JP4746331B2 - パケット・データの同期化された組合せの方法、装置、およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、データ通信の分野に関し、具体的には、パケット・ネットワークでのデータの同期化された組合せに関する。

ネットワークは、複数のワークステーション、コンピュータ、または他の機器（下では集合的に「コンピュータ」）が互いに通信できるようにする通信設備である。ネットワークの諸部分に、ハードウェアおよびソフトウェア、たとえばコンピュータまたはステーション（個別に、１つまたは複数の処理ユニット、ランダム・アクセス・メモリ、および永続メモリを含むことができる）、インターフェース・コンポーネント、それらを接続するのに使用されるケーブルまたは光ファイバ、ならびにネットワークへのアクセスおよびネットワークを介する情報の流れを管理するソフトウェアが含まれる。ネットワーク内では、ネットワーク・アーキテクチャによって、コンピュータおよび他の機器ならびにソフトウェアが厳守しなければならないプロトコル、メッセージ・フォーマット、および他の標準規格が定義される。

パケット・ネットワークでのデータの物理的伝送は、通常は、ネットワークがクリアになるまで伝送を遅延させるキャリア・センスを使用して確実にされる。短く言うと、送信するステーション（たとえばコンピュータまたはユーザ）は、たとえば媒体が空いているかどうかを知るために、送信の前に伝送媒体（たとえばケーブル）をリスンまたは監視して、別のステーション（たとえばコンピュータまたはユーザ）が、現在メッセージを伝送しているかどうかを判定する。たとえば、媒体アクセス管理は、伝送媒体（またはキャリア）が現在使用中であるかどうかを判定する。媒体が使用中でない場合に、データ・フレームが伝送について承認される。フレームの伝送が開始された後であっても、キャリアは監視される。キャリアがビジーである間に、キャリアは、他のステーションが送信しなくなるまで、継続的に監視される。他のステーションが送信していないと判定された後に、伝送を開始する前にネットワークがクリアになるために、指定されたランダムな時間期間が許容される。

しかし、送信すべきメッセージを有する他のステーションのすべてが、同時にリスンし、送信媒体が静かに見えると認識し、たとえば共通のステーションへ、メッセージを同時に送信し始める場合がある。その結果は、衝突と誤ったメッセージである。信号衝突が検出される場合に、受信側ステーションは、誤った伝送を無視し、送信側ステーションは、メッセージの送信を即座に停止し、媒体を介してジャミング・シグナルを送信する。衝突の次に、各送信側ステーションは、キャリアがクリアになるためのランダムなバックオフ遅延時間期間だけ待った後に再送信を試みる。したがって、送信するステーションは、衝突が発生しなかったことを保証するのに十分に長くリスンしなければならない。しかし、そのようなシステムは、データ・パケットの配送に関する長い待ち時間をもたらす可能性があり、使用可能なシステム帯域幅を最適に使用しない。
１９９８年５月２６日にゼハビ（Ｚｅｈａｖｉ）に発行された米国特許第５７５７７６７号

当技術分野で必要なものは、少なくとも共通の端末宛のデータ・パケットの待ち時間を減らし、使用可能なシステム帯域幅の使用を改善する手段である。

本発明は、共通の受信ステーション宛のパケット・データの同期化された組合せの方法、装置、およびシステムを提供することによって、従来技術の不足を解決する。
本発明の一実施形態で、共通の通信デバイス宛のデータを組み合わせる、パケット・ネットワークにおける方法に、所定の時間期間中に受信されたデータ・パケットを、受信されたデータ・パケットがあてられたネットワークの通信デバイスに従ってグループにソートすることが含まれる。この方法には、さらに、各グループのデータ・パケットをそれぞれタイム・アラインし、各グループのソートされタイム・アラインされたデータ・パケットを直交して組み合わせることが含まれる。特定の通信デバイス宛の組み合わされたデータ・パケットが、その後、単一のヘッダを使用し、実質的に圧縮されたフォーマットでデバイスに送信される。具体的に言うと、組み合わされたデータ・パケットの伝送に必要な帯域幅は、特定の通信デバイス宛のデータ・パケットのめいめいのグループ内で最大のデータ・パケットの送信に必要な帯域幅と実質的に等しい。

本発明の教示は、添付図面と共に下の詳細な説明を検討することによってすぐに理解できる。
理解を容易にするために、同一の符号が、可能な場合に複数の図面に共通する同一の要素を示すのに使用される。

本発明は、共通の通信デバイス宛のサービス、たとえばデータ・パケットの、同期化された組合せの方法、装置、およびシステムを有利に提供する。本発明のさまざまな実施形態を、特定の端末宛の特定のパケット・ネットワーク内のデータ・パケットの組合せに関して本明細書で説明するが、本発明の特定の実施形態を、本発明の範囲を制限するものとして扱ってはならない。本発明の概念を、通信デバイス宛のサービスの同期化および組合せに関して実質的にすべてのネットワークで有利に適用できることを、本発明の教示を知らされた当業者は諒解するであろう。

図１に、本発明の一実施形態による同期化されたパケットの組合せおよびルーティングを含むパケット・ネットワークの高水準ブロック図を示す。図１のパケット・ネットワーク１００には、例として、４つの端末（たとえばイーサネット（登録商標）端末）１１０_１から１１０_４と、本発明によるコンバイナ・スイッチ１２０の一実施形態が示されている。図１のパケット・ネットワーク１００では、コンバイナ・スイッチ１２０に、さらに、本発明の一実施形態による新規のネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５が含まれる。

