(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続指向の通信ネットワークのノードにおいて呼の受理を制御する方法であって、多数の呼接続を達成する時間間隔でノードのバンド幅使用の測定に依存してノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正する段階を含み、ノードのコネクション受け付け制御機能が多数の接続形式のそれぞれにバンド幅を割当てる実効バンド幅スキームを実行し、１以上のより高い層のコネクション受け付け制御機能がトラヒックの変動に応答して、所定のやり方でノードによって記憶された接続形式に実効バンド幅を修正する方法。
【請求項２】
バンド幅使用の測定がノードによって行なわれる請求項1記載の方法。
【請求項３】
バンド幅使用の測定が、関係する管理ネットワークのコンピュータ処理資源を使用してネットワーク管理レベルで行なわれる請求項１記載の方法。
【請求項４】
バンド幅使用の測定が第1の時間間隔において第2の層のコネクション受け付け制御機能の一部として行なわれる請求項１ないし３の何れか1項記載の方法。
【請求項５】
バンド幅使用の測定がさらに、第3の層のコネクション受け付け制御機能の一部として第2のより長い間隔で行なわれる請求項４記載の方法。
【請求項６】
バンド幅使用の測定を使用して、所定のやり方で接続形式間に実質的に分配された余剰または不足のバンド幅を判断する請求項１ないし５の何れか1項記載の方法。
【請求項７】
バンド幅の分配が、各接続形式と関係する中間バンド幅に基づいている請求項８記載の方法。
【請求項８】
通信ネットワークにおけるノードに対する呼受取り制御方法であって：
リンク上の多数の接続形式の実効バンド幅の和を維持する段階と；
多数の呼接続を達成する時間間隔でリンクの接続によって使用される実際のバンド幅を監視する段階と；
リンクに対する余剰のバンド幅を判断する段階と；
所定のやり方で接続形式間で余剰バンド幅を分配することによって各接続形式に割当てられる実効バンド幅を修正する段階とを含む方法。
【請求項９】
通信ネットワークが非同期転送モードネットワークである請求項１ないし８の何れか1項記載の方法。
【請求項１０】
遠隔通信ネットワークにおいて資源を管理するネットワーク管理デバイスは、多数の接続形式のそれぞれにバンド幅を割当てる実効バンド幅形式のコネクション受け付け制御機能を実行する関係するネットワークノードのバンド幅使用を測定することによってコネクション受け付け管理機能を実行する処理手段を含み、バンド幅使用測定は多数の呼接続を達成する時間間隔でバンド幅使用測定を行ない、処理手段は所定のやり方でノードによって記憶される接続形式に対して実行バンド幅を修正することによってノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正するようにされているネットワーク管理デバイス。
【請求項１１】
処理手段がメモリに記憶されている実行可能な命令を含み、この命令が余剰または不足のバンド幅を判断し、所定のやり方で接続形式間でバンド幅を分配し、続いて実効バンド幅の変更をネットワークノードへ伝える請求項１０記載のネットワーク管理デバイス。
【請求項１２】
バンド幅を多数の通信形式のそれぞれに割当てる実効バンド幅形式コネクション受け付け制御機能を実行する処理手段をもつネットワークノードを含み、さらに多数の呼接続を達成する時間間隔においてネットワークノードのバンド幅使用を測定し、所定のやり方でノードによって記憶される接続形式ごとに実効バンド幅を修正することによってノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正する処理手段をさらに含む通信システム。
【請求項１３】
遠隔通信ネットワークとインターフェイスしている管理ネットワークを含む請求項１２記載の通信システム。
【請求項１４】
遠隔通信ネットワークが非同期転送モードネットワークである請求項１３記載の通信システム。
【請求項１５】
管理ネットワークが、1以上の異なる長さの時間間隔でバンド幅使用を監視する実行可能な命令と、これに依存してネットワークノードのコネクション受け付け制御機能を変更する実行可能な命令でコード゛化された多数のメモリを含む請求項１３または１４記載の通信システム。
【請求項１６】
処理手段が、請求項１ないし８の何れか1項記載の方法の段階を行なう実行可能な命令でコード化される多数のメモリを含む請求項１２ないし１５記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、通信ネットワーク、とくに非同期転送モード(ＡＴＭ)ネットワークにおける呼の受取りの制御に関する。
【０００２】
従来技術
ＡＴＭは次世代の高速ネットワーク接続（コネクション）技術として一般的に認識されている。ＡＴＭは今日使用されている種々の電子通信媒体を種々のサービスを提供するネットワークのプラットフォームへ結合する。ＡＴＭは、要求に応じて多数の端末点間で接続をセットアップすることを含む接続指向ネットワークである。接続要求時には、ネットワークが新しい接続を受理し、そのサービス品質(ＱｏＳ)のパラメータを満たすか否かを判断しなければならない。このネットワークはさらに、ネットワークに既に存在している接続がＱｏＳの劣化を受けないことも保証しなければならない。コネクション受け付け制御((Connection Admission Control)、ＣＡＣ)はこのタスクを実行するアクセスＡＴＭスイッチの機能である。ＣＡＣは資源管理のできる各ＡＴＭスイッチの構成要素である。通常ＣＡＣは、接続された物理的リンクに対して権利をもっている各々および全てのＡＴＭ構成要素内のＡＴＭ層に位置付けられる。
【０００３】
