(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ）交換性能を評価するデータ交換ノードであって、
ａ．  前記データ交換ノードに関連する複数のポートを介して受信したＰＤＵからヘッダ情報を取り出すＰＤＵ分類子と、
ｂ．  対応する受信ＰＤＵに関する時刻情報を各々指定する項目を有する、受信追跡記録と、
ｃ．  ＰＤＵを処理する交換機能と、
ｄ．  対応する処理ＰＤＵに関する時刻情報を指定する項目を有する、送信追跡記録と、
ｅ．  追跡記録項目内に記憶されている情報を用いて前記交換機能の性能を評価するプロセッサと、
を備える前記データ交換ノード。
【請求項２】
前記交換データ・ノードはタイマを更に含む、請求項１記載のデータ交換ノード。
【請求項３】
前記各追跡記録は追跡記録項目を記憶する円形バッファを備えた、請求項１記載のデータ交換ノード。
【請求項４】
前記各円形バッファは収める次の追跡記録項目を指定するインデックス・ポインタを含む、請求項３記載のデータ交換ノード。
【請求項５】
前記各追跡記録に関連する追跡記録項目の数は前記データ交換ノードの所望のＰＤＵ処理スループットに対応して予め指定される、請求項１記載のデータ交換ノード。
【請求項６】
前記各追跡記録に関連する追跡記録項目の数は可変であり、前記記録項目の数は、手動設定と、管理卓と、前記データ交換ノードの現在のＰＤＵ処理スループットを利用可能なより高いレベルのプロトコル最適化資源と、の内の１つを介して調整可能である、請求項１記載のデータ交換ノード。
【請求項７】
各受信追跡記録項目は、
ａ．  対応するＰＤＵを受信したと判断される時刻を表す時刻の値と、
ｂ．  前記受信ＰＤＵに対応する識別情報と、
を保持する指定子を更に含む、請求項１記載のデータ交換ノード。
【請求項８】
前記受信ＰＤＵに対応する識別情報は前記ＰＤＵを未処理のまま記憶している位置の指定を更に含む、請求項７記載のデータ交換ノード。
【請求項９】
前記受信ＰＤＵに対応する識別情報は前記ＰＤＵを受信したときに経由したポートの指定を更に含む、請求項７記載のデータ交換ノード。
【請求項１０】
前記受信ＰＤＵに対応する識別情報は前記受信ＰＤＵに対応する宛先コンテキストの指定を更に含む、請求項７記載のデータ交換ノード。
【請求項１１】
各送信追跡記録項目は、
ａ．  対応するＰＤＵを処理したと判断される時刻を表す時刻の値と、
ｂ．  前記処理ＰＤＵに対応する識別情報と、
を保持する指定子を更に含む、請求項１記載のデータ交換ノード。
【請求項１２】
前記処理ＰＤＵに対応する識別情報は前記ＰＤＵを未処理のまま記憶している位置の指定を更に含む、請求項１１記載のデータ交換ノード。
【請求項１３】
前記処理ＰＤＵに対応する識別情報は前記ＰＤＵを受信したときに経由したポートの指定を更に含む、請求項１１記載のデータ交換ノード。
【請求項１４】
前記処理ＰＤＵに対応する識別情報は前記処理ＰＤＵに対応する宛先コンテキストの指定を更に含む、請求項１１記載のデータ交換ノード。
【請求項１５】
前記処理ＰＤＵに対応する宛先コンテキストの指定はＰＤＵを所望の宛先に送るときに経由するポートを含む、請求項１４記載のデータ交換ノード。
【請求項１６】
前記処理ＰＤＵに対応する宛先コンテキストの指定はＰＤＵを脱落させる指定を含む、請求項１４記載のデータ交換ノード。
【請求項１７】
プロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ）を送るデータ交換ノードの処理性能を評価する方法であって、
ａ．  受信したＰＤＵからＰＤＵヘッダ情報を取り出し、
ｂ．  前記データ交換ノードが保持する受信追跡記録内の項目に前記取り出したＰＤＵヘッダ情報を収めるステップと、
ｃ．  前記受信ＰＤＵを処理するステップと、
ｄ．  前記データ交換ノードが保持する送信追跡記録内の項目に前記受信ＰＤＵの処理から得られた情報を収めるステップと、
ｅ．  追跡記録項目内に保持されている情報に基づいて前記処理性能を評価するステップと、を含む、データ交換ノードの処理性能を評価する前記方法。
【請求項１８】
