JP3833739B2 - パケットベース回路網用の通信管理および渋滞制御 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパケットベースの回路網、特にパケットベース回路網用の通信管理および渋滞制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パケットベースの通信回路網は通信回路網の種々のノード間のパケット伝送を行う。“パケット”はビットの固定したまたは可変の大きさのグル−プから構成される。パケットベースの回路網の例は、パケットがフレーム中継フレームに対応するフレーム中継回路網や、パケットがＡＴＭセルに対応する例えば非同期変換モード（ＡＴＭ）回路網等のセル切換え回路網等である。ノードは２以上のチャンネルまたはライン用の端末点として定義され、典型的に制御装置を含んでいる。
【０００３】
パケットベースの通信回路網内では、仮想接続（ＶＣ）がソースノードと目的地ノードとの間に設けられ、通常１以上の中間ノードを横切る。仮想接続はパケット伝送用のソースノードと目的地ノードの間の論理接続（チャンネル）である。仮想接続の各ノードはパケットを受信しその目的地ノードに送信するためのパケット交換装置として動作する。通信回路網内の各ノードは種々の仮想接続の一部であってもよい。ソースノードおよび目的地ノード等の端末ノードは、前もってフォーマットされたパケットを受信しおよび／または標準的な使用者データ流に含まれるデータをパケットに適切にフォーマットしおよび／またはパケットを標準的な使用者データ流に再構成するための必要なインターフェイスカードを有する。
【０００４】
パケットベースの通信回路網は局部領域回路網データ、音声データ、画像／ビデオデータ等の種々のデータを高速度デジタルトランク上で伝送するためにパケットに集積することができる。各ソースノードと目的地ノードは局部領域回路網、ファックス／モデム装置、音声装置、画像／ビデオ装置等の種々の顧客区域装置（ＣＰＥ）およびその他のデータおよび／またはパケットを通信回路網を経て目的地ノードへ伝送するための装置に接続される。
【０００５】
このようなパケットベースの回路網では、仮想接続を経て伝播するパケットの通信管理および渋滞制御のための適切なプロトコールを提供することが重要である。種々の方法は仮想接続へのパケット伝送速度と、さらにパケット管理および渋滞制御用のパケットの選択的な廃棄とを制御するように開発されている。
【０００６】
パケット管理および渋滞制御の１方法はクレジットベースの方法である。クレジットベースの方法は送信機および受信機として識別される隣接ノードの間で動作するプロトコールであり、ここで受信機が損失なしに情報を受けることができることを送信者が知らなければ、パケットは送信機から受信機へ送信されない。受信機は新しいパケットを受けることができることを指示する制御情報を送信機へ送信する。クレジットベースの方法は渋滞に応答するためエンドツウエンド方式に依存しない。このようなクレジットベースの方法では、送信機の閉ループ制御が利用され、従ってデータはできるだけ速くデータの損失なしに送信機から受信機へ送信される。
【０００７】
別の渋滞管理方法はフィードバック方法であり、仮想接続の渋滞状態はソースノードから目的地ノードまでの順方向でパケット流として測定され、渋滞状態の測定は回路網へのパケットの供給を調節する目的で目的地ノードからソースノードへ送り返される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、パケットベースの通信回路網の通信管理および渋滞制御を改良することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、ここで仮想接続のデータ速度がエンドツウエンドを基礎として制御されるパケットベースの通信回路網を提供することである。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、回路網リソースの利用が最大にされ、しかも回路網リソースの過大な利用が限定されるパケットベースの通信回路網の通信管理を行うことである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、通信のバーストにより生じる遅延を限定し、また回路網の集中点の渋滞を最小にするように選択された初期パケット供給を有するパケットベース通信回路網を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、活性の仮想接続間に迅速で公平なリソースの割当てを有するパケットベースの通信回路網を提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的はソースによるパケット供給率を調節するためにソースへ回路網利用情報を適時に提供することであり、最も適時の利用情報は仮想接続の臨界的またはアクセスノードに関連されている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、パケットベースの通信回路網において、仮想接続がソースノードと目的地ノードの間で設定され、これは１以上の中間ノードを横切り、ソースノードから目的地ノードまでの順方向で仮想接続に沿ったパケット流動期間中、各ノードは臨界的なリソースの利用を測定し、この利用情報は後方向（帰還）方向に流れるパケットへ目的地ノードからソースノードへパケットで伝送される。
【００１５】
さらに本発明によると、ソースノードに与えられる利用情報は仮想接続の順方向通路のリソースの最大利用の指示である。
【００１６】
さらに本発明によると、後方向に流れるパケットがなく、目的地ノードがソースノードへの送信用に特別の空パケットを発生し、そのパケットで利用情報が中間ノードにより送り返されてもよい。
【００１７】
