JP3598985B2 - キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法に関し、特に、一つのキューへのトラヒック集中による伝送品質の劣化を低減するキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法は、例えば、複数優先度の優先制御を実現する複数のキューと、入力されたパケットの優先度を判断するための情報を摘出するための手段や、摘出された情報を基に上記パケットに割り当てるキューを決定する手段を有して構成される。本従来技術では、割り当てられたキューの使用率をフィードバックして、その時々の最適なキュー割り当てを再度算出する手段を持っていない。
【0003】
本発明と技術分野の類似する先願発明例1として、特開平11−346246号公報がある。本先願発明例1では、パケット交換機の各出力インタフェースに、パケット交換ユニットから渡された送信パケットを所定のアルゴリズムで複数のキューグループに分類し、各キューグループに割り当てられた帯域幅を保証しながら、送信優先度に応じて送信パケットを読み出すためのパケット読み出し制御装置を設けている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、上記のように構成されるものの、時々の最適なキュー割り当てを再度算出する手段を持たない。このため、類似した優先度を持つトラヒックにより、1つのキューへのパケット蓄積が集中した場合において、1つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化を招く。さらには、複数のキューを用いた優先制御ができない等の課題がある。
【0005】
本発明は、伝送品質の劣化を招き難いキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法を提供することを目的とする。さらに詳述すると、下記となる。
【0006】
本発明の目的は、Differentiated Services (Diffserv)やIP Precedence、IEEE 802.1D TrafficPrioritizationなどの優先制御の仕組みを利用するデータ・パケットネットワークを構成するパケット交換機のキュー割り当てシステムにおいて、キュー割り当て入力条件の項目数が装置に存在するキューの数を上回る実装で、入力されたパケットのキュー割り当て結果が1つのキューに集中した場合でも、各キューの使用率をフィードバックさせて、キューの割り当てを付け直すことによりトラヒックの複数キューへの分散を行い、1つのキューへのトラヒック集中による伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項1記載のキュー割り当てシステムは、入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、このパケットに割り当てるキューを決定するキュー分類選択部と、特定エントリーの使用頻度を算出可能した使用頻度算出部と、現在の使用頻度算出部の情報からキューの識別番号をX軸とし、該当使用率をY軸とするヒストグラムを求め、X軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行い、新たな割り当て結果を算出する割り当て調整部と、キュー分類選択部が分類タグを検索キーとして、入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する情報設定記憶手段と、所定のN個のキューを保持する保持記憶手段とを有して構成され、この保持記憶手段に保持されたキューに蓄積された順番でパケットを送出することを特徴としている。
【0008】
また、上記の割り当て調整部は、使用率算出部の情報からキューの識別番号をX軸とし、このキューの使用率をY軸とするヒストグラムを求め、X軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行うことにより、可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出するとよい。
【0009】
さらに、上記割り当て調整部の新たな割り当て結果の算出は、現在の使用率算出部の情報から、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、キュー分類選択部は、保持記憶手段に実現されるN個のキューの内のパケットに割り当てるキューを求め、このキューにパケットを追加するとよい。
【0010】
なお、情報設定記憶手段は、この情報設定記憶手段に実現されるキュー割り当て情報を保持するキュー割り当て情報保持部を有して構成し、キューは、FIFO型キューであり、パケットをキューに蓄積された順番で送出するとよい。
【0011】
