(57)【要約】      （修正有）【課題】ＲＰＲ網で混雑が解決された後に、未使用で活用可能な帯域幅を、各ノードに効率的に割り当て全体帯域幅利用率を高め、かつ各ノードに公平に割り当て公平性を維持するＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法を提供する。【解決手段】ノードの混雑発生をエイジング間隔ごとに判断し、混雑発生の場合、自機が一のエイジング間隔に伝送した第１のトラフィック量を、上流ノードから流入されるトラフィック量を減少させるための第１の公平伝送率として設定し、自機の識別子とともに公平メッセージに記録して上流ノードに広告して該公平伝送率を保存し、一のエイジング間隔の間に該公平伝送率により減少された、上流ノードからの第２トラフィック量を測定、保存し、混雑が解決されると、該公平伝送率及び第２トラフィック量に基づいて活用可能な帯域幅を算出し、該帯域幅による第２の公平伝送率を設定して上流ノードへ伝送する。【選択図】図５
2005151558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＰＲ(Resilient  Packet Ring）網に接続されたノードでＲＰＲ公平メカニズムを用いて帯域幅を割り当てる方法であって、
ノードに混雑が発生したか否かをエイジング間隔ごとに判断する段階と、
該判断の結果、混雑が発生した場合には、自機が一つのエイジング間隔の間にリングに伝送した第１のトラフィック量を、アップストリームノードから流入されるトラフィック量を減少させるための第１の公平伝送率として設定し、該第１のトラフィック量を、自機の識別子とともに公平メッセージに記録してアップストリームノードに広告し、当該第１の公平伝送率を保存する段階と、
一つのエイジング間隔の間に当該第１の公平伝送率によって減少された、前記アップストリームノードから送信された第２のトラフィック量を測定して保存する段階と、
混雑が解決された場合には、前記保存された第１の公平伝送率及び前記第２のトラフィック量に基づいて活用可能な帯域幅を算出し、該帯域幅による第２の公平伝送率を設定して、該第２の公平伝送率を前記アップストリームノードへ伝送する段階と、を実行すること
を特徴とするＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項２】
前記ノードに混雑が発生したか否かを判断する段階では、自機のＳＴＱバッファーを検査してトラフィックの量が所定の閾値（lowthreshold）以上である場合には、混雑が発生したと判断すること
を特徴とする請求項１記載のＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項３】
前記第１のトラフィックは、Ｃｌａｓｓ−Ｃと、ｅＭＰトラフィックであること
を特徴とする請求項１記載のＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項４】
前記第２の公平伝送率は、自機に前記第２のトラフィックを伝送するアップストリームノードの個数を算出する段階と、
前記アップストリームノードの個数を参照して、現在の全体帯域幅の中で使用されている帯域幅と、使用されないで活用可能な帯域幅と、を算出する段階と、
アップストリームノードから流入されるトラフィックを、前記活用可能な帯域幅の一定量だけ増加させるための第２の公平伝送率を設定する段階と、を実行して設定されること
を特徴とする請求項１記載のＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項５】
前記アップストリームノードの個数を算出する段階は、自機が一番最近に広告した第１の公平伝送率で、現在のエイジング間隔の間にＳＴＱバッファーに伝送されて来たトラフィックの量を割った値を、当該アップストリームノードの個数として算出すること
を特徴とする請求項４記載のＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項６】
前記活用可能な帯域幅を算出する段階は、混雑が発生したノード自機と、自機にトラフィックを伝送しているアップストリームノードと、を含むノード個数に、一番最近に広告した第１公平伝送率を掛けた値を現在の使用帯域幅とする段階と、
現在の全体帯域幅から現在の使用帯域幅を引いた値を活用可能な帯域幅とする段階と、を実行すること
を特徴とする請求項４記載のＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項７】
前記一定量の帯域幅は、活用可能な帯域幅の１/２であること
を特徴とする請求項４記載のＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項８】
前記第２の公平伝送率を設定する段階は、前記活用可能な帯域幅の内の前記一定量の帯域幅を、自機にトラフィックを伝送しているアップストリームノードの個数で割った値に、以前の公平伝送率を加えた値を、第２の公平伝送率として設定すること
を特徴とする請求項４記載のＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項９】
前記自機の識別子は、ＭＡＣアドレスであること
を特徴とする請求項１記載のＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項１０】
現在の使用帯域幅が全体帯域幅の一定基準値以上になると、ＦＵＬＬ値の公平伝送率をアップストリームノードに伝送する段階をさらに含むこと
を特徴とする請求項１記載のＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項１１】
