JP2012023442A - フェアネス制御回路、ノード装置、フェアネス制御方法およびフェアネス制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】トラフィックを中継するノード装置において通信帯域が低下する現象を回避するフェアネス制御回路を提供する。
【解決手段】フェアネス制御を行うために自ノード装置１０における適正な通信レートを含むフェアネスフレームを上流のノード装置２０に送信する所定の広告処理を実行する広告処理手段２と、自ノード装置１０が中継ノードであるか否かを判定する中継ノード判定手段３とを備え、広告処理手段２は、中継ノード判定手段３によって中継ノードであると判定された場合には、自ノード装置１０に関して所定の広告処理を行わないように制御する。
【選択図】図１９

Description

本発明は、パケットリングネットワークのフェアネス制御を行うフェアネス制御回路、ノード装置、フェアネス制御方法およびフェアネス制御プログラムに関する。

通信事業者が運営するレイヤ２ネットワークは、波長分割多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）にレイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）を組み合わせた構成、または多重化装置（ＡＤＭ：Add Drop Multiplexing ）にＬ２ＳＷを組み合わせた構成によって構築されることが一般的であった。

しかし、ＷＤＭまたはＡＤＭによって構成されたネットワークは、一般的には、ノード間を１対１で接続するポイント・ツー・ポイントの伝送に用いられ、１対複数で接続するポイント・ツー・マルチポイントの伝送には不向きである。また、ＷＤＭまたはＡＤＭによって構成されたネットワークは、波長またはＳＴＳ（Synchronous Transport ）パスを固定的に使用するので、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ：登録商標）フレーム（ＭＡＣフレーム）の特性であるバーストトラフィックを効率的に伝送することができなかった。

また、既存のレイヤ２ネットワークでは、障害発生時に、Ｌ２ＳＷが有するプロテクション機能を使用することができる。しかし、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. ）によって標準規格として規定されている技術を採用した場合に、プロテクション機能によるネットワーク経路の切替時間は、一般的には、ＩＥＥＥ８０２．１ｄで規定されているＳＴＰ（Spanning Tree Protocol）で４０秒程度、ＩＥＥＥ８０２．１ｗで規定されているＲＳＴＰ（Rapid Spanning Tree Protocol）で２秒程度かかり、通信事業者が保持する障害回復能力としては不十分な時間であった。

その結果、多対多の伝送、統計多重効果を用いたバーストトラフィックへの対応、およびＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy ）／ＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical Network ）の伝送装置並みの５０ミリ秒以下の障害回復能力を持つレイヤ２ネットワーク技術に対するニーズが高まり、トラフィッククラス毎に利用可能なネットワーク帯域（以下、通信帯域、または帯域と呼ぶ。）を有効かつ公平に活用できる標準化技術として、ＲＰＲ（Resilient Packet Ring ）がＩＥＥＥ８０２．１７で規定された。ＲＰＲは、時分割多重化伝送用やメッシュトポロジ用に最適化された規格とは異なり、リングトポロジのパケット伝送用途として最適化された規格である。

ＲＰＲネットワークでは、リングネットワーク全体のトラフィック状態に応じて、リングネットワークを構成するノード装置である各ＲＰＲステーション（以下、ステーションと呼ぶ）が自律的に使用帯域を調整、抑制し合い、各ステーションが公平に通信帯域を使用可能にするフェアネス機能が規定されている。フェアネス機能は、リング状に通信可能に接続された各ステーションが、トラフィックの状態から算出される適性帯域（localFairRate ）を、データフレームの流れとは逆の方向に転送すること、すなわち、フェアレートを上流方向に広告することによって実現される（例えば、特許文献１参照）。

図２０は、フェアネス機能を有するＲＰＲネットワークを示す説明図である。図２０を参照して、ＩＥＥＥ８０２．１７（またはＩＥＥＥ８０２．１７ｂ）で規定されているフェアネス機能の仕組みを説明する（例えば、非特許文献１，非特許文献２参照）。

図２０に示すＲＰＲネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１７（またはＩＥＥＥ８０２．１７ｂ）（以下、標準規格と呼ぶ）で規定されているフェアネス機能を有する。図２０に示すＲＰＲネットワークでは、フェアネスフレーム（ＳＣＦＦ：Single-Choke Fairness Frame ）によってフェアレートが広告される。

ＳＣＦＦによって広告されるフェアレートは、ＲＰＲネットワークにおけるトラフィックの状態に依存して決定される。例えば、ＲＰＲネットワークにおいて輻輳が発生していない状態であれば、ＳＣＦＦによって広告されるフェアレートは、トラフィックの帯域の最大値（FULL_RATE ）になる。すなわち、このとき、各ステーションから送出される（ＡＤＤされる）トラフィックには、何ら制限は加えられない。

また、例えば、あるステーションで輻輳が発生した場合には、輻輳を検出したステーションは、上流のステーションに対して、自ステーションからＡＤＤすべき帯域（すなわち、平滑化されたＡＤＤレート）をlocalFairRate として広告する。

