JP2013197956A - パケット中継装置、及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッファ量が、ネットワーク輻輳に基づくバースト量に対し必要十分となるように性能制御し、パケット廃棄を低減しながら省電力化を図る。
【解決手段】 パケット中継装置１は、パケットを受信するパケット受信部１１と、受信パケットの検索を行う受信パケット検索部１３と、受信されたパケットをスイッチングするスイッチ１５と、スイッチからのパケットの検索を行う送信パケット検索部１６と、スイッチからのパケットを送信するパケット送信部１８と、パケット受信部、受信パケット検索部、送信パケット検索部、及びパケット送信部に接続された演算部１２、１４、１６、１８を備える。これらの演算部は、
パケットのパケット数に基づき、平均予測帯域と予測バースト量を算出し、算出した平均予測帯域と予測バースト量と、対応するバッファの残パケット量に基づき、パケット中継装置の性能を決定する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ネットワークにおけるパケット中継装置、特に省電力制御のための帯域予測技術に関する。

ネットワークを介したデータ通信において、広帯域アクセス回線の普及に伴い、ユーザの利用するアプリケーションの通信帯域が増加している。例えば、動画配信サイトの普及に伴う動画のストリーミング転送の増加によって、ネットワーク上を移動するデジタルデータの情報量（トラフィック）が増大している。

このようなアクセス回線の広帯域化に伴うユーザアプリケーションの利用帯域の増加により、インターネットなどのＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークを構成するルータ等のパケット中継装置のトラフィック転送量も増加している。このトラフィックの増加に対応するために、ルータの最大転送性能が高くなるようにハードウェアを構成することにより、ルータにおける消費電力が増加してきている。そこで、ルータの省電力化が望まれている。

このようなルータの消費電力を抑制する技術として、例えば、特許文献１、２がある。特許文献１には、受信されたパケットを転送するパケット転送部と、パケットの転送に際してアプリケーション層がやり取りする情報から、アプリケーションが予定しているその後のパケット転送予定量を把握し、そのパケット転送予定量に基づいて、パケット転送部の転送性能を調整することにより、パケット転送装置の消費電力を抑制する電力抑制部とを備えるパケット転送装置を構成し、アプリケーションが予定しているパケット転送予定量に基づいて、適切な転送性能にてパケットの転送処理を行う結果、パケット転送装置の消費電力を抑制することが可能な技術が開示されている。

また、特許文献２には、ルータにおけるトラフィック変動予測を用いてパケットの廃棄率を低減する輻輳制御装置、即ち、コアルータ内に送信端から送られたＳＹＮ／ＡＣＫパケットと、通信終了の数パケット手前のデータパケットに付加されたマークとを検出して夫々を計数しておき、この計数値の増減或いは差分に基づいて、ＲＥＤ（Ｒａｎｄｏｍ Ｅａｒｌｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）パラメータを変動させることにより、ＲＥＤによるパケットの廃棄率の低減し、平均バッファ長の挙動を早い時期に予測することが可能となって、パケットの廃棄率を低減できるという装置が開示されている。

特開２０１１−４１０５４号公報 特開２０１１−６１６９９号公報

上記の特許文献１においては、アプリケーションが予定しているパケット転送予定量に基づいてのみ転送性能を調整してパケットの転送処理を行っており、ネットワーク輻輳によるバースト発生について考慮されていないため、バッファ溢れによるパケット廃棄の低減はできない。

また、特許文献２においても同様に、送信端から送られたＳＹＮ／ＡＣＫパケットと、通信終了の数パケット手前のデータパケットに付加されたマークとを検出して夫々を計数しておき、この計数値の増減或いは差分に基づいて制御を行っているため、ネットワイーク輻輳によるバースト量の予測はできず、同様の課題がある。

本発明の目的は、上記の課題を解決し、パケット中継装置のバッファ量が、ネットワーク輻輳に基づくバースト量に対し必要十分になるように性能制御することにより、パケット廃棄を低減しながら、省電力化を図ることが可能なパケット中継装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明においては、パケットを中継するパケット中継装置であって、受信回線と、送信回線と、受信回線からパケットを受信するパケット受信部と、受信されたパケットの検索を行う受信パケット検索部と、受信されたパケットをスイッチングするスイッチと、スイッチングされたパケットの検索を行う送信パケット検索部と、スイッチングされたパケットを、送信回線を介して送信するパケット送信部と、パケット受信部、受信パケット検索部、送信パケット検索部、及びパケット送信部の少なくとも一つに接続され、パケットのパケット数に基づき、平均予測帯域と予測バースト量を算出し、算出した平均予測帯域と予測バースト量と、接続されたパケット受信部、受信パケット検索部、送信パケット検索部、及びパケット送信部の少なくとも一つの残パケット量に基づき、当該パケット中継装置の性能を決定する構成のパケット中継装置を提供する。