前記一定基準値は、全体帯域幅の９５％であること
を特徴とする請求項１０記載のＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法。
【請求項１２】
ＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法を実行するためのコンピュータにより実行可能な命令語の集合であるプログラムを保存して、前記コンピュータにより読み込まれるプログラム保存装置であって、
前記方法は、
ノードに混雑が発生したか否かをエイジング間隔ごとに判断する段階と、
該判断の結果、混雑が発生した場合には、自機が一つのエイジング間隔の間にリングに伝送した第１のトラフィックの量を、アップストリームノードから流入されるトラフィック量を減少させるための第１の公平伝送率として設定して、該第１のトラフィック量を、自機の識別子とともに公平メッセージに記録してアップストリームノードに広告し、当該第１の公平伝送率を保存する段階と、
一つのエイジング間隔の間に当該第１の公平伝送率によって減少され、前記アップストリームノードから伝送された第２のトラフィック量を測定して保存する段階と、
混雑が解決された場合には、前記保存された第１の公平伝送率及び前記第２のトラフィック量に基づいて活用可能な帯域幅を算出し、該帯域幅による第２公平伝送率を設定して、該第２の公平伝送率を前記アップストリームノードに伝送する段階と、を含むこと
を特徴とするプログラム保存装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＰＲ公平メカニズム(resilient packet ring fairness mechanism)を用いた帯域幅割当方法、及び前記方法を実行するためのコンピュータで実行可能な命令語の集合であるプログラムを保存して、前記コンピュータにより読み込まれるプログラム保存装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、インターネットは、大きく加入者網と、メトロ網と、バックボーン網との３種類に分けられる。加入者網とバックボーン網は、現在多い発展を通じて、最近急速に増えたインターネットトラフィックを効率的に収容することができるが、この二つの網を連結するメトロ網は、依然として、既存の回線交換方式であるＳＯＮＥＴ/ＳＤＨ(Synchronous Optical Network /Synchronous Digital Hierarchy)方式のリング網で構築されているので、帯域幅を効率的に使用することができない。
【０００３】
そのため、現在のメトロ網でボトルネック(Bottleneck)現象が発生して、ネットワーク構造の全体における速度の不均衡が発生している。このようなＳＯＮＥＴ/ＳＤＨ網の短所を補うための技術として、パケット交換方式であるメトロイーサネット（「イーサネット」は登録商標、以下同じ。）が登場するようになった。
【０００４】
しかしながら、メトロイーサネットは、現在のインターネットの大部分のトラフィックがパケットという点については大きな長所を持っているが、現在の大部分のメトロネットワークがリングトポロジー形態を取っているので、ｐｏｉｎｔ-ｔｏ-ｐｏｉｎｔ又はメッシュトポロジーＳＯＮＥＴ方式のリング網で提供する高速の保護メカニズムを提供することができない、という短所を持っている。
【０００５】
また、イーサネットは、リングの帯域幅を共有するにおいて、全体的な公平性（fairness）のためのメカニズムを具体化することが難しいという短所も持っている。このように既存のメトロ網の短所を補って、メトロ網で一層効率的にトラフィックを伝送するための技術として、レイヤー２におけるプロトコルであるＩＥＥＥ ８０２．１７ＲＰＲ(Resilient Packet Ring)技術が提案された。
【０００６】
ＲＰＲでは、リングの全てのノードがリングの帯域幅を公平に使用できるように、ＲＰＲ公平性メカニズムが定義されている。
【０００７】
ＲＰＲの全てのノードは、二重リングに接続されて、二つのリングについて各々のＭＡＣ(Media Access Control)プロトコルを独立的に運用する。ＲＰＲ ＭＡＣは、トラフィックの優先順位によって Ｃｌａｓｓ−Ａ (High Priority)サービスと、Ｃｌａｓｓ−Ｂ (Medium Priority)サービスと、Ｃｌａｓｓ−Ｃ(Low Priority)サービスとを提供する。
【０００８】
また、Ｃｌａｓｓ−Ｂ サービスは、予め定義された協約伝送率(ＣＩＲ : Committed Information Rate)を遵守するトラフィックと、守らないトラフィックと、でさらに分けられ、ＣＩＲを遵守するトラフィックは、Ｃｌａｓｓ−Ａ トラフィックと同様に処理され、ＣＩＲを違反するトラフィックは、ｅＭＰ(Excess Medium Priority)トラフィックと称され、Ｃｌａｓｓ−Ｃトラフィックと同一に処理される。
【０００９】
ＲＰＲ公平性メカニズムには、上記のｅＭＰトラフィックとＣｌａｓｓ−Ｃトラフィックだけが適用される。ＲＰＲ ＭＡＣは、ａｄｄＡ伝送バッファーと、ａｄｄＢ伝送バッファーと、ａｄｄＣ伝送バッファーと、を有する。
【００１０】
また、リングを制御するための各種制御トラフィックは、ａｄｄＭＡＣ伝送バッファーを通じてリングで伝送される。そして、ＲＰＲでは、ノードがリング形態を取っているので、各々のノードはソースノードが伝送するトラフィックを目的のノードに伝達するための経由ノードとしての役割を遂行しなければならない。
【００１１】
