JP3306705B2 - パケット転送制御装置及びそのスケジューリング方法 - Google Patents

パケット転送制御装置及びそのスケジューリング方法

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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、パケットを格納す
る複数のキューを備えたマルチキュー構成のパケット転
送制御装置及びそのスケジューリング方法に関し、特
に、各キューの先頭パケットの中から最も早く転送終了
することができるパケットを効率的に選出して出力する
パケット転送制御装置及びそのスケジューリング方法に
関する。
【０００２】パケット転送ネットワークにおいて、フロ
ー（ユーザが転送要求する複数の連続したパケット）毎
にサービス品質（ＱｏＳ）を保証するとともに、伝送路
等のリソース（伝送可能なバンド幅）を最大限に利用し
てサービスの向上を図るため、パケット転送制御装置
は、フロー対応に複数のキューを備え、各キューに転送
順序の重み付けを行なって、各キュー間で公平なパケッ
ト転送が行われるように制御する重み付けマルチプルキ
ューイング、及び一時的に剰余リソース（余ったバンド
幅）を各々のフロー間で公平に配分してリソースを有効
利用する公平キューイング（Fair Queueing ）の機能を
具備することが要求されている。
【０００３】例えば、ＦＴＰ（File Transfer Protoco
l）データ又はＷＷＷ（World Wide Web）データのよう
なトラヒックデータに対しては、各々のフローのデータ
を最大限のリソースを利用し、高速かつ公平に転送する
ことが重要視され、ネットワークのゲートウェイのルー
タ等には、それらのフロー（あるいはフローの集合）毎
に予約されたバンド幅を、各フローに割り当てて保証す
ると同時に、出力リンクにおいて余ったリソースを、そ
れらの各フロー間で公平に再配分する制御を、高速の出
力リンクに応じて高速処理することが要求されている。
【０００４】一方、ＶｏＩＰ（Voice over IP)のような
音声トラヒックデータに対しては、リンクのバンド幅を
最大かつ公平に利用するより、むしろ固定の転送レー卜
を保証し、遅延ジッタを最小にすることが重要である。
【０００５】本発明は、このように要求されるサービス
品質（ＱｏＳ）が異なるパケットの転送を対象とし、
１）トラヒックデータの種類毎に異なるサービス品質の
要求に応じた個々のパケットの転送順序制御( スケジュ
ーリング) を高速に処理する構成と、２）これらの個々
の構成を連携し、かつ全体のバンド幅を有効に利用する
構成とに係り、今後の高速マルチメデイアネットワーク
へ適用されるものである。
【０００６】
【従来の技術】公平キューイング（Fair Queueing ）技
術として、重み付け公平キューイング（ＷＦＱ：Weight
ed Fair Queueing）及び開始時間公平キューイング（Ｓ
ＦＱ：Start-time Fair Queueing）がよく知られてい
る。
【０００７】重み付け公平キューイング（ＷＦＱ）を基
本とする公平キューイング（Fair Queueing ）の原理を
図５を用いて説明する。同図において、５−１はパケッ
ト転送のスケジューラ、５−２は各キュー対応に備えら
れたメータ、５−３はそれぞれのフローに対応したＮ個
のキュー（Ｑ1 〜ＱN ）から成るマルチキューである。
【０００８】各々のキュー５−３にはフロー毎にパケッ
トが格納され、各キュー内においてはＦＩＦＯで処埋さ
れるものとし、スケジューラ５−１は各キュー５−３に
格納された先頭パケットの中から、最も早く転送を終え
ることができるパケットを選択して該パケットを出力リ
ンクに出力する処理を行なう。
【０００９】このように重み付け公平キューイング（Ｗ
ＦＱ）による転送制御は、各キューＱi （ｉ＝１，２，
・・・，Ｎ）のそれぞれの先頭パケットに対して、転送
終了予定時刻Ｆi,1 を算出し、その値により出力順序に
優先度を付け、各フロー間のパケット転送の公平性とリ
ソースの有効利用を図っている。
【００１０】各キューＱi のそれぞれの先頭パケットの
転送終了予定時刻Ｆi,1 は、次の（式１）により算出さ
れる。 Ｆi,1 ＝ｍａｘ｛Ｓi,0 ＋Ｌi,0 ／ｒi,0 ；ｔi,1 ｝＋Ｌi,1 ／ｒi,1 ・・・（式１）
【００１１】ここで、ｍａｘ｛ ； ｝は、｛ ｝内
の；で区切られた二つの値のうちの最大値を意味し、ま
た、Ｓi,0 等は以下のとおりである。なお、下付き文字
の１つ目はキュー（フロー）の番号、２つ目はキューの
中での順番を意味している。
【００１２】Ｓi,0 は、キューＱi の現在の先頭パケッ
トの一つ前のパケット（以下、直前パケットという。）
の転送開始時刻、Ｌi,0 は、キューＱi の直前パケット
のパケット長、ｒi,0 は、キューＱi の直前パケットの
転送時にキューＱi に割り当てられるバンド幅、ｔi,1
は、キューＱi の先頭パケットがキューＱi に到着した
（格納された）時刻、Ｌi,1 は、キューＱi の先頭パケ
ットのパケット長、ｒi,1 は、キューＱi の先頭パケッ
トの転送時にキューＱi に割り当てられるバンド幅であ
る。
【００１３】前述のＳi,0 、Ｌi,0 、Ｌi,1 、ｔ
i,1 は、パケット転送開始時又はパケット到着時に定ま
る固定的な値であり、各キューＱi 対応のメータ５−２
に記憶保持されるが、前述のｒi,0 、ｒi,1 は、以下の
ように計算によって算出しなければならない。 ｒi,0 ＝（Φi ／Φb(0)）×Ｒ ・・・（式２） ｒi,1 ＝（Φi ／Φb(1)）×Ｒ ・・・（式３）
【００１４】ここで、Φi は、キューＱi の予約バンド
幅であり、キューＱi のパケット転送に割り当てられる
バンド幅である。Φb(0)は、直前パケット転送時におけ
る、バックログキューの予約バンド幅の合計値、即ちΦ
b(0)＝ΣΦj （ｊ∈直前パケット転送時のバックログキ
ュー）であり、Φb(1)は、先頭パケット転送時におけ
る、バックログキューの予約バンド幅の合計値、即ちΦ
b(1)＝ΣΦj （ｊ∈先頭パケット転送時のバックログキ
ュー）であり、Ｒは、リソースの全出力バンド幅であ
り、Φb(0)≦Ｒ、Φb(1)≦Ｒである。
【００１５】また、前述の「バックログキュー」とは、
未転送パケット（バックログ）が少なくとも１つ格納さ
れているキューを意味し、転送動作を必要とするパケッ
トが少なくとも１つ格納されているキューであるので
「アクティブキュー」とも称される。
【００１６】各キューＱi に割り当てられるバンド幅ｒ
i は、バックログキューの数によって変動し、（式２）
又は（式３）から明らかなように、Φb ＝Ｒのときバン
ド幅Φi となり、Φb ＝Φi のとき最大限のバンド幅Ｒ
となる。
【００１７】ここで、（式１）の右辺第１項は、キュー
Ｑi の先頭パケットの転送開始基準時刻を表し、その直
前パケットの転送終了時刻（Ｓi,0 ＋Ｌi,0 ／ｒi,0 ）
と先頭パケット到着時刻ｔi,1 のうち、大きい方の値を
転送開始基準時刻として与える。（式１）の右辺第２項
は、先頭パケットの転送に要する時間である。
【００１８】そして、スケジューラ５−１は、転送終了
予定時刻Ｆi,1 の値の小さい順にパケットを選択して転
送する制御を行う。従って、直前パケットの転送に長時
間を要したキューや、転送に長時間を要する先頭パケッ
トのキューに対しては、転送順序の優先順位が下がり、
キュー間での公平なパケット転送が行われる。
【００１９】このように、重み付け公平キューイング
（ＷＦＱ）は、各キュー間のパケットに対して、転送終
了予定時刻Ｆi,1 による転送順序の重み付け制御を行っ
て、キュー間の公平パケット転送を図るとともに、使用
されていない予約バンド幅（剰余リソース）を、アクテ
