JP2003198611A - トラヒックシェーパーおよび帯域制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各トラヒックの最低保証帯域を保証し、且つ、
通信回線の空き帯域を有効に利用して可変長パケットを
転送できるトラヒックシェーパーを提供する。 【解決手段】 バッファメモリ２０−１〜２０−ｎと対
応して用意された複数のリーキーバケット部４１−１〜
４１−ｎと、各リーキーバケット部から出力されるレベ
ルカウント値と予め指定された最低保証帯域に対応する
閾値との差分値に基づいて、パケットを読み出すべきバ
ッファメモリを特定するための出力キュー決定部４３と
からなる帯域制御部４０を備え、各リーキーバケット部
４１が、一定の速度でカウント値を減少するレベルカウ
ンタ４１６と、対応バッファメモリからのパケットの読
み出し時にレベルカウンタのカウント値をパケットの長
さに比例した値だけ増加させるレベル上昇手段４１１〜
４１７とを有するトラヒックシェーパー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受信した可変長パ
ケットを帯域制御して送出するトラヒックシェーパーお
よび帯域制御装置に関し、更に詳しくは、バッファメモ
リに一時的に蓄積された受信パケットを、リーキーバケ
ットによる帯域制御によって予め指定された最低保証帯
域を遵守して、出力回線に送出する可変長パケット用の
トラヒックシェーパーおよび帯域制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インターネットユーザーの増加に伴い、
通信ネットワークにおけるトラヒック量が急増してい
る。現在のインターネット通信は、回線の空き状態に応
じてユーザ毎の情報転送量が決まるベストエフォート形
式で行われている。しかしながら、ＦＴＴＨ（Fiber To
The Home）等のブロードバンド回線が各家庭に行き渡
り、例えば、動画のストリーミング配信など、転送情報
量の多い通信サービスが増加すると、各ユーザに最低帯
域を保証した通信サービスが必要となる。

【０００３】インターネット上のトラヒックは、公衆網
における従来の電話トラヒックと異なって、ユーザ端末
からの送信データがバースト的に発生し、パケットフロ
ー（トラヒック）が不連続的になる。そのため、通信に
先立って、ユーザ毎に固定の回線帯域を常時確保する必
要はなく、通信回線帯域を有効に利用するために複数ユ
ーザのトラヒックを１つの通信回線に多重化し、実際に
発生したトラヒックを制御対象として、ユーザ毎に予め
契約した最大許容帯域の範囲内で最低保証帯域を保証し
た通信制御を行うことが望まれる。上記最低保証帯域と
最大許容帯域は、非同期転送転送モード(Asynchronous
Transfer Mode：ＡＴＭ)における最小セルレート（Mini
mum Cell Rate：ＭＣＲ）と最大セルレート（Peak Cell
Rate：ＰＣＲ）に相当する。

【０００４】この場合、最低保証帯域は、例えば、通信
回線の全帯域を該通信回線に多重化された複数のユーザ
トラヒックでシェアするように割り当てることができ
る。基本的にベストエフォートで通信が行われるインタ
ーネットでは、ユーザ毎の最大許容帯域の設定は必ずし
も必要ではないが、何れかのユーザのトラヒック量が最
低保証帯域よりも少なくなった時、通信回線に発生した
空き帯域を最低保証帯域以上のトラヒック量を持つユー
ザが公平にシェアできるような帯域制御が望まれる。

【０００５】上述した帯域制御を行うトラヒックシェー
パー機能に関する従来技術として、例えば、特開２００
１−１６８８６９号公報（従来技術１）には、重み付け
ラウンドロビン（Weighted Round Robin：ＷＲＲ）方式
を応用してＭＣＲとＰＣＲを制御するＡＴＭ網用の帯域
制御方法が開示されている。

【０００６】特開平２−２３９７４８号公報（従来技術
２）には、リーキーバケットを用いたＡＴＭセル用の帯
域制御技術が開示されている。上記従来技術２では、伝
送チャネル毎にカウンタを設けておき、セルがキューに
到達した時、到着セル長に相当する値をカウンタに加算
すると共に、前回のセル到達時刻からの経過時間に比例
する値を上記カウンタのカウント値から減算する。各カ
ウンタには１つの閾値が設定してあり、カウント値が閾
値未満となった伝送チャネルのセルキューに対して、セ
ルの送出権が与えられる。

【０００７】可変長パケット用のトラヒックシェーピン
グ技術としては、例えば、特開２０００−３３２７８７
号公報（従来技術３）に、公衆網に接続された回線対応
部に、各出力回線と対応して、帯域保証すべきパケット
を蓄積する優先キューと、空き帯域で送信すべきパケッ
トを蓄積する非優先キューとを設け、保証すべき帯域に
応じて各キューの先頭パケットの送信予定時刻を計算し
ておき、先頭パケットが送信予定時刻に達したキューか
らパケットを読み出すパケット中継装置が開示されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術は、インターネット上で通信される可変長パ
ケットについて、予め契約された最低保証帯域を遵守
し、空き帯域を有効に利用して最低保証帯域以上のパケ
ット転送を可能とする実用的なトラヒックシェーピング
技術を開示していない。例えば、従来技術１と従来技術
２は、固定長のＡＴＭセルを制御対象としているため、
そのままでは可変長パケットのトラヒックには適用でき
ない。

【０００９】従来技術３では、パケット送信予定時刻に
達した優先キューから先頭パケットを読み出して出力回
線に送信し、同一優先キュー内の次のパケットに対し
て、最低保証帯域を超えない新たな送信予定時刻を割り
当てることによって、優先パケットの最低帯域を保証し
ている。また、優先キューに一定量以上のパケットが蓄
積された場合は、最低保証帯域には関係なく直ちにパケ
ット送信時刻となる送信予定時刻を与えることによっ
て、キューが溢れるのを防止している。非優先キューの
蓄積パケットは、送信予定時刻に達した優先キューに送
信すべきパケットがなかった場合に送信権が与えられ、
最低帯域の空き時間を利用して出力回線に送信される。

【００１０】然るに、上記従来技術３では、先頭パケッ
トに割り当てた送信予定時刻に達した優先キュー、また
は送信予定時刻を経過した優先キューからパケットを読
み出すことを原則としているため、送信予定時刻に到達
する前に発生した空き帯域を利用することは原理的に困
難となる。上記従来技術３には、パケット送信ユーザが
減少したとき、送信帯域を最大契約帯域まで増加できる
旨の記述があるが、具体的な制御技術は開示されていな
い。

【００１１】本発明の目的は、各トラヒックの最低保証
帯域を保証し、且つ、通信回線の空き帯域を有効に利用
して可変長パケットを転送できるトラヒックシェーパー
を提供することにある。本発明の他の目的は、複数のト
ラヒックが通信回線の空き帯域を公平にシェアできるト
ラヒックシェーパーを提供することにある。本発明の更
に他の目的は、各トラヒックに最低帯域を保証し、最大
許容帯域の範囲内で通信回線の空き帯域を利用した可変
長パケット転送を可能とするトラヒックシェーパーを提
供することにある。本発明の更に他の目的は、予め指定
された最低帯域を保証するためのパケット送信タイミン
グを的確に検出できるリーキーバケット型の帯域制御装
置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、複数の入力ポートから受信した可変長パ
ケットを予め指定された最低帯域を保証して１つの出力
ポートに転送するトラヒックシェーパーにおいて、上記
各入力ポートから受信した可変長パケットを一時的に蓄
積するための複数のバッファメモリと、パケットを読み
出すべきバッファメモリを特定するための帯域制御部
と、上記帯域制御部で特定されたバッファメモリから１
つの可変長パケットを読み出し、上記出力ポートに送出
する読み出し制御部とからなり、上記帯域制御部が、上
記バッファメモリと対応して用意された複数のリーキー
バケット部と、上記各リーキーバケット部から出力され
るレベルカウント値と予め指定された最低保証帯域に対
応する閾値との差分値に基づいて、パケットを読み出す
べきバッファメモリを特定するための出力キュー決定部
とからなり、上記各リーキーバケット部が、一定の速度
でカウント値を減少するレベルカウンタと、上記読み出
し制御部による対応バッファメモリからのパケットの読
み出しに応答して、上記レベルカウンタのカウント値を
上記パケットの長さに比例した値だけ増加させるレベル
上昇手段とを備えたことを特徴とする。

