JP2003224599A - リアルタイムトラヒックに対する保証された帯域幅配達を備える遅延最小化システム - Google Patents
リアルタイムトラヒックに対する保証された帯域幅配達を備える遅延最小化システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 最適なサービス品質、最適なシステム遅延特
性を達成するのが困難であった。 【解決手段】 本発明による帯域幅割り当てシステム
は、ある共有処理ファブリックへのアクセスに対して競
合する複数の異なるソースからのトラヒックフロー内の
パケットあるいはセルが、第一に、各トラヒックフロー
に対応する個別の帯域幅保証要件、および第二にシステ
ム全体としての基準、例えば、トラヒックフロー内のパ
ケットあるいはセルの到着時間、あるいは配達期日、に
よって決定される順番にそのファブリックへのアクセス
を得ることを可能にする。
性を達成するのが困難であった。 【解決手段】 本発明による帯域幅割り当てシステム
は、ある共有処理ファブリックへのアクセスに対して競
合する複数の異なるソースからのトラヒックフロー内の
パケットあるいはセルが、第一に、各トラヒックフロー
に対応する個別の帯域幅保証要件、および第二にシステ
ム全体としての基準、例えば、トラヒックフロー内のパ
ケットあるいはセルの到着時間、あるいは配達期日、に
よって決定される順番にそのファブリックへのアクセス
を得ることを可能にする。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はデータ網の性能を増加さ
せるためのシステム、より詳細には、データ網内での遅
延を最小にする一方で、サービス品質保証を満足させる
ために必要とされる帯域幅を（確保）配達するための方
法およびシステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】現存の回路交換網は、固定および保証さ
れた帯域幅を、要求ソースに、ある接続の継続期間を通
じて、その接続を通じて流れるトラヒックの量と無関係
に割り当てる。この理由から、回路交換網では本質的に
帯域幅が無駄に消費されることが知られている。狭帯域
パケット網は、これとは対象的に、帯域幅を要求ソース
に、必要に応じて効率的に割り当てるが、ただし、典型
的には、所定の時間期間内に、サービス品質（ＱｏＳ）
パラメータによって示されるある量の帯域幅を配達する
ことを完全に保証することはない。 【０００３】この制約のために、帯域幅保証配達に対す
る厳しい要件を持つことが知られているリアルタイムト
ラヒックに対して狭帯域幅パケット網を使用することが
阻止されている。帯域幅保証要求を満足し、かつ、網内
での遅延を最小にすることに対する努力は、今日に至ま
で、網設計者の注意をあまり引き付けなかった。これ
は、異なるアプリケーション（音声あるいはデータ）に
対しては、各タイプに対して異なる最適化基準を持つ別
個の網を設計する方が得策であると考えられてきたため
である。しかしながら、一つの共通なファブリック上に
音声、データおよびビデオアプリケーションをサポート
する高速パケットデータ網の急速な展開のために、要求
ソースに保証帯域幅を配達し、同時に、網遅延を最小に
する問題が、今後、非常に重要になると期待される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】この問題の一面を解決
する努力の中で、幾らかの網設計者は、ＱｏＳを満足さ
せ、トラヒックをトラヒックが受信された順番ではな
く、対応するアプリケーション要件に基づいてトラヒッ
クをルートする優先付きパケット脱落（priority and p
acket-dropping）スキームを設計している。残念なが
ら、これらスキームは、低優先度のソースあるいはアプ
リケーションを犠牲に動作し、しばしば、資源の割り当
てが、低優先度のソースに効率的に割り当てることが可
能な未使用の帯域幅を十分に考慮することなしに、でた
らめに行なわれる結果となる。 【０００５】リアルタイムトラヒックフローを定義する
特性がその遅延に対する敏感さであるという認識から、
高速パケット網の別の幾らかの設計者は、パケットの喪
失を低減し、サービス品質の劣化を最小にするために、
過剰な輸送遅延を最小にする目的でキューイングおよび
スケジューリングスキームを考案している。例えば、高
速パケット網に対する公平キューイングスキームが考案
されているが、これは、あるセッションの継続期間を通
じてエンド・ツウ・エンド遅延限界を指定および保証す
ることによってリアルタイムトラヒックをサポートす
る。 【０００６】これは、新たなトラヒックを受け入れるこ
とが、現存のフローに対する遅延限界に影響を与えるべ
きでないことを含蓄する。この概念は、当分野におい
て、トラヒックフローに対する“分離（isolation ）”
要件として知られている。公平キューイングスキームの
一つの欠点は、システム帯域幅のフロー間の共有が低減
され、このためにコスト高となることである。より具体
的には、未使用のシステム帯域幅が共有されないため
に、システム遅延性能が最適以下となる。従って、従来
の技術には、要求ソースがそれらの要求するサービス品
質を確保でき、同時に、最適なシステム遅延性能を達成
する問題が残される。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、帯域幅割り当
てシステムに関する。このシステムにおいては、共有処
理ファブリックへの、このファブリックへのアクセスに
対して競合する複数の異なるソースからのトラヒックフ
ローのアクセスが、第一に、各競合するフローに対応す
る個別の保証帯域幅要件、そして、第二に、全体として
