JP3059101B2 - Atmスイッチ - Google Patents

Atmスイッチ

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JP3059101B2
JP3059101B2 JP5040796A JP5040796A JP3059101B2 JP 3059101 B2 JP3059101 B2 JP 3059101B2 JP 5040796 A JP5040796 A JP 5040796A JP 5040796 A JP5040796 A JP 5040796A JP 3059101 B2 JP3059101 B2 JP 3059101B2
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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ATM(Asynchronou
s Transfer Mode)に利用する。本発明はATM通信網の
交換装置に利用するに適する。特に、呼接続要求の制御
技術に関する。
【0002】
【従来の技術】ATM通信網における従来の呼接続要求
の制御について図10を参照して説明する。図10は従
来の共通バス型のATMスイッチのブロック構成図であ
る。従来の共通バス型のATMスイッチは、多重化装置
40によって各入力回線上のセルを入力回線速度(C)
×入力回線数(N)に高速化した共通バス20上に多重
し、各出力回線に置かれたアドレスフィルタ7によりそ
の出力回線宛のセルのみをフィルタリングすることでス
イッチングを行っている。
【0003】このATMスイッチではトラヒック需要が
変化してATMスイッチに収容されるバーチャルチャネ
ル(以下、VCと記す)数が増えたときに入力および出
力回線対応部を増設することによりATMスイッチに収
容する入力および出力回線数を変更することはできても
共通バス20の帯域はN×Cに固定されており、共通バ
ス20へのアクセス制御手段が存在しないために共通バ
ス20の帯域以上のセルが共通バス20に到着するとセ
ル損失が起きるという問題がある。
【0004】また、従来、このような共通バス型のAT
Mスイッチにおいてはコネクション設定時に出力回線毎
にトラヒック記述子であるピークセル速度(以下、PC
Rと記す)と平均セル速度(以下、SCRと記す)と呼
が網に要求する通信品質を申告し、このトラヒック記述
子を用いて当該コネクションを受付けたときに網内の全
てのコネクションの要求通信品質が満足されると判定さ
れたときにのみ当該コネクションの呼設定を許可してい
る。具体的には文献Saito H.:"Call admissioncontrol
in an ATM networks using upper of cell loss probab
ility",IEEE Trans.Communications,40,9,pp.1512-1521
(1992).にあるように出力回線に加わるi番目のVCコ
ネクションのPCRとSCRをRi 、Ai とすると、セ
ル損失が最悪となるセル到着パターンはrセル転送時間
にこのVCコネクションから到着するセル数分布P
i (k)(k=0、1、2、…)が Pi (k)=Ai /Ri …k=rRii (k)=1−Ai /Ri …k=0 Pi (k)=0 …k≠rRi ,0 となる場合のときだから、当該コネクションを受付けた
ときの各出力ポートにおけるセル損失率は、
【0005】
【数1】 で与えられるので、呼接続要求があるたびに式1を計算
し、呼が要求する通信品質を表すセル損失の規定値と比
較して式1がその規定値を超えないときにコネクション
の呼接続を許可していた。
【0006】ただし、ATMスイッチに収容される入力
および出力回線数が多くなりATMスイッチ内に収容さ
れるVC数が増えると、このように接続要求があるたび
にすべての呼のセル数分布の畳み込み演算を行い呼接続
を行う制御のもとでは、呼接続前に莫大な計算量が必要
になるため、接続遅延時間が増え、リアルタイム処理が
不可能となる問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】共通バスに入力および
出力回線対応部を増設していきATMスイッチに収容さ
