JPH03284036A - パケット交換網における帯域割当て方式 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、網内の輻較を防止するパケット交換網におけ
る帯域割当て方式に関する。

（従来の技術） パケット交換網の一例としては、河原崎、開田により電
子通信学会技術研究報告情報ネットワークｌＮＳ７−１
１０において発表された論文ｒＡＴＭを中心とした高速
広帯域Ｉ　ＳＤＮの標準化動向」に記載のＡＴＭ方式で
伝送、交換されるパケット交換網がある。ＡＴＭはセル
と呼ばれるパケットを伝送交換する方式であり、特に固
定長のパケットを用いることが特徴である。このＡＴＭ
は、その交換システムがセルの統計多重を原理とする蓄
積交換システムであるから輻輸による品質劣化の恐れが
ある。しかしながら、高速交換を行なう為に網内プロト
コルを簡略化しており、網内に輻綾制御手段をもたない
。従って、このＡＴＭには、輻輪を未然に防止する為に
呼を受は付けるときに事前に入力負荷を予測してトラヒ
ックの入力規制を行なう呼接続制御が必要である。

この呼接続制御は、呼設定要求があると、該呼設定要求
の呼の接続を許可して網内に該呼の負荷が流入した場合
に網に要求される品質（規定の品質と呼ぶ）が満たされ
るかどうかを予測し、満たされる場合には呼設定を許可
し、満たされない場合には呼設定を拒否するという呼接
続制御である。

この呼設定制御において、網の通信品質を予測する為に
は、多重される各呼の各種トラヒックパラメータが必要
である。代表的なトラヒックパラメータには、呼の最大
送出速度、平均送出速度などがあげられ、各呼はこれら
のトラヒックパラメータを、呼設定要求時にｌＩＩＩｒ
Ｍに申告しなければならない、これらのトラヒックパラ
メータを用いて、呼の設定可否を決める代表的な手段の
例としては、液部らが電子通信学会交換システム研究会
５Ｅ８７−１３８に発表した「高速パケット交換に於け
る統計多重制御力の検討」が上げられる。これは各呼に
対し、平均送出速度以上、最大送出速度以下の仮想的な
帯域を決定するものである。　第６図に仮想帯域の概念
図を示す。横軸が時間、継軸がパケット送出レートであ
る。バゲット呼は時間的にパケット送出レートが変化す
る。その最大帯域は、その送出レートのピーク値を意味
し、平均帯域は、その長期的な平均値を意味する。この
時仮想帯域は、平均帯域以上、最大帯域以下の値として
、図に示す様に定義される。仮想帯域は、要求品質等の
複数のパラメータの関数の形で与えられる。一般に、村
瀬らが電子通信学会情報ネットワーク研究会５ＳＥ−８
９−６９に発表した“ＡＴＭ網におけるトラヒック制御
”に述べられているように、最大帯域が大きいほど（広
帯域呼）仮想帯域は最大帯域に近い値となる。逆に、最
大帯域が小さいほど（狭帯域呼）仮想帯域は平均帯域に
近い値となる。このように定義されな各呼ｉの仮想帯域
Ｒ１を用いて、伝送路に帯域を確保する。この時、設定
される呼の仮想帯域の総和ΣＲｉが一定値（例えば伝送
路容量Ｃ＊α：０＜α≦１）以下になるよう、呼設定の
可否判断を行なうのである。

（発明が解決しようとする課題） 以上に述べた従来のパケット交換網における帯域割当て
方式においては、ΣＲｉ≦Ｃ＊α（０＜α≦１．０）の
条件のαの値が固定的に設定される。この場合、つぎの
様な問題が生じる。

前述したように、狭帯域呼は平均帯域に近い値で仮想帯
域が定義される。このような狭帯域呼ばかりを多数うけ
つけた場合にα＝１．０と設定すると、伝送路利用率は
ほぼ１．０になる。この様に多数の呼が多重された条件
下では、各パケットの到着間隔はランダムに近くなるの
で利用率＝１．０においてはバッファ溢れ率の要求品質
を満たす為に無限大のバッファサイズが必要となる。

ところが実際にはバッファは有限であるから、バッファ
溢れが生じて要求品質を満足する事ができなくなる。

そこで一般には、有限なバッファの下でバッファ溢れ率
に関する要求品質を満足させるように、負荷制限を行な
う。つまりαの値を１以下に設定する。ここで、伝送路
１００Ｍｂｐｓにおいてα＝０，８のシステムを考える
。このシステムにおいては、伝送路が空いている時に８
０　Ｍ　ｂ　ｐ　ｓ以上の広帯域呼（つまりＲｉ＞８０
Ｍｂｐｓ）の設定要求があっても該広帯域呼は受は付け
られない。

