JPH10190691A - トラフィック成形装置及びルーチン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アベイラブルビットレートサービスのための
フロー毎待機ルーチングメカニズムにおけるレート成形
装置を提供する。 【解決手段】 レート成形装置は、それぞれのピークパ
ケット送出レート及びフローの関連ピークレートトレラ
ンスを指定するとともに、各フローを２つの相互排他的
カテゴリーに分類するコントラクトを含む。レート成形
装置は更に、待ち行列中のアクティブフローの未決パケ
ットを編成するキューイングメカニズムと、該キューイ
ングメカニズムに結合され、送出のために前記アクティ
ブフローのパケットをスケジュールするスケジューリン
グメカニズムを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パケット交換式通
信ネットワーク、特に指定されたトラフィック記述子に
適合するために、そのようなネットワークまたはネット
ワーク要素内のキューイングポイントにおいて時間多重
パケットのフローを生じさせるトラフィック成形に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】Ａ．トラフィックコントラクト／定義 パケット交換式通信ネットワーク上で現在動いている殆
どのアプリケーションは、ネットワークから偶然得る帯
域幅が如何なるものであっても満足して動作できる。何
故なら、それらのアプリケーションでは「弾性」帯域幅
が条件となっているからである。これらのアプリケーシ
ョンをサポートするこの種のサービスは、インターネッ
トの世界では「ベストイフォート」サービスとして、ま
たは広帯域ＩＳＤＮ／ＡＴＭの世界では「アベイラブル
ビットレート」（ＡＢＲ）として知られている。

【０００３】しかし、拘束（bounded）ジッター、即ち
拘束パケット遅延変動（一般にＡＴＭの関連ではセル遅
延変動と呼ばれる）を提供するネットワークサービスに
対しての要求が増している。例えば、この種のサービス
は、回路エミュレーションおよび映像などのリアルタイ
ムなアプリケーションにおいて必要となる。インターネ
ットがこのような要求に答えるか否かまたどの様にして
応えるかは明確ではないが、広帯域ＩＳＤＮ／ＡＴＭの
分野では、ユーザー−ネットワーク折衝型トラフィック
コントラクトの概念を導入することで応えている。

【０００４】知られているように、ユーザー−ネットワ
ークＡＴＭコントラクトは、トラフィックのパラメー
タ、トレランス、およびサービス要求の質などを含むト
ラフィック記述子によって定義される。関連するトラフ
ィックパラメータの各々について適合定義（conformanc
e definition）が特定される。したがって、ＡＴＭサー
ビスは、サービスの質（ＱｏＳ）の目標値と多重方式の
異なる組み合わせをサポートするために、これらのトラ
フィックパラメータとそれらに対応する適合仕様を用い
ることができる。

【０００５】部分的にオーバーラップするＡＴＭトラフ
ィッククラスは、インターナショナル・テレコミュニケ
ーション・ユニオン（ＩＴＵ−Ｔ）の通信標準化部門
と、ＡＴＭフォーラムによって定義されている。幾つか
の例では、本質的に同一の属性(attribute) を有するト
ラフィッククラスに対してこれらの２つのグループは異
なる名称を付けており、下記の名称変換テーブルは現在
使われている等価の対応名称を示す。

【０００６】

【０００７】仮想回線（ＶＣ）コネクションまたは仮想
パス（ＶＰ）コネクションのためのＡＴＭサービスコン
トラクトは、コネクションのサービスレートを記述する
パラメータを複数含むことができる。これには、ピーク
セルレート（ＰＣＲ）、維持可能（sustainable）セル
レート（ＳＣＲ）、固有（intrinsic）バーストトレラ
ンス（ＩＢＴ）、最少セルレート（ＭＣＲ）が含まれ
る。これらのパラメータの全てが個々のコネクションま
たは個々のサービスのクラスに関連があるわけではない
が、それらがサービスコントラクトの黙示的または明示
的に指定された要素である場合、それらは重視しなけれ
ばならない。ＶＣコネクションが、下記の議論の中心と
なっているが、ＶＰコネクションもそのように特定でき
ることが分かるであろう。ＡＴＭコネクションのための
データ転送単位は、通常「セル」と呼ばれる。しかし、
本明細書では、データ転送単位を表すのに時として「パ
ケット」という語が使用されている。これは、「パケッ
ト」という語は、本革新技術のより広い概念の幾つかに
ふさわしいより一般的な用語であるからである。

【０００８】ＩＴＵ−Ｔ勧告１．３７１で指定されたジ
ェネリックセルレートアルゴリズム（ＧＣＲＡ）は、ト
ラフィック記述子との適合についてパケットまたはセル
のフローをテストするのに非常に適している。このよう
なテストを行うために、ＧＣＲＡは、出力（emission）
間隔（即ち、フローレートの逆数）とトレランスτにつ
いての仕様を必要とする。実際には、このトレランス
は、コネクション、コネクションセットアップパラメー
タ、またはサービスの種類などの種々の要因に依存する
であろう。後で分かるように、ＧＣＲＡはブール関数と
して採用でき、コネクション上の固定サイズのパケット
またはセルのフローの場合、ＧＣＲＡ（出力間隔、トレ
ランス）は、もしフローがピークレートに従っていれば
偽（false）であり、フローが最少レートに従っていれ
ば真（true）である。例えば、もしＧＣＲＡ（１／ＰＣ
Ｒ，τ_PCR ）が偽であれば、セルのソースはＰＣＲに従
う。同様に、もしＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τ_MCR ）が偽
であれば、コネクションまたはフローはＭＣＲに従う。
後で分かるように、「出力間隔」は「セルレート」の逆
数である。

