JPH03119845A - パケット交換網のリソース割り当て方式 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、パケット交換網のリソース割り当て方式の改
良に関し、更に詳しくは各端末の呼設定要求に対し、網
内の負荷状況を考慮して予め設定した要求通信品質を満
足するときにのみ要求呼の接続処理を行うように構成し
たパケット交換網におけるリソース割り当て方式に関す
る。

（従来の技術） 種々のメディアの情報をすべてパケットの形態で同一の
通信網により伝送・交換する統合パケット通信網では、
回線上で異なる論理チャネルに属する情報が統計的に多
重化されるため、様々なトラヒック特性をもつ端末間の
通信に対し、発生する情報量に応じて動的に伝送帯域を
割り当てることが可能であるから、効率的でかつ柔軟性
のある伝送・交換が実現される。また、交換動作をハー
ドウェアで高速に実現するこによりデータ通信のみなら
ず、音声、動画像などのリアルタイム性の要求されるメ
ディアをも統合可能にする。

その反面、各々の通信情報の速度は様々であり、またそ
の発生形態が一般にバースト性をもったものであるため
、伝送路や交換機などの網リソースの使用状況は確率的
に変動する。

データ通信に用いる従来のパケット交換網では、通信中
に確率的に発生する過負荷状態に対して予防中対処する
ために、エンド−エンド（ｅｎｄ　−ｅｎｄ　）　、あ
るいはリンク−リンク（Ｉ　Ｉｎｋ−Ｉ　Ｉｎｋ）のフ
ロー制御・再送制御を行なっており、これにより一定の
通信品質（パケット廃棄品質）を確保している。しかし
、音声、動画像なども収容する統合パケット交換網では
、網内遅延を低くすることが要求されるため、網内での
フロー制御・再送制御は基本的に行われない。

このような条件の下でパケット交換網が一定の通信品質
を維持するには、網がその負荷状況をつねに把握し、そ
れをもとに呼レベルのトラヒック（Ｔ　ｒａｆｌ’ｌｃ
）制御（呼接続制御）を適切に行なう必要がある。すな
わち、網は端末からの呼び設定要求があった時に、現在
の網負荷状態と要求呼のトラヒック特性をもとに、その
呼を受は付けたときの網の通信品質（負荷状態に対応す
る）を予７１−１し、予ｉｌｌ　した通信品質が端末の
要求する品質を満たしていれば要求呼を受は付けるよう
な制御をすることである。ここでいう網の通信品質とは
、通常エンド−エンドでのパケットの転送遅延時間やパ
ケット廃棄率を示す。この際、各端末の要求通信品質は
パケット転送遅延時間にしてもパケット廃棄率にしても
一般に異なる。例えばパケット廃棄率の場合を考えると
、音声通信の場合は比較的その許容範囲が広＜（１０”
２など）、データ通信の場合は比較的その条件は厳しく
なる（１０→など）。このように端末により異なる要求
通信品質を網で実現させるための方法として二つの方法
がある。ひとつは網の収容するすべての端末の中でいち
ばん厳しい通信品質を統一的に実現するように網リソー
スを管理する方法であり、もうひとつは通信品質を複数
のクラスに分類し網リソースも前記通信品質クラスに対
応して分割し、分割したサブリソース毎にその要求通信
品質を満たすようリソース管理する方法である。

前者の方法は、制御が容易であるが、最も厳しい通信品
質をすべての通信に対して満足するように実現するため
、網リソースの効率的使用という点では多少問題がある
。後者の方法は前者に比べて制御は複雑であるが、各通
信品質クラスに要求される最低限の品質を満たす範囲内
で個別にリソス管理が行われるという意味では効率が向
上する。

