JP3581056B2 - トラヒック観測装置、トラヒック監視装置、データグラム転送装置及びデータグラム転送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速コンピュータ間通信を提供する公衆通信網に関し、詳細には、ベストエフォート型データ通信サービスを提供するための方法及びそれを実現するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットで用いられるＩＰ（インターネットプロトコル）パケットのように、その配達が通信網によって保証されないデータユニットをデータグラムと呼ぶ。このようなデータグラムの転送によりデータ通信サービスを実現する通信網をデータグラム転送網と呼ぶ。データグラム転送網では、網内のデータグラム転送装置（例えばインターネットではルータと呼ばれる装置）が、任意の大きさを持つデータグラムをそのヘッダーに記載された宛先アドレスに向けてリレーすることにより、データ通信サービスが実現される。
【０００３】
データグラム転送装置では、自らの処理能力を超えるデータグラムが極短い期間に集中して到着した場合（これを輻輳状態と呼ぶ）、到着したデータグラムを適宜廃棄してしまう。そのため、データグラム転送網では、「網は個々のデータグラムをその宛先への配達を目指し網内の転送装置の能力の可能な限りの転送を行う」というベストエフォート型データ通信サービスが提供される。
【０００４】
図１は、これまで述べたようなデータグラム転送網を構成するデータグラム転送装置の一般的な構成を説明する図である。データグラム転送装置は、いくつかの入力インターフェース部１１といくつかの出力インターフェース部１２が一つのパックプレーンスイッチ部１３に接続された構成をとっている。パックプレーンスイッチ部１３は、任意の入力インターフェース部１１から任意の出力インターフェース部１２へ、内部で競合することなくデータグラムを転送する機能を具える。
【０００５】
図２は、図１における入力インターフェース部１１の構成を説明する図である。入力インターフェース部１１は、入力ラインインターフェース部２１、転送宛先テーブル２３を有するデータグラム転送処理部２２及びデータグラム送信部２４を具える。入力リンクから入力ラインインターフェース部２１においてデータグラムが受信されると、データグラム転送処理部２２が転送宛先テーブル２３を参照して宛先アドレスから所望の出力インターフェース部１２を決定し、パックプレーンスイッチ部１３を介して受信したデータグラムを、所望の出力インターフェース部１２へ転送するために適切なデータグラム送信部２４へ送る。
【０００６】
図３は、図１における出力インターフェース部１２の構成を説明する図である。出力インターフェース部１２は、データグラム受信部３１、バッファメモリーを有するバッファメモリー制御部３２及び出力ラインインターフェース部３３を具える。パックプレーンスイッチ部１３からデータグラム受信部３１に受信されるデータグラムは、バッファメモリー制御部の処理方法に従ってバッファメモリーに一時格納された後、出力ラインインターフェース部３３へ転送され、出力リンクへ送信される。従来のデータグラム装置では、この出力インターフェース部１２におけるバッファメモリー制御方法として、バッファメモリーに空きがある限り到着した順にデータグラムを書込み、書込まれた順に読出すＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ−Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ−Ｏｕｔ）方式を用いている。
【０００７】
一方、出力インターフェース部におけるバッファメモリー制御方法として他にＦＱ（Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇ）がある。これは、フロー（一つの送信側データグラム転送装置から一つの受信側データグラム転送装置まで一つの経路を通過するデータグラム列）を所定の粒度で識別した時に各フローが出力リンクにおいて同じスループットになるようにバッファメモリーから読出す順序を制御するものである。また、各フローの重みを考慮に入れ、重みに比例するスループットに分けることが可能なＷＦＱ（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇ） がある（Ａ．Ｄｅｍｅｒｓ，Ｓ．Ｋｅｓｈａｖ，Ｓ．Ｓｈｅｎｋｅｒ，”Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＣＭ ＳＩＧＣＯＭＭ，ｐｐ．１−１２，Ｓｅｐｔ．１９８９ 参照）。
【０００８】
図４は、このバッファメモリー制御部３２の構成を説明する図である。ここでは、バッファメモリーに、それぞれに重みが設定された複数のキュー４２を具える。データグラム受信部３１からデータグラムが送られてくると、クラシファイヤ４１がそのデータグラムを格納するキュー４２を決定し、スケジューラ４３が各キューの重み値に比例する出力スループットになるようにキューを選択し、その先頭のデータグラムを出力ラインインターフェース部３３へ転送する。ＦＱはこのＷＦＱの重み値を全て同一値とした特別な場合に相当する。
【０００９】
一つの出力インターフェース部に接続される出力リンクに、そのリンク帯域より多いデータグラムが到着している場合、そのリンクをボトルネックリンクという。このボトルネックリンクにおいては、フローチャートのユーザーのフローがリンク帯域という資源を共有することになる。その場合、例えば、インターネットに接続するユーザーは契約による差別化を期待すると考えられる。具体的には、２０Ｍのアクセス回線契約をしたユーザーは、１０Ｍのアクセス回線契約をしたユーザーより多いスループットを得られることを期待する。従って、契約を考慮に入れてボトルネックリンクにおけるスループットの差別化を行うことが望まれる。
【００１０】
ところが、出力インターフェース部にＦＩＦＯを使用している従来のデータグラム転送装置を用いる転送網では、全ての輻輳レート制御がユーザー端末に実装されたＴＣＰ（伝送制御プロトコル）に任せられている。このＴＣＰの輻輳レート制御は、ＦＩＦＯにおいて、バッファメモリーが一杯のためバッファメモリー読込み制御部でデータグラムが廃棄された時にレートを下げる制御であり、各ＴＣＰフローのスループットが等しくなる。これによると、ユーザーの契約とは全く無関係に同時に数多くのフローを張ったユーザーが高い合計スループットを得ることができることとなり、そのようなユーザーが得をすることになるという問題がある。
【００１１】
図５はその一例を説明する図である。この例では、ユーザーＡが２本のフロー５１及び５２を、ユーザーＢが１本のフロー５３を、それぞれ同一の帯域幅を持つアクセス回線５４及び５５を通して流している場合に、それら３本のフローが或るデータグラム転送装置５６で共有している例えば３０Ｍｂｐｓの出力リンク５７が輻輳状態になったものとする。この場合、このボトルネックリンク５７における３本の各フロー５１、５２及び５３のスループットは１０Ｍｂｐｓずつと等しくなるため、ユーザーＡが得る合計スループットはフロー２本分である２０Ｍｂｐｓであるのに対し、ユーザーＢが得るスループットはフロー１本分の１０Ｍｂｐｓであり、ユーザーＡが得をすることになる。
【００１２】
また、データグラム転送装置の出力インターフェース部のバッファメモリー制御部にＦＱを使用する場合、輻輳リンクにおいて所定の粒度でのフロー毎のスループットを等しくすることができるが、１ユーザーが複数のフローを張ることができる場合は、ＦＩＦＯの場合と同様に、結果的にユーザーのレベルで見たそのリンクを使用する合計スループットの面で不公平が生じる。例えば、ＩＰアドレスでフローを識別する場合、複数のＩＰアドレスを持つユーザーが得をする。この問題を複数フロー問題という。この複数フロー問題は、通常のＩＰデータグラムのヘッダーに格納されているＩＰアドレス或いはポート番号等の情報だけでは解決できず、従ってはボトルネックリンクにおける契約を考慮に入れたスループットの差別化の実現は困難である。
【００１３】
例えば、複数フロー問題を解決する手段としてＷＦＱを使用する場合、データグラム転送装置の出力インターフェース部において、到着するデータグラムが属するユーザーをクラシファイヤが識別でき、そのキューに設定する重みが分かり、各キューに対して各ユーザーを割当てることができることが必要である。このため、データグラム転送装置がデータグラムのＩＰアドレスとユーザーＩＤとの対応を記述したデータベースを保持すること、及び、各ユーザーに対する重み、即ちキューに設定する重みをデータグラム転送装置のＷＦＱに予め設定しておくこと、又はＲＳＶＰ（リソース予約セットアッププロトコル）のようなシグナリングプロトコルを用いて重みを設定することが必要である。
【００１４】
しかしながら、ユーザーの数が膨大な通信網において、このように、網内の輻輳が発生する全てのデータグラム転送装置が全てのユーザーＩＤデータベースを保持し、そのＷＦＱに静的設定を行っておく必要があり、新たにフローが発生又は消滅する度にシグナリング処理を行う必要があることは大きな問題点である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、各データグラム転送装置が全てのユーザーＩＤデータベースを保持せずに、複数フロー問題を解決することができるデータグラム転送方法、装置及びシステムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