図２に、図１のパケット・ネットワーク１００のコンバイナ・スイッチ１２０での使用に適するネットワーク・インターフェース・コントローラの実施形態の高水準ブロック図を示す。図２のネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５には、例として、受信部分および送信部分が含まれる。図２のネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５の受信部分には、例として、受信ＭＡＣ ２１０、宛先アドレス・ルックアップ・テーブル（たとえばフィルタ）２１５、受信データ先入れ先出し（ＦＩＦＯ）メモリ２２０、および受信タイマ２２５が含まれる。図２のネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５の送信部分には、例として、送信データ先入れ先出し（ＦＩＦＯ）メモリ２３０、コンバイナ回路２３５、および送信ＭＡＣ ２４０が含まれる。図２のネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５には、さらに、バッファ・マネージャ／クロスバ２５０およびオプションのビット・スケーリング回路２６０が含まれる。

本発明の概念によれば、共通の端末宛の複数の端末からのデータ・パケットは、単一のヘッダと共に、組み合わされたフォーマットで共通の端末に通信されるように直交して組み合わされる。たとえば、図１のパケット・ネットワーク１００では、第２、第３、および第４の端末１１０_２から１１０_４のそれぞれが、第１端末１１０_１宛のデータ・パケットをコンバイナ・スイッチ１２０に送信する。図３に、コンバイナ・スイッチ１２０を介する第２、第３、および第４の端末１１０_２から１１０_４のそれぞれから第１端末１１０_１へのデータ・パケットの伝送を示すタイミング図を示す。第２、第３、および第４の端末１１０_２から１１０_４からの第１端末１１０_１宛のデータ・パケットのそれぞれに、例として、全体で６０バイトと等しいＭＡＣヘッダ部分およびデータ・セクションが含まれる。図３からわかるように、第２、第３、および第４の端末１１０_２から１１０_４のそれぞれからのデータ・パケットは、たとえば３つの端末１１０_２から１１０_４の伝送媒体の待ち時間の差のゆえに、同時にコンバイナ・スイッチ１２０に到着しない可能性がある。したがって、データ・パケットが、所期の端末、たとえば端末１１０_１のスイッチ１２０によって受信される時に、受信端末、たとえば第１端末１１０_１宛の他のデータ・パケットがコンバイナ・スイッチ１２０に達するために、受信されたデータが、所定の時間期間だけコンバイナ・スイッチ１２０内でバッファリングされる。

具体的に言うと、データ・パケットが、たとえば第２端末１１０_２から、たとえば第１端末１１０_１宛に送信される時に、そのデータ・パケットは、コンバイナ・スイッチ１２０を介してルーティングされる。コンバイナ・スイッチ１２０のネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５の受信ＭＡＣ ２１０は、ＭＡＣヘッダからデータ・パケットの宛先を判定し、その後、そのデータ・パケットを宛先アドレス・ルックアップ・フィルタ２１５に通信する。宛先アドレス・ルックアップ・フィルタ２１５内では、受信されたパケットの宛先アドレスが、受信されたデータ・パケットを受信データＦＩＦＯ ２２０の特定の位置に置くのに使用される。受信データＦＩＦＯ ２２０の各位置は、その後、受信されたデータ・パケットを送信データＦＩＦＯ ２３０（下で説明する）の対応する位置に切り替えるのに使用される。受信されたデータ・パケットは、受信タイマ２２５が満了するまで受信データＦＩＦＯ ２２０内で維持される。すなわち、受信タイマ２２５は、最初のデータ・パケットの受信の時にカウントを開始する（すなわち、リセットされる）。受信タイマ２２５は、所定の時間の間カウントを継続し、その間に、他のデータ・パケットをコンバイナ・スイッチ１２０によって受信することができる。受信タイマ２２５の値は、ユーザがプログラムすることができ、あるいは、受信されたデータ・パケットのヘッダ内で見つかる情報によって動的に制御することができる。たとえば共通端末宛の同期化されたデータ・パケットがコンバイナ・スイッチ１２０に達することを可能にする所定の時間だけカウントするように受信タイマ２２５を構成するためのタイミング情報が、たとえば、受信されたデータ・パケットのヘッダに含まれる場合がある。

受信タイマ２２５のカウント中に、第１端末１１０_１宛の第２データ・パケットが、たとえば第３端末１１０_３から受信される場合に、そのデータ・パケットの宛先、この例では第１端末１１０_１が、受信ＭＡＣ ２１０によって判定される。やはり、受信されたデータ・パケットは、宛先アドレス・ルックアップ・フィルタ２１５に通信される。宛先アドレス・ルックアップ・フィルタ２１５では、受信されたパケットの宛先アドレスが、この第２の受信されたデータ・パケットを受信データＦＩＦＯ ２２０の特定の位置に保管するのに使用される。第２データ・パケットは、２つの受信されたデータ・パケットが、同一の端末、この例では第１端末１１０_１宛なので、受信データＦＩＦＯ ２２０内で、第１の受信されたデータ・パケットに対応する位置に保管される。同様に、図３を参照すると、第１端末１１０_１宛の第３データ・パケットが、たとえば第４端末１１０_４から受信される時に、やはり、そのデータ・パケットの宛先、この例では第１端末１１０_１が、受信ＭＡＣ ２１０によって判定される。受信データ・パケットは、宛先アドレス・ルックアップ・フィルタ２１５に通信される。宛先アドレス・ルックアップ・フィルタ２１５では、受信されたデータ・パケットの宛先アドレスが、この第３データ・パケットを受信データＦＩＦＯ ２２０の特定の位置に保管するのに使用される。３つのデータ・パケットが、同一の端末、この例では第２端末１１０_１宛なので、第３データ・パケットは、受信データＦＩＦＯ ２２０内で第１および第２の受信されたデータ端末に対応する位置に保管される。

