JP3813700B2 - パケットの時間多重連続フロー成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット交換式通信ネットワーク、特に指定されたトラフィック記述子に適合するために、そのようなネットワークまたはネットワーク要素内のキューイングポイントにおいて時間多重パケットのフローを生じさせるトラフィック成形に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ａ．トラフィックコントラクト／定義
パケット交換式通信ネットワーク上で現在動いている殆どのアプリケーションは、ネットワークから偶然得る帯域幅が如何なるものであっても満足して動作できる。何故なら、それらのアプリケーションでは「弾性」帯域幅が条件となっているからである。これらのアプリケーションをサポートするこの種のサービスは、インターネットの世界では「ベストイフォート」サービスとして、または広帯域ＩＳＤＮ／ＡＴＭの世界では「アベイラブルビットレート」（ＡＢＲ）として知られている。
【０００３】
しかし、拘束（bounded）ジッター、即ち拘束パケット遅延変動（一般にＡＴＭの関連ではセル遅延変動と呼ばれる）を提供するネットワークサービスに対しての要求が増している。例えば、この種のサービスは、回路エミュレーションおよび映像などのリアルタイムなアプリケーションにおいて必要となる。インターネットがこのような要求に答えるか否かまたどの様にして応えるかは明確ではないが、広帯域ＩＳＤＮ／ＡＴＭの分野では、ユーザー−ネットワーク折衝型トラフィックコントラクトの概念を導入することで応えている。
【０００４】
知られているように、ユーザー−ネットワークＡＴＭコントラクトは、トラフィックのパラメータ、トレランス、およびサービス要求の質などを含むトラフィック記述子によって定義される。関連するトラフィックパラメータの各々について適合定義（conformance definition）が特定される。したがって、ＡＴＭサービスは、サービスの質（ＱｏＳ）の目標値と多重方式の異なる組み合わせをサポートするために、これらのトラフィックパラメータとそれらに対応する適合仕様を用いることができる。
【０００５】
部分的にオーバーラップするＡＴＭトラフィッククラスは、インターナショナル・テレコミュニケーション・ユニオン（ＩＴＵ−Ｔ）の通信標準化部門と、ＡＴＭフォーラムによって定義されている。幾つかの例では、本質的に同一の属性（attribute）を有するトラフィッククラスに対してこれらの２つのグループは異なる名称を付けており、下記の名称変換テーブルは現在使われている等価の対応名称を示す。
仮想回線（ＶＣ）コネクションまたは仮想パス（ＶＰ）コネクションのためのＡＴＭサービスコントラクトは、コネクションのサービスレートを記述するパラメータを複数含むことができる。これには、ピークセルレート（ＰＣＲ）、維持可能（sustainable）セルレート（ＳＣＲ）、固有（intrinsic）バーストトレランス（ＩＢＴ）、最少セルレート（ＭＣＲ）が含まれる。これらのパラメータの全てが個々のコネクションまたは個々のサービスのクラスに関連があるわけではないが、それらがサービスコントラクトの黙示的または明示的に指定された要素である場合、それらは重視しなければならない。ＶＣコネクションが、下記の議論の中心となっているが、ＶＰコネクションもそのように特定できることが分かるであろう。ＡＴＭコネクションのためのデータ転送単位は、通常「セル」と呼ばれる。しかし、本明細書では、データ転送単位を表すのに時として「パケット」という語が使用されている。これは、「パケット」という語は、本革新技術のより広い概念の幾つかにふさわしいより一般的な用語であるからである。
【０００６】
ＩＴＵ−Ｔ勧告１．３７１で指定されたジェネリックセルレートアルゴリズム（ＧＣＲＡ）は、トラフィック記述子との適合についてパケットまたはセルのフローをテストするのに非常に適している。このようなテストを行うために、ＧＣＲＡは、出力（emission）間隔（即ち、フローレートの逆数）とトレランスτについての仕様を必要とする。実際には、このトレランスは、コネクション、コネクションセットアップパラメータ、またはサービスの種類などの種々の要因に依存するであろう。後で分かるように、ＧＣＲＡはブール関数として採用でき、コネクション上の固定サイズのパケットまたはセルのフローの場合、ＧＣＲＡ（出力間隔、トレランス）は、もしフローがピークレートに従っていれば偽（false）であり、フローが最少レートに従っていれば真（true）である。例えば、もしＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）が偽であれば、セルのソースはＰＣＲに従う。同様に、もしＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）が偽であれば、コネクションまたはフローはＭＣＲに従う。後で分かるように、「出力間隔」は「セルレート」の逆数である。
【０００７】
ＤＢＲトラフィックコントラクトは、コネクションが行われている間、一定量の帯域幅をコネクションに対して継続的に利用できることを予測してコネクションを確立するソースには適切である。従って、ネットワークがＤＢＲコネクションに委ねる帯域幅は、ＰＣＲ値によって特徴づけられる。さらに、そのようなコネクションでのセルまたはパケットのフローは、もしそれがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に適合していれば、トラフィックコントラクトを遵守している。一方、ＳＢＲトラフィックコントラクトは、ＳＣＲとτIBT およびＰＣＲとτpcT の通知された選択を考慮に入れた既知のトラフィック特性を有するアプリケーションに適している。ＳＢＲまたはｒｔ−ＳＢＲフローは、もしそのフローがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）だけでなく、ＧＣＲＡ（１／ＳＣＲ，τIBT ）にも適合する場合、そのトラフィックコントラクトを遵守している。
【０００８】
前述したように、ＡＢＲトラフィックコントラクトは、予約されていない帯域幅を使用した結果として生じる情報転送レートにおける動的な変化を許容できるアプリケーションに適している。ＰＣＲとＭＣＲは、そのようなコネクションを確立するソースによって指定され、これらのパラメータはネットワークとの折衝の対象となる。したがって、ＡＢＲコネクションについて利用できる帯域幅はＭＣＲ（零でもよい）と、定義された割り当てポリシーにより、予約されていない帯域幅をＡＢＲコネクションの間で共用することによって生じる可変セルレートとの和である（即ち、ソースがその指定されたＭＣＲを上回って受信する帯域幅は、折衝されたＰＣＲだけでなく、ネットワークポリシーにも依存する）。ネットワークからのフィードバックにより、ソースアプリケーションは、ＡＢＲコネクションに対してセルまたはパケットを送るレートを動的に調整することができる。ＡＢＲフローは、ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合していれば、常にトラフィックコントラクトを遵守しており、ＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に適合していなければ、常に非遵守である。ＭＣＲとＰＣＲの間の領域における適合性は、ＡＢＲフィードバックに依存し、従って動的に決定される。
【０００９】
ＵＢＲトラフィックコントラクトは、ＡＢＲコントラクトに類似しているが、ＵＢＲコントラクトは、ＭＣＲの仕様に順応できず、また動的な適合定義を有しない。したがって、ＵＢＲフローは、もしそれがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に適合していれば、トラフィックコントラクトを遵守している。
Ｂ．トラフィック成形
ＩＴＵ−Ｔ勧告１．３７１は、トラフィックを下記の点に関し、トラフィック記述子に適合させるためにネットワーク要素でのトラフィックの再成形の可能性について言及している：
「トラフィック成形は、ＱｏＳの目標値を満たしながらネットワーク効率を改善するため、または後続のインターフェースでの適合を確保するために、ＶＣＣまたはＶＰＣ上のセルストリームのトラフィック特性を変更して、これらのトラフィック特性の要求される変更を達成するメカニズムである。トラフィック成形は、ＡＴＭコネクション上のセルシーケンスの完全さを維持しなければならない。成形はセルフローの特性を変更し、その結果、セルの平均転送遅れを増加させるものである。
【００１０】
トラフィック成形の例は、ピークセルレートの低減、バースト長さの制限、セルの時間間隔を適切にすることによるＣＤＶの低減、およびキューサービス方式である。
【００１１】
トラフィック成形を行うか否か、またそれをどこで行うかはネットワークオペレータの選択による。例えば、ネットワークオペレータは好適なＵＰＣ／ＮＰＣ機能とともにトラフィック成形を行うことを選択できる。
【００１２】
分離したセルフローまたは集合的セルフローに関してトラフィック成形を行うことはオペレータが選べるオプションである。
【００１３】
したがって、如何なるＡＴＭコネクションに対してもトラフィック成形を行うことができる。
【００１４】
ネットワークオペレータ／サービスプロバイダが利用できるオプションには以下のものがある：
ａ．成形なし
・如何なる成形機能も用いることなく、ネットワーク出口における適合性を確保しながらネットワーク入口における適合セルの任意のフローを許容できるようにネットワークの寸法又は次元(dimension) を決める。
ｂ．成形あり
・入口における適合セルの任意のフローが、ＱｏＳ目標値を満たしながらネットワークまたはネットワークセグメントによって運ばれるようにネットワークの寸法を決めるとともに動作させ、出口における適合テストを満たすようにトラフィックの出力成形を行う。
【００１５】
・ネットワークまたはネットワークセグメントの入口におけるトラフィックを成形し、ＱｏＳ目標値およびネットワークまたはネットワークセグメントの出口におけるその後の適合テストを満たすとともに、成形によって得られたトラフィック特性にしたがってリソースを割り当てる。
【００１６】
また、ソースによってまたはＵＮＩにおいて発生されるセルが、使用されるＡＴＣに関する折衝トラフィックコントラクトに適合していることを確実にするために、顧客の装置内、またはソースにおいてトラフィック成形を使用してもよい（５．５章参照）。」ＩＴＵ−Ｔ勧告１．３７１、６．２．５章。
Ｃ．リアルタイムおよび非リアルタイムコネクションのためのスケジューリング／現存のツールおよび技術
知られているように、もし「ベストイフォート」のインターネットサービスまたはＡＢＲ ＡＴＭサービスを採用するアプリケーションの間で帯域幅が「フェア」に分割されない場合、種々の好ましくない現象が生じるであろう。
【００１７】
現在、殆どのＡＴＭスイッチではＦＩＦＯキューイングが実施されている。しかし、ＦＩＦＯキューイングは、ＡＢＲトラフィックに使用した場合、異常な挙動を示す。また、ＦＩＦＯは、正しく行動しているユーザーを誤って行動しているユーザから保護できない（アイソレーションを提供しない）。このような欠点のため、重み付けフェアキューイングなどの非ＦＩＦＯキューイングメカニズム、またはラウンドロビンのようなフェアキューイングに近似した方式がしばしば提案される。
【００１８】
非弾性的帯域幅を要求する種類のサービスは、時として、データが拘束ジッター（即ち、セルまたはパケットの遅延変動が制限されていること）を伴ってネットワークを介して伝送されることを要求する。知られているように、リアルタイムストリームに対して拘束ジッターを提供するために重み付けフェアキューイングを使用することができる。さらに、仮想クロックおよび自己計時型フェアキューイングの密接に関連したメカニズムを使用するシステムのために試験済の遅延制限を提供できる。
【００１９】
したがって、弾性（ベストイフォート／ＡＢＲ）サービスと非弾性（またはリアルタイム）サービスの何れもがフェアキューイングおよび関連するアルゴリズムを使用することによって利益を受けることが知られている。
【００２０】
１．重み付けフェアキューイングおよび仮想クロック
フェアキューイングおよび関連のアルゴリズム（例えば、フレームベースのフェアキューイング、欠陥ラウンドロビンなど）はパケットまたは他のデータ転送単位（例えば、ＡＴＭセルはここでの議論においてはパケットである）のシーケンスに対して作用する。ＡＴＭの場合、これらのシーケンスはＶＣＩまたはＶＰＩの何れかによって認識され、この認識に適したインターネットのプロトコルは＜ＩＰアドレス、プロトコル、ポート＞トリプル（ＩＰｖ４）またはフロー識別子（ＩＰｖ６）に基づくものである。自己計時型重み付けフェアキューイングおよび仮想クロックの何れにおいても、パケットはタイムスタンプによって順序づけられる（ソートされる）（ラウンドロビンなどの方式はタイムスタンプによってパケットの順序づけに対して近似を行う）。このタイムスタンプは仮想終了時刻を表し（またはパケットの仮想開始時刻を同様に表す）、開始時刻を得るとともに、パケット長に、特定のパケットシーケンスに対しての帯域幅の割り当てを表す重みを掛けることによって得られるオフセットを加えて計算される。
【００２１】
より詳細には、仮想クロックの場合、仮想終了時刻は下記のように計算される。
【００２２】
VT(f,0) ＝ 0
VT(f,j+1) ＝ max｛到着(f,j+1), VT(f,j)｝+ 長さ(f,j+1)/レート(f) （１）
但し、VT(f,j) はフロー（仮想回線）f のパケット j に関連する仮想終了時刻であり、
到着(f,j) はフロー f のパケット j の到着時刻であり、
長さ(f,j) はフロー f のパケット j の長さである。
【００２３】
自己計時型重み付けフェアキューイングは、下記式に従って仮想終了時刻を指定する。
【００２４】
但し、システム仮想時刻は、パケット(f,j+1) が到着する時刻において提供される（出力される）パケットに関する仮想時刻である。
【００２５】
ＡＴＭの場合、セルが固定サイズ（例えば、５３バイト長）であるため、パケット長は一定である。したがって、式（１）および式（２）の最右項は、フロー毎の定数になる。仮想クロックの場合、式を下記のように単純化できる。
【００２６】
VT(f,j+1) ＝ max｛到着(f,j+1), VT(f,j)｝+ 定数(f) （３）
自己計時型重み付けフェアキューイングの場合、式を下記のように単純化できる。
【００２７】
VT(f,j+1) ＝ max｛システム仮想時刻, VT(f,j) ｝+ 定数(f) （４）