参考例として示す本発明のデータグラム転送方法は、上記の目的を達成するため、通信網内に流入するデータグラムのヘッダーに、そのデータグラムが属するフローが有する通信網資源の利用に対する権利の強さを表し且つユーザー毎に予め定められた規則により制限される重み値を書込み、データグラムのヘッダーに書込まれた前記重み値に従ってフロー毎の重み付け優先転送処理を行う。
【００１７】
このような本発明のデータグラム転送方法において、一つの方法は以下のように動作する。即ち、
（１ａ）転送網内に流入するデータグラムのヘッダーに転送網設備内で重み値を書込む。この重み値は、そのデータグラムが転送網の資源を使用する権利の強さを表す。
（１ｂ）各データグラムに書込む重み値に予め定められた規則を設ける。この規則はユーザーとの契約により差別化される。
（１ｃ）転送網内のデータグラム転送装置においては、現在その装置が処理すべきデータグラムの中で重み値が大きいものほど帯域を使う権利が強いと判断し、転送する割合を多くする重み付け優先転送処理を行う。その際、転送されてきたデータグラムのヘッダーに書込まれた重み値により、その処理を動的に行う。
【００１８】
本発明のデータグラム転送方法において、他の方法は以下のように動作する。即ち、
（２ａ）転送網内に流入するデータグラムのヘッダーにユーザー設備内で重み値を書込む。この重み値は、そのデータグラムが転送網の資源を使用する権利の強さを表す。
（２ｂ）各データグラムに書込む重み値に予め定められた規則を設ける。この規則はユーザーとの契約により差別化される。
（２ｃ）既にヘッダーに重み値が書込まれたデータグラムが転送網内に流入する際に、転送網内設備においてデータグラムのトラヒックを監視し、上記（２ｂ）の規則に違反したデータグラムは違反処理を行い、違反していないデータグラムのみが転送網内に入るようにする。
（２ｄ）転送網内のデータグラム転送装置においては、現在その装置が処理すべきデータグラムの中で重み値が大きいものほど帯域を使う権利が強いと判断し、転送する割合を多くする重み付け優先転送処理を行う。その際、転送されてきたデータグラムのヘッダーに書込まれた重み値により、その処理を動的に行う。
【００１９】
従って、本発明において網内でヘッダーフィールドに重み値を書込むために用いられるトラヒック観測装置は、一定時間内にユーザーが通信網に送信し又は通信網から受信するデータグラムに関するトラヒック情報を観測するトラヒック観測機能、トラヒック観測機能により得られる観測結果からそのデータグラムが有する通信網利用の権利の強さを表す重み値を予め定められた規則に合うように計算する重み値計算機能、及び、計算された重み値をデータグラムのヘッダーに書込む重み値挿入機能を具備する。
【００２０】
このような本発明のトラヒック観測装置においては、予め定められた規則が、予め定められた方法で識別した各フローの重み値の合計が予めユーザーに一括して与えられた重み値を超えないこととする規則とすることを特徴とする。この場合、各フローの重み値が、予めユーザーに一括して与えられた重み値を、前記トラヒック観測機能によって得られた観測結果から予め定められた方法で識別されたフロー数で除した値としてもよいし、また、各フローの重み値が、予めユーザーに一括して与えられた重み値を、トラヒック観測機能によって得られた観測結果から予め定められた方法で識別されたフローの間で、各フローのスループットの比により分割した値としてもよい。
【００２１】
また、ユーザーが重み値を指定する場合に用いられるトラヒック監視装置は、一定時間内にユーザーが通信網に送信し又は通信網から受信するデータグラムに関するトラヒック情報を観測するトラヒック観測機能、ヘッダーに既に重み値が書込まれているデータグラムに対して、予めユーザーと通信網との間で定められた規則が遵守されていることをチェックする機能、及び、チェックした結果前記規則が遵守されていない場合に違反処理を行う違反処理機能を具備する。
【００２２】
このような本発明のトラヒック監視装置においては、ユーザーが指定した重み値が規則を遵守していない場合における違反処理は、データグラムを廃棄する処理であってもよいし、また、ユーザーのトラヒックの観測機能から得られた結果から予めユーザーと通信網との間で定められた規則に合致する重み値を計算し、データグラムのヘッダーに書込まれている重み値を該計算した重み値に書換える処理であってもよい。本発明は、予めユーザーと通信網との間で定められた規則が、予め定められた方法で識別した各フローの重み値の合計が予めユーザーに一括して与えられた重み値を超えないこととする規則とすることを特徴とする。
【００２３】
ユーザー自身がデータグラムの重み値を決定し、通信網に流入するデータグラムのヘッダーにその重み値を書込むために、ユーザー施設内にヘッダーフィールド挿入装置を具える。ヘッダーフィールド挿入装置は、データグラムが有する通信網利用の権利の強さを表す重み値をユーザー自身が決定し、通信網に流入するデータグラムのヘッダーに該重み値を書込む機能を具備することを特徴とする。
【００２４】
更に、本発明において用いるデータグラム転送装置は、いずれかの入力インターフェース部からいずれかの出力インターフェース部へ競合することなくデータグラムを転送するバックプレーン部、及び、データグラムのヘッダーから重み値を取得し、その重み値に基づいて優先転送制御を行う重み付け優先転送機能を具える出力インターフェース部を具備することを特徴とする。
【００２５】
このような本発明のデータグラム転送装置は、更に、出力インターフェースで取得したデータグラムの重み値に基づいてフローの状態を管理するフロー管理機能を具え、重み付け優先転送機能がそのフロー管理機能の管理情報に基づいて優先転送制御を行うようにしてもよい。フロー管理機能は、出力インターフェース部のバッファメモリーに溜まっているデータグラムに関するフロー情報を管理するようにしてもよいし、また、過去所定時間内に転送したデータグラムに関するフロー情報を管理するようにしてもよい。
【００２６】
このような本発明のデータグラム転送装置によれば、データグラムのヘッダーに書込まれた重み値、送信側及び受信側のＩＰアドレス、ポート番号等を含むヘッダーフィールドを取出し、重み値の大きい順序に優先的に高い割合でデータグラムを転送する重み付け優先転送が行われる。
【００２７】
このような重み付け優先転送は、ヘッダーフィールドから取出される情報に基づいて出力インターフェースが処理すべきフローを識別し、その重み値と共にその状態を管理しそのデータによりＷＦＱの重み設定を行うものである。フローの管理はそのデータグラム転送装置の出力インターフェース部がそのとき処理すべきアクティブフローのみを対象とすればよいため、全てのユーザーＩＤのデータベースを保持しなければならない従来の方法に比較して負荷は極めて軽い。フロー管理の対象は、現在その出力インターフェースに溜まっているデータグラムに関するフロー情報、過去所定時間内に転送したデータグラムに関するフロー情報等とすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例を説明する。
【００２９】
図６は本発明によるデータグラム転送システムの構成例を示す図である。図中、１ａ、１ｂ及び１ｃはデータグラム転送装置、２はトラヒック観測装置、３及び４は回線終端装置、５はユーザー端末、６はアクセス網である。トラヒック観測装置２は、アクセス網６を終端する回線終端装置３と転送網内の最初のデータグラム転送装置１ｃとの間に設置される。
【００３０】
ユーザー端末５からアクセス網６を介して送信されたデータグラムを、転送網の流入口に設置されたトラヒック観測装置２によって観測し、そのデータグラムが属するフローの重み値を、予め定められた規則に合うように計算し、その計算結果をデータグラムのヘッダーに書込み、網内のデータグラム転送装置１ａ、１ｂ及び１ｃはその重み値に応じてフロー毎の重み付け優先転送制御を行う。
【００３１】
図７は本発明によるトラヒック観測装置の構成例を示す図である。トラヒック観測装置２は、トラヒック観測機能６１、重み値計算機能６２及び重み値挿入機能６３を含む。トラヒック観測機能６１は、一定時間内にユーザーが通信網に送信し又は通信網から受信するデータグラムに関するトラヒック情報を観測し保存する。重み値計算機能６２は、トラヒック観測機能により得られるトラヒック情報から、予め定められた規則の範囲内で、そのデータグラムが属するフローが有する通信網利用の権利の強さを表す重み値を計算する。重み値挿入機能６３は、重み値計算機能６２で計算された重み値を送信されるデータグラムのヘッダーに書込む。
【００３２】
この場合、各フローの重み値の合計が予めユーザーに一括して与えられた重み値を超えないこととする規則を適用すれば、ユーザー毎のフローの重み値の合計値が制限され、その合計値を契約により差別化することができる。逆にユーザーには予め一括して与えられた重み値がその制限値であり、それが分けられて各データグラムに付与されるともいえる。
