(57)【要約】ディジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）（１６）によるパケット生成と、ケーブル・ネットワーク内のモデム送信機会とを同期させる。ケーブル・モデム（１７）は、モデム（１７）が送信するのをパケットが待っている平均待ち時間を計算する。ＤＳＰ（１６）は、ケーブル・モデム（１７）への次のパケットの送信を遅らせる量として、最大予想伝播遅れを考慮するのに十分な小さな量をこの平均待ち時間から引いた値を用いて、モデム（１７）へのパケットの転送を再同期させる。本発明は、ハードウエア構成に固有の伝播遅れとはほぼ独立した再同期化の機構である。
2004500758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）などのパケット化モジュールからのパケットの生成と受信と、ケーブル・モデムでの非要求許可送信機会とを同期させる方法であって、
ＤＳＰでパケットを生成し、
前記パケットを前記ＤＳＰから前記ケーブル・モデムに送信し、
前記ケーブル・モデムで前記パケットを受信し、
前記ケーブル・モデムで前記パケットの到着を時刻表示し、
前記ケーブル・モデムで前記パケットを送信し、そこで前記ＤＳＰから前記ケーブル・モデムへの前記パケット送信と前記ケーブル・モデムの次の非要求送信許可機会とを同期させる、
同期化方法。
【請求項２】
前記方法は、
前記ケーブル・モデムで前記パケットの前記送信を時刻表示し、
前記ケーブル・モデムでの前記パケットの待ち時間を、前記到着時刻表示と前記送信時刻表示の差として計算する、
ことにより前記ケーブル・モデムで平均待ち時間を決定することを更に含む、
請求項１に記載の同期化方法。
【請求項３】
更に、
現時刻までの前記待ち時間の移動平均を得る、
ステップを含む、請求項２に記載の同期化方法。
【請求項４】
前記方法は更に、
前記計算された待ち時間に基づいて再同期化の値を決定し、
前記再同期化の値と再同期化の値の範囲とを比較し、
前記再同期化の値が前記再同期化の値の範囲外であるときは前記再同期化の値を前記ＤＳＰに送信する、
ことを含む、請求項３に記載の同期化方法。
【請求項５】
前記ＤＳＰは更に、
前記モデムから送信された前記再同期化の量に応じて前記モデムへの前記パケットの送信スロットを再定義し、
前記再定義されたスロットを用いて、前記ケーブル・モデムへの前記パケットをＤＳＰが生成し送信する時刻を合わせる、
ことを含む、請求項４に記載の同期化方法。
【請求項６】
前記ケーブル・モデムによる前記パケットの送信は前記パケットを連続的に監視することを含み、前記連続的に送信されたパケットの少なくともいくつかは前記ＤＳＰへの再同期化要求を生成し、
前記ケーブル・モデムによる前記パケットの連続的な送信は所定の、固定された期間の、非要求許可機会に従い、
前記ケーブル・モデムが前記ＤＳＰに新しいスロット・タイマ情報を再同期化要求で送信するまで、前記ＤＳＰは固定されたタイム・スロットで前記パケットを連続的に生成する、
請求項１に記載の同期化方法。
【請求項７】
前記方法は更に、
前記ケーブル・モデムでの前記許可機会のタイミングに対する前記パケット到着のタイミングを分析し、これに応じて新しいスロット・タイマ情報の必要性を識別し、
前記ＤＳＰへの前記再同期化要求の送信は前記ケーブル・モデムでの前記新しいスロット・タイマ情報の計算を含む、
請求項６に記載の同期化方法。
【請求項８】
パケット化モジュールからのパケットと、ケーブル・モデムでの非要求許可送信機会とを同期させる装置であって、
固定されたタイム・スロットでパケット化データを生成し、前記パケットをケーブル・モデムに送信する、ディジタル信号処理プロセッサと、
前記パケットを受信し、非要求許可機会で前記パケットを送信する、ケーブル・モデムと、
前記ケーブル・モデムでの前記パケットの到着と前記非要求許可機会との間の待ち時間を決定する比較論理と、
前記決定された待ち時間に従って前記ＤＳＰによるパケットの生成と送信を調整する調整論理と、
を含む同期化装置。
【請求項９】
前記生成の調整は、
