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JPH11225150A - 統計的多重化方式と動的音声符号化方式とを用いるパケット音声システムにおける呼認定のための方法 - Google Patents

統計的多重化方式と動的音声符号化方式とを用いるパケット音声システムにおける呼認定のための方法

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JPH11225150A
JPH11225150A JP31527098A JP31527098A JPH11225150A JP H11225150 A JPH11225150 A JP H11225150A JP 31527098 A JP31527098 A JP 31527098A JP 31527098 A JP31527098 A JP 31527098A JP H11225150 A JPH11225150 A JP H11225150A
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    • H04L12/54Store-and-forward switching systems 
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    • H04L12/5601Transfer mode dependent, e.g. ATM
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    • H04L2012/5653Cell construction, e.g. including header, packetisation, depacketisation, assembly, reassembly using the ATM adaptation layer [AAL]
    • H04L2012/5656Cell construction, e.g. including header, packetisation, depacketisation, assembly, reassembly using the ATM adaptation layer [AAL] using the AAL2
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、統計的多重化方式と動的音声符号
化方式とを用いるパケット音声システムにおける呼認定
のための方法を提供するものである。 【解決手段】 AAL2/SSCSパケット音声システ
ムは、音声パケットやファクス・パケットやデータ・パ
ケットを含んでいる種々の形態の音声帯域トラヒックを
仮想回路(VC)で多重化する。AAL2/SSCSパ
ケット音声システムは、VCに対する新しい呼を認定す
るかどうかについて決定する際に、呼タイプを考慮する
動的呼認定アルゴリズムを実行する。特に、この手法は
異なる呼タイプに対する異なる帯域幅の必要性を考慮し
ている。AAL2/SSCSパケット音声システムは、
ビット又はブロック・ドロップも音声パケット上で実行
して、トラヒック輻輳の影響を緩和する。ビット又はブ
ロック・ドロップは、少なくとも1つの待ち行列・スレ
ッショルドを越えるパケット・待ち行列充填値に基づい
て行われる。更に、AAL2/SSCSパケット音声シ
ステムは、容量の関数として待ち行列・スレッショルド
も動的に変える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に通信に、特に、
パケット音声を送る通信システムに関する。
【0002】
【従来技術】非同期転送モード(ATM)ネットワーク
は、ATMで搬送されているアプリケーションと関係な
しに、ネットワーク内で固定サイズのセルを搬送する。
ネットワーク端又は末端装置で、ATM適応層(AA
L)は、ATMネットワークが提供するサービスを、ア
プリケーションで要求されたサービスに対応させる。い
くつかの業界基準があり、提案された基準が種々のAA
Lをカバーしている。特に、ITU−Tの1996年1
1月の試案的な勧告I.363.2“B−ISDN A
TM適応層タイプ2仕様”(ここではAAL2と呼ぶ)
は、パケット音声システムとしてのアプリケーション
に、僅かな遅延性反応パケットの効果的なATMトラン
スポートを提供する。AAL2は、2つのサブレイヤ、
共通部サブレイヤ(CPS)とサービス指定集中サブレ
イヤ(SSCS)とに分けられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】AAL2/SSCSパ
ケット音声システムでは、ITU−T標準埋込ADPC
M G.727(以降、G.727と呼ぶ)に従ってコ
ード化した音声のピーク要求当初帯域幅は、32,00
0ビット/秒(32kb/s)である。しかし、他のタ
イプの音声帯域タイプ・トラヒックも、音声自体のほか
に、このシステムで搬送される。例えば、9.6kb/
sの一般的な帯域幅を要求するG3ファクシミリ(ファ
クス)を伝送できる。また、データ・トラヒックは、5
6kb/sモデム技術のケースで64kb/sの必要な
帯域幅で搬送できる。
【0004】その結果、AAL2/SSCSパケット音
声システムは、種々のトラヒック・タイプを発信ATM
仮想回路(VC)パイプに多重化し、それは、ATMサ
ービス規準、例えば、ATMコンサルタント・ビット・
レート(CBR)、ATMリアルタイム変数ビット・レ
ート(rt−VBR)に従う固定帯域幅割当となってい
る。(この帯域幅は、一般的に固定状態又は静止状態で
あり、VCのセットアップ時に遠方のATM終点で折衝
される)。いちどVCがセットアップされると、新しい
呼が、呼認定アルゴリズムに準じてVCに対して認定さ
れる。この呼認定アルゴリズムでは、全てのトラヒック
が1端で単一形態で処理される。新しい呼は、各々VC
の呼の今の数を所定の呼スレッショルド値と比較して、
単純に認定される。呼の今の数がこの呼スレッショルド
値より小さい場合、新しい呼が認定される。そうでない
場合、新しい呼がブロックされる。
【0005】残念なことに、新しい呼がパイプに認定さ
れると、トラヒック・ロードでは、ビット・ドロップ又
は全体的なAAL2音声パケットのドロップのような音
声トラヒックのための輻輳解除アルゴリズムを使用する
必要が生じる。(音声トラヒックだけ輻輳を解除するた
めに抑えられ、非音声トラヒックは輻輳解除を提供する
ためにパケット・ドロップの対象にならないことが仮定
されている)。例えば、輻輳が発生し始めると、音声パ
ケットは、待ち行列又はバッファで伝送するために典型
的には待ち行列にされる。これらの待ち行列化した音声
パケットの数が所定のスレッショルドを越えると、音声
トラヒックのためのビット・ドロップが、例えば、G.
