JPH08242256A - パケットスイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、確率的なパケット廃棄が発
生しないパケットスイッチを提供することである。 【構成】 入力パケットのアドレスから出力端子を特定
するアドレス認識手段１００と、入力される入力パケッ
トを蓄積する入力バッファ３００と、入力バッファ３０
０に対応する出力バッファ４００と、入力パケットの宛
先情報に基づいて出力バッファ４００を決定し、出力バ
ッファ４００に対応する出力端子５００にパケットを転
送する際に、ネットワークの状態、入力バッファのセル
の優先度に基づいて転送を制御する制御手段１０００と
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パケットスイッチに係
り、特に、パケットを用いて通信を行うネットワークに
適用するパケットスイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の第１の技術として出力バッファ型
スイッチがある。図５は、従来の出力バッファ型スイッ
チの構成を示す。同図は、４×４のスイッチの構成の例
である。同図に示すスイッチは、スイッチファブリック
４００、入力端子４０１、４０２、４０３、４０４、出
力バッファ４０５、４０６、４０７、４０８及び出力端
子４０９、４１０、４１１、４１２より構成される。

【０００３】入力端子４０１、４０２、４０３、４０４
から入力されたパケットは、スイッチファブリック４０
０で宛先を識別され、宛先に応じた出力バッファ４０
５、４０６、４０７、４０８の何れかに転送される。出
力バッファ４０５、４０６、４０７、４０８は、出力端
子速度でパケットを出力する。

【０００４】スイッチファブリック４００の構成には、
シェアドメモリを用いた構成、バンヤン型スイッチング
ネットワークを用いた構成、シェアドバスを用いた構成
等が挙げられるが、どの方式もスイッチファブリック４
００の処理速度を入力端子速度に較べて高速にすること
で、入力端子部分でのブロッキングを防いでいる。スイ
ッチファブリック４００が出力端子に較べ高速であるた
め、出力端子でのパケット廃棄を防ぐ目的で出力バッフ
ァ４０５、４０６、４０７、４０８が用いられる。

【０００５】従来の第２の技術として、画像、音声、デ
ータ情報をセルで統一的に転送するスロットリング型ネ
ットワークにおけるメディアアクセス制御方式がある。
このメディアアクセス制御方式は、ＡＴＭＲ（ＡＴＭリ
ング）プロトコル（笠原英樹、森田直孝、伊藤匡、今井
和雄：“ＡＴＭリングのアーキテクチャと高速マルチメ
ディアネットワークへの適用”、情報処理学会研究報
告、Vol.91, No.38(DPS-50),87-94, 1991.) がある。Ａ
ＴＭＲプロトコルは、ノードをリング上に接続し、低優
先クラスのセルより高優先クラスのセルを優先的にリン
グに送信することによって、高優先クラスのセルの伝送
遅延時間を保証し、かつノード間で公平にセルが送信で
きるようにしたメディアアクセスプロトコルである。以
下、ＡＴＭＲプロトコルについて説明する。

【０００６】図６は、従来の技術におけるセルフォーマ
ットを示したものである。セル５０４は、ヘッダ領域５
０２と情報領域５０３を有する。ヘッダ領域５０２は、
メディアアクセス制御に必要なＡＣＦ（アクセス制御領
域）と宛先ノード識別紙５０５を有する。ＡＣＦ領域５
０１を除くセルヘッダ領域５０２には、少なくとも当該
セルの宛先ノードを識別するための情報が含まれている
ものとする。

【０００７】図７は、従来の技術におけるＡＣＦの番号
体系を示す。番号体系は、ノードアドレス６０１、通常
リセット値６０２、送信完了リセット値６０３、次周期
移行リセット値６０４がある。図８は、ＡＴＭＲプロト
コルを用いてリングノード間を２つの優先クラス（高優
先、低優先）で通信を行う場合のリングノードのアクセ
ス制御部の構成を示す。優先クラス割り当ては、例え
ば、動画、音声等のようにリアルタイム情報の通信に対
しては高優先クラスを割り当て、データのように比較的
リアルタイム性が要求されない通信に対しては、低優先
クラスを割り当てる。

【０００８】同図に示す構成は、受信側リング７０１、
送信側リンク７０２、ＡＣＦ抽出部７０３、ＡＣＦ処理
部７０４、宛先判定部７０５、受信セルスイッチ７０
６、リングから受信する自ノード宛のセルを蓄積する受
信バッファ７０７、送信セルスイッチ制御部７０８、リ
ングへ送信するセルを選択する送信セルスイッチ７０
９、リングへ送信できるまで高優先セルを蓄積するため
の高優先セル送信バッファ７１０、高優先送信バッファ
７１０から送信する高優先セル数を計測する高優先セル
送信カウンタ７１１、リングへ送信できるまで低優先セ
ルを蓄積するための低優先セル送信バッファ７１２、低
優先送信バッファ７１２から送信する低優先セル数を計
測する低優先セル送信カウンタ７１３、上位レイヤ処理
部７１４により構成される。

【０００９】ＡＴＭＲプロトコルでは、各ノードが公平
にセルを送信できるようにするために、各ノードは、送
信可能なセルを制限し、リング上の全ノードが送信可能
なセルを全て送信した場合に、最後にセルを送信したノ
ードが再度全ノードがセルを送信できるような状態に移
行させる制御を行う。全ノードがセルを送信できるよう
な状態に移行させるために、後述するＡＣＦ領域５０１
中の特定値で示される通常リセットを用いる。また、こ
の送信可能なセル数を計測するために、高優先セル送信
カウンタ７１１及び低優先セル送信カウンタ７１３が用
いられ、この制限数は予めリング帯域を管理しているノ
ード等から通信されているものとする。

【００１０】なお、以下、高優先セルに対する制限数を
高優先ウィンドウサイズと呼び、低優先セルに対する制
限数を低優先ウィンドウサイズと呼ぶ。また、高優先セ
ル送信カウンタ７１１が高優先ウィンドウサイズに達し
ておらず、かつ送信すべきセルが高優先送信バッファ７
１０にある状態を高優先クラスの送信状態、低優先セル
送信カウンタ７１３が低優先ウィンドウサイズに達して
おらず、かつ送信すべきセルが低優先セル送信バッファ
７１２にある状態を低優先クラスの送信状態と呼ぶ。ノ
ードが高優先クラスの送信状態、または、低優先クラス
の送信状態にあるとき、この状態をノードの送信状態と
呼ぶ。送信状態にない状態、ノードが高優先クラスの送
信状態にも、低優先クラスの送信状態にもない状態をノ
ードの送信停止状態と呼ぶ。

