(57)【要約】  動的アップストリーム帯域幅割当スキーム、即ちトラフィック予測に対する限定的共有（ＬＳＴＰ）が開示され、ＰＯＮ上でアップストリーム伝送の帯域効率を改善する。ＬＳＴＰは、ＰＯＮ  ＭＡＣ制御メッセージを採用し、オンライントラフィック負荷に従って帯域幅を動的に割り当てる。ＯＮＵ帯域幅要件は、既にバッファされたデータと入来データの予測とであるので、フレーム遅延を低減し、データ損失を緩和する。ＯＮＵは、トラフィック予測を容易にするためにＬＳＴＰの固定的順番でＯＬＴによって供給される。各光ネットワークユニット（ＯＮＵ）は、完全優先転送（ＥＦ）、相対的優先転送（ＡＦ）、及びベストエフォート（ＢＥ）という降順の優先度を備えた３つのクラスにそのローカルトラフィックを分類する。比較的高い優先度を備えたデータは、バッファが満たされる時、比較的低い優先度のデータに置換する。
2008539610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信ネットワークであって、複数のダウンストリームネットワークユニットを供給し、時分割ベースで各タイムスロットにネットワークユニットからのアップストリーム通信を受信し、ネットワークユニットからの要求に応じてネットワークユニットの各タイムスロットに対して端末が決定した可変持続時間を許可することによってネットワークユニット間にアップストリーム帯域幅を分配する端末と、それによって受信され、端末に向かうことになっているローカル情報を記憶するネットワークユニットと、ネットワークユニットにタイムスロットを割り当てるための方法と、を含み、ネットワーク端末に対してネットワーク帯域幅割当を提供するための方法は、ネットワークユニットから端末への伝送を待機する記憶されたローカルデータの伝送時間と、許可を受けた後のユニットから端末への伝送に対する要求と開始との間の間隔で受信されることが予期されるデータをユニットから端末へ伝送するのに必要な時間の推定である待機時間とをユニットの要求持続時間に含ませる過程を具備することを特徴とする。
【請求項２】
端末は、サービスプロバイダの本社に位置する光ライン端末であり、ネットワークユニットは、端末に光学的にリンクされた光ネットワークユニットであることを特徴とするネットワークで実行される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
端末は、ダウンストリーム通信のためのパッシブスプリッタであることを特徴とするネットワークで実行される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
要求は、データのバーストを送信する終わりにユニットによって送信され、時間の推定は、ユニットから端末への伝送に対する要求と次の開始との間の間隔で受信されたデータを伝送するのに必要な時間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
一組の情報がネットワークユニットによって記憶され、一組のローカル情報の各メンバーは、複数の所定の優先度レベルのうち一つを有し、方法は、ネットワークユニットにおいて、メンバーのバッファがターミナルに伝送されることを維持する過程と、特定の優先度のメンバーに各々が専用のキューに端末への伝送のためのメンバーをエンキューする過程と、ネットワークユニット要求と次のデータ伝送との間の間隔で、それにより、バッファが満たされる時に比較的高い優先度である受信されたデータにバッファのデータを置換する過程と、をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
端末は、サービスプロバイダの本社に位置する光ライン端末であり、ネットワークユニットは、端末に光学的にリンクされた光ネットワークユニットであることを特徴とするネットワークで実行される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
端末は、ダウンストリーム通信のためのパッシブスプリッタであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
要求は、データのバーストを送信する終わりにユニットによって送信され、時間の推定は、ユニットから端末への伝送に対する要求と次の開始との間の間隔で受信されたデータを伝送するのに必要な時間であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
遅延に敏感で帯域幅保証を有するメンバーに対する最高の優先度、遅延に敏感でないが帯域幅保証を有するメンバーに対する第２の優先度、及び遅延に敏感でなく帯域幅保証を有さないメンバーに対する低い優先度として、優先度の降順で定義された３つの優先度があることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
通信ネットワークであって、複数のダウンストリームネットワークユニットを供給し、時分割ベースで各タイムスロットにネットワークユニットからのアップストリーム通信を受信し、ネットワークユニットからの要求に応答してネットワークユニットの各タイムスロットを許可することによってネットワークユニット間にアップストリームタイムスロットを分配する端末と、それによって受信され、端末に向かうことになっている一組のローカル情報を記憶するネットワークユニットと、を含み、一組のローカル情報の各メンバーは、複数の所定の優先度レベルのうち一つを有し、異なる優先度の一組の情報の間でサービスの区別を提供する方法は、メンバーのバッファが端末に伝送されることを維持する過程と、特定の優先度のメンバーに各々が専用のキューに端末への伝送のためのメンバーをエンキューする過程と、ネットワークユニット要求と次のデータの伝送との間の間隔で、それにより、バッファが満たされる時に比較的高い優先度である受信されたデータにバッファのデータを置換する過程と、を具備することを特徴とする。
【請求項１１】
遅延に敏感で帯域幅保証を有するメンバーに対する最高の優先度、遅延に敏感でないが帯域幅保証を有するメンバーに対する第２の優先度、及び遅延に敏感でなく帯域幅保証を有さないメンバーに対する第３の優先度として、優先度の降順で定義された３つの優先度があることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
通信ネットワークであって、複数のダウンストリームネットワークユニットを供給し、時分割ベースで各タイムスロットにネットワークユニットからのアップストリーム通信を受信し、ネットワークユニットからの要求に応答してネットワークユニットの各タイムスロットに対して端末が決定した可変持続時間を許可することによってネットワークユニット間にアップストリーム帯域幅を分配する端末と、それによって受信され、端末に向かうことになっているローカル情報を記憶するネットワークユニットと、ネットワークユニットにタイムスロットを割当てるための方法と、を含み、改良点は、その要求された持続時間が、ネットワークユニットから端末への伝送を待機する記憶されたローカルデータの伝送時間と、許可を受けた後にユニットから端末への伝送に対する要求と開始との間の間隔で受信されることが予期されるデータをユニットから端末へ伝送するのに必要な時間の推定である待機時間とを含むようにネットワークユニットが構成されることを特徴とする。