また、後者の方法は網リソースを予め複数の品質クラス
対応のサブリソースに分割してしまうから、各通信は要
求する品質クラスに対応したサブリソースのみしか利用
できない。そのため、あるサブリソースが高負荷になり
これ以上の呼を受は付けられない場合、そのサブリソー
スの割り当てを要求する呼は他のサブリソースの使用率
か低くてもリソースの割り当てが行われない。したがっ
て、全体の網リソースの使用効率が悪くなるという難点
がある。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように、統合パケット交換網において端末に
より異なる要求通信品質を網で実現するための方法のひ
とつとして、通信品質に応じて網リソースを複数のクラ
ス別に分類した上、各網リソースもそれぞれ前記通信品
質クラスに対応したサブリソースに分割し、分割したサ
ブリソース毎にその要求通信品質を満たすよう管理する
方法が考えられるが、この方法の場合、各通信要求する
品質クラスに対応したサブリソースのみしか利用できな
いという意味で、全体の網リソースの使用効率は悪くな
ることがあるという不具合な点があった。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので、
端末からの通信要求に対して網は通常は発呼端末の要求
する品質クラス用のサブリソースの一部を割り当てるが
、発呼端末の要求する品質クラス用のサブリソースが割
り当て切れないときは、要求品質クラス以外の品質クラ
ス用のサブリソースの一部を割り当て可能に構成するこ
とにより、網リソースをできるだけ効率的に使用できる
ような管理を行なえつるパケット交換網のクラス別り当
て方式を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） 以上の課題を解決するために、本発明にかかるパケット
交換網のリソース割り当て方式は、パケット交換網に対
して端末が通信を要求すると、少なくとも発呼端末の着
信アドレス情報と要求通信層情報及び網内リソースの負
荷状態に関する情報により要求呼の接続処理を行なうバ
ケ、ソト交換網において、 種々の各端末の要求する異なる通信品質クラスに応じて
網内リソースを予め複数のサブリソースに分割しておく
と共に、端末からの通信要求に対しては網は通常発呼端
末の要求する品質クラス用のサブリソースの一部を割り
当てるが、発呼端末の要求する品質クラス用のサブリソ
ースの一部を割り当てし切れないときは、要求品質クラ
ス以外の品質クラス用のサブリソースの一部を割り当て
可能に構成したことを特徴とするものであって、具体的
には、パケット交換網に収容される各端末はリソース割
り当てに関する優先度を有し、優先度の低い端末に対し
て網は、発呼時に要求する品質クラス用のサブリソース
に割り当てし切れないときは呼損とするが、優先度の高
い端末の場合は、発呼時に要求する品質クラス用のザブ
リソースが割り当てし切れないときは前記要求品質クラ
スより上位の品質クラス用のサブリソースの一部を割り
当て可能となるように構成したことを特徴とするもので
ある。さらに具体的にはパケット交換網に収容される各
端末は、通常要求する品質クラスよりも下位の品質クラ
ス用のサブリソースの割り当てを許容するか否かを指定
する手段を持ち、それを許容する端末に対して、網では
要求品質クラス用のサブリソースが割り当て切れないと
きに前記端末の許容範囲内で、下位の品質クラス用ザブ
リソースの一部を割り当て１１能に構成したものである
。

（作用） 以上のように構成されているから、パケット交換網に対
して端末からある通信品質クラスを指定した呼設定要求
があると、網ではあらかじめ分割した複数のサブリソー
スのうち、まず要求品質クラスに対応したサブリソース
の割り当てを試み、それが可能なときはそのサブリソー
スの一部を要求呼に割り当て、過負荷のため割当て不可
能なときは他の品質クラスのサブリソースへの割り当て
を試みることができる。したがって、要求品質に対応し
たサブリソースからのみしか割り当てられない従来のパ
ケット交換網の割り当て方式にくらべて網金体で見たソ
ースの利用率が向上し、高効率で柔軟性のあるパケット
套換網の割り当てを実現できる。

（実施例） 次に、図面に従って本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の通信ネットワークの一構成例を示し
、通信を要求する発呼端末１１を収容する発呼ノード１
７と、着呼端末１２を収容する着呼ノード１９との間の
通信経路の候補のうち、発呼ノード１７〜中継回線１４
〜中継ノード１８〜中継回線１５〜着呼ノード１９の経
路が選択された場合を示している。

