(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保証された遅延と帯域幅をもつデータパケットフローの交換方法において、
予想されるパケットの到着時間のスケジュール情報メッセージパケット（以下、予想されるパケット到着時間情報という）をスイッチにおいて受信する処理であって、
前記予想されるパケット到着時間情報は、パケットフローに関連付けられており、また、前記予想されるパケット到着時間情報は、前記スイッチによって受信されることが予想されている前記パケットフローに関連付けられた少なくとも１つのパケットにおける予想されるパケットの到着時間を示しているものと、
少なくとも１つのパケットフロースケジュールを限定しているスケジュール情報を前記スイッチの中に保存する処理であって、
前記スケジュール情報は、少なくとも１つの前記パケットフローに関連付けられた少なくとも１つのパケットに対するスケジュールされた受信時間とスケジュールされた送信時間とを限定しており、また、
前記スケジュールされた受信時間は、前記スイッチによって受信されることが予想されている前記少なくとも１つの前記パケットフローに関連付けられた前記少なくとも１つのパケットにおける予想されるパケットの到着時間を示しているものと、
前記パケットフローに関連付けられた経路情報を受信する処理であって、
前記経路情報は、前記予想されるパケットの到着時間に関連付けられており、そして、前記経路情報は、前記スイッチが、前記予想されるパケットの到着時間に到着したパケットを、送出しなければならないか、どうかを示しているものと、
基準時間において、基準パケットを受信する処理と、
前記基準時間に応答してスケジュール間隔の開始時間を決定する処理と、
前記予想されるパケット到着時間情報とスケジュール間隔の開始時間とにもとづいて、前記予想されるパケットの到着時間を決定する処理と、
前記予想されるパケット到着時間情報に含まれている所定の周期の時間に対して前記スイッチを通るパスを事前確立する処理と、
前記予測されるパケットの到着時間において、パケットを受信する処理と、
前記パケットに対して、レイヤ２処理、または、より高度なレイヤ処理を行う処理であって、
前記レイヤ２処理、または、より高度なレイヤ処理は、少なくとも１つの前記パケットの交換と前記パケットの経路とを含んでいるものと、
前記予想されるパケットの到着時間に関連付けられた前記経路情報にもとづいて、前記パケットを、前記スイッチを通る前記事前確立したパスを経て、送出する処理と
を具備することを特徴とするデータパケットフローの交換方法。
【請求項２】
前記スイッチにおいて、パケットを送信する時間のスケジュール情報メッセージパケット（以下、パケット送信時間情報という）を受信する処理であって、
前記パケット送信時間情報は、前記パケットフローに関連付けられ、また、前記パケット送信時間情報は、前記スイッチにおいて、前記パケットフローに関連付けられた前記パケットを送信できるパケットの送信時間を示しており、そして、
前記パケットの前記送出は、前記パケットの送信時間における前記パケットの送信を含むものを、
さらに、具備することを特徴とする請求項１記載の交換方法。
【請求項３】
前記予想されるパケット到着時間情報を、前記スイッチの第１ポートに関連付ける処理であって、
前記パケットの前記受信は、前記スイッチの前記第１ポートにおいて行われるものを
さらに、具備することを特徴とする請求項２記載の交換方法。
【請求項４】
前記パケット送信時間情報を、前記スイッチの第２ポートに関連付ける処理であって、
前記パケットの前記送信は、前記スイッチの前記第２ポートで行われるものを、
さらに、具備することを特徴とする請求項３記載の交換方法。
【請求項５】
前記パケットフローは、リアルタイムアプリケーションに関連付けられており、
非リアルタイムアプリケーションに関連付けられたもう１つのパケットを受信する処理と、
前記リアルタイムアプリケーションに関連付けられた前記パケットの送信を成し遂げるために、前記非リアルタイムパケットの送信を遅延させる処理とを、
さらに、具備することを特徴とする請求項４記載の交換方法。
【請求項６】
前記非リアルタイムアプリケーションに関連付けられた前記パケットの前記受信が、前記リアルタイムアプリケーションに関連付けられた前記パケットの前記受信よりも前に起こるようにした
ことを特徴とする請求項５記載の交換方法。
【請求項７】
前記予想されるパケット到着時間情報は、パケットフローオフセット値を含んでおり、
そして、前記予想されるパケットの到着時間の決定には、前記スケジュール間隔の開始時間に、前記パケットフローオフセット値を加えることが含まれるようにした
ことを特徴とする請求項１記載の交換方法。
【請求項８】
前記パケット送信時間情報は、パケットフローオフセット値を含んでおり、
そして、前記パケットの送信時間の決定には、前記スケジュール間隔の開始時間に、前記パケットフローオフセット値を加えることが含まれるようにした
ことを特徴とする請求項１記載の交換方法。
【請求項９】
第２のスイッチへ前記パケット送信時間情報を送信する処理と、
前記パケット送信時間情報を受取った旨の通知を受信する処理であって、
前記通知には、承認と不承認とのいずれかが含まれているものとを
さらに、具備することを特徴とする請求項２記載の交換方法。
【請求項１０】
保証された遅延及び帯域幅をもつデータパケットフローの交換装置において、
予想されるパケットの到着時間のスケジュール情報メッセージパケット（以下、予想されるパケット到着時間情報という）をスイッチにおいて受信するための制御論理回路であって、
前記予想されるパケット到着時間情報は、パケットフローに関連付けられており、また、前記予想されるパケット到着時間情報は、前記スイッチによって受信されることが予想されている前記パケットフローに関連付けられた少なくとも１つのパケットにおける予想されるパケットの到着時間を示しているものと、
少なくとも1つのパケットフロースケジュールを限定しているスケジュール情報を前記スイッチの中に保存するための制御論理回路であって、
前記スケジュール情報は、少なくとも１つの前記パケットフローに関連付けられた少なくとも１つのパケットに対するスケジュールされた受信時間とスケジュールされた送信時間とを限定しており、また、
前記スケジュールされた受信時間は、前記スイッチによって受信されることが予想されている前記少なくとも１つの前記パケットフローに関連付けられた前記少なくとも１つのパケットにおける予想されるパケットの到着時間を示しているものと、
前記パケットフローに関連付けられた経路情報を受信するための制御論理回路であって、
前記経路情報は、前記予想されるパケットの到着時間に関連付けられており、そして、前記経路情報は、前記スイッチが、前記予想されるパケットの到着時間に到着したパケットを、送出しなければならないか、どうかを示しているものと、
基準時間において、基準パケットを受信するための制御論理回路と、
前記基準時間に応答してスケジュール間隔の開始時間を決定するための制御論理回路と、
前記予想されるパケット到着時間情報とスケジュール間隔の開始時間とにもとづいて、前記予想されるパケットの到着時間を決定するための制御論理回路と、
前記予想されるパケットの到着時間情報に含まれている所定の周期の時間に対して前記スイッチを通るパスを事前確立するための制御論理回路と、
前記予測されるパケットの到着時間において、パケットを受信するための処理論理回路と、
前記パケットに、レイヤ２処理、または、より高度なレイヤ処理を行うための制御論理回路であって、
前記レイヤ２処理、または、より高度なレイヤ処理は、少なくとも１つの前記パケットの交換と前記パケットの経路とを含んでいるものと、
前記予想されるパケットの到着時間に関連付けられた前記経路情報にもとづいて、前記パケットを、前記スイッチを通る前記事前確立したパスを経て、送出するための制御論理回路と
を具備することを特徴とする交換装置。
【請求項１１】
パケットを送信する時間のスケジュール情報メッセージパケット（以下、パケット送信時間情報という）を前記スイッチにおいて受信するための制御論理回路であって、
前記パケット送信時間情報は、前記パケットフローに関連付けられ、また、前記パケット送信時間情報は、前記スイッチにおいて、前記パケットフローに関連付けられた前記パケットを送信できるパケットの送信時間を示しているものと、
前記パケットを送出するための制御論理回路は、前記パケット送信時間において前記パケットを送信するための制御論理回路を含んでいるものとを、
さらに、具備することを特徴とする請求項１０記載の交換装置。
【請求項１２】
前記予想されるパケット到着時間情報を前記スイッチの第１ポートに関連付けるための制御論理回路であって、
前記パケットを受信するための前記制御論理回路は、前記スイッチの前記第１ポートと関連付けられているものを、
さらに、具備することを特徴とする請求項１１記載の交換装置。
【請求項１３】
前記パケット送信時間情報を前記スイッチの第２ポートに関連付けるための制御論理回路であって、
前記パケットを送信するための前記制御論理回路は、前記スイッチの前記第２ポートに関連付けられているものを、
さらに、具備することを特徴とする請求項１２記載の交換装置。
【請求項１４】
前記パケットフローはリアルタイムアプリケーションと関連付けられており、
そして、前記リアルタイムアプリケーションに関連付けられた前記パケットの前記送信を実行するために、受信した非リアルタイムパケットの送信を遅延させるための制御論理回路を、
さらに、具備することを特徴とする請求項１３記載の交換装置。
【請求項１５】
前記非リアルタイムパケットの送信を遅延させるための前記制御論理回路は、前記リアルタイムアプリケーションに関連付けられた前記パケットを受信する前に、前記非リアルタイムパケットが受信された場合には、前記受信された非リアルタイムパケットの送信を遅延させるように動作させることができる
ことを特徴とする請求項１４記載の交換装置。
【請求項１６】
前記予想されるパケット到着時間情報は、パケットフローオフセット値を含んでおり、
そして、前記予想されるパケットの到着時間を決定するための前記制御論理回路は、前記スケジュール間隔の開始時間に、前記パケットフローオフセット値を加えるための制御論理回路を含んでいる
ことを特徴とする請求項１２記載の交換装置。
【請求項１７】
前記パケット送信時間情報は、パケットフローオフセット値を含んでおり、
そして、前記パケットを送信する時間を決定するための前記制御論理回路は、前記スケジュール間隔の開始時間に、前記パケットフローオフセット値を加えるための制御論理回路を含んでいる
ことを特徴とする請求項１３記載の交換装置。
【請求項１８】
前記パケット送信時間情報を第２のスイッチへ送信するための制御論理回路と、
そして、前記パケット送信時間情報を受取った旨の通知を受信するための制御論理回路であって、
前記通知には、承認と不承認とのいずれかが含まれているものとを、
さらに、具備することを特徴とする請求項１１記載の交換装置。
【請求項１９】
請求項１１記載のパケット交換装置を複数含んでいる通信装置のネットワークであって、
前記複数の前記パケット交換装置の第１の部分集合は、前記予想されるパケット到着時間情報と前記パケット送信時間情報とを含む基準パケットの発信源になっており、
そして、前記複数の前記パケット交換装置の第２の部分集合は、前記予想されるパケット到着時間情報と前記パケット送信時間情報とを含む基準パケットの受信側になっている
ことを特徴とする通信装置のネットワーク。
【請求項２０】
請求項１１記載のパケット交換装置を複数含んでいる通信装置のネットワークであって、
前記複数の前記パケット交換装置の所定の１つは、集中スケジューリングエージェントとして動作して、前記予想されるパケット到着時間情報と前記予想されるパケット送信時間情報とを含んでいる基準パケットを発信する
ことを特徴とする通信装置のネットワーク。
【請求項２１】
