JPH04219041A - マルチメディアパケット多重化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）産業上の利用分野 本発明は、複数のポートから到着するパケットを１つの
ポートに送出する場合の各メディアの要求品質を満足さ
せるように多重化する多重化装置に関するものである。

（２）従来の技術 複数のポートから到着するパケットを１つのポートに送
出する多重化装置として、従来より、制限式ポーリング
制御によるものと待ち行列長監視制御によるものとがあ
る。

第２図は、制限式ポーリング制御によるパケット多重化
装置を示す図であり、図において、１−１〜１−Ｎは入
力ポート、２は出力ポート、１１は入力パケットを蓄積
するバッファ、３１は制限式ポーリング装置、６１はＮ
×１のスイッチである。

次に動作について説明する。

まず、パケットは入力ポート１−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）に到
着した後、一旦、入力バッファ１１に蓄積される。パケ
ットの送出は、制限式ポーリング装置からの指示により
各ポートに対し順次行う。ここで、選択したポートに待
ちパケットがない場合には、次のポートに指示を送る。

また、制限式ポーリング装置３１は１つのポートからの
連続送出パケット数に制限を設ける。

第３図は、待ち行列長監視制御によるパケット多重化装
置を示す図であり、図において、１−１〜１−１Ｎは入
力ポート、２は出力ポート、１１は入力パケットを蓄積
するバッファ、２１はバッファ向に蓄積されている待ち
パケット数を計数するカウンタ、４１は各カウンタと接
続され、待ちパケット数から送出ポートを決定する待ち
行列長監視装置、６１はＮ×１のスイッチである。

次に動作について説明する。

まず、入力パケットは入力ポート１−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）
に到着した後、一旦、入力バッファ１１に蓄積される。

その時、カウンタ２１はカウンタ値を１つ上げる。各ポ
ートのカウンタは待ち行列長監視装置４１と常時接続さ
れている。パケットの送出は、カウンタ値の最も大きな
ポートを選択することによって行われる。パケット送出
後は、そのポートのカウンタ値を１つ下げる。

（３）発明が解決しようとする課題 従来の制限式ポーリングは、送出ポートを周期的に選択
する制御法であり、メディアの要求品質や到着率に無関
係に送出を行う。そのため、異なる要求品質を持つマル
チメディアサービスに用いる場合、到着率の高いポート
の廃棄率が高くなるという欠点や、要求品質の最も厳し
い条件を満たすように入力負荷を制限するため、スルー
プットの低下を招くという問題がある。

従来の待ち行列長監視制御は、待ちパケット数の最も多
いポートを選択する制御法であり、パケットの要求品質
や到着率に無関係に送出を行う。

そのため、異なる要求品質を持つマルチメディアサービ
スに用いる場合、到着率の高いポートを優先選択するた
め到着率の低いポートのパケット遅延時間が長くなると
いう欠点や、制限式ポーリングと同様にスループットの
低下を招くという問題がある。

本発明の目的は、各メディアが異なる通信品質を要求す
る場合でも、その要求条件に適した多重化を効率良く行
うことのできるマルチメディアパケット多重化装置を提
供することにある。

（４）課題を解決するための手段 本発明は、複数ポートから単一ポートに多重化を行う際
、廃棄に対し最も要求の厳しいメディアに設定したしき
い値とその待ちパケット数を比較し、待ちパケット数が
しきい値以下の場合、メディアの遅延要求に対応させて
設定したオフセット値を持つ制限式ポーリング制御を用
い、遅延に厳しいメディアのパケットを優先的に送出し
、待ちパケット数がしきい値以上の場合、メディアの廃
棄要求に対応させて設定したオフセット値を待ち行列長
監視制御を用い、廃棄に厳しいメディアのパケットを優
先的に送出し、それらを繰り返すことにより各メディア
の持つ要求通信品質を満足させる多重化制御を行うこと
を最も主要な特徴とする。

（５）作用 廃棄要求の最も高いメディアのポートに設定する制御切
替しきい値と制限式ポーリング制御に用いるオフセット
値と待ち行列長監視制御に用いるオフセット値を通信要
求品質にあわせて設定することにより、各メディアの要
求に適した多重化を効率良く行うことができる。