ＡＴＭネットワークに対するＣＡＣ領域における先の研究は、１つの特定の接続要求に対して有効な決定を行う最適統計関数を規定することに集中していた。一般的にこれらの解は、トラヒック源を特徴付ける複雑な統計トラヒックモデルであると推定され、しばしばコンピュータ上の処理に集中してしまう。ＣＡＣは一般的にスイッチの範囲を越えたその他の知識をほとんどもたないＡＴＭスイッチ内の制御機能であると考えられる。
【０００４】
図１は、接続制御アルゴリズムが通常どのように表されるかを示している。ソース（源）はＣＡＣ2に接続の必要性、およびそれが使用することになるトラヒックの特徴を知らせる。これらのパラメータは宣言部3へ供給され、評価部４と通信して、ネットワーク上に置かれることになる歪みの明白な画像を得る。“コネクション受け付け制御”2はＣＡＣの構造上の詳細の境界を示している。多くの適応性およびインテリジェントアルゴリズムでは、ネットワーク測定を必要とすることが提案された。しかしながらＣＡＣはトラヒック契約のネゴシエーション中のみ活性であるので、この振舞いについての構造上の仕様が関与する余地はない。
【０００５】
音声、ビデオ、およびデータ接続の多重化は、同一の物理的チャンネルを共有するセルの流れのようなネットワークであると考えられる。トラヒックディスクリプタおよびＱｏＳ要件を知るには、ＣＡＣ機能はトラヒック契約を達成するのに必要な資源量を判断しなければならない。ＣＡＣは1つの資源：すなわちネットワークバンド幅のみを管理する。ＣＡＣの最も簡単な形態はピークレートの割当てである。これに関するアルゴリズムは、各接続のピークレートの和が最大利用レベル（百分率表示）にネットワーク容量を乗じたものより小さくなることを保証する。新しい接続要求はこの基準に基づいてのみ受理または拒絶されることになる。アルゴリズムはバーストスケールの輻輳(burst scale congestion)が生じないことを保証する。しかしながらセルスケールの輻輳は、セルレベルにおけるトラヒックのディスクリートな性質のために依然として発生することがある。これは、バッファリングを行なわないときに、セルの損失を導くことになる。適切な待ち行列技法を使用して、特定のスイッチ利用に対する特定のセル損失の可能性をより低減することを保証するようにバッファの大きさとすることができる。
【０００６】
ＣＡＣの別の形式には実行バンド幅スキームがあり、これはＱｏＳ契約に到達する接続に必要な最小バンド幅を示す各接続形式（ルックアップ表に記憶される）に対してバンド幅量を予め割当てるものである。ネットワーク上で新しい接続を許可できるか否かに関する質問は、単にリンク上で既に働いている全実効バンド幅を累積し、新しい接続の実効バンド幅を加え、それをリンク容量と比較することによって応答できる。このアプローチに関する問題は、バンド幅の実際の使用量とは無関係に、実効バンド幅の割当てがＱｏＳ契約が常に維持されることを保証するために、幾分控えめになる傾向があることである。これは受理される接続数を効果的に制限する。コンピュータ処理上より複雑な別の実効バンド幅スキームは、資源によって、および一定の数学的なトラヒックモデルを仮定することによって特定される多数のトラヒックパラメータに基づいて各個々の接続要求に対する実効帯域幅を計算するスキームである。統計的なマルチプレックス技術は実効バンド幅を判断するのに使用され、この実効バンド幅は源によって宣言される接続のピークレートと中間レートとの間の値になる。この統計マルチプレックス技術は、R. Guerin、H. Ahmadi、M Haghsinehによる論文（“Equivalent capacity and its application to bandwidth allocation in high speed networks”, IEEE Journal Selected Areas on Communications, 9(7); 968-981, September 1991）に詳細に記載されている。この実効バンド幅のアプローチに関する主な問題は、実際の源トラヒックパラメータが源の宣言に一致するか、または源の宣言が実行規制機構(policing mechanism)によって実行できるときしかＱｏＳを満足できないことである。
【０００７】
ニューラルネットワークおよびファジイ論理もＣＡＣアルゴリズムにとして提案され、これらの内容は多重化された資源の統計上の振る舞い(behaviour)を予測する試行をし、これを使用してセル損失レートを予測することである。到来する接続を拒絶するかまたは受理するかの判断は、目標値に対してこのセル損失レート予測を比較することによって行うことができる。ニューラルネットワークおよびファジイ論理はハードウエア内部で構成でき、（適応性ファジイ論理を）学習し、不完全なデータに対して実行できる。これらの属性によりニューラルネットワークおよびファジイ論理はコネクション受け付け制御にとくによく適するものとなるが、多様なＡＴＭトラヒック特徴およびＱｏＳ要件のために訓練するのが困難ではある。
【０００８】
ＣＡＣアルゴリズムを使用せずに、ネットワークのトラヒックの輻輳を防ぐ方法はない。しかしＣＡＣについての理想的なアルゴリズムは、生成するのが難しい。アルゴリズムはに変化し特徴を定めにくいトラヒック流に対して経験に基づく判断を行う必要がある。さらにＣＡＣはネットワークオペレータとユーザとの間で要求のバランスをとらなければならない；すなわちＣＡＣアルゴリズムはネットワークが効果的に働くように、しかもトラヒック契約においてユーザと合意したサービス品質を保証しなければならない。問題をより複雑にしているのは、幾つかの接続がセルの到着と到着との時間(inter-arrival times)に関して保証を必要とすることがあるということである。
【０００９】
上述の従来スキームではこの複雑さに対して次の２つの方法：すなわちＣＡＣ機能がネットワークを微視的にしか捉えられないと仮定することによって、およびトラヒックの振る舞いに関して仮定をたてることによって取り組んでいる。しかしながらＡＴＭは、当初から融通性のあるマルチサービスをネットワーク接続アーキテクチャとして設計され、ブランド付けをされ(branded)いるが、これらの既存のアルゴリズムは不適切な仮定を作り、結果的にバンド幅の有効的な使用を保証できない。
