JPH0697958A

JPH0697958A - セル転送品質制御方法

Info

Publication number: JPH0697958A
Application number: JP24466992A
Authority: JP
Inventors: Kohei Shiomoto; 公平塩本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】ＡＴＭ網内で各交換機に配分する通信品質規
定値を動的に変更可能とし、従来の通信品質規定値の固
定配分方法に比べ、各交換機のトラヒック変動によるセ
ル廃棄頻度を低く抑え、より多くのトラヒックを収容可
能とする。【構成】セルの待ち合わせバッファを具備するＡＴＭ
交換機において、自交換機にセルが到着すると待ち合わ
せバッファ内に格納されているセルのキュー長と第１の
しきい値＞第２のしきい値＞第３のしきい値の関係を有
する複数のしきい値との比較を行い、待ち合わせバッフ
ァのキュー長が第１のしきい値よりも小さくかつ第２の
しきい値よりも大きいときにはセルに特定フィールドに
一定値を加算し、第３のしきい値よりも小さい場合には
特定フィールドに一定値の減算を行ない、第１のしきい
値よりも大きい場合または加算または減算された特定フ
ィールドの値が一定値以上の場合にはセルを廃棄する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＡＴＭ交換機における待
合せバッファでのセル転送品質制御方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】情報を５３バイトの固定長のセル単位で
伝達するＡＴＭ網においては例えば出方路対応に待合せ
バッファを交換機に配備し、特定出方路へ向けたセルが
同時に複数入方路から到着した場合、待ち合わせを受け
たセルを前記バッファに一旦蓄積した後に出方路へ転送
することにより確率的に発生するセルの同時到着に対処
している。待合せバッファの容量はセル廃棄率およびセ
ル転送遅延時間等の通信品質と密接に関係しており、待
ち合わせバッファ容量が十分大きくない場合にはバッフ
ァオーバフローに起因するセル廃棄が発生し易くセル廃
棄率が高くなり、また、バッファ容量が大きすぎる場合
にはバッファでの待合せ遅延時間が大きくなる傾向があ
る。ＡＴＭ交換機のセル廃棄率ならびにセル転送遅延時
間の品質設計としては交換機のセル転送遅延時間規定値
を満たすように待合せバッファの容量を設計し、設計さ
れた待合せバッファの容量を基にセル廃棄率規定値を満
足するように収容トラヒック量を設計するといった手段
がとられる。また、交換機のセル廃棄率ならびにセル転
送遅延時間の品質規定値は網のエンド−エンドで規定さ
れる値が網内の各交換機に固定的に配分されるのが一般
的であった。図１０はＡＴＭ交換機におけるセル廃棄率
ならびにセル転送遅延時間の品質設計の様子を示すもの
である。あるＡＴＭ交換機に与えられるセル転送最大遅
延時間の規定値がＹｓｅｃであり、交換機の出力回線速
度がＶＭｂｉｔ／ｓの時はバッファ容量Ｋはセル転送最
大遅延の規定値Ｙｓｅｃより、Ｋ＝Ｙ×Ｖ×１０⁶／（５３×８）セルで与えられる。また、当該待合せバッファに収容する収
容可能トラヒック量は、セルの到着過程を例えばポアソ
ン分布で仮定し、上記バッファ容量Ｋ（セル）とセルの
到着過程を基に待ち行列理論の解析式に代入し、要求セ
ル廃棄率を満足するトラヒック値を算出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従
来、交換機のセル廃棄率ならびにセル転送遅延時間の品
質規定値は網のエンド−エンドで規定される値が網内の
各交換機に固定的に配分されるのが一般的であった。各
交換機は、この固定的に配分された（例えば、エンド−
エンドで規定される品質規定値の１／Ｎの）セル廃棄率
及びセル転送遅延時間を満たすよう待ち合わせバッファ
の容量が設計され、運用中、待ち合わせバッファの容量
を超えて受信したセルは廃棄されることになる。このよ
うな構成のため、従来は以下に述べるような問題点があ
った。

