JP2005522946A - 同期及び非同期パケットフロー技術セクター間の共用リソースのスケジューリング - Google Patents
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Abstract
Description
ここ数年の間での、パケットネットワークの広範囲な適用と急速な発展により、旧世代のパケットネットワークにより提供される従来のサービス(電子メール、ネットサーフィンなど)と、回線交換ネットワークのために事前に用意された新しいサービス(リアルタイムビデオ、電話技術など)とをいわゆる統合サービスネットワークに統合するという問題が生じた。
- 連続サイクルにて当該フローに関連した待ち行列にアクセスするサーバーを提供し、各待ち行列に対し、サーバーが待ち行列のアクセスサイクルを完了するのに要する時間を特定するTTRTと称する目標トークン回転時間(又は「循環(revolution)」)を認め、
- 各同期フローを、伝送許可がサーバーにより取り消される前に同期フローがサービスを受けることができる最大時間を示す同期容量値と関連付け、
- 各非同期フローを、サービスを受ける権利をそれぞれの待ち行列が有するように実施されなければならない遅延を示す第1遅れ(i)値と、前のサイクルにおいてサーバーがそれぞれの待ち行列にアクセスした瞬間を示す別の値(LAST_TOKEN_TIME)とを加えたもの(これはサーバーの前のアクセスからの経過時間を決める)に関連付け、
- 上記同期容量値に等しい最大期間の間、同期フローに関連した各待ち行列にサービスを行い、そして
- 予想される瞬間に先行してサーバーのアクセスが行われた場合にのみ、非同期フローに関連した各待ち行列にサービスを行う。この先行は、前記TTRT時間とサーバーの前のアクセスからの経過時間及び累積遅延との差から得られる。
- 計算コストを低く保ちつつ異なる種類のサービスを提供する可能性。これは、Intserv(IETF規格による統合サービス)若しくはDiffserv(IETF規格による差別化統合サービス)を有するIPネットワークのような、ユーザーにサービスの品質を保証しなければならないコンピュータネットワーク用途の場合、又はMACレベルスケジューリングアルゴリズムなどのような無線リソーススケジューリングシステム(W-LANシステム、第3世代無線モバイルサービス)の場合には重要な特徴である。
- 同期トラヒックのために、種々のフローのビットレート、最大待ち遅延及び各フローのバッファの最大占有を保証する可能性。
- 特にサービス統合ネットワークにおいて、レートの保証され(同期フローに適する)、公平な待ちの(非同期フローに適する)、2つの種類のサービスを同時に提供する能力に関する柔軟性。
- 伝送フローを分離する可能性。すなわち、これは、単一のフローに提供されるサービスを、他のフローの存在及び挙動から独立させる。
- 伝送されるべきパケットを選択するのに必要な操作の数の観点において計算が複雑でないこと。この特徴により、ハードウエアでの可能な実現性をも考慮すると、高い伝送速度と多くの伝送フローの取り扱いが要求される環境において使用できる。
- 複雑な手順を用いることなくそのリソースを再分配することによって動作パラメータ(例えば、存在するフローの数)の変化を取り扱うことができるという意味における適応性。
- 分析的記述可能性(describability)。すなわち、これはシステムの挙動の完全な分析的記述を与え、これにより、サービスの品質の測定値をシステムパラメータに関係付けることができる。
本発明の目的は、上述した面に特に留意しつつ上記公知の解決策をさらに発展させることである。
本発明の以下の説明は、添付図面に関して非制限的な例として与えられており、添付図面には、本発明に従って作動するシステムの動作基準を説明する1つのブロック図が含まれる。
まず、動作条件に関する情報、すなわち、いくつの同期フローが存在するのか(一般にはNS)、どれだけの伝送速度が各同期フローにより要求されるか、いくつの非同期フローが存在するか、目標回転時間(TTRT)、すなわちサーバーがすべての待ち行列を1回アクセスする完全な1サイクルはどのくらいの長さ存続するか、をシステムに与える必要がある。
各同期フローi,i=1...NSは、適当な割当方針に従って、サーバーが伝送許可を取り除く前に同期フローのトラヒックが伝送され得る最大時間を示す変数Hi(同期容量)に関連付けられる。可能な割当方針は後に説明する。変数Δi(初めはゼロ)が、各同期フローに関連付けられ、当該フローに利用可能な伝送時間量を記憶する。
各非同期フローj,j=1...NAは、2つの変数Li及びlast_visit_timejに関連する。第1の変数は、非同期待ち行列がサービスを受ける権利を有するために実施されなければならない遅延又は遅れを記憶する。第2の変数は、前のサイクルにおいてサーバーが非同期待ち行列jにアクセスした瞬間を記憶する。これらの変数はそれぞれ、ゼロに、及びフローが始動させられたとき進行中の回転(revolution)の瞬間に初期化される。
