JP3894232B2 - Ａｔｍスイッチのパーフォマンス監視 - Google Patents
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Description
［発明の産業上の利用分野］
本発明は、電子的通信ネットワークに関し、特定するとパケット交換データネットワークのパーフォマンス監視に関する。
［従来技術］
広帯域サービス統合デジタルネットワーク（Ｂ−ＩＳＤＮ）は、非同期的伝達モード（ＡＴＭ）を含み、標準化５３バイトデータパケットを利用する種々のパケット向けプロトコルを受け入れることができる(ITU-T REC. 1.121.Broadband Aspects of ISDN, Melbourne, 1988年11月)。ＡＴＭおよびある種の他のパケット向けプロトコルは、中間ノードにより接続される伝送リンクを横切る２エンドポイント間に延びる仮想パス接続（ＶＰＣ）および仮想チャンネル接続（ＶＣＣ）としてＡＴＭにおいて知られているものを利用して接続指向設定される。これらの中間ノードは、パケットをそれらの意図するデスティネーションエンドポイントすなわちルータまたはスイッチに発送し差し向ける装置である。パケット交換データネットワークは、一定ビットレート（ＣＢＲ）または可変ビットレート（ＶＢＲ）接続を介してボイス、ビデオ、およびデータサービスの同時の混合をサポートし得る。
各仮想接続に対して、ＡＴＭネットワークは、顧客（利用者）に対してサービス品質（ＱｏＳ）として知られる特定レベルのパーフォマンスを保証し得る。このサービス品質は、接続セットアップ中にユーザとネットワーク間において取り決められるものである。一度合意に達すると、ＱｏＳは、両パーティー間の再取決めを通じてしか変更できない。一般に、データパケットがネットワーク接続に沿って伝達されるときにデータパケットが受ける遅延は、パケット交換ネットワークに対する重要なパーフォマンス測定値である。ＡＴＭにおけるＱｏＳは、主として容認可能なセル遅延と容認可能なセルロスレートにより特定される(ATM Forum, ATM User-Network Interface Specification Version 3.0.1992年9月10日)。ＡＴＭは、遅延およびロスパーフォマンスに対する異なる適用要件に関連付けられた複数のＱｏＳクラスをサポートする。それゆえ、ＶＣＣまたはＶＰＣは、その要求されるＱｏＳとスループットパラメータにより特徴付けられる。ＶＰＣは、異なるＱｏＳクラスの統計的に多重化されたＶＣＣを包含することができるが、ＶＰＣの全ＱｏＳは、包含されるＶＣＣの最も要求の厳しいＱｏＳを満足しなければならない。特定されるＱｏＳパラメータ値は、ユーザにより明示的に要求されるか、特定のサービスと暗示的に関連付けることが出来る。
重要な関心事は、ユーザがそれらの保証されたＱｏＳを受け取ることを確実にするためのトラフィックの管理である。特定のＱｏＳの保証は、ネットワークとユーザ間の契約協定の基本的部分である。何故ならば、あるアプリケーションは、ネットワークから特定のＱｏＣを受け取ることに厳しく依存するからである。例えば、ボイス伝送は、エンド−エンド遅延に特に敏感である。この理由のため、公衆電話ネットワークは、６００ｍｓの最大許容可能な遅延特性を有し（IEEE Journal on Selected Area in Communication. Vol. 7. No.5、1989年6月、pp.632-643のChen. Thomas M., Walrnd. JeanおよびMesserschmitt, David G.の「Dynamic Priority Protocols for Packet Voice」なる論文）、そして１５ｍｓを越える遅延は一般にエコー抹消の使用を必要とする（McGraw-Hill, 1995年発行、McDysan, David E.およびSpohn, Darren L.の「ATM Theory and Application」p.355）。
ネットワーク管理の機能としてのパーフォマンス管理は、仮想接続ごとのＱｏＳおよびネットワークの効率的利用の両方を維持することを同時的に司る。パーフォマンス管理それ自体は、パーフォマンス監視を通じて得られるデータに大きく依存する。しかして、パーフォマンス監視は、ＶＰＣ／ＶＣＣごとのＱｏＳの管理を通じて行われる。ＡＴＭネットワークにおける統計的多重化の使用により、仮想接続のＱｏＳは、特にネットワーク上のトラフィックのランダムな流れにより悪影響を受けることがある。ＱｏＳはまた、ネットワーク輻輳および伝送障害を含む多数の他のファクタや、ＱｏＳに漸次的劣化を引き起こすことのある間欠的なエラー状態によっても劣化される。ネットワークプロバイダは、ネットワークユーザへのこれらのトラブルの影響を最小化するためにトラブルを迅速に検出し診断することができることを要する。
パーフォマンス監視は、サービス外試験またはサービス内ＱｏＳ監視のいずれかを通じてなし得る。サービス外試験は、制御されたトラフィック状態下でなされるパーフォマンス測定を包含する。この形式の試験は多数の欠点を有するが、就中問題となるのは、ネットワーク上のサービスが中断されねばならぬことである。加えて、受け取られる結果は、制御されたトラフィック状態を創成するに使用されたモデルと同程度の精度でしかない。試験される被制御状態は、サービス中ネットワークが実際に遭遇する状態のあるものを正しくモデル化できないことがよくある。加えて、この方法は、ネットワークに続いての劣化があってもこれを迅速に検出することができない。
サービス中ＱｏＳ監視は、実際のユーザトラフィックについての連続的パーフォマンス測定を包含する。サービス中断は起こらず、ネットワーク劣化は瞬間的に検出される。連続的パーフォマンス監視は、サービスの劣化が多量のユーザデータに迅速に影響を及ぼす場合、高速度ネットワークにおいて特に重要である。サービス中ＱｏＳ測定はまた、サービス外試験において使用されるもののような仮定トラフィックモデルに基づくトラフィック制御アルゴリズムを補足するのにも有用である。しかして、仮定トラフィックモデルは、実際のトラフィックを正確に特徴付けることができないことがある。
現在のＡＴＭ標準は、動作およびメインテナンス（ＯＡＭ）セルを使用してセル遅延およびセル損失の測定を可能にする(「ITU-T Rec.1.610, B-ISDN Operations and Maintenance Principle and Functions」，Geneva, 1992年6月、Bellcoreの「Generic Requirements for Operations of Broadband Switching Systems, TA-NWT00 1248」,1993年10月2日発行)。ＯＡＭセルは、標準５３バイトＡＴＭセルの特殊化バージョンで、標準５バイトのヘッダを４８バイトの情報フィールドとともに有するが、ユーザデータの代わりに機能特有の情報フィールド内に管理情報を担持する。ＡＴＭユーザセルそれ自体は、ＱｏＳ監視のために使用できない。何故ならば、ペイロードはユーザデータで一杯であり、セルロスおよびセル遅延の計算および記憶のためにパーフォマンス監視システムにより必要とされる情報を受信するためにヘッダフィールドは利用できないからである。
ＯＡＭセルは、ユーザセルと同様にＡＴＭネットワークによりルート設定されるが、ＶＣＩ＝３，ＶＣＩ＝４，ＰＴ＝４および／またはＰＴ＝５を利用して５バイトセルヘッダ内のＶＣＩおよび／またはＰＴフィールドに特別の値を割り当てることによってネットワークによりユーザセルから区別される。パーフォマンス管理用のＯＡＭセルはさらに、４ビットＯＡＭセル形式=0010により情報フィールド内において識別される。情報フィールド内の４ビットＯＡＭ機能形式はさらに、順方向監視(0000)、逆方向報告(0001)、またはその両者(0010)のようなＯＡＭにより遂行される特有のパーフォマンス管理機能を指示する。１０ビットＥＤＣフィールドは、セルの情報フィールドを介して計算されるエラー検出コードを含む。
順方向監視手順は、仮想接続の一エンドポイントにおけるユーザセルのブロック間のセルストリーム中にＯＡＭパーフォマンス管理セルを挿入することより成る。逆方向報告は、仮想接続エンドポイントにてＯＡＭセル中に観察されるパーフォマンスデータを入れ、ついで、その特定の仮想接続のパーフォマンスを発信エンドポイントに報告するために、ＯＡＭセルが来たセルストリーム方向にＯＡＭセルを送り返すことを包含する。
セル損失を測定するために、ＯＡＭセルは、２バイトの機能特有フィールドに先行のブロックで送られたユーザセルの数（総ユーザセル数）を含む。仮想路のデスティネーションエンドポイントは、先行のＯＡＭセルの到着と現在ＯＡＭセルの間で受け取られるユーザセルの数を係数する。デスティネーションに、現在ＯＡＭセルにおいて指示されるより少ないセルが受信されると、差は損失セルの数であるとして解釈される。
セル損失を測定するための現在のネットワークパーフォマンス監視方法の主な利点は、セル損失の正確な数を実際に決定することが保証できないことである。これは、セルがセルストリーム中にミス挿入されることがあるからである。それゆえ、例えば、ＯＡＭが、Ｎのユーザセルが送られたことを指示し、ついでＮ−１のセルが実際に受信されると、一つのセルが失われたのか、二つのセルが失われ一つのセルがミス挿入されたのか等が確定することができない。また、この方法を使用すると、仮想接続のどこから、あるいはセルブロック内のどこからセル損失が実際に起こったのかを決定することもできない。
セル遅延を測定するために、ＯＡＭパーフォマンス管理セルは、オプショナルの４バイトタイムスタンプフィールドを含む。このタイムスタンプフィールドは、ＯＡＭセルがユーザセルストリームに挿入された時間を指示するのに使用されるタイムスタンプは、ついで仮想接続エンドポイントにおけるセルの到着時間と比較され、差は、仮想接続に沿ってセルが遭遇するエンド−エンド遅延であると解釈される。しかしながら、この形式のタイムスタンプは、仮想接続の二つのエンドポイントにおけるクロックが同じ日時に同期される場合にのみデスティネーションにおいて意味があり、一般的には実際的でないものである。
加えて、既存の遅延測定方法は、エンド−エンド遅延が実際には固定伝播遅延と、ランダム遅延の二つから成る形式の遅延より成るという事実を考慮に入れていない。固定伝播遅延は、ネットワークノード間に存在する伝送リンクにより予測し得るレベルにて接続に導入される遅延である。ランダム遅延は、中間ノードの各々それ自体により導入され、ネットワークトラフィックレベルおよびスイッチ緩衝容量に関して大幅に変わり得る遅延である。一般にこの形式の遅延は、主としてキューイング遅延に起因し、トラフィック負荷の増大とともに増加する傾向がある。ＯＡＭを使用する既存のパーフォマンス監視方法は、この種のファクタに起因して仮想接続に沿う各ノードにて実際に遭遇する遅延を追跡できない。
セル遅延を測定する代替方法は、ＯＡＭループバックセルを介しての往復遅延を測定することである。これは、ＯＡＭセル形式=0001およびＯＡＭ機能形式=1000により識別される。ループバックセルは仮想接続に沿って送られ、ついで、デスティネーションエンドポイントまたは予め特定された中間ノードからその発信エンドポイントに戻されるタイムスタンプは、ノード間の日時クロック同期の必要なしに発信エンドポイントに戻る往復遅延の計算を可能にする。ついで、一方向エンド−エンド遅延が、往復遅延の半分として評価される。しかしながら、ループバックセル法はクロック同期の必要なしに往復遅延を測定し得るが、一方向セル遅延の評価しか与えない。この評価は、ネットワークの混雑または特性がＯＡＭセルトリップの二つの半路間において大きく変更された場合には実際には非常に正確でない場合がある。さらにこの方法は、個々の中間ノードにおいて生ずる遅延を測定できない。