【００１０】
発明が解決しようとする課題
本発明の第１の態様にしたがって、接続指向の通信ネットワークのノードにおいて呼の受理を制御する方法であって、多数の呼接続を達成する時間間隔でノードのバンド幅使用の測定に依存してノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正する段階を含み、ノードのコネクション受け付け制御機能が多数の接続形式のそれぞれにバンド幅を割当てる実効バンド幅スキームを実行し、１以上のより高い層のコネクション受け付け制御機能がトラヒックの変動に応答して、所定のやり方でノードによって記憶された接続形式に実効バンド幅を修正する方法を提供する。
【００１１】
バンド幅使用の測定はノードそれ自体によって行うこともできる。しかしながらバンド幅使用の測定はノード設計を簡単にし、オーバーレイ形管理ネットワークの固有のコンピュータ処理資源を使用するので、ネットワーク管理レベルで行なわれることが好ましい。
【００１２】
さらに測定は第2のより長い時間間隔で第3の層のＣＡＣ機能として行われることが好ましい。より高いレベルのＣＡＣ層を追加してもよい。
【００１３】
バンド幅使用測定を使用して、所定のやり方の接続形式間に実質的に分配された余剰または不足のバンド幅を判断することが好ましい。バンド幅分配は、各接続形式に関係する中間バンド幅に基づくことが好ましい。
【００１４】
通信ネットワークはＡＴＭネットワークであることが好ましい。
【００１５】
本発明の第2の態様にしたがって、通信ネットワークにおけるノードに対する呼受取り制御方法であって：
リンク上の多数の接続形式の実効バンド幅の和を維持する段階と；
多数の呼接続を達成する時間間隔でリンクの接続によって使用される実際のバンド幅を監視する段階と；
リンクに対する余剰のバンド幅を判断する段階と；
所定のやり方で接続形式間で余剰バンド幅を分配することによって各接続形式に割当てられる実効バンド幅を修正する段階とを含む方法を提供する。
【００１６】
本発明の第3の態様にしたがって、遠隔通信ネットワークにおいて資源を管理するネットワーク管理デバイスは、多数の接続形式のそれぞれにバンド幅を割当てる実効バンド幅形式のコネクション受け付け制御機能を実行する関係するネットワークノードのバンド幅使用を測定することによってコネクション受け付け管理機能を実行する処理手段を含み、バンド幅使用測定は多数の呼接続を達成する時間間隔でバンド幅使用測定を行ない、処理手段は所定のやり方でノードによって記憶される接続形式に対して実行バンド幅を修正することによってノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正するようにされているネットワーク管理デバイスを提供する。
【００１７】
本発明の第４の態様にしたがって、バンド幅を多数の通信形式のそれぞれに割当てる実効バンド幅形式コネクション受け付け制御機能を実行する処理手段をもつネットワークノードを含み、さらに多数の呼接続を達成する時間間隔においてネットワークノードのバンド幅使用を測定し、所定のやり方でノードによって記憶される接続形式ごとに実効バンド幅を修正することによってノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正する処理手段をさらに含む通信システムを提供する。
【００１８】
通信システムは、遠隔通信ネットワークとインターフェイスする管理ネットワークを含むことが好ましい。
【００１９】
管理ネットワークはコンピュータメモリを含み、該コンピュータメモリは異なる長さの１以上の時間間隔でバンド幅使用を監視し、これに依存してネットワークノードのＣＡＣ機能を変更するコンピュータ実行命令でコード化されることが好ましい。
【００２０】
通信システムはＡＴＭネットワークを含むことが好ましい。
【００２１】
本発明ではコネクション受け付け制御を行うために多層式のアプローチを行う。好ましい実施形態では、簡単な線形のＣＡＣ機能はＡＴＭスイッチのようなノードに埋め込まれ、より長い期間の間トラヒックの変動を監視するオーバーレイ形ネットワーク管理層（レイヤ）によって与えられる適応性のより高レベルの制御機能によって修正できる。この技術は源の宣言に依存して、接続の実効バンド幅を判断しない。実際、実効バンド幅は各接続形式に予め割当てられ、実際のバンド幅使用を反映するように実質的に帰納的に修正される。新しい接続をネットワーク上で許可できるか否かといった質問には、リンク上で既に働いている全ての実効バンド幅を累積し、新しい接続の実効バンド幅を追加し、それをリンク容量と比較することによって簡単に応答することができる。
【００２２】
発明の実施の形態
ここで本発明の例を添付の図面を参照して詳細に記載することにする。
【００２３】
図２は、多数のＡＴＭスイッチ12（ネットワークノード）によってネットワーク全体で接続された多数のエンドステーションを含むＡＴＭネットワーク10を簡単に示す図である。接続セットアップ段階中に、源のエンドステーション11とネットワーク10との間に契約が確立される。その後ネットワークを通るルートがセットアップされる。資源（バンド幅）を管理する通路に沿って各ノードは、埋め込まれたコネクション受け付け制御機能13を使用してトラヒック契約を確認するために質問される。1つのノードが接続をルート設定できないといった通知を戻すと、ネットワークは他のノードを通る接続をルート設定するか、または接続を拒絶するかを決定できる。全てのＡＴＭ構成要素がＣＡＣ機能を含むわけではない。例えばＡＴＭクロス接続（図示されていない）のような簡単なＡＴＭ構成要素は接続をルート設定せず、したがってネットワーク資源を管理しない。さらに、１つのルートにおいて選択された特定のバーチャル通路接続（ＶＰＣ）内の中間ノード14：すなわちＶＰＣのエンドノード12もこれに含まれる。したがって図２に示したＶＰＣに対するエンド（アクセス）ＡＴＭスイッチ12のみがスイッチ構造内にＣＡＣを含む。
