JP4899961B2 - 通信装置および出力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、品質クラスが設定された可変長のパケットを出力する通信装置および出力制御方法に関し、特に、可変長パケットに品質クラスが設定される場合、クラスに応じた出力頻度の重み付けを容易に遵守することができる通信装置および出力制御方法に関する。

従来、例えばＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode：非同期転送モード）などの固定長のパケット（またはセル）を通信する通信方式においては、パケットに要求される品質によってパケットのクラスが決定されることがある。すなわち、例えば音声などのパケットは、リアルタイム性が要求されるのに対し、データなどのパケットは、それほど厳格にリアルタイム性が要求されることはないため、リアルタイム性の品質に関しては、音声パケットが高クラスの（すなわち優先度が高い）パケットとなり、データパケットが低クラスの（すなわち優先度が低い）パケットとなる。

そして、このようにクラスが決定されたパケットを伝送する伝送装置においては、例えば特許文献１に記載されたように、クラスごとのパケットを一時的に蓄積するキューを設け、各キューからパケットを出力する頻度をキューごとに変更することによって、要求される品質を満たしている。すなわち、特許文献１においては、パケットの蓄積量をカウントするカウンタを各キューに設け、カウンタ値がそれぞれのキューに設定された閾値を超えると、該当するキューから固定長のパケットを出力するとともに、カウンタ値から閾値を減算する。したがって、高クラスのパケット用のキューほど閾値を小さくすることにより、高クラスのキューから頻繁にパケットが出力され、要求される品質を満たすことが可能となる。

ところで、ＡＴＭなどの固定長のパケットを通信する通信方式以外においても、パケットに品質クラスが設定されることがある。例えば、イーサネット（登録商標）網などでは種々のアプリケーションによる可変長のパケットのやり取りが行われており、これらのパケットの伝送についても、要求される品質に応じた優先制御が行われることがある。具体的には、固定長のパケットを扱うＡＴＭなどと同様に、例えばＬ２スイッチなどの中継装置にクラスごとのキューを設け、各キューからパケットを出力する頻度が制御される。

このとき、高クラスのキューにパケットが蓄積されている場合には、必ず高クラスのキューを優先してパケットを出力するストリクトプライオリティ（Strict Priority：以下「ＳＰ」と略記する）方式と、各キューからパケットを出力する頻度にクラスに応じた重み付けをする重み付けラウンドロビン（Weighted Round Robin：以下「ＷＲＲ」と略記する）方式とが用いられる。

ＳＰ方式は、強くリアルタイム性が求められるパケットがある場合などに適用され、ＷＲＲ方式は、多少の伝搬遅延が許容される場合などに適用される。そして、これらの方式は、単独で用いられることもあるが、特定の優先度以上のクラスについてはＳＰ方式が適用され、特定の優先度未満のクラスについてはＷＲＲ方式が適用されるなどのように併用されることもある。ＷＲＲ方式を適用する場合には、可変長のパケットが出力されるため、各キューから出力されるデータの流量をカウントするカウンタを設けておく必要がある。そして、データの流量をカウントするカウンタ値が所定の重み付け比率になるように、キューからのパケットの出力を制御する。

具体的には、例えば図８に示すように、初期状態では高クラスのパケット用のカウンタと低クラスのパケット用のカウンタとのカウンタ値をいずれも０にしておき、それぞれのクラスのパケットが出力されると、このパケットのデータ量だけカウンタ値をインクリメントする。そして、カウンタ値の比率がクラスに応じた重み付け比率（図８においては９対１）に等しくなると、それぞれのカウンタ値を０にクリアする。このようにＷＲＲ方式においては、可変長のパケットが実際に出力される流量をカウントしておき、この流量をクラスに応じた重み付け比率に一致させることにより、パケットの出力頻度に重み付けを施すことができる。

特開平９−９３２５６号公報

しかしながら、可変長のパケットがやり取りされる通信方式においては、パケットのサイズが様々であるため、必ずしもクラスごとの流量のカウンタ値が重み付け比率に一致しないことがある。したがって、カウンタ値が重み付け比率に一致しないまま増大するため、クラスごとの流量をカウントするカウンタは、非常に大きな値までカウント可能にする必要が生じてしまう。

具体的に、例えば高クラスのカウンタ値と低クラスのカウンタ値との比率が９対１となったときにカウンタ値をクリアするように設定されている場合を考える。このとき、例えば図９に示すように、高クラスのカウンタ値が８９９９バイトとなり、低クラスのカウンタ値が１０００バイトとなると、高クラスのパケットがあと１バイト出力されれば、２つのカウンタ値の比率が９対１となってクリアされる。しかし、例えばイーサネット（登録商標）における９６００バイトのジャンボパケットが高クラスのキューから出力されると、図９に示すように高クラスのカウンタ値は１８５９９（＝８９９９＋９６００）バイトとなってしまい、カウンタ値の比率が９対１に一致しないことから、カウンタ値がクリアされることはない。

以後、２つのカウンタ値の比率が９対１に近づいたときに、再びジャンボパケットが出力されてしまえば、上記と同様にカウンタ値がクリアされることがなく、これが繰り返されると、カウンタ値は無限に増大していくことになる。したがって、このようなカウンタは実現不可能であり、中継装置に実装することは現実的ではない。