【０００９】ＤＢＲトラフィックコントラクトは、コネ
クションが行われている間、一定量の帯域幅をコネクシ
ョンに対して継続的に利用できることを予測してコネク
ションを確立するソースには適切である。従って、ネッ
トワークがＤＢＲコネクションに委ねる帯域幅は、ＰＣ
Ｒ値によって特徴づけられる。さらに、そのようなコネ
クションでのセルまたはパケットのフローは、もしそれ
がＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τ_PCR ）に適合していれば、
トラフィックコントラクトを遵守している。一方、ＳＢ
Ｒトラフィックコントラクトは、ＳＣＲとτ_IBT および
ＰＣＲとτ_pcTの通知された選択を考慮に入れた既知の
トラフィック特性を有するアプリケーションに適してい
る。ＳＢＲまたはｒｔ−ＳＢＲフローは、もしそのフロ
ーがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τ_PCR ）だけでなく、ＧＣ
ＲＡ（１／ＳＣＲ，τ_IBT ）にも適合する場合、そのト
ラフィックコントラクトを遵守している。

【００１０】前述したように、ＡＢＲトラフィックコン
トラクトは、予約されていない帯域幅を使用した結果と
して生じる情報転送レートにおける動的な変化を許容で
きるアプリケーションに適している。ＰＣＲとＭＣＲ
は、そのようなコネクションを確立するソースによって
指定され、これらのパラメータはネットワークとの折衝
の対象となる。したがって、ＡＢＲコネクションについ
て利用できる帯域幅はＭＣＲ（零でもよい）と、定義さ
れた割り当てポリシーにより、予約されていない帯域幅
をＡＢＲコネクションの間で共用することによって生じ
る可変セルレートとの和である（即ち、ソースがその指
定されたＭＣＲを上回って受信する帯域幅は、折衝され
たＰＣＲだけでなく、ネットワークポリシーにも依存す
る）。ネットワークからのフィードバックにより、ソー
スアプリケーションは、ＡＢＲコネクションに対してセ
ルまたはパケットを送るレートを動的に調整することが
できる。ＡＢＲフローは、ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τ
_MCR ）に適合していれば、常にトラフィックコントラク
トを遵守しており、ＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τ_PCR ）に
適合していなければ、常に非遵守である。ＭＣＲとＰＣ
Ｒの間の領域における適合性は、ＡＢＲフードバックに
依存し、従って動的に決定される。

【００１１】ＵＢＲトラフィックコントラクトは、ＡＢ
Ｒコントラクトに類似しているが、ＵＢＲコントラクト
は、ＭＣＲの仕様に順応できず、また動的な適合定義を
有しない。したがって、ＵＢＲフローは、もしそれがＧ
ＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τ_PCR）に適合していれば、トラ
フィックコントラクトを遵守している。

【００１２】Ｂ．トラフィック成形 ＩＴＵ−Ｔ勧告１．３７１は、トラフィックを下記の点
に関し、トラフィック記述子に適合させるためにネット
ワーク要素でのトラフィックの再成形の可能性について
言及している：

【００１３】「トラフィック成形は、ＱｏＳの目標値を
満たしながらネットワーク効率を改善するため、または
後続のインターフェースでの適合を確保するために、Ｖ
ＣＣまたはＶＰＣ上のセルストリームのトラフィック特
性を変更して、これらのトラフィック特性の要求される
変更を達成するメカニズムである。トラフィック成形
は、ＡＴＭコネクション上のセルシーケンスの完全さを
維持しなければならない。成形はセルフローの特性を変
更し、その結果、セルの平均転送遅れを増加させるもの
である。

【００１４】トラフィック成形の例は、ピークセルレー
トの低減、バースト長さの制限、セルの時間間隔を適切
にすることによるＣＤＶの低減、およびキューサービス
方式である。

【００１５】トラフィック成形を行うか否か、またそれ
をどこで行うかはネットワークオペレータの選択によ
る。例えば、ネットワークオペレータは好適なＵＰＣ／
ＮＰＣ機能とともにトラフィック成形を行うことを選択
できる。

【００１６】分離したセルフローまたは集合的セルフロ
ーに関してトラフィック成形を行うことはオペレータが
選べるオプションである。

【００１７】したがって、如何なるＡＴＭコネクション
に対してもトラフィック成形を行うことができる。

【００１８】ネットワークオペレータ／サービスプロバ
イダが利用できるオプションには以下のものがある：

【００１９】ａ．成形なし ・如何なる成形機能も用いることなく、ネットワーク出
口における適合性を確保しながらネットワーク入口にお
ける適合セルの任意のフローを許容できるようにネット
ワークの寸法又は次元(dimension) を決める。

【００２０】ｂ．成形あり ・入口における適合セルの任意のフローが、ＱｏＳ目標
値を満たしながらネットワークまたはネットワークセグ
メントによって運ばれるようにネットワークの寸法を決
めるとともに動作させ、出口における適合テストを満た
すようにトラフィックの出力成形を行う。

【００２１】・ネットワークまたはネットワークセグメ
ントの入口におけるトラフィックを成形し、ＱｏＳ目標
値およびネットワークまたはネットワークセグメントの
出口におけるその後の適合テストを満たすとともに、成
形によって得られたトラフィック特性にしたがってリソ
ースを割り当てる。

