JP4223716B2 - Atmスイッチのトラフィック性能分析装置と方法及びこれを適用したatm交換システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はATMスイッチの性能分析装置と方法及びこれを適用したATM交換システムに係り、さらに詳しくはATMスイッチに入力されるデータからATMスイッチのデータ転送処理能力を分析できるATMスイッチの性能分析装置と方法及びこれを適用したATM交換システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般の通信方式としては同期方式と非同期方式がある。
ATM(Asynchronous Transfer Mode)は非同期方式であって、同期方式であるTDM(Time Division Multiplexing)に比べてデータ転送効率を高められる。すなわち、TDM方式では加入者端末機毎に特定スロットが割当てられ、割当てられたスロットでのみデータ転送がなされるよう通信が行われる。従って、TDM方式ではスロットの割当てられた加入者端末機がデータ転送を行わない場合は割当てられたスロットがデータ転送に用いられなくことによりデータ転送効率を落とす。
【0003】
一方、ATM方式では転送するデータがある場合のみコネクションを形成させデータを転送させることにより、データ転送効率を高められる。
このようなATM方式ではコネクションオリエンテッド(connection-oriented)方式を使用してコネクションが連結される前に転送経路が定まる。
ATM方式で構成されたATMネットワークでは転送単位になる53バイトのセルをスイッチングする。
ATMネットワークは、セルをスイッチングするATMスイッチと端末機で構成され、その例が図1に示されている。
【0004】
ATMスイッチ30は、通信網上に相互接続されていてセルを転送経路にスイッチングする。端末機はコンピュータ10、ロータ20、LANスイッチ(図示せず)などが適用されうる。
このようなATM(Asynchronous Transfer Mode)ネットワークにおける通信サービスは、コネクション(connection)に常に一定した転送率が割当てられる固定ビット率(CBR;Constant Bit Rate)サービスと、固定ビット率接続に割当てられてから残った余分の転送率を用いる可変ビット率(ABR;Available Bit Rate)サービスがある。
【0005】
ATMネットワークにおいて各コネクションのデータはセル(パケット)に載せられ、目的地経路上に存するATMスイッチを経て転送される。図2に示した通り、CBRとABRコネクションセル32はATMスイッチ30の入力ポートを経てバッファ31に貯蔵されていてから所望の目的地に転送されうるように選択された出力ポートにスイッチングされる。このようなATMネットワークでCBRとABRのコネクション数は時間に伴って動的に変わる。
【0006】
図3は、ATMスイッチに入力されるコネクション数がコネクション種類により経時的に変わることを図式的に示す。図面において点線に沿って斜線を引いていない領域は時間(t)に伴って占有されるCBRコネクション数(NCBR(t))を示し、容易な理解のためにその中に数値を記入した。NCBR(t)により占有されていない残り部分である斜線を引いた部分は、経時的にABRにより占有されうるコネクション数(NABR(t))と表示した。参照符号rはATMスイッチが有する処理容量、すなわち提供できる転送率についてABRコネクションを保障するための最小コネクション数を表示し、CはCBRコネクションを保障するための最大コネクション数を表示する。
【0007】
ところが、今までATMスイッチの処理容量(転送率)が与えられている時、CBRコネクションが接続拒否される確率や、ABRコネクションがスイッチで平均的にデータを転送するのにかかる時間などの性能を求められる方法が提案されておらず、ネットワークを構築しようとする時、最適のスイッチを設計し難かった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述したような問題点を改善するために案出されたもので、その目的はコネクションの数及びタイプが動的に変わる時スイッチの性能を分析し、分析された情報をネットワーク構築及び管理するのに用いられるようにするATMスイッチの性能分析装置及びこれを適用したATM交換システムを提供するところにある。
【0009】
