JP5574832B2

JP5574832B2 - バッファ制御装置およびバッファ制御方法

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Publication number: JP5574832B2
Application number: JP2010130068A
Authority: JP
Inventors: 竜介川手; 佑介坂上; 哲也横谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: JP2011259078A

Description

本発明は、ＱｏＳ制御回路自身も含めたバッファ制御の低消費電力化を図ったバッファ制御装置およびバッファ制御方法に関する。

バッファ制御装置およびバッファ制御方法に関する従来技術として、２つに分割したバッファ部Ａ、Ｂで構成された１つのＦＩＦＯを用いて低消費電力化を図るものがある。具体的には、有効なデータ量をカウントし、カウントした有効データ量が、例えば、バッファ部Ａの基準容量値未満であれば、その書込み読出しの制御回路を工夫することにより、未使用領域であるバッファ部Ｂを停止（クロック供給を止める等）させる。このようにして、バッファの容量を動的に変化させることで、低消費電力化を実現している（例えば、特許文献１参照）。

また、バッファ制御装置およびバッファ制御方法に関する別の従来技術として、ＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）スケジューラで使用するポインタ情報を使用するメモリ領域を複数に分けるとともに、使用可能領域と使用禁止領域に分けることで、低消費電力化を図るものがある。具体的には、ポインタ削減ポリシーによる振分けを行うことによって、バッファ容量の効率化および低消費電力化を実現している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２７２５７７号公報特開２００４−２４０７１１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１では、２つもしくは２つ以上のメモリ領域に分割した１つのＦＩＦＯ（ＦｉｒｓｔＩｎＦｉｒｓｔＯｕｔ）を使用し、そのＦＩＦＯの使用状況により、未使用とすることが可能な領域を使用しないことで、低消費電力化を図っている。すなわち、ＦＩＦＯの領域に未使用領域を設け、先着順に出力する制御を行っている。しかしながら、輻輳状態になった場合には、ＱｏＳ保証制御（帯域制御や遅延優先制御）をしていないという問題があった。

また、特許文献１は、単にＦＩＦＯの使用状況をカウントすることで、そのメモリ領域の使用／未使用を決めている。このため、急激に変化するメモリ使用状況に対して、事前に情報を得て、早めに未使用メモリ領域を活性化して切り替える等の制御をすることが困難であるという問題もある。

例えば、制御回路の外部にＳＤＲＡＭ等の外部素子を設けた場合、この外部素子を活性化するには、ある程度の時間を必要とする。このため、その時間を吸収可能な大容量のＦＩＦＯを用意することが必要となる。

一方、特許文献２では、ＱｏＳスケジューラのポインタを使用可能メモリ領域と使用禁止メモリ領域に分けて管理し、上位からの命令によって、その未使用メモリ領域と使用メモリ領域の切り替えを行っている。しかしながら、ＱｏＳスケジューラ回路自身は、常に動作しており、そのＱｏＳスケジューラ回路自身の電力は消費されてしまうという問題がある。

さらに、特許文献２には、その使用禁止領域の使用可否については、上位からの命令により行われるものとの記載はあるが、特に、制御方法や情報の発生元等については、具体的な記載がない。

なお、単純なＦＩＦＯのみを使用した場合、低トラヒックで出力回線速度以下の入力である場合には、ＱｏＳ制御をする必要性はなく、順次入力順に出力することで、通信品質を守ることが可能である。しかしながら、高トラヒックで、出力回線速度以上の入力がある場合には、ＦＩＦＯに順次蓄積していき、そのサイズを超過するときには、パケットが廃棄されることになる。このため、優先転送すべきパケットの識別をすることも、帯域保証や遅延保証をすることもできない。

一方、ＱｏＳ制御を行うことによって、優先すべきトラヒックを先に出力することが可能となり、非優先のパケットは、バッファに蓄積され、バッファからあふれる場合には、廃棄されることになる。従って、ＱｏＳ制御回路自身も含めたバッファ制御装置およびバッファ制御方法における低消費電力化が課題となる。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、ＱｏＳ制御回路自身も含めたバッファ制御の低消費電力化を実現するバッファ制御装置およびバッファ制御方法を得ることを目的とする。

本発明に係るバッファ制御装置は、複数の入力回線をパケット毎に多重するパケット多重手段と、大容量バッファを有し、トラヒックが出力回線速度を越える入力データに対して大容量バッファ制御を行うＱｏＳバッファ制御手段と、小容量バッファを有し、入力順にパケットを格納し、入力順に出力を行うことでトラヒックが出力回線速度以下の入力データに対して小容量バッファ制御を行うＦＩＦＯ手段と、ＱｏＳバッファ制御手段による大容量バッファ制御中のトラヒック状態およびＦＩＦＯ手段による小容量バッファ制御中のトラヒック状態をそれぞれモニタし、大容量バッファ制御または小容量バッファ制御のいずれかを選択切り替えする信号として、入力選択信号および出力選択信号を生成するとともに、ＦＩＦＯ手段による小容量バッファ制御中においてＱｏＳバッファ制御手段をパワーダウンさせておく省電力選択制御手段と、省電力選択制御手段で生成された入力選択信号に基づいて、パケット多重手段により多重されたパケットデータを、大容量バッファ制御を行うＱｏＳバッファ制御手段または小容量バッファ制御を行うＦＩＦＯ手段のいずれに入力データとして入力させるかを選択切り替えする入力選択手段と、省電力選択制御手段で生成された出力選択信号に基づいて、大容量バッファ制御を行うＱｏＳバッファ制御手段からの出力データまたは小容量バッファ制御を行うＦＩＦＯ手段からの出力データのいずれを出力ポートから出力させるかを選択切り替えする出力選択手段とを備え、省電力選択制御手段は、ＱｏＳバッファ制御手段がパワーダウン中における小容量バッファ制御中のトラヒック状態のモニタ結果に基づいて、パケットデータを、大容量バッファ制御を行うＱｏＳバッファ制御手段に入力データとして入力させるための入力選択信号を生成して入力切り換えを行うタイミングよりも前に、パワーダウン中のＱｏＳバッファ制御手段を事前に活性化させておくものである。