さらに本発明によると、仮想接続のリソースが十分に使用されていないことを回路網利用情報が示したならば、仮想接続へのパケットの供給率は増加される。しかしながら、仮想接続のリソースが過剰利用されていることを回路網利用情報が示したならば、ソースノードにおける回路網へのパケットの供給率は減少される。
【００１８】
さらに本発明によると、仮想接続へのパケット供給率の２つの連続したパケットの率調節の間の時間は第１の調節が第２の調節の発生前に回路網を通じて実行することを可能にするように選択される。
【００１９】
さらに本発明によると、仮想接続が活性になると、例えばソースノードが仮想接続へのパケット送信を開始するとき、他の活性な仮想接続は新たな活性の仮想接続のために回路網リソースの過剰な使用を減少し、それによって活性な仮想接続間で敏速で公正なリソースの割当てを可能にする。付加的に、回路網に供給されるパケット率の減少が必要であることを回路網利用情報が示した時、高い使用の過剰な回路網リソースとの仮想接続が、低使用の過剰な回路網リソースとの仮想接続と比較してより高いパケットの供給率が減少される。
【００２０】
さらに、本発明によると、仮想接続の帯域幅はパケットが回路網に入力されたか否かの決定と、パケットがある渋滞状況下で廃棄される決定の割当てられた優先度で回路網へ入力されるパケットの弁別のために割当てられたサービスカテゴリーに応じて制御される。
【００２１】
さらに本発明によると、クレジットが各サービスカテゴリーと関連され、測定期間中に回路網へパケットが入力するように測定期間Ｔ当りの種々のクレジットが仮想接続に割当てられる。各パケットはクレジットを割当てられ、回路網の極度の渋滞状況期間中にパケットは対応する割当てられたクレジットの優先度に基づいて廃棄される。
【００２２】
さらに本発明によると、多重クラスのサービスが指定され、これは帯域幅、トランク列およびサービス規律、所定の仮想接続用のＣＵＦ測定とＳＩＲ制御を限定する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の前述および他の目的、特徴、利点は添付図面で示されている例示の実施例についての後述の詳細な説明で明白になるであろう。
本発明の説明を簡単にする目的で、以下の説明には略称が使用されている。参照のために以下に略称の表を示す。
【００２４】
略称 意味
ＡＴＭ 非同期伝送モード
ＣＩＲ 行われた情報率
ＣＭＰ 渋滞監視期間
ＣＰＥ 顧客区域装置
ＣＰＵ 中央処理ユニット
ＣＵＦ チャンネル利用係数
ＥＩＲ 過剰な情報率
ＦＦ 公平係数
ＩＳＲ 初期的な供給率
ＰＡＤ パケット組立／分解装置
ＲＴＤ 往復遅延
ＳＩＲ 供給情報率
ＶＣ 仮想接続
図１を参照すると、パケットベースの通信回路網100 は端末またはスイッチングノード102 と中間ノード105 とを含んだ複数のノードを具備している。技術でよく知られているように、パケットベースの通信回路網ではパケットはソースノード102 ａから目的地ノード102 ｂまでの仮想接続で伝送され、通常１以上の中間ノード105 を横切る。ソースノード102 ａと目的地ノード102 ｂは顧客区域装置（ＣＰＥ）108 とインターフェイスするスイッチングノード102 である。顧客区域装置108 は局部領域回路網、音声装置、画像およびビデオ装置、またはパケットベースの通信回路網を経て目的地ノードへ伝送するパケットの形態でデータを提供する他のデータとパケット送信装置とを含んでもよい。
【００２５】
顧客区域装置108 はアクセスモジュール110 を経てスイッチングノード102 に接続される。アクセスモジュール110 は顧客区域装置108 とインターフェイスし、パケット細分、再集合、帯域幅、実施、率制御、渋滞回復の機能を行い、渋滞状態の警報を発し、会計および統計記録を発生する。スイッチングノード102 はまた経路設定、信号通報、渋滞管理、リソース利用の測定および報告の機能を行う通過モジュール112 を含んでいる。
【００２６】
相互接続回路網115 はノードで全てのモジュールを相互接続する。全てのノード成分は完全な二重通信を処理することができる。例えば、アクセスモジュールはアクセスライン117 から相互接続回路網115 までパケットを同時に切換えることができ、その逆も可能である。
【００２７】
中間ノード105 は相互接続回路網115 により相互接続される複数の通過モジュール112 を含んでいる。中間ノード105 の各通過モジュール105 は回路網の中枢またはトランクライン120 とインターフェイスし、スイッチングノード102 の通過モジュールで弁別される全ての機能を行う。中間ノード105 の通過モジュール112 はノード105 の相互接続回路網115 を経て回路網トランクライン120 との相互接続を行う。
【００２８】
各仮想接続は中間ノード105 を経て１つの回路網ソースノード102 ａと、対応する回路網目的地ノード102 ｂとの間に通信リンクを設定する。図１の仮想接続の例は中間ノードＢ、Ｃを経てソースノードＡと目的地ノードＤとの間の接続である。図１で示されている別の仮想接続は中間ノードＢ、Ｃを経たソースノードＡ´と目的地ノードＤ´との間の仮想接続である。図１で示されている全ての仮想接続は中間ノード105 を利用するが、仮想接続は本発明によりノード102 ａと目的地ノード102 ｂとの間に直接設けられてもよいことが当業者に理解されよう。
【００２９】
前述したように、通信回路網100 内の全てのノード成分は完全な二重通信を処理することができ、それ故、スイッチングノードは１つの仮想接続のソースノードと、別の仮想接続の目的地ノードであってもよい。例えば図１では、仮想接続は中間ノードＣ、Ｂを経てソースノードＡ”と目的地ノードＡ´との間に設けられる。
【００３０】
