JP3896056B2 - フレーム処理方法及びフレーム処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク内、又はネットワーク間でのデータ中継において、輻輳を回避するためのフレーム処理方法、又はフレーム処理装置に属する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のＬＡＮ（Local Area Network）の多くは、複数の支線ネットワークがブリッジ又はスイッチ等のフレーム処理装置を介して幹線ネットワークに接続されている。図１は、ＬＡＮの構成を示す。図１において、８０はフレーム処理装置、９０はルータ、９１は支線ネットワーク、９２は幹線ネットワーク、９３は端末である。支線ネットワーク９１と幹線ネットワーク９２はフレーム処理装置８０を介して接続されている。支線ネットワーク９１に収容されている複数の端末９３は、これらのネットワークによってルータ９０と接続される。
【０００３】
１０Ｂ−Ｔ規格の適用された従来のフレーム処理装置８０の構成を図２に示す。図２において、８０はフレーム処理装置、８１はレイヤ１受信インタフェース、８２はレイヤ２受信インタフェース、８３はバッファ、８４はスイッチ回路、８５は優先度読取回路、８６はフレーム廃棄回路、８７はレイヤ２送信インタフェース、８８はレイヤ１送信インタフェースである。支線ネットワークに収容されている端末からのデータ入力があると、レイヤ１受信インタフェース８１、レイヤ２受信インタフェース８２ではそれぞれレイヤ１、レイヤ２での受信処理を行う。受信したデータはバッファ８３で一時的に蓄積され、スイッチ回路８４でフレーム毎に処理される。処理されたフレームはレイヤ２送信インタフェース回路８７、レイヤ１送信インタフェース回路８８を経て、幹線ネットワークに向けてデータ出力される。
【０００４】
フレーム処理装置８０の処理能力を超えるフレーム数又はビット数のデータがネットワークからフレーム処理装置８０に流入すると、輻輳状態が生じる。フレーム処理装置８０に入力するデータには遅延に敏感なものや、データの欠落に敏感なものなど様々である。そのため、従来のフレーム処理装置では、フレーム構造に書きこまれた情報から遅延に敏感でないデータを判断してそのようなフレームを積極的に廃棄する（例えば、非特許文献１参照。）。図３にフレーム構造を示す。図３において、ＤＡ（Destination Address）はフレームの宛て先、ＳＡ（Source Address）はフレームの送り元、ＶＬＡＮ（Virtual LAN）は仮想ＬＡＮに必要な制御信号、ＰＬ（Pay Lord）は送信する情報、ＦＣＳ（Frame Check Sequence）は誤り検出信号を表わす。１０Ｂ−Ｔ規格では、ＶＬＡＮにフレームを優先的に処理する優先度が書きこまれている。フレーム処理装置はこの優先度を用いて遅延に敏感なデータを判断して、そのフレームを優先的に処理して輻輳状態に対処する。
【０００５】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ標準８０２．１Ｑ、”IEEE Standards for Local and Metropolitan Area Networks - Virtual Bridged Local Area Networks”の８．７章, [online]、 Approved 8 December 1998, IEEE、[平成１４年９月２日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.1Q-1998.pdf＞
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、データの性質が異なっていたとしてもフレームに同じ優先度が付与される場合がある。１０Ｂ−Ｔ規格では競合したフレームに対し特定のフレームを優先処理することができない。このような場合に、レイヤ３以上の情報を用いてフレームを選別する優先処理を行うこともできるが、レイヤ３以上の情報を用いた処理は負荷が重くなり、却って処理速度を遅くしかねない。
本発明は、このような問題を解決するために、レイヤ２において輻輳状態を監視し、範囲外のフレーム長を有するフレームを確率的に廃棄することによってフレームを処理することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本願発明では、ネットワークを接続するフレーム処理装置でのレイヤ２のフレーム処理方法であって、ネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知により、設定した廃棄確率に従ってフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄することにより解決する。
【０００８】
本願発明には前記フレーム長閾値を複数設定し、前記フレーム長閾値に応じて前記廃棄確率を設定すること、前記輻輳限界を複数設定し、前記輻輳限界に応じて前記フレーム長閾値を変動させることも含まれる。
【０００９】
又、本願他の発明では、ネットワークを接続するフレーム処理装置でのレイヤ２のフレーム処理方法であって、ネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知により、設定した廃棄確率に従って設定の範囲のフレーム長を有するフレームを廃棄することにより解決する。
【００１０】
本願発明では、これらの発明において、前記輻輳限界を複数設定し、前記輻輳限界に応じて前記廃棄確率を変動させること、前記輻輳限界を複数設定し、前記輻輳状態が悪化したときに前記廃棄確率を設定範囲内で最も高くし、その後、輻輳限界に応じた減衰率で、輻輳限界に対応する廃棄確率まで減少させること、検知した前記輻輳限界に応じてフレームを廃棄する期間の頻度を変動させることも含まれる。
【００１１】
本願発明では、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数若しくは時間当たりのビット数のいずれか又は双方から前記輻輳状態を監視すること、フレーム処理待ちのフレーム数若しくはビット数のいずれか又は双方から前記輻輳状態を監視すること、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数との差分、若しくはネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのビット数とフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのビット数との差分のいずれか、又は双方から前記輻輳状態を監視することも含まれる。
なお、これらの各構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【００１２】
本願において、輻輳限界とは、フレームを廃棄する基準となるネットワークの輻輳状態をいい、場合により複数の輻輳限界を規定する。フレーム長閾値とは、フレームを廃棄する基準となるフレーム長をいい、場合により複数のフレーム長閾値を規定する。廃棄確率とは、フレームを廃棄する際の確率をいい、場合により複数の廃棄確率を規定する。フレーム処理待ちとは、フレーム処理をするためにフレーム処理装置に蓄えられた状態をいう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本願発明のフレーム処理装置の構成を図４に示す。図４において、１０はフレーム処理装置、１１はレイヤ１受信インタフェース、１２はレイヤ２受信インタフェース、１３はバッファ、１４はスイッチ回路、１５は輻輳監視回路、１６はフレーム選別回路、１７はレイヤ２送信インタフェース、１８はレイヤ１送信インタフェースである。
【００１４】
ネットワークからのデータ入力があると、レイヤ１受信インタフェース１１は受信したフレームを物理層に関する受信処理をし、レイヤ２受信インタフェース１２では受信したフレームをリンク層に関する受信処理をする。受信したフレームはバッファ１３で一時的に蓄積され、スイッチ回路１４でフレーム処理される。処理されたフレームはレイヤ２送信インタフェース回路１７、レイヤ１送信インタフェース回路１８を経て、他のネットワークに向けてデータ出力される。輻輳監視回路１５はフレーム処理装置内で輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断して、その情報をフレーム選別回路１６に送出する。フレーム選別回路１６はフレーム長閾値を超えたフレームに対して、予め設定された廃棄確率に従って廃棄するフレームを選別する。スイッチ回路１４は選別されたフレームを廃棄し、それ以外は通過させる。
【００１５】
フレーム長閾値を超えたフレームを廃棄確率に従って廃棄する状況を図５（ａ）、図５（ｂ）に示す。図５（ａ）は輻輳限界に達していないときのデータ入出力であり、図５（ｂ）は輻輳限界に達しているときのデータ入出力である。図５（ａ）では、フレームＡ、フレームＢ、フレームＣ、フレームＤが入力されるが、フレームは廃棄されずに総て出力される。図５（ｂ）において、輻輳状態を監視している輻輳監視回路が輻輳限界と判断すると、フレーム長閾値を超えるフレームを廃棄確率に従って廃棄する。例えば、フレームＡ、フレームＢ、フレームＣ、フレームＤのうち、フレームＢとフレームＤがフレーム長閾値を超えているとき、廃棄確率に従って、フレームＢは廃棄するが、フレームＤは廃棄しないで通過させる。
【００１６】
以上説明したように、本実施の形態では、フレーム処理装置がネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知によりフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄確率に従って廃棄するため、フレーム処理装置の処理速度を落とすことなく、ネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
