JPH0983547A - パケットスケジューリング装置 - Google Patents

パケットスケジューリング装置

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JPH0983547A
JPH0983547A JP5281396A JP5281396A JPH0983547A JP H0983547 A JPH0983547 A JP H0983547A JP 5281396 A JP5281396 A JP 5281396A JP 5281396 A JP5281396 A JP 5281396A JP H0983547 A JPH0983547 A JP H0983547A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コネクションの重みによらず公平なスケジュ
ーリングを可能としたパケットスケジューリング装置を
提供する。 【解決手段】 入力されるパケットを一時的に蓄積する
ための複数のパケットキュー１２，１３，１４と、パケ
ット受信時にパケットキュー１２，１３，１４の少なく
とも一つにパケットを入力するパケット入力部１５と、
各パケットキュー１２，１３，１４にそれぞれ蓄積され
たパケットを読み出す順序を指定するためのスケジュー
リング情報を各パケットキューのパケット蓄積量と各パ
ケットキューに設定された重みとに基づいて管理するス
ケジューリング情報管理部１６と、パケット送信時にス
ケジューリング情報管理部１６が管理するスケジューリ
ング情報を基に所望のパケット蓄積部から所望のパケッ
トを出力するパケット出力部１７とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＡＴＭ網のような
パケット網においてバッファリングされたパケットを選
択出力するためのパケットスケジューリング装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode：
非同期転送モード）方式を用いたパケット網では、セル
と呼ばれる５３オクテットの固定長のパケットが伝送さ
れる。ＡＴＭ方式においては、セルのヘッダ部に書かれ
たＶＣＩ（Virtual Channel Identifier：バーチャルチ
ャネル識別子）、ＶＰＩ（Virtual Path Identifier ：
バーチャルパス識別子）と呼ばれる識別子によりコネク
ションが識別される。
【０００３】また、ＡＴＭ方式ではコネクションが属す
るサービスクラスが定義される。サービスクラスには、
ＣＢＲ（Constant Bit Rate ：固定ビットレート）、実
時間ＶＢＲ（Variable Bit Rate ：可変レート）、非実
時間ＶＢＲ、ＡＢＲ（Available Bit Rate：アベイラブ
ル・ビットレート）、ＵＢＲ（Unspecified Bit Rate：
アンスペシファイド・ビットレート）がある。そして、
これらの各サービスクラスに対して、必要なセル廃棄率
やセル遅延に関するＱＯＳ（Quality of Service：サー
ビス品質）が規定される。すなわち、ＣＢＲ、実時間Ｖ
ＢＲおよび非実時間ＶＢＲでは、セル廃棄率、セル遅延
の両方に関する要求値が規定される。ＡＢＲではセル廃
棄率に関する要求値のみ規定され、ＵＢＲではＱＯＳは
規定されない。
【０００４】ユーザは、コネクション設定時にコネクシ
ョンのトラヒック特性に関するパラメータを網に申告す
る。網はこの申告パラメータを守ってセルを送出するコ
ネクションに対して、要求するＱＯＳを保証できる場合
にコネクションを設定する。申告パラメータとしては、
ＣＢＲに関してはピークセルレートが、実時間ＶＢＲお
よび非実時間ＶＢＲに関してはピークセルレート、平均
セルレートや最大バースト長がそれぞれ用いられる。
【０００５】網は、これらの申告パラメータ通りにセル
を送出しているコネクションに対しては、たとえパラメ
ータに違反して送出するコネクションがあっても、その
影響を受けずにＱＯＳを保証する必要がある。このため
の制御として、網の入口でコネクションの送出レートを
監視し、パラメータに違反してセルを送出するコネクシ
ョンに対しては入力規制を行なうＵＰＣ（Usage Parame
ter Control ：使用量パラメータ制御）がある。ＵＰＣ
を適切に行なえば、ＡＴＭ交換機は複数のコネクション
のセルを単一もしくはクラス別のＦＩＦＯ（First-In F
irst-Out：先入れ先出し）キューにより管理すること
で、申告パラメータ通りにセルを送出しているコネクシ
ョンに対して、他のコネクションの影響を受けずにＱＯ
Ｓを保証することができる。
【０００６】しかし、ＡＢＲのように端末が送出可能な
セルレートがコネクション接続中に網の状態によって動
的に変動する場合には、正確なＵＰＣは難しいため、他
のコネクションの影響を受けやすくなる。また、ＵＢＲ
に対してはＵＰＣを行なうことを想定していないが、Ｕ
ＢＲクラス内のコネクション間で、できるだけ公平に帯
域を使用するような制御を行なうことが望ましい。この
ため、ＡＢＲ／ＵＢＲに対しては、単一もしくはクラス
別のＦＩＦＯキューによる管理よりも、コネクション毎
にキューを設けて、複数のキューの間でパケットのスケ
ジューリングを行なうことが必要となる。
【０００７】このパケットスケジューリング方式とし
て、あるクラスのコネクション間で全て等しい割合で公
平にサービスを行なうＦＱ（Fair Queueing ）と呼ばれ
る方式が文献１：John B.Nagle, "On Packet Switches
with Infinite Storage", IEEETransactions on Commun
ications, Vol. COM-35, No.4,pp.435-438,April 1987.
で提案されている。ＦＱ方式は、アクティブな（空で
ない）キューをラウンドロビンでサービスすることによ
り実現されるものであるが、コネクション毎に要求され
る帯域が異なる場合には適当でない。また、パケットが
可変長である場合にはパケット長を考慮する必要があ
る。
【０００８】そこで、コネクション毎に各々の使用帯域
に関する重みを与え、重みに応じた割合でパケット長を
考慮して公平にキューのサービスを行なうことでパケッ
トのスケジューリングを行なうＷＦＱ（Weighted Fair
Queueing）と呼ばれるスケジューリング方式に関する検
討がなされている。ＷＦＱのアルゴリズムについては、
ＳＣＦＱ（Self Clocked Fair Queueing）と呼ばれるア
ルゴリズムが文献２：S.Golestani, "A Self-Clocked F
air Queueing Scheme for Broadband Applications", I
n Proc. of INFOCOM '94,pp.636-646,1994. で提案がな
されている。また、Virtual Clock （バーチャルクロッ
ク）と呼ばれる同様のアルゴリズムが文献３：L.Zhang,
"Virtual Clock: A New Traffic Control Algorithm f
or Packet Switcing Networking", In Proc. of SIGCOM
M '90pp. 19-29, 1990. で提案されている。
【０００９】今、パケットスケジューリング装置がコネ
クション毎にキューを持ち、コネクションは識別子によ
り識別されるものとすると、ＳＣＦＱではコネクション