仮想接続にわたる通信期間中、顧客区域装置108 により生成されたデータはソースノード102 ａ内でアクセスライン117 を経てアクセスモジュール110 に与えられる。データは顧客区域装置108 により適切なパケットフォーマットでフォーマット化されてもよく、または代りにアクセスモジュール110 は通信回路網100 に提供するように顧客区域装置108 により与えられる適切にフォーマットされたデータ用の既知のパケット組立て／分解装置（ＰＡＤ）を含んでもよい。図２はソースノード102 ａのアクセスモジュール110 のある基本特性を示した高レベルのブロック図である。図２を参照すると、顧客区域装置108 はデータをアクセスライン117 上のアクセスモジュール110 に提供する。少なくとも１つの専用の仮想接続はアクセスモジュール110 に接続された各顧客区域装置108 用に設けられる。各仮想接続は列205 を含み、ここで顧客区域装置により与えられたパケットは最初に記憶され、サーバ210 は列205 から通過モジュール112 までのパケットの供給を制御する。前述したように顧客区域装置により与えられる情報またはデータは通信回路網へ供給するための適切なパケットフォーマットではなく、パケット組立て／分解装置215 は顧客区域装置108 により適切なパケットフォーマットにより提供されるデータをフォーマットするように設けられてもよい。各仮想接続に関連する種々の列とサーバは中央処理ユニット（ＣＰＵ）により構成されてもよく、これは技術で知られているようにアクセスモジュール110 に関して前述の機能を実行するため適切な処理およびメモリ装置を含んでいる。
【００３１】
図１および３を参照すると、ソースノード102 ａと、中間ノード105 と、目的地ノード102 ｂ内で、各仮想接続と関連するパケットは通過モジュール112 により相互接続回路網115 との間で授受される。各通過モジュール112 は相互接続回路網115 と回路網トランクライン120 との間の完全な二重通信用に配置されている。通過モジュール112 内の各方向では、列305 は相互接続回路網115 または回路網トランクライン120 からの入来パケットを受信するように設けられ、サーバ310 は列305 からパケットを検索するために設けられ、パケットを回路網トランクライン120 または相互接続回路網115 にそれぞれ提供する。
【００３２】
本発明によると、仮想接続がソースノード102 ａと目的地ノード102 ｂの間で設けられ、あるいは１以上の中間ノード105 を含むとき、パケットは最初に順方向で仮想接続に沿って即ちソースノード102 ａから目的地ノード102 ｂへ流れる。各ノード内では、仮想接続の順方向に関連するサーバ310 はチャンネル利用係数（ＣＵＦ）の測定を行い、これは仮想接続の順方向のパケット伝送期間中の臨界的リソース例えば帯域幅、処理パワー等の利用の測定である。この利用情報は仮想通路の帰還方向に関してサーバ310 により仮想接続の後方向（帰還）方向に流れるパケットで搬送される。帰還通信がなければ、目的地ノードは特別の空パケットを発生し、従って利用情報はソースノードに提供されることができる。
【００３３】
詳細に後述するように、仮想接続の帰還パケット通信に含まれているＣＵＦ情報は送信期間中に更新され、従って帰還通信がソースノードに到達するとき、帰還通信に含まれるＣＵＦ情報は仮想接続内のリソースにより示される最大利用度の指示である。本発明により与えられるＣＵＦ情報は最も適時的で効果的な方法でソースノードに提供される。順方向で伝播したパケットにより経験されたリソース利用と関連するＣＵＦ情報は目的地ノードまでそのパケットと共に伝播しない。その代りに、特定のノードに関する現在のＣＵＦ情報はソースノードへ帰還方向で流れるノードへ直接ペギーバックされる。当業者により理解されているように、仮想接続では、順方向で伝播するパケットにより遭遇した第１のノード
（アクセスノード）は典型的に仮想接続においてパケットにより遭遇された（リソース利用に関して）臨界的および潜在的に最も限定されたノードである。順方向で第１のノードに関連するＣＵＦ情報は仮想接続へのソースノードによるパケット伝送期間中にソースノードに提供される最も適時の情報である。
【００３４】
仮想接続のリソースが十分に利用されていないことをＣＵＦが指示するならば、ソースノードは回路網へのパケット供給率が増加するように指示する。しかしながら、ＣＵＦが仮想接続のリソースが過剰に使用されていることを指示するならば、ソースノードは仮想接続サーバ210 に回路網へのパケット供給率を減少するように指示する。２つの連続した率調節の間の時間間隔は第２の調節を行う前に第１の調節が回路網を通じて行われることを可能にするように選択される。この時間は少なくとも１つの回路網往復遅延（ＲＴＤ）に等しくなるように選択される。回路網往復遅延は第２のノードから送信されたパケットが仮想接続を経て目的地ノードに到達しソースノードに戻る所要時間の指示である。軽く負荷された回路網では、典型的なＲＴＤは約８０乃至１００ミリ秒であり、負荷された回路網では典型的なＲＴＤは約２００乃至２５０ミリ秒である。これらの時間は単なる例示として使用されるものであり、ノードと回路網接続数等に基づいて変化する。
【００３５】
ソースノード102 ａのアクセスモジュール110 はパケットが１仮想接続当りで回路網に供給される率を制御する。前述したように各仮想接続は別々の列205 とサーバ210 を有し、サーバ210 によるパケット供給速度は回路網フィードバックの関数として更新される。所定の仮想接続でサーバ210 によりパケットが回路網に供給される率は供給情報率（ＳＩＲ）と呼ばれる。詳細に後述するように極度の回路網渋滞の場合を除いてＳＩＲはできるだけ頻繁に更新されるが回路網往復遅延程高速ではない。
【００３６】
