(57)【要約】【課題】キューイングバッファに蓄積されたセルを監視しながら、トラフィックの種類ごとに要求されているＱｏＳに応じて、バッファ制御を適切に切り替えることにより、セル廃棄を回避し、ＱｏＳを柔軟かつ動的に実現する動的キューイングバッファ制御システムを提供する。【解決手段】リアルタイム系および非リアルタイム系のトラフィック種別毎にバッファが設けられ、ＱｏＳを実現するＡＴＭ交換機において、トラフィックカテゴリ毎に設けられたキューイングバッファの輻輳を検出すると、トラフィックカテゴリ毎に要求されているＱｏＳに応じて、（ａ）リアルタイム系トラフィックのバッファの場合、輻輳が検出されたバッファから優先的に読み出すことにより、（ｂ）非リアルタイム系トラフィックのバッファの場合、輻輳が検出されたバッファの容量を一時的に大きくすることにより、各トラフィックカテゴリで要求されるＱｏＳを実現する。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＴＭシステムで用いられるキューイングバッファにおけるセル廃棄を回避するキューイングバッファ制御方法において、
リアルタイム系または非リアルタイム系のトラフィック種別ごとに前記キューイングバッファを備え、該キューイングバッファの任意の１つで輻輳を検出すると、該キューイングバッファがリアルタイム系トラフィックのキューイングバッファの場合は、該キューイングバッファから優先的にセルを読み出し、該キューイングバッファが非リアルタイム系トラフィックのキューイングバッファの場合は、該キューイングバッファのバッファ量を一時的に大きくすることを特徴とするキューイングバッファ制御方法。
【請求項２】
任意の１つのキューイングバッファが、該キューイングバッファに対してあらかじめ設定されている、セル蓄積量の初期設定閾値を超えるセルが蓄積されたことを検出するステップと、
前記初期設定閾値を超えるセルが蓄積されたことが検出されると、ＡＴＭ網管理システムおよび／またはＡＴＭ交換機制御端末にアラームを出力させ、キューイングバッファ制御の起動を開始するステップと、
前記初期設定閾値を超えるセルが蓄積されたキューイングバッファのトラフィック種別を調べ、リアルタイム系または非リアルタイム系を判定するステップと、
該判定に基づき、リアルタイム系の場合は、該キューイングバッファのセルの読み出しのスループットレートを増大させ、非リアルタイム系の場合は、該キューイングバッファの前記初期設定閾値より大きい閾値を設定するステップを有する、請求項１に記載のキューイングバッファ制御方法。
【請求項３】
任意の１つのキューイングバッファが、該キューイングバッファに蓄積されているセルの量が最大許容セル蓄積容量に達したことを検出するステップと、
前記最大許容セル蓄積容量に達したことが検出されると、該キューイングバッファのセルの読み出しのスループットレートを増大させるステップをさらに有する、請求項２に記載のキューイングバッファ制御方法。
【請求項４】
前記初期設定値を超えるセルが蓄積され、セルの読み出しのスループットレートを増大、または、前記初期設定閾値より大きい閾値を設定した前記キューイングバッファが、蓄積セル量が減って前記初期設定閾値を再び下回ったことを検出するステップと、
前記初期設定閾値を再び下回ったことが検出されると、ＡＴＭ網管理システムおよび／またはＡＴＭ交換機制御端末にアラームを出力させ、キューイングバッファ制御の停止を開始するステップと、
前記初期設定閾値を再び下回った前記キューイングバッファのトラフィック種別を調べ、リアルタイム系または非リアルタイム系を判定するステップと、
該判定に基づき、リアルタイム系の場合は、該キューイングバッファのセルの読み出しのスループットレートを元に戻し、非リアルタイム系の場合は、該キューイングバッファの現在の閾値を前記初期設定閾値に戻すステップをさら有する、請求項２または３に記載のキューイングバッファ制御方法。
【請求項５】