情報を前記追跡記録項目の1つに収めるステップは前記対応するＰＤＵを一時的に記憶する位置を表す値をＰＤＵポインタ項目に収めるステップを更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
情報を前記送信追跡記録項目の１つに収めるステップはＰＤＵ脱落の場合にＰＤＵ放棄を表す情報を前記送信追跡記録項目に収めるステップを更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記データ交換ノードの性能を評価するステップは前記データ交換ノードが搬送する各データのストリームに対応するＰＤＵ脱落表示を計算するステップを更に含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記データ交換ノードの性能を評価するステップは前記データ交換ノードの現在の動作状態に対応するＰＤＵ脱落表示を計算するステップを更に含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
情報を前記受信追跡記録項目の１つに収めるステップは前記ＰＤＵを受信したと思われる時刻を表す時刻値を前記受信追跡記録項目に関連する時刻表示指定子に収めるステップを更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
情報を前記送信追跡記録項目の１つに収めるステップは前記ＰＤＵを処理した時刻を表す時刻値を前記送信追跡記録項目に関連する時刻表示指定子に収めるステップを更に含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
前記処理性能を評価するステップは前記ＰＤＵに対応する受信追跡記録項目内と送信追跡記録項目内とに保持されている時刻表示値の差を計算することによりＰＤＵ処理遅れを決定するステップを更に含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
前記処理性能を評価するステップは対応するＰＤＵで生じたＰＤＵ処理遅れの平均を計算することにより前記データ交換ノードで生じた平均ＰＤＵ処理遅れを決定するステップを更に含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
前記処理性能を評価するステップはデータのストリームに関連する複数のＰＤＵで生じたＰＤＵ処理遅れの分布を決定することによりデータのストリームのＰＤＵ搬送ジッタを決定するステップを更に含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
前記処理性能を評価するステップは前記データ交換ノードが送った複数のＰＤＵで生じたＰＤＵ処理遅れの分布を決定することによりデータ交換のＰＤＵ搬送ジッタを決定するステップを更に含む、請求項２３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデータ転送網内のデータ転送に関するもので、より詳しくは、転送遅れ影響型(sensitive)データ・サービスを提供する際の性能評価のための方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気通信の分野ではストリーミング・データ・サービスの需要がますます高まっている。ストリーミング・データ・サービスは、オーディオとビデオとデータ・ストリーミングとを含む。
【０００３】
オーディオ・ストリーミングは一般には音声サービスとも呼ばれ、遍在するプレーン・オールド電話サービス（ＰＯＴＳ）や電話会議やラジオなどを含む。ＰＯＴＳサービスは、市内電話交換局と各電話局との銅対接続である市内線により提供されている。相互接続された電話交換局のグループはいわゆる電話網を形成する。しかし最近は無線電話が普及する傾向にある。電話会議は電話交換サービスにより必要に応じて提供されている。無線サービスは最近まで自由空間電波により提供されていた。
【０００４】
