JP3577660B2 - Atm仮想パス容量設定方法およびatm仮想パス容量設定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、非同期転送モード(ATM:Asynchronous Transfer Mode)網におけるATM交換機の間に設定されるATM仮想パスの容量を、この仮想パスに予め定められたセル損失率目標値を満足するように設計する技術に係わり、特に、予め定められたセル損失率目標値(CLR)を満足するATM仮想パス容量の設定を効率良く行なうのに好適なATM仮想パス容量設定方法およびATM仮想パス容量設定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マルチメディアサービスを提供するための情報伝送技術として、ATMの研究および開発が盛んに進められている。ATMは、多種多様な情報を「セル」と呼ばれるヘッダ付きの短い固定長のブロックに分割し、これを単位として効率の良い統計多重方式で多重化する。
【0003】
セルは、タイムスロット的な概念であるが、時間周期的に現れず、時間的に変動する情報抄出の要求に応じて、動的にあてがわれ、このセルの数を変えることにより、通信速度を可変に設定できる。従って、ATMとは、音声やデータから画像までのあらゆるデジタル情報を一元的に伝達することが可能となる転送モードである。このATMに基づき通信を行う通信網をATM網という。
【0004】
ATM網では、2つの交換期間で使用可能な帯域を論理的にATM仮想パスとして設定することが可能である。また、ATM仮想パスの容量の制限下で、不特定多数の情報源がATM仮想パスを共用する仮想回線を論理的に設定することが可能である。
【0005】
尚、ATM仮想パスを用いた伝送路網の構成については、例えば、佐藤、金田および鴇沢による「高速バースト多重伝送システムの構成法」(電子情報通信学会情報通信ネットワーク研究会資料、IN87−84,1987)等に詳しく報告されている。
【0006】
以下、図を用いて、ATM仮想パスの容量設定に係わる従来のATM交換機の機能構成について説明する。
図9は、従来のATM交換機におけるATM仮想パス容量設定機構の構成例を示すブロック図である。
【0007】
まず、物理的な機能構成から説明する。
ATM交換機のセル送出装置100aには、送出先の物理的な伝送媒体200毎にセル送出インタフェース(図中、「IF」と記載)101が設けられており、伝送媒体200の容量を越えるセル送出を抑制するようになっている。
【0008】
また、論理的な機能構成について説明すると、上記セル送出インタフェース101には、ATM仮想パス(図中、「仮想パス」と記載)201,202,・・・毎にシェーパ(図中、「S」と記載)111,112,・・・がそれぞれ接続されている。
【0009】
シェーパ111,112・・・は、ATM仮想パス201,202,・・・に対して論理的に定められた容量を越えるセル送出を抑制するものである。各々のセル送出インタフェース101とシェーパ111,112,・・・の間には、あるスケジューリング規則に従ったタイミングでセルが送信される。
【0010】
シェーパとATM仮想パスは1対1に対応しており、例えば、シェーパ111と112は、それぞれATM仮想パス201,202,・・・に対応している。
【0011】
ここでは、説明をわかりやすくするために、各ATM仮想パスの容量はシェーパ111,112,・・・のセル送出速度と同一であるものとする。このようなシェーパ111,112,・・・には、セル送出待バッファ121,122,・・・がそれぞれ接続されており、各セル送出待バッファ121,122,・・・では、ATM仮想パス容量を越えるセルが流入した際に、セル送出待バッファ121,122,・・・の大きさまでセルを保持し、次のセル送出のタイミングを待つようになっている。
【0012】
次に、セルの流れに沿って、セル送出待バッファ121,122,・・・、および、後述のQ長、シェーパ111,112,・・・、セル送出インタフェース101について説明する。
ATM交換機の中で伝送媒体200に応じてスイッチングされたセルは、セル送出装置100aにルーチングされる。論理的には、ATM仮想パス201,202,・・・という宛先毎にセルが分けられ、それぞれ到着したセル流301,302,・・・がセル送出装置100aに加えられる。
【0013】
例えば、セル流301が加えられるセル送出待バッファ121では、測定時間周期T中に到着するセルの数を計数する。そして、セル送出待バッファ121に到着したセルは到着順に処理され、シェーパ111が稼働中であれば、セル送出待バッファ121内に蓄積されて、処理の順番が回ってくるのを待つ。
この送出待ちのセル数をQ長という。
【0014】
セル送出待バッファ121におけるセル処理の順番は、シェーパ111に定められたスケジューリング規則に従って回ってくる。
シェーパ111に処理の順番が回ってくると、セル送出待バッファ121に蓄積されていたセルは、シェーパ111を通過して、セル送出インタフェース101に進み、伝送媒体200に送信される。
【0015】
次に、上述のATM交換機における従来のATM仮想パス容量設定手順を、第1〜第4の従来技術として説明する。
「第1の従来技術」
まず、第1の従来技術として、セルの到着過程をポアソン過程によりモデル化する技術について説明する。
【0016】
この技術は、ATM仮想パスの使用率という唯一のトラヒック測定項目により、容易にATM仮想パス容量まで決定可能な点が特徴である。
すなわち、図9において、セル送出待バッファ121の大きさをb、セル損失率目標値をCLRとした場合、ATM仮想パス201に対する到着率λのセル流301に対して、セル損失率目標値CLRを満足するATM仮想パス容量Cは、次式(数1)によって算出される。
【0017】
【数1】
【0018】
この式で、Mは単位時間当たりのセル数を容量に変換する定数である。
【0019】
この式(数1)は、以下の点を根拠として導かれたものである。すなわち、Q長分布S、Q長がKより長い確率をP[S>K]とすると、大偏差原理により、次のことが成立することが知られている。
すなわち、次の「数2」の式を満たすηに対して、さらに「数3」の式が成り立つ。
【0020】
【数2】
【数3】
【0021】
ただし、「数2」におけるA(t)は時間tまでに到着するセル数を表している。
【0022】
「数3」において、左辺のQ長Kがバッファサイズbに一致する場合、次の「数4」とみなし、セルの到着過程をポアソン過程とし、ηから逆にCを求めた結果が上記「数1」の式である。
【0023】
【数4】
【0024】
このような第1の従来技術を実現するためのATM交換機の機能構成を図10に示し、その説明を行なう。
【0025】
図10は、第1の従来技術を実現するためのATM交換機の機能構成例を示すブロック図である。
【0026】
尚、以下の説明において、図9で既に説明した構成要素については同一符号を付し、その説明は省略する。
【0027】
本図のATM交換機では、ソフトカウンタ131,132,・・・を各セル送出待バッファ121,122,・・・に付随させて設けることにより、論理的にATM仮想パス201,202,・・・にセルを振り分けられる際に、ATM仮想パス毎の到着セル数を計数する。
【0028】
設定装置400aは、通信線401aを介して入力したソフトカウンタ131,132,・・・の計数結果を予め定められた周期T毎にまとめ、単位時間当たりの到着セル数である到着率λを次の「数5」の式によって算出する。
【0029】
【数5】
【0030】
しかし、このような第1の従来技術においては、ポアソン過程によるセル流のモデル化が十分妥当である保証はない。つまり、トラヒックのバースト性が、ポアソン過程でモデル化できるほど小さいとは言えない。
【0031】
ATMトラヒックに関するバースト性が大きい等の報告は、例えば、W.E.Leland, M.S.Taqqu, W.Willianger, and D.V.Wilsonによる「On the self−similer nature of Ethernet traffic(extended version)」IEEE/ACM Trans.Networking,vol.2,no.1,pp.1−15,1994.に詳しい。
従って、第1の従来技術により、実運用中のATM網のATM仮想パスの容量を設定することは危険である。
【0032】
「第2の従来技術」
次に第2の従来技術として、セルの到着時刻を全て収集すると共に到着過程を復元して、過不足ないATM仮想パス容量を求める(設定する)技術について説明する。
【0033】
図11は、第2の従来技術を実現するためのATM交換機の機能構成例を示すブロック図である。
このATM交換機では、セル送出インタフェース101と伝送媒体200との間に設けられた外部装置500によって、流れているセルを複写(キャプチャ)、または、その一部であるヘッダ部分を複写し、この複写したデータを通信線501を介して蓄積装置510に送る。
【0034】
蓄積装置510は、セルが到着すると、到着時刻のタイムスタンプとセルのヘッダを保存する。このセルのヘッダにはATM仮想パスを特定するための識別子が含まれており、蓄積装置510は、ATM仮想パス毎に、これらのタイムスタンプを分類し、ATM仮想パス毎のセルの到着過程を分析する。この分析技術としては、到着過程の確率分布を作成する技術や、到着間隔の平均や分散、3次モーメント等を求める技術などがある。
【0035】
しかし、このようなタイムスタンプを付与できる蓄積装置510は高価である。その主な原因は、到着セルを分析するのに必要とされるマイクロ秒よりも細かい単位でタイムスタンプを付与することの技術的難しさに起因する。また、蓄積装置510に実装されたメモリ量が許す間でしか継続的なキャプチャができない(数秒間のキャプチャを数分毎)ので、キャプチャできた間隔以外での設定精度が保証できない。