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、パケットを中継するパケット中継装置におけるパケット中継方法であって、パケット中継装置は、受信回線から受信したパケットの検索を行い、受信されたパケットをスイッチングし、スイッチングされたパケットの検索を行い、スイッチングされたパケットを、送信回線を介して送信し、且つパケットのパケット数に基づき、平均予測帯域と予測バースト量を算出し、算出した平均予測帯域と予測バースト量と、パケット中継装置内の残バッファ量に基づき、当該パケット中継装置の性能を決定するパケット中継方法を提供する。

本発明によれば、ルータのバッファ量が予測バースト量に対して必要十分となるように性能制御することにより、パケット廃棄を低減しながら省電力化を実現できるパケット中継装置を提供できる。

第１の実施例に係るパケット中継装置の内部構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施例に係る、パケット中継装置のトラフィック予測／受信パケット検索性能演算部の一例を示す図である。 第１の実施例に係る、パケット中継装置のパケット受信部の一例を示す図である。 第１の実施例に係る、パケット中継装置のトラフィック予測／パケット受信性能演算部のバッファの一構成例を示す図である。 第１の実施例に係る、受パケット中継装置の信パケットバッファの一例を示す図である。 第１の実施例に係る、パケット中継装置の受信パケット検索部の一例を示す図である。 第１の実施例に係る、パケット中継装置の受信パケットヘッダバッファの一例を示す図である。 第１の実施例に係る、パケットヘッダ情報の一例を示す図である。 第１の実施例に係る、パケット情報の一例を示す図である。 第１の実施例に係る、パケット中継装置の性能制御フローチャートの一例を示す図である。 第１の実施例に係る、バースト予測方式、バースト特性等を説明するための図である。 第１の実施例に係る、平均予測帯域の算出方式の一例を示す図である。 第１の実施例に係る、バースト量／バースト継続時間を予測するフィッティング方式の一例を説明するための図である。 第１の実施例に係る、バースト量の頻度分布の一例を示す図である。 第１の実施例に係る、平均予測帯域の算出方式の他の例を示す図である。 第１の実施例のパケット中継装置の効果を説明するための図である。 第１の実施例のパケット中継装置の効果である、パケット廃棄低減効果を説明するための模式図である。 第１の実施例のパケット中継装置の効果である、性能低減効果を説明するための図である。

以下に、本発明を実施するための実施形態を図面に従い説明する。以下の説明においては、パケット中継装置の一例として、ルータを例示して説明するが、本実施例はルータに限らず、送受信端末等の間に設置され、データパケットを中継する装置であれば何にでも適用できる。また、本明細書において、パケット中継装置のルータの性能とは、ルータのパケット性能、及びバイト性能を意味する。

第一の実施例は、残バッファ量と、予測バースト量に基づいて性能制御を行うパケット中継装置としてのルータの実施例である。

図１は、第１の実施例のパケット中継装置の一例を示すブロック図である。
同図において、パケット中継装置１は、受信回線２を介して、パケットを受信し、送信回線３からパケットを送信する。パケット中継装置１は、パケットの受信処理を行うパケット受信部１１と、受信パケットに対する受信パケット検索部１３と、受信パケット検索部１３で宛先IPアドレスから経路検索を行って判定された出力回線番号に基づきパケットをスイッチングする、パケット中継処理手段としてのスイッチ１５と、送信パケット検索部１６と、パケットを読み出してパケットの送信処理を行うパケット送信部１８を備える。パケット受信部１１、受信パケット検索部１３、送信パケット検索部１６、パケット送信部１８はそれぞれ、パケットを蓄積するバッファを内蔵する。

また、パケット受信部１１、受信パケット検索部１３、送信パケット検索部１６、パケット送信部１８にはそれぞれ、トラフィック予測／パケット受信性能演算部１２、トラフィック予測／受信パケット検索性能演算部１４、トラフィック予測／送信パケット検索性能演算部１７、トラフィック予測／パケット送信性能演算部１９が付属しており、該当するトラフィック予測と性能演算を実行する。