このとき、上流のステーションは、下流のステーションから受信したＳＣＦＦの格納情報に含まれているフェアレートがFULL_RATE とは異なることによって、輻輳の発生を通知される。輻輳の発生を通知されたステーションは、輻輳の発生点（輻輳ポイント）までの距離（ホップ数）を算出する。同時に、当該ステーションは、ＡＤＤするfairness eligible トラフィックについて、輻輳ポイントを越えるトラフィックの帯域が広告されたフェアレート以下となるように帯域を抑制する。

なお、ＳＣＦＦによって広告されるフェアレートは正規化されているため、内部回路で使用する場合には、正規化と逆の操作を行って復元する必要がある。すなわち、ステーションのweightが１以外に設定されている場合には、復元時に設定されているweightを加味（受信フェアレートのweight倍に復元）する。輻輳を検出したステーションは、フェアレートを計算し、上流のステーションに広告するが、広告された上流のステーションは、広告されたフェアレートにしたがってＡＤＤ量を調整する。その結果、上流からの流入帯域が変更され、ステーションは、当該ステーションにおいて調整されたフェアレートを、さらに上流のステーションに広告する。このように、各ステーションで調整されたフェアレートが上流方向に広告されることによって、フィードバックがかかり、適正な帯域に調整することができる。

特許文献２には、ノード装置間の往復伝搬時間を用いてリング型ネットワークのフェアネス機能を実行するＲＰＲネットワークが記載されている。特許文献２に記載されたＲＰＲネットワークでは、ノード装置間の往復伝搬時間に基づいて、ノード装置の下位のレイヤのネットワークの構成の変化にも対応可能なフェアネス機能を実現する。

特許文献３には、通信の遮断を抑制し、通信帯域の利用効率を向上させるノード装置が記載されている。特許文献３に記載されたノード装置では、フェアネス制御手段が、自ノード装置から送信したフェアネス制御対象トラフィックの通信帯域と、他のノード装置から送信されて自ノード装置を通過するフェアネス制御対象トラフィックの通信帯域とを加算することによって、フェアネス制御対象トラフィックが利用可能な通信帯域を算出する。

特開２００９−１７２３０号公報（段落０１２０−０１２２） 特開２００８−１４８２２５号公報（段落００１５−００１８） 特開２００８−２１９７２２号公報（段落００３２−００３４，段落００９７−０１１２）

IEEE 802.17-2004: IEEE standard for information technology-telecommunications and information exchange between systems-local and metropolitan area networks-specific requirements-part 17: resilient packet ring (RPR) access method and physical layer specifications，２００４年９月，第１０章（Fairness） IEEE 802.17b/ D2.0: IEEE Standard for Information Technology. Telecommunications and Information Exchange Between Systems-Local and Metropolitan Area Networks -Specific Requirements - Part 17: Resilient packet ring (RPR) access method and physical layer specifications，２００６年７月，第１章（Overview）

しかし、標準規格に規定されたフェアネス制御のアルゴリズムでは、トラフィックが経由するステーションの数が増えると、疎通レートが低下してしまうことがある。疎通レートとは、所定の通信区間に流れるトラフィック量（通信帯域）である。図２１は、図２０に示すＲＰＲネットワークで疎通レートが低下する状態を示す説明図である。図２１を参照して、疎通レートが低下する原因を説明する。

図２２，２３は、nrXmitRateの検出量の一例を示す説明図である。nrXmitRateは、エイジング処理後のclassA0 以外のADD とTRANSIT との合計値を示す。図２０に示すＲＰＲネットワークにおけるフェアネス制御のアルゴリズムでは、nrXmitRateがUnreservedRateを超過する場合に、輻輳と判定されるが、エイジング処理後のnrXmitRateの値は、トラフィックの状態によって大きく変化する。

図２２は、２０回のageInterval の間に２０００００バイトのデータフレームが到着するときに、データフレームの到着が一様である場合のnrXmitRateの検出量を示し、図２３は、データフレームの到着がバーストの状態である場合のnrXmitRateの検出量を示す。データフレームの到着がバーストの状態である場合には、nrXmitRateの値が瞬時的に増えることがある（例えば、図２３に示すageInterval = 17の状態）。

ここで、輻輳ドメイン内のステーション（ノード装置：例えば、図２１に示す「St.N-2」）がフレーム揺らぎによって瞬時的に増えたトラフィックを過敏に検知すると、本来は輻輳が発生しないはずの中継ステーションの出力端で不要な輻輳（不当な輻輳）を検出してしまう。例えば、UnreservedRateを３００００とすると、図２２では輻輳は検出されないが、図２３では３００００を超えるnrXmitRateが検知されるために、不要な輻輳が検出されてしまう。すなわち、中継ノードであるため輻輳は発生しないはずであるにもかかわらず、輻輳が発生したと誤検出してしまう。不要な輻輳が中継ステーションで発生すると、当該中継ステーションでは「不当な」フェアネス制御によって補正レートの調整が行われ、隣接する上流のステーション（例えば、図２１に示す「St.N-1」）との間で疎通レートが低下してしまう。

不要な輻輳を検出したステーション（例えば、図２１に示す「St.N-2」）が、実際には中継ステーションであるにもかかわらず、中継ステーションではないと誤認識されたステーションである場合には、本来は適正レートの補正を行う必要がないにもかかわらず、輻輳制御として、「不当な」フェアネス制御によって適正レートの調整が行われ、隣接する上流のステーション（例えば、図２１に示す「St.N-1」）との間で疎通レートが低下してしまう。