なお、カウンタ値の比率に一定の誤差を許容し、完全に重み付け比率に一致しない場合にもカウンタ値をクリアすることが考えられるが、この制御を長時間継続すると誤差が蓄積され、クラスに応じた重み付けが正確に守られないことになってしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、可変長パケットに品質クラスが設定される場合、クラスに応じた出力頻度の重み付けを容易に遵守することができる通信装置および出力制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願が開示する通信装置は、１つの態様において、品質クラスが設定された可変長のパケットを出力する通信装置であって、品質クラス別にパケットを一時的に保持し、保持したパケットを各品質クラスの重み付け比率に応じた頻度で出力する保持手段と、前記保持手段から出力されたパケットのデータ量を品質クラス別にカウントするカウント手段と、前記カウント手段における品質クラス別のカウンタ値を、品質クラスごとの閾値であって各品質クラスの閾値の比率が品質クラスに応じた重み付け比率に一致する閾値とそれぞれ比較する比較手段と、前記比較手段における比較の結果に基づいて前記保持手段によって保持されたパケットを出力する出力手段と、前記比較手段による比較の結果、すべての品質クラスについてカウンタ値が閾値以上となった場合に、前記カウント手段における品質クラス別のカウンタ値からそれぞれ品質クラスごとの閾値に対応する値をいずれか１つの品質クラスのカウンタ値が閾値未満となるまで繰り返し減算させる制御手段とを有する。

本発明によれば、品質クラス別にパケットを一時的に保持するキューから出力されたパケットのデータ量をカウンタによって品質クラス別にカウントし、品質クラス別のカウンタ値を、品質クラスごとの閾値であって各品質クラスの閾値の比率が品質クラスに応じた重み付け比率に一致する閾値とそれぞれ比較し、比較の結果に基づいてキューからパケットを出力するとともに、比較の結果、すべての品質クラスについてカウンタ値が閾値以上となった場合に、カウンタにおける品質クラス別のカウンタ値からそれぞれ品質クラスごとの閾値に対応する値を減算させる。このため、出力されたパケットのデータ量のうち品質クラスの重み付け比率に一致した分については、次々にカウンタ値から減算されることになり、品質クラスに応じた出力頻度の重み付けを遵守することができる。また、カウンタ値が増大し続けることがなく、可変長パケットに品質クラスが設定される場合、クラスに応じた出力頻度の重み付けを容易に遵守することができる。

また、本発明によれば、比較の結果、第１の品質クラスについてカウンタ値が閾値以上となった場合に、重み付け比率が第１の品質クラスの次に大きい第２の品質クラスのパケットを出力する。このため、重み付け比率が大きい品質クラスのパケットから順に、カウンタ値がそれぞれの品質クラスの閾値に達するまでパケットを出力し、すべての品質クラスについてカウンタ値が閾値に達すると、カウンタ値が減算されることになる。したがって、確実に品質クラスに応じた重み付け比率に適合した出力頻度でパケットを出力することができる。

また、本発明によれば、出力されたパケットのパケット長を観測し、観測されたパケット長に基づいて品質クラスごとの閾値を設定するため、様々なパケット長のパケットがやり取りされる通信システムにおいて、実態に即した閾値を決定することができる。

また、本発明によれば、観測されたパケット長の平均値に前記重み付け比率に応じた品質クラスごとの重み係数を乗算して品質クラスごとの閾値を求めるため、実態に即した適度な閾値を決定することができ、カウンタに対して減算指示が出される回数を適度に調節して、処理負荷の軽減を図ることができる。

また、本発明によれば、品質クラス別のカウンタ値からそれぞれ品質クラスごとの閾値そのものを減算させるため、減算の回数が多すぎたりカウンタ値が０未満になったりすることがなく、バランス良くカウンタ値を調整することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、イーサネット（登録商標）網における可変長のパケットの中継を例に挙げて説明するが、本発明は、品質クラスや優先度が設定された可変長のパケットを出力する場合であれば、いかなる通信装置にも適用することができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る中継装置１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示す中継装置１００は、スイッチ部１１０、クラス別キュー部１２０、および出力制御部１３０を有している。

スイッチ部１１０は、図示しない端末装置などからパケットを受信し、受信したパケットの宛先アドレスに対応するクラス別キュー部１２０へパケットを出力する。

クラス別キュー部１２０は、パケットのクラス別のキューを備えており、スイッチ部１１０から出力されたパケットをクラス別に保持する。

出力制御部１３０は、クラス別キュー部１２０に保持されたパケットを、それぞれのクラスに応じた頻度でイーサネット（登録商標）のネットワークＮへ送信する。このとき、出力制御部１３０は、クラス別キュー部１２０から出力されるパケットのデータ量をクラス別にカウントし、カウントされたデータ量をクラスに応じた重み付け比率に近づけることにより、出力頻度を制御する。

図２は、本実施の形態に係る中継装置の要部構成を示すブロック図である。具体的には、図２は、クラス別キュー部１２０および出力制御部１３０の内部構成を示している。図２に示すクラス別キュー部１２０は、クラス判定部１２１、クラスＡキュー１２２−１、クラスＢキュー１２２−２、クラスＣキュー１２２−３、およびクラスＤキュー１２２−４を有している。なお、クラスＡ〜Ｄでは、クラスＡが最も優先度が高く、クラスＤが最も優先度が低い。また、クラスＡ、Ｂのパケットについては、ストリクトプライオリティ方式（ＳＰ方式）で優先制御されるのに対し、クラスＣ、Ｄのパケットについては、重み付けラウンドロビン方式（ＷＲＲ方式）で優先制御されるものとする。

クラス判定部１２１は、スイッチ部１１０から入力されるパケットのヘッダ部分を参照し、このパケットが属するクラスを判定する。そして、クラス判定部１２１は、パケットが属するクラスのキュー１２２−１〜１２２−４にパケットを出力する。

