JPH11261634A - パケット・スケジューリング制御方法 - Google Patents

パケット・スケジューリング制御方法

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JPH11261634A
JPH11261634A JP5782898A JP5782898A JPH11261634A JP H11261634 A JPH11261634 A JP H11261634A JP 5782898 A JP5782898 A JP 5782898A JP 5782898 A JP5782898 A JP 5782898A JP H11261634 A JPH11261634 A JP H11261634A
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Arutountasch Onur
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネットワークを効率よく利用する。 【解決手段】 各フローから転送されるデータの平均速
度Ravg の総和を中継ノードの予約総帯域幅Rsum とし
て設定する。また、任意のフローFi のトークン速度R
tkniからその平均速度Ravgiを減算した値と、その平均
速度Ravgiとの積の平方根を、その平均速度Ravgiで除
算し、得られた値をそのフローに対する重みとして設定
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、パケットスケジュ
ーリング制御方法に関し、特に超高速ネットワークを構
成する中継ノードにおいて、各フローに対し中継ノード
のパケット転送処理能力の割り当てを行うパケット・ス
ケジューリングの制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、データをパケットに格納して交換
接続する超高速ネットワークの代表例であるインターネ
ットは、より広範囲にわたるサービス品質(QoS)を
提供するために変化しつつある。この「進化」の枠組み
には、いくつかの新しい機構がある。これらの中には、
パケット・スケジューリングと、それに用いる呼受付制
御や資源予約などがある。
【0003】パケット・スケジューリングとは、ネット
ワーク内部の各ノードにおいて、次にどのフローのパケ
ットを送信するかについて、公平さを維持して決定し、
パケット転送処理能力の割り当てを行うことである。こ
のパケット・スケジューリングにより、ネットワークに
接続された各端末で実施されるリアルタイム・アプリケ
ーションがサポートされる。
【0004】また、呼受付制御および資源予約アルゴリ
ズムは、呼接続の確立時などの所定のタイミングで、ネ
ットワークの資源(すなわち、帯域幅、バッファなど)
を予約するものであり、パケット・スケジューラは、こ
の予約にしたがって実際のデータ転送時に資源を割り当
てる(スケジュールする)ものとなる。
【0005】呼受付制御アルゴリズムは、受付済みの呼
に対するサービス品質を損なうことなく、新たな着信呼
を受け入れることができるかどうかを決定する必要があ
る。呼受付制御アルゴリズムのもう一つの目標は、ネッ
トワークの利用度を高く維持することである。
【0006】IETF(Internet Engin
eering Task Force)における最近の
標準化作業では、サービス品質の保証を必要とするフロ
ーについて、図3に示すようなトークン・バケット・モ
デルに基づき、そのトラフィックを指定することが求め
られている。このトークン・バケット・モデルによれ
ば、トークン(クレジット)は、大きさがbのトークン
・バケット33内に一定のトークン速度Rtkn で貯め込
まれていく。
【0007】一方、所定フローを設定したアプリケーシ
ョンからの入力データ31が、キューバッファ32に順
次蓄積される。ここで、トークン・バケット33内のト
ークンが、ある程度溜まった場合に、ゲート34が開
き、そのとき溜まっていたトークン量に応じたデータ量
だけ、キューバッファ32からパケットがゲート34を
介してネットワークへ出力される。
【0008】したがって、トークン速度Rtkn が大きい
ほど、パケット出力間隔は短くなり、またトークン・バ
ケット33の大きさbが大きいほど、1回のデータ送信
量が大きくなる。各アプリケーションは、このようなモ
デルに基づいて、サービス品質の保証を必要とするフロ
ーのトラフィックを指定する。
【0009】これに対して、ネットワーク側の中継ノー
ドでは、そのトラフィックを(Rtk n ,b)で指定する
フローのために、およびウェイテッド・フェア・キュー
イング(WFQ:Weighted Fair Que
ueing)などのルータ上で動作するスケジューラの
ために、トークン速度Rtkn 以上の帯域幅Rが予約され
る。この種の予約は、所定の遅延限界が越えられないよ
うに保証するものである(確定的限界)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のパケット・スケジューリング制御方法では、
予約された帯域幅は、単一フローあたりの予約帯域幅と
しては極めて大きく、これではネットワークの利用効率
が低下しまうという問題点があった。なお、アプリケー
ションに対して遅延を保証する他の方法として、遅延限
界を統計的に指定する方法がある。
【0011】すなわち、アプリケーションには、そのパ
ケットの99%が指定した遅延限界内に到着すると通知
される。このような保証に関して、IETFは安全を見