また、本発明に係るバッファ制御方法は、複数の入力回線をパケット毎に多重するパケット多重ステップと、大容量バッファを用いて、トラヒックが出力回線速度を越える入力データに対して大容量バッファ制御を行うＱｏＳバッファ制御ステップと、小容量バッファを用いて、入力順にパケットを格納し、入力順に出力を行うことでトラヒックが出力回線速度以下の入力データに対して小容量バッファ制御を行うＦＩＦＯステップと、ＱｏＳバッファ制御ステップによる大容量バッファ制御中のトラヒック状態およびＦＩＦＯステップによる小容量バッファ制御中のトラヒック状態をそれぞれモニタし、大容量バッファ制御または小容量バッファ制御のいずれかを選択切り替えする信号として、入力選択信号および出力選択信号を生成するとともに、ＦＩＦＯステップによる小容量バッファ制御中においてＱｏＳバッファ制御ステップによる処理を行わないようにパワーダウンさせておく省電力選択制御ステップと、省電力選択制御ステップで生成された入力選択信号に基づいて、パケット多重ステップにより多重されたパケットデータを、大容量バッファ制御を行うＱｏＳバッファ制御ステップまたは小容量バッファ制御を行うＦＩＦＯステップのいずれに入力データとして入力させるかを選択切り替えする入力選択ステップと、省電力選択制御ステップで生成された出力選択信号に基づいて、大容量バッファ制御を行うＱｏＳバッファ制御ステップからの出力データまたは小容量バッファ制御を行うＦＩＦＯステップからの出力データのいずれを出力ポートから出力させるかを選択切り替えする出力選択ステップとを備え、省電力選択制御ステップは、ＱｏＳバッファ制御ステップによる処理を行わないパワーダウン中における小容量バッファ制御中のトラヒック状態のモニタ結果に基づいて、パケットデータを、大容量バッファ制御を行うＱｏＳバッファ制御ステップに入力データとして入力させるための入力選択信号を生成して入力切り換えを行うタイミングよりも前に、パワーダウン中のＱｏＳバッファ制御ステップを事前に活性化させておくものである。

本発明に係るバッファ制御装置およびバッファ制御方法によれば、トラヒック量に応じて、ＦＩＦＯ部を介したパケット送信と、ＱｏＳバッファ制御部を介したパケット送信とを適宜切り換え選択可能にするとともに、ＦＩＦＯ部を介したパケット送信を行っている際には、ＱｏＳバッファ制御部をパワーダウンさせておくことにより、ＱｏＳ制御回路自身も含めたバッファ制御の低消費電力化を実現するバッファ制御装置およびバッファ制御方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるバッファ制御装置の構成図である。本発明の実施の形態２におけるバッファ制御装置を応用したシステムの全体構成図である。本発明の実施の形態３におけるバッファ制御装置を応用したシステムの全体構成図である。

以下、本発明のバッファ制御装置およびバッファ制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明は、出力回線速度以下の入力データ量である低トラフィック時の場合には、簡単なＦＩＦＯ制御による出力を行い、出力回線速度以上の入力データ量がある場合には、ＱｏＳ制御回路を通したＱｏＳ保証制御（帯域保証や優先制御による遅延保証など）を行うバッファ制御を実現した上で、ＱｏＳ制御回路自身も含めた低消費電力化を図る構成を備えることを技術的特徴としている。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるバッファ制御装置の構成図である。図１に示した本実施の形態１におけるバッファ制御装置は、入力ポート１（１）〜１（ｎ）、パケット多重部２、入力選択部３、省電力選択制御部４、ＱｏＳバッファ制御部５、ＦＩＦＯ部６、出力選択部７、および出力ポート８を備えて構成されている。

なお、図１に示した構成は、本発明のバッファ制御装置の構成の一例を示すものであり、本発明は、このような構成に限定されるものではない。例えば、パケット多重部２には、レイヤ２やレイヤ３等の転送規則により出力ポートＸ宛てのものだけを選択して出力する機能を有してもよい。また、ＱｏＳバッファ制御部５には、大容量の外付けメモリを使用する構成としてもよい。