即ち、仮想クロックまたは自己計時型重み付け型フェアキューイングを実施するＡＴＭキューイングポイントは下記のステップを行う。
【００２８】
１）ＶＣについての現在の仮想時刻（ａ）と、セルの到着時刻i ）とシステム仮想時刻ii）の何れか（ｂ）との間の最大値を計算し、
２）上記ステップ１の結果に、帯域幅のＶＣの占有率を表すＶＣ毎の定数を加え、
３）ステップ１と２によって指定した仮想タイムスタンプの値が増加する順序でセルを提供（それらを送信）する。
【００２９】
２．優先権
一つのトラフィッククラスに他のものより高い優先権を与えるということは、もし高い優先順位を有するトラフィッククラスが転送の準備のできたセル群を有していれば、これらのセル群は、常に優先順位の低いトラフィッククラスのセルに優先して伝送される。
【００３０】
優先権のメカニズムは先制的（preemptive）であることも非先制的であることもできる。この用語はオペレーティングシステムの文献から由来している。非先制的優先権メカニズムは、スケジューリング時刻において対象物（オペレーティングシステムの世界ではプロセスであり、ＡＴＭの世界ではＶＣ）に対して優先順位を与え、対象物はそれが提供されるまでこの優先順位を維持する。他方、先制的優先権メカニズムは、対象物が提供されるのを待っている間に対象物の優先順位を変えることができる。例えば、先制システムでは、「このＶＣを優先順位３でスケジュールする」と言うことはできるが、もしそれが２００マイクロ秒の間に提供されない場合には、その優先順位が２に上げられる。
【００３１】
３．作業維持および非作業維持キューイング
「作業維持（work conserving）」という用語は、作業が作られることもないし破壊されることもない任意のキューイングシステムを示すために時々使用される。この用語と一致して、待機セルが与えられた時、常にセルを出力リンクに伝送するスイッチは、「作業維持スイッチ」である。純粋なＦＩＦＯを採用するスイッチ、重み付けフェアキューイングまたは仮想クロックスケジューリングアルゴリズムは全て作業維持型である。これに対し、非作業維持型スイッチは、セルが転送のために待機していても、セルを送信しないことを選択できる。後で分かるように、これを行う方法は、特定のセルを伝送する前に現時刻がそのセルに関連したタイムスタンプに等しいか大きくなるまで待つようにスイッチをプログラムすることである。
【００３２】
作業維持スイッチは、伝送リンクを完全に利用しようと試みるが、必ずしもバーストを除いたり、阻止したりしない。これに対し、非作業維持スイッチは、より厳しい適合テスト（即ち、より小さいτを有するＧＣＲＡ）を満たすようにトラフィックを再成形するためにセルを戦略的に遅延させることができる。さらに、所定のコネクションに指定された量のバッファリングが割り当てられるだけの非作業維持スイッチは、割り当てられたバッファ空間をオーバーフローするセルを捨てるかもしくはそれにタグを付けることによってポリーシング（policing）機能（ＩＴＵではＵＰＣ／ＮＰＣと呼ぶ）を行う。非作業維持キューイングシステムの例は、仮想時間は実時間よりも速く過ぎる（立ち往生するか、非作業維持状態になる）ことが許されない仮想クロックアルゴリズムを改造したストールド（stalled）仮想クロックである。
【００３３】
４．カレンダキュー
カレンダキューは、アクションを時間順に並べたリストで、各アクションは、実時刻がそのアクションに関連する時刻と等しいかそれを越えた時にキューから取り出されて実行される。時間間隔が制限されたカレンダキューは、「タイムホイール(time-wheel)」または「タイムライン(time-line) 」として知られている線型アレーとして表すことができる。タイムホイールはバケットに対する事象をポインタに対して相対的に割り当てるもので、ホイールサイズを算術モジュロとして使用してバケットインデックスが計算される。これらのデータ構造は、キューイングメカニズムとして文献で良く知られている。タイムホイールでは、絶対時刻は、現時刻（実時刻）に対するオフセットとして表され、アレー中の各事象は、それらが属するバケットに対して指定された時刻に実行すべき一つ以上のアクションを（典型的には、リンクされたリストの形態で）含むバケットである。そのようなタイムホイールのバケットの何れのものも空であることができる、即ちそれに関連する事象を有しなくてもよい。
【００３４】
各タイムホイールについて、二つの重要な時間ｔearliestとｔlatestがあり、これらはアレー中のアクティブエントリーについてのヘッドポインタおよびテイルポインタに対応し、ｔearliestは、提供すべき次のエントリー（例えば、パケットまたはセル）の時刻であり、ｔlatestは、スケジュールされた事象を含む最新の（時間的に最も遠い）バケットに関連する時刻である。ｔearliestとｔlatestの間の差はタイムホイールの長さｂから１を引いた長さを越えることはできない。これは、時間がモジュロｂを維持していると見ることにより、そして、ｂ−１を越えるオフセット（仮想クロックまたは重み付けフェアキューイングにおいてそれぞれレートまたは重みの何れかを掛けたパケット長）が無いことを確実にすることによって確実にされる。ＯＣ−３の速度（１４９．７６ｍｂｐｓ−ＳＯＮＥＴペイロードレート）で動作するＡＴＭリンクの場合、リンク上に秒当たり約３５３２０８セルが存在する。したがって、もし６４Ｋｂｐｓ（音声電話の速度）のフロー（ＡＡＬタイプ１が使用される場合には、毎秒約１７４セル）が、サポートすべき最も遅い速度のコネクションで、最も遅い速度に対する最も早いサポートされた速度の割合は２０２９、切上げると２11となる。この割合は、実時刻を計算する間に加算される最大オフセットである。したがって、長さが２０３０（２の冪乗への切上げを考慮にいれると２０４８）のタイムホイールは、６４Ｋｂｐｓから完全なＯＣ−３リンクの速度までの間の速度の回線に関連する実時刻をコード化するのに充分である。
【００３５】
タイムホイールアレーの長さは、アレー要素が２以上のタイムオフセットを含むことができるようにすることによって減少できる。例えば、もし上記のタイムホイールが２０４８要素から２５６要素に減少された場合、各バケットはその中にマップ化した８個のタイムオフセットを有するであろう。複数オフセットに及ぶ単一のバケット内のアクションは、狂った順番で行われるかも知れないが、バケットの間ではアクションは順番どおりになるであろう。これにより、カレンダキュー内のアクションの順序付けの精度が低下するという犠牲を払って、そのようなタイムホイールに割り当てる必要があるメモリの量を減少できる。
【００３６】
Ｄ．複数出力チャネル上での時間多重フローのためのトラフィック成形
時間多重化されたパケットまたはセルのフローをそれらのトラフィックコントラクトに適合させるのに必要な何れのトラフィック成形は、異なった出力チャネルのためのフローを相互に分離するのに必要な切り替えまたはルーチング動作が完了した後で実施するのが好ましい。これにより、マルチプレクサのスループット効率を最適化できる。
【００３７】
しかし、以前の出力待機ＡＴＭスイッチは一般に、ＦＩＦＯ（先入れ、先だし）出力バッファを採用していた。これらのバッファはそれらを通過するフローの何れのものの再成形の制御に関与できない。その代わり、これらのバッファから出力されるＶＣ毎の時間多重フロー（per-VC time mutiplexed flows）は、本質的にそれらの中ににロードされる入力フローの時間多重複合物である。勿論、これらの出力フローは、バッファの固有待ち時間のために入力フローに対して時間的に遅延される。また、もし異なるフローのデータ転送制限の間でスケジューリングの衝突が発生した場合にはこれらの出力フローの一つ以上のもののセル遅延変動（ＣＤＶ）が増加するであろう。何故なら、これらの干渉は、所謂「伝送衝突」を引き起こすからである。
【００３８】
後で分かるように、ＣＶＤの増加は、比較的トレランスが厳しいＤＢＲトラフィックのようなトラフィックの場合、特にやっかいなものである。したがって、もしソースとデスティネーションの間の各ホップが、上記の形式の単純なＦＩＦＯ出力キューを含む場合、その指定されたトレランス内での適合性を確保するために、このＣＤＶに敏感なトラフィックが作ることができるホップの数を制限することが必要になるであろう。
【００３９】
したがって、時間多重出力の送出のために複数入力から複数出力へトラフィックを送る、ＡＴＭスイッチまたはその他のルーターのためのより効率的でより効果的なトラフィック成形メカニズムとプロセスに対するニーズがあることは明らかである。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＡＢＲ制御ループを有するネットワークにおけるアベイラブルビットレート（ＡＢＲ）サービスのためのフロー毎出力待機ルーチングメカニズムにおけるレート成形を提供するものである。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、パケットの時間多重連続フローを、分割制御ループを有するネットワークにおいてそれぞれのアベイラブルビットレートネットワークトラフックコントラクトに成形するための方法であって、分割制御ループがセグメント毎のコンゲッション制御を前記ネットワークに提供するように構成され、前記トラフィックコントラクトが、前記フローに対するそれぞれの最小及びピークパケット出力レート、並びに前記レートに対するトレランスを確立し：前記制御ループのそれぞれのセグメント内のコンゲッション制御アクティビティを分析して、前記ネットワークのそれぞれのセグメントが利用可能な帯域幅トラフィックにどのくらい多くの帯域幅を提供することができるかを概算するステップを有し；前記帯域幅概算を用いて、前記ネットワークの各セグメントに於けるそれぞれのアベイラブルビットレートフローに対して許可されるパケットレートを計算するステップを有し；前記レートをそれぞれの制限値とほぼ等しい値に、前記レートに対するトレランスを実質的に変更することなく、設定することにより、前記ネットワークのそれぞれのセグメントにおけるそれぞれのフローに対するピークパケット出力レートをリファイン（詳細化；refine) するステップを有し、ここで、前記セグメントの内の任意の所与のセグメントに於ける前記フローの内の任意の所与のフローに対するリファインピークパケットに関する制限値が、所与のフローに対してコントラクトで確立されたピークパケットレート及び前記ネットワークの所与のセグメントにおける所与のフローに対して許可されるパレットレートの内の少ないほうにほぼ匹敵する上位拘束と、所与のフローに関してコントラクトで確立された最小パケットレートにほぼ匹敵する下位拘束とを有し；あらゆる所与のフローのパケットを選択的にキューに入れて（ｉ）ネットワークの所与のセグメント中を所与のフローのパケットが流れるレートが、リファインピークパケットレートにより変更された所与のフローに関するトラフィックコントラクトに従わない場合、非作業維持型カレンダーキュー上及び（ｉｉ）前記レートが前記コントラクトに従う場合、作業維持型キュー上の前記ネットワークのあらゆる所与のセグメント中に出力することにより、それぞれのフローのパケットが前記ネットワークのそれぞれのセグメント中に出力されるレートを制御するステップを有する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
Ａ．代表的な環境
図面、特に図１を参照すると、ＡＴＭスイッチ２１の入力および出力ポートは、典型的には、Ｕｔｏｐｉａ２インターフェースを介して１個以上の物理層に結合され、第２の好適なインターフェースを介してスイッチ制御プロセッサモジュール２２に接続されている。これにより、スイッチ２１は、接続された任意の物理層とデータおよびコントロールセルを交換し、また制御プロセッサモジュール２２と制御セルを交換する。この標準的なプラクティスと調和して、通信チャネルは一方向性であり、したがって、双方向通信には一組のチャネルが必要である。
【００４３】
スイッチ２１は、入力キューからＶＣ毎出力キューへデータおよび制御セルをスイッチングするために、スイッチングファブリック２４、ファブリック制御モジュール２５およびリザベーションリング２６を含んでいる。これらのキュー中のセルはデータメモリ２７中のデータパスに記憶され、これらの入力および出力キューはキュー制御モジュール２８によって管理される。典型的には、データメモリ２７は、最大で約１２０００セルを記憶できる容量である。データおよび制御セルフローのコネクションレコードは、制御プロセッサモジュール２２へのルーチングのための、レート基準エンジン／トラフィックマルチプレクサ３１によって捕らえられる所定の形式の制御セルと共に制御メモリ２９内の制御パス中に記憶される。制御ＲＡＭ２９は、最大で約８２００のコネクションレコードと６４Ｋのセルレコードを記憶できることが好ましい。制御プロセッサモジュール２２とスイッチ２１との間の相互作用は本発明の範囲を越えているので、本明細書では記載しない。しかし、ＡＴＭスイッチの設計に詳しい人であれば、制御プロセッサは主にコネクションの確立および終了、並びＯＡＭ（Operation and Maintenance）機能を実施する責任がある。
【００４４】
スイッチ２１のデータパスは所定のレート、例えば４０ＭＨｚで同期的にクロック動作される。しかし、従来の同期パイプライン設計のプラクティスに合わせ、このクロック信号の位相は、一つのパイプラインのステージから次のステージへと転送される前に落ちつくために適切な時間をデータに与えるために、データ経路に沿った異なった点で異なった量だけ（図示しない手段により）遅延される。
【００４５】
標準的なプラクティスに従い、デスティネーションと通信することを望むソースは、スイッチ２１が存在するＡＴＭネットワークとの折衝を、ネットワークに対してＳＥＴＵＰメッセージを送ることによって開始する。このメッセージは、デスティネーションを識別し、要求されたコネクションのための関連トラフィックパラメータの全てを明示的または黙示的に指定する。もしネットワークが、これらのトラフィックパラメータ（または、ソースが受け入れることを希望しているパラメータの変形版）によって定義されるトラフィックコントラクトに委ねるための準備ができている場合には、ネットワークはＳＥＴＵＰメッセージをデスティネーションへ送る。そして、デスティネーションが、トラフィックコントラクトの条件に従ってソースからメッセージトラフィックを受信する準備ができていれば、デスティネーションはＣＯＮＮＥＣＴメッセージをソースに返す。このＣＯＮＮＥＣＴメッセージは、トラフィックコントラクトに適合するセルフローのための指定された仮想パス（ＶＰ）内の指定された仮想回線（ＶＣ）上にコネクションが確立されたことを確認するものである。ＩＴＵ−Ｔ勧告０．２３９１およびＡＴＭフォーラムＵＮＩ４．０仕様を参照のこと。これらの信号伝達プロトコルを発生させることなく、供給することにより「永久」仮想コネクションを確立できる。