図２、図３を用いて、本実施例のトラフィック予測／受信パケット検索性能演算部、トラフィック予測／パケット受信性能演算部１２の内部構成の一例を説明する。なお、トラフィック予測／送信パケット検索性能演算部１７、トラフィック予測／パケット送信性能演算部１９も同様に構成できるので、詳細な図示説明は省略する。これらの各種の演算部は、処理部としての中央処理部（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）と記憶部としてメモリ、及び入出力部であるインタフェースを備えるコンピュータ構成で構成できる。

図２において、受信パケット検索部１３より、パケット受信時刻及びパケット数１４０が入力され、このデータに基づき、アプリケーション（アプリ）（／フロー）毎単位時間毎パケット数計測部１４１は、パケット数を計測する。この計測値は、アプリ（／フロー）毎単位時間毎パケット数履歴蓄積部１４２に送られ、蓄積される。そして、パケット平均予測帯域予測部１４３、パケットバースト量／バースト継続時間予測部１４４は、この蓄積データに基づき、該当する予測を行う。

そして、ルータのパケット性能演算部１４５は、予測されたパケット平均予測帯域とパケットバースト量／バースト継続時間と、受信パケット検索部１３の残バッファ量１４６に基づき、ルータのパケット性能を演算する。その結果に基づき、受信パケット検索性能制御情報１４７とクロック（ＣＬＫ）周波数制御信号１４８を受信パケット検索部１３に出力する。なお、本実施例のパケット性能演算部１４５は、予測バースト量と残バッファ量に基づき、パケット性能を制御する。よって、パケット性能制御の処理をスタートする開始トリガは、受信パケット検索部１３内のバッファの残バッファの閾値でかけるのが望ましい。

このトラフィック予測／受信パケット検索性能演算部１４のアプリ（／フロー）毎単位時間毎パケット数履歴蓄積部１４２が上述の記憶部であるメモリで構成され、他の予測部、演算部等は上述の処理部であるＣＰＵのプログラム実行で実現できることは言うまでもない。以下に説明するトラフィック予測／パケット受信性能演算部１２を含め、他の演算部１７、１９についても同様であり、これらの演算部１２、１４、１７、１９の演算処理を、それぞれ対応する複数のＣＰＵで実現しても、一つのＣＰＵで実現しても良い。

図３にトラフィック予測／パケット受信性能演算部１２の内部構成の一例を示す。図２の回路構成との差異は、図３においては、パケット単位の処理でなく、バイト単位の処理を行っていることにある。すなわち、アプリ（／フロー）毎単位時間毎バイト数計測部１２１は、パケット受信部１１からのパケット受信時刻、バイト数１２０に基づき、バイト数を計測する。その結果は、アプリ（／フロー）毎単位時間毎バイト数履歴蓄積部１２２に送られ、蓄積される。そして、バイト平均予測帯域予測部１２３、パケットバースト量／バースト継続時間予測部１２４は、この蓄積データに基づき予測を行い、ルータのバイト性能演算部１２５は、予測されたバイト平均予測帯域とパケットバースト量／バースト継続時間と、パケット部１１の残バッファ量１２６に基づき、ルータのバイト性能を演算する。そして、得られたパケット受信性能制御情報１２７とＣＬＫ周波数制御信号１２８をパケット受信部１１に出力する。

次に、図４−図７を用いて、本実施例のパケット受信部１１、及び受信パケット検索部１３の一構成例を説明する。
図４において、パケット受信部１１は、パケット受信バッファ制御部１１１と、受信パケットバッファ１１２と、バッファ蓄積パケット数管理部１１３とから構成される。パケット受信バッファ制御部１１１は、受信回線２よりパケット情報１１５を受信すると共に、受信パケットバッファ１１２に対する読み出し制御と書き込み制御、バッファ面に対する上書きを許可する開放制御を行う。バッファ蓄積パケット数管理部１１３は、受信パケットバッファ１１２に蓄積されているパケット数を計測して管理する。

パケット受信バッファ制御部１１１は、パケットヘッダ情報１１７を受信パケット検索部１３に送り、受信パケット検索部１３からの受信パケット検索結果１１４に対応するパケット情報１１８を、スイッチ１５に送信する。更に、パケット受信時刻、バイト数、及び残バッファ量１１９が、トラフィック予測／パケット受信性能演算部１２に送られ、図３に示したパケット受信時刻バイト数１２０及び残バッファ量１２６として用いられる。そして、トラフィック予測／パケット受信性能演算部１２からの制御情報１１６を受信する。この制御情報１１６は、上述したパケット受信性能制御情報１２７とＣＬＫ周波数制御信号１２８に対応する。