保証された遅延と帯域幅をもつデータパケットフローの交換装置において、
予想されるパケットの到着時間のスケジュール情報メッセージパケット（以下、予想されるパケット到着時間情報という）をパケットスイッチにおいて受信するものであって、スケジュールされたパケットスイッチを有しており、
前記スケジュールされたパケットスイッチは、
マスタークロックシステムと、
前記マスタークロックシステムが、スケジュール間隔の始まりを決定するように作用するものと、
少なくとも１のパケットフローのスケジュールを限定するスケジュール情報であって、
前記スケジュール情報が、前記少なくとも１のパケットフローに関連付けられた少なくとも１のパケットに対してスケジュールされた受信時間とスケジュールされた送信時間を限定しているものと、
前記スケジュールされた受信時間が、前記スイッチによって受信されることが予想されている前記少なくとも１つのパケットフローに関連付けられた前記少なくとも１つのパケットにおける予想されるパケットの到着時間を示しているものと、
前記パケットに対して、レイヤ２処理、または、より高度なレイヤ処理を行うための論理回路あって、
前記レイヤ２処理、または、より高度なレイヤ処理は、少なくとも１つの前記パケットの交換と前記パケットの経路とを含んでいるものと、
基準時間において、基準パケットを受信するための論理回路と、
前記基準時間に応答してスケジュール間隔の開始時間を決定するための論理回路と、
前記予想されるパケット到着時間情報と前記スケジュール間隔の開始時間とにもとづいて、前記予想されるパケットの到着時間を決定するための論理回路と、
複数のインタフェースポートであって、それぞれの前記インタフェースポートが送信制御論理回路と受信制御論理回路とを有しており、
前記送信制御論理回路と前記受信制御論理回路とのそれぞれが、前記スケジュール情報と前記マスタークロックシステムに応答しており、
前記複数のインタフェースポートの少なくとも１つにおける前記送信制御論理回路が、前記パケットフローのスケジュールによって限定された前記スケジュール間隔の中の、送信パケットに関連付けられたパケットフローオフセット（以下、送信時間のオフセットという）に応答して、前記少なくとも１つのパケットフローに関連付けられて受信したパケットの送信時間を決定するように作用できるものと
を有するスケジュールされたパケットスイッチを具備することを特徴とする交換装置。
【請求項２２】
前記複数のインタフェースポートの少なくとも１つにおける前記受信制御論理回路が、前記パケットフローのスケジュールによって限定された前記スケジュール間隔の中の、受信パケットに関連付けられたパケットフローオフセット（以下、受信時間のオフセットという）に応答して、前記少なくとも１つのパケットフローに関連付けられたパケットの予想される受信時間を決定するように作用できるように、
構成した請求項２１記載のスケジュールされたパケットスイッチを具備することを特徴とする交換装置。
【請求項２３】
前記マスタークロックは外部クロック基準に対応するものであって、
前記外部クロック基準は受信されたハートビートパケットに基づくものであるように、
構成した請求項２１記載のスケジュールされたパケットスイッチを具備することを特徴とする交換装置。
【請求項２４】
保証された遅延と帯域幅をもつデータパケットフローの交換方法において、
予想されるパケットの到着時間のスケジュール情報メッセージパケット（以下、予想されるパケット到着時間情報という）を受信するものであって、スケジュールされたパケットスイッチを有しており、
前記スケジュールされたパケットスイッチは、
スケジュールされたパケットスイッチの中のマスタークロックシステムによってスケジュール間隔の始まりを決定する処理と、
少なくとも１つのパケットフローのスケジュールにおいて限定しているスケジュール情報を前記スケジュールされたパケットスイッチの中に保存する処理であって、
前記スケジュール情報は、前記少なくとも１つのパケットフローに関連付けられた少なくとも１つのパケットに対するスケジュールされた送信時間とスケジュールされた受信時間とを限定しており、
前記スケジュールされた受信時間は、前記スケジュールされたパケットスイッチによって受信されることが予想されている少なくとも１つのパケットフローに関連付けられた前記少なくとも１つのパケットにおける予想されたパケットの到着時間示しているものと、
前記スケジュール情報と前記マスタークロックシステムとに応答して、前記スケジュールされたパケットスイッチのインターフェースポートの送信制御論理回路において、前記パケットフローのスケジュールによって限定されている前記スケジュール間隔の中の送信時間のセットに応答して、前記少なくとも１つのパケットフローに関連付けられて受信されたパケットの送信時間を決定する処理と、
基準時間において、基準パケットを受信する処理と、
前記基準時間に応答してスケジュール間隔の開始時間を決定する処理と、
前記予想されるパケット到着時間情報と前記スケジュール間隔の開始時間とにもとづいて、前記予想されるパケットの到着時間を決定する処理と、
前記パケットに対して、レイヤ２処理、または、より高度なレイヤ処理を行うための処理であって、
前記レイヤ２処理、または、より高度なレイヤ処理は、少なくとも１つの前記パケットの交換と前記パケットの経路とを含んでいるものと
を有するスケジュールされたパケットスイッチによる処理を具備することを特徴とする交換方法。
【請求項２５】
前記スケジュール情報と前記マスタークロックシステムに対応して、前記スケジューリングされたパケットスイッチのインタフェースポートの受信制御論理回路において、前記パケットフロースケジュールによって限定された前記スケジュール間隔の中の受信時間のフセットに応答する前記少なくとも１つのパケットフローに関連付けられたパケットの予想される受信時間を決定する処理を、
さらに、具備することを特徴とする請求項２４項記載の交換方法。
【請求項２６】
前記スイッチを通る前記パスを前記事前確立する処理は、前記経路情報に応じて、前記パスを前記スイッチの第１ポートから前記スイッチの第２ポートまで確立するようにした
ことを特徴とする請求項１記載の交換方法。
【請求項２７】
所定の期間の時間の後に、前記スイッチを通る前記パスを廃止することを、
さらに、具備することを特徴とする請求項２６記載の交換方法。
【請求項２８】
前記所定の期間の時間によって、周期的に、前記パスを前記スイッチの第１ポートから前記スイッチの第２ポートまで、再確立するようにされ、そして、
前記パケットフローに関連付けられた経路情報に応じて、前記第２ポートにおいて受信されたいずれのパケットも送信することによって、前記パスが確立されている間に、前記第１ポートにおいて受信されたいずれのパケットも送出することを、
さらに、具備することを特徴とする請求項２６記載の交換方法。
【請求項２９】
前記予想されるパケット到着時間情報は、さらに、前記スイッチよって受信されることが予想されていて前記パケットフローに関連付けられているパケット間の繰り返し時間間隔を示しており、そして、
前記パスの前記周期的な再確立は、前記繰り返し時間間隔に応じて前記パスを周期的に再確立することを
さらに、具備することを特徴とする請求項２８記載の交換方法。
【請求項３０】
前記予想されるパケット到着時間情報は、さらに、前記スイッチよって受信されることが予想されていて前記パケットフローに関連付けられているパケット間の繰り返し時間間隔を示しており、そして、
前記繰り返し時間間隔と前記予想されるパケットの到着時間とに対応する時間において、後続のパケットを受信する処理と、
前記予想されるパケットの到着時間に関連付けられた前記経路情報に基づいて、前記後続のパケットを送出する処理とを、
さらに、具備することを特徴とする請求項１記載の交換方法。
【請求項３１】
前記送出は、前記パケットに宛先の情報をつけずに前記パケットを送出することを、
さらに、具備することを特徴とする請求項１記載の交換方法。
【請求項３２】
前記スイッチを通る前記パスを事前確立するための前記制御論理回路は、前記パケットを受信するための前記制御論理回路と前記パケットを送出するための前記制御論理回路とに通信可能に接続されている交差点マトリクスであって、
前記経路情報に応じて前記スイッチを通る第１ポートから第２ポートまでの前記パスを確立するように作用できるものを、
具備することを特徴とする請求項１０記載の交換装置。
【請求項３３】
請求項１１記載のパケット交換装置を複数含んでいる通信装置のネットワークであって、
基準パケットの発信が前記予想されるパケット到着時間情報と前記パケット送信時間情報とを含むようにした集中スケジューリングエージェントを、
さらに、具備することを特徴とする通信装置のネットワーク。
【請求項３４】
保証された遅延と帯域幅をもつデータパケットフローの交換方法において、
予想されるパケットの到着時間のスケジュール情報メッセージパケット（以下、予想されるパケット到着時間情報という）をスイッチにおいて受信する処理であって、
前記予想されるパケット到着時間情報は、パケットフローに関連付けられており、また、前記予想されるパケット到着時間情報は、前記スイッチによって受信されることが予想されている前記パケットフローに関連付けられた少なくとも１つのパケットにおける予想されるパケットの到着時間を示しているものと、
少なくとも１つのパケットフロースケジュールを限定しているスケジュール情報を前記スイッチの中に保存する処理であって、
前記スケジュール情報は、少なくとも１つの前記パケットフローに関連付けられた少なくとも１つのパケットに対するスケジュールされた受信時間とスケジュールされた送信時間とを限定しており、また、
前記スケジュールされた受信時間は、前記スイッチによって受信されることが予想されている前記少なくとも１つの前記パケットフローに関連付けられた前記少なくとも１つのパケットにおける予想されるパケットの到着時間を示しているものと、
前記パケットフローに関連付けられた経路情報を受信する処理であって、
前記経路情報は、前記予想されるパケットの到着時間に関連付けられており、そして、前記経路情報は、前記スイッチが、前記予想されるパケットの到着時間に到着したパケットを、送出しなければならないか、どうかを示しているものと、
基準時間において、基準パケットを受信する処理と、
前記基準時間に応答してスケジュール間隔の開始時間を決定する処理と、
前記予想されるパケット到着時間情報とスケジュール間隔の開始時間とにもとづいて、前記予想されるパケットの到着時間を決定すする処理と、
前記スイッチを通るパスを、前記予想されるパケットの到着時間にもとづいて、所定の時間量だけ事前確立する処理と、
前記所定の時間量だけパケットを受信する処理と、
前記パケットに対して、レイヤ２処理、または、より高度なレイヤ処理を行う処理であって、
前記レイヤ２処理、または、より高度なレイヤ処理は、少なくとも１つの前記パケットの交換と前記パケットの経路とを含んでいるものと、
前記予想されるパケットの到着時間に関連付けられた前記経路情報にもとづいて、前記パケットを、前記スイッチを通る前記事前確立したパスを経て、送出する処理と
を具備することを特徴とするデータパケットフローの交換方法。
【請求項３５】
パケットを送信する時間のスケジュール情報メッセージパケット（以下、パケット送信時間情報という）を前記スイッチにおいて受信する処理であって、
前記パケット送信時間情報は、前記パケットフローに関連付けられ、また、前記パケット送信時間情報は、前記スイッチにおいて、前記パケットフローに関連付けられた前記パケットを送信できるパケットの送信時間を示しており、そして、
前記パケットの前記送出は、前記パケットの送信時間における前記パケットの送信を含むものを、
さらに、具備することを特徴とする請求項３４記載の交換方法。
【請求項３６】
前記スイッチを通る前記パスを前記事前確立する処理は、前記経路情報に応じて、前記パスを前記スイッチの第１ポートから前記スイッチの第２ポートまで確立するようにした
