JP3622145B2

JP3622145B2 - IP priority control method

Info

Publication number: JP3622145B2
Application number: JP2000166102A
Authority: JP
Inventors: 正義鍋島; 敬司清水; 育生山崎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2020-06-02
Also published as: JP2001345849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロトコルの第３層にＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）を用いる場合に利用するための、ＩＰレイヤで優先制御を行うＩＰ優先制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＰレイヤで優先制御を行う方法として、コアステートレス・ネットワークが提案されている（例えば、ＩｏｎＳｔｏｉｃａｅｔａｌ．，Ｃｏｒｅ−ＳｔａｔｅｌｅｓｓＦａｉｒＱｕｅｕｉｎｇ：ＡｃｈｉｅｖｉｎｇＡｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙＦａｉｒＢａｎｄｗｉｄｔｈＡｌｌｏｃａｔｉｏｎｓｉｎＨｉｇｈＳｐｅｅｄＮｅｔｗｏｒｋｓ，”ＳＩＧＣＯＭＭ９８，１９９８．参照）。
【０００３】
コアステートレス・ネットワークでは、公平な帯域割当を実現するために、エッジルータではフロー毎の情報を管理するが、コアルータでは管理しない。このコアステートレス・ネットワーク用のキューイング法では、エッジルータで到着レートが測定され、それらの値がＩＰパケットのヘッダに書き込まれる。
【０００４】
コアステートレス・ネットワークは、エッジルータとコアルータから構成される。そこで必要とされるシステム構成を、図１および図２に示す。図１は、従来の一般的なルータの基本構成を示すものであり、図１中、Ａはルーティング部、Ｂ，Ｃはそれぞれ、図２（ａ），（ｂ）に示す機能に対応する。
【０００５】
すなわち、図２（ａ）は、従来のコアステートレス・ネットワークにおいて、ＩＰパケットがエッジルータに到着したときの処理に必要な機能、図２（ｂ）は、従来のコアステートレス・ネットワークにおいて、ＩＰパケットをバッファに入力するかどうかを決定するときに必要な機能を示している。
【０００６】
エッジルータでは、図２（ａ）に示すように、ＩＰパケットが到着する毎に、ユーザ識別部１が、そのＩＰパケットがどのユーザから送信されたものであるかを識別する。そして、レート情報書き込み部２において、そのＩＰパケットを送出しているユーザの送信レートを測定し、測定した送信レートの値をＩＰパケットのヘッダに書き込む。
【０００７】
また、エッジルータおよびコアルータでは、図２（ｂ）に示すように、ヘッダ読み取り部３において、ヘッダに書き込まれた上記送信レートの値を読み取る。そして、その情報を基にして、選択的パケット廃棄部４において、そのＩＰパケットをバッファ５に入力するか否かの決定を行う。
【０００８】
コアステートレス・ネットワークにおいては、エッジルータでは、上述のように、ユーザ毎の送信レートを測定するために、ユーザ毎の情報を管理する必要がある。しかし、コアルータでは、ＩＰパケットのヘッダに付与されている情報を利用するのみであるため、フロー毎の情報を管理する必要が生じない。その結果、スケーラビリティに優れているという特徴がある。
【０００９】
また、ＴＳＷ（ＴｉｍｅＳｌｉｄｉｎｇＷｉｎｄｏｗ）と呼ばれる、ユーザの現在の送信レートが、ネットワークと契約した帯域を越えているか否かの判定を行う技術が提案されている（例えば、Ｄ．Ｃｌａｒｋｅｔａｌ，ＥｘｐｌｉｃｉｔＡｌｌｏｃａｔｉｏｎｏｆＢｅｓｔ−ＥｆｆｏｒｔＰａｃｋｅｔＤｅｌｉｖｅｒｙＳｅｒｖｉｃｅ，”ＩＥＥＥ／ＡＣＭｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｏｎｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇｖｏｌ．６ｎｏ．４，Ａｕｇｕｓｔ，１９９８参照）。
【００１０】
ＴＳＷでは、図３に示すように、３つのパラメータ、Ｗｉｎ＿ｌｅｎｇｔｈ，Ａｖｇ＿ｒａｔｅ，Ｔ＿ｆｒｏｎｔが使われる（初期値については、図３Ｉ参照）。後述するように、これら３つのパラメータのうちいくつかは、ＩＰパケットが到着する毎に、その値が更新される（図３Ｔ参照）。そして、Ａｖｇ＿ｒａｔｅが、ネットワークと契約したレート以上ならば、確率Ｐ＝（Ａｖｇ＿ｒａｔｅ−契約したレート）／Ａｖｇ＿ｒａｔｅで、ユーザがネットワークと契約した帯域を越えていると書き込まれる。それ以外の場合には、そのＩＰパケットのヘッダには、ネットワークと契約した帯域を越えていないと書き込まれる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したコアステートレス・ネットワークにおいて、ユーザの現在の送信レートが、ネットワークと契約した帯域を越えているか否かの判定を行い、これを、ＩＰパケットの処理に反映させる技術と組み合わせるという発想は、従来は示されていなかった。
【００１２】
