(57)【要約】本発明は、ツリー検索、又は例えばケーブルテレビ局（CaTV）の間のメッセージ送信衝突を解決するスタック衝突回避アルゴリズムの間で用いられる方法とシステムに関するものである。CaTVの広帯域データネットワークは、加入者のコンピュータシステム（１０２，１０４，１０６，１１０，１１２，１１４）とCaTVのヘッドエンド（１００）との間で双方向通信を提供する。CaTVによって送信されたメッセージの間で衝突を解決するために、通信チャネル上で送信される複数のメッセージを送信する方法が提供される。前記方法は、：前記複数のメッセージの第１のメッセージを送信する第１の要求を提示し、前記複数のメッセージの第２のメッセージを送信する第２の要求を提示する要求を、前記提示された第１と第２の要求の受信により、前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出されるまで行うことを有する。前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出される前に、前記複数のメッセージの第３のメッセージを送信する第３の要求を提示し、前記複数のメッセージの第４のメッセージを送信する第４の要求を提示する要求を行う。しかし、前記提示された第３と第２の要求の受信により、前記提示された第３の要求と前記提示された第２の要求の間で第２の衝突が検出された場合に、前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出されるまで、前記第３のメッセージを送信する前記第３の要求を再送信し、前記第４のメッセージを送信する第４の要求を再送信する要求を遅延させる。
2005506765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のメッセージを送信する方法であって、
前記複数のメッセージが通信チャネル上で送信され、
前記複数のメッセージの第１のメッセージを送信する第１の要求を提示し、前記複数のメッセージの第２のメッセージを送信する第２の要求を提示する要求を、
前記提示された第１と第２の要求の受信により、前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出されるまで行うことを有する方法であって、
前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出される前に、前記複数のメッセージの第３のメッセージを送信する第３の要求を提示し、前記複数のメッセージの第４のメッセージを送信する第４の要求を提示する要求を行い、
前記提示された第３と第２の要求の受信により、前記提示された第３の要求と前記提示された第２の要求の間で第２の衝突が検出された場合に、
前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出されるまで、
前記第３のメッセージを送信する前記第３の要求を再送信し、前記第４のメッセージを送信する第４の要求を再送信する要求を遅延させること
を更に有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の複数のメッセージを送信する方法であって、
前記第１と第２の要求の間の前記第１の衝突が第１の衝突ツリーで解決され、
前記第３と第４の要求の間の前記第２の衝突が第２の衝突ツリーで解決される方法。
【請求項３】
請求項２に記載の複数のメッセージを送信する方法であって、
前記第１の衝突ツリーが解決される前に、前記第２の衝突ツリーが開始され、
前記第１の衝突ツリーが解決されるまで、前記第２の衝突ツリーを解決することが遅延される方法。
【請求項４】
請求項２に記載の複数のメッセージを送信する方法であって、
前記複数の衝突のそれぞれの衝突を解決した複数の解決された衝突ツリーの平均の長さを判断し、
前記平均の長さに応じて、前記第２の衝突ツリーを開始することを更に有する方法。
【請求項５】
請求項４に記載の複数のメッセージを送信する方法であって、
前記第２の衝突ツリーを開始することが、前記第１の衝突ツリーの前記開始に更に依存する方法。
【請求項６】
複数のメッセージを送信するシステムであって、
前記複数のメッセージが通信チャネル上で送信され、
前記複数のメッセージの第１のメッセージを送信する第１の要求を提示し、前記複数のメッセージの第２のメッセージを送信する第２の要求を提示する要求を、
前記提示された第１と第２の要求の受信により、前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出されるまで行うと考えられる第１の要求手段を有するシステムであって、
前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出される前に、前記複数のメッセージの第３のメッセージを送信する第３の要求を提示し、前記複数のメッセージの第４のメッセージを送信する第４の要求を提示する要求を行うと考えられる要求手段と、
前記提示された第３と第２の要求の受信により、前記提示された第３の要求と前記提示された第２の要求の間で第２の衝突が検出された場合に、
前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出されるまで、