【００４６】
コネクションが確立された後データセルが流れ始める。図２に示すように、セルの形は、スイッチ２１が行う動作のためにスイッチ２１を通過するにつれ変化する。マルチキャスティングのためにセルを複写してもよいが、下記の議論は、不必要に複雑になることを避けるためにユニキャストの動作に限定する。
【００４７】
図２に示すように、スイッチ２１が受信する各上りのセル４１は、ＶＰインデックスとＶＣインデックスを含むヘッダを有している。これらのインデックスは、コネクションの一つのホップについての固有アドレスを定義するために組合わさる。コネクションは複数のホップから構成することができ、したがって次のフープのためのＶＰおよびＶＣインデックスは、図２において４２で示されているように、スイッチ２１を通過する時にセルのヘッダーに書き込まれる。
【００４８】
スイッチ２１は、関連するフローのためのコネクションレコードが存在する制御ＲＡＭ２９内のアドレスを計算するために上りのセル（図２の４１）のＶＰおよびＶＣインデックスを採用する。典型的には、このコネクションレコードは、フローがスイッチ２１から出ていく出力ポート（即ち、スイッチレベルでのデスティネーション）を認識するためのビットベクトル、粒状の優先権スケール（granular priority scale）上でのフローの相対的な優先順位を識別するための優先権インデックス、およびスイッチ２１内のフローを唯一的に識別する回線インデックス（「Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｄｅｘ」）を含んでいる。図２において４３で示されているように、これらのコネクションパラメータはセルヘッダ内に書き込まれる。そして、セルがデータＲＡＭメモリー２９へ書き込まれ、セルに対してのポインタが複数のＦＩＦＯ入力キューの適切な一つとリンクされる。なお、キューの選択は関連するフローの優先順位に基づいて行われる。
【００４９】
入力キュー内のキューセルのヘッドの相対的な優先順位が、各セルタイムの間に調べられ、最も高い優先順位を有するキューセルのヘッドが、次のアービトレーション（arbitration）セッションの間のアービトレーションのために選択される。さらに、キューセルの優先順位のより低いヘッド（即ち、キューセルの任意の選択されていないヘッド）の優先順位は（図略の手段により）一定量ずつ増加され、これによって、次のアービトレーションセッションにおけるアービトレーションのためにセルが選択される可能性を増加させる。したがって、優先権が高い入力キューは、優先権が低いキューよりも単位時間当たりのスループットが大きいが、優先権が低いキューは、キューセルのヘッドの優先順位が時間とともに増加するため、遅れが制限される。
【００５０】
各アービトレーションサイクルは、スイッチ２１の一セル時間を必要とし、したがってアービトレーションのために選択されるセルのルーテング情報は、アービトレーションに勝ったセルまたはセル群のペイロードがスイッチングファブリック２４へ放出されるより１セル時間だけ前にリザベーションリング２６に供給される。即ち、図２において４４で示すように、リザベーションリング２６とスイッチファブリック２４によって受信されるセルは、次のアービトレーションサイクルのためのセル（即ち「現在セル」）のヘッダから構成されており、これに前のアービトレーションサイクルでアービトレーションに成功したセル（即ち「前のセル」）のボディーまたはペイロードが続いている。したがって、セルボディーがファブリック２４に到着すると、これらのセルをそれらの出力ポートデスティネーションにそれぞれ送るためにファブリックがファブリック制御装置２５によって既に構成されている。
図示の実施の形態では、アービトレーションおよびルーチングのためにセルが４ビット幅のニブルに分解される。この後（スイッチングプロセスのテストを行うために提供されるであろう「アイドルセル」を除き）、セルが再び組み立てられ、（ａ）スイッチ２１の適切な出力ポートへの時間的にスケジュールされた転送のため、および／または（ｂ）制御プロセッサモジュール２２への転送のために、データパス、制御パス、またはその両方においてキューに入れられる。スイッチ２１の出力ポートへのセルの時間的にスケジュールされた転送が本発明の中心であり、以下これについて更に述べる。一方、セルの分解と再組立、テストプロセス、および制御プロセッサ２２のＲＭ（Resource Management）およびＯＡＭ（Operation and Maintenance）セルとの相互作用は深く考える必要のない付随的なトピックである。
【００５１】
図３を参照すると、スイッチ２１はスイッチングファブリック２４の出力側、即ち送信側でファンアウトしていることが分かるであろう。したがって、スイッチ２１の一つの出力チャネルのみが示されているが、このチャネルは他のチャネルを代表するものであることが分かるであろう。
【００５２】
図示のように、スイッチングファブリック２４からのセルボディーおよびそれらの関連する回線インデックスを受け入れるためにフィルセルモジュール５１を設けることが好ましい。スイッチングファブリック２４の出力側の「有効セル時間」は、通常のセルタイムの「ｋ」増速ファクターに対する割合によって決定される。したがって、例えば、もし通常のセル時間が１１３クロックサイクル／セルである場合、スイッチングファブリック２４の出力側での有効セル時間は、ｋ＝２であれば、５６．５サイクル／セルである。
【００５３】
有効なセルが受信された時、フィルセルモジュール５１は、典型的に、セルをデータメモリ２７へ書き込むためのデータ構造についてのリンクされ番号の付けられたフリーリスト５２から出力されるセル構成を用いる。このため、フィルセルモジュール５１は、要求に応じて、フリーリスト５２の一番上からセル構造を読み出すためのフッチステートマシーン５３を含んでいることが好ましい。これにより、フィルセルモジュール５１は、セルフロー制御ユニット５５にセルの到着を知らせるために送る「到着」メッセージへ、セルについての回線インデックスと、データメモリ２７内のセルの位置についてのポインタを挿入することができる。回線インデックスにより、フロー制御ユニット５５は、制御メモリ２９内のコネクションレコードからセルが属するＶＣまたはフローを突き止めることができる。そして、セルフロー制御ユニット５５はフローのトラフィック成形状態をチェックできる。フロー制御ユニット５５がこれらの制御セルを認識し、またそれらがデータパス、制御パス、またはその両方においてキューに入れられているか否かを決定できるようにするためにＯＡＭ／ＲＭリコグナイザ５７を設けるのが有利である。
【００５４】
トラフィックコントラクトコンプライアントフローのセルのためのメモリポインタは、セルフロー制御ユニット５５がキュー制御ユニット５８へ送る「ａｄｄＣｅｌｌ」メッセージに応答してＶＣ毎のキュー内に入れられる。各ａｄｄＣｅｌｌメッセージは、それが属するセルおよび関連するフローまたはＶＣのための回線インデックスを識別する。また、ａｄｄＣｅｌｌメッセージは、セルがデータパス、制御パス、またはその両方においてキューに入れられるべきか否かを示す。セルが適切にキューに入れられると、新たにキューに入れられたセルを、それが属するＶＣについて将来行われるレート成形演算の間に考慮すべきことをフロー制御ユニット５５に通知するために、キュー制御ユニット５８がフロー制御ユニット５５に「ａｄｄｅｄ」メッセージを返す。
【００５５】
キュー制御ユニット５８が、それぞれのキューにセットされている深さ制御の制限に関するＶＣ毎キューの長さをモニターするのが有利である。これにより、制御ユニット５８は、ＶＣ毎のキューが過剰に長くなった時、ＡＢＲフローに対してのコンゲッション制御動作を開始することができる。また、制御ユニット５８は、トラフィックコントラクトを越えているフローを特定し、そのような適合しないフローのセルを削除するかまたは記録するための適切なポリーシング機能（図示略）を動作させることができる。
【００５６】
アドミッションコントローラ６１は、キュー制御ユニット５８から返される「ａｄｄｅｄ」メッセージを監視し、スケジューラ６２に、空でないＶＣ毎キューのためのキューセルのヘッドがスケジュールされた時刻に転送されるようにカレンダキュー６３上に組み入れる。スケジューラ６２は、カレンダキュー６３上へのキューセルのヘッドの組入れを、それらのためにスケジューラ６２が計算するそれぞれの仮想終了時刻ＶＴ（ｆ，ｊ＋１）（または「仮想開始時刻」）に従って行うために、ＶＣ毎の仮想クロックを採用している。
【００５７】
カレンダキュー６３は、スケジュールされたセルがスケジュールされた時刻よりも前に伝送のために放出されることを阻止するため、システムの「実時刻」と「現在時刻」を追跡する。即ち、スケジューラ６２とカレンダキュー６３は、ストールド仮想クロックを提供し、このため伝送することがスケジュールされたセルは、システムの実時刻が各々の伝送時刻に達した時のみに、伝送のために放出される。図示のように、カレンダキュー６３によって伝送のために放出されたセルを有するコネクションは、伝送リスト６５上の伝送の準備ができているセルを有するコネクションのリンクリストにリンクされる。
【００５８】
カレンダキュー６３はフロー制御ユニット５５に対して、任意の所定のコネクション上での伝送のためにセルを放出するか否かを知らせる。すると、フロー制御ユニット５５は、もし所定のコネクションのためのＶＣ毎のキュー上の次のセル（もしあれば）についてのリファレンス（即ち、キューセルの新しいヘッド）を要求し、アドミッションコントロール６１に、このリファレンスをスケジューリングのためにスケジューラ６２に対して認めるべきことを通知する。これにより、アドミッションコントロール６１はカレンダキュー６３との閉ループ通信に効果的に関与し、スケジューリングを認めたキューセルのヘッドが、ＶＣ毎のキュー内の他の全てのセルの除外に対して認められることを確実にする。したがって、カレンダキュー６３は、一つ以上の時間制限されたタイムホイール、または「タイムライン」６６を採用することによって実施できる。これらのタイムホイールのタイムスパンは、少なくともシステムがサポートするように設計された最低周波数のフローの周期と同じ程度にして時間ラップ（time wrap）によって引き起こされる曖昧さを阻止しなければならず、好ましくは２倍とし、これにより相対時刻を２の補数演算を使用して比較できる。
【００５９】
Ｂ．固定ビット長データ転送リミットのフローの成形による指定されたピークフローレート
ストールド仮想クロック伝送制御は、出力待機ルーチングメカニズムからのＡＴＭセルなどの固定ビット長データ転送単位の時間多重フローを、ＤＢＲ／ＣＢＲ ＡＴＭサービスのためのＰＣＲなどの指定されたピークのデータ単位のフローレートに成形するのに非常に適していることが分かる。前述したように、所定の出力ポートに送られるフローのデータ転送単位は、送りだされた後、フロー毎キューに入れられる。これらのキューの先頭にあるデータ転送単位は、スケジューラ６２によってタイムラインカレンダキュー６３に組み込むことがアドミッションコントローラ６１によって認められる（他の全ての転送単位は除いて）。そして、スケジューラ６２は、これらのキュー転送単位のヘッドに関してフロー毎仮想クロック演算を行い、それらの各々の理論的終了時刻ＶＴ（ｆ，ｊ＋１）または各々の理論的開始時刻に従ってカレンダキュー６３から放出するようにスケジュールする。
【００６０】
実時刻は、成形された時間多重出力トラフィックが出力リンク７１の帯域幅を本質的に満たすことができる速度でタイムライン６３上で増加させるのが有利である。思い出されるように、スケジューラ６２が各フローのキューメンバーのヘッドをマップ化することができる分解可能なタイムスロットの最大数は、これらのフローの最低許容周波数に対する最高許容周波数の比に基づく。したがって、実時刻がバケット毎にセルレートの論理的倍数で増加される。
【００６１】
タイムライン６３についてのリファレンスである現在の実時刻より前であるか等しい時刻を表すタイムスロットに存在するデータ転送単位は、伝送のために選ばれる資格が有り、したがって、前述のようにして転送リスト６５にリンクされる。しかし、タイムライン６３の遅いタイムスロットに関連するタイムスロットに存在するデータ転送単位は、システムの実時刻がこれらのタイムスロットに到達するのに充分なだけ進むまで待ちの状態になる。ロールオーバによる曖昧さを避けるために、タイムライン６３は、以前にスケジュールされたデータ転送リミットに対する全てのリファレンスを、次のスキャンを見越して後からスケジュールされた転送単位に対しての任意のリファレンスが挿入される前に各タイムスロットから除去される。
【００６２】
上記の構成は、適合するＤＢＲ／ＣＢＲ ＡＴＭフローをそれらのトラフィックコントラクトによって指定されるＰＣＲに効果的に成形するが、これらのフローのセル遅延変動（ＣＤＶ）をそれらのトラフィックコントラクトのτPCR パラメータに適合させる上での助けにはならない。
【００６３】
Ｃ．相対ＣＤＶを最少化するための複数優先レベル
本発明によれば、異なった周波数のフローによってＡＴＭスイッチの出力ポートなどの多重化ポイントへ供給されるデータ転送単位に優先権を与え、周波数が高いフローのデータ転送単位に、これと衝突する可能性がある周波数の低いフローのデータ転送単位よりも高い伝送優先順位が与えられる。図３に示すように、この伝送優先権は、ストールド仮想クロックスケジューリングメカニズム６３などによるスケジュールが許可されたデータ転送単位を、これらのデータ転送単位が属するフローの周波数に基づき、優先順位で並べられた複数のタイムライン６６ａ−６６ｅまたは出力ＦＩＦＯキューの一つまたは他のものへと導くことによって実施される。例えば、ＡＴＭスイッチの場合、５つの異なった周波数依存／サービス種類依存の出力優先順位で実施することが推奨される。この優先順位には、（１）出力リンクの最大レートの少なくとも１／１６の折衝された出力レートを有するフローからのセルに対しての最も高い優先順位、（２）出力リンクレートの１／１６〜１／２５６の範囲の折衝された出力レートを有するフローからのセルに対しての２番目の優先順位、および（３）出力リンクレートの１／２５６〜１／４０９６の範囲の折衝された出力レートを有するフローからのセルに対しての３番目の優先順位が含まれる。低い２つの優先権は、ゼロでない折衝されたＭＣＲレートを有するＡＢＲコネクションに対して、およびＭＣＲレートが零のＵＲＢコネクションとＡＢＲコネクションに対してそれぞれ設定するのが好ましい。