図１のパケット・ネットワーク１００では、受信データＦＩＦＯ ２２０が、例として、複数のセクションに分割される。受信データＦＩＦＯ ２２０のセクションのそれぞれは、送信データＦＩＦＯ ２３０のめいめいのセクションに対応するものとすることができる。たとえば、受信タイマ２２５が満了する時に、受信データＦＩＦＯ ２２０の第１セクションに保管されたデータ・パケットが、バッファ・マネージャ／クロスバ２５０を介して通信され、たとえば送信データＦＩＦＯ ２３０の第１セクションに通信され、このセクションは、この例では、第１端末１１０_１宛のデータ・パケットの保管に使用される。送信データＦＩＦＯ ２３０の第１セクションで維持されるデータ・パケットは、その後、組み合わされ（下で説明する）、所期の端末、この例では第１端末１１０_１に単一のデータ・パケットとして送信される。

図２では、ネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５が、複数の物理スロットを含む受信データＦＩＦＯ ２２０および送信データＦＩＦＯ ２３０を含むものとして図示されているが、本発明の代替実施形態では、本発明の受信データＦＩＦＯ ２２０および送信データＦＩＦＯ ２３０を、ソフトウェアでフォーマットし、制御して、ＦＩＦＯ内のデータ・パケットを、上で説明したように区別可能であるが、必ずしも異なる物理スロットで維持されないように配置することができる。

バッファ・マネージャ／クロスバ２５０は、コンバイナ・スイッチ１２０へのデータ・パケットの到着の間の待ち時間を除去する。具体的に言うと、バッファ・マネージャ／クロスバ２５０は、受信されたデータをバッファリングして、コンバイナ・スイッチ１２０のコンバイナ回路２３５による後の組合せのためにデータの位相をアラインする。所期の端末に関してコンバイナ・スイッチ１２０によって受信されたデータ・パケットの間の待ち時間は、受信タイマ２２５によってカウントでき、バッファ・マネージャ／クロスバ２５０によって除去できる時間の長さまでに制限されなければならない。

たとえば、本発明のさまざまな実施形態で、本発明のコンバイナ・スイッチ１２０は、同期化されたネットワークで実施される。すなわち、同期化されたネットワーク内では、データの通信がグローバル・タイミング・スケジュールに従って達成されるので、送信されるデータ・パケットの待ち時間は既知である。したがって、特定の端末宛の複数のデータ・パケットの待ち時間は、確定でき、含まれる受信タイマが、宛先端末宛のデータ・パケットの最大待ち時間の後に満了し、含まれるバッファ・マネージャ／クロスバが、受信データＦＩＦＯ ２２０内のデータ・パケットが受信タイマ２２５の満了の後に限って送信データＦＩＦＯ ２３０に通信されるようにすることによって、最大の既知の待ち時間までの受信データ・パケットの間の待ち時間を除去するように適合されるように、本発明の受信タイマおよびバッファ・マネージャ／クロスバを構成することができる。

図３に戻ると、上で開示したように、受信データＦＩＦＯ ２２０の第１セクションに保管された３つのデータ・パケットが、送信データＦＩＦＯ ２３０の対応する第１セクションに通信される。保管されたデータ・パケットは、その後、コンバイナ回路２３５に通信され、そこで、データ・パケットが直交して組み合わされる。直交して組み合わされたデータ・パケットは、共通のＭＡＣヘッダを有する単一のパケットとして第１端末１１０_１に送信される。具体的に言うと、データ・パケットのそれぞれが、直交エンコードされ、所期の端末、この例では第１端末１１０_１に、単一のヘッダと共に送信される。図１のパケット・ネットワーク１００のネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５のオプションのビット・スケーリング回路２６０は、コンバイナ回路２３５によって組み合わされるビット数を定義するために実施される。

本発明の一実施形態で、直交エンコーディング／組合せは、複数のデータ・パケットまたはエンコードされたデータ・パケットを並列に受信し、受信されたデータ・パケットのそれぞれに少なくとも１つの事前に選択された直交関数を適用することによって達成される。これによって、直交的にカバリングされた（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｌｙ ｃｏｖｅｒｅｄ）データ・パケットが作られる。並行データ・パケットは、それぞれ、コンバイナ回路２３５によって、直交エンコードされ組み合わされた出力データ・ストリームにマッピングされる。本発明の一実施形態では、コンバイナ回路２３５に、データ・パケットに直交コーディングおよび組合せを適用する高速アダマール変換器（ｆａｓｔ Ｈａｄａｍａｒｄ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）が含まれる。そのようなエンコーディングおよび組合せの手段が、全般的に、その全体を参照によって本明細書に組み込まれている１９９８年５月２６日にゼハビ（Ｚｅｈａｖｉ）に発行された米国特許第５７５７７６７号に記載されている。上で本発明のこの実施形態に関して直交組合せの特定の例を開示したが、データ・パケットを直交して組み合わせるさまざまな方法および技法が、当技術分野で既知であり、したがって、そのような既知の方法および技法の実質的にすべてを、本発明の代替実施形態について本発明の概念の中で適用することができる。