【００１７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、廃棄するフレームのフレーム長閾値を複数設定し、そのフレーム長閾値に応じて、フレームを廃棄する廃棄確率を設定する。図６にフレーム長閾値に対する廃棄確率の例を示す。図６において、フレーム長閾値をＬ１からＬ３までの３段階設定する。但し、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３である。フレーム処理装置がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。フレーム長がＬ１までは廃棄確率は零とし、フレーム長がＬ１を超えると廃棄確率はＰ１、フレーム長がＬ２を超えると廃棄確率はＰ２、フレーム長がＬ３を超えると廃棄確率はＰ３とする。但し、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。このようにフレーム長閾値を複数設定することにより、長いフレーム程、廃棄確率を高くすることができる。
【００１８】
以上説明したように、本実施の形態では、フレーム長閾値を複数設定し、フレーム長閾値に応じて廃棄確率を設定したため、長いフレーム程、廃棄確率が高くなり、より効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、フレーム長閾値を３段階設けたが、フレーム長閾値を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００１９】
（実施の形態３）
フレーム処理装置の輻輳監視回路は輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断する。本実施の形態では、輻輳限界を複数段階設定した上で、ネットワークの輻輳が各段階の輻輳限界に達すると、廃棄するフレームのフレーム長閾値を変動させる。図７に輻輳限界に対するフレーム長閾値の例を示す。図７において、輻輳限界をＣ１からＣ３まで３段階設定する。但し、輻輳限界Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順で輻輳状態が悪化している。フレーム処理装置の輻輳監視回路がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１からＣ３まで３段階を判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。輻輳限界がＣ１まではフレーム長閾値はＬ４とし、輻輳限界がＣ１を超えるとフレーム長閾値はＬ３、輻輳限界がＣ２を超えるとフレーム長閾値はＬ２、輻輳限界がＣ３を超えるとフレーム長閾値はＬ１と輻輳状態の悪化に応じてフレーム長閾値を短くする。但し、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４である。このように輻輳限界を複数設定することにより、輻輳状態に応じて長いフレーム長から短いフレーム長へと廃棄するフレームのフレーム長を変動させることができる。
【００２０】
以上説明したように、本実施の形態では、輻輳限界を複数設定し、輻輳限界に応じて廃棄するフレームのフレーム長閾値を変動させることとしたため、輻輳状態に合わせたフレーム長のフレームから廃棄することができ、より効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、輻輳限界を３段階設けたが、輻輳限界を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００２１】
（実施の形態４）
フレーム処理装置の輻輳監視回路は輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断する。本実施の形態では、輻輳限界を複数段階設定した上で、ネットワークの輻輳が各段階の輻輳限界に達すると、フレームを廃棄する廃棄確率を変動させる。図８に輻輳状態に対する廃棄確率の例を示す。図８において、輻輳限界をＣ１からＣ３まで３段階設定する。但し、輻輳限界Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順で輻輳状態が悪化している。フレーム処理装置の輻輳がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１からＣ３まで３段階を判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。輻輳限界がＣ１までは廃棄確率は零とし、輻輳限界がＣ１を超えると廃棄確率はＰ１、輻輳限界がＣ２を超えると廃棄確率はＰ２、輻輳限界がＣ３を超えると廃棄確率はＰ３と輻輳状態の悪化に応じて高くする。但し、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。このように輻輳限界を複数設定することにより、輻輳状態の悪化に応じてフレームの廃棄確率を高くすることができる。
【００２２】
以上説明したように、本実施の形態では、輻輳限界を複数設定し、輻輳限界に応じて廃棄するフレームの廃棄確率を変動させることとしたため、輻輳状態の悪化に合わせてフレームの廃棄確率を高くすることができ、より効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、輻輳限界を３段階設けたが、輻輳限界を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００２３】
（実施の形態５）
フレーム処理装置の輻輳監視回路は輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断する。本実施の形態では、輻輳状態の悪化に応じてフレームの廃棄確率を高くし、さらに、フレーム長閾値を複数設定して、フレーム長閾値毎に輻輳限界を設定する。図９にフレーム長閾値をパラメターにして輻輳状態に対する廃棄確率を示す。図９において、輻輳限界をＣ１からＣ３まで３段階設定する。但し、輻輳限界Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順で輻輳状態が悪化している。フレーム処理装置の輻輳監視回路がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１からＣ３まで３段階を判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。フレーム長がＬ１より長くＬ２以下のフレームに対しては、輻輳限界がＣ２までは廃棄確率は零とし、輻輳限界がＣ２を超えると廃棄確率はＰ１、輻輳限界がＣ３を超えると廃棄確率はＰ２と輻輳状態の悪化に応じて高くする。フレーム長がＬ２より長いフレームに対しては、輻輳限界がＣ１までは廃棄確率は零とし、輻輳限界がＣ１を超えると廃棄確率はＰ１、輻輳限界がＣ２を超えると廃棄確率はＰ２と輻輳状態の悪化に応じて高くする。但し、Ｌ１＜Ｌ２であり、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。このように輻輳限界を複数設定することにより、輻輳状態の悪化に応じてフレームの廃棄確率を高くすることができ、且つフレームの長さに応じて輻輳限界を設定することができる。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態では、輻輳状態の悪化に応じてフレームの廃棄確率を高くし、さらに、フレーム長閾値に応じて輻輳限界を設定したため、より一層効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、輻輳限界を３段階設けたが、輻輳限界を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００２５】
（実施の形態６）
本実施の形態では、フレーム処理装置の輻輳監視回路が輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断して、設定の範囲のフレーム長を有するフレームを予め設定した廃棄確率に従って廃棄する。図１０に設定の範囲のフレーム長を有するフレームに対する廃棄確率の例を示す。図１０において、フレーム長をＦ１からＦ３まで規定する。但し、Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３である。フレーム処理装置の輻輳監視回路がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。フレーム長がＦ１までは廃棄確率は零とし、フレーム長がＦ１を超えてＦ２までの範囲は廃棄確率はＰ１、フレーム長がＦ２を超えてＦ３までの範囲は廃棄確率は零、フレーム長がＦ３を超えると廃棄確率はＰ２とする。但し、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。このように特定の範囲のフレーム長を有するフレームに対して廃棄確率を設定することによって、特定のフレーム長に対して一定の性質を持つフレームを狙って廃棄したり通過させたりすることができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態では、フレーム処理装置がネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知により設定の範囲のフレーム長を有するフレームを予め設定した廃棄確率に従って廃棄するため、フレーム処理装置の処理速度を落とすことなく、一定の性質を持つフレームの廃棄確率を設定することによって、ネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、フレーム長の範囲を３段階にしたが、フレーム長の範囲を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００２７】