本発明の目的は、従来の技術における上述のような問題を解消し、コアステートレス・ネットワークにおいて、ユーザの現在の送信レートが、ネットワークと契約した帯域を越えているか否かの判定を行う技術を組み合わせることにより、ネットワークがユーザに対して、最低限、契約した帯域に等しいレートを保証するサービスを、スケーラビリティを有しながら提供することが可能な、ＩＰ優先制御方法を実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るＩＰ優先制御方法は、エッジルータにＩＰパケットが到着する毎に、そのＩＰパケットを送出しているユーザの送信レートを測定し、測定した送信レートをそのＩＰパケットのヘッダに書き込み、エッジルータおよびコアルータで、上記ＩＰパケットのヘッダに書き込まれた送信レートを基にして、選択的にパケット廃棄を行うようにしたコアステートレス・ネットワークにおけるＩＰ優先制御方法であって、エッジルータで、ユーザの現在の送信レートが、ネットワークと契約した帯域を越えているか否かの判定を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るＩＰ優先制御方法は、上記判定において、ユーザの現在の送信レートが、ネットワークと契約した帯域を超えていると判定された場合に、ある確率で、契約帯域を越えているという情報と、ユーザの現在の送信レートから契約した帯域を減算した値とをＩＰパケットのヘッダに書き込むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るＩＰ優先制御方法は、上記判定において、上記現在の送信レートの情報をヘッダに書き込まれたＩＰパケットに対してのみ、その値を基にして、選択的にパケット廃棄を行うことを特徴とする。
【００１６】
なお、本発明に係るＩＰ優先制御方法においては、上記判定において、ユーザの現在の送信レートが、ネットワークと契約した帯域を超えていないと判定された場合に、その旨を示す情報を、上記ＩＰパケットのヘッダに書き込むことを特徴とする。
【００１７】
従来の技術との差異は、以下の通りである。
本発明に係るＩＰ優先制御方法では、コアステートレス・ネットワークにおいて、エッジルータで、ユーザが現在送信しているレートがネットワークと契約した帯域を越えているか否かの判定を行う。しかし、従来のコアステートレス・ネットワークでは、そのような判定は行っていなかった。
【００１８】
また、本発明に係るＩＰ優先制御方法では、現在の送信しているレートが契約した帯域を越えていたかの情報を、ＩＰパケットのヘッダに対して書き込む。しかし、従来のコアステートレス・ネットワークでは、そのような情報をＩＰパケットのヘッダに対して書き込んではいなかった。
【００１９】
さらに、本発明に係るＩＰ優先制御方法では、判定を行った結果、契約帯域を超えていると判断したときにある確率で、ＩＰパケットのヘッダにレート情報を書き込む。しかし、従来のコアステートレス・ネットワークでは、すべてのＩＰパケットのヘッダに対して送信レート情報を書き込んでいた。
【００２０】
また、本発明に係るＩＰ優先制御方法では、ＩＰパケットのヘッダを読み取る場合に、現在の送信に用いている送信レートが、契約した帯域を越えているか否かの情報とレート情報を読み取る。しかし、従来のコアステートレス・ネットワークでは、レート情報のみを読み取っていた。
ことを特徴とする。
【００２１】
本発明に係るＩＰ優先制御方法の特徴は、コアステートレス・ネットワークにおいて、エッジルータで、ユーザが現在送信しているレートが、ネットワークと契約した帯域を越えているか否かの判定を行い、その結果ネットワークと契約した帯域を越えていると判断したときのみ、ＩＰパケットのヘッダにレート情報を書き込むことである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す好適実施例に基づいて、詳細に説明する。
【００２３】
図４および図５に、実施例のシステム構成を示す。ここで、図４および図５は、それぞれ、従来技術を示した、図２（ａ），（ｂ）に対応するものであり、また、図６は、具体例におけるＩＰパケットの状態を示す図である。
【００２４】
すなわち、図４は、本発明に係るＩＰ優先制御方法において、ＩＰパケットがエッジルータに到着したときに必要となる処理機能を示すものであり、図４において、ユーザ識別部１は、到着したＩＰパケットがどのユーザから送出されたものであるかを判断する。契約帯域判定部６は、このユーザの現在の送信レートが、ユーザがネットワークと契約した帯域を超えているか否かの判定を行う。
【００２５】
そして、図４において、契約帯域判定部６は、上記判定の結果をレート情報書き込み部２に送信する。レート情報書き込み部２は、受取った判定結果から、このＩＰパケットのヘッダに対して、以下のような情報を書き込む。
【００２６】
例えば、ユーザの送信レートが、ユーザがネットワークと契約した帯域を越えていると判断されたならば、ある確率Ｐ（図３に示したＴＳＷを用いている場合には、Ｐ＝（Ａｖｇ＿ｒａｔｅ−契約したレート）／Ａｖｇ＿ｒａｔｅとなる）で、ヘッダに対して、値「１」と現在の送信レート値から契約した帯域を減算した値（図３に示したＴＳＷを用いている場合には（Ａｖｇ＿ｒａｔｅ−契約した帯域）である）を書き込む。
【００２７】
それ以外の場合は、すべてヘッダに対して、値「０」のみを書き込む。ここで値「１」はユーザの送信レートが、ユーザがネットワークと契約した帯域を越えているということを意味し、値「０」は、ユーザの送信レートが、ユーザがネットワークと契約した帯域を越えていないということを意味する。
【００２８】
また、図５は、本発明に係るＩＰ優先制御方法において、ＩＰパケットをバッファに入力するかどうかを決定するときに必要となる処理機能を示すものであり、図５において、ヘッダ読み取り部３は、図４のレート情報書き込み部２でヘッダに書き込まれている情報を読み取る。
【００２９】
ここで、ヘッダに値「０」が書き込まれていると読み取ったならば、そのＩＰパケットは選択的パケット廃棄部４を通らず、そのままバッファに入力されるようにする。ヘッダに値「１」が書き込まれていると読み取ったならば、ヘッダに書き込まれているレート情報の値を選択的パケット廃棄部４に送信する。
【００３０】