本発明の原理によるデータ・パケットの同期化された組合せの長所の１つが、所期の端末に関して受信されたさまざまなデータ・パケットをその端末の特定の時間期間中に通信するのに必要な帯域幅の量が減ることである。たとえば、図３からわかるように、第２、第３、および第４の端末１１０_２から１１０_４によって送信されるめいめいのデータ・パケットのそれぞれに、合計６０バイトを含むＭＡＣヘッダおよびデータが含まれる。しかし、図３からわかるように、第１端末１１０_１に送信される直交して組み合わされたデータ・パケットにも、合計６０バイトを含む単一のＭＡＣヘッダおよびデータが含まれる。したがって、少なくとも、上で説明した図３の実施形態から、本発明のさまざまな実施形態で、共通の端末について意図された所定の時間間隔中に受信されたデータ・パケットをその端末に送信するのに必要な帯域幅を減らすことが本発明の意図であることが、明白である。さまざまな受信されたデータ・パケットの組合せ中にオーバーフロー状態が発生する場合に、エラー・メッセージが、たとえばシステム・コントローラ（図示せず）またはその代わりにネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５のビット・スケーリング回路２６０に通信されて、たとえばオーバーフロー状態を訂正するようにビット・スケーリングのレベルを調整するために、オーバーフローが示される。

本発明のパケット・ネットワーク１００では、異なる端末、たとえば第２端末１１０_２のためにコンバイナ・スイッチ１２０によって、別の端末、上の例では第１端末１１０_１宛のデータ・パケットの受信用に構成された受信タイマ２２５の時間期間中に受信されるデータ・パケットは、共通の端末、たとえば第２端末１１０_２宛の他の受信されたデータ・パケットとの後続の可能な組合せおよび伝送のために受信データＦＩＦＯ ２２０の別々のセクションに保管することができる。その代わりに、組み合わされないデータ・パケット（すなわち、特定の時間間隔中に組み合わされたデータ・パケットを受け取る端末以外の端末宛の受信されたデータ・パケット）を、普通のプロトコルに従って本発明のコンバイナ・スイッチ１２０によって処理することができる（すなわち、ＩＰパケット・ネットワークで、組み合わされないデータ・パケットを、普通のイーサネット（登録商標）・プロトコルに従ってネットワーク内で通信することができる）。

本発明のさまざまな実施形態で、図１のパケット・ネットワーク１００などのネットワークを、本発明のコンバイナ・スイッチによって組み合わされる特定のアドレスを有する特定のデータ・パケットだけについて構成することができる。そのような実施形態では、本発明のコンバイナ・スイッチの宛先アドレス・ルックアップ・テーブルが、所望の組み合わされるアドレスを保管するように構成され、データ・パケットの受信時に、本発明のコンバイナ・スイッチが、上で開示したように受信されたデータ・パケットのヘッダを検査し、上で開示したように所定のアドレスを有するデータ・パケットを組み合わせる。本発明のそのような実施形態では、そのアドレスが宛先アドレス・ルックアップ・テーブルで見つからない受信されたデータ・パケットを、最初の使用可能な機会の間の伝送のために本発明のコンバイナ・スイッチの送信側に実質的に即座に通信することができる。具体的に言うと、本発明の実施形態では、組み合わされないデータ・パケットが、普通のイーサネット（登録商標）・プロトコルに従って本発明のコンバイナ・スイッチによって送信される。

図２のネットワーク端末１２５では、受信データＦＩＦＯ ２２０および送信データＦＩＦＯ ２３０のセクションの数が、等しいものとして図示されているが、本発明の代替実施形態では、セクションの数を等しくする必要はない。すなわち、本発明の代替実施形態で、特定の端末用の受信データＦＩＦＯのセクションに保管されたデータ・パケットを、送信データＦＩＦＯの複数のセクションに通信し、保管することができる。同様に、特定の端末用の受信データＦＩＦＯの複数のセクションに保管されたデータ・パケットを、送信データＦＩＦＯＯの単一のセクションに通信し、保管することができる。同様に、特定の端末用の受信データＦＩＦＯのセクションに保管されたデータ・パケットを、送信データＦＩＦＯの実質的に任意の、必ずしもめいめいの番号のセクションではない１つまたは複数のセクションに通信し、保管することができる。本発明の重要な態様は、特定の端末宛の複数のデータ・パケットを、これらのデータ・パケットを別の端末宛のデータ・パケットから区別可能に保管することである。

図２のパケット・ネットワーク１００では、本発明のコンバイナ・スイッチの実施形態を、単一の受信ＭＡＣおよび単一の送信ＭＡＣを含むものとして図示し、説明したが、本発明の教示を知った当業者は、そのようなコンバイナ・スイッチに実質的に任意の個数および組合せの、上で説明した受信セクションおよび送信セクションを含めることができることを諒解するであろう。たとえば、図４に、本発明による、図１のパケット・ネットワーク１００での使用に適する新規のネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５を有するコンバイナ・スイッチ４００の代替実施形態の高水準ブロック図を示す。コンバイナ・スイッチ４００のネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５には、例として、複数の受信パスを有する受信部分および複数の送信パスを有する送信部分が含まれる。図４のネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５の受信部分に、例として、複数の受信ＭＡＣ ４１０_１から４１０_Ｎ、複数の宛先アドレス・ルックアップ・テーブル４１５_１から４１５_Ｎ、複数の受信データＦＩＦＯ ４２０_１から４２０_Ｎ、および複数の受信タイマ４２２_１から４２２_Ｎが含まれる。図４のネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５の送信部分に、例として、複数の送信データＦＩＦＯ ４３０_１から４３０_Ｎ、複数のコンバイナ回路４３５_１から４３５_Ｎ、および複数の送信ＭＡＣ ４４０_１から４４０_Ｎが含まれる。図４のネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５に、さらに、バッファ・マネージャ／クロスバ４５０およびオプションのビット・スケーリング回路４６０_１から４６０_Ｎが含まれる。図４のネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５では、上にリストされたコンポーネントのそれぞれの１つに、ネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５の別々の通信パスが含まれる。

