JP2005033673A

JP2005033673A - パケット転送制御回路及びパケット転送制御方法

Info

Publication number: JP2005033673A
Application number: JP2003272879A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kanazawa; 岳史金澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】簡単なハードウェア構成によって、パケットの複数のフローの各々に帯域制御を行い、かつ、優先制御を同時に実現すること。
【解決手段】クラス設定部１３３は、フロー識別部１１０により識別されたフローに基づいてフロー設定情報格納部１２０から読み出される前記フローに係るフロー設定情報とレート計算部１３２からの前記フローに係る到着レートとを比較して前記パケットの単位で前記パケットの属する前記フローのクラスの設定を行う。出力キュー部１４０は、クラス設定部１３３によって設定された前記パケットの属する前記フローのクラスに基づいて前記複数のパケットの出力順序の制御を行う。到着レート更新部１５０は、出力キュー部１４０からの残存データ量及び前記フロー設定情報の前記パケット到着レート情報に基づいて所定のタイミングで前記フローに係る前記パケット到着レート情報を更新する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力される複数のパケットを出力回線に選択的に出力する時に前記複数のパケットの出力順序の制御を行うパケット転送制御回路及びパケット転送制御方法に関し、特に、前記複数のパケットの複数のフローの各々に対して帯域保証を行うパケット転送制御回路及びパケット転送制御方法に関する。

近年、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）及びＦＴＴＨ（Fiber To The Home）の普及によりコンシューマベースの常時接続サービスが一般化し、アクセス網のブロードバンド化が加速している。また、情報家電製品の進展及びディジタル映像配信サービスの普及に伴い、各種通信サービスに応じた通信品質の差別化要望が高まると予想されている。現在のインターネットの主流は、通信品質を保証しないベストエフォートサービスであり、トラヒックの増加及び異なる通信品質を要求するサービスの出現に伴い、ユーザ通信装置に対する通信品質の低下が問題となっている。従って、今後においては、ユーザ通信装置がパケットのフローごとにサービス種別と帯域要望を意識した高品位なＱｏＳ（Quality of Services）制御を行うことが重要であると考えられる。

更に、今後のアクセス網においては最大１００Ｍｂｐｓ〜１Ｇｂｐｓといった高速な通信回線を大規模に収容することが通信システムのコストダウンの面から必要とされ、かつ、上記のような高速回線に対して多数のパケットのフローを扱うようになると、例えば、ＷＲＲ（Weighted Round Robin）のようなパケットのフローごとにキューを持つようなスケジューリングによってＱｏＳ制御を行うと、ハードウェア量とスケジューラの処理負荷の両面でスケーラビリティを持たせることが困難となる。

また、簡単なハードウェア構成でユーザフローごとに帯域制御を行う帯域制御装置及びその方法が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている技術では、まず、各フローのトラヒック流量をレート計測部で計測し、計測した入力レートをフロー情報格納部に格納する一方、各フローの受信パケットを出力回線に出力するためのバッファのキュー長をキュー長監視部で観測する。

そして、観測したキュー長とフロー情報格納部に格納されている各フローの最低保証帯域とから各フローの許可レートを許可レート計算部で計算する。次に、計測した入力レートと計算した許可レートを廃棄制御部で比較し、入力レートが許可レート以下の場合には、そのフローのパケットをバッファに入力し、入力レートが許可レートを超えた場合には、超えた分だけ廃棄することによって、各フローのバッファへの入力レートが常に許可レート以下になるように制御を行っている。

これによれば、収容する複数のフローが１つのＦＩＦＯ（First In First Out）バッファを共有するよう制御を行うため、フロー数が増加してもハードウェア量は小規模で済む。また、フローごとに入力レートを監視して、許可レート以上のパケットを廃棄することで、帯域違反を犯したフロー（入力レートが許可レートを超えたフロー）の影響を他のフローに及ぼすことを防ぐ。

このように、特許文献１に開示されている技術を用いることによって、単一キューによる複数のフローに対する帯域保証が可能となる。また、余剰帯域（入力された各フローの最低保証帯域を全て満たし、出力リンク帯域までの残りの帯域）が生じた場合には、各フローの許可レートを各フローの最低保証帯域に比例して増加させることにより、各フローの最低保証帯域に応じて余剰帯域をフロー間に分配させることが可能となる。
特開２００２−１８５４５９号公報

ところで、特許文献１に開示されている帯域制御装置は、全てのフローを１つのキューに格納して帯域制御を行っている。一方、帯域制御装置に入力される各フローには、様々な種類のパケットが混在している。例えば、各フローには、それぞれ異なるアプリケーションのパケットが混在しており、電子メールやＷｅｂアクセスなどの比較的遅延やその揺らぎに対して寛容なものから、音声通信や映像配信などの遅延やその揺らぎに敏感なリアルタイム性を要するもの、また、基幹的業務に関するミッション・クリティカルなものまで様々である。

このように、様々な種類のパケットが混在する全てのフローを１つのキューによって格納及び管理した場合には、各フロー内の様々な種類のパケットのそれぞれに要求される通信品質に応じたＱｏＳ制御を行うことは不可能である。