ことを特徴とする請求項３４記載の交換方法。
【請求項３７】
前記所定の期間の時間によって、周期的に、前記パスを前記スイッチの第１ポートから前記スイッチの第２ポートまで、再確立するようにされ、そして、
前記パケットフローに関連付けられた経路情報に応じて、前記第２ポートにおいて受信されたいずれのパケットも送信することによって、前記パスが確立されている間に、前記第１ポートにおいて前記受信されたいずれのパケットも送出することを、
さらに、具備することを特徴とする請求項３６記載の交換方法。
【請求項３８】
前記予想されるパケット到着時間情報は、さらに、前記スイッチよって受信されることが予想されていて前記パケットフローに関連付けられているパケット間の繰り返し時間間隔を示しており、そして、
前記パスの前記周期的な再確立は、前記繰り返し時間間隔に応じて前記パスを周期的に再確立することを
さらに、具備することを特徴とする請求項３７記載の交換方法。
【請求項３９】
前記送出は、前記パケットに宛先の情報をつけずに前記パケットを送出することを、
さらに、具備することを特徴とする請求項３４記載の交換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景技術
本発明は全般的には音声電話方式等の殆どのリアルタイムアプリケーションに必要とされるような帯域幅及び遅延限界範囲内でのデータパケットの送出を保証するコンピューターネットワークを介したデータパケットの送信及び交換に関する。音声通信は、データ遅延及びデータ紛失に敏感なリアルタイム通信アプリケーションの１例であり、本発明を有利に適用できる通信方式である。現状のインターネットパケットは一般的には高質音声通信に要求される限界内でのデータ送出を保証することはできない。かかる課題に取り組むため、本発明は帯域幅及び遅延限界内でデータパケットが高い信頼度をもって送出されることを可能とする交換技術を提供するものである。
【０００２】
周知の通り、パケット交換は局所パケットアドレスに基づいてイーサネット及びインターネットプロトコル（ＩＰ）データパケットのトランスポートに使用される。ここで用いる用語「局所パケットアドレス」とは、パケット自体のフォーマットの一部であるパケットアドレスのことを言う。パケットスイッチは、ポートがそのポートの次の宛先へ接続されている場合のみ到着パケットを転送するマルチポート装置である。パケット交換は、例えばネットワークブリッジを採用する場合に起こり得る、その特定のポートへ接続されているホストあるいは端末へ向けられていないパケットの受信からネットワークのポートあるいはセグメントにかかる過重を軽減するものである。パケット交換においては、パケットは一般的にはスイッチのすべてのポートへは送信されないが、実施中の通信において関与しているホストへと導くパケットのみに送信される。一般的に各セグメントの有効帯域幅は他のセグメントのパケットトラフィックによって減じられないので、パケット交換にはパケットネットワーク時間当たりの全処理量を増加できる利点がある。そのため、パケット交換はパケット輻輳を減じ性能を増大させる。
【０００３】
しかしながら、パケット交換はバケット衝突及び可変性パケット遅延の問題を取り除くものではない。このような問題はポートが十分に利用されていない場合にも起こり得る。例えば、多数のアプリケーションが瞬間的に単一ポート資源で競合する場合に問題が起こる可能性がある。特に、競合するアプリケーションが互いに妨害しあって１または２以上のパケットの送信あるいは受信における可変性遅延を起こす。
【０００４】
既存のシステムにおいて、上記問題に対処するため異なるタイプのパケットへ優先度を割り付ける試みが行われてきた。既存の技術においては、リアルタイム要求のあるパケットには比較的高い優先度が割り付けられているので、かかるパケットはリアルタイム送出が必要とされない優先度の低いパケットよりも先に処理される。しかし残念なことに、パケットすべてが同等な優先度にある場合は、優先付けたパケット処理によって作業性が向上するわけではない。かかる想定が実際に起こるアプリケーションの例として音声電話方式を挙げることができる。通常、多数の同時電話呼び出しが単一ポート接続へと送られる。かかる電話呼出用のデータを保有しているパケットには高い優先度が与えられるべきことは特に知られていない。多数の優先音声パケットが単一の回線で混線すると、非決定論的なパケット輻輳や遅延が起って電話呼出が破綻してしまう。
【０００５】
例えば、パケットを介するリアルタイムデータの転送専用に使用されるデータ回線を複数ポート上に複数アプリケーションをもつパケットスイッチへ接続することが可能である。リアルタイムデータ回線はこのスイッチを使用するすべてのアプリケーションによって共有できる。例えば、前記リアルタイムデータ回線は前記スイッチを別の場所にある別のスイッチあるいは電話サービス会社へ接続するのに使用される。この回線へ秒当りのビット数でＢｒの生データ容量をもたせてもよい。各リアルタイムアプリケーションにはＢａの帯域幅が要求され、ここでＢａは秒当りビット数で表すとアプリケーションの持続的帯域幅に等しい。従って、理論的には回線を介して送信できるリアルタイムアプリケーションの最大数Ｎは下記式で表わされる。
N = Int[Br/Ba]
【０００６】
完全に利用されている回線中のすべてのアプリケーションには一定のデータパケットを送信する等しい機会が与えられている。この例では、すべてのアプリケーションは同一であって、同一サイズ、同一速度でパケットを送信すると想定する。さらに、この例でのすべてのアプリケーションは互いに独立して整合することなく送信を行うと想定する。また、すべてのアプリケーションは固定された間隔で各アプリケーションの必要性に応じてパケットを送信すると想定する。最後に、すべてのパケットは送信側にとって同等の重要性を持ち、同等の優先度をもつと想定する。任意の時において、あるアプリケーションが共有されている回線へパケットを送信すると、そのパケットが遅延なく回線中へ入る確率Ｐｄは下記式で表わされる。
Ｐ（ｄ＝０）＝  １／Ｎ
【０００７】
十分に荷重された回線は出て行くパケットストリーム中に有効なウィンドーをもつ回数Ｎにおいて１回しか機会をもたないため、どのアプリケーションについても、いかなる時点でも、上記確率は維持される。パケットが回線へ送られると他のアプリケーションの他のパケットとその回線資源について競合することになる。特に他のパケットが先に到着していて、既に送信機会の待ち行列中で待機している場合がある。送出データストリームにおける順位の競合は、パケットは待ち行列順に１つ１つ送信されるので遅延が起こる。予想される最大遅延時間は、すべての他のアプリケーションからのパケットの受取後にすぐ新たなパケットが受信された場合は、Ｎパケット数の送信時間に相当することになる筈である。実際の遅延は起こり得る最小と最大遅延時間の範囲内で予測不可に変動する。
【０００８】
パケットが受ける遅延を予測するためには、そのパケットの転送中に要する「転送時間」を考慮することも必要である。このため、「転送時間」は、あるパケットをその回線へ送信するために要する時間を参照するために用いられるべきである。従って、転送時間（Ｔ）は下記式のように、秒当たりのビット数（Ｒ）のデータ速度で分けられたビット（Ｌ）のパケット長に等しくなる。
Ｔ  ＝  Ｌ／Ｒ
従って最大遅延（Ｄｍａｘ）は下記式で表され、
Ｄｍａｘ  ＝  ＮＴ
及び、平均遅延（Ｄａｖｇ）は下記式で表される。
Ｄａｖｇ  ＝  ＮＴ／２
【０００９】
リアルタイムアプリケーションに関して、従来のパケット交換システムによってもたらされる可変性遅延はシステム設計において考慮しなければならない点である。すなわち、遭遇する実際のパケット遅延は平均遅延がＤａｖｇであってゼロからＤｍａｘまで変動し得る。遅延の変動は「ジッタ」として知られるが、これもシステム設計において考慮されねばならない要素である。ジッタ補正はバッファリングによって行われる。従って、アプリケーションは、ジッタによるパケット損失を防止するため、Ｄｍａｘまでのパケットからパケットにおけるジッタの取扱い能力とともに受信したデータパケットをバッファー処理できなければならない。従って受信ジッタバッファーはパケットを規則的な間隔でアプリケーションへと運ぶことができる。もしそのアプリケーションが入ってきたデータをバッファー処理しなければ、オーバーランあるいはアンダーラン状態が起こり得る。アンダーラン状態の場合、パケット到着の瞬時の遅延が受取側アプリケーションによるパケット処理や実行を遅くなり過ぎさせてしまう。すなわち、受け取ったアプリケーションは次のサンプルが出力されねばならない時に処理を行うめの有効データをもっていない状態が起こり得る。電話機を端末とする音声通信アプリケーションにおいては、音声信号が持続してユーザーの耳元へ送られ続けられねばならない。もしパケット遅延のためにデータが受信されなければ出力されている音声が中断してしまう。この理由から、音声通信アプリケーションをベースとする電話にはジッタバッファーを備えなければならない。これら受信用ジッタバッファーは、ジッタバッファー内に保存されているパケットが時間を要するために、全般的システムにおける遅延を増加させる。もし各パケットが重要であれば、ジッタを最大限大きくした分に見合う大きさにジッタバッファーを構成しなければならない。従って、ジッタバッファーによってもたらされる時間の遅延はシステムの最大パケット間ジッタと同じかあるいはそれより大きくなる可能性がある。
【００１０】
パケットジッタは一般的通信ネットワークをパケットが移動するときに蓄積する。パケットが通常の場合と同様にその宛先へ到達する前に多スイッチ回線トランジションを行う場合は全体的遅延が増大する。一定のスイッチ及び通信回線での遅延は通常は次のスイッチで起こる遅延とは相関関係に無い。事実、平均及び最大遅延はルートに沿ったスイッチの数とともに増加する。従って、Ｍ個のスイッチが「ホップ」する場合の進路の遅延指標は下記式で表される。
0004616535.tif 000002
式中、Ｄｍａｘ（ｉ）は宛先へのパスに沿った各スイッチにおける最大遅延である。パケットが進路において交換遅延に遭遇しない確率には限界があるので最小交換遅延は猶ゼロである。従って最大遅延は最大遅延Ｄｍａｘ（Ｍ）に等しい。
【００１１】
既存のパケット交換ネットワークはパケット挿入遅延ともに固定遅延をもたらす。かかる固定遅延は種々の原因から起こる。第１に、パケットはパケットが送信される物理的距離に依存する伝搬遅延を受ける。自由空間中の光速度はかかる遅延の根底にある別の基本的制限である。光は、光ファイバー等の物理的通信媒体を通って自由空間を通過するよりもかなりゆっくりと伝搬する。生ずる遅延は長距離、リアルタイム通信の場合、特にパケットがその宛先へと回り道をとる場合に重大である。
【００１２】
パケット長に関連する挿入遅延及びパケットを一定の回線上へ送信するのに要する時間もまた既存の通信ネットワークへ導入される。例えば、モデムでのリアルタイムパケット通信における主要な困難性は比較的狭い帯域幅の通信回線における挿入遅延がかなり大きくなることである。距離とモデム挿入双方により起こる遅延は交換遅延を考慮に入れなくともネットワーク上の高質音声通信を実行不可能にするのに十分である。
【００１３】
上記遅延に加えて、既存のパケット交換装置においてはそれ自体による遅延が起こる。殆どのスイッチ及びルータは受け取ったパケットを入力待ち行列へ入れる。前述したスイッチ交換装置は受け取ったパケットそれぞれの次の宛先を検出して、適当なポートの出力待ち行列へ受け取った各パケットを送り込む。パケットはその後待ち行列の先頭に来た時に送信される。パケットが高優先度をもつ場合でも、また他の優先度の高いパケットによる待ち行列遅延がなくとも、スイッチ内での待ち行列間のパケットの移動中にスイッチ操作によりパケットへかなりの遅延が加えられる。
【００１４】