【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の本発明に係るATMスイッチの性能分析装置は、通信網上に設けられデータの回線交換を処理するATMスイッチに入力される固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータに対するトラフィック状態情報を検出するトラフィック検出部と、該トラフィック状態情報から前記固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータに対する処理性能を算出する性能分析部とを備える。
【0010】
前記トラフィック状態情報は、前記固定ビット率コネクションタイプデータの時間当り到着率、前記可変ビット率コネクションタイプデータの時間当り到着率を含む。
望ましくは前記性能分析部は、前記トラフィック検出部から出力される値と、選択された固定ビット率コネクションタイプデータの前記ATMスイッチにおける平均占有時間と可変ビット率コネクションタイプデータの転送すべき平均データ量から固定ビット率コネクションタイプデータの接続拒否率と可変ビット率コネクションの平均遅延時間を算出する。
【0011】
また、前述した目的を達成するために本発明に係るATM交換システムは、通信網上に設けられ入力部を通して入力される固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータの回線交換を処理するATMスイッチと、前記入力部に入力された前記固定ビット率コネクションタイプのデータと前記可変ビット率コネクションタイプのデータに対するトラフィック状態情報を検出するトラフィック検出部と、前記トラフィック状態情報から前記固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータに対する処理性能を算出する性能分析部と、該性能分析部で分析された値により前記ATMスイッチのデータ処理を制御するトラフィック制御部とを備える。
【0012】
また、前記性能分析部により分析された値が貯蔵されるデータ保存部と、前記固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータについて所望の処理能力値を入力できる入力部と、該入力部から入力されたパラメータを満たすために要求されるATMスイッチの処理容量を前記データ保存部に貯蔵されたデータを用いて算出する性能決定部とをさらに備える。
前述したさらに他の目的を達成するための本発明に係るATMスイッチの性能分析方法において、(イ)前記ATMスイッチに入力される固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータに対するトラフィック状態情報を検出する段階と、(ロ)前記トラフィック状態情報から前記固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータに対する前記ATMスイッチの処理性能を算出する段階とを備える。
【0013】
前記(ロ)段階は、前記トラフィック状態情報と、選択された固定ビット率コネクションタイプデータの前記ATMスイッチにおける平均占有時間と可変ビット率コネクションタイプデータの転送すべき平均データ量から固定ビット率コネクションタイプデータの接続拒否率と可変ビット率コネクションの平均遅延時間を算出する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施形態によるATMスイッチの性能分析装置と方法及びこれを適用したATM交換システムを詳述する。
図4は本発明の望ましい実施形態によるATMシステムを示したブロック図でる。
同図を参照すると、ATMシステムは性能分析器40とATMスイッチ30を備える。
ATMスイッチ30は、入力されたセルをバッファに貯蔵し、バッファに貯蔵されたセルを選択された出力部を通して目的地へ送出する。
【0015】
ATMスイッチ30は、入力部、バッファ、スイッチング部、出力部を備え、スイッチング部では知られている多様な方法によりバッファに入力されたセルを出力する。このようなATMスイッチは、スイッチング部と出力端との間にバッファが設けられるよう構成されることもできる。スイッチング部のセルスイッチング方式は公知の多様な方式が適用され、その詳細な説明は省く。
トラフィック検出部41は、ATMスイッチ部30に入力されるCBRコネクションタイプのデータとABRコネクションタイプのデータに対するトラフィック状態情報を検出する。
【0016】
ここで、トラフィック状態情報は、CBRコネクションの時間当り到着率(ν)と、ABRコネクションの時間当り到着率(λ)を含む。
トラフィック検出部41で付加的にCBRコネクションの平均占有時間(μ-1)、ABRコネクションの平均転送データ量(1/m)も共に測定するようにすることもできる。またはCBRコネクションの平均占有時間(μ-1)、ABRコネクションの平均転送データ量(1/m)は性能分析部42に予め設定させて置くこともできる。