【００３３】
以下に、重み値の計算例を示す。以下においては、ユーザーｉに一括して与えられる重み値をＷｉ 、ユーザーｉが同時に張っているフローの本数をＮｉ 本、それらのフローの中でｊ番目のフローｊに設定する重みをＷｉｊ、ｊ番目のフローのスループットをＦｉｊとする。
【００３４】
各Ｗｉｊは全て同一とし、Ｎｉ 及びＷｉ を用いてＷｉｊを計算する場合は、
Ｗｉｊ＝Ｗｉ ／Ｎｉ
であり、この場合は、同一ユーザーの各フローは平等に扱われる。また、Ｗｉ 及びＦｉｊを用いてＷｉｊを計算する場合は、
Ｗｉｊ＝Ｗｉ ×Ｆｉｊ／ΣＦｉｊ
である。この場合は、スループットが大きいフローほど重み値が大きくなる。
【００３５】
図８は本発明によるデータグラム転送システムの他の構成例を示す図である。図中、１ａ、１ｂ及び１ｃはデータグラム転送装置、３及び４は回線終端装置、５はユーザー端末、６はアクセス網、７はヘッダーフィールド挿入装置、８はトラヒック監視装置である。ヘッダーフィールド挿入装置７はユーザー施設内に設置され、トラヒック監視装置８は、アクセス網６を終端する回線終端装置３と転送網内の最初のデータグラム転送装置１ｃとの間に設置される。
【００３６】
このシステムにおいては、ヘッダーフィールド挿入装置７により、ユーザー施設内でユーザー自身の意向を反映してデータグラムのヘッダーに重み値を書込み、アクセス網６を介してデータグラムを転送網へ送信し、転送網は、流入口でそのトラヒックを監視し、そのデータグラムが属するフローの重み値が予め定められている規則に合致するか否かをチェックする。規則に違反している場合には違反処理を行い、規則に合致したデータグラムのみが転送網内に流入するようにする。転送網内のデータグラム転送装置は、その重み値に応じてフロー毎に重み付け優先転送制御を行う。
【００３７】
このシステムでは、ヘッダーフィールド挿入装置７により、ユーザー自身が大切と考えるフローのデータグラムに大きい重み値を付与することが可能になる。例えば、ヴォイスオーバーＩＰ又はビデオストリーム等のトラヒックに対してユーザー自身に与えられている重み値全てを与えることを指定することにより、転送網が輻輳状態の時においてもそれらのスループットが下がり難くすることができる。
【００３８】
図９はヘッダーフィールド挿入装置７の構成例を示す図である。ヘッダーフィールド挿入装置７は、重み値指定機能７１及び重み値挿入機能７２を含む。重み値指定機能７１はユーザーの重みの指定に基づいて重み値を決定し、重み値挿入機能７２はその重み値をヘッダーに書込む。
【００３９】
図１０はトラヒック監視装置８の構成例を示す図である。トラヒック監視装置８は、トラヒック観測機能７５、監視機能７６及び違反処理機能７７を含む。トラヒック観測機能７５は、一定時間内にユーザーが通信網に送信し又は通信網から受信するデータグラムに関するトラヒック情報を観測し保存する。監視機能７６は、トラヒック観測機能７５により観測されたトラヒック情報からそのトラヒックが予め定められた規則に合致しているか否かをチェックする。規則に違反している場合は違反処理機能７７により違反処理が行われる。
【００４０】
トラヒック監視装置８の違反処理機能７７が行う違反処理の一つの例は、違反したデータグラムを廃棄することである。図１１はその廃棄処理のフローチャートである。トラヒック観測機能７５によってトラヒックを観測し（ステップ１０１）、監視機能７６で規則に違反しているかをチェックし（ステップ１０２）、違反している場合は、データグラムを廃棄する（ステップ１０３）。
【００４１】
トラヒック監視装置８の違反処理機能７７が行う違反処理の他の例は、違反したデータグラムの重み値を規則に合致するものに書換えることである。図１２はその処理のフローチャートである。トラヒック観測機能７５によってトラヒックを観測し（ステップ１１１）、監視機能７６で規則に違反しているかをチェックし（ステップ１１２）、違反している場合は、違反処理として、違反しない重み値を計算して（ステップ１１３）そのデータグラムのヘッダーに書込まれている重み値を書換える（ステップ１１４）。
【００４２】
トラヒック監視装置８がチェックを行う場合に基準となる規則として、各フローの重み値の合計が予めユーザーに一括して与えられた重み値を超えないこととする規則を適用すれば、ユーザー毎のフローの重み値の合計値が制限され、その合計値を契約により差別化することができる。
【００４３】
本発明によれば、データグラムに書込まれる重み値は、トラヒック観測装置において転送網がユーザーのトラヒックを観測することによって付与したものか又はユーザーが付与してそれを転送網がチェックしたものあるため、転送網内に流入するデータグラムの重み値の各ユーザー毎の合計値が制限される。たとえユーザーが複数のフローを流したとしても、それらのデータグラムにはトラヒック観測装置又はトラヒック監視装置が小さい重み値を付与することになり、データグラム転送装置の出力リンクにおいて輻輳が発生した時は、小さい重み値が付与されたデータグラムは、大きい重み値を持つデータグラムより低い割合で転送されることとなる。即ち、複数のフローを流した場合はそれぞれのフローのスループットが小さくなるので、ユーザーが得るその輻輳リンクにおける獲得スループットの面で複数フロー問題を解決し、ユーザーに与えられた重み値で表される資源利用の権利を考慮に入れた資源配分を行うことができる。
【００４４】
図１３はこのような状況を説明する図である。ユーザーＡ及びユーザーＢは同じ契約で同一の一括重み値２０が与えられており、ユーザーＡはフロー８１及び８２の２本のフローを、ユーザーＢはフロー８３だけを、それぞれアクセス回線８４及び８５を通してデータグラム転送装置８６へ流しているものとすると、ユーザーＡはフロー８１及び８２にそれぞれ付けられた重み値の合計が２０以下となり、この場合、フロー８１及び８２それぞれの重み値が１０及び１０とし、ユーザーＢのフロー８３に付けられた重み値は２０とする。これらの重み値は、それぞれのフローのデータグラムのヘッダーに書込まれている。この場合、３０Ｍｂｐｓのボトルネックリンク８７においては、フロー８１、８２及び８３がそれぞれに重み値に比例する割合で３０Ｍｂｐｓの出力リンクを分けるので、スループットは、それぞれ ７．５Ｍｂｐｓ、７．５Ｍｂｐｓ 及び１５Ｍｂｐｓとなり、各ユーザーの合計スループットは１５Ｍｂｐｓずつとなる。
【００４５】
また、本発明においては、各データグラム転送装置がデータグラムのヘッダーに書込まれた重み値を用いて動的に重み付け優先転送処理を行うので、全てのユーザーに関するデータベースを持つ必要はなく、重み値の事前設定又はシグナリング処理による重み値設定を行う必要もない。
【００４６】
データグラム転送装置は、データグラムのヘッダーに記載された重み値及びその他のヘッダーフィールドを取出し、その重み値が大きいデータグラムを優先的に高い割合で転送処理（重み付け優先転送処理）を行う。
【００４７】
図１４は、本発明によるデータグラム転送装置１（図６及び８参照）の出力インターフェース部（図１及び３の出力インターフェース部１２に相当する）におけるバッファメモリー制御部９０の構成例を示す図である。バッファメモリー制御部９０は、ヘッダーフィールド取得機能９１及び重み付け優先転送機能９２を含む。ヘッダーフィールド取得機能９１は、データグラム受信部から到着したデータグラムのヘッダーから重み値及びその他のフィールドを取出し、ヘッダー情報を重み付け優先転送機能９２に渡す。重み付け優先転送機能９２は、ヘッダーフィールド取得機能９１から得られた情報を用いて、重み値が大きいデータグラムが高い割合を占めるようにして出力ラインインターフェースに転送する重み付け優先転送処理を行う。
【００４８】
図１５は、重み付け優先転送機能９２がそれ自体でフロー管理機能９３を具えた、バッファメモリー制御部９０の他の構成例を示す図である。この構成においては、ヘッダーフィールド取得機能９１からの情報はこのフロー管理機能９３に渡され、このフロー管理機能９３がアクティブフローを識別してその重み値と共にフロー状態を管理し、それを用いてＷＦＱ等の設定を行い、重み値が大きいデータグラムが高い割合を占めるようにして出力ラインインターフェースに転送する重み付け優先転送処理を行う。
【００４９】
図１６は、バッファメモリー制御部９０にデータグラムが到着した時にフロー管理機能９３が行う処理を示すフローチャートである。この場合は、フロー管理機能９３におけるアクティブフローの識別のための基準として、出力インターフェース部が過去所定時間内に処理したデータグラムが存在したフローをアクティブフローとする基準を適用している。
【００５０】
バッファメモリー制御部９０にデータグラムが到着すると、ヘッダーフィールド取得機能９１からその情報がフロー管理機能９３に伝達される（ステップ１２１）。フロー管理機能９３では、アクティブフローの識別に必要な送信側及び受信側のＩＰアドレス及びポート番号等の情報、重み値及び最終処理時刻を管理するアクティブフローリストを持っており、ヘッダーフィールド取得機能９１から情報が伝達された時には、そのデータグラムが属するフローがアクティブフローリストに存在するか否かを調べる（ステップ１２２）。
【００５１】