ィブキューにその予約バンド幅に応じて公平に割り当て
てリソースを有効利用し、アクティブキューのパケット
をより高速に転送し、サービスの向上を図っている。
【００２０】しかし、バックログキューの数は常時変動
するため、各キューＱi に割り当てられるバンド幅ｒi
も常に変動し、各キューＱi の先頭パケットの転送終了
予定時刻Ｆi,1 も変動することとなる。
【００２１】したがって、スケジューラ５−１は、一つ
のパケットを出力するごとに、バックログキューの全て
の先頭パケットに対して、前述の（式１）、（式２）及
び（式３）によりそれぞれの先頭パケットの転送終了予
定時刻Ｆi,1 を算出し、そして、以下の（式４）に記す
ように、それらの中から、最小の値の転送終了予定時刻
ＦOut,1 となるキューＱOut の先頭パケットを選択して
転送出力する処理を行なっていた。 ＦOut,1 ＝ｍｉｎ｛Ｆi,1 ｜ｉ∈バックログキュー｝ ・・・（式４）
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】前述の（式１）の計算
は、各キューＱi に割り当てられるバンド幅ｒi,0 、ｒ
i,1 の計算を含み、それらは（式２）及び（式３）に示
されるように、一つのパケットの転送のたびにバックロ
グキューの変化により変動し、直前のパケットの出力処
理を終わった後でないと、次の先頭パケットの割り当て
バンド幅ｒi,1 を正確に算出することができない。
【００２３】すなわち、毎回新しい先頭パケットを出力
するたびに、上記の計算をやり直さなければならず、し
かも前回のパケット出力のときに計算した各キューの先
頭パケット転送終了予定時刻Ｆi,1 は、選択されずにキ
ューＱi に残されたままとなった先頭パケットについて
も、次のパケット出力においてその計算結果を全く流用
することができず、計算量の増大を招いていた。
【００２４】一方、前述の割り当てバンド幅ｒi,1 の変
化による計算量増大の問題を解決するために、バーチャ
ルタイムを導入する技術が知られている。バーチャルタ
イムを利用することにより、前述の( 式１）は、 Ｆi,1 ＝ｍａｘ｛Ｆi,0 ；Ｖ（ｔi,1 ）｝＋Ｌi,1 ／Φi,1 ・・・（式１′） 但し、Ｖ（ｔi,1 ）＝Ｖ（ｔi,0 ）＋（Ｒ／Φb ）・
（ｔi,1 −ｔi,0 ） Ｖ（０）＝０ のように解釈することができる。
【００２５】バーチャルタイムＶ（ｔ）は、バックログ
キューの予約バンド幅の合計値Φbとリソースバンド幅
Ｒとが変化するたびに再計算するが、パケットの到着時
に転送終了予定時刻Ｆi,1 を決定することができるの
で、実装が容易である。
【００２６】しかし、バーチャルタイムを導入すると、
転送終了予定時刻Ｆi,1 の時間軸が実時間とは異なる独
自のものとなってしまうので、パケットの転送順序制御
を行なうスケジューラを、サービス品質要求（ＱｏＳ）
に応じて複数設けた場合、それぞれのスケジューラ間の
時間軸が異なってしまい、スケジューラ間での最優先出
力パケットの選択を行なう処理等、スケジューラー間の
連携が困難となる欠点がある。
【００２７】また、バーチャルタイムを採用せずに、重
み付け公平キューイング（ＷＦＱ）のようなリソース公
平再配分によるパケット転送制御を行なうには、転送順
位決定（スケジューリング）のための計算量がきわめて
多くなってしまい、高速リンクに適用することが困難で
あるとしばしば指摘されている。
【００２８】本発明は、フロー毎に異なるサービス品質
（ＱｏＳ）を保証するとともに、伝送路のリソースを最
大限に利用する公平キューイング（Fair Queueing ）に
おいて、パケット転送のスケジューリングのための計算
量を大幅に削減し、高速パケット転送処理を可能にし、
しかも要求されるサービス品質（ＱｏＳ）に応じて複数
設けたスケジューラ間での連携が容易な、パケット転送
制御装置及びそのスケジューリング方法を提供すること
を目的とする。
【００２９】更に具体的に詳述すると、前述の問題点に
対して、転送出力する最優先のパケットを選出する計算
において、キューＱi に割り当てられるバンド幅ｒi,1
の変化によって、直接影響を受けるパケットの範囲を限
定化し、限定化したパケットのみに対して転送終了予定
時刻Ｆi,1 を計算し、その外のパケットに対しては過去
に計算した計算結果を再利用して計算を行なわず、重み
付け公平キューイング（ＷＦＱ）の計算量の削減を図る
ものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】本発明のパケット転送制
御装置は、（１）予め個々に定められた予約バンド幅が
割り当てられる複数のキューに格納されたパケットに対
して、各キューの先頭パケットに、転送終了予定時刻の
早い順に転送順序の重み付けを行うとともに、転送すべ
きパケットが格納されたアクティブキューの全てに、伝
送システム全体のリソ−ス（バンド幅）を割り当てて転
送制御を行うスケジューラを少なくとも備えたパケット
転送制御装置において、前記スケジューラは、各キュー
の先頭パケットのパケット長と前記予約バンド幅との比
（以下、リソース占有予定時間という。）に応じて、各
キューの先頭パケットをクラスタに分けるクラスタ分け
手段と、前記クラスタ内のパケットのうちで転送終了予
定時刻の最も早いパケットを第１順位パケットとして、
各クラスタ毎に保持するクラスタ管理手段と、前記クラ
スタ内にパケットの削除又は追加があったときに、該ク
ラスタに対して転送終了予定時刻の最も早いパケットを
第１順位パケットとして選出し、前記クラスタ管理手段
に保持させるクラスタ内選択手段と、前記各クラスタの
第１順位パケットの中から、転送終了予定時刻の最も早
いパケットを最優先転送パケットとして選出するクラス
タ間選択手段とを備えたものである。
【００３１】また、（２）前記スケジューラは、前記ア
クティブキューの予約バンド幅の累計値と前記伝送シス
テム全体のリソ−ス（バンド幅）との比（以下、予約バ
ンド幅使用率という。）を算出する予約バンド幅使用率
計算手段を備え、前記クラスタ間選択手段は、前記転送
終了予定時刻を、前記各第１順位パケットの転送開始基
準時刻と前記リソース占有予定時間と前記予約バンド幅
使用率とを基にして算出する構成を有するものである。
【００３２】また、（３）前記クラスタ内選択手段は、
クラスタ内のパケットを、転送終了予定時刻の早い順に
ソートする構成を有し、前記クラスタ管理手段は、転送
終了予定時刻の早い順にソートされたパケットを、各ク
ラスタ毎に保持する構成を有するものである。
【００３３】また、（４）前記クラスタ内選択手段は、
クラスタ内のパケットに対し、転送終了予定時刻の最も
早い第１順位パケットのみを選出する処理と、転送終了
予定時刻の早い順にソートする処理とを切り替えて行う
構成を有し、送出中のパケットの転送時間が所定時間以
上要する場合は、転送終了予定時刻の早い順にソートす
る処理を行ない、送出中のパケットの転送時間が所定時
間以下の場合は、転送終了予定時刻の最も早い第１順位
パケットのみを選出する処理を行なう構成を有するもの
である。
【００３４】また、（５）前記クラスタ内選択手段は、
クラスタ内の各パケットの前記転送開始基準時刻のみ又
は前記転送開始基準時刻及び前記リソース占有予定時間
を基にして、前記転送終了予定時刻の最も早いパケット
を選出する構成を有するものである。
【００３５】また、（６）前記クラスタ内選択手段は、
クラスタ内の各パケットの前記転送開始基準時刻のみ又
は前記転送開始基準時刻及び前記リソース占有予定時間
を基にして、前記転送終了予定時刻の早い順に、クラス
タ内パケットをソートする構成を有するものである。
【００３６】また、（７）前記クラスタ分け手段は、前
記リソース占有予定時間が特定されるトラフィック特性
