JP5088237B2 - パケット通信装置及びそれに用いる帯域制御方法並びにそのプログラム - Google Patents

Description

本発明はパケット通信装置及びそれに用いる帯域制御方法並びにそのプログラムに関し、特にパケット通信装置におけるフローの出力間隔のばらつきの改善に関する。

本発明に関連する帯域制御方法においては、フロー単位の重みに応じた公平帯域制御を行う場合、フローの重み設定に応じてパケット出力指示を行っている。パケット出力指示の順序は、フローの重み設定に依存せずに順番に行われ、重み残高がなくなったフローからパケット出力指示が行われなくなる。

上記の公平帯域制御としては、下記の特許文献１，２に記載の重み付け公平制御が提案されている。これら特許文献１，２では、２つの入力がある場合、パケットスケジューラにおいて、２つの入力のパケット長及び重みが同じ場合、キューのパケット情報が交互に出力される。したがって、パケット情報は最小の待ち時間で送出されることはないが、指定された重みにしたがって交互に出力されることとなる。つまり、上記の重み付け公平制御では、重みにしたがって帯域分割される。

特開２００７−１１０４８３号公報 特開２００７−１１０５１５号公報

上述した本発明に関連する帯域制御方法では、パケット出力指示の順序が、フローの重み設定に依存せずに順番に行われ、重み残高がなくなったフローからパケット出力指示が行われなくなるため、フローの出力間隔のばらつきが大きいという課題がある。

このフローの出力間隔のばらつきが大きくなると、入力パケットレートによっては重みに応じた出力帯域制御ができない、意図した合計帯域が出ない等の問題が発生する。

また、フローの出力間隔が小さくなると、後段のノードでパケットをためることができず、パケット廃棄数が増え、結果としてレートが低くなる可能性がある。尚、上記の特許文献１，２に記載の重み付け公平制御では、フロー単位の重みに応じた公平帯域制御を行ってはいないので、これらの問題を解決することはできない。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、フローの出力間隔のばらつきを小さくすることができるパケット通信装置及びそれに用いる帯域制御方法並びにそのプログラムを提供することにある。

本発明によるパケット通信装置は、フロー単位の重みに応じた公平帯域制御方法を用いるパケット通信装置であって、
前記重みの設定に応じた出力指示順序によって前記フローの出力指示を行うフロー管理手段を備え、
前記フロー管理手段は、出力指示対象の全フローの重みの合計に対する全フローの重み残高の合計と比較して、前記重みに対する重み残高の大きなフローに対して、パケット出力指示を複数回連続で行っている。

本発明による帯域制御方法は、フロー単位の重みに応じた公平帯域制御方法を用いるパケット通信装置に用いる帯域制御方法であって、
前記重みの設定に応じた出力指示順序によって前記フローの出力指示を行うフロー管理処理を備え、
前記フロー管理処理において、出力指示対象の全フローの重みの合計に対する全フローの重み残高の合計と比較して、前記重みに対する重み残高の大きなフローに対して、パケット出力指示を複数回連続で行っている。

本発明によるプログラムは、フロー単位の重みに応じた公平帯域制御方法を用いるパケット通信装置内の中央処理装置に実行させるプログラムであって、
前記重みの設定に応じた出力指示順序によって前記フローの出力指示を行うフロー管理処理を含み、
前記フロー管理処理において、出力指示対象の全フローの重みの合計に対する全フローの重み残高の合計と比較して、前記重みに対する重み残高の大きなフローに対して、パケット出力指示を複数回連続で行わせることを特徴とする。

本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、フローの出力間隔のばらつきを小さくすることができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明による帯域制御方法の概要について説明する。本発明は、パケット通信装置におけるフロー単位の重みに応じた公平帯域制御方法において、フローの出力間隔のばらつきを小さくすることを特徴としている。

本発明では、出力指示対象の全フローの重みに対する重み残高と比較して、重みに対する重み残高の大きなフローにおいて、パケット出力指示を複数回連続で行い、重み設定を考慮した出力指示順序にすることで、フローの出力間隔のばらつきを小さくすることができる。つまり、本発明では、各フローを一定の帯域で出力することが可能となる。

