JP3917366B2 - 接続指向ネットワークにおけるコネクション受け付け制御 - Google Patents
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Description
発明の属する技術分野
本発明は、通信ネットワーク、とくに非同期転送モード(ATM)ネットワークにおける呼の受取りの制御に関する。
【0002】
従来技術
ATMは次世代の高速ネットワーク接続(コネクション)技術として一般的に認識されている。ATMは今日使用されている種々の電子通信媒体を種々のサービスを提供するネットワークのプラットフォームへ結合する。ATMは、要求に応じて多数の端末点間で接続をセットアップすることを含む接続指向ネットワークである。接続要求時には、ネットワークが新しい接続を受理し、そのサービス品質(QoS)のパラメータを満たすか否かを判断しなければならない。このネットワークはさらに、ネットワークに既に存在している接続がQoSの劣化を受けないことも保証しなければならない。コネクション受け付け制御((Connection Admission Control)、CAC)はこのタスクを実行するアクセスATMスイッチの機能である。CACは資源管理のできる各ATMスイッチの構成要素である。通常CACは、接続された物理的リンクに対して権利をもっている各々および全てのATM構成要素内のATM層に位置付けられる。
【0003】
ATMネットワークに対するCAC領域における先の研究は、1つの特定の接続要求に対して有効な決定を行う最適統計関数を規定することに集中していた。一般的にこれらの解は、トラヒック源を特徴付ける複雑な統計トラヒックモデルであると推定され、しばしばコンピュータ上の処理に集中してしまう。CACは一般的にスイッチの範囲を越えたその他の知識をほとんどもたないATMスイッチ内の制御機能であると考えられる。
【0004】
図1は、接続制御アルゴリズムが通常どのように表されるかを示している。ソース(源)はCAC2に接続の必要性、およびそれが使用することになるトラヒックの特徴を知らせる。これらのパラメータは宣言部3へ供給され、評価部4と通信して、ネットワーク上に置かれることになる歪みの明白な画像を得る。“コネクション受け付け制御”2はCACの構造上の詳細の境界を示している。多くの適応性およびインテリジェントアルゴリズムでは、ネットワーク測定を必要とすることが提案された。しかしながらCACはトラヒック契約のネゴシエーション中のみ活性であるので、この振舞いについての構造上の仕様が関与する余地はない。
【0005】
音声、ビデオ、およびデータ接続の多重化は、同一の物理的チャンネルを共有するセルの流れのようなネットワークであると考えられる。トラヒックディスクリプタおよびQoS要件を知るには、CAC機能はトラヒック契約を達成するのに必要な資源量を判断しなければならない。CACは1つの資源:すなわちネットワークバンド幅のみを管理する。CACの最も簡単な形態はピークレートの割当てである。これに関するアルゴリズムは、各接続のピークレートの和が最大利用レベル(百分率表示)にネットワーク容量を乗じたものより小さくなることを保証する。新しい接続要求はこの基準に基づいてのみ受理または拒絶されることになる。アルゴリズムはバーストスケールの輻輳(burst scale congestion)が生じないことを保証する。しかしながらセルスケールの輻輳は、セルレベルにおけるトラヒックのディスクリートな性質のために依然として発生することがある。これは、バッファリングを行なわないときに、セルの損失を導くことになる。適切な待ち行列技法を使用して、特定のスイッチ利用に対する特定のセル損失の可能性をより低減することを保証するようにバッファの大きさとすることができる。
【0006】
CACの別の形式には実行バンド幅スキームがあり、これはQoS契約に到達する接続に必要な最小バンド幅を示す各接続形式(ルックアップ表に記憶される)に対してバンド幅量を予め割当てるものである。ネットワーク上で新しい接続を許可できるか否かに関する質問は、単にリンク上で既に働いている全実効バンド幅を累積し、新しい接続の実効バンド幅を加え、それをリンク容量と比較することによって応答できる。このアプローチに関する問題は、バンド幅の実際の使用量とは無関係に、実効バンド幅の割当てがQoS契約が常に維持されることを保証するために、幾分控えめになる傾向があることである。これは受理される接続数を効果的に制限する。コンピュータ処理上より複雑な別の実効バンド幅スキームは、資源によって、および一定の数学的なトラヒックモデルを仮定することによって特定される多数のトラヒックパラメータに基づいて各個々の接続要求に対する実効帯域幅を計算するスキームである。統計的なマルチプレックス技術は実効バンド幅を判断するのに使用され、この実効バンド幅は源によって宣言される接続のピークレートと中間レートとの間の値になる。この統計マルチプレックス技術は、R. Guerin、H. Ahmadi、M Haghsinehによる論文(“Equivalent capacity and its application to bandwidth allocation in high speed networks”, IEEE Journal Selected Areas on Communications, 9(7); 968-981, September 1991)に詳細に記載されている。この実効バンド幅のアプローチに関する主な問題は、実際の源トラヒックパラメータが源の宣言に一致するか、または源の宣言が実行規制機構(policing mechanism)によって実行できるときしかQoSを満足できないことである。
【0007】