次に、各構成要素について説明する。
入力ポート１（１）〜入力ポート１（ｎ）は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）における１０ＧＥの各入力ポートを示している。パケット多重部２は、入力ポート１（１）〜１（ｎ）からの入力パケットを、入力完了順に多重して、多重データを出力する。入力選択部３は、後述する省電力選択制御部４からの入力選択信号により、パケット多重部２から得た多重データを、入力データ１もしくは入力データ２に選択出力する。

ＱｏＳバッファ制御部５は、大容量バッファを備えるとともに、入力パケットを識別し、帯域制御や遅延優先制御を行って、出力データ１に出力する。また、ＱｏＳバッファ制御部５は、省電力選択制御部４に対して、以下の２つの信号を生成し、出力する。
ｅｍｐｔｙ１信号：入力データ１からの入力がなく、ＱｏＳバッファ制御部５内のバッファが空になった場合に出力される信号
トラヒック情報信号：入力データ１のトラヒックが所定量よりも減少してきた場合に出力される信号

ＦＩＦＯ部６は、少量のバッファを備え、パケットを入力順に蓄積するとともに、入力順に、出力データ２に出力する。出力選択部７は、後述する省電力選択制御部４からの出力選択信号により、出力許可１または出力許可２の信号を出力し、出力データ１または出力データ２からのパケットデータを選択して、出力ポートＸに出力する。

また、ＦＩＦＯ部６は、省電力選択制御部４に対して、以下の３つの信号を生成し、出力する。
ｅｍｐｔｙ２信号：入力データ２からの入力パケットがなく、ＦＩＦＯ部６内のバッファに蓄積していたパケットが出力データ２を経由して出力選択部７に転送されることにより徐々に減り、最終的にバッファが空になった場合に出力される信号
閾値１超過信号：ＦＩＦＯ部６内のバッファに蓄積しているパケット量が所定の閾値１を超過した場合に「１」として出力される信号
閾値２超過信号：ＦＩＦＯ部６内のバッファに蓄積しているパケット量が所定の閾値１よりも大きい値である所定の閾値２を超過した場合に「１」として出力される信号

省電力選択制御部４は、ＱｏＳバッファ制御部５から出力される２つの信号（ｅｍｐｔｙ１信号、トラヒック情報信号）、およびＦＩＦＯ部６から出力される３つの信号（ｅｍｐｔｙ２信号、閾値１超過信号、閾値２超過信号）に基づいて、省電力化を実現するために、以下の３つの信号を生成し、出力する。

活性化信号：ＦＩＦＯ部６から出力される閾値１超過信号が「１」になったときに、ＱｏＳバッファ制御部５を事前に活性化させておくために、ＱｏＳバッファ制御部５に対して出力される信号であり、ＱｏＳバッファ制御部５から出力されるｅｍｐｔｙ１信号、およびＦＩＦＯ部６から出力される閾値１超過信号に基づいて生成される信号
入力選択信号：入力選択部３に対して、入力データ１あるいは入力データ２のいずれに多重データを出力すべきかを指示するための選択信号であり、ＱｏＳバッファ制御部５から出力されるトラヒック情報信号、およびＦＩＦＯ部６から出力される閾値２超過信号に基づいて生成される信号
出力選択信号：出力選択部７に対して、出力データ１あるいは出力データ２のいずれを出力ポートＸに出力すべきかを指示するための選択信号であり、ＱｏＳバッファ制御部５から出力されるｅｍｐｔｙ１信号、およびＦＩＦＯ部６から出力されるｅｍｐｔｙ２信号に基づいて生成される信号

次に、図１の構成を備えた本実施の形態１におけるバッファ制御装置の一連動作について説明する。まず、入力ポート１（１）〜１（ｎ）から入力されたパケットデータは、パケット多重部２にてパケット多重され、全てのパケットが入力選択部３に転送される。

省電力選択制御部４は、初期状態では、パケットが流れていない状態であるため、常に入力選択信号として入力データ２を選択する信号を出力する。従って、入力選択部３は、パケット多重部２から転送された全てのパケットを、入力データ２としてＦＩＦＯ部６に転送する。

ＦＩＦＯ部６は、入力選択部３からの入力順にパケットを書込み、書き込んだ順にパケットを出力データ２として、出力ポートＸの速度で、出力選択部７に転送する。

また、省電力選択制御部４は、初期状態では、出力選択信号として、出力データ２を選択する信号を出力する。従って、出力選択部７は、ＦＩＦＯ部６から転送された出力データ２によるパケットを、出力ポートＸに転送する。

ここで、入力データ２の速度は、最大で、パケット多重部２で多重した入力ポート１（１）〜１（ｎ）までの回線速度の和となっている。従って、出力ポートＸの速度で規定される出力データ２よりも、入力データ２の帯域が大きくなる場合がある。この場合には、ＦＩＦＯ部６は、順次パケットを蓄積し、バッファ内に蓄積されたパケット量が閾値１を超えた場合には、閾値１超過信号を「１」として出力する。

省電力選択制御部４は、「１」となった閾値１超過信号をＦＩＦＯ部６から受けることで、入力回線速度が大きくなってきたことを検知し、ＱｏＳバッファ制御部５に対して、パケットの経路を変更するための準備として、活性化信号を出力し、その旨を伝える。一方、ＱｏＳバッファ制御部５は、この活性化信号を省電力選択制御部４から受けることで、パワーダウンまたは停止していた内部クロックや外部メモリの活性化を開始する。