選択的パケット廃棄部４は、受取った送信レート値から、そのＩＰパケットを選択的に廃棄するか否かを判定する。選択的パケット廃棄を行うと判定したならば、そのＩＰパケットは、その時点で廃棄するようにする。選択的パケット廃棄を行わないと判定したならば、そのＩＰパケットは、そのままバッファ５に入力するようにする。
【００３１】
図６に示した例では、ＩＰパケットサイズが０．５Ｍビットの２つのＩＰパケットが、それぞれ時刻１．０秒と１．２秒にエッジルータに到着している。ここでは、ユーザとネットワークの契約帯域は、１Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）で、エッジルータは、契約帯域判定部５とレート情報書き込み部２に、ＴＳＷを使っているものとして、説明を続ける。また、ここで、ＴＳＷのパラメータの初期値は、図３Ｉに示したように、それぞれ、Ｗｉｎ＿ｌｅｎｇｈ＝１（秒）、Ａｖｇ＿ｒａｔｅ＝１Ｍ（ｂｉｔ／ｓ））、Ｔ＿ｆｒｏｎｔ＝０（秒）であるとする。
【００３２】
上述のように設定されているシステムに、１番目のＩＰパケットが到着したとき、契約帯域判定部６において、ＴＳＷのパラメータが更新される。その結果、Ａｖｇ＿ｒａｔｅ＝０．７５Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）、Ｔ＿ｆｒｏｎｔ＝１（秒）となる。
この詳細は、以下の通りである。
Ｂｙｔｅ＿ｉｎ＿ＴＳＷ＝１Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）×１（秒）＝１Ｍ（ｂｉｔ）
Ｎｅｗ＿Ｂｙｔｅｓ＝１Ｍ（ｂｉｔ）＋０．５Ｍ（ｂｉｔ）＝１．５Ｍ（ｂｉｔ）
Ａｖｇ＿ｒａｔｅ＝１．５Ｍ（ｂｉｔ）／（１．０−０＋１）（秒）＝０．７５Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）
Ｔ＿ｆｒｏｎｔ＝１（秒）
【００３３】
ここでは、算出されたＡｖｇ＿ｒａｔｅ（＝０．７５Ｍ（ｂｉｔ／ｓ））は、ユーザとネットワークの契約帯域である１Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）より小さい値となるので、契約帯域判定部６は、現在のユーザの送信レートは契約帯域以下であると判断し、その結果を、レート情報書き込み部２に送信する。
レート情報書き込み部２は、契約帯域判定部６から、現在のユーザの送信レートは契約帯域以下という情報を受取ったので、１番目のＩＰパケットのヘッダに値「０」を書き込む。
【００３４】
この１番目のＩＰパケットがバッファ５に入力されるか否か判定されるとき、まず、ヘッダ読み取り部３が、ヘッダに書かれている情報を読み取る。ここでは、１番目のＩＰパケットには、値「０」が書き込まれているので、選択的パケット廃棄部４を通らず、そのままバッファに入力されるようにする。
【００３５】
２番目のＩＰパケットが到着したとき、契約帯域判定部５において、ＴＳＷのパラメータが更新される。その結果、Ａｖｇ＿ｒａｔｅ＝１．０４Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）、Ｔ＿ｆｒｏｎｔ＝１．２（秒）となる。
この詳細は、以下の通りである。
Ｂｙｔｅ＿ｉｎ＿ＴＳＷ＝０．７５Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）×１（秒）＝０．７５Ｍ（ｂｉｔ）
Ｎｅｗ＿Ｂｙｔｅｓ＝０．７５Ｍ（ｂｉｔ）＋０．５Ｍ（ｂｉｔ）＝１．２５Ｍ（ｂｉｔ）
Ａｖｇ＿ｒａｔｅ＝１．２５Ｍ（ｂｉｔ）／（１．２−１．０＋１）（秒）＝１．０４Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）
Ｔ＿ｆｒｏｎｔ＝１．２（秒）
【００３６】
ここでは、算出されたＡｖｇ＿ｒａｔｅは、ユーザとネットワークの契約帯域である１Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）より大きいので、現在のユーザの送信レートは、契約帯域以上であると判断し、その結果をレート情報書き込み部２に送信する。レート情報書き込み部２は、契約帯域以上という情報を受取ったので、ある確率Ｐで、レート情報を書き込むと判断する。
【００３７】
ここでは、レート情報を書き込むと判断したものとして、説明を続ける。
レート情報書き込み部２は、２番目のＩＰパケットのヘッダに値「１」と、現在の送信レートから契約帯域を減算した値（１．０４Ｍ−１．０Ｍ）＝０．０４Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）を書き込む。２番目のＩＰパケットがバッファに入力されるか否か判定するときには、まず、ヘッダ読み取り部３が、ヘッダに書き込まれている情報を読み取る。
【００３８】
２番目のＩＰパケットには、値「１」が書き込まれているので、ヘッダ読み取り部３は、ヘッダに書き込まれているレート情報の値を、選択的パケット廃棄部４に送信する。選択的パケット廃棄部４は、受取った送信レート値から、そのＩＰパケットを選択的に廃棄するか否かを判定するが、ここでは廃棄すると判定したものとし、２番目のＩＰパケットは、この時点で廃棄される。つまり、２番目のＩＰパケットはバッファ５に入力されない。
【００３９】
ここで、上述の確率について説明しておく。前記の確率Ｐは、図６中の契約帯域判定部６が、あるユーザの現在の送信レートが、このユーザがネットワークと契約した帯域を超えているか否かの判定を行う際に用いられるものである。
この確率Ｐは、ＴＳＷでは、前述のように、Ａｖｇ＿ｒａｔｅ＞契約したレートであれば、Ｐ＝（Ａｖｇ＿ｒａｔｅ−契約したレート）／Ａｖｇ＿ｒａｔｅと示され、０＜Ｐ＜１である。
【００４０】
また、図５中の選択的パケット廃棄部４が、ヘッダ読み取り部３から、ＩＰパケットのヘッダ部に値「１」が書き込まれて送られてきたＩＰパケットを、廃棄するか否か判定する際に用いる確率Ｂは、ターゲットキュー長／現在のキュー長をパラメータｍとした場合、下記のように定義できる。