ニューラルネットワークおよびファジイ論理もCACアルゴリズムにとして提案され、これらの内容は多重化された資源の統計上の振る舞い(behaviour)を予測する試行をし、これを使用してセル損失レートを予測することである。到来する接続を拒絶するかまたは受理するかの判断は、目標値に対してこのセル損失レート予測を比較することによって行うことができる。ニューラルネットワークおよびファジイ論理はハードウエア内部で構成でき、(適応性ファジイ論理を)学習し、不完全なデータに対して実行できる。これらの属性によりニューラルネットワークおよびファジイ論理はコネクション受け付け制御にとくによく適するものとなるが、多様なATMトラヒック特徴およびQoS要件のために訓練するのが困難ではある。
【0008】
CACアルゴリズムを使用せずに、ネットワークのトラヒックの輻輳を防ぐ方法はない。しかしCACについての理想的なアルゴリズムは、生成するのが難しい。アルゴリズムはに変化し特徴を定めにくいトラヒック流に対して経験に基づく判断を行う必要がある。さらにCACはネットワークオペレータとユーザとの間で要求のバランスをとらなければならない;すなわちCACアルゴリズムはネットワークが効果的に働くように、しかもトラヒック契約においてユーザと合意したサービス品質を保証しなければならない。問題をより複雑にしているのは、幾つかの接続がセルの到着と到着との時間(inter-arrival times)に関して保証を必要とすることがあるということである。
【0009】
上述の従来スキームではこの複雑さに対して次の2つの方法:すなわちCAC機能がネットワークを微視的にしか捉えられないと仮定することによって、およびトラヒックの振る舞いに関して仮定をたてることによって取り組んでいる。しかしながらATMは、当初から融通性のあるマルチサービスをネットワーク接続アーキテクチャとして設計され、ブランド付けをされ(branded)いるが、これらの既存のアルゴリズムは不適切な仮定を作り、結果的にバンド幅の有効的な使用を保証できない。
【0010】
発明が解決しようとする課題
本発明の第1の態様にしたがって、接続指向の通信ネットワークのノードにおいて呼の受理を制御する方法であって、多数の呼接続を達成する時間間隔でノードのバンド幅使用の測定に依存してノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正する段階を含み、ノードのコネクション受け付け制御機能が多数の接続形式のそれぞれにバンド幅を割当てる実効バンド幅スキームを実行し、1以上のより高い層のコネクション受け付け制御機能がトラヒックの変動に応答して、所定のやり方でノードによって記憶された接続形式に実効バンド幅を修正する方法を提供する。
【0011】
バンド幅使用の測定はノードそれ自体によって行うこともできる。しかしながらバンド幅使用の測定はノード設計を簡単にし、オーバーレイ形管理ネットワークの固有のコンピュータ処理資源を使用するので、ネットワーク管理レベルで行なわれることが好ましい。
【0012】
さらに測定は第2のより長い時間間隔で第3の層のCAC機能として行われることが好ましい。より高いレベルのCAC層を追加してもよい。
【0013】
バンド幅使用測定を使用して、所定のやり方の接続形式間に実質的に分配された余剰または不足のバンド幅を判断することが好ましい。バンド幅分配は、各接続形式に関係する中間バンド幅に基づくことが好ましい。
【0014】
通信ネットワークはATMネットワークであることが好ましい。
【0015】
本発明の第2の態様にしたがって、通信ネットワークにおけるノードに対する呼受取り制御方法であって:
リンク上の多数の接続形式の実効バンド幅の和を維持する段階と;
多数の呼接続を達成する時間間隔でリンクの接続によって使用される実際のバンド幅を監視する段階と;
リンクに対する余剰のバンド幅を判断する段階と;
所定のやり方で接続形式間で余剰バンド幅を分配することによって各接続形式に割当てられる実効バンド幅を修正する段階とを含む方法を提供する。
【0016】
本発明の第3の態様にしたがって、遠隔通信ネットワークにおいて資源を管理するネットワーク管理デバイスは、多数の接続形式のそれぞれにバンド幅を割当てる実効バンド幅形式のコネクション受け付け制御機能を実行する関係するネットワークノードのバンド幅使用を測定することによってコネクション受け付け管理機能を実行する処理手段を含み、バンド幅使用測定は多数の呼接続を達成する時間間隔でバンド幅使用測定を行ない、処理手段は所定のやり方でノードによって記憶される接続形式に対して実行バンド幅を修正することによってノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正するようにされているネットワーク管理デバイスを提供する。
【0017】
本発明の第4の態様にしたがって、バンド幅を多数の通信形式のそれぞれに割当てる実効バンド幅形式コネクション受け付け制御機能を実行する処理手段をもつネットワークノードを含み、さらに多数の呼接続を達成する時間間隔においてネットワークノードのバンド幅使用を測定し、所定のやり方でノードによって記憶される接続形式ごとに実効バンド幅を修正することによってノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正する処理手段をさらに含む通信システムを提供する。
【0018】
通信システムは、遠隔通信ネットワークとインターフェイスする管理ネットワークを含むことが好ましい。
【0019】
管理ネットワークはコンピュータメモリを含み、該コンピュータメモリは異なる長さの1以上の時間間隔でバンド幅使用を監視し、これに依存してネットワークノードのCAC機能を変更するコンピュータ実行命令でコード化されることが好ましい。
【0020】
