JP2012138725A

JP2012138725A - 通信装置

Info

Publication number: JP2012138725A
Application number: JP2010289126A
Authority: JP
Inventors: Yuki Shimomura; 勇希下村; Yukisada Yamakawa; 勇喜禎山河; Takeshi Kumagai; 健熊谷; Hideki Hinosugi; 英樹日野杉
Original assignee: Alaxala Networks Corp
Current assignee: Alaxala Networks Corp
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19

Abstract

【課題】
優先度の低いアプリケーションの出力帯域が保証帯域より小さいときに発生した余剰帯域を、優先度の高いアプリケーションに配分すること。
【解決手段】
優先度に対応した複数のユーザキューをスケジューリングし、低優先ユーザキューの最低帯域を保証する帯域保証部において、高優先ユーザキューの出力帯域を監視する高優先キュー帯域監視部と、高優先ユーザキューの出力帯域が指定帯域より小さいときは、高優先ユーザキューを優先的に送信する高優先処理部の結果を選択し、高優先ユーザキューの出力帯域が指定帯域より大きいときは、低優先ユーザキューを優先的に送信する低優先処理部の結果を選択する出力選択部を備える通信装置を提供する。
【選択図】図１

Description

帯域制御機能を有する通信装置に関する。

急速なＩＰネットワークの普及に伴い、通信事業者やインターネットサービスプロバイダは、提供サービスの範囲をテレビ電話や動画ストリーミング配信といったマルチメディアサービスに拡大している。一般に、このようなアプリケーションは、リアルタイム性が強く低遅延性が要求されるので、高優先ユーザキューに割り当てられる。一方、比較的ネットワーク上の情報転送量が少ないＷｅｂアクセスやメールやＦＴＰといったデータ系アプリケーション（ＴＣＰプロトコルで転送される）は、低優先ユーザキューに割り当てられる。

上記の優先度の高いマルティメディアアプリケーションのトラヒック（ＵＤＰプロトコルで転送される場合が多い）は、リアルタイム性が高いうえに情報転送量が多いため、ネットワーク上の通信帯域を占有してしまい、優先度の低いデータ系アプリケーションから廃棄が発生しやすい状態となる。例えば、ＴＣＰパケットが廃棄されると、コネクションを維持するために再送処理を行うが、優先度が低いと送信機会が与えられず、コネクションを維持できなくなる可能性がある。

また、再送パケットの増大によるネットワーク上の輻輳の原因にもなりえる。優先度の低いアプリケーションの過剰な廃棄を可能な範囲で回避するためには、特定のアプリケーションに通信帯域を占有されることを防ぐ必要がある。また、限られた出力帯域を有効に活用するため、各アプリケーションの入力帯域の変化により発生する余剰帯域（特に優先度の高いアプリケーションの余剰帯域）を動的に再配分する帯域制御を行う必要がある。

帯域制御を行うスケジューリング方式についての従来技術として、特許文献１がある。特許文献１では、優先度の高いアプリケーションの出力帯域をシェーピングし、各優先度に応じて完全優先制御するスケジューリング方式について記載されている。この方式では、優先度の高いアプリケーションの出力帯域をシェーピングした残りの帯域を優先度の低いアプリケーションに配分することが可能である。

特開２００９−１８２５４６号公報

特許文献１のスケジューリング方式では、高優先ユーザキューの出力帯域をシェーピングするため、低優先ユーザキューの出力帯域が低優先ユーザキューのために割り当てた出力帯域（以降、保証帯域）より小さいときに発生する余剰帯域を、高優先ユーザキューに配分できないといった課題がある。

本発明では、上記課題を解決する帯域制御方式を提供する。本発明は、低優先ユーザキューの出力帯域を保証する機能を有するスケジューリング方式であって、優先度に対応した複数のユーザキューをスケジューリングする優先制御部と、低優先ユーザキューの最低帯域を保証する帯域保証部を備え、該帯域保証部において、高優先キュー帯域監視部は、高優先ユーザキューの出力帯域を監視し、高優先ユーザキューの出力帯域が高優先ユーザキュー帯域監視部で指定した出力帯域（以降、指定帯域）より小さいときは、高優先ユーザキューを優先的に送信する高優先処理部の結果を選択し、高優先ユーザキューの出力帯域が指定帯域より大きいときは、低優先ユーザキューを優先的に送信する低優先処理部の結果を選択する出力選択部を有することを特徴とする帯域制御方式を提供する。

本発明によれば、低優先ユーザキューの出力帯域が保証帯域より小さい場合は、保証帯域から低優先ユーザキューの出力帯域を差し引いた余剰帯域を高優先ユーザキューに配分でき、ユーザに割り当てられた出力帯域を有効に活用できる。

