論文では、主観的な画質を種々のビッ
ト圧縮レートに関連づけて評価した広範囲に亙るグラフ
が示されている。また、この研究においては、ビデオの
対象物の移動及び複雑性も考慮されている。上記した手
法を使って得られた相関関係から、種々のアプリケーシ
ョンで使用されるビデオ用ソフトネスプロファイルを抽
出することができる。
【００２９】本発明の好ましい実施形態では、ソフトネ
スプロファイルが部分的には線形のＳ字型関数によって
近似されており、この場合、Ｓ字型関数は、３つの線形
セグメントによって構成されている。
【００３０】図１には、上記した関数が、満足度指数対
帯域幅比のグラフの形で示されており、ここでは、満足
度指数が０から５まで変化し、他方、帯域幅比が０−１
との間で変えられている。この図において、上記したＳ
字型関数は、Ｃ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ａ−１の３つの線形セグ
メントによって構成されている。各線形セグメントの傾
斜は、要求された帯域幅の一部だけがネットワークによ
って割り当てられたとき、ビデオの画質が低下する、即
ち、満足度指数が減少する割合をあらわしている。この
ことは、傾斜が急になればなるほど、対応するプロファ
イルは、柔軟性を欠いたものになる。
【００３１】好ましい実施形態における満足度指数は、
２から５までの領域がそれぞれサブステップＧで区分さ
れている。この例では、２つの動作領域に大きく分けら
れており、このうち、３から５までの領域は、許容満足
度領域であり、他方、３より小さい領域は、低満足度領
域である。
【００３２】更に、帯域幅比は、前述したように、０か
ら１まで段階的に分けられている。図３のＢで示された
点は、許容領域と低満足度領域とを区分しているから、
臨界帯域幅比と呼ぶ。
【００３３】本発明に係るソフトネスプロファイル関数
Ｓ（ｒ）（ここで、ｒは帯域幅比）は、３つの数値Ａ、
Ｂ、Ｃによって決定することができる。この場合、１
＞ Ａ ＞Ｂ ＞ Ｃ ＞ ０である。また、Ｓ（１）
＝ ５（秀）、Ｓ（Ａ）＝ ４（優）、Ｓ（Ｂ）＝ ３
（良）、Ｓ（Ｃ）＝２（可）、Ｓ（０）＝ ０である。
【００３４】０と１との間にある帯域幅比ｒに対して、
対応する満足度関数Ｓ（ｒ）は以下の（１）及び（２）
式であらわされる。
【００３５】
【数１１】
【００３６】
【数１２】 また、ソフトネスプロファイルは、式（３）及び（４）
のように、所望の満足度指数ｓを得るのに必要な帯域幅
（帯域幅比ｒ）の計算に使用される。
【００３７】
【数１３】
【００３８】
【数１４】 本発明は、異なるビデオアプリケーションに対するソフ
トネスプロファイルを定量的にあらわすことによって実
現できる。好ましい実施形態では、上記文献１で述べら
れた手法を使って、ソフトネスプロファイルを得ること
ができる。また、上記文献１において、ＭＰＥＧ−２の
テレビジョンアプリケーションに対して得られる経験的
な結果を使用した統計モデルでは、Ａ＝１．０６７−
Ｂ，Ｃ＝０．６６７−Ｂであった。
【００３９】図２は、臨界帯域幅比Ｂのアプリケーショ
ン依存性範囲を示している。具体的には、テレコンファ
レンス等のように、動きが緩慢な場合、Ｂの値は、０．
２−０．３２、動きを伴うビデオ−オン−デマンドの場
合、Ｂの値は、０．２８−０．３６、及び、双方向で動
きを伴うビデオを伝送するビデオ−オン−デマンドの場
合、Ｂの値は、０．３２−０．４８である。
【００４０】マルチメディアアプリケーション用ソフト
ＱｏＳコントローラ：図３を参照して、本発明に係るア
プリケーションのＱｏＳ要求を説明する。まず、アプリ
ケーション５００によって追加的な帯域幅が要求される
と、図３の矢印５０５で示すように、アプリケーション
レベルのＱｏＳ要求が送出される。この要求のフォーマ
ットは、当該アプリケーションに応じて変化する。この
要求が、ＱｏＳ制御を行うネットワークインタフェース
カード５１０によって受信される。このカード５１０
は、アプリケーションレベルのＱｏＳ要求を解釈して、
これをネットワークのＱｏＳに変換し、リンク５１５に
送出する。ここで、本発明の重要な形態では、リンク５
１５の状態は継続的に維持されており、セットアップ時
に一度だけ、維持されるわけではない。ネットワーク５
２０は、５２５に利用可能なネットワークＱｏＳを送出
することによって応答し、続いて、５３５を介してアプ
リケーションに与えられる。
【００４１】図４には、本発明に係るソフトＱｏＳサポ
ートを有するマルチメディアシステム用システムモデル
の一例が示されている。ここでは、一例として、ビデオ
配信アプリケーションを考慮する。このアプリケーショ
ン６６０では、広帯域主要ネットワーク６１０上に、遠
隔地にあるサーバに対してビデオ作品を要求する要求
が、クライエントターミナルから出されるものとする。
コネクションを確立する際、アプリケーション６６０は
サーバ及びネットワークに応じた所望のＱｏＳを要求す
る。ビデオを例にとると、サーバによって要求される品
質は、フレームレートと、フレーム内の詳細事項（これ
は、空間的な分解能及び周波数分解能の組み合わせによ
って与えられる）とであらわされる。ネットワークから
要求される品質は、満足度指数及びソフトネスプロファ
イルとして特徴づけられるソフトＱｏＳである。コネク
ションが進行している間においても、このアプリケーシ
ョンは、ＱｏＳに関する要求を再交渉することができ
る。
【００４２】サーバ側では、ターミナルＱｏＳ制御装置
（コントローラ）６５０が所望の目的品質を維持するた
めに必要なビットレートを計算し、再交渉する。再交渉
要求は、ネットワーク上のソフトＱｏＳコントローラ６
２５及び６３５に送られる。この場合、再交渉要求は、
アクセス及びデアクセスソフトウェア部分６３０及び６
２０を使用したアクセスネットワークを介して、ネット
ワークスイッチに送出される。
【００４３】再交渉要求が処理されている間、及び、輻
輳が生じている間、可変ビットレート（ＶＢＲ）ソース
６４０は、発生したトラフィックが割り当てられた帯域
幅に合致していることを保証するために、ビットレート
及び品質を測定するレート制御動作を行う。
【００４４】図５−７を参照すると、本発明の好ましい
実施形態に係るダイナミックＱｏＳサポートに使用され
る種々のネットワークが概念的に示されている。
【００４５】図５は、ＡＴＭシグナリングを使用したネ
ットワーク上におけるアプリケーションのＱｏＳ再交渉
を説明するための図である。図５において、クライエン
ト７１０は、ＡＴＭスイッチ７３０及び７４０を通るＡ
ＴＭネットワークを介して、サーバ７２０に接続されて
いる。これらＡＴＭスイッチ７３０及び７４０は、それ
ぞれソフトＱｏＳコントローラ７３５及び７４５に接続
されている。この例では、サーバ７２０からネットワー
クに対して、セットアップ指示７２２及び修正要求７２
１が出されている。新たに設定されたコネクション７２
４及び修正利用率７２３がサーバによって受信される。
【００４６】図６は、ＡＴＭの代わりに、ＩＰを使用し
た場合における実施形態を示し、ここでは、ＲＳＶＰ
（Resource Reservation Protocol）を用いてコネク
