(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークトラフィック入力パラメータを受け取る過程（１０１，２０１）を有する、ネットワーク（１０）においてリンク容量を共有化する方法であって、
前記方法はさらに、
前記リンク容量を、前記ネットワークトラフィック入力パラメータの少なくとも一部に基づいて、弾性及び非弾性トラフィックに共通の第１番目の部分（ＣＣＯＭ）と、弾性トラフィックに専用の第２番目の部分（ＣＥＬＡ，ＣＡＢＲ）に分割する過程と、
リンク容量の前記分割と前記弾性トラフィックの受付制御パラメータのうちの少なくとも１つに基づいて、前記ネットワークトラフィックの入力パラメータの内の少なくとも１つを決定する過程（１０３〜１０８，２０３〜２０８）とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記方法は、決定された前記受付制御パラメータに基づいて弾性トラフィックフローにおける受付制御を実行する過程を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分割過程は、非弾性トラフィックにおける少なくとも１つの最大許容ブロッキング確率に対する、前記非弾性トラフィックに関する前記共通部分の必要最小容量を決定する過程（１０２；２０２）を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの受付制御パラメータを決定する前記過程は、前記弾性トラフィックに課される少なくとも１つの呼レベル制約に基づいて受容可能な弾性トラフィックフローの最大数（ＮＥＬ２，ＮＥＬ３，ＮＡＢＲ）を決定する過程を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
受容可能な弾性トラフィックフローの最大数を決定する前記過程は、弾性トラフィックにおける呼レベルのモデルに基づいており、前記呼レベル制約は前記弾性トラフィックの少なくとも１つのスループット及びブロッキング確率に関連することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
受容可能な弾性トラフィックフローの最大数を決定する前記過程は、
１）受容可能な弾性トラフィックフロー数の初期／現在値に基づいて前記弾性トラフィックに課された前記スループット／ブロッキング制約を評価する過程（１０５；２０５）と、
２）前記評価に基づいて受容可能な弾性トラフィックフローの前記数を調整する過程とを、
反復的に実行して、前記ネットワークにおいて、リンク上の受容可能な弾性トラフィックフロー数の初期値を決定する過程（１０３；２０３）と、
前記制約が満たされると、前記反復過程を終了して受容可能な弾性トラフィックフローの前記最大数を抽出する過程（１０８；２０８）とを有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記評価に基づいて受容可能な弾性トラフィックフローの前記数を調整する前記過程は、
前記弾性トラフィックフローのスループットに関する値が前記スループット／ブロッキング制約によって与えられた所定の閾値より低い場合に、受容可能な弾性トラフィックフローの前記数を低減する過程（１０６；２０６）と、
前記スループットに関連する値が前記閾値より高い場合に、受容可能な弾性トラフィックフローの前記数を増大させる過程（１０７；２０７）とを有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
受容可能な弾性接続の前記最大数を決定する前記過程は、継続中の弾性トラフィック接続における少なくとも１つのスループット閾値制約の下における、受容可能な弾性トラフィック接続数に対する、所要の弾性トラフィック接続のブロッキング確率の最小化に基づいていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つのスループット閾値制約の下における、弾性トラフィックのブロッキング確率の前記最小化は、弾性トラフィックにおける最大許容ブロッキング確率に関する少なくとも１つの所定の制約の下に実行されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
受容可能な弾性接続の前記最大数を決定する前記過程は、所要の弾性トラフィック接続における少なくとも１つのブロッキング確率制約の下における、受容可能な弾性トラフィック接続数に対する弾性トラフィックスループットの最大化に基づいていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記弾性トラフィックは、複数の弾性トラフィッククラスを有し、少なくとも１つの受付制御パラメータを決定する前記過程は、それぞれの前記弾性トラフィッククラスに対して、各弾性トラフィッククラスに課された各スループット／ブロッキング確率制約に基づいて受容可能な弾性トラフィックフローの最大数を決定する過程を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法はさらに、
前記所要の各接続に対し、かかるトラフィッククラスを決定する過程と、
対応する、受容可能な弾性接続のトラフィッククラスの特定の最大数に基づいて所要の各接続の受付けを制御する過程とを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ネットワークトラフィック入力パラメータは、少なくとも１つの前記リンク容量、非弾性トラフィックにおける少なくとも１つのブロッキング確率制約、及び弾性トラフィックにおける少なくとも１つのスループット／ブロッキング制約を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ネットワークトラフィック入力パラメータは、非弾性トラフィック及び弾性トラフィックにおける、到達及び出発速度と最大帯域幅の要件と、弾性トラフィックにおける最小帯域幅の要件を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記弾性トラフィックは、インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークの適応弾性トラフィックフロー、ＩＰネットワークの非適応弾性トラフィックフロー、及びＡＴＭネットワークの有効ビットレート（ＡＢＲ）フローのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記リンク容量は、リンク帯域幅の代表であり、前記弾性トラフィックは、少なくとも１つの弾性トラフィッククラスを含み、前記リンク帯域幅の前記第２番目の専用の部分（ＣＥＬＡ，ＣＡＢＲ）は、前記弾性トラフィッククラスの接続に課された少なくとも１つのスループット／ブロッキング制約の下における、リンク帯域幅の利用に基づいて、前記弾性トラフィッククラスの接続に割り当てられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法は、前記スループット／ブロッキング制約に基づいてリンク上に受容可能な弾性トラフィック接続の最大数（ＮＥＬ２，ＮＥＬ３；ＮＡＢＲ）を決定する過程（１０３〜１０８；２０３〜２０８）を有し、前記弾性トラフィッククラスの接続に対して帯域幅を割当てる前記過程は、受容可能な弾性トラフィック接続の前記最大数に基づいていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
受容可能な弾性トラフィック接続の最大数を決定する前記過程は、継続中の弾性トラフィック接続における１以上のスループット閾値制約の下における、受容可能な弾性トラフィック接続数に対する弾性トラフィック接続のブロッキング確率を最小化することに基づいていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
受容可能な弾性トラフィック接続の最大数を決定する前記過程は、要求された弾性トラフィック接続における少なくとも１つのブロッキング確率制約の下における、受容可能な弾性トラフィック接続数に対して継続中の弾性トラフィック接続のスループットを最大化することに基づいていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
受容可能な弾性トラフィック接続の最大数を決定する前記過程は、
前記リンク上の受容可能な弾性トラフィック接続数の初期値を決定する過程（１０３；２０３）と、
１）前記リンク上に受容可能な弾性トラフィック接続数の初期値／現在値に基づいてスループット／ブロッキング確率指標を決定する過程（１０４；２０４）と、
２）前記決定されたスループット／ブロッキング指標に基づいて前記弾性トラフィックに課された前記スループット／ブロッキング制約を評価する過程（１０５；２０５）と、
３）前記評価に基づいて受容可能な弾性トラフィク接続の前記数を調整する過程（１０６／１０７；２０６／２０７）とを反復的に実行する過程と、
前記制約が実質的に満たされたときに、前記反復過程を終了して受容可能な弾性トラフィック接続の前記最大数を抽出する過程（１０８；２０８）とを有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記方法はさらに、
前記ネットワークトラフィック入力パラメータに基づいて前記リンク上に受容可能な弾性トラフィック接続の最大数（ＮＥＬ２，ＮＥＬ３，ＮＡＢＲ）を決定する過程（１０３〜１０８，２０３〜２０８）であって、前記入力パラメータは、前記弾性トラフィックに課された少なくとも１つのスループット／ブロッキング制約を含む過程と、
前記ネットワークにおけるリンク上の弾性トラフィック接続要求を受け取る過程と、
受容可能な弾性トラフィック接続の前記決定された最大数に基づいて、前記要求された弾性トラフィック接続の受付制御を行使する過程とを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記ネットワークは、受付制御可能ＩＰネットワーク（１０）であって、
前記方法は、
弾性トラフィッククラス及び非弾性トラフィックに共通の第１番目の部分（ＣＣＯＭ）と、弾性トラフィック専用の第２番目の部分（ＣＥＬＡ）へのリンク容量の分割に基づく、スループット対ブロッキングの最適化のためのリンク帯域幅共有化サイズの決定のために、少なくとも１つの非弾性トラフィッククラスと、１以上の整数である数字ｎ個の弾性トラフィッククラスを搬送するリンクの呼レベルモデルを適用する過程（１０１〜１０８）を有し、
前記リンクが、所定の帯域幅容量Ｃを有し、
前記ｎ個の弾性トラフィッククラスのそれぞれに対して弾性トラフィックが、
１）最大帯域幅要件と最小帯域幅要件を有し、
２）前記最大帯域幅要件と最小帯域幅要件の範囲内で最大可能帯域幅を占有し、
３）最小許容スループットと最大許容ブロッキング確率のうち、少なくとも１つと関係を有する、ようにモデル化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ｎ個のトラフィッククラスのうちそれぞれに対して、弾性トラフィックが、
４）ポワソン過程に従って動的に到着し、到達速度と出発速度に関係を有し、
５）弾性フロー間の弾性トラフィッククラスに有効な帯域幅を比例して平等に共有化し、