図１は本発明の第１の実施の形態によるパケット通信装置に搭載する帯域制御ブロックの構成例を示すブロック図である。図１において、帯域制御ブロック１は、フロー情報ドロップ部１１と、判定待ちＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）１２と、廃棄処理部１３と、フローマッピング部１４と、フロー管理部１５と、マッピングテーブル１６と、流量計１７と、重みテーブル１８とを含んで構成されている。

図２は図１の流量計１７に保持される情報の一例を示す図である。図２において、流量計１７は、フロー番号１７ａ（０，１，・・・，ｎ）毎に流量計値１７ｂ（ＺＺ０，ＺＺ１，・・・，ＺＺｎ）を保持している。

図３は図１の重みテーブル１８の構成の一例を示す図である。図３において、重みテーブル１８には、フロー番号１８ａ（０，１，・・・，ｎ）毎に重み設定値１８ｂ（ＸＸ０，ＸＸ１，・・・，ＸＸｎ）と、重み残高１８ｃ（ＹＹ０，ＹＹ１，・・・，ＹＹｎ）とを保持している。

図４は図１のフロー管理部１５の状態遷移を示す図である。図４において、フロー管理部１５は、「ＩＤＬＥ」Ａ１、「廃棄判定処理」Ａ２、「加算処理」Ａ３、「減算処理」Ａ４の各状態遷移を行う。

図５は図１のフロー管理部１５に備える減算ＦＩＦＯの構成例を示すブロック図である。図５において、減算（出力）ＦＩＦＯ２は、運用系ＦＩＦＯ２１と、待機系ＦＩＦＯ２２と、重み合計値保持部２３，２５と、重み残高合計値保持部２４，２６とから構成されている。

フロー管理部１５はステートマシンで動作しており、このステートマシンの状態遷移を図４に示す。また、フロー管理部１５は、図５に示す減算ＦＩＦＯ２を備えており、減算対象のフロー番号が運用系ＦＩＦＯ２１及び待機系ＦＩＦＯ２２に書込まれる。

減算ＦＩＦＯ２の運用系ＦＩＦＯ２１は、重み合計値保持部２３に重み合計値を保持しており、運用系ＦＩＦＯ２１に書込まれたフロー番号の重み設定値１８ｂの合計値が書込まれている。減算ＦＩＦＯ２の運用系ＦＩＦＯ２１は、重み残高合計値保持部２４に重み残高合計値も保持しており、運用系ＦＩＦＯ２１に書込まれたフロー番号の重み残高１８ｃの合計値が書込まれている。

待機系ＦＩＦＯ２２が重み合計値保持部２５及び重み残高合計値保持部２６にそれぞれ保持している重み合計値と重み残高合計値とについても、運用系ＦＩＦＯ２１の重み合計値保持部２３及び重み残高合計値保持部２４にそれぞれ保持している重み合計値、重み残高合計値の関係と同じである。

フロー情報ドロップ部１１は、入力パケットを受信すると、フローの判断に必要な情報をドロップし、ドロップした情報をフローマッピング部１４に送信する。また、フロー情報ドロップ部１１は、入力パケットを判定待ちＦＩＦＯ１２に書込む。

フローマッピング部１４は、フローの判断に必要な情報を受信すると、マッピングテーブル１６からフロー番号を決定し、フロー番号をフロー管理部１５に送信する。フロー管理部１５は、フロー番号を受信すると、「ＩＤＬＥ」Ａ１から「廃棄判定処理」Ａ２に移行し、流量計１７の流量計値１７ｂから廃棄／透過の判定を行い、判定結果を廃棄処理部１３に送信する。

廃棄処理部１４は、判定結果を受信すると、判定待ちＦＩＦＯ１２からパケットを読出し、そのパケットに対して判定結果に応じて廃棄／透過の動作を行う。

フロー情報ドロップ部１１は、パケットの受信が完了すると、パケット長をフローマッピング部１４経由でフロー管理部１５に送信する。フロー管理部１５は、パケット長を受信すると、「加算処理」Ａ３に移行し、流量計１７の流量計値１７ｂにパケット長を加算する。フロー管理部１５は、加算前の流量計値１７ｂ＝０の場合、減算ＦＩＦＯ２への書込み動作を行う。

