JPH02137545A - パケット交換網における輻輳制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 同期連続通信および非同期バースト通信を処理するパケ
ット交換網における輻輳制御方式に関し、デッドロック
などに陥ることなく、また複雑な制御になることが回避
できる輻輳制御方式を提供することを目的とし、 パケット交換網の各パケット交換機の各パケット出力部
に、同期通信パケットをバッファリングする同期通信バ
ッファと、非同期通信パケットをバッファリングする非
同期通信バッファと、非同期通信バッファの輻輳検出手
段と、輻輳通知フレーム送信手段と、制御手段とを設け
、該制御手段により、前記検出手段が輻輳状態を検出し
ていない時は、同期通信バッファからのパケット転送を
一定間隔で行ないそして非同期通信バッファからのパケ
ット転送をその空き時間で行ない、前記検出手段が輻輳
を検出すると他のパケット出力部に輻輳通知し、輻輳通
知されるとき前記送信手段に輻輳通知フレームを送出さ
せ、輻駿通知フレームを受信するとき、非同期通信バッ
ファからのパケット転送を停止し、前記検出手段が幅着
を所定時間継続して検出すると、同期通信バッファから
のパケット転送を停止して非同期通信バッファからのみ
パケット転送するよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、同期連続通信および非同期バースト通信を処
理するパケット交換網における輻輳制御方式に関する。

パケット交換網は、データに行先アドレスなどの制御情
報を加えてパケット化したものを扱うので、音声などの
同期連続データやデータ端末からの非同期バースト性デ
ータなどの各種のデータを単一の伝送路で転送でき、ノ
ード（交換機）での蓄積が可能、経路選択可能、などの
特徴を有する。

パケット交換網はノードにバッファを有してパケットの
一時蓄積が可能であるが、−時に余りに多量のパケット
が到来すると、ノードの通過に遅れが生じる、バッファ
に収容し切れなくてパケットの廃棄が生じる、などの問
題がある。本発明はこの輻峻制御に係るものである。

〔従来の技術〕

一般にパケット交換網において、端末や隣接ノードから
のトラフィックが大きく変動したり、ノードや伝送路の
障害によって迂回が行われると、あるノードに処理能力
以上のパケットが集中し輻輳が発生する恐れがある。

このような状態が長く継続すると、そのノードでは遅延
時間の増大やパケット廃棄が発生し、各通信に対して通
信品質を保証することができなくなるぽかりでなく、網
スループットの低下をきたすことになる。

このような性能劣化を最小限に留める方式として、従来
、以下の方式が代表的である。

■−斉入力規制方式：輻幅着発生したノードでは、その
ノードに接続される全ての端末や隣接ノードに対して輻
輳通知を行う。通知を受けた端末やノードでは、輻輳ノ
ードに向かうパケットの出力を停止する。

■バーチャルコール毎入力規制方式：輻輳が発生したノ
ードでは、バーチャルコール即ち実際に輻輳の原因とな
るコールを検索し、そのバーチャルコールに対してのみ
入力規制を行う。入力規制の通知を受けた端末やノード
では、規制対象となるバーチャルコールのパケットのみ
出力を停止する。ノードは複数の出方路を持ち、輻輳は
その１つで生じているのが一般的である。この輻輳解除
には該１つの出方路を通るパケットのみ入力規制すれば
よ（、これを行なうのが■の方式である。

上記■の方式では、当該ノードへの全入力を規制する。

上記■の方式は、各通信を意識することな（−斉入力規
制を行うため、制御が簡単であり、また輻輳からの回復
も高速に行われる。しかし、−斉入力規制によって、も
ともと輻輳の原因ではない他の通信も出力を規制された
り（以下、ブロッキングと呼ぶ）、また輻輳通知を受け
た隣接ノードがパケットを送出できなくてこれも輻輳し
てしまい、こうして各ノードに輻輳が次々と波及し、こ
れらのノードがループを作っていると、輻輳で互いにパ
ケットを転送し合うことができず、恒久的に幅着から回
復することができない状態（以下、デッドロックと呼ぶ
）に陥る可能性があるため、網スルーブツトを低下させ
てしまうという欠点がある。