本発明の概念によれば、共通の端末宛のコンバイナ・スイッチ４００のさまざまな受信ＭＡＣ ４１０によって受信された複数の端末からのデータ・パケットは、直交して組み合わされ、単一のヘッダと共に組み合わされたフォーマットで共通の端末に通信される。たとえば、上で説明したように、図１のパケット・ネットワーク１００で、第２、第３、および第４の端末１１０_２から１１０_４のそれぞれが、第１端末１１０_１宛のデータ・パケットをコンバイナ・スイッチ１２０に送信する。上で開示したように、受信されたデータは、受信端末宛の他のデータ・パケットがコンバイナ・スイッチ１２０に到達するための所定の時間期間の間コンバイナ・スイッチ１２０でバッファリングされる。図４のコンバイナ・スイッチ４００およびネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５は、実質的に上で説明したコンバイナ・スイッチ１２０およびネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５と同一の形で動作するが、図４のコンバイナ・スイッチ４００は、特定の端末宛のデータを異なる入力（受信ＭＡＣ）を介して受信できることが異なる。

具体的に言うと、データ・パケットが、たとえば第２、第３、および第４の端末１１０_２から１１０_４から、コンバイナ・スイッチ４００の異なる入力パスで受信される時に、ネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５の受信パスのそれぞれの受信ＭＡＣ ４１０は、受信されたデータ・パケットのそれぞれのめいめいのＭＡＣヘッダを使用して、データ・パケットの宛先、この例では第１端末１１０_１を判定する。データ・パケットのそれぞれは、その後、めいめいの受信器パスで、めいめいの宛先アドレス・ルックアップ・テーブル４１５に通信される。宛先アドレス・ルックアップ・テーブル４１５では、受信されたデータ・パケットの宛先アドレスが、受信されたデータ・パケットをめいめいの受信データＦＩＦＯ ４２０の特定の位置に置くのに使用される。めいめいの受信データＦＩＦＯ ４２０のその特定の位置は、その後、第１端末１１０_１宛の受信されたデータ・パケットを、第１端末１１０_１宛のデータ・パケットを保管するように構成されたネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５の送信部分に配置された送信データＦＩＦＯ ４３０の対応する位置に切り替えるのに使用される。しかし、上で説明したように、受信されたデータ・パケットは、上で説明したようにデータ・パケットを第１端末１１０_１のために受信する特定の時間を可能にするように構成された受信タイマ４２２の満了まで、めいめいの受信データＦＩＦＯ ４２０内で維持される。たとえば、第１端末１１０_１用のネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５の第１受信ＭＡＣ ４１０_１、第２受信ＭＡＣ ４１０_２、および第３受信ＭＡＣ ４１０_３によって受信されたパケットは、それぞれ、第１宛先ルックアップ・テーブル４１５_１、第２宛先ルックアップ・テーブル４１５_２、および第３宛先ルックアップ・テーブル４１５_３に通信される。めいめいの宛先アドレス・ルックアップ・テーブル４１５のそれぞれで、受信されたデータ・パケットの宛先アドレスが、めいめいの受信データＦＩＦＯ、この例では受信データＦＩＦＯ ４２０_１、４２０_２、および４２０_３の特定の位置に受信されたパケットを置くのに使用される。めいめいの受信データＦＩＦＯ ４２０のその特定の位置は、その後、第１端末１１０_１宛の受信されたデータ・パケットを送信データＦＩＦＯ、たとえば送信データＦＩＦＯ ４３０_１の対応する位置に切り替えるのに使用される。図４に示された例では、第１送信データＦＩＦＯ ４３０_１が、第１コンバイナ回路４３５_１によって組み合わされ、第１端末１１０_１に送信されるデータ・パケットを保管するのに使用される。