他のネットワークパケットトラフィックもまた遅延を引き起こす。多くの既存のネットワークにおいては、多数の形態のパケットトラフィックが相互に入り混ざっている。その結果、多種のパケットアプリケーションがネットワークを介して有効な帯域幅で競合している。パケットトラフィックに優先順位をつけても、高優先度パケットが遅延なく送信されることの保証にはならない。事実、その逆が起こる場合もある。例えば、優先度の低いパケットが受け取られ、高優先度のパケットが受け取られる直前に送出され、高優先度のパケットが受け取られる直前に低優先度パケットの送信が始まった場合を考える。低優先度パケットがまず送信され、高優先度パケットは低優先度パケットの送信が済むまで待たなければならない。高優先度パケットを先にするため低優先度パケットを送信途中に中断する方法は一般的にはない。従って、高優先度パケットはホップ毎に低優先度パケットの最大幅を送信するために要する時間だけ潜在的に遅延する可能性をもっている。さらに厄介な問題として、低優先度トラフィックは効率の問題からしばしば最大長のパケットに集められて遅延可能性を増大させる。他方、高優先度パケットはネットワークを横切る挿入遅延特性を減じるため非常に短い場合が多い。適例として、イーサネット通信プロトコルにおいてパケットの最大と最小との比が２０：１以上であってもよい。つまり、優先順位が決められたスイッチにおいても、低優先度パケットの送信によって起こる各ホップでの高優先度パケットが受けるパケット遅延は２０以上の小さな高優先度パケットを送信するのに要する時間と等しくなる可能性がある。現在いくつかのネットワークでは「ジャンボ」パケットが送信されているが、この場合の遅延はさらに長くなる。
【００１５】
リアルタイムアプリケーションにおいては、パケットは許容される遅延特性によって大きさがまちまちである。その結果、一定の速度で情報を転送するために、より多くの小さいパケットあるいはより少ない大きなパケットを使用できる。より少ない大きなパケットが用いられる場合、交換資源及び送受信システムへの荷重が減じられる。これは交換資源にはパケットの処理速度に関して性能に限界があるからである。また、ホストの送信及び受信は各パケットを処理するためソフトウェアで中断される筈であり、それらホストの秒当たりのパケット処理数における性能には限界がある。他方、同量のデータを送信するためにより少ない大きなパケットを使用することは、各パケットへより多くのデータが集められることを意味する。その結果、上記式中のＮで表されるパケット転送時間の長さが増すことによりもたらされる遅延はさらに長くなる。
【００１６】
１００バイト容量の高優先度音声パケットが「ジャンボ」パケットにより遅延される場合について考える。いくつかのジャンボパケットは現今の最大長インターネットプロトコルパケットよりも６倍長いものである。短いパケットは極めて高速なネットワーク接続を備えるネットワークサーバーへ過度の応力を与えるため多くのユーザーがジャンボパケットの使用を強く支持している。しかしながら、ジャンボパケットは最新のスイッチ技術を採用したリアルタイムアプリケーションへ混乱を引き起こすものである。ジャンボパケットは１００バイトを含み、単一の高優先度音声パケットを９０の他の音声パケットまで遅延させる可能性をもつものである。
【００１７】
低優先度待ち行列遅延は多数のスイッチの移動中に蓄積する。送信機から受信機へとネットワークを移動する時に３０以上のスイッチを通り抜けることが通常である。従って、１件のみ呼出しが行われ完全に作動している優先度に基づくネットワークにおいては、２７００の他の高優先度音声パケットに相当する低優先度パケット待ち行列遅延が起こり得る。
【００１８】
遅延と遅延変動だけが先行技術におけるパケットスイッチに関して起こる問題なのではない。リアルタイムアプリケーションはしばしば帯域幅保証を伴って提供される。もしネットワーク回線が有り得るすべてのセッションに対して帯域幅保証の全量を同時に支持するに十分でないならば、ネットワークは「過剰登録」となる。既存のシステムにおいては、いずれかの回線脚あるいはスイッチにおいて「過剰登録」となることはネットワーク帯域幅に関して全くあり得ることである。かかる過剰登録はパケットトラフィックが優先扱いされているかどうかによって起こる。優先方式が採用される場合、高優先度トラフィック自体が回線の過剰登録をしない限り高優先度トラフィック（おそらくは音声トラフィック）は妨害のない回線を通過することができる。この場合、高優先度トラフィックは低優先度トラフィックに対してその実行により不利な影響を与える。既存のシステムにおいては、かかる状況で帯域幅を割り付ける確かな方法はない。従って、過剰登録は低優先度トラフィックの完全な破綻を引き起こし、また場合によっては高優先度トラフィックの破綻さえも引き起こす。
【００１９】
パケット輻輳の程度は単一のリアルタイムセッションの途中においてもその時その時で極端に変動する。例えば、トラフィック状態が比較的よい時にパケットネットワーク上で電話呼出しを設定する。しかし、呼出し中、急激に輻輳状態が進み呼出しが格下げされたりあるいは中断さえされたりする。このような事態は殆どの重要任務リアルタイムアプリケーション、特に音声電話方式にとっては通常許容できないものである。かかる場合、有効な帯域幅と同じかそれより小さいだけでは平均的なトラフィックにとっては不十分である。通常輻輳が瞬時でも共通回線の容量を超えると競合を避けるためパケットは失われる。そのため、全システムの帯域幅はいかなる瞬時においてもすべてのアプリケーションにより要求される最大帯域幅と同等以上でなければならない。
【００２０】
以上述べたように、すべてのトラフィックへ特性が与えられ、過剰登録もなく、優先方式が採用されている理想的な場合であっても、パケットネットワークには遅延と遅延変動の欠点がある。さらに、既存のパケットスイッチは例え優先方式を取り入れていても容易に過剰登録状態に陥ってしまう。かかる理由から、パケットネットワーク上のリアルタイムアプリケーションを効果的に支持するため、遅延を制御しかつ最小化できるパケットスイッチが必要とされる。さらに、リアルタイムセッション中の帯域幅の使用を保証して、セッション終了後に他のアプリケーションへ帯域幅を開放するシステムとできれば有利である。パケットを介する音声電話方式等のリアルタイムアプリケーションの場合、システムとして、既存の回路交換電話ネットワークから得られたものに近似する全音声遅延処理機能をもつ呼出し装置を備えるべきである。最終的には、呼出し側は呼出しを開始する際その呼出しの実行が終了まで保証されることを知っているべきである。
【００２１】
発明の要約
本発明の目的に従い、複数のリアルタイムアプリケーションのそれぞれへ帯域幅を割り付けてパケット遅延を制御でき保証されたパケット送出を可能とするパケットスイッチについて開示する。開示にかかるスイッチは帯域幅競合により起こる送信上の問題を多少でも解消する動的帯域幅割付けを行うものである。この開示されたシステムは各リアルタイム通信セッション中に使用する帯域幅を割り付けるものである。開示された動的帯域幅割付けシステムの作動は、影響を受けるポート上の有効帯域幅が減じられることを除いては他のパケットトラフィックのパケット交換性能を低下させるものではない。
【００２２】
本開示は従来のパケットスイッチ構成へ追加することができるスケジューリングシステムを含むものである。この開示されたスケジューリングシステムはスイッチの各ポート内の送受信機能へ別個に適用されるものである。開示されたスケジューリングシステムを介して、スイッチは保証帯域幅と制御遅延に関する特定のアプリケーションの必要性に従って作動することができる。本発明の目的において、用語「パケットフロー」は特定のアプリケーションに関連付けられたパケットを指している。さらにパケットフローにはあるアプリケーションに関連付けられた送信ホストと受信ホスト間のパケットの一方向のフローを指す意味もある。
【００２３】
各スイッチ内では、開示されたスケジューリングシステムがスケジュール発生の基本になっている。スケジュールは１または２以上のパケットのパケット送受信が行われる予想時間である。スケジュールはネットワーク中の各スイッチごとに独立して発生する。一定のスケジュールはスイッチ内のすべてのポートの送受信へ、あるいはスイッチ内の１または２以上のポートの送受信機能の部分集合へ適用される。従って、一定のスイッチは単一のスケジュールあるいは複数のスケジュールに基づいて作動する。スケジュールは持続的に繰り返される。あるいは、各スケジュールは、以下でも説明するが、トリガー事象に対応して明示的に誘発される。
【００２４】
スケジュール間隔内で、パケットフローオフセットはパケットフローに関連付けられたパケットあるいはパケット群の始まりを限定する。パケットフローオフセットがスイッチポート送信機能と関連付けられている場合、そのパケットフローオフセットは関連付けられたパケットフローに関して１または２以上のパケット送信が開始できるスケジュール間隔内で時間を限定する。パケットフローオフセットがスイッチポートの受信機能と関連付けられている場合、そのパケットフローオフセットはその関連付けられたパケットフローに関して１または２以上のパケット受信が予想できるスケジュール間隔内の時間の一点を限定する。
【００２５】
一定のパケットフローについて、ホスト送信機とホスト受信機間にあるパスに沿った各スイッチへ異なるパケットフローオフセットが確立される。前記パスに沿ったすべてのスイッチのためのパケットフローに関連付けられたオフセット値を設定することによってそのパケットフロー（パケットフロースケジュールともいう）のスケジュールを限定する。パケットフロースケジュールにはスケジュール間隔期間及びパケット長を含めることも可能である。一定のパケットフロースケジュールに関連付けられたスケジュール間隔内の時間はパケットフロースケジュール期間と称される。
【００２６】
個々のパケットフロースケジュールはパケットフローに関連付けられたアプリケーションの必要性とネットワーク中の算定された最良の通過パスに基づいて決定される。パケットフロースケジュールは問題となる通信回線の帯域幅限界までいかなるアプリケーションにも与えられる。あるアプリケーションに関連付けられたパケットフロースケジュールはそのアプリケーションが送信パス中へ１または２以上のパケットを配置できる時間を保証する。パケットフロースケジュールは、その回線に関してすべての送信時間が割り付けられるまで、いずれのアプリケーションへも、またいかなる順番によっても割付けられる。割付けのないいずれの送信機会も従来のパケットトラフィックの転送に利用でき、既存のシステムにおけると同様に交換転送が可能である。
【００２７】
パケットフローが確立された場合、関連付けられたパケットフロースケジュールは、そのパケットフロー用の送信ホストと受信ホスト間のパスに沿ったスイッチ間において整合される。このパケットフロースケジュールに基づき、一定のスイッチはそのパケットフロースケジュールに基づいてそのパケットフロー用の保証帯域幅パケットを受信ホストへ通ずるパスに沿ってある次のスイッチへと送信できる。また、このパケットフロースケジュールに基づいて、次のスイッチがパケットフロースケジュールによって示された時間に保証帯域幅パケットの到着を予想する。このような方法で、パス内のスイッチを通過するパケットフロースケジュールの形成に基づいて、いずれかの送信機と受信機間に専用の帯域幅が与えられる。その結果、ホスト送信機がパケットを送信する場合、そのパケットはパケットフロースケジュールに従って遅延無く自動的にホスト受信機へと送信される。いずれか１つのスイッチに対して、いずれか１つのパケットフロースケジュールがそのスイッチを介して連結するため一方向へ作用している。各スイッチポートはそれ自体専用のスケジュール間隔を有し、その１つは送信機能用であり、また１つは受信機能用である。リアルタイムセッションの確立中は、送信パケットに関連付けられたパケットフローオフセットと受信パケットに関連づけられたパケットフローオフセットはパスに沿った各スイッチを介して一致している。一定のパケットフローに関連付けられて、そのパケットフロー用のパスに沿った一組のスイッチを通過するパケットフローオフセットの一組は本明細書中ではそのパケットフロー用の「パケット軌道」と呼ばれる場合もある。開示に係るスケジューリングシステムを用いて送信された保証帯域幅パケットは「スケジューリングされた」パケットと呼ばれる。送信パス及びスイッチ自体間の交換システムに関連する遅延がフロースケジュールの計算に含まれている。