【００２４】
図３は、ＡＴＭネットワーク10の上に重なるネットワーク管理層20を示す。ネットワーク管理層20は、ＩＴＵ−Ｔによって規定される遠隔通信管理アーキテクチャに基づく別々であるが接続されたデータ通信ネットワークである。ネットワーク管理層20は実質的なコンピュータ処理資源をもち、全体的なネットワークから情報を受取る。本発明のこの例では、このコンピュータ処理能力を、例えば帰納的な技術を使用するネットワークの動作(performance)に関係する情報と組合せて、より長い期間におけるトラヒックのトレンドを識別し、次に何らかのやり方で適切なアクセスＡＴＭスイッチ12のＣＡＣ動作を修正して、有効バンド幅の使用を向上する。これはネットワーク10に対して認められた呼数を最大化し、一方で呼のサービス品質（ＱｏＳ）を維持するために行なわれる。ネットワーク管理層20は個々のＡＴＭスイッチの測定されたバンド幅使用に基づくだけでなく、他のネットワークノードからそれに伝えられた情報を使用することによってもこれを達成することができる。
【００２５】
後で詳細に記載するように、ネットワーク管理層20を使用して、短期間、すなわち数分間、および長期間、すなわち数時間トラヒックトレンドを識別することによってバンド幅効率を向上する。簡単な実効バンド幅の線形ＣＡＣはＡＴＭスイッチ12（第1の層ＣＡＣ）に準備され、一方で適応性ＣＡＣアルゴリズムはネットワーク管理層20（第2の層ＣＡＣ）のソフトウエア内に準備され、ネットワーク管理層20では多数の呼接続を達成する短期間のトラヒックの変動に応答する。ネットワーク管理層20はさらに、長期間の間トラヒックの変動を測定して、所定のやり方で第2の層の適応性ＣＡＣ機能を修正することによって別のＣＡＣ管理機能（第3の層のＣＡＣ）を準備できる。第3の層のＣＡＣは第2の層の適応性ＣＡＣアルゴリズムを別のより適切なアルゴリズムと全体的に置換する能力を含むことができる。この多層ＣＡＣのアーキテクチャは図４および５に模式的に示した。
【００２６】
第1の層のＣＡＣにおいて実行される線形の実効バンド幅スキームでは、接続に必要な最小量のバンド幅が分かっている各接続形式にバンド幅を与え、そのＱｏＳ契約を達成する。新しい接続を許可できるか否かの質問には、リンク上で既に働いている全ての実効バンド幅を累積し、新しい接続の実効バンド幅を追加して、それを新しい容量と比較することによって簡単に応答することができる。
【００２７】
図４に示したように、ＡＴＭスイッチ12はメモリデバイス21を含み、メモリデバイス21では線形実効バンド幅ソフトウエア（第1の層のＣＡＣ）を記憶し、さらに現在の実効バンド幅のデータベースを接続形式、例えば言語、ビデオ、などに与える。後で詳細に記載されるように、各実効バンド幅の記憶された値は第2の層の適応性ＣＡＣによって定期的に更新されて、スイッチ12の効率を向上する試行をする。第2の層の適応性のＣＡＣ機能は、メモリデバイス22内に１以上のＣＡＣアルゴリズムを記憶しているネットワーク管理層20によってソフトウエア内で実行される。第2の層の適応性ＣＡＣアルゴリズムは帰納法を使用して、余剰または不足したバンド幅を分配することによってＡＴＭスイッチ12によって記憶された各接続形式に割当てられた実効バンド幅を修正する試行を行う。これは後で詳細に記載する。
【００２８】
メモリデバイス22にソフトウエアとして記憶された第2の層のＣＡＣアルゴリズムは適応性があり、過去に集められた情報を使用して、現在の振る舞いを規定する。とくに第2の層のＣＡＣアルゴリズムはネットワークにおける変更を考慮し、それらを適応するように処理しなければならない。特定のネットワーク測定を使用して、アルゴリズムの組として新しい実効バンド幅を変更するので、この適応性はアルゴリズムそれ自体からはあまり得られない。第2の層の適応性ＣＡＣの中心的な発想は非常に簡単であり：接続形式の実効バンド幅を、接続形式に必要な実際のバンド幅に設定する試行をする。接続形式の実行バンド幅が変化するとき、その形式の接続は幾分認められることになる。例えば接続形式の実効バンド幅の増加後、個々のＶＰＣにおけるより大きいバンド幅が新しい接続に要求される。これはＶＰＣにおいて認められる接続を効果的により少なくする。
【００２９】
第2の層のＣＡＣアルゴリズムは2つの状態をもち；ＡＴＭスイッチ12へ接続されたＶＰＣをモニタするか、またはメモリデバイス21内のスイッチ12に対して規定された接続形式の実行バンド幅を変更する。２つの状態の間の時間間隔は特定されるか、または他の時間間隔に設定することができる。アルゴリズムは慎重に進められ；接続によって生じるセル損失を能動的に監視し、セル損失がアルゴリズムの演算によるとき、後退する試行をする。状態変更中、後退するのに使用できる情報が記憶される。セル損失が高く維持されるとき、アルゴリズムはさらに前の状態に後退する試行を行う。さらに前の状態が規定されないときは、要求され、それらを実行する実効バンド幅の変化を計算するだけである。
【００３０】
実効バンド幅を変更するために、アルゴリズムは次の段階を実行する：
１．セル損失変更を判断する：
セル損失はＶＰＣの実際の使用を反映するように連続的に変化するので、静的な変数ではない。ＶＰＣのトラヒックが不確定であるという性質は、セル損質量の変動が小さく、アルゴリズムによって無視されるべきであることを意味する。バーストよりも何倍も大きい時間フレーム内の大きい変動は、第2の層の適応性ＣＡＣアルゴリズムの一部における間違った判断を示す。ｔｎは現在の時刻を示し、ｔｎ−１は変化が実効バンド幅を変更した最後の時刻を示す。ε(t)は時刻ｔにおけるＶＰＣのセル損失をモデル化し、εｃはそのＶＰＣに対するセル損失の目標である。Δはネットワーク管理層によって設定することができるパラメータである；ｔｎとｔｎ−１との間の最大の許容されたセル損失の増加をモデル化する。
