JP3927714B2 - 予想型/保障型サービスを提供するためのトラフィック制御方法 - Google Patents

予想型/保障型サービスを提供するためのトラフィック制御方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ATM、PSTN、IMT−2000等の各種通信システムの交換機に広範囲に適用することができる予想型/保障型サービスを提供するためのトラフィック制御方法に関するもので、特にMC(Moving Ceiling)技法を利用した監察機能とFIFO(First In First Out)またはWFQ(Weighted Fair Queueing)方式を利用したパケットスケジューリング機能を通じて各種トラフィックデータの特性に合わせて伝送経路を制御することによってQOS(Quality Of Service)保障に余裕のある予想型サービスまたは保障型サービスを効果的に制御することができるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、通信システムから送受信されるマルチメディアトラフィックは単純データのみならず、制御信号やシグナリングデータ等のような実時間性と生存性を同時に要求するトラフィックであるとか画像や音声のようなマルチメディアトラフィックまで包含されている。
【0003】
このようなすべてのトラフィックは混合されて一つの物理的な伝送路を通じて伝送されるので、何よりそれぞれのトラフィックを区分してトラフィックの特性に適合に伝送してやることができる技術が必要である。
【0004】
即ち、マルチメディアトラフィックに対してお互に異なるQOSを要求するので、これらを効果的に支援するためにはトラフィックの特性に適合に伝送経路を制御してトラフィックを伝送してやらなければならない。
【0005】
前記マルチメディアトラフィックはQOS要求に対する満足度により保障型サービス(Guaranteed Service)と予想型サービス(Predictive Service)そして最善型サービス(Best-Effort Service )と分類することができる。
【0006】
ここで、保障型サービスはQOSを100%満足させてやらなければならない場合にリアルタイム性であり、データが損失されてはならないコントロール関連データがここに該当され、予想型サービスは一部データの損失や時間遅延があっても復旧可能な場合としてオーディオやビデオトラフィックがここに該当され、最善型サービスはQOSに対する保障を受けないままに残存する帯域幅を通じて伝送を試図する場合を指称する。
【0007】
前記保障型サービスは願うQOSを完璧に満足させることを要求するので、これを保障してやるためには支援機能の性能に対してワーストケース分析(worst-case analysis )をしなければならないし、その計算によって求められた程の充分な資源を割当してやらなければならない。
【0008】
このとき、ワーストケース分析とは、トラフィックが一時に集合される場合を仮定して計算する場合で、各トラフィックがピック率(pick rate )に集中される場合を考慮したものである。
【0009】
前記予想型サービスはQOS保障とともに資源の効率的な利用まで考慮しなければならない。即ち、たくさんの資源を消耗しながら完璧にQOSを保障してやることより小さい資源を効率的に利用しながら必要な程のQOSを保障してやることが必要である。
【0010】
一方、前記のような予想型サービスや保障型サービスを支援してやるためにはネットワークの中間ノードから多機能を遂行してやらなければならないが、その機能としてはルーティング(routing )機能、資源予約(resource reservation)機能、呼受諾制御(call admission control)機能、パケットスケジューリング(Packet Scheduling )機能、監察(policing)機能があり、この中でルーティング機能と資源予約機能および呼受諾制御機能は呼が設定される前の段階から必要な機能であり、パケットスケジューリング機能と監察機能は呼が設定された以後に実際パケットデータが伝送される間に適用される機能である。
【0011】
前記パケットスケジューリング機能は、パケット単位に動作して次に伝送するパケットがどの入力経路にいることであるかを決定し、他の入力経路に対しては伝送するパケットがあっても防止することができる機能によってパケット−水準孤立(packet-level isolation)を支援する。
