JP2017169148A - パケット通信の割り込み制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優先度の高いパケットの送信を優先するパケット割り込み制御においてネットワーク負荷やネットワークの利用効率への影響を抑制する。【解決手段】送信側の装置１は、パケット送信中に緊急パケットバッファ４にパケットが投入されると、パケット送信を中断させてパケット受信側にパケット割り込みを通知し、緊急パケットバッファ４からの緊急パケット送信を実行する。受信側の装置は、パケット受信中にパケット割り込みの通知があれば、パケット受信を中断させて緊急パケットバッファ４からの緊急パケット送信を受信させ、受信したパケットのデータをスタックバッファに格納する。前記装置１は、緊急パケット送信の送信完了後にパケット割り込みの解除を受信側に通知し、通知前の元のパケット送信に戻る。受信側の装置は、解除の通知に応じてパケット割り込み通知前の元のパケット送信の受信に戻る。【選択図】図１

Description

本発明は、パケットの優先度に応じて割り込みを制御する方法に関する。

一般的な通信装置においては、パケットを送信する際にパケットがバッファにキューイングされた上で送信されている。そのため、緊急性の高いパケットであっても待ち行列（キュー）に並ばされ、送信の遅れやその遅延時間が不安定となってジッターなどの問題が生じる。

このような問題を解決するため、一般的な通信装置は優先度キューを備えることが多く、例えばイーサネット（登録商標）などでは「ＣｏＳ」などが実装されている。優先度キューを備える場合には、優先度のパケットが高優先度のキューに入るように設定することにより、該パケットが優先して送信されることが期待できる。しかし、この解決方法には次の問題が生じるおそれがある。

（１）「ＣｏＳ」共有
多くの場合、優先度キューの数は限られている。例えば「ＣｏＳ」の場合には８キューであることが多い。このようなレベル数では、他のプロコルパケットとの兼ね合いで最高優先度を他のプロトコルと共有することになりやすい。このとき他のパケットが最高優先度タグを付与していたりすると、装置内の優先順位がかく乱されるおそれがある。

（２）出力側キュー
一般的な装置においては、入力側と出力側にキューを持つ場合が多いが、優先度キューを入力側に実装している場合には、出力キューに入ったパケットには優先処理が機能しないおそれがある。

（３）長いパケット
仮に送信側キューに優先処理が実装されていたとしても、あるパケットが現在送信中ならば、次のパケットはそのパケットの送信が終わるまで待たされる。パケットの長さが長い場合には待ち時間も長くなる。特にジャンボパケットを有効かしている場合には影響が顕著となり易い。

この点を解決すべく、特許文献１のようにパケット送信中に優先度の高いパケットが到来した場合に現在行っているパケット送信を中断し、優先度の高いパケットを先に送信し、その終了後に中断していたパケット送信を再開する技術が提案されている。

ところが、特許文献１の技術を既存のＩＰ上に実装した場合、送信途中で中断したパケットは、パケットの実際の長さと「Ｔｏｔａｌ Ｌｅｎｇｔｈ」に記載された値との間に齟齬が生じるおそれがある。したがって、受信装置側で「Ｌｅｎgｔｈエラー」が発生し、中断パケットの送信済みの部分が無駄となり、ネットワークの利用効率上、好ましくない。

そこで、特許文献２に示すように、優先度の高いパケットが到来した場合には、現在行っているパケット送信を中断し、優先度の高いパケットを先に送信し、その送信後に中断されたパケットに含まれる全データを再送信する技術が提案されている。

特開２００２−１８５５１６号公報 特開２００６−２７９１８８号公報

確かに特許文献２の技術によれば、パケットの実際の長さと「Ｔｏｔａｌ Ｌｅｎｇｔｈ」に記載された値との間に齟齬が生じるおそれはない。

しかしながら、特許文献２の技術は、中断されたパケットに含まれる全データを再送信しなければならないため、ネットワークの負荷が増加し、やはりネットワークの利用効率の低下を招くおそれがある。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、ネットワーク負荷やネットワークの利用効率への影響を抑えつつ、優先度の高いパケットの送信を優先するパケット通信の割り込み制御方法を提供することを解決課題としている。