また、特許文献１に開示されている帯域制御装置は、各フローの最低保証帯域に比例して、余剰帯域の分配を行っている。しかしながら、ユーザ装置によっては、最低保証帯域は小さくてよいが、余剰帯域への送出、いわゆるベストエフォートの領域は大きくとりたいなどの要望がある。特許文献１に開示されている帯域制御装置おいて、余剰帯域を最低保証帯域に比例して分配するだけでは、このような要望に答えることは不可能である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、簡単なハードウェア構成によって、パケットの複数のフローの各々に帯域制御を行い、かつ、優先制御を同時に実現することができるパケット転送制御回路及びパケット転送制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、パケットの複数のフローの各々に対する帯域制御及び優先制御だけではなく、パケットの複数のフローを１つのグループとして管理し、各グループに対する帯域制御を行うことができるパケット転送制御回路及びパケット転送制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、入力される複数のパケットの属する複数のフローを識別するフロー識別手段と、前記複数のフローの各々に対して予め設定された帯域情報と優先度を示すクラス情報とパケット到着レート情報とを有するフロー設定情報を格納するフロー設定情報格納手段と、前記パケットの到着レートを所定の単位時間当たりのデータ量として計測するレート計測手段と、前記所定の単位時間内に到着した前記パケットの属する前記フローに係る前記パケットの全データ量と前記パケットの前記到着レートとに基づいて前記パケットの属する前記フローに係る到着レートを計算するレート計算手段と、前記フロー識別手段により識別された前記フローに基づいて前記フロー設定情報格納手段から読み出される前記フローに係る前記フロー設定情報と前記フローに係る前記到着レートとを比較して前記パケットの単位で前記パケットの属する前記フローのクラスの設定を行うクラス設定手段と、前記クラス設定手段によって設定された前記パケットの属する前記フローのクラスに基づいて前記複数のパケットの出力順序の制御を行う出力制御手段と、前記出力制御手段からの残存データ量及び前記フロー設定情報の前記パケット到着レート情報に基づいて所定のタイミングで前記フローに係る前記パケット到着レート情報を更新する到着レート更新手段と、を有する構成を採る。

この構成によれば、入力パケットの属するフローを識別し、そのフローに係る帯域情報と優先度を示すクラス情報とパケット到着レート情報とを有するフロー設定情報を参照してパケットのクラス設定を行い、優先度が高いクラスに設定されているフローを逐次に選択して、そのフローに属するパケットを順次に出力するから、優先度が高いクラスに属するフローをパケット単位で選択的に出力する優先制御を簡単なハードウェア構成によって実現することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記クラス設定手段が、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の最低保証帯域情報の値以下の場合には前記フロー設定情報の基準優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定し、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の前記最低保証帯域情報の値より大きく上限帯域情報の値以下の場合には前記フロー設定情報の前記基準優先クラスよりも優先度が低く、かつ、前記基準優先クラスに対応付けられて設定される上限優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定する構成を採る。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記クラス設定手段が、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の前記上限帯域情報の値より大きい場合には前記上限優先クラスよりもさらに優先度が低く、かつ、前記基準優先クラスに対応付けられて設定される余剰優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定する構成を採る。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートと前記フロー設定情報の前記上限帯域情報の値とを比較して、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の前記上限帯域情報の値より大きい場合には前記パケットの廃棄処理を行うパケット廃棄手段を有する構成を採る。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、パケットの複数のフローがグループ化された複数のグループのそれぞれに対して予め設定されたフローグループ対応情報と帯域情報を有するグループ設定情報とを格納するグループ設定情報格納手段と、前記パケットの到着レートに基づいて前記フローの属する前記グループに係る到着レートを計算するグループレート計算手段と、を具備し、前記出力制御手段は、前記フロー識別手段によって識別されて前記グループ設定情報格納手段の前記フローグループ対応情報に基づいて読み出される前記グループ設定情報と前記グループに係る前記到着レートと基づいて前記複数のパケットの出力の制御を行う手段を有する構成を採る。

この構成によれば、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、パケットの複数のフローを１つのグループとして管理し、各グループに対する帯域制御を行うことができる。

また、請求項６に記載の発明は、入力される複数のパケットの属する複数のフローを識別するフロー識別ステップと、前記複数のフローの各々に対して予め設定された帯域情報と優先度を示すクラス情報とパケット到着レート情報とを有するフロー設定情報をフロー設定情報格納手段に格納するフロー設定情報格納ステップと、前記パケットの到着レートを所定の単位時間当たりのデータ量として計測するレート計測ステップと、前記所定の単位時間内に到着した前記パケットの属する前記フローに係る前記パケットの全データ量と前記パケットの前記到着レートとに基づいて前記パケットの属する前記フローに係る到着レートを計算するレート計算ステップと、前記フロー識別ステップにおいて識別された前記フローに基づいて前記フロー設定情報格納手段から読み出される前記フローに係る前記フロー設定情報と前記フローに係る前記到着レートとを比較して前記パケットの単位で前記パケットの属する前記フローのクラスの設定を行うクラス設定ステップと、前記クラス設定ステップにおいて設定された前記パケットの属する前記フローのクラスに基づいて前記複数のパケットの出力順序の制御を行う出力制御ステップと、前記出力制御ステップにおける残存データ量及び前記フロー設定情報の前記パケット到着レート情報に基づいて所定のタイミングで前記フローに係る前記パケット到着レート情報を更新する到着レート更新ステップと、を有するようにした。

この方法によれば、入力パケットの属するフローを識別し、そのフローに係る帯域情報と優先度を示すクラス情報とパケット到着レート情報とを有するフロー設定情報を参照してパケットのクラス設定を行い、優先度が高いクラスに設定されているフローを逐次に選択して、そのフローに属するパケットを順次に出力するから、優先度が高いクラスに属するフローをパケット単位で選択的に出力する優先制御を簡単なハードウェア構成によって実現することが可能となる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記クラス設定ステップが、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の最低保証帯域情報の値以下の場合には前記フロー設定情報の基準優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定するステップと、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の前記最低保証帯域情報の値より大きく上限帯域情報の値以下の場合には前記フロー設定情報の前記基準優先クラスよりも優先度が低く、かつ、前記基準優先クラスに対応付けられて設定される上限優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定するステップと、を具備する構成を採る。

