JP3598985B2 - キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法 - Google Patents
キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法に関し、特に、一つのキューへのトラヒック集中による伝送品質の劣化を低減するキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法は、例えば、複数優先度の優先制御を実現する複数のキューと、入力されたパケットの優先度を判断するための情報を摘出するための手段や、摘出された情報を基に上記パケットに割り当てるキューを決定する手段を有して構成される。本従来技術では、割り当てられたキューの使用率をフィードバックして、その時々の最適なキュー割り当てを再度算出する手段を持っていない。
【０００３】
本発明と技術分野の類似する先願発明例１として、特開平１１−３４６２４６号公報がある。本先願発明例１では、パケット交換機の各出力インタフェースに、パケット交換ユニットから渡された送信パケットを所定のアルゴリズムで複数のキューグループに分類し、各キューグループに割り当てられた帯域幅を保証しながら、送信優先度に応じて送信パケットを読み出すためのパケット読み出し制御装置を設けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、上記のように構成されるものの、時々の最適なキュー割り当てを再度算出する手段を持たない。このため、類似した優先度を持つトラヒックにより、１つのキューへのパケット蓄積が集中した場合において、１つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化を招く。さらには、複数のキューを用いた優先制御ができない等の課題がある。
【０００５】
本発明は、伝送品質の劣化を招き難いキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法を提供することを目的とする。さらに詳述すると、下記となる。
【０００６】
本発明の目的は、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ （Ｄｉｆｆｓｅｒｖ）やＩＰ Ｐｒｅｃｅｄｅｎｃｅ、ＩＥＥＥ ８０２．１Ｄ ＴｒａｆｆｉｃＰｒｉｏｒｉｔｉｚａｔｉｏｎなどの優先制御の仕組みを利用するデータ・パケットネットワークを構成するパケット交換機のキュー割り当てシステムにおいて、キュー割り当て入力条件の項目数が装置に存在するキューの数を上回る実装で、入力されたパケットのキュー割り当て結果が１つのキューに集中した場合でも、各キューの使用率をフィードバックさせて、キューの割り当てを付け直すことによりトラヒックの複数キューへの分散を行い、１つのキューへのトラヒック集中による伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載のキュー割り当てシステムは、入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、このパケットに割り当てるキューを決定するキュー分類選択部と、特定エントリーの使用頻度を算出可能した使用頻度算出部と、現在の使用頻度算出部の情報からキューの識別番号をＸ軸とし、該当使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行い、新たな割り当て結果を算出する割り当て調整部と、キュー分類選択部が分類タグを検索キーとして、入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する情報設定記憶手段と、所定のＮ個のキューを保持する保持記憶手段とを有して構成され、この保持記憶手段に保持されたキューに蓄積された順番でパケットを送出することを特徴としている。
【０００８】
また、上記の割り当て調整部は、使用率算出部の情報からキューの識別番号をＸ軸とし、このキューの使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行うことにより、可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出するとよい。
【０００９】
さらに、上記割り当て調整部の新たな割り当て結果の算出は、現在の使用率算出部の情報から、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、キュー分類選択部は、保持記憶手段に実現されるＮ個のキューの内のパケットに割り当てるキューを求め、このキューにパケットを追加するとよい。
【００１０】
なお、情報設定記憶手段は、この情報設定記憶手段に実現されるキュー割り当て情報を保持するキュー割り当て情報保持部を有して構成し、キューは、ＦＩＦＯ型キューであり、パケットをキューに蓄積された順番で送出するとよい。
【００１１】
請求項６記載のパケット交換機のキュー割り当て方法は、入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、このパケットに割り当てるキューを決定するキュー分類選択工程と、特定エントリーの使用頻度を算出する使用頻度算出工程と、使用頻度算出工程の情報からキューの識別番号をＸ軸とし、該当使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行い、新たな割り当て結果を算出する割り当て調整工程と、キュー分類選択工程が分類タグを検索キーとして、入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する情報設定記憶工程と、所定のＮ個のキューを保持する保持記憶工程とを有して構成され、この保持記憶工程により保持されたキューに蓄積された順番でパケットを送出することを特徴としている。
【００１２】
また、上記の割り当て調整工程の新たな割り当て結果の算出において、現在の使用頻度算出工程の情報から各分類タグに関連した番号をＸ軸とし、該当分類タグの検索一致回数をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行うとよい。