同期待ち行列は、変数Δiの最大値に等しい期間の間サービスを受けることができる。この変数は、待ち行列が大サイクル中にアクセスされるときHi(初期化中に決められる値)だけインクリメントされ、伝送される各パケットの伝送時間だけデクリメントされる。
小(又は回復)サイクル中、同期待ち行列は、変数Δiが厳密に正の値を有するという条件で1つのパケットのみを伝送することができる。もし伝送が行われるならば、変数Δiは当該伝送時間だけデクリメントされる。
非同期待ち行列は、予想される瞬間より前にサーバーのアクセスが行われた場合にのみ、サービスを受けることができる。サーバーのアクセスが先行しているか否かを計算するために、前のアクセスからの経過時間と累積遅延Ljを目標回転時間TTRTから差し引く。
1回転中にすべての同期待ち行列(大及び小サイクル)に二重スキャンが実施され、次に非同期待ち行列にアクセスされる。小サイクルは、次の事象の一つが発生したときに終了する:
- 最後の同期待ち行列にアクセスされたこと、
- 大サイクルの開始から総ての同期待ち行列の容量の合計以上の期間が経過したこと。
同期容量は、常に検証されなければならない次の不等式により、目標回転時間TTRT、及び最長パケットの伝送期間τmaxに結合される。
仮定(1)において、ここに記載のシステムは、以下の標準化された伝送速度が各同期フローに対して保証されることを保証する。
Xi=Hi/TTRT
α=τmax/TTRT
であり、一般同期待ち行列iが決して空ではない任意の期間[t1,t2]が与えられた場合に[t1,t2]において待ち行列iから受け取ったサービス時間Wi(t1,t2)が次の不等式を満たすことをも保証できる。
a)同期フローの単一ノード上での最大遅延
各パケットは、
b)同期フローのノード上での最大メモリ占有
同期フローパケットにおけるパケットにより占有されたメモリ量は、
c)同期フローのNノードのルート上での最大遅延
Φ1...ΦN Nをここに記載のシステムを実現する切換ノードとし、
同期フローが要求されるもの以上の最小サービス率を受けることを保証する能力は、同期容量Hi,i=1...NSの正しい選択に付随している。各同期フローiが最小伝送速度riを要すると仮定すると、次の不等式を満たすべく同期容量を割り当てる必要がある。
同期容量は次のように選択される。
NA>0を要求するこのスキームに従って、同期容量が次のようにして選択される。
本発明による解決策におけるTTRTの選択を示すために、以下のスキームを提示できる。
Claims (26)
- それぞれの関連待ち行列を生成する複数の情報パケットフロー間で共用されるサービスリソースのスケジューリング手順であって、前記フローは、保証された最小サービス率(ri)を要求する同期フロー(i=1,2,...,NS)と、同期フローにより使用されずに残った前記リソースのサービス容量を使用する非同期フロー(j=1,2,...,NA)とを含み、該手順はサーバー(10)を利用し、かつ以下の操作、すなわち
- サーバー(10)が前記それぞれの待ち行列へのアクセスサイクルを完了するのに必要な時間を特定する目標回転時間値(TTRT)に基づいて、前記サーバー(10)が前記フロー(i,j)に関連したそれぞれの待ち行列を連続サイクルにてアクセスするようにし、
- 各同期フロー(i)を、サーバーが先に進む前にそれぞれの同期フローがサービスを受けることができる最大期間を示すそれぞれの同期容量値(Hi)と関連付け、
- 各非同期フロー(j)を、それぞれの待ち行列がサービスを受ける権利を有するように設定しなければならない値を特定する夫々の第1遅延値(Lj)と、前のサイクルにおいてサーバー(10)がそれぞれの待ち行列にアクセスした瞬間を示す夫々の第2値(last_visit_time)に関連付け、前記それぞれの待ち行列に対してサーバーの前のアクセスからの経過時間を求め、
- 同期容量(Hi)の前記夫々の値に対して最大サービス時間の間、同期フロー(i)に関連した各待ち行列にサービスを行い、そして
- 予想される瞬間に先行してサーバー(10)のアクセスが行われた場合にのみ、非同期フロー(j)に関連した各待ち行列にサービスを行い、この先行は、前記目標回転時間値(TTRT)とサーバー(10)の前のアクセスからの経過時間及び累積遅延との差として求められ、もし正ならば、この差が各非同期待ち行列の最大サービス時間を定める、
操作を含み、前記手順はまた、i番目の同期フローに関連した待ち行列の前記それぞれの同期容量値(Hi)を、以下の事項、すなわち
-i)次式
- Hiは、i番目の同期フローに関連した待ち行列の前記それぞれの同期容量値(Hi)であり、
- 総和は、NSに等しい総ての同期フローに亘ってとり、
- NAは、前記非同期フローの数であり、
- τmaxは、前記共用サービスリソースによる最長パケットサービスの期間であり、
- TTRTは、前記目標回転時間値であり、
- Cは、前記共用サービスリソースのサービス容量であり、
- riは、i番目の同期フローにより要求される最小サービス率であり、次式を満たし、
