JP2001024666A - Epd閾値算出装置及びepd閾値管理方法 - Google Patents

Epd閾値算出装置及びepd閾値管理方法

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JP2001024666A
JP2001024666A JP19728899A JP19728899A JP2001024666A JP 2001024666 A JP2001024666 A JP 2001024666A JP 19728899 A JP19728899 A JP 19728899A JP 19728899 A JP19728899 A JP 19728899A JP 2001024666 A JP2001024666 A JP 2001024666A
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JP
Japan
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threshold
epd
packets
cells
epd threshold
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JP19728899A
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Haruhisa Hasegawa
治久 長谷川
Yasushi Morioka
康 森岡
Masaji Takano
正次 高野
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ATM交換装置のためのEPD閾値を、トラ
ヒック状況に応じて算出し、再設定することができるE
PD閾値算出装置及びEPD閾値管理方法を提供する。 【解決手段】 EPD閾値算出装置が、ATM交換装置
を管理している装置管理システムから、多重化バッファ
における観測時間中の到着パケット数、損失パケット
数、到着セル数及び損失セル数を取得し、これらのデー
タを用いてEPD閾値を算出し、装置管理システムに、
算出したEPD閾値を通知し、閾値の変更を指示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、EPD(Early Pac
ket Discarding) 方式によりパケットを選択的に廃棄す
るATM(Asynchronous Transfer Mode)交換装置におけ
るEPD閾値算出装置及びEPD閾値管理方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】図1は、EPD制御を実装したバッファ
の動作を説明する図である。図1において、11はセルバ
ッファである。EPD制御では、バッファ内セル数がバ
ッファ内待ちセル数閾値(以下単に「閾値」と記す)を
超えないとき、動作は通常のFIFO(First In First
Out)バッファと同じ動作を行う。閾値を超過していると
きの動作を図1を用いて以下に説明する。
【0003】それぞれ3セルで構成されるパケットA、
B、C及びDがバッファに到着する過程を考える。既
に、パケットAは全てのセル、B及びCは2セルずつバ
ッファに入っているものとする。バッファ11の容量は8
セルであり、閾値が6セルに設定されているものとす
る。いま、引き続いてパケットB、C及びDを構成する
セルが到着したとする。EPDでは、閾値を超えると新
たなパケットの到着があってもそのパケットは受付けず
に廃棄する。従って、パケットDを構成するセルがパケ
ットB及びCを構成するセルより先にバッファに到着し
たとしても全て廃棄される。パケットB及びCの先頭セ
ルは既にバッファ内にあるので新たに到着した後続のセ
ルが受付けられるが、実際には空きバッファは1セル分
しかないので、バッファオーバーフローにより、どちら
か後に到着したセルが廃棄される。バッファが足りずに
廃棄された場合、そのパケットを構成するそれ以降のセ
ルも廃棄される。
【0004】このように閾値が大きく設定されている
と、受付けられるべきパケットが、入りきれずに廃棄さ
れるという現象が生じる。逆に、閾値が小さく設定され
ているときには、バッファに余裕があるにもかかわらず
パケットが受付けられない現象、即ちバッファアンダー
フローが生じる可能性がある。この閾値は、従来、トラ
ヒック特性を仮定して算出した結果を基に固定的に設定