【0036】
また、外部装置500の仕様によっては、通信プロバイダが付加したヘッダ情報のみをキャプチャできない装置もあり、顧客の通信情報を運ぶぺイロードが外部に送出される可能性もあり、キャプチャデータの取り扱いを慎重にしなければならない。
【0037】
さらに、セル送出インタフェース101と伝送媒体200の間に外部装置500を接続する際の通信断は避けられない。すなわち、この技術では、ATM仮想パス容量の設定のために、顧客の通信に障害を与えることになる。
【0038】
また、キャプチャできるセル流は、シェーパ111,112,・・・により整えられたセル流であるので、バースト性は小さくなっているであろうし、またセル送出待バッファ121,122,・・・でセル損になったセルはキャプチャされない。これは、低負荷運用であれば影響は小さいが、高負荷運用時のATM仮想パス容量の設定においては精度低下の影響は大きい。
従って、第2の従来技術に基づいて実運用中のATM網のATM仮想パス容量を設定することは禁止的であり、実行不可能である。
【0039】
「第3の従来技術」
次に、第3の従来技術について説明するが、その前に図12を用いてQ長分布について説明する。
【0040】
図12は、Q長分布例を示す説明図である。
このQ長分布は、第2の従来技術と同様の技術で実測されたトラヒックデータから作成したものである。
【0041】
Q長分布とは、セルが到着した時点において図9等に示すセル送出待バッファ121,122,・・・内に蓄積されているセル数(Q長)の確率分布であり、本図12中における1本の破線は、約13万個のセルトラヒックの到着時間データを基にしてQ長分布を描画したものである。
横軸がバッファ内セル数(Q長)k、縦軸はそのセル数以上のセルがセル送出待バッファ121,122,・・・内に蓄積されている確率P[S>k]を対数で表したものである。
【0042】
測定されたセル数の桁数の逆数よりも小さい範囲では、Q長分布に意味がない。例えば、13万個のセルをキャプチャしたトラヒックデータであれば、10−4以下の確率には十分な意味がない。
また、Q長分布の減衰率において、その裾とは、Q長kが比較的長い所を示している。
【0043】
一般に、定常性と希少性および独立性を満足する確率過程において、事象の発生確率は指数分布に従うこと(「ポアソン少数の法則」)が知られている。これは、図10のシステム構成の場合に、Q長分布の裾が直線で近似されることを意味する。ここで、Q長しきい値とその超過回数について説明する。
【0044】
Q長の分布を全て把握することは、第2の従来技術で説明したように、技術的な困難が伴う。そこで、Q長の特徴を部分的に知るために、1列に並んだバッファの途中に印(Q長しきい値)をつけておき、セルが到着する度にQ長がQ長しきい値を越えているか否かを判定し、その結果(Q長しきい値超過回数)を計数する技術がある。
このQ長しきい値超過回数を到着セル数で正規化した値が、Q長しきい値超過頻度である。
【0045】
第3の従来技術では、上述の技術において、Q長しきい値を2点用いることを特徴とし、そこから求まる2つのQ長しきい値超過頻度から定めた直線により、Q長分布減衰の裾を近似する。
図12に示した実線は、ある2点のQ長しきい値と、対応するQ長しきい値超過頻度を通る直線によってQ長分布を近似していることを示している。
【0046】
以下、図13の機能構成図に基づき、Q長しきい値がセル送出装置100bの各セル送出待バッファ121,122,・・・に2点設定される場合について説明する。
【0047】
図13は、Q長しきい値が2点設定される場合のATM交換機の機能構成例を示すブロック図である。
セル送出装置100bにおける各セル送出待バッファ121,122,・・・には、それぞれ第1のQ長しきい値151Aと第2のQ長しきい値151B、第1のQ長しきい値152Aと第2のQ長しきい値152B、・・・がそれぞれ設定されており、セル流301,302が到着した時にQ長が第1,第2のQ長しきい値を越えているか否かが判定される。
【0048】
この判定結果の内、Q長が第1のQ長しきい値を越えている結果と、第2のQ長しきい値を越えている結果とを、到着セル数の計数と同じ周期T毎に計数する。そして、この計数結果が第1,2のQ長しきい値超過回数となる。
このような、セル送出装置100bにおける計数結果の内、ATM仮想パス201に関する部分のデータのみをまとめたテーブルを図14に示す。
【0049】
図14は、図13におけるセル送出装置によるセルの計数結果例を示す説明図である。
図13のセル送出装置100bにおいて計数されたデータは、通信線601を介してセル送出装置100bから仮想パス容量設定装置600に送出され、本図14に示すテーブル1100として、仮想パス容量設定装置600に蓄積される。
【0050】
このテーブル1100において、1110,1120,1130,1140は各々計数周期の番号、到着セル数、第1のQ長しきい値超過回数、第2のQ長しきい値超過回数の列を示すレコードであり、1111,1112,・・・は計数周期の番号を示すレコード、1121,1122,・・・は計数周期番号1111,1112,・・・に対応する到着セル数のレコード、1131,1132,・・・は計数周期番号1111,1112,・・・に対応する第1のQ長しきい値超過回数のレコード、1141,1142,・・・は計数周期番号1111,1112,・・・に対応する第2のQ長しきい値超過回数のレコードである。
【0051】
図13の仮想パス容量設定装置600は、図14のテーブル1100のデータを加工して、ATM仮想パス201に対する設定容量を算出する。
尚、その算出には、Shioda,Toyoizumi,Yokoi,Tsuchiya,Saito,“Self−sizing network:a new network concept based on autonomous VP bandwidth adjustment,”Proc. of ITC15,pp.997−1006,1997に述べられている算出式を用い、以下のようにして行う。
【0052】
まず、到着セル数のレコード列1120{di}を用いて、次の「数6」の式により周期iにおけるATM仮想パス使用率{ρi}を算出する。
【0053】
【数6】
【0054】
ただし、Mは単位時間当たりのセル数を容量に変換する定数、CはATM仮想パス201に設定されている容量である。
また、第1のQ長しきい値超過回数のレコード列1130{q1i}と第2のQ長しきい値超過回数のレコード列1140{q2i}を用いて、次の「数7」と「数8」式により、周期iにおける第1のしきい値超過頻度{p1i}と第2のしきい値超過頻度{p2i}を算出する。
【0055】
【数7】
【数8】
【0056】
さらに、周期iにおけるQ長分布減衰率{δi}を次の「数9」式により算出する。ここで、「s1」は第1のQ長しきい値151Aであり、「s2」は第2のQ長しきい値151Bである。
【0057】
【数9】
【0058】
また、周期iにおける切片定数βiを次の「数10」式により算出する。
【0059】
【数10】
【0060】
次に、周期iにおける設定容量Ciを次の「数11」式により算出する。
【0061】
【数11】
【0062】
この式における「m1i」および「m2i」は次の「数12」と「数13」式に示す通りであり、また、Tは計数周期の長さ、bはバッファサイズ、CLRはセル廃棄率目標値である。
【0063】
【数12】
【数13】
【0064】
以上の計算結果を用いて、求めるATM仮想パス容量の設定値Cdを次の「数14」と「数15」式により算出する。
【0065】
【数14】
【数15】
【0066】
尚、αは0≦α≦1の定数である。
しかし、このような第3の従来技術では、Q長しきい値を設定できるような特別なATM交換機でなければならない。さらに、そのQ長しきい値はハード的に設定しなくてはならない。そのため、しきい値を変更することは、非常に困難である。また、複数のQ長しきい値を適切に選定することは容易ではない。
【0067】
例えば、比較的大きい値をQ長しきい値に設定すると、そこまでQ長が延びず、Q長しきい値超過頻度が収集できないことがある。また、比較的小さい値をQ長しきい値に設定すると、裾と違って急激に降下しているQ長分布の部分を測定してしまい、危険側の近似直線を求める可能性がある。
また、2つのQ長しきい値は間隔が離れているほど、直線の近似精度は高まるが、前述の課題があり、適切な間隔を求めることが難しい。
【0068】
「第4の従来技術」
次に第4の従来技術として、ATM仮想パスに付随するセル送出待バッファに単位時間内に到着するセル数を計数し、セルの到着過程をON−OFF過程によりモデル化し、モデルのパラメータを到着セル数の平均、分散および単位時間当たりに到着するセル数の補分布の減衰率から推定することにより、セル損失目標率を満たすATM仮想パス容量を設定する技術について説明する。
【0069】
図15は、第4の従来技術を実現するためのATM交換機の機能構成例を示すブロック図である。
図15におけるATM交換機は、図9〜11,13で示した各ATM交換機と同様に、セル送出装置100を有し、このセル送出装置100には、送出先の物理的な伝送媒体200毎にセル送出インタフェース(図中、「IF」と記載)101が設けられており、伝送媒体200の容量を越えるセル送出を抑制するようになっている。
【0070】
また、各セル送出待バッファ121,122,・・・には、ソフトカウンタ131,132,・・・を付随させて設け、このソフトカウンタ131,132,・・・により、論理的にATM仮想パス201,202,・・・にセル流301,302が振り分けられる際に、ATM仮想パス毎の到着セル数を計数する。