を有するアプリケーションパケットの種別を識別して、
各キューの先頭パケットをクラスタに分ける構成を有す
るものである。
【００３７】また、（８）前記パケット転送制御装置
は、サービス品質のクラスに応じて異なるマルチキュー
に格納されるパケットに対して、該マルチキュー毎にそ
れぞれ伝送システム全体のリソ−スの割り当て処理が異
なるスケジューラを複数備え、それぞれのスケジューラ
は、各マルチキューの先頭パケットの中から転送終了予
定時刻の最も早いパケットを選出する手段を備え、更に
前記マルチキュー対応のスケジューラにより選出された
パケットの中から、その転送終了予定時刻の最も早いパ
ケットを選出するスケジューラを備えたものである。
【００３８】また、（９）前記マルチキュー対応のスケ
ジューラのうち少なくとも一つのスケジューラは、対応
するマルチキュー内の各キューに固定レートのバンド幅
を割り当て、転送終了予定時刻の最も早いパケットを選
出する手段を備えたものである。
【００３９】また、本発明のパケット転送スケジューリ
ング方法は、（１０）予め個々に定められた予約バンド
幅が最小限割り当てられる複数のキューに格納されたパ
ケットに対して、各キューの先頭パケットに、転送終了
予定時刻の早い順に転送順序の重み付けを行うととも
に、転送すべきパケットが格納されたアクティブキュー
の全てに、伝送システム全体のリソ−ス（バンド幅）を
割り当てて転送するパケット転送スケジューリング方法
において、各キューの先頭パケットの前記リソース占有
予定時間に応じて、各キューの先頭パケットをクラスタ
に分ける過程と、前記クラスタ内のパケットに削除又は
追加があったときに、該クラスタに対して転送終了予定
時刻の最も早いパケットを第１順位パケットとして選出
し、保持する過程と、クラスタ間において、前記各クラ
スタの第１順位パケットの中から、転送終了予定時刻の
最も早いパケットを最優先転送パケットとして選出する
過程とを含むものである。
【００４０】また、（１１）前記パケット転送スケジュ
ーリング方法において、前記アクティブキューの予約バ
ンド幅使用率を算出する過程を含み、前記クラスタ間の
選択における前記転送終了予定時刻の計算を、前記各第
１順位パケットの転送開始基準時刻と前記リソース占有
予定時間と前記予約バンド幅使用率とを基にして算出す
る過程を含むものである。
【００４１】また、（１２）前記クラスタ内の選択にお
いて、クラスタ内のパケットを、転送終了予定時刻の早
い順にソートして保持する過程を含むものである。
【００４２】また、（１３）前記クラスタ内の選択にお
いて、送出中のパケットの転送時間が所定時間以上要す
る場合は、転送終了予定時刻の早い順にソートする処理
を行ない、送出中のパケットの転送時間が所定時間以下
の場合は、転送終了予定時刻の最も早い第１順位パケッ
トのみを選出する処理を行なう過程を含むものである。
【００４３】また、（１４）前記クラスタ内の選択にお
いて、クラスタ内の各パケットの前記転送開始基準時刻
のみ又は前記転送開始基準時刻及び前記リソース占有予
定時間を基にして、前記転送終了予定時刻の最も早いパ
ケットを選出する過程を含むものである。
【００４４】また、（１５）前記クラスタ内の選択にお
いて、クラスタ内の各パケットの前記転送開始基準時刻
のみ又は前記転送開始基準時刻及び前記リソース占有予
定時間を基にして、前記転送終了予定時刻の早い順に、
クラスタ内パケットをソートする過程を含むものであ
る。
【００４５】また、（１６）前記クラスタ分けにおい
て、前記リソース占有予定時間が特定されるトラフィッ
ク特性を有するアプリケーションパケットの種別を識別
して、各キューの先頭パケットをクラスタに分ける過程
を含むものである。
【００４６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の重み付け公平キュ
ーイング（ＷＦＱ）によるパケット転送制御の原理説明
図である。同図において、１−１はパケットをクラスタ
化して転送制御するスケジューラ、１−２は各フロー対
応にパケットを格納するＮ個のキュー（Ｑ1 〜ＱN ）か
ら成るマルチキューである。
【００４７】各キューＱi （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）
の内部構成は、本発明のパケット転送制御に直接影響が
ないので、各キューＱi は、一般的なＦＩＦＯ（First
In First Out）によるパケット格納処理を行う構成を有
するものと仮定する。
【００４８】スケジューラ１−１は、各キューＱi の先
頭パケット（図の網掛け部分Ａ）に対して、各パケット
の転送に要するリソース占有予定時間βi,1 をもとに、
クラスタ分けを行なう。同図は、各キューＱi の先頭パ
ケットをＭ個のクラスタＣ1〜ＣM に分けて転送制御す
る例を示している。
【００４９】各パケット転送に要するリソース占有予定
時間βi,1 は、各キューＱi の先頭パケットのパケット
長Ｌi,1 と、各キューＱi の予約バンド幅Φi とから、
以下の式 βi,1 ＝Ｌi,1 ／Φi により算出されるもので、キューＱi に最低限割り当て
られる予約バンド幅Φiで、パケット長Ｌi,1 のパケッ
トを転送するのに要する時間である。
【００５０】実際には、前述したように重み付け公平キ
ューイング（ＷＦＱ）により、不使用の予約バンド幅が
あれば、そのバンド幅も所定の比率でアクティブキュー
に割り当てるため、リソース占有時間は上記のβi,1 よ
り短縮されることとなるので、上記のβi,1 をリソース
占有予定時間と称する。
【００５１】スケジューラ１−１は、各先頭パケットの
リソース占有予定時間βi,1 の値に応じて、各先頭パケ
ットをそれぞれＭ個のクラスタＣ1 〜ＣM にクラスタ分
けする。同図は、クラスタＣ1 にキューＱ5 の先頭パケ
ットＰ5,1 とキューＱ3 の先頭パケットＰ3,1 とがクラ
スタ化され、クラスタＣ2 にキューＱ2 の先頭パケット
Ｐ2,1 とキューＱ4 の先頭パケットＰ4,1 とがクラスタ
化され、クラスタＣMにキューＱ1 の先頭パケットＰ
1,1 がクラスタ化された場合の例を示している。
【００５２】スケジューラ１−１は、クラスタ内に新た
にキューの先頭パケットを組み入れる際、そのクラスタ
内で最も小さな値の転送終了予定時刻Ｆi,1 を持つ先頭
パケットを、このクラスタ内で最優先に出力すべき第１
順位パケットとして登録する。
【００５３】また、クラスタ内の第１順位パケットが転
送パケットとして選出され、出力リンクへ送出された際
も、クラスタ内の残りのパケットの中から最も小さな値
の転送終了予定時刻Ｆi,1 を持つパケットを、クラスタ
内の第１順位パケットとして登録する。
【００５４】図１では、クラスタＣ2 からパケットＰ
2,1 が送出され、キューＱ2 から次のパケットＰ
2,2 が、先頭パケットとして同じクラスタＣ2 に組み込
まれた例を示しているが、このように一つのクラスタを
構成するパケットが変動したとき、そのクラスタ内のパ
ケット間（図の網掛け部分Ｂ）で、転送終了予定時刻Ｆ
i,1 の値の最も小さいパケットを、第１順位パケットと
して登録する。
【００５５】そして、スケジューラ１−１は、それぞれ
のクラスタの第１順位パケット（図の例においては網掛
け部分ＣのパケットＰ5,1 、Ｐ2,1 、・・・、Ｐ1,1 ）
に対して、転送終了予定時刻Ｆi,1 を計算し、その値が
最も小さいパケットを最優先に転送するパケットとして
選出し、該パケットを出力リンクから送出する制御を行
なう。
【００５６】本発明のパケット転送制御の原理について
更に詳しく説明する。図１に示したスケジューラ１−１
は、各キューＱi に対応したメータ（図示省略）を備
え、その各メータには、キューの先頭パケットの転送終
了予定時刻Ｆi,1 を計算するために必要なパラメータが
