JP2005117392A

JP2005117392A - 輻輳監視システム

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Publication number: JP2005117392A
Application number: JP2003349342A
Authority: JP
Inventors: Shiyousei Mizutani; 承靖水谷
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】バックプレッシャの発生を示す情報に基づいて、輻輳状態に対する切迫度を示す指標をリアルタイムで求めることが可能な輻輳監視システムを提供する。
【解決手段】複数のデバイス間におけるデータ伝送に関する輻輳状態を監視する輻輳監視システムにおいて、少なくとも一つのデバイスに備えられ、未処理のデータの滞留量と所定の閾値との比較結果に応じて前段のデバイスにデータ送信の停止あるいは継続を指示するバックプレッシャ情報を生成するバックプレッシャ情報生成手段と、バックプレッシャ情報生成手段を備えたデバイスの前段のデバイスに備えられ、バックプレッシャ情報の内容に応じてデータの送信を停止させるデータ送信停止手段と、対応するバックプレッシャ情報生成手段からデータ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報の変動を時間の経過に対応して監視する監視手段と、対応する監視手段による監視によって得られた情報に基づいて、バックプレッシャの発生頻度を示す指標を算出する指標算出手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ルータや交換機など伝送装置内に備えられるＬＳＩなどの多種多様なデバイス間のデータ転送において、輻輳の発生にかかわる情報を収集して通知する輻輳監視システムに関する。

デバイス間のデータ転送における輻輳を回避するためのフロー制御技術の一つとして、受信側に蓄積された未処理データが所定の閾値を超えたときに送信側のデバイスによるデータ送出を抑制する技法がある。この技法は、バックプレッシャ制御と呼ばれており、伝送装置内のデバイス間のフロー制御技術として一般的に適用されている。
バックプレッシャ制御を利用したフロー制御技法としては、例えば、図５に示すようなバックプレッシャ制御機構を備えるものがある。

図５に示したバックプレッシャ制御機構４０３において、バックプレッシャ情報生成部４０４は、後段のデバイスに備えられた受信バッファ４０２におけるセルの蓄積量およびセル蓄積量微分値に基づいて、セルの送出の継続あるいは停止を指示するバックプレッシャ情報を生成、前段のデバイスに備えられた送信停止制御部４０５に返す。このバックプレッシャ情報に応じて、送信停止制御部４０５は、前段のデバイスの送信バッファ４０１からのセル送出を制御することにより、受信バッファ４０２に所定の閾値以上のセルが蓄積した場合に、前段のデバイスによるデータ送信の停止を実現している。

また、この他にも、バックプレッシャ制御を適用したフロー制御技法としては、様々な技法が提案されている（特許文献１参照）。
一方、輻輳状態を監視する方法としては、送信側のデバイスから転送されるセルの数および受信側のデバイスにおいて廃棄されたセルの数を計数し、これらの計数値に基づいて輻輳状態を監視する方法が一般的である。

また、クレジットベースのフロー制御方式では、受信側のデバイスのキューに滞留するセルの数を計数することで輻輳状態を把握する方法が適用されている。
特開２００１−１１９４１９号公報(第３頁、段落「０００５」から段落「０００７」)

ところで、輻輳状態の監視方法として一般的なセル廃棄を計数する方法では、廃棄が発生したことによって輻輳が発生したことを検出することができるものの、セルの廃棄が発生するに至るまでの状況に関する情報は全く収集されていない。
また、上述したように、いわゆるバックプレッシャ制御は、あくまでもフロー制御の一つであるので、バックプレッシャ制御によるデータ送信停止が発生したという履歴に関する情報が残されるものの、それがどのようなタイミングでどの程度の頻度で発生しているかといった輻輳の発生状況が窺える情報を得ることはできなかった。

一方、クレジットベースのフロー制御において行われているように、キューに滞留するデータ数を監視することによって輻輳状態を把握する方法では、輻輳状態を把握するために計数すべき情報量が非常に多くなる傾向があるため、輻輳を監視するための構成が複雑になってしまう。更に、キューにデータが滞留しているか否かにかかわらず、輻輳監視のためにキュー内のデータ数を定期的に計数する必要があるので、システムの処理能力を無駄に費やしてしまうことになる。

このように、従来の輻輳監視のための一般的な技法も、フロー制御の一般的な技法も、輻輳の発生がどの程度差し迫っているかを示す定量的な指標を時間経過と併せて求めるというような思想を持っていないため、輻輳が発生する状況を分析するために活用できるような情報を得ることができなかった。
しかしながら、上述したような輻輳が発生する状況にかかわる情報こそが、伝送装置の設計者やネットワークシステムの構築担当者によって、伝送装置の内部における輻輳の発生を防ぐための対策を立てる上で必要とされている情報なのである。

ここで、上述したバックプレッシャ制御を適用したフロー制御が実装された装置において、バックプレッシャが発生する契機は、伝送装置のシステムにおいて予め設定した閾値を超えて受信側のデバイスにデータが蓄積されることであって、バックプレッシャ制御によって受信側のデバイスに滞留したデータが減少すれば、当然ながら、バックプレッシャ制御によるデータ送信の抑制は終息する。このように、バックプレッシャの発生自体は、直接的に輻輳状態の発生を示すものではないが、バックプレッシャ制御を必要とする状況が頻繁に発生することと、輻輳状態の発生とは明らかな相関があると考えられる。つまり、このバックプレッシャの発生を示す情報に基づいて、輻輳状態がどの程度差し迫っているかを知ることが可能であると考えられる。