ｉ毎に使用帯域に比例した重みｗｉと変数Ｆｉを持ち、
パケットがパケットスケジューリング装置に到着すると
変数Ｆｉの値の更新を行ない、更新した変数Ｆｉを到着
パケットと一緒にキューに格納する。パケット出力時に
は、アクティブなキューの先頭のパケットの変数Ｆｉの
中から最小のＦｉを持つコネクションのパケットをサー
ビスする。変数Ｆｉの更新は、 Ｆｉ ＝Ｌ／ｗｉ＋ｍａｘ（Ｆｉ，ｖ（ｔａ）） に従って行なわれる。但し、Ｌは到着パケットのパケッ
ト長、ｔａはパケットの到着時刻、ｖ（ｔａ）は時刻ｔ
ａにおいてサービス中またはサービス直後のコネクショ
ンｊのパケットの変数Ｆｊの値を返す関数である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＳＣＦＱやバーチャルクロックのようなアルゴリズム
によるパケットのスケジューリング方式では、２つの問
題点がある。第１の問題点は、重みの差が大きいコネク
ションのパケット同士がスケジューリングされる場合
に、小さい時間スケールで公平になりにくいことであ
る。例えば、重み１のコネクション１００本と、重み１
００のコネクション１本のパケットがぞれぞれ１個ずつ
合計１０１個、各コネクション対応のキューに存在し、
その状態で重み１００のコネクションのパケットが連続
して到着するものとする。このとき公平を期するとする
と、理想的には重み１の１００本のコネクションのパケ
ットと重み１００の１本のコネクションのパケットは交
互にスケジューリングされるべきにもかかわらず、ＳＣ
ＦＱやバーチャルクロックでは、重み１００のコネクシ
ョンから先に最大１００個のパケットが出力された後
で、重み１のコネクションのパケットが出力される。す
なわち、重みの大きいコネクション群と重みの小さいコ
ネクション群があって、それぞれのコネクション群の重
みの和が等しい場合には、常に重みの大きい方のコネク
ション群のパケットが小さい時間スケールで優位に扱わ
れてしまうという不都合がある。
【００１１】第２の問題点は、ＳＣＦＱやバーチャルク
ロックでは前述したようにパケットのスケジューリング
時に変数Ｆｉの最小値を計算で求める必要があるが、こ
のための計算時間がコネクション数とともに増大するこ
とである。今、変数Ｆｉを常にソートしておくものとす
ると、コネクション数がｎのときに最小値を求めるのに
必要な計算時間は、ソートされたＦｉの系列に新しいＦ
ｉを挿入する時間、すなわちｏ（ｌｏｇ2 ｎ）のオーダ
となる。ＡＴＭの場合、ｌ物理リンクあたりの最大のバ
ーチャルコネクション（ＶＣ）数ｎ＝４０９６をサポー
トするには、変数Ｆｉの最小値を計算するとき最大ｌｏ
ｇ2 ４０９６＝１２回のサーチが必要となる。このよう
な計算時間の増大から、パケットのみでなくクラスおよ
びバーチャルパス（ＶＰ）のスケジューリングも行なう
場合や、リンク速度が大きい場合を考慮すると、ＳＣＦ
Ｑやバーチャルクロックは実装が困難である。従って、
スケジューリングに必要な処理時間がコネクション数に
関係なく小さい値であることが望まれる。
【００１２】一方、米国特許第５，３７９，２９７号明
細書"Concurrent Multi-Channel Segmentation and Rea
ssmbly Processors for Asynchronous Transfer Mode"
には、ピークレート毎にキューを構成することにより、
コネクション数に関係ない処理時間で複数のキューの間
でＷＦＱを行なう方式が開示されているが、この方式で
は任意のピークレート（重み）の組み合わせをサポート
できない。
【００１３】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決し、コネクションの重みによらず公平なスケジュ
ーリングを可能としたパケットスケジューリング装置を
提供することを目的とする。
【００１４】また、本発明は受信パケットが固定長パケ
ットの場合に、スケジューリングに必要な処理時間がコ
ネクション数に関係なく一定値となるようなパケットス
ケジューリング装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は入力されるパケットを一時的に蓄積するた
めの動的に変更可能な重みがそれぞれ設定された複数の
パケット蓄積部と、パケット受信時に複数のパケット蓄
積手段の少なくとも一つにパケットを入力するパケット
入力部と、複数のパケット蓄積部にそれぞれ蓄積された
パケットを読み出す順序を指定するためのスケジューリ
ング情報を該パケット蓄積部のパケット蓄積量と該パケ
ット蓄積部に設定された重みとに基づいて管理するスケ
ジューリング情報管理部と、パケット送信時にスケジュ
ーリング情報管理部が管理するスケジューリング情報を
基に所望のパケット蓄積部から所望のパケットを出力す
るパケット出力部とを有することを基本的な特徴とす
る。
【００１６】このように本発明では、スケジューリング
情報管理部において、パケット蓄積部からパケットを読
み出す際に用いるスケジューリング情報をパケット蓄積
量とそのパケット蓄積部に設定された重みと基づいて管
理するため、アクティブなパケット蓄積部に対応する重
みの値だけでなく、アクティブなパケット蓄積部のパケ
ット蓄積量も考慮してパケットのスケジューリングが行
なわれる。
【００１７】ここで、それぞれのパケット蓄積部に設定
される重みとして、例えばパケット蓄積部に対応したコ
ネクションに設定されている帯域の重みを用いた場合、
パケット蓄積量に比例した評価値が重み以下のコネクシ
ョンは、重みに相当する分の帯域をフルに使用せず、他
のコネクションに帯域を与えることができるため、コネ
クションの重みによらず公平なスケジューリングが可能
となる。すなわち、重みの大きいコネクション群と重み
の小さいコネクション群が存在し、それぞれのコネクシ
ョン群の重みの和が等しい場合においても、重みの大き
いコネクション群が小さい時間スケールで優位に扱われ
ることが抑制される。また、任意の重みの組合せをサポ
ートできる。
【００１８】また、本発明は特に固定長パケットをスケ
ジューリングする際、パケット蓄積量が蓄積されたパケ
ットの数に比例することから、スケジューリング情報管
理部において複数のパケット蓄積部にそれぞれ対応した
スケジューリング情報を該パケット蓄積部スケジューリ
ング情報をパケット蓄積部のパケット蓄積量とそのパケ
ット蓄積部に設定された重みのうちの小さい方の値に等
しい個数だけ常に保持することを特徴とする。
【００１９】この場合、スケジューリング情報管理部へ
のスケジューリング情報の入力はパケットの受信時と送
信時に行ない、その際に必要な処理としては基本的にそ
のパケットを蓄積しているパケット蓄積部のパケット蓄
積数と設定された重みを比較して小さい方を調べるのみ
でよい。このようにすることにより、パケットが固定長
であることを利用してスケジューリングに必要な処理時
間がコネクション数に依存せず一定のパケットスケジュ
ーリングを実現できる。また、このようにスケジューリ
ング情報管理部が保持するスケジューリング情報の個数
をパケット蓄積数と重みのうちの小さい方の値を上限と
することにより、パケット蓄積量と重みの両方を考慮し
たパケットスケジューリングが上記と同様に可能になる
ため、重みによらず公平なスケジューリングを行なうこ
とができる。さらに、スケジューリング情報管理部から
読み出すスケジューリング情報の選び方を変えれば、様
々なポリシーに基づいたパケットスケジューリングが可
能となる。
【００２０】また、本発明では複数クラスおよび仮想パ