前記第３のメッセージを送信する前記第３の要求を再送信し、前記第４のメッセージを送信する第４の要求を再送信する要求を遅延させると考えられる遅延手段と
を更に有することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項６に記載の複数のメッセージを送信するシステムであって、
前記複数の衝突のそれぞれの衝突を解決した複数の解決された衝突ツリーの平均の長さを判断すると考えられる判断手段と、
前記平均の長さに応じて、前記第２の衝突ツリーを開始すると考えられる開始手段と
を更に有するシステム。
【請求項８】
請求項６に記載の複数のメッセージを送信するシステムを有するヘッドエンドのコンピュータであって、
前記ヘッドエンドのコンピュータが前記通信チャネルを通じてマルチメディアステーションに接続されるヘッドエンドのコンピュータ。
【請求項９】
請求項８に記載のヘッドエンドのコンピュータであって、
セットトップボックスが前記マルチメディアステーションのうちの１つであるヘッドエンドのコンピュータ。
【請求項１０】
請求項８に記載のヘッドエンドのコンピュータであって、
テレビセットが前記マルチメディアステーションのうちの１つであるヘッドエンドのコンピュータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、複数のメッセージを送信する方法に関するものであり、前記複数のメッセージは通信チャネル上で送信され、前記方法は、
前記複数のメッセージの第１のメッセージを送信する第１の要求を提示し、前記複数のメッセージの第２のメッセージを送信する第２の要求を提示する要求を、
前記提示された第１と第２の要求の受信により、前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出されるまで行うことを有する。
【０００２】
更に、本発明は、複数のメッセージを送信するシステムに関するものであり、前記複数のメッセージは通信チャネル上で送信され、前記システムは、
前記複数のメッセージの第１のメッセージを送信する第１の要求を提示し、前記複数のメッセージの第２のメッセージを送信する第２の要求を提示する要求を、
前記提示された第１と第２の要求の受信により、前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出されるまで行うと考えられる第１の要求手段を有する。
【０００３】
前述の方法とシステムの実施例は、US6,181,687からわかる。ここで、メッセージ送信の衝突を解決するために、ハイブリッド媒体アクセス制御（MAC）プロトコルにおけるツリー検索又はスタック衝突回避アルゴリズムがケーブルテレビ局（CaTV）によって使用される通信システムが開示される。
【０００４】
CaTVの広帯域データネットワークは、加入者のコンピュータシステムとCaTVのヘッドエンド（H/E）との間で双方向通信を提供する。そこから、CaTVが接続される他のデジタルデータネットワークまで双方向通信が続く。加入者のコンピュータシステムは、ケーブルモデムと呼ばれる装置を介してCaTVのH/Eに接続され、それは加入者のコンピュータシステムに関して内部的又は外部的に配置され得る。ケーブルモデムは、通常のアナログTVの視聴に用いられるものと同じCaTVケーブルを介してH/Eに接続する。ケーブルモデムからH/Eへのデータ送信は、通常はアップストリーム送信と称され、複数の周波数帯域を占有する。前記の各周波数帯域はまた、アップストリームチャネル又は帰路チャネルと称される。H/Eからケーブルモデムへのデータ送信は、通常はダウンストリーム送信と称され、それも複数の異なる周波数帯域を占有する。前記の各周波数帯域は、ダウンストリームチャネルと称される。
【０００５】
CaTVシステムのネットワークトポロジーとアーキテクチャは、加入者のケーブルモデムが他のそれぞれの送信を聞くことを可能にしない。従って、異なるケーブルモデムによって送信された２つ以上のメッセージがちょうど重なり、前記メッセージが運ぶ情報の破壊を相互の周波数が結果として生じるという可能性が存在する。前記メッセージ送信の衝突を解決するために、可変の継続時間の非重複送信時間間隔がH/Eによって生成され、時間間隔の変化値とその間の変化時間間隔のクラスタにグループ化される。特定のクラスタで送信する何らかのステーションが、次のクラスタの開始の前にそのメッセージの状態を知るように、クラスタのシーケンスが形成される。クラスタ内の全てのメッセージ送信で、同じシーケンスの連続するクラスタとともに、まとめて衝突回避が実行される。しかし、衝突回避を完了する待ち時間の変化は、ユーザによって経験されるサービス品質に影響を与える重要な品質特性である。
【０００６】
衝突回避における待ち時間の変化を低減する方法を提供することが、本発明の目的である。この目的を達成するために、前述による方法は、
前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出される前に、前記複数のメッセージの第３のメッセージを送信する第３の要求を提示し、前記複数のメッセージの第４のメッセージを送信する第４の要求を提示する要求を行い、