このように、標準規格で規定されたフェアネス機能のアルゴリズムでは、中継ステーションの状態によって輻輳の検出およびフェアネス制御が過剰に行われ、その結果、トラフィックを中継するノード装置を経由するたびに通信帯域が低下してしまう現象が発生する可能性がある。また、特許文献１に記載された通信システムおよび特許文献２に記載されたＲＰＲネットワークも、ノード装置を経由するたびに通信帯域が低下してしまう現象に対応するものではない。

また、特許文献３に記載されたノード装置では、フェアレートの初期値を算出することによって、フェアレートの初期値が０となるために生じる通信の遮断や帯域利用効率の低下を防止するが、ノード装置を経由するたびに通信帯域が低下してしまう現象を防止するものではない。

そこで、本発明は、トラフィックを中継するノード装置において通信帯域が低下する現象を回避するフェアネス制御回路、ノード装置、フェアネス制御方法およびフェアネス制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明によるフェアネス制御回路は、フェアネス制御を行うために自ノード装置における適正な通信レートを含むフェアネスフレームを上流のノード装置に送信する所定の広告処理を実行する広告処理手段と、自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定する中継ノード判定手段とを備え、広告処理手段は、中継ノード判定手段によって中継ノードであると判定された場合には、自ノード装置に関して所定の広告処理を行わないように制御することを特徴とする。

本発明によるノード装置は、フェアネス制御を行うために自ノード装置における適正な通信レートを含むフェアネスフレームを上流のノード装置に送信する所定の広告処理を実行する広告処理手段と、自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定する中継ノード判定手段とを備え、広告処理手段は、中継ノード判定手段によって中継ノードであると判定された場合には、自ノード装置に関して所定の広告処理を行わないように制御することを特徴とする。

本発明によるフェアネス制御方法は、自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定し、中継ノードであると判定された場合には、フェアネス制御を行うために自ノード装置における適正な通信レートを含むフェアネスフレームを上流のノード装置に送信する所定の広告処理を、自ノード装置に関して実行しないように制御することを特徴とする。

本発明によるフェアネス制御プログラムは、ノード装置に備えられたコンピュータに、自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定する処理と、中継ノードであると判定された場合には、フェアネス制御を行うために自ノード装置における適正な通信レートを含むフェアネスフレームを上流のノード装置に送信する所定の広告処理を、自ノード装置に関して実行しないように制御する処理とを実行させることを特徴とする。

本発明によれば、トラフィックを中継するノード装置において通信帯域が不当に低下する現象を、簡易な拡張によって回避することができる。

本発明によるフェアネス制御回路の一実施形態の構成を示すブロック図である。 中継ステーションの判定条件に対応した状態遷移のアルゴリズムの一例を示す説明図である。 ＲＰＲネットワークの動作検証モデルを示す説明図である。 図３に示すＲＰＲネットワークで動作検証するトラフィック状態のパターンをまとめた説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。 本発明によるフェアネス制御回路の主要部を示すブロック図である。 フェアネス機能を有するＲＰＲネットワークを示す説明図である。 図２０に示すＲＰＲネットワークで疎通レートが低下する状態を示す説明図である。 nrXmitRateの検出量の一例を示す説明図である。 nrXmitRateの検出量の一例を示す説明図である。

図１は、本発明によるフェアネス制御回路の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１を参照して、本発明によるフェアネス制御回路の一実施形態の構成を説明する。

図１に示すフェアネス制御回路１００、フレーム受信部１１０、フレーム送信部１２０、帯域制御部１３０および受信制御部１４０は、ＲＰＲネットワークを構成する各ステーション（すなわち、パケットリングネットワークのノード装置）に備えられている。パケットリングネットワークのノード装置とは、具体的には、ルータ等のネットワーク装置や、トラフィック制御機能を備えたコンピュータである。

フレーム受信部１１０は、主信号のデータフレームの通信方向側である下流のステーションから送信されたフレームを受信する。なお、「下流」とは、ネットワークで通信される主信号データフレームの送信先方向を示す。また、「上流」とは、ネットワークで通信される主信号データフレームの送信元方向を示す。フレーム受信部１１０は、受信したフレームのうち、フェアネスフレーム（以下、ＳＣＦＦという）をＳＣＦＦ処理部１０１に転送する。フレーム送信部１２０は、下流のステーションにデータフレームを送信する。

帯域制御部１３０は、主信号パス２０２の帯域を制御する。例えば、帯域制御部１３０は、ＡＧＥ処理部１０４からの要求に応じて、帯域の測定値をＡＧＥ処理部１０４に提供する。

受信制御部１４０は、受信フレームに対する処理を行う。例えば、受信制御部１４０は、ＦＤＤフレームを受信する。

フェアネス制御回路１００は、ＳＣＦＦを受信し、フェアレートを広告し、ＳＣＦＦを送出する。「広告する」とは、フェアレート（適性帯域）等の情報を上流側のノード装置に対して通知または送信することである。フェアネス制御回路１００は、ＳＣＦＦ処理部１０１、ＦＤＤ生成部１０２、ＳＣＦＦ送信部１０３、ＡＧＥ処理部１０４、ＦＲＴＴ比較部１０５、隣接カードインタフェース部１０６を備える。なお、フェアネス制御回路１００の構成の少なくとも一部は、プログラムにしたがって動作するＣＰＵによって実現されてもよい。