【００２２】また、ソースによってまたはＵＮＩにおい
て発生されるセルが、使用されるＡＴＣに関する折衝ト
ラフィックコントラクトに適合していることを確実にす
るために、顧客の装置内、またはソースにおいてトラフ
ィック成形を使用してもよい（５．５章参照）。」ＩＴ
Ｕ−Ｔ勧告１．３７１、６．２．５章。

【００２３】Ｃ．リアルタイムおよび非リアルタイムコ
ネクションのためのスケジューリング／現存のツールお
よび技術 知られているように、もし「ベストイフォート」のイン
ターネットサービスまたはＡＢＲ ＡＴＭサービスを採
用するアプリケーションの間で帯域幅が「フェア」に分
割されない場合、種々の好ましくない現象が生じるであ
ろう。

【００２４】現在、殆どのＡＴＭスイッチではＦＩＦＯ
キューイングが実施されている。しかし、ＦＩＦＯキュ
ーイングは、ＡＢＲトラフィックに使用した場合、異常
な挙動を示す。また、ＦＩＦＯは、正しく行動している
ユーザーを誤って行動しているユーザから保護できない
（アイソレーションを提供しない）。このような欠点の
ため、重み付けフェアキューイングなどの非ＦＩＦＯキ
ューイングメカニズム、またはラウンドロビンのような
フェアキューイングに近似した方式がしばしば提案され
る。

【００２５】非弾性的帯域幅を要求する種類のサービス
は、時として、データが拘束ジッター（即ち、セルまた
はパケットの遅延変動が制限されていること）を伴って
ネットワークを介して伝送されることを要求する。知ら
れているように、リアルタイムストリームに対して拘束
ジッターを提供するために重み付けフェアキューイング
を使用することができる。さらに、仮想クロックおよび
自己計時型フェアキューイングの密接に関連したメカニ
ズムを使用するシステムのために試験済の遅延制限を提
供できる。

【００２６】したがって、弾性（ベストイフォート／Ａ
ＢＲ）サービスと非弾性（またはリアルタイム）サービ
スの何れもがフェアキューイングおよび関連するアルゴ
リズムを使用することによって利益を受けることが知ら
れている。

【００２７】１．重み付けフェアキューイングおよび仮
想クロック フェアキューイングおよび関連のアルゴリズム（例え
ば、フレームベースのフェアキューイング、欠陥ラウン
ドロビンなど）はパケットまたは他のデータ転送単位
（例えば、ＡＴＭセルはここでの議論においてはパケッ
トである）のシーケンスに対して作用する。ＡＴＭの場
合、これらのシーケンスはＶＣＩまたはＶＰＩの何れか
によって認識され、この認識に適したインターネットの
プロトコルは＜ＩＰアドレス、プロトコル、ポート＞ト
リプル（ＩＰｖ４）またはフロー識別子（ＩＰｖ６）に
基づくものである。自己計時型重み付けフェアキューイ
ングおよび仮想クロックの何れにおいても、パケットは
タイムスタンプによって順序づけられる（ソートされ
る）（ラウンドロビンなどの方式はタイムスタンプによ
ってパケットの順序づけに対して近似を行う）。このタ
イムスタンプは仮想終了時刻を表し（またはパケットの
仮想開始時刻を同様に表す）、開始時刻を得るととも
に、パケット長に、特定のパケットシーケンスに対して
の帯域幅の割り当てを表す重みを掛けることによって得
られるオフセットを加えて計算される。

【００２８】より詳細には、仮想クロックの場合、仮想
終了時刻は下記のように計算される。

【００２９】 VT(f,0) ＝ 0 VT(f,j+1) ＝ max｛到着(f,j+1), VT(f,j)｝+ 長さ(f,j+1)/レート(f) （１） 但し、VT(f,j) はフロー（仮想回線）f のパケット j
に関連する仮想終了時刻であり、到着(f,j) はフロー f
のパケット j の到着時刻であり、長さ(f,j) はフロー
f のパケット j の長さである。

【００３０】自己計時型重み付けフェアキューイング
は、下記式に従って仮想終了時刻を指定する。

【００３１】 VT(f,0) ＝ 0 VT(f,j+1) ＝ max｛システム仮想時刻, VT(f,j) ｝+ 長さ(f,j+1)*重み(f) （２） 但し、システム仮想時刻は、パケット(f,j+1) が到着す
る時刻において提供される（出力される）パケットに関
する仮想時刻である。

【００３２】ＡＴＭの場合、セルが固定サイズ（例え
ば、５３バイト長）であるため、パケット長は一定であ
る。したがって、式（１）および式（２）の最右項は、
フロー毎の定数になる。仮想クロックの場合、式を下記
のように単純化できる。

【００３３】 VT(f,j+1) ＝ max｛到着(f,j+1), VT(f,j)｝+ 定数(f) （３）

【００３４】自己計時型重み付けフェアキューイングの
場合、式を下記のように単純化できる。

【００３５】 VT(f,j+1) ＝ max｛システム仮想時刻, VT(f,j) ｝+ 定数(f) （４）

【００３６】即ち、仮想クロックまたは自己計時型重み
付け型フェアキューイングを実施するＡＴＭキューイン
グポイントは下記のステップを行う。

【００３７】１）ＶＣについての現在の仮想時刻（ａ）
と、セルの到着時刻ｉ）とシステム仮想時刻ii）の何れ
か（ｂ）との間の最大値を計算し、 ２）上記ステップ１の結果に、帯域幅のＶＣの占有率を
表すＶＣ毎の定数を加え、 ３）ステップ１と２によって指定した仮想タイムスタン
プの値が増加する順序でセルを提供（それらを送信）す
る。