前記提示された第３と第２の要求の受信により、前記提示された第３の要求と前記提示された第２の要求の間で第２の衝突が検出された場合に、
前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出されるまで、
前記第３のメッセージを送信する前記第３の要求を再送信し、前記第４のメッセージを送信する第４の要求を再送信する要求を遅延させること
を更に有することを特徴とする。
【０００７】
第１の衝突が解決される前に第２の衝突を解決することを始め、前記第１の衝突が解決されるまで前記第２の衝突の実際の解決を遅らせることによって、マルチメディアステーションによって送信されるメッセージの衝突回避の待ち時間の変化が低減される。衝突が解決されたシーケンスが、先着順の解決に近似するように制御されるため、衝突回避の待ち時間が低減される。
【０００８】
本発明による方法の実施例が、請求項２に記載される。衝突を解決するために衝突ツリーを用いることによって、衝突回避アルゴリズムは、衝突回避を制御するヘッドエンドステーションによって開始される明確な開始を有する。それはまた、前記開始時に存在する全てのメッセージが解決される明確な終了を有し、ヘッドエンドステーションは、この終了の発生を認識する。
【０００９】
本発明による方法の実施例が、請求項３に記載される。ヘッドエンドステーションが衝突ツリーを開始するため、送信するメッセージを有するマルチメディアステーションは、動作中になる時間を認識しない可能性がある。マルチメディアステーションが動作中になると、データを入れるスロットの要求を送信するまで待ち、ヘッドエンドステーションの適切な要求スロットを受信するまで通信を待つ。
【００１０】
本発明による方法の実施例が、請求項４に記載される。メッセージの衝突を解決する衝突ツリーの長さを追跡することにより、開始されて解決されていない可能性がある衝突ツリーの数が定められる。好ましくは、開始された衝突ツリーの数sの二乗は、メッセージの衝突を解決した衝突ツリーの平均の長さLを6で割ったものに等しい。
【００１１】
【数１】
2005506765.tif 000003
本発明による方法の実施例が、請求項５に記載される。通信チャネル上に送出されるデータはスロットに含まれる。スロット自体はフレームにグループ化される。以前の衝突ツリーが開始された前のフレームの数に応じて新しい衝突ツリーを開始することによって、衝突ツリーの平均の長さが制御され、それ故に衝突回避の待ち時間の変化が変化され、低減される。
【００１２】
衝突回避における待ち時間の変化を低減するシステムを提供することが、本発明の更なる目的である。この目的を達成するために、前述によるシステムは、
前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出される前に、前記複数のメッセージの第３のメッセージを送信する第３の要求を提示し、前記複数のメッセージの第４のメッセージを送信する第４の要求を提示する要求を行うと考えられる要求手段と、
前記提示された第３と第２の要求の受信により、前記提示された第３の要求と前記提示された第２の要求の間で第２の衝突が検出された場合に、
前記提示された第１の要求と前記提示された第２の要求との間で、最初の非衝突が検出されるまで、
前記第３のメッセージを送信する前記第３の要求を再送信し、前記第４のメッセージを送信する第４の要求を再送信する要求を遅延させると考えられる遅延手段と
を更に有することを特徴とする。
【００１３】
本発明によるシステムの実施例が請求項７に記載される。
【００１４】
本発明は、図面によって示される実施例を用いて説明される。
【００１５】
図１は、ケーブルTVの広帯域ネットワークの構成を示したものである。ヘッドエンド  (H/E)１００は、ダウンストリーム通信チャネル１１６とアップストリーム通信チャネル１１８とを介して、ケーブルステーション１０２−１１４に接続される。各ケーブルステーション１０２−１１４は、そのケーブルモデム（図示なし）を介してデジタル通信チャネルに物理的に接続される。ケーブルモデムは実際のデータの送信を実行する。従って、ケーブルステーションがデータを送受信することが説明される場合は、ケーブルモデムが前記送信を実行する。ケーブルモデムは通常のアナログTVの視聴に用いられるものと同じCaTVのケーブルを介してH/E１００に接続する。ケーブルステーション１０２−１１４からH/E１００へのデータ送信は、複数の周波数帯域を占有する。前記の各周波数帯域は、アップストリーム又は帰路通信チャネル１１８と称される。H/E１００からケーブルステーション１０２−１１４へのデータ送信は、複数の異なる周波数帯域を占有する。前記の各周波数帯域は、ダウンストリーム通信チャネル１１６と称される。アップストリームの通信チャネル１１８はタイムスロットにされ、ケーブルステーション１０２−１１４の間で共有され、それ故に、ケーブルステーション１０２−１１４から送信されたメッセージが衝突し得る。従って、アップストリームのデータ伝送に衝突回避が必要となる。アップストリームのデータ伝送を実行する方法は、欧州通信標準300  800（1998年3月）に基づく、200年6月28日のデジタルビデオ放送（DVB）；ケーブルTV分配システム（CATV）のためのDVB双方向チャネル、草案（第３版）（Digital  Video  Broadcasting(DVB);  DVB  interaction  channel  for  Cable  TV  distribution  systems(CATV),  working  draft(Vresion  3)）に記載された要求承認機構を介するものである。前記要求承認機構において、ケーブルステーションは、他のステーションと競争してデータスロットを要求し、他のステーションと競争していない予約スロットにおける成功した要求の後にデータ転送が続く。それ故に、帯域が衝突回避手順を介したケーブルステーションによって要求される一連の手順を介して、データ転送は効率的に構成される可能性があり、成功した衝突と待ち行列の手順の後に、帯域がステーションに与えられる。