のシステム基準、例えば、複数のトラヒックフロー内の
パケットあるいはセルの到着時間、あるいは配達期日、
に基づいて決定される。 【０００８】本発明の原理の一つの実現においては、
（あるソース、例えば、ある帯域幅を要求する装置ある
いはサブネットワークと対応する）あるフローからのパ
ケットあるいはセルは、別個のバッファ内にキューイン
グされ、ここで、処理ファブリックへのアクセスを待
つ。各タイムスロットにおいて、任意のフローに対する
バッファの先頭の所のセルあるいはパケットが、処理フ
ァブリックにアクセスする権利を持つ。このアクセス方
針は、セルあるいはパケットに対するサービスの順番を
決定するために、例えば、別個のモジュールとして実現
される二つのフェーズにて動作する。 【０００９】第一のフェーズにおいては、要求された帯
域幅を各フローに配達する（割り当てる）することを保
証するために、処理されなければならないセルあるいは
パケットが識別される。これらセルあるいはパケット
は、“サービス保証待ち行列（ＧＳＱ）”と称される待
ち行列内におかれ、その後、一時に一つづつ、処理ファ
ブリックにアクセスすることを許される。 【００１０】あるタイムスロットにおいてＧＳＱ（サー
ビス保証待ち行列）が空である場合は、第二のフェーズ
が起動される。この第二のフェーズにおいては、セルあ
るいはパケットは、処理ファブリックへのアクセスを、
あるあらかじめ定められた基準、例えば、ファーストカ
ムファーストサーブ（ＦＣＦＳ）ベース、に従って得
る。例えば、全てのフローの中で最も古いセルあるいは
パケットが処理される。これは、各フロー内の回線の先
頭の所のセルのシステムへの到着時刻を比較することに
よって達成される。長所として、このフェーズにおいて
セルをＦＣＦＳベースにて処理することによって、その
特定のタイムスロットに対して最適なシステム遅延性能
が達成される。別の方法として、あるタイムスロットに
おいてサービス保証待ち行列が空の場合、最も接近した
期日を持つセルあるいはパケットが（セルあるいはパケ
ットの配達期日に基づいて）、共有処理ファブリックに
アクセスすることを許されるようにすることも可能であ
る。 【００１１】 【実施例】図１は本発明の原理を実現するように構成さ
れたコントローラのブロック図を示す。図１に示される
コントローラ１００は入力インタフェース１０５と信号
処理装置１１０を含むモジュール型の要素から構成され
る。 【００１２】データはコントローラ１００に処理ファブ
リック１５０へのアクセスを得るためのトラヒックソー
ス１０１−１０４のための入り口点である入力インタフ
ェース１０５を介して入る。トラヒックソース１０１−
１０４は、データ端末装置のような処理装置であること
も、あるいはデータ通信装置のような通信装置であるこ
とも考えられる。これら装置はデジタル入力信号を入力
インタフェース１０５にあるあらかじめ定められた物理
およびリンクプロトコルに従って送信する。別の構成と
して、トラヒックソース１０１−１０４は、処理ファブ
リック１５０によって表される共有バックボーン網への
アクセスに対して競合するサブ網であるこも考えられ
る。後者の場合は、トラヒックソース１０１−１０４
は、異なるトラヒックフローからのデジタル信号を入力
インタフェース１０５に終端するアクセスキャリア設備
１６１−１６４上に多重化する集信装置であり得る。 【００１３】トラヒックソース１０１、１０２、１０
３、１０４が、デジタル信号を、例えば、セルあるいは
グループのセルの形式にて、コントローラ１００に送信
すると、コントローラ１００は、受信されたセルを一時
的にバッファ１０１−１０４内に格納する。これらバッ
ファは、各トラヒックソースからのトラヒックフロー中
のセルに対する待ち行列メモリデバイスとして動作し、
各トラヒックソースからのセルは、これらが処理ファブ
リック１５０へのアクセスを待つあいだ、別個のバッフ
ァ内で順番を待たされる。別の構成として、バッファ１
０６−１０９をトラヒックソース１０１−１０４内に用
意することもできる。バッファ１０６−１０９内に実現
されるキューイング方式は、本発明を構成するものでは
ない。重要なことは、各タイムスロット内において、各
トラヒックソースと対応する各バッファ待ち行列の先頭
のセルのみが処理ファブリック１５０へのアクセスに対
する競合権をもつという事実である。各トラヒックソー
スｉとカウンタｒｉとが対応し、カウンタの値は、例え
ば、そのトラヒックフローに対するＱｏＳパラメータに
基づいて定められる。 【００１４】入力インタフェース１０５は、さらに、プ
ロセッサ１３６を含むが、これは、クロック１３５のタ
イミング信号を使用して、各バッファ内のセルに対する
競合サイクルの同期をとる。つまり、あるバッファ内の
あるセルが競合する状態になると、プロセッサ１３６
は、この競合するセルにクロック１３５を使用してタイ
ムスタンプを付加する。ある競合サイクルの開始におい
て、処理ファブリック１５０に伝送されるべき新たなセ
ルをラインの先頭の所に持つ各バッファは、シグナリン
グリンク１４１−１４４の一つを介して信号処理装置１
１０に競合コードを送信する。この競合コードは、例え
ば、そのセルに対応するQuality-of-Service（ＱｏＳ）
パラメータ、そのセルに対するトラヒックフローと対応
するカウンタの値、およびそのセルが競合するようにな
った、あるいは入力インタフェース１０５から受信され
た時間を示す。 【００１５】図１にはさらに信号処理装置１１０が含ま
れるが、これは、帯域幅保証待ち行列（Guaranteed Ban
dwidth Queuing）モジュール１１１とファーストカム・
ファーストサーブ（First-Come-First-Serve、ＦＣＦ
Ｓ）待ち行列モジュール１１２を含む。帯域幅保証待ち
行列モジュール１１１の心臓部にはマイクロプロセッサ