フロー管理部１５は、重みテーブル１８の重み残高１８ｃ≠０の場合、運用系ＦＩＦＯ２１への書込み処理を行い、重み合計値保持部２３及び重み残高合計値保持部２４の更新を行う。フロー管理部１５は、重みテーブル１８の重み残高１８ｃ＝０の場合、待機系ＦＩＦＯ２２への書込み処理を行い、重み合計値保持部２５及び重み残高合計値保持部２６の更新を行う。

フロー管理部１５は、一定周期毎に発生する減算周期によって、「減算処理」Ａ４に移行し、減算ＦＩＦＯ２の運用系ＦＩＦＯ２１よりフロー番号をリードし、流量計１７の流量計値１ｂから減算を行い、重みテーブル１８の重み残高１８ｂを−１する。

（重み残高合計値保持部２４の値）／（重み合計値保持部２３の値）＜（フローの重み残高１８ｃ）／（フローの重み設定値１８ｂ）が成り立ち、かつフローの重み残高１８ｃ≠０、かつフローの流量計値１７ｂ≠０の場合、フロー管理部１５は、連続減算処理を行うため、減算ＦＩＦＯ２の運用系ＦＩＦＯ２１のリードポインタを＋１しない。

連続減算処理を行わない場合、フロー管理部１５は、減算ＦＩＦＯ２の運用系ＦＩＦＯ２１のリードポインタを＋１し、重み合計値保持部２３及び重み残高合計値保持部２４の更新を行う。また、フローの流量計値１７ｂ≠０であれば、フロー管理部１５は、減算ＦＩＦＯ２への再書込みを行う。出力帯域は、減算周期と流量計値１７ｂの減算の値とによって決まる。

図６は図１のフロー管理部１５のフロー情報受信時の動作を示すフローチャートであり、図７は図１のフロー管理部１５のパケット長受信時の動作を示すフローチャートであり、図８は図１のフロー管理部１５の減算（出力）周期発生時の動作を示すフローチャートである。

これら図１〜図８を参照して本発明の第１の実施の形態によるパケット通信装置に備えるフロー管理部１５の動作について説明する。尚、図６〜図８に示す動作は、フロー管理部１５の動作をＣＰＵ（中央処理装置）（図示せず）が実行する場合、ＣＰＵがプログラムを実行することで実現される。

本発明の第１の実施の形態による公平帯域制御は、パケットの透過／廃棄を判定する「廃棄判定処理」Ａ２と、パケット長を流量計１７へ加算する「加算処理」Ａ３と、流量計１７の値を重みテーブル１８の重み設定値１８ｂに応じて減算する「減算処理」Ａ４とによって動作する。上記の各処理は、「ＩＤＬＥ」Ａ１で始まり、「ＩＤＬＥ」Ａ１で終わるステートマシンとなっている。

まず、「廃棄判定処理」Ａ２について説明する。フロー管理部１５は、フロー情報を受信すると、フローの流量計値１７ｂと廃棄閾値との比較を行う（図６ステップＳ１）。

フロー管理部１５は、フローの流量計値１７ｂが廃棄閾値以上の場合（図６ステップＳ１の分岐でＹＥＳ）、廃棄処理部１３に廃棄処理通知を行う（図６ステップＳ２）。

また、フロー管理部１５は、フローの流量計値１７ｂが廃棄閾値未満の場合（図６ステップＳ１の分岐でＮＯ）、廃棄処理部１３に透過処理通知を行う（図６ステップＳ３）。

続いて、「加算処理」Ａ３について説明する。フロー管理部１５は、パケット長情報を受信すると、そのパケットが透過の場合（図７ステップＳ１１の分岐でＹＥＳ）、流量計値１７ｂに加算処理を行う（図７ステップＳ１２）。

フロー管理部１５は、加算処理を行った時、加算前の流量計値１７ｂ＝０の場合（図７ステップＳ１３の分岐でＹＥＳ）、減算ＦＩＦＯ２へのフロー番号の書込みを行う。

減算ＦＩＦＯ２は、運用系ＦＩＦＯ２１と待機系ＦＩＦＯ２２とがあり、重み残高１８ｃ≠０の場合に運用系ＦＩＦＯ２１へ、重み残高１８ｃ＝０の場合に待機系ＦＩＦＯ２２へそれぞれ書込みを行う。