【００３８】２．優先権 一つのトラフィッククラスに他のものより高い優先権を
与えるということは、もし高い優先順位を有するトラフ
ィッククラスが転送の準備のできたセル群を有していれ
ば、これらのセル群は、常に優先順位の低いトラフィッ
ククラスのセルに優先して伝送される。

【００３９】優先権のメカニズムは先制的（preemptiv
e）であることも非先制的であることもできる。この用
語はオペレーティングシステムの文献から由来してい
る。非先制的優先権メカニズムは、スケジューリング時
刻において対象物（オペレーティングシステムの世界で
はプロセスであり、ＡＴＭの世界ではＶＣ）に対して優
先順位を与え、対象物はそれが提供されるまでこの優先
順位を維持する。他方、先制的優先権メカニズムは、対
象物が提供されるのを待っている間に対象物の優先順位
を変えることができる。例えば、先制システムでは、
「このＶＣを優先順位３でスケジュールする」と言うこ
とはできるが、もしそれが２００マイクロ秒の間に提供
されない場合には、その優先順位が２に上げられる。

【００４０】３．作業維持および非作業維持キューイン
グ 「作業維持（work conserving）」という用語は、作業
が作られることもないし破壊されることもない任意のキ
ューイングシステムを示すために時々使用される。この
用語と一致して、待機セルが与えられた時、常にセルを
出力リンクに伝送するスイッチは、「作業維持スイッ
チ」である。純粋なＦＩＦＯを採用するスイッチ、重み
付けフェアキューイングまたは仮想クロックスケジュー
リングアルゴリズムは全て作業維持型である。これに対
し、非作業維持型スイッチは、セルが転送のために待機
していても、セルを送信しないことを選択できる。後で
分かるように、これを行う方法は、特定のセルを伝送す
る前に現時刻がそのセルに関連したタイムスタンプに等
しいか大きくなるまで待つようにスイッチをプログラム
することである。

【００４１】作業維持スイッチは、伝送リンクを完全に
利用しようと試みるが、必ずしもバーストを除いたり、
阻止したりしない。これに対し、非作業維持スイッチ
は、より厳しい適合テスト（即ち、より小さいτを有す
るＧＣＲＡ）を満たすようにトラフィックを再成形する
ためにセルを戦略的に遅延させることができる。さら
に、所定のコネクションに指定された量のバッファリン
グが割り当てられるだけの非作業維持スイッチは、割り
当てられたバッファ空間をオーバーフローするセルを捨
てるかもしくはそれにタグを付けることによってポリー
シング（policing）機能（ＩＴＵではＵＰＣ／ＮＰＣと
呼ぶ）を行う。非作業維持キューイングシステムの例
は、仮想時間は実時間よりも速く過ぎる（立ち往生する
か、非作業維持状態になる）ことが許されない仮想クロ
ックアルゴリズムを改造したストールド(stalled) 仮想
クロックである。

【００４２】４．カレンダキュー カレンダキューは、アクションを時間順に並べたリスト
で、各アクションは、実時刻がそのアクションに関連す
る時刻と等しいかそれを越えた時にキューから取り出さ
れて実行される。時間間隔が制限されたカレンダキュー
は、「タイムホイール(time-wheel)」または「タイムラ
イン(time-line) 」として知られている線型アレーとし
て表すことができる。タイムホイールはバケットに対す
る事象をポインタに対して相対的に割り当てるもので、
ホイールサイズを算術モジュロとして使用してバケット
インデックスが計算される。これらのデータ構造は、キ
ューイングメカニズムとして文献で良く知られている。
タイムホイールでは、絶対時刻は、現時刻（実時刻）に
対するオフセットとして表され、アレー中の各要素は、
それらが属するバケットに対して指定された時刻に実行
すべき一つ以上のアクションを（典型的には、リンクさ
れたリストの形態で）含むバケットである。そのような
タイムホイールのバケットの何れのものも空であること
ができる、即ちそれに関連する事象を有しなくてもよ
い。

【００４３】各タイムホイールについて、二つの重要な
時間ｔ_earliestとｔ_latestがあり、これらはアレー中の
アクティブエントリーについてのヘッドポインタおよび
テイルポインタに対応し、ｔ_earliestは、提供すべき次
のエントリー（例えば、パケットまたはセル）の時刻で
あり、ｔ_latestは、スケジュールされた事象を含む最新
の（時間的に最も遠い）バケットに関連する時刻であ
る。ｔ_earliestとｔ_{late st}の間の差はタイムホイールの
長さｂから１を引いた長さを越えることはできない。こ
れは、時間がモジュロｂを維持していると見ることによ
り、そして、ｂ−１を越えるオフセット（仮想クロック
または重み付けフェアキューイングにおいてそれぞれレ
ートまたは重みの何れかを掛けたパケット長）が無いこ
とを確実にすることによって確実にされる。ＯＣ−３の
速度（１４９．７６ｍｂｐｓ−ＳＯＮＥＴペイロードレ
ート）で動作するＡＴＭリンクの場合、リンク上に秒当
たり約３５３２０８セルが存在する。したがって、もし
６４Ｋｂｐｓ（音声電話の速度）のフロー（ＡＡＬタイ
プ１が使用される場合には、毎秒約１７４セル）が、サ
ポートすべき最も遅い速度のコネクションで、最も遅い
速度に対する最も早いサポートされた速度の割合は２０
２９、切上げると２¹¹となる。この割合は、実時刻を計
算する間に加算される最大オフセットである。したがっ
て、長さが２０３０（２の冪乗への切上げを考慮にいれ
ると２０４８）のタイムホイールは、６４Ｋｂｐｓから
完全なＯＣ−３リンクの速度までの間の速度の回線に関
連する実時刻をコード化するのに充分である。