（実施の形態７）
フレーム処理装置の輻輳監視回路が輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断して、設定の範囲のフレーム長を有するフレームを予め設定した廃棄確率に従って廃棄する。さらに、輻輳限界に応じて廃棄確率を変動させる。図１１に輻輳限界をパラメターにしてフレーム長に対する廃棄確率を示す。図１１において、フレーム長をＦ１からＦ３まで３段階設定する。但し、Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３である。フレーム処理装置がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１と判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。フレーム長がＦ１までは廃棄確率は零とし、フレーム長がＦ１を超えてＦ２までの範囲は廃棄確率はＰ１、フレーム長がＦ２を超えてＦ３までの範囲は廃棄確率は零、フレーム長がＦ３を超えると廃棄確率はＰ２とする。さらに、予め規定している輻輳状態が輻輳限界Ｃ２になると、フレーム長がＦ１までは廃棄確率は零とし、フレーム長がＦ１を超えてＦ２までの範囲は廃棄確率はＰ２、フレーム長がＦ２を超えてＦ３までの範囲は廃棄確率はＰ１、フレーム長がＦ３を超えると廃棄確率はＰ３に変動させる。但し、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。
【００２８】
このように特定の範囲のフレーム長を有するフレームに対して廃棄確率を設定することによって、特定のフレーム長に対して一定の性質を持つフレームを狙って廃棄したり通過させたりすることができる。さらに、輻輳限界を複数設定することにより、輻輳状態の悪化に応じて、且つフレームの長さに応じてフレームの廃棄確率を変動することができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態では、フレーム処理装置がネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知により設定の範囲のフレーム長を有するフレームを廃棄確率に従って、さらに、輻輳限界に応じて廃棄確率を変動させることとしたため、輻輳状態に合わせてフレームの廃棄確率を高くすることができ、より一層効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、フレーム長の範囲を３段階に、輻輳限界を２段階にしたが、フレーム長の範囲、輻輳限界をそれぞれ複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００３０】
（実施の形態８）
フレーム処理装置の輻輳監視回路は輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断する。輻輳限界と判断すると、設定した廃棄確率に従ってフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄する。本実施の形態では、輻輳限界と廃棄確率を複数設定し、輻輳状態が悪化したときに廃棄確率を設定範囲内で最も高くし、その後、輻輳限界に応じた減衰率で、輻輳限界に対応する廃棄確率まで減少させる。時間と共に変動する輻輳限界の例を図１２（ａ）に、輻輳限界に応じて時間と共に変動させる廃棄確率の例を図１２（ｂ）に示す。図１２（ａ）において、輻輳限界をＣ１からＣ３まで３段階設定する。但し、輻輳限界Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順で輻輳状態が悪化している。フレーム処理装置の輻輳監視回路がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１からＣ３まで３段階を判断する。図１２（ａ）のＴ１において輻輳限界Ｃ１を検知すると、図１２（ｂ）のＴ１では廃棄確率を設定範囲内で最も高いＰ３とし、その後、輻輳限界に応じた減衰率で、輻輳限界に対応する廃棄確率まで減少させる。ここでは、Ｔ１からＴ２までは輻輳限界Ｃ１のため、１グリッドで廃棄確率Ｐ１まで減少させている。図１２（ａ）のＴ５において輻輳限界がＣ２からＣ１に改善したことを検知すると、図１２（ｂ）のＴ５からＴ６までは輻輳限界Ｃ１のため、１グリッドで廃棄確率Ｐ１まで減少させている。但し、Ｃ１＜Ｃ２＜Ｃ３であり、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。このように輻輳限界を複数設定し、輻輳状態の悪化に応じてフレームの廃棄確率を設定範囲内で最も高くすると、急激な輻輳に対応することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態では、輻輳限界を複数設定し、輻輳状態の悪化により廃棄するフレームの廃棄確率を設定範囲内で最も高くすることとしたため、急激な輻輳にも対応することができ、より効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、輻輳限界と廃棄確率を３段階設けたが、輻輳限界と廃棄確率を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００３２】
（実施の形態９）
フレーム処理装置の輻輳監視回路は輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断する。輻輳限界と判断すると、設定した廃棄確率に従ってフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄する。本実施の形態では、検知した前記輻輳限界に応じてフレームを廃棄する期間の頻度を変動させる。時間と共に変動する輻輳状態の例を図１３（ａ）に、輻輳限界に対する廃棄確率の例を図１３（ｂ）に示す。図１３（ａ）において、輻輳限界をＣ１からＣ３まで３段階設定する。但し、輻輳限界Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順で輻輳状態が悪化している。フレーム処理装置の輻輳監視回路がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１からＣ３まで３段階を判断する。図１３（ａ）のＴ１において輻輳限界を検知すると、図１３（ｂ）のＴ１では廃棄確率をＰ１とし、一定期間後、廃棄確率を零に戻す。一定期間だけ廃棄確率をＰ１とする頻度を輻輳限界の段階に応じて変動させる。例えば、図１３（ａ）のＴ１において輻輳限界がＣ１に変動したことを検知すると、図１３（ｂ）のＴ１からＴ２までの１グリッド期間内で１度だけ廃棄確率をＰ１に設定している。図１３（ａ）のＴ３において輻輳限界がＣ２に変動したことを検知すると、図１３（ｂ）のＴ３からＴ４までの１グリッド期間内で２度廃棄確率をＰ１に設定している。このように輻輳限界を複数設定し、輻輳限界に応じてフレームの廃棄確率を急激に変動させると、簡単な制御で急激な輻輳に対応することができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態では、輻輳限界を複数設定し、輻輳限界に応じてフレームの廃棄確率を急激に変動させるため、急激な輻輳にも対応することができ、簡単な制御でより効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、輻輳限界を３段階設けたが、輻輳限界を１段階とすれば、固定的な頻度となり、複数段階設ければ可変頻度とすることができる。
【００３４】
（実施の形態１０）
本実施の形態では、ネットワークの輻輳状態を監視する方法について説明する。ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数若しくは時間当たりのビット数のいずれか又は双方から輻輳状態を監視する。
時間に対してネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数の例を図１４（ａ）に示す。図１４（ａ）において、例えば、時間Ｔ２でネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数がＮ１を超えると、輻輳限界はＣ１と判断し、時間Ｔ３で時間当たりのフレーム数がＮ２を超えると、輻輳限界はＣ２と判断する。このように、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数が瞬間的な輻輳に結びつきやすく、当該フレーム数をカウントすることによって、フレーム処理装置の処理限界を超えて輻輳が発生することを監視することができる。
【００３５】
以上説明したように、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数からネットワークの輻輳状態を監視することにより、簡単な構成で輻輳限界を検知することができた。
【００３６】
他の実施の形態では、フレーム処理待ちのフレーム数若しくはビット数のいずれか又は双方から前記輻輳状態を監視するものである。
