JPH1049390A - リソース共用のためのシステムおよび方法 - Google Patents

リソース共用のためのシステムおよび方法

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JPH1049390A
JPH1049390A JP8290975A JP29097596A JPH1049390A JP H1049390 A JPH1049390 A JP H1049390A JP 8290975 A JP8290975 A JP 8290975A JP 29097596 A JP29097596 A JP 29097596A JP H1049390 A JPH1049390 A JP H1049390A
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JP8290975A
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Rodolfo A Milito
エー．ミリト ルドルフォ
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AT&T Corp
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  • Storage Device Security (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 制限されたリソースを多数の使用者および／
または使用者クラスの間で共用するためのシステムおよ
び方法に関する。 【解決手段】 各使用者に関係付けられた最小限の保証
されたレートによって決定されるレートでトークンを各
使用者に割り当て、一方各使用者に関係付けられたバン
クに各使用者に割り当てられたトークンを蓄積して、各
バンクは各使用者に関係付けられた有限の容量を持って
いる。その関係付けられたバンクの容量に到達した使用
者に割り当てられたトークンを、そのバンクの容量が小
さい他の使用者のバンクに蓄積する。使用者があらかじ
め決められた数のトークンをその関係付けられたバンク
に備えている場合は、リソースにアクセスを要求してい
る使用者にそのリソースへのアクセスをさせて、さもな
ければリソースへのアクセスを拒絶する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制限されたリソー
スを多数の使用者および／または使用者クラスの間で共
用するためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】リソースは多数の使用者によって共用さ
れることが多い。たとえば、電気通信サービスの供給者
は、顧客の要求にサービスするために重要なリソースを
ある限定された数だけしか備えていない。使用されてい
ないリソースを充分に利用させる一方で重要な使用者に
システムの性能低下を起こさせないようにするために、
リソースを割り当てるための公平で効率的なシステムが
望まれている。
【０００３】共用されたリソース環境の中でリソースの
公平な共用を保証するという議論は現在のビジネス環境
に広がっている。共用は原理的に規模の利益に到達する
ことができること、また需要の非同時性（たとえば、ビ
ジネス地域対住宅地域のトラフィック）が活用できるこ
とが広く認識されている。他の顧客からの予想もしない
大きな需要に直面しても使用者の契約したリソースの
「持ち分」に対してリアルタイムのアクセスを保証する
ような、完全なフレーム・ワークは存在しない。リソー
スの完全な分割によって保護を達成することができる。
そのような分割は、使用者がお互いから保護されている
場合には効果的だが、リソースが特定の使用者に割り当
てられていてしかも使用されていないに場合は無駄にな
るので効率的ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】典型的なリソースの共
用状況においては、通信およびコンピュータのネットワ
ークによって例証されるように、三つの大きな課題につ
いて言及する必要がある。すなわち、システムまたはサ
ブシステムへのアクセスを制御する課題、特定のプロセ
ッサーを予定に入れる課題、および個別のリソースを割
り当てる課題である。
【０００５】課題と解決策を視覚化できるようにするた
めに、ＡＴ＆Ｔ社の５ＥＳＳR 交換機を参照する。図１
は、ストリームａからストリームｚで表される複数のク
ラスのトラフィックの要求に従う５ＥＳＳR を図示す
る。典型的に、ストリームは特定のサービスの要求を束
ねており、たとえば呼び出し設定を含むことができる。
たとえば、無線サービスに関連したストリームは、ハン
ドオーバ要求、位置アップデート、その他を含むことが
できる。一定の活動が、リンク、プロセッサー、データ
ベース、トランクなどのような多数のリソースに要求を
配置する。
【０００６】５ＥＳＳR は、ある種の持続されたトラフ
ィック混合に従うあるグレードのサービスを提供するこ
とができるように設計され設備されている。基本的なア
クセス制御機構は、どのクラスもその契約の値を越えな
いことを保証するように実行されることになっている。
そのようなアプローチは効果的ではあるが、効率的とは
言いがたい。結局、他のクラスがその契約のレート以下
にあるのでシステムが容量以下で動作しているとき、そ
の割り当てられたレートを越えるクラスへのアクセスは
拒絶されてはならない。トラフィックは可変であるので
これは普通に発生する。一つのクラスがその契約のレー
トを越えることはありえるが、すべてのクラスがその最
大限の持ち分を要求しているときにはこれは必ずしも発
生しない。
【０００７】第二の課題、すなわちプロセッサーの共用
は本来ローカルなことである。包括的なアクセス制御に
加えてプロセッサーの共用を制御することが必要なこと
がある。たとえば、特定のプロセッサーが包括的なリソ
ースとして重要な役割を演ずることがある。第二に、異
なるクラスはいろいろなリソースに種々の負担を課す。