【００４４】タイムホイールアレーの長さは、アレー要
素が２以上のタイムオフセットを含むことができるよう
にすることによって減少できる。例えば、もし上記のタ
イムホイールが２０４８要素から２５６要素に減少され
た場合、各バケットはその中にマップ化した８個のタイ
ムオフセットを有するであろう。複数オフセットに及ぶ
単一のバケット内のアクションは、狂った順番で行われ
るかも知れないが、バケットの間ではアクションは順番
どおりになるであろう。これにより、カレンダキュー内
のアクションの順序付けの精度が低下するという犠牲を
払って、そのようなタイムホイールに割り当てる必要が
あるメモリの量を減少できる。

【００４５】Ｄ．複数出力チャネル上での時間多重フロ
ーのためのトラフィック成形 時間多重化されたパケットまたはセルのフローをそれら
のトラフィックコントラクトに適合させるのに必要な何
れのトラフィック成形は、異なった出力チャネルのため
のフローを相互に分離するのに必要な切り替えまたはル
ーチング動作が完了した後で実施するのが好ましい。こ
れにより、マルチプレクサのスループット効率を最適化
できる。

【００４６】しかし、以前の出力待機ＡＴＭスイッチは
一般に、ＦＩＦＯ（先入れ、先だし）出力バッファを採
用していた。これらのバッファはそれらを通過するフロ
ーの何れのものの再成形の制御に関与できない。その代
わり、これらのバッファから出力されるＶＣ毎の時間多
重フロー（per-VC time mutiplexed flows）は、本質的
にそれらの中ににロードされる入力フローの時間多重複
合物である。勿論、これらの出力フローは、バッファの
固有待ち時間のために入力フローに対して時間的に遅延
される。また、もし異なるフローのデータ転送制限の間
でスケジューリングの衝突が発生した場合にはこれらの
出力フローの一つ以上のもののセル遅延変動（ＣＤＶ）
が増加するであろう。何故なら、これらの干渉は、所謂
「伝送衝突」を引き起こすからである。

【００４７】後で分かるように、ＣＶＤの増加は、比較
的トレランスが厳しいＤＢＲトラフィックのようなトラ
フィックの場合、特にやっかいなものである。したがっ
て、もしソースとデスティネーションの間の各ホップ
が、上記の形式の単純なＦＩＦＯ出力キューを含む場
合、その指定されたトレランス内での適合性を確保する
ために、このＣＤＶに敏感なトラフィックが作ることが
できるホップの数を制限することが必要になるであろ
う。

【００４８】したがって、時間多重出力の送出のために
複数入力から複数出力へトラフィックを送る、ＡＴＭス
イッチまたはその他のルーターのためのより効率的でよ
り効果的なトラフィック成形メカニズムとプロセスに対
するニーズがあることは明らかである。

【００４９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、アベイラブ
ルビットレートサービスのためのフロー毎待機ルーチン
グメカニズムにおけるレート成形を提供するものであ
る。

【００５０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の態様
は、パケット交換通信システムにおいて、コントラクト
を含み、それぞれのフローの個々のネットワークトラフ
ィックコントラクトに実質的に適合するように時間多重
フローのパケットを連続的に送出するトラフィック成形
装置であって、前記コントラクトは、それぞれのピーク
パケット送出レート及び前記フローのうちいくつかの関
連ピークレートトレランスを指定するとともに、相互排
他的カテゴリー、即ち、それぞれがコントラクト指定の
関連最小レートトレランスを有する非ゼロ最小パケット
送出レートを有するカテゴリーＡフローと、ゼロパケッ
ト送出レートを許容するトラフィックコントラクトを有
するカテゴリーＢフローのうちの１つに前記フローの各
々を分類し、前記トラフィック成形装置は、待ち行列の
順番の先頭にある最も古い未決のパケットに従ってそれ
ぞれの待ち行列中の前記いくつかのフローを含むアクテ
ィブフローの未決パケットを編成するキューイングメカ
ニズムを含み、前記キューイングメカニズムに結合さ
れ、送出のために前記アクティブフローのパケットをス
ケジュールするスケジューリングメカニズムを含み、前
記スケジューリングメカニズムは、相対的に優先順位が
高い非作業維持カレンダキューと、少なくとも１つの相
対的に優先順位が低い作業維持キューと、前記優先順位
が高いキュー及び優先順位が低いキューに相対して優先
順位が未決定の他の非作業維持キューとを含み、前記ス
ケジューリングメカニズムは、（i)前記優先順位の高い
非作業維持カレンダキューにおいて、第１の所与のフロ
ーのための指定された最小送出レートに対してトレラン
スを越えるレートで前記第１フローのパケットが送出さ
れている際に、前記第１フローのためのコントラクト指
定の最小送出レートを越えるレートで送出するように、
(ii)前記他の非作業維持カレンダキューにおいて、前記
第１フローのパケットが前記第１フローの指定されたピ
ーク送出レートに対してトレランスを越えるレートで送
出されている際に、前記第１フローのための指定された
ピーク送出レートとほぼ同一のレートで送出するよう
に、(iii) 前記作業維持キューにおいて、前記第１フロ
ーのパケットが前記第１フローのトラフィックコントラ
クトに従って送出されている際に、選択した連続的サー
ビス戦略に従って送出するようにあらゆる所与のカテゴ
リーＡのパケットをスケジュールし、前記スケジューリ
ングメカニズムは、(iv)前記他の非作業維持カレンダキ
ューにおいて、第２の所与のフローのパケットが前記第
２フローのための指定されたピーク送出レートに対して
トレランスを越えるレートで送出されている際に、前記
第２フローのための指定されたピーク送出レートとほぼ
同一のレートで送出するように、(v)前記作業維持キュ
ーにおいて、前記第２フローのパケットが前記第２フロ
ーのトラフィックコントラクトに従って送出されている
際に、前記選択した戦略に従って送出するように、あら
ゆる所与のカテゴリーＢのパケットをスケジュールす
る。