【数１】

【００４１】
ここで、ｍ＞１とは、現在のキュー長がターゲットキュー長より小さいことを意味する。一方、ｍ≦１とは、現在のキュー長がターゲットキュー長以上であることを意味する。ｍが１より小さいときには、ｍが１より大きいときより、ＩＰパケットを積極的に廃棄する。Ｌはパケットラベルの値、αは後述するアルゴリズムにより計算される公平なレート値である。なお、αの初期値は、リンク帯域であり、ｋは定数である（図７を参照）。
【００４２】
ｍが１より大きく、Ｌがｍαとαの間にあるとき、Ｌの値が大きくなると、廃棄確率は高くなる。Ｌの値がｍαに近いＩＰパケットは高い確率で廃棄されるので、輻輳に反応するフローのレートは普通ｍα以下であり、安定化することが期待される。従って、レートがｍαを超えているフローは、輻輳に反応しないフローとみなすことができる。Ｌの値がｍαのＩＰパケットは必ず廃棄される。
【００４３】
上述の、確率的なパケット廃棄アルゴリズムにより、廃棄しないと決定されたＩＰパケットは、ルータは、バッファに空きがある限り、そのＩＰパケットをバッファに入力する。図８に、上述の、確率的なパケット廃棄アルゴリズムのコードを示す。
【００４４】
図９に、前述の、公平なレート値αを計算するアルゴリズムを示す。
ルータは、バッファに入力すると判定されたＩＰパケットを、確率Ｐａで選択し、そのＩＰパケットのラベルの値を読む。そのようなパケットの数がＮａになったならば、それらの値の平均値が、公平なレート値αとなる。
【００４５】
以下に、上述のＩＰ優先制御方法のコンピュータシミュレーション結果を簡単に説明する。
図１０に、１０フローの２ノードモデルを示す。輻輳は、ルータ１とルータ２の間のリンクで起こる。ルータ１がボトルネック地点である。各リンクの伝送遅延は５ｍ秒に設定した。
【００４６】
最初のシミュレーションでは、すべてのフローをＲｅｎｏＴＣＰとした。ＲｅｎｏＴＣＰは、スロースタートと輻輳アボイダンスに加えて、ファーストリトランスミットとファーストリカバリを有している。理想的な帯域割当値と測定された帯域割当値を図１１に示す。理想的な帯域割当値と測定された帯域割当値は、ほとんど同じである。これにより、本発明に係るＩＰ優先制御方法の有効性が確認された。
【００４７】
２番目のシミュレーションでは、シミュレーションの開始時点では、図１２に示したテーブル１の値を最低帯域の値とした。しかし、３０秒後に、すべての最低帯域の値を１Ｍ（ｂｉｔ／ｓ）にした。図１３は、０秒から３０秒の理想的な帯域割当値と測定された帯域割当値を示す。図１４は、３０秒から６０秒の理想的な帯域割当値と測定された帯域割当値を示す。両方の場合とも、理想的な帯域割当値と測定された帯域割当値は、ほとんど同じである。これにより、本発明に係るＩＰ優先制御方法の有効性が確認された。
【００４８】
この他にも、異なる伝送遅延の環境での性能評価なども行った結果、ここでも本発明に係るＩＰ優先制御方法の有効性が確認された。
【００４９】
なお、上記実施例は本発明の一例を示すものであり、本発明はこれに限定されるべきものではない。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、コアステートレス・ネットワークが持つ、スケーラビリティに優れているという特徴を有しながら、各ユーザに対して、ネットワークと契約した帯域を最低限保証することが可能なサービスを実現できるという顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般的なルータの基本構成を示す図である。
【図２】（ａ）は従来のコアステートレス・ネットワークにおいて、ＩＰパケットがエッジルータに到着したときに必要となる機能、（ｂ）は従来のコアステートレス・ネットワークにおいて、ＩＰパケットをバッファに入力するか否かを判定するときに必要となる機能の構成図である。
【図３】ＴＳＷのアルゴリズムを説明する図である。
【図４】実施例における、ＩＰパケットがエッジルータに到着したときに、必要となる機能の構成図である。
【図５】実施例における、ＩＰパケットをバッファに入力するか否かを判定するときに、必要となる機能の構成図である。
【図６】具体例におけるＩＰパケットの説明図である。
【図７】Ｌの値と確率Ｂの関係を例示する図である。
【図８】確率的なパケット廃棄アルゴリズムのコードを示す図である。
【図９】公平なレート値αを計算するアルゴリズムを示す図である。
【図１０】シミュレーションに用いた１０フローの２ノードモデルを示す図である。
【図１１】シミュレーション結果である、理想的な帯域割当値と測定された帯域割当値を示す図（その１）である。
【図１２】シミュレーションに用いたテーブルを示す図である。
【図１３】シミュレーション結果である、理想的な帯域割当値と測定された帯域割当値を示す図（その２）である。
【図１４】シミュレーション結果である、理想的な帯域割当値と測定された帯域割当値を示す図（その３）である。
【符号の説明】
１ユーザ識別部
２レート情報書き込み部
３ヘッダ読み取り部
４選択的パケット廃棄部
５バッファ
６契約帯域判定部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an IP priority control method for performing priority control in an IP layer, which is used when IP (Internet Protocol) is used for the third layer of a protocol.
[0002]
[Prior art]