れる入力および出力回線数を増やしていく過程を考え
る。共通バスに接続される入力および出力回線対応部の
数が少ないときにはバス容量が十分にあるので出力回線
対応部においてのみ分散的に呼受付制御を行えばよい
が、共通バスに接続される入力および出力回線対応部の
数が多くなると共通バスの容量が不足し共通バス上でも
セル損失が生じるようになる。このような状況の下では
出力回線対応部だけでなく共通バス上でも呼受付制御が
必要になってくる。
【0008】図11はバス速度と呼受付制御の関係を示
す図である。横軸にバス速度をとり、縦軸にバス実効使
用効率をとる。図11は150Mbpsの入力回線を2
0Gbpsの共通バスに増設して行く共通バス型のAT
Mスイッチの例を示している。150Mbpsの入力回
線にはpeak=25Mbps、ave/peak=
0.1で要求通信品質がセル損率10-6を満たすVCが
収容されている。図11の実線は150Mbpsの入力
回線対応部をATMスイッチに増設していき、ATMス
イッチに収容される入力回線数を多くしてスイッチサイ
ズを大きくしていったときの入力回線対応部全体の実効
使用効率を表している。点線はバス容量に対する共通バ
スの実効使用効率を表している。例えば、共通バスに入
力回線対応部を増設していってスイッチサイズを120
Gbps程度まで拡大したとすると入力回線対応部の実
効使用効率は16Gbps程度になるので、共通バスの
バス容量を20Gbps程度用意しておけばセル損率1
-6の通信品質を満たすことができることを図11のグ
ラフは示している。このときさらに入力回線対応部を増
やしてスイッチサイズを拡大すると共通バス上でもセル
損率10-6の通信品質を満たすことができなくなるの
で、これ以上呼接続を受付けることができなくなり共通
バスと出力回線で二重に呼受付制御を行わなくてはなら
なくなる。
【0009】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、スイッチサイズ変更に柔軟に対応することが
できる呼受付制御を確立することができるATMスイッ
チを提供することを目的とする。本発明は、接続遅延時
間を短縮することができるATMスイッチを提供するこ
とを目的とする。本発明は、共通バスの帯域を入力回線
の帯域分以下に経済化することができるATMスイッチ
を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は第一に、各入力
回線対応部に共通バスの使用状況をモニタする手段と共
通バスへのCAC(呼受付制御:Call Admission Contr
ol) コントローラを備えている点、第二に先のモニタに
より共通バスと出力回線の帯域の使用状況を監視してこ
の情報を基に呼の接続制御を行うことで共通バスと出力
回線で二重にセル損失を抑えている点、第三に各入力お
よび出力回線対応部で分散的にCAC、UPC(Usage P
arameter Control) を行うことで各機能を入力および出
力回線対応部に分散させて配置する点が異なっており、
二重のCACを行うことでセル損失なしで共通バスに入
力および出力回線対応部を接続するだけでスイッチ規模
を容易に変更できることを最も主要な特徴とする。
【0011】すなわち、本発明はATMスイッチであっ
て、複数の入力回線を終端しその入力回線に到来する信
号の多重化を行う複数の入力回線対応部と、この多重化
された信号の共通通路となる共通バスと、この共通バス
からアドレスフィルタにより対応する出力回線への信号
を抽出しその出力回線にATMセルとして送出する複数
の出力回線対応部とを備え、この出力回線対応部は、当
該出力回線の使用状態を監視し入力回線に生じる呼の接
続要求の受付可否判定を行う出力側判定手段を備えたA
TMスイッチである。本発明の特徴とするところは、前
記入力回線対応部に、前記共通バスの使用状態を監視し
前記呼の接続要求にしたがって前記接続要求の受付可否
判定を行う入力側判定手段を設けたところにある。
【0012】このように、入力および出力回線対応部に
呼の接続制御装置を分散的に配置し、呼の接続要求が発
生すると、その呼の経路に相当する入力および出力回線
対応部が自律分散的に呼の接続制御を行うことにより、
入力および出力回線の増減に柔軟に対応することができ
る。
【0013】前記入力側判定手段は、前記共通バスの最