また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記クラス設定ステップが、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の前記上限帯域情報の値より大きい場合には前記上限優先クラスよりもさらに優先度が低く、かつ、前記基準優先クラスに対応付けられて設定される余剰優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定するステップを具備するようにした。

以上説明したように、本発明によれば、入力パケットの属するフローを識別し、そのフローに係るフロー設定情報を参照してパケットのクラス設定を行い、優先度が高いクラスに設定されているフローを逐次に選択して、そのフローに属するパケットを順次に出力することによって、帯域制御を行うと同時に各フローの帯域情報に応じてパケット単位でクラス分けを行うから、優先度が高いクラスに属するフローをパケット単位で選択的に出力する優先制御を簡単なハードウェア構成によって実現することが可能となる。

本発明の骨子は、入力パケットの属するフローを識別し、そのフローに係る帯域情報と優先度を示すクラス情報とパケット到着レート情報とを有するフロー設定情報を参照してパケットのクラス設定を行い、優先度が高いクラスに設定されているフローを逐次に選択して、そのフローに属するパケットを順次に出力することである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るパケット転送制御回路の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、パケット転送制御回路１００は、フロー識別部１１０、フロー設定情報格納部１２０、到着レート監視部１３０、出力キュー部１４０及び到着レート更新部１５０を具備している。

フロー識別部１１０は、例えば、所定の通信網に収容されている通信端末装置から送出されたパケットを受ける。フロー識別部１１０は、入力されるパケット（入力パケット）のヘッダ情報を参照して、入力パケットの属するフローの識別を行い、フローの識別結果に係る情報であるフロー識別情報をフロー設定情報格納部１２０に通知する。

フロー設定情報格納部１２０は、複数のパケットの複数のフローに関する情報であるフロー設定情報を格納している。フロー設定情報は、予め設定されている。そして、フロー設定情報格納部１２０は、フロー識別部１１０から通知されるフロー識別情報によって特定されるフロー設定情報を到着レート監視部１３０に送出する。

図２は、本発明の実施の形態１に係るフロー設定情報格納部１２０に格納されているフロー設定情報の一例を模式的に示す図である。図２に示すフロー設定情報は、フロー１〜ｎ（ｎは１以上の整数である）の各々の最低保証帯域情報（ＭＰＲ：Minimum Packet Rate）ＭＰＲ１〜ＭＰＲｎと、上限帯域情報（ＰＰＲ：Peak Packet Rate）ＰＰＲ１〜ＰＰＲｎと、フローの各々のパケット到着レートが最低保証帯域情報ＭＰＲ以下の場合にそのフローが属する基準優先クラス情報（ＩＣＬ：Initial Class）ＩＣＬ１〜ＩＣＬｎと、パケット到着レート情報（ＰＡＲ：Packet Arrival Rate）ＰＡＲ１〜ＰＡＲｎと、を有している。

フロー設定情報のうち、最低保証帯域情報ＭＰＲ、上限帯域情報ＰＰＲ及び基準優先クラス情報ＩＣＬは、複数のパケットの複数のフローの各々に予め設定値が格納されており、後述のように、到着レート監視部１３０におけるパケットの廃棄処理又はクラス設定処理などに用いられる。また、パケット到着レート情報ＰＡＲは、後述のように、到着レート監視部１３０におけるパケットの廃棄処理又はクラス設定処理などに用いられ、更に、到着レート監視部１３０によるパケットの入力監視の結果に応じて格納される値が逐次更新される。また、帯域監視のための所定時間が経過した場合には、出力キュー部１４０からパケット及びフローごとに通知される残存データ量で全てのパケット到着レート情報ＰＡＲが更新される。

到着レート監視部１３０は、フロー設定情報格納部１２０からフロー設定情報の通知を受け、フロー識別部１１０を介してパケットが供給されて、パケットの廃棄処理又はクラス設定処理などを行う。この到着レート監視部１３０は、レート計測部１３１、レート計算部１３２、クラス設定部１３３及びパケット廃棄部１３４を有している。

レート計測部１３１は、フロー識別部１１０を介して供給されるパケットの到着レートの計測を行う。レート計算部１３２は、レート計測部１３１で計測対象となったパケットの属するフローに係るパケット到着レート情報ＰＡＲの計算を行う。また、クラス設定部１３３は、レート計算部１３２で計算されたパケット到着レート情報ＰＡＲと、通知されたフロー設定情報の最低保証帯域情報ＭＰＲ及び上限帯域情報ＰＰＲとの比較を行い、その比較結果に応じてパケットの廃棄を指示する廃棄要求情報、及び、パケットの属するクラスを指示するクラス設定情報を出力する。また、パケット廃棄部１３４は、クラス設定部１３３から廃棄要求情報を受けた場合に、そのパケットの廃棄処理を行う。

次に、到着レート監視部１３０の動作について、図１と共に図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る到着レート監視部１３０における動作の一例を説明するためのフローチャートである。

例えば、フローｉのパケットが到着レート監視部１３０に到着した場合、レート計測部１３１がそのパケットの到着レートを計測する（ステップＳＴ３０１）。計測されたパケットの到着レートは、レート計測部１３１からレート計算部１３２に通知される。