【００６４】
後から分かるように、本発明は、周波数の低いフローのＣＤＶを実質的に増加させることなく、周波数の高いフローのＣＤＶを効果的に減少させる。一般論として、許容できるＣＤＶは、フローの折衝されたレートに依存して変化する。例えば、１００個のセルタイムのＣＶＤは、予期されるセル１０個あたり１個の出力間隔に関しては非常に大きいが、もし折衝された出力間隔がセル２０２９個に対して１個にすぎない場合には一般的に問題にならない。
【００６５】
周波数が異なるフローのデータ転送単位またはセルの伝送をスケジュールするためにカレンダキューメカニズムを採用する場合、高周波数で優先順位の高いフローは、許容可能な低いＣＤＶを達成するようスケジュールされ、かつ単一のセルタイムの精度に分解される必要があるが、低周波数／低優先順位のフローは、例えば、１６セルタイムの精度により粗く分解できる。これは、カレンダキュー６３上のタイムスロットの数を減少できることを意味する。これにより、周波数の低いフローのキューセルのヘッドのスケジューリングには一般に必要でない精度を多少犠牲にして、カレンダキュー６３を実現するのに必要なメモリの量を減少できる。
【００６６】
名目上相違する一定周波数のフロー間での多重化ポイントにおける伝送の衝突の問題を解消するために提供される本発明による周波数に基づく優先順序付与の技術は、そのような多重化ポイントへセルまたはその他のデータ転送単位を供給するためのフロー毎出力キューを維持する作業を有するアプリケーションなど、フローの相対ジッターを減少させるための多くの異なったアプリケシーョンにおいて採用できる。
【００６７】
Ｄ．ソース・ツー・デスティネーションＡＢＲ制御ループを有するネットワークにおけるＡＢＲサービスについてのＭＣＲおよびＰＣＲパラメータのトラフィック成形
思い出されるように、標準ＡＢＲトラフィックコントラクトは明示的または黙示的に指定されたＰＣＲおよびＭＣＲパラメータを予期しており、ＭＣＲは零でもよい。ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合するＡＢＲフローは有効であり提供される資格があるが、ネットワークはそのフローに対して、それに許可された帯域幅を与えていない。これに対し、ＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に違反するフローは適合しないものである。したがって、ＡＴＭスイッチ２１などによってネットワークまたはネットワーク要素の出力に送られるＡＢＲコネクションまたはフローは、（１）ＭＣＲが零でない保証（non-zero MCR guarantee）を有するＡＢＲフローは、これらの保証を効果的に満足させるための適切な出力帯域幅を受け入れること、および（２）ＡＢＲの何れもそのような出力においてそれらのＰＣＲコミットメントに違反しないことを確実にするよう成形することが有利である。複数の多重化ポイントを有するネットワークでは、この成形を多重化ポイントの各々で行うことが有用である。
【００６８】
図４は、ＡＢＲフローまたはＶＣコネクションをネットワークまたはネットワーク要素の出力においてそれらのトラフィックコントラクトに適合させるために成形する一つの技術を示している。図示のように、それぞれのフローが出力サービスを要求するレートを監視し、最初に８５においてフローがＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合しているか否かを判断し、８６においてＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合していないフローがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に適合しているか否かを判断する。これらの一連のテスト８５と８６の結果を反映する制御信号がスケジューラ６２およびそれに関連するステアリングロジック８７にフィードバックされ、各フローのデータ転送単位（例えば、セル）が出力に供給される速度に対して適切なレート成形調整が行えるようにする。後で分かるように、この要求される状態は、全てのＡＢＲＶフローが、ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合しておらず（またはかろうじて適合している）、かつＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に偽／適合であることである。なぜなら、これらのアルゴリズムは、それぞれ最低および最大の許容フローレートについてテストするからである。
【００６９】
より詳しく述べると、ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合するフローは、そらのＭＣＲ保証を満たすのに必要な出力帯域幅を受け取っていないであろう。したがって、そのようなフローが８５において識別されたとき、スケジューラ６２とそのステアリングロジック８７は、その保証されたＭＣＲを幾分上回った速度での出力のために比較的優先順位が高いストールド仮想クロックカレンダキュー８８上にそのフローのデータ転送単位（例えば、セル）に対しての引き続いて受信されるリファレンスをスケジュールするためにセットアップされる。例えば、これらの引き続いて受信されるセルまたはパケットのリファレンスは、所定の加速ファクタによってフローについてのＭＣＲを乗算して決定される速度での出力のためにカレンダキュー８８上に組み込まれる。これにより、ネットワークは、これらの追加の多分「遅れている」フローに、それらのＭＣＲ保証を満足するのに必要な追加の出力帯域幅を与える。
【００７０】
ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）非適合ＡＢＲフローは、それぞれ許容できる程度に低いかまたは許容できない程高いＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）適合または非適合レートでの出力サービスを要求しているか否かを判断するために８６において更にテストされる。このテストの結果が他の制御信号によって捕らえられ、スケジューラ６２とそのステアリングロジック８７にフィードバックされ、これらのＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）非適合フローに対するその後に受信されるリファレンスを優先順位が低いキュー８９上に速度に感応してキューに入れるためにスケジューラ６２とそのステアリングロジック８７をセットアップする。即ち、８６においてＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）適合であることが分かったフローについてのその後に受信されるリファレンスは、ＭＣＲ保証を有するＡＢＲフローについての伝送リストの最後に付けられる。何故なら、それはラウンドロビンの順番で提供されるからである。これに対し、８６においてフローがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）非適合であることが分かった場合には、そのフローについてのその後に受信されるリファレンスは、そのフローについてのＰＣＲに従い、非作業維持型ストールド仮想クロックカレンダキュー８９上にスケジューラ６２によって組み込まれ、これによりＰＣＲリミットをフローに対して課す。
【００７１】
より一般的には、図４の実施の形態は下記のＡＢＲトラフィック成形アルゴリズムを実施することは明らかであろう：
もしＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）適合であれば、ＭＣＲ＊加速係数の速度で優先順位の高いキューに入れ、
そうでなく、もしＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）適合であれば、優先順位の低い作業維持型のキューに入れ、
そうでなければ、ＰＣＲ出力間隔に基づき、優先順位の低い非作業維持型のキューに入れる。
【００７２】
しかし、類似または異なる原理に基づく代替手段を使用できることは明らかである。
【００７３】
例えば、図５に示すように、一つの魅力のある代替手段は、８５と８６（図４）においてＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）適合でかつＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）適合であることが見出されたフローのデータ転送単位、即ちセルに対するリファレンスを、（１）ＭＣＲスケジューリング間隔で優先順位の高いカレンダキュー８８と、（２）優先順位の低いキューの作業維持領域との両方に入れることである。これは「競合」状態を作りだす。何故なら、そのような二重にキューに入れられたリファレンスの一つのインスタンスがキューの何れかにおいてサービスのために取り出される度に、デリンカー９１は他のキューからそのリファレンスの他のインスタンスを除去するからである。これは、トレランスτに関してのより厳しい限界が維持されるであろうことを意味する。この変形例でのトラフィック成形アルゴリズムは：
キューへ入れるとき、
速度ＭＣＲで優先順位の高いキューに入れ、
もしＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）適合であれば、優先順位の低い作業維持型のキューに入れ、
そうでなければ、ＰＣＲ出力間隔に基づき、優先順位の低い非作業維持型のキューに入れ、
キューから出すとき、
もし優先順位の高いキューから出すのであれば、優先順位の低いキューからリンクを外し、そうでなければ、優先順位の低いキューからリンクを外す。
【００７４】
図６は、ＡＢＲコネクションまたはフローを成形するための更に他の実施の形態を示す。この実施の形態では、ＭＣＲが零でないことの保証を有するＭＣＲ非適合ＡＢＲフローの各々に対して提供される出力帯域幅が、出力リンク（即ち、ラインインターフェースの転送側）のＡＢＲセル間の平均間隔とＡＢＲ「レディーキュー」の現在の長さとに基づいて動的に調整される。このＡＢＲ「レディーキュー」の現在長Ｌｅｎは、９３においてＡＢＲ伝送リスト６５ｅおよび６５ｆ上の作業維持キューの長さを測定することで判断される。一方、カレンダキュー上のＡＢＲセル間の平均間隔Ｓは、任意の非ＡＢＲフローに対して許可が与えられた後でＡＢＲフローが利用できる帯域幅を分割することによってリンクの割合として決定できる。これらの非ＡＢＲフローによって要求される帯域幅は、９４において、非ＡＢＲフローのためのエントリーを伝送リスト６５に提供するのに必要な全体的な帯域幅を計算することによって決定される。
【００７５】
例えば、もし９４において、出力リンクの帯域幅の５０％がＡＢＲフローのために利用できると判断された場合、当然その時の出力リンク上のＡＢＲセルまたはデータ転送単位の間の平均間隔Ｓが２セルタイムとなる。この情報とＡＢＲ「レディーキュー」の計算長Ｌｅｎとにより、スケジューラ６２に、非作業維持型カレンダキュー８９上にこれらのフローについての到着するリファレンスを下記の各出力間隔Ｔt でスケジュルさせることによりＭＣＲ非適合ＡＢＲフローのサービスを最適化できる。
【００７６】
Ｔt ＝Ｍｉｎ（Ｓt ，Ｍａｘ（Ｐt ，Ｒ）） （３）
但し、Ｒ＝予測ラウンドロビンＡＢＲ
サービスタイム（Ｒ＝現時刻＋Ｓ＊Ｌｅｎ）、
Ｐt ＝フローｔの次のセルのための最も早いサービスコントラクトコンプライアントデパーチャー（Ｐt ＝現時刻＋１／ＰＣＲ）、
Ｓt ＝フローｔの次のセルのための最も遅いサービスコントラクトコンプライアントデパーチャー（Ｓt ＝現時刻＋１／ＭＣＲ）
である。
【００７７】
Ｅ．分割ＡＢＲコネクションのトラフィック成形
知られているように、ＡＢＲコネクションは、図７に１０１として示したようなソース・ツー・デスティネーション制御ループまたは図８に１０２として示したような分割制御ループを用いて動作させることができる。分割制御ループを採用する場合、個々に制御されるセグメントの各々は次のセグメントに対して仮想ソースＶＳとして機能する。したがって、各ＡＢＲ制御セグメント（最初のものは除く）に対しては、ＡＢＲソースエンドポイントとして作用する仮想ソースから供給が行われる。制御ループが仮想ソースによって受けられる場合には、制御ループから逆向きリソースマネージメント（ＲＭ）セルは除去される。しかし、各ソース、即ち仮想ソースは、デスティネーションまたは仮想デスティネーションＶＤへの利用可能なネットワークの帯域幅を、このフィードバックに基づいて計算でき、セグメント毎に、許可セルレート（ＡＣＲ）として表すことができる。したがって、分割制御ループを有するこれらのＡＢＲコネクションについては、許可される最大フロー毎データ転送単位またはセルレート、Ｍａｘ（ＭＣＲ，Ｍｉｎ（ＡＣＲ，ＰＣＲ）を使用してＡＢＲトラフィック成形をセグメント毎に行うのが有利である。図４〜図６の実施の形態では、Ｍａｘ（ＭＣＲ，Ｍｉｎ（ＡＣＲ，ＰＣＲ）に等しいＰＣＲ’を設定し、そして計算においてＰＣＲの代わりにＰＣＲ’を使用することで上記のようなトラフィック成形を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を使用することが有利なＡＴＭスイッチの単純化したブロック図である。
【図２】図１に示すスイッチを横切る間にＡＴＭセルがとることが好ましい種々の形を追跡した図である。
【図３】図１に示すチップの出力側、即ち送信側における代表的なチャネルのより詳細なブロック図である。
【図４】本発明のストールド仮想クロックカレンダキューの実施の形態を示す概略図である。
【図５】本発明の他のストールド仮想クロックカレンダキューの実施の形態を示す概略図である。
【図６】本発明の更に別のストールド仮想クロックカレンダキューの実施の形態を示す概略図である。
【図７】ソース・ツー・デスティネーション制御ループを有するＡＢＲコネクションの概略図である。
【図８】分割制御ループを有するＡＢＲコネクションの概略図である。
【符号の説明】
１０２ 制御ループ
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット交換式通信ネットワーク、特に指定されたトラフィック記述子に適合するために、そのようなネットワークまたはネットワーク要素内のキューイングポイントにおいて時間多重パケットのフローを生じさせるトラフィック成形に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ａ．トラフィックコントラクト／定義