ションを行う場合を示している。尚、ＲＳＶＰは、イン
ターネット上におけるデータ送受信の際に、リソースを
確保し、ネットワーク上のＱｏＳを保証するためのプロ
トコルである。この例では、ソフトＱｏＳコントローラ
８１５及び８２５がＩＰルータ８１０及び８２０に接続
されている。
【００４７】図７は、比較的新しいＩＰｏＡＴＭ（ＩＰ
ｏｖｅｒＡＴＭ）スイッチング技術にしたがって構成さ
れたソフトＱｏＳコントローラを使用する実施形態を示
している。この例において、ＱｏＳコントローラ９１０
及び９４０は、ＡＴＭスイッチ７３０及び７４０に接続
されるとともに、ＩＰルータ９２０及び９３０にも接続
されている。
【００４８】図５−７に示されたＱｏＳコントローラを
本発明に係るソフトＱｏＳコントローラによって構成す
ることによって、いずれも、本発明によるソフトＱｏＳ
制御が可能である。
【００４９】ソフトＱｏＳコントローラの構成：図８を
参照して、ネットワークノードにおいて使用される本発
明に係るソフトＱｏＳコントローラの構成を説明する。
図示されたソフトＱｏＳコントローラは、帯域幅割当を
適応的に制御することができ、満足度推定器１０１０、
ソフトＱｏＳコントロールモジュール１０２０、及び、
ソフトＣＡＣモジュール１０３０によって構成されてい
る。図示されたソフトＣＡＣモジュール１０３０は、後
述するコネクション受付制御アルゴリズムにしたがって
動作し、また、ソフトＱｏＳコントロールモジュール１
０２０は、ソフトＱｏＳ制御アルゴリズムにしたがっ
て、満足度推定器１０１０と協働する。
【００５０】まず、ソフトＣＡＣモジュール１０３０に
よって実行されるコネクション受付は、使用可能な容
量、基準プロファイル、及び、予測されたサービスグレ
ード（ＧｏＳ）に基いて行われ、目標のＧｏＳ（ＧｏＳ
*）を維持できるのであれば、新たなコネクションが受
け付けられる。
【００５１】受け付けられたコネクションは、通話中、
帯域幅及びソフトネスについて再交渉することができ
る。再交渉の際、ソフトＣＡＣモジュール１０３０は、
要求された帯域幅が申請された基準プロファイルの境界
の範囲内にあるかどうかをチェックし、基準プロファイ
ル外の帯域幅を要求している場合には、帯域幅外のコネ
クションであることを満足度推定器１０１０に通知す
る。ソフトＱｏＳコントローラモジュール１０２０は、
満足度推定器１０１０によって与えられた満足度に基い
て再交渉要求に対して帯域幅を割当てる。ここで、帯域
幅の返還を要求されるコネクションをドナー（提供側）
コネクションと呼び、他方、再割当の恩恵を受ける側の
コネクションをレシピエント（受側）コネクションと呼
ぶものとすると、ネットワークによって開始された再交
渉では、ドナーコネクションから帯域幅が再割当され
る。新しいコネクションを一時的に拒絶するために、満
足度推定器１０１０は、ソフトＣＡＣモジュール１０３
０に要求を出し、動作を安定化することもできる。
【００５２】ソフトＱｏＳコントローラにおけるアルゴ
リズム：図８に示されたソフトＱｏＳコントローラ１０
２０におけるソフトＱｏＳ制御アルゴリズムを、まず、
概略的に説明する。本発明のソフトＱｏＳコントローラ
１０２０は、ソフトＱｏＳ要求を受信し、要求された帯
域幅及び関連したソフトネスプロファイルに基いて、Ｑ
ｏＳの再交渉を処理する。この場合、ソフトネスプロフ
ァイルは、ソフトＱｏＳを特徴づけている。割当帯域幅
を減少させることを要求する再交渉要求は、常に、許可
されるが、割当帯域幅を増加させる再交渉要求は、使用
できる程度の容量がある場合にだけ許可される。
【００５３】帯域幅を増加させるような再交渉要求の場
合、コネクションが張られるスイッチの出力ポートにお
ける使用可能な容量に基いて、割当が予備的に行われ
る。この予備的な割当において、予め定められた低満足
度領域内の満足度指数が与えられた場合、再割当アルゴ
リズムを使用して、許容満足度領域中の現存するコネク
ション帯域幅から、付加的な、或いは追加的な帯域幅が
再要求される。再割当アルゴリズムは、コネクション満
足度プロファイルを使用して、許容満足度領域内で、全
てのドナーコネクションの満足度を維持した状態で、全
コネクションの最低満足度指数を最大にするためのアル
ゴリズムである。
【００５４】この最適化の基準によって、全てのコネク
ションのソフトＱｏＳ要求に対して、合理的に割り当て
を行うことができる。本発明のアルゴリズムは、異なる
ネットワーク負荷に対して許容満足度で動作する確率を
利用しており、このアルゴリズムの性能は、この明細書
の一部に記載された実験結果によってあらわされる。現
在継続中のコネクションの満足度を低下させ、且つ、最
低限の割当を要求する再交渉要求が比較的多く出される
のを防止すると言う受付方針を採用した場合、上記した
許容満足度で動作する確率は上昇する。
【００５５】以下、ソフトＱｏＳコントローラの実際の
アルゴリズムについて、図９を参照して、より具体的に
説明する。
【００５６】図９において、クライエントからのＱｏＳ
制御が開始されると（ステップ２０１０）、ステップ２
０５０で、要求された帯域幅が、コネクションのために
現在割り当てられている帯域幅より狭いかどうかがチェ
ックされる（再交渉帯域幅の方が小さいかどうか）。再
交渉帯域幅が狭い場合、当該要求は、許可される（ステ
ップ２０４３）。
【００５７】一方、コネクションが帯域幅を広げること
を要求している場合（再交渉の方が広帯域幅）、ステッ
プ２０３０において、当該再交渉の要求は、受け付け可
能かどうかのテストを受ける。このテストでは、アクテ
ィブなコネクションの割当られた容量及びソフトネスプ
ロファイルを使用して、要求が一旦受け入れられた場合
に、少なくとも最低限の満足度が全てのアクティブなコ
ネクションについて達成されるかどうかが、試行錯誤的
に評価される。この要求が受付を行うステップ２０６０
において拒絶されると、コネクションは、以前に割当て
られた容量で、動作を継続する。
【００５８】ステップ２０３０において、一旦、要求が
受け付けられると、使用可能な容量に基いて、ステップ
２０３１において、予備的な割当が行われる。この予備
的な割当は、少なくともコネクションに対して現在割当
てられている帯域幅と同じである。ステップ２０３２で
は、予備的割当によって得られる満足度指数は、最低満
足度レベル以上であるか否かが、判定される。最低満足
度以上であれば、ステップ２０４１において、予備的割
当において、コネクションが最大満足度を達成している
かどうかがチェックされる。このコネクションにおい
て、最大満足度が達成されていれば、ステップ２０４３
において、要求が無条件に受け入れられる。そうでなけ
れば、ステップ２０４２において、要求は、部分的に、
即ち、条件付きで受け付けられる。予備的割当の結果、
最低満足度以下の満足度指数になると、ステップ２０４
０において、再割当アルゴリズムが使用され、コネクシ
ョン満足度プロファイルを使って、最低満足度以上のコ
ネクションに対して帯域幅の再割当を要求する。
【００５９】コネクションＶが最低満足度レベルを得る
ために、利用できるより広い帯域幅を要求している場
合、帯域幅再割当アルゴリズムが動作を開始する。
