JP2008294535A - 多重化装置及び多重化装置におけるパケット転送制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッファの有効利用とトラヒックフロー間の公平性を改善した多重化装置。
【解決手段】複数の入力トラヒックフローのパケットを多重化部で多重化し同一バッファに格納する多重化装置で、バッファのパケットが輻輳状態にあることを示す輻輳情報を出力するバッファ状態監視部１５と、多重化部で多重化される前の各入力トラヒックフローに対し予めフロー毎に設定されたパケットの転送条件に関する設定情報とフローの到着するパケットの状態との関係に従ってパケットの転送処理、転送・廃棄選択処理、廃棄処理を判定する処理判定手段１１ａ〜１１ｄ、及び到着した各フローのパケットをそれぞれ判定された処理に従って多重化部への転送処理、廃棄処理を行い、転送・廃棄選択処理のフローにはバッファ状態監視部からの輻輳情報があれば廃棄処理、なければ転送処理を選択するパケット処理手段１１ｅ、を含むポリシング制御部１１とを有す。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数のトラヒックフローを同一バッファに格納し１つの回線に多重化する多重化装置及び多重化装置におけるパケット転送制御方法に関する。

複数のトラヒックフローを同一バッファに格納し、１つの回線に多重化する多重化装置において、多重化の前段にポリシングを設け、多重化後にバッファに収容する際、バッファオーバーフローによる廃棄制御を行う方法がある。

ポリシング機能には、入力されたフロー毎に最低保証帯域(ＣＩＲ：Committed Information Rate)と最大保証帯域(ＰＩＲ:Peak Information Rate)を設定し、入力されたフローの帯域を監視することによってパケットをカラーマーキングする方法がある。カラーマーキングは、３カラーを用い、あるフローの入力に対して、最低保証帯域(ＣＩＲ)以下を緑、最低保証帯域(ＣＩＲ)超過で最大保証帯域(ＰＩＲ)以下を黄、最大保証帯域(ＰＩＲ)超過を赤と色付けし、緑は通過、赤は廃棄の処理を行うように定義されている(例えば非特許文献１参照)。

また、ポリシング機能において、あるフローの入力帯域が黄の場合に、パケットの優先度をフローで設定された基準優先度クラスよりも１つ低いクラスに優先度を下げる方法も提案されている(例えば特許文献１参照)。

特開２００４−２６６３８９号公報 第９頁〜１０頁、第３図 J. Heinanen, R. Guerin著「A Two Rate Three Color Marker」RFC2698,1999年9月

以上のようなこの種の従来の多重化装置においては、多重化の前段にポリシング機能を設けていない場合、入力フローにおけるパケットの多重化順序とバッファの空きタイミングにより、輻輳状態の時に、ある特定のフローのみがバッファオーバーフローによりパケットが廃棄されてしまい、フロー間の公平性が提供できない場合がある。

このために、従来の方式のようなポリシング機能を持つことによって、各フローの入力帯域を監視し、フロー毎に予め設定されている最大保証帯域超過(赤)で入力されるフローのパケットを廃棄する方法がある。しかし、従来方式では、フローの入力帯域が最低保証帯域(ＣＩＲ)超過で最大保証帯域(ＰＩＲ)以下(黄)の場合に、該当するフローの入力パケットの優先度をフロー毎に設定されている基準優先度から１つ下げるという処理を行っているが、バッファの状態によって動的に処理方法を変更するということを行っていない。このため、バッファの有効利用ができていないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、同一バッファに複数のトラヒックフローを格納し、１つの回線に多重化する多重化装置において、多重化の前段に設けるポリシング機能がバッファでのパケットの輻輳状態に従って動的に処理方法を変更し(例えば３カラーマーキングである場合に入力帯域が黄の場合の処理について、バッファの状態によって動的に廃棄ポリシーの変更を行う)、バッファの有効利用とトラヒックフロー間の公平性を改善した多重化装置等を提供することを目的とする。