パケット交換式通信ネットワーク上で現在動いている殆どのアプリケーションは、ネットワークから偶然得る帯域幅が如何なるものであっても満足して動作できる。何故なら、それらのアプリケーションでは「弾性」帯域幅が条件となっているからである。これらのアプリケーションをサポートするこの種のサービスは、インターネットの世界では「ベストイフォート」サービスとして、または広帯域ＩＳＤＮ／ＡＴＭの世界では「アベイラブルビットレート」（ＡＢＲ）として知られている。
【０００３】
しかし、拘束（bounded）ジッター、即ち拘束パケット遅延変動（一般にＡＴＭの関連ではセル遅延変動と呼ばれる）を提供するネットワークサービスに対しての要求が増している。例えば、この種のサービスは、回路エミュレーションおよび映像などのリアルタイムなアプリケーションにおいて必要となる。インターネットがこのような要求に答えるか否かまたどの様にして応えるかは明確ではないが、広帯域ＩＳＤＮ／ＡＴＭの分野では、ユーザー−ネットワーク折衝型トラフィックコントラクトの概念を導入することで応えている。
【０００４】
知られているように、ユーザー−ネットワークＡＴＭコントラクトは、トラフィックのパラメータ、トレランス、およびサービス要求の質などを含むトラフィック記述子によって定義される。関連するトラフィックパラメータの各々について適合定義（conformance definition）が特定される。したがって、ＡＴＭサービスは、サービスの質（ＱｏＳ）の目標値と多重方式の異なる組み合わせをサポートするために、これらのトラフィックパラメータとそれらに対応する適合仕様を用いることができる。
【０００５】
部分的にオーバーラップするＡＴＭトラフィッククラスは、インターナショナル・テレコミュニケーション・ユニオン（ＩＴＵ−Ｔ）の通信標準化部門と、ＡＴＭフォーラムによって定義されている。幾つかの例では、本質的に同一の属性（attribute）を有するトラフィッククラスに対してこれらの２つのグループは異なる名称を付けており、下記の名称変換テーブルは現在使われている等価の対応名称を示す。
【０００６】
ＩＴＵ−Ｔ勧告１．３７１で指定されたジェネリックセルレートアルゴリズム（ＧＣＲＡ）は、トラフィック記述子との適合についてパケットまたはセルのフローをテストするのに非常に適している。このようなテストを行うために、ＧＣＲＡは、出力（emission）間隔（即ち、フローレートの逆数）とトレランスτについての仕様を必要とする。実際には、このトレランスは、コネクション、コネクションセットアップパラメータ、またはサービスの種類などの種々の要因に依存するであろう。後で分かるように、ＧＣＲＡはブール関数として採用でき、コネクション上の固定サイズのパケットまたはセルのフローの場合、ＧＣＲＡ（出力間隔、トレランス）は、もしフローがピークレートに従っていれば偽（false）であり、フローが最少レートに従っていれば真（true）である。例えば、もしＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）が偽であれば、セルのソースはＰＣＲに従う。同様に、もしＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）が偽であれば、コネクションまたはフローはＭＣＲに従う。後で分かるように、「出力間隔」は「セルレート」の逆数である。
【０００７】
ＤＢＲトラフィックコントラクトは、コネクションが行われている間、一定量の帯域幅をコネクションに対して継続的に利用できることを予測してコネクションを確立するソースには適切である。従って、ネットワークがＤＢＲコネクションに委ねる帯域幅は、ＰＣＲ値によって特徴づけられる。さらに、そのようなコネクションでのセルまたはパケットのフローは、もしそれがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に適合していれば、トラフィックコントラクトを遵守している。一方、ＳＢＲトラフィックコントラクトは、ＳＣＲとτIBT およびＰＣＲとτpcT の通知された選択を考慮に入れた既知のトラフィック特性を有するアプリケーションに適している。ＳＢＲまたはｒｔ−ＳＢＲフローは、もしそのフローがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）だけでなく、ＧＣＲＡ（１／ＳＣＲ，τIBT ）にも適合する場合、そのトラフィックコントラクトを遵守している。
【０００８】
前述したように、ＡＢＲトラフィックコントラクトは、予約されていない帯域幅を使用した結果として生じる情報転送レートにおける動的な変化を許容できるアプリケーションに適している。ＰＣＲとＭＣＲは、そのようなコネクションを確立するソースによって指定され、これらのパラメータはネットワークとの折衝の対象となる。したがって、ＡＢＲコネクションについて利用できる帯域幅はＭＣＲ（零でもよい）と、定義された割り当てポリシーにより、予約されていない帯域幅をＡＢＲコネクションの間で共用することによって生じる可変セルレートとの和である（即ち、ソースがその指定されたＭＣＲを上回って受信する帯域幅は、折衝されたＰＣＲだけでなく、ネットワークポリシーにも依存する）。ネットワークからのフィードバックにより、ソースアプリケーションは、ＡＢＲコネクションに対してセルまたはパケットを送るレートを動的に調整することができる。ＡＢＲフローは、ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合していれば、常にトラフィックコントラクトを遵守しており、ＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に適合していなければ、常に非遵守である。ＭＣＲとＰＣＲの間の領域における適合性は、ＡＢＲフィードバックに依存し、従って動的に決定される。
【０００９】
ＵＢＲトラフィックコントラクトは、ＡＢＲコントラクトに類似しているが、ＵＢＲコントラクトは、ＭＣＲの仕様に順応できず、また動的な適合定義を有しない。したがって、ＵＢＲフローは、もしそれがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に適合していれば、トラフィックコントラクトを遵守している。
Ｂ．トラフィック成形
ＩＴＵ−Ｔ勧告１．３７１は、トラフィックを下記の点に関し、トラフィック記述子に適合させるためにネットワーク要素でのトラフィックの再成形の可能性について言及している：
「トラフィック成形は、ＱｏＳの目標値を満たしながらネットワーク効率を改善するため、または後続のインターフェースでの適合を確保するために、ＶＣＣまたはＶＰＣ上のセルストリームのトラフィック特性を変更して、これらのトラフィック特性の要求される変更を達成するメカニズムである。トラフィック成形は、ＡＴＭコネクション上のセルシーケンスの完全さを維持しなければならない。成形はセルフローの特性を変更し、その結果、セルの平均転送遅れを増加させるものである。
【００１０】
トラフィック成形の例は、ピークセルレートの低減、バースト長さの制限、セルの時間間隔を適切にすることによるＣＤＶの低減、およびキューサービス方式である。
【００１１】
トラフィック成形を行うか否か、またそれをどこで行うかはネットワークオペレータの選択による。例えば、ネットワークオペレータは好適なＵＰＣ／ＮＰＣ機能とともにトラフィック成形を行うことを選択できる。
【００１２】
分離したセルフローまたは集合的セルフローに関してトラフィック成形を行うことはオペレータが選べるオプションである。
【００１３】
したがって、如何なるＡＴＭコネクションに対してもトラフィック成形を行うことができる。
【００１４】
ネットワークオペレータ／サービスプロバイダが利用できるオプションには以下のものがある：
ａ．成形なし
・如何なる成形機能も用いることなく、ネットワーク出口における適合性を確保しながらネットワーク入口における適合セルの任意のフローを許容できるようにネットワークの寸法又は次元(dimension) を決める。
ｂ．成形あり
・入口における適合セルの任意のフローが、ＱｏＳ目標値を満たしながらネットワークまたはネットワークセグメントによって運ばれるようにネットワークの寸法を決めるとともに動作させ、出口における適合テストを満たすようにトラフィックの出力成形を行う。
【００１５】
・ネットワークまたはネットワークセグメントの入口におけるトラフィックを成形し、ＱｏＳ目標値およびネットワークまたはネットワークセグメントの出口におけるその後の適合テストを満たすとともに、成形によって得られたトラフィック特性にしたがってリソースを割り当てる。
【００１６】
また、ソースによってまたはＵＮＩにおいて発生されるセルが、使用されるＡＴＣに関する折衝トラフィックコントラクトに適合していることを確実にするために、顧客の装置内、またはソースにおいてトラフィック成形を使用してもよい（５．５章参照）。」ＩＴＵ−Ｔ勧告１．３７１、６．２．５章。
Ｃ．リアルタイムおよび非リアルタイムコネクションのためのスケジューリング／現存のツールおよび技術
知られているように、もし「ベストイフォート」のインターネットサービスまたはＡＢＲ ＡＴＭサービスを採用するアプリケーションの間で帯域幅が「フェア」に分割されない場合、種々の好ましくない現象が生じるであろう。
【００１７】
現在、殆どのＡＴＭスイッチではＦＩＦＯキューイングが実施されている。しかし、ＦＩＦＯキューイングは、ＡＢＲトラフィックに使用した場合、異常な挙動を示す。また、ＦＩＦＯは、正しく行動しているユーザーを誤って行動しているユーザから保護できない（アイソレーションを提供しない）。このような欠点のため、重み付けフェアキューイングなどの非ＦＩＦＯキューイングメカニズム、またはラウンドロビンのようなフェアキューイングに近似した方式がしばしば提案される。
【００１８】
非弾性的帯域幅を要求する種類のサービスは、時として、データが拘束ジッター（即ち、セルまたはパケットの遅延変動が制限されていること）を伴ってネットワークを介して伝送されることを要求する。知られているように、リアルタイムストリームに対して拘束ジッターを提供するために重み付けフェアキューイングを使用することができる。さらに、仮想クロックおよび自己計時型フェアキューイングの密接に関連したメカニズムを使用するシステムのために試験済の遅延制限を提供できる。
【００１９】
したがって、弾性（ベストイフォート／ＡＢＲ）サービスと非弾性（またはリアルタイム）サービスの何れもがフェアキューイングおよび関連するアルゴリズムを使用することによって利益を受けることが知られている。
【００２０】
１．重み付けフェアキューイングおよび仮想クロック
フェアキューイングおよび関連のアルゴリズム（例えば、フレームベースのフェアキューイング、欠陥ラウンドロビンなど）はパケットまたは他のデータ転送単位（例えば、ＡＴＭセルはここでの議論においてはパケットである）のシーケンスに対して作用する。ＡＴＭの場合、これらのシーケンスはＶＣＩまたはＶＰＩの何れかによって認識され、この認識に適したインターネットのプロトコルは＜ＩＰアドレス、プロトコル、ポート＞トリプル（ＩＰｖ４）またはフロー識別子（ＩＰｖ６）に基づくものである。自己計時型重み付けフェアキューイングおよび仮想クロックの何れにおいても、パケットはタイムスタンプによって順序づけられる（ソートされる）（ラウンドロビンなどの方式はタイムスタンプによってパケットの順序づけに対して近似を行う）。このタイムスタンプは仮想終了時刻を表し（またはパケットの仮想開始時刻を同様に表す）、開始時刻を得るとともに、パケット長に、特定のパケットシーケンスに対しての帯域幅の割り当てを表す重みを掛けることによって得られるオフセットを加えて計算される。
【００２１】
より詳細には、仮想クロックの場合、仮想終了時刻は下記のように計算される。
【００２２】
VT(f,0) ＝ 0
VT(f,j+1) ＝ max｛到着(f,j+1), VT(f,j)｝+ 長さ(f,j+1)/レート(f) （１）
但し、VT(f,j) はフロー（仮想回線）f のパケット j に関連する仮想終了時刻であり、
到着(f,j) はフロー f のパケット j の到着時刻であり、
長さ(f,j) はフロー f のパケット j の長さである。
【００２３】
自己計時型重み付けフェアキューイングは、下記式に従って仮想終了時刻を指定する。
【００２４】
【００２５】
ＡＴＭの場合、セルが固定サイズ（例えば、５３バイト長）であるため、パケット長は一定である。したがって、式（１）および式（２）の最右項は、フロー毎の定数になる。仮想クロックの場合、式を下記のように単純化できる。
【００２６】
VT(f,j+1) ＝ max｛到着(f,j+1), VT(f,j)｝+ 定数(f) （３）
自己計時型重み付けフェアキューイングの場合、式を下記のように単純化できる。
【００２７】
VT(f,j+1) ＝ max｛システム仮想時刻, VT(f,j) ｝+ 定数(f) （４）
即ち、仮想クロックまたは自己計時型重み付け型フェアキューイングを実施するＡＴＭキューイングポイントは下記のステップを行う。
【００２８】
１）ＶＣについての現在の仮想時刻（ａ）と、セルの到着時刻i ）とシステム仮想時刻ii）の何れか（ｂ）との間の最大値を計算し、
２）上記ステップ１の結果に、帯域幅のＶＣの占有率を表すＶＣ毎の定数を加え、
３）ステップ１と２によって指定した仮想タイムスタンプの値が増加する順序でセルを提供（それらを送信）する。
【００２９】
２．優先権
一つのトラフィッククラスに他のものより高い優先権を与えるということは、もし高い優先順位を有するトラフィッククラスが転送の準備のできたセル群を有していれば、これらのセル群は、常に優先順位の低いトラフィッククラスのセルに優先して伝送される。
【００３０】
優先権のメカニズムは先制的（preemptive）であることも非先制的であることもできる。この用語はオペレーティングシステムの文献から由来している。非先制的優先権メカニズムは、スケジューリング時刻において対象物（オペレーティングシステムの世界ではプロセスであり、ＡＴＭの世界ではＶＣ）に対して優先順位を与え、対象物はそれが提供されるまでこの優先順位を維持する。他方、先制的優先権メカニズムは、対象物が提供されるのを待っている間に対象物の優先順位を変えることができる。例えば、先制システムでは、「このＶＣを優先順位３でスケジュールする」と言うことはできるが、もしそれが２００マイクロ秒の間に提供されない場合には、その優先順位が２に上げられる。
【００３１】
３．作業維持および非作業維持キューイング