現在のネットワークパーフォマンス監視方法のこれらの不利益は全て、一般に、仮想接続における中間ノードがＯＡＭセルを中継するが実際にはそれらのペイロードを変更しないと言う事実から起こる。ＡＴＭスイッチはＡＴＭセルのヘッダを除去し操作する能力を有するが、一つのスイッチが一つのセルの全ペイロードを処理するのは正常でない。これが行われるとき、これはセルストリーム内におけるその位置からセルを除去することによってのみなされるが、これは、一般に、セルがセル遅延やセルロスのような位置依存パラメータを計算するのに使用されるのを防ぐ。この理由のため、パーフォマンス監視に使用されるＯＡＭセルは、仮想接続の２エンドポイント間のパーフォマンス測定のための機構に過ぎない。ネットワークのパーフォマンス監視能力は、通過するデータパケットのペイロードに情報を追加出来ないと言う中間ノードのこの能力の欠如により厳しく制限される。必要とされているものは、中間ノードによりパーフォマンス監視システムに供給され得る情報を収集し利用するやり方である。
［発明の開示］
本発明の一側面において、仮想接続に沿う各ノードにより変更されるペイロードを有する新しい種類のパケットが定義される。管理パケットが、仮想接続に沿うエンド−エンドＱｏＳを正確に測定し報告しかつ個々の中間ノードにおける特定のパーフォマンスパラメータを測定し報告するのに使用される。ＡＴＭの具体例において、管理セルは、完全に新しい形式のセルを定義するか既存のＯＡＭセル内に追加のフィールドを定義することによって実施される。各中間ノードにあるスイッチは、管理パケットのペイロードを変更し、そして遅延およびパケットロスを局部的に測定する。機能形式フィールドは、各管理パケットにより遂行される特定のパーフォマンス監視機能を特定する。管理パケット内の情報フィールドは、任意的に時間スタンプフィールド、遅延スタンプフィールドおよびパケットロス計数フィールドを含む。
本発明の他の側面においては、中間スイッチが、そのスイッチにおける任意のパケットの到達時刻と出時刻との間の差を測定できる。エンド−エンド遅延累積管理パケットに対しては、遅延スタンプフィールドが各スイッチで測定される局部的遅延によりインクリメントされる。管理パケットが仮想接続のエンドポイントに達すると、遅延スタンプフィールドは、パケットがネットワークのノードにより遅延された時間の累積量を指示する。
本発明の他の側面においては、ノードごとの遅延測定管理パケットが、複数の遅延スタンプフィールドを利用してノードごと基準で遭遇する各遅延を記録することによって、瞬間的遅延情報の計算と中継を可能にする。デスティネーションエンドポイントにおいて、エンド−エンド遅延が、記録された遅延スタンプフィールドの和として計算される。代わりに、スイッチは一つのタイムスタンプフィールドにパケットが到着する時刻を記録し、ついでパケットが離れる時刻を他のタイムスタンプフィールドに記録し、ノードごとの遅延の計算をパケットが仮想接続のエンドポイントに到着するときに行ってよい。
本発明の他の側面に従うと、中間スイッチは、各々が放棄するパケットの数を計数出来る。ノードがエンド−エンドロス累積管理パケットを受け取ると、ノードは、先行のロス管理パケットが到達してからその仮想接続内においてノードにより放棄（ディスカード）されたパケットの数だけパケットロス計数フィールドをインクリメントする。エンド−エンド損失累積管理パケットが仮想接続エンドポイントに到達すると、パケットロス計数フィールドは、ユーザパケットの先行のブロック内における放棄されたパケットの総数を反映する。ノードごとのロス測定管理パケットは、その仮想接続内における先行のロス管理パケットの離脱以来各ノードで計算された放棄されたパケットの数を計算するための複数のパケットロス計数フィールドを含む。総パケットロスが、ついで仮想接続のエンドポイントで計算される。
関連する管理パケットは、管理パケットをスイッチを通るユーザパケットと同じ経路を追従させることによる本発明の１具体例で実施される場合、特定の仮想接続におけるユーザデータパケットと同じ遅延およびパケットロスレートに遭遇する。関連する管理パケットのペイロードは、パケットをデータパケットストリームから除去することなく処理される。１具体例において、これは、スイッチ内部ルート設定ヘッダを使用することによって実施される。パケットがスイッチ入力ヘッダプロセッサに入ると、ヘッダプロセッサは、各パケットに対するネットワークルート設定命令を使用して内部ルート設定ヘッダを作り出す。これは、遅延管理パケットに対して、スイッチへの進入の時刻を含む。代わりの具体例においては、遅延管理パケットがスイッチに到達する時刻は、パケット内のタイムスタンプフィールド中に直接記録され、その間に先行のデータパケットはスイッチ構造体中に送られる。
前の具体例においては、全データパケットがスイッチ構造体中をルート設定され、出力ヘッダプロセッサを介してそれらが意図する出力ポートに差し向けられ、そして出力ヘッダプロセッサはパケットから内部ルート設定ヘッダを除去し、遅延管理パケットの内部ルート設定ヘッダ内の日時スタンプを現在の日時と比較し、スイッチ内において各パケットが受ける遅延を計算し、そして管理データパケットの遅延スタンプフィールド内に差を記録する。これはデータストリーム内の先行のユーザデータパケットが出力ポートに送られつつある間に起こるから、管理データパケットはデータストリーム内にその位置を維持するタイムスタンプフィールドが使用される場合類似の手順が辿られ、出力ヘッダプロセッサはそのフィールドから侵入時刻を読む。
本発明の他の側面として、パケットロス計数値がロス管理パケットに記録される。ロス管理パケットがスイッチ出力ヘッダプロセッサ中をルート設定されるとき、プロセッサは、最後のロス管理パケットが処理されて以来その特定の仮想接続内においてスイッチにより放棄されたパケットの数をパケットロス計数フィールド中に記録する。パケットロス計数値は、データストリーム内の先行のユーザデータパケットが出力ポートに送られつつある間に記録され、ロス管理データパケットがデータストリーム内においてその位置を保持することを可能にする。
非関連の管理パケットはデータストリームから抽出され、特別のプロセッサにそらされ、従って同じ仮想接続内のユーザデータパケットに関してその位置を保持しない。非関連の管理パケットは、本発明の１側面においては、累積実績または使用量値を報告のため制御プロセッサにより使用される。入力ヘッダプロセッサは非関連の管理パケットに対して内部ルート設定ヘッダを作り出すが、これは、スイッチ構造体に、パケットを変更のため制御プロセッサにルート設定するように指令する。
非関連の管理パケットは、本発明の他の側面においては、非関連の管理パケットを一時的にマーカパケットと交換することによってパケット遅延およびパケットロスの局部的測定を実施するのに使用される。しかして、このマーカパケットは、制御プロセッサが遅延またはパケットロス計数値情報を管理パケットのペイロードに記録する間データストリーム内に非関連の管理パケットの位置を保持する。マーカパケットは、ついでデータストリーム内において変更された非関連の管理パケットと交換される。遅延およびパケットロスの局部的な測定は、本発明の代わりの具体例においては、全データパケットを制御プロセッサ中にルート設定し、遅延およびパケットロス計数情報を適当な管理パケット中に記録し、そしてユーザデータパケットへのダミーの書込みを遂行することによって実施される。
【図面の簡単な説明】
図１はＡＴＭで実施するための本発明の管理パケットの具体例を示す概略線図である。
図２はエンド−エンド遅延累積管理セルを利用する、本発明の方法の１具体例を示すブロック図である。
図３はノードごとの遅延測定管理セルを利用する、本発明の方法の他の具体例を示すブロック図である。
図４はエンド−エンドロス累積管理セルを利用する本発明の方法の具体例を示すブロックである。
図５はノードごとのロス測定管理セルを利用する本発明の方法の他の具体例を示すブロックである。
図６は本発明の１側面に従う遅延パケットの局部的観察可能性もつスイッチ中における関連管理パケット流れを示すブロック図である。
図７は本発明の他の側面に従うスイッチ中における非関連の管理パケットの流れを示すブロック図である。
［本発明を実施するための最良のモード］
従来技術のネットワーク接続パーフォマンス監視方法の制約は、特別の種類のパケット、すなわち、仮想接続に沿う各ノードにより変更できるペイロードを有する「管理パケット」を定義することによって排除される。本方法は、任意のパケット交換用ネットワークに適用し得る。好ましいＡＴＭの具体例においては、これらの「管理セル」は、現在のＯＡＭセルの拡張として任意実施できる。ＯＡＭセルと同様に、管理セルはセル情報フィールドで仮想接続に沿って測定データを運ぶ。管理セルと従来技術のＯＡＭセルの主たる相違は、管理セルの情報フィールドが、仮想接続のエンドポイントによるだけでなく、仮想接続に沿う全ネットワークノードにより変更されることである。この新しい能力は、パーフォマンス監視システムが、仮想接続のエンド−エンドパーフォマンスを全体としてのみでなく、仮想接続に沿う各ノードのパーフォマンスを追跡することを可能にする。
管理パケットは、任意の仮想接続に沿ってユーザパケットが受けるエンド−エンドＱｏＳを正確に測定するのに使用される。加えて、個々の中間ノードにて測定される特定のパーフォマンスパラメータは、パーフォマンス監視システムに利用可能である。これは、ユーザが実際に受けるＱｏＳを正確に識別し、パーフォマンスの劣化をユーザがゆゆしく影響されない内に的確に検出するために、サービス中監視が使用されることを可能にする。それゆえ、本発明の方法は、エンド−エンドパケット遅延とパケットロスレートの両方のサービス中監視を著しく大きく改善するものである。
本発明の方法は、各ノードにおけるルータまたはスイッチが、パケットの局部的な処理測定とパケット遅延およびパケットロスの局部的な測定とを含む特定の独特な可能性を有することを必要とする。管理パケットは、仮想接続に沿う各ノードにおけるパケット遅延を測定し報告することによって、ネットワーク接続エンドポイント間の日時同期を必要とすることなしにエンド−エンドパケット遅延を正確に測定するのに使用される。同様に、管理パケットは、エンド−エンドパケットロスと仮想接続に沿う各ノードにおけるパケットロスの両方の正確な測定と報告を可能にする。
好ましい具体例のＡＴＭ管理セルは、全く新しいセルを定義することによって実施してもよいし、既存のＯＡＭセルに追加のフィールドを定義することによって実施してもよい。何故ならば、パーフォマンス測定に使用される既存のＯＡＭは未使用の情報フィールドに３３バイトを有するからである。ＡＴＭ適用のための管理セルの具体例は図１に使用されている。５３バイトＡＴＭ管理セルは、標準５バイトのＡＴＭセルヘッダ２を有している。このセルヘッダ内において、セルは、ＶＣＩおよび／またはＰＴフィールド内の特定のコード（ＶＣＩ＝３，ＶＣＩ＝４，ＰＴ＝４またはＰＴ＝５）によりネットワークに対してＯＡＭとして識別される。代替具体例においては、ネットワークに対してＡＴＭセルとして一意的に識別する完全に新しいＶＣＩおよびＰＴが定義される。
既存のＯＡＭ ＶＣＩおよびＰＴコードがセルヘッダ２内において使用される場合、管理セルは、代わりに、４ビットＯＡＭセル形式フィールド４内の特別のコードによりネットワークに対して管理セルとして一意的に識別される。さらに、４ビット機能形式フィールド６が、管理セルにより遂行される特定のパーフォマンス管理機能を指示する。通常のＯＡＭセルと同様に、１０ビットＥＤＣフィールド８が、セルの情報フィールドについて計算されるエラー検出コードを含んでいる。
図１のＡＴＭの具体例において、機能形式フィールド６は、ＡＴＭ管理セルにより遂行されるパーフォマンス監視機能の形式をネットワークに対して記述するコードを含み、セルを「エンド−エンド遅延累積」セル、「ノードごとの遅延測定」セル、「エンド−エンドロス累積」セル、「ノードごとのロス測定」セル、または先行の形式のある組合せとして命名する。他のパーフォマンスパラメータの監視のために追加のコードを定義することもできる。管理セルの情報フィールドはまた、任意的に４バイトタイムスタンプフィールド９、遅延スタンプフィールド１０およびセルロス計数フィールド１２ならびにその他の機能特有のフィールド１４を含んでよく、そしてこれらは、必要に応じて追加の遅延スタンプ、セルロス計数等に使用される。これらのフィールドはまた、他のパーフォマンスパラメータを監視し報告するためにも使用できる。
