(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御する方法であって、
前記パケット転送ネットワークの受信ノードのネットワーク要素で複数のパケットを受信するステップと、
前記ネットワーク要素の分類器で前記複数のパケットの各々にタイムスタンプを与えるステップと、
前記複数のパケットに前記ネットワーク要素からの退出時に実質的に一定のレイテンシを与えることにより受信されたパケットのレイテンシ変動を制御するために、前記複数のパケットの各々について、対応する各タイムスタンプに従って前記ネットワーク要素のスケジューラで出口遅延時間を計算するステップとを含み、
前記出口遅延時間を、前記実質的に一定のレイテンシ及び、前記対応するタイムスタンプと第2のタイムスタンプとの間の差の関数として計算し、
前記実質的に一定のレイテンシは一定の規則的な間隔からなることを特徴とするパケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御する方法。
【請求項２】
前記複数のパケットの各々を、前記スケジューラで計算された対応する各出口遅延時間に従って出口ポートを通して送信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御する方法。
【請求項３】
出口遅延時間を計算する前記ステップにおいて、前記出口遅延時間が、式ｄＴ＝Ｉ−（ＴＳ０−ＴＳｉ）−Ｔ０に従って計算され、式中、ｄＴは出口遅延時間、Ｉは前記一定の規則的な間隔、ＴＳ０は前記第2のタイムスタンプ、ＴＳｉは前記対応するタイムスタンプ、およびＴ０は最大の固有遅延であることを特徴とする請求項１に記載のパケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御する方法。
【請求項４】
前記第2のタイムスタンプは、前記スケジューラが更なる出口遅延時間を計算したときを示すことを特徴とする請求項１に記載のパケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御する方法。
【請求項５】
実行されることにより請求項１に記載のステップを実現する１つまたは複数のプログラムを含む機械読み取り可能な蓄積媒体。
【請求項６】
パケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御する装置であって、
メモリと、
前記メモリに結合され、（ｉ）前記パケット転送ネットワークの受信ノードのネットワーク要素で複数のパケットを受信し、（ｉｉ）前記ネットワーク要素の分類器で前記複数のパケットの各々にタイムスタンプを与え、（ｉｉｉ）前記ネットワーク要素からの退出時に前記複数のパケットに実質的に一定のレイテンシを与えることにより受信されたパケットのレイテンシ変動を制御するために、前記複数のパケットの各々について、対応する各タイムスタンプに従って前記ネットワーク要素のスケジューラで出口遅延時間を計算するように動作する少なくとも１つのプロセッサとを備え、
前記出口遅延時間を、前記実質的に一定のレイテンシ及び、前記対応するタイムスタンプと第2のタイムスタンプとの間の差の関数として計算し、
前記実質的に一定のレイテンシは一定の規則的な間隔からなることを特徴とするパケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御する装置。
【請求項７】
パケット転送ネットワークの受信ノード中のネットワーク要素であって、
前記ネットワーク要素によって受信された複数のパケットの各々にタイムスタンプを与える分類器と、
前記ネットワーク要素からの退出時に前記複数のパケットに実質的に一定のレイテンシを与えるために、前記複数のパケットの各々について、対応する各タイムスタンプに従って出口遅延時間を計算する、前記分類器と通信するスケジューラとを備え、
前記出口遅延時間を、前記実質的に一定のレイテンシ及び、前記対応するタイムスタンプと第2のタイムスタンプとの間の差の関数として計算し、
前記実質的に一定のレイテンシは一定の規則的な間隔からなることを特徴とするパケット転送ネットワークの受信ノード中のネットワーク要素。
【請求項８】
前記スケジューラと通信し、前記スケジューラで計算された対応する各出口遅延時間に従って前記複数のパケットの各々がそれを通して送信される出口ポートをさらに備えることを特徴とする請求項７記載のパケット転送ネットワークの受信ノード中のネットワーク要素。
【請求項９】
パケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御するための受信ノード中の集積回路デバイスであって、（ｉ）複数のパケットを受信し、（ｉｉ）前記複数のパケットの各々にタイムスタンプを与え、（ｉｉｉ）退出時に前記複数のパケットに実質的に一定のレイテンシを与えることにより受信されたパケットのレイテンシ変動を制御するために、前記複数のパケットの各々について、対応する各タイムスタンプに従って出口遅延時間を計算し、