本来、伝送路を１つの呼だけが使用する場合には、その
呼の帯域が伝送路容量と等しくてもバッファの待合わせ
は起きないから、バッファ溢れは起こらず呼の受は付け
は可能である。しかしながら、上記の様にαく１に設定
すると広帯域呼においては伝送路を効率的に使用できな
い、更に一般的に云うならば、伝送路上に複数の広帯域
呼が多重される場合においても、呼の数が少ない場合に
は、上述した様な効率劣化が生じる。この事は、バッフ
ァサイズと呼の数との関係を考慮する必要があることを
示している。

パケット呼に対して仮想帯域を定義することは、その呼
を送出レートがその仮想帯域に等しいＣｏｎ５ｔａｎｔ
　Ｂｉｔ　Ｒａｔｅ　　（ＣＢ　Ｒ）タイプの呼とみな
すことに対応する。従って、この場合の所要バッファサ
イズは、ＣＢＲ呼をパケット多重した場合の所要バッフ
ァサイズと考えれば良い、このことについては、キャロ
ル（Ｍａｒｏｌ）らがインターナショナル・カンファレ
ンス・オン・コミュニケーションズ’　８７　（Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎＣ
ｏｎｎｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ’　８７）に発表した“ニ
ージングア　パケット　スイッチ　フォー　サーキット
スイッチド　トラフィック”　（Ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｐａ
ｃｋｅｔｓｗｉｔｃｈ　ｆｏｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ　５ｗ
１ｔｃｈｅｄ　ｔｒａｆｆｉｃ）に詳しく述べられてい
る。これによると、所要バッファサイズは、伝送路を通
過する呼の数が多いほど増大する。また呼の数がバッフ
ァサイズより小さい場合にはバッファ溢れが起きない、
この点を考慮すると、帯域割当てに関しては、次の様な
事がいえる。つまり、ΣＲｉ＝Ｃを満足するように帯域
割当てを行っても、伝送路を通過する呼の数がバッファ
サイズより少なければ、バッファ溢れが生じない。とこ
ろがαく１とすると、通過呼数がバッファサイズより少
ない場合には、バッファ溢れが生じないにもかかわらず
、伝送路容量をフルに使用できないという使用効率の劣
化現象が起こる。

以上に詳しく述べたように、αの値を固定的に設定する
従来のパケット交換網における帯域割当て方法には以下
の様な解決すべき課題がある。

（１）α＝１の場合、広帯域呼を効率良く受は付けられ
るが、狭帯域呼を多数受は付けると品質劣化が起きる。

（２）αく１の場合、狭帯域呼を多数受は付けても品質
劣化が起きないが、広帯域呼を効率良く伝送路に収容で
きない。

（課題を解決するための手段） 本発明の第１のパケット交換網における帯域割当て方式
は、 呼設定要求時に各パケット呼に仮想的な帯域Ｒｉを定義
し、該仮想帯域Ｒｉを用いて網内伝送路に帯域割当てを
行なうパケット交換網における帯域割当て方式であって
、 前記網内伝送路を通過する呼の数をＮ、伝送路容量をＣ
と定義し、開数α（Ｎ）が任意の自然数１に対して、 ０＜α（ｉ＋１）≦α（ｉ）≦１．０ の条件を満たすものとするときに、 ΣＲｉ≦Ｃ＊α（Ｎ） の条件を満足するように帯域割当てを行うことを特徴と
する。

本発明の第２のパケット交換網における帯域割当て方式
は、 呼設定要求時に各パケット呼に仮想的な帯域Ｒｉを定義
し、該仮想帯域Ｒ１を用いて網内伝送路に帯域割当てを
行なうパケット交換網における帯域割当て方式において
、 前記網内伝送路を通過する呼の数をＮ、前記網内伝送路
の送出バッファサイズをＢ、伝送路容量をＣ５αを０＜
α＜１を満たす実数とするときに、Ｎ≦Ｂの場合にはΣ
Ｒｉ≦Ｃ１ Ｎ＞Ｂの場合にはΣＲｉ≦Ｃ＊α、 の条件を満足するように帯域割当てを行うことを特徴と
する。

（作用） 受は付けた呼が広帯域呼ばかりの場合、通過する呼の数
ＮがバッファサイズＢより少なければ、ΣＲｉ＝Ｃとな
るように帯域割当てを行なってもバッファ溢れは生じな
い、そこでα＝１とすれば広帯域呼に対して伝送路容量
をフルに使用させることが可能となる。一方、受は付け
た呼が狭帯域呼の場合には、ΣＲｉ＜Ｃの場合でも通過
する呼の数ＮがバッファサイズＢを越してしまう、この
場合には、バッファ溢れ率に関する要求品質を満足する
ような負荷制限する必要があるから、実数αをα〈１の
値に選ぶ。αの値は多重されている呼の数に依存して決
められる。一般にＮが大きいほど負荷を抑える必要があ
る。

