JP2739949B2 - 通信バッファ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、パケット通信システムにおける通信路の入
力部に設けられ、情報パケットを一時的に蓄積する通信
バッファ装置に係わり、特にパケットの優先制御方式を
実現する通信バッファ装置に関する。

（従来の技術） 近年、ディジタル通信網の発展に伴ってパケット通信
方式が広く利用されるようになってきた。周知のよう
に、パケット通信方式は、各情報パケットに送り先アド
レスが付加されていることから、通信路を有為情報の通
信のみに使用でき、同じ能力を持つ通信路より多くの利
用者が同時に使用でき、この結果、通信効率の向上、ひ
いては通信コストの低減を図ることができるという利点
がある。

ところで、パケット通信方式では、同じ通信路を同時
に多くの利用者が使用するため、一時的にその通信路の
能力を超えた情報がその通信路に集中する現象、即ちふ
くそう現象が生じ、パケットの欠落を引起こすという問
題がある。そこで、この問題を解決するため、パケット
通信システムでは、通信路の入力部に通信バッファを設
け、送信すべきパケットを、その通信路のふくそう状態
が解消するまで一時的に蓄積しておくことがなされてい
る。この通信バッファを利用することにより、ある限度
内でのふくそう状態に対しては、パケットの欠落を防止
することができる。

しかしながら、通信バッファの容量は有限であるた
め、特定の通信路で長い時間ふくそう状態が続くと、通
信バッファに新たなパケットを蓄積することが不可能に
なり、パケットの欠落を引起こすことがある。また、こ
のような長時間ふくそう状態が発生すると、あるパケッ
トがバッファに蓄積されてから、それが出力されるまで
の時間が増大するという欠点もあった。

そこで、従来、これらの欠点を解決するため、各パケ
ットに優先度を付け、優先度の高いパケットを優先度の
低いパケットよりも先に出力するパケット優先制御方式
が知られている。この方式によれば、パケットの欠落
は、優先度の低いパケットから順に発生することにな
る。パケットの欠落が与える影響の大きい通信と小さい
通信とが混在するシステムにおいては、このようにパケ
ットの欠落をその影響の少ないパケットから順に発生さ
せるようにすると、通信路の有効な共用方法が実現でき
る。

第５図にこの方式を実現するための通信バッファ装置
の構成を示す。第１の通信路51と第２の通信路52との間
に設けられた複数のFIFO（First in First out）バッフ
ァ531,532,…,53nは、優先度別にパケットを格納するバ
ッファである。第１の通信路51から送信すべきパケット
を受取ったデマルチプレクサ54は、受入れたパケットを
優先度に応じた特定のFIFOバッファ53iに振分ける。マ
ルチプレクサ55は、パケットを蓄積しているFIFOのバッ
ファ53iのうち、最も優先度の高いFIFOバッファ53iを選
択してそのFIFOバッファ53iからパケットを取出し、第
２の通信路52に出力する。

このようなシステムでは、パケットは優先度別にFIFO
バッファ52iに蓄えられ、マルチプレクサ55がパケット
を出力する際は、パケットを蓄積しているFIFOバッファ
53iのうち最も高い優先度に割当てられたFIFOバッファ5
3iがパケットを取出すので、結局、パケットの欠落は優
先度の低いパケットから生じることになる。

しかしながら、FIFOバッファ53iを優先度毎に設ける
従来の通信バッファ装置では、通信すべきパケット優先
度が、ある優先度に偏っていると、各FIFOバッファ53i
に蓄積されるパケットの個数がまちまちになり、FIFOバ
ッファ53iの記憶領域の使用効率が低下するという問題
があった。

（発明が解決しようとする課題） このように、優先度毎にバッファを設けてパケットの
優先制御方式を実現する従来の通信バッファ装置では、
バッファの記憶領域の使用効率が悪いという問題があっ
た。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、パケ
ットの優先制御方式を実現する通信バッファ装置におい
て、記憶領域の使用効率を向上させることができ、これ
により少ない記憶スペースで有効なパケットの優先制御
を実現できる通信バッファ装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、情報パケットを蓄積する記憶手段と、送信
すべき情報パケットを入力するとともに、前記記憶手段
の空き領域を検出し，前記入力された情報パケットを前
記空き領域に蓄積するパケット入力手段と、前記記憶手
段に蓄積された各情報パケットの優先度に基づいて前記
記憶手段から廃棄すべき情報パケットを選択し廃棄する
パケット廃棄手段と、同じく記憶手段に蓄積された各情
報パケットの優先度に基づいて前記記憶手段から出力す
べき情報パケットを選択し出力するパケット出力手段と
を具備したことを特徴としている。