図２および４を参照すると、各パケット400 はヘッダ部分402 とデータ部分405 とを有する。ヘッダ部分は経路設定、信号通報、パリティまたはエラーチェックのような種々の必要な回路網情報と、当業者に知られている種々の他の情報とを含んでいる。データ部分405 はソースノード102 ａから目的地ノード102 ｂまで伝送されるデータ（情報）を含んでいる。各仮想接続に沿ったＲＴＤの測定では、各パケットヘッダ部分402 は送信フラッグ（Ｓ）410 と受信フラッグ（Ｒ）411 とを含んでいる。回路網へ供給されたパケットグル−プはパケットのバーストの形態であるかまたはグル−プは長いパケット流であってもよい。ソースノードアクセスモジュール110 がＳＩＲを更新するとき、送信フラッグ410 の値を変化し、送信フラッグ410 の新しい値を順方向で送信されるグル−プ内の全てのパケット400 のヘッダ402 に設定する。付加的に、サーバ210 はパケットのグル−プの第１のパケットが仮想接続に送信される時間を記録する。時間は例えばサーバ210 のメモリレジスタ220 で記憶される。目的地ノードアクセスモジュール110 のサーバ210 は所定の仮想接続用の全ての受信パケット400 の送信フラッグ410 を読取り、帰還方向で送信される全てのパケットの受信フラグ中にこれを位置する。ソースノードアクセスモジュール110 は所定の仮想接続用の回路網から受信されるパケットの受信フラグ411 がメモリレジスタ220 中に記憶された時間に対応するパケットの送信フラグ410 に等しい。この点で、モジュールは少なくとも１つの往復期間が最後のＳＩＲの更新以来経過することを確実にされる。ＲＴＤはグル−プの送信開始時間、即ちメモリレジスタ220 で記憶された時間とグル−プの第１の帰還パケットの受信時間との間の時間差として測定される。
【００３７】
往復遅延測定は実施例により最もよく理解される。図４、５を参照し、ソースノードアクセスモジュール110 （図１）により与えられるパケット400 のグル−プは１に等しい（Ｓ＝１）送信フラグ410 と、０に等しい（Ｒ＝０）受信フラグ411 とを含んでいる。それ故、グル−プ内の各パケット400 は１に等しいＳビットと、０に等しいＲビットとを有する。グル−プ内の第１のパケット400 が目的地ノードアクセスモジュール110 （図１）に到達するとき、各パケットの送信フラグ410 の値はサーバ210 （図２）により読取られ、各パケットの受信フラグが１に等しく（Ｒ＝１）設定されるように受信フラグ411 中に位置される。一度、ソースノードアクセスモジュール110 （図１）が受信されたパケットの受信フラグ411 がモジュール内に記憶された送信フラグ410 に等しいことを検出したとき、往復遅延は検出され、往復遅延時間が送信時間と、帰還パケットがモジュールにより受信される時間の間の時間差として決定される。
【００３８】
測定されたＲＴＤは所定の仮想接続に沿って現在の回路網負荷（または遅延）を反映する。従って、ＳＩＲは低い回路網負荷状態下でより頻繁に生じる。ＳＩＲの更新の高周波数は全ての活性の仮想状態のエンドツウエンド処理能力の周波数の増加を促進する。しかしながら高回路網負荷状態下では、ＳＩＲ更新はほとんど生じず、従って率調整が伝播し、回路網を通じて十分に行われることを可能にする。この特徴は特にバースト通信を送信する仮想接続に有益である。仮想接続に位置されるときバースト通信は短命で高い回路網負荷を発生し、バースト通信はその後すぐにラインを外しがちである。この場合の頻度の低いＳＩＲ更新は後述するように、仮想接続のＳＩＲが阻止される前に回路網が仮想接続を経て通信のバーストの大部分を直ちに変換することを可能にする。
【００３９】
図１を参照すると、仮想接続のソースノードアクセスモジュール110 が回路網から受信されたＣＵＦの関数としてＳＩＲを調節する。ＳＩＲは常に行われた情報率（ＣＩＲ）以上であり、過剰な情報率（ＥＩＲ）以下である。ＣＩＲは使用者の申込みに基づいて決定されてもよい。例えば、使用者は６４キロビット／秒のＣＩＲまたは５１２キロビット／秒までの倍数を申込む。ＥＩＲは使用されるタイプのアクセスラインに依存する。例えばＴ１アクセスラインの場合、ＥＩＲ＝１．５３６Ｍビット／秒である。顧客区域装置が仮想接続による送信用のパケットを提供し始めるとき、または長期間の仮想接続の不活性後、ＳＩＲの値は初期の供給率（ＩＳＲ）に等しく設定される。ＣＩＲとＩＳＲとＥＩＲとの間の関係を以下に示す。
【００４０】
０≦ＣＩＲ≦ＩＳＲ≦ＥＩＲ
ＩＳＲは特にバースト通信に関して非常に重要なパラメータである。ＩＳＲは１仮想接続当りで決定され、その設定は直接総合的な仮想接続遅延性能に衝撃を与える。ＩＳＲがＣＩＲに近接して設定されるならば、不活性期間後に仮想接続が回路網に供給される初期バーストはより高い遅延を招きがちである。この遅延はＩＳＲがＥＩＲに近接するとき非常に減少されることができる。しかしながら、より大きなＩＳＲ設定が回路網の集中点で短期間の渋滞の可能性を高める。このタイプの渋滞は渋滞管理とエンドツウエンド率制御の組合わせにより軽減されてもよい。ＩＳＲはまた後述するように率制御機構の総合的な公平さに重要なインパクトを有する。
【００４１】
仮想接続の動作期間中、ソースノードアクセスモジュール110 は往復期間を検出し、モジュールは仮想接続に沿ってＳＩＲを利用可能な回路網リソースに整合する試みを行う。率整合は乗算係数によりＳＩＲの増加または減少により達成され、これは以前のＳＩＲ、現在のＣＵＦ、ＣＩＲ、ＥＩＲの関数である。現在のＣＵＲが仮想接続のリソースが十分に利用されていないことを示すならば、例えばＣＵＦが１００％より少なければ、アクセスモジュールはＳＩＲを増加する。ＣＵＦの現在の値が仮想接続におけるリソースが過剰に利用されていることを示すならば、例えばＣＵＦが１００以上であれば、アクセスモジュールはＳＩＲを減少する。ＣＵＦの関数としてのＳＩＲの通常の特性が図６で示されている。
【００４２】
長期間の不活性後、率整合機構はアイドルの仮想接続の以下の関係により支配される。
【００４３】
ＳＩＲ＝ＩＳＲ
活性仮想接続では、ＳＩＲは以下の関係で与えられる。
【００４４】
【数３】

ここでＦＦ_i は公平さの係数であり、αとβは特定のトラフィックタイプの回路網性能を最適にするように選択された定数である。αの典型的な値は０．９５と１．０の間であり、βの典型的な値は４．０と６．０の間である。これらの値は単なる例示として与えられ、これらの値は本発明の特定の実行に基づいて変化することが当業者により理解されるであろう。