設定される。
【００５７】キューＱi のメータに設定されるパラメー
タは、先頭パケットの転送開始基準時刻αi,1 とリソー
ス占有予定時間βi,1 である。先頭パケットの転送開始
基準時刻αi,1 は、以下の式により算出される。 αi,1 ＝ｍａｘ｛Ｓi,0 ＋Ｌi,0 ／ｒi,0 ；ｔi,1 ｝ ・・・（式５）
【００５８】ここで、Ｓi,0 ＋Ｌi,0 ／ｒi,0 は、先頭
パケットの一つ前のパケット（直前パケット）の転送終
了予定時刻、ｔi,1 は当該先頭パケットの到着時刻であ
る。当該先頭パケットの転送開始基準時刻αi,1 は、直
前パケットの転送終了予定時刻と当該先頭パケットの到
着時刻の値のうち、大きい方の値となる。
【００５９】リソース占有予定時間βi,1 は前述したと
おり、 βi,1 ＝Ｌi,1 ／Φi ・・・（式６） により計算される。リソース占有予定時間βi,1 は、キ
ューＱi のパケットを、その最低限の割り当てバンド幅
である予約バンド幅Φi で転送するとした場合、転送に
要するリソース占有時間である。キューＱi に割り当て
られるバンド幅は、バックログキューの変化により変動
するため、該リソース占有時間も変動する。したがっ
て、リソース占有予定時間βi,1 は、実際のリソース占
有の予定時間ではなく、以下に述べるように、転送終了
予定時刻Ｆi,1 の計算に用いられる基準値の一つであ
る。
【００６０】スケジューラ１−１は、更に先頭パケット
の転送終了予定時刻Ｆi,1 を計算するためのパラメータ
であるバックログキューによる予約バンド幅使用率γを
計算する。予約バンド幅使用率γは、リソース（全出力
リンクのバンド幅）Ｒに対する、各バックログキュー
（アクティブキュー）により使用されるそれぞれの予約
バンド幅の合計値Φb(1)の比率であり、以下の式により
算出される。 γ＝Φb(1)／Ｒ ・・・（式７）
【００６１】前述した（式１）の先頭パケットの転送終
了予定時刻Ｆi,1 は、（式３）、（式５）、（式６）及
び（式７）により、パラメータαi,1 、βi,1 及びγを
用いた以下の（式８）のように変形することができる。 Ｆi,1 ＝αi,1 ＋Ｌi,1 ／｛（Φi ／Φb(1)）×Ｒ｝ ＝αi,1 ＋（Ｌi,1 ／Φi ）×（Φb(1)／Ｒ） ＝αi,1 ＋βi,1 ×γ ・・・（式８）
【００６２】ここで、転送開始基準時刻αi,1 とリソー
ス占有予定時間βi,1 は、該パケットがキューの先頭に
なった時点で算定され、以降、変化することのない固定
値であるが、予約バンド幅使用率γは、バックログキュ
ーの変化により変動する値である。
【００６３】上記の（式８）による転送終了予定時刻Ｆ
i,1 と予約バンド幅使用率γとの関係をグラフに表す
と、図２の（Ａ）の斜線で示すように、転送終了予定時
刻Ｆi, 1 はγの変動に対して直線的に変動する。
【００６４】図２の（Ａ）は、キューＱi （ｉ＝１〜
４）の各先頭パケットの転送終了予定時刻Ｆi,1 （ｉ＝
１〜４）を例示的に示している。図の斜線と縦軸の交点
がαi, 1 であり、斜線の勾配がβi,1 である。
【００６５】図２の（Ａ）から分かるように、斜線の勾
配βi,1 に大きな差がないパケット同士の転送終了予定
時刻Ｆi,1 は、予約バンド幅使用率γが変化しても、そ
れらの転送終了予定時刻Ｆi,1 の順序が入れ替わる確率
が低く、仮に入れ替わってもその時刻差は微小なもので
ある。
【００６６】図２（Ａ）において、ｉ＝１とｉ＝３のＦ
i,1 の勾配βi,1 に大差がなく、またｉ＝２とｉ＝４の
Ｆi,1 の勾配βi,1 に大差がない。このような場合、予
約バンド幅使用率γの変化に対し、ｉ＝２とｉ＝４のＦ
i,1 の大小関係は変化せず、また、ｉ＝１とｉ＝３のＦ
i,1 の大小関係は、途中で交差して入れ替わっている
が、勾配βi,1 が近似しているため、ｉ＝１とｉ＝３の
Ｆi,1 の値自体に、大きな差異は生じない。
【００６７】図２の（Ｂ）は勾配βi,1 のみを表した図
である。この勾配βi,1 に関して幾つか（例えばＭ個）
レンジを予め定め、（式６）によって計算した勾配β
i,1 がどのレンジに属するかによって、前述したように
各キューの先頭パケットに対してクラスタリングを行な
う。
【００６８】このように先頭パケットのクラスタリング
を行なうと、同一クラスタ内に属するパケットの転送終
了予定時刻Ｆi,1 の順序に関して、γの変化に対する依
存度を微小なものとすることができる。
【００６９】例えば、図２において、ｉ＝１とｉ＝３の
キューの先頭パケットを同一クラスタとし、また、ｉ＝
２とｉ＝４のキューの先頭パケットを同一クラスタとし
てクラスタリングを行なうと、γ＝γ1 のときに計算し
た各キューＱi のパケットの転送終了予定時刻Ｆ
i,1 は、γ＝γ2 となった時点でも、各クラスタ内のそ
れぞれのパケットの転送終了予定時刻Ｆi,1 の順序が変
化する確率は低いし、たとえ変化があってもその時刻差
は小さいので、転送順序に誤差を生じたとしてもその影
響は小さい。
【００７０】毎回のパケット転送出力時のパケット選択
処埋は、 直前にパケットを出力したクラスタ又は新たな先頭パ
ケットが追加されたクラスタ（図１の網掛け部分Ｂ）内
の全てのパケットに対し、前述の（式８）による転送終
了予定時刻Ｆi,1 を計算して転送終了予定時刻Ｆi,1 が
最小となる第１順位パケットを選出する処理（クラスタ
内選択処理）と、 各クラスタの第１順位パケット間（図１の網掛け部分
Ｃ）に対して、同様に（式８）による転送終了予定時刻
Ｆi,1 を計算し、前述の（式４）によりその値が最小と
なパケットを選出する処理（クラスタ間選択処理）とを
行う。
【００７１】そして、クラスタ間選択処理により選出さ
れたパケットを、最優先転送パケットとして出力リンク
へ送出する処理を行うだけで済むので、従来、全てのバ
ックログキューの先頭パケットに対して（式８）の計算
を行ったのに比し、計算量を大幅に削減することができ
る。
【００７２】例えば、バックログキューの数が１００個
あったとすると、それらの先頭パケットは１００個有
り、従来は、１００個のパケットに対して（式８）によ
る転送終了予定時刻Ｆi,1 を計算して、その最小な値の
パケットを選出する処理を行っていたのに対し、本発明
では、１００個の先頭パケットが１０個のクラスタにそ
れぞれ平均して１０個ずつクラスタ化されたとすると、
平均１０個のパケットのクラスタ内選択処理と、１０個
のクラスタについてのクラスタ間選択処理とを行えばよ
く、すなわち、２０個のパケットに対してのみ（式８）
による転送終了予定時刻Ｆi,1 を計算すればよく、計算
量を大幅に削減することができるとともに、その最小な
ものを選択する処理においても、選択対象の個数が大幅
に減少化されているので、選択処理における処理量も低
減化することができる。
【００７３】一般に、キューの数をＮとし、クラスタの
数をＭとすると、クラスタ内のパケットの数は平均でＮ
／Ｍとなる。すなわち、本発明のようにクラスタ分けを
行なうことにより、従来Ｎ個のパケットに対して行なっ
ていた計算を、Ｎ／Ｍ個のパケットに対するクラスタ内
処理と、Ｍ個にのパケット対するクラスタ間処理のみで
済み、（Ｎ／Ｍ＋Ｍ）個のパケットに対して計算を行な
えばよく、計算量を大きく削減することができる。
【００７４】なお、前述のクラスタ内選択処理におい
て、（式８）によるαi,1 、βi,1 及びγを用いた転送
終了予定時刻Ｆi,1 の計算によって第１順位パケットを
選出する処理に替えて、クラスタ内では各パケットのリ
ソース占有予定時間βi,1 が近似した値であり、予約バ
ンド幅使用率γに対する依存性は低いことから、転送開
始基準時刻αi,1 の値を第１ソートキーとして小さい順
にパケットをソートし、次に、同一又は近似した値の転
送開始基準時刻αi,1 を持つパケットに対して、リソー