【０００４】すなわち、各交換機は、自待ち合わせバッ
ファが満杯になるとセル廃棄を行うため、例えば、特定
の交換機に一時的にトラヒックが偏った場合でもエンド
−エンド間では十分に品質規定値を満足している状態に
もかかわらずセルが廃棄される可能性がある。図１１は
４つの交換機から構成されるＡＴＭ網を例に用いて従来
技術の問題点を示したものである。図１１において交換
機９１０は出力回線への待合わせバッファ内のセルが格
納されたキュー長が最大バッファ容量９１２に達してい
るため、この時点で交換機に到着したセル９１３は廃棄
されている。しかしながらセル９１３は交換機９２０→
交換機９３０の経路を転送されるものであり、交換機９
２０ならびに交換機９３０の待合せバッファ９２１、９
３１についてはいずれもバッファ内のセルが格納された
キュー長は最大バッファ容量９２２、９３２に比して十
分小さいため、当該セル９１３は交換機９１０にて廃棄
されなければ十分エンド−エンドのセル転送遅延時間の
規定値は満足されるはずである。図に示すように交換機
９２０、９３０、９４０に到着したセル９２３、９３
３、９４３は待ち合わせバッファに空きがあるため、順
に格納される。このように従来技術ではエンド−エンド
のセル転送遅延時間の規定値を９１０、９２０、９３０
の各交換機に固定的に配分し、これをもとに待ち合わせ
バッファの容量を設計しているため、本来はエンド−エ
ンドのセル転送遅延時間の規定値を満足するはずのセル
であるにも拘らず一つの交換機で配分された規定値を超
過、すなわち、待ち合わせバッファフルに遭遇すれば廃
棄されてしまう。

【０００５】本発明は、以上の問題点を解決するため、
各交換機でのセル転送遅延時間時間を動的に配分し、か
つ、エンド−エンドのセル転送最大遅延時間を保証する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はセルの待ち合わせバッファを具備するＡＴ
Ｍ交換機のセル転送品質制御方法において、ＡＴＭ交換
機は、待ち合わせバッファに格納されたセルのキュー長
と第１の閾値＞第２の閾値＞第３の閾値の関係を有する
複数の閾値との比較を行う手段を備え、ＡＴＭ交換機は
自交換機にセルが到着すると前記比較手段により待ち合
わせバッファのキュー長を判定し、待ち合わせバッファ
のキュー長が第１の閾値よりも小さくかつ第２の閾値よ
りも大きい場合にはセルの特定フィールドに一定値の加
算を行い、第３の閾値より小さい場合にはセルの特定フ
ィールドに一定値の減算を行い、さらに第１の閾値より
も大きいかまたは加算または減算された特定フィールド
の値が一定値以上の場合にはセルを廃棄する。

【０００７】

【作用】セルがバッファに到着した時にキュー長が第
一、第二および第三のいずれかの閾値を超えているか否
かを判定し、バッファ内のキュー長が第一の閾値を超え
ている場合には当該セルを廃棄する。また、キュー長が
第一の閾値を超えていなくてもセルがバッファに到着し
た時にキュー長が第二の閾値を超えていれば、当該セル
の特定フィールドの値が一定値を超過しているか否かを
判定し特定フィールドの値が一定値を超過している場合
には、当該セルを廃棄する。また、キュー長が第二の閾
値を超えてなくても、当該セルの特定フィールドの値が
一定値を超過していない場合には、特定フィールドの値
を＋１した後に当該セルをバッファに蓄積する。また、
キュー長が第三の閾値を超えていなければ、当該セルの
特定フィールドの値を−１した後にバッファに蓄積す
る。