受信タイマ４２２_１のカウント中に、第１端末１１０_１以外の端末、たとえば第２端末１１０_２宛のデータ・パケットが、たとえば第１受信ＭＡＣ ４１０_１によって受信される場合に、受信されたデータ・パケットは、第１宛先ルックアップ・テーブル４１５_１に通信される。第１宛先アドレス・ルックアップ・テーブル４１５_１内では、受信されたデータ・パケットの宛先アドレスが、第２端末１１０_２のために受信されたこのデータ・パケットを第１パスの受信データＦＩＦＯ ４２０_１の第２セクションに保管するのに使用される。受信データＦＩＦＯ ４２０_１の第２セクションは、この例で、第２端末１１０_２宛のデータ・パケットを保管するのに使用される。同様に、第３端末１１０_３宛の第１パスで受信されたデータ・パケットは、第１パスの受信データＦＩＦＯ ４２０_１の第３セクションに保管され、以下同様である。ネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５の他のパスで受信されたデータ・パケットは、同様に受信データＦＩＦＯのめいめいのセクションに保管され、上で説明したようにめいめいの送信データＦＩＦＯに送られて、めいめいのコンバイナ回路によって組み合わされ、所期の端末に送信される。たとえば、第１パスの送信データＦＩＦＯ ４３０_１を、組み合わされ第１端末１１０_１に送られるデータ・パケットを保管するように構成することができ、第２パスの送信データＦＩＦＯ ４３０_２を、組み合わされ第２端末１１０_２に送られるデータ・パケットを保管するように構成することができ、以下同様である。ネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５では、受信データＦＩＦＯ ４２０が、例として、複数のセクションに分割される。受信データＦＩＦＯ ４２０のセクションのそれぞれは、めいめいの端末にデータを送信するためのめいめいの送信データＦＩＦＯ ４３０に対応するものとすることができる。

図４では、ネットワーク・インターフェース・コントローラ４２５が、複数の物理スロットを含む受信データＦＩＦＯ ４２０および送信データＦＩＦＯ ４３０を含むものとして図示されているが、本発明の代替実施形態では、本発明の受信データＦＩＦＯ ４２０および送信データＦＩＦＯ ４３０を、ソフトウェアでフォーマットし、制御して、ＦＩＦＯ内のデータ・パケットを、上で説明したように区別可能であるが、必ずしも異なる物理スロットで維持されないように配置することができる。

本発明の代替実施形態では、図２および図４のネットワーク・インターフェース・コントローラなどのネットワーク・インターフェース・コントローラを、ネットワーク端末内で実施して、本発明によるデータ・パケットの組合せおよび送信を実行することができる。たとえば、図５に、本発明の代替実施形態による、ネットワーク端末での同期化されたパケットの組合せおよびルーティングを含むパケット・ネットワークの高水準ブロック図を示す。図５のパケット・ネットワーク５００には、例として、４つの端末（例としてイーサネット（登録商標）端末）５１０_１から５１０_４およびノンブロッキング・スイッチ５２０が含まれる。図５のパケット・ネットワーク５００では、端末５１０_１から５１０_４のそれぞれに、さらに、本発明の実施形態によるめいめいのネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５_１から５２５_４が含まれる。

図６に、図５のパケット・ネットワーク５００の端末５１０_１から５１０_４のそれぞれでの使用に適するネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５の実施形態の高水準ブロック図を示す。端末５１０_１から５１０_４のインターフェース・コントローラ５２５_１から５２５_４のそれぞれは、実質的に同一なので、図６のネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５は、図５のパケット・ネットワークの端末５１０_１から５１０_４のインターフェース・コントローラ５２５_１から５２５_４のそれぞれを表すと考えなければならない。図６のネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５には、例として、受信部分と送信部分が含まれる。図６のネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５の受信部分には、例として、受信ＭＡＣ ６１０、受信バッファ・マネージャ／ＤＭＡ ６０５、受信データＦＩＦＯ ６２０、宛先アドレス・ルックアップ・テーブル６１５、および受信フィルタ６２２が含まれる。図６のネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５の送信部分には、例として、送信データＦＩＦＯ ６３０、送信バッファ・マネージャ／ＤＭＡ ６３２、コンバイナ回路６３５、および送信ＭＡＣ ６４０が含まれる。図６のネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５には、さらに、カウンタ６２５およびオプションのビット・スケーリング回路６６０が含まれる。

図５のパケット・ネットワークの端末５１０_１から５１０_４のネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５_１から５２５_４は、図１のパケット・ネットワーク１００のコンバイナ・スイッチ１２０のネットワーク・インターフェース・コントローラ１２５と実質的に同一の形で機能する。具体的に言うと、本発明の概念によれば、共通端末宛の端末によって受信されるデータ・パケットが、直交して組み合わされ、単一のヘッダと共に組み合わされたフォーマットで共通端末に通信される。たとえば、図５のパケット・ネットワーク５００では、たとえば第１端末５１０_１によって受信された、たとえば第２端末５１０_２宛のデータ・パケットが、受信ＭＡＣ ６１０によって受け取られる。第１端末５１０_１のネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５_１の受信ＭＡＣ ６１０は、データ・パケットの宛先をＭＡＣヘッダから判定し、その後、データ・パケットを宛先アドレス・ルックアップ・テーブル６１５に通信する。宛先アドレス・ルックアップ・テーブル６１５では、受信されたデータ・パケットの宛先アドレスが、受信されたデータ・パケットを受信データＦＩＦＯ ６２０の特定の位置に置くのに使用される。上で開示したように、受信データＦＩＦＯ ６２０の各セクションは、その後、受信されたデータ・パケットを送信データＦＩＦＯ ６３０の対応する位置に切り替えるのに使用される。

受信されたデータ・パケットは、カウンタ６２５による所定の回数のカウントの満了まで、受信データＦＩＦＯ ６２０内で維持される。すなわち、カウンタ６２５は、最初のデータ・パケットの受信時にカウントを開始する（すなわちリセットされる）。カウンタ６２５は、所定の回数のカウントまでカウントを継続し、その間に、他のデータ・パケットを第１端末５１０_１によって受信することができる。カウンタ６２５の値は、ユーザがプログラムすることができ、あるいは、受信されたデータ・パケットのヘッダにある情報によって動的に制御することができる。たとえば共通端末宛の同期化されたデータ・パケットが第１端末５１０_１に達することを可能にする所定の回数のカウントをカウントするようにカウンタ６２５を構成するためのタイミング情報が、たとえば、受信されたデータ・パケットのヘッダに含まれる場合がある。