ＳＣＦＦによって広告されるフェアレートは、ＲＰＲネットワークにおけるトラフィックの状態に依存して、自ステーションで計算したフェアレート、下流のステーションから受信したＳＣＦＦの格納情報に含まれているフェアレート、またはFULL_RATE のいずれかから決定される。なお、本実施形態では、ＳＣＦＦ処理部１０１が、トラフィックの状態に応じて、ＳＣＦＦによって広告されるフェアレートを決定する。

ＳＣＦＦ処理部１０１は、ＳＣＦＦに対して種々の処理を行う。例えば、ＳＣＦＦ処理部１０１は、フレーム受信部１１０から受信したＳＣＦＦに格納されている内容（例えば、ＳＣＦＦの送信元の情報およびフェアレート）を抽出する。ＳＣＦＦ処理部１０１は、抽出したＳＣＦＦに含まれる内容に基づいて、自ステーションが輻輳ドメインのテイルステーションであるか否かを判定し、自ステーションから輻輳ポイントまでの距離（ホップ数）を算出する。ホップ数は、主に送信フレームの宛先が輻輳ポイントを超えるか否かの判定に使用される。

また、ＳＣＦＦ処理部１０１は、ＡＧＥ処理部１０４によって収集された帯域値に所定の処理を行って帯域計算のベースとし、一定周期（Advertising Interval）で広告するフェアレート（自ステーションで計算したフェアレート）を決定する。

ＳＣＦＦ処理部１０１は、トラフィックの状態に応じて広告するフェアレートを決定する。ＳＣＦＦ処理部１０１は、決定したフェアレートを乗せたＳＣＦＦの送出要求および送出情報を、隣接カードインタフェース部１０６を介して隣接カード（図示せず）に通知する。隣接カードのフレーム送信部（図示せず）は、通知されたＳＣＦＦの送出要求および送出情報にしたがって送信バッファでＳＣＦＦを送出する。

ＦＤＤ生成部１０２は、ＦＤＤ（Fairness Differential Delay ）フレームの送出処理を行う。

ＡＧＥ処理部１０４は、自ステーションを通過するトラフィック、あるいは自ステーションからＡＤＤされるフェアネス制御の対象トラフィックの帯域を測定する。ＡＧＥ処理部１０４は、帯域制御部１３０に要求を行って、一定のaging interval周期で帯域の測定値を収集する。

ＦＲＴＴ比較部１０５は、受信制御部１４０が受信した異なるクラスのＦＤＤフレームの到着時間の差を比較して、特定のステーションまでのＳＣＦＦの到達時間を示すＦＲＴＴ（Fairness Round Trip Time）を求める。

ＳＣＦＦ送信部１０３は、ＦＤＤ生成部１０２から送出されるＦＤＤフレームと、隣接カードから隣接カードインタフェース部１０６を介して出力されるＳＣＦＦ送出要求等とにしたがって、フレームを組み立て主信号パスにＳＣＦＦを転送する。

また、本実施形態におけるＳＣＦＦ処理部１０１は、標準規格のフェアネス制御で発生する疎通レートの低下を回避する制御を行う。疎通レートとは、所定の通信区間に流れるトラフィック量（通信帯域）である。疎通レートの低下を回避する制御は、具体的には、輻輳ドメイン内のステーションで不要な輻輳の検出をしない（すなわち、疎通レートの検出感度を下げる）ことによって実現される。また、特に、中継ステーション（中継ノード）の判定条件を適正化し、中継ステーションにおいて輻輳制御（フェアネス制御）を実行しないことによって実現される。すなわち、中継ノードである場合には、輻輳は発生しえないのであるから輻輳制御を行う必要はない。そこで、本実施形態では、中継ノードであるか否かを適正に判定できるようにし、中継ノードであると判定したノードに関しては、広告処理を行わない（スルーする）ことによって、無駄に輻輳制御を行うことを防止し、通信帯域の低下を防止している。

ＳＣＦＦ処理部１０１による中継ステーションの判定条件について、具体的なアルゴリズムを例に挙げて説明する。

まず、ＳＣＦＦ処理部１０１は、自ステーションが通信区間内にあるか否かを確認する。なお、標準規格のアルゴリズムでは、通信区間の外に出た時点でＳＣＦＦに含まれるＴＴＬ（Time To Live）の値は復元される（TTL = MAX STATIONS）。また、ＳＣＦＦ処理部１０１が中継ステーションで行われるＳＣＦＦのＴＴＬ減算処理の要否を判別するために、上流からのトラフィックの有無を監視する必要がある。

次に、ＳＣＦＦ処理部１０１は、ＡＤＤされるデータフレームの有無によって（例えば、addRateの値（「addRate=0 」か否か）を判定条件に用いる。）、自ステーションが中継ステーションであるか否かを判定する。すなわち、「addRate=0 」であれば、自ステーションから新たに発信可能となるデータがない状態であると判定できるので、ＳＣＦＦ処理部１０１は、自ステーションが中継ステーションであると判定できる。