スのスケジューリングをサポートするパケットスケジュ
ーリング装置を実現する場合、スケジューリング情報管
理部において、パケットが属するクラス別または仮想パ
ス別にスケジューリング情報を管理することを特徴とす
る。さらに、クラス別または仮想パス別に重みを設定
し、これを各クラスまたは仮想パス内のコネクション別
のキュー長が０から正の値に変化したときまたは、正の
値から０に変化したときに変更することにより、クラス
間または仮想パス間でのパケットスケジューリングと同
一クラスまたは同一仮想パス内のパケットスケジューリ
ングの両方において、上述と同様の作用が得られる。
【００２１】スケジューリング情報管理部は、少なくと
も一つのＦＩＦＯキューあるいはランダムアウトキュー
で構成される。スケジューリング情報管理部をＦＩＦＯ
キューで構成した場合は、スケジューリング情報管理部
がパケットをスケジューリングするために必要な処理時
間がコネクション数に関係なく一定となり、かつスケジ
ューリング情報管理部のハードウエア構成も簡単にな
る。また、スケジューリング情報管理部をランダムアウ
トキューで構成した場合は、スケジューリング情報管理
部がパケットをスケジューリングするために必要な処理
時間がコネクション数に関係なく一定となる上、入力ト
ラヒックにほとんど依存せず確率的に公平なスケジュー
リングが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）図１に、本発明の第１の実施形態
に係わるパケットスケジューリング装置の構成を示す。
【００２３】本実施形態におけるパケットスケジューリ
ング装置１１は、パケット蓄積部である複数のパケット
キュー１２，１３，１４と、パケット受信時にパケット
キュー１２，１３，１４にパケットを入力するためのパ
ケット入力部１５と、パケットキュー１２，１３，１４
に蓄積されたパケット１８を読み出す順序を指定するた
めのスケジューリング情報を管理するスケジューリング
情報管理部１６と、パケット送信時にスケジューリング
情報管理１６が管理するスケジューリング情報に基づき
パケットキュー１２，１３，１４から所望のパケットを
読み出して出力するパケット出力部１７と、受信パケッ
トをパケットスケジューリング装置１１に入力するため
のパケット入力線１９と、送信パケットをパケットスケ
ジューリング装置１１から出力するためのパケット出力
線２０を有する。
【００２４】次に、パケットスケジューリング装置１１
の動作を説明する。パケットスケジューリング装置１１
で受信されたパケットは、パケット入力線１９からパケ
ット入力部１５に入力される。パケット入力線１９は一
般に複数本存在する。パケット入力部１５は、パケット
入力線１９から入力されたパケットを該パケットのヘッ
ダ情報を基にパケットキュー１２，１３，１４のうちの
所望の一つに入力する。ここで、受信パケットがユニキ
ャストパケットの場合には、いずれか１つのパケットキ
ューにパケットが入力されるが、パケットスケジューリ
ング装置１１でマルチキャストをサポートする場合に
は、マルチキャストすべき複数のパケットキューにパケ
ットが入力される。
【００２５】パケットキュー１２，１３，１４は、ＶＣ
（バーチャルチャネル）コネクション毎、トラヒックク
ラス毎、出力リンク毎、あるいはこれら２つ以上の組み
合わせ等、種々の単位で設けることができるが、本実施
形態ではＶＣコネクション毎にパケットキュー１２，１
３，１４が設けられているものとする。これらのＶＣコ
ネクションには、それぞれ要求された帯域が設定されて
いる。
【００２６】スケジューリング情報管理部１６は、パケ
ットキュー１２，１３，１４に蓄積されているパケット
を読み出す順序を指定するためのスケジューリング情報
であるＶＣＩ（バーチャルチャネル識別子）をパケット
入力部１５から入力し、パケット出力部１７へ出力す
る。この際、スケジューリング情報管理部１６は各パケ
ットキュー１２，１３，１４に対して、そのパケットキ
ューのパケット蓄積量（以下、キュー長という）と、そ
のパケットキューに対応した重みとに基づいてスケジュ
ーリング情報であるＶＣＩを管理し、これらキュー長と
重みに従ってパケット出力部１７へのスケジューリング
情報の出力順序を決定する。
【００２７】本実施形態では、各パケットキューに対応
したＶＣコネクションに設定された帯域の比に等しい重
みを各パケットキューに割り当てる。ここで、ＶＣＩ＝
ｉで識別されるパケットキューに対応するＶＣコネクシ
ョンに設定された帯域の重みをｗｉ、同パケットキュー
のキュー長をバイト数で表わしてｑｉとする。スケジュ
ーリング情報管理部１６は、ＶＣＩ＝ｉのパケットがパ
ケット入力部１５に到着したとき、あるいはＶＣＩ＝ｉ
のパケットがパケット出力部１７から出力されるときに
式（１）で表される変数Ｆｉを更新し、次に出力すべき
パケットのＶＣＩを決定する。
【００２８】Ｆｉ＝ｆ（ｑｉ，ｗｉ） ここで、関数ｆはスケジューリングのポリシーに依存し
て決定される。例えば関数ｆを式（２）とすれば、キュ
ー長ｑｉが重みｗｉ以下の場合には、重みｗｉに応じた
帯域はＶＣコネクションｉに与えられず、他のコネクシ
ョンに帯域を与えることが可能となる。
【００２９】
【数１】 なお、関数ｆを式（３）とすれば、スケジューリングが
キュー長ｑｉに依存しない従来のＳＣＦＱ方式となる。
【００３０】
【数２】
【００３１】但し、式（２）（３）においてＬは到着パ
ケットのパケット長、Ｌｍｉｎはパケットスケジューリ
ング装置１１で扱う最小パケット長、ｔａはパケットの
到着時刻、ｖ（ｔａ）は時刻ｔａにおいてサービス中ま
たはサービス直後のＶＣコネクションｊのパケットの変
数Ｆｊの値を返す関数である。
【００３２】パケット出力部１７は、パケット送信時に
スケジューリング情報管理部１６からＶＣＩを１つ取り
出した後、そのＶＣＩに対応するパケットキューからパ
ケットを取り出してパケット出力線２０へ出力する。
【００３３】このように本実施形態によれば、スケジュ
ーリング情報管理部１６において、スケジューリング情
報であるＶＣＩをパケットキュー１２，１３，１４のキ
ュー長と設定された重みとに基づいて管理するため、ア
クティブなパケットキューに設定されている重みの値だ
けでなく、そのパケットキューのキュー長も考慮したき
め細かなパケットスケジューリングを行なうことができ
る。
【００３４】従って、各パケットキュー１２，１３，１
４に対応するＶＣコネクションに設定されている帯域の
重みを各パケットキュー１２，１３，１４に設定すれ
ば、キュー長に比例した評価値が重み以下のＶＣコネク
ションが重みに相当する分の帯域をフルに使用せず、他
のコネクションに帯域を与えることができるため、重み
の大きいコネクション群と重みの小さいコネクション群
が存在し、それぞれのコネクション群の重みの和が等し
い場合においても、重みの大きいコネクション群が小さ
い時間スケールで優位に扱われることが抑制され、コネ
クションの重みによらず公平なパケットスケジューリン
グが実現されるという効果が得られる。
【００３５】（第２の実施形態）次に、第１実施形態を
より具体化した第２の実施形態に係わるパケットスケジ
ューリング装置について図２を用いて説明する。本実施
形態はＡＴＭセルのような固定長パケットのスケジュー
リングを行なう例であり、Ｍ個のパケットキューを有
し、またスケジューリング情報としては第１の実施形態
と同様にＶＣＩを用いるものとする。図２において、図
１と相対応する部分には同一符号を付して第１の実施形
態との相違点を中心に説明する。