前記決定された待ち時間を最小にするようにパケット生成時間を再定義して、前記ケーブル・モデムが送信許可機会にとってジャスト・イン・タイムで受信するようにパケットを生成する手段、
を含む、請求項８に記載の同期化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明はケーブル・モデムに関する。より特定すると、本発明はケーブル・モデムによる音声伝送に関する。ケーブルによるデータ・システム・インターフェース仕様（Ｄａｔａ Ｏｖｅｒ Ｃａｂｌｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ： ＤＯＣＳＩＳ）は、ケーブルＴＶ運転者とコンピュータとの間のケーブル・モデム・インターフェース用の標準を規定している。１９９８年３月に国際電気通信連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ：ＩＴＵ）がＤＯＣＳＩＳ１．０を批准して以来、ＤＯＣＳＩＳはこのインターフェースによるデータ信号の受信と送信を処理する装置の標準になった。ＤＯＣＳＩＳに準拠するケーブル・モデムはケーブル運転者が運転する多くの地域で利用可能である。
【０００２】
ＤＯＣＳＩＳ１．１仕様は、パケットの帯域幅を捕捉するいくつかのデータ伝送機構の１つとして、非請求許可サービス（Ｕｎｓｏｌｉｃｉｔｅｄ Ｇｒａｎｔ ｓｅｒｖｉｃｅ）を規定する。このサービスはケーブル・モデムとヘッド・エンド装置（ＣＭＴＳ）との間で事前に準備され、所望のデータ・パケット到着速度と、パケット・サイズと、ジッター許容範囲によりパラメータ表示される。準備された後は、ケーブル・ネットワークのヘッド・エンド装置は要求された速度で非請求伝送機会（許可）をケーブル・モデムに与える。このサービスは効率的な音声パケット転送機構であるが音声品質は最高ではない。
【０００３】
回線交換電話網では発呼者に専用の接続が割り当てられるが、ケーブル・モデムではユーザはオンライン・セッション中に固定された量の帯域幅を占めるのではなく、他のオンライン・ユーザとネットワークを共用し、データをクイック・バーストで送信および受信するときだけネットワーク資源を用いる。一般にユーザは自分のパケットをアップロードする必要があるときに、利用可能な帯域幅から必要な帯域幅を捕捉する。データ・パケットを送信する場合は、遅れはデータ品質に影響しない。しかし音声パケットの場合は伝送遅れがあると音声品質が劣化するので、特にケーブル・ネットワークでは、音声パケットの可用性と送信の機会とのタイミングを厳密に合わせる必要がある。
【０００４】
ＤＯＣＳＩＳは進化しつつある標準であって、変調方式とケーブルによる双方向の信号の交換のためのプロトコルとを指定し、バージョン４のＩＰトラヒックにより、ケーブル・モデム終端システムとネットワーク・サイド間のインターフェース（ＣＭＴＳ−ＮＳＩ）と、ケーブル・モデムと顧客宅内装間のインターフェース（ＣＭＣＩ）との間の透明な転送を可能にする。ＩＰによる音声（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ ＩＰ：ＶｏＩＰ）は、ＤＯＣＳＩＳケーブル・ネットワークが支援する新しいサービスである。既存のケーブル・モデムとＤＳＰを改善してＶｏＩＰ品質を最高にするには、そのＥＥＰＲＯＭフラッシュ・メモリ内のプログラムを変更すればよい。
【０００５】
（発明の概要）
本発明は、ＤＯＣＳＩＳ１．１ケーブルでパケットの可用性と非請求許可データ転送機会とを同期させる方法に関する。この同期化の目的は、処理し、パケット化し、ケーブル・モデムによる送信可の状態にした音声またはデータを許可機会にできるだけ近付けることにより、ケーブル・モデムでのパケット伝送遅れを最小にすることである。遅れが音声品質に与える影響が大きいので、一般にパケットによる音声ネットワークにおいて、特にケーブルによる音声ネットワークにおいて、これは重要である。
【０００６】
パケット／許可の同期化を実現する上で大きな問題は、パケットを生成するモジュール（ディジタル信号処理プロセッサ、すなわちＤＳＰ）が一般に、ケーブル・データの送信／受信を処理するモジュール（ケーブル・モデム）から離れていることである。したがって再同期化命令を出すとき、特に異なるモジュールが異なる物理的なハードウエア上にあって同期化されたクロックで動作していないときは、全ての同期化方式は呼出し時間（ｌａｔｅｎｃｙ）を考慮に入れるだけでなく、パケット待ち時間を最小にする必要がある。本発明は、かかる呼出し時間から独立した、実現が容易な機構を与える。