【００２８】
開示に係るシステムは、ホスト送信機がホスト受信機へ通ずるパスに沿ったすべてのスイッチとの送信を整合できることを必要としている。スケジューリングされたパケットを運ぶ各スイッチは、関連するパケットフロー用のホスト受信機へ通ずるパスに沿った次のスイッチとスケジュール整合されていなければならない。
【００２９】
前記パス中の最後のスイッチとの交渉または整合はホスト受信機については要求されない。前記パス中の最後のスイッチは、そのホスト受信機に関連付けられたパケットフロースケジュールに従ってホスト受信機パケットを送出するだけである。ホスト受信機はそのパケットすべてを前記パス中の最後のスイッチから受信するので、その同じスイッチがその受信機へのすべてのパケットの引渡しを制御する。そのため、ホスト受信機は通常はスケジュール情報を整合することを必要としない。ホスト受信機は常に正しい時間に保証帯域幅パケットを受信する。前記受信機はリアルタイムパケットに含まれた情報の取り扱いをスケジュール化することを必要とするいずれかのアプリケーションタイミング情報をパケット自体から通常引き出すことができる。パケット引渡し回数を保証することにより大きなパケットジッタバッファーを維持する必要性とジッタ、あるいはパケット衝突及び再送問題対処する必要性ガスケット大幅に減じられる。受信機は常に連続している次のスイッチを時間通りに受信するので広範囲なジッタバッファリングは必要としない。
【００３０】
スイッチ間のリアルタイムパケットフローはスイッチ間のスケジュール同士を整合することによって完成される。このスイッチ間整合はスイッチ間のスケジュールを計算して引き渡す特別なアプリケーションを使用することによって完了される。このアプリケーションにはスケジュールフロー、スイッチ及びスイッチ間リンクにおける遅延、リンク速度、及びネットワーク位相に関する知識が備わっていなければならない。このスケジュールアプリケーションが要求を受信すると、そのパケットフロー用のスイッチのネットワークを介して最も速いスケジュールを計算する。
【００３１】
発明の詳細な説明
本願が３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）の規定に基づき優先権主張を行っている出願日１９９９年１２月２３日、仮出願番号６０／１７１，９７６号、発明の名称「パケットスケジューリングを用いたネットワークスイッチ」の出願における開示をここで参照しながら本発明について以下に説明する。
【００３２】
図１の高レベルブロック図に示すように、また本発明の実施態様例において首尾一致して開示される構成として、本発明に係るパケットスイッチは、スイッチ２、第一ホスト端末１及び第二ホスト端末３の３つの構成要素から構成される。ホスト端末１及び３のそれぞれはパケットの送信及び／または受信を行う。
【００３３】
受け渡し及び／または遅延に関して保証を要しないパケットは以下に述べるようにスイッチ２を通過する。最初に、ホスト端末１は通信リンク２０によってスイッチへパケットを送信する。ホスト端末１がイーサネットインタフェースを介してスイッチ２へ相互接続されている場合、通信リンク２０はＵＴＰ（非密封撚り対）から作られた４対のケーブルで構成できる。しかしながら、スイッチ２はインタフェースを用いて多種の通信回線あるいはリンク、例えばこれらに限定されないが１０メガビット／秒、１００メガビット／秒、ギガビット、１０ギガビットイーサネットネットワークへと具現化できる。スイッチ２は従来「ＯＣ」、「ＤＳ」、「Ｔ」、「Ｅ」、及びＳＯＮＥＴ（同期光ネットワーク）およびＳＤＨ（同期デジタル階層）通信標準に関連付けられた他のファイバーベースまたはワイアレスベースのリンクまたは回線と呼ばれもの、インターネットあるいはイーサネットパケットに適するものへインタフェースを採用してもよい。従って、開示に係るシステムはいずれか特定の通信リンクへインタフェースを必要とするものではない。説明のためここでは標準的イーサネットインタフェースを用いる実施態様を挙げるが、開示されたシステムに従って作製されたスイッチは他の種類のインタフェースを含むものであってもよい。
【００３４】
スイッチ２をホスト端末１とスイッチ２間の通信リンクへ接続するインタフェースは、従来イーサネットネットワークを接続するために用いられていた一般に「ＲＪ−４５」と呼ばれるコネクタ等の標準のコネクタ２２を用いて具現化できる。コネクタ２２での受信後、パケットは受信制御論理回路（ＲＣＬ）２４へと運ばれる。ＲＣＬ２４はパケットの宛先アドレスを抽出してパケットの内容を受信パケット待ち行列２６へと配列するように作動する。ＲＣＬ２４はパケット宛先アドレスを含む待ち行列をスイッチ制御ＣＰＵ（ＳＣＣ）４３へ同時に送出する。ＳＣＣ４３はイーサネットＭＡＣ（メディアアクセス制御装置）アドレスとＩＰ（インターネットプロトコル）アドレス双方から成るパケットアドレスを取り上げ、そのパケットアドレスを用いてどのポートへそのパケットが送信されるべきかを示すポート番号を決定する。ＳＣＣ４３はこれらの操作を２方法のうちの１つ、すなわち（１）内部の検索表を調べるか、あるいはパケットアドレスをパケット分類装置（ＰＣ）２８へ送出するかによって実施する。パケット分類装置２８は特にスイッチ２上のポートへＩＰあるいはイーサネットＭＡＣアドレスを写像するように作動する。パケット分類装置２８は、例えば内容をアドレスで呼び出せるメモリ（ＣＡＭ）システムを採用してパケットアドレスの与えられたポート番号を迅速に回答する。
【００３５】
ＳＣＣ４３が一旦正しいポート番号を確認すると、ＳＣＣ４３は内部メモリ表を調べて交差点マトリックス３２上の宛先ポート送信制御論理回路（ＴＣＬ）、例えば送信制御論理回路（ＴＣＬ）３２がスケジューリングされた送信に使われていないかどうかを明らかにする。宛先ポートＴＣＬは他のソースからのパケットの受信で回線が塞がっている場合がある。もし宛先ポートＴＣＬが使用中の場合、ＳＣＣ４３は待ち行列中の要求を保存して次回の要求まで待機する。もし交差点マトリックス３２上の宛先ポートＴＣＬが使用中でなければ、ＳＣＣ４３は交差点マトリックス３２へ、ＲＣＬ２４の内部スイッチ出力へ接続された交差点マトリックスポートと、ＴＣＬ３０への内部スイッチ入力への交差点マトリックスの接続との間に接続を設定する指令を出す。この接続が完了すると直ぐにＳＣＣ４３はＲＣＬ２４へメッセージを送出する。このメッセージはＲＣＬ２４へ指示を与えてパケットを交差点マトリックス３２へそのまま送出させる。次にＲＣＬ２４はそのパケットを交差点マトリックス３２へ送信する。同時に、ＴＣＬ３０はそのパケットを受信する。その時点で送信パケット待ち行列（ＴＰＱ）３４からの送信中のパケットがなければ、ＴＣＬ３０は入ってくるパケットのホスト端末３への送信を開始する。
【００３６】
図１の実施態様において、受信制御論理回路２４、受信パケット待ち行列２６、送信制御論理回路２７及び送信パケット待ち行列２９はスイッチ２の第１ポート内に含まれていると考えられる。同様に、送信制御論理回路３０、送信パケット待ち行列３４、受信制御論理回路３７及び受信パケット待ち行列３９はスイッチ２の第２ポート内に含まれていると考えられる。従って、パケットがスイッチ２の第１ポートで受信され送信用のスイッチ２の第２ポートへ送出される場合、第１ポートは入りポートあるいはソースポートと呼ばれ、第２ポートは出ポートあるいは宛先ポートと呼ばれる。ＲＣＬ２４が一旦交差点マトリックス３２へのパケットの送信を完了すると、ＲＣＬ２４はＳＣＣ４３へその完了を知らせる。ＳＣＣ４３は内部メモリ表中の適当なエントリーを出ポートの送信側に関して「消去」状態に設定し、出ポートの送信機能が他のポートからのパケット受信に対して有効であることを表示する。その後ＳＣＣ４３は２つのポート間の既存の接続を遮断することも可能である。
【００３７】
この処理において、すべてのパケットはスイッチ２に入り、識別されて正しい宛先ポートへと一定進路を経て送出される。当業者は、ＳＣＣ４３、ＰＣ２８、交差点ロードメモリ（ＣＰＬＭ）４２及び交差点マトリックス３２の一部あるいは全部を組み込んでいる「スイッチファブリック」と呼ばれる従来の構成部品が入手可能であることを認識している。このような従来型スイッチファブリックは本開示に係るスケジューリングパケットスイッチの実施態様においても使用することができる。
【００３８】
リアルタイムパケットと呼ばれる受渡し及び遅延限界保証に関連付けられたパケット送信について説明する。かかるパケットは、例えばリアルタイムアプリケーションに関連付けられたものであってもよい。リアルタイムパケットとリアルタイムアプリケーションとの関連性は例えばパケットフローを介することにある。リアルタイムアプリケーションに関連付けられたパケットフローはパケットフロー内のすべてのパケットに共通な何らかの組のパケットヘッダーフィールド値によって識別できる。リアルタイムパケットはスイッチ２により取り扱われてもよい。例えば、ホスト１によってスイッチ２へ送出されたリアルタイムパケットの処理には、ホスト１がその保証済みの送信をスイッチ２と整合させることが要求される。ホスト１はさらに所定の割り付けられたスケジュールに従ってそのリアルタイムパケットを送出する。かかる操作の実行のため、ホスト１はそのパケット送信機とスイッチ２中の関連受信機との間に共通の時間基準を持つことが求められる。このことは開示に係るシステムにおいては以下の処理を経た上で可能となる。まず、スイッチ２はイーサネットパケットをホスト１内の受信機５０へ送出する。このパケットはスイッチ２によって基準情報を含むものとして識別される。ホスト１内の受信機５０は次に「ハートビート」パケットと呼ばれる基準パケットを用いてスケジュール間隔の開始点を決定する。スイッチ２は、ホスト１内の受信機５０が適切にそのスケジュール間隔の始まりを決定できるように十分な規則性をもってハートビートパケットを送出すべく作動する。例えば受信機５０は複数のハートビートパケットの受信により集められたタイミング情報を平均化して基準ロックを与えることができる。この方法により、ホスト送信機５２をスイッチ２から基準ソースへと効果的に位相ロックすることができる。開示に係るスケジューリングされたサービスを支えるために用いられるスイッチ２のすべてのポートはハートビートパケットを送信することが可能である。各ハートビートパケットはスイッチのスケジュール間隔に対する位相を決定するために用いられるパケットデータフィールド内に情報を有しているので、ハートビートパケットは規則的な間隔で送信される必要はない。本明細書では、ハートビートパケットが規則的な間隔で与えられているものとして説明する。図１の実施態様に示すように、スイッチ２内のすべての受信送信制御論理回路への接続をもつマスタークロックシステム６５をスイッチ２内の受信送信制御論理回路へスケジュール間隔を与えるために使用することが可能である。このマスタークロックシステム６５は上記した受信ハートビートパケット等の外部クロック基準７１に対して対応可能に示されている。
【００３９】
ハートビートパケットは管理的特性をもつ他の情報も伝達することができる。しかしながら、ハートビートパケットの主要な機能は正しいタイミング基準を与えることである。パケットを受信するいずれのホストも平均化アルゴリズムを用いてその内部基準に合うように整合を行う。ハートビートパケットは、いずれのホストあるいはいずれのホストネットワークにも共通ソースからタイミング基準を引き出すことを可能とする。この方法により、リアルタイムパケットの形態で保証されたデータを送信する必要があるすべての局部ホストあるいはポートが正確な参照局所フレームを持つようになる。すべてのポテンシャルホスト送信機はこのようにスイッチ基準について参照される。ここで「スケジュール領域」と呼ばれるスイッチのいずれかの集合においてハートビートは単一スイッチから始まる。ネットワーク中の各スイッチは、ハートビートパケットが木の根としてハートビートソースをもった木配置に存在するスイッチのネットワークを介して分配されるように、少なくとも１ポートからハートビートを受信して多数の「下流」ポートからハートビートを送出するように構成されている。