（６）実施例 第１図は、本発明のマルチメディア多重化制御を用いた
パケット多重化装置を示す図であり、図において、１−
ｌ〜１−Ｎは入力ポート、２は出力ポート、３は本発明
のマルチメディアパケット多重化制御装置、１１は入力
パケットを蓄積するバッファ、２１はバッファ内に蓄積
されている待ちパケット数を計数するカウンタ、３１は
各カウンタと接続され、その待ちパケット数とオフセッ
ト値から送出ポートを決定する制限式ポーリング部、４
１は各カウンタと接続され、待ちパケット数とオフセッ
ト値から送出ポートを決定する待ち行列長監視部、５１
は廃棄要求の最も厳しいメディアの待ちパケット数とそ
の制御切替設定値から制限式ポーリング部と待ち行列長
監視部を切り換える制御切替部、６１はＮ×１のスイッ
チである。

次に動作について説明する。メディア（音声、映像、デ
ータ等）毎に入力ポートが割当てられているとする。

まず、パケットは入力ポート１−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）に到
着した後、一旦、入力バッファ１１に蓄積される。その
時、該当するカウンタ２１はカウンタ値を１つ上げる。

各ポートのカウンタは、制御切替部５１、オフセット値
を持つ制限式ポーリング部３１、オフセット値を持つ待
ち行列長監視部４１と常時接続されている。制御切替部
５１は、廃棄に対し最も要求の厳しいメディアに設定し
たしきい値とその待ちパケット数を比較し、待ちパケッ
ト数がしきい値以下の場合、制限式ポーリング制御を用
いる指示を出し、しきい値以上の場合、待ち行列長監視
制御を用いる指示を出す。

制限式ポーリング部３１は、メディアすなわち入力ポー
トとオフセット値とを対応づけるテーブルを有し、待ち
パケット数に対し、遅延要求の高いメディア（すなわち
入力ポート）程低いオフセット値を待ち、オフッセット
値以下の待ちパケット数は０とみなし、ポートの飛び越
し（例えばポート１からポート３へ）を行う。これによ
り、遅延に厳しいメディアのパケットを優先的に送出す
ることが可能となる。

待ち行列長監視部４１は、待ちパケット数に対し、廃棄
要求の高いメディア程低い低いオフセット値を持ち、待
ちパケット数からオフセット値を差し引いた値を論理的
待ちパケット数とみなし、論理的待ちパケット数が最大
のポートを選択する。これにより、廃棄に厳しいメディ
アのパケットを優先的に送出することが可能となる。

ポート選択後は１パケットずつ送出して多重化出力とす
る。またパケット送出後は、そのポートのカウンタのカ
ウンタ値を１つ下げる。

以上を時系列的に繰り返すことにより、遅延に対する要
求と廃棄に対する要求を独立に制御することが可能とな
り、各要求品質を満足させる多重化を行うことができる
。

第４図に、本発明の多重化アルゴリズムを示す。

ここで、ＴＨは制御切替しきい値、ＰＯｉはｉポートの
ポーリング制御用オフセット値、ＱＯｉはｉポートの待
ち行列監視制御用オフセット値、Ｂｉはｉポートの蓄積
パケット数、ＢｉはＴＨ設定ポートの待ちパケット数で
ある。

以下、入力パケット到着がＩＰＰ（Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ
ｅｄＰｏｉｓｓｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）モデルに従う場
合のシミュレーション結果を示す。

