JPH02171061A - 帯域予約方式 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、バースト呼のパケット網への収容を行う際に
、容易でかつ効率よくバースト呼の多重を行う為に帯域
割当てを行う技術に関する。

（従来の技術） バースト呼をパケット網へ収容する場合、網の負荷が高
くなると、バッファあふれならびに遅延が増大するため
、要求品質が満たされるようにバースト呼の網内入力規
制を行う必要がある。

バーストの網内入力規制には、Ｘ２５等に見られるウィ
ンドウ制御等各種のフロー制御法が提案されている。

しかし近年、注目されている高速パケット網においては
網内プロトコルが簡略化されている為ウィンドウ制御の
ような複雑な手順で網入力規制を行うのは適さない。む
しろ網へ入力する前段階の呼設定時に入力呼の負荷を予
測して、呼設定を許可・拒否する方式の方が好ましい。

入力呼には一定レートのＣｏｎｔｉｎｕｅｏｕｓ　Ｂｉ
ｔｓｔｒｅａｍＯｒｉｅｎｔｅｄサービス（ＣＢＯ）と
可変レートのバーストサービスがあるが、入力呼の負荷
の予測に関しては、前者は一意的に決定されるが、後者
はその予測が容易ではない。それは以下の理由による。

一般に可変レート（可変帯域）のバースト呼は、その帯
域を定義するものとして 平均帯域（長時間平均）　　　Ａｖｅ。

最大帯域　　　　　　　　Ｍａｘ。

バースト長　　　　　　　ＢＩ。

変動係数　　　　　　　　Ｖａｒ。

などがあげられる。このようなバースト呼のパラメータ
が、網内の遅延特性、バッファあふれ半時性にどのよう
な影響与えるかは、明確に示されていないのが、現状で
ある、それは複雑に種々のパラメータがからみあってい
るからである。文献１ではこれらの影響について詳細し
ている。

（１）野ロ他゛′マルチメディア交換網におけるトラヒ
ック特性″ 信学技報　　５Ｅ８７−７４．１９８７文献２では、こ
のような複雑なパラメータを持つバースト呼を″仮想帯
域″という仮の帯域で定義し、通過中継回線の帯域予約
を行う方法を提案している。

（２）渡部他″高速パケット交換における統計多重制御
法の検討゛′ 信学技報　　５Ｅ８７−１３８．１９８７そこでは中継
回線の容量をＣとし、仮想帯域をＲｖとするとＲｖを以
下のような関数で表わしている。

Ｒｖ＝ｆ（Ａｖｅ、Ｍａｘ、Ｖａｒ、Ｃ）、Ａｒｅ≦Ｒ
ｖ≦Ｍａｘ。

特にＭａｘ／Ｃ１つまり回線速度に対する最大帯域の比
が通信品質に与える影響が大きいことがらＭａｘ／Ｃが
小さければ　Ｒｖ＝ＡｖｅＭａｘ／Ｃが大きいと　　Ｒ
ｖ　＝　Ｍａｘと定義するとしている。

呼設定時には、まず上記のような仮想帯域Ｒｖを定義し
中継回線の品質（遅延、廃棄）をこのＲｖを用いて予測
する。予測品質が回線の品質基準を満たしたときはじめ
て新規呼を許可する。

（発明が解決しようとする課題） （Ｉ）回線のバッファ容量が仮想帯域を決定するパラメ
ータとして考慮されていない。

従来技術においては、バースト呼の特徴（Ｍａｘ、Ａｖ
ｅ、Ｖａｒなと）と回線容量Ｃから仮想帯域を決定して
いる。網の容量と各バースト呼の帯域との比によって、
最大多重数が大きく異なることはよく知られている。つ
まり網の容量がバースト呼に比べ十分に太きければ仮想
帯域を小さく平均帯域として定義できる。