前記出口遅延時間を、前記実質的に一定のレイテンシ及び、前記対応するタイムスタンプと第2のタイムスタンプとの間の差の関数として計算し、
前記実質的に一定のレイテンシは一定の規則的な間隔からなることを特徴とするパケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御するための受信ノード中の集積回路デバイス。
【請求項１０】
送信ノードと、受信ノードとを備えるパケット転送システムであって、前記受信ノードが、
ネットワーク要素によって受信された複数のパケットの各々にタイムスタンプを与える分類器と、
前記ネットワーク要素からの退出時に前記複数のパケットに実質的に一定のレイテンシを与えることにより受信されたパケットのレイテンシ変動を制御するために、前記複数のパケットの各々について、対応する各タイムスタンプに従って出口遅延時間を計算する、前記分類器と通信するスケジューラとを備え、
前記出口遅延時間を、前記実質的に一定のレイテンシ及び、前記対応するタイムスタンプと第2のタイムスタンプとの間の差の関数として計算し、
前記実質的に一定のレイテンシは一定の規則的な間隔からなることを特徴とするパケット転送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にパケットおよびセル転送ネットワークに関し、より詳細には、パケットおよびセル転送ネットワーク上のレイテンシ変動を制御する技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気通信ネットワークの様々なサービスは、適切な動作を保証するために低レイテンシ変動の転送に依拠している。そのようなサービスはとりわけ、同期およびマルチメディア・サービス（音声および映像）を含む。現在、インターネットやイーサネット（登録商標）など、レイヤ３およびレイヤ２のパケット・ネットワークの普及に伴い、タイミング同期および音声サービスを送信すること、ならびにパケット・ネットワーク内の電気通信機器間に映像サービスを分配することによって、コストを削減することができる。しかしながら、パケット・ネットワークのストア・アンド・フォワード動作のために、それらのサービスは不確実な遅延を受け、適時配信の精度に影響を及ぼすことになる。遅延のこの不確実さは一般にパケット遅延変動（ＰＤＶ）と呼ばれる。
【０００３】
タイミング同期信号に対する影響に加えて、ＰＤＶは音声データおよび映像データを転送するパケットにも著しい影響を及ぼす。音声データを転送するパケットはレイテンシまたは遅延が最小であり、とりわけよく制御されていることが望ましく、したがってＰＤＶの実質的な低減または除去が必要とされる。しかしながら、レイテンシまたは遅延が転送全体にわたって一定のままであることがより重要なので、レイテンシまたは遅延の量は同様の重要性をもたない。したがって、パケット転送ネットワークにおけるタイミング同期信号とデータ・パケットの両方についてＰＤＶを少なくともかなり低減または除去することが望ましい。
【０００４】
ＰＤＶの問題を解決し、予測可能なレイテンシを与える以前の試みには、トラフィック・エンジニアリングならびにタイムスタンプのプロトコル固有の操作に関連するベストエフォート転送が含まれていた。しかしながら、ネットワーク・ノードのトラフィック・エンジニアリングは、コストのかかるノードを十分に利用しない。
【０００５】
追加の試みには、転送されたパケットの受信時の、出口ポートでの作業保存（ｗｏｒｋ−ｃｏｎｓｅｒｖｉｎｇ）スケジューリングおよび非作業保存（ｎｏｎ−ｗｏｒｋ−ｃｏｎｓｅｒｖｉｎｇ）スケジューリングが含まれていた。作業保存スケジューリングは、前の退出が完了するとすぐに退出を選択してスケジューリングし、非作業保存スケジューリングは、短い制御された期間の退出中断を選択的に行う。しかしながら、そのようなスケジューリング方法は、パケットの到着時刻に基づく、そのパケットがデバイスから離れる必要がある正確な時点に関して実時間情報を含むことができていない。したがって、このスケジューリング方法はジッタバウンド挙動を与えることができない。
【０００６】
たとえばＩＥＥＥ１５８８など、タイムスタンプ・ベースのパケット同期方法に関して、ＰＤＶが低減されたタイミング同期を行うための２つの技法が知られている。これらの技法には確率的フィルタリング・アルゴリズムおよび長時間平均化がある。
【０００７】
確率的フィルタリング・アルゴリズムは、大きいパケット遅延を取り除き、補正率の計算、および受信ノードのローカル・クロックと送信ノードの送信クロックとのタイミング同期のために、小さいパケット遅延を使用する。この方法は通常、非常に複雑である。計算用の十分に小さい遅延を得るプロセスはランダムであり、したがって短期で確率的フィルタリング・アルゴリズムを成功裏に実行することは、保証されない。
