JP6192056B2 - 輻輳制御システムおよびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、加入者終端装置と、局側終端装置と、局側集約装置とを少なくとも含んで構成されるアクセス系ネットワークにおける輻輳制御技術に関する。

局側集約装置においてキューにパケットが蓄積されて輻輳状態になると、特定の装置に対してパケットの送信を抑制する方式は従来から知られている（非特許文献１参照）。また、キューにパケットが蓄積されて輻輳状態になると、輻輳制御信号を確率的に局側終端装置に対して送信することで、トラフィックを制御する方式も従来から知られている（非特許文献２参照）。

前者の従来方式では、局側集約装置のキューに所定の閾値以上のパケットが蓄積されると、輻輳原因となる装置に対してパケットの送信を停止する信号を送信し、その信号を受け取った装置はパケットの送信を停止することで輻輳を防止している。

後者の従来方式では、輻輳状態にある装置は、図１に示すような現在キューに蓄積されているパケットとキューに蓄積するパケットの目標値との差分、および現在キューに蓄積されているパケットと一定時間前にキューに蓄積されていたパケットとの差分からトラフィックの制限量を求め、一定間隔でサンプリングしたパケットから当該パケットの送信元の装置を抽出し、輻輳状態にある装置はパケットの送信元の装置に対して図２に示すような確率で輻輳制御信号を送信する。

これらの方式は輻輳の原因となる装置に対する制御方式、または全装置に対する制御方式であり、輻輳の原因となっている装置が大きく帯域を制限される点が特徴である。

従来技術では局側終端装置単位のトラフィックの超過量に従って、輻輳原因となっている装置に対して大きく帯域を制限する制御を行っているため、ユーザ数が多い局側終端装置では輻輳制御により更なるユーザの帯域低下を引き起こす要因となっている。

本発明では、前記課題を解決するため、エンドユーザが体感する通信品質を意識して、輻輳が発生していないエリア（非輻輳エリア）に対して輻輳制御を実施するとともに、輻輳が発生しているエリア（輻輳エリア）に対して輻輳制御を実施しないことで、エンドユーザに対する過度の通信品質の劣化を防ぐようにする。

具体的には、
１以上のユーザ端末を収容する加入者終端装置と、１以上の加入者終端装置を収容する局側終端装置と、１以上の局側終端装置を集約する局側集約装置とを少なくとも含んで構成されるアクセス系ネットワークにおける輻輳制御システムであって、
局側集約装置は、輻輳を検知するとパケット送信量を制御する信号である輻輳制御信号を当該輻輳が解除されるまで局側終端装置に対して送信し続ける手段を有し、
各局側終端装置は、
輻輳制御信号の受信開始後の第１の時間ｍ以内においてはヘビーユーザ端末が存在すれば当該ヘビーユーザ端末を収容する加入者終端装置の帯域割当を制限する手段と、
輻輳制御信号の受信開始後、第１の時間ｍを経過したときは当該局側終端装置のトラヒックが第１の閾値を超えており、ヘビーユーザ端末が存在すれば当該ヘビーユーザ端末を収容する加入者終端装置の帯域割当を制限し、当該局側終端装置のトラヒックが所定の第１の閾値を超えず、かつユーザ端末毎の平均トラヒックが所定の第２の閾値以上であれば当該局側終端装置の通信帯域を制限する手段と、
輻輳制御信号の受信開始後、第２の時間ｎ（ｍ＜ｎ）を経過したときは当該局側終端装置のトラヒックが所定の第１の閾値を超えるか、ユーザ端末毎の平均トラヒックが所定の第２の閾値以上であれば当該局側終端装置の通信帯域を制限する手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、輻輳時に局側集約装置から局側終端装置に輻輳制御信号を送信し、輻輳制御信号を受け取った局側終端装置は状態に応じて帯域を制限するか決定する。これにより輻輳エリア外のユーザ通信速度を一定以上に保った上で、輻輳エリアの通信品質を向上させることができる。

輻輳状態にある装置における輻輳制御信号取得の説明図 輻輳制御信号の送信確率を示す説明図 本発明の輻輳制御システムの実施の形態の一例を示すネットワーク構成図 本発明の輻輳制御システムにおける動作の全体の流れを示すフローチャート 図４中のフロー＃１の詳細を示すフローチャート 図４中のフロー＃２の詳細を示すフローチャート 図４中のフロー＃３の詳細を示すフローチャート ヘビーユーザに対する帯域制御のようすを示す説明図 非輻輳エリアに対する帯域制御のようすを示す説明図 輻輳エリアに対する帯域制御のようすを示す説明図

＜実施形態の構成＞
本発明では輻輳エリア外におけるユーザ端末の通信速度が一定以上になる範囲で制限し、輻輳エリアにおいては帯域を向上させること、およびそのために輻輳エリアとヘビーユーザ端末を判別した上で制御を行うことを狙いとする。以下では輻輳制御信号として、従来技術であるＱＣＮを用いて本発明を説明するが、輻輳制御が可能な信号であればその限りではない。