したがって、ＲＰＲ ＭＡＣでは、この役割を実行するために、ＰＴＱ(Primary Transit Queue)とＳＴＱ(Secondary Transit Queue)の二つの経由バッファーがある。また、ＳＴＱ経由バッファーは、混雑発見と混雑制御のために、ｈｉｇｈ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄとｌｏｗ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの二つの臨界値（閾値）を有する。
【００１２】
アップストリームノードからのＣｌａｓｓ−Ａトラフィックは、ＰＴＱ経由バッファーを通じてダウンストリームノードへ伝送し、アップストリームノードからのＣｌａｓｓ−Ｂ とＣｌａｓｓ−Ｃトラフィックは、ＳＴＱ経由バッファーを通じてダウンストリームノードへ伝送する。
【００１３】
ＲＰＲ公平性メカニズムは、ノード自機のＭＡＣクライアントが伝送するトラフィックの量と、アップストリームノードから伝達されるＣｌａｓｓ−ＣとｅＭＰトラフィックとの量とをモニターすることにより駆動され、このトラフィックの量を制御するために、以下のようなパラメータを有する。
【００１４】
ａｄｄＲａｔｅ: 自機のクライアントからリングで伝送するＣｌａｓｓ−ＣとｅＭＰトラフィックの量を測定
【００１５】
ａｄｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄ: 自機のクライアントからリングで伝送して混雑が発生したノード以後のダウンストリームノードに伝送するａｄｄＲａｔｅの量を測定
【００１６】
ｆｗＲａｔｅ: 自機のＳＴＱ経由バッファーを通じてリングで伝送するＣｌａｓｓ−ＣとｅＭＰトラフィックの量を測定
【００１７】
ｆｗＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄ: 自機のＳＴＱ経由バッファーを通じてリングで伝送して混雑が発生したノード以後のダウンストリームノードに伝送するｆｗＲａｔｅトラフィックの量を測定
【００１８】
ａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄ : ノードが、混雑が発生したノード以後のダウンストリームノードに伝送できる最大ａｄｄＲａｔｅトラフィックの量。ダウンストリームノードで混雑が発生しなかった場合、即ち、ダウンストリームノードからＦＵＬＬ値の公平伝送率を受信した場合には、この値を間隔的に増加させる。
【００１９】
各々のノードは、一定間隔(aging interval)ごとに自機のＳＴＱバッファーを検査する。このとき、トラフィック量がｌｏｗ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを超過すれば、自機に混雑が発生したと判断して、現在のａｄｖｅｒｔｉｓｅ ｉｎｔｅｒｖａｌが完了されると、公平メッセージに公平伝送率(fair rate)と自機のＭＡＣアドレスとを載せてアップストリームノードに伝送する。
【００２０】
公平メッセージを受信したアップストリームノードは、自機のａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄ値を受信した公平メッセージの公平伝送率値で再設定する。即ち、公平メッセージを受信したノードは、次のａｇｉｎｇ ｉｎｔｅｒｖａｌの間に自機が伝送するトラフィックの量(Ｃｌａｓｓ−Ｃ + ｅＭＰ)が、受信した公平伝送率を越さないように伝送して混雑が発生しないようにする。
【００２１】
言い換えれば、アップストリームノードから伝送されるトラフィックにより一つのノードが伝送するａｄｄＲａｔｅ(Ｃｌａｓｓ−Ｃ + ｅＭＰ)量が減少されると、そのノードは、減少されたａｄｄＲａｔｅを公平メッセージを用いてアップストリームノードに広告する。この公平メッセージを受信したアップストリームノードは、自機の伝送率を、受信した公平伝送率を超過しないように調整する処理を行い、アップストリームノードから入って来るトラフィックが減れば、混雑が発生したノードのａｄｄＲａｔｅがさらに増加する処理を行って、混雑が解決される方式で公平性アルゴリズムを駆動する。
【００２２】
ＲＰＲ網の全てのノードは、ａｄｖｅｒｔｉｓｅ ｉｎｔｅｒｖａｌが完了されるときごとに公平メッセージを伝送し、その公平メッセージは、混雑が一番ひどく発生したノードの公平伝送率と、そのノードのＭＡＣアドレスと、を含み、ｈｏｐ−ｂｙ−ｈｏｐ形式でアップストリームノードに伝送される。伝送される公平伝送率は、現在一番混雑がひどく発生したノード自機が、以前のａｇｉｎｇ ｉｎｔｅｒｖａｌの間にリングに伝送したａｄｄＲａｔｅ(Ｃｌａｓｓ−Ｃ + ｅＭＰ)の量である。
【００２３】
このように、従来定義されたＲＰＲ公平性メカニズムでは混雑が発生し、その混雑が解決された後に使用しないで活用可能な帯域幅を効率的に使用することができず、帯域幅の利用率が低いという短所があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
したがって、本発明は上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ＲＰＲ網で混雑が解決された後に使用されないで活用可能な帯域幅を、現在のトラフィックを伝送中であるノードに効率的に割り当てて全体帯域幅利用率を高め、同時に現在のトラフィックを伝送中であるノードに公平に割り当てて公平性を維持するようにするＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記目的を達成するための本発明の一側面によると、ＲＰＲ網に接続されたノードでＲＰＲ公平メカニズムを用いて帯域幅を割り当てる方法であって、ノードに混雑が発生したか否かをエイジング間隔ごとに判断し、混雑が発生したと判断すると、自機のノードが一つのエイジング間隔の間にリングに伝送した第１のトラフィック量を、アップストリームノードから流入されるトラフィック量を減少させるための第１の公平伝送率として設定し、該第１トラフィックの量を、自機の識別子とともに公平メッセージに記録してアップストリームノードに広告し、当該第１の公平伝送率を保存する。