【０００８】
長時間平均化は、ＰＤＶを除去するために多数の転送されたパケットの遅延を平均化する方法を提供する。しかしながら、実際のシステムでは、受信ノードのローカル・クロックが正確でなく、同期を必要とするので、絶対時間を得ることは困難である。ローカル・クロックの調整は遅延平均化の結果に悪影響を及ぼすことがある。その上、平均化の結果が制御できないという点で、この方法は柔軟でない。
【０００９】
たとえばタイミング・オーバー・パケット（ＴｏＰ）サービスなど、多数のネットワーク・サービスの場合、ホップを通過するときにパケットに適用されるポリシーおよび優先順位を定義する決定的なホップごとの振舞い（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ  ｐｅｒ−ｈｏｐ  ｂｅｈａｖｉｏｒ）を達成することが望ましい。より具体的には、決定的なホップごとの振舞いは、たとえばスイッチ、ルータ、またはマルチプレクサなどネットワーク要素での予測可能なレイテンシの決定と考えられ、これはパケット・ネットワーク全体にわたるタイミング同期に特に有用となる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、パケット転送ネットワークのネットワーク要素でレイテンシ変動を制御する技法を与えるために、転送されたパケットのレイテンシ変動を制御する方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、パケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御する方法が提供される。パケット転送ネットワークの受信ノードのネットワーク要素で複数のパケットを受信する。複数のパケットの各々にタイムスタンプを与える。ネットワーク要素からの退出時に複数のパケットに実質的に一定のレイテンシを与えるために、複数のパケットの各々について、対応する各タイムスタンプに従ってネットワーク要素のスケジューラで出口遅延時間を計算する。
【００１２】
例示的な実施形態では、複数のパケットの各々はネットワーク要素からの退出のために待ち行列に入れることができ、ネットワーク要素で受信された複数のパケットの各々は、その複数のパケットの各々の性質に従って分類することができる。複数のパケットの各々は、スケジューラで計算された対応する各出口遅延時間に従って出口ポートを通して送信することができる。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、パケット転送ネットワークの受信ノード中にネットワーク要素が設けられる。ネットワーク要素は、ネットワーク要素によって受信された複数のパケットの各々にタイムスタンプを与える分類器を備える。ネットワーク要素は、複数のパケットにネットワーク要素からの退出時に実質的に一定のレイテンシを与えるために、複数のパケットの各々について、対応する各タイムスタンプに従って出口遅延時間を計算する、分類器と通信するスケジューラをさらに備える。
【００１４】
例示的な実施形態では、ネットワーク要素は、複数のパケットの各々にタイムスタンプを与えるための、分類器と通信する実時間クロックをさらに備えることができる。ネットワーク要素はまた、ネットワーク要素からの退出のために複数のパケットのうちの１つまたは複数を格納する、分類器およびスケジューラと通信する１つまたは複数の待ち行列をさらに備えることができる。さらに、ネットワーク要素は、分類器と通信し、複数のパケットの各々を受信する入口ポート、ならびに、スケジューラと通信し、スケジューラで計算された対応する各出口遅延時間に従って複数のパケットの各々がそれを通して送信される出口ポートを備えることができる。
【００１５】
本発明のさらなる態様によれば、パケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動を制御するために受信ノード中に集積回路デバイスが設けられる。集積回路デバイスは、複数のパケットを受信し、複数のパケットの各々にタイムスタンプを与えるように構成される。集積回路デバイスは、退出時に複数のパケットに実質的に一定のレイテンシを与えるために、複数のパケットの各々について、対応する各タイムスタンプに従って出口遅延時間を計算するようにさらに構成される。
【００１６】
本発明の上記および他の特徴および利点は、添付の図面とともに読まれるべき、本発明の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態によるパケット転送ネットワークを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、パケット転送ネットワークの受信ノードでのネットワーク要素を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、パケット転送ネットワークにおいて受信されたパケット用のレイテンシ変動制御方法を示す流れ図である。