【００４０】
図２（ａ）、２（ｂ）、及び２（ｃ）はパケットデータ交換のための３つの技術的アプローチを示すものである。これら３つの技術的アプローチにはここで開示するように２つの従来技術と１つの新技術が含まれている。ここでは説明のためすべての交換が「切り離し」型であると想定する。すなわち、スイッチはパケットの受信を始めるや否やパケットを送出し始めることができる。パケットは再送信が始まる前に完全に受信される必要はない。切り離し型スイッチは伝送時間が蓄積される必要がないことを利点としている。すなわち、最後のパケットが入力ポートで猶受信されている間にそのパケットは既にその宛先へ送信されている。
【００４１】
従来システムにおいては、パケットは先入れ先出し法（ＦＩＦＯ）により交換されていた。これを図２（ａ）に示す。ＦＩＦＯは今日では殆どのパケット網で用いられる。図２（ａ）は３つのパケット入力ストリームを備えるパケットスイッチ１０１を示している。パケットスイッチ１０１においては、パケットは受信された順に送信される。図２（ａ）に示すように、最初に受信されたパケット１０５が最初に送信されるパケット１０３である。２番目に受信されたパケット１００は同様に２番目に送信され以下同様である。リアルタイムパケットは陰を付けて示したパケットであり、パケット１０４及び１０２を含んでいる。パケットの受信順により、またスイッチ１０１のＦＩＦＯ特性により、リアルタイムパケット１０４は最後の送信パケット１０２となっている。これは、すべての他のパケットはパケット１０２が受信されると同時あるいはその前にスイッチ１０１によって受信されたからである。このような動作に伴って、標準のＦＩＦＯスイッチ網を通過するパケットは予測できない遅延を受ける。これら遅延は蓄積されしばしば長時間となる。
【００４２】
このような遅延を緩和するために提案されている最も一般的な技術が図２（ｂ）に示されている。この方法においては、各パケットには優先タグあるいはラベルが付される。スイッチはパケットを受信するとその優先タグをチェックする。高優先度の他のパケットが既に待ち行列にあると、スイッチは高優先度のパケットを最初に送出する。さもなければ、スイッチは優先度が同等のもののうち最も古いパケットを送出する。この方法により、パケットＦＩＦＯ待ち行列中で長時間待つことが軽減される。
【００４３】
優先度に基づくパケットの取り扱いによって遅延が除去できるわけではない。図２（ｂ）に示した例では、長い低優先度のパケット１１６が最初に受信されるとそのパケットが送信を始める。それが受信を始めてまもなく、高優先度のパケット１１０及び１１１が受信される。これらの高優先度パケットは、パケット送信が一旦開始されると通常中断できないため低優先度パケットの送信がまず終了するまで待たねばならない。また、高優先度パケット１１０、１１１及び１１５相互間においても遅延が起こる。これらパケットは同等の優先度をもつためＦＩＦＯに従い他のパケットの終了を待たねばならない。
【００４４】
スケジュールに基づくパケット処理は図２（ｃ）に示すものである。スケジュールに基づくパケット処理は本願で開示されるスケジューリングシステムによって可能となる新たな形式である。スケジュールに基づくシステムにおいては、リアルタイムパケット１２５は同時にスイッチに到着しない。これらパケットは時間を違えて到着するようにその端点でスケジューリングされている。他の例におけるように、長いパケット１２６等の他のパケットがすぐに到着する。しかしながら、スケジュールに基づくスイッチは新しいリアルタイムパケットの差し迫った到着をスケジュールを介して事前に知っているため長いパケット１２６の送信を行わない。それに代わり、スケジュール実行前にそれを行う余裕があることから送信済パケット１２４と示された短い受信パケット１２０を送信する。最初のリアルタイムパケットが到着すると、そのパケットは送信済パケット１２３と表示され直ちに送出される。本願開示のスケジュールに基づくパケット処理では本質的に待ち行列による遅延なしにパケットの送出が可能である。
【００４５】
図３は一般的なスケジュール領域を示す。図３に示すスケジュール領域においては、１のスイッチを「マスター」に指定する。とりわけ、このマスタースケジューリングパケットスイッチ６はハートビートパケットから始めるように作動する。他のスケジューリングスイッチ５、８及び９はハートビートパケットを受信する。スケジューリングスイッチ５、８及び９は、例えば平均化アルゴリズムを用いて到着時間及びハートビートパケットの内容に基づいてそれら自体の参照値を計算してハートビートパケットを分配する。スケジューリングスイッチ５の場合、ハートビートパケットをインターネットパケット電話４として示されたホストへ送出する。スケジューリングスイッチ８の場合、ハートビートパケットをスケジューリングスイッチ９その他へ送出する。
【００４６】
リアルタイム送信を行うホストのみが受信したハートビートパケットの使用を必要としている。保証済パケット受信のみ必要とするホストはスイッチを参照する時間を維持することを必要としない。そのようなホストは受信したハートビートパケットをただ捨てるだけである。スイッチがポート上にスケジューリングされた送信能力がないと判定したならば、そのポートからハートビートパケットを送出しないことを選択することも可能である。
【００４７】
図３の実施態様は、図中に示したスケジューリングされたスイッチのための一般的リアルタイムアプリケーション作動環境を表すものである。図３に示されたリアルタイムアプリケーションはパケットに基づく音声電話方式である。図３においては、スケジューリングされたスイッチ５、６、８及び９、電話方式ホスト４及び１０、デスクトップコンピューターホスト１１、サーバー１２、及び電話方式用リアルタイムスケジュールサーバー７が示されている。リアルタイムスケジュールサーバー７は信号方式７（ＳＳ７）リンク１６と接続されて示されている。従って、図３は一般的ネットワークと一般的リアルタイムアプリケーションの代表例である。
【００４８】
図３のリアルタイム電話方式アプリケーションは数種の異なるセッションを支えている。第１に、電話機４が他の電話機１０あるいはスイッチ５、６、８及び９へ繋がれた他の複数の電話機とセッションを確立する。第２に、電話機４はスケジューリングされたスイッチ網上にない遠距離の電話機とセッションを確立している。これはＴＤＭリンク１８へ接続された広域電話インタフェース１３とのセッションを確立することによって達成される。この広域電話インタフェース１３は遠隔にある電話機との接続を確立するものである。第３に、電話機は別のスイッチへ取り連れられているいずれか他の電話機と通信可能である。これはスイッチ間ＬＡＮ中継を利用することによって達成できる。第４に、電話機はサーバー１２とセッションを確立できる。このセッション確立は音声メッセージの回復あるいは音声応答システムへのアクセスに有用である。さらに、電話機はインターネット等のパケット交換データサービスへ接続される遠隔電話機とのセッションを確立できる。このセッションは広域インターネットあるいはデータインタフェースと確立されたセッションを介して達成される。最後に、デスクトップコンピューター１１は、もし音声等のリアルタイムアプリケーションを支える適当な構成要素が与えられれば、リアルタイムセッションを確立し受け入れることが可能である。
【００４９】
図３に表されたもの等のホストはリアルタイムスケジューリングサーバー７と通信することによってリアルタイムセッションを確立する。スケジューリングサーバー７はすべてのリアルタイムホストの相互運用制御に要求されるすべてのスケジューリング機能を提供する。これらホストはスイッチ５、６、８及び９とは直接には通信を行わない。スイッチ５、６、８及び９とのリアルタイムセッションの確立を統合するのはスケジューリングサーバー７の役割である。
【００５０】
セッションは以下の手法で確立され終了する。ホストはスケジューリングサーバー７へメッセージを送出することによって要求を行う。このメッセージは従来のＬＡＮ−ＷＡＮ−ＩＰ非スケジューリング接続を用いて送出される。スケジューリングサーバー７は、そこへ新たなパケットフローが確立されるあるいはすでに確立している要求元ホストとパケット宛先間のパスをコンピューター処理する。スケジューリングサーバー７は次にスケジュール情報を電話機４及び１３とスイッチ５、６、８及び９へ送信する。スケジュール情報メッセージパケットはスイッチ５、６、８及び9によって受信され各スイッチの適当な出力ポートへと送出される。スイッチ管理ＣＰＵ６４（図１）は各スイッチによって扱われるリアルタイム送信及び受信を管理するためスケジュール情報パケット内容の処理を行う。
【００５１】
図４は信号ソフトスイッチコンピューターアプリケーション１４を含むスケジューリングされたスイッチ網を示している。図４中の装置は図３に示したものと同様であるが、信号ソフトスイッチコンピューターアプリケーション１４が追加されている。このソフトスイッチコンピューターアプリケーション１４はインターネット上で電話呼び出しを中継する呼出し信号を与える従来のソフトウェア要素である。図４に示したネットワークの実行中にセッションは以下の手法で確立され終了する。ホストは信号ソフトスイッチコンピューターアプリケーション１４へメッセージを送出することにより要求を行う。信号ソフトスイッチコンピューターアプリケーション１４はスケジューリングサーバー７を介してスケジューリングされたパケットフローを要求する。図４に示した装置のその他の操作は図３で説明したものと同様である。
【００５２】
図５はハートビートパケット１８０により始まり第２のハートビートパケット１８１により継続されるスケジュール間隔１８２を示している。一般的なリアルタイムアプリケーションに対しては、ハートビートパケット１８０及び１８１等のハートビート信号はスケジュール間隔１８２自体と同頻度で送出可能である。しかしながら、有効ハートビートパケット到着時間は平均化されるのでハートビート信号はすべての間隔ごとに送出される必要はない。かかる平均化によりスケジュール間隔タイミングは任意の高い正確性へと導かれる。
【００５３】
ハートビートパケットの実例形態１８９を図５に示す。図５の実例によるハートビートパケット形態１８９においては、標準イーサネットあるいはインターネットプロトコル（ＩＰ）をもつイーサネットフレームが使用されている。イーサネットヘッダー１８３はＩＰヘッダー１８４の前に示されている。「最終ハートビートからの時間」フィールドを含んでもよいペイロード１８５がさらに示されており、さらに参照バイト１８６が続いている。ＩＰ端部フィールド１８７及びイーサネット端部フィールド１８８も図５に示されている。参照バイト１８６は図５に示したハートビートパケットからタイミングを取得するため受信機によって使用される。従って、スケジューリングされたスイッチ中の受信制御論理回路がハートビートパケットを取得する時、同回路は参照バイト１８６を検索する。スケジューリングされたスイッチが参照バイト１８６を取得する場合、同スイッチはＳＣＣ４３によって行われる平均化計算を介してそのマスタークロック６５（図１）をリセットする。あるいは、スケジューリングされたスイッチのためのタイミング情報は終了、あるいは開始、あるいは図５に示したハートビートパケット等の受信ハートビートパケット内のいずれかの他の時点に合わせ、次いでその時間を平均化することによって取得できる。かかる二者択一的アプローチにおいて、時間参照の正確性には正確なロックを得るためにより多くのハートビートパケットが取得される。