そして、一のエイジング間隔の間に当該第１の公平伝送率によって減少されて送信された、前記アップストリームノードからの第２のトラフィック量を測定して保存する。混雑が解決される場合には、自機が最近に広告した公平伝送率と、アップストリームノードから伝送されたトラフィック量と、を参照して活用可能な帯域幅を算出し、その活用可能な帯域幅をアップストリームノードに効果的に公平に割り当てるように、公平伝送率を算出してアップストリームノードに伝送する。アップストリームノードは、この公平伝送率によってトラフィックを伝送する。このようにすることにより、任意のノードで混雑が発生してからその混雑が解決された場合に、即刻的に活用可能な帯域幅を効果的に使用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、従来のＩＥＥＥ ８０２．１７ ドラフトに定義されたＲＰＲ公平性メカニズムで混雑が発生し、その混雑が解決された後に帯域幅を効率的に使用することができない問題点が解決され、改善された帯域幅の割当方法を提供することが可能となる。
【００２７】
本発明による帯域幅割当方法では、一つのノードから混雑が発生した後にその混雑が解決されると、混雑が発生したノードは、現在自機にトラフィックを伝送中であるノードの数を予測して、現在使用可能な帯域幅を、現在トラフィックを伝送中であるノードに公平に割り当てて、帯域幅利用率を高めることができる。
【００２８】
また、本発明によれば、混雑が発生したノードは、自機が広告した公平伝送率と、アップストリームノードから自機のＳＴＱ伝送バッファーへ伝送されたトラフィックの量と、を持続的に測定しているので、エイジング間隔が完了されるときごとに、現在自機にトラフィックを伝送中であるアップストリームノードの数と、全体帯域幅の中でどのくらいの帯域幅が使用可能であるか分かる。
【００２９】
したがって、混雑が解決されると、現在活用可能な帯域幅を考慮しないで、単純にＦＵＬＬ値の伝送率を広告して、ソースノード自らトラフィック伝送を徐々に増加させる従来のメカニズムとは対照的に、現在活用可能な帯域幅の量を一定な割合でソースノードに割り当てる本発明の帯域幅割当方法によれば、帯域幅の利用率を一層高めることができる。
【００３０】
また、現在ボスティな性質のインターネットトラフィック特性に合わせて指数分布のＯＮ/ＯＦＦトラフィックを使用し、ネットワークシミューレーター ｎｓ−２を用いて分析した性能分析の結果、多様なボスティ特性のトラフィック伝送において、本発明による帯域幅の割当方法は、従来の帯域幅割当方法よりも帯域幅の利用率が高いことを確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付した図面を参照して、本発明による好ましい実施形態について説明する。
【００３２】
図１は、一般的なＲＰＲのＭＡＣ構造図である。
【００３３】
図１を参照すると、ＲＰＲ ＭＡＣは、上述のような相互に異なる三つの優先順位を有するトラフィックを伝送するために、ａｄｄＡ伝送バッファーと、ａｄｄＢ伝送バッファーと、ａｄｄＣ伝送バッファーとを有しており、この３種類のトラフィックは、ステージ(stage)バッファーを用いてリングに伝送される。
【００３４】
図２は、ＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法により公平伝送率がアップストリームノードに伝送される過程を示している。
【００３５】
ノード１，２，３，４がノード５にトラフィックを伝送している過程で、もし、ノード４で混雑が発生した場合には、ノード４は、現在のａｄｖｅｒｔｉｓｅ ｉｎｔｅｒｖａｌが完了された後に、自機の公平伝送率とＭＡＣアドレスとを公平メッセージに記録してノード３に伝送する。
【００３６】
ノード３は、このメッセージを受信すると、自機のａｌｌｏｗＲａｔｅＣｏｎｇｅｔｅｄ値をノード４から受信した公平伝送率で再設定して、自機（ノード３）が伝送するＣｌａｓｓ−ＣとｅＭＰトラフィックの量が、ノード４が伝送した公平伝送率を越さないようにする。
【００３７】
ノード３は、自機のａｄｖｅｒｔｉｓｅ ｉｎｔｅｒｖａｌが完了されると、ノード４から受信した公平伝送率とＭＡＣアドレスとを公平メッセージに載せてノード２に伝送して、ノード４で現在混雑が発生した事実と公平伝送率を知らせる。しかしながら、このメッセージを受信したノード２も現在混雑が発生した状態である場合は、ノード１にはノード２と４の内で混雑が一層ひどく発生したノードの公平伝送率を伝送しなければならない。
【００３８】
したがって、ノード２は、自機の公平伝送率とノード４の公平伝送率とを比較して、より小さい値の公平伝送率を選択する。公平伝送率がより小さいということは、そのノードの以前のエイジング間隔の間に伝送したａｄｄＲａｔｅの量が一層小さいという意味である。即ち、混雑が一層ひどく発生したため、リングに、より少ない量のトラフィックを伝送したことを意味する。したがって、ノード２は、自機の公平伝送率と自機のＭＡＣアドレスとを公平メッセージに載せてノード１に伝送する。このように、ＲＰＲ網で混雑が発生した場合には、混雑が発生したノードの公平伝送率として混雑を制御する。
【００３９】
混雑が発生したノードで混雑が解決された後には、当該ノードは、ＦＵＬＬ値の公平メッセージをアップストリームノードに広告して、現在網には混雑がないことを通知する。このＦＵＬＬ値の公平伝送率を受信したアップストリームノードは、自機のａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄ値を増加させる。即ち、自機のダウンストリームノードからＦＵＬＬ値の公平伝送率を受信するときごとに自機のトラフィック伝送量を増加させる。増加されるトラフィックの量ΔRは、次の数式１から得られる。