パケット遅延の測定のため、当該スイッチにおける任意のパケットの到着時間と離脱時間との差を測定できる（これは「局部的観察能力」と称する能力である）スイッチが必要とされる。大抵のスイッチは少なくとも若干の緩衝能力を有するから、スイッチにおいてパケットが受ける遅延は、特に優先性に基づく緩衝方式が実施される場合、きわめて可変とし得る。スイッチ内におけるパケットの遅延は、ネットワークのトラフィックが増すにつれ増す傾向がある。既存のパケットスイッチは、現在のところスイッチそれ自体内においてパケットが受ける遅延を測定する能力を有するように実施できない。
本発明の管理パケット方法は、中間スイッチの各々の入力と出力間で受ける個々のパケットの遅延の測定を利用する。パーフォマンス監視ＯＡＭと使用される既存のスイッチは、ＯＡＭがセルストリームに入るときにＯＡＭセルにタイムスタンプする能力を有する。本発明の管理パケット方法においては、この活動が各中間ノードにおいて繰り返される。もしも管理パケットがエンド−エンド遅延累積管理セルであると、中間ノードは、仮想接続の発信エンドポイントにて０にセットされた遅延スタンプフィールド１０を取り、ＡＴＭの具体例について図２に例示されるようにそのスイッチで測定される局部的遅延によりそれをインクリメントする。
図２において、遅延スタンプフィールド１０は、最初先行の中間ノードからの遅延Ｔ０を含む。ノード１６にて、図１のセルがノード１６に入る時刻がタイムスタンプフィールド９に記録される。このフィールドは、ついでセルがノードを離れる時刻に比較され、そして遅延スタンプフィールド１０が差Ｔ１によりインクリメントされる。ノード（２）１８にて新しい時刻が、セルがノード１８に入った時刻に対応してタイムスタンプフィールド９に記憶される。このフィールドは、再度、セルがノード１８を出る時刻に比較され、差Ｔ２が、遅延スタンプフィールド１０の値をインクリメントするのに使用される。ノード（３）２０にても類似の手順が辿られ、以下仮想接続のエンドポイントに達するまで同様である。代わりに、パケットが各ノードに入る時刻は、パケットを適正な出力に向かわせるためそのノードにより使用される内部ルート設定ヘッダ内のフィールドに合体して、パケット内におけるタイムスタンプフィールドの使用を不必要にしてもよい。ついでスイッチは、ルート設定ヘッダ内に記録される時刻を試験し、遅延スタンプフィールド中に書き込まれるまたはインクリメントされる遅延を計算する。
いずれかの手順を追うと、図２の管理セルが最終的に仮想接続のエンドポイントに達するとき、遅延スタンプフィールド１０は、セルがネットワークのノードにより可変的に遅延された累積的時間量を指示する。もしも望むならば、セルがネットワーク内で過ごした総時間に達するように、ノード間の伝送リンクにより引き起こされる固定の伝播遅延値にこの遅延を加えてよい。この時間遅延スタンプの手法は、パケット遅延の局部的観察を可能とする新しいスイッチ能力を必要とするが、ネットワークのスイッチ間に何ら日時同期を必要としないという点で、ＯＡＭセルパーフォマンス監視法に優る大きな利点を有する。
パケット遅延をより詳細に監視するために、ノードごとの遅延測定管理パケットを使用できる。ノードごとの遅延測定管理パケットの特定の利点は、瞬間的遅延情報の計算と中継を可能にするということである。この形式の管理パケットは、ＡＴＭの具体例に対して図３に例示されるように、ノードごとに遭遇する各局部的遅延を記録するための複数の遅延スタンプフィールドを含む。図３において、各ノードにて、セルは、ノードへの侵入時刻に関して、タイムスタンプフィールド０または別個の内部ルート設定ヘッダ内にスタンプされる。この時刻が次いでそのノードから出ていく時刻と比較され、そして計算された遅延が、複数の未使用の遅延スタンプフィールド２２の一つにおいてセル中に記録される。これは、仮想接続エンドポイントにて各中間ノードの遅延の実績の監視を可能にする。もし望むならば、遅延スタンプフィールドの和であるエンド−エンドセル遅延を、デスティネーションエンドポイントにて計算してよい。代わりに、追加のタイムスタンプフィールドを各ノードに対して使用してもよく、それにより各スイッチが、パケットが到達した時刻を一つのタイムスタンプフィールドに単に記憶し、ついでパケットが離脱する時刻を他のタイムスタンプフィールドに記録することを可能にする。そのとき、ノードごとのおよびエンド−エンド遅延の計算は、パケットが仮想接続のエンドポイントに達したときになし得る。他の代替方法は、スイッチが累積遅延とノードごとの遅延を同じパケットにおいて記録することを可能にするように、セルを組合せ遅延セルであるようにすることである。
パケットロスの測定は、スイッチが仮想接続当たりそれが放棄するパケットの数を計数できるように、パケットロスの局部的観察能力をもつスイッチを必要とする。パケットの放棄は、過剰トラフィックに起因するスイッチバッファオーバーフロー、セルヘッダフィールド内または仮想接続上におけるルート設定情報の崩壊、パケットが予め特定された時間内にそのデスティネーションに到着せず、それゆえ消滅してしまったときのような種々の理由で起こる。各スイッチは、各仮想接続内でスイッチが放棄したパケットの数を計数しなければならない。この可能性は、ＡＴ＆Ｔ Globe View-2000switch（ＡＴ＆Ｔ，Globe View-2000 Broadband System Network: netwok Management, 225-179-079,Issue 1.0,Release 1.3, 1995、参照)およびNewbridge 36150 MainStreet switch（Newbridge, 36150 Mainstreet ATMnet Access Switch Technical Practice, NNP95-1602-01-00-A, Release 3.1, Generic A1113, 1995、参照)のようなある既存のスイッチですでに得られる。
パケットロスを測定するのに使用される管理パケットは、パケット遅延を測定するために使用されるのと同じパケットまたは異なるパケットとし得る。パケットロスは、本発明の１具体例に従うと、ＡＴＭの具体例に対する図４に例示されるように、エンド−エンドロス累積管理パケットを仮想接続中にユーザパケットブロック間に挿入することによって測定される。各エンド−エンドロス累積管理セルは、ゼロにイニシャライズされるセルロス計数フィールド１２を含む。ノード２４は、セルロス計数フィールド値ＮＯをもつエンド−エンドロス累積管理セルを受信すると、先行のロス管理セルがその仮想接続に到達して以来その仮想接続においてノード２４により放棄されたセルの数だけセルロス計数フィールド１２をインクリメントする。ついで、セルはノード（２）２６により受信され、そして該ノードは、そのノードにより仮想接続内で放棄されたセルの数だけセルロス計数フィールド１２をインクリメントする。次のノード（３）２８においても同様の手順が辿られ、以下同様となる。エンド−エンドロス累積管理セルが究極的にそのデスティネーションの仮想接続エンドポイントに到達するまで、セル損失計数値フィールド１２は、ユーザセルの先行のブロックにおいて放棄されたセルの総数を確実に反映する。既存のＯＡＭパーフォマンス管理セルの使用に比して、ノードが如何ほどのセルをユーザセルブロック内に予測すべきかを知ることは必要でない。何故ならば、各ノードはそれが放棄するセル数を正確に計数するからである。
パケットロスをより詳細に監視するために、各ノードにて計数される放棄されたパケットの数を記録する複数のフィールドを含むノードごとのロス管理パケットを使用できる。この例は、ＡＴＭの具体例に対する図５に図示されている。各ノードにて、その仮想接続にける先行のロス管理セルの離脱以来そのノードによりその仮想接続内で放棄されたセルの数が、ノード２４，２６，２８にて複数のセルロス計数フィールド３０の一つにスタンプされる。ノードごとの遅延測定管理セルの場合と全く同様に、ついで、総セルロスが、仮想接続のエンドポイントにおいて計算される。各ノードが累積パケットロスとノードごとのパケットロスの両方を同時に記録することが出きるように、組み合わされたロス管理パケットを使用してよい。ノードごとのロス測定管理パケットには、データパケットブロック内の個々の放棄されたパケットの位置のよう他の有用な情報を記録してよい。
ここに記述される方法は、具体例の二三のものにおいては、管理パケットが、特定の仮想接続におけるユーザデータパケットと同じ遅延およびパケットロスレートに遭遇することを必要とする。これを実施する最も簡単な方法は、管理パケットに、スイッチを通るユーザパケットと同じ経路を追従させることである。これを遂行するためには、データパケットストリームからパケットを除去することなく管理パケットのペイロードが変更されねばならない。このように処理されたパケットは、「関連付け管理パケット」である。図６には、データパケットストリームから除去することなく関連付け管理パケットのペイロードを処理する能力を有するスイッチの具体例のブロック図が図示されている。この具体例はまた、パケット遅延の局部的な観察可能性の二三の可能な実施形態の一つを例示している。
図６において、データストリームは入力ポート３２にてスイッチ３１に入る。データストリームは、管理パケットとともに散在せしめられたユーザデータパケット３４を含む。ユーザパケット３４と管理パケット３６は、スイッチ入力ヘッダプロセッサ３８に入り、そしてこのプロセッサが各パケットに対するネットワークルート設定命令を読み取り、そしてそれを使用してそのパケットに取り付けられる内部ルート設定ヘッダを作り出す。もしもパケットが遅延管理パケットであると、内部ルート設定ヘッダの創成は、日時プロセッサ４０による内部ルート設定ヘッダへの侵入時刻でスタンプすることを含むことになる。遅延管理パケットを侵入時刻でスタンプすることだけが必要であるが、もしもプロセッサ設計、時間等に関してより好都合であれば、管理パケット３６が入力ヘッダプロセッサ３８によりユーザデータパケット３４から区別されることは必要でない。代わりに、入力ポート３２上の全到来データパケットは、それらの内部到来ルート設定ヘッダにおいて記録される侵入時刻を有してよい。
一度内部ルート設定ヘッダが創成されると、全データパケットはスイッチ構造体４２によってルート設定され、その意図する出力ポート４８に向けられる。出力ポート４８に入る前に、パケットは出力ヘッダプロセッサ４４中を通され、そして該出力ヘッダプロセッサ４４は、パケットから内部ルート設定ヘッダを除去する。このとき、プロセッサ４４は、遅延管理パケット３６を識別し、内部ルート設定ヘッダ内の日時スタンプを使用して、スイッチ内において各パケットが受けた遅延を計算する。内部ルート設定ヘッダ内の日時スタンプは現在の日時と比較され、ついで遅延スタンププロセッサ４４により管理データパケット３６の遅延スタンプフィールド中に書き込まれ、すなわちインクリメントされ、この間データストリーム内の先行のユーザデータパケット３４は、適当な出力ポート４８に送られつつある。このようにして、管理データパケットはデータストリーム内にその位置を保持する。代替具体例においては、遅延スタンププロセッサ４６は、出時刻を遅延管理パケット３６内のタイムスタンプフィールドに直接記録するだけでよく、それによりパケットが仮想接続エンドポイントに達したときに後で遅延計算がなされることを可能にする。
一つの好ましい具体例においては、同様の手順を使用して、パケットロス計数値をロス管理パケットに入れる。ロス管理パケットは、日時プロセッサ４０によりスイッチへの侵入時刻をスタンプされることを要しないが、そのようにすることがより好都合であるときはそのようにしてもよい。ロス管理パケットは出力ヘッダプロセッサ４４中を通されるとき、プロセッサはそれをロス管理パケットとして識別する。その特定の仮想接続内の最後のロス管理パケットがスイッチにより処理されて以来その仮想接続に対してスイッチにより放棄されたパケットの数は、パケットのパケットロス計数フィールド中に書き込まれる、すなわちインクリメントされる。この書込みは、遅延スタンププロセッサ４６の追加の機能として、あるいは同様に動作する別個のプロセッサによりなし得る。パケットロス計数値は、ロス管理データパケット３６中に書き込まれ、その間データストリーム内の先行のユーザデータパケット３４は適当な出力ポートに送られ、ロス管理データパケットがデータストリーム内においてその位置を保持することを可能にする。