一方、■の方式は、バーチャルコール毎の入力規制とな
るため、ブロッキングやデッドロックの発生はなく、網
スループットの向上としては最適効果が得られるが、規
制対象となるバーチャルコールを全て通知する必要があ
るため、輻輳通知パケットが長くなったり、また、入力
規制の通知を受けた端末やノードでは、規制対象となる
バーチャルコールのパケットのみ出力を停止する必要が
あるため制御が複雑となり、ソフトウェア制御の介入が
不可欠のため、高速制御に適さないという欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、−斉入力規制方式では即効性があり、制御
が簡単である反面、ブロッキングや、デッドロックに陥
いるという問題があり、またバーチャルコール毎入力規
制方式ではか＼る問題はないものの、制御が複雑になり
、高速制御に適さないという問題がある。

本発明はか＼る点を改善し、デッドロックなどに陥いる
ことなく、また複雑な制御になることが回避できる輻輳
制御方式を提供することを目的とるものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図に本発明の原理図を示す。パケット交換網は複数
のパケット交換機６０を有し、これらは伝送路４０で結
ばれ、複数の端末７０がパケット交換機６０に接続され
る。パケット交換機は交換スイッチ部３０と、伝送路対
応部（パケット入出力部）１０と、端末対応部５０を有
する。

本発明ではパケット交換機６０のパケット入出力部ＩＯ
のパケット出力部に同期通信パケットをバッファリング
する同期通信バッファ１１と、非同期通信パケットをバ
ッファリングする非同期通信バッファ（１６）と、非同
期通信バッファ１６の輻輳を検出する手段１５と、輻輳
通知フレーム送信手段（１４）と、制御手段１２Ａを設
け、該制御手段１２Ａにより次の制御を行なう。

前記検出手段１５が非同期通信バッファ１６の輻輳を検
出していないときは、同期通信バッファからのパケット
転送を一定間隔で行ない、そして非同期通信バッファか
らのパケット転送をその空き時間（該一定間隔のうちの
、同期通信バッファからのパケット転送に用いた時間を
除く、残りの時間）で行なう。

前記検出手段１５が非同期通信バッファの輻輳を検出す
ると、他のパケット出力部に輻峻通知する。自らは上記
パケット転送をそのま−続ける。

輻輳通知を受けると、上記他のパケット出力部では、自
己の前記送信手段（１４）に輻輳通知フレームを、他の
パケット交換機に対して送出させる。

この輻軽通知フレームを受信すると、他のパケット交換
機のパケット出力部では、非同期通信バッファからのパ
ケット転送を停止する。

前記検出手段１５が輻輳を所定時間継続して検出すると
、同期通信バッファ１１からのパケット転送を停止し、
非同期通信バッファ１６からのみパケット転送する。

〔作用〕

この制御方式では、非同期通信バッファの輻輳が検出さ
れるまでは、バッファ１１．１６を先ず１１、残りを１
６の順で周期的に繰り返し読出し、パケット送出するの
で、予定通り同期通信パケット及び非同期通信パケット
をパケット交換網へ送出することができる。

輻峻が検出されると、それを他ノードへ知らせて非同期
通信パケットの送出を停止させるので、非同期通信バッ
ファの輻輳は解除に向かう。

それでも輻輳が所定時間以上継続する場合は（例えばタ
イムラグなどにより）、同期通信バッファの読出しを停
止し、非同期通信バッファの読出しのみを行なう。これ
により非同期通信バッファの輻輳解除が促進される。

本発明では、各ノードで扱う通信を非同期通信（データ
通信等）と同期通信（音声や画像等）に分離し、輻輳の
原因となる非同期通信（同期通信はその性質上、突発的
に多量のデータが発生することは少ない）についてのみ
入力規制を行うことにより、遅延時間要求の厳しい同期
通信（これは遅延が大である音声／Ｎ像の途切れ、同期
ずれなどを生じ、不快感を与えてしまう）に対するブロ
ッキングを回避し、また輻輳がある一定時間継続した場
合には、同期通信パケットを廃棄して非同期通信パケッ
トを優先的に処理することにより輻輳状態から高速に脱
出し、デッドロックに陥る危陰性を低減させることがで
きる。また、分けるのは同期か非同期かであり、これは
ヘラグーに付加されているので識別が簡単であり、バー
チャルコール毎入力規制のように制御が複雑になること
はない。

〔実施例〕

本発明によるパケット交換ノードの構成を第２図に示す
。この図でｌＯはパケット入／出力部、２０は交換スイ
ッチ部である。パケット入／出力部は出方路数Ｎだけあ
り、Ｎ番目のそれをＩＯＮとして略示する。