図５は、図４の受信パケットバッファ１１２の内部構成の一例を示す図である。同図において、受信パケットバッファ１１２の内部には、パケットが蓄積された領域１１２１と、未だパケットが蓄積されていない残バッファ領域１１２２が存在する。そして、同図に示す通り、パケット情報１１５、１１８が入出力される端子と、バッファ引き抜きトリガ１１２３が入力され、残バッファ量１１２０が出力される端子を備えている。領域１１２１は、後で説明するパケット情報が蓄積されている。

図６にその一例を示すように、受信パケット検索部１３は、受信パケットヘッダバッファ制御部１３１と、蓄積パケット数を管理するバッファ蓄積パケット数管理部１３２と、経路検索部１３３と、受信ヘッダバッファ１３４と、フロー検索部１３５で構成される。受信パケットヘッダ制御部１３１は、パケット受信部１１よりパケットヘッダ情報１１７を受信し、経路検索部１３３、フロー検索部１３５に送る。経路検索部１３３は経路検索結果１３６を、フロー検索部１３５はフロー検索結果１３７をそれぞれ受信パケットヘッダバッファ制御部１３１に送る。受信パケットヘッダバッファ制御部１３１は、それらの情報に基づき、受信パケット検索結果１１４をパケット受信部１１に返信する。また、受信パケットヘッダバッファ制御部１３１は、パケット受信時刻パケット数、及び残バッファ量１３８をトラフィック予測／受信パケット検索性能演算部１４に送ると共に、トラフィック予測／受信パケット検索性能演算部１４から制御情報１３９を受け取る。この、制御情報１３９は、図２で説明した受信パケット検索性能制御情報１４７とＣＬＫ周波数制御信号１４８に対応することなる。受信パケットヘッダバッファ制御部１３１は、この制御情報１３９に基づき、受信パケット検索部１３内のバッファ等のＣＬＫ周波数を制御したり、帯域等を制御することにより、廃棄パケットの低減、あるいは消費電力の低減を図るよう制御する。

図７に受信パケットヘッダバッファ１３４の一構成例を示した。同図において、受信パケットヘッダバッファ１３４は、バッファ蓄積パケットヘッダが蓄積された領域１３４１と、残バッファ領域１３４２からなる。また、複数の端子から、パケットヘッダ情報１１７の入出力、バッファ引き抜きトリガ１３４３の入力、残バッファ量１３４０の出力がなされる。

図８、図９は、本実施例のパケット中継装置であるルータで処理されるパケットヘッダ情報、パケット情報の一例を示している。図８のパケットヘッダ情報８は、内部ヘッダ部８１、Ｌ２ヘッダ部８２、Ｌ３ヘッダ部８３、Ｌ４ヘッダ部８４から構成されている。そして、内部ヘッダ部８１は、入力回線番号部、長さを表わすＬＥＮ部からなる。Ｌ２ヘッダ部８２は、宛先ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）部、送信元ＭＡＣアドレス部、イーサ（イーサネットは登録商標）タイプ部からなる。Ｌ３ヘッダ部８３は、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）バージョン部、ＴＯＳ（Ｔｙｐｅ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）部、Ｌ４プロトコル部、送信元ＩＰアドレス部、宛先ＩＰアドレス部からなる。最後に、Ｌ４ヘッダ部８４は、送信元ポート番号、宛先ポート番号、ＴＣＰ（Ｔｒａｓｓｉｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）フラグ等のコードビットからなる。なお、図９のパケット情報９は、図８のパケットヘッダ情報８に、更にパケットデータと、ＦＣＳ(Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ)が追加されているだけであるので、ここでは説明を省略する。

以上説明した本実施例の構成のパケット中継装置で帯域予測に基づく省電力制御方法の具体例について、図１０〜図１５を用いて説明する。なお、本実施例において、パケット中継装置であるルータのパケット性能の基本値として、平均予測帯域を用いる。この平均予測帯域とは、予測帯域の平均値を示し、バースト分は除かれている。

図１１のテーブル１１００に示す様に、ネットワークにおけるトラフィック変動は、＃１の送信端末の帯域制御を変動要因とするもの、及び＃２のネットワーク輻輳を変動要因とするものの２つに大別できる。前者の＃１の送信端末の帯域制御がトラフィック変動要因の場合、そのトラフィック変動に基づくバースト特性は周期的であり、それに起因するバースト予測は、帯域制御アルゴリズムから平均予測帯域、バースト量、バースト継続時間を予測することで実現する。