ソフトカウンタ131,132,・・・の計数結果は、信号線1501を介してATM仮想パス容量設定装置1500に送られる。
【0071】
このATM仮想パス容量設定装置1500は、セル計数部151、テーブル152、しきい値登録部153、超過回数計数部154、テーブル155、頻度算出部156、設定容量算出部157を有し、ソフトカウンタ131,132,・・・の計数結果に基づき、ATM交換機に終端するATM仮想パスについて、セル損失目標率を満足するATM仮想パス容量を設定する。
【0072】
すなわち、ソフトカウンタ131,132,・・・の計数結果に基づき、セル計数部151により、予め設定された周期T毎のセル送出待バッファ121,122,・・・への到着セル数を計数してテーブル152に登録し、このテーブル152の登録内容に基づき、超過回数計数部154により、しきい値登録部153に予め設定されている単位時間の到着セル数(到着セル数しきい値)と周期Tとの積を超える回数(超過回数)を、各周期毎に計数して、その計数結果をテーブル155に登録し、さらに、このテーブル155の登録内容に基づき、頻度算出部156により、超過回数の頻度を求める。
【0073】
そして、設定容量算出部157により、頻度算出部156で求めた頻度と、セル計数部151で求めた到着セル数とに基づき、以下に詳述する処理を行い、セル送出待バッファ121,122,・・・におけるセル損失を効率良く求め、予め定められたセル損失率目標値を満足するATM仮想パスの設定容量を高速かつ高精度に求める。
【0074】
図16は、図15におけるセル計数部の計数結果を登録するテーブルの構成例を示す説明図であり、図17は、図15における超過回数計数部の計数結果を登録するテーブルの構成例を示す説明図である。
図16に示すテーブル152は、図15におけるATM交換機のセル送出装置100の計数結果の内、ATM仮想パス201に関する部分のデータのみをまとめたテーブルである。
【0075】
テーブル152において、1210,1220は各々に計数周期の番号(計数周期番号)、到着セル数の列を示すレコードであり、1211,1212,・・・は計数周期の番号を示すレコード、1221,1222,・・・は計数周期番号1211,1212,・・・に対応する到着セル数のレコードである。ここで、計数周期番号1211が直前の計数周期を示し、計数周期番号1212が計数周期番号1211の一つ前の計数周期を示している。
【0076】
図17に示すテーブル155において、1310,1320は図16のテーブル152における1210,1220と同様に各々に計数周期の番号(計数周期番号)、到着セル数の列を示すレコードであり、1330は各周期番号において到着セル数がしきい値を超過した回数(到着しきい値超過回数)のレコードであり、1340は周期Tのk(整数)倍の周期kT単位での到着セル数のレコード、1350は周期kT単位での到着しきい値超過回数のレコードである。
【0077】
図15におけるATM仮想パス容量設定装置1500は、超過回数計数部154により、テーブル152のデータを、以下のように加工して、テーブル155を作成し、頻度算出部156および設定容量算出部157により、ATM仮想パス201に対する設定容量を算出する。
尚、説明の簡単のため、以下の説明では欠損データはないものとする。
【0078】
予め定められた過去データ利用周期T’(例えば1時間)での所定の計数周期T(例えば20秒)における測定結果を得たとすると、この場合の総計数回数nは180である。
【0079】
超過回数計数部154は、しきい値登録部153に予め登録された到着セル数しきい値と測定周期Tとの積と、テーブル152における到着セル数のレコード列1220{di}(i=1,・・・,n)とを比較して、到着セル数しきい値の超過を判別し、その超過回数を、図17のテーブル155におけるレコード列1330{qi}に登録する。ここで、qiは1または0をとる。
【0080】
このテーブル155の登録内容に基づき、図15の頻度算出部156は、次の「数16」式に基づいて周期Tの到着セル数しきい値超過頻度Pを算出する。
【0081】
【数16】
【0082】
また、超過回数計数部154は、計数周期Tの整数k倍の周期kTでの到着セル数{dki}を次の「数17」式に基づいて求め、図17のテーブル155における到着セル数のレコード列1340に登録する。
【0083】
【数17】
【0084】
さらに、超過回数計数部154は、到着セル数しきい値と周期kTとの積と、到着セル数のレコード列{dki}とを比較して、周期kTにおける到着セル数のしきい値超過回数{qki}を求め、図17のテーブル155の到着しきい値超過回数のレコード列1350に登録する。
【0085】
このテーブル155の登録内容に基づき、図15の頻度算出部156は、次の「数18」式に基づいて周期kTの到着セル数しきい値超過頻度Pkを算出する。
【0086】
【数18】
【0087】
P,Pkは、計数周期毎に算出し、Pは過去n周期分のデータから、Pkは過去(n−k+1)周期分のデータからそれぞれ算出する。
尚、過去データ利用周期T’における平均セルレートλが次の「数19」式で算出される。
【0088】
【数19】
【0089】
また、到着セル数の分散Vが次の「数20」式により算出される。
【0090】
【数20】
【0091】
次に、ON−OFF過程への近似について説明する。
いま、ΨをON−OFF過程における過去データ利用周期T’のピークセルレートとする。このピークセルレートの逆数をタイムスロットと呼ぶことにすると、タイムスロット間でOFF状態からON状態への遷移確率をa、また、ON状態からOFF状態への遷移確率をdとする。ここで、ON状態とは、タイムスロットにセルが存在する状態をいい、OFF状態とはタイムスロットにセルが存在していない状態をいう。
【0092】
このような遷移確率a,d、および、ピークセルレートΨは、次の各式(数21〜23)により求められる。
【0093】
【数21】
【数22】
【数23】
【0094】
この「数23」式で、γは到着セル数しきい値であり、μ(θ)は次の「数24」式を満たす。
【0095】
【数24】
【0096】
尚、「数23」と「数24」の各算出式は、N.G.Duffieldによる“Exponential bounds for queues with Markovian arrivals”,Queueing Systems17,pp.413−430(1994)で参照できる。
【0097】
セル損失目標率CLRは、ON−OFF過程の近似の下では、次の「数25」式のように近似される。
【0098】
【数25】
【0099】
ここで、xは次の「数26」式を満たす。
【0100】
【数26】
【0101】
これらの「数25」と「数26」の式を満たすようなyを求め、次の「数27」式より、セル損失目標率CLRを満足するATM仮想パス容量Cdが算出される。
【0102】
【数27】
【0103】
ここで、Mは単位時間当たりのセル数を容量に変換する定数である。
推定セル損矢率CLReは、上述の各「数21」〜「数23」の式から算出されたa,d,Ψに対して、x,yを「数26」式および次の「数28」式から算出し、上記の「数25」式の右辺に代入することにより算出される。
【0104】
【数28】
【0105】
尚、γ’×Mは現在のATM仮想パス容量となる。
しかし、このような第4の従来技術では、到着セル数しきい値超過頻度Pの精度がせいぜい{1/(T’/T)}である。周期kTの到着セル数しきい値超過頻度Pkについても同様のことが言える。また、しきい値に違う値を設定したとしても到着セル数しきい値超過頻度Pが変わらない場合もあり得る。
【0106】
つまり、しきい値の値によって、到着セル数しきい値超過頻度および周期kTの到着セル数しきい値超過頻度の精度が大きく左右される。高い精度で到着セル数しきい値超過頻度および周期kTの到着セル数しきい値超過頻度が得られるようなしきい値を前もって設定するのはきわめて困難である。
【0107】
以上の従来のATM仮想パス容量の設定に係わる技術における特徴をまとめると以下のようになる。
【0108】
第1の従来技術では、ATM交換機は簡易なトラヒック測定項目でATM仮想パス容量算出式のパラメータを決めることが可能であるが、ATMセルトラヒックの特性をポアソン過程程度の揺らぎしか見込まず、バースト性を考慮することができていないという問題点がある。
【0109】
第2の従来技術では、外部装置によるセルトラヒックデータのキャプチャによる正確なATM仮想パス容量の算出が可能であるが、高価な外部装置を必要とし、顧客に通信断を依頼して煩雑な外部装置の操作によりトラヒックをキャプチャし、そのデータを分析しなければならず、さらにその分析結果が適用できるのはキャプチャできた短時間のみであるという課題がある。
【0110】
第3の従来技術では、2つのQ長しきい値超過頻度からQ長分布の減衰率の裾を比較的正確に近似する直線を求めることが可能であり、それによるATM仮想パス容量の算出が可能である。しかし、この技術では、Q長しきい値が設定可能な特別なATM交換機でなければ実現できない。またQ長しきい値の選定は難しく、さらにそのQ長しきい値はハード的に設定されるため、Q長しきい値の設定が不適切である場合に変更することが非常に困難であるという問題がある。
【0111】
第4の従来技術では、必要な計数データは到着セル数のみであるため、特別な装置が必要でなく、さらに、セルの到着過程をON−OFF過程という非常にバースト性のあるモデルでモデル化しているため、モデルは、セルの到着過程のバースト性を十分に表現できている。しかし、ON−OFF過程のパラメータの推定に必要な到着セル数しきい値超過頻度、周期kTの到着セル数しきい値超過頻度を算出する際の精度が十分でなく、また、適切なしきい値を設定しないと到着セル数しきい値超過頻度、周期kTの到着セル数しきい値超過頻度の精度はさらに悪くなるという問題がある。