なお、「addRate=0 」の状態には、「ＡＤＤするトラフィックが全くない場合」と、「ＡＤＤするトラフィックがあるが、ＡＤＤできない場合」とが含まれるため、「addRate=0 」だけを中継ステーションの判定条件とすると、上流から大量のトラフィックが送信された場合には、自ステーションからＡＤＤするデータフレームがあるにもかかわらず、中継ステーションであると誤認識される可能性も考えられる。誤認識された中継ステーションで輻輳が検出されると、中継ステーションにおける輻輳の誤検出となり、フェアネス制御が行われないという誤動作を引き起こしてしまう。

そこで、上記のような場合でも中継ステーションであるか否かを適正に判定できるようにするために、ＳＣＦＦ処理部１０１は、ＡＤＤ可能なデータフレームの有無も確認（例えば、nrXmitRate等の値を判定条件に用いる。）して、中継ステーションであるか否かを判定するようにすることが望ましい。この場合、例えば、ＳＣＦＦ処理部１０１は、「addRate=0 」であっても、発信可能なデータフレームが存在する状態であれば、nrXmitRateが０でなければ、中継ステーションではないと判定するようにすればよい（図２参照）。

図２は、中継ステーションの判定条件（広告判定）に対応した状態遷移のアルゴリズムの一例を示す説明図である。ＳＣＦＦ処理部１０１は、例えば図２に示されたアルゴリズムにしたがって、自ステーションを中継ステーションであると判定した場合には、標準規格で定義されている広告の処理を行わず、ＴＴＬの減算だけを行ってＳＣＦＦの内容をそのまま上流のステーションに送出するスルー処理（図２に示す「THRU」に相当）を行う。スルー処理では、フェアレートは変更されずに維持される。すなわち、当該中継ステーションに関しては、広告処理を行わないことである。その結果、当該中継ステーションを経由しても帯域は制限されないので、当該中継ステーションにおける帯域の減少を回避することができる。

図３は、ＲＰＲネットワークの動作検証モデルを示す説明図である。図３に示すＲＰＲ＃１〜ＲＰＲ＃８は図１に示すフェアネス制御回路１００を含むステーションとなるノード装置である。

図３に示す「広告判定」で中継ステーションであると判定された（Extension ）ステーションでは、ＳＣＦＦ処理部１０１は、スルー処理を行う。中継ステーションではないと判定された（Normal）ステーションでは、ＳＣＦＦ処理部１０１は、標準規格で規定されたアルゴリズムにしたがって処理を行う。図３に示す「TTL （SCFF）」は、広告するＳＣＦＦのＴＴＬ値を示す。図３に示す「fairRate（SCFF）」は、広告するＳＣＦＦのフェアレートの値（FULLはFULL_RATE に相当）を示す。図３に示す「nrXmitRate」および「addRate 」の値は、トラフィックモニタによる測定値を示す。

図４は、図３に示すＲＰＲネットワークで動作検証するトラフィック状態のパターンをまとめた説明図である。図４には、トラフィック通信数、トラフィック区間の重複、輻輳箇所および輻輳の種別について、１４通りのパターン（ケース１〜ケース１４）がまとめられている。

図５〜図１８は、図４に示された各パターンにおけるＲＰＲネットワークの動作を示す説明図である。図５〜図１８は、図４に示されたケース１〜ケース１４の各パターンに対応する。図５〜図１８に示すＲＰＲネットワークの構成は、図３に示すＲＰＲネットワークの構成と同じ構成である。図５〜図１８を参照して、図４に示されたケース１〜ケース１４の各パターンにおける本実施形態の動作を説明する。

ケース１（図５に相当）は、トラフィックがなく、輻輳も発生していない状態を示す。ケース１では、輻輳が発生していないので、中継ステーションは存在しない。

ケース２（図６に相当）は、単独のトラフィックがあり、輻輳は発生していない状態を示す。ケース２では、輻輳が発生していないので、ＲＰＲ＃２〜ＲＰＲ＃５は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。

ケース３（図７に相当）は、単独のトラフィックがあり、複数個所で不当な輻輳検出が発生している状態を示す。不当な輻輳検出とは、図２０〜２３で説明したような一般的な制御方法を用いた場合に、トラフィックが瞬時的に増加した等の本来輻輳として検出すべきではない通信状態に対して、輻輳を誤って検出してしまうことである。本実施形態の方法を用いれば、図２０〜２３に示した制御方法を用いた場合に不当な輻輳が検出されてしまうステーションを中継ステーションと判定してスルー処理を実行し、不当に輻輳を検出することを防止できる。図７に示された不当な輻輳検出は、図２０〜２３に示した制御方法を用いた場合に検出される不当な輻輳検出を示したものであり、本実施形態の方法を用いた場合には実際には輻輳として検出されない。以下、各ケースにおいて同様である。

ケース３では、図２０〜２３に示した制御方法を用いると、ＲＰＲ＃２〜ＲＰＲ＃５で発生している不当な輻輳検出を行ってしまう。これに対して、本実施形態で示した制御方法を用いれば、ＲＰＲ＃２〜ＲＰＲ＃５は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。したがって、輻輳が発生していると誤判定することを防止し、フェアレートを下げることなく通信を行うことができる。