【００１１】まず、ＡＣＦに関する処理を除くセル受信
処理について説明する。受信側リンク７１０よりセルを
受信すると、当該セルは受信セルスイッチ７０６に転送
されると同時に、宛先判定部７０５が当該せる中の宛先
ノード識別子５０５から当該セルの宛先、及び当該セル
を中継するか解放するか否かを判定する。宛先が自ノー
ドのみである場合、宛先判定部７０５は、当該セルを受
信後解放すると判断し、宛先判定部７０５は、当該セル
を受信バッファ７０７に転送するように受信セルスイッ
チ７０６を制御する。受信セルスイッチ７０６は、この
制御に従って、当該セルを受信バッファ７０７に転送す
ると共に、当該セルを解放し、空きセルを生成する。

【００１２】生成した空きセルは、ＡＣＦ処理部７０４
に転送される。宛先が自ノードを含む複数のノードの場
合、宛先判定部７０５は、受信後に中継と判断、当該セ
ルを受信バッファ７０７、及びＡＣＦ処理部７０４に転
送するように受信セルスイッチ７０６を制御する。宛先
が他ノードである場合には、宛先判定部７０５は、当該
セルを中継すると判断し、当該セルをＡＣＦ処理部７０
４に転送するよう受信セルスイッチ７０６を制御する。

【００１３】次に、ＡＣＦに関する処理を除くセル送信
処理について説明する。ノードが送信状態にある場合、
送信セルスイッチ制御部７０９は、宛先反転部７０５、
高優先送信バッファ７１０、高優先セル送信カウンタ７
１１、低優先セル送信バッファ７１２、低優先セル送信
カウンタ７１３からの制御信号に基づいて送信セルスイ
ッチを７０９を制御し、高優先セル送信バッファ７１
０、低優先セル送信バッファ７１２のいずれかを選択す
る。ＡＣＦ処理部７０４から空きセルが到着し次第、送
信セルスイッチ制御部７０８は、選択したバッファから
送信セルを読出し、当該セルを送信側リンク７０２上へ
送出する。

【００１４】ノードが送信停止状態にある場合は、ＡＣ
Ｆ処理部７０４より転送されてきたセルが、そのまま、
送信側リンク７０２上に送出される。次に、ＡＣＦ処理
部７０４におけるＡＣＦ処理について説明する。リング
ネットワーク上の各ノードには、予め当該リングネット
ワーク内で固有の番号をノードアドレス６０１の中から
一つ選択され、割り当てられる。このノードアドレス６
０１を以下では、自ノードアドレスと呼ぶことにする。

【００１５】ノード高優先クラス、あるいは低優先クラ
スが送信状態にある場合、ＡＣＦ処理部７０４は、受信
セルのＡＣＦ領域５０１にノードアドレスのうち、自ノ
ードに割り当てられたノードアドレス６０１を上書きし
て中継する。ノードが送信停止状態にある場合、ＡＣＦ
処理部７０４は、ＡＣＦ５０１を上書きせずにそのまま
送信処理部に転送する。

【００１６】ＡＣＦ処理部７０４では、以下の３種類の
リセット信号を用いて、公平性制御、優先制御、最大遅
延保証制御を行っている。まず、通常リセット値６０２
の送信セル５０４のＡＣＦ領域５０１への記載条件と、
通常リセット６０２による公平性制御について示す。

【００１７】各ノードは、到着するＡＣＦ５０１のノー
ドアドレス６０１を見ることにより、リング上のノード
の通信状態を知る。受信セル５０４のＡＣＦ５０１のノ
ードアドレス６０１が自ノードアドレスであれば、リン
グ上の自ノード以外の全てのノードが、送信停止状態に
あることが分かる。リングを周回して戻ってきた自ノー
ドアドレス６０１を検出したノードが、送信停止状態に
移行した時に、当該ノードは、到着したセルのＡＣＦ領
域５０１に通常リセット値６０２を記載して当該セルを
下流ノードに中継し、当該通常リセットセルがリングネ
ットワークを一周して、当該ノードに戻ってきた時点
で、当該セルのＡＣＦ領域に当該ノードの自ノードアド
レス６０１を上書きする。

【００１８】ＡＣＦ領域５０１に通常リセット値が記載
されたセルを受信したノードは、高優先セル送信カウン
タ７１１と低優先セル送信カウンタ７１３の両方のカウ
ンタを０に初期化する。通常リセットセルがリングを一
周する過程で、リング内全ノードの高優先セル送信カウ
ンタ７１１及び、低優先セル送信カウンタ７１３が０に
リセットされるため、リング内各ノードは、再び、セル
の送信が可能となり、送信すべきセルを持ったノード
は、セルの送信を再開する。

【００１９】次に、送信完了リセット６０３を用いた優
先制御について示す。優先度に応じて、ネットワーク中
に送出できるセル種を制限するために、ノードは、複数
の通信レベルの状態をとる。ここでは、高優先セルのみ
送信可能な状態を通信レベル１と呼び、高優先セルと低
優先セルの両方が送信可能な状態を通信レベル２と呼
ぶ。全ノードは、通信を開始した初期状態においては、
通信レベル２の状態にあるものとする。ノードは、通信
レベル２の状態の時に、送信完了リセット６０３を受信
した場合は、通信レベル１に移行するが、通常リセット
６０２を受信した場合は、通信レベル２の状態から、遷
移しない。

【００２０】また、ノードが通信レベル１の状態の時
に、通常リセット５０２を受信した場合には、ノード
は、通信レベル２の状態に移行する。通常の状態では、
ネットワークは通信レベル２の状態にあり、リング上の
全てのノードは、高優先セルと低優先セルの両方を送信
できる。

