JP4163044B2 - 帯域制御方法およびその帯域制御装置 - Google Patents

帯域制御方法およびその帯域制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のトラフィックフローを、トータルのトラフィックレート(以下、「トータルレート」という)で帯域制限を行ってデータ伝送する帯域制御方法およびその帯域制御装置に関し、特に複数のトラフィックフローからなるフローグループを作成し、フローグループの各トラフィックフローを、フローグループ毎のトータルレート(以下、「グループレート」という)で帯域制限を行ってデータ伝送する帯域制御方法およびその帯域制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、通信ネットワークの接続サービスでは、FTTH(Fiber To The Home)の普及によって高速な接続サービスが低コストで提供できるようになってきている。このような通信ネットワークを流れるデータトラフィックは、その使用するアプリケーションに応じたQoS(通信品質)制御を行う必要がある。
【0003】
このQoS制御を行うための技術手法としては、出力ポート毎に異なるキューを用いるスケジューリング手法や、トラフィックの最大流量を制限するポリシング手法などが用いられている。これらの手法を用いる場合に、従来の文献では、たとえば特許文献1に示すように、複数のトラフィックフロー(以下、単に「フロー」という)に対して、フロー毎に帯域制限を行うものであった。しかし、ネットワーク構成によっては、たとえば各ユーザに対応する複数のフローを束ねて、フローグループを作成し、このフローグループに対してデータ伝送の帯域制限を行いたい場合が生じる。
【0004】
このような場合、さらに以下の機能をサポートすることが要求されている。
1.同一のフローグループに属する各フローのパケットは、(あるポリシーに基づいて)公平に帯域を利用できること。
2.パケットを送信しないフローがある場合には、その余剰帯域を他のフローが使えるようにすること。
3.2.の余剰帯域の配分は、各フローに(あるポリシーに基づいて)公平に配分されること。
【0005】
この帯域制限を行うポリシング手法では、たとえばトークンバケツを用いるアルゴリズムが一般的である。このトークンバケツアルゴリズムでは、図6に示すように、トークン50と呼ばれるトラフィック送信権を表す仮想的な流量を用いる。そして、このトラフィックの流量を制限したいフローには、このトークン50をためておくための仮想的なトークンバケツ51が用意され、このトークンバケツ51には、トラフィックの制限流量に等しいトラフィックレートで、トークン50が補充されている。
【0006】
パケット到着時には、パケット処理部52が、このデータ量に比例したトークンをバケツから取り出し、トラフィック送信権を得てから、パケットをいったん送信キュー25に格納した後に、このパケットの送信を行っていた。ここで、このバケツ内にトラフィック送信権を得るための十分なトークンがない場合には、当該パケット処理部52が、そのパケットをたとえば廃棄するか、遅延するなどの処理を行うことで、フローの流量制限が実現されていた。
【0007】
【特許文献1】
特開平6−178373号公報(第1−4頁、図1−図2)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このポリシング手法を上記フローグループに対して用いた場合では、たとえばフロー毎に個別のポリサーを適用したときに、1.の機能は満たすことが可能であるが、2.の機能と3.の機能を持たすことができないという問題点があった。一方、フローグループに対して、2.の機能を満たすポリシング手法を使うと、1.の機能と3.の機能を満たすことができないという問題点があった。
【0009】
この発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、フロー全体またはフローグループ全体に対して帯域制限を行うとともに、この全体内またはフローグループ内の各フローに対して公平に帯域を配分することができる帯域制御方法およびその帯域制御装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる帯域制御方法では、入力したデータに対し、所定の帯域制御を行ってデータ伝送する帯域制御方法において、各トラフィックフローの前記データを、予め設定されたトータルレートに基づいて、トラフィックの流量を制限して、前記所定の帯域制御を行う帯域制御工程を含むことを特徴とする帯域制御方法が提供される。
