JP4519079B2

JP4519079B2 - 集線装置

Info

Publication number: JP4519079B2
Application number: JP2006023551A
Authority: JP
Inventors: 耕一岩田; 真也米本; 和彰吉田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2026-01-31
Also published as: JP2007208518A; US20070177504A1; US7580352B2

Description

本発明は、集線装置に関し、複数の入力ポートから入力されるパケットを多重化してネットワークに送出する集線装置に関する。

キャリア網などのネットワークの出入口には、複数のユーザからネットワークに送信されてくるパケットデータを集線する集線装置が設置される。

図１は、従来の集線装置の一例の構成図を示す。同図中、集線装置は、ポリサ部１１と、パケット多重部１２と、共有メモリ部１３と、シェーパ部１４から大略構成されている。入力帯域の監視を行うポリサ部１１は、入力ポート１０_１〜１０ｎそれぞれに入力トークンバケットを持つポリサ１１Ｐ１〜１１Ｐｎが設けられており、各入力トークンバケットに設定されているＭＢＳ（ＭａｘｉｍｕｍＢｕｒｓｔＳｉｚｅ：最大バーストサイズ）を超える間隔でパケットデータが入力されると、即ちバーストパケットデータが入力されると、パケットデータを廃棄して入力パケットデータの流量を制御する。

パケット多重部１２では、ポリサ部１１を通過したパケットデータをヘッダ情報に従って多重し共有メモリ部１３に格納する。シェーパ部１４は、出力トークンバケットにトークンが蓄積され、送出パケットデータ分のトークンが蓄積されると共有メモリ部１３よりパケットデータを読出し、パケット間隔が等間隔になるようパケットデータを１つの出力ポート１５からネットワークに送出することで、集線装置のバースト性を削減する。

なお、トークンは、ポリサ部１１及びシェーパ部１４においてパケットデータの透過を可能とさせる能力を示すものであり、ポリサ部１１及びシェーパ部１４で用いるトークンバケット方式では、トークンバケットに一定速度でトークンを蓄積して行き、ある一定量のトークンが蓄積したところで、到着したパケットデータを透過させ、その分だけトークンバケットからトークンを消費する。また、トークンバケットに蓄積されたトークンがＭＢＳを超えると、超えた分のトークンを廃棄する。

なお、特許文献１には、ユーザが申告した呼のパラメータのサービス品質を保証できるか正確に判断して呼を受付け、受付けた呼の交換動作において申告されたサービス品質を最大限に維持できるトラフィック制御方式が記載されている。

特許文献２には、サービスクラス別の情報信号のトラフィック特性の違い、統計多重効果、バースト性の変動を考慮して、各サービスクラスにおける情報信号の要求通信品質を個別に満足しつつ出回線のスループットを向上させることが記載されている。

特許文献３には、ある時間間隔毎の送出セルカウント数を基に各呼チャネル毎のトラヒックパラメータを生成し、このトラヒックパラメータ値に基づきポリシング回路を制御することが記載されている。
特開平４−１７８０４４号公報特開平５−２２７１９３号公報特開平６−４６０８５号公報

図１の集線装置では、ポリサ部１１とシェーパ部１４で個別にトークン監視を行うことで、装置としてパケットデータ流量監視を行っている。そのため、瞬時に発生するバーストパケットデータが入力されると、シェーパ部１４側の資源（出力トークン）が余っているにも拘わらず、ポリサ部１１でパケットデータの廃棄が発生する。

なお、パケットフレームが可変長パケットデータ通信で、集線装置の１ポートを複数のユーザで共有するため、複数ユーザが異なるサービスで同時に通信を行うとパケットデータが集中し通信パケット間隔が短くなって帯域を占有し、瞬時的に帯域が上がるパケットデータをバーストパケットデータと呼ぶ。

図２に各ポートのポリサトークンの増減量と入力パケットデータの取込みイメージを示す。ポリサ部１１においてパケットデータを取込むためには、取込めるだけのトークン量が蓄積された時にパケットデータの取込みを行う。このパケットデータの取込みにより、その分だけトークンは消費される。

図２に示すパケットデータＰ１〜Ｐ３の入力については、入力されるパケットデータの間隔が広くパケットデータを取込むためのトークン量を蓄積する時間が十分にあるため、パケットデータＰ１〜Ｐ３を充分に取込むことが可能である。

