JP6480939B2 - ＩＰ ＱｏＳメカニズムの自動選択のための方法、夫々のＣＰＥデバイス及びコンピュータ可読記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＰ（Internet Protocol）（インターネットプロトコル）ネットワークへ、例えば、デジタル加入者線を介してネットワークサービスプロバイダへ、結合されるカスタマ構内設備デバイスの分野に関係がある。

レジデンシャルゲートウェイは、家庭内のデバイスをインターネット又はあらゆる他のワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ；Wide Area Network）へ接続するために広く使用されている。レジデンシャルゲートウェイは、特に、デジタル加入者線（ＤＳＬ；Digital Subscriber Line）テクノロジを使用する。このテクノロジは、銅線又は光回線を介した高データレート伝送を可能にする。数年の間に、データレート及び範囲が異なる、例えば、ＡＤＳＬ及びＶＤＳＬのような、幾つかのＤＳＬ標準が確立されてきた。ＡＤＳＬ及びＶＤＳＬは、本文脈においてｘＤＳＬと呼ばれる。また、インターネットサービスのための光伝送がよく知られており、例えば、ファイバー・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ；Fiber-To-The-Home）及びファイバー・トゥ・ザ・プレミシズ（ＦＴＴＰ；Fiber-To-The-Premises）がある。レジデンシャルゲートウェイ、更には、ルータ、ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）（無線ローカルエリアネットワーク）フォワーダー、スイッチ、電話機及びセットトップボックスのような他のデバイスは、本文脈においてカスタマ構内設備（ＣＰＥ；Customer Premises Equipment）デバイスとして理解される。

ＩＰ ＱｏＳ（Internet Protocol Quality of Service）メカニズムは、ハードウェアメカニズムとして集積回路において実装されるが、幾つかのより柔軟なメカニズムはソフトウェアにおいて実装される。ＩＰ ＱｏＳは、例えば、ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１ｐにおいて定義されている。ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１ｐは、サービスの８つの異なるクラスを記載する。ＲＦＣ ３２６０は、ネットワークトラフィックを分類及び管理し、ＩＰネットワークに関するクオリティ・オブ・サービス（ＱｏＳ）を提供するメカニズムであるディフサーブ（ＤｉｆｆＳｅｒｖ；Differentiated Services）を記載する。

対象は、キューイングメカニズムを通じて実施されるＶＤＳＬに対するアップストリームＱｏＳマネージメントである。レジデンシャルゲートウェイのための低電力ＶＤＳＬ及びＡＤＳＬ２＋ ＩＣソリューションであるブロードコムの６３６８プラットフォームでは、制限されたキューイングメカニズムがハードウェアにおいて実装されている。キューは、厳格モードにおいて又はＷＲＲ（weighted round robin）（加重ラウンドロビン）モードにおいて働くよう構成され得る。両方のキューイングメカニズムの組み合わせは不可能である。

ソフトウェア（ＩＰ ＱｏＳ、ＡＱＭ（Active Queue Management）（アクティブ・キュー・マネージメント））キューイングは、より高度なキューイングメカニズムを可能にするよう実装される。キューは、厳格モード及びＷＲＲモード（例えば、厳格モードである２つのキュー＋ＷＲＲモードである２つのキュー）を有するよう構成され得る。より高度な機能（ｔｃｐ ａｃｋフィルタリング、シェイピング、など）も、このソフトウェアモジュールにおいて実装される。

ＶＤＳＬアップストリームＱｏＳ機構を提供するよう、ＩＰ ＱｏＳソフトウェアモジュールは、キュー設定の何らかの組み合わせにより構成される。マッピングは、ソフトウェアキューがハードウェアにおいて（限られた機能群を有して）延在されることを確かにするよう、ハードウェアキューにおいて構成される。

このソフトウェアモジュールの欠点は、多くのＣＰＵリソース（ＣＰＵ負荷＋メモリ使用量）を消費する点である。このことは、ＶＤＳＬラインでのアップストリーム同期化レートが高い（〜１０Ｍｂｐｓを上回る）場合に、特に問題になる。アップストリームレートが高ければ高いほど、キューイングメカニズムは、毎秒ごとにより多くパケットを転送することができる。これは、プロセッサの更なる作業及び更なるＣＰＵ負荷を生じさせる。

設定インターフェイスを通じてこの機構を無効又は有効にすることが可能であるが、それにはエンドカスタマのアップストリームレートの手動によるモニタリングと、ソフトウェアキューイングを有効又は無効にすると決定することとを必要とする。これは管理するのが難しい。