【数１】
2005151558.tif 000003
【００４０】
ここで、ＭＡＸ＿ＡＬＬＯＷＥＤ＿ＲＡＴＥは、ノードが一回のエイジング間隔の間に最大で伝送できるＣｌａｓｓ−ＣとｅＭＰトラフィックの量であり、ＲＡＭＰＣＯＥＦは、基本値４である。
【数２】
2005151558.tif 000004
【００４１】
ＦＵＬＬ値の公平メッセージを受信したノードが、次のエイジング間隔の間に伝送できるトラフィックの最大量は、上記数式２の通りである。ここで、「new_allowedRateCongested」は、以前のエイジング間隔のａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄに数式１から得られたΔR量を加算した値である。即ち、ＦＵＬＬ値の公平メッセージを受信したノードは、以前のエイジング間隔の間に伝送したトラフィックの量より数式１により得られたΔR量だけさらに伝送できる。
【００４２】
図３は、ＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法により混雑を解決した後に帯域幅を割り当てる流れ図である。
【００４３】
図３を参照すると、ノード３に混雑が発生してから混雑が解決されると、ノード３は、ＦＵＬＬ値の公平伝送率を公平メッセージに載せてノード１，２に伝送する(ステップＳ１)。
【００４４】
このＦＵＬＬ値の公平伝送率を受信したノード１，２は、各々自機の現在ａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄ値を用いて、前記数式１の規定に従い、次のエイジング間隔に増加させるトラフィックの量ΔRを算出し、前記数式２の規定に従い、現在のａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄ値にΔRを加えて、次のエイジング間隔の間に伝送するトラフィックの全体量であるａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄを算出する。
【００４５】
次に、現在のエイジング間隔が完了されて次のエイジング間隔の間に、ノード１，２は、各々新しく設定されたａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄによるトラフィックを伝送する(ステップＳ２，ステップＳ３)。
【００４６】
ノード１，２から以前のエイジング間隔より各々ΔRだけさらに増えたトラフィックを受信したノード３は、自機のＳＴＱバッファーを検査して、トラフィックの量が低い閾値（ｌｏｗ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を超過していない場合には、未だ混雑が発生していないことを示すので、ノード３はノード１，２にさらにＦＵＬＬ値の公平メッセージを伝送する(ステップＳ４)。
【００４７】
再度、ＦＵＬＬ値の公平メッセージを受信したノード１，２は、前記数式１，数式２を用いた算出により、自機のトラフィック伝送量をさらに増加させる(ステップＳ５，ステップＳ６)。
【００４８】
このようにノード３は、自機に混雑が発生しなければ、自機のアップストリームノードにＦＵＬＬ値の公平伝送率を引き続き伝送し(ステップＳｎ)、このＦＵＬＬ値の公平伝送率を受信したアップストリームノードは、自機のトラフィック伝送量を継続的に一定に増加させる(ステップＳｎ＋１，ステップＳｎ＋２)。
【００４９】
アップストリームノードがトラフィック伝送量を継続的に一定に増加させると、ノード３に再び混雑が発生するようになり、ノード３は、自機の公平伝送率を算出して、ノード１，２に公平伝送率を伝送して混雑を制御する。
【００５０】
このように、ＲＰＲ公平性メカニズムでは、一つのノードで混雑が発生する場合には、混雑が発生したノードから算出された公平伝送率を用いてアップストリームノードの伝送量が制御されることで、混雑から脱する。
【００５１】
そして、混雑が発生したノードで混雑が解決されると、そのノードは、ＦＵＬＬ値の公平メッセージをアップストリームノードに伝送して、現在混雑が発生していないことを知らせ、このＦＵＬＬ値の公平メッセージを受信した各々のアップストリームノードは、自機のトラフィック伝送量を一定に増加させる。
【００５２】
しかしながら、増加されるトラフィックの量は、現在活用可能な帯域幅を考慮することなく、単純に、以前のａｇｉｎｇ ｉｎｔｅｒｖａｌの間に伝送したトラフィックの量に一定の割合だけさらに増加させることになる。即ち、現在のトラフィックを伝送するノードは、より沢山の帯域幅を使用することができるにもかかわらず、多くの部分の帯域幅を浪費することになる。これは、現在不使用であり活用可能な帯域幅を効率的に使用することができないため、帯域幅利用率の側面で非効率的である、という問題点を有する。
【００５３】
図４は、ＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法による帯域幅の使用量を示すグラフである。
【００５４】
図４を参照すると、ノード０とノード１が、ダウンストリームノード２にトラフィックを伝送する際に、ノード０とノード１各々のａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄ値が変化する推移を示している。
【００５５】
ノード０は、ノード２にグリディ(greedy)に伝送し、ノード１は、ノード２に１００Ｍｂｐｓで固定的に伝送する。