【0011】
この発明によれば、フロー毎に個別のトークンバケツを用意し、かつ予め設定されたトータルレートによって各トークンバケツへのトークンの入力を制御することで、トラフィックの流量を制限して、所定の帯域制御を行う。
【0012】
また、この発明にかかる帯域制御方法では、上記の発明において、前記各トラフィックフローは、所定のグループに区分され、前記帯域制御工程では、当該各トラフィックフローのデータを、予め設定されたグループ毎のトータルレートに基づいて、トラフィックの流量を制限して、前記所定の帯域制御を行うことを特徴とする。
【0013】
この発明によれば、フロー毎に個別のトークンバケツを用意し、かつ予め設定されたグループレートによって各トークンバケツへのトークンの入力を制御することで、トラフィックの流量を制限して、所定の帯域制御を行う。
【0014】
また、この発明にかかる帯域制御方法では、上記の発明において、前記各トラフィックフローに対応したトークンバケツを監視するバケツ監視工程をさらに含み、前記バケツ監視工程での監視結果にて、あるトラフィックフローに対応したトークンバケツのトークンが使用されていない場合に、前記帯域制御工程では、前記トータルレートに基づいて、他のトラフィックフローに対応したトークンバケツに、該トークンを割り当ててトラフィックの流量を制限し、前記所定の帯域制御を行うことを特徴とする。
【0015】
この発明によれば、たとえばあるトークンバケツが使用されていないでいっぱいの場合には、同じトークングループ内の他のトークンバケツにトークンを割り当てることで、トラフィックの流量を制限して、所定の帯域制御を行う。
【0016】
また、この発明にかかる帯域制御装置では、入力したデータのトラフィック流量を帯域制御する帯域制御手段と、前記帯域制御されたデータを伝送する伝送制御手段とを備えた帯域制御装置において、前記帯域制御手段は、各トラフィックフローの前記データを、予め設定されたトータルレートに基づいて、トラフィックの流量を制限して、前記所定の帯域制御を行うことを特徴とする帯域制御装置が提供される。
【0017】
この発明によれば、フロー毎に個別のトークンバケツを用意し、かつ帯域制御手段によって予め設定されたトータルレートで各トークンバケツへのトークンの入力を制御することで、トラフィックの流量を制限して、所定の帯域制御を行う。
【0018】
また、この発明にかかる帯域制御装置では、上記の発明において、前記各トラフィックフローは、所定のグループに区分され、前記帯域制御手段は、当該各トラフィックフローのデータを、予め設定されたグループ毎のトータルレートに基づいて、トラフィックの流量を制限して、前記所定の帯域制御を行うことを特徴とする。
【0019】
この発明によれば、フロー毎に個別のトークンバケツを用意し、かつ帯域制御手段によって予め設定されたグループレートで各トークンバケツへのトークンの入力を制御することで、トラフィックの流量を制限して、所定の帯域制御を行う。
【0020】
また、この発明にかかる帯域制御装置は、上記の発明において、少なくとも、前記グループと、当該グループを構成する前記トラフィックフローと、各グループのトータルレートとを記憶する記憶手段をさらに備え、前記帯域制御手段は、少なくとも、入力するトラフィックフローの情報に基づいて、当該トラフィックフローが属するグループの前記トータルレートを、前記記憶手段の記憶内容から判断し、該判断したトータルレートに基づいて、トラフィックの流量を制限し、前記所定の帯域制御を行うことを特徴とする。
【0021】
この発明によれば、記憶手段に記憶されたトラフィックフローが属するグループのトータルレートで各トークンバケツへのトークンの入力を制御することで、トラフィックの流量を制限して、所定の帯域制御を行う。
【0022】
また、この発明にかかる帯域制御装置は、上記の発明において、前記各トラフィックフローに対応して設けられたトークンバケツを監視する監視手段をさらに備え、前記監視手段の監視結果にて、あるトラフィックフローに対応したトークンバケツのトークンが使用されていない場合に、前記帯域制御手段は、前記トータルレートに基づいて、他のトラフィックフローに対応したトークンバケツに、該トークンを割り当ててトラフィックの流量を制限し、前記所定の帯域制御を行うことを特徴とする。