代替具体例においては、日時プロセッサ４０は、遅延管理パケット３６がスイッチに到着する時刻を、内部ルート設定ヘッダへではなく、タイムスタンプフィールド中に直接書き込む。この場合、日時プロセッサ４０は、侵入時刻が遅延管理パケット３６のペイロードに記録されその間に先行のユーザデータパケット３４がスイッチ構造体４２に送られるという点で、遅延スタンププロセッサ４６と同様に機能することになる。ついで、遅延スタンププロセッサ４６は遅延管理パケットのタイムスタンプフィールドから侵入時刻を読み取り、それを使用して、プロセッサ４６がパケット内の遅延スタンプフィールドをインクリメントする遅延を計算する。
パケットをデータストリーム内のそれらの位置から除去することなく変更できるスイッチは、パーフォマンス監視機能を越える用途を有する。例えば、この種のスイッチは、データストリームのどこからセルが失われたかについての確認を可能にすることによって、ＡＴＭアプリケーション層における回復を支援するのに利用できよう。この情報は、そのセルのみの再伝送を要求するのに使用でき、全データを再伝送しなければならない場合より少ない資源しか使用しない。代わりに、同じ情報を、エラー隠蔽処理により、再伝送なしに、セルの不存在によりデータに惹起される破壊を最小化するように使用することもできる。
図７における１具体例に示されるように、管理パケットがある理由のためにデータストリームから抽出され、ついで特別のプロセッサにそらされねばならない場合、管理パケットはユーザデータパケットと同じ遅延を受けず、同じ仮想接続内においてユーザデータパケットに関してそれらの位置を通常保持しない。図７において、「非関連の管理パケット」５４と散在せしめられたユーザデータパケットおよび「関連付け管理パケット」５２とより成るデータストリームは、入力ポート５０にてスイッチ５６に入る。
関連付け管理パケットは、データストリーム内においてそれらの位置を保持することが出きるように処理されることを意図された管理パケットであり、他方、非関連の管理パケットは、データストリーム内において他のパケットに関してそれらの位置を失うように処理された管理パケットである。非関連の管理パケットは、先行の管理パケット以後においてスイッチにおいて測定される平均および最大パケット遅延のような累積的情報を各スイッチから集めるのに使用される。制御プロセッサ６２は、一組のこのような実績または使用測定値を累積し、この情報を到着する非関連の管理パケット５４に記録する。非関連の形式のパケットのペイロードに書き込む能力は、GTE Goverment Systems SPANet switchのような既存のスイッチにおいて利用可能である。
図７の具体例において、ユーザパケット／関連付け管理パケット５２および若干の非関連の管理パケット５４はスイッチ入力ヘッダプロセッサ５８に入り、そして該プロセッサは、各パケットに対するネットワークルート設定命令を読み取り、それを利用してそのパケットに取り付けられる内部ルート設定ヘッダを作り出す。もしもパケットが非関連の管理パケット５４であると、内部ルート設定ヘッダは、パケット５４を変更のため制御プロセッサ６２にルート設定するようにスイッチ構造体６０に指令する。一度内部ルート設定ヘッダが入力ヘッダプロセッサ５８により作り出されると、データ／関連付け管理パケット５２はスイッチ構造体６０を通され、出力ヘッダプロセッサ６４を介してその意図する出力ポート６８に向けられる。これは、非関連の管理パケットが制御プロセッサ６２により変更されていた間にデータストリームにおいてその位置を失ったことを意味する。
パケット遅延およびパケットロスの局部的観察能力のようなパーフォマンス監視機能を実施するために非関連の管理パケットを使用することも可能である。これは、１具体例においては、制御プロセッサ６２より、処理のためにデータストリームから除去される非関連の管理パケット５４をデータストリーム内において非関連の管理パケット５４の位置を保持するダミーの「マーカパケット」で置き換えることによって実施される。制御プロセッサ６２は、そのとき管理パケット５４のペイロードに必要なパーフォマンス監視情報を別個に記録する。これが完了すると、制御プロセッサ６２は、データストリーム内のダミーマーカパケットを適当な非関連の管理パケット５４で置き換える。
代わりに、遅延およびパケットロスのようなパーフォマンスパラメータの局部的な観察可能性は、制御プロセッサの代替バージョンを使って実施できる。この具体例においては、非関連の管理パケットのみでなく全データパケットが制御プロセッサ中を通される。遅延およびパケットロス計数値情報のようなパラメータは、適当な管理パケットのペイロード中に記録され、ダミーの書込みはユーザデータパケットのペイロードになされ、ユーザデータを無変更のままにする。この具体例は、若干の不必要な書込み動作を潜在的に必要とするが、データストリーム内における全パケットの順序を維持し、そして実施またはその他の領域において効率を発揮し得る。
管理パケットの使用は、現在のＯＡＭパーフォマンス監視方法に優る改良をもたらす。何故ならば、接続に沿う中間ノードが、それ自体の局部的パーフォマンスデータをパケットのペイロード中に加えることができるからである。遅延スタンピングを有する管理パケットは、ノード間における日時同期を必要とすることなく、エンド−エンドパケット遅延と接続に沿う各ノードにおけるパケット遅延の両方を正確に測定し、報告するのに使用できる。管理パケットはまた、接続に沿う各ノードにおけるパケットロスを正確に測定し報告することができ、ミス挿入されたパケットにより引き起こされる混乱を最小化する。非関連の管理パケットは、接続に沿う各ノードからの累積的実績と使用情報の収集と報告を可能にする。記述した管理パケットとスイッチの組合せは、ネットワーク接続に沿う正確で詳細なＱｏＳ測定を可能にする。
斯界に精通したものであれば、請求の範囲に記載される本発明の技術思想内において種々の変更代替物を容易に思い付くことができることは明らかである。
本発明は、電子的通信ネットワークに関し、特定するとパケット交換データネットワークのパーフォマンス監視に関する。
［従来技術］
広帯域サービス統合デジタルネットワーク（Ｂ−ＩＳＤＮ）は、非同期的伝達モード（ＡＴＭ）を含み、標準化５３バイトデータパケットを利用する種々のパケット向けプロトコルを受け入れることができる(ITU-T REC. 1.121.Broadband Aspects of ISDN, Melbourne, 1988年11月)。ＡＴＭおよびある種の他のパケット向けプロトコルは、中間ノードにより接続される伝送リンクを横切る２エンドポイント間に延びる仮想パス接続（ＶＰＣ）および仮想チャンネル接続（ＶＣＣ）としてＡＴＭにおいて知られているものを利用して接続指向設定される。これらの中間ノードは、パケットをそれらの意図するデスティネーションエンドポイントすなわちルータまたはスイッチに発送し差し向ける装置である。パケット交換データネットワークは、一定ビットレート（ＣＢＲ）または可変ビットレート（ＶＢＲ）接続を介してボイス、ビデオ、およびデータサービスの同時の混合をサポートし得る。
各仮想接続に対して、ＡＴＭネットワークは、顧客（利用者）に対してサービス品質（ＱｏＳ）として知られる特定レベルのパーフォマンスを保証し得る。このサービス品質は、接続セットアップ中にユーザとネットワーク間において取り決められるものである。一度合意に達すると、ＱｏＳは、両パーティー間の再取決めを通じてしか変更できない。一般に、データパケットがネットワーク接続に沿って伝達されるときにデータパケットが受ける遅延は、パケット交換ネットワークに対する重要なパーフォマンス測定値である。ＡＴＭにおけるＱｏＳは、主として容認可能なセル遅延と容認可能なセルロスレートにより特定される(ATM Forum, ATM User-Network Interface Specification Version 3.0.1992年9月10日)。ＡＴＭは、遅延およびロスパーフォマンスに対する異なる適用要件に関連付けられた複数のＱｏＳクラスをサポートする。それゆえ、ＶＣＣまたはＶＰＣは、その要求されるＱｏＳとスループットパラメータにより特徴付けられる。ＶＰＣは、異なるＱｏＳクラスの統計的に多重化されたＶＣＣを包含することができるが、ＶＰＣの全ＱｏＳは、包含されるＶＣＣの最も要求の厳しいＱｏＳを満足しなければならない。特定されるＱｏＳパラメータ値は、ユーザにより明示的に要求されるか、特定のサービスと暗示的に関連付けることが出来る。
重要な関心事は、ユーザがそれらの保証されたＱｏＳを受け取ることを確実にするためのトラフィックの管理である。特定のＱｏＳの保証は、ネットワークとユーザ間の契約協定の基本的部分である。何故ならば、あるアプリケーションは、ネットワークから特定のＱｏＣを受け取ることに厳しく依存するからである。例えば、ボイス伝送は、エンド−エンド遅延に特に敏感である。この理由のため、公衆電話ネットワークは、６００ｍｓの最大許容可能な遅延特性を有し（IEEE Journal on Selected Area in Communication. Vol. 7. No.5、1989年6月、pp.632-643のChen. Thomas M., Walrnd. JeanおよびMesserschmitt, David G.の「Dynamic Priority Protocols for Packet Voice」なる論文）、そして１５ｍｓを越える遅延は一般にエコー抹消の使用を必要とする（McGraw-Hill, 1995年発行、McDysan, David E.およびSpohn, Darren L.の「ATM Theory and Application」p.355）。
ネットワーク管理の機能としてのパーフォマンス管理は、仮想接続ごとのＱｏＳおよびネットワークの効率的利用の両方を維持することを同時的に司る。パーフォマンス管理それ自体は、パーフォマンス監視を通じて得られるデータに大きく依存する。しかして、パーフォマンス監視は、ＶＰＣ／ＶＣＣごとのＱｏＳの管理を通じて行われる。ＡＴＭネットワークにおける統計的多重化の使用により、仮想接続のＱｏＳは、特にネットワーク上のトラフィックのランダムな流れにより悪影響を受けることがある。ＱｏＳはまた、ネットワーク輻輳および伝送障害を含む多数の他のファクタや、ＱｏＳに漸次的劣化を引き起こすことのある間欠的なエラー状態によっても劣化される。ネットワークプロバイダは、ネットワークユーザへのこれらのトラブルの影響を最小化するためにトラブルを迅速に検出し診断することができることを要する。
パーフォマンス監視は、サービス外試験またはサービス内ＱｏＳ監視のいずれかを通じてなし得る。サービス外試験は、制御されたトラフィック状態下でなされるパーフォマンス測定を包含する。この形式の試験は多数の欠点を有するが、就中問題となるのは、ネットワーク上のサービスが中断されねばならぬことである。加えて、受け取られる結果は、制御されたトラフィック状態を創成するに使用されたモデルと同程度の精度でしかない。試験される被制御状態は、サービス中ネットワークが実際に遭遇する状態のあるものを正しくモデル化できないことがよくある。加えて、この方法は、ネットワークに続いての劣化があってもこれを迅速に検出することができない。
サービス中ＱｏＳ監視は、実際のユーザトラフィックについての連続的パーフォマンス測定を包含する。サービス中断は起こらず、ネットワーク劣化は瞬間的に検出される。連続的パーフォマンス監視は、サービスの劣化が多量のユーザデータに迅速に影響を及ぼす場合、高速度ネットワークにおいて特に重要である。サービス中ＱｏＳ測定はまた、サービス外試験において使用されるもののような仮定トラフィックモデルに基づくトラフィック制御アルゴリズムを補足するのにも有用である。しかして、仮定トラフィックモデルは、実際のトラフィックを正確に特徴付けることができないことがある。