ビデオ・ストリーミング・サービスは、テレビ番組やテレビ会議や、最近ではビデオ・オン・デマンドを含む。テレビ番組は最初（現在でもなお）自由空間電波を介して送られたが、最近のテレビ番組はケーブル・テレビジョンを含む有線サービスで提供される傾向にある。ラジオもケーブル・テレビジョンなどの有線サービスで提供される傾向にある。
【０００５】
テレビ会議を提供するのに最近よく用いられる方法は、銅対の組合わせを用い、逆多重化法を用いて多重市内線接続により、したがって電話網を介した多重電話接続により、必要な帯域幅を送ることを含む。
【０００６】
テレビ会議に電話システムを用いるのが、専用回線を低ジッタで提供するという電話網の最も代表的な特性にかなう方法であろう。しかし電話システムはあらゆるところに届くように設計されるので、これを更に拡張するには大きなインフラストラクチャ費用を必要とする。自由空間電波（放送媒体）はデータ伝送をチャンネル化すればやはりこの特性を有するが、到達範囲が限られておりまた気象条件により制限される。ケーブル・テレビジョン網はチャンネル化により同じ特性を有する。ケーブル・テレビジョン網の到達範囲を拡張するにはインフラストラクチャ費用がかかる。最初ケーブル・テレビジョン網は放送専用媒体であったが、最近は双方向通信が提供されるようになり、文字放送およびビデオ・オン・デマンドのサービスが可能になった。
【０００７】
上の説明から、最も柔軟性があり最も再構成が可能なのは電話網である。一般に回線交換と呼ばれる方法により、市内線に接続するＰＯＴＳ端末同志の間に専用線を確立することができる。電話システムの帯域幅の利用度は最適な状態ではないと考えられている。電話網の最も広い使われ方は人対人の音声通信である。音声通信の利用率は４０％なので、利用可能な専用帯域幅の６０％が遊んでいる。
【０００８】
また電話システムは冗長性を与えることにより誤りを許容するよう設計された。冗長性は、冗長な電話交換局や、地理的に分離して配置された電話中継線と呼ばれる冗長な電話間交換線を用いることにより実現された。
【０００９】
過去数十年間、電気通信サービス、特にデータ・サービスの需要が増加した。データ・サービスを高い信頼性と低コストとで提供する方法が研究された。信頼性は、データ転送網内でいわゆるパケット交換技術を用いることにより与えられた。これは、一般にパケットと呼ばれるプロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ）に区分されたデータの転送を保証する。パケットという言葉が一般に用いられているが、これは技術的にはセル交換やフレーム・データ転送などの全てのデータ転送技術を含むわけではない。この説明では、パケット交換はＰＤＵ交換を指すものとする。
【００１０】
搬送するデータをＰＤＵに区分すると帯域幅を最適に利用することができる。伝送の信頼性は、データ転送網内の各ＰＤＵの経路を独立に選択ことにより与えられる。これは、ＰＤＵヘッダ内に指定された宛先データ網ノードに向かう途中にある故障したデータ転送設備を迂回してＰＤＵの経路を選択することを含む。データ転送網内の代替データ経路はデータ網ノード間の相互接続ウエブにより与えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
電話網内の回線交換では通信セッションが一度確立されると冗長回路は常時待機状態で利用可能であるが、これに対して最も普通の形のパケット交換の特徴は、各ＰＤＵの経路を絶えず独立に選択することによるコネクションレスデータ転送である。各ＰＤＵの経路を独立に選択するとデータ転送に無視できない遅れが加わる。
【００１２】
また最も普通の形のパケット交換データ転送の特徴はベスト・エフォートである。ＰＤＵがループ循環するのを防ぐためにデータ網ノードをウエブ状に相互接続したり、目的の経路を見つけるために異常に長時間探索したりすると、ＰＤＵが脱落することがある。ＰＤＵを再送信すれば転送の信頼性を高めることができる。しかしこれらの方法を用いるとＰＤＵは転送遅れを生じる。これを、構成するＰＤＵの転送時間の変動のためにデータの流れにジッタが生じると言う。
【００１３】