第１図の通信ネットワークでは、発呼端末から送り出さ
れた呼設定要求メツセージは、まず発呼ノード１７にお
いてそのメツセージ中に含まれる着アドレス情報、要求
通信属性と候補回線の負荷状態をもとに出回線の選択を
おこなう。そして選択した出回線に対して呼び設定要求
メツセージを送出する。発呼端末から送設定要求に対し
て選択可能な出回線が存在しない場合は、その旨を示す
解放メツセージを端末へ返すことになる。中継ノード１
８においても同様の手順により出回線］５を選択し、無
事に着呼ノード１９まで呼設定要求メツセージが到達す
ると、発呼ノード１７と着呼ノード１９との間の通信経
路が設定されたことになる。

第２図は、本発明で対象とする統合パケット交換ノード
の一構成例を示したものである。複数の入回線２１と出
回線２４の各々に対応して、パケットヘッダ情報の書換
え、パケットのバッファリングなどを行なう入回線対応
部２２、出回線対応部２３が存在し、これらの回線対応
部間がハードウェアによる高速のスイッチング動作を行
なうスイッチ部２５により接続されている。

パケットは通常、隣接ノードから入回線２１を介して入
回線対応部２２に到達し、ここで呼設定時に作成された
テーブルに基づきヘッダ情報の解析を行ない、送るべき
出回線の情報を得る。そしてスイッチ部２５を経由して
所望の出回線対応部２３へ送られ、出回線２４へ送出さ
れる。パケットの到着過程は一般にバースト的な変動を
持っているため、入回線対応部２２、スイッチ部２５、
出回線対応部２３のうちのいずれか、または複数の部分
にそうした変動を吸収するためのバッファを設けている
。

第３図は、本発明で対象とするパケット交換網の通信リ
ソースの構成例を示したものである。例えば、パケット
交換ノードとして出力バッファ型のスイッチを仮定する
と、網リソースとして通信回線と出力バッファが考えら
れる。ここでは網の提供する通信品質クラスとして、ク
ラス１．２゜３の３つのクラスが存在すると仮定する。

この通信品質クラスはパケット廃棄率ならば１０−９以
下、１０＋８以下、１０−３以下などに、パケット転送
遅延時間ならば１００Ｉｌｓｅｃ以内、１　ｓｅｅ以内
、１０ｓｅｃなどに対応する。実際に考慮する通信品質
クラスとしてはパケット転送遅延時間のみ、パケット廃
棄率のみ、あるいはその両者の組み合わせなどが考えら
れる。いま、上述した３種類の品質クラスを実現しよう
とする場合、第３図（ａ）、　（ｂ）に示す２通りの実
施例が考えられる。

第３図（ａ）に示す構成の場合は品質クラス１の呼３４
、品質クラス２の呼３５、品質クラス３の呼３６に対し
て、通信回線３３および出回線対応部３１の・出力バッ
フ７３２を共用させ、統一的にリソース管理を行うもの
である。この構成の場合、出力バッファ３２において特
別な優先処理を行わないと仮定すると、すべてのクラス
の呼に対して最も厳しい品質クラス１に対応する通信品
質を実現する必要がある。したがってリソース負荷を最
も厳しい品質クラス１を実現できるよう低めに押さえる
必要があり、リソースの使用効率があまり高くてきない
という難点がある。

一方、第３図（ｂ）に示す構成の場合は出力通信回線４
０および出回線対応部３７の出力バッファを、品質クラ
ス］の呼４４、品質クラス２の呼４５、品質クラス３の
呼４６に対応して、通信帯域４１゜４１、．４３および
出力バッファ３８，３９．４０に分割（物理的、あるい
は論理的に）し、各品質クラス対応に独立にリソース管
理を行うものである。この構成によると、各々の品質ク
ラスの要求を満たす範囲内でサブリソース負荷を独立に
決定できるため、品質要求の低いクラス３用のサブリソ
ース（出力バッファ４０．通信帯域４３）に対してはク
ラス２用のサブリソースよりも高負荷を、またクラス２
用のサブリソース（出力バッファ３９、通信帯域４２）
に対してはクラス１用のサブリソースよりも高負荷をか
けることが可能である。