本発明は、パケット通信の割り込みを制御する方法であって、パケット送信中に緊急パケットバッファにパケットが投入されるとパケット送信側のパケット送信割り込みコントローラが、送信中のパケットを中断させてパケット受信側にパケット割り込みを通知し、前記緊急パケットバッファから緊急パケット送信する緊急パケット送信ステップと、パケット受信側のパケット受信割り込みコントローラが、パケット受信中に前記パケット割り込みの通知を検出すれば、該パケット受信を中断させて前記緊急パケットバッファからの緊急パケット送信を受信させ、該受信したパケットのデータをスタックバッファに格納する緊急パケット受信ステップと、前記パケット送信割り込みコントローラが、前記緊急パケット送信の送信完了後に前記パケット割り込みの解除を受信側に通知し、該通知前の元のパケット送信に戻る割り込み解除ステップと、前記パケット受信割り込みコントローラが前記解除の通知を検出すれば、前記パケット割り込み通知前の元のパケット送信の受信に戻る割り込み解除応答ステップと、を有する。

前記両通知は、パケットのデータとは重複しない信号により構成することが好ましい。また、前記緊急パケットバッファは、優先度順にパケットを蓄積するリンクバッファで構成してもよい。

このとき前記緊急パケット送信ステップにおいて、送信中のパケットよりも優先度の高いパケットが前記緊急パケットバッファに投入されると、送信中のパケットを中断して優先度の高いパケットのパケット割り込みを通知し、前記緊急パケットバッファから優先度の高いパケットの緊急パケット送信を実行する。

また、緊急パケット受信ステップにおいて、パケットの受信中に優先度の高いパケットのパケット割り込み通知を検出すれば、現在の受信を中断させて優先度の高いパケットの送信を受信して、該受信したパケットのデータをスタックバッファに格納する。

さらに前記割り込み解除ステップにおいて、優先度の高いパケットの緊急パケット送信の完了後に前記パケット割り込みの解除を通知し、該通知前の元の緊急パケット送信に戻る。また、前記割り込み解除応答ステップにおいて、前記解除の通知を検出すれば前記パケット割り込み通知前の元の緊急パケット送信の受信に戻る。

本発明によれば、ネットワーク負荷やネットワークの利用効率への影響を抑えつつ、優先度の高いパケットの送信を優先するパケット通信の割り込み制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るパケット通信の割り込み制御方法を実現する送信側ブロック図。 同 受信側ブロック図。 同 送信割り込みフューズの説明図。 （ａ）は従来のパケット通信の割り込み制御方法を示す概念図、（ｂ）は図１に示す装置のパケット通信の割り込み制御方法を示す概念図、（ｃ）は多段割り込みの制御方法を示す概念図。

以下、本発明の実施形態に係るパケット通信の割り込み制御方法を説明する。この制御方法は、パケット送信中においてエスケープ信号を発行することにより、現在のパケット送信を一旦中断し、他のパケットの送信を開始する。

これによりバッファ中のキューの有無や現在送信中のパケットの有無にかかわらず、制御可能となる。これは従来の優先度キューを迂回するように設計することで既存のアーキテクチャーを維持した上で実現することができる。

≪システム構成例≫
前記パケット通信の割り込み制御方法を実現するシステムは、パケットの送信を実行する送信側の装置（機器などを含む。）と、送信側の装置から送信されたパケットを受信する受信側の装置（機器などを含む。）とを備える。

（１）送信側の装置
図１に基づき送信側の装置１を説明する。この送信側の装置１のバッファ２には、優先度が設定されていない通常のパケットがキューイングされる送信キュー３−１〜３−ｎと、優先度の設定されたパケット（以下、緊急パケット）がキューイングされる緊急パケットバッファ（以下、緊キューとする。）４とが含まれている。

また、送信側の装置１は、各キュー３−１〜３−ｎ，４のパケットデータを符号化する符号化器５と、緊キュー４にパケットが投入されると符号化器５を優先的に使用するパケット送信割り込みコントローラ（ＰＴＩＣ）６とを有している。この符号化器５で符号化されたデータが「ＳＥＲＤＳ（パラレル・シリアル相互変換回路）」７および「ＥＴＨ（イーサネット）」８を介して受信側の装置に送信される。

また、優先度としては、「Ｄｉｆｆ−ｓｅｒｖ」方式の「Ｄｉｆｆ−ｓｅｒｖ Ｃｏｄｅ Ｐｏｉｎｔ（ＤＳＣＰ）」を用いることができる。ここでは緊急パケットが緊キュー４に投入されて記憶されると、これをパケット送信割り込みコントローラ６にて検出し、緊急パケットの送信割り込み制御を開始する。