クラスＡキュー１２２−１は、最も優先度が高いクラスＡのパケットを一時的に保持する。クラスＢキュー１２２−２は、２番目に優先度が高いクラスＢのパケットを一時的に保持する。クラスＡ、Ｂのパケットは、ＳＰ方式で優先制御されるため、クラスＡキュー１２２−１にパケットが保持されていない場合にのみ、クラスＢキュー１２２−２からパケットが出力されることになる。

クラスＣキュー１２２−３は、３番目に優先度が高いクラスＣのパケットを一時的に保持する。クラスＤキュー１２２−４は、最も優先度が低いクラスＤのパケットを一時的に保持する。クラスＣ、Ｄのパケットは、ＷＲＲ方式で優先制御されるため、クラスＣキュー１２２−３およびクラスＤキュー１２２−４に保持されたパケットがあらかじめ決められた重み付け比率で出力されることになる。

また、図２に示す出力制御部１３０は、出力クラス決定部１３１、クラスＣ用カウンタ１３２、クラスＤ用カウンタ１３３、閾値比較部１３４、閾値比較部１３５、および減算判定部１３６を有している。

出力クラス決定部１３１は、キュー１２２−１〜１２２−４に保持されたパケットの状況や閾値比較部１３４における閾値比較の結果からパケットを出力するクラスを決定し、決定したクラスのキュー１２２−１〜１２２−４からパケットを読み出して出力する。具体的には、出力クラス決定部１３１は、クラスＡキュー１２２−１またはクラスＢキュー１２２−２にパケットが保持されている場合には、ＳＰ方式により、最も優先度が高いパケットを出力する。また、出力クラス決定部１３１は、クラスＡキュー１２２−１およびクラスＢキュー１２２−２にパケットが保持されていない場合には、ＷＲＲ方式により、クラスＣキュー１２２−３およびクラスＤキュー１２２−４から重み付け比率に応じた頻度でパケットを出力する。

クラスＣ用カウンタ１３２は、出力クラス決定部１３１から出力されるパケットを監視し、出力されたクラスＣのパケットのデータ量をカウントアップする。すなわち、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値は、出力制御部１３０から出力されたクラスＣのパケットのデータ量（例えばバイト数）を累積した値になる。また、クラスＣ用カウンタ１３２は、減算判定部１３６から減算を指示されると、減算判定部１３６から指示された値をカウンタ値から減算する。

クラスＤ用カウンタ１３３は、出力クラス決定部１３１から出力されるパケットを監視し、出力されたクラスＤのパケットのデータ量をカウントアップする。すなわち、クラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値は、出力制御部１３０から出力されたクラスＤのパケットのデータ量（例えばバイト数）を累積した値になる。また、クラスＤ用カウンタ１３３は、減算判定部１３６から減算を指示されると、減算判定部１３６から指示された値をカウンタ値から減算する。

閾値比較部１３４は、クラスＣ、Ｄの重み付け比率に対応するクラスＣ用の閾値があらかじめ設定され、設定された閾値とクラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値とを比較する。そして、閾値比較部１３４は、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値以上となると、その旨を出力クラス決定部１３１および減算判定部１３６へ通知する。このとき、閾値比較部１３４は、あらかじめ設定された閾値を減算判定部１３６へ通知する。

閾値比較部１３５は、クラスＣ、Ｄの重み付け比率に対応するクラスＤ用の閾値があらかじめ設定され、設定された閾値とクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値とを比較する。そして、閾値比較部１３５は、クラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値が閾値以上となると、その旨を減算判定部１３６へ通知する。このとき、閾値比較部１３５は、あらかじめ設定された閾値を減算判定部１３６へ通知する。

ここで、閾値比較部１３４および閾値比較部１３５に設定される閾値は、クラスＣ、Ｄのパケットの出力頻度に対する重み付け比率に対応している。すなわち、閾値比較部１３４に設定される閾値と閾値比較部１３５に設定される閾値との比率は、クラスＣ、Ｄの重み付け比率に一致している。したがって、例えばクラスＣ、Ｄの出力頻度に対する重み付け比率が９対１であれば、閾値比較部１３４に設定される閾値と閾値比較部１３５に設定される閾値との比率も９対１（例えば９０００バイトと１０００バイト）となっている。

減算判定部１３６は、閾値比較部１３４および閾値比較部１３５の双方からカウンタ値が閾値以上となった旨が通知されると、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３に対してカウンタ値からそれぞれ閾値を減算するように指示する。このとき、減算判定部１３６は、クラスＣ用カウンタ１３２に対しては閾値比較部１３４から通知された閾値を減算するように指示し、クラスＤ用カウンタ１３３に対しては閾値比較部１３５から通知された閾値を減算するように指示する。

次いで、上記のように構成された中継装置１００における出力クラス決定の動作について、図３に示すフロー図を参照しながら説明する。図３は、主に出力クラス決定部１３１の動作を示している。

出力制御部１３０からパケットが出力される際には、まず、出力クラス決定部１３１によって、クラスＡキュー１２２−１にパケットが保持されているか否かが確認される（ステップＳ１０１）。この結果、クラスＡキュー１２２−１にパケットが保持されていれば（ステップＳ１０１Ｙｅｓ）、クラスＡに関してはＳＰ方式が適用されるため、クラスＡキュー１２２−１に保持されたパケットが出力される（ステップＳ１０２）。