【０００７】
本発明のその他の利点と特徴は、以下の詳細な説明で明らかになる。
本発明はＤＯＣＳＩＳ１．１ケーブルでの、パケットの送信の可用性と非請求許可データ転送機会とを同期させる。
本発明は、ＤＯＣＳＩＳ１．１ケーブル・モデムでの、パケット送信待ち時間の移動平均値を得る。
【０００８】
本発明は、ＤＳＰとケーブル・モデムの間のパケット転送を再同期させる装置を提供するもので、パケット待ち時間をサンプリングし、この時間が所定の許容範囲を超える場合は再同期させる。
本発明は、ＤＳＰとケーブル・モデムの間のパケット転送を再同期させる装置を与えるもので、これによりＤＯＣＳＩＳ１．１ケーブルでケーブル・モデムからＤＳＰへの少数の連続した再同期化要求以内で定常状態に到達する。
【０００９】
以下に説明するように、本発明の例示の実施の形態はＤＯＣＳＩＳ１．１ケーブル・モデム用の低域フィルタと、フィルタ出力をサンプリングするデバイス・ドライバとを備え、デバイス・ドライバは平均パケット待ち時間と最大伝播遅れを決定してその差を再同期化量としてＤＳＰに送る。ＤＳＰは次の一連のパケット送信をこの再同期化量だけ遅らせることにより、パケット転送を再同期させる。その後、ＤＳＰは許可期間だけ時間をあけてパケットを連続的に送る。その結果その後のパケットは、ケーブルによる伝送にとってジャスト・イン・タイムで、すなわちＤＯＣＳＩＳ１．１ケーブルでの非請求許可機会の前の小さな時間許容範囲内に、モデムに到着する。
【００１０】
（好ましい例示の実施の形態の詳細な説明）
図１に示すように、準備の後、ＤＯＣＳＩＳケーブル接続１０は所定の間隔Ｎずつあけて非請求許可機会Ｇを与える。モデム１４はＤＳＰ１２からパケット・データＰＫを受信し、このパケット・データをＧでケーブルにアップロードする。ＰＫとＸＭＩＴの間の遅れＤはＤＳＰとモデムとの間の伝播遅れＰと、モデムで次の非請求許可Ｇを待つ待ち時間Ｗとを含む。従来の方法と同様に再同期を行わなければ、Ｄは一定である。
【００１１】
パケット伝送遅れ
再同期化を行う前の本発明の状態は従来と同じで、図１に示す通りである。ここで次のように定義する。
Ｐ  ＝  伝播遅れまたは呼出し時間、すなわち、パケット送信がＤＳＰからケーブル・モデムに到着してこれを処理するのに要する時間。
Ｗ  ＝  ケーブルにより送信する前に、パケットがモデムのアップストリーム待ち行列で待つ時間。
Ｄ  ＝  ＤＳＰが送信した時刻から次の許可機会までの全パケット遅れ時間、すなわち、Ｐ＋Ｗ。
Ｎ  ＝  パケット化期間  ＝  許可期間。
Ｔ  ＝  Ｄの待ち時間許容範囲。
【００１２】
ＤＳＰによる再同期化
Ｄ＞Ｔ、すなわち全遅れが所定の待ち時間許容範囲を超える、と仮定する。好ましい例示の実施の形態である図２に示すように、図１に示す状態を再同期させるため、次のパケット１８をＤＳＰ１６からケーブル・モデム１７に送るパケット送信を次式の値だけ遅らせる。
Ｗ１−Ｐ  ＝  再同期化遅れ  ＝  「シフト量」
待ち時間が所定の許容範囲Ｔを超えているので、許可機会ＤＯＣＳＩＳケーブル１５の望ましい許容範囲内に次のパケットを送信できるように、ＤＳＰ１７は再同期化要求１８を生成する。パケット送信をシフトすると、パケットの構成もシフトする。パケットは標準サイズでなければならないので、このシフトのためにシフトされたパケットのフロント・エンドまたはテール・エンドが必然的に少し消える。
【００１３】
再同期化する目的はＤを最小にすることである。伝播遅れ（呼出し時間）Ｐは最小にすることができない。Ｐは変化するが、決定可能な上限Ｐｍａｘがある。Ｐｍａｘは構成パラメータであって、論理アナラーザまたは同様の装置を用いて、ＤＳＰからモデムへの最悪の音声パケット転送時間を測定することにより決定することができる。或る好ましい実施の形態では、ケーブル・モデムとＤＳＰの間に特殊なループバック・メッセージを用いてよい。ＤＳＰはこのメッセージを送信／受信して往復遅れの時間を測定し、これを２で割ればＰｍａｘを定期的に測定することができる。この値をケーブル・モデムに報告してＰｍａｘとして用いてよい。アップストリームの待ち行列の中のパケットの待ち時間Ｗだけは減らすことができる。好ましい実施の形態では、ＤＳＰが次のパケットをケーブル・モデムに送信する時刻を
