JP5804992B2 - Packet relay apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、ネットワークにおけるパケット中継装置、特に省電力制御のための帯域予測技術に関する。 The present invention relates to a packet relay device in a network, and more particularly to a bandwidth prediction technique for power saving control.
ネットワークを介したデータ通信において、広帯域アクセス回線の普及に伴い、ユーザの利用するアプリケーションの通信帯域が増加している。例えば、動画配信サイトの普及に伴う動画のストリーミング転送の増加によって、ネットワーク上を移動するデジタルデータの情報量(トラフィック)が増大している。 In data communication via a network, with the widespread use of broadband access lines, the communication band of applications used by users is increasing. For example, the amount of information (traffic) of digital data moving on the network is increasing due to an increase in streaming transfer of moving images accompanying the spread of moving image distribution sites.
このようなアクセス回線の広帯域化に伴うユーザアプリケーションの利用帯域の増加により、インターネットなどのIP(Internet Protocol)ネットワークを構成するルータ等のパケット中継装置のトラフィック転送量も増加している。このトラフィックの増加に対応するために、ルータの最大転送性能が高くなるようにハードウェアを構成することにより、ルータにおける消費電力が増加してきている。そこで、ルータの省電力化が望まれている。 With the increase in the bandwidth used for user applications accompanying such broadband access lines, the traffic transfer amount of packet relay apparatuses such as routers constituting an IP (Internet Protocol) network such as the Internet is also increasing. In order to cope with this increase in traffic, the power consumption in the router is increasing by configuring the hardware so that the maximum transfer performance of the router becomes high. Therefore, power saving of the router is desired.
このようなルータの消費電力を抑制する技術として、例えば、特許文献1、2がある。特許文献1には、受信されたパケットを転送するパケット転送部と、パケットの転送に際してアプリケーション層がやり取りする情報から、アプリケーションが予定しているその後のパケット転送予定量を把握し、そのパケット転送予定量に基づいて、パケット転送部の転送性能を調整することにより、パケット転送装置の消費電力を抑制する電力抑制部とを備えるパケット転送装置を構成し、アプリケーションが予定しているパケット転送予定量に基づいて、適切な転送性能にてパケットの転送処理を行う結果、パケット転送装置の消費電力を抑制することが可能な技術が開示されている。
For example, there are
また、特許文献2には、ルータにおけるトラフィック変動予測を用いてパケットの廃棄率を低減する輻輳制御装置、即ち、コアルータ内に送信端から送られたSYN/ACKパケットと、通信終了の数パケット手前のデータパケットに付加されたマークとを検出して夫々を計数しておき、この計数値の増減或いは差分に基づいて、RED(Random Early Detection)パラメータを変動させることにより、REDによるパケットの廃棄率の低減し、平均バッファ長の挙動を早い時期に予測することが可能となって、パケットの廃棄率を低減できるという装置が開示されている。
Further,
上記の特許文献1においては、アプリケーションが予定しているパケット転送予定量に基づいてのみ転送性能を調整してパケットの転送処理を行っており、ネットワーク輻輳によるバースト発生について考慮されていないため、バッファ溢れによるパケット廃棄の低減はできない。
In the above-mentioned
また、特許文献2においても同様に、送信端から送られたSYN/ACKパケットと、通信終了の数パケット手前のデータパケットに付加されたマークとを検出して夫々を計数しておき、この計数値の増減或いは差分に基づいて制御を行っているため、ネットワイーク輻輳によるバースト量の予測はできず、同様の課題がある。
Similarly, in
本発明の目的は、上記の課題を解決し、パケット中継装置のバッファ量が、ネットワーク輻輳に基づくバースト量に対し必要十分になるように性能制御することにより、パケット廃棄を低減しながら、省電力化を図ることが可能なパケット中継装置を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to perform power control so that the buffer amount of the packet relay device becomes necessary and sufficient with respect to the burst amount based on network congestion, thereby reducing power consumption while reducing packet discard. It is an object of the present invention to provide a packet relay device that can be realized.
上記の目的を達成するため、本発明においては、パケットを中継するパケット中継装置であって、受信回線と、送信回線と、受信回線からパケットを受信するパケット受信部と、受信されたパケットの検索を行う受信パケット検索部と、受信されたパケットをスイッチングするスイッチと、スイッチングされたパケットの検索を行う送信パケット検索部と、スイッチングされたパケットを、送信回線を介して送信するパケット送信部と、パケット受信部、受信パケット検索部、送信パケット検索部、及びパケット送信部の少なくとも一つに接続され、パケットのパケット数に基づき、平均予測帯域と予測バースト量を算出し、算出した平均予測帯域と予測バースト量と、接続されたパケット受信部、受信パケット検索部、送信パケット検索部、及びパケット送信部の少なくとも一つの残バッファ量に基づき、当該パケット中継装置の性能を決定する構成のパケット中継装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a packet relay apparatus that relays a packet, including a reception line, a transmission line, a packet reception unit that receives packets from the reception line, and a search for received packets. A received packet search unit, a switch that switches received packets, a transmission packet search unit that searches for switched packets, a packet transmission unit that transmits the switched packets via a transmission line, Connected to at least one of a packet reception unit, a reception packet search unit, a transmission packet search unit, and a packet transmission unit, and calculates an average predicted bandwidth and a predicted burst amount based on the number of packets of the packet, Predicted burst amount, connected packet reception unit, received packet search unit, transmission packet search unit And based on at least one of the remaining buffer amount of the packet transmission unit, to provide a packet relay device configured to determine the performance of the packet relay apparatus.