ＡＴＭシステムで用いられるキューイングバッファに蓄積されたセルを監視しながら、トラフィックの種類ごとに要求されているＱｏＳに応じて、キューイングバッファ制御を適切に切り替えることにより、セル廃棄を回避し、ＱｏＳを柔軟かつ動的に実現する動的キューイングバッファ制御システムであって、
リアルタイム系または非リアルタイム系のトラフィック種別ごとに設けられたキューイングバッファと、
各キューイングバッファのトラフィック種別を保存するデータベースと、
任意の１つのキューイングバッファから、該キューイングバッファにあらかじめ設定されている、セル蓄積量の初期設定閾値を超えるセルが該キューイングバッファに蓄積された旨の通知を受けると、ＡＴＭ網管理システムおよび／またはＡＴＭ交換機制御端末にアラームを出力させるための第１の要求を出力し、さらに、キューイングバッファ制御の起動を求める第２の要求し、該第２の要求の応答として、キューイングバッファ制御要求を受信し、該キューイングバッファに対して、前記キューイングバッファ制御要求に含まれる制御を行うバッファ制御手段と、
前記第１の要求に応答して、前記ＡＴＭ網管理システムおよび／または前記ＡＴＭ交換機制御端末にアラームを出力させる手段と、
前記第２の要求に応答して、前記データベースから該キューイングバッファのトラフィック種別を読み出して、リアルタイム系か、または、非リアルタイム系かを判定し、リアルタイム系の場合は、該キューイングバッファのセルの読み出しのスループットレートを増大させ、非リアルタイム系の場合は、該キューイングバッファの前記初期設定閾値より大きい閾値を設定する制御を行うように前記バッファ制御手段に要求するアクション判定手段を有する動的キューイングバッファ制御システム。
【請求項６】
前記バッファ制御手段は、任意の１つのキューイングバッファが、該キューイングバッファに蓄積されているセルの量が最大許容セル蓄積容量に達した旨の通知を受けると、キューイングバッファ制御の起動を求める第３の要求し、該第３の要求の応答として、キューイングバッファ制御要求を受信し、該キューイングバッファに対して、前記キューイングバッファ制御要求に含まれる制御を行う手段をさらに有し、
前記アクション判定手段は、前記第３の要求に応答して、該キューイングバッファのセルの読み出しのスループットレートを増大させる制御を行うように前記バッファ制御手段に要求する手段をさらに有する、請求項５に記載の動的キューイングバッファ制御システム。
【請求項７】
前記バッファ制御手段は、前記初期設定値を超えるセルが蓄積され、セルの読み出しのスループットレートを増大、または、前記初期設定閾値より大きい閾値を設定した前記キューイングバッファが、蓄積セル量が減って前記初期設定閾値を再び下回ったことを検出した旨の通知を受けると、前記ＡＴＭ網管理システムおよび／または前記ＡＴＭ交換機制御端末にアラームを出力させるための前記第１の要求を出力し、さらに、キューイングバッファ制御の停止を求める第４の要求し、該第４の要求の応答として、キューイングバッファ制御停止要求を受信し、該キューイングバッファに対して、前記キューイングバッファ制御停止要求に含まれる処理を行う手段をさらに有し、
前記アクション判定手段は、前記第４の要求に応答して、前記データベースから該キューイングバッファのトラフィック種別を読み出して、リアルタイム系か、または、非リアルタイム系かを判定し、リアルタイム系の場合は、該キューイングバッファのセルの読み出しのスループットレートを元に戻し、非リアルタイム系の場合は、該キューイングバッファの現在の閾値を前記初期設定閾値に戻す処理を行うように前記バッファ制御手段に要求する手段をさらに有する、請求項５または６に記載の動的キューイングバッファ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＴＭ（非同期転送モード）交換機におけるセル廃棄回避に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＡＴＭシステムでは、キューイングバッファの蓄積セル量がその設定された閾値を超過した場合、すぐにセル廃棄が発生し、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｉｃｅ）を実現する事が出来なかった。