６）最小保持時間と関係を有する、ようにモデル化されていることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ｎ個の弾性トラフィッククラスは、適応弾性フローのための第１トラフィッククラスと、非適応弾性フローのための第２トラフィッククラスとを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記容量の、弾性トラフィッククラス及び非弾性トラフィックに共通の第１番目の部分（ＣＣＯＭ）と、弾性トラフィック専用の第２番目の部分（ＣＥＬＡ；ＣＡＢＲ）への分割に基づいて、前記リンクのリンク容量共有化ポリシーを決定する過程と、
前記リンク共有化ポリシーによって課された制約に基づいて、前記トラフィッククラスの複数の使用中の接続に対して一連の実現可能な状態を有する多次元マルコフ連鎖を決定する過程と、
マルコフ連鎖の積行列の計算に基づいて前記マルコフ連鎖の定常状態分布の初期近似値を計算する過程と、
定常状態分布の前記初期近似値から開始して定常状態分布を反復的に決定する過程とによって、
非弾性トラフィッククラスと非適応弾性トラフィッククラスとを含む複数のトラフィッククラスを搬送するネットワークリンクの動的特性を示すマルコフ連鎖の定常状態分布を決定する過程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
定常状態分布の初期近似値を計算する前記過程は、
システム内に非適応弾性トラフィックが存在していないかのように、前記非適応弾性トラフィッククラス以外のトラフィッククラスの定常状態を決定する過程と、
前記その他のトラフィッククラスと前記非適応弾性トラフィッククラスのうちの１つの入来及び送出トラフィックの平衡状態を前提とした状態確率を決定する過程とを有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
定常状態分布を反復的に決定する前記過程は、双共役傾斜法に基づくことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記トラフィッククラスにおけるブロッキング確率は、前記反復決定に基づく定常状態分布に基づいて計算されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
ネットワークトラフィック入力パラメータを受け取る手段を有する、ネットワーク（１０）においてリンク容量を共有化する装置であって、
前記装置は、
前記ネットワークトラフィック入力パラメータの少なくとも一部に基づいて、前記リンク容量を、弾性トラフィックと非弾性トラフィックに共通する第１番目の部分と、弾性トラフィックに専用の第２番目の部分とに分割する手段（２１；２１，２５）と、
リンク容量の前記分割と、前記ネットワーク入力パラメータの少なくとも一部に基づいて、前記弾性トラフィックにおける少なくとも１つの受付制御パラメータを決定する手段（２１）とを有することを特徴とする装置。
【請求項３０】
さらに、前記装置は前記決定された受付制御パラメータに基づいて、弾性トラフィックフローにおける受付制御を実行する手段（２２）を有することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記分割手段は、前記非弾性トラフィックにおける少なくとも１つの最大許容ブロッキング確率に対して、非弾性トラフィックに関する前記共通部分の所要の最低容量を決定する手段を含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
少なくとも１つの受付制御パラメータを決定する前記手段は、前記弾性トラフィックに課された少なくとも１つのスループット／ブロッキング制約に基づいて受容可能な弾性トラフィックフローの最大数を決定する手段を有することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
受容可能な弾性トラフィックフローの最大数を決定する前記手段が、
最初に、前記ネットワークにおいてリンク上に受容可能な弾性トラフィックフローの数を決定し、
受容可能な弾性トラフィックフローの現在の数に基づいて前記弾性トラフィックに課された前記スループット／ブロッキング制約を反復的に評価し、前記評価に基づいて受容可能な弾性トラフィックフローの前記数を調整し、
前記制約が満たされれば、前記反復過程を終了して受容可能な弾性トラフィックフローの前記最大数を抽出する、ように構成されることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
受容可能な弾性トラフィックフローの最大数を決定する前記手段は、継続中の弾性トラフィック接続における少なくとも１つのスループット閾値制約の下における、受容可能な弾性トラフィック接続の前記最大数に対して所要の弾性トラフィック接続のブロッキング確率を最小化することに基づいて前記最大数を決定するように構成されていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
受容可能な弾性トラックフローの最大数を決定する前記手段は、弾性トラフィックにおける少なくとも１つのブロッキング確率制約の下における、受容可能な弾性トラフィック接続の前記最大数に対して弾性トラフィックスループットを最大化することに基づいて、前記最大数を決定するように構成されていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３６】
前記受け取り手段は、前記リンク容量、到達及び出発速度、非弾性トラフィック及び弾性トラフィックにおける最大帯域幅、弾性トラフィックにおける最小帯域幅の要件、非弾性トラフィックにおける、非弾性トラフィックの少なくとも１つのブロッキング確率制約、及び弾性トラフィックにおける少なくとも１つのスループット／ブロッキング制約を受け取ることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３７】
前記弾性トラフィックは、インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークの適応弾性トラフィックフロー、ＩＰネットワークの非適応弾性トラフィックフロー、及びＡＴＭネットワークの有効ビットレート（ＡＢＲ）フローのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３８】
前記リンク容量は、リンク帯域幅の代表であり、前記弾性トラフィックは、少なくとも１つの弾性トラフィッククラスを含み、前記装置はさらに、前記弾性トラフィッククラスの接続に課された少なくとも１つのスループット／ブロッキング制約の下における、リンク帯域幅の利用に基づいて前記弾性トラフィッククラスの接続に対する前記リンク帯域幅の前記第２の専用部分を割当てるように構成されたプロセッサ（２１）を具備することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３９】
前記プロセッサ（２１）は、前記非弾性トラフィック接続における少なくとも１つの最大許容ブロッキング確率の与えられた、非弾性トラフィッククラスの接続に対して前記共通部分の最小必要帯域幅を割当てる、ように構成されていることを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記プロセッサ（２１）は、さらに、前記スループット／ブロッキング制約に基づいてリンク上に受容可能な弾性トラフィック接続の最大数を決定し、リンク帯域幅の前記専用部と受容可能な弾性トラフィック接続の前記最大数とに基づいて、前記弾性トラフィック接続に対して帯域幅を割当てるように構成されることを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４１】
前記プロセッサ（２１）は、さらに、継続中の弾性トラフィック接続における少なくとも１つのスループット閾値制約の下における、受容可能な弾性トラフィック接続数に対して弾性トラフィック接続のブロッキング確率を最小化することに基づいて、受容可能な弾性接続の前記最大数を決定するように構成されていることを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記プロセッサ（２１）は、さらに、弾性トラフィック接続における少なくとも１つのブロッキング確率制約の下における、受容可能な弾性トラフィック接続数に対して弾性トラフィック接続のスループット最大化することに基づいて、受容可能な弾性接続の前記最大数を決定するために構成されることを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【請求項４３】
前記装置は、
前記弾性トラフィックに課された少なくとも１つのスループット／ブロッキング制約に基づいて受容可能な弾性トラフィック接続の最大数を決定し、
弾性トラフィック接続要求を受け取り、
受容可能な弾性トラフィックフローの前記決定された最大数に基づいて前記所要の弾性トラフィック接続における受付制御を実行する、ように構成された、前記ネットワークトラフィック入力パラメータに応答するプロセッサ（２１）を具備することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４４】
前記プロセッサ（２１）は、前記スループット／ブロッキング制約の下において、リンク帯域幅の利用を反復的に改善することによって、受容可能な弾性接続の前記最大数を決定するように構成されていることを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明の技術分野
本発明は一般的に通信ネットワークの分野に関係し、特に、通信ネットワークにおけるリンク容量の共有化及びリンク帯域幅の割当てに関係する。
【０００２】
発明の背景
今日の多くの通信ネットワークは、インターネットプロトコル型ネットワークで提供される「ベストエフォート」サービス又はＡＴＭネットワークにおけるＡＢＲ(Available Bit Rate)トラフィックのような、いわゆる弾性トラフィックに対応する。弾性トラフィックは通常はデータファイル、ウェブページ又はローカル再生用ビデオクリップといった伝送可能なディジタル対象物を転送するために確立され、これらをリンク容量に課された限界以下のいずれかの速度で転送する。特に、インターネットのウェブ検索は弾性トラフィックの良い代表例である。ここで、例えばウェブページをダウンロードする際の、（通常は時間単位の伝送ビット又は伝送バイトで示される）ユーザが読込んだスループットは、システム・ロード全体に応じて時間によって変動するので、トラフィックの「弾性」は明らかである。
【０００３】
一般的に、ＩＰに準拠したネットワーク特にインターネットではアプリケーションにより受信されるサービス品質（ＱｏＳ）の保証を全く提供しないので、これらによって供給されるサービスは、特に、「ベストエフォート」と呼ばれる。ＩＰネットワークは、要求サービスを提供するベストエフォートを行うのみである。例えば、アプリケーションが１の端点から別の端点へＩＰパケットを送信するよう、ネットワークに要求する場合、当該ネットワークは通常、ネットワークから生じる遅延が当該パケットに対してどのようなものかを知ることはできない。実際、ネットワークはパケットが配信されることを保証することさえない。
【０００４】
