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明細書 :TS接続を用いた可変速度TDM交換方式

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B1)
特許番号 特許第3002727号 (P3002727)
登録日 平成11年11月19日(1999.11.19)
発行日 平成12年1月24日(2000.1.24)
発明の名称または考案の名称 TS接続を用いた可変速度TDM交換方式
国際特許分類 H04Q 11/04      
H04L 12/28      
FI H04Q 11/04 E
H04L 11/20
請求項の数または発明の数 5
全頁数 7
出願番号 特願平10-217379 (P1998-217379)
出願日 平成10年7月31日(1998.7.31)
審査請求日 平成10年7月31日(1998.7.31)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】391012327
【氏名又は名称】東京大学長
発明者または考案者 【氏名】斎藤 忠夫
【氏名】相田 仁
【氏名】青木 輝勝
【氏名】日高 宗一郎
【氏名】ブンワォラセト ウドムキャット
個別代理人の代理人 【識別番号】100059258、【弁理士】、【氏名又は名称】杉村 暁秀 (外9名)
審査官 【審査官】須田 勝巳
参考文献・文献 特開 昭48-62314(JP,A)
特開 平6-233337(JP,A)
特開 平1-177799(JP,A)
特開 平6-29970(JP,A)
特公 昭44-2423(JP,B1)
調査した分野 H04Q 11/00
H04L 12/28
要約 【課題】 動画像トラヒックを扱うのに好適な可変速度TDM交換方式を提供する。
【解決手段】 スケジューラは、入力TDMフレームヘッダの内容に基づいて、前記時分割時間スイッチにおけるタイムスロットの順序の入れ替えについての時間的スイッチングスケジュールを同一宛先のタイムスロットが時間的に分散するように決定し、前記時分割空間スイッチにおける時分割ゲートの開閉についての空間的スイッチングスケジュールを同時刻に同一出線が宛先のタイムスロットが1つだけ存在するように決定する。
特許請求の範囲 【請求項1】
複数の入線と複数の出線との交点の各々に時分割ゲートを配置し、これらの時分割ゲートを高速で開閉することにより、多重化したままタイムスロット単位で入線出線間の交換を行う時分割空間スイッチの各入線の前段に、入力TDMフレーム内のタイムスロットの順序を入れ替える機能を有する時分割時間スイッチを接続し、前記時分割ゲートおよび時分割時間スイッチに、これらを集中制御するスケジューラを接続し、
TDMフレームヘッダが入力すると、TDMフレームのヘッダが前記スケジューラに転送され、前記スケジューラは、前記ヘッダの内容に基づいて、前記時分割時間スイッチにおけるタイムスロットの順序の入れ替えについての時間的スイッチングスケジュールを同一宛先のタイムスロットが時間的に分散するように決定し、前記時分割空間スイッチにおける時分割ゲートの開閉についての空間的スイッチングスケジュールを同時刻に同一出線が宛先のタイムスロットが1つだけ存在するように決定し、前記時分割時間スイッチが、前記時間的スイッチングスケジュールに従って前記TDMフレームを時間的スイッチングして前記時分割空間スイッチに入力し、前記時分割空間スイッチが、前記空間的スイッチングスケジュールに従って、各タイムスロットを各々の宛先の出線にスイッチングすることを特徴とする可変速度TDM交換方式。

【請求項2】
複数の入線と複数の出線との交点の各々に時分割ゲートを配置し、これらの時分割ゲートを高速で開閉することにより、多重化したままタイムスロット単位で入線出線間の交換を行う時分割空間スイッチの各入線の前段に、入力TDMフレーム内のタイムスロットの順序を入れ替える機能を有する時分割時間スイッチを接続し、前記時分割ゲートおよび時分割時間スイッチに、これらを集中制御するスケジューラを接続し、前記スケジューラにTDMフレームヘッダからの情報を通知するコンテンツアナライザを接続し、
TDMフレームヘッダが入力すると、TDMフレームのヘッダが前記コンテンツアナライザに転送され、前記コンテンツアナライザは、このTDMフレームヘッダの内容からこのTDMフレーム内の各タイムスロットについての情報を前記スケジューラに通知し、前記スケジューラは、これらの情報に基づいて、前記時分割時間スイッチにおけるタイムスロットの順序の入れ替えについての時間的スイッチングスケジュールを同一宛先のタイムスロットが時間的に分散するように決定し、前記時分割空間スイッチにおける時分割ゲートの開閉についての空間的スイッチングスケジュールを同時刻に同一出線が宛先のタイムスロットが1つだけ存在するように決定し、前記時分割時間スイッチが、前記時間的スイッチングスケジュールに従って前記TDMフレームを時間的スイッチングして前記時分割空間スイッチに入力し、前記時分割空間スイッチが、前記空間的スイッチングスケジュールに従って、各タイムスロットを各々の宛先の出線にスイッチングすることを特徴とする可変速度TDM交換方式。