【００１３】更に詳述すると、上記出力キュー決定部
は、各リーキーバケット部から出力されるレベルカウン
ト値と前記最低保証帯域に対応する閾値との差分を示す
数値を出力する複数の偏差検出部と、上記各偏差検出部
から出力される差分値に基づいて、パケットを読み出す
べきバッファメモリを特定するためのバッファ選択部と
からなる。上記各偏差検出部は、各リーキーバケット部
から出力されるレベルカウント値が閾値以下となった
時、上記差分値として零を出力する。また、上記バッフ
ァ選択部は、各バッファメモリにおけるパケットの蓄積
状態を示すレジスタを有し、上記偏差検出部から出力さ
れる差分値の中から、上記レジスタが示すパケット蓄積
中のバッファメモリと対応する偏差検出部からの出力値
を有効にして、１つの最小値を選択する。

【００１４】本発明の１実施例によれば、上記バッファ
選択部は、有効となった差分値の中に最小値となる複数
の差分値が存在した時、ラウンドロビン形式で１つの最
小値を選択する。これによって、パケットの送信が可能
となったバッファメモリに順次に送信権を与えることが
可能となる。

【００１５】本発明の１つの特徴は、上記各リーキーバ
ケット部が、上記レベルカウンタが示すレベルカウント
値によって変化する可変の単位インクリメント値を上記
レベル上昇手段に供給し、上記レベル上昇手段が、上記
単位インクリメント値とパケット長との乗算結果に従っ
て、上記レベルカウンタのカウント値を増加させること
にある。

【００１６】本発明の１実施例によれば、各リーキーバ
ケット部は、上記レベルカウンタが示し得るレベルカウ
ント値の範囲内に定義された複数のレベル区域と対応し
て、レベル区域毎に異なった単位インクリメント値を表
すインクリメント値テーブルを有し、上記レベル上昇手
段が、上記テーブルが示すレベルカウンタのレベルカウ
ント値と対応する単位インクリメント値とパケット長と
の乗算結果に従って、レベルカウンタのカウント値を増
加させる。

【００１７】本発明の好ましい実施例によれば、各リー
キーバケット部は、バッファメモリに指定された最低保
証帯域に対応する閾値が上記何れかのレベル区域の略中
央部に位置するように、レベル区域の境界定義が異なっ
たインクリメント値テーブルを使用する。上記インクリ
メント値テーブルには、レベルカウンタが示すレベルカ
ウント値の減少に従って段階的に大きくなる可変の単位
インクリメント値が記憶してある。

【００１８】本発明のトラヒックシェーパーでは、この
ように可変の単位インクリメント値を適用することによ
って、トラヒックが途絶えてリーキーバケットのレベル
が閾値を大きく下回った場合でも、新たに到着したパケ
ットがバッファメモリから読み出された時点で、リーキ
ーバケットのレベルを急激に上昇させることができる。
従って、本発明によれば、一時的に途絶えたトラヒック
が回復した時、リーキーバケットのレベルを閾値（最低
保証帯域のレベル）よりも高い位置にまで短時間で上昇
させることができ、各バッファメモリに対してそれぞれ
の最低保証帯域に応じた送信権を付与することが可能と
なる。

【００１９】本発明の他の特徴は、上記帯域制御部の出
力キュー決定部が、レベルカウント値が予め指定された
最大許容帯域に対応する閾値以下となったリーキーバケ
ットを選択対象として、上述した差分値に基づくバッフ
ァメモリの特定を行うようにしたことにある。

【００２０】本発明のトラヒックシェーパーでは、最低
保証帯域によって決まる閾値とレベルカウント値との差
分が最小となったリーキーバケットと対応関係にあるバ
ッファメモリに対して、パケット送信権が与えられる。
従って、パケット蓄積中のバッファメモリと対応する全
てのリーキーバケットにおいて、レベルカウント値が上
記最低保証帯域によって決まる閾値よりも高くなった場
合、レベルカウント値が閾値に最も接近したバッファメ
モリに対してパケット送信権が与えられ、最大許容帯域
の範囲内で、最低保証帯域を超えたトラヒックシェーピ
ングを実現できる。

【００２１】パケット送信権は、各トラヒックの最低保
証帯域を基準にして配分されるため、本発明によれば、
全てのトラヒックに最低保証帯域を保証した状態で生ま
れた出力回線の空き帯域を、各トラヒックの最低保証帯
域に従った比率で公平に配分することが可能となる。

【００２２】本発明による帯域制御装置は、複数のバッ
ファメモリと対応する複数のリーキーバケット部と、上
記各リーキーバケット部から出力されるレベルカウント
値と予めバッファメモリ毎に指定された最低保証帯域に
対応する閾値との差分値に基づいて、パケットを読み出
すべきバッファメモリを特定するための出力キュー決定
部と、上記出力キュー決定部で特定されたバッファメモ
リから１つの可変長パケットを読み出す読み出し制御部
とを有し、上記各リーキーバケット部が、一定の速度で
カウント値を減少するレベルカウンタと、対応するバッ
ファメモリからパケットが読み出された時、上記レベル
カウンタのカウント値を上記パケットの長さに比例した
値だけ増加させるレベル上昇手段とを有し、上記レベル
上昇手段が、上記レベルカウンタが示すレベルカウント
値の減少に従って段階的に大きくなる可変の単位インク
リメント値とパケット長との乗算結果に従って、上記レ
ベルカウンタのカウント値を増加させることを特徴とす
る。本発明の更に他の目的と特徴は、以下に図面を参照
して説明される実施例から明らかになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のトラヒックシェ
ーパーが適用されるパケット交換システムの１例を示
す。パケット交換システムは、それぞれ入力回線群ＩＮ
１−１〜ＩＮ１−ｎ、ＩＮｍ−１〜ＩＮｍ−ｎに接続さ
れたトラヒックシェーパー１００−１〜１００−ｍと、
トラヒックシェーパー１００−１〜１００−ｍから出力
された可変長パケットを各パケットに付された内部ヘッ
ダ情報に従ってパケット振分け部３１０−１〜３１０−
ｍに選択的に転送するスイッチ部３００と、パケット振
分け部３１０−１〜３１０−ｍに接続されたパケット送
信部３２０−１〜３２０−ｍと、トラヒックシェーパー
１００−１〜１００−ｍとスイッチ部３００に接続され
た制御部３０１とからなる。

【００２４】各トラヒックシェーパー１００−ｉ（ｉ＝
１〜ｍ）は、入力回線群ＩＮｉ−１〜ＩＮｉ−ｎから入
力される可変長パケットを、コネクション毎に予め指定
された最低保証帯域、最大許容帯域に従って帯域制御し
ながら、スイッチ部３００の入力ポートＰＩ−ｉに多重
化して出力する。最低保証帯域、最大許容帯域の値は、
制御部３０１から信号線Ｓ３０１−１〜Ｓ３０１−ｍを
介して各トラヒックシェーパーに設定される。

【００２５】各パケット振分け部３１０−ｉ（ｉ＝１〜
ｍ）は、スイッチ部３００の出力ポートＰＯ−ｉから供
給された出力パケットを内部ヘッダ情報に従って出力回
線ＯＵＴ１ｉ−１〜ＯＵＴ１ｉ−ｎと対応した信号線Ｌ
ｉ−１〜Ｌｉ−ｎに振り分ける。各パケット送信部３２
０−ｉ（ｉ＝１〜ｍ）は、信号線Ｌｉ−１〜Ｌｉ−ｎか
ら入力された出力パケットから不要となった内部ヘッダ
情報を外して、出力パケットを出力回線ＯＵＴｉ−１〜
ＯＵＴｉ−ｎに送出する。

【００２６】図２は、本発明によるトラヒックシェーパ
ー１００−ｉの１実施例を示すブロック図である。トラ
ヒックシェーパー１００−ｉは、それぞれ入力回線ＩＮ
ｉ−ｊに接続された複数の入力回線インタフェース１０
−ｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、それぞれ信号線Ｓ１０−ｊを介
して入力回線インタフェース１０−ｊに接続された複数
のパケットバッファ２０−ｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、入力回
線インタフェース１０−ｊから信号線Ｓ１７−ｊを介し
て与えられるパケット長Ｌに従って、各パケットバッフ
ァ２０−ｊにパケットを書き込む複数の書き込み制御回
路２１−ｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、信号線Ｓ２２−ｊを介し
てパケットバッファ２０−ｊ（ｊ＝１〜ｎ）のパケット
の読み出しを制御する読み出し制御回路２２と、パケッ
トバッファ２０−ｊ（ｊ＝１〜ｎ）からの出力パケット
をポートＰＩｉに転送するためのセレクタ２４と、バッ
ファ制御部３０と、帯域制御部４０とからなる。