【００２１】ネットワークが通信レベル２の状態にある
とき、リング上のトラヒックが大きくなって、あるノー
ドでの高優先セルの遅延品質が保証できないと判断され
た場合には、当該ノードは、リング上の他のノードの通
信状態にかかわらず、送信完了リセット６０３を送出す
る。送信完了リセット６０３がリング上を周回すること
により、リング上の全ノードは通信レベル１に移行す
る。その結果、全ノードからの新たな低優先セル送信が
禁止され、リング上に空きセルができ、高優先セルの送
信が可能になる。

【００２２】この低優先セルの送信を禁止するための送
信完了リセット６０３の発生タインミングは、自ノード
に蓄積されている送信待ち状態の高優先セルの遅延時間
予測を行うことにより決定される。この遅延時間予測
は、自ノードの高優先セルの待ち時間と、自ノードの未
送信セル数に基づいて行う。

【００２３】最後に、高優先クラスセルの最大遅延時間
の制御機構について示す。ＡＴＭＲプロトコルでは、高
優先のセルが送信間隔が一定遅延時間以下となるよう遅
延時間を保証することができる。ＡＣＦ処理部７０４
は、高優先セルの送信待ち時間を制御するための次周期
移行リセットタイマを有する。当該タイマは、高優先カ
ウンタ７１１のリセットと同時に動作を開始し、規定時
間を越えるとタイムアウトする。当該タイマがタイムア
ウトしたとき、当該タイマを持つノードは、ＡＣＦ領域
５０１に次周期移行リセットセルを送出すると同時に、
自ノードの高優先セル送信カウンタ７１１をリセットす
る。次周期移行リセットセルを受信したノードは、自ノ
ードの高優先セル送信カウンタ７１１のみをリセットす
る。

【００２４】この手続きにより、ノード中の高優先セル
送信カウンタ７１１をリセットする間隔の最大値が規定
時間以下になる。高優先セル送信カウンタ７１１が高優
先ウィンドウサイズに達し、送信停止状態に入ったノー
ドは、最後のリセットセル受信から高々規定時間だけ待
てば、高優先セル送信カウンタ７１１をリセットし、高
優先セル送信状態になる。

【００２５】また、リング上全ノードの高優先ウィンド
ウサイズの総和を時間に換算した値を規定時間以下にな
るように設定する。これにより、全ノードがウィンドウ
サイズ分の高優先セルを送信するのに必要な時間は規定
時間に等しくなる。従って、送信待ち状態にある高優先
セルは、高優先セル送信カウンタ７１１がリセットされ
るまで最大で、規定時間待ち、リセット後リング上に送
信されるまで、最大で、全ノードがウィンドウサイズ分
の高優先セルを送信するのに必要な規定時間を待てば必
ず、送信可能になる。即ち、高優先セルの送信間隔は、
最大で規定時間の２倍である。規定時間を必要とする保
証遅延時間の１／２に設定しておくことにより、高優先
セルの到着間隔を保証遅延時間以下に制御することがで
きる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の記述には、以下のような問題点がある。上記従来の
第１の技術においては、システムスループットを高くす
るためには、入出力端子の伝送速度に較べ、高速はスイ
ッチファブリックが必要となる。これは、入出力端子の
伝送速度に較べ高速なスイッチファブリックを用いてい
ると、同一の出力端子に対して、複数の入力端子から同
時にパケットが送信される可能性があり、実装できる出
力バッファ量が有限であるために、パケット廃棄が確率
的に発生するという問題がある。

【００２７】また、上記従来の第２の技術においては、
公平性保証、優先制御、遅延保証を行う場合、リセット
信号をリング上に周回させて制御する構成であるため、
リング長が長くなると、リセット信号周回に必要な無駄
時間の全送信時間に対する割合が大きくなり、スループ
ットが低下するという問題がある。

【００２８】また、リセット信号の発生契機を分散的に
検出しなくてはならないため、パケット中に検出用の領
域が必要となり、オーバーヘッドが増える問題があり、
さらに、領域の大きさに依存して最大のノード数が制限
を受けるという問題がある。システムスループットを高
くするためには、伝送メディア上での伝送速度を速くし
なくてはならない。また、全てのアクセス制御部が伝送
メディアと同じ速度で動作しなくてはならないため、シ
ステムスループットを高くしようとすると、全てのアク
セス制御部のアクセス速度を速くしなくてはならず、高
価になるという問題がある。

【００２９】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、上記従来の問題点を解決し、確率的なパケット廃棄
が発生しないパケットスイッチを提供することを目的と
する。また、本発明の更なる目的は、パケット発生元に
対するパケットの流量制御を容易に適正化可能なパケッ
トスイッチを提供することである。

【００３０】また、本発明の更なる目的は、アクセス制
御部の動作速度を入出力端子数に依存しなくともよいパ
ケットスイッチを提供することである。また、本発明の
更なる目的は、リセットを行うための無駄な時間を短縮
し、スループットが低下しないパケットスイッチを提供
することである。

【００３１】また、本発明の更なる目的は、容易なプロ
トコル処理が可能なパケットスイッチを提供することで
ある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理構
成図である。本発明は、通信データをパケット化して取
り扱うネットワークに適用するパケットスイッチにおい
て、入力パケットのアドレスから出力端子５００を特定
するアドレス認識手段１００と、入力パケットを入力端
子毎、各出力端子各々に独立に切り換えるスイッチ手段
１００と、入力パケットを入力端子毎の入力バッファ３
００と、入力パケットを入力バッファに対応する出力端
子毎に蓄積する出力バッファ４００と、同一の出力端子
に対応する入力端子毎の入力バッファ各々の出力端子５
００に送信したパケット数をカウントするカウンタ手段
４００と、カウンタ手段４００のカウント数が予め設定
した制限数に達すると、対応する入力バッファ３００か
らの送信を停止する送信停止手段７００と、同一出力端
子に対応する全ての入力端子毎の入力バッファが送信を
停止すると、同一出力端子に対応する全入力端子毎の出
力バッファ４００のカウンタ手段６００の値をリセット
するリセット手段８００とを有する。

【００３３】本発明は、通信データをパケット化して取
り扱うネットワークに適用するパケットスイッチにおい
て、入力パケットのアドレスから出力端子を特定するア
ドレス認識手段１００と、入力される入力パケットを蓄
積する入力バッファ３００と、入力バッファ３００に対
応する出力バッファ４００と、入力パケットの宛先情報
に基づいて出力バッファ４００を決定し、出力バッファ
４００に対応する出力端子５００にパケットを転送する
際に、ネットワークの状態、入力バッファのセルの優先
度に基づいて転送を制御する制御手段１０００とを１つ
の筐体内に有する。