伝達されたデータグラムが属するフローがアクティブフローリストに存在しない場合は、新しいアクティブフローとして、重み値及び現在時刻である最終処理時刻を新規登録した後（ステップ１２３）、重み付け優先転送機能９２にそのフローを設定する（ステップ１２４）。そのフローがアクティブフローリストに存在する場合は、その重み値が登録してある値と同一か否かを調べ（ステップ１２５）、重み値が登録してある値と異なる場合は、アクティブフローリスト中のそのフローの重み値を書換え、最終処理時刻を現在時刻に更新し（ステップ１２６）、書換え後の重み値で重み付け優先転送機能９２にそのフローを設定する（ステップ１２７）。そのフローの重み値が登録してある値と同一である場合は最終処理時刻を現在時刻に更新する（ステップ１２８）。
【００５２】
それらの処理の後、アクティブフローリストに登録されているフローのうちに、最終処理時刻から現在時刻までに所定の時間以上経過したフローが存在するか否かを調べ（ステップ１２９）、所定の時間以上経過したフローは、所定時間データグラムが届いていないことを示すので非アクティブフローとみなし、アクティブフローリストから削除し（ステップ１３０）、更に重み付け優先転送機能９２の設定からも削除する（ステップ１３１）。
【００５３】
図１７及び図１８は、図１５に示された構成を有するバッファメモリー制御部９０における他の方法による処理を示すフローチャートである。この図１７の場合は、フロー管理機能９３におけるアクティブフローの識別のための基準として、現在その出力インターフェース部のバッファメモリーに溜まっているデータグラムがあるフローをアクティブフローとする基準を適用している。
【００５４】
図１７は、バッファメモリー制御部９０にデータグラムが到着した時の処理を示すフローチャートである。バッファメモリー制御部９０にデータグラムが到着し、ヘッダーフィールド取得機能９１からその情報がフロー管理機能９３に伝達されると（ステップ１４１）、フロー管理機能９３では、アクティブフローの識別に必要な送信側及び受信側のＩＰアドレス及びポート番号等の情報、重み値及びデータグラム数をカウントするデータグラムカウンターを管理するアクティブフローリストを持っており、ヘッダーフィールド取得機能９１から情報が伝達された時には、そのデータグラムが属するフローがアクティブフローリストに存在するか否かを調べる（ステップ１４２）。
【００５５】
伝達されたデータグラムが属するフローがアクティブフローリストに存在しない場合は、そのフローのデータグラムカウンターをインクリメントし、重み値と共にそのフローを新規登録した後（ステップ１４３）、重み付け優先転送機能９２にそのフローを設定する（ステップ１４４）。そのフローがアクティブフローリストに存在する場合は、その重み値が登録してある値と同一か否かを調べ（ステップ１４５）、重み値が登録してある値と異なる場合は、アクティブフローリスト中のそのフローの重み値を書換え、そのフローのデータグラムカウンターをインクリメントし（ステップ１４６）、書換え後の重み値で重み付け優先転送機能９２にそのフローを設定する（ステップ１４７）。そのフローの重み値が登録してある値と同一である場合は、そのフローのデータグラムカウンターをインクリメントする（ステップ１４８）。
【００５６】
図１８は、重み付け優先転送機能９２がデータグラムを送出する時の処理を示すフローチャートである。重み付け優先転送機能９２がデータグラムを送出する時は、アクティブフローリスト中のそのフローのデータグラムカウンターをデクリメントし（ステップ１５１）、そのフローのデータグラムカウンターが０か否かを調べ（ステップ１５２）、その値が０になると非アクティブフローになったものと見做してフローリストから削除し（ステップ１５３）、重み付け優先転送機能９２の設定からも削除する（ステップ１５４）。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、重み値を用いるデータグラム転送方法により、各データグラム転送装置が全てのユーザーに関するデータベース或いは事前設定なしで又はシグナリング処理なしで、ユーザーと電気通信事業者との契約を考慮に入れたボトルネックリンクにおけるスループットの差別化を提供することが可能になるという多大な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】データグラム転送装置の一般的な構成を説明する図である。
【図２】図１の入力インターフェース部の構成を説明する図である。
【図３】図１の出力インターフェース部の構成を説明する図である。
【図４】バッファメモリー制御部の構成を説明する図である。
【図５】複数フロー問題を説明する図である。
【図６】本発明のデータグラム転送システムの構成例を示す図である。
【図７】本発明のトラヒック観測装置の構成例を示す図である。
【図８】本発明のデータグラム転送システムの他の構成例を示す図である。
【図９】本発明のヘッダーフィールド挿入装置７の構成例を示す図である。
【図１０】本発明のトラヒック監視装置の構成例を示す図である。
【図１１】データグラム廃棄処理のフローチャートである。
【図１２】データグラムの重み値を書換える処理のフローチャートである。
【図１３】複数フロー問題の解決を説明する図である。
【図１４】本発明のバッファメモリー制御部の構成例を示す図である。
【図１５】本発明のフロー管理機能を具えたバッファメモリー制御部の構成例を示す図である。
【図１６】バッファメモリー制御部にデータグラムが到着した時にフロー管理機能が行う処理を示すフローチャートである。
【図１７】バッファメモリー制御部にデータグラムが到着した時にフロー管理機能が行う他の処理を示すフローチャートである。
【図１８】重み付け優先転送機能がデータグラムを送出する時の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ データグラム転送装置
２ トラヒック観測装置
３、４ 回線終端装置
５ ユーザー端末
６ アクセス網
７ ヘッダーフィールド挿入装置
８ トラヒック監視装置
１１ 入力インターフェース部
１２ 出力インターフェース部
１３ パックプレーンスイッチ
２１ 入力ラインインターフェース部
２２ データグラム転送処理部
２３ 転送宛先テーブル
２４ データグラム送信部
３１ データグラム受信部
３２ バッファメモリー制御部
３３ 出力ラインインターフェース部
４２ キュー
４１ クラシファイヤ
４３ スケジューラ
５１、５２、５３ フロー
５４、５５ アクセス回線
５６ データグラム転送装置
５７ 出力リンク
６１ トラヒック観測機能
６２ 重み値計算機能
６３ 重み値挿入機能
７１ 重み値指定機能
７２ 重み値挿入機能
７５ トラヒック観測機能
７６ 監視機能
７７ 違反処理機能
８１、８２、８３ フロー
８４、８５ アクセス回線
８６ データグラム転送装置
８７ ボトルネックリンク
９０ バッファメモリー制御部
９１ ヘッダーフィールド取得機能
９２ 優先転送機能
９３ フロー管理機能
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速コンピュータ間通信を提供する公衆通信網に関し、詳細には、ベストエフォート型データ通信サービスを提供するための方法及びそれを実現するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットで用いられるＩＰ（インターネットプロトコル）パケットのように、その配達が通信網によって保証されないデータユニットをデータグラムと呼ぶ。このようなデータグラムの転送によりデータ通信サービスを実現する通信網をデータグラム転送網と呼ぶ。データグラム転送網では、網内のデータグラム転送装置（例えばインターネットではルータと呼ばれる装置）が、任意の大きさを持つデータグラムをそのヘッダーに記載された宛先アドレスに向けてリレーすることにより、データ通信サービスが実現される。
【０００３】
データグラム転送装置では、自らの処理能力を超えるデータグラムが極短い期間に集中して到着した場合（これを輻輳状態と呼ぶ）、到着したデータグラムを適宜廃棄してしまう。そのため、データグラム転送網では、「網は個々のデータグラムをその宛先への配達を目指し網内の転送装置の能力の可能な限りの転送を行う」というベストエフォート型データ通信サービスが提供される。
【０００４】
図１は、これまで述べたようなデータグラム転送網を構成するデータグラム転送装置の一般的な構成を説明する図である。データグラム転送装置は、いくつかの入力インターフェース部１１といくつかの出力インターフェース部１２が一つのパックプレーンスイッチ部１３に接続された構成をとっている。パックプレーンスイッチ部１３は、任意の入力インターフェース部１１から任意の出力インターフェース部１２へ、内部で競合することなくデータグラムを転送する機能を具える。
【０００５】
図２は、図１における入力インターフェース部１１の構成を説明する図である。入力インターフェース部１１は、入力ラインインターフェース部２１、転送宛先テーブル２３を有するデータグラム転送処理部２２及びデータグラム送信部２４を具える。入力リンクから入力ラインインターフェース部２１においてデータグラムが受信されると、データグラム転送処理部２２が転送宛先テーブル２３を参照して宛先アドレスから所望の出力インターフェース部１２を決定し、パックプレーンスイッチ部１３を介して受信したデータグラムを、所望の出力インターフェース部１２へ転送するために適切なデータグラム送信部２４へ送る。