【００２７】バッファ制御部３０は、信号線Ｓ１７−ｊ
を介して入力回線インタフェース１０−ｊ（ｊ＝１〜
ｎ）から受信したパケット長Ｌを記憶しておき、帯域制
御部４０から信号線Ｓ４０を介して与えられた出力キュ
ー指定信号に応答して、信号線Ｓ３０、Ｓ３１にパケッ
ト長Ｌとバッファ指定番号ｋを出力する。

【００２８】読み出し制御回路２２は、上記バッファ指
定番号ｋと対応するパケットバッファ２０−ｋからパケ
ット長Ｌが示す１パケット分のデータを読み出す。１パ
ケット分のデータの読み出しが完了すると、読み出し制
御回路２２は、信号線Ｓ２２、Ｓ２３にバッファ番号ｋ
と出力パケット長Ｌを出力する。

【００２９】上記パケットの読み出し期間中は、セレク
タ２４が、バッファ指定番号ｋで指定されたパケットバ
ッファ２０−ｋからの出力を選択し、ポートＰＩｉに出
力する。帯域制御部４０は、信号線Ｓ２２、Ｓ２３を介
して読み出し制御回路２２から受け取ったバッファ番号
ｋとパケット長Ｌに基づいて、リーキーバケットによる
帯域監視を実行する。また、バッファ制御部３０から信
号線Ｓ３３を介して受け取った出力キュー状態情報を参
照して、次にパケットを読み出すべき出力キューを決定
して、信号線Ｓ４０に上記出力キューの番号ｋを示す出
力キュー指定信号を出力する。

【００３０】図３は、入力回線インタフェースの１実施
例を示す。入力回線インタフェース１０−１は、入力回
線ＩＮｉ−１に接続されたフレーム終端回路１１と、フ
レーム終端回路１１から信号線Ｓ１１に出力されるパケ
ットフレームに内部ヘッダを付加し、信号線Ｓ１０−１
に出力する内部ヘッダ付加回路１２と、信号線Ｓ１１に
出力されるパケットフレームのヘッダ部から宛先アドレ
スを抽出する宛先アドレス抽出回路１３と、宛先アドレ
ス抽出回路１３で抽出された宛先アドレスに従ってルー
ティングテーブル１５から内部ルーティング情報を検索
し、該内部ルーティング情報を含む内部ヘッダを生成し
て内部ヘッダ付加回路１２に供給するルーティング部１
４と、信号線Ｓ１１に出力されるパケットフレームのヘ
ッダ部からパケット長を抽出するパケット長抽出回路１
６と、パケット長抽出回路１６で抽出されたパケット長
に内部ヘッダ長を加えたパケット長Ｌを生成し、信号線
Ｓ１７−１に出力するパケット長出力回路１７とからな
る。上記パケット長Ｌは、パケットバッファから読み出
すべきパケット長をバイト単位で示している。

【００３１】尚、１８は、図１３、図１４で説明する本
発明の他の実施例で必要となる優先度情報抽出回路であ
り、図２に示した入力回線インタフェース１０−１には
不要な要素である。他の入力回線インタフェース１０−
２〜１０−ｎも、上記入力回線インタフェース１０−１
と同様の構成となっている。

【００３２】図４は、バッファ制御部３０の１実施例を
示す。バッファ制御部３０は、信号線Ｓ１７−１〜Ｓ１
７−ｎから受信したパケット長Ｌを順次に蓄積するため
の複数のパケット長ＦＩＦＯ３１−１〜３１−ｎと、帯
域制御部４０が信号線Ｓ４０に出力した出力キュー指定
信号で特定されるパケット長ＦＩＦＯ３１−ｋの先頭パ
ケット長Ｌを読み出し、信号線Ｓ３０に出力するための
セレクタ３２と、上記各パケット長ＦＩＦＯ３１−ｉ
（ｉ＝１〜ｎ）に有効データが格納されているか否かを
示すｎビットのステータスビットパターンを発生するス
テータスビットレジスタ３３とからなる。

【００３３】レジスタ３３から信号線Ｓ３３に出力され
るステータスビットパターンの第１ビットは、パケット
長ＦＩＦＯ３１−１における有効データの有無、すなわ
ち、パケットバッファ２０−１におけるパケットデータ
の有無を示し、第ｎビットは、パケットバッファ２０−
ｎにおけるパケットデータの有無を示している。また、
信号線Ｓ４０から入力された出力キュー指定信号は、信
号線Ｓ３１からバッファ指定番号ｋとして出力される。

【００３４】図５は、帯域制御部４０の１実施例を示
す。帯域制御部４０は、パケットバッファ２０−１〜２
０−ｎと対応して用意された複数の階層化リーキーバケ
ット部４１−１〜４１−ｎと、読み出し制御回路２２か
ら信号線Ｓ２３に出力されたパケット長Ｌを信号線Ｓ２
２で通知されたバッファ番号ｋで特定される階層化リー
キーバケット部４１―ｋに入力するための分配回路４２
と、階層化リーキーバケット部４１−１〜４１−ｎの各
出力線に接続された出力キュー決定部４３とからなる。

【００３５】出力キュー決定部４３は、後述するよう
に、階層化リーキーバケット部４１−１〜４０−ｎから
信号線Ｓ４１−１〜Ｓ４１−ｎに出力されるリーキーバ
ケットのレベル値（カウンタ値）と、パケットバッファ
（２０−１〜２０−ｎ）毎に予め指定された最低保証帯
域および最大許容帯域の値と、バッファ制御部３０が信
号線Ｓ３３に出力したステータスビットパターンとに基
づいて、次にパケットを読み出すべき出力キューを決定
し、信号線Ｓ４０に上記出力キューの番号ｋを示す出力
キュー指定信号を出力する。

【００３６】ここで、本発明による階層化リーキーバケ
ット部４１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の特徴の理解を容易にす
るために、図６（Ａ）〜（Ｆ）を参照して、従来のリー
キーバケットの問題点について説明する。今、パケット
フローに最低６００Ｍｂｐｓの帯域を保証する場合を想
定する。この場合、パケットフローは、図６（Ａ）に示
すように、最低保証帯域と対応したレベルに閾値ＴＨ６
００をもつリーク速度が６００Ｍｂｐｓのリーキーバケ
ットによって制御される。

【００３７】上記リーキーバケットには、パケットバッ
ファ（出力キュー）からのパケットの読み出しの都度、
パケット長に比例した量の水が注ぎ込まれる。水位が閾
値ＴＨ６００を越えている間は、パケットバッファから
のパケットの読み出しが抑制され、図６（Ｂ）に示すよ
うに、水位が閾値ＴＨ６００以下に低下した時、次のパ
ケットの送出権が与えられる。従って、入力回線から最
低保証帯域６００Ｍｂｐｓにほぼ等しいレートでパケッ
トが流入している間は、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）が示す
ように、リーキーバケット水位は閾値ＴＨ６００の近辺
を下限として上下を繰り返し、パケットバッファ内での
過度の滞留を招くことなく、入力パケットが出力回線に
転送される。

【００３８】入力回線から最低保証帯域６００Ｍｂｐｓ
を超えてパケットが流入した場合、パケットバッファか
らの出力フローが６００Ｍｂｐｓに制御されていれば、
パケットキュー内で滞留するパケットの量が増加する。
逆に、入力回線から流入するパケット量が大きく減少す
ると、図６（Ｄ）に示すように水位が落ち込む。この状
態で、最低保証帯域６００Ｍｂｐｓにほぼ等しいレート
でパケットが流入した場合、図６（Ｅ）、図６（Ｆ）が
示すように、リーキーバケット水位が閾値ＴＨ６００よ
りも低い水位ＴＨ２８０の近辺を下限として上下する。