一方、トラフィック変動の要因が後者の＃２のネットワーク輻輳の場合は、バースト特性は偶発的であるため、ルータの過去の統計的な履歴からバースト量、バースト継続時間等のバースト予測を行う必要がある。

図１２は、本実施例における平均予測帯域の算出方式の一例を説明するためのフローチャートである。Ｓ１２０において、パケットの受信をトリガとしてスタートする。すなわち、ルータがアプリケーション（アプリ）Ｉ のパケット受信をすると、初期値として、ｎ（ｉ）＝０、アプリケーション ｉ のフロー数 ｂ（ｉ）、及び過去の統計履歴に基づくアプリケーション ｉ の１フロー当たりの平均帯域がセットされる。

続いて、Ｓ１２１において、コードビットを利用して、受信パケットが確率要求（ＳＹＮ）か否かが判断され、ＳＹＮの場合、Ｓ１２２において、ｎ（ｉ）＝ｎ（ｉ）＋１とし、ＳＹＮパケットでない場合、Ｓ１２３において、切断要求（ＦＩＮ）か否かが判断される。ＦＩＮの場合、Ｓ１２４において、ｎ（ｉ）＝ｎ（ｉ）−１とする。そして、Ｓ１２５において、Ｂ（ｉ）＝ｎ（ｉ）×ｂ（ｉ）を、当該アプリケーション i の平均予測帯域と決定して終了する(Ｓ１２６)。

次に、図１３により、本実施例において、過去の統計的な履歴からバースト量／バースト継続時間を予測するフィティング方式の一例を説明する。図１３において、横軸は時間、縦軸は帯域を示し、実線１３００は過去の統計的な履歴に基づく実帯域を示す。この実帯域を用いて、破線１３０１に示すような実帯域へのフィティングを行う。同図において、１３０２はバースト継続時間を、塗りつぶし領域１３０３の面積はバースト量を示す。

なお、このフィッティングは、三角関数の線形結合（周期関数）、または線形関数＋正規分布関数によって実現することができる。そして、正規分布のフィッティング結果が、例えば、関数 Aexp［−（t−μ）^２／２σ^２］の時、バースト量は、Ａσ√２π、バースト継続時間は、ｎσと表わされる。ここで、Ａは係数、μは平均値を、σは標準偏差を示す。

図１４は、この様に統計的に採取したバースト量の頻度分布の一例を示す図である。同図において、横軸はバースト量、縦軸は頻度を示す。この頻度分布１４００において、Ｐ％のバースト量が収まるバースト量を、予測バースト量１４０１とすると、残バッファ量が予測バースト量に等しいとき、Ｐ％の確率でバーストは残バッファ量内に収まることになる。

図１５は、本実施例の平均予測帯域の算出の他の方式を説明するための図である。同図において、横軸は時間、縦軸は帯域であり、実線１５００、破線１５０１は、それぞれ図１３の実線１３００、破線１３０１に対応する。そして、フィッティング関数から正規分布関数を減じた関数、つまり三角関数の線形結合（周期関数）または線形関数が平均予測帯域１５０２を与える。

次に、本実施例のパケット中継装置において、上述の通り算出した平均予測帯域、及び予測バースト量を用いてルータ性能の制御を行う具体的方法を説明する。ルータ性能の具体的な算出方法は、予測バースト量と残バッファ量の大小で異なっている。以下、その大小関係に基づく場合分けI）、II)に従い説明する。なお、性能変更周期とは、ルータのパケット性能、あるいはバイト性能を周期的に変更する場合の、その変更周期を意味する。

I）予測バースト量＞残バッファ量×ｐ （０＜ｐ≦１）の場合のルータ性能の算出式
i-1) 性能変更周期＞バースト継続時間の場合
平均予測帯域＋（予測バースト量−残バッファ量×ｐ）／バースト継続時間
i-2) 性能変更周期≦バースト継続時間の場合
平均予測帯域＋（予測バースト量−残バッファ量×ｐ）／性能変更周期
II) 予測バースト量≦残バッファ量×ｐ の場合のルータ性能の算出式
ii-1) 性能変更周期＞バースト継続時間の場合
平均予測帯域−（残バッファ量−予測バッファ量×ｐ）／バースト継続時間
ii-2) 性能変更周期≦バースト継続時間の場合
平均予測帯域−（残バッファ量−予測バッファ量×ｐ）／性能変更周期
一方、図２のクロック（ＣＬＫ）周波数制御信号１４８は、制御後のＣＬＫ周波数＝最大性能時のＣＬＫ周波数×（演算結果の性能／ルータの最大性能）となるよう制御を行うこととする。各演算部で演算されたＣＬＫ周波数は、性能演算されたバッファを持つ回路全体の周波数として利用される。例えば、トラフィック予測／パケット受信性能演算部１２で演算されたＣＬＫ周波数は、パケット受信部１１のバッファを含む全回路に適用され、トラフィック予測／受信パケット検索性能演算部１４で演算されたＣＬＫ周波数は、受信パケット検索部１３のバッファを含む全回路に適用される。説明を省略した送信側においても同様であることは言うまでもない。