カウンタ６２５のカウント中に、第２端末５１０_２宛の第２データ・パケットが第１端末５１０_１によって受信される場合に、このデータ・パケットの宛先が、やはり受信ＭＡＣ ６１０によって判定される。やはり、受信されたデータ・パケットは、宛先アドレス・ルックアップ・テーブル６１５に通信される。宛先アドレス・ルックアップ・テーブル６１５では、受信されたデータ・パケットの宛先アドレスが、この第２の受信されたデータ・パケットを受信データＦＩＦＯ ６２０の特定のセクションに保管するのに使用される。第２データ・パケットは、第１の受信されたデータ・パケットに対応する受信データＦＩＦＯ ６２０内の位置に保管される。というのは、この２つの受信されたデータ・パケットが、同一の端末、この例では第２端末５１０_２宛であるからである。しかし、たとえば第１端末５１０_１によって受信された、別の共通端末宛のデータ・パケットは、たとえば、送信デバイスの伝送媒体の待ち時間の差のゆえに、同一の時刻に第１端末５１０_１に到着しない場合がある。したがって、データ・パケットが、所期の共通端末、たとえば第２端末５１０_２のために第１端末５１０_１によって受信される時に、受信されたデータは、共通の端末、たとえば第２端末５１０_２宛の他のデータ・パケットが第１端末５１０_１によって受信されるようにするために、所定の時間（すなわち、指定された回数のカウント）だけ受信データＦＩＦＯ ６２０内でバッファリングされる。

本発明のさまざまな実施形態で、本発明のネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５およびネットワーク端末は、同期化されたネットワーク内で実施される。すなわち、同期化されたネットワーク内では、データの通信がグローバル・タイミング・スケジュールに従って達成されるので、送信されるデータ・パケットの待ち時間が既知である。したがって、特定の端末宛複数のデータ・パケットの待ち時間は、確定でき、含まれるカウント数が、宛先端末宛のデータ・パケットの最大待ち時間を表すように構成され、バッファ時間が、最大の既知の待ち時間までの受信されるデータ・パケットの間の待ち時間を除去するように構成されるように、本発明の端末の受信データＦＩＦＯのカウンタの所定のカウントの数およびバッファ時間を構成することができる。

図５のパケット・ネットワーク５００では、受信データＦＩＦＯ ６２０が、例として、複数のセクションに分割される。受信データＦＩＦＯ ６２０のセクションのそれぞれは、送信データＦＩＦＯ ６３０のめいめいのセクションに対応するものとすることができる。カウントの所定の数が、カウンタ６２５によってカウントされた時に、受信データＦＩＦＯ ６２０の第１セクションに保管されたデータ・パケットが、受信バッファ・マネージャ／ＤＭＡ ６０５によってコンバイナ回路６３５に通信される。コンバイナ回路６３５では、データ・パケットが、上で説明したように直交して組み合わされる。ネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５のオプションのビット・スケーリング回路６６０は、コンバイナ回路６３５によって組み合わされるビット数を定義するために実施される。

組合せの後に、たとえば第２端末５１０_２宛のめいめいの受信されたデータ・パケットが、送信データＦＩＦＯ ６３０の対応するセクションに通信される。たとえば、組み合わされた後に、データ・パケットは、たとえば送信データＦＩＦＯ ６３０の第２セクションに保管され、この第２セクションは、この例では、第２端末５１０_２宛のデータ・パケットを保管するのに使用される。組み合わされたデータ・パケットは、その後、第２端末５１０_２に送信される。図５のパケット・ネットワーク５００の端末５１０_１から５１０_４のそれぞれは、めいめいの受信されたデータ・パケットを共通端末に送信するために、同一の形で動作する。

図６では、ネットワーク・インターフェース・コントローラ５２５が、複数の物理スロットを含む受信データＦＩＦＯ ６２０および送信データＦＩＦＯ ６３０を含むものとして示されているが、本発明の代替実施形態では、本発明の受信データＦＩＦＯ ６２０および送信データＦＩＦＯ ６３０を、ソフトウェアでフォーマットし、制御して、ＦＩＦＯ内のデータ・パケットを、上で説明したように区別可能であるが、必ずしも異なる物理スロットで維持されないように配置することができる。

本発明のさまざまな実施形態では、図５のパケット・ネットワーク５００などのネットワークを、本発明のコンバイナ・スイッチによって組み合わされる特定のアドレスを有する特定のデータ・パケットだけについて構成することができる。そのような実施形態では、本発明のネットワーク端末の宛先アドレス・ルックアップ・テーブルが、組み合わされる所望のアドレスを保管するように構成され、データ・パケットの受信時に、受信する端末が、上で開示されたように受信されたデータ・パケットのヘッダを検査し、上で開示されたように所定のアドレスを有するデータ・パケットを組み合わせる。本発明のそのような実施形態では、アドレスが宛先アドレス・ルックアップ・テーブルで見つからない受信されたデータ・パケットが、普通のイーサネット（登録商標）・プロトコルに従って、端末によって通信される。そのようなデータ・パケットは、普通のネットワーク・プロトコルによって通信されるパケットとして受信フィルタ６２２によって検出され、そのようなデータ用の受信データＦＩＦＯ ６２０のセクション、例としてＩＰ受信データＦＩＦＯと示されたセクションに保管される。