図３は本発明の輻輳制御システムの実施の形態の一例を示すもので、図中、１０は１以上のユーザ端末を収容する加入者終端装置（ユーザＯＮＵ）、２０は１以上の加入者終端装置を収容する局側終端装置、３０は１以上の局側終端装置を集約する局側集約装置である。

ここで、局側集約装置３０は、輻輳を検知するとＱＣＮを当該輻輳が解除されるまで局側終端装置に対して送信し続ける手段を有する。

また、各局側終端装置２０は、
ＱＣＮの受信開始後の第１の時間ｍ以内においてはヘビーユーザ端末が存在すれば当該ヘビーユーザ端末を収容するユーザＯＮＵ１０の帯域割当を制限する手段と、
ＱＣＮの受信開始後、第１の時間ｍを経過したときは当該局側終端装置２０のトラヒックが閾値ａ（輻輳原因となる閾値）を超えず、かつユーザ端末毎の平均トラヒックが閾値ｃ（ユーザ品質を保証する閾値）以上であれば当該局側終端装置２０の通信帯域を制限する手段と、
ＱＣＮの受信開始後、第２の時間ｎ（ｍ＜ｎ）を経過したときは当該局側終端装置２０のトラヒックが閾値ａを超えるか、ユーザ端末毎の平均トラヒックが閾値ｃ以上であれば当該局側終端装置２０の通信帯域を制限する手段とを有する。

さらに各局側終端装置２０は、予めヘビーユーザ端末として制御対象であることを示す情報を保持しており、ヘビーユーザ端末かどうかは、局側終端装置２０のトラヒックが閾値ａを超え、かつ回線単位でのトラヒックが閾値ｂ（ヘビーユーザを判別する閾値）を超え、さらにヘビーユーザ端末として制御対象であることを示す情報の有無によって判断する如くなっている。

なお、これらの手段はハードウェアもしくはコンピュータ上で動作するソフトウェアプログラムによって実現される。

＜実施形態の動作＞
図４は本発明の輻輳制御システムにおける動作の全体の流れを示すフローチャート、図５、図６および図７はそれぞれ図４中のフロー＃１、＃２および＃３の詳細を示すフローチャートである。

従来技術とは、以下に示す制御が異なる。

局側集約装置３０からＱＣＮを受け取った局側終端装置２０は、ヘビーユーザ端末が存在するか判定後、一定時間継続してＱＣＮが届いているか判定し、その情報に基づき帯域制御するか判定する。この結果、ヘビーユーザ端末に対する制御や輻輳原因ではない装置に対してのみの帯域制限、輻輳の原因となる装置に対する帯域制限のような柔軟な制御が１つの判断フローで実現可能である。

フロー＃１ではある時間ｔが０＜ｔ＜ｍまで、ヘビーユーザ端末に対する制御を行い、制御により輻輳が解除されるかフロー＃２に遷移する。

フロー＃１において、局側集約装置３０からＱＣＮを受け取った局側終端装置２０はそのトラフィックが閾値ａを超えているか判断し、閾値ａを超えていない場合は制御を行わない。一方、閾値ａを超えている場合、局側終端装置２０は回線単位でトラフィックが閾値ｂを超えているか判断することでヘビーユーザ端末を判別し、閾値ｂを超えていない場合は制御を行わない。さらに閾値ｂを超えている場合、局側終端装置２０はヘビーユーザ端末として制御対象になるか情報を取得することで判断する。ヘビーユーザ端末である場合、局側終端装置２０は該当のＯＮＵ１０に割り当てる帯域を減少させる。制御対象とならない場合は制御を行わない。

フロー＃２ではある時間ｔがｍ＜ｔ＜ｎまで、前述のヘビーユーザ端末に対する制御とともに非輻輳エリアに対する制御を行い、制御により輻輳が解除されるかフロー＃３に遷移する。

フロー＃２において、局側集約装置３０からＱＣＮを受け取った局側終端装置２０はそのトラフィックが閾値ａを超えていない場合、ユーザ端末の平均トラフィックが閾値ｃを超えているか判断する。閾値ｃを超えている場合、局側終端装置２０はその通信帯域を制限する。閾値ｃを超えていない場合は制御しない。また、ヘビーユーザ端末の判断については前述のフローと同一であるため説明を割愛する。

フロー＃３ではある時間ｔがｔ＞ｎのときに、輻輳エリアに対する制御を行う。

フロー＃３において、局側集約装置３０からＱＣＮを受け取った局側終端装置２０はそのトラフィックが閾値ａを超えているか、ユーザ端末の平均トラフィックが閾値ｃを超えている場合、当該局側終端装置２０によって構成されるエリアが輻輳の原因であり、他のエリアからのトラフィック削減も見込めないと判断し、その通信帯域を制限する。局側終端装置２０のトラフィックが閾値ａを超えず、ユーザ端末の平均トラフィックが閾値ｃを超えていない場合、当該局側終端装置２０によって構成されるエリアは輻輳の原因でないと判断して制御を行わない。