まさしくその性質によって、包括的なアクセス機構は、
あらゆるリソースの各々のクラスの要求の評価に基づい
ていなければならない。さらに、単一のクラスそれ自体
が多数の活動を含むことがある。したがって、この評価
は活動のある種の混合を仮定する。しかし、いったんあ
るクラスがアクセスを得たら、それが将来もそのような
混合を持つという保証はない。
【０００８】最後に、個別的なリソースの共用の課題に
直面する。一例は、５ＥＳＳR の中のトランクに対する
競合である。
【０００９】アメリカ特許第５、２７４、６４４号
（「６４４特許」：参考のためここで組み入れた）は、
共通リソースへのアクセスを制御するための方法のいく
つかの事例を開示しており、共通リソースへのアクセス
を制御するために「トークン」を利用する機構を含んで
いる。「６４４特許」のシステムは、リソースへの使用
者のアクセスがトークンへの使用者のアクセスに基づく
ように統制する、各使用者に関係付けられた「スロット
ル」を含んでおり、これを以下に説明する。
【００１０】図２は、単一ストリームに対するレート制
御スロットルを図示する。本システムは、トラフィック
の重要なパラメーター（到着率、ピーク）がある限度内
に保たれるかぎり、望ましいグレードのサービスを提供
することができる。レート制御スロットルは、長い目で
見れば、システムへの入場許可レートがあらかじめ決め
られた値を越えないことを保証して、そのピークを制限
することによってトラフィックを整えている。このあら
かじめ決められた値が、各使用者に対する契約の入場許
可レート「ｒi 」（ｉ＝１〜Ｎ、Ｎは使用者の合計数で
ある）、およびピークに関連した因子「Ｌi 」を確立す
るために使用される。この機構は、各使用者に対する、
有限の容量「Ｌi 」のバンクＢi と、あらかじめ決めら
れたレートｒi でトークンを生成する発信源（図示せ
ず）とから構成される。入場許可機構は、次のように動
作する。 １）トークンは、レートｒi で生成される。 ２）すでにバンクの中にあるトークンの数がＬi より少
ない場合は、新たに生成されたトークンはバンクＢi の
中に挿入される。そうでない場合は、トークンは破壊さ
れる。 ３）バンクＢi の中にトークンを発見するユーザーｉか
らの到着は、サービスに入るのを許可される（そして、
そのトークンは破壊される）。そうでない場合は、その
到着は拒絶されるかまたは待ち行列に入れられる。
【００１１】上に示したように、レート制御スロットル
は、各クラスに対して別々のバンクを提供することによ
りＮ個のクラスの使用者の事例に一般化することができ
る効果的な機構である。このシステムは効果的ではある
が、完全に効率的ではない。いくつかのクラスが一定の
リソースを求めて競合するとき、その内のいくつかがそ
の契約レベル以下で動作することがありそうである。バ
ンクが満杯であることを見つけてトークンが破壊される
レートが、リソースの利用不足の指標である。（もちろ
んリソースの提供とトークン・レートの割り当てとは正
常であると仮定する。）
【００１２】利用不足という課題を解決するための一つ
の提案は、「６４４特許」の中で記述されているよう
に、予備バンクまたはあふれバンクと名づけられる余分
なバンク「Ｂ0 」を付加することである。通常のバンク
と同様に、あふれバンクもまた限定された容量を備えて
いる。本機構は次のように動作する。（図３を参照のこ
と）。 １）クラスｉに対応するトークンが契約のレートｒi で
生成される。 ２）すでにＢi の中にあるトークンの数がＬi より少な
い場合は、新たに生成されたクラスｉのトークンはバン
クＢi の中に挿入される。そうでない場合は、トークン
はあふれバンクＢ0 の中に蓄積される。あふれバンクが
たまたま満杯になった場合には、そのトークンは破壊さ
れる。 ３）バンクＢi の中にトークンを発見するクラスｉの到
着はサービスに入るのを許可される（そして、そのトー
クンは破壊される）。バンクＢi の中で利用できるトー
クンはないが、あふれバンクが空でない場合には、クラ
スｉ到着もまたサービスに入るのを許可される（そして
トークンがあふれバンクの中で破壊される）。そうでな
い場合は、クラスｉの到着は拒絶されるかまたは待ち行
列に入れられる。
【００１３】ＢｅｒｇｅｒとＷｈｉｔｔによって著述さ
れた「複数クラス入力規制スロットル」という題名の記
事（Proceedings of The 29th IEEE Conference On Dec
ision and Control , 1990, pp.2106-2111）で、許可さ
れない到着がシステムから消失される事例を調査してい
る。この記事は、二つのポアソン分布ストリームの事例
に対する正確な閉塞とスループットと、Ｎ＞２のクラス
に対する近似モデルを論議している。（この記事はここ
では参照により組み込まれている。）
【００１４】すぐには許可されない到着は待ち行列に入
れられ、かつクラスの数が２を越える場合は、待ち行列
に入れられたジョブによるあふれバンクへのアクセス規
則が規定される必要がある。
【００１５】さらに、もう一つの効率的な複数クラスの
入場許可制御アルゴリズムは、レート制御スロットルに
類似の、リーク・バケツ機構であり、やはり「６４４特
許」の中に記述されている。固定されたレートで流れ込
むある量の素材（たとえば、トークン）の利用可能性に
注目する代わりに、リーク・バケツ機構は、固定された
レートで排出するバケツの中のスペースの利用可能性を
考慮する。
【００１６】Ｎ個の実在のバッファに加えて（待ち行列
Ｑ1 ，Ｑ2 ，・・・，ＱN ）、リーク・バケツのアクセ
ス機構は、Ｎ＋１個の仮想バッファ（リーク・バケツＬ
Ｂ0，ＬＢ1 ，・・・，ＬＢN ）から構成される。各々
のクラスは、それ自身の待ち行列と、それ自身のリーク
・バケツとを割り当てられる。待ち行列の大きさは無限
である一方で、リーク・バケツは有限の容量である。Ｌ
Ｂi の容量をＬi として示す。ここで、ｉ＝０，・・
・，Ｎ。追加のリーク・バケツ（ＬＢ0 ）は、すべての
クラスに共通である。システムに入るのを許可されるた
めに、クラスｉの到着はｂi 量の流体をそれ自身のＬＢ