通信システムはATMネットワークを含むことが好ましい。
【0021】
本発明ではコネクション受け付け制御を行うために多層式のアプローチを行う。好ましい実施形態では、簡単な線形のCAC機能はATMスイッチのようなノードに埋め込まれ、より長い期間の間トラヒックの変動を監視するオーバーレイ形ネットワーク管理層(レイヤ)によって与えられる適応性のより高レベルの制御機能によって修正できる。この技術は源の宣言に依存して、接続の実効バンド幅を判断しない。実際、実効バンド幅は各接続形式に予め割当てられ、実際のバンド幅使用を反映するように実質的に帰納的に修正される。新しい接続をネットワーク上で許可できるか否かといった質問には、リンク上で既に働いている全ての実効バンド幅を累積し、新しい接続の実効バンド幅を追加し、それをリンク容量と比較することによって簡単に応答することができる。
【0022】
発明の実施の形態
ここで本発明の例を添付の図面を参照して詳細に記載することにする。
【0023】
図2は、多数のATMスイッチ12(ネットワークノード)によってネットワーク全体で接続された多数のエンドステーションを含むATMネットワーク10を簡単に示す図である。接続セットアップ段階中に、源のエンドステーション11とネットワーク10との間に契約が確立される。その後ネットワークを通るルートがセットアップされる。資源(バンド幅)を管理する通路に沿って各ノードは、埋め込まれたコネクション受け付け制御機能13を使用してトラヒック契約を確認するために質問される。1つのノードが接続をルート設定できないといった通知を戻すと、ネットワークは他のノードを通る接続をルート設定するか、または接続を拒絶するかを決定できる。全てのATM構成要素がCAC機能を含むわけではない。例えばATMクロス接続(図示されていない)のような簡単なATM構成要素は接続をルート設定せず、したがってネットワーク資源を管理しない。さらに、1つのルートにおいて選択された特定のバーチャル通路接続(VPC)内の中間ノード14:すなわちVPCのエンドノード12もこれに含まれる。したがって図2に示したVPCに対するエンド(アクセス)ATMスイッチ12のみがスイッチ構造内にCACを含む。
【0024】
図3は、ATMネットワーク10の上に重なるネットワーク管理層20を示す。ネットワーク管理層20は、ITU−Tによって規定される遠隔通信管理アーキテクチャに基づく別々であるが接続されたデータ通信ネットワークである。ネットワーク管理層20は実質的なコンピュータ処理資源をもち、全体的なネットワークから情報を受取る。本発明のこの例では、このコンピュータ処理能力を、例えば帰納的な技術を使用するネットワークの動作(performance)に関係する情報と組合せて、より長い期間におけるトラヒックのトレンドを識別し、次に何らかのやり方で適切なアクセスATMスイッチ12のCAC動作を修正して、有効バンド幅の使用を向上する。これはネットワーク10に対して認められた呼数を最大化し、一方で呼のサービス品質(QoS)を維持するために行なわれる。ネットワーク管理層20は個々のATMスイッチの測定されたバンド幅使用に基づくだけでなく、他のネットワークノードからそれに伝えられた情報を使用することによってもこれを達成することができる。
【0025】
後で詳細に記載するように、ネットワーク管理層20を使用して、短期間、すなわち数分間、および長期間、すなわち数時間トラヒックトレンドを識別することによってバンド幅効率を向上する。簡単な実効バンド幅の線形CACはATMスイッチ12(第1の層CAC)に準備され、一方で適応性CACアルゴリズムはネットワーク管理層20(第2の層CAC)のソフトウエア内に準備され、ネットワーク管理層20では多数の呼接続を達成する短期間のトラヒックの変動に応答する。ネットワーク管理層20はさらに、長期間の間トラヒックの変動を測定して、所定のやり方で第2の層の適応性CAC機能を修正することによって別のCAC管理機能(第3の層のCAC)を準備できる。第3の層のCACは第2の層の適応性CACアルゴリズムを別のより適切なアルゴリズムと全体的に置換する能力を含むことができる。この多層CACのアーキテクチャは図4および5に模式的に示した。
【0026】
第1の層のCACにおいて実行される線形の実効バンド幅スキームでは、接続に必要な最小量のバンド幅が分かっている各接続形式にバンド幅を与え、そのQoS契約を達成する。新しい接続を許可できるか否かの質問には、リンク上で既に働いている全ての実効バンド幅を累積し、新しい接続の実効バンド幅を追加して、それを新しい容量と比較することによって簡単に応答することができる。
【0027】
図4に示したように、ATMスイッチ12はメモリデバイス21を含み、メモリデバイス21では線形実効バンド幅ソフトウエア(第1の層のCAC)を記憶し、さらに現在の実効バンド幅のデータベースを接続形式、例えば言語、ビデオ、などに与える。後で詳細に記載されるように、各実効バンド幅の記憶された値は第2の層の適応性CACによって定期的に更新されて、スイッチ12の効率を向上する試行をする。第2の層の適応性のCAC機能は、メモリデバイス22内に1以上のCACアルゴリズムを記憶しているネットワーク管理層20によってソフトウエア内で実行される。第2の層の適応性CACアルゴリズムは帰納法を使用して、余剰または不足したバンド幅を分配することによってATMスイッチ12によって記憶された各接続形式に割当てられた実効バンド幅を修正する試行を行う。これは後で詳細に記載する。
【0028】