ここでは網の容量として回線速度のみを用いているが、
パケット網においては、回線送出待ちバッファの容量も
その対象となる。例えばバッファが十分大きい場合には
仮想帯域は呼の平均帯域の値で定義してもパケット廃棄
率の点では全く問題なく多重できる。逆にバッファ容量
が小さい場合には同じバースト呼で同じ回線容量（速度
）を持つ場合でも仮想帯域を平均帯域より大きい値で定
義して帯域予約して回線の実負荷を低く抑さえることが
必要となる。

従来技術ではバッファ量に依存しない仮想帯域を定義し
、各呼の仮想帯域の総和をとって、回線の仮想使用率を
求め、その使用率で回線に負荷をかけた場合に用意した
バッファ量で品質を満足するかという判定を行う。最終
的にはバッファ量を考慮する形となっているが、そもそ
も仮想帯域の決定法としては何ら具体的な手法は示され
ていない。それは、仮想帯域を決定する上で品質基準を
無視しているからである。バッファ量を規定すれば必然
的に廃棄率を満たす為にどのくらい実負荷を抑える必要
があるかを規定することとなり、しいては番外の予約帯
域を平均帯域よりどのくらい大きくする必要があるかを
規定することができる。

すなわち、本発明は従来技術に対しバッファ量を規定す
ることにより、廃棄率条件を満たす為の仮想帯域決定法
を陽に与えるものである。

本発明では、品質として廃棄率をあげた。それは高速パ
ケット網においては網内遅延は高速リンクの使用により
ほとんどの場合要求品質を満足できるだけ小さくできる
からである。つまり帯域予約で考慮すべき主要素が廃棄
率だけで十分であるからである。

（ＩＩ）伝送回線を通過する固定帯域の呼の影響を無視
している点。

回線を固定帯域の呼方使用している場合可変帯域外にと
っては、回線容量から固定帯域外の総使用帯域を差引い
た残余帯域において総計多重を行うことになる。

しかしながらこれを無視し、伝送回線の容量に対する可
変帯域外の帯域比によって仮想帯域を定義することは実
際より大きなパイプの中で総計多重してしまうことを意
味する。従って、仮想帯域を本来あるべき値より小さく
設定してしまうので実負荷を規定品質を満たすに十分な
だけ低く抑えることができず危険な帯域予約を行う恐れ
がある。

本発明は、固定帯域外と可変帯域外を同時に多重する場
合にも帯域予約を確実に行い常に品質を満足させようと
するものである。

（ＩＩＩ）回線の使用状況を反影して帯域予約を行って
ない。

回線の使用率が小さいときと使用率が高い場合とでは同
じ帯域の呼が新たに加わることによる遅延やバッファあ
ふれ率に与える影響は全く異なる。従って予想した仮想
帯域と実際の帯域に誤差があった場合の品質に与える影
響も使用率が高いほど大きくなってしまう。

しかるに従来技術では回線の使用状況を無視し一律に仮
想帯域を定義するため高負荷時において予測帯域誤差に
対する品質劣化が大きいことが予想される。

そこで本発明では、回線の使用率が大きい時にはより強
い入力規制をかけることにより、より確実な帯域割当て
を行い、帯域予想誤差に対して耐久性をもたせんとする
ものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決する為に （１）パケット交換網に複数の呼を収容する場合に於て
、番外の呼設定を行なう際に、番外の平均帯域以上、最
大帯域以下の値で仮想帯域を定義し、該仮想帯域で伝送
リンクの帯域予約を行う方法に関し、該伝送リンクの送
出バッファ容量の下で、要求されるパケット廃棄率品質
を満足する事ができる最大のリンク利用効率を用いて番
外の該仮想帯域を定義する事を特徴とする帯域予約方式
、（２）パケット交換網に固定帯域の複数の呼と可変帯
域の複数の呼を収容する場合に於て、各可変帯域の呼の
設定を行なう際に、各可変帯域外の平均帯域以上、最大
帯域以下の値で仮想帯域を定義し、該仮想帯域で伝送リ
ンクの帯域予約を行う方法に関し、該伝送リンクを使用
する呼のうち固定帯域の呼の総使用帯域を伝送リンクの
容量がら差引いた残余帯域に対する番外の該最大帯域の
比を用いて該仮想帯域を定義する事を特徴とする帯域予
約方式、 （３）パケット交換網に複数の呼を収容する場合に於て
、番外の呼設定を行なう際に、番外の平均帯域以上、最
大帯域以下の値で仮想帯域定義し、該仮想帯域で伝送リ
ンクの帯域予測を行う方法に関し、すでに該伝送リンク
を使用してる呼の使用帯域が大きいほど番外の該仮想帯
域を大きく定義する事を特徴とする帯域予約方式、 を提供するものである。