この発明は、入力される複数のトラヒックフローのパケットを多重化部で多重化して同一のバッファに格納する多重化装置であって、前記バッファでのパケットの格納状態を監視しパケットが輻輳状態にあることを示す輻輳情報を出力するバッファ状態監視部と、前記多重化部で多重化される前の入力される各トラヒックフローに対して、予めトラヒックフロー毎に設定されたパケットの転送条件に関する設定情報とトラヒックフローの到着するパケットの状態との関係に従ってパケットの転送処理、転送・廃棄選択処理、廃棄処理を判定する処理判定手段、及び到着した各トラヒックフローのパケットをそれぞれ判定された処理に従って前記多重化部への転送処理、廃棄処理を行い、転送・廃棄選択処理のトラヒックフローには前記バッファ状態監視部からの輻輳情報があれば廃棄処理、なければ転送処理を選択するパケット処理手段、を含むポリシング制御部と、を備えたことを特徴とする多重化装置及び多重化装置におけるパケット転送制御方法にある。

この発明では、多重化の前段に設けるポリシング機能が３カラーマーキングである場合に入力帯域が黄の場合の処理について、バッファの状態によって動的に廃棄ポリシーの変更を行い、バッファの有効利用とトラヒックフロー間の公平性を改善させることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態による多重化装置の構成を示す機能ブロック図である。図１において、ポリシング制御部１１は、入力されたパケットのトラヒックフローをパケット内のヘッダ情報から識別し、識別したフローに対する転送条件に関する設定情報を設定情報格納部１１ｂ内を検索して求める設定情報検索部１１ａと、図２に示すように全トラヒックフローＦ１〜Ｆｎにおける最大保証帯域(ＰＩＲ：Peak Information Rate)と最低保証帯域(ＣＩＲ：Committed Information Rate)値やパケット転送の優先度といった転送条件に関する設定(帯域)情報が格納されている設定情報格納部１１ｂと、入力パケットの帯域を測定する入力帯域測定部１１ｃと、入力されたフローの帯域が３カラーのどのカラーになるかを判定し、赤ならパケットを廃棄する廃棄処理、緑ならパケットを多重化部１２へ転送する転送処理、黄なら転送・廃棄選択処理を示す処理情報を出力する帯域比較部１１ｄと、帯域比較部１１ｄからの処理情報に従って多重化部１２への転送処理及び廃棄処理を行い、転送・廃棄選択処理のトラヒックフローにはバッファ１３においてパケットが輻輳していれば廃棄処理、輻輳していなければ転送処理を選択して行うパケット処理部１１ｅから構成される。

多重化部１２は、複数のフローからのパケットを同一のバッファ１３に格納するために多重を行う回路であり、バッファ１３は、複数のトラヒックフローからのパケットを格納するメモリであり、出力制御部１４は、装置で決められた出力制御を行い、バッファ状態監視部１５は、バッファ１３のパケット格納状態を監視し、バッファが輻輳しているか輻輳していないのかを判断し、輻輳している場合に輻輳情報をパケット処理部１１ｅに出力する。

なお、ポリシング制御部１１の設定情報検索部１１ａ、設定情報格納部１１ｂ、入力帯域測定部１１ｃ、帯域比較部１１ｄが処理判定手段を構成し、パケット処理部１１ｅがパケット処理手段を構成する。

次に動作について説明する。ポリシング制御部１１に入力された複数のトラヒックフローＦ１〜Ｆｎからのパケットは、設定情報検索部１１ａでパケットのヘッダ情報からパケットの属するトラヒックフローＦ１〜Ｆｎを識別し、予めフロー毎に設定情報が格納されている設定情報格納部１１ｂを検索して、識別したフローの設定情報得る。フローの種類は、アプリケーション毎や、ユーザ毎など任意に設定可能とする。