その後、ＦＩＦＯ部６は、さらにパケットが蓄積していくことで閾値２までに達した場合には、閾値２超過信号を「１」として出力し、省電力選択制御部４に伝える。これに対して、省電力選択制御部４は、「１」となった閾値２超過信号をＦＩＦＯ部６から受けることで、入力選択部３に対して、入力データ１としてパケットを転送するように、入力選択信号を出力する。この結果、入力選択部３は、パケット多重部２で多重化されたパケットを、入力データ１を経由してＱｏＳバッファ制御部５に転送する。

一方、入力選択部３による選択が入力データ２から入力データ１に切り替わることで、ＦＩＦＯ部６では、入力データ２からの入力パケットがなくなる。このため、蓄積していたパケットが、出力データ２を経由して出力選択部７に転送されることにより徐々に減り、最終的には、空となるとともに、ＦＩＦＯ部６は、ｅｍｐｔｙ２信号を「１」として出力する。

省電力選択制御部４は、このｅｍｐｔｙ２信号をＦＩＦＯ部６から受けることで、出力選択部７に対して、出力データ１を選択して出力するように、出力選択信号を出力する。この結果、出力選択部７は、出力選択信号の変化に応じて、ＦＩＦＯ部６に対する出力許可２信号を無効とするとともに、出力許可１信号を有効とする。そして、出力選択部７は、ＱｏＳバッファ制御部５からの出力データ１を選択して、出力ポートＸに、ＱｏＳバッファ制御部５からのパケットを転送することとなる。

その後、ＱｏＳバッファ制御部５への入力データ１のトラヒックが所定量よりも減少してきた場合には、ＱｏＳバッファ制御部５は、トラヒック情報信号にて、その旨を省電力選択制御部４に通知する。そして、省電力選択制御部４は、このトラヒック情報信号をＱｏＳバッファ制御部５から受けることで、入力選択部３に対して、入力データ２としてＦＩＦＯ部６にパケットを転送するように、入力選択信号を出力する。

この結果、入力データ１からの入力がなくなるため、ＱｏＳバッファ制御部５内のバッファはついには空となり、ＱｏＳバッファ制御部５は、ｅｍｐｔｙ１信号を「１」として出力する。「１」となったｅｍｐｔｙ１信号を受けた省電力選択制御部４は、出力選択部７に対して、出力データ２を選択するように、出力選択信号を出力する。

この結果、出力選択部７は、ＦＩＦＯ部６に対して出力を許可し、ＦＩＦＯ部６から出力される出力データ２を選択して、出力ポートＸにパケットを転送する。さらに、省電力選択制御部４は、ＱｏＳバッファ制御部５に対する活性化信号を無効として出力し、ＱｏＳバッファ制御部５をパワーダウンさせる。

このような一連動作により、入力トラヒックが少ない場合には、ＦＩＦＯ部６を経由したメモリのみを経由し、大容量のＱｏＳバッファ制御部５の動作を停止させておくことで、省電力化を行うことができる。一方、入力トラヒックが多い場合には、ＱｏＳバッファ制御部５を活性化するとともにＱｏＳ制御を行うことで、通信品質を守ることが可能となる。

さらに、ＦＩＦＯ部６からの閾値超過信号を２段階以上とすることで、ＱｏＳバッファ制御部５およびその外付けメモリ（例えば、ＳＤＲＡＭ）を事前に活性化させる時間を確保することが可能となる。この結果、パケットをＱｏＳ保証なしで廃棄することもなくなる。

以上のように、実施の形態１によれば、省電力選択制御部を備えることで、トラヒック量に応じて、ＦＩＦＯ部を介したパケット送信と、ＱｏＳバッファ制御部を介したパケット送信とを適宜切り換え選択可能にするとともに、ＦＩＦＯ部を介したパケット送信を行っている際には、ＱｏＳバッファ制御部をパワーダウンさせておくことができる。この結果、ＱｏＳ制御回路自身も含めたバッファ制御の低消費電力化を実現するバッファ制御装置およびバッファ制御方法を得ることができる。

さらに、ＦＩＦＯ部に蓄積されるパケット量を２段階以上の閾値でモニタすることで、ＱｏＳバッファ制御部を事前に活性化させておくことが可能となる。この結果、外付けメモリを事前に活性化させるための時間を確保することが可能となり、パケットをＱｏＳ保証なしで廃棄することもなくなる。

なお、上述した実施の形態１においては、ＦＩＦＯ部６により生成された閾値１超過信号を用いて、ＱｏＳバッファ制御部５を事前に活性化させておく場合について説明した。しかしながら、この閾値１超過信号の代わりに、パケット多重部２において、入力ポート１（１）〜１（ｎ）までの回線速度の和を計測することで多重データとしてのトラヒック量を求め、この値が所定値を越えた場合にＱｏＳバッファ制御部５を事前に活性化させておくことも可能である。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、ＦＩＦＯ部６に閾値を設けて、入力トラヒックの量を判断する場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、入力トラヒック量の予測が外部から得られるような構成で、省電力バッファ制御を行う場合について説明する。

