JP2008205788A - ネットワーク装置及び輻輳検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易にネットワークの輻輳状態を判断する。
【解決手段】ネットワーク装置２０１にて受信されたパケットデータのイベントが、イベント登録部２１５によって当該イベントを実行するイベント処理用時刻と共にイベントテーブル２１４に登録され、輻輳検出部２１３によって、当該イベントが実行された時刻とイベント処理用時刻との差が遅延時間として計算され、計算された遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、ネットワークが輻輳状態であると判断される。
【選択図】図２

Description

本発明は、パケットデータが流れるネットワークの輻輳状態を検出するネットワーク装置及び輻輳検出方法に関する。

従来より、パケットデータが送信される送信元のネットワーク装置と、当該ネットワーク装置から送信されたパケットデータが受信される対向装置との間において、ネットワーク装置から対向装置へパケットデータが送信されるタイミングは、ネットワーク装置から送信されるパケットデータが対向装置にて受信可能かどうかを示すバックプレッシャー等の制御信号が対向装置からネットワーク装置へ送信され、送信された制御信号に基づいて制御されている。つまり、対向装置にてパケットデータの受信が不可能である場合、例えば、対向装置の次段に設けられた装置への送信ができない状態により、対向装置内でパケットデータが滞留してしまっている場合等に、輻輳状態であると判断して、ネットワーク装置へ受信不可能である旨が通知される。

このパケットデータが流れるネットワークの輻輳状態を検出するには、様々な方法が考えられている。そのうち１つとして、パケットデータの滞留状態に基づいて輻輳状態を検出する方法が用いられている。これは、当該ネットワークに接続されたネットワーク装置内に設けられたバッファ内にどれだけのパケットデータが滞留しているかというバッファ使用率を用いて計算する方法である。この方法においては、バッファに予め設定された閾値以上のパケットデータが格納された場合、輻輳状態と判断して上位装置に通知するものが一般的に用いられている。

しかし、この方法においては、ネットワーク上をバースト的にパケットデータが転送されてきた場合、ネットワーク装置にて受信されたパケットデータのバッファへの滞留量が、瞬間的に閾値を超えてしまう可能性が考えられ、定常的な輻輳状態を判断する方法としては適しているとは言えない。

そこで、ネットワークに接続された送信元ノードからパケットデータが送信された時刻をタイムスタンプとして当該パケットデータに埋め込み、ネットワークを介してパケットデータが受信される送信先ノードにてタイムスタンプを抽出し、抽出されたタイムスタンプ、つまり送信時刻と現在の時刻、つまり受信時刻とを比較することにより、当該パケットデータが送信元ノードから送信されてから送信先ノードにて受信されるまでの時間を計算し、ネットワークの輻輳状態を判断する方法が考えられている（例えば、特許文献１，２参照。）。
特開２００５−２６９３６４号公報 特開平０５−００７２２４号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載された方法においては、送信元ノードにて送信されるパケットデータに送信時刻をタイムスタンプとして埋め込まなければならないという問題点がある。また、送信先ノードにて受信されたパケットデータからタイムスタンプを抽出しなければならないという問題点がある。また、送信先ノードにて抽出されたタイムスタンプと受信時刻とを比較しなければならないという問題点がある。さらに、上述した手段を備えた送信元ノードと送信先ノードとを組み合わせなければ、ネットワークの輻輳状態が判断できないという問題点がある。

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、容易にネットワークの輻輳状態を判断することができるネットワーク装置及び輻輳検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
ネットワークに接続され、該ネットワーク上を流れるパケットデータを処理するネットワーク装置であって、
受信された前記パケットデータのイベントを、該イベントを実行するイベント処理用時刻と共に登録し、前記イベントが実行された時刻と前記イベント処理用時刻との差を遅延時間として計算し、前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、前記ネットワークが輻輳状態であると判断する。

また、受信された前記パケットデータのイベントを、該パケットデータを送信するイベント処理用時刻と共に登録し、前記パケットデータが送信された時刻と前記イベント処理用時刻との差を遅延時間として計算することを特徴とする。

また、カウンタを有し、前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、前記カウンタをインクリメントし、前記カウンタの値が所定の閾値以上になった場合に前記ネットワークが輻輳状態であると判断することを特徴とする。

また、前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなってはいない場合、前記カウンタをデクリメントすることを特徴とする。

また、パケットデータが流れるネットワークの輻輳状態を検出する輻輳検出方法であって、
受信された前記パケットデータのイベントを、該イベントを実行するイベント処理用時刻と共に登録する処理と、
前記イベントが実行された時刻と前記イベント処理用時刻との差を遅延時間として計算する処理と、
前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、前記ネットワークが輻輳状態であると判断する処理とを有する。