i の中に、または、前者が最大量を含むことができない
場合には共通のＬＢ0 に、挿入しなければならない。Ｌ
Ｂi とＬＢ0 の中の予備の容量の和がｂi より少ない場
合は、到着はＱi の中で待つ。クラスｉのトラフィック
によって起動された流体は、バケツＬＢi の中に、また
おそらくＬＢ0 の中に連続的に挿入されて、Ｑi が空
（から）でないかぎりスペースがリークによって作られ
る。ライン到着のヘッドのための必要な量が挿入される
とすぐに、一つのクラス内のアクセスはＦＩＦＯ規則
（すなわち、先入れ先出し方式）に従って許可される。
ＬＢi 、ｉ≠０は契約のレートｒi でリークする。バケ
ツ、たとえばＬＢj 、ｊ≠０が空のとき、レートｒj で
のその放出能力は、直ちにＬＢ0 へ伝達される。流体が
ＬＢj の中に挿入されるとすぐに、リークはそれに返却
される。すなわち、ＬＢ0 はそれ自身のリークを持たな
い。
【００１７】
【課題を解決するための手段】先行技術の不利益な点
は、改善されたリソース配分のシステムおよび方法を特
徴とする本発明により解決された。
【００１８】一面では、本発明はリソースへのアクセス
を要求する複数の使用者の間で共用され限定されたリソ
ースにアクセスを割り当てる方法を特徴としており、こ
の割り当ては、各使用者に関係付けられた最小限の保証
されたレートでのリソースへのアクセスを各使用者が許
可されるように成される。そして、リソースが利用でき
る場合だけ、その最小限の保証されたレートを越えてい
る使用者によってリソースが利用できるようにしてい
る。この方法は以下のステップから構成される。各使用
者に関係付けられた最小限の保証されたレートによって
決定されたレートで各使用者にトークンを割り当てて、
各使用者に関係付けられたバンクの中に各使用者に割り
当てたトークンを蓄積して、各バンクは各使用者に関係
付けられた有限の容量を備えていて、ある使用者の関係
付けられたバンクがその容量に到達した場合のその使用
者に割り当てたトークンを、別の使用者のバンクがその
容量以下にある場合のその別の使用者に割り当てられた
バンクの中に蓄積して、そして、その使用者がその関係
付けられたバンクの中にあらかじめ決められた数のトー
クンを備えている場合には、リソースへのアクセスを要
求している使用者にリソースへのアクセスを許可する。
そうでない場合には、そのリソースへのアクセスを拒絶
する。
【００１９】好ましい実施例の中では、各使用者は異な
る優先権を割り当てられて、その割り当てられた優先権
に基づいて選択される。
【００２０】この方法はさらに、リソースへのアクセス
を許可された使用者に関係付けられたバンクから、あら
かじめ決められた数のトークンを削除するステップを含
む。あらかじめ決められた数のトークンは、一つのトー
クンであってもよい。各バンクは、あらかじめ決められ
た同じ有限の容量を備えているか、または少くとも二つ
のバンクが別の容量を備えているかのいずれかである。
【００２１】もう一面では、本発明は共用されたリソー
スへのアクセスを割り当てる方法を特徴としており、下
記のステップから構成される。 （ａ）リソースの複数の使用者の各々に対して加算でき
るカウンタを確立して、この加算できるカウンタは計数
を備えていて、 （ｂ）本計数が各使用者に関係付けられたあらかじめ定
義された最大計数以下である場合には、各使用者に対し
て確立されたカウンタの計数を各使用者に関係付けられ
たレートで増加させて、 （ｃ）アクセスを要求している使用者に対して確立され
たカウンタの計数がゼロでない場合は、リソースへのア
クセスを要求している使用者にアクセスすることを許可
する。そして、 （ｄ）ステップ（ｂ）で増加させられる他のカウンタの
中の計数がどれもそのあらかじめ定義された最大計数に
ある場合は、そのカウンタがあらかじめ定義された最大
計数になっていない使用者に関係付けられたカウンタの
中でその関係付けられたレートより高いレートでその計
数を増加させる。
【００２２】なお別の面では、本発明は、Ｎ個の使用者
の間で共通のリソースへのアクセスを共用するための方
法を特徴としており、ここでＮは１より大きな整数であ
り、以下のステップから構成される。
【００２３】Ｎ個の使用者の各々にレート「Ｒi 」を割
り当て、このレートはｉ番目の使用者に対する最小限の
要求されるアクセスのレートを示しており、ここで、１
＜ｉ＜Ｎである。Ｎ個の使用者の各々に対して共通のリ
ソースへアクセスするためにｉ番目の使用者の資格のし
るし「Ｂi 」を蓄積する。Ｎ個の使用者の各々に割り当
てたあらかじめ決められた限度値Ｌi まで各Ｂiをその
関係付けられたレートＲi で増加させる。他のＢi がど
れもその関係付けられた限度値Ｌi にあり、かつ選択さ
れたＢiがその限度値Ｌi にない場合に、その選択され
たＢi をその関係付けられたＲiより大きなレートで増
加させ、そして、その関係付けられたＢi がゼロでない
場合に、そのｉ番目の使用者に共通リソースへのアクセ
スを許可する。望ましくはこの方法はさらに、そのリソ
ースのｉ番目の使用者にアクセスを許可する際に、Ｂi
を削減するステップを含む。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の第一の実施例は、上で論
議したトークンとリーク・バケツの機構の変形を特徴と
する。ここでは、あるクラスは、最初にトークンを共通
のバンクＢ0から引き出すことができて（あるいは、Ｌ
Ｂ0 にその流体の特定量を挿入することを許可されてい
て）、そして、その共通バンク（またはバケツ）が満杯
であるときだけそれ自身のバンク（またはバケツ）を使
用する。この機構は、システムがあるクラスに優先権を
与えることを許容して、最初に使用することのできるい
くつかのあふれリソースがある場合は、そのクラスが将
来の使用のためにリソースへのそれ自身のアクセスを
「節約」させることを許容する。
【００２５】第二の実施例では、システムはあふれバン
クやバケツを完全に省略することができて、その代わり
に、ある種の選択された使用者に対して、その契約した
容量以下で動作している使用者によって生成された超過