他の解決法は、２種類のソフトウェアをエンドユーザに配置することであり得る。１つは、ソフトウェアキューイングが有効にされているものであり、他の１つは、ソフトウェアキューイングが無効にされているものである。これは、管理するのが更に難しい。

高バンド幅アクセスラインにおけるアップストリームトラフィックのためのクオリティ・オブ・サービス・キューイング（ＩＰ ＱｏＳ）メカニズムの自動選択のための方法は、前記アクセスラインにおいてアップストリームレートを測定し、該レートに応じて、定義された閾値を下回るアップストリームレートの場合にソフトウェアキューイングメカニズムを有効にされたままとすることを決定し、前記定義された閾値を上回るアップストリームレートの場合に前記ソフトウェアキューイングメカニズムを無効にする
ことを有する。

特に、ハードウェアキューイングは、最大同期化レートまで有効にされ、前記ソフトウェアキューイングは、前記閾値までしか有効にされない。前記ハードウェアキューイングは、従って、前記ソフトウェアキューイングが有効にされない場合に、フォールバックソリューションとして使用される。

好適な実施形態において、当該方法は、前記アップストリームレートが前記閾値を下回る場合に、前記ソフトウェアキューイングとして加重ラウンドロビンプライオリティキューイングを、そして、前記ハードウェアキューイングのために厳格プライオリティキューイングを使用し、前記アップストリームレートが前記閾値を上回る場合に、前記加重ラウンドロビンプライオリティキューイングを無効にする。前記加重ラウンドロビンプライオリティキューイングに使用されるキューは、有利なことに、前記ソフトウェアキューイングが無効にされる場合に、１つのキューにまとめられる。

他の実施形態において、前記高バンド幅アクセスラインはｘＤＳＬライン、例えば、ＶＤＳＬラインである。

カスタマ構内設備デバイスは、上記の方法を実行するマイクロプロセッサを有する。カスタマ構内設備（ＣＰＥ）デバイスは、特に、レジデンシャルゲートウェイ、エンタープライズゲートウェイ、ルータ、スイッチ、又はセットトップボックスである。

コンピュータ可読記憶媒体は、ＣＰＥデバイスのマイクロプロセッサが上記の方法を実行することを可能にする記憶された命令を含む。

従って、方法は、アクセスラインにおいてアップストリームレート、特に、アップストリーム同期化レート、又はＭｂｉｔ／ｓでのアップストリームデータレートを測定する。そして、そのレートに応じて、方法は、例えば、低同期化レートについては、ソフトウェアキューイングを有効にしたままとすると、あるいは、例えば、高同期化レートについては、ソフトウェアキューイングを無効にすると決定する。方法がソフトウェアキューイングを無効にすると決定する場合に、フォールバックソリューションとして、限られたＱｏＳ機能群を備えたハードウェアキューイングが依然として存在する。ＱｏＳはより高いレートではそれほど重要でないので、限られた機能群に後退することは大きな問題ではない。方法は、例えば、自動設定スクリプトにおいて又はＣＰＥデバイスのジェネリックＣＰＥソフトウェアにおいて実施される。

本発明の好適な実施形態は、一例として、概略図を参照して、以下でより詳細に説明される。
ＩＰ ＱｏＳメカニズムの自動選択のための方法を示す。 図１の方法のスイッチングメカニズムを説明するフローチャートである。 ＩＰ ＱｏＳメカニズムの自動選択の好適な実施形態を示す。

以下の記載では、高バンド幅アクセスラインにおけるアップストリームトラフィックのためのＩＰ ＱｏＳ（ＩＰネットワークにおけるクオリティ・オブ・サービス）メカニズムの自動選択のための例となる方法が記載される。説明の目的で、様々な具体的な詳細は、好適な実施形態の完全理解を提供するために示されている。なお、当業者に明らかなように、本解決法は、それらの具体的な詳細によらずとも実施されてよい。

カスタマ構内設備（ＣＰＥ）デバイスは、好適な実施形態において、コントローラ、例えば、マイクロプロセッサと、オペレーティングシステムが記憶されている不揮発性メモリと、ＣＰＥデバイスの動作のための揮発性メモリと、無線動作のためのＷｉ−Ｆｉ（登録商標）ノードと、ブロードバンド接続、例えば、ｘＤＳＬ接続とを含む。このようなＣＰＥデバイスは、例えば、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）内に中心位置を有するレジデンシャルゲートウェイである。