時間に対してフレーム処理装置におけるフレーム処理待ちのフレーム数の例を図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）において、例えば、時間Ｔ３でフレーム処理待ちのフレーム数がＮ１を超えると、輻輳限界はＣ１と判断し、時間Ｔ６でフレーム処理待ちのフレーム数がＮ２を超えると、輻輳限界はＣ２と判断する。このように、フレーム処理装置におけるフレーム処理待ちのフレーム数が長期的な輻輳に結びつきやすく、当該フレーム数をカウントすることによって、フレーム処理装置の処理限界を超えて輻輳が発生することを簡単に監視することができる。
【００３７】
以上説明したように、フレーム処理装置におけるフレーム処理待ちのフレーム数からネットワークの輻輳状態を監視することにより、輻輳限界を検知することができた。
【００３８】
他の実施の形態では、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレームとフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数の差分から輻輳状態を監視するものである。
時間に対してネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数の例を図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示す。図１５（ａ）は、ネットワークからフレーム処理装置に流入する時間当たりのフレームとフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数を示したものである。図１５（ｂ）はネットワークからフレーム処理装置に流入する時間当たりのフレームとフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数の差分を示したものである。図１５（ｂ）において、例えば、時間Ｔ３でフレーム数の差分がＮ１を超えると、輻輳限界はＣ１と判断し、時間Ｔ７でフレーム数の差分がＮ２を超えると、輻輳限界はＣ２と判断する。ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置で処理する時間当たりのフレーム数の差分がネットワークの輻輳に結びつきやすく、当該差分を輻輳状態の目安として監視すれば、効率的なフレーム処理の制御ができる。ここで、フレーム処理装置で処理する時間当たりのフレーム数とは、フレーム処理装置の処理能力で決定される時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置の幹線ネットワーク側の通信容量で決定される時間当たりのフレーム数とのいずれか低い方をいう。
【００３９】
以上説明したように、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置で処理する時間当たりのフレーム数の差分からネットワークの輻輳状態を監視することにより、輻輳限界を検知することができた。
【００４０】
なお、ネットワークの輻輳がフレーム処理装置で処理するフレーム数に依存する場合は、フレーム数から輻輳状態を監視すれば効果的である。ネットワークの輻輳がフレーム数に依存せず、ビット数、即ち、フレーム長とフレーム数の積の合算に依存する場合は、ビット数から輻輳状態を監視すれば効果的である。ネットワークの輻輳がフレーム数のみならずフレーム長にも依存する場合は、例えば係数を掛けたフレーム数とビット数の加算から輻輳状態を監視すれば効果的である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればネットワークを接続するフレーム処理装置においてレイヤ２で輻輳状態を監視し、範囲外のフレーム長を有するフレームを確率的に廃棄することによって簡単な構成でフレームを処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ネットワークの構成を説明する図である。
【図２】 従来のフレーム処理装置の構成を説明する図である。
【図３】 ネットワークで使用されるフレーム構造を説明する図である。
【図４】 本発明のフレーム処理装置の構成を説明する図である。
【図５】 フレーム長閾値を超えたフレームを廃棄確率に従って廃棄する状況を説明する図である。
【図６】 本発明のフレーム長閾値に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図７】 本発明の輻輳状態に対するフレーム長閾値の例を説明する図である。
【図８】 本発明の輻輳状態に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図９】 本発明のフレーム長閾値をパラメターにして輻輳状態に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図１０】 本発明の特定のフレーム長を有するフレームに対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図１１】 本発明の輻輳限界をパラメターにしてフレーム長に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図１２】 （ａ）時間と共に変動する輻輳状態の例の例を説明する図である。
（ｂ）本発明の輻輳限界に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図１３】 （ａ）時間と共に変動する輻輳状態の例を
（ｂ）本発明の輻輳限界に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図１４】 （ａ）時間に対してネットワークからフレーム処理装置へ流入するフレーム数の例を説明する図である。
（ｂ）時間に対してフレーム処理装置におけるフレーム処理待ちのフレーム数の例を説明する図である。
【図１５】 （ａ）時間に対してフレーム処理装置に流入するフレーム数とフレーム処理装置でフレーム処理するフレーム数の例を説明する図である。
（ｂ）ネットワークからフレーム処理装置に流入するフレームとフレーム処理装置でフレーム処理するフレーム数の差分の例を説明する図である。
【符号の説明】
１０：フレーム処理装置
１１：レイヤ１受信インタフェース
１２：レイヤ２受信インタフェース
１３：バッファ
１４：スイッチ回路
１５：輻輳監視回路
１６：フレーム選別回路
１７：レイヤ２送信インタフェース
１８：レイヤ１送信インタフェース
８０：フレーム処理装置
８１：レイヤ１受信インタフェース
８２：レイヤ２受信インタフェース
８３：バッファ
８４：スイッチ回路
８５：優先度読み取り装置
８６：フレーム廃棄回路
８７：レイヤ２送信インタフェース
８８：レイヤ１送信インタフェース
９０：ルータ
９１：支線ネットワーク
９２：幹線ネットワーク
９３：端末
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク内、又はネットワーク間でのデータ中継において、輻輳を回避するためのフレーム処理方法、又はフレーム処理装置に属する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のＬＡＮ（Local Area Network）の多くは、複数の支線ネットワークがブリッジ又はスイッチ等のフレーム処理装置を介して幹線ネットワークに接続されている。図１は、ＬＡＮの構成を示す。図１において、８０はフレーム処理装置、９０はルータ、９１は支線ネットワーク、９２は幹線ネットワーク、９３は端末である。支線ネットワーク９１と幹線ネットワーク９２はフレーム処理装置８０を介して接続されている。支線ネットワーク９１に収容されている複数の端末９３は、これらのネットワークによってルータ９０と接続される。
【０００３】
１０Ｂ−Ｔ規格の適用された従来のフレーム処理装置８０の構成を図２に示す。図２において、８０はフレーム処理装置、８１はレイヤ１受信インタフェース、８２はレイヤ２受信インタフェース、８３はバッファ、８４はスイッチ回路、８５は優先度読取回路、８６はフレーム廃棄回路、８７はレイヤ２送信インタフェース、８８はレイヤ１送信インタフェースである。支線ネットワークに収容されている端末からのデータ入力があると、レイヤ１受信インタフェース８１、レイヤ２受信インタフェース８２ではそれぞれレイヤ１、レイヤ２での受信処理を行う。受信したデータはバッファ８３で一時的に蓄積され、スイッチ回路８４でフレーム毎に処理される。処理されたフレームはレイヤ２送信インタフェース回路８７、レイヤ１送信インタフェース回路８８を経て、幹線ネットワークに向けてデータ出力される。
【０００４】
フレーム処理装置８０の処理能力を超えるフレーム数又はビット数のデータがネットワークからフレーム処理装置８０に流入すると、輻輳状態が生じる。フレーム処理装置８０に入力するデータには遅延に敏感なものや、データの欠落に敏感なものなど様々である。そのため、従来のフレーム処理装置では、フレーム構造に書きこまれた情報から遅延に敏感でないデータを判断してそのようなフレームを積極的に廃棄する（例えば、非特許文献１参照。）。図３にフレーム構造を示す。図３において、ＤＡ（Destination Address）はフレームの宛て先、ＳＡ（Source Address）はフレームの送り元、ＶＬＡＮ（Virtual LAN）は仮想ＬＡＮに必要な制御信号、ＰＬ（Pay Lord）は送信する情報、ＦＣＳ（Frame Check Sequence）は誤り検出信号を表わす。１０Ｂ−Ｔ規格では、ＶＬＡＮにフレームを優先的に処理する優先度が書きこまれている。フレーム処理装置はこの優先度を用いて遅延に敏感なデータを判断して、そのフレームを優先的に処理して輻輳状態に対処する。