のトークン（またはリーク容量）を分配し直すことがで
きる。この機構は以下に説明するが、説明を簡単にする
ために、リーク・バケツに類似の状況の中だけで説明さ
れる。
【００２６】図４に示した機構を考察すると、共通バケ
ツＬＢ0 の大きさは任意に小さく作成することができ
て、このことは許可されたストリームのバースト（突
発）時の共通バケツのインパクトが無視できることを意
味している。図４は、バケツＬＢ2 が空という特定の状
況を捕らえている。したがって、その排出能力は現在、
共通バケツＬＢ0 で行使されている。また、実在の待ち
行列Ｑ1 の中で待っているクラス１の到着がある点に注
意のこと。図４に示すように、クラス１の到着に対して
システムへのアクセスを許容するために要求された特定
量を挿入するためのバケツＬＢ0 とＬＢ1 とに余地がな
いことをこれは意味する。（このように、クラス１の到
着はＱ1 で待っている。）
【００２７】補助変数Ｚn (i) ，ｉ＝１，２で、その到
着をカウントしない到着時刻ｎでの、ＬＢ0 、ＬＢi 、
Ｑi の中の作業負荷の総和を示すこととする．また、そ
の待ち行列とリーク・バケツの中の作業量として、Ｑ
i 、ＬＢi 、ＬＢ0 を示す。図４に示した特定の状態の
中で、Ｚ 1 ＝ＬＢ0 ＋ＬＢ1 ＋Ｑ1 、Ｚn (2) ＝Ｌ
Ｂ0。流体の特定量ｂi の挿入が完了するまで到着はＱ
ｉの中で待たなくてはならない。しかし流体は、Ｑｉ＞
０、ＬＢi ＋ＬＢ0 −Ｌi −Ｌ0 ＜０であるかぎり、バ
ケツからリークされる。また、ＬＢi ＞０＝＞ＬＢ0 ＝
Ｌ0 に注意のこと。システムへの第ｎ番目の到着の時刻
を示すのに索引ｎを使用し、時刻ｎと時刻ｎ＋ｌの間の
時間をΔn+1 で示し、確率変数を導入する。
【数１】
【００２８】同一時刻の到着は許されない。すなわち、
ａn (i) ａn (2) ＝０。到着時刻の間のシステムの展開
を記述するために、前の到着により寄与した作業負荷を
含める。それから間隔Δn+1 の間の排出を計算する。
【数２】
【００２９】方程式１−４は共通バケツＬＢ0 を持つこ
とのインパクトを強調する。特定のバケツ、たとえばＬ
Ｂ1 の展開を検討する。方程式３の中のマイナスの項は
ＬＢ2 による共通の排出への寄与を表す。Δn+1 r(2)、
つまりその間隔の間のその排水能力が、それ自身の排他
的な作業負荷Ｚ＾n+1 (2) −Ｌ0 を越えるとき、後者は
共通の排出に寄与する。この共通の排出能力が、Ｌ0 を
持つことのきわだった特徴である。一方、方程式３の右
辺の第三項によって示されるように、Ｚn+1 (1 ) はクラ
ス２の到着によっていくぶん影響を与えられる。しか
し、この項が示すように、インパクトはＬ0 を越えるこ
とができないために、我々の関心は、到着時刻ｎでのＱ
i 、ｉ＝ｌ，２の中での作業負荷Ｄn (i) の累積分散関
数（ＣＤＦ）を見つけることである。それゆえに、
【数３】 方程式１と２とは結合される。すなわち、Ｚn (i) 、ｉ
＝１、２のＣＤＦを得ることは、（Ｚn (1) Ｚn (2) ）
の結合分布を見つけることを必要とする。状態空間が、
３というよりはむしろ２であるということに注意のこ
と、我々が共通のバケツと自分自身のバケツに挿入する
際に順序を逆にする場合にそうなる。このことは、Ｄn
(i) 、ｉ＝１，２のＣＤＦを計算するための数式手順の
中で相当な簡略化を表す。
【００３０】それを共通バケツなしの複数クラスのアク
セスと比較することによって、アクセス方式に対するか
なりの洞察を得ることができる。上記したように、その
ような機構は保護の観点から効果的だが、効率が欠けて
いる。ここに、二つのクラスという特定の事例に対する
ポイントを証明する。この目的のために、我々のオリジ
ナルのシステムと同じ到着に関わる共通バケツのない別
のアクセス機構を検討して、その変数に差異を付けるた
めにバーを使用する。特に、方程式１と２とは、次式に
縮小できて、
【数４】 そして、方程式５を下記に変換する。
【数５】
【００３１】
【外１】
【００３２】Ｌ0 →０になると、クラスｉ（方程式３と
４）の作業負荷への他のクラスの寄与がゼロに減少する
点に注意のこと。しかし、Ｌ0 ＝０に対しても、他のク
ラスは、Ｚn (i) の排出に寄与する（方程式３と４）。
【外２】
【００３３】以下の推論は、共通バケツを備える複数ク
ラスのアクセス制御装置はアクセス遅延という見地から
古典的なアクセス制御装置より性能が優れていることを
示す。
【００３４】
【外３】 この不等式は再度書き直すことができて、
【数６】 これは上記の提案に従ったままである。
【００３５】上記の注記のように、使用者が余分なバケ
ツＬＢ0 を最初に調査して、ＬＢ0が満杯である場合に
はそれ自身のバケツの中に流体を挿入するという、古典
的なリーク・バケツ機構への変更が提案された。それか
ら、提案された機構の動作は標準の多重アクセスのアプ
ローチと比較された。一貫した比較を行うために、バケ
ツＬＢ0 の大きさはゼロに設定された。そうすることの
プロセスの中で、余分な容量を分配し直すための機構
は、主としてリーク能力の再配布に依存しており、余分
なバケツＬＢ0 には依存しないことが明確になった。そ
れゆえに、余分なバケツは全く省略できて、アルゴリズ
ムは以下のように修正される。バケツＬＢ i が空である
ときはいつでも、レートｒi でのその排出するための能
力は、空でないのバケツの間で分配される。リークを再
分配するために二つのアルゴリズムを使用することがで
きる。 １）契約のレートに比例した超過容量の再分配。ＬＢz
が空だとする。Ａ＝｛ＬＢi ：ＬＢi ＞０｝とおく。次
に、バケツＬＢi のリークのレートｉεＡを
【数７】 だけ増加させる。 ２）優先権テーブルに従った超過容量の再分配。削減す
る優先権順にバケツを順序づける。使用されていないリ
ークは、最初に優先度リストの先頭になる。このバケツ
が空であるときだけ、それはリストの第二番目へ移動す
る。以下同様である。
【００３６】この二つの機構が、公正さの特定の解釈か
ら差別的な配置へと広範囲にわたるレンジの両極端であ
る。他の可能性は、最も要求の高いバケツに超過分を割