パケットデータＰ４〜Ｐ６については、入力されるパケットデータの間隔が狭く（バーストパケットデータ）、トークンを蓄積する時間がなくトークンを消費する一方となり、トークンが枯渇してしまい最終的にはパケットデータＰ６の廃棄につながる。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、瞬時的なバーストパケットデータ入力時のパケットデータ廃棄を削減できる集線装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様の集線装置は、複数の入力ポートを収容し、入力ポート毎に入力帯域の監視を行って入力パケットデータの取込みと廃棄を行うポリサ部と、各入力ポートで取込まれ多重化されたパケットデータを出力帯域に合わせて等間隔で送出するシェーパ部を有する集線装置において、
前記シェーパ部のトークンバケットで最大サイズを超えた余剰トークンを前記ポリサ部のトークンバケットのトークンとしてリサイクルする余剰トークンリサイクル手段を有することにより、瞬時的なバーストパケットデータ入力時のパケットデータ廃棄を削減できる。

前記集線装置において、
前記余剰トークンリサイクル手段は、前記シェーパ部のトークンバケットで最大サイズを超えた余剰トークンを収集する余剰トークン収集手段と、
前記余剰トークンを各入力ポートの設定帯域の比率に応じて前記ポリサ部で入力ポート毎のポリサそれぞれのトークンバケットに分配するトークン分配手段を
有することができる。

前記集線装置において、
前記入力ポート毎のポリサは、入力パケットデータのクラス分けを行うクラス分け手段と、
前記クラス分けされたクラス毎にトークンを蓄積するクラス別トークンバケットを有し、
前記トークン分配手段から分配された余剰トークンを更にクラス毎に所定の分配比率で前記クラス別トークンバケットに分配することができる。

前記集線装置において、
前記クラス分け手段は、入力パケットデータのタグに設けられたユーザプライオリティの値に従ってクラス分けを行うことができる。

本発明によれば、瞬時的なバーストパケットデータ入力時のパケットデータ廃棄を削減できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

<実施形態>
図３は、本発明の集線装置の一実施形態の構成図を示す。同図中、集線装置は、ポリサ部２１と、パケット多重部２２と、共有メモリ部２３と、シェーパ部２４と、余剰トークン収集部２６と、トークン分配部２７と、ポリサ入力監視部２８から大略構成されている。

入力ポート２０_１〜２０ｎそれぞれには、イーサネット（登録商標）のパケットデータやＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）のパケットデータ等が供給される。

入力帯域の監視を行うポリサ部２１は、入力ポート２０_１〜２０ｎそれぞれに入力トークンバケットを持つポリサ２１Ｐ１〜２１Ｐｎが設けられており、各入力トークンバケットに設定されているＭＢＳを超える間隔でパケットデータが入力されると、即ちバーストパケットデータが入力されると、パケットデータを廃棄して入力パケットデータの流量を制御する。

パケット多重部２２では、ポリサ部２１を通過したパケットデータをヘッダ情報に従って多重し共有メモリ部２３に格納する。

シェーパ部２４は、出力トークンバケット２９にトークンが蓄積され、送出パケットデータ分のトークンが蓄積されると共有メモリ部２３よりパケットデータを読出し、パケット間隔が等間隔になるようパケットデータを１つの出力ポート２５からネットワークに送出することで、集線装置のバースト性を削減する。

なお、ポリサ部２１及びシェーパ部２４で用いるトークンバケット方式では、トークンバケットに一定速度でトークンを蓄積して行き、ある一定量のトークンが蓄積したところで、到着したパケットデータを透過させ、その分だけトークンバケットからトークンを消費する。

余剰トークン収集部２６は、シェーパ部２４の出力トークンバケット２９を監視して、出力トークンバケット２９のＭＢＳを超える余剰トークンがあると、この余剰トークンを収集してトークン分配部２７に通知する。ポリサ入力監視部２８は、各ポリサ２１Ｐ１〜２１Ｐｎの入力トークンバケットのトークン蓄積状況を監視し、このトークン蓄積状況を各入力ポート２０_１〜２０ｎの設定帯域（契約帯域）と共にトークン分配部２７に通知する。

トークン分配部２７は、余剰トークンを各入力ポート２０_１〜２０ｎの設定帯域（契約帯域）の比率に従って各ポリサ２１Ｐ１〜２１Ｐｎに分配しリサイクルする。これにより、各ポリサ２１Ｐ１〜２１Ｐｎに蓄積されているトークンが増加する。

なお、余剰トークンを分配してポリサ２１Ｐ１〜２１Ｐｎのトークン蓄積量がポリサ２１Ｐ１〜２１ＰｎのトークンバケットのＭＢＳを超える場合は、当該ポリサについて所定周期の平均帯域を算出し、平均帯域が設定帯域（契約帯域）を超えない分の余剰トークンを割当て、余ったトークンについては廃棄する。