【0023】
この発明によれば、たとえばあるトークンバケツが使用されていないでいっぱいの場合には、帯域制御手段によって同じトークングループ内の他のトークンバケツにトークンを割り当てることで、トラフィックの流量を制限して、所定の帯域制御を行う。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に図1〜図5の添付図面を参照して、この発明にかかる帯域制御方法およびその帯域制御装置の好適な実施の形態を説明する。なお、以下の図において、同一の構成部分に関しては、説明の都合上、同一符号を付記するものとする。
【0025】
(実施の形態1)
図1は、この発明にかかる帯域制御装置の構成の一例を示す構成図である。図1において、帯域制御装置であるルータ10は、入力ポート(この実施例では3つの入力ポート)毎に設けられてポリシング制御を行う複数の入力側NP(ネットワーク・プロセッサ)11〜13と、入力したパケットを適切な出力ポートに振り分けるスイッチファブリック21と、出力ポート(この実施例では3つの出力ポート)毎に設けられて振り分けられたパケットに対して帯域制御を行う出力側NP31〜33とから構成されている。
【0026】
入力側NP11〜13は、入力するパケットに対してポリシング制御を行っている。なお、この入力側NP11〜13は、それぞれ同様の構成からなっており、ここでは代表して入力側NP11の構成を図2の構成図に示す。
【0027】
入力側NP11は、クラシファイア14と、グループポリサー15と、ポリシーアクション処理部16と、ポリシング制御部17と、フローグループテーブル18とから構成されている。この入力側NP11において、クラシファイア14は、たとえばCAM(Contents Addressable Memory)などを用いており、入力するパケットのヘッダ情報を参照して、トラフィックをユーザ毎、サービスタイプ毎の個別のトラフィックフローに分類して、この情報を内部ヘッダ部(図1参照)に追加してパケットとともにグループポリサー15に出力している。なお、この実施の形態では、このフローの識別子の情報と、フローが属するグループの識別子の情報(グループID)も内部ヘッダ部に追加されている。
【0028】
、グループポリサー15は、フローグループテーブル18を参照して、フローグループ毎のポリシング制御を行い、各フローからのパケットの合計が、予め設定されたグループレートの帯域以内に収まるように帯域制御を行っている。具体的には、たとえばグループIDが「a」では、グループレートの帯域が30Mbpsに、グループIDが「b」では、グループレートの帯域が50Mbpsに設定されているので、この帯域以内に収まるようにトラフィック流量を制限している。
【0029】
ここで、この発明の特徴であるポリシングを行うアルゴリズムとしては、たとえばトークンバケツを用いる。このトークンバケツのアルゴリズムでは、トークンと呼ばれるトラフィック送信権を表す仮想的な量を用いる。すなわち、グループポリサー15では、図3に示すように、各フロー1〜nには、トラフィック流量を制限するトークン30,40をためておくための仮想的なトークンバケツ32〜n(nは、任意の整数)が用意され、このトークンバケツ32〜nには、トラフィックの制限流量に等しいグループレートでトークンが補充される。そして、トークン入力バケツ選択部31,41によって、パケット到着時に、このトークンバケツ32〜n内にパケット長分のトークン30,40がためられていれば、パケット処理部35〜37,45〜47は、パケットが制限帯域に適合していると判断されて、パケット長分のトークンがこのバケツから取り除かれ、また十分なトークンがなければ、パケットは、不適合と判断される。
【0030】
この実施の形態では、フローグループa,b,…毎にトークン入力バケツ選択部31,41が設けられており、このトークン入力バケツ選択部31,41は、フローグループa,b,…に対する制限帯域で補充されるトークンを、どのフロー1〜nのトークンバケツ32〜34,42〜44に配分するかを決めている。
【0031】