【００３９】リーキーバケットを利用した帯域制御で
は、水位が閾値以下となった時、パケット送信権が発生
する。従って、図６（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように、水位
が閾値ＴＨ６００よりも大きく下がると、このリーキー
バケットと対応したパケットバッファには、蓄積パケッ
トが存在する限り、頻繁に送信権が与えられる。従っ
て、水位が閾値よりも大きく下がった後、最低保証帯域
６００Ｍｂｐｓを上回るレートでパケットが流入した場
合、水位が閾値ＴＨ６００に達する迄の期間は、最低保
証帯域を超えてパケットが出力回線に送出されてしま
う。つまり、リーキーバケット水位が閾値の近辺で上下
しているパケットバッファからは最低保証帯域でパケッ
トが送出され、リーキーバケット水位が閾値よりも大き
く落ち込んだパケットバッファからは、相当の期間、最
低保証帯域を超えてパケットが送出され続けると言う不
公平が発生する。

【００４０】本発明の特徴は、パケット送信に伴う水位
上昇量をリーキーバケットの現在の水位に応じて変える
ことにある。すなわち、本発明は、上昇水位の計算に適
用する単位インクリメントの値をリーキーバケットの現
在の水位に応じて可変にすることにより、同一長さのパ
ケットが送出された場合でも、現在水位によってリーキ
ーバケットへの注水量が異なるようにしたことを特徴と
する。

【００４１】本発明によれば、例えば、図６（Ｄ）のよ
うに水位が大きく落ち込んだ時、単位インクリメントの
値を大きくすることによって、パケット送出に伴うリー
キーバケットの上昇水位を増加し、リーキーバケット水
位を閾値に急速に近づける。

【００４２】通信回線の空き帯域あるいは余裕帯域を利
用して、最低保証帯域を越える帯域でパケット転送サー
ビスを実行するためには、リーキーバケット水位が最低
保証帯域を示す閾値ＴＨ６００を超えた状態にあるバッ
ファに対して送信権を与える必要がある。本発明では、
最低保証帯域を超えてパケット送信権を与えた場合、上
昇水位計算に適用する単位インクリメントの値を小さく
することによって、水位の上昇量を少なくする。

【００４３】図７は、本発明の階層化リーキーバケット
４１におけるリーキーバケット水位と、上昇水位計算に
適用される単位インクリメントとの関係を説明するため
の図である。本実施例では、リーキーバケットを深さ方
向に複数のレベル区域（ゾーン）に分割し、レベル区域
毎に異なる単位インクリメント値を割り当て、水位が１
つのレベル区域から別のレベル区域に変化した時、上昇
水位計算に適用される単位インクリメントの値を段階的
に切り換える。

【００４４】テーブル６０、６１において、Ｚ−１〜Ｚ
−１０は、リーキーバケットの深さ方向に等間隔に分割
されたレベル区域であり、水位が同一レベル区域内で変
化する限り、同一の単位インクリメント値を適用して上
昇水位の値が計算される。

【００４５】テーブル６０は、レベル区域Ｚ−１〜Ｚ−
１０の境界が１００Ｍbps、２００Ｍbps、…１０００Ｍ
bpsとなるように区切った第１のレベル区域定義ステー
ブルであり、テーブル６１は、レベル区域Ｚ−１〜Ｚ−
１０の境界が５０Ｍbps、１５０Ｍbps、２５０Ｍbps、
…１０５０Ｍbpsとなるように区切った第２のレベル区
域定義ステーブルを示す。

【００４６】テーブル６０の左側に付したレベルカウン
タ値「86526」〜「4554」は、帯域値１０００Ｍbps〜１
００Ｍbpsに相当するレベルカウンタのカウント値を示
し、テーブル６１の右側に付したレベルカウンタ値「81
972」〜「9108」は、帯域値９５０Ｍbps〜１５０Ｍbps
に相当するレベルカウンタのカウント値を示す。各レベ
ル区域に割り当てられる単位インクリメントの値は、水
位が高くなるに従って小さくなっている。

【００４７】本発明の特徴は、パケットが送出された
時、可変の単位インクリメントを適用してリーキーバケ
ットの水位を閾値の近傍まで上昇させ、水位が閾値以下
となったパケットバッファの中からパケットを送出すべ
きパケットバッファを選択することにある。各リーキー
バケットには、最低保証帯域と対応した第１の閾値と、
最大許容帯域に対応した第２の閾値が設定される。この
うち、帯域制御で重要となる閾値は、最低保証帯域と対
応した第１の閾値であり、リーキーバケット水位が上記
第１の閾値よりも低下したパケットバッファ、またはリ
ーキーバケット水位が上記第１の閾値に最も接近したパ
ケットバッファに対して、パケットの送信権が与えられ
る。

【００４８】本実施例で、レベル区域の境界値が異なる
第１、第２のレベル区域定義ステーブル６０、６１を用
意した理由は、１つのパケットバッファに対してパケッ
トの送信権を与えた時、最低保証帯域において、リーキ
ーバケット水位が最低保証帯域を超えていたか否かで異
なった単位インクリメント値が適用されるのを回避する
ためである。

【００４９】例えば、最低保証帯域（第１の閾値）が６
００Ｍbpsに設定されたトラヒックに対して、第１のレ
ベル区域定義ステーブル６０に従ってリーキーバケット
水位の存在区域を判定した場合、リーキーバケット水位
が６００Ｍbps相当のカウント値「50094」よりも僅かで
も低ければ、レベル区域Ｚ−５の単位インクリメントが
適用され、逆に僅かでも高ければ、レベル区域Ｚ−６の
単位インクリメントが適用される。従って、同一パケッ
トを送出した場合でも上昇水位の計算結果に差異が発生
し、次のパケット送信権を得るまでの待ち時間に影響す
る。

【００５０】上記トラヒックに対して、６００Ｍbpsの
閾値をレベル区域Ｚ−６の中央にもつ第２のレベル区域
定義ステーブル６１を適用すれば、閾値近傍でのリーキ
ーバケット水位に多少の揺らぎがあった場合でも、同一
の単位インクリメント値を適用できるため、安定した最
低保証帯域制御が可能となる。リーキーバケットのリー
ク量が６００Ｍｂｐｓの場合、レベル区域Ｚ−６で使用
する単位インクリメント値を「１」とし、この値を基準
として、その他のレベル区域Ｚ−１〜Ｚ−５、Ｚ−７〜
Ｚ−１０に割り当てるべき単位インクリメント（α）の
値を決定する。

【００５１】図８（Ａ）と図８（Ｂ）は、本発明の実施
例で使用する第１、第２の単位インクリメント（α）値
テーブル４１１、４１２の１例を示す。これらのテーブ
ルには、図７で示した第１、第２のレベル区域定義ステ
ーブル６０、６１が示すレベル区域定義（Ｚ−１〜Ｚ−
１０）に従って、レベルカウンタ値の範囲と単位インク
リメント（α）の値が登録されている。各レベル区域に
は、レベル区域Ｚ−６のα値「１」を基準にして、区域
番号に反比例したα値が設定されている。

【００５２】図９は、図５に示した階層化リーキーバケ
ット部４１−１の１実施例を示す。階層化リーキーバケ
ット部４１−１は、図８に示した第１、第２のα値テー
ブル４１１および４１２と、これらのテーブルに接続さ
れた単位インクリメント値決定部４１３と、信号線Ｓ４
２−１から入力されたパケット長Ｌから内部パケットヘ
ッダ長を減算して、入力パケットの真のパケット長Ｌ０
を出力する減算器４１４と、上記決定部４１３から与え
られたα値と減算器４１４から出力されたパケット長Ｌ
０とを乗算する乗算器４１５と、クロックＣＬに同期し
てカウンタ値をデクリメントするレベルカウンタ４１６
と、上記乗算器４１５の出力値とレベルカウンタ４１６
の出力値とを加算してレベルカウンタに設定する加算器
４１７と、使用テーブル指定レジスタ４１８とからな
る。上記レジスタ４１８には、図１に示した制御部３０
１から信号線Ｓ３０１−ｉを介して使用テーブル指定情
報が設定される。