また、上記の目的を達成するため、本発明においては、パケットを中継するパケット中継装置におけるパケット中継方法であって、パケット中継装置は、受信回線から受信したパケットの検索を行い、受信されたパケットをスイッチングし、スイッチングされたパケットの検索を行い、スイッチングされたパケットを、送信回線を介して送信し、且つパケットのパケット数に基づき、平均予測帯域と予測バースト量を算出し、算出した平均予測帯域と予測バースト量と、パケット中継装置内の残バッファ量に基づき、当該パケット中継装置の性能を決定するパケット中継方法を提供する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a packet relay method in a packet relay device that relays a packet, wherein the packet relay device searches for a packet received from a reception line and receives the received packet. Switch, search for switched packets, transmit the switched packets via the transmission line, calculate the average predicted bandwidth and the predicted burst amount based on the number of packets in the packet, and calculate the calculated average prediction Provided is a packet relay method for determining the performance of a packet relay device based on a bandwidth, an estimated burst amount, and a remaining buffer amount in the packet relay device.
本発明によれば、ルータのバッファ量が予測バースト量に対して必要十分となるように性能制御することにより、パケット廃棄を低減しながら省電力化を実現できるパケット中継装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a packet relay device capable of realizing power saving while reducing packet discard by performing performance control so that the buffer amount of the router becomes necessary and sufficient with respect to the predicted burst amount.
以下に、本発明を実施するための実施形態を図面に従い説明する。以下の説明においては、パケット中継装置の一例として、ルータを例示して説明するが、本実施例はルータに限らず、送受信端末等の間に設置され、データパケットを中継する装置であれば何にでも適用できる。また、本明細書において、パケット中継装置のルータの性能とは、ルータのパケット性能、及びバイト性能を意味する。 Embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, a router will be described as an example of a packet relay device. However, the present embodiment is not limited to a router, and any device that is installed between transmitting and receiving terminals and relays data packets can be used. Applicable to any. In this specification, the performance of the router of the packet relay device means the packet performance and byte performance of the router.
第一の実施例は、残バッファ量と、予測バースト量に基づいて性能制御を行うパケット中継装置としてのルータの実施例である。 The first embodiment is an embodiment of a router as a packet relay apparatus that performs performance control based on the remaining buffer amount and the predicted burst amount.
図1は、第1の実施例のパケット中継装置の一例を示すブロック図である。
同図において、パケット中継装置1は、受信回線2を介して、パケットを受信し、送信回線3からパケットを送信する。パケット中継装置1は、パケットの受信処理を行うパケット受信部11と、受信パケットに対する受信パケット検索部13と、受信パケット検索部13で宛先IPアドレスから経路検索を行って判定された出力回線番号に基づきパケットをスイッチングする、パケット中継処理手段としてのスイッチ15と、送信パケット検索部16と、パケットを読み出してパケットの送信処理を行うパケット送信部18を備える。パケット受信部11、受信パケット検索部13、送信パケット検索部16、パケット送信部18はそれぞれ、パケットを蓄積するバッファを内蔵する。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a packet relay apparatus according to the first embodiment.
In FIG. 1, a
また、パケット受信部11、受信パケット検索部13、送信パケット検索部16、パケット送信部18にはそれぞれ、トラフィック予測/パケット受信性能演算部12、トラフィック予測/受信パケット検索性能演算部14、トラフィック予測/送信パケット検索性能演算部17、トラフィック予測/パケット送信性能演算部19が付属しており、該当するトラフィック予測と性能演算を実行する。
The
図2、図3を用いて、本実施例のトラフィック予測/受信パケット検索性能演算部、トラフィック予測/パケット受信性能演算部12の内部構成の一例を説明する。なお、トラフィック予測/送信パケット検索性能演算部17、トラフィック予測/パケット送信性能演算部19も同様に構成できるので、詳細な図示説明は省略する。これらの各種の演算部は、処理部としての中央処理部(Central Processing Unit:CPU)と記憶部としてメモリ、及び入出力部であるインタフェースを備えるコンピュータ構成で構成できる。
An example of the internal configuration of the traffic prediction / received packet search performance calculation unit and the traffic prediction / packet reception
図2において、受信パケット検索部13より、パケット受信時刻及びパケット数140が入力され、このデータに基づき、アプリケーション(アプリ)(/フロー)毎単位時間毎パケット数計測部141は、パケット数を計測する。この計測値は、アプリ(/フロー)毎単位時間毎パケット数履歴蓄積部142に送られ、蓄積される。そして、パケット平均予測帯域予測部143、パケットバースト量/バースト継続時間予測部144は、この蓄積データに基づき、該当する予測を行う。
In FIG. 2, the packet reception time and the number of packets 140 are input from the received
そして、ルータのパケット性能演算部145は、予測されたパケット平均予測帯域とパケットバースト量/バースト継続時間と、受信パケット検索部13の残バッファ量146に基づき、ルータのパケット性能を演算する。その結果に基づき、受信パケット検索性能制御情報147とクロック(CLK)周波数制御信号148を受信パケット検索部13に出力する。なお、本実施例のパケット性能演算部145は、予測バースト量と残バッファ量に基づき、パケット性能を制御する。よって、パケット性能制御の処理をスタートする開始トリガは、受信パケット検索部13内のバッファの残バッファの閾値でかけるのが望ましい。
Then, the packet
このトラフィック予測/受信パケット検索性能演算部14のアプリ(/フロー)毎単位時間毎パケット数履歴蓄積部142が上述の記憶部であるメモリで構成され、他の予測部、演算部等は上述の処理部であるCPUのプログラム実行で実現できることは言うまでもない。以下に説明するトラフィック予測/パケット受信性能演算部12を含め、他の演算部17、19についても同様であり、これらの演算部12、14、17、19の演算処理を、それぞれ対応する複数のCPUで実現しても、一つのCPUで実現しても良い。