【0112】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、従来の技術では、外部装置のような特殊な測定形態を用いることなく、ATM交換機における簡単なトラヒック測定で得られるデータを用いるだけで、ATM仮想パス容量設定に必要な測定項目を正確に測定することができない点である。
【0113】
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、実運用中のATM網のATM網のATM仮想パス容量の設計を正確に行うことを可能とするATM仮想パス容量設定方法およびATM仮想パス容量設定装置を提供することである。
【0114】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のATM仮想パス容量設定方法およびATM仮想パス容量設定装置は、まず、ATM仮想パスに付随するセル送出待バッファに到着するセル数(第1の到着セル数)を予め定められた周期T毎に計数し、この計数結果に基づき、周期kT(k:2以上の整数)毎の合計セル数をkで割った値(第2の到着セル数)を求める。次に、予め定められた周期T’(T’>T)で、周期T毎の計数結果に基づき、各第1の到着セル数毎に、当該セル数以上の各第1の到着セル数を合計し、この合計値を、周期T’内の全ての第1の到着セル数で割り、その値(第1の到着セル数しきい値超過頻度)を求め、この第1の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとり、さらに予め決められたm次式で近似する。同様に、第2の到着セル数に関しての第2の到着セル数しきい値超過頻度の対数のm次式での近似を行い、それぞれの近似の結果えられた第1の対数しきい値超過頻度と第2の対数しきい値超過頻度に基づき、単位時間当たりに到着するセル数の補分布の減衰率を求める。そして、周期T毎に計数した第1の到着セル数に基づき、周期T’における到着セル数の平均(平均セルレート)を求め、この平均セルレートと周期T毎に計数した第1の到着セル数に基づき、周期T’における到着セル数の分散を求め、この平均セルレートと分散および補分布の減衰率とに基づき、セルの到着過程をON−OFF過程とみなした場合のピークセルレートと、このピークセルレートの逆数の時間(タイムスロット)毎にONからOFFおよびOFFからONへ遷移する確率a,dを求め、これらのピークセルレートと確率a,dおよびセル損失目標率に基づき、このセル損失目標率を満足するATM仮想パス容量を求める構成とする。尚、第1の対数しきい値超過頻度と第2の対数しきい値超過頻度を求める前に、予め、各周期T毎の第1,第2の到着セル数を大きい順に並べ替えておく。
【0115】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。
図1は、本発明のATM仮想パス容量設定方法の一処理動作例を示すフローチャートであり、図2は、本発明のATM仮想パス容量設定装置とそれを設けたATM交換機の本発明に係る構成の一実施例を示すブロック図である。
【0116】
図2におけるATM交換機は、従来の技術において図9〜11,13,15で示した各ATM交換機と同様に、セル送出装置100を有し、このセル送出装置100には、送出先の物理的な伝送媒体200毎にセル送出インタフェース(図中、「IF」と記載)101が設けられており、伝送媒体200の容量を越えるセル送出を抑制するようになっている。
【0117】
そして、論理的な機能構成として、セル送出インタフェース101には、ATM仮想パス201,202,・・・毎にシェーパ(図中、「S」と記載)111,112,・・・がそれぞれ接続されている。
このシェーパ111,112・・・は、ATM仮想パスに対して論理的に定められた容量を越えるセル送出を抑制するものであり、セル送出インタフェース101との間で、あるスケジューリング規則に従ったタイミングでセルが送信される。また、各シェーパ111,112,・・・は、それぞれATM仮想パス201,202,・・・に1対1で対応している。
【0118】
さらに、各シェーパ111,112,・・・には、セル送出待バッファ121,122,・・・がそれぞれ接続されており、各セル送出待バッファ121,122,・・・では、ATM仮想パス容量を越えるセルが流入した際に、セル送出待バッファ121,122,・・・の大きさまでセルを保持し、次のセル送出のタイミングを待つ。
【0119】
また、各セル送出待バッファ121,122,・・・には、ソフトカウンタ131,132,・・・を付随させて設け、このソフトカウンタ131,132,・・・により、論理的にATM仮想パス201,202,・・・にセル流301,302が振り分けられる際に、ATM仮想パス毎の到着セル数を計数する。
ソフトカウンタ131,132,・・・の計数結果は、信号線401を介してATM仮想パス容量設定装置400に送られる。
【0120】
本例のATM仮想パス容量設定装置400は、セル計数部1、テーブル2、平均・分散算出部3、テーブル4〜6、超過頻度算出部7,8、テーブル9,10、到着セル数補正分布の減衰率算出部11、ピークレート算出部12、VP容量算出部13を有し、ソフトカウンタ131,132,・・・の計数結果に基づき、ATM交換機に終端するATM仮想パスについて、セル損失目標率を満足するATM仮想パス容量を設定する。
【0121】
すなわち、ソフトカウンタ131,132,・・・の計数結果に基づき、セル計数部1により、予め設定された単位周期T毎のセル送出待バッファ121,122,・・・への到着セル数を計数してテーブル2に登録する。このテーブル2の登録内容に基づき、平均・分散算出部3により、周期T’(T’>T)における平均到着セル数と分散を算出する。
【0122】
また、平均計数部4aにより、周期kT(k:2以上の整数)に到着したセル数/k(第2の到着セル数)を算出してテーブル4に登録する。また、並べ替え部5aにより、周期T’で、到着セル数の値の大きい順にデータを並べ替えてテーブル5に登録する。さらに、並べ替え部6aにより、テーブル4の登録内容に基づき、周期T’で、第2の到着セル数の値の大きい順にデータを並べ替えてテーブル6に登録する。
【0123】
そして、テーブル5の登録内容に基づき、超過頻度算出部7により、各到着セル数をしきい値として、このしきい値以上となる各到着セル数を合計し、この合計値を、周期T’に到着した全セル数で割って第1の到着セル数しきい値超過頻度を求め、この第1の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとって第1の対数到着セル数しきい値超過頻度を算出してテーブル9に登録する。
【0124】
また、テーブル6の登録内容に基づき、超過頻度算出部8により、各第2の到着セル数をしきい値として、このしきい値以上となる各第2の到着セル数を合計し、その合計値を、周期T’間の全ての第2の到着セル数の合計値で割って第2の到着セル数しきい値超過頻度を求め、この第2の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとって第2の対数到着セル数しきい値超過頻度を算出してテーブル10に登録する。
【0125】
そして、到着セル数補分布の減衰率算出部11では、まず、テーブル9の登録内容に基づき、第1の対数到着セル数しきい値超過頻度をしきい値のm次関数で近似してその係数を算出し、また、テーブル10の登録内容に基づき、第2の対数到着セル数しきい値超過頻度をしきい値のm次関数で近似してその係数を算出し、これら2組の係数から、到着セル数補分布の減衰率を算出する。
【0126】
このようにして到着セル数補分布の減衰率算出部11で算出した到着セル数補分布の減衰率と、平均・分散算出部3で算出した到着セル数の平均セルレートおよび分散の3つから、ピークレート算出部12において、ATM仮想パスへのセルの到着過程をON−OFF過程であると近似したときのピークセルレートを後に詳述する処理を行い算出する。
【0127】
さらに、ピークレート算出部12において、ピークセルレートの逆数の値(タイムスロット)で離散化された時間で、タイムスロットにセルが在る状態をON、ない状態をOFFとして、ONからOFFへの遷移確率と、OFFからONへの遷移確率を算出する。
【0128】
このようにして、ピークレート算出部12において得られたピークセルレートと、ONからOFFへの遷移確率、および、OFFからONへの遷移確率の3つの値に基づいて、ATM仮想パス容量算出部13により、予め決められている目標セル損失率を満足するATM仮想パス容量を高速かつ高精度に求める。
【0129】
図3は、図2におけるテーブル(2)の構成例を示す説明図であり、図4は、図2におけるテーブル(4)の構成例を示す説明図であり、図5は、図2におけるテーブル(5)の構成例を示す説明図であり、図6は、図2におけるテーブル(6)の構成例を示す説明図であり、図7は、図2におけるテーブル(9)の構成例を示す説明図であり、図8は、図2におけるテーブル(10)の構成例を示す説明図である。
【0130】
図3に示すテーブル2は、図2におけるATM交換機のセル送出装置100の計数結果の内、ATM仮想パス201に関する部分のデータのみをまとめたテーブルである。
【0131】
このテーブル2において、21,22は各々に計数周期の番号(計数周期番号)、到着セル数の列を示すレコードであり、211,212,・・・は計数周期の番号を示すレコード、221,222,・・・は計数周期番号211,212,・・・に対応する到着セル数(d1,d2,・・・,dn)のレコードである。ここで、計数周期番号211が直前の計数周期を示し、計数周期番号212が計数周期番号211の一つ前の計数周期を示している。