【００３６】本実施形態においては、スケジューリング
情報管理部１６はＭ個のパケットキュー１２，１３，１
４に対応したＶＣＩ２１を各パケットキューに対してキ
ュー長と設定された重みのうち小さい方の値に等しい個
数だけ常に保持する。
【００３７】また、本実施形態では各パケットキュー１
２，１３，１４に対応するコネクションにそれぞれ設定
された帯域の比に等しい重みｗ１，ｗ２，ｗＭを各パケ
ットキュー１２，１３，１４に設定する。ここで、ＶＣ
Ｉ＝ｉで識別されるパケットキューに対応するコネクシ
ョンに設定された帯域の重みをｗｉとし、該パケットキ
ューのキュー長をｑｉとする。
【００３８】スケジューリング情報管理部１６は、保持
されているスケジューリング情報であるＶＣＩ＝ｉの個
数をｎｉとすると、以下の関係式が常に成立するように
制御される。
【００３９】 ｎｉ＝ｍｉｎ（ｑｉ，ｗｉ） …（４） このとき、ｆ（ｑｉ，ｗｉ）＝ｍｉｎ（ｑｉ，ｗｉ）と
なる。ここで、パケットキュー１２，１３，１４に対し
て設定される重みをｗ１＝ｗ２＝ｗＭ＝１とおけば、文
献４：John B.Nagle, "On Packet Switches with Infin
ite Storage", IEEE Transactions on Communications,
Vol. COM-35, No.4,April 1987. と同様のFair Queuei
ng が実現できる。
【００４０】また、ｗ１＝２，ｗ２＝１，ｗＭ＝３とす
ると、図２においてはパケットキュー１２，１３，１４
のキュー長はｑ１＝３，ｑ２＝２，ｑＭ＝０であるた
め、ｎ１＝２，ｎ２＝１，ｎＭ＝０となる。なお、図２
においてパケットキュー１２，１３，１４の中に記され
た○印がパケットを表わし、この○印の数がキュー長を
評価している。
【００４１】パケット出力部１７は、パケット送信時に
スケジューリング情報管理部１６からＶＣＩを１つ取り
出した後、そのＶＣＩに対応するパケットキューからパ
ケットを取り出してパケット出力線３０からパケットを
出力する。
【００４２】図３に、本実施形態におけるスケジューリ
ング情報としてＶＣＩを用いるスケジューリング情報管
理部１６の構成例を示す。このスケジューリング情報管
理部１６は、プロセッサ（ＭＰＵ）３１、ＲＯＭ３２、
ＶＣＩメモリ３３、キュー長メモリ３４、重みメモリ３
５、状態レジスタ３６、入力ＶＣＩレジスタ３７、出力
ＶＣＩレジスタ３８、データバス３９および制御バス４
０を有する。これら各部の機能は、次の通りである。
【００４３】ＭＰＵ３１は、ＲＯＭ３２にプログラムさ
れた命令を逐次実行する。ＶＣＩメモリ３３は、スケジ
ューリング情報であるＶＣＩを格納するためのキューで
あり、ＲＡＭによって構成される。スケジューリング情
報管理部１６がＦＩＦＯキューで構成されている場合に
は、ＶＣＩメモリ３３はリンクドリストまたはリングバ
ッファのいずれの方式で実装してもよい。
【００４４】キュー長メモリ３４は、パケットキュー１
２，１３，１４毎の現在のキュー長を記憶するメモリで
あり、ＲＡＭによって構成される。重みメモリ３５は、
パケットキュー１２，１３，１４毎に設定されている重
みを記憶するメモリであり、ＲＡＭによって構成され
る。
【００４５】状態レジスタ３６は、スケジューリング情
報管理部１６の動作状態を示す情報を格納するためのレ
ジスタであり、図示しない外部装置により書き込みがな
され、ＭＰＵ３１が該レジスタ３６の値を参照する。な
お、各セルスロットにおいて、入力セルがある場合には
状態レジスタ３６の値は１となり、セル入力処理終了後
状態レジスタ３６の値は２となる。
【００４６】入力ＶＣＩレジスタ３７は、スケジューリ
ングされるパケットのＶＣＩを格納するためのレジスタ
であり、外部装置により書き込みがなされ、ＭＰＵ３１
が該レジスタ３７の値を参照する。
【００４７】出力ＶＣＩレジスタ３８は、出力されるパ
ケットのＶＣＩを格納するためのレジスタであり、ＭＰ
Ｕ３１から書き込みがなされ、図示しない外部装置が該
レジスタ３８の値を参照する。出力ＶＣＩレジスタ３８
に負の値が書き込まれる場合は、パケットは出力されな
いものとする。
【００４８】ＭＰＵ３１と、各メモリ３３，３４，３５
および各レジスタ３６，３７，３８との間でやりとりさ
れるデータは、データバス３９上を流れる。また、制御
バス４０を用いて、アドレス指定等のデータアクセスの
ための制御情報のやりとりを行なう。
【００４９】次に、図４に示すフローチャートを用いて
図３のスケジューリング情報管理部１６内で実行される
スケジューリングアルゴリズムを説明する。図４におい
て、Ｅｎｑｕｅｕｅ（ｉ）はＶＣＩ＝ｉをＶＣＩメモリ
３３に書き込む操作を表し、ＤｅｑｕｅｕｅはＶＣＩメ
モリ３３からＶＣＩを読み出す操作を表す。なお、図４
のスケジューリングアルゴリズムはコード化されて図３
のＲＯＭ３２内に格納される。
【００５０】まず、状態レジスタ３６の値ｓをＭＰＵ３
１で参照し（ステップＳ１０１）、ｓが１，２のいずれ
か、またｓ！＝１＆＆ｓ！＝２かどうかを調べる（ステ
ップＳ１０２）。ｓ＝１であれば、ＶＣＩ入力レジスタ
３７の値ｉを参照し（ステップＳ１０３）、ＶＣＩ＝ｉ
のパケットキューのキュー長＋１をｑとし（ステップＳ
１０４）、またＶＣＩ＝ｉのパケットキューに設定され
た重みをｗとして（ステップＳ１０５）、ｑ、ｗの大小
関係を調べる（ステップＳ１０６）。ここで、ｑ≦ｗの
場合にはステップＳ１０７においてＥｎｑｕｅｕｅ
（ｉ）、つまりＶＣＩ＝ｉをＶＣＩメモリ３３に書き込
み、その後にステップＳ１０８に移り、またｑ＞ｗの場
合には直接ステップＳ１０８に移る。ステップＳ１０８
では、ＶＣＩ＝ｉのパケットキューのキュー長をｑとす
る。
【００５１】一方、ステップＳ１０２においてｓ＝２で
あれば、ステップＳ１０９においてｉ：＝Ｄｅｑｕｅｕ
ｅ、つまりＶＣＩメモリ３３からＶＣＩを読み出した
後、ＶＣＩ＝ｉのパケットキューのキュー長−１，０の
うち大きい方をｑとし（Ｓ１１０）、さらにＶＣＩ＝ｉ
のパケットキューに設定された重みをｗとして（Ｓ１１
１）、ｑ，ｗの大小関係を調べる（Ｓ１１２）。ここ
で、ｑ≧ｗの場合にはステップＳ１１３においてＥｎｑ
ｕｅｕｅ（ｉ）、つまりＶＣＩ＝ｉをＶＣＩメモリ３３
に書き込み、その後にステップＳ１１４に移り、またｑ
＜ｗの場合には直接ステップＳ１１４に移る。ステップ
Ｓ１１４では、ＶＣＩ＝ｉのパケットキューのキュー長
をｑとし、さらに次のステップＳ１１５でＶＣＩ出力レ
ジスタ３８の値をｉとする。
【００５２】そして、ステップＳ１０２においてｓ！＝
１＆＆ｓ！＝２の場合と、ステップＳ１０８，Ｓ１１５
の処理の終了後、ステップＳ１１６で状態レジスタ３６
の値を０としてステップＳ１０１に戻り、以上の処理を
繰り返す。
【００５３】このようなアルゴリズムにより、ＶＣＩメ
モリ３３内の各ＶＣＩ＝ｉの個数について常に式（４）
が成立する。このように本実施形態では、スケジューリ
ング情報管理部１６においてＶＣＩメモリ３３に各パケ
ットキュー１２，１３，１４毎にキュー長と設定されて
いる重みとを比較して、これらのうち小さい方の値同じ
個数のＶＣＩ２１をスケジューリング情報として保持す
るため、第１の実施形態の効果に加えて、スケジューリ
ングに必要な処理時間がＶＣコネクション数に依存せず
一定のパケットスケジューリングを実現できるという効
果がある。
【００５４】（第３の実施形態）次に、第２の実施形態
においてスケジューリング情報管理部１６をＦＩＦＯキ
ューで構成した場合の第３の実施形態に係わるパケット