通常、大容量のＱｏＳ制御を伴うバッファを構成する場合には、外部にＳＤＲＡＭ等の同期式ＤＡＲＡＭを複数個用いることにより実現することになる。しかしながら。高速なＳＤＲＡＭは、１石約１Ｗ近く消費するとともに、その外部とのＩＯインタフェースが高速かつ多ピンであることから、消費電力が高いことが知られている。従って、低消費電力化のために外部メモリ等をパワーダウンさせた場合には、パワーアップまである程度の時間を要することとなる。

例えば、通常のＳＤＲＡＭを一旦パワーダウンした場合には、その再活性化には、およそ２００μｓ程度の時間を要する。そのため、トラフィックが低い状態に外部ＲＡＭ等をパワーダウンさせておき、トラフィックが高くなってからパワーオンする場合には、その活性化時間に耐え得るように、低トラフィック時に使用する容量のＦＩＦＯを持たなければ、パケットは廃棄されてしまうことが問題となる。

具体的には、例えば、入力回線速度の最大が１６０Ｇｂｐｓであった場合を考えると、２００μｓ間で約４Ｍｂｙｔｅ以上の容量が必要となってしまい、最近の大規模ＦＰＧＡまたはＬＳＩでさえも、実装が厳しいことが分かる。

上記の問題に対しては、トラフィック量の予測情報を前もって知ることが可能であれば、その情報を用いることで解決することができる。そこで、本実施の形態２では、例えば、アクセス系ＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）システムのコアネットワーク側に置かれたスイッチにおけるバッファ制御での低消費電力化を行う場合に、トラフィック予測量を利用する方法について説明する。

本実施の形態２では、ＰＯＮのＤＢＡ制御（グラント周期（１ｍｓ程度）で全ＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）のデータ蓄積情報を得て、帯域制御や優先制御をしながら動的に出力許可を与える制御）から、将来のトラフィック情報を得て、出力回線速度以上の入力を予測する。そして、その予測とともに、外部メモリの活性化を開始し、実際にデータが到着するまでの間に、ＱｏＳバッファ制御部５への入力を選択する。このような構成とすることで、低トラフィック時のＦＩＦＯ部６のサイズを少量にすることが可能となる。

図２は、本発明の実施の形態２におけるバッファ制御装置を応用したシステムの全体構成図である。より具体的には、先の実施の形態１における図１の構成を備えたバッファ制御装置（図２における省電力バッファ制御部１０に相当）を、ＰＯＮシステムに適用した場合を示すものである。

図２に示すように、先の実施の形態１で示した省電力バッファ制御部１０に対して、その配下に、ＰＯＮシステムである局側ＰＯＮ制御部２０（１）〜２０（ｎ）が接続されている。また、その局側ＰＯＮ制御部２０（１）〜２０（ｎ）の配下には、宅内等に設置される子局ＯＮＵ制御部３０（１）〜３０（ｎ）が接続された状態とする。さらに、本実施の形態２では、局側ＰＯＮ制御部２０（１）〜２０（ｎ）から省電力選択制御部４に対して、ＤＢＡ次期周期情報が与えられる構成となっている。

ここで、将来のトラフィック情報に相当するＤＢＡ次期周期情報について説明する。ＰＯＮシステムにおいて、局側ＰＯＮ制御部２０（１）〜２０（ｎ）では、子局ＯＮＵに対してグラントと呼ばれる送信許可パケットを発出する。この送信許可パケットを受けた子局ＯＮＵでは、そのグラントによりＯＮＵに蓄積されたデータを送信するとともに、その子局ＯＮＵにおけるデータの蓄積量を、レポートとして局側ＰＯＮ制御部２０（１）〜２０（ｎ）に発出する。

ここで、局側ＰＯＮ制御部２０（１）〜２０（ｎ）では、その配下に接続された全ての子局ＯＮＵからのレポートを受けると、各ＯＮＵに対して送信許可を与えるべきデータ量をＤＢＡ（ＤｙｎａｍｉｃＢａｎｄｗｉｄｔｈＡｌｌｏｃａｔｉｏｎ）というアルゴリズムで計算し、グラントにその情報をのせて発出する。

これにより、次周期に与えるべき送信許可データ量は、各局側ＰＯＮ制御部２０（１）〜２０（ｎ）で計算されていることとなり、近い将来の全トラヒック量を予測することが可能となる。そこで、各局側ＰＯＮ制御部２０（１）〜２０（ｎ）は、この予測値をＤＢＡ次期周期情報として、省電力選択制御部４に通知することになる。

通常のＰＯＮシステムでは、そのグラントの周期は、およそ１ｍｓである。従って、例えば、ＱｏＳバッファ制御部５に外部ＳＤＲＡＭが接続されていたとしても、２００μｓの活性化時間を確保することが可能となる。この結果、ＤＢＡ次期周期情報を得た省電力選択制御部４は、早めに、活性化信号をＱｏＳバッファ制御部５に与えることができる。

これにより、ＦＩＦＯ部６で溢れないように設定していた閾値１超過信号から閾値２超過信号までの２００μｓ以上保持が可能なサイズとする必要はなくなり、ＦＩＦＯ部６のサイズを小さくすることが可能となる。