この一連の制御において、閾値ｎは閾値ｍよりも大きな値であり、ＱＣＮを受け取ってからの時刻をｔとすると、時間に応じて以下のような制御となる。

０＜ｔ＜ｍの場合、ＱＣＮを受け取った局側終端装置２０はヘビーユーザが存在しない限り何も制御しない。ヘビーユーザが存在する場合はヘビーユーザかどうか判断の上、帯域制御を行う。

ｂ＜ｔ＜ｎの場合、輻輳の原因となり得る利用帯域の大きな局側終端装置２０ではヘビーユーザが存在しない限り何もしない。利用帯域の小さな局側終端装置２０ではユーザごとの平均トラフィックが十分大きい場合のみ通信帯域を制御し、それ以外は何も制御しない。

ｔ＞ｎの場合、輻輳の原因となり得る利用帯域の大きな局側終端装置２０においてのみ通信帯域を制御し、利用帯域の小さな局側終端装置２０では何も制御しない。

輻輳時の制御として、図８にヘビーユーザが存在する場合、図９に収容装置に非輻輳エリアが存在する場合、図１０に非輻輳エリアに制御対象が存在しない場合の帯域制御のようすをそれぞれ示す。

１０：加入者終端装置（ユーザＯＮＵ）、２０：局側終端装置、３０：局側集約装置。

On the effects of the IEEE802.3x flow control in full-duplex Ethernet LANs, Proc. 24th Conference on Local Computer Networks(LCN’99), 1999 Data center transport mechanisms: Congestion control theory and IEEE standardization. In Allerton, 2008

Claims (4)

1. １以上のユーザ端末を収容する加入者終端装置と、１以上の加入者終端装置を収容する局側終端装置と、１以上の局側終端装置を集約する局側集約装置とを少なくとも含んで構成されるアクセス系ネットワークにおける輻輳制御システムであって、
   局側集約装置は、輻輳を検知するとパケット送信量を制御する信号である輻輳制御信号を当該輻輳が解除されるまで局側終端装置に対して送信し続ける手段を有し、
   各局側終端装置は、
   輻輳制御信号の受信開始後の第１の時間ｍ以内においてはヘビーユーザ端末が存在すれば当該ヘビーユーザ端末を収容する加入者終端装置の帯域割当を制限する手段と、
   輻輳制御信号の受信開始後、第１の時間ｍを経過したときはヘビーユーザ端末が存在すれば当該ヘビーユーザ端末を収容する加入者終端装置の帯域割当を制限し、ヘビーユーザ端末が存在せず、当該局側終端装置のトラヒックが所定の第１の閾値を超えず、かつユーザ端末毎の平均トラヒックが所定の第２の閾値以上であれば当該局側終端装置の通信帯域を制限する手段と、
   輻輳制御信号の受信開始後、第２の時間ｎ（ｍ＜ｎ）を経過したときは当該局側終端装置のトラヒックが所定の第１の閾値を超えるか、ユーザ端末毎の平均トラヒックが所定の第２の閾値以上であれば当該局側終端装置の通信帯域を制限する手段とを有する
   ことを特徴とする輻輳制御システム。
2. ヘビーユーザ端末かどうかは、局側終端装置のトラヒックが所定の第１の閾値を超え、かつ回線単位でのトラヒックが所定の第３の閾値を超え、さらにヘビーユーザ端末として制御対象であることを示す情報の有無によって判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載の輻輳制御システム。
3. １以上のユーザ端末を収容する加入者終端装置と、１以上の加入者終端装置を収容する局側終端装置と、１以上の局側終端装置を集約する局側集約装置とを少なくとも含んで構成されるアクセス系ネットワークにおける輻輳制御方法であって、
   局側集約装置が、輻輳を検知するとパケット送信量を制御する信号である輻輳制御信号を当該輻輳が解除されるまで局側終端装置に対して送信し続ける工程と、
   局側終端装置が、輻輳制御信号の受信開始後の第１の時間ｍ以内においてはヘビーユーザ端末が存在すれば当該ヘビーユーザ端末を収容する加入者終端装置の帯域割当を制限する工程と、
   局側終端装置が、輻輳制御信号の受信開始後、第１の時間ｍを経過したときはヘビーユーザ端末が存在すれば当該ヘビーユーザ端末を収容する加入者終端装置の帯域割当を制限し、ヘビーユーザ端末が存在せず、当該局側終端装置のトラヒックが所定の第１の閾値を超えず、かつユーザ端末毎の平均トラヒックが所定の第２の閾値以上であれば当該局側終端装置の通信帯域を制限する工程と、
   局側終端装置が、輻輳制御信号の受信開始後、第２の時間ｎ（ｍ＜ｎ）を経過したときは当該局側終端装置のトラヒックが所定の第１の閾値を超えるか、ユーザ端末毎の平均トラヒックが所定の第２の閾値以上であれば当該局側終端装置の通信帯域を制限する工程とを含む
   ことを特徴とする輻輳制御方法。
4. ヘビーユーザ端末かどうかは、局側終端装置のトラヒックが所定の第１の閾値を超え、かつ回線単位でのトラヒックが所定の第３の閾値を超え、さらにヘビーユーザ端末として制御対象であることを示す情報の有無によって判断する
   ことを特徴とする請求項３に記載の輻輳制御方法。

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