【００３４】また、入力バッファ３００は、通信の所定
の優先度の範囲毎にパケットを蓄積する複数のバッファ
を有し、制御手段１０００は、入力されたパケットの優
先度に基づいて複数のバッファのいずれかのバッファに
蓄積するかを判定する判定手段と、バッファの送信状態
に基づいていずれかのバッファから送信セルを読み出し
てネットワーク上に送出する送出手段とを有する。

【００３５】また、本発明は、制御手段からネットワー
クのトラヒックが大きくなり、ネットワークのトラヒッ
クの状態に基づいて高優先セルの遅延品質が保証できな
いと判断された場合に、通信状態に関わらず、送信完了
リセットを通知するプロトコル処理手段を有する。

【００３６】また、本発明は、制御手段から高優先セル
の送信待ち時間が所定時間を越えた場合に、次周期移行
のリセットを行うプロトコル処理手段を有する。また、
出力バッファ４００は、空きセル以外の到着セルを全て
取り込み、該到着セルを解放して空きセル化し中継し、
取り込んだ該到着セルは、自バッファに対応する出力端
子５００に出力する。

【００３７】

【作用】本発明は、入力パケットのアドレスから出力端
子を特定して、入力パケットを入力端子、及び出力端子
を各々切り換え、入力されたパケットを入力端子毎、か
つ出力端子毎に蓄積する。このとき、同一の出力端子に
対応する入力端子毎に対応する各バッファ毎に出力端子
に送信したパケットの数をカウントしておき、カウント
値が所定の制限数に達した場合に出力バッファからの送
信を停止すると共にカウンタ値をリセットするものであ
る。従って、同一出力端子に対応するパケット間でアク
セス制御を行う構成であるので、入力パケットを入力端
子毎かつ出力端子毎に蓄積して、送信状態により送出す
るパケットの送出を制御することが可能である。

【００３８】また、カウンタを設けることにより、パケ
ットが蓄積されるバッファの容量が有限であっても、パ
ケットを入力端子毎に蓄積するため、輻輳している入力
端子を認識することが可能となる。また、アクセス制御
は出力端子毎に行うため、アクセス制御を行う際の速度
は、入出力端子の数に依存せず、出力端子の伝送速度で
動作することが可能である。

【００３９】また、本発明のパケットスイッチの構成
は、同一筐体内に収められているため、リセットを行う
場合に外部からのリセット信号を待たずに、同一筐体内
で生成されるリセット信号によりリセット制御を行うこ
とが可能であるため、無駄な時間が削減される。

【００４０】

【実施例】以下、図面と共に本発明の実施例を詳細に説
明する。以下の実施例は、第１の実施例と第２の実施例
があるが、それらの説明に先立って、共通の部分につい
て説明する。

【００４１】以下の２つの実施例では、固定長パケット
であるセルを用いるものとする。本発明は、複数の優先
クラス毎にセルが転送可能である。以下では、簡単のた
め、２優先クラス（高優先、低優先）で通信を行う場合
の構成について説明する。優先クラスの割り当ては、例
えば、動画、音声等のようにリアルタイム情報の通信に
対しては高優先クラスを割り当て、データのように比較
的リアルタイム性が要求されない通信に対しては、低優
先クラスを割り当てるものとする。

【００４２】図２は、本発明の一実施例の共有リングス
イッチの構成を示す。同図に示す構成は、４×４のスイ
ッチ構成の例である。同図に示す構成は、同一筐体上に
入力端子１，２，３，４、宛先識別部５，６，７，８、
競合制御部２１，２２，２３，２４が具備される。

【００４３】競合制御部２１，２２，２３，２４はいず
れも同様の構成であり、簡単のため、競合制御部２１に
ついて説明する。競合制御部２１は、入力端子別バッフ
ァ１０，１１，１２、アクセス制御部１３，１４，１
５、共有ネットワーク部１６出力端子１７より構成され
る。

【００４４】入力端子１、２、３、４から入力したセル
は、宛先識別部５、６、７、８で宛先に応じて出力端子
を決定する。出力端子１７に出力されるべきセルは、宛
先識別部６、７、８内の各々の端子ａに出力され、競合
制御部２１の入力端子別バッファ１０、１１、１２に転
送される。同様に、競合制御部２２の出力端子１８に出
力されるべきセルは、宛先識別部５、７、８の各々の端
子ｂを経由して競合制御部２２に出力される。出力端子
１９に出力されるべきパケットは、宛先識別部５、６、
８内の各々の端子ｃを経由して競合制御部２３に出力さ
れる。出力端子２０に出力されるべきパケットは、宛先
識別部５、６、７の各々の端子ｄを経由して競合制御部
２４に出力される。

【００４５】その後に、各々の競合制御部２１，２２，
２３，２４内の対応する入力端子別バッファに蓄積され
る。次に、競合制御部２１，２２，２３，２４の動作は
各々独立であり、同じ動作であるので、以下では、出力
端子１７に対応する競合制御部２１について説明する。

【００４６】競合制御部２１において、アクセス制御部
１３，１４，１５に対応する入力端子別バッファ１０，
１１，１２のいずれか２つ以上にパケットがある場合、
それらは、同一出力端子に関して競合している状態であ
る。この競合を制御するために、競合制御部２１では、
後述するアクセス制御プロトコルを用いる。但し、本発
明における競合制御部２１中の共有ネットワーク部１６
にはシェアドメディア及びスイッチングネットワークの
適用が可能である。

【００４７】シェアドメディアとしてリングネットワー
クを用いた例を第１の実施例に記載し、スイッチングネ
ットワークを用いた例を第２の実施例に記載する。 ［第１の実施例］最初に、第１の実施例として、競合制
御部の共通ネットワーク部にシェアドメディアとしてリ
ングネットワークを用いた例を説明する。

【００４８】図３は、本発明の第１の実施例の一つの出
力端子に対応する競合制御部のブロック図である。同図
に示す競合制御部２１の構成は、入力端子別バッファ１
０，１１，１２、アクセス制御部１３，１４，１５、共
有ネットワーク部１６として２１０、出力バッファ１６
として受信バッファ２０９を使用するものである。同図
において、説明の簡単化のためアクセス制御部について
は、アクセス制御部１３、入力端子別バッファについて
は、入力端子別バッファ１０について説明するものとす
る。

