JP3213697B2 - 中継ノードシステム及び同システムにおける中継制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一連のデータ要素
からなるビデオデータ等のデータストリームを送信ノー
ドから受信ノードに伝送する通信システムに係り、特に
ネットワーク上において、送信ノードからデータストリ
ームを受信し、そのデータを受信ノードヘ再送出する中
継ノードシステム及び同システムにおける中継制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】

（ａ１）中継ノードの基本構成 送信ノードから一連のデータ要素からなるデータストリ
ームを受信し、そのデータを受信ノードヘ再送出する中
継ノードは、図１１のように構成されるのが一般的であ
る。

【０００３】図１１において、中継ノード１００は、デ
ータ蓄積部１０１と、通信インタフェース１１０を介し
てネットワークからデータストリームを構成する連続す
る一連のデータ要素であるデータパケット（或いはデー
タフレーム）を受信しこのパケットに含まれるデータを
データ蓄積部１０１に書き込む機能を持つデータ受信部
１０２と、データ蓄積部１０１からデータを読み出し対
応するデータストリームのデータパケットに組み立てて
通信インタフェース１２０を介してネットワークヘ送出
する機能を持つデータ送信部１０３と、データ蓄積部１
０１、データ受信部１０２及びデータ送信部１０３のそ
れぞれに対して状態の獲得や動作の制御を司るノード管
理部１０４とから構成されるのが一般的である。

【０００４】図１１の構成の中継ノード１００を備えた
通信システムでは、送信ノードからデータストリーム、
即ち、連続する一連のデータパケットが当該中継ノード
１００宛に送出されると、これらのパケットは当該中継
ノード１００内のデータ受信部１０２によってデータ蓄
積部１０１に蓄えられる一方、データ送信部１０３によ
って再び読み出され、後段の中継ノードまたは受信端末
へと再送出される。 （ａ２）中継ノード挿入の目的 図１１に示したような構成の中継ノード１００を送受信
ノード間に挿入する目的には、一般的に網間接続、アド
レス変換、データフォーマット変換、パケット転送間隔
の再構成、指定されたルールに基づく選択的パケット廃
棄などが含まれる。特に、ビデオデータなどのリアルタ
イム情報を含むデータストリームの中継においては、安
定したストリームレート制御能力の不足する送信ノード
からバースト的にデータを受信し、このデータを高精度
なレート制御に基づき再送出する中継処理が有効であ
り、大規模なジッタを吸収できることが要求される。 （ａ３）中継ノードでのデータ蓄積方式 図１１に示した中継ノード１００内のデータ蓄積部１０
２には、従来は、次の２つのデータ蓄積方式のうちのい
ずれかの形態が適用されるのが一般的である。

【０００５】第１は、到着データを半導体バッファメモ
リに一時蓄積するデータ蓄積方式であり、第２は、到着
データを磁気ディスクなどの２次大容量記憶媒体に一時
蓄積するデータ蓄積方式である。

【０００６】ところが、上記第１のデータ蓄積方式は、
バッファ管理が高速に行え、入出力間の遅延が小さいと
いう利点を持つ反面、より大きなジッタ吸収のために蓄
積容量を拡大するには高価格となるという欠点を持つ。
一方、上記第２のデータ蓄積方式は、大容量蓄積には適
しているが、記憶媒体書き込み／読み出しに伴う遅延時
間及びその変動が大きいという欠点を持つ。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】データストリームを中
継する中継ノードには、大規模なジッタを吸収すること
が要求され、そのためには、中継データの蓄積容量の大
容量化と低遅延の中継動作の両方が必要となる。

【０００８】しかしながら従来技術では、上記した２つ
のデータ蓄積方式のうちの第１のデータ蓄積方式では、
蓄積容量の大規模化がコスト的に難しく、第２のデータ
蓄積方式では、低遅延中継処理の実現が難しいという問
題があった。また、中継ノードは一般に同時に複数のデ
ータストリームの中継を取り扱う必要があることから、
メモリなどのノード内共有資源を効率的に利用すること
も要求されるが、従来技術では、このような要求に応え
られなかった。

【０００９】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
でその目的は、比較的低価格でありながら、ストリーム
中継に伴う遅延を小さくできると共に、大容量のバース
ト的なデータをオーバフローの発生を招くことなく一時
蓄積することができる中継ノードシステム及び同システ
ムにおける制御方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の中継ノードシス
テムは、送信ノードから送信された一連のデータ要素か
らなるデータストリームを受信するデータ受信手段と、
このデータ受信手段により受信されたデータストリーム
中のデータを一時蓄積するための高速メモリから構成さ
れる１次バッファ手段と、この１次バッファ手段に蓄積
されたデータを取り出して受信ノードに送出するデータ
送信手段と、上記１次バッファ手段の記憶領域を補完す
るための当該１次バッファ手段より低速大容量の２次バ
ッファ手段と、上記１次バッファ手段の入力側のオーバ
フローの危険性を検出して、当該１次バッファ手段から
上記２次バッファ手段へブロック単位でデータを移動す
る退避処理を行うと共に、上記２次バッファ手段に退避
されたデータを上記データ送信手段によるデータ送出の
ために上記１次バッファ手段へブロック単位で移動する
復帰処理を行うデータ移動手段とを備えたことを特徴と
する。

【００１１】このような構成の中継システムにおいて
は、中継するデータストリームを一時蓄積する１次バッ
ファ手段を高速メモリで構成していることから、低遅延
中継処理が実現できるだけでなく、当該１次バッファ手
段の容量を低価格化のために小容量としても、１次バッ
ファ手段の入力側オーバフローの危険性がある場合に
は、１次バッファ手段に入力されたデータが低速ではあ
るものの大容量の２次バッファ手段にブロック単位で移
動・退避されることから、中継データの蓄積容量の大容
量化も実現できる。しかも、２次バッファ手段に退避さ
れたデータが退避処理の対象とならなかった１次バッフ
ァ手段内の蓄積データに続いて連続的に受信ノードに送
出可能なように、２次バッファ手段から１次バッファ手
段へブロック単位でデータを移動する復帰処理が行われ
ることから、出力側のアンダーフローを極力防止でき
る。

【００１２】特に、上記データ手段に、中継の対象とな
る各データストリーム毎に、退避処理の単位となるブロ
ック長ｂj と、そのストリームのデータを退避なしに１
次バッファ手段に一時蓄積するのに必要な領域のサイズ
である１次バッファ割り当てサイズＢj とを含むパラメ
ータを設定するパラメータ設定手段を持たせ、対応する
データストリームの入力レートＲinj が出力レートＲou
tjより大きい場合には、上記ブロック長ｂj だけのデー
タの先頭部が１次バッファ手段に到来してから、当該デ
ータが１次バッファ手段及び２次バッファ手段間を往復
し、１次バッファ手段から全て送出されるまでに要する
と推定される時間Ｔj の間に、該当するデータストリー
ムについてデータ送信手段により１次バッファ手段から
受信ノードに送出されと推定されるデータ量以上の値に
１次バッファ割り当てサイズＢjを設定するならば、２
次バッファ手段に退避したデータを１次バッファ手段に
復帰させて１次バッファ手段上のＢj の領域内の蓄積デ
ータに続いて連続的に送出することが可能となる。

【００１３】また、上記のパラメータ設定により、退避
処理が行われていない各データストリーム毎に、そのス
トリームについての１次バッファ手段内のデータ蓄積量
と、対応するデータストリームに関して上記時間Ｔj の
間に送出されると推定されるデータ量とを比較すること
で、入力側オーバフローの危険性があるストリームを簡
単に検出でき、その際に当該ストリームについて退避処
理を伴わない退避なしモードから退避処理を伴う退避あ
りモードに切り替え設定することにより、入力側オーバ
フローを一層効果的に抑止できる。