【００１６】
ケーブルネットワークにおいてデータ転送をスケジュールする標準的な方法は、各フレームの一部を前述の２つの処理（要求と実際のデータ転送）に割り当てる、いわゆる帯域ディバイザ（bandwidth  divisor）を必要とする。従って、各フレームはfスロットで構成され、帯域ディバイザ（bandwidth  divisor）は、フレームnのスロットのtnに衝突回避手順を割り当て、実際のデータ転送にdnを割り当てる。ここで、全てのnについて、0≦tn≦fかつdn+tn=fである。
【００１７】
図２は、衝突ツリーを利用する衝突回避手順を示したものである。衝突ツリーを介してケーブルモデムの要求の間で衝突を解決することは周知である。例を用いて、３つの衝突ツリー２００が説明される。ヘッドエンドは、３つのスロット２０２と２０４と２０６で送信されるデータを有するケーブルステーションを提供する。各ケーブルステーションはスロットを選択し、その要求を送信する。説明される例において、８個のケーブルステーション又は競争者が存在し、５個のステーションがスロット２０２に要求を送信し、２個のステーションがスロット２０４に要求を送信し、１個のステーションがスロット２０６に要求を送信する。ケーブルステーションは、他のステーションが行った選択を認識しない。ヘッドエンドによるスロットの受信により、ヘッドエンドがどの要求がどのケーブルステーションに属するかを導くことができないため、ヘッドエンドはスロット２０２と２０４の衝突を解決しなければならない。１つのみのケーブルステーションがスロット２０６で要求を送信し、それ故にヘッドエンドがスロット２０６で要求を承認することができるため、スロット２０６で衝突を解決する必要はない。
【００１８】
スロット２０２の衝突を解決するため、ヘッドエンドは、次のフレームにスロット２０８と２１０と２１２を提供し、スロット２０２に要求を送信した各ステーションに、スロット２０８と２１０と２１２のうちの１つで要求を再送信することを要求する。適切なケーブルステーションがスロット２０８と２１０と２１２のうちの１つを再度選択し、要求を送信する。前記スロット２０８と２１０と２１２の受信により、ヘッドエンドは全くメッセージを承認できず、図２の示されるように、各スロットがちょうど１つのケーブルステーションの要求を有するまで、ヘッドエンドが次のフレームで新しいフレームを再送信しなければならない。
【００１９】
説明された衝突ツリーの解決の間、他のケーブルステーションが動作中になる場合があり、すなわちデータ転送に与えられる帯域の要求を有する。前記要求は、以前の衝突ツリーが解決された後に、いわゆる次の衝突ツリーのルートのノードで取得される。
【００２０】
図３はケーブルネットワークにおけるデータ転送までに経過した時間を示したものである。ケーブルステーションから他のケーブルステーションにヘッドエンドを介して送信されるアップストリームデータは、ケーブルステーションとのユーザの相互作用から通常生じたものである。例えば、テレビセットの場合、ユーザが歌曲の行事又はそれと同様のものの間にお気に入りのアーティストに投票することができる。テレビセットの応答が、テレビセットからヘッドエンドにデータを送信するために必要な時間によって定められる。更に、ケーブルステーションのユーザへの応答速度と等質のサービス品質とを改善するために、データが送信されるまでの待ち時間の小さい変化が必要になる。前記合計の待ち時間３１２は、
要求がツリーのノードに取得される前に、ケーブルステーション３００−３０４が実質的に待たなければならない待ち行列３０６と、
要求が取得された後に、衝突が解決されるまで、ケーブルステーション３００−３０４が実質的に待たなければならない待ち行列３０８と、
衝突が解決された後に、データが送信されるまで、ケーブルステーション３００−３０４が実質的に待たなければならない待ち行列３１０と
に分けられ得る。
【００２１】
待ち行列３０６と３０８の間の待ち時間は、衝突回避中の待ち時間と称され、待ち行列１１０の間の待ち時間は、データ送信中の待ち時間と称される。衝突回避中の待ち時間の小さい変化が、データ送信の間の平均待ち時間に肯定的な影響を及ぼす。待ち行列３１０は、M/G/1待ち行列を用いてモデル化され得るため、前記待ち行列に入るステーションのサービス時間は、そのステーションによって要求されたパケットの数に等しい。送信する新しいパケットを受信し、衝突手順において未だ成功していない場合に、衝突回避手順で動作中のケーブルステーションは、その要求を更新することができる。従って、ケーブルステーションが要求するパケットの数は、衝突回避において経過した時間に依存し、要求されたパケットの数の変化は、衝突回避において経過した時間の変化に依存する。