【００５６】
ここで、ノード１はノード２に１００Ｍｂｐｓで固定的に伝送するので、ノード１のａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄ値は、１００Ｍｂｐｓを維持する。
【００５７】
ノード０がノード２に多量のトラフィックを伝送すれば、ノード１で混雑が発生する。混雑が発生したノード１は、自機の公平伝送率１００Ｍｂｐｓをノード０に伝送するようになり、ノード１から公平伝送率１００Ｍｂｐｓを受信したノード０は、自機の伝送量（rate）を１００Ｍｂｐｓに引き下げ、これによりノード１は混雑から脱する。
【００５８】
しかしながら、ノード１が混雑から脱すると、ＦＵＬＬ値の公平伝送率がノード０に伝送され、ＦＵＬＬ値の公平伝送率を受信したノード０は、不使用であり活用可能な帯域幅が５００Ｍｂｐｓであることにもかかわらず、ノード０の伝送量は、毎エイジング間隔ごとに徐々に増加して、帯域幅の利用率が低くなる問題点が発生する。
【００５９】
以下、添付図面を参照して、本発明について詳細に説明する。
【００６０】
ＲＰＲ網に接続された全てのノードは、エイジング間隔(aging interval)ごとに自機のＳＴＱバッファーを検査して、トラフィックの量が低い閾値（ｌｏｗ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を超過したか否かを検査する。即ち、全てのノードは、自機に混雑が発生したか否かを検査する。また、全てのノードは、一つのエイジング間隔が完了されるときごとに、現在のエイジング間隔の間に自機のアップストリームノードから伝送されて自機のＳＴＱバッファーに入って来たトラフィックの量を測定して記録及び維持する。
【００６１】
もしも一つのノードのＳＴＱバッファートラフィックの量がｌｏｗ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを超過すれば、そのノードは、自機に混雑が発生したと判断して、現在の広告間隔(advertise interval)が完了されると、自機のａｄｄＲａｔｅ、即ち、ノード自機が現在のエイジング間隔の間にリングで伝送したＣｌａｓｓ−ＣとｅＭＰトラフィックの量を公平伝送率として、自機のＭＡＣアドレスとともに公平メッセージに記録して、自機のアップストリームノードに広告する。
【００６２】
このとき、このノードは、自機が一番最近に広告した公平伝送率を記録維持する。一方で、自機のダウンストリームノードから公平メッセージを受信したアップストリームノードは、自機のａｌｌｏｗｅｄＲａｔｅＣｏｎｇｅｓｔｅｄ値を受信した公平伝送率で再設定する。即ち、アップストリームノードは、自機が伝送するトラフィックの量を、受信した公平伝送率に引き下げるようにする。アップストリームノードがリングで伝送するトラフィックの量が減少されれば、混雑が発生したノードのＳＴＱバッファーのトラフィック量はｌｏｗ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを越さなくなり、このノードは、自機の混雑が解決されたと判断する。
【００６３】
混雑が解決された後に、このノードが、再び自機のアップストリームノードに広告する公平伝送率は、公平メッセージに単純にＦＵＬＬ値を載せて伝送されるのではなく、現在使用されないで活用可能な帯域幅を考慮して、その残った帯域幅をアップストリームノードに公平に割り当て、残った帯域幅を最大限使用するように公平伝送率が算出される。混雑が発生したノードは、自機がアップストリームノードに一番最近に広告した公平伝送率を記録し維持している。
【００６４】
また、現在のエイジング間隔の間に、自機のＳＴＱバッファーに伝送されて来たトラフィック量も、測定して、記録及び維持している。したがって、自機が一番最近に広告した公平伝送率で現在のエイジング間隔の間にＳＴＱバッファーに伝送されて来たトラフィックの量を割る（除算する）ようにすれば、現在いくつのアップストリームノードが自機にトラフィックを伝送するか、を予測することができる。その理由は、アップストリームノードは、混雑が発生したノードが広告した公平伝送率の分だけトラフィックを伝送するからである。
【００６５】
次に、混雑が発生したノードは、現在の全体帯域幅の中でどのくらいの帯域幅が使用中であるか、また、現在の全体帯域幅の中でどのくらいの帯域幅が使用されないで活用可能であるか、を算出する。混雑が発生したノード（自機）を含んで現在トラフィックを伝送中であるアップストリームノードの数に、一番最近に広告した公平伝送率を掛ければ、現在の全体帯域幅の中でどのくらいの帯域幅が使用されており、また、どのくらいの帯域幅が使用されないで活用可能であるかが分かる。したがって、混雑が発生したノードは、現在不使用で活用可能な帯域幅を、現在トラフィックを伝送中であるノードに割り当てることができる。
【００６６】
しかしながら、トラフィックを伝送しているノードに現在不使用であり活用可能な帯域幅全体を一度に全部割り当ててしまうと、次のエイジング間隔の間に混雑が再度発生する。したがって、現在不使用で活用可能な帯域幅の半分だけを、現在トラフィックを伝送中であるノードに公平に割り当てる。
【００６７】
このような動作について数式で表現すれば、次の通りである。
【数３】
2005151558.tif 000005
【００６８】
ここで、Ｍ はリングの全体帯域幅を、ｍは現在使用されずに活用可能な帯域幅の量を、Ｆはアップストリームノードに一番最近に伝送した公平伝送率を、ｆは混雑が解決された後に伝送する公平伝送率を、Ｎは現在混雑が発生したノード以後のノードにトラフィックを伝送中であるアップストリームのノード数を、Ｒは現在のエイジング間隔の間に混雑が発生したノードのＳＴＱバッファーに伝送されて来たトラフィック量を、それぞれ表す。