小空き帯域を測定する手段と、その測定結果を最小空き
帯域情報として保持する手段と、前記呼の接続要求に含
まれるピークセル速度および平均セル速度とこの最小空
き帯域情報とにしたがって呼の受付可否を判定する手段
とを備えることが望ましい。
【0014】また、前記入力側判定手段は、前記共通バ
ス上のあるウィンドウ時間w(s)内のセル数を計数す
る手段と、その計数されたセル数の最大セル数qmax
(t)からセルサイズL(bit)に対して C=qmax(t)L/w を現在使用されている前記共通バスの帯域であるとして
求め、あらかじめ設定されているバスの全使用可能帯域
をCoとするとき、 c=Co−C を使用可能な帯域とする手段とを含むことが望ましい。
【0015】前記入力側判定手段は、前記呼の接続要求
があるたびに前記使用可能な帯域を演算する手段を含む
ことが望ましい。
【0016】前記入力側判定手段は、前記呼の接続要求
に含まれる最大セル送出レートに対して前記使用可能な
帯域が十分であるかをあらかじめ設定された基準にした
がって評価する手段と、その呼の接続要求に含まれる宛
先の情報にしたがってセル損失を演算しそのセル損失が
設定された基準値以内であることを評価する手段とを含
むことが望ましい。
【0017】これにより、多数のVC間でバス帯域の競
合が起きる共通バス型のATMスイッチで、従来例で示
した式1を用いてセル損率を計算すると計算量が多くな
り、接続遅延時間が増大するという欠点を解決すること
ができる。このように、低遅延でATMスイッチに呼を
接続できる呼の接続制御を提供することで、大群化効果
を最大限に利用して共通バスの帯域を入力回線の帯域分
以下に経済化することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
【0019】
【実施例】本発明実施例の構成を図1を参照して説明す
る。図1は本発明実施例装置の要部ブロック構成図であ
る。
【0020】本発明はATMスイッチであって、入力回
線を終端しその入力回線に到来する信号の多重化を行う
入力回線対応部I1 と、この多重化された信号の共通通
路となる共通バス20と、この共通バス20からアドレ
スフィルタ7により対応する出力回線への信号を抽出し
その出力回線にATMセルとして送出する出力回線対応
部O1 とを備え、この出力回線対応部O1 は、当該出力
回線の使用状態を監視し入力回線に生じる呼の接続要求
の受付可否判定を行う出力側判定手段としてのモニタ・
CACコントローラ3を備えたATMスイッチである。
【0021】ここで、本発明の特徴とするところは、入
力回線対応部I1 に、共通バス20の使用状態を監視し
前記呼の接続要求にしたがって前記接続要求の受付可否
判定を行う入力側判定手段としてのモニタ1およびCA
Cコントローラ2を設けたところにある。
【0022】入力回線対応部I1 には共通バス20の使
用状況を監視するモニタ1とその情報をもとに呼の接続
の可否を判定するCACコントローラ2が配置される。
【0023】図2はモニタ1とCACコントローラ2の
ブロック構成図である。図2に示すように、このモニタ
1は共通バス20上の空きスロットを計測するための空
きスロット測定部10と、その計測値を格納するための
最小空き帯域メモリ11および12と、この最小空き帯
域メモリ11および12の計測値の大小を比較して小さ
い方の計測値によりデータを更新する最小空き帯域情報
保持部13から構成されている。
【0024】また、CACコントローラ2はユーザ申告
のPCR、SCRを記憶するユーザ申告値保持部15
と、モニタ1から通知される最小空き帯域情報とPCR
の大小とを比較し接続可否判定を行う接続可否判定部1
4から構成される。
【0025】出力回線対応部O1 は出力回線の使用状況
を監視し、その情報をもとに呼の接続可否を判定するモ
ニタ・CACコントローラ3から構成される。
【0026】図3はモニタ1の動作を示すフローチャー
トである。まず、空きスロット測定部10により共通バ
ス20の空きスロットを計測する(S1)。空き帯域を
評価し(S2)、現在時刻tにおける最小空き帯域Cm
in(t)を求める(S3)。この値を過去の時刻t−
1に求めた最小空き帯域Cmin(t−1)と比較し
(S4)、最小空き帯域Cmin(t)が最小空き帯域
