JP5788827B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置におけるトラヒック制御技術に係り、特に、輻輳時にレートに応じて選択的にフレームの廃棄を行い、トラヒック間の公平性を高めるとともにキュー長の増大を防ぐ技術に関するものである。

一般に、アクセスネットワークにおいて、データの転送制御を行う通信装置は、ユーザから転送されたトラヒックの集線を行い、ユーザトラヒックを多重化した上でコアネットワーク（通信事業者間を接続する大容量の基幹通信ネットワーク）に転送する。各通信装置は、フレームに記載されたＣＯＳなどの値を用いて優先度を識別し、ＶＬＡＮＩＤ（ＶＩＤ）などのユーザ識別子を用いて送信元ユーザを識別する。特に、集線を効率的に行うためには、通信装置を多段接続した上で、コアネットワークに接続する構成が必要となる。

しかし、通信装置を多段接続した際には、各通信装置に収容されたユーザのトラヒックに関して、特に輻輳時にスループットや遅延などの転送品質に不公平が生じる。これは、コアネットワークから遠い通信装置に収容されたユーザのトラヒックほど、集線回数が増加し、それに伴いキュー（Ｑｕｅｕｅ）での転送順番待ち回数が増え、遅延が増大しスループットが減少することに起因する。このような不公平を解消するためのトラヒック制御方法が必要となる。なお、キューとは待ち行列のことであり、ここでは、通信装置により受信されたフレームが、宛先通信ポートへの送信に備えて先入れ先出しのリスト構造で保持されたものである。

転送品質の公平性を実現するための第１の従来技術として、例えば非特許文献１に記載の２レート３カラーマーカーによるＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅ（ＤｉｆｆＳｅｒｖ）が存在する。この技術では、トラヒックレート、ピークレート（ＰＩＲ）、最低保証レート（ＣＩＲ）、ピークバーストサイズ（ＰＢＳ）、最低保証バーストサイズ（ＣＢＳ）を用いてフレームへのマーキングを行う。その際、トラヒックレートがＰＩＲを超過する場合は赤色に、ＰＩＲを超過せずＣＩＲを超過する場合は黄色に、それ以外の場合は緑色とする。そして、マーキングされた色に従ってフレームの廃棄を行う。赤色のフレームは全て廃棄し、黄色のフレームをベストエフォート（ＢＥ）転送し、緑色のフレームは廃棄しない、などの方法によって、レートの大きいトラヒックほど多くのフレームを廃棄し、スループットの公平性を向上させる。

転送品質の公平性を実現するための第２の従来技術として、非特許文献２に記載のＲａｉｎｂｏｗＦａｉｒＱｕｅｕｅｉｎｇ（ＲＦＱ）がある。この技術は、エッジルータにてフローごとのレートを推定し、レートが大きいフローのフレームほど多色にマーキングを行い、コアルータに転送し、コアルータにてバッファ閾値超過時に輻輳を検出し、レートが大きい場合に着色される色のフレームを廃棄する。輻輳継続時、廃棄閾値を更新することで廃棄する色を増やし、レートの大きいフローから順にフレームが廃棄され、スループットの公平化を図る。

これらの技術を用いることで、レートの大きいトラヒックのフレームを廃棄し、ユーザトラヒック間の転送品質の公平性を改善することができる。

Ｏ．Ａｂｏｕｌ−Ｍａｇｄ， Ｓ．Ｒａｂｉｅ， ＲＦＣ ４１１５，"Ａ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｔｗｏ−Ｒａｔｅ、Ｔｈｒｅｅ−Ｃｏｌｏｒ Ｍａｒｋｅｒ ｗｉｔｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｈａｎｄｌｉｎｇ ｏｆ ｉｎ−Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｔｒａｆｆｉｃ"， Ｎｏｒｔｅｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ， Ｊｕｌｙ ２００５．

Ｚｈｉｒｕｏ Ｃａｏ， Ｚｈｅｎｇ Ｗａｎｇ， Ｅｌｌｅｎ Ｚｅｇｕｒａ，"Ｒａｉｎｂｏｗ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｅｉｎｇ： Ｆａｉｒ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｓｈａｒｉｎｇ Ｗｉｔｈｏｕｔ Ｐｅｒ−Ｆｌｏｗ Ｓｔａｔｅ"，ＩＥＥＥ ＩＮＦＯＣＯＭ ２０００， ｖｏｌ．２， ｐｐ．９２２−９３１

しかし、これらの技術では、ネットワーク全体として見た場合に効率的な廃棄を行うことができず、キュー長が不要に伸びて遅延が増大し、公平性が低下する場合があった。

例えば、非特許文献１の技術においては、ある通信装置から黄色フレームが廃棄されずに出力された後、次々に転送された先の通信装置において他に多数のトラヒックが合流して輻輳が拡大すると、転送先において廃棄されることがある。このようなことが発生すると、ネットワーク全体として考えた場合には、本来転送せず早めに廃棄しておくべきだったフレームが転送されることで、転送先のキュー長が不要に伸びることになる。すると、キュー構成によっては緑色フレームについても遅延が増大する場合がある。

また、非特許文献２の技術においては、コアルータがそれぞれキュー長の増減をもとに廃棄色を決定するため、非特許文献１の技術と同様に、ある通信装置から出力されたフレームが、次々に転送された先において他に多数のトラヒックが合流して輻輳が拡大した際に、廃棄されることがある。そのため、多くのコアルータを経由するトラヒックほど、キューイング遅延が伸び易く、スループットに不公平が発生する場合がある。

以上のように従来技術では、ネットワーク全体として見た場合に効率的なフレーム廃棄を行うことができず、キュー長が不要に伸びて、経由する通信装置の数が増えるに従って遅延が増大し、トラヒック間の公平性が低下する点である。例えば、ある通信装置から出力されたフレームが、次々に転送された先の通信装置において他に多数のトラヒックが合流して輻輳が拡大した際に、転送先において廃棄されることがある。このような場合、ネットワーク全体として考えると、本来転送せず早めに廃棄しておくべきだったフレームが転送されることで、経由する通信装置のキュー長が不要に伸びることになる。すると、経由する通信装置が多いトラヒックほどキューイング遅延が増大し易く、公平性が低下する課題がある。