【００４９】入力端子別バッファ１０は、高優先バッフ
ァ２０１と低優先バッファ２０３とを有する。これは、
入力端子別バッファ１０を優先度別に分離したものであ
る。アクセス制御部１３は、高優先カウンタ２０２、低
優先カウンタ２０４、送信スイッチ２０５、状態管理部
２０６、送信スイッチ２０７より構成される。

【００５０】共有ネットワークワークとして、リングネ
ットワーク２１０を使用する。出力バッファ９として、
受信バッファ２０９を使用するものとする。さらに、パ
ケットスイッチはプロトコル処理部２０８を有する。上
記の図３の構成の各動作について説明する。

【００５１】宛先識別部５，６，７，８で宛先を識別さ
れたセルは、優先度毎に、高優先バッファ２０１、また
は、低優先バッファ２０３に蓄積される。送信スイッチ
２０７は、リングネットワーク２１０を監視し、受信セ
ルが空きセルであるか否かを判定する。空きセルである
場合は、空きセルを使用したセル送信が可能であり、次
に述べる制御に従って、セル送信を行う。受信セルが空
きセルでない場合には、受信したセルをそのまま中継す
る。

【００５２】アクセス制御部１３では、以下の公平性制
御、優先制御、遅延保証制御に基づいて、セル送信を行
う。高優先バッファ２０１及び低優先バッファ２０３か
らのセル送信を制御するためにこれらのバッファには送
信可能なセル数の制限値を設定し、送信したセル数を計
測するために、高優先セル送信カウンタ２０２及び低優
先セル送信カウンタ２０４を設ける。送信可能なセル数
の制限値は予め通知されているものとする。

【００５３】なお、以下、高優先セルに対する送信可能
なセル数の制限値を高優先ウィンドウサイズと呼び、低
優先セルに対する送信可能なセル数の制限値を低優先ウ
ィンドウサイズと呼ぶ。また、高優先セル送信カウンタ
２０２が高優先ウィンドウサイズに達しておらず、か
つ、送信すべきセルが高優先送信バッファ２０１にある
状態を高優先クラスの送信状態、低優先セル送信カウン
タ２０４が低優先ウィンドウサイズに達しておらず、か
つ送信すべきセルが低優先送信バッファ２０３にある状
態を、低優先クラスの送信状態と呼ぶ。アクセス制御部
１３が高優先クラスの送信状態か、または、低優先クラ
スの送信状態にあるとき、この状態をアクセス制御部１
３の送信状態と呼ぶ。

【００５４】送信状態にない状態、即ち、アクセス制御
部１３が高優先クラスの送信状態にも、低優先クラスの
送信状態にもない状態をアクセス制御部１３の送信停止
状態と呼ぶ。これらのアクセス制御部１３の状態は、状
態管理部２０６によって管理される。

【００５５】まず、公平性制御について説明する。全ア
クセス制御部１３は、初期状態では、送信状態にあり、
送信セルスイッチ制御部２０５は、高優先送信バッファ
２０１、高優先セル送信カウンタ２０２、低優先送信バ
ッファ２０３、低優先セル送信カウンタ２０４からの制
御信号に基づいて、アクセス制御部１３が高優先クラス
の送信状態にある場合には、高優先送信バッファ２０１
を、アクセス制御部１３が高優先クラスの送信状態にな
く、かつ、低優先のクラスの送信状態にある場合には、
低優先送信バッファ２０３を選択する。リングネットワ
ーク２１０より空きセルが到着し次第、送信セルスイッ
チ２０７は、選択したバッファからの送信セルを読出
し、リングネットワーク２１０上に送出する。このと
き、セルの優先度に該当する高優先セル送信カウンタ２
０２、または、低優先セル送信カウンタ２０４が、送信
セル数をカウントしている。各送信バッファ中に蓄積さ
れているセルの有無及び、高優先セル送信カウンタ２０
２、低優先セル送信カウンタ２０４からの制御信号によ
り、アクセス制御部１３が送信停止状態になったと判定
された場合は、アクセス制御部１３中の状態管理部２０
６は、その旨をプロトコル処理部２０８に通知する。ア
クセス制御部１３が送信停止状態にある場合は、リング
ネットワーク２１０より受信したセルが、そのままリン
グネットワーク２１０上へ送出される。

【００５６】プロトコル処理部２０８は、各状態管理部
２０６からの通知により、各アクセス制御部１３の通信
状態を知る。リング上の全てのアクセス制御部１３が送
信停止状態に移行した時に、プロトコル処理部２０８
は、通常リセット値を状態管理部２０６に通知する。通
常リセット値を通知された状態管理部２０６は、送信状
態に遷移し、高優先セル送信カウンタ２０２及び低優先
セル送信カウンタ２０４を０にリセットする。これによ
り、高優先送信バッファ２０１及び低優先送信バッファ
２０３は再び、各々のウィンドウサイズ分のセル送信が
可能となり、セルの送信が再開する。

【００５７】次に、優先制御について示す。リングネッ
トワーク２１０が混乱し、空きセルが不足するような場
合、優先度に応じてネットワーク中に送出できるセル種
を制限するために、状態管理部２０６は、複数の通信レ
ベルの状態をとる。ここでは、高優先セルのみ送信可能
な状態を通信レベル１と呼び、高優先セルと低優先セル
の両方が送信可能な状態を通信レベル２と呼ぶ。全状態
管理部２０６は、通信を開始した初期状態においては、
通信レベル２の状態にあるものとする。

【００５８】ネットワークが通信レベル２の状態にあ
り、リング上のトラヒックが大きくなって、あるアクセ
ス制御部１３での高優先セルの遅延品質が保証できない
と判断された場合には、該アクセス制御部１３中の状態
管理部２０６は、その旨をプロトコル処理部２０８に通
知する。プロトコル処理部２０８は、リングネットワー
ク２１０上の他のアクセス制御部１３の通信状態にかか
わらず、送信完了リセット信号を他の全ての状態管理部
２０６に通知する。リングネットワーク２１０上の全ア
クセス制御部１３は、通信レベル１に移行するため、全
アクセス制御部１３からの新たな低優先セル送信が禁止
され、高優先セルの優先的な送信が可能となる。