【００５３】第１α値テーブル４１１と第２α値テーブ
ル４１２からは、レベルカウンタ４１６の出力が示すリ
ーキーバケットの現在水位に対応したインクリメント値
α１、α２が読み出される。単位インクリメント値決定
部４１３は、信号線Ｓ４２−１にパケット長Ｌが出力さ
れたタイミングで、使用テーブル指定レジスタ４１８が
示すα値テーブルの出力値、α１またはα２を取り込
み、上昇水位計算用の単位インクリメント値αとして乗
算器４１５に供給する。

【００５４】乗算器４１５からは、上記単位インクリメ
ント値αとパケット長Ｌ０との乗算結果、すなわち、リ
ーキーバケットの上昇水位を示す値が出力される。加算
器４１７は、レベルカウンタ４１６から出力されている
リーキーバケットの現在水位を示すカウンタ値に、乗算
器４１５から出力される上昇水位を加算して、レベルカ
ウンタ４１６に設定する。

【００５５】本実施例では、階層化リーキーバケット部
４１−１が、使用テーブル指定情報に従って、第１、第
２のα値テーブル４１１、４１２の出力値を選択的に使
用して上昇水位をカウントしたが、３種類以上のα値テ
ーブルを選択的に使用するようにしてもよい。このよう
にすれば、最低保証帯域が、例えば、７０Ｍbpsや６８
０Ｍbpsのように半端な値の場合でも、最低保証帯域を
示す閾値をレベル区域の略中央にもつα値テーブルを選
択することが可能となる。また、各階層化リーキーバケ
ット部には１つのα値テーブルを用意し、指定された最
低保証帯域の値に合わせて、α値テーブルの内容を書き
換えるようにしてもよい。

【００５６】図１０は、図５に示した出力キュー決定部
４３の１実施例を示す。出力キュー決定部４３は、上述
した階層化リーキーパケット部４１−１〜４１−ｎに接
続された複数の偏差検出部４４−１〜４４−ｎと、これ
らの偏差検出部の出力値に基づいて、パケット出力の候
補となる１つまたは複数のパケットバッファ番号を選択
する候補バッファ選択回路４５と、候補バッファ選択回
路４５から出力された候補バッファ番号の中からラウン
ドロビン方式で１つのバッファ番号ｋを選択し、信号線
Ｓ４０に出力キュー指定信号として出力するラウンドロ
ビンセレクタ４６と、バッファ制御部３０から信号線Ｓ
３３を介して供給されたステータスビットパターンを記
憶するためのステータスビットレジスタ４７からなる。

【００５７】第１の偏差検出部４４−１は、図２に示し
た第１のパケットバッファ２０−１と対応しており、第
ｉ番目の偏差検出部４４−ｉは、パケットバッファ２０
−ｉと対応している。偏差検出部４４−１は、最大許容
帯域レジスタ４４１と、信号線Ｓ４１−１を介して入力
されるリーキーバケットの現在のレベル値（レベルカウ
ンタ４１６の出力値）ＬＢを保持するためのレジスタ４
４２と、固定値レジスタ４４３と、最低保証帯域レジス
タ４４４とを備えている。

【００５８】上記最大許容帯域レジスタ４４１には、パ
ケットバッファ２０−１の蓄積パケットに対して許容で
きる最大許容帯域の値が、図７に示したレベルカウンタ
値に換算した値Ｌmaxで設定されている。同様に、レジ
スタ４４４には、パケットバッファ２０−１の蓄積パケ
ットに対して保証すべき最低保証帯域を示すレベル値Ｌ
minが設定される。これらの値は、図１に示した制御部
３０１から信号線Ｓ３０１−ｉを介して供給される。レ
ジスタ４４３には、リーキーバケットにおける最大のカ
ウント値ＭＡＸが固定値として設定されている。

【００５９】偏差検出部４４−１は、レジスタ４４１の
値Ｌmaxとレジスタ４４２の値ＬＢを比較器４４５で比
較し、ＬＢがＬmaxを超えていた場合は、セレクタ４４
６でレジスタ４４３の値ＭＡＸを選択し、ＬＢがＬmax
よりも小さい場合は、セレクタ４４６でレジスタ４４２
の値ＬＢを選択して、差分検出器４４７に入力する。差
分検出器４４７は、セレクタ４４６の出力値ＬＢまたは
ＭＡＸから、レジスタ４４４が示す最低保証帯域値Ｌmi
nを差し引いて得られる差分値を出力する。ＬＢからＬm
inを差し引いた値が負数となった場合、差分検出器４４
７は零値を出力する。

【００６０】候補バッファ選択回路４５は、偏差検出部
４４−１〜４４−ｎから出力される差分値のうち、ステ
ータスビットレジスタ４７が“０”のビット位置、すな
わち、送信すべきパケットを蓄積していないパケットバ
ッファに対応した差分値を無効にし、残りの差分値の中
から最小値を選択する。

【００６１】上述したように、各偏差検出部４４は、リ
ーキーバケットの現在のレベルＬＢが最低保証帯域の値
Ｌminより低い（“ＬＢ”−“Ｌmin”＜０）場合、差分
値として「０」を出力しているため、候補バッファ選択
回路４５には、最小値「０」となる差分値が複数の偏差
検出部から同時に入力される可能性がある。候補バッフ
ァ選択回路４５は、第ｉビットを第ｉ偏差検出部４４−
ｉと対応させたｎビットのビットパターンにおいて、最
小値を出力した偏差検出部と対応するビットに“１”、
その他のビット位置に“０”を設定した形式で、選択結
果を示すビットパターンをラウンドロビンセレクタ４６
に出力する。

【００６２】ラウンドロビンセレクタ４６は、送信すべ
きパケットを蓄積中のパケットバッファ２０に対して公
平に送信権を与えるため、選択回路４５から出力された
ビットパターンの“１”ビットが示す候補バッファのう
ち、前回送信権を得たパケットバッファの選択順位が最
後となるラウンドロビン形式で“１”ビットのビット位
置ｋを選択し、バッファ番号ｋを出力バッファ指示信号
として出力する。この動作は、読み出し制御回路２２か
ら信号線Ｓ２３へのパケット長Ｌの出力に応答するタイ
ミングで、トラヒックシェーパーからパケットが送出さ
れる度に実行される。

【００６３】次に、本発明のトラヒックシェーパーの機
能について、図１１に示す簡単な使用モデルで説明す
る。図１１に示したトラヒックシェーパー１００は、例
えば、ギガビットイーサーのように最大１Ｇｂｐｓまで
のトラヒックを流せる４本の入力回線ＩＮ−１〜ＩＮ−
４を有し、これらの入力回線から流入するトラヒック
を、それぞれの最低保証帯域を保証して、２．４Ｇｂｐ
ｓ帯域をもつ出力線に多重化して出力する。

【００６４】ここでは、説明を簡単にするために、各入
力回線をそれぞれ１人のユーザが使用し、出力線の帯域
２．４Ｇｂｐｓを入力回線ＩＮ−１〜ＩＮ−４のトラヒ
ックで公平にシェアした場合を仮定する。１トラヒック
当たりの平均帯域である６００Ｍbps（７５ＭBytes）を
基本帯域とし、リーキーバケットのリーク速度とする。
６００Ｍbpsは、各階層化リーキーバケットにおけるレ
ベルカウンタ４１６のカウント値が、時間経過に従って
７５ＭＨｚで減少すること意味している。また、上記基
本帯域６００Ｍbpsに対応するレベル区域で使用される
１バイト当たりの単位インクリメント値を「１」とし、
図７に示した第１、第２のα値テーブル４１１、４１２
に従って、リーキーバケットの各レベル区域での単位イ
ンクリメント値を切り換えるものとする。

【００６５】各ユーザに割り当てる最低保証帯域は、各
入力回線がもつ帯域の範囲内（０Ｍbps〜１０００Ｍbp
s）で自由に選択できるが、全ユーザの帯域合計が出力
線の帯域２．４Ｇbpsを超えてはならない。最大許容帯
域も、各入力回線の帯域の範囲内でユーザに自由に割り
当てることができるが、同一ユーザに対して最低保証帯
域以下の最大許容帯域を設定することはできない。最大
許容帯域は、出力線に空き帯域が発生した場合に各ユー
ザが利用可能な帯域の上限値を示しているため、全ユー
ザの最大許容帯域の合計値は、出力線の帯域（２．４Ｇ
bps）を超えてもよい。ユーザが最大許容帯域を指定し
なかった場合、デフォルト値として、例えば、入力回線
の帯域値を設定すればよい。