【００６０】図１０に示された帯域幅再割当アルゴリズ
ムは、全てのコネクションの満足度レベルをできるだけ
高く維持する。即ち、このアルゴリズムは、全コネクシ
ョンの最低満足度指数をネットワークにおける選択的な
閾値、即ち、最低満足度より大きくするように動作させ
るアルゴリズムである。
【００６１】次に、基本となる帯域幅再割当アルゴリズ
ムに関する動作を説明する。与えられた時点において、
コネクションは通常、互いに異なる満足度指数を有して
いるから、再割当アルゴリズムでは、最大の満足度指数
及び最大の割当帯域幅を有するコネクションを識別す
る。最大の満足度指数を有するコネクションを再割当の
最初の候補（即ち、ドナーコネクション）として選択し
た場合、全アクティブコネクションの満足度指数の内、
最低の満足度指数をできるだけ高く、維持することがで
きる。
【００６２】更に、最大の割当帯域幅を有するコネクシ
ョンだけを再割当用の最初の候補として選択することに
よって、ドナーコネクションのリストから除去すると、
ネットワークでは、再割当の数（シグナリング負荷）を
制御することができる。この選択は、除去用閾値（ｐ）
によって決定される。除去用閾値と現在割当てられてい
る帯域幅との乗算結果が，レシピエントの帯域幅より大
きい場合、コネクションは、ドナーリストに含まれるこ
とになる。除去用閾値が小さくなるにしたがって、ドナ
ーリストに含まれるコネクションの数は少なくなる（例
えば、ｐ＝０であれば、リスト中に含まれるコネクショ
ンの数はゼロになる）。この逆もまた成立する。
【００６３】前述したソフトネスプロファイルの式を使
って、再割当アルゴリズムは、ドナーコネクションから
Ｖに再割当できる帯域幅量を計算する。これらの計算に
おいて、ドナーコネクションの満足度指数を単位サブス
テップＧだけ、残りの帯域幅を減少させ、この量の帯域
幅を開放する。
【００６４】ステップ２１１０において、ターゲットコ
ネクションに対して、再割当が要求されている。ステッ
プ２１２０では、ドナーコネクションが初期的に選択さ
れる。次に、ソフトＱｏＳコネクションがステップ２１
３０において選択される。選択されたコネクションの帯
域が所定のカットオフ帯域以上の場合、コネクションは
ステップ２１４１において、ドナーコネクションのリス
トに加えられる。この動作は、全てのＱｏＳコネクショ
ンが終了するまで繰り返される。
【００６５】ステップ２１５０では、帯域幅がドナーリ
ストから付加され、ステップ２１６０において、アルゴ
リズムによってターゲットコネクションの満足度指数が
最低満足度指数以上かどうかが、決定される。最低満足
度指数以上の場合、ステップ２１８０において、再割当
がドナーコネクションに通知される。そうでなければ、
他の全てのコネクションが最低満足度以上かどうかを知
るために、ステップ２１７０で第２の決定が行われる。
ステップ２１７０において、他の全てのコネクションが
最低満足度以上であれば、アルゴリズムは、ステップ２
１２０に戻り、同様な処理が繰り替えされ、そうでなけ
れば、ステップ２１９０に移行し、ネットワークに対し
て、追加帯域が要求される。
【００６６】基本的な帯域幅再割当の結果として、ドナ
ーコネクションの満足度指数は、Ｇだけ減少し、他方、
レシピエント側のコネクション（Ｖ）の満足度指数は増
加する。レシピエントコネクションの満足度指数が許容
領域になると、再割当アルゴリズムによる動作は停止す
る。
【００６７】許容領域にならない場合、Ｖの満足度指数
が許容領域に入るか、或いは、他のアクティブコネクシ
ョンの満足度指数が最低満足度指数、即ち、許容満足度
領域と低満足度領域との境界に達するまで、基本再割当
のプロセスが繰り返される。後者の場合、ネットワーク
レイヤ上で、更なる帯域幅の要求がシステムから出され
ることになる。
【００６８】基本帯域幅再割当の動作結果が図１１
（ａ）−（ｄ）に示されている。図１１では、ＡからＪ
によってあらわされた１０のアクティブコネクションが
あり、このコネクションＡ−Ｊが、それぞれソフトネス
プロファイル上に点で表示されている。図かも明らかな
ように、コネクションＡの満足度のレベルは、最大の５
であり、コネクションＩとＪの満足度レベルは、最低満
足度レベル３以上の３．５である。他方、対象となるコ
ネクションＶの満足度レベルは、最低満足度レベル
（３）以下である。本発明に係るアルゴリズムでは、コ
ネクションＶに対して、帯域幅を順次再割当し、当該コ
ネクションの満足度レベルを最低満足度レベル以上にす
る。
【００６９】即ち、図１１（ａ）に示されたステップ０
では、コネクションＡがドナーコネクションと判断さ
れ、その帯域幅の一部がＶに対して再割当される。結果
として、Ａの満足度レベルは、単位サブステップＧ（Ｇ
ｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）、この例では、０．２５だけ、
減少し、他方、Ｖの満足度レベルは増加する。この結果
が図１１（ｂ）のステップ１で示されている。このステ
ップ１において、Ａ及びＣを含むドナーコネクションの
リストが新規に作成される。このドナーリストには、コ
ネクションＢは含まれていないが、これは、コネクショ
ンＢの帯域幅がＶに対して狭すぎると判断されたためで
ある。その結果が図１１（ｃ）のステップ２に示されて
いる。このステップ２において、ドナーコネクションの
新しいリストには、Ａ、Ｃ、及びＤが含まれている。Ｅ
は、前述したステップのＢについて説明した理由と同じ
理由により、リストには含まれていない。再割当の最終
的な結果が図１１（ｄ）のステップ３に示されており、
このステップ３では、Ｖの満足度指数が最低満足度指数
以上になっている。アルゴリズムにより、Ａ、Ｃ、Ｄ、
及びＶの帯域幅が調節され、これらのコネクションに対
して、新しい割当が通知される。
【００７０】受付制御アルゴリズム：次に、図８に示さ
れたソフトＣＡＣモジュール１０３０で実行されるソフ
ト受付制御アルゴリズムについて説明する。
【００７１】Ｒ（ｔ）は、コネクションの集合的な長時
間容量であるものとすると、ソフトＣＡＣアルゴリズム
の目的は、次式であらわされる低満足度レートＬＳＲ
（LowSatisfaction Rate）を保証することである。 ＬＳＲ ＝Ｐｒ［Ｒ（ｔ）＞Ｃ］＜ δN ＝ ＬＳＲ
max， ここで、δNは、最大低満足度レートであり、ＬＳＲmax
は、ユーザネットワーク間の契約に基づくものであり、
更に、Ｃは使用可能リンク帯域幅である。
【００７２】図８からも明らかなように、ソフトＣＡＣ
モジュール１０３０には、上記基準プロファイル１００
２、ＧｏＳ＊１００４、リンク帯域幅Ｃ、及び、再交渉
要求１００１があたえられている。
【００７３】図１２で示されたソフトＣＡＣアルゴリズ
ムしたがって、以下のような動作が行なわれる。まず、
ネットワークからソフトＱｏＳの保証を受けるために、
ユーザは、コネクションを開始する場合、当該ユーザの
基準プロファイルを特徴付けることが要求される。この
ため、ステップ１において、コネクションは、次のパラ
メータを使用して、基準プロファイルを申請する。基準
プロファイルは、次のパラメータによりあらわされる。