ス占有予定時間βi,1 を第２ソートキーとして小さい順
にソートすることにより、予約バンド幅使用率γを使用
することなく、最小値付近の転送終了予定時刻Ｆi,1 の
パケットを簡易な処理で選出することができる。
【００７５】更に、転送開始基準時刻αi,1 の値のみを
用い、その値の最も小さいパケットを第１順位パケット
として選出しても、選出結果に大きな誤差を生じること
はなく、最小値付近の転送終了予定時刻Ｆi,1 のパケッ
トを、更に簡易な処理で選出することができる。この場
合は、β×γの計算を行なわないので、クラスタ内の計
算量を大幅に削減することができる。
【００７６】また、クラスタ内選択処理において、前述
のαi,1 、βi,1 及びγを用いた選出又はαi,1 及びβ
i,1 のみを用いた選出を行った際、選出された第１順位
パケットのみを登録しておき、クラスタに新たなパケッ
トが追加されたときに、登録済みの第１順位パケットと
新たなパケットが追加されたパケットとの転送終了予定
時刻Ｆi,1 に関する大小比較を行って新たな第１順位パ
ケットを決定して登録する手法と、クラスタ内のパケッ
ト全てに対して転送終了予定時刻Ｆi,1 の小さい順にソ
ートしておく手法と、更にそれらの手法をクラスタ内選
択処理に許容される処理時間に応じて、切り替える手法
を適用することができる。
【００７７】一般に、パケットの長さにばらつきがあ
り、この特性を利用し、長いパケットなど転送に多くの
時間を要するパケットを送出しているとき、次の出力パ
ケットを選出する計算を行う時間も多く与えられるの
で、その間に各クラスタ内のパケットをソートしてお
き、短いパケットを高速に送出するときや、削除のみで
追加パケットがないクラスタにおける選択処理では、過
去にソートした結果をそのまま流用するか、又は第１順
位パケットだけを選ぶ処理に切り替え、処理量を低減
し、連続する短いパケットを出力する場合でも、高速な
選択処理を、精度の劣化なく又は僅かな精度の低下を伴
うだけで行うことができる。
【００７８】なお、ソート処理を開始するに先立って、
転送に長時間を要するパケットかどうかの判定は、パケ
ット長Ｌと全出力バンド幅Ｒとの割算Ｌ／Ｒを計算し、
その値と閾値との比較により判定することができ、また
パケット長のみとに閾値との比較により簡易な判定を行
ってもよい。
【００７９】更に、クラスタ内選択処理において、第１
順位パケットを選出する際に、その転送終了予定時刻Ｆ
i,1 を算出する場合は、クラスタ間選択処理において
は、クラスタ内選択処理を行ったクラスタを除いて、そ
の他のクラスタの第１順位パケットに対してのみ転送終
了予定時刻Ｆi,1 を計算し、それらの値のうちの最小な
ものとクラスタ内選択処理において算出した転送終了予
定時刻Ｆi,1 とを比較して、転送すべき最優先のパケッ
トを選出することができる。
【００８０】更に、音声やビデオ情報のようなマルチメ
ディアのアプリケーションパケットの転送においては、
一般的に、その品質要求に応じて、パケットを幾つかの
グレードに分けて転送する。
【００８１】そして、各グレードでは予約バンド幅Φi
とパケット長Ｌi といったトラヒック特性が均一であ
り、アプリケーションの種類を識別することによって、
リンク占有予定時間βi （βi ＝Ｌi ／Φi ）が一義的
に定まる場合が有る。このような場合は、アプリケーシ
ョンパケットのトラヒック特性種別を識別してパケット
のクラスタ化を簡易かつ正確に行うことができる。
【００８２】次に、本発明の重み付け公平キューイング
（ＷＦＱ）によるパケット転送制御装置の具体的な構成
について説明する。ここで、パケット転送制御装置は、
フロー毎にキューイングを行なうものとし、各キューの
内部ではＦＩＦＯによりパケットの格納処理を行い、更
に、パケットデータの本体は、図示を省略したバッファ
に保存され、以下に説明するパケット転送制御装置は、
パケットデータ本体へのポインタと転送制御に関連する
パラメータだけを処理の対象とするものとする。
【００８３】図３は本発明のパケット転送制御装置の構
成を示す図である。同図において、３−１はマルチキュ
ー管理手段、３−２は予約バンド幅使用率γ計算手段、
３−３はクラスタ分け手段、３−４はクラスタ管理手
段、３−５はクラスタ内選択手段、３−６はクラスタ間
選択手段、３−７は出力制御手段である。
【００８４】マルチキュー管理手段３−１は、フロー対
応のキューＱi （ｉ＝１〜Ｎ）と各キューＱi 対応のメ
ータとを備える。各キューＱi には、受信したパケット
のフロー番号ＦｌｏｗＮｏ．（ｊ）とパケット長Ｐａｃ
ｋｅｔＬｅｎ．（Ｌ）と到着時間（ｔ）とパケットデー
タ本体を記憶するバッファのアドレスのポインタＰｏｉ
ｎｔｅｒとから成るパケットタグを到着順に格納する。
【００８５】各キューＱi 対応のメータには、そのキュ
ーＱi の先頭パケットの転送開始基準時刻αi,1 とその
キューＱi が予約しているバンド幅Φi とを保存する。
マルチキュー管理手段３−１は、未転送パケット（バッ
クログ）が少なくとも１つ格納されているアクティブ状
態のキューＱi と各キュー対応のメータとを管理する機
能を備え、出力要求によって、対応するキューの先頭パ
ケットのタグ及びそのメータに記憶されているパラメー
タを出力する機能を備える。
【００８６】更に、キューのアクティブ状態が変化した
時、変化した予約バンド幅（±Φ）を出力する機能を備
える。例えば、キューＱi が非アクティブ状態からアク
ティブ状態へ変化したときは、その予約バンド幅Φi の
増加分（＋Φi ）、逆にアクティブ状態から非アクティ
ブ状態へ変化したときは、その予約バンド幅Φi の減少
分（−Φi ）を、予約バンド幅使用率γ計算手段３−２
に出力する。
【００８７】予約バンド幅使用率γ計算手段３−２は、
Φb 計算部とγ計算部とを備える。Φb 計算部はマルチ
キュー管理手段３−１から、変化した予約バンド幅（±
Φ）を入力し、アクティブキュー（バックログキュー）
の予約バンド幅の累計値Φb（Φb ＝Φb ±Φ）を計算
する。
【００８８】γ計算部は、アクティブキュー（バックロ
グキュー）の予約バンド幅の累計値Φb を、リソース
（出力リンク）全体のバンド幅Ｒで除算し、アクティブ
キュー（バックログキュー）全体により使用される予約
バンド幅Φb の、バンド幅Ｒに対する比率γを計算す
る。
【００８９】クラスタ分け手段３−３は、βi 計算部と
クラスタ分け処理部とを備える。βi 計算部は、キュー
Ｑi の先頭のパケットのパケット長Ｌi をキューＱi の
予約バンド幅Φi で除算し（Ｌi ／Φi ）、該先頭パケ
ットのリソース占有予定時間βi を計算する。
【００９０】クラスタ分け処理部は、当該パケットのリ
ソース占有予定時間βi の値に基づき、その値の属する
レンジに対応して当該パケットをクラスタＣ1 〜ＣM に
振り分ける処理を行う。
【００９１】クラスタ管理手段３−４は、クラスタ内選
択手段３−５と連携し、各クラスタＣj （ｊ＝１〜Ｍ）
において、クラスタ内の各パケットの転送終了予定時刻
Ｆiのうち、その値の一番小さいパケットがそのクラス
タの第１順位パケットとして選択されている状態を維持
する。
【００９２】また、クラスタ内のパケットを、転送終了
予定時刻Ｆi の値の小さい順にソートされた状態に維持
するための、次の順位のパケットのポインタを示すパラ
メータＮＣＰ（Next Cluster Pointer）をクラスタ内
のパケットに付加し、該パラメータＮＣＰにより、クラ
スタ内においてパケットをソート順にリンクさせておく
ことができる。
【００９３】クラスタ内選択手段３−５は、クラスタ管
理手段３−４に保管されているクラスタの一つに対し
て、クラスタ管理手段３−４からの要求により、該クラ
スタ内の各パケットの転送終了予定時刻Ｆi （＝αi ＋
βi ×γ）を計算し、各パケットの転送終了予定時刻Ｆ