本発明は、バックプレッシャの発生を示す情報に基づいて、輻輳状態に対する切迫度を示す指標をリアルタイムで求めることが可能な輻輳監視システムを提供することを目的とする。

本発明にかかわる第１の輻輳監視システムは、請求項１に記載したように、バックプレッシャ情報生成手段と、データ送信停止手段と、監視手段と、指標算出手段とを備えて構成される。
本発明にかかわる第１の輻輳監視システムの原理は、以下の通りである。
複数のデバイス間におけるデータ伝送に関する輻輳状態を監視する輻輳監視システムにおいて、バックプレッシャ情報生成手段は、少なくとも一つのデバイスに備えられ、未処理のデータの滞留量と所定の閾値との比較結果に応じて前段のデバイスにデータ送信の停止あるいは継続を指示するバックプレッシャ情報を生成する。データ送信停止手段は、バックプレッシャ情報生成手段を備えたデバイスの前段のデバイスに備えられ、バックプレッシャ情報の内容に応じてデータの送信を停止させる。監視手段は、対応するバックプレッシャ情報生成手段からデータ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報の変動を時間の経過に対応して監視する。指標算出手段は、対応する監視手段による監視によって得られた情報に基づいて、バックプレッシャの発生頻度を示す指標を算出する。

このように構成された第１の輻輳監視システムの動作は、下記の通りである。
伝送装置を構成する複数のデバイスの一つに備えられたバックプレッシャ情報生成手段からその前段のデバイスに備えられたデータ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報は、当然ながら、後段のデバイスにおけるデータの処理状況に応じて時間的に変化する。監視手段は、このバックプレッシャ情報の時間的な変化を監視することにより、データ送信の停止を指示する旨のバックプレッシャ情報が現れる頻度やその継続時間に関する情報を収集し、指標算出手段に渡す。この情報に基づいて、指標算出手段は、例えば、データ送信の停止を指示する旨のバックプレッシャ情報が現れている時間が経過時間全体に占める割合を示す指標を算出する。このようにして求められた指標は、後段のデバイスによるデータ処理が前段のデバイスからのデータ送信に追いつかなくなる状況が発生している度合い、すなわち、そのデバイスにかかわるデータ伝送において輻輳が発生する危険性の高さを示している。つまり、上述した指標算出手段により、輻輳状態に対する切迫度を示す指標をリアルタイムで得ることが可能である。

また、上述した第１の輻輳監視システムにおいて、監視手段に情報読出手段を備え、指標算出手段にカウンタと計数読出手段とリセット手段とを備えて、第２の輻輳監視システムを構成することもできる。
この第２の輻輳監視システムの原理では、監視手段において、情報読出手段は、所定の第１周期ごとにバックプレッシャ情報を読み出して、指標算出手段に渡す。指標算出手段において、カウンタは、情報読出手段からデータ送信の停止を指示するバックプレッシャ情報が渡される回数を計数する。指標算出手段において、計数読出手段は、第１周期よりも長い所定の第２周期ごとに、カウンタによる計数を読み出し、この計数値をバックプレッシャ発生頻度を示す指標として出力する。指標算出手段において、リセット手段は、第２周期ごとに、カウンタによる計数値を初期値にリセットする。

このように構成された第２の輻輳監視システムでは、監視手段に備えられた情報読出手段は、第１周期に相当する時間ごとにバックプレッシャ情報を読み出すことにより、バックプレッシャ情報をサンプリングして、その結果をカウンタに渡す。このカウンタの計数値は、第２周期ごとにリセット手段によってリセットされ、また、データ転送の停止を指示するサンプルの到来ごとに加算される。したがって、この計数値を計数読出手段が第２周期ごとに読み出すことにより、第２周期に相当する時間のうちバックプレッシャ情報がデータ転送の停止を指示している期間の長さに相当する計数値を得ることができる。この計数値は、バックプレッシャが発生する頻度およびその継続期間をともに反映しているので、バックプレッシャの発生頻度を示す指標として十分に有用である。

本発明にかかわる第３の輻輳監視システムは、請求項２に記載したように、バックプレッシャ情報生成手段と、データ送信停止手段と、監視手段と、指標算出手段と、指標収集手段と、通知手段とを備えて構成される。
本発明にかかわる第３の輻輳監視システムの原理は、以下の通りである。
複数系統の伝送装置から構成されるネットワーク機器における輻輳監視システムにおいて、バックプレッシャ情報生成手段は、複数系統の伝送装置それぞれに備えられる少なくとも一つのデバイスに備えられ、未処理のデータの滞留量と所定の閾値との比較結果に応じて前段のデバイスにデータ送信の停止あるいは継続を指示するバックプレッシャ情報を生成する。データ送信停止手段は、複数系統の伝送装置それぞれにおいてバックプレッシャ情報生成手段を備えたデバイスの前段のデバイスに備えられ、バックプレッシャ情報の内容に応じてデータの送信を停止させる。監視手段は、対応するバックプレッシャ情報生成手段からデータ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報の変動を時間の経過に対応して監視する。指標算出手段は、対応する監視手段による監視によって得られる情報に基づいて、所定の時間ごとにバックプレッシャの発生頻度を示す指標を算出する。指標収集手段は、複数系統の伝送装置ごとに、伝送装置に属する少なくとも一つのバックプレッシャ情報発生手段に対応する指標算出手段によってそれぞれ得られたバックプレッシャの発生頻度を示す指標を収集する。通知手段は、複数系統の伝送装置ごとに収集された指標をそれぞれの系統の伝送装置に属するデバイス間のデータ伝送における輻輳発生の危険性を示す指標として通知する。