【００７４】｛ＲB，Δmax，ＳH -1（ｓａｔmin）｝ ここで、ＲBは、ベースラインレート、ΔmaxはＲBから
の最大予測変位、ＳH -1（ｓａｔmin）は通信中に使用さ
れる最も厳しいプロファイル（帯域幅比）であり、ｓａ
ｔminは、最低満足度をあらわしている。基準プロファ
イルのパラメータは、過去の利用パラメータ及び／又は
ハードウェアの制限に基づいて、試行錯誤的に予測され
る。
【００７５】基準プロファイルは、ステップ２におい
て、次式（５）に基いて、ソフトＵＰＣパラメータ、即
ち、ＵＰＣ＝（λS P，λS S，ＢS S）に変換される。
【００７６】
【数１５】 上式（５）において、Ｔonはソースビットレートを形成
する「オンーオフ」過程中におけるオン期間をあらわし
ている。
【００７７】ステップ３では、ソフトＱｏＳパラメータ
を使用して、当該システムを２ステートモデルに変換す
る。このモデルは、ハイ及びロウレート（即ち、λH 及
びλL）で動作し、オンステート及びオフステートは、
それぞれＰon及び（１−Ｐon）の確率で生成される。
【００７８】ここで、上記したλH 、λL、及びＰｏｎ
は次式（６）によってあらわされる。
【００７９】
【数１６】 上式において、ＴNは、基準時間間隔であり、ＴN＝Ｂ／
２Ｃであらわされる。尚、Ｃ及びＢは、ＶＢＲ+コネク
ションのリンク帯域幅及びバッファスペースである。
【００８０】次のステップ４では、次式（７）を使用し
て、増分（Ｍi，Ｓi 2）を計算する。
【００８１】
【数１７】 ここで、ｉはコネクションをあらわし、ＲB（ｉ）はコ
ネクションｉのベースラインレート、ＳH -1（ｉ）（ｓ
ａｔmin）は、最低満足度ｓａｔminに対応する帯域幅
比、λH S、及び、λL Sはそれぞれハイレート及びロウ
レート、Δmax はＲS（ｉ）からの最大予測変位、及
び、ＰonはλH Sの発生確率である。
【００８２】要求が、ステップ５でテストされる発信呼
の場合、ステップ６で呼の帯域幅を開放し、ステップ７
で、式（８）にしたがって、それぞれ和からパラメータ
（Ｍi，Ｓi 2）を減算する。
【００８３】
【数１８】 その後、ステップ８において、開放に関する情報が、発
呼者に送り出される。
【００８４】発信呼ではなく、要求が着信呼の場合、ス
テップ９において、平均及び分散が、次式（９）のよう
に、それぞれ和に加算される。
【００８５】
【数１９】 決定関数Ｌはステップ１０で次式（１０）によって計算
される。
【００８６】
【数２０】 ＭR new及びＳR 2newは、新たな平均及び分散、ＭR old及
びＳR 2oldはそれぞれ旧平均及び分散、φはガウス分布
関数、δNは最大低満足度、Ｃはリンク帯域幅である。
【００８７】関数Ｌは、ＣＡＣアルゴリズムにおけるキ
ーとなる決定ステップ１１で使用される。即ち、Ｌ＝０
のとき、呼は受け付けられ、そうでなければ、呼は受け
付けられない。呼が受け付けられると、ステップ１２に
おいて帯域幅が予約され、ステップ８を介して、ソース
に対して、受付結果が通知される。
【００８８】呼が受け付けられない場合、ステップ７に
おいて、パラメータ（ＭR，ＳR 2）が再調整され、受け
付けられなかった要求のソースが、ステップ８で通知さ
れる。
【００８９】ネットワークでは、呼受付制御用の基準プ
ロファイルが使用される。受け付けられたユーザは、帯
域幅要求及びソフトネスプロファイルを再交渉すること
ができる。ネットワークは、ソフトＱｏＳに対応でき、
再交渉要求に対して、基準プロファイル内で、ソフトＱ
ｏＳを与える。要求を最小限満足させるための等価的な
帯域幅が基準プロファイル内の境界内であれば、要求は
基準プロファイル内であるとみなされる。
【００９０】ソフトＱｏＳに対処できることは、ソフト
プロファイル上で上記した最低満足度を得るために、帯
域幅を割当てることができることを意味している。ま
た、ＬＳＲ＜ＬＳＲmax及び停止期間における確率Ｐｂ
＜Ｐｂｍａｘのような階層的なサービスパラメータによ
る制約の影響を受けても、上記した帯域幅の割当が可能
であることを意味している。
【００９１】実験結果：提案されたソフトＱｏＳコント
ローラの性能が、ネットワーク負荷が変化するＶＢＲ+
双方向ビデオトラフィックについて、評価される。ま
ず、実験に使用された手法及び性能指数がシュミレーシ
ョンによって決められる。
【００９２】手法 完全に双方向マルチメディアアプリケーションに対応す
る実際のビデオトラフィックモデルが開発された。商業
的に利用できるビデオ作品を使用して、ＭＰＥＧ−２に
よって圧縮されたディジタルビデオが作成された。４本
の良く知られた２０分の映画が使用された。各映画は、
量子化レベルを４から１２まで、量子化ステップ２で変
化させることによって、５つの量子化レベルでコード化
された。得られたＭＰＥＧ−２のビート列から、フレー
ム単位でカウント値が抽出、分析された。コネクション
の確立時、各ＶＢＲ+ ソースは、４つの映画の一つをラ
ンダムに選択するものとする。通信中、双方向マルチメ
ディアオンデマンド（ＭｏＤ）クライエントをサポート
するビデオサーバのトラフィック特性を反映して、原フ
レームのビットカウント値は、ダイナミックに変化す
る。このモデルでは、早送り、巻戻し、異なるビットレ
ートでのプレイ、背景及び前景等のモードから、ランダ
ムにモードが選択された。選択されたモードに対する平
均ホールド時間について、双方向モード間の保留時間を
モデル化するために、指数分布が使用された。
【００９３】多重双方向モードを備えたマルチメディア
システムの一例として、D．Reininger，M．Ott，G．Mic
helitsch，G．Wellingによって、”Scalable QoS Con
trolfor VBR Video Servers”（Proc．First IEEE
Conference on Multimedia Signal Processing，
Princeton University，Princeton，NJ，June１９９
７）と題する論文等に記述されたシステムがある。この
システムにおいて、ビデオディスプレイウィンドウは、
ユーザインタフェース上の風景の前景又は背景に対して
移動させることができる。
【００９４】ビデオウィンドウが前景にある場合、背景
にある場合よりも、ソフトなプロファイルが選択され
る。更に、背景ビデオは、前景よりも低い空間分解能で
あっても良い。フレームの表示レートを明示的にコント
ロールする装置がビデオウィンドウに取り付けられても
良い。早送り、巻戻し、ジャンプツー最終フレーム、ジ
ャンプツー第１フレームのようなトリックモード動作を
可能にするリモコン装置が設けられても良い。
【００９５】帯域幅割当がソフトＱｏＳコントローラに
よって管理されるＡＴＭスイッチのポートに、数におい
て変化するＶＢＲ+双方向ＭＰＥＧビデオソースからの
ビデオを多重化して送出するために、Ｊａｖａ形式の分
散ソフトウェアシュミレーションが、使用される。各Ｖ
ＢＲ+コネクションは、異なるＪａｖａ処理として、実
行され、そのソフトＱｏＳを同期的に再交渉する。この
場合、コネクションとソフトＱｏＳコントローラとの間
の再交渉メッセージは、ＵＰＣトラフィック記述子であ