本発明は、これら従来技術の課題を解決すべく、アクセス区間における多段集線構成において、ネットワーク全体として見た場合に効率的なフレーム廃棄を行い、キュー長および遅延の不要な増大を防止することを可能とする通信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る通信装置は、出力フレームを蓄積するキューと、廃棄閾値と、廃棄確率と、他の通信装置に対して廃棄閾値および廃棄確率を送信する手段と、他の通信装置から送信された廃棄閾値および廃棄確率を受信する手段と、を備え、他の通信装置との間で廃棄閾値および廃棄確率を送受信し、異なるＮ種類の色の内、いずれかの色がマーキングされたフレームが出力キューに入力する際、フレームの色と、廃棄閾値および廃棄確率と、に基づいて、当該フレームの廃棄判断を行い、廃棄と判断された場合には当該フレームを廃棄する、ことを行う。

具体的には、本発明に係る通信装置は、Ｎ（Ｎは自然数）種類の色ＩＤのいずれかがマーキングされたフレームを上流側から受信する第１ポートと、前記フレームを蓄積する出力キューと、前記キューから前記フレームを下流側へ送信する第２ポートと、前記Ｎから廃棄閾値Ｍ（０≦Ｍ＜Ｎ）を減算した比較値（Ｎ−Ｍ）および廃棄確率Ｐ（０≦Ｐ≦１）と前記第１ポートが受信した前記フレームの色ＩＤとを比較し、色ＩＤ＞（Ｎ−Ｍ）であれば前記フレームを廃棄し、色ＩＤ＝（Ｎ−Ｍ）であれば前記フレームを確率Ｐで廃棄し、確率１−Ｐで前記フレームを前記出力キューに蓄積させ、色ＩＤ＜（Ｎ−Ｍ）であれば前記フレームを前記出力キューに蓄積させる廃棄判断を行う廃棄判断部と、自己の廃棄閾値Ｅと下流側の他の通信装置から受信した廃棄閾値Ｄとを比較し、廃棄閾値Ｅ≧廃棄閾値Ｄならば廃棄閾値Ｅを廃棄閾値Ｍとして前記廃棄判断部へ通知し、廃棄閾値Ｅ＜廃棄閾値Ｄならば廃棄閾値Ｄを廃棄閾値Ｍとして前記廃棄判断部へ通知する比較判断を行う廃棄閾値管理部と、を備える。

本通信装置は、フレーム廃棄の閾値を他の通信装置とやりとりすることで、他の通信装置での廃棄が予想されるフレームについて先行して廃棄を行い、効率的なフレーム廃棄を実現し、ネットワーク全体の不要な遅延を防止する。

従って、本発明は、アクセス区間における多段集線構成において、ネットワーク全体として見た場合に効率的なフレーム廃棄を行い、キュー長および遅延の不要な増大を防止することを可能とする通信装置を提供することができる。

本発明に係る通信装置の前記廃棄閾値管理部は、比較値（Ｎ−Ｍ）に対応するキュー長ｑ、前記出力キューの最大キュー長Ｑ、１以上の実数ｘ、及び廃棄閾値関数ｆ（ｑ）＝ｆｌｏｏｒ（Ｎｑ÷Ｑ）を用いて、ｆ（ｑ）＝ｍを満たす閾値ｍ（０≦ｍ＜Ｎ）を求め、常にＰ＝１とし、ｍ＞Ｅの場合に廃棄閾値Ｅの値をｍに更新することを特徴とする。なお、ｆｌｏｏｒ（ｘ）は床関数である。

本発明に係る通信装置は、適宜廃棄閾値を適正化することができ、効率的なフレーム廃棄が可能である。またパラメタｘを大きくすることで、キュー長が短いほど閾値の間隔を短くすることによって、レートの大きいトラヒックを廃棄され易くすることができ、不要なフレームによるキューイング遅延の増大を抑止することができる。

本発明に係る通信装置の廃棄閾値管理部は、廃棄閾値と廃棄確率を用いて比較判断してもよい。すなわち、前記廃棄閾値管理部は、自己の廃棄閾値Ｅと下流側の他の通信装置から受信した廃棄閾値Ｄ、および自己の廃棄確率Ｃと下流側の他の通信装置から受信した廃棄確率Ｂとを比較し、廃棄閾値Ｅ＞廃棄閾値Ｄならば、廃棄閾値Ｅを廃棄閾値Ｍとし、廃棄確率Ｃを廃棄確率Ｐとして前記廃棄判断部へ通知し、廃棄閾値Ｅ＝廃棄閾値Ｄかつ廃棄確率Ｃ＞廃棄確率Ｂならば、廃棄閾値Ｅを廃棄閾値Ｍとし、廃棄確率Ｃを廃棄確率Ｐとして前記廃棄判断部へ通知し、廃棄閾値Ｅ＝廃棄閾値Ｄかつ廃棄確率Ｃ≦廃棄確率Ｂまたは、廃棄閾値Ｅ＜廃棄閾値Ｄならば、廃棄閾値Ｄを廃棄閾値Ｍとし、廃棄確率Ｂを廃棄確率Ｐとして前記廃棄判断部へ通知する比較判断を行う。

詳細には、前記廃棄閾値管理部は、廃棄閾値関数ｆ（ｑ）＝ｆｌｏｏｒ（Ｎ（ｑ÷Ｑ）^１／ｘ）および廃棄確率関数ｇ（ｍ，ｑ）＝（ｑ÷Ｑ−（ｍ÷Ｎ）^ｘ）÷（（（ｍ＋１）÷Ｎ）^ｘ−（ｍ÷Ｎ）^ｘ））を用いて、ｆ（ｑ）＝ｍ、ｇ（ｍ，ｑ）＝ｐを満たす閾値ｍ（０≦ｍ＜Ｎ）および確率ｐ（０≦ｐ＜１）を求め、ｍ＞Ｅまたはｍ＝Ｅかつｐ＞Ｃの場合に廃棄閾値Ｅの値をｍに更新し廃棄確率Ｃの値をｐに更新することを特徴とする。

