(57)【要約】マルチメディア・データ通信をスイッチングする、システム及び方法がここに記載されている。これは、音声伝送ＩＰ（ＶｏＩＰ）電話通信、ケーブルテレビ、デジタル・オーディオ及びビデオを含むが、これらに限定されない。このシステムは単一の統合デバイスを利用して、ユーザー・プライバシーの強化と、ＣＡＬＥＡへの準拠と、Ｅ９１１と、従来の分散パケット・ケーブルのシステムにおいて利用不可能な他の指定されたサービスとを含んだ、パケット・ケーブル準拠の機能性を全て提供する。内部スイッチング及び経路指定のために最適化されたデータ・ユニット・カプセル化機構を用いて、高速且つ効率的で低コストのオペレーションを提供する。所有権を主張できる光ファイバー背面と、取り外し可能な光コネクターとを使用して、コンポーネントの光速内部通信ホットスワップを可能にする。更に、本システムは、デジタル・データ・スイッチングの全ての形式に拡張可能で、しかも、安全で、サービス拒否攻撃に強く、障害リカバリー能力がある。
2005525024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
進入ポートで複数のメディア・データ・ユニットを受信する段階と、
前記複数のメディア・データ・ユニットそれぞれのための対応する退出ポートを、それぞれのメディア・データ・ユニットのタイプに基づいて決定する段階と、
１つ又は複数の前記メディア・データ・ユニットを、短いオーバーヘッドのカプセル化したパケットに再フォーマットする段階と、
光ファイバー直接相互接続を使用して、前記対応する退出ポートへ前記カプセル化したパケットそれぞれを導く段階と、
前記退出ポートそれぞれにおいて、前記カプセル化したパケットを受信して第２の複数のメディア・データ・ユニットに再フォーマットする段階と、
メディア・データ・スイッチングを完了するために前記第２の複数のメディア・データ・ユニットを送信する段階と、
を含む、メディア・データ・スイッチングの方法。
【請求項２】
前記メディア・データ・ユニットがオーディオデータを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記メディア・データ・ユニットがビデオデータを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記メディア・データ・ユニットがデジタル形式のテレビジョン信号を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記決定する段階が、前記メディア・データ・ユニットを安全に処理する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記安全に処理する段階が、受信相手から送信相手のＩＰアドレスを隠す段階と、送信相手から受信相手のＩＰアドレスを隠す段階とを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記安全に処理する段階が、送信相手によっても受信相手によっても検知できないＣＡＬＥＡサービスを提供する段階を更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記決定する段階が、前記メディア・データ・ユニットそれぞれにおけるメディア・データのタイプに部分的に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記決定する段階が、サービス拒否攻撃からの保護を提供するために、高度な細分性を備えたクラスベースの待ち行列を用いて、前記メディア・データ・ユニットを待ち行列に入れる段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記待ち行列に入れる段階が、各クラスのサービスのための複数の待ち行列を使用する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記導く段階がリアルタイムで起こる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記メディア・データ・スイッチングを単一の要素管理システムを介して制御する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
進入ポートでデータを受信する段階と、
前記データを複数の短いオーバーヘッドのユニットに再フォーマットする段階と、
前記複数の短いオーバーヘッドのユニットを、前記再フォーマットする段階に部分的に基づいて１つ又は複数の退出ポートへスイッチングする段階であって、光ファイバー直接相互接続を使用してスイッチングする段階と、
前記カプセル化したパケットを第２のデータに再フォーマットする段階と、
ケーブル・メディア・スイッチングを完了するために前記第２のデータを送信する段階とを含み、
前記ケーブル・メデキア・スイッチングが、単一の要素管理システムの制御下で行われる、ケーブル・メデキア・スイッチング方法。
【請求項１４】
それぞれが、複数のメディア・データ・ユニットを受信する複数の進入ポートと、
前記複数のメディア・データ・ユニットそれぞれのための対応する退出ポートを、それぞれのメディア・データ・ユニットのタイプに基づいて決定すると共に、１つ又は複数の該メディア・データ・ユニットを、短いオーバーヘッドのカプセル化したパケットに再フォーマットする手段を含む、接続された処理装置と、
前記カプセル化したパケットを受信して、第２の複数のメディア・データ・ユニットに再フォーマットする手段を含む複数の退出ポートと、
メディア・スイッチングを完了するために前記第２の複数のメディア・データ・ユニットを送信する手段と、を含む統合メディア・スイッチング用装置であって、
前記進入ポートと前記処理装置と前記退出ポートとが、光ファイバー背面によって互いに操作可能に接続されている、統合メディア・スイッチング用装置。
【請求項１５】
単一のシャシー内に、前記進入ポートと前記処理装置と前記退出ポートと前記背面とを備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記処理装置が、サービス拒否攻撃からの保護を提供するために構成された前記メディア・データ・ユニットの、高度な細分性を備えたクラスベースの待ち行列を更に含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記進入ポートと前記処理装置と前記退出ポートと前記背面とが、単一の要素管理システムを介して制御される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
メディア・データ・スイッチングで使用されるコンピューター・システムであって、
進入ポートで複数のメディア・データ・ユニットを受信する段階と、
前記複数のメディア・データ・ユニットそれぞれのための対応する退出ポートを、それぞれのメディア・データ・ユニットのタイプに基づいて決定する段階と、
１つ又は複数の前記メディア・データ・ユニットを、短いオーバーヘッドのカプセル化したパケットに再フォーマットする段階と、
光ファイバー直接相互接続を使用して、前記対応する退出ポートへ前記カプセル化したパケットそれぞれを導く段階と、
前記退出ポートそれぞれにおいて、前記カプセル化したパケットを受信して第２の複数のメディア・データ・ユニットに再フォーマットする段階と、
前記メディア・データ・スイッチングを完了するために前記第２の複数のメディア・データ・ユニットを送信する段階と、
を実行するためのコンピューター命令を含む、メディア・データ・スイッチングで使用されるコンピューター・システム。
【請求項１９】
複数のサーバー・コンピューターによって実行可能なコンピューター・プログラムを格納するコンピューター読み取り可能メディアであって、前記コンピューター・プログラムが、