【請求項3】
請求項1または2に記載の可変速度TDM交換方式において、前記空間的スイッチングスケジュールを、前記出線の各々のTDMフレームに異なった前記入線のタイムスロットを順次に割り当てるようにして決定することを特徴とする可変速度TDM交換方式。

【請求項4】
請求項1または2に記載の可変速度TDM交換方式において、前記空間的スイッチングスケジュールを、前記出線入線対ごとに使用するタイムスロットの数を数え、多い順に選択するようにして決定することを特徴とする可変速度TDM交換方式。

【請求項5】
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の可変速度TDM交換方式において、前記TDMフレームのタイムスロット長を16キロビットとし、フレーム周期を入力画像信号の画像フレーム周期の約数としたことを特徴とする可変速度TDM交換方式。
発明の詳細な説明 【発明の詳細な説明】

【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル交換方式に関することであり、特に、動画像トラヒックのような可変速度トラヒックを処理する可変速度TDM交換方式に関することである。

【0002】
【従来の技術】従来のディジタル交換方式としては、TDM方式が広く用いられている。TDM方式の交換機であるSスイッチ(空間スイッチ)は、入線、出線の間に時分割ゲートを配列し、この時分割ゲートを高速で開閉することにより、多重化したまま、タイムスロット単位で入線出線間の交換を行うスイッチである。図1は、Sスイッチの原理を説明する線図である。Sスイッチは時分割ゲートとそれらの開閉を制御する制御メモリとから構成されており、入線の各タイムスロット内の情報は、制御メモリで指定された時分割ゲートを通って希望する宛先に対応する出線上のタイムスロットに移る。このときタイムスロットの時間位置は保存され、入線出線の時間位置は同じになる。前記制御メモリは各出線ごとに用意され、各タイムスロットごとにどの入線のゲートを開いてその情報を通すかが記憶されている。

【0003】
Tスイッチ(時間スイッチ)は、入線上のタイムスロットを出線上の任意のタイムスロットに入れ替えるスイッチである。図2は、Tスイッチの原理を説明する線図である。Tスイッチは、通話メモリ(SPM)と、書き込み制御メモリ(SCM)と、シーケンシャルアドレスカウンタとを具え、入線のタイムスロットの情報を通話メモリの書き込む際に、希望の出線のタイムスロットに対応する通話メモリの番地を指定し、その書き込まれた情報を順番に読み出すことにより、タイムスロットの時間的位置を交換する。なお、この図2では、ランダム書き込み/シーケンシャル読み出しの制御を行うTスイッチの構成例を示したが、この逆に、シーケンシャル書き込み/ランダム読み出しの制御を行うTスイッチも実現可能である。

【0004】
TDM交換機は、一度コネクションセットアップが完了すると、その後はフロー制御、輻輳制御などの特別な制御を行わなくても、遅延保証、損失率保証を確実に行うことができるという長所があり、現在、主に遅延条件の厳しい音声通信に使われている。

【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらTDM交換機には、以下に示すような問題点がある。第1の問題点は、TDM交換機はもともと同一速度のトラヒックを効率的にスイッチングするための手段であるため、様々な要求速度を持つトラヒックが混在する状況ではTDMスイッチは効率的に動作せず、すなわち、マルチレートトラヒックの取り扱いが困難なことである。

【0006】
第2の問題点は、現在のTDMネットワークで可変速度を扱うためには、そのトラヒックの最大速度でタイムスロットの要求を行わなければならず、伝送効率が非常に悪くなるため、可変速度トラヒックを効率的に扱うことが困難なことである。