本発明に係る通信装置は、ｐを用いることで、ｍとｍ＋１の間におけるキュー長の割合を表すことができ、ｍのみを用いた場合より精度良く輻輳状況を表現し、適切な廃棄判断を行うことができる。また、特定のポートから受信したフレームに対しては、常に廃棄確率Ｐ＝０として廃棄判断を行うことで、経由ＳＷ数が多いフレームほど確率的な廃棄判断が多く行われ廃棄される確率が高くなることを防止することができる。

本発明に係る通信装置の前記廃棄閾値管理部は、廃棄閾値Ｅ又は廃棄閾値Ｍ、または廃棄閾値Ｅ又は廃棄閾値Ｍおよび廃棄確率Ｃ又は廃棄確率Ｐを定期的に上流側の他の通信装置へ送信することを特徴とする。

本発明に係る通信装置は、定期的に自身の廃棄閾値、または廃棄閾値および廃棄確率を上流の通信装置に通知でき、通信システム全体の不要なフレームによるキューイング遅延の増大を抑止することができる。

本発明に係る通信装置の前記廃棄閾値管理部は、廃棄閾値Ｅ又は廃棄閾値Ｍを廃棄閾値Ｅの更新時に上流側の他の通信装置へ送信することを特徴とする。

本発明に係る通信装置は、廃棄閾値が更新されない間において通知を行わず不要な通信を削減するとともに、更新があった場合に即座に新たな廃棄閾値を通知することができ、キューイング遅延の増大を抑えることができる。

本発明に係る通信装置の前記廃棄判断部は、前記出力キューが複数あり、前記フレームを振り分けて蓄積する場合、全ての前記出力キューへの前記フレームに対し、一律に前記廃棄判断を行うことを特徴とする。

本発明に係る通信装置は、フレームに記載されたユーザ識別子を用いてユーザ別にキューイングを行う際に、フレームに対して一律の廃棄判断を行うことができ、ユーザ間の転送品質の公平性をより高めることができる。

本発明に係る通信装置の前記廃棄判断部は、前記出力キューが複数あり、前記フレームを振り分けて蓄積する場合、前記フレームに対し、前記出力キュー毎に前記廃棄判断を行うことを特徴とする。

本発明に係る通信装置は、特定のユーザのトラヒック量が非常に多い場合に、当該ユーザのキュー長が伸び廃棄閾値が高くなることで、当該ユーザのフレームのみを多く廃棄し、他のユーザへの影響を小さくすることが可能となる。

本発明に係る通信装置の前記廃棄閾値管理部は、前記第２ポートが複数ある場合、複数ある下流側の他の通信装置のうちの１つから受信した廃棄閾値Ｄ、または廃棄閾値Ｄおよび廃棄確率Ｂを用いて前記比較判断を行うことを特徴とする。

本発明に係る通信装置は、不要なフレームによるキューイング遅延の増大を抑止する効率が最も良い廃棄閾値を選択できる。

本発明は、アクセス区間における多段集線構成において、ネットワーク全体として見た場合に効率的なフレーム廃棄を行い、キュー長および遅延の不要な増大を防止することを可能とする通信装置を提供することができる。

本発明に係る通信装置を示すブロック図である。対応第１ポートは１、廃棄判断部は１、出力キューは１である。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。対応第１ポートは複数である。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。対応第１ポートは複数であり、通知非対応がある。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。出力キューは複数である。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。出力キューは複数、対応第１ポートは複数である。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。出力キューは複数、対応第１ポートは複数であり、通知非対応がある。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。対応第２ポートは複数である。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。対応第２ポートは複数であり、通知非対応がある。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。対応第２ポートは複数、対応第１ポートは複数である。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。対応第２ポートは複数であり、対応第１ポートは複数であり、いずれか通知非対応がある。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。廃棄判断部は複数である。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。廃棄判断部は複数、対応第１ポートは複数である。 本発明に係る通信装置を示すブロック図である。廃棄判断部は複数、対応第１ポートは複数であり、通知非対応がある。 本発明に係る通信装置のフレーム廃棄について説明する図である。 本発明に係る通信装置のフレーム廃棄について説明する図である。 色ＩＤについて説明する図である。

以下、図を用いて本発明を実施するための形態例を説明する。なお、本発明は、以下の記述により限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

まず、図１を用いて本発明の第１の実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１において、１は本発明に係る通信装置であり、通信装置１は、第１ポート１１を通じて受信した、他の通信装置から転送されたフレーム１０に関し、廃棄判断部１３において廃棄判断を行った上で、非廃棄と判断された場合には出力キュー１５にフレームを転送し、廃棄と判断された場合には即座にフレームを廃棄する。この際、入力フレーム１０には、異なるＮ種類の色の内のいずれかがマーキングされているものとする。ここで、色とは、図１６に示すように、廃棄優先度を表す特定のビット列のことを指す。便宜的に、色には、０からＮ−１までの色ＩＤが割り当てられているものとし、色ＩＤが大きい色ほど、当該トラヒックのレートが大きいことを表すものとする。出力キュー１５に蓄積されたフレームは、キュー読み出し部１６によって読み出され、第２ポート１２から、他の通信装置に対して転送される。

通信装置１への入力フレーム１０には、当該フレームの優先度を示す情報が付与されており、廃棄判断部１３に転送される前に、あらかじめ優先度に従って振り分けられており、廃棄判断部１３が扱うのは、同一の優先度を持ったフレームである。また、廃棄判断対象とならないフレームに関しては、ここでは図示していない、当該優先度向けの出力キューに別途蓄積されるものとする。