Cmin(t−1)よりも大きいときには、これまでの
最小値である最小空き帯域Cmin(t−1)を更新し
ない(S6)。最小空き帯域Cmin(t)が最小空き
帯域Cmin(t−1)よりも小さいときには、これま
での最小値である最小空き帯域Cmin(t−1)をC
min(t)に更新する(S5)。
【0027】図4はモニタ・CACコントローラ3のブ
ロック構成図である。出力回線の使用状況を出力回線帯
域測定部16が測定する。ユーザ申告値保持部18には
ユーザ申告のPCR、SCRが記憶されている。接続可
否判定部17は、出力回線帯域測定部16から出力され
る出力回線の空き帯域情報と、ユーザ申告値保持部18
から出力されるユーザ申告のPCR、SCRとを入力し
て比較することにより呼の接続可否判定を行う。
【0028】本発明実施例の動作を説明する。入力回線
対応部I1 は図1および図2に示すようにモニタ1の空
きスロット測定部10により共通バス20上でフレーム
内の空きスロットを一定時間計測し、CACコントロー
ラ2は、その計測値とユーザ申告のPCRを比較してユ
ーザ申告のPCRがバスの空き帯域より小さい場合に呼
を受付ける。入力回線対応部I1 に到着したセルは入力
バッファ4に一時蓄積され、共通バス20上に空きスロ
ットが検出されるとバス上に送出される。このように共
通バス20上で呼受付制御を行うことで共通バス20上
のセル損失を防いでいる。
【0029】さらに、出力回線対応部O1 でも出力回線
の帯域使用状況からセル流量分布を求めそのセル流量分
布を用いて呼受付制御を行い出力バッファ6での通信要
求品質を満たしている。
【0030】このように発呼時に入力回線対応部I1
の共通バス20の呼受付制御を行い、出力回線対応部O
1 で出力回線の呼受付制御を行い、各入力および出力回
線対応部I1 、O1 で呼受付制御を自律分散的に行って
いるので共通バス20に接続される入力および出力回線
対応部Ii 、Oj (i、j=1、2、…、N)の数が変
化しても要求通信品質を満たすことができるようになっ
ている。この二つの手段により入力および出力回線対応
部Ii 、Oj の増設のみでATMスイッチに収容される
回線数を簡単に変更できるATMスイッチの構成が可能
となる。
【0031】本発明実施例を図5を参照してさらに詳細
に説明する。図5は本発明実施例装置のブロック構成図
である。図5のATMスイッチは共通バス型のATMス
イッチで、トラヒック状況に応じて共通バスに入力およ
び出力回線対応部I1 〜In、O1 〜On を増設できる
ようになっている。
【0032】入力回線対応部I1 〜In には前述の共通
バス20の使用帯域を観測して共通バス20の空き帯域
を求めるモニタ1とCACコントローラ2が備え付けて
ある。また、出力回線対応部O1 〜On にはそれぞれの
出力回線の使用帯域を観測してセル流量分布を求めるモ
ニタとそれによって求められたセル流量分布とユーザが
発呼時に送出するトラヒック記述子であるPCR、SC
Rを用いてセル損率を計算し当該呼の接続制御を行うモ
ニタ・CACコントローラ3が備え付けてある。
【0033】次に、各出力回線対応部O1 〜On におけ
る分散型呼受付制御を説明する。まず、出力側の呼受付
制御は村瀬らの方法にあるようにバッファレス流体近似
モデルによる方法を採用する。このモデルではセルの流
量分布が必要となるが、これを求めるには、文献H.Sait
o and K.Shimoto:"Dynamic Call Admission Controlin
ATM Networks",IEEE.J.Selected Areas Commun.,9,no.
7,pp.982-989,1991.の方法にあるように出力回線のトラ
ヒックをスライディングウィンドウ法によって測定し、
セル流量分布を求め、測定したセル流量分布とユーザか
ら申告のあったピーク速度を畳み込み呼接続を許可した
場合のセル流速分布の予測値からセル損失を評価し呼接
続の可否を判定する方法と出力側のVC数は少ないので
先に述べたように文献Saito H.:"Call admission contr
ol in an ATM networks using upper bound of cell lo
ss probability",IEEE Trans.Communications,40,9,pp.
