JP3039515B2 - QoS保証帯域の算出装置 - Google Patents

QoS保証帯域の算出装置

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JP3039515B2
JP3039515B2 JP14673998A JP14673998A JP3039515B2 JP 3039515 B2 JP3039515 B2 JP 3039515B2 JP 14673998 A JP14673998 A JP 14673998A JP 14673998 A JP14673998 A JP 14673998A JP 3039515 B2 JP3039515 B2 JP 3039515B2
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qos
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尚志 田部
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信ネットワーク
の伝送帯域を割り当てる帯域割当装置に関し、特にトラ
ヒックの計測に基づくQoS保証帯域を算出し割り当て
る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、伝送帯域やバッファ量などのネ
ットワークリソースサイズの算出は、トラヒックモデル
に基づいて行なわれる。例えば、トラヒックを Mar
kovModulated Poisson Proc
ess (MMPP)でモデル化し、解析的な手法で要
求されたQoSパフォーマンスを満たす伝送帯域やバッ
ファ量を算出する手法が「Heffes, et.a
l.: A Markov Modulated Ch
aracterization of Packeti
zed Voice and Data Traffi
c and Related Statistical
Multiplexer Performance
1986年9月、アイ・イー・イー・イー・ジャーナル
・オン・セレクテッド・ エリアズ・イン・コミュニケ
ーションズ、第4巻、第6号856−867頁、 米国
(IEEE JSAC Vol.SAC−4, No.
6,p.856−867, SEPTEMBER, 1
986)」で提案されている。
【0003】また、特定のトラヒックモデルを指定せ
ず、リアルタイムの計測値をもとにネットワークリソー
スサイズを算出する方法としては、「Duffield
etal.: Entropy of ATM Tr
affic Streams: A Tool for
Estimating QoS Parameter
s 1995年8月、アイ・イー・イー・イー・ジャー
ナル・オン・セレクテッド・ エリアズ・イン・コミュ
ニケーションズ、第13巻、第6号981ー990頁、
米国(IEEE JSAC Vol.13, No.
6, p.981−990, AUGUST, 199
5)」で提案されている。
【0004】図2を用いてDuffieldの方法を説
明する。この方式ではQoS基準としてバッファ溢れ率
を用いる。サービスレートがcであるとき、キュー長が
xを越える確率がε以下であるというQoS基準を満た
すために、以下のような評価式を用いる。
【0005】計測期間t、計測回数Nを定める。t時間
の間のセル到着数をカウントし、A1 とする。これを
N回繰り返したものをA1 ,A2 ,...,AN
する。「t・N=総計測時間」となる。ただし、tは隣
接する計測値Ai ,Ai+1 の間の相関が無視できる程
大きく、NはA1 ,A2 ,...,AN によって得
られる経験分布が実際の分布に十分近くなるよう大きく
とる必要がある。A1,A2 ,...,AN によって
得られるt時間のセル到着数の経験分布を記録してお
き、
【0006】
【数4】
【0007】とする。
【0008】上述のQoS基準を満たすためのサービス
レートcとバッファ長xの関係を記述する式としては、
【0009】
【数5】
【0010】を用いる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】トラヒックモデルによ
って帯域を算出する方法には二つの課題がある。
【0012】ひとつは、実際のトラヒックを表現するト
ラヒックモデルを特定することが難しいことであり、も
う一つの問題点は、モデルが複雑になるにつれて極端に
解析が難しくなり、計算量も増大する傾向にあることで
ある。トラヒックモデルとして上記のMMPPを使用し
た場合、計算量はMarkov processの状態
数の2乗に比例して増大し、かつ評価しようとするキュ
ー長の大きさに比例して増大する。
【0013】また、Duffieldの方式において
は、計測期間tを大きく設定しなければならず総計測時
間が大きくなってしまうという課題があった。
【0014】その理由は、トラヒックの極限時間におけ
る性質をもとに 帯域の算出を行なう方法であるため、
tは無限大時間でのトラヒックの性質を近似できるほど
十分に大きくなければならないためである。
【0015】本発明の目的は、帯域、バッファ長、Qo
S要求に基づいて定まるキューの状態に応じて帯域の設
計をおこなうシステムを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明によるQoS保証
帯域の算出装置は、計測期間tの間に到着するトラヒッ
ク量A(t)が正規分布するという仮定に基づいて得ら
れた条件1、条件2を使用したことを特徴としている。
【0017】具体的には、本発明のQoS保証帯域の算
出装置は、 一定時間tに到着するトラヒック量A