廃棄判断部１３は、廃棄閾値Ｍ（０≦Ｍ＜Ｎ）および廃棄確率Ｐ（０≦Ｐ≦１）を持つ。出力キュー１５の最大キュー長をＱとし、廃棄判断時点のキュー長をｑとする。廃棄閾値関数ｆ（ｑ）＝ｆｌｏｏｒ（Ｎｑ÷Ｑ）として、ｆ（ｑ）＝ｍを満たすｍ（０≦ｍ＜Ｎ）を求め、ｍ＞Ｍの場合には、Ｍにｍを代入することで、廃棄閾値を更新する。常にＰ＝１とする。フレーム１０の色ＩＤを用いて、色ＩＤ＞Ｎ−Ｍであればフレーム１０を廃棄し、色ＩＤ＝Ｎ−Ｍであれば確率Ｐでフレーム１０を廃棄する。

廃棄閾値管理部１４は、第２ポート１２を通じて、他の通信装置から転送された廃棄閾値Ｄを受信する。Ｄ＞Ｍである場合には、ＭにＤを代入する。第１ポート１１を通じて、上流の通信装置に対して廃棄閾値Ｍを送信する。この際、一定の時間間隔ごとに廃棄閾値を送信する。

ここで、図１４を用いて廃棄判断部１３と廃棄閾値管理部１４の詳細な動作をまとめる。
１．廃棄判断部１３は、下式を満たすｍ（０≦ｍ＜Ｎ）を探索する。
ｆ（ｑ）＝ｆｌｏｏｒ（Ｎｑ÷Ｑ）
２．廃棄閾値管理部１４は、下流側から受信した廃棄閾値Ｄと自身が持つ廃棄閾値Ｅとを比較する。Ｄ＞Ｅであれば廃棄判断部１３に廃棄閾値Ｄを廃棄閾値Ｍとして使用させる。Ｄ≦Ｅであれば廃棄判断部１３に廃棄閾値Ｅを廃棄閾値Ｍとして使用させる。
３．廃棄判断部１３は、ｍとＭとを比較する。ｍ≦Ｍならば、廃棄判断部１３は以下のステップを行う。ｍ＞Ｍならば、廃棄判断部１３はｍを廃棄閾値Ｍとして以下のステップを行うとともに、廃棄閾値管理部１４に廃棄閾値Ｅの値をｍに更新させる。
４．廃棄判断部１３は、下記の条件を満たす色ＩＤを持つフレームを廃棄する。
色ＩＤ＞Ｎ−Ｍ
５．廃棄判断部１３は、下記の条件を満たす色ＩＤを持つフレームを確率Ｐで廃棄する。このとき、常にＰ＝１であるため、すべてのフレームを廃棄する。
色ＩＤ＝Ｎ−Ｍ
６．廃棄閾値管理部１４は、定期的に廃棄閾値Ｅを上流側へ通知する。

具体例で説明する。
廃棄判断時に利用するのは、最新の自身の輻輳状態を表す値（仮にＡとおく）と、最も輻輳が激しい下流側装置の輻輳状態を表す値（仮にＢとおく）の二つである。ＡとＢの内、輻輳が厳しい方を自身の廃棄判断に用いることで、最も輻輳が激しい装置と同じポリシーで判断を行うことが可能となる。例えば、廃棄閾値がＢであるときに自身が最も輻輳が激しくなった場合（Ａ＞Ｂのとき）、廃棄閾値を更新（Ｂ→Ａ）して所定時に上流側に伝達する。

このように、廃棄判断部１３と廃棄閾値管理部１４は、最新の自身の輻輳状態を表すｍと受信した廃棄閾値Ｄとを比較し、ｍとＤのうち大きい値をＭとして、自身の廃棄判断に用いるとともに、所定時に上流側へと通知する、という処理を行う。ｍ＜ＤであればＭはＤに従い大きくなり、ｍ＞ＤとなればＭ＝ｍ、すなわちＭは自身の輻輳状態に従って変動するようになる。

この廃棄方法により、キュー長が伸びるほど多くの色のフレームを廃棄し、その一方でレートの小さいトラヒックのフレームを廃棄することなく転送することができる。さらに、他の通信装置から廃棄閾値を受け取り、転送先で輻輳状況が強まる場合には、転送先と同様の廃棄閾値を用いて廃棄判断を行うことによって、転送を重ねた後に転送先で廃棄するのではなく、前もって廃棄を行うことができる。換言すれば、上流の通信装置へ廃棄閾値を通知することは、「最下流で廃棄するフレームを先に捨てる」と同義であり、段数の増加に伴うキューイング遅延の積算を防ぐことができる。これにより、ネットワーク全体で見た場合により効率的なフレーム廃棄を行い、キュー長および遅延の不要な増大を防止することができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、ほぼ第１の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、廃棄閾値関数ｆ（ｑ）として、ｆ（ｑ）＝ｆｌｏｏｒ（Ｎｑ÷Ｑ）を用いる代わりに、ｆ（ｑ）＝ｆｌｏｏｒ（Ｎ（ｑ÷Ｑ）^１／ｘ）を用いる。ｘは１以上の実数である。ｘは、定数であるとともに、本関数を用いる者によって適宜設定される設計事項である。このような指数的な廃棄閾値関数を用いることによって、図１５に示すようにキューイング遅延をより短くすることができる場合がある。すなわち、図１６のように色ＩＤが大きいほど、当該トラヒックのレートが大きいことを表すことから、色ＩＤが０に近いフレーム群には、ネットワーク上のほとんど全てのトラヒックが含まれる一方で、色ＩＤがＮに近いフレーム群には、レートが非常に大きい限られたトラヒックのみが含まれている、と考えられる。よって、キュー長が短いほど閾値の間隔を短くすることによって、そのようなレートの大きいトラヒックを廃棄され易くすることができ、不要なフレームによるキューイング遅延の増大を抑止することができる。

第２の実施の形態における廃棄判断部１３と廃棄閾値管理部１４の詳細な動作は、第１の実施の形態で説明したステップ１の数式を下式に置き換えることで説明できる。
ｆ（ｑ）＝ｆｌｏｏｒ（Ｎｑ÷Ｑ）