【００２２】
図１に示す通り、衝突回避において経過した時間は、２つの部分（次の衝突ツリーが開始されるまでの時間と、この衝突ツリーで経過した時間）で構成される。以前のツリーが終わるとすぐに新しいツリーが開始されるように衝突回避が構成されると、衝突前に経過した時間と衝突において経過した時間とは、無関係になる。更に、ランダムなケーブルステーションの合計待ち時間の変化は、動作中のケーブルステーションの数の二乗に一次比例する：
【００２３】
【数２】
2005506765.tif 000004
ここでSはランダムなステーションの待ち時間を示し；Nは現在動作中のシステムにおけるステーションの数であり；λは各ステーションがデータパケットを生成する強度であり；μはステーションが成功し、衝突回避を通り過ぎた速度である。全てのnについてtn=1である場合、ツリー処理に当てられたちょうと１つのスロットが存在し、フレーム毎に平均でlog(3)の成功した終了が存在する。この場合は、μ=log(3)である。動作中のステーションの数が非常に大きくなる可能性があると、待ち時間の変化も大きくなり得る。
【００２４】
衝突手順が“先着順”にケーブルステーションの要求を満たすスケジュールにおいて、前記変化が衝突回避の待ち時間の変化に対する補正値である場合に、前記のことは特にそうである。後者のサービス順において、衝突ツリーの手順は、衝突回避の前に待ち時間のほとんどを費やしたステーションが、衝突回避手順の間に最初に要求を満たすように構成される。従って、待ち時間の２つの部分は逆相関になり、更に小さい変化は次になる：
【００２５】
【数３】
2005506765.tif 000005
この場合、変化は動作中のステーションの数の二乗ではなく、動作中の数に比例する。衝突回避における待ち時間の変化の重要性を考えると、競争するケーブルステーションを“先着順”にスケジュールすることが更に良い。この場合、以前のツリーの実行中に動作中になる最初のケーブルステーションが、現在のツリーで成功するべき最初のものになる。
【００２６】
図４は、ケーブルステーションの間の衝突ツリーを介した衝突回避のシーケンスを示したものである。矢印４０２ａによって示された時間は、ケーブルステーション１０２（図１参照）が動作中になり、衝突回避の前に待ち行列に入る時間を示す。矢印４０４ａと４０６ａと４０８ａによって示された時間は、それぞれのケーブルステーション１０４と１０６と１０８（図１参照）が動作中になり、衝突回避の前に待ち行列に入る時間を示す。しかし、衝突ツリーを用いながら、ケーブルステーションを“先着順”に要求を満たすことは不可能である。ステーションが衝突ツリーに入ると、ステーションが動作中になる順序を利用する機構を見つけることが困難である。このことは、それぞれのケーブルステーション１０２と１０４と１０６と１０８が衝突ツリーを出る時間を示す、矢印４０２ｂと４０４ｂと４０６ｂと４０８ｂによって示される。従って、衝突回避の前に待ち行列に２番目に入るケーブルステーション１０４は、衝突ツリーの解決手順を最後に出る可能性がある。
【００２７】
図５は、“先着順”のスケジュールに近似する機構を示したものである。ツリーの待ち行列を使用することによって、“先着順”のスケジュールが近似され得る。前記ツリーは、最初に生じるツリーの衝突が後に生じるツリーの衝突の前に解決されるように、“先着
順”に要求を満たされる。更に、それぞれ時間５０６ａと５０８ａで動作中になったために“後の”ツリーで競争するステーション１０６と１０８の前に、それぞれ時間５０２ａ
と５０４ａで動作中になったために“先の”ツリーでステーション１０２と１０４が競争をする。しかし所定のツリーにおいて、動作中になった時間に関してステーション間の更なる識別は存在しない。それぞれステーション１０８と１０６が衝突回避手順を出る時間
を示す時間５０６ｂと５０８ｂの前である、それぞれ時間５０２ｂと５０４ｂに、ステーション１０２と１０４が衝突回避手順を出る。従って、複数のツリーでのスケジュールは先着順の方針に近似する。ステーション１０２と１０４の衝突回避手順が１ステップ内で解決される場合、すなわちステーション１０２と１０４の要求が衝突しない場合、前記の要求は次の待ち行列に転送されることに留意すべきである。次の待ち行列は、解決された（衝突のない）要求を有し、対応する要求しているステーションにデータスロットを与えるために用いられる。更に、１つの衝突ツリーの解決手順の間に要求を再送信することを要求される毎に、ステーションがその要求を更新し得る。従って、ステーションが送信可能なデータの量が１つの衝突ツリーの解決手順の間に増加すると、それに応じてステーションがその要求を更新し得る。
【００２８】
提案されたアルゴリズムの好ましい形態において、待ち行列のツリーがほぼ同等な長さであるように動作する。それによって、ツリーの長さは、ルートのノードで取得された全ての衝突が解決されるまでにツリーのルートのノードで解決される必要のあるスロットの数に等しい。衝突回避中の待ち時間の変化は、以下に等しくなる：
【００２９】
【数４】
2005506765.tif 000006