【0007】
遅延条件の厳しいトラヒックには、上述した音声トラヒックのほかにも動画像トラヒックがある。動画像符号化の代表的な方式にMPEG2があるが、この方式で符号化すると通常可変速度トラヒックが形成される。MPEG2ストリームの一例を図3に示す。このトラヒックの平均使用帯域を1Mbps程度、最大使用帯域を5Mbps程度とすると、従来のTDM交換方式を用いる場合、最大使用帯域である5Mbps程度でコネクション設定をしなければならない。しかしながら、このトラヒックの平均使用帯域は1Mbps程度であるため、4Mbps程度の伝送帯域が無駄になってしまう。したがって、TDMスイッチを用いて動画像トラヒックを扱おうとする場合、上記2点の既存TDM交換方式の問題点のうち、特に第2の問題点を解消することが重要である。

【0008】
本発明の目的は、上述した従来のTDM交換方式の問題点を解消し、遅延条件の厳しいトラヒック、特に動画像トラヒックを扱うのに好適な可変速度TDM交換方式を提供することである。

【0009】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明による可変速度TDM交換方式の一実施形態は、複数の入線と複数の出線との交点の各々に時分割ゲートを配置し、これらの時分割ゲートを高速で開閉することにより、多重化したままタイムスロット単位で入線出線間の交換を行う時分割空間スイッチの各入線の前段に、入力TDMフレーム内のタイムスロットの順序を入れ替える機能を有する時分割時間スイッチを接続し、前記時分割ゲートおよび時分割時間スイッチに、これらを集中制御するスケジューラを接続し、TDMフレームヘッダが入力すると、TDMフレームのヘッダが前記スケジューラに転送され、前記スケジューラは、前記ヘッダの内容に基づいて、前記時分割時間スイッチにおけるタイムスロットの順序の入れ替えについての時間的スイッチングスケジュールを同一宛先のタイムスロットが時間的に分散するように決定し、前記時分割空間スイッチにおける時分割ゲートの開閉についての空間的スイッチングスケジュールを同時刻に同一出線が宛先のタイムスロットが1つだけ存在するように決定し、前記時分割時間スイッチが、前記時間的スイッチングスケジュールに従って前記TDMフレームを時間的スイッチングして前記時分割空間スイッチに入力し、前記時分割空間スイッチが、前記空間的スイッチングスケジュールに従って、各タイムスロットを各々の宛先の出線にスイッチングすることを特徴とする

【0010】
本発明による可変速度TDM交換方式の他の実施形態は、複数の入線と複数の出線との交点の各々に時分割ゲートを配置し、これらの時分割ゲートを高速で開閉することにより、多重化したままタイムスロット単位で入線出線間の交換を行う時分割空間スイッチの各入線の前段に、入力TDMフレーム内のタイムスロットの順序を入れ替える機能を有する時分割時間スイッチを接続し、前記時分割ゲートおよび時分割時間スイッチに、これらを集中制御するスケジューラを接続し、前記スケジューラにTDMフレームヘッダからの情報を通知するコンテンツアナライザを接続し、TDMフレームヘッダが入力すると、TDMフレームのヘッダが前記コンテンツアナライザに転送され、前記コンテンツアナライザは、このTDMフレームヘッダの内容からこのTDMフレーム内の各タイムスロットについての情報を前記スケジューラに通知し、前記スケジューラは、これらの情報に基づいて、前記時分割時間スイッチにおけるタイムスロットの順序の入れ替えについての時間的スイッチングスケジュールを同一宛先のタイムスロットが時間的に分散するように決定し、前記時分割空間スイッチにおける時分割ゲートの開閉についての空間的スイッチングスケジュールを同時刻に同一出線が宛先のタイムスロットが1つだけ存在するように決定し、前記時分割時間スイッチが、前記時間的スイッチングスケジュールに従って前記TDMフレームを時間的スイッチングして前記時分割空間スイッチに入力し、前記時分割空間スイッチが、前記空間的スイッチングスケジュールに従って、各タイムスロットを各々の宛先の出線にスイッチングすることを特徴とする。このようにすれば、可変速度トラヒックを扱う場合において、例えば、コネクション設定を平均使用帯域に設定すれば、ある入力に送信すべきデータがこの平均使用帯域より小さい場合にはこの伝送帯域を他の入力が使用することができ、ある入力が送信すべきデータがこの平均使用帯域より大きい場合には他の入力の空いている伝送帯域を借りて送信できるため、可変速度トラヒックを効率的に扱うことができる。従来のATM方式ではATMセルをスイッチングするが、本発明による方式ではTDMフレームをスイッチングしている。このため、低負荷時にはATM交換機よりもスイッチング遅延が大きくなる。しかし、高負荷時にはATM交換機ではバッファリング遅延が大きくなるのに対し、本発明方式では同一宛先のタイムスロットが時分割時間スイッチによって時間的に分散して時分割空間スイッチに入力するため、時分割空間スイッチではバッファが不要となり、遅延特性が大幅に改善される。また、従来のATM方式の場合、入力するATMセル1つ1つにヘッダが付加されているために各交換機では高速なヘッダ処理が要求される。本発明による方式では各タイムスロットのヘッダ情報がすべてTDMフレームの先頭に付加されるため、ヘッダ処理がATM交換機と比較して容易になるという利点もある。