したがって、ＩＰネットワークに接続される端局はパケット損失及び過剰なパケット遅延状態に対処する必要がある。ネットワーク資源を同時に使用するアプリケーションが多すぎる際に、このような状況が生じる。ＩＰネットワークは呼受付制御（ＣＡＣ）(Call Admission Control)を遂行しないので、ＩＰネットワークではこういった輻輳状況の確率はゼロではない。すなわち、ＩＰネットワークは同時接続されるユーザ数を制限せず、その結果、ネットワーク資源を利用するユーザが多すぎる場合は、輻輳及びパケット損失が生じる。
【０００５】
しかし、ＩＰネットワークにおいて、実時間トラフィックとＱｏＳ要件が発生する場合には、ネットワーク内に同時に存在する接続数を制限するために、呼受付制御（ＣＡＣ）を実行する必要がある。
【０００６】
呼又は接続受付制御の重要な側面は、継続中の呼を保護するためにネットワークに到来した新規の呼に対するサービスを拒絶しうることである。一般的に、従来のＡＴＭネットワークの剛性トラフィックに共通して使用されるようなアルゴリズムのＣＡＣアルゴリズムはネットワーク内のユーザ数を制御する基本的な手段を提供し、それによって、許可されたユーザが規約されたＱｏＳを受けるために必要な帯域幅を確保することを保証する。結果的に、ＣＡＣアルゴリズムは新規の呼に対するブロッキング確率と、継続中の呼に対する規定のスループットとの間のトレードオフである。すなわち、ネットワーク内で当該ＣＡＣアルゴリズムが認証するユーザが増加する（ブロッキング確率を低減する）ほど、大多数のユーザが帯域幅全体を共有するので、ユーザ当たりに供与されるスループットは縮小され、その逆も同様である。
【０００７】
最近の調査では、ＣＡＣアルゴリズムが過剰なスループットの劣化からＴＣＰセッションを保護する手段を提供するという理由から、弾性トラフィックにさえ呼受付制御を実行することが重要であると指摘されている。
【０００８】
弾性接続にＣＡＣを適用し、それによって、インターネットの伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）接続に最小スループットを提供するという課題は、参考文献１〜３でマスリー(Massoulie)とロバーツ(Roberts)によって取組まれた。ここでは、帯域幅は公正な基準に従って、異なるユーザに割当てられる。
【０００９】
参考文献４と５において、弾性トラフィックにおけるスループットとブロッキング確率との間には密接な関係があることと、このトレードオフは負荷の問題につながることがギベンズ(Gibbens)とケリー(Kelly)によって示された。
【００１０】
参考文献６において、弾性サービスにおける最低レートを保証することが有益なことがフェング等(Feng et al.)によって示された。その理由は、前述の弾性サービスにおける最低レートを保証する場合、ＴＣＰプロトコルの性能を最適化することが可能だからである。
【００１１】
インターネットはシングル・ベストエフォート・サービスクラスに対応したパケットネットワークから始まって複数のサービスクラスの総合的な構造基盤にまで発達してきているので、最大レート保証サービス及び弾性サービスの様々なニーズを満たす帯域幅共有化方策に対する関心が増大してきている。
【００１２】
同様に、近代的なＡＴＭネットワークは固定ビットレート(Constant Bit Rate)（ＣＢＲ）クラスと有効ビットレート(Available Bit Rate)（ＡＢＲ）クラスのような様々なサービスクラスに対応する必要があり、異なるサービスクラス間のリンク容量を最適に共有する方法が未解決の課題である。
【００１３】
一般的に、トラフィックフローが動的に入来および送出する状況で、特に、ユーザが異なるスループットとブロッキング要件を有する際の帯域幅共有化の課題は、従来のマルチレート回線交換機構に関連して極めて複雑な問題であることが知られている。
【００１４】
発明の要旨
本発明は従来技術の処理における前記の欠点を克服する。
【００１５】
剛性及び弾性トラフィックが混合した環境において、剛性サービスと弾性サービスの様々なニーズを満たすリンク容量／帯域幅の共有化の戦略を考案することが本発明の第１目的である。
【００１６】
特に、共通の枠組みにおいて、弾性トラフィックの帯域幅共有化及びブロッキング確率の問題点を取扱うことが望ましい。これに関し、弾性トラフィックのスループット対ブロッキングのトレードオフを考慮した、リンク容量共有化機構を提供することが本発明の第２目的である。具体的には、スループット対ブロッキングのトレードオフを最適化する、リンク容量共有化アルゴリズムを開発し利用することが有益である。
【００１７】
弾性トラフィックを搬送している伝送リンクの適切な呼レベル形式を提供することと、スループット対ブロッキングを最適化するためのリンク容量共有化の大きさを決定する適切な呼レベルモデルを提供することが本発明の更なる目的である。
【００１８】
前記目的は添付の特許請求項に規定される発明によって達成される。
【００１９】
本発明は剛性及び弾性トラフィックが混合した環境においてリンク帯域幅を共有化する効果的な戦略と、弾性トラフィックフロー間で帯域幅を共有化する効果的な戦略に関係する。
【００２０】
要するに、本発明による概念は、受領されたネットワークトラフィック入力に基づいて、リンク容量を弾性及び剛性（非弾性）トラフィックに共通の第１番目の部分と、弾性トラフィック専用の第２番目の部分とに分割することにより、リンク容量を共有することである。その後、弾性トラフィックにおける１以上の受付制御パラメータは、リンク容量の分割と受け取られたネットワークトラフィック入力とにより決定される。
【００２１】
一般的に、リンク容量の分割は剛性トラフィックと弾性トラフィックとの間のリンク容量を共有化する役割を果たし、特に、弾性トラフィックのためにリンク容量の一部を確保する役割を果たす。好ましくは、剛性トラフィックにおける許容最大ブロッキング確率に対して、剛性トラフィックに関する共通部分の所要の最低容量が決定される。この方法で、呼レベルの特定のサービスグレード（ＧｏＳ）がリンク上の剛性トラフィックに対して保証される。
【００２２】
一般的に、弾性トラフィックに対して決定された受付制御パラメータはリンク上に同時に存在する弾性トラフィックフローの数を制限する役割を果たす。特に、弾性トラフィックにおける呼レベルモデルを公式化し、スループット及び／又はブロッキングに関わる弾性トラフィックの呼レベルの制約(call-level constraints)に基づいて、許容可能な弾性トラフィックフローの最大数を決定することによって、スループット対ブロッキングのトレードオフは十分に考慮される。これに関し、本発明は、スループットの制約に基づいてブロッキング確率が最小化されるという意味で、或いは反対に、ブロッキングの制約に基づいてスループットが最大化されるという意味で、弾性接続間のリンク帯域幅を最適に割当てることができる。この方法で、本発明はスループットの制約に基づいた最小ブロッキング又はブロッキングの制約に基づいた最大スループットの観点からリンク帯域幅の最大利用を提供する。
【００２３】
したがって、弾性及び剛性トラフィックが混合した環境において帯域幅を共有する効果的な戦略が提供される。特に、帯域幅共有化アルゴリズムは、剛性トラフィックにおける最大ブロッキングと弾性トラフィックにおける最小スループット及び／又は最大ブロッキングを保証する。
【００２４】
本発明の重要な技術的長所は剛性トラフィック及び弾性トラフィックの様々なニーズに応える能力である。
【００２５】
本発明の別の長所はネットワークプロバイダの高い利益を保証すると同時に、ユーザとネットワークプロバイダ両者の予測可能なサービス品質を提供する能力である。
【００２６】
剛性及び弾性トラフィックが混合した環境においてトラフィック全体のうち弾性トラフィックのみを検討することによって、または、リンク全体が弾性トラフィックのために確保されるように共通帯域幅部分をゼロにすることによって、リンク容量共有化機構全体は、弾性トラフィックの１以上の受付制御パラメータの決定に帰着する。次は、所要の新規弾性接続の受付制御を、このような受付制御パラメータに基づいて実行することができる。特に、弾性トラフィックにおける所定のスループットの制約に基づいて許容できる弾性接続数に関するブロッキング確率を最小化することによって、過剰なブロッキング確率が回避されると同時に、所定のユーザスループットが保証される。
【００２７】
本発明の別の形態は、受付制御使用可能ＩＰネットワークのスループット・ブロッキングを最適にするためのリンク帯域幅共有化の大きさを決定するために、弾性トラフィックに対応するリンクの呼レベルモデルの適用に関する。特に、弾性トラフィックフローは、トラフィックフローの保持時間中に最小帯域幅と最大帯域幅との間において変動する帯域幅を持つようにモデル化される。さらに、弾性トラフィックは最大許容スループットと最大許容ブロッキング確率のうち少なくとも１つに関係する。
【００２８】
本発明の更なる形態は、大規模な状態空間に特に好適なマルコフ連鎖定常状態分布を決定する計算方法に関係する。マルコフ連鎖は非適応弾性トラフィックを含む複数のトラフィッククラスを搬送するリンクの動的特性を記述し、マルコフ連鎖の積の形式の計算によって定常状態分布の好適な初期近似値が提供される。
【００２９】
本発明の他の形態又は長所は本発明の実施形態に関する下記の説明を熟読することにより理解される。
【００３０】
本発明の実施形態の詳細な説明
全添付図において、対応する要素又は同じ要素には同じ参照名を引用する。
【００３１】
開示内容全体に渡って、「接続」(connection)と「フロー」(flow)という用語は従来呼(call)と呼ばれていた内容を表わすために多かれ少なかれ共通に使用されている。
【００３２】
通信ネットワーク実施例のシステム斜視図
さらなる明瞭な理解のために、本発明の好ましい実施形態による通信ネットワーク実施例の一般的な斜視図を図１に示す。
【００３３】
図１は本発明の好ましい実施形態に準拠した通信ネットワークの系統図である。当該通信ネットワークは、ここではＩＰ型ネットワークとして図示されているが、ＡＴＭネットワークの形態又はその他のネットワーク形式又は弾性トラフィックに対応できるネットワークの組合せとしてもよい。当該通信ネットワーク１０はコアネットワークを形成する複数の相互連結ＩＰルータ２０（ＡＴＭネットワークの場合のＡＴＭスイッチに相当）に基づく。当該コアネットワークはＩＰルータとユーザ装置間の相互作用に規定されている、いわゆるユーザネットワークインターフェース（ＵＮＩ）を有する様々なユーザによってアクセスポイントを介してアクセスされる。通常、複数のユーザは、エンドユーザとコアネットワークとの間の仲介的役割を務めるアクセスルータ（ＡＲ）４０のような、ある種の集合地点に接続される。
【００３４】
ネットワークに関しては帯域幅制御とも呼ばれるリンク容量共有化とパケットスケジューリングは、通常、ＩＰルータ２０内のＵＮＩのネットワーク側に存在する。特に、帯域幅制御とパケットスケジューリングは好ましくはルータ２０の出力ポート側で実行される。全体的に帯域幅制御は２つの主機能を有する。第１番目に、帯域幅制御は異なるトラフィッククラス間の帯域幅を共有する役割を有する。第２番目に、帯域幅制御はトラフィッククラス内で同時にアクセス中の接続数を制限する役割を有する。第２番目の機能は以下、呼受付制御（ＣＡＣ）と呼ばれ、通常は、ＩＰルータ２０の入力ポート側で実行され、ＣＡＣアルゴリズムに準拠して接続は許容又は拒絶される。ＣＡＣアルゴリズムを含む、帯域幅制御アルゴリズムは全体的に、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はその適切な組合せで実行することができる。