り当てることが含まれる。
【００３７】本発明のこの実施例に対して少くとも二つ
の注目すべき効果がある。第一に、レートはシステムへ
の平均到着率に関係するが、バケツの大きさはシステム
が耐えることのできるバースト（突発性）に関係付けら
れる。その最悪バーストが、標準のリーク・バケツをク
ラスあたりに割り当てる場合のバーストに等しいという
機構を備えていることは有利である。第二に、超過容量
の分配に焦点をしぼった、より巧みな実現が達成され
る。
【００３８】システムの故障、あるいはスロットルによ
って制御されない外部トラフィックは、なお時折システ
ム過負荷のシナリオに陥ることがある。レート制御スロ
ットルは開ループ制御装置である一方で、レート｛ｒ
i ｝のセットをシステムの状態に従属させることによっ
て、遅い時間・規模の順応ループを提供することが可能
となる。
【００３９】上に提案された余分なバケツのないアクセ
ス制御装置は、余分な容量を分配するためにレートの組
込み式上方適応機構を備えていて、閉じたループを持つ
過負荷時での遅い時間・規模の下方適応とは対照的であ
る。実際に、制御されてないトラフィックに起因する混
雑のために全体のレートが減少される一方で、不活動な
使用者の寄与のためにいくつかのクラスに関係付けられ
た現実のレートが増加されることは、確かに可能であ
る。
【００４０】以前のアクセス制御機構は、一群のリソー
スへの複数のレベルでのアクセスを制御するために使用
することができる。たとえば、一つのシステムを使用し
て多数の顧客の間のサービス（たとえば無線）へのアク
セスを制御して、それからもう一つの機構を使用してリ
ソースに対する多数の異なるサービスの間でアクセスを
制御するのは望ましいことである。図５はそのようなシ
ステムを示しており、ここでは多数のセグメントａ−ｚ
がサービス１−Ｎの中の一つへのアクセスのために優先
権セグメント・アクセス制御装置（ＰＳＡＣ）２０の制
御の下に最初に競合する。その後、複数サービス・アク
セス制御装置（ＭＳＡＣ）３０の制御の下に、サービス
はリソース４０へのアクセスを争う。ＭＳＡＣ３０は、
望ましくは上で論議されたアクセス制御機構の一つを使
用する。（便宜上、「トークン」類似を使用して記述し
たが、リーク・バケツ類似もまた使用してもよい）。
【００４１】各々のＰＳＡＣ２０は以下の好ましい方法
に従ってその対応するサービスへのアクセスを制御す
る。図６を参照すると、多数のバンクＢ1 −ＢN が示さ
れており、各々はシステムの使用者のＮクラスの一つに
対応する（各クラスは使用者セグメントａ−ｚに対応し
ている）。各クラスのバンクＢi はトークンのストリー
ムを契約のレートｒi で受け取る。また、あふれバンク
Ｏi は各クラスと関係付けられている。特定のクラスに
対して生成されたトークンが満杯のバンクＢi を発見し
た場合、そのトークンはそのクラスのあふれバンクＯi
に直ちには挿入されない。その代わりに、システムは最
初に余分なトークンをバンクＯ1 に挿入しようとする。
バンクＯ1 はクラス１のあふれバンクを示し、このシス
テムの中のより高い優先順位クラスである。あふれバン
クＯ1 が満杯である場合には、該トークンはあふれバン
クＯ2 に挿入される。以下同様に続く。
【００４２】このように、各クラスがその契約のレート
を保証される一方で、超過容量はあるクラスに味方する
優先権機構に分配される。
【００４３】要求された優先権順位機構が実行されるの
に適切なように、この機構を変更することができる。た
とえば、単一の高優先順位クラスは、あふれトークンを
このクラスのあふれバンクに最初に挿入しようとしてい
る各々のクラスに指名することができる、そしてこのあ
ふれバンクが満杯の場合には、それ自身のあふれバンク
の中に超過トークンを挿入する。あふれバンクの大きさ
はまた、システムの好ましい優先権を反映するために変
更することができる。
【００４４】プロセッサー共用のための複数クラスのポ
ーリング・アルゴリズムをこれから記述する。Ｎ個の使
用者によって共用されるプロセッサーについて考察す
る。プロセッサーのリアルタイムの部分ｆ(0) がオーバ
ーヘッドに割り当てられるとする。（典型的にｆ(0) ≒
０．１〜０．１５））オーバーヘッドは、総計Ｎ＋１個
の使用者に対して使用者０と見なされる。
【００４５】使用者ｉによって契約されたリアルタイム
使用の部分をｆ(i) で示すとする。Σ1=0 N ｆ(i) ＝１
と仮定する。契約した部分と要求されたオーバーヘッド
ｆ(0 ) を加えた総和が１より少ない事例については、正
規化に注意が必要である。使用者ｉのジョブ要求は、バ
ッファＢi の中に蓄積される。バッファＢ0 は、オーバ
ーヘッド作業のために予約される。時間は、持続時間τ
のスロットに分割される。細分性はプロセッサーに依存
しており、そのトレードオフは識別するのが簡単であ
る。細分性が粗すぎるのは制御がしにくくなり、細分性
を微細にしすぎると容認できないオーバーヘッドをもた
らすことがある。
【００４６】γ秒ごとにプロセッサーが、バッファＢi
のセットＢ＝｛Ｂi ，０≦i ≦Ｎ｝の一つからγ秒に値
する作業を拾い上げなければならない。プロセッサーは
下記のような方法で予定されている。 ａ）その契約の限度内で動作するあらゆる使用者はそれ
が期待するサービスを受け取ることを保証する。 ｂ）その契約の限度を越えて動作するあらゆる使用者は
少なくともそれの契約上の持分を受け取ることを保証す
る。そして、 ｃ）作業がいずれかのバッファにある場合は、プロセッ
サーはどの巡回の中でもサービスを拒否しない。サービ
ス規律は、プロセッサーが、γ秒以下しか値しない作業
でバッファをサービスする点において本当は作業を保護
しないことに注意のこと。また、γ→０にすると、サー
ビス規律は作業を保護するようになる点にも注意のこ
と。
【００４７】時刻ｎで、制御変数Ｕn (i) は、バッファ
Ｂi に関する決定を示す。
【数８】 どのバッファ（Ｂ0 を含む）も空にならないシナリオを
考慮する。Σj=i n Ｕj (i) は、プロセッサーが、時刻
ｎを含めてｎまで、バッファＢi からセグメントを選ん