【００６９】
上の式に基づいて、使用されずに活用可能な帯域幅を、ノードにエイジング間隔が完了されるときごとに持続的に割り当てる。一方、変動(fluctuation)を最大限減らすために、全体帯域幅の中で使用帯域幅が９５％以上の場合には、ＦＵＬＬ値の公平伝送率をアップストリームノードに伝送して、数式１に規定された増加割合によりトラフィック伝送量を徐々に増加させて、混雑が頻繁に発生しないようにする。
【００７０】
図５は、本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平性メカニズムを用いた帯域幅割当方法についての帯域幅の割当流れ図である。
【００７１】
ここでは、リンクの全体帯域幅は６００Ｍｂｐｓであり、ノード１，２，３がノード４にトラフィックを伝送する場合を想定する。ここで、ノード３は、ノード４に１００Ｍｂｐｓの固定された伝送率でトラフィックを伝送する。このとき、もし、ノード３で混雑が発生して公平伝送率１００Ｍｂｐｓをアップストリームノードに伝送すると(ステップＳ１１)、次のエイジング間隔の間にノード１，２は、各々１００Ｍｂｐｓのトラフィックをリングで伝送する(ステップＳ１２，ステップＳ１３)。したがって、ノード３のＳＴＱバッファーに２００Ｍｂｐｓのトラフィックが入って来るようになり、その量をノード３自機が広告した公平伝送率１００Ｍｂｐｓで割る（除算する）ようにすれば、現在２個のアップストリームノードが自機分にトラフィックを伝送していることを予測することができる。
【００７２】
また、ＳＴＱバッファーに入って来たトラフィックの量と、自機が伝送したトラフィックの量とを合算すると、現在の全体帯域幅をどのくらい使用中であるかと、不使用であり活用可能であるか、が分かる。したがって、上の数式３により３００Ｍｂｐｓの帯域幅が使用中であり、現在活用可能な帯域幅が３００Ｍｂｐｓであることが分かる。
【００７３】
したがって、次のエイジング間隔の間に活用可能な３００Ｍｂｐｓの１/２である１５０Ｍｂｐｓを、現在トラフィックを伝送中であるノード１，２の各々に７５Ｍｂｐｓずつさらに割り当てることができるので、再度広告する公平伝送率を１７５Ｍとして、ノード１とノード２に伝送する(ステップＳ１４)。
【００７４】
したがって、次のエイジング間隔の間にノード１，２は、各々１７５Ｍｂｐｓずつリングで伝送して(ステップＳ１５，ステップＳ１６)、ノード３も１００Ｍｂｐｓをリングで伝送する。したがって、現在４５０Ｍｂｐｓが使用中であり、１５０Ｍｂｐｓの帯域幅が活用可能であることが分かる。
【００７５】
そして、再度、１５０Ｍｂｐｓの１/２である７５Ｍｂｐｓをノード１，２に各々３８Ｍｂｐｓずつさらに割り当てることができる。したがって、再度広告する公平伝送率は、１７５Ｍｂｐｓに３８Ｍｂｐｓを合算した２１３Ｍｂｐｓである(ステップＳ１７)。
【００７６】
本発明者らは、シミュレーションを通じて従来のドラフトに定義されているＲＰＲ公平性メカニズムによる帯域幅割当方法の性能と、本発明による帯域幅割当方法の性能とを比較評価した。このシミュレーションは、ネットワークシミューレーター ｎｓ-２(network simulator version 2)を使用して行った。
【００７７】
図６は、本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法の性能をテストするためのＲＰＲシミュレーション網の構造図である。
【００７８】
二つのリングの帯域幅は各々６００Ｍｂｐｓであり、ノードとノード間の電波遅延時間は０.１ｍｓである。全てのノードのＳＴＱバッファーサイズは１２８ｋｂｙｔｅｓであり、ｌｏｗ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄは１６ｋｂｙｔｅｓ(ＳＴＱ_buffer_size / 8)であり、ｈｉｇｈ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄは１１８７８４ｋｂｙｔｅｓ(ＳＴＱ＿ｂｕｆｆｅｒ＿ｓｉｚｅ ―  ＭＴＵ (9216bytes))である。また、全てのノードのエイジング間隔(aging interval)と広告間隔(advertise interval)は１００μｓである。
【００７９】
図７は、本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法の性能をテストするためのＲＰＲシミュレーションにおけるトラフィック伝送流れ図である。
【００８０】
図７を参照すると、ノード６とノード０は、ノード２にトラフィックをグリディに伝送する。また、現在のボスティなインターネットトラフィック特性のために、指数分布のＯＮ/ＯＦＦトラフィックを発生させた。ＯＮ期間の間にはトラフィックを伝送し、ＯＦＦ期間の間にはトラフィックを伝送しない。ノード１はノード２に１００Ｍｂｐｓの固定された伝送速度でＣＢＲ(constant bit rate)トラフィックを伝送する。これは、ノード１で混雑発生と混雑解決を反復的に発生させるためである。
【００８１】
図８は、ＯＮ/ＯＦＦ全体周期を１０００μｓとするトラフィックを伝送する際の、本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平メカニズムと、本実施形態とは異なる方法による帯域幅の利用率とを比較するグラフである。
【００８２】
図８を参照すると、ノード６とノード０の二つのノードは、各々ＯＮ/ＯＦＦ全体の間隔を１０００μｓとして、ＯＮの期間は１００μｓから９００μｓまで１００μｓずつ増加させ、ＯＦＦは反対に９００μｓから１００μｓまで１００μｓずつ減少させて、トラフィックを伝送したときの全てのノードの全体帯域幅の利用率を表している。
【００８３】