【００５１】本発明の請求項２の態様は、パケット交換
通信システムにおいて、コントラクトを含み、それぞれ
のフローの個々のネットワークトラフィックコントラク
トに実質的に適合するように時間多重フローのパケット
を連続的に送出するトラフィック成形装置であって、前
記コントラクトは、前記フローのうちいくつかにそれぞ
れの許容ピークパケット送出レートを委ねるとともに、
相互排他的カテゴリー、即ち、それぞれの非ゼロ許容最
小パケット送出レートが委ねられるカテゴリーＡフロー
と、ゼロパケット送出レートを許容するトラフィックコ
ントラクトを受けるカテゴリーＢフローのうちの１つに
前記フローの各々を分類し、前記トラフィック成形装置
は、待ち行列の順番の先頭にある最も古い未決のパケッ
トに従ってそれぞれの待ち行列中の前記いくつかのフロ
ーを含むアクティブフローのパケットを編成するキュー
イングメカニズムを含み、前記キューイングメカニズム
に結合され、送出のために前記アクティブフローのパケ
ットをスケジュールするスケジューリングメカニズムを
含み、前記スケジューリングメカニズムは、相対的に優
先順位が高い非作業維持カレンダキューと、少なくとも
１つの相対的に優先順位が低い作業維持キューと、前記
優先順位が高いキュー及び優先順位が低いキューに相対
して優先順位が未決定の他の非作業維持キューと、前記
優先順位が高いキュー及び優先順位が低いキューからの
監視送出に結合して前記優先順位が高いキュー及び優先
順位が低いキューにおいてスケジュールされたパケット
を選択的にスケジュールしない制御メカニズムを含み、
前記スケジューリングメカニズムは、(i) それぞれのフ
ローのための最小レート委託を越えるレートで送出する
ように前記優先順位の高いカレンダキューの各フローの
パケットをスケジュールし、かつ（ii) 所定の作業維持
キューから出す戦略に従って送出するように前記パケッ
トを前記作業維持キューに入れることによってあらゆる
カテゴリーＡフローのパケットを準備し、従ってこれら
のカテゴリーＡフローのパケットの競合状態を作り出
し、前記制御メカニズムは、各パケットが前記優先順位
の高いキュー及び前記作業維持キューのうちの１つによ
って送出に達する際に、このパケットを前記キューの他
のパケットの中から取り出すことによって前記遅れてい
るカテゴリーＡフローのパケットの前記競合状態を解決
し、前記スケジューリングメカニズムは、それぞれのフ
ローに委ねられる許容ピーク送出レートを越えるレート
で送出されているあらゆるカテゴリーＡフロー及びカテ
ゴリーＢフローのパケットを、それぞれのフローに委ね
られるピーク送出レートとほぼ同一のレートで送出する
ように前記他の非作業維持カレンダキューにおいてスケ
ジュールし、前記スケジューリングメカニズムは、それ
ぞれのフローのためのコントラクトによる委託に適合す
るレートで送出されているあらゆるカテゴリーＢフロー
のパケットを、前記作業維持キューから出す戦略に従っ
て送出するように前記作業維持キューに入れる。

【００５２】本発明の請求項３の態様は、それぞれのフ
ローのための個々のトラフィックコントラクトに実質的
に適合するように、複数の時間多重フローの固定ビット
長パケットを既知の帯域幅のリンクに連続的に送出する
トラフィック成形プロセスにおいて、前記フローの少な
くともいくつかを、前記いくつかのフローのためにゼロ
よりも大きいそれぞれのピークレート及び最小パケット
送出レートを指定するそれぞれのアベイラブルビットレ
ートトラフィックコントラクトに成形するルーチンであ
って、前記ルーチンは、待ち行列の順番の先頭にある最
も古い未決のパケットに従ってそれぞれの待ち行列中の
前記いくつかのフローを含むアクティブフローのパケッ
トを編成するステップを含み、アベイラブルビットレー
トトラフィックコントラクトを有するフローのために前
記リンクで利用可能な帯域幅を前記既知の帯域幅のパー
セントとして動的に決定するステップを含み、アベイラ
ブルビットレートトラフィックコントラクトを有するア
クティブフローの数を動的に決定するステップを含み、
アベイラブルビットレートトラフィックコントラクトを
受ける各フローのキューパケットの各先頭に対して、前
記フローのためのコントラクト指定の最小送出レートに
基づいた第１の理論的送出時刻と、アベイラブルビット
レートフローのために前記リンクで利用可能な帯域幅の
アクティブアベイラブルビットレートフロー毎の割り当
てに基づいた第２の理論的送出時刻と、前記フローのた
めのコントラクト指定のピーク送出レートに基づいた第
３の理論的送出時刻とを決定するステップを含み、前記
第２及び第３の理論的送出時刻のうち最も早いものを放
棄するステップを含み、残りの前記理論的送出時刻のう
ち最も早い時刻で送出するように非作業維持キューにお
いて前記パケットをスケジュールすることを含む。