そこで本発明の第１のパケット交換網における帯域割当
て方式では、αをＮに対して減少関数となるように選ん
でいる。

一方本発明の第２のパケット交換網における帯域割当て
方式では、Ｎ＞Ｂの条件下においてαを一定に固定して
簡略化している０例えば、Ｎが十分に大きい場合にはパ
ケット長が一定の待ち行列長の振舞はＭ／Ｄ／１モデル
の振舞に近づくから、Ｍ／Ｄ／１／Ｂモデルから最大許
容負荷を求めて、この値をαとする。

これら２つの方法により、狭帯域呼に対しても要求品質
を満足する帯域割当てが可能となる。

（実施例） 次に、図面を参照して本発明について説明する。

第１図は本発明のパケット交換網における帯域割当て方
式をモデル化した図である。伝送路１２へのパゲット送
出待ちの為に、バッファ１１が配置されている。呼１〜
呼Ｎは、それぞれ仮想帯域Ｒｉで伝送路１２に帯域割当
てされる。帯域割当ては帯域割当て装置１０が行なう。

新たな発呼要求が起きた場合、帯域割当て装置１０は帯
域割当て要求を受け、バッファサイズＢ、伝送路容量Ｃ
１伝送路１２を通過する呼の数Ｎを考慮して、伝送路１
２にその呼の仮想帯域Ｒｉが割当てられるか否かを判断
する。割当て可能ならば許可信号を、不可能ならば、拒
否信号をかえす。

第２図は本発明の第１のパケット交換網における帯域割
当て方式の一実施例の処理を示す流れ図である。帯域割
当て要求が発生するとくステップ２０）、まずその呼の
仮想帯域Ｒ１の算出を行なう（ステップ２１）６次に伝
送路を通過するパケットの呼の数Ｎをインクリメントす
る（ステップ２２）６次に、ΣＲｉ≦Ｃ・α（Ｎ）を満
たすか否かを判断する（ステップ２３）、α（Ｎ）は０
＜α（Ｎ）≦１を満たす実数である。このＯ＜α（Ｎ）
≦１の条件を満たすときは帯域割当て可能とみなし、帯
域割当て許可の処理を行なう（ステップ２４）、逆に０
＜α（Ｎ）≦１の条件を満たさないときは帯域割当て不
可とみなし、帯域割当て拒否の処理を行なう（ステップ
２６）、この時、新たな呼は該伝送路を通過できないの
で、先の通過呼数Ｎをデクリメントして元の値にもとす
くステップ２５） ここでα（Ｎ）は第３図に示す関数として定義される。

前述したように、各呼にたいして仮想帯域を定義するこ
とは、その呼をその帯域のＣＢＲタイプの呼とみなす事
に相当する０通過する呼の数ＮがバッファサイズＢより
小さい場合には、（発明が解決しようとする課題）の項
で述べたように、伝送路容量Ｃ−杯まで仮想帯域を割当
てても、バッファ溢れは生じないのでα＝１．０が選ば
れる。ＮがＢより大きくなると、次第に負荷制限を行な
わなければバッファ溢れを生じるので、αはＮに関して
減少関数の形となる。ここでＮが十分大きくなると、呼
の多重特性はランダムに近づき、固定長パケットならば
Ｍ／Ｄ／１／Ｂモデルの多重特性に近づく、従って、あ
る一定の負荷値α′においてはＮの値に選らず常にバッ
ファ溢れ率は一定値に抑えられる。従って、α（Ｎ）の
値は、α゛に対して漸近的に減少する形となる。