また、クラスＡキュー１２２−１にパケットが保持されていなければ（ステップＳ１０１Ｎｏ）、出力クラス決定部１３１によって、クラスＢキュー１２２−２にパケットが保持されているか否かが確認される（ステップＳ１０３）。この結果、クラスＢキュー１２２−２にパケットが保持されていれば（ステップＳ１０３Ｙｅｓ）、クラスＢに関してはＳＰ方式が適用されるため、クラスＢキュー１２２−２に保持されたパケットが出力される（ステップＳ１０４）。

また、クラスＢキュー１２２−２にパケットが保持されていなければ（ステップＳ１０３Ｎｏ）、出力クラス決定部１３１によって、クラスＣキュー１２２−３にパケットが保持されているか否かが確認される（ステップＳ１０５）。この結果、クラスＣキュー１２２−３にパケットが保持されていれば（ステップＳ１０５Ｙｅｓ）、クラスＣに関してはＷＲＲ方式が適用されるため、さらにクラスＤキュー１２２−４にパケットが保持されているか否かが確認される（ステップＳ１０６）。そして、クラスＤキュー１２２−４にパケットが保持されていなければ（ステップＳ１０６Ｎｏ）、クラスＣキュー１２２−３のみにパケットが保持されていることになるため、クラスＣキュー１２２−３に保持されたパケットが出力される（ステップＳ１０８）。

一方、クラスＤキュー１２２−４にパケットが保持されていれば（ステップＳ１０６Ｙｅｓ）、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値以上となった旨が閾値比較部１３４から通知されたか否かが判定され（ステップＳ１０７）、カウンタ値が閾値以上となっていなければ（ステップＳ１０７Ｎｏ）、より優先度が高いクラスＣキュー１２２−３に保持されたパケットが出力される（ステップＳ１０８）。また、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値以上となっていれば（ステップＳ１０７Ｙｅｓ）、クラスＣが既に十分優先されていると判断され、より優先度が低いクラスＤキュー１２２−４に保持されたパケットが出力される（ステップＳ１１０）。以上の処理は、常にまたは所定の周期ごとに繰り返される。

このように、本実施の形態においては、クラスＣキュー１２２−３およびクラスＤキュー１２２−４の双方にパケットが保持されている場合は、出力されたクラスＣのパケットのデータ量が閾値比較部１３４に設定された閾値に到達するまで、クラスＣのパケットが出力クラス決定部１３１によって出力される。そして、出力されたクラスＣのパケットのデータ量が閾値比較部１３４に設定された閾値に到達すると、その後はクラスＤのパケットが出力クラス決定部１３１によって出力される。

したがって、ＷＲＲ方式が適用されるクラスＣ、Ｄのパケットについては、クラスＣのパケットのみが常に出力されることはなく、クラスＣのパケットが所定のデータ量に達するまで出力された後は、クラスＤのパケットが出力されることになる。そして、本実施の形態においては、クラスＤのパケットが所定のデータ量に達するまで出力されると、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値が減算されるため、再びクラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値未満となり、出力クラス決定部１３１からクラスＣのパケットが出力され始める。この処理については、後に詳述する。

なお、クラスＣキュー１２２−３にパケットが保持されておらず（ステップＳ１０５Ｎｏ）、クラスＤキュー１２２−４にパケットが保持されている場合は（ステップＳ１０９Ｙｅｓ）、クラスＤキュー１２２−４のみにパケットが保持されていることになるため、クラスＤキュー１２２−４に保持されたパケットが出力される（ステップＳ１１０）。

次に、本実施の形態に係るカウンタ調整の動作について、図４に示すフロー図を参照しながら説明する。

上述したように出力クラス決定部１３１によってパケットが出力されると（ステップＳ２０１）、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３によって、出力されたパケットのクラスが監視される。具体的には、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３によって、出力されるパケットのクラスがクラスＡ、Ｂであるか否かが判定され（ステップＳ２０２）、この結果、クラスＡ、Ｂでなければ（ステップＳ２０２Ｎｏ）、クラスＣのパケットが出力されたか否かが判定される（ステップＳ２０３）。

そして、クラスＣのパケットが出力された場合には（ステップＳ２０３Ｙｅｓ）、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が、出力されたパケットのデータ量だけカウントアップされる（ステップＳ２０４）。また、クラスＤのパケットが出力された場合には（ステップＳ２０３Ｎｏ）、クラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値が、出力されたパケットのデータ量だけカウントアップされる（ステップＳ２０５）。

このようにして、出力されたクラスＣ、Ｄのパケットのデータ量をカウントするカウンタ値は、それぞれ閾値比較部１３４および閾値比較部１３５によって閾値と比較され、カウンタ値が閾値以上となった時点で、その旨が閾値とともに減算判定部１３６へ通知される。そして、減算判定部１３６によって、閾値比較部１３４および閾値比較部１３５の双方からカウンタ値が閾値以上となった旨が通知されたか否かが判定される（ステップＳ２０６）。

この結果、双方の閾値比較部１３４、１３５からカウンタ値が閾値以上となった旨が通知されていれば、減算判定部１３６によって、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３へカウンタ値から閾値を減算するように指示される。すなわち、減算判定部１３６によって、クラスＣ用カウンタ１３２に対しては閾値比較部１３４に設定された閾値をカウンタ値から減算するように指示され、クラスＤ用カウンタ１３３に対しては、閾値比較部１３５に設定された閾値をカウンタ値から減算するように指示される。この指示を受け、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３では、カウンタ値からそれぞれのクラスに対応する閾値が減算される（ステップＳ２０７）。