だ回数を示すことに注意のこと。契約の部分（ｆ(i) ｝
に適合するために、下記を要求する。
【数９】
【００４８】この長期にわたる平均化手段は必要だが、
使用者の期待に適合するには十分ではない。それから、
下記によって測定されるような目標値から使用者ｉへの
実際の配置時刻の最大偏差を最小にしようとする。
【数１０】 これは帰納的にアップデートすることができて、
【数１１】
【００４９】時刻ｎでサービスされたバッファをｂn *
で示して、以下のアルゴリズムを検討すると、 １）初期状態設定：
【数１２】 ２）ポーリング時
【外４】
【００５０】したがって、好ましい実施例の中で、時刻
ｎでのポーリング決定は時刻ｎ−１で最も大きなｅ(i)
を選択することによって成される。このように、プロセ
ッサーへのアクセスは、その契約した持ち分とその実際
の使用オーバー時間の間の最も大きな差を示す使用者に
許可される。これは、すべての使用者がプロセッサーに
連続的にアクセスを要求しているとき（すなわち、使用
者のバッファが決して空にならない時）の、プロセッサ
共有の最も公正な方法である。
【００５１】しかし、最も現実的なシナリオでは、サー
バの利用は１以下でありバッファが空になる。また、ジ
ョブは通常、セグメントに分割される。セグメントの長
さはＣＰＵがタスクを実行するために取る時間を示し、
したがって、すべてのセグメントが同じ持続時間を持つ
と仮定することは非現実的である。次に、これらの現実
的な課題を考慮した別の実施例を検討する。
【００５２】Ｓn (i) をポーリング時刻ｎでのバッファ
Ｂｉのヘッドでのセグメントの長さとして、そのセグメ
ントの長さに対してある種の上限Ｓmax があると仮定す
る。二つの特定の事例、すなわち異質の過負荷と同質の
通常の負荷のシナリオに焦点をあてるのが実証となる。
過負荷で異質の事例は、方程式１５の単純な変更によっ
て、簡単に扱うことができる。
【数１３】
【００５３】すなわち、変更は、ポーリングされたバッ
ファの先頭で、セグメントをサービスしているプロセッ
サーによって費やされる時間によって、クレジット（貸
方）ｆ(i) と装置借方Ｕn (i) の両者を重み付けするこ
とである。
【００５４】同質の通常負荷の事例を考慮すると、各々
のクラスｉがＣＰＵの同じ部分、ｆ(i) ＝１／N+1 、ｉ
＝０，１，・・・Ｎを割り当てられると仮定する。セグ
メントの長さの分布は、すべてのクラスに対して同じで
ある。このシナリオの中で、自然で、公正で、かつ最も
合理的な基準に従う本当に最適な方針は、ラウンド・ロ
ビン・アルゴリズムであり、そこではサーバは空のバッ
ファをスキップする。
【００５５】ポーリング・バッファが空であるとき、シ
ステムは下記のように処理する。プロセッサーがセグメ
ントの到着を待つことは無駄であるので、空のバッファ
はスキップされると決定する。それから、問題は空のバ
ッファへの「仮想」の巡回をどのように説明するかとい
うことである。仮想巡回に対して空のバッファを満たさ
ないことを考慮してもよく、それに経過時間に対してク
レジットを与え続けてもよい。このアプローチの持つ課
題は、不活動な発信源によって累積されたクレジット
が、それが目覚めたとき、ＣＰＵを独占することがあり
うるということである。合理的な解決策は帰納的に指数
的な平滑化を導入することであり、それによって過去よ
りも現在に多くの重み付けがなされる。もう一つの選択
肢は、活動的なバッファの中だけで各段階でクレジット
を配布することである。別のアプローチは、選択された
バッファが仮想回線に対する「失われた機会」を負担さ
せられるという概念に基づいている。
【００５６】今や、一般的なプロセスを述べることがで
きる。Ｓ n (i) がポーリング時刻ｎでのバッファＢi の先
頭でのセグメントの長さであることを思い出そう。バッ
ファＢi が空であるとすると、これをＳ i にセットす
る。ここで、Ｓ i つまり使用者ｉの平均のセグメント長
は下記のとおりであり、これを仮想セグメントと呼ぶ、１） 初期状態設定：
【数１４】 ２）ポーリング時
【外５】
【００５７】上述したように、たとえリソースへのアク
セスが統制されるとしても、それにもかかわらず一つ以
上の特定の個別のリソースへのアクセスを統制すること
は望ましいことである。個別のリソースにアクセスする
ための複数クラスの巡回トークン機構について次に説明
する。
【００５８】トランク、３者会議回線、ＵＴＤ（汎用ト
ーン・デコーダ）は、個別のリソースの中にあり、異な
るクラスの使用者の間で共有される必要がある。そのま
さしくその本質によって、これらのリソースは、ヒ゛シ゛ー
であるかまたは動作していない。通常、リソースの保持
時間は、その状態を伝送するために必要とされる時間を
はるかに越える。そしてもちろん、リソースの個別の性
質は正の整数に写像される。以下は、共通のプールをも
つ巡回トークン機構である。
【００５９】Ｎ個の使用者が競合するＭ個の装置のリソ
ースがあるとする。仮定 、 １．ｎi のトークンをクラスｉのバンクに割り当てる。ｉ ＝１，２，・・・，Ｎ ２．ｎ0 のトークンを共通のバンクｂ0 に割り当てる。 したがって、
【数１５】
【００６０】各々のトークンがリソースの一つの装置に
アクセスを与える。トークンは巡回されるが、破壊され
ない。すなわち、アクセスを許可した装置がフリーにな
ると、取られたバンク（自分自身のバンクまたは共通バ
ンク）にトークンは返却される。
【００６１】たとえば、クラスｉがｍ≧１個の装置のリ
ソースを必要すると仮定しよう。３つの可能性がある。
（１）それがそれ自分のｍ個の不動作中のトークンを持
っていて、この場合、トークンと引き換えに要求する装
置へのアクセスを得る。（２）それはそれ自身のｍ個以
下のトークンしか持っていないが、共通バンクの中のト
ークンは要求を完了するのに十分であり、クラスｉが、
（１）のように処理する。そして、（３）それ自身の利
用できるトークンと共通バンクの利用できるトークンと
の和がｍ個以下の場合は、システム特有の設計によっ
て、その要求が拒絶されたり待ち合わせされたりする。
【００６２】この機構は、リソースの完全な分割から全