メモリデバイス22にソフトウエアとして記憶された第2の層のCACアルゴリズムは適応性があり、過去に集められた情報を使用して、現在の振る舞いを規定する。とくに第2の層のCACアルゴリズムはネットワークにおける変更を考慮し、それらを適応するように処理しなければならない。特定のネットワーク測定を使用して、アルゴリズムの組として新しい実効バンド幅を変更するので、この適応性はアルゴリズムそれ自体からはあまり得られない。第2の層の適応性CACの中心的な発想は非常に簡単であり:接続形式の実効バンド幅を、接続形式に必要な実際のバンド幅に設定する試行をする。接続形式の実行バンド幅が変化するとき、その形式の接続は幾分認められることになる。例えば接続形式の実効バンド幅の増加後、個々のVPCにおけるより大きいバンド幅が新しい接続に要求される。これはVPCにおいて認められる接続を効果的により少なくする。
【0029】
第2の層のCACアルゴリズムは2つの状態をもち;ATMスイッチ12へ接続されたVPCをモニタするか、またはメモリデバイス21内のスイッチ12に対して規定された接続形式の実行バンド幅を変更する。2つの状態の間の時間間隔は特定されるか、または他の時間間隔に設定することができる。アルゴリズムは慎重に進められ;接続によって生じるセル損失を能動的に監視し、セル損失がアルゴリズムの演算によるとき、後退する試行をする。状態変更中、後退するのに使用できる情報が記憶される。セル損失が高く維持されるとき、アルゴリズムはさらに前の状態に後退する試行を行う。さらに前の状態が規定されないときは、要求され、それらを実行する実効バンド幅の変化を計算するだけである。
【0030】
実効バンド幅を変更するために、アルゴリズムは次の段階を実行する:
1.セル損失変更を判断する:
セル損失はVPCの実際の使用を反映するように連続的に変化するので、静的な変数ではない。VPCのトラヒックが不確定であるという性質は、セル損質量の変動が小さく、アルゴリズムによって無視されるべきであることを意味する。バーストよりも何倍も大きい時間フレーム内の大きい変動は、第2の層の適応性CACアルゴリズムの一部における間違った判断を示す。tnは現在の時刻を示し、tn−1は変化が実効バンド幅を変更した最後の時刻を示す。ε(t)は時刻tにおけるVPCのセル損失をモデル化し、εcはそのVPCに対するセル損失の目標である。Δはネットワーク管理層によって設定することができるパラメータである;tnとtn−1との間の最大の許容されたセル損失の増加をモデル化する。
【0031】
【数1】
【0032】
式(1)はセル損失における許容可能な小さい正の変動をモデル化し、一方で式(2)は困難な目標を設定する。測定されるセル損失がこれらの式に合わないとき、アルゴリズムは実効バンド幅を時間内の幾つかの先行する点で受取り可能な値に設定する。ネットワークトラヒックの振る舞いは、それに対して働く幾つかの他のネットワーク管理機能によって変化することがあることに注意されたい:実効バンド幅を変更して、ある先行した状態で許容可能な値に戻しても、セル損失の状態が全く変化しないことがある。2つの条件がこのフレームで満たされないときは、最後のフレームで行なわれる変更が成功していたのである。ここで実効バンド幅の正確な設定が変更され、tnに記録された実効バンド幅の組を含むこととされる。両方の式(1)および(2)の両方が現在の状態で保持されるときのみアルゴリズムは次の段階へ進む。すべての接続形式に対して最適な実行バンド幅となるものがあると仮定されると、式(2)をより厳格にすることができる:
【数2】
【0033】
2.余剰バンド幅を判断する:
余剰バンド幅は実際のバンド幅によって使用されない割当てられた実効バンド幅の量である。本質的には余剰バンド幅は、最適な場合に到達するように変更される合計の割当てられた実効バンド幅である。T(tn)は時間間隔[tn−1,tn]で行なった時刻点の組とする。K(tn)はT(tn)内の要素数を表し、xj(t)は時刻tに置ける接続数Jの瞬間のバンド幅である。余剰分および合計の割当てられた実効バンド幅の変更量は次に示す通りである:
【数3】
【0034】
式の2つの異なる実行の間にある時間量を示す時間間隔[tn+1,tn]は現在の接続を終了するのに十分に大きくなることに注意すべきである。ある接続形式の割当てられた実効バンド幅は接続のセットアップ時にのみ使用される。時間消費の監視が、古い接続を終了して新しい接続を設定することを許さない値に設定されると、式の最後の実行中に設定されたパラメータはまだ効果をあげていない。別の重要な概念は、γ(t)が正と負の両方とも可能なことである。
3.ストリームの実効バンド幅を変更する:
アルゴリズムの先の段階では、使用し過ぎたバンド幅の量を低減するか、または未使用のバンド幅の量を低減するために変更されなければならない合計のストリームの実効バンド幅量を与える余剰分γ(t)を規定する。合計のストリームは、異なる形式である可能性の高い幾つかの接続を使用して構築される。トラヒックの変動のために、ストリームの正確なセル構成は分からず、したがって何らかの近似値を生成することが必要である。この例におけるアプローチは、割当てられた中間のバンド幅を反映するように接続形式間で余剰を分配することである。
【0035】
Mtは接続タイプiに対する中間バンド幅であり、M(t)は時間tにおける合計の割当てられた中間バンド幅である(式(5)参照)か、―または合計の割当てられた実効バンド幅(式(6)参照)である。nは接続形式の合計数である。Bi(tt)を使用して、接続タイプiに対する結合されていない新しい実効バンド幅を記憶する:
中間バンド幅を使用して分割すると:
【数4】
【0036】
実効バンド幅を使用して分割すると:
【数5】
【0037】
式(6)および(7)から分かるように、M(t)は分配キーとしてのみ使用される:したがってその数値は全てのBi(tn)が余剰バンド幅の実際の分割まで加える限り、あまり重要でない。結合された実効バンド幅は次のようにすべきである:
【数6】
【0038】
