JP3705353B2 - パケットスケジューリング装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケットスケジューリング装置及び方法に関し、特に、パケットをクラス別パケットキューに蓄積するパケットスケジューリング装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
パケット交換の分野では、網が保証する通信品質(QOS:Quality of Service)を「クラス」(優先クラス又はサービスクラス)と呼ばれる複数の段階又は種類に分けることが行われている。パケット交換網は、優先度の高いクラスに属するパケットの転送には広い帯域を割り当て、優先度の低いクラスに属するパケットを転送には、狭い帯域を割り当てるなどして、その通信品質をクラス毎に保証する。
【0003】
各クラスに対してそれぞれ異なる通信品質を保証するため、パケット交換網の各パケット交換機は、受け取ったパケットの転送順序を決定するパケットスケジューリング装置を有している。従来のパケットスケジューリング装置を図9に示す。
【0004】
図9のパケットスケジューリング装置は、重み付き回転優先(WRR:Weighted Round Robin)スケジューリング方式を採用する装置である。このWRRパケットスケジューリング方式には、受け取ったパケットのソーティングが不要であり、各クラス毎に最大転送帯域を設定でき、いずれかのクラスに属するパケットの転送を連続的に行うといった問題が無い(フェアネス特性が良好である)、という特長がある。
【0005】
以下、図9のパケットスケジューリング装置について詳細に説明する。
【0006】
図9のパケットスケジューリング装置は、共有バッファ部1、書き込み制御部2、読み出し制御部3、キュー長管理部4、スケジューラ部5、トークン管理部6より構成される。
【0007】
共有バッファ部1は、クラス#1〜#Nにそれぞれ対応するN個のパケットキューを有している。
【0008】
書き込み制御部2は、パケットを受信すると、受信したパケットのヘッダフィールドに格納された情報に基づいて、そのパケットが属するクラスの識別を行う。そして、書き込み制御部2は、識別結果に基づき、共有バッファ部1の該当するクラスのパケットキューに対して受信したパケットの書き込みを行う。また、書き込み制御部2は、受信したパケットのクラス及びパケット長等の所定の情報をパケット書き込み情報としてキュー長管理部4に通知する。
【0009】
読み出し制御部3は、スケジューラ部5から出力クラス番号(OC)を用いて要求されたクラスのパケットキューから先頭のパケットを読み出し、読み出したパケットを外部へ出力する。また、読み出し制御部3は、読み出したパケットのパケット長(PL)を、スケジューラ5からの出力クラス番号(OC)とともにトークン管理部6へ出力する。さらに、読み出し制御部3は、読み出したパケットのクラス番号及びパケット長等の所定の情報をパケット読み出し情報としてキュー長管理部4に通知する。
【0010】
キュー長管理部4は、書き込み制御部2からのパケット書き込み情報と読み出し制御部3からのパケット読み出し情報を用いて、パケットキュー毎に、そこに格納されているパケット数及びパケット長を管理する。そして、キュー長管理部4は、各パケットキューに送信可能なパケットが存在するか否かを示す有効パケットビット列(VS)をスケジューラ部5に出力する。なお、有効パケットビット列(VS)は、Nビットのビット列信号であって、各ビットはパケットキューに1対1で対応する。即ち、有効パケットビット列は、対応するパケットキューに送信可能なパケットが存在するビットは、「1」、存在しないビットは、「0」となる。
【0011】
スケジューラ部5は、キュー長管理部4より入力される有効パケットビット列(VS)と、トークン管理部6より入力される送信許可ビット列(SS)とに基づいて、次に送信すべきパケットが属するクラスを決定し、上述した出力クラス番号(OC)として読み出し制御部3に出力する。ここで、送信許可ビット列(SS)は、Nビットのビット列信号であり、各ビットはクラスに1対1に対応する。即ち、トークン管理部6が送信を許可しているクラスに対応するビットは、「1」となり、送信を禁止しているクラスに対応するビットは、「0」となっている。そして、スケジューラ部5は、有効パケットビット列(VS)及び送信許可ビット列が共に「1」であるクラスのうちから、ラウンドロビン的に1つのクラスを選択して、出力クラス番号を決定する。
【0012】
スケジューラ部5は、また、所定の条件を満たす場合に、トークン加算要求をトークン管理部6に通知する。ここで、所定の条件とは、スケジューラ部5の動作を規定するアルゴリズムに依存するが、代表的なものとして以下の二つがある。
【0013】
一つは、送信すべきパケットが存在しない場合である。すなわち、有効パケットビット列(VS)と送信許可ビット列の双方が「1」を示すクラスが存在しない場合である。送信すべきパケットが存在しない場合にトークン加算要求をトークン管理部6に通知するパケットスケジューリング装置では、クラス毎に設定した帯域比に従ってパケットの転送を行うことが可能である。この場合、あるクラスの入力トラフィック量が少ないとき、残余帯域は、他のクラスのパケットを転送するために他のクラスの帯域比に従って利用される。
【0014】