【０００６】
図３は、図１における出力インターフェース部１２の構成を説明する図である。出力インターフェース部１２は、データグラム受信部３１、バッファメモリーを有するバッファメモリー制御部３２及び出力ラインインターフェース部３３を具える。パックプレーンスイッチ部１３からデータグラム受信部３１に受信されるデータグラムは、バッファメモリー制御部の処理方法に従ってバッファメモリーに一時格納された後、出力ラインインターフェース部３３へ転送され、出力リンクへ送信される。従来のデータグラム装置では、この出力インターフェース部１２におけるバッファメモリー制御方法として、バッファメモリーに空きがある限り到着した順にデータグラムを書込み、書込まれた順に読出すＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ−Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ−Ｏｕｔ）方式を用いている。
【０００７】
一方、出力インターフェース部におけるバッファメモリー制御方法として他にＦＱ（Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇ）がある。これは、フロー（一つの送信側データグラム転送装置から一つの受信側データグラム転送装置まで一つの経路を通過するデータグラム列）を所定の粒度で識別した時に各フローが出力リンクにおいて同じスループットになるようにバッファメモリーから読出す順序を制御するものである。また、各フローの重みを考慮に入れ、重みに比例するスループットに分けることが可能なＷＦＱ（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇ） がある（Ａ．Ｄｅｍｅｒｓ，Ｓ．Ｋｅｓｈａｖ，Ｓ．Ｓｈｅｎｋｅｒ，”Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＣＭ ＳＩＧＣＯＭＭ，ｐｐ．１−１２，Ｓｅｐｔ．１９８９ 参照）。
【０００８】
図４は、このバッファメモリー制御部３２の構成を説明する図である。ここでは、バッファメモリーに、それぞれに重みが設定された複数のキュー４２を具える。データグラム受信部３１からデータグラムが送られてくると、クラシファイヤ４１がそのデータグラムを格納するキュー４２を決定し、スケジューラ４３が各キューの重み値に比例する出力スループットになるようにキューを選択し、その先頭のデータグラムを出力ラインインターフェース部３３へ転送する。ＦＱはこのＷＦＱの重み値を全て同一値とした特別な場合に相当する。
【０００９】
一つの出力インターフェース部に接続される出力リンクに、そのリンク帯域より多いデータグラムが到着している場合、そのリンクをボトルネックリンクという。このボトルネックリンクにおいては、フローチャートのユーザーのフローがリンク帯域という資源を共有することになる。その場合、例えば、インターネットに接続するユーザーは契約による差別化を期待すると考えられる。具体的には、２０Ｍのアクセス回線契約をしたユーザーは、１０Ｍのアクセス回線契約をしたユーザーより多いスループットを得られることを期待する。従って、契約を考慮に入れてボトルネックリンクにおけるスループットの差別化を行うことが望まれる。
【００１０】
ところが、出力インターフェース部にＦＩＦＯを使用している従来のデータグラム転送装置を用いる転送網では、全ての輻輳レート制御がユーザー端末に実装されたＴＣＰ（伝送制御プロトコル）に任せられている。このＴＣＰの輻輳レート制御は、ＦＩＦＯにおいて、バッファメモリーが一杯のためバッファメモリー読込み制御部でデータグラムが廃棄された時にレートを下げる制御であり、各ＴＣＰフローのスループットが等しくなる。これによると、ユーザーの契約とは全く無関係に同時に数多くのフローを張ったユーザーが高い合計スループットを得ることができることとなり、そのようなユーザーが得をすることになるという問題がある。
【００１１】
図５はその一例を説明する図である。この例では、ユーザーＡが２本のフロー５１及び５２を、ユーザーＢが１本のフロー５３を、それぞれ同一の帯域幅を持つアクセス回線５４及び５５を通して流している場合に、それら３本のフローが或るデータグラム転送装置５６で共有している例えば３０Ｍｂｐｓの出力リンク５７が輻輳状態になったものとする。この場合、このボトルネックリンク５７における３本の各フロー５１、５２及び５３のスループットは１０Ｍｂｐｓずつと等しくなるため、ユーザーＡが得る合計スループットはフロー２本分である２０Ｍｂｐｓであるのに対し、ユーザーＢが得るスループットはフロー１本分の１０Ｍｂｐｓであり、ユーザーＡが得をすることになる。
【００１２】
また、データグラム転送装置の出力インターフェース部のバッファメモリー制御部にＦＱを使用する場合、輻輳リンクにおいて所定の粒度でのフロー毎のスループットを等しくすることができるが、１ユーザーが複数のフローを張ることができる場合は、ＦＩＦＯの場合と同様に、結果的にユーザーのレベルで見たそのリンクを使用する合計スループットの面で不公平が生じる。例えば、ＩＰアドレスでフローを識別する場合、複数のＩＰアドレスを持つユーザーが得をする。この問題を複数フロー問題という。この複数フロー問題は、通常のＩＰデータグラムのヘッダーに格納されているＩＰアドレス或いはポート番号等の情報だけでは解決できず、従ってはボトルネックリンクにおける契約を考慮に入れたスループットの差別化の実現は困難である。
【００１３】
例えば、複数フロー問題を解決する手段としてＷＦＱを使用する場合、データグラム転送装置の出力インターフェース部において、到着するデータグラムが属するユーザーをクラシファイヤが識別でき、そのキューに設定する重みが分かり、各キューに対して各ユーザーを割当てることができることが必要である。このため、データグラム転送装置がデータグラムのＩＰアドレスとユーザーＩＤとの対応を記述したデータベースを保持すること、及び、各ユーザーに対する重み、即ちキューに設定する重みをデータグラム転送装置のＷＦＱに予め設定しておくこと、又はＲＳＶＰ（リソース予約セットアッププロトコル）のようなシグナリングプロトコルを用いて重みを設定することが必要である。
【００１４】
しかしながら、ユーザーの数が膨大な通信網において、このように、網内の輻輳が発生する全てのデータグラム転送装置が全てのユーザーＩＤデータベースを保持し、そのＷＦＱに静的設定を行っておく必要があり、新たにフローが発生又は消滅する度にシグナリング処理を行う必要があることは大きな問題点である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、各データグラム転送装置が全てのユーザーＩＤデータベースを保持せずに、複数フロー問題を解決することができるデータグラム転送方法、装置及びシステムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
参考例として示す本発明のデータグラム転送方法は、上記の目的を達成するため、通信網内に流入するデータグラムのヘッダーに、そのデータグラムが属するフローが有する通信網資源の利用に対する権利の強さを表し且つユーザー毎に予め定められた規則により制限される重み値を書込み、データグラムのヘッダーに書込まれた前記重み値に従ってフロー毎の重み付け優先転送処理を行う。
【００１７】
このような本発明のデータグラム転送方法において、一つの方法は以下のように動作する。即ち、
（１ａ）転送網内に流入するデータグラムのヘッダーに転送網設備内で重み値を書込む。この重み値は、そのデータグラムが転送網の資源を使用する権利の強さを表す。
（１ｂ）各データグラムに書込む重み値に予め定められた規則を設ける。この規則はユーザーとの契約により差別化される。
（１ｃ）転送網内のデータグラム転送装置においては、現在その装置が処理すべきデータグラムの中で重み値が大きいものほど帯域を使う権利が強いと判断し、転送する割合を多くする重み付け優先転送処理を行う。その際、転送されてきたデータグラムのヘッダーに書込まれた重み値により、その処理を動的に行う。
【００１８】
本発明のデータグラム転送方法において、他の方法は以下のように動作する。即ち、
（２ａ）転送網内に流入するデータグラムのヘッダーにユーザー設備内で重み値を書込む。この重み値は、そのデータグラムが転送網の資源を使用する権利の強さを表す。
（２ｂ）各データグラムに書込む重み値に予め定められた規則を設ける。この規則はユーザーとの契約により差別化される。
（２ｃ）既にヘッダーに重み値が書込まれたデータグラムが転送網内に流入する際に、転送網内設備においてデータグラムのトラヒックを監視し、上記（２ｂ）の規則に違反したデータグラムは違反処理を行い、違反していないデータグラムのみが転送網内に入るようにする。
（２ｄ）転送網内のデータグラム転送装置においては、現在その装置が処理すべきデータグラムの中で重み値が大きいものほど帯域を使う権利が強いと判断し、転送する割合を多くする重み付け優先転送処理を行う。その際、転送されてきたデータグラムのヘッダーに書込まれた重み値により、その処理を動的に行う。