１１４が存在するが、これは、処理ファブリック１５０
へのアクセスに対して競合するトラヒックに対する第一
のゲートポストとして機能する。より詳細には、マイク
ロプロセッサ１１４は、メモリ１１３内に格納されてい
るプログラムインストラクションを実行することによっ
て、競合するトラヒックフローに対するＱｏＳパラメー
タへのアクセス、各競合トラヒックフローによって要求
される保証帯域幅の決定、処理ファブリック１５０の所
に利用できる帯域幅の調査、および、必要とされる場合
は、帯域幅使用カウンタの減分を遂行する。発明のこの
点に関しては、後に、詳細に説明される。 【００１６】マイクロプロセッサ１４４が現在のタイム
スロットに対して全ての競合するトラヒックフローに対
して要求される全ての保証帯域幅を割り当ててもさらに
処理ファブリック１５０上に余分な帯域幅が利用できる
ことを決定すると、マイクロプロセッサ１１４は、この
事実をFCFS待ち行列モジュール１１２にシグナリングリ
ンク１５１を介して送信される信号を通じて伝える。Ｆ
ＣＦＳ待ち行列モジュール１１２のマイクロプロセッサ
１１６は、メモリ１１５内に格納されているプログラム
インストラクションを実行する。これらインストラクシ
ョンには、例えば、ある競合トラヒックフロー内のセル
の年令あるいは配達期日に関してアクセスするための手
段を含む。後に詳細に説明されるように、マイクロプロ
セッサ１１６は、各競合トラヒックフローの“競合年令
（contending age）”を分析することによって、処理フ
ァブリック１５０上に余分な容量が利用できる場合に、
競合トラヒックフローのどれが最初に処理ファブリック
１５０へのアクセスを得るべきかを決定する。待ち行列
モジュール１１２に対してファーストカム・ファースサ
ーブ（ＦＣＦＳ）スケジューリング構成が示されたが、
この代わりに、従来の技術による他の構成、例えば、Hi
erarchical Round Robin（ＨＲＲ）構成、Weighted Rou
nd Robin（ＷＲＲ）構成などを使用することもできる点
を注意しておくべきである。 【００１７】要約すると、処理ファブリック１５０上に
余剰の容量が存在する場合、信号処理装置１１０は、コ
ントローラ１００が、ＦＣＦＳ待ち行列モジュール１１
２の機能を使用して、例えば、先入れ先出し待ち行列管
理アルゴリズムを実現することを許す。全ての時間にお
いて、例えば、帯域幅が希少な場合であっても、信号処
理装置１１０は、コントローラ１１０が、帯域幅保証待
ち行列モジュール１１１の機能を使用して保証された要
求帯域幅を配達するために、トラヒックフローを分離す
ることを可能にする。 【００１８】あるトラヒックフロー内のあるセルが信号
処理装置１１０によってある競合サイクルあるいはタイ
ムスロットに対する“勝者”であるものと決定される
と、信号処理装置１１０は、入力インタフェース１０５
に監督信号を送信する。この信号は、入力インタフェー
スに、そのバッファ１０６−１０９の一つから勝者セル
を取り出して、これを信号バス１３１−１３４の一つお
よびシステムバス１３０を介して処理ファブリック１５
０に伝送するように指示する。より具体的には、信号処
理装置１１０は、プロセッサ１３６に、勝者セルを処理
ファブリック１５０に伝送するためにマイクロプロセッ
サ１１４と１１６によって選択されたバッファから処理
ファブリック１５０に伸びるデータ経路を確立すること
を指令する監督信号を送信する。処理ファブリック１５
０は、出力リンク、プロセッサ、バックボーン網、ある
いは、例えば、非同期転送モード（ＡＴＭ）プロトコル
標準に準拠する通信交換機であり得る。 【００１９】図２は帯域幅保証待ち行列モジュールのマ
イクロプロセッサ１１４によって本発明の帯域幅保証機
能を実現するために実行される一例としてのプログラム
インストラクションの流れ図を示す。各タイムスロット
の開始時において、信号処理装置１１０内のマイクロプ
ロセッサプ１１４は、あるトラヒックソースに対して選
択されたバッファ内のトラヒックソースカウンタを、ス
テップ２０１に示されるように、そのトラヒックソース
カウンタが０以下であるか調べるために分析する。この
ステップは各トラヒックソースに対して同時的に遂行す
ることができる。ステップ２０１において、そのカウン
タが０以下であると決定された場合は、マイクロプロセ
ッサ１１４は、ステップ２０３において、その選択され
たバッファ内にセルが待たされているか否か評価する。
待たされている場合は、マイクロプロセッサ１１４は、
ステップ２０４において、その選択されたバッファ内の
待ち行列内の次のセルをすぐにサービスされるべきであ
るとマークし、適当な監督信号をプロセッサ１３６に送
信する。 【００２０】別の方法として、ステップ２０４におい
て、マイクロプロセッサ１１４は、セルを、その後処理
ファブリック１５０に伝送するために、メモリ１１３内
に（選択されたバッファ内の待ち行列の先頭の所に）待
たせることも可能である。この代替実施例においては、
メモリ１１３は、競合セルがすぐにサービスされるべき
であるとマークされる場合に実現される論理的なサービ
ス保証待ち行列（Guaranteed Service Queue）とは対照
的に、物理的なサービス保証待ち行列（ＧＳＱ）とな
る。選択された実現（マーキングあるいはキューイン
グ）とは無関係に、セルがマークあるいはキューイング
されるたびに、ＧＳＱカウンタ（サービス保証待ち行列
カウンタ）が増分される。 【００２１】その後、マイクロプロセッサ１１４は、ス
テップ２０５において、トラヒックソースカウンタを
１．０にリセットし、そのトラヒックフローあるいはト
ラヒックソースに対する帯域幅使用カウンタを増分す
る。これは、コントローラ１００のオペレータがある時