このように構成された第３の輻輳監視システムの動作は、下記の通りである。
各系統の伝送装置を構成するデバイスに備えられたバックプレッシャ情報生成手段からその前段のデバイスに備えられたデータ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報について、それぞれに対応する監視手段により、その時間的な変化の監視が行われ、対応するデバイスにかかわるデータ伝送においてデータ送信の停止を指示する旨のバックプレッシャ情報が現れる頻度やその継続時間に関する情報が収集される。この情報に基づいて、指標算出手段は、対応するデバイスにかかわるデータ伝送について、例えば、データ送信の停止を指示する旨のバックプレッシャ情報が現れている時間が経過時間全体に占める割合を示す指標を算出する。このようにして求められた指標を指標収集手段によって収集し、例えば、伝送装置ごとに集計することにより、個々のデバイスにかかわるデータ伝送における輻輳状態の切迫度に関する情報に加えて、複数の系統に属する伝送装置それぞれについて、その伝送装置において処理すべきデータ伝送処理負担がその伝送装置の処理能力を超えてしまう危険性、すなわち、その伝送装置にかかわるデータ伝送において輻輳が発生する危険性の高さを示す情報を得て、通知手段を介してネットワーク管理者などに提供することができる。

本発明にかかわる第４の輻輳監視システムは、請求項３に記載したように、バックプレッシャ情報生成手段と、データ送信停止手段と、監視手段と、指標算出手段と、指標収集手段と、判別手段と、処理負担振分手段とを備えて構成される。
本発明にかかわる第４の輻輳監視システムの原理は、以下の通りである。
複数系統の伝送装置から構成されるネットワーク機器における輻輳監視システムにおいて、バックプレッシャ情報生成手段は、複数系統の伝送装置それぞれに備えられる少なくとも一つのデバイスに備えられ、未処理のデータの滞留量と所定の閾値との比較結果に応じて前段のデバイスにデータ送信の停止あるいは継続を指示するバックプレッシャ情報を生成する。データ送信停止手段は、複数系統の伝送装置それぞれにおいてバックプレッシャ情報生成手段を備えたデバイスの前段のデバイスに備えられ、バックプレッシャ情報の内容に応じてデータの送信を停止させる。監視手段は、対応するバックプレッシャ情報生成手段からデータ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報の変動を時間の経過に対応して監視する。指標算出手段は、対応する監視手段による監視によって得られる情報に基づいて、所定の時間ごとにバックプレッシャの発生頻度を示す指標を算出する。指標収集手段は、複数系統の伝送装置ごとに、伝送装置に属する少なくとも一つのバックプレッシャ情報発生手段に対応する指標算出手段によってそれぞれ得られたバックプレッシャの発生頻度を示す指標を収集する。判別手段は、指標収集手段による収集結果に基づいて、輻輳が発生する可能性が高い伝送装置を判別する。処理負担振分手段は、判別手段によって判別された伝送装置に分担されている伝送処理負担の一部を、他の系統の伝送装置に振り分ける。

このように構成された第４の輻輳監視システムの動作は、下記の通りである。
各系統の伝送装置を構成するデバイスに備えられたバックプレッシャ情報生成手段からその前段のデバイスに備えられたデータ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報について、それぞれに対応する監視手段により、その時間的な変化の監視が行われ、対応するデバイスにかかわるデータ伝送においてデータ送信の停止を指示する旨のバックプレッシャ情報が現れる頻度やその継続時間に関する情報が収集される。この情報に基づいて、指標算出手段は、対応するデバイスにかかわるデータ伝送について、例えば、データ送信の停止を指示する旨のバックプレッシャ情報が現れている時間が経過時間全体に占める割合を示す指標を算出する。このようにして求められた指標を指標収集手段によって収集し、例えば、伝送装置ごとに集計することにより、個々のデバイスにかかわるデータ伝送における輻輳状態の切迫度に関する情報に加えて、複数の系統に属する伝送装置それぞれについて、その伝送装置において処理すべきデータ伝送処理負担がその伝送装置の処理能力を超えてしまう危険性、すなわち、その伝送装置にかかわるデータ伝送において輻輳が発生する危険性の高さを示す情報を得ることができる。したがって、例えば、判別手段は、指標収集手段によって収集された情報に基づいて、輻輳が発生する危険性が所定の閾値よりも高い系統の伝送装置を判別し、処理振分手段に、この伝送装置に割り当てられていた処理負担の一部を、例えば、最も危険性の低い系統の伝送装置に振り分けさせることにより、輻輳状態の発生を防ぐことができる。