進入ポートで複数のメディア・データ・ユニットを受信する段階と、
前記複数のメディア・データ・ユニットそれぞれのための対応する退出ポートを、それぞれのメディア・データ・ユニットのタイプに基づいて決定する段階と、
１つ又は複数の前記メディア・データ・ユニットを、短いオーバーヘッドのカプセル化したパケットに再フォーマットする段階と、
光ファイバー直接相互接続を使用して、前記対応する退出ポートへ前記カプセル化したパケットそれぞれを導く段階と、
前記退出ポートそれぞれにおいて、前記カプセル化したパケットを受信して第２の複数のメディア・データ・ユニットに再フォーマットする段階と、
前記メディア・データ・スイッチングを完了するために前記第２の複数のメディア・データ・ユニットを送信する段階と、
を実行するためのコンピューター命令を含む、コンピューター読み取り可能メディア。
【請求項２０】
搬送波に組み入れられるコンピューター・データ信号であって、
進入ポートで複数のメディア・データ・ユニットを受信する段階と、
前記複数のメディア・データ・ユニットそれぞれのための対応する退出ポートを、それぞれのメディア・データ・ユニットのタイプに基づいて決定する段階と、
１つ又は複数の前記メディア・データ・ユニットを、短いオーバーヘッドのカプセル化したパケットに再フォーマットする段階と、
光ファイバー直接相互接続を使用して、前記対応する退出ポートへ前記カプセル化したパケットそれぞれを導く段階と、
前記退出ポートそれぞれにおいて、前記カプセル化したパケットを受信して第２の複数のメディア・データ・ユニットに再フォーマットする段階と、
前記メディア・データ・スイッチングを完了するために前記第２の複数のメディア・データ・ユニットを送信する段階と、
を実行するためのコンピューター命令を含む、コンピューター・データ信号。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への引用】
【０００１】
本出願は、２００２年５月３日に提出した米国特許暫定出願第６０／３７７，６８０号への優先権を主張し、これによってその全体を参照して本明細書に援用する。
発明の背景
【技術分野】
【０００２】
本発明は、データ通信に関し、特に、通信スイッチングのアーキテクチャー及び特徴に関する。
関連技術の説明
【０００３】
一般に、ケーブルテレビ・オペレーターは、他の産業、複数種類のプロバイダー、規模、及び物理的な設備のために開発された、遠距離通信サービス・ソリューション及びアーキテクチャーに対処してきた。現在まで、マルチメディアの多いケーブル産業で音声サービスを提供する２つの方法が提案され試験されている。それらの方法とは、回線スイッチング及び分散型電話通信（原語：distributed telephony）システムである。何れの方法も、広範囲のマルチメディア（ビデオ、オーディオ、テキスト、グラフィック、ワイドバンド、及びナローバンド）トラフィックを地理的に限られた規模の典型的なケーブルテレビ外部プラントを介して搬送する必要性にはあまり適していない。このプラントは、今日この分野で見られるハイブリッド光ファイバー／同軸ケーブル（ＨＦＣ）プラントのタイプを含むが、これらに限定されない。
【０００４】
回線スイッチング・システムは、公共電話通信網において主要な音声品質及び信頼度のため長年にわたり標準スイッチング手段であった。こうしたシステムでは、回線トラフィックは、ネットワークを通して予めプロビジョンされた接続を備えることとして定義される。特に、ＴＤＭベースの回線トラフィックは、ネットワークを通して確保した帯域幅を備えることとして定義され、より具体的には、送信するための有効なトラフィックがあろうとなかろうと、その回線のためのトラフィックを搬送するためにネットワークを通して確保した特定のタイム・スロットを備えることとして定義される。ある標準ＴＤＭ回路フォーマットは、例えばＤＳ０、ＤＳ１及びＥ１として定義されている。接続を完了するためにＴＤＭ回路を互いに接続する従来の方法は、ＴＤＭベースのスイッチの使用を用いる。本発明の分野で公知のこうしたスイッチを構築するための様々なアーキテクチャー及び方法がある。しかし、こうしたスイッチの一般的な特徴は、一旦接続がセットアップされるとリソースをスイッチングするための競合がなくなることから、スイッチを通過する際の固定レイテンシが保証されることである。これらのスイッチは、パケットトラフィックを扱うことができない。
【０００５】
例えばパケット・ケーブル（商標）イニシアチブ（以下を参照）においてケーブル・ラブズ及び他の団体よって提案されているような分散電話通信システムにおいては、電話通信データをパケットに変換し、様々なインターネット・プロトコル（ＩＰ）及びネットワーク・プロトコルを使用して、管理ＩＰ環境の中でスイッチングする。これらのタイプのシステムにおいて使用され、且つ一般にＩＰトラフィックのために使用されるスイッチは、典型的にはパケット・スイッチと呼ばれる。
【０００６】
パケット・スイッチは、回路トラフィックからの異なる特性を備えたパケットトラフィックを処理するように設計されている。特に、殆どのパケット・システムは、コネクションレスとして設計されている。つまり、それらがネットワークを通して接続を予めプロビジョン（原語：provision）しないことを意味し、また、トラフィックを搬送するための帯域幅を確保しないことを意味する。幾つかのパケット・システム（例えば、非同期転送モード［ＡＴＭ］システム）は、確かにコネクション指向型のプロトコルを使用する。そして、幾つかのＩＰプロトコル（例えば、マルチプロトコルラベルスイッチング［ＭＰＬＳ］）はまた、一定レベルの帯域幅確保を行う。しかしながら、これらのシステムでは、余分な複雑さ及び潜在的な互換性問題が加わる。  
【０００７】
パケット・スイッチでは、パケットの宛先を示すためにそれぞれ個々のパケットにヘッダーを付ける。パスに沿って各パケット・スイッチで正しい出力にリアルタイムでパケットをスイッチングする。その結果、パケット・スイッチに到着するトラフィックは、決定論的（原語：deterministic）でなく、また、スイッチを通過しようとする際にスイッチングのリソースを競合しなければならない。それにより生じる結果は、パケットが、スイッチを通過する際の決定論的でないレイテンシに支配されるということである。 
【０００８】
パケット・スイッチの更なる特性は、異なるサイズのパケットを処理するように設計しなければならないことである。これは、様々なプロトコルをパケット・ネットワークの中で使用する結果である。
【０００９】
典型的には、固定サイズ・データ・ユニット（ＦＳＤＵ）より大きなパケットをより小さく切る（つまり、断片化するかセグメント化する）。ＦＳＤＵより小さなパケットにはパディングを行って、ＦＳＤＵを満杯にする。ＦＳＤＵのサイズは任意だが、ＦＳＤＵを設計する上で対象となるアプリケーションで期待されるパケット・サイズ範囲に対して能率的となるように一般にはＦＳＤＵサイズを最適化する。典型的なパケット・スイッチ用のＦＳＤＵは、６４バイト乃至２５６バイトである。
【００１０】
複数のネットワークが現在の遠距離通信界の中で合併するにつれて、ＴＤＭ回路トラフィックとパケットトラフィックとの両方に同時に適応するようなシステムが設計されている。こうしたシステムの最もコスト効果の高い実装では、純粋なデータ・パケットとパケットになった音声（例えば、ＶｏＩＰ）トラフィックとの両方に適応した単一のスイッチ・ファブリックを使用する。こうしたシステムでは、本質的に異なるこれら２つのタイプのトラフィックの様々な必要条件を考慮する必要がある。
【００１１】