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、ほぼ第１〜２の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、廃棄閾値を送信する契機として、一定の時間間隔ごとに送信する代わりに、廃棄閾値が更新された直後に送信する。この方法により、廃棄閾値が更新されない間は通知を行わず不要な通信を削減するとともに、更新があった場合に即座に新たな廃棄閾値を通知することができ、キューイング遅延の増大を抑えることができる。

＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態は、ほぼ第１〜２の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、廃棄閾値関数ｆ（ｑ）のみを用いる代わりに、廃棄閾値関数ｆ（ｑ）＝ｆｌｏｏｒ（Ｎ（ｑ÷Ｑ）^１／ｘ）および廃棄確率関数ｇ（ｍ，ｑ）＝（ｑ÷Ｑ−（ｍ÷Ｎ）^ｘ）÷（（（ｍ＋１）÷Ｎ）^ｘ−（ｍ÷Ｎ）^ｘ））を用いて、ｆ（ｑ）＝ｍ、ｇ（ｍ，ｑ）＝ｐを満たす閾値ｍ（０≦ｍ＜Ｎ）および確率ｐ（０≦ｐ＜１）を求め、ｍ＞Ｅまたはｍ＝Ｅかつｐ＞Ｃの場合に廃棄閾値Ｅの値をｍに更新し廃棄確率Ｃの値をｐに更新する。廃棄判断においては、ｍ＞Ｍの場合には、Ｍにｍを代入した上でＰにｐを代入することで、廃棄閾値および廃棄確率を更新する。フレーム１０の色ＩＤを用いて、色ＩＤ＞Ｎ−Ｍであればフレーム１０を廃棄し、色ＩＤ＝Ｎ−Ｍであれば確率Ｐでフレーム１０を廃棄する。

廃棄閾値管理部１４は、第２ポート１２を通じて、他の通信装置から転送された廃棄閾値Ｄおよび廃棄確率Ｂを受信する。Ｄ＞Ｍである場合には、ＭにＤを代入し、ＰにＢを代入する。第１ポート１１を通じて、上流の通信装置に対して廃棄閾値Ｍおよび廃棄確率Ｐを送信する。この際、一定の時間間隔ごとに廃棄閾値および廃棄確率を送信する。

このように、廃棄判断部１３と廃棄閾値管理部１４は、最新の自身の輻輳状態を表すｍおよびｐと受信した廃棄閾値Ｄおよび廃棄確率Ｂとを比較し、ｍとＤのうち大きい値をＭとして、ｍ＞ＤのときはｐをＰとし、ｍ＜ＤのときはＢをＰとして、ｍ＝Ｄのときは、ｐとＢのうち大きい値をＰとして、自身の廃棄判断に用いるとともに、所定時に上流側へと通知する、という処理を行う。ｍ＜ＤであればＭはＤに従い大きくなり、ｍ＞ＤとなればＭ＝ｍ、すなわちＭは自身の輻輳状態に従って変動するようになる。

廃棄確率は廃棄閾値より小さいスケールで輻輳状態を表し、廃棄閾値が等しい場合には、廃棄確率が大きい方が激しい輻輳状態を表す。すなわち、廃棄確率を用いることで、廃棄閾値を単独で用いるよりも、きめ細かいレート制御が可能になる。たとえば、色数Ｎが小さい場合やユーザ数が非常に多い場合には、廃棄閾値を１増減させると、フレームの転送レートは大きく変動し、ユーザごとのスループットをきめ細かく制御することが難しい。この様な場合にも、廃棄確率の増減によって、廃棄閾値を一定に保ちながら、より精密な転送レート制御が可能である。

＜第５の実施の形態＞
本発明の第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態は、ほぼ第４の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。廃棄確率Ｐを用いた廃棄判断において、すべてのフレームに対して同じ廃棄判断を行う代わりに、特定のポートから受信したフレームに対しては、常に廃棄確率Ｐ＝０として廃棄判断を行う。これにより、経由ＳＷ数が多いフレームほど確率的な廃棄判断が多く行われ廃棄される確率が高くなることを防止することができる。

＜第６の実施の形態＞
図２を用いて、本発明の第６の実施の形態について説明する。第６の実施の形態は、ほぼ第１〜５の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、第１ポート１１を通じて、他の通信装置に対して廃棄閾値Ｍ、または廃棄閾値Ｍおよび廃棄確率Ｐを送信する代わりに、複数の第１ポート（１１−１、１１−２）の全てに対して、廃棄閾値Ｍ、または廃棄閾値Ｍおよび廃棄確率Ｐを送信する。なお入力ポートはいくつあっても良いが、ここでは２つの場合に関して述べた。これにより、複数の入力ポートから入力するフレームを廃棄対象とし、また廃棄閾値、または廃棄閾値および廃棄確率の送信対象とすることで、さらにキュー長の伸びを抑えやすくすることができる。

＜第７の実施の形態＞
図３を用いて、本発明の第７の実施の形態について説明する。第７の実施の形態は、ほぼ第１〜５の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、第１ポート１１を通じて、他の通信装置に対して廃棄閾値Ｍ、または廃棄閾値Ｍおよび廃棄確率Ｐを送信する代わりに、複数の第１ポート（１１−１、１１−２）の内あらかじめ定めたポートに対してのみ、廃棄閾値Ｍ、または廃棄閾値Ｍおよび廃棄確率Ｐを送信する。なお入力ポートはいくつあっても良いが、ここでは２つの場合に関して述べた。これにより、複数の入力ポートから入力するフレームを廃棄対象とした上で、その中で廃棄閾値、または廃棄閾値および廃棄確率の送信対象としない入力ポートを設定することができ、廃棄閾値、または廃棄閾値および廃棄確率の共有を行わない通信装置を設定することができる。