The traffic prediction / received packet search
図3にトラフィック予測/パケット受信性能演算部12の内部構成の一例を示す。図2の回路構成との差異は、図3においては、パケット単位の処理でなく、バイト単位の処理を行っていることにある。すなわち、アプリ(/フロー)毎単位時間毎バイト数計測部121は、パケット受信部11からのパケット受信時刻、バイト数120に基づき、バイト数を計測する。その結果は、アプリ(/フロー)毎単位時間毎バイト数履歴蓄積部122に送られ、蓄積される。そして、バイト平均予測帯域予測部123、パケットバースト量/バースト継続時間予測部124は、この蓄積データに基づき予測を行い、ルータのバイト性能演算部125は、予測されたバイト平均予測帯域とパケットバースト量/バースト継続時間と、パケット部11の残バッファ量126に基づき、ルータのバイト性能を演算する。そして、得られたパケット受信性能制御情報127とCLK周波数制御信号128をパケット受信部11に出力する。
FIG. 3 shows an example of the internal configuration of the traffic prediction / packet
次に、図4−図7を用いて、本実施例のパケット受信部11、及び受信パケット検索部13の一構成例を説明する。
図4において、パケット受信部11は、パケット受信バッファ制御部111と、受信パケットバッファ112と、バッファ蓄積パケット数管理部113とから構成される。パケット受信バッファ制御部111は、受信回線2よりパケット情報115を受信すると共に、受信パケットバッファ112に対する読み出し制御と書き込み制御、バッファ面に対する上書きを許可する開放制御を行う。バッファ蓄積パケット数管理部113は、受信パケットバッファ112に蓄積されているパケット数を計測して管理する。
Next, a configuration example of the
In FIG. 4, the
パケット受信バッファ制御部111は、パケットヘッダ情報117を受信パケット検索部13に送り、受信パケット検索部13からの受信パケット検索結果114に対応するパケット情報118を、スイッチ15に送信する。更に、パケット受信時刻、バイト数、及び残バッファ量119が、トラフィック予測/パケット受信性能演算部12に送られ、図3に示したパケット受信時刻バイト数120及び残バッファ量126として用いられる。そして、トラフィック予測/パケット受信性能演算部12からの制御情報116を受信する。この制御情報116は、上述したパケット受信性能制御情報127とCLK周波数制御信号128に対応する。
The packet reception
図5は、図4の受信パケットバッファ112の内部構成の一例を示す図である。同図において、受信パケットバッファ112の内部には、パケットが蓄積された領域1121と、未だパケットが蓄積されていない残バッファ領域1122が存在する。そして、同図に示す通り、パケット情報115、118が入出力される端子と、バッファ引き抜きトリガ1123が入力され、残バッファ量1120が出力される端子を備えている。領域1121は、後で説明するパケット情報が蓄積されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the
図6にその一例を示すように、受信パケット検索部13は、受信パケットヘッダバッファ制御部131と、蓄積パケット数を管理するバッファ蓄積パケット数管理部132と、経路検索部133と、受信ヘッダバッファ134と、フロー検索部135で構成される。受信パケットヘッダ制御部131は、パケット受信部11よりパケットヘッダ情報117を受信し、経路検索部133、フロー検索部135に送る。経路検索部133は経路検索結果136を、フロー検索部135はフロー検索結果137をそれぞれ受信パケットヘッダバッファ制御部131に送る。受信パケットヘッダバッファ制御部131は、それらの情報に基づき、受信パケット検索結果114をパケット受信部11に返信する。また、受信パケットヘッダバッファ制御部131は、パケット受信時刻パケット数、及び残バッファ量138をトラフィック予測/受信パケット検索性能演算部14に送ると共に、トラフィック予測/受信パケット検索性能演算部14から制御情報139を受け取る。この、制御情報139は、図2で説明した受信パケット検索性能制御情報147とCLK周波数制御信号148に対応することなる。受信パケットヘッダバッファ制御部131は、この制御情報139に基づき、受信パケット検索部13内のバッファ等のCLK周波数を制御したり、帯域等を制御することにより、廃棄パケットの低減、あるいは消費電力の低減を図るよう制御する。
As shown in FIG. 6, the received
図7に受信パケットヘッダバッファ134の一構成例を示した。同図において、受信パケットヘッダバッファ134は、バッファ蓄積パケットヘッダが蓄積された領域1341と、残バッファ領域1342からなる。また、複数の端子から、パケットヘッダ情報117の入出力、バッファ引き抜きトリガ1343の入力、残バッファ量1340の出力がなされる。
FIG. 7 shows a configuration example of the received
図8、図9は、本実施例のパケット中継装置であるルータで処理されるパケットヘッダ情報、パケット情報の一例を示している。図8のパケットヘッダ情報8は、内部ヘッダ部81、L2ヘッダ部82、L3ヘッダ部83、L4ヘッダ部84から構成されている。そして、内部ヘッダ部81は、入力回線番号部、長さを表わすLEN部からなる。L2ヘッダ部82は、宛先MAC(Media Access Control)部、送信元MACアドレス部、イーサ(イーサネットは登録商標)タイプ部からなる。L3ヘッダ部83は、IP(Internet Protocol)バージョン部、TOS(Type of Service)部、L4プロトコル部、送信元IPアドレス部、宛先IPアドレス部からなる。最後に、L4ヘッダ部84は、送信元ポート番号、宛先ポート番号、TCP(Trassimission Control Protocol)フラグ等のコードビットからなる。なお、図9のパケット情報9は、図8のパケットヘッダ情報8に、更にパケットデータと、FCS(Frame Check Sequence)が追加されているだけであるので、ここでは説明を省略する。 8 and 9 show an example of packet header information and packet information processed by the router which is the packet relay apparatus of this embodiment. The packet header information 8 in FIG. 8 includes an internal header portion 81, an L2 header portion 82, an L3 header portion 83, and an L4 header portion 84. The internal header portion 81 includes an input line number portion and a LEN portion representing a length. The L2 header portion 82 includes a destination MAC (Media Access Control) portion, a source MAC address portion, and an Ethernet (Ethernet is a registered trademark) type portion. The L3 header unit 83 includes an IP (Internet Protocol) version unit, a TOS (Type of Service) unit, an L4 protocol unit, a source IP address unit, and a destination IP address unit. Lastly, the L4 header portion 84 includes code bits such as a transmission source port number, a destination port number, and a TCP (Transmission Control Protocol) flag. Note that the packet information 9 in FIG. 9 is simply the addition of packet data and FCS (Frame Check Sequence) to the packet header information 8 in FIG.