（作用） 本発明の帯域割当ての原理を説明する。

各バースト呼に対して、その最大帯域と平均帯域の間の
値で仮想帯域を定義する。仮想帯域はそのバースト呼を
多重しようとする伝送回線の容量とリンク送出バッファ
容量も考慮して決める。まず与えられた送出バッファ量
Ｂでバッファあふれ率を一定品質以下にする為の最大回
線使用率ｐｍａｘ特性を求める。その際最大帯域Ｍａｘ
、回線容量Ｃとするとｐｍａｘは一般に ｐｍａｘ＝ｆ（Ａｖｅ、Ｍａｘ、Ｃ，Ｂ）０≦ｐｍａｘ
≦１ で表させる。平均帯域Ａｖｅを用いると仮想帯域Ｒｖは
以下のように表現できる。

つまり、バースト呼の平均最大帯域の他に、回線の容量
バッファ量を用いて仮想帯域から与えられることを意味
している。

但し、このＡｖｅ、　Ｍａｘ、は端末の申告値であって
も実測値であってもよい。

一般にｐｍａｘを決める要因としてＭａｘ／（Ａγが主
因であることが文献１）２）で知られている。しかし、
ここで固定帯域と可変帯域が多重されている場合回線容
量のうち固定帯域の総使用帯域を差し引いた残余帯域Ｃ
ｒｅｓｔが可変帯域外にとっての見かけて容量となる。

特に固定帯域外を可変帯域外に対して、高優先権をつけ
て伝送する時、上記の補正は必要不可欠となる。結局 Ｒｖ＝Ａｖｅ／ｆ（Ａｖｅ、Ｍａｘ、Ｃｒｅｓｔ、Ｂ）
となり主要因をＭａｘ／Ｃｒ２．３ＨとするとＲｖ＝Ａ
ｖｅ／ｆ（Ｍａｘ／ＣｒｅｓＨ，Ｂ）とできる。

さて、上記のように帯域割当てを行った場合、さらに制
御の安定性を増すために、回線の総使用帯域ｐｕｓｅを
使う。即ち、ｐｕｓｅに対してＲｖが単調増加するよう
に仮想帯域を定義する。ｐｕｓｅが大きい場合に仮想帯
域をより大きく定義して帯域予約を行うことは高負荷の
時にはより余裕をもたせて予約することであり、さらに
新しい呼の入力規制を強めることになる。

従ってより安定な制御が実現できる。

（実施例） 本発明の実施例を示す。

第２図は本発明を適用するパケット交換網の例を示す。

２０１〜２０３の発端末と２０４〜２０６の着端末が通
信を行う。ここではバーチャルサーキットを発着端末間
に設定するものとしている。交換機が２１１，２１２は
各通信呼を設定する。ここで１つの伝送リンク２３０に
注目する。伝送リンク２３０を各通信呼はパケット多重
して伝送される。このとき各パケットは非同期に到来す
るためリンクでの送出待合わせバッファ２２０が必要と
なる。この伝送リンクならびに送出待ちバッファの容量
は有限であるので、負荷の入力制限を行う必要がある。