請求項１に記載の発明にかかわる第１および第２の輻輳監視システムによれば、バックプレッシャ制御が実装されたデバイス間のデータ伝送にかかわる輻輳状態の切迫度をリアルタイムで評価することができるので、この評価結果に基づいて、輻輳状態に至る過程を克明に分析するために必要な情報を提供することが可能である。
このような輻輳状態に至る過程に関する情報を提供することにより、輻輳状態の発生原因を究明し、更に輻輳を解消するための作業を強力に支援することができる。また、このような情報は、伝送装置の設計において、各デバイスの処理能力の配分を決定する際にも、有効に活用することができる。

また、請求項２に記載の発明にかかわる第３の輻輳監視システムによれば、複数系統の伝送装置に備えられるそれぞれのデバイス間のデータ伝送にかかわる輻輳状態に対する切迫度を示す指標とともに、例えば、対応する指標を伝送装置ごとに集計した結果をネットワーク管理者に通知することができる。
これにより、複数系統の伝送装置を備えた大規模なネットワークシステムにおいて、ネットワーク管理者に、ネットワークな様々な構成要素にかかわる輻輳の兆候を示す情報を提供することができるので、例えば、輻輳状態に陥る危険性が高い伝送装置の負荷を他の伝送装置に振り分けるといった高度な輻輳管理を実現できる。

更に、上述したような指標を蓄積していくことにより、例えば、ネットワークシステム全体におけるデータの流れに即したネットワーク構成を立案する上で有用な情報を得ることができ、輻輳によるデータの損失を防止する対策を的確に実施できる。
また、請求項３に記載の発明にかかわる第４の輻輳監視システムによれば、複数系統の伝送装置に備えられるそれぞれのデバイス間のデータ伝送にかかわる輻輳状態に対する切迫度を示す指標に基づいて、トラフィックが逼迫している系統の伝送装置にかかわる負荷を他の系統の伝送装置に自動的に振り分けることができる。

これにより、複数系統の伝送装置を備えた大規模なネットワークシステムにおいて、例えば、特定の伝送装置への負荷の集中による輻輳状態の発生を未然に防ぎ、輻輳によるパケットの損失を確実に防止することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本発明にかかわる輻輳監視システムの第１の実施形態を示す。
なお、図１に示す構成要素のうち、図５に示した各部と同等のものについては、図５に示した符号を付して示し、その説明を省略する。

図１に示したデバイス１は、バックプレッシャ制御機構４０３に属する送信停止制御部４０５に加えてバックプレッシャ監視部２１０を備えている。
図１に示したバックプレッシャ監視部２１０において、バックプレッシャ情報読出部２１１は、割込みタイマ２１５からのクロック信号ＣＬＫ１に同期して送信停止制御部４０５に入力されるバックプレッシャ情報を読み出してカウンタ２１２に渡す。このカウンタ２１２は、データ送信の停止を指示する旨を示すバックプレッシャ情報が渡されるごとに、計数値をインクリメントする。また、図１に示したレジスタ２１３は、割込みタイマ２１５から入力される別のクロック信号ＣＬＫ２に同期してカウンタ２１２による計数値を保持する。監視制御部２１４は、上述したクロック信号ＣＬＫ２の入力に応じて、レジスタ２１３に保持された計数値を読み出し、その後、リセット信号を出力して、カウンタ２１２の計数値を初期値「０」にリセットする。また、この監視制御部２１４は、レジスタ２１３から読み出した計数値を、図１に示したデバイス１からデバイス２へのデータ伝送が停止された頻度を示す指標（以下、停止頻度と称する）として、オペレータ端末２０１に通知する。

次に、バックプレッシャ監視部２１０によって、バックプレッシャ情報の時間的な変化を監視する動作を詳細に説明する。
図２に、バックプレッシャ情報の時間変化を監視する動作を説明する図を示す。
例えば、ナックプレッシャ情報は、図２（ａ）に示すように、データ送信の停止を指示している期間にわたって論理「１」が継続し、データ送信の停止を解除している期間は論理「０」となるように変化する。

このように時間的に変化するバックプレッシャ情報を、図１に示したバックプレッシャ情報読出部２１１は、図２（ｂ）に示すようなクロック信号ＣＬＫ１でサンプリングし、得られたサンプリング結果（図２（ｃ）参照）をカウンタ２１２に渡して、このカウンタ２１２による計数動作に供する。
このカウンタ２１２が、図２（ｄ）に示すように、カウンタ２１２のリセット間隔であるクロック信号ＣＬＫ２の周期Ｔ（図２（ｅ）参照）に相当する期間にわたって、サンプリング結果として論理「１」が渡された回数を計数することにより、この期間のうちデータ送信の停止が指示されていた期間が占める割合を示す計数結果を得ることができる。