らわされた帯域幅要求と、ソフトネスプロファイル指数
とによって構成されている。
【００９６】次のような量、即ち、メトリックスが性能
をあらわすために使用された。
【００９７】１．ＡＴＭスイッチポート利用率（Ｕ）：
ＶＢＲ＋コネクションに割当てられた全体の平均帯域幅
と、ＯＣ−３リンク容量との比である。
【００９８】２．低満足度レート（ＬＳＲ）：平均的な
コネクションがソフトネスプロファイルの低満足度領域
にある時間（３３ｍｓｅｃのビデオフレーム期間中にお
ける）と、コネクションの期間との時間比である。
【００９９】３．低満足度平均時間（ＬＳＭＤ）：平均
的なコネクションがソフトネスプロファイルの低満足度
領域中に連続的にある時間をあらわしている。
【０１００】４．低満足度標準変位：ＬＳＭＤの標準的
な偏移をあらわしている。
【０１０１】５．再割当レート（ＲＲ）：ソフトＱｏＳ
コントローラによって受信され、且つ、再割当を要求す
る再交渉要求の割合を示している。
【０１０２】６．再割当シグナリングオーバヘッド（Ｒ
ＳＯ）：再割当アルゴリズムによって生成される信号
と、再交渉の際に発生される信号数との比をあらわし、
ドナーコネクションに新しい割当を通知するために使用
される。
【０１０３】シュミレーション結果：図１３は、上記し
たメトリックスについて、ソフトＱｏＳコントローラの
性能を示すテーブルである。シュミレーションは、約２
０分間（即ち、約８５，０００フレームにわたって）リ
アルタイムに実行された。双方向ビデオ列の数が２０か
ら３２に変化すると、ポート利用率は、６５％から９５
％まで変化する。また、各ビデオ列は、平均で、約３秒
に一回ＱｏＳの再交渉を要求するものとする。このよう
に、ソフトＱｏＳコントローラは、１秒間に１０個の程
度のソフトＱｏＳ要求を処理する。これらの要求のう
ち、５％以下の要求が、最低満足度（テーブルのＲＲの
列参照）以下になるのを避けるために、帯域幅の再割当
を要求する。
【０１０４】図１４に示されているように、ソフトＱｏ
Ｓコントローラは、非常に高い利用状況においても、高
い確率（０．９５以上）で、品質を許容範囲に維持でき
る。特に、再割当が行われた場合、８０−８５％の利用
状況において、ＬＳＲを大幅に改善できる。また、図１
５は、ポート利用率と低満足度平均時間（ＬＳＭＤ）と
の関係をあらわしており、実線で示された再割当アルゴ
リズムを使用した場合、平均的なコネクションが低満足
度領域にある時間を大きく減少させることができること
がわかる。図１６を参照すると、ポート利用率と、再割
当レート（ＲＲ）との関係が示されており、ポート利用
率が高くなるにしたがって、ＲＲも高くなっている。
【０１０５】一方、各再割当の際、関連するドナーコネ
クションに新たな割当を通知するために、複数のシグナ
リングメッセージが必要になる。図１７は、この目的の
ために付け加えられたシグナリングオーバヘッドが約４
０％であることを示している。シグナリングによる負荷
は、再割当に関連するドナーコネクションの数の関数で
ある。前述したように、ドナーコネクションリストのサ
イズは、除去用閾値ｐによって制御される。しかしなが
ら、潜在的なドナーコネクションの数が少なければ少な
いほど、レシピエントコネクションを許容満足度領域に
うまく持っていく再割当の確率は小さくなる。
【０１０６】シグナリング負荷、満足度指数、及び、除
去用閾値間のトレードオフの関係が研究された。このシ
ミュレーションでは、多重化されたディジタル列の数が
一定（２４）に保たれ、除去用閾値が変化された。この
結果が図１８に示されている。
【０１０７】除去用閾値（ｐ）が増加すると、ドナーコ
ネクショングループに含まれるコネクションの数（コネ
クションによって発生される信号の数）は増加する。こ
こで、帯域幅が、ある帯域において、ランダムに、且
つ、一様に分布するように割当てられるものとし、閾値
ｐとドナーコネクショングループの平均サイズ間の依存
性は、分布関数の線形性のために、線形であるものと、
仮定する。図１７及び１８における数がこの仮定を裏付
けている。即ち、ｐの増加につれて、ＲＳＯによって与
えられる平均シグナリング負荷も、また、飽和点まで、
ほぼ線形に増加している。飽和点は、全てのコネクショ
ンがドナーリストに含まれている場合に対応している。
【０１０８】ｐの増加と共に、シグナリング負荷も増加
するが、このことは、図１９に示すように、ソフトＱｏ
Ｓパラメータを改善することになる。即ち、ＬＳＲが、
ＲＳＯの増加と共に、ＬＳＭＤ及びＬＳＳＤとともに減
少する。この減少は、シグナリング負荷が飽和点に達す
るまで継続し、飽和点に達した後、ソフトＱｏＳパラメ
ータの値は増加し始める。この理由を検討してみると、
飽和点以降になると、再割当に関連するドナーコネクシ
ョンが余りに多くなり、この結果、全体のソフトＱｏＳ
が低下するためである。この分析及びシミュレーション
の結果は、トレードオフの関係を適切に設定することに
よって、シグナリング負荷とコネクションのＱｏＳとを
除去用閾値ｐによって調整できることを示している。
【０１０９】再割当アルゴリズムでは、最低満足度指数
を最大にすることを視覚的に確認するために、全多重化
列の最低満足度指数ｓが計算され、３３ｍｓのフレーム
期間内で測定された１−５のソフトネス満足度指数に対
してプロットされている。
【０１１０】図２０は、高利用率状態（２８列）におけ
る最低満足度指数ｓの変化を、５００フレームのビデオ
に付いて示している。図の破線からも明らかな通り、ソ
フトＱｏＳによって再割当を行った場合、最低満足度
は、最高レベル（５）における時間がより長くなり、且
つ、低満足度領域における時間が短くなると言う利点が
ある。
【０１１１】本発明によるソフトＱｏＳコントローラの
処理要求によって、次のような結果が得られた。スイッ
チポートに、約８０％の利用率で、ＭＰＥＧ−２のビデ
オ列が負荷された場合、１秒間に、約１６０の再交渉要
求が発生することが観測された。
【０１１２】標準的な構成を有するコントローラでは、
再交渉要求を処理するために、５ｍｓｅｃ以下の時間が
かかり、且つ、コントローラをＪａｖａ形式で実現した
場合、２００ｒ．ｐ．ｓ(reallocation per second)
以上の再交渉を処理できるから、本発明に係るソフトＱ
ｏＳコントローラは、標準的なコントローラを用いて実
現できる。ここで、スイッチコントローラの再交渉能力
は、ジャストーインータイム方式のコンパイラ、マルチ
プロセッサコントローラを使用することによって、大幅
に改善されることを考慮すると、ソフトＱｏＳコントロ
ーラは、現在の利用できる外部スイッチコントローラの
能力の範囲内で実現できる。
【０１１３】
【発明の効果】本発明は、ネットワークレベルのＱｏＳ
と、マルチメディアアプリケーションとの間のギャップ
を有効に埋める新規なソフトＱｏＳの概念を導きだして
いる。このソフトＱｏＳの概念を利用することにより、
適応型マルチメディアアプリケーションに対して、柔
軟、且つ、有効に、帯域幅を割当てることが可能であ
る。帯域幅割当は、ＡＴＭネットワークのＶＢＲ＋サー
ビスクラス用ソフトＱｏＳコントローラ内で、実行され
る。
【０１１４】コントローラは、アクティブコネクション