間期間を通じてあるフローあるいはトラヒックソースか
らのセルが何個処理されたかを調べることを可能にし、
こうして、課金メカニズム、および各トラヒックソース
に対する帯域幅保証を検証するための手段を提供する。 【００２２】長所として、本発明の原理を具現する設計
は、トラヒックソースカウンタｉが１．０にリセットさ
れるたびに、ｌ／ｒｉスロット内においてトラヒックソ
ースカウンタｉの値が０．０あるいはそれ以下に達し、
フローｉに対するバッファ内にキューイングする次のセ
ルが、即時に、すぐにサービスされるようにマークされ
ることを保証する。結果として、フローｉは、それが要
求する帯域幅を保証される。本発明の一つの実際の実現
においては、安定なサービス政策を確保するために、全
てのフローに対するｒｉが、それらの総和が１．０以下
となるように選択される。このｒｉを考慮することによ
って、コントローラ１００は、また、新たなフローを受
け入れるべきか否かを迅速に決定することができる。 【００２３】あるトラヒックソースと対応するバッファ
内のトラヒックソースカウンタｉが０以下でない場合
は、トラヒックソースカウンタは、ステップ２０２に示
されるように、“トラヒックソースカウンタレートｒ
ｉ”と称される固定された値だけ減分される。この場合
は、選択されたバッファ内に待たされているセルは、ス
テップ２０６に示されるように、次のタイムスロットま
で待たなければならない。このｒｉの値は、フローｉに
よって要求される保証帯域幅に基づいて計算され、フロ
ーｉに割り当てられるべき処理ファブリック１５０の割
合に等しい。例えば、フローｉが処理ファブリック１５
０の容量の十分の一の保証帯域を要求する場合は、ｒｉ
に対して使用される値は０．１である。一例として、処
理ファブリック１５０が１５５Mb/sのバスを持つ非同期
転送モード（ＡＴＭ）交換機ファブリックである場合
は、典型的なサービスに対するトラヒックソースカウン
タレートｒｉは、６Mb/s MPEG-2娯楽ビデオに対しては
０．０４、３８４kb/s ＣＤ品質音響に対しては０．
００２、そして１００kb/sの最小スループットを要求す
るファイル転送セッションに対しては０．００６である
と推定される。 【００２４】図３は図１の信号処理装置１１０のプロセ
ッサによって本発明の原理を実現するために実行される
一例としてのプログラムインストラクションの流れ図で
ある。本発明によって考慮されるプロセスは、ステップ
３０１において、マイクロプロセッサ１１４が、新たな
バッファｊを、そのバッファが現在のタイムスロット内
に伝送されるべきセルを含むか否かを判断するために選
択するときに開始される。ステップ３０２において、バ
ッファｊが空である（つまり、その中にセルが待たされ
ていない）ことが決定された場合は、マイクロプロセッ
サ１１４は、ステップ３０３において、選択されるべき
残りのバッファが存在するか否か評価する。 【００２５】存在する場合は、ステップ３０１および３
０２に示されるように、新たなバッファｊが選択され、
その内容が待たされたセルが存在するか調べるために分
析される。ステップ３０２に示されるように、選択され
たバッファ内に一つあるいはそれ以上のセルが待たされ
ている場合は、ステップ３０４において、その選択され
たバッファ内のトラヒックフローに対応する選択された
バッファカウンタ内の待ち行列の先頭の所のセルが、そ
のセルがすぐにサービスされるべきであるとマークされ
ているか（図２参照）調べるために分析される。すぐに
サービスされるべきであるとマークされている場合は、
ステップ３０５において、マイクロプロセッサ１１４
は、プロセッサ１３６に、処理ファブリック１５０への
伝送のために選択されたバッファに対する待ち行列の先
頭の所のセルを取り出すことを指令する信号を送る。 【００２６】ステップ３０４において、その待ち行列の
先頭の所のセルがすぐにサービスされるべきであるとマ
ークされてないことが決定された場合は、マイクロプロ
セッサ１１４は、ステップ３０６において、ＧＳＱカウ
ンタが０以上であるか照会する。０以上である場合は、
選択されたバッファ内の待ち行列の先頭の所のセルは、
ステップ３０８に示されるように、処理ファブリック１
５０へのアクセスに対する競合のために次のタイムスロ
ットまで待たなければならない。この場合、上に説明さ
れたように（図２のステップ２０２）、そのバッファに
対するトラヒックフローに対するトラヒックソースカウ
ンタがトラヒックソースカウンタレートｒｉだけ減分さ
れる。ＧＳＱカウンタが、ステップ３０６において０で
ないことが決定された場合は、マイクロプロセッサ１１
６は、ステップ３０７において、選択されたバッファ内
のその待ち行列の先頭の所のセルが全てのバッファ内の
全てのセルの中で最も古いセルであるか否か評価する。
最も古い場合は、マイクロプロセッサ１１６は、プロセ
ッサ１３６に、選択されたバッファから処理ファブリッ
ク１５０への伝送のためにその待ち行列の先頭の所のセ
ルを取り出すことを指令する信号を送信する。最も古い
セルでない場合は、選択されたバッファ内の待ち行列の
先頭の所のセルは、ステップ３０８に示されるように、
処理ファブリック１５０へのアクセスに対する競合のた
めに次のタイムスロットまで待たなければならない。 【００２７】好ましくは、従来の技術によるパケット脱
落、および優先スキームが、本発明の帯域幅保証機能と
の関連で実現される。
せるためのシステム、より詳細には、データ網内での遅
延を最小にする一方で、サービス品質保証を満足させる
ために必要とされる帯域幅を（確保）配達するための方
法およびシステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】現存の回路交換網は、固定および保証さ
れた帯域幅を、要求ソースに、ある接続の継続期間を通