【請求項１３】
端末は、サービスプロバイダの本社に位置する光ライン端末であり、ネットワークユニットは、端末に光学的にリンクされた光ネットワークユニットであることを特徴とする請求項１２に記載の改良されたネットワークユニット。
【請求項１４】
ダウンストリーム通信のためのパッシブスプリッタである端末にインタフェースするよう構成されることを特徴とする請求項１３に記載の改良されたネットワークユニット。
【請求項１５】
ユニットは、データのバーストを送信する終わりに要求を送信するよう構成され、時間の推定は、ユニットから端末への伝送に対する要求と次の開始との間の間隔で受信されたデータを伝送するのに必要な時間であることを特徴とする請求項１２に記載の改良されたネットワークユニット。
【請求項１６】
一組の情報がネットワークユニットによって記憶され、一組のローカル情報の各メンバーは、複数の所定の優先度レベルのうち一つを有し、ネットワークユニットは、ターミナルに伝送されるメンバーのバッファと、特定の優先度のメンバーに各々が専用のキューに端末への伝送のためのメンバーに対する複数のキューと、をさらに具備し、ネットワークユニットは、ネットワークユニット要求と次のデータ伝送との間の間隔で、それにより、バッファが満たされる時に比較的高い優先度である受信されたデータにバッファのデータを置換するよう構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の改良されたネットワークユニット。
【請求項１７】
ネットワークユニットは、光ネットワークユニットであり、サービスプロバイダの本社に位置する光ライン端末である端末と交信し、端末に光学的にリンクされていることを特徴とする請求項１２に記載の改良されたネットワークユニット。
【請求項１８】
ネットワークユニットは、ダウンストリーム通信のためのパッシブスプリッタである端末にインタフェースするよう構成されることを特徴とする請求項１７に記載の改良されたネットワークユニット。
【請求項１９】
ユニットは、データのバーストを送信する終わりに要求を送信するよう構成され、時間の推定は、ユニットから端末への伝送に対する要求と次の開始との間の間隔で受信されたデータを伝送するのに必要な時間であることを特徴とする請求項１６に記載の改良されたネットワークユニット。
【請求項２０】
遅延に敏感で帯域幅保証を有するメンバーに対する最高の優先度、遅延に敏感でないが帯域幅保証を有するメンバーに対する第２の優先度、及び遅延に敏感でなく帯域幅保証を有さないメンバーに対する低い優先度として、優先度の降順で定義された３つの優先度があることを特徴とする請求項１６に記載の改良されたネットワークユニット。
【請求項２１】
通信ネットワークであって、複数のダウンストリームネットワークユニットを供給し、時分割ベースで各タイムスロットにネットワークユニットからのアップストリーム通信を受信し、ネットワークユニットからの要求に応答してネットワークユニットの各タイムスロットを許可することによってネットワークユニット間にアップストリームタイムスロットを分配する端末と、それによって受信され、端末に向かうことになっている一組のローカル情報を記憶するネットワークユニットと、複数の所定の優先度レベルのうち一つを有する一組のローカル情報の各メンバーと、を含み、改良されたネットワークユニットは、異なる優先度からなる一組の情報の間にサービス区別を提供し、ターミナルに伝送されるメンバーのバッファと、特定の優先度のメンバーに各々が専用であって端末への伝送のためのメンバーに対する複数のキューと、をさらに具備し、ネットワークユニットは、ネットワークユニット要求と次のデータ伝送との間の間隔で、それにより、バッファが満たされる時に比較的高い優先度である受信されたデータにバッファのデータを置換するよう構成されていることを特徴とする。
【請求項２２】
遅延に敏感で帯域幅保証を有するメンバーに対する最高の優先度、遅延に敏感でないが帯域幅保証を有するメンバーに対する第２の優先度、及び遅延に敏感でなく帯域幅保証を有さないメンバーに対する第３の優先度として、優先度の降順で定義された３つの優先度を有するように構成されていることを特徴とする請求項２１に記載の改良されたネットワークユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッシブ光ネットワーク上での動的帯域幅割当の問題に関する。それは、多数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）の中でアップストリームチャンネル帯域幅を仲裁する。また、本発明は、パッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）上でのサービス区別の問題に関する。それは、様々なエンドユーザにサービスを提供するためにキューイング、スケジューリング、及びクラスベースの帯域幅割当を統合する。特に、基本のトラフィック予測に対する限定的共有（ＬＳＴＰ）スキームは、ブロードバンドＰＯＮ（ＥＰＯＮ、ＢＰＯＮ、ＧＰＯＮ）上で分類されたネットワークトラフィックを供給するよう拡張される。
【背景技術】
【０００２】
パッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）は、“アクセスネットワーク”としても知られる、サービスプロバイダ本社と消費者側との間における通信基盤のファーストマイルに取組む。インターネット上で提供されるサービスの拡大に伴い、帯域幅の劇的増加は、波長分割多重（ＷＤＭ）の使用を介してバックボーンネットワークで促進されてきており、一波長当り毎秒１０ギガバイトを提供する。同時に、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）は、１０Ｍｂｐｓから１００Ｍｂｐｓへ拡大されてきており、ギガビットイーサネット（登録商標）に更新されている。そのようなバックボーンネットワーク容量とエンドユーザのニーズとの間で広がる隔たりは、中間[３]でアクセスネットワークの深刻なネックをもたらす。エンドユーザへのマルチサービスアクセスを容易にするために低コストで効率的な機器を提供できるアクセスネットワーク技術を有するのが望ましい。ＰＯＮは、ブロードバンド加入者アクセスネットワークへの魅力的で有望な解決策として考えられる。安価で単純で拡張性のある技術として、及び統合サービスを配信する機能を備えるＰＯＮは、ファーストマイル（ＥＦＭ）調査委員会[１]及びＩＴＵ−Ｔ研究グループ[２]におけるＩＥＥＥ８０２．３ａｈイーサネット（登録商標）の標準化プロセスで議論されており、それらは、機器、動作、及びメンテナンスコストを最小限する一方、ブロードバンドサービスパフォーマンスを顕著に高めることを目的とする。
【０００３】