以上説明した本実施例の構成のパケット中継装置で帯域予測に基づく省電力制御方法の具体例について、図10〜図15を用いて説明する。なお、本実施例において、パケット中継装置であるルータのパケット性能の基本値として、平均予測帯域を用いる。この平均予測帯域とは、予測帯域の平均値を示し、バースト分は除かれている。 A specific example of the power saving control method based on the band prediction in the packet relay apparatus having the configuration of the present embodiment described above will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the average predicted bandwidth is used as the basic value of the packet performance of the router that is the packet relay device. The average predicted bandwidth indicates an average value of the predicted bandwidth, and the burst is excluded.
図11のテーブル1100に示す様に、ネットワークにおけるトラフィック変動は、#1の送信端末の帯域制御を変動要因とするもの、及び#2のネットワーク輻輳を変動要因とするものの2つに大別できる。前者の#1の送信端末の帯域制御がトラフィック変動要因の場合、そのトラフィック変動に基づくバースト特性は周期的であり、それに起因するバースト予測は、帯域制御アルゴリズムから平均予測帯域、バースト量、バースト継続時間を予測することで実現する。
As shown in the table 1100 of FIG. 11, traffic fluctuations in the network can be broadly classified into two types: those having the bandwidth control of the # 1 transmitting terminal as a fluctuation factor, and those having # 2 as the network congestion. When the bandwidth control of the
一方、トラフィック変動の要因が後者の#2のネットワーク輻輳の場合は、バースト特性は偶発的であるため、ルータの過去の統計的な履歴からバースト量、バースト継続時間等のバースト予測を行う必要がある。
On the other hand, when the traffic fluctuation is caused by the
図12は、本実施例における平均予測帯域の算出方式の一例を説明するためのフローチャートである。S120において、パケットの受信をトリガとしてスタートする。すなわち、ルータがアプリケーション(アプリ)I のパケット受信をすると、初期値として、n(i)=0、アプリケーション i のフロー数 b(i)、及び過去の統計履歴に基づくアプリケーション i の1フロー当たりの平均帯域がセットされる。 FIG. 12 is a flowchart for explaining an example of the calculation method of the average predicted bandwidth in the present embodiment. In S120, the reception starts with the reception of the packet as a trigger. That is, when the router receives a packet of application (application) I, as an initial value, n (i) = 0, the number of flows of application i b (i), and the flow per application i based on the past statistical history Average bandwidth is set.
続いて、S121において、コードビットを利用して、受信パケットが確率要求(SYN)か否かが判断され、SYNの場合、S122において、n(i)=n(i)+1とし、SYNパケットでない場合、S123において、切断要求(FIN)か否かが判断される。FINの場合、S124において、n(i)=n(i)−1とする。そして、S125において、B(i)=n(i)×b(i)を、当該アプリケーション i の平均予測帯域と決定して終了する(S126)。 Subsequently, in S121, it is determined whether or not the received packet is a probability request (SYN) by using the code bit. In the case of SYN, in S122, n (i) = n (i) +1 is set and it is not a SYN packet. In step S123, it is determined whether the request is a disconnection request (FIN). In the case of FIN, n (i) = n (i) −1 is set in S124. In S125, B (i) = n (i) × b (i) is determined as the average predicted bandwidth of the application i, and the process ends (S126).
次に、図13により、本実施例において、過去の統計的な履歴からバースト量/バースト継続時間を予測するフィティング方式の一例を説明する。図13において、横軸は時間、縦軸は帯域を示し、実線1300は過去の統計的な履歴に基づく実帯域を示す。この実帯域を用いて、破線1301に示すような実帯域へのフィティングを行う。同図において、1302はバースト継続時間を、塗りつぶし領域1303の面積はバースト量を示す。
Next, an example of a fitting method for predicting the burst amount / burst duration from the past statistical history will be described with reference to FIG. In FIG. 13, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the band, and the
なお、このフィッティングは、三角関数の線形結合(周期関数)、または線形関数+正規分布関数によって実現することができる。そして、正規分布のフィッティング結果が、例えば、関数 Aexp[−(t−μ)^2/2σ^2]の時、バースト量は、Aσ√2π、バースト継続時間は、nσと表わされる。ここで、Aは係数、μは平均値を、σは標準偏差を示す。 This fitting can be realized by a linear combination (periodic function) of trigonometric functions or a linear function + normal distribution function. When the normal distribution fitting result is, for example, the function Aexp [− (t−μ) ^ 2 / 2σ ^ 2], the burst amount is represented as Aσ√2π, and the burst duration is represented as nσ. Here, A is a coefficient, μ is an average value, and σ is a standard deviation.