すなわち、パケット送信割り込みコントローラ６は、前記検出により符号化器５を優先的に使用する。このとき従来の送信キュー３−１〜３−ｎからのパケットストリーム（パケット送信）を中断させる。また、パケットデータと重複しない信号、即ち通常のパケットデータを表現する値以外の値を使って表現されるプッシュ信号を発生させる。ここで発生させたプッシュ信号を受信側の装置１１（図２参照）に送信することにより、受信側の装置１１に前記送信割り込み制御の開始を通知する。

さらにパケット送信割り込みコントローラ６は、前記プッシュ信号の送信後に間を空けずに緊キュー４の緊急パケットを、「ＳＥＲＤＳ」７および「ＥＴＨ」８を介して受信側の装置１１に送信し、送信完了後に再びパケットデータと重複しないポップ信号を発生させる。

ここで発生させたポップ信号を受信側の装置１１に送信することにより、受信側の装置１１に前記送信割り込み制御の終了を通知する。この通知後は、パケット送信割り込みコントローラ６における符号化器５の優先的使用が解除され、前記送信割り込み制御前のパケットストリームに処理を戻し、中断していたパケットストリームの処理を再開する。なお、再開後のパケットストリームは、中断した箇所よりも後の部分、即ちプッシュ信号後からのパケットデータの送信でよい。

（２）受信側の装置
図２に基づき受信側の装置１１を説明する。この受信側の装置１１は、送信側の装置１からのパケット送信のデータを「ＥＴＨ（イーサネット）」８を通じて受信し、受信したパケットのデータが「ＳＥＲＤＳ（パラレル・シリアル相互変換回路）」７を経由で復号化器１２に入力され、入力された前記データを復号化器１２で復号する。

また、受信側の装置１１は、復号化器１２で復号されたパケットのデータが入力される受信キュー１４−１〜１４−ｎと、前記受信したパケット中のプッシュ信号を検出に応じて復号化器１２を優先的に使用して現在の受信ストリーム（パケット受信）を中断させるパケット受信割り込みコントローラ１３と、前記プッシュ信号に引き続いて受信するパケットのデータを格納するスタックバッファ１５とを有し、受信キュー１４−１〜１４−ｎおよびスタックバッファ１５はバッファ１６に含まれている。

したがって、通常は受信したパケットが復号化器１２で復号されて受信キュー１４−１〜１４−ｎに入れられる。ただし、受信割り込みコントローラ１３により受信パケット中のプッシュ信号が検出された場合にはパケットの受信割り込み制御が開始される。

すなわち、受信割り込みコントローラ１３は、復号化器１２を優先的に使用するため、現在の受信ストリームを中断させ、引き続き受信するパケットのバイトストリーム（バイト単位のデジタルデータ）を引き込んでスタックバッファ１５に格納させる。この前記受信割り込み制御は、ポップ信号を検出するまで続行される。

このポップ信号を検出すれば、受信割り込みコントローラ１３の前記受信割り込み制御が解除され、中断した元の受信ストリームの処理に戻る。なお、スタックバッファ１５に格納された緊急パケットは、ＬＡＮスイッチのエンジンなどにより必要に応じた処理が実行される。

≪緊急レベル≫
以下、段階的なレベルの優先度（緊急レベル）が付与された緊急バッファ群に対するパケットの送信割り込み制御を説明する。例えば通常の「ＣｏＳ」キューなどでは８レベルを設定可能なものの、緊キュー４は、図３に示すリンクバッファによりリストの先頭側が先に送信される。この点で緊キュー４は無限のレベルを表現することができる。

図３中の「パケットＡ，Ｂ,Ｃ，Ｓ」は緊キュー４に投入される緊急パケットを示し、各パケットの優先度は、「パケットＳ＞パケットＡ＞パケットＢ＞パケットＣ」のレベルに設定されている。また、図３中の各パケット内に表されている濃淡はパケット送信量を示し、Ｓ０１は緊キュー４にパケットＡ〜Ｃが投入されたときの前記送信割り込み制御を示している。

ここではパケット送信割り込みコントローラ６は、優先度の最も高いパケットＡの送信割り込みフューズを実行し、パケットＢ，Ｃの送信を中断している。このパケットＡは、受信側装置１１で受信され、スタックバッファ１５に格納される。

Ｓ０２は、Ｓ０１に示すパケットＡの送信中にパケットＣが緊キュー４に投入されたときの前記送信割り込み制御を示している。ここでは緊キュー４内のリングバッファにパケットＡよりも優先度の高いパケットＳが追加されている。