【００１９】
従って、本発明において網内でヘッダーフィールドに重み値を書込むために用いられるトラヒック観測装置は、一定時間内にユーザーが通信網に送信し又は通信網から受信するデータグラムに関するトラヒック情報を観測するトラヒック観測機能、トラヒック観測機能により得られる観測結果からそのデータグラムが有する通信網利用の権利の強さを表す重み値を予め定められた規則に合うように計算する重み値計算機能、及び、計算された重み値をデータグラムのヘッダーに書込む重み値挿入機能を具備する。
【００２０】
このような本発明のトラヒック観測装置においては、予め定められた規則が、予め定められた方法で識別した各フローの重み値の合計が予めユーザーに一括して与えられた重み値を超えないこととする規則とすることを特徴とする。この場合、各フローの重み値が、予めユーザーに一括して与えられた重み値を、前記トラヒック観測機能によって得られた観測結果から予め定められた方法で識別されたフロー数で除した値としてもよいし、また、各フローの重み値が、予めユーザーに一括して与えられた重み値を、トラヒック観測機能によって得られた観測結果から予め定められた方法で識別されたフローの間で、各フローのスループットの比により分割した値としてもよい。
【００２１】
また、ユーザーが重み値を指定する場合に用いられるトラヒック監視装置は、一定時間内にユーザーが通信網に送信し又は通信網から受信するデータグラムに関するトラヒック情報を観測するトラヒック観測機能、ヘッダーに既に重み値が書込まれているデータグラムに対して、予めユーザーと通信網との間で定められた規則が遵守されていることをチェックする機能、及び、チェックした結果前記規則が遵守されていない場合に違反処理を行う違反処理機能を具備する。
【００２２】
このような本発明のトラヒック監視装置においては、ユーザーが指定した重み値が規則を遵守していない場合における違反処理は、データグラムを廃棄する処理であってもよいし、また、ユーザーのトラヒックの観測機能から得られた結果から予めユーザーと通信網との間で定められた規則に合致する重み値を計算し、データグラムのヘッダーに書込まれている重み値を該計算した重み値に書換える処理であってもよい。本発明は、予めユーザーと通信網との間で定められた規則が、予め定められた方法で識別した各フローの重み値の合計が予めユーザーに一括して与えられた重み値を超えないこととする規則とすることを特徴とする。
【００２３】
ユーザー自身がデータグラムの重み値を決定し、通信網に流入するデータグラムのヘッダーにその重み値を書込むために、ユーザー施設内にヘッダーフィールド挿入装置を具える。ヘッダーフィールド挿入装置は、データグラムが有する通信網利用の権利の強さを表す重み値をユーザー自身が決定し、通信網に流入するデータグラムのヘッダーに該重み値を書込む機能を具備することを特徴とする。
【００２４】
更に、本発明において用いるデータグラム転送装置は、いずれかの入力インターフェース部からいずれかの出力インターフェース部へ競合することなくデータグラムを転送するバックプレーン部、及び、データグラムのヘッダーから重み値を取得し、その重み値に基づいて優先転送制御を行う重み付け優先転送機能を具える出力インターフェース部を具備することを特徴とする。
【００２５】
このような本発明のデータグラム転送装置は、更に、出力インターフェースで取得したデータグラムの重み値に基づいてフローの状態を管理するフロー管理機能を具え、重み付け優先転送機能がそのフロー管理機能の管理情報に基づいて優先転送制御を行うようにしてもよい。フロー管理機能は、出力インターフェース部のバッファメモリーに溜まっているデータグラムに関するフロー情報を管理するようにしてもよいし、また、過去所定時間内に転送したデータグラムに関するフロー情報を管理するようにしてもよい。
【００２６】
このような本発明のデータグラム転送装置によれば、データグラムのヘッダーに書込まれた重み値、送信側及び受信側のＩＰアドレス、ポート番号等を含むヘッダーフィールドを取出し、重み値の大きい順序に優先的に高い割合でデータグラムを転送する重み付け優先転送が行われる。
【００２７】
このような重み付け優先転送は、ヘッダーフィールドから取出される情報に基づいて出力インターフェースが処理すべきフローを識別し、その重み値と共にその状態を管理しそのデータによりＷＦＱの重み設定を行うものである。フローの管理はそのデータグラム転送装置の出力インターフェース部がそのとき処理すべきアクティブフローのみを対象とすればよいため、全てのユーザーＩＤのデータベースを保持しなければならない従来の方法に比較して負荷は極めて軽い。フロー管理の対象は、現在その出力インターフェースに溜まっているデータグラムに関するフロー情報、過去所定時間内に転送したデータグラムに関するフロー情報等とすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例を説明する。
【００２９】
図６は本発明によるデータグラム転送システムの構成例を示す図である。図中、１ａ、１ｂ及び１ｃはデータグラム転送装置、２はトラヒック観測装置、３及び４は回線終端装置、５はユーザー端末、６はアクセス網である。トラヒック観測装置２は、アクセス網６を終端する回線終端装置３と転送網内の最初のデータグラム転送装置１ｃとの間に設置される。
【００３０】
ユーザー端末５からアクセス網６を介して送信されたデータグラムを、転送網の流入口に設置されたトラヒック観測装置２によって観測し、そのデータグラムが属するフローの重み値を、予め定められた規則に合うように計算し、その計算結果をデータグラムのヘッダーに書込み、網内のデータグラム転送装置１ａ、１ｂ及び１ｃはその重み値に応じてフロー毎の重み付け優先転送制御を行う。
【００３１】
図７は本発明によるトラヒック観測装置の構成例を示す図である。トラヒック観測装置２は、トラヒック観測機能６１、重み値計算機能６２及び重み値挿入機能６３を含む。トラヒック観測機能６１は、一定時間内にユーザーが通信網に送信し又は通信網から受信するデータグラムに関するトラヒック情報を観測し保存する。重み値計算機能６２は、トラヒック観測機能により得られるトラヒック情報から、予め定められた規則の範囲内で、そのデータグラムが属するフローが有する通信網利用の権利の強さを表す重み値を計算する。重み値挿入機能６３は、重み値計算機能６２で計算された重み値を送信されるデータグラムのヘッダーに書込む。
【００３２】
この場合、各フローの重み値の合計が予めユーザーに一括して与えられた重み値を超えないこととする規則を適用すれば、ユーザー毎のフローの重み値の合計値が制限され、その合計値を契約により差別化することができる。逆にユーザーには予め一括して与えられた重み値がその制限値であり、それが分けられて各データグラムに付与されるともいえる。
【００３３】
以下に、重み値の計算例を示す。以下においては、ユーザーｉに一括して与えられる重み値をＷｉ 、ユーザーｉが同時に張っているフローの本数をＮｉ 本、それらのフローの中でｊ番目のフローｊに設定する重みをＷｉｊ、ｊ番目のフローのスループットをＦｉｊとする。
【００３４】
各Ｗｉｊは全て同一とし、Ｎｉ 及びＷｉ を用いてＷｉｊを計算する場合は、
Ｗｉｊ＝Ｗｉ ／Ｎｉ
であり、この場合は、同一ユーザーの各フローは平等に扱われる。また、Ｗｉ 及びＦｉｊを用いてＷｉｊを計算する場合は、
Ｗｉｊ＝Ｗｉ ×Ｆｉｊ／ΣＦｉｊ
である。この場合は、スループットが大きいフローほど重み値が大きくなる。
【００３５】
図８は本発明によるデータグラム転送システムの他の構成例を示す図である。図中、１ａ、１ｂ及び１ｃはデータグラム転送装置、３及び４は回線終端装置、５はユーザー端末、６はアクセス網、７はヘッダーフィールド挿入装置、８はトラヒック監視装置である。ヘッダーフィールド挿入装置７はユーザー施設内に設置され、トラヒック監視装置８は、アクセス網６を終端する回線終端装置３と転送網内の最初のデータグラム転送装置１ｃとの間に設置される。
【００３６】
このシステムにおいては、ヘッダーフィールド挿入装置７により、ユーザー施設内でユーザー自身の意向を反映してデータグラムのヘッダーに重み値を書込み、アクセス網６を介してデータグラムを転送網へ送信し、転送網は、流入口でそのトラヒックを監視し、そのデータグラムが属するフローの重み値が予め定められている規則に合致するか否かをチェックする。規則に違反している場合には違反処理を行い、規則に合致したデータグラムのみが転送網内に流入するようにする。転送網内のデータグラム転送装置は、その重み値に応じてフロー毎に重み付け優先転送制御を行う。
【００３７】
このシステムでは、ヘッダーフィールド挿入装置７により、ユーザー自身が大切と考えるフローのデータグラムに大きい重み値を付与することが可能になる。例えば、ヴォイスオーバーＩＰ又はビデオストリーム等のトラヒックに対してユーザー自身に与えられている重み値全てを与えることを指定することにより、転送網が輻輳状態の時においてもそれらのスループットが下がり難くすることができる。
【００３８】