音声伝送インターネット・プロトコル（ＶｏＩＰ）ネットワーク１００は、図１に示すアーキテクチャーのフレームワークを使用して、端点の間、即ちマルチメディアターミナルアダプター（ＭＴＡ）１０１の間における、インターネット技術特別調査委員会（ＩＥＴＦ）リクエスト・フォー・コメント文書（ＲＦＣ）１８８９に記述されたリアルタイム・プロトコル（ＲＴＰ）を経由して、パケット化した音声会話を経路指定する。ＭＴＡは、一方向では音声をＲＴＰパケット１０５に変換し、反対方向ではＲＴＰパケットを音声に変換する。通話の宛先が公衆交換電話網１５０（ＰＳＴＮ）に置かれた電話１１５にある場合は、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）ゲートウェイ１１０を使用する。通話管理サーバー（ＣＭＳ）１２０は、これら端点間のＲＴＰフローをセットアップするために、Ｈ．３２３、ＳＩＰ、ＭＧＣＰ、或いはＭＥＧＡＣＯのような業界基準シグナリング（ＳＩＧ）プロトコル１２５を使用する。この従来のＶｏＩＰネットワーク・アーキテクチャーのフレームワークは、ネットワーク帯域幅の使用を最適化するが、ユーザのプライバシーと、オペレーターの回線使用中の確認及び割り込みと、法執行のための通信援助法（ＣＡＬＥＡ）とが要求される搬送波クラスの電話通信には不適切である。
【００１２】
ＭＴＡは、電話機能を内蔵しているか、或いは標準電話セット接続１３０にＲＪ−１１又は他の業界基準インターフェースを提供する。何れの場合も、加入者の住宅か会社内にある加入者宅内設備（ＣＰＥ）としてＭＴＡを提供する。従って、ＭＴＡを不正変更したり、それを、ネットワークのＩＰトラフィックを監視可能で且つ所有者の情報を無許可ユーザに提供可能な非標準の設備に交換したりできる。この情報を用いて、悪意のあるユーザは、そのつもりがあればネットワーク・シグナリングを起こすことができ、しかも／或いは、ネットワーク上の他のユーザに対するサービスを中断又は拒否できるパケットを制御できる。一次回線電話サービスにＶｏＩＰネットワークを使用する場合、（時折データ通信技術において「サービス拒否」或いはＤｏＳ攻撃と呼ばれる）こうした混乱は容認し難い。その上、加入者のＭＴＡのＩＰアドレスは彼等の電話番号に相当する経路指定物なので、周知の発信者電話番号通知サービス／機能を遮断する加入者の能力を要求する規則は、更にＶｏＩＰ展開で彼等のＩＰアドレスの遮断を要求することと解釈しうる。また、サービスの窃盗は、回避すべき危険と認識されている。更に、ＣＰＥ及びＣＰＥベースの機能性を保護する際には、内容及びサービス・セキュリティーの必要性を考慮に入れなければならない。
【００１３】
加えて、法執行のための通信援助法（ＣＡＬＥＡ）によって、サービス・プロバイダーは、発信識別情報及び／又はその内容を目立たないように配信するネットワークにおけるトラフィックの正当な監視をサポートすることが要求されている。上述した従来のＶｏＩＰのアーキテクチャーのフレームワークの場合には、ＣＡＬＥＡは、非常に複雑であり、また多数のネットワーク要素の調整を必要とすることがある。（こうした代案は、例えば、パケット・ケーブル電子監視仕様書ＰＫＴ−ＳＰ−ＥＳＰ−ｉ０１−９９１２２９に記述されており、その全体を参照して本明細書に援用する。）ケーブルテレビ・ネットワーク・インフラ上におけるＶｏＩＰと他の安全なメディアサービスの提供に関する他のアーキテクチャーの特徴、必要条件、及び業界基準は、http://www.packetcable.com/specifications.htmlで提供されている様々なパケット・ケーブルの仕様書及び報告書において見ることができる。
【００１４】
以下の表にこれらの仕様書の名前及び番号を援用する。ケーブル伝送ＶｏＩＰにおける最先端技術の記述的な参考資料として、これらの仕様書をその全体を参照して本明細書に援用する。  
【００１５】
設計変更依頼（ＥＣＮ）が幾つかのパケット・ケーブルの暫定仕様書に関して承認されており、これらのＥＣＮがパケット・ケーブルの仕様書の一部とみなされることに注目されたい。ＥＣＮは、パケット・ケーブル・ライブ・リンクのサイトに掲示されている（上記のハイパーリンクを参照）。
・パケット・ケーブル１．０
【００１６】
以下の表にある１１個の仕様書及び６つの技術報告書は、パケット・ケーブル１．０を定義したものである。合わせてこれらの文書は、住宅用のインターネット・プロトコル（ＩＰ）音声サービスのための単一ゾーンのパケット・ケーブルのソリューションを実装するのに必要な通話シグナリング、通信サービス品質（ＱｏＳ）、ＣＯＤＥＣ、クライアント・プロビジョニング、請求書作成イベント・メッセージ収集、ＰＳＴＮ（公衆交換電話網）相互接続、及びセキュリティー・インターフェースを定義する。本明細書で、「単一ゾーン」とは、単一のＨＦＣケーブル・プラント或いは地域へのサービスを受け持つシステムを指す。
【００１７】
【表１】
2005525024.tif 000003
【００１８】
以下の表にある５つの仕様書及び４つの技術報告書は、パケット・ケーブルのアーキテクチャーを使用して一次回線対応サービスを提供するための必要条件を定義している。通信サービスを「一次（原語：primary）」として指定した場合は、そのサービスが本質的に絶えず利用できるはずと考える消費者の期待に沿えるに足るほど信頼できることを意味する。これはまた、特に、顧客の建物敷地における停電中及び（ＰＳＴＮに接続するためにサービスを利用すると仮定して）緊急救援活動（Ｅ９１１など）へのアクセス中における可用性を含む。
【００１９】
【表２】
2005525024.tif 000004
【００２０】
以下の表にある２つの仕様書及び１つの技術報告書は、ＩＰトランスポート或いはバックボーン・ネットワークを使用して、パケット・ケーブル１．０のネットワーク間の通信を可能とするのに必要な機能的な構成要素及びインターフェースを定義する。これらの仕様書は、ケーブル・オペレーターがセッショントラフィックを直接交換することを可能にするために、パケット・ケーブル１．０のアーキテクチャーに対する、通話シグナリング及び通信サービス品質（ＱｏＳ）拡張について記述している。これによって、１つのパケット・ケーブルのネットワーク上の加入者が、他のパケット・ケーブルのネットワーク上の加入者達と、エンドツーエンドＩＰ即ち「オンネット」セッションを確立できるようになる。パケット・ケーブルに関して、「オンネット」とは、通話がいつでもＰＳＴＮネットワークを横断せずにＩＰネットワーク上においてエンドツーエンドで確立していることを意味する。
【００２１】
【表３】
2005525024.tif 000005
【００２２】
現在必要とされているのは、ＣＡＬＥＡ、Ｅ９１１及び料金通信サービス品質必要条件をサポートしつつ、こうしたパケット・ケーブル仕様書と（ケーブル・システムに役立つことができる）互換性を持ち、且つ窃盗及びサービス拒否攻撃に強い、安全メディア処理及びスイッチング・システムである。このシステムは、既存のＰＳＴＮゲートウェイ・システム、ケーブル・ヘッドエンド及びＨＦＣプラント設備とインターフェースしなければならない。更に、現在の最先端技術における既知の欠点を克服するためには、障害リカバリーが高く、頑丈で、スケーラビリティーがあり、そして最終的にコスト効果が高い単一のＥＭＳの下で、こうしたシステムを統合しなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
安全メディア処理アーキテクチャーのフレームワーク
マルチメディア（ビデオ、オーディオ、グラフィック及びテキストコンテンツ）に統合された、新しいカテゴリーの音声スイッチングがここに開示されており、それは、ケーブル・ヘッドエンドでの使用、或いは他のデータ・スイッチング・センター又はノードでの使用のための、用途が広く安全なメディア・スイッチング・システムを提供する。この安全メディア処理（ＳＭＰ）システムは、標準のケーブルテレビ及びマルチメディア（例えば、ビデオ、オーディオなど）分散及びサービスに加えて、ケーブル加入者に電話通信サービスを提供する。
【００２４】