シフト量  ＝  ［平均（Ｗ）−Ｐｍａｘ］＝  ＷＡＶＥ−Ｐｍａｘ
だけ後にシフトすることによりこれが達成される。理想的には、音声品質の劣化の可能性を最小にするには、ＤＳＰは次のパケットを通常より「シフト量」だけ遅く送り、次のパケットが非請求許可機会にとってジャスト・イン・タイムで、すなわち許可機会１１より極くわずかに早く、デバイス・ドライバに到着するようにする。しかし後で示すように、これは余り厳密（ｃｒｉｔｉｃａｌ）ではない。
【００１４】
ＤＳＰは時間間隔Ｎでパケットを連続的に送るので、これはＤＳＰがケーブル・モデムに送る全てのその後のパケットを「シフト量」だけ後向きにシフトすることである。このシフトによってその後のパケットでデータが失われることは全くないが、現在ＤＳＰがサンプリング中のストリームからは、次のパケットに含むべき情報がいくらか失われる。遅れを追加すると、次のパケットだけはパケット化期間がＮより長くなる。可能性として、このように長くなると、サンプリングされるデータの数は１つのパケット内に入るデータの数より多くなるので、いくつかのデータを捨てなければならない。
【００１５】
定常状態（すなわち再同期化を度々行わなくてもパケットが継続的に許可機会の直前に到着する状態）になる前に、一連の再同期化を何度か行う必要がある。好ましい実施の形態では、再同期化要求をトリガしたパケットの次のパケットでＤＳＰは常に再同期化を行うことができると仮定する。この状態を図２に示す。この場合は、再同期化はケーブル・モデムが命じた１度のＤＳＰ再同期化で達成される。なぜなら、得られる待ち時間がＴより短いからである。
別の実施の形態では、ＤＳＰは次のパケットで必ずしも再同期化を行うことができず、或る数Ｓのパケットを連続的に送信した後に再同期化を達成する。この実施の形態では、モデム内にガード・ゲートを設けて、Ｓパケットの再同期化のチェックと要求の生成を禁じ、ＤＳＰに再同期化を行う時間を与える。
【００１６】
ケーブル・モデムとデバイス・ドライバ
好ましい実施の形態では、ケーブル・モデムはパケット待ち時間の移動平均を作る低域フィルタを含む。音声ストリーム用のＤＯＣＳＩＳサービス・フローを作って非要求許可サービスを開始すると、ドライバは許可同期化機能と、１つの不透明な状態データへのポインタすなわちクッキーが与えられる。サービス・フロー送信ルーチンを呼び出すと、時刻を記録し、ＰＫＴ＿ＡＲＲ機能コードとクッキーで許可同期化機能を呼び出し、これを用いてフィルタ状態を記憶する。パケットを送信すると、ケーブル・モデム・ドライバは時刻を記録し、ＰＫＴ＿ＸＭＩＴ機能コードで許可同期化機能を呼び出す。内部では、これにより待ち時間の移動平均ＷＡＶＥを作る。この計算の１つの方法は指数平滑法を用いることである。この方法では、フィルタの出力ＷＡＶＥを次式で決定する。
ＷＡＶＥｎｅｗ＝ａ＊Ｗ＋（１−ａ）＊ＷＡＶＥｏｌｄ
ただし、「ａ」は平滑化係数（０＜ａ＜１）である。「ａ」は一般に調整可能なパラメータであり、待ち時間測定の際の短期振動の影響を制限するように設定することが多い。例えば最大待ち時間を少なくともＫ回観測した後に、再同期化メッセージをＤＳＰに再送するしきい値にＷＡＶＥが到達するように「ａ」を設定してよい。
【００１７】
このフィルタはＰＫＴ＿ＤＲＯＰ機能コードを与える。これにより、パケットを送信しなかったときはケーブル・モデム・ドライバは観測を行わなくてよい。またＰＫＴ＿ＩＮＩＴ機能コードにより、ケーブル・モデム・アップストリームの損失などの例外的な条件の後で、ケーブル・モデム・ドライバは移動平均値をリセットすることができる。
【００１８】
ＤＳＰ／ケーブル・モデムのインターフェース・プロトコル
好ましい実施の形態では、ＤＳＰ／モデム・プロトコルをグレードアップして次のステップを含める。図４を参照のこと。
ＤＳＰはパケットを生成し、このパケットをケーブル・モデムに送る（２０）。