【0132】
図4に示すテーブル4において、41,42は各々に計数周期の番号(計数周期番号)、周期kTにおける平均到着セル数の列を示すレコードであり、411,412,・・・は、計数周囲の番号を示すレコード、421,422は、計数周期番号411,412,・・・に対する周期kTの平均到着セル数(g1,g2,・・・,gn)のレコードであり、この周期kTの平均到着セル数(g1,g2,・・・,gn)は、次の「数29」式で求められる。
【0133】
【数29】
【0134】
ここで、計数周期番号411が直前の計数周期を示し、計数周期番号412が、計数周期番号411の一つ前の計数周期を示している。
【0135】
図5におけるテーブル5では、各到着セル数を値の大きい順に並べ直した結果を登録しており、51は到着セル数の大きい順に並んだ到着セル数の列を示すレコードであり、511,512,・・・は、値の大きい順に並べ直した到着セル数のレコードであり、次の「数30」の式で示すようになる。
【0136】
【数30】
【0137】
尚、「数30」における各値およびその式は、本文中では、「dA1>dA2>・・・>dAn」と表す。
図6におけるテーブル6では、第2の到着セル数を値の大きい順に並べ直した結果を登録しており、61は第2の到着セル数の大きい順に並んだ第2の到着セル数の列を示すレコードであり、611,612,・・・は、値の大きい順に並べ直した第2の到着セル数のレコードであり、次の「数31」の式で示すようになる。
【0138】
【数31】
【0139】
尚、「数31」における各値およびその式は、本文中では、「gA1>gA2>・・・>gAn−k+1」と表す。
【0140】
このような図5および図6に示すテーブル5,6は、図2におけるATM交換機のセル送出装置100の計数結果の内、ATM仮想パス201に関する部分のデータのみをまとめたテーブルである。
【0141】
図7におけるテーブル9は、図2における超過頻度算出部7の算出結果を登録するものであり、このテーブル9において、91は、図5に示したテーブル5と同じ、到着セル数の大きい順に並んだ到着セル数の列を示すレコードであり、911,912,・・・は、到着セル数値の大きい順に並べ直した到着セル数のレコードである。また、92は、到着セル数しきい値超過頻度の列を示すレコードであり、921,922,・・・は、各レコード911,912,・・・のをしきい値とみなしたときの到着セル数しきい値超過頻度のレコードであり、次の「数32」の式で示すようになる。
【0142】
【数32】
【0143】
尚、「数32」における各到着セル数しきい値超過頻度の値は、本文中では、「dF1,dF2,dF3,dF1,・・・,dFn」と表す。
【0144】
また、931,932,・・・は、それぞれ、921,922,・・・の各レコードに対数をとったものであり、941,942,・・・は、911,912,・・・の各レコードに対して、次の「数33」の式で求められるレコードである。
【0145】
【数33】
【0146】
また、951,952,・・・と、961,962,・・・、および、971,972,・・・のそれぞれは、911,912,・・・の各レコードに対して次の「数34」〜「数36」の各式で求められるレコードである。
【0147】
【数34】
【数35】
【数36】
【0148】
尚、本図7の例では、説明を簡略化するために「m=5」としている。
【0149】
図8におけるテーブル10は、図2における超過頻度算出部8の算出結果を登録するものであり、このテーブル10において、1010は、図6に示したテーブル6と同じ、第2の到着セル数の大きい順に並んだ到着セル数の列を示すレコードであり、1011,1012,・・・は、到着セル数値の大きい順に並べ直した到着セル数のレコードである。
【0150】
また、1020は、到着セル数しきい値超過頻度の列を示すレコードであり、1021,1022,・・・は、それぞれ、1011,1012,・・・の各レコードをしきい値とみなしたときの到着セル数しきい値超過頻度のレコードであり、次の「数37」の式で求められる。
【0151】
【数37】
【0152】
尚、「数37」における各到着セル数しきい値超過頻度の値は、本文中では、「gF1,gF2,gF3,・・・,gFn」と表す。
【0153】
また、1031,1032,・・・は、それぞれ、1021,1022,・・・の各レコードに対数をとったものである。
また、1041,1042,・・・と、1051,1052,・・・、1061,1062,・・・、および、1071,1072,・・・のそれぞれは、1011,1012,・・・の各レコードに対して次の「数38」〜「数41」の各式で求められるレコードである。
【0154】
【数38】
【数39】
【数40】
【数41】
【0155】
このように、図2において、ATM仮想パス容量設定装置400は、テーブル2とテーブル4のデータを、到着セル数の値の大きい順に並べ替えて、テーブル5とテーブル6を作成し、超過頻度算出部7と超過頻度算出部8により、テーブル5とテーブル6のそれぞれのデータを、以下に説明するようにして加工して、テーブル9とテーブル10を作成し、さらに、このテーブル9とテーブル10のそれぞれのデータを基に、到着セル数補分布の減衰率算出部11により、到着セル数補分布の減衰率を算出する。
【0156】
そして、この減衰率を基に、ピークレート算出部12において、ATM仮想パスに到着するセルの到着過程をON−OFF過程とみなしたときのピークセルレート、OFF状態からON状態への遷移確率、ON状態からOFF状態への遷移確率を算出し、このピークセルレート、OFF状態からON状態への遷移確率、ON状態からOFF状態への遷移確率を基に、ATM仮想パス201のセル損失率目標率を満足するATM仮想パス容量を算出する。
【0157】
尚、説明を簡単にするため、以下の説明では、欠損データはないものとする。予め定められた過去データ利用周期T’(例えば30分)での、所定の計数周期T(例えば1秒)における測定結果を得たとすると、この場合の総計数回数nは「1800(=30×60)」である。
【0158】
セル計数部1は、周期T毎に、周期Tに到着したセル数を計数し、テーブル2に登録する。また、平均計数部4aは、周期kT毎に、平均を取った値をテーブル4に登録する。また、並べ替え部5aは、テーブル2において、周期T’におけるn個のデータについて、di,i=1,2,・・・,nの大きい順に並べ替え、これをテーブル5に登録する。このようにして並べ替えられたデータは、dAi,i=1,2,・・・,nであり、次の「数42」で表される。
【0159】
【数42】
【0160】
また、並べ替え部6aは、テーブル4において、周期T’における「n−k+1」個のデータについて、gi,i=1,2,・・・,n−k+1の大きい順に並べ替え、これをテーブル6に登録する。ここで、並べ替えられたデータは、gAi,i=1,2,・・・,n−k+1であり次の「数43」で表される。
【0161】
【数43】
【0162】
テーブル2のデータを基に、平均・分散算出部3において、過去データ利用周期T’における平均セルレートλを次の「数44」の式で算出し、到着セル数の分散Vを「数45」で算出する。
【0163】
【数44】
【数45】
【0164】
次に、超過頻度算出部7において、テーブル5の並べ替えられた各データ(dAi,i=1,2,・・・,n)に関して、それぞれをしきい値として、次の「数46」の式により、第1の到着セル数しきい値超過頻度(dFi,i=1,2,・・・,n)を求め、さらに、その対数(logdFi,i=1,2,・・・,n)を求め、{(dAi/dAn)−1}2,{(dAi/dAn)−1}2,{(dAi/dAn)−1}3,{(dAi/dAn)−1}4,{(dAi/dAn)−1}5,i=1,2,・・・,n、すなわち、「数47」で示す各値を算出する。
【0165】
【数46】
【数47】
【0166】
同様に、超過頻度算出部8において、テーブル6の並べ替えられた各データ(gAi,i=1,2,・・・,n−k+1)に関して、それぞれをしきい値として、次の「数48」の式により、第2の到着セル数しきい値超過頻度(gFi,i=1,2,・・・,n−k+1)を求め、さらに、その対数(loggAi,i=1,2,・・・,n−k+1)を求め、{(gAi/gAn+k−1)−1}2,{(gAi/gAn+k−1)−1}2,{(gAi/gAn+k−1)−1}3,{(gAi/gAn+k−1)−1}4,{(gAi/gAn+k−1)−1}5,i=1,2,・・・,n+k−1、すなわち、「数49」で示す各値を算出する。
【0167】
【数48】
【数49】
【0168】
これらの結果を基に、到着セル数補分布の減衰率算出部11において、「数42」に示すように並べ替えられたデータの対数(logdF,i=1,2,・・・,n)を次の「数50」の式により近似し、回帰分析により係数a2,a3,a4,a5を求める。
【0169】
【数50】
【0170】
同様に、到着セル数補分布の減衰率算出部11において、「数43」に示すように並べ替えられたデータの対数(loggF,i=1,2,・・・,n−k+1)を次の「数51」の式により近似し、回帰分析により係数b2,b3,b4,b5を求める。
【0171】
【数51】
【0172】
さらに、到着セル数補分布の減衰率算出部11において、これらの各係数(a2,a3,a4,a5、b2,b3,b4,b5)から、到着セル数補分布の減衰率を次の「数52」の式のようにして近似的に求める。
【0173】
【数52】
【0174】
ここで、σは、次の「数53」の式を満たす値である。
【0175】
【数53】
【0176】
次に、ON−OFF過程への近似について説明する。