設定情報格納部１１ｂでは、フロー毎にフローの設定(帯域)情報を格納し、一例として図２に示すようにフロー毎に最大保証帯域(ＰＩＲ)と最低保証帯域(ＣＩＲ)が予め設定されているとして、設定情報検索部１１ａで識別されたフローの識別情報がｉとすると、該当するフローｉの最大保証帯域(ＰＩＲｉ)と最低保証帯域(ＣＩＲｉ)といったフローｉの設定情報が検索により求められ、帯域比較部１１ｄに入力される。フローの設定帯域情報は、該当装置特有の優先度等も格納することができる。

また、入力帯域測定部１１ｃでは、入力されたパケットの属するフローｉにおける入力レート(ＩＮＲｉ)が計算される。パケットのヘッダ情報からパケットの属するトラヒックフローＦ１〜Ｆｎは識別される。入力レートは、例えば、所定の基準時刻からある一定時間の各フローの入力データ量を加算し、再度基準時刻になった時の加算データ量と時間間隔より算出することができる。この場合、基準時刻になる度に加算データ量を入力レート(ＩＮＲｉ)として例えば入力帯域測定部１１ｃ内のメモリ(図示省略)に保持し、加算データをリセットして０にする。計算された入力レート(ＩＮＲｉ)は、帯域比較部１１ｄに入力される。また入力帯域測定部１１ｃは、このように計算する際に必要なパラメータを格納するためのメモリ(図示省略)も持つ場合がある。

次に、帯域比較部１１ｄは、設定情報検索部１１ａからの転送条件に関する設定帯域情報であるＰＩＲｉ、ＣＩＲｉと、入力帯域測定部１１ｃから通知された入力レートＩＮＲｉの３つの値を比較し、ＩＮＲｉ≦ＣＩＲｉの場合はパケットを多重化部１２に転送して多重化しバッファ１３に格納する転送処理情報である３カラーの緑、ＣＩＲｉ＜ＩＮＲｉ≦ＰＩＲｉの場合は上記転送かパケットを廃棄するかを選択する転送・廃棄選択処理情報である３カラーの黄、ＰＩＲｉ＜ＩＮＲｉの場合はパケットを廃棄する破棄処理情報である３カラーの赤の、カラー情報(処理情報)をパケット処理部１１ｅに出力する。

パケット処理部１１ｅでの動作フローチャートを図３に示す。帯域比較部１１ｄからの比較結果に基づく処理情報が緑の場合は(Ｓ２１)、パケットをそのまま通過させて多重化部１２へパケット転送を行う(Ｓ２２)。赤の場合は(Ｓ２３)、フローｉのパケットを廃棄する(Ｓ２４)。そして黄である場合(Ｓ２５)、バッファ状態監視部１５から入力される輻輳情報の有無に従い、バッファ１３に余裕がある、すなわち輻輳情報がない場合は、パケットをそのまま通過させて多重化部１２へパケット転送を行い(Ｓ２７)、バッファに余裕がない、すなわち輻輳情報がある場合は、フローｉのパケットを廃棄する(Ｓ２６)する。

また、図３の点線部分の黄の場合のパケット処理部１１ｅでの処理としては、図４の動作フローチャートに示すようにしてもよい。図４ではステップＳ２５で、バッファ１３でパケットが輻輳していて輻輳情報が入力されている場合はパケットを廃棄するが(Ｓ２６)、輻輳情報がなく輻輳していない場合は、パケットの優先度を下げて多重化部１２へパケット転送を行う(Ｓ２８)処理を行う。優先度は該当装置固有の値を用いて各フローに付与する方法と(図２の優先度参照)、パケットに優先度を表すビット(例えばＶＬＡＮタグの中のユーザプライオリティビット)を用いる方法がある。

前者の場合、設定情報格納部１１ｂが、トラヒックフロー毎に装置固有の優先度情報も格納し、帯域比較部１１ｄは、優先度情報を考慮して処理情報を出力し、パケット処理部１１ｅは、黄の場合の転送・廃棄選択処理を示す処理情報を受けた場合に、輻輳情報がなければパケットの優先度を下げて多重化部１２への転送処理を行い多重化を行わせる。