【００４５】
ＳＩＲ制御は全ての仮想接続に対して公平にリソースを割当て、過渡現象期間中に高速のＳＩＲ集中を達成するために公平さの係数（ＦＦ）を受ける。ＦＦは仮想接続ＳＩＲのＩＥＲへの近接度合いの尺度であり、従ってＳＩＲ＝ＥＩＲのときＦＦは最大であり、ＳＩＲ＝ＣＩＲのとき最小であり、次式により与えられる。
【００４６】
ＦＦ_i ＝［（ＳＩＲ_i −ＣＩＲ）／（ＥＩＲ−ＣＩＲ）］×γ
パラメータγはまた特定の通信タイプの回路網性能を最適化するように選択される。γの典型的な値は０乃至０．１の範囲である。
【００４７】
ＦＦはＳＩＲに３つの主な効果を有する。第１に、仮想接続が活性になるとき、新たに活性の仮想接続用のＦＦとＩＳＲの組合わせは、新たに活性な仮想接続のために、他の活性な仮想接続はすぐに過剰リソースの使用を減少させる。これは活性な仮想接続間でリソースの迅速で公平な割当てを可能にする。第２に、率減少が必要なとき、高い使用率の過剰なリソースとの仮想接続は低い使用率の過剰なリソースの仮想接続と比較して高い率の減少を招く。第３に、回路網利用が変化するとき、ＦＦは全ての活性仮想接続に対して高速度のＳＩＲ安定に導かれる。
【００４８】
ＣＵＦは通信管理システムの重要な要素である。これは回路網リソースの需要と全体的な利用可能なリソースとの比率である。ＣＵＦは時間期間にわたって測定され、渋滞監視期間（ＣＭＰ）と呼ばれる。ＣＭＰはＣＵＦの正確な統計的測定を可能にするのに十分な長さであり、同時に１ＲＴＤ当りの幾つかのＣＵＦ測定を可能にするのに十分な短さである。監視される回路網リソースはプロセッサパワーとトランク帯域幅である。各ノードにより報告されたＣＵＦ値はプロセッサ利用とトランク利用との両者の最大値である。
【００４９】
ＣＭＰ期間中、各通過モジュールは所定のプロセッサの提供されたパケット
（入来および外出）の総数と、所定のトランクの提供されたバイト（外出のみ）の総数を累積する。ＣＭＰの端部では、プロセッサ利用は提供されたパケットの総数とプロセッサの最大のスイッチング容量との比率として計算される。トランク利用は提供されたバイトの総数とトランクの最大の帯域幅容量との比率として計算される。ＣＵＦが提供された負荷と利用可能な容量との比率であるので、ＣＵＦは１よりも大きくできる。
【００５０】
図４を参照すると、ＣＵＦはエンコードされ、パケットヘッダ402 のＣＵＦフィールド415 に位置される。ＣＵＦフィールド415 は例えば１％から１０００％の範囲の値を表す。さらに、特別のＣＵＦ値は極度の回路網渋滞状態に応答して発生されてもよい。特別なＣＵＦ値は仮想接続のアクセスモジュール110 （図１）がすぐにＳＩＲからＣＩＲに減少するように指示する。特別なＣＵＦはＣＵＦフィールド415 に位置される特別なコードにより指示されてもよい。その代りに、付加フィールドは特別なコードに対してヘッダ部分402 で与えられてもよい。
【００５１】
図１を再度参照すると、本発明は回路網100 からソースノード102 ａまでＣＵＦ値を通信する特有の方法を提供する。図１で示されているように中間ノードＢとＣを経て仮想接続がソースノードＡから目的地ノードＤまで設けられると仮定する。パケットがノードＡからＤまで流れるとき、仮想接続に沿った全ての通過モジュール112 はプロセッサ利用とトランク利用を測定する。測定されたＣＵＦがパケットに記憶されたＣＵＦよりも大きい場合のみ、あらゆるＣＭＰの端部で、各通過モジュールは測定されたＣＵＦをノードＤからＡに流れる全てのパケットに挿入する。それ故、ノードＡに到達するパケットが仮想接続の順通路に沿って遭遇した最大のＣＵＦを含む。従って、ソースノードアクセスモジュール110 は仮想接続のＳＩＲを調節するためこの情報を使用する。
【００５２】
前述したように、本発明は目的地ノードへ回路網利用情報を通信せず、これは代りに同一情報をソースノードに戻す。この方法は回路網利用情報がソースノードに到達する前に十分な回路網往復遅延を生じさせる。その代りに本発明はソースノードへ利用情報を直接通信し、それによって利用情報がソースノードに迅速に到達することを可能にし、最悪の場合の遅延は回路網往復遅延の１．５倍である。
【００５３】
さらに、本発明のＣＵＦ通信機構は特に、回路網で最も臨界的なノード、典型的にはアクセスノードのリソース利用に関する迅速なフィードバックを提供する。ノード内のモジュールの相互接続回路網は、内部モジュール通信で通常ボトルネックではない高帯域幅媒体を提供する。ノードＡのアクセスモジュールは通過モジュールに対して比較的限定されていないアクセスを有する。ＣＰＥトラフィックはバーストなので通過モジュールは一時的に渋滞になり、臨界的に回路網遅延性能に衝撃を与える。それ故、ノードＡのアクセスモジュールは適時の方法でＳＩＲを調節するように迅速な回路網フィードバックを必要とする。後方向パケットのＣＵＦフィールドが同一ノードの通過モジュールによりすぐに更新されるので、本発明はノードＡが迅速に内部渋滞に反応することを可能にする。対照的に、渋滞情報をノードＡからノードＤに送信する率制御システムはソースノードの渋滞に低速度で反応する。
【００５４】
前述のエンドツウエンド率制御に加えて、本発明は回路網過負荷の期間中にパケットの待ち行列を与える。アクセスモジュール110 の待ち行列は１仮想接続を基礎として行われる。各仮想接続列205 のサーバ210 は対応するＳＩＲに等しい率で動作する。通過モジュールの待ち行列は１トランク当りを基礎として行われる。所定のトランクで設定される全ての仮想接続は単一列で待ち行列される。この列のサーバはトランク率で動作する。
【００５５】