そして、閾値減算後のカウンタ値は、再び閾値比較部１３４、１３５によって閾値と比較され、減算判定部１３６によって、閾値比較部１３４および閾値比較部１３５の双方からカウンタ値が閾値以上となった旨が通知されたか否かが判定される（ステップＳ２０６）。以下、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値の少なくとも一方が閾値未満となるまで、２つのカウンタ値からそれぞれ閾値が減算される。

ここで、カウンタ値から閾値を減算する指示は、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３の双方のカウンタ値がそれぞれ閾値以上となった場合に減算判定部１３６から出される。したがって、閾値減算後のカウンタ値は必ず０以上であり、いずれのカウンタ値においても閾値の減算が不可能であることはない。そして、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値以上となっており、出力クラス決定部１３１からクラスＤのパケットが出力され続けていた場合にも、カウンタ値から閾値が減算されることにより、いずれはクラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値未満となり、再び出力クラス決定部１３１からクラスＣのパケットが出力され始める。

また、閾値比較部１３４、１３５においてカウンタ値と比較される閾値の比率は、クラスＣ、Ｄの重み付け比率に一致しているため、閾値を減算後のカウンタ値は、既に出力されたクラスＣ、Ｄのパケットのデータ量のうち、重み付け比率に一致しなかった誤差の分のデータ量に他ならない。

そして、それぞれのカウンタ値から閾値を減算後、誤差の分のデータ量に上乗せして、出力されたクラスＣ、Ｄのパケットのデータ量をカウントし、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３の双方のカウンタ値が閾値以上となった時点で、再びカウンタ値から閾値が減算される。このため、出力されたパケットのデータ量のうちクラスＣ、Ｄの重み付け比率に一致した分については、次々にカウンタ値から減算されることになり、長期的に見ればクラスＣ、Ｄに対して設定された重み付け比率が遵守されることになる。

さらに、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値が閾値以上となった時点でカウンタ値から閾値を減算するため、カウンタ値が増大し続けることがなく、比較的閾値に近い値までカウント可能なカウンタであれば、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３として用いることができる。つまり、クラスＣ、Ｄの重み付け比率に応じてパケットを出力することが容易に実現可能である。

次に、本実施の形態に係るカウンタ調整の具体例について、図５を参照しながら説明する。図５は、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値を時系列に示す図である。同図において、実線はクラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値を示しており、破線はクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値を示している。また、クラスＣ、Ｄの重み付け比率は９対１であるものとし、閾値比較部１３４、１３５に設定された閾値はそれぞれ９０００バイトと１０００バイトであるものとする。

本実施の形態においては、クラスＡ、Ｂのパケットがキュー（クラスＡキュー１２２−１およびクラスＢキュー１２２−２）に保持されていない場合にのみ、クラスＣ、Ｄのパケットが出力クラス決定部１３１によって出力される。そして、クラスＣ、Ｄのパケットについては、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値比較部１３４に設定された閾値（９０００バイト）に到達するまで、クラスＣのパケットが出力される。

したがって、図５において、実線で示すクラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が９０００以上となった後は、クラスＣ、Ｄに関してはクラスＤが優先されることになり、クラスＤのパケットが出力クラス決定部１３１から出力され始める。なお、以下においては、説明を簡単にするため、クラスＡ、Ｂのバケットがキュー（クラスＡキュー１２２−１およびクラスＢキュー１２２−２）に保持されていないものとする。

クラスＤのパケットが出力され始めた後、時刻Ｔ１において、クラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値が閾値（１０００バイト）以上となると、閾値比較部１３４および閾値比較部１３５の双方における比較結果が、カウンタ値が閾値以上となったことを示す。このため、減算判定部１３６によって、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３へ減算指示が出される。この指示を受け、クラスＣ用カウンタ１３２では、カウンタ値から閾値比較部１３４に設定された閾値の９０００が減算され、クラスＤ用カウンタ１３３では、カウンタ値から閾値比較部１３５に設定された閾値の１０００が減算される。

これにより、時刻Ｔ１直後は、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値未満となることから、閾値比較部１３４における比較結果に基づいて、クラスＣ、Ｄに関してはクラスＣが優先されることになり、クラスＣのパケットが出力クラス決定部１３１から出力され始める。以後、再びクラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値（９０００バイト）に到達するまで、クラスＣのパケットが出力され、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値（９０００バイト）に到達した後は、クラスＤのパケットが出力され始める。

そして、時刻Ｔ２において、クラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値が閾値（１０００バイト）以上となると、閾値比較部１３４および閾値比較部１３５の双方における比較結果が、カウンタ値が閾値以上となったことを示す。このため、減算判定部１３６によって、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３へ減算指示が出される。この指示を受け、クラスＣ用カウンタ１３２では、カウンタ値から閾値比較部１３４に設定された閾値の９０００が減算され、クラスＤ用カウンタ１３３では、カウンタ値から閾値比較部１３５に設定された閾値の１０００が減算される。

これにより、時刻Ｔ２直後は、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値未満となることから、閾値比較部１３４における比較結果に基づいて、クラスＣ、Ｄに関してはクラスＣが優先されることになり、クラスＣのパケットが出力クラス決定部１３１から出力され始める。一方、時刻Ｔ２直後も、クラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値は閾値未満となっていないが、閾値比較部１３５のみにおける比較結果が、カウンタ値が閾値以上となったことを示しているため、減算判定部１３６から減算指示が出されることはない。