今、ψをON−OFF過程における過去データ利用周期T’のピークセルレートとする。このピークセルレートψの逆数をタイムスロットと呼ぶことにすると、タイムスロット間でOFF状態からON状態への遷移確率a、また、ON状態からOFF状態への遷移確率をdとする。ここで、ON状態とは、タイムスロットにセルが存在する状態をいい、OFF状態とは、タイムスロットにセルが存在しない状態をいう。
【0177】
このような遷移確率a,d、および、ピークセルレートψは、次の各式(「数54」、「数55」、「数56」)により求められる。
【0178】
【数54】
【数55】
【数56】
【0179】
ここで、「数56」の式において、γは到着セル数しきい値に相当し、μ(θ)は次の式(「数57」)を満たす。
【0180】
【数57】
【0181】
尚、「数56」、「数57」の算出式は、N.G.Duffieldによる“Exponential bounds for queues with Markovian arrivals”,Queueing System,17,pp.413−430(1994)で参照できる。
【0182】
ピークレート算出部12では、平均・分散算出部3によって求められた平均(「数44」)、分散V(「数45」)、および、到着セル数補分布の減衰率算出部11で得られた到着セル数補分布の減衰率(「数52」)を用いて、「数54」、「数55」、「数56」の各式から、遷移確率a,d、および、ピークセルレートψを算出する。
【0183】
「数54」、「数55」の式からa,dをMの関数として表現し、「数56」の式にそれらを代入し、dAi,i=1,2,・・・,nに対して、dA1<ψの範囲のψ(ピークセルレート)が得られるiの集合を{i’}として,次の「数58」の式を満足するψを求める。
【0184】
【数58】
【0185】
セル損失率目標値は,ON−OFF過程の近似の下では,次の「数59」のように近似される。
【0186】
【数59】
【0187】
ここで、xは次の「数60」を満たす。
【0188】
【数60】
【0189】
これらの「数59」と「数60」を満たすようなyを求め、次の「数61」の式より、セル損失目標率CLRを満足するATM仮想パス容量Cdが算出される。
【0190】
【数61】
【0191】
ここで、Mは、単位時間当たりのセル数を容量に変換する定数である。
ATM仮想パス容量算出部13では、ピークレート算出部12で得られた遷移確率a,d、および、ピークセルレートψと目標セル損失率CLRから、「数59」、「数60」、「数61」を用いて、目標セル損失率を満足するATM仮想パス容量Cdを算出する。
【0192】
次に、推定セル損失率CLReは、ピークレート算出部12によって得られたa,d,ψに対して、x,yを次の「数62」、「数63」から算出し、「数59」の右辺に代入することにより算出される。
【0193】
【数62】
【数63】
【0194】
以下、図1を用いて、このようなATM仮想パス容量設定装置の処理動作例を説明する。
まず、測定対象期間(周期)T’での所定の周期T毎の到着セル数(di)を計数し(ステップS1)、この到着セル数(di)に基づき、周期T’間における平均セルレートλと到着セル数の分散Vを求め(ステップS2)、周期T’における周期kT毎の平均到着セル数(gi)を算出する(ステップS3)。
【0195】
到着セル数(di)に基づき周期T’内で大きい順に並べ替えたもの(dAi,dA1>dA2>・・・>dAn;「数42」参照)を求める(ステップS4)。同様に、平均到着セル数(gi)に基づき周期T’内で大きい順に並べ替えたもの(gAi,gA1>gA2>・・・>gAn−k+1;「数43」参照)を求める(ステップS5)。
【0196】
さらに、ステップ4で求めた結果(dAi)に基づき、この結果の値(dAi)をしきい値とみなした場合の到着セル数しきい値超過頻度(dFi;「数46」参照)を求める(ステップS6)。同様に、ステップ5で求めた結果(gAi)に基づき、この結果の値(gAi)をしきい値とみなした場合の到着セル数しきい値超過頻度(gFi;「数48」参照)を求める(ステップS7)。
【0197】
ステップ6で求めた結果(dAi,dFi)から、対数(logdFi)を、「dAi」のm(ここでは5)次式で表現した場合の係数a2,a3,a4,a5を求める(ステップS8)。同様に、ステップ7で求めた結果(gAi,gFi)から、対数(loggFi)を、「gAi」の5次式で表現した場合の係数b2,b3,b4,b5を求める(ステップS9)。
【0198】
このようにして求めた係数(a2,a3,a4,a5、b2,b3,b4,b5)と平均セルレート(λ)に基づき、「I(λ)=0」となるような(σ)を求め、到着セル数補分布の減衰率(I(γ))を算出する(ステップS10)。
【0199】
平均セルレート(λ)と、到着セル数の分散(V)、到着セル数補分布の減衰率(I(γ))から、「dA1<M」の範囲で、ピークセルレート(ψ)、遷移確率(a),(d)を求める(ステップS11)。
目標セル損失率CLR、および、得られたピークセルレート(ψ)、遷移確率(a),(d)からATM仮想パス容量(Cd)を算出する(ステップS12)。
【0200】
以上、図1〜図8を用いて説明したように、本実施例のATM仮想パス容量設定方法およびATM仮想パス容量設定装置では、ATM仮想パスに付随するセル送出待バッファへの到着セル数を計数し、この値から平均到着セル数、到着セル数の分散、到着セル数補分布の減衰率を算出することにより、ATM仮想パスに付随するセル送出待バッファにおけるセル損失を効率よく求め、実トラヒック需要に即したATM仮想パス容量を設定することができ、実トラヒックの軽量な測定に基づく高速かつ高精度な実トラヒック需要に即した容量の設定が可能である。
【0201】
すなわち、本例では、セル送出待バッファへの到着セル数という極めて軽量なトラヒック測定により、Q長補分布関数の高速な推定が可能となり、セルの到着過程をON−OFF過程で近似しているので、バースト性のあるトラヒックをも考慮されている。
【0202】
また、到着セル数しきい値を予め設定する必要がなく、かつ、到着セル数しきい値頻度を、到着セル数がしきい値を超過した回数ではなく、到着セル数のデータを用いていることから、到着セル数しきい値超過頻度を高精度に算出することができる。
【0203】
また、到着セル数補分布の減衰率I(γ)を、到着セル数補分布の減衰率の持つ性質I(γ)=0を満たすように近似しているので、高精度な推定が可能となる。その結果、到着セル数分布関数の高精度な推定が可能となり、Q長補分布関数の高精度な推定が可能となる。
【0204】
これらにより、特に、UBR(Unspecified Bit Rate)べアラクラスを始めとするべストエフォート仮想回線を収容するATM仮想パスの容量を、あるセル損失率目標値(規定値にあらず)を満足するように設計(設定)することが可能になる。
【0205】
さらに、ATM網のリソースがATM仮想パスに適切に配置され、有効に利用されていることを日々確認し記録することが可能になり、網全体に偏りなくトラヒックが流れていることの確認が可能になる。
また、仮想回線の新規加入・移設等の網構成の変更に対して、的確な再設定を行うための情報提供が妥当な稼働と期間で可能となる。
【0206】
尚、本発明は、図1〜図8を用いて説明した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例では、本発明に係わる処理を行う部分を、セル計数部1と平均・分散算出部3、第1,超過頻度算出部7,8、到着セル数補分布の減衰率算出部11、ピークレート算出部12およびATM仮想パス容量算出部13とそれぞれに分けた構成としているが、各機能の統合および分割は、実際の設計に合わせた任意のモジュール単位で行なうことで良い。また、各部の機能を中央処理装置(CPU)や記憶装置等からなるコンピュータを用いて実現することでも良い。
【0207】
【発明の効果】
本発明によれば、特別な機能を持つATM交換機や外部装置のような特殊な測定形態を必要とすることなく、ATM交換機における簡単なトラヒック測定で得られるデータを用いて、実運用中のATM網のATM仮想パス容量を、予め定められたセル損失率目標値(CLR)を満足するように正確に設定することができ、網資源の効率的な運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のATM仮想パス容量設定方法の一処理動作例を示すフローチャートである。
【図2】本発明のATM仮想パス容量設定装置とそれを設けたATM交換機の本発明に係る構成の一実施例を示すブロック図である。
【図3】図2におけるテーブル(2)の構成例を示す説明図である。
【図4】図2におけるテーブル(4)の構成例を示す説明図である。
【図5】図2におけるテーブル(5)の構成例を示す説明図である。
【図6】図2におけるテーブル(6)の構成例を示す説明図である。
【図7】図2におけるテーブル(9)の構成例を示す説明図である。
【図8】図2におけるテーブル(10)の構成例を示す説明図である。
【図9】従来のATM交換機におけるATM仮想パス容量設定機構の構成例を示すブロック図である。
【図10】第1の従来技術を実現するためのATM交換機の機能構成例を示すブロック図である。
【図11】第2の従来技術を実現するためのATM交換機の機能構成例を示すブロック図である。
【図12】Q長分布例を示す説明図である。
【図13】Q長しきい値が2点設定される場合のATM交換機の機能構成例を示すブロック図である。
【図14】図13におけるセル送出装置によるセルの計数結果例を示す説明図である。
【図15】第4の従来技術を実現するためのATM交換機の機能構成例を示すブロック図である。
【図16】図15におけるセル計数部の計数結果を登録するテーブルの構成例を示す説明図である。