エンドツウエンド回路網遅延を含み初期の渋滞を検出するため、各列の占有は連続的に監視され、１組の列しきい値または渋滞レベルと比較される。例えば通過モジュールは９渋滞レベルを監視してもよく、ここでレベル０は“渋滞のない状態”に対応し、レベル８は“極度の渋滞状態”に対応する。中間渋滞レベルは前述のＣＵＦ機構を使用してソースノードアクセスモジュール110 に通信される。このことは渋滞を防ぐためアクセスモジュールによりそのＳＩＲを適切に減少させる。より高いレベルの渋滞が生じるならば、影響を受けた通過モジュールは全ての含まれた仮想接続がそのＳＩＲをＣＩＲに減少させるようにする特別なＣＵＦ選択を使用する。これらの全ての渋滞阻止測定が、回路網が極度の渋滞状態に到達しないようにできないならば、回路網は後述するように渋滞回復測定として影響を受けた列から選択的にパケットを廃棄するように強制される。
【００５６】
前述したように、パケットが回路網に入る率を制御するためＳＩＲを使用することに加えて、ソ−スノード102 ａの回路網アクセスモジュール110 は割当てられたサービス申込みパラメータに応じて回路網（帯域幅入力）へのトラフィックを入力させるように応答する。サービス申込みパラメータは行われたサービス、統計上行われたサービス、過剰なサービスを含んだ３つのサービスカテゴリーと関連される。アクセスモジュール110 は回路網へトラフィックを供給するために帯域幅の入力規定を強化するように指定されたまたは割当てられたサービスカテゴリーに基づいてクレジット割当て方式を使用する。行われたサービスカテゴリー（行われたクレジット）は所定の仮想接続に割当てられる最小の保証された帯域幅に対応する。サービスの統計上行われたカテゴリー（統計的に行われたクレジット）は所定の仮想接続に統計上割当てられた帯域幅に対応する。サービスの過剰カテゴリー（過剰なクレジット）は行われたおよび統計上行われた帯域幅を越えた有効な帯域幅に対応する。
【００５７】
１仮想接続当りのクレジット使用は測定時間間隔と呼ばれる時間Ｔの期間にわたって測定される。各仮想接続は各測定間隔期間中に使用されるある数のクレジット、例えば行われたクレジット、統計上行われたクレジット、過剰なクレジット等を割当てられる。
【００５８】
パケットが顧客区域装置108 からアクセスモジュール110 に到達するとき、アクセスモジュール110 は毎回の測定間隔Ｔで帯域幅入力と強化を行う。アクセスモジュールは行われたクレジットを最初に利用し、行われたパケットとして行われたクレジットを有する回路網に送信された関連したパケットをマークする。行われたクレジットが消耗されたならば、アクセスモジュール110 は統計的に行われたクレジットを利用し、従って統計的に行われたパケットとしてパケットをマークする。最後に、統計的に行われたクレジットもまた消耗されたならば、アクセスモジュール110 は過剰クレジットを利用し、過剰パケットとして関連するパケットをマークする。一度全てのクレジットが測定間隔期間中に消耗されると、パケットは廃棄される。クレジットは毎回測定間隔Ｔの開始時に再生される。これらの入力基準は、回路網が所定の仮想接続に関連するサービス申込みパラメータを妨害するトラフィックで氾濫されないことを確実にする。
【００５９】
パケットのマーキングは過剰な回路網混乱状態下で通過モジュールが選択的にパケットを廃棄することを可能にする。例えば、非常に渋滞した状態下で、通過モジュールは最初に過剰なパケットを廃棄する。渋滞が維持されるならば、統計的に行われたパケットが廃棄される。最終的に非常に厳しい渋滞状態下で、行われたパケットが廃棄される。行われたパケットの廃棄を含んだ渋滞状態の可能性が低いことが当業者により理解されよう。
【００６０】
本発明は帯域幅入力用の３つの異なったサービス見込みパラメータとして説明されているが、付加的なサービス申込みパラメータは所定の回路網応用に対して定められてもよいことが当業者により理解されよう。
【００６１】
本発明は多数のクラスのサービスを有する回路網で利用されてもよい。サービスのクラスを限定する以下の３つの回路網の局面が存在する。
【００６２】
１）回路網アクセス点の帯域幅入力および強化、
２）トランク列およびサービス規律、
３）ＣＵＦ測定およびＳＩＲ制御への応用。
【００６３】
アクセスモジュール110 は割当てられたクラスのサービスに応じて帯域幅入力と帯域幅強化とＳＩＲ制御の異なった基準を実行する。例えば、高い優先度の通信チャンネルと関連する仮想接続に対しては、多数の行われたクレジットは帯域幅の入力を確実にするように割当てられてもよい。付加的にα、β、γはＳＩＲが回路網へのパケットの通信に応答することを確実にするように選択される。
【００６４】
本発明の１実施例では、各クラスのサービスは通過モジュールの異なった列に対応する。この場合、通過モジュール112 は１列当り、例えば１仮想接続当りの回路網リソース利用を測定し、同一クラスのサービスの全ての可能接続に適用するＣＵＦを発生する。代りに１列が全てのクラスのサービスに提供される。それ故、通過列が供給される方法に依存して、所定のクラスのサービスのＣＵＦ測定はまた同一のトランクを共有する他のクラスのサービスのリソース利用にも依存することが理解されよう。
【００６５】
本発明を例示的な実施例に関して説明し図示したが、前述の種々の他の付加および省略が本発明の技術的範囲を逸脱することなく行われることが当業者により理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】パケットベースの通信回路網の概略的なブロック図。
【図２】図１の通信回路網のソースノードまたは目的地ノード内に含まれているアクセスモジュールの概略的なブロック図。
【図３】図１の通信回路網のノード内に含まれている送信モジュールの概略的なブロック図。
【図４】ヘッダ部分とデータ部分を有するパケットを示した図。
【図５】通信回路網のパケットの１回路網往復遅延（ＲＴＤ）の測定を示したグラフ。
【図６】率制御とチャンネル利用係数（ＣＵＦ）の関連を示したグラフ。

Claims (25)

1. パケットベースの通信回路網の仮想接続における通信管理および渋滞制御のためのシステムにおいて、
   仮想接続で送信するためにパケットを供給し、仮想接続で送信されるパケットを受信する顧客区域装置と、