【００１４】また、退避ありモードが設定されているデ
ータストリーム中のデータが対応するブロック長ｂj だ
け１次バッファ手段に書き込まれる毎に、そのブロック
長ｂj のデータを２次バッファ手段に移動する退避処理
を行い、ブロック長ｂj のデータが２次バッファ手段に
退避される毎に、当該データの先頭部がデータ送信手段
により送出される時刻を推定して目標復帰完了時刻とし
て設定し、当該データを２次バッファ手段から１次バッ
ファ手段に移動するのに必要な時間だけ設定した目標復
帰完了時刻より溯った時刻より当該データを２次バッフ
ァ手段から１次バッファ手段に移動する復帰処理を開始
することにより、低速の２次バッファ手段を用いなが
ら、受信ノードへのデータ送出の連続性を一層確保でき
る。

【００１５】また、上記復帰処理の完了時において対応
するデータストリームについての後続の復帰対象データ
が所定数以内である状態が、所定回数連続した場合に
は、当該データストリームについて退避ありモードから
退避なしモードに切り替え設定するとよい。

【００１６】また本発明は、退避なしモードが設定され
ている各データストリームの各々に対して割り当てられ
ている１次バッファ割り当てサイズＢj 、退避ありモー
ドが設定されている各データストリームにより１次バッ
ファ手段上で占められるサイズ、及び１次バッファ手段
のサイズをもとに、１次バッファ手段の利用率ρ1 を求
めると共に、退避ありモードが設定されている各データ
ストリームに関するブロック長ｂj のデータの退避処理
でのトラフィック及び復帰処理でのトラフィックをもと
に、２次バッファ手段に対するアクセスチャネル利用率
ρ2 を求め、利用率ρ1 及びρ2 のいずれか一方が１を
超えている場合には、少なくとも１つのデータストリー
ムについてブロック長ｂj を変更して利用率ρ1 及びρ
2 を再計算することをも特徴とする。

【００１７】このような構成においては、ブロック長の
減少或いは増加操作により、対応するデータストリーム
による１次バッファ手段の占有時間を短くしたり、退避
及び復帰処理の発生回数を少なくしたりすることができ
る。

【００１８】また、中継対象となる全てのデータストリ
ームのＢj について対応ストリームの入力変動を吸収す
るための第１のマージン値α1j（０≦α1j＜１）を考慮
した総和Σ１と、退避ありモードが設定されている各デ
ータストリームにより１次バッファ手段上で占められる
１次バッファ割り当てサイズＢj 以外のサイズの対応デ
ータストリームの退避並びに復帰処理時間の変動を吸収
するための第２のマージン値α2j（０≦α2j＜１）を考
慮した総和Σ２との和を１次バッファ手段のサイズＬ1
で割った値をρ1 とすることで、α1j，α2jの設定値に
応じた対応する変動吸収が可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
図面を参照して説明する。 ［中継ノードの構成］図１は本発明の一実施形態に係る
中継ノード（ストリーム中継装置）１０の構成を示すブ
ロック図である。

【００２０】図１の中継ノード１０は、データ蓄積部１
１と、通信インタフェース２１を介してネットワークか
らデータストリームを構成する連続する一連のデータパ
ケット（データフレーム）を受信しこのパケットに含ま
れるデータをデータ蓄積部１１に書き込む機能を持つデ
ータ受信部１２と、データ蓄積部１２からデータを読み
出し対応するデータストリームのデータパケットに組み
立てて通信インタフェース２２を介してネットワークヘ
送出する機能を持つデータ送信部１３と、データ蓄積部
１１、データ受信部１２及びデータ送信部１３のそれぞ
れに対して状態の獲得や動作の制御を司るノード管理部
１４とから構成される。

【００２１】データ蓄積部１１は、データ受信部１２に
より受信されたパケット中のデータを一時蓄積するため
の１次バッファ１１１と、この１次バッファ１１１のオ
ーバフロー発生を回避するように、当該１次バッファ１
１１に不足する記憶領域を補完するための２次バッファ
１１２と、ノード管理部１４の制御のもとでバッファ１
１１，１１２間のデータ移動を司るデータ移動部１１３
とから構成される。１次バッファ１１１は、ＲＡＭ等の
半導体メモリを用いて構成される高速小容量バッファで
あり、２次バッファ１１２は、磁気ディスク等の大容量
記憶媒体を用いて構成される低速大容量バッファであ
る。

【００２２】このように本実施形態におけるデータ蓄積
部１１のデータ一時蓄積機能（を持つ一時蓄積バッフ
ァ）は、半導体メモリによる１次バッファ１１１と大容
量記憶媒体による２次バッファ１１２の組み合わせによ
って実現される。

【００２３】データ蓄積部１１内のデータ移動部１１３
は、ノード管理部１４の制御のもとで上記両バッファ１
１１，１１２間のデータ移動に関するスケジューリング
を行うようになっている。またデータ移動部１１３は、
ノード管理部１４と連携して、バッファ１１１，１１２
内の蓄積データ量、入力データストリームの予測値、デ
ータ到着イベント、データ再送出イベントに基づくアル
ゴリズムで最適なデータ移動及び再送出を制御するよう
にもなっている。［バッファ１１１，１１２間のデータ
移動制御］ここで、データ蓄積部１１１におけるバッフ
ァ１１１，１１２間のデータ移動制御の要点について説
明する。

【００２４】まず、１次バッファ１１１と２次バッファ
１１２との間でデータ移動を行う目的は、到着間隔やブ
ロック長に確率的変動のある１次バッファ１１１へのデ
ータ入力に対し、当該１次バッファ１１１のオーバフロ
ー発生を回避することと、後段（の中継ノードまたは受
信端末）へのデータ再送出のために１次バッファ１１１
から安定したデータ出力を行えるようにすることにあ
る。なお以下では、１次バッファ１１１から２次バッフ
ァ１１２へのデータ移動を「退避」、その逆の方向への
データ移動、即ち２次バッファ１１２から１次バッファ
１１１へのデータ移動を「復帰」と呼ぶことにする。

【００２５】本実施形態におけるデータ蓄積部１１の構
成では、データの退避処理及び復帰処理において、その
処理自身に有限の処理時間（固定的な処理時間）を費や
す。また、２次バッファ１１２を１つまたは少数の大容
量記憶媒体により構成するものとすると、上記退避処理
と復帰処理の間でアクセスの競合が発生する。また複数
のストリームが同一の２次バッファ１１２を利用する場
合には、ストリーム間での競合も生じる。そこで、競合
の結果生じる待ち合わせ時間に起因する１次バッファ１
１１入力側のオーバフローや出力側のアンダーフローを
極力防止するように、データ移動部１１３において最適
なスケジューリングを行う必要がある。

【００２６】上記のスケジューリングの効率は、各スト
リームに対するブロック長の設定値によって制御するこ
とができる。即ち、退避及び復帰の際の処理単位となる
ブロック長（退避ブロック長）をｂ（単位は、例えばby
te）とすると、直接的にはｂを小さくするならば、１次
バッファ１１１の占有時間が短くなり、１次バッファ１
１１のオーバフローの発生を抑制するのに寄与する。し
かしその反面、退避及び復帰の回数が多くなることか
ら、退避及び復帰に伴う前述の処理時間固定部分が全体
として増加する。その結果、２次バッファ１１２へのア
クセスが相対的に増加し、待ち合わせ遅延によるバッフ
ァオーバフローの発生を増加させる一因となる。このた
め、上記のスケジューリングにおいては、この点も考慮
する必要がある。 ［データ移動制御の手順の概略］次に、データ蓄積部１
１内でのバッファ１１１，１１２間のデータ移動制御の
手順の概略につき、１つのストリームのデータの退避及
び復帰処理を例に図２のタイミングチャートを参照して
説明する。

【００２７】データ蓄積部１１ではまず、１次バッファ
１１１内に入力データを受信するためのサイズＬin（単
位は、例えばbyte）の入力バッファ領域を確保して、デ
ータ受信部１２によるネットワーク上の送信ノードから
のデータパケット受信に伴うデータの入力を待つ。ここ
でＬin（入力バッファ領域長）は、１次バッファ１１１
に対するアクセス単位の整数倍で、且つ退避ブロック長
ｂ以上の値に設定される。