【００６６】ここでは、Ｌminで表される最低保証帯域
の値として、入力回線ＩＮ−１〜ＩＮ−４の各トラヒッ
クに、それぞれ８００Ｍbps、３５０Ｍbps、４００Ｍbp
s、８００Ｍbpsを割り当て、Ｌmaxで表される最大許容
帯域の値として、入力回線ＩＮ−１〜ＩＮ−４にそれぞ
れ９００Ｍbps、６００Ｍbps、８００Ｍbps、１０００
Ｍbpsを割り当てた場合を仮定する。

【００６７】この場合の入力回線ＩＮ−１〜ＩＮ−４に
対応するリーキーバケット６００−１〜６００−４の状
態は、図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）のようになる。ここ
で、リーキーバケット６００−２のレベル区分Ｚ−１〜
Ｚ−１０は、図７に示した第１のレベル区分定義テーブ
ル６０に従って定義されており、第１のα値テーブル４
１１によって単位インクリメントの値が決定される。他
のリーキーバケット６００−１、６００−３、６００−
４のレベル区分Ｚ−１〜Ｚ−１０は、第２のレベル区分
定義テーブル６１に従って定義されており、第２のα値
テーブル４１２によって単位インクリメントの値が決定
される。

【００６８】各リーキーバケットの水位は、初期状態に
おいて、斜線を付して示すように、それぞれの最低保証
帯域Ｌminのレベルにある。リーキーバケットの水位
は、リーク速度６００Ｍbpsで下降するが、各入力回線
から最低保証帯域でパケットの流入する限り、注水によ
る水位の上昇とリークによる水位の低下とが釣り合うた
め、最低水位はレベルＬminに保たれる。

【００６９】例えば、リーキーバケット６００−３と６
００−４を比較すると、リーキーバケット６００−４の
最低水位（閾値Ｌmin）は、リーキーバケット６００−
３の２倍の高さにあり、上昇水位の計算に適用される単
位インクリメントαの値が１対２の関係にある。従っ
て、同一長さのパケットが出力された時、水位Ｌminか
らのリーキーバケット６００−３の上昇水位は、リーキ
ーバケット６００−４の上昇水位の２倍となる。リーキ
ーバケットからのリーク速度は同一となっているため、
水位が減少してＬminに到達するまでの所要時間は、リ
ーキーバケット６００−３の方が６００−４の２倍とな
り、結果的に、パケットの送出レートがそれぞれの最低
保証帯域に比例する。

【００７０】本発明では、上述したように、上昇水位計
算に適用される単位インクリメントの値を現在の水位に
応じて切り換える階層化リーキーバケットを採用してい
る。従って、一時的にパケットフローが途絶えて、水位
が最低保証帯域のレベルＬminから著しく低下した場合
でも、次のパケットを送出した時、大きな値をもつ単位
インクリメントを適用して水位を大幅に上昇させること
により、水位を閾値Ｌminの位置まで急速に復帰させる
ことができ、その後に流入するパケットフローに対し
て、最低保証帯域を保証した適正な帯域制御を施すこと
が可能となる。

【００７１】また、本発明では、図１０に示した出力キ
ュー決定部４３によって、送出すべきパケットを保有す
る複数のパケットバッファのうち、現在の水位と最低保
証帯域Ｌminとの差分値が最小となったパケットバッフ
ァにパケット送信権を与えている。また、対応するリー
キーバケットの水位が最低保証帯Ｌminよりも下がった
場合は、現在水位と最低保証帯域のレベルＬminとの差
分値を零とし、複数の出力バッファ候補が存在した場合
は、ラウンドロビン形式で各パケットバッファに平等に
送信権を与えるようにしている。

【００７２】上記キュー決定部４３によれば、パケット
蓄積中のパケットバッファと対応した全てのリーキーバ
ケットにおいて現在水位が最低保証帯域のレベルＬmin
を超えた場合は、現在水位が閾値レベルＬminに最も近
い状態にあるパケットバッファにパケット送信権が与え
られる。従って、本発明によれば、出力線の空き帯域を
利用して、最低保証帯域を越えた帯域制御も可能とな
る。最低保証帯域を超えるパケットの送信は、予め設定
された最大許容帯域（レベルＭmax）の範囲内で行われ
る。この場合、前述した図１２のリーキーバケット６０
０−３と６００−４の動作説明から明らかなように、各
トラヒックへのパケット送信権の割り当ては、最低保証
帯域に比例して行われる。従って、本発明において、出
力線の空き帯域は、出力線に多重化される各トラヒック
の最低保証帯域に比例して公平に配分されることにな
る。

【００７３】図１３は、本発明によるトラヒックシェー
パー１００−ｉの第２の実施例を示す。ここに示したト
ラヒックシェーパー１００−ｉは、入力回線ＩＮｉ−ｊ
（ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ）毎に、入力パケットを優先
度別にバッファリングしておき、優先度順に、高優先度
のパケットがなくなったら次優先度のパケットを送出す
る完全優先制御型となっている。

【００７４】本実施例では、入力回線インタフェース１
０−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）として、図３に示した優先度情報
抽出回路１８−ｉを備えた構造のものを使用する。優先
度情報抽出回路１８−ｉは、入力パケットのヘッダ部か
ら優先度情報、例えば、サービスタイプを抽出し、信号
線Ｓ１８−ｉに優先クラス識別子として出力する。ま
た、本実施例では、図２に示したパケットバッファ２０
−ｉの代わりに、優先クラス別に用意された複数のバッ
ファ２０１−１〜２０１−ｍと、優先バッファセレクタ
２０２とを有するパケットバッファ部２００−ｉを適用
し、各パケットバッファ部２００−ｉの出力線にパケッ
ト長検出回路２５−ｉを設けている。

【００７５】各書き込み制御回路２１−ｉは、信号線Ｓ
１７−ｉ、Ｓ１８−ｉを介して、対応する入力回線イン
タフェース１０−ｉからパケット長Ｌと優先クラス識別
子ｐを受信し、信号線Ｓ１０−ｉに出力された入力パケ
ットを上記優先クラス識別子ｐで特定されるバッファ２
０１−ｐに書き込む。本実施例の場合、各パケットバッ
ファ部２００−ｉからのパケットの読み出しが優先クラ
ス順の行われるため、パケットバッファ部２００−ｉに
おけるパケットの入力順序と出力順序とが異なる。この
ため、入力回線インタフェース１０−ｉからバッファ制
御部３０に供給されたパケット長を利用してパケットの
読み出し制御を行おうとすると、バッファ制御部３０内
でパケット長を優先クラス別に保持する必要があり、構
成が複雑になる。

【００７６】そこで、本実施例では、読み出し制御回路
２２が、バッファ制御部３０から与えられたバッファ指
定信号ｋに従って、パケットバッファ部２００−ｋにパ
ケットデータの読み出し制御信号を与え、読み出された
パケットの長さＬをパケット長検出回路２５−ｋで検出
する。読み出し制御回路２２は、上記パケット長検出回
路２５−ｋから信号線Ｓ２５−ｋを介して与えられるパ
ケット長Ｌに従って、パケットバッファ部２００−ｋに
１パケット分のデータ読み出し制御信号を与える。

【００７７】パケットバッファ部２００−ｋの優先バッ
ファセレクタ２０２は、パケット送信権が与えられた
時、優先度の最も高いバッファからパケットを読み出
す。すなわち、最優先クラスのバッファ２０１−１にパ
ケットが蓄積されている限り、上記バッファ２０１−１
からパケットを読み出し、最優先クラスのパケットが無
くなった時、次の優先クラスのバッファ２０１−２から
パケットを読み出す完全優先制御形式で、パケットを読
み出すべきバッファを選択する。これによって、信号線
Ｓ２２−ｋにパケットデータ読み出し制御信号が出力さ
れた時、パケットバッファ部２００−ｋからは、優先度
の最も高いパケットが読み出される。

【００７８】パケットバッファ部２００−ｋから１パケ
ット分のデータの読み出しが完了すると、読み出し制御
回路２２は、信号線Ｓ２２にバッファ番号ｋを出力し、
信号線Ｓ２３にパケット長検出回路２５−ｋから受信し
たパケット長Ｌを出力する。帯域制御部４０は、第１の
実施例と同様、パケットバッファ部２００−ｉ（ｉ＝１
〜ｎ）毎に予め設定された最大許容帯域の範囲内で、そ
れぞれの最低保証帯域に従ったパケットの送出制御を行
う。

