JP5144596B2 - 通信品質保証を実現する呼受付制御方法および装置、ならびにそのためのプログラム - Google Patents
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Description
トークンバケットで規定されるトラヒックに関しては、時刻0からtまでに発生するトラヒックの最大量A(t)は、
A(t)=min{Pt,σ+ρt} ・・・・・・・・・・(1)
で規定される(図7参照)。ここで、min{,}は{,}内の最小値を示し、P,ρ,σはトークンバケットのパラメータであり、それぞれピークレート,平均レート,バケットサイズを表している。
T=σ/(P-ρ) ・・・・・(2)
を得る。
図8に示すように、トークンバケットから送出された1本のセッションフローが確定的なキューイングシステムにおいてサービスされることを考える。
c-ρのレートで減少することになるため、
b=v(T)=(P-c)T=σ(P-c)/(P-ρ) ・・・・・・(3)
が得られる(図9参照)。
今、トークンバケットパラメータ(Pk,ρk,σk)を持つセッションフローk(k=1,2,・・・,K)がバッファ量B,リンク帯域Cを持つノードに多重されることを考える。
c1+c2+・・・+cK≦C ・・・・・・・・・・・・(4)
とする。
bk=σk(Pk-ck)/(Pk-ρk) ・・・・・・・(5)
で表すことができる。
Σbk=Σσk(Pk-ck)/(Pk-ρk)≦B ・・・・・(6)
が成り立てば、論理的なパケットロスがゼロになる。
ck=Pk/(1+B(Pk-ρk)/(Cσk)) ・・・・・(7)
で与える(非特許文献9参照)。
bk/B=ck/C ・・・・・・・・・・・・・・・・・(8)
という関係を満たし、仮想帯域と仮想バッファ量のそれぞれが本来のリソース量に占める割合が等しくなり、リソース管理が簡単になるという利点がある。
min{Σσk(Pk-ck)/(Pk-ρk)} ・・・・・(9)
ただし、
Σck≦C, ρ≦ck≦Pk ・・・・・・・・・・・(10)
となる。式(9)の解となるような仮想帯域割り当ては、以下の手順で求められる。
その後、余った帯域C-Σρkについては、フローごとに以下の式、
Tk=σk/(Pk-ρk) ・・・・・・・・・(11)
で計算されたピークレート送出可能時間Tkについて、Tkの値の大きなフローから順番に、Pk-ρkだけ新たに追加して割り当てていく。この方式で仮想帯域ckを割り当てた場合、式(6)が最小化されることが知られている(非特許文献10参照)。
いま、セッションフローkのトラヒックパラメータ(Pk,ρk,σk)に対し、X軸方向に帯域リソース量、Y軸方向にバッファリソース量をとる2次元平面上の方向ベクトルを、
vp(k)=(Pk,0),va(k)=(ρk,σk) ・・・・(12)
とおく。
v(k,α)=(ck,bk)=αk・vp(k)+(1-αk)・va(k),(0≦αk≦1)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(13)
であらわすことが可能であり、αk=1のときがピークレート割当(Pk,0),αk=0のときが平均レート割当(ρk,σk)に相当する(図11)。
αk・vp(k)+(1-αk)・va(k)+αl・vp(l)+(1-αl)・va(l),(0≦αk,αl≦1)
・・・・・・・・・・・(14)
で示される。ただし、vp(k)=(Pk,0),va(k)=(ρk,σk),vp(l)=(Pl,0),va(l)=(ρl,σl)。
RA=va(1)+va(2)+・・・va(n)
と、全セッションフローにピーク割当を行った場合の点
RP=vp(1)+vp(2)+・・・+vp(n)
を結ぶ曲線の下限値は、以下のように作成できる。
(手順2)最もTkの値が大きいセッションフロー1に対して、va(1)をvp(1)に置き換えた