i のうち、その値の一番小さいパケットを第１順位パケ
ットとして選出し、クラスタ管理手段３−４に返送する
機能を有する。また、その第１順位パケットの転送終了
予定時刻Ｆi を出力制御手段３−７に出力する機能を有
する。
【００９４】クラスタ内選択手段３−５は、前述したよ
うにαi とβi とから選出する手法や、ソートする手
法、又はそれらを処理時間に応じて適宜切り替える手法
を適用することができる。
【００９５】クラスタ間選択手段３−６は、前述のクラ
スタＣ1 〜ＣM （ただし、直前に出力したクラスタを除
く。）のそれぞれの第１順位パケットの中から、転送終
了予定時刻Ｆi （＝αi ＋βi ×γ）の一番小さい値の
パケットを計算して選出し、その転送終了予定時刻Ｆi
を出力制御手段３−７に出力する。
【００９６】出力制御手段３−７は、クラスタ内選択手
段３−５及びクラスタ間選択手段３−６から入力される
転送終了予定時刻Ｆi を比較し、その値の小さいパケッ
トを転送すべき最優先パケットとして選出し、そのパケ
ットタグを出力する。
【００９７】そして、転送されることとなったパケット
のタグが格納されていたキューＱiに対して、次のパケ
ットを先頭パケットとして同様の処理を行なうために、
出力制御手段３−７は、マルチキュー管理手段３−１、
予約バンド幅使用率γ計算手段３−２及びクラスタ分け
手段に対して、次の先頭パケットに対する処理を起動す
る。
【００９８】以上、本発明のパケット転送制御装置の各
機能手段について説明したが、その処理動作について、
パケット出力処理とパケット入力処理とに分けて、以下
に同じ図３を参照して説明する。なお図中、○印内の番
号は、以下の説明における処理動作に付した（ ）内の
番号に対応し、当該処理動作に関連する情報が入出力さ
れる機能モジュール間のリンク位置を表している。更
に、図中、各リンク又は機能モジュールで入出力又は保
持される情報の内容を、ａ）〜ｈ）の枠内に引き出し線
を付して記している。
【００９９】〔１〕パケット出力処理について 出力制御手段３−７によるパケット出力終了（１０）と
次のパケットの出力許可（１１）の条件が満足される
と、出力制御手段３−７から、マルチキュー管理手段３
−１、予約バンド幅使用率γ計算手段３−２及びクラス
タ分け手段３−３に、直前に出力したパケットが属して
いたキューＱi の次のパケットを先頭パケットとして処
理する要求（１２）を送出する。
【０１００】マルチキュー管埋手段３−１は、キューＱ
i に未転送パケットが格納されていれば、その新たな先
頭パケットを呼び出し、該先頭パケットの転送開始基準
時刻αi を計算し、メータに保存する。ただし、もし当
該キューＱi が空となっていれば、マルチキュー管埋手
段３−１はなにも出力しない。
【０１０１】転送開始基準時刻αi は、このパケットの
到着時刻ｔと直前に送出されたパケットの転送終了予定
時刻Ｆi,0 とを比較し、ｔ≧Ｆi,0 であれば、αi ＝ｔ
として設定され、ｔ＜Ｆi,0 であれば、αi ＝Ｆi,0 と
して設定される。
【０１０２】マルチキュー管埋手段３−１は、パケット
長Ｌi 及び予約バンド幅Φi のパラメータをクラスタ分
け手段３−３に出力する（１５）。また、マルチキュー
管埋手段１−３は、キューのアクティブ状態変化によっ
て引き起こされた使用予約バンド幅の変化（±Φ）を、
予約バンド幅使用率γ計算手段３−２に出力する（１
４）。
【０１０３】クラスタ分け手段３−３は、パラメータが
入力されると、リソース占有予定時間βを計算し
（２）、この値に応じて新たな先頭パケットのクラスタ
分け処理（３）を行ない、クラスタ管理手段３−４に出
力する。
【０１０４】予約バンド幅使用率γ計算手段３−２は、
バックログキューの予約バンド幅の累計値Φb を計算し
（１３）、出力制御手段から３−７から出力要求（１
２）があるとき、予約バンド幅の累計値Φb をγ計算部
へ出力し、γ計算部は、予約バンド幅の累計値Φb とリ
ソース全体のバンド幅Ｒとの比率である予約バンド幅使
用率γを計算し（４）、クラスタ内選択手段３−５及び
クラスタ間選択手段３−６に出力する。
【０１０５】クラスタ管理手段３−４は、最優先出力パ
ケットとして選出されたパケットが属していたクラスタ
Ｃj が出力制御手段３−７から通知されると、次の先頭
パケットのクラスタ分け処理が完了する期間だけ待っ
て、そのクラスタＣj に属する全てのパケットを、クラ
スタ内選択手段３−５に送出し（７）、クラスタ内選択
手段３−５は、それらのパケットの中から、新たに第１
順位パケットを選出してクラスタ管理手段に返送する
（９）。
【０１０６】また、次の先頭パケットが他のクラスタＣ
k にクラスタ化された場合には、他のクラスタＣk に対
しても同様に、クラスタ内選択手段３−５に送出し
（７）、クラスタ内選択手段３−５は、それらのパケッ
トの中から、新たに第１順位パケットを選出してクラス
タ管理手段に返送する（９）。
【０１０７】クラスタ管理手段３−４は、クラスタ内選
択手段３−５に最後に送出したクラスタＣj 以外の各ク
ラスタの第１順位パケットのパラメータ（αi 、βi ）
を、クラスタ間選択手段３−６に出力する（５）。
【０１０８】クラスタ内選択手段３−５は、クラスタ管
理手段３−４から入力（７）したパケットのパラメータ
αi 、βi 及び新たな予約バンド幅使用率γによって、
各パケットの転送終了予定時刻Ｆi （＝αi ＋βi ×
γ）を計算して、その中から転送終了予定時刻Ｆi が最
小となるパケットを第１順位パケットとして選出し、出
力制御手段３−７に出力する（８）とともに、クラスタ
管理手段にも返送する（９）。
【０１０９】クラスタ間選択手段３−６は、入力された
各クラスタの第１順位のパケットのパラメータ（αi 、
βi ）及び新たな予約バンド幅使用率γによって、転送
終了予定時刻Ｆi （＝αi ＋βi ×γ）を計算し、その
中から最小のＦi のパケットを最優先候補パケットとし
て選出し、この最優先候補パケットを出力制御手段３−
７に出力する（６）。
【０１１０】出力制御手段３−７は、クラスタ間選択手
段３−６及びクラスタ内選択手段３−５から入力（６）
（８）された転送終了予定時刻Ｆi のうち、一番小さい
値のパケットを最優先転送パケットとして選択して出力
する（１０）と同時に、次の出力パケットに対する処理
要求を行なう（１２）。
【０１１１】〔２〕パケット入力処理 マルチキュー管理手段３−１は、転送サービスを行なう
パケットのパケットタグを受信し（１）、該パケットタ
グをフロー対応のキューＱi に格納する。このとき、該
キューＱi が、アクティブ状態のキューであった場合
は、既に先頭パケットが存在しているので、新たに受信
したパケットのタグを該キューＱi に追加するだけで入
力処理を終了する。
【０１１２】空の状態のキューＱi にパケットが到着し
たときは、このパケットが先頭パケットとなるので、マ
ルチキュー管理手段３−１は、該キューＱi のメータに
パケットの転送開始基準時刻αi を計算して設定し、そ
のパケット長Ｌi 及びキューＱi の予約バンド幅Φi を
クラスタ分け手段３−３に出力し（１５）し、使用予約
バンド幅の変動分（増加分Φi ）を、予約バンド使用率
γ計算手段３−２に出力する。
【０１１３】クラスタ分け手段３−３は、β計算部でＬ
i ／Φi によりリソース占有予定時間βi を計算し、ク
ラスタ分け処理部でリソース占有予定時間βi の値に従
ってパケットのクラスタ分けを行い、クラスタ管理手段
３−４に出力する（３）。
【０１１４】クラスタ管理手段３−４では、新たにパケ
ットが追加されたクラスタＣj に対して、クラスタ内選
択手段３−５と連携して該クラスタＣj の第１順位パケ
ットと、新たに追加されたパケットとのパラメータ
（α、β）と予約バンド使用率γとを基に、転送終了予