【００２８】データストリームの開始時におけるデータ
入力の待機時間ｗinは一般に予測困難であるが、データ
ストリーム転送途中においては１つ前のデータブロック
の最後のタイミングを参考にしてスケジューリングを行
うことにより、この待機時間ｗinを最小にすることがで
きる。

【００２９】次に、１次バッファ１１１内の入力バッフ
ァ領域へのデータ入力が開始される。この入力バッファ
領域にブロック長ｂだけのデータが入力されるのに要す
る時間（データ入力時間）ｔin（の平均値）は、実際の
転送データパケット長などに依存するが、付加的な入力
バッファを置かない場合、データストリームの平均的な
入力レートをＲin（単位は通常はbit/sec であるが、こ
こではブロック長ｂの単位byteに合わせてbyte/sec）と
すると、次式で与えられる。

【００３０】ｔin＝ｂ／Ｒin次に、ブロック長ｂだけの
データ入力が終了した段階で、データ移動部１１３は、
このデータをそのまま１次バッファ１１１に残すか、或
いは２次バッファ１１２ヘ退避（移動）するかを判断す
る。ここでの判断の基準については後述する。また、サ
イズＬinの入力バッファ領域にＬin分のデータが入力さ
れると、１次バッファ１１１内にサイズＬinの次の入力
バッファ領域が確保される。

【００３１】データ移動部１１３により１次バッファ１
１１に残す判断が与えられたストリームに属するデータ
は、そのまま１次バッファ１１１上に蓄積され（蓄積時
間をｄとする）、データ送信部１３による再送出（のた
めの読み出し）を待つ。

【００３２】これに対し、あるストリームに対してデー
タ移動部１１３が２次バッファ１１２ヘの退避を判断し
た場合には、当該データ移動部１１３はその判断を変更
するまでの間、このストリームに属するデータをブロッ
ク長ｂを単位に全て２次バッファ１１２ヘ退避する。こ
の場合、１次バッファ１１１から２次バッファ１１２へ
のデータブロック移動の処理が発生する。２次バッファ
１１２へのデータブロック移動は、データ蓄積部１１に
おいて同時に扱われるストリームの全てについて行われ
るため、競合がある場合には待ち合わせ時間（退避待ち
時間）ｗ1 が発生する。したがって退避に要する時間
（退避時間）は、１次バッファ１１１から２次バッファ
１１２へ実際にデータブロックを転送して書き込む退避
処理に要する時間（退避処理時間）をｔ1 とすると、ｗ
1 ＋ｔ1 となる。

【００３３】データ移動部１１３は、２次バッファ１１
２に退避したデータブロックを、そのブロックの再送出
のタイミングに間に合うように１次バッファ１１１に復
帰する復帰処理を行わなければならない。そのため、１
次バッファ１１１上にサイズＬout （単位は、例えばby
te）の出力バッファ領域を確保する。ここでＬout （出
力バッファ領域長）は、１次バッファ１１１に対するア
クセス単位の整数倍で、且つ退避ブロック長ｂより大き
い値に設定される。

【００３４】さて、復帰処理においても、上記退避処理
と同様に、待ち合わせ時間（復帰待ち時間）ｗ2 が発生
する。したがって復帰に要する時間（復帰時間）は、２
次バッファ１１２から実際にデータブロックを読み出し
て１次バッファ１１１へ転送する復帰処理に要する時間
（復帰処理時間）をｔ2 とすると、ｗ2 ＋ｔ2 となる。

【００３５】上記データブロックの退避処理時間ｔ1 及
び復帰処理時間ｔ2 は、２次バッファ１１２を構成する
蓄積デバイスの特性に依存する。例えば磁気ディスクや
光ディスクなど回転体の記録媒体を利用するデバイスで
は、データブロックの退避処理には、データ書き込みの
際にヘッドを移動するシーク時間並びに回転待ち時間
（ブロック長に依存せず）と、実際にデータを転送・書
き込みする時間（ブロック長に依存）がかかる。またデ
ータブロックの復帰処理の際も同様である。これを一般
化すると、退避・復帰処理時間は、ブロック長ｂに依存
しない部分と、ブロック長ｂに依存する部分との和にな
る。

【００３６】最も単純な退避処理時間ｔ1 及び復帰処理
時間ｔ2 の推定値の近似式は、退避処理時のブロック長
ｂに依存しない時間（退避処理時間固定部分）をｆ1 、
２次バッファ１１２への書き込み速度をｒ1 、復帰処理
時のブロック長ｂに依存しない時間（復帰処理時間固定
部分）をｆ2 、２次バッファ１１２からの読み出し速度
をｒ2 とすると、以下のようになる。

【００３７】ｔ1 ＝ｆ1 ＋ｂ／ｒ1 ｔ2 ＝ｆ2 ＋ｂ／ｒ2 上記ｔ1 ，ｔ2 は推定値であることから、以下の説明で
は、それぞれ推定退避処理時間，推定復帰処理時間と呼
ぶことにする。

【００３８】さて、２次バッファ１１２から１次バッフ
ァ１１１に復帰されたデータブロックは再送出を待ち、
待ち合わせ時間（送出待ち合わせ時間）ｗout の後、デ
ータ送信部１３により後段の受信ノード（具体的には中
継ノードまたは受信端末）に再送出される。この再送出
に要する時間（データ送出時間）ｔout は、データスト
リームの平均的な出力レートをＲout （単位は通常はbi
t/sec であるが、ここではブロック長ｂの単位byteに合
わせてbyte/sec）とすると、次式で与えられる。

【００３９】ｔout ＝ｂ／Ｒout 固定ビットレートのビデオストリームを中継する場合な
どにおいては、上記復帰データの再送出のタイミングを
ノード管理部１４にて予め推定できる。したがって、推
定した再送出のタイミングに合わせてノード管理部１４
がデータ移動部１１３による復帰処理を起動させること
で、上記送出待ち合わせ時間ｗout を最小化することが
できる。

【００４０】本実施形態によるデータ一時蓄積メカニズ
ムの動作効率は、１次バッファ１１１の容量及び２次バ
ッファ１１２ヘのアクセススループットによって制限さ
れるが、これについては後述する。 ［中継制御］次に、図１の構成の中継ノード１０におけ
る上述のデータ移動制御を含む中継制御について説明す
る。

【００４１】まず、（ビデオサーバ、中継ノードなど
の）前段の送信ノードから図１の中継ノード１０に対し
てデータストリームｊの転送を要求する際には、データ
入力レートＲinj が通知（申告）される。ノード管理部
１４は、送信ノードから通知されたデータ入力レートＲ
inj を内部保持した後、データ移動部１１３と共同し
て、データストリームｊの中継制御に必要なパラメータ
群を設定するためのパラメータ設定処理を図３のフロー
チャートに従って次のように実行する。

【００４２】まずノード管理部１４は、データ移動部１
１３に対し、トラフィック特性値（推定値）である入力
パラメータセットＩj ＝｛Ｒinj ，Ｒoutj｝を与える
（ステップ３０１）。このデータ移動部１１３には、シ
ステムパラメータセット＝｛ｆ1 ，ｆ2 ，ｒ1 ，ｒ2 ｝
がノード管理部１４により予め与えられているものとす
る。

【００４３】データ移動部１１３は、データストリーム
ｊの入力の変動分を吸収するためのマージン値α1j、及
びデータストリームｊの退避・復帰時間の変動分を吸収
するためのマージン値α2jの初期値（固定値）を設定す
る（ステップ３０２）。

【００４４】次にデータ移動部１１３は、データストリ
ームｊ中のデータを退避する際の処理単位となるブロッ
ク長ｂj の初期値（固定値）を設定する（ステップ３０
３）。

【００４５】次にデータ移動部１１３は、データストリ
ームｊ中のデータを（２次バッファ１１２への退避なし
に）１次バッファ１１１に蓄積するための領域のサイズ
（１次バッファ割り当てサイズ）Ｂj を入力パラメータ
セットＩj ＝｛Ｒinj ，Ｒoutj｝等をもとに決定して設
定する処理（Ｂj 設定処理）を、図４のフローチャート
に従って次のように行う（ステップ３０４）。