【００５９】この送信完了リセットの発生タイミング
は、自アクセス制御部１３に蓄積されている送信待ち状
態の高優先セルの遅延時間予測を行うことにより決定さ
れる。この遅延時間予測は、自高優先送信バッファ２０
１の高優先セルの待ち時間と、自高優先送信バッファ２
０１の未送信セル数に基づいて行う。

【００６０】通信レベル１において、全アクセス制御部
１３が高優先クラスの送信状態でなくなった時、プロト
コル処理部２０８は、通常リセット信号を全ての状態管
理部２０６に通知する。状態管理部２０６が通信レベル
１の状態の時に、通常リセットを受信した場合には、当
該状態管理部２０６は、通信レベル２の状態に移行す
る。

【００６１】次に、高優先セルの送信間隔を一定遅延時
間以下とするための遅延時間保証について説明する。高
優先セルは低優先セルに優先して送信されるが、一旦高
優先カウンタ２０２が高優先ウィンドウサイズに達した
後は、低優先セルの送信状態になり、高優先セルの送信
は一次停止されている。この状態の時に、低優先セルの
送信が、各アクセス制御部１３で散発的に行われると、
全アクセス制御部１３が送信停止状態に移行するまでの
時間が長くなり、高優先セルの送信が阻害される可能性
がある。

【００６２】これを防ぐため、状態管理部２０６に、高
優先セルの送信待ち時間を測定するためのタイマ（図示
せず）を設け、当該タイマは、高優先カウンタ２０２の
リセットと同時に動作を開始し、規定時間を越えるとタ
イムアウトする。高優先カウンタ２０２が高優先ウィン
ドウサイズに達し、かつ、該タイマがタイムアウトした
時、状態管理部２０６は、その旨をプロトコル処理部２
０８に通知する。

【００６３】この通知を受けたプロトコル処理部２０８
は、全ての状態管理部２０６に次周期移行リセット信号
を通知する。次周期移行リセット信号を通知された状態
管理部２０６は、次高優先送信バッファ２０１の高優先
セル送信カウンタ２０２のみをリセットする。

【００６４】この手続きにより、アクセス制御部１３中
の高優先セル送信カウンタ２０２をリセットする間隔の
最大値が規定時間以下になる。高優先セル送信カウンタ
２０２が高優先ウィンドウサイズに達し、高優先クラス
の送信停止状態に入ったアクセス制御部１３は、最後の
リセット信号受信から高々規定時間だけ待てば、高優先
セル送信カウンタ２０２をリセットし、再び、高優先セ
ル送信が可能となる。

【００６５】また、リングネットワーク２１０上の全高
優先送信バッファ２０１の高優先ウィンドウサイズの総
和を時間に換算した値を当該規定時間以下になるように
設定することにより、全アクセス制御部１３がウィンド
ウサイズ分の高優先セルを送信するのに必要な時間は、
規定時間以下になる。

【００６６】高優先ウィンドウサイズの総和をこのよう
に設定した場合の最悪条件下では、送信待ち状態にある
一つの高優先セルに着目すると、当該セルが到着してか
ら高優先セル送信カウンタ２０２がリセットされるまで
最大で、規定時間待ち、リセット後、他の全アクセス制
御部１３がウィンドウサイズ分の高優先セルを送信し終
わるのを待てば、必ず送信可能になる。全アクセス制御
部１３がウィンドウサイズ分の高優先セルを送信するの
に必要な時間は、規定時間以下であるから、この時の最
大待ち時間は当該規定時間の２倍である。

【００６７】規定時間を保証遅延時間の１／２に設定し
ておくことにより、高優先セルの到着間隔は、保証する
遅延時間以下になる。最後に、受信バッファ２０９の動
作について説明する。受信バッファ２０９は、空きセル
以外の到着セルは全て取り込んだ後、当該到着セルを解
放して空きセル化し、中継する。取り込んだセルは出力
端子１７に出力する。

【００６８】［第２の実施例］次に、第２の実施例とし
て、スイッチングネットワークを用いた例を示す。図４
は、本発明の第２の実施例の一つの出力端子に対応する
競合制御部の構成を示す。同図において、入力バッファ
１０は、高優先バッファ３０１と低優先バッファ３０３
を有する。アクセス制御部１３は、高優先カウンタ３０
２、低優先カウンタ３０４、状態管理部３０５を有す
る。共有ネットワーク１６としては、送信スイッチ３０
６を用い、出力バッファ９として受信バッファを用い
る。

【００６９】宛先識別部５，６，７，８で宛先を識別さ
れたセルは、優先度毎に、高優先バッファ３０１また
は、低優先バッファ３０３に蓄積する。アクセス制御部
１３では、以下の公平性制御、遅延保証制御に基づいて
セル送信を行う。高優先バッファ３０１および、低優先
バッファ３０３からのセル送信を制御するために、これ
らのバッファには送信可能なセル数の制限値を設定し、
送信したセル数を計測するために、高優先セル送信カウ
ンタ３０２および低優先セル送信カウンタ３０４を設け
る。送信可能なセル数の制限値は予め通知されているも
のとする。

【００７０】なお、以下、高優先セルに対する送信可能
なセル数の制限値を高優先ウインドウサイズと呼び、低
優先セルに対する送信可能なセル数の制限値を低優先ウ
インドウサイズと呼ぶ。高優先セル送信カウンタ３０２
が高優先ウインドウサイズに達しておらず、かつ送信す
べきセルが高優先送信バッファ３０１にある状態を高優
先クラスの送信状態、低優先セル送信カウンタ３０４が
低優先ウインドウサイズに達しておらず、かつ送信すべ
きセルが低優先送信バッファ３０３にある状態を低優先
クラスの送信状態と呼ぶ。

【００７１】アクセス制御部１３が高優先クラスの送信
状態か、または、低優先クラスの送信状態にあるとき、
この状態をアクセス制御部１３の送信状態と呼ぶ。送信
状態にない状態、すなわちアクセス制御部１３が高優先
クラスの送信状態にも、低優先クラスの送信状態にもな
い状態をアクセス制御部１３の送信停止状態と呼ぶ。こ
れらのアクセス制御部の状態は、状態管理部３０５によ
って管理される。