各パケット出力部に、非同期通信バッファ１６と同期通
信バッファ１１を設け、さらに非同期通信バッファには
幅着検出手段１５を設ける。これは、輻輳発生または輻
輳解除の検出機能を有する。

また、輻輳通知フレーム送信手段１４を設ける。

これは、それぞれ接続される隣接ノードや端末に入力規
制を通知する。また制御部１２およびタイマー１３を設
け、非同期通信バッファと同期通信バッファの読み出し
タイミングの切り換えは、タイマー１３によって行う。

１７．１８は切換スイッチで、制御部１２からの信号に
より切換動作を行なう。

各パケット出力部間で輻輳情報を通知し合うための輻輳
通知バス２５を設ける。これにより、ある１つのパケッ
ト出力部で輻輳が発生すると、その他のパケット出力部
では該パケット出力部が輻輳していることを知る。

各パケット入力部に、入力規制検出手段２６及び受信バ
ッファ２７を設ける。入力規制検出手段２６は、隣接ノ
ードからの輻輳通知フレームにより人力規制通知を検出
し、ゲート１９を閉じて幅着ノードに向かう非同期パケ
ットの転送を停止させる機能を有する。

以下、動作の概要を順に説明する。

■隣接ノードや端末からフレーム形式で受信したパケッ
トは、パケット入力部の入力規制検出手段２６を通って
受信バッファ２７に入り、フレーム分解されてスイッチ
部３０に入力される。

■スイッチ部３０では、パケットヘッダの同期／非同期
フラグおよび行先アドレスから、同期／非同期の区別を
知りまた転送すべき出方路を決定し、複数個あるパケッ
ト入／出力部のうちの該当するもの（１ＯＮとする）の
パケット出力部にパケット転送する。

■パケット出力部（本例ではＩＯＮのそれ）では、上記
■のステップで送られてきたパケットが同期パケットで
あれば同期通信バッファＩＩＮ（こ＼でＮはＩＯＨのそ
れであることを示す、以下同じ）へ、非同期パケットで
あれば非同期通信バッファ１６Ｎへ入力する。

■パケット出力部における伝送路へのパケ・ント転送は
、タイマー１３Ｎによって制御される。タイマー１３Ｎ
が周期Ｔでタイムアウトするとまず同期通信バッファを
スキャンし、パケットがあれば伝送路に送信する。パケ
ットが存在しないか或いは全てのパケットを転送して同
期通信バ・ンファが空になると、非同期通信バ・ンファ
１６Ｎをスキャンして、パケットが有れば伝送路に送信
する。

■ここで再びタイムアウトが発生すると、その時転送中
のパケットの転送が終了し次第、上記■■の動作を繰り
返す。

■上記■〜■の動作中、パケット出力部では輻輳検出手
段１５Ｎにより非同期通信バッファ１６Ｎの蓄積量を監
視しており、輻輳を検出すると輻輳通知バス２５により
その他のパケット出力部に幅着したことを通知する。

■上記■で輻輳通知を受けた各パケット出力部では、隣
接ノードや端末に対して輻輳通知フレームを送信する。

■隣接ノードのパケット入力部において上記■の輻輳通
知フレームを受信すると、入力規制検出手段（２６相当
のもの）により対応するパケット出力部の非同期通信バ
ッファ（１６相当のもの）からのパケット転送を停止さ
せる。

■輻輳検出手段で幅着解除を検出すると、上記■■■と
同様の動作により入力規制を解除する。

［相］ある一定時間たっても輻峻状態から回復しない場
合には、そのパケット出力部では同期通信バソファをク
リアして非同期通信バッファのパケット出力を優先的に
行う。

第３図に、詳細な実施例を示す。交換スイッチ部３０か
らはパケットとその同期／非同期情報が送られ、後者に
より選択器４１が切換えられて同期パケットなら同期通
信バッファ１１へ、非同期パケットなら非同期通信バッ
ファ１６へ送られる。

コレラのバッファへの書込み、読出しは、書込みカウン
タｌｌａ、１６ａ、読出しカウンタｌｌｂ。

１６ｂにより行なわれる。これらのバッファより読出さ
れたパケットはフレーム組立部４２でフレームに組立て
られ、伝送路４０へ送出される。

非同期通信バッファの輻輳を検出するため演算器４３、
輻輳閾値レジスタ４４、比較器４５、幅着時間タイマー
４６が設けられる。輻輳通知は、幅着フレーム送信回路
４７により行なわれる。次に輻輳処理の詳細を箇条書き
にして示す。