【００４６】まずデータ移動部１１３は、Ｒinj ，Ｒou
tjの大小を判定する（ステップ４０１）。もし、Ｒinj
≦Ｒoutjならば、１次バッファ１１１に溜まるのは送出
（再送出）待ち合わせ時間ｗout の間の到着データと入
力データの変動分によるものであることから、Ｂj の値
を、例えばＲinj に比例した値（ｋＲinj ）に設定する
（ステップ４０２）。ここでｋ（比例係数）には、Ｂj
が入力変動を吸収可能となる値を用いればよい。

【００４７】一方、Ｒinj ＞Ｒoutjならば、Ｂj の値
を、例えばサイズｂだけのデータの１次バッファ１１１
へのデータ入力時間ｔini と、サイズｂだけのデータが
１次バッファ１１１と２次バッファ１１２との間を往復
（退避・復帰）するのに要する時間（ｗ1j＋ｔ1j＋ｗ2j
＋ｔ2j＋ｗoutj(=0)）と、サイズｂだけのデータの１次
バッファ１１１からのデータ出力時間ｔoutjとの和Ｔj
＝（ｔini ＋ｗ1j ＋ｔ1j＋ｗ2j＋ｔ2j＋ｗoutj(=0)＋
ｔoutj）の間に再送出するストリームｊのデータ量Ｒou
tj＊Ｔj 以上の値（ここでは、時間Ｔj の間に再送出す
るデータ量Ｒoutj＊Ｔj に予め定められた一定量を加え
た値）に設定する（ステップ４０３）。

【００４８】このように時間Ｔj は、サイズ（ブロック
長）ｂだけのデータの先頭部が１次バッファ１１１に到
達してから、当該データが２次バッファ１１２との間を
（待ち時間なしに）往復し、当該データが１次バッファ
１１１から全て送出されるまでに要する推定時間を表
す。したがって、データストリームｊに割り当てる１次
バッファ割り当てサイズＢj の値を、上記のように、時
間Ｔj の間に再送出するストリームｊのデータ量（＝Ｒ
outj＊Ｔj ）以上に設定するならば、Ｂj の領域がオー
バフローする危険がある場合に、それを回避するために
ストリームｊの後続のデータを２次バッファ１１２に一
時退避しても、その退避データを１次バッファ１１１に
復帰させてＢj の領域内の蓄積データに続いて連続的に
再送出することが可能となる。即ち再送出の連続性が確
保される。

【００４９】なお、データ入力時間ｔinj ，データ送出
時間ｔoutjは、前記ｔin，ｔout の場合と同様にして、
ｂj ／Ｒinj ，ｂj ／Ｒoutjにより求められるもので、
それぞれサイズｂj だけのデータが到着するのに要する
時間の推定値，サイズｂj だけのデータを再送出するの
に要する時間の推定値である。

【００５０】また、推定退避処理時間ｔ1j，推定復帰処
理時間ｔ2jは、前記ｔ1 ，ｔ2 の場合と同様にして、ｆ
1 ＋ｂj ／ｒ1 ，ｆ2 ＋ｂj ／ｒ2 により求められる。
また、退避待ち時間ｗ1j，復帰待ち時間ｗ2jは、例えば
同一の２次バッファ１１２を利用する全てのデータスト
リームｊからのアクセスを入力とした単一処理モデルと
して推定可能である。一例として、退避及び復帰の要求
は同一優先度で扱われるものとし、それぞれのストリー
ムｊからの要求発生がランダムで、１ブロックを処理す
る時間が指数分布に従うとした多元Ｍ／Ｍ／１型の近似
を行えば、平均待ち時間は以下のように近似表現するこ
とができる。

【００５１】 ｗ1j＝ｗ2j ＝Σ[(t1j)² *(Rinj/bj)/{1-t1j*(Rinj/bj)}+(t2j)² *
(Routj/bj)/{1-t2j*(Routj/bj)}] ここで、ｔ1j，ｔ2jは前記したようにｂj に依存する。
したがって上記ｗ1j，ｗ2jはｂj 及びＲinj ，Ｒoutjに
依存する。また、ｗ1j，ｗ2jは推定値であることから、
以下の説明では、それぞれ推定退避待ち合わせ時間，推
定復帰待ち合わせ時間と呼ぶことにする。

【００５２】以上のことから、Ｒinj ＞Ｒoutjの場合の
Ｂj の値は、ｂj 及びＲinj ，Ｒoutjに依存する。デー
タ移動部１１３は、以上のＢj 設定処理を終了すると、
ブロック長ｂ、マージン値α1j，α2j等の再設定処理
（パラメータ再設定処理）を行う（ステップ３０５）。
このパラメータ再設定処理の詳細については後述する。

【００５３】データ移動部１１３は、ステップ３０５の
パラメータ再設定処理に成功した場合には（ステップ３
０６）、送信ノードから要求されたデータストリームｊ
の中継が可能である旨をノード管理部１４に通知すると
共に、当該データストリームｊの中継モードを初期モー
ドである退避なしモードに設定する（ステップ３０７，
３０８）。これに対し、パラメータ再設定処理に失敗し
た場合には、データ移動部１１３は送信ノードから要求
されたデータストリームｊの中継が不可能である旨をノ
ード管理部１４に通知する（ステップ３０９）。なお、
各データストリームが優先度を持つ場合には、中継中の
ストリームを含めて、最も優先度の低いストリームの中
継を放棄するようにしても構わない。

【００５４】ノード管理部１４は、データ移動部１１３
からの通知を受けて送信ノードに対して要求されたデー
タストリームｊの中継の可否を通知する。次に、データ
ストリームｊを中継する場合の動作について、データ移
動部１１３による退避・復帰処理を中心に図５及び図６
のフローチャートを適宜参照して説明する。

【００５５】データ受信部１２は、ネットワーク上の送
信ノードから送られるデータストリームｊ中のデータ
（データパケット）の到着を待つ。一方、データ送信部
１３は、ノード管理部１４からの指示により出力レート
Ｒoutjを設定した上で、データストリームｊ中のデータ
が１次バッファ１１１に書き込まれるのを待つ。

【００５６】データ受信部１２は、データパケットが到
着したならば、そのパケット中のデータをデータ蓄積部
１１内の１次バッファ１１１に書き込む書き込み（デー
タ入力）動作を開始する。一方、データ送信部１３は、
１次バッファ１１１へのデータ書き込みを検出して、そ
の先頭から再送処理（データ送出処理）を開始する。

【００５７】データ蓄積部１１内のデータ移動部１１３
は、データ受信部１２により１次バッファ１１１に書き
込まれたデータストリームｊのデータが当該ストリーム
ｊについて設定したブロック長ｂj を超えると（ステッ
プ５０１）、退避なしモードである場合には（ステップ
５０２）、ストリームｊのデータの１次バッファ１１１
内の蓄積量が、データ入力時間（ｂj だけのデータが到
着するのに要する推定時間）ｔinj と１次バッファ１１
１と２次バッファ１１２との間のデータの往復（退避・
復帰）に要する時間（ｗ1j＋ｔ1j＋ｗ2j＋ｔ2j＋ｗoutj
(=0)）と、１次バッファ１１１からのデータ送出時間
（ｂj だけのデータを再送出するのに要する推定時間）
ｔoutjとの和Ｔj の間に再送出するデータ量を超えたか
否かをチェックする（ステップ５０３）。

【００５８】もし、ストリームｊのデータの１次バッフ
ァ１１１内の蓄積量が上記時間Ｔjの間に再送出するデ
ータ量を超えていないならば、データ移動部１１３は１
次バッファ１１１がオーバフローする危険性はないもの
と判断して退避なしモードを継続し（ステップ５０
４）、超えているならば、１次バッファ１１１のオーバ
フローの発生を回避するために、ストリームｊについて
の中継モードを退避なしモードから退避ありモードに切
り替え設定する（ステップ５０５）。