【０００３】
そこで、キューイングバッファの蓄積セル量がその設定された閾値を超過した場合、各バッファの読み出し優先度を変更して、閾値を超過したバッファを優先的に読み出すことにより、セル廃棄を回避する技術が本出願人により提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１５２４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術では、閾値を超過したバッファの読み出しを優先させることにより、他のバッファの読み出しは必然的に劣後させなければならなくなるため、他のバッファに与える影響が大きくなる。リアルタイム系トラフィックのように、他のバッファの読み出しを劣後させても優先して読み出す必要がある場合には、この技術を用いる必要性は大きいが、非リアルタイム系トラフィックについてもこの技術を画一的に用いることは、いたずらに非リアルタイム系トラフィックのセルが廃棄してしまうことになる。そこで、キューイングバッファに蓄積されたセルを監視しながら、トラフィックの種類ごとに要求されているＱｏＳに応じて、バッファ制御を適切に切り替え、どんなトラフィック種別においても適切な処理を用いて、セル廃棄を回避する技術が必要不可欠となる。
【０００６】
本発明の目的は、キューイングバッファに蓄積されたセルを監視しながら、トラフィックの種類ごとに要求されているＱｏＳに応じて、バッファ制御を適切に切り替えることにより、セル廃棄を回避し、ＱｏＳを柔軟かつ動的に実現する動的キューイングバッファ制御システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、リアルタイム系および非リアルタイム系のトラフィック種別毎にバッファが設けられ、ＱｏＳを実現するＡＴＭ交換機において、トラフィックカテゴリ毎に設けられたキューイングバッファの輻輳を検出した際、トラフィックカテゴリ毎に要求されているＱｏＳに応じて、リアルタイム系トラフィックのバッファの場合、セル読み出し優先度を変更して輻輳が検出されたバッファから優先的に読み出すことによって、非リアルタイム系トラフィックのバッファの場合、キューイングバッファの容量を一時的に大きくすることによって、各トラフィックカテゴリで要求されるＱｏＳを実現する。
【０００８】
また、キューイングバッファの輻輳が回避されると、セル読み出し優先度、または、キューイングバッファの大きさを初期値に戻す事により、システムに与える負荷を最小限に抑える機能を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明の動的キューイングバッファ制御システムは、ＡＴＭ交換機ソフトウェア１００と、キューイングバッファ２００と、ＡＴＭ交換機ソフトウェア１００を通じてキューイングバッファ２００を制御する交換機制御端末３００と網管理システム４００から構成される。
【００１０】
ＡＴＭ交換機ソフトウェア１００は、アプリケーション部１１０と、キューイングバッファの制御を行なうバッファ制御部１２１を含む基本ソフトウェア部１２０から構成される。アプリケーション部１１０は、基本ソフトウェア部１２０との通信を行なう情報処理部１１２と、情報処理部１１２から受信した情報をもとに次の動作を決定するアクション判定部１１３と、キューイングバッファの種別などを保存しているデータベース部１１４と、アプリケーション部１１０全体を制御しているアプリケーション制御部１１１から構成される。
【００１１】
交換機制御端末３００と網管理システム４００は、両者ともＡＴＭ交換機の制御を目的としており、前者は該当する交換機のみの制御、後者はネットワーク上の全ノードの制御を行なう。本発明では、交換機制御端末３００と網管理システム４００の両方において、キューイングバッファの輻輳・輻輳停止を示すアラームの出力だけでなく、ＡＴＭ交換機上の各種設定の変更を行なう。
【００１２】