図８に表されるように、ＯＮ/ＯＦＦの間隔が１００/９００，２００/８００のように、ＯＮの期間が短くＯＦＦの期間が長いために混雑がほとんど発生しないときには、他の方法と本発明によるＲＰＲ公平メカニズムの帯域幅の利用率はほぼ等しいが、ＯＮの期間が増加してＯＦＦの期間が減少するほど、本発明による帯域幅割当方法の帯域幅の利用率が一層良くなることが分かる。これは、ＯＮ期間が増加してＯＦＦ期間が減少するほど混雑がより多く発生するようになり、本発明による帯域幅割当方法では、混雑が発生した後に帯域幅をより一層効率的に使用するからである。
【００８４】
図９は、ＯＮ/ＯＦＦの比率を１:２としたトラフィックを伝送する際の、本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平メカニズムと、本実施形態とは異なる方法による帯域幅の利用率とを比較するグラフである。
【００８５】
図９を参照すると、ノード６とノード０の二つのノードは、各々ＯＮ/ＯＦＦ期間の割合を１:２で固定して、ＯＮ，ＯＦＦの期間を各々増加させながらトラフィックを伝送したときのノードの全体帯域幅の利用率を表している。
【００８６】
ここでも本発明による帯域幅割当方法の方が、帯域幅の利用率が一層高いことがわかる。なお、ＯＮ/ＯＦＦの間隔が１:２を維持しながらＯＮ，ＯＦＦ期間を各々増加させる際に、全体的に帯域幅の利用率が落ちているが、この理由は、たとえＯＮ/ＯＦＦの間隔が１:２で同一（固定）の場合であっても、ＯＮの期間が増加すればするほど混雑がよりたくさん発生するからである。
【００８７】
図１０は、ＯＮ/ＯＦＦの比率をＸ:３としたトラフィックを伝送する際の、本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平メカニズムと、本実施形態とは異なる方法による帯域幅の利用率とを比較するグラフである。
【００８８】
図１０を参照すると、ノード６とノード０の二つのノード各々のＯＦＦの期間を３００μｓで固定させて、ＯＮの期間を１００μｓから１０００μｓまで１００μｓずつ増加させながらトラフィックを伝送したときの、全てのノードの全体帯域幅の利用率を表している。ここでも本発明による帯域幅割当方法では帯域幅利用率がさらに高いことを確認することができる。
【００８９】
図１１は、図８のシミュレーションにおけるノード６，０，１の各々の帯域幅の利用率を示すグラフである。
【００９０】
図１１を参照すると、ノード１は１００Ｍｂｐｓで固定されたトラフィックを伝送するので、ノード１の帯域幅の利用率は、固定された値を有する。一方、ノード６とノード０は、ＯＮの期間が増加してＯＦＦの期間が減少するほど、帯域幅の利用率は増加する。また、二つのノードがほとんど同一の帯域幅の利用率を見せているので、ノード６とノード０は帯域幅を公平に分けて使用することが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】一般的なＲＰＲのＭＡＣ構造図である。
【図２】ＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法により公平伝送率がアップストリームノードに伝送される概念図である。
【図３】ＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法により混雑解決後に帯域幅を割り当てる流れ図である。
【図４】ＲＰＲ公平メカニズムを用いた帯域幅割当方法による帯域幅使用量を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平性メカニズムを用いた帯域幅割当方法の帯域幅割当についての流れ図である。
【図６】本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平性メカニズムを用いた帯域幅割当方法の性能をテストするためのＲＰＲシミュレーション網構造図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平性メカニズムを用いた帯域幅割当方法の性能をテストするためのＲＰＲシミュレーションにおけるトラフィック伝送流れ図である。
【図８】ＯＮ/ＯＦＦ全体周期を１０００μｓとするトラフィックを伝送する際の、本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平メカニズムと、実施形態とは異なる方法による帯域幅の利用率とを比較するグラフである。
【図９】１:２割合のＯＮ/ＯＦＦトラフィックを伝送する際の、本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平メカニズムと、実施形態とは異なる方法による帯域幅の利用率とを比較するグラフである。
【図１０】Ｘ:３割合のＯＮ/ＯＦＦトラフィックを伝送する際の、本発明の一実施形態によるＲＰＲ公平メカニズムと、本実施形態とは異なる方法による帯域幅の利用率とを比較するグラフである。
【図１１】図８のシミュレーションにおけるノード６，０，１各々の帯域幅の利用率を示すグラフである。
【図１】
2005151558.tif 000006
【図２】
2005151558.tif 000007
【図３】
2005151558.tif 000008
【図４】
2005151558.tif 000009
【図５】
2005151558.tif 000010
【図６】
2005151558.tif 000011
【図７】
2005151558.tif 000012
【図８】
2005151558.tif 000013
【図９】
2005151558.tif 000014
【図１０】
2005151558.tif 000015
【図１１】
2005151558.tif 000016