- 前記連続サイクルの各サイクル中、前記サーバー(10)が、前記同期フロー(i=1,2,...,NS)に関連する総ての待ち行列に二重スキャンを実行し、次いで前記非同期フロー(j=1,2,...,NA)に関連した待ち行列にアクセスすることを特徴とする請求項1に記載の手順。
- - 各同期フロー(i)に対し、それぞれのフローに利用可能なサービス時間量を示す別の値(Δi)を関連付ける操作、
- 前記二重スキャンの大サイクル中、最大の前記別の値(Δi)に等しい期間の間、同期フロー(i)に関連した各待ち行列にサービスを行う操作、及び
- 前記二重スキャンの小サイクル中、前記別の値(Δi)が厳密に正ならば、同期フロー(i)に関連した各待ち行列のただ1つのパケットにサービスを行う操作、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の手順。 - 前記二重スキャンの大サイクル中に待ち行列がアクセスされるとき、同期容量(Hi)の前記それぞれの値だけ前記別の値(Δi)をインクリメントする操作を含むことを特徴とする請求項3に記載の手順。
- サービスを受けた各パケットだけ伝送時間の前記別の値(Δi)をデクリメントする操作を含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の手順。
- 前記二重スキャンの大サイクル中、同期フロー(i)に関連した各待ち行列のサービスが、以下の条件、すなわち、
- 待ち行列が空である、
- 前記別の値(Δi)により表される利用可能な時間が、待ち行列の最前部のパケットにサービスを行うには十分でない、
のうちの1つが生じたときに終了することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の手順。 - それぞれの待ち行列が空のとき、前記別の値(Δi)をリセットする操作を含むことを特徴とする請求項6に記載の手順。
- 前記二重スキャンの小サイクル中に所与のサービスの存在下、前記別の値(Δi)のサービス時間をデクリメントする操作を含むことを特徴とする請求項3〜7のいずれか一項に記載の手順。
- 前記同期フロー(i)に関連した総ての待ち行列の前記二重スキャン中、前記小サイクルが、以下の条件、すなわち
- 同期フロー(i)に関連した最後の待ち行列がアクセスされたこと、
- 前記同期フロー(i)に関連した総ての待ち行列の容量(Hi)の合計以上の期間が、前記二重スキャンの前記大サイクルの開始から経過したこと、
のうちの1つが満たされるときに終了することを特徴とする請求項3〜8のいずれか一項に記載の手順。 - 前記別の値(Δi)をゼロに初期化する操作を含むことを特徴とする請求項3〜9のいずれか一項に記載の手順。
- 前記差が負の場合、非同期フロー(j)に関連した各前記待ち行列がサービスを受けず、前記差の値が前記遅延(Lj)と累積されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の手順。
- 非同期フロー(j)に関連した待ち行列のサービスは、以下の条件、すなわち
- 待ち行列が空である、
- 利用可能な時間が、待ち行列の最前部にあるパケットを伝送するのに十分でない、
のうちの1つが満たされたときに終了することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の手順。 - 前記それぞれの第1値(Lj)及び前記それぞれの第2値(last_visit_time)が、当該フローが始動されるとき、それぞれゼロ及び現在のサイクルの開始の瞬間に初期化されることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の手順。
- それぞれの関連の待ち行列を生成する複数の情報パケット間で共用されるサービスリソースのスケジューリングシステムであって、前記フローが、保証された最小サービス率を要求する同期フロー(i=1,2,...,NS)と、同期フローにより使用されずに残った前記リソースのサービス容量を使用するようにされた非同期フロー(j=1,2,...,NA)を含み、該システムはまた、連続サイクルにて前記フロー(i,j)に関連したそれぞれの待ち行列にアクセスすることができるサーバー(10)を備え、該サーバーは、以下の操作、すなわち、
- サーバー(10)が前記それぞれの待ち行列のアクセスサイクルを完了するのに必要な時間を特定する目標回転時間値(TTRT)を求める操作、
- 各同期フロー(i)に対し、次に進む前に同期フローがサービスを受けることができる最大時間量を示すそれぞれの同期容量値(Hi)を関連付ける操作、
- 各非同期フロー(j)に対し、それぞれの待ち行列がサービスを受ける権利を有するべく為されなければならない遅延を特定する夫々の第1遅延値(Lj)、及び、前のサイクル中にサーバー(10)がそれぞれの待ち行列にアクセスした瞬間を示す夫々の第2値(last_visit_time)を関連付け、前記それぞれの待ち行列について、サーバー(10)の前のアクセスからの経過時間を求める操作、