【００５９】一方、１次バッファ１１１に書き込まれた
データストリームｊのデータがブロック長ｂj を超えた
場合に（ステップ５０１）、退避ありモードが設定され
ているならば（ステップ５０２）、その先頭からｂj だ
けのデータ（データブロック）について１次バッファ１
１１から２次バッファ１１２への退避処理を開始する
（ステップ５０６）。このとき、退避なしモードから退
避ありモードへの切り替え直後の退避処理が開始された
場合であれば、１次バッファ１１１に蓄積されたストリ
ームｊのデータのうち、退避されない分のデータの再送
出がデータ送信部１３により続けられる。この退避処理
の開始時点においては、ｂj を超えた分のデータが１次
バッファ１１１に書き込まれたデータとされる。

【００６０】次にデータ移動部１１３は、２次バッファ
１１２に退避したデータブロックについて、その先頭部
が再送出される時刻を対応するデータストリームｊの出
力レートＲoutjをもとに推定して、目標復帰完了時刻と
して設定する（ステップ５０７）。

【００６１】これに対し、１次バッファ１１１に書き込
まれたデータストリームｊのデータがブロック長ｂj を
超えていない場合には（ステップ５０１）、退避なしモ
ードであるならば（ステップ５０８）、ステップ５０１
に戻る。

【００６２】また、１次バッファ１１１に書き込まれた
データストリームｊのデータがブロック長ｂj を超えて
おらず（ステップ５０１）、しかも退避ありモードであ
るならば（ステップ５０８）、データ移動部１１３は以
下の処理を行う。

【００６３】まずデータ移動部１１３は、ストリームｊ
についての退避データブロックについて設定してある目
標復帰完了時刻より復帰時間（ｗ2j＋ｔ2j）だけ溯った
時刻が到来したか否かをチェックし（ステップ６０
１）、到来したならば、該当する退避データブロックを
２次バッファ１１２から１次バッファ１１１へ復帰する
復帰処理を開始する（ステップ６０２）。

【００６４】そして、１次バッファ１１１への復帰が完
了したならば（ステップ６０３）、データ移動部１１３
は、ストリームｊのデータの２次バッファ１１２内の蓄
積ブロック数をチェックする（ステップ６０４）。

【００６５】もし、蓄積ブロック数が０であるならば、
即ち退避したデータブロックが即刻復帰された場合（こ
れを、即復帰と呼ぶ）には、データ移動部１１３は、蓄
積ブロック数＝０の判定（即復帰の判定）が予め定めら
れた一定回数続いたか否かをチェックし（ステップ６０
５）、一定回数続いたならば、ストリームｊのバースト
的な入力変動が収まって当該ストリームｊ用に割り当て
たサイズＢj の領域に余裕ができ、オーバフローの危険
性はなくなったものとして、ストリームｊについての中
継モードを退避ありモードから退避なしモードに切り替
え設定する（ステップ６０６）。そしてデータ移動部１
１３はステップ５０１に戻る。

【００６６】一方、目標復帰完了時刻より復帰時間（ｗ
2j＋ｔ2j）だけ溯った時刻が到来していない場合（ステ
ップ６０１）、蓄積ブロック数が０でない場合（ステッ
プＳ６０４）、或いは蓄積ブロック数＝０の判定が一定
回数続いていない場合（ステップ６０５）には、そのま
まステップ５０１に戻る。

【００６７】次に、パラメータ再設定処理（ステップ３
０５）の詳細について、図７及び図８のフローチャート
を適宜参照して説明する。データ移動部１１３は、新規
ストリームの追加時、既存ストリームの中継処理の終了
時、著しい予測不一致の検出時などにおいて、ブロック
長ｂ、マージン値α1j，α2j等のパラメータの再設定処
理（更新処理）を次のように行う。なお、著しい予測不
一致の検出時とは、送信ノードから通知されたデータス
トリームｊの入力レートＲinに対する入力変動が予め定
められた許容範囲を超えていることが実測値から検出さ
れた場合である（ストリームｊの入力レートＲinj の計
測は、当該ストリームｊの受信中、データ受信部１２に
て行われるものとする）。この予測不一致の検出には、
データストリームｊの転送の突然の終了も含まれる。

【００６８】パラメータ再設定処理では、まずデータ移
動部１１３は、各ストリームｊの最新のトラフィック特
性値Ｒinj ，Ｒoutj等に基づき、１次バッファ利用率ρ
1 及び２次バッファアクセスチャネル利用率ρ2 を求め
る（ステップ７０１，７０２）。

【００６９】ここで１次バッファ利用率ρ1 の値は、各
退避なしストリームｊ（退避なしモードにあるストリー
ムｊ）の各々に対して割り当てられている１次バッファ
１１１内の領域のサイズ（１次バッファ割り当てサイ
ズ）Ｂj の（マージン値α1jを考慮した）総和Σ１（即
ち全ての退避なしストリームが１次バッファ１１１上で
占めると予想される全体サイズ）と、各退避ありストリ
ームｊに関して、１次バッファ１１１内の入力バッファ
領域長Ｌinj と出力バッファ領域長Ｌoutjの和（Ｌinj
＋Ｌoutj）に、１次バッファ１１１内の退避バッファ長
ｂj と復帰バッファ長（＝退避ブロック長）ｂj に各々
の推定利用時間の割合を掛け合わせた値を加えたものの
（マージン値α2jを考慮した）総和Σ２（即ち全ての退
避ありストリームが１次バッファ１１１上で占めると予
想される全体サイズ）とを足し合わせた値を、１次バッ
ファ１１１のサイズ（１次バッファ量）Ｌ1 で割った値
であり、 ρ1 ＝（Σ１＋Σ２）／Ｌi のように表される。

【００７０】ここで、 Σ１＝Σ {Ｂj *(１＋α1j)} である。

【００７１】また、推定利用時間の割合は、退避バッフ
ァ長（＝退避ブロック長）ｂj については、ストリーム
ｊのデータがサイズｂだけ到着するのに要する時間（サ
イズｂのデータの入力時間）に対する、サイズｂのデー
タ（データブロック）を１次バッファ１１１から２次バ
ッファ１１２に退避するのに要する時間（復帰時間）の
割合、即ち（ｗ1j＋ｔ1j）／ｔinj であり、復帰バッフ
ァ長（＝退避ブロック長）ｂj については、ストリーム
ｊのデータをサイズｂだけ再送出するのに要する時間
（サイズｂのデータの出力時間）に対する、サイズｂの
データ（データブロック）が２次バッファ１１２から１
次バッファ１１１に復帰するのに要する時間（復帰時
間）の割合、即ち（ｗ2j＋ｔ2j）／ｔoutjである。

【００７２】したがってΣ２は、 Σ２＝Σ[{Ｌinj ＋Ｌoutj＋ｂj *(ｗ1j＋ｔ1j)/ｔinj
＋ｂj *(ｗ2j＋ｔ2j)/ｔoutj }*(１＋α2j)] のように表される。

【００７３】また２次バッファアクセスチャネル利用率
ρ2 の値は、退避ありストリームｊに関する退避データ
トラフィックｔ1j／ｔinj と復帰データトラフィックｔ
2j／ｔoutjとの和の総和であり、 ρ2 ＝Σ（ｔ1j／ｔinj ＋ｔ2j／ｔoutj） のように表される。

【００７４】上記ρ1 ，ρ2 の値は、各ストリームｊに
与えられた１次バッファ割り当てサイズＢj 及びブロッ
ク長ｂj の値により変化する。データ移動部１１３は、
ρ1 ，ρ2 を算出すると、ρ1 及びρ2 と（容量限界を
意味する）１とを比較して、ρ1 及びρ2 が共に１以下
であるか否かを判定し（ステップ７０３）、共に１以下
であるならば、現在各ストリームｊに与えているＢj 及
びｂj の値は適性であると判断し、パラメータ再設定処
理を終了する。