【0012】
ここで、監察機能は、各経路に対してトラフィック技術者に記述された特性のとおりに伝送されているかを監視し、これを違反する経路に対しては適切にパケットを捨てるように措置を取る機能である。
【0013】
このような監察機能を通じては主に最大伝送率(パケット間の間隔の逆)と平均伝送率(一定期間の間に平均的に伝送されるパケット数)を監視し、平均伝送率を監視する場合には一定期間の間の監視の中で違反可否を判断するので、呼の水準孤立(call level isolation)を支援する。
【0014】
ここで呼の水準孤立とは、一つの経路伝送率が一時的に増加しても他の経路の平均伝送率が低下されない場合を指称するもので、他の経路を通過するパケットの量とかそのパターンに影響を受けず、専ら自分の経路を通じたパケットの量とかパターンによってのみQOSが影響を受ける場合を意味する。
【0015】
従来先行技術として日本国から1994年8月30日付に出願されているセルトラフィック制御回路および方法(特開平8−79251号公報)は、図1に図示のように、入力回線上のセルの倒着および倒着セルの種類および該当セル中に表示されたフレーム識別者を検出するセル検出部12と、出力回線上を伝送中である前フレーム数nおよび帯域管理単位w毎に回路上を伝送中であるフレーム数mを計数するトラフィック観測部16と、規正最大フレーム数を超過してフレームが入力された場合、該当フレームを構成するセルをフレーム単位に蓄積する複数面のフレームバッファーとなったフレームバッファー部14と、前記フレームバッファー14の空のフレームバッファーを管理する空のフレームバッファー管理部15と、倒着セルを前記フレームバッファー部14に蓄積するとか、または前記出力回線上に伝送するとかを判断するフレーム伝送制御部13を具備し、前記フレーム伝送制御部13はフレームバッファー部14に蓄積中であるフレームが存在する帯域管理単位wの値を有するフレーム蓄積中の登録テーブル13aをもち、前記セル検出部12から検出した倒着セルが所属された帯域管理単位が前記フレーム蓄積中の登録テーブル13aに登録中である場合には該当セルを前記フレームバッファー部14に蓄積し登録中でない場合には該当倒着セルが情報フレームを構成する中間セル、または最終セルであると出力回線に伝送し先頭セルまたは単独セルであると所定の判定法により該当セルを前記出力回線に伝送することであるか、またはフレームバッファー部14に蓄積することであるかを決定するように構成されている。
【0016】
このような構成におけるセルトラフィックの制御方法は、回線上を伝送可能なトラフィックを同時に伝送可能な最大フレーム数Nとして規制し、前記回線上を伝送中であるフレーム数nを計数する手段と、前記規正された最大フレーム数を超過してフレームが入力される場合に該当フレームを構成するセルを蓄積するバッファーをもち、セルが有効セルであり、情報フレームを構成する先頭セルまたは単独セルである場合に、セル倒着時点からn<Nの場合には該当セルと同一フレームに属する一連のセルを出力回線上に伝送し、n=Nである場合には該当セルと同一フレームに属する一連のセルをフレームを識別しながら前記バッファーに蓄積し、前記バッファーに蓄積されたフレームに対して、入力セルが空のセル等の無効セルであるか、または入力セルを前記バッファーに蓄積して前記出力回線にセルが伝送されない場合にはn≦Nの範囲から前記バッファー部から読んできて回線上に伝送することによって出力回線上のセルトラフィックを規正値以内に制御するようにした。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術においては可能なら賦課された伝送帯域幅(平均伝送率)の条件下からどの位いのたくさんのフレームを送ることができるかに対するもので、パケットを捨てなければならない状況であると、既に通過が一部進行されたフレームのものを捨てる代わりに、未だにも通過が進行されないフレームのものを捨てるようにしたもので、監察(Policing)機能自体に対するものである。
【0018】
したがって、このような従来技術においては以前トラフィックがたくさんに入って来るとか、少なく入って来た場合をすべて勘案して次のウィンドーから反映するようにしたことではなく、但只以前トラフィックがたくさんに入って来た場合にのみ局限されるもので、以前トラフィックが少なく入って来た場合は勘案しないものであった。