このトークン入力バケツ選択部31(41)は、予め設定されたアルゴリズムによって、各フロー1〜3(n−5,n−3〜n)にどのように制限帯域を割り当てるかを制御しており、たとえば典型的な例としては、各フロー1〜3(n−5,n−3〜n)のトークンバケツ32〜34(42〜44)にラウンドロビンでトークン30(40)を入力することである。このとき、もしトークン30(40)を入力しようとしたトークンバケツ32〜34(42〜44)がいっぱいの時には、次のフロー1〜3(n−5,n−3〜n)のトークンバケツ32〜34,42〜44にトークン1〜3(n−5,n−3〜n)の入力を試みる。そして、トークン入力バケツ選択部31(41)は、自己の管轄する全てのフロー1〜3(n−5,n−3〜n)のトークンバケツ32〜34(42〜44)がいっぱいのときにのみ、トークン30(40)の入力をスキップする。
【0032】
これにより、この実施の形態では、トークン入力バケツ選択部31(41)の動作によって、各フローが公平に帯域を利用でき、かつフローグループ全体での帯域制限が実現される。
【0033】
また、各フロー内に異なるサービスタイプ(たとえばVoIP)を持つパケットが混在する場合(以下、各サービスタイプのフローを、「マイクロフロー」という)には、個々のフローのトークンバケツにマイクロフロー毎の閾値を設けて、トークンバケツ内のトークン量が、この閾値未満のときには、対応するマイクロフローのパケットを制御帯域に不適合と判定することで、フロー内のトラフィックに優先制御を行うことが実現される。
【0034】
ポリシーアクション処理部16は、入力されるパケットのフロー識別子とポリサー判定結果を抽出して、これら情報に基づいて、この入力パケットに対する処理を決定する。たとえばポリシーアクション処理部16は、低遅延通信が必要なトラフィッククラスの適合パケットに対しては、優先的にサービスされるキュー(たとえば、送信キュー22に)へパケットを入力させる。
【0035】
また、ポリシング制御部17では、この帯域制御装置の管理者からの指示に従って、各フローグループに属するフローやトークン入力バケツ選択アルゴリズムなどをフローグループテーブル18に書き込む書き込み制御を行っている。
【0036】
フローグループテーブル18は、図2に示すように、グループID(識別子)と、このグループに属するフローのメンバリストと、グループレートと、トークン入力バケツを選択するための選択アルゴリズムが書き込まれている。
【0037】
スイッチファブリック21は、パケットを格納する送信キュー22,23と、これら送信キュー22,23を選択してパケット取り出して送信するスケジューラ24とから構成されている。スケジューラ24は、選択した各送信キューから、それぞれの送信優先度に応じたタイミングでパケットを取り出して、出力ポート毎に設けられた出力側NP31〜33に出力している。
【0038】
出力側NP31〜33は、スイッチファブリック21から入力するパケットに対して、必要に応じて再度帯域制御を行い、このパケットをネットワークに転送している。
【0039】
次にグループポリサー15の各グループ毎の処理動作を、図4のフローチャートに基づいて説明する。なお、ここでは、説明の都合上、代表してグループポリサー15のうちの任意のグループgのポリシングについて説明する。まず、図4において、グループポリサー15のトークン入力バケツ選択部31は、t−t0=1/Rgになったかどうか判断する(ステップ101)。なお、tは、現在の時間、t0は、前回トークンを補充した時間、Rgは、グループgの制御帯域を示す。
【0040】
ここで、t−t0=1/Rgの場合には、トークン入力バケツ選択部31は、トークンをトークンバケツ32〜34に入力する時間に達したと判断して、次にグループgに属する全てのフローi(iは、任意の整数)に対して、Bi=BMaxiかどうか判断する(ステップ102)。ここで、BMaxiは、バケツの最大値を示し、このステップ102は、グループgの全てのトークンバケツがいっぱいで、いずれのユーザも使ってない場合を想定したものである。
【0041】
ここで、Bi=BMaxiでなく、いずれかのフローが使用されている場合には、Bk<BMaxkとなるフローkを選択する(ステップ103)。すなわち、ここでは、トークンがいっぱいになっていないトークンバケツの中から、どのトークンバケツにトークンを入力させるか、トークンバケツの選択を行う。たとえば、この選択のアルゴリズムがラウンドロビンの場合には、前回トークンを入れたフローの番号を覚えておき、次にトークンを入れる場合には、そのフローの番号kに1を加えたフローのトークンバケットBk=Bk+1を選出する(ステップ104)。