727に従って発生し始める。輻輳が続いて悪化する
と、AAL2音声パケットの全体がドロップする。(ま
た、前述のスレッショルドが小さすぎると、ビット・ド
ロップが非常に早期に発生し、前述のスレッショルドが
大きすぎると、ビット・ドロップが非常に遅く発生す
る。この後者のケースでは、ビット・ドロップが発生し
始めた時間によって既に生じていた大きなパケット遅延
のために(G.727に関して)ビット・ドロップから
得る利点が小さくなるか全くなくなることに注目すべき
である)。
【0006】
【課題を解決するための手段】前述の問題点を鑑みて、
我々は、単一の形態で全ての呼を処理する呼認定制御方
式が、付随する輻輳作用により、過度に少ない呼又は過
度に多い呼を認定すると、容量に余裕があっても、一部
の呼をブロックすることに気づいた。このように、我々
は、呼認定制御方式が、効果的な帯域幅管理を呈するた
めに、異なる呼タイプを考慮すべきことに気づいた。特
に、本発明に従って、呼認定が呼タイプの関数として動
的に行われる。
【0007】図示する実施例では、AAL2/SSCS
パケット音声システムは、音声パケットやファクス・パ
ケットやデータ・パケットを含めた種々の形態の音声帯
域トラヒックを仮想回路(VC)に多重化する。このA
AL2/SSCSパケット音声システムは、VCに新し
い呼を認定するかどうかについて決定する際に、呼タイ
プを考慮する動的呼認定アルゴリズムを実行する。特
に、この手法は、異なる呼タイプに相応する異なる帯域
幅の必要性を考慮している。
【0008】本発明の特徴に従って、少なくとも1つの
待ち行列・パラメータが容量(又はリンク帯域幅)の関
数として動的に変わる。待ち行列・パラメータの一例が
スレッショルドである。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を説明する前に、ATM適応
層(AAL)特にAAL2のある背景情報について述べ
る。
【0010】ATMネットワークは、ATMで搬送され
ているアプリケーションに関係なしに、ネットワーク内
で固定サイズ(53オクテット)のセルを搬送する。ア
プリケーションを固有プロトコル・モードでサポートす
るために、ネットワーク端のターミナル・アダプタ(T
A)が、‘ATMユーザ’として作動し、ATM適応層
(AAL)を構成して、ATMネットワークが呈するサ
ービスをアプリケーションが要求するサービスに対応さ
せる。ATMがエンド・ユーザの装置で終えると、そこ
でAAL構造が構築される。AAL−1は緊密な遅延と
ジッタ制御を要求する一定のビット・レート(CBR)
トラヒックのために定義したものである(例えば、IT
U−T勧告I.363.1 B−ISDN ATM適応
層AAL−1規格を参照)。また、AAL−3/4(例
えば、ITU−T勧告I.363.3/4 B−ISD
N ATM適応層AAL 3/4規格を参照)とAAL
−5(例えば、ITU−T勧告I.363.5 B−I
SDNATM適応層AAL−5規格を参照)がバースト
・データに対して定義されていた。これらのAALは、
各々パケットが1つのATMセルに適合する場合に、ア
プリケーション‘パケット’の単純なカプセル封じを可
能にする。大きなアプリケーション・パケットでは、分
割/再組立(SAR)層が送信器における‘パケット’
の分割を可能にするので、このような各々セグメントが
ATMセルに適合し、受信器における受信ATMセルか
らのオリジナル・パケットの再組立が可能になる。これ
らのAALは、従って、ATMセル・ペイロードに適合
する十分な情報の収集、又は、各々小さいユニットがA
TMセル・ペイロードに適合するように、小さいユニッ
トに対する大きい固有モード・パケットの分割を可能に
する。固有情報ユニットが、ATMペイロードより小さ
い場合、これらのAALでは、ATMセルの部分的な充
填が必要になる。
【0011】しかし、多くのアプリケーションにおい
て、ATMのセル・サイズより小さい“小さいパケッ
ト”のATMトランスポートが必要になる。これらのア
プリケーションの一部として、沈黙抑制機能を有する場
合と有しない場合がある圧縮音声のためのPBX間の中
継路、セルラー/PCS無線アクセスのためのATMバ
ックボーン、サーキット・スイッチ間のATM中継路、
パケット電話のATMバックボーン接続がある。
【0012】前述のようなアプリケーションで、ATM
ネットワークに小さいパケットを送る理由は基本的に2
つある。すなわち、(1)小さい固有パケットがATM
ネットワークから離れて発生し、パケット境界がATM
ネットワーク外の送信先で回復される必要があること
と、(2)固有アプリケーションのビット・レートが低
く且つ端末間遅延の必要性から、セルをその送信先に送
り出す前に、ATMセルを充填して、ビットの蓄積を禁
止するためである。後者の場合、パケット化がATMネ
ットワークの末端で行われる時でさえ、小さいパケット
が生成する。デジタル・セルラー・システムでボコーダ
・グループに基本局を接続するために、ATMネットワ
ークを使用することが、前者の例の場合である。サーキ
ット・スイッチ間又はサーキットPBX間のATM中継
路が、後者の例である。
【0013】これらのアプリケーションでは、AAL−
1、AAL−3/4、又はAAL−5の使用に起因する
ATMセルの部分的な充填のために、帯域幅効率に受け
入れがたい損失が生じる場合がある。この非効率性は、
総トラヒック需要として低速専用回線だけが必要になる
時に、コスト/bps(1秒あたりのビット数)が大き
くなるので問題になる。多くの場合、このコスト負担の
ためにATMバックボーンが呈する長所が失われる。そ
こで、AAL2のように小さいパケットのAALを使用
することが必要になる。後者は、ATMネットワークに
ごく僅かの転送遅延を生じさせて、受信器がオリジナル
・パケットを回復するように、ATMネットワーク上で
小さな固有パケットの効率的なトランスポートを提供す
る。
【0014】AAL2は、可変長の論理リンク接続(L
LC)パケットが多重化されているバイト・ストリーム
と同じATM接続からの連続するATMセルからペイロ
ードを処理する。各々LLCパケット・ストリームは、
音声、ファクシミリ、又は音声帯域データ(VBD)の
ように、あるエンド・ユーザの接続から始まる。図1は
ATMセルとAAL2フォーマットとを示す。ATM接