ＳＭＰシステムは、通話管理サーバー、パケット・スイッチ、メディア・ゲートウェイ、シグナリング・ゲートウェイ、メディア・ゲートウェイ制御及び上述したパケット・ケーブルの参照アーキテクチャーのトラフィックを伝送するインターフェース機能を１つのシステムに統合する。このＳＭＰアーキテクチャーは、パケット・ケーブルの参照モデルに明示された機能を再検討するものであり、更に、音声伝送ＩＰ（ＶｏＩＰ）電話通信サービスのための高度に統合され安全で信頼できる配信機構として、ケーブル電話通信サービスのための障害リカバリーのある単一の論理インターフェースを提供する。  
【００２５】
図１に示したような従来技術の分散電話通信システムでは、通話管理サーバー１２０が、各ＭＴＡに他のＭＴＡのＩＰアドレスを提供することで、通話に関わるＭＴＡ１０１に応答する。こうして、ＩＰネットワークは、従来の経路指定方法、パス可用性、コスト、渋滞のレベル、ホップの数、並びにトラフィック及び経路指定技術の他の局面に基づいてＭＴＡ間の通話を経路指定できる。このアプローチは、データ通信には有効であるが、パス・レイテンシ、品質、プライバシー、及びセキュリティーを厳密に制御する必要がある、音声のような時間に敏感なサービスに関して原因とならず（原語：non-causal）且つ決定論的でないことが分かる。更に、送信される全てのパケットに、通話に関わるＭＴＡのＩＰアドレスを付けるので、ネットワークによって配信されたサービスの全ての参加者に対してプライバシー及びセキュリティーが保証されるわけではない。
【００２６】
対照的に、このＳＭＰアーキテクチャーは、幾つかの実施形態において、他のＭＴＡでなくパケット・スイッチ・インターフェースへそのトラフィックを直接送るように各ＭＴＡをプロビジョンできる。こうして、ＭＴＡが他のＭＴＡのＩＰアドレスを得ることを防止する。更に、それは、全てのＭＴＡに、耐障害性のある単一の論理インターフェースを提示するという利点を備えている。また、パスが決定的なので、それによってスイッチへのパスのレイテンシ及び品質を管理できる。最も重要なことには、ＳＭＰアーキテクチャーは、通話に関わる個人のプライバシーの保護を提供する。
【００２７】
このＳＭＰアーキテクチャーには、更にユーザー・プライバシー、法執行のための通信援助法（ＣＡＬＥＡ）の合法的盗聴のサポート、緊急事態９１１（Ｅ９１１）及び進行中の通話のオペレーター割り込みの領域において、とりわけ利点がある。加えて、これは、スケーラビリティー、セキュリティーとプライバシー、可用性、オペレーション、ネットワーク単純化及びコストといった、重要なネットワークのニーズ及び必要条件に明確に強い影響を与える。
【００２８】
「一次回線」サービスのうち、顧客のメインか単独の音声リンクとなるように設計されたサービスでは、規定仕様書は、ＣＡＬＥＡ、Ｅ９１１及びオペレーター割り込みのような特徴の実装を義務づけている。一次回線使用のための分散電話通信システムの構築における課題は、顧客が期待している可用性及びデータ・セキュリティーの保証と共に、ＣＡＬＥＡ、Ｅ９１１、及びオペレーター割り込みに準拠することである。従来技術の分散システムでは、通話の処理、スイッチング、及びシグナリングに関わる全ての要素に対して、これらの特徴をサポートすることが要求されている。こうして、ネットワークにおける多数の要素の中でこれらの特徴の調整が必要になると共に、ＣＡＬＥＡ及びオペレーター割り込みのための解読及びブリッジング・ポイントのような機能が重複して作成される。ネットワークにおいて構成要素の数が増加するにつれて、故障の可能性のあるポイントの数も増えるため、ネットワークの全体的な可用性が低くなる。これによって、ネットワークの全体コストを増加させる機能性の複雑さ及び重複が増える。Ｅ９１１通話については、分散アーキテクチャーが複雑であるため、帯域幅管理と、ネットワーク利用度が高い時に毎回これらの通話をつなげることを可能にするＱｏＳ必要条件とをサポートするように、全ての要素（及びそれらの「要素管理システム」）が協力して作動することが更に必要となる。
【００２９】
各々からネットワーク機能を分離する場合、ネットワークが統合ネットワークセグメントとして作動するには、シグナリング・プロトコルに依存してその様々な要素を共に論理的に結ぶか統合する必要があるが、これによって、分散スイッチング・アプローチの問題が更に一層悪化する。この分離によって、シグナリング・プロトコル、データ・パス・リンク、制御及び顧客トラフィックの混合、及び多数の要素管理システムが一層急増する。そして、要素の混合に、リンク、プロトコル、及びＥＭＳが１つ追加される毎に、別の潜在的な故障ポイントが現れる。ネットワークの全体的な可用性及び信頼度がその要素の各々の信頼度の積であるとすれば、この急増によって、ネットワーク中の全ての要素においてリカバリー、信頼度、及び可用性に対する必要条件が急激に増加する。本発明の技術分野ではこうしたシステムについてしばしば述べられていることだが、分散「ソフトスイッチ」アプローチを用いて、可用性に対する本業界の所望レベルに達することは、従って（不可能でないにしても）非常に困難である。
【００３０】
このＳＭＰアーキテクチャーは、単一のＥＭＳを備えた単一のネットワーク要素内に、マルチメディア・サービス／データの、単一で高度に統合され安全で信頼できる配信ポイントを提供することで、従来技術のこれらの欠点に対処する。顧客トラフィック状態から独立してネットワーク制御の完全性を高めるために、顧客（ペイロード）データトラフィックから直ちに管理データトラフィックを分離する。ネットワークでの要素の数を減らすことによって、リンクを減らし、故障ポイントを減らして、全体的なネットワーク信頼度を高める。加えて、ＳＭＰアーキテクチャーにより提供される統合のレベルゆえに、高い可用性と、通話制御の障害リカバリー方法と、パス復旧と、従来技術の分散アプローチでは使用される多数のプラットフォームに渡って適用することが不可能なサービス配信とを効率的に実装できる。更に、ＳＭＰアーキテクチャーの高度な統合によって、復旧とスイッチングと経路指定とを含む通話開始から終了までの通話サービスに必要な全機能を実現する単一の処理装置の実装を備えた、自然な監視機能が実現される。従って、システム或いはネットワークの可用性を減少させうる逸脱したプロセスからの保護を実現する。
【００３１】
可用性とスケーラビリティーの必要条件を更に保証するために、ＳＭＰアーキテクチャーは、それが提供する様々なタイプのメディア・データ及びサービスのための精巧な帯域幅管理方法を実現できる。これらの帯域幅管理方法は、決定論的な通話受理制御機能をシステムに提供する。これにより、通話負荷、タイプ、及び加入方針に基づいて個々の通話要求を受理或いは拒絶できるようになる。
【００３２】
このＳＭＰアーキテクチャーの帯域幅管理能力は、従来の機能的なリソース要素のうちの４つである、アクセス・ネットワーキング、スイッチング、メディア・ゲートウェイ、及びトランキングに及ぶ。典型的な従来技術の分散システムでは、個別の（またしばしば非互換性で且つ／又は所有権を主張できる）ＥＭＳが、個々の機能的なリソース要素を制御し監視することになる。対照的に、このＳＭＰアーキテクチャーは、今日のＰＳＴＮのスケーラビリティーと可用性とリカバリーとに一致した、電話通信及び一般メディア処理ソリューションを提供するのに必要な統合リソース管理を提供する。このソリューションは、単に音声或いはビデオデータではなく、全てのタイプのマルチメディア・データを扱う場合も利用可能である。
【００３３】
このＳＭＰアーキテクチャーは、オペレーション及び制御のために単一の要素管理システム（ＥＭＳ）を使用する統合ソリューションを用いて、所有権を主張できる従来技術の多数の要素管理システムにおける複雑さを除去する。このレベルの統合によって信頼度及び可用性が増大することにより、プラットフォームが、パケット・ケーブル及び他の関連仕様書と一致した、Ｅ９１１、ＣＡＬＥＡ、及びオペレーター割り込みサービスを提供できるようになる。ＳＭＰは、ＣＡＬＥＡサポート用の解読及びブリッジングのための、またオペレーター通話割り込みのための、単一のポイントを提供する。ＳＭＰは、更にＥ９１１通話を促進するための帯域幅管理方法の実装を実現する。