【００１３】
さらに、上記割り当て調整工程の新たな割り当て結果の算出は、現在の使用率算出工程の情報から、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、キュー分類選択工程は、保持記憶工程で実現されるＮ個のキューの内のパケットに割り当てるキューを求め、キューにパケットを追加するとよい。
【００１４】
なお、上記情報設定記憶工程では、この情報設定記憶工程で実現されるキュー割り当て情報を保持するキュー割り当て情報保持工程を有し、キューは、ＦＩＦＯ型キューであり、パケットをこのキューに蓄積された順番で送出するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の実施形態を詳細に説明する。図１から図９を参照すると、本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の実施形態が示されている。
【００１６】
（第１の実施形態の構成）
図１を参照すると、本発明による一実施形態としてのパケット交換機のキュー割り当てシステム１０の構成が示されている。図１に示す、本実施形態によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法に適用されるキュー割り当てシステム１０は、キュー分類選択部１、キュー割り当て情報保持部３を有する情報設定記憶手段２、キューＡ５からキューＺ６を保持する保持記憶手段４、使用率算出部７、割り当て調整部８、を有して構成される。
【００１７】
図１において、キュー分類選択部１は、キュー割り当てシステム１０に入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、情報設定記憶手段２に実現されるキュー割り当て情報保持部３の内容を検索して、このパケットに割り当てるキューを決定する。また、キュー分類選択部１は、保持記憶手段４に実現されるキューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューのうちの、上記パケットに割り当てるキューを求め、そのキューに上記パケットを追加する。
【００１８】
入力されたパケットは、上記決定の結果に基づいて、キュー分類選択部１により保持記憶手段４に実現される、キューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューのどれか１つに蓄積される。なお、キューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューは、ＦＩＦＯ型キューであり、パケットをこのキューに蓄積された順番で送出する。
【００１９】
使用率算出部７は、定期的に各キューのパケット蓄積数を計算することにより、各キューの使用率を算出する。
【００２０】
割り当て調整部８は、現在の使用率算出部７の情報からキューの識別番号をＸ軸とし、該当キューの使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行う。このことにより、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出する。同時に、上記の割り当て結果を基に、キュー割り当て情報保持部３の内容を修正する。
【００２１】
キュー割り当て情報保持部３は、情報設定記憶手段２を構成し、キュー分類選択部１が分類タグを検索キーとして、入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する。キューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューが、保持記憶手段４に構成される。
【００２２】
使用率算出部７は、各キューの使用率を算出する構成要素である。
また、割り当て調整部８は、現在の各キューの使用率を基に、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、その割り当て結果を基にキュー割り当て情報保持部３の内容を修正する構成要素である。
【００２３】
このようにして、本実施形態では、現在の各キュー使用率のヒストグラム平坦化手法を用いて、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分けるフィードバック制御を行っている。このため、類似した優先度を持つトラヒックにより１つのキューへのパケット蓄積が集中した場合においても、１つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現できる。
【００２４】
図２には、入力されるパケットの構成例が示されている。この例においてパケットは、パケット・データ１２を有して構成されている。分類タグ１３は、パケット・データ１２のあらかじめ設定された任意箇所の任意幅の情報を示し、ここにパケット固有の優先度を示す情報が記される。
【００２５】
図３を参照すると、図１に示すキュー割り当て情報保持部３の詳細な構成が示されている。本図３において、番号２１は、キュー割り当て情報保持部を構成するテーブルの行番号を指定する。番号２１はユニークな数値であり、Ｎ行のエントリーを持つテーブルにおいては、１からＮまでの連続した整数値を持つ。分類タグ内容２２には、入力されるパケットに含まれる分類タグ１３の内容である優先度を示す情報が入力されている。
【００２６】
キューＩＤ２３は、特定のキューを指定する識別番号である。Ｎ個のキューが存在する場合、１からＮまでの連続した整数値が各キューに割り付けられ、この値が識別番号としてキューＩＤ２３に格納される。図１に示される第１の実施形態の場合には、キューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューのどれかを特定するＩＤ情報が格納される。
【００２７】