もう一つは、予め設定された時間が経過した場合である。この場合、スケジューラ部5は、トークン管理部6に一定周期でトークンの加算要求を行う。一定周期毎にトークン加算要求をトークン管理部6に通知するパケットスケジューリング装置では、クラス毎に最大転送レートを設定することが可能である。これは、ラウンドロビンスケジューラで制御されるクラス(パケットキュー)以外に、ベストエフォート用のクラスのパケットを取り扱う場合に有効である。
【0015】
トークン管理部6は、クラス毎にトークンの管理を行う。即ち、トークン管理部6は、スケジューラ部5からトークン加算要求があったとき、各クラスに対応するトークン量に、クラス毎に予め設定された重みによって重み付けされ加算トークン量をそれぞれ加える。また、トークン管理部6は、読み出し制御部3から出力クラス番号とパケット長の通知を受けると、該当するクラスのトークン量からパケット長に相当する分の減算量を減算する。そして、トークン管理部6は、各クラスのトークン量を基準値と比較し、対応するビットを、トークン量が基準値以上の場合には「1」、基準値を下回る場合には「0」とした送信許可ビット列を生成する。
【0016】
図10を参照して、トークン管理部6についてより詳細に説明する。
【0017】
トークン管理部6は、各クラス毎のトークン加減算回路7−1,7−2,7−3,7−4,…,7−Nと、こららトークン加減算回路7−1〜7−Nに接続された送信許可ビット更新回路8を有している。
【0018】
トークン加減算回路7−1〜7−Nの各々は、トークン量(変数)、加算トークン量、最大トークン量をパラメータとして記憶保持している。なお、加算トークン量及び最大トークン量は、クラス毎に予め設定される。
【0019】
トークン加減算回路7−1〜7−Nの各々は、スケジューラ部5よりトークン加算要求が入力されると、トークン量に加算トークン量を加える。ただし、加算結果が最大トークン量を超えた場合は、トークン量を最大トークン量に設定する。
【0020】
また、トークン加減算回路7−1〜7−Nの各々は、読み出し制御部3から通知された出力クラス番号が、自身が担当するクラスである場合には、同時に読み出し制御部3から通知されたパケット長に相当する分の減算量をトークン量より減算する。
【0021】
そして、トークン加減算回路7−1〜7−Nの各々は、加算の結果又は減算の結果、トークン量が“0”以上になると、該当クラスの送信許可ビットが「1」になるように送信許可フラグ更新回路8に対して要求し、トークン量が“0”未満になると、該当クラスの送信許可ビットが「0」になるように送信許可フラグ更新回路8に対して要求する。
【0022】
送信許可フラグ更新回路8は、各クラスに対応する送信許可フラグを有し、トークン加減算回路7−1〜7−Nからの要求に応じて、その値を「1」又は「0」に変更する。送信許可フラグ更新回路8におけるフラグの内容は、送信許可ビット列としてスケジューラ5へ出力される。
【0023】
以上のようにして、従来のパケットスケジューリング装置は、クラス分けされたパケットを、各クラスにそれぞれ対応する通信品質を保証するように転送することができる。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパケットスケジューリング装置では、トークン量を格納するためのトークンレジスタと、トークン加減算処理を実行するための加減算回路をクラス毎に設ける必要があるため、クラス数を増やそうとすると回路規模が増大する。このため、従来のパケットスケジューリング装置は、実際に実現可能な最大クラス数が10クラス程度に制限されるという問題点がある。
【0025】
そこで、本発明は、WRRスケジューリング方式の特長を生かしながら、回路規模を大きく増大させることなく、数100クラスを実現することができるパケットスケジューリング装置及び方法を提供することを目的とする。
【0026】
なお、WRRスケジューリング方式を採用するパケットスケジューリング装置としては、特開平10−200532号公報や特開平2001−53807号公報に記載されたものもある。しかしながら、これらのパケットスケジューリング装置も、上述した従来のパケットスケジューリング装置と同様に、クラスを増やそうとすると回路規模が大きくなるという問題点を有している。
【0027】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数のクラスを提供するパケット交換網に用いられるパケットスケジューリング装置であって、入力されるパケットをクラス別に蓄積する共有バッファ部と、各クラスに対応するトークン値と基準値とを用いてクラス毎にパケットの送信が認められるか否かを判定するトークン管理部と、該トークン管理部の判定結果を受けてパケット送信の対象となるクラスを決定するスケジューラ部と、該スケジューラ部が決定したクラスのパケットを前記共有バッファ部から読み出して送信する読み出し制御部とを備えたパケットスケジューリング装置において、前記トークン管理部は、各クラスに対応する前記トークン値を、パケット長のバイト量と各クラスに応じて設定された重みとを用いて「バイト量/重み」で管理し、前記読み出し制御部から通知された出力クラス番号及び出力パケット長に応じて、前記出力クラス番号が示すクラスに対応するトークン値から、前記出力パケット長および前記クラスに設定された重みを用いて算出したトークン値を減算するトークン減算回路と、前記スケジューラ部からのトークン加算要求に応じて、前記クラスに共通して用いる前記基準値を、全てのクラスからのパケット送出が認められる判定が出せる値に減算設定するトークン加算回路とを備えることを特徴とするパケットスケジューリング装置が得られる。
【0030】