フロー管理部１５は、減算ＦＩＦＯ２の書込みをする時、重み残高１８ｃ≠０であれば（図７ステップＳ１５の分岐でＹＥＳ）、運用系ＦＩＦＯ２１へのフロー番号の書込みを行い、ライトポインタに１を加算する（図７ステップＳ１６）。

続いて、フロー管理部１５は、重み合計値保持部２３の値にフローの重み設定値１８ｂを加算し（図７ステップＳ１７）、重み残高合計値保持部２４の値にフローの重み残高１８ｃを加算する（図７ステップＳ１８）。

一方、フロー管理部１５は、重み残高１８ｃ≠０でなければ（図７ステップＳ１５の分岐でＮＯ）、待機系ＦＩＦＯ２２へのフロー番号の書込みを行い、ライトポインタに１を加算する（図７ステップＳ１９）。続いて、フロー管理部１５は、重み合計値保持部２５の値にフローの重み設定値１８ｂを加算し（図７ステップＳ２０）、重み残高合計値保持部５７の値にフローの重み残高１８ｃを加算する（図７ステップＳ２１）。

次に、「減算処理」Ａ４について説明する。フロー管理部１５は、減算周期が発生すると、減算ＦＩＦＯ２のチェックを行う（図８ステップＳ３１，Ｓ３２）。フロー管理部１５は、運用系ＦＩＦＯ２１と待機系ＦＩＦＯ２２とが両方空の場合（図８ステップＳ３１の分岐でＹＥＳ、ステップＳ３２の分岐でＹＥＳ）、減算処理を行わない。

フロー管理部１５は、運用系ＦＩＦＯ２１のみが空の場合（図８ステップＳ３１の分岐でＹＥＳ、ステップＳ３２の分岐でＮＯ）、運用系ＦＩＦＯ２１と待機系ＦＩＦＯ２２との切替えを行い、すべてのフローの重み残高１８ｃを重み設定値１８ｂで上書きする（図８ステップＳ３３）。

フロー管理部１５は、減算ＦＩＦＯ２の運用系ＦＩＦＯ２１からキュー番号を読出し（図８ステップＳ３４）、キューの流量計値１７ｂの減算と、重み残高１８ｃを−１する（図８ステップＳ３５）。

フロー管理部１５は、（重み残高合計値保持部２４の値）／（重み合計値保持部２３の値）＜（フローの重み残高１８ｃ）／（フローの重み設定値１８ｂ）が成り立ち、かつフローの重み残高１８ｃ≠０、かつフローの流量計値１７ｂ≠０の場合、連続減算を行う。

フロー管理部１５は、連続減算を行う場合（図８ステップＳ３６の分岐でＹＥＳ）、重み残高合計値保持部２４の値を−１する（図８ステップＳ３７）。この場合、運用系ＦＩＦＯ２１のリードポインタを＋１はしない。

フロー管理部１５は、連続減算処理を行わない場合（図８ステップＳ３６の分岐でＮＯ）、減算ＦＩＦＯ２の運用系ＦＩＦＯ２１のリードポインタを＋１し（図８ステップＳ３８）、重み合計値保持部２３からフローの重み設定値１８ｂの減算を行い（図８ステップＳ３９）、重み残高合計値保持部２４からフローの重み残高１８ｃの減算を行う（図８ステップＳ４０）。

また、フロー管理部１５は、フローの流量計値１７ｂ≠０であれば（図８ステップＳ４１の分岐でＮＯ）、減算ＦＩＦＯ２への書込み処理を行う（図８ステップＳ４２）。

このように、本実施の形態では、重み設定を考慮した出力指示順序によって出力指示を行うことで、フローの出力間隔のばらつきを小さくすることができる。

尚、本発明は、帯域制御ブロックにおいて、フロー毎のバッファを保持する場合にも応用することができる。図９は本発明の第２の実施の形態によるパケット通信装置に搭載する帯域制御ブロックの構成例を示すブロック図である。