【図17】図15における超過回数計数部の計数結果を登録するテーブルの構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
1:セル計数部、2,4〜6,9,10:テーブル、3:平均・分散算出部、7,8:超過頻度算出部、11:到着セル数補分布の減衰率算出部、12:ピークレート算出部、13:ATM仮想パス容量算出部、100:セル送出装置、101:セル送出インタフェース(「IF」)、111,112,・・・:シェーパ(「S」)、121,122,・・・:セル送出待バッファ、131,132,・・・:ソフトカウンタ、200:伝送媒体、201,202,・・・:ATM仮想パス(「仮想パス」)、301,302,・・・:セル流、400:ATM仮想パス容量設定装置、401:通信線、21:レコード列(計数周期)、22:レコード列(到着セル数)、211,212:レコード(計数周期)、221,222:レコード(到着セル数)、41:レコード列(計数周期)、42:レコード列(到着セル数)、411,412:レコード(計数周期)、421,422:レコード(到着セル数)、51:到着セル数の大きい順に並んだ到着セル数の列を示すレコード、511,512,・・・:値の大きい順に並べ直した到着セル数のレコード、61:第2の到着セル数の大きい順に並んだ第2の到着セル数の列を示すレコード、611,612,・・・:値の大きい順に並べ直した第2の到着セル数のレコード、91:到着セル数の大きい順に並んだ到着セル数の列を示すレコード、911,912,・・・:到着セル数値の大きい順に並べ直した到着セル数のレコード、92:到着セル数しきい値超過頻度の列を示すレコード、921,922,・・・:各レコード911,912,・・・をしきい値とみなしたときの到着セル数しきい値超過頻度のレコード、931,932,・・・:各レコード921,922,・・・に対数をとったもの、941,942,・・・:911,912,・・・:各レコード911,912,・・・に対して「数33」の式で求められるレコード、951,952,・・・:各レコード911,912,・・・に対して「数34」の式で求められるレコード、961,962,・・・:各レコード911,912,・・・に対して「数35」の式で求められるレコード、971,972,・・・:各レコード911,912,・・・に対して「数36」の式で求められるレコード、1010:第2の到着セル数の大きい順に並んだ到着セル数の列を示すレコード、1011,1012,・・・:到着セル数値の大きい順に並べ直した到着セル数のレコード、1020:到着セル数しきい値超過頻度の列を示すレコード、1021,1022,・・・:各レコード1011,1012,・・・をしきい値とみなしたときの到着セル数しきい値超過頻度のレコード、1031,1032,・・・:各レコード1021,1022,・・・に対数をとったもの、1041,1042,・・・:各レコード1011,1012,・・・に対して「数38」の式で求められるレコード、1051,1052,・・・:各レコード1011,1012,・・・に対して「数39」の式で求められるレコード、1061,1062,・・・:各レコード1011,1012,・・・に対して「数40」の式で求められるレコード、1071,1072,・・・:各レコード1011,1012,・・・に対して「数41」の式で求められるレコード、100a,100b:セル送出装置、151:セル計数部、152:テーブル、153:しきい値登録部、154:超過回数計数部、155:テーブル、156:頻度算出部、157:設定容量算出部、151A,152A:第1のQ長しきい値、151B,152B:第2のQ長しきい値、400a:設定装置、401a,501,601:通信線、500:外部装置、510:蓄積装置、600:仮想パス容量設定装置、1100:テーブル、1110:レコード列(計数周期)、1111,1112:レコード(計数周期)、1120:レコード列(到着セル数)、1121,1122:レコード(到着セル数)、1130:レコード列(第1のQ長しきい値超過回数)、1131,1132:レコード(第1のQ長しきい値超過回数)、1140:レコード列(第2のQ長しきい値超過回数)、1141,1142:レコード(第2のQ長しきい値超過回数)、1210:レコード列(計数周期)、1220:レコード列(到着セル数)、1211,1212:レコード(計数周期)、1221,1222:レコード(到着セル数)、1310:レコード列(計数周期)、1320:レコード列(到着セル数)、1311,1312:レコード(計数周期)、1321,1322:レコード(到着セル数)、1330:レコード列(到着しきい値超過回数)、1331,1332:レコード(到着しきい値超過回数)、1340:レコード列(到着セル数)、1341,1342:レコード(到着セル数)、1350:レコード列(到着しきい値超過回数)、1351,1352:レコード(到着しきい値超過回数)、1500:ATM仮想パス容量設定装置、1501:通信線。
Claims (8)
- 非同期転送モード網(ATM網)におけるATM交換機間に設定するATM仮想パスの容量を、セル損失目標率を満足するように算出するATM仮想パス容量設定装置のATM仮想パス容量設定方法であって、
前記ATM仮想パスに付随するセル送出待バッファに到着するセル数(第1の到着セル数)を予め定められた周期T毎に計数して第1の記憶手段に記憶する第1のステップと、
前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出して、周期kT(k:2以上の整数)毎の合計セル数をkで割った値(第2の到着セル数)を求めて第2の記憶手段に記憶する第2のステップと、
予め定められた周期T’(T’>T)で、前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出し、各第1の到着セル数毎に、当該セル数以上の各第1の到着セル数を合計した値を前記周期T’内の全ての第1の到着セル数で割った値(第1の到着セル数しきい値超過頻度)を求め、該第1の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとった第1の対数しきい値超過頻度を第3の記憶手段に記憶する第3のステップと、前記周期T’で、前記第2の記憶手段の記憶内容を読み出し、各第2の到着セル数毎に、当該セル数以上の各第2の到着セル数を合計した値を前記周期T’内の全ての第2の到着セル数で割った値(第2の到着セル数しきい値超過頻度)を求め、該第2の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとった第2の対数しきい値超過頻度を第4の記憶手段に記憶する第4のステップと、
前記第3の記憶手段から前記第1の対数しきい値超過頻度を読み出し、予め決められたm次式で近似した第1の推定対数しきい値超過頻度を求め、前記第4の記憶手段から前記第2の対数しきい値超過頻度を読み出して前記m次式で近似した第2の推定対数しきい値超過頻度を求め、該第2の推定対数しきい値超過頻度および前記第1の推定対数しきい値超過頻度に基づき、単位時間当たりに到着するセル数の補分布の減衰率を求める第5のステップと
前記単位時間当たりに到着するセル数の補分布の減衰率を用いて、前記セル損失率を満足するATM仮想パス容量を求めることを特徴とするATM仮想パス容量設定方法。 - 請求項1に記載のATM仮想パス容量設定方法であって、
前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出して、前記周期T毎に計数した到着セル数に基づき、前記周期T’における到着セル数の平均(平均セルレート)を求める第6のステップと、
前記平均セルレートと前記周期T毎に計数した到着セル数に基づき、前記周期T’における到着セル数の分散を求める第7のステップと、
前記第5のステップで求めた前記補分布の減衰率と前記第6,第7のステップで求めた前記平均セルレートおよび前記到着セル数の分散に基づき、セルの到着過程をON−OFF過程とみなした場合のピークセルレートと、該ピークセルレートの逆数の時間(タイムスロット)毎にONからOFFおよびOFFからONへ遷移する確率a,dを求める第8のステップとを有し、
前記ピークセルレートと前記遷移する確率a,dを用いて、前記セル損失目標率を満足するATM仮想パス容量を求めることを特徴とするATM仮想パス容量設定方法。 - 非同期転送モード網(ATM網)におけるATM交換機間に設定するATM仮想パスの容量を、セル損失目標率を満足するように算出するATM仮想パス容量設定装置のATM仮想パス容量設定方法であって、
前記ATM仮想パスに付随するセル送出待バッファに到着するセル数(第1の到着セル数)を予め定められた周期T毎に計数して第1の記憶手段に記憶する第1のステップと、
前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出して、周期kT(k:2以上の整数)毎の合計セル数をkで割った値(第2の到着セル数)を求めて第2の記憶手段に記憶する第2のステップと、
予め定められた周期T’(T’>T)で、前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出し、各第1の到着セル数毎に、当該セル数以上の各第1の到着セル数を合計した値を前記周期T’内の全ての第1の到着セル数で割った値(第1の到着セル数しきい値超過頻度)を求め、該第1の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとった第1の対数しきい値超過頻度を第3の記憶手段に記憶する第3のステップと、前記周期T’で、前記第2の記憶手段の記憶内容を読み出し、各第2の到着セル数毎に、当該セル数以上の各第2の到着セル数を合計した値を前記周期T’内の全ての第2の到着セル数で割った値(第2の到着セル数しきい値超過頻度)を求め、該第2の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとった第2の対数しきい値超過頻度を第4の記憶手段に記憶する第4のステップと、