したがって、すべての呼に対して最も厳しい品質クラス
〕を満たすようリソース負荷を管理する第３図（ａ）の
構成にくらべて、トータルのリソース使用効率を高くて
きるｉｉＪ能性がある。しかしながら第３図（ａ）の構
成の難点として、各々の品質クラス用のリソース使用率
に差があるとき、例えば、品質クラス１用リソース負荷
が高く新たな品質クラス１の接続要求呼を受は付けられ
ないときは、たとえ品質クラス２用、品質クラス３川の
リソース使用率が低くてもその接続要求呼は拒絶されて
しまうことがあげられる。この観点から考えると、第３
図（ａ）の構成の場合よりもトータルのリソース使用効
率が低くなってしまう可能性がある。そこで、この難点
を解決するために第３図（ｂ）おいて、６呼に対するサ
ブリソース割り当てにある程度の柔軟性を持たせること
を考える。

第４図は、パケット交換網に収容される各端末がリソー
ス割り当て（呼の接続）に関する優先度を持つ場合のサ
ブリソース選択順序の一例を示したものである。すなわ
ち、リソース割り当て優先度として、高優先度、中優先
度、低優先度の３レベルが定義されているとする。

最も品質要求の低いクラス３の接続要求呼に対してして
、網はまずクラス３用のサブリソースの割り当てを試み
る。そしてクラス３用のサブリソースの負荷が高くて要
求呼を受は付けられない場合、 ■　低優先度の呼ならばその時点で呼損とし、■　中優
先度の呼ならば品質の高いクラス２用のサブリソースの
割り当てを試み、 それも無理ならばその時点で呼損とする。

■　高優先度の呼ならば品質の高いクラス２用のサブリ
ソースの割当てを試み、それが無理ならば次にさらに品
質の高いクラス１用のサブリソースの割当てを試み、そ
れも無理ならばその時点で呼損とする。

クラス２の接続要求呼に対しては、網はまずクラス２川
のサブリソースの割り当てを試みる。クラス２用のサブ
リソース負荷が高くて要求呼を受は付けられない場合、
■低優先度、中優先度の呼ならばその時点で呼損に、■
高い優先度の呼ならば品質の高いクラス１用のサブリソ
ースの割当てを試み、それも無理ならばその時点で呼損
にする。

クラス１の接続要求に対しては、網はクラス１用のサブ
リソースの割り当てを試み、高負荷のため受は付けられ
ない場合、優先度のいかんにかかわらずその時点で呼損
となる。

ここに示したサブリソース選択アルゴリズム例は、ある
品質クラスを要求する呼は該当する品質クラス用のサブ
リソースたけてなく、それより上（ｎ　）品［［クラス
用のサブリソースも優先度に応じて利用可能とすること
により、６呼の要求品質を充たしながらリソース割り当
ての柔軟性を持たせるようにしたものである。なお、本
アルゴリズムによれば、クラス１用のサブリソースにつ
いてはクラス２、クラス３用のサブリソースからの溢れ
呼が、クラス２用のサブリソースについてはクラス３川
のサブリソースからの溢れ呼が存在する一ｔｉＪ能性が
あり、あらかｊ〜めそれを考慮してこれらのサブリソー
スの容量を設定する必要がある。