「作業維持（work conserving）」という用語は、作業が作られることもないし破壊されることもない任意のキューイングシステムを示すために時々使用される。この用語と一致して、待機セルが与えられた時、常にセルを出力リンクに伝送するスイッチは、「作業維持スイッチ」である。純粋なＦＩＦＯを採用するスイッチ、重み付けフェアキューイングまたは仮想クロックスケジューリングアルゴリズムは全て作業維持型である。これに対し、非作業維持型スイッチは、セルが転送のために待機していても、セルを送信しないことを選択できる。後で分かるように、これを行う方法は、特定のセルを伝送する前に現時刻がそのセルに関連したタイムスタンプに等しいか大きくなるまで待つようにスイッチをプログラムすることである。
【００３２】
作業維持スイッチは、伝送リンクを完全に利用しようと試みるが、必ずしもバーストを除いたり、阻止したりしない。これに対し、非作業維持スイッチは、より厳しい適合テスト（即ち、より小さいτを有するＧＣＲＡ）を満たすようにトラフィックを再成形するためにセルを戦略的に遅延させることができる。さらに、所定のコネクションに指定された量のバッファリングが割り当てられるだけの非作業維持スイッチは、割り当てられたバッファ空間をオーバーフローするセルを捨てるかもしくはそれにタグを付けることによってポリーシング（policing）機能（ＩＴＵではＵＰＣ／ＮＰＣと呼ぶ）を行う。非作業維持キューイングシステムの例は、仮想時間は実時間よりも速く過ぎる（立ち往生するか、非作業維持状態になる）ことが許されない仮想クロックアルゴリズムを改造したストールド（stalled）仮想クロックである。
【００３３】
４．カレンダキュー
カレンダキューは、アクションを時間順に並べたリストで、各アクションは、実時刻がそのアクションに関連する時刻と等しいかそれを越えた時にキューから取り出されて実行される。時間間隔が制限されたカレンダキューは、「タイムホイール(time-wheel)」または「タイムライン(time-line) 」として知られている線型アレーとして表すことができる。タイムホイールはバケットに対する事象をポインタに対して相対的に割り当てるもので、ホイールサイズを算術モジュロとして使用してバケットインデックスが計算される。これらのデータ構造は、キューイングメカニズムとして文献で良く知られている。タイムホイールでは、絶対時刻は、現時刻（実時刻）に対するオフセットとして表され、アレー中の各事象は、それらが属するバケットに対して指定された時刻に実行すべき一つ以上のアクションを（典型的には、リンクされたリストの形態で）含むバケットである。そのようなタイムホイールのバケットの何れのものも空であることができる、即ちそれに関連する事象を有しなくてもよい。
【００３４】
各タイムホイールについて、二つの重要な時間ｔearliestとｔlatestがあり、これらはアレー中のアクティブエントリーについてのヘッドポインタおよびテイルポインタに対応し、ｔearliestは、提供すべき次のエントリー（例えば、パケットまたはセル）の時刻であり、ｔlatestは、スケジュールされた事象を含む最新の（時間的に最も遠い）バケットに関連する時刻である。ｔearliestとｔlatestの間の差はタイムホイールの長さｂから１を引いた長さを越えることはできない。これは、時間がモジュロｂを維持していると見ることにより、そして、ｂ−１を越えるオフセット（仮想クロックまたは重み付けフェアキューイングにおいてそれぞれレートまたは重みの何れかを掛けたパケット長）が無いことを確実にすることによって確実にされる。ＯＣ−３の速度（１４９．７６ｍｂｐｓ−ＳＯＮＥＴペイロードレート）で動作するＡＴＭリンクの場合、リンク上に秒当たり約３５３２０８セルが存在する。したがって、もし６４Ｋｂｐｓ（音声電話の速度）のフロー（ＡＡＬタイプ１が使用される場合には、毎秒約１７４セル）が、サポートすべき最も遅い速度のコネクションで、最も遅い速度に対する最も早いサポートされた速度の割合は２０２９、切上げると２11となる。この割合は、実時刻を計算する間に加算される最大オフセットである。したがって、長さが２０３０（２の冪乗への切上げを考慮にいれると２０４８）のタイムホイールは、６４Ｋｂｐｓから完全なＯＣ−３リンクの速度までの間の速度の回線に関連する実時刻をコード化するのに充分である。
【００３５】
タイムホイールアレーの長さは、アレー要素が２以上のタイムオフセットを含むことができるようにすることによって減少できる。例えば、もし上記のタイムホイールが２０４８要素から２５６要素に減少された場合、各バケットはその中にマップ化した８個のタイムオフセットを有するであろう。複数オフセットに及ぶ単一のバケット内のアクションは、狂った順番で行われるかも知れないが、バケットの間ではアクションは順番どおりになるであろう。これにより、カレンダキュー内のアクションの順序付けの精度が低下するという犠牲を払って、そのようなタイムホイールに割り当てる必要があるメモリの量を減少できる。
【００３６】
Ｄ．複数出力チャネル上での時間多重フローのためのトラフィック成形
時間多重化されたパケットまたはセルのフローをそれらのトラフィックコントラクトに適合させるのに必要な何れのトラフィック成形は、異なった出力チャネルのためのフローを相互に分離するのに必要な切り替えまたはルーチング動作が完了した後で実施するのが好ましい。これにより、マルチプレクサのスループット効率を最適化できる。
【００３７】
しかし、以前の出力待機ＡＴＭスイッチは一般に、ＦＩＦＯ（先入れ、先だし）出力バッファを採用していた。これらのバッファはそれらを通過するフローの何れのものの再成形の制御に関与できない。その代わり、これらのバッファから出力されるＶＣ毎の時間多重フロー（per-VC time mutiplexed flows）は、本質的にそれらの中ににロードされる入力フローの時間多重複合物である。勿論、これらの出力フローは、バッファの固有待ち時間のために入力フローに対して時間的に遅延される。また、もし異なるフローのデータ転送制限の間でスケジューリングの衝突が発生した場合にはこれらの出力フローの一つ以上のもののセル遅延変動（ＣＤＶ）が増加するであろう。何故なら、これらの干渉は、所謂「伝送衝突」を引き起こすからである。
【００３８】
後で分かるように、ＣＶＤの増加は、比較的トレランスが厳しいＤＢＲトラフィックのようなトラフィックの場合、特にやっかいなものである。したがって、もしソースとデスティネーションの間の各ホップが、上記の形式の単純なＦＩＦＯ出力キューを含む場合、その指定されたトレランス内での適合性を確保するために、このＣＤＶに敏感なトラフィックが作ることができるホップの数を制限することが必要になるであろう。
【００３９】
したがって、時間多重出力の送出のために複数入力から複数出力へトラフィックを送る、ＡＴＭスイッチまたはその他のルーターのためのより効率的でより効果的なトラフィック成形メカニズムとプロセスに対するニーズがあることは明らかである。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＡＢＲ制御ループを有するネットワークにおけるアベイラブルビットレート（ＡＢＲ）サービスのためのフロー毎出力待機ルーチングメカニズムにおけるレート成形を提供するものである。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、パケットの時間多重連続フローを、分割制御ループを有するネットワークにおいてそれぞれのアベイラブルビットレートネットワークトラフックコントラクトに成形するための方法であって、分割制御ループがセグメント毎のコンゲッション制御を前記ネットワークに提供するように構成され、前記トラフィックコントラクトが、前記フローに対するそれぞれの最小及びピークパケット出力レート、並びに前記レートに対するトレランスを確立し：前記制御ループのそれぞれのセグメント内のコンゲッション制御アクティビティを分析して、前記ネットワークのそれぞれのセグメントが利用可能な帯域幅トラフィックにどのくらい多くの帯域幅を提供することができるかを概算するステップを有し；前記帯域幅概算を用いて、前記ネットワークの各セグメントに於けるそれぞれのアベイラブルビットレートフローに対して許可されるパケットレートを計算するステップを有し；前記レートをそれぞれの制限値とほぼ等しい値に、前記レートに対するトレランスを実質的に変更することなく、設定することにより、前記ネットワークのそれぞれのセグメントにおけるそれぞれのフローに対するピークパケット出力レートをリファイン（詳細化；refine) するステップを有し、ここで、前記セグメントの内の任意の所与のセグメントに於ける前記フローの内の任意の所与のフローに対するリファインピークパケットに関する制限値が、所与のフローに対してコントラクトで確立されたピークパケットレート及び前記ネットワークの所与のセグメントにおける所与のフローに対して許可されるパレットレートの内の少ないほうにほぼ匹敵する上位拘束と、所与のフローに関してコントラクトで確立された最小パケットレートにほぼ匹敵する下位拘束とを有し；あらゆる所与のフローのパケットを選択的にキューに入れて（ｉ）ネットワークの所与のセグメント中を所与のフローのパケットが流れるレートが、リファインピークパケットレートにより変更された所与のフローに関するトラフィックコントラクトに従わない場合、非作業維持型カレンダーキュー上及び（ｉｉ）前記レートが前記コントラクトに従う場合、作業維持型キュー上の前記ネットワークのあらゆる所与のセグメント中に出力することにより、それぞれのフローのパケットが前記ネットワークのそれぞれのセグメント中に出力されるレートを制御するステップを有する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
Ａ．代表的な環境
図面、特に図１を参照すると、ＡＴＭスイッチ２１の入力および出力ポートは、典型的には、Ｕｔｏｐｉａ２インターフェースを介して１個以上の物理層に結合され、第２の好適なインターフェースを介してスイッチ制御プロセッサモジュール２２に接続されている。これにより、スイッチ２１は、接続された任意の物理層とデータおよびコントロールセルを交換し、また制御プロセッサモジュール２２と制御セルを交換する。この標準的なプラクティスと調和して、通信チャネルは一方向性であり、したがって、双方向通信には一組のチャネルが必要である。
【００４３】
スイッチ２１は、入力キューからＶＣ毎出力キューへデータおよび制御セルをスイッチングするために、スイッチングファブリック２４、ファブリック制御モジュール２５およびリザベーションリング２６を含んでいる。これらのキュー中のセルはデータメモリ２７中のデータパスに記憶され、これらの入力および出力キューはキュー制御モジュール２８によって管理される。典型的には、データメモリ２７は、最大で約１２０００セルを記憶できる容量である。データおよび制御セルフローのコネクションレコードは、制御プロセッサモジュール２２へのルーチングのための、レート基準エンジン／トラフィックマルチプレクサ３１によって捕らえられる所定の形式の制御セルと共に制御メモリ２９内の制御パス中に記憶される。制御ＲＡＭ２９は、最大で約８２００のコネクションレコードと６４Ｋのセルレコードを記憶できることが好ましい。制御プロセッサモジュール２２とスイッチ２１との間の相互作用は本発明の範囲を越えているので、本明細書では記載しない。しかし、ＡＴＭスイッチの設計に詳しい人であれば、制御プロセッサは主にコネクションの確立および終了、並びＯＡＭ（Operation and Maintenance）機能を実施する責任がある。
【００４４】
スイッチ２１のデータパスは所定のレート、例えば４０ＭＨｚで同期的にクロック動作される。しかし、従来の同期パイプライン設計のプラクティスに合わせ、このクロック信号の位相は、一つのパイプラインのステージから次のステージへと転送される前に落ちつくために適切な時間をデータに与えるために、データ経路に沿った異なった点で異なった量だけ（図示しない手段により）遅延される。
【００４５】
標準的なプラクティスに従い、デスティネーションと通信することを望むソースは、スイッチ２１が存在するＡＴＭネットワークとの折衝を、ネットワークに対してＳＥＴＵＰメッセージを送ることによって開始する。このメッセージは、デスティネーションを識別し、要求されたコネクションのための関連トラフィックパラメータの全てを明示的または黙示的に指定する。もしネットワークが、これらのトラフィックパラメータ（または、ソースが受け入れることを希望しているパラメータの変形版）によって定義されるトラフィックコントラクトに委ねるための準備ができている場合には、ネットワークはＳＥＴＵＰメッセージをデスティネーションへ送る。そして、デスティネーションが、トラフィックコントラクトの条件に従ってソースからメッセージトラフィックを受信する準備ができていれば、デスティネーションはＣＯＮＮＥＣＴメッセージをソースに返す。このＣＯＮＮＥＣＴメッセージは、トラフィックコントラクトに適合するセルフローのための指定された仮想パス（ＶＰ）内の指定された仮想回線（ＶＣ）上にコネクションが確立されたことを確認するものである。ＩＴＵ−Ｔ勧告０．２３９１およびＡＴＭフォーラムＵＮＩ４．０仕様を参照のこと。これらの信号伝達プロトコルを発生させることなく、供給することにより「永久」仮想コネクションを確立できる。
【００４６】
コネクションが確立された後データセルが流れ始める。図２に示すように、セルの形は、スイッチ２１が行う動作のためにスイッチ２１を通過するにつれ変化する。マルチキャスティングのためにセルを複写してもよいが、下記の議論は、不必要に複雑になることを避けるためにユニキャストの動作に限定する。
【００４７】
図２に示すように、スイッチ２１が受信する各上りのセル４１は、ＶＰインデックスとＶＣインデックスを含むヘッダを有している。これらのインデックスは、コネクションの一つのホップについての固有アドレスを定義するために組合わさる。コネクションは複数のホップから構成することができ、したがって次のフープのためのＶＰおよびＶＣインデックスは、図２において４２で示されているように、スイッチ２１を通過する時にセルのヘッダーに書き込まれる。
【００４８】
スイッチ２１は、関連するフローのためのコネクションレコードが存在する制御ＲＡＭ２９内のアドレスを計算するために上りのセル（図２の４１）のＶＰおよびＶＣインデックスを採用する。典型的には、このコネクションレコードは、フローがスイッチ２１から出ていく出力ポート（即ち、スイッチレベルでのデスティネーション）を認識するためのビットベクトル、粒状の優先権スケール（granular priority scale）上でのフローの相対的な優先順位を識別するための優先権インデックス、およびスイッチ２１内のフローを唯一的に識別する回線インデックス（「Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｄｅｘ」）を含んでいる。図２において４３で示されているように、これらのコネクションパラメータはセルヘッダ内に書き込まれる。そして、セルがデータＲＡＭメモリー２９へ書き込まれ、セルに対してのポインタが複数のＦＩＦＯ入力キューの適切な一つとリンクされる。なお、キューの選択は関連するフローの優先順位に基づいて行われる。