請求項6記載のパケット交換機のキュー割り当て方法は、入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、このパケットに割り当てるキューを決定するキュー分類選択工程と、特定エントリーの使用頻度を算出する使用頻度算出工程と、使用頻度算出工程の情報からキューの識別番号をX軸とし、該当使用率をY軸とするヒストグラムを求め、X軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行い、新たな割り当て結果を算出する割り当て調整工程と、キュー分類選択工程が分類タグを検索キーとして、入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する情報設定記憶工程と、所定のN個のキューを保持する保持記憶工程とを有して構成され、この保持記憶工程により保持されたキューに蓄積された順番でパケットを送出することを特徴としている。
【0012】
また、上記の割り当て調整工程の新たな割り当て結果の算出において、現在の使用頻度算出工程の情報から各分類タグに関連した番号をX軸とし、該当分類タグの検索一致回数をY軸とするヒストグラムを求め、X軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行うとよい。
【0013】
さらに、上記割り当て調整工程の新たな割り当て結果の算出は、現在の使用率算出工程の情報から、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、キュー分類選択工程は、保持記憶工程で実現されるN個のキューの内のパケットに割り当てるキューを求め、キューにパケットを追加するとよい。
【0014】
なお、上記情報設定記憶工程では、この情報設定記憶工程で実現されるキュー割り当て情報を保持するキュー割り当て情報保持工程を有し、キューは、FIFO型キューであり、パケットをこのキューに蓄積された順番で送出するとよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の実施形態を詳細に説明する。図1から図9を参照すると、本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の実施形態が示されている。
【0016】
(第1の実施形態の構成)
図1を参照すると、本発明による一実施形態としてのパケット交換機のキュー割り当てシステム10の構成が示されている。図1に示す、本実施形態によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法に適用されるキュー割り当てシステム10は、キュー分類選択部1、キュー割り当て情報保持部3を有する情報設定記憶手段2、キューA5からキューZ6を保持する保持記憶手段4、使用率算出部7、割り当て調整部8、を有して構成される。
【0017】
図1において、キュー分類選択部1は、キュー割り当てシステム10に入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、情報設定記憶手段2に実現されるキュー割り当て情報保持部3の内容を検索して、このパケットに割り当てるキューを決定する。また、キュー分類選択部1は、保持記憶手段4に実現されるキューA5からキューZ6までのN個のキューのうちの、上記パケットに割り当てるキューを求め、そのキューに上記パケットを追加する。
【0018】
入力されたパケットは、上記決定の結果に基づいて、キュー分類選択部1により保持記憶手段4に実現される、キューA5からキューZ6までのN個のキューのどれか1つに蓄積される。なお、キューA5からキューZ6までのN個のキューは、FIFO型キューであり、パケットをこのキューに蓄積された順番で送出する。
【0019】
使用率算出部7は、定期的に各キューのパケット蓄積数を計算することにより、各キューの使用率を算出する。
【0020】
割り当て調整部8は、現在の使用率算出部7の情報からキューの識別番号をX軸とし、該当キューの使用率をY軸とするヒストグラムを求め、X軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行う。このことにより、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出する。同時に、上記の割り当て結果を基に、キュー割り当て情報保持部3の内容を修正する。
【0021】
キュー割り当て情報保持部3は、情報設定記憶手段2を構成し、キュー分類選択部1が分類タグを検索キーとして、入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する。キューA5からキューZ6までのN個のキューが、保持記憶手段4に構成される。
【0022】
使用率算出部7は、各キューの使用率を算出する構成要素である。
また、割り当て調整部8は、現在の各キューの使用率を基に、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、その割り当て結果を基にキュー割り当て情報保持部3の内容を修正する構成要素である。
【0023】
このようにして、本実施形態では、現在の各キュー使用率のヒストグラム平坦化手法を用いて、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分けるフィードバック制御を行っている。このため、類似した優先度を持つトラヒックにより1つのキューへのパケット蓄積が集中した場合においても、1つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現できる。