【0017】
性能分析部42は、トラフィック検出部41で検出されたパラメータを用いてCBRとABRサービスの性能を分析する。ここで性能分析情報はCBRコネクションの接続拒否率とABRコネクションの平均遅延時間を含む。
トラフィック検出部41と性能分析部42により行われる性能分析過程を図5ないし図6に基づき説明する。
まず、トラフィックパラメータを算出する(段階100)。すなわちCBRコネクションの時間当り到着率(ν)と、ABRコネクションの時間当り到着率(λ)を算出する。またはCBRコネクションの時間当り到着率(ν)と、ABRコネクションの時間当り到着率(λ)、CBRコネクションの平均占有時間(μ-1)、ABRコネクションの平均転送データ量(1/m)を算出する。
【0018】
次は、算出されたトラフィックパラメータからCBR遮断確率PCBRを算出する(段階200)。
そして、ABR平均遅延時間DABRを算出する(段階300)。
このような性能分析過程をさらに詳しく説明した図6Aないし図6Bを参照して説明する。
まず、算出されたパラメータと付加パラメータを入力する(段階210)
すなわち、パラメータであるC、r、b、1/m、ν、μ、λの値を入力する。
【0019】
ここで、CはATMスイッチの処理容量、bはCBRコネクション当りデータ量、rはABRコネクションに最小限の転送率を保障するために適用された値であり、1/mはABRコネクション当り平均的に転送するデータ量であり、λはABRコネクションの時間当り到着率である。
付加パラメータであるThrは後述される比率(Ratio)との比較のために使用される値(例えば0.05)である。引き続き算出される比率がThrより小さい場合、近似計算を行っても正確な計算とほぼ同一な結果を得る。
【0020】
εは極小の数字(例えば;0.000001)であって、後述するABR平均遅延時間を求めるための変数を決定するのに利用するためのものである。
Typeは近似計算するか、それとも精密な計算する計算するのかに対するユーザ選択入力値を指す。
括弧内に記載されたものは単位を示す。すなわち、bpsは秒当りビット数(bits per second)、bits/connはコネクション当りビット数、con/secは秒当りコネクション数を示す。
【0021】
次は、各パラメータについて入力された値のうちABRコネクションの時間当り到着率(λ)とABRコネクション当り平均的に転送するデータ量(1/m)をかける(ρ)(段階220)。
その後、段階220において得た値(ρ)がABRコネクションに最小限の転送率を補償するために適用された値(r)より小さいのかを判断する(段階230)。
段階230においてr値がρより小さいと判断されれば、r値がρより大きくなるようr値を調整する(段階240)。
【0022】
このような過程を経て段階230においてr値がρより大きいと判断されれば、各パラメータの値を用いてCBR遮断確率を求める(段階250ないし280)。ここで、r値がρより大きいということは一つのABRコネクションが必要とする時間当り平均転送率がρより大きいことを意味する。
段階260においてパラメータbの前に付されているiはCBRコネクション個数を変数として示した。
段階250ないし280の演算過程は知られている数学記号で表現されていて詳細な説明は省く。
【0023】
次いで、ABR平均遅延時間DABRを算出する過程を引き続き説明する。
ABR平均遅延時間DABRの算出を近似(Approximation)にするか、精密にするのかについて設定された算出タイプ(Type)を判断する(段階310)。
近似タイプに設定されたと判断されれば、示されている算出式により比率(Ratio)を算出し、算出された比率が設定されたThrより小さいかを判断する(段階330)。
比率がThrより小さいと判断されれば、示されている算出式によりABR平均遅延時間DABRを算出する(段階340)。
段階330において比率がThrより小さくないと判断されれば、段階350に記載された各関数A、△(λ)、△(η)、△(λ+η)を求める。
【0024】
ここで、各関数A、△(λ)、△(η)、△(λ+η)を求める行列式は次の数式1ないし6に表現されている。
【数1】
【数2】
【0025】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【0026】
従って、数式1ないし6及び段階360に示した数式を通して求めた変数R値を用いてABR平均遅延時間DABRは段階370に示した数式を用いて求められる。前記数式に表現された記号のうちdiagは対角行列(diagonal matrix)であることを示す。