じて、その接続を通じて流れるトラヒックの量と無関係
に割り当てる。この理由から、回路交換網では本質的に
帯域幅が無駄に消費されることが知られている。狭帯域
パケット網は、これとは対象的に、帯域幅を要求ソース
に、必要に応じて効率的に割り当てるが、ただし、典型
的には、所定の時間期間内に、サービス品質（ＱｏＳ）
パラメータによって示されるある量の帯域幅を配達する
ことを完全に保証することはない。 【０００３】この制約のために、帯域幅保証配達に対す
る厳しい要件を持つことが知られているリアルタイムト
ラヒックに対して狭帯域幅パケット網を使用することが
阻止されている。帯域幅保証要求を満足し、かつ、網内
での遅延を最小にすることに対する努力は、今日に至ま
で、網設計者の注意をあまり引き付けなかった。これ
は、異なるアプリケーション（音声あるいはデータ）に
対しては、各タイプに対して異なる最適化基準を持つ別
個の網を設計する方が得策であると考えられてきたため
である。しかしながら、一つの共通なファブリック上に
音声、データおよびビデオアプリケーションをサポート
する高速パケットデータ網の急速な展開のために、要求
ソースに保証帯域幅を配達し、同時に、網遅延を最小に
する問題が、今後、非常に重要になると期待される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】この問題の一面を解決
する努力の中で、幾らかの網設計者は、ＱｏＳを満足さ
せ、トラヒックをトラヒックが受信された順番ではな
く、対応するアプリケーション要件に基づいてトラヒッ
クをルートする優先付きパケット脱落（priority and p
acket-dropping）スキームを設計している。残念なが
ら、これらスキームは、低優先度のソースあるいはアプ
リケーションを犠牲に動作し、しばしば、資源の割り当
てが、低優先度のソースに効率的に割り当てることが可
能な未使用の帯域幅を十分に考慮することなしに、でた
らめに行なわれる結果となる。 【０００５】リアルタイムトラヒックフローを定義する
特性がその遅延に対する敏感さであるという認識から、
高速パケット網の別の幾らかの設計者は、パケットの喪
失を低減し、サービス品質の劣化を最小にするために、
過剰な輸送遅延を最小にする目的でキューイングおよび
スケジューリングスキームを考案している。例えば、高
速パケット網に対する公平キューイングスキームが考案
されているが、これは、あるセッションの継続期間を通
じてエンド・ツウ・エンド遅延限界を指定および保証す
ることによってリアルタイムトラヒックをサポートす
る。 【０００６】これは、新たなトラヒックを受け入れるこ
とが、現存のフローに対する遅延限界に影響を与えるべ
きでないことを含蓄する。この概念は、当分野におい
て、トラヒックフローに対する“分離（isolation ）”
要件として知られている。公平キューイングスキームの
一つの欠点は、システム帯域幅のフロー間の共有が低減
され、このためにコスト高となることである。より具体
的には、未使用のシステム帯域幅が共有されないため
に、システム遅延性能が最適以下となる。従って、従来
の技術には、要求ソースがそれらの要求するサービス品
質を確保でき、同時に、最適なシステム遅延性能を達成
する問題が残される。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、帯域幅割り当
てシステムに関する。このシステムにおいては、共有処
理ファブリックへの、このファブリックへのアクセスに
対して競合する複数の異なるソースからのトラヒックフ
ローのアクセスが、第一に、各競合するフローに対応す
る個別の保証帯域幅要件、そして、第二に、全体として
のシステム基準、例えば、複数のトラヒックフロー内の
パケットあるいはセルの到着時間、あるいは配達期日、
に基づいて決定される。 【０００８】本発明の原理の一つの実現においては、
（あるソース、例えば、ある帯域幅を要求する装置ある
いはサブネットワークと対応する）あるフローからのパ
ケットあるいはセルは、別個のバッファ内にキューイン
グされ、ここで、処理ファブリックへのアクセスを待
つ。各タイムスロットにおいて、任意のフローに対する
バッファの先頭の所のセルあるいはパケットが、処理フ
ァブリックにアクセスする権利を持つ。このアクセス方
針は、セルあるいはパケットに対するサービスの順番を
決定するために、例えば、別個のモジュールとして実現
される二つのフェーズにて動作する。 【０００９】第一のフェーズにおいては、要求された帯
域幅を各フローに配達する（割り当てる）することを保
証するために、処理されなければならないセルあるいは
パケットが識別される。これらセルあるいはパケット
は、“サービス保証待ち行列（ＧＳＱ）”と称される待
ち行列内におかれ、その後、一時に一つづつ、処理ファ
ブリックにアクセスすることを許される。 【００１０】あるタイムスロットにおいてＧＳＱ（サー
ビス保証待ち行列）が空である場合は、第二のフェーズ
が起動される。この第二のフェーズにおいては、セルあ
るいはパケットは、処理ファブリックへのアクセスを、
あるあらかじめ定められた基準、例えば、ファーストカ
ムファーストサーブ（ＦＣＦＳ）ベース、に従って得
る。例えば、全てのフローの中で最も古いセルあるいは
パケットが処理される。これは、各フロー内の回線の先
頭の所のセルのシステムへの到着時刻を比較することに
よって達成される。長所として、このフェーズにおいて
セルをＦＣＦＳベースにて処理することによって、その
特定のタイムスロットに対して最適なシステム遅延性能
が達成される。別の方法として、あるタイムスロットに
おいてサービス保証待ち行列が空の場合、最も接近した
期日を持つセルあるいはパケットが（セルあるいはパケ