ここで、パケットの優先度とは、例えばパケットの廃
棄が通信に与える影響の大きさ（廃棄優先度）やパケッ
トの遅延が通信に与える影響の大きさ（出力優先度）な
どの情報で、具体的には、そのパケットの性質、送受信
端末の種類、通信バッファ装置への蓄積順次等に基づく
ものである。この優先度は、パケット自体に情報として
担われていたり、パケットがバッファへ蓄積される際に
付加されたり、或は記憶手段の管理情報として備えられ
ている等様々な形態でパケットと対応付けることができ
る。

本発明の好ましい態様は、前記パケット廃棄手段が、
通信路上での情報パケットの転送に必要な時間より短い
時間で前記記憶装置に蓄積されている情報パケットを選
択し廃棄するものであり、前記パケット出力手段が、通
信路上での情報パケットの転送に必要な時間よりも短い
時間で前記記憶装置に蓄積されている情報パケットを選
択し出力するものである。

（作用） 本発明によれば、記憶手段に空き領域が有れば、その
領域にパケットを優先度とは関係なしに無条件に蓄積し
ていく。そして、パケットの廃棄が必要なときは、パケ
ット廃棄手段が、各パケットの優先度から廃棄すべきパ
ケットを決定し、廃棄処理を行なう。また、パケットの
出力動作が必要なときには、パケット出力手段が各パケ
ットの優先度から出力すべきパケットを決定しそのパケ
ット取出す。したがって、この発明によれば、記憶領域
に無駄な空き領域が生ずることがなく記憶領域を有効に
使用することができる。このため、少ないバッファ容量
で有効なパケットの優先制御を実現できる。

なお、パケット廃棄手段によるパケットの廃棄動作及
びパケット出力手段によるパケットの出力動作を通信路
上でのパケットの転送に必要な時間よりも短い時間で行
なわせるようにすれば、パケット入力手段に連続して入
力される送信すべきパケットを、よどみなく記憶手段に
蓄積させることがき、また、パケット出力手段によるパ
ケットの出力動作を通信路上でのパケットの転送に必要
な時間よりも短い時間で行なわせるようにすれば、通信
路上に空き時間が生じることなくパケットを連続的に送
信することができる。

また、パケットを廃棄する際に、各記憶領域毎に記憶
された情報パケットの優先度情報をツリー状に配置され
た比較器で比較して、優先度のより低い情報パケットが
記憶された記憶領域を順次トーナメント方式で選択する
ことにより、廃棄すべき情報パケットを選択し、また、
パケットを出力する際に、各記憶領域毎に記憶された情
報パケットの優先度情報をツリー状に配置された比較器
で比較して、優先度のより高い情報パケットが記憶され
た記憶領域を順次トーナメント方式で選択することによ
り、出力すべき情報パケットを選択する。

これにより、パケットは、その優先度とは無関係に空
き領域に記憶することによって、パケットの記憶手段を
効率よく利用できるばかりでなく、特に、最低優先度お
よび最高優先度のパケットをツリー状に配置された比較
器を用いてハードウエアによるトーナメント方式で検索
するようにしたことにより、パケットの廃棄処理および
出力処理の高速化が可能となり、通信路上でのパケット
の転送に必要な時間よりも短い時間でパケットの優先制
御処理を行うことができる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る通信バッファ装置の
構成を示すブロック図である。

第１の通信路１と第２の通信路２との間に設けられた
通信バッファ装置３は、第１の通信路１を介して入力さ
れたパケットを優先制御しながら第２の通信路２に出力
するとともに、適宜パケットの廃棄処理を行なう。この
通信バッファ装置３は、パケット入力装置11と、記憶装
置12と、パケット廃棄装置13と、パケット出力装置14と
で構成されている。

パケット入力装置11は、例えば第２図に示すように構
成されている。入力バッファ21は、第１の通信路１を介
して入力された送信すべきパケットを一時的に格納す
る。優先度付加回路22は、入力バッファ21に格納された
パケットの種類等に基づいてそのパケットの優先度を決
定し、優先度を示す情報を出力する。この優先度は、例
えばパケットの廃棄が通信に与える影響の大きさ（廃棄
優先度）やパケットの遅延が通信が与える影響の大きさ
（出力優先度）などの情報で、具体的には、そのパケッ
トの性質（例えばブロードキャスト転送、一般通信
等）、送受信端末の種類、通信バッファ装置への蓄積順
序等を基準に決定される。空き領域検出回路23は、記憶
装置12から与えられる空き領域フラグ（後述）に基づい
て記憶装置12の空き領域を検索し、もし、空き領域が検
出されなかったらオーバフロー信号をパケット廃棄装置
13に出力し、空き領域を検出したなら、その領域のアド
レスを出力するとともに、入力バッファ21にライト信号
を出力する。入力バッファ21は、格納しているパケット
を、このライト信号を受けて記憶装置12に出力する。こ
のとき、パケットには前記優先度付加回路22からの優先
度情報が付加される。