されていた。従って、仮定したトラヒックが実際に変動
すると、閾値を設計した時に意図した動作とは異なる振
る舞いをし、オーバーフロー或いはアンダーフローが生
じるという問題があった。
【0005】従来使用されてきた閾値算出法は、予めト
ラヒック特性を仮定した上での固定的な設計であった。
例えば IEEE JSAC,May,1995 に掲載された論文"Dynamic
ofTCP Traffic over ATM Network" では、バッファサ
イズと閾値との差はパケットサイズの3倍が適切である
とされている。また、この方法では、パケットの平均的
なサイズを、設計時に与えるデータとして要求してい
る。他に、1998年電子情報通信学会総合大会B-7-74の報
告では、バッファ容量の1/3に設定するのが良いとさ
れている。これも、パケットサイズを仮定した上で算出
することになる。パケットサイズを仮定することは、閾
値を設定する前にパケットサイズを知らなければならな
いということである。パケットサイズを調べることは、
到着するパケット毎にデータ量(セル数)をカウントす
るセルカウンターを装備する必要があり、従ってコスト
が増加するという問題があった。
【0006】また、これらの閾値算出法は、シミュレー
ション評価から経験的に得られた値を利用しているた
め、想定していないトラヒックがかかった場合には、再
びシミュレーション評価を行う必要があり、時間がかか
るという問題があった。
【0007】シミュレーション評価によらない閾値算出
法もあったが、パケットが一定周期で到着する固定的な
到着系列を仮定したものであり、実際の確率的な到着を
考慮したものではなかった(IEEE JSAC,Vol.15,No.5,p
p.892,"On the Performance of Early Packet Discard"
参照)。従って、この方法では、パケットがランダム
に到着する実際の状況を充分に反映することができな
い。また、オーバーフロー現象の解析には、固定的に到
着する中での最悪ケースを基に閾値を算出しているの
で、効率が悪いという欠点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、EP
D方式によりパケットを選択的に廃棄する機構を具える
ATM交換装置に設定する必要があるEPD閾値を、ト
ラヒック状況に応じて算出し、再設定することができる
EPD閾値算出装置及びEPD閾値管理方法を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のEPD閾値算出
装置は、上記の目的を達成するため、EPD方式により
パケットを選択的に廃棄するATM交換装置におけるE
PD閾値算出装置において、多重化バッファにおける観
測時間中の到着パケット数、損失パケット数、到着セル
数及び損失セル数を用いてEPD閾値を算出する機構を
具えることを特徴とする。
【0010】このような本発明のEPD閾値算出装置に
おいては、ATM交換装置を管理している装置管理シス
テムから、算出のために必要な多重化バッファにおける
観測時間中の到着パケット数、損失パケット数、到着セ
ル数及び損失セル数を取得する機構を具えることができ
る。また、ATM交換装置を管理している装置管理シス
テムに、算出したEPD閾値を通知し、閾値の変更を指
示する機構を具えることができる。
【0011】また、本発明のEPD閾値管理方法は、E
PD方式によりパケットを選択的に廃棄するATM交換
装置におけるEPD閾値管理方法において、EPD閾値
算出装置が、ATM交換装置を管理している装置管理シ
ステムから、多重化バッファにおける観測時間中の到着
パケット数、損失パケット数、到着セル数及び損失セル
数を取得し、これらのデータを用いてEPD閾値を算出
し、装置管理システムに、算出したEPD閾値を通知
し、閾値の変更を指示することを特徴とする。
【0012】いま、ATM交換装置におけるバッファ容
量をB、VC速度をr、VP容量をC、VP容量をオー
バーせずに同時に受付けられる最大のVC数をL、AT
M交換装置の性能として同時に受付け可能の最大のVC
数をN、バッファをオーバーフローする確率の規定値を
0 、観測時間をTとし、また、ATM交換装置におい
て観測されている、適当な観測時間T中の到着パケット
数をnap、損失パケット数をnlp、到着セル数をnac
損失セル数をnlcとする。
【0013】これらのデータから、VCの保留時間h及
びパケット到着率Λは、次の式で表される。
【数1】
【0014】次に、同時接続数がL以上となる状態にお