＜第８の実施の形態＞
図４を用いて、本発明の第８の実施の形態について説明する。第８の実施の形態は、ほぼ第１〜５の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、廃棄判断部１３から転送される出力キュー１５が一つである代わりに、複数の出力キュー（１５−１、１５−２）である点が異なる。このとき、出力キュー１５はいくつでも良いが、図４では２つの場合を示す。振り分け部１７を用いて、出力キュー１５−１および出力キュー１５−２にフレームを振り分け、廃棄判断部１３は一律に廃棄判断を行う。この方法により、フレームに記載されたユーザ識別子を用いてユーザ別にキューイングを行う際に、フレーム１０に対して一律の廃棄判断を行うことができ、ユーザ間の転送品質の公平性をより高めることなどが可能となる。なお、廃棄閾値、または廃棄閾値および廃棄確率の算出方法としては、合計キュー長を用いても良いし、最大キュー長や平均キュー長を用いても良い。

＜第９の実施の形態＞
図５を用いて、本発明の第９の実施の形態について説明する。第９の実施の形態は、ほぼ第６の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、廃棄判断部１３から転送される出力キュー１５が一つである代わりに、複数の出力キュー（１５−１、１５−２）である点が異なる。このとき、出力キュー１５はいくつでも良いが、図４では２つの場合を示す。振り分け部１７を用いて、出力キュー１５−１および出力キュー１５−２にフレームを振り分け、廃棄判断部１３は一律に廃棄判断を行う。この方法により、フレームに記載されたユーザ識別子を用いてユーザ別にキューイングを行う際に、フレーム１０に対して一律の廃棄判断を行うことができユーザ間の転送品質の公平性をより高めることなどが可能となる。なお、廃棄閾値、または廃棄閾値および廃棄確率の算出方法としては、合計キュー長を用いても良いし、最大キュー長や平均キュー長を用いても良い。

＜第１０の実施の形態＞
図６を用いて、本発明の第１０の実施の形態について説明する。第１０の実施の形態は、ほぼ第７の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、廃棄判断部１３から転送される出力キュー１５が一つである代わりに、複数の出力キュー（１５−１、１５−２）である点が異なる。このとき、出力キュー１５はいくつでも良いが、図６では２つの場合を示す。振り分け部１７を用いて、出力キュー１５−１および出力キュー１５−２にフレームを振り分け、廃棄判断部１３は一律に廃棄判断を行う。この方法により、フレームに記載されたユーザ識別子を用いてユーザ別にキューイングを行う際に、フレーム１０に対して一律の廃棄判断を行うことができ、ユーザ間の転送品質の公平性をより高めることなどが可能となる。なお、廃棄閾値、または廃棄閾値および廃棄確率の算出方法としては、合計キュー長を用いても良いし、最大キュー長や平均キュー長を用いても良い。

＜第１１の実施の形態＞
図７を用いて、本発明の第１１の実施の形態について説明する。第１１の実施の形態は、ほぼ第８の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、出力キュー（１５−１、１５−２）に蓄積されたフレームは、キュー読み出し部１６によって読み出され、第２ポート１２から、他の通信装置に対して転送される代わりに、複数のキュー読み出し部（１６−１、１６−２）によってそれぞれ読み出され、複数の第２ポート（１２−１、１２−２）から、それぞれ他の通信装置に対して転送される点が異なる。複数の出力ポートはいくつあっても良いが、図７では２つの場合を示す。廃棄閾値管理部１４は、第２ポート（１２−１、１２−２）を通じて、他の通信装置から転送された廃棄閾値Ｄ１および廃棄確率Ｂ１と廃棄閾値Ｄ２および廃棄確率Ｂ２を受信する。Ｄ１＞Ｄ２であればＤとしてＤ１を用い、ＢとしてＢ１を用いる。Ｄ１＜Ｄ２であればＤとしてＤ２を用い、ＢとしてＢ２を用いる。Ｄ１＝Ｄ２であればＤとしてＤ１を用い、ＢとしてＢ１とＢ２のうち大きい方を用いる。この方法により、複数の出力ポートに転送されるフレームに対して一律に廃棄判断を行うことが可能となる。

＜第１２の実施の形態＞
図８を用いて、本発明の第１２の実施の形態について説明する。第１２の実施の形態は、ほぼ第１１の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、廃棄閾値管理部１４は、第２ポート（１２−１、１２−２）を通じて、他の通信装置から転送された廃棄閾値Ｄ１および廃棄閾値Ｂ１と廃棄閾値Ｄ２および廃棄閾値Ｂ２を受信する代わりに、第２ポート１２−１を通じて、他の通信装置から転送された廃棄閾値Ｄおよび廃棄閾値Ｂを受信する。Ｄ＞ＭまたはＤ＝ＭかつＢ＞Ｐである場合には、ＭにＤを代入しＰにＢを代入する。この方法により、複数の出力ポートに転送されるフレームに対して一律に廃棄判断を行う際に、特定の出力ポートに接続される通信装置からの廃棄閾値情報のみを利用して廃棄判断を行うことが可能となる。

＜第１３の実施の形態＞
図９を用いて、本発明の第１３の実施の形態について説明する。第１３の実施の形態は、ほぼ第９の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、出力キュー（１５−１、１５−２）に蓄積されたフレームは、キュー読み出し部１６によって読み出され、第２ポート１２から、他の通信装置に対して転送される代わりに、複数のキュー読み出し部（１６−１、１６−２）によってそれぞれ読み出され、複数の第２ポート（１２−１、１２−２）から、それぞれ他の通信装置に対して転送される点が異なる。複数の出力ポートはいくつあっても良いが、図９では２つの場合を示す。廃棄閾値管理部１４は、第２ポート（１２−１、１２−２）を通じて、他の通信装置から転送された廃棄閾値Ｄ１および廃棄閾値Ｂ１と廃棄閾値Ｄ２および廃棄閾値Ｂ２を受信する。Ｄ１＞Ｄ２であればＤとしてＤ１を用い、ＢとしてＢ１を用いる。Ｄ１＜Ｄ２であればＤとしてＤ２を用い、ＢとしてＢ２を用いる。Ｄ１＝Ｄ２であればＤとしてＤ１を用い、ＢとしてＢ１とＢ２のうち大きい方を用いる。この方法により、複数の出力ポートに転送されるフレームに対して一律に廃棄判断を行うことが可能となる。