A core stateless network has been proposed as a method for performing priority control in the IP layer (see, for example, Ion Stoica et al., Core-Stateless Fair Queuing: Achieving Appropriate Fair Bandwidth Allocation 98 in High EMS 98). ).
[0003]
In the core stateless network, in order to realize fair bandwidth allocation, the edge router manages information for each flow, but the core router does not. In the queuing method for the core stateless network, the arrival rate is measured by the edge router, and those values are written in the header of the IP packet.
[0004]
The core stateless network is composed of edge routers and core routers. FIG. 1 and FIG. 2 show the system configuration required therefor. FIG. 1 shows a basic configuration of a conventional general router. In FIG. 1, A corresponds to the routing unit, and B and C correspond to the functions shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), respectively.
[0005]
2A shows functions necessary for processing when an IP packet arrives at an edge router in a conventional core stateless network. FIG. 2B shows an IP packet in the conventional core stateless network. Indicates the functionality required when deciding whether to enter into the buffer.
[0006]
In the edge router, as shown in FIG. 2A, each time an IP packet arrives, the user identification unit 1 identifies from which user the IP packet is transmitted. The rate information writing unit 2 measures the transmission rate of the user sending the IP packet, and writes the measured transmission rate value in the header of the IP packet.
[0007]
Further, in the edge router and the core router, as shown in FIG. 2B, the header reading unit 3 reads the transmission rate value written in the header. Based on the information, the selective packet discard unit 4 determines whether or not to input the IP packet to the buffer 5.
[0008]
In the core stateless network, the edge router needs to manage information for each user in order to measure the transmission rate for each user as described above. However, since the core router only uses information attached to the header of the IP packet, there is no need to manage information for each flow. As a result, it is characterized by excellent scalability.
[0009]
In addition, a technique called TSW (Time Sliding Window) for determining whether or not the current transmission rate of the user exceeds the bandwidth contracted with the network has been proposed (for example, D. Clark et al, Explicit). Allocation of Best-Effort Packet Delivery Service, "IEEE / ACM transaction on networking vol. 6 no. 4, August, 1998).