ットの配達期日に基づいて）、共有処理ファブリックに
アクセスすることを許されるようにすることも可能であ
る。 【００１１】 【実施例】図１は本発明の原理を実現するように構成さ
れたコントローラのブロック図を示す。図１に示される
コントローラ１００は入力インタフェース１０５と信号
処理装置１１０を含むモジュール型の要素から構成され
る。 【００１２】データはコントローラ１００に処理ファブ
リック１５０へのアクセスを得るためのトラヒックソー
ス１０１−１０４のための入り口点である入力インタフ
ェース１０５を介して入る。トラヒックソース１０１−
１０４は、データ端末装置のような処理装置であること
も、あるいはデータ通信装置のような通信装置であるこ
とも考えられる。これら装置はデジタル入力信号を入力
インタフェース１０５にあるあらかじめ定められた物理
およびリンクプロトコルに従って送信する。別の構成と
して、トラヒックソース１０１−１０４は、処理ファブ
リック１５０によって表される共有バックボーン網への
アクセスに対して競合するサブ網であるこも考えられ
る。後者の場合は、トラヒックソース１０１−１０４
は、異なるトラヒックフローからのデジタル信号を入力
インタフェース１０５に終端するアクセスキャリア設備
１６１−１６４上に多重化する集信装置であり得る。 【００１３】トラヒックソース１０１、１０２、１０
３、１０４が、デジタル信号を、例えば、セルあるいは
グループのセルの形式にて、コントローラ１００に送信
すると、コントローラ１００は、受信されたセルを一時
的にバッファ１０１−１０４内に格納する。これらバッ
ファは、各トラヒックソースからのトラヒックフロー中
のセルに対する待ち行列メモリデバイスとして動作し、
各トラヒックソースからのセルは、これらが処理ファブ
リック１５０へのアクセスを待つあいだ、別個のバッフ
ァ内で順番を待たされる。別の構成として、バッファ１
０６−１０９をトラヒックソース１０１−１０４内に用
意することもできる。バッファ１０６−１０９内に実現
されるキューイング方式は、本発明を構成するものでは
ない。重要なことは、各タイムスロット内において、各
トラヒックソースと対応する各バッファ待ち行列の先頭
のセルのみが処理ファブリック１５０へのアクセスに対
する競合権をもつという事実である。各トラヒックソー
スｉとカウンタｒｉとが対応し、カウンタの値は、例え
ば、そのトラヒックフローに対するＱｏＳパラメータに
基づいて定められる。 【００１４】入力インタフェース１０５は、さらに、プ
ロセッサ１３６を含むが、これは、クロック１３５のタ
イミング信号を使用して、各バッファ内のセルに対する
競合サイクルの同期をとる。つまり、あるバッファ内の
あるセルが競合する状態になると、プロセッサ１３６
は、この競合するセルにクロック１３５を使用してタイ
ムスタンプを付加する。ある競合サイクルの開始におい
て、処理ファブリック１５０に伝送されるべき新たなセ
ルをラインの先頭の所に持つ各バッファは、シグナリン
グリンク１４１−１４４の一つを介して信号処理装置１
１０に競合コードを送信する。この競合コードは、例え
ば、そのセルに対応するQuality-of-Service（ＱｏＳ）
パラメータ、そのセルに対するトラヒックフローと対応
するカウンタの値、およびそのセルが競合するようにな
った、あるいは入力インタフェース１０５から受信され
た時間を示す。 【００１５】図１にはさらに信号処理装置１１０が含ま
れるが、これは、帯域幅保証待ち行列（Guaranteed Ban
dwidth Queuing）モジュール１１１とファーストカム・
ファーストサーブ（First-Come-First-Serve、ＦＣＦ
Ｓ）待ち行列モジュール１１２を含む。帯域幅保証待ち
行列モジュール１１１の心臓部にはマイクロプロセッサ
１１４が存在するが、これは、処理ファブリック１５０
へのアクセスに対して競合するトラヒックに対する第一
のゲートポストとして機能する。より詳細には、マイク
ロプロセッサ１１４は、メモリ１１３内に格納されてい
るプログラムインストラクションを実行することによっ
て、競合するトラヒックフローに対するＱｏＳパラメー
タへのアクセス、各競合トラヒックフローによって要求
される保証帯域幅の決定、処理ファブリック１５０の所
に利用できる帯域幅の調査、および、必要とされる場合
は、帯域幅使用カウンタの減分を遂行する。発明のこの
点に関しては、後に、詳細に説明される。 【００１６】マイクロプロセッサ１４４が現在のタイム
スロットに対して全ての競合するトラヒックフローに対
して要求される全ての保証帯域幅を割り当ててもさらに
処理ファブリック１５０上に余分な帯域幅が利用できる
ことを決定すると、マイクロプロセッサ１１４は、この
事実をFCFS待ち行列モジュール１１２にシグナリングリ
ンク１５１を介して送信される信号を通じて伝える。Ｆ
ＣＦＳ待ち行列モジュール１１２のマイクロプロセッサ
１１６は、メモリ１１５内に格納されているプログラム
インストラクションを実行する。これらインストラクシ
ョンには、例えば、ある競合トラヒックフロー内のセル
の年令あるいは配達期日に関してアクセスするための手
段を含む。後に詳細に説明されるように、マイクロプロ
セッサ１１６は、各競合トラヒックフローの“競合年令
（contending age）”を分析することによって、処理フ
ァブリック１５０上に余分な容量が利用できる場合に、
競合トラヒックフローのどれが最初に処理ファブリック
１５０へのアクセスを得るべきかを決定する。待ち行列
モジュール１１２に対してファーストカム・ファースサ
ーブ（ＦＣＦＳ）スケジューリング構成が示されたが、
この代わりに、従来の技術による他の構成、例えば、Hi
erarchical Round Robin（ＨＲＲ）構成、Weighted Rou