1512-1521(1992).の方法にあるようにユーザから申告さ
れるPCRとSCRを基に当該呼を受け付けた場合の予
測されるセル損失を計算しその値から呼接続の可否を判
定する方法のどちらか一方を使用する。
【0034】次に、共通バス20上での呼受付制御を図
6ないし図8を参照して説明する。図6は共通バス上の
セル流量分布を求める概念を示す図である。図7はスラ
イディングウィンドウを示す図である。図7は横軸に時
間経過をとる。縦棒はセルを表わす。図8は共通バス帯
域評価法を示す図である。図8は横軸に時間経過をと
り、縦軸に帯域をとる。前述したように共通バス20上
では膨大な数のVCが多重化されていて各VC間で帯域
競合するのでセル流量分布をユーザ申告のPCRとSC
Rを用いて計算することは低接続遅延が要求される交換
ノードにおいては計算量が多くなり適当な方法ではな
い。
【0035】そこで本発明では図6にあるように入力回
線対応部I1 にモニタ1を設置し分散的にバス上でのセ
ルのトラヒックをスライディングウィンドウ法によって
測定し、バス上のセル流量分布を求める。ここで、スラ
イディングウィンドウのウィンドウサイズをW(s)、
帯域測定時間をT(s)、バス帯域をC0 、共通バス2
0上でのセルサイズをL(bit)とし、この測定時間
T内に次々に得られるセル流量分布を時系列データとし
てq(t)、セル流量分布の最大セル到着数q
max (t)とする。ただし、qmax (t)は図3のフロ
ーチャートにあるように帯域測定時間Tの間、ウィンド
ウが更新されあらたにセル到着分布が測定される度に測
定された最大値が測定前の最大値より大きい場合に、新
しい最大値として更新されるとすると、現在、呼接続を
許可されている呼が使用しているバスの予測帯域は更新
された最大値を用いて最大 C=qmax (t)L/W …(式2) として見積もることができるので、使用されていないバ
スの残りの帯域cは最小 c=C0 −C …(式3) と評価できる。このとき、収容されている端末が最大セ
ル送出速度PCRで呼接続要求を発するとノードはこれ
を受けて PCR<c …(式4) ならば呼の接続を許可する。ただし、この接続許可法は
先の出力回線対応部O1〜On においても利用可能であ
る。
【0036】この共通バス型スイッチにおける呼受付制
御を図9を参照して説明する。図9は共通バス型スイッ
チにおける呼受付制御を示すフローチャートである。モ
ニタ1により共通バス20の空きスロットを計測する
(S11)。呼の接続要求があると(S12)、共通バ
ス上の空き帯域を求める(S13)。ユーザから申告さ
れたPCRの値と空き帯域(Crest)の値とを比較
し(S14)、PCRの値が空き帯域の値よりも大きい
ときには接続拒否とする(S15)。PCRの値が空き
帯域の値よりも小さいときには宛先出力回線におけるセ
ル損失率(CLR)を評価する(S16)。セル損失率
が基準値を超える場合には(S17)、接続を拒否する
(S18)。また、セル損失率が基準値を下回る場合に
は(S17)、接続を受付ける(S19)。
【0037】このように、まず、このATMスイッチに
対して発呼要求があると、このATMスイッチは図9に
示すようなフローチャートにしたがって、測定により求
められた共通バス20上の空き帯域と発呼者の要求PC
Rの大小を比較してバス上での呼接続の可否を判定し、
呼接続が許可されるとセルの宛先を見て、その出力回線
において当該呼を受付けた場合に予測されるセル損失
が、要求品質を満たす基準値以下かどうかを判断し、品
質条件を満たしていれば始めて呼の接続を許可する。
【0038】このとき送出されたセルが入力回線対応部
1 〜In に到着すると入力バッファ4に一時蓄積さ
れ、CACコントローラ2が共通バス20上に空きスロ
ットを検出するとセルを共通バス20に送出し、その
後、セルは目的の出力回線のアドレスフィルタ7によっ
て出力回線に出力される。また、この図9に示したフロ
ーチャートにおいて共通バス20と各々の出力回線にお
ける呼接続判定順序は逆転可能である。
【0039】本発明の高速型バスATMスイッチは、以
上説明したような完全独立制御の分散型呼受付制御手段
を二重に備えているために、セル損失を気にせずに入力
および出力回線対応部I1 〜In 、O1 〜On の増設が
でき、トラヒック需要に応じてATMスイッチに収容す
る入力および出力回線数を変更することが可能となる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分散的に共通バスと出力回線への呼接続を制御している
のでATMスイッチのバックボーンを変更することなし
に容易にATMスイッチに収容される回線数を変更でき