【0042】
そして、前回トークンを補充した時間t0を、現在の時間tに更新して(ステップ105)、次にトークンを入れる時間間隔を測り始める。なお、ステップ101でt−t0=1/Rgでない場合は、ステップ106に進む。また、ステップ102で全てのフローがいっぱいの場合には、何もせずにステップ105に進んで、次にトークンを入れる時間を計り始める。次に、パケット処理部は、パケットが到着したかどうか判断する(ステップ106)。
【0043】
ここで、パケットがまだ到着していない場合には、ステップ101に戻って、トークンを補充する時間になったかどうか判断し、またパケットが到着している場合には、そのパケットのパケットサイズLとフローfを抽出する(ステップ107)。このフローfの抽出だが、通常はクラシファイア14からこのパケットは、どのフローかという情報をグループポリサー15に出力するので、グループポリサー15は、この情報を受け取ることによって、フローfを認識する。そして、パケット処理部は、該当するトークンバケツにたまっているトークンの残量BfがパケットサイズL以上かどうか判断する(ステップ108)。
【0044】
ここで、パケット処理部は、トークンバケツにたまっているトークンの残量BfよりもパケットサイズLが大きい場合には、パケット不適合と判断し(ステップ109)、またトークンバケツにたまっているトークンの残量BfがパケットサイズL以上の場合には、パケットが適合しているとして(ステップ110)、後続のポリシーアクション処理部16に伝える。なお、この実施の形態では、不適合と判断したパケットに関しては、たとえばこのパケットを廃棄してもよいし、またはいったん所定のバッファなどにためておいて、トークンバケツにたまっているトークンの残量BfがパケットサイズL以上になったときに適合と判断するように設定することが可能である。
【0045】
このように、この実施の形態では、複数のフローを所定のグループに区分し、各フローに対して個別にトークンバケツを割り当てるとともに、これら複数のトークンバケツに所定の選択アルゴリズムを用いて、トークンを配分するトークン入力バケツ選択部を備えて、個別のフローに対して帯域を制御しつつ、フローグループに対する帯域制御も同時に行うので、フローグループ全体に対して帯域制限を行うとともに、このフローグループ内の各フローに対して公平に帯域を配分することができ、これによりネットワークの運用ポリシーに従った柔軟なトラフィック制御を行うことができる。
【0046】
(実施の形態2)
図5は、図2に示したグループポリサー15の構成の他例を示す構成図である。図5において、図3と異なる点は、複数のグループ内のトークンバケツの選択を1つのトークン入力バケツ選択部31で行う点である。
【0047】
この場合には、トークン入力バケツ選択部31は、それぞれのフローグループレートで、かつそれぞれのグループの選択アルゴリズムで、トークン30,40を各グループのトークンバケツ32〜34,42〜44に配分している。なお、グループポリサー15のグループ毎の処理動作は、図4と同様であり、グループ内でのトークンバケツの選択および到着パケットのパケットサイズとトークン残量の比較を行って、パケットの適合、不適合を判断している。
【0048】
この実施の形態でも、実施の形態1と同様に、フロー毎に個別のトークンバケツを用意し、かつフローグループレートによって各トークンバケツへのトークンの入力を制御するので、フローグループ全体に対して帯域制限を行うとともに、このフローグループ内の各フローに対して公平に帯域を配分することができる。
【0049】
さらに、この実施の形態では、1つのトークン入力バケツ選択部で、各グループ内のトークンバケツの選択を行うので、帯域制御装置の部品点数を削減することができ、製作コストの削減を可能にする。
【0050】
この発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。これら実施の形態では、フローがグループ単位での構成を説明したが、この発明はこれに限らず、たとえば図2に示したフロー1〜n全体に対して、予めトータルのトラフィックレートを設定し、このトータルレートに基づいて、これらフローのトークンバケツへのトークンの入力を制御することによって、トラフィックの流量を制限することも可能である。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、フロー毎に個別のトークンバケツを割り当てるとともに、トータルレートによって各トークンバケツへのトークンの入力を制御するので、フロー全体に対して帯域制限を行い、かつこの全体内の各フローに対して公平に帯域を配分することができる。