低コストで高速の技術として、及びＰＯＮ標準であるＩＥＥＥ８０２．３ａｈ、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．９８３ｘ、及びＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．９８４ｘの最近の承認を備えるＰＯＮは、ブロードバンド加入者アクセスネットワークへの魅力的で有望な解決策である。図１に示す通り、ＰＯＮは、プロバイダ本社に位置する光ライン端末（ＯＬＴ）と、エンドユーザにブロードバンドサービスを配信する一組の関連した光ネットワークユニットユニット（ＯＮＵ）とを含む。単一ファイバは、ＯＬＴから１：Ｎパッシブ光スプリッタに延在し、異なるＯＮＵに対する多数の単一ファイバの下がり（ｄｒｏｐ）を扇形に展開する。再生器及び増幅器等の、従来のアクセスネットワークにおける能動電子要素は、ＰＯＮでは削除され、比較的安価なパッシブ光スプリッタに置換されており比較的維持が単純及び容易である。主なＰＯＮの特徴は、多数のＯＮＵ間に共有されたアップストリームチャンネルの有用性であるので、帯域幅管理は、ＰＯＮの効率性を改善するために重要な問題である。既存の帯域幅割当スキームは、いくつかの重要な限定を呈する。主な問題の一つは、待機時間中に到着するアップストリームデータが次のタイムスロットに配信できないので、追加のデータ遅延、深刻なデータ損失、及び比較的長いキューサイズを呈することである。これらは、ブロードバンドアクセスネットワーク上で高い帯域効率を達成することの妨げである。結果として、周知の利用可能な帯域幅割当スキームは、これらのネットワーク上で非効率である。
【０００４】
アクセスネットワークは、各種トラフィックに順応することが要求されるので、サービス区別は、ＰＯＮが提供すると見込まれる顕著な特徴である。加入者のサービス内容合意書（ＳＬＡ）の違いに起因して、異なるエンドユーザが別の帯域幅要件を有することがある。実際的なアプローチは、異なるトラフィックを供給するために様々な長さのタイムスロットを提供することによってタイムスロットベースの帯域幅割当を採用することである。既存のサービス区別スキームは、いくつかの重要な限定を呈する。主な問題は、どのようにローカルトラフィックをエンキュー及びスケジュールするか、及びどのように異なるキューにアップストリーム帯域幅を割当てるかを含む。利用可能なサービス区別スキームは、一部の問題を扱うだけであり、それらは、ＰＯＮ上で多様なトラフィックを配信するのに非効率である。
【０００５】
データは、ダウンストリームチャンネルの全帯域幅を用いてＯＬＴからダウンストリームにＯＮＵへブロードキャストされる。ＯＮＵは、伝えられたあて先アドレスを一致させることによって、それらに向かうことになっているデータを選択的に受信する。
【０００６】
ＰＯＮ上でＯＬＴへアップストリームにデータを伝送するプロセスは、ローカルユーザへダウンストリームにデータを伝送するそれとは異なる。アップストリーム方向において、異なるチャンネル波長がアップストリームトラフィックに採用され、多数のＯＮＵがこの共通のアップストリームチャンネルを共有する。故に、単一のＯＮＵのみが、データ衝突を回避するためにタイムスロット間で伝送することができる。ローカルユーザからのデータは、独占的に割り当てられたタイムスロットが到着するまで、ＯＮＵで先ずバッファリングされる。バッファデータは、全チャンネル速度でタイムスロットにおいてＯＬＴに“バースト”される。
【０００７】
多様なサービス品質（ＱｏＳ）を提供するために、アップストリームチャンネルの帯域幅管理は、成功的なＰＯＮの実行にとって重要な問題である。各種ＰＯＮ技術は、アップストリーム帯域幅割当を容易にするために、その独自のＭＡＣ制御メッセージを有する。例えば、ＥＰＯＮは、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈ  ＥＦＭ調査委員会が開発したマルチポイント制御プロトコル（ＭＰＣＰ）[１]を採用する。ＲＥＰＯＲＴメッセージは、ＯＬＴに帯域幅要件を報告するためにＯＮＵによって使用される一方、ＧＡＴＥメッセージは、特定のＯＮＵにタイムスロットを割り当てるためにＯＬＴによって使用される。アップストリーム帯域幅割当を扱う資料において多数の提案が存在する。
【０００８】
限定帯域幅割当（ＬＢＡ）[３]スキームは、要求されたタイムスロット長をＯＮＵに許可するが、上限に過ぎない。帯域幅保証ポーリング（ＢＧＰ）スキーム[４]は、そのサービス内容合意書（ＳＬＡ）に従ってＯＮＵにタイムスロットを割り当てる。Ｃｈｏｉ及びＨｕｈ[５]は、マルチメディアサービスに対して分類された帯域幅割当を提案した。しかし、ＢＧＰスキームは、ＰＯＮ標準と互換性がなく、標準化されない。ＬＢＡスキームとＣｈｏｉ及びＨｕｈスキームとは、ＯＮＵ待機時間中に入来データを考慮せず、それは、キュー長さ報告の送信からバッファデータの送信に及ぶので、当該データは、次のタイムスロットへ延期される必要があり、追加の遅延及び損失を呈する。
【０００９】
Ａｓｓｉら[６]は、単に最後の待機時間中に実際の入来データの数でそれを置換することによる雑な方法で高い優先度のトラフィックの当該入来データを予測した。欠点は、かなりロードされたＯＮＵが少しロードされたＯＮＵの後に常に供給されると共に、ＯＮＵのサービス順番が劇的に変化することであるので、入来する高い優先度のトラフィックの予測は、各ＯＮＵの待機時間が劇的に変化することによりかなり損なわれる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の方法は、かなり短い時間及び空間的計算量で多数のＯＮＵ間に効率的及び動的にアップストリームチャンネル帯域幅を割り当てるための技術を提供する。また、本発明は、キューイング、スケジューリング、及びクラスベースの帯域幅割当の組合せを介して多用なネットワークトラフィックに対してサービスを区別するための技術を提供する。
【００１１】
我々は、動的アップストリーム帯域幅割当スキーム、即ちトラフィック予測に対する限定的共有（ＬＳＴＰ）を開示して、ＰＯＮ上でアップストリーム伝送の帯域効率を改善する。ＬＳＴＰは、標準ＭＡＣ制御メッセージを採用し、オンライントラフィック負荷に従って帯域幅を動的に割り当てる。ＯＮＵ報告は、既にバッファリングされたデータと、入来データの予測とを含むので、データ遅延を低減し、データ損失を緩和する。ＯＮＵは、トラフィック予測を容易にするためにＬＳＴＰの固定的順番でＯＬＴによって供給される。
【００１２】
ＰＯＮ上の帯域効率を改善するために、アップストリーム帯域幅は、オンラインネットワークトラフィック負荷に従って動的に割り当てられる。各タイムスロットの終わりに、ＯＮＵは、既にバッファリングされたデータと待機時間中に到着するデータの予測とを含む、そのローカルキューステータスを報告する。予測プロセスは、ネットワークトラフィックの集中的性質に基づくものであり、開示されたスキームに任意のサイズのＰＯＮに対する拡張性を与える、かなり低い計算の複雑性を有する。トラフィック予測は、データレイテンシ及びデータ損失に対する低減に貢献する。
【００１３】