高バンド幅アクセスラインにおけるアップストリームトラフィックのためのＩＰ ＱｏＳメカニズムの自動選択のための原理法は、図１に示されている。アクセスラインの実際に使用されているアップストリームバンド幅１のレートに応じて、ＱｏＳハードウェアメカニズム（ＨＷ Ｍｅｃｈ）のみが使用されるか、あるいは、ＱｏＳソフトウェアメカニズム（ＳＷ Ｍｅｃｈ）及びハードウェアメカニズムが使用される。

アクセスライン（例えば、ｘＤＳＬ接続）の実際に使用されているバンド幅がＳ Ｍｂｉｔｓ／ｓの閾値を超える場合に、ＩＰ ＱｏＳのＳＷメカニズムは停止され、ＩＰ ＱｏＳのＨＷメカニズムが残る。実際に使用されているバンド幅がＳ Ｍｂｉｔｓ／ｓに満たない場合に、ＩＰ ＱｏＳのＨＷメカニズムに加えて、ＩＰ ＱｏＳのＳＷメカニズムは起動され、ＱｏＳカテゴリの精緻化をサポートする更なるプライオリティキューを可能にする。Ｓ Ｍｂｉｔｓ／ｓの閾値は、アクセスラインの最大同期化レートＭａｘを下回る。

閾値Ｓは例えば１０Ｍｂｉｔ／ｓである。１０Ｍｂｉｔ／ｓを上回ると、ソフトウェアメカニズムは無効にされ、１０Ｍｂｉｔ／ｓを下回ると、ソフトウェアキューイングを可能にするソフトウェアメカニズムは有効にされる。

スイッチングメカニズムの概念を示すフローチャートは、図２に示されている。ＣＰＥデバイスの動作中、実際に使用されているアップストリームバンド幅は測定される（ステップ１０）。測定されたバンド幅は、次いで、閾値Ｓと比較される（ステップ２０）。測定された閾値がＳ（例えば、１０）Ｍｂｉｔ／ｓを上回る場合には、ソフトウェアキューイングは無効にされる（ステップ３０）。測定されたバンド幅が１０Ｍｂｉｔ／ｓを下回る場合には、ソフトウェアキューイングは有効にされる（ステップ４０）。プロシージャは、ステップ３０及び４０の後、実際に使用されているバンド幅を再び測定するステップ１０、その他を続け、従って、方法の閉ループを提供する。

特定の実施形態について、純粋なハードウェアキューイングとハードウェア及びソフトウェアキューイングとの間のマッピングは、図３に示されるように設計される。如何なる他のマッピングも、本発明により想定されている。この実施形態では、クオリティ・オブ・サービスのクラス０〜１５は、ＣＰＥデバイスにおいてプロビジョニングされる。最も低いプライオリティであるクラス０は使用されない。最も高いプライオリティであるクラス１５は、アクノリッジメント（ＡＣＫ）フィルタリングに使用される。図３で表されるように、クオリティ・オブ・サービスのクラス０〜９は、ソフトウェアに基づくＱｏＳのキュー０〜２にまとめられ、クオリティ・オブ・サービスのクラス１０〜１５は、ソフトウェアに基づくＱｏＳのキュー３〜５にまとめられる。

ソフトウェアに基づくＱｏＳメカニズムが有効にされる場合に、キュー０〜２については加重ラウンドロビン（ＷＲＲ）プライオリティキューイングが、そして、キュー３〜５については厳格プライオリティキューイングが与えられる。ソフトウェアに基づくＱｏＳメカニズムが無効にされる場合に、加重ラウンドロビン（ＷＲＲ）プライオリティキューイングに使用されるキュー０〜２は、単一のキュー、キュー０にまとめられて割り当てられる。ソフトウェアに基づくＱｏＳメカニズムとともに使用されるキュー３〜５は残り、１〜３の番号を付け直される。このとき、ハードウェアに基づくＱｏＳメカニズムのみが有効である場合に、残りのキュー０〜３に対して厳格プライオリティキューイングが与えられる。

解決法は、次の利点を有する。このソフトウェアキューイングメカニズムをカスタマイズ構築される必要があるカスタマにソフトウェアを配置することが可能である。解決法は、例えば、ＶＤＳＬラインのアップストリームレートを検知し、必要に応じてＩＰ ＱｏＳソフトウェアモジュールを無効にすると決定する。カスタマは、異なるＶＤＳＬプロファイルを照合するために異なるリリースを管理する必要がない。