【００３１】
【数１】
0003917366.tif 000002
【００３２】
式（１）はセル損失における許容可能な小さい正の変動をモデル化し、一方で式（２）は困難な目標を設定する。測定されるセル損失がこれらの式に合わないとき、アルゴリズムは実効バンド幅を時間内の幾つかの先行する点で受取り可能な値に設定する。ネットワークトラヒックの振る舞いは、それに対して働く幾つかの他のネットワーク管理機能によって変化することがあることに注意されたい：実効バンド幅を変更して、ある先行した状態で許容可能な値に戻しても、セル損失の状態が全く変化しないことがある。２つの条件がこのフレームで満たされないときは、最後のフレームで行なわれる変更が成功していたのである。ここで実効バンド幅の正確な設定が変更され、ｔｎに記録された実効バンド幅の組を含むこととされる。両方の式（１）および（２）の両方が現在の状態で保持されるときのみアルゴリズムは次の段階へ進む。すべての接続形式に対して最適な実行バンド幅となるものがあると仮定されると、式（２）をより厳格にすることができる：
【数２】
0003917366.tif 000003
【００３３】
２．余剰バンド幅を判断する：
余剰バンド幅は実際のバンド幅によって使用されない割当てられた実効バンド幅の量である。本質的には余剰バンド幅は、最適な場合に到達するように変更される合計の割当てられた実効バンド幅である。Ｔ（ｔｎ）は時間間隔［ｔｎ−１，ｔｎ］で行なった時刻点の組とする。Ｋ（ｔｎ）はＴ（ｔｎ）内の要素数を表し、ｘｊ(t)は時刻ｔに置ける接続数Ｊの瞬間のバンド幅である。余剰分および合計の割当てられた実効バンド幅の変更量は次に示す通りである：
【数３】
0003917366.tif 000004
【００３４】
式の２つの異なる実行の間にある時間量を示す時間間隔［ｔｎ＋１，ｔｎ］は現在の接続を終了するのに十分に大きくなることに注意すべきである。ある接続形式の割当てられた実効バンド幅は接続のセットアップ時にのみ使用される。時間消費の監視が、古い接続を終了して新しい接続を設定することを許さない値に設定されると、式の最後の実行中に設定されたパラメータはまだ効果をあげていない。別の重要な概念は、γ(t)が正と負の両方とも可能なことである。
３．ストリームの実効バンド幅を変更する：
アルゴリズムの先の段階では、使用し過ぎたバンド幅の量を低減するか、または未使用のバンド幅の量を低減するために変更されなければならない合計のストリームの実効バンド幅量を与える余剰分γ(t)を規定する。合計のストリームは、異なる形式である可能性の高い幾つかの接続を使用して構築される。トラヒックの変動のために、ストリームの正確なセル構成は分からず、したがって何らかの近似値を生成することが必要である。この例におけるアプローチは、割当てられた中間のバンド幅を反映するように接続形式間で余剰を分配することである。
【００３５】
Ｍｔは接続タイプｉに対する中間バンド幅であり、Ｍ(t)は時間ｔにおける合計の割当てられた中間バンド幅である（式(５)参照）か、―または合計の割当てられた実効バンド幅（式（６）参照）である。ｎは接続形式の合計数である。Ｂｉ(tｔ）を使用して、接続タイプｉに対する結合されていない新しい実効バンド幅を記憶する：
中間バンド幅を使用して分割すると：
【数４】
0003917366.tif 000005
【００３６】
実効バンド幅を使用して分割すると：
【数５】
0003917366.tif 000006
【００３７】
式（６）および（７）から分かるように、Ｍ(t)は分配キーとしてのみ使用される：したがってその数値は全てのＢｉ(tｎ)が余剰バンド幅の実際の分割まで加える限り、あまり重要でない。結合された実効バンド幅は次のようにすべきである：
【数６】
0003917366.tif 000007
【００３８】
ここでＰＣＲｉは接続形式ｉに対するピークセルルートを、ＳＣＲｉは接続形式ｉに対する維持可能なセルルートを、３ｉ（ｔｎ）は接続形式ｉに対する時間ｔｎでの割り当てられた全実効帯域幅を示す。
【００３９】
別のアプローチは異なる接続形式間で余剰を線形に分配することである。例えば、５０の接続があるとき、各接続形式はγｉ(tｎ)／５０によって変更しなければならない。しかしながらこの分配は大きさの概念を完全に無視するので、異なる多くの接続形式があるときは適切ではない。ビデオ接続および音声接続の両方は、例えばビデオが予め２Mbpsに設定され、音声が０．０６４Mbpsに設定されているとき、０．１Mbpsの増分を得ることができる。
４．個々の変化を判断する：
実際のＣＡＣの入力パラメータは各ノードごとに制御される。リンク、ＶＰＣ、および個々の接続は双方向性である。各方向の実効バンド幅は、各ＶＰＣのエンドポイントに置かれた2つの第2の層の適応性ＣＡＣ機能によって計算され（図２参照）、次にこれらの２つのＣＡＣ機能は異なる実効バンド幅で通信する。特定の接続形式についてのこれらの２つの実効バンド幅の最大値が選択され、各第2の層の適応性ＣＡＣによって記憶され、将来の計算で使用される。
【００４０】
メモリデバイス23に記憶された第3の層のＣＡＣ機能の主な目的は、長期間のトレンドを―数時間のオーダで―識別し第2の層のＣＡＣ機能を正確に実行する。この層（レイヤ）は、ＡＴＭネットワークまたは全体的なネットワーク内の多数のスイッチから、異なる接続形式の実効バンド幅の変動についての全体的なイメージへと、情報を相互に関係付ける責務を負う。
【００４１】
第3の層のＣＡＣの機能は次の通りである：
（ｉ）新しいかまたは異なるネットワークの使用を識別する。全体のＣＡＣ管理は、使用されたバンド幅と割当てられたバンド幅とを整合することに密接に関係するので、最上部のネットワーク管理ソフトウエア機能はネットワーク内の臨界点か、または時間の経過にしたがってこれらの点の移動を識別する。トレンドは、例えば一定のＶＰＣが、日または週の特定の時間中に他のＶＰＣの形でバックアップを行うことができることを示す。この情報を使用して、第２の層のＣＡＣアルゴリズムを進めることができる。