サービス区別に関して、各光ネットワークユニット（ＯＮＵ）は、降順の優先度を備えた３つのクラスに、そのローカルトラフィックを分類し、それは、完全優先転送（ＥＦ）、相対的優先転送（ＡＦ）、及びベストエフォート（ＢＥ）である。比較的高い優先度を備えたデータは、バッファが満たされる時、比較的低い優先度を備えたデータと置換される。比較的低い優先度のデータの無制限の遅延及び不当な下がりを緩和するために、優先度ベースのスケジューリングは、特定の伝送タイムスロットにバッファデータを配信するよう採用される。帯域幅割当は、サービス内容合意書（ＳＬＡ）及びオンライントラフィックダイナミクスを組込む。基本のトラフィック予測に対する限定的共有（ＬＳＴＰ）スキームは、分類されたネットワークトラフィックを供給することが予期される。
【非特許文献１】［１］ＩＥＥＥ  ８０２．３ａｈ調査委員会ホームページ  ｈｔｔｐ：//ｗｗｗ．ｉｅｅｅ８０２．ｏｒｇ／３／ｅｆｍ
【非特許文献２】［２］ＩＴＵ−Ｔ研究グループ１５ホームページ  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｔｕ．ｉｎｔ／ＩＴＵ−Ｔ／ｓｔｕｄｙｇｒｏｕｐｓ／ｃｏｍ１５／ｉｎｄｅｘ．ａｓｐ
【非特許文献３】［３］２００２年２月，ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，ｖｏｌ．４０，ｎｏ．２，ｐｐ７４−８０の、Ｇ．Ｋｒａｍｅｒ，  Ｂ．Ｍｕｋｈｅｒｊｅｅ，及びＧ．Ｐｅｓａｖｅｎｔｏらによる“ａ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  ａｎ  Ethernet（登録商標）  ＰＯＮ（ＥＰＯＮ）”
【非特許文献４】［４］２００３年３−４月，ＩＥＥＥ  ＩＮＦＯＣＯＭ，Ｓａｎ  Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，ＣＡ，ｐｐ．２２−３１の、Ｍ．Ｍａ，Ｙ．Ｚｈｕ，及びＴ．Ｈ．Ｃｈｅｎｇらによる“Ａ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ  ｐｏｌｌｉｎｇ  ＭＡＣ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  Ethernet（登録商標）  ｐａｓｓｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ”
【非特許文献５】［５］２００２年１２月，ＥＴＲＩ  Ｊｏｕｒｎａｌ，ｖｏｌ．２４，ｎｏ．６，ｐｐ．４６５−４６８の、Ｓ．Ｃｈｏｉ及びＪ．Ｈｕｈらによる“Ｄｙｎａｍｉｃ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  ｓｅｒｖｉｃｅｓ  ｏｖｅｒ  Ethernet（登録商標）  ＰＯＮｓ”
【非特許文献６】［６］２００３年１１月，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．２１，ｎｏ．９，ｐｐ．１４６７−１４７７の、Ｃ．Ｍ．Ａｓｓｉ，Ｙ．Ｙｅ，Ｄ．Ｓｕｄｈｉｒ，及びＭ．Ａ．Ａｌｉらによる“Ｄｙｎａｍｉｃ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｑｕａｌｉｔｙ−ｏｆ−ｓｅｒｖｉｃｅ  ｏｖｅｒ  Ethernet（登録商標）  ＰＯＮｓ”
【非特許文献７】［７］ＩＥＴＦ  ＲＦＣ２４７５の、Ｓ．Ｂｌａｋｅ，Ｄ．Ｂｌａｃｋ，Ｍ．Ｃａｒｌｓｏｎ，Ｅ．Ｄａｖｉｅｓ，Ｚ．Ｗａｎｇ，及びＷ．Ｗｅｉｓｓらによる“Ａｎ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ  ｓｅｒｖｉｃｅｓ”
【非特許文献８】［８］１９９７年２月，ＩＥＥＥ／ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ｖｏｌ．５，ｎｏ．１，ｐｐ．７１−８６の、Ｗ．Ｗｉｌｌｉｎｇｅｒ，Ｍ．Ｔａｑｑｕ，Ｒ．Ｓｈｅｒｍａｎ，及びＤ．Ｗｉｌｓｏｎらによる“Ｓｅｌｆ−ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｈｉｇｈ−ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ：ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ethernet（登録商標）  ＬＡＮ  ｔｒａｆｆｉｃ  ａｔ  ｔｈｅ  ｓｏｕｒｃｅ  ｌｅｖｅｌ”
【非特許文献９】［９］１９９６年，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌの、Ｓ．Ｈａｙｋｉｎによる、Ａｄａｐｔｉｖｅ  ｆｉｌｔｅｒ  ｔｈｅｏｒｙ，３ｒｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ
【非特許文献１０】［１０］１９９３年，Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙの、Ａ．Ｌｅｏｎ−ＧａｒｃｉａによるＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  ｒａｎｄｏｍ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２ｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ
【非特許文献１１】［１１］２００２年２月，ＩＥＥＥ  ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｇ．，ｖｏｌ．４０，ｎｏ．２，ｐｐ．６６−７３の、Ｇ，ｋｒａｍｅｒ及びＧ．Ｐｅｓａｖｅｎｔｏらによる“Ethernet（登録商標）  ｐａｓｓｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｎｅｔｗｏｒｋ：ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ａ  ｎｅｘｔ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｃｃｅｓｓ  ｎｅｔｗｏｒｋ”
【非特許文献１２】［１２］１９９８年，ＩＥＴＦ  ＲＦＣ  ２４７５の、“Ａｎ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ  ｓｅｒｖｉｃｅｓ”
【非特許文献１３】［１３］１９９８年，ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ標準８０２．１Ｄ，ｐａｒｔ３：Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）Ｂｒｉｄｇｅｓ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ＰＯＮに関する大きな課題は、ＭＡＣプロトコル設計及びマルチサービスプロビジョニングを含む。パッシブ光スプリッタの方向性のために、イーサネット（登録商標）用に設計された従来のＣＳＭＡ／ＣＤ  ＭＡＣプロトコルによってデータ衝突を検出することがＯＮＵにとって困難である。故に、効率的なＭＡＣプロトコルは、高い帯域幅利用率を確保するために不可欠である。ＰＯＮは、アクセスネットワークが各種トラフィックに順応することが必要とされる一方で、直接ＱｏＳ（サービス品質）を支援しないので、マルチサービスアクセスは、ＰＯＮが提供すると見込まれる顕著な特徴である。加入者のサービスレベル合意（ＳＬＡ）の違いに起因して、異なるＯＮＵは、別の帯域幅要件を有することがある。実際的なアプローチは、異なるＯＮＵに様々な長さのタイムスロットを提供することによって、タイムスロットベースの帯域幅割当を採用することである。