また、受信された前記パケットデータのイベントを、該パケットデータを送信するイベント処理用時刻と共に登録する処理と、
前記パケットデータが送信された時刻と前記イベント処理用時刻との差を遅延時間として計算する処理とを有することを特徴とする。

また、前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、輻輳状態をカウントするカウンタをインクリメントする処理と、
前記カウンタの値が所定の閾値以上になった場合に前記ネットワークが輻輳状態であると判断する処理とを有することを特徴とする。

また、前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなってはいない場合、前記カウンタをデクリメントする処理と有することを特徴とする。

上記のように構成された本発明においては、受信されたパケットデータのイベントが、当該イベントを実行するイベント処理用時刻と共に登録され、当該イベントが実行された時刻とイベント処理用時刻との差が遅延時間として計算され、計算された遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、ネットワークが輻輳状態であると判断される。

これにより、送信元の装置と送信先の装置とにおいて、共通の輻輳状態を判断する特別な信号やビットを設ける必要がない。

以上説明したように本発明においては、受信されたパケットデータのイベントを、当該イベントを実行するイベント処理用時刻と共に登録し、当該イベントが実行された時刻とイベント処理用時刻との差を遅延時間として計算し、計算された遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、ネットワークが輻輳状態であると判断する構成としたため、容易にネットワークの輻輳状態を判断することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、無線通信システムにおける本発明のネットワーク装置の実施の一形態を示す図である。

本形態は図１に示すように、コアネットワーク１０１と、無線基地局制御装置１０２と、無線基地局１０３−１〜１０３−ｎとから構成されている。無線基地局１０３−１〜１０３−ｎは、無線通信を利用する利用者が所持する無線端末（不図示）との間にて無線信号の送受信を行う。無線基地局制御装置１０２は、無線基地局１０３−１〜１０３−ｎの制御を行う。また、コアネットワーク１０１は、無線基地局制御装置１０２が接続されたネットワークである。ここで、本発明のネットワーク装置は、無線基地局制御装置１０２であっても良いし、また、無線基地局１０３−１〜１０３−ｎであっても良いし、また双方であっても良い。

図２は、本発明のネットワーク装置の一構成例を示す図である。

本構成は図２に示すように、時刻カウント部２１１と、イベント管理部２１２と、輻輳検出部２１３と、イベントテーブル２１４と、イベント登録部２１５と、イベント実行部２１６と、受信バッファ２１７と、受信処理部２１８と、送信処理部２１９と、送信バッファ２２０とから構成されたネットワーク装置２０１であり、動作の元となるクロック信号を発生する信号発生装置２０２と、ネットワーク装置２０１との間にてパケットデータの送受信を行う対向装置２０３とに接続されている。

時刻カウント部２１１は、信号発生装置２０２にて発生したクロック信号を受信し、受信されたクロック信号に基づいて時刻Ｍｔ＿ｔｉｍｅを更新する。ここでＭｔ＿ｔｉｍｅは、ネットワーク装置２０１内のマスター時刻として使用される定期的に更新される時刻であり、単位を１／１０００［ｓｅｃ］程度とする。

イベント管理部２１２は、時刻カウント部２１１にて更新されたＭｔ＿ｔｉｍｅを入手し、ネットワーク装置２０１内のイベント処理用時刻であるＥｖ＿ｔｉｍｅを更新する。Ｅｖ＿ｔｉｍｅの更新は、イベントが処理されるべき時刻にそのイベントが処理できない場合、登録されているイベントが全て処理完了している状態でＭｔ＿ｔｉｍｅの更新が行われた時に行われる。つまり、次段の装置からバックプレッシャー等の送信制御信号が送信され、その送信制御信号がネットワーク装置２０１にて受信された場合（輻輳時）、イベントを処理することができないため、Ｅｖ＿ｔｉｍｅが更新されない。また、非輻輳時には、登録されているイベントは全て時間内に実行完了されるため、常にＭｔ＿ｔｉｍｅ＝Ｅｖ＿ｔｉｍｅとなる。

輻輳検出部２１３は、時刻カウント部２１１にて更新されたＭｔ＿ｔｉｍｅと、イベント管理部２１２にて更新されたＥｖ＿ｔｉｍｅとを比較して、ネットワークの輻輳状態を検出する。