図２を参照すると、キューイングバッファ２００の構成が示されている。異なるトラフィックカテゴリ毎に、独立したＦＩＦＯ（ＦＩＲＳＴ　ＩＮ　ＦＩＲＳＴＯＵＴ）方式のキューイングバッファ部２１０と、そのキューイングバッファからのセル読み出し時のスケジューリング機能部２２０と、全キューイングバッファからセルを読み出すセル読み出し機能部２３０から構成される。一般的に、ＡＴＭ交換機には受信側にのみ、このキューイングバッファを搭載する入力型バッファ方式、送信側のみに搭載する出力型バッファ方式、受信側・送信側両方に搭載する入出力バッファ方式があるが、本発明はこれら全てに適用する事が可能である。
【００１３】
図３を参照すると、本発明のキューイングバッファ制御が起動する条件が示されている。キューイングされて蓄積されているセル量が、キューイングバッファに設定されている閾値に達した時、キューイングバッファ制御システムが起動される。
【００１４】
キューイングバッファ制御が起動された時、閾値に達したキューイングバッファを通るトラフィックのトラフィック種別に要求されているＱｏＳに応じて次のアクションが決定される。
【００１５】
図４（ａ）を参照すると、トラフィックカテゴリがリアルタイム性を要求されているトラフィックの場合のキューイングバッファ制御の方法が示されている。閾値超過が検出されると、当該キューイングバッファからの読み出し速度を増加させ、スループットを増加させる事により、キューイングされているデータを読み出す。
【００１６】
図４（ｂ）を参照すると、トラフィックカテゴリがリアルタイム性を要求されていないトラフィックの場合のキューイングバッファ制御の方法が示されている。この場合、スループットを増加させる必要はなく、長時間バッファに保留する事でセル廃棄率の増加を防止すればよい。キューイングバッファに設定されている閾値を増加させる事により、他のリアルタイム性が要求されているトラフィックを干渉する事なく、ＱｏＳを実現することが可能になる。ただし、キューイングバッファに蓄積されたセル量が使用可能な最大許容バッファ量を超過した場合は、リアルタイム性のトラフィックと同様、キューイングバッファからの読み出し速度を増加させ、キューイングされているデータを通常時より早いスループットで読み込み、蓄積バッファ量を減少させなければならない。
【００１７】
図５を参照すると、キューイングバッファ制御システムが終了される条件が示されている。キューイングされている蓄積セル量が、キューイングバッファに初期設定されている閾値を下回った時となる。ただし、キューイングバッファ制御システム終了に伴う動作は、対象となるトラフィック種別によって異なる。リアルタイム性が要求されるトラフィックが対象の場合は、キューイングバッファのサイズ変更を行なわないため、キューイングバッファ毎のスループットを初期値に戻す事によりキューイングバッファ制御システムを終了する。一方、リアルタイム性が要求されないトラフィックが対象の場合、蓄積セル量がキューイングバッファに設定されていた閾値の初期値を下回った時、キューイングバッファの現在の閾値を初期値に戻す事により本キューイングバッファ制御システムを終了する。
【００１８】
リアルタイム性が要求されているトラフィック種別と、要求されていないトラフィック種別で動作が異なるのは、それぞれのＱｏＳを実現するためのパラメータが異なるためである。ＡＴＭでは、リアルタイム性を要求されているトラフィックには、ＣＢＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｂｉｔ　Ｒａｔｅ）とｒｔ−ＶＢＲ（ｒｅａｌｔｉｍｅ−Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｂｉｔ　Ｒａｔｅ）というカテゴリがあるが、これらのトラフィックカテゴリで要求されているＱｏＳパラメータはＣＴＤ（セル転送遅延）やＣＤＶ（セル遅延変動）であり、主に遅延に関して制限を設けている。従って、ＣＢＲやｒｔ−ＶＢＲの場合、スループットを増加させる事で、要求されているＱｏＳを達成する事が必要になる。
【００１９】