記憶装置12は、パケット入力装置11から入力されるパ
ケットを蓄積するランダムアクセスメモリで、例えば第
３図に示すように、複数のレジスタ311,312,…,31nにて
構成されている。各レジスタ31i（ｉ＝１〜ｎ）は、ア
ドレス部32,優先度情報部33,データ部34及び空き領域フ
ラグ35により構成される。アドレス部32には、レジスタ
の番号（アドレス）が格納され、優先度情報部33には、
前記優先度付加回路22によってパケットに付加された例
えば４ビット程度の優先度情報が格納される。また、デ
ータ部34には、送信すべきパケットの内容が格納され、
空き領域フラグ35には、そのレジスタ31iにパケットが
格納されているかどうかを示す１ビットのフラグが格納
される。

パケット廃棄装置13は、パケット入力装置11からオー
バーフロー信号を受けて、記憶装置12の各パケットの優
先度情報を入力し、これら優先度情報のうち最も優先度
の低いパケットを廃棄する回路である。このパケット廃
棄装置13は、例えば第３図に示すように、ツリー状に構
成された複数のコンパレータ361,362,…36mと、複数の
セレクタ371,372,…,37mとで構成され、コンパレータ36
j（ｊ＝１〜ｍ）による優先度情報の比較結果で、優先
度の低い方のレジスタ番号を順次トーナメント方式で選
択していく。これにより、最上位のセレクタ37mから
は、優先度の最も低いパケットを格納したレジスタ31i
の番号が取出される。パケット廃棄装置13は、この番号
で指定されるレジスタ31iの空き領域フラグを“0"にリ
セットする。

パケット出力装置14は、第２の通信路２が通信可能状
態になったら、記憶装置12に各パケットの優先度情報を
入力し、これら優先度情報のうち最も優先度の高いパケ
ットを上記第２の通信路２上に出力する回路である。こ
のパケット出力装置14も上記パケット廃棄装置13とほぼ
同様に構成されているが、パケット廃棄装置13と異なる
点は、各セレクタ37jが優先度の大きなパケットのレジ
スタ番号を選択する点と、パケットの出力後に選択され
たレジスタ中の優先度情報を最低の優先度とする点であ
る。

次に、上記構成の通信バッファ装置３の動作について
説明する。

第１の通信路１を介して送信すべきパケットがパケッ
ト入力装置11に入力されると、空き領域フラグに基づい
て記憶装置12の空き領域が検索される。もし、空き領域
フラグが“0"であるレジスタ31iが検出されたなら、そ
のレジスタの番号を記憶装置12のアドレスとして指定
し、そのレジスタ31iのデータ部34に当該パケットを格
納する。この時、パケットには、優先度付加回路22によ
って優先度情報が付加され、その情報がレジスタ31iの
優先度情報部33に格納される。

一方、パケット出力装置14は、第２の通信路２を監視
しながら記憶装置12に蓄積されたパケットの送信制御を
行なう。即ち、第２の通信路２のトラフィックが集中す
るふくそう状態が発生したら、第２の通信路２へのパケ
ットの送出を中断し、第２の通信路２の空き状態を見な
がら優先度の最も高いパケットを選択し、順次第２の通
信路２に出力する。

第２の通信路２のふくそう状態が長時間続き、記憶装
置12の各レジスタの空き領域フラグ35が全て“1"になっ
た状態、つまり記憶装置12が満杯になった状態で、更に
新たなパケットがパケット入力装置11に入力されると、
パケット入力装置11は、オーバーフロー信号をパケット
廃棄装置13に出力する。パケット廃棄装置13、これを受
けて最も優先度の低いパケットを選択し、その空き領域
フラグを“0"にすることによってパケットの廃棄を行な
う。これにより上記パケットの廃棄されたレジスタ36i
に、上記新たなパケットが格納される。