図９には、フロー毎にバッファを保持する場合の帯域制御ブロック３の構成を示している。帯域制御ブロック３は、フロー情報ドロップ部３１と、出力指示待ちＦＩＦＯ３２と、出力処理部３３と、フローマッピング部３４と、フロー管理部３５と、マッピングテーブル３６と、重みテーブル３７とを含んで構成されている。また、出力指示待ちＦＩＦＯ３２には、フロー＃０用〜フロー＃ｎ用のＦＩＦＯを備えている。

図１０は図９のフロー管理部３５の状態遷移を示す図である。図１０において、フロー管理部３５は、「ＩＤＬＥ」Ｂ１、「出力ＦＩＦＯ書込み処理」Ｂ２、「出力指示処理」Ｂ３の各状態遷移を行う。

フロー情報ドロップ部３１は、入力パケットを受信すると、フローの判断に必要な情報をドロップし、ドロップした情報をフローマッピング部３４に送信する。フローマッピング部３４は、マッピングテーブル３６からフロー番号を決定し、フロー番号をフロー情報ドロップ部３１に送信する。

フロー情報ドロップ部３１は、受信したフロー番号の出力指示待ちＦＩＦＯ３２にパケットを書込む。フロー情報ドロップ部３１は、出力指示待ちＦＩＦＯ３２にパケット長分の空きがない場合、出力指示待ちＦＩＦＯ３２にパケットを書込まず、廃棄する。

フロー情報ドロップ部３１は、出力指示待ちＦＩＦＯ３２にパケットを書込み、かつ書込み前のＦＩＦＯが空の場合、キュー番号をフロー管理部３５に送信する。

ここで、フロー管理部３５は、上記の本発明の第１の実施の形態と同様に、減算（出力）ＦＩＦＯ２を備えている。尚、以下の説明では、減算（出力）ＦＩＦＯ２を出力ＦＩＦＯ２と表記する。また、重みテーブル３７は、図３に示す重みテーブル１８と同様の構成となっている。

フロー管理部３５は、キュー番号を受信すると、「出力ＦＩＦＯ書込み処理」Ｂ２に移行し、出力ＦＩＦＯ２への書込み動作を行う。フロー管理部３５は、重みテーブル３７の重み残高１８ｃ≠０の場合、運用系ＦＩＦＯ２１への書込み処理を行い、重み合計値保持部２３及び重み残高合計値保持部２４の更新を行う。

フロー管理部３５は、重みテーブル３７の重み残高１８ｃ＝０の場合、待機系ＦＩＦＯ２２への書込み処理を行い、重み合計値保持部２５及び重み残高合計値保持部２６の更新を行う。

フロー管理部３５は、一定周期毎に発生する出力指示周期によって「出力指示処理」Ｂ３に移行し、出力ＦＩＦＯ２の運用系ＦＩＦＯ２１よりフロー番号をリードし、そのフロー番号を出力処理部３３に送信する。出力処理部３３は、フロー番号を受信すると、出力指示待ちＦＩＦＯ３２からパケットを読出して出力する。

フロー管理部３５は、（重み残高合計値保持部２４の値）／（重み合計値保持部２３の値）＜（フローの重み残高１８ｃ）／（フローの重み設定値１８ｂ）が成り立ち、かつフローの重み残高１８ｃ≠０、かつフローの出力指示待ちＦＩＦＯ３２が空ではない場合、連続出力指示処理を行うため、出力ＦＩＦＯ２の運用系ＦＩＦＯ２１のリードポインタを＋１しない。

フロー管理部３５は、連続出力指示処理を行わない場合、出力ＦＩＦＯ２の運用系ＦＩＦＯ２１のリードポインタを＋１し、重み合計値保持部２３及び重み残高合計値保持部２４の更新を行う。また、フロー管理部３５は、フローの出力指示待ちＦＩＦＯ３２が空ではない場合、出力ＦＩＦＯ２への再書込みを行う。