【００５４】
図６は図１に示したスイッチ２内におけるスケジューリングサーバーとＳＭＣ６４間の通常メッセージ交換を示している。双方向セッションのため、スケジューリングサーバー７は第1ＳｅｓＲｅｑメッセージ２００をＳＭＣ６４へ送出する。ＳｅｓＲｅｑメッセージ２００はセッションスケジュール割付が求められていることをＳＭＣ６４へ通知する。ＳｅｓＲｅｑメッセージ２００には、入手可能な場合、求められたセッションに関するソース及び宛先ポート番号、ソース及び宛先ＭＡＣアドレス、及びソース及び宛先ＩＰアドレス等の情報を含まれている。ＳｅｓＲｅｑメッセージ２００にはさらに、リアルタイムセッションのため求められたパケット番号及びパケットサイズ等のスケジュール構成が含まれている。
【００５５】
ＳＭＣ６４はさらにＳｅｓＲｅｑＡｃｋメッセージ２０２をもってＳｅｓＲｅｑメッセージへ応答するように作用する。ＳｅｓＲｅｑＡｃｋメッセージ２０２はそのセッション要求が受け入れられたかどうかを表示する。セッション要求が受け入れられればセッションは確立される。両方向性セッションについては、ＳｅｓＲｅｑメッセージがパケットフローの各方向へ１度ずつ２度送出される。さもなければ、スケジュールサーバーは両方向に関して単一の要求を受け入れることができる。その結果、図６に示すように、第２ＳｅｓＲｅｑメッセージ２０４は第２のＳｅｓＲｅｑＡｃｋメッセージ２０６によって承認される。両方のセッションパケットフローが受け入れられたことが表示された時に呼出し２０８が行われる。
【００５６】
セッションはまたスケジュールサーバーから送られた２つのメッセージによって中断される。まず、スケジューリングサーバー７は第１のＳｅｓＲｅ１メッセージ２１０をＳＭＣ６４へ送出する。このＳｅｓＲｅ１メッセージ２１０は指定されたパケットフローのためのスケジュール内で割り付けられた時間がもはや必要のないことをスイッチへ表示する。ＳＭＣ６４は次にＳｅｓＲｅ１Ａｃｋメッセージ２１２を用いて応答する。ＳｅｓＲｅ１Ａｃｋメッセージ２１２は指定されたセッションに関連するスケジュール資源は現在放出されていることをスケジューリングサーバー７へ表示する。図６はまた、通常の電話通話等の両方向リアルタイムアプリケーションへの適用が考えられる２つのセッション放出についも示している。従って、第２のＳｅｓＲｅ１メッセージ２１４とそれに続く第２のＳｅｓＲｅ１Ａｃｋメッセージ２１６が示されている。
【００５７】
次に図１に示すリアルタイムパケット転送のためのスイッチ２の内部操作について説明する。前記したように、図１のスイッチ２は交差点マトリックス３２を用いてリアルタイムと非リアルタイムパケットフロー双方を接続することができる。しかしながら、前記交差点マトリックスはリアルタイム用と非リアルタイム用では用い方が異なる。スイッチ２内部において、ＳＣＣ４３は交差点ロードメモリ４２を維持している。交差点ロードメモリ４２は交差点マトリックス３２を完全な状態で含んでいる。この完全な状態の交差点マトリックス３２はスケジュール間隔中の各パケットフロースケジュールの状態を反映している。
【００５８】
図７は図１に示した交差点マトリックス３２に対応する交差点マトリックスの例を示すものである。図７の交差点マトリックスは多様な交差点入力２８０を多様な交差点出力２８２へ接続するための多数のスイッチ２８４を含んだ構成で示されている。
【００５９】
図７に示すように、交差点マトリックスは交差点スイッチの設定を制御するために用いられる２列のラッチ、新ラッチ６６及び現ラッチ６７を含む。現ラッチ６７は交差点マトリックスを直接制御する状態にある。現ラッチ６７は交差点マトリックスのどの入力が交差点マトリックスのどの出力と実際に接続されるかを決定する。現ラッチ６７は２通りの方法で荷重することができる。第１は、ＳＣＣ４３はいつでも直接いずれかのラッチへアクセスしてその値を変えることができる。第２は、新ラッチ６６の内容からすべての現ラッチ６７に同時に荷重することができる。新ラッチ６６からのデータは荷重制御ピン６８の表明に基づいて同時に現ラッチ６７へ転送される。この過重制御ピンはＳＣＣ４３へ接続される。ＳＣＣ４３はいつでも荷重制御ピンを表明できる。ＳＣＣ４３はいずれの新ラッチへもアクセスし荷重することができる。
【００６０】
非リアルタイムパケットに対しては、ＳＣＣ４３はパケットごとに接続要求を処理し、適当な交差点マトリックスへ現ラッチを書き込むことによって接続を確立する。一方において、リアルタイム接続セッションは新ラッチ６６を荷重することによって確立される。新たなスケジュール各々の始まりにおいて、荷重制御ピン６８の表明によって新ラッチ６６は現ラッチへ過重される。スケジュールの過程において、次のパケットフロースケジュール期間のためにスイッチを設定するＣＰ構成は新ラッチ６６へと荷重される。新ラッチの内容は荷重制御ピン６８が表明されるまでは交差点マトリックスの作用には影響しない。これにより、スイッチ構成は新たなスケジュールが始まる時点において即時に設定可能である。
【００６１】
現ラッチ６７と新ラッチ６６の双方は交差点マトリックスを横切るポテンシャル接続の各々について1バイトを保有している。実施態様の１例においては、スイッチ２は１２８個のスイッチを支持することができる。交差点マトリックス上の単一のポートは多数の外部ポートに対して使用できる。図７に示す交差点マトリックスの例は１２８の入力と１２８の出力を含む。各入力はいずれかの出力へと接続される。各出力には１２８個のＳＰＳＴ（単極単スロー）スイッチがある。１２８個のスイッチの各々が異なる入力へ取り付けられている。１の出力には１の入力のみ接続できる。１以上の入力を接続すれば交差点マトリックスでの競合を起こし損傷を引き起こすからである。他方１の入力を１またはすべての出力へ接続することは可能である。各出力に必要なメモリは１２８バイトである。通常１２７バイトの「ゼロ」と選択された入力線を示す１バイトの「１」として保存される。もし入力が全く選択されなければ１２８バイトの「ゼロ」となる。１２８バイトに必要とされるメモリスペースは１６バイトである。
【００６２】
ＳＣＣ４３がポートＲＣＬから接続要求を受信した場合、ＳＣＣはいくつかの機能を実施しなければならない。第１に、ＳＣＣ４３は接続が要求されているポートが塞がっているかどうかを確認する。この確認のため、ＳＣＣ４３は各スケジュールについてリアルタイム接続メモリをチェックする。非リアルタイム接続メモリについてもチェックしなければならない。メモリが実行中の接続がないことを示すと、ＳＣＣ４３は非リアルタイムメモリを設定し適当なＣＰレジスターに対して変更を行う。ＳＣＣ４３は次いで要求元のＲＣＬに対してそのパケットを送出するよう信号を送る。ＳＣＣ４３がＲＣＬからパケット転送終了のメッセージを受信すると、ＳＣＣは非リアルタイムメモリを消去して適当な交差点マトリックスレジスターを介する接続をリセットする。もしＳＣＣ４３がポートＲＣＬからのパケット接続要求を受信し、接続要求がのあるポートが塞がっていると確認したならば、その接続要求は実行中の接続が終了するまで接続待ち行列中へ送られる。
【００６３】
高速プロセッサの実施態様
図１のスイッチ２へ与えられた機能性は主としてハードウェア構成要素によって与えられたものであるが、かかる機能性は１または２以上の高速プロセッサ上で使用するソフトウェアあるいはファームウェアを用いて二者択一的に付与することも可能である。かかる実施態様においては、開示に係るスケジューリングパケットスイッチは図８に示した構成を用いて実行される。かかる実施態様においては、開示に係るスイッチは、イーサネット及び／またはインターネットプロトコルパケット上での運用に適した「ネットワークプロセッサ」あるいは「通信プロセッサ」と呼ばれる多数の高速プロセッサ３０２、３０３を用いて構築される。これらネットワークプロセッサ３０２、３０３はスイッチを介するパケットフロー管理に用いられる。
【００６４】
このアプリケーションに適する一般的ネットワークプロセッサの内部構成を図９に示す。図９では、ネットワークプロセッサ４００は多様な構成部分を伴う集積回路として示されている。パケットは一般的には高速インタフェース４１０を介してネットワークへ出入りする。これらのインタフェースはイーサネットあるいはＳＯＮＥＴまたはプログラム可能なＲＩＳＣ（命令セット簡単化）インタフェース機関４０３、４０４、４０５、４０６等を用いたＴ−キャリアーインタフェースとして構成することができる。ＲＩＳＣ機関の作用構成は制御ＣＰＵ４３２によって設定される。制御ＣＰＵ４３２はネットワークプロセッサ４００の作動開始時にＲＩＳＣ機関中へいくつかのマイクロコードを装荷する。
【００６５】
ＲＩＳＣ機関４０３、４０４、４０５、４０６等は高速インタフェース上で入ってくるデータをフォーマットして枠組データからパケットデータを抽出する。このデータはＲＩＳＣパケットプロセッサ４２０、４２１、４２２、４２３等へ送出される。同様に送信では、パケットデータはＲＩＳＣパケットプロセッサから離脱してインタフェースＲＩＳＣ機関４０３、４０４、４０５、４０６等によってフォーマットされる。
【００６６】
パケットプロセッサ４２０、４２１、４２２、４２３等はパケット宛先の決定を行うために使用される。これらプロセッサはパケットを待ち行列に並ばせ、送信のためパケットを他のパケットプロセッサへ送出できる。待ち行列機関４３０は待ち行列の管理を行う。パケットプロセッサ４２０、４２１、４２２、４２３等の各々は送信用と受信用に複数の待ち行列を備えている。パケットプロセッサはその待ち行列のどちらへパケットを入れるかを決定し、パケットの保存を行う待ち行列機関４３０へパケットを送出する。待ち行列機関４３０は次に高速ＲＡＭインタフェース４４０を介して外部高速ＲＡＭを用いてパケットを保存する。
【００６７】
もし、パケットプロセッサ４２０、４２１、４２２、４２３等がパケットを他のパケットプロセッサへ送信すべきと決定した場合は、パケットプロセッサはそのパケットをファブリックインタフェース制御器４３１へそのパケットを転送する。本インタフェースはそのパケットを宛先ネットワークプロセッサと宛先ネットワークプロセッサのポートのアドレスとともに転送する。スイッチファブリック３０８は次いでそのパケットを次のネットワークプロセッサのファブリックインタフェース制御器４３１へ移動させる。一般的なスイッチは多数のネットワークプロセッサ４２０、４２１、４２２、４２３等上に多数のポート４１０を有する。
【００６８】
制御ＣＰＵ４３２はネットワークプロセッサ４００の構成部分の作用を制御する。これら構成部分にはインタフェースＲＩＳＣ機関、ＲＩＳＣパケットプロセッサ４２０、４２１、４２２、４２３等、待ち行列機関４３０、及びファブリックインタフェース４３１が含まれる。制御ＣＰＵはバス４４３を介して外部ＣＰＵ３１４、３１５等と通信を行う。制御ＣＰＵはまた内部ＲＡＭ４３３及びＲＯＭ４３４を使用してその作動を実施している。
【００６９】
図８に示したスイッチ３００においては、複数のネットワークプロセッサ３０３、３０４をスイッチ構造３０８、３０９と共に使用してスイッチ３００の内外へパケットを移動している。パケットはこのスイッチを物理層装置３０２中へ差し込む。これらの装置は信号レベル、インピーダンス及びメディア（光、電気、平衡、非平衡）をネットワークプロセッサ３０３、３０４等へインタフェース連結可能な信号へと変換する。ホスト３０１はパケットデータをスイッチ３００へ送出し及びスイッチ３００から受信する。このパケットデータはスケジューリングされていてもスケジューリングされていなくとも構わない。
【００７０】
スイッチ操作は経路ＣＰＵ３０７、３１０を介して制御される。これら経路ＣＰＵ３０７、３１０はスイッチ網の位相を知るために他のパケットスイッチと通信を行い、経路情報をネットワークプロセッサ３０３、３０４等へ与えてそれらプロセッサが入ってくるパケットを適当な出力ポートへ送出できるようにする。
【００７１】