【００１５】
固定帯域幅割当（ＦＢＡ）は、サービス周期毎に固定タイムスロット長を各ＯＮＵに許可する。サービス周期は、各ＯＮＵがＯＬＴに一度そのデータを伝送する時間として定義される。ＦＢＡは、まさに時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）のように動作し、各ＯＮＵのタイムスロットは、予め固定され、実際のトラフィック到着率に関連しない。キューステータス報告及び伝送許可のオーバヘッドがなく、ＦＢＡは、実行しやすい。他方で、ＯＮＵは、たとえ伝送するデータがなくても、その割り当てられたタイムスロットに対してアップストリームチャンネルを占めるので、他のＯＮＵでバッファリングされた全データに対して遅れを増やすことになる。アップストリームチャンネルが少しロードされるか又はアイドル中でも、多数のデータがバッファにバックログされうるので、アップストリームチャンネルの不十分な利用をもたらす。
【００１６】
限定帯域幅割当（ＬＢＡ）は、ローカルキューサイズを報告するために、及び帯域幅仲裁決定を知らせるために、ＭＡＣ制御メッセージを使用することによって入来トラフィックを監視する（例えば、ＥＰＯＮのＲＥＰＯＲＴ／ＧＡＴＥメカニズム）。ＯＮＵのタイムスロット長は、最大タイムスロット長Ｂｍａｘによって上限にされ、それは、ＳＬＡ又は他のシステムパラメータによって特定することができる。報告されたキューサイズが上限未満の時、ＯＬＴは、帯域幅報告を許可し、そうでなければ、Ｂｍａｘが許可される。ＬＢＡは、キューステータス報告を用いてトラフィック負荷を追跡し、許可されたタイムスロット長は、動的トラフィックに従って変化し、サービス周期は、ＯＮＵが各種サービス周期における異なるタイムスロット長を割当てられるので変化する。ＬＢＡの保守的特徴は、その独自の上限によって各ＯＮＵを限定するので、アップストリーム帯域幅に対する積極的競争を制限する。
【００１７】
上記帯域幅交渉メカニズムの下で、各ＯＮＵは、図３に示す通り、キューステータスを送信してからバッファリングされたデータを送信するまでの待機時間を受ける。時間ｔ１でＲＥＰＯＲＴメッセージを送信する時、ＯＮＵは、既にバッファリングされたデータをＯＬＴに報告するだけなので、待機時間（即ち、ｔ３−ｔ１）の間に到着したデータは、たとえアップストリームチャンネルが少しロードされても、次のタイムスロットへ延期される必要がある。クレジットベースの帯域幅割当（ＣＢＡ）［３］は、当該情報を考慮に入れ、ＯＬＴがアップストリーム帯域幅を割り当てる時、それは、各ＯＮＵの要件にクレジットを追加する。Ｂｇｒａｎｔ＝Ｂｑｕｅｕｅ＋Ｃであり、ここで、Ｂｇｒａｎｔは、ＯＮＵに対して許可された帯域幅であり、Ｂｑｕｅｕｅは、バッファでキューアップされた（帯域幅に関する）データであり、Ｃは、クレジットである。Ｃは、一定のクレジット又は線形のクレジットである。待機時間中の入来データは、現在のタイムスロット内で伝送（又は部分的に伝送）されることが見込まれる。
【００１８】
ＬＢＡにおいて、上限未満の帯域幅要件で少しロードされたいくつかのＯＮＵが存在することがある。少しロードされたＯＮＵの搾取されない帯域幅（ｕｎｄｅｒ−ｅｘｐｌｏｉｔｅｄ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）の合計は、過剰帯域幅と呼ばれ、即ちＢｅｘｃｅｓｓである。ＬＢＡの延長上として、過剰帯域幅再割当（ＥＢＲ）は、かなりロードされたＯＮＵの間にそれを再分配することによってＢｅｘｃｅｓｓを搾取する。かなりロードされたＯＮＵｋは、追加の帯域幅Ｂａｄｄ，ｋを得て、ここでＢａｄｄ，ｋ＝（Ｂｅｘｃｅｓｓ＊Ｂｍａｘ，ｋ）／（シグマｊＢｍａｘ，ｉ）であり、Ｂｍａｘ，ｉは、ＬＢＡで特定されたＯＮＵｉの帯域幅上限である。
【００１９】
異なるＯＮＵ間のアップストリームチャンネル帯域幅割当以外に、単一のＯＮＵがその異なるエンドユーザに多数のサービスを提供することが必要である。消費者宅内に属し、ＯＮＵは、エンドユーザに対するデータ、音声及び映像サービスを支援できなければならない。これは、キューイング、スケジューリング、及びクラスベースの帯域幅割当の組み合わせを用いてアプローチすることができる。
【００２０】
各種ＰＯＮ技術は、サービス区別のためにその独自の支援を提供する。例えば、ＥＰＯＮにおいて、図２に示す通り、一つの６４バイトのＧＡＴＥメッセージは、特定のＯＮＵに対する６つの許可まで伝える。“許可数”フィールドは、メッセージ内にいくつの許可があるかを特定し、“許可レベル”フィールドは、許可が生成されるキューの順番を示す。各許可は、許可開始時間及び許可長さを含む。ＯＮＵからの、一つの６４バイトのＲＥＰＯＲＴメッセージは、８つのキューのステータスまで報告する。“報告ビットマップ”フィールドは、報告されたキューの順番を識別する。ＯＬＴは、帯域幅割当アルゴリズムに依存して、キューステータス報告を処理し、少なくとも一つの許可を含むＧＡＴＥメッセージを返送する。故に、ＯＮＵの多数のキューを報告し、ＯＮＵに多数の要件を許可することができるので、ＯＮＵのエンドユーザへのサービス区別プロビジョニング（ｓｅｒｖｉｃｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ  ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｉｎｇ）を実現可能にする。
【００２１】
異なるクラスにＯＮＵのトラフィックを分類することは、サービス区別［１１］への実際的なアプローチである。高い優先度のクラスは、“完全優先転送”（ＥＦ）であり、それは、遅延に敏感であり、帯域幅保証を必要とする。中間の優先度のクラスは、“相対的優先転送”（ＡＦ）であり、それは、遅延に敏感でないが、帯域幅保証を必要とする。低い優先度のクラスは、“ベストエフォート”（ＢＥ）であり、それは、遅延に敏感でないし帯域幅保証もされない。異なるクラスに属するデータは、その対応する優先キューにエンキューされる。全てのキューは、同じバッファを共有する。バッファが満たされる時、比較的高い優先度を備えた入来データは、入来する低い優先度のデータが直ちに下げられる一方、比較的低い優先度のデータを置換する。バッファリングされたデータは、特定のスケジューリングスキームに従って伝送される。ＩＥＥＥ８０２．１Ｄ［１２］で定義した通り、厳密な優先度のスケジューリングは、バッファリングされた比較的高い優先度のデータを初めに供給する。ＢＥデータは、他の２つのキューが空の時のみ伝送できる。優先度の順番に従って、厳密な優先度のスケジューリングは、比較的高い優先度のデータを供給し、それは、比較的低い優先度のデータより先に、待機時間中に到着し、それは、既にバッファ内でキューアップされていることがある。図３に示す通り、待機時間（即ち、ｔ７−ｔ５）の間に到着するＥＦデータは、比較的早く（即ち、ｔ５前に）到着するＡＦ及びＢＥデータより先に供給される。故に、比較的低い優先度のデータは、（バッファが満たされない場合に）無制限に増加する遅延又は（バッファが満たされる場合に）不当な下がりを被る。