[0010]
In TSW, as shown in FIG. 3, three parameters, Win_length, Avg_rate, and T_front are used (refer to FIG. 3I for initial values). As will be described later, some of these three parameters are updated each time an IP packet arrives (see FIG. 3T). If Avg_rate is equal to or higher than the rate contracted with the network, the probability P = (Avg_rate−contracted rate) / Avg_rate is written that the user has exceeded the bandwidth contracted with the network. In other cases, the IP packet header is written as not exceeding the bandwidth contracted with the network.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described core stateless network, the idea of determining whether or not the current transmission rate of the user exceeds the bandwidth contracted with the network and combining this with the technology of reflecting the IP packet processing is Previously, it was not shown.
[0012]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art and to determine whether or not the current transmission rate of the user exceeds the bandwidth contracted with the network in the core stateless network. By combining, it is possible to realize an IP priority control method in which a network can provide a service that guarantees at least a rate equal to a contracted bandwidth to a user while having scalability.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the IP priority control method according to the present invention measures the transmission rate of the user sending the IP packet every time the IP packet arrives at the edge router, and determines the measured transmission rate. This is an IP priority control method in a core stateless network in which the packet is selectively discarded by the edge router and the core router based on the transmission rate written in the header of the IP packet. Thus, the edge router determines whether or not the current transmission rate of the user exceeds the bandwidth contracted with the network.
[0014]
The IP priority control method according to the present invention exceeds the contracted bandwidth with a certain probability when it is determined in the above determination that the current transmission rate of the user exceeds the bandwidth contracted with the network. And a value obtained by subtracting the contracted bandwidth from the current transmission rate of the user is written in the header of the IP packet.
[0015]
In the IP priority control method according to the present invention, in the determination, only the IP packet in which the current transmission rate information is written in the header is selectively discarded based on the value. It is characterized by that.
[0016]
In the IP priority control method according to the present invention, when it is determined in the above determination that the current transmission rate of the user does not exceed the bandwidth contracted with the network, the information indicating that fact is stored in the IP priority control method. It is characterized by writing in the header of the packet.
[0017]
Differences from the prior art are as follows.
In the IP priority control method according to the present invention, in the core stateless network, the edge router determines whether the rate currently transmitted by the user exceeds the bandwidth contracted with the network. However, such a determination has not been made in the conventional core stateless network.
[0018]
In the IP priority control method according to the present invention, information indicating whether the current transmission rate exceeds the contracted bandwidth is written in the header of the IP packet. However, in the conventional core stateless network, such information is not written in the header of the IP packet.
[0019]
Furthermore, in the IP priority control method according to the present invention, the rate information is written in the header of the IP packet with a certain probability when it is determined that the contracted bandwidth is exceeded as a result of the determination. However, in the conventional core stateless network, transmission rate information is written in the headers of all IP packets.
[0020]
In the IP priority control method according to the present invention, when the header of the IP packet is read, information indicating whether or not the transmission rate used for the current transmission exceeds the contracted bandwidth and the rate information are read. However, conventional core stateless networks only read rate information.
It is characterized by that.
[0021]
The IP priority control method according to the present invention is characterized in that, in a core stateless network, the edge router determines whether or not the rate currently transmitted by the user exceeds the bandwidth contracted with the network. Only when it is determined that the bandwidth contracted with the network is exceeded, the rate information is written in the header of the IP packet.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on preferred examples shown in the drawings.
[0023]
4 and 5 show a system configuration of the embodiment. Here, FIGS. 4 and 5 correspond to FIGS. 2A and 2B, respectively, showing the prior art, and FIG. 6 is a diagram showing the state of the IP packet in a specific example. It is.
[0024]
That is, FIG. 4 shows processing functions required when an IP packet arrives at the edge router in the IP priority control method according to the present invention. In FIG. Determine from which user the packet was sent. The contracted bandwidth determination unit 6 determines whether or not the current transmission rate of the user exceeds the bandwidth that the user has contracted with the network.
[0025]
In FIG. 4, the contracted bandwidth determination unit 6 transmits the result of the determination to the rate information writing unit 2. The rate information writing unit 2 writes the following information in the header of this IP packet from the received determination result.
[0026]
For example, if it is determined that the user's transmission rate exceeds the bandwidth that the user has contracted with the network, a certain probability P (P = (Avg_rate−contract if the TSW shown in FIG. 3 is used). ) / Avg_rate), a value obtained by subtracting the contracted bandwidth from the value “1” and the current transmission rate value for the header (when using the TSW shown in FIG. 3 (Avg_rate− The contracted bandwidth)).
[0027]
In all other cases, only the value “0” is written in the header. Here, the value “1” means that the transmission rate of the user exceeds the bandwidth that the user contracts with the network, and the value “0” indicates that the transmission rate of the user indicates the bandwidth that the user contracts with the network. It means not exceeding.
[0028]
FIG. 5 shows a processing function required when determining whether or not to input an IP packet to the buffer in the IP priority control method according to the present invention. In FIG. The information written in the header is read by the rate information writing unit 2 in FIG.
[0029]
Here, if it is read that the value “0” is written in the header, the IP packet does not pass through the selective packet discard unit 4 and is input to the buffer as it is. If it is read that the value “1” is written in the header, the value of the rate information written in the header is transmitted to the selective packet discard unit 4.