定時刻Ｆi を計算し、転送終了予定時刻Ｆi の最も小さ
いパケットを新たな第１順位パケットとして選択して保
持する。
【０１１５】図４は、本発明における複数のスケジュー
ラによるパケット転送制御の説明図である。同図におい
て、４−１は入力リンク、４−２はルータ（クラシファ
イヤ）、４−３は第１のマルチキュー、４−４は第２の
マルチキュー、４−５は第１のサブスケジューラ、４−
６は第２のサブスケジューラ、４−７はその上位のメイ
ンスケジューラである。
【０１１６】図４は、低ジッタ（Ｌｏｗ ｊｉｔｔｅ
ｒ）であることが重要視される音声パケット等の転送
と、低遅延（Ｌｏｗ Ｄｅｌａｙ）及び最大転送能力が
重要視されるＷＷＷやＦＴＰ等のデータパケットの転送
のように、異なるサービス品質（ＱｏＳ）が要求される
アプリケーションのトラヒックパケットが混在した場合
のパケットスケジューリングについての説明図である。
【０１１７】入力リンク４−１から入力される音声パケ
ット（Ｖｏｉｃｅ）、画像パケット（Ｖｉｄｅｏ）、デ
ータパケット（Ｄａｔａ）等、サービス品質（ＱｏＳ）
クラスの異なるトラヒックデータが入力され、ルータ４
−２は、入力されたパケットのヘッダ情報を解析するこ
とによって、そのパケットが属するフローに分類し、対
応するキューに格納する。
【０１１８】各キューは、対応する各フローの要求する
サービス品質に応じて、それぞれ異なるスケジューラに
よって制御される複数のマルチキューとして構成され
る。その第１のマルチキュー４−３は、音声パケット
（Ｖｏｉｃｅ）、画像パケット（Ｖｉｄｅｏ）のよう
に、低ジッタが要求されるパケットを格納し、第１のサ
ブスケジュ−ラ（Ｓ１）４−５によって、所定の出力レ
ートが保証されるようにスケジューリング制御される。
【０１１９】第１のサブスケジュ−ラ（Ｓ１）４−５
は、キュー間で余ったバンド幅を再配分する必要はない
ので、前述の（式１）において、ｒi,0 ＝ｒi,1 ＝Φi
として固定し、各キューの先頭パケットの転送終了予定
時刻Ｆi,1 を計算することにより、その値の最も小さい
パケットを最優先出力パケットとして選出する。
【０１２０】第１のサブスケジュ−ラ（Ｓ１）４−５
は、割り当てバンド幅ｒi,1 が固定値であるため、計算
処理の負担が軽く、音声パケットのような短いパケット
で構成されるフローの処理に対しても、高速に追随して
優先選択処理を行なうことができる。
【０１２１】一方、データパケットのように、低遅延が
要求されるパケットは、第２のマルチキュー４−４に格
納され、第２のサブスケジュ−ラ（Ｓ１）４−６によっ
て、重み付け公平キューイング（ＷＦＱ）により余剰バ
ンド幅が公平に割り当てられスケジューリング制御され
る。
【０１２２】重み付け公平キューイング（ＷＦＱ）は、
前述したようにパケットの最小遅延保証及びフロー間で
の余剰バンド幅の公平再分配において優れた特長を持っ
ている。第２のサブスケジュ−ラ（Ｓ１）４−６は、各
キューの先頭パケットの転送終了予定時刻Ｆi,1 の計算
において、前述したようにクラスタ化を行い、計算対象
の先頭パケットを限定化して高速に計算処理を行い、そ
の値の最も小さいパケットを最優先出力パケットとして
選出する。
【０１２３】上位のメインスケジューラ（Ｓ）４−７
は、第１及び第２のサブスケジューラ（Ｓ１，Ｓ２）間
の連携を行い、その両者から選出されたパケットの出力
候補に対して、さらにその転送終了予定時刻Ｆi,1 の最
も小さいパケットを出力パケットとして選択して出力す
る。
【０１２４】このような処理によって、各々のフローに
対して、その要求するサービス品質（ＱｏＳ）に応じ、
低ジッタ保証、低遅延保証を行なうとともに、フロー間
で公平にかつ出力リンクを最大に有効利用してパケット
転送を行なうことができる。
【０１２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バックログキューにより使用される予約バンド幅の合計
値の変化によって転送終了予定時刻が変動する各キュー
の先頭パケットに対して、転送終了予定時刻の最も早い
先頭パケットを選択して転送する重み付け公平キューイ
ング（ＷＦＱ）の処理において、バックログキューの予
約バンド幅の合計値の変動に対する該転送終了予定時刻
の相対的な順位変動の依存性の低い先頭パケット同士を
クラスタ化し、過去に計算した各クラスタ内の出力優先
順位をそのまま再利用して、各クラスタの第１順位パケ
ットのみに対して転送終了予定時刻の計算を行ない、最
優先パケットを選出することにより、重み付け公平キュ
ーイング（ＷＦＱ）処理における計算量を大幅に削減す
ることができる。
【０１２６】また、転送終了予定時刻の計算において、
時間軸が実時間軸であるため、複数のスケジューラで個
々に選出された第１優先のパケットに対する選択処理が
容易となり、複数のスケジューラによる選択処理を容易
に連携することができる。
【０１２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパケット転送制御の原理説明図であ
る。
【図２】転送終了予定時刻Ｆi,1 と予約バンド幅使用率
γとの関係を表したグラフである。
【図３】本発明のパケット転送制御装置の構成を示す図
である。
【図４】本発明における複数のスケジューラによるパケ
ット転送制御の説明図である。
【図５】重み付け公平キューイング（ＷＦＱ）の原理説
明図である。
【符号の説明】
１−１ パケットをクラスタ化して転送制御するスケジ
ューラ １−２ 各フロー対応にパケットを格納するＮ個のキュ
ー（Ｑ1 〜ＱN ）から成るマルチキュー
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−83547（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213992（ＪＰ，Ａ) 信学技報，ＩＮ98−59 ＩＥＥＥ／ＡＣＭ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，Ｖｏｌ．３ Ｎｏ．４，ｐ365−386 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04L 12/56

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 予め個々に定められた予約バンド幅が割
    り当てられる複数のキューに格納されたパケットに対し
    て、各キューの先頭パケットに、転送終了予定時刻の早
    い順に転送順序の重み付けを行うとともに、転送すべき
    パケットが格納されたアクティブキューの全てに、リソ
    −ス（バンド幅）を割り当てて転送制御を行うスケジュ
    ーラを少なくとも１つ備えたパケット転送制御装置にお
    いて、前記スケジューラは、 各キューの先頭パケットのパケット長と前記予約バンド
    幅との比（以下、リソース占有予定時間という。）に応
    じて、各キューの先頭パケットをクラスタに分けるクラ
    スタ分け手段と、 前記クラスタ内のパケットのうちで転送終了予定時刻の
    最も早いパケットを第１順位パケットとして、各クラス
    タ毎に保持するクラスタ管理手段と、 前記クラスタ内にパケットの削除又は追加があったとき
    に、該クラスタに対して転送終了予定時刻の最も早いパ
    ケットを第１順位パケットとして選出し、前記クラスタ
    管理手段に保持させるクラスタ内選択手段と、 前記各クラスタの第１順位パケットの中から、転送終了
    予定時刻の最も早いパケットを最優先転送パケットとし
    て選出するクラスタ間選択手段とを備えたことを特徴と
    するパケット転送制御装置。
  2. 【請求項２】 前記スケジューラは、前記アクティブキ