なお、キュー割り当て情報保持部３の内容は、常に優先度の高い順にソートされているものとする。このようにすることで、分類タグとキューの割り当てとを修正した場合でも、各キュー間の相対的な優先度の順位を入れ替えることなく修正することを容易にする。
【００２８】
以上詳細に本実施形態の構成を述べたが、図１のキューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューを実現する手段とヒストグラムを計算する手段は、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。
【００２９】
（第１の実施形態の動作）
次に、本実施形態によるキュー割り当てシステム１０の動作例について説明する。
まず、図１に示すキュー分類選択部１の処理動作を、図４に示すフローチャートを使用して説明する。
【００３０】
キュー分類選択部１に入力されたパケットの特定位置と特定サイズの部位が分類タグ情報として摘出される（Ｓ１）。摘出された分類タグ情報はキュー割り当て情報保持部３の分類タグ内容２２の全エントリーを検索するキーとして使用され、検索処理によってキュー割り当て情報保持部３の該当行が特定される（Ｓ２）。最後にキュー分類選択部１は特定された行のキューＩＤ２３に含まれるキューＩＤを持つキューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューのどれか１つを選択して、そのキューに上記パケットを追加する（Ｓ３）。
【００３１】
保持記憶手段４に実現されるキューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューはＦＩＦＯ型キューであり、パケットをこのキューに蓄積された順番で送出する。
【００３２】
使用率算出部７は、定期的に各キューのパケット蓄積数を計算することにより、各キューの使用率を算出する。
【００３３】
割り当て調整部８の処理動作を図５に示すフローチャートを使用して説明する。この割り当て調整部８は、現在の使用率算出部７の情報からキューの識別番号をＸ軸とし、該当キューの使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行うことにより、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出する。
【００３４】
ヒストグラムの平坦化処理では、使用率の高いキューに割り当てる分類タグの数を減らし、使用率の低いキューに割り当てる分類タグの数を増やすことで、各キューの使用率がほぼ等しくなるように分類タグとキューの割り当てを付け直す。図６に平坦化処理前のグラフを示す。また、図７に平坦化処理後のグラフを示す。最後に、上記の割り当て結果を基に、修正が必要なキュー割り当て情報保持部３の関連エントリーの内容を修正する。なお、割り当て調整部８の動作は、あらかじめ設定された周期毎に処理がなされるものとする。
【００３５】
（第１の実施形態の特徴）
本発明は、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ （Ｄｉｆｆｓｅｒｖ）やＩＰ Ｐｒｅｃｅｄｅｎｃｅ、ＩＥＥＥ ８０２．１Ｄ ＴｒａｆｆｉｃＰｒｉｏｒｉｔｉｚａｔｉｏｎなどの優先制御の仕組みを利用するデータ・パケットネットワークを構成するパケット交換機のキュー割り当てシステムが適用される。本システムにおいて、キュー割り当て分類条件の項目数が装置内に存在するキューの数を上回る実装で、入力されたパケットのキュー割り当て結果が１つのキューに集中した場合でも、各キューの使用率情報をフィードバックさせて、キューの割り当てを付け直す。このことによりトラヒックの複数キューへの分散を行い、１つのキューへのトラヒック集中による伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現する。
【００３６】
（第１の実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態においては、以下に記載するような効果を奏する。第１には、現在の各キュー使用率のヒストグラム平坦化手法を用いて、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分けるフィードバック制御を行っている。このため、類似した優先度を持つトラヒックにより１つのキューへのパケット蓄積が集中した場合においても、１つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化防止を実現できる。
【００３７】
第２には、１つのキューに集中したトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当てを定期的に算出している。このため、キュー全体のリソース平均使用率の向上を実現できる。
【００３８】
第３には、１つのキューに集中したトラヒックを可能な限り別々な送出優先順位を持つキューに振り分ける仕組みを持つ。このため、類似した優先度を持つ異種別のトラヒックのみが連続した場合であっても、これらの異なるトラヒックが別々のキューに振り分けされるように、その時々のトラヒック優先度条件に適応したきめ細かい優先制御を実現できる。
【００３９】
（第２の実施形態）
本発明による第２の実施形態として、その基本的構成は上記の通りであるが、割り当て調整部がヒストグラム平坦化処理対象として使用するキュー使用率情報を、キュー割り当て情報保持部内の分類タグの検索一致頻度に置き換える工夫を施している。本構成例を図８に示す。また、本実施形態によるキュー割り当てシステムが有するキュー割り当て情報保持部３３の詳細な構例成を図９に示す。
【００４０】
図８は、図１における情報設定記憶手段２のキュー割り当て情報保持部３をキュー割り当て情報保持部３３に置き換え、図１の使用率算出部７を使用頻度算出部３７に置き換え、更にこの使用頻度算出部３７に入力されるフィードバック情報を保持記憶手段４ではなく、キュー割り当て情報保持部３３から得るように変更したものである。また、図９は、図３と比較して、検索一致回数２４を追加したものである。
【００４１】