代表的な実施形態
【００３４】
図２は、ＳＭＰアーキテクチャーのフレームワーク２００の代表的な一実施形態を示す。上記のように、このＳＭＰアーキテクチャーは、ＣＡＬＥＡ及び他の電話通信／メディアサービスに述べられた必要条件を満たすためのコスト効果のより高い方法をサービス・プロバイダーに与える一方で、ＶｏＩＰ電話通信加入者にネットワーク・プライバシーを提供する。このＳＭＰアーキテクチャーは、信頼できる経路指定機能を利用し、１つの実装においては、シーダー・ポイント・コミュニケーションズのＳＡＦＡＲＩ（商標）ケーブル・メディア・スイッチで具体化される。ＳＭＰの信頼できる経路指定機能は、パケット・ネットワーク・データにシグナリング・システム７（ＳＳ７）電話シグナリングと音声通話とを統合することにより、ＩＰネットワークにおけるＭＴＡ対ＭＴＡのＲＴＰフローを全て除去し、そして、ＰＳＴＮゲートウェイ、通話エージェント（即ち「ソフトスイッチ」）、及びクラス５（つまり、非タンデムのローカル・オフィス）スイッチの機能を提供する。
【００３５】
１つの代表的な実施形態において、ＳＡＦＡＲＩ実装が、小型の単一シェルフを備えた標準ラックマウント・シャシーを提供することで、ケーブル・ヘッドエンドか中央オフィスにおいて大幅な省スペースを実現する。シャシー（及びその関連するＥＭＳワークステーション）に全てのハードウェア及びソフトウェアが完全に統合されており、これにより、スペース及び動力が高効率なオペレーションを提供する。
【００３６】
このＳＭＰアーキテクチャーでは、他の全てのＭＴＡのＩＰアドレスを秘密にしておくために、ＭＴＡ１０１には、ＳＭＰスイッチ２１０のＩＰアドレスしか提供されない。全てのＲＴＰデータ・ユニット（或いはストリーム）をスイッチ２１０まで経路指定するようにＭＴＡ１０１に命令することで、オペレーター割り込み、ＣＡＬＥＡ準拠、及び保証された通信サービス品質（ＱｏＳ）のプロビジョニングも単純化される。
【００３７】
図３に示すように、ＳＭＰスイッチ２１０は、更にＩＰ１７０とＰＳＴＮネットワーク１５０へのインターフェース、サービス拒否（ＤｏＳ）攻撃保護、暗号化と解読、経路指定とブリッジング、及びＴＤＭ符号化／復号化（ＣＯＤＥＣ）機能を含む。
【００３８】
ＩＰネットワーク上の任意のＭＴＡから発信された、従来から「パケット」と呼ばれるＲＴＰデータ・ユニットは、進入ポート（図示せず）で最初に受信され、パケット・インターフェース３１０によって処理され、サービス拒否保護ブロック３２０へ送られる。ＤｏＳ保護ブロックは、サービス拒否攻撃が次のパケット処理に及ぶこと、及びその処理を悪化させることを防止する。その後、パケットは、ＩＰネットワークのセキュリティー必要条件を満たすために解読され、経路指定及びブリッジング・ブロック３３０へ送られる。
【００３９】
上述した「処理」は、ＲＴＰデータ・ユニット・ストリームをスイッチ２１０内部で使用するために、カプセル化した特別なパケット・ストリームに再フォーマットすることを含むことに注目されたい。これらのカプセル化したパケット（更に以下で論じる）は、退出ポートで効率的にトランスポートし、受信するために最適化されている。
【００４０】
経路指定及びブリッジング・ブロック３３０は、通話に関して指定されている宛先及びサービスに基づいて適切な経路指定及び／又はブリッジング機能を適用して、どの退出ポートへデータ・ユニットを送るべきかを決定する。ＩＰネットワーク１７０へパケットを再度経路指定する（導く）ことができ、その場合には、それらを暗号化３２４して、パケット・インターフェース３１０が処理するか、或いはＣＯＤＥＣブロック３４０へ送ることとなる。
【００４１】
ＣＯＤＥＣブロックは、例えばＩＴＵ仕様書Ｇ．７１１、Ｇ．７２９、Ｇ．１６８及び／又はＮ−ＷＡＹブリッジングに記載された機能のような、標準的な符号化及び復号化機能を実行する。  
【００４２】
回線インターフェース３５０は、ＰＳＴＮに標準ＤＳ０回線インターフェースを提供する。同様に、通話管理及びメディア・ゲートウェイ・コントローラー３７０は、ＶｏＩＰ電話通信のために定義され且つ本発明の分野で行われている典型的な機能を実行する。例示的に説明したこれらの機能を配備することで、悪意のある攻撃からＩＰネットワーク・ユーザー及びサービスを保護し、また、ＶｏＩＰネットワークにおいて搬送波級の電話通信及びＣＡＬＥＡ監視サービスを提供するための独特なソリューションを提供する。 
【００４３】
１つの実施形態では、シーダー・ポイント社が所有権を主張できる取り外し可能な光背面コネクターを備えた光ファイバーの背面を介した光ファイバー直接接続を使用して、ＳＡＦＡＲＩスイッチ内の内部通信及びスイッチング機能を実装する。この取り外し可能な背面コネクターは、２００１年８月２３日に提出された米国特許出願第０９／９３８，２２８号に更に記載されており、その全体を参照して本明細書に援用する。
【００４４】
ＳＭＰアーキテクチャーの主な機能ブロックについて以下に更に詳述する。
・ＶｏＩＰ電話通信加入者のプライバシー
【００４５】
加入者が従来のＶｏＩＰネットワーク内で別の加入者への通話を始める場合、セッション記述プロトコル（ＳＤＰ）（ＩＥＴＦのＲＦＣ２３２７を参照）内で、開始及び終了するＭＴＡのＩＰアドレスを交換する。例えばＩＴＵ標準Ｈ．３２３、ＳＩＰ、ＭＧＣＰ、或いはＭＥＧＡＣＯ（サービス・プロバイダーによって使用される標準及び設備に依存する）に記述されたもののような周知のシグナリング・プロトコル内でＳＤＰをカプセル化する。ケーブル・プロバイダーは、例えば、ネットワークベース通話シグナリング（ＮＣＳ）プロトコルと呼ばれるＭＧＣＰプロファイルで標準化されてきた。例えば、パケット・ケーブルの仕様書ＰＫＴ−ＳＰ−ＥＣ−ＭＧＣＰ−Ｉ０２−９９１２０１を参照し、このプロトコルの完全な記述のために、その全体を参照して本明細書に援用する。
【００４６】
このＳＭＰアーキテクチャーでは、通話管理機能は、ＭＴＡの間で交換されるＳＤＰプロファイルに、他のＭＴＡのＩＰアドレスでなくそれ自体のＩＰアドレスを挿入する。こうして、所有権を主張できるＭＴＡ・ＩＰアドレス情報を、通話に関わる各ＭＴＡへ送る代わりに、信頼されたネットワーク要素であることが必要なＳＭＰスイッチに対してローカルにしておく。音声パスを確立するために、各ＭＴＡは、ＳＭＰスイッチへのＲＴＰパケット・フローを確立する。すると、ＳＭＰは、パケット・フローを適切に、つまり、ＶｏＩＰネットワーク内の通話のため別のＭＴＡへ、或いは（経路指定のための周知で適切なフォーマットへ変換した後に）ＰＳＴＮへ経路指定する。
・オペレーター割り込み及びＣＡＬＥＡ準拠の特徴
【００４７】
例えば使用中の回線の確認、オペレーター割り込み（侵入）、及びＣＡＬＥＡといった電話通話の特徴は、音声通話の監視或いは盗聴と同様の必要条件を備えている。従来のＶｏＩＰアーキテクチャーでは、ＭＴＡ、ＰＳＴＮゲートウェイ、及び他の経路指定設備は全て、これらの特徴に応じるために、余分な機能性及び相互作用を必要とする。ＳＭＰアーキテクチャーのフレームワークでは、スイッチ自体の中のローカルな経路指定及びブリッジング機能に対して、必要な機能性は分離されている。この機能は、暗号化されたＲＴＰパケット・フロー上で運ばれた通話を目立たないように聞くか或いは会議電話する能力と、標準的な無テスト又は使用中の回線の確認（ＢＬＶ）幹線（オペレーター侵入用）に、或いは通話コンテンツチャンネル（ＣＡＬＥＡ監視用）にその通話を接続する能力とを提供する。
・パケット・カプセル化
【００４８】