図１０のフローチャートとして、以上のルータ性能の算出方法に基づく、本実施例のパケット中継装置の性能制御の一例を図示した。
図１０において、Ｓ１００で周期的に性能制御のための処理が開始されると、Ｓ１０１において、利用する帯域制御アルゴリズムのプロトコルベースの平均予測帯域を算出する。次に、Ｓ１０２において、予測バースト量とバースト継続時間を算出する。Ｓ１０３において、算出した予測バッファ量と（残バッファ量×ｐ）を比較し、予測バースト量が大きい場合、小さい場合に分け、Ｓ１０４、Ｓ１０５においてそれぞれ、性能変更周期が算出したバースト継続時間より大きいか否かを判断し、その判断結果により、先に説明した、i-1)、i-2)、ii-1)、ii-2)の通り、Ｓ１０６〜Ｓ１０９における処理を行い、処理を終了する（Ｓ１１０）。

以上説明した、実施例１のパケット中継装置の構成に基づく効果を、図１６、図１７Ａ、図１７Ｂを用いて説明する。図１６は、図１５と同様、横軸は時間、縦軸は帯域である。同図において、実線１６００はバーストを含む実帯域を、１６２は本実施例によって算出された平均予測帯域であり、１６０１はネットワーク輻輳に伴うバーストを考慮しない、従来手法により決定されるルータ性能を示している。図１６に示す通り、本実施例の場合のルータ性能を、従来手法のルータ性能１６０１と比較し、差分１６０３で示す様に、予測バースト量に基づく分を低減することができ、低消費電力化を図ることができる。

図１７Ａ、図１７Ｂは、本実施例の効果を従来手法と比較して説明するための模式図である。図１７Ａ、図１７Ｂは、それぞれ、予測バースト量が（残バッファ量×ｐ）より大きい場合、（残バッファ量×ｐ）が予測バースト量より大きい場合に対応し、全て横軸は時間、縦軸は帯域を示し、実線１７００、１７０７はそれぞれ実帯域を示している。両図とも、その上段は従来手法を、下段は本実施例の場合を示す。

図１７Ａの、予測バースト量＞（残バッファ量×ｐ）の場合、上段のバースト予測を行わない従来手法においては、平均予測帯域をルータ性能１７０２に設定されると、平均予測帯域であるルータ性能１７０２に（残バッファ量×ｐ）１７０３を加えた破線で示す帯域以上において、パケット廃棄１７０１が発生する。これに比較し、予測バースト量を考慮した本実施例においては、ルータ性能１７０５を先に説明した通り、ルータ性能＝平均予測帯域＋（予測バースト量−残バッファ量×ｐ）／バースト継続時間、と設定するため、このルータ性能１７０５に（残バッファ量×ｐ）１７０３を加えた帯域が、上位にシフトするため、結果としてパケット廃棄１７０４を低減することができる。

図１７Ｂの、（残バッファ量×ｐ）＞予測バースト量の場合、上段のバースト予測を行わない従来手法の、実帯域１７０７とほぼ同等の平均予測帯域であるルータ性能１７０２と比較し、予測バースト量を考慮した本実施例においては、ルータ性能１７０５を上述の通り、ルータ性能＝平均予測帯域−（予測バースト量−残バッファ量×ｐ）／バースト継続時間、と設定するため、パケット廃棄が生じない範囲で、実帯域１７０７からルータ性能の低減１７０９を図ることができる。

以上詳述した、第一の実施例のパケット中継装置によれば、ネットワーク輻輳に基づくバーストを考慮して予測バースト量を生成し、このネットワーク輻輳による予測バースト量とルータの残バッファ量を比較し、残バッファ量が充足している場合は、ルータ性能を、平均予測帯域よりも減少させることにより省電力効率を改善し、残バッファ量が不足している場合は、ルータ性能を平均予測帯域よりも増大させることにより、パケット廃棄を低減するよう制御可能なパケット中継装置を提供することができる。すなわち、ネットワーク輻輳に基づくバーストに対する耐性が強く、また消費電力の低減も図ることのできるパケット中継装置を提供することができる。