続は複数のATMセルを含み、その一部がATMセル5
0、51、52のシーケンスから表されている。各々A
TMセルは、(従来技術の周知の)ATMヘッダ1と、
STFフィールド2と、(次に定義する)複数のLLC
パケット3(以下に定義)とを備えている。各々LLC
パケットは、LLCパケット60で表されるように、パ
ケット・ヘッダ61と固有LLCパケット62とを備え
ている。
【0015】パケット・ヘッダは3オクテットの長さで
あり、図にその詳細を示す。パケット・ヘッダは、4つ
のフィールド、すなわち、チャンネルID(CID)フ
ィールド、長さ指示(LI)フィールド、予約(RE
S)フィールド、ヘッダ・エラー(HEC)フィールド
とを備えている。
【0016】CIDフィールドは、8ビットの長さであ
り、パケットが属するLLCを識別する(再び簡単に図
1を参照すると、付随するLLCパケットのCIDフィ
ールド値がLLCの数に対応していることが分かる)。
CIDフィールドは、1つのATM VC上で最大で2
55の固有接続(LLC)のためのサポートを提供す
る。従来技術で周知のように、ATMセル・ヘッダは仮
想パス識別子(VPC)と仮想接続識別子(VCI)の
2つのレベルでアドレスを可能にする。仮想パス接続
(VPC)は多くのVCを有している。16ビットVC
Iフィールドにより、ATM VPCが、255×216
のLLCまでサポートできる。
【0017】LIフィールドは、6ビットであり、LL
Cパケット(又は固有パケット)の長さを表している。
LIフィールドが各々LLCパケットに加えられている
ので、可変長パケットの末端に境界が設定できる。LI
フィールドでは、63オクテットまでの仕様が可能であ
る。LIフィールドの値が今のATMセルの末端を越え
たところを示す時に、パケットがセル間で分割される
(これは図1にも図示してあり、LLCパケット60が
ATMセル50と51との間で分割されている)。
【0018】AAL2の1次ドライバはパケット電話方
式であり、エラー検出が音声コード化アルゴリズムにと
って本質的なことでないので、固有パケットのエラー検
出は不要である。エラー検出の目的は、CIDとLIと
他の臨界プロトコル・ヘッダとが誤って解釈されないこ
とを保証することにある。これは、各々パケット・ヘッ
ダのHECフィールドにより、AAL2で達成される。
HECフィールドは、5ビットであり(図2を参照)、
パケット・ヘッダのエラー検出を行う。これは、ヘッダ
が不具合であるパケットだけ廃棄できるという利点を有
する。
【0019】AAL2は、2つのサブレイヤ、共通部サ
ブレイヤ(CPS)とサービス指定集中サブレイヤ(S
SCS)に分割される。RESフィールドは4ビットか
ら成り、それらはSSCSのサービス指定集中機能(S
SCF)又はCPSに確保されるか割り当てられる。C
PSは、可変長パケットを多重ソースから単一ATM仮
想回路に多重化して、これらのパケットを中継し、末端
間AAL2接続を行う機能を呈する。CPSに割り当て
られたRESフィールドの部分(図示せず)は、今のパ
ケットが分割されていることや、信号、又は、ユーザ情
報を示すために、“More”ビットのような信号を送
るために使用する。SSCFに割り当てたRESフィー
ルドの残りの部分(図示せず)は、アプリケーション指
定機能、各々AAL2ユーザに提供されている別の事例
を示す。そのような機能の例として、共通部に適したパ
ケットにユーザの流れを分割したり再び組み立てたり、
エラー制御を促したり、音声コード化アルゴリズムを識
別したり、スピーチ・バーストやパケット・シーケンス
番号などの末端を識別している。SSCSはゼロになる
場合もある。(ここで、ITU−T標準化協会は、将来
の勧告時にSSCSプロトコルの指定を意図してい
る)。これらのSSCF指向ビットは、AAL2CPS
で解釈されず、送信側SSCSから受信側SSCSに透
過的に渡される。SSCSは、これらのビットを指定の
SSCF機能に用いて、高い層のユーザ間通信を透過的
に渡すこともできる。
【0020】図1から分かるように、スタート・フィー
ルド(STF)は、今、あるATM接続から各々ATM
セル・ペイロードの開始位置にある。図3は、STFフ
ィールドのフォーマットを示す。STFフィールドは、
1オクテットの長さであり、オフセット・フィールド
(OSF)とシーケンス番号(SN)フィールドとパリ
ティ(P)フィールドとを備えている。
【0021】各LLCパケットのLIフィールドは一度
パケット境界が識別されると自己記述を可能にするが、
パケット・ヘッダにセル損失又はエラーが生じると、パ
ケット記述事項が失われる結果になる。パケット境界を
回復するために、OSFフィールドで、今のATMセル
・ペイロードの最初の新しいパケットの開始位置を指定
する。OSFフィールドは、6ビットの長さであり、こ
のATM接続から前のセルで開始していた(可能性のあ
る)パケットの残りの長さを示しており、今のセルに続
いている。この手法が、記述事項損失後のあるATMセ
ル時間におけるパケット境界の再同期化を保証するので
ある。
【0022】ATMセルの損失が、受信器で検出しない
場合に、パケットの連続性を消滅させると仮定すると、
SNフィールドも存在する。1ビットSNフィールド
が、セルのモジュロ2シーケンス番号設定と1つのセル
損失の瞬時検出を呈する。この1ビット・シーケンス番
号は、AAL2パケット・ヘッダのRESフィールドの
一部である前述のシーケンス番号と異なることに注目す
べきである。
【0023】最後に、パケット・ヘッダのように、SN
フィールドとOSFフィールドもエラー検出が必要であ
る。これは、奇数パリティを呈する、Pフィールドの単
一パリティ・ビットによって行われる。
【0024】パケット放出遅延を制限するために、部分
的に充填したATMセルを伝送することが必要になる場
合もあることに注目すべきである。この場合、残りのセ
ルは、全てゼロ・オクテットで埋め込まれる。ペイロー
ドがSTFフィールドと47の埋込オクテットだけ含ん
でいるセルも、“動作状態維持”機能を作動させてトラ
ヒック契約を満足するように、一部の他のニーズに適合
するために伝送することもできる。
【0025】AAL2は、複数レベルの接続を2つのポ
イント、ATM仮想接続部(VC)とAAL2論理リン
ク接続部(LLC)との間に構築する。この場合のAA