ケース４（図８に相当）は、単独のトラフィックがあり、複数個所で正常な輻輳検出が発生している状態を示す。正常な輻輳検出とは、フェアレートを制限するべき通信状態に対して、輻輳を検出することである。正常な輻輳が検出された場合には、標準規格に規定されたアルゴリズムにしたがって輻輳制御を実行し、フェアレートを制限する必要がある。ケース４では、ＲＰＲ＃２〜ＲＰＲ＃５で発生している輻輳検出は正常な輻輳検出であるので、ＲＰＲ＃２〜ＲＰＲ＃５は中継ステーションであると判定されず、標準規格に規定されたアルゴリズムが適用される。

ケース５（図９に相当）は、単独のトラフィックがあり、正常な輻輳検出と不当な輻輳検出とが混在している状態を示す。ケース５は、ケース３およびケース４を合わせた状態ともいえる。ケース５では、図２０〜２３に示した制御方法を用いると、ＲＰＲ＃２〜ＲＰＲ＃５で発生している不当な輻輳検出を行ってしまう。これに対して、本実施形態で示した制御方法を用いれば、ＲＰＲ＃２〜ＲＰＲ＃５は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。したがって、輻輳検出が混在していても、図２０〜２３に示した制御方法を用いると不当な輻輳検出を行ってしまうステーションで輻輳が発生していると誤判定することを防止し、フェアレートを下げることなく通信することができる。

ケース６（図１０に相当）は、重複しない複数のトラフィックがあり、不当な輻輳検出が発生している状態を示す。ケース６では、図２０〜２３に示した制御方法を用いると、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５で発生している不当な輻輳検出を行ってしまう。これに対して、本実施形態で示した制御方法を用いれば、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。したがって、輻輳が発生していると誤判定することを防止し、フェアレートを下げることなく通信することができる。

ケース７（図１１に相当）は、重複しない複数のトラフィックがあり、正常な輻輳検出が発生している状態を示す。ケース７では、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。

ケース８（図１２に相当）は、重複しない複数のトラフィックがあり、正常な輻輳検出と不当な輻輳検出とが混在している状態を示す。ケース８は、ケース６およびケース７を合わせた状態ともいえる。ケース８では、図２０〜２３に示した制御方法を用いると、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５で発生している不当な輻輳検出を行ってしまう。これに対して、本実施形態で示した制御方法を用いれば、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。したがって、正常な輻輳検出と不当な輻輳検出とが混在しているケース８においても、ケース６やケース７と同様に、図２０〜２３に示した制御方法を用いると不当な輻輳検出を行ってしまうステーションで輻輳が発生していると誤判定することを防止し、フェアレートを下げることなく通信することができる。すなわち、疎通しているトラフィックデータの数が増減しても、フェアレートを不要に下げることなく通信を実現することができる。

ケース９（図１３に相当）は、重複する複数のトラフィックがあり、不当な輻輳検出が発生している状態を示す。ケース９では、図２０〜２３に示した制御方法を用いると、ＲＰＲ＃２でトラフィックが重複した状態で不当な輻輳検出を行ってしまう。これに対して、本実施形態で示した制御方法を用いれば、ＲＰＲ＃２は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。また、図２０〜２３に示した制御方法を用いると、ＲＰＲ＃６，ＲＰＲ＃７でも不当な輻輳検出を行ってしまう。これに対して、本実施形態で示した制御方法を用いれば、ＲＰＲ＃６，ＲＰＲ＃７も中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。したがって、トラフィックが重複していても、輻輳が発生していると誤判定することを防止し、フェアレートを下げることなく通信することができる。

ケース１０（図１４に相当）は、重複する複数のトラフィックがあり、正常な輻輳検出が発生している状態を示す。ケース１０では、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃６，ＲＰＲ＃７は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。なお、ＲＰＲ＃３〜ＲＰＲ＃５は、標準規格に規定されたアルゴリズムが適用されるが、トラフィックの状態に応じて、下流からの広告値をスルーする制御にしてもよい。

ケース１１（図１５に相当）は、重複する複数のトラフィックがあり、正常な輻輳検出と不当な輻輳検出とが混在している状態を示す。ケース１１は、ケース９およびケース１０を合わせた状態ともいえる。ケース１１では、図２０〜２３に示した制御方法を用いると、ＲＰＲ＃２でトラフィックが重複した状態で不当な輻輳検出を行ってしまう。これに対して、本実施形態で示した制御方法を用いれば、ＲＰＲ＃２は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。また、図２０〜２３に示した制御方法を用いると、ＲＰＲ＃６，ＲＰＲ＃７でも不当な輻輳検出を行ってしまう。これに対して、本実施形態で示した制御方法を用いれば、ＲＰＲ＃６，ＲＰＲ＃７も中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。また、ＲＰＲ＃３〜ＲＰＲ＃５は、標準規格に規定されたアルゴリズムが適用されるが、トラフィックの状態に応じて、下流からの広告値をスルーする制御にしてもよい。したがって、正常な輻輳検出と不当な輻輳検出とが混在しているケース１１においても、ケース９やケース１０と同様に、図２０〜２３に示した制御方法を用いると不当な輻輳検出を行ってしまうステーションで輻輳が発生していると誤判定することを防止し、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃６，ＲＰＲ＃７でフェアレートを不要に下げることなく通信することができる。すなわち、疎通区間のオーバーラップが発生しても、フェアレートを不要に下げることなく通信を実現することができる。