【００３５】
ユーザネットワーク規約（ＵＮＣ）は、ＵＮＩにおいて規定されるのが典型的である。通常、ＵＮＣはユーザに権利を与えるＱｏＳと、ユーザがネットワーク内に補足データと共に入力することができるトラフィック規格とを示す。補足データにはユーザが固有のサービスなどにアクセスする日時などを含めることができる。例えば、ＵＮＣは、１％以下のユーザ入力ＩＰパケット（又はＡＴＭセル）がネットワークによって紛失する可能性があることと、ユーザがＵＮＩを介して１秒間に１０Ｍｂｉｔｓで送信可能であることを明記する。
【００３６】
帯域幅制御アルゴリズムのＣＡＣ部は複数ユーザのＵＮＣ情報を使用してネットワーク内に同時に存在するユーザ数を制御する基本的な手段を提供し、それによって、認証ユーザが規約されたＱｏＳを受けるために必要な帯域幅を与えられることを保証する。ＣＡＣアルゴリズムはブロッキング確率と規定のスループットとの間のトレードオフを意味し、（ブロッキング確率を低減する）ネットワーク内でＣＡＣアルゴリズムが収容するユーザが多いほど、多数のユーザがネットワーク帯域幅を共有することになるので、ユーザ当たりの規定のスループットは減少する。
【００３７】
ＣＡＣは例えば従来の通信回線交換ネットワークにおいて周知の旧型情報伝達交換機(classical signaling exchange)によって実現することができる。しかし、例えば、今日のインターネット上の複数のＴＣＰフロー長に対して、ネットワークにおける大部分の弾性フロー長が短い場合に、受付制御を実行する旧型情報伝達交換機を導入することは多大な経費を招くことになる。したがって、参考文献３で提示されたフローの第１パケットを受け取るか、廃棄するかをその場で決定すれば更に有益である。このため、例えば、既存のリソース・リザベーション・プロトコル（ＲＳＶＰ）に準拠した仕組みが、現在接続中のフローの認識を維持して、前記パケットが到達したときに、この認識に基づいてそれを分類するために提供される。フローが新規であるか否かを判断するためには、接続フローの専用リスト上にあるフロー識別子と当該識別子を比較すれば十分である。所定の中断時間内に特定のフローに対してパケットが受信されなかった場合、当該フローは接続フローの前記リストから削除されることになる。受付制御は、好ましくはシステムの一般的なトラフィック状況に基づいて許容可能なフローの最大数を決定することと、それに応じて接続フローのリスト容量を設定することによって実現される。リストが飽和していれば、新規のフローは拒絶される。さもなければ、フローは受容され、リストに入力される。
【００３８】
リンク容量共有化アルゴリズム−ＩＰネットワークの例
以下において、好ましい実施形態に準拠したリンク容量共有化アルゴリズムを、剛性及び弾性トラフィックを搬送するＩＰ型ネットワークの特定アプリケーションとの関連において記載する。
【００３９】
第１に、特定の呼レベルトラフィックモデルを定式化する必要がある。残念ながら、ＩＰネットワークにおけるベストエフォートトラフィック又はＡＴＭネットワークにおけるＡＢＲトラフィックといった、弾性トラフィック対応の従来マルチレート型の呼レベルモデルの適用はすべてが容易なわけではない。例えば、弾性トラフィックと固定帯域幅を結びつけて考えることはできない。その代わり、弾性トラフィックフローによって占有される帯域幅は、リンク上の現ロードと、ネットワークノードに適用されるスケジューリングアルゴリズムと速度制御アルゴリズムに応じて時間と共に変化する。到達した瞬間に有効な帯域幅が存在しなくても、到達する弾性フローはサービスを受けられる可能性があるので、弾性トラフィックフローに適用されるブロッキングの概念は剛性トラフィックほど単純ではない。さらに、多くのサービスにおいて、弾性フローの常在時間は実際に弾性フローが享受するスループットに依存する。
【００４０】
剛性及び弾性の混在するトラフィックの伝送リンクマルチ−クラスモデル
以下において、保証最大帯域幅（剛性又は非弾性）と弾性トラフィッククラスの両方を取扱う伝送リンクのマルコフ型モデルを定式化する。単純化と明確化のために、単一の剛性トラフィッククラスと２つの弾性トラフィッククラスを検討する。一般的な場合、及び、当然ながら更に単純な場合にも、当該モデルと付随のリンク共有化アルゴリズムは更に拡張できることを注釈する。
【００４１】
検討しているシステムは、例えばＭｂｐｓである、適当な帯域幅のユニットで、整数を採る容量Ｃの伝送リンクを構成する。本実施例において、一般的に、当該リンクに到達している呼は以下の３つのトラフィッククラスのうちの１つに属する。
１．クラス１：最大帯域幅の要件ｂ１，フロー到達速度λ１及び出発速度μ１を特徴とする剛性トラフィッククラスフロー。
２．クラス２：最大帯域幅の要件ｂ２，最小帯域幅の要件ｂ２ｍｉｎ，フロー到達速度λ２及び出発速度μ２を特徴とする適応弾性クラスフロー。適応弾性フローによって占有された帯域幅はリンク負荷の関数として変動する可能性があるが、実際の保持時間はシステム内に常在間中に受容されたスループットには影響されない。これは、例えば、スループットが劣化する場合に、ビデオ画像の品質を低下させ、それにより、占有帯域幅を減じる適応ビデオコーデックを用いた場合である。
３．クラス３：最大帯域幅の要件ｂ３，最小帯域幅の要件ｂ３ｍｉｎ，フロー到達速度λ３，理想出発速度μ３を特徴とする非適応弾性クラスフロー。最大帯域幅が利用可能であれば、当該理想出発速度が実現される。実際の瞬時出発速度はフローの帯域幅に比例する。
【００４２】
所定のシステム状態におけるクラス２とクラス３のフローに割当てられる（確保される）実際の帯域幅をｂ２ｒ及びｂ３ｒで示す。ｂ２ｒ及びｂ３ｒのどちらもフローが到達及び出発する際には時間と共に変化する。最小帯域幅の要件を満たす弾性フローに関連する値ｒｍｉｎ＝ｂｉｍｉｎ／ｂｉ  （ｉ＝２又はｉ＝３）も使用することとする。
【００４３】
到着時に、
0004498654.tif 000002
によって示された指数分布のサービス要求からサンプリングされた、伝送データ総量（Ｗ）を有するものとして、非適応弾性クラスフローを考慮する。ここで、フロー全体の継続時間にわたって最大帯域幅ｂ３が有効な場合に、平均値が１／μ３の指数分布サービス時間を生じる。当該リンクの空き容量がサービス時の瞬時フロー数に応じて時間と共に変動するので、非適応弾性フローに与えられた帯域幅は最大大域幅以下に減少し、実際のフロー滞流時間が増大する。
【００４４】
３形態全てのフローは独立したポワソン過程に従って到達し、剛性又は適応フローの滞流時間は指数分布している。これから見ていくように、非適応フローの滞流時間のモーメントはマルコフ報酬過程の理論を使用して決定することができる。要するに、２形態の弾性トラフィックを検討する。弾性トラフィックは最大帯域幅の要件と最小帯域幅の要件の両方に関連し、最小帯域幅の要件を満たす場合に限りサービスに割当てられる。当該２つの弾性トラフィッククラスは、常在時間が所要のスループットによってどのように決まるか、という点で基本的に異なる。
【００４５】
（一般的にｂ２≠ｂ３、ｂ２ｍｉｎ≠ｂ３ｍｉｎのような最大帯域幅及び最小帯域幅の点で異なる）相異する弾性クラスに所定のＱｏＳを保証するために、全般的に異なる弾性クラス間の帯域幅共有化を規定する何らかのポリシーを確立する必要がある。このため、弾性クラス間に以下のような一般的な帯域幅共有化規則を規定する。以下の提示は２つの弾性クラスにのみ関わるが、もちろん、２つ以上の弾性クラスにも拡大適用することができる。
１．全フローに対し、各最大帯域幅の要求を十分に許容できる帯域幅が存在する場合、クラス２とクラス３のフローはｂ２とｂ３の各帯域幅ユニットを占有する。
２．帯域圧縮を必要とする場合、つまり、ｎ１・ｂ１＋ｎ２・ｂ２＋ｎ３・ｂ３＞Ｃの場合、両弾性クラスの最小速度制約(the minimum rate constraint)を満たす（つまり、ｂ２ｍｉｎ／ｂ２≦ｒ２≦１かつｂ３ｍｉｎ／ｂ３≦ｒ３≦１）限り、弾性フローの帯域幅圧縮はｒ２＝ｒ３のようになり、ここで、ｒ２＝ｂ２ｒ／ｂ２かつｒ３＝ｂ３ｒ／ｂ３である。
３．さらに、帯域幅圧縮が必要であるが、新規フローの到達時に、２つの弾性クラスのいずれかが帯域幅の低下（つまり、ｒｉはすでにｉ＝２又はｉ＝３のいずれかに対し、ｂｉｍｉｎ／ｂｉ）を許容しない場合、このトラフィッククラスが最小帯域幅制約を保持する限り、圧縮を許容するサービスクラスも同様に新規フローによって専有された帯域幅を低下させる。
【００４６】
上述の実施形態の３つの基本的な前提を認識しておく必要がある。第１に、弾性フローの両形態ともリンク上で、最大帯域幅の要件（各ｂ２及びｂ３）と（使用リンク割当てポリシーによって決められる）剛性フローによって弾性フローに向けられた帯域幅を（上述の意味において）平等に共有する要件から定まる大域幅の小さいほうである、最大可能帯域幅を常に占有するという意味では、両者とも貪欲(greedy)である。第２に、進行中の全ての弾性フローはそれらの間に有効な帯域幅を比例して均等に共有する（つまり、ｒｉは全て等しい）ことが前提とされる。つまり、新たに到達した弾性フローと進行中の弾性フローは同じｒｉ値に規制される。後に解るように、この前提は弾性フロー間で共有している完全に「公正な」資源共有を提供する。著しく異なるＱｏＳを有する異なる弾性トラフィッククラスを含むためには、この前提は修正が必要となる。新たに到達するフローがｂ２ｍｉｎ及びｂ３ｍｉｎ以下に弾性フロー帯域幅を低下させる（つまり、両弾性クラスが各最小値に圧縮される）場合、そのフローは該システムに許可されず、ブロックされて紛失される。最小帯域幅の制約が保持される限り、到達する弾性フローと剛性フローがサービス中の残製フローを「圧縮する」ことが許される。第３の要点として、システム状態の変化（つまり、フローの往来）後の極短時間で、弾性トラフィック源がリンク上の現帯域幅を再調整するという意味で、本モデルは進行中の弾性フローの速度制御が理想値であることを前提とする。これは明らかに理想的な前提であるが、ＩＰパケットレイヤのバッファはＴＣＰが送信側を抑圧するまでＩＰパケットを吸収するために十分な大きさにすることができる。本モデルは可能な時、常にソースレートを瞬時に上昇させることができることを前提とすることにより、到来予定のスループット及びブロッキングの楽観的な計算ではなく安全側の計算を行う。
【００４７】
本システムにおける非適応弾性フローの常在時間は所望の伝送データ量だけでなく、保持時間中に受け取る帯域幅にも依存し、逆に、適応弾性フローに流れる送信データ量は受容帯域幅に依存する。この関係を明確にするために、以下の数量を規定する。
１．θ２（ｔ）とθ３（ｔ）は時間ｔにおける適応フロー及び非適応フローそれぞれの瞬時スループットを規定する。例えば、時間ｔにおいて、システムに剛性フロー、適応フロー及び非適応フローのｎ１，ｎ２，ｎ３がそれぞれ存在する場合、適応フロー及び非適応フローにおける瞬時スループットは、
min(b2,(C-n1b1-n3r3b3)/n2)、
及び、
(b3,(C-n1b1-n2r2b2)/n3)
である。θ２（ｔ）とθ３（ｔ）はｔ≧０の場合は離散確率変数である。