【図４】本発明のレイテンシ変動制御技法が実現できる機器の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下で詳述するように、本発明は、例示的な実施形態において、一般にパケット転送ネットワークの分野に関し、より詳細には、パケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットのレイテンシ変動制御のための改善された技法に関する。本発明の例示的な実施形態は、レイテンシ変動感度を有する受信ノードで使用するネットワーク要素を導入する。
【００１９】
初めに図１を参照すると、図は本発明の一実施形態によるパケット転送システムを示す。送信ノード１０２は、送信ノード・プロセッサ１０６と通信する送信クロック１０４を含む。転送用のパケットは送信ノードの転送待ち行列に格納でき、送信クロック１０４および送信ノード・プロセッサ１０６に従って送信ノード１０２でタイムスタンプを付けることができる。データおよび場合によってはタイミング情報を含むパケットはネットワーク１０８を通って受信ノード１１０に転送される。受信ノード１１０は、受信ノード・プロセッサ１１４と通信する受信クロック１１２を含む。パケットは受信クロック１１２および受信ノード・プロセッサ１１４に従って受信ノード１１０で再びタイムスタンプを付けられる。タイムスタンプは、本発明の実施形態によれば、受信ノード１１０で与えられ、パケット転送ネットワークにおいて受信されたパケットの適切なスケジューリングおよびレイテンシ変動制御が可能になる。
【００２０】
次に図２を参照すると、図は、本発明の一実施形態による、パケット転送ネットワークの受信ノード中で使用するネットワーク要素を示す。転送されたパケットが入口ポート２０４を通してネットワーク要素２０２で受信される。ネットワーク要素２０２は、たとえば、スイッチ、ルータ、またはマルチプレクサとして実施することができる。パケットは分類器２０６に送信され、そこで各パケットは実時間クロック２０８に従ってタイムスタンプを付けられる。実時間クロック２０８は、ネットワーク要素２０２の外部のクロックと通信することができ、また位相ロック・ループを含むことができる。分類器２０６はまた、各パケットのサービス資格を決定するために、パケットの性質を分類する機能を有することができる。たとえば、分類器２０６はパケットを、タイミング情報、音声データ、または映像データを含むパケットとして分類することができる。そのような分類は、パケットに必要とされる遅延修正と、ネットワーク要素２０２からの退出のための、結果として行われるそのパケットのスケジューリングとに直接影響を及ぼす可能性がある。
【００２１】
タイムスタンプを付けられたパケットは待ち行列２１０、２１２に送られる。図２に示された本発明の実施形態は、そのような２つの待ち行列を示している。しかしながら、パケット退出の適切なスケジューリングのために任意の数の待ち行列がネットワーク要素２０２内で利用できる。スケジューラ２１４は分類器２０６および実時間クロック２０８と通信する。スケジューラ２１４はまた待ち行列２１０、２１２および出口ポート２１６とも通信する。スケジューラ２１４は、待ち行列２１０、２１２から出るパケットごとに出口ポート２１６を駆動して、パケット進入とパケット退出との間に一定の規則的な間隔を与え、それによってレイテンシ変動性またはＰＤＶを除去する。
【００２２】
より具体的には、スケジューラ２１４は、受信されたパケットのタイムスタンプを利用して、遅延変動を除去するために与えなければならない余分の遅延を決定する。スケジューラ２１４は一定の規則的な間隔Ｉを計算する。ここで、Ｉ＝（ＴＳ０−ＴＳｉ）＋ｄＴ＋Ｔ０である。Ｔ０は、設定で与えられた最大固有遅延である。ＴＳ０は、スケジューラが以前に実行された時間のタイムスタンプである。最後の実行の正確な時間はパケットからは利用できないことがある。代わりに、ＴＳ０がスケジューラからアクセス可能な位置に格納できる。ＴＳｉは現在のパケットのタイムスタンプである。ｄＴを求めるために、この式を、ｄＴ＝Ｉ−（ＴＳ０−ＴＳｉ）−Ｔ０と解く。次いでスケジューラ２１４は、遅延Ｓｉ＝ｄＴ＋Ｔ０の後に所与のパケット用の出口ポート２１６を駆動する。これは、出口ポート２１６を出る転送されたパケットに、パケット転送の混雑状態にかかわらず一定の遅延またはレイテンシを与える。
【００２３】