一方、ＡＴＭにおけるリアルタイム性を要求しないｎｒｔ（ｎｏｎ−ｒｅａｌｔｉｍｅ）−ＶＢＲ、ＡＢＲ（Ａｖａｉｌａｂｌｅ　Ｂｉｔ　Ｒａｔｅ）、ＵＢＲ（Ｕｎｓｐｅｃｉｆｉｅｄ　Ｂｉｔ　Ｒａｔｅ）といったトラフィックでは、遅延に関する制限は存在せず、ＣＬＲ（セル廃棄率）によって指定されるセル廃棄に関する制限のみ要求される。従って、ｎｒｔ−ＶＢＲ、ＡＢＲ、ＵＢＲのトラフィックでは、スループットを増加させる事が、要求されているＱｏＳを達成する事にはならない。むしろ、非リアルタイム系トラフィックのスループットを増加させる事によって、リアルタイム性を要求するトラフィックへ悪影響を及ぼすことなく、セル廃棄を防止する為にバッファ量（閾値）を増加させる事が必要となる。しかし、バッファ量（閾値）の増加後さらに蓄積バッファ量が閾値を超過した場合、さらバッファ量を増やす事は不可能であるため、この場合は、リアルタイム性を要求しているトラフィックと同様、スループットを増加させる事で、蓄積セル量を減少させる。
【００２０】
図６を参照すると、キューイングバッファにおける、キューイングバッファ制御シーケンスが示されている。このシーケンスはキューイングバッファ制御システムの起動時と停止時の双方に用いられる。図６は起動時のものを示している。
【００２１】
ステップ６０１で、キューイングバッファ２００が、蓄積セル量の閾値超過を検出すると、閾値超過通知をバッファ制御部１２１に出力する。ステップ６０２で、バッファ制御部１２１は、アクション判定部１１３に対して、キューイングバッファ制御関数起動要求を出す。また、網管理システム（ＮＭＳ）４００と交換機制御端末３００上にアラーム表示を行うように、情報処理部１１２に要求を出す。ステップ６０３で、情報処理部１１２は、網管理システム（ＮＭＳ）４００と交換機制御端末３００へアラーム表示を行い、閾値超過状態またはシステムの起動が保守者に通達される。ステップ６０４で、アクション判定部１１３は、データベース部１１４へトラフィッククラスの判定要求を出す。ステップ６０５で、データベース部１１４は、アクション判定部１１３へトラフィック種別を送信する。ステップ６０６で、アクション判定部１１３は、データベース部１１４で判定したトラフィック種別をもとに、トラフィック種別に応じて、キューイングバッファ２００のスループット増加要求、または、閾値変更要求をバッファ制御部１２１に対して出す。ステップ６０７で、バッファ制御部１２１は、アクション判定部１１３から指示されたキューイングバッファ制御アクションをキューイングバッファ２００に対して要求し、キューイングバッファ２００を設定する。ステップ６０８で、キューイングバッファ２００において、当該制御が行われる。ステップ６０９で、キューイングバッファ２００は、当該制御の終了をバッファ制御部１２１に通知する。
【００２２】
停止時の場合は、ステップ６０１で、キューイングバッファ２００が、セル蓄積量が初期設定閾値を下回るのを検出すると、これをバッファ制御部１２１に出力する。ステップ６０２で、バッファ制御部１２１は、アクション判定部１１３に対して、キューイングバッファ制御関数停止要求を出す。また、網管理システム（ＮＭＳ）４００と交換機制御端末３００上にアラーム表示を行うように、情報処理部１１２に要求を出す。ステップ６０３で、情報処理部１１２は、網管理システム（ＮＭＳ）４００と交換機制御端末３００へアラーム表示を行い、蓄積セル量が閾値を下回った状態またはシステムの停止が保守者に通達される。ステップ６０４で、アクション判定部１１３は、データベース部１１４へトラフィッククラスの判定要求を出す。ステップ６０５で、データベース部１１４は、アクション判定部１１３へトラフィック種別を送信する。ステップ６０６で、アクション判定部１１３は、データベース部１１４で判定したトラフィック種別をもとに、トラフィック種別に応じて、キューイングバッファ毎のスループットを初期値に戻すか、または、キューイングバッファの現在の閾値を初期値に戻す要求をバッファ制御部１２１に対して出す。ステップ６０７で、バッファ制御部１２１は、アクション判定部１１３から指示されたキューイングバッファ制御アクションをキューイングバッファ２００に対して要求し、キューイングバッファ２００を設定する。ステップ６０８で、キューイングバッファ２００において、当該制御が行われる。ステップ６０９で、キューイングバッファ２００は、当該制御終了をバッファ制御部１２１に通知する。