帯域制御方式の構成を示すブロック図である。帯域保証部の処理フローを示す図である。高優先ユーザキューおよび低優先ユーザキューの出力帯域の変動１である。高優先ユーザキューおよび低優先ユーザキューの出力帯域の変動２である。本実施形態における帯域制御方式のキュー構成例である。

以下に、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、帯域制御方式の構成を示すブロック図である。同図において、ユーザキューをスケジューリングする優先制御部１４０と、低優先ユーザキューの最低帯域を保証する帯域保証部１５０を備える。

優先制御部１４０において、高優先キュースケジューリング部１０２は、複数の高優先ユーザキュー１０１−１〜１０１−ｍの中で、各アプリケーションの性質に対応した優先制御ポリシーに基づいて、どのキューからパケットを送信すべきかをスケジューリングする。また、低優先キュースケジューリング部１１２は、複数の低優先ユーザキュー１１１−１〜１１１−ｎの中で、どのキューからパケットを送信すべきかをスケジューリングする。

優先制御ポリシーとして、完全優先制御(以降、ＰＱ：Priority Queuing)、機会均等制御(以降、ＲＲ：Round Robin)、帯域均等制御（以降、ＦＱ：Fair Queuing）、重み付け帯域制御（以降、ＷＦＱ：Weighted Fair Queuing）、またはその組み合わせによりスケジューリングを実施する。ＰＱは、常に優先度の高いキューを選択するアルゴリズムである。ＲＲは、送信パケット数が等しくなるようキューを選択するアルゴリズムである。ＦＱは、出力帯域が均等になるようキューを選択するアルゴリズムである。ＷＦＱは、複数のキューが存在する中で、それぞれのキューに対して予め設定した重みに基づいた比率に応じてキューを選択するアルゴリズムである。

帯域保証部１５０において、高優先処理部１０３は、高優先ユーザキューを優先的に選択するＰＱにて処理する。一方、低優先処理部１１３は、低優先ユーザキューを優先的に選択するＰＱにて処理する。また、低優先処理部１１３において、高優先ユーザキューのスケジューリングで確定したキューS1を優先処理の対象にするかどうか選択できる。
高優先キュー帯域監視部１３０は、送信したパケットの優先度を判定し、高優先ユーザキューのパケットであれば、当該パケットの長さに比例した値を帯域監視カウンタに加算する。この帯域監視カウンタから、指定帯域に応じた値を周期的に減算し、帯域監視カウンタの閾値と比較することで高優先ユーザキューの出力帯域を監視する。ここでは帯域監視カウンタを用いた出力帯域監視方法を説明したが、出力帯域を監視できればよく、特許の請求範囲を制限するものではない。指定帯域の設定は、ユーザに割り当てられた出力帯域から保証帯域を差し引いた値とする。

出力選択部１２０は、高優先キュー帯域監視部１３０の帯域監視情報に基づき、高優先処理部１０３と低優先処理部１１３のいずれかの処理結果を選択し、パケットを送信する。また、送信したパケットの情報を高優先キュー帯域監視部１３０に通知する。
帯域保証部１５０の処理フローを図２に示す。パケットを受信し、ユーザキューにパケットが存在する場合は(ステップ２０１のＹｅｓ)、高優先ユーザキューの出力帯域と指定帯域を比較する(ステップ２０２)。高優先ユーザキューの出力帯域の方が大きい場合は(ステップ２０２のＹｅｓ)、低優先処理部１１３のＰＱ処理結果を選択し、パケットを送信する(ステップ２０３)。一方、高優先ユーザキューの出力帯域の方が小さい場合は(ステップ２０２のＮｏ)、高優先処理部１０３のＰＱ処理結果を選択し、パケットを送信する(ステップ２０４)。

次に、送信したパケットが低優先ユーザキューのパケットであれば(ステップ２０５のＮｏ)、ステップ２０１に戻る。一方、高優先ユーザキューのパケットを送信した場合は(ステップ２０５のＹｅｓ)、高優先ユーザキューの出力帯域を監視するため、帯域監視情報を更新し、ステップ２０１に戻る。

特許文献１のスケジューリング方式との違いは、高優先ユーザキューの出力帯域をシェーピングするのではなく、出力帯域を監視することにより、高優先ユーザキューと低優先ユーザキューの優先度を切り替えることである。

図３は、本発明のスケジューリング方式を適用した高優先ユーザキューおよび低優先ユーザキューの出力帯域の変動を示す図である。同図において、区間Ｂに示すように、低優先ユーザキューの出力帯域が保証帯域より小さい場合は、保証帯域から低優先ユーザキューの出力帯域を差し引いた余剰帯域１を高優先ユーザキューに配分でき、ユーザに割り当てられた出力帯域を有効に活用できる。同様に、高優先ユーザキューの出力帯域が指定帯域より小さい場合は(区間Ｃ)、指定帯域から高優先ユーザキューの出力帯域を差し引いた余剰帯域２を低優先ユーザキューに配分できる。