そして、時刻Ｔ３において、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値（９０００バイト）以上となると、閾値比較部１３４および閾値比較部１３５の双方における比較結果が、カウンタ値が閾値以上となったことを示す。このため、減算判定部１３６によって、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３へ減算指示が出される。この指示を受け、クラスＣ用カウンタ１３２では、カウンタ値から閾値比較部１３４に設定された閾値の９０００が減算され、クラスＤ用カウンタ１３３では、カウンタ値から閾値比較部１３５に設定された閾値の１０００が減算される。

これにより、時刻Ｔ３直後は、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値からそれぞれ閾値が減算されるが、１回閾値が減算されても、依然として双方のカウンタ値が閾値以上となっていれば、再度減算判定部１３６から減算指示が出される。したがって、時刻Ｔ３直後は、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値からそれぞれ閾値が２回ずつ減算される。この減算後は、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値未満となることから、閾値比較部１３４における比較結果に基づいて、クラスＣ、Ｄに関してはクラスＣが優先されることになり、クラスＣのパケットが出力クラス決定部１３１から出力され始める。以後、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値（９０００バイト）に到達するまで、クラスＣのパケットが出力され、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値（９０００バイト）に到達した後は、クラスＤのパケットが出力され始める。

そして、時刻Ｔ４において、クラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値が閾値（１０００バイト）以上となると、閾値比較部１３４および閾値比較部１３５の双方における比較結果が、カウンタ値が閾値以上となったことを示す。このため、減算判定部１３６によって、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３へ減算指示が出される。この指示を受け、クラスＣ用カウンタ１３２では、カウンタ値から閾値比較部１３４に設定された閾値の９０００が減算され、クラスＤ用カウンタ１３３では、カウンタ値から閾値比較部１３５に設定された閾値の１０００が減算される。

これにより、時刻Ｔ４直後は、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値からそれぞれ閾値が減算されるが、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値は閾値未満とならず、クラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値のみが閾値未満となる。この場合にも、閾値比較部１３４のみにおける比較結果が、カウンタ値が閾値以上となったことを示しているため、減算判定部１３６から減算指示が出されることはない。そして、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値が閾値以上であることから、減算後は、クラスＤのパケットが出力される。

そして、時刻Ｔ５において、クラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値が閾値（１０００バイト）以上となると、閾値比較部１３４および閾値比較部１３５の双方における比較結果が、カウンタ値が閾値以上となったことを示す。このため、減算判定部１３６によって、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３へ減算指示が出される。この指示を受け、クラスＣ用カウンタ１３２では、カウンタ値から閾値比較部１３４に設定された閾値の９０００が減算され、クラスＤ用カウンタ１３３では、カウンタ値から閾値比較部１３５に設定された閾値の１０００が減算される。

以上のように、本実施の形態によれば、ＷＲＲ方式で優先制御されるクラスのパケットについて、実際に出力されたパケットのデータ量をクラスごとにカウントし、すべてのクラスのカウンタ値がクラスの重み付け比率と一致する比率の閾値以上となると、すべてのクラスのカウンタ値からそれぞれのクラスに応じた閾値を減算する。このため、出力されたパケットのデータ量のうちクラスの重み付け比率に一致した分については、次々にカウンタ値から減算されることになり、クラスに応じた出力頻度の重み付けを遵守することができる。また、カウンタ値が増大し続けることがなく、比較的閾値に近い値までカウント可能なカウンタを用いて、出力されたパケットのデータ量をカウントすることができ、容易に実現することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の特徴は、出力されるパケットのパケット長を観測し、観測されたパケット長に基づいて出力されるパケットのデータ量を示すカウンタ値と比較する閾値を設定する点である。

本実施の形態に係る中継装置の概略構成は、実施の形態１に係る中継装置１００（図１）と同様であるため、その説明を省略する。

図６は、本実施の形態に係る中継装置の要部構成を示すブロック図である。具体的には、図６は、クラス別キュー部１２０および出力制御部１３０の内部構成を示している。同図において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図６においては、図２の出力制御部１３０にパケット長観測部２０１および閾値設定部２０２が追加されている。

パケット長観測部２０１は、中継装置の起動時に出力クラス決定部１３１から出力されるパケットのパケット長を観測する。具体的には、パケット長観測部２０１は、中継装置が起動されると、出力クラス決定部１３１から出力されるクラスＣ、Ｄのパケットのパケット長が何バイトであるか観測し、観測されたパケット長を閾値設定部２０２へ通知する。

閾値設定部２０２は、パケット長観測部２０１によってパケット長が観測されたパケット数が所定数に達すると、パケット長の平均値を算出し、得られた平均パケット長にクラスＣ、Ｄに対する重み係数をそれぞれ乗算して閾値を決定する。そして、閾値設定部２０２は、閾値比較部１３４および閾値比較部１３５にそれぞれクラスＣ、Ｄのカウンタ値と比較する閾値を設定する。ここで、平均パケット長に乗算する重み係数は、クラスＣ、Ｄの重み付け比率に一致する比率の係数である。すなわち、例えばクラスＣ、Ｄの重み付け比率が９対１である場合は、クラスＣの重み係数とクラスＤの重み係数との比率が９対１となる。したがって、例えば平均パケット長が１０００バイトであるときに、クラスＣの重み係数を９、クラスＤの重み係数を１とすれば、閾値比較部１３４に設定される閾値は９０００（＝１０００×９）となり、閾値比較部１３５に設定される閾値は１０００（＝１０００×１）となる。