現在のＡＴＭ標準は、動作およびメインテナンス（ＯＡＭ）セルを使用してセル遅延およびセル損失の測定を可能にする(「ITU-T Rec.1.610, B-ISDN Operations and Maintenance Principle and Functions」，Geneva, 1992年6月、Bellcoreの「Generic Requirements for Operations of Broadband Switching Systems, TA-NWT00 1248」,1993年10月2日発行)。ＯＡＭセルは、標準５３バイトＡＴＭセルの特殊化バージョンで、標準５バイトのヘッダを４８バイトの情報フィールドとともに有するが、ユーザデータの代わりに機能特有の情報フィールド内に管理情報を担持する。ＡＴＭユーザセルそれ自体は、ＱｏＳ監視のために使用できない。何故ならば、ペイロードはユーザデータで一杯であり、セルロスおよびセル遅延の計算および記憶のためにパーフォマンス監視システムにより必要とされる情報を受信するためにヘッダフィールドは利用できないからである。
ＯＡＭセルは、ユーザセルと同様にＡＴＭネットワークによりルート設定されるが、ＶＣＩ＝３，ＶＣＩ＝４，ＰＴ＝４および／またはＰＴ＝５を利用して５バイトセルヘッダ内のＶＣＩおよび／またはＰＴフィールドに特別の値を割り当てることによってネットワークによりユーザセルから区別される。パーフォマンス管理用のＯＡＭセルはさらに、４ビットＯＡＭセル形式=0010により情報フィールド内において識別される。情報フィールド内の４ビットＯＡＭ機能形式はさらに、順方向監視(0000)、逆方向報告(0001)、またはその両者(0010)のようなＯＡＭにより遂行される特有のパーフォマンス管理機能を指示する。１０ビットＥＤＣフィールドは、セルの情報フィールドを介して計算されるエラー検出コードを含む。
順方向監視手順は、仮想接続の一エンドポイントにおけるユーザセルのブロック間のセルストリーム中にＯＡＭパーフォマンス管理セルを挿入することより成る。逆方向報告は、仮想接続エンドポイントにてＯＡＭセル中に観察されるパーフォマンスデータを入れ、ついで、その特定の仮想接続のパーフォマンスを発信エンドポイントに報告するために、ＯＡＭセルが来たセルストリーム方向にＯＡＭセルを送り返すことを包含する。
セル損失を測定するために、ＯＡＭセルは、２バイトの機能特有フィールドに先行のブロックで送られたユーザセルの数（総ユーザセル数）を含む。仮想路のデスティネーションエンドポイントは、先行のＯＡＭセルの到着と現在ＯＡＭセルの間で受け取られるユーザセルの数を係数する。デスティネーションに、現在ＯＡＭセルにおいて指示されるより少ないセルが受信されると、差は損失セルの数であるとして解釈される。
セル損失を測定するための現在のネットワークパーフォマンス監視方法の主な利点は、セル損失の正確な数を実際に決定することが保証できないことである。これは、セルがセルストリーム中にミス挿入されることがあるからである。それゆえ、例えば、ＯＡＭが、Ｎのユーザセルが送られたことを指示し、ついでＮ−１のセルが実際に受信されると、一つのセルが失われたのか、二つのセルが失われ一つのセルがミス挿入されたのか等が確定することができない。また、この方法を使用すると、仮想接続のどこから、あるいはセルブロック内のどこからセル損失が実際に起こったのかを決定することもできない。
セル遅延を測定するために、ＯＡＭパーフォマンス管理セルは、オプショナルの４バイトタイムスタンプフィールドを含む。このタイムスタンプフィールドは、ＯＡＭセルがユーザセルストリームに挿入された時間を指示するのに使用されるタイムスタンプは、ついで仮想接続エンドポイントにおけるセルの到着時間と比較され、差は、仮想接続に沿ってセルが遭遇するエンド−エンド遅延であると解釈される。しかしながら、この形式のタイムスタンプは、仮想接続の二つのエンドポイントにおけるクロックが同じ日時に同期される場合にのみデスティネーションにおいて意味があり、一般的には実際的でないものである。
加えて、既存の遅延測定方法は、エンド−エンド遅延が実際には固定伝播遅延と、ランダム遅延の二つから成る形式の遅延より成るという事実を考慮に入れていない。固定伝播遅延は、ネットワークノード間に存在する伝送リンクにより予測し得るレベルにて接続に導入される遅延である。ランダム遅延は、中間ノードの各々それ自体により導入され、ネットワークトラフィックレベルおよびスイッチ緩衝容量に関して大幅に変わり得る遅延である。一般にこの形式の遅延は、主としてキューイング遅延に起因し、トラフィック負荷の増大とともに増加する傾向がある。ＯＡＭを使用する既存のパーフォマンス監視方法は、この種のファクタに起因して仮想接続に沿う各ノードにて実際に遭遇する遅延を追跡できない。
セル遅延を測定する代替方法は、ＯＡＭループバックセルを介しての往復遅延を測定することである。これは、ＯＡＭセル形式=0001およびＯＡＭ機能形式=1000により識別される。ループバックセルは仮想接続に沿って送られ、ついで、デスティネーションエンドポイントまたは予め特定された中間ノードからその発信エンドポイントに戻されるタイムスタンプは、ノード間の日時クロック同期の必要なしに発信エンドポイントに戻る往復遅延の計算を可能にする。ついで、一方向エンド−エンド遅延が、往復遅延の半分として評価される。しかしながら、ループバックセル法はクロック同期の必要なしに往復遅延を測定し得るが、一方向セル遅延の評価しか与えない。この評価は、ネットワークの混雑または特性がＯＡＭセルトリップの二つの半路間において大きく変更された場合には実際には非常に正確でない場合がある。さらにこの方法は、個々の中間ノードにおいて生ずる遅延を測定できない。
現在のネットワークパーフォマンス監視方法のこれらの不利益は全て、一般に、仮想接続における中間ノードがＯＡＭセルを中継するが実際にはそれらのペイロードを変更しないと言う事実から起こる。ＡＴＭスイッチはＡＴＭセルのヘッダを除去し操作する能力を有するが、一つのスイッチが一つのセルの全ペイロードを処理するのは正常でない。これが行われるとき、これはセルストリーム内におけるその位置からセルを除去することによってのみなされるが、これは、一般に、セルがセル遅延やセルロスのような位置依存パラメータを計算するのに使用されるのを防ぐ。この理由のため、パーフォマンス監視に使用されるＯＡＭセルは、仮想接続の２エンドポイント間のパーフォマンス測定のための機構に過ぎない。ネットワークのパーフォマンス監視能力は、通過するデータパケットのペイロードに情報を追加出来ないと言う中間ノードのこの能力の欠如により厳しく制限される。必要とされているものは、中間ノードによりパーフォマンス監視システムに供給され得る情報を収集し利用するやり方である。
［発明の開示］
本発明の一側面において、仮想接続に沿う各ノードにより変更されるペイロードを有する新しい種類のパケットが定義される。管理パケットが、仮想接続に沿うエンド−エンドＱｏＳを正確に測定し報告しかつ個々の中間ノードにおける特定のパーフォマンスパラメータを測定し報告するのに使用される。ＡＴＭの具体例において、管理セルは、完全に新しい形式のセルを定義するか既存のＯＡＭセル内に追加のフィールドを定義することによって実施される。各中間ノードにあるスイッチは、管理パケットのペイロードを変更し、そして遅延およびパケットロスを局部的に測定する。機能形式フィールドは、各管理パケットにより遂行される特定のパーフォマンス監視機能を特定する。管理パケット内の情報フィールドは、任意的に時間スタンプフィールド、遅延スタンプフィールドおよびパケットロス計数フィールドを含む。
本発明の他の側面においては、中間スイッチが、そのスイッチにおける任意のパケットの到達時刻と出時刻との間の差を測定できる。エンド−エンド遅延累積管理パケットに対しては、遅延スタンプフィールドが各スイッチで測定される局部的遅延によりインクリメントされる。管理パケットが仮想接続のエンドポイントに達すると、遅延スタンプフィールドは、パケットがネットワークのノードにより遅延された時間の累積量を指示する。
本発明の他の側面においては、ノードごとの遅延測定管理パケットが、複数の遅延スタンプフィールドを利用してノードごと基準で遭遇する各遅延を記録することによって、瞬間的遅延情報の計算と中継を可能にする。デスティネーションエンドポイントにおいて、エンド−エンド遅延が、記録された遅延スタンプフィールドの和として計算される。代わりに、スイッチは一つのタイムスタンプフィールドにパケットが到着する時刻を記録し、ついでパケットが離れる時刻を他のタイムスタンプフィールドに記録し、ノードごとの遅延の計算をパケットが仮想接続のエンドポイントに到着するときに行ってよい。
本発明の他の側面に従うと、中間スイッチは、各々が放棄するパケットの数を計数出来る。ノードがエンド−エンドロス累積管理パケットを受け取ると、ノードは、先行のロス管理パケットが到達してからその仮想接続内においてノードにより放棄（ディスカード）されたパケットの数だけパケットロス計数フィールドをインクリメントする。エンド−エンド損失累積管理パケットが仮想接続エンドポイントに到達すると、パケットロス計数フィールドは、ユーザパケットの先行のブロック内における放棄されたパケットの総数を反映する。ノードごとのロス測定管理パケットは、その仮想接続内における先行のロス管理パケットの離脱以来各ノードで計算された放棄されたパケットの数を計算するための複数のパケットロス計数フィールドを含む。総パケットロスが、ついで仮想接続のエンドポイントで計算される。
関連する管理パケットは、管理パケットをスイッチを通るユーザパケットと同じ経路を追従させることによる本発明の１具体例で実施される場合、特定の仮想接続におけるユーザデータパケットと同じ遅延およびパケットロスレートに遭遇する。関連する管理パケットのペイロードは、パケットをデータパケットストリームから除去することなく処理される。１具体例において、これは、スイッチ内部ルート設定ヘッダを使用することによって実施される。パケットがスイッチ入力ヘッダプロセッサに入ると、ヘッダプロセッサは、各パケットに対するネットワークルート設定命令を使用して内部ルート設定ヘッダを作り出す。これは、遅延管理パケットに対して、スイッチへの進入の時刻を含む。代わりの具体例においては、遅延管理パケットがスイッチに到達する時刻は、パケット内のタイムスタンプフィールド中に直接記録され、その間に先行のデータパケットはスイッチ構造体中に送られる。
前の具体例においては、全データパケットがスイッチ構造体中をルート設定され、出力ヘッダプロセッサを介してそれらが意図する出力ポートに差し向けられ、そして出力ヘッダプロセッサはパケットから内部ルート設定ヘッダを除去し、遅延管理パケットの内部ルート設定ヘッダ内の日時スタンプを現在の日時と比較し、スイッチ内において各パケットが受ける遅延を計算し、そして管理データパケットの遅延スタンプフィールド内に差を記録する。これはデータストリーム内の先行のユーザデータパケットが出力ポートに送られつつある間に起こるから、管理データパケットはデータストリーム内にその位置を維持するタイムスタンプフィールドが使用される場合類似の手順が辿られ、出力ヘッダプロセッサはそのフィールドから侵入時刻を読む。
本発明の他の側面として、パケットロス計数値がロス管理パケットに記録される。ロス管理パケットがスイッチ出力ヘッダプロセッサ中をルート設定されるとき、プロセッサは、最後のロス管理パケットが処理されて以来その特定の仮想接続内においてスイッチにより放棄されたパケットの数をパケットロス計数フィールド中に記録する。パケットロス計数値は、データストリーム内の先行のユーザデータパケットが出力ポートに送られつつある間に記録され、ロス管理データパケットがデータストリーム内においてその位置を保持することを可能にする。
非関連の管理パケットはデータストリームから抽出され、特別のプロセッサにそらされ、従って同じ仮想接続内のユーザデータパケットに関してその位置を保持しない。非関連の管理パケットは、本発明の１側面においては、累積実績または使用量値を報告のため制御プロセッサにより使用される。入力ヘッダプロセッサは非関連の管理パケットに対して内部ルート設定ヘッダを作り出すが、これは、スイッチ構造体に、パケットを変更のため制御プロセッサにルート設定するように指令する。