【００７９】図１４は、本発明によるトラヒックシェー
パーの更に他の実施例を示す。本実施例では、優先クラ
ス毎に最低保証帯域と最大許容帯域を指定しておき、図
２に示したパケットバッファ２０−１〜２０−ｎを優先
クラス別のバッファとして使用する。

【００８０】各入力回線インタフェース１０−ｉ（ｉ＝
１〜ｎ）から信号線Ｓ１０−ｉ、Ｓ１７−ｉ、Ｓ１８−
ｉに出力されたパケット、パケット長および優先クラス
識別子は、多重化回路２６を介して、優先クラス振分け
回路２７に供給される。優先クラス振分け回路２７は、
多重化回路２６から受信したパケットを優先クラス識別
子ｐが示すパケットバッファ２０−ｐに供給し、パケッ
ト長を優先クラス識別子ｐが示す書き込み制御回路２１
−ｐに供給する。

【００８１】書き込み制御回路２１−ｐによるパケット
バッファ２０−ｐへのパケットの書き込み動作は、図２
に示した第１の実施例と同様に行われる。これによっ
て、パケットバッファ２０−ｐは、複数の入力回線から
入力された同一優先クラスｐのパケットが順次に蓄積さ
れる。

【００８２】帯域制御部４０は、優先クラス毎に予め設
定された最大許容帯域の範囲内で、それぞれの最低保証
帯域に従ったパケットの送出制御を行う。この場合、図
５に示した階層化リーキーバケット４１−１〜４１−ｎ
は、第１実施例と同様、パケットバッファ２０−１〜２
１−ｎからのパケット送信と対応したリーキーバケット
水位を算出する。また、出力キュー決定部４３は、偏差
検出部４４−１〜４４−ｎに優先クラス毎に設定された
最低保証帯域を閾値として、第１実施例と同様に候補バ
ッファを選択し、信号線Ｓ４０に出力バッファ指示信号
を発生する。

【００８３】本実施例は、ＡＴＭ（Asynchronous Trans
fer Mode）のバーチャルチャネルにおけるＭＣＲ（Maxi
mum Cell Rate)や、ＰＣＲ（Peak Cell Rate）の帯域制
御にも適用できる。

【００８４】本発明によるトラヒックシェーパーは、図
１５に示すように、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）用
の回線集線装置にも応用できる。現在、加入者宅に対し
て、光ファイバーを用いたブロードバンドサービスが提
供されつつある。現在のＦＴＴＨのサービスは、回線の
空き状態に応じて帯域が決まるベストエフォートで提供
されているが、テレビ電話や、ビデオレター、動画スト
リーミング配信等のサービスが本格化すると、一般の末
端ユーザに対しても、最低保証帯域と最大許容帯域の契
約した情報転送サービスの展開が予想される。

【００８５】図１５において、加入者宅７０−１〜７０
−ｍの接続回線Ｌ７０−１〜Ｌ７０１−ｍは、集線装置
８０−１で多重化して集線装置８１に接続され、該集線
装置８１を介して広域ネットワーク８００に接続されて
いる。同様に、加入者宅７１−１〜７０−ｍの接続回線
Ｌ７１−１〜Ｌ７１−ｍは、集線装置８０−ｍで多重化
して集線装置８１に接続されている。ここで、集線装置
８０−１、８０−ｍおよび８１に、本発明のトラヒック
シェーパー機能を適用すれば、各加入者のパケットトラ
ヒックに対して、各加入者が契約した最低保証帯域と最
大許容帯域、あるいは優先クラスに従った帯域制御を実
施できる。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、レベルカウント値が閾
値に最も接近したバッファメモリに対してパケット送信
権を与えることによって、各トラヒックに最低保証帯域
を保証し、最大許容帯域の範囲内で、最低保証帯域を超
えたトラヒックシェーピングを実現できる。また、パケ
ット送信権が、各トラヒックの最低保証帯域を基準にし
て配分されるため、全てのトラヒックに最低保証帯域を
保証した状態で生まれた出力回線の空き帯域を、各トラ
ヒックの最低保証帯域に従った比率で公平に配分するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトラヒックシェーパーが適用されるパ
ケット交換システムの１例を示す図。

【図２】本発明によるトラヒックシェーパーの１実施例
を示す図。

【図３】図２に示した入力回線インタフェース１０−１
の１実施例を示す図。

【図４】図２に示したバッファ制御部３０の１実施例を
示す図。

【図５】図２に示した帯域制御部４０の１実施例を示す
図。

【図６】従来のリーキーバケットの問題点を説明するた
めの図。

【図７】階層化リーキーバケットにおけるリーキーバケ
ット水位と、上昇水位計算用の単位インクリメントとの
関係を説明するための図。

【図８】単位インクリメント（α）値テーブルの１実施
例を示す図。

【図９】図５に示した階層化リーキーバケット４１−１
の１実施例を示す図。

【図１０】図５に示した出力キュー決定部４３の１実施
例を示す図。

【図１１】トラヒックシェーパーのモデルの１例を示す
図。

【図１２】図１１に示したトラヒックシェーパーにおけ
る各入力回線と対応した階層化リーキーバケットの状態
説明図。

【図１３】本発明によるトラヒックシェーパーの第２の
実施例を示す図。

【図１４】本発明によるトラヒックシェーパーの第３の
実施例を示す図。

【図１５】本発明によるトラヒックシェーパーの応用例
を示す図。

【符号の説明】

１００：トラヒックシェーパー、１０：入力回線インタ
フェース、２０：パケットバッファ、２１：書き込み制
御部、２２：読み出し制御部、３０：バッファ制御部、
４０：帯域制御部、４１：階層化リーキーバケット部、
４３：出力キュー決定部、４４：偏差検出部、４５：候
補バッファ選択回路、４６：ラウンドロビンセレクタ、
４７：ステータスビットレジスタ、４１１、４１２：単
位インクリメント（α）値テーブル、４１６：レベルカ
ウンタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 光弘 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 笠原 裕明 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 小崎 尚彦 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 Ｆターム(参考） 5K030 HA08 HB28 KA01 KA03 LC02 LC04