ここでは、図８のキュー割り当て情報保持部３３に各分類タグ毎の検索一致回数２４を設け、ある特定エントリーの使用頻度を使用頻度算出部３７で算出できるようにする。そして、割り当て調整部８は、現在の使用頻度算出部３７の情報から各分類タグに関連した番号２１をＸ軸とし、該当分類タグの検索一致回数２４をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行う。このことにより、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出する仕組みを持つ。
【００４２】
さらに、本実施形態におけるヒストグラムの平坦化処理では、ヒストグラム中で使用頻度の高い部分は１つのキューに割り当てる分類タグの数を減らし、使用頻度の低い部分は１つのキューに割り当てる分類タグの数を増やして、各使用頻度がほぼ等しくなるように分類タグとキューの割り当てとを付け直す。その他の構成や動作は、第１の実施形態と同様である。このように、本実施形態では、各分類タグの使用頻度情報を基に、最適な分類タグとキューの割り当てを算出して、１つのキューに集中したトラヒックを可能な限り全キューに均等に振り分ける処理を行っているので、第１の実施形態に示したと同様の効果を得ることができる。
【００４３】
なお、上述の実施形態は本発明による好適な実施の一例である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法は、入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、このパケットに割り当てるキューを決定し、定期的に各キューのパケット蓄積数を計算することにより各キューの使用率を算出し、算出した情報から現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、分類タグを検索キーとして入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持し、所定のＮ個のキューを保持する。保持されたキューに蓄積された順番でパケットを送出している。
【００４５】
このように、現在の各キュー使用率のヒストグラム平坦化手法を用いて、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分けるフィードバック制御を行っているため、類似した優先度を持つトラヒックにより１つのキューへのパケット蓄積が集中した場合においても、１つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の第１の実施形態による構成例を示す図である。
【図２】パケットの構成例を示す図である。
【図３】キュー割り当て情報保持部の詳細な構成例を示す図である。
【図４】キュー分類選択部の処理動作例を示すフローチャートである。
【図５】割り当て調整部の処理動作例を示すフローチャートである。
【図６】キュー使用率ヒストグラムであり平坦化処理前のグラフである。
【図７】キュー使用率ヒストグラムであり平坦化処理後のグラフである。
【図８】キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の第２の実施形態による構成例を示す図である。
【図９】図８に対応しかつ図３に相当するキュー割り当て情報保持部の構成例を示す。
【符号の説明】
１ キュー分類選択部
２、３２ 情報設定記憶手段
３、３３ キュー割り当て情報保持部
４ 保持記憶手段
５ キューＡ
６ キューＺ
７ 使用率算出部
８ 割り当て調整部
１０ キュー割り当てシステム
１２ パケット・データ
１３ 分類タグ
２１ 番号
２２ 分類タグ内容
２３ キューＩＤ
２４ 検索一致回数
３７ 使用頻度算出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法に関し、特に、一つのキューへのトラヒック集中による伝送品質の劣化を低減するキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法は、例えば、複数優先度の優先制御を実現する複数のキューと、入力されたパケットの優先度を判断するための情報を摘出するための手段や、摘出された情報を基に上記パケットに割り当てるキューを決定する手段を有して構成される。本従来技術では、割り当てられたキューの使用率をフィードバックして、その時々の最適なキュー割り当てを再度算出する手段を持っていない。
【０００３】
本発明と技術分野の類似する先願発明例１として、特開平１１−３４６２４６号公報がある。本先願発明例１では、パケット交換機の各出力インタフェースに、パケット交換ユニットから渡された送信パケットを所定のアルゴリズムで複数のキューグループに分類し、各キューグループに割り当てられた帯域幅を保証しながら、送信優先度に応じて送信パケットを読み出すためのパケット読み出し制御装置を設けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、上記のように構成されるものの、時々の最適なキュー割り当てを再度算出する手段を持たない。このため、類似した優先度を持つトラヒックにより、１つのキューへのパケット蓄積が集中した場合において、１つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化を招く。さらには、複数のキューを用いた優先制御ができない等の課題がある。
【０００５】
本発明は、伝送品質の劣化を招き難いキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法を提供することを目的とする。さらに詳述すると、下記となる。
【０００６】