(t)の標本分散の推定値
【0018】
【数6】
【0019】と平均レートの推定値mを計測する手段
と、サービスレートがcであるとき、キュー長がxを越
える確率がε以下であるというQoS基準として、su
t0 Pr(A(t)>x+ct)<ε(以下条件
1という)を用い、前記トラヒック量A(t)の分布に
関して正規近似を用い、前記条件1を
【0020】
【数7】
【0021】(以下条件2という)と近似し、必要帯域
の算出を行う手段とを含んで構成される。
【0022】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。以下の説明におい
て、記号A(t)はt時間に到着するトラヒック量を表
す確率変数を表す。トラヒック量は、ATMネットワー
クにおいては到着セル数、IPネットワークにおいては
到着パケットの総バイト数であらわされる。
【0023】図1を参照すると、本発明は帯域割り当て
機能を持つ交換機内に実装される。本発明の一実施の形
態は、帯域割り当てを行うキューの前段に配置される分
散・平均レートの計測手段11と、分散・平均レートの
計測手段11によって得られた計測値に基づいて必要帯
域を計算する帯域の算出手段12を含む。
【0024】図3を参照すると、分散・平均レートの計
測手段11は計測時間t0 を得る処理31と、t0
間の到着トラヒック量を反復して計測する処理32とt
時間の到着トラヒック量の分散Var[A(t)]の推
定値
【0025】
【数8】
【0026】を算出すると同時に平均レートの推定値m
を算出する処理33からなる。
【0027】帯域の算出手段12は
【0028】
【数9】
【0029】を用いて必要帯域を計算する。
【0030】次に、本実施の形態の動作について詳細に
説明する。QoS基準としてバッファ溢れ率を対象とす
る。サービスレートがcであるとき、キュー長がxを越
える確率がε以下であるというQoS基準の代わりに、
supt0 Pr(A(t)>x+ct)<ε(条件
1)を使用する。
【0031】さらに、A(t)の分布に関しては正規近
似を用いる。すなわち、定常な到着過程A(t)の平均
セル到着レートがm、分散がσ2 であるとき、A
(t)〜N(mt,σ 2 )とすると、Chernof
f boundを適用することにより、
【0032】
【数10】
【0033】が成り立つ。
【0034】右辺≦εから、条件1は
【0035】
【数11】
【0036】(条件2)となる。
【0037】条件2の不等式で等式を与えるtをt0
とし、キューのタイムスケールと呼ぶことにする。これ
らの近似を使うことで必要帯域を算出する計算量を低く
抑えることができる。
【0038】例えば、バッファサイズxである場合の必
要帯域を求める場合は、
【0039】
【数12】
【0040】となる。
【0041】tが増えてもA(t)の分布の拡がりがt
に比例して増え続けることはないから、キューのタイム
スケールはソースの有限時間での性質を示す値である。
【0042】図3を参照して分散・平均レートの算出手
段12において行なわれる手続きの詳細を説明する。バ
ッファ溢れ率要求を現在の値ε0 からεへ変更したい
場合の手続きを説明する。処理31においてキューのタ
イムスケールt0 を得て、これを計測期間とする。処
理32において、t0 時間の間に到着するトラヒック
量の計測をN回繰り返す。処理33において、計測期間
中に到着した総トラヒック量を総計測期間で割ったもの
を平均レートの推定値m0 とする。t0 時間の間に到
着したトラヒック量の計測結果で、i番目の反復でカウ
ントされたトラヒック量をAi であらわすとする。こ
れをN回繰りかえし、Var[A(t)]の推定値を
【0043】
【数13】
【0044】とする。
【0045】図4を参照して帯域の算出手段12で行わ
れる手続きの詳細を解説する。現在のバッファ量をx0
、バッファ溢れ率要求ε0 とすると必要帯域は
【0046】
【数14】
【0047】であったと考えられる(41)。
【0048】バッファ溢れ率要求を現在の値ε0 から
εへ変更したい場合の必要帯域を
【0049】
【数15】
【0050】で求める(42)。
【0051】新しく求められた値cに帯域を変更し、分
散・平均レートの計測手段にもどる。
【0052】
【数16】
【0053】を求める際には、A1 ,A2 ,...,
N の全ての情報あるいはA1 ,A2 ,...,AN
から得られる経験分布を記憶する必要はないので、D
uffieldの方式と比較してメモリの消費量が少な
くてすむ。
【0054】また、トラヒックモデルとしてMMPPを
使用し必要帯域を解析的に評価する場合と比べて単純な
帯域計算式を使用しているため、必要帯域を高速に算出
することができる。計測期間はA(t)のt→∞のとき
の性質を捉えるほど大きいものである必要はないので、
総計測時間を小さくすることができる。
【0055】提案方式の有効性を検証するため、2状態
のMMPPソースによるシミュレーションをおこなっ
た。シミュレーションに使ったソースは、平均350m
sのon期間中に431 cell/secでセルをポ
アソン送出し、平均650msのoff期間にはセルを
まったく送出しないInterrupted Pois
son processで、以下の生成作用素行列Qと
レート行列Λを持つ:
【0056】
【数17】
【0057】このソースの定常確率分布はπ=(13/
20,7/20)、平均レートはλtot =150.8
5 cell/secとなる。この評価においては、キ
ューのタイムスケールは、セル溢れ率10-3場合のMM
PPソースの解析値より得られた値、t0 =0.13
7を使った。
【0058】提案方式は期間t0 のセル数の計測を1
00回反復しておこない、分散値