また、レート計算部１３２は、そのパケットの属するフローｉに係るフロー設定情報をフロー設定情報格納部１２０から取得する（ステップＳＴ３０２）。レート計算部１３２は、レート計測部１３１の計測結果とフロー設定情報のパケット到着レート情報ＰＡＲｉとに基づいて、フローｉのパケット到着レート情報ＰＡＲｉを新たに計算する（ステップＳＴ３０３）。

なお、パケット到着レート情報ＰＡＲｉの計算は、例えば、所定の基準タイミングでフローｉに属するパケットの供給データ量のカウントを開始し、同一フローｉに属するパケットの供給データ量を加算していくことによって、所定の基準タイミング以降に到着レート監視部１３０に供給されたフローｉのデータ量を計算し、再び所定の基準タイミングとなった場合にカウント値をリセットすることにより実行される。

すなわち、レート計測部１３１の計測結果とフロー設定情報のＰＡＲｉとを加算することによって、所定の基準タイミング間隔で、フローｉのデータ量を計算することが可能となる。なお、後述（ステップＳＴ３０９）のように、レート計算部１３２で計算された計算結果（ＰＡＲ）は、フロー設定情報に格納され、次のフローｉのデータ量の計算の際に参照される。

次に、クラス設定部１３３は、レート計算部１３２で計算されたＰＡＲｉと、フロー設定情報の最低保証帯域情報ＭＰＲｉ及び上限帯域情報ＰＰＲｉとに基づいて、ＰＡＲｉ≦ＭＰＲｉであるか否かを判断する（ステップＳＴ３０４）。

ステップＳＴ３０４においてＰＡＲｉ≦ＭＰＲｉである場合に、クラス設定部１３３は、到着したパケットがフローｉに設定された最低保証帯域情報ＭＰＲｉ内である（すなわち、フローｉはまだ最低保証帯域に達していない）と判断し、そのパケットを、フローｉに予め設定されたクラスＩＣＬｉに設定する（ステップＳＴ３０６）。また、この時に、クラス設定部１３３は、パケットをクラスＩＣＬｉに設定したことを示す情報をクラス設定情報として出力キュー部１４０に出力する。

ステップＳＴ３０４においてＰＡＲｉ≦ＭＰＲｉでない場合に、クラス設定部１３３は、ステップＳＴ３０５においてＭＰＲｉ＜ＰＡＲｉ≦ＰＰＲｉであるか否かを判断する。

ステップＳＴ３０５においてＭＰＲｉ＜ＰＡＲｉ≦ＰＰＲｉである場合に、クラス設定部１３３は、到着したパケットがフローｉに設定された最低保証帯域情報ＭＰＲｉを満足して上限帯域情報ＰＰＲｉに達するまでの余剰帯域を使用する（すなわち、フローｉは最低保証帯域には達したが、まだ上限帯域には達していない）ものと判断し、そのパケットを、フローｉに予め設定されたクラスＩＣＬｉより１つ下のクラスに設定する（ステップＳＴ３０７）。また、この時に、クラス設定部１３３は、パケットをクラスＩＣＬｉの１つ下のクラスに設定したことを示す情報をクラス設定情報として出力キュー部１４０に出力する。

ステップＳＴ３０５においてＭＰＲｉ＜ＰＡＲｉ≦ＰＰＲｉでない場合に、クラス設定部１３３は、到着したパケットが、既にフローｉに設定された上限帯域ＰＰＲｉを超え、許された余剰帯域を全て使い尽くした状態であると判断し、そのパケットの廃棄処理をパケット廃棄部１３４に実行させる（ステップＳＴ３０８）。この場合、クラス設定部１３３は、パケット廃棄部１３４に対してパケットが廃棄処理を要求する廃棄要求情報を通知し、この廃棄要求情報を受けたパケット廃棄部１３４がパケットの廃棄処理を行う。

ただし、出力リンクの帯域を有効活用するために、上限帯域を超えてもさらに余剰帯域がある場合には、パケットの出力を許可することも可能である。この場合に、クラス設定部１３３は、フローｉに予め設定されたクラスＩＣＬｉより２つ下のクラスにパケットを設定する（ステップＳＴ３０８）。また、クラス設定部１３３は、パケットをクラスＩＣＬｉの２つ下のクラスに設定したことを示す情報をクラス設定情報として出力キュー部１４０に出力する。

また、パケットがＰＡＲｉ≦ＭＰＲｉであると判定され、又は、ＭＰＲｉ＜ＰＡＲｉ≦ＰＰＲｉであると判定された場合には、クラス設定部１３３は、フロー設定情報格納部１２０に格納されているフローｉのフロー設定情報のパケット到着レート情報ＰＡＲｉを、新たなパケット到着レート情報ＰＡＲｉ（レート計算部１３２で計算したＰＡＲｉ）で更新する（ステップＳＴ３０９）。

上述のように、到着レート監視部１３０においてパケットの廃棄処理又はクラス設定処理が行われ、クラス設定処理が行われた場合には到着レート監視部１３０から出力キュー部１４０に対して、パケット及びそのパケットに係るクラス設定情報が供給される。なお、クラス設定情報には、少なくともそのパケットに係るフローを識別可能とするフロー識別情報と、そのパケットに係るフローに対して設定されたクラスを示す情報とが記載されている。