【００２２】
優先度ベースのスケジューリング［５］は、特定の時間間隔内で厳密な優先度のスケジューリングを採用することによって不当性に取組む。ＯＮＵが一つの間隔で全てのバッファリングされたデータを伝送した後、この間隔後に到着するデータは、現在のタイムスロットが未だにさらなるデータを伝送できる場合に供給される。キューステータスを送信する間（即ち、図３のｔ１からｔ５）の時間として間隔を設定することによって、待機時間（即ち、ｔ７−ｔ５）に到着する比較的高い優先度のデータは、以前の間隔（即ち、ｔ５−ｔ１）の全データクラスが供給された後に供給される。このスキームは、低い優先度のデータに有限遅延を提供する。
【００２３】
参考資料［５］は、決定を行う前に全ＯＮＵからキューステータスを収集することによってクラスベースの帯域幅割当を扱う。ＯＬＴは、その動的性に関わらず、全ＯＮＵのＥＦトラフィックに固定帯域幅を割当てる。ＡＦ要求は、以下のように許可される。全ＯＮＵのＡＦ要求の合計が、ＥＦサービスを提供した後の残りの帯域幅以下の場合、全ＡＦ要求が許可され、そうでない場合、残りの帯域幅は、全てのＡＦ要求の間で均等に分配される。ＥＦ及びＡＦトラフィックを供給した後の残りの帯域幅は、全てのＢＥ要求の間で分配される。主な欠点は、ＥＦトラフィックに対する固定帯域幅割当を含み、それは、データ遅延を増やすことによってＡＦ及びＢＥトラフィックを不利にし、長い報告収集時間は、全てのＯＮＵから報告を受信するまで終了しない。
【００２４】
参考資料［６］で提案されたアルゴリズムは、以前の周期内のデータ量によって待機時間内に入来するＥＦトラフィックを推定し、ＤＢＡ２と呼ばれる。報告されたＥＦトラフィックは、報告されたＡＦ及びＢＥトラフィックが実際にバッファリングされた量である一方、バッファリングされたＥＦデータ及び推定の合計である。帯域幅要求は、かなりロードされたキューに対する許可が全報告の受信完了まで遅延される一方で少しロードされたキューが瞬時的許可を受けるとともに、ＥＢＲによって許可される。ＤＢＡ２は、少しロードされたキューを即座に許可することによって全報告を収集する遅延を緩和する。このアルゴリズムは、待機時間中に到着する入来ＥＦデータを推定し、推定された帯域幅を割当てることによってＥＦトラフィックに優先度を与える。欠点は、かなりロードされたＯＮＵが少しロードされたＯＮＵの後に常に供給されているとともに、ＯＮＵのサービス順番が、サービス周期毎に変化することであり、それにより、入来ＥＦデータの推定は、各ＯＮＵの待機時間が劇的に変化しうるため、著しく損なわれる。
【００２５】
トラフィック予測に対する限定的共有（ＬＳＴＰ）スキーム
ＬＳＴＰスキームは、アップストリーム帯域幅を割当てるためにＰＯＮ  ＭＡＣ制御メッセージに依存する。各ＯＮＵは、次のタイムスロットに対するその帯域幅要件を予測し、ＯＬＴにメッセージを送信する。ＯＬＴは、報告及びＳＬＡに基づき帯域幅割当を決定する。
【００２６】
消費者宅内に属し、ＯＮＵは、ローカルユーザに対するブロードバンドデータ、音声、及び映像サービスを支援できなければならない。異なるクラスにＯＮＵのトラフィックを分類することは、区別されたサービスをプロビジョニングするための実際的なアプローチである。我々は、Ｄｉｆｆｓｅｒｖ［７］からトラフィッククラスを借り、その中で、高い優先度のクラスは、完全優先転送（ＥＦ）であり、中間の優先度のクラスは、相対的優先転送（ＡＦ）であり、低い優先度のクラスは、ベストエフォート（ＢＥ）である。異なるクラスに属するデータは、その対応する優先度のキューにエンキューされる。全てのキューは、同じバッファを共有する。バッファが満たされる時、比較的高い優先度を備える入来データは、入来する低い優先度のデータが直ちに下げられる一方、比較的低い優先度のデータを置換する。
【００２７】
ＬＳＴＰにおいて、図４に示す通り、各ＯＮＵは、その独占的に割り当てられたタイムスロットにおいてＯＬＴにバッファリングされたデータを伝送する。ＯＮＵは、アップストリーム制御メッセージ（例えば、ＥＰＯＮのＲＥＰＯＲＴメッセージ）を利用することによって次の伝送に対するその帯域幅要件をピギーバックする。ＯＬＴは、ダウンストリームメッセージ（例えば、ＥＰＯＮのＧＡＴＥメッセージ）を返送することによって要件を許可し、固定的順番でＯＮＵを供給する（例えば、ＯＬＴは、図４に示す通り交互に２つのＯＮＵを供給し、それは、ＥＰＯＮシナリオを示す）。
【００２８】
ＯＮＵのサービス間隔は、そのデータ伝送間の時間として定義される。例えば、図４に示す通り、サービス間隔、例えばｎは、ＯＮＵ１に関して、時間ｔ１から時間ｔ６に及ぶ。時間ｔ２から時間ｔ４は、ＯＮＵ１とＯＬＴとの間のＲＴＴに報告処理時間を加えたものである。時間ｔ２から時間ｔ６は、サービス間隔ｎにおいてＯＮＵ１に対する待ち時間であり、その間、ＯＮＵ１は、アイドルであり、ローカルユーザからのさらなるデータがエンキューされる。ＯＮＵ１のサービス間隔（ｎ＋１）は、時間ｔ６で開始し、時間ｔ６から時間ｔ８の許可されたタイムスロットは、時間ｔ２で送信されたＲＥＰＯＲＴメッセージで決定される。ＯＮＵ２に関して、サービス間隔ｎは、時間ｔ３で開始し、時間ｔ９で終了する。時間ｔ３から時間ｔ５は、ＯＮＵ２に対して独占的なタイムスロットであり、そのＥＦ、ＡＦ及びＢＥキューステータスの報告は、時間ｔ５で送信される。時間ｔ５から時間ｔ９は、サービス間隔ｎにおいてＯＮＵ２の待機時間である。
【００２９】
ＬＳＴＰにおいて、ＯＮＵは、以下のように、帯域幅に関して待機時間の間に到着したデータを予測する。
【００３０】
【数１】
2008539610.tif 000003
【００３１】
ここで、
【００３２】
【数２】
2008539610.tif 000004
【００３３】
は、帯域幅に関してサービス間隔（ｎ＋１）の待機時間の間に到着したＯＮＵｉにおけるクラスｃ（ｃ∈｛ＥＦ、ＡＦ、ＢＥ｝）の予測データであり、
【００３４】
【数３】
2008539610.tif 000005
【００３５】
は、帯域幅に関してサービス間隔ｎの待機時間の間にＯＮＵｉに到着したクラスｃデータの実際量であり、
【００３６】
【数４】
2008539610.tif 000006
【００３７】
は、重量ファクターであり、Ｌは、トラフィック予測器の順番である。予測の背後の直感は、ネットワークトラフィックの自己相似性であり、それは、ネットワークトラフィックが長い範囲の依存性[８]を示し、トラフィックがタイムスロットの間で相関されることを意味する。
【００３８】
重量ファクターは、以下のように最小二乗（ＬＭＳ）アルゴリズム[９]によって更新される。
【００３９】
【数５】
2008539610.tif 000007
【００４０】
ここで、μ（ｎ）は、ステップサイズであり、
【００４１】
【数６】
2008539610.tif 000008
【００４２】
は、予測誤差、即ち、
【００４３】
【数７】