L2LLCは、例えば、2つのPBX又は陸線中継のた
めの2つのスイッチ間におけるセルラー中継のための移
動切替センター(MSC)のボーコーダ・グループと基
本局との間の二点間接続と定義される。接続は双方向と
定義され、同じCIDが特定のLLCに対して双方向で
用いるよう想定されている。ATM VCで使用できる
CIDのセットは両端と呼ばれる。
【0026】折衝手順は対称的である、すなわち、AA
L2接続部の1端で新しいLLCの始動又はLLCの分
解の要請が可能になる。単純な折衝手順では、発信端が
未使用の特定のCIDを用いて新しいLLCの構築を提
案し、他端が要請を承諾又は拒絶できるように定められ
ている。ATM仮想回路のための帯域幅管理と監視機能
は、ATM接続管理レベルで処理すると想定されてい
る。このような監視機能はLLCごとに提案されていな
い。しかし、新しいLLCをサポートするためにATM
接続部内における資源活用を保証することは、2つの端
点の責任である。このような資源管理は、サービス指定
方式で取り扱われるように想定されている。AAL2間
におけるLLCセットアップと分解とに必要な送信では
所定のLLC(CID=0)が用いられる。
【0027】呼認定 図4は、本発明の原理に基づくパケット通信システムの
一部を示す。本発明の概念とはべつに、図4に示す要素
は、周知のことなので、詳細には説明されない。例え
ば、単一のブロック要素として図示してあるが、呼プロ
セッサ125の呼コントローラ110は、保存プログラ
ム制御プロセッサとメモリと適切なインタフェース・カ
ードとを含んでいる。本発明の概念以外にも、呼プロセ
ッサ125は、AAL2/SSCS音声パケット・シス
テムを構成している(別の図面の類似の参照番号が類似
の要素を示していることにも注目すべきである)。
【0028】PBX105は、設備106を介して、呼
プロセッサ125の呼コントローラ110に複数の音声
帯域呼を伝送したり受信したりする。後者は、任意の数
とタイプの通信施設を表している。記載を容易にするた
めに、設備106は、複数の音声帯域呼を搬送する、従
来技術で周知のDS1設備(方向ごとに)とされてい
る。このように、呼ごとに、設備106のいずれかの方
向において、64kb/sビット・ストリームとなるよ
うに仮定されている。
【0029】本発明の概念を詳述する前に、呼プロセッ
サ125の動作を全体的に説明する。呼プロセッサ12
5は、呼コントローラ110とAAL2/SSCSプロ
セッサ130とATMプロセッサ135とを備えてい
る。呼ごとに、呼コントローラ110は、まず音声帯域
呼を分類する。(呼分類技術は、従来技術で周知なの
で、ここで詳述しない。例えば、G3ファクス呼出は、
所定のファクス呼出し音などを検出して識別される)。
前述のように、多種多様な音声帯域呼がある。ある呼タ
イプのリストを図5のテーブルに示す。このテーブル
は、呼処理の異なるポイントにおける帯域幅も示してい
る(次に説明)。このテーブルは、5ミリセカンド(m
s)AAL2/SSCSパケット化間隔を全てのケース
で想定している。そのうえ、音声呼の使用率が40%に
等しい(平均通話スパーク=400msで、平均沈黙時
間=600ms)と想定している。呼コントローラ11
0は、所定の呼タイプを各呼に関連付ける。図だけの場
合であるが、この例には4つの音声帯域呼タイプがあ
る。音声呼は呼タイプ“0”に関連し、28.8kb/
s未満のデータ・レートをもつデータ呼は呼タイプ
“1”に関連し、28.8kb/s〜56kb/sのデ
ータ・レートをもつデータ呼は呼タイプ“2”に関連
し、G3ファクス呼は呼タイプ“3”に関連している。
(他の呼タイプの更なる定義も使用できる。例えば、速
度に基づくデータ呼タイプの特長が、例えば、使用可能
な業界基準モデム・データ・レートごとの呼タイプに相
応して細分できる)。
【0030】呼コントローラ110が音声呼を検出する
と、音声呼がG.727に準じて符号化される。このよ
うに、呼コントローラ110は、AAL2/SSCSプ
ロセッサ130に適用するために、従来技術で周知のA
DPCMを用いて、PBX105からの64kb/sビ
ット・ストリームを32kb/s圧縮オーディオ・スト
リームに圧縮する。同様に、他の方向で、呼出コントロ
ーラ110は、PBX105に適用するために、AAL
2/SSCSプロセッサ130により提供された32k
b/s ADPCMビット・ストリームを64kb/s
オーディオ・ストリームへと圧縮を解除する。
【0031】一方で、非音声呼を検出すると、呼コント
ローラ110は、符号化データ・ストリームを指示され
た帯域幅で提供する。例えば、14.4kb/s音声帯
域データ(VBD)呼が40kb/s ADPCMを用
いてAAL2/SSCSプロセッサ130に送られ、2
8.8kb/s又は56kb/s VBD呼が64kb
/s PCM(パルス・コード変調)を用いて送られ
る。
【0032】ここで、AAL2/SSCSプロセッサ1
30は、ATMプロセッサ105に適用するために受信
ビット・ストリームを呼コントローラ110からAAL
2パケットに変換する。この変換で、プロセッサ130
のSSCS部は、沈黙抑制、シーケンス番号の割当、背
景雑音レベル通知のような機能を行う。逆方向で、AA
L2/SSCSプロセッサ130は、AAL2パケット
をATMプロセッサ135から受信して、そのパケット
を解除する。AAL2/SSCSプロセッサ130は、
呼コントローラ110に伝送するためにパケット化を終
える前に生成した遅延を緩和したり(図示せず)、沈黙
時間中の雑音充填のような機能を行う。パケット化中
に、AAL2/SSCSプロセッサ130は、シーケン
ス番号を用いて、遅延パケットを決定し、実行プロセス
における保全性を維持する。図5は、異なる呼タイプに
AAL2を用いる伝送に必要な帯域幅を示す。(音声呼
のためにリストしたピーク値は通話期間又は通話スパー
トを表す)。
【0033】ATMプロセッサ135は、次の伝送機
能、すなわち、AAL2パケットをATMセルのペイロ
ードに充填する、ペイロードが満杯になる又はタイマ
(例えば、2ミリ秒(ms))がペイロードの少なくと
も1つのAAL2パケットで終了する)(2つの事象の
何れかに最初に達する)時にATMセルを形成する、A
TMセル・ヘッダの処理、ATMセルを転送バッファに
設定するなどの機能を提供する。ATMプロセッサ13