【００７５】これに対し、ρ２は１以下であるものの、
ρ1 が１を超えているならば（ステップ７０４）、デー
タ移動部１１３はまず、１つのストリームｊを選択し、
そのストリームｊに割り当てられているブロック長（退
避ブロック長）ｂj を予め定められた一定値Δｂだけ小
さくした場合のρ1 及びρ2 の値を（上記ステップ７０
１，７０２と同様にして）再計算する（ステップ７０
５，７０６）。ここで、ｂj ＝ｂj −Δｂの操作の対象
には任意のストリームを選択しても構わないが、本処理
が新規ストリームの追加、或いは著しい予測不一致の検
出によって起動された場合には、その要因となったスト
リームを選択するとよい。

【００７６】もし、ステップ７０６で再計算したρ1 及
びρ2 の値が共に１以下であるならば（ステップ７０
７）、データ移動部１１３はその際のｂj を該当するス
トリームｊ用に採用し、パラメータ再設定処理を終了す
る。一方、再計算したρ1 及びρ2 のうちの少なくとも
一方が１を超えているならば、全ての退避ありストリー
ムｊについて、そのブロック長（退避ブロック長）ｂj
をΔｂだけ小さくした場合のρ1 及びρ2 の値を再計算
する（ステップ７０８，７０９）。

【００７７】ここで、ステップ７０９で再計算したρ1
及びρ2 の値が共に１以下であるならば（ステップ７１
０）、データ移動部１１３はその際の各ｂj を該当する
ストリームｊ用に採用し、パラメータ再設定処理を終了
する。これに対し、ステップ７０９での再計算を行って
もρ1 及びρ2 のうちの少なくとも一方が１を超えてい
るならば、後述するマージン軽減処理（ステップ７１
１）に移る。

【００７８】なお、上記ステップ７０８において１つの
ストリームｊについて、そのブロック長（退避ブロック
長）ｂj をΔｂだけ小さくして、ステップ７０９でρ1
及びρ2 を再計算し、その再計算後のρ1 ，ρ2 の値の
少なくとも一方が依然として１を超えている場合には、
ｂj をΔｂだけ小さくするストリームｊを切り替えて、
ρ1 ，ρ2 の再計算と評価を、一定回数を超えない範囲
で、ρ1 ，ρ2 の値が共に１以下となるか、或いは対象
となるストリームｊがなくなるまで繰り返すようにして
も構わない。

【００７９】一方、ステップ７０１，７０２で算出され
たρ1 ，ρ2 のうち、ρ1 は１以下であるものの、ρ2
が１を超えているならば（ステップ７０３，７０４，８
０１）、データ移動部１１３はまず、１つのストリーム
ｊを選択し、そのストリームｊに割り当てられているブ
ロック長（退避ブロック長）ｂj をΔｂだけ大きくした
場合のρ1 及びρ2 の値を（上記ステップ７０１，７０
２と同様にして）再計算する（ステップ８０２，８０
３）。

【００８０】もし、ステップ８０３で再計算したρ1 及
びρ2 の値が共に１以下であるならば（ステップ８０
４）、データ移動部１１３はその際のｂj を該当するス
トリームｊ用に採用し、パラメータ再設定処理を終了す
る。一方、再計算したρ1 及びρ2 のうちの少なくとも
一方が１を超えているならば、全ての退避ありストリー
ムｊについて、そのブロック長（退避ブロック長）ｂj
をΔｂだけ大きくした場合のρ1 及びρ2 の値を再計算
する（ステップ８０５，８０６）。

【００８１】ここで、ステップ８０６で再計算したρ1
及びρ2 の値が共に１以下であるならば（ステップ８０
７）、データ移動部１１３はその際の各ｂj を該当する
ストリームｊ用に採用し、パラメータ再設定処理を終了
する。これに対し、ステップ８０７での再計算を行って
もρ1 及びρ2 のうちの少なくとも一方が１を超えてい
るならば、後述するストリーム中継棄却処理（ステップ
８０８）に移る。

【００８２】また、ステップ７０１，７０２で算出され
たρ1 ，ρ2 が共に１を超えている場合には（ステップ
７０３，７０４，８０１）、データ移動部１１３はステ
ップ７１１のマージン軽減処理に移る。

【００８３】次に、上記ステップ７１１のマージン軽減
処理について図９のフローチャートを参照して説明す
る。まずデータ移動部１１３は、各ストリームｊの退避
・復帰時間の変動分を吸収するために割り当てたマージ
ン値α2j（通常は１未満の正の小数値）が正である範囲
で、当該α2jの値を予め定められた一定値Δαだけ減じ
た後（ステップ９０１，９０２）、ρ1 の値を（上記ス
テップ７０１と同様にして）再計算する（ステップ９０
３）。

【００８４】もし、ステップ９０２で再計算したρ1 の
値が１以下となったならば（ステップ９０４）、データ
移動部１１３はその際の各α2jを該当するストリームｊ
用に採用し、パラメータ再設定処理を終了する。

【００８５】これに対し、ステップ９０２で再計算した
ρ1 の値が依然として１を超えているならば、データ移
動部１１３は上記ステップ９０１以降の処理を再度実行
する。そして各α2jを０にして（ステップ９０５）、ρ
1 を再計算しても（ステップ９０６）、ρ1 の値が１以
下とならないならば（ステップ９０７）、データ移動部
１１３は、各ストリームｊの入力の変動分を吸収するた
めに割り当てたマージン値α1j（通常は１未満の正の小
数値）が正である範囲で、当該α1jの値をΔαだけ減じ
た後（ステップ９０８，９０９）、ρ1 の値を（上記ス
テップ７０１と同様にして）再計算する（ステップ９１
０）。

【００８６】もし、ステップ９１０で再計算したρ1 の
値が１以下となったならば（ステップ９１１）、データ
移動部１１３はその際の各α1j，α2jを該当するストリ
ームｊ用に採用し、パラメータ再設定処理を終了する。

【００８７】これに対し、ステップ９１０で再計算した
ρ1 の値が依然として１を超えているならば、データ移
動部１１３は上記ステップ９０８以降の処理を再度実行
する。そして各α1jを０にして（ステップ９１２）、ρ
1 を再計算しても（ステップ９１３）、ρ1 の値が１以
下とならないならば（ステップ９１４）、データ移動部
１１３は、図８中のステップ８０８のストリーム中継棄
却処理に移る。

【００８８】次に、上記ステップ８０８のストリーム中
継棄却処理について図１０のフローチャートを参照して
説明する。まずデータ移動部１１３は、中継棄却の対象
となるストリームを選択し、その選択したストリームの
中継処理を放棄する（ステップＡ１）。このステップＡ
１では、新規ストリームの追加時（新たにストリームの
中継が要求された場合）であれば、その新規ストリーム
か、中継中のストリームを含めて、最も優先度の低いス
トリームを選択すればよい。また、新規ストリームの追
加時以外であれば、中継中のストリームの中で最も優先
度の低いストリームを選択すればよい。

【００８９】次にデータ移動部１１３は、図７及び図８
のフローチャートに示すパラメータ再設定処理を呼び出
して、残りのストリームｊについて、ρ1 ，ρ2 の計算
等を行うことでブロック長ｂj 等のパラメータを再設定
し（ステップＡ２）、中継処理を継続する（再度のフレ
ーム中継棄却処理が不要の場合）。

【００９０】以上に述べた実施形態では、ストリームｊ
についての１次バッファ１１１内のデータ蓄積量が時間
Ｔj の間に再送出するデータ量を超えた場合には、直ち
に退避モードに切り替えるものとして説明したが、例え
ばその差分以上の空き領域（非割り当て領域）が１次バ
ッファ１１１上に存在する場合には、その差分、或いは
その差分に予め定められた一定量を加えた値だけＢj を
増やして退避なしモードを継続し、それでも不足する場
合に、退避モードに切り替えるようにしても構わない。