なお、上記の図１０〜図１５の説明において、ルータのパケット性能の制御について主に説明したが、図３に示したパケット受信部１１においては、トラフィック予測／パケット受信性能演算部１２で得られる制御情報１１６は、ルータのバイト性能とＣＬＫ周波数であり、このルータのバイト性能が同様の方法でパケット受信部１１内の制御に用いられることになる。

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、図１のパケット中継装置にあっては、各種の演算部１２、１４、１７、１９が、それぞれ対応するパケット受信部、受信パケット検索部、送信パケット検索部、パケット送信部に接続される構成としたが、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではなく、各種の演算部１２、１４、１７、１９の少なくとも一つのみが機能する構成としても良い。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、それぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアで実現する場合を例示して説明したが、各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報はメモリのみならず、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体におくことができるし、必要に応じてネットワーク等を介してダウンロード、インストールすることも可能である。

１ パケット中継装置
２ 受信回線
３ 送信回線
１１ パケット受信部
１１１ パケット受信バッファ制御部
１１２ 受信パケットバッファ
１１３ バッファ蓄積パケット数管理部
１２ トラフィック予測／パケット受信性能演算部
１２１ アプリ（／フロー）毎単位時間毎バイト数計測部
１２２ アプリ（／フロー）毎単位時間毎バイト数履歴蓄積部
１２３ バイト平均予測帯域予測部
１２４ パケットバースト量／バースト継続時間予測部
１２５ ルータのバイト性能演算部
１３ 受信パケット検索部
１３１ 受信パケットヘッダバッファ制御部
１３２ バッファ蓄積パケット数管理部
１３３ 経路検索部
１３４ 受信パケットヘッダバッファ
１３５ フロー検索部
１４ トラフィック予測／受信パケット検索性能演算部
１４１ アプリ（／フロー）毎単位時間毎パケット数計測部
１４２ アプリ（／フロー）毎単位時間毎パケット数履歴蓄積部
１４３ パケット平均予測帯域予測部
１４４ パケットバースト量／バースト継続時間予測部
１４５ ルータのパケット性能演算部
１５ スイッチ
１６ 送信パケット検索部
１７ トラフィック予測／送信パケット検索性能演算部
１８ パケット送信部
１９ トラフィック予測／パケット送信性能演算部
８０ パケットヘッダ情報
９０ パケット情報

Claims (15)