【0019】
また、従来技術においてはパケットレベルの制御ではなく、フレームレベルの効果的な伝送を遂行するために既存のパケットレベルの監察機能にのみ局限された短所があった。
【0020】
本発明は前記のような従来技術の短所を解決するためのもので、本発明の目的は、監察機能とパケットスケジューリング機能を利用してQOSを保障してやるようにしたものである。
【0021】
即ち、本発明は呼が適当量の資源の割当を受けたと仮定した状態からMC技法を利用した監察機能とFIFOを利用したパケットスケジューリング機能を通じて各種トラフィックデータの伝送経路を制御することによって予想型サービスを効果的に制御する予想型サービスを提供するためのトラフィック制御方法を提供することにある。
【0022】
また、本発明の他の目的は、呼が充分な資源をもち設定されてあると仮定した状態でMC技法を利用した監察機能とWFQ方式を利用したパケットスケジューリング機能を通じて各種トラフィックデータの伝送経路を制御することによって保障型サービスを効果的に制御する保障型サービスを提供するためのトラフィック制御方法を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の予想型サービスを提供するためのトラフィック制御方法は、MC技法を利用して各経路を通じて入力されるパケットデータの平均伝送率を監視し、この監視結果、パケットデータがMC技法の通過条件に満足されるかを判断して通過条件に満足される場合に監察部の出力バッファーに貯蔵して置き、通過条件に満足されない場合に任意の貯蔵場所に空の空間があるとその所に貯蔵し空の空間がないと捨てるようにし、以後FIFO方式のスケジューラによって各経路の出力バッファーを検索して一番早速に入力されたパケットデータから一つずつ通過させて多重化した次の一つの伝送経路を通じて受信側に伝送するようにすることを特徴とする。
【0024】
また、本発明の保障型サービスを提供するためのトラフィック制御方法は、MC技法を利用して各経路を通じて入力されるパケットデータの平均伝送率を監視し、この監視結果、パケットデータがMC技法の通過条件に満足されるかを判断して通過条件に満足される場合には各経路のパケットデータをWFQ方式によるパケットスケジューリングを遂行し、通過条件に満足されない場合には任意の貯蔵場所に臨時貯蔵するとかパケットデータを捨てるようにし、以後前記WFQ方式から各入力経路に賦課されたウェイト条件によりパケットが現在サービスされることができるかを判断して、現在サービスされることができる場合であるとパケットデータを多重化して一つの伝送経路を通じて受信側に伝送し、現在サービスされることができない場合であるとWFQ方式によるパケットスケジューリングを再遂行するようにすることを特徴とする。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参考して本発明による予想型/保障型サービスを提供するためのトラフィック制御方法を詳細に説明する。
【0026】
図2は本発明による予想型/保障型サービスを提供するためのトラフィック制御方法を適用するためのブロック構成図であって多数の経路1〜経路nを通じて入力されるトラフィックデータ、パケットで構成されたパケットデータの平均伝送率を監視して各パケットデータに対する通過条件を満足する場合にのみパケットデータを伝送する多数の監察部10−1〜10−nと、前記監察部10−1〜10−nを通過したパケットデータを定められた原則によって通過順序を決定してやるパケットスケジューラ(Packet Scheduler)20と、前記パケットスケジューラ20によって選択されたパケットデータを多重化して一つの伝送経路を通じて受信側に伝送する多重化機30とから構成される。
【0027】
但し、予想型サービスを支援するための場合、QOSの適切な保障とともに資源利用の効率性を考慮しなければならないし、保障型サービスを支援するための場合、完璧なQOSを満足させてやるためには各経路が他の経路から完璧に孤立されなければならないので、本発明においては厳格な(tight)呼−水準孤立機能と緩慢な(loose )パケット−水準孤立機能を同時に支援するようにする。
【0028】