【０００８】以上の動作によれば、セルの特定フィール
ドの値を到着時点の待合せバッファ内のキュー長に応じ
て変更することにより、セルの該特定フィールドの値は
該セルが交換機に到着したときのバッファ内のキュー長
が第二の閾値を超過した回数と第三の閾値以下であった
回数の差分を表すこととなる。すなわち、交換機に到着
したセルが前段までの交換機で被った転送遅延時間に関
する情報をセルの特定フィールドに示すことにより、特
定フィールドの値に応じて当該セルの廃棄制御を行うの
で、セル転送遅延時間を網内の各交換機に動的に配分す
ることが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により詳細に説
明する。図１は転送遅延時間に関する情報を付与するフ
ィールド長としてセルに１ビットを設けた場合の本発明
の実施例を示すものである。尚、以下の説明において
は、あるセルの前記フィールドの値が‘１’である場合
には「当該セルにタグが付与されている」と呼び、
‘０’である場合には「当該セルにタグが付与されてい
ない」と呼ぶ。またあるセルの該フィールドの値を
‘０’から‘１’に変更することを「当該セルにタグを
付与する」と呼び、‘１’から‘０’に変更することを
「当該セルからタグを除去する」と呼ぶ。

【００１０】本発明は待合せバッファ１１０、タグ検出
部１２０、バッファ書き込み制御部１４０からなる。待
合せバッファ１１０に書き込まれる前にセルはタグ検出
部１２０にてタグが付与されているか否か判定され、タ
グ信号１８０を介してバッファ書き込み制御部１４０へ
当該セルにタグが付与されているか否かが通知される。
バッファ書き込み制御部１４０は、当該セルにタグが付
与されているか否かおよびキュー長が第一の閾値１１
１、第二の閾値１１２、および第三の閾値１１３を超え
ているか否かにより、当該セルの処理を決定する。

【００１１】図２はバッファ書き込み制御部の構成の詳
細を示すものである。レジスタ２１１、２１２および２
１３はそれぞれキュー長の第一、第二および第三の閾値
を保持するものである。レジスタ２１１、２１２、２１
３の値はそれぞれキュー長信号１５０を介して通知され
るセル到着時のキュー長と比較器２５１、２５２、２５
３により比較される。比較器は第三図に示すように入力
Ｘ、Ｙが与えられたときにＸ≧Ｙであれば‘１’を、Ｘ
＜Ｙであれば‘０’を出力する。比較結果は制御信号２
４１、２４２、２４３を介してデコーダ２６０に通知さ
れる。また、デコーダ２６０はタグ信号１８０を介して
通知されるタグ情報と制御信号２４１、２４２、２４３
を介して通知されるキュー長の閾値超過判定結果を基に
当該セルの待合せバッファへの書き込みを許可するか否
かを示す廃棄制御信号１６０と当該セルのタグ付与／除
去を指示するタグ制御信号１７０を出力する。

【００１２】待合せバッファへの書き込み可否を示す廃
棄制御信号１６０は当該セルにタグが付与されている場
合には現時点でのキュー長が第二の閾値以下であれば当
該セルの待合せバッファへの書き込み許可を示し、キュ
ー長が第二の閾値を超えていれば書き込み拒否を示す。
また、当該セルにタグが付与されていない場合には現時
点でのキュー長が第一の閾値以上であれば当該セルの待
合せバッファへの書き込み拒否を示し、キュー長が第一
の閾値より小さい場合には書き込み許可を示す。

【００１３】当該セルへのタグ付与／除去を指示するタ
グ制御信号１７０は当該セルにタグが付与されている場
合にはキュー長が第三の閾値以下の場合には当該セルの
タグを除去する旨を示し、当該セルにタグが付与されて
いない場合にはキュー長が第二の閾値を超えている場合
には当該セルにタグを付与する旨を示す。以上のように
バッファ書き込み制御部により決定されるセル処理は図
４、５の表および図１２のフローチャートに要約され
る。