【0011】
本発明方式では前記時分割空間スイッチをバッファレスとしたため、前記スケジューラは、同時刻に同一宛先のタイムスロットが1つだけ存在するように前記空間的スイッチングスケジュールを決定しなければならない。具体的なスケジューリング方式としては、例えば以下の2つが考えられる。

【0012】
第1の方式は、RSA(Rotation Selection Algorithm)方式である。図4は、RSA方式の概念を説明するための線図である。図4は本発明方式の入出力数が4×4の場合の概念図であり、各行は入力ポート番号を、各列は出力ポート番号(宛先)を示している。このRSA方式は、図6に示す順序でタイムスロットの入れ替えを行う方式である。つまり、まずはじめに図4aに示すように、入線1から出線1を希望するタイムスロット、入線2から出線2を希望するタイムスロット...を選択し、TDMフレームの先頭に詰める。続いて、図4bに示すように入線1から出線2を希望するタイムスロット、入線2から出線3を希望するタイムスロット...を選択し、各TDMフレームの2番目に詰める。以下同様の操作によりタイムスロットを詰めていけば、同一時刻に同一宛先のタイムスロットを1つだけにすることができる。

【0013】
第2の方式は、GLQA(Global Longest Queue Algorithm)方式である。図5および6は、GLQA方式の概念を説明するための線図である。スケジューラではまずはじめに各入力タイムスロットの宛先をTDMフレームヘッダから調べ、その結果から図5のトラヒック行列を生成する。ただし、この行列のij成分は「入線iから出線(宛先)jに向かうタイムスロット数」を表している。GLQA方式では、このトラヒック行列のうち、まずはじめに最大の数を探し出す。続いて、その最大数を含む行と列を除いた中で最大数を探し出す。以下同様の操作により、トラヒック行列の4成分が選択されるが(図6)、これらのタイムスロットを各TDMフレームの先頭に詰める。以下同様の操作を繰り返すことにより、各TDMフレームの2番目に詰めるタイムスロット、3番目に詰めるタイムスロットを選択していくことにより、同一時刻に同一宛先のタイムスロットを1つだけにすることができる。

【0014】
本発明による可変速度TDM交換方式のさらに他の実施形態は、前記空間的スイッチングスケジュールを、前記出線の各々のTDMフレームに異なった前記入線のタイムスロットを順次に割り当てるようにして決定することを特徴とする。

【0015】
本発明による可変速度TDM交換方式のさらに他の実施形態は、前記空間的スイッチングスケジュールを、前記出線入線対ごとに使用するタイムスロットの数を数え、多い順に選択するようにして決定することを特徴とする。