RA’=vp(1)+va(2)+・・・+va(n)
とRAを結ぶ線分を考える。この線分が、セッションフロー1に対するリソース割当のみを式(13)の範囲で変化させた場合の、全体のリソース割当量に相当する。
(手順1’)接続セッションフローを、式(11)のTkが大きい順に並びかえる。
(手順2’)最もTkの値が小さいセッションフローnに対し、va(n)をvp(n)に置き換えた
RA’’=va(1)+va(2)+・・・+vp(n)
とRAを結ぶ線分を考える。この線分が、セッションフローnに対するリソース割当のみを式(13)の範囲で変化させた場合の、全体のリソース割当量に相当する。
(手順3’)次にTkの値が小さいセッションフローn-1に対して同様の動作を行う。以下セッションフロー1まで繰り返し、点RPに至る曲線を得る。
α=(Cσ-Bρ)/(Cσ+B(P-ρ)) ・・・・(15)
で決定される(図14参照)。
以上の問題点は、実時間性を要求される受付判定において処理時間の増加をもたらすという課題につながっている。
a)本発明に係る呼受付制御方法は、接続セッションフローにリンク帯域およびバッファ量の2種類のリソースを個別に割り当てて、設備量に収まる範囲内で新規接続セッションフローを受け付けるコンピュータを用いた呼受付制御方法において、コンピュータ制御により、平均レートリソース割当法、ピークレートリソース割当法の2種類のリソース割当法に加え、第3のリソース割当法を含めた3種類のリソース割当法を同時に機能させる手順と、コンピュータ制御により、前記3種類のリソース割当法のいずれかで得られたリソース量の総和が設備量に収まっている場合に、あるいは、前記3種類のリソース割当法のそれぞれで得られるリソース量の総和が全て設備量を超えている場合であっても前記リンク帯域およびバッファ量の2種類のリソース量を横軸と縦軸にしたグラフ上に前記3種類のリソース割当法のそれぞれで得られたリソース量の総和をプロットしたとき該プロットされた3つの点のそれぞれを結ぶ線分上に設備量の範囲に収まっている点がある場合に、新規セッションフローの接続を許可する手順とを有することを特徴としている。
この場合、第3のリソース割当法によりリソース配分が設備量を超える確率を小さくすることができ受付可能セッションフロー数を増加させ、収容効率を高めることができる。
このような第3のリソース割当法を採用することにより、リソース割当が設備量を超える確率を小さくすることで受付可能セッションフロー数を増加させ、収容効率を高めることができる。
このように、リソース割当法の変更や一定の閾値の変更を、セッションフローの接続数が0となった時点で実行することにより、第3のリソース割当法により個別のセッションフローに割り当てられたリソース量が、セッションフローの接続中に変化してしまうことを防ぐことができる。
本発明は、ピークレートリソース割当法、平均レートリソース割当法という簡便な割当法に加え、新たに第3のリソース割当法を計算するのみで受付判定を行うことにより、従来技術における第二の方法のような、リソース効率には優れるが受付判定に必要な情報量や計算量がセッションフロー数とともに増加してしまう状況を回避することで、大規模ネットワークにおいても実装可能な方法を実現したものである。
本発明の実施例の説明で用いる記号を以下のように定める。
接続セッションフローのピークレートの合計値をP、平均レートの合計値をρ、バケットサイズの合計値をσ、接続セッションフローの総数をNとする。ピーク割当を行った場合のリソース総量をRP=(P,0)、平均割当を行った場合のリソース総量をRA=(ρ,σ)とする。
図1は、本発明に係る呼受付制御方法の一実施例を説明するためのフローチャートである。
(ステップS101)
初期条件として接続セッションフローが存在しない状況を仮定し、P,ρ,σ,F,Gを全て0とする。