込んで帯域幅を予約する場合は、帯域幅Ri =トークン
速度Rtkn と設定すると規定している。また、「悪影響
を与えない」範囲でのみRi ≦Rtkn を認めているが、
この条件は明示的に定義されていない。
【0012】したがって、IETFが規定している帯域
幅の予約では、ネットワークの利用度が低い。本発明は
このような課題を解決するためのものであり、ネットワ
ークを効率よく利用できるパケット・スケジューリング
制御方法を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明によるパケット・スケジューリング制
御方法は、各フローから転送されるデータの平均速度の
総和に基づいて、新たなフローの受付可否を判断し、任
意のフローのトークン速度からその平均速度を減算した
値と、その平均速度との積の平方根を、その平均速度で
除算し、得られた値(重み)に基づき、各フローに中継
ノードの転送能力を分配するようにしたものである。
【0014】また、任意のフローのトークン速度からそ
の平均速度を減算した値を、そのトークン速度で除算
し、得られた値(重み)に基づき、各フローに中継ノー
ドの転送能力を分配するようにしたものである。また、
重み算出時に、トークン速度の代わりにそのフローの最
大速度を用いて各フローの重みを算出するようにしたも
のである。
【0015】したがって、帯域幅予約は各フローの平均
速度にしたがって行われ、各フローに対する重みの割当
てはトークンの速度と平均速度の間、または最大速度と
平均速度の間の関係を考慮した係数によって行われる。
【0016】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図1は本発明の一実施の形態であるパケ
ット・スケジューリング制御方法を示す説明図である。
同図において、各フローF1 〜FN には、それぞれのフ
ロー接続処理時に、重みw1 〜wN が、後述する数式に
基づいて割当てられる。
【0017】各フローから到着したパケットは、各フロ
ーごとに設けられたキュー・バッファ(待ち行列)Q1
〜QN に格納される。そして、この重みw1 〜wN に基
づいて、各フローに対するパケット転送順序の決定すな
わちスケジューリングが行われ、これにしたがって各フ
ローのキューからパケットが読み出されて転送される。
【0018】例えば、一般的なフレームベース・スケジ
ューリング方法では、これら重みw1 〜wN の総和をフ
レーム長に対応させ、重みの大きいフローからパケット
が読み出されて転送される。ここで、任意のフローから
1パケット転送された場合、そのフローは1単位時間量
だけ使用したとカウントされる。
【0019】したがって、当初設定された重みを使い切
るまで、各フローのうち、重みの大きいフローから順
に、1つずつパケットが転送されるものとなる。なお、
本発明では、重みを用いたパケット・スケジューリング
方法について、特に限定するものではなく、各種の方法
を適用できる。
【0020】以下、図2を参照して、各フローに割り当
てる重みの算出方法について説明する。図2は可変ビッ
ト速度フローのトラフィック変化を示す説明図である。
可変ビット速度のトラフィックを生成しているフローF
i に関し、帯域幅Riを予約するもっとも単純な方法
は、そのフローFi の最大速度Rpekiに等しいネットワ
ーク帯域幅をフローFi に割り当てることであろう。
【0021】しかし、フローFi のトークン速度Rtkni
や実際の転送データの平均速度Rav giは、転送データの
最大速度(ピーク速度)Rpekiより遥かに小さいことか
ら、この割当て方法では、ネットワーク資源を効率よく
利用できないことは明らかである。これに対し、上述し
たIETFでは、フローFi について以下に示す数1の
条件、すなわちトークン速度Rtkni以上であって、かつ
最大速度Rpeki以下の帯域幅RI を予約すべきであると
規定している。
【0022】
【数1】
【0023】また、各フローF1 〜FN による予約総帯
域幅Rsum は、次の数2のように示される。この予約総
帯域幅Rsum とネットワークにより物理的に限定される
使用可能帯域幅との差で、新たに追加されるフローFi
の予約帯域幅Ri を設定可能か否かにより、新たなフロ
ーFi の受入可否が判断される。
【0024】
【数2】
【0025】ここで、ルータや交換機などの中継ノード
を通過するフローの数が極めて多い場合、これらの予約
すべき総帯域幅Rsum として、各フローの平均帯域幅R
の合計を用いてもよいことが、一般に認められている。
このことは、フローの数が増加した場合、各フローの
「ピーク」が重なって同時に発生する確率が極めて低い
ことを意味している。
【0026】したがって、それぞれのフローの平均帯域
幅を、そのフローに対して予約することにより、また適
切な重みの割当てをスケジューラ内で使用して、より効
率的にネットワークを利用できる。なお、すべてのフロ
ーが同時にピークとなることはないが、これらのうちい
くつかが同時にピークとなることがあるため、重みを適
切に割り当てることが重要である。
【0027】この場合、各フローが平均値に等しい持続
速度でトラフィックを生成するのではないため、トーク
ン速度(または、最大速度)と平均速度との関係を考慮
する必要がある。本発明においては、統計多重化をより
よく利用するため、以下のような総帯域幅の予約と、各
フローへの重み割当てを提案する。
【0028】この場合、予約総帯域幅Rsum は、数3に
より求められる。また、各フローへ割り当てるの重みw