第５図に、各入力到着率におけるパケット平均遅延時間
と廃棄率の関係を示す。

シミュレーションは、各制御法の条件を、次のように定
めて行ったものである。

単位時間：１パケット送出時間 単位バッファ：１パケット パケット発生時間：１００００００ ポート数：３（音声、映像、データを想定）入力到着分
布：ＩＰＰモデル メディア毎の負荷： 音声：映像：データ＝１：２：１ メディア毎の平均バースト長： （音声、映像、データ）（１０、１００、１０００）時
間各ポートのバッファ量：１３５ 出力伝送速度：６．１４４Ｍｂ／ｓ 本発明のマルチメデイア多重化制御の各パラメータ ・制御切替しきい値　７０ ・制限式ポーリング用オフセット値 （音声、映像、データ）（０、０、７０）・待ち行列長
監視用オフセット値 （音声、映像、データ）（６５、０、０）各メディアの
品質要求条件として、音声が遅延、データが廃棄に各々
厳しく、映像力、遅延、廃棄共に厳しいメディアとする
。具体的には、音声の遅延条件を３ｍｓｅｃ以下、デー
タの廃棄条件を１０−４以下とする。結果より、本発明
のマルチメディアパケット多重化装置は、各メディアの
要求条件に適した多重化特性を持ち、入力負荷０．９ま
で使用可能である。一方、従来の制限式ポーリング制御
や待ち行列監視制御によるパケット多重化装置は、メデ
ィアを考慮しないため一通りの多重化特性し持たない。

よって、常に最も厳しい条件を満足させなければならな
いため、制限式ポーリング制御では０．７、待ち行列長
監視では０．８５が入力負荷の限界である。

本制御法は、制御切替しきい値ＴＨ、ｉポートのポーリ
ング制御用オフセット値ＰＯｉ、ｉポートの待ち行列監
視制御用オフセット値ＱＯｉ及び個別行列長（Ｂ）の設
定を行うことで、各要求品質に適した多重化特性力が得
られる。ここで、各パラメータはメディアの発生形態と
要求条件を把握し、最小ハード量で要求特性を満たすよ
うに設定する必要がある。以下、第６図に示す各パラメ
ータの役割について触れ、その最適設計法について述べ
る。

制御切替しきい値ＴＨは、ポーリング制御と待ち行列長
監視制御の占有時間比に影響を与える。

制御切替しきい値ＴＨが高い場合には、主にポーリング
制御が行われ全体的に遅延時間を優先させた多重化特性
を持つ。逆に低く設定した場合は、待ち行列長監視制御
の占有時間が増加しパケット廃棄率を優先させた特性を
持つ。制御切替しきい値ＴＨは遅延と廃棄の制御優先度
を決定付けるもので、複数要求品質に対応する多重化特
性は、以下に説明のＰＯｉ、ＱＯｉ設定により得ること
ができる。

ｉポートのポーリング制御用オフセット値ＰＯｉは、遅
延要求特性が高いメディア程低く設定する。

これにより、要求順位が高いメディア程選択周期が短く
なり、遅延時間特性に優劣を設けることができる。ｉポ
ートのポーリング制御用オフセット値ＰＯｉはポーリン
グ制御時にのみ有効なため、０から制御切替しきい値Ｔ
Ｈの範囲で設定可能である。優先順位が二つの場合には
、優先メディアを最小値０、非優先メディアを最大値Ｔ
Ｈと設定することにより、最も大きな遅延特性差にする
ことができる。

ｉポートの待ち行列長監視制御用オフセット値ＱＯｉは
、廃棄要求特性が高いメディア程低く設定する。これに
より、要求順位が高いメディア程優先的に選択され、廃
棄特性に優劣を設けることができる。このオフセット値
ＱＯｉは、待ち行列長監視制御時にのみ有効なため０か
ら（Ｂ−ＴＨ）の範囲で設定可能である。同様に、優先
順位が二つの場合は、優先メディアを最小値０、非優先
メディアを最大値（Ｂ−ＴＨ）と設定することで最も大
きな遅延特性差にすることができる。

個別行列長Ｂは、ＴＨと（Ｂ−ＴＨ）の和から求められ
、各メディアに対し、同一行列長として設計する。しか
し、入力負荷に極端な偏りがある場合、メディア毎にＢ
を設計しハード量の削減を図ることができる。その場合
についてもＴＨ・ＰＯｉ・ＱＯｉの設定法は同じである
。

第６図に、ＴＨ・ＰＯｉ・ＱＯｉ・Ｂを設定することで
得られる多重化特性の概念図を示す。

設計手順は、まず要求品質（遅延時間とパケット廃棄率
）の優先度に合わせてＰＯｉ・ＱＯｉを設定し多重化特
性を求める。ここで、多重化特性は二つの制御占有時間
比に左右されるため、ＴＨと遅延・廃棄特性の関係を把
握する必要がある。