5は、ATMネットワーク100を介してATMVCで
伝送するためのATMセルのスケジュールを作成する。
ATMプロセッサ135は、ATMセルをATMネット
ワーク100から受けて、次の受信機能、すなわち、A
TMセル・ヘッダ処理とエラー制御、AAL2パケット
をAAL2/SSCS処理ユニットに伝送するなどの機
能を行う。図5は、異なる呼タイプのためにATMオー
バーヘッドとAAL2とを含めた伝送に必要な帯域幅を
示す。
【0034】本発明の原理を分かりやすく示すために、
図6は、図4に示した通信システムの一部の代替図を示
す。この図で、設備106は、前述のように、呼コント
ローラ110にm個の音声帯域呼を伝えるように図示し
てある。AAL2/SSCSプロセッサ130は、AA
L2パケット化機能とブロック・ドロップ要素140と
AAL2待ち行列145とを備えている(次に説明)。
図から分かるように、AAL2/SSCSパケット・シ
ステムは、種々のトラヒック・タイプを、発信ATM仮
想回路(VC)パイプ、又は固定帯域幅Ckb/sを有
する設備に多重送信する。この固定帯域幅は、従来技術
で周知のように、遠方ATM終点と折衝して又は事前に
決定される。
【0035】前述のように、新しい呼がPXB105か
ら呼コントローラ110に設定されるているので、これ
らの新しい呼は、付随するVCに受け入れられるか又は
阻止されなければならない。従って、本発明に従って、
呼プロセッサ125は、呼タイプの機能として動的に行
われる呼認定構成を定める。特に、この手法は、異なる
呼タイプに必要な異なる帯域幅を考慮しており、音声呼
の統計的多重化方式の長所も取り入れている。沈黙除外
機能を音声呼に適用する、すなわち、パケットを沈黙時
間中に伝送しないことが想定されている。
【0036】次の想定が容量と有効帯域幅とに関して以
下に示す計算になされたことに注目すべきである。有効
帯域幅Vn は、n個の音声呼が次に記す性能目標に適合
しながら統計的に多重化される時に、音声呼ごとに必要
となる最小帯域幅である。統計的多重化利得は、音声呼
のピーク帯域幅とその有効帯域幅Vn との比率として定
義される。
【0037】ビット・ドロップ機能を伴って多重化する
AAL2/SSCS音声のための性能目標の例について
次に示す。 (1)平均パケット・待ち合せ遅延≦5ms (2)パケット・待ち合せ遅延の最後(中間プラス5*
標準偏差)≦15ms (3)サンプルごとの中間ビット≧3.8 (4)パケット損失(バッファ・オーバーフロー)確率
≦10-4
【0038】ビット・ドロップなしに多重化するAAL
2/SSCS音声のための性能目標の例について次に示
す。 (1)平均パケット・待ち合せ遅延≦5ms (2)パケット・待ち合せ遅延の最後(中間プラス5*
標準偏差)≦10ms (3)パケット損失(バッファ・オーバーフロー)確率
≦10-3
【0039】あるシステム構成の例では、ビット・ドロ
ップ機能は、非動作状態にされるか又は機能として全く
含まれていない。ビット・ドロップ機能は、例えば、ト
ラヒックの大部分がデータとファクスで占有され、トラ
ヒックのごく僅かの部分が音声である時に、非動作状態
になる。ビット・ドロップは次のように想定されるが、
このシステムは、ビット・ドロップなしで動作すること
も注目すべきである。音声の統計的多重化機能は、いず
れかのケース(すなわち、ビット・ドロップ機能を有す
るケースと無いケース)で実施できる。音声が統計的に
多重化される時に、一時的なトラヒック過負荷状態にな
り、過剰な音声パケット遅延又は損失が生じる。しか
し、ビット・ドロップは、下位ビットを一時的な過負荷
期間中に選択的にドロップさせて、これらの過負荷状態
の影響を和らげる(詳細は後で説明)。ビット・ドロッ
プは、結果としてパケット遅延を僅かにするので、ビッ
ト・ドロップ機能のない場合と比べると、優れた統計的
多重化利得を得ることができる(あるATM VC帯域
幅に対して)。この比較結果が、図7でプロットして示
す事例の数値データから表されている。
【0040】参照だけを意図して、図7は、音声源ごと
の有効帯域幅(単位はkb/s)(左側の座標軸)と認
定音声源の数との関係、及び統計的多重化利得(右側の
座標軸)と認定音声源の数との関係に関するシミュレー
ション結果のグラフを示す。(統計的多重化利得に関す
る詳細は、従来技術で周知なので、ここでは詳述しな
い。音声帯域データとファクスが固定帯域幅を有してい
るので、これらの信号には、統計的多重化方式の利点が
ない)。
【0041】次に示すシステムと状態データの定義は、
図4と6の通信システムのために定めたものである(こ
れらのパラメータ/変数は、例えば、呼プロセッサ12
5の要素に使用できて、例えば、メモリに保存されるこ
とを想定している)。 n=進行中の音声(埋め込まれたADPCM)呼の数 Vn =新しい音声呼の認定に必要な有効帯域幅、nが存
在する新しい呼を表す(図7を参照) C = VCに使用できる総帯域幅 G = 現在、データとファクス呼出に割り当てられて
いる総帯域幅 Bi = i=1、2、...kにおいて、タイプiの非
音声呼出に必要な固定帯域幅 W = 予備帯域幅(はじめは、W=C) B0 = 呼認定用の初期帯域幅= 64*43/40*
53/47 = 77.6 kb/s CV = 音声に使用できる帯域幅 = C−G Q1 = 音声の第1ブロック・ドロップ・スレッショル
ド Q2 = 音声の第2のブロック・ドロップ・スレッショ
ルド K = AAL2パケット・バッファの限度 B0 の定義では、43/40の比率が追加したAAL2
オーバーヘッドを表していて、53/47の比率が追加
したATMセル・オーバーヘッドを表すことに注目すべ
きである。
【0042】図4と6の呼プロセッサ125の呼コント
ローラ110に用いるために、本発明の原理に基づく呼
認定制御アルゴリズムを示す図8について、ここで説明
する。(呼プロセッサ125は、従来のプログラム技術
(そのように、ここで記してないが)を用いて、次に示
すアルゴリズムを実行するために適切にプログラム設定
してあることを想定している)。
【0043】ステップ400で、呼がPXB105から
設備106に到着する(図4に示す)。ステップ405
で、予備帯域幅Wが、呼認定に対して初期帯域幅B0
り大きいかどうかについてチェックされる。予備帯域幅