【００２３】
本発明のシステムは、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ルータにも適用が可能である。ＩＰのＤｉｆｆＳｅｒｖｅで実現するＱｏＳ毎のトラフィックフローを各キューイングバッファに適用することが可能である。ＤｉｆｆＳｅｒｖｅのＥＦ（Ｅｘｐｌｉｃｉｔ　Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ）クラスでは、データ転送の際の優先度はＤｉｆｆＳｅｒｖｅにおける最高優先度であるため、パケット蓄積量が閾値を超過した時、スループットを増加させる。反対に、ベストエフォート型トラフィックがバースト的に急増した場合は、バッファ閾値を増加させることでパケット廃棄を防止することが可能である。
【００２４】
本発明のシステムは、３ＧＰＰ（第３世代パートナーシッププロジェクト）で規定するＵＭＴＳ（第３世代移動体通信）におけるＱｏＳを実現するのにも効果を発揮する。輻輳時のＵＭＴＳネットワークにおいてＰＳ（Ｐａｃｋｅｔ　Ｓｗｉｔｃｈｅｄ）ストリーミングサービスを実現するには、本発明のシステムを実現し、スループットを確保することでサービスの実現を保証することが可能になる。また、ＰＳストリーミングサービス以外でも、トランスポートがＡＴＭからＩＰに移行し、ＵＭＴＳ網が一般ＩＰ網に融合される際にも、一般のＩＰトラフィックとＵＭＴＳトラフィックの差別化・優先制御を行うためにも、本発明のシステムを適用する事が出来る。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リアルタイム性を要求されているトラフィックをキューイングするキューイングバッファの読み出し速度を動的に速める仕組みにより、ＡＴＭにおけるＣＢＲやｒｔ−ＶＢＲで要求されているＣＴＤ（セル転送遅延）やＣＤＶ（セル遅延変動）を保障すると同時に、ＣＬＲ（セル廃棄率）も範囲内に収める事が出来る。
【００２６】
さらに、リアルタイム性を要求されていないトラフィックをキューイングするキューイングバッファの閾値を動的に増加させる事で、ｎｒｔ−ＶＢＲやＵＢＲで要求されているＣＬＲ（セル廃棄率）の増加を防止する事が出来る。
【００２７】
さらに、リアルタイム性を要求されていないトラフィックのトラフィック量が増えた場合でも、キューイングバッファの読み出し速度の増加の可能性があるリアルタイムトラフィックへ干渉せずに、要求されているＱｏＳを実現する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の動的キューイングバッファ制御システムのブロック図である。
【図２】キューイングバッファ２００の構成図である。
【図３】動的キューイングバッファ制御システムの起動条件を示した図である。
【図４】（ａ）は、リアルタイム系のトラフィックに対するキューイングバッファ制御の方法を示した図である。（ｂ）は、非リアルタイム系のトラフィックに対するキューイングバッファ制御の方法を示した図である。
【図５】動的キューイングバッファ制御システムの停止条件を示した図である。
【図６】動的キューイングバッファ制御システムの処理の流れを示した図である。
【符号の説明】
１００　交換機ソフトウェア
１１０　アプリケーション部
１１１　アプリケーション制御部
１１２　情報処理部
１１３　アクション判定部
１１４　データベース部
１２０　基本ソフトウェア部
１２１　バッファ制御部
２００　キューイングバッファ
２１０　キューイングバッファ部
２２０　スケジューリング機能部
２３０　セル読み出し機能部
３００　交換機制御端末
４００　網管理システム
６０１〜６０９　ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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