次に、本発明の実施の形態１に係るパケット転送制御回路１００の出力キュー部１４０について、図面を参照して説明する。

出力キュー部１４０は、出力順序管理部１４１、パケット選択部１４２及びパケット出力部１４３を有している。出力順序管理部１４１は、到着レート監視部１３０から供給されるパケットを格納し、フローの出力順序をクラス別に管理する。出力順序管理部１４１は、複数のバッファ部１４１０を有している。バッファ部１４１０は、動作の順序を決めるための同じ優先度を有するクラスに設定されている。なお、バッファ部１４１０は、動作の順序を決めるための異なる優先度を有するクラスに対応付けられていてもよい。到着レート監視部１３０から供給されたパケットは、そのパケットが属するフローのフロー設定情報の基準優先クラス情報ＩＣＬによって、複数のバッファ部１４１０のいずれかに格納される。

複数のバッファ部１４１０の各々は、複数のＦＩＦＯキュー１４１１〜１４１３を有している。複数のＦＩＦＯキュー１４１１は、最も高い優先度を有する基準優先クラスに設定されている。複数のＦＩＦＯキュー１４１２は、基準優先クラスより低い優先度を有する上限優先クラスに設定されている。複数のＦＩＦＯキュー１４１３は、上限優先クラスより低い優先度を有する余剰優先クラスに設定されている。

出力順序管理部１４１は、到着レート監視部１３０から供給されるパケットを、それぞれ対応するクラスのＦＩＦＯキュー１４１１〜１４１３に到着順に格納し、格納しているパケットのデータ量をフロー及びクラス別に管理する。

更に、複数のバッファ部１４１０の各々は、帯域監視のための所定時間が経過した場合には、基準優先クラスに対応して設定されたＦＩＦＯキュー１４１１〜１４１３のいずれかに、上限優先クラス及び余剰優先クラスに対応して設定されたＦＩＦＯキュー１４１１〜１４１３のいずれかに格納納しているパケットを、上限優先クラス及び余剰優先クラスの順に再格納し、フロー設定情報格納部１２０に対して、フローごとに上限優先クラス及び余剰優先クラスに対応して設定されたＦＩＦＯキュー１４１１〜１４１３の残存データ量を通知する。

また、パケット選択部１４２は、出力順序管理部１４１で管理されているパケットの出力順序を参照して、最も高いクラスの先頭にキューイングされているパケットを選択し、パケット出力部１４３に対してそのパケットを出力するよう通知する。また、パケット出力部１４３は、パケット選択部１４２によって選択されたパケットを出力順序管理部１４１から読み出し、外部の通信網に対してそのパケットの出力を行う。

次に、本発明の実施の形態１に係るパケット転送制御回路１００の出力キュー部１４０の動作について、図１と共に図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係るパケット転送制御回路１００の出力キュー部１４０における動作の一例を説明するためのフローチャートである。

ステップＳＴ４０１において、フローｉのパケット及びクラス設定情報が到着レート監視部１３０から供給された場合に、出力順序管理部１４１が、クラス設定情報内のクラスを示す情報に従って、そのパケットをクラスに対応して設定されたＦＩＦＯキュー１４１１〜１４１３のいずれかに格納する。

次に、パケット選択部１４２は、出力順序管理部１４１に格納されているパケットの格納状況に応じて、次に出力すべきパケットの選択を行う。具体的には、ステップＳＴ４０２において、パケット選択部１４２は、出力順序管理部１４１の基準優先クラスのＦＩＦＯキュー１４１１にパケットが存在するか否かを判断する。ステップＳＴ４０２において出力順序管理部１４１の基準優先クラスのＦＩＦＯキュー１４１１にパケットが存在する場合には、パケット選択部１４２は、基準優先クラスのＦＩＦＯキュー１４１１を識別可能なキュー識別情報を次に出力すべきパケットを先頭に格納しているキューを識別する情報として生成する（ステップＳＴ４０５）。

また、ステップＳＴ４０２において基準優先クラスのＦＩＦＯキュー１４１１にパケットが存在しない場合には、パケット選択部１４２は、基準優先クラスより優先度が低い上限優先クラスのＦＩＦＯキュー１４１２にパケットが存在する否かを判断する（ステップＳＴ４０３）。ステップＳＴ４０３において上限優先クラスのＦＩＦＯキュー１４１２にパケットが存在する場合には、パケット選択部１４２は、上限優先クラスのＦＩＦＯキュー１４１２を識別可能なキュー識別情報を次に出力すべきパケットを先頭に格納しているキューを識別する情報として生成する（ステップＳＴ４０６）。

また、ステップＳＴ４０３において上限優先クラスのＦＩＦＯキュー１４１２にパケットが存在しない場合には、パケット選択部１４２は、上限優先クラスより優先度が低い余剰優先クラス（最低優先クラス）のＦＩＦＯキュー１４１３にパケットが存在する否かを判断する（ステップＳＴ４０４）。ステップＳＴ４０４において、余剰優先クラス（最低優先クラス）のＦＩＦＯキュー１４１３にパケットが存在する場合には、パケット選択部１４２は、最低優先クラスのＦＩＦＯキュー１４１３を識別可能なキュー識別情報を次に出力すべきパケットを先頭に格納しているキューを識別する情報として生成する（ステップＳＴ４０７）。

なお、ステップＳＴ４０４において、パケット選択部１４２は、余剰優先クラス（最低優先クラス）のＦＩＦＯキュー１４１３にもパケットが存在しない場合には、出力すべきパケットは存在しないと判断し、パケットの出力が行われない。

パケット選択部１４２は、前記ステップＳＴ４０５〜ＳＴ４０７のいずれか１つの処理によって、出力すべきパケットを格納したＦＩＦＯキュー示すキュー識別情報を生成した場合には、パケット出力部１４３に対して、このＦＩＦＯキューの先頭のパケットの出力を行うよう要求するために、生成したキュー識別情報を供給する（ステップＳＴ４０８）。パケット出力部１４３は、供給されたキュー識別情報が示すＦＩＦＯキューに先頭に格納されているパケットを選択して、外部の出力回線に出力する（ステップＳＴ４０９）。