- 前記それぞれの同期容量値(Hi)に関係した最大期間の間、同期フロー(i)に関連した各待ち行列にサービスを行う操作、及び
- 予想される瞬間に先行してサーバー(10)のアクセスが行われた場合にのみ、非同期フロー(j)に関連した各待ち行列にサービスを行う操作であって、この先行は、前記目標回転時間(TTRT)とサーバー(10)の前のアクセスからの経過時間及び累積遅延との差として求められ、もし正ならば、この差が各前記非同期待ち行列の最大サービス時間を定める前記操作
を実行するように構成され、
該システムは、以下の事項、すなわち
- i)次式、
- Hiは、i番目の同期フローに関連した待ち行列についての前記それぞれの同期容量値(Hi)であり、
- 総和は、NSに等しい全同期フローに亘ってとられ、
- NAは、前記非同期フローの数であり、
- τmaxは、前記共用サービスリソースによる最長パケットのサービス期間であり、
- TTRTは、前記目標回転時間値であり、
- Cは、前記共用サービスリソースのサービス容量であり、
- riは、i番目の同期フローにより要求される最小サービス率であり、
− αは、
を満足すべく、i番目の同期フローに関連した待ち行列に対して前記それぞれの同期容量値(Hi)を定めるように構成されている前記システム。 - 前記連続サイクルの各サイクル中、前記サーバー(10)が、前記同期フロー(i=1,2,...,NS)に関連した総ての待ち行列に二重スキャンを行い、次いで前記非同期フロー(j=1,2,...,NA)に関連した待ち行列にアクセスすることを特徴とする請求項14に記載のシステム。
- - それぞれのフローに利用可能なサービス時間量を示す別の値(Δi)が、各同期フロー(i)に関連付けられており、
- 前記二重スキャンの大サイクル中、同期フロー(i)に関連した各待ち行列が、最大の別の値(Δi)に等しい期間の間、サービスを受け、
- 前記二重スキャンの小サイクル中、該システムが、前記別の値(Δi)が厳密に正の場合に同期フロー(i)に関連した各待ち行列のただ1つのパケットにサービスを行う、
ことを特徴とする請求項15に記載のシステム。 - 二重スキャンの大サイクル中に待ち行列がアクセスされたとき、前記別の値(Δi)が前記それぞれの同期容量値(Hi)だけインクリメントされることを特徴とする請求項16に記載のシステム。
- 前記別の値(Δi)が、サービスされる各パケットの伝送時間だけデクリメントされることを特徴とする請求項16又は17に記載のシステム。
- 前記二重スキャンの大サイクル中、同期フロー(i)に関連した各待ち行列のサービスが、以下の条件、すなわち
- 待ち行列が空であること、
- 前記別の値(Δi)により表される利用可能な時間が、待ち行列の最前部のパケットにサービスを行うのに十分でないこと、
のうちの1つが生じたときに終了するように構成されることを特徴とする請求項16〜18のいずれか一項に記載のシステム。 - それぞれの待ち行列が空のとき、前記別の値(Δi)がリセットされることを特徴とする請求項19に記載のシステム。
- 前記二重スキャンの小サイクル中に与えられたサービスの存在下、前記別の値(Δi)がサービス時間量だけデクリメントされることを特徴とする請求項16〜20のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記同期フロー(i)に関連した総ての待ち行列についての前記二重スキャン中、前記小サイクルが、以下の条件、すなわち
- 同期フロー(i)に関連した最後の待ち行列がアクセスされたこと、
- 前記同期フロー(i)に関連した総ての待ち行列の容量(Hi)の合計以上の期間が、前記二重スキャンの前記大サイクルの開始から経過したこと、
のうちの1つが満たされたときに終了することを特徴とする請求項16〜21のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記別の値(Δi)がゼロに初期化されることを特徴とする請求項16〜22のいずれか一項に記載のシステム。
- もし前記差が負ならば、非同期フロー(j)に関連した各前記待ち行列はサービスを受けず、前記差の値が前記遅延(Li)と累積されることを特徴とする請求項16〜23のいずれか一項に記載のシステム。
- 非同期フロー(j)に関連した待ち行列のサービスは、以下の条件、すなわち
- 待ち行列が空である、
- 利用可能な時間が、待ち行列の最前部にあるパケットを伝送するのに十分でない、
のうちの1つが満たされたときに終了することを特徴とする請求項14〜24のいずれか一項に記載のシステム。 - 当該フローが始動させられたとき、前記それぞれの第1値(Lj)と前記それぞれの第2値(last_visit_time)が、それぞれゼロ及び現在のサイクルの開始の瞬間に初期化されることを特徴とする請求項14〜25のいずれか一項に記載のシステム。
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