したがって、パケット送信割り込みコントローラ６は、パケットＳの送信割り込みフューズを開始する。すなわち、パケットＡの送信を中断し、さらに受信側の装置１１に対してプッシュ信号を送信する。このプッシュ信号の検出によりパケット受信割り込みコントローラ１３がパケットＡの受信を中断する。

また、パケット送信割り込みコントローラ６はプッシュ信号送信後にＳ０３に示すように、パケットＳの送信を開始する。ここで送信されたパケットＳは、パケット受信割り込みコントローラ１３にてスタックバッファ１５に格納される。

Ｓ０４はパケットＳの送信継続中を示し、Ｓ０５はパケットＳの送信完了を示している。この送信完了後にパケット送信割り込みコントローラ６が、Ｓ０６に示すように、ポップ信号を受信側の装置１１に送信する。

ここでポップ信号は、直前のプッシュ信号に応じて開始されたパケットの送信割り込みフューズの終了（クローズ）を通知する。したがって、Ｓ０６のポップ信号は、パケットＳの送信割り込みフューズの終了を通知し、パケットＡの送信割り込みフューズの終了を通知するものではない。

そのため、パケット送信割り込みコントローラ６は、Ｓ０６のポップ信号の送信後、直ちにパケットＡの送信割り込みフューズに移行する。このパケットＡの送信が完了すれば、パケットＡの送信割り込みフューズの終了を通知するポップ信号を受信側の装置１１に送信し、パケットＡの送信割り込みフューズを終了する。

その後にパケットＢの送信割り込みフューズに移行し、該送信割り込みフューズの終了後は、パケット送信割り込みコントローラ６における符号化器５の優先的使用が解除され、前記送信割り込み制御を終了する。

≪作用効果≫
（１）従来のパケット通信の制御方法によれば、図４（ａ）に示すように、緊急パケットの送信が必要となったときに既に送信中のパケットがあれば、その送信が終了するまで待機しなければならなかった。したがって、送信中のパケットと緊急パケットとの間にインターフレームギャップ（パケット間の次フレームまでの空隙：ＩＦＧ）が生じる。

例えば図４（ａ）は、パケットＰ１，Ｐ２の送信中に緊急パケットＰ３の送信が必要となった場合の割り込み制御を示している。このとき従来は、パケットＰ１，Ｐ２間に緊急パケットＰ３が割り込む。すなわち、パケットＰ１の送信完了後にパケットＰ３が送信され、パケットＰ３の送信完了後にパケットＰ２が送信される。したがって、パケットＰ１，Ｐ２間とパケットＰ２，Ｐ３間とにインターフレームギャップが発生する。

（２）これに対して本実施形態に係るパケット通信の制御方法によれば、パケット送信中に緊キュー４に緊急パケットが投入されれば、送信途中でエスケープとしてのプッシュ信号が送信データに挿入され、挿入されたプッシュ信号から別のパケットを送信することが表現される。一方、緊急パケットの送信が完了すれば、エスケープとしての「ポップ信号」が送信データに挿入され、送信割り込みフューズの終了が通知され、元のパケットのデータの残りの部分が送信される。

図４（ｂ）に基づき説明すれば、パケットＰ１，Ｐ２間にインターフレームギャップが発生するものの、パケットＰ２の送信中にエスケープ信号（プッシュ信号およびポップ信号）が送信データに挿入され、該挿入後はパケットＰ３が送信される。このパケットＰ３の送信が終了すればプッシュ信号が送信データに挿入され、該挿入後はパケットＰ２が送信される。

これによりパケットＰ２，Ｐ３間のインターフレームギャップが省略され、インターフレームギャップの回数を減少させることができ、この点で緊急パケットの伝送遅延を小さくできる。なお、パケットの割り込み時にはエスケープ信号を挿入すればよいので、緊急パケットの伝送遅延を一定とすることもできる。

（３）また、本実施形態に係るパケット通信の制御方法によれば、パケット送信中に緊キュー４に緊急パケットが投入されれば、送信途中でエスケープとしてのプッシュ信号が送信データに挿入される。すなわち、挿入されたプッシュ信号から別のパケットを送信することが表現され、また受信割り込みコントローラ１３が受信パケット中のプッシュ信号が検出すればパケット受信の割り込みが開始される。