【0016】
図7は、本発明による可変速度ディジタル交換方式で用いるTDMフレームのフォーマットの一例を示す。通常、TDMフレームのタイムスロット長は1octet程度、TDMフレーム周期は125μs程度であるが、動画像トラヒックを取り扱う場合、より大きいタイムスロット長を用いたほうが効率が良く、また、大容量化が容易になる。特に、MPEG2等の多くのビデオ信号符号化方式ではフレーム周期が33msであるため、例えば、タイムスロット長を16kbit、フレーム周期を3.3ms(伝送速度622.08Mbpsの場合)とすれば、これらの符号化方式で用いられるフレーム周期の約数になり、ビデオフレームとTDMフレームの対応付けを行うことができるようになる。この対応付けにより、動画像品質を最適化するための制御が交換機において行えるようになり、従来の交換方式(TDM交換方式、ATM交換方式、パケット交換方式等)と比較して、ネットワーク品質が同一であっても、動画像品質を向上することができるという利点もある。

【0017】
本発明のさらに他の実施形態によれば、前記TDMフレームのタイムスロット長を16キロビットとし、フレーム周期を入力画像信号の画像フレーム周期の約数としたことを特徴とする。

【0018】
【発明の実施の形態】図8は、本発明による可変速度ディジタル交換方式の一実施形態の原理を説明する線図である。本発明の方式によるスイッチ1は、時分割時間スイッチ21 ,22 ,...,2i と、スケジューラ3と、コンテンツアナライザ4と、時分割空間スイッチ5と、この時分割空間スイッチ内に具わる時分割ゲート61,1 ,61,2 ,...,6i,j と、出力バッファ71 ,72 ,...,7j とを具える。時分割時間スイッチ21 ,22 ,...,2i は、従来のTスイッチと同様に入力TDMフレーム内のタイムスロットの順番を入れ替える機能を有するが、タイムスロットの入れ替えをスケジューラ3の命令に従って行うことと、従来のように時間的スイッチングそのものが目的ではなく、後段の時分割空間スイッチ5に入力するトラヒックの分散を目的とすることとが、従来のものと異なっている。時分割空間スイッチ5は、従来のSスイッチと同様に入力TDMフレームを空間的にスイッチングす機能を有するが、時分割ゲート61,1 ,61,2 ,...,6i,j の各々の開閉をスケジューラ3が制御することが従来のものと異なっている。

【0019】
ここで図8を参照し、本発明による可変速度ディジタル交換方式の動作を例として説明する。図7に示すようなTDMフレームを伝送する場合、コンテンツアナライザ4がTDMフレームのヘッダを読み、TDMフレーム内の各タイムスロットの宛先、優先度などの情報をスケジューラ3に転送する。スケジューラ3では、これらの情報から時分割時間スイッチ21 ,22 ,...,2i でどのようにタイムスロットのスイッチング(時間的スイッチング)を行うのかを決定し、そのスケジューリング情報を時分割時間スイッチ21 ,22 ,...,2i に通知する。時分割時間スイッチ21 ,22 ,...,2i では、スケジューラ3からのスケジューリング情報に基づいて実際に時間的スイッチング(タイムスロットの入れ替え)を実行する。この時間的スイッチングは、時分割空間スイッチ5に入力するタイムスロットを時間的に分散する働きを持つ。

【0020】
時分割時間スイッチ21 ,22 ,...,2i で時間的スイッチングされたTDMフレームは引き続き時分割空間スイッチ5に入力する。時分割空間スイッチ5はバッファレスであるため、同時刻に同一宛先のタイムスロットが1つだけ存在するようにしなければならない。このためスケジューラ3は、時分割空間スイッチ内の各時分割ゲートの開閉についての空間的スイッチングスケジューリングを行う。このスケジューリングを行うための実際のスケジューリング方式としては、例えば上述したようなRSA方式およびGLQA方式がある。このスケジューリング情報に基づいて各時分割ゲートの開閉を行うことにより、各タイムスロットを宛先の出力バッファ71 ,72 ,...,7j を経て出力することができる。

【0021】
上述した実施形態においては、コンテンツアナライザがフレームヘッダを調べ、その情報に基づいてスケジューラがスケジューリングを行っているが、コンテンツアナライザを省き、スケジューラが直接フレームヘッダの内容からスケジューリングを行うように構成することも可能である。

【0022】
【発明の効果】本発明によれば、遅延条件の厳しいトラヒック、特に動画像トラヒックを扱うのに好適な可変速度TDM交換方式が提供される。
図面
【図1】
0
【図3】
1
【図2】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
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【図7】
6
【図8】
7