【0024】
図2には、入力されるパケットの構成例が示されている。この例においてパケットは、パケット・データ12を有して構成されている。分類タグ13は、パケット・データ12のあらかじめ設定された任意箇所の任意幅の情報を示し、ここにパケット固有の優先度を示す情報が記される。
【0025】
図3を参照すると、図1に示すキュー割り当て情報保持部3の詳細な構成が示されている。本図3において、番号21は、キュー割り当て情報保持部を構成するテーブルの行番号を指定する。番号21はユニークな数値であり、N行のエントリーを持つテーブルにおいては、1からNまでの連続した整数値を持つ。分類タグ内容22には、入力されるパケットに含まれる分類タグ13の内容である優先度を示す情報が入力されている。
【0026】
キューID23は、特定のキューを指定する識別番号である。N個のキューが存在する場合、1からNまでの連続した整数値が各キューに割り付けられ、この値が識別番号としてキューID23に格納される。図1に示される第1の実施形態の場合には、キューA5からキューZ6までのN個のキューのどれかを特定するID情報が格納される。
【0027】
なお、キュー割り当て情報保持部3の内容は、常に優先度の高い順にソートされているものとする。このようにすることで、分類タグとキューの割り当てとを修正した場合でも、各キュー間の相対的な優先度の順位を入れ替えることなく修正することを容易にする。
【0028】
以上詳細に本実施形態の構成を述べたが、図1のキューA5からキューZ6までのN個のキューを実現する手段とヒストグラムを計算する手段は、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。
【0029】
(第1の実施形態の動作)
次に、本実施形態によるキュー割り当てシステム10の動作例について説明する。
まず、図1に示すキュー分類選択部1の処理動作を、図4に示すフローチャートを使用して説明する。
【0030】
キュー分類選択部1に入力されたパケットの特定位置と特定サイズの部位が分類タグ情報として摘出される(S1)。摘出された分類タグ情報はキュー割り当て情報保持部3の分類タグ内容22の全エントリーを検索するキーとして使用され、検索処理によってキュー割り当て情報保持部3の該当行が特定される(S2)。最後にキュー分類選択部1は特定された行のキューID23に含まれるキューIDを持つキューA5からキューZ6までのN個のキューのどれか1つを選択して、そのキューに上記パケットを追加する(S3)。
【0031】
保持記憶手段4に実現されるキューA5からキューZ6までのN個のキューはFIFO型キューであり、パケットをこのキューに蓄積された順番で送出する。
【0032】
使用率算出部7は、定期的に各キューのパケット蓄積数を計算することにより、各キューの使用率を算出する。
【0033】
割り当て調整部8の処理動作を図5に示すフローチャートを使用して説明する。この割り当て調整部8は、現在の使用率算出部7の情報からキューの識別番号をX軸とし、該当キューの使用率をY軸とするヒストグラムを求め、X軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行うことにより、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出する。
【0034】
ヒストグラムの平坦化処理では、使用率の高いキューに割り当てる分類タグの数を減らし、使用率の低いキューに割り当てる分類タグの数を増やすことで、各キューの使用率がほぼ等しくなるように分類タグとキューの割り当てを付け直す。図6に平坦化処理前のグラフを示す。また、図7に平坦化処理後のグラフを示す。最後に、上記の割り当て結果を基に、修正が必要なキュー割り当て情報保持部3の関連エントリーの内容を修正する。なお、割り当て調整部8の動作は、あらかじめ設定された周期毎に処理がなされるものとする。
【0035】
(第1の実施形態の特徴)
本発明は、Differentiated Services (Diffserv)やIP Precedence、IEEE 802.1D TrafficPrioritizationなどの優先制御の仕組みを利用するデータ・パケットネットワークを構成するパケット交換機のキュー割り当てシステムが適用される。本システムにおいて、キュー割り当て分類条件の項目数が装置内に存在するキューの数を上回る実装で、入力されたパケットのキュー割り当て結果が1つのキューに集中した場合でも、各キューの使用率情報をフィードバックさせて、キューの割り当てを付け直す。このことによりトラヒックの複数キューへの分散を行い、1つのキューへのトラヒック集中による伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現する。
【0036】
(第1の実施形態の効果)
以上説明したように、本実施形態においては、以下に記載するような効果を奏する。第1には、現在の各キュー使用率のヒストグラム平坦化手法を用いて、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分けるフィードバック制御を行っている。このため、類似した優先度を持つトラヒックにより1つのキューへのパケット蓄積が集中した場合においても、1つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化防止を実現できる。