＜第１４の実施の形態＞
図１０を用いて、本発明の第１４の実施の形態について説明する。第１４の実施の形態は、ほぼ第１０の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、出力キュー（１５−１、１５−２）に蓄積されたフレームは、キュー読み出し部１６によって読み出され、第２ポート１２から、他の通信装置に対して転送される代わりに、複数のキュー読み出し部（１６−１、１６−２）によってそれぞれ読み出され、複数の第２ポート（１２−１、１２−２）から、それぞれ他の通信装置に対して転送される点が異なる。複数の出力ポートはいくつあっても良いが、図１０では２つの場合を示す。廃棄閾値管理部１４は、第２ポート（１２−１、１２−２）の内あらかじめ定めたポートからのみ、他の通信装置から転送された廃棄閾値Ｄおよび廃棄確率Ｂを受信する。この方法により、複数の出力ポートに転送されるフレームに対して一律に廃棄判断を行う際に、特定の出力ポートに接続される通信装置からの廃棄閾値および廃棄確率情報のみを利用して廃棄判断を行うことが可能となる。

＜第１５の実施の形態＞
図１１を用いて、本発明の第１５の実施の形態について説明する。第１５の実施の形態は、ほぼ第８、１１、１２の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、廃棄判断部１３を用いて廃棄判断を行う代わりに、複数の廃棄判断部（１３−１、１３−２）を用いて廃棄判断を行う。複数の廃棄判断部は、出力キュー１５の数と同数であり、それぞれが出力キュー１５に対応し、対応する出力キューのキュー長を用いて、廃棄閾値および廃棄確率を算出し廃棄判断を行う。この方法により、特定のユーザのトラヒック量が非常に多い場合に、当該ユーザのキュー長が伸び廃棄閾値および廃棄確率が高くなることで、当該ユーザのフレームのみを多く廃棄し、他のユーザへの影響を小さくすることが可能となる。

＜第１６の実施の形態＞
図１２を用いて、本発明の第１６の実施の形態について説明する。第１６の実施の形態は、ほぼ第９、１３の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、廃棄判断部１３を用いて廃棄判断を行う代わりに、複数の廃棄判断部（１３−１、１３−２）を用いて廃棄判断を行う。複数の廃棄判断部は、出力キュー１５の数と同数であり、それぞれが出力キュー１５に対応し、対応する出力キューのキュー長を用いて、廃棄閾値および廃棄確率を算出し廃棄判断を行う。この方法により、特定のユーザのトラヒック量が非常に多い場合に、当該ユーザのキュー長が伸び廃棄閾値および廃棄確率が高くなることで、当該ユーザのフレームのみを多く廃棄し、他のユーザへの影響を小さくすることが可能となる。

＜第１７の実施の形態＞
図１３を用いて、本発明の第１７の実施の形態について説明する。第１７の実施の形態は、ほぼ第１０、１４の実施の形態と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、廃棄判断部１３を用いて廃棄判断を行う代わりに、複数の廃棄判断部（１３−１、１３−２）を用いて廃棄判断を行う。複数の廃棄判断部は、出力キュー１５の数と同数であり、それぞれが出力キュー１５に対応し、対応する出力キューのキュー長を用いて、廃棄閾値および廃棄確率を算出し廃棄判断を行う。この方法により、特定のユーザのトラヒック量が非常に多い場合に、当該ユーザのキュー長が伸び廃棄閾値および廃棄確率が高くなることで、当該ユーザのフレームのみを多く廃棄し、他のユーザへの影響を小さくすることが可能となる。

（実施の形態の通信装置の効果）
上述した実施の形態の通信装置は、以下のような効果を得ることができる。ネットワークを構成する通信装置は、他の通信装置との間で廃棄閾値および廃棄確率を送受信することで、他の通信装置における輻輳状況を推定する。推定された輻輳状況をも考慮して廃棄判断を行うことで、自らが搭載された通信装置のキュー長のみに基づいて廃棄判断を行った場合には廃棄されず転送されるフレームに関しても、特に転送先の通信装置においていずれ廃棄されることが予想される場合には先行して廃棄を行う。それによって、ネットワーク全体で見た場合により効率的なフレーム廃棄を行い、キュー長および遅延の不要な増大を防止する。

１：通信装置
１０：フレーム
１１，１１−１，１１−２：第１ポート
１２，１２−１，１２−２：第２ポート
１３、１３−１、１３−２：廃棄判断部
１４：廃棄閾値管理部
１５、１５−１、１５−２：出力キュー
１６、１６−１、１６−２：キュー読み出し部
１７：振り分け部

Claims (13)