nd Robin（ＷＲＲ）構成などを使用することもできる点
を注意しておくべきである。 【００１７】要約すると、処理ファブリック１５０上に
余剰の容量が存在する場合、信号処理装置１１０は、コ
ントローラ１００が、ＦＣＦＳ待ち行列モジュール１１
２の機能を使用して、例えば、先入れ先出し待ち行列管
理アルゴリズムを実現することを許す。全ての時間にお
いて、例えば、帯域幅が希少な場合であっても、信号処
理装置１１０は、コントローラ１１０が、帯域幅保証待
ち行列モジュール１１１の機能を使用して保証された要
求帯域幅を配達するために、トラヒックフローを分離す
ることを可能にする。 【００１８】あるトラヒックフロー内のあるセルが信号
処理装置１１０によってある競合サイクルあるいはタイ
ムスロットに対する“勝者”であるものと決定される
と、信号処理装置１１０は、入力インタフェース１０５
に監督信号を送信する。この信号は、入力インタフェー
スに、そのバッファ１０６−１０９の一つから勝者セル
を取り出して、これを信号バス１３１−１３４の一つお
よびシステムバス１３０を介して処理ファブリック１５
０に伝送するように指示する。より具体的には、信号処
理装置１１０は、プロセッサ１３６に、勝者セルを処理
ファブリック１５０に伝送するためにマイクロプロセッ
サ１１４と１１６によって選択されたバッファから処理
ファブリック１５０に伸びるデータ経路を確立すること
を指令する監督信号を送信する。処理ファブリック１５
０は、出力リンク、プロセッサ、バックボーン網、ある
いは、例えば、非同期転送モード（ＡＴＭ）プロトコル
標準に準拠する通信交換機であり得る。 【００１９】図２は帯域幅保証待ち行列モジュールのマ
イクロプロセッサ１１４によって本発明の帯域幅保証機
能を実現するために実行される一例としてのプログラム
インストラクションの流れ図を示す。各タイムスロット
の開始時において、信号処理装置１１０内のマイクロプ
ロセッサプ１１４は、あるトラヒックソースに対して選
択されたバッファ内のトラヒックソースカウンタを、ス
テップ２０１に示されるように、そのトラヒックソース
カウンタが０以下であるか調べるために分析する。この
ステップは各トラヒックソースに対して同時的に遂行す
ることができる。ステップ２０１において、そのカウン
タが０以下であると決定された場合は、マイクロプロセ
ッサ１１４は、ステップ２０３において、その選択され
たバッファ内にセルが待たされているか否か評価する。
待たされている場合は、マイクロプロセッサ１１４は、
ステップ２０４において、その選択されたバッファ内の
待ち行列内の次のセルをすぐにサービスされるべきであ
るとマークし、適当な監督信号をプロセッサ１３６に送
信する。 【００２０】別の方法として、ステップ２０４におい
て、マイクロプロセッサ１１４は、セルを、その後処理
ファブリック１５０に伝送するために、メモリ１１３内
に（選択されたバッファ内の待ち行列の先頭の所に）待
たせることも可能である。この代替実施例においては、
メモリ１１３は、競合セルがすぐにサービスされるべき
であるとマークされる場合に実現される論理的なサービ
ス保証待ち行列（Guaranteed Service Queue）とは対照
的に、物理的なサービス保証待ち行列（ＧＳＱ）とな
る。選択された実現（マーキングあるいはキューイン
グ）とは無関係に、セルがマークあるいはキューイング
されるたびに、ＧＳＱカウンタ（サービス保証待ち行列
カウンタ）が増分される。 【００２１】その後、マイクロプロセッサ１１４は、ス
テップ２０５において、トラヒックソースカウンタを
１．０にリセットし、そのトラヒックフローあるいはト
ラヒックソースに対する帯域幅使用カウンタを増分す
る。これは、コントローラ１００のオペレータがある時
間期間を通じてあるフローあるいはトラヒックソースか
らのセルが何個処理されたかを調べることを可能にし、
こうして、課金メカニズム、および各トラヒックソース
に対する帯域幅保証を検証するための手段を提供する。 【００２２】長所として、本発明の原理を具現する設計
は、トラヒックソースカウンタｉが１．０にリセットさ
れるたびに、ｌ／ｒｉスロット内においてトラヒックソ
ースカウンタｉの値が０．０あるいはそれ以下に達し、
フローｉに対するバッファ内にキューイングする次のセ
ルが、即時に、すぐにサービスされるようにマークされ
ることを保証する。結果として、フローｉは、それが要
求する帯域幅を保証される。本発明の一つの実際の実現
においては、安定なサービス政策を確保するために、全
てのフローに対するｒｉが、それらの総和が１．０以下
となるように選択される。このｒｉを考慮することによ
って、コントローラ１００は、また、新たなフローを受
け入れるべきか否かを迅速に決定することができる。 【００２３】あるトラヒックソースと対応するバッファ
内のトラヒックソースカウンタｉが０以下でない場合
は、トラヒックソースカウンタは、ステップ２０２に示
されるように、“トラヒックソースカウンタレートｒ
ｉ”と称される固定された値だけ減分される。この場合
は、選択されたバッファ内に待たされているセルは、ス
テップ２０６に示されるように、次のタイムスロットま
で待たなければならない。このｒｉの値は、フローｉに
よって要求される保証帯域幅に基づいて計算され、フロ
ーｉに割り当てられるべき処理ファブリック１５０の割
合に等しい。例えば、フローｉが処理ファブリック１５
０の容量の十分の一の保証帯域を要求する場合は、ｒｉ
に対して使用される値は０．１である。一例として、処
理ファブリック１５０が１５５Mb/sのバスを持つ非同期
転送モード（ＡＴＭ）交換機ファブリックである場合
は、典型的なサービスに対するトラヒックソースカウン
タレートｒｉは、６Mb/s MPEG-2娯楽ビデオに対しては
０．０４、３８４kb/s ＣＤ品質音響に対しては０．