前記第3の記憶手段から前記第1の対数しきい値超過頻度を読み出し、予め決められたm次式で近似した第1の推定対数しきい値超過頻度を求め、前記第4の記憶手段から前記第2の対数しきい値超過頻度を読み出して前記m次式で近似した第2の推定対数しきい値超過頻度を求め、該第2の推定対数しきい値超過頻度および前記第1の推定対数しきい値超過頻度に基づき、単位時間当たりに到着するセル数の補分布の減衰率を求める第5のステップと、
前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出して、前記周期T毎に計数した到着セル数に基づき、前記周期T’における到着セル数の平均(平均セルレート)を求める第6のステップと、
前記平均セルレートと前記周期T毎に計数した到着セル数に基づき、前記周期T’における到着セル数の分散を求める第7のステップと、
前記補分布の減衰率と前記平均セルレートおよび前記到着セル数の分散に基づき、セルの到着過程をON−OFF過程とみなした場合のピークセルレートと、該ピークセルレートの逆数の時間(タイムスロット)毎にONからOFFおよびOFFからONへ遷移する確率a,dを求める第8のステップと、
前記ピークセルレートと前記遷移する確率a,dおよび前記セル損失目標率に基づき、前記セル損失目標率を満足するATM仮想パス容量を求める第9のステップと
を有することを特徴とするATM仮想パス容量設定方法。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載のATM仮想パス容量設定方法において、前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出して、前記周期T毎の前記第1の到着セル数を大きい順に並べ替えて第5の記憶手段に記憶するステップと、
前記第2の記憶手段の記憶内容を読み出して、前記周期T毎の前記第2の到着セル数を大きい順に並べ替えて第6の記憶手段に記憶するステップと
を有し、
前記第3のステップでは、前記第1の記憶手段の代わりに前記第5の記憶手段の記憶内容を読み出し、
前記第4のステップでは、前記第2の記憶手段の代わりに前記第6の記憶手段の記憶内容を読み出すことを特徴とするATM仮想パス容量設定方法。 - 非同期転送モード網(ATM網)におけるATM交換機間に設定するATM仮想パスの容量を、セル損失目標率を満足するように算出するATM仮想パス容量設定装置であって、
前記ATM仮想パスに付随するセル送出待バッファに到着するセル数(第1の到着セル数)を予め定められた周期T毎に計数して第1の記憶手段に記憶する手段と、
前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出して、周期kT(k:2以上の整数)毎の合計セル数をkで割った値(第2の(平均)到着セル数)を求めて第2の記憶手段に記憶する手段と、
予め定められた周期T’(T’>T)で、前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出し、各第1の到着セル数毎に、当該セル数以上の各第1の到着セル数を合計した値を前記周期T’内の全ての第1の到着セル数で割った値(第1の到着セル数しきい値超過頻度)を求め、該第1の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとった第1の対数しきい値超過頻度を第3の記憶手段に記憶する手段と、
前記周期T’で、前記第2の記憶手段の記憶内容を読み出し、各第2の到着セル数毎に、当該セル数以上の各第2の到着セル数を合計した値を前記周期T’内の全ての第2の到着セル数で割った値(第2の到着セル数しきい値超過頻度)を求めて、該第2の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとった第2の対数しきい値超過頻度を第4の記憶手段に記憶する手段と、
前記第3の記憶手段から前記第1の対数しきい値超過頻度を読み出し、予め決められたm次式で近似した第1の推定対数しきい値超過頻度を求める手段と、
前記第4の記憶手段から前記第2の対数しきい値超過頻度を読み出して前記m次式で近似した第2の推定対数しきい値超過頻度を求める手段と、
前記第1の推定対数しきい値超過頻度と前記第2の推定対数しきい値超過頻度に基づき、単位時間当たりに到着するセル数の補分布の減衰率を求める手段と
を有し、
前記単位時間当たりに到着するセル数の補分布の減衰率を用いて、前記セル損失率を満足するATM仮想パス容量を求めることを特徴とするATM仮想パス容量設定装置。 - 請求項5に記載のATM仮想パス容量設定装置であって、
前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出して、前記周期T毎に計数した到着セル数に基づき、前記周期T’における到着セル数の平均(平均セルレート)を求める手段と、
前記平均セルレートと前記周期T毎に計数した到着セル数に基づき、前記周期T’における到着セル数の分散を求める手段と、
前記平均セルレートおよび前記到着セル数の分散と前記補分布の減衰率とに基づき、セルの到着過程をON−OFF過程とみなした場合のピークセルレートと、該ピークセルレートの逆数の時間(タイムスロット)毎にONからOFFおよびOFFからONへ遷移する確率a,dを求める手段とを有し、
前記ピークセルレートと前記遷移する確率a,dを用いて、前記セル損失目標率を満足するATM仮想パス容量を求めることを特徴とするATM仮想パス容量設定装置。 - 非同期転送モード網(ATM網)におけるATM交換機間に設定するATM仮想パスの容量を、セル損失目標率を満足するように算出するATM仮想パス容量設定装置であって、
前記ATM仮想パスに付随するセル送出待バッファに到着するセル数(第1の到着セル数)を予め定められた周期T毎に計数して第1の記憶手段に記憶するセル計数手段と、
前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出して、周期kT(k:2以上の整数)毎の合計セル数をkで割った値(第2の(平均)到着セル数)を求めて第2の記憶手段に記憶する平均計数手段と、
予め定められた周期T’(T’>T)で、前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出し、各第1の到着セル数毎に、当該セル数以上の各第1の到着セル数を合計した値を前記周期T’内の全ての第1の到着セル数で割った値(第1の到着セル数しきい値超過頻度)を求め、該第1の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとった第1の対数しきい値超過頻度を第3の記憶手段に記憶する第1の超過頻度算出手段と、
前記周期T’で、前記第2の記憶手段の記憶内容を読み出し、各第2の到着セル数毎に、当該セル数以上の各第2の到着セル数を合計した値を前記周期T’内の全ての第2の到着セル数で割った値(第2の到着セル数しきい値超過頻度)を求め、該第2の到着セル数しきい値超過頻度の対数をとった第2の対数しきい値超過頻度を第4の記憶手段に記憶する第2の超過頻度算出手段と、
前記第3の記憶手段から前記第1の対数しきい値超過頻度を読み出し、予め決められたm次式で近似した第1の推定対数しきい値超過頻度を求めるとともに、前記第4の記憶手段から前記第2の対数しきい値超過頻度を読み出し、前記m次式で近似した第2の推定対数しきい値超過頻度を求め、該第2の対数しきい値超過頻度および前記第1の対数しきい値超過頻度に基づき、単位時間当たりに到着するセル数の補分布の減衰率を求める減衰率算出手段と、
前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出して、前記周期T毎に計数した到着セル数に基づき、前記周期T’における到着セル数の平均(平均セルレート)を求め、さらに該平均セルレートと前記周期T毎に計数した到着セル数に基づき、前記周期T’における到着セル数の分散を求める平均・分散算出手段と、
該平均・分散算出手段で求めた前記平均セルレートおよび前記到着セル数の分散と前記減衰率算出手段で求めた前記補分布の減衰率とに基づき、セルの到着過程をON−OFF過程とみなした場合のピークセルレートと、該ピークセルレートの逆数の時間(タイムスロット)毎にONからOFFおよびOFFからONへ遷移する確率a,dを求めるピークセルレート算出手段と、
該ピークセルレート算出手段で求めた前記ピークセルレートと前記遷移する確率a,dおよび前記セル損失目標率に基づき、該セル損失目標率を満足するATM仮想パス容量を求めるATM仮想パス容量算出手段と
を有することを特徴とするATM仮想パス容量設定装置。 - 請求項5から請求項7のいずれかに記載のATM仮想パス容量設定装置であって、前記第1の記憶手段の記憶内容を読み出して、前記周期T毎の前記第1の到着セル数を大きい順に並べ替えて第5の記憶手段に記憶する第1の並べ替え手段と、
前記第2の記憶手段の記憶内容を読み出して、前記周期T毎の前記第2の到着セル数を大きい順に並べ替えて第6の記憶手段に記憶する第2の並べ替え手段とを有し、
前記第1の超過頻度算出手段では、前記第1の記憶手段の代わりに前記第5の記憶手段の記憶内容を読み出し、
前記第2の超過頻度算出手段では、前記第2の記憶手段の代わりに前記第6の記憶手段の記憶内容を読み出すことを特徴とするATM仮想パス容量設定装置。
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