本発明の目的は、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ （Ｄｉｆｆｓｅｒｖ）やＩＰ Ｐｒｅｃｅｄｅｎｃｅ、ＩＥＥＥ ８０２．１Ｄ ＴｒａｆｆｉｃＰｒｉｏｒｉｔｉｚａｔｉｏｎなどの優先制御の仕組みを利用するデータ・パケットネットワークを構成するパケット交換機のキュー割り当てシステムにおいて、キュー割り当て入力条件の項目数が装置に存在するキューの数を上回る実装で、入力されたパケットのキュー割り当て結果が１つのキューに集中した場合でも、各キューの使用率をフィードバックさせて、キューの割り当てを付け直すことによりトラヒックの複数キューへの分散を行い、１つのキューへのトラヒック集中による伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載のキュー割り当てシステムは、入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、このパケットに割り当てるキューを決定するキュー分類選択部と、特定エントリーの使用頻度を算出可能した使用頻度算出部と、現在の使用頻度算出部の情報からキューの識別番号をＸ軸とし、該当使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行い、新たな割り当て結果を算出する割り当て調整部と、キュー分類選択部が分類タグを検索キーとして、入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する情報設定記憶手段と、所定のＮ個のキューを保持する保持記憶手段とを有して構成され、この保持記憶手段に保持されたキューに蓄積された順番でパケットを送出することを特徴としている。
【０００８】
また、上記の割り当て調整部は、使用率算出部の情報からキューの識別番号をＸ軸とし、このキューの使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行うことにより、可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出するとよい。
【０００９】
さらに、上記割り当て調整部の新たな割り当て結果の算出は、現在の使用率算出部の情報から、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、キュー分類選択部は、保持記憶手段に実現されるＮ個のキューの内のパケットに割り当てるキューを求め、このキューにパケットを追加するとよい。
【００１０】
なお、情報設定記憶手段は、この情報設定記憶手段に実現されるキュー割り当て情報を保持するキュー割り当て情報保持部を有して構成し、キューは、ＦＩＦＯ型キューであり、パケットをキューに蓄積された順番で送出するとよい。
【００１１】
請求項６記載のパケット交換機のキュー割り当て方法は、入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、このパケットに割り当てるキューを決定するキュー分類選択工程と、特定エントリーの使用頻度を算出する使用頻度算出工程と、使用頻度算出工程の情報からキューの識別番号をＸ軸とし、該当使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行い、新たな割り当て結果を算出する割り当て調整工程と、キュー分類選択工程が分類タグを検索キーとして、入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する情報設定記憶工程と、所定のＮ個のキューを保持する保持記憶工程とを有して構成され、この保持記憶工程により保持されたキューに蓄積された順番でパケットを送出することを特徴としている。
【００１２】
また、上記の割り当て調整工程の新たな割り当て結果の算出において、現在の使用頻度算出工程の情報から各分類タグに関連した番号をＸ軸とし、該当分類タグの検索一致回数をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行うとよい。
【００１３】
さらに、上記割り当て調整工程の新たな割り当て結果の算出は、現在の使用率算出工程の情報から、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、キュー分類選択工程は、保持記憶工程で実現されるＮ個のキューの内のパケットに割り当てるキューを求め、キューにパケットを追加するとよい。
【００１４】
なお、上記情報設定記憶工程では、この情報設定記憶工程で実現されるキュー割り当て情報を保持するキュー割り当て情報保持工程を有し、キューは、ＦＩＦＯ型キューであり、パケットをこのキューに蓄積された順番で送出するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の実施形態を詳細に説明する。図１から図９を参照すると、本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の実施形態が示されている。
【００１６】
（第１の実施形態の構成）
図１を参照すると、本発明による一実施形態としてのパケット交換機のキュー割り当てシステム１０の構成が示されている。図１に示す、本実施形態によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法に適用されるキュー割り当てシステム１０は、キュー分類選択部１、キュー割り当て情報保持部３を有する情報設定記憶手段２、キューＡ５からキューＺ６を保持する保持記憶手段４、使用率算出部７、割り当て調整部８、を有して構成される。
【００１７】
図１において、キュー分類選択部１は、キュー割り当てシステム１０に入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、情報設定記憶手段２に実現されるキュー割り当て情報保持部３の内容を検索して、このパケットに割り当てるキューを決定する。また、キュー分類選択部１は、保持記憶手段４に実現されるキューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューのうちの、上記パケットに割り当てるキューを求め、そのキューに上記パケットを追加する。
【００１８】
入力されたパケットは、上記決定の結果に基づいて、キュー分類選択部１により保持記憶手段４に実現される、キューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューのどれか１つに蓄積される。なお、キューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューは、ＦＩＦＯ型キューであり、パケットをこのキューに蓄積された順番で送出する。