【００４２】
（ii）より低いＣＡＣ層を構成／設定する。新しいノードがネットワークに追加されるか、またはネットワークがちょうどオペレーションの実行を開始したとき、各ノードは第2の層の適応性ＣＡＣ機能と対をなす必要がある。幾つかの第2の層も多数の入力パラメータを必要とする。これらのパラメータは妥当なデフォルトに設定される必要がある。全てのこの機能は第3の層のＣＡＣによって制御される。
【００４３】
（iii）欠陥のあるハードウエアまたはソフトウエアを識別する。特定の時間間隔中に2番目に最適な実行レベルを実行する特定のＡＴＭスイッチは、正規の欠陥保護方法によって認識できない。このハードウエアに関する問題は、さらにこの時間間隔に制約される特定のトラヒックの振る舞いのために発生する。既に記載したように、第2の層のＣＡＣアルゴリズムは、正確に動作するための有効な入力パラメータを必要とする１つのソフトウエアである。誤った入力パラメータは不適当な振る舞いを導くことになる。第2の層のＣＡＣは単に、その実行中にバグをもつことがある。第3の層のＣＡＣはこれらの問題を識別するようにされ、影響された構成要素を取り除くことができる。１つの第2の層のＣＡＣアルゴリズムを取り除いて、その場所に別のものを入れることができる。
（iv）２つの組のネットワーク要素を比較する。最後に、実効バンド幅はネットワーク要素の最も重要な属性の１つである。第3の層のＣＡＣ管理機能は、一定の期間において2つの組のハードウエアまたはソフトウエアを比較し、それらの実効バンド幅を比較することができる。多数の第2の層のＣＡＣスキームは、例えばネットワーク全体で同時に試行できる。
（ｖ）直接的な手段によってネットワーク効率を向上する。第3の層のＣＡＣ管理機能の主な機能は、より長い期間において接続の実効バンド幅の振る舞いを監視することである。例えば接続形式の実効バンド幅がオシレートするとき、第3の層のＣＡＣ管理機能はそれを中間値に設定することができる。
【００４４】
第2の層のＣＡＣアルゴリズムは、定期的に接続の実効バンド幅を変更する。これらの変更は第3の層へ伝えられ、第3の層では別の解析を受けることになっている。トレンドを識別し、次にこのトレンドを使用して第2の層のＣＡＣアルゴリズムの収束を速め、オシレーションを検出および除去することができる。到来するデータは、キュービックスプライン（曲線に最適の三次式）の近似値を使用して決定論的な情報から実際の情報へ変換することができる。この変換によって、他の機能をデータに適用することができる。
【００４５】
第1の段階では、2つの組の実効バンド幅が各組の中に同じ比の差をもつとき、類似していると宣言される。この組は時間方向に正規化されて、この比較を可能にすることに注意すべきである。トレンドは識別されると、次の表１に示したトレンドデータベースへ入力される。
【００４６】
【表１】
0003917366.tif 000008
【００４７】
第2の層のＣＡＣは常に最適な（ローカルな）実効バンド幅を探している。アルゴリズムはゆっくりと個々の接続形式に最適な実効バンド幅で収束する。接続形式の周知のトラヒックの振る舞いを使用して、この収束プロセスを速めることができる。第2の層のＣＡＣが反応性のプロセスであると仮定すると、点ｔｎにおける計算された最適値は実際には点ｔｎ−１の最適値となる。その理由は最適値を構成するのに使用されるデータがｔｎとｔｎ−１との間に集められるからである。図６はＶＰＣｎの最適値をＶＰＣｍの最適値としてどのように使用できるかを示している。２つの実効バンド幅間の関数で最初に符合した後、ＶＰＣｍに対する最適な実効バンド幅は、同じ状況でＶＰＣｎに対して先に計算された最適な実効バンド幅を使用して設定される。
【００４８】
トレンドを使用して、収束を高めることは、トレンドが収束しないときは全く役に立たない。各接続形式はノードごとに独立していると考えられる。各接続形式ごとに、制御点として最後の８つの計算された実効バンド幅点を使用してキュービックベジアスプライン(cubic bezier spline)（曲線に最適の三次の数式）が設定される。次にこのスプラインを微分して、勾配情報が得られる。微分関数のサイン解析は、関数が振動しているか否かを確立することができる。イエスのときは、積分されたスプラインを使用して振動におけるハンプ(hump、こぶ)を計算することができる。これらのハンプを相互に比較して、何れのタイプの振動を処理しなければならないかが分かる。振動が識別されるときはいつでも、振動を記述しているトレンドがデータベースから取り除かれれる。新しい最適値、すなわちトレンドが振動している値は、ネットワーク内に設定されて、振動を停止しようとする。
実験
この段落で定義される各実験では、図７に示したネットワークの設定が使用される。各実験は、２つの場合；すなわち多層ＣＡＣ管理システムがディスエーブルされる場合と、イネーブルされる場合における、シミュレーションの仕様についてのシミュレーション結果を示す。図に記載した“保留とされたバンド幅(reserved bandwidth)”という用語は、ＶＰＣが物理的リンクの保留とされたバンド幅を指す。したがってこの予約されたバンド幅はつねに１００Mbpsである。
実験  １
第１の実験は第２の層の適応性ＣＡＣアルゴリズムを試験するように設計された。
仕様
ＶＰＣ１は８００のユーザで飽和し、全てのユーザの呼パターンにおける呼接続は形式CxType1である。これらのユーザはNODE０から呼を行い、NODE１に到達しようとする。接続形式のバーストプロフィールは図８に示した。バーストは2つの交互の状態で生じる。各状態では、バーストはピークおよび中間のセルレートで切捨てられた負の指数関数分布から生成される。接続は平均継続時間は１００秒で、相互に１０秒内で到達する。シミュレーションは2時間続く。
【００４９】