ここで、厳格な呼水準孤立とは、同じ物理ライン(Physical Line)を共有する他の経路のトラフィック量に影響を受けず自分の平均伝送率を維持していくことができるようにしてやることを意味し、緩慢なパケット水準孤立とは、パケットが伝送されなければならない順序を余り重要視しないことを意味する。
【0029】
前記呼−水準孤立は平均伝送率をどの位い充実に監視するかが関鍵であり、本発明においては前記監察部10−1〜10−nを通じてMC技法を利用して呼−水準孤立を支援し、パケットスケジューラ20からのFlFO/WFQを利用して緩慢なパケット−水準孤立を支援するようにする。
【0030】
前記パケットスケジューラー20からは既に決定されたパケットデータの優先順位、即ちサービスされる時間の最大値により各パケットデータに割当されたウェイトを通じて監察部10−1〜10−nから伝送されたパケットデータを多重化機30に出力して受信側にサービスを提供するようにする。
【0031】
以下、本発明の実施例を図3と図4を参考として説明する。
【0032】
まず、本発明から適用しているMC技法はATMトラフィックコントロール技法からよく登場する監察またはUPC(Ushe Parameter Control) 技法の一種として、ATMセルにのみ局限されるものではなく、一般パケットに対しても適用可能なものである。
【0033】
MC技法はトラフィックが初めに約束されたトラフィック特性のとおりに伝達されるかを監視してからそれを違反する場合、一部パケットを捨てるとかタグ(Tag)を付着するとか措置を取る。
【0034】
MC技法は平均トラフィック伝送率を監視するのに、例えば1分に10個のパケットが通過することが賦課されたトラフィック特性であるとするとき、任意の1分の間にパケットが5個のみ入って来たら平均より少なく入って来たので、次の1分の間には平均よりたくさん入って来ても許容してやり、これと反対に任意の1分の間にパケットがたくさん入って来る場合には次の1分の間に少なく入って来たことを許容してやる原理の技法である。
【0035】
ここで、1分ということは一種のウィンドーとしてトラフィックを監視してから恰好のとおりに判定する時間間隔を指称する。
【0036】
そして予想されたトラフィックより小さいとか、たくさん入って来た場合にそれを無限定勘案してやることができないので、一種のバッファーが存在するようになるが、即ちバッファーが5でとある場合であると平均より5個以上もっとたくさん入って来る場合にはその以上のパケットは捨てるようになる。
【0037】
図3は本発明の第1実施例であって、予想型サービスを支援するための構造におけるパケットデータのトラフィック制御方法を図示したものである。
【0038】
第1実施例におけるFIFOはどの経路にパケットが入って来るかに相関のなしに、まず入って来る順序のとおりに送る方式を指称する。
【0039】
まず、監察部10−1〜10−nからはそれぞれの経路1〜経路nを通じて入力されるお互に異なるトラフィックデータ、即ちパケットデータで構成されるパケットデータの入力を受ける(S1)。
【0040】
続いて、前記監察部10−1〜10−nからはMC技法を利用して入力された各経路別のパケットデータの平均伝送率を監視する(S2)。
【0041】
前記段階S2から一定期間の間の通過パケットデータ数を監視してMC技法のパケットデータ通過条件に満足されるかを判断する(S3)。
【0042】
前記段階S3から入力されるパケットデータがMC技法の通過条件に満足される場合には0方式のパケットスケジューラ20によって入力順序のとおりに出力順序を決定してやり(S4)、通過条件に満足されない場合には任意の貯蔵場所に余裕のあるかを判断して(S5)、余裕のあると各経路のパケットデータを臨時貯蔵した後に再び前記段階S3に復帰し、反面に貯蔵場所の余裕のないとパケットデータを捨てるようにする(S6)。
【0043】
ここで、通過条件に満足されない場合、任意の貯蔵場所にパケットデータを臨時貯蔵することは今度のウィンドーにおいては伝送に失敗したので、次のウィンドーから再次試図するためのものである。
【0044】
以後、前記段階S4からのFIFOによるパケットスケジューラ20のパケットスケジューリングの遂行において、該当経路のパケットデータが現在サービスされることができるかを判断する(S7)。
【0045】
前記段階S7から該当経路のパケットデータが現在サービスされることができる場合、入力された順序のとおりにパケットデータを多重化機30に伝送して一つの伝送経路を通じてパケットデータを伝達し(S8)、そうじゃないと前記段階S4に復帰してFIFOによるパケットスケジューリングを再び遂行するようにする。