【００４９】
入力キュー内のキューセルのヘッドの相対的な優先順位が、各セルタイムの間に調べられ、最も高い優先順位を有するキューセルのヘッドが、次のアービトレーション（arbitration）セッションの間のアービトレーションのために選択される。さらに、キューセルの優先順位のより低いヘッド（即ち、キューセルの任意の選択されていないヘッド）の優先順位は（図略の手段により）一定量ずつ増加され、これによって、次のアービトレーションセッションにおけるアービトレーションのためにセルが選択される可能性を増加させる。したがって、優先権が高い入力キューは、優先権が低いキューよりも単位時間当たりのスループットが大きいが、優先権が低いキューは、キューセルのヘッドの優先順位が時間とともに増加するため、遅れが制限される。
【００５０】
各アービトレーションサイクルは、スイッチ２１の一セル時間を必要とし、したがってアービトレーションのために選択されるセルのルーテング情報は、アービトレーションに勝ったセルまたはセル群のペイロードがスイッチングファブリック２４へ放出されるより１セル時間だけ前にリザベーションリング２６に供給される。即ち、図２において４４で示すように、リザベーションリング２６とスイッチファブリック２４によって受信されるセルは、次のアービトレーションサイクルのためのセル（即ち「現在セル」）のヘッダから構成されており、これに前のアービトレーションサイクルでアービトレーションに成功したセル（即ち「前のセル」）のボディーまたはペイロードが続いている。したがって、セルボディーがファブリック２４に到着すると、これらのセルをそれらの出力ポートデスティネーションにそれぞれ送るためにファブリックがファブリック制御装置２５によって既に構成されている。
図示の実施の形態では、アービトレーションおよびルーチングのためにセルが４ビット幅のニブルに分解される。この後（スイッチングプロセスのテストを行うために提供されるであろう「アイドルセル」を除き）、セルが再び組み立てられ、（ａ）スイッチ２１の適切な出力ポートへの時間的にスケジュールされた転送のため、および／または（ｂ）制御プロセッサモジュール２２への転送のために、データパス、制御パス、またはその両方においてキューに入れられる。スイッチ２１の出力ポートへのセルの時間的にスケジュールされた転送が本発明の中心であり、以下これについて更に述べる。一方、セルの分解と再組立、テストプロセス、および制御プロセッサ２２のＲＭ（Resource Management）およびＯＡＭ（Operation and Maintenance）セルとの相互作用は深く考える必要のない付随的なトピックである。
【００５１】
図３を参照すると、スイッチ２１はスイッチングファブリック２４の出力側、即ち送信側でファンアウトしていることが分かるであろう。したがって、スイッチ２１の一つの出力チャネルのみが示されているが、このチャネルは他のチャネルを代表するものであることが分かるであろう。
【００５２】
図示のように、スイッチングファブリック２４からのセルボディーおよびそれらの関連する回線インデックスを受け入れるためにフィルセルモジュール５１を設けることが好ましい。スイッチングファブリック２４の出力側の「有効セル時間」は、通常のセルタイムの「ｋ」増速ファクターに対する割合によって決定される。したがって、例えば、もし通常のセル時間が１１３クロックサイクル／セルである場合、スイッチングファブリック２４の出力側での有効セル時間は、ｋ＝２であれば、５６．５サイクル／セルである。
【００５３】
有効なセルが受信された時、フィルセルモジュール５１は、典型的に、セルをデータメモリ２７へ書き込むためのデータ構造についてのリンクされ番号の付けられたフリーリスト５２から出力されるセル構成を用いる。このため、フィルセルモジュール５１は、要求に応じて、フリーリスト５２の一番上からセル構造を読み出すためのフッチステートマシーン５３を含んでいることが好ましい。これにより、フィルセルモジュール５１は、セルフロー制御ユニット５５にセルの到着を知らせるために送る「到着」メッセージへ、セルについての回線インデックスと、データメモリ２７内のセルの位置についてのポインタを挿入することができる。回線インデックスにより、フロー制御ユニット５５は、制御メモリ２９内のコネクションレコードからセルが属するＶＣまたはフローを突き止めることができる。そして、セルフロー制御ユニット５５はフローのトラフィック成形状態をチェックできる。フロー制御ユニット５５がこれらの制御セルを認識し、またそれらがデータパス、制御パス、またはその両方においてキューに入れられているか否かを決定できるようにするためにＯＡＭ／ＲＭリコグナイザ５７を設けるのが有利である。
【００５４】
トラフィックコントラクトコンプライアントフローのセルのためのメモリポインタは、セルフロー制御ユニット５５がキュー制御ユニット５８へ送る「ａｄｄＣｅｌｌ」メッセージに応答してＶＣ毎のキュー内に入れられる。各ａｄｄＣｅｌｌメッセージは、それが属するセルおよび関連するフローまたはＶＣのための回線インデックスを識別する。また、ａｄｄＣｅｌｌメッセージは、セルがデータパス、制御パス、またはその両方においてキューに入れられるべきか否かを示す。セルが適切にキューに入れられると、新たにキューに入れられたセルを、それが属するＶＣについて将来行われるレート成形演算の間に考慮すべきことをフロー制御ユニット５５に通知するために、キュー制御ユニット５８がフロー制御ユニット５５に「ａｄｄｅｄ」メッセージを返す。
【００５５】
キュー制御ユニット５８が、それぞれのキューにセットされている深さ制御の制限に関するＶＣ毎キューの長さをモニターするのが有利である。これにより、制御ユニット５８は、ＶＣ毎のキューが過剰に長くなった時、ＡＢＲフローに対してのコンゲッション制御動作を開始することができる。また、制御ユニット５８は、トラフィックコントラクトを越えているフローを特定し、そのような適合しないフローのセルを削除するかまたは記録するための適切なポリーシング機能（図示略）を動作させることができる。
【００５６】
アドミッションコントローラ６１は、キュー制御ユニット５８から返される「ａｄｄｅｄ」メッセージを監視し、スケジューラ６２に、空でないＶＣ毎キューのためのキューセルのヘッドがスケジュールされた時刻に転送されるようにカレンダキュー６３上に組み入れる。スケジューラ６２は、カレンダキュー６３上へのキューセルのヘッドの組入れを、それらのためにスケジューラ６２が計算するそれぞれの仮想終了時刻ＶＴ（ｆ，ｊ＋１）（または「仮想開始時刻」）に従って行うために、ＶＣ毎の仮想クロックを採用している。
【００５７】
カレンダキュー６３は、スケジュールされたセルがスケジュールされた時刻よりも前に伝送のために放出されることを阻止するため、システムの「実時刻」と「現在時刻」を追跡する。即ち、スケジューラ６２とカレンダキュー６３は、ストールド仮想クロックを提供し、このため伝送することがスケジュールされたセルは、システムの実時刻が各々の伝送時刻に達した時のみに、伝送のために放出される。図示のように、カレンダキュー６３によって伝送のために放出されたセルを有するコネクションは、伝送リスト６５上の伝送の準備ができているセルを有するコネクションのリンクリストにリンクされる。
【００５８】
カレンダキュー６３はフロー制御ユニット５５に対して、任意の所定のコネクション上での伝送のためにセルを放出するか否かを知らせる。すると、フロー制御ユニット５５は、もし所定のコネクションのためのＶＣ毎のキュー上の次のセル（もしあれば）についてのリファレンス（即ち、キューセルの新しいヘッド）を要求し、アドミッションコントロール６１に、このリファレンスをスケジューリングのためにスケジューラ６２に対して認めるべきことを通知する。これにより、アドミッションコントロール６１はカレンダキュー６３との閉ループ通信に効果的に関与し、スケジューリングを認めたキューセルのヘッドが、ＶＣ毎のキュー内の他の全てのセルの除外に対して認められることを確実にする。したがって、カレンダキュー６３は、一つ以上の時間制限されたタイムホイール、または「タイムライン」６６を採用することによって実施できる。これらのタイムホイールのタイムスパンは、少なくともシステムがサポートするように設計された最低周波数のフローの周期と同じ程度にして時間ラップ（time wrap）によって引き起こされる曖昧さを阻止しなければならず、好ましくは２倍とし、これにより相対時刻を２の補数演算を使用して比較できる。
【００５９】
Ｂ．固定ビット長データ転送リミットのフローの成形による指定されたピークフローレート
ストールド仮想クロック伝送制御は、出力待機ルーチングメカニズムからのＡＴＭセルなどの固定ビット長データ転送単位の時間多重フローを、ＤＢＲ／ＣＢＲ ＡＴＭサービスのためのＰＣＲなどの指定されたピークのデータ単位のフローレートに成形するのに非常に適していることが分かる。前述したように、所定の出力ポートに送られるフローのデータ転送単位は、送りだされた後、フロー毎キューに入れられる。これらのキューの先頭にあるデータ転送単位は、スケジューラ６２によってタイムラインカレンダキュー６３に組み込むことがアドミッションコントローラ６１によって認められる（他の全ての転送単位は除いて）。そして、スケジューラ６２は、これらのキュー転送単位のヘッドに関してフロー毎仮想クロック演算を行い、それらの各々の理論的終了時刻ＶＴ（ｆ，ｊ＋１）または各々の理論的開始時刻に従ってカレンダキュー６３から放出するようにスケジュールする。
【００６０】
実時刻は、成形された時間多重出力トラフィックが出力リンク７１の帯域幅を本質的に満たすことができる速度でタイムライン６３上で増加させるのが有利である。思い出されるように、スケジューラ６２が各フローのキューメンバーのヘッドをマップ化することができる分解可能なタイムスロットの最大数は、これらのフローの最低許容周波数に対する最高許容周波数の比に基づく。したがって、実時刻がバケット毎にセルレートの論理的倍数で増加される。
【００６１】
タイムライン６３についてのリファレンスである現在の実時刻より前であるか等しい時刻を表すタイムスロットに存在するデータ転送単位は、伝送のために選ばれる資格が有り、したがって、前述のようにして転送リスト６５にリンクされる。しかし、タイムライン６３の遅いタイムスロットに関連するタイムスロットに存在するデータ転送単位は、システムの実時刻がこれらのタイムスロットに到達するのに充分なだけ進むまで待ちの状態になる。ロールオーバによる曖昧さを避けるために、タイムライン６３は、以前にスケジュールされたデータ転送リミットに対する全てのリファレンスを、次のスキャンを見越して後からスケジュールされた転送単位に対しての任意のリファレンスが挿入される前に各タイムスロットから除去される。
【００６２】
上記の構成は、適合するＤＢＲ／ＣＢＲ ＡＴＭフローをそれらのトラフィックコントラクトによって指定されるＰＣＲに効果的に成形するが、これらのフローのセル遅延変動（ＣＤＶ）をそれらのトラフィックコントラクトのτPCR パラメータに適合させる上での助けにはならない。
【００６３】
Ｃ．相対ＣＤＶを最少化するための複数優先レベル
本発明によれば、異なった周波数のフローによってＡＴＭスイッチの出力ポートなどの多重化ポイントへ供給されるデータ転送単位に優先権を与え、周波数が高いフローのデータ転送単位に、これと衝突する可能性がある周波数の低いフローのデータ転送単位よりも高い伝送優先順位が与えられる。図３に示すように、この伝送優先権は、ストールド仮想クロックスケジューリングメカニズム６３などによるスケジュールが許可されたデータ転送単位を、これらのデータ転送単位が属するフローの周波数に基づき、優先順位で並べられた複数のタイムライン６６ａ−６６ｅまたは出力ＦＩＦＯキューの一つまたは他のものへと導くことによって実施される。例えば、ＡＴＭスイッチの場合、５つの異なった周波数依存／サービス種類依存の出力優先順位で実施することが推奨される。この優先順位には、（１）出力リンクの最大レートの少なくとも１／１６の折衝された出力レートを有するフローからのセルに対しての最も高い優先順位、（２）出力リンクレートの１／１６〜１／２５６の範囲の折衝された出力レートを有するフローからのセルに対しての２番目の優先順位、および（３）出力リンクレートの１／２５６〜１／４０９６の範囲の折衝された出力レートを有するフローからのセルに対しての３番目の優先順位が含まれる。低い２つの優先権は、ゼロでない折衝されたＭＣＲレートを有するＡＢＲコネクションに対して、およびＭＣＲレートが零のＵＲＢコネクションとＡＢＲコネクションに対してそれぞれ設定するのが好ましい。
【００６４】
後から分かるように、本発明は、周波数の低いフローのＣＤＶを実質的に増加させることなく、周波数の高いフローのＣＤＶを効果的に減少させる。一般論として、許容できるＣＤＶは、フローの折衝されたレートに依存して変化する。例えば、１００個のセルタイムのＣＶＤは、予期されるセル１０個あたり１個の出力間隔に関しては非常に大きいが、もし折衝された出力間隔がセル２０２９個に対して１個にすぎない場合には一般的に問題にならない。
【００６５】
周波数が異なるフローのデータ転送単位またはセルの伝送をスケジュールするためにカレンダキューメカニズムを採用する場合、高周波数で優先順位の高いフローは、許容可能な低いＣＤＶを達成するようスケジュールされ、かつ単一のセルタイムの精度に分解される必要があるが、低周波数／低優先順位のフローは、例えば、１６セルタイムの精度により粗く分解できる。これは、カレンダキュー６３上のタイムスロットの数を減少できることを意味する。これにより、周波数の低いフローのキューセルのヘッドのスケジューリングには一般に必要でない精度を多少犠牲にして、カレンダキュー６３を実現するのに必要なメモリの量を減少できる。
【００６６】
名目上相違する一定周波数のフロー間での多重化ポイントにおける伝送の衝突の問題を解消するために提供される本発明による周波数に基づく優先順序付与の技術は、そのような多重化ポイントへセルまたはその他のデータ転送単位を供給するためのフロー毎出力キューを維持する作業を有するアプリケーションなど、フローの相対ジッターを減少させるための多くの異なったアプリケシーョンにおいて採用できる。
【００６７】
Ｄ．ソース・ツー・デスティネーションＡＢＲ制御ループを有するネットワークにおけるＡＢＲサービスについてのＭＣＲおよびＰＣＲパラメータのトラフィック成形