次いで、上記のように構成された出力制御部１３０における閾値設定の動作について、図７に示すフロー図を参照しながら説明する。

まず、本実施の形態に係る中継装置が起動されると、実施の形態１と同様に出力クラス決定部１３１によってパケットを出力するクラスが決定され、キュー１２２−１〜１２２−４に保持されたパケットが出力される。このとき、閾値比較部１３４に閾値が未設定であるため、クラスＣキュー１２２−３およびクラスＤキュー１２２−４のみにパケットが保持されている場合は、例えば一時的にＳＰ方式を適用し、クラスＣのパケットを出力すれば良い。また、パケット長に拘わらず、出力されるパケット数がクラスＣ、Ｄの重み付け比率に一致するように、クラスＣ、Ｄのパケットの出力頻度を制御しても良い。

出力クラス決定部１３１からパケットが出力されると、パケット長観測部２０１によって、出力されたパケットのパケット長が観測される（ステップＳ３０１）。このとき、カウンタ値と比較する閾値を設定する必要があるのは、クラスＣ、Ｄに関してのみであるため、クラスＣ、Ｄのパケットが出力された場合にのみパケット長が観測される。観測されたパケット長は、閾値設定部２０２へ出力され、閾値設定部２０２に保持される。

そして、閾値設定部２０２によって、所定数のパケットのパケット長がパケット長観測部２０１から出力されたか否かが判定され（ステップＳ３０２）、パケット数が所定数に達していなければ（ステップＳ３０２Ｎｏ）、引き続きパケット長観測部２０１によるパケット長の観測が行われる。

また、パケット数が所定数に達すると（ステップＳ３０２Ｙｅｓ）、閾値設定部２０２によって、保持されたパケット長の平均値が算出され、平均パケット長Ａｖｅが得られる（ステップＳ３０３）。このとき、例えば上位５％および下位５％などの異常値を除外してパケット長の平均値を算出するなどとしても良い。これにより、クラスＣ、Ｄのパケットの通常のサイズが求められる。そして、閾値設定部２０２によって、平均パケット長ＡｖｅにクラスＣ、Ｄそれぞれの重み係数が乗算されて閾値が算出される（ステップＳ３０４）。すなわち、例えばクラスＣ、Ｄそれぞれの重み係数が重み付け比率に等しい９と１であれば、クラスＣに対応する閾値は平均パケット長Ａｖｅの９倍の値であり、クラスＤに対応する閾値は平均パケット長Ａｖｅの１倍の値となる。

このようにして算出された閾値は、閾値設定部２０２によって、それぞれ閾値比較部１３４および閾値比較部１３５に設定される。すなわち、クラスＣに対応する閾値が閾値比較部１３４に設定され、クラスＤに対応する閾値が閾値比較部１３５に設定される。そして、閾値が設定された後は、実施の形態１と同様に出力クラスが決定されるとともに、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値が調整される。

本実施の形態においては、あらかじめパケット長を観測して閾値を決定することにより、可変長のパケットが出力される中継装置において、実態に即した閾値を設定することが可能となる。したがって、減算判定部１３６からクラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３に対して減算指示が出される回数を適度にして、処理負荷の軽減を図ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、中継装置の起動時にパケット長を観測し、観測されたパケット長に基づいた閾値を決定し、この閾値とカウンタ値との比較により出力クラスの決定やカウンタ値の減算を行う。このため、様々なパケット長のパケットがやり取りされる通信システムにおいて、実態に即した閾値を決定することができ、カウンタに対して減算指示が出される回数を適度に調節して、処理負荷の軽減を図ることができる。

なお、上記各実施の形態においては、減算判定部１３６からの減算指示により、クラスＣ用カウンタ１３２およびクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値からそれぞれのクラスに対応する閾値が減算されるものとしたが、カウンタ値から減算される値は必ずしも閾値でなくても良い。すなわち、クラスの優先制御における重み付け比率と一致する比率の値がそれぞれのカウンタ値から減算されれば良い。例えば、クラスＣ用カウンタ１３２のカウンタ値に対する閾値が９０００バイトでクラスＤ用カウンタ１３３のカウンタ値に対する閾値が１０００バイトである場合、カウンタ値から減算される値は、それぞれ９００バイトと１００バイトなどでも良い。

また、上記各実施の形態においては、全体でクラスＡ〜Ｄの４クラスを想定し、上位２クラスのクラスＡ、Ｂに対してはＳＰ方式を適用し、下位２クラスのクラスＣ、Ｄに対してはＷＲＲ方式を適用するものとしたが、全体のクラス数やそれぞれの方式を適用するクラス数は任意で良い。

（付記１）品質クラスが設定された可変長のパケットを出力する通信装置であって、
品質クラス別にパケットを一時的に保持する保持手段と、
前記保持手段から出力されたパケットのデータ量を品質クラス別にカウントするカウント手段と、
前記カウント手段における品質クラス別のカウンタ値を、品質クラスごとの閾値であって各品質クラスの閾値の比率が品質クラスに応じた重み付け比率に一致する閾値とそれぞれ比較する比較手段と、
前記比較手段における比較の結果に基づいて前記保持手段によって保持されたパケットを出力する出力手段と、
前記比較手段による比較の結果、すべての品質クラスについてカウンタ値が閾値以上となった場合に、前記カウント手段における品質クラス別のカウンタ値からそれぞれ品質クラスごとの閾値に対応する値を減算させる制御手段と
を有することを特徴とする通信装置。

（付記２）前記出力手段は、
前記比較手段による比較の結果、第１の品質クラスについてカウンタ値が閾値以上となった場合に、前記重み付け比率が前記第１の品質クラスの次に大きい第２の品質クラスのパケットを出力することを特徴とする付記１記載の通信装置。