ここでPCRiは接続形式iに対するピークセルルートを、SCRiは接続形式iに対する維持可能なセルルートを、3i(tn)は接続形式iに対する時間tnでの割り当てられた全実効帯域幅を示す。
【0039】
別のアプローチは異なる接続形式間で余剰を線形に分配することである。例えば、50の接続があるとき、各接続形式はγi(tn)/50によって変更しなければならない。しかしながらこの分配は大きさの概念を完全に無視するので、異なる多くの接続形式があるときは適切ではない。ビデオ接続および音声接続の両方は、例えばビデオが予め2Mbpsに設定され、音声が0.064Mbpsに設定されているとき、0.1Mbpsの増分を得ることができる。
4.個々の変化を判断する:
実際のCACの入力パラメータは各ノードごとに制御される。リンク、VPC、および個々の接続は双方向性である。各方向の実効バンド幅は、各VPCのエンドポイントに置かれた2つの第2の層の適応性CAC機能によって計算され(図2参照)、次にこれらの2つのCAC機能は異なる実効バンド幅で通信する。特定の接続形式についてのこれらの2つの実効バンド幅の最大値が選択され、各第2の層の適応性CACによって記憶され、将来の計算で使用される。
【0040】
メモリデバイス23に記憶された第3の層のCAC機能の主な目的は、長期間のトレンドを―数時間のオーダで―識別し第2の層のCAC機能を正確に実行する。この層(レイヤ)は、ATMネットワークまたは全体的なネットワーク内の多数のスイッチから、異なる接続形式の実効バンド幅の変動についての全体的なイメージへと、情報を相互に関係付ける責務を負う。
【0041】
第3の層のCACの機能は次の通りである:
(i)新しいかまたは異なるネットワークの使用を識別する。全体のCAC管理は、使用されたバンド幅と割当てられたバンド幅とを整合することに密接に関係するので、最上部のネットワーク管理ソフトウエア機能はネットワーク内の臨界点か、または時間の経過にしたがってこれらの点の移動を識別する。トレンドは、例えば一定のVPCが、日または週の特定の時間中に他のVPCの形でバックアップを行うことができることを示す。この情報を使用して、第2の層のCACアルゴリズムを進めることができる。
【0042】
(ii)より低いCAC層を構成/設定する。新しいノードがネットワークに追加されるか、またはネットワークがちょうどオペレーションの実行を開始したとき、各ノードは第2の層の適応性CAC機能と対をなす必要がある。幾つかの第2の層も多数の入力パラメータを必要とする。これらのパラメータは妥当なデフォルトに設定される必要がある。全てのこの機能は第3の層のCACによって制御される。
【0043】
(iii)欠陥のあるハードウエアまたはソフトウエアを識別する。特定の時間間隔中に2番目に最適な実行レベルを実行する特定のATMスイッチは、正規の欠陥保護方法によって認識できない。このハードウエアに関する問題は、さらにこの時間間隔に制約される特定のトラヒックの振る舞いのために発生する。既に記載したように、第2の層のCACアルゴリズムは、正確に動作するための有効な入力パラメータを必要とする1つのソフトウエアである。誤った入力パラメータは不適当な振る舞いを導くことになる。第2の層のCACは単に、その実行中にバグをもつことがある。第3の層のCACはこれらの問題を識別するようにされ、影響された構成要素を取り除くことができる。1つの第2の層のCACアルゴリズムを取り除いて、その場所に別のものを入れることができる。
(iv)2つの組のネットワーク要素を比較する。最後に、実効バンド幅はネットワーク要素の最も重要な属性の1つである。第3の層のCAC管理機能は、一定の期間において2つの組のハードウエアまたはソフトウエアを比較し、それらの実効バンド幅を比較することができる。多数の第2の層のCACスキームは、例えばネットワーク全体で同時に試行できる。
(v)直接的な手段によってネットワーク効率を向上する。第3の層のCAC管理機能の主な機能は、より長い期間において接続の実効バンド幅の振る舞いを監視することである。例えば接続形式の実効バンド幅がオシレートするとき、第3の層のCAC管理機能はそれを中間値に設定することができる。
【0044】
第2の層のCACアルゴリズムは、定期的に接続の実効バンド幅を変更する。これらの変更は第3の層へ伝えられ、第3の層では別の解析を受けることになっている。トレンドを識別し、次にこのトレンドを使用して第2の層のCACアルゴリズムの収束を速め、オシレーションを検出および除去することができる。到来するデータは、キュービックスプライン(曲線に最適の三次式)の近似値を使用して決定論的な情報から実際の情報へ変換することができる。この変換によって、他の機能をデータに適用することができる。
【0045】
第1の段階では、2つの組の実効バンド幅が各組の中に同じ比の差をもつとき、類似していると宣言される。この組は時間方向に正規化されて、この比較を可能にすることに注意すべきである。トレンドは識別されると、次の表1に示したトレンドデータベースへ入力される。
【0046】
【表1】
【0047】
第2の層のCACは常に最適な(ローカルな)実効バンド幅を探している。アルゴリズムはゆっくりと個々の接続形式に最適な実効バンド幅で収束する。接続形式の周知のトラヒックの振る舞いを使用して、この収束プロセスを速めることができる。第2の層のCACが反応性のプロセスであると仮定すると、点tnにおける計算された最適値は実際には点tn−1の最適値となる。その理由は最適値を構成するのに使用されるデータがtnとtn−1との間に集められるからである。図6はVPCnの最適値をVPCmの最適値としてどのように使用できるかを示している。2つの実効バンド幅間の関数で最初に符合した後、VPCmに対する最適な実効バンド幅は、同じ状況でVPCnに対して先に計算された最適な実効バンド幅を使用して設定される。