WがB0 より大きくない場合、呼がステップ430で拒
絶される。そうでない場合、呼がステップ410で認定
され、予備帯域幅WがW=W−B0 に更新される。次に
示すように、呼を分類するのに50msとられるので、
予備帯域幅WがB0 だけ一時的に減少することに注目す
べきである。このように、この例では、少なくともB0
の帯域幅が初期に使用できる場合、呼が認定される。
【0044】ステップ415では、呼タイプが識別され
る。ステップ420と425では、識別した呼タイプの
関数として予備帯域幅の値を更新する。
【0045】呼がタイプ“0”すなわち音声の場合、ス
テップ425で、予備帯域幅Wの値は、(a)データと
ファクスに割り当てられた帯域幅Gと、(b)ここで音
声呼に割り当てられた帯域幅(n+1)Vn+1 とだけ減
少されたATM VCの容量に等しくなるように更新さ
れる。ここで、認定された音声呼の数nは、増加され
て、n←n+1になる。
【0046】呼タイプが“0”以外の場合、例えば、フ
ァクス又はデータの場合、ステップ420で、データと
ファクスに割り当てられた帯域幅Gの値は、増加され
て、G←G+Bi になる。ここで、Bi は、図5のテー
ブルに示すように、識別した呼タイプの帯域幅である。
更に、予備帯域幅Wの値は、(a)データとファクスに
割り当てた帯域幅Gと(b)音声呼に割り当てた帯域幅
nVn とだけ減少された回線の容量に等しくなるように
更新される。そのうえ、ステップ425で、ブロック・
ドロップ・スレッショルド(Q1 、Q2 、K)は、音声
V に使用できる帯域幅がいまや変化したので(次に説
明)、新しい帯域幅の値に応じて変わる。
【0047】ステップ420と425と430の最後
で、呼コントローラ110は次の呼を待つ。
【0048】図9は、呼が図4と6に示したシステムを
出る時に、前述のシステムと状態パラメータとを更新す
る、本発明の原理に基づく方法を示す。この方法は、図
4と6の呼コントローラ110により、図示するように
して行われる。
【0049】呼がシステムを出ると、ステップ450
で、呼タイプ(既に図8のステップ415で識別され
た)がステップ455で検索される。呼がタイプ
“0”、すなわち音声の場合、ステップ460で、予備
帯域幅Wの値は、(a)データとファクスに割り当てた
帯域幅Gと、(b)ここで音声呼に割り当てた帯域幅
(n-1)Vn-1 とだけ減少された回線の容量に等しく
なるように更新される。ここで、認定された音声呼の数
nは、減少されて、n←n−1になる。
【0050】呼タイプが“0”以外の場合、例えば、フ
ァクス又はデータの場合、ステップ465で、データと
ファクスに割り当てられた帯域幅Gの値は、減少され
て、G←G−Bi になる。ここで、Bi は、図5のテー
ブルに示すように、識別された呼出タイプの帯域幅であ
る。更に、予備帯域幅Wの値は、(a)データとファク
スに割り当てた帯域幅Gと(b)音声呼に割り当てた帯
域幅nVn とだけ減少された回線の容量に等しくなるよ
うに更新される。そのうえ、ステップ465で、ブロッ
ク・ドロップ・スレッショルド(Q1 、Q2 、K)は、
音声CV に使用できる帯域幅がいまや変化したので(次
に説明)、新しい帯域幅の値に応じて変わる。
【0051】図9のステップ425と465で述べたよ
うに、前述の動的呼認定方式、待ち行列又はバッファの
他に、パラメータも帯域幅の関数として変わる。図6を
再び見ると、AAL2パケット・キュー145は固定の
サイズK(単位はバイト)を備えている。AAL2パケ
ット・キュー145は、今の音声パケット充填値qをA
AL2パケット化ブロック・ドロップ要素140に信号
146を介して提供する。(AAL2パケット・キュー
145上にマーカとして示してあるが、K、Q1 、Q2
の値がAAL2パケット化ブロック・ドロップ要素14
0に保存されている)。この今の充填値qは、伝送のた
めに待ち行列に設定した音声パケットの数を表す。従来
技術で周知のように、トラヒック・バースト(すなわ
ち、短時間における数多くの音声パケットの到着)が原
因で、伝送のために待ち行列に設定したAAL2音声パ
ケットの数qが増加する。qの値がある所定のスレッシ
ョルドに達すると、ブロック・ドロップが生じる(ビッ
ト・ドロップとも従来技術で呼ぶ)。
【0052】図10は、AAL2音声パケット構造を示
す。各AAL2音声パケットはヘッダ部(3バイト)と
4つのブロックとにフォーマットした23バイトを備え
ていて、各のブロックは5バイトの長さである。G.7
27に準じて、ブロック#2と#3が上位ビットを表
し、ブロック#0と#1が下位ビットを表す。ブロック
#3とブロック#2は絶対にドロップしないが(パケッ
トが、バッファ・オーバーフローのためにドロップする
時を除いて)、ブロック#0と#1はトラヒック輻輳中
にドロップする場合がある。図11は、これらの影響を
示すテーブルを示す。
【0053】パラメータQ1 、Q2 、Kは、AAL2音
声パケットの数に関して指定されたブロック・ドロップ
・スレッショルドである。前述のように、待ち行列充填
qは、伝送のためにバッファ145で待機するAAL2
音声パケットの数である(図6を参照)。従来の技術で
は、Q1 、Q2 、Kの値は予め定めてあり固定されてい
る。図11のテーブルは、qの値の特定の範囲におい
て、輻輳解消の異なる形態が生じることを示している。
q≦Q1の値で、AAL2音声ビット又はパケットはド
ロップしない。Q1 <q≦Q2 の範囲内のqの値で、ビ
ット・ドロップが生じ、各々入力するAAL2音声パケ
ット(図6のキュー145の入力で)のブロック0がド
ロップする。Q2 <q≦K−1の範囲内のqの値で、ビ
ット・ドロップが生じて、各々入力するAAL2音声パ
ケットのブロック0と1がドロップする。最後に、q>
Kの値では、全体の音声パケットがドロップする。図6
に戻り、AAL2パケット化ブロック・ドロップ要素1
40は、AALパケット・キュー145に対する入力に
おいてビット・ドロップ又はパケット・ドロップを行
う。これは“入力ブロック・ドロップ”とここで呼ばれ
る。
【0054】本発明の特徴に基づいて、次のアルゴリズ
ムは、パラメータQ1 、Q2 、Kの値を動的に変える。
AAL2音声パケット(ブロック・ドロップが適用でき
る)は、他の呼、例えば、ファクスとデータとのパケッ
トと共に待ち行列が設定される。しかし、ブロック・ド