【００１４】図４は、タグ制御信号１７０を２ビットと
した場合の信号送出条件を示す。ここで、タグ制御信号
が‘００’の時はｎｏｐ（なにもしない）、‘０１’は
タグ除去、‘１０’はタグ付与とする。例えば、セルに
タグがあり待ち合わせバッファのキュー長が第三の閾値
以下の場合にはタグ制御信号は‘０１’でタグ除去が指
示され、それ以外はセルはそのまま（‘００’）とな
る。また、タグが無い場合でキュー長が第二の閾値以下
の場合にはセルはそのまま（‘００’）となり、それ以
外の状態ではタグ付与（‘１０’）が行われる。

【００１５】図５は、廃棄制御信号１６０を１ビットと
した場合の信号送出条件を示す。ここで、廃棄制御信号
が‘０’の時は書き込み否、すなわち、セル廃棄であ
り、‘１’のときは書き込み可とする。例えば、セルに
タグがあり待ち合わせバッファのキュー長が第二の閾値
以下の場合には廃棄制御信号は‘１’で書き込み可が指
示され、それ以外は廃棄制御信号は‘０’となり、セル
は廃棄（書き込み否）される。また、タグが無い場合で
もキュー長が第一の閾値以上の場合には廃棄制御信号は
‘０’となり、セルは廃棄（書き込み否）され、それ以
外の状態では書き込み可が指示される。

【００１６】図１２は、上記図４と図５を用いたセル制
御の判定フローチャートを示した物であるが、動作は以
上で明かであるので説明は省略する。以上の動作を要約
すると以下のようになる。ここで、第一、二、三の閾値
のキュー長は第一の閾値＞第二の閾値＞第三の閾値の関
係とする。到着したセルにタグが付与されている場合に
はキュー長が第二の閾値を超えている場合には当該セル
は廃棄される。また、キュー長が第三の閾値より大きく
て、かつ、第二の閾値以下の場合には当該セルをそのま
ま待合せバッファに書き込む。キュー長が第三の閾値以
下の場合には当該セルのタグを除去した後に待合せバッ
ファに書き込む。

【００１７】到着したセルにタグが付与されていない場
合にはキュー長が第一の閾値以上の場合には当該セルは
廃棄される。また、キュー長が第二の閾値より大きく
て、かつ、第一の閾値より小さい場合には当該セルにタ
グを付与した後に待合せバッファに書き込む。キュー長
が第二の閾値以下の場合には当該セルをそのまま待合せ
バッファに書き込む。

【００１８】図１においてはバッファ書き込み制御部１
４０はキュー長信号１５０を介して通知されるキュー長
およびタグ制御信号１８０を介して通知されるタグ情報
を基に当該セルを待合せバッファ１１０に書き込むか否
かを廃棄制御信号１６０を介して制御する。当該セルを
待合せバッファ１１０に書き込む際にはタグ制御信号線
１７０が示す値を当該セルの所定のフィールドに搭載し
た後に、待合せバッファ１１０にセルを書き込む。