その模様を第１図で詳しく述べる。１０１〜１０３が各
入力呼であり、１１１〜１１３が対応する入力レートの
パターンである。入カバターンは時間的に変化している
。このとき呼をバースト呼と呼ぶ。各バースト呼ｉの最
大帯域、平均帯域をＭａｘｉ、Ａｖｅｉとする。さらに
帯域の変動性を示す値に分散が、Ｍａｘ値の継続時間等
があるが、ここでは省略する。

これらが容量Ｂとバッファを介して容量（回線速度）Ｃ
の伝送リンクに多重される。このとき、このリンク容量
Ｃ以上の負荷が定常的にかかわらないような制御、なら
びに瞬時的に負荷が加わってもバッファの容量Ｂ以上に
待合わせしないような入力規制制御を行うことが必要と
なる。

そこで、番外に仮想帯域Ｒｖを定義してＲｖでリンク容
量を仮想的に予約して番外の容量割当てを行うことを考
える。それは１４０の帯域割当予約装置が行う。仮想帯
域の考え方を第３図に示す。

第３図の３００は番外を仮想帯域Ｒｖで帯域予約してい
る。様子を示す。

各３０１，３０２，３０３の帯域はＲｖｌ、Ｒｖ２．Ｒ
ｖ３である。ここで各Ｒｖは Ａｖｅ≦Ｒｖ≦Ｍａｘ となっている。つまり実際の負荷は３１１〜３１３は斜
線のように時間的にゆれている。予約帯域はΣＲｖｉで
表わせる。

このとき未予約帯域Ｃ−ΣＲｖｉである。

さて新しい呼の呼設定要求が発生した場合その呼の仮想
帯域をＲｖ’とすると Ｃ−ΣＲｖｉ＜Ｒｖ’ が成り立った時のみ呼を受付ける。

このようにすると実際の負荷ΣＡｖｅが常にＥＡｖｅ　
＜　Ｃ の段階で入力制限ができ、定常的なオーバーロードには
ならない。

しかしΣＭａｘはＣより瞬時的に大きくなりえる。

その場合パケットはバッファにて待ち合わせが起きる。

さらにバッファの容量を越すとパケットの廃棄が起きる
。そのような状況をなるべく少なくなるように各Ｒｖを
大きめに設定する必要がある。

これは実質的には ＥＡｖｅ＜Ｃ となって入力規制をより強めることになる。この時Ｒｖ
をどのように定義すべきかはバッファ量に依存する。そ
の依存関係を次に示す。

さて第４図はバッファ量によってどのくらい実質の利用
率ΣＡｖｅを抑える必要があるかを示す。

ここではバッファ量はＢ　＝　１０，１００．１０００
の３つのケースを考える。

バーストの特性のうち、品質に最も大きく影響を与える
のはＭａｘ／Ｃであることが知られているので横軸にと
る。たて軸はパケットの廃棄率品質（ここでは１０）を
満たずことを条件とした。最大利用率ΣＡｖｅ＝ｐｍａ
ｘである。

この図から同じＭａｘ／Ｃの値でもバッファサイズＢに
よって達成できるｐｍａｘが異なることがわかる。

これから仮想帯域Ｒｖを求める。Ｒｖは作用の項でも述
べたように で与えられる。これを第５図に示す。

このようにしてバッファサイズＢならびＭａｘ／Ｃに応
じて番外の仮想帯域が表現されることがわかる。但し、
ここで述べたＡｖｅ＋ＭａＸは端末の申告値であっても
、実測値であってもよい。又、Ｒｖは第５図のように連
続関数となってるがより扱いやすいステップ関数の形等
に簡略化してもよい。

さてさらに第２の本発明の技術を実施する例を示す。こ
こでは固定帯填りと可変帯域外が同じリンクに多重され
ている場合を考える。このとき多重されている様子を第
６図に模式的に示す。第６図で６０１．６０２は帯域Ｒ
ｆｉｘ１．Ｒｆｉｘ２の固定帯域呼である。