２．
0004498654.tif 000003
は、持続時間ｔを有する適応フローのスループットを規定する。
３．
0004498654.tif 000004
（確率変数）は適応フローのスループットを規定する。ただし、Ｆ（ｔ）は指数分布する持続時間である。
４．
0004498654.tif 000005
（確率変数）は当該システムに対して弾性非適応フローを流れるデータ量ｘの伝送にかかる時間を指定する。
５．
0004498654.tif 000006
はデータユニットｘの伝送中に非適応フローのスループットを規定する。θｘは連続確率変数であることを注釈する。
６．
0004498654.tif 000007
（確率変数）は、非適応フローのスループットを規定する。ただし、送信データ量はパラメータμ３／ｂ３に関して指数関数的に分布する。
【００４８】
複数の一般的な帯域幅共有化規則が上述のように規定されているが、更に詳細なリンク容量共有化ポリシーで、特に、剛性及び弾性トラフィックの様々な要件を考慮するポリシーを提示する必要がある。
【００４９】
リンク容量共有アルゴリズム
本発明によれば、旧マルチレート回線交換構造においてシミュレーション解析のためのＰＯＬポリシーを記述している参考文献７によって周知となった、Partial Overlap（ＰＯＬ）リンク割り当てポリシーが採用され、弾性トラフィックを含むトラフィック環境を変更する。新しい、いわゆる弾性ＰＯＬポリシーによれば、リンク容量ＣはＣ＝ＣＣＯＭ＋ＣＥＬＡとなるような、剛性及び弾性トラフィックに共通の部分ＣＣＯＭと、弾性フローに対してのみ確保された専用部分ＣＥＬＡの２部分に分割される。
【００５０】
さらに、システム内に各弾性トラフィッククラスのために１つ存在する、受付制御パラメータは新しい弾性ＰＯＬポリシーに採り入れられる。この特別な実施例において、ＮＥＬ２は適応弾性フローにおける受付制御パラメータを示し、ＮＥＬ３は非適応弾性フローにおける受付制御パラメータを示す。各受付制御パラメータは、対応している弾性トラフィッククラスの受容可能なフローの最大数を示している。特定のクラスの最大数の弾性フローがリンク上に同時に存在する限り、新しい弾性フローは拒絶される（カットオフ形式）ので、受付制御パラメータはカットオフパラメータとも呼ばれる。
【００５１】
検討中の弾性ＰＯＬポリシーに基づいて、リンクを流れるフロー数（ｎ１，ｎ２，ｎ３）は以下の制約を条件としている。
【数１】
0004498654.tif 000008
【００５２】
式（１）において、弾性フローは剛性フローから保護される。式（２）から式（４）において、弾性フローの最大数は３つの制約によって制限される。式（２）は剛性フローを弾性フローから保護すると同時に、式（３）と式（４）は進行中の弾性フローを到来する弾性フローから保護する。新しい弾性ＰＯＬポリシーは、ＣＣＯＭ及び受付制御パラメータＮＥＬ２，ＮＥＬ３によって特定されるリンク容量の分割によって完全に決定される。前記パラメータは当該システムの出力パラメータとも呼ばれる。弾性ＰＯＬポリシーの性能は出力パラメータによって調整することが可能で、特に、出力パラメータＣＣＯＭ，ＮＥＬ２，ＮＥＬ３の設定によって、弾性トラフィッククラスにおけるスループット対ブロッキングのトレードオフが可能になることがわかった。
【００５３】
弾性トラフィックにおけるスループット対ブロッキングのトレードオフに関して、本発明は全般的に、少なくとも１つの弾性スループットと弾性ブロッキング確率に関する１つ以上の呼レベルの制約の下でのリンク帯域幅の高い利用率に関するものである。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態によれば、リンク容量共有化アルゴリズムは弾性フローにおける呼ブロッキング確率Ｂ２及びＢ３を最小化するように弾性ＰＯＬポリシーの出力パラメータを設定することと同時に、剛性フローにおけるブロッキング確率制約（ＧｏＳ）と弾性フローにおける最小スループット制約を考慮可能にすることを目的とする。ユーザが実際上積極的に利用し得ない最低許容スループットが存在することが認識されたので、弾性フローにおけるスループット制約が導入された。
【００５５】
したがって、剛性トラフィッククラスは最大受容呼ブロッキング確率Ｂ１ｍａｘと関連を持ち、弾性適応トラフィッククラス及び弾性非適応トラフィッククラスは最小受容スループット
0004498654.tif 000009
と関連を持つ。好ましくは、スループット制約は、特定のデータ量を伝送中のユーザが認識するスループットが閾値以下に落ちる、確率に関する制約として形成される。ユーザにとっては、参考文献１から３で議論された従来の公正判断基準よりも、性能指標を確認することが容易となる。
【００５６】
弾性トラフィックにおけるブロッキング確率が最小化されているとはいえ、弾性トラフィックにおける呼ブロッキングの最悪時の保証を有することと、２つの弾性トラフィッククラスも最大許容ブロッキング確率Ｂ２ｍａｘとＢ３ｍａｘに関連づけることは、必須ではないが望ましい。
【００５７】
この場合、システムのトラフィック入力パラメータは、ネットワークから得られる一連の到達速度（λ１，λ２，λ３）と出発速度（μ１，μ２，μ３）、帯域幅（ｂ１，ｂ２，ｂ３）、最小弾性帯域幅要求（ｂ２ｍｉｎ，ｂ３ｍｉｎ）、ブロッキング確率制約（Ｂ１ｍａｘ又は一連のＢ１ｍａｘ，Ｂ２ｍａｘ及びＢ３ｍａｘの全体）及び弾性スループット制約
0004498654.tif 000010
である。非適応フローの帯域幅がｂ３に等しいという前提に基づいて、非適応クラスにおける出発速度は評価される。
【００５８】
剛性トラフィッククラスと２つの弾性トラフィッククラスに係わるパラメータと性能指標を表１にまとめた。
【表１】
0004498654.tif 000011
【００５９】
ブロッキング制約とスループット制約に基づいて、弾性ＰＯＬポリシーの出力パラメータを決定する上での問題点は本発明の好ましい実施形態によるリンク容量共有化アルゴリズム全体の流れ系統図を示す図２によって以下に示す。第１ステップ１０１において、現在の到達速度及び出発速度といった、所要の入力パラメータ、帯域幅の要件及びトラフィックに課される制約が提供される。ステップ１０２において、剛性トラフィックにおけるＧｏＳ（呼ブロッキング）の要件がＣＣＯＭの適切な設定によって保証される。特に、所要のブロッキング確率Ｂ１ｍａｘを保証する、剛性フローにおけるＣＣＯＭの所要の最低容量を決定する。
【数２】
0004498654.tif 000012
ここで、Ｂ１は剛性フローのブロッキング確率である。例えば、既知のアーランＢ公式は到達速度、出発速度及び剛性トラフィックにおける最大帯域幅の要件に基づいたＣＣＯＭの値を入力として評価するために使用できる。さらに、受容可能な剛性フローにおける最大数ＮＣＯＭはアーランＢ解析に基づいて決定され、剛性トラフィックの受付制御に使用することができる。
【００６０】
次に、所要のスループットとブロッキング要件を満たすと同時に、システム内に同時に存在しうる弾性フローの最大数（ＮＥＬ２，ＮＥＬ３）を決定する必要がある。適応弾性フローの最大数ＮＥＬ２が増大すれば、適応弾性フローのブロッキング確率Ｂ２とスループットが低下することは直感的に明らかである。残念ながら、ＮＥＬ２の変化は、ブロッキング確率Ｂ３と非適応弾性フローのスループットの両方に影響を与え、その逆もまた同様である。
【００６１】
この特定の実施形態において、リンク容量共有化アルゴリズムはスループット閾値制約に基づいて弾性トラフィッククラスのブロッキング確率を最小化することを目的とする。これを達成するために、本発明は、スループット閾値制約を多くも少なくもなくちょうど満足するようにカットオフパラメータを同調するために、ステップ１０３〜１０７で一般的に規定される反復手続を提案する。まず、ステップ１０３において、カットオフパラメータの初期値が評価される。次に、システム性能の弾性スループットを分析する（ステップ１０４）。特に、カットオフパラメータの初期値によって制御されるシステムに提供されるスループット
0004498654.tif 000013
を解析して（ステップ１０４）、スループット閾値制約
0004498654.tif 000014
と関連付ける。供与のスループットが低すぎる場合は、カットオフパラメータを低減して（ステップ１０６）、ブロッキング確率とスループットを増大させる。他方で、供与されたスループットがスループット閾値より高い場合は、ブロッキング確率（とスループット）が低下するように、カットオフパラメータを増大させることができる（ステップ１０７）。この方法で、スループット制約に従いながら、ステップ１０４から１０６／１０７を反復的に繰返すことによって、ブロッキング確率を最小値にまで低減することができる。該制約が十分な範囲で達成されると、アルゴリズムは検討される伝送リンクの帯域幅共有化そのものを制御するためのパラメータＣＣＯＭ，（ＣＬＥＡ），（ＮＣＯＭ），ＮＥＬ２，ＮＥＬ３を出力する（ステップ１０８）。
【００６２】
当然、一般的なトラフィック状況に柔軟に帯域幅共有化を適応するように、ステップ１０１から１０８はトラフィック条件の変更に対応して繰り返される。
【００６３】
一般的に、カットオフパラメータはスループット制約を満足するように低下する必要がある。他方で、弾性ブロッキング確率を最小化することが目的であり、弾性トラフィックにおける弾性ブロッキング確率の最悪時の保証を有することが得策であるので、カットオフパラメータはできるだけ高い値にする必要があると同時に、少なくとも最悪時のブロッキング制約を十分満足する高い値にする必要がある。規範となるパラメータ及び所定の範囲次第では、制約の全てを同時に満足できない場合があり、それはリンクにＧｏＳの要件に関する過負荷が掛けられることを意味する。
【００６４】
図３は本発明に準拠してリンク容量共有化アルゴリズムを実行するＩＰルータ（又はＡＴＭスイッチ）の関連部分のブロック系統図である。ＩＰルータ２０は入力リンクと出力リンクとを結合する。該ルータ２０は制御ユニット２１、ＣＡＣユニット２２、剛性トラフィック用出力ポートバッファ２３、弾性トラフィック用出力ポートバッファ２４及び出力ポートスケジューラ２５を有する。
【００６５】
当該制御ユニット２１は、必須ではないが、望ましくは、コンピュータシステムを稼動させるソフトウェアとして実現される。該ソフトウェアはＣ，Ｃ＋＋，Ｊａｖａ（登録商標），又は特別に独自開発された言語といった、ほとんどのコンピュータ言語で書くことができる。実際に、コンピュータシステム上で実行される際に、従来の手段によってネットワーク及びＵＮＣから受け取った適正なトラフィック入力パラメータに対して、当該リンク容量アルゴリズムは一連の出力制御パラメータＣ＿ＥＬＡ，Ｃ＿ＣＯＭ，Ｎ＿ＥＬＡ，Ｎ＿ＣＯＭを生成するソフトウェアプログラムにマッピングされる。
【００６６】
Ｎ＿ＥＬＡ，Ｎ＿ＣＯＭのパラメータは、剛性トラフィック及び弾性トラフィックにおける各カットオフパラメータを示している。図３の実施例において、単一の弾性トラフィッククラスのみが検討されており、よって、弾性トラフィックにおける単一カットオフパラメータのＮ＿ＥＬＡのみが制御ユニット２１によって生成される。当該カットオフパラメータはＣＡＣユニットに送られ、前記ＣＡＣユニットはその送られたカットオフパラメータに基づき、新規フローを受け入れ又は拒絶する。所要の各新規フローに対して、前記フローのトラフィッククラスはかかるカットオフパラメータに基づいて受付制御を実行できるように決定される。（Ｎ＿ＣＯＭによって限定されて）許可された剛性フローに属するＩＰパケットは、出力ポートスケジューラ２５によって継続的にスケジューリングする出力ポートバッファ２３に転送される。同様に、（Ｎ＿ＥＬＡによって限定されて）許可された弾性フローに属するＩＰパケットは、出力ポートバッファ２４に転送される。