【００５３】

【発明の実施の形態】Ａ．代表的な環境 図面、特に図１を参照すると、ＡＴＭスイッチ２１の入
力および出力ポートは、典型的には、Ｕｔｏｐｉａ２イ
ンターフェースを介して１個以上の物理層に結合され、
第２の好適なインターフェースを介してスイッチ制御プ
ロセッサモジュール２２に接続されている。これによ
り、スイッチ２１は、接続された任意の物理層とデータ
およびコントロールセルを交換し、また制御プロセッサ
モジュール２２と制御セルを交換する。この標準的なプ
ラクティスと調和して、通信チャネルは一方向性であ
り、したがって、双方向通信には一組のチャネルが必要
である。

【００５４】スイッチ２１は、入力キューからＶＣ毎出
力キューへデータおよび制御セルをスイッチングするた
めに、スイッチングファブリック２４、ファブリック制
御モジュール２５およびリザベーションリング２６を含
んでいる。これらのキュー中のセルはデータメモリ２７
中のデータパスに記憶され、これらの入力および出力キ
ューはキュー制御モジュール２８によって管理される。
典型的には、データメモリ２７は、最大で約１２０００
セルを記憶できる容量である。データおよび制御セルフ
ローのコネクションレコードは、制御プロセッサモジュ
ール２２へのルーチングのための、レート基準エンジン
／トラフィックマルチプレクサ３１によって捕らえられ
る所定の形式の制御セルと共に制御メモリ２９内の制御
パス中に記憶される。制御ＲＡＭ２９は、最大で約８２
００のコネクションレコードと６４Ｋのセルレコードを
記憶できることが好ましい。制御プロセッサモジュール
２２とスイッチ２１との間の相互作用は本発明の範囲を
越えているので、本明細書では記載しない。しかし、Ａ
ＴＭスイッチの設計に詳しい人であれば、制御プロセッ
サは主にコネクションの確立および終了、並びＯＡＭ
（Operation and Maintenance）機能を実施する責任が
ある。

【００５５】スイッチ２１のデータパスは所定のレー
ト、例えば４０ＭＨｚで同期的にクロック動作される。
しかし、従来の同期パイプライン設計のプラクティスに
合わせ、このクロック信号の位相は、一つのパイプライ
ンのステージから次のステージへと転送される前に落ち
つくために適切な時間をデータに与えるために、データ
経路に沿った異なった点で異なった量だけ（図示しない
手段により）遅延される。

【００５６】標準的なプラクティスに従い、デスティネ
ーションと通信することを望むソースは、スイッチ２１
が存在するＡＴＭネットワークとの折衝を、ネットワー
クに対してＳＥＴＵＰメッセージを送ることによって開
始する。このメッセージは、デスティネーションを識別
し、要求されたコネクションのための関連トラフィック
パラメータの全てを明示的または黙示的に指定する。も
しネットワークが、これらのトラフィックパラメータ
（または、ソースが受け入れることを希望しているパラ
メータの変形版）によって定義されるトラフィックコン
トラクトに委ねるための準備ができている場合には、ネ
ットワークはＳＥＴＵＰメッセージをデスティネーショ
ンへ送る。そして、デスティネーションが、トラフィッ
クコントラクトの条件に従ってソースからメッセージト
ラフィックを受信する準備ができていれば、デスティネ
ーションはＣＯＮＮＥＣＴメッセージをソースに返す。
このＣＯＮＮＥＣＴメッセージは、トラフィックコント
ラクトに適合するセルフローのための指定された仮想パ
ス（ＶＰ）内の指定された仮想回線（ＶＣ）上にコネク
ションが確立されたことを確認するものである。ＩＴＵ
−Ｔ勧告０．２３９１およびＡＴＭフォーラムＵＮＩ
４．０仕様を参照のこと。これらの信号伝達プロトコル
を発生させることなく、供給することにより「永久」仮
想コネクションを確立できる。

【００５７】コネクションが確立された後データセルが
流れ始める。図２に示すように、セルの形は、スイッチ
２１が行う動作のためにスイッチ２１を通過するにつれ
変化する。マルチキャスティングのためにセルを複写し
てもよいが、下記の議論は、不必要に複雑になることを
避けるためにユニキャストの動作に限定する。

【００５８】図２に示すように、スイッチ２１が受信す
る各上りのセル４１は、ＶＰインデックスとＶＣインデ
ックスを含むヘッダを有している。これらのインデック
スは、コネクションの一つのホップについての固有アド
レスを定義するために組合わさる。コネクションは複数
のホップから構成することができ、したがって次のフー
プのためのＶＰおよびＶＣインデックスは、図２におい
て４２で示されているように、スイッチ２１を通過する
時にセルのヘッダーに書き込まれる。

【００５９】スイッチ２１は、関連するフローのための
コネクションレコードが存在する制御ＲＡＭ２９内のア
ドレスを計算するために上りのセル（図２の４１）のＶ
ＰおよびＶＣインデックスを採用する。典型的には、こ
のコネクションレコードは、フローがスイッチ２１から
出ていく出力ポート（即ち、スイッチレベルでのデステ
ィネーション）を認識するためのビットベクトル、粒状
の優先権スケール（granular priority scale）上での
フローの相対的な優先順位を識別するための優先権イン
デックス、およびスイッチ２１内のフローを唯一的に識
別する回線インデックス（「Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｄｅ
ｘ」）を含んでいる。図２において４３で示されている
ように、これらのコネクションパラメータはセルヘッダ
内に書き込まれる。そして、セルがデータＲＡＭメモリ
ー２９へ書き込まれ、セルに対してのポインタが複数の
ＦＩＦＯ入力キューの適切な一つとリンクされる。な
お、キューの選択は関連するフローの優先順位に基づい
て行われる。