【0048】
トレンドを使用して、収束を高めることは、トレンドが収束しないときは全く役に立たない。各接続形式はノードごとに独立していると考えられる。各接続形式ごとに、制御点として最後の8つの計算された実効バンド幅点を使用してキュービックベジアスプライン(cubic bezier spline)(曲線に最適の三次の数式)が設定される。次にこのスプラインを微分して、勾配情報が得られる。微分関数のサイン解析は、関数が振動しているか否かを確立することができる。イエスのときは、積分されたスプラインを使用して振動におけるハンプ(hump、こぶ)を計算することができる。これらのハンプを相互に比較して、何れのタイプの振動を処理しなければならないかが分かる。振動が識別されるときはいつでも、振動を記述しているトレンドがデータベースから取り除かれれる。新しい最適値、すなわちトレンドが振動している値は、ネットワーク内に設定されて、振動を停止しようとする。
実験
この段落で定義される各実験では、図7に示したネットワークの設定が使用される。各実験は、2つの場合;すなわち多層CAC管理システムがディスエーブルされる場合と、イネーブルされる場合における、シミュレーションの仕様についてのシミュレーション結果を示す。図に記載した“保留とされたバンド幅(reserved bandwidth)”という用語は、VPCが物理的リンクの保留とされたバンド幅を指す。したがってこの予約されたバンド幅はつねに100Mbpsである。
実験 1
第1の実験は第2の層の適応性CACアルゴリズムを試験するように設計された。
仕様
VPC1は800のユーザで飽和し、全てのユーザの呼パターンにおける呼接続は形式CxType1である。これらのユーザはNODE0から呼を行い、NODE1に到達しようとする。接続形式のバーストプロフィールは図8に示した。バーストは2つの交互の状態で生じる。各状態では、バーストはピークおよび中間のセルレートで切捨てられた負の指数関数分布から生成される。接続は平均継続時間は100秒で、相互に10秒内で到達する。シミュレーションは2時間続く。
【0049】
第2の層の適応性CACは150秒間をデータ収集に費やすように設定され、ソフトセル損失制限は1000のセルに設定され、ハードセル損失限界は許容最大値として毎ナノ秒ごとに1セルを損失すると設定された。この接続形式の最初の実効バンド幅は前送り方向に500Kbpsに設定される。適応性CACが通常接続形式を設定した実効バンド幅は、常にその接続形式のピーク値と中間値との間にあるので、この振る舞いはこの実験ではディスエーブルとされ、アルゴリズムの収束に関するより総合的な研究を可能にする。
【0050】
接続形式CxType1の実効バンド幅の初期値は前送り方向の接続の割当てを必要値よりも高額とする。ネットワークはこの接続が500Kbpsを占めると予測するが、ピークレートで300Kbpsのみしか占めない。最初の150秒後、適応性のCACは多くのバンド幅は割当てられても、未使用のままであることが分かる。これにより動作が開始され、接続形式CxType1の実効バンド幅をより低い値に変更する。アルゴリズムをn回反復した後、最適値は接続形式CxType1のバーストプロフィールの特定のピークレートと中間レートとの間でなければならない。
【0051】
図9は、多層CACインターフェイスのない(NO-MAC)ネットワークシミュレーションの結果を示す。使用された実際のバンド幅量は約30%であり、バンド幅容量の70%は割当てられていても、未使用のままであることが明らかである。図10は、イネーブルされた多層CACと同じシミュレーションを示す。なお図10はさらに、修正された接続形式の実効バンド幅も示す。ネットワーク内の未使用の割当てられたバンド幅を低減するために、接続形式1の実効バンド幅の大きさを明らかに小さくする。シミュレーションの終了に向って、この実効バンド幅は安定されずに、160Kbps以下に落ちていく。直観値は175Kbpsであるので、この結果は最初は予測してなかった。しかしながら異なる接続間で到達するまでの間の時間を考慮に入れると、最適値は157.5Kbpsであると計算できる。
【0052】
次の表2は、比較の要約を示す。データが10秒間隔で集められ:使用された合計バンド幅の概略的な推定値を与えていることに注意されたい。この表から、実際のバンド幅使用は、多層CAC(MCAC)がイネーブルされるときに著しく向上することが明らかである。それにしたがって接続数が増加する。ここでNO-MACはMCACの否定であり、MCACが結果についてイネーブルとされていないことを意味する。
【0053】
【表2】
【0054】
実験2
第2の実験は、第2の層の適応性のCACは実効バンド幅の変化を分配するやり方を試験するように設計された。アルゴリズムがデータ収集時間を費やした後で、データは全体的なストリームにおいて割当てられた実効バンド幅の余剰分を定義するのに使用できる。この余剰分は、接続形式の実効バンド幅に対する個々のバンド幅変更へ変換しなければならい
3つの異なる接続形式を多数の異なるユーザにVPC1上で同時に使用した。シミュレーション中に1回だけ、20のユーザはビデオ会議の接続形式を使用し、200のユーザはビデオ接続形式を使用し、別の200のユーザは正規の電話接続形式を使用する。接続形式名はかなり任意に接続され、接続形式名は一定のトラヒックの振る舞いを含まないことに注意したい。バーストプロフィールおよび呼の振る舞いは次の表3、4、および5に示した。トラヒックパラメータは相当にバーストするようにセットアップされて、さらにアルゴリズムのエラー強さを試験する。ここでμLENは秒で表わした長さであり、PCRはピークセルレート(セル/秒)であって、ソースはこれを超えることはない。またMCRは最小セルレート(セル/秒)であり、ソースはいつも送れるレートである。