非関連の管理パケットは、本発明の他の側面においては、非関連の管理パケットを一時的にマーカパケットと交換することによってパケット遅延およびパケットロスの局部的測定を実施するのに使用される。しかして、このマーカパケットは、制御プロセッサが遅延またはパケットロス計数値情報を管理パケットのペイロードに記録する間データストリーム内に非関連の管理パケットの位置を保持する。マーカパケットは、ついでデータストリーム内において変更された非関連の管理パケットと交換される。遅延およびパケットロスの局部的な測定は、本発明の代わりの具体例においては、全データパケットを制御プロセッサ中にルート設定し、遅延およびパケットロス計数情報を適当な管理パケット中に記録し、そしてユーザデータパケットへのダミーの書込みを遂行することによって実施される。
【図面の簡単な説明】
図１はＡＴＭで実施するための本発明の管理パケットの具体例を示す概略線図である。
図２はエンド−エンド遅延累積管理セルを利用する、本発明の方法の１具体例を示すブロック図である。
図３はノードごとの遅延測定管理セルを利用する、本発明の方法の他の具体例を示すブロック図である。
図４はエンド−エンドロス累積管理セルを利用する本発明の方法の具体例を示すブロックである。
図５はノードごとのロス測定管理セルを利用する本発明の方法の他の具体例を示すブロックである。
図６は本発明の１側面に従う遅延パケットの局部的観察可能性もつスイッチ中における関連管理パケット流れを示すブロック図である。
図７は本発明の他の側面に従うスイッチ中における非関連の管理パケットの流れを示すブロック図である。
［本発明を実施するための最良のモード］
従来技術のネットワーク接続パーフォマンス監視方法の制約は、特別の種類のパケット、すなわち、仮想接続に沿う各ノードにより変更できるペイロードを有する「管理パケット」を定義することによって排除される。本方法は、任意のパケット交換用ネットワークに適用し得る。好ましいＡＴＭの具体例においては、これらの「管理セル」は、現在のＯＡＭセルの拡張として任意実施できる。ＯＡＭセルと同様に、管理セルはセル情報フィールドで仮想接続に沿って測定データを運ぶ。管理セルと従来技術のＯＡＭセルの主たる相違は、管理セルの情報フィールドが、仮想接続のエンドポイントによるだけでなく、仮想接続に沿う全ネットワークノードにより変更されることである。この新しい能力は、パーフォマンス監視システムが、仮想接続のエンド−エンドパーフォマンスを全体としてのみでなく、仮想接続に沿う各ノードのパーフォマンスを追跡することを可能にする。
管理パケットは、任意の仮想接続に沿ってユーザパケットが受けるエンド−エンドＱｏＳを正確に測定するのに使用される。加えて、個々の中間ノードにて測定される特定のパーフォマンスパラメータは、パーフォマンス監視システムに利用可能である。これは、ユーザが実際に受けるＱｏＳを正確に識別し、パーフォマンスの劣化をユーザがゆゆしく影響されない内に的確に検出するために、サービス中監視が使用されることを可能にする。それゆえ、本発明の方法は、エンド−エンドパケット遅延とパケットロスレートの両方のサービス中監視を著しく大きく改善するものである。
本発明の方法は、各ノードにおけるルータまたはスイッチが、パケットの局部的な処理測定とパケット遅延およびパケットロスの局部的な測定とを含む特定の独特な可能性を有することを必要とする。管理パケットは、仮想接続に沿う各ノードにおけるパケット遅延を測定し報告することによって、ネットワーク接続エンドポイント間の日時同期を必要とすることなしにエンド−エンドパケット遅延を正確に測定するのに使用される。同様に、管理パケットは、エンド−エンドパケットロスと仮想接続に沿う各ノードにおけるパケットロスの両方の正確な測定と報告を可能にする。
好ましい具体例のＡＴＭ管理セルは、全く新しいセルを定義することによって実施してもよいし、既存のＯＡＭセルに追加のフィールドを定義することによって実施してもよい。何故ならば、パーフォマンス測定に使用される既存のＯＡＭは未使用の情報フィールドに３３バイトを有するからである。ＡＴＭ適用のための管理セルの具体例は図１に使用されている。５３バイトＡＴＭ管理セルは、標準５バイトのＡＴＭセルヘッダ２を有している。このセルヘッダ内において、セルは、ＶＣＩおよび／またはＰＴフィールド内の特定のコード（ＶＣＩ＝３，ＶＣＩ＝４，ＰＴ＝４またはＰＴ＝５）によりネットワークに対してＯＡＭとして識別される。代替具体例においては、ネットワークに対してＡＴＭセルとして一意的に識別する完全に新しいＶＣＩおよびＰＴが定義される。
既存のＯＡＭ ＶＣＩおよびＰＴコードがセルヘッダ２内において使用される場合、管理セルは、代わりに、４ビットＯＡＭセル形式フィールド４内の特別のコードによりネットワークに対して管理セルとして一意的に識別される。さらに、４ビット機能形式フィールド６が、管理セルにより遂行される特定のパーフォマンス管理機能を指示する。通常のＯＡＭセルと同様に、１０ビットＥＤＣフィールド８が、セルの情報フィールドについて計算されるエラー検出コードを含んでいる。
図１のＡＴＭの具体例において、機能形式フィールド６は、ＡＴＭ管理セルにより遂行されるパーフォマンス監視機能の形式をネットワークに対して記述するコードを含み、セルを「エンド−エンド遅延累積」セル、「ノードごとの遅延測定」セル、「エンド−エンドロス累積」セル、「ノードごとのロス測定」セル、または先行の形式のある組合せとして命名する。他のパーフォマンスパラメータの監視のために追加のコードを定義することもできる。管理セルの情報フィールドはまた、任意的に４バイトタイムスタンプフィールド９、遅延スタンプフィールド１０およびセルロス計数フィールド１２ならびにその他の機能特有のフィールド１４を含んでよく、そしてこれらは、必要に応じて追加の遅延スタンプ、セルロス計数等に使用される。これらのフィールドはまた、他のパーフォマンスパラメータを監視し報告するためにも使用できる。
パケット遅延の測定のため、当該スイッチにおける任意のパケットの到着時間と離脱時間との差を測定できる（これは「局部的観察能力」と称する能力である）スイッチが必要とされる。大抵のスイッチは少なくとも若干の緩衝能力を有するから、スイッチにおいてパケットが受ける遅延は、特に優先性に基づく緩衝方式が実施される場合、きわめて可変とし得る。スイッチ内におけるパケットの遅延は、ネットワークのトラフィックが増すにつれ増す傾向がある。既存のパケットスイッチは、現在のところスイッチそれ自体内においてパケットが受ける遅延を測定する能力を有するように実施できない。
本発明の管理パケット方法は、中間スイッチの各々の入力と出力間で受ける個々のパケットの遅延の測定を利用する。パーフォマンス監視ＯＡＭと使用される既存のスイッチは、ＯＡＭがセルストリームに入るときにＯＡＭセルにタイムスタンプする能力を有する。本発明の管理パケット方法においては、この活動が各中間ノードにおいて繰り返される。もしも管理パケットがエンド−エンド遅延累積管理セルであると、中間ノードは、仮想接続の発信エンドポイントにて０にセットされた遅延スタンプフィールド１０を取り、ＡＴＭの具体例について図２に例示されるようにそのスイッチで測定される局部的遅延によりそれをインクリメントする。
図２において、遅延スタンプフィールド１０は、最初先行の中間ノードからの遅延Ｔ０を含む。ノード１６にて、図１のセルがノード１６に入る時刻がタイムスタンプフィールド９に記録される。このフィールドは、ついでセルがノードを離れる時刻に比較され、そして遅延スタンプフィールド１０が差Ｔ１によりインクリメントされる。ノード（２）１８にて新しい時刻が、セルがノード１８に入った時刻に対応してタイムスタンプフィールド９に記憶される。このフィールドは、再度、セルがノード１８を出る時刻に比較され、差Ｔ２が、遅延スタンプフィールド１０の値をインクリメントするのに使用される。ノード（３）２０にても類似の手順が辿られ、以下仮想接続のエンドポイントに達するまで同様である。代わりに、パケットが各ノードに入る時刻は、パケットを適正な出力に向かわせるためそのノードにより使用される内部ルート設定ヘッダ内のフィールドに合体して、パケット内におけるタイムスタンプフィールドの使用を不必要にしてもよい。ついでスイッチは、ルート設定ヘッダ内に記録される時刻を試験し、遅延スタンプフィールド中に書き込まれるまたはインクリメントされる遅延を計算する。
いずれかの手順を追うと、図２の管理セルが最終的に仮想接続のエンドポイントに達するとき、遅延スタンプフィールド１０は、セルがネットワークのノードにより可変的に遅延された累積的時間量を指示する。もしも望むならば、セルがネットワーク内で過ごした総時間に達するように、ノード間の伝送リンクにより引き起こされる固定の伝播遅延値にこの遅延を加えてよい。この時間遅延スタンプの手法は、パケット遅延の局部的観察を可能とする新しいスイッチ能力を必要とするが、ネットワークのスイッチ間に何ら日時同期を必要としないという点で、ＯＡＭセルパーフォマンス監視法に優る大きな利点を有する。
パケット遅延をより詳細に監視するために、ノードごとの遅延測定管理パケットを使用できる。ノードごとの遅延測定管理パケットの特定の利点は、瞬間的遅延情報の計算と中継を可能にするということである。この形式の管理パケットは、ＡＴＭの具体例に対して図３に例示されるように、ノードごとに遭遇する各局部的遅延を記録するための複数の遅延スタンプフィールドを含む。図３において、各ノードにて、セルは、ノードへの侵入時刻に関して、タイムスタンプフィールド０または別個の内部ルート設定ヘッダ内にスタンプされる。この時刻が次いでそのノードから出ていく時刻と比較され、そして計算された遅延が、複数の未使用の遅延スタンプフィールド２２の一つにおいてセル中に記録される。これは、仮想接続エンドポイントにて各中間ノードの遅延の実績の監視を可能にする。もし望むならば、遅延スタンプフィールドの和であるエンド−エンドセル遅延を、デスティネーションエンドポイントにて計算してよい。代わりに、追加のタイムスタンプフィールドを各ノードに対して使用してもよく、それにより各スイッチが、パケットが到達した時刻を一つのタイムスタンプフィールドに単に記憶し、ついでパケットが離脱する時刻を他のタイムスタンプフィールドに記録することを可能にする。そのとき、ノードごとのおよびエンド−エンド遅延の計算は、パケットが仮想接続のエンドポイントに達したときになし得る。他の代替方法は、スイッチが累積遅延とノードごとの遅延を同じパケットにおいて記録することを可能にするように、セルを組合せ遅延セルであるようにすることである。
パケットロスの測定は、スイッチが仮想接続当たりそれが放棄するパケットの数を計数できるように、パケットロスの局部的観察能力をもつスイッチを必要とする。パケットの放棄は、過剰トラフィックに起因するスイッチバッファオーバーフロー、セルヘッダフィールド内または仮想接続上におけるルート設定情報の崩壊、パケットが予め特定された時間内にそのデスティネーションに到着せず、それゆえ消滅してしまったときのような種々の理由で起こる。各スイッチは、各仮想接続内でスイッチが放棄したパケットの数を計数しなければならない。この可能性は、ＡＴ＆Ｔ Globe View-2000switch（ＡＴ＆Ｔ，Globe View-2000 Broadband System Network: netwok Management, 225-179-079,Issue 1.0,Release 1.3, 1995、参照)およびNewbridge 36150 MainStreet switch（Newbridge, 36150 Mainstreet ATMnet Access Switch Technical Practice, NNP95-1602-01-00-A, Release 3.1, Generic A1113, 1995、参照)のようなある既存のスイッチですでに得られる。