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の入力ポートから受信した可変長パケ
   ットを予め指定された最低帯域を保証して１つの出力ポ
   ートに転送するトラヒックシェーパーにおいて、 上記各入力ポートから受信した可変長パケットを一時的
   に蓄積するための複数のバッファメモリと、 パケットを読み出すべきバッファメモリを特定するため
   の帯域制御部と、 上記帯域制御部で特定されたバッファメモリから１つの
   可変長パケットを読み出し、上記出力ポートに送出する
   読み出し制御部とからなり、 上記帯域制御部が、上記バッファメモリと対応して用意
   された複数のリーキーバケット部と、上記各リーキーバ
   ケット部から出力されるレベルカウント値と予め指定さ
   れた最低保証帯域に対応する閾値との差分を示す数値を
   出力する複数の偏差検出部と、上記各偏差検出部から出
   力される差分値に基づいて、パケットを読み出すべきバ
   ッファメモリを特定するための出力キュー決定部とから
   なり、 上記各リーキーバケット部が、一定の速度でカウント値
   を減少するレベルカウンタと、上記読み出し制御部によ
   る対応バッファメモリからのパケットの読み出しに応答
   して、上記レベルカウンタのカウント値を上記パケット
   の長さに比例した値だけ増加させるレベル上昇手段とを
   備えたことを特徴とするトラヒックシェーパー。
2. 【請求項２】前記各偏差検出部が、前記各リーキーバケ
   ット部から出力されるレベルカウント値が前記閾値以下
   となった時、前記差分値として零値を出力し、 前記出力キュー決定部が、前記各バッファメモリにおけ
   るパケットの蓄積状態を示すレジスタを有し、上記偏差
   検出部から出力される差分値の中から、上記レジスタが
   示すパケット蓄積中のバッファメモリと対応する偏差検
   出部からの出力値を有効にして、１つの最小値を選択す
   ることを特徴とする請求項１に記載のトラヒックシェー
   パー。
3. 【請求項３】前記出力キュー決定部が、前記有効となっ
   た差分値の中に最小値となる複数の差分値が存在した
   時、ラウンドロビン形式で１つの最小値を選択するため
   の手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のトラ
   ヒックシェーパー。
4. 【請求項４】前記各リーキーバケット部が、前記レベル
   カウンタが示すレベルカウント値に応じて段階的に変化
   する可変の単位インクリメント値を前記レベル上昇手段
   に供給するための手段を有し、前記レベル上昇手段が、
   上記可変の単位インクリメント値と前記パケット長との
   乗算結果に従って、前記レベルカウンタのカウント値を
   増加させることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れ
   かに記載のトラヒックシェーパー。
5. 【請求項５】前記各リーキーバケット部が、前記レベル
   カウンタが示し得るレベルカウント値の範囲内に定義さ
   れた複数のレベル区域と対応して、レベル区域毎に異な
   った単位インクリメント値を表すインクリメント値テー
   ブルを有し、前記レベル上昇手段が、上記テーブルから
   読み出された前記レベルカウンタのレベルカウント値と
   対応する単位インクリメント値と前記パケット長との乗
   算結果に従って、前記レベルカウンタのカウント値を増
   加させることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか
   に記載のトラヒックシェーパー。
6. 【請求項６】前記複数のリーキーバケット部が、予め指
   定された最低保証帯域の値によってレベル区域の境界定
   義が異なったインクリメント値テーブルを使用すること
   を特徴とする請求項５に記載のトラヒックシェーパー。
7. 【請求項７】前記レベル上昇手段に供給される単位イン
   クリメント値が、前記レベルカウンタが示すレベルカウ
   ント値の減少に従って段階的に大きくなることを特徴と
   する請求項４〜請求項６の何れかに記載のトラヒックシ
   ェーパー。
8. 【請求項８】複数の入力ポートから入力される可変長パ
   ケットを各入力ポートと対応したバッファメモリに一時
   的に蓄積し、バッファメモリ毎に予め指定された最大許
   容帯域の範囲内で最低帯域を保証して、各バッファメモ
   リから蓄積パケットを読み出し、１つの出力ポートに転
   送するトラヒックシェーパーにおいて、 パケットを読み出すべきバッファメモリを特定するため
   の帯域制御部が、上記バッファメモリと対応して用意さ
   れた複数のリーキーバケット部と、レベルカウント値が
   予め指定された最大許容帯域に対応する第１の閾値以下
   となるものを選択対象として、上記各リーキーバケット
   部から出力されるレベルカウント値と予め指定された最
   低保証帯域に対応する第２の閾値との差分値に基づい
   て、パケットを読み出すべきバッファメモリを特定する
   ための出力キュー決定部とを有し、 上記各リーキーバケット部が、一定の速度でカウント値
   を減少するレベルカウンタと、対応するバッファメモリ
   からパケットが読み出された時、上記レベルカウンタの
   カウント値を上記パケットの長さに比例した値だけ増加
   させるレベル上昇手段とを備えたことを特徴とするトラ
   ヒックシェーパー。
9. 【請求項９】前記出力キュー決定部が、前記各リーキー
   バケット部から出力されるレベルカウント値と前記第２
   の閾値との差分値を出力する複数の偏差検出部と、上記
   各偏差検出部から出力される差分値に基づいて、パケッ
   トを読み出すべきバッファメモリを特定するためのバッ
   ファ選択部とからなり、 上記各偏差検出部が、前記各リーキーバケット部から出
   力されるレベルカウント値が前記閾値以下となった時、
   前記差分値として零値を出力し、 前記バッファ選択部が、上記偏差検出部から出力される
   差分値の中から、パケット蓄積中のバッファメモリと対
   応する偏差検出部からの出力値を有効にして、１つの最
   小値を選択することを特徴とする請求項８に記載のトラ
   ヒックシェーパー。
10. 【請求項１０】前記バッファ選択部が、前記有効となっ
    た差分値の中に最小値となる複数の差分値が存在した
    時、ラウンドロビン形式で１つの最小値を選択すること
    を特徴とする請求項９に記載のトラヒックシェーパー。
11. 【請求項１１】前記各リーキーバケット部が、前記レベ
    ルカウンタが示すレベルカウント値の減少に従って段階
    的に大きくなる可変の単位インクリメント値を前記レベ
    ル上昇手段に供給するための手段を有し、前記レベル上
    昇手段が、上記可変の単位インクリメント値と前記パケ
    ット長との乗算結果に従って、前記レベルカウンタのカ
    ウント値を増加させることを特徴とする請求項８〜請求
    項１０の何れかに記載のトラヒックシェーパー。
12. 【請求項１２】前記各リーキーバケット部が、前記レベ
    ルカウンタが示し得るレベルカウント値の範囲内に定義
    された複数のレベル区域と対応して、レベル区域毎に異
    なった単位インクリメント値を表すインクリメント値テ
    ーブルを有し、前記レベル上昇手段が、上記テーブルが
    示す前記レベルカウンタのレベルカウント値と対応した
    単位インクリメント値と前記パケット長との乗算結果に
    従って、前記レベルカウンタのカウント値を増加させる
    ことを特徴とする請求項８〜請求項１０の何れかに記載
    のトラヒックシェーパー。
13. 【請求項１３】前記複数のリーキーバケット部が、予め
    指定された最低保証帯域の値によってレベル区域の境界
    定義が異なったインクリメント値テーブルを使用するこ
    とを特徴とする請求項１２に記載のトラヒックシェーパ
    ー。
14. 【請求項１４】それぞれ可変長パケットを一時的に蓄積
    する複数のバッファメモリから、バッファメモリ毎に予
    め指定された最低帯域を保証して蓄積パケットを読み出
    す帯域制御装置であって、 上記複数のバッファメモリと対応する複数のリーキーバ
    ケット部と、 上記各リーキーバケット部から出力されるレベルカウン
    ト値と予めバッファメモリ毎に指定された最低保証帯域
    に対応する閾値との差分値に基づいて、パケットを読み
    出すべきバッファメモリを特定するための出力キュー決
    定部と、 上記出力キュー決定部で特定されたバッファメモリから
    １つの可変長パケットを読み出す読み出し制御部とを有
    し、 上記各リーキーバケット部が、一定の速度でカウント値
    を減少するレベルカウンタと、対応するバッファメモリ
    からパケットが読み出された時、上記レベルカウンタの
    カウント値を上記パケットの長さに比例した値だけ増加
    させるレベル上昇手段とを有し、 上記レベル上昇手段が、上記レベルカウンタが示すレベ
    ルカウント値の減少に従って段階的に大きくなる可変の
    単位インクリメント値とパケット長との乗算結果に従っ
    て、上記レベルカウンタのカウント値を増加させること
    を特徴とする帯域制御装置。
15. 【請求項１５】前記各リーキーバケット部が、前記レベ
    ルカウンタが示し得るレベルカウント値の範囲内に定義
    された複数のレベル区域と対応して、レベル区域毎に異
    なった単位インクリメント値を表すインクリメント値テ
    ーブルを有し、バッファメモリに指定された最低保証帯
    域に対応する閾値が、上記何れかのレベル区域の略中央
    部に位置しており、 前記レベル上昇手段が、上記テーブルが示す前記レベル
    カウンタのレベルカウント値と対応した単位インクリメ
    ント値と前記パケット長との乗算結果に従って、前記レ
    ベルカウンタのカウント値を増加させることを特徴とす
    る請求項１４に記載の帯域制御装置。
16. 【請求項１６】複数の入力ポートから受信した可変長パ
    ケットを予め指定された最低帯域を保証して１つの出力
    ポートに転送するトラヒックシェーパーにおいて、 上記各入力ポートから受信した可変長パケットを一時的
    に蓄積するための複数のバッファメモリと、 パケットを読み出すべきバッファメモリを特定するため
    の帯域制御部と、 上記帯域制御部で特定されたバッファメモリから１つの
    可変長パケットを読み出し、上記出力ポートに送出する
    読み出し制御部とからなり、 上記帯域制御部が、上記各バッファメモリに指定された
    最低帯域の比率に従って、上記出力ポートの空き帯域を
    上記各バッファメモリに割り当てるための手段を有し、
    上記読み出し制御手段が上記各バッファメモリから最低
    保証帯域以上のパケットを読み出すようにしたことを特
    徴とするトラヒックシェーパー。