【0037】
第2には、1つのキューに集中したトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当てを定期的に算出している。このため、キュー全体のリソース平均使用率の向上を実現できる。
【0038】
第3には、1つのキューに集中したトラヒックを可能な限り別々な送出優先順位を持つキューに振り分ける仕組みを持つ。このため、類似した優先度を持つ異種別のトラヒックのみが連続した場合であっても、これらの異なるトラヒックが別々のキューに振り分けされるように、その時々のトラヒック優先度条件に適応したきめ細かい優先制御を実現できる。
【0039】
(第2の実施形態)
本発明による第2の実施形態として、その基本的構成は上記の通りであるが、割り当て調整部がヒストグラム平坦化処理対象として使用するキュー使用率情報を、キュー割り当て情報保持部内の分類タグの検索一致頻度に置き換える工夫を施している。本構成例を図8に示す。また、本実施形態によるキュー割り当てシステムが有するキュー割り当て情報保持部33の詳細な構例成を図9に示す。
【0040】
図8は、図1における情報設定記憶手段2のキュー割り当て情報保持部3をキュー割り当て情報保持部33に置き換え、図1の使用率算出部7を使用頻度算出部37に置き換え、更にこの使用頻度算出部37に入力されるフィードバック情報を保持記憶手段4ではなく、キュー割り当て情報保持部33から得るように変更したものである。また、図9は、図3と比較して、検索一致回数24を追加したものである。
【0041】
ここでは、図8のキュー割り当て情報保持部33に各分類タグ毎の検索一致回数24を設け、ある特定エントリーの使用頻度を使用頻度算出部37で算出できるようにする。そして、割り当て調整部8は、現在の使用頻度算出部37の情報から各分類タグに関連した番号21をX軸とし、該当分類タグの検索一致回数24をY軸とするヒストグラムを求め、X軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行う。このことにより、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出する仕組みを持つ。
【0042】
さらに、本実施形態におけるヒストグラムの平坦化処理では、ヒストグラム中で使用頻度の高い部分は1つのキューに割り当てる分類タグの数を減らし、使用頻度の低い部分は1つのキューに割り当てる分類タグの数を増やして、各使用頻度がほぼ等しくなるように分類タグとキューの割り当てとを付け直す。その他の構成や動作は、第1の実施形態と同様である。このように、本実施形態では、各分類タグの使用頻度情報を基に、最適な分類タグとキューの割り当てを算出して、1つのキューに集中したトラヒックを可能な限り全キューに均等に振り分ける処理を行っているので、第1の実施形態に示したと同様の効果を得ることができる。
【0043】
なお、上述の実施形態は本発明による好適な実施の一例である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【0044】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法は、入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、このパケットに割り当てるキューを決定し、定期的に各キューのパケット蓄積数を計算することにより各キューの使用率を算出し、算出した情報から現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出し、分類タグを検索キーとして入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持し、所定のN個のキューを保持する。保持されたキューに蓄積された順番でパケットを送出している。
【0045】
このように、現在の各キュー使用率のヒストグラム平坦化手法を用いて、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分けるフィードバック制御を行っているため、類似した優先度を持つトラヒックにより1つのキューへのパケット蓄積が集中した場合においても、1つのキューへのトラヒック集中による遅延特性やパケット損失率、ジッター特性などの伝送品質の劣化を防ぎ、キュー全体のリソース使用率向上と、よりきめ細かい優先制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるキュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の第1の実施形態による構成例を示す図である。
【図2】パケットの構成例を示す図である。
【図3】キュー割り当て情報保持部の詳細な構成例を示す図である。
【図4】キュー分類選択部の処理動作例を示すフローチャートである。
【図5】割り当て調整部の処理動作例を示すフローチャートである。