例えば、図２において符号Ａを付して示した期間内にサンプリング結果として論理「１」がカウンタ２１２に入力された回数を示す計数結果「６」は、図２（ｅ）に示したクロック信号ＣＬＫ２に同期してレジスタ２１３に保持され、図２（ｆ）に示すように、この計数結果が停止頻度として監視制御部２１４を介してオペレータ端末２０１に送出される。同様に、図２において符号Ｂを付して示した期間内に対応する計数結果「９」も、図２（ｆ）に示すように、停止頻度として監視制御部２１４を介してオペレータ端末２０１に送出される。

このようにして、バックプレッシャ情報の時間的な変化を監視して得られる情報から、このバックプレッシャ制御に関わるデータ伝送についての停止頻度を求めて、ネットワーク管理者に通知することができる。
このようにして得られた停止頻度は、図２（ａ）に示したバックプレッシャ情報をクロック信号ＣＬＫ２の周期Ｔについて積分した値に相当するものであり、上述したように、クロック信号ＣＬＫ２の周期Ｔに対応する時間内でデータ送信が停止させられている時間を示している。したがって、大きな値を持つ停止頻度が繰り返し得られるということは、上述した周期Ｔの大半において、図１に示したデバイス１からデバイス２へのデータ伝送が停止させられている状況、つまり、バックプレッシャ制御によって一旦受信バッファ４０１に滞留していたデータが減少しても、データ送信の再開に応じてすぐに受信バッファ４０１内の滞留データが増大してしまうといった状況が慢性化しているということを示している。そして、このように、デバイス２の受信バッファ４０１に大量のセルが慢性的に滞留すれば、遅かれ早かれデバイス１からデバイス２へのデータ伝送において輻輳が発生することは明らかである。

したがって、上述したようにして求めた停止頻度は、輻輳が発生する危険性を示す指標として極めて妥当性の高いものであると言える。
また、上述したようにしてバックプレッシャ監視部２１０から通知された停止頻度を、例えば、オペレータ端末２０１において時刻とともに記録しておけば、輻輳が発生するに至るまでの状況変化を解析する作業に供し、輻輳の原因を究明する作業を支援することができる。

また一方、上述したような停止頻度の記録と輻輳発生の記録とを付き合わせて、停止頻度の値と輻輳発生との関係を調べることにより、輻輳発生の前兆を捉えることも可能である。
なお、図１に示したバックプレッシャ監視部２１０は、受信側のデバイスの内部に備えてもよいし、また、監視対象のデータ伝送にかかわるデバイスの外部に備えてもよい。
（第２の実施形態）
図３に、本発明にかかわる輻輳監視システムの第２の実施形態を示す。なお、図３に示す構成要素のうち、図１および図５に示した各部と同等のものについては、図１あるいは図５に示した符号を付して示し、その説明を省略する。

図３に示したネットワークシステムにおいて、２系統の伝送装置２２０₁、２２０₂は、それぞれ対応するネットワークインタフェース装置２０２₁、２０２₂を介してネットワーク１およびネットワーク２に接続されている。また、これらの伝送装置２２０₁、２２０₂はともに、パケットスイッチ２０３に接続されており、これらの伝送装置２２０₁、２２０₂を経由するパスは、通信制御装置２０４からの指示に従ってこのパケットスイッチ２０３によって設定される。

図３に示した伝送装置２２０₁、２２０₂に備えられた受信パケット処理部２２１は、インタフェース回路２２２を介して受け取ったパケットに適切な処理を施してパケットスイッチ２０３に渡す。一方、図３に示した伝送装置２２０₁、２２０₂に備えられた送信パケット処理部２２３は、パケットスイッチ２０３から受け取ったパケットに適切な処理を施し、インタフェース回路２２２を介してネットワーク１またはネットワーク２に送出する。また、これらの伝送装置２２０₁、２２０₂にそれぞれ備えられた２つのバックプレッシャ監視部２１０ｒ、２１０ｓは、インタフェース回路２２２から受信パケット処理部２２１へのデータ伝送に関するバックプレッシャ情報および送信パケット処理部２２３からインタフェース回路２２２へのデータ伝送に関するバックプレッシャ情報（図３において、符号ＢＰを付して示した）をそれぞれ監視する。

また、図３に示した通信制御装置２０４において、輻輳情報収集部２３１は、これらのバックプレッシャ監視部２１０から通知される停止頻度に関する情報を収集し、収集した情報を輻輳情報蓄積部２３２に保持して輻輳情報解析部２３３の処理に供する。この通信制御装置２０４に備えられた管理制御部２０５は、パケットスイッチ２０３による経路設定にかかわる制御処理およびオペレータ端末２０１にかかわる制御処理を行うとともに、輻輳情報解析部２３３によって得られる解析結果に基づいて、パケットスイッチ２０３による経路設定処理を操作する処理およびオペレータ端末２０１を介してネットワーク管理者に輻輳に関する情報を提供する処理を行う。

次に、図３に示した輻輳監視システムの動作について説明する。
上述したように、バックプレッシャ監視部２１０は、クロック信号ＣＬＫ２の周期Ｔごとに、その間にバックプレッシャ情報によってデータ伝送が停止された頻度を示す停止頻度情報を出力する。
したがって、輻輳情報収集部２３１は、上述した周期Ｔごとに各伝送装置２２０に備えられたバックプレッシャ監視部２１０ｒ、２１０ｓから通知される停止頻度情報を収集し（図４に示したステップ３０１）、収集した停止頻度情報を輻輳情報蓄積部２３２に蓄積する（ステップ３０２）。このとき、輻輳情報蓄積部２３２は、例えば、各伝送装置２２０の受信側と送信側とについて、時刻情報とともに停止頻度情報を蓄積する。