図14は、この様に統計的に採取したバースト量の頻度分布の一例を示す図である。同図において、横軸はバースト量、縦軸は頻度を示す。この頻度分布1400において、P%のバースト量が収まるバースト量を、予測バースト量1401とすると、残バッファ量が予測バースト量に等しいとき、P%の確率でバーストは残バッファ量内に収まることになる。
FIG. 14 is a diagram showing an example of a frequency distribution of burst amounts statistically collected in this way. In the figure, the horizontal axis indicates the burst amount, and the vertical axis indicates the frequency. In this
図15は、本実施例の平均予測帯域の算出の他の方式を説明するための図である。同図において、横軸は時間、縦軸は帯域であり、実線1500、破線1501は、それぞれ図13の実線1300、破線1301に対応する。そして、フィッティング関数から正規分布関数を減じた関数、つまり三角関数の線形結合(周期関数)または線形関数が平均予測帯域1502を与える。
FIG. 15 is a diagram for explaining another method of calculating the average predicted bandwidth according to the present embodiment. In the figure, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the band, and the
次に、本実施例のパケット中継装置において、上述の通り算出した平均予測帯域、及び予測バースト量を用いてルータ性能の制御を行う具体的方法を説明する。ルータ性能の具体的な算出方法は、予測バースト量と残バッファ量の大小で異なっている。以下、その大小関係に基づく場合分けI)、II)に従い説明する。なお、性能変更周期とは、ルータのパケット性能、あるいはバイト性能を周期的に変更する場合の、その変更周期を意味する。 Next, a specific method for controlling the router performance using the average predicted bandwidth and the predicted burst amount calculated as described above in the packet relay apparatus of this embodiment will be described. The specific method for calculating the router performance differs depending on the size of the predicted burst amount and the remaining buffer amount. In the following, explanation will be made according to case classifications I) and II) based on the magnitude relationship. The performance change period means the change period when the packet performance or byte performance of the router is changed periodically.
I)予測バースト量>残バッファ量×p (0<p≦1)の場合のルータ性能の算出式
i-1) 性能変更周期>バースト継続時間の場合
平均予測帯域+(予測バースト量−残バッファ量×p)/バースト継続時間
i-2) 性能変更周期≦バースト継続時間の場合
平均予測帯域+(予測バースト量−残バッファ量×p)/性能変更周期
II) 予測バースト量≦残バッファ量×p の場合のルータ性能の算出式
ii-1) 性能変更周期>バースト継続時間の場合
平均予測帯域−(残バッファ量−予測バッファ量×p)/バースト継続時間
ii-2) 性能変更周期≦バースト継続時間の場合
平均予測帯域−(残バッファ量−予測バッファ量×p)/性能変更周期
一方、図2のクロック(CLK)周波数制御信号148は、制御後のCLK周波数=最大性能時のCLK周波数×(演算結果の性能/ルータの最大性能)となるよう制御を行うこととする。各演算部で演算されたCLK周波数は、性能演算されたバッファを持つ回路全体の周波数として利用される。例えば、トラフィック予測/パケット受信性能演算部12で演算されたCLK周波数は、パケット受信部11のバッファを含む全回路に適用され、トラフィック予測/受信パケット検索性能演算部14で演算されたCLK周波数は、受信パケット検索部13のバッファを含む全回路に適用される。説明を省略した送信側においても同様であることは言うまでもない。
I) Formula for calculating router performance when predicted burst amount> remaining buffer amount × p (0 <p ≦ 1)
i-1) When performance change period> burst duration Average predicted bandwidth + (predicted burst amount-remaining buffer amount x p) / burst duration
i-2) When performance change cycle ≤ burst duration Average predicted bandwidth + (predicted burst amount-remaining buffer amount x p) / performance change cycle
II) Formula for calculating router performance when predicted burst amount ≤ remaining buffer amount x p
ii-1) Performance change cycle> Burst duration Average prediction bandwidth-(Remaining buffer amount-Prediction buffer amount x p) / Burst duration
ii-2) Performance change cycle ≦ burst duration Average prediction bandwidth− (remaining buffer amount−predicted buffer amount × p) / performance change cycle On the other hand, the clock (CLK)
図10のフローチャートとして、以上のルータ性能の算出方法に基づく、本実施例のパケット中継装置の性能制御の一例を図示した。
図10において、S100で周期的に性能制御のための処理が開始されると、S101において、利用する帯域制御アルゴリズムのプロトコルベースの平均予測帯域を算出する。次に、S102において、予測バースト量とバースト継続時間を算出する。S103において、算出した予測バースト量と(残バッファ量×p)を比較し、予測バースト量が大きい場合、小さい場合に分け、S104、S105においてそれぞれ、性能変更周期が算出したバースト継続時間より大きいか否かを判断し、その判断結果により、先に説明した、i-1)、i-2)、ii-1)、ii-2)の通り、S106〜S109における処理を行い、処理を終了する(S110)。
As an example of the flowchart of FIG. 10, an example of performance control of the packet relay apparatus of the present embodiment based on the above router performance calculation method is illustrated.
In FIG. 10, when processing for performance control is periodically started in S100, a protocol-based average predicted bandwidth of the bandwidth control algorithm to be used is calculated in S101. Next, in S102, the predicted burst amount and burst duration are calculated. In S103, the calculated predicted burst amount is compared with (remaining buffer amount × p). If the predicted burst amount is large, it is divided into small cases. Whether the performance change period is larger than the calculated burst duration in S104 and S105, respectively. The process in S106 to S109 is performed as described in i-1), i-2), ii-1), and ii-2) according to the determination result, and the process ends. (S110).