【００６０】入力キュー内のキューセルのヘッドの相対
的な優先順位が、各セルタイムの間に調べられ、最も高
い優先順位を有するキューセルのヘッドが、次のアービ
トレーション（arbitration）セッションの間のアービ
トレーションのために選択される。さらに、キューセル
の優先順位のより低いヘッド（即ち、キューセルの任意
の選択されていないヘッド）の優先順位は（図略の手段
により）一定量ずつ増加され、これによって、次のアー
ビトレーションセッションにおけるアービトレーション
のためにセルが選択される可能性を増加させる。したが
って、優先権が高い入力キューは、優先権が低いキュー
よりも単位時間当たりのスループットが大きいが、優先
権が低いキューは、キューセルのヘッドの優先順位が時
間とともに増加するため、遅れが制限される。

【００６１】各アービトレーションサイクルは、スイッ
チ２１の１セル時間を必要とし、したがってアービトレ
ーションのために選択されるセルのルーテング情報は、
アービトレーションに勝ったセルまたはセル群のペイロ
ードがスイッチングファブリック２４へ放出されるより
１セル時間だけ前にリザベーションリング２６に供給さ
れる。即ち、図２において４４で示すように、リザベー
ションリング２６とスイッチファブリック２４によって
受信されるセルは、次のアービトレーションサイクルの
ためのセル（即ち「現在セル」）のヘッダから構成され
ており、これに前のアービトレーションサイクルでアー
ビトレーションに成功したセル（即ち「前のセル」）の
ボディーまたはペイロードが続いている。したがって、
セルボディーがファブリック２４に到着すると、これら
のセルをそれらの出力ポートデスティネーションにそれ
ぞれ送るためにファブリックがファブリック制御装置２
５によって既に構成されている。

【００６２】図示の実施の形態では、アービトレーショ
ンおよびルーチングのためにセルが４ビット幅のニブル
に分解される。この後（スイッチングプロセスのテスト
を行うために提供されるであろう「アイドルセル」を除
き）、セルが再び組み立てられ、（ａ）スイッチ２１の
適切な出力ポートへの時間的にスケジュールされた転送
のため、および／または（ｂ）制御プロセッサモジュー
ル２２への転送のために、データパス、制御パス、また
はその両方においてキューに入れられる。スイッチ２１
の出力ポートへのセルの時間的にスケジュールされた転
送が本発明の中心であり、以下これについて更に述べ
る。一方、セルの分解と再組立、テストプロセス、およ
び制御プロセッサ２２のＲＭ（Resource Management）
およびＯＡＭ（Operation and Maintenance）セルとの
相互作用は深く考える必要のない付随的なトピックであ
る。

【００６３】図３を参照すると、スイッチ２１はスイッ
チングファブリック２４の出力側、即ち送信側でファン
アウトしていることが分かるであろう。したがって、ス
イッチ２１の一つの出力チャネルのみが示されている
が、このチャネルは他のチャネルを代表するものである
ことが分かるであろう。

【００６４】図示のように、スイッチングファブリック
２４からのセルボディーおよびそれらの関連する回線イ
ンデックスを受け入れるためにフィルセルモジュール５
１を設けることが好ましい。スイッチングファブリック
２４の出力側の「有効セル時間」は、通常のセルタイム
の「ｋ」増速ファクターに対する割合によって決定され
る。したがって、例えば、もし通常のセル時間が１１３
クロックサイクル／セルである場合、スイッチングファ
ブリック２４の出力側での有効セル時間は、ｋ＝２であ
れば、５６．５サイクル／セルである。

【００６５】有効なセルが受信された時、フィルセルモ
ジュール５１は、典型的に、セルをデータメモリ２７へ
書き込むためのデータ構造についてのリンクされ番号の
付けられたフリーリスト５２から出力されるセル構成を
用いる。このため、フィルセルモジュール５１は、要求
に応じて、フリーリスト５２の一番上からセル構造を読
み出すためのフッチステートマシーン５３を含んでいる
ことが好ましい。これにより、フィルセルモジュール５
１は、セルフロー制御ユニット５５にセルの到着を知ら
せるために送る「到着」メッセージへ、セルについての
回線インデックスと、データメモリ２７内のセルの位置
についてのポインタを挿入することができる。回線イン
デックスにより、フロー制御ユニット５５は、制御メモ
リ２９内のコネクションレコードからセルが属するＶＣ
またはフローを突き止めることができる。そして、セル
フロー制御ユニット５５はフローのトラフィック成形状
態をチェックできる。フロー制御ユニット５５がこれら
の制御セルを認識し、またそれらがデータパス、制御パ
ス、またはその両方においてキューに入れられているか
否かを決定できるようにするためにＯＡＭ／ＲＭリコグ
ナイザ５７を設けるのが有利である。

【００６６】トラフィックコントラクトコンプライアン
トフローのセルのためのメモリポインタは、セルフロー
制御ユニット５５がキュー制御ユニット５８へ送る「ａ
ｄｄＣｅｌｌ」メッセージに応答してＶＣ毎のキュー内
に入れられる。各ａｄｄＣｅｌｌメッセージは、それが
属するセルおよび関連するフローまたはＶＣのための回
線インデックスを識別する。また、ａｄｄＣｅｌｌメッ
セージは、セルがデータパス、制御パス、またはその両
方においてキューに入れられるべきか否かを示す。セル
が適切にキューに入れられると、新