面的な共用まで、広範囲にわたる解決策をカバーする。
トークンが共通バンク（ｎ0 ＝０）に一つも割り当てら
れないとき、完全なリソース分割に変わる。他の極端で
は、ｎ0 ＝Ｎ（したがって、ｎi ＝0,ｉ＝0 ）の場合、
完全にリソースを共用する。完全な分割は効果的であ
る。クラスｉは常に、ｎi 個の装置のリソースへの同時
アクセスを保証される。残っているＮ−ｎi 個のすべて
の装置が動作していない場合でも、ｎi 個以上のアクセ
スを全く得ることができないことは効率的でない。一
方、完全な共用では、この最後のシナリオを見事に処理
するが、ｎi 個の装置へのあらゆる時刻でのクラスｉの
アクセスを保証しない。中間の状況０＜ｎ0 ＜Ｎは、保
証と柔軟性との間でのトレードオフを表す。共通のプー
ルに寄与するために、クラスｉはｎi ＜ｎi に配置され
ることになる。同時に使用することのできる装置の最大
数はシステムに集合された負荷によって、ｎi とｎi ＋
ｎ0 との間で変化する。
【００６３】機構の変更の一つは、トークンをそれ自身
のバンクの中で探索する前に使用者のサブセット（高い
優先順位クラス）に共通バンクへのアクセスを与えるこ
とから成る。正確な応答を得るために、トークンを返却
するための規則の変更が必要とされる。この変更に従う
と、トークンは常に優先権の高いバンクに返却されて、
そこが共通バンクにあふれ出る。これらの変更は、一般
にトークンの巡回方針が下記によって決定されることを
示す。 ａ．トークンとトークン・バンクとを異なるクラスへ割
り当てる。 ｂ．一つまたは二つ以上の共有されたバンクにトークン
を割り当てる。 ｃ．バンクへのアクセスを許可する規則。 ｄ．使用されたトークンをどのバンクへ返却しなければ
ならないかを決定する規則。
【００６４】複数クラスのレートのアクセス制御と巡回
トークン機構の間にはいくらかの類似性がある。両方の
アプローチは、トークンの概念、および共通の装置と同
様にクラスに特有の装置の概念という両方の観点から説
明される。しかし、それらが向かう課題の間の差異を明
確にする重要な違いある。トークンを巡回させる閉ルー
プ特性は、複数クラスのアクセス制御の開ループ特性と
対照をなす。また、前者のトークンは本来的に個別的で
あるが、後者は実数値のトークンを認める。トークン巡
回機構の属性は、個別的なリソースの明快な本質から生
じる。装置は使用中かまたは不動作中であり、しかもこ
の状態は多くの場合リアルタイムで利用できる。一方、
図１で描写されたようなグロ―バルなシステムに入るの
を許可される到着は、より巧妙な方法で多数の異なるリ
ソースを消費するように連結される。これは、ある種の
プロセッサーの利用法を増加させ、ある種の待ち行列等
の中で遅延を増大させる。また、これらの内部リソース
（プロセッサー、リンク、その他）、のインパクトは、
到着と関係付けられた活動の保持時間の間の異なるポイ
ントで発生する。
【００６５】以上の説明は、事例としてだけを意図した
好ましい実施例の図を含んでおり、添付の請求項の適用
範囲内で種々の他の実施例が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクセスを求めている複数のクラスを持つＡＴ
＆Ｔの５ＥＳＳR 交換機のブロック図である。
【図２】先行技術のスロットル制御技法を示す図であ
る。
【図３】第二の先行技術のスロットル制御技法を示すブ
ロック図である。
【図４】第三の先行技術のスロットル制御技法を示すブ
ロック図である。
【図５】本発明のアクセス制御技法を示すブロック図で
ある。
【図６】多数のセグメント間のサービスへのアクセスと
多数のサービスの間のリソースへのアクセスとの両者を
制御するための、本発明に従ったシステムを示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
２０ ＰＳＡＣ（優先セグメント・アクセス制御装
置） ３０ ＭＳＡＣ（複数サービス・アクセス制御装置） ４０ リソース
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｑ 3/545 9744−5Ｋ Ｈ０４Ｌ 11/20 Ｇ 9744−5Ｋ １０２Ｃ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共用される限定されたリソースにアクセ
    スを要求する複数の使用者の間で前記リソースにアクセ
    スを割り当てるための方法であって、前記割り当てを、
    各使用者と関係付けられた最小限の保証されたレートで
    の前記リソースへのアクセスを各使用者が許可されるよ
    うに成して、そして前記リソースが利用できる場合だけ
    はその最小限の保証されたレートを越えているいかなる
    使用者によっても前記リソースが利用できるように成し
    て、前記方法は、 各使用者に関係付けられた最小限の保証されたレートに
    よって決定されるレートで各使用者にトークンを割り当
    てるステップと、 各使用者に割り当てられたトークンを各使用者に関係付
    けられたバンクに蓄積するステップと、ここで前記各バ
    ンクは各使用者に関係付けられた有限の容量を備えてい
    て、 その関係付けられたバンクがその容量に到達した使用者
    に割り当てられたトークンを、そのバンクがその容量に
    到達していない別の使用者に割り当てられたバンクに蓄
    積するステップと、そして、 前記使用者がその関係付けられたバンクにあらかじめ決
    められた数のトークンを持っている場合は、前記リソー
    スにアクセスを要求している使用者に前記リソースへア
    クセスすることを許可し、そうでない場合は、前記リソ
    ースへのアクセスを拒絶するステップと、 から構成されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記使用
    者が別々の優先権を割り当てられていて、前記別の使用
    者は前記割り当てられた優先権に基づいて選択されるこ