近年、データ転送網は爆発的に展開し、設置ベースで電話網と同程度に近づいた。展開や保全や運転のコストは比較的低く、これに柔軟な拡張性と、帯域幅の爆発的な増加と、新しいサービスの迅速な実現及び提供とが加わって、従来からある通信サービス（上に述べたストリーミング・データ・サービスを含む）に、データ転送の手段としてパケット交換技術を考慮するように圧力がかかった。また、別々の網の保全と管理をやめたいと希望する通信サービス提供業者からも圧力がかかっている。
【００１４】
データ転送遅れとジッタの源は、データ転送網内に用いられるデータ交換ノードなどのデータ交換設備である。各ＰＤＵの経路を独立に選択するには多くの処理が必要である。データ網設備とデータ転送プロトコルとＰＤＵ交換方法とは、回線交換を真似て、仮想回線と呼ばれるデータ転送経路を事前に確立する方法により開発された。しかし、高帯域幅での経済性は得られるが、上記の方法では端末間の問題は解決されない。データ転送網の端で一層高い帯域幅が必要になるに従って、将来恐らく端末間の解決方法が実現されるだろう。現在のところ、これはデータ網バックボーンの解決に留まっている。現在の設備について中間的な端末間の解決を実現する必要がある。
【００１５】
パケット交換技術によりストリーミング・データ・サービスを提供する現在の方法はボイス・オーバーＩＰ（ＶｏＩＰ）サービスを含むが、これに限られるわけではない。恐らく最も支援されているデータ転送プロトコルの1つはインターネット・プロトコル（ＩＰ）である。これは恐らく最も柔軟な技術であり、インターネットと呼ばれる遍在国際データ転送網の端にまで商業的に最も深く浸透していることは間違いない。データ転送プロトコルとしては、非同期転送モード（ＡＴＭ）や同期光階層（ＳＯＮＥＴ）やフレーム・リレー（ＦＲ）などがあり、すでに用いられている。これらのデータ転送プロトコルはデータ転送網の高帯域幅の運転を扱うもので、バックボーン網には理想的である。現在、ストリーミング・データ・サービスはこれらの高帯域幅データ転送プロトコルにより提供されているが、ＩＰプロトコルによるストリーミング・データ・サービスを支援するには一層の開発が必要である。
【００１６】
電話サービスや電話会議やインターネット・ラジオなどのオーディオ・ストリーミングでも、テレビ電話サービスやテレビ会議やインターネット・テレビジョンなどのビデオ・ストリーミングでも、文字放送やニュース・サービスや株式情報サービスなどのデータ・ストリーミングでも、ストリーミング・データ・サービスを送ることはデータ転送プロトコルとハードウエア・レベルの支援とを含む。
【００１７】
データ転送技術に関わらず、ＰＤＵはデータ網ノードの間のデータ・リンクにより最大送信速度で転送されるが、データ伝送遅れのみを生じる。ＶｏＩＰなどのデータ転送プロトコルの改善については別途に述べられている。ＰＤＵの経路選択が非効率な場合はＰＤＵの搬送に遅れを生じる。そして、これがこの説明の主題である。
【００１８】
上に述べたように種々のストリーミング・データ・サービスがあり、将来更に多くのストリーミング・データ・サービスが開発され提供されることは間違いないが、これらのサービスは全て各サービスの性質に従う遅れ影響型として分類される。すなわち、オーディオ・ストリーミングは音声を識別する能力に影響を与える遅れ影響型であり、ビデオ・ストリーミングは動画を識別する能力に影響を与える遅れ影響型であり、データ・ストリーミングは搬送された情報（例えば株式情報サービス）への適時反応に影響を与える遅れ影響型である。オーディオ・ストリーミングとビデオ・ストリーミングはジッタにも影響するが、データ・ストリーミングは余り影響しない。
【００１９】
これらのストリーミング・データ・サービスはＰＤＵ損失にもある程度影響する。人の聴覚システムは会話の文脈を利用して（例えば、騒がしいパーティーなどで）聞き損なった音の部分を補う能力を有するので、オーディオ・ストリーミングはビデオ・ストリーミングに比べて影響が少ない。高い帯域幅が必要でありまた各ＰＤＵで搬送されるデータの量が大きいので、ビデオ・ストリーミングはＰＤＵ損失に比較的強く影響する。現在開発中のビデオ・データ符号化プロトコルは、複数の連続したビデオ・フレームにわたってＰＤＵが完全に消失しても影響されないことを目的とした救済策を与えるものである。データ・ストリーミング（株式情報）の場合はＰＤＵが消失することは許されないが、オーディオ・ストリーミングやビデオ・ストリーミングに比べると転送帯域幅が比較的狭くてよいので負荷が少ない。