【００７２】まず、公平性制御について説明する。アク
セス制御部１３において、状態管理部３０５は、高優先
送信バッファ３０１あるいは低優先送信バッファ３０３
中に蓄積されているセルの有無及び、高優先セル送信カ
ウンタ３０２、低優先セル送信カウンタ３０４からの制
御信号により、高優先クラスの送信状態であるか、低優
先クラスの送信状態であるか、送信停止状態であるかを
判定し、送信スイッチ３０６に通知する。

【００７３】送信スイッチ３０６は、まず、高優先クラ
ス送信状態にあるアクセス制御部１３のみを順次ラウン
ドロビンにより選択し、選択したアクセス制御部１３に
対応する高優先送信バッファ３０１からセルを読み出
し、送信バッファ３０８に送信する。この時、各アクセ
ス制御部１３の高優先セル送信カウンタ３０２が、送信
セル数をカウントしている。高優先送信バッファ３０１
中に蓄積されているセルの有無及び、高優先セル送信カ
ウンタ３０２からの制御信号により、該アクセス制御部
１３が高優先クラスの送信状態に無いと判定された場合
は、該アクセス制御部１３中の状態管理部３０５は、そ
の旨をプロトコル処理部３０７および送信スイッチ３０
６に通知する。

【００７４】全てのアクセス制御部１３が、高優先クラ
スの送信状態でなくなった時、送信スイッチ３０６は、
低優先クラスの送信状態にあるアクセス制御部１３を順
次ラウンドロビンにより選択し、選択したアクセス制御
部１３に対応する低優先送信バッファ３０３からセルを
読みだし、送信バッファ３０８に送信する。この時、各
アクセス制御部１３の低優先セル送信カウンタ３０４
が、送信セル数をカウントしている。低優先クラスの送
信状態でのラウンドロビン中に、高優先セルの到着等に
より高優先クラスの送信状態に遷移したアクセス制御部
１３が現れた場合、送信スイッチ３０６は、低優先クラ
スの送信状態でのラウンドロビンを中断し、全てのアク
セス制御部１３が、高優先クラスの送信状態でなくなる
まで高優先クラスのラウンドロビンを再開する。

【００７５】全てのアクセス制御部１３が送信停止状態
になった場合には、送信スイッチ３０６は、一切のセル
の転送を中止する。高優先送信バッファ３０１、あるい
は低優先送信バッファ３０３中に蓄積されているセルの
有無及び、高優先セル送信カウンタ３０２、あるいは低
優先セル送信カウンタ３０４からの制御信号により、ア
クセス制御部１３が、高優先クラスの送信状態、低優先
クラスの送信状態のどちらにも無いと判定された場合
は、アクセス制御部１３中の状態管理部３０５はその旨
をプロトコル処理部３０７および送信スイッチ３０６に
通知する。

【００７６】プロトコル処理部３０７は、各状態管理部
３０５からの通知により、各アクセス制御部１３の通信
状態を知る。全てのアクセス制御部１３が、送信停止状
態に移行した時に、プロトコル処理部３０７は、通常リ
セット値を状態管理部３０５に通知する。通常リセット
値を通知された状態管理部３０５は、高優先クラスの送
信状態あるいは、低優先クラスの送信状態に遷移し、高
優先セル送信カウンタ３０２および、低優先セル送信カ
ウンタ３０４を初期値にリセットする。これにより、セ
ルの送信が再開する。

【００７７】次に、高優先セルの送信間隔が一定遅延時
間以下とするための遅延時間保証について説明する。高
優先セルは低優先セルに優先して送信されるが、一旦高
優先セル送信カウンタ３０１が高優先ウインドウサイズ
に達した後は、低優先セルの送信状態になり、高優先セ
ルの送信は停止されている。この状態の時に、低優先セ
ルの送信が各アクセス制御部１３で散発的に行われる
と、全アクセス制御部１３が送信停止状態に移行するま
での時間が長くなり、高優先セルの送信が阻害される可
能性がある。

【００７８】これを防ぐため、状態管理部３０５に、高
優先セルの送信待ち時間を測定するためのタイマ（図示
せず）を設ける。該タイマは、高優先セル送信カウンタ
３０２のリセットと同時に動作を開始し、規定時間を越
えるとタイムアウトする。高優先セル送信カウンタ３０
２が高優先ウインドウサイズに達し、かつ、該タイマが
タイムアウトした時、該状態管理部３０５は、その旨を
プロトコル処理部３０７に通知する。

【００７９】この通知を受けたプロトコル処理部３０７
は、全ての状態管理部３０５に次周期移行リセット信号
を通知する。次周期移行リセット信号を通知された状態
管理部３０５は、高優先セル送信カウンタ３０２のみを
リセットする。この手続きにより、アクセス制御部１３
中の高優先セル送信カウンタ３０２をリセットする間隔
の最大値が規定時間以下になる。高優先セル送信カウン
タ３０２が高優先ウインドウサイズに達し、高優先クラ
スの送信停止状態に入ったアクセス制御部１３は、最後
のリセット信号受信から高々該規定時間待てば、高優先
セル送信カウンタ３０２をリセットし、高優先セル送信
が可能になる。

【００８０】また、全高優先送信バッファ３０１の高優
先ウインドウサイズの総和を時間に換算した値を該規定
時間以下になるように設定することにより、全アクセス
制御部１３がウインドウサイズ分の高優先セル送信を完
了するのに必要な時間は規定時間以下になる。

【００８１】高優先ウインドウサイズの総和をこの様に
設定した場合の最悪条件下で、送信待ち状態にある一つ
の高優先セルに着目すると、当該セルが到着してから高
優先セル送信カウンタ３０２がリセットされるまで最大
で規定時間待ち、該リセット後、他の全アクセス制御部
１３がウインドウサイズ分の高優先セルを送信し終るの
を待てば必ず送信可能になる。全アクセス制御部１３が
ウインドウサイズ分の高優先セルを送信するのに必要な
時間は規定時間以下であるから、この時の最大待ち時間
は該規定時間の２倍である。

【００８２】該規定時間を保証遅延時間の１／２に設定
しておくことにより、高優先セルの到着間隔は保証する
遅延時間以下になる。最後に、受信バッファ３０８の動
作について説明する。受信バッファ３０８は、到着セル
は全て取り込んで、出力端子に出力する。