【0052】
また、この発明では、フロー毎に個別のトークンバケツを割り当てるとともに、グループレートによって各トークンバケツへのトークンの入力を制御するので、フローグループ全体に対して帯域制限を行い、かつこのフローグループ内の各フローに対して公平に帯域を配分することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかる帯域制御装置の構成の一例を示す構成図である。
【図2】図1に示した入力側NPとスイッチファブリックの構成の一例を示す構成図である。
【図3】図2に示したグループポリサーの構成の一例を示す構成図である。
【図4】図3に示したグループポリサーのグループ毎の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図5】図2に示したグループポリサーの構成の他例を示す構成図である。
【図6】従来の帯域制御装置におけるポリサーの構成の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
1〜n フロー(トラフィックフロー)
10 ルータ
14 クラシファイア
15 グループポリサー
16 ポリシーアクション処理部
17 ポリシング制御部
18 フローグループテーブル
21 スイッチファブリック
22,23,25 送信キュー
24 スケジューラ
30,40,50 トークン
31,41 トークン入力バケツ選択部
32〜34,42〜44,51 トークンバケツ
35〜37,42〜44,52 パケット処理部
a,b,… フローグループ
11〜13,31〜33 NP(ネットワーク・プロセッサ)

Claims (4)

  1. 入力されたパケットに対して所定の帯域制御を行ってデータ伝送する帯域制御方法において、
    各トラフィックフローに対応して設けられた各トークンバケツのトークン量を監視するトークン量監視ステップと、
    前記トークン量監視ステップの監視によって、あるトラフィックフローに対応したトークンバケツのトークンが使用されていない場合、予め設定されたトータルレートに基づいて補充されるトークンを、予め設定されたバケツ選択アルゴリズムによって選択される他のトラフィックフローに対応したトークンバケツに割り当てて全トラフィックフローに対する帯域制限を行うトークン分配制御ステップと、
    各トークンバケツのトークン量をもとに、各トラフィックフロー内の流量制御を行う流量制御ステップと、
    を含むことを特徴とする帯域制御方法。
  2. 各トラフィックフローは、複数のグループに区分され、
    前記トークン分配制御ステップは、各グループ毎のトータルレートおよび各グループ毎のバケツ選択アルゴリズムに基づいてトークンの分配制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の帯域制御方法。
  3. 入力されたパケットに対して所定の帯域制御を行ってデータ伝送する帯域制御装置において、
    各トラフィックフローに対応して設けられた各トークンバケツのトークン量を監視する監視手段と、
    前記監視手段の監視によって、あるトラフィックフローに対応したトークンバケツのトークンが使用されていない場合、予め設定されたトータルレートに基づいて補充されるトークンを、予め設定されたバケツ選択アルゴリズムによって選択される他のトラフィックフローに対応したトークンバケツに割り当てて全トラフィックフローに対する帯域制限を行うトークン入力バケツ選択手段と、
    各トークンバケツのトークン量をもとに、各トラフィックフロー内の流量制御を行うパケット処理手段と、
    を備えたことを特徴とする帯域制御装置。
  4. 各トラフィックフローは、複数のグループに区分され、
    前記トークン入力バケツ選択手段は、各グループ毎に設けられ、各グループ毎のトータルレートおよび各グループ毎のバケツ選択アルゴリズムに基づいてトークンバケツへのトークン分配制御を行うことを特徴とする請求項3に記載の帯域制御装置。
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