(57)【要約】【課題】集線装置の複雑化を回避でき、信頼性の向上および消費電力低減を達成できるサービス品質制御方法およびシステムを提供する。【解決手段】集線装置（１０）に複数の下位装置（＃００−＃０ｎ）が接続され、各下位装置からの上りデータフローのＱｏＳ制御システムであって、集線装置はフロー制御部（１０１）とフェアネス制御部（１０３）とを有し、各下位装置はパケット送信制御部（２０．０−２０．ｎ）を有し、各パケット送信制御部はフェアネス制御部により割り当てられた送信許可帯域に従って上りデータフローの優先度制御を行い、優先度制御された上りデータフローを集線装置へ送信する。【選択図】図１
2012199654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集線装置に複数の下位装置が接続され、各下位装置から前記集線装置へ送信される上りデータフローのサービス品質を制御するシステムであって、
前記集線装置はフロー制御手段とフェアネス制御手段とを有し、
前記複数の下位装置の各々は送信制御手段を有し、
各下位装置の前記送信制御手段は、前記フェアネス制御手段により割り当てられた送信許可帯域に従って上りデータフローの優先度制御を行い、優先度制御された上りデータフローを前記集線装置へ送信する、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記集線装置の前記フロー制御手段は、各下位装置から受信した前記上りデータフローに対して前記送信許可帯域を超える帯域分のデータを廃棄することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記下位装置の前記送信制御手段は使用帯域要求を前記集線装置へ送信し、前記集線装置の前記フェアネス制御手段は各下位装置から受信した使用帯域要求に対して公平制御により送信許可帯域を決定して前記下位装置へ返信することを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
複数の下位装置の各々に接続した回線を収容する集線装置であって、
複数の上りデータフローを多重化してネットワークへ送信する多重化手段と、
各下位装置から受信した使用帯域要求に対して公平制御により送信許可帯域を決定して前記下位装置へ返信するフェアネス制御手段と、
各下位装置で優先度制御された上りデータフローを受信し前記多重化手段へ転送するフロー制御手段と、
を有することを特徴とする集線装置。
【請求項５】
前記フロー制御手段は、各下位装置からの上りデータフローにおける前記送信許可帯域を超える帯域分のデータを廃棄することを特徴とする請求項４に記載の集線装置。
【請求項６】
集線装置に複数の下位装置が接続され、各下位装置から前記集線装置へ送信される上りデータフローのサービス品質を制御する方法であって、
前記集線装置はフロー制御手段とフェアネス制御手段とを有し、前記複数の下位装置の各々は送信制御手段を有し、
前記フェアネス制御手段が各下位装置から受信した使用帯域要求に対して公平制御により送信許可帯域を決定し、
各下位装置の前記送信制御手段が前記送信許可帯域に従って上りデータフローの優先度制御を実行し、優先度制御された上りデータフローを前記集線装置へ送信する、
ことを特徴とするサービス品質制御方法。
【請求項７】
前記集線装置の前記フロー制御手段は、各下位装置から受信した前記上りデータフローに対して前記送信許可帯域を超える帯域分のデータを廃棄することを特徴とする請求項６に記載のサービス品質制御方法。
【請求項８】
前記下位装置の前記送信制御手段は使用帯域要求を前記集線装置へ送信し、前記集線装置の前記フェアネス制御手段は各下位装置から受信した使用帯域要求に対して公平制御により送信許可帯域を決定して前記下位装置へ返信することを特徴とする請求項６または７に記載のサービス品質制御方法。
【請求項９】
複数の下位装置の各々に接続した回線を収容する集線装置におけるプログラム制御プロセッサを機能させるプログラムであって、
フェアネス制御手段が各下位装置から受信した使用帯域要求に対して公平制御により送信許可帯域を決定して前記下位装置へ返信し、
フロー制御手段が各下位装置で優先度制御された上りデータフローを受信し多重化手段へ転送し、
前記多重化手段が複数の上りデータフローを多重化してネットワークへ送信する、
ように前記プログラム制御プロセッサを機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