（付記３）前記比較手段は、
前記出力手段によって出力されたパケットのパケット長を観測する観測手段と、
前記観測手段によって観測されたパケット長に基づいて品質クラスごとの閾値を設定する設定手段と
を含むことを特徴とする付記１記載の通信装置。

（付記４）前記設定手段は、
前記観測手段によって観測されたパケット長の平均値に前記重み付け比率に応じた品質クラスごとの重み係数を乗算して品質クラスごとの閾値を求めることを特徴とする付記３記載の通信装置。

（付記５）前記制御手段は、
前記カウント手段における品質クラス別のカウンタ値からそれぞれ品質クラスごとの閾値そのものを減算させることを特徴とする付記１記載の通信装置。

（付記６）品質クラスが設定された可変長のパケットを出力する出力制御方法であって、
品質クラス別にパケットを一時的に保持するキューから出力されたパケットのデータ量をカウンタによって品質クラス別にカウントするカウント工程と、
前記カウンタの品質クラス別のカウンタ値を、品質クラスごとの閾値であって各品質クラスの閾値の比率が品質クラスに応じた重み付け比率に一致する閾値とそれぞれ比較する比較工程と、
前記比較工程における比較の結果に基づいて前記キューからパケットを出力する出力工程と、
前記比較工程における比較の結果、すべての品質クラスについてカウンタ値が閾値以上となった場合に、前記カウンタにおける品質クラス別のカウンタ値からそれぞれ品質クラスごとの閾値に対応する値を減算させる制御工程と
を有することを特徴とする出力制御方法。

本発明は、可変長パケットに品質クラスが設定される場合、クラスに応じた出力頻度の重み付けを容易に遵守する際に適用することができる。

実施の形態１に係る中継装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る中継装置の要部構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る出力クラス決定の動作を示すフロー図である。 実施の形態１に係るカウンタ調整の動作を示すフロー図である。 実施の形態１に係るカウンタ調整の具体例を示す図である。 実施の形態２に係る中継装置の要部構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る閾値設定の動作を示すフロー図である。 パケット出力によるカウンタクリアを説明する図である。 パケット出力によるカウンタ値の変化の一例を示す図である。

符号の説明

１１０ スイッチ部
１２０ クラス別キュー部
１２１ クラス判定部
１２２−１ クラスＡキュー
１２２−２ クラスＢキュー
１２２−３ クラスＣキュー
１２２−４ クラスＤキュー
１３０ 出力制御部
１３１ 出力クラス決定部
１３２ クラスＣ用カウンタ
１３３ クラスＤ用カウンタ
１３４、１３５ 閾値比較部
１３６ 減算判定部
２０１ パケット長観測部
２０２ 閾値設定部

Claims (6)

1. 品質クラスが設定された可変長のパケットを出力する通信装置であって、
   品質クラス別にパケットを一時的に保持し、保持したパケットを各品質クラスの重み付け比率に応じた頻度で出力する保持手段と、
   前記保持手段から出力されたパケットのデータ量を品質クラス別にカウントするカウント手段と、
   前記カウント手段における品質クラス別のカウンタ値を、品質クラスごとの閾値であって各品質クラスの閾値の比率が品質クラスに応じた重み付け比率に一致する閾値とそれぞれ比較する比較手段と、
   前記比較手段における比較の結果に基づいて前記保持手段によって保持されたパケットを出力する出力手段と、
   前記比較手段による比較の結果、すべての品質クラスについてカウンタ値が閾値以上となった場合に、前記カウント手段における品質クラス別のカウンタ値からそれぞれ品質クラスごとの閾値に対応する値をいずれか１つの品質クラスのカウンタ値が閾値未満となるまで繰り返し減算させる制御手段と
   を有することを特徴とする通信装置。
2. 前記出力手段は、
   前記比較手段による比較の結果、第１の品質クラスについてカウンタ値が閾値以上となった場合に、前記重み付け比率が前記第１の品質クラスの次に大きい第２の品質クラスのパケットを出力することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記比較手段は、
   前記出力手段によって出力されたパケットのパケット長を観測する観測手段と、
   前記観測手段によって観測されたパケット長に基づいて品質クラスごとの閾値を設定する設定手段と
   を含むことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
4. 前記設定手段は、
   前記観測手段によって観測されたパケット長の平均値に前記重み付け比率に応じた品質クラスごとの重み係数を乗算して品質クラスごとの閾値を求めることを特徴とする請求項３記載の通信装置。
5. 前記制御手段は、
   前記カウント手段における品質クラス別のカウンタ値からそれぞれ品質クラスごとの閾値そのものを減算させることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
6. 品質クラスが設定された可変長のパケットを出力する出力制御方法であって、
   品質クラス別にパケットを一時的に保持するキューから各品質クラスの重み付け比率に応じた頻度で出力されたパケットのデータ量をカウンタによって品質クラス別にカウントするカウント工程と、
   前記カウンタの品質クラス別のカウンタ値を、品質クラスごとの閾値であって各品質クラスの閾値の比率が品質クラスに応じた重み付け比率に一致する閾値とそれぞれ比較する比較工程と、
   前記比較工程における比較の結果に基づいて前記キューからパケットを出力する出力工程と、
   前記比較工程における比較の結果、すべての品質クラスについてカウンタ値が閾値以上となった場合に、前記カウンタにおける品質クラス別のカウンタ値からそれぞれ品質クラスごとの閾値に対応する値をいずれか１つの品質クラスのカウンタ値が閾値未満となるまで繰り返し減算させる制御工程と
   を有することを特徴とする出力制御方法。

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