次いで、輻輳情報解析部２３３は、各伝送装置２２０の受信側と送信側とについて、輻輳情報蓄積部２３２から最後のｎ回分の停止頻度情報をそれぞれ読み出し（ステップ３０３）、これらの停止頻度情報を例えば統計的な手法を用いて分析する（ステップ３０４）。例えば、輻輳情報解析部２３３において、各伝送装置２２０の受信側と送信側とについて、停止頻度が急激に増大していることを示す指標あるいは停止頻度が高い状態が所定の閾値以上に長く継続していることを示す指標を求め、これらの指標について予め設定した適切な閾値と新たに求めた指標の値とを比較することにより、輻輳発生の前兆があるか否かを判断することができる。

例えば、伝送装置２２０₁のインタフェース回路２２２から受信パケット処理部２２１へのデータ伝送に関する停止頻度情報の分析結果として、輻輳の発生に先駆けて現れる停止頻度に関する現象が現れている旨の結果を得た場合に、輻輳情報解析部２３３は、ステップ３０５の肯定判定として、制御管理部２０５に、伝送装置２２０₁のインタフェース回路２２２から受信パケット処理部２２１へのデータ伝送において、輻輳が発生する可能性が高い旨を通知する（ステップ３０６）。

この通知に応じて、管理制御部２０５は、通知に示された区間（例えば、伝送装置２２０₁のインタフェース回路２２２と受信パケット処理部２２１との間）を含む伝送装置２２０に割り当てられている負荷の一部を、他方の伝送装置に振り分けるために必要な制御処理を実行する（ステップ３０７）。
このようにして、輻輳発生が懸念される一方の伝送装置２２０の負荷を他方の伝送装置２２０に振り分ける処理が完了した後、あるいは、上述したステップ３０５において輻輳の前兆はないと判断されたときに、この処理は終了する。

上述したように、図３に示した輻輳監視システムによれば、各伝送装置２２０に備えられたバックプレッシャ監視部２１０から通知される停止頻度情報を解析することにより、輻輳の危険性が高くなっている区間を特定し、その区間を含む伝送装置２２０の負荷を他の伝送装置２２０に振り分けることができる。
つまり、例えば、ネットワーク１に接続された伝送装置２２０₁に集中して設定されていたパスを、伝送装置２２０₂およびネットワーク２経由で設定し、負荷を分散させることができるので、輻輳の発生を確実に防ぐことが可能である。

このような負荷の集中は、図３に示したネットワーク１が高速伝送可能なネットワークであり、ネットワーク２が比較的低速のネットワークである場合などに、高速のネットワークに接続された伝送装置２２０を経由するパスが集中して設定されることによって発生する場合が多々ある。そして、この高速のネットワークに接続された伝送装置２２０における輻輳発生は、この伝送装置を経由して設定された多数のパスを介する通信に大きな影響を及ぼすものであり、特に、輻輳によってパケットが損失した場合には、ＶｏＩＰサービスやＶｏＤサービスのためのネットワークシステムでは致命的な障害となる。

したがって、上述したようにして、輻輳発生の前兆を捉え、その前兆が現れた伝送装置にかかる負荷を他の伝送装置に振り分ける仕組みを備えてネットワークシステムを構成することは、特に、ＶｏＩＰサービスやＶｏＤサービスのためのネットワークシステムでは極めて有用である。
また、輻輳解析部２３３は、上述したようにして検出した輻輳の前兆に関する情報を順次に輻輳情報蓄積部２３２に蓄積しておくこともできる。

このようにして輻輳の前兆検出に関する履歴情報が輻輳情報蓄積部２３２に蓄積されていれば、例えば、管理制御部２０５が、定期的にあるいはオペレータ端末２０１からの指示に応じて輻輳情報蓄積部２３２にアクセスし、この履歴情報と時刻情報とともに蓄積した停止頻度情報を読み出して、オペレータ端末２０１を介してネットワーク管理者やシステム設計者にこれらの情報を提供することができる。

上述したように、停止頻度情報は、各伝送装置の内部におけるデータ伝送が円滑な状態から外れている度合いを客観的に示しており、また、輻輳の前兆検出に関する履歴情報は、図３に示したような複数系統の伝送装置を備えたネットワークシステムにおける負荷の偏りを示している。
したがって、これらの情報の提供を受けることにより、ネットワーク管理者は、ネットワークシステムを効率よく運用するための適切な判断を下すことができる。また、システム設計者は、顧客に納入したネットワークシステムが実際に運用されている状態で収集された上述したような情報に基づいて、顧客が必要としているシステムと現存のシステムとの差異を分析し、その結果を踏まえて、ネットワーク機器を選定するとともに伝送装置内部のデバイスの性能を決定することにより、顧客のニーズを満足する理想に近いネットワークシステムを提案することができる。