ケース１２（図１６に相当）は、重複するトラフィックが複数あり、不当な輻輳検出が発生している状態を示す。ケース１２では、図２０〜２３に示した制御方法を用いると、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５，ＲＰＲ＃７で不当な輻輳検出を行ってしまう。これに対して、本実施形態で示した制御方法を用いれば、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５，ＲＰＲ＃７は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。したがって、輻輳が発生していると誤判定することを防止し、フェアレートを下げることなく通信することができる。

ケース１３（図１７に相当）は、重複するトラフィックが複数あり、正常な輻輳検出が発生している状態を示す。ケース１３では、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５，ＲＰＲ＃７は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。また、ＲＰＲ＃４，ＲＰＲ＃６では、正常な輻輳検出が発生しているので、標準規格に規定されたアルゴリズムが適用される。なお、ＲＰＲ＃４，ＲＰＲ＃６は、標準規格に規定されたアルゴリズムが適用されるが、トラフィックの状態に応じて、下流からの広告値をスルーする制御にしてもよい。

ケース１４（図１８に相当）は、重複するトラフィックが複数あり、正常な輻輳検出と不当な輻輳検出とが混在している状態を示す。ケース１４は、ケース１２およびケース１３を合わせた状態ともいえる。ケース１４では、図２０〜２３に示した制御方法を用いると、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５，ＲＰＲ＃７で不当な輻輳検出を行ってしまう。これに対して、本実施形態で示した制御方法を用いれば、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５，ＲＰＲ＃７は中継ステーションであると判定され、スルー処理が行われる。また、ＲＰＲ＃４，ＲＰＲ＃６では、正常な輻輳検出が発生しているので、標準規格に規定されたアルゴリズムが適用される。なお、ＲＰＲ＃４，ＲＰＲ＃６は、標準規格に規定されたアルゴリズムが適用されるが、トラフィックの状態に応じて、下流からの広告値をスルーする制御にしてもよい。その結果、ＲＰＲ＃４，ＲＰＲ＃６では標準規格に規定されたアルゴリズムにしたがってフェアレートが下げられるが、ＲＰＲ＃２，ＲＰＲ＃３，ＲＰＲ＃５，ＲＰＲ＃７では輻輳が発生していると誤判定されることが防止し、フェアレートを下げることなく通信することができる。すなわち、疎通区間のオーバーラップが混在して発生しても、フェアレートを不要に下げることなく通信を実現することができる。

このようなフェアネス制御回路を備えたノード装置では、フェアネス制御における広告判定アルゴリズムを拡張するという簡易な拡張によって、中継ステーションと判定した場合にスルー処理を行う。すなわち、フェアネス制御における広告判定から中継ステーションを例外とすることができる。その結果、本来は輻輳が発生しないはずの中継ステーションのノード装置において、トラフィックを中継するノード装置において通信帯域が不当に低下する現象を、回路規模を複雑にすることなく回避することができる。

また、このようなフェアネス制御回路を備えたノード装置は、障害発生時にも伝送路（パスを含む）を確保することができる冗長化構成をとりつつ、運用ポリシーに応じて制御を分離することが可能である。特に、下位レイヤで瞬時にバーストトラフィックが発生するようなパケットリングノード装置においては、収容するサービスへの影響を極小化することができ、ネットワークレベルでの品質の確保および運用における可用性の向上を両立可能なＲＰＲネットワークのノード装置で、トラフィックを中継するノード装置において通信帯域が不当に低下する現象を回避することができる。

また、このようなトラフィックを中継するノード装置において通信帯域が不当に低下する現象に対する本発明以外の対応方法として、例えば、下位レイヤの通信方式の改善、ageCoef の拡張、またはアイドルフレーム生成回路の実装といった方法が考えられるが、回路規模の増加による装置コストの増加が懸念される。しかし、本発明によれば、フェアネス制御における広告判定アルゴリズムを拡張するという簡易な拡張によって対応することができ、装置コストの増加を抑えることができる。

なお、ＩＥＥＥ８０２．１７規格では、フェアネス機能は基本的にはＯＮの状態に固定されており、常時動作することを前提としているが、本実施形態のフェアネス制御回路は、フェアネス機能をＯＦＦにするモードにも対応してもよい。このとき、fairness eligible トラフィックのシェーパは「ＡＤＤ許可」に固定され、トラフィックはベストエフォートで処理される。

図１９は、本発明によるフェアネス制御回路の主要部を示すブロック図である。図１９に示すように、フェアネス制御回路１（例えば、図１に示すフェアネス制御回路１００に相当）は、フェアネス制御を行うために自ノード装置１０における適正な通信レート（例えば、フェアレート）を含むフェアネスフレームを上流のノード装置２０に送信する所定の広告処理（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１７に規定されたフェアネス制御にしたがった処理）を実行する広告処理手段２（例えば、図１に示すＳＣＦＦ処理部１０１およびＳＣＦＦ送信部１０３に相当）と、自ノード装置１０が中継ノードであるか否かを判定する中継ノード判定手段３（例えば、図１に示すＳＣＦＦ処理部１０１に相当）とを備え、広告処理手段２は、中継ノード判定手段３によって中継ノードであると判定された場合には、自ノード装置１０に関して所定の広告処理を行わない（例えば、本発明の実施形態に示すスルー処理によって実現される。）ように制御するように構成されている。