前述は、本発明のさまざまな実施形態を対象とするが、本発明の他のおよびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに考案することができる。したがって、本発明の範囲は、請求項に従って判定されなければならない。

本発明の一実施形態による同期化されたパケットの組合せおよびルーティングを含むパケット・ネットワークを示す高水準ブロック図である。 図１のパケット・ネットワークのコンバイナ・スイッチでの使用に適するネットワーク・インターフェース・コントローラの実施形態を示す高水準ブロック図である。 図１のパケット・ネットワークのコンバイナ・スイッチを介する第２、第３、および第４の端末のそれぞれから第１端末へのデータ・パケットの伝送を示すタイミング図である。 図１のパケット・ネットワークでの使用に適する新規のネットワーク・インターフェース・コントローラを有するコンバイナ・スイッチの代替実施形態を示す高水準ブロック図である。 本発明の代替実施形態による、ネットワーク端末での同期化されたパケットの組合せおよびルーティングを含むパケット・ネットワークを示す高水準ブロック図である。 図５のパケット・ネットワークの端末のそれぞれでの使用に適するネットワーク・インターフェース・コントローラの実施形態を示す高水準ブロック図である。

Claims (9)

1. 通信ネットワークにおいて、通信デバイス宛のデータ・パケットを組み合わせる方法であって、
   所定の時間期間中に受信されたデータ・パケットを、前記受信されたデータ・パケットが前記ネットワークのどの通信デバイスに宛てられたかに従ってグループにソートすることと、
   受信タイマを構成するデータ・パケット・ヘッダ内のタイミング情報に従って、前記グループのそれぞれの前記データ・パケットをそれぞれタイム・アラインメントすることと、
   少なくとも１つの事前に選択された直交関数を適用し、これにより、各グループ内の前記ソートされタイム・アラインされたデータ・パケットを直交して組み合わせることとを含む、方法。
2. 前記組み合わされたデータ・パケットがどの通信デバイスに宛てられたかに従って、前記直交して組み合わされたデータ・パケットをメモリの異なるセクションに送るためにソートすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記直交して組み合わされたデータ・パケットが、単一のＭＡＣヘッダを使用して所期の受信器に送信される、請求項１に記載の方法。
4. 前記所定の時間期間が、実質的に、前記ネットワークの共通の通信デバイス宛のデータ・パケット受信に関する総待ち時間以上である、請求項１に記載の方法。
5. 通信ネットワークにおいて、通信デバイス宛のデータ・パケットを組み合わせる装置であって、
   データ・パケットを受信する受信器と、
   データ・パケットを受信する時間期間を定義するタイマとを含み、前記タイマは、受信したデータ・パケット・ヘッダに含まれるタイミング情報で構成され、さらに、
   前記受信されたデータ・パケットが前記ネットワークのどの通信デバイスに宛てられたかに従って、前記受信されたデータ・パケットの保管位置を定義するアドレッシング・デバイスと、
   前記アドレッシング・デバイスによって定義される前記保管位置に従って、前記受信されたデータ・パケットを異なるセクションにソートするメモリとを含み、前記異なるセクションのそれぞれに保管された前記データ・パケットがそれぞれタイム・アラインされ、さらに、
   少なくとも１つの事前に選択された直交関数を適用し、これにより、前記メモリの前記異なるセクションのそれぞれの前記それぞれタイム・アラインされたデータ・パケットを直交して組み合わせるコンバイナと、
   前記それぞれ直交して組み合わされたデータ・パケットを所期の通信デバイスに送信する送信器とを含む、装置。
6. 前記組み合わされたデータ・パケットが前記ネットワークのどの通信デバイスに送信されるべきかに従って、前記直交して組み合わされたデータ・パケットを異なるセクションに保管する第２メモリをさらに含む、請求項５に記載の装置。
7. 前記コンバイナによって組み合わされるべきビット数を定義するビット・スケーラをさらに含む、請求項５に記載の装置。
8. 前記アドレッシング・デバイスが、直交して組み合わされるべきデータ・パケットのＭＡＣヘッダに関する情報を保管する、請求項５に記載の装置。
9. 共通の通信デバイス宛のデータ・パケットが組み合わされるパケット・ネットワークであって、
   複数の通信デバイスと、
   前記通信デバイスを相互接続するスイッチとを含み、前記相互接続するスイッチが、
   データ・パケットを受信する時間期間を定義するタイマを含み、前記タイマは、受信したデータ・パケット・ヘッダに含まれるタイミング情報で構成され、さらに、
   前記受信されたデータ・パケットがどの通信デバイスに送信されるべきかに従って、前記受信されたデータ・パケットの保管位置を定義するアドレッシング・デバイスと、
   前記アドレッシング・デバイスによって定義された前記保管位置に従って、前記受信されたデータを異なるセクションに保管するメモリとを含み、共通の通信デバイスに関連する前記異なるセクションのそれぞれに保管された前記データ・パケットがそれぞれタイム・アラインされ、さらに、
   少なくとも１つの事前に選択された直交関数を適用し、これにより、共通の通信デバイスへの送信の前に、前記共通の通信デバイスに関連する前記メモリの前記異なるセクションのそれぞれの前記それぞれタイム・アラインされたデータ・パケットを直交して組み合わせるコンバイナとを含む、パケット・ネットワーク。

Images