2008539610.tif 000009
【００４４】
である。
【００４５】
帯域幅予測に対する計算の複雑性は、Ｏ（Ｌ）である。
【００４６】
帯域幅に関する予測データ、即ち、
【００４７】
【数８】
2008539610.tif 000010
【００４８】
は、最適な場合、待機時間中の帯域幅に関する実際の到着データ、即ち、
【００４９】
【数９】
2008539610.tif 000011
【００５０】
に等しくなるべきである。
【００５１】
予測器の不完全性に起因して、予測データは、実際のデータよりも小さいか又は大きくなることがある。数７の予測誤差は、ステップサイズを順応的に適合するよう採用されるので、予測精度を改善する。
【００５２】
サービス間隔ｎにおいて、ＯＮＵｉは、ＯＬＴにメッセージを送信することによってサービス間隔（ｎ＋１）にその帯域幅を必要とし、次の伝送に対する帯域幅要件を示す。帯域幅要件は、エンキューされたデータである
【００５３】
【数１０】
2008539610.tif 000012
【００５４】
と予測の
【００５５】
【数１１】
2008539610.tif 000013
【００５６】
との合計、即ち、
【００５７】
【数１２】
2008539610.tif 000014
【００５８】
である。
【００５９】
ＯＬＴは、要件を受信した後に帯域幅割当決定を瞬時的に行う。サービス間隔（ｎ＋１）に対してＯＮＵｉにおけるクラスｃトラフィックの許可帯域幅は、
【００６０】
【数１３】
2008539610.tif 000015
【００６１】
であり、ここで、
【００６２】
【数１４】
2008539610.tif 000016
【００６３】
は、トラフィッククラスｃに対してＳＬＡで特定されたＯＮＵｉの最大帯域幅パラメータである。
【００６４】
ＯＮＵｉにおけるクラスｃトラフィックの帯域幅割当は、帯域幅要求の比較的小さい値である
【００６５】
【数１５】
2008539610.tif 000017
【００６６】
と、最大帯域幅パラメータである
【００６７】
【数１６】
2008539610.tif 000018
【００６８】
とによって上限にされる。割当てられた帯域幅は、帯域幅要件が最大帯域幅パラメータに過ぎない場合、入来トラフィック上で劇的に変化する。
【００６９】
最適なケースにおいて、実際の入来データが予測結果と同一の時、全てのエンキューされたデータは、ＯＮＵからＯＬＴに伝送され、次のタイムスロットに遅延されるデータがない。実際のデータが予測未満の時、割当てられた帯域幅は、エンキューされたデータに対して十分長く、予測はまた、成功と見なされる。実際のデータが予測を超える場合、割当てられたタイムスロットは、エンキューされたデータの一部のみ伝送することができ、残りのデータは、次のタイムスロットを待機しなければならない。予測は、その最後のケースで失敗する。ネットワークパフォーマンスに対する予測成功可能性及びその影響は、次のセクションで理論的に分析される。
【００７０】
パフォーマンス分析
このセクションにおいて、我々は、帯域幅予測の成功可能性、データ損失、及びデータ遅延に関してＬＳＴＰのパフォーマンスを分析する。表記的簡易化のため、我々は、以下の分析においてサービス間隔の参照を省く。
【００７１】
予測誤差は、ネットワークパフォーマンス上で重要な役割を果たす。我々は、
【００７２】
【数１７】
2008539610.tif 000019
【００７３】
の場合に帯域幅予測が成功であると見なす。故に、帯域幅予測の成功可能性は、
【００７４】
【数１８】
2008539610.tif 000020
【００７５】
となる。
【００７６】
ＬＭＳベースの適応的予測に関して、予測誤差は、ガウス分布[９]である。予測誤差が平均
【００７７】
【数１９】
2008539610.tif 000021
【００７８】
及び、分散
【００７９】
【数２０】
2008539610.tif 000022
【００８０】
即ち、
【００８１】
【数２１】
2008539610.tif 000023
【００８２】
を有すると仮定すると、帯域幅予測の成功可能性は、
【００８３】
【数２２】
2008539610.tif 000024
【００８４】
であり、ここで、
【００８５】
【数２３】
2008539610.tif 000025
は、
【００８６】
【数２４】
2008539610.tif 000026
【００８７】
である。予測が失敗する可能性は、
【００８８】
【数２５】
2008539610.tif 000027
【００８９】
である。
【００９０】
データ遅延は、ＯＮＵバッファでパケットをエンキューしてからＯＬＴにパケットの最後のビットを送信するまでの平均時間として定義される。我々は、待機時間中の入来データの遅延に注目する。ＬＳＴＰにおいて、データ遅延は、予測結果に従って異なる。予測が成功、即ち、
【００９１】
【数２６】
2008539610.tif 000028
【００９２】
の時、要求された帯域幅は、ＯＬＴに帯域時間中の入来データを伝送するのに十分であるので、データ遅延は、平均サービス間隔長さに関連する。平均サービス間隔長さがｔｉｎｔと仮定すると、成功予測下のデータ遅延は、ｔｉｎｔ／２である。
【００９３】
【数２７】
2008539610.tif 000029
【００９４】
の時、予測が失敗し、当該入来データは、伝送のために次のサービス間隔を待機しなければならない。対応する遅延は、トラフィック予測のないシステムにおける遅延と同じで、即ち、ｔｉｎｔ／２＋ｔｉｎｔである。両方のケースを組合せると、データ遅延は、
【００９５】
【数２８】
2008539610.tif 000030
【００９６】
となる。
【００９７】
トラフィック予測のないシステムと比較すると、ＬＳＴＰは以下の式により、待機時間に到着したデータのデータ遅延を改善する。
【００９８】
【数２９】
2008539610.tif 000031
【００９９】
遅延の低減は、予測成功可能性と密接に関連する。さらに正確に予測することは、比較的高い
【０１００】
【数３０】
2008539610.tif 000032
【０１０１】
を意味し、待機時間中に到着したデータの遅延は、さらに低減される。
【０１０２】
ＬＳＴＰは、優先されたキューイングメカニズムを採用する。全てのデータクラスは、共通の物理バッファを共有する。ＥＦデータは、最高の優先度を有し、ＡＦデータは、中間の優先度を有し、ＢＥデータは、最低の優先度を有する。入来する比較的高い優先度のデータは、バッファが満たされている場合に比較的低い優先度のデータを置換する。
【０１０３】
バッファが満たされバッファで既にエンキューされたＡＦ又はＢＥの何れもない場合、ＥＦトラフィックは、データ損失を受ける。ＯＮＵｉにおける固定バッファサイズをＡｉと仮定すると、ＯＮＵｉにおけるＥＦフレーム損失可能性は、
【０１０４】
【数３１】
2008539610.tif 000033
【０１０５】
となり、ここで、
【０１０６】
【数３２】
2008539610.tif 000034
【０１０７】
及び
【０１０８】
【数３３】
2008539610.tif 000035
【０１０９】
はそれぞれ、ＥＦトラフィック予測誤差
【０１１０】
【数３４】