第５図は、パケット交換網に収容される谷端末が、通常
要求する品質クラスよりも下位の品質りラス用のサブリ
ソースの割り当てを許容するか否かを指定する手段を持
つ場合のサブリソースの選択順序の一例を示したもので
ある。通常の要求品質クラスがクラス１である呼のなか
に、許容できる最低品質クラスがクラス１のもの、クラ
ス２のもの、クラス３のものが存在しつる。また同様に
、通常の要求品質クラスがクラス２である呼のなかに、
許容できる最低品質クラスがクラス２のもの、クラス３
のものが存在しうる。このとき、クラス１の接続要求呼
に対しては、網はまずクラス１用のサブリソースの割当
てを試み、クラス１用のサブリソースの負荷が高くて要
求呼を受は付けられない場合、 ■　許容最低品質クラスがクラス１の呼、すなわちクラ
ス１以外の品質を許容しない場合に、許容最低品質クラ
ス１の呼、すなわちクラス１以外の品質を許容しない場
合はその時点で呼損に、■　許容最低品質クラスがクラ
ス２の呼ならばクラス２用のサブリソースの割り当てを
試み、それができなければその時点で呼損した、■　許
容最低品質クラスがクラス３の呼ならばまずクラス２用
のサブリソースの割り当てを試み、それができなければ
次にクラス３用のサブリソースの割り当てを試み、それ
もできなければその時点で呼損となる。クラス２の接続
要求呼に対しては、網はまずクラス２用のサブリースの
割り当てを試みる。クラス２用のサブリソースの負荷が
高くて要求呼を受は付けられない場合、■許容最低品質
クラスがクラス２の呼、すなわちクラス２以外の品質を
許容しない場合はその時点で呼損に、■許容最低品質ク
ラスがクラス３の呼ならばクラス３用サブリソースの割
り当てを試み、それができなければその時点で呼損とな
る。クラス３の接続要求呼に対しては、網はクラス３用
のサブクラスの割り当てを試み、高負荷のため受は付け
られない場合、その時点で呼損となる。

このように、通常指定する要求品質クラス以外に、許容
できる最低品質クラスを指定する手段を端末に与えるこ
とにより、端末は網の混雑時に多少品質が落ちても接続
される方が良いか、要求品質が満たせないのなら呼損と
なった方がよいかを選択することが可能となる。また、
網にとっては第４図の実施例の時と同様に、各品質クラ
ス用のサブリソースの使用率に差があったときでも番外
の最低限の許容品質を満たす範囲内でリソース割り当て
の柔軟性を持たせることが可能となり、全体リソース使
用効率の向上か期待できる。本アルゴリズムにおいても
第４図の実施例の場合と同様に、クラス３用のサブリソ
ースについてはクラス１、クラス２のサブリソースから
の溢れ呼が、クラス２用サブリソースについてはクラス
１用のサブリソースから溢れ呼が存在する可能性がある
ため、あらかじめそれを考慮してこれらのサブリソース
の容量を設定する必要がある。　第６図は、第４図に示
した優先度によるサブリソース選択と第５図に示した許
容最低品質クラスによるサブリソース選択の両方を考慮
した場合のサブリソース選択アルゴリズム例である。こ
の場合、番外は通常要求する品質クラス以外に、許容最
低品質クラスおよびリソース割り当てに関する優先度を
固有の属性として少なくとも持っており、網ではこれら
の属性を用いてリソース割り当てを行なうことになる。

この場合、サブリソース間の溢れ呼がクラス１→２−３
の方向とクラス３−２→１の方向の両方向に発生し得る
ことになり、あらかじめそれを考慮してこれらのサブリ
ソースの容量を設定する必要がある。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなごとく、本発明のパケット交換
網のリソース割り当て方式によれば、種々の端末の要求
する異なる通信品質クラスに応じてあらかじめ網内リソ
ースを複数のサブリソースに分割しておき、端末からの
通信要求に対して通常は発呼端末の要求する品質クラス
用のサブクラスを割り当てるが、当該発呼端末の要求す
る品質クラス用サブリソースが過負荷のため割り当てら
れないときは、要求品質クラス以外の品質クラス用のサ
ブリソースを割り当て可能に構成しているため、要求品
質に対応したサブリソースからたけしか割り当てられな
い場合にくらべてバケット交換網全体のリソースの利用
率が向上し、高効率で柔軟性のある通信網を実現するこ
とができる。