このような過程を経て算出されたCBRコネクションの接続拒否率とABRコネクションの平均遅延時間は次に用いられるようデータ保存部43に貯蔵させることが望ましい。
【0027】
入力部44は、設計者または管理者が希望するCBRとABRの性能、すなわち要求しようとするCBRコネクションの接続拒否率とABRコネクションの平均遅延時間を入力できるよう多数の操作キーが設けられている。
性能決定部45は、入力部44を通して入力されたCBRとABRの要求性能(CBRコネクションの接続拒否率とABRコネクションの平均遅延時間)を満たすためのATMスイッチ30の必要容量を決定する。
ATMスイッチの必要容量を決定する過程を図7に基づき説明する。
【0028】
まず、入力部44を通して入力された要求条件であるCBRコネクションの接続拒否率PQCBRと、ABRコネクションの平均遅延時間DQABR及び適用可能な性能範囲の最小値(Cmin)、最大値(Cmax)、性能評価のための増分値(Cint)を設定する(段階410)。
その後、C値をCminと設定してから(段階420)、Cminの時の性能評価を行う(段階430)。
【0029】
性能評価を行って得るPCBR、DABRを対応するPQCBR、DQABRとそれぞれ比較する(段階440)。
段階440においてPQCBR、DQABRが対応するPCBR、DABRより小さいと判断されれば、性能評価に適用させるためのC値に増分値(Cint)を足す(段階450)。
【0030】
段階450において得る値について再び性能評価を行う。
このような過程を経て段階440においてPQCBR、DQABRが対応するPCBR、DABRと同じくなるか大きくなる時段階430で適用されたC値をユーザの要求条件に合うスイッチ容量値と決定する(段階460)。
このように決定されたC値はATMスイッチの設計及びATMスイッチの作動を制御するのに用いられるようにデータ保存部43に貯蔵されることが望ましい。
表示部47は、性能分析部42で算出された性能分析結果値、または性能決定部45で算出された性能決定値を対応する要素から入力され表示する。
【0031】
トラフィック制御部46は、CBRコネクションの接続拒否率とABRコネクションの平均遅延時間要求条件を満たすために要求されるCBRコネクションの時間当り到着率(ν)及びABRコネクションの時間当り到着率(λ)を調整する。すなわち、調整された到着率によりCBR及びABRトラフィックを制限する。
ここで、処理容量Cとは、ATMスイッチ30がデータを処理できる全体容量中に固定ビット率コネクションCBRに割当てる容量C(図3参照)を指す。
本発明のシステムはDSLAMに適用できることは勿論である。
【0032】
【発明の効果】
今まで説明した通り、本発明に係るATMスイッチの性能分析装置及びこれを適用したATM交換システムによれば、ATMスイッチの性能分析及びこれを通してATMスイッチの設計に用いられる。すなわち、構築しようとするATMネットワークのデータ処理能力に適する容量を有するスイッチを適切に選択でき、構築されたATMネットワークが所望の性能を維持するためには幾つまでのABR及びCBRコネクションを受け入れられるのかを予測することできる。
【0033】
本発明は前述した特定の望ましい実施形態に限定されず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者ならば誰でも多様な変形実施形態が可能なことは勿論、そのような変更は記載された請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一般のATMネットワークを示す図である。
【図2】 図1のATMスイッチにおいてデータを処理する過程を示す図である。
【図3】 図1のATMスイッチに入力されるコネクション数がコネクション種類により経時的に変動することを図式的に示した図である。
【図4】 本発明の望ましい実施形態によるATM交換システムを示した図である。
【図5】 本発明に係るATMスイッチ性能分析過程を示したフローチャートである。
【図6A】 図5の性能分析過程をさらに詳しく示したフローチャートである。
【図6B】 図5の性能分析過程をさらに詳しく示したフローチャートである。
【図7】 ユーザが要求したデータ処理容量に適するATMスイッチの必要容量を決定する過程を示したフローチャートである。
【符号の説明】
30…ATMスイッチ
41…トラフィック検出部
42…性能分析部
43…データ保存部
44…入力部
45…性能決定部
46…トラフィック制御部
47…表示部
Claims (5)