もちろん、本発明にかかわる輻輳監視システムを、３系統以上の伝送装置を備えたネットワークシステムに適用することもできる。また、送信パケット処理部および受信パケット処理部がそれぞれ複数のデバイスから構成されており、これらのデバイス間のデータ伝送にバックプレッシャ制御が適用されている場合には、これらのデータ伝送それぞれについてバックプレッシャ監視部を設け、これらのバックプレッシャ監視部による監視結果を輻輳情報収集部によって収集することもできる。

以上の説明に関して、更に、以下の各項を開示する。
（付記１）複数のデバイス間におけるデータ伝送に関する輻輳状態を監視する輻輳監視システムにおいて、
少なくとも一つのデバイスに備えられ、データの滞留量と所定の閾値との比較結果に応じて前段のデバイスにデータ送信の停止あるいは継続を指示するバックプレッシャ情報を生成するバックプレッシャ情報生成手段と、
バックプレッシャ情報生成手段を備えたデバイスの前段のデバイスに備えられ、バックプレッシャ情報の内容に応じてデータの送信を停止させるデータ送信停止手段と、
対応するバックプレッシャ情報生成手段からデータ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報の変動を時間の経過に対応して監視する監視手段と、
対応する監視手段による監視によって得られた情報に基づいて、バックプレッシャの発生頻度を示す指標を算出する指標算出手段と
を備えたことを特徴とする輻輳監視システム。

（付記２）監視手段は、所定の第１周期ごとにバックプレッシャ情報を読み出して、指標算出手段に渡す情報読出手段を備え、
指標算出手段は、情報読出手段からデータ送信の停止を指示するバックプレッシャ情報が渡される回数を計数するカウンタと、
第１周期よりも長い所定の第２周期ごとに、カウンタによる計数を読み出し、この計数値をバックプレッシャ発生頻度を示す指標として出力する計数読出手段と、
第２周期ごとに、カウンタによる計数値を初期値にリセットするリセット手段とを備えた
ことを特徴とする付記１に記載の輻輳監視システム。

（付記３）複数系統の伝送装置から構成されるネットワーク機器における輻輳監視システムにおいて、
複数系統の伝送装置それぞれに備えられる少なくとも一つのデバイスに備えられ、未処理のデータの滞留量と所定の閾値との比較結果に応じて前段のデバイスにデータ送信の停止あるいは継続を指示するバックプレッシャ情報を生成するバックプレッシャ情報生成手段と、
複数系統の伝送装置それぞれにおいてバックプレッシャ情報生成手段を備えたデバイスの前段のデバイスに備えられ、バックプレッシャ情報の内容に応じてデータの送信を停止させるデータ送信停止手段と、
対応するバックプレッシャ情報生成手段からデータ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報の変動を時間の経過に対応して監視する監視手段と、
対応する監視手段による監視によって得られる情報に基づいて、所定の時間ごとにバックプレッシャの発生頻度を示す指標を算出する指標算出手段と、
複数系統の伝送装置ごとに、伝送装置に属する少なくとも一つのバックプレッシャ情報発生手段に対応する指標算出手段によってそれぞれ得られたバックプレッシャの発生頻度を示す指標を収集する指標収集手段と、
複数系統の伝送装置ごとに収集された指標をそれぞれの系統の伝送装置に属するデバイス間のデータ伝送における輻輳発生の危険性を示す指標として通知する通知手段と
を備えたことを特徴とする輻輳監視システム。

（付記４）複数系統の伝送装置から構成されるネットワーク機器における輻輳監視システムにおいて、
複数系統の伝送装置それぞれに備えられる少なくとも一つのデバイスに備えられ、未処理のデータの滞留量と所定の閾値との比較結果に応じて前段のデバイスにデータ送信の停止あるいは継続を指示するバックプレッシャ情報を生成するバックプレッシャ情報生成手段と、
複数系統の伝送装置それぞれにおいてバックプレッシャ情報生成手段を備えたデバイスの前段のデバイスに備えられ、バックプレッシャ情報の内容に応じてデータの送信を停止させるデータ送信停止手段と、
対応するバックプレッシャ情報生成手段からデータ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報の変動を時間の経過に対応して監視する監視手段と、
対応する監視手段による監視によって得られる情報に基づいて、所定の時間ごとにバックプレッシャの発生頻度を示す指標を算出する指標算出手段と、
複数系統の伝送装置ごとに、伝送装置に属する少なくとも一つのバックプレッシャ情報発生手段に対応する指標算出手段によってそれぞれ得られたバックプレッシャの発生頻度を示す指標を収集する指標収集手段と、
指標収集手段による収集結果に基づいて、輻輳が発生する可能性が高い伝送装置を判別する判別手段と、
判別手段によって判別された伝送装置に分担されている伝送処理負担の一部を、他の系統の伝送装置に振り分ける処理負担振分手段と
を備えたことを特徴とする輻輳監視システム。

輻輳によるデータ損失は、ＶｏＩＰサービスを提供するネットワークシステムのように、リアルタイム性が重要視される分野では致命的な障害となるので、本発明にかかわる輻輳管理システムのように、輻輳に至る状況を詳細に分析可能な情報が得られるシステムは、極めて有用性が高いと考えられる。
また、本発明にかかわる輻輳監視システムは、運用中のネットワークシステムについて、データ伝送が円滑な状態から外れている度合いを客観的に示す情報をシステム設計者に提供することができるので、正確な現状分析が必要とされるシステム設計の分野においても非常に有用である。