【０００５】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ標準８０２．１Ｑ、”IEEE Standards for Local and Metropolitan Area Networks - Virtual Bridged Local Area Networks”の８．７章, [online]、 Approved 8 December 1998, IEEE、[平成１４年９月２日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.1Q-1998.pdf＞
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、データの性質が異なっていたとしてもフレームに同じ優先度が付与される場合がある。１０Ｂ−Ｔ規格では競合したフレームに対し特定のフレームを優先処理することができない。このような場合に、レイヤ３以上の情報を用いてフレームを選別する優先処理を行うこともできるが、レイヤ３以上の情報を用いた処理は負荷が重くなり、却って処理速度を遅くしかねない。
本発明は、このような問題を解決するために、レイヤ２において輻輳状態を監視し、範囲外のフレーム長を有するフレームを確率的に廃棄することによってフレームを処理することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本願発明では、ネットワークを接続するフレーム処理装置でのレイヤ２のフレーム処理方法であって、ネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知により、設定した廃棄確率に従ってフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄することにより解決する。
【０００８】
本願発明には前記フレーム長閾値を複数設定し、前記フレーム長閾値に応じて前記廃棄確率を設定すること、前記輻輳限界を複数設定し、前記輻輳限界に応じて前記フレーム長閾値を変動させることも含まれる。
【０００９】
又、本願他の発明では、ネットワークを接続するフレーム処理装置でのレイヤ２のフレーム処理方法であって、ネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知により、設定した廃棄確率に従って設定の範囲のフレーム長を有するフレームを廃棄することにより解決する。
【００１０】
本願発明では、これらの発明において、前記輻輳限界を複数設定し、前記輻輳限界に応じて前記廃棄確率を変動させること、前記輻輳限界を複数設定し、前記輻輳状態が悪化したときに前記廃棄確率を設定範囲内で最も高くし、その後、輻輳限界に応じた減衰率で、輻輳限界に対応する廃棄確率まで減少させること、検知した前記輻輳限界に応じてフレームを廃棄する期間の頻度を変動させることも含まれる。
【００１１】
本願発明では、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数若しくは時間当たりのビット数のいずれか又は双方から前記輻輳状態を監視すること、フレーム処理待ちのフレーム数若しくはビット数のいずれか又は双方から前記輻輳状態を監視すること、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数との差分、若しくはネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのビット数とフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのビット数との差分のいずれか、又は双方から前記輻輳状態を監視することも含まれる。
なお、これらの各構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【００１２】
本願において、輻輳限界とは、フレームを廃棄する基準となるネットワークの輻輳状態をいい、場合により複数の輻輳限界を規定する。フレーム長閾値とは、フレームを廃棄する基準となるフレーム長をいい、場合により複数のフレーム長閾値を規定する。廃棄確率とは、フレームを廃棄する際の確率をいい、場合により複数の廃棄確率を規定する。フレーム処理待ちとは、フレーム処理をするためにフレーム処理装置に蓄えられた状態をいう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本願発明のフレーム処理装置の構成を図４に示す。図４において、１０はフレーム処理装置、１１はレイヤ１受信インタフェース、１２はレイヤ２受信インタフェース、１３はバッファ、１４はスイッチ回路、１５は輻輳監視回路、１６はフレーム選別回路、１７はレイヤ２送信インタフェース、１８はレイヤ１送信インタフェースである。
【００１４】
ネットワークからのデータ入力があると、レイヤ１受信インタフェース１１は受信したフレームを物理層に関する受信処理をし、レイヤ２受信インタフェース１２では受信したフレームをリンク層に関する受信処理をする。受信したフレームはバッファ１３で一時的に蓄積され、スイッチ回路１４でフレーム処理される。処理されたフレームはレイヤ２送信インタフェース回路１７、レイヤ１送信インタフェース回路１８を経て、他のネットワークに向けてデータ出力される。輻輳監視回路１５はフレーム処理装置内で輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断して、その情報をフレーム選別回路１６に送出する。フレーム選別回路１６はフレーム長閾値を超えたフレームに対して、予め設定された廃棄確率に従って廃棄するフレームを選別する。スイッチ回路１４は選別されたフレームを廃棄し、それ以外は通過させる。
【００１５】
フレーム長閾値を超えたフレームを廃棄確率に従って廃棄する状況を図５（ａ）、図５（ｂ）に示す。図５（ａ）は輻輳限界に達していないときのデータ入出力であり、図５（ｂ）は輻輳限界に達しているときのデータ入出力である。図５（ａ）では、フレームＡ、フレームＢ、フレームＣ、フレームＤが入力されるが、フレームは廃棄されずに総て出力される。図５（ｂ）において、輻輳状態を監視している輻輳監視回路が輻輳限界と判断すると、フレーム長閾値を超えるフレームを廃棄確率に従って廃棄する。例えば、フレームＡ、フレームＢ、フレームＣ、フレームＤのうち、フレームＢとフレームＤがフレーム長閾値を超えているとき、廃棄確率に従って、フレームＢは廃棄するが、フレームＤは廃棄しないで通過させる。
【００１６】
以上説明したように、本実施の形態では、フレーム処理装置がネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知によりフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄確率に従って廃棄するため、フレーム処理装置の処理速度を落とすことなく、ネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
【００１７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、廃棄するフレームのフレーム長閾値を複数設定し、そのフレーム長閾値に応じて、フレームを廃棄する廃棄確率を設定する。図６にフレーム長閾値に対する廃棄確率の例を示す。図６において、フレーム長閾値をＬ１からＬ３までの３段階設定する。但し、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３である。フレーム処理装置がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。フレーム長がＬ１までは廃棄確率は零とし、フレーム長がＬ１を超えると廃棄確率はＰ１、フレーム長がＬ２を超えると廃棄確率はＰ２、フレーム長がＬ３を超えると廃棄確率はＰ３とする。但し、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。このようにフレーム長閾値を複数設定することにより、長いフレーム程、廃棄確率を高くすることができる。
【００１８】
以上説明したように、本実施の形態では、フレーム長閾値を複数設定し、フレーム長閾値に応じて廃棄確率を設定したため、長いフレーム程、廃棄確率が高くなり、より効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、フレーム長閾値を３段階設けたが、フレーム長閾値を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００１９】
（実施の形態３）
フレーム処理装置の輻輳監視回路は輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断する。本実施の形態では、輻輳限界を複数段階設定した上で、ネットワークの輻輳が各段階の輻輳限界に達すると、廃棄するフレームのフレーム長閾値を変動させる。図７に輻輳限界に対するフレーム長閾値の例を示す。図７において、輻輳限界をＣ１からＣ３まで３段階設定する。但し、輻輳限界Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順で輻輳状態が悪化している。フレーム処理装置の輻輳監視回路がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１からＣ３まで３段階を判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。輻輳限界がＣ１まではフレーム長閾値はＬ４とし、輻輳限界がＣ１を超えるとフレーム長閾値はＬ３、輻輳限界がＣ２を超えるとフレーム長閾値はＬ２、輻輳限界がＣ３を超えるとフレーム長閾値はＬ１と輻輳状態の悪化に応じてフレーム長閾値を短くする。但し、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４である。このように輻輳限界を複数設定することにより、輻輳状態に応じて長いフレーム長から短いフレーム長へと廃棄するフレームのフレーム長を変動させることができる。