1. パケットを中継するパケット中継装置であって、
   受信回線と、
   送信回線と、
   前記受信回線からパケットを受信するパケット受信部と、
   受信された前記パケットの検索を行う受信パケット検索部と、
   受信された前記パケットをスイッチングするスイッチと、
   スイッチングされた前記パケットの検索を行う送信パケット検索部と、
   スイッチングされた前記パケットを、前記送信回線を介して送信するパケット送信部と、
   前記パケット受信部、前記受信パケット検索部、前記送信パケット検索部、及び前記パケット送信部の少なくとも一つに接続された演算部を備え、
   前記演算部は、
   前記パケットのパケット数に基づき、平均予測帯域と予測バースト量を算出し、算出した前記平均予測帯域と前記予測バースト量と、接続された前記パケット受信部、前記受信パケット検索部、前記送信パケット検索部、及び前記パケット送信部の少なくとも一つの残パケット量に基づき、当該パケット中継装置の性能を決定する、
   ことを特徴とするパケット中継装置。
2. 請求項1に記載のパケット中継装置であって、
   前記演算部は、前記受信パケット検索部に接続され、
   前記受信パケット検索部から、受信された前記パケットのパケット受信時刻と、パケット数を受信し、単位時間毎の前記パケットのパケット数を計測する計測部と、
   単位時間毎の前記パケットのパケット数を蓄積する蓄積部と、
   前記蓄積部に蓄積された、単位時間毎の前記パケットのパケット数に基づき、前記パケットのパケット平均予測帯域と、前記予測バースト量とを予測する予測部とを備え、
   予測した前記パケット平均予測帯域と、前記予測バースト量と、前記受信パケット検索部の前記残パケット量を用いて、当該パケット中継装置のパケット性能を算出する、
   ことを特徴とするパケット中継装置。
3. 請求項２に記載のパケット中継装置であって、
   前記予測部は、
   前記蓄積部に蓄積された、単位時間毎の前記パケットのパケット数に基づき、バースト継続時間を更に予測する、
   ことを特徴とするパケット中継装置。
4. 請求項３に記載のパケット中継装置であって、
   前記演算部は、
   前記予測バースト量と、前記残バッファ量の大小関係に基づき、前記パケット性能を決定する、
   ことを特徴とするパケット中継装置。
5. 請求項４に記載のパケット中継装置であって、
   前記演算部は、
   前記バースト継続時間と、性能変更周期の大小関係に基づき、前記パケット性能を決定する、
   ことを特徴とするパケット中継装置。
6. 請求項１に記載のパケット中継装置であって、
   前記演算部は、
   前記予測バースト量と前記残バッファ量の差分に基づく値と、前記平均予測帯域とを用いて、前記パケット性能を決定する、
   ことを特徴とするパケット中継装置。
7. 請求項６に記載のパケット中継装置であって、
   前記演算部は、
   前記パケット性能に基づき、受信パケット検索性能制御情報とクロック周波数制御信号を前記受信パケット検索部に出力する、
   ことを特徴とするパケット中継装置。
8. 請求項７に記載のパケット中継装置であって、
   前記受信パケット検索部は受信パケットヘッダバッファ制御部を備え、
   前記受信パケットヘッダバッファ制御部は、前記受信パケット検索性能制御情報と前記クロック周波数制御信号に基づき制御を行う、
   ことを特徴とするパケット中継装置。
9. 請求項1に記載のパケット中継装置であって、
   前記演算部は、前記パケット受信部に接続され、
   前記パケット受信部から、受信された前記パケットのパケット受信時刻と、バイト数を受信し、単位時間毎の前記パケットのバイト数を計測する計測部と、
   単位時間毎の前記パケットのバイト数を蓄積する蓄積部と、
   前記蓄積部に蓄積された、単位時間毎の前記パケットのバイト数に基づき、前記パケットのバイト平均予測帯域と、前記予測バースト量とを予測する予測部とを備え、
   予測した前記バイト平均予測帯域と、前記予測バースト量と、前記パケット受信部の前記残パケット量を用いて、当該パケット中継装置のバイト性能を算出する、
   ことを特徴とするパケット中継装置。
10. 請求項９に記載のパケット中継装置であって、
    前記演算部は、
    前記バイト性能に基づき、パケット受信性能制御情報とクロック周波数制御信号を前記受信パケット検索部に出力し、
    前記パケット受信部は、前記パケット受信性能制御情報と前記クロック周波数制御信号に基づき制御を行う、
    ことを特徴とするパケット中継装置。
11. パケットを中継するパケット中継装置におけるパケット中継方法であって、
    前記パケット中継装置は、
    受信回線から受信した前記パケットの検索を行い、受信された前記パケットをスイッチングし、
    スイッチングされた前記パケットの検索を行い、スイッチングされた前記パケットを、送信回線を介して送信し、
    前記パケットのパケット数に基づき、平均予測帯域と予測バースト量を算出し、算出した前記平均予測帯域と前記予測バースト量と、前記パケット中継装置内の残バッファ量に基づき、当該パケット中継装置の性能を決定する、
    ことを特徴とするパケット中継方法。
12. 請求項１１に記載のパケット中継方法であって、
    前記パケット中継装置は、
    受信された前記パケットのパケット受信時刻と、パケット数に基づき、単位時間毎の前記パケットのパケット数を計測して蓄積し、
    蓄積された、単位時間毎の前記パケットのパケット数に基づき、前記パケットのパケット平均予測帯域と、前記予測バースト量とを予測し、
    前記予測バースト量と前記パケット中継装置内のバッファの残パケット量の差分に基づく値と、前記平均予測帯域とを用いて、前記パケット性能を決定する、
    ことを特徴とするパケット中継方法。
13. 請求項１２に記載のパケット中継方法であって、
    前記パケット中継装置は、
    前記蓄積部に蓄積された、単位時間毎の前記パケットのパケット数に基づき、バースト継続時間を更に予測する、
    ことを特徴とするパケット中継方法。
14. 請求項１３に記載のパケット中継方法であって、
    前記パケット中継装置は、
    前記予測バースト量と、前記残バッファ量の大小関係に基づき、前記パケット性能を決定する、
    ことを特徴とするパケット中継方法。
15. 請求項１４に記載のパケット中継方法であって、
    前記パケット中継装置は、
    前記バースト継続時間と、性能変更周期の大小関係に基づき、前記パケット性能を決定する、
    ことを特徴とするパケット中継方法。

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