【００９１】なお、図１の構成の中継ノードの各部の処
理機能、即ちデータ受信部１２、データ送信部１３、ノ
ード管理部１４、及びデータ蓄積部１１内のデータ移動
部１１３の処理機能は、その処理機能をＣＰＵを備えた
コンピュータ等の情報処理機器により実現させるための
プログラムを記録した（メモリカード、フロッピーディ
スク、ＣＤ−ＲＯＭ等の）記録媒体を用い、当該記録媒
体を情報処理機器に装着して、当該記録媒体に記録され
ているプログラムを情報処理機器で読み取り実行させる
ことによっても実現される。

【００９２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、中
継ノードにおける一時蓄積バッファを高速メモリによる
１次バッファ手段と低速大容量の２次バッファ手段との
組み合わせによって構成し、１次及び２次バッファ手段
間の適切なデータ移動及び１次バッファからの適切なデ
ータ送出を制御することにより、比較的低価格でありな
がら、ストリーム中継に伴う遅延を小さくできると共
に、大容量のバースト的なデータをオーバフローの発生
を招くことなく一時蓄積することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る中継ノードの構成を
示すブロック図。

【図２】図１中のデータ蓄積部１１内でのバッファ１１
１，１１２間のデータ移動制御の手順の概略を説明する
ためのタイミングチャート。

【図３】同実施形態におけるパラメータ設定処理を説明
するためのフローチャート。

【図４】同実施形態おけるＢj 設定処理を説明するため
のフローチャート。

【図５】同実施形態における中継動作について、データ
移動部１１３による退避・復帰処理を中心に説明するた
めのフローチャートの一部を示す図。

【図６】同実施形態における中継動作について、データ
移動部１１３による退避・復帰処理を中心に説明するた
めのフローチャートの残りを示す図。

【図７】同実施形態におけるパラメータ再設定処理を説
明するためのフローチャートの一部を示す図。

【図８】同実施形態におけるパラメータ再設定処理を説
明するためのフローチャートの残りを示す図。

【図９】図７中のステップ７１１のマージン軽減処理を
説明するためのフローチャート。

【図１０】図８中のステップ８０８のフレーム中継棄却
処理を説明するためのフローチャート。

【図１１】従来の中継ノードの構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１０…中継ノード １１…データ蓄積部 １２…データ受信部 １３…データ送信部 １４…ノード管理部 １１１…１次バッファ １１２…２次バッファ １１３…データ移動部（パラメータ設定手段、モード設
定手段、退避手段、復帰手段）