到着レート更新部１５０は、所定のタイミングでフロー設定情報格納部１２０に格納されているフローに係るフロー設定情報の到着レートを出力キュー部１４０の出力順序管理部１４１からの残存データ量及びフロー設定情報の到着レートに基づいて更新する。また、到着レート更新部１５０は、クラス設定部１３３が保持している到着レートを前記所定のタイミングで更新する。

以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、入力パケットの属するフローを識別し、そのフローに係るフロー設定情報を参照してパケットのクラス設定を行い、優先度が高いクラスに設定されているフローを逐次に選択して、そのフローに属するパケットを順次に出力することによって、帯域制御を行うと同時に各フローの帯域情報に応じてパケット単位でクラス分けを行うから、優先度が高いクラスに属するフローをパケット単位で選択的に出力する優先制御を行うことが可能となる。

なお、フロー識別部１１０において識別を行うフローの種類として、例えば、異なるアプリケーションによる分類、送信アドレス、受信アドレス又は中継アドレスなどによる分類による種類がある。

なお、本発明の実施の形態１では、フロー設定情報格納部１２０が、フロー識別情報で識別されるフロー設定情報を到着レート監視部１３０に対して通知する態様となっているが、例えば、フロー識別情報がフロー識別部１１０から到着レート監視部１３０に通知され、到着レート監視部１３０がそのフロー識別情報で識別されるフロー設定情報を読み出す態様とすることも可能である。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図面を参照して詳細に説明する。

図５は、本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路の構成を示すブロック図である。なお、本発明の実施の形態２においては、本発明の実施の形態１と同じ構成要素には同じ参照符号が付されてその説明が省略される。

図５に示すように、本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路５００は、図１に示す本発明の実施の形態１に係るパケット転送制御回路１００において、複数のフローのグループごとの帯域制御機能を付加したものである。具体的には、図５に示すパケット転送制御回路５００は、パケット転送制御回路１００において、複数のパケットの複数のフローの各グループに関する情報（グループ設定情報）を格納するグループ設定情報格納部５０１を有し、かつ、到着レート監視部１３０の代わりに到着レート監視部５３０を有している。

到着レート監視部５３０は、レート計測部１３１、パケット廃棄部１３４、レート計算部５３１及びクラス設定部５３２を有している。レート計算部５３１及びクラス設定部５３２は、レート計算部１３２及びクラス設定部１３３において、複数のパケットの複数のフローのグループごとのパケット到着レート（ＧＰＡＲ：Group Packet Arrival Rate）及び上限帯域情報（ＧＰＰＲ：Group Peak Packet Rate）に関する処理を行う機能が付加されている。

まず、本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路５００のグループ設定情報格納部５０１ついて説明する。グループ設定情報格納部５０１は、複数のフローの各々がどのグループに属しているかを示すフローグループ対応情報と、各グループに関する情報（グループ設定情報）とを格納している。そして、グループ設定情報格納部５０１は、フロー識別部１１０からフロー識別情報が通知された場合、フローグループ対応情報を参照してグループを特定し、フロー識別情報によって特定されたグループに係るグループ設定情報を到着レート監視部５３０に送出する。

図６は、本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路５００のグループ設定情報格納部５０１に格納されているフローグループ対応情報の一例を模式的に示す図である。図７は、本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路５００のグループ設定情報格納部５０１に格納されているグループ設定情報の一例を模式的に示す図である。

図６に示すフローグループ対応情報には、各グループ１〜ｍ（ｍは１以上の整数である）と各フロー１〜ｎ（ｎは１以上の整数である）との対応関係が記載されている。例えば、図６に挙げた一例では、フロー１〜５がグループ１に属し、フロー６〜１０がグループ２に属することが判る。

また、図７に示すグループ設定情報は、各グループ１〜ｍの上限帯域情報ＧＰＰＲ１〜ＧＰＰＲｍと、各グループ１〜ｍのパケット到着レート情報ＧＰＡＲ１〜ＧＰＡＲｍとを有している。なお、グループ設定情報のうち、上限帯域情報ＧＰＰＲのエントリに関しては、各グループに対して予め設定値が格納されている。また、パケット到着レート情報ＧＰＡＲのエントリに関しては、到着レート監視部５３０によるパケットの入力監視の結果に応じて格納される値が逐次に更新される。

グループ設定情報格納部５０１は、フロー識別部１１０からフロー識別情報を受けて、まず、フローグループ対応情報を参照し、入力パケットの属するグループを判別する。更に、グループ設定情報格納部５０１は、グループ設定情報を参照して、判別されたグループに設定されているグループ設定情報を取得し、到着レート監視部５３０に対して、そのグループのグループ設定情報を通知する。

次に、本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路５００の到着レート監視部５３０の動作について、図５と共に図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路５００の到着レート監視部５３０における動作の一例を説明するためのフローチャートである。

ステップＳＴ８０１において、例えば、フローｉのパケットが到着レート監視部５３０に到着した場合、まず、レート計測部１３１は、そのパケットの到着レートを計測する。レート計測部１３１は、計測されたパケットの到着レートをレート計算部５３１に通知する。

また、レート計算部５３１は、そのパケットの属するフローｉに係るフロー設定情報をフロー設定情報格納部１２０から取得し、更に、そのパケットのフローｉが属するグループｊに係るグループ設定情報をグループ設定情報格納部５０１から取得する（ステップＳＴ８０２）。なお、ここでは、フローｉがグループｊに属しているものとする。