００２、そして１００kb/sの最小スループットを要求す
るファイル転送セッションに対しては０．００６である
と推定される。 【００２４】図３は図１の信号処理装置１１０のプロセ
ッサによって本発明の原理を実現するために実行される
一例としてのプログラムインストラクションの流れ図で
ある。本発明によって考慮されるプロセスは、ステップ
３０１において、マイクロプロセッサ１１４が、新たな
バッファｊを、そのバッファが現在のタイムスロット内
に伝送されるべきセルを含むか否かを判断するために選
択するときに開始される。ステップ３０２において、バ
ッファｊが空である（つまり、その中にセルが待たされ
ていない）ことが決定された場合は、マイクロプロセッ
サ１１４は、ステップ３０３において、選択されるべき
残りのバッファが存在するか否か評価する。 【００２５】存在する場合は、ステップ３０１および３
０２に示されるように、新たなバッファｊが選択され、
その内容が待たされたセルが存在するか調べるために分
析される。ステップ３０２に示されるように、選択され
たバッファ内に一つあるいはそれ以上のセルが待たされ
ている場合は、ステップ３０４において、その選択され
たバッファ内のトラヒックフローに対応する選択された
バッファカウンタ内の待ち行列の先頭の所のセルが、そ
のセルがすぐにサービスされるべきであるとマークされ
ているか（図２参照）調べるために分析される。すぐに
サービスされるべきであるとマークされている場合は、
ステップ３０５において、マイクロプロセッサ１１４
は、プロセッサ１３６に、処理ファブリック１５０への
伝送のために選択されたバッファに対する待ち行列の先
頭の所のセルを取り出すことを指令する信号を送る。 【００２６】ステップ３０４において、その待ち行列の
先頭の所のセルがすぐにサービスされるべきであるとマ
ークされてないことが決定された場合は、マイクロプロ
セッサ１１４は、ステップ３０６において、ＧＳＱカウ
ンタが０以上であるか照会する。０以上である場合は、
選択されたバッファ内の待ち行列の先頭の所のセルは、
ステップ３０８に示されるように、処理ファブリック１
５０へのアクセスに対する競合のために次のタイムスロ
ットまで待たなければならない。この場合、上に説明さ
れたように（図２のステップ２０２）、そのバッファに
対するトラヒックフローに対するトラヒックソースカウ
ンタがトラヒックソースカウンタレートｒｉだけ減分さ
れる。ＧＳＱカウンタが、ステップ３０６において０で
ないことが決定された場合は、マイクロプロセッサ１１
６は、ステップ３０７において、選択されたバッファ内
のその待ち行列の先頭の所のセルが全てのバッファ内の
全てのセルの中で最も古いセルであるか否か評価する。
最も古い場合は、マイクロプロセッサ１１６は、プロセ
ッサ１３６に、選択されたバッファから処理ファブリッ
ク１５０への伝送のためにその待ち行列の先頭の所のセ
ルを取り出すことを指令する信号を送信する。最も古い
セルでない場合は、選択されたバッファ内の待ち行列の
先頭の所のセルは、ステップ３０８に示されるように、
処理ファブリック１５０へのアクセスに対する競合のた
めに次のタイムスロットまで待たなければならない。 【００２７】好ましくは、従来の技術によるパケット脱
落、および優先スキームが、本発明の帯域幅保証機能と
の関連で実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の原理を実現するように構成され
た装置のブロック図を示す。 【図２】本発明の原理を実現するために図１の装置のプ
ロセッサ内で実行されるプログラムインストラクション
の流れ図を示す。 【図３】本発明の原理を実現するために図１の装置のプ
ロセッサ内で実行されるプログラムインストラクション
の流れ図を示す。
た装置のブロック図を示す。 【図２】本発明の原理を実現するために図１の装置のプ
ロセッサ内で実行されるプログラムインストラクション
の流れ図を示す。 【図３】本発明の原理を実現するために図１の装置のプ
ロセッサ内で実行されるプログラムインストラクション
の流れ図を示す。
フロントページの続き
(72)発明者 マーク ジョン カロル
アメリカ合衆国．07704 ニュージャーシ
ィ，フェア，ヘイヴン，ポプラー アヴェ
ニュー 26
(72)発明者 プラモド パンチャ
アメリカ合衆国 08873 ニュージャーシ
ィ，サマーセット，オスウエストリー ウ
エイ 33
Ｆターム(参考） 5K030 GA02 GA11 HA08 JA07 KA01
KA02 KX11 MA12 MA13 MB03
MB06
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 データ網内で、データ網へのアクセスを
競合するトラヒックソースから発出する情報パケット
に、競合サイクル内で帯域幅を割り当てる方法であっ
て、 前記トラヒックソースから情報パケットを受信し、前記
情報パケットを１以上のソース待ち行列に格納するステ
ップからなり、前記格納された情報パケットの各々は、
それぞれ予め定義されたサービス品質パラメータを有
し、さらに、 前記ソース待ち行列のうちの１つに格納されそして予め
定義された値以上のサービス品質パラメータを有する情
報パケットの全てを、サービス保証待ち行列へ割り当て
るステップと、 前記サービス保証待ち行列に割り当てられた少なくとも
１つの情報パケットに前記データ網の帯域幅を割り当て
るステップと、 前記サービス保証待ち行列が空であるときには、所定の
基準に従って、前記ソース待ち行列に格納された情報パ
ケットに前記帯域幅を割り当てるステップとからなるこ
とを特徴とする方法。
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