パケットロスを測定するのに使用される管理パケットは、パケット遅延を測定するために使用されるのと同じパケットまたは異なるパケットとし得る。パケットロスは、本発明の１具体例に従うと、ＡＴＭの具体例に対する図４に例示されるように、エンド−エンドロス累積管理パケットを仮想接続中にユーザパケットブロック間に挿入することによって測定される。各エンド−エンドロス累積管理セルは、ゼロにイニシャライズされるセルロス計数フィールド１２を含む。ノード２４は、セルロス計数フィールド値ＮＯをもつエンド−エンドロス累積管理セルを受信すると、先行のロス管理セルがその仮想接続に到達して以来その仮想接続においてノード２４により放棄されたセルの数だけセルロス計数フィールド１２をインクリメントする。ついで、セルはノード（２）２６により受信され、そして該ノードは、そのノードにより仮想接続内で放棄されたセルの数だけセルロス計数フィールド１２をインクリメントする。次のノード（３）２８においても同様の手順が辿られ、以下同様となる。エンド−エンドロス累積管理セルが究極的にそのデスティネーションの仮想接続エンドポイントに到達するまで、セル損失計数値フィールド１２は、ユーザセルの先行のブロックにおいて放棄されたセルの総数を確実に反映する。既存のＯＡＭパーフォマンス管理セルの使用に比して、ノードが如何ほどのセルをユーザセルブロック内に予測すべきかを知ることは必要でない。何故ならば、各ノードはそれが放棄するセル数を正確に計数するからである。
パケットロスをより詳細に監視するために、各ノードにて計数される放棄されたパケットの数を記録する複数のフィールドを含むノードごとのロス管理パケットを使用できる。この例は、ＡＴＭの具体例に対する図５に図示されている。各ノードにて、その仮想接続にける先行のロス管理セルの離脱以来そのノードによりその仮想接続内で放棄されたセルの数が、ノード２４，２６，２８にて複数のセルロス計数フィールド３０の一つにスタンプされる。ノードごとの遅延測定管理セルの場合と全く同様に、ついで、総セルロスが、仮想接続のエンドポイントにおいて計算される。各ノードが累積パケットロスとノードごとのパケットロスの両方を同時に記録することが出きるように、組み合わされたロス管理パケットを使用してよい。ノードごとのロス測定管理パケットには、データパケットブロック内の個々の放棄されたパケットの位置のよう他の有用な情報を記録してよい。
ここに記述される方法は、具体例の二三のものにおいては、管理パケットが、特定の仮想接続におけるユーザデータパケットと同じ遅延およびパケットロスレートに遭遇することを必要とする。これを実施する最も簡単な方法は、管理パケットに、スイッチを通るユーザパケットと同じ経路を追従させることである。これを遂行するためには、データパケットストリームからパケットを除去することなく管理パケットのペイロードが変更されねばならない。このように処理されたパケットは、「関連付け管理パケット」である。図６には、データパケットストリームから除去することなく関連付け管理パケットのペイロードを処理する能力を有するスイッチの具体例のブロック図が図示されている。この具体例はまた、パケット遅延の局部的な観察可能性の二三の可能な実施形態の一つを例示している。
図６において、データストリームは入力ポート３２にてスイッチ３１に入る。データストリームは、管理パケットとともに散在せしめられたユーザデータパケット３４を含む。ユーザパケット３４と管理パケット３６は、スイッチ入力ヘッダプロセッサ３８に入り、そしてこのプロセッサが各パケットに対するネットワークルート設定命令を読み取り、そしてそれを使用してそのパケットに取り付けられる内部ルート設定ヘッダを作り出す。もしもパケットが遅延管理パケットであると、内部ルート設定ヘッダの創成は、日時プロセッサ４０による内部ルート設定ヘッダへの侵入時刻でスタンプすることを含むことになる。遅延管理パケットを侵入時刻でスタンプすることだけが必要であるが、もしもプロセッサ設計、時間等に関してより好都合であれば、管理パケット３６が入力ヘッダプロセッサ３８によりユーザデータパケット３４から区別されることは必要でない。代わりに、入力ポート３２上の全到来データパケットは、それらの内部到来ルート設定ヘッダにおいて記録される侵入時刻を有してよい。
一度内部ルート設定ヘッダが創成されると、全データパケットはスイッチ構造体４２によってルート設定され、その意図する出力ポート４８に向けられる。出力ポート４８に入る前に、パケットは出力ヘッダプロセッサ４４中を通され、そして該出力ヘッダプロセッサ４４は、パケットから内部ルート設定ヘッダを除去する。このとき、プロセッサ４４は、遅延管理パケット３６を識別し、内部ルート設定ヘッダ内の日時スタンプを使用して、スイッチ内において各パケットが受けた遅延を計算する。内部ルート設定ヘッダ内の日時スタンプは現在の日時と比較され、ついで遅延スタンププロセッサ４４により管理データパケット３６の遅延スタンプフィールド中に書き込まれ、すなわちインクリメントされ、この間データストリーム内の先行のユーザデータパケット３４は、適当な出力ポート４８に送られつつある。このようにして、管理データパケットはデータストリーム内にその位置を保持する。代替具体例においては、遅延スタンププロセッサ４６は、出時刻を遅延管理パケット３６内のタイムスタンプフィールドに直接記録するだけでよく、それによりパケットが仮想接続エンドポイントに達したときに後で遅延計算がなされることを可能にする。
一つの好ましい具体例においては、同様の手順を使用して、パケットロス計数値をロス管理パケットに入れる。ロス管理パケットは、日時プロセッサ４０によりスイッチへの侵入時刻をスタンプされることを要しないが、そのようにすることがより好都合であるときはそのようにしてもよい。ロス管理パケットは出力ヘッダプロセッサ４４中を通されるとき、プロセッサはそれをロス管理パケットとして識別する。その特定の仮想接続内の最後のロス管理パケットがスイッチにより処理されて以来その仮想接続に対してスイッチにより放棄されたパケットの数は、パケットのパケットロス計数フィールド中に書き込まれる、すなわちインクリメントされる。この書込みは、遅延スタンププロセッサ４６の追加の機能として、あるいは同様に動作する別個のプロセッサによりなし得る。パケットロス計数値は、ロス管理データパケット３６中に書き込まれ、その間データストリーム内の先行のユーザデータパケット３４は適当な出力ポートに送られ、ロス管理データパケットがデータストリーム内においてその位置を保持することを可能にする。
代替具体例においては、日時プロセッサ４０は、遅延管理パケット３６がスイッチに到着する時刻を、内部ルート設定ヘッダへではなく、タイムスタンプフィールド中に直接書き込む。この場合、日時プロセッサ４０は、侵入時刻が遅延管理パケット３６のペイロードに記録されその間に先行のユーザデータパケット３４がスイッチ構造体４２に送られるという点で、遅延スタンププロセッサ４６と同様に機能することになる。ついで、遅延スタンププロセッサ４６は遅延管理パケットのタイムスタンプフィールドから侵入時刻を読み取り、それを使用して、プロセッサ４６がパケット内の遅延スタンプフィールドをインクリメントする遅延を計算する。
パケットをデータストリーム内のそれらの位置から除去することなく変更できるスイッチは、パーフォマンス監視機能を越える用途を有する。例えば、この種のスイッチは、データストリームのどこからセルが失われたかについての確認を可能にすることによって、ＡＴＭアプリケーション層における回復を支援するのに利用できよう。この情報は、そのセルのみの再伝送を要求するのに使用でき、全データを再伝送しなければならない場合より少ない資源しか使用しない。代わりに、同じ情報を、エラー隠蔽処理により、再伝送なしに、セルの不存在によりデータに惹起される破壊を最小化するように使用することもできる。
図７における１具体例に示されるように、管理パケットがある理由のためにデータストリームから抽出され、ついで特別のプロセッサにそらされねばならない場合、管理パケットはユーザデータパケットと同じ遅延を受けず、同じ仮想接続内においてユーザデータパケットに関してそれらの位置を通常保持しない。図７において、「非関連の管理パケット」５４と散在せしめられたユーザデータパケットおよび「関連付け管理パケット」５２とより成るデータストリームは、入力ポート５０にてスイッチ５６に入る。
関連付け管理パケットは、データストリーム内においてそれらの位置を保持することが出きるように処理されることを意図された管理パケットであり、他方、非関連の管理パケットは、データストリーム内において他のパケットに関してそれらの位置を失うように処理された管理パケットである。非関連の管理パケットは、先行の管理パケット以後においてスイッチにおいて測定される平均および最大パケット遅延のような累積的情報を各スイッチから集めるのに使用される。制御プロセッサ６２は、一組のこのような実績または使用測定値を累積し、この情報を到着する非関連の管理パケット５４に記録する。非関連の形式のパケットのペイロードに書き込む能力は、GTE Goverment Systems SPANet switchのような既存のスイッチにおいて利用可能である。
図７の具体例において、ユーザパケット／関連付け管理パケット５２および若干の非関連の管理パケット５４はスイッチ入力ヘッダプロセッサ５８に入り、そして該プロセッサは、各パケットに対するネットワークルート設定命令を読み取り、それを利用してそのパケットに取り付けられる内部ルート設定ヘッダを作り出す。もしもパケットが非関連の管理パケット５４であると、内部ルート設定ヘッダは、パケット５４を変更のため制御プロセッサ６２にルート設定するようにスイッチ構造体６０に指令する。一度内部ルート設定ヘッダが入力ヘッダプロセッサ５８により作り出されると、データ／関連付け管理パケット５２はスイッチ構造体６０を通され、出力ヘッダプロセッサ６４を介してその意図する出力ポート６８に向けられる。これは、非関連の管理パケットが制御プロセッサ６２により変更されていた間にデータストリームにおいてその位置を失ったことを意味する。
パケット遅延およびパケットロスの局部的観察能力のようなパーフォマンス監視機能を実施するために非関連の管理パケットを使用することも可能である。これは、１具体例においては、制御プロセッサ６２より、処理のためにデータストリームから除去される非関連の管理パケット５４をデータストリーム内において非関連の管理パケット５４の位置を保持するダミーの「マーカパケット」で置き換えることによって実施される。制御プロセッサ６２は、そのとき管理パケット５４のペイロードに必要なパーフォマンス監視情報を別個に記録する。これが完了すると、制御プロセッサ６２は、データストリーム内のダミーマーカパケットを適当な非関連の管理パケット５４で置き換える。
代わりに、遅延およびパケットロスのようなパーフォマンスパラメータの局部的な観察可能性は、制御プロセッサの代替バージョンを使って実施できる。この具体例においては、非関連の管理パケットのみでなく全データパケットが制御プロセッサ中を通される。遅延およびパケットロス計数値情報のようなパラメータは、適当な管理パケットのペイロード中に記録され、ダミーの書込みはユーザデータパケットのペイロードになされ、ユーザデータを無変更のままにする。この具体例は、若干の不必要な書込み動作を潜在的に必要とするが、データストリーム内における全パケットの順序を維持し、そして実施またはその他の領域において効率を発揮し得る。
管理パケットの使用は、現在のＯＡＭパーフォマンス監視方法に優る改良をもたらす。何故ならば、接続に沿う中間ノードが、それ自体の局部的パーフォマンスデータをパケットのペイロード中に加えることができるからである。遅延スタンピングを有する管理パケットは、ノード間における日時同期を必要とすることなく、エンド−エンドパケット遅延と接続に沿う各ノードにおけるパケット遅延の両方を正確に測定し、報告するのに使用できる。管理パケットはまた、接続に沿う各ノードにおけるパケットロスを正確に測定し報告することができ、ミス挿入されたパケットにより引き起こされる混乱を最小化する。非関連の管理パケットは、接続に沿う各ノードからの累積的実績と使用情報の収集と報告を可能にする。記述した管理パケットとスイッチの組合せは、ネットワーク接続に沿う正確で詳細なＱｏＳ測定を可能にする。
斯界に精通したものであれば、請求の範囲に記載される本発明の技術思想内において種々の変更代替物を容易に思い付くことができることは明らかである。
Claims (25)
- 少なくとも一つのネットワーク接続を有し、該ネットワーク接続の各々が、ネットワーク接続発信エンドポイント、ネットワーク接続デスティネーションエンドポイントおよび少なくとも一つのネットワーク接続中間ノードを有する電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法であって、