また、本発明によれば、複数のクラスを提供するパケット交換網のパケットスケジューリング装置に用いられ、スケジューラ部からのトークン加算要求に応じて各クラスに対応するトークン値を各クラスの重みに応じて増加させ、読み出し制御部からの通知に応じて送信されたパケットが属するクラスに対応するトークン値を送信したパケットのパケット長に応じて減少させるトークン管理部において、各クラスに対応し、パケット長のバイト量と各クラスに応じて設定された重みを用いて「バイト量/重み」で管理するトークン値を記憶するパラメータメモリと、前記読み出し制御部から通知された出力クラス番号及び出力パケット長に応じて、前記出力クラス番号が示すクラスの前記トークン値を前記パラメータメモリから読み出し、読み出したトークン値から前記出力パケット長および前記クラスに設定された重みを用いて算出したトークン値を減算して新たなトークン値として前記パラメータメモリに書き込むとともに、前記新たなトークン値と基準値との比較結果に基づいて当該クラスに対応する第1の送信許可ビット更新要求を行うトークン減算回路と、前記スケジューラ部からのトークン加算要求に応じて、前記クラスに共通して用いる前記基準値を、全てのクラスからのパケット送出が認められる判定が出せる値に減算設定し、全てのクラスに対応する第2の送信許可ビット更新要求を行うトークン加算回路と、前記第1の送信許可ビット更新要求及び前記第2の送信許可ビット更新要求を受けて、各クラスのパケット送信が認められるか否かを表す送信許可ビット列を生成する送信許可ビット更新回路とを有することを特徴とするトークン管理部が得られる。
【0031】
また、本発明によれば、第1のトークン管理部において、所定の周期で前記パラメータメモリに記憶されている各クラスのトークン値を呼び出して、クラス毎に設定されている最大トークン量に基づいてタイムアウト判定をおこない、タイムアウトと判定した場合に、前記トークン値に関連付けてタイムアウトフラグを前記パラメータメモリに記憶させるタイムアウト監視回路を設け、前記トークン減算回路は、読み出したトークン値にタイムアウトフラグが関連付けられている場合には、その値を前記最大トークン量に基づいて決まる値に変更した後、変更されたトークン値から前記出力パケット長および前記クラスに設定された重みを用いて算出したトークン値を減算して新たなトークン値とするようにしたことを特徴とする第2のトークン管理部が得られる。
【0032】
さらに、本発明によれば、第1のトークン管理部において、前記スケジューラ部からのトークン加算要求があったとき、各クラスに対応する最大トークンフラグのうち前記送信許可ビット列が送信許可を示すクラスについてオンし、前記トークン減算回路からの要求に応じて要求されたクラスに対応する最大トークンフラグをオフする最大トークンフラグ更新回路を設け、前記トークン減算回路は、全てのクラスに共通の最大トークン量を保持するとともに、前記最大トークンフラグ更新回路に保持された最大トークンフラグのうち前記読み出し制御部から通知された出力クラス番号が示すクラスに対応する最大トークンフラグを参照し、最大トークンフラグがオンの場合は読み出したトークン値を所定の値に変更し、変更されたトークン値から前記出力パケット長および前記クラスに設定された重みを用いて算出したトークン値を減算して新たなトークン値とするようにしたことを特徴とする第3のトークン管理部が得られる。
【0033】
さらにまた、本発明によれば、入力されるパケットをクラス別に蓄積するための共有バッファ部と、各クラスに対応するトークンを用いてクラス毎にパケットの送信が認められるか否かを判定するトークン管理部と、該トークン管理部の判定結果を受けてパケット送信を行うクラスを決定するスケジューラ部とを備えたパケットスケジューリング装置を用いたパケットスケジューリング方法において、前記トークンの単位を「バイト量/重み」とすることによって、全クラスのトークンに各クラスの重みに応じたトークンをそれぞれ追加する処理を、同一量のトークンを追加することにより行えるようにしたことを特徴とする第1のパケットスケジューリング方法が得られる。
【0034】
また、本発明によれば、前記トークン管理部が、前記トークンの値が基準値以上の場合にパケットの送信を認め、前記トークンの値が基準値を下回る場合にパケットの送信を認めないと判定する第1のパケットスケジューリング方法において、前記基準値を所定量減少させることによって、全クラスのトークンに各クラスの重みに応じたトークンをそれぞれ追加する処理を不要にしたことを特徴とする第2のパケットスケジューリング方法が得られる。
【0035】
さらに、本発明によれば、第2のパケットスケジューリング方法において、前記トークン管理部が、所定の条件を満たす場合に前記基準値を前記所定量減少させ、前記パケットが送信されたとき、送信されたパケットが属するクラスに対応するトークンを当該パケットのパケット長をそのクラスの重みで除算した量だけ減少させることを特徴とする第3のパケットスケジューリング方法が得られる。
【0036】
【作用】
従来のパケットスケジューリング装置では、トークン量の単位をパケットのサイズと同じ「バイト量」としていたが、本発明では、トークン量の単位をパケットのサイズを各クラスの重みで除した「バイト量/重み」とする。また、“トークン量=トークン値−基準値”となる、トークン値及び基準値を規定する。ここで、トークン値は各クラス毎に定まる値、基準値は全クラスに共通の値である。
【0037】