受信バッファ２１７は、対向装置２０３から送信されたパケットデータを受信し、一時的に格納する。

受信処理部２１８は、受信バッファ２１７に一時的に格納されたパケットデータについて、エラー検出等の所定の処理を行う。

送信処理部２１９は、受信処理部２１８にて処理されたパケットデータを送信先装置（不図示）へ送信するためのヘッダ付与等の送信処理を行う。

イベント登録部２１５は、送信処理部２１９にて処理されたパケットデータの送信イベントをイベントテーブル２１４に登録する。

図３は、送信イベントが登録された図２に示したイベントテーブル２１４の一構成例を示す図である。

図２に示したイベントテーブル２１４には図３に示すように、送信すべきパケットデータのイベントが、登録時刻にそれぞれ対応付けられて格納されている。ここでの登録時刻は、前述したＥｖ＿ｔｉｍｅとなる。

イベント実行部２１６は、イベントテーブル２１４に登録されている送信イベントをイベント管理部２１２にて更新されたＥｖ＿ｔｉｍｅに基づいて実行する。

送信バッファ２２０は、送信処理部２１９にて送信処理されたパケットデータを一時的に格納する。

以下に、上記のように構成されたネットワーク装置における輻輳検出方法について説明する。

図４は、図２に示したネットワーク装置２０１における輻輳検出方法を説明するためのフローチャートである。ここで図４は、主に輻輳検出部２１３における輻輳検出方法を説明するためのフローチャートである。

対向装置２０３から送信されたパケットデータがネットワーク装置２０１の受信バッファ２１７に格納されると、受信処理部２１８にてエラー検出等の所定の処理が行われる。

受信処理部２１８にてエラー検出等の所定の処理が行われたパケットデータは、送信処理部２１９にてヘッダ付与等の送信処理が行われると同時に、イベント登録部２１５によって当該パケットデータの送信イベントがイベントテーブル２１４に登録される。ここでは、図３に示した例のように、イベントＡ〜Ｄが時刻「１００」で登録され、また、イベントＥ〜Ｇが時刻「１０１」で登録され、さらに、イベントＨ〜Ｋが時刻「１０２」で登録されたとする。このイベントと登録時刻との関係は、従来の技術を用いたものであり、例えば、予め設定された送信速度に基づいて設定されるものである。さらなる具体例を挙げると、ある時間間隔、例えば２ｍｓの間隔で、所定の個数のパケットデータ、例えば３つのパケットデータを送信する送信速度が設定されている場合、パケットデータが３つ単位で同じ登録時刻となる。

その後、時刻カウント部２１１にて更新されたＭｔ＿ｔｉｍｅと、イベントテーブル２１４に登録されたイベントのＥｖ＿ｔｉｍｅとが、輻輳検出部２１３にて比較される（ステップＳ１）。

Ｍｔ＿ｔｉｍｅがＥｖ＿ｔｉｍｅよりも大きくはないと判断された場合、「ｄｅｌａｙの保存値」（後述）がクリアされる（ステップＳ２）。

図５は、Ｍｔ＿ｔｉｍｅがＥｖ＿ｔｉｍｅよりも大きくはないと判断された場合のＭｔ＿ｔｉｍｅとＥｖ＿ｔｉｍｅとの遷移の様子を示す図である。

図５に示すように、各時刻で実行されるべきイベントが全て時間内に完了しているため、各時刻に処理を行わないＩｄｌｅ ｔｉｍｅが存在している。Ｍｔ＿ｔｉｍｅの更新がＩｄｌｅ ｔｉｍｅ中であるため、Ｍｔ＿ｔｉｍｅの更新と同時にＥｖ＿ｔｉｍｅの更新が行われている。このように、非輻輳時は常にＭｔ＿ｔｉｍｅ＝Ｅｖ＿ｔｉｍｅとなる。

図６は、非輻輳時の各イベント実行と時刻との関係を示す図である。

図６に示すように、Ｅｖ＿ｔｉｍｅが「１００」で登録されたイベントＡ〜Ｄは、Ｍｔ＿ｔｉｍｅが「１００」の時点で実行されており、また、Ｅｖ＿ｔｉｍｅが「１０１」で登録されたイベントＥ〜Ｇは、Ｍｔ＿ｔｉｍｅが「１０１」の時点で実行されており、さらに、Ｅｖ＿ｔｉｍｅが「１０２」で登録されたイベントＨ〜Ｋは、Ｍｔ＿ｔｉｍｅが「１０２」の時点で実行されており、常にＭｔ＿ｔｉｍｅ＝Ｅｖ＿ｔｉｍｅでイベントが実行されている。