本発明にかかわる輻輳監視システムの第１の実施形態を示す図である。バックプレッシャ情報の時間変化を監視する動作を説明する図である。本発明にかかわる輻輳監視システムの第２の実施形態を示す図である。輻輳監視システムの動作を表す流れ図である。従来のバックプレッシャ制御を説明する図である。

符号の説明

２０１オペレータ端末
２０２ネットワークインタフェース装置
２０３パケットスイッチ
２０４通信制御装置
２０５管理制御部
２１０バックプレッシャ監視部
２１１バックプレッシャ情報読出部
２１２カウンタ
２１３レジスタ
２１４監視制御部
２１５割込みタイマ
２２０伝送装置
２２１受信パケット処理部
２２２インタフェース回路
２２３送信パケット処理部
２３１輻輳情報収集部
２３２輻輳情報蓄積部
２３３輻輳情報解析部
４０１送信バッファ
４０２受信バッファ
４０３バックプレッシャ制御機構
４０４バックプレッシャ情報生成部
４０５送信停止制御部

Claims

複数のデバイス間におけるデータ伝送に関する輻輳状態を監視する輻輳監視システムにおいて、
少なくとも一つのデバイスに備えられ、未処理のデータの滞留量と所定の閾値との比較結果に応じて前段のデバイスにデータ送信の停止あるいは継続を指示するバックプレッシャ情報を生成するバックプレッシャ情報生成手段と、
前記バックプレッシャ情報生成手段を備えたデバイスの前段のデバイスに備えられ、前記バックプレッシャ情報の内容に応じてデータの送信を停止させるデータ送信停止手段と、
対応する前記バックプレッシャ情報生成手段から前記データ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報の変動を時間の経過に対応して監視する監視手段と、
対応する前記監視手段による監視によって得られた情報に基づいて、バックプレッシャの発生頻度を示す指標を算出する指標算出手段と
を備えたことを特徴とする輻輳監視システム。
複数系統の伝送装置から構成されるネットワーク機器における輻輳監視システムにおいて、
前記複数系統の伝送装置それぞれに備えられる少なくとも一つのデバイスに備えられ、未処理のデータの滞留量と所定の閾値との比較結果に応じて前段のデバイスにデータ送信の停止あるいは継続を指示するバックプレッシャ情報を生成するバックプレッシャ情報生成手段と、
前記複数系統の伝送装置それぞれにおいて前記バックプレッシャ情報生成手段を備えたデバイスの前段のデバイスに備えられ、前記バックプレッシャ情報の内容に応じてデータの送信を停止させるデータ送信停止手段と、
対応する前記バックプレッシャ情報生成手段から前記データ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報の変動を時間の経過に対応して監視する監視手段と、
対応する前記監視手段による監視によって得られる情報に基づいて、所定の時間ごとにバックプレッシャの発生頻度を示す指標を算出する指標算出手段と、
前記複数系統の伝送装置ごとに、前記伝送装置に属する前記少なくとも一つのバックプレッシャ情報発生手段に対応する指標算出手段によってそれぞれ得られたバックプレッシャの発生頻度を示す指標を収集する指標収集手段と、
前記複数系統の伝送装置ごとに収集された指標をそれぞれの系統の伝送装置に属するデバイス間のデータ伝送における輻輳発生の危険性を示す指標として通知する通知手段と
を備えたことを特徴とする輻輳監視システム。
複数系統の伝送装置から構成されるネットワーク機器における輻輳監視システムにおいて、
前記複数系統の伝送装置それぞれに備えられる少なくとも一つのデバイスに備えられ、未処理のデータの滞留量と所定の閾値との比較結果に応じて前段のデバイスにデータ送信の停止あるいは継続を指示するバックプレッシャ情報を生成するバックプレッシャ情報生成手段と、
前記複数系統の伝送装置それぞれにおいて前記バックプレッシャ情報生成手段を備えたデバイスの前段のデバイスに備えられ、前記バックプレッシャ情報の内容に応じてデータの送信を停止させるデータ送信停止手段と、
対応する前記バックプレッシャ情報生成手段から前記データ送信停止手段に送られるバックプレッシャ情報の変動を時間の経過に対応して監視する監視手段と、
対応する前記監視手段による監視によって得られる情報に基づいて、所定の時間ごとにバックプレッシャの発生頻度を示す指標を算出する指標算出手段と、
前記複数系統の伝送装置ごとに、前記伝送装置に属する前記少なくとも一つのバックプレッシャ情報発生手段に対応する指標算出手段によってそれぞれ得られたバックプレッシャの発生頻度を示す指標を収集する指標収集手段と、
前記指標収集手段による収集結果に基づいて、輻輳が発生する可能性が高い伝送装置を判別する判別手段と、
前記判別手段によって判別された伝送装置に分担されている伝送処理負担の一部を、他の系統の伝送装置に振り分ける処理負担振分手段と
を備えたことを特徴とする輻輳監視システム。