また後者の場合、各パケットが転送の優先度を示すビットを含み、パケット処理部１１ｅは、パケットの優先度を示すビットから優先度を読み取り、黄の場合の転送・廃棄選択処理を示す処理情報を受けた場合に、輻輳情報がなければパケットの優先度を示すビットを優先度を下げた値に書き換えて多重化部１２への転送処理を行い多重化を行わせる。

多重化部１２は、パケット処理部１１ｅから入力された複数のトラヒックフローのパケットを多重し、バッファ１３に転送する。バッファ状態監視部１５は、バッファ１３のパケット格納状態を監視し、バッファ１３のパケットが輻輳していれば輻輳情報をパケット処理部１１ｅに出力する。

輻輳しているか否かの判断基準として、次のような２つの場合が考えられる。１つは、全トラヒックフローから同時にパケットが入力された場合に、全てのパケットが格納できるバッファ量があれば、輻輳していないと判断し、全パケットが格納できないバッファ量ならば、輻輳しているとする。

または、直前の一定期間に発生した各フローのトラヒック量やパケットの発生間隔からトラヒックパターンを予測することにより、その状態が続くと仮定した場合にバッファが溢れ(オーバーフロー)そうであれば、輻輳していると判断し、バッファが溢れなさそうであれば、輻輳していないとする。

なおこれらのために、バッファ状態監視部１５はパケット処理部１１ｅや多重化部１２から情報を得る。

以上のように、バッファ残量等を含むバッファでのパケットの状態を監視しながら各フローのパケットを廃棄をするかしないかを判断するので、バッファが空に近い状態の時は、黄の場合でも緑と同じようにパケットが転送され、バッファがオーバーフローしそうな時は、黄のフローのパケットは廃棄されるので、バッファの有効利用が可能である。

実施の形態２．
以上の実施の形態１では、各フローのパケットの入力レートと最低保証帯域(ＣＩＲ)と最大保証帯域(ＰＩＲ)を比較することにより、カラーマーキングを行った場合の廃棄制御であるが、次に各設定帯域の最大バーストサイズも加えて考慮した、ＲＦＣ２６９８のカラーマーキングを使用した場合の実施の形態を示す。

図５はこの発明の別の実施の形態による多重化装置の構成を示す機能ブロック図である。図５において、図１と同一符号で示す部分は同一もしくは相当部分を示し説明は省略する。トークンバケットアルゴリズム計算部１１ｆは、入力パケットのフローについてトークンバケットアルゴリズムを計算して入力されたフローの帯域が３カラーのどのカラーになるかを判定する。設定情報格納部１１ｂは例えば図６に示すように、トークンバケットアルゴリズム計算部１１ｆがＲＦＣ２６９８のトークンバケットアルゴリズムを計算するために必要な、全フローにおける最大保証帯域(ＰＩＲ)と最低保証帯域(ＣＩＲ)値、最大保証帯域における最大許容バーストサイズ(ＰＢＳ：Peak Burst Size)、最低保証帯域における最大バーストサイズ(ＣＢＳ：Committed Burst Size)、各保証帯域におけるトークンバケットのサイズ(Ｔｐ、Ｔｃ)等を格納している。

なお、ポリシング制御部１１の設定情報検索部１１ａ、設定情報格納部１１ｂ、トークンバケットアルゴリズム計算部１１ｆが処理判定手段を構成する。

次に動作について説明する。一例として、フロー毎に最大保証帯域(ＰＩＲ)と最低保証帯域(ＣＩＲ)、各保証帯域のバーストサイズ(ＰＢＳ，ＣＢＳ)、各保証帯域におけるトークンバケットのサイズ(Ｔｐ、Ｔｃ)が予め設定情報格納部１１ｂに設定されており、設定情報検索部１１ａは識別したフローの識別情報がｉとすると、設定情報格納部１１ｂを検索して該当するフローｉのＰＩＲｉ、ＣＩＲｉ、ＰＢＳｉ、ＣＢＳｉ、Ｔｐ、Ｔｃといったフローｉの設定情報をトークンバケットアルゴリズム計算部１１ｆに出力する。