<本発明の原理>
図４は、本発明の原理を説明するための図を示す。同図中、シェーパ部２４で送出すべきパケットデータの流量が少なく、送出パケットデータよりも蓄積するトークン量が速い場合、シェーパ部２４で余剰トークン（ＭＢＳを超えるトークン）が発生する。発生した余剰トークンをリサイクルトークンとしてポリサ２１Ｐ１に供給してリサイクルすることでポリサ２１Ｐ１のトークンを増加させ、瞬時に発生するバーストパケットデータ入力に対しパケットデータの廃棄を防ぎ、これによりパケットレート性能の向上を図る。

なお、余剰トークンを分配してポリサ２１Ｐ１のトークン蓄積量がポリサ２１Ｐ１のトークンバケットのＭＢＳを超える場合は、ポリサ２１Ｐ１について所定周期の平均帯域を算出し、平均帯域が設定帯域（契約帯域）を超えない分の余剰トークンを割当て、余ったトークンについては廃棄する。つまり、一時的にはトークンバケットのＭＢＳをダイナミックに可変させている。

図５に本発明のポリサトークンの増減量と入力パケットデータの取込みイメージを示す。図５に示すパケットデータＰ１１〜Ｐ１３については、従来同様に入力パケットデータの間隔が広くパケットデータを取込むためのトークン量を蓄積する時間が十分にあるため、パケットデータＰ１１〜Ｐ１３を取込むことが可能となる。

パケットデータＰ１４〜Ｐ１６については、入力されるパケットデータの間隔が狭く（バーストパケットデータ）、トークンを蓄積する時間がなくトークンを消費する一方となるが、シェーパ部の余剰トークンをポリサ部のトークンとしてハッチング部分に蓄積しリサイクルすることで、トークンの枯渇が発生せず、パケットデータＰ１６を取込むことが可能となる。

<余剰トークン分配>
図３の実施形態では、シェーパ部２４で発生しリサイクルされる余剰トークンをポリサ部２１の各入力ポート２０_１〜２０ｎのポリサ２１Ｐ１〜２１Ｐｎに、契約に応じて設定されている帯域の比率に従って分配してリサイクルすることで、各ポート間の契約ユーザの差別化を図る。

図６にポリサ部の余剰トークン分配の様子を示す。同図中、トークン分配部２７において、各入力ポートの設定帯域（契約帯域）を把握し、設定帯域比率に応じて各ポリサ２１Ｐ１〜２１Ｐ３にシェーパ２４で生じた余剰トークンの分配を行う。

図６に示すように、ポート２０_１の設定帯域を１Ｍｂｐｓ、ポート２０_２の設定帯域を１０Ｍｂｐｓ、ポート２０_３の設定帯域を５Ｍｂｐｓとし、トークン分配部２７に余剰トークン「１００」が供給された場合、余剰トークンの分配は設定帯域比率に合わせて、１（ポート２０_１）：１０（ポート２０_２）：５（ポート２０_３）となり、ポリサ２１Ｐ１に対して６トークン、ポリサ２１Ｐ２に対して６０トークン、ポリサ２１Ｐ３に対して３０トークンを割当てる。

また、余剰トークンを分配してポリサ２１Ｐ１〜２１Ｐｎのトークン蓄積量がポリサ２１Ｐ１〜２１ＰｎのトークンバケットのＭＢＳを超える場合は、当該ポリサについて所定周期の平均帯域を算出し、平均帯域が設定帯域（契約帯域）を超えない分の余剰トークンを割当て、余ったトークンについては廃棄する。

このように、各入力ポート間の設定帯域（契約帯域）によって、余剰トークンの分配比率が決定することで、入力ポート間の契約ユーザの差別化を図ることが可能となる。

<余剰トークンのクラス毎の分配>
設定帯域比率によってリサイクルされた余剰トークンを含むトークンを、更にポート内のクラス毎に分配比率を変えて再分配することで、入力ポート内の契約ユーザが使用するパケット種別に対しても差別化を図る。

図７に示すように、余剰トークンを含むトークンを蓄積するポートトークンバケット４１と、入力パケットデータ中のタグを監視して、クラス分けを行うクラス４２を有する。

ここで、ＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ：仮想ＬＡＮ）を用いた入力パケットデータのフォーマットを図８に示す。入力パケットデータは、宛先アドレスＭＡＣ−ＤＡ、送信元アドレスＭＡＣ−ＳＡに続いて、４バイトのＶＬＡＮタグが設けられており、その中にパケット種別としての３ビットのユーザプライオリティが設けられている。このユーザプライオリティは、入力パケットデータがハイクラス（高優先パケット），ミドルクラス（中優先パケット），ロークラス（低優先パケット）のいずれであるかを表わしている。