トラヒックパラメータ(Pk,ρk,σk)を有する新規受付を要求するセッションフローkが到着したか、接続終了かを判断し、新規受付を要求するセッションフローkが到着した場合はステップS103に移り、接続終了の場合はステップS109に移る。
ステップS102で新規セッションフローkが到着した場合は、そのトラヒックパラメータ(Pk,ρk,σk)を抽出する。
セッションフローkを接続した場合に必要となるリソース量の総和を以下のように計算する。
P’=P+Pk,ρ’=ρ+ρk,σ’=σ+σk,F’=F+f(Pk,ρk,σk),G’=G+g(Pk,ρk,σk)
ピークレートリソース割当法、平均レートリソース割当法、第3のリソース割当法によるリソース量の総和(P’,0)、(ρ’,σ’)、(F’,G’)のいずれかが四角形OBCDの内部にある、すなわち、
P’≦C
ρ’≦C かつ σ’≦B
F’≦Cかつ G’≦B
のいずれかが成り立てば(ステップS105:Y)、設備量(C,B)の範囲内でセッションフローkを含むリソース割当が設備量の範囲内に収まると判断し、ステップS107へ移る。上記条件の全てが成り立たない場合は(ステップS105:N)、ステップS106へ移る。
ピークレートリソース割当法、平均レートリソース割当法、第3のリソース割当法によるリソース量の総和(P’,0)、(ρ’,σ’)、(F’,G’)の全てが四角形OBCDの外部にある場合であっても、線分(P’,0)-(F’,G’)が四角形OBCDと交わっている場合(図2参照)、あるいは線分(F’,G’)-(ρ’,σ’)が四角形OBCDと交わっている場合(図3参照)は、設備量(C,B)の範囲内でセッションフローkを含むリソース割当で、設備量の範囲内に収まると判断できるので、ステップS107へ移る。上記条件が成り立たない場合は、ステップS108へ移る。
既接続セッションおよびセッションkに対して、設備量の範囲内に収まるリソース割当が可能であると判断し、セッションフローkの接続を受け付け、ピークレートリソース割当法、平均レートリソース割当法、第3のリソース割当法によるリソース量の総和を更新し、P=P’、ρ=ρ’、σ=σ’、F=F’、G=G’とする。
既接続セッションフローおよびセッションフローkに対して、設備量の範囲内に収まるリソース割当が不可能であると判断し、セッションフローkの接続を拒否する。
トラヒックパラメータ(Pj,ρj,σj)を有する既接続セッションフローjの終了要求が到着した場合にそのパラメータPj,ρj,σjを抽出する。
セッションフローjの接続を終了する。ピークレートリソース割当法、平均レートリソース割当法、第3のリソース割当法によるリソース量の総和を更新し、P=P-Pj、ρ=ρ-ρj、σ=σ-σj、F=F-f(Pj,ρj,σj)、G=G-g(Pj,ρj,σj)とする。
本実施例では、実施例1における第3のリソース割当法として、特に以下の式を用いる。
f(Pk,ρk,σk)=ρk if σk/(Pk-ρk)≦X
=Pk if σk/(Pk-ρk)>X
g(Pk,ρk,σk)=σk if σk/(Pk-ρk)≦X
=0 if σk/(Pk-ρk)>X
本実施例では、実施例1における第3のリソース割当法の効率を向上させるため、周期的に実施例2で示した関数f、gを更新することを特徴とする例である。図4は、本実施例を説明するためのフローチャートである。
初期条件として、接続セッションフローが存在しない状況を仮定し、P,ρ,σ,F,G,N,C*,B*を全て0とする。
トラヒックパラメータ(Pk,ρk,σk)を有する新規受付を要求するセッションフローkが到着したか、接続終了かを判断し、新規受付を要求するセッションフローkが到着した場合はステップS203に移り、接続終了の場合はステップS211に移る。
ステップS202で新規セッションフローkが到着した場合は、そのトラヒックパラメータ(Pk,ρk,σk)を抽出する。
セッションフローkを接続した場合に必要となるリソース量の総和を以下のように計算する。