- 通信網上に設けられデータの回線交換を処理するATMスイッチに入力される固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータに対するトラフィック状態情報を検出するトラフィック検出部であって、前記固定ビット率コネクションタイプデータの時間当り到着率、前記可変ビット率コネクションタイプデータの時間当り到着率を算出して出力する前記トラフィック検出部と、
前記トラフィック状態情報から前記固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータに対する処理性能を算出する性能分析部であって、前記トラフィック検出部から出力される値と、選択された固定ビット率コネクションタイプデータの前記ATMスイッチにおける平均占有時間と可変ビット率コネクションタイプデータの転送すべき平均データ量から固定ビット率コネクションタイプデータの接続拒否率と可変ビット率コネクションの平均遅延時間を算出する前記性能分析部と、
を備えることを特徴とするATMスイッチの性能分析装置。 - 前記性能分析部により分析された値が貯蔵されるデータ保存部と、
前記固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータについて所望の処理性能値を入力できる入力部と、
該入力部から入力されたパラメータを満たすために要求されるATMスイッチの処理容量を前記データ保存部に貯蔵されたデータを用いて算出する性能決定部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のATMスイッチの性能分析装置。 - 通信網上に設けられ入力部を通して入力される固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータの回線交換を処理するATMスイッチと、
前記入力部に入力された前記固定ビット率コネクションタイプのデータと前記可変ビット率コネクションタイプのデータに対するトラフィック状態情報を検出するトラフィック検出部であって、前記固定ビット率コネクションタイプデータの時間当り到着率、前記可変ビット率コネクションタイプデータの時間当り到着率を算出して性能分析部に出力する前記トラフィック検出部と、
該トラフィック状態情報から前記固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータに対する処理性能を算出する性能分析部であって、前記トラフィック状態情報と、選択された固定ビット率コネクションタイプデータの前記ATMスイッチにおける平均占有時間と可変ビット率コネクションタイプデータの転送すべき平均データ量から固定ビット率コネクションタイプデータの接続拒否率と可変ビット率コネクションの平均遅延時間を算出する前記性能分析部と、
該性能分析部で分析された値により前記ATMスイッチのデータ処理を制御するトラフィック制御部と、
を備えることを特徴とするATM交換システム。 - 前記性能分析部により分析された値が貯蔵されるデータ保存部と、
前記固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータについて所望の処理能力値を入力できる入力部と、
該入力部から入力されたパラメータを満たすために要求されるATMスイッチの処理容量を前記データ保存部に貯蔵されたデータを用いて算出する性能決定部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載のATM交換システム。 - 通信網上に設けられデータの回線交換を処理するATMスイッチの性能分析方法において、
(イ)前記ATMスイッチに入力される固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータに対するトラフィック状態情報を検出する段階であって、前記トラフィック状態情報は、前記固定ビット率コネクションタイプデータの時間当り到着率、前記可変ビット率コネクションタイプデータの時間当り到着率を含む前記段階と、
(ロ)前記トラフィック状態情報から前記固定ビット率コネクションタイプのデータと可変ビット率コネクションタイプのデータに対する前記ATMスイッチの処理性能を算出する段階であって、前記トラフィック状態情報と、選択された固定ビット率コネクションタイプデータの前記ATMスイッチにおける平均占有時間と可変ビット率コネクションタイプデータの転送すべき平均データ量から固定ビット率コネクションタイプデータの接続拒否率と可変ビット率コネクションの平均遅延時間を算出する前記段階と、
を備えることを特徴とするATMスイッチの性能分析方法。
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