スケジューリング装置の構成と動作を図５を用いて説明
する。図５において、ＣＶＩ＝１，１，２の順番でパケ
ットキュー１２，１３，１４からパケットが出力され
る。ここで、スケジューリング情報管理部１６がリング
ドリストを用いたＦＩＦＯキュー構成の場合には、図３
に示したフローチャート中のＥｎｑｕｅｕｅ（ｉ）はリ
ストの最後尾にｉを追加する操作を表わし、Ｄｅｑｕｅ
ｕｅはリストの先頭から値を取り出すとともに、リスト
の先頭を更新する操作を表す。リストが空の場合は、Ｄ
ｅｑｕｅｕｅは負の値とする。
【００５５】まず、パケットがパケット入力部５から入
力された場合の動作例を述べる。図５（ａ）の状態でＶ
ＣＩ＝Ｍがパケット入力部１５から入力された場合、パ
ケット入力直後はＶＣＩ＝Ｍに対応するパケットキュー
１４のキュー長ｑＭと、このパケットキュー１４に設定
された重みｗＭの大小関係はｑＭ＝１＜ｗＭ＝３である
ため、ＶＣＩ＝Ｍがスケジューリング情報管理部１６の
最後尾に追加される。また、図５（ａ）の状態でＶＣＩ
＝１のパケットがパケット入力部１５から入力された場
合、パケット入力直後はＶＣＩ＝１に対応するパケット
キュー１１のキュー長ｑ１と、このパケットキュー１１
に設定された重みｗ１の大小関係はｑ１＝４＞ｗ１＝２
であるため、ＶＣＩ＝１はスケジューリング情報管理部
１６の最後尾に追加されない。
【００５６】次に、パケットがパケット出力部１７から
出力された場合の動作例を述べる。ここで、ｗ１＝１，
ｗＭ＝３に設定されているものとする。図５（ａ）の状
態でＶＣＩ＝１のパケットがパケット出力部１７から出
力された直後はｑ１＝ｗ１＝２であるため、ＶＣＩ＝１
はスケジューリング情報管理部１６に再度入力される。
このとき、ＶＣＩ＝１はスケジューリング情報管理部１
６の最後尾に追加され、図５（ｂ）の状態になる。次
に、図５（ｂ）の状態でＶＣＩ＝１のパケットがパケッ
ト出力部１７から出力されるが、パケット出力直後はｑ
１＝１＜ｗ１＝２であるため、ＶＣＩ＝１はスケジュー
リング情報管理部１６に再入力されない。
【００５７】このように本実施形態によれば、スケジュ
ーリング情報管理部１６をＦＩＦＯキューで構成したこ
とにより、スケジューリング情報管理部１６がパケット
をスケジューリングするために必要な処理時間がＶＣコ
ネクション数に関係なく一定となり、かつスケジューリ
ング情報管理部１６のハードウエア構成が簡単になると
いう効果がある。
【００５８】（第４の実施形態）図６に、本発明の第４
の実施形態におけるスケジューリング情報管理部１６の
構成例を示す。なお、スケジューリング情報管理部１６
はクラス毎にスケジューリング情報を管理するものとす
る。ここでのクラスは速度クラス、サービスクラス、そ
れらの組合せのいずれでもよい。また仮想パス別にスケ
ジューリング情報を管理する場合についても同様の構成
となる。図６において、図３と同一部分に同一符号を付
して説明すると、本実施形態においては図３の構成に加
えてクラスレジスタ６１が新たに設けられる。
【００５９】このクラスレジスタ６１は、パケットが属
するクラスの番号を格納するためのレジスタであり、図
示しない外部装置から書き込みがなされ、ＭＰＵ３１が
該レジスタ６１の値を参照する。また、入力ＶＣＩレジ
スタ３７はＶＣＩをクラス別に格納するためのキューで
あり、ＲＡＭにより構成される。入力ＶＣＩレジスタ３
７から読み込まれた入力ＶＣＩは、クラスレジスタ６１
から読み込んだクラス番号のクラスに対応したＶＣＩメ
モリ３３内のキューに書き込まれる。
【００６０】次に、図７に示すフローチャートを用いて
図６のスケジューリング情報管理部１６内で実行される
スケジューリングアルゴリズムを説明する。図７におい
て、Enqueue （ｃ，ｉ）はＶＣＩ＝ｉをＶＣＩメモリ３
３のクラスｃに対応するクラス別キューに書き込む操作
を表し、Dequeue （ｃ）はＶＣＩメモリ３３のクラスｃ
に対応するクラス別キューからＶＣＩを取り出す操作を
表す。Select ClassはＶＣＩを出力すべきクラスの番号
を返す関数である。但し、クラス別キューが空であれ
ば、クラス番号として負の値を返す。
【００６１】まず、状態レジスタ３６の値ｓをＭＰＵ３
１で参照し（ステップＳ２０１）、ｓが１，２のいずれ
か、またｓ！＝１＆＆ｓ！＝２かどうかを調べる（ステ
ップＳ２０２）。ｓ＝１であれば、クラスレジスタ６１
の値ｃと、ＶＣＩ入力レジスタ３７の値ｉを順次参照し
（ステップＳ２０３，Ｓ２０４）、ＶＣＩ＝ｉのパケッ
トキューのキュー長＋１をｑとし（ステップＳ２０
５）、またＶＣＩ＝ｉのパケットキューの重みをｗとし
て（ステップＳ２０６）、ｑ，ｗの大小関係を調べる
（ステップＳ２０７）。ここで、ｑ≦ｗの場合にはステ
ップＳ２０８においてEnqueue （ｃ，ｉ）、つまりＶＣ
Ｉ＝ｉをＶＣＩメモリ３３のクラスｃに対応するクラス
別キューに書き込み、その後にステップＳ２０９に移
り、またｑ＞ｗの場合には直接ステップＳ２０９に移
る。ステップＳ２０９では、ＶＣＩ＝ｉのパケットキュ
ーのキュー長をｑとする。
【００６２】一方、ステップＳ２０２においてｓ＝２で
あれば、ステップＳ２１１においてｉ：＝Dequeue
（ｃ）、つまりＶＣＩメモリ３３のクラス別キューから
ＶＣＩを取り出した後、ＶＣＩ＝ｉのパケットキューの
キュー長−１，０をｑとし（Ｓ２１２）、またＶＣＩ＝
ｉのパケットキューの重みをｗとして（Ｓ２１３）、
ｑ，ｗの大小関係を調べる（Ｓ２１４）。ここで、ｑ≧
ｗの場合にはステップＳ２１５においてＥｎｑｕｅｕｅ
（ｃ，ｉ）、つまりＶＣＩ＝ｉをＶＣＩメモリ３３に書
き込んだ後にステップＳ２１６に移り、またｑ＜ｗの場
合には直接ステップＳ２１６に移る。ステップＳ２１６
では、ＶＣＩ＝ｉのパケットキューのキュー長をｑと
し、さらにＶＣＩ出力レジスタ３８の値をｉとする（Ｓ
２１７）。
【００６３】そして、ステップＳ２０２においてｓ！＝
１＆＆ｓ！＝２の場合と、ステップＳ２０９，Ｓ２１７
の処理の終了後、状態レジスタ３６の値を０とし（ステ
ップＳ２１８）、ステップＳ２０１に戻り、以上の動作
を繰り返す。
【００６４】Ｓｅｌｅｃｔ Ｃｌａｓｓが予め定められ
た順番で周期的にクラスを選択すれば、時分割多重（Ｔ
ＤＭ）的なクラスのスケジューリングとなる。また、ク
ラスに対してもキュー長と重みのうちの小さい方の値に
基づいたＷＦＱを行なう場合には、クラスをスケジュー
リングするためのクラススケジューリングキューとクラ
ス別セル数カウンタとクラス別の重みとを用意し、Ｓｅ
ｌｅｃｔ Ｃｌａｓｓはクラスｃのセル数カウンタの値
が１以上であれば、クラススケジューリングキューから
クラス番号を１個出力するとともに、クラスｃのセル数
カウンタをデクリメントする。一方、クラスｃのセル数
カウンタの値が０であれば、負の値を出力する。
【００６５】ここで、Ｅｎｑｕｅｕｅ（ｃ，ｉ）は、Ｖ
ＣＩ＝ｉをＶＣＩメモリ３３のクラスｃに対応するクラ
ス別キューに書き込む操作に加え、クラスｃのセル数カ
ウンタをインクリメントし、状態レジスタ３１の値がｓ
＝１、かつクラスｃのセル数が重み以下であるか、また
はｓ＝２、かつクラスｃのセル数が重み以上である場合
にクラス番号ｃをクラススケジューリングキューに書き
込む操作を行なうようにする。
【００６６】また、クラスのスケジューリングには、Ｓ
ＣＦＱやＶｉｒｔｕａｌ Ｃｌｏｃｋなどの従来方式を
用いることも可能である。また、１個以上蓄積されてい
るクラスの中で最も優先度の高いクラスをサービスする
ような完全優先のクラススケジューリングを行なう場合
には、クラス別の重みは必要ない。