一方６０３，６０４が仮想帯域Ｒｖ１．Ｒｖ２の可変帯
域外である。この図のようにリンク容量のうちΣＲｆｉ
工の帯域は常に使用中となっている。従って残りのＣｒ
ｅｓｔを複数の可変帯域外で使用することとなる。当然
のことながら可変帯域外にとってΣＭａＸ＞Ｃｒｅ３．
のときオーバーフローとなるので見かけの伝送リンク容
量はすべて可変帯域であった場合に比べ小さくなってし
まう。つまり統計多重をしようとするリンク情報が固定
帯域の分だけけずられているのである。

そこでリンク容量Ｃから固定帯域の総使用量ΣＲｆｉＸ
を差し引いた残余帯域Ｃｒｅｓｔの中を多重しているも
のとして仮想帯域Ｒｖを定義する。

その為には第５図においてＣのかわりにＣｒｅｓｔを用
いてＭ／ＣｒｅｓｔでＲｖを決定すればよい。

このようにしてすると同じバースト、バッファ量でも固
定帯域呼の使用状況により補正したＲｖを求めることが
できる。

次に第３の発明の適用例を示す。これは、使用帯域ｐｕ
ｓｅが高い場合に新規の呼の入力をより強めるこ、とに
より制御の誤差に対する耐性を高め、より安定な制御を
おこなう行おうとものである。

ここで例えば第５図のバッファ容量Ｂ＝１００のときＭ
ａｘ／Ｃ＝　０．５の呼の要求が発生したとする。その
ときＲｖをどのように決めるかを考える。第５図からは
Ｒｖ’が得られる。この値を使用帯域に応じて第７図の
ように変化させる。

横軸のｐｕｓｓは使用帯域である。使用帯域はＲｖの総
和でもよいし、実測した平均トラヒック量でもよい。ｐ
ｕｓｅが太きいはどＲｖを大きく設定する。第７図のよ
うに特性を用意しておく他にも次のように第５図のＲｖ
’に単純に補正項αを加減してもよい。

Ｒｖ　＝　Ｒｖ−α　：　　ｐｕｓｅが低いときＲｖ　
＝　Ｒｖ’十α　：　　ｐｕｓｅが高いとき第７図はＲ
ｖを補正する一例であり、ｐｕｓｅに対してＲｖが単調
増加する関数である限り本発明の範囲とする。

第８図に本発明の実施例における帯域予約、割当て装置
１４０のブロック図を示す。８０１，８０２のレジスタ
には各伝送リンクのバッファ容量Ｂと伝送容量Ｃが保持
されている。

可変帯域呼は平均Ａｖｅと最大Ｍａｘの帯域を申告する
。８０５のテーブルはこれらのパラメータから仮想帯域
Ｒｖ［以下のように決定する。回線容量Ｃは固定帯域使
用量カウンタで保持されている固定帯域の使用分が差し
引かれＣｒｅｓｔとなってテーブル８０５に入力される
。

８０５Ａのテーブルは第４図の特性が保持されており、
ＢとＭａｘ／Ｃｒ、Ｈから最大利用率ｐｍａｘが求めら
れる。８０５Ｂのテーブルは第５“図の特性が保持され
ており ｍａｘ からＲｖが求められる。８０５Ｂで求まったＲｖはリン
ク１３０の使用率ｐｕｓｅで補正される。８０６はｐｕ
ｓｅの計測を行うものであるが、ΣＲｖを計算してｐｕ
ｓｅを求めてもよい。８０７はｐｕｓｅによって８０５
Ｂから出力されたＲｖに補正をかける。補正のかけ方は
前述したように第７図などのような例があげられる。こ
うして求められたＲｖが出力される。

上記のうち８０１，８０２，８０５によるＲｖの決定法
と８０３．８０４による固定帯域呼の補正と８０６，８
０７によるｐｕｓｅによる補正は互いに独立でありそれ
ぞれ独立に実施することもができる。