ロップ・アルゴリズムに用いる待ち行列充填qの値は、
伝送のためにバッファで待機するAAL2(ブロック・
ドロップが可能な)音声パケットの数だけに関係する。
(AAL2パケットは、従来技術で周知のように、それ
らのCID値に基づいて区別すると想定されている。特
に、あるCID値は音声に関連し、他のCID値は非音
声に関連する。この関連性は、呼コントローラ110に
よって与えられる)。
【0055】前述のように、CV をブロック・ドロップ
自在の音声に使用できる帯域幅とする。例えば、システ
ムにファクスとデータ呼が存在せず、トラヒックが全て
音声(ブロック・ドロップ自在)の場合、CV はC k
b/sのATM VC帯域幅と等しい。そうでない場
合、CV =C−Gであり、ここで、Gは今のファクスと
データ呼に割り当てられた帯域幅(単位はkb/s)を
表す。
【0056】使用可能な音声帯域幅CV の関数としてパ
ラメータQ1 、Q2 、Kを動的に変えるアルゴリズム
を、図4と6の呼コントローラ110で用いるために、
図12に示す。この例では、このアルゴリズムで得たス
レッショルドは、Q1 、Q2 、Kのバッファ充填値に対
応するパケット遅延が、各々、約5msと10msであ
る(又は、リンク帯域幅値の範囲に対して小さい)こと
を保証している。ステップ300で、呼コントローラ1
10は使用可能な音声帯域幅CV を決定する。ブロック
・ドロップ・スレッショルドの値は、ステップ300で
定めた使用可能な音声帯域幅CV の関数である(例え
ば、ステップ310、320、330、340、350
を参照)。CV の値が333kb/sより小さい場合
に、ブロック・ドロップ・スレッショルドの値は、Q1
=10、Q2 =20、K=30になる(ステップ310
と330)。CV の値が1000kb/sを越える場
合、ブロック・ドロップ・スレッショルドの値は、Q1
=30、Q2 =60、K=90になる(ステップ320
と350)。そうでない場合、Q1 、Q2 、Kの値は、
ステップ340に示す関係式から決まる。(記号「」
は、値の“天井”、すなわち、次に最も大きい整数値に
なることを表している)。Q1 、Q2 、Kの新しい値が
信号147を介してAAL2パケット化ブロック・ドロ
ップ要素140に与えられる(図6を参照)。
【0057】ビット・ドロップとパケット・ドロップの
前述の例は“入力ブロック・ドロップ”に関している。
しかし、前述のアルゴリズムは、他の構成、例えば“出
力ブロック・ドロップ”にも使用できる。“出力ブロッ
ク・ドロップ”を用いる別の構成が、図13の呼プロセ
ッサ600に図示してある。(パケット遅延性能だけで
なく音声品質の影響も入力又は出力ブロック・ドロップ
に対して実際に異なっていない(VC帯域幅CとQ1
2 、Kの値も同じであるが)ことに注目すべきであ
る)。呼プロセッサ600では、ブロック・ドロップ
が、AAL2パケット化の後に行われるので、要素16
0は、前述のようにブロック・ドロップを行うだけでな
く、AAL2長さフィールドも適正に更新する。
【0058】図14は別の代替構成を示す。この図で
“入力ビット・ドロップ”は前述と同様に行われる。し
かし、待ち合せは、呼プロセッサ700のATMセル生
成装置170とATMセル・キュー175とを含むAT
Mプロセッサで行われる。パラメータQ1、Q2、Kの値
を動的に変える前述のアルゴリズムは、伝送のために待
ち合せされたAAL2音声パケットの数と逆に、伝送の
ために待ち合せされた(音声を伝える)ATMセルの数
を考慮するために適正に修正される。
【0059】前述のように、パケット音声システムは、
統計的に多重化した呼と、種々のモデム速度の音声帯域
データとファクスのような他の呼タイプとを共に動的に
処理する、呼認定アルゴリズムを用いている。
【0060】
【発明の効果】前述の説明は本発明の原理を単純に示す
だけである。従って、ここで明示的に記してないが、当
業者は本発明の原理をその趣旨と範囲内で具体化する種
々の代替構造を考案できることが分かる。例えば、本発
明の概念の呼認定制御アルゴリズムは、従来技術で周知
のデジタル回路乗算装置(DCME)のような非パケッ
ト化システムにも応用できる。このアルゴリズムは、離
散的多重音(DMT)、直交位相シフト・キーイング
(QPSK)、又は直交振幅変調(QAM)などを包含
する変調構成と関係なしに全体的に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ATMセルとAAL2フォーマットを示す図で
ある。
【図2】AAL2に基づくLLCパケットのパケット・
ヘッダを示す図である。
【図3】AAL2に基づくATMセルのスタート・フィ
ールドを示す図である。
【図4】本発明の原理に基づくパケット通信システムの
一部を示す図である。
【図5】呼出タイプと帯域幅とを記すテーブルを示す図
である。
【図6】図4に示した通信システムの一部の代替図を示
す図である。
【図7】有効帯域幅と統計的多重化利得のグラフを示す
図である。
【図8】本発明の原理を具体的に実現する呼出認定手順
のフローチャートを示す図である。
【図9】図8の呼出認定手順で用いる呼出発信手順のフ
ローチャートを示す図である。
【図10】AAL2音声パケットの構造を示す図であ
る。
【図11】輻輳状態テーブルを示す図である。
【図12】本発明の原理に基づいてブロック・ドロップ
を動的に変えるフローチャートを示す図である。
【図13】本発明の原理を具体的に実現するパケット通
信システムの別の実施例を示す図である。
【図14】本発明の原理を具体的に実現するパケット通
信システムの別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1 ATMヘッダ 2 STFフィールド 3 LLC パケット 50、51、52 ATMセル 60、61、62 LLCパケット 105 PBX 106 施設 110 呼出コントローラ 125 呼出プロセッサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユン−ターン ウァン アメリカ合衆国 07746 ニュージャーシ ィ,マールボロー,ピーチ ツリー コー ト 7

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの仮想回路に対するアク