【００６７】このゆうなアルゴリズムにより、常にＶＣ
Ｉメモリ３３内のＶＣＩ＝ｉの個数について式（４）が
成立し、かつクラス毎に独立したスケジューリングが可
能となる。
【００６８】なお、図７のスケジューリングアルゴリズ
ムは、コード化されて図６のＲＯＭ３２内に格納されて
いるものとする。このように本実施形態によれば、パケ
ットが属するクラス別にスケジューリング情報管理部１
６でスケジューリング情報であるＶＣＩを管理すること
により、クラス間でのパケットスケジューリングと同一
クラス内のコネクション間のパケットスケジューリング
の両方において、第１〜第３の実施形態と同様の効果を
得ることができる。
【００６９】（第５の実施形態）次に、本発明の第５の
実施形態に係るパケットスケジューリング装置の構成と
動作を図８を用いて説明する。
【００７０】図８において、図２および図５と同一部分
に同一符号を付して説明すると、本実施形態ではスケジ
ューリング情報管理部１６内にランダムアウトキュー８
１，８２およびキュー選択部８３，８４が設けられてい
る。
【００７１】キュー選択部８３は、スケジューリング情
報をランダムアウトキュー８１，８２のいずれに格納す
るかを選択する。また、キュー選択部８４はランダムア
ウトキュー８１，８２のいずれからスケジューリング情
報を取り出すかを選択する。ここで、キュー選択部８３
がランダムアウトキュー８１を選択している場合は、キ
ュー選択部８４はランダムアウトキュー８２を選択し、
反対にキュー選択部８３がランダムアウトキュー８２を
選択している場合は、キュー選択部８４はランダムアウ
トキュー８１を選択する。このようにキュー選択部８
３，８４は、常に互いに異なるランダムアウトキューを
選択するように制御される。なお、ここではランダムア
ウトキューが２個であるが、さらに多数のランダムキュ
ーを設けてもよい。
【００７２】ランダムアウトキュー８１，８２はキュー
選択部８４によって選択されている場合に、格納してい
るスケジューリング情報をランダムに出力する。ここ
で、キュー選択部８４によって選択されているランダム
アウトキューからスケジューリング情報が全て取り出さ
れた場合、キュー選択部８３，８４はそれぞれ、現在選
択されていないランダムアウトキューを選択する。
【００７３】スケジューリング情報管理部１６の基本動
作は、図４に示したフローチャートで表されるが、Ｅｎ
ｑｕｅｕｅ（ｉ）、Ｄｅｑｕｅｕｅの意味が先の第２の
実施形態の場合と異なる。
【００７４】図８において、パケットキュー１２，１
３，１４はＶＣＩ＝１，２，ＭのＶＣコネクションにそ
れぞれ対応しており、それらのコネクションの持つ重み
をそれぞれｗ１＝２，ｗ２＝１，ｗＭ＝１とする。ま
た、図８（ａ）の状態でパケットキュー１２，１３，１
４にパケットが格納されており、それらのスケジューリ
ング情報がスケジューリング情報管理部１６内のランダ
ムアウトキュー８１に格納されているものとする。すな
わち、キュー選択部８３はランダムアウトキュー８１を
選択し、キュー選択部８４はランダムアウトキュー８２
を選択している。
【００７５】パケット出力時点で現在キュー選択部８４
が選択しているランダムアウトキュー８２は空であるた
め、キュー選択部８３はランダムアウトキュー８２へ選
択を切り替え、キュー選択部８４はランダムアウトキュ
ー８１へ選択を切り替える。ここで、ランダムアウトキ
ュー８１からランダムにＶＣＩを選択した結果、ＶＣＩ
＝２が出力されたものとすると、ｑ２＝０＜ｗ２＝１と
なって、ＶＣＩ＝２はスケジューリング情報管理部１６
に再入力されないため、パケットスケジューリング装置
１１は図８（ａ）の状態から図８（ｂ）の状態に遷移す
る。
【００７６】図８（ｂ）の状態において、ＶＣＩ＝１の
パケットキューへ１個パケットが到着した場合、ｑ１と
ｗ１の関係から、ＶＣＩ＝１が１個新たにランダムアウ
トキュー８２へ入力され、パケットスケジューリング装
置１１は図８（ｂ）の状態から図８（ｃ）の状態に遷移
する。
【００７７】さらに、図８（ｃ）の状態委からＶＣＩ＝
２に対応するパケットキュー１３にパケットが１個到着
した後、ランダムアウトキュー８１から２個の識別子
１，Ｍがランダムに選択された場合には、パケットスケ
ジューリング装置１１は図８（ｃ）の状態から図８
（ｄ）の状態に遷移する。この際、ランダムアウトキュ
ー８１が空になるため、キュー選択部８３，８４が選択
するランダムアウトキューの切替えが起こる。
【００７８】このような制御により、例えばｗ１＝１０
０，ｗ２＝１００のように大きい値を持つ重みに対して
は、スケジューリング情報管理部１６が第３の実施形態
で述べたようなＦＩＦＯ構成の場合には、短い時間スケ
ールではｗｅｉｇｈｔｅｄｆａｉｒとはなりにくいとい
う欠点が解消され、どのような重みに対しても常に確率
的にｗｅｉｇｈｔｅｄ ｆａｉｒなスケジューリングが
可能となる。また、あるランダムアウトキューからスケ
ジューリング情報を出力中は、別のランダムアウトキュ
ーへスケジューリング情報が入力されるため、空でない
全てのパケットキューの先頭のパケットを一定時間内に
出力することが保証される。
【００７９】ランダムアウトキュー８１，８２は図９の
ようなアルゴリズムで実現可能である。図９において、
ｒは配列、ｐは配列の終りを示すポインタである。ま
ず、初期化処理として、ポインタｐに−１をセットす
る。Ｅｎｑｕｅｕｅ（ｉ）操作は、ポインタｐを１だけ
インクリメントした後でｒ［ｐ］：＝ｉとすることによ
り実現される。次に、Ｄｅｑｕｅｕｅ操作について述べ
る。まず、ポインタｐが−１であればキューが空である
ため返り値−１を変数ｉに記憶する。そうでなければ、
０以上ｐ以下の疑似ランダム整数（Ｒａｎｄｏｍ（Ｏ，
Ｐ））をｋとし、ｉ：＝ｒ［ｋ］によりＤｅｑｕｅｕｅ
の返り値を変数ｉに記憶した後、ｒ［ｋ］：＝ｒ［ｐ］
とすることによりキューの最後尾の値を位置ｋに移し、
ポインタｐを１だけデクリメントする。最後に、変数ｉ
の値を返す。このようなアルゴリズムにより、簡単な構
成によりランダムアウトキューの管理ができる。
【００８０】（第６の実施形態）図１０に、本発明によ
るパケットスケジューリング装置を出力バッファ型ＡＴ
Ｍスイッチに適用した実施形態を示す。なお、本発明に
よるパケットスケジューリング装置は入力バッファ型や
共通バッファ型のスイッチアーキテクチャにも適用可能
である。
【００８１】図１０において、セル入力線１０１−１〜
１０１−Ｎに到着した固定長パケットであるＡＴＭセル
は、ＡＴＭセルのヘッダ情報を基にスイッチ１０２で交
換出力され、パケット入力線１９−１〜１９−Ｎを介し
て上述したパケットスケジューリング装置１１−１〜１
１−Ｎに入力される。パケットスケジューリング装置１
１−１〜１１−Ｎは、パケット蓄積部としてＶＣコネク
ション単位のキューを持っており、入力されたセルはそ
のセルのヘッダに書かれているＶＣＩに対応するキュー
に格納される。パケットスケジューリング装置１１−１
〜１１−Ｎは、各セルサイクルにおいて、キューにバッ
ファリングされたセルのうち、１つを選択出力する。
【００８２】（第７の実施形態）図１１に、本発明にお
いて重みが動的に変化する場合のスケジューラのフロー
チャートを示す。なお、ハード構成は図３のようにな
る。
【００８３】重みが動的に変化する場合には、スケジュ
ーリング情報管理手段内のＶＣＩ＝ｉの個数は一時的に
式（４）を満たさない場合がある。したがって、スケジ
ューリング情報管理手段内のＶＣＩ＝ｉの個数ｎｉをカ
ウントしておく必要がある。ｎｉの変更は、スケジュー