また端末にとっては、優先度を選択したり品質クラスを
譲歩することにより、呼損率を低下させる（接続品質を
向」−させる）ことが可能となる利点も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象とする通信ネットワークの一構成
例を示す図、第２図は本発明の対象とする統合パケット
交換ノードの一構成例を示す図、第３図は（ａ）　（ｂ
）は本発明の対象とする統合パケット交換網の通信リソ
ースの一構成例を示す図、第４図は統合パケット交換網
に収容される各端末かリソース割り当てに関する優先度
を持つ場合のサブリソース選択順序を示す図、第５図は
統合パケット交換網に収容される各端末が通常要求する
品質クラスよりも下位の品質クラス用のサブリソースの
割り当てを許容するか否かを指定する手段を持つ場合の
サブリソース選択順序を示す図、第６図は優先度による
サブリソース選択と許容最低品質クラスによるサブリソ
ース選択の両方を考慮した場合のザブリソース選択アル
ゴリズムの説明図である。 １１・・発呼端末、１２・・・着呼端末、１３．１６・
・・加入各回線、１．４．１５・・・中継回線、１−７
・・・発呼ノード、］８・・・中継ノー　ド、１９・・
・着呼ノード、２１・・入回線、２２・・・入回線対応
部、２３．３１゜３７・・・出回線対応部、２４・・出
回線、２５・・・スイッチ部、３２，３８，３９．４０
・・出力バッファ、３３．４０・・出力通信回線、３４
．４４・品質クラス１の呼、３５．４５・・・品質クラ
ス２の呼、６４６・・品質クラスの呼、４１，４２．４
３・・・通信帯域。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）パケット交換網に対して端末が通信を要求すると
   、少くとも発呼端末の着信アドレス情報と要求通信属性
   情報及び網内リソースの負荷状態に関する情報により要
   求呼の接続処理を行なうパケット交換網において、 各端末の要求する異なる通信品質クラスに応じて網内リ
   ソースを予め複数のサブリソースに分割しておくと共に
   、端末からの通信要求に対しては網は通常発呼端末の要
   求する品質クラス用のサブリソースの一部を割り当てる
   が、発呼端末の要求する品質クラス用のサブリソースが
   割り当て切れないときは、要求品質クラス以外の品質ク
   ラス用のサブリソースの一部を割り当て可能に構成した
   ことを特徴とするパケット交換網のリソース割り当て方
   式。
2. （２）パケット交換網に収容される各端末は、リソース
   割り当てに関する優先度を持ち、優先度の低い端末に対
   して網は、発呼時に要求する品質クラス用のサブリソー
   スが割り当て切れないときは呼損とし、優先度の高い端
   末に対しては、発呼時に要求する品質クラス用のサブリ
   ソースが割り当て切れないときは当該要求品質クラスよ
   り上位の品質クラス用のサブリソースの一部を割り当て
   可能に構成したことを特徴とする請求項（１）記載のパ
   ケット交換網のリソース割り当て方式。
3. （３）パケット交換網に収容される各端末は、通常要求
   する品質クラスよりも下位の品質クラス用のサブリソー
   スの割り当て許容するか否かを指定する手段を持ち、そ
   れを許容する端末に対して、網では要求品質クラス用の
   サブリソースが割り当て切れないときに前記端末の許容
   範囲内で、下位の品質クラス用のサブリソースの一部を
   割り当て可能に構成したことを特徴とする請求項（１）
   項記載のパケット交換網のリソース割り当て方式。
4. （４）パケット交換網に収容される各端末は、リソース
   割当てに関する優先度及び通常要求する品質クラスより
   も下位の品質クラス用のサブリソースの割り当てを許容
   するか否かを指定する手段を持ち網では、優先度の低い
   端末に対しては、発呼時に要求する品質クラス用のサブ
   リソースが割り当てられないときは呼損とするが、優先
   度の高い端末に対しては、発呼時に要求する品質クラス
   用のサブリソースが割り当て切れないときは当該要求品
   質クラスより上位の品質クラス用のサブリソースの一部
   を割り当て可能に構成し、また通常要求する品質クラス
   よりも下位の品質クラス用のサブリソースの割り当てを
   許容する端末に対して、網は通常発呼端末の要求する品
   質クラス用のサブリソースの一部を割り当てるが、要求
   品質クラス用のサブリソースが割り当て切れないときに
   その端末の許容範囲内で、下位の品質クラス用のサブリ
   ソースの一部を割り当て可能に構成したことを特徴とす
   る請求項（１）記載のパケット交換網のリソース割り当
   て方式。