また、高優先ユーザキューおよび低優先ユーザキューに十分な帯域があるときは、高優先ユーザキューの出力帯域が指定帯域を超えた場合に、低優先ユーザキューの優先度を高くし、高優先ユーザキューによるユーザに割り当てられた出力帯域の占有を防ぐことで、低優先ユーザキューの最低帯域保証が実現できる(区間Ａ)。

図４は、契約帯域等で高優先ユーザキューの出力帯域を制限する場合の、高優先ユーザキューおよび低優先ユーザキューの出力帯域の変動を示す図である。図３との違いは、区間Ｂにおいて、低優先ユーザキューの出力帯域が保証帯域より小さいときに発生する余剰帯域１を、高優先ユーザキューに配分しない点である。低優先処理部１１３において、高優先ユーザキューのスケジューリングで確定したキューS1を優先処理対象外にすることで、高優先ユーザキューの出力帯域を指定帯域に制限できる。

本実施形態における帯域制御方式のキュー構成例を図５に示す。同図において、高優先ユーザキューをテレビ電話５０１−１、映像配信チャネルａ５０１−２、映像配信チャネルｂ５０１−３に分類してトラフィックをキューイングする。また、低優先ユーザキューをＦＴＰ５１１−１、Ｗｅｂアクセス５１１−２、メール５１１−３に分類してトラフィックをキューイングする。

また、高優先キュースケジューリング部５０２では、ＰＱ処理とＦＱ処理を組み合わせた方式としている。これは、テレビ電話等のリアルタイム性の強い双方向アプリケーションは他のアプリケーションよりも優先的に送信することで、転送遅延や廃棄が極力少なくなるよう制御される。また、映像配信チャネル等の片方向アプリケーションは、出力帯域を公平に分配できるようＦＱ方式としている。ＦＱ方式を使用している理由は、パケット長によって特定アプリケーションによる出力帯域の偏りを避けるためである。各アプリケーションで出力帯域に差をつけたい場合は、重みによる比率に基づいた帯域制御をするＷＦＱ方式を使用する。

また、低優先キュースケジューリング部５１２では、各アプリケーションの性質に応じて一定の出力帯域を保証するため、ＷＦＱ方式としている。

例えば、ユーザに割り当てられた出力帯域が１００Ｍｂｐｓのとき、高優先キュー帯域監視部５３０において、指定帯域を９０Ｍｂｐｓに設定すると、保証帯域は１０Ｍｂｐｓとなる。ここで、低優先ユーザキューであるＦＴＰ、Ｗｅｂアクセス、メールの出力帯域比率を５：４：１に設定すると、それぞれの最低保証帯域が５Ｍｂｐｓ、４Ｍｂｐｓ、１Ｍｂｐｓとなり、高優先ユーザキューが過負荷状態であったとしても、各アプリケーションの性質に応じた最低帯域保証が実現できる。また、高優先ユーザキューの出力帯域が９０Ｍｂｐｓ以下のときは、低優先ユーザキューが設定比率に応じて余剰帯域を分配することが可能である。同様に、低優先ユーザキューが、保証帯域である１０Ｍｂｐｓ以下のときは、発生した余剰帯域を高優先ユーザキューに配分できる。

１０１−１〜１０１−ｍ、５０１−１〜５０１−３：高優先ユーザキュー
１１１−１〜１１１−ｎ、５１１−１〜５１１−３：低優先ユーザキュー
１０２、５０２：高優先キュースケジューリング部
１１２、５１２：低優先キュースケジューリング部
１０３、５０３：高優先処理部
１１３、５１３：低優先処理部
１２０、５１０：出力選択部
１３０、５３０：高優先キュー帯域監視部
１４０：優先制御部
１５０：帯域保証部

Claims

低優先ユーザキューの出力帯域を保証する機能を有する通信装置であって、
優先度に対応した複数のユーザキューをスケジューリングする優先制御部と、
低優先ユーザキューの最低帯域を保証する帯域保証部を備え、
該帯域保証部において、高優先キュー帯域監視部は、高優先ユーザキューの出力帯域を監視し、
高優先ユーザキューの出力帯域が指定帯域より小さいときは、高優先ユーザキューを優先的に送信する高優先処理部の結果を選択し、高優先ユーザキューの出力帯域が指定帯域より大きいときは、低優先ユーザキューを優先的に送信する低優先処理部の結果を選択する出力選択部を有することを特徴とする通信装置。
請求項１記載の通信装置であって、
前記低優先処理部において、余剰帯域を高優先ユーザキューに配分するか、高優先ユーザキューの出力帯域を制限するかを選択することを特徴とする通信装置。