以上説明した、実施例1のパケット中継装置の構成に基づく効果を、図16、図17A、図17Bを用いて説明する。図16は、図15と同様、横軸は時間、縦軸は帯域である。同図において、実線1600はバーストを含む実帯域を、162は本実施例によって算出された平均予測帯域であり、1601はネットワーク輻輳に伴うバーストを考慮しない、従来手法により決定されるルータ性能を示している。図16に示す通り、本実施例の場合のルータ性能を、従来手法のルータ性能1601と比較し、差分1603で示す様に、予測バースト量に基づく分を低減することができ、低消費電力化を図ることができる。
The effects based on the configuration of the packet relay device according to the first embodiment described above will be described with reference to FIGS. 16, 17A, and 17B. In FIG. 16, as in FIG. 15, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents bandwidth. In the figure, a
図17A、図17Bは、本実施例の効果を従来手法と比較して説明するための模式図である。図17A、図17Bは、それぞれ、予測バースト量が(残バッファ量×p)より大きい場合、(残バッファ量×p)が予測バースト量より大きい場合に対応し、全て横軸は時間、縦軸は帯域を示し、実線1700、1707はそれぞれ実帯域を示している。両図とも、その上段は従来手法を、下段は本実施例の場合を示す。
FIG. 17A and FIG. 17B are schematic diagrams for explaining the effect of the present embodiment in comparison with the conventional method. FIGS. 17A and 17B correspond to the case where the predicted burst amount is larger than (remaining buffer amount × p), and the case where (remaining buffer amount × p) is larger than the predicted burst amount, respectively. Indicates a band, and
図17Aの、予測バースト量>(残バッファ量×p)の場合、上段のバースト予測を行わない従来手法においては、平均予測帯域をルータ性能1702に設定されると、平均予測帯域であるルータ性能1702に(残バッファ量×p)1703を加えた破線で示す帯域以上において、パケット廃棄1701が発生する。これに比較し、予測バースト量を考慮した本実施例においては、ルータ性能1705を先に説明した通り、ルータ性能=平均予測帯域+(予測バースト量−残バッファ量×p)/バースト継続時間、と設定するため、このルータ性能1705に(残バッファ量×p)1703を加えた帯域が、上位にシフトするため、結果としてパケット廃棄1704を低減することができる。
When the predicted burst amount> (remaining buffer amount × p) in FIG. 17A, in the conventional method in which the upper burst prediction is not performed, if the average predicted bandwidth is set to the
図17Bの、(残バッファ量×p)>予測バースト量の場合、上段のバースト予測を行わない従来手法の、実帯域1707とほぼ同等の平均予測帯域であるルータ性能1702と比較し、予測バースト量を考慮した本実施例においては、ルータ性能1705を上述の通り、ルータ性能=平均予測帯域−(予測バースト量−残バッファ量×p)/バースト継続時間、と設定するため、パケット廃棄が生じない範囲で、実帯域1707からルータ性能の低減1709を図ることができる。
In the case of (remaining buffer amount × p)> predicted burst amount in FIG. 17B, the predicted burst is compared with the
以上詳述した、第一の実施例のパケット中継装置によれば、ネットワーク輻輳に基づくバーストを考慮して予測バースト量を生成し、このネットワーク輻輳による予測バースト量とルータの残バッファ量を比較し、残バッファ量が充足している場合は、ルータ性能を、平均予測帯域よりも減少させることにより省電力効率を改善し、残バッファ量が不足している場合は、ルータ性能を平均予測帯域よりも増大させることにより、パケット廃棄を低減するよう制御可能なパケット中継装置を提供することができる。すなわち、ネットワーク輻輳に基づくバーストに対する耐性が強く、また消費電力の低減も図ることのできるパケット中継装置を提供することができる。 According to the packet relay apparatus of the first embodiment described in detail above, a predicted burst amount is generated in consideration of a burst based on network congestion, and the predicted burst amount due to the network congestion is compared with the remaining buffer amount of the router. When the remaining buffer amount is sufficient, the power saving efficiency is improved by reducing the router performance from the average predicted bandwidth, and when the remaining buffer amount is insufficient, the router performance is reduced from the average predicted bandwidth. The packet relay apparatus that can be controlled to reduce packet discard can be provided. That is, it is possible to provide a packet relay device that is highly resistant to bursts based on network congestion and can reduce power consumption.
なお、上記の図10〜図15の説明において、ルータのパケット性能の制御について主に説明したが、図3に示したパケット受信部11においては、トラフィック予測/パケット受信性能演算部12で得られる制御情報116は、ルータのバイト性能とCLK周波数であり、このルータのバイト性能が同様の方法でパケット受信部11内の制御に用いられることになる。
In the description of FIGS. 10 to 15 described above, the packet performance control of the router has been mainly described. However, in the
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、図1のパケット中継装置にあっては、各種の演算部12、14、17、19が、それぞれ対応するパケット受信部、受信パケット検索部、送信パケット検索部、パケット送信部に接続される構成としたが、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではなく、各種の演算部12、14、17、19の少なくとも一つのみが機能する構成としても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, in the packet relay apparatus of FIG. 1, various
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、それぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアで実現する場合を例示して説明したが、各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報はメモリのみならず、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体におくことができるし、必要に応じてネットワーク等を介してダウンロード、インストールすることも可能である。 Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. In addition, each configuration, function, and the like have been described by exemplifying a case where they are realized by software by executing a program that realizes each function. However, information on programs, tables, files, and the like that realize each function It can be stored not only in memory, but also in recording devices such as hard disks and SSDs (Solid State Drives), or recording media such as IC cards, SD cards, and DVDs. It is also possible to do.