このように、本実施の形態でも、重み設定を考慮した出力指示順序によって出力指示を行うことで、フローの出力間隔のばらつきを小さくすることができる。

本発明の第１の実施の形態によるパケット通信装置に搭載する帯域制御ブロックの構成例を示すブロック図である。 図１の流量計に保持される情報の一例を示す図である。 図１の重みテーブルの構成の一例を示す図である。 図１のフロー管理部の状態遷移を示す図である。 図１のフロー管理部に備える減算ＦＩＦＯの構成例を示すブロック図である。 図１のフロー管理部のフロー情報受信時の動作を示すフローチャートである。 図１のフロー管理部のパケット長受信時の動作を示すフローチャートである。 図１のフロー管理部の減算（出力）周期発生時の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態によるパケット通信装置に搭載する帯域制御ブロックの構成例を示すブロック図である。 図９のフロー管理部の状態遷移を示す図である。

符号の説明

１，３ 帯域制御ブロック
２ 減算（出力）ＦＩＦＯ
１１，３１ フロー情報ドロップ部
１２ 判定待ちＦＩＦＯ
１３ 廃棄処理部
１４，３４ フローマッピング部
１５，３５ フロー管理部
１６，３６ マッピングテーブル
１７ 流量計
１７ａ，１８ａ フロー番号
１７ｂ 流量計値
１８，３７ 重みテーブル
１８ｂ 重み設定値
１８ｃ 重み残高
２１ 運用系ＦＩＦＯ
２２ 待機系ＦＩＦＯ
２３，２５ 重み合計値保持部
２４，２６ 重み残高合計値保持部
３２ 出力指示待ちＦＩＦＯ
３３ 出力処理部
Ａ１，Ｂ１ 「ＩＤＬＥ」
Ａ２ 「廃棄判定処理」
Ａ３ 「加算処理」
Ａ４ 「減算処理」
Ｂ２ 「出力ＦＩＦＯ書込み処理」
Ｂ３ 「出力指示処理」

Claims (7)

1. フロー単位の重みに応じた公平帯域制御方法を用いるパケット通信装置であって、
   前記重みの設定に応じた出力指示順序によって前記フローの出力指示を行うフロー管理手段を有し、
   前記フロー管理手段は、出力指示対象の全フローの重みの合計に対する全フローの重み残高の合計と比較して、前記重みに対する重み残高の大きなフローに対して、パケット出力指示を複数回連続で行うことを特徴とするパケット通信装置。
2. 前記フロー管理手段は、前記出力指示対象の全フローの重み合計に対する重み残高合計の割合と、前記フロー毎の重みに対する重み残高の割合とをそれぞれ算出し、前記全フローの重み合計に対する重み残高合計の割合と比較して前記重みに対する重み残高の割合の大きなフローに対して、前記パケット出力指示を複数回連続して行うことを特徴とする請求項１記載のパケット通信装置。
3. 前記フロー毎のバッファを含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載のパケット通信装置。
4. フロー単位の重みに応じた公平帯域制御方法を用いるパケット通信装置に用いる帯域制御方法であって、
   前記重みの設定に応じた出力指示順序によって前記フローの出力指示を行うフロー管理処理を有し、
   前記フロー管理処理において、出力指示対象の全フローの重みの合計に対する全フローの重み残高の合計と比較して、前記重みに対する重み残高の大きなフローに対して、パケット出力指示を複数回連続で行うことを特徴とする帯域制御方法。
5. 前記フロー管理処理において、前記出力指示対象の全フローの重み合計に対する重み残高合計の割合と、前記フロー毎の重みに対する重み残高の割合とをそれぞれ算出し、前記全フローの重み合計に対する重み残高合計の割合と比較して前記重みに対する重み残高の割合の大きなフローに対して、前記パケット出力指示を複数回連続して行うことを特徴とする請求項４記載の帯域制御方法。
6. 前記パケット通信装置は、前記フロー毎のバッファを含むことを特徴とする請求項４または請求項５記載の帯域制御方法。
7. フロー単位の重みに応じた公平帯域制御方法を用いるパケット通信装置内の中央処理装置に実行させるプログラムであって、
   前記重みの設定に応じた出力指示順序によって前記フローの出力指示を行うフロー管理処理を含み、
   前記フロー管理処理において、出力指示対象の全フローの重みの合計に対する全フローの重み残高の合計と比較して、前記重みに対する重み残高の大きなフローに対して、パケット出力指示を複数回連続で行わせることを特徴とするプログラム。

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