一方、Ｍｔ＿ｔｉｍｅがＥｖ＿ｔｉｍｅよりも大きいと判断された場合は、Ｅｖ＿ｔｉｍｅの遅れが計算される（ステップＳ３）。これは、登録されたＥｖ＿ｔｉｍｅにイベントが処理しきれていない状態である。この遅延時間を「ｄｅｌａｙ」とすると、ｄｅｌａｙ＝Ｍｔ＿ｔｉｍｅ−Ｅｖ＿ｔｉｍｅで計算される。

図７及び図８は、Ｍｔ＿ｔｉｍｅがＥｖ＿ｔｉｍｅよりも大きいと判断された場合、つまり、イベントの実行遅延が発生した場合のＭｔ＿ｔｉｍｅとＥｖ＿ｔｉｍｅとの遷移の様子を示す図である。

図７に示すように、時刻１０１でイベントが時間内に処理しきれていないために、時刻１０２のイベントの実行時刻Ｅｖ＿ｔｉｍｅがＭｔ＿ｔｉｍｅに対して遅れている。図７では時刻１０２と時刻１０３とでのイベント処理が単位時間内で完了しているため、時刻１０５でＭｔ＿ｔｉｍｅにＥｖ＿ｔｉｍｅが追いついている。

一方、図８に示すように、定常的にイベント処理が追いつかなくなった場合、すなわち輻輳状態の場合では、時刻１０１でＥｖ＿ｔｉｍｅの遅延が発生しており、さらに時刻１０２のイベント処理も単位時間内で完了していないため、時刻１０３での遅延が大きくなっている。さらに、時刻１０４以降も処理が間に合っていないため、時間の経過と共にＭｔ＿ｔｉｍｅとＥｖ＿ｔｉｍｅとの差は大きくなっていく。ここでは、Ｍｔ＿ｔｉｍｅとＥｖ＿ｔｉｍｅとの差がＭｔ＿ｔｉｍｅが経過するに伴い、大きくなっている場合に輻輳状態であると判断する。

図９は、輻輳時の各イベント実行と時刻との関係を示す図である。

図９に示すように、Ｅｖ＿ｔｉｍｅが「１００」で登録されたイベントＡ〜ＨのうちイベントＦ〜Ｈが、Ｍｔ＿ｔｉｍｅが「１００」の時点で実行しきれずに、次のイベント実行時刻であるＭｔ＿ｔｉｍｅが「１０１」の時点で実行されている。また、Ｅｖ＿ｔｉｍｅが「１０１」で登録されたイベントＩ〜Ｋについては、イベントＦ〜Ｈの実行遅延の影響を受け、イベントＫが、Ｍｔ＿ｔｉｍｅが「１０１」の時点で実行しきれずに、次のイベント実行時刻であるＭｔ＿ｔｉｍｅが「１０２」の時点で実行されている。

ステップＳ３にてＥｖ＿ｔｉｍｅの遅れが計算されると、このＥｖ＿ｔｉｍｅの遅れが「ｄｅｌａｙの保存値」よりも大きくなっているかどうかが判断される（ステップＳ４）。この「ｄｅｌａｙの保存値」とは、前回計算されたｄｅｌａｙの値である。つまり、Ｅｖ＿ｔｉｍｅの遅れが積み上げられることにより、過去よりも大きくなっているかどうかが判断されることとなる。

Ｅｖ＿ｔｉｍｅの遅れが「ｄｅｌａｙの保存値」よりも大きくなっていると判断された場合、現在のＥｖ＿ｔｉｍｅの遅れが「ｄｅｌａｙの保存値」として更新されて保存される（ステップＳ５）。これにより、次回の比較時に最新の「ｄｅｌａｙの保存値」が用いられることとなる。

そして、輻輳状態をカウントする輻輳カウンタがインクリメントされる（ステップＳ６）。この輻輳カウンタは、輻輳が発生している場合、１つずつ増加していき、また、非輻輳時である処理が間に合っている場合は、０を最小として１つずつ減少するカウンタであり、輻輳検出部２１３内に設けられたものであっても良い。

その後、インクリメントされた輻輳カウンタの値が、予め設定された閾値以上であるかどうかが判断される（ステップＳ７）。この閾値は任意で設定可能な値である。

輻輳カウンタの値が閾値以上であると判断された場合、上位装置（不図示）や対向装置２０３へ輻輳状態であることが通知される（ステップＳ８）。

一方、輻輳カウンタの値が閾値以上ではないと判断された場合は、何も処理は行われない。

また、ステップＳ４にて、Ｅｖ＿ｔｉｍｅの遅れが「ｄｅｌａｙの保存値」よりも大きくなっていないと判断された場合は、輻輳カウンタの値が０よりも大きいかどうかが判断される（ステップＳ９）。