これによりトークンバケットアルゴリズム計算部１１ｆは、各保証帯域におけるトークンバケットのサイズ(Ｔｐ，Ｔｃ)を計算し、フローｉのパケット長Ｂｉのパケットが入力されると、Ｔｐ−Ｂ＜０の場合はパケットを多重化部１２に転送して多重化しバッファ１３に格納する転送処理情報である３カラーの赤、Ｔｐ−Ｂ≧０かつＴｃ−Ｂ＜０の場合は上記転送かパケットを廃棄するかを選択する転送・廃棄選択処理情報である３カラーの黄、Ｔｃ−Ｂ≧０の場合はパケットを廃棄する破棄処理情報である３カラーの緑をカラー情報(処理情報)としてパケット処理部１１ｅに出力する。そしてパケット処理部１１ｅは実施の形態１と同様に(変形例も含む)、トークンバケットアルゴリズム計算部１１ｆからのカラー情報(処理情報)に従ってパケットの転送又は廃棄を行う。

以上のように、バーストサイズも考慮することにより、あるフローの入力データがバースト的にある場合でも、バッファがあるフローに対して大量のパケットを格納することがなく、バッファを使用するトラヒックフロー間の公平性を提供することができる。

この発明の一実施の形態による多重化装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１の設定情報格納部内に格納された設定情報の一例を示す図である。 この発明による多重化装置のパケット処理部の動作を説明するための動作フローチャートである。 この発明による多重化装置のパケット処理部の変形例の動作を説明するための動作フローチャートである。 この発明の別の実施の形態による多重化装置の構成を示す機能ブロック図である。 図５の設定情報格納部内に格納された設定情報の一例を示す図である。

符号の説明

１１ ポリシング制御部、１１ａ 設定情報検索部、１１ｂ 設定情報格納部、１１ｃ 入力帯域測定部、１１ｄ 帯域比較部、１１ｅ パケット処理部、１１ｆ トークンバケットアルゴリズム計算部、１２ 多重化部、１３ バッファ、１４ 出力制御部、１５ バッファ状態監視部。

Claims (8)