【００１９】
使用率算出部７は、定期的に各キューのパケット蓄積数を計算することにより、各キューの使用率を算出する。
【００２０】
割り当て調整部８は、現在の使用率算出部７の情報からキューの識別番号をＸ軸とし、該当キューの使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行う。このことにより、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出する。同時に、上記の割り当て結果を基に、キュー割り当て情報保持部３の内容を修正する。
【００２１】
キュー割り当て情報保持部３は、情報設定記憶手段２を構成し、キュー分類選択部１が分類タグを検索キーとして、入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する。キューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューが、保持記憶手段４に構成される。
【００２２】
使用率算出部７は、各キューの使用率を算出する構成要素である。
また、割り当て調整部８は、現在の各キューの使用率を基に、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、その割り当て結果を基にキュー割り当て情報保持部３の内容を修正する構成要素である。
【００２３】
このようにして、本実施形態では、現在の各キュー使用率のヒストグラム平坦化手法を用いて、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分けるフィードバック制御を行っている。このため、類似した優先度を持つトラヒックにより１つのキューへのパケット蓄積が集中した場合においても、１つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現できる。
【００２４】
図２には、入力されるパケットの構成例が示されている。この例においてパケットは、パケット・データ１２を有して構成されている。分類タグ１３は、パケット・データ１２のあらかじめ設定された任意箇所の任意幅の情報を示し、ここにパケット固有の優先度を示す情報が記される。
【００２５】
図３を参照すると、図１に示すキュー割り当て情報保持部３の詳細な構成が示されている。本図３において、番号２１は、キュー割り当て情報保持部を構成するテーブルの行番号を指定する。番号２１はユニークな数値であり、Ｎ行のエントリーを持つテーブルにおいては、１からＮまでの連続した整数値を持つ。分類タグ内容２２には、入力されるパケットに含まれる分類タグ１３の内容である優先度を示す情報が入力されている。
【００２６】
キューＩＤ２３は、特定のキューを指定する識別番号である。Ｎ個のキューが存在する場合、１からＮまでの連続した整数値が各キューに割り付けられ、この値が識別番号としてキューＩＤ２３に格納される。図１に示される第１の実施形態の場合には、キューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューのどれかを特定するＩＤ情報が格納される。
【００２７】
なお、キュー割り当て情報保持部３の内容は、常に優先度の高い順にソートされているものとする。このようにすることで、分類タグとキューの割り当てとを修正した場合でも、各キュー間の相対的な優先度の順位を入れ替えることなく修正することを容易にする。
【００２８】
以上詳細に本実施形態の構成を述べたが、図１のキューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューを実現する手段とヒストグラムを計算する手段は、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。
【００２９】
（第１の実施形態の動作）
次に、本実施形態によるキュー割り当てシステム１０の動作例について説明する。
まず、図１に示すキュー分類選択部１の処理動作を、図４に示すフローチャートを使用して説明する。
【００３０】
キュー分類選択部１に入力されたパケットの特定位置と特定サイズの部位が分類タグ情報として摘出される（Ｓ１）。摘出された分類タグ情報はキュー割り当て情報保持部３の分類タグ内容２２の全エントリーを検索するキーとして使用され、検索処理によってキュー割り当て情報保持部３の該当行が特定される（Ｓ２）。最後にキュー分類選択部１は特定された行のキューＩＤ２３に含まれるキューＩＤを持つキューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューのどれか１つを選択して、そのキューに上記パケットを追加する（Ｓ３）。
【００３１】
保持記憶手段４に実現されるキューＡ５からキューＺ６までのＮ個のキューはＦＩＦＯ型キューであり、パケットをこのキューに蓄積された順番で送出する。
【００３２】
使用率算出部７は、定期的に各キューのパケット蓄積数を計算することにより、各キューの使用率を算出する。
【００３３】
割り当て調整部８の処理動作を図５に示すフローチャートを使用して説明する。この割り当て調整部８は、現在の使用率算出部７の情報からキューの識別番号をＸ軸とし、該当キューの使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行うことにより、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出する。
【００３４】
ヒストグラムの平坦化処理では、使用率の高いキューに割り当てる分類タグの数を減らし、使用率の低いキューに割り当てる分類タグの数を増やすことで、各キューの使用率がほぼ等しくなるように分類タグとキューの割り当てを付け直す。図６に平坦化処理前のグラフを示す。また、図７に平坦化処理後のグラフを示す。最後に、上記の割り当て結果を基に、修正が必要なキュー割り当て情報保持部３の関連エントリーの内容を修正する。なお、割り当て調整部８の動作は、あらかじめ設定された周期毎に処理がなされるものとする。