パケットがケーブル・モデムに到着するとパケットの到着時刻を表示し、このパケットをアップストリーム待ち行列内に置く（２１）。
ケーブル・モデムはこのパケットを送信し、パケット送信時刻を表示する（２２）。
ケーブル・モデム・デバイス・ドライバは、送信時刻表示と到着時刻表示の差を計算することにより、パケットの待ち時間Ｗを計算する（２３）。
デバイス・ドライバは測定された待ち時間Ｗを低域フィルタに送る（例えば、移動平均する）。その出力は平均待ち時間ＷＡＶＥの測度である（２４）
ＷＡＶＥと、しきい値または許容範囲Ｔとを比較し（２５）、ＷＡＶＥ＞Ｔの場合は再同期化を行う（２７）。
「シフト量」を含む再同期化メッセージ（図３に書式を示す）をＤＳＰに送る（２６）。
ＤＳＰは次のパケットで、このパケットの構成とケーブル・モデムへの送信を「シフト量」だけ遅らせて、再同期化を行う（２７）。
【００１９】
再同期化メッセージ
ＤＳＰへの再同期化メッセージの簡単な書式を図３に示す。最小の要件は、
チャンネル：  再同期化すべきＤＳＰ内の音声チャンネルを識別するフィールド。
メッセージ・タイプ：  一定のＧＴＡＮＴ＿ＳＹＮＣＨに等しいメッセージ・タイプ。
シフト量：  音声サンプルなどの適当な時間単位（一般に１２５マイクロ秒）で表したシフト量。
【００２０】
再々同期化
ＤＳＰは許可期間Ｎを用いて再同期化事象後の全てのパケットを等間隔にするので、将来ＤＳＰが送る全てのパケットは許可機会にとってジャスト・イン・タイムで到着するはずである。しかし再同期化事象の後にいくらかのドリフトがあるので、滅多にはないが再々同期化が必要になることがある。このドリフトに対処するため、平均待ち時間ＷＡＶＥを連続的にまたは定期的に出力し、待ち時間許容範囲Ｔと比較し、ＷＡＶＥ＞Ｔの場合は更に再同期化を行う。その後はドリフトに従って、許可期間の許容範囲Ｔ以内に、すなわち、ケーブル・モデムが送るジャスト・イン・タイムで、パケットは再び到着する。
【００２１】
ガード・ゲート
別の実施の形態では、ケーブル・モデムは再同期化メッセージを実時間で送らないことがあり、および／またはＤＳＰは再同期化メッセージを受けても直ぐには調整しないことがあるので、複数のパケットが連続してケーブル・モデムに到着して、追加の再同期化事象をトリガすることがある。２つ以上の同じ再同期化メッセージを続けてＤＳＰに送らないようにするため、再同期化事象を一度トリガした後は、ＷＡＶＥとＴとを再び比較する前にケーブル・モデムは複数のパケットＳが来るのを待たなければならない。別の実施の形態では、これをガード・ゲート３０で実現する。
【００２２】
当業者が理解するように、本発明を実現するのに、ＤＳＰ／ケーブル・モデムのインターフェースに多くの変更を行うことができる。ここに開示した発明の概念の範囲内で多くの異なる実施の形態を行うことが可能なので、また法則の記述要件に従ってここに詳細に述べた実施の形態に多くの変更を行うことが可能なので、ここに述べた詳細は例であって制限するものではないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明の性質と特徴と利点をより良く理解するため、添付の図面を参照して詳細な説明を行う。
【図１】
従来の方式に係る、ＤＯＣＳＩＳ１．１ケーブル・モデムでのＤＳＰからケーブル・モデムへのパケット送信の図である。
【図２】
本発明の方法に係る、１パケット化期間しか必要でない再同期化の図である。
【図３】
本発明に係る、再同期化メッセージの例示の書式である。
【図４】
本発明の好ましい実施の形態に係る、再同期化の過程の例示の流れ図である。
【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004500758.tif 000018
2004500758.tif 000019
2004500758.tif 000020
2004500758.tif 000021
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【国際調査報告】
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