【0046】
図4は本発明の第2実施例であって、保障型サービスを支援するための構造におけるパケットデータのトラフィック制御方法を図示したものである。
【0047】
第2実施例におけるWFOは各入力経路毎にウェイトを賦課し、そのウェイトにより通過パケット量を決定してやる方式を指称する。
【0048】
まず、監察部10−1〜10−nからはそれぞれの経路1〜経路nを通じて入力されるお互に異なるトラフィックデータ、即ちパケットで構成されるパケットデータの入力を受ける(S11)。
【0049】
前記監察部10−1〜10−nからはMC技法を利用して入力された各経路別のパケットデータの平均伝送率を監視する(S12)。
【0050】
前記段階S12から一定期間の間の通過パケットデータ数を監視してMC技法のパケットデータ通過条件に満足されるかを判断する(S13)。
【0051】
前記段階S13から入力されるパケットデータがMC技法の通過条件に満足される場合には各経路のパケットデータをパケットスケジューラ20に伝送してWFQ方式によるパケットスケジューラ20のパケットスケジューリングを遂行するようにし(S14)、通過条件に満足されない場合には任意の貯蔵場所に余裕のあるかを判断して(S15)、余裕のあると各経路のパケットデータを臨時貯蔵した後に再び前記段階S13に復帰し、反面に貯蔵場所の余裕のないとパケットデータを捨てるようにする(S16)。
【0052】
以後、前記段階S14からのWFQ方式によるパケットスケジューラ20のパケットスケジューリングの遂行において、各入力経路に附課されたウェイト条件により、パケットデータが現在サービスされることができるかを判断する(S17)。
【0053】
前記段階S17からパケットスケジューラ20に伝送されるパケットデータが現在サービスされることができる場合であるとパケットデータを多重化機30に伝送して一つの伝送経路を通じてパケットデータを伝送するようにし(S18)、そうじゃないと前記段階S14に復帰してWFQ方式によるパケットスケジューリングを再び遂行するようにする。
【0054】
前記第1、第2実施例からMC技法のパケットデータ通過条件とは、MC技法がウィンドー概念として運用されるので、各ウィンドー毎に通過可能に許容された個数をAであるとし、以前ウィンドーのヒストリー(History :現在まで伝送されたトラフィック量)によって貯蔵された数(即ち、以前に少なく入って来た場合)をBであるとし、以前ヒストリーによって予め借用して使用した数(即ち、いままで平均より過多に通過した場合)をCであるとし、変動を減殺してやるためのバッファーの大きさをDであると仮定するとき、新たなウィンドーwが始作されて現在a個のパケットが通過されたし、新たなパケットがきたとき、それが通過されるためには以前ウィンドーまで平均よりB程少なく入って来た場合にA+B+D−a>Oであるとき通過、以前ウィンドーまで平均よりC程たくさん入って来た場合にA−C+D−a>0であるとき通過されることを指称する。
【0055】
一方、本発明におけるFIFOとWFOはマルチプレクサーから入力パケットの通過順序を定めてやるスケジューラ中に包含されている。
【0056】
【発明の効果】
以上の説明のような本発明は厳格な呼−水準孤立を支援するMC技法を利用した監察機能と緩慢なパケット−水準孤立を支援するFIFO方式またはWFO方式を利用したパケットスケジューリング機能を同時に使用することによって各種トラフィックデータの伝送経路を制御して予想型/保障型サービスを効果的に支援することができ、特にMC技法を利用することによりパケットデータの処理時間を短縮させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来セルトラフィック制御を遂行するための構成を図示した図面である。
【図2】本発明による予想型/保障型サービスを提供するためのトラフィック制御方法を適用するためのブロック構成図である。
【図3】本発明による予想型サービスを提供するためのトラフィック制御方法を図示した流れ図である。
【図4】本発明による保障型サービスを提供するためのトラフィック制御方法を図示した流れ図である。
【符号の説明】
10−1〜10−n:監察部
20:パケットスケジューラ
30:多重化機

Claims (2)