トークン加算要求があった場合は、各クラス毎にトークン値を変更するのではなく、基準値を所定量だけ減少させる。トークン量の単位が、「バイト量/重み」であるので、このように基準値を変更するだけで、各クラスの重みに応じたトークン加算処理を行うことができる。即ち、1つの減算回路で、クラス毎に設けていた複数の加算回路の代わりとすることができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0039】
本発明の第1の実施の形態に係るパケットスケジュール装置は、トークン管理部を除いて従来のパケットスケジュール装置と同じである。従って、以下では、本実施の形態のパケットスケジュール装置に用いられるトークン管理部についてのみ説明する。
【0040】
図1に、本発明の第1の実施の形態に係るパケットスケジュール装置に用いられるトークン管理部のブロック図を示す。
【0041】
図1のトークン管理部は、パラメータメモリ10、パラメータメモリアクセス回路11、トークン減算回路12、タイムアウト監視回路13、トークン加算回路14及び送信許可ビット更新回路15より構成される。
【0042】
パラメータメモリ10は、クラス毎に、トークン値、重み、最大トークン量及びタイムアウトフラグの4つのパラメータを格納する。パラメータメモリ10の格納内容(パラメータテーブル)の一例を図2に示す。
【0043】
図2の例では、4つのクラスが規定されており、各クラスにはそれぞれ異なる重み及び最大トークン量が設定されている。トークン値及びタイムアウトフラグは、その時までのパケットスケジュール装置の動作結果として得られる変数又はフラグである。なお、本実施の形態におけるトークン値は、従来のトークン量とは異なるものである。即ち、従来のトークン量は、その単位を「バイト量」としていたが、本実施の形態におけるトークン値(及びトークン量)は、その単位を「バイト量/重み」としている。
【0044】
図1に戻ると、パラメータメモリアクセス回路11は、トークン減算回路12及びタイムアウト監視回路13の各々からの要求に従い、パラメータの書き込み及び読み出しを行う。
【0045】
トークン減算回路12は、読み出し制御部3(図9参照)から出力クラス番号とパケット長とを知らせる通知を受けると、通知されたクラスに対応するパラメータをパラメータメモリ10から読み出すように、パラメータメモリアクセス回路11に要求する。そして、パラメータメモリアクセス回路11から読み出したパラメータを受け取ると、トークン減算回路12は、そのパラメータに含まれるトークン値から、読み出し制御部3から通知されたパケット長分のトークンを減算する。ここで、パケット長分のトークンは、“パケット長/重み”に等しい。さらに、トークン減算回路12は、パケット長分の減算トークン値を減算して得た更新されたトークン値をパラメータメモリ10に書き込むよう、パラメータメモリアクセス回路11に要求する。
【0046】
また、トークン減算回路12は、更新されたトークン値とトークン加算回路14に記憶されている基準値とを比較する。更新されたトークン値が基準値より小さくなると、送信許可ビット更新回路15に対して、送信許可ビットを「0」にするように要求する。換言すると、“トークン値−基準値=トークン量”とした場合に、トークン量が負の値になると、送信許可ビット更新回路15に対して、送信許可ビットを「0」にするように要求する。
【0047】
トークン加算回路14は、上述のように基準値を記憶している。そして、トークン加算回路14は、スケジューラ5(図9参照)からの加算要求を受け取ると、基準値の値を所定量(加算基準量という)だけ減じる。ここで、加算基準量は、各クラスのトークン値がどの様な値であっても、減算後の新たな基準値を用いて判断すると全てのクラスについてパケット送信が許可されるように定められている。具体的には、加算基準量は、“パケットの最大長/重みの最小値”よりも大きい値に定められる。トークン加算回路14は、基準値から加算基準量を減算したならば、全てのクラスについてパケット送信が許可になったとして、送信許可ビット更新回路15に対して全クラスの送信許可ビットを「1」にするよう要求する。
【0048】
タイムアウト監視回路13は、パラメータメモリアクセス回路11に対して、所定の周期で、順番に各クラスのパラメータを読み出すよう要求する。そして、タイムアウト監視回路13は、パラメータメモリアクセル回路11によって読み出されたパラメータに基づいて、各クラス毎にトークン値と“最大トークン量+基準値”とを比較する。比較の結果、トークン値が“最大トークン量+基準値”以下の場合、タイムアウト監視回路13は、タイムアウトは発生していないと判断して、タイムアウトフラグを「0」(又はオフ)にする。一方、トークン値が“最大トークン量+基準値”よりも大きい場合は、タイムアウト監視回路13は、タイムアウトが発生していると判断して、タイムアウトフラグを「1」(又はオン)にする。
【0049】
送信許可ビット更新回路15は、トークン減算回路12及びトークン加算回路14からの要求に従って送信許可ビットを更新し、スケジューラ部5(図9参照)に出力する。
【0050】
次に、図1のトークン管理部の動作について、図3乃至図5をも参照して説明する。
【0051】
図1のトークン管理部は、大きく分けて3つの処理を実行する。1つは、スケジューラ部5よりトークン加算要求を受けた場合にトークンの加算処理を行うことである。もう1つは、読み出し制御部3より出力クラス番号及びパケット長の通知(トークン減算要求)を受けた場合に、該当するクラスのトークンの減算処理を行うことである。残りの1つは、パラメータメモリ10に記憶されている各クラスのパラメータに順番にアクセスして、タイムアウト判定処理を行うことである。以下、トークン加算処理については図3を参照して、トークン減算処理については図4を参照して、タイムアウト判定処理については図5を参照して、説明する。