【００２０】
以上説明したように、本実施の形態では、輻輳限界を複数設定し、輻輳限界に応じて廃棄するフレームのフレーム長閾値を変動させることとしたため、輻輳状態に合わせたフレーム長のフレームから廃棄することができ、より効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、輻輳限界を３段階設けたが、輻輳限界を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００２１】
（実施の形態４）
フレーム処理装置の輻輳監視回路は輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断する。本実施の形態では、輻輳限界を複数段階設定した上で、ネットワークの輻輳が各段階の輻輳限界に達すると、フレームを廃棄する廃棄確率を変動させる。図８に輻輳状態に対する廃棄確率の例を示す。図８において、輻輳限界をＣ１からＣ３まで３段階設定する。但し、輻輳限界Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順で輻輳状態が悪化している。フレーム処理装置の輻輳がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１からＣ３まで３段階を判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。輻輳限界がＣ１までは廃棄確率は零とし、輻輳限界がＣ１を超えると廃棄確率はＰ１、輻輳限界がＣ２を超えると廃棄確率はＰ２、輻輳限界がＣ３を超えると廃棄確率はＰ３と輻輳状態の悪化に応じて高くする。但し、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。このように輻輳限界を複数設定することにより、輻輳状態の悪化に応じてフレームの廃棄確率を高くすることができる。
【００２２】
以上説明したように、本実施の形態では、輻輳限界を複数設定し、輻輳限界に応じて廃棄するフレームの廃棄確率を変動させることとしたため、輻輳状態の悪化に合わせてフレームの廃棄確率を高くすることができ、より効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、輻輳限界を３段階設けたが、輻輳限界を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００２３】
（実施の形態５）
フレーム処理装置の輻輳監視回路は輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断する。本実施の形態では、輻輳状態の悪化に応じてフレームの廃棄確率を高くし、さらに、フレーム長閾値を複数設定して、フレーム長閾値毎に輻輳限界を設定する。図９にフレーム長閾値をパラメターにして輻輳状態に対する廃棄確率を示す。図９において、輻輳限界をＣ１からＣ３まで３段階設定する。但し、輻輳限界Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順で輻輳状態が悪化している。フレーム処理装置の輻輳監視回路がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１からＣ３まで３段階を判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。フレーム長がＬ１より長くＬ２以下のフレームに対しては、輻輳限界がＣ２までは廃棄確率は零とし、輻輳限界がＣ２を超えると廃棄確率はＰ１、輻輳限界がＣ３を超えると廃棄確率はＰ２と輻輳状態の悪化に応じて高くする。フレーム長がＬ２より長いフレームに対しては、輻輳限界がＣ１までは廃棄確率は零とし、輻輳限界がＣ１を超えると廃棄確率はＰ１、輻輳限界がＣ２を超えると廃棄確率はＰ２と輻輳状態の悪化に応じて高くする。但し、Ｌ１＜Ｌ２であり、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。このように輻輳限界を複数設定することにより、輻輳状態の悪化に応じてフレームの廃棄確率を高くすることができ、且つフレームの長さに応じて輻輳限界を設定することができる。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態では、輻輳状態の悪化に応じてフレームの廃棄確率を高くし、さらに、フレーム長閾値に応じて輻輳限界を設定したため、より一層効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、輻輳限界を３段階設けたが、輻輳限界を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００２５】
（実施の形態６）
本実施の形態では、フレーム処理装置の輻輳監視回路が輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断して、設定の範囲のフレーム長を有するフレームを予め設定した廃棄確率に従って廃棄する。図１０に設定の範囲のフレーム長を有するフレームに対する廃棄確率の例を示す。図１０において、フレーム長をＦ１からＦ３まで規定する。但し、Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３である。フレーム処理装置の輻輳監視回路がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。フレーム長がＦ１までは廃棄確率は零とし、フレーム長がＦ１を超えてＦ２までの範囲は廃棄確率はＰ１、フレーム長がＦ２を超えてＦ３までの範囲は廃棄確率は零、フレーム長がＦ３を超えると廃棄確率はＰ２とする。但し、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。このように特定の範囲のフレーム長を有するフレームに対して廃棄確率を設定することによって、特定のフレーム長に対して一定の性質を持つフレームを狙って廃棄したり通過させたりすることができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態では、フレーム処理装置がネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知により設定の範囲のフレーム長を有するフレームを予め設定した廃棄確率に従って廃棄するため、フレーム処理装置の処理速度を落とすことなく、一定の性質を持つフレームの廃棄確率を設定することによって、ネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、フレーム長の範囲を３段階にしたが、フレーム長の範囲を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００２７】
（実施の形態７）
フレーム処理装置の輻輳監視回路が輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断して、設定の範囲のフレーム長を有するフレームを予め設定した廃棄確率に従って廃棄する。さらに、輻輳限界に応じて廃棄確率を変動させる。図１１に輻輳限界をパラメターにしてフレーム長に対する廃棄確率を示す。図１１において、フレーム長をＦ１からＦ３まで３段階設定する。但し、Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３である。フレーム処理装置がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１と判断して、フレームを廃棄確率に従って廃棄する。フレーム長がＦ１までは廃棄確率は零とし、フレーム長がＦ１を超えてＦ２までの範囲は廃棄確率はＰ１、フレーム長がＦ２を超えてＦ３までの範囲は廃棄確率は零、フレーム長がＦ３を超えると廃棄確率はＰ２とする。さらに、予め規定している輻輳状態が輻輳限界Ｃ２になると、フレーム長がＦ１までは廃棄確率は零とし、フレーム長がＦ１を超えてＦ２までの範囲は廃棄確率はＰ２、フレーム長がＦ２を超えてＦ３までの範囲は廃棄確率はＰ１、フレーム長がＦ３を超えると廃棄確率はＰ３に変動させる。但し、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。
【００２８】
このように特定の範囲のフレーム長を有するフレームに対して廃棄確率を設定することによって、特定のフレーム長に対して一定の性質を持つフレームを狙って廃棄したり通過させたりすることができる。さらに、輻輳限界を複数設定することにより、輻輳状態の悪化に応じて、且つフレームの長さに応じてフレームの廃棄確率を変動することができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態では、フレーム処理装置がネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知により設定の範囲のフレーム長を有するフレームを廃棄確率に従って、さらに、輻輳限界に応じて廃棄確率を変動させることとしたため、輻輳状態に合わせてフレームの廃棄確率を高くすることができ、より一層効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、フレーム長の範囲を３段階に、輻輳限界を２段階にしたが、フレーム長の範囲、輻輳限界をそれぞれ複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００３０】