の最小満足度指数を最大にする帯域幅割当を計算するた
めに、コネクションのソフトネスプロファイルを使用す
る。
【０１１５】シュミレーションの結果、現在使用されて
いるＰＣを用いた外部スイッチコントローラの処理能力
があれば、高い利用率の状態（８０−９０％）におい
て、非常に高い確率で、アクティブコネクションの満足
度指数を許容範囲内に維持できることが判った。更に、
複素宇宙における帯域幅の再割当の際に発生する付加的
なシグナリングは、アルゴリズムの除去用閾値により線
形的に制御される。
【０１１６】上記した結果は、ビデオ用のソフトネスプ
ロファイルに基づいて得られた結果であるが、ソフトＱ
ｏＳは、一般的なマルチメディアアプリケーションのよ
うなアプリケーションにも適用できる。シミュレーショ
ンでは、一組のソフトネスプロファイルが利用されてい
る。より正確なソフトネスプロファイルがマルチメディ
アアプリケーションの増加と共に、規定され、また、ユ
ーザの経験に応じて更新することもできる。新規なプロ
ファイルが、容易に付け加えられても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において導入されたソフトＱｏＳプロフ
ァイルを説明するためのグラフである。
【図２】異なるビデオアプリケーションについて、図１
における臨界帯域幅比の例を示すテーブルである。
【図３】本発明に係るシステムの構成を概念的に説明す
るためのブロック図である。
【図４】本発明に係るソフトＱｏＳサポートを有するマ
ルチメディアシステムのモデルを示すブロック図であ
る。
【図５】本発明を適用できるＡＴＭシステムの概略構成
を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用できるＩＰネットワークの概略構
成を示すブロック図である。
【図７】本発明を適用できるＩＰｏＡＴＭネットワーク
の概略構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係るソフトＱｏＳコントローラの構成
を示すブロック図である。
【図９】本発明の好ましい実施形態に係るソフトＱｏＳ
コントローラモジュールで実行される動作を説明するた
めのフローチャートである。
【図１０】本発明の好ましい実施形態で実行される帯域
幅再割当アルゴリズムを説明するためのフローチャート
である。
【図１１】（ａ）−（ｄ）は、帯域幅再割当のステップ
をより具体的に説明するための図である。
【図１２】本発明の好ましい実施形態で使用される受付
制御アルゴリズムを説明するためのフローチャートであ
る。
【図１３】ネットワーク利用率と、再割当レート（Ｒ
Ｒ）を含む各種メトリックスとの関係を示すテーブルで
ある。
【図１４】帯域幅の再割当を行った場合における利用率
と、低満足度レート（ＬＳＲ）との関係を示すグラフで
ある。
【図１５】帯域幅の再割当を行った場合における利用率
と、低満足度平均時間（ＬＳＭＤ）との関係を示すグラ
フである。
【図１６】利用率と、再割当レート（ＲＲ）との関係を
示すグラフである。
【図１７】除去用閾値と再割当シグナリングオーバヘッ
ド（ＲＳＯ）との関係を示すグラフである。
【図１８】除去用閾値と、再割当性能との関係を示すグ
ラフである。
【図１９】再割当シグナリングオーバヘッド（ＲＳＯ）
と、低満足度レート（ＬＳＲ）及び低満足度平均時間
（ＬＳＭＤ）との関係を示すグラフである。
【図２０】再割当を行った場合におけるフレーム数と、
満足度指数との関係を示す図である。
【符号の説明】
５００ アプリケーション ５１０ カード ５２０ ネットワーク １０１０ 満足度推定器 １０２０ ソフトＱｏＳコントロー
ラモジュール １０３０ ソフトＣＡＣモジュール

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 サービスの品質（ＱｏＳ）を滑らかに調
    節するソフトＱｏＳに基づいて、アプリケーションの許
    容性能を達成できるネットワーク資源を与えることを特
    徴とする通信ネットワークシステム。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記ネットワーク資
    源は帯域幅であることを特徴とする通信ネットワークシ
    ステム。
  3. 【請求項３】 請求項1または２において、前記ソフト
    ＱｏＳは、ソフトネスプロファイルによって規定される
    ことを特徴とする通信ネックワークシステム。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、前
    記ソフトネスプロファイルは、品質の度合をしめす満足
    度指数と、アプリケーションによって要求された帯域幅
    と実際に割当てられた帯域幅との比をあらわす帯域幅比
    によって、規定されていることを特徴とする通信ネット
    ワークシステム。
  5. 【請求項５】 アプリケーションを備えたクライエン
    ト、ソフトＱｏＳコントローラ、及び、ネットワークと
    を備え、前記ソフトＱｏＳコントローラは、前記アプリ
    ケーション及びネットワークからのコネクションを受け
    付け、当該コネクションの品質の度合を示す満足度指数
    を最低満足度指数とを考慮して、当該コネクションに対
    する帯域幅を適応的に制御できることを特徴とする通信
    ネットワークシステム。
  6. 【請求項６】 請求項５において、前記コネクション
    は、コネクションの帯域幅に関する基準プロファイルに
    よって特徴付けらており、前記ソフトＱｏＳコントロー
    ラは、コネクションの進行中、前記基準プロファイルと
    異なる帯域幅を要求する再交渉要求を前記ソフトＱｏＳ
    に基づいて処理して、当該再交渉要求に伴う帯域幅を割
    り当てることを特徴とする通信ネットワークシステム。
  7. 【請求項７】 請求項６において、前記基準プロファイ
    ルは、ベースラインレートＲB、当該ベースラインレー
    トからの最大予測偏移Δmax、及び、最低満足度指数に
    対応するプロファイルＳH -1（ｓａｔmin）からなる基準
    プロファイルパラメータによって規定されていることを
    特徴とする通信ネットワークシステム。
  8. 【請求項８】 請求項５乃至７において、前記ソフトＱ
    ｏＳコントローラは、前記基準プロファイル及び再交渉
    要求を受け、当該再交渉要求を受け付けるか否かを制御
    するソフトＣＡＣモジュールと、前記再交渉要求が受け
    付けられた場合、当該再交渉要求の満足度指数を算出す
    る満足度推定器と、前記再交渉要求の際、前記算出され
    た満足度指数及び最低満足度指数とから、前記帯域幅を
    割り当てるソフトＱｏＳコントロールモジュールとを有
    していることを特徴とする通信ネットワークシステム。
  9. 【請求項９】 請求項８において、前記ソフトＱｏＳコ
    ントロールモジュールは、前記帯域幅を割り当てる際、
    割当帯域幅と要求された帯域幅との間の帯域幅比と、前