その結果、既存のＩＰ上に本制御方法を実現するシステムを実装した場合には、特許文献１の技術のように「Ｌｅｎgｔｈエラー」が発生するおそれがなく、これにより特許文献２のように緊急バッファを先に送信した後に中断されたパケットに含まれる全データを再送信する必要が無い。この点でパケット割り込み時のネットワーク負荷やネットワークの利用効率への影響を最小限に抑えることができる。

（４）さらに図４（ｃ）は、パケットＰ２の送信中にパケットＰ３が緊キュー４に投入され、さらにパケットＰ３の送信割り込みフューズ中にパケットＰ４が緊キュー４に投入された場合の多段割り込みのパケット送信割り込み制御を示している。

ここではパケットＰ２の送信中にパケットＰ３のエスケープ信号（プッシュ信号）が送信データに挿入され、パケットＰ３の送信中にパケットＰ４のエスケープ信号（プッシュ信号）が送信データに挿入されている。

このパケットＰ４の送信割り込みフューズ終了時のエスケープ信号（ポップ信号）の送信後にパケット３の送信割り込みフューズが再開される。このパケットＰ３の送信割り込みフューズ終了時のエスケープ信号（ポップ信号）の送信後にパケットＰ２の送信割り込みフューズが再開される。このような多段割り込み、即ちネスト（入れ子構造）を可能にすることでインサーフレームギャップを一層減少させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えば前記装置１，１１間に既存のハブ（ＨＵＢ）が存在する場合には、割り込まれた元パケット、即ち中断されたパケットのＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を再計算し、レガシーハブ（既存のハブ）にてスタックバッファのパケットを透過できるようにしてもよい。

１…送信側の装置
２…バッファ
３…送信キュー
４…緊キュー
５…符号化器
６…パケット送信割り込みコントローラ
７…ＳＥＲＤＥＳ
８…ＥＴＨ
１１…受信側の装置
１３…パケット受信割り込みコントローラ
１４…受信キュー
１５…スタックバッファ
１６…バッファ

Claims (4)

1. パケット通信の割り込みを制御する方法であって、
   パケット送信中に緊急パケットバッファにパケットが投入されるとパケット送信側のパケット送信割り込みコントローラが、送信中のパケットを中断させてパケット受信側にパケット割り込みを通知し、前記緊急パケットバッファから緊急パケット送信する緊急パケット送信ステップと、
   パケット受信側のパケット受信割り込みコントローラが、パケット受信中に前記パケット割り込みの通知を検出すれば、該パケット受信を中断させて前記緊急パケットバッファからの緊急パケット送信を受信させ、該受信したパケットのデータをスタックバッファに格納する緊急パケット受信ステップと、
   前記パケット送信割り込みコントローラが、前記緊急パケット送信の送信完了後に前記パケット割り込みの解除を受信側に通知し、該通知前の元のパケット送信に戻る割り込み解除ステップと、
   前記パケット受信割り込みコントローラが前記解除の通知を検出すれば、前記パケット割り込み通知前の元のパケット送信の受信に戻る割り込み解除応答ステップと、
   を有することを特徴とするパケット通信の割り込み制御方法。
2. 前記両通知は、パケットのデータとは重複しない信号により構成されていることを特徴とする請求項１記載のパケット通信の割り込み制御方法。
3. 前記緊急パケットバッファは、優先度順にパケットを蓄積するリンクバッファにより構成されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載のパケット通信の割り込み制御方法。
4. 前記緊急パケット送信ステップにおいて、送信中のパケットよりも優先度の高いパケットが前記緊急パケットバッファに投入されると、送信中のパケットを中断して優先度の高いパケットのパケット割り込みを通知し、前記緊急パケットバッファから優先度の高いパケットの緊急パケット送信を実行し、
   緊急パケット受信ステップにおいて、パケットの受信中に優先度の高いパケットのパケット割り込み通知を検出すれば、現在の受信を中断させて優先度の高いパケットの送信を受信して、該受信したパケットのデータをスタックバッファに格納し、
   前記割り込み解除ステップにおいて、優先度の高いパケットの緊急パケット送信の完了後に前記パケット割り込みの解除を通知し、該通知前の元の緊急パケット送信に戻り、
   前記割り込み解除応答ステップにおいて、前記解除の通知を検出すれば前記パケット割り込み通知前の元の緊急パケット送信の受信に戻る
   ことを特徴とする請求項３記載のパケット通信の割り込み制御方法。

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