【0052】
トークン加算処理は、トークン加算回路14において、図3に示すように行われる。即ち、トークン加算回路14は、トークン加算要求を受け取ると、まず、現在の基準値から加算基準量を減算して新たな基準値とする(ステップS301)。次に、トークン加算回路14は、全クラスの送信許可ビットを「1」にするよう送信許可ビット更新回路15に要求する。
【0053】
トークン減算処理は、トークン減算回路12において、図4に示すように行われる。即ち、トークン減算回路12は、出力クラス番号及びパケット長の通知を受け取る(ステップS401)と、パラメータメモリアクセス回路11を介して、通知されたクラスに対応するパラメータを読み出す(ステップS402)。そして、トークン減算回路12は、タイムアウトフラグが「1」か否かチェックする(ステップS403)。タイムアウトフラグが「0」の場合、トークン減算回路12は、トークン値と“最大トークン量+基準値”とを比較する(ステップS404)。ステップS403においてタイムアウトフラグが「1」と判定された場合及びステップS404においてトークン値が“最大トークン量+基準値”より大きい判断された場合は、トークン減算回路12は、トークン値を“最大トークン量+基準値”(=最大トークン値)に変更する(ステップS405)。続いて、トークン減算回路12は、トークン値から“通知されたパケット長/重み”を減算し(ステップS406)、タイムアウトフラグを「0」に設定し(ステップS407)、パラメータメモリアクセス回路11を介して、更新したトークン値とタイムアウトフラグをパラメータメモリ10に格納する(ステップS408)。最後に、トークン減算回路12は、トークン値と基準値との比較を行い(ステップS409)、トークン値が基準値以上であれば、送信許可ビットを「1」に設定し、トークン値が基準値より小さければ送信許可ビットを「0」に設定するよう送信許可ビット更新回路15に要求する(ステップS410及びS411)。
【0054】
タイムアウト判定処理は、タイムアウト監視回路13において、図5に示すように行われる。即ち、タイムアウト監視回路13は、パラメータメモリアクセス回路11を介して、タイムアウト判定対象クラスのパラメータの読み出しを行う(ステップS501)。ここで、タイムアウト判定対象クラスとなるのは、全てのクラスであるが、一時に呼び出されるのは、1つのクラスのパラメータである。即ち、1つのクラスについてタイムアウト監視処理を終了すると、次のクラスのタイムアウト監視処理を行うというように、所定の時間間隔で順次1クラスずつ処理が行われる。次に、タイムアウト監視回路13は、タイムアウトフラグを見て(ステップS502)、タイムアウトフラグが「0」のときは、トークン値と“最大トークン量+基準値”とを比較する(ステップS503)。トークン値が“最大トークン量+基準値”よりも大きい場合は、タイムアウトと判定して、タイムアウトフラグを「1」にする(ステップS504)。ステップS502においてタイムアウトフラグが「1」であった場合、及びステップS504においてタイムアウトフラグが「1」に変更された場合、タイムアウト監視回路13は、パラメータメモリアクセス回路11を介してタイムアウト判定対象クラスのタイムアウトフラグを「1」にする(ステップS505)。また、ステップS503においてトークン値が“最大トークン量+基準値”以下の場合、タイムアウト監視回路13は、パラメータメモリアクセス回路11を介してタイムアウト判定対象クラスのパラメータメモリ10に格納されたタイムアウトフラグを「0」にする(ステップS505)。最後に、タイムアウト監視回路13は、タイムアウト判定対象クラスを1つインクリメント(次のクラスに変更)し(ステップS506)、1つのタイムアウト判定対象クラスについてのタイムアウト判定処理を終了する。このあと、タイムアウト監視回路13は、所定時間が経過する毎に図5に示す処理を繰り返す。
【0055】
以上のようにして、本実施の形態のトークン管理部は、トークン加算処理、トークン減算処理及びタイムアウト判定処理を実行する。
【0056】
次に、上記3つの動作を行った場合の、パラメータメモリ10に格納されているパラメータの変化について図6を参照して説明する。ここでは、初期状態として、パラメータメモリ10に格納されているパラメータが、図6(a)に示される状態にあるとする。
【0057】
図6(a)に示すように、このトークン管理部は、クラス番号1,2,3及び4の4つのクラスに対応している。クラス番号1乃至4の各クラスには、重みとして3,2,5及び4がそれぞれ設定され、最大トークン量として30,20,40及び20がそれぞれ設定されている。また、各クラスのトークン値は、クラス番号1から4の順番に、30,23,23及び81となっている。さらに、クラス番号1乃至3の各クラスについては、タイムアウトフラグは「0」であるが、クラス番号4のクラスのタイムアウトフラグは「1」になっている。
【0058】
また、上記状態において、送信許可ビット更新回路15は、クラス番号1及び4について「1」、クラス番号2及び4について「0」の送信許可ビット列を出力しているものとする。
【0059】
さらに、トークン加算回路14には、基準値として「25」が、加算基準量として「20」が設定されているものとする。
【0060】