以上のように、実施の形態２によれば、バッファ制御装置をＰＯＮシステムに適用する場合に、近い将来の全トラヒック量の予測値としてＤＢＡ次期周期情報を用いることができる。これにより、ＱｏＳバッファ制御部を早めに活性化することが可能となり、ＦＩＦＯ部のサイズを小さくすることが可能となる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、入力トラヒック量の予測が外部から得られるような場合に、先の実施の形態２とは異なるシステム構成で、省電力バッファ制御を行う場合について説明する。より具体的には、本実施の形態３では、ＰＯＮシステム等のＤＢＡ制御を行うシステムが配下にない場合でも、例えば、本発明の省電力バッファ制御部１０の配下に、ＳＩＰ（ＳｅｓｓｉｏｎＩｎｉｔｉａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）を終端するホームゲートウェイ等が存在する場合について説明する。

省電力バッファ制御部１０の配下に、ＳＩＰを終端するホームゲートウェイ等が存在する場合には、ＳＩＰにて必要な帯域を事前に要求するシーケンスが発生する。そこで、そのＳＩＰのパケットをスヌーピングすることで、その後のデータ量を予測（単なる積算でもよい）することができる。このようにして、出力回線速度以上となることを早めに検知することで、低トラフィック時のＦＩＦＯ部６のサイズを少量にすることが可能となる。

図３は、本発明の実施の形態３におけるバッファ制御装置を応用したシステムの全体構成図である。より具体的には、先の実施の形態１における図１の構成を備えた省電力バッファ制御部１０を、ＳＩＰを終端するホームゲートウェイ等が存在するシステムに適用した場合を示すものである。

図３に示すように、本実施の形態３では、先の実施の形態１で示した省電力バッファ制御部１０に対して、その配下にＮＧＮ（ＮｅｘｔＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋ）等でのＳＩＰセッションにて通信を行うことが可能なホームゲートウェイ装置４０（１）〜４０（ｎ）（以下、ＨＧＷ装置４０（１）〜４０（ｎ））が接続された状態となっている。

さらに、本実施の形態３における省電力バッファ制御部１０は、パケット多重部２の後段に、ＳＩＰ情報抽出部９をさらに備えており、ＳＩＰ情報抽出部９は、そのＳＩＰの情報を省電力選択制御部４に通知する構成となっている。

なお、ＨＧＷ装置４０（１）〜４０（ｎ）は、省電力バッファ制御部１０に対して、必ずしも直接接続する必要はなく、ＰＯＮシステムまたはＭＣ（メディアコンバータ）システム等が間に挿入されていてもよい。

次に、本実施の形態３におけるバッファ制御装置の具体的な動作について説明する。
各ＨＧＷ装置４０（１）〜４０（ｎ）またはその配下に接続された端末より、ＳＩＰセッションが開始されたとする。このとき、出力ポートＸの先のネットワークには、ＳＩＰサーバが設置されており、これから通信する帯域や優先クラス等のやり取りが行われる。

ここで、ＳＩＰ情報抽出部９は、そのＳＩＰのパケットをスヌーピング（盗み見）することで、どのような帯域のどのようなセッションが今後開始される、もしくは終了するかの情報を得ることが可能となる。これにより、全てのセッションの帯域の合計値が、出力ポートＸの回線速度より多いか少ないかを早く知ることが可能となる。従って、先の実施の形態２と同様の効果を得ることが可能となる。

以上のように、実施の形態３によれば、バッファ制御装置をＳＩＰサーバが設置されたシステムに適用する場合に、近い将来の全トラヒック量の予測値としてＳＩＰ情報を用いることができる。これにより、ＱｏＳバッファ制御部を早めに活性化することが可能となり、先の実施の形態２と同様に、ＦＩＦＯ部のサイズを小さくすることが可能となる。

１（１）〜１（ｎ）入力ポート、２パケット多重部、３入力選択部、４省電力選択制御部、５ＱｏＳバッファ制御部、６ＦＩＦＯ部、７出力選択部、８出力ポート、９ＳＩＰ情報抽出部、１０省電力バッファ制御部、２０（１）〜２０（ｎ）局側ＰＯＮ制御部、３０（１）〜３０（ｎ）子局ＯＮＵ制御部、４０（１）〜４０（ｎ）ＨＧＷ装置。