   対応するソースノード顧客区域装置からパケットを受信し、可変の供給情報率（ＳＩＲ）でパケットベースの通信回路網を通って仮想接続によりパケットを伝送するソースノードと、
   前記ソ−スノードから目的地ノードまでの仮想接続によって順方向で伝送されるパケットを受信し、接続されている対応する目的地ノード顧客区域装置へ順方向で伝送されるパケットを供給し、前記目的地ノードから前記ソースノードへ仮想接続によって帰還方向で帰還パケットを送信する目的地ノードと、
   前記順方向におけるパケット伝送期間中に回路網リソースの利用度に直接関連されるチャンネル利用係数（ＣＵＦ）を測定し、前記帰還方向で伝播する帰還パケットへ前記チャンネル利用係数を挿入する手段とを具備し、
   前記ソ−スノードは前記帰還パケットに含まれている前記チャンネル利用係数に応答して前記供給情報率を制御する手段を具備していることを特徴とするシステム。
2. 前記ソースノードおよび前記目的地ノードは、
   顧客区域装置に接続されたアクセスラインと相互接続するための少なくとも１つのアクセスモジュールと、なお、前記アクセスラインは前記アクセスモジュールと前記顧客区域装置との間におけるパケット用の送信通路を提供し、
   回路網トランクラインとの相互接続するための少なくとも１つの通過モジュールと、
   前記アクセスモジュールおよび前記通過モジュールを相互接続する相互接続回路網とを具備している請求項１記載のシステム。
3. チャンネル利用係数が仮想接続の各通過モジュールにおいて測定され、通過モジュールにおいて測定されたチャンネル利用係数は、その大きさが先に帰還パケットに挿入されたチャンネル利用係数の大きさよりも大きい場合のみ、帰還パケットに挿入される請求項２記載のシステム。
4. 仮想接続の前記ソースノードと、前記目的地ノードとの間の少なくとも１つの中間ノードをさらに具備し、
   前記中間ノードは、少なくとも２つの通過モジュールを含み、それぞれは回路網トランクラインと、そして前記通過モジュールを相互接続する相互接続回路網と相互接続される請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム。
5. 前記アクセスモジュールは、
   仮想接続により送信するために顧客区域装置から受信されたパケットを待ち行列に入れ、顧客区域装置に供給するために仮想接続から受信されたパケットを待ち行列に入れる、少なくとも１つの列と、なお、少なくとも１つの列は前記アクセスモジュールと相互各接続された顧客区域装置に対して設けられるものであり、
   前記帰還パケットに含まれている前記チャンネル利用係数に応答し、前記供給情報速度で前記列から仮想接続へパケットを送信し、前記帰還パケットを前記列に提供するため、各列に設けられた少なくとも１つのサーバとを具備する請求項２乃至４のいずれか１項記載のシステム。
6. 前記通過モジュールは、
   相互接続回路網から受信されたパケットを待ち行列に入れるための相互接続回路網列と、
   トランクラインから受信されたパケットを待ち行列に入れるためのトランクライン列と、
   前記相互接続回路網列からトランクラインへパケットを伝送する相互接続回路網サーバと、
   パケットを前記トランクライン列から相互接続回路網へ伝送するトランクラインサーバとを具備する請求項２乃至５のいずれか１項記載のシステム。
7. 前記相互接続回路網サーバはサーバ利用率およびトランクライン利用率の１つとしてチャンネル利用係数を測定し、サーバ利用率はそれぞれ前記相互接続回路網列または前記トランクライン列に供給されたパケットの総数と、前記相互接続回路網サーバまたは前記トランクラインサーバの最大のスイッチング容量との比であり、トランクライン利用率は前記相互接続回路網サーバによりトランクラインに供給されるパケットの総数とトランクラインの最大の帯域幅容量との比である請求項６記載のシステム。
8. 供給情報率は各往復遅延（ＲＴＤ）期間中に少なくとも１度更新され、往復遅延は仮想接続を経てソースノードから送信されるパケットが目的地ノードに到達し、ソースノードに帰還する間の所要時間である請求項１乃至７のいずれか１項記載のシステム。
9. チャンネル利用係数が渋滞監視期間（ＣＭＰ）中に測定され、前記渋滞監視期間はチャンネル利用係数の正確な統計的な測定を可能にし、１往復遅延当りのチャンネル利用係数の幾つかの測定を可能にする請求項１乃至８のいずれか１項記載のシステム。
10. 供給情報率は常に、行われた情報率（ＣＩＲ）より大きいか又は等しく、
    供給情報率は常に、過剰な情報率（ＥＩＲ）より小さいか又は等しく、
    供給情報率が最初に初期供給率（ＩＳＲ）に等しく設定され、前記行われた情報率と前記過剰な情報率と前記初期供給率との間の関係が、
    ＣＩＲ≦ＩＳＲ≦ＥＩＲ
    により与えられる請求項１乃至９のいずれか１項記載のシステム。
11. 各往復遅延後に、新たな供給情報率（ＳＩＲ_i+1 ）が現在の供給情報率（ＳＩＲ_i ）、前記チャンネル利用係数、前記行われた情報率、そして前記過剰な情報率に基づいて、以下の関係により与えられるようにして、決定され、
    

    

    ここでＦＦ_i は公平係数であり、αとβは通信回路網の性能を最適にするように選択される定数である請求項１０記載のシステム。
12. 前記公平係数が、
    ＦＦ_i ＝［（ＳＩＲ_i −ＣＩＲ）／（ＥＩＲ−ＣＩＲ）］×γ
    の関係で与えられており、γは通信回路網の性能を最適にするように選択されている定数である請求項１１記載のシステム。
13. 割当てられたサービス申込みパラメータに応じて、仮想接続へパケットを入力するための帯域幅入力手段をさらに具備し、この帯域幅入力手段において、
    仮想接続のために通信回路網に割当てられる最小の保証された帯域幅に対応している行われたクレジットと、
    仮想接続のために通信回路網で統計的に割当てられる帯域幅に対応している統計的に行われたクレジットと、