1 パケット中継装置
2 受信回線
3 送信回線
11 パケット受信部
111 パケット受信バッファ制御部
112 受信パケットバッファ
113 バッファ蓄積パケット数管理部
12 トラフィック予測/パケット受信性能演算部
121 アプリ(/フロー)毎単位時間毎バイト数計測部
122 アプリ(/フロー)毎単位時間毎バイト数履歴蓄積部
123 バイト平均予測帯域予測部
124 パケットバースト量/バースト継続時間予測部
125 ルータのバイト性能演算部
13 受信パケット検索部
131 受信パケットヘッダバッファ制御部
132 バッファ蓄積パケット数管理部
133 経路検索部
134 受信パケットヘッダバッファ
135 フロー検索部
14 トラフィック予測/受信パケット検索性能演算部
141 アプリ(/フロー)毎単位時間毎パケット数計測部
142 アプリ(/フロー)毎単位時間毎パケット数履歴蓄積部
143 パケット平均予測帯域予測部
144 パケットバースト量/バースト継続時間予測部
145 ルータのパケット性能演算部
15 スイッチ
16 送信パケット検索部
17 トラフィック予測/送信パケット検索性能演算部
18 パケット送信部
19 トラフィック予測/パケット送信性能演算部
80 パケットヘッダ情報
90 パケット情報
DESCRIPTION OF
Claims (15)
受信回線と、
送信回線と、
前記受信回線からパケットを受信するパケット受信部と、
受信された前記パケットの検索を行う受信パケット検索部と、
受信された前記パケットをスイッチングするスイッチと、
スイッチングされた前記パケットの検索を行う送信パケット検索部と、
スイッチングされた前記パケットを、前記送信回線を介して送信するパケット送信部と、
前記パケット受信部、前記受信パケット検索部、前記送信パケット検索部、及び前記パケット送信部の少なくとも一つに接続された演算部を備え、
前記演算部は、
前記パケットのパケット数に基づき、バースト分を除いた平均予測帯域と予測バースト量を算出し、算出した前記平均予測帯域と前記予測バースト量と、接続された前記パケット受信部、前記受信パケット検索部、前記送信パケット検索部、及び前記パケット送信部の少なくとも一つの残バッファ量に基づき、当該パケット中継装置の性能を決定する、
ことを特徴とするパケット中継装置。 A packet relay device for relaying packets,
A receiving line;
A transmission line,
A packet receiver for receiving packets from the receiving line;
A received packet search unit for searching for the received packet;
A switch for switching the received packet;
A transmission packet search unit for searching for the switched packets;
A packet transmitter that transmits the switched packet via the transmission line;
An operation unit connected to at least one of the packet reception unit, the reception packet search unit, the transmission packet search unit, and the packet transmission unit;
The computing unit is
Based on the number of packets of the packet, the average predicted bandwidth and the predicted burst amount excluding the burst are calculated, the calculated average predicted bandwidth and the predicted burst amount, the connected packet receiving unit, and the received packet searching unit Determining the performance of the packet relay device based on the amount of at least one remaining buffer of the transmission packet search unit and the packet transmission unit,
A packet relay device.
前記演算部は、前記受信パケット検索部に接続され、
前記受信パケット検索部から、受信された前記パケットのパケット受信時刻と、パケット数を受信し、単位時間毎の前記パケットのパケット数を計測する計測部と、
単位時間毎の前記パケットのパケット数を蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積された、単位時間毎の前記パケットのパケット数に基づき、前記パケットのパケット平均予測帯域と、前記予測バースト量とを予測する予測部とを備え、
予測した前記パケット平均予測帯域と、前記予測バースト量と、前記受信パケット検索部の前記残バッファ量を用いて、当該パケット中継装置のパケット性能を算出する、
ことを特徴とするパケット中継装置。 The packet relay device according to claim 1, wherein
The arithmetic unit is connected to the received packet search unit,
From the received packet search unit, the packet reception time of the received packet, the number of packets is received, a measurement unit that measures the number of packets of the packet per unit time,
An accumulation unit for accumulating the number of packets of the packet per unit time;
A prediction unit that predicts the packet average predicted bandwidth of the packet and the predicted burst amount based on the number of packets of the packet per unit time stored in the storage unit;
Calculate the packet performance of the packet relay device using the predicted packet average predicted bandwidth, the predicted burst amount, and the remaining buffer amount of the received packet search unit,
A packet relay device.
前記予測部は、
前記蓄積部に蓄積された、単位時間毎の前記パケットのパケット数に基づき、バースト継続時間を更に予測する、
ことを特徴とするパケット中継装置。 The packet relay device according to claim 2,
The prediction unit
Further predicting the burst duration based on the number of packets of the packets per unit time stored in the storage unit;
A packet relay device.
前記演算部は、
前記予測バースト量と、前記残バッファ量の大小関係に基づき、前記パケット性能を決定する、
ことを特徴とするパケット中継装置。 The packet relay device according to claim 3,
The computing unit is
The packet performance is determined based on a magnitude relationship between the predicted burst amount and the remaining buffer amount.
A packet relay device.
前記演算部は、
前記バースト継続時間と、性能変更周期の大小関係に基づき、前記パケット性能を決定する、
ことを特徴とするパケット中継装置。 The packet relay device according to claim 4,
The computing unit is
Determining the packet performance based on a magnitude relationship between the burst duration and a performance change period;
A packet relay device.
前記演算部は、
前記予測バースト量と前記残バッファ量の差分に基づく値と、前記平均予測帯域とを用いて、前記パケット性能を決定する、
ことを特徴とするパケット中継装置。 The packet relay device according to claim 2 ,
The computing unit is
The packet performance is determined using a value based on a difference between the predicted burst amount and the remaining buffer amount and the average predicted bandwidth.
A packet relay device.