【００２０】
ストリーミング・データ・サービス（これに限られるわけではない）などの遅れ影響型データ・サービスを提供する際にデータ網設備の性能を実時間で評価する方法と装置とを開発することが必要である。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の或る形態はデータ交換ノードの処理性能を評価する方法を与える。この方法は一連のステップを含む。受信した各ＰＤＵからＰＤＵヘッダ情報を取り出す。取り出した情報と時刻表示（time stamp）とを受信追跡記録内の項目に収める。データ交換ノードの交換機能でＰＤＵを処理する。交換機能と時刻表示とから得られた情報を送信追跡記録内の項目に収める。受信および送信追跡記録の項目内に保持されている情報に基づいて、データ交換ノードの処理性能を評価する。
【００２２】
本発明の別の形態はその交換性能を評価するデータ交換ノードを与える。データ交換ノードは利用可能な要素として、ＰＤＵ分類子はデータ交換ノードが受信したＰＤＵからヘッダ情報を取り出すことと、受信したＰＤＵに関する時刻表示情報を受信追跡記録内に保持することと、処理したＰＤＵに関する時刻表示情報を送信追跡記録内に保持することと、プロセッサは受信および送信追跡記録内に保持されている時刻表示情報を用いてデータ交換ノードの性能を評価することと、を含む。
【００２３】
本発明の利点は、データ転送待ち時間とデータ搬送ジッタとデータ区分損失とを評価してストリーミング・データ・サービスの提供を可能にすることである。
本発明の特徴と利点は、添付の図面を参照して好ましい実施の形態の詳細な説明を読めば明らかになる。図中、同じ機能は同じラベルで表す。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る、ストリーミング・データ・サービスＰＤＵを搬送する際に、性能の実時間評価を可能にするデータ交換ノードを実現する要素を示す略図である。
【００２５】
データ交換ノード１００は、広域網（ＷＡＮ）ポート１０４や構内通信網（ＬＡＮ）ポート１０６を介して受信したＰＤＵに、またはＣＰＵポート１１０を介してプロセッサ（ＣＰＵ）１０８が生成したＰＤＵに、交換機能１０２を行う。
【００２６】
ＷＡＮポート１０４は比較的高いデータ・スループットを有するバックボーン側のデータ転送インターフェースを表す。ＬＡＮポート１０６は比較的中程度のデータ・スループットを有する分配側のデータ転送インターフェースを表す。データ交換ノード１００はＬＡＮポート１０６を介して受信したデータ・スループットをＷＡＮポート１０４上に集め、またＷＡＮポート１０４から受信したデータ・スループットをＬＡＮポート１０６に配る。本発明は図に示すポート１０４／１０６／１１０の数に限定されない。また、ＷＡＮポート１０４はＶｏＩＰを支援してオーディオ・ストリーミングを伝送するときに、時分割多元（ＴＤＭ）データ転送プロトコルの支援を含んでよい。
【００２７】
ＰＤＵ分類子１１２は、各ＰＤＵを検査し、交換機能１０２を支援してヘッダ情報（１１４）を取り出し、同様に、性能評価機能を支援して各ＰＤＵを識別するのに用いる。
【００２８】
本発明の性能評価機能は、好ましい実施の形態において円形受信追跡バッファ１２０で示されている受信追跡記録を介して与えられる。受信追跡記録は少なくとも次のものをそれぞれ指定するフィールド指定子を有する項目１２２を含む。すなわち、ＰＤＵ処理バッファ１５０で処理するための対応するＰＤＵを記憶しているメモリ・アドレスを指定するＰＤＵポインタ１２４と、ＰＤＵを受信したソース・ポート１２６と、受信追跡記録１２０に関連する時刻表示機能１３０が与える時刻表示１２８と、である。ここに記憶する他の情報として、ＰＤＵを送る出力ポート１０４／１０６／１１０を決定するために交換機能１０２が用いる宛先コンテキスト１４０があるが、これに限られるわけではない。用いるデータ転送プロトコルに従って、受信追跡記録１２０内の項目１２２は各ストリーミング・データ・サービスＰＤＵを識別するための最小の情報を含む。