    記コネクションの前記満足度指数との関係をあらわすソ
    フトネスプロファイルを使用して、前記再交渉要求の際
    における帯域幅を割り当てることを特徴とする通信ネッ
    トワークシステム。
  10. 【請求項１０】 請求項９において、前記満足度指数
    は、２−５までの領域に区分されており、各領域は、更
    に、複数のサブステップに分けられていることを特徴と
    する通信ネットワークシステム。
  11. 【請求項１１】 請求項１０において、帯域幅比がｒで
    あらわされている場合、前記ソフトネスプロファイル
    は、次の数１及び２にしたがって計算されることを特徴
    とする通信ネットワークシステム。 【数１】 【数２】 上式において、Ａ、Ｂ、及びＣは、クライエントアプリ
    ケーションの帯域幅及び性能を特徴付ける数であり、 １＞ Ａ ＞ Ｂ ＞Ｃ ＞ ０の関係があり、且つ、
    Ｓ（ｒ）は、満足度指数及び帯域幅比のソフトネスプロ
    ファイルをあらわしている。
  12. 【請求項１２】 請求項１１において、前記ソフトネス
    プロファイルを用いて、前記コネクションの帯域幅及び
    満足度指数とを他のコネクションとの帯域幅及び満足度
    指数と関連して、調整し、当該コネクションの満足度指
    数が最低満足度指数を超えるような帯域幅を割り当てる
    ことを特徴とする通信ネットワークシステム。
  13. 【請求項１３】 請求項１１において、前記ソフトネス
    プロファイルを用いて、コネクション全体が最低満足度
    指数を超えるとともに、コネクション全体の満足度指数
    が最大になるように、コネクション全体の帯域幅を調整
    することを特徴とする通信ネットワークシステム。
  14. 【請求項１４】 請求項１０において、前記ソフトネス
    プロファイルｓが与えられている場合、前記帯域幅比ｒ
    は、次の数３及び数４にしたがって計算されることを特
    徴とする通信ネットワークシステム。 【数３】 【数４】 上式において、Ａ、Ｂ、及びＣは、クライエントアプリ
    ケーションの帯域幅及び性能を特徴付ける数であり、 １＞ Ａ ＞ Ｂ ＞Ｃ ＞ ０の関係があり、且つ、
    ｒ（ｓ）は、帯域幅比をあらわしている。
  15. 【請求項１５】 請求項１４において、前記帯域幅葉比
    を用いて、コネクション全体が最低満足度指数を超える
    とともに、コネクション全体の満足度指数が最大になる
    ように、コネクション全体の帯域幅を調整することを特
    徴とする通信ネットワークシステム。
  16. 【請求項１６】 コネクションを受け付け、当該コネク
    ションに対する帯域幅を割り当てることができるソフト
    ＱｏＳコントローラにおいて使用され、当該コネクショ
    ンに伴うＱｏＳの再交渉を処理する方法において、 ａ）帯域幅増加及び減少要求のいずれか一方を帯域幅要
    求として受けるステップと、 ｂ）前記帯域幅要求に関連したソフトネスプロファイル
    を受けるステップと、 ｃ）前記帯域幅減少要求を許可するステップと、 ｄ）利用できるだけの容量が存在する場合だけ、前記帯
    域幅増加要求を許可するステップとを有することを特徴
    とする再交渉処理方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１６のステップｄ）は、 ｄ１）前記帯域幅増加要求を受け付ける場合、予備的に
    帯域幅を割当てを行うステップと、 ｄ２）前記予備的に帯域幅を割当てた場合における満足
    度指数を計算するステップと、 ｄ３）前記計算された満足度指数が予め定められた最低
    満足度指数より低い場合、再割当アルゴリズムを使っ
    て、付加的な帯域幅を再要求するステップとを有してい
    ることを特徴とする再交渉処理方法。
  18. 【請求項１８】 帯域幅の再割当の際に使用されるネッ
    トワークにおける帯域幅再割当方法において、前記再割
    当の際、帯域幅の一部を分け与える候補となる複数のド
    ナーコネクションと、前記分け与えられる帯域幅を受け
    るレシピエントコネクションとを備え、前記レシピエン
    トコネクションと各ドナーコネクションとは、それぞれ
    満足度指数をあらわす満足度プロファイルにより関連付
    けられており、所定の最低満足度指数を最大化するとと
    もに、再割当後、前記満足度指数が予め定められた許容
    範囲内になるように、前記各満足度プロファイルが調整
    されることを特徴とする帯域幅再割当方法。
  19. 【請求項１９】 帯域幅の再割当の際に使用される帯域
    幅再割当方法において、前記再割当の際、帯域幅の一部
    を分け与える候補となる複数のドナーコネクションと、
    前記分け与えられる帯域幅を受けるレシピエントコネク
    ションとを備え、前記レシピエントコネクションと各ド
    ナーコネクションとはそれぞれ満足度指数をあらわすプ
    ロファイルにより関連付けられたネットワークの帯域幅
    再割当方法において、 ａ）より高い満足度指数を有する前記ドナーコネクショ
    ンを識別するステップと、 ｂ）予め選択された値より高い割当帯域幅を有するドナ
    ーコネクションのサブセットを識別するステップと、 ｃ）ソフトネスプロファイルを使用して、前記ドナーコ
    ネクションのサブセットによって開放されるべき帯域幅
    量を計算し、前記サブステップだけ予め選択された満足
    度指数を減少させるステップと、 ｄ）前記レシピエントコネクションの満足度指数が予め
    定められた許容範囲に入るか、或いは、前記サブセット
    内のドナーコネクションの少なくとも一つにおける満足
    度指数が所定の最低満足度に達するまで、前記ステップ
    ａ）−ｃ）を繰り返すステップと、 ｅ）前記サブセット内のドナーコネクションの少なくと
    も一つにおける満足度指数が所定の最低満足度に達した
    場合、前記ネットワークに対して、帯域幅を要求するス
    テップとを有することを特徴とする再割当方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１９のステップｂ）は、 ｂ１）除去用閾値を決定するステップと、 ｂ２）前記除去用閾値と、サブセット中のドナーコネク
    ションに現在割当てられている帯域幅との積が、要求さ
    れた帯域幅より大きい場合、当該ドナーコネクションを
    前記サブセット中に含ませるステップとを有することを
    特徴とする再割当方法。
  21. 【請求項２１】 ネットワークシステムにおけるコネク
    ションの受付制御方法において、 ａ）受け付けられた基準コネクションに関連したパラメ
    ータによって構成された基準プロファイル受信するステ
    ップと、 ｂ）前記基準プロファイルを構成するパラメータを所定
    のアルゴリズムにしたがってソフトＵＰＣパラメータに
    変換するステップと、 ｃ）前記ソフトＵＰＣパラメータを用いて、２ステート