P’=P+Pk,ρ’=ρ+ρk,σ’=σ+σk,F’=F+f(Pk,ρk,σk),G’=G+g(Pk,ρk,σk)
ピークレートリソース割当法、平均レートリソース割当法、第3のリソース割当法によるリソース量の総和(P’,0)、(ρ’,σ’)、(F’,G’)のいずれかが四角形OBCDの内部にある、すなわち、
P’≦C
ρ’≦C かつ σ’≦B
F’≦C かつ G’≦B
のいずれかが成り立てば、設備量(C,B)の範囲内でセッションフローkを含むリソース割当が設備量の範囲内に収まると判断し、ステップS209へ移る。上記条件の全てが成り立たない場合は、ステップS206へ移る。
第3のリソース割当法によるリソース量の総和(F’,G’)が四角形OBCDの外部に出た場合、(C*,B*)の値が初期値から更新されていなければ(ステップS206:Y)、(F’,G’)により更新する(ステップSS207)。既に(C*,B*)の値が更新済みである場合は(ステップS206:N)、さらに更新を行わないでステップS208に移る。
ピークレートリソース割当法、平均レートリソース割当法、第3のリソース割当法によるリソース量の総和(P’,0)、(ρ’,σ’)、(F’,G’)の全てが四角形OBCDの外部にある場合であっても、線分(P’,0)-(F’,G’)が四角形OBCDと交わっている(図2参照)、あるいは線分(F’,G’)-(ρ’,σ’)が四角形OBCDと交わっていれば(図3参照)、設備量(C,B)の範囲内でセッションkを含むリソース割当で、設備量の範囲内に収まると判断できるので、ステップ6へ移る。上記条件が成り立たない場合は、ステップS209へ移る。
既接続セッションフローおよびセッションフローkに対して、設備量の範囲内に収まるリソース割当が可能であると判断し、セッションフローkの接続を受け付ける。ピークレートリソース割当法、平均レートリソース割当法、第3のリソース割当法によるリソース量の総和を更新し、P=P’、ρ=ρ’、σ=σ’、F=F’、G=G’、N=N+1とする。
既接続セッションフローおよびセッションフローkに対して、設備量の範囲内に収まるリソース割当が不可能であると判断し、セッションフローkの接続を拒否する。
トラヒックパラメータ(Pj,ρj,σj)を有する既接続セッションフローjの終了要求が到着した場合にそのパラメータPj,ρj,σjを抽出する。
セッションフローjの接続を終了する。ピークレートリソース割当法、平均レートリソース割当法、第3のリソース割当法によるリソース量の総和を更新し、P=P-Pj、ρ=ρ-ρj、σ=σ-σj、F=F-f(Pj,ρj,σj)、G=G-g(Pj,ρj,σj)、N=N-1とする。
N=0であれば、初期条件同様接続セッションフローが存在しない状況となるので、(C*,B*)の値が更新されていれば(ステップS213:Y)、第3のリソース割当法を改善する余地があると判断し、ステップS214で関数f(.),g(.)を更新する。
本実施例では、実施例3における第3のリソース割当法として、特に以下の式を用いる。
f(Pk,ρk,σk)=Pk if σk/(Pk-ρk)≦X
=ρk if σk/(Pk-ρk)>X
g(Pk,ρk,σk)=0 if σk/(Pk-ρk)≦X
=σk if σk/(Pk-ρk)>X
本実施例では、実施例4に示す方法において、関数f(.),g(.)の更新方法として、特に以下の方法を用いる。
B*/C*>B/Cならば、X=X-dx
B*/C*<B/Cならば、X=X+dx
すなわち、B*/C*とB/Cの大小関係により、実施例4で用いる閾値Xを、一定値dxだけ変化させる。
例えば、(B*/C*>B/C)であれば、閾値Xをdxだけ小さくし、ピーク割当を行うセッションフローが多くなることで帯域リソースの割当が多くなるよう調整し、反対に(B*/C*<B/C)であれば、閾値Xをdxだけ大きくし、平均割当を行うセッションフロー数が多くなることでバッファリソースの割当が多くなるように調整する。その他の実施方法については、実施例4と同一である。