1. 入力される複数のトラヒックフローのパケットを多重化部で多重化して同一のバッファに格納する多重化装置であって、
   前記バッファでのパケットの格納状態を監視しパケットが輻輳状態にあることを示す輻輳情報を出力するバッファ状態監視部と、
   前記多重化部で多重化される前の入力される各トラヒックフローに対して、予めトラヒックフロー毎に設定されたパケットの転送条件に関する設定情報とトラヒックフローの到着するパケットの状態との関係に従ってパケットの転送処理、転送・廃棄選択処理、廃棄処理を判定する処理判定手段、及び到着した各トラヒックフローのパケットをそれぞれ判定された処理に従って前記多重化部への転送処理、廃棄処理を行い、転送・廃棄選択処理のトラヒックフローには前記バッファ状態監視部からの輻輳情報があれば廃棄処理、なければ転送処理を選択するパケット処理手段、を含むポリシング制御部と、
   を備えたことを特徴とする多重化装置。
2. ポリシング制御部の処理判定手段が、
   予めトラヒックフロー毎に設定された最大保証帯域と最低保証帯域を格納した設定情報格納部と、
   到着したパケットのトラヒックフローをパケット内の情報から識別し、識別したトラヒックフローに対する前記最大保証帯域と最低保証帯域を前記設定情報格納部から検索して求める設定情報検索部と、
   到着したパケットのトラヒックフローをパケット内の情報から識別し、識別したトラヒックフローに対して入力レートを計算する入力帯域測定部と、
   計算した入力レートと検索した最大保証帯域と最低保証帯域により、入力レートが最大保証帯域を超過した場合に赤としてパケットを廃棄する廃棄処理、最低保証帯域以下の場合に緑としてパケットを前記多重化部へ転送する転送処理、最大保証帯域以下で最低保証帯域を超過した場合に黄として転送・廃棄選択処理を示す処理情報を出力する帯域比較部と、
   を備え、
   前記パケット処理手段が、前記帯域比較部からの処理情報に従って多重化部への転送処理及び廃棄処理を行い、転送・廃棄選択処理のトラヒックフローには前記バッファ状態監視部からの輻輳情報があれば廃棄処理、なければ転送処理を選択して行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多重化装置。
3. 前記ポリシング制御部の処理判定手段が、
   予めトラヒックフロー毎に設定されたトラヒックフロー毎に設定された最大保証帯域、最低保証帯域、前記最大保証帯域及び最低保証帯域におけるそれぞれの最大バーストサイズ及びトークンバケットサイズを含むトークンバケットアルゴリズムによるポリシング制御を行うための設定情報を格納した設定情報格納部と、
   到着したパケットのトラヒックフローをパケット内の情報から識別し、識別したトラヒックフローに対する前記設定情報を前記設定情報格納部から検索して求める設定情報検索部と、
   検索した設定情報に従ってトークンバケットアルゴリズムによるポリシング制御を行い、赤の場合にパケットを廃棄する廃棄処理、緑の場合にパケットを前記多重化部へ転送する転送処理、黄の場合に転送・廃棄選択処理を示す処理情報を出力するトークンバケットアルゴリズム計算部と、
   を備え、
   前記パケット処理手段が、前記帯域比較部からの処理情報に従って多重化部への転送処理及び廃棄処理を行い、転送・廃棄選択処理のトラヒックフローには前記バッファ状態監視部からの輻輳情報があれば廃棄処理、なければ転送処理を選択して行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多重化装置。
4. 設定情報格納部が、トラヒックフロー毎に装置固有の優先度情報も格納し、
   帯域比較部又はトークンバケットアルゴリズム計算部が、前記優先度情報を考慮して処理情報を出力し、
   パケット処理手段は、黄の場合の転送・廃棄選択処理を示す処理情報を受けた場合に、輻輳情報がなければパケットの優先度を下げて多重化部への転送処理を行い多重化を行わせることを特徴とする請求項２又は３に記載の多重化装置。
5. 各パケットが転送の優先度を示すビットを含み、パケット処理手段は、パケットの優先度を示すビットから優先度を読み取り、黄の場合の転送・廃棄選択処理を示す処理情報を受けた場合に、輻輳情報がなければパケットの優先度を示すビットを優先度を下げた値に書き換えて多重化部への転送処理を行い多重化を行わせることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の多重化装置。
6. バッファ状態監視部が、全トラヒックフローから同時にパケットが来た場合に全てのパケットを格納できない時にバッファのパケットが輻輳していると判断して輻輳情報を出力することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の多重化装置。
7. バッファ状態監視部が、直前の一定期間に発生した各フローのトラヒック量とパケットの発生間隔を監視し、その状態が継続すると仮定した場合にバッファオーバーフローが生じると推測される場合に輻輳情報を出力することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の多重化装置。
8. 入力される複数のトラヒックフローのパケットを多重化部で多重化して同一のバッファに格納する多重化装置におけるパケット転送制御方法であって、
   前記多重化部で多重化される前の入力される各トラヒックフローに対して、予めトラヒックフロー毎に設定された転送条件に関する設定情報とトラヒックフローの到着するパケットの状態との関係に従ってパケットの転送処理、転送・廃棄選択処理、廃棄処理を判定し、到着した各トラヒックフローのパケットをそれぞれ判定された処理に従って前記多重化部への転送処理、廃棄処理を行い、転送・廃棄選択処理のトラヒックフローには前記バッファでのパケットが輻輳状態にあることを示す輻輳情報があれば廃棄処理、なければ転送処理を選択して処理を行うことを特徴とする多重化装置におけるパケット転送制御方法。

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