■伝送路あるいは端末からのパケットフレームハハケッ
ト入力部に入力され、フレーム分解部２８でフレーム分
解される。パケットフレームは第４図に示すように、デ
ータパケットならフラグＦ、アドレスフィールドＡ、制
御フィールドＣ、トランスミッションヘッダＴＨ，デー
タ、フレームヂエックシーケンスＦＣ３，フラグＦのフ
ォーマットを有し、輻輳通知フレームならＦ、Ａ、Ｃ，
ＣＮ、Ｆｅ２．Ｆ、輻峻解除フレームならＦ、Ａ。

Ｃ，ＣＣ，Ｆｅ２．Ｆのフォーマットを有する。

こ＼でＣＮは輻輳通知識別子、ＣＣは幅着解除識別子で
ある。ヘッダ解析部２９ではパケットヘッダＴＨを解析
し、データパケットであれば受信バッファ２７に入力す
る。これは更にスイッチ部３０（図示しない）に転送さ
れる。

■スイッチ部３０では、パケット入力部からのパケット
をヘッダ解析して出方路を決定するとともに、同期／非
同期通信の判別を行い、所定のパケット出力部（やはり
ＩＯＮのそれとする）に転送する。

■パケット出力部では図示せぬスイッチ部からのパケッ
トを、同期／非同期情報をもとに選択器を介して所定の
バッファ（１１Ｎまたは１６Ｎ１ＮはＩＯＮのそれであ
ることを示す、以下同じ）に入力する。これは、該バッ
ファの書込カウンタを用いて行われる。

■パケット出力部からのパケットの読出しはタイマー１
３Ｎと制御部１２Ｎによって行われる。

タイマー１３Ｎがタイムアウトすると、制御部１２Ｎで
はまず同期通信バッファＩＩＮをスキャンしてパケット
が有ればフレーム組立部４２Ｎを介して伝送路４ＯＮに
出力する。同期通信バッファにパケットが存在しないか
或いはパケットの読出しをすべて完了すると、直ちに非
同期通信バッファ１６Ｎをスキャンして、パケットがあ
ればフレーム組立部４２Ｎを介して伝送路に出力する。

ここで再びタイムアウトが発生すると、その時転送中の
パケットの転送が終了し次第、直ちに同期通信バッファ
１１Ｎをスキャンして同様の動作を繰り返す。これらの
動作は、制御部１２Ｎによりそれぞれの読出カウンタを
制御することによって行われる。

■上記■■動作と並行して、制御部１２Ｎでは書込カウ
ンタ１６ａＮと読出カウンタ１６ｂＮの差をとり（４３
Ｎで）、非同期通信バッファ１６Ｎの蓄積量の監視を行
っている。幅着閾値レジスタ４４Ｎの値と比較して（４
５で）、蓄積量が大きくなるとＣ≧Ｄ１こ＼でＣはレジ
スタ４４Ｎの値、Ｄは演算器４３Ｎの出力）輻輳時間タ
イマー４６Ｎが起動し、かつ制御部４６Ｎは輻輳通知パ
ス２５を通じて他のパケット出力部に該パケット出力部
が輻輳したことを通知する。輻輳通知バス２５はパケッ
ト入／出力部の数Ｎだけ信号線を有し、制御部（１２等
）は各々に属するｌ信号線に輻輳通知し、残りの（Ｎ−
１）本から輻輳通知をオアゲート４８を介して取込む。

■他のパケット出力部（１ＯＮを除く他のパケット出力
部。こ−では１０を例にとるが、他も同様）では、輻輳
通知バスより該パケット出力部が輻輳したことを検出す
ると、制御部１２は輻輳フレーム送信回路４７を起動し
、フレーム組立部４２を介して輻輳通知フレームを伝送
路４０へ送出する。

■隣接ノードのパケット入力部では、上記■の動作中に
上記■の輻輳通知フレームを受信するとヘッダ解析部で
これを認識して、対応するパケット出力部の制御部に隣
接ノードから入力規制が指示されたことを知らせる。