ける同時接続確率分布は、次の式で表される。
【数2】 但し、pj は、
【数3】 又は、Nが充分大きいと考えられるときには、
【数4】 によって求めることができる。
【0015】ここで、閾値とバッファ内セル数の最大値
との差をΔQmax とすれば、その確率分布は、
【数5】 によって求めることができる。
【0016】そして、 1−P(ΔQmax )≦P0 となるΔQmax を求め、 Th=B−ΔQmax により、条件に合うEPD閾値を算出することができ
る。
【0017】このような本発明のEPD閾値算出装置に
よれば、特別なシミュレータ等を必要とせずに閾値を求
めることができる。従って、ノードで観測されたデータ
を、ATM交換装置の管理システムであるEMS(Eleme
nt Management System) を介して取得することにより、
オンライン処理として実現することができる。これによ
り、設定の変更及び流れるアプリケーションの性質が変
化したときの閾値設計のオペレーションを簡易化するこ
とができる。
【0018】
【発明の実施の形態】図2は、本発明の実施例を説明す
る図であり、EPD閾値算出装置の構成及びデータの取
得経路を示している。図2において、1はATM交換装
置、2はATM交換装置1を管理する装置管理システ
ム、3は本発明のEPD閾値算出装置である。
【0019】ATM交換装置1において観測されている
一定時間T内における到着パケット数nap、損失パケッ
ト数nlp、到着セル数nac及び損失セル数nlcのデータ
は、装置管理システム2に引き渡される。装置管理シス
テム2においては、ATM交換装置1におけるバッファ
容量B、VC速度r、VP容量C、VP容量をオーバー
せずに同時に受付けられる最大のVC数L及びATM交
換装置の性能として同時に受付け可能の最大のVC数N
が管理されているとする。従って、上記の全てのデータ
は装置管理システム2が管理していると考えられる。
【0020】それらのデータは、EPD閾値算出装置3
に引き渡される。EPD閾値算出装置3は、装置管理シ
ステム2からのデータを受付けるデータ取得部31を具
え、必要なデータを蓄積し、閾値の計算を行う閾値算出
部32に、計算に必要なデータを引き渡す。但し、バッフ
ァをオーバーフローする確率の規定値をp0 は、装置管
理システム2上の処理に必要とされることはないので、
オペレータ4によりEPD閾値算出装置3に直接与えら
れることが望ましい。そのため、EPD閾値算出装置3
は、オペレータ4によるオーバーフローする確率の規定
値p0 の入力を受付けるデータ設定部33を具える。他の
データについても、装置管理システム2において管理さ
れていない場合には、データ設定部33に入力することに
よって補うことができる。閾値算出部32は、これらのデ
ータを用いて閾値を算出する。
【0021】算出された閾値は、閾値指示部34に与えら
れる。閾値指示部34は、装置管理システム2にその閾値
を指示することにより、装置の設定を算出された閾値に
変更することができる。また、オペレータ4の判断が必
要な場合に備え、EPD閾値算出装置3は算出結果表示
部35を具える。算出結果表示部35は、モニター等のGU
Iをとおしてオペレータ4に閾値を指示する。
【0022】図3は、閾値算出部32における閾値の算出
手順を示す図である。データ取得部31から必要なデータ
が与えられると、先ず、これらのデータから、VCの保
留時間h及びパケット到着率Λを、次の式で求める。
【数6】
【0023】次に、同時接続数がL以上となる状態にお
ける同時接続確率分布を、次の式で求める。
【数7】 但し、pj は、
【数8】 又は、Nが充分大きいと考えられるときには、
【数9】 によって求めることができる。
【0024】続いて、閾値とバッファ内セル数の最大値
との差を表す変数ΔQmax を1に初期化し、次の式を用
いてその確率分布P(ΔQmax )を求める。
【数10】 によって求めることができる。
【0025】次に、1−P(ΔQmax )をオーバーフロ
ーする確率の規定値p0 と比較し、P0 より大きい場合
にはΔQmax を1増やして再びP(ΔQmax )を求め
る。P 0 以下となった場合には、バッファ容量Bからそ
のΔQmax を減じ、閾値Thを算出する。即ち、 Th=B−ΔQmax である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はパケット
をEPD方式により選択的に廃棄するATM交換装置に
おいて設定が必要となるEPD閾値を算出する機構を具