そして、レート計算部５３１は、レート計測部１３１の計測結果とフロー設定情報のパケット到着レート情報ＰＡＲｉとに基づいてフローｉのパケット到着レート情報ＰＡＲｉを新たに計算し、更に、レート計測部１３１の計測結果とグループ設定情報内のパケット到着レート情報ＧＰＡＲｊとに基づいてグループｊのパケット到着レート情報ＧＰＡＲｊを新たに計算する（ステップＳＴ８０３）。パケット到着レート情報ＧＰＡＲｊの計算の方法は、先に述べたパケット到着レートＰＡＲｉの計算の方法と同一のものを用いることが可能である。

次に、クラス設定部５３２は、レート計算部５３１で計算されたＧＰＡＲｊとグループ設定情報内の上限帯域情報ＧＰＰＲｊとに基づいて、ＧＰＡＲｊ≦ＧＰＰＲｊであるか否かを判断する（ステップＳＴ８０４）。

ステップＳＴ８０４においてＧＰＡＲｊ≦ＧＰＰＲｊである場合には、到着したパケットは、グループｊに設定された上限帯域情報ＧＰＰＲｊにはまだ達しておらず、到着したパケットは、グループｊ全体に対して設定された上限帯域内にあるものと判断される。すなわち、そのパケットは、グループｊ全体に設定された帯域を違反するものではなく、グループｊ全体に設定された帯域という観点において許容される。そして、このパケットに関しては、フロー設定情報に基づいて前述のステップＳＴ３０４〜ＳＴ３０９の処理が行われる。また、クラス設定部５３２は、グループ設定情報格納部５０１に格納されているグループｊのグループ設定情報内のパケット到着レート情報ＧＰＡＲｊを、新たなパケット到着レート情報ＧＰＡＲｊ（レート計算部５３１で計算したＧＰＡＲｊ）で更新する（ステップＳＴ８０５）。

また、ステップＳＴ８０４においてＧＰＡＲｊ≦ＧＰＰＲｊでない場合には、クラス設定部５３２は、到着したパケットが既にグループｊに設定された上限帯域ＧＰＰＲｊを超えて許された余剰帯域を全て使い尽くした状態であると判断し、そのパケットの廃棄処理を実行させる（ステップＳＴ８０６）。この場合、クラス設定部５３２は、パケット廃棄部１３４に対してパケットの廃棄処理を要求する廃棄要求情報を通知し、この廃棄要求情報を受けたパケット廃棄部１３４がパケットの廃棄処理を行う。

上記の処理が、到着レート監視部５３０で行われ、パケットの廃棄処理が行われた場合を除いて、到着レート監視部５３０から出力キュー部１４０に対してパケット及びそのパケットのクラス設定情報が供給される。出力キュー部１４０は、これらの情報を受けて、実施の形態１と同一の処理を行うことによって選択的にパケットの出力を行う。

以上説明したように、本発明の実施の形態２によれば、フロー及びグループを設定し、入力パケットの属するフロー及びグループを識別することによって、フローごとの帯域制御及び優先制御に加えて、各フローに対して設定された各グループに関して帯域制御を同時に行うことが可能となる。

なお、本発明の実施の形態２において、フローの設定と同様に、グループの種類や数、フローとグループとの対応に関しては、必要に応じて任意に設定可能であり、例えば、同一リンクや同一ＶＰＮ（Virtual Private Network）に属する複数のフローを、それぞれグループ化することが可能である。

また、本発明の実施の形態２において、グループ設定情報格納部５０１が、フロー識別情報から識別されるグループのグループ設定情報を到着レート監視部５３０に対して通知する態様のほかに、例えば、フロー識別情報がフロー識別部１１０から到着レート監視部５３０に通知され、到着レート監視部５３０がフローグループ対応情報を参照して所望のグループに係るグループ設定情報を読み出す態様とすることも可能である。

また、本発明の実施の形態２において、実施の形態１と同様に、出力リンクの帯域を有効活用するという目的で、上限帯域を超えてもさらに余剰帯域がある場合にはパケットの出力を許可することも可能である。

また、本発明の実施の形態２において、複数のフローをグループ化して、１つのグループ群を設定しているが、更に、これらのグループ群に属する複数のグループをグループ化し、階層的にグループを構築して帯域制御処理を行うことも可能である。また、本発明の実施の形態２において、異なる態様（異なる分け方）によって複数のフローをグループ化して複数のグループ群を設定し、各グループ群において、並列的に帯域制御処理を行うことも可能である。

なお、本発明の実施の形態１、２におけるパケット転送制御回路の構成を示すブロック図では、バッファ部を３つに分類している（すなわち、識別可能なクラスを３つに分類している）が、クラスの数はシステムにより変えることが可能である。本発明の実施の形態１、２において、フロー又はグループの種類、及び、フロー又はグループの数は、必要に応じて任意に設定が可能である。

本発明は、パケットを転送する装置に適用することができる。

本発明の実施の形態１に係るパケット転送制御回路の構成を示すブロック図本発明の実施の形態１に係るパケット転送制御回路のフロー設定情報格納部に格納されているフロー設定情報の一例を模式的に示す図本発明の実施の形態１に係るパケット転送制御回路の到着レート監視部における動作の一例を説明するためのフローチャート本発明の実施の形態１に係るパケット転送制御回路の出力キュー部における動作の一例を説明するためのフローチャート本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路の構成を示すブロック図本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路のグループ設定情報格納部に格納されているフローグループ対応情報の一例を模式的に示す図本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路のグループ設定情報格納部に格納されているグループ設定情報の一例を模式的に示す図本発明の実施の形態２に係るパケット転送制御回路の到着レート監視部における動作の一例を説明するためのフローチャート