■上記■により入力規制が指示されると、パケット出力
部の制御部（１２相当のもの）では、上記■の動作にお
ける非同期通信バッファのスキャンを停止し、同期通信
バッファからのパケット転送のみ行う。これにより非同
期通信バッファからのパケット転送は、隣接ノードから
の輻輳解除通知を受けるまで停止する。

■一方、輻輳状態のパケット出力部では、輻輳時間タイ
マー４６Ｎによりある一定時間以上輻輳状態が継続して
いることが検知されると、上記■の動作における同期通
信バッファＩＩＮをタイムアウト毎にクリアして非同期
通信バッファ１６Ｎのパケット転送のみ行う。これによ
り、輻輳状態からの回復が高速に行われる。

［相］上記■の動作中、蓄積量監視により輻峻状態から
回復したことを検出すると、輻輳時間タイマー４６Ｎは
リセットされ、制御部１２Ｎは輻輳通知バスを通じて他
のパケット出力部に輻輳解除を通知する。

■輻輳解除の通知をうけたパケット出力部では、制御部
１２が輻輳フレーム送信回路４７を起動し、フレーム組
立部４２を介して輻輳解除フレームを送信する。

■隣接ノードのパケット入力部では、上記■の動作中に
上記■の幅着解除フレームを受信するとヘッダ解析部で
これを認識して、対応するパケット出力部の制御部に隣
接ノードから入力規制が解除されたことを知らせる。

［相］上記＠により入力規制が解除されると、パケット
出力部の制御部では、上記■の動作において停止した非
同期通信バッファからのパケット転送を再開し、上記■
の動作を再開する。

以上の動作によるパケット出力例を第５図に示す。第５
図（ａ）は幅着ノードのパケット出力例であり、１時間
ごとに同期通信パケットの転送が行われ、残りの空き時
間で非同期通信パケットが転送される。幅着が発生しで
ある一定時間（τ）以上輻輳状態が継続すると、同期通
信バッファがクリアされるためパケット転送は非同期通
信パケットの転送のみとなる。これにより輻輳が解除さ
れると通常の転送に戻る。時間τは伝送速度、バッファ
容量などに応じて適当に定める。

一方、第５図（ｂ）は、入力規制を指示された隣接ノー
ドにおけるパケット出力例である。通常、１時間ごとに
同期通信パケットの転送が行われ、残りの空き時間で非
同期通信パケットが転送されるが、輻輳発生通知を受け
ると非同期通信パケットの転送を停止する。輻輳解除通
知を受けると通常の転送に戻る。

われるため、デッドロックに陥る危険性を低減させるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明によるパケット交換ノードの構成を示す
ブロック図、 第３図は第２図の要部詳細ブロック図、第４図はフレー
ムフォーマットの説明図、第５図はパケット出力例を示
す説明図である。 第１図で６０はパケット交換機、１０はパケット人出部
、１１は同期通信バッファ、１６は非同期通信バッファ
、１４は輻輳通知フレーム送信手段、１５は輻輳検出手
段、１２Ａは制御手段。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、非同期通信の輻輳
が発生した場合でも、遅延時間要求の厳しい同期通信に
対するブロッキングを回避することができ、また、輻輳
状態からの回復も高速に打出　願人　富士通株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パケット交換網の各パケット交換機の各パケット出
   力部に、同期通信パケットをバッファリングする同期通
   信バッファ（１１）と、非同期通信パケットをバッファ
   リングする非同期通信バッファ（１６）と、非同期通信
   バッファの輻輳検出手段（１５）と、輻輳通知フレーム
   送信手段（１４）と、制御手段（１２Ａ）とを設け、該
   制御手段により、前記検出手段（１５）が輻輳状態を検
   出していない時は、同期通信バッファからのパケット転
   送を一定間隔で行ないそして非同期通信バッファからの
   パケット転送をその空き時間で行ない、 前記検出手段（１５）が輻輳を検出すると他のパケット
   出力部に輻輳通知し、 輻輳通知されるとき前記送信手段（１４）に輻輳通知フ
   レームを送出させ、 輻輳通知フレームを受信するとき、非同期通信バッファ
   からのパケット転送を停止し、 前記検出手段（１５）が輻輳を所定時間継続して検出す
   ると、同期通信バッファからのパケット転送を停止して
   非同期通信バッファからのみパケット転送することを特
   徴とするパケット交換網における輻輳制御方式。