ルート設定ヘッダ手段と、パケット機能フィールドと、少なくとも一つの局部的パーフォマンス監視フィールドを組合せで各々含む少なくとも一つの管理データパケットを作り出し、
前記ネットワーク接続発信エンドポイントの一つにてユーザデータパケットのストリーム中に前記管理データパケットの少なくとも一つを挿入し、
前記ネットワーク接続中間ノードの各々にて少なくとも一つのパーフォマンス監視パラメータを測定し、
前記管理データパケットの各々に対して、前記ネットワーク接続中間ノードの各々にて、前記管理データパケット内の前記局部的パーフォマンス監視フィールドの一つに、前記ネットワーク接続中間ノードにおいて測定された前記パーフォマンス監視パラメータを記録し、そして
前記管理データパケットが前記ネットワーク接続デスティネーションエンドポイントに達した後、前記局部的パーフォマンス監視フィールド内の値を抽出する諸ステップを組合せで含むことを特徴とする電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。 - 前記局部的パーフォマンス監視フィールドに、予定された値にイニシャライズされる少なくとも一つの遅延スタンプフィールドを包含させ、
前記ネットワーク接続中間ノードのいずれかへの前記各管理データパケットの侵入を検出し、
前記管理データパケットおよび前記ネットワーク接続中間ノードの各々に対して、前記管理データパケットの前記ネットワーク接続中間ノードへの侵入時刻を記録し、
前記ネットワーク接続中間ノードからの前記管理データパケットの寸時後の出を検出し、
前記管理データパケットの前記寸時後の出時刻を前記の記録された侵入時刻と比較し、
前記遅延スタンプフィールド内の値を前記侵入時刻と前記出時刻との差だけインクリメントする
諸ステップを組合せで含む請求項１記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。 - 前記管理データパケットが前記ネットワーク接続デスティネーションエンドポイントに達したときに総累積遅延値を得るため、前記管理データパケットの前記遅延スタンプフィールドの前記のインクリメントされたフィールドの全てにおける値を加算するステップを含む請求項２記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 前記各管理データパケットが、前記ネットワーク接続中間ノードおよび前記ネットワーク接続デスティネーションエンドポイントに対して、前記データパケットが管理データパケットであることを識別させるパケット形式フィールドを含む請求項１記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 前記各管理データパケットの前記ルート設定ヘッダ手段が、前記ネットワーク接続中間ノードおよび前記ネットワーク接続デスティネーションエンドポイントに対して、前記データパケットが管理データパケットであることを識別させるフィールドを含む請求項１記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 前記局部的パーフォマンス監視フィールドに少なくとも一つのタイムスタンプフィールドを包含し、
前記各遅延管理パケットに対して、前記タイムスタンプフィールドの一つに、前記管理パケットの前記ネットワーク接続中間ノードへの侵入時刻を記録する諸ステップを組合せで含む請求項２記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。 - 前記管理パケットが前記ネットワーク接続デスティネーションエンドポイントに達したとき総累積遅延値を得るため、前記管理パケットの前記遅延スタンプフィールドの前記のインクリメントされたフィールドの全てにおける値を加算するステップを含む請求項６記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 前記寸時後の出時刻を前記遅延管理パケットの前記タイムスタンプフィールドの未使用の一つに記録するステップを含む請求項６記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 前記遅延管理パケットの前記各ネットワーク接続中間ノードへの侵入時刻を含む前記各タイムスタンプフィールドを、前記ネットワーク接続中間ノードからの前記寸時後の出時刻を含む前記タイムスタンプフィールドの一つと比較し、前記各ネットワーク接続中間ノードに対する遅延値を得るステップを含む請求項８記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 前記管理パケットの前記ネットワーク接続中間ノードへの前記侵入時刻が、前記ネットワーク接続中間ノードにて作り出されかつ前記ネットワーク接続中間ノードにある間に前記管理パケットに取り付けられる内部ルート設定ヘッダに記録される請求項２記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 前記管理データパケットが前記ネットワーク接続デスティネーションエンドポイントに達したときに総累積遅延値を得るため、前記管理パケットの前記遅延スタンプフィールドの前記のインクリメントされたフィールドの全てにおける値を加算するステップを含む請求項１０記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 前記局部的パーフォマンス監視フィールドに予定された値にイニシャライズされる少なくとも一つの放棄パケット計数フィールドを包含し、
前記各ネットワーク接続中間ノードにて、前記管理データパケットの直ぐ先行の一つの離脱と前記管理データパケットの現在の一つの離脱との間で前記ネットワーク接続中間ノードにより放棄された前記ユーザデータパケットの数を計数し、そして
前記管理データパケットの前記現在の一つの前記放棄パケット計数フィールドの一つにおける値を前記ユーザデータパケットの前記放棄数だけインクリメントする
諸ステップを組合せで含む請求項１記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。 - 前記管理データパケットが前記ネットワーク接続デスティネーションエンドポイントに達したときに総累積放棄ユーザパケット値を得るため、前記管理データパケットの前記放棄パケット計数フィールドの前記のインクリメントされたフィールドの全てにおける値を加算するステップを含む請求項１２記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 前記局部的パーフォマンス監視フィールドに予定された値にイニシャライズされる少なくとも一つの放棄パケット計数フィールドを包含させ、
前記各ネットワーク接続中間ノードにて、前記管理データパケットの直ぐ先行の一つの離脱と前記管理データパケットの現在の一つの離脱との間で前記ネットワーク接続中間ノードにより放棄された前記ユーザデータパケットの数を計数し、そして
前記管理データパケットの前記現在の一つの前記放棄パケットフィールドの一つにおける値を前記ユーザデータパケットの前記放棄数だけインクリメントする諸ステップを組合せで含む請求項２記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。 - 前記管理データパケットが前記ネットワーク接続デスティネーションエンドポイントに達したときに総累積放棄ユーザパケット値を得るため、前記管理データパケットの前記放棄パケット計数フィールドの前記のインクリメントされたフィールドの全てにおける値を加算するステップを含む請求項１４記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 前記管理データパケットが前記ネットワーク接続デスティネーションエンドポイントに達したときに総累積遅延値を得るため、前記管理データパケットの前記遅延スタンプフィールドの前記のインクリメントされたフィールドの全てにおける値を加算するステップを含む請求項１５記載の電子通信ネットワークにおけるパーフォマンス監視方法。
- 少なくとも一つのネットワーク接続からデータパケットを受信するための少なくとも一つの入力と、接続と、管理パケットの当該ルータへの侵入の検出のため、データパケットを前記ネットワーク接続手段の一つへ中継するための少なくとも一つの出力と、
前記管理パケットの前記ルータへの侵入時刻を関連付けて記録するための手段と、
前記管理パケットの前記ルータからの寸時後の出を検出するための手段と、
前記ルータにおいて前記管理パケットが受ける遅延を得るのに使用できるパラメータを前記管理パケット内に記録するための手段と
を組合せで備えることを特徴とする電子的通信ネットワークにおいて使用するためのルート設定装置ないしルータ。 - 前記の記録された侵入時刻と前記寸時後の出時刻を利用することによって、前記ルータにおいて前記データパケットが受ける遅延を計算するための手段を含み、前記のパラメータを記録するための手段が前記遅延を前記管理パケットに記録する請求項１７記載の電子的通信ネットワークにおいて使用するためのルータ。
- 前記の侵入時刻を関連付けて記録するための手段が、前記ネットワーク接続中間ノードにより作り出されかつ前記ルータにある間に前記管理パケットに取り付けられる内部ルート設定ヘッダに前記侵入時刻を記録する請求項１８記載の電子的通信ネットワークにおいて使用するためのルータ。
- 前記の侵入時刻を関連付けて記録するための手段が、前記管理パケットのタイムスタンプフィールドに前記侵入時刻を記録する請求項１７記載の電子的通信ネットワークにおいて使用するためのルータ。
- 前記管理パケットの前記ルータからの前記寸時後の出時刻を前記管理パケットに記録するための手段を含む請求項２０に記載の電子的通信ネットワークにおいて使用するためのルータ。
- ヘッダおよびペイロードを各々含むデータストリーム内の複数のデータパケットの各々を、デスティネーションアドレスに従って複数の出力データ路の選択されたものに同時的にルート設定するためのパーフォマンス監視式交換機構であって、
前記データパケットを同時的に受信するための複数の入力ポートと、
複数の出力データ路と、
前記入力ポートと前記出力データ路との間に接続されるスイッチング手段と、
変更されたデータパケットが前記データパケットの前記データストリーム内でその位置を失うことなく、前記データパケットの一つの前記ペイロードを変更するための手段と
を備えることを特徴とするパーフォマンス監視式交換機構。 - 前記のデータパケットの一つの前記ペイロードを変更するための手段が、
前記ストリームから前記データパケットを抽出するための手段と、
該抽出データパケットをマーカパケットで置き換えるための手段と、
前記抽出データパケットの前記ペイロードを変更するための手段と、
前記ストリーム内の前記マーカパケットを前記の変更された抽出データパケットで置き換えるための手段
を備える請求項２２記載のパーフォマンス監視式交換機構。 - 前記データパケットの一つの前記交換機構への侵入を検出するための手段と、
前記データパケットの前記交換機構への侵入時刻を関連付けて記録するための手段と、
前記データパケットの前記交換機構からの寸時後の出を検出するための手段と、
前記の記録された侵入時刻を利用して前記交換機構において前記データパケットが受けた遅延を計算するための手段と、
前記遅延を前記データパケットの前記ペイロードに記録するための手段
を組合せで備える請求項２２記載のパーフォマンス監視式交換機構。 - 前記のデータパケットの前記ペイロードを変更するための手段が、
前記ペイロードにおいて変更されるべき前記データストリーム内の前記データパケットの一つを選択するための手段と、
前記データストリーム内の前記データパケットの非選択のものにダミー書込みを遂行するために前記の選択されたデータパケットの前記ペイロードにデータを書き込むための手段
を備える請求項２２記載のパーフォマンス監視式交換機構。
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