（実施の形態８）
フレーム処理装置の輻輳監視回路は輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断する。輻輳限界と判断すると、設定した廃棄確率に従ってフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄する。本実施の形態では、輻輳限界と廃棄確率を複数設定し、輻輳状態が悪化したときに廃棄確率を設定範囲内で最も高くし、その後、輻輳限界に応じた減衰率で、輻輳限界に対応する廃棄確率まで減少させる。時間と共に変動する輻輳限界の例を図１２（ａ）に、輻輳限界に応じて時間と共に変動させる廃棄確率の例を図１２（ｂ）に示す。図１２（ａ）において、輻輳限界をＣ１からＣ３まで３段階設定する。但し、輻輳限界Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順で輻輳状態が悪化している。フレーム処理装置の輻輳監視回路がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１からＣ３まで３段階を判断する。図１２（ａ）のＴ１において輻輳限界Ｃ１を検知すると、図１２（ｂ）のＴ１では廃棄確率を設定範囲内で最も高いＰ３とし、その後、輻輳限界に応じた減衰率で、輻輳限界に対応する廃棄確率まで減少させる。ここでは、Ｔ１からＴ２までは輻輳限界Ｃ１のため、１グリッドで廃棄確率Ｐ１まで減少させている。図１２（ａ）のＴ５において輻輳限界がＣ２からＣ１に改善したことを検知すると、図１２（ｂ）のＴ５からＴ６までは輻輳限界Ｃ１のため、１グリッドで廃棄確率Ｐ１まで減少させている。但し、Ｃ１＜Ｃ２＜Ｃ３であり、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。このように輻輳限界を複数設定し、輻輳状態の悪化に応じてフレームの廃棄確率を設定範囲内で最も高くすると、急激な輻輳に対応することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態では、輻輳限界を複数設定し、輻輳状態の悪化により廃棄するフレームの廃棄確率を設定範囲内で最も高くすることとしたため、急激な輻輳にも対応することができ、より効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、輻輳限界と廃棄確率を３段階設けたが、輻輳限界と廃棄確率を複数設ければ本発明の目的は達成できる。
【００３２】
（実施の形態９）
フレーム処理装置の輻輳監視回路は輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界と判断する。輻輳限界と判断すると、設定した廃棄確率に従ってフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄する。本実施の形態では、検知した前記輻輳限界に応じてフレームを廃棄する期間の頻度を変動させる。時間と共に変動する輻輳状態の例を図１３（ａ）に、輻輳限界に対する廃棄確率の例を図１３（ｂ）に示す。図１３（ａ）において、輻輳限界をＣ１からＣ３まで３段階設定する。但し、輻輳限界Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順で輻輳状態が悪化している。フレーム処理装置の輻輳監視回路がネットワークの輻輳状態を監視し、予め規定している輻輳状態になったときに輻輳限界Ｃ１からＣ３まで３段階を判断する。図１３（ａ）のＴ１において輻輳限界を検知すると、図１３（ｂ）のＴ１では廃棄確率をＰ１とし、一定期間後、廃棄確率を零に戻す。一定期間だけ廃棄確率をＰ１とする頻度を輻輳限界の段階に応じて変動させる。例えば、図１３（ａ）のＴ１において輻輳限界がＣ１に変動したことを検知すると、図１３（ｂ）のＴ１からＴ２までの１グリッド期間内で１度だけ廃棄確率をＰ１に設定している。図１３（ａ）のＴ３において輻輳限界がＣ２に変動したことを検知すると、図１３（ｂ）のＴ３からＴ４までの１グリッド期間内で２度廃棄確率をＰ１に設定している。このように輻輳限界を複数設定し、輻輳限界に応じてフレームの廃棄確率を急激に変動させると、簡単な制御で急激な輻輳に対応することができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態では、輻輳限界を複数設定し、輻輳限界に応じてフレームの廃棄確率を急激に変動させるため、急激な輻輳にも対応することができ、簡単な制御でより効果的にネットワーク間を伝送するデータ伝送の伝搬遅延ジッタを抑圧することができた。
ここでは、輻輳限界を３段階設けたが、輻輳限界を１段階とすれば、固定的な頻度となり、複数段階設ければ可変頻度とすることができる。
【００３４】
（実施の形態１０）
本実施の形態では、ネットワークの輻輳状態を監視する方法について説明する。ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数若しくは時間当たりのビット数のいずれか又は双方から輻輳状態を監視する。
時間に対してネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数の例を図１４（ａ）に示す。図１４（ａ）において、例えば、時間Ｔ２でネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数がＮ１を超えると、輻輳限界はＣ１と判断し、時間Ｔ３で時間当たりのフレーム数がＮ２を超えると、輻輳限界はＣ２と判断する。このように、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数が瞬間的な輻輳に結びつきやすく、当該フレーム数をカウントすることによって、フレーム処理装置の処理限界を超えて輻輳が発生することを監視することができる。
【００３５】
以上説明したように、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数からネットワークの輻輳状態を監視することにより、簡単な構成で輻輳限界を検知することができた。
【００３６】
他の実施の形態では、フレーム処理待ちのフレーム数若しくはビット数のいずれか又は双方から前記輻輳状態を監視するものである。
時間に対してフレーム処理装置におけるフレーム処理待ちのフレーム数の例を図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）において、例えば、時間Ｔ３でフレーム処理待ちのフレーム数がＮ１を超えると、輻輳限界はＣ１と判断し、時間Ｔ６でフレーム処理待ちのフレーム数がＮ２を超えると、輻輳限界はＣ２と判断する。このように、フレーム処理装置におけるフレーム処理待ちのフレーム数が長期的な輻輳に結びつきやすく、当該フレーム数をカウントすることによって、フレーム処理装置の処理限界を超えて輻輳が発生することを簡単に監視することができる。
【００３７】
以上説明したように、フレーム処理装置におけるフレーム処理待ちのフレーム数からネットワークの輻輳状態を監視することにより、輻輳限界を検知することができた。
【００３８】
他の実施の形態では、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレームとフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数の差分から輻輳状態を監視するものである。
時間に対してネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数の例を図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示す。図１５（ａ）は、ネットワークからフレーム処理装置に流入する時間当たりのフレームとフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数を示したものである。図１５（ｂ）はネットワークからフレーム処理装置に流入する時間当たりのフレームとフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数の差分を示したものである。図１５（ｂ）において、例えば、時間Ｔ３でフレーム数の差分がＮ１を超えると、輻輳限界はＣ１と判断し、時間Ｔ７でフレーム数の差分がＮ２を超えると、輻輳限界はＣ２と判断する。ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置で処理する時間当たりのフレーム数の差分がネットワークの輻輳に結びつきやすく、当該差分を輻輳状態の目安として監視すれば、効率的なフレーム処理の制御ができる。ここで、フレーム処理装置で処理する時間当たりのフレーム数とは、フレーム処理装置の処理能力で決定される時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置の幹線ネットワーク側の通信容量で決定される時間当たりのフレーム数とのいずれか低い方をいう。
【００３９】
以上説明したように、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置で処理する時間当たりのフレーム数の差分からネットワークの輻輳状態を監視することにより、輻輳限界を検知することができた。
【００４０】