[0030]
The selective packet discard unit 4 determines whether to selectively discard the IP packet from the received transmission rate value. If it is determined that selective packet discard is to be performed, the IP packet is discarded at that time. If it is determined that the selective packet discard is not performed, the IP packet is input to the buffer 5 as it is.
[0031]
In the example shown in FIG. 6, two IP packets having an IP packet size of 0.5 Mbit arrive at the edge router at time 1.0 seconds and 1.2 seconds, respectively. Here, the description will be continued assuming that the contract bandwidth of the user and the network is 1 M (bit / s), and the edge router uses TSW for the contract bandwidth determination unit 5 and the rate information writing unit 2. Here, the initial values of the TSW parameters are Win_length = 1 (second), Avg_rate = 1 M (bit / s)), and T_front = 0 (second), respectively, as shown in FIG. 3I. .
[0032]
When the first IP packet arrives at the system set as described above, the contract bandwidth determination unit 6 updates the TSW parameter. As a result, Avg_rate = 0.75M (bit / s) and T_front = 1 (second).
The details are as follows.
Byte_in_TSW = 1M (bit / s) × 1 (seconds) = 1 M (bit)
New_Bytes = 1M (bit) + 0.5M (bit) = 1.5M (bit)
Avg_rate = 1.5M (bit) / (1.0-0 + 1) (seconds) = 0.75M (bit / s)
T_front = 1 (second)
[0033]
Here, the calculated Avg_rate (= 0.75M (bit / s)) is smaller than 1M (bit / s), which is the contracted bandwidth between the user and the network, so the contracted bandwidth determination unit 6 It is determined that the user transmission rate is equal to or less than the contracted bandwidth, and the result is transmitted to the rate information writing unit 2.
The rate information writing unit 2 receives the information that the current user transmission rate is equal to or lower than the contracted bandwidth from the contracted bandwidth determining unit 6 and writes the value “0” in the header of the first IP packet.
[0034]
When it is determined whether or not this first IP packet is input to the buffer 5, first, the header reading unit 3 reads information written in the header. Here, since the value “0” is written in the first IP packet, the value is input to the buffer as it is without passing through the selective packet discard unit 4.
[0035]
When the second IP packet arrives, the contract bandwidth determination unit 5 updates the TSW parameter. As a result, Avg_rate = 1.04M (bit / s) and T_front = 1.2 (seconds).
The details are as follows.
Byte_in_TSW = 0.75M (bit / s) × 1 (second) = 0.75M (bit)
New_Bytes = 0.75M (bit) + 0.5M (bit) = 1.25M (bit)
Avg_rate = 1.25M (bit) / (1.2−1.0 + 1) (seconds) = 1.04M (bit / s)
T_front = 1.2 (seconds)
[0036]
Here, since the calculated Avg_rate is larger than 1M (bit / s) which is the contract bandwidth of the user and the network, it is determined that the current user transmission rate is equal to or greater than the contract bandwidth, and the result is written as rate information. Send to part 2. Since the rate information writing unit 2 has received information that the contract bandwidth is exceeded, it is determined that the rate information is written with a certain probability P.
[0037]
Here, the description will be continued assuming that it is determined to write rate information.
The rate information writing unit 2 has a value “1” in the header of the second IP packet and a value obtained by subtracting the contract bandwidth from the current transmission rate (1.04M−1.0M) = 0.04M (bit / s) Write. When determining whether or not the second IP packet is input to the buffer, first, the header reading unit 3 reads information written in the header.
[0038]
Since the value “1” is written in the second IP packet, the header reading unit 3 transmits the value of the rate information written in the header to the selective packet discarding unit 4. The selective packet discard unit 4 determines whether or not to selectively discard the IP packet from the received transmission rate value. Here, it is determined that the IP packet is to be discarded. Discarded. That is, the second IP packet is not input to the buffer 5.
[0039]
Here, the above-mentioned probability will be described. The probability P is used when the contracted bandwidth determination unit 6 in FIG. 6 determines whether or not the current transmission rate of a certain user exceeds the bandwidth contracted by the user with the network. is there.
As described above, in the TSW, this probability P is expressed as P = (Avg_rate−contracted rate) / Avg_rate if Avg_rate> contracted rate, and 0 <P <1.
[0040]
When the selective packet discard unit 4 in FIG. 5 determines whether or not to discard the IP packet sent from the header reading unit 3 with the value “1” written in the header of the IP packet. The probability B used in the above can be defined as follows, where target queue length / current queue length is parameter m.
[Expression 1]

[0041]
Here, m> 1 means that the current queue length is smaller than the target queue length. On the other hand, m ≦ 1 means that the current queue length is greater than or equal to the target queue length. When m is smaller than 1, the IP packet is more actively discarded than when m is larger than 1. L is the value of the packet label, and α is a fair rate value calculated by an algorithm described later. Note that the initial value of α is a link band, and k is a constant (see FIG. 7).