【００６７】
Ｃ＿ＥＬＡ，Ｃ＿ＣＯＭのパラメータは制御ユニット２１から出力ポートスケジューラ２５に転送される。当該出力ポートスケジューラ２５は出力リンクの帯域幅を表しており、トラフィックスケジューリングに使用される帯域幅の表示そのものは、Ｃ＿ＥＬＡ，Ｃ＿ＣＯＭのパラメータによって決定される。出力ポートスケジューラ２５において、出力リンクの帯域幅は共通部Ｃ＿ＣＯＭと弾性トラフィック専用に確保された専用部Ｃ＿ＥＬＡに分割される。スケジューリングＩＰパケットにおいて、出力ポートスケジューラ２５は剛性フローにおける出力ポートバッファ２３からＩＰパケット用共有帯域幅部Ｃ＿ＣＯＭのみを使用することができる。他方で、弾性フローにおける出力ポートバッファ２４からのＩＰパケットに対しては、スケジューラ２５は専用帯域幅の部分Ｃ＿ＥＬＡと共有帯域幅の部分Ｃ＿ＣＯＭの両方を使用することができる。この方法で、当該出力ポートスケジューラ２５は時間ユニット及びトラフィッククラスごとに出力リンク上に送られ得るＩＰパケット数を決定する。
【００６８】
弾性フローのスループット及びブロッキング確率指標解析
評価ステップ１０５（図２）で使用されるスループット制約は、例えば、平均スループットの制約とすることができる。ここで、カットオフパラメータは次の条件でスループット制約を満足する。
【数３】
0004498654.tif 000015
ここで、Ｅは期待値を意味する。この形式の制約を詳細に解釈をするために、θの分布はＥ（θ）辺りで完全に対称であると仮定する。すなわち、θの中央値はＥ（θ）に近似する。この場合、弾性フローがθｍｉｎより小さい帯域幅を獲得する確率は約０．５である。
【００６９】
しかし、かかるサービス要件（ｘ）又は持続時間（ｔ）とは関係なく、ユーザは更に多くの情報スループット制約を所望し、択一的制約は所定の確率（１−ε２）と（１−ε３）を使って、
0004498654.tif 000016
より大きい適応フロー及び非適応フローのスループットを要求することができる。
【数４】
0004498654.tif 000017
【００７０】
弾性ブロッキング確率に関する最悪時の制約は単純に次式で表すことができる。
【数５】
0004498654.tif 000018
【００７１】
所定の制約にしたがって評価することができる（ステップ１０５）ように、弾性スループット指標（ステップ１０４）と、できればカットオフパラメータの所定値に対する弾性ブロッキング指標を獲得するために、剛性及び弾性が混合したトラフィックの動的特性を記述したマルコフ連鎖の定常状態分布を決定する必要がある。上述のマルチクラス形式の公式化を導いたように、対象システムは連続時間マルコフ連鎖（ＣＴＭＣ）として表わすことができる。前記ＣＭＴＣの状態は異なるトラフィッククラスのフロー数（ｎ１，ｎ２，ｎ３）のみによって特徴づけられる。当該システムの性能指標を獲得するために、ＣＴＭＣの生成行列Ｑとその定常状態分布
0004498654.tif 000019
を決定する必要があることは明白である。ここで、
0004498654.tif 000020
である。生成行列の概念とマルコフ連鎖の定常状態分布は当業者にとっては周知である。損失ネットワーク、マルコフ理論及び一般確率論的なナップザック問題の総論に関しては、文献８の特に１〜６９ページに記載されている。パラメータＣＣＯＭ，ＮＥＬ２，ＮＥＬ３の所定値に対し、式（１）〜（４）で指定された弾性ＰＯＬポリシーの制約を満足する３値の組（ｎ１，ｎ２，ｎ３）は、Ｓで示されたシステムの実現可能な状態(feasible state)の組を構成する。状態空間の基本性は次式で決定することができる。
【数６】
0004498654.tif 000021
【００７２】
「隣接状態」間の遷移だけが以下の意味において許可されているので、生成行列Ｑが良好な構造を有することは容易に理解される。ｑｉ，ｊは状態ｉから状態ｊへの遷移速度を示す。そのとき、弾性ＰＯＬポリシーで規定されたシステムのフロー数に関する制約（１）から（４）を斟酌すると、状態間のゼロではない遷移速度は、
【数７】
0004498654.tif 000022
である。
ここで、ｉ＝（ｎ１，ｎ２，ｎ３）；ｉｋ＋及びｉｋ−（ｋ＝１，２，３）が規定されると、ｉ１＋＝（ｎ１＋１，ｎ２，ｎ３）となる。式（１０）は呼の到達による状態遷移を示していると同時に、式（１１）と（１２）は呼の出発による遷移を示している。当該システムが状態ｉであると、式（１２）で規定された量は非適応フローの全帯域幅を示す。ＣＴＭＣの生成行列Ｑは式（１０）から（１２）で規定された遷移速度に基づいて構成される。
【００７３】
実施例について検討するために、剛性クラス、適応弾性クラス及び非適応弾性クラスを用いた小システムを検討してみる。ここで、リンク容量Ｃ＝７である。単純化するため、ｎ１＝１で固定されるようにリンク容量の分割を仮定する。つまり、弾性フローにおける有効な帯域幅は６帯域幅ユニットである。さらに、ｂ１＝１，ｂ２＝３，ｂ３＝２である。弾性フローは許容される最小帯域幅によって特徴づけられ、ｂ２ｍｉｎ＝１．８及びｂ３ｍｉｎ＝０．８に設定される。カットオフパラメータをＮＥＬ２＝２及びＮＥＬ３＝３に設定すると、図４のマルコフ連鎖状態空間図で示したような１２の実現可能状態を発生させる。５つの（灰色の）状態が存在し、少なくとも１つの弾性フローがｂ２とｂ３によって特定された最大帯域幅以下に圧縮される。当該状態はアクセス中の結合数（ｎ１，ｎ２，ｎ３）によって識別される。当該状態識別子以下の値は適応弾性トラフィックと非適応弾性トラフィックの帯域幅圧縮（ｒ２，ｒ３）を示す。当該状態（１，２，３）は１つだけであり、適応クラス及び非適応クラスの帯域幅圧縮は最小帯域幅の要件が異なる（ｒ２ｍｉｎ＝０．６，ｒ３ｍｉｎ＝０．４）のために違ったものとなる。
【００７４】
いわゆる多次元マルコフ連鎖の定常状態分布を得るために、異なる数値解法を使用することができる。ガウス消去法といった直接法は一定数の演算で解を計算する。しかし、実質的に興味深い場合の状態空間の大きさ、つまり、１０４程度以上の大きな状態空間を考慮すると、直接法の複雑な計算は通常は受け入れられない。したがって、定常状態の解析には、ここで適用される双共役傾斜法といった反復法がはるかに適している。当該双共役傾斜法は参考文献９にも詳述されている。
【００７５】
反復法の計算時間は輻輳速度及び各反復ステップの複雑性といった要因に依存する。当該計算時間も初期推量にかなり依存している。適当な初期推量は計算時間全体を著しく減らす。このために、本発明によれば、発見的直接法(heuristic direct method)は反復方法に適用されるべき近似初期推量を計算するために適用される。複数の特別な多次元マルコフ連鎖は、いわゆる積行列形式の解法を有する。これは状態（ｉ，ｊ）の定常状態確率がｈ（ｉ，ｊ）の代わりにｆ（ｉ）・ｇ（ｊ）のような積行列において効率よく決定することができることを意味する。残念ながら、非適応弾性フローの帯域幅（及びかかる出発速度）の偶発的減少のために、研究されたシステムのＣＴＭＣは適切な可逆特性及び積行列の形の解を有さないが、連続繰返し数値手続きに使用される提示初期推量はマルコフ連鎖が積行列を提示したように計算される。すなわち、非適応弾性トラフィックを含むトラフィックシステムを述べたマルコフ連鎖の定常状態分布の初期形態はマルコフ連鎖積行列の計算に基づいて決定され、反復定常状態解析法において適用される。
【００７６】
非適応弾性フローのみが可逆性を妨げるという事実と、システムの剛性フローと適応弾性フローの数を記述するマルコフ連鎖は可逆的なので、
0004498654.tif 000023
は次式から得られる。
【数８】
0004498654.tif 000024
ここで、Ｐ＊（ｎ１，ｎ２）の非正規化定常状態確率は反復法の２次的な変数である。剛性フローと適応フロー（ｐ（ｎ１，ｎ２，ｎ３））の定常状態分布から、全体的な定常状態挙動（ｐ（ｎ１，ｎ２））は、剛性フロー数を固定すること（ｎ１＝ｉ）と、該当していなくても得られたマルコフ連鎖が可逆的であることを前提として得られる。この前提により、以下の通りに反復法における初期推量を算出ことができる。ｎ１の取り得る固定値（ｎ１＝ｉ）に対して、
【数９】
0004498654.tif 000025
【００７７】
すなわち、新規の２次元マルコフ連鎖を獲得するために、共通パラメータｎ１，ｎ２の確率を合計して前記パラメータを使って状態をグループ化する。前記得られた２次元マルコフ連鎖は積行列を提示し、当該定常状態分布が式（１３）から（１５）を使用して計算される。次に、式（１６）から（１８）を使用した状態群を規定する独立状態間で状態群の確率を「共有」する。
【００７８】
システムの非適応トラフィックが存在しなかったかのように、非適応トラフィッククラス以外のトラフィッククラスの定常状態分布が計算され、それから、状態確率がその他のトラフィッククラス及び非適応弾性トラフィッククラスのうち１つの入来及び発信トラフィック間の平衡条件に基づいて計算される。本実施例において、システムに非適応弾性トラフィックが存在しなかったかのように、剛性トラフィッククラスと適応弾性トラフィッククラスの定常状態分布は計算され、状態確率は入来及び発信する適応及び非適応弾性トラフィックが平衡していることを前提として決定される。式（１３）から（１８）は複数の剛性トラフィッククラスや単一の弾性トラフィッククラスを有するトラフィックシステムなどの様々なアプリケーションにも適応できることが理解されるべきである。
【００７９】
定常状態分布の初期近似値を計算する上述の手続は全般的にどの多次元マルコフ連鎖にも適用でき、異なるアプリケーションに適応することができる。
【００８０】
得られた定常状態分布の初期近似値は、初期推量を徐々に正確な精度に改善する、双共役型の方法といった反復法の適切な初期推量として使用される。
【００８１】
ＣＴＭＣの定常状態分布に基づいて、呼のブロッキング確率は以下の通りに計算することができる。
【数１０】
0004498654.tif 000026
【００８２】
適応及び非適応弾性フローの平均スループットの計算も極めて単純であり、ＣＴＭＣの定常状態分布が以下の通りに決定される。
【数１１】
0004498654.tif 000027
【００８３】
このように、式（５）と式（８）のブロッキング確率制約、及び、式（６）の平均的なスループット制約は評価することができる。
【００８４】
残念ながら、当該分布も
0004498654.tif 000028
の高次モーメントも上述検討したマルコフ連鎖の定常状態分布に基づいて解析することができないので、式（７）のスループット閾値制約を照合することはさらに困難となる。したがって、新規の解析法が適用される。次式から適応弾性フローに関するスループット閾値制約は、
0004498654.tif 000029
の分布に基づいて照合することができ、非適応弾性フローのスループット閾値制約はＴｘの分布に基づいて照合することができる。
【数１２】
0004498654.tif 000030
【００８５】
実施形態において、