（発明の効果） 仮想帯域の定義においてバッファ容量を用いることによ
って容易に最大回線使用率ｐｍａｘ特性が得られ、仮想
帯域は次式で与えられる。

これは従来陽に与えられなかった仮想帯域Ｒｖを容易に
定義するものである。

これにより、バースト呼の多重時の入力呼規制が適確に
しかも容易に行うえ、効率的なパケット網の使用が可能
となる。

又、発明によれば、固定帯域呼と可変帯域呼を多重する
場合にも、固定帯域呼の占有帯域を考慮した仮想帯域の
定義が可能となり、実際の多重動作に即した形で帯域予
約が可能となる。その為、常に確実な品質が保たれるよ
うになる。

又、第３の発明により、高負荷の場合での仮想帯域の予
測誤差が生しても品質劣化が起きず、高負荷の入力規制
確実に行えるので安定な制御が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による帯域予約法を説明する図
である。第２図は本発明ならびに従来技術による帯域予
約法を適用するパケット交換網の一例である。第３図は
本発明の実施例に於ける伝送リンクを仮想帯域で予約す
ることを説明する図である。第４図は本発明の実施例に
於けるバッファ量をパラメータとする最大帯域／リンク
容量対最大回線利用率特性である。第５図は本発明の実
施例に於けるバッファ量を用いて仮想帯域を与える特性
例である。第６図は本発明の第２項の実施例に於ける伝
送リンクを固定帯域呼と可変帯域呼が多重されているよ
うすを示す図である。 第７図は本発明の第３項の実施例における於ける使用帯
域に応じて仮碧、帯域を補正する特性を示す図である。 第８図は本発明の実施例に於ける帯域予約割岩ての装置
のブロック図である。 図において、 １４０・・・帯域割当予約装置、２０１〜２０３，２０
４．〜２０６・・・端末、２１１，２１２・・・バケツ
、ト交換機、２２０・・・バッファ、２３０・・・伝送
リンク、８０１，８０２・・レジスタ、８０３・・・カ
ウンタ、８０４・・・減算器、８０５Ａ・・・ｐｍａｘ
決定テーブル、８０５Ｂ・・・Ｒｖ決定テーブル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）パケット交換網に複数の呼を収容する場合に於て
   、各呼の呼設定を行なう際に、各呼の平均帯域以上最大
   帯域以下の値で仮想帯域を定義し、該仮想帯域で伝送リ
   ンクの帯域予約を行う帯域予約方式において、該伝送リ
   ンクの送出バッファ容量の下で、要求されるパケット廃
   棄率品質を満足する事ができる最大のリンク利用効率を
   用いて各呼の該仮想帯域を定義する事を特徴とする帯域
   予約方式。
2. （２）パケット交換網に固定帯域の複数の呼と可変帯域
   の複数の呼を収容する場合に於て、各可変帯域の呼の設
   定を行う際に、各可変帯域呼の平均帯域以上、最大帯域
   以下の値で仮想帯域を定義し、該仮想帯域で伝送リンク
   の帯域予約を行う帯域予約方式において、該伝送リンク
   を使用する呼のうち固定帯域の呼の総使用帯域を伝送リ
   ンクの容量から差引いた残余帯域に対する各呼の該最大
   帯域の比を用いて該仮想帯域を定義する事を特徴とする
   帯域予約方式。
3. （３）パケット交換網に複数の呼を収容する場合に於て
   、各呼の呼設定を行なう際に、各呼の平均帯域以上、最
   大帯域以下の値で仮想帯域定義し、該仮想帯域で伝送リ
   ンクの帯域予測を行う帯域予測方式において、すでに該
   伝送リンクを使用してる呼の使用帯域が大きいほど各呼
   の該仮想帯域を大きく定義する事を特徴とする帯域予約
   方式。