本実施例は、図5に示すネットワーク上において、本発明に係る呼受付制御方法を実現した実施例である(通信ルータが本発明に係る呼受付制御装置の機能を備えている場合)。
ユーザのターミナル装置(TE)11から、新規セッションフローの接続要求が、トラヒックパラメータ情報とともにネットワーク制御装置12に通知される。UNI 13は、ユーザネットワーク・インタフェース装置である。
ネットワーク制御装置12は、新規セッションの通信経路上の通信ルータ(R)14,15に、新規セッションフローのトラヒックパラメータを通知する。
各通信ルータ(R)14,15は、新規セッションフローを受け付ける。これにより、通信ルータ(R)14,15・・が有する設備量の範囲内でのリソース割当が可能かどうかを、実施例1〜6のいずれかの方法を用いて判定し、受付可否をネットワーク制御装置12に通知する。
ネットワーク制御装置12は、新規セッションフローの通信経路上の全ての通信ルータ(R)14,15・・から新規セッションフローの受付許可が得られた場合、新規セッションフローの接続許可をユーザのターミナル装置(TE)11および通信ルータ(R)14,15・・に通知する(新規セッションフローの接続)。
通信中のセッションフローを終了する場合、ユーザのターミナル装置(TE)18からネットワーク制御装置12に当該セッションの終了が通知される。
ネットワーク制御装置12は、当該セッションの通信系路上の通信ルータ(R)16に対し、当該セッションの通信終了を通知する。
通信ルータ(R)16は、通信終了したセッションフローに関する情報を削除する。
本実施例は、図6に示すネットワーク上において、本発明に係る呼受付制御方法を実現した実施例である(ネットワーク制御装置が本発明に係る呼受付制御装置の機能を備えている場合)。
ユーザのターミナル装置(TE)11から、新規セッションフローの接続要求が、トラヒックパラメータ情報とともにネットワーク制御装置12に通知される。UNI 13は、ユーザネットワーク・インタフェース装置である。
ネットワーク制御装置12は、新規セッションフローの通信経路上の通信ルータ(R)14,15,16において、新規セッションフローを受け付けることでこれら各通信ルータ(R)14,15,16が有する設備量の範囲内でのリソース割当が可能かどうかを、実施例1〜6のいずれかの方法を用いて判定し、受付可否を判定する。
ネットワーク制御装置12は、新規セッションフローの通信経路上の全ての通信ルータ(R)において、設備量の範囲内でのリソース割当が可能と判断した場合、新規セッションフローの接続許可をユーザターミナル装置(TE)に通知する(新規セッションフローの接続)。
通信中のセッションフローを終了する場合、ユーザのターミナル装置(TE)18からネットワーク制御装置12に当該セッションフローの終了が通知される。
ネットワーク制御装置12は、当該セッションフローに関する情報を削除する。
12:ネットワーク制御装置
13:UNI(ユーザネットワーク・インタフェース装置)
A(t):トラヒックの最大量
P:ピークレート
T:ピークレートでトラヒック送出可能な最大時間長
σ:バケットサイズ
v(t):時刻tの使用バッファ量
b:使用バッファ量の最大値
c:セッションフローに対して割り当てるリンク帯域
B:バッファ量
C:リンク帯域
ρ:平均レート
Claims (10)
- 接続セッションフローにリンク帯域およびバッファ量の2種類のリソースを個別に割り当てて、設備量に収まる範囲内で新規接続セッションフローを受け付けるコンピュータを用いた呼受付制御方法において、
コンピュータ制御により、平均レートリソース割当法、ピークレートリソース割当法の2種類のリソース割当法に加え、第3のリソース割当法を含めた3種類のリソース割当法を同時に機能させる手順と、