    とを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の方法においてさらに、前
    記リソースにアクセスを許可された使用者に関係付けら
    れたバンクからあらかじめ決められた数のトークンを削
    除するステップから構成されることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の方法において、前記あら
    かじめ決められたトークンの数が１であることを特徴と
    する方法。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の方法において、前記バン
    クの各々が、あらかじめ決められた同一の有限の容量を
    備えていることを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の方法において、前記バン
    クの少なくとも二つが異なるあらかじめ決められた有限
    の容量を備えていることを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】共用されたリソースへのアクセスを割り当
    てるための方法であって、（ａ）前記リソースの複数の
    使用者の各々に対して加算できるカウンタを確立するス
    テップと、この前記加算できるカウンタは計数を持って
    いて、（ｂ）前記計数が各使用者に関係付けられてあら
    かじめ決められた最大計数値より小さい場合には、各使
    用者に対して確立された各カウンタの計数を各使用者に
    関係付けられたレートで増加させるステップと、（ｃ）
    アクセスを要求している前記使用者に対して確立された
    カウンタの計数がゼロでない場合には、前記リソースに
    アクセスを要求している使用者にアクセスすることを許
    可するステップと、（ｄ）ステップ（ｂ）で増加させら
    れた他のどのカウンタの計数もそのあらかじめ定められ
    た最大計数にある場合は、そのカウンタが前記あらかじ
    め決められた最大計数より小さい使用者に関係付けられ
    たカウンタの計数をその関係付けられたレートよりも高
    いレートで増加させるステップと、から構成されること
    を特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の方法において、前記使用
    者が異なる優先権を割り当てられていて、ステップ
    （ｄ）で選択された前記使用者が前記割り当てられた優
    先権に基づいて選択されることを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】 請求項７記載の方法においてさらに、ア
    クセスを要求している前記使用者が前記リソースへのア
    クセスを許可された場合は、アクセスを要求している使
    用者に対して確立されたカウンタの計数を削減するステ
    ップから構成されることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 請求項７記載の方法において、前記各
    々の使用者が、その関係付けられたあらかじめ決められ
    た同一の最大計数を備えていることを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 請求項７記載の方法において、前記使
    用者の少なくとも二つがあらかじめ決められた異なる最
    大計数を備えていることを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 Ｎ人の使用者の間での共有リソースへ
    のアクセスを共用する方法であって、ここでＮは１より
    大きな整数であり、 前記Ｎ人の使用者の各々にレート「Ｒi 」を割り当てる
    ステップと、ここで、前記レートはｉ番目の使用者に対
    して最小限必要なアクセスのレートを示しており、１≦
    ｉ≦Ｎ、 ｉ番目の使用者の前記共用リソースにアクセスする資格
    のしるし「Ｂi 」を前記Ｎ人の使用者の各々に対して蓄
    積するステップと、 前記Ｎ個の使用者の各々に割り当てられたあらかじめ決
    められた限度値Ｌi まで、その関係付けられたレートＲ
    i で各Ｂi を増加するステップと、 他のどのＢi もその関係付けられた限度値Ｌi にあっ
    て、かつ前記選択されたたＢi がその限度値Ｌi にない
    場合は、その関係付けられたＲi よりも大きなレート
    で、選択されたたＢi を増加させるステップと、そし
    て、 その関係付けられたＢi がゼロでない場合は、その使用
    者に前記共有リソースへアクセスすることを許可するス
    テップと、 から構成されることを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載の方法においてさら
    に、前記リソースのｉ番目の使用者にアクセスを許可す
    る際に、Ｂi を削減するステップから構成されることを
    特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１２記載の方法において、前記
    使用者が異なる優先権を割り当てられて、前記選択され
    たＢi が前記割り当てられた優先権に基づいて選択され
    ることを特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１２記載の方法において、前記
    使用者の各々に関係付けられた限度値Ｌi が同じ値を備
    えていることを特徴とする方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１２記載の方法において、前記
    使用者に関係付けられた少なくとも２つの限度値Ｌi が
    異なる値であることを特徴とする方法。
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