このスイッチは主スイッチ構造３０８、経路ＣＰＵ３０７及びクロックシステム３０６が破損しても機能する付加的能力を備えている。冗長スイッチ構造３０９、経路ＣＰＵ３１０及びクロックシステム３１１に対する準備ができている。ネットワークプロセッサ３０３、３０４等は主システムが故障しているかどうかを主システムからの応答を調べることによって確認できる。故障が検出できると、ネットワークプロセッサ３０３、３０４等は冗長システムを使用すべく切り替えを行える。好ましい実施態様において、主プロセッサ及び冗長プロセッサは別々の取り出し可能なカード上にある。故障が検出されれば、スイッチ３００の操作ロスを生ずることなくその故障したカードを取り替えられる。
【００７２】
パケットフロースケジュールは経路ＣＰＵ３０７、３１０へのメッセージを介してスイッチへと運ばれる。主及び冗長ＣＰＵ３０７、３１０の双方がスケジュール及び経路情報を受信する。冗長ＣＰＵ３１０と連動していない場合に限り、主経路ＣＰＵ３０７のみがその情報に対応して動作する。スケジュール情報は次いで適当なネットワークプロセッサへと転送される。もしスケジュールが除去あるいは取り消されると、スケジュール情報は同様な手法で消去される。
【００７３】
スイッチへ入ったスケジューリングされていない（通常の）パケットはネットワークプロセッサ３０３、３０４等によって処理され、必要であれば待ち行列中へ送られる。パケットは次に最終宛先へ送信するためのネットワークプロセッサ３０３、３０４等の後部のスイッチ構造３０８へと転送される。待ち行列は到着順、優先度順、あるいは多プロトコルラベル交換（ＭＰＬＳ）等のタグによって構成することができる。スケジューリングされていないパケットトラフィックはパケットのストリームとスイッチ中の多様な待ち行列システム間の相互作用によって起こる正規遅延変動を受ける。
【００７４】
スケジュールパケットは異なる手法で転送（交換）される。ネットワークプロセッサ３０３、３０４等は配線ＣＰＵ３０７によってスケジュールを与えられる。ネットワークプロセッサ３０３、３０４等は新しいパケットを受信する度にそのスケジュールをチェックする。もしネットワークプロセッサ３０３、３０４等がスケジュールは有効と決定すると、該プロセッサはそのパケットを、そのスイッチ構造、宛先ネットワークプロセッサ３０３、３０４及び宛先ポートに関する情報とともにそのスイッチ構造へとそのまま送出する。同様に、ネットワークプロセッサ３０３、３０４等の送信側において、プロセッサはそのスケジュールを頻繁にチェックしている。もし特定のスケジュールが有効になると、ネットワークプロセッサは待ち行列中のパケットを送信せずにファブリックインタフェース３１９を介して現在受信しているパケットをそのまま送出する。
【００７５】
この方法により、スケジューリングされたパケットは迅速かつ予測可能な手法でスイッチを介して送出される。この操作に関するフローチャートを図１０及び１１に示す。受信側の処理については図１０に、また送信側処理については図１１に示している。
【００７６】
図１０に示すように、ネットワークプロセッサは待ち受けパケット状態５００でパケットを待っている。パケットが受信されると（５０１）、プロセッサはスケジュール情報に対して受信されたパケットがスケジュールの制御を受けるかどうかを確認すべく問う。もし回答が「イエス」であれば、パケットはそのままスイッチ構造５０６へと送られる。この転送が完了すると、プロセッサは他のパケット５０２をチェックする。もしパケットが存在しなければ、プロセッサは待ち受けパケット状態５００へ復帰する。もしパケットが存在すると、プロセッサは再びステップ５０３において関連スケジュール情報をチェックする。もしスケジュールが実施されていなければ、プロセッサはステップ５０４で次のパケットを送出するのに十分な時間があるかどうかを決定すべくチェックを行う。もし回答が「ノー」であれば、プロセッサは再度関連スケジュール情報をステップ５０３においてチェックする。もし回答が「イエス」であれば、プロセッサはスケジューリングされていないパケットを通常ステップ５０５において送出する。そして待ち受け状態へ戻る。この処理により、受信処理はすべてのスケジューリングされたパケットが迅速な処理を受けることを保証する。また、この処理はスケジューリングされていないパケットの処理がやがてやって来るスケジューリングされたパケットの妨害とならないことを保証する。ついには、切迫したスケジューリングされたパケットの直前でのスケジューリングされていないパケットの送信終了までの待機をも可能としている。
【００７７】
送信側処理は同様な方式で実行される。図１１は送信処理について説明している。送信側ネットワークプロセッサはステップ５１１でスケジュールを継続的にチェックしている。もしスケジュールが実施されているならば、送信処理はスケジューリングされたパケットがファブリック５１４から到着して、それが到着するや否やステップ５１５で送信されるのを待つ。そしてプロセッサはステップ５１１で再度スケジュールをチェックできる。もしスケジュールが実行されていなければ、ネットワークプロセッサはスケジューリングされていないパケットを送出する。かかるパケットについてはステップ５１０で最初にチェックすべきであり、もし存在すればステップ５１３で送出する時間もチェックすべきである。もし次のスケジュールに先立って完全に送るにはパケットが長すぎるならば、ネットワークプロセッサは待ってそのパケットを送出しない。もしパケットが新たなスケジューリングされたパケットに先立つ残りの時間に適合するならば、パケットは通常ステップ５１２において送出される。
【００７８】
本願発明が適用できるリアルタイムアプリケーションの単純な例は音声電話方式である。本実施例において、従来の音声電話呼出し信号が２つの電話機器間へ電話ネットワークを介して送信される。一般に知られるように、電話ネットワークは世界中において、１２，５００中１未満の不良音声サンプルのエラー率、１００ミリ秒を超えない固定遅延条件において、秒当たり６４キロビット（秒当たり８０００の８ビットサンプル）の保証ビット速度で搬送するように通常設計されている。
【００７９】
開示に係るスケジューリングされたネットワークを介してリアルタイム音声データを送信するため、デジタル化された音声サンプルは８キロヘルツの速度でパケット中へ蓄積される。例えば、通常の蓄積期間は２０ミリ秒である。もしサンプルが２０ミリ秒以上の期間蓄積されると各期間ごとに８０サンプルが蓄積される。これらの８０サンプルはインターネットパケット中へ配置されて送信される。新たなパケットは２０ミリ秒毎に送信される。本開示に係るシステムはスケジュールを送信元電話、第１スイッチ、パス上受信側電話機までのすべての後続スイッチと整合するものである。最後に、パス中の最後のスイッチがパケットを受信側電話機へと送出する。
【００８０】
電話呼出しのためのパケットフロースケジュールは、例えば２０ミリ秒の全スケジュール間隔期間、スケジュール間隔内でパケットの始まりを限定するパケットフローオフセット記述（これは０から２０までの間の十分な解像度数であろう）及びパケット長（この場合、パケット及びＩＰオーバーヘッド用に可能とするため８０バイト以上であろう）に基づいて限定してもよい。
【００８１】
このパケットフロースケジュールはコンピューター処理されて受信側電話機へのパスに沿った各スイッチへと搬送される。パケットフローオフセットは各スイッチごとに異なる。スケジュール間隔期間は概してそのままである。パケット長もそのままである。パケットはスイッチからスイッチへとネットワークを通過するのに時間を要するため、パケット間隔中のパケットの位置は、スイッチ相互間で変動する。スイッチからスイッチにおいて遅延が起こる。スイッチ間の送信も遅延を引き起こすこれらの遅延はパケットフロースケジュールの計算において考慮に入れなければならない。
【００８２】
スケジューリングされた電話呼出しが始まると、スケジュールサーバーアプリケーションは必要なパケットフロースケジュールのコンピューター処理を行う。スケジュールアプリケーションは次にスケジュール情報を送信側電話機とそのパケットフロー用のパスに沿ったすべてのスイッチへ伝える。呼出しが完了すると、スケジュールサーバーは前記パスに沿ったスイッチすべてにそのスケジュールの破棄を通知する。
【００８３】
本発明の重要な特長はパケット遅延を多数のスイッチにわたって蓄積する必要がないことである。多数のスイッチがそれらのスケジュールを整合化しているため、同じ電話呼び出しパケットを多数のスイッチを介して遠距離にわたって送信することが可能とされている。この場合加わる遅延は物理的距離とパケット送出処理に関するもののみである。この特徴は既存の「最善の努力を払った」あるいはスケジューリングされていないパケット交換システムと明確な対比をなすものである。スケジューリングされていないパケットがネットワークを通って流れると、それらパケットは容易に瞬時的輻輳や待ち行列によるオーバーフローを受け、予測しえない遅延あるいは損失を被ることになる。
【００８４】
本発明の機能を限定するプログラムは以下に述べる種々の形態でコンピューターへ分配できることは当業者には容易に認識できるところである。但しこのプログラムは以下に限定されるものではない。
（ａ）書き込み不可の記録媒体上に永久保存された情報（例えば、コンピューターＩ／Ｏアタッチメントで読み出せるＲＯＭあるいはＣＤ−ＲＯＭ等のコンピューター内の読み出し専用メモリ装置；（ｂ）書き込み可記録媒体上に変更可能に記録された情報（例えばフロッピー（登録商標）ディスク及びハードディスク）；あるいは（ｃ）例えば、モデムを介したコンピューターあるいは電話ネットワーク上の搬送波信号方式を含めたベースバンド信号方式あるいはブロードバンド信号方式用の通信媒体を介してコンピューターへ搬送された情報。さらに、本発明はコンピューターソフトウェアとしても具現化できるが、本発明を実行するために必要な機能を、アプリケーション専用集積回路あるいは他のハードウェア等のハードウェアコンポーネントを用いてその一部あるいは全体を変形して具現化してもよい。
【００８５】
本発明については上述した実施態様を通して説明したが、ここで取り上げた開示に係る実施例の発明趣旨を逸脱しない範囲で変更及び変形をなしうることは当業者には明らかである。さらに、多様な例示的データ構造と関連させて好ましい実施態様について説明を起こっているが、本発明システムを特定のデータ構造を用いて具現化できることは当業者は認識している。従って、本発明は添付のクレームにおける限定を除いて限定的に理解されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ２つの受信機／送信機ホストとスイッチの主要構成要素及び主要な信号パスが装着されたスケジューリングされたパケットスイッチの高レベルブロック図である。
【図２】  ２（Ａ）、２（Ｂ）及び２（Ｃ）はパケットスケジュール方法の例を示す図である。
【図３】  スケジューリングされたスイッチのネットワーク例を示す図である。
【図４】  信号ソフトスイッチとともにネットワークスケジューリングされたスイッチ例を示す図である。
【図５】  ハートビートパケット構造例とともにスケジュール間隔内におけるハートビート信号の発生を示す図である。
【図６】  ２方向性リアルタイムセッションの確立及び終了に関する一連のプロトコルメッセージを示す図である。
【図７】  交差点マトリックス例を示す図である。
【図８】  ネットワークプロセッサに基づいてスケジューリングされたパケットスイッチ例を示す図である。
【図９】  ネットワークプロセッサの１実施態様例を示す図である。
【図１０】  １実施態様例において受信側処理中に実施されるステップを示す図である。
【図１１】  １実施態様例において送信側処理中に実施されるステップを示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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