このように、本実施例の通信バッファ装置３によれ
は、記憶装置12の記憶領域とパケットの優先度とは無関
係であるため、記憶領域を有効に利用することができ
る。また、この実施例では、パケット廃棄装置13及びパ
ケット出力装置14にツリー状に構成されたコンパレータ
36jと、セレクタ37jとを用いて、最低優先度若しくは最
高優先度のパケットをハードウェアによる一括トーナメ
ント方式で検索するようにしているので、廃棄処理及び
出力処理をパケットの転送に必要な時間よりも短い時間
で行なうことができる。このため、パケット入力装置11
に連続的にパケットが入力された場合でも、記憶装置12
からの速やかなパケットの廃棄処理によって、次々に新
たなパケットを記憶装置12に蓄積していることができる
ので、パケットがパケット入力装置11内で滞ることがな
く、また、同様に記憶装置12からパケットを読出して連
続的に第２の通信路２に送出する場合にも、パケット間
に空き時間を生じることがない。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、パケットを蓄積する記憶手段は、特にラン
ダムアクセスメモリに限定されるものではなく、シーケ
ンシャルメモリでも良い。この場合には、出力パケット
又は廃棄パケットのシーケンシャルな選択が行なわれる
ことになる。

また、上記実施例では、パケットの優先度を示す情報
をパケットの入力時に付加しているが、この優先度は、
パケットのデータ自体に担わせるようにしても良いし、
記憶装置の内部で管理情報として持っていても良い。

また、優先度情報としての廃棄優先度と出力優先度
（緊急性情報）とを区別し、これを別々に判定するよう
にしても良い。

廃棄するパケットの基準としては、次のように定める
こともできる。

廃棄優先度が最も高いパケットの群のうち、バッフ
ァ蓄積時間が最も長いパケット。

廃棄優先度が最も高いパケットの群のうち、バッフ
ァ蓄積時間が最も短いパケット。

廃棄優先度が最も高いパケットの群の全てのパケッ
ト。

上記〜の状態にあるパケットのうち、パケット
の種類（内容）によってパケットの廃棄優先度を決定す
る。

また、出力優先度が最も高いパケットの群のうち、バ
ッファ蓄積時間が最も長いパケットを、出力するパケッ
トの基準とするようにしても良い。

更には、パケット出力手段がパケット選択手段と出力
パケット送出手段とで構成されている場合、これらを並
べてパイプライン動作させることもできる。この場合、
出力パケット選択手段は、出力パケット送出手段にパケ
ットを渡すことができると予想される時刻までに、パケ
ットの選択を終了させるように、その選択時間を見越し
て起動されるようにすると処理速度が向上する。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、記憶手段に空き
領域が有れば、その領域にパケットを優先度とは関係な
しに無条件に蓄積していくので、記憶領域に無駄な空き
領域が生ずることがなく記憶領域を有効に使用すること
ができる。このため、少ないバッファ容量で有効なパケ
ットの優先制御を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る通信バッファ装置のブ
ロック図、第２図は同装置におけるパケット入力装置の
ブロック図、第３図は同装置における記憶装置とパケッ
ト廃棄装置の一部を示すブロック図、第４図は本発明の
他の実施例に係る通信バッファ装置における記憶装置の
ブロック図、第５図は従来の優先制御方式による通信バ
ッファ装置のブロック図である。 1,51……第１の通信路、2,52……第２の通信路、３……
通信バッフ装置、11……パケット入力装置、12……記憶
装置、13……パケット廃棄装置、14……パケット出力装
置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】情報パケットをそれぞれ蓄積するための複
   数の記憶領域を有する記憶手段と、 情報パケットを入力するとともに、前記複数の記憶領域
   から空き領域を検出し、該入力された情報パケットを該
   空き領域に蓄積するパケット入力手段と、 前記記憶手段の各記憶領域に蓄積された情報パケットの
   中から廃棄すべき情報パケットを選択して廃棄するパケ
   ット廃棄手段と、 前記記憶手段の各記憶領域に蓄積された情報パケットの
   中から出力すべき情報パケットを選択して出力するパケ
   ット出力手段とを具備し、 前記パケット廃棄手段は、前記記憶手段の各記憶領域毎
   に記憶された情報パケットの優先度情報をツリー状に配
   置された比較器で比較して、優先度のより低い情報パケ
   ットが記憶された記憶領域を順次トーナメント方式で選
   択することにより、優先度が最も低い情報パケットの蓄
   積された記憶領域を決定して、該記憶領域に記憶された
   情報パケットを廃棄し、 前記パケット出力手段は、前記記憶手段の各記憶領域毎
   に記憶された情報パケットの優先度情報をツリー状に配
   置された比較器で比較して、優先度のより高い情報パケ
   ットが記憶された記憶領域を順次トーナメント方式で選
   択することにより、優先度が最も高い情報パケットの蓄
   積された記憶領域を決定して、該記憶領域に記憶された
   情報パケットを出力することを特徴とする通信バッファ
   装置。