i については数4または数5により求められる。数3〜
5において、RavgiはフローFi の平均速度、Rtkni
フローFi のトークン速度を示す。
【0029】
【数3】
【0030】
【数4】
【0031】
【数5】
【0032】特に、数4は、フローFi のトークン速度
tkniからその平均速度Ravgiを減算した値と平均速度
avgiとの積の平方根を、平均速度Ravgiで除算し、得
られた値をそのフローFi に対する重みwi としてい
る。ここでは、フローFi の平均速度Ravgiとトークン
速度Rtkniとの距離の偏差と、平均速度Ravgiとの比率
を求めたことになり、両者の距離の偏差が大きいほど重
みwi が大きくなり、パケット・スケジューリングにお
いて優先的に処理される。
【0033】また、数5は、フローFi のトークン速度
tkniからその平均速度Ravgiを減算した値をトークン
速度Rtkniで除算した値を、フローFi に対する重みw
i としている。ここでは、フローFi のトークン速度R
tkniと平均速度Ravgiとの差が大きいほど重みwi が大
きくなり、パケット・スケジューリングにおいて優先的
に処理される。
【0034】なお、最大速度情報が利用できる場合、例
えばフロー設定時にアプリケーションから最大速度情報
が通知される場合には、数4および数5のトークン速度
tk niを最大速度Rpekiと置き換えてもよい。したがっ
て、予約総帯域幅と重み割当て算出方法は、数3と数4
の組み合わせと、数3と数5の組み合わせ、さらにはこ
れら2つの組み合わせのうち、トークン速度Rtkniを最
大速度Rpekiで置き換えた2つの組み合わせが考えら
れ、合計4通り考えられる。
【0035】なお、以上の説明において、トークン速度
tkn は、IETFの規定によりそのフロー設定時にア
プリケーションから通知された値を用いることができ
る。また、平均速度Ravg については、フロー設定時に
アプリケーションから通知される場合にはその値を用い
てもよく、アプリケーションに対応して予め用意された
標準値を用いてもよい。さらには、任意のタイミングで
実測した値を用いるようにしてもよい。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、各フロ
ーから転送されるデータの平均速度の総和を中継ノード
の予約総帯域幅として設定するとともに、任意のフロー
のトークン速度からその平均速度を減算した値と、その
平均速度との積の平方根を、その平均速度で除算し、得
られた値をそのフローに対する重みとして設定し、ある
いは、任意のフローのトークン速度からその平均速度を
減算した値を、そのトークン速度で除算し、得られた値
をそのフローに対する重みとして設定するようにしたの
で、ネットワーク資源を有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態であるパケット・スケ
ジューリング制御方法を示す説明図である。
【図2】 可変ビット速度フローのトラフィック変化を
示す説明図である。
【図3】 トークン・バケットの概念を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1 〜FN …フロー、Q1 〜QN …キューバッファ、w
1 〜wN …重み、Rpe k …最大速度、Rtkn …トークン
速度、Ravg …平均速度。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年1月19日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トークン速度とトークンバケットの大き
    さによりパケット流を示す各フローが設定される場合
    に、ネットワークを構成する中継ノードのパケット転送
    処理能力を所定の重みに基づいて各フローに割り当てる
    パケット・スケジューリング制御方法において、 各フローから転送されるデータの平均速度の総和を中継
    ノードの予約総帯域幅として設定し、 この予約総帯域幅と中継ノードの物理的な予約可能帯域
    幅との差と、新たに追加されるフローの予約帯域幅とを
    比較することにより、新たなフローの受付可否 を判断し、任意のフローのトークン速度からその平均速
    度を減算した値と、その平均速度との積の平方根を、そ
    の平均速度で除算し、得られた値をそのフローに対する
    重みとして設定し、 各フローに設定された重みに基づいて各フローのパケッ
    トを転送することを特徴とするパケット・スケジューリ
    ング制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のパケット・スケジューリ
    ング制御方法において、 任意のフローのトークン速度からその平均速度を減算し
    た値を、そのトークン速度で除算し、得られた値をその
    フローに対する重みとして設定し、 各フローに設定された重みに基づいて各フローのパケッ
    トを転送することを特徴とするパケット・スケジューリ
    ング制御方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のパケット・スケ
    ジューリング制御方法において、 重み算出時に、トークン速度の代わりにそのフローの最
    大速度を用いて各フローの重みを算出することを特徴と
    するパケット・スケジューリング制御方法。
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