以上の状態において、各クラスのトークン量(=トークン値−基準値)は、それぞれ、5,−2,−2及び20となる。ここで、クラス番号4のクラスのトークン量が20となっているのは、タイムアウトフラグが「1」であるため、トークン量を最大トークン量としたためである。なお、トークン量は、説明の便宜のために用いられるパラメータであって、パラメータメモリ10には格納されていない。また、トークン量が「0」以上のとき送信許可ビットは「1」となり、トークン量が負のとき送信許可ビットは「0」となる。
【0061】
上記初期状態において、クラス番号1のクラスに属するパケット長24のパケットが送信されたとする。この場合、トークン減算回路12は、読み出し制御部3からの出力クラス番号及びパケット長の通知を受けて、トークン減算処理を行う。即ち、トークン減算回路12は、トークン値「30」から“パケット長/重み”である「24/3=8」を減算して、新たなトークン値「22」を得る。新たなトークン値「22」は、基準値「25」より小さいので、トークン減算回路12は、送信許可ビット更新回路15に対して、送信許可ビットを「0」にするよう要求する。以上の結果得られたパラメータを図6(b)に示す。
【0062】
次に、パラメータが図6(b)の状態のとき、クラス番号4のパケット長32のパケットの送信が行われたとする。この場合、トークン減算回路12は、クラス番号4のタイムアウトフラグが「1」であることを認識し、トークン値を“最大トークン量+基準値”(20+25=45)に設定する。次に、トークン減算回路12は、設定されたトークン値から“パケット長/重み”(32/4=8)を減算する。その結果、新たなトークン値「45−8=37」が得られる。この新たなトークン値「37」は、基準値「25」よりも大きいので、トークン減算回路12は、送信許可ビット更新回路15に対して、送信許可ビットを「1」にするよう要求する。これにより、クラス番号4の送信許可ビットは「1」のままとなる。また、トークン減算回路12は、タイムアウトフラグを「0」に変更する。以上の結果を図6(c)に示す。
【0063】
次に、パラメータが図6(c)の状態のとき、スケジューラ部5よりトークン加算要求があったとする。この場合、トークン加算回路14は、基準値「25」から基準加算量「20」を減算し、新たな基準値「5」を得る。ここでは、基準値が20減算されているだけであるが、各クラスのトークンの単位を「バイト量/重み」と定義しているため、トークン値に重みに比例した加算トークン量を追加したことと同義である。この結果、全クラスのトークン値が基準値よりも大きくなるので、トークン加算回路14は、全てのクラスの送信許可ビットを「1」にするよう送信許可ビット更新回路15に要求する。以上の結果を図6(d)に示す。
【0064】
なお、図6(d)では、クラス番号4のタイムアウトフラグが「1」になっている。これは、図6(c)の状態から図6(d)の状態に更新されるまでの間に、タイムアウト監視回路13がタイムアウト判断処理の実行があれば、このようになるということを示すものである。
【0065】
以上のように、本実施の形態によるパケットスケジューリング装置では、トークン加算処理を基準値の減算処理に置き換えたことにより、各クラス毎の加減算回路が不要となり、全クラスに対して1つの加算回路と1つの減算回路があればよいので、回路規模を増大させることなく、対応可能なクラス数を増加させることができる。これにより、本実施の形態によるパケットスケジューリング装置では、従来と同程度の回路規模で、数100クラスに対応すること可能である。
【0066】
次に、図7及び図8を参照して、本発明の第2の実施の形態に係るパケットスケジューリング装置に用いられるトークン管理回路について詳細に説明する。なお、本実施の形態に係るパケットスケジューリング装置も、第1の実施の形態の場合と同様、トークン管理回路を除いて従来のパケットスケジューリング装置と同じ構成である。
【0067】
図7を参照すると、本実施の形態に係るトークン管理回路は、パラメータメモリ10b、パラメータメモリアクセス回路11、トークン減算回路12b、トークン加算回路13、最大トークンフラグ更新回路16、送信許可ビット更新回路15より構成される。
【0068】
パラメータメモリ10bは、クラス毎のパラメータ、即ちパラメータテーブルを格納する。このパラメータテーブルには、トークン値及び重みの項目はあるが、最大トークン量及びタイムアウトビットの項目は存在しない。
【0069】
トークン減算回路12bは、全クラス共通の最大トークン量を保持している。この最大トークン量は、トークン加算処理において用いられる加算基準量と同じ量である。そして、トークン減算回路12bは、トークン減算処理を行う際に、最大トークンフラグ更新回路16からの最大トークンフラグを確認し、対応するクラスの最大トークンフラグが「1」の場合には、トークン値を最大トークン値(=最大トークン量+基準値)に設定して、トークン減算処理を行う。そして、トークン減算回路は、トークン減算処理行った後、対応するクラスの最大トークンフラグを「0」にするよう最大トークンフラグ更新回路16に要求する。
【0070】
最大トークンフラグ更新回路16は、各クラスにそれぞれ対応する最大トーンフラグを有している。各フラグは初期状態「1」であって、「1」の時は、対応するクラスのトークン量が最大トークン量であることを意味する。最大トークンフラグ更新回路16は、トークン減算回路12bからの要求に応じて、対応するクラスの最大トークンフラグを「0」に設定する。また、スケジューラ部5よりトークン加算要求があった場合には、最大トークンフラグの値を送信許可ビット更新回路15から出力される送信許可ビット列と同一の値に更新する。
【0071】
ここで、最大トークンフラグ更新回路16が、トークン加算要求があった場合に、最大トークンフラグの値を送信許可ビット列と同一の値に更新する理由について説明する。