幾つかの実施形態において、このＳＭＰアーキテクチャーは、回線トラフィックをパケットトラフィックと同様の効率で運ぶよう設計されたＤＳ０回線カプセル化のための、レイテンシが短くオーバーヘッドが短く帯域幅が効率的な方法を更に利用してもよい。このＤＳ０回線カプセル化方法は、データ・ユニットと、パケットと、ＶｏＩＰトラフィックとの任意の混合に対応するように容易に構成可能である。特に、これは、音声及び他のレイテンシ耐性のない回線トラフィックに特有の遅延必要条件を満たすように、ファブリックを通過する、短いオーバーヘッドのパケット・データ・ユニット・スイッチング用の回線トラフィック（つまり、ＲＴＰデータ・ユニット）をカプセル化する方法を提供する。
【００４９】
図４にそのカプセル化処理を示す。ここでは、進入フロー（図４Ａにその処理を示す）は、回路ネットワーク、つまり、ＰＳＴＮからスイッチに入るデータ・ストリームである。退出フロー（図４Ｂに示される）は、スイッチを出発して、ＴＤＭタイム・スロット内でＰＳＴＮに入るデータ・ストリームである。
【００５０】
図４Ａに示される進入フローに関しては、処理の開始は、選択されたＴＤＭタイム・スロットの間に回路データ・ユニットが受信された（読み取られた）時である（ステップ４０５）。その後、その処理は、受信データ・ユニットに対応する経路指定情報を特定するためにメモリをチェックする（ステップ４１０）。少なくとも部分的には経路指定情報から引き出される退出ポート番号に基づいて特定の待ち行列へデータ・ユニットを導く（ステップ４１５）。
【００５１】
ステップ４２０は、待ち行列にそれぞれ追加した後で、フレーム境界に関するテストを行って（４２５）ＦＳＤＵを満たすのに十分な量のデータ・ユニットを集めるまで、ステップ４０５乃至４１５の処理を継続する。一旦ＦＳＤＵが満たされると、ＦＳＤＵにヘッダーを加えて、カプセル化したパケットを作成する。その後、ステップ４３０で、カプセル化したデータ・パケットをスイッチ・ファブリックに送って適切な退出待ち行列へ導く。進入ポートにデータが存在する限り、ステップ４０５でその処理を繰り返す。
【００５２】
図４Ｂに１つの実施形態として描かれた退出フロー処理は、これに類似している。ステップ４５０において、カプセル化したデータ・パケットをスイッチング・ファブリックから受信し、ＦＩＦＯバッファに入れる。ヘッダーを読み取り（ステップ４５５）、そして、ヘッダーに格納された情報からソースポートを決定する。ステップ４６０において、ＦＳＤＵ内の各データ・ユニットの正しいタイム・スロットを決定するため、ソースポート識別子を使用してこのＦＳＤＵに対応するメモリ位置を読み取る。その後、ＦＳＤＵ内のデータ・ユニットをアンパックし（つまり、再フォーマットし）、各データ・ユニットの宛先タイム・スロットに対応するジッタ・バッファに入れる（ステップ４６５）。
【００５３】
正しいタイム・スロット時間が到来すると、データ・ユニットを各ジッタ・バッファから読み出してＴＤＭストリームに送信する。
【００５４】
このＳＭＰアーキテクチャーの代表的な実施形態（これに限定されないが、シーダー・ポイントＳＡＦＡＲＩメディア・スイッチによって例示された）を使用して、同じファブリックを使用してパケットトラフィックとＴＤＭベースのＤＳ０トラフィックとの両方を同時にスイッチングする。パケット・スイッチ（定義による）は、パケットトラフィックに特定の必要条件を扱うよう設計されている。また、本システムは、本開示に別記されているような従来のパケット・スイッチング機能性を提供してもよい。
【００５５】
パケット・スイッチ・ファブリック５００は、実際はどんな数も使用できるが、図５に示すように、有限数の高速ポート５１０（例えば、８個）を備える。これは、スイッチ・ファブリックに対して８個の進入（入力）ポート及び８個の退出（出力）ポートがある可能性を暗示する。各サイクル・タイムにおいて、接続を８個まで確立するために、なんらかの方法で、８個の出力に８個の入力を接続する。このサイクル・タイムの間に、各接続においてＦＳＤＵを唯一１個渡してもよい。トラフィックの振る舞いによっては、全ての入力が、送信すべきＦＳＤＵに必要な出力に接続できるとは限らない（つまり、競合が起きることがある）。こうした状況では、８個全ての入力が１個のＦＳＤＵを送るには、サイクル・タイムを幾つか要するかもしれない。全ての入力が同じ出力にそれらのＦＳＤＵを送ろうとする場合には、ＦＳＤＵを全て送るのに８サイクル・タイムを要することとなる。
【００５６】
スイッチトラフィックを、異なるポートにおけるパケットトラフィック及びＤＳ０トラフィックの任意の混合から構成するようにしてもよい。幾つかのポートをパケットトラフィック専用にしてもよいし（例えば、図５のポート１）、幾つかのポートをＤＳ０トラフィック専用にしてもよく（例えば、ポート３）、また、幾つかのポートが複数のトラフィックタイプの組み合わせをサポートするようにしてもよい（例えば、ポート５）。このＳＭＰアーキテクチャーは、アプリケーションが要求する性能特性に影響を及ぼさずに、トラフィックタイプの任意の組み合わせを実現する。更に、このシステムは、パケット又はＴＤＭ（ＤＳ０）データ・フローによって表わされる実際の情報に対して透過的である。ここに記載されたＳＭＰアーキテクチャーによって、またそのアーキテクチャーの中において、音声信号、データ、ＦＡＸ又はモデム信号、ビデオ、グラフィックス、或いは他の情報を、どれも同等にたやすく且つ容易に搬送し、スイッチングすることができる。
【００５７】
ＤＳ０ＴＤＭ回路は、１２５μ秒毎に１バイトのデータを運ぶ。遠距離通信技術において通常この時間間隔をフレームと呼ぶ。パケット・ファブリックは６４バイト乃至２５６バイトのＦＳＤＵを備えるので、単一のＤＳ０ＴＤＭ回路は、到底ＦＳＤＵを満たすことはない。仮に個々のＤＳ０回路を単一のＦＳＤＵ専用としてしまえば、ＦＳＤＵ内の残りのスペースをパディングで満たすことで浪費することとなる。従って、こうした大きなＦＳＤＵ内へ１バイトのデータをマッピングすることは非常に非能率的となる。
【００５８】
これに代わる一つの方法は、ＤＳ０回路用の大きなバイトを蓄積するために、より長い期間を待つことである。６４バイトのＦＳＤＵを満たすためには８ミリ秒、即ち２５６バイトのＦＳＤＵでは３２ミリ秒、待たなければならなくなる。これは、音声通話において、回線にとってかなりの遅れを意味し、典型的な「料金」通信サービス品質ネットワーク・スイッチングの必要条件に合わない。更に、それは、このデータの一時的記憶装置を扱うために非常に大きなメモリを必要とする。これらの何れの代替方法も理想的ではない。
【００５９】
本開示の幾つかの実施形態によれば、より完全にＦＳＤＵ６１０を満たすために、各フレーム時間内に多数のＤＳ０ＴＤＭ回路を組み合わせる。図６にこの組み合わせを示す。スイッチ・ファブリック・ポートの数が固定で扱いやすいので、同じスイッチ・ファブリック出力ポートを宛先とする多数のＤＳ０回路でＦＳＤＵ６１０を満たすことは合理的である。 
【００６０】
これは動的処理である。すなわち、特定のスイッチ・ファブリック宛ての複数のＤＳ０回路が到着し通過していく際に、この処理では、各ポート宛てのＦＳＤＵ６１０を効率的に満たすために、動的にＤＳ０回路を加え且つ削除する。回路が削除されると、まだアクティブな回路は全て、その削除した回路によって残された穴を満たすために移動する。
【００６１】
８個のスイッチ・ファブリック・ポート（幾つかの実施形態において）の各々については、そのポートに向かうトラフィック用のＦＳＤＵを生成するために、個別の回路５２０（図５を参照して）を使用する。各ＦＳＤＵの始めにあるヘッダー６２０は、スイッチ・ファブリックを通ってＦＳＤＵを適切に案内するために、優先情報と共にスイッチ・ファブリック・ポートを識別する。ＴＤＭデータでＦＳＤＵの残りを満たす。例えば、６４バイトのＦＳＤＵが２バイトのオーバーヘッドを含んでいる場合、６２本のＤＳ０ＴＤＭチャンネルでＦＳＤＵの残りを満たすことができる。各フレーム内に、各回路からの１バイトのデータを当該デバイスにおいて受信すると、このデータを送信先である特定の宛先ポート用のＦＳＤＵに加える。ＦＳＤＵが満たされると、パケット・スイッチへ送り、そのポートのための別のＦＳＤＵを開始する。この方法の遅延を１２５μ秒以内に維持するために、全てのＦＳＤＵが完全には満たれていなくても、フレームの最後までにＦＳＤＵを全て送らなければならない。この機構を用いることにより、部分的にしか満たされない可能性のある最大１６個のＦＳＤＵを除いて、ＦＳＤＵ１個当たり６２／６４即ち９６．９％の効率でデータがＦＳＤＵに効率的に満たされる。２５６バイトのＦＳＤＵでは、この効率は、ＦＳＤＵ１個当たり２５４／２５６即ち９９．２％まで上昇する。スイッチが１６，０００個の回路を扱うことができる場合、６４バイトのＦＳＤＵの全体効率は９１．２％になり、また、２５６バイトのＦＳＤＵの全体効率は９３．４％になる。比べて、１個のＦＳＤＵに１本のＤＳ０ＴＤＭチャンネルを入れた場合の効率は、たったの１．６％である。