前記演算部は、
前記パケット性能に基づき、受信パケット検索性能制御情報とクロック周波数制御信号を前記受信パケット検索部に出力する、
ことを特徴とするパケット中継装置。 The packet relay device according to claim 6,
The computing unit is
Based on the packet performance, output the received packet search performance control information and the clock frequency control signal to the received packet search unit,
A packet relay device.
前記受信パケット検索部は受信パケットヘッダバッファ制御部を備え、
前記受信パケットヘッダバッファ制御部は、前記受信パケット検索性能制御情報と前記クロック周波数制御信号に基づき制御を行う、
ことを特徴とするパケット中継装置。 The packet relay device according to claim 7,
The received packet search unit includes a received packet header buffer control unit,
The received packet header buffer control unit performs control based on the received packet search performance control information and the clock frequency control signal.
A packet relay device.
前記演算部は、前記パケット受信部に接続され、
前記パケット受信部から、受信された前記パケットのパケット受信時刻と、バイト数を受信し、単位時間毎の前記パケットのバイト数を計測する計測部と、
単位時間毎の前記パケットのバイト数を蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積された、単位時間毎の前記パケットのバイト数に基づき、前記パケットのバイト平均予測帯域と、前記予測バースト量とを予測する予測部とを備え、
予測した前記バイト平均予測帯域と、前記予測バースト量と、前記パケット受信部の前記残バッファ量を用いて、当該パケット中継装置のバイト性能を算出する、
ことを特徴とするパケット中継装置。 The packet relay device according to claim 1, wherein
The computing unit is connected to the packet receiving unit,
From the packet reception unit, the packet reception time of the received packet, the number of bytes, and a measurement unit that measures the number of bytes of the packet per unit time;
An accumulation unit for accumulating the number of bytes of the packet per unit time;
Based on the number of bytes of the packet per unit time accumulated in the accumulation unit, and a prediction unit that predicts the byte average predicted bandwidth of the packet and the predicted burst amount,
Using the predicted byte average predicted bandwidth, the predicted burst amount, and the remaining buffer amount of the packet reception unit, calculate the byte performance of the packet relay device.
A packet relay device.
前記演算部は、
前記バイト性能に基づき、パケット受信性能制御情報とクロック周波数制御信号を前記受信パケット検索部に出力し、
前記パケット受信部は、前記パケット受信性能制御情報と前記クロック周波数制御信号に基づき制御を行う、
ことを特徴とするパケット中継装置。 The packet relay device according to claim 9,
The computing unit is
Based on the byte performance, packet reception performance control information and a clock frequency control signal are output to the received packet search unit,
The packet receiving unit performs control based on the packet reception performance control information and the clock frequency control signal.
A packet relay device.
前記パケット中継装置は、
受信回線から受信した前記パケットの検索を行い、受信された前記パケットをスイッチングし、
スイッチングされた前記パケットの検索を行い、スイッチングされた前記パケットを、送信回線を介して送信し、
前記パケットのパケット数に基づき、バースト分を除いた平均予測帯域と予測バースト量を算出し、算出した前記平均予測帯域と前記予測バースト量と、前記パケット中継装置内の残バッファ量に基づき、当該パケット中継装置の性能を決定する、
ことを特徴とするパケット中継方法。 A packet relay method in a packet relay device that relays a packet,
The packet relay device is:
Search for the packet received from the receiving line, switch the received packet,
Search for the switched packet, and transmit the switched packet via a transmission line;
Based on the number of packets of the packet, calculate the average predicted bandwidth and the predicted burst amount excluding the burst , based on the calculated average predicted bandwidth and the predicted burst amount, and the remaining buffer amount in the packet relay device, Determine the performance of the packet relay device,
A packet relay method.
前記パケット中継装置は、
受信された前記パケットのパケット受信時刻と、パケット数に基づき、単位時間毎の前記パケットのパケット数を計測して蓄積し、
蓄積された、単位時間毎の前記パケットのパケット数に基づき、前記パケットのパケット平均予測帯域と、前記予測バースト量とを予測し、
前記予測バースト量と前記パケット中継装置内のバッファの残バッファ量の差分に基づく値と、前記平均予測帯域とを用いて、当該パケット中継装置のパケット性能を決定する、
ことを特徴とするパケット中継方法。 The packet relay method according to claim 11, comprising:
The packet relay device is:
Based on the packet reception time of the received packet and the number of packets, the number of packets of the packet per unit time is measured and accumulated,
Based on the accumulated number of packets of the packet per unit time, predict the packet average predicted bandwidth of the packet and the predicted burst amount,
Using the value based on the difference between the predicted burst amount and the remaining buffer amount of the buffer in the packet relay device, and the average predicted bandwidth, the packet performance of the packet relay device is determined.
A packet relay method.
前記パケット中継装置は、
蓄積部に蓄積された、単位時間毎の前記パケットのパケット数に基づき、バースト継続時間を更に予測する、
ことを特徴とするパケット中継方法。 The packet relay method according to claim 12, comprising:
The packet relay device is:
Accumulated in the accumulation section, based on the number of packets of the packet of each unit time, further predicts the burst duration,
A packet relay method.
前記パケット中継装置は、
前記予測バースト量と、前記残バッファ量の大小関係に基づき、前記パケット性能を決定する、
ことを特徴とするパケット中継方法。 The packet relay method according to claim 13, comprising:
The packet relay device is:
The packet performance is determined based on a magnitude relationship between the predicted burst amount and the remaining buffer amount.
A packet relay method.
前記パケット中継装置は、
前記バースト継続時間と、性能変更周期の大小関係に基づき、前記パケット性能を決定する、
ことを特徴とするパケット中継方法。 The packet relay method according to claim 14, wherein
The packet relay device is:
Determining the packet performance based on a magnitude relationship between the burst duration and a performance change period;
A packet relay method.
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