例えばα’　＝０．８では、Ｂ＝５０でバッファ廃棄率
１０１が満たされる。

第４図は本発明の第２のパケット交換網における帯域割
当て方式の一実施例の処理を示す流れ図である。本実施
例ではＮ＞Ｂにおいて、常にα（Ｎ）＝α°と選ぶ事に
より、アルゴリズムを単純化する事ができる。帯域割当
て要求が発生すると（ステップ４０）、まずその呼の仮
想帯域Ｒｉの算出を行なう（ステップ４１）、この算出
法は第２図と同様である。次に伝送路を通過するパケッ
トの呼の数Ｎをインクリメントする（ステップ４２）０
次に、パケット呼の数ＮがバッファサイズＢより大きい
か否かを判定する（ステップ４３）、ＮがＢより大きい
場合は、ΣＲｉ≦Ｃ＊α′の条件が満たされるか否かを
判断する（ステップ４４）、α′は０＜α′≦１を満た
す実数で、図４の説明で述べた値が選ばれる。このΣＲ
ｉ≦Ｃ＊α′の条件が満たされると、帯域割当て可能と
みなし、帯域割当て許可の処理を行なう（ステップ４６
）。逆にこのΣＲｉ≦Ｃ＊αの条件が満たされなければ
、帯域割当て不可とみなし、帯域割当て拒否の処理を行
なう（ステップ４８）。この時、新たな呼は該伝送路を
通過できないので、先の通過呼数Ｎをデクリメントして
元の値にもとすくステップ４７）。一方、ステップ４３
でＮがＢより小さいと判定された場合、ΣＲｉ≦Ｃが満
たされるか否かを判断する（ステップ４５）、このΣＲ
ｉ≦Ｃの条件が満たされれば、帯域割当て可能とみなし
、帯域割当て許可の処理を行なう（ステップ４６）、逆
にこのΣＲｉ≦Ｃの条件が満たされなければ、帯域割当
て不可とみなし、帯域割当て拒否の処理を行なう（ステ
ップ４８）、この時、新たな呼は該伝送路を通過できな
いので、先の通過呼数Ｎをデクリメントして元の値にも
どす（ステップ４７）。

第５図に本実施例により帯域割当てされた場合の帯域割
当ての一例を示す、第５図（ａ）のように、広帯域呼１
〜４が各Ｒ１〜Ｒ４の仮想帯域で伝送路容量Ｃに割当て
られる場合と、第５図（ｂ）の様に狭帯域呼１〜１２が
各Ｒ１〜Ｒ１２の仮想帯域で伝送路容量Ｃに割当てられ
る場合を示す。

ここでバッファサイズは８である。第５図（ａ）の様に
、広゛帯域呼に対する帯域割当てでは、通過する呼の数
が４とバッファサイズより少ないから、伝送路容量を一
杯迄使用してもバッファ溢れは起きない、従って図の様
にα＝１．０で帯域割当てされる。逆に第５図（ｂ）の
ように、狭帯域呼に対する帯域割当てでは、通過する呼
の数が１２とバッファサイズより多いため、負荷制限を
しないとバッファ溢れが起きる。従って図の様にα＝０
．８で帯域割当てされる。

（発明の効果） 本発明の第１のパケット交換網における帯域割当て方式
によれば伝送路を通過する呼の数により帯域割当て可能
な容量を変化させることにより、広帯域呼に対して高効
率で伝送路に帯域割当てが可能で、しかも狭帯域呼を多
数党は付けても品質劣化が起きない帯域割当てが可能と
なる。

更に本発明の第２のパケット交換網における帯域割当て
方式によれば、伝送路を通過する呼の数がバッファサイ
ズより大きいか小さいかによって２とおりの割当て可能
な伝送路容量を用意しておくことにより、帯域割当て制
御が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパケット交換網における帯域割当て方
式をモデル化した図、第２図は本発明の第１のパケット
交換網における帯域割当て方式の一実施例の処理を示す
流れ図、第３図は第２図に示した実施例における関数α
（Ｎ）の−例を示す図、第４図は本発明の第２のパケッ
ト交換網における帯域割当て方式の一実施例の処理を示
す流れ図、第５図は本発明による帯域割当て結果の一例
を示す図、第６図は仮想帯域の概念を示す図である。 １０・・・帯域割当て装置、１１・・・バッファ、１２
・・・伝送路。 第 図 第 ３図 第 図 Ｑ 蔵 Ｕ） 転 第６ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）呼設定要求時に各パケット呼に仮想的な帯域Ｒｉ
   を定義し、該仮想帯域Ｒｉを用いて網内伝送路に帯域割
   当てを行なうパケット交換網における帯域割当て方式に
   おいて、 前記網内伝送路を通過する呼の数をＮ、伝送路容量をＣ
   と定義し、関数α（Ｎ）が任意の自然数ｉに対して、 ０＜α（ｉ＋１）≦α（ｉ）≦１．０ の条件を満たすものとするときに、 ΣＲｉ≦Ｃ＊α（Ｎ） の条件を満足するように帯域割当てを行うことを特徴と
   するパケット交換網における帯域割当て方式。
2. （２）呼設定要求時に各パケット呼に仮想的な帯域Ｒｉ
   を定義し、該仮想帯域Ｒｉを用いて網内伝送路に帯域割
   当てを行なうパケット交換網における帯域割当て方法に
   おいて、 前記網内伝送路を通過する呼の数をＮ、前記網内伝送路
   の送出バッファサイズをＢ、伝送路容量をＣ、αを０＜
   α＜１を満たす実数とするときに、Ｎ≦Ｂの場合にはΣ
   Ｒｉ≦Ｃ、 Ｎ＞Ｂの場合にはΣＲｉ≦Ｃ＊α、 の条件を満足するように帯域割当てを行うことを特徴と
   するパケット交換網における帯域割当て方式。