【００３５】
（第１の実施形態の特徴）
本発明は、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ （Ｄｉｆｆｓｅｒｖ）やＩＰ Ｐｒｅｃｅｄｅｎｃｅ、ＩＥＥＥ ８０２．１Ｄ ＴｒａｆｆｉｃＰｒｉｏｒｉｔｉｚａｔｉｏｎなどの優先制御の仕組みを利用するデータ・パケットネットワークを構成するパケット交換機のキュー割り当てシステムが適用される。本システムにおいて、キュー割り当て分類条件の項目数が装置内に存在するキューの数を上回る実装で、入力されたパケットのキュー割り当て結果が１つのキューに集中した場合でも、各キューの使用率情報をフィードバックさせて、キューの割り当てを付け直す。このことによりトラヒックの複数キューへの分散を行い、１つのキューへのトラヒック集中による伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現する。
【００３６】
（第１の実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態においては、以下に記載するような効果を奏する。第１には、現在の各キュー使用率のヒストグラム平坦化手法を用いて、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分けるフィードバック制御を行っている。このため、類似した優先度を持つトラヒックにより１つのキューへのパケット蓄積が集中した場合においても、１つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化防止を実現できる。
【００３７】
第２には、１つのキューに集中したトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当てを定期的に算出している。このため、キュー全体のリソース平均使用率の向上を実現できる。
【００３８】
第３には、１つのキューに集中したトラヒックを可能な限り別々な送出優先順位を持つキューに振り分ける仕組みを持つ。このため、類似した優先度を持つ異種別のトラヒックのみが連続した場合であっても、これらの異なるトラヒックが別々のキューに振り分けされるように、その時々のトラヒック優先度条件に適応したきめ細かい優先制御を実現できる。
【００３９】
（第２の実施形態）
本発明による第２の実施形態として、その基本的構成は上記の通りであるが、割り当て調整部がヒストグラム平坦化処理対象として使用するキュー使用率情報を、キュー割り当て情報保持部内の分類タグの検索一致頻度に置き換える工夫を施している。本構成例を図８に示す。また、本実施形態によるキュー割り当てシステムが有するキュー割り当て情報保持部３３の詳細な構例成を図９に示す。
【００４０】
図８は、図１における情報設定記憶手段２のキュー割り当て情報保持部３をキュー割り当て情報保持部３３に置き換え、図１の使用率算出部７を使用頻度算出部３７に置き換え、更にこの使用頻度算出部３７に入力されるフィードバック情報を保持記憶手段４ではなく、キュー割り当て情報保持部３３から得るように変更したものである。また、図９は、図３と比較して、検索一致回数２４を追加したものである。
【００４１】
ここでは、図８のキュー割り当て情報保持部３３に各分類タグ毎の検索一致回数２４を設け、ある特定エントリーの使用頻度を使用頻度算出部３７で算出できるようにする。そして、割り当て調整部８は、現在の使用頻度算出部３７の情報から各分類タグに関連した番号２１をＸ軸とし、該当分類タグの検索一致回数２４をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行う。このことにより、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出する仕組みを持つ。
【００４２】
さらに、本実施形態におけるヒストグラムの平坦化処理では、ヒストグラム中で使用頻度の高い部分は１つのキューに割り当てる分類タグの数を減らし、使用頻度の低い部分は１つのキューに割り当てる分類タグの数を増やして、各使用頻度がほぼ等しくなるように分類タグとキューの割り当てとを付け直す。その他の構成や動作は、第１の実施形態と同様である。このように、本実施形態では、各分類タグの使用頻度情報を基に、最適な分類タグとキューの割り当てを算出して、１つのキューに集中したトラヒックを可能な限り全キューに均等に振り分ける処理を行っているので、第１の実施形態に示したと同様の効果を得ることができる。
【００４３】
なお、上述の実施形態は本発明による好適な実施の一例である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法は、入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、このパケットに割り当てるキューを決定し、定期的に各キューのパケット蓄積数を計算することにより各キューの使用率を算出し、算出した情報から現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、分類タグを検索キーとして入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持し、所定のＮ個のキューを保持する。保持されたキューに蓄積された順番でパケットを送出している。
【００４５】
このように、現在の各キュー使用率のヒストグラム平坦化手法を用いて、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分けるフィードバック制御を行っているため、類似した優先度を持つトラヒックにより１つのキューへのパケット蓄積が集中した場合においても、１つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の第１の実施形態による構成例を示す図である。
【図２】パケットの構成例を示す図である。
【図３】キュー割り当て情報保持部の詳細な構成例を示す図である。