1. Ｎ（Ｎは自然数）種類の色ＩＤのいずれかがマーキングされたフレームを上流側から受信する第１ポートと、
   前記フレームを蓄積する出力キューと、
   前記キューから前記フレームを下流側へ送信する第２ポートと、
   前記Ｎから廃棄閾値Ｍ（０≦Ｍ＜Ｎ）を減算した比較値（Ｎ−Ｍ）と前記第１ポートが受信した前記フレームの色ＩＤとを比較し、色ＩＤ≧（Ｎ−Ｍ）であれば前記フレームを廃棄し、色ＩＤ＜（Ｎ−Ｍ）であれば前記フレームを前記出力キューに蓄積させる廃棄判断を行う廃棄判断部と、
   自己の廃棄閾値Ｅと下流側の他の通信装置から受信した廃棄閾値Ｄとに基づいて廃棄閾値Ｍを算出し、廃棄閾値Ｍを前記廃棄判断部へ通知する比較判断を行う廃棄閾値管理部と、
   を備える通信装置。
2. 前記廃棄閾値管理部は、
   自己の廃棄閾値Ｅと下流側の他の通信装置から受信した廃棄閾値Ｄとを比較し、廃棄閾値Ｅ≧廃棄閾値Ｄならば廃棄閾値Ｅを廃棄閾値Ｍとして前記廃棄判断部へ通知し、廃棄閾値Ｅ＜廃棄閾値Ｄならば廃棄閾値Ｄを廃棄閾値Ｍとして前記廃棄判断部へ通知する比較判断を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記廃棄閾値管理部は、
   比較値（Ｎ−Ｍ）に対応するキュー長ｑ、前記出力キューの最大キュー長Ｑ、及び１以上の実数ｘ、および廃棄閾値関数ｆ（ｑ）＝ｆｌｏｏｒ（Ｎ（ｑ÷Ｑ）１／ｘ）を用いて、ｆ（ｑ）＝ｍを満たす閾値ｍ（０≦ｍ＜Ｎ）を求め、ｍ＞Ｅの場合に廃棄閾値Ｅの値をｍに更新することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. Ｎ（Ｎは自然数）種類の色ＩＤのいずれかがマーキングされたフレームを上流側から受信する第１ポートと、
   前記フレームを蓄積する出力キューと、
   前記キューから前記フレームを下流側へ送信する第２ポートと、
   前記Ｎから廃棄閾値Ｍ（０≦Ｍ＜Ｎ）を減算した比較値（Ｎ−Ｍ）と前記第１ポートが受信した前記フレームの色ＩＤとを比較し、色ＩＤ＞（Ｎ−Ｍ）であれば前記フレームを廃棄し、色ＩＤ＝（Ｎ−Ｍ）であれば廃棄確率Ｐ（０≦Ｐ≦１）で前記フレームを廃棄し確率１−Ｐで前記フレームを前記出力キューに蓄積させ、色ＩＤ＜（Ｎ−Ｍ）であれば前記フレームを前記出力キューに蓄積させる廃棄判断を行う廃棄判断部と、
   自己の廃棄閾値Ｅと下流側の他の通信装置から受信した廃棄閾値Ｄとに基づいて廃棄閾値Ｍを算出し、廃棄閾値Ｍを前記廃棄判断部へ通知する比較判断を行う廃棄閾値管理部と、
   を備える通信装置。
5. 前記廃棄閾値管理部は、
   自己の廃棄閾値Ｅと下流側の他の通信装置から受信した廃棄閾値Ｄ、および自己の廃棄確率Ｃと下流側の他の通信装置から受信した廃棄確率Ｂとを比較し、
   廃棄閾値Ｅ＞廃棄閾値Ｄならば、廃棄閾値Ｅを廃棄閾値Ｍとし、廃棄確率Ｃを廃棄確率Ｐとして前記廃棄判断部へ通知し、
   廃棄閾値Ｅ＝廃棄閾値Ｄかつ廃棄確率Ｃ＞廃棄確率Ｂならば、廃棄閾値Ｅを廃棄閾値Ｍとし、廃棄確率Ｃを廃棄確率Ｐとして前記廃棄判断部へ通知し、
   廃棄閾値Ｅ＝廃棄閾値Ｄかつ廃棄確率Ｃ≦廃棄確率Ｂまたは、廃棄閾値Ｅ＜廃棄閾値Ｄならば、廃棄閾値Ｄを廃棄閾値Ｍとし、廃棄確率Ｂを廃棄確率Ｐとして前記廃棄判断部へ通知する比較判断を行うことを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
6. 前記廃棄閾値管理部は、廃棄閾値関数ｆ（ｑ）＝ｆｌｏｏｒ（Ｎ（ｑ÷Ｑ）１／ｘ）および廃棄確率関数ｇ（ｍ，ｑ）＝（ｑ÷Ｑ−（ｍ÷Ｎ）ｘ）÷（（（ｍ＋１）÷Ｎ）ｘ(（ｍ÷Ｎ）ｘ））を用いて、ｆ（ｑ）＝ｍ、ｇ（ｍ，ｑ）＝ｐを満たす閾値ｍ（０≦ｍ＜Ｎ）および確率ｐ（０≦ｐ＜１）を求め、ｍ＞Ｅの場合に廃棄閾値Ｅの値をｍに更新し、
   廃棄確率Ｃの値をｐに更新し、ｍ＝Ｅかつｐ＞Ｃの場合に廃棄確率Ｃの値をｐに更新することを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
7. 前記廃棄判断部は、前記第１ポートが複数ある場合、
   複数ある上流側の他の通信装置のうちのいずれかから受信した色ＩＤ＝（Ｎ−Ｍ）であるフレームに対しては、常に廃棄確率Ｐ＝０として廃棄判断を行うことを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
8. 前記廃棄閾値管理部は、
   廃棄閾値Ｅ又は廃棄閾値Ｍを定期的に上流側の他の通信装置へ送信することを特徴とする請求項２又は３に記載の通信装置。
9. 前記廃棄閾値管理部は、
   廃棄閾値Ｅ又は廃棄閾値Ｍを廃棄閾値Ｅの更新時に上流側の他の通信装置へ送信することを特徴とする請求項２又は３に記載の通信装置。
10. 前記廃棄閾値管理部は、廃棄閾値Ｅ又は廃棄閾値Ｍおよび、廃棄確率Ｃまたは廃棄確率Ｐを定期的に上流側の他の通信装置へ送信することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の通信装置。
11. 前記廃棄判断部は、
    前記出力キューが複数あり、前記フレームを振り分けて蓄積する場合、
    全ての前記出力キューへの前記フレームに対し、一律に前記廃棄判断を行うことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の通信装置。
12. 前記廃棄判断部は、
    前記出力キューが複数あり、前記フレームを振り分けて蓄積する場合、
    前記フレームに対し、前記出力キュー毎に前記廃棄判断を行うことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の通信装置。
13. 前記廃棄閾値管理部は、
    前記第２ポートが複数ある場合、
    複数ある下流側の他の通信装置のうちの１つから受信した廃棄閾値Ｄを用いて前記比較判断を行うことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の通信装置。

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