第2の層の適応性ＣＡＣは１５０秒間をデータ収集に費やすように設定され、ソフトセル損失制限は１０００のセルに設定され、ハードセル損失限界は許容最大値として毎ナノ秒ごとに１セルを損失すると設定された。この接続形式の最初の実効バンド幅は前送り方向に５００Kbpsに設定される。適応性ＣＡＣが通常接続形式を設定した実効バンド幅は、常にその接続形式のピーク値と中間値との間にあるので、この振る舞いはこの実験ではディスエーブルとされ、アルゴリズムの収束に関するより総合的な研究を可能にする。
【００５０】
接続形式CxType1の実効バンド幅の初期値は前送り方向の接続の割当てを必要値よりも高額とする。ネットワークはこの接続が５００Kbpsを占めると予測するが、ピークレートで３００Kbpsのみしか占めない。最初の１５０秒後、適応性のＣＡＣは多くのバンド幅は割当てられても、未使用のままであることが分かる。これにより動作が開始され、接続形式CxType1の実効バンド幅をより低い値に変更する。アルゴリズムをｎ回反復した後、最適値は接続形式CxType1のバーストプロフィールの特定のピークレートと中間レートとの間でなければならない。
【００５１】
図９は、多層ＣＡＣインターフェイスのない(NO-MAC)ネットワークシミュレーションの結果を示す。使用された実際のバンド幅量は約３０％であり、バンド幅容量の７０％は割当てられていても、未使用のままであることが明らかである。図１０は、イネーブルされた多層ＣＡＣと同じシミュレーションを示す。なお図１０はさらに、修正された接続形式の実効バンド幅も示す。ネットワーク内の未使用の割当てられたバンド幅を低減するために、接続形式1の実効バンド幅の大きさを明らかに小さくする。シミュレーションの終了に向って、この実効バンド幅は安定されずに、１６０Kbps以下に落ちていく。直観値は１７５Kbpsであるので、この結果は最初は予測してなかった。しかしながら異なる接続間で到達するまでの間の時間を考慮に入れると、最適値は１５７．５Kbpsであると計算できる。
【００５２】
次の表2は、比較の要約を示す。データが１０秒間隔で集められ：使用された合計バンド幅の概略的な推定値を与えていることに注意されたい。この表から、実際のバンド幅使用は、多層ＣＡＣ(MCAC)がイネーブルされるときに著しく向上することが明らかである。それにしたがって接続数が増加する。ここでNO-MACはMCACの否定であり、MCACが結果についてイネーブルとされていないことを意味する。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
実験２
第2の実験は、第2の層の適応性のＣＡＣは実効バンド幅の変化を分配するやり方を試験するように設計された。アルゴリズムがデータ収集時間を費やした後で、データは全体的なストリームにおいて割当てられた実効バンド幅の余剰分を定義するのに使用できる。この余剰分は、接続形式の実効バンド幅に対する個々のバンド幅変更へ変換しなければならい
３つの異なる接続形式を多数の異なるユーザにＶＰＣ1上で同時に使用した。シミュレーション中に1回だけ、２０のユーザはビデオ会議の接続形式を使用し、２００のユーザはビデオ接続形式を使用し、別の２００のユーザは正規の電話接続形式を使用する。接続形式名はかなり任意に接続され、接続形式名は一定のトラヒックの振る舞いを含まないことに注意したい。バーストプロフィールおよび呼の振る舞いは次の表３、４、および５に示した。トラヒックパラメータは相当にバーストするようにセットアップされて、さらにアルゴリズムのエラー強さを試験する。ここでμＬＥＮは秒で表わした長さであり、ＰＣＲはピークセルレート（セル／秒）であって、ソースはこれを超えることはない。またＭＣＲは最小セルレート（セル／秒）であり、ソースはいつも送れるレートである。
【００５５】
【表３】
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【００５６】
【表４】
0003917366.tif 000011
【００５７】
【表５】
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【００５８】
ここでμＣＡＬＬＥＲはあるときの呼の数であり、ＣＵＭＵＬＡＴＩＶＥ（蓄積）は各実験結果の累和を示す。
【００５９】
実験１に関して、適応性のＣＡＣはデータ収集に１５０秒を費やし、ソフトセル損失制限は１０００セルであり、ハードセル損失制限はナノ秒あたり1セル損失である。個々の接続形式の最初の実効バンド幅は、バーストプロフィール内に規定された持続可能なバンド幅に設定される。実験1において予めディスエーブルされた実効バンド幅の振る舞いは、ここで実行され、イネーブルされる。
【００６０】
図１１はイネーブルされた多層ＣＡＣのないネットワークシミュレーションの結果を示す。図１１は個々の接続形式の実効バンド幅の推定値が低すぎることを非常に明白に示している。シミュレーション全体で使用された実際のバンド幅は、割当てられたバンド幅よりも約２０Mbpsよりも多い。図１２は多層ＣＡＣがイネーブルされている同じシミュレーションを示す。実効バンド幅曲線は実際のバンド幅曲線上でゆっくりと収束する。トラヒックのバーストは、個々の接続形式の最適な実効バンド幅のコンピュータ処理をより複雑にする。図から分かるように、実効バンド幅の増加は、トラヒックのバースト効果によって到達するまでの時間が超過することを示す。電話接続の変更を示したが、電話接続と他の接続形式の間の大きさの差のために無視するのは難しい。電話接続の実効バンド幅は、他の接続によってかなり早期にピークセルレートに設定される。次の表６は累積要約(cumulative summary)を示す。
【００６１】
【表６】
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【００６２】
実験３