【００６２】
スイッチ・ファブリックの出力（退出）側では、ヘッダーを取り除いて個々のＤＳ０チャンネルを引き出すようにＦＳＤＵを処理する（再フォーマットする）。スイッチング及び経路指定の技術で周知の様々な方法によって、各チャンネル用の経路指定情報を、スイッチ・ファブリックの出力において処理デバイスに対して利用可能とすることができる。その後、退出ポートを介してネットワーク内に送信するためにＤＳ０を再びＴＤＭフォーマットに戻す。
【００６３】
上述のＦＳＤＵを埋める方法に関連して、ＤＳ０データは、時間に非常に敏感なので、保証された最大のレイテンシを備えたスイッチ・ファブリックを通過しなければならない。上述したように、スイッチ・ファブリックは、バースト到着挙動（原語：bursty
arrival behavior）を示すことがあるパケットトラフィックと共有する。パケットトラフィックが優先度の高いＴＤＭトラフィックと競合するのを防ぐために、ＴＤＭベースのＦＳＤＵに、パケットトラフィックより高い優先レベルを割り当てる。仮にＴＤＭトラフィックに割り当てた特別な優先レベルのために割り付けた帯域幅が超過しない場合は、ＴＤＭトラフィックの量が決定論的となり、スイッチ・ファブリックを通過するＴＤＭトラフィックのレイテンシをパケットトラフィックの量に関係なく保証できる。この方法の効果は、回路及びパケットトラフィックを互いの性能に影響を及ぼすことなく任意に組み合わせてスイッチ・ファブリック内で混合できることである。
【００６４】
レイテンシを制限できるので、スイッチ・ファブリックの出力側でＴＤＭストリームを再構成でき、また、正確に割り当てたタイム・スロットに個々のデータ・ストリームを揃えることが可能になる。これを実現するためには、パケット・スイッチを通過することにより遭遇した可変の遅延を平滑化するために、ジッタ・バッファが必要となる。レイテンシを短くすることが重要なので、ジッタ・バッファをできるだけ小さくする必要がある。しかしながら、スイッチング・ファブリックを通る際の最小及び最大のレイテンシを保証するのに十分な大きさにジッタ・バッファを作成しなければならない。市販のパケット・スイッチ・ファブリックを用いて、僅か１２５マイクロ秒以下の単一フレーム時間の追加遅延をもたらすようにジッタ・バッファに制約を加えることは合理的である。
【００６５】
こうして、このＳＭＰアーキテクチャーのスイッチ・ファブリックの実装によって、個別の専用ＴＤＭ及びパケット・スイッチを備えることに等しい処理能力の性能及びレイテンシを備えた単一のスイッチ・ファブリックがもたらされる。このファブリックは、多数のファブリックによる費用を要することなく、或いはそれらを相互接続する複雑さを伴うことなく、これを実現する。
・サービス拒否（ＤｏＳ）攻撃に対するサバイバビリティー
【００６６】
物理的なセキュリティー、ファイアウォール、特定のフィルタ、或いはセッション・レベル・ユーザー認証又は暗号化（単独或いは組み合わせにより）は、今日、本発明の分野で公知のネットワーク・セキュリティーを提供するための主要なツールの代表である。最初の２つのメカニズムである物理的なセキュリティー及びファイアウォールは、世界規模のインターネットを制限のあるユーザ或いはサービス・アクセスを備えたドメインに分割しようとする境界を提供する。更に、上記の３番目と４番目の方法は、高度な細分性（原語：granular）に基づいて（例えば、有資格と認定されたユーザを持つことに基づいて）ではあるが、論理的な分割を提供する。
【００６７】
これらのタイプの分割戦略或いは境界戦略には利点と不利な点との両方がある。利点の１つは、企業が世界規模のインターネットに対してアクセス・ポイントを１つだけ備えればよく、従って、ファイアウォールを１つだけ確立し管理すればよいことである。（インターネット上のリソース及びサービスに対する需要によって、インターネットアクセスの帯域幅及び可用性に関する要求が増加するにつれて、これは、ますます一般的でなくなっている）。しかしながら、これらの分割方法の全てに共通した不利な点は、一旦境界を回避するか侵入してしまえば、攻撃者が、侵入したネットワーク内で有効なユーザと見なされてしまうということである。
【００６８】
サービス拒否（ＤｏＳ）攻撃の殆どは、こうした状況下で始められる。企業かサービス・プロバイダーのセキュリティー方法に侵入或いは回避した無許可のユーザは、ネットワーク上で有効なユーザと見なされる。ファイアウォールの背後にある内部ネットワークは、一旦開始されたらサービス拒否攻撃を検出或いは制限する方法を持たないので、典型的には無防備である。
【００６９】
一般に、サービス拒否攻撃は、「感染した」ネットワーク内のルーター及びホストの制御と管理の機能（つまり、本発明の分野で「制御プレーン」として知られる）に向けられる。ＤｏＳ攻撃は、非常に高速でパケットを生成する。それらパケットは、ホストとルーターに向けられると同等に高速でエラー応答を生成するか、或いは、急増するエラー・メッセージ応答を備えたパケットを生成する。攻撃者が望んでいる効果は、役立たないパケットの嵐でネットワーク自体を飽和状態にすること、或いはルーター又はホストのアプリケーション計算能力を飽和状態にして、それらが正常な活動を実行できないようにすることである。何れの場合も、攻撃者は、システムの正当な他のユーザへのサービスをこれまで拒否してきた。
【００７０】
このＳＭＰアーキテクチャーのネットワーク・セキュリティー機能性の重要な目的は、加入者宅内設備（ＣＰＥ）の悪用によるサービス拒否（ＤｏＳ）攻撃に耐える能力である。ＣＰＥに干渉することで、無許可のユーザー（例えば、クラッカー、即ちハッカー）は、ネットワーク中の認可されたユーザに対するサービスを中断するか、盗むか、或いは拒否することができ、そして、潜在的にネットワークを利用不可能にすることができる。これらの攻撃からの保護は、どのネットワークにおいても不可欠で、ネットワークが一次回線電話通信サービスを配信している場合は更に重大である。従来技術では、制御情報がデータ・ペイロードと共にネットワークを横断する分散ソフトスイッチ・アプローチにおいて、この問題がより緊急であることが明らかとなっている。イン―バンド・シグナリングとして知られるこの状況によって、高度な技術を持ったハッカーが制御情報をまねるか氾濫することができ、ネットワーク或いは重要な要素を役に立たないようにする可能性がある。
【００７１】
ＤｏＳの脅威に立ち向かうために、この統合ＳＭＰアーキテクチャーは、データ・ペイロードと制御プレーンとの間に物理的に閉じた環境（つまり、制御とデータ・ペイロード信号との間の完全な分離）を提供する。加えて、このＳＭＰアーキテクチャーは、ＭＴＡからそのパケット処理インターフェースまで全ての通話を経路指定し、その後の処理を経る前にここで全ての通話がサービス拒否保護アルゴリズムを通過する。  
【００７２】
このＤｏＳ保護アルゴリズム及び手順は、リアルタイムで多くのサービス拒否攻撃の影響を検知し制限する一方で、更なるアクションをとるべくネットワーク監視エージェントに更にこのイベントの警報を発する。集中型（例えば、ＳＡＦＡＲＩメディア・スイッチ内で）アプローチ或いは分散アプローチの何れかにおいてこれを実装してもよい。これらのアルゴリズムを要素のうちの幾つか（全てにではなく）に適用する効果として、サービス拒否攻撃で被る損害をかなり効果的に削減できる。