0004498654.tif 000031
の分布を評価することは計算上困難であるが、各モーメントを得るための効果的な数値法が存在するので、参考文献１０に開示され、下表２にまとめられた、モーメント型分布評価法を適用することによってスループット閾値制約を照合する。表２において、μｎは確率変数Ｘのｎ番目のモーメントを示しており、公式はＸ分布上の上位及び下位の範囲を表す。表２は、負ではないどの確率変数にも有効である。つまり、
0004498654.tif 000032
はシステムの上位範囲を利用しない。
【表２】
0004498654.tif 000033
【００８６】
0004498654.tif 000034
のモーメントを評価する方法は当該システムに到達している弾性フローのタギングに基づき、その瞬間から遷移が可能であるかを慎重に調査しながら、このタギングされたフローが該システムを去るまで前記フローは該システムに入力される。前記タギングされたフローを供給中の該システム挙動は多少変形したマルコフ連鎖によって説明することができる。
0004498654.tif 000035
を解析するために、タギングされた適応弾性フローを検討し、Ｔｘを解析するために、タギングされた適応弾性フローを検討する。
0004498654.tif 000036
を評価するために使用される変形型システムは以下の特徴を有する。
１．少なくとも、システム内にタギングされた弾性フローが存在していることが前提であるので、ｎ２＝０（又はｎ３＝０）の状態は排斥される。
２．状態空間の各状態に対して、当該事象から変形されたＣＴＭＣが起こり始めるような事象の確率である、対応する入来確率が存在する。タギングされた弾性フローが状態（ｎ１，ｎ２，ｎ３）のシステムを検知すると、状態（ｎ１，ｎ２，ｎ３）が、前記タギングされたフローのブロッキング状態（ｎ１，ｎ２，ｎ３）でない限り、該システムを状態（ｎ１，ｎ２＋１，ｎ３）（又は状態（ｎ１，ｎ２，ｎ３−１））にする。
【００８７】
ジェネレータＢの場合に、状態空間Ｆにおいてタギングされた弾性フローがシステムから消滅することはないと仮定すれば、｛Ｚ（ｔ），ｔ≧０｝は変形型ＣＴＭＣとなる。Ｆは以下の通りに規定することができる。
【数１３】
0004498654.tif 000037
実際は、Ｆ＝Ｓ／Ｓ０であり、ここでＳ０はＳにおける状態であり、ｎ２＝０（又はｎ３＝０）。Ｂにおける当該状態遷移速度はＱにおける適正なレートに近似する。Ｑ：
【数１４】
0004498654.tif 000038
【００８８】
タギングされたフローが定常状態のシステムに加わった直後のシステム状態を考えることによって、変形マルコフ連鎖ｐ＋（ｎ１，ｎ２，ｎ３）の初期確率が得られる。タギングされたフローが到達した後に、当該システムが状態（ｎ１，ｎ２，ｎ３）である確率は、状態（ｎ１，ｎ２−１，ｎ３）（又は（ｎ１，ｎ２，ｎ３−１））の定常状態確率に比例していることを意味する。その結果：
【数１５】
0004498654.tif 000039
である。
【００８９】
0004498654.tif 000040
のモーメントを獲得するために、マルコフ報酬モデルは参考文献１１に従って｛Z（ｔ），ｔ≧０｝によって規定される。
0004498654.tif 000041
はＢによって表されたような、剛性フロー、適応及び非適応弾性フローの不規則的な到達及び出発に依存する確率変数である。変形マルコフ連鎖の状態に関わる報酬レートは当該状態においてタギングされた適応弾性フローの帯域幅を示す。ｔｉを状態ｉにおける報酬レート（タギングされた適応弾性フローの帯域幅）とし、Ｔを入力ｔｉから構成される対角行列とする。ｔｉ＝ｒ２（ｉ）・ｂ２。ここで、ｒ２（ｉ）は状態ｉにおける帯域幅圧縮である。この方法で、タギングされたフローを供給中の当該システム内のフロー数の力学は、変形マルコフ連鎖によって説明され、タギングされたフローの瞬時帯域幅は瞬時報酬レートによって説明される。システム内にさらに多くのフローが存在すれば、タギングされたフローの帯域幅はｂ２ｍｉｎに向かって減少し、フローが少なければ、ｂ２に向かって増加する。生成行列Ｂと報酬行列Ｔは（０，ｔ）の範囲で報酬量
0004498654.tif 000042
を累積するマルコフ報酬モデルを規定する。これは（０，ｔ）の範囲で累積された報酬はこの範囲のタギングされたフローによる伝送データ量を表していることを意味する。そして、
0004498654.tif 000043
は（伝送データ量）／ｔである。
【００９０】
Ｔｘはタギングされたフローによるデータユニットｘを伝送するのにかかる不規則な時間量である。上述のマルコフ報酬モデルを規定することによって、（０，ｔ）の範囲で累積される報酬はタギングされたフローによる不規則的な伝送データ量を示す。したがって、Ｔｘは報酬量ｘを累積するのにかかる時間である。この指標は一般的に完了時間と呼ばれている。
【００９１】
初期確率分布ｐ２＋（ｎ１，ｎ２，ｎ３）とｐ３＋（ｎ１，ｎ２，ｎ３）、生成行列Ｂ及び報酬行列Ｔを有すると、参考文献１１で提唱された数値解析法は、
0004498654.tif 000044
のモーメントを評価するために適用される。この数値法は大きな状態空間（１０６までの状態）を使用してマルコフ報酬モデルに適用できる。
【００９２】
リンク容量共有化アルゴリズムの数値の適用例
一例として、剛性サービスクラス、適応弾性サービスクラス及び非適応弾性サービスクラスの相異する３つのサービスクラスに対応する、容量Ｃ＝１００Ｍｂｐｓの伝送リンクを検討する。ネットワークトラフィク入力として与えられ、かつリンク共有化アルゴリズムによって決定される、本システムのパラメータは以下の通りである。
【数１６】
0004498654.tif 000045
【００９３】
対応するブロッキング確率における最小許容スループットの複数の数値に対する適応弾性フローの到達速度λ２の結果は以下の表３に示される。
【表３】
0004498654.tif 000046
【００９４】
適応弾性トラフィックにおける最小許容スループット
0004498654.tif 000047
が割当てられるので、数値が高いほど適応弾性フローがこのスループットを得る確率は減少する。適応弾性フローの到達速度が低下すると、当該システム内の適応弾性フローは増大する。従って、当該スループットは適応弾性フローが所要の帯域幅を得る確率と共に低下する。
【００９５】
対応するブロッキング確率における最小許容スループットの複数の数値に対する適応弾性フローの到達速度の結果は以下の表４に示されている。この場合、当該システムパラメータは、
【数１７】
0004498654.tif 000048
である。
【００９６】
この場合に、タギングされた非適応弾性フローの供給中のシステム挙動を説明した変形マルコフ連鎖は１，１１６，９５１の状態と６，６２７，１００の遷移を有することを注釈する。
【表４】
0004498654.tif 000049
【００９７】
表３に示された結果と同様に、非適応弾性トラフィックにおける最小許容スループットが割当てられるので、数値が高くなるほど非適応弾性フローがこのスループットを得る確率は低下する。また、到達速度が低下すると、非適応弾性フローが所要の帯域幅を得る確率は低下する。
【００９８】
平均スループットとスループット閾値制約の関係を得るために、各供給時間の関数として適応弾性フローのスループットの平均と分散を示している図５を参照する。図５のグラフは、λ２＝１４で、表３を考慮したシステムに関する。平均スループットは実線で示されており、分散は点線で示されている。見て解るように、（供給時間の）「短い」接続においては、スループットの分散は顕著に表れ、よって、平均スループットとスループット閾値制約は極めて異なる意味を有する。「長い」時間接続すれば、スループットの分散はほぼゼロとなり、平均スループットは適応弾性フローの有効な帯域幅の重要な内容を提供する。
0004498654.tif 000050
はｔが無限大であるので定常状態スループットの確定的数値に近似していくことを注釈する。
【００９９】
最後に、所要のＱｏＳパラメータを提供するために、ＮＥＬ２とＮＥＬ３の選定法の一例を検討する。リンク容量を分割し、剛性クラスを次元化した後、当該システムパラメータは以下の値を有することを前提とする。
【数１８】
0004498654.tif 000051
【０１００】
当該パラメータＮＥＬ２とＮＥＬ３は弾性ブロッキング確率が１％未満（Ｂ２＜０．０１，Ｂ３＜０．０１）であり、平均スループットパラメータは、
0004498654.tif 000052
を満たす必要がある。
【０１０１】
ＱｏＳ要件を満たす１組の当該パラメータＮＥＬ２とＮＥＬ３は図６の灰色部領域に描かれている。適応弾性クラスのブロッキング確率の極限は非適応弾性クラスの負荷に相関関係を持つ垂線である。非適応弾性クラスのブロッキング確率は水平線である。検討された負荷全体のレベルが低いので、所定の極限以降は、平均弾性スループットはＮＥＬ２とＮＥＬ３パラメータとはほとんど関係がない。この実施例では、許容可能値ＮＥＬ２とＮＥＬ３を決定する２つの帯域幅が狭くなると、
0004498654.tif 000053
も狭くなる。
【０１０２】
最適化タスクの転換
新規弾性ＰＯＬポリシーはスループット制約に基づいて弾性トラフィクのブロッキング確率を最小化する代わりに、弾性スループットがブロッキング確率制約に基づいて最大化されるような最適化タスクの自然転換を考慮に入れる。図２の流れ系統図に図示されたリンク容量共有化方法と同様に、トラフィック入力パラメータは（ステップ１０１と同様に）受け取られ、共通リンク容量部ＣＣＯＭは（ステップ１０２と同様に）決定され、そして、カットオフパラメータの初期値は（ステップ１０３と同様に）選定される。次に、システム性能が（ステップ１０４と同様に）解析されるが、まず弾性ブロッキング確率に対して解析される。特に、当該システムの弾性ブロッキング確率が解析され、ブロッキング確率制約に（ステップ１０５と同様に）関係する。ブロッキング確率が高すぎれば、カットオフパラメータが増大され、グロッキング確率とスループットを低減する。他方で、ブロッキング確率がブロッキング制約よりも低ければ、ブロッキング確率とスループットが増加されるように、カットオフパラメータは低減されることができる。この方法で、弾性フローにおけるブロッキング制約に従っている間、反復法を用いて、当該スループットを最大値まで増大することができる。弾性スループットを最大化することが目的であり、弾性トラフィックのスループットに最悪時の保証を有することが得策であると推定されるので、弾性トラフィックに強いられたブロッキング確率制約を満たしている間、カットオフパラメータは、少なくとも最悪時のスループット制約を十分に満たす程度にできるだけ低くする必要がある。
【０１０３】
当然、リンク容量共有化アルゴリズムは、弾性ブロッキングを最小化するか、或いは、弾性スループットを最大化するかに関わらず、弾性トラフィックだけでも適用できる。例えば、剛性トラフィックが存在しなければ、ＣＣＯＭはゼロとなり、リンク容量共有化アルゴリズム全体がスループット／ブロッキング制約に基づいてカットオフパラメータを決定する数式に変形される。さらに、単一のトラフィッククラスの場合、上述の反復リンク共有化アルゴリズムに従ってカットオフパラメータを１つだけ決定する必要がある。
【０１０４】
リンク容量共有化アルゴリズム−ＡＴＭネットワークの例