ここで、sはツリーの数である。ケーブルステーションを事前に分類するs個のツリーを用いて、変化がO(N2)からO(N2/s2)に減少する。この式はまた、何個のツリーが待ち行列で用いられるかについて大体の目安を与える。理論上、ツリーが多いほど良い。現実的には、(3)の二次式を(2)の変化より小さくすることは、ほとんど目的を果たさない。従って、以下の要件から、
【００３０】
【数５】
2005506765.tif 000007
次を得る。
【００３１】
【数６】
2005506765.tif 000008
ここでLは１つのツリーの平均の長さであり、Λ=Nλである。従って、ツリーの長さを追跡することによって、待ち行列で使用するツリーの“最善”の数を順応性のあるように評価し得る。
【００３２】
図６は、本発明による主なステップを示したものである。ケーブルステーションが動作中になる時間を認識しない場合に、指定された時間間隔に基づいて、動作中のケーブルステーションの一式を分割することは不可能である。この場合、新しいツリーのルートのノードが定期的にスケジュールされ、場合によっては、現在のツリーの実行を中断する。従って、前のルートのノード以降に動作中になったケーブルステーションを、ルートのノードが“取得”し、新しいツリーを開始する。しかし、このツリーの終了は、以前に開始された全てのツリーが終了されるまで中断される。このことは、先着順に要求を満たすルートのノードの待ち行列を維持することによって達成される。現在のツリーの実行は、新しいルートのノードをスケジュールするためにのみ中断される。最初のステップS600において、ヘッドエンドは動作中のツリーが存在するかどうかを検査する。動作中のツリーは、開始されたが、解決されていないツリーである。ルートのノードの待ち行列が空であり、現在のツリーが完了されている場合には、動作中のツリーは存在しない。動作中のツリーが存在しない場合に、ステップS602が実行される。ステップS602において、送信されるデータを有するケーブルステーションに、次のフレームfの適切なスロットtnで要求を送信することを要求することによって、新しいノードがスケジュールされる。動作中のツリーが存在する場合、ステップS602の代わりにステップS604が実行される。ステップS604において、最新のルートのノードがdフレームより前のものであり、s未満のツリーが動作中である場合にのみ、次のフレームfで新しいルートのノードがスケジュールされる。変数ｄとsは次の状態によって定められ得る。
【００３３】
−dが可変であり、sが不特定である定率のスケジュール。従って、動作中のツリーの数に限界がなく、dフレーム毎にルートのノードがスケジュールされる。
【００３４】
−dとsの双方が可変である限界のある定率のスケジュール。従って、ルートのノードがdフレーム毎にスケジュールされ、多くてもs個のツリーの待ち行列がS604において維持される。
【００３５】
−sが可変であり、dが不特定である指定の待ち行列の大きさのスケジュール。S604において、待ち行列の大きさがs-1個のツリーに近似するが、決してs-1個のツリーを超えないように、ルートのノードがスケジュールされる。順応性のあるdの計算された値を介して、前記のことが達成され得る。次のアルゴリズムが前記のdの値を計算し、ルートのノードが等距離にスケジュールされる追加の属性を有する。
AvgDistがスケジュールされたルートのノードの間の平均の認識された距離の現在の推定値を示し、
AvgQueueがルートのノードの待ち行列の平均の大きさの現在の推定値を示すとすると、
【００３６】
【数７】
2005506765.tif 000009
ここで、“alpha”は0と1の間の実数値の処理のパラメータである。
【００３７】
−sとdの双方が不特定である順応性のあるスケジュール。この場合、ルートのノードは、自動的に選択されたsとdの値を介してスケジュールされる。前記のことは、sをゆっくり順応させ、dを以前の場合のように順応させることによって行われる。好ましい実施において、sの目標値は、次によって規定されるように定められる。
【００３８】
【数８】
2005506765.tif 000010
lは平均のツリーの長さの現在の推定値である。このことは、sをゆっくり順応させることによって達成され、定められる。
【００３９】
【数９】
2005506765.tif 000011
その後、dを等間隔等にするように適応させる。各ステーションについて、フレーム毎に多くても１つのルートのノードがスケジュールされることに留意すべきである。
【００４０】
ステップS604において、新しいルートのノードがスケジュールされることが定められると、ステップS616が実行される。ステップS616において、ヘッドエンドは、衝突が現在解決されているケーブルステーションのためのメッセージを有するケーブルステーションに要求を送信する。ヘッドエンドは、所定のスロットで要求を送信した各ケーブルステーションに、その要求を再送信することを要求する。ステップS604で新しいルートのノードがスケジュールされることが定められると、ステップS602が実行され、ルートのノードをスケジュールする。
【００４１】