図９はヘッダーフィールド挿入装置７の構成例を示す図である。ヘッダーフィールド挿入装置７は、重み値指定機能７１及び重み値挿入機能７２を含む。重み値指定機能７１はユーザーの重みの指定に基づいて重み値を決定し、重み値挿入機能７２はその重み値をヘッダーに書込む。
【００３９】
図１０はトラヒック監視装置８の構成例を示す図である。トラヒック監視装置８は、トラヒック観測機能７５、監視機能７６及び違反処理機能７７を含む。トラヒック観測機能７５は、一定時間内にユーザーが通信網に送信し又は通信網から受信するデータグラムに関するトラヒック情報を観測し保存する。監視機能７６は、トラヒック観測機能７５により観測されたトラヒック情報からそのトラヒックが予め定められた規則に合致しているか否かをチェックする。規則に違反している場合は違反処理機能７７により違反処理が行われる。
【００４０】
トラヒック監視装置８の違反処理機能７７が行う違反処理の一つの例は、違反したデータグラムを廃棄することである。図１１はその廃棄処理のフローチャートである。トラヒック観測機能７５によってトラヒックを観測し（ステップ１０１）、監視機能７６で規則に違反しているかをチェックし（ステップ１０２）、違反している場合は、データグラムを廃棄する（ステップ１０３）。
【００４１】
トラヒック監視装置８の違反処理機能７７が行う違反処理の他の例は、違反したデータグラムの重み値を規則に合致するものに書換えることである。図１２はその処理のフローチャートである。トラヒック観測機能７５によってトラヒックを観測し（ステップ１１１）、監視機能７６で規則に違反しているかをチェックし（ステップ１１２）、違反している場合は、違反処理として、違反しない重み値を計算して（ステップ１１３）そのデータグラムのヘッダーに書込まれている重み値を書換える（ステップ１１４）。
【００４２】
トラヒック監視装置８がチェックを行う場合に基準となる規則として、各フローの重み値の合計が予めユーザーに一括して与えられた重み値を超えないこととする規則を適用すれば、ユーザー毎のフローの重み値の合計値が制限され、その合計値を契約により差別化することができる。
【００４３】
本発明によれば、データグラムに書込まれる重み値は、トラヒック観測装置において転送網がユーザーのトラヒックを観測することによって付与したものか又はユーザーが付与してそれを転送網がチェックしたものあるため、転送網内に流入するデータグラムの重み値の各ユーザー毎の合計値が制限される。たとえユーザーが複数のフローを流したとしても、それらのデータグラムにはトラヒック観測装置又はトラヒック監視装置が小さい重み値を付与することになり、データグラム転送装置の出力リンクにおいて輻輳が発生した時は、小さい重み値が付与されたデータグラムは、大きい重み値を持つデータグラムより低い割合で転送されることとなる。即ち、複数のフローを流した場合はそれぞれのフローのスループットが小さくなるので、ユーザーが得るその輻輳リンクにおける獲得スループットの面で複数フロー問題を解決し、ユーザーに与えられた重み値で表される資源利用の権利を考慮に入れた資源配分を行うことができる。
【００４４】
図１３はこのような状況を説明する図である。ユーザーＡ及びユーザーＢは同じ契約で同一の一括重み値２０が与えられており、ユーザーＡはフロー８１及び８２の２本のフローを、ユーザーＢはフロー８３だけを、それぞれアクセス回線８４及び８５を通してデータグラム転送装置８６へ流しているものとすると、ユーザーＡはフロー８１及び８２にそれぞれ付けられた重み値の合計が２０以下となり、この場合、フロー８１及び８２それぞれの重み値が１０及び１０とし、ユーザーＢのフロー８３に付けられた重み値は２０とする。これらの重み値は、それぞれのフローのデータグラムのヘッダーに書込まれている。この場合、３０Ｍｂｐｓのボトルネックリンク８７においては、フロー８１、８２及び８３がそれぞれに重み値に比例する割合で３０Ｍｂｐｓの出力リンクを分けるので、スループットは、それぞれ ７．５Ｍｂｐｓ、７．５Ｍｂｐｓ 及び１５Ｍｂｐｓとなり、各ユーザーの合計スループットは１５Ｍｂｐｓずつとなる。
【００４５】
また、本発明においては、各データグラム転送装置がデータグラムのヘッダーに書込まれた重み値を用いて動的に重み付け優先転送処理を行うので、全てのユーザーに関するデータベースを持つ必要はなく、重み値の事前設定又はシグナリング処理による重み値設定を行う必要もない。
【００４６】
データグラム転送装置は、データグラムのヘッダーに記載された重み値及びその他のヘッダーフィールドを取出し、その重み値が大きいデータグラムを優先的に高い割合で転送処理（重み付け優先転送処理）を行う。
【００４７】
図１４は、本発明によるデータグラム転送装置１（図６及び８参照）の出力インターフェース部（図１及び３の出力インターフェース部１２に相当する）におけるバッファメモリー制御部９０の構成例を示す図である。バッファメモリー制御部９０は、ヘッダーフィールド取得機能９１及び重み付け優先転送機能９２を含む。ヘッダーフィールド取得機能９１は、データグラム受信部から到着したデータグラムのヘッダーから重み値及びその他のフィールドを取出し、ヘッダー情報を重み付け優先転送機能９２に渡す。重み付け優先転送機能９２は、ヘッダーフィールド取得機能９１から得られた情報を用いて、重み値が大きいデータグラムが高い割合を占めるようにして出力ラインインターフェースに転送する重み付け優先転送処理を行う。
【００４８】
図１５は、重み付け優先転送機能９２がそれ自体でフロー管理機能９３を具えた、バッファメモリー制御部９０の他の構成例を示す図である。この構成においては、ヘッダーフィールド取得機能９１からの情報はこのフロー管理機能９３に渡され、このフロー管理機能９３がアクティブフローを識別してその重み値と共にフロー状態を管理し、それを用いてＷＦＱ等の設定を行い、重み値が大きいデータグラムが高い割合を占めるようにして出力ラインインターフェースに転送する重み付け優先転送処理を行う。
【００４９】
図１６は、バッファメモリー制御部９０にデータグラムが到着した時にフロー管理機能９３が行う処理を示すフローチャートである。この場合は、フロー管理機能９３におけるアクティブフローの識別のための基準として、出力インターフェース部が過去所定時間内に処理したデータグラムが存在したフローをアクティブフローとする基準を適用している。
【００５０】
バッファメモリー制御部９０にデータグラムが到着すると、ヘッダーフィールド取得機能９１からその情報がフロー管理機能９３に伝達される（ステップ１２１）。フロー管理機能９３では、アクティブフローの識別に必要な送信側及び受信側のＩＰアドレス及びポート番号等の情報、重み値及び最終処理時刻を管理するアクティブフローリストを持っており、ヘッダーフィールド取得機能９１から情報が伝達された時には、そのデータグラムが属するフローがアクティブフローリストに存在するか否かを調べる（ステップ１２２）。
【００５１】
伝達されたデータグラムが属するフローがアクティブフローリストに存在しない場合は、新しいアクティブフローとして、重み値及び現在時刻である最終処理時刻を新規登録した後（ステップ１２３）、重み付け優先転送機能９２にそのフローを設定する（ステップ１２４）。そのフローがアクティブフローリストに存在する場合は、その重み値が登録してある値と同一か否かを調べ（ステップ１２５）、重み値が登録してある値と異なる場合は、アクティブフローリスト中のそのフローの重み値を書換え、最終処理時刻を現在時刻に更新し（ステップ１２６）、書換え後の重み値で重み付け優先転送機能９２にそのフローを設定する（ステップ１２７）。そのフローの重み値が登録してある値と同一である場合は最終処理時刻を現在時刻に更新する（ステップ１２８）。
【００５２】
それらの処理の後、アクティブフローリストに登録されているフローのうちに、最終処理時刻から現在時刻までに所定の時間以上経過したフローが存在するか否かを調べ（ステップ１２９）、所定の時間以上経過したフローは、所定時間データグラムが届いていないことを示すので非アクティブフローとみなし、アクティブフローリストから削除し（ステップ１３０）、更に重み付け優先転送機能９２の設定からも削除する（ステップ１３１）。
【００５３】
図１７及び図１８は、図１５に示された構成を有するバッファメモリー制御部９０における他の方法による処理を示すフローチャートである。この図１７の場合は、フロー管理機能９３におけるアクティブフローの識別のための基準として、現在その出力インターフェース部のバッファメモリーに溜まっているデータグラムがあるフローをアクティブフローとする基準を適用している。
【００５４】
図１７は、バッファメモリー制御部９０にデータグラムが到着した時の処理を示すフローチャートである。バッファメモリー制御部９０にデータグラムが到着し、ヘッダーフィールド取得機能９１からその情報がフロー管理機能９３に伝達されると（ステップ１４１）、フロー管理機能９３では、アクティブフローの識別に必要な送信側及び受信側のＩＰアドレス及びポート番号等の情報、重み値及びデータグラム数をカウントするデータグラムカウンターを管理するアクティブフローリストを持っており、ヘッダーフィールド取得機能９１から情報が伝達された時には、そのデータグラムが属するフローがアクティブフローリストに存在するか否かを調べる（ステップ１４２）。
【００５５】