リンク容量共有化アルゴリズムは１つの剛性トラフィッククラスと２つの異なる弾性トラフィッククラスを搬送しているＩＰネットワークに関して上述したが、本発明はそれに制限されず、当該アルゴリズムが他形式のネットワーク及び他のトラフィッククラスに適用できることは明白である。実際に、狭帯域ＣＢＲ(Constant Bit Rate)トラフィック、広帯域ＣＢＲトラフィック及びＡＢＲ（Available Bit Rate)トラフィックを搬送しているＡＴＭネットワークに適用される弾性ＰＯＬアルゴリズムの一例は以下に概略される。
【０１０５】
この例において、一般的に伝送リンクに到達する呼は以下の３つのトラフィッククラスのうちの１つに属する。
クラス１：各最大帯域幅の要件ｂ１を特徴とする狭帯域ＣＢＲの呼は到達速度λ１と出発速度μ２を要求する。
クラス２：各最大帯域幅の要件b２を特徴とする広帯域ＣＢＲの呼は到達速度λ２と出発速度μ２を要求する。
クラス３：各最大帯域幅の要件ｂ３、最小帯域幅の要件b３ｍｉｎを特徴とするＡＢＲの呼は到達速度λ３と理想的な出発速度μ３を要求する。最大帯域幅が呼の持続時間全体において有効であるときに、理想的な出発速度が実現される。
【０１０６】
ＣＢＲクラスは上述ＩＰネットワークの例の剛性トラフィッククラスに例えることができることと、ＡＢＲクラスはＩＰネットワークの例と関連して上述の非適応弾性トラフィッククラスに例えることができることに注意すべきである。これに関し、ＩＰネットワークの例で公式化したモデルの仮定では本実施例でも同様に適用できる。
【０１０７】
上述の弾性ＰＯＬポリシーは検討中のＡＴＭネットワークのＣＢＲ−ＡＢＲが混合したトラフィック環境に適用される。これは当該リンク容量ＣがＣ＝ＣＣＯＭ＋ＣＡＢＲとなるような、ＣＢＲの呼とＡＢＲの呼の共通部ＣＣＯＭ及びＡＢＲの呼の専用部ＣＡＢＲの２部分に分割されることを意味する。カットオフパラメータとも呼ばれる受付制御パラメータＮＡＢＲはＡＢＲの呼のために導入される。弾性ＰＯＬポリシーに基づいて、リンクを流れる狭帯域ＣＢＲの呼数ｎ１、広帯域ＣＢＲの呼数ｎ２及びＡＢＲの呼数ｎ３は以下の制約を条件としている。
【数１９】
0004498654.tif 000054
【０１０８】
（１）式において、ＡＢＲの呼はＣＢＲの呼から保護される。（２）と（３）式において、ＡＢＲの呼の最大数は２つの制約によって限定される。式（２）はＣＢＲの呼をＡＢＲの呼から保護すると同時に、式（３）は進行中のＡＢＲの呼を新規のＡＢＲの呼から保護する。この場合、弾性ＰＯＬポリシーはＣＣＯＭと受付制御パラメータＮＡＢＲによって特定される、リンク容量の分割によって完全に決定される。弾性ＰＯＬポリシーの性能はこれらのパラメータによって調整される。
【０１０９】
本発明の好ましい実施形態によれば、ＣＢＲの呼の異なる形式のブロッキング確率制約（ＧｏＳ）とＡＢＲの呼の最小スループット制約を斟酌することができると同時に、リンク容量共有化アルゴリズムはＡＢＲの呼の呼ブロッキング確率を最小化するように弾性ＰＯＬポリシーの出力パラメータＣＣＯＭとＮＡＢＲを設定することを目的とする。したがって、各ＣＢＲクラスは最大受容れ呼ブロッキング確率Ｂ１ｍａｘとＢ２ｍａｘと関係し、ＡＢＲクラスはＩＰネットワーク例の非適応弾性トラフィックにおける最小受容れスループット
0004498654.tif 000055
と同様の取扱いが可能な最小受容れスループットθｍｉｎと関係している。
【０１１０】
ＡＢＲブロッキング確率は最小化されているが、ＡＢＲ呼の呼ブロッキング確率の最悪事例の保証を有することは、必須ではないが、通常は得策であり、ＡＢＲクラスも最大許容ブロッキング確率Ｂ３ｍａｘと関係する。
【０１１１】
ＣＢＲクラスとＡＢＲクラスに係わるパラメータと性能指標は以下の表５に概要が示される。
【表５】
0004498654.tif 000056
【０１１２】
上述の制約に基づいて、弾性ＰＯＬポリシーの出力パラメータを決定する際の課題は、本発明の好ましい実施形態に従って、ＣＢＲとＡＢＲが混合したトラフィック環境におけるリンク容量共有化アルゴリズム全体の流れ系統図の図７を引用して以下に概略される。第１ステップ２０１において、所要の入力パラメータが提供される。ステップ２０２において、ＣＢＲトラフィックにおけるＧｏＳ（呼ブロッキング）要件はＣＣＯＭの適切な設定によって保証される。特に、所要のブロッキング確率Ｂ１ｍａｘとＢ２ｍａｘを保証するＣＢＲ呼におけるＣＣＯＭの所要の最低容量を決定する。
【数２０】
0004498654.tif 000057
【０１１３】
例えば、よく知られているアーランＢ公式は、到達速度と出発速度及び入力値としてＣＢＲクラスにおける最大帯域幅の要件に基づき、このようなＣＣＯＭの値を評価するために使用することができる。
【０１１４】
次に、所要のスループットとブロッキング要件を満足すると同時に、システム内に同時に存在し得るＡＢＲ呼（ＮＡＢＲ）の最大数を決定する必要がある。
【０１１５】
この特定の実施形態において、当該リンク容量共有化アルゴリズムは最小スループット制約に基づいてＡＢＲ呼のブロッキング確率を最小化することを目的とする。これを達成するために、全般的に多くも少なくもなく一致してスループット閾値制約を満足するように、本発明は、一般に、ステップ２０３から２０７によって規定されるカットオフパラメータを調整するための反復手続を提議する。まず、ステップ２０３において、カットオフパラメータの初期値が評価される。次に、システム性能がＡＢＲスループットに関して解析され（ステップ２０４）、スループット閾値制約に関連付けられる（ステップ２０５）。ＡＢＲスループットが低すぎれば、カットオフパラメータは低減され（ステップ２０６）、ブロッキング確率とスループットを増加する。他方で、ＡＢＲスループットがスループット閾値よりも高ければ、ブロッキング確率が（スループットと同様に）低減されるようにカットオフパラメータを増加することができる（ステップ２０７）。この方法で、ステップ２０４、２０５及び２０６／２０７を反復的に繰り返すことによって、スループット制約を遵守しながら、ＡＢＲブロッキング確率を最小値にすることができる。
【０１１６】
好ましくは、ＡＢＲスループットとＡＢＲブロッキングなどの性能指標はＩＰネットワーク例に関連して前述したのとほぼ同様に解析される。要するに、これはＣＢＲとＡＢＲが混合した環境の力学と挙動を記述するマルコフ連鎖の定常状態分布を決定することと、前記決定された分布に基づいてブロッキング及びスループット指標を計算することを意味する。ここで、式（７）に類似のスループット閾値制約は、参考文献１１に提起された数値法を使用し、マルコフ不等式(Markov inequality)を適用しているＣＢＲとＡＢＲが混合した環境を記述するマルコフ連鎖の非定常解析に基づいて照合されることを注釈する。
【０１１７】
当然、ＩＰネットワーク例に対する上述の説明とほぼ同様に、ＡＴＭネットワーク例にも最適化タスクを逆にする(invert)ことが可能である。
【０１１８】
リンク容量共有化アルゴリズムの応用の数値的例証
一例として、上述の２つのＣＢＲクラスとＡＢＲクラスの異なる３つのサービスクラスに対応し、容量Ｃ＝１５５ＭｂｐｓのＡＴＭ伝送リンクを考慮する。このＡＴＭ伝送リンクシステムの入力パラメータは、
【数２１】
0004498654.tif 000058
である。
【０１１９】
さらに、狭帯域ＣＢＲ呼と広帯域ＣＢＲ呼のブロッキング確率はそれぞれＢ１ｍａｘ＝２％未満及びＢ２ｍａｘ＝４％未満となることが要求される。その結果、ブロッキング確率を提供するのに必要なＣＣＯＭの最小帯域幅は６０Ｍｂｐｓであり、ＡＢＲ呼においては、ＣＡＢＲ＝９５Ｍｂｐｓのままである。
【０１２０】
ＡＢＲトラフィックにおけるスループットとブロッキング確率との間のトレードオフを調査するために、各々のＮＡＢＲに対し、ＡＢＲトラフィッククラスにおける平均スループットＥ（θ）とブロッキング確率Ｂ３を示している下表６を参照する。
【表６】
0004498654.tif 000059
【０１２１】
表６から、高ブロッキングは高スループットであり、低ブロッキングは低スループットであるので、スループットとブロッキングのトレードオフは明白である。本発明に準拠する弾性ＰＯＬポリシーにおいては、表６から理解できるように、このトレードオフはＮＡＢＲのカットオフパラメータ手段によりうまく制御される。例えば、平均スループットの制約θｍｉｎは２．２Ｍｂｐｓに設定されると、同時接続中のＡＢＲ呼の最大数（ＮＡＢＲ）は１００に制限される。
【０１２２】
シミュレーションにおいて、ブロッキング確率とＡＢＲスループットの両方の観点で、弾性ＰＯＬポリシーは、全負荷に対し、既知のComplete Partitioning(CP)ポリシーより優れていることが観察された。これは、ＣＢＲ呼によって使用されないＣＣＯＭ部の帯域幅を使用するためにＰＯＬポリシーはＡＢＲ呼を受容するということが部分的な原因となっている。
【０１２３】
最後に、ＡＢＲトラフィックのブロッキング確率と平均スループットにおけるＣＣＯＭパラメータの効果を調査するため、下表７を参照する。
【表７】
0004498654.tif 000060
【０１２４】
ＣＣＯＭパラメータは、一方では、ＣＢＲブロッキング確率間のトレードオフを、他方では、ＡＢＲブロッキング確率とＡＢＲスループットとの間のトレードオフを制御する方法を提供する。表７から、ＡＢＲスループット（の増大）とＡＢＲブロッキング（の低下）のどちらもＣＢＲブロッキング確率を低下させることによって改善されることが理解できる。
【０１２５】
上述の説明が本発明を理解するための枠組としての役割を意図していることを認識することが重要である。上述の実施形態は単なる一例として与えられ、それに制限されるものではないことを理解すべきである。さらに、開示された請求項に基づく基本原則を制限する変更、変形及び改良は本発明の範囲及び精神に含まれる。
【参考文献】
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【図面の簡単な説明】
本発明の目的と長所は以下の添付図の引用例によって理解される。
【図１】  本発明の好ましい実施形態に準拠した通信ネットワークの系統図である。
【図２】  本発明の好ましい実施形態に準拠した剛性及び弾性の混合したＩＰトラフィック環境において適用されたリンク容量共有化アルゴリズム全体の流れ系統図である。
【図３】  本発明の好ましい実施形態に準拠したＩＰルータ関連部の系統ブロック図である。
【図４】  実施例の伝送リンクシステムのマルコフ連鎖状態空間図である。
【図５】  実施例の伝送リンクシステムにおける供給時間の関数としての適応弾性フローのスループットの平均と分散を図示したグラフである。
【図６】  リンクシステムの実施例における所定のＱｏＳ要件を満たす弾性カットオフパラメータを図示した説明図である。
【図７】  本発明の好ましい実施形態に準拠したＣＢＲ−ＡＢＲの混合したトラフィック環境におけるリンク容量共有アルゴリズム全体の流れ系統図である。
【図１】
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【図２】
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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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