えるEPD閾値算出装置において、多重化バッファにお
ける観測時間T中の到着パケット数、損失パケット数、
到着セル数及び損失セル数を用いてEPD閾値を算出す
る機構を具えることにより、シミュレーション評価及び
特定のトラヒック特性だけに合わせた閾値ではなく、実
際に流れているトラヒックに応じてオーバーフロー率を
保証する閾値を算出することが可能となる。
【0027】また、ATM交換機を管理している装置管
理システムから、算出に必要となる多重化バッファにお
ける観測時間T中の到着パケット数、損失パケット数、
到着セル数及び損失セル数のデータを取得する機構を具
えることにより、閾値の算出をオンラインで実行するす
ることが可能となる。
【0028】更に、ATM交換機を管理している装置管
理システムに、算出したEPD閾値を通知し閾値の変更
を指示する機構を具えることにより、オンラインでトラ
ヒックに応じた閾値に設定することが可能となる。
【0029】閾値と本発明のEPD閾値管理方法を用い
て算出されたオーバーフロー確率との関係を図4に示
す。この図では、横軸は設定される閾値を、縦軸はオー
バーフロー確率の対数を示し、各曲線は、VP帯域を15
0Mbps 、VC帯域を6Mbps、多重VC数を128 、バッフ
ァ容量を128 セルとし、オファー負荷を1.28に固定した
上で、パケットサイズPを変化させたときの、閾値とオ
ーバーフロー確率との関係を示している。パケットサイ
ズが212 バイトのとき、閾値を78セルに選べば、オーバ
ーフロー率をle−6程度に抑えられることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 EPD制御を実装したバッファの動作を説明
する図である。
【図2】 本発明のEPD閾値算出装置の実施例の構成
及びデータの取得経路を示す図である。
【図3】 閾値算出部における閾値の算出手順を示す図
である。
【図4】 閾値と本発明のEPD閾値管理方法を用いて
算出されたオーバーフロー確率との関係を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 ATM交換装置 2 装置管理システム 3 EPD閾値算出装置 4 オペレータ 11 セルバッファ 31 データ取得部 32 閾値算出部 33 データ設定部 34 閾値指示部 35 算出結果表示部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 正次 東京都新宿区西新宿3丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5K030 GA13 HA10 LC01 LC15 LC18 MA13 MB09 MB15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 EPD方式によりパケットを選択的に廃
    棄するATM交換装置におけるEPD閾値算出装置にお
    いて、多重化バッファにおける観測時間中の到着パケッ
    ト数、損失パケット数、到着セル数及び損失セル数を用
    いてEPD閾値を算出する機構を具えることを特徴とす
    るEPD閾値算出装置。
  2. 【請求項2】 ATM交換装置を管理している装置管理
    システムから、算出のために必要な多重化バッファにお
    ける観測時間中の到着パケット数、損失パケット数、到
    着セル数及び損失セル数を取得する機構を具えることを
    特徴とする請求項1に記載のEPD閾値算出装置。
  3. 【請求項3】 ATM交換装置を管理している装置管理
    システムに、算出したEPD閾値を通知し、閾値の変更
    を指示する機構を具えることを特徴とする請求項1又は
    2に記載のEPD閾値算出装置。
  4. 【請求項4】 EPD方式によりパケットを選択的に廃
    棄するATM交換装置におけるEPD閾値管理方法にお
    いて、EPD閾値算出装置が、ATM交換装置を管理し
    ている装置管理システムから、多重化バッファにおける
    観測時間中の到着パケット数、損失パケット数、到着セ
    ル数及び損失セル数を取得し、これらのデータを用いて
    EPD閾値を算出し、装置管理システムに、算出したE
    PD閾値を通知し、閾値の変更を指示することを特徴と
    するEPD閾値管理方法。
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