思い出されるように、標準ＡＢＲトラフィックコントラクトは明示的または黙示的に指定されたＰＣＲおよびＭＣＲパラメータを予期しており、ＭＣＲは零でもよい。ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合するＡＢＲフローは有効であり提供される資格があるが、ネットワークはそのフローに対して、それに許可された帯域幅を与えていない。これに対し、ＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に違反するフローは適合しないものである。したがって、ＡＴＭスイッチ２１などによってネットワークまたはネットワーク要素の出力に送られるＡＢＲコネクションまたはフローは、（１）ＭＣＲが零でない保証（non-zero MCR guarantee）を有するＡＢＲフローは、これらの保証を効果的に満足させるための適切な出力帯域幅を受け入れること、および（２）ＡＢＲの何れもそのような出力においてそれらのＰＣＲコミットメントに違反しないことを確実にするよう成形することが有利である。複数の多重化ポイントを有するネットワークでは、この成形を多重化ポイントの各々で行うことが有用である。
【００６８】
図４は、ＡＢＲフローまたはＶＣコネクションをネットワークまたはネットワーク要素の出力においてそれらのトラフィックコントラクトに適合させるために成形する一つの技術を示している。図示のように、それぞれのフローが出力サービスを要求するレートを監視し、最初に８５においてフローがＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合しているか否かを判断し、８６においてＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合していないフローがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に適合しているか否かを判断する。これらの一連のテスト８５と８６の結果を反映する制御信号がスケジューラ６２およびそれに関連するステアリングロジック８７にフィードバックされ、各フローのデータ転送単位（例えば、セル）が出力に供給される速度に対して適切なレート成形調整が行えるようにする。後で分かるように、この要求される状態は、全てのＡＢＲＶフローが、ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合しておらず（またはかろうじて適合している）、かつＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）に偽／適合であることである。なぜなら、これらのアルゴリズムは、それぞれ最低および最大の許容フローレートについてテストするからである。
【００６９】
より詳しく述べると、ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）に適合するフローは、そらのＭＣＲ保証を満たすのに必要な出力帯域幅を受け取っていないであろう。したがって、そのようなフローが８５において識別されたとき、スケジューラ６２とそのステアリングロジック８７は、その保証されたＭＣＲを幾分上回った速度での出力のために比較的優先順位が高いストールド仮想クロックカレンダキュー８８上にそのフローのデータ転送単位（例えば、セル）に対しての引き続いて受信されるリファレンスをスケジュールするためにセットアップされる。例えば、これらの引き続いて受信されるセルまたはパケットのリファレンスは、所定の加速ファクタによってフローについてのＭＣＲを乗算して決定される速度での出力のためにカレンダキュー８８上に組み込まれる。これにより、ネットワークは、これらの追加の多分「遅れている」フローに、それらのＭＣＲ保証を満足するのに必要な追加の出力帯域幅を与える。
【００７０】
ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）非適合ＡＢＲフローは、それぞれ許容できる程度に低いかまたは許容できない程高いＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）適合または非適合レートでの出力サービスを要求しているか否かを判断するために８６において更にテストされる。このテストの結果が他の制御信号によって捕らえられ、スケジューラ６２とそのステアリングロジック８７にフィードバックされ、これらのＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）非適合フローに対するその後に受信されるリファレンスを優先順位が低いキュー８９上に速度に感応してキューに入れるためにスケジューラ６２とそのステアリングロジック８７をセットアップする。即ち、８６においてＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）適合であることが分かったフローについてのその後に受信されるリファレンスは、ＭＣＲ保証を有するＡＢＲフローについての伝送リストの最後に付けられる。何故なら、それはラウンドロビンの順番で提供されるからである。これに対し、８６においてフローがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）非適合であることが分かった場合には、そのフローについてのその後に受信されるリファレンスは、そのフローについてのＰＣＲに従い、非作業維持型ストールド仮想クロックカレンダキュー８９上にスケジューラ６２によって組み込まれ、これによりＰＣＲリミットをフローに対して課す。
【００７１】
より一般的には、図４の実施の形態は下記のＡＢＲトラフィック成形アルゴリズムを実施することは明らかであろう：
もしＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）適合であれば、ＭＣＲ＊加速係数の速度で優先順位の高いキューに入れ、
そうでなく、もしＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）適合であれば、優先順位の低い作業維持型のキューに入れ、
そうでなければ、ＰＣＲ出力間隔に基づき、優先順位の低い非作業維持型のキューに入れる。
【００７２】
しかし、類似または異なる原理に基づく代替手段を使用できることは明らかである。
【００７３】
例えば、図５に示すように、一つの魅力のある代替手段は、８５と８６（図４）においてＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τMCR ）適合でかつＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）適合であることが見出されたフローのデータ転送単位、即ちセルに対するリファレンスを、（１）ＭＣＲスケジューリング間隔で優先順位の高いカレンダキュー８８と、（２）優先順位の低いキューの作業維持領域との両方に入れることである。これは「競合」状態を作りだす。何故なら、そのような二重にキューに入れられたリファレンスの一つのインスタンスがキューの何れかにおいてサービスのために取り出される度に、デリンカー９１は他のキューからそのリファレンスの他のインスタンスを除去するからである。これは、トレランスτに関してのより厳しい限界が維持されるであろうことを意味する。この変形例でのトラフィック成形アルゴリズムは：
キューへ入れるとき、
速度ＭＣＲで優先順位の高いキューに入れ、
もしＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τPCR ）適合であれば、優先順位の低い作業維持型のキューに入れ、
そうでなければ、ＰＣＲ出力間隔に基づき、優先順位の低い非作業維持型のキューに入れ、
キューから出すとき、
もし優先順位の高いキューから出すのであれば、優先順位の低いキューからリンクを外し、そうでなければ、優先順位の低いキューからリンクを外す。
【００７４】
図６は、ＡＢＲコネクションまたはフローを成形するための更に他の実施の形態を示す。この実施の形態では、ＭＣＲが零でないことの保証を有するＭＣＲ非適合ＡＢＲフローの各々に対して提供される出力帯域幅が、出力リンク（即ち、ラインインターフェースの転送側）のＡＢＲセル間の平均間隔とＡＢＲ「レディーキュー」の現在の長さとに基づいて動的に調整される。このＡＢＲ「レディーキュー」の現在長Ｌｅｎは、９３においてＡＢＲ伝送リスト６５ｅおよび６５ｆ上の作業維持キューの長さを測定することで判断される。一方、カレンダキュー上のＡＢＲセル間の平均間隔Ｓは、任意の非ＡＢＲフローに対して許可が与えられた後でＡＢＲフローが利用できる帯域幅を分割することによってリンクの割合として決定できる。これらの非ＡＢＲフローによって要求される帯域幅は、９４において、非ＡＢＲフローのためのエントリーを伝送リスト６５に提供するのに必要な全体的な帯域幅を計算することによって決定される。
【００７５】
例えば、もし９４において、出力リンクの帯域幅の５０％がＡＢＲフローのために利用できると判断された場合、当然その時の出力リンク上のＡＢＲセルまたはデータ転送単位の間の平均間隔Ｓが２セルタイムとなる。この情報とＡＢＲ「レディーキュー」の計算長Ｌｅｎとにより、スケジューラ６２に、非作業維持型カレンダキュー８９上にこれらのフローについての到着するリファレンスを下記の各出力間隔Ｔt でスケジュルさせることによりＭＣＲ非適合ＡＢＲフローのサービスを最適化できる。
【００７６】
Ｔt ＝Ｍｉｎ（Ｓt ，Ｍａｘ（Ｐt ，Ｒ）） （３）
但し、Ｒ＝予測ラウンドロビンＡＢＲ
サービスタイム（Ｒ＝現時刻＋Ｓ＊Ｌｅｎ）、
Ｐt ＝フローｔの次のセルのための最も早いサービスコントラクトコンプライアントデパーチャー（Ｐt ＝現時刻＋１／ＰＣＲ）、
Ｓt ＝フローｔの次のセルのための最も遅いサービスコントラクトコンプライアントデパーチャー（Ｓt ＝現時刻＋１／ＭＣＲ）
である。
【００７７】
Ｅ．分割ＡＢＲコネクションのトラフィック成形
知られているように、ＡＢＲコネクションは、図７に１０１として示したようなソース・ツー・デスティネーション制御ループまたは図８に１０２として示したような分割制御ループを用いて動作させることができる。分割制御ループを採用する場合、個々に制御されるセグメントの各々は次のセグメントに対して仮想ソースＶＳとして機能する。したがって、各ＡＢＲ制御セグメント（最初のものは除く）に対しては、ＡＢＲソースエンドポイントとして作用する仮想ソースから供給が行われる。制御ループが仮想ソースによって受けられる場合には、制御ループから逆向きリソースマネージメント（ＲＭ）セルは除去される。しかし、各ソース、即ち仮想ソースは、デスティネーションまたは仮想デスティネーションＶＤへの利用可能なネットワークの帯域幅を、このフィードバックに基づいて計算でき、セグメント毎に、許可セルレート（ＡＣＲ）として表すことができる。したがって、分割制御ループを有するこれらのＡＢＲコネクションについては、許可される最大フロー毎データ転送単位またはセルレート、Ｍａｘ（ＭＣＲ，Ｍｉｎ（ＡＣＲ，ＰＣＲ）を使用してＡＢＲトラフィック成形をセグメント毎に行うのが有利である。図４〜図６の実施の形態では、Ｍａｘ（ＭＣＲ，Ｍｉｎ（ＡＣＲ，ＰＣＲ）に等しいＰＣＲ’を設定し、そして計算においてＰＣＲの代わりにＰＣＲ’を使用することで上記のようなトラフィック成形を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を使用することが有利なＡＴＭスイッチの単純化したブロック図である。
【図２】図１に示すスイッチを横切る間にＡＴＭセルがとることが好ましい種々の形を追跡した図である。
【図３】図１に示すチップの出力側、即ち送信側における代表的なチャネルのより詳細なブロック図である。
【図４】本発明のストールド仮想クロックカレンダキューの実施の形態を示す概略図である。
【図５】本発明の他のストールド仮想クロックカレンダキューの実施の形態を示す概略図である。
【図６】本発明の更に別のストールド仮想クロックカレンダキューの実施の形態を示す概略図である。
【図７】ソース・ツー・デスティネーション制御ループを有するＡＢＲコネクションの概略図である。
【図８】分割制御ループを有するＡＢＲコネクションの概略図である。
【符号の説明】
１０２ 制御ループ
Claims (1)
- パケットの時間多重連続フローを、分割制御ループを有するネットワークにおいてそれぞれのアベイラブルビットレートネットワークトラフックコントラクトに成形するための方法であって、分割制御ループがセグメント毎のコンゲッション制御を前記ネットワークに提供するように構成され、前記トラフィックコントラクトが、前記フローに対するそれぞれの最小及びピークパケット出力レート、並びに前記レートに対するトレランスを確立し、
前記制御ループのそれぞれのセグメント内のコンゲッション制御アクティビティを分析して、前記ネットワークのそれぞれのセグメントが利用可能な帯域幅トラフィックにどのくらい多くの帯域幅を提供することができるかを概算するステップを有し、
前記帯域幅概算を用いて、前記ネットワークの各セグメントに於けるそれぞれのアベイラブルビットレートフローに対して許可されるパケットレートを計算するステップを有し、
前記レートをそれぞれの制限値とほぼ等しい値に、前記レートに対するトレランスを実質的に変更することなく、設定することにより、前記ネットワークのそれぞれのセグメントにおけるそれぞれのフローに対するピークパケット出力レートをリファインするステップを有し、ここで、前記セグメントの内の任意の所与のセグメントに於ける前記フローの内の任意の所与のフローに対するリファインピークパケットに関する制限値が、所与のフローに対してコントラクトで確立されたピークパケットレート及び前記ネットワークの所与のセグメントにおける所与のフローに対して許可されるパレットレートの内の少ないほうにほぼ匹敵する上位拘束と、所与のフローに関してコントラクトで確立された最小パケットレートにほぼ匹敵する下位拘束とを有し、
あらゆる所与のフローのパケットを選択的にキューに入れて（ｉ）ネットワークの所与のセグメント中を所与のフローのパケットが流れるレートが、リファインピークパケットレートにより変更された所与のフローに関するトラフィックコントラクトに従わない場合、非作業維持型カレンダーキュー上及び（ｉｉ）前記レートが前記コントラクトに従う場合、作業維持型キュー上の前記ネットワークのあらゆる所与のセグメント中に出力することにより、それぞれのフローのパケットが前記ネットワークのそれぞれのセグメント中に出力レートを制御するステップを有する、
パケットの時間多重連続フロー成形方法。
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