【0055】
【表3】
【0056】
【表4】
【0057】
【表5】
【0058】
ここでμCALLERはあるときの呼の数であり、CUMULATIVE(蓄積)は各実験結果の累和を示す。
【0059】
実験1に関して、適応性のCACはデータ収集に150秒を費やし、ソフトセル損失制限は1000セルであり、ハードセル損失制限はナノ秒あたり1セル損失である。個々の接続形式の最初の実効バンド幅は、バーストプロフィール内に規定された持続可能なバンド幅に設定される。実験1において予めディスエーブルされた実効バンド幅の振る舞いは、ここで実行され、イネーブルされる。
【0060】
図11はイネーブルされた多層CACのないネットワークシミュレーションの結果を示す。図11は個々の接続形式の実効バンド幅の推定値が低すぎることを非常に明白に示している。シミュレーション全体で使用された実際のバンド幅は、割当てられたバンド幅よりも約20Mbpsよりも多い。図12は多層CACがイネーブルされている同じシミュレーションを示す。実効バンド幅曲線は実際のバンド幅曲線上でゆっくりと収束する。トラヒックのバーストは、個々の接続形式の最適な実効バンド幅のコンピュータ処理をより複雑にする。図から分かるように、実効バンド幅の増加は、トラヒックのバースト効果によって到達するまでの時間が超過することを示す。電話接続の変更を示したが、電話接続と他の接続形式の間の大きさの差のために無視するのは難しい。電話接続の実効バンド幅は、他の接続によってかなり早期にピークセルレートに設定される。次の表6は累積要約(cumulative summary)を示す。
【0061】
【表6】
【0062】
実験3
第3の実験は接続形式が突然トラヒックの振る舞いを変更したときに帰納的なアルゴリズムがどのように反応するかが分かるように計画された。この実験は主として、帰納的なCACアルゴリズムの融通性を試験することを意図したものである。
【0063】
実験2のように、3つの異なる接続形式をVPC上で使用した。シミュレーション中に1度、平均して10のユーザはケーブルテレビジョン1と接続を設定し、20のユーザはビデオ会議に参加し、別の20のユーザはケーブルテレビジョン2を使用する。ビデオ会議接続は、極めてバースト状に設計されて、モデリングをより難しくする。ケーブルテレビジョンの接続形式は、最初の90秒間は同じである。このケーブルテレビジョンの接続形式は、2Mbpsのバンド幅を要求する接続形式である。最初の200秒の後、ケーブルテレビジョン2の接続形式は定ビットレート(CBR)源から可変ビットレート(VBR)源へ変化する。ケーブルテレビジョン2は突然バンド幅をより狭くすることを必要とするが、そのピーク要件のバンド幅は正規のケーブルテレビジョン1の接続のバンド幅よりも大きい。
【0064】
実験2に示されているように、シミュレータが正規に動作する前に、シミュレーションパラメータを大きくするように変更しなければならない。これらは表7ないし9に示した:
【表7】
【0065】
【表8】
【0066】
ここでμDURATIONは開始(設定、CAC、判断)から終了(ブレーク)までの呼の平均継続時間、またμIATは平均到達時間(到達時間はリンク上の継続する呼間の時間である)。
【0067】
【表9】
【0068】
図14および15は、多層のCACをイネーブルしていないネットワークシミュレーションの結果を示している。図16および17は、多層のCACがイネーブルされているときの結果を示す。図示されているように、接続形式の実効バンド幅はゆっくりと低減し、実際のバンド幅の振る舞いに整合する。図18は最も明白な振動している実効バンド幅のケーブルテレビジョン1を示す。この表示は、第3の層のCACのスプラインの近似関数を使用して行なわれ、収束していても、振動している振る舞いを示す。次の表10はシミュレーション結果の要約を示す:
【表10】
【0069】
実験から、第2の層の機能における適応性CACアルゴリズムが正確に働いては、これがVPCの余剰または不足を設定でき、バンド幅使用を最適化するために、接続形式の実効バンド幅を修正できることが分かった。バースト状態の資源と実効バンド幅、すなわち到達するまでの時間と実効バンド幅との間の理論的リンクは、実験1および2において設定された。バースト状態の増加は実効バンド幅の増加を意味し、到達するまでの時間の増加は実効バンド幅の低減を示す。トラヒックの振る舞いをモデル化する適応性の帰納的なアプローチは、統計的なトラヒックモデルに対する人為的なインテリジェンス技術の他に有効な代替技術があることを示している。第2の層のCACアルゴリズムの適応性は、必要が生じたときに新しいサービスを処理することが示されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一般的なCACアーキテクチャの模式図。
【図2】 ATMネットワークを簡単にした例の模式図。
【図3】 ATMネットワークと管理ネットワークとの間のインターフェイスの模式図。
【図4】 本発明にしたがうCACをもつATMスイッチと管理ネットワークとの間のインターフェイスを示す模式図。
【図5】 本発明の多層CACの要素間の関係を示す模式図。
【図6】 どのように1つの接続形式のトレンドを使用して、同じ形式の別の接続の収束を速度を高めることができるかを示すグラフ。
【図7】 多数の経験を行うネットワークシミュレータで使用されるネットワークのセットアップを示す模式図。
【図8】 シミュレータによって使用される接続形式のバーストプロフィールを示すグラフ。