伝達されたデータグラムが属するフローがアクティブフローリストに存在しない場合は、そのフローのデータグラムカウンターをインクリメントし、重み値と共にそのフローを新規登録した後（ステップ１４３）、重み付け優先転送機能９２にそのフローを設定する（ステップ１４４）。そのフローがアクティブフローリストに存在する場合は、その重み値が登録してある値と同一か否かを調べ（ステップ１４５）、重み値が登録してある値と異なる場合は、アクティブフローリスト中のそのフローの重み値を書換え、そのフローのデータグラムカウンターをインクリメントし（ステップ１４６）、書換え後の重み値で重み付け優先転送機能９２にそのフローを設定する（ステップ１４７）。そのフローの重み値が登録してある値と同一である場合は、そのフローのデータグラムカウンターをインクリメントする（ステップ１４８）。
【００５６】
図１８は、重み付け優先転送機能９２がデータグラムを送出する時の処理を示すフローチャートである。重み付け優先転送機能９２がデータグラムを送出する時は、アクティブフローリスト中のそのフローのデータグラムカウンターをデクリメントし（ステップ１５１）、そのフローのデータグラムカウンターが０か否かを調べ（ステップ１５２）、その値が０になると非アクティブフローになったものと見做してフローリストから削除し（ステップ１５３）、重み付け優先転送機能９２の設定からも削除する（ステップ１５４）。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、重み値を用いるデータグラム転送方法により、各データグラム転送装置が全てのユーザーに関するデータベース或いは事前設定なしで又はシグナリング処理なしで、ユーザーと電気通信事業者との契約を考慮に入れたボトルネックリンクにおけるスループットの差別化を提供することが可能になるという多大な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】データグラム転送装置の一般的な構成を説明する図である。
【図２】図１の入力インターフェース部の構成を説明する図である。
【図３】図１の出力インターフェース部の構成を説明する図である。
【図４】バッファメモリー制御部の構成を説明する図である。
【図５】複数フロー問題を説明する図である。
【図６】本発明のデータグラム転送システムの構成例を示す図である。
【図７】本発明のトラヒック観測装置の構成例を示す図である。
【図８】本発明のデータグラム転送システムの他の構成例を示す図である。
【図９】本発明のヘッダーフィールド挿入装置７の構成例を示す図である。
【図１０】本発明のトラヒック監視装置の構成例を示す図である。
【図１１】データグラム廃棄処理のフローチャートである。
【図１２】データグラムの重み値を書換える処理のフローチャートである。
【図１３】複数フロー問題の解決を説明する図である。
【図１４】本発明のバッファメモリー制御部の構成例を示す図である。
【図１５】本発明のフロー管理機能を具えたバッファメモリー制御部の構成例を示す図である。
【図１６】バッファメモリー制御部にデータグラムが到着した時にフロー管理機能が行う処理を示すフローチャートである。
【図１７】バッファメモリー制御部にデータグラムが到着した時にフロー管理機能が行う他の処理を示すフローチャートである。
【図１８】重み付け優先転送機能がデータグラムを送出する時の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ データグラム転送装置
２ トラヒック観測装置
３、４ 回線終端装置
５ ユーザー端末
６ アクセス網
７ ヘッダーフィールド挿入装置
８ トラヒック監視装置
１１ 入力インターフェース部
１２ 出力インターフェース部
１３ パックプレーンスイッチ
２１ 入力ラインインターフェース部
２２ データグラム転送処理部
２３ 転送宛先テーブル
２４ データグラム送信部
３１ データグラム受信部
３２ バッファメモリー制御部
３３ 出力ラインインターフェース部
４２ キュー
４１ クラシファイヤ
４３ スケジューラ
５１、５２、５３ フロー
５４、５５ アクセス回線
５６ データグラム転送装置
５７ 出力リンク
６１ トラヒック観測機能
６２ 重み値計算機能
６３ 重み値挿入機能
７１ 重み値指定機能
７２ 重み値挿入機能
７５ トラヒック観測機能
７６ 監視機能
７７ 違反処理機能
８１、８２、８３ フロー
８４、８５ アクセス回線
８６ データグラム転送装置
８７ ボトルネックリンク
９０ バッファメモリー制御部
９１ ヘッダーフィールド取得機能
９２ 優先転送機能
９３ フロー管理機能
Claims (10)
- 一定時間内にユーザーが通信網に送信し又は通信網から受信するデータグラムに関するトラヒック情報を観測するトラヒック観測機能と、トラヒック観測機能により得られる観測結果からそのデータグラムが属するフローが有する通信網利用の権利の強さを表す重み値を予め定められた規則に合うように計算する重み値計算機能と、計算された重み値をデータグラムのヘッダーに書込む重み値挿入機能とを具備するトラヒック観測装置であって、
前記重み値計算機能における規則を、予め定められた方法で識別した各フローの重み値の合計が予めユーザーに一括して与えられた重み値を超えないこととする規則としたことを特徴とするトラヒック観測装置。 - 請求項１に記載のトラヒック観測装置において、前記各フローの重み値は、予めユーザーに一括して与えられた重み値を、前記トラヒック観測機能によって得られた観測結果から予め定められた方法で識別されたフロー数で除した値であることを特徴とするトラヒック観測装置。
- 請求項１に記載のトラヒック観測装置において、前記各フローの重み値は、予めユーザーに一括して与えられた重み値を、前記トラヒック観測機能によって得られた観測結果から予め定められた方法で識別されたフローの間で、各フローのスループットの比により分割した値であることを特徴とするトラヒック観測装置。
- 一定時間内にユーザーが通信網に送信し又は通信網から受信するデータグラムに関するトラヒック情報を観測するトラヒック観測機能と、ヘッダーに既に重み値が書込まれているデータグラムに対して、予めユーザーと通信網との間で定められた規則が遵守されていることをチェックする機能と、チェックした結果前記規則が遵守されていない場合に違反処理を行う違反処理機能とを具備するトラヒック観測装置であって、
前記予めユーザーと通信網との間で定められた規則を、予め定められた方法で識別した各フローの重み値の合計が予めユーザーに一括して与えられた重み値を超えないこととする規則としたことを特徴とするトラヒック監視装置。 - 請求項４に記載のトラヒック監視装置において、前記規則が遵守されていない場合における違反処理は、当該データグラムを廃棄する処理であることを特徴とするトラヒック監視装置。
- 請求項５に記載のトラヒック監視装置において、前記規則が遵守されていない場合における違反処理は、ユーザーのトラヒックの観測機能から得られた結果から予めユーザーと通信網との間で定められた規則に合致する重み値を計算し、データグラムのヘッダーに書込まれている重み値を該計算した重み値に書換える処理であることを特徴とするトラヒック監視装置。
- データグラムをそのヘッダーの宛先に向けて転送するデータグラム転送装置であって、いずれかの入力インターフェース部からいずれかの出力インターフェース部へ競合することなくデータグラムを転送するバックプレーン部と、バックプレーン部から転送されたデータグラムを受け取り、受け取ったデータグラムからその重み値を取得し、取得した重み値に基づいて優先転送制御を行う出力インタフェース部とを具えるデータグラム転送装置において、
前記出力インターフェース部は、バックプレーン部から転送されてきたデータグラムの重み値を取得する重み値取得手段と、バックプレーン部から転送されてきたデータグラムを一時的に格納するバッファメモリーと、前記重み値取得手段から重み値を受け取り、受 け取った重み値に基づいて前記バッファメモリーに溜まっているデータグラムに関するフロー情報を管理をするフロー管理手段とを具え、
前記フロー管理手段の管理情報に基づいて優先転送制御を行うことを特徴とするデータグラム転送装置。 - 請求項７に記載のデータグラム転送装置において、前記フロー管理手段は、過去所定時間内に転送したデータグラムに関するフロー情報を管理することを特徴とするデータグラム転送装置。
- 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のトラヒック観測装置から出力されたデータグラムを請求項７又は８に記載のデータグラム転送装置によりデータグラムを転送することを特徴とするデータグラム転送システム。
- ユーザがデータグラムを通信網に送信するために、当該データグラムが有する通信網利用の権利の強さを表す重み値をユーザー自身が決定し、通信網に流入するデータグラムのヘッダーに当該重み値を書き込む手段を具えるヘッダフィールド挿入装置と、請求項４〜６のいずれか１項に記載のトラヒック監視装置と、請求項７又は８に記載のデータグラム転送装置とによりデータグラムを転送することを特徴とするデータグラム転送システム。
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