【0072】
トークン加算要求があると、トークン加算回路14は、“基準値−加算基準量”を計算して新たな基準値とする。一方、トークン量は、“トークン値−基準値”であるので、基準値が加算基準量だけ減少すると、トークン量は加算基準量だけ増加する。本実施の形態では、加算基準量と最大トークン量とが等しいので、トークン量が加算基準量だけ増加するということは、トークン量に最大トークン量を加算することを意味する。そして、その加算結果は、トークン量が「0」以上(トークン値が基準値以上)の場合、最大トークン量よりも大きくなる。従って、この場合のトークン量は、最大トークン量に設定されなければならない。その一方で、トークン量が「0」以上(トークン値が基準値以上)の場合には、送信許可ビット更新回路から出力される送信許可ビットは、「1」である。つまり、トークン加算要求があった場合に、最大トークンフラグを「1」にしなければならないクラスは、送信許可ビット更新回路15から出力される送信許可ビット列が「1」となっているクラスである。
【0073】
次に、トークン減算回路12bの動作を図9のフローチャートを参照して説明する。
【0074】
トークン減算回路12bは、まず、読み出し制御部3から出力クラス番号とパケット長の通知を受信すると(ステップS801)、パラメータメモリアクセス回路11を介して、パラメータメモリ10bから、出力クラス番号に対応するクラスのパラメータの読み出しを行う(ステップS802)。次に、トークン減算回路12bは、最大トークンフラグ更新回路16からの最大トークンフラグをチェックする(ステップS503)。対応するクラスの最大トークンフラグが「1」の場合は、トークン値を最大トークン値(=最大トークン量(=加算基準量)+基準値)に設定(ステップS804)する。次に、トークン減算回路12bは、トークン値からパケット長/重みだけのトークンを減算する(ステップS805)。次に、トークン減算回路12bは、最大トークンフラグ更新回路16に対して、最大トークンフラグを「0」に設定するように要求する(ステップS806)。次に、トークン減算回路12bは、パラメータメモリアクセス回路11を介して、パラメータメモリ10bに格納されたパラメータ、具体的には、対応するクラスのトークン値を更新する(ステップS807)。最後に、トークン減算回路12bは、トークン値と基準値との比較を行い(ステップS808)、トークン値が基準値以上であれば、送信許可ビットを「1」に設定し(ステップS809)、トークン値が基準値より小さければ送信許可ビットを「0」に設定する(ステップS810)ように送信許可ビット更新回路に要求する。
【0075】
本実施の形態では、タイムアウトフラグの監視が必要でない分、回路規模を縮小可能である。また、タイムアウト判定制御のために、パラメータメモリにアクセスする必要が無いため、1サイクルの動作速度を高速化させることが可能である。
【0076】
【発明の効果】
本発明によれば、トークンの単位を「バイト量/重み」とし、各クラスに重みに応じたトークンを加算する代わりに、全クラスに共通の基準値を所定量だけ減算するようにしたことで、クラス数に拘わらず1つの減算回路と1つの加算回路とを用いて全クラスのトークンを管理することができる。これにより、従来よりも回路規模が小さくて、数100クラスに対応可能なパケットスケジューリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るパケットスケジューリング装置に用いられるトークン管理部のブロック図である。
【図2】図1のパラメータメモリに格納されるパラメータテーブルの一例を示す図である。
【図3】図1のトークン管理部が実行するトークン加算処理を説明するためのフローチャートである。
【図4】図1のトークン管理部が実行するトークン減算処理を説明するためのフローチャートである。
【図5】図1のトークン管理部が実行するタイムアウト判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図6】(a),(b),(c)及び(d)は、図2のパラメータテーブルの変化の一例を説明するための図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態に係るパケットスケジューリング装置に用いられるトークン管理部のブロック図である。
【図8】図7のトークン管理部が実行するトークン減算処理を説明するためのフローチャートである。
【図9】本発明が適用されるパケットスケジューリング装置のブロック図である。
【図10】従来のトークン管理部のブロック図である。
【符号の説明】
1 共有バッファ部
2 書き込み制御部
3 読み出し制御部
4 キュー長管理部
5 スケジューラ部
6 トークン管理部
7−1〜7−N トークン加減算回路
8 送信許可フラグ更新回路
10 パラメータメモリ
11 パラメータメモリアクセス回路
12 トークン減算回路
13 タイムアウト監視回路
14 トークン加算回路
15 送信許可ビット更新回路
Claims (7)
- 複数のクラスを提供するパケット交換網に用いられるパケットスケジューリング装置であって、入力されるパケットをクラス別に蓄積する共有バッファ部と、各クラスに対応するトークン値と基準値とを用いてクラス毎にパケットの送信が認められるか否かを判定するトークン管理部と、該トークン管理部の判定結果を受けてパケット送信の対象となるクラスを決定するスケジューラ部と、該スケジューラ部が決定したクラスのパケットを前記共有バッファ部から読み出して送信する読み出し制御部とを備えたパケットスケジューリング装置において、