【００１９】図７は３段の交換機６１５、６２５、６３
５からなるＡＴＭ網に対して本発明を適用した場合の動
作例を示す。交換機６１５に到着したセル６１４は現時
点での待合せバッファ６１６のキュー長が第二の閾値６
１２を超えているため、タグが付与された後に待合せバ
ッファに書き込まれる。交換機６２５に到着したセル６
２４はタグが付与されており、かつ、その時点での待合
せバッファ６２６のキュー長が第二の閾値６２２を超え
ているため、セル６２４は待合せバッファ６２６に書き
込まれずに廃棄される。交換機６３５に到着したセル６
３４はタグが付与されているが、待合せバッファ６３６
のキュー長が第三の閾値６３３を超えていないため、タ
グが除去された後に待合せバッファ６３６に書き込まれ
る。各交換機６１５、６２５、６３５の第一の閾値６１
１、６２１、６３１をＱ１とし、第二の閾値６１２、６
２２、６３２をＱ２とし、第三の閾値６１３、６２３、
６３３をＱ３とし、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の関係を例えば、Ｑ２＝（Ｑ１＋Ｑ３）／２となるように設定すれば、交換機６３５から出力される
セルのうちタグが付与されていないものは、各交換機で
の転送遅延時間が全てＱ２以下であったか、あるいは一
つの交換機でＱ２以上でＱ１以下の転送遅延を被ったが
他の交換機の少なくとも一つでＱ３以下の転送遅延であ
ったかの何れかであるので、当該セルの網内での転送遅
延が最大３×Ｑ２で保障される。一般的にｎ段の交換機
からなる網において本発明を適用すれば、上記のように
キュー長の各閾値を設定することにより網内での最大セ
ル転送遅延時間は、ｎ×Ｑ２で保障することができる。（ここでＱ１＞Ｑ２＞Ｑ３）
網内でのセルの最大転送遅延時間を保証するという観点
から同じ能力を持つ従来の方式は図１１において各交換
機９１０、９２０、９３０、９４０のバッファ容量９１
２、９２２、９３２、９４２をＱ２に設定したものであ
る。上述したように従来技術ではトラヒックが瞬間的に
偏り、特定の交換機に到着するセルトラヒックが増加し
た場合には網内の最大転送遅延時間の規定値は十分満足
されるにも拘らず当該交換機にて廃棄される可能性が高
くなるが、本発明を適用することにより特定の交換機に
到着するセルトラヒックが増加した場合にも網内の最大
転送遅延時間の規定値を満足しかつ当該交換機にて廃棄
される可能性を低くすることが出来る。

【００２０】セルに付与するタグ情報についてはセルヘ
ッダ内のＣＬＰビットを利用することが考えられるが、
セルヘッダ内のＶＰＩ／ＶＣＩフィールドの特定ｎビッ
トを利用することにより、セルが被った転送遅延を表す
タグ情報に複数グレードを設定することも可能である。
すなわち、特定ｎビットを０〜２ⁿ−１の範囲の値を示
すアップダウンカウンタとして扱い、該フィールドを該
セルが交換機に到着したときのバッファ内のキュー長が
第二の閾値を超過した回数と第三の閾値以下であった回
数の差分を表すものとする。

【００２１】図６はタグ情報をｎビットとし、複数グレ
ードを設定した場合のバッファ書き込み制御部の構成例
である。待合せバッファに到着したセルに付与されたタ
グ情報（ｎビット）は２ⁿのグレードで当該セルが前段
までの交換機で被った転送遅延を表す。当該セルが待合
せバッファに書き込まれる前に一旦アップダウンカウン
タ５１５にラッチされる。アップダウンカウンタ５１５
にラッチされたタグ情報に対して、＋１あるいは−１あ
るいは±０の何れかの処理を実行するかは現時点のキュ
ー長の値を基にデコーダ５６０が決定する。図８、９に
デコーダ５６０が出力する制御信号５７１、５７２の内
容とキュー長の関係を示す。セルが待合せバッファに到
着した時のキュー長とレジスタ５１１、５１２、５１３
に保持される第一、第二、第三の閾値とを比較した結果
がデコーダ５６０に入力され、デコーダ５６０はキュー
長が第二の閾値を超えている場合には制御信号５７１を
介してアップダウンカウンタ５１５の値を＋１し、キュ
ー長が第三の閾値以下の場合にはアップダウンカウンタ
５１５の値を−１する。また、キュー長の値が上記以外
の範囲にある場合にはアップダウンカウンタ５１５の値
は何も処理されない。キュー長が第一の閾値を超えた場
合には制御信号５７２を介して当該セルの待合せバッフ
ァへの書き込みを拒否する旨を表示する。

【００２２】上記の処理を施された後に、アップダウン
カウンタ５１５の値はレジスタ５１４（ｎビット）に保
持される値と比較器５５４にて比較され、レジスタ５１
４に保持される値よりも大きい場合には比較器５５４の
出力信号５７３は当該セルの待合せバッファへの書き込
みを拒否する旨を表示する。廃棄制御信号５９０は制御
信号５７２と比較器５５４の出力信号５７３との論理和
であり、当該セルの待合せバッファへの書き込み可否を
表す。