る。これによりトラヒック需要に応じて柔軟に入力およ
び出力回線数を変更することができるATMスイッチを
構成することが可能となる。また、共通バスの帯域を大
群化効果により削減しているために経済化が図れたAT
Mスイッチを作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の要部ブロック構成図。
【図2】モニタとCACコントローラのブロック構成
図。
【図3】モニタの動作を示すフローチャート。
【図4】モニタ・CACコントローラのブロック構成
図。
【図5】本発明実施例装置のブロック構成図。
【図6】共通バス上のセル流量分布を求める概念を示す
図。
【図7】スライディングウィンドウを示す図。
【図8】共通バス帯域評価法を示す図。
【図9】共通バス型スイッチにおける呼受付制御を示す
フローチャート。
【図10】従来の共通バス型スイッチのブロック構成
図。
【図11】バス速度と呼受付制御の関係を示す図。
【符号の説明】 1 モニタ 2、30 CACコントローラ 3 モニタ・CACコントローラ 4 入力バッファ 5 UPC 6 出力バッファ 7 アドレスフィルタ 10 空きスロット測定部 11、12 最小空き帯域メモリ 13 最小空き帯域情報保持部 14、17 接続可否判定部 15、18 ユーザ申告値保持部 16 出力回線帯域測定部 20 共通バス 40 多重化装置 I1 〜In 入力回線対応部 O1 〜On 出力回線対応部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−283813(JP,A) 1996年電子情報通信学会総合大会 B −585(1996年3月11日) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04L 12/28 H04L 12/56 JICSTファイル(JOIS)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の入力回線を終端しその入力回線に
    到来する信号の多重化を行う複数の入力回線対応部と、
    この多重化された信号の共通通路となる共通バスと、こ
    の共通バスからアドレスフィルタにより対応する出力回
    線への信号を抽出しその出力回線にATMセルとして送
    出する複数の出力回線対応部とを備え、この出力回線対
    応部は、当該出力回線の使用状態を監視し入力回線に生
    じる呼の接続要求の受付可否判定を行う出力側判定手段
    を備えたATMスイッチにおいて、 前記入力回線対応部に、前記共通バスの使用状態を監視
    し前記呼の接続要求にしたがって前記接続要求の受付可
    否判定を行う入力側判定手段を設けたことを特徴とする
    ATMスイッチ。
  2. 【請求項2】 前記入力側判定手段は、前記共通バスの
    最小空き帯域を測定する手段と、その測定結果を最小空
    き帯域情報として保持する手段と、前記呼の接続要求に
    含まれるピークセル速度および平均セル速度とこの最小
    空き帯域情報とにしたがって呼の受付可否を判定する手
    段とを備えた請求項1記載のATMスイッチ。
  3. 【請求項3】 前記入力側判定手段は、前記共通バス上
    のあるウィンドウ時間w(s)内のセル数を計数する手
    段と、その計数されたセル数の最大セル数qmax
    (t)からセルサイズL(bit)に対して C=qmax(t)L/w を現在使用されている前記共通バスの帯域であるとして
    求め、あらかじめ設定されているバスの全使用可能帯域
    をCoとするとき、c=Co−Cを使用可能な帯域とす
    る手段とを含む請求項1記載のATMスイッチ。
  4. 【請求項4】 前記入力側判定手段は、前記呼の接続要
    求があるたびに前記使用可能な帯域を演算する手段を含
    む請求項3記載のATMスイッチ。
  5. 【請求項5】 前記入力側判定手段は、前記呼の接続要
    求に含まれる最大セル送出レートに対して前記使用可能
    な帯域が十分であるかをあらかじめ設定された基準にし
    たがって評価する手段と、その呼の接続要求に含まれる
    宛先の情報にしたがってセル損失を演算しそのセル損失
    が設定された基準値以内であることを評価する手段とを
    含む請求項4記載のATMスイッチ。
JP5040796A 1996-03-07 1996-03-07 Atmスイッチ Expired - Fee Related JP3059101B2 (ja)

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