前記フロー制御手段が各下位装置からの上りデータフローにおける前記送信許可帯域を超える帯域分のデータを廃棄することを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集線装置を含むアクセス系データ伝送システムに係り、特にサービス品質（ＱｏＳ：Quality of Service）の制御方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多数のキャリアからエンドユーザ向けインターネット接続サービスが提供され、広く普及している状況である。これらのインターネット接続は、安価なサービス提供を実現するためにネットワークアクセスエッジ部に集線装置を設け、集線装置で加入者線を集約する共に公平制御や優先制御のＱｏＳ制御を実施している（たとえば特許文献１、特許文献２など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０２１９１８号公報
【特許文献２】特開２００９−１４１５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、集線装置はＱｏＳ機能を実現する為に、多くのパケットバッファメモリと大規模なＱｏＳ制御機能を有しており、その結果として部品点数の増加による信頼性の低下やそれに伴う可用性の低下、また装置の消費電力や発熱量増加を招来している。特に、近年の低消費エネルギー化への潮流のなかで情報機器に対しても省エネ化が求められており、信頼性の低下やそれに伴う可用性の低下だけでなく消費電力および発熱量の増加も抑制することが求められている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、集線装置の複雑化を回避でき、信頼性の向上および消費電力低減を達成できるサービス品質制御方法およびシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるサービス品質制御システムは、集線装置に複数の下位装置が接続され、各下位装置から前記集線装置へ送信される上りデータフローのサービス品質を制御するシステムであって、前記集線装置はフロー制御手段とフェアネス制御手段とを有し、前記複数の下位装置の各々は送信制御手段を有し、各下位装置の前記送信制御手段は、前記フェアネス制御手段により割り当てられた送信許可帯域に従って上りデータフローの優先度制御を行い、優先度制御された上りデータフローを前記集線装置へ送信する、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明によるサービス品質制御方法は、集線装置に複数の下位装置が接続され、各下位装置から前記集線装置へ送信される上りデータフローのサービス品質を制御する方法であって、前記集線装置はフロー制御手段とフェアネス制御手段とを有し、前記複数の下位装置の各々は送信制御手段を有し、前記フェアネス制御手段が各下位装置から受信した使用帯域要求に対して公平制御により送信許可帯域を決定し、各下位装置の前記送信制御手段が前記送信許可帯域に従って上りデータフローの優先度制御を実行し、優先度制御された上りデータフローを前記集線装置へ送信する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明よれば、集線装置の複雑化を回避でき信頼性の向上および消費電力低減を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の一実施形態によるＱｏＳ分散制御システムを適用した集線装置および下位装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】図２は本実施形態におけるＱｏＳ分散制御動作の一例を示すシーケンス図である。
【図３】図３（Ａ）は本実施形態において用いられる帯域要求パケットのフォーマット図、図３（Ｂ）は本実施形態において用いられる許可帯域通知パケットのフォーマット図である。
【図４】図４は本実施形態における下位装置の優先制御動作を示すフローチャートである。
【図５】図５（Ａ）は本実施形態における集線装置の公平制御動作を示すフローチャート、図５（Ｂ）は本実施形態における集線装置のデータ通信時の通信制御動作を示すフローチャートである。
【図６】図６（Ａ）は本実施形態における集線装置に各下位装置から要求された帯域総量の変化を示すグラフ、図６（Ｂ）は本実施形態における集線装置の公平制御により得られた各下位装置の送信許可帯域の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明によれば、これまで集線装置で実行されていたＱｏＳ制御を集線装置が収容する複数の下位装置との間で分担することにより、構成の簡素化および集線装置の信頼性の向上および消費電力低減が可能となる。具体的には、下位装置へお使用帯域割当制御機能（フェアネス制御）と実際の送信時の輻輳抑止機能とを集線装置側で、クラス優先制御機能を下位側装置側でそれぞれ分散処理することにより、集線装置内でのパケット輻輳抑止のためのパケットバッファメモリの排除と、ＱｏＳ制御機能の規模縮小と、負荷分散による集線装置の信頼性向上および消費電力の低減とを達成することができる。なお、本発明は多重化され輻輳の発生する可能性のある上り方向の通信量制御を主としている。