    ューの予約バンド幅の累計値と前記リソ−ス（バンド
    幅）との比（以下、予約バンド幅使用率という。）を算
    出する予約バンド幅使用率計算手段を備え、前記クラス
    タ間選択手段は、前記転送終了予定時刻を、前記各第１
    順位パケットの転送開始基準時刻と前記リソース占有予
    定時間と前記予約バンド幅使用率とを基にして算出する
    構成を有することを特徴とする請求項１記載のパケット
    転送制御装置。
  3. 【請求項３】 前記クラスタ内選択手段は、クラスタ内
    のパケットを、転送終了予定時刻の早い順にソートする
    構成を有し、前記クラスタ管理手段は、転送終了予定時
    刻の早い順にソートされたパケットを、各クラスタ毎に
    保持する構成を有することを特徴とする請求項１又は２
    記載のパケット転送制御装置。
  4. 【請求項４】 前記クラスタ内選択手段は、クラスタ内
    のパケットに対し、転送終了予定時刻の最も早い第１順
    位パケットのみを選出する処理と、転送終了予定時刻の
    早い順にソートする処理とを切り替えて行う構成を有
    し、 送出中のパケットの転送時間が所定時間以上要する場合
    は、転送終了予定時刻の早い順にソートする処理を行な
    い、送出中のパケットの転送時間が所定時間以下の場合
    は、転送終了予定時刻の最も早い第１順位パケットのみ
    を選出する処理を行なう構成を有することを特徴とする
    請求項１又は２記載のパケット転送制御装置。
  5. 【請求項５】 前記クラスタ内選択手段は、クラスタ内
    の各パケットの前記転送開始基準時刻のみ又は前記転送
    開始基準時刻及び前記リソース占有予定時間を基にし
    て、前記転送終了予定時刻の最も早いパケットを選出す
    る構成を有することを特徴とする請求項１、２又は４記
    載のパケット転送制御装置。
  6. 【請求項６】 前記クラスタ内選択手段は、クラスタ内
    の各パケットの前記転送開始基準時刻のみ又は前記転送
    開始基準時刻及び前記リソース占有予定時間を基にし
    て、前記転送終了予定時刻の早い順に、クラスタ内パケ
    ットをソートする構成を有することを特徴とする請求項
    ３又は４記載のパケット転送制御装置。
  7. 【請求項７】 前記クラスタ分け手段は、前記リソース
    占有予定時間が特定されるトラフィック特性を有するア
    プリケーションパケットの種別を識別して、各キューの
    先頭パケットをクラスタに分ける構成を有することを特
    徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパケッ
    ト転送制御装置。
  8. 【請求項８】 前記パケット転送制御装置は、サービス
    品質のクラスに応じて異なるマルチキューに格納される
    パケットに対して、該マルチキュー毎にそれぞれ伝送シ
    ステム全体のリソ−スの割り当て処理が異なるスケジュ
    ーラを複数備え、 それぞれのスケジューラは、各マルチキューの先頭パケ
    ットの中から転送終了予定時刻の最も早いパケットを選
    出する手段を備え、 更に前記マルチキュー対応のスケジューラにより選出さ
    れたパケットの中から、その転送終了予定時刻の最も早
    いパケットを選出するスケジューラを備えたことを特徴
    とする請求項１乃至７いずれか１項記載のパケット転送
    制御装置。
  9. 【請求項９】 前記マルチキュー対応のスケジューラの
    うち少なくとも一つのスケジューラは、対応するマルチ
    キュー内の各キューに固定レートのバンド幅を割り当
    て、転送終了予定時刻の最も早いパケットを選出する手
    段を備えたことを特徴とする請求項８記載のパケット転
    送制御装置。
  10. 【請求項１０】 予め個々に定められた予約バンド幅が
    最小限割り当てられる複数のキューに格納されたパケッ
    トに対して、各キューの先頭パケットに、転送終了予定
    時刻の早い順に転送順序の重み付けを行うとともに、転
    送すべきパケットが格納されたアクティブキューの全て
    に、リソ−ス（バンド幅）を割り当てて転送するパケッ
    ト転送スケジューリング方法において、 各キューの先頭パケットの前記リソース占有予定時間に
    応じて、各キューの先頭パケットをクラスタに分ける過
    程と、 前記クラスタ内にパケットの削除又は追加があったとき
    に、該クラスタに対して転送終了予定時刻の最も早いパ
    ケットを第１順位パケットとして選出し、保持する過程
    と、 クラスタ間において、前記各クラスタの第１順位パケッ
    トの中から、転送終了予定時刻の最も早いパケットを最
    優先転送パケットとして選出する過程とを含むことを特
    徴とするパケット転送スケジューリング方法。
  11. 【請求項１１】 前記パケット転送スケジューリング方
    法において、前記アクティブキューの予約バンド幅使用
    率を算出する過程を含み、前記クラスタ間の選択におけ
    る前記転送終了予定時刻の計算を、前記各第１順位パケ
    ットの転送開始基準時刻と前記リソース占有予定時間と
    前記予約バンド幅使用率とを基にして算出する過程を含
    むことを特徴とする請求項１０記載のパケット転送スケ
    ジューリング方法。
  12. 【請求項１２】 前記クラスタ内の選択において、クラ
    スタ内のパケットを、転送終了予定時刻の早い順にソー
    トして保持する過程を含むことを特徴とする請求項１０
    又は１１記載のパケット転送スケジューリング方法。
  13. 【請求項１３】 前記クラスタ内の選択において、送出
    中のパケットの転送時間が所定時間以上要する場合は、
    転送終了予定時刻の早い順にソートする処理を行ない、
    送出中のパケットの転送時間が所定時間以下の場合は、
    転送終了予定時刻の最も早い第１順位パケットのみを選
    出する処理を行なう過程を含むことを特徴とする請求項
    １０又は１１記載のパケット転送スケジューリング方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記クラスタ内の選択において、クラ
    スタ内の各パケットの前記転送開始基準時刻のみ又は前
    記転送開始基準時刻及び前記リソース占有予定時間を基
    にして、前記転送終了予定時刻の最も早いパケットを選
    出する過程を含むことを特徴とする請求項１０、１１又
    は１３記載のパケット転送スケジューリング方法。
  15. 【請求項１５】 前記クラスタ内の選択において、クラ
    スタ内の各パケットの前記転送開始基準時刻のみ又は前
    記転送開始基準時刻及び前記リソース占有予定時間を基
    にして、前記転送終了予定時刻の早い順に、クラスタ内
    パケットをソートする過程を含むことを特徴とする請求
    項１２又は１３記載のパケット転送スケジューリング方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記クラスタ分けにおいて、前記リソ
    ース占有予定時間が特定されるトラフィック特性を有す
    るアプリケーションパケットの種別を識別して、各キュ
    ーの先頭パケットをクラスタに分ける過程を含むことを
    特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の
    パケット転送スケジューリング方法。
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