特に、ＴＨはポーリング占有時間を決め、遅延特性と密
接な関係がある。一方、切替後の行列長（Ｂ−ＴＨ）は
待ち行列長監視制御占有時間を決め、廃棄特性と密接な
関係がある。よって、これらの関係と多重化要求特性か
ら、条件を満たすＴＨ及び最小バッファ量Ｂの決定を行
う。また、その値がない場合には、入力負荷が過剰なこ
とを示しており、入力に制限を設ける必要がある。次に
、要求条件の低いメディアの許容廃棄率と遅延時間の関
係を求める。その許容廃棄率を満たしていない場合、バ
ッファ量不足を意味し、Ｂを増加させる必要がある。そ
の場合、（Ｂ−ＴＨ）を増加させると遅延要求の厳しい
メディアの特性が悪くなるため、（Ｂ−ＴＨ）を固定し
たまま、ＴＨを増加させる。また、許容遅延を満たして
いない場合には、Ｂを減少させることができないため、
入力負荷を制限する必要がある。

第７図に、ＴＨ・ＰＯｉ・ＱＯｉ・Ｂの設定フローを示
す。

（７）発明の効果 以上説明したように、本発明によるポーリングによるマ
ルチメディアパケット多重化装置は、遅延要求に対して
優先順位をつけることができるオフセット付き制限式ポ
ーリング制御と廃棄要求に対して優先順位をつけること
ができるオフセット付き待ち行列長監視制御を持ち、廃
棄要求の最も高いメディアの持ちパケット数により制御
を切り換えることにより各メディアの要求品質に適した
多重化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマルチメディアパケット多重化装置の
ブロック構成図、第２図は従来技術である制限式ポーリ
ング制御によるパケット多重化装置のブロック構成図、
第３図は従来技術である持ち行列長監視制御によるパケ
ット多重化装置のブロック構成図、第５図は各制御によ
るパケット平均遅延時間と廃棄率の関係を表す図、第６
図は本発明による制御を説明するための概略図、第７図
は本発明装置の制御法を説明するためのフロー図である
。 １〜１−Ｎ…入力ポート、２…出力ポート、３…マルチ
メディアパケット多重化制御装置、１１…入力パケット
を蓄積するバッファ、２１…カウンタ、３１…制限的ポ
ーリング部、４１…待ち行列長監視部、５１…制御切替
部、６１…Ｎ×１のスイッチ。 特許出願人　日本電信電話株式会社 代理人　弁理士　白水　常雄 外１名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数ポートに到着した固定長パケットを多重化するため
   に、 各メディア毎に割当てられた複数の入力ポートの各到着
   パケットをそれぞれ蓄積する複数の入力バッファと、 該複数のバッファ内にそれぞれ蓄積されているパケット
   数を計数する複数のカウンタと、前記複数の入力バッフ
   ァ内の待ちパケット数に対し、遅延要求の高い前記メデ
   ィア程低いオフセット値を設定し、該オフセット値以下
   の待ちパケット数は０とみなし、ポート飛び越しを行う
   機能を持つ制限式ポーリング制御部と、 前記複数の入力バッファ内の待ちパケット数に対し、廃
   棄要求の高い前記メディア程低いオフセット値を設定し
   、該待ちパケット数から該オフセット値を差し引いた値
   を理論的待ちパケット数とみなし、論理的最大待ちパケ
   ット数を有するポートを逐次選択する信号を出力する機
   能を持つ待ち行列長監視制御部と、 廃棄要求の最も高いメディアの待ちパケット数に対して
   設定される制御切替しきい値とその待ちパケット数から
   判断し、前記制限式ポーリング制御部と前記待ち行列長
   監視制御部とを切り換える制御切替部と、 前記待ち行列長監視制御部より送られた信号により指定
   される一つのポートに対応するように前記複数のバッフ
   ァの一つを逐次選択して多重化出力として送出するＮ×
   １のスイッチと を有し、 廃棄要求の最も高いメディアの待ちパケット数がしきい
   値以下の場合、オフセット値を持つ制限式ポーリング制
   御部を、待ちパケット数がしきい値以上の場合、オフセ
   ット値を持つ待ち行列長監視制御部を前記制御切替部に
   より選択するように構成されたことを特徴とするマルチ
   メディアパケット多重化装置。