なお、ネットワークの輻輳がフレーム処理装置で処理するフレーム数に依存する場合は、フレーム数から輻輳状態を監視すれば効果的である。ネットワークの輻輳がフレーム数に依存せず、ビット数、即ち、フレーム長とフレーム数の積の合算に依存する場合は、ビット数から輻輳状態を監視すれば効果的である。ネットワークの輻輳がフレーム数のみならずフレーム長にも依存する場合は、例えば係数を掛けたフレーム数とビット数の加算から輻輳状態を監視すれば効果的である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればネットワークを接続するフレーム処理装置においてレイヤ２で輻輳状態を監視し、範囲外のフレーム長を有するフレームを確率的に廃棄することによって簡単な構成でフレームを処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ネットワークの構成を説明する図である。
【図２】 従来のフレーム処理装置の構成を説明する図である。
【図３】 ネットワークで使用されるフレーム構造を説明する図である。
【図４】 本発明のフレーム処理装置の構成を説明する図である。
【図５】 フレーム長閾値を超えたフレームを廃棄確率に従って廃棄する状況を説明する図である。
【図６】 本発明のフレーム長閾値に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図７】 本発明の輻輳状態に対するフレーム長閾値の例を説明する図である。
【図８】 本発明の輻輳状態に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図９】 本発明のフレーム長閾値をパラメターにして輻輳状態に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図１０】 本発明の特定のフレーム長を有するフレームに対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図１１】 本発明の輻輳限界をパラメターにしてフレーム長に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図１２】 （ａ）時間と共に変動する輻輳状態の例の例を説明する図である。
（ｂ）本発明の輻輳限界に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図１３】 （ａ）時間と共に変動する輻輳状態の例を
（ｂ）本発明の輻輳限界に対する廃棄確率の例を説明する図である。
【図１４】 （ａ）時間に対してネットワークからフレーム処理装置へ流入するフレーム数の例を説明する図である。
（ｂ）時間に対してフレーム処理装置におけるフレーム処理待ちのフレーム数の例を説明する図である。
【図１５】 （ａ）時間に対してフレーム処理装置に流入するフレーム数とフレーム処理装置でフレーム処理するフレーム数の例を説明する図である。
（ｂ）ネットワークからフレーム処理装置に流入するフレームとフレーム処理装置でフレーム処理するフレーム数の差分の例を説明する図である。
【符号の説明】
１０：フレーム処理装置
１１：レイヤ１受信インタフェース
１２：レイヤ２受信インタフェース
１３：バッファ
１４：スイッチ回路
１５：輻輳監視回路
１６：フレーム選別回路
１７：レイヤ２送信インタフェース
１８：レイヤ１送信インタフェース
８０：フレーム処理装置
８１：レイヤ１受信インタフェース
８２：レイヤ２受信インタフェース
８３：バッファ
８４：スイッチ回路
８５：優先度読み取り装置
８６：フレーム廃棄回路
８７：レイヤ２送信インタフェース
８８：レイヤ１送信インタフェース
９０：ルータ
９１：支線ネットワーク
９２：幹線ネットワーク
９３：端末
Claims (16)
- ネットワークを接続するフレーム処理装置でのレイヤ２のフレーム処理方法であって、ネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知により、設定した廃棄確率に従ってフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄するフレーム処理方法において、前記フレーム長閾値を複数設定し、前記フレーム長閾値に応じて前記廃棄確率を設定することを特徴とするフレーム処理方法。
- 請求項１に記載のフレーム処理方法において、前記輻輳限界を複数設定し、前記輻輳限界に応じて前記フレーム長閾値を変動させることを特徴とするフレーム処理方法。
- 請求項１乃至２に記載のいずれかのフレーム処理方法において、前記輻輳限界を複数設定し、前記輻輳限界に応じて前記廃棄確率を変動させることを特徴とするフレーム処理方法。
- ネットワークを接続するフレーム処理装置でのレイヤ２のフレーム処理方法であって、ネットワークの輻輳状態を監視し、輻輳限界の検知により、設定した廃棄確率に従ってフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄するフレーム処理方法において、前記輻輳限界を複数設定し、前記輻輳状態が悪化したときに前記廃棄確率を設定範囲内で最も高くし、その後、輻輳限界に応じた減衰率で、輻輳限界に対応する廃棄確率まで減少させることを特徴とするフレーム処理方法。
- 請求項１乃至２に記載のいずれかのフレーム処理方法において、検知した前記輻輳限界に応じてフレームを廃棄する期間の頻度を変動させることを特徴とするフレーム処理方法。
- 請求項１乃至５に記載のいずれかのフレーム処理方法において、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数若しくは時間当たりのビット数のいずれか又は双方から前記輻輳状態を監視することを特徴とするフレーム処理方法。
- 請求項１乃至５に記載のいずれかのフレーム処理方法において、フレーム処理待ちのフレーム数若しくはビット数のいずれか又は双方から前記輻輳状態を監視することを特徴とするフレーム処理方法。
- 請求項１乃至５に記載のフレーム処理方法において、ネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数との差分、若しくはネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのビット数とフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのビット数との差分のいずれか、又は双方から前記輻輳状態を監視することを特徴とするフレーム処理方法。
- ネットワークを接続するレイヤ２のフレーム処理装置であって、ネットワークの輻輳状態を監視する輻輳監視回路と、輻輳限界を検知した該輻輳監視回路からの情報により設定した廃棄確率に従ってフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄するフレーム選別回路とを備えるフレーム処理装置において、前記フレーム選別回路は前記フレーム長閾値を複数設定し、該フレーム長閾値に応じて前記廃棄確率を設定する回路であることを特徴とするフレーム処理装置。
- 請求項９に記載のフレーム処理装置において、前記輻輳監視回路は輻輳限界を複数設定した回路であり、前記フレーム選別回路は該輻輳限界を検知した該輻輳監視回路からの情報に応じて前記フレーム長閾値を変動させる回路であることを特徴とするフレーム処理装置。
- 請求項９乃至１０に記載のいずれかのフレーム処理装置において、前記輻輳監視回路は前記輻輳限界を複数設定した回路であり、前記フレーム選別回路は輻輳限界を検知した該輻輳監視回路からの情報に応じて前記廃棄確率を変動させる回路であることを特徴とするフレーム処理装置。
- ネットワークを接続するレイヤ２のフレーム処理装置であって、ネットワークの輻輳状態を監視する輻輳監視回路と、輻輳限界を検知した該輻輳監視回路からの情報により設定した廃棄確率に従ってフレーム長閾値を超えたフレームを廃棄するフレーム選別回路とを備えるフレーム処理装置において、前記フレーム選別回路は輻輳状態の悪化を検知した前記輻輳監視回路からの情報により前記廃棄確率を設定範囲内で最も高くし、その後輻輳限界に応じた減衰率で、輻輳限界に対応する廃棄確率まで減少させる回路であることを特徴とするフレーム処理装置。
- 請求項９乃至１０に記載のいずれかのフレーム処理装置において、前記フレーム選別回路は輻輳限界を検知した前記輻輳監視回路からの情報に応じてフレームを廃棄する期間の頻度を変動させる回路であることを特徴とするフレーム処理装置。
- 請求項９乃至１３に記載のいずれかのフレーム処理装置において、前記輻輳監視回路はネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数若しくは時間当たりのビット数のいずれか又は双方から前記輻輳状態を監視する回路であることを特徴とするフレーム処理装置。
- 請求項９乃至１３に記載のいずれかのフレーム処理装置において、前記輻輳監視回路はフレーム処理待ちのフレーム数若しくはビット数のいずれか又は双方からネットワークの輻輳状態を監視する回路であることを特徴とするフレーム処理装置。
- 請求項９乃至１３に記載のフレーム処理装置において、前記輻輳監視回路はネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのフレーム数とフレーム処理装置でフレーム処理する時間当たりのフレーム数との差分、若しくはネットワークからフレーム処理装置へ流入する時間当たりのビット数とフレーム処理装置で処理する時間当たりのビット数との差分のいずれか、又は双方から前記ネットワークの輻輳状態を監視する回路であることを特徴とするフレーム処理装置。
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| JP2002257141A JP3896056B2 (ja) | 2002-09-02 | 2002-09-02 | フレーム処理方法及びフレーム処理装置 |
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