【００１１】
１．構成
図１において、本発明の一実施形態によるアクセス系伝送システムは、集線装置１がｎ個の下位装置＃００〜＃０ｎにそれぞれ接続されたｎ本の回線を収容しているものとする。下位装置＃００〜＃０ｎは、たとえば各戸に設けられたホームゲートウェイなどであり、ここでは各下位装置にユーザ端末が接続されているものとする。
【００１２】
集線装置１０は、フロー制御部１０１、多重化／分離部１０２およびフェアネス制御部１０３を機能的に含んでおり、フロー制御部１０１には、帯域割当要求抽出部１１０、送信許可帯域通知部１１１および上りパケット廃棄制御部１１２の各機能が含まれている。後述するように、各下位装置からの帯域要求を受けてフェアネス制御部１０３が各下位装置に対して送信帯域を割り当てると、各下位装置からの上りデータパケットは上りパケット廃棄制御部１１２により割輻輳抑止されつつ多重化／分離部１０２へ転送される。多重化／分離部１０２は上りデータパケットを多重化してネットワークへ送信する。
【００１３】
下位装置＃００〜＃０ｎには、パケット送信制御部２０．０〜２０．ｎがそれぞれ設けられ、後述するようにユーザ端末からの送信パケットに対してクラス優先度制御を実行し、集線装置１０へ送信する。
【００１４】
なお、集線装置１０のフロー制御部１０１およびフェアネス制御部１０３の機能は、図示しないプログラム制御プロセッサ上でメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現することも可能である。また、各下位装置のパケット送信制御部も同様に、下位装置のプログラム制御プロセッサ上でメモリに格納されたプログラムを実行することにより同等の機能を実現することができる。以下、本実施形態によるＱｏＳ分散制御システムの動作を図２および図３を参照しながら説明する。
【００１５】
２．動作
２．１）システムシーケンス
図２において、下位装置＃００〜＃０ｎのパケット送信制御部２０．０〜２０．ｎがそれぞれ帯域要求パケットＰ００〜Ｐ０ｎを集線装置１０へ送信したとする。帯域要求パケットＰ００〜Ｐ０ｎは、図３（Ａ）に示すように、通常ヘッダに続いて、送信元である下位装置を識別する番号と当該下位装置が要求する送信帯域量とを含む。
【００１６】
集線装置１０が帯域要求パケットＰ００〜Ｐ０ｎを受信すると、フロー制御部１０１の帯域割当要求抽出部１１０は、各帯域要求パケットの送信元識別番号とその帯域要求量とを抽出してフェアネス制御部１０３へ提供する。
【００１７】
フェアネス制御部１０３は、下位装置間の使用帯域が公平になるように使用帯域を割り当て、その割当結果をフロー制御部１０１に戻す（ステップ３０１）。
【００１８】
フロー制御部１０１の通信許可帯域通知部１１１は、各下位装置に割当許可された使用帯域を格納した許可帯域通知パケットＰ１０〜Ｐ１ｎを生成し、それぞれの宛先である下位装置＃００〜＃０ｎへ送信する。許可帯域通知パケットＰ１０〜Ｐ１ｎは、図３（Ｂ）に示すように、通常ヘッダに続いて、送信先となる下位装置を識別する番号と当該下位装置に許可された送信帯域情報とを含む。
【００１９】
下位装置＃００〜＃０ｎが許可帯域通知パケットＰ１０〜Ｐ１ｎをそれぞれ受信すると、各下位装置のパケット送信制御部は、自局に割り当てられた許可帯域内での通常の送信パケットの優先度制御を実行し（ステップＣＰ０−ＣＰｎ）、こうして優先度制御された上り送信パケットＰ−Ｕ０〜Ｐ−Ｕｎが集線装置１０へ送信される。
【００２０】
上り送信パケットＰ−Ｕ０〜Ｐ−Ｕｎを集線装置１０が受信すると、フロー制御部１０１の上りパケット廃棄制御部１１２は、上り送信パケットＰ−Ｕ０〜Ｐ−Ｕｎに対して送信許可帯域内での帯域チェックと過剰帯域分の廃棄制御を行い、多重化／分離部１０２により多重化されてネットワークへ送出される（ステップ３０２）。
【００２１】
２．２）下位装置の動作
図４において、まず、下記装置＃０ｉ（ｉ＝１，２，・・・ｎ）のパケット送信制御部２０．ｉは、予め設定された時間間隔で、ユーザ端末＃ｉとの通信量を元に使用予定帯域を計算し（ステップ４０１）、上述した帯域要求パケットＰ０ｉを生成して集線装置１０へ送信する（ステップ４０２）。帯域要求パケットＰ０ｉを送信すると、パケット送信制御部２０．ｉは集線装置１０からの送信許可帯域通知を待つ（ステップ４０３）。