Claims

複数の入力回線をパケット毎に多重するパケット多重手段と、
大容量バッファを有し、トラヒックが出力回線速度を越える入力データに対して大容量バッファ制御を行うＱｏＳバッファ制御手段と、
小容量バッファを有し、入力順にパケットを格納し、入力順に出力を行うことで前記トラヒックが前記出力回線速度以下の入力データに対して小容量バッファ制御を行うＦＩＦＯ手段と、
前記ＱｏＳバッファ制御手段による前記大容量バッファ制御中のトラヒック状態および前記ＦＩＦＯ手段による前記小容量バッファ制御中のトラヒック状態をそれぞれモニタし、前記大容量バッファ制御または前記小容量バッファ制御のいずれかを選択切り替えする信号として、入力選択信号および出力選択信号を生成するとともに、前記ＦＩＦＯ手段による前記小容量バッファ制御中において前記ＱｏＳバッファ制御手段をパワーダウンさせておく省電力選択制御手段と、
前記省電力選択制御手段で生成された前記入力選択信号に基づいて、前記パケット多重手段により多重されたパケットデータを、前記大容量バッファ制御を行う前記ＱｏＳバッファ制御手段または前記小容量バッファ制御を行う前記ＦＩＦＯ手段のいずれに入力データとして入力させるかを選択切り替えする入力選択手段と、
前記省電力選択制御手段で生成された前記出力選択信号に基づいて、前記大容量バッファ制御を行う前記ＱｏＳバッファ制御手段からの出力データまたは前記小容量バッファ制御を行う前記ＦＩＦＯ手段からの出力データのいずれを出力ポートから出力させるかを選択切り替えする出力選択手段と
を備え、
前記省電力選択制御手段は、前記ＱｏＳバッファ制御手段がパワーダウン中における前記小容量バッファ制御中のトラヒック状態のモニタ結果に基づいて、前記パケットデータを、前記大容量バッファ制御を行う前記ＱｏＳバッファ制御手段に入力データとして入力させるための入力選択信号を生成して入力切り換えを行うタイミングよりも前に、パワーダウン中の前記ＱｏＳバッファ制御手段を事前に活性化させておく
ことを特徴とするバッファ制御装置。
請求項１に記載のバッファ制御装置において、
前記ＱｏＳバッファ制御手段は、前記大容量バッファ制御中に、前記入力データのトラヒックが所定量よりも減少した場合にはトラヒック情報信号を出力し、前記大容量バッファ内が空になった場合にはｅｍｐｔｙ１信号を出力し、
前記ＦＩＦＯ手段は、前記小容量バッファ制御中に、前記小容量バッファ内が空になった場合にはｅｍｐｔｙ２信号を出力し、前記小容量バッファに蓄積されているパケット量が所定の閾値２を超過した場合には閾値２超過信号を出力し、
前記省電力選択制御手段は、前記ＱｏＳバッファ制御手段から出力される前記トラヒック情報信号および前記ｍｐｔｙ１信号と、前記ＦＩＦＯ手段から出力される前記ｅｍｐｔｙ２信号および前記閾値２超過信号とを前記トラヒック状態としてモニタし、前記ＦＩＦＯ手段からの前記閾値２超過信号および前記ＱｏＳバッファ制御手段からの前記トラフィック情報信号に基づいて入力選択信号を生成する際に、前記閾値２超過信号を受信した場合には、前記小容量バッファ制御から前記大容量バッファ制御に切り替える信号として前記入力選択信号を出力し、前記トラフィック情報信号を受信した場合には、前記大容量バッファ制御から前記小容量バッファ制御に切り替える信号として前記入力選択信号を出力するとともに、前記ＦＩＦＯ手段からの前記ｅｍｐｔｙ２信号および前記ＱｏＳバッファ制御手段からの前記ｅｍｐｔｙ１信号に基づいて出力選択信号を生成する際に、前記ｅｍｐｔｙ２信号を受信した場合には、前記小容量バッファ制御から前記大容量バッファ制御に切り替える信号として前記出力選択信号を出力し、前記ｅｍｐｔｙ１信号を受信した場合には、前記大容量バッファ制御から前記小容量バッファ制御に切り替える信号として前記出力選択信号を出力する
ことを特徴とするバッファ制御装置。
請求項２に記載のバッファ制御装置において、
前記ＦＩＦＯ手段は、前記小容量バッファ制御中に、前記小容量バッファに蓄積されているパケット量が前記所定の閾値２よりも小さい値である所定の閾値１を超過した場合には閾値１超過信号を出力し、
前記省電力選択制御手段は、前記ＦＩＦＯ手段から前記閾値２超過信号を受信する前に前記閾値１超過信号を受信することで、前記ＱｏＳバッファ制御手段に対して活性化信号を出力し、
前記ＱｏＳバッファ制御手段は、前記省電力選択制御手段から前記活性化信号を受信することで、パワーダウンまたは停止していた内部クロック、および外部メモリの活性化を開始する
ことを特徴とするバッファ制御装置。
請求項１または２に記載のバッファ制御装置において、
前記パケット多重手段は、前記複数の入力回線の速度の和として前記多重データのトラヒック量を算出し、前記トラヒック量が所定値を越えた場合に、前記ＱｏＳバッファ制御手段に対して活性化信号を出力し、
前記ＱｏＳバッファ制御手段は、前記パケット多重手段から前記活性化信号を受信することで、パワーダウンまたは停止していた内部クロック、および外部メモリの活性化を開始する
ことを特徴とするバッファ制御装置。
請求項１または２に記載のバッファ制御装置において、
前記省電力選択制御手段は、前記複数の入力回線の先にＰＯＮシステムが接続されている場合には、前記ＰＯＮシステムから帯域制御方式であるＤＢＡの情報をトラヒック量の予測値として取得し、前記トラヒック量の予測値が所定値を越えた場合に、前記ＱｏＳバッファ制御手段に対して活性化信号を出力し、