第3の実験は接続形式が突然トラヒックの振る舞いを変更したときに帰納的なアルゴリズムがどのように反応するかが分かるように計画された。この実験は主として、帰納的なＣＡＣアルゴリズムの融通性を試験することを意図したものである。
【００６３】
実験2のように、3つの異なる接続形式をＶＰＣ上で使用した。シミュレーション中に1度、平均して１０のユーザはケーブルテレビジョン1と接続を設定し、２０のユーザはビデオ会議に参加し、別の２０のユーザはケーブルテレビジョン2を使用する。ビデオ会議接続は、極めてバースト状に設計されて、モデリングをより難しくする。ケーブルテレビジョンの接続形式は、最初の９０秒間は同じである。このケーブルテレビジョンの接続形式は、２Mbpsのバンド幅を要求する接続形式である。最初の２００秒の後、ケーブルテレビジョン２の接続形式は定ビットレート（ＣＢＲ）源から可変ビットレート（ＶＢＲ）源へ変化する。ケーブルテレビジョン２は突然バンド幅をより狭くすることを必要とするが、そのピーク要件のバンド幅は正規のケーブルテレビジョン１の接続のバンド幅よりも大きい。
【００６４】
実験２に示されているように、シミュレータが正規に動作する前に、シミュレーションパラメータを大きくするように変更しなければならない。これらは表７ないし９に示した：
【表７】
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【００６５】
【表８】
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【００６６】
ここでμＤＵＲＡＴＩＯＮは開始（設定、ＣＡＣ、判断）から終了（ブレーク）までの呼の平均継続時間、またμＩＡＴは平均到達時間（到達時間はリンク上の継続する呼間の時間である）。
【００６７】
【表９】
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【００６８】
図１４および１５は、多層のＣＡＣをイネーブルしていないネットワークシミュレーションの結果を示している。図１６および１７は、多層のＣＡＣがイネーブルされているときの結果を示す。図示されているように、接続形式の実効バンド幅はゆっくりと低減し、実際のバンド幅の振る舞いに整合する。図１８は最も明白な振動している実効バンド幅のケーブルテレビジョン１を示す。この表示は、第3の層のＣＡＣのスプラインの近似関数を使用して行なわれ、収束していても、振動している振る舞いを示す。次の表１０はシミュレーション結果の要約を示す：
【表１０】
0003917366.tif 000017
【００６９】
実験から、第2の層の機能における適応性ＣＡＣアルゴリズムが正確に働いては、これがＶＰＣの余剰または不足を設定でき、バンド幅使用を最適化するために、接続形式の実効バンド幅を修正できることが分かった。バースト状態の資源と実効バンド幅、すなわち到達するまでの時間と実効バンド幅との間の理論的リンクは、実験１および２において設定された。バースト状態の増加は実効バンド幅の増加を意味し、到達するまでの時間の増加は実効バンド幅の低減を示す。トラヒックの振る舞いをモデル化する適応性の帰納的なアプローチは、統計的なトラヒックモデルに対する人為的なインテリジェンス技術の他に有効な代替技術があることを示している。第2の層のＣＡＣアルゴリズムの適応性は、必要が生じたときに新しいサービスを処理することが示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一般的なＣＡＣアーキテクチャの模式図。
【図２】  ＡＴＭネットワークを簡単にした例の模式図。
【図３】  ＡＴＭネットワークと管理ネットワークとの間のインターフェイスの模式図。
【図４】  本発明にしたがうＣＡＣをもつＡＴＭスイッチと管理ネットワークとの間のインターフェイスを示す模式図。
【図５】  本発明の多層ＣＡＣの要素間の関係を示す模式図。
【図６】  どのように１つの接続形式のトレンドを使用して、同じ形式の別の接続の収束を速度を高めることができるかを示すグラフ。
【図７】  多数の経験を行うネットワークシミュレータで使用されるネットワークのセットアップを示す模式図。
【図８】  シミュレータによって使用される接続形式のバーストプロフィールを示すグラフ。
【図９】  多層ＣＡＣがイネーブルされている実験１のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１０】  多層ＣＡＣがイネーブルされている実験１のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１１】  多層ＣＡＣがディスエーブルされている実験２のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１２】  多層ＣＡＣがイネーブルされている実験２のットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１３】  多層ＣＡＣがディスエーブルされている実験３のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１４】    多層ＣＡＣがディスエーブルされている実験３のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１５】  多層ＣＡＣがイネーブルされている実験３のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１６】  多層ＣＡＣがディスエーブルされている実験３のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１７】  多層ＣＡＣがディスエーブルされている実験３のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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