【0059】
【数18】
【0060】と平均レートm0 を得た。
【0061】従って総計測時間は、100×0.137
212=13.7秒となる。
【0062】バッファが10cellである場合の結果
を示す。バッファ溢れ率要求を10の−4乗、10の−
5乗、10の−6乗と変化させて、解析で得られた真の
必要帯域、提案方式のシミュレーションにより算出され
た帯域を表に示す。
【0063】
【表1】
【0064】表から、QoSを10-4から10-5へ、1
-5から10-6へと変化させるとき、必要帯域を安全側
に保ちながら変化させられることが分かる。
【0065】本発明の他の実施の形態として、キューの
タイムスケールt0 を、キューのbusy peri
od(キュー長が0でない時間)の統計値b、キューの
サービスレートc、平均レートの統計値mの関数f
(b,c,m)で構成してもよい。
【0066】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
次のような効果を奏する。
【0067】第1の効果は、実際のトラヒックが従うモ
デルを特定しなくてもよいことにある。
【0068】その理由は、トラヒックモデルを利用して
帯域設計をしていないからである。
【0069】第2の効果は、計算リソースが少なくてす
むことにある。
【0070】その理由は、計算するためにはトラヒック
の平均レートの推定値と、キューのタイムスケールの間
に到着するトラヒックの標本分散だけ計測すればよく、
また単純な帯域算出式を使用しているためである。
【0071】第3の効果は、計測時間が短くてすむこと
にある。
【0072】その理由は、キューのタイムスケールt
は、A(t)がt→∞のときの性質を備えるほど長時間
である必要がないからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成を示す流れ図である。
【図2】従来の技術の説明図である
【図3】分散・平均レートの計測手段11の説明図であ
る。
【図4】帯域の算出手段12の説明図である。
【符号の説明】
11 分散・平均レートの計測手段 12 帯域の算出手段 31〜33 処理部 41〜42 処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−79289(JP,A) 特開 平7−143128(JP,A) 特開 平7−87102(JP,A) 信学技報 CQ93−3 IEEE Journal on S elected Areas in C ommunications Vol. 13 No.6 p981−990 IEEE Journal on S elected Areas in C ommunications Vol. 9 No.3 p343−350 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04L 12/56 H04L 12/28

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】サービスレートがcであるとき、キュー長
    がxを越える確率がε以下であるというQoS基準とし
    て、supt0 Pr(A(t)>x+ct)<ε
    (以下条件1という)を用い、必要帯域の算出を行う手
    段を含んで構成されることを特徴とするQoS保証帯域
    の算出装置。
  2. 【請求項2】一定時間tに到着するトラヒック量A
    (t)の標本分散の推定値 【数1】 と平均レートの推定値mを計測する手段と、 サービスレートがcであるとき、キュー長がxを越える
    確率がε以下であるというQoS基準として、supt
    0 Pr(A(t)>x+ct)<ε(以下条件1と
    いう)を用い、前記トラヒック量A(t)の分布に関し
    て正規近似を用い、前記条件1を 【数2】 (以下条件2という)と近似し、必要帯域の算出を行う
    手段とを含んで構成されることを特徴とするQoS保証
    帯域の算出装置。
  3. 【請求項3】前記一定時間tを、キューのbusy p
    eriod(キュー長が0でない時間)の統計値b、キ
    ューのサービスレートc、平均レートの統計値mの関数
    f(b,c,m)で求めることを特徴とする請求項2記
    載のQoS保証帯域の算出装置。
  4. 【請求項4】一定時間t0 の間に到着するトラヒック
    量の計測をN回繰り返し、i番目の計測でカウントされ
    たトラヒック量をAi とし、計測期間中に到着した総
    トラヒック量を総計測期間で割ったものを平均レートの
    推定値m0 とし、前記一定時間t0 に到着するトラヒ
    ック量A(t0 )の標本分散の推定値を 【数3】 として求めることを特徴とする請求項2に記載のQoS
    保証帯域の算出装置。
JP14673998A 1998-05-28 1998-05-28 QoS保証帯域の算出装置 Expired - Lifetime JP3039515B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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IEEE Journal on Selected Areas in Communications Vol.13 No.6 p981−990
IEEE Journal on Selected Areas in Communications Vol.9 No.3 p343−350
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