【００７３】
ＤｏＳ保護アルゴリズムは、ネットワークへより深く伝播しないように攻撃を阻むことにより、サービス拒否攻撃からの防御の第一線としての機能を果たす。ＤｏＳ保護「前処理」アルゴリズムは、オペレーターが攻撃を管理できるように、攻撃の検出、隔離、追跡、及び報告を含むことができる。攻撃管理を使用することで、ネットワークが意図通り作動できるようになり、結果的に収益をあげ続けることができる。この統合システムでは、ネットワークに入るハッカー攻撃を検知し、警報を発し、その攻撃から保護するために、特別な方法及びシステム（以下に記載した）を実装できる。
【００７４】
本発明の幾つかの実施形態において、分類されたホストフロー隔離機構と共に全ての有効なアプリケーションのためのパケット・フローの分類により、ＤｏＳのサバイバビリティー及び保護を提供してもよい。先ず、インターフェース・レベルでバッファリング及び待ち行列作成を実行する。次に、重みをつけた、クラスベースの待ち行列（ＣＢＱ）のスケジューラは、各待ち行列をサービスするアプリケーション・タイプに基づいて、サイズ制限を全ての待ち行列それぞれに適用する。セッション・マネージャーは、待ち行列からアプリケーション層までパケットのフローを処理し、各アプリケーションのステータスを絶えず監視する。
【００７５】
攻撃によりエラーが発生すると、アプリケーション層は、セッション・マネージャーにエラーを報告する。その後、セッション・マネージャーは、影響を受けた待ち行列へのデータの流れを絞り、プログラム可能なしきい値レベルに到達した時にＥＭＳへ状態の警報を発し、また不正を働くパケットに対するトレースと記録の機能をトリガーする。更に、ＳＭＰアーキテクチャーによって、ユーザは、新しく異なった攻撃を防ぐように設計された、特注の或いは特殊目的のフィルタをインストールできる。
【００７６】
ＤｏＳ保護アルゴリズムの具体的なオペレーションは、以下の通りである。最初に、システム上の全ての有効なインターネット・アプリケーションに対して、きめの細かいフロー分類を行う。待ち行列及びバッファの専用プールは、各フローに関連付けられている。単一インターフェース及び単一アプリケーションに基づいて専用待ち行列及びバッファのプールを提供するという効果が得られるように、これらの待ち行列及びバッファのプールはインターフェースにより更に細分される。重みをつけたクラスベースの待ち行列（ＣＢＱ）スケジューラは、アプリケーション・タイプに基づいて、固定（しかしプログラム可能な）サービス・サイズを備えた各待ち行列を空にする。従って、ＳＭＰに対してサービス拒否攻撃が始まると、その効果は、サービス拒否攻撃が向けられた単一のアプリケーション・タイプ及びインターフェースに制限されることとなる。
【００７７】
待ち行列スケジューラの（機能的には）上には、各アプリケーションと相互作用するセッション・マネージャーが位置している。セッション・マネージャーは、パケットをアプリケーションに渡しつつ、パケットが消費される際にバッファ・プール・クレジット残高を維持すると共に、送信された各パケットでアプリケーション・ステータスを常時監視する。サービス拒否攻撃の殆どは、形状不良か不完全なアプリケーション・サービス要求を生成するように設計されているので、なんらかのエラーを発生する。これらのエラーの頻度が増加するにつれて、そのアプリケーション待ち行列のデューティー・サイクル（つまり、待ち行列サービス・サイズ）は減少することとなる。あるしきい値に達すると、待ち行列のサービス・サイズが縮小されたことで、ＥＭＳを介して（予めプログラムされた）ネットワーク・オペレーターへ警報が発生される。すると、ＥＭＳ或いはオペレーターは、本発明の分野で周知のタイプの対策を実行できる。このフィードバック・メカニズムは、ＤｏＳ攻撃の激しさをそぐ効果がある。
【００７８】
警報イベントがトリガーされると、将来の分析用に固定数の不良パケットを記録するトレース・メカニズムを起動する。加えて、ネットワーク・オペレーターには、このサービス拒否攻撃の送信元からのパケットを全て除去するフィルタを（ＥＭＳを介して）受信インターフェースにインストールするという選択肢も与えられている。
【００７９】
これらのメカニズムは、共に用いることで、サービス拒否攻撃に対する強力で柔軟なリアルタイム応答を提供する。これにより、それらの影響を最小限にすることと、ネットワーク・オペレーターに速やかに通知することを保証する。
代替的な実施形態
【００８０】
本方法のステップを実行する順序は、本質的に例示的な説明にすぎない。実際、本開示で特記しない限り、これらステップは任意の順序で或いは並行に実行できる。
【００８１】
本発明の分野で現在これらの用語が知られているように、ハードウェア、ソフトウェア或いはその任意の組み合わせで本発明の方法を実行できる。特に、任意のタイプの１台のコンピューターか複数のコンピューター上で作動するソフトウェア、ファームウェア、或いは、マイクロコードによって、本方法を実行してもよい。加えて、本発明を具体化するソフトウェアは、任意の形式（例えば、ソースコード、オブジェクトコード、マイクロコード、インタープリタコードなど）で任意のコンピューター読み取り可能メディア（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、磁気メディア、パンチテープ或いはカード、任意形式のコンパクト・ディスク（ＣＤ）、ＤＶＤなど）に格納したコンピューター命令を含んでもよい。その上、こうしたソフトウェアは、インターネットに接続されたデバイス間で転送される周知のウェブページ内に存在するような、搬送波に組み入れられたコンピューター・データ信号の形式をとっていてもよい。従って、本開示で特記しない限り、本発明は、いかなる特定のプラットフォームにも限定されない。
【００８２】
以上本発明の特別な実施形態について示し記述してきたが、本発明の種々なる態様から逸脱することなく変更及び修正を行ってもよいことは、当業者に明白である。従って、添付した特許請求の範囲は、本発明の要旨を逸脱しない範囲に入るものとしてこうした変更及び修正全てを包含することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
添付の図面を参照することによって、本開示が一層理解され、また、その多数の特徴及び利点は当業者に明白となりうる。
【図１】従来技術のＶｏＩＰソフトスイッチ・アーキテクチャーの高レベルのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＶｏＩＰアーキテクチャーの高レベルのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による機能ブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態によるパケット・カプセル化プロセスのフローチャートである。
【図５】本発明の代表的な実施形態におけるスイッチ・ファブリック・アーキテクチャーの高レベルのブロック図である。
【図６】本発明の幾つかの実施形態に使用されるＴＤＭデータ・フォーマットの概略図である。
【００８４】
異なる図面において同じ参照符号を使用することで、同様或いは同一の品目を示す。
【図１】
2005525024.tif 000006
【図２】
2005525024.tif 000007
【図３】
2005525024.tif 000008
【図４Ａ】
2005525024.tif 000009
【図４Ｂ】
2005525024.tif 000010
【図５】
2005525024.tif 000011
【図６】
2005525024.tif 000012
【国際調査報告】
2005525024.tif 000013