【００２９】
受信追跡記録１２０を実現するのに用いる円形バッファのサイズＮは、これを開発するときに指定されたデータ交換ノード１００のＰＤＵ処理スループットにより決まる。このサイズは管理卓により、および／または、より高いレベルの性能評価プロセス（図示せず）により監視し調整することにより、手動で設定してよい。
円形受信追跡バッファ１２０は、各ＰＤＵを受信したときに収める次の項目のトラックを管理するインデックス１３２を有する。
【００３０】
取り出したＰＤＵヘッダ情報１１４は待ち行列マネージャ１５２にも送られる。待ち行列マネージャ１５２は受信したＰＤＵを別々の処理待ち行列に分類し、処理バッファ１５０内でＰＤＵを処理する優先順位を決める（１５４）。交換機能１０２は処理バッファ１５０内の各ＰＤＵの宛先ポート１０４／１０６／１１０を決定する。ＰＤＵ処理の方法は別途に示されている。
【００３１】
ＰＤＵ処理は時間影響型タスクであって、ＰＤＵの全終端間搬送に処理遅れと呼ばれる遅れを生じさせる。ＰＤＵ処理の優先順位づけ１５４を行うとＰＤＵの全終端間搬送にジッタを生じる。なぜなら、取り出した関連するＰＤＵヘッダ情報１１４内で指定された処理優先順位のために、交換機能１０２はＰＤＵを受信したシーケンスに関するシーケンスでＰＤＵを処理するからである。
【００３２】
本発明では、処理待ち時間と、ジッタと、ＰＤＵを処理する効率を決定するＰＤＵ損失と、を評価するのに送信追跡記録１６０を用いる。送信追跡記録１６０は、好ましくは円形送信追跡バッファで実現するが、これに限られるわけではない。円形送信追跡バッファ１６０は、項目１２２を記憶し、また各ＰＤＵを処理すると進むインデックス・ポインタ１６４が指定する項目１２２を収める時刻表示機能１６２に関連する。
【００３３】
送信追跡記録１６０の項目１２２は宛先コンテキスト・フィールド１４０内に宛先ポート指定１０４／１０６／１１０を含む。脱落したＰＤＵは送信追跡記録１６０内に対応する項目１２２を有しない。または対応する送信追跡記録１６０の項目１２２は、宛先コンテキスト・フィールド１４０内に保留値を記憶することによりＰＤＵが脱落したことを、指定する。
【００３４】
データ交換ノード１００の性能を評価するとき、ＣＰＵ１０８は受信追跡記録１２０内と送信追跡記録１６０内の項目１２２を相関させて（１７０）、各ＰＤＵを処理するときに発生した待ち時間、ジッタ、および／または脱落を決定する。処理待ち時間は、対応する項目１２２の時刻表示指定子１２８内に保持されている時刻表示値を比較することにより決定する。特定のデータ・ストリームに関連するＰＤＵの処理ジッタは、そのデータ・ストリームに関連するＰＤＵの処理待ち時間のシーケンスを比較することにより決定する。ＰＤＵが脱落したことは、送信追跡バッファ１６０から判定する。
【００３５】
性能評価は、組織化されたスケジュールと各ＰＤＵの送信とを含むプロセッサ１０８が定期的に実行する。性能評価を行うために追跡記録１２０／１６０を調べる頻度はデータ交換ノード１００のＰＤＵ処理速度に一致する。いいかえれば、性能推定プロセスの効率が下がり、実時間の正確で精密な性能評価を行うことができない。
【００３６】
データ交換ノード１００のデバッグ・モード動作では、誤り条件が起こったことをデータ交換ノード１００が知ると受信追跡バッファ１２０及び送信追跡バッファ１６０の調査を開始してその誤り条件の前に発生した事象を判定する。
【００３７】
ここに示した実施の形態は単なる例であって、当業者が理解するように、本発明の精神から逸れることなく、上に説明した実施の形態を変更することができる。本発明の範囲は特許請求の範囲に規定されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に係る、ストリーミング・データ・サービスＰＤＵを搬送する際に性能を実時間で評価するデータ交換ノードを実現する要素を示す略図。
【符号の説明】
１０８  プロセッサ
１２０  受信追跡記録
１６０  送信追跡記録
【図１】
0003691816.tif 000002