    統計的に割当てられたおよび最小の保証された帯域幅よりも大きい通信回路網の有効な帯域幅に対応する過剰なクレジットとを含んでいる請求項１乃至１２のいずれか１項記載のシステム。
14. 前記割当てられたサービス申込みパラメータは１測定間隔当りを基礎として仮想接続に割当てられ、行われたクレジット数と、統計的に行われたクレジットと、仮想接続に割当てられた過剰なクレジットは各測定間隔の終りに更新され、ここで測定間隔期間中において、
    前記ソースノードは最初に行われたクレジット数に対応して仮想接続へ複数のパケットを提供し、行われたパケットとしてこのようなパケットをマークし、
    前記ソースノードは次に統計的に行われたクレジット数に応じて複数のパケットを仮想接続に供給し、このようなパケットを統計的に行われたパケットとしてマークし、
    前記ソースノードは次に過剰なクレジット数に対応して複数のパケットを仮想接続に供給し、このようなパケットを過剰なパケットとしてマークし、
    前記ソースノードは残りのパケットを廃棄する請求項１３記載のシステム。
15. 仮想接続による伝送期間中に、パケットは予め限定されたプロトコールに応じてある回路網渋滞状況下で選択的に廃棄され、過剰なパケットは最初に廃棄され、統計的に行われたパケットは第２に廃棄され、行われたパケットが最後に廃棄される請求項１３または１４記載のシステム。
16. 多重クラスのサービスが通信回路網に対して限定され、前記定数α、β、γの大きさと、割当てられ行われたクレジット量と、統計的に行われたクレジットと過剰クレジットがサービスのクラスに基づいて選択される請求項１３乃至１５のいずれか１項記載のシステム。
17. 回路網渋滞に応答して特別なチャンネル利用係数を提供する手段をさらに具備し、前記ソースノードアクセスモジュールは前記特別なチャンネル利用係数に応答して供給情報率を行われた情報率へ減少する請求項２乃至１６のいずれか１項記載のシステム。
18. パケットベースの通信回路網の仮想接続によってソースノードから目的地ノードへ順方向で伝播するパケットの通信管理と渋滞制御を行う方法において、
    可変供給情報率（ＳＩＲ）によって仮想接続によりソースノードから目的地ノードへパケットを伝送し、
    前記順方向でパケットの伝送期間中、回路網リソースの利用程度に直接関連するチャンネル利用係数（ＣＵＦ）を測定し、
    仮想接続により目的地ノードからソースノードへ帰還方向で伝播する帰還パケット中に前記チャンネル利用係数を挿入し、
    前記帰還パケットに含まれている前記チャンネル利用係数に応答して前記供給情報率を調節するステップを有することを特徴とするパケットの通信管理および渋滞制御方法。
19. 供給情報率が常に行われた情報率（ＣＩＲ）より大きいかまたは等しく、
    供給情報率は常に過剰情報率（ＥＩＲ）より小さいか又は等しく、
    供給情報率は最初に初期供給率（ＩＳＲ）に等しく設定され、前記行われた情報率と、前記過剰情報率と、前記初期供給率との間の関係は、
    ＣＩＲ≦ＩＳＲ≦ＥＩＲ
    により与えられる請求項１８記載の方法。
20. 仮想接続によってパケットがソ−スノードから目的地ノードに伝播しそして帰還する所要時間として往復遅延を測定し、
    各往復遅延後、現在の供給情報率（ＳＩＲ_i ）、前記チャネル利用係数、前記行われた情報率、そして前記過剰な情報率に基づいて、新たな供給情報率（ＳＩＲ_i+1 ）を以下の関係により決定し、
    

    

    ここでＦＦ_i は公平係数であり、α、βは通信回路網の性能を最適にするように選択された定数であるステップをさらに有する請求項１９記載の方法。
21. 前記公平係数は以下の関係により与えられ、
    ＦＦ_i ＝［（ＳＩＲ_i −ＣＩＲ）／（ＥＩＲ−ＣＩＲ）］×γ
    γは通信回路網の性能を最適にするように選択された定数である請求項２０記載の方法。
22. 割当てられたサービス申込みパラメータに応じて仮想接続へパケットを入れるステップをさらに有し、
    仮想接続用の通信回路網で割当てられた最小の保証された帯域幅に対応する行われたクレジットと、
    仮想接続用の通信回路網で統計的に割当てられた帯域幅に対応する統計的に行われたクレジットと、
    統計的に割当てられ最小の保証された帯域幅を越える通信回路網の利用可能な帯域幅に対応する過剰なクレジットとを含んでいる請求項１８乃至２１のいずれか１項記載の方法。
23. １測定間隔を基礎として仮想接続へ前記割当てられたサービス申込みパラメータを配分し、
    行われたクレジットと、統計的に行われたクレジットと、各測定間隔の最後で仮想接続に割当てられた過剰なクレジットとの数を更新するステップをさらに具備し、
    測定間隔期間中、
    前記ソ−スノードは最初に複数のパケットを行われたクレジット数に応じて仮想接続へ供給供し、行われたパケットとしてこのようなパケットをマークし、
    前記ソ−スノードは次に統計的に行われたクレジット数に応じて複数のパケットを仮想接続に供給し、このようなパケットを統計的に行われたパケットとしてマークし、
    前記ソースノードは次に過剰なクレジット数に応じて仮想接続へ複数のパケットを供給し、このようなパケットを過剰パケットとしてマークし、
    前記ソ−スノードは残りのパケットを廃棄する請求項２２記載の方法。
24. 予め定められたプロトコールに応じてある回路網渋滞状態下で仮想接続から選択的にパケットを廃棄するステップをさらに有し、過剰なパケットが第１に廃棄され、統計的に行われたパケットが第２に廃棄され、行われたパケットが最後に廃棄される請求項２２または２３記載の方法。
25. 極度の回路網渋滞に応答して特別なチャンネル利用係数を提供するステップをさらに有し、前記ソ−スノードアクセスモジュールは前記特別なチャンネル利用係数に応答して供給情報率を行われた情報率へ減少する請求項１８乃至２４のいずれか１項記載の方法。

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