リング情報管理手段へのスケジューリング情報入力およ
び出力時い行なう。
【００８４】また、セル出力時にＶＣＩ＝ｉをスケジュ
ーリングキューに入れるかどうかを判定する場合には、
重みとキュー長を比較せずに、重いとスケジューリング
キュー内のＶＣＩ＝ｉの個数および、キュー長とスケジ
ューリングキュー内のＶＣＩ＝ｉの個数の比較を行な
い、ｗｉ≧ｎｊかつｑｉ≧ｎｊのときに、ＶＣＩ＝ｉが
スケジューリングキューに入れられる。これにより、重
みが増加した結果、ｗｉ＞ｑｉとなった場合でもＶＣＩ
＝ｉはスケジューリングキューに入れられるようにな
る。
【００８５】また、ｗｉ，＜ｑｉであるときにｗｉが増
加した場合には、重みの増加分だけスケジューリング情
報管理手段内のＶＣＩ＝ｉの個数も増加させる必要があ
る。この処理が図１１の重み対応処理である。図１１に
おいては、重み変更対応処理はセル出力時に行なう例を
示しているが、重み変更対応処理をセル入力時に行なう
ことも、セル入力時および出力時の両方で行なうこと
も、また、毎セル時間行なうことも可能である。
【００８６】重み変更対応処理においては、必要な回数
だけEnqueue （ｉ）を実行するとともにｎｉをインクリ
メントする。ただし、重みの変更幅が大きいほどループ
の回数も増えるため、１回の処理に対するループの最大
回数Ｃmax を決めておき、Ｃmax を越える分のループは
次以降のセル時間に実行するようにする。
【００８７】（第８の実施形態）図１２に、本発明にお
いて重みが実数値をとり得る場合のスケジューラのフロ
ーチャートを示す。なお、ハード構成は図３のようにな
る。図１２においては、重みｗｉは１以上の実数値をと
るものとする。重みとキュー長の比較の際には、ｗinow
が使用される。ｗinowの値は、ｆｌｏｏｒ（ｗinow）の
値がｆｌｏｏｒ（ｗi ）またはｆｌｏｏｒ（ｗi ）＋１
のいずれかの値をとるように、かつｗinowの平均値がｗ
i と等しくなるように制御する。ここで、ｆｌｏｏｒ
（ｘ）は、ｘ以下の最大の整数値を返す関数である。ｗ
inowの値は動的に変更されるため、第７の実施形態と同
様に、スケジューリング情報管理部内のＶＣＩ＝ｉの個
数ｎiをカウントしておく必要がある。
【００８８】ＶＣ設定時に、ｗinowの値はｗi に初期化
され、また、変数ｆi がｗi の小数部分の値に設定され
る。図１２の例では、ｗinowの値の更新はセル出力時に
行なわれる。すなわち、ｗinowの値はｆi ずつインクリ
メントされ、その結果、ｆｌｏｏｒ（ｗi ）＋１以上と
なった場合には１だけデクリメントされる。この処理が
図１２の小数点処理である。また、ｗinowの動的な変更
に伴い、第７の実施形態と同様に重み変更対応処理が必
要となる。図１２では、重み変更対応処理の中でｗi の
代わりにｗinowが用いられる。なお、ｗinowの値は小数
点処理によって変更されるだけでなく、第７の実施形態
のようにｗi の動的な変更に伴って変更される場合もあ
るが、本実施例はそのような変更も許容するような構成
となっている。
【００８９】なお、小数点処理、および重み変更対応処
理はセル出力時だけでなく、セル入力時に行なうこと
も、セル入力時および出力時の両方で行なうことも、ま
た、毎セル時間行なうことも可能である。このように重
みが実数値をとれるようにすることにより、重みの値が
大きくならないようにできるためスケジューラの性能劣
化を抑えることができる。
【００９０】（第９の実施形態）図１３に、本発明にお
いてスケジューリング情報管理手段が、パケットが所属
するクラス別に設定される重みに基づいてクラスのスケ
ジューリングを行ない、かつ、クラス別の重みをそのク
ラス内のコネクションのキューの状態に応じて変更する
場合の実施形態を示す。
【００９１】クラス別スケジューラは速度クラス、ＱＯ
Ｓクラス、仮想パス、またはそれらの組合せ毎に用意さ
れる。クラス別スケジューラは重みとキュー長とを用い
たスケジューリングを行なう。クラススケジューラは従
来方式のスケジューラでもよい。
【００９２】クラススケジューラは各クラスｉ毎に重み
φi を管理する。クラス重みφi は、 となるように制御する。ただし、Ｂi はクラスｉのＶＣ
の中でＶＣキューが空でないＶＣＩの集合である。ま
た、Ｗi はクラスｉに接続中のＶＣに関するｗjの和で
ある。したがって、パケットキューが空のＶＣ数が多い
ほどφi は小さくなる。これにより、スケジューラを階
層化した場合でもクラススケジューラはクラス内のＶＣ
の状態を考慮したスケジューリングが可能になる。
【００９３】ただし、φi の値が変わった場合には、そ
れに合わせてクラススケジューラ内の状態も更新する必
要がある。例えば、クラススケジューラがＳＣＦＱのよ
うにバーチャルタイムを用いたスケジューラである場
合、スケジューリング情報の再ソーティングが行なわれ
る。この場合のフローチャートを図１４に示す。ハード
構成は図６のようになる。
【００９４】図１４では重みが実数値をとることがで
き、また、動的な重みの変更も可能である。まず、初期
化処理ですべてのクラスｉ重みの和Ｗi およびキュー長
が０にリセットされる。
【００９５】次に、クラスｉのＶＣＩ＝ｊのＶＣの接続
要求があった場合には、ｑi 、ｎiを０にリセットし、
重みの小数部分をｆj に設定し、重みの初期値ｗjnowを
ｗjに設定する。また、クラスｉの重みをｗj だけイン
クリメントする。また、クラスｉのＶＣＩ＝ｊのＶＣの
切断要求があった場合には、クラスｉの重みをｗj だけ
デクリメントする。
【００９６】セル入力時には、クラスｉのＶＣＩ＝ｊの
ＶＣのキュー長ｑj が０である場合には、クラスｉの重
み現在のφ1 の値を変数φ´1 に記憶するとともに、φ
1 をｗj ／Ｗi だけインクリメントする。次に、φ1 の
変更に伴いクラスｉに対する評価値Ｆi の値の更新を行
なう。更新される値は現在のＦi の値に対して１／φ´
i −１φi だけ小さくなるが、現在ソートされている評
価値の中での最小値Ｆよりも小さい値に更新されてしま
うような場合には、Ｆi の値をＦから１φi だけ大きい
値に設定する。また、クラスｉのキュー長Ｑi が０であ
る場合も同様にＦi の値をＦから１φ／1 だけ大きい値
に設定する。その後、ｑj 、Ｑi の値をインクリメント
し、ｑi ≦ｗjnowの場合にはスケジューリングキューに
ＶＣＩ＝ｊを入れ、ｎi の値をインクリメントする。
【００９７】セル出力時には、ソートされている中で最
も小さい評価値をもつクラス（ｉ）からＶＣＩ（＝ｊ）
を取り出すとともに、ｑj 、Ｑi をデクリメントする。
次に図１２と同様の小数点処理を行なう。ｑj ＝０であ
ればクラスｉの重みφi をｗj ／Ｗi だけデクリメント
する。次に、Ｑi ＞０であればクラスｉの評価値Ｆiを
１／φi だけインクリメントする。次に、ｗjnow≧ｎj
であれば、ＶＣＩ＝ｊをクラスｉのスケジューリングキ
ューに再入力（Ｅｎｑｕｅｕｅ（ｉ，ｊ））し、そうで
なければｎj を１だけデクリメントする。最後に、ｗ
jnowの更新に伴って図１２と同様の重み変更対応処理を
行ない、ＶＣＩ＝ｊのＶＣキューの先頭からセルを出力
するためにＶＣＩレジスタにｊを設定する。
【００９８】このような構成により、重みが大きいコネ
クションと重みが小さいコネクションを別のクラスに分
けて管理することができるため、重みが大きいコネクシ
ョンの重みの絶対値が小さくなり、階層化しない場合に
比べてスケジューラの性能劣化を抑えることができる。
【００９９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のスケジュ