  1. 多数の経路を通じて入力されるパケットデータを監視して通過条件に満足されるパケットデータのみを伝送する多数の監察部と、前記監察部を通過したパケットデータを入力順序的に伝送するパケットスケジューラと、前記パケットスケジューラによって選択されたパケットデータを多重化して一つの伝送経路を通じて受信側に伝送する多重化機とから構成された構造におけるトラフィック制御方法において、
    MC技法を利用してそれぞれの経路を通じて入力されるパケットデータの平均伝送率を監察部から監視する第1段階と、
    前記監視結果に基づいて、パケットデータがMC技法の通過条件に満足されるかを判断する第2段階と、
    前記パケットデータがMC技法の通過条件に満足される場合、各経路のパケットデータをパケットスケジューラに伝送してFIFO方式のパケットスケジューラによって多重化順序を決定する第3段階と、
    前記パケットデータがMC技法の通過条件に満足されない場合、任意の貯蔵場所に当該パケットデータを貯蔵しかつ当該パケットデータにタグを付着して次のウィンドーから再次伝送を試図するようにするとか貯蔵場所に余裕のない場合にはパケットデータを捨てる第4段階と、
    前記第3段階のFIFO方式によるパケットスケジューリング遂行時に該当経路のパケットデータが現在サービスされることができるかを判断する第5段階と、
    前記第5段階から該当経路のパケットデータが現在サービスされることができる場合にパケットデータを入力順序的に多重化機に伝送し、現在サービスされることができず場合に前記第3段階に復帰してFIFO方式によるパケットスケジューリングを再遂行するようにする第6段階と
    からなり、
    前記多数の経路を通じて入力される前記パケットデータをMC技法を利用して前記多数の監察部から監視することにより、MC技法を利用した監察機能とFIFO方式を利用したパケットスケジューリング機能とを通じて各種トラフィックデータの特性に合わせて伝送経路を制御することによって予想型サービスを制御する
    ことを特徴とする予想型サービスを提供するためのトラフィック制御方法。
  2. 多数の経路を通じて入力されるパケットデータを監視して通過条件に満足されるパケットデータのみを伝送する多数の監察部と、前記監察部を通過したパケットデータを既に決定されたサービス時間による優先順位により伝送するパケットスケジューラと、前記パケットスケジューラによって伝送されるパケットデータを多重化して一つの伝送経路を通じて受信側に伝送する多重化機とから構成された構造におけるトラフィック制御方法において、
    MC技法を利用してそれぞれの経路を通じて入力されるパケットデータの平均伝送率を監察部から監視する第1段階と、
    前記監視結果に基づいて、パケットデータがMC技法の通過条件に満足されるかを判断する第2段階と、
    前記パケットデータがMC技法の通過条件に満足される場合、各経路のパケットデータをパケットスケジューラに伝送してWFQ方式によるパケットスケジューリングを遂行する第3段階と、
    前記パケットデータがMC技法の通過条件に満足されない場合、任意の貯蔵場所に当該パケットデータを貯蔵しかつ当該パケットデータにタグを付着して次のウィンドーから再次伝送を試図するようにするとか貯蔵場所に余裕のない場合にはパケットデータを捨てる第4段階と、
    前記第3段階のWFQ方式によるパケットスケジューリング遂行時に各入力経路に賦課されたウェイト条件によりパケットデータが現在サービスされることができるかを判断する第5段階と、
    前記第5段階からパケットスケジューラに伝送されるパケットデータが現在サービスされることができる場合にパケットデータを多重化機に伝送し、現在サービスされることができない場合に前記第3段階に復帰してWFQ方式によるパケットスケジューリングを再遂行するようにする第6段階と
    からなり、
    前記多数の経路を通じて入力される前記パケットデータをMC技法を利用して前記多数の監察部から監視することにより、MC技法を利用した監察機能とWFQ方式を利用したパケットスケジューリング機能とを通じて各種トラフィックデータの特性に合わせて伝送経路を制御することによって保障型サービスを制御する
    ことを特徴とする保障型サービスを提供するためのトラフィック制御方法。
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