    モデルを構成するステップと、 ｄ）前記ソフトＵＰＣパラメータ及び前記２ステートモ
    デルから、ネットワークシステムにおける帯域幅の平均
    値及び分散値を算出するステップと、 ｅ）新たな要求を受け、当該要求と、前記帯域幅の平均
    値及び分散値とから、当該要求を受け付けるか否かを決
    定するステップを有することを特徴とする受付制御方
    法。
  22. 【請求項２２】 請求項２１のステップｅ）は、 ｅ１）要求が、着信呼か、発信呼かを決定するステップ
    と、 ｅ２）着信呼の場合、当該着信呼に対する受付制御を行
    うステップと、 ｅ３）発信呼の場合、当該発信呼に対する受付制御を行
    うステップとを有することを特徴とする受付制御方法。
  23. 【請求項２３】 請求項２１において、前記ソフトＵＰ
    Ｃパラメータは、ピークセルレート、持続セルレート、
    及び、最大バーストサイズによって構成されており、当
    該ピークセルレート、持続セルレート、及び、最大バー
    ストサイズは、前記基準プロファイルを形成するパラメ
    ータから算出されることを特徴とする受付制御方法。
  24. 【請求項２４】 請求項２２において、前記２ステート
    モデルは、ハイレート、ロウレート、及び、オンステー
    ト、オフステートの確率によって、あらわされることを
    特徴とする受付制御方法。
  25. 【請求項２５】 請求項２２における着信呼処理ステッ
    プは、 ｅ２１）前記平均値及び分散値をそれぞれ前以って計算
    された旧平均値及び旧分散値に加算し、加算値を得るス
    テップと、 ｅ２２）前記新たな平均値及び分散値を用いて予め定め
    られた決定関数を計算するステップと、 ｅ２３）前記決定関数が所定の値をとる場合、コネクシ
    ョンの帯域幅を受け付けるステップと、 ｅ２４）前記決定関数が所定の値を取らない場合、前記
    コネクションの帯域幅を受け付けないように制御するス
    テップと、 ｅ２５）受付制御の結果を通知するステップとを有する
    ことを特徴とする受付制御方法。
  26. 【請求項２６】 請求項２２の発信呼処理ステップは、 ｅ３１）コネクションの帯域幅を開放するステップと、 ｅ３２）コネクションの帯域幅の開放後、平均値及び分
    散値をそれぞれ旧平均値及び旧分散値から減算するステ
    ップと、 ｅ３３）帯域幅の開放を通知するステップとを有するこ
    とを特徴とする受付制御方法。
  27. 【請求項２７】 請求項２１の受信ステップは、前記基
    準プロファイルのパラメータとして、［ＲB，Δmax，Ｓ
    H -1（ｓａｔmin）］（尚、ＲBは、ベースラインレー
    ト、 Δmaxは、ＲBからの最大予測偏移、 ＳH -1は、通信中使用される最急峻満足度プロファイ
    ル）を用い、当該基準プロファイルのパラメータから、
    前記ソフトＵＰＣパラメータを算出するすることを特徴
    とする受付制御方法。
  28. 【請求項２８】 請求項２１において、前記ソフトＵＰ
    Ｃパラメータは、（λP S，λS P，ＢS S）からなり、これ
    らは、 【数５】 （上式において、Ｔonは、ソースのビットレートにおけ
    るオン期間であり、ＲBはベースラインレート、Δmaxは
    ＲBからの最大予測変位、及び、ＳH -1は通信中に使用さ
    れる最急峻満足度プロファイルである。）であらわさ
    れ、これらソフトＵＰＣパラメータは、前記２ステート
    モデルを構成するために使用されることを特徴とする受
    付制御方法。
  29. 【請求項２９】 請求項２１において、前記２ステート
    モデルは、ハイ及びロウレート（λH，λL）を有するモ
    デルであり、これらのレートは、オンの確率Ｐonと共
    に、数６であらわされ、これらは、前記平均値及び前記
    分散値を算出されるために使用されるることを特徴とす
    る受付制御方法。 【数６】 上式において、（λP S，λS P，ＢS S）は前記ソフトＵＰ
    Ｃパラメータであり、Ｔonは、ソースのビットレートに
    おけるオン期間であり、Ｃは、コネクションのリンク帯
    域幅、Ｂは、コネクションのバッファスペース、及び、
    ＴN＝Ｂ／２Ｃである。
  30. 【請求項３０】 請求項２１において、前記平均値及び
    分散値は、Ｍi、Ｓｉ2 であらわされ、これらは、数７に
    より計算されることを特徴とする受付制御方法。 【数７】 ここで、ｉはコネクションをあらわし、ＲB（ｉ）はコ
    ネクションのベースラインレート、ＳH -1（ｉ）（ｓａ
    ｔmin）は最低満足度ｓａｔminに対応する帯域幅比、λ
    S H及びλS Lはハイ及びロウレート、ΔmaxはＲB（ｉ）か
    らの最大予測変位、及び、ＰonはλS Hの発生確率であ
    る。
  31. 【請求項３１】 請求項２５において、前記予め定めら
    れた決定関数は、数８であらわされ、当該決定関数によ
    って、前記着信呼の受付の有無が決定されることを特徴
    とする受付制御方法。 【数８】 上式において、ＭR new及びＳR 2newは新たな平均値及び
    分散値、ＭR old及びＳR 2oldは旧平均値及び分散値、φ
    はガウス分布関数、δNは最大低満足度指数、及び、Ｃ
    はリンク帯域幅である。
  32. 【請求項３２】 請求項２５において、前記加算ステッ
    プは、数９によって実行されることを特徴とする受付制
    御方法。 【数９】 ここで、ＭR new及びＳR 2newはそれぞれ新たな平均値及
    び分散値、ＭR old及びＳR 2oldはそれぞれ旧平均値及び
    分散値、φはガウス分布関数、Ｃはリンク帯域幅、λH
    及びλLはそれぞれハイレート及びロウレート、Ｐonは
    λHの発生確率である。
  33. 【請求項３３】 請求項２６において、前記減算ステッ
    プは、数１０にしたがって実行されることを特徴とする
    受付制御方法。 【数１０】 ここで、ＭR new及びＳR 2newはそれぞれ新たな平均値及
    び分散値、、ＭR old及びＳR 2oldはそれぞれ旧平均値及
    び分散値、φはガウス分布関数、Ｃはリンク帯域幅、λ
    H及びλLはそれぞれハイレート及びロウレート、Ｐonは
    λHの発生確率である。
  34. 【請求項３４】 マルチメディアシステムに対して、ソ
    フトＱｏＳによるサポートを与えるコンピュータプログ
    ラム記憶媒体において、前記ソフトＱｏＳに関するコー
    ドを格納するとともに、新たなコネクションの受付を制
    御する受付制御コードをも格納するとともに、前記新た
    なコネクションが前記ソフトＱｏＳによるサービスを要
    求した場合、前記ソフトＱｏＳコードにより、前記新た
    なコネクションの受付及び拒絶をする処理手順を格納し
    ていることを特徴とする記憶媒体。
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