符号の説明

１００、５００パケット転送制御回路
１１０フロー識別部
１２０フロー設定情報格納部
１３０到着レート監視部
１３１レート計測部
１３２、５３１レート計算部
１３３、５３２クラス設定部
１３４パケット廃棄部
１４０出力キュー部
１４１出力順序管理部
１４２パケット選択部
１４３パケット出力部
１４１０バッファ部
１５０到着レート更新部
５０１グループ設定情報格納部

Claims

入力される複数のパケットの属する複数のフローを識別するフロー識別手段と、前記複数のフローの各々に対して予め設定された帯域情報と優先度を示すクラス情報とパケット到着レート情報とを有するフロー設定情報を格納するフロー設定情報格納手段と、前記パケットの到着レートを所定の単位時間当たりのデータ量として計測するレート計測手段と、前記所定の単位時間内に到着した前記パケットの属する前記フローに係る前記パケットの全データ量と前記パケットの前記到着レートとに基づいて前記パケットの属する前記フローに係る到着レートを計算するレート計算手段と、前記フロー識別手段により識別された前記フローに基づいて前記フロー設定情報格納手段から読み出される前記フローに係る前記フロー設定情報と前記フローに係る前記到着レートとを比較して前記パケットの単位で前記パケットの属する前記フローのクラスの設定を行うクラス設定手段と、前記クラス設定手段によって設定された前記パケットの属する前記フローのクラスに基づいて前記複数のパケットの出力順序の制御を行う出力制御手段と、前記出力制御手段からの残存データ量及び前記フロー設定情報の前記パケット到着レート情報に基づいて所定のタイミングで前記フローに係る前記パケット到着レート情報を更新する到着レート更新手段と、を有するパケット転送制御回路。
前記クラス設定手段は、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の最低保証帯域情報の値以下の場合には前記フロー設定情報の基準優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定し、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の前記最低保証帯域情報の値より大きく上限帯域情報の値以下の場合には前記フロー設定情報の前記基準優先クラスよりも優先度が低く、かつ、前記基準優先クラスに対応付けられて設定される上限優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定する請求項１に記載のパケット転送制御回路。
前記クラス設定手段は、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の前記上限帯域情報の値より大きい場合には前記上限優先クラスよりもさらに優先度が低く、かつ、前記基準優先クラスに対応付けられて設定される余剰優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定する請求項２に記載のパケット転送制御回路。
前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートと前記フロー設定情報の前記上限帯域情報の値とを比較して、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の前記上限帯域情報の値より大きい場合には前記パケットの廃棄処理を行うパケット廃棄手段を有する請求項２又は３に記載のパケット転送制御回路。
パケットの複数のフローがグループ化された複数のグループのそれぞれに対して予め設定されたフローグループ対応情報と帯域情報を有するグループ設定情報とを格納するグループ設定情報格納手段と、前記パケットの到着レートに基づいて前記フローの属する前記グループに係る到着レートを計算するグループレート計算手段と、を具備し、前記出力制御手段は、前記フロー識別手段によって識別されて前記グループ設定情報格納手段の前記フローグループ対応情報に基づいて読み出される前記グループ設定情報と前記グループに係る前記到着レートと基づいて前記複数のパケットの出力の制御を行う手段を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載のパケット転送制御回路。
入力される複数のパケットの属する複数のフローを識別するフロー識別ステップと、前記複数のフローの各々に対して予め設定された帯域情報と優先度を示すクラス情報とパケット到着レート情報とを有するフロー設定情報をフロー設定情報格納手段に格納するフロー設定情報格納ステップと、前記パケットの到着レートを所定の単位時間当たりのデータ量として計測するレート計測ステップと、前記所定の単位時間内に到着した前記パケットの属する前記フローに係る前記パケットの全データ量と前記パケットの前記到着レートとに基づいて前記パケットの属する前記フローに係る到着レートを計算するレート計算ステップと、前記フロー識別ステップにおいて識別された前記フローに基づいて前記フロー設定情報格納手段から読み出される前記フローに係る前記フロー設定情報と前記フローに係る前記到着レートとを比較して前記パケットの単位で前記パケットの属する前記フローのクラスの設定を行うクラス設定ステップと、前記クラス設定ステップにおいて設定された前記パケットの属する前記フローのクラスに基づいて前記複数のパケットの出力順序の制御を行う出力制御ステップと、前記出力制御ステップにおける残存データ量及び前記フロー設定情報の前記パケット到着レート情報に基づいて所定のタイミングで前記フローに係る前記パケット到着レート情報を更新する到着レート更新ステップと、を有するパケット転送制御方法。
前記クラス設定ステップは、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の最低保証帯域情報の値以下の場合には前記フロー設定情報の基準優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定するステップと、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の前記最低保証帯域情報の値より大きく上限帯域情報の値以下の場合には前記フロー設定情報の前記基準優先クラスよりも優先度が低く、かつ、前記基準優先クラスに対応付けられて設定される上限優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定するステップと、を具備する請求項６に記載のパケット転送制御方法。
前記クラス設定ステップは、前記パケットの属する前記フローに係る前記到着レートが前記フロー設定情報の前記上限帯域情報の値より大きい場合には前記上限優先クラスよりもさらに優先度が低く、かつ、前記基準優先クラスに対応付けられて設定される余剰優先クラスに前記パケットの属する前記フローのクラスを設定するステップを具備する請求項７に記載のパケット転送制御方法。