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信ノードから送信された一連のデータ
   要素からなるデータストリームを受信するデータ受信手
   段と、 前記データ受信手段により受信されたデータストリーム
   中のデータを一時蓄積するための高速メモリから構成さ
   れる１次バッファ手段と、 前記１次バッファ手段に蓄積されたデータを取り出して
   受信ノードに送出するデータ送信手段と、 前記１次バッファ手段の記憶領域を補完するための当該
   １次バッファ手段より低速大容量の２次バッファ手段
   と、 前記１次バッファ手段の入力側のオーバフローの危険性
   を検出して、前記１次バッファ手段から前記２次バッフ
   ァ手段へブロック単位でデータを移動する退避処理を行
   うと共に、前記２次バッファ手段に退避されたデータを
   前記データ送信手段によるデータ送出のために前記１次
   バッファ手段へブロック単位で移動する復帰処理を行う
   データ移動手段とを具備し、 前記データ移動手段は、中継の対象となる前記各データ
   ストリーム毎に、前記退避処理の単位となるブロック長
   ｂj と、そのストリームのデータを退避なしに前記１次
   バッファ手段に一時蓄積するのに必要な領域のサイズで
   ある１次バッファ割り当てサイズＢj とを含むパラメー
   タを設定するパラメータ設定手段を有しており、 前記パラメータ設定手段は、対応する前記データストリ
   ームの入力レートＲinj が出力レートＲoutjより大きい
   場合には、前記ブロック長ｂj だけのデータの先頭部が
   前記１次バッファ手段に到来してから、当該データが前
   記１次バッファ手段及び前記２次バッファ手段間を往復
   し、前記１次バッファ手段から全て送出されるまでに要
   すると推定される時間Ｔj の間に、該当する前記データ
   ストリームについて前記データ送信手段により前記１次
   バッファ手段から送出されと推定されるデータ量以上の
   値に前記１次バッファ割り当てサイズＢj を設定する こ
   とを特徴とする中継ノードシステム。
2. 【請求項２】 前記データ移動手段は、前記退避処理が
   行われていない前記 各データストリーム毎に、そのスト
   リームについての前記１次バッファ手段内のデータ蓄積
   量を監視し、前記データ蓄積量が対応する前記データス
   トリームに関して前記時間Ｔj の間に送出されると推定
   されるデータ量を超えた場合に前記入力側オーバフロー
   の危険性を検出し、当該データストリームについて前記
   退避処理を伴わない退避なしモードから前記退避処理を
   伴う退避ありモードに切り替え設定するモード設定手段
   を有している請求項１記載の中継ノードシステム。
3. 【請求項３】 前記データ移動手段は、前記退避ありモ
   ードが設定されている前記データストリーム中のデータ
   が対応する前記ブロック長ｂj だけ前記１次バッファ手
   段に書き込まれる毎に、そのブロック長ｂj のデータを
   前記２次バッファ手段に移動する前記退避処理を行う退
   避手段と、前記退避手段により前記ブロック長ｂj のデ
   ータが前記２次バッファ手段に移動される毎に、当該デ
   ータの先頭部が前記データ送信手段により送出される時
   刻を推定して目標復帰完了時刻として設定し、当該デー
   タを前記２次バッファ手段から前記１次バッファ手段に
   移動するのに必要な時間だけ前記設定した目標復帰完了
   時刻より溯った時刻より当該データを前記２次バッファ
   手段から前記１次バッファ手段に移動する前記復帰処理
   を開始する復帰手段とを有していることを特徴とする請
   求項２記載の中継ノードシステム。
4. 【請求項４】 前記モード設定手段は、前記復帰手段に
   よる前記復帰処理の完了時において対応するデータスト
   リームについての後続の復帰対象データが所定数以内で
   ある状態が、所定回数連続した場合には、当該データス
   トリームについて前記退避ありモードから前記退避なし
   モードに切り替え設定することを特徴とする請求項３記
   載の中継ノードシステム。
5. 【請求項５】 前記パラメータ設定手段は、前記退避な
   しモードが設定されている前記各データストリームの各
   々に対して割り当てられている前記１次バッファ割り当
   てサイズＢj 、前記退避ありモードが設定されている前
   記各データストリームにより前記１次バッファ手段上で
   占められるサイズ、及び前記１次バッファ手段のサイズ
   をもとに、前記１次バッファ手段の利用率ρ1 を求める
   と共に、前記退避ありモードが設定されている前記各デ
   ータストリームに関する前記ブロック長ｂj のデータの
   退避処理でのトラフィック及び復帰処理でのトラフィッ
   クをもとに、前記２次バッファ手段に対するアクセスチ
   ャネル利用率ρ2 を求め、前記利用率ρ1 及びρ2 のい
   ずれか一方が１を超えている場合には、少なくとも１つ
   の前記データストリームについて前記ブロック長ｂj を
   変更して前記利用率ρ1 及びρ2 を再計算することを特
   徴とする請求項１記載の中継ノードシステム。
6. 【請求項６】 前記パラメータ設定手段は、前記利用率
   ρ1 が１を超えている場合には、少なくとも１つの前記
   データストリームについて前記ブロック長ｂj を減少す
   る方向に変更し、前記利用率ρ2 が１を超えている場合
   には、少なくとも１つの前記データストリームについて
   前記ブロック長ｂj を増加する方向に変更することを特
   徴とする請求項５記載の中継ノードシステム。
7. 【請求項７】 前記パラメータ設定手段は、前記退避な
   しモードが設定されている前記各データストリームの各
   々に対して割り当てられている前記１次バッファ割り当
   てサイズＢj の対応データストリームの入力変動を吸収
   するための第１のマージン値α1j（０≦α1j＜１）を考
   慮した総和Σ１と、前記退避ありモードが設定されてい
   る前記各データストリームにより前記１次バッファ手段
   上で占められるサイズの対応データストリームの退避並
   びに復帰処理時間の変動を吸収するための第２のマージ
   ン値α2j（０≦α2j＜１）を考慮した総和Σ２と、前記
   １次バッファ手段のサイズＬ1 とから、前記利用率ρ1
   を ρ1 ＝（Σ１＋Σ２）／Ｌ1 の演算により求めると共に、前記退避ありモードが設定
   されている前記各データストリームに関する前記ブロッ
   ク長ｂj のデータの退避処理でのトラフィック及び復帰
   処理でのトラフィックをもとに、前記２次バッファ手段
   に対するアクセスチャネル利用率ρ2 を求め、前記利用
   率ρ1 及びρ2 のいずれか一方が１を超えている場合に
   は、少なくとも１つの前記データストリームについて前
   記ブロック長ｂj を変更して前記利用率ρ1 及びρ2 を
   再計算することを特徴とする請求項１記載の 中継ノード
   システム。
8. 【請求項８】 前記パラメータ設定手段は、前記利用率
   ρ1 が１を超えている場合には、少なくとも１つの前記
   データストリームについて前記ブロック長ｂj を減少す
   る方向に変更し、前記利用率ρ2 が１を超えている場合
   には、少なく とも１つの前記データストリームについて
   前記ブロック長ｂj を増加する方向に変更し、前記利用
   率ρ1 及びρ2 が共に１を超えている場合には、前記第
   １のマージン値α1jまたは第２のマージン値α2jの少な
   くとも一方を減少する方向に変更して前記利用率ρ1 及
   びρ2 を再計算することを特徴とする請求項７記載の中
   継ノードシステム。
9. 【請求項９】 送信ノードから送信された一連のデータ
   要素からなるデータストリームを受信して、そのデータ
   を受信ノードヘ再送出する中継ノードシテムにおける中
   継制御方法であって、 前記送信ノードから送信された前記データストリームを
   受信して、そのストリーム中のデータを高速メモリから
   構成される１次バッファ手段に書き込み、通常はその１
   次バッファ手段に書き込んだデータを該当するデータス
   トリームに要求される出力レートに応じて読み出して受
   信ノードへ送出し、 前記１次バッファ手段の入力側のオーバフローの危険性
   が生じた場合には、それ以降のデータについて前記１次
   バッファ手段から当該１次バッファ手段の記憶領域を補
   完するための当該１次バッファ手段より低速大容量の２
   次バッファ手段へブロック単位で移動する退避処理を行
   い、 前記退避処理によって前記２次バッファ手段に退避され
   たデータを、前記退避処理の対象とならなかった前記１
   次バッファ手段内の蓄積データに続いて連続的に前記受
   信ノードに送出可能なように、前記２次バッファ手段か
   ら前記１次バッファ手段へブロック単位で移動する復帰
   処理を行う一方、 中継の対象となる前記各データストリーム毎に、前記退
   避処理の単位となるブロック長ｂj と、そのストリーム
   のデータを退避なしに前記１次バッファ手段に一時蓄積
   するのに必要な領域のサイズである１次バッファ割り当
   てサイズＢj とを含むパラメータを設定し、対応する前
   記データストリームの入力レートＲinjが出力レートＲo
   utjより大きい場合には、前記ブロック長ｂj だけのデ
   ータの先頭部が前記１次バッファ手段に到来してから、
   当該データが前記１次バッファ手段及び前記２次バッフ
   ァ手段間を往復し、前記１次バッファ手段から全て送出
   されるまでに要すると推定される時間Ｔj の間に、該当
   する前記データストリームについて前記１次バッファ手
   段から送出されと推定されるデータ量以上の値に前 記１
   次バッファ割り当てサイズＢj を設定する ことを特徴と
   する中継ノードシステムにおける中継制御方法。
10. 【請求項１０】 前記退避処理が行われていない前記各
    データストリーム毎に、そのストリームについての前記
    １次バッファ手段内のデータ蓄積量を監視し、前記デー
    タ蓄積量が対応する前記データストリームに関して前記
    時間Ｔj の間に送出されると推定されるデータ量を超え
    た場合に前記入力側オーバフローの危険性を検出し、当
    該データストリームについて前記退避処理を伴わない退
    避なしモードから前記退避処理を伴う退避ありモードに
    切り替え設定する請求項９記載の中継ノードシステムに
    おける中継制御方法。
11. 【請求項１１】 前記退避ありモードが設定されている
    前記データストリーム中のデータが対応する前記ブロッ
    ク長ｂj だけ前記１次バッファ手段に書き込まれる毎
    に、そのブロック長ｂj のデータを前記２次バッファ手
    段に移動する前記退避処理を行うと共に、当該データの
    先頭部が前記受信ノードに送出される時刻を推定して目
    標復帰完了時刻として設定し、当該データを前記２次バ
    ッファ手段から前記１次バッファ手段に移動するのに必
    要な時間だけ前記設定した目標復帰完了時刻より溯った
    時刻より当該データを前記２次バッファ手段から前記１
    次バッファ手段に移動する前記復帰処理を開始すること
    を特徴とする請求項１０記載の中継ノードシステムにお
    ける中継制御方法。
12. 【請求項１２】 前記復帰処理の完了時において対応す
    るデータストリームについての後続の復帰対象データが
    所定数以内である状態が、所定回数連続した場合には、
    当該データストリームについて前記退避ありモードから
    前記退避なしモードに切り替え設定することを特徴とす
    る請求項１１記載の中継ノードシステムにおける中継制
    御方法。
13. 【請求項１３】 前記退避なしモードが設定されている
    前記各データストリームの各々に対して割り当てられて
    いる前記１次バッファ割り当てサイズＢj 、前記退避あ
    りモードが設定されている前記各データストリームによ
    り前記１次バッファ手段上で占められるサイズ、及び前
    記１次バッファ手段のサイズをもとに、前記１次バッフ
    ァ手段の利用率ρ1 を求めると共に、前記退避ありモー
    ドが設定されている前記各データストリームに関する前
    記ブロック長ｂj のデータの退 避処理でのトラフィック
    及び復帰処理でのトラフィックをもとに、前記２次バッ
    ファ手段に対するアクセスチャネル利用率ρ2 を求め、
    前記利用率ρ1 及びρ2のいずれか一方が１を超えてい
    る場合には、少なくとも１つの前記データストリームに
    ついて前記ブロック長ｂj を変更して前記利用率ρ1 及
    びρ2 を再計算することを特徴とする請求項１２記載の
    中継ノードシステムにおける中継制御方法。
14. 【請求項１４】 前記退避なしモードが設定されている
    前記各データストリームの各々に対して割り当てられて
    いる前記１次バッファ割り当てサイズＢj の対応データ
    ストリームの入力変動を吸収するための第１のマージン
    値α1j（０≦α1j＜１）を考慮した総和Σ１と、前記退
    避ありモードが設定されている前記各データストリーム
    により前記１次バッファ手段上で占められるサイズの対
    応データストリームの退避並びに復帰処理時間の変動を
    吸収するための第２のマージン値α2j（０≦α2j＜１）
    を考慮した総和Σ２と、前記１次バッファ手段のサイズ
    Ｌ1 とから、前記利用率ρ1 を ρ1 ＝（Σ１＋Σ２）／Ｌ1 の演算により求めると共に、前記退避ありモードが設定
    されている前記各データストリームに関する前記ブロッ
    ク長ｂj のデータの退避処理でのトラフィック及び復帰
    処理でのトラフィックをもとに、前記２次バッファ手段
    に対するアクセスチャネル利用率ρ2 を求め、前記利用
    率ρ1 及びρ2 のいずれか一方が１を超えている場合に
    は、少なくとも１つの前記データストリームについて前
    記ブロック長ｂj を変更して前記利用率ρ1 及びρ2 を
    再計算することを特徴とする請求項１２記載の 中継ノー
    ドシステムにおける中継制御方法。