    セスを提供する、パケット通信システムで使用する方法
    であって、 入来呼の呼タイプであって、各呼タイプが付随する帯域
    幅を有している、呼タイプを決定するステップ、 入来呼の付随する帯域幅が仮想回路に付随する予備帯域
    幅より大きくない場合に、仮想回路を用いるために入来
    呼を認定するステップ、 認定された呼に応答して、認定された呼に付随する情報
    を搬送するために、ATM適応層2(AAL2)のスト
    リームを提供するステップ、及びAAL2パケットのス
    トリームに応答して、仮想回路での伝送のためにATM
    セルのそれぞれのストリームを提供するステップを含む
    方法。
  2. 【請求項2】 入来呼が認定されない場合に、入来呼を
    ブロックするステップを更に含む請求項1に記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 認定ステップが、認定された入来呼の呼
    帯域幅に等しい大きさだけ予備帯域幅を減少するステッ
    プを含んでいる請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 認定された入来呼が出る時に、認定され
    た入来呼の呼帯域幅と等しい大きさだけ予備帯域幅を増
    加するステップを更に含む請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 認定された入来呼が音声呼である時に、
    いま認定されている音声呼の数のカウントを更新するス
    テップを更に含む請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 仮想回路の非音声認定呼の数の関数とし
    て音声に使用できる帯域幅の大きさを決定し、 帯域幅の決定された大きさの関数として少なくとも1つ
    のパラメータの値を設定するステップであって、該少な
    くとも1つのパラメータが仮想回路上での伝送のために
    AAL2音声呼トラヒックを保持するバッファと関係し
    ているステップと、 該少なくとも1つのパラメータ値の設定値の関数として
    保持されたAAL2パラメータでのブロック・ドロップ
    を行うステップとを更に含む請求項1に記載の方法。
  7. 【請求項7】 仮想回路の非音声認定呼の数の関数とし
    て音声に使用できる帯域幅の大きさを決定するステッ
    プ、 帯域幅の決定された大きさの関数として少なくとも1つ
    のパラメータの値を設定するステップであって、該少な
    くとも1つのパラメータが仮想回路上での伝送のために
    AAL2音声呼トラヒックを伝達するATMセルを保持
    するバッファと関係しているステップ、及び 該少なくとも1つのパラメータ値の設定値の関数として
    保持されたATMセルでのブロック・ドロップを行うス
    テップを更に含む請求項1に記載の方法。
  8. 【請求項8】 少なくとも1つの仮想回路に対するアク
    セスを提供する、パケット通信システムで使用する装置
    であって、 入来呼の呼タイプであって、各呼タイプが付随する帯域
    幅を有する呼タイプを決定し、及び入来呼の付随する帯
    域幅が仮想回路に付随する予備帯域幅より大きくない場
    合に、仮想回路を用いるために入来呼を認定する呼分類
    器と、 認定された呼に応答して、認定された呼に付随する情報
    を伝達するために、ATM適応層2(AAL2)のスト
    リームを提供するプロセッサと、 AAL2パケットのストリームに応答して、仮想回路で
    の伝送のためにATMセルのそれぞれのストリームを提
    供するプロセッサとを含む装置。
  9. 【請求項9】 呼分類器は、入来呼が認定されない場合
    に、入来呼をブロックする請求項8に記載の装置。
  10. 【請求項10】 呼分類器は、認定された入来呼の呼帯
    域幅に等しい大きさだけ予備帯域幅を減少する請求項8
    に記載の装置。
  11. 【請求項11】 呼分類器は、認定された入来呼が出る
    時に、認定された入来呼の呼帯域幅と等しい大きさだけ
    予備帯域幅を増加する請求項8に記載の装置。
  12. 【請求項12】 呼分類器は、認定された入来呼が音声
    呼である時に、いま認定されている音声呼の数のカウン
    トを更新する請求項8に記載の装置。
  13. 【請求項13】 呼分類器が、更に(a)仮想回路の非
    音声認定呼の数の関数として音声に使用できる帯域幅の
    大きさを決定し、(b)帯域幅の決定された大きさの関
    数として少なくとも1つのパラメータの値を設定し、こ
    こで、該少なくとも1つのパラメータは仮想回路上での
    伝送のために音声呼トラヒックを保持するバッファと関
    係し、及びAAL2パケットのストリームを提供するプ
    ロセッサが、該少なくとも1つのパラメータ値の設定値
    の関数として保持された音声呼トラヒックでブロック・
    ドロップを行う請求項8に記載の方法。
  14. 【請求項14】 呼分類器が、更に(a)仮想回路の非
    音声認定呼の数の関数として音声に使用できる帯域幅の
    大きさを決定し、(b)帯域幅の決定された大きさの関
    数として少なくとも1つのパラメータの値を設定し、こ
    こで、該少なくとも1つのパラメータが仮想回路上での
    伝送のために音声呼トラヒックを保持するバッファと関
    係し、及びATMセルのストリームを提供するプロセッ
    サが該少なくとも1つのパラメータ値の設定値の関数と
    して保持された音声呼トラヒックでブロック・ドロップ
    を行う請求項8に記載の方法。
JP31527098A 1997-11-06 1998-11-06 統計的多重化方式と動的音声符号化方式とを用いるパケット音声システムにおける呼認定のための方法 Expired - Lifetime JP3659464B2 (ja)

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US08/965515 1997-11-06

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