前記ＱｏＳバッファ制御手段は、前記パケット多重手段から前記活性化信号を受信することで、パワーダウンまたは停止していた内部クロック、および外部メモリの活性化を開始する
ことを特徴とするバッファ制御装置。
請求項１または２に記載のバッファ制御装置において、
前記複数の入力回線の先にＳＩＰをサポートするホームゲートウェイの終端装置が接続されている場合には、前記パケット多重手段による前記多重データに含まれている、前記ＳＩＰのシーケンスにおいてこれから使用する帯域を確保するセッション情報をＳＩＰパケットとして抽出するＳＩＰ情報抽出部をさらに備え、
前記省電力選択制御部は、前記ＳＩＰ情報抽出部により抽出された前記ＳＩＰパケットに基づいてトラヒック量の予測値を求め、前記トラヒック量の予測値が所定値を越えた場合に、前記ＱｏＳバッファ制御手段に対して活性化信号を出力し、
前記ＱｏＳバッファ制御手段は、前記パケット多重手段から前記活性化信号を受信することで、パワーダウンまたは停止していた内部クロック、および外部メモリの活性化を開始する
ことを特徴とするバッファ制御装置。
複数の入力回線をパケット毎に多重するパケット多重ステップと、
大容量バッファを用いて、トラヒックが出力回線速度を越える入力データに対して大容量バッファ制御を行うＱｏＳバッファ制御ステップと、
小容量バッファを用いて、入力順にパケットを格納し、入力順に出力を行うことで前記トラヒックが前記出力回線速度以下の入力データに対して小容量バッファ制御を行うＦＩＦＯステップと、
前記ＱｏＳバッファ制御ステップによる前記大容量バッファ制御中のトラヒック状態および前記ＦＩＦＯステップによる前記小容量バッファ制御中のトラヒック状態をそれぞれモニタし、前記大容量バッファ制御または前記小容量バッファ制御のいずれかを選択切り替えする信号として、入力選択信号および出力選択信号を生成するとともに、前記ＦＩＦＯステップによる前記小容量バッファ制御中において前記ＱｏＳバッファ制御ステップによる処理を行わないようにパワーダウンさせておく省電力選択制御ステップと、
前記省電力選択制御ステップで生成された前記入力選択信号に基づいて、前記パケット多重ステップにより多重されたパケットデータを、前記大容量バッファ制御を行う前記ＱｏＳバッファ制御ステップまたは前記小容量バッファ制御を行う前記ＦＩＦＯステップのいずれに入力データとして入力させるかを選択切り替えする入力選択ステップと、
前記省電力選択制御ステップで生成された前記出力選択信号に基づいて、前記大容量バッファ制御を行う前記ＱｏＳバッファ制御ステップからの出力データまたは前記小容量バッファ制御を行う前記ＦＩＦＯステップからの出力データのいずれを出力ポートから出力させるかを選択切り替えする出力選択ステップと
を備え、
前記省電力選択制御ステップは、前記ＱｏＳバッファ制御ステップによる処理を行わないパワーダウン中における前記小容量バッファ制御中のトラヒック状態のモニタ結果に基づいて、前記パケットデータを、前記大容量バッファ制御を行う前記ＱｏＳバッファ制御ステップに入力データとして入力させるための入力選択信号を生成して入力切り換えを行うタイミングよりも前に、パワーダウン中の前記ＱｏＳバッファ制御ステップを事前に活性化させておく
ことを特徴とするバッファ制御方法。
請求項７に記載のバッファ制御装置において、
前記ＱｏＳバッファ制御ステップは、前記大容量バッファ制御中に、前記入力データのトラヒックが所定量よりも減少した場合にはトラヒック情報信号を出力し、前記大容量バッファ内が空になった場合にはｅｍｐｔｙ１信号を出力し、
前記ＦＩＦＯステップは、前記小容量バッファ制御中に、前記小容量バッファ内が空になった場合にはｅｍｐｔｙ２信号を出力し、前記小容量バッファに蓄積されているパケット量が所定の閾値２を超過した場合には閾値２超過信号を出力し、
前記省電力選択制御ステップは、前記ＱｏＳバッファ制御ステップから出力される前記トラヒック情報信号および前記ｍｐｔｙ１信号と、前記ＦＩＦＯステップから出力される前記ｅｍｐｔｙ２信号および前記閾値２超過信号とを前記トラヒック状態としてモニタし、前記ＦＩＦＯステップで出力された前記閾値２超過信号および前記ＱｏＳバッファ制御ステップで出力された前記トラフィック情報信号に基づいて入力選択信号を生成する際に、前記閾値２超過信号を受信した場合には、前記小容量バッファ制御から前記大容量バッファ制御に切り替える信号として前記入力選択信号を出力し、前記トラフィック情報信号を受信した場合には、前記大容量バッファ制御から前記小容量バッファ制御に切り替える信号として前記入力選択信号を出力するとともに、前記ＦＩＦＯステップで出力された前記ｅｍｐｔｙ２信号および前記ＱｏＳバッファ制御ステップで出力された前記ｅｍｐｔｙ１信号に基づいて出力選択信号を生成する際に、前記ｅｍｐｔｙ２信号を受信した場合には、前記小容量バッファ制御から前記大容量バッファ制御に切り替える信号として前記出力選択信号を出力し、前記ｅｍｐｔｙ１信号を受信した場合には、前記大容量バッファ制御から前記小容量バッファ制御に切り替える信号として前記出力選択信号を出力する
ことを特徴とするバッファ制御方法。