【図9】 多層CACがイネーブルされている実験1のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図10】 多層CACがイネーブルされている実験1のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図11】 多層CACがディスエーブルされている実験2のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図12】 多層CACがイネーブルされている実験2のットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図13】 多層CACがディスエーブルされている実験3のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図14】 多層CACがディスエーブルされている実験3のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図15】 多層CACがイネーブルされている実験3のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図16】 多層CACがディスエーブルされている実験3のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図17】 多層CACがディスエーブルされている実験3のネットワークシミュレーションの結果を示すグラフ。
Claims (16)
- 接続指向の通信ネットワークのノードにおいて呼の受理を制御する方法であって、多数の呼接続を達成する時間間隔でノードのバンド幅使用の測定に依存してノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正する段階を含み、ノードのコネクション受け付け制御機能が多数の接続形式のそれぞれにバンド幅を割当てる実効バンド幅スキームを実行し、1以上のより高い層のコネクション受け付け制御機能がトラヒックの変動に応答して、所定のやり方でノードによって記憶された接続形式に実効バンド幅を修正する方法。
- バンド幅使用の測定がノードによって行なわれる請求項1記載の方法。
- バンド幅使用の測定が、関係する管理ネットワークのコンピュータ処理資源を使用してネットワーク管理レベルで行なわれる請求項1記載の方法。
- バンド幅使用の測定が第1の時間間隔において第2の層のコネクション受け付け制御機能の一部として行なわれる請求項1ないし3の何れか1項記載の方法。
- バンド幅使用の測定がさらに、第3の層のコネクション受け付け制御機能の一部として第2のより長い間隔で行なわれる請求項4記載の方法。
- バンド幅使用の測定を使用して、所定のやり方で接続形式間に実質的に分配された余剰または不足のバンド幅を判断する請求項1ないし5の何れか1項記載の方法。
- バンド幅の分配が、各接続形式と関係する中間バンド幅に基づいている請求項8記載の方法。
- 通信ネットワークにおけるノードに対する呼受取り制御方法であって:
リンク上の多数の接続形式の実効バンド幅の和を維持する段階と;
多数の呼接続を達成する時間間隔でリンクの接続によって使用される実際のバンド幅を監視する段階と;
リンクに対する余剰のバンド幅を判断する段階と;
所定のやり方で接続形式間で余剰バンド幅を分配することによって各接続形式に割当てられる実効バンド幅を修正する段階とを含む方法。 - 通信ネットワークが非同期転送モードネットワークである請求項1ないし8の何れか1項記載の方法。
- 遠隔通信ネットワークにおいて資源を管理するネットワーク管理デバイスは、多数の接続形式のそれぞれにバンド幅を割当てる実効バンド幅形式のコネクション受け付け制御機能を実行する関係するネットワークノードのバンド幅使用を測定することによってコネクション受け付け管理機能を実行する処理手段を含み、バンド幅使用測定は多数の呼接続を達成する時間間隔でバンド幅使用測定を行ない、処理手段は所定のやり方でノードによって記憶される接続形式に対して実行バンド幅を修正することによってノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正するようにされているネットワーク管理デバイス。
- 処理手段がメモリに記憶されている実行可能な命令を含み、この命令が余剰または不足のバンド幅を判断し、所定のやり方で接続形式間でバンド幅を分配し、続いて実効バンド幅の変更をネットワークノードへ伝える請求項10記載のネットワーク管理デバイス。
- バンド幅を多数の通信形式のそれぞれに割当てる実効バンド幅形式コネクション受け付け制御機能を実行する処理手段をもつネットワークノードを含み、さらに多数の呼接続を達成する時間間隔においてネットワークノードのバンド幅使用を測定し、所定のやり方でノードによって記憶される接続形式ごとに実効バンド幅を修正することによってノードのコネクション受け付け制御機能を定期的に修正する処理手段をさらに含む通信システム。
- 遠隔通信ネットワークとインターフェイスしている管理ネットワークを含む請求項12記載の通信システム。
- 遠隔通信ネットワークが非同期転送モードネットワークである請求項13記載の通信システム。
- 管理ネットワークが、1以上の異なる長さの時間間隔でバンド幅使用を監視する実行可能な命令と、これに依存してネットワークノードのコネクション受け付け制御機能を変更する実行可能な命令でコード゛化された多数のメモリを含む請求項13または14記載の通信システム。
- 処理手段が、請求項1ないし8の何れか1項記載の方法の段階を行なう実行可能な命令でコード化される多数のメモリを含む請求項12ないし15記載の通信システム。
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