【００８３】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
ることなく、特許請求の範囲内で種々変更・応用が可能
である。

【００８４】

【発明の効果】上述のように、本発明のパケットスイッ
チによれば、入力パケットを入力端子毎かつ、出力端子
毎に蓄積し、同一出力端子に対応するパケット間でアク
セス制御を行う構成であるので、確率的なパケット廃棄
が起こらないという利点がある。

【００８５】また、本発明は、パケットが蓄積されるバ
ッファは有限であるが、パケットを入力端子毎に蓄積す
る構成であるから、輻輳している入力端子の特定が容易
であり、パケット発生元に対するパケットの流量制御を
容易にする。また、本発明は、アクセス制御は出力端子
毎に行う構成であるから、アクセス制御部の動作速度
は、入出力端子数に依存せず、出力端子の伝送速度で動
作すればよいという利点がある。

【００８６】さらに、本発明において、アクセス制御を
行うための信号は、同一筐体内に収められる構成である
から、従来の第２の技術と比較して、リセットに伴う無
駄時間が短く、スループットが低下しない利点がある。
また、各アクセス制御部におけるリセット信号を分散的
に検出する機構が不要なため、第２の従来の技術と比較
してプロトコル処理が簡単になるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の一実施例の共有リングスイッチの構成
図である。

【図３】本発明の第１の実施例の一つの出力端子に対応
する競合制御部のブロック図である。

【図４】本発明の第１の実施例の一つの出力端子に対応
する競合制御部の構成図である。

【図５】従来の出力バッファ型スイッチの構成図であ
る。

【図６】従来の技術におけるセルフォーマットを示す図
である。

【図７】従来の技術におけるＡＣＦの番号体系を示す図
である。

【図８】ＡＴＭＲプロトコルを用いてリングノード間を
２優先クラスで通信を行う場合のリングノードのアクセ
ス制御部の構成図である。

【符号の説明】

１，２，３，４ 入力端子 ５，６，７，８ 宛先識別部 ９ 出力バッファ １０，１１，１２ 入力端子別バッファ １３，１４，１５ アクセス制御部 １６ 共有ネットワーク部 １７，１８，１９，２０ 出力端子 ２１，２２，２３，２４ 競合制御部 １００ アドレス認識手段 ２００ スイッチ手段 ２０１ 高優先バッファ ２０２ 高優先カウンタ ２０３ 低優先バッファ ２０４ 低優先カウンタ ２０５ 送信スイッチ制御部 ２０６ 状態管理部 ２０７ 送信スイッチ ２０８ プロトコル処理部 ２０９ 受信バッファ ２１０ リングネットワーク ３００ 入力バッファ ３０１ 高優先バッファ ３０２ 高優先カウンタ ３０３ 低優先バッファ ３０４ 低優先カウンタ ３０５ 状態管理部 ３０６ 送信スイッチ ３０７ プロトコル処理部 ３０８ 受信バッファ ４００ 出力バッファ ５００ 出力端子 ６００ カウンタ手段 ７００ 送信停止手段 ８００ リセット手段 １０００ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9566−5Ｇ Ｈ０４Ｑ 11/04 Ｔ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通信データをパケット化して取り扱うネ
   ットワークに適用するパケットスイッチにおいて、 入力パケットのアドレスから出力端子を特定するアドレ
   ス認識手段と、 前記入力パケットを入力端子毎、各出力端子各々に独立
   に切り換えるスイッチ手段と、 前記入力パケットを入力端子毎の入力バッファと、 前記入力パケットを前記入力バッファに対応する出力端
   子毎に蓄積する出力バッファと、 同一の出力端子に対応する入力端子毎の前記入力バッフ
   ァ各々の、各バッファ毎に出力端子に送信したパケット
   数をカウントするカウンタ手段と、 前記カウンタ手段のカウント数が予め設定した制限数に
   達すると、対応する入力バッファからの送信を停止する
   送信停止手段と、 同一出力端子に対応する全ての入力端子毎の前記入力バ
   ッファが送信を停止すると、該同一出力端子に対応する
   全入力端子毎の出力バッファの前記カウンタ手段の値を
   リセットするリセット手段とを有することを特徴とする
   パケットスイッチ。
2. 【請求項２】 通信データをパケット化して取り扱うネ
   ットワークに適用するパケットスイッチにおいて、 入力パケットのアドレスから出力端子を特定するアドレ
   ス認識手段と、 入力される入力パケットを蓄積する入力バッファと、 前記入力バッファに対応する出力バッファと、 前記入力パケットの宛先情報に基づいて出力バッファを
   決定し、前記出力バッファに対応する出力端子にパケッ
   トを転送する際に、前記ネットワークの状態、前記入力
   バッファのセルの優先度に基づいて転送を制御する制御
   手段とを１つの筐体上に有することを特徴とするパケッ
   トスイッチ。
3. 【請求項３】 前記入力バッファは、通信の所定の優先
   度範囲毎にパケットを蓄積する複数のバッファを設け、 前記アドレス認識手段は、入力されたパケットの優先度
   に基づいて、前記複数のバッファのうち、いずれのバッ
   ファに蓄積するかを判定する判定手段を有し、 前記制御手段は、前記バッファの送信状態に基づいてい
   ずれかのバッファから送信セルを読み出してネットワー
   ク上に送出する手段を有する請求項２記載のパケットス
   イッチ。
4. 【請求項４】 前記制御手段からネットワークのトラヒ
   ックが大きくなり、ネットワークのトラヒックの状態に
   基づいて高優先セルの遅延品質が保証できないと判断さ
   れた場合に、通信状態に関わらず、送信完了リセットを
   通知するプロトコル処理手段を有する請求項２記載のパ
   ケットスイッチ。
5. 【請求項５】 前記制御手段から前記高優先セルの送信
   待ち時間が所定時間を越えた場合に、次周期移行のリセ
   ットを行うプロトコル処理手段を有する請求項２記載の
   パケットスイッチ。
6. 【請求項６】 前記出力バッファは、 空きセル以外の到着セルを全て取り込み、該到着セルを
   解放して空きセル化し中継し、取り込んだ該到着セル
   は、自バッファに対応する出力端子に出力する請求項２
   記載のパケットスイッチ。