輻輳カウンタの値が０よりも大きいと判断された場合、輻輳カウンタの値がデクリメントされる（ステップＳ１０）。

一方、輻輳カウンタの値が０よりも大きくはない、つまり０であると判断された場合は、何も処理は行われない。

以上により、処理すべきイベントの処理時刻の遅延状態に基づいて、次段へ接続されているネットワークの輻輳状態を認識することができる。さらに、輻輳カウンタを用いることにより、バースト的に発生する輻輳状態のみならず、定常的な輻輳状態の認識が可能となる。

無線通信システムにおける本発明のネットワーク装置の実施の一形態を示す図である。 本発明のネットワーク装置の一構成例を示す図である。 送信イベントが登録された図２に示したイベントテーブルの一構成例を示す図である。 図２に示したネットワーク装置における輻輳検出方法を説明するためのフローチャートである。 Ｍｔ＿ｔｉｍｅがＥｖ＿ｔｉｍｅよりも大きくはないと判断された場合のＭｔ＿ｔｉｍｅとＥｖ＿ｔｉｍｅとの遷移の様子を示す図である。 非輻輳時の各イベント実行と時刻との関係を示す図である。 Ｍｔ＿ｔｉｍｅがＥｖ＿ｔｉｍｅよりも大きいと判断された場合、つまり、イベントの実行遅延が発生した場合のＭｔ＿ｔｉｍｅとＥｖ＿ｔｉｍｅとの遷移の様子を示す図である。 Ｍｔ＿ｔｉｍｅがＥｖ＿ｔｉｍｅよりも大きいと判断された場合、つまり、イベントの実行遅延が発生した場合のＭｔ＿ｔｉｍｅとＥｖ＿ｔｉｍｅとの遷移の様子を示す図である。 輻輳時の各イベント実行と時刻との関係を示す図である。

符号の説明

１０１ コアネットワーク
１０２ 無線基地局制御装置
１０３−１〜１０３−ｎ 無線基地局
２０１ ネットワーク装置
２０２ 信号発生装置
２０３ 対向装置
２１１ 時刻カウント部
２１２ イベント管理部
２１３ 輻輳検出部
２１４ イベントテーブル
２１５ イベント登録部
２１６ イベント実行部
２１７ 受信バッファ
２１８ 受信処理部
２１９ 送信処理部
２２０ 送信バッファ

Claims (8)

1. ネットワークに接続され、該ネットワーク上を流れるパケットデータを処理するネットワーク装置であって、
   受信された前記パケットデータのイベントを、該イベントを実行するイベント処理用時刻と共に登録し、前記イベントが実行された時刻と前記イベント処理用時刻との差を遅延時間として計算し、前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、前記ネットワークが輻輳状態であると判断するネットワーク装置。
2. 請求項１に記載のネットワーク装置において、
   受信された前記パケットデータのイベントを、該パケットデータを送信するイベント処理用時刻と共に登録し、前記パケットデータが送信された時刻と前記イベント処理用時刻との差を遅延時間として計算することを特徴とするネットワーク装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のネットワーク装置において、
   カウンタを有し、前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、前記カウンタをインクリメントし、前記カウンタの値が所定の閾値以上になった場合に前記ネットワークが輻輳状態であると判断することを特徴とするネットワーク装置。
4. 請求項３に記載のネットワーク装置において、
   前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなってはいない場合、前記カウンタをデクリメントすることを特徴とするネットワーク装置。
5. パケットデータが流れるネットワークの輻輳状態を検出する輻輳検出方法であって、
   受信された前記パケットデータのイベントを、該イベントを実行するイベント処理用時刻と共に登録する処理と、
   前記イベントが実行された時刻と前記イベント処理用時刻との差を遅延時間として計算する処理と、
   前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、前記ネットワークが輻輳状態であると判断する処理とを有する輻輳検出方法。
6. 請求項５に記載の輻輳検出方法において、
   受信された前記パケットデータのイベントを、該パケットデータを送信するイベント処理用時刻と共に登録する処理と、
   前記パケットデータが送信された時刻と前記イベント処理用時刻との差を遅延時間として計算する処理とを有することを特徴とする輻輳検出方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の輻輳検出方法において、
   前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなった場合、輻輳状態をカウントするカウンタをインクリメントする処理と、
   前記カウンタの値が所定の閾値以上になった場合に前記ネットワークが輻輳状態であると判断する処理とを有することを特徴とするネットワーク装置。
8. 請求項７に記載の輻輳検出方法において、
   前記遅延時間が前回計算された遅延時間よりも大きくなってはいない場合、前記カウンタをデクリメントする処理と有することを特徴とするネットワーク装置。

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