前記トークン管理部は、各クラスに対応する前記トークン値を、パケット長のバイト量と各クラスに応じて設定された重みとを用いて「バイト量/重み」で管理し、
前記読み出し制御部から通知された出力クラス番号及び出力パケット長に応じて、前記出力クラス番号が示すクラスに対応するトークン値から、前記出力パケット長および前記クラスに設定された重みを用いて算出したトークン値を減算するトークン減算回路と、
前記スケジューラ部からのトークン加算要求に応じて、前記クラスに共通して用いる前記基準値を、全てのクラスからのパケット送出が認められる判定が出せる値に減算設定するトークン加算回路と
を備えることを特徴とするパケットスケジューリング装置。 - 複数のクラスを提供するパケット交換網のパケットスケジューリング装置に用いられ、スケジューラ部からのトークン加算要求に応じて各クラスに対応するトークン値を各クラスの重みに応じて増加させ、読み出し制御部からの通知に応じて送信されたパケットが属するクラスに対応するトークン値を送信したパケットのパケット長に応じて減少させるトークン管理部において、
各クラスに対応し、パケット長のバイト量と各クラスに応じて設定された重みを用いて「バイト量/重み」で管理するトークン値を記憶するパラメータメモリと、
前記読み出し制御部から通知された出力クラス番号及び出力パケット長に応じて、前記出力クラス番号が示すクラスの前記トークン値を前記パラメータメモリから読み出し、読み出したトークン値から前記出力パケット長および前記クラスに設定された重みを用いて算出したトークン値を減算して新たなトークン値として前記パラメータメモリに書き込むとともに、前記新たなトークン値と基準値との比較結果に基づいて当該クラスに対応する第1の送信許可ビット更新要求を行うトークン減算回路と、
前記スケジューラ部からのトークン加算要求に応じて、前記クラスに共通して用いる前記基準値を、全てのクラスからのパケット送出が認められる判定が出せる値に減算設定し、全てのクラスに対応する第2の送信許可ビット更新要求を行うトークン加算回路と、
前記第1の送信許可ビット更新要求及び前記第2の送信許可ビット更新要求を受けて、各クラスのパケット送信が認められるか否かを表す送信許可ビット列を生成する送信許可ビット更新回路とを有することを特徴とするトークン管理部。 - 請求項2のトークン管理部において、
所定の周期で前記パラメータメモリに記憶されている各クラスのトークン値を呼び出して、クラス毎に設定されている最大トークン量に基づいてタイムアウト判定をおこない、タイムアウトと判定した場合に、前記トークン値に関連付けてタイムアウトフラグを前記パラメータメモリに記憶させるタイムアウト監視回路を設け、
前記トークン減算回路は、読み出したトークン値にタイムアウトフラグが関連付けられている場合には、その値を前記最大トークン量に基づいて決まる値に変更した後、変更されたトークン値から前記出力パケット長および前記クラスに設定された重みを用いて算出したトークン値を減算して新たなトークン値とするようにしたことを特徴とするトークン管理部。 - 請求項2のトークン管理部において、
前記スケジューラ部からのトークン加算要求があったとき、各クラスに対応する最大トークンフラグのうち前記送信許可ビット列が送信許可を示すクラスについてオンし、前記トークン減算回路からの要求に応じて要求されたクラスに対応する最大トークンフラグをオフする最大トークンフラグ更新回路を設け、
前記トークン減算回路は、全てのクラスに共通の最大トークン量を保持するとともに、前記最大トークンフラグ更新回路に保持された最大トークンフラグのうち前記読み出し制御部から通知された出力クラス番号が示すクラスに対応する最大トークンフラグを参照し、最大トークンフラグがオンの場合は読み出したトークン値を所定の値に変更し、変更されたトークン値から前記出力パケット長および前記クラスに設定された重みを用いて算出したトークン値を減算して新たなトークン値とするようにしたことを特徴とするトークン管理部。 - 入力されるパケットをクラス別に蓄積するための共有バッファ部と、各クラスに対応するトークンを用いてクラス毎にパケットの送信が認められるか否かを判定するトークン管理部と、該トークン管理部の判定結果を受けてパケット送信を行うクラスを決定するスケジューラ部とを備えたパケットスケジューリング装置を用いたパケットスケジューリング方法において、
前記トークンの単位を「バイト量/重み」とすることによって、全クラスのトークンに各クラスの重みに応じたトークンをそれぞれ追加する処理を、同一量のトークンを追加することにより行えるようにしたことを特徴とするパケットスケジューリング方法。 - 前記トークン管理部が、前記トークンの値が基準値以上の場合にパケットの送信を認め、前記トークンの値が基準値を下回る場合にパケットの送信を認めないと判定する請求項5のパケットスケジューリング方法において、前記基準値を所定量減少させることによって、全クラスのトークンに各クラスの重みに応じたトークンをそれぞれ追加する処理を不要にしたことを特徴とするパケットスケジューリング方法。
- 請求項6のパケットスケジューリング方法において、前記トークン管理部が、所定の条件を満たす場合に前記基準値を前記所定量減少させ、前記パケットが送信されたとき、送信されたパケットが属するクラスに対応するトークンを当該パケットのパケット長をそのクラスの重みで除算した量だけ減少させることを特徴とするパケットスケジューリング方法。
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