次に図３を参照すると、流れ図は、本発明の一実施形態による、パケット転送ネットワークにおける受信されたパケット用のレイテンシ変動制御方法を示す。本方法はブロック３０２で始まり、そこでパケット転送ネットワークの受信ノードのネットワーク要素で複数のパケットを受信する。ブロック３０４で、ネットワーク要素の分類器で複数のパケットの各々にタイムスタンプを与える。タイムスタンプはネットワーク要素内の実時間クロックに従って与えられる。ブロック３０６で、パケットのサービス資格を決定するためにパケットの性質に従ってパケットを分類する。ブロック３０８で、ネットワーク要素からの退出のために複数のパケットの各々を待ち行列に入れる。複数のパケットの待ち行列作成は各パケットの分類に従うことができる。
【００２４】
ブロック３１０で、複数のパケットの各々についてネットワーク要素のスケジューラで出口遅延時間を計算する。各出口遅延時間は、複数のパケットにネットワーク要素からの退出時に実質的に一定のレイテンシを与えるために、対応するタイムスタンプに従って計算される。ブロック３１２で、複数のパケットの各々に実質的に一定のレイテンシを与えるために、スケジューラで計算された対応する各出口遅延時間に従って複数のパケットの各々を出口ポートを通して送信し、方法を終了する。
【００２５】
次に図４を参照すると、ブロック図は、本発明のレイテンシ変動制御技法が実現できるコンピュータ処理デバイスの例を示す。図示のように、処理デバイス４００は、プロセッサ４０２およびメモリ４０４を備え、ネットワーク要素２０２の少なくとも一部を実現するために使用できる。図３に示された１つまたは複数のブロックは、少なくとも一部は、プロセッサ４０２によって実行され、メモリ４０４に格納されるソフトウェアを利用して実行できる。さらに、プロセッサ４０２は、図２のネットワーク要素２０２の一部、分類器２０６、またはスケジューラ２１４として実現できる。
【００２６】
本明細書で使用される「プロセッサ」という用語は、たとえば、ＣＰＵ（中央処理装置）および／または他の処理回路を含むデバイスなど、任意の処理デバイスを含むものとすることを理解されたい。また、「プロセッサ」という用語は２つ以上の処理デバイスを指す場合があり、処理デバイスに関連する様々な要素が他の処理デバイスによって共有できることを理解されたい。本明細書で使用される「メモリ」という用語は、たとえば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、固定メモリ・デバイス（たとえばハード・ドライブ）、取外し可能メモリ・デバイス（たとえばディスケット）、フラッシュ・メモリなど、プロセッサまたはＣＰＵに関連するメモリを含むものとする。
【００２７】
本明細書に記載の方法を実行するための命令またはコードを含むソフトウェア構成要素は、関連するメモリ・デバイス（たとえばＲＯＭ、固定または取外し可能メモリ）のうちの１つまたは複数に格納でき、利用の準備が整うと、一部または全部が（たとえばＲＡＭに）ロードされ、ＣＰＵによって実行される。
【００２８】
本発明は、予測可能なレイテンシで、したがってＰＤＶなしにタイミング同期パケットをパケット転送ネットワーク上で転送可能にする場合に、ＩＥＥＥ１５８８の適用例とともに利用できる。
【００２９】
本発明は１つまたは複数の集積回路またはコンピュータ・プログラムの形態で実現できる。たとえば、本発明による所与のネットワーク・ノードは、少なくとも１つのプロセッサおよび少なくとも１つのメモリを備える１つまたは複数の集積回路として実現できる。さらに、本発明による所与のシステム・ネットワーク要素は１つまたは複数の集積回路としても実現できる。多数の他の構成が可能である。
【００３０】
そのような集積回路実装では、一般に、複数の同じダイが半導体ウェハの表面上に繰返しパターンで形成される。各ダイは、本明細書に記載のデバイスを含み、また他の構造または回路を含んでもよい。個々のダイはウェハから切断またはダイシングされ、次いで集積回路として実装される。集積回路を製造するためにウェハをダイシングし、ダイを実装する方法を当業者なら知っているであろう。そのように製造された集積回路は本発明の一部であると考えられる。
【００３１】
本発明の例示的な実施形態について本明細書で添付の図面を参照しながら説明したが、本発明がそれらの正確な実施形態に限定されないこと、およびそれらの実施形態において様々な変更および改変が本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって行われ得ることを理解されたい。たとえば、上記のように、本発明の例示的な実施形態は、ソフトウェア・プログラムまたは情報を処理する任意の他の論理的な方法として実現することが可能である。
【図１】
0004841674.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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