ステップS602とS616の双方がステップS606に進む。次のステップS606において、ケーブルステーションはヘッドエンドから要求を受信する。ケーブルステーションが送信するデータを有する場合、提供されたスロットからスロットを選択し、データスロットの要求をヘッドエンドに送信する。しかし、ケーブルステーションがヘッドエンドから要求されたデータを送信する承認を受信すると、ケーブルステーションは、そのデータを提供されたデータスロットtdで送信する。ステップS608において、ヘッドエンドはケーブルステーションから要求を受信する。次のステップS610において、ヘッドエンドは、ツリー処理に当てられたスロット毎に、前述の通り衝突する要求が存在するかどうかを検査する。１つのステーションからの１つの要求を有するスロットが存在する場合には、ヘッドエンドは、ステップS612に進み、要求を解釈する。その後、それは、ステーションの要求に従って、１つのステーションにデータスロットを与え、その後ステップS600が実行され、それはまたステップS610において衝突するスロットのために実行される。
【００４２】
基本的にツリーの待ち行列は、先着順に要求を満たされ、最初に開始されたツリーが、後のツリーの衝突が解決される前に完了される。現実に、フィードバック遅延のために前記のルールが少し緩和される。現在のフレームnの所定の数tnのスロットを衝突処理に割り当てる“帯域ディバイザ（bandwidth  divisor）”と関連して、ツリーのスケジュール法が動作することを思い出すべきである。フィードバック遅延のため、全ての前記tnのスロットをツリーの待ち行列の先頭に当てることが必ずしも可能であるとは限らない。そして、残りのスロットを浪費するのではなく、待ち行列の第２のツリーに割り当てられる。全ての残りのスロットが前記第２のツリーに用いられることが不可能であり、待ち行列の２つ以上のツリーがある場合に、前記の処理が繰り返され得る。
【００４３】
次に、ケーブルステーションが時間を認識しない場合に、本発明による例示的な評価が与えられる。全ての結果がtn=1の場合に関するものであり、sの多様な目標値の平均のツリーの長さが提示される。シミュレーションは、多様なトラヒックの強度Lに関するものであり、Λは全てのトラヒックの強度であり、Λ=Nλであり、多様な数の（非限定的な）動作中のステーションはn=100からN=1000の範囲である。結果は多数のスロットで与えられ、tn=1の場合、結果はフレーム長f=18によって割り、3msecに等しいフレーム時間で掛けることによって、時間に変換され得る。表１は、スケジュールsツリーが要素sによって平均のツリーの長さの減少を実際に結果として生じることを示したものである。この結果は、動作中のケーブルステーションの数に無関係であり、トラヒックの強度に無関係である。
【００４４】
【表１】
2005506765.tif 000012
更に、次のツリーの長さが、２つのツリーをスケジュールする他の“貪欲な”仕組みと比較される。この貪欲な仕組みもまた、s個の動作中のツリーを維持する。しかし、貪欲な仕組みは、本発明による仕組みと２つの点で異なる。第１に、以前のツリーが完了されるとすぐに新しいツリーを開始する。従って、長期にわたって公平に新しいツリーの開始を分配する試みを行わない。第２に、ツリーはラウンドロビン法で要求を満たされる。逆に、本発明による仕組みは、最初に開始されたツリーにツリーのスロットを割り当てる。従って、非常に長いツリーと非常に短いツリーのバーストとの間で貪欲な仕組みが交替するため、本発明による仕組みは貪欲な仕組みより安定する。対照的に、本発明による仕組みは、期間中の最初の経過後に一連の安定したツリーの長さを結果として生じる。
【００４５】
本発明の他の実施例において、ケーブルステーションが時間を認識する。次の“ツリーのラウンド”が検討され、ツリーのラウンド毎に可変の数のツリーが実行される：
−Lは以前のツリーのラウンドの長さであり、それは、前記以前のツリーのラウンドで実行されたツリーの合計の長さである。
【００４６】
−Sは以前のツリーのラウンドで動作中になった、すなわち送信するデータを有しており現在衝突に関与していない、ケーブルステーションのセットである。更に、ケーブルステーションが以前のツリーのラウンドの開始に関して動作中になった時を認識することを仮定する。従って、ステーションは、指定の間隔で動作中になる動作中のステーションのセットに属しているかどうかを判断し得る。１つのツリーで動作中のステーションのセットSの要求を満たすのではなく、Sは、それぞれが別のツリーで要求を満たされるnsplit個のサブセットに分割される。前記別のツリーは連続して実行される。Sをサブセットに分割することは、時間情報を用いて実行され：以前のツリーのラウンドの長さが等しい長さのnsplit個の時間間隔に分けられる。前記時間間隔とともに、以前のツリーのラウンドが実行された期間を計る。Sの第１のサブセットは、第１の前記間隔の間に動作中になった前記ケーブルステーションから構成される。前記サブセットは第１のツリーで要求を満たされる。第２のサブセットは、第２の前記間隔の間に動作中になった前記ケーブルステーションから構成され；前記サブセットは第２のツリーで要求を満たされる等である。ここで、nsplitは好ましくは以下によって定められ得る。
【００４７】
【数１０】
2005506765.tif 000013