本発明の他の実施形態も、本発明の適用範囲から逸脱することなしに、当業者によって利用されてよい。本発明は、ＶＤＳＬブロードバンド接続に特に制限されない。本発明は、従って、添付の特許請求の範囲に存する。
上記の実施形態に加えて、以下の付記を開示する。
（付記１）
高バンド幅アクセスラインにおけるアップストリームトラフィックのためのクオリティ・オブ・サービス・キューイング（ＩＰ ＱｏＳ）メカニズムの自動選択のための方法であって、
前記アクセスラインにおいてアップストリームレートを測定し、該レートに応じて、定義された閾値を下回るアップストリームレートの場合にソフトウェアキューイングメカニズムを有効にされたままとし、前記定義された閾値を上回るアップストリームレートの場合に前記ソフトウェアキューイングメカニズムを無効にする
ことを有する方法。
（付記２）
前記ソフトウェアキューイングが有効にされない場合について、フォールバックソリューションとしてハードウェアキューイングを用いる
ことを有する付記１に記載の方法。
（付記３）
最大同期化レートまでハードウェアキューイングを有効にし、前記閾値までしか前記ソフトウェアキューイングを有効にしない
ことを有する付記１又は２に記載の方法。
（付記４）
当該方法は、自動設定スクリプトにおいて又はジェネリックＣＰＥソフトウェアにおいて実施される、
付記１乃至３のうちいずれか一つに記載の方法。
（付記５）
前記高バンド幅アクセスラインはｘＤＳＬラインである、
付記１乃至４のうちいずれか一つに記載の方法。
（付記６）
前記ｘＤＳＬラインはＶＤＳＬラインである、
付記５に記載の方法。
（付記７）
前記ソフトウェアキューイングが有効にされる場合に加重ラウンドロビンプライオリティキューイング及び厳格プライオリティキューイングを使用し、前記ソフトウェアキューイングが無効にされる場合に前記加重ラウンドロビンプライオリティキューイングを無効にする
ことを有する付記１乃至６のうちいずれか一つに記載の方法。
（付記８）
前記ソフトウェアキューイングが無効にされる場合に前記加重ラウンドロビンプライオリティキューイングに使用されるキューを１つのキューにまとめる
ことを有する付記７に記載の方法。
（付記９）
マイクロプロセッサが付記１乃至８のうちいずれか一つに記載の方法を実行することを可能にする命令を記憶しているコンピュータ可読記憶媒体。
（付記１０）
付記１乃至８のうちいずれか一つに記載の方法を実行するマイクロプロセッサを有するカスタマ構内設備デバイス。
（付記１１）
当該カスタマ構内設備デバイスは、レジデンシャルゲートウェイ、エンタープライズゲートウェイ、ルータ、スイッチ、又はセットトップボックスである、
付記１０に記載のカスタマ構内設備デバイス。

Claims (11)

1. アップストリームトラフィックのためのクオリティ・オブ・サービス・キューイング（ＩＰ ＱｏＳ）メカニズムの自動選択のための方法であって、
   アップストリームレートを測定し、該アップストリームレートに応じて、前記アップストリームレートが閾値を下回る場合にソフトウェアキューイングメカニズムを有効にされたままとし、前記アップストリームレートが前記閾値を上回る場合にハードウェアキューイングメカニズムを使用する
   ことを有する方法。
2. 最大同期化レートまで前記ハードウェアキューイングメカニズムを有効にし、前記閾値までしか前記ソフトウェアキューイングメカニズムを有効にしない
   ことを有する請求項１に記載の方法。
3. 当該方法は、自動設定スクリプトにおいて実施される、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 当該方法は、ジェネリックＣＰＥソフトウェアにおいて実施される、
   請求項１又は２に記載の方法。
5. ｘＤＳＬラインに適用される
   請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の方法。
6. 前記ｘＤＳＬラインはＶＤＳＬラインである、
   請求項５に記載の方法。
7. 前記ソフトウェアキューイングメカニズムが有効にされる場合に加重ラウンドロビンプライオリティキューイング及び厳格プライオリティキューイングを使用し、前記ソフトウェアキューイングメカニズムが無効にされる場合に前記加重ラウンドロビンプライオリティキューイングを無効にする
   ことを有する請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ソフトウェアキューイングメカニズムが無効にされる場合に前記加重ラウンドロビンプライオリティキューイングに使用されるキューを１つのキューにまとめる
   ことを有する請求項７に記載の方法。
9. マイクロプロセッサによって実行される場合に、該マイクロプロセッサに、請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の方法を実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
10. 請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の方法を実行するよう構成されるマイクロプロセッサを有するカスタマ構内設備デバイス。
11. 当該カスタマ構内設備デバイスは、レジデンシャルゲートウェイ、エンタープライズゲートウェイ、ルータ、スイッチ、及びセットトップボックスを含む組に属する、
    請求項１０に記載のカスタマ構内設備デバイス。

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