コンピュータ制御により、前記3種類のリソース割当法のいずれかで得られたリソース量の総和が設備量に収まっている場合に、あるいは、前記3種類のリソース割当法のそれぞれで得られるリソース量の総和が全て設備量を超えている場合であっても前記リンク帯域およびバッファ量の2種類のリソース量を横軸と縦軸にしたグラフ上に前記3種類のリソース割当法のそれぞれで得られたリソース量の総和をプロットしたとき該プロットされた3つの点のそれぞれを結ぶ線分上に設備量の範囲に収まっている点がある場合に、新規セッションフローの接続を許可する手順と
を有することを特徴とする呼受付制御方法。 - 請求項1記載の呼受付制御方法において、
前記第3のリソース割当法は、ピークレートPk,平均レートρk,バケットサイズσkのトークンバケットパラメータを持つセッションフローk(k=1,2,・・・,K)がバッファ量B,リンク帯域Cを持つノードに多重される場合、σk/(Pk-ρk)が一定の閾値Xを超えるセッションフローに対してはピークレートリソース割当法を、σk/(Pk-ρk)が前記一定の閾値X未満であるセッションフローに対しては平均レートリソース割当法を行うリソース割当法であることを特徴とする呼受付制御方法。 - 請求項1または2記載の呼受付制御方法において、
前記第3のリソース割当法では、第3のリソース割当法によるリソース割当が設備量を超える状況があった場合、リンク帯域リソースが超過した場合には、リソース割当法として、リンク帯域リソースをより少なく、バッファリソースをより多く与えるリソース割当法に変更し、逆にバッファリソース割当が設備量を超える状況があった場合、リソース割当法として、リンク帯域リソースをより多く、バッファリソースをより少なく与えるリソース割当法に変更する
ことを特徴とする呼受付制御方法。 - 請求項3記載の呼受付制御方法において、
前記第3のリソース割当法では、前記一定の閾値Xについて、第3のリソース割り当て方法によるリソース配分が設備量を超える状況があった場合、帯域リソースが超過した場合には該一定の閾値Xを一定値dxだけ大きく変更し、バッファリソースが超過した場合には該一定の閾値Xを一定値dxだけ小さく変更することを特徴とする呼受付制御方法。 - 請求項3または4記載の呼受付制御方法において、
前記変更は、セッションフローの接続数が0になった時点で実行することを特徴とする呼受付制御方法。 - コンピュータに、請求項1から5のいずれかに記載の呼受付制御方法における各手順を実行させるためのプログラム。
- 接続セッションフローにリンク帯域およびバッファ量の2種類のリソースを個別に割り当てて、設備量に収まる範囲内で新規接続セッションフローを受け付けるコンピュータを用いた呼受付制御装置において、
コンピュータ制御により、平均レートリソース割当法、ピークレートリソース割当法の2種類のリソース割当法に加え、第3のリソース割当法を含めた3種類のリソース割当法を同時に機能させる手段と、
コンピュータ制御により、前記3種類のリソース割当法のいずれかで得られたリソース量の総和が設備量に収まっている場合に、あるいは、前記3種類のリソース割当法のそれぞれで得られるリソース量の総和が全て設備量を超えている場合であっても前記リンク帯域およびバッファ量の2種類のリソース量を横軸と縦軸にしたグラフ上に前記3種類のリソース割当法のそれぞれで得られたリソース量の総和をプロットしたとき該プロットされた3つの点のそれぞれを結ぶ線分上に設備量の範囲に収まる点がある場合に、新規セッションフローの接続を許可する手段と
を有することを特徴とする呼受付制御装置。 - 請求項7記載の呼受付制御装置を内蔵したことを特徴とする通信ルータ。
- 請求項7記載の呼受付制御装置を内蔵したことを特徴とするネットワーク制御装置。
- 請求項8記載の通信ルータまたは請求項9記載のネットワーク制御装置を用いたことを特徴とするネットワーク。
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