[0042]
When m is greater than 1 and L is between mα and α, the discard probability increases as the value of L increases. Since IP packets whose L value is close to mα are discarded with a high probability, the flow rate that reacts to congestion is usually less than or equal to mα and is expected to stabilize. Therefore, a flow whose rate exceeds mα can be regarded as a flow that does not react to congestion. An IP packet with an L value of mα is always discarded.
[0043]
The IP packet determined not to be discarded by the above-described stochastic packet discard algorithm, the router inputs the IP packet to the buffer as long as there is an empty buffer. FIG. 8 shows the code of the above-described stochastic packet discard algorithm.
[0044]
FIG. 9 shows an algorithm for calculating the fair rate value α described above.
The router selects an IP packet determined to be input to the buffer with a probability Pa, and reads the label value of the IP packet. If the number of such packets becomes Na, the average value of these values becomes a fair rate value α.
[0045]
The computer simulation result of the above IP priority control method will be briefly described below.
FIG. 10 shows a two-node model of 10 flows. Congestion occurs on the link between router 1 and router 2. Router 1 is the bottleneck point. The transmission delay of each link was set to 5 milliseconds.
[0046]
In the first simulation, all flows were set to Reno TCP. Reno TCP has fast retransmit and fast recovery in addition to slow start and congestion avoidance. The ideal bandwidth allocation value and the measured bandwidth allocation value are shown in FIG. The ideal bandwidth allocation value and the measured bandwidth allocation value are almost the same. Thereby, the effectiveness of the IP priority control method according to the present invention was confirmed.
[0047]
In the second simulation, the value of Table 1 shown in FIG. 12 is set to the lowest bandwidth value at the start of the simulation. However, after 30 seconds, all the minimum bandwidth values were set to 1M (bit / s). FIG. 13 shows ideal bandwidth allocation values from 0 to 30 seconds and measured bandwidth allocation values. FIG. 14 shows an ideal bandwidth allocation value from 30 seconds to 60 seconds and a measured bandwidth allocation value. In both cases, the ideal bandwidth allocation value and the measured bandwidth allocation value are almost the same. Thereby, the effectiveness of the IP priority control method according to the present invention was confirmed.
[0048]
In addition, as a result of performance evaluation under different transmission delay environments, the effectiveness of the IP priority control method according to the present invention was confirmed here.
[0049]
In addition, the said Example shows an example of this invention and this invention should not be limited to this.
[0050]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the bandwidth contracted with the network is guaranteed to each user at a minimum while having the feature of the core stateless network having excellent scalability. It is possible to achieve a remarkable effect that a service that can be performed is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a conventional general router.
2A is a function required when an IP packet arrives at an edge router in a conventional core stateless network, and FIG. 2B is an input of the IP packet to a buffer in the conventional core stateless network. It is a block diagram of the function required when determining whether or not.
FIG. 3 is a diagram illustrating a TSW algorithm.
FIG. 4 is a configuration diagram of functions required when an IP packet arrives at an edge router in the embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram of functions required when determining whether or not to input an IP packet to a buffer in the embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an IP packet in a specific example.
7 is a diagram illustrating the relationship between the value of L and the probability B. FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating a code of a probabilistic packet discard algorithm.
FIG. 9 is a diagram showing an algorithm for calculating a fair rate value α.
FIG. 10 is a diagram illustrating a two-node model of 10 flows used for simulation.
FIG. 11 is a diagram (part 1) illustrating an ideal bandwidth allocation value and a measured bandwidth allocation value, which are simulation results.
FIG. 12 shows a table used for simulation.
FIG. 13 is a diagram (part 2) illustrating an ideal bandwidth allocation value and a measured bandwidth allocation value, which are simulation results;
FIG. 14 is a diagram (part 3) illustrating an ideal bandwidth allocation value and a measured bandwidth allocation value, which are simulation results;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 User identification part 2 Rate information writing part 3 Header reading part 4 Selective packet discard part 5 Buffer 6 Contract bandwidth determination part

Claims

Each time an IP packet arrives at the edge router, the transmission rate of the user sending the IP packet is measured, and the measured transmission rate is written in the header of the IP packet. An IP priority control method in a core stateless network that selectively discards packets based on a transmission rate written in a header,
At the edge router, the current transmission rate of the user, have rows determines whether exceeds the bandwidth contracted with a network,
In this determination, when it is determined that the current transmission rate of the user exceeds the bandwidth contracted with the network, the contract is determined based on the information that the contracted bandwidth is exceeded with a certain probability and the current transmission rate of the user. An IP priority control method, wherein a value obtained by subtracting the bandwidth thus written is written in a header of an IP packet .

The IP priority control method according to claim 1,
An IP priority control method, wherein packet discarding is selectively performed based only on an IP packet in which information on the current transmission rate is written in a header.

The IP priority control method according to claim 1,
In the above determination, when it is determined that the current transmission rate of the user does not exceed the bandwidth contracted with the network, information indicating that is written in the header of the IP packet. Method.