【００２３】当該セルの待合せバッファへの書き込みが
許可された場合にはアップダウンカウンタ５１５の値を
データ線５８０を介してセルヘッダ内の所定のフィール
ドへ搭載する。図６に示すようにバッファ書き込み制御
部を構成することにより、前段の交換機までにセルが被
った転送遅延時間を表すタグ情報に複数グレードを設定
することが可能となり、きめ細やかなセル転送遅延制御
を実行することが出来る。

【００２４】

【発明の効果】以上、本発明によれば、ＡＴＭ網内の各
交換機に転送遅延規定値をトラヒック変動に応じて動的
に柔軟に配分することが可能となり、固定的に転送遅延
規定値を配分した場合に比べてより多くのトラヒックを
収容することが可能となる。また、瞬時のトラヒック変
動に対しても従来方式に比べて負荷耐力が高く、バッフ
ァオーバフローによるセル廃棄が起きる頻度を低く抑え
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例を示すものである。

【図２】図２はバッファ書き込み制御部の構成の詳細を
示すものである。

【図３】図３は比較器の入力と出力との対応関係を示す
ものである。

【図４】図４は到着セルにタグの付与／除去の処理を行
うか否かの判定論理を示した表である。

【図５】図５は到着セルを待ち合わせバッファへの書き
込みを許可するか否かの判定論理を示した表である。

【図６】図６はタグ情報に複数グレードを設定した場合
のバッファ書き込み制御部の構成の詳細を示すものであ
る。

【図７】図７は３つの交換機からなる網に対して本発明
を適用した場合の動作例を示す。

【図８】図８はタグ情報に複数グレードを設定した場合
について、到着セルにタグの付与／除去の処理を行うか
否かの判定論理を示す表である。

【図９】図９はタグ情報に複数グレードを設定した場合
について、到着セルを待ち合わせバッファへの書き込み
を許可するか否かの判定論理を示した表である。

【図１０】図１０は従来の待合せバッファの容量設計方
法を示す概念図である。

【図１１】図１１は４つの交換機からなる網を例として
従来技術の問題点を示す図である。

【図１２】図１２は本発明のアルゴリズムのフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１１０待合せバッファ１１１キュー長の第一の閾値１１２キュー長の第二の閾値１１３キュー長の第三の閾値１２０タグ検出部１４０バッファ書き込み制御部１５０キュー長を通知するための制御信号１６０バッファへの書き込み可否を示す制御信号１７０タグ付与／除去を行なうためのデータ線１８０タグの有無を通知するための制御信号２１１キュー長の第一の閾値を保持するレジスタ２１２キュー長の第二の閾値を保持するレジスタ２１３キュー長の第三の閾値を保持するレジスタ２５１、２５２、２５３比較器２６０デコーダ５１５アップダウンカウンタ９１３、９２３、９３３交換機９１０→交換機９２０
→交換機９３０の経路を通過するセル９４３交換機９１０→交換機９４０の経路を通過する
セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セルの待ち合わせバッファを具備するＡ
ＴＭ交換機のセル転送品質制御方法において、前記ＡＴＭ交換機は、前記待ち合わせバッファに格納さ
れたセルのキュー長と第１の閾値＞第２の閾値＞第３の
閾値の関係を有する複数の閾値との比較を行う手段を備
え、前記ＡＴＭ交換機は自交換機にセルが到着すると前記比
較手段により前記待ち合わせバッファのキュー長を判定
し、前記待ち合わせバッファのキュー長が第１の閾値よりも
小さくかつ第２の閾値よりも大きい場合には前記セルの
特定フィールドに一定値の加算を行い、第３の閾値より
小さい場合にはセルの特定フィールドに一定値の減算を
行い、さらに第１の閾値よりも大きいかまたは前記加算
または減算された前記特定フィールドの値が一定値以上
の場合には前記セルを廃棄することを特徴とするセル転
送品質制御方法。