【００２２】
所定時間経過前に上述した許可帯域通知パケットＰ１ｉを受信すると（ステップ４０３のＹＥＳ）、パケット送信制御部２０．ｉは許可された割当送信帯域内でユーザ端末＃ｉからの送信パケットを優先度制御し、上り送信パケットＰ−Ｕｉを集線装置１０へ送信する（ステップ４０４）。所定時間経過しても許可帯域通知パケットＰ１ｉを受信しなかった場合には（ステップ４０３のＮＯ）、パケット送信制御部２０．ｉは予め決められた最低保証帯域内でユーザ端末＃ｉからの送信パケットを優先度制御し、上り送信パケットＰ−Ｕｉを集線装置１０へ送信する（ステップ４０５）。
【００２３】
２．３）集線装置の動作
図５（Ａ）において、まず、帯域要求パケットＰ００〜Ｐ０ｎを受信すると、フロー制御部１０１の帯域割当要求抽出部１１０は各帯域要求をフェアネス制御部１０３へ出力する（ステップ５０１）。
【００２４】
フェアネス制御部１０３は、各下位装置からの要求帯域に対して、下位装置間の一定時間ごとの使用可能帯域が公平となるように各下位装置の帯域割当てを行う（ステップ５０２）。具体的には、各下位装置からの要求帯域を比較し、ある一定時間の間で帯域割当て結果が公平になるように各下位装置間の要求帯域について調停を行う。この調停は、下位装置＃００〜＃０ｎに割り当てられる送信可能帯域の合計値がアップリンク側回線の総帯域を越えないように行われる。
【００２５】
たとえば、図６（Ａ）に示すように、下位装置＃００、＃０１および＃０ｎからそれぞれの要求帯域が受信されたとしても、フェアネス制御部１０３により、図６（Ｂ）に示すように、アップリンク側回線の総帯域以下で送信帯域を各下位装置へ公平に割り当てられる。
【００２６】
こうして下位装置間の使用帯域が公平になるように使用帯域を割り当てられると、その割当結果がフロー制御部１０１に戻される。通信許可帯域通知部１１１は、各下位装置に割当許可された使用帯域を格納した許可帯域通知パケットＰ１０〜Ｐ１ｎを生成し、それぞれの宛先である下位装置＃００〜＃０ｎへ送信する（ステップ５０３）。許可帯域通知パケットＰ１０〜Ｐ１ｎの送信方法としては、たとえばネットワークからの下り通信パケットが多重化／分離部１０２により宛先の下位装置ごとに分離され、対応する下位装置＃０ｉ宛の下り通信パケットストリームに、許可帯域通知パケットＰ１ｉを下り通信路に挿入して送信する。
【００２７】
図５（Ｂ）において、上り送信パケットＰ−Ｕｉを受信すると（ステップ５０４）、フロー制御部１０１の上りパケット廃棄制御部１１２は、上り送信パケットＰ−Ｕｉの通信量が送信許可帯域内であるか否かを判定する（ステップ５０５）。上り送信パケットＰ−Ｕｉの通信量が割当て帯域を上回る場合には（ステップ５０５のＮＯ）、上りパケット廃棄制御部１１２は、過剰帯域分のパケットのみ廃棄を行い割当て帯域内に収まるように制御し（ステップ５０６）、上り送信パケットＰ−Ｕｉの通信量が割当て帯域以内であれば（ステップ５０５のＹＥＳ）、そのまま多重化／分離部１０２で多重化しネットワークへ送信する（ステップ５０７）。
【００２８】
３．効果
本実施形態によれば、ＱｏＳ機能を集線装置１０と各下位装置とに分散配置したことにより、集線装置１０の機能集中を解消する事ができ、結果として構成簡素化による信頼性の向上、可用性の向上および消費電力の低減が可能となる。さらに、装置構成の簡素化とパケット輻輳を排除した事により無駄な通信を抑止でき雑音を抑える効果もある。
【００２９】
４．他の実施形態
なお本発明はパケット通信を使用している上記実施形態に限定されるものではなく、たとえば交通トラフィックの制御など、他の集線装置でバッファリングを行うものに適用できる更なる拡張性を持つものである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、トラフィック集線処理機構を有するデータ処理装置、通信装置あるいは伝送装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
＃１〜＃ｎ  ユーザ端末
＃００〜＃０ｎ  下位装置
１０  集線装置
２０．０〜２０．ｎ  パケット送信制御部
１０１  フロー制御部
１０２  多重化／分離部１０２
１０３  フェアネス制御部
１１０  帯域割当て要求抽出部
１１１  送信許可帯域通知部
１１２  上りパケット廃棄制御部
【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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