2008539610.tif 000036
【０１１１】
の平均及び分散である。
【０１１２】
入来するＡＦデータは、バッファが満たされエンキューされたデータがＥＦ又はＡＦトラフィックに属する場合に失われる。対応するデータ損失可能性は、
【０１１３】
【数３５】
2008539610.tif 000037
【０１１４】
である。
【０１１５】
ＥＦ及びＡＦトラフィックは、独立的であり、ＬＳＴＰは、それぞれこれら２つのトラフィックに対して専用の予測器を採用するので、
【０１１６】
【数３６】
2008539610.tif 000038
【０１１７】
及び
【０１１８】
【数３７】
2008539610.tif 000039
【０１１９】
は、独立的である。また、
【０１２０】
【数３８】
2008539610.tif 000040
【０１２１】
及び
【０１２２】
【数３９】
2008539610.tif 000041
【０１２３】
を仮定すると、
【０１２４】
【数４０】
2008539610.tif 000042
【０１２５】
になる。
【０１２６】
類似して、ＢＥデータは、バッファが満たされる場合に失われる。ＥＦ、ＡＦ及びＢＥトラフィックの予測誤差がそれぞれ上記検討の通り、
【０１２７】
【数４１】
2008539610.tif 000043
【０１２８】
【数４２】
2008539610.tif 000044
【０１２９】
及び
【０１３０】
【数４３】
2008539610.tif 000045
【０１３１】
と仮定すると。これらの予測誤差は、独立的である。故に、ＯＮＵｉにおけるＢＥトラフィックのデータ損失可能性は、
【０１３２】
【数４４】
2008539610.tif 000046
【０１３３】
である。
【０１３４】
シミュレーション
ＬＳＴＰスキームパフォーマンスは、シミュレーション結果を介して評価される。図１に示すシステムモデルは、１個のＯＬＴ及び３２個のＯＮＵを備えたＯＰＮＥＴシミュレータで設定される。各ＯＮＵは、２０Ｍバイトの有限バッファを有し、ダウンストリーム及びアップストリームチャンネルは、両方とも１Ｇｂｐｓである。入来トラフィックは、０．８のハーストパラメータに関して自己相似である。イーサネット（登録商標）データの長さは、６４バイトから１５１８バイトまでランダムに変化する。全ネットワークの全トラフィック負荷は、０．１から０．８まで変化し、トラフィックの２０％、３０％及び５０％はそれぞれ、ＥＦ、ＡＦ及びＢＥデータである。比較目的で、我々は、参考資料[３]のＬＢＡスキーム、参考資料[６]のＤＢＡ２スキーム、及び我々が提案するＬＳＴＰスキームを、このシステムモデルに適用した。ＬＳＴＰにおける予測器の順番、即ちＬは、４に設定され、ステップサイズμは、
【０１３５】
【数４５】
2008539610.tif 000047
【０１３６】
によって設定される。
【０１３７】
利点の象徴は、データ遅延及びデータ損失である。図５は、平均データ遅延及びネットワークトラフィック負荷の間の関係を示す。ＬＢＡは、最長の遅延を受け、それは、ＬＢＡが待機時間中に入来データを無視する事実に起因するので、さらなるデータがおそらく次のタイムスロットへ延期される。ＤＢＡ２は、待機時間中の入来ＥＦトラフィックに対する粗い予測を採用することによってこの問題を和らげる。ＬＢＡからＤＢＡ２への遅延の低減は、トラフィック予測がアップストリーム伝送レイテンシを低減する重要な役割を果たすことを示す。ＬＳＴＰは、ＤＢＡ２及びＬＢＡよりも優れている。いくつかの点で、ＬＳＴＰにおける最短平均データ遅延に貢献する。第１に、ＬＳＴＰは、ＤＢＡ２における一つのみのクラス及びＬＢＡにおけるトラフィック予測なしの代わりに、全てのトラフィッククラスを予測する。第２に、予測精度は、ＬＭＳベースの予測器を採用することによってＬＳＴＰで改善され、それは、適応的なオンライントラフィック予測に適する。第３に、ＬＳＴＰは、ＤＢＡ２における動的サービス順番の代わりに固定的ＯＮＵサービス順番を実行し、ＤＢＡ２におけるサービス間隔長さの劇的変化を低減するので、トラフィック予測を容易にする。第４に、ＯＬＴは、ＬＳＴＰにおいて瞬時的にＯＮＵ帯域幅要件を回答する。ＤＢＡ２において、かなりロードされたＯＮＵは常に、少しロードされたＯＮＵの後に供給され、これらのかなりロードされたＯＮＵに対して延期されたサービスは、入来データの比較的長い遅延をもたらす。
【０１３８】
比較的短い平均データ遅延は、ＯＮＵが比較的早くデータを伝送することを意味するので、バッファのオーバフローのためにデータが下げられる機会が少ない。データ損失に関するＬＢＡ、ＤＢＡ２及びＬＳＴＰのパフォーマンスは、データ遅延のそれに類似した傾向を示す。データ損失率は、全データ量に対する下げられたデータの数として定義される。また、図６に示す通り、ＬＢＡは、最も多くのデータ損失を有し、ＬＳＴＰは、最も少なく、ＬＳＴＰが提供するトラフィック予測及び瞬時的帯域幅割当が予測帯域幅を要求することによってデータ損失を和らげることを意味するので、バッファにおけるバックログされたデータの数を低減する。
【０１３９】
開示されたＬＳＴＰスキームは、クラスベースのトラフィック予測とＳＬＡベースの上限帯域幅割当とを用いてＯＮＵの間でアップストリーム帯域幅の共有を促進する。ＬＳＴＰのパフォーマンスは、予測成功可能性、平均データ遅延、及びクラスベースのデータ損失可能性に関して理論的に分析される。シミュレーション結果は、ＬＳＴＰが待機時間中に入来データの予測精度を高めること、及び改善されたトラフィック予測をもたらすので、データレイテンシ及び損失の低減に貢献する。
【０１４０】
本発明の好ましい実施形態が説明目的で開示されたが、当業者であれば、多くの追加、変更及び代用が、添付の特許請求の範囲によって画定された本発明の範囲及び精神から逸脱することなく可能であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】図１は、パッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）の機能ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の好ましい実施形態に従って使用されるＲＥＰＯＲＴメッセージ及びＧＡＴＥメッセージを示す図である。
【図３】図３は、ＥＰＯＮシナリオの動作を説明するのに役立つタイミングチャートである。
【図４】図４は、ＥＰＯＮにわたる動的帯域幅割当のためのトラフィック予測に対する限定的共有（ＬＳＴＰ）を組込むＥＰＯＮの動作を説明するのに役立つタイミングチャートである。
【図５】図５は、図４に示したタイプのシステムに関する、ネットワークトラフィック負荷に対する平均フレーム遅延のグラフである。
【図６】図６は、図４に示したタイプのシステムに関する、ネットワークトラフィック負荷に対する損失割合からのグラフである。
【図１】
2008539610.tif 000048
【図２】
2008539610.tif 000049
【図３】
2008539610.tif 000050
【図４】
2008539610.tif 000051
【図５】
2008539610.tif 000052
【図６】
2008539610.tif 000053