次に、ケーブルステーションが時間を認識する場合において、本発明による方法の例示的な評価が与えられる。表２と表３と表４で構成される全ての結果が、tn=1の場合に関するものであり、衝突回避の待ち時間の変化がsの多様な値について提示される。更に、多様なトラヒックの強度Lが関係し、Λは全てのトラヒックの強度であり：Λ=Nλであり、多様な数の動作中のステーションはn=100からN=1000の範囲である。結果は、多数のスロットで与えられ；tn=1の場合、結果はフレーム長f=18によって割り、3msecに等しいフレーム時間で掛けることによって、時間に変換され得る。表２は、N=100の端末で、s個のツリーの待ち行列を維持する待ち時間の時間内の比較を示したものである。表３は、N=200の端末で、s個のツリーの待ち行列を維持する待ち時間の時間内の比較を示したものである。表４は、N=1000の端末で、s個のツリーの待ち行列を維持する待ち時間の時間内の比較を示したものである。前記の表から、衝突回避における待ち時間の変化の意図された影響が観測され得る。また、平均の待ち時間に小さい影響が存在する。これは、時間に関する分割が、分割を実現するルートのノードを節約し、それ故に衝突回避を少し更に効率的にするという事実のためである。N=100について、ほとんどの変化の削減がs=2とs=5の間の分割値で達成されており；N=200について、最適値はs=5のあたりで生じるように見え、N=1000について、sの最適値は10より上である。
【００４８】
【表２】
2005506765.tif 000014
【００４９】
【表３】
2005506765.tif 000015
【００５０】
【表４】
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本発明による方法の説明された実施例は、帯域ディバイザ（bandwidth  divisor）で動作する。しかし、それはまた、要求処理の最小数のスロットが用いられ、残りが既に許可されたパケットのデータ転送のために用いられ、最後に（存在する場合は）残りが要求処理について再度用いられるスケジュールで動作し得る。
【００５１】
本発明による方法の説明された実施例は、衝突ツリーのみより更に一般的に適用される。実際に、それは、以下の基準を満足する衝突手順を介して構成された衝突回避手順の場合に適用される：
ヘッドエンドによって開始された明確な開始を有し；
開始時に存在する競争者の間の全ての衝突が解決される明確な終了を有し；
前記終了の発生が確実にヘッドエンドに認識される。
前記手順の例は、ALOHAに基づくフレームである。ALOHAシステムは、通信システムが互いに独立して動作中になり、１つのチャネル上で通信を試みる、複数ユーザの通信システム内のメッセージ交換プロトコルである。
【００５２】
この発明の方法の説明された実施例の順番は必須ではなく、その技術に熟練した人は、ステップの順序を変化し、又はスレッドモデル、マルチプロセッサのシステム、若しくは本発明によって意図された概念から逸脱しないマルチ処理を用いて同時にステップを実行し得る。
【００５３】
図７は、本発明によるシステムの主要な要素を図式的に示したものである。システム７００は、メモリ７０２と７０４と７０６と７０８と、通信BUS７１２を通じて前述のメモリに通信可能に接続されたプロセッサ７１０とを有する。メモリ７０２は、送信するメッセージを有する要求ステーションに、その要求を提示することを要求するようにプログラムされたコンパイル済みのソフトウェアを有する。前記要求が受信され、前記要求の間で衝突が検出された後に、メモリ７０４が動作中になる。このメモリは、動作中になった新しいステーションに、前述の新しい要求を送信することを要求するかどうかを判断するようにプログラムされたコンパイル済みのソフトウェアを有する。メモリ７０２で衝突が検出されない場合、制御がメモリ７０４に渡る。ここで、第１の衝突を解決する間に開始された他の衝突ツリーがあるかどうかが検査される。開始された他の衝突ツリーがある場合、これは、メモリ７０２に再度制御を渡すことによって解決される。メモリ７０６は、解決された衝突ツリーの平均の長さを判断するようにプログラムされたコンパイル済みのソフトウェアを有する。衝突ツリーを解決する間、処理がメモリ７０６に渡され、解決されている現在の衝突ツリーの長さが登録され、既に解決された衝突ツリーの平均の長さで平均化される。メモリ７０８は、前述の通り、新しい衝突ツリーを開始する平均の長さを有する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ケーブルTVの広帯域ネットワークの構成を示したものである。
【図２】衝突ツリーを利用する衝突回避手順を示したものである。
【図３】ケーブルネットワークにおけるデータ転送までに経過した時間を示したものである。
【図４】ケーブルステーションの間での衝突ツリーを介した衝突回避のシーケンスを示したものである。
【図５】“先着順”のスケジュールに近似する機構を示したものである。
【図６】本発明による方法の主なステップを示したものである。
【図７】本発明によるシステムの主な要素を図式的に示したものである。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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