ーリング装置によれば、重みのみでなくパケット蓄積料
も用いたきめ細かなパケットスケジューリングが可能と
なる。従って、例えば重みの大きいコネクション群と重
みの小さいコネクション群があって、それぞれのコネク
ション群の重みの和が等しい場合にも、重みの大きいコ
ネクション群が小さい時間スケールで優位に扱われると
いう不都合を抑制することができ、コネクションの重み
によらず公平なパケットスケジューリングが可能とな
る。
【０１００】また、特に固定長パケットを扱う場合に
は、スケジューリング情報管理部において各パケットキ
ュー（パケット蓄積部）に対応した重みとキュー長（パ
ケット蓄積量）のうちの小さい方の値に等しい個数のス
ケジューリング情報を常に保持することにより、スケジ
ューリング情報管理部がパケットのスケジューリングに
必要な処理時間をコネクション数に関係なく一定値にす
ることができ、入力トラヒックにほとんど依存せずに確
率的に公平なＷＦＱも実現可能となる。
【０１０１】さらに、スケジューリング情報管理部にお
いてクラス別にキューを設ければ、各クラス内あるいは
クラス間のパケットスケジューリングに対して上記と同
様の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るパケットスケジュ
ーリング装置の構成を示すブロック図。
【図２】 本発明の他の実施形態に係るパケットスケジ
ューリング装置の構成を示すブロック図。
【図３】 本発明におけるスケジューリング情報管理部
の実現例をしめすブロック図。
【図４】 図３のスケジューリング情報管理部の動作を
示すフローチャート。
【図５】 本発明の別の実施形態に係るパケットスケジ
ューリング装置の構成を示すブロック図。
【図６】 本発明におけるスケジューリング情報管理部
の他の実現例を示すブロック図。
【図７】 図６のスケジューリング情報管理部の動作を
示すフローチャート。
【図８】 本発明のさらに別の実施形態に係るパケット
スケジューリング装置の構成を示すブロック図。
【図９】 ランダムアウトキューの実現例。
【図１０】 重みが動的に変化する場合のスケジューリ
ングアルゴリズム。
【図１１】 重みが動的に変化する場合のスケジューリ
ングアルゴリズム。
【図１２】 重みが実数値をとり得る場合のスケジュー
リングアルゴリズム。
【図１３】 スケジューラの階層化構成。
【図１４】 クラススケジューラがクラス内のコネクシ
ョンのキューの状態によってクラスの重みを変更する場
合のスケジューリングアルゴリズム。
【符号の説明】
１１，１１−１〜１１−Ｎ…パケットスケジューリング
装置 １２，１３，１４…パケットキュー（パケット蓄積部） １５…パケット入力部 １６…スケジューリング情報管理部 １７…パケット出力部 １８…パケット １９，１９−１〜１９−ｎ…パケット入力線 ２０，２０−１〜２０−Ｎ…パケット出力線 ２１…ＶＣＩ（スケジューリング情報） ３１…プロセッサ ３２…ＲＯＭ ３３…ＶＣＩメモリ ３４…キュー長メモリ ３５…重みメモリ ３６…状態レジスタ ３７…ＶＣＩ出力レジスタ ３８…ＶＣＩ出力レジスタ ３９…データバス ４０…制御バス ６１…クラスレジスタ ８１，８２…ランダムアウトキュー ８３，８４…キュー選択部 ９１…レジスタ ９２…シフト信号生成回路 ９３…セレクト信号生成回路 ９４…セレクタ信号線 ９５…シフト信号線 ９６…アドレス入力線 ９７…データ入力線 ９８…読み出し可能信号線 ９９…書き込み可能信号線 ９１０…データ出力線 ９１１…シフト信号生成可能信号線 ９１２…データシフト線 １０１−１〜１０１−Ｎ…セル入力線 １０２…ＡＴＭスイッチ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力されるパケットを一時的に蓄積するた
    めの動的に変更可能な重みがそれぞれ設定された複数の
    パケット蓄積手段と、 パケット受信時に前記複数のパケット蓄積手段の少なく
    とも一つにパケットを入力するパケット入力手段と、 前記複数のパケット蓄積手段にそれぞれ蓄積されたパケ
    ットを読み出す順序を指定するためのスケジューリング
    情報を該パケット蓄積手段のパケット蓄積量と該パケッ
    ト蓄積手段に設定された前記重みとに基づいて管理する
    スケジューリング情報管理手段と、 パケット送信時に前記スケジューリング情報管理手段が
    管理するスケジューリング情報を基に所望の前記パケッ
    ト蓄積手段から所望のパケットを読み出して出力するパ
    ケット出力手段とを有することを特徴とするパケットス
    ケジューリング装置。
  2. 【請求項２】入力される固定長のパケットを一時的に蓄
    積するための動的に変更可能な重みがそれぞれ設定され
    た複数のパケット蓄積手段と、 パケット受信時に前記複数のパケット蓄積手段の少なく
    とも一つにパケットを入力するパケット入力手段と、 前記複数のパケット蓄積手段にそれぞれ蓄積されたパケ
    ットを読み出す順序を指定するためのスケジューリング
    情報を該パケット蓄積手段のパケット蓄積数と該パケッ
    ト蓄積手段に設定された前記重みとに基づいて管理する
    スケジューリング情報管理手段と、 パケット送信時に前期スケジューリング情報管理手段が
    管理するスケジューリング情報を基に所望の前期パケッ
    ト蓄積手段から所望のパケットを読み出して出力するパ
    ケット出力手段とを有し、 前記スケジューリング情報管理手段は、前期複数のパケ
    ット蓄積手段にそれぞれ対応したスケジューリング情報
    の個数を該パケット蓄積手段のパケット蓄積数と該パケ
    ット蓄積手段に設定された前記重みのうちの小さい方の
    値に等しい個数だけ常に保持することを特徴とするパケ
    ットスケジューリング装置。
  3. 【請求項３】前記スケジューリング情報管理手段は、前
    記パケットが属するクラス別又は仮想パス別に前記スケ
    ジューリング情報を管理することを特徴とする請求項１
    または２に記載のパケットスケジューリング装置。
  4. 【請求項４】前記スケジューリング情報管理手段は、前
    記パケットが所属するクラス別または仮想パス別に設定
    される動的に変更可能な重みに基づいてクラスまたは仮
    想パスのスケジューリングを行ない、前記クラス別また
    は仮想パス別の重みを前記クラスまたは仮想パス内に収
    容されるコネクションのパケット蓄積手段内のパケット
    蓄積数が、０から正の値に変化したときあるいは正の値
    から０に変化したときに変更することを特徴とする請求
    項３に記載のパケットスケジューリング装置。
  5. 【請求項５】前記スケジューリング情報管理手段は、少
    なくとも一つのＦＩＦＯキューで構成されることを特徴
    とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパケット
    スケジューリング装置。
  6. 【請求項６】前記スケジューリング情報管理手段は、少
    なくとも一つのランダムアウトキューで構成されること
    を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパ
    ケットスケジューリング装置。
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