【図6】キュー使用率ヒストグラムであり平坦化処理前のグラフである。
【図7】キュー使用率ヒストグラムであり平坦化処理後のグラフである。
【図8】キュー割り当てシステムおよびパケット交換機のキュー割り当て方法の第2の実施形態による構成例を示す図である。
【図9】図8に対応しかつ図3に相当するキュー割り当て情報保持部の構成例を示す。
【符号の説明】
1 キュー分類選択部
2、32 情報設定記憶手段
3、33 キュー割り当て情報保持部
4 保持記憶手段
5 キューA
6 キューZ
7 使用率算出部
8 割り当て調整部
10 キュー割り当てシステム
12 パケット・データ
13 分類タグ
21 番号
22 分類タグ内容
23 キューID
24 検索一致回数
37 使用頻度算出部
Claims (11)
- 入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、該パケットに割り当てるキューを決定するキュー分類選択部1と、
特定エントリーの使用頻度を算出可能した使用頻度算出部と、
現在の前記使用頻度算出部の情報から前記キューの識別番号をX軸とし、該当使用率をY軸とするヒストグラムを求め、前記X軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行い、新たな割り当て結果を算出する割り当て調整部と、
前記キュー分類選択部が前記分類タグを検索キーとして、前記入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する情報設定記憶手段と、
所定のN個のキューを保持する保持記憶手段とを有して構成され、
該保持記憶手段に保持されたキューに蓄積された順番で前記パケットを送出することを特徴とするキュー割り当てシステム。 - 前記割り当て調整部の新たな割り当て結果の算出は、現在の使用頻度算出部の情報から各分類タグに関連した番号をX軸とし、該当分類タグの検索一致回数をY軸とするヒストグラムを求め、X軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行うことを特徴とする請求項1記載のキュー割り当てシステム。
- 前記キュー分類選択部は、前記保持記憶手段に実現される前記N個のキューの内の前記パケットに割り当てるキューを求め、該キューに前記パケットを追加することを特徴とする請求項1または2のいずれか1項記載のキュー割り当てシステム。
- 前記情報設定記憶手段は、該情報設定記憶手段に実現されるキュー割り当て情報を保持するキュー割り当て情報保持部を有して構成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のキュー割り当てシステム。
- 前記キューは、FIFO型キューであり、前記パケットを該キューに蓄積された順番で送出することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載のキュー割り当てシステム。
- 入力されたパケットに含まれる分類タグを検索キーとして、該パケットに割り当てるキューを決定するキュー分類選択工程と、
特定エントリーの使用頻度を算出する使用頻度算出工程と、
前記使用頻度算出工程の情報から前記キューの識別番号をX軸とし、該当使用率をY軸とするヒストグラムを求め、前記X軸の全レンジを対象としたヒストグラムの平坦化を行い、新たな割り当て結果を算出する割り当て調整工程と、
前記キュー分類選択工程が分類タグを検索キーとして、前記入力されたパケットに割り当てるキューを決定するための情報を保持する情報設定記憶工程と、
所定のN個のキューを保持する保持記憶工程とを有して構成され、
該保持記憶工程により保持されたキューに蓄積された順番で前記パケットを送出することを特徴とするパケット交換機のキュー割り当て方法。 - 前記割り当て調整工程の新たな割り当て結果の算出において、現在の使用頻度算出工程の情報から各分類タグに関連した番号をX軸とし、該当分類タグの検索一致回数をY軸とするヒストグラムを求め、前記X軸の全範囲を対象としたヒストグラムの平坦化処理を行うことを特徴とする請求項6記載のパケット交換機のキュー割り当て方法。
- 前記割り当て調整工程の新たな割り当て結果の算出は、現在の前記使用率算出工程の情報から、現在のトラヒックを可能な限り全キューに振り分ける新たな割り当て結果を算出することを特徴とする請求項7記載のパケット交換機のキュー割り当て方法。
- 前記キュー分類選択工程は、前記保持記憶工程で実現される前記N個のキューの内の前記パケットに割り当てるキューを求め、該キューに前記パケットを追加することを特徴とする請求項6から8のいずれか1項記載のパケット交換機のキュー割り当て方法。
- 前記情報設定記憶工程では、該情報設定記憶工程で実現されるキュー割り当て情報を保持するキュー割り当て情報保持工程を有して構成されることを特徴とする請求項6から9のいずれか1項記載のパケット交換機のキュー割り当て方法。
- 前記キューは、FIFO型キューであり、前記パケットを該キューに蓄積された順番で送出することを特徴とする請求項6から10のいずれか1項記載のパケット交換機のキュー割り当て方法。
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