また、上記の実施形態では、以下の（１）〜（４）に示すようなフェアネス制御回路も開示されている。

（１）中継ノード判定手段３は、自ノード装置１０から送出されるデータフレーム（例えば、実施形態における「ＡＤＤされるデータフレーム」に相当）の有無を含む判定条件を用いて、自ノード装置１０が中継ノードであるか否かを判定するフェアネス制御回路。

（２）中継ノード判定手段３は、自ノード装置１０から送出されるデータフレームがないと判定した場合であっても、新たに発信可能なデータフレーム（例えば、実施形態における「ＡＤＤ可能なデータフレーム」に相当）が存在すると判定した場合には、中継ノードであると判定しないフェアネス制御回路。

（３）広告処理手段２は、中継ノード判定手段３によって中継ノードであると判定された場合には、下流のノード装置から受信したフェアネスフレームに含まれる通信レートを変更せずに、フェアネスフレームを上流のノード装置２０に転送するフェアネス制御回路（例えば、図２に示す「THRU」の処理によって実現される。）。

（４）広告処理手段２は、中継ノード判定手段３によって中継ノードであると判定された場合には、下流のノード装置から受信したフェアネスフレームに含まれるＴＴＬの値の減算処理を行い、減算処理を行ったフェアネスフレームを上流のノード装置２０に転送するフェアネス制御回路（例えば、図２に示す「THRU」の処理によって実現される。）。

１ フェアネス制御回路
２ 広告処理手段
３ 中継ノード判定手段
１０，２０ ノード装置
１００ フェアネス制御回路
１０１ ＳＣＦＦ処理部
１０２ ＦＤＤ生成部
１０３ ＳＣＦＦ送信部
１０４ ＡＧＥ処理部
１０５ ＦＲＴＴ比較部
１０６ 隣接カードインタフェース部
１１０ フレーム受信部
１２０ フレーム送信部
１３０ 帯域制御部
１４０ 受信制御部

Claims (10)

1. フェアネス制御を行うために自ノード装置における適正な通信レートを含むフェアネスフレームを上流のノード装置に送信する所定の広告処理を実行する広告処理手段と、
   自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定する中継ノード判定手段とを備え、
   前記広告処理手段は、前記中継ノード判定手段によって中継ノードであると判定された場合には、自ノード装置に関して前記所定の広告処理を行わないように制御する
   ことを特徴とするフェアネス制御回路。
2. 中継ノード判定手段は、自ノード装置から送出されるデータフレームの有無を含む判定条件を用いて、自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定する
   請求項１記載のフェアネス制御回路。
3. 中継ノード判定手段は、自ノード装置から送出されるデータフレームがないと判定した場合であっても、新たに発信可能なデータフレームが存在すると判定した場合には、中継ノードであると判定しない
   請求項１または請求項２記載のフェアネス制御回路。
4. 広告処理手段は、中継ノード判定手段によって中継ノードであると判定された場合には、下流のノード装置から受信したフェアネスフレームに含まれる通信レートを変更せずに、前記フェアネスフレームを上流のノード装置に転送する
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のフェアネス制御回路。
5. 広告処理手段は、中継ノード判定手段によって中継ノードであると判定された場合には、下流のノード装置から受信したフェアネスフレームに含まれるＴＴＬの値の減算処理を行い、前記減算処理を行ったフェアネスフレームを上流のノード装置に転送する
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のフェアネス制御回路。
6. フェアネス制御を行うために自ノード装置における適正な通信レートを含むフェアネスフレームを上流のノード装置に送信する所定の広告処理を実行する広告処理手段と、
   自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定する中継ノード判定手段とを備え、
   前記広告処理手段は、前記中継ノード判定手段によって中継ノードであると判定された場合には、自ノード装置に関して前記所定の広告処理を行わないように制御する
   ことを特徴とするノード装置。
7. 自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定し、
   中継ノードであると判定された場合には、フェアネス制御を行うために自ノード装置における適正な通信レートを含むフェアネスフレームを上流のノード装置に送信する所定の広告処理を、自ノード装置に関して実行しないように制御する
   ことを特徴とするフェアネス制御方法。
8. 自ノード装置から送出されるデータフレームの有無を含む判定条件を用いて、自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定する
   請求項７記載のフェアネス制御方法。
9. ノード装置に備えられたコンピュータに、
   自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定する処理と、
   中継ノードであると判定された場合には、フェアネス制御を行うために自ノード装置における適正な通信レートを含むフェアネスフレームを上流のノード装置に送信する所定の広告処理を、自ノード装置に関して実行しないように制御する処理とを実行させるための
   フェアネス制御プログラム。
10. コンピュータに、
    自ノード装置から送出されるデータフレームの有無を含む判定条件を用いて、自ノード装置が中継ノードであるか否かを判定する処理を実行させるための
    請求項９記載のフェアネス制御プログラム。

Images