【図４】キュー分類選択部の処理動作例を示すフローチャートである。
【図５】割り当て調整部の処理動作例を示すフローチャートである。
【図６】キュー使用率ヒストグラムであり平坦化処理前のグラフである。
【図７】キュー使用率ヒストグラムであり平坦化処理後のグラフである。
【図８】キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の第２の実施形態による構成例を示す図である。
【図９】図８に対応しかつ図３に相当するキュー割り当て情報保持部の構成例を示す。
【符号の説明】
１ キュー分類選択部
２、３２ 情報設定記憶手段
３、３３ キュー割り当て情報保持部
４ 保持記憶手段
５ キューＡ
６ キューＺ
７ 使用率算出部
８ 割り当て調整部
１０ キュー割り当てシステム
１２ パケット・データ
１３ 分類タグ
２１ 番号
２２ 分類タグ内容
２３ キューＩＤ
２４ 検索一致回数
３７ 使用頻度算出部
Claims (11)
- 入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、該パケットに割り当てるキューを決定するキュー分類選択部１と、
特定エントリーの使用頻度を算出可能した使用頻度算出部と、
現在の前記使用頻度算出部の情報から前記キューの識別番号をＸ軸とし、該当使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、前記Ｘ軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行い、新たな割り当て結果を算出する割り当て調整部と、
前記キュー分類選択部が前記分類タグを検索キーとして、前記入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する情報設定記憶手段と、
所定のＮ個のキューを保持する保持記憶手段とを有して構成され、
該保持記憶手段に保持されたキューに蓄積された順番で前記パケットを送出することを特徴とするキュー割り当てシステム。 - 前記割り当て調整部の新たな割り当て結果の算出は、現在の使用頻度算出部の情報から各分類タグに関連した番号をＸ軸とし、該当分類タグの検索一致回数をＹ軸とするヒストグラムを求め、Ｘ軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行うことを特徴とする請求項１記載のキュー割り当てシステム。
- 前記キュー分類選択部は、前記保持記憶手段に実現される前記Ｎ個のキューの内の前記パケットに割り当てるキューを求め、該キューに前記パケットを追加することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載のキュー割り当てシステム。
- 前記情報設定記憶手段は、該情報設定記憶手段に実現されるキュー割り当て情報を保持するキュー割り当て情報保持部を有して構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のキュー割り当てシステム。
- 前記キューは、ＦＩＦＯ型キューであり、前記パケットを該キューに蓄積された順番で送出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のキュー割り当てシステム。
- 入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、該パケットに割り当てるキューを決定するキュー分類選択工程と、
特定エントリーの使用頻度を算出する使用頻度算出工程と、
前記使用頻度算出工程の情報から前記キューの識別番号をＸ軸とし、該当使用率をＹ軸とするヒストグラムを求め、前記Ｘ軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行い、新たな割り当て結果を算出する割り当て調整工程と、
前記キュー分類選択工程が分類タグを検索キーとして、前記入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する情報設定記憶工程と、
所定のＮ個のキューを保持する保持記憶工程とを有して構成され、
該保持記憶工程により保持されたキューに蓄積された順番で前記パケットを送出することを特徴とするパケット交換機のキュー割り当て方法。 - 前記割り当て調整工程の新たな割り当て結果の算出において、現在の使用頻度算出工程の情報から各分類タグに関連した番号をＸ軸とし、該当分類タグの検索一致回数をＹ軸とするヒストグラムを求め、前記Ｘ軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行うことを特徴とする請求項６記載のパケット交換機のキュー割り当て方法。
- 前記割り当て調整工程の新たな割り当て結果の算出は、現在の前記使用率算出工程の情報から、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出することを特徴とする請求項７記載のパケット交換機のキュー割り当て方法。
- 前記キュー分類選択工程は、前記保持記憶工程で実現される前記Ｎ個のキューの内の前記パケットに割り当てるキューを求め、該キューに前記パケットを追加することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項記載のパケット交換機のキュー割り当て方法。
- 前記情報設定記憶工程では、該情報設定記憶工程で実現されるキュー割り当て情報を保持するキュー割り当て情報保持工程を有して構成されることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項記載のパケット交換機のキュー割り当て方法。
- 前記キューは、ＦＩＦＯ型キューであり、前記パケットを該キューに蓄積された順番で送出することを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項記載のパケット交換機のキュー割り当て方法。
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