クラス４２では、入力パケットデータをそのユーザプライオリティからハイクラス（高優先パケット），ミドルクラス（中優先パケット），ロークラス（低優先パケット）にクラス分けを行う。

各クラスに対して、ハイクラストークンバケット４３，ミドルクラストークンバケット４４，ロークラストークンバケット４５が設けられており、各クラスのトークンバケットに対してトークンの分配比率を予め設定し、設定した分配比率設定に従ってトークンバケット４３〜４５にポートトークンバケット４１のリサイクルされた余剰トークンを含むトークンを分配する。

例えば、ハイクラストークンバケット４３，ミドルクラストークンバケット４４，ロークラストークンバケット４５に３：２：１の比率でポートトークンバケット４１のリサイクルされた余剰トークンを含むトークンを分配する。これにより、パケット種別に対する差別化が可能となる。

このようにして、瞬時に発生するバーストパケットデータに対するパケット廃棄が削減され、また、入力ポート毎の契約ユーザの差別化を図ることができ、各入力ポート内のクラス毎の優先制御も可能となり、帯域をコントロールしながらのパケットデータ伝送効率の向上に寄与するところが大きい。

なお、余剰トークン収集部２６，トークン分配部２７，ポリサ入力監視部２８が請求項記載の余剰トークンリサイクル手段に相当し、余剰トークン収集部２６が余剰トークン収集手段に相当し、トークン分配部２７がトークン分配手段に相当し、クラス４２がクラス分け手に相当し、ハイクラストークンバケット４３，ミドルクラストークンバケット４４，ロークラストークンバケット４５がクラス別トークンバケットに相当する。

従来の集線装置の一例の構成図である。従来のポリサトークンの増減量と入力パケットデータの取込みイメージを示す図である。本発明の集線装置の一実施形態の構成図である。本発明の原理を説明するための図である。本発明のポリサトークンの増減量と入力パケットデータの取込みイメージを示す図である。ポリサ部の余剰トークン分配の様子を示す図である。ポリサの余剰トークンをクラス毎に分配する様子を示す図である。ＶＬＡＮを用いた入力パケットデータのフォーマットを示す図である。

符号の説明

２０_１〜２０ｎ入力ポート
２１ポリサ部
２１Ｐ１〜２１Ｐｎポリサ
２２パケット多重部
２３共有メモリ部
２４シェーパ部
２５入力トークンバケット
２５出力ポート
２６余剰トークン収集部
２７トークン分配部
２８ポリサ入力監視部
２９出力トークンバケット
４１ポートトークンバケット
４２クラス
４３ハイクラストークンバケット
４４ミドルクラストークンバケット
４５ロークラストークンバケット

Claims

複数の入力ポートを収容し、入力ポート毎に入力帯域の監視を行って入力パケットデータの取込みと廃棄を行うポリサ部と、各入力ポートで取込まれ多重化されたパケットデータを出力帯域に合わせて等間隔で送出するシェーパ部を有する集線装置において、
前記シェーパ部のトークンバケットで最大サイズを超えた余剰トークンを前記ポリサ部のトークンバケットのトークンとしてリサイクルする余剰トークンリサイクル手段を
有することを特徴とする集線装置。
請求項１記載の集線装置において、
前記余剰トークンリサイクル手段は、前記シェーパ部のトークンバケットで最大サイズを超えた余剰トークンを収集する余剰トークン収集手段と、
前記余剰トークンを各入力ポートの設定帯域の比率に応じて前記ポリサ部で入力ポート毎のポリサそれぞれのトークンバケットに分配するトークン分配手段を
有することを特徴とする集線装置。
請求項２記載の集線装置において、
前記入力ポート毎のポリサは、入力パケットデータのクラス分けを行うクラス分け手段と、
前記クラス分けされたクラス毎にトークンを蓄積するクラス別トークンバケットを有し、
前記トークン分配手段から分配された余剰トークンを更にクラス毎に所定の分配比率で前記クラス別トークンバケットに分配することを特徴とする集線装置。
請求項３記載の集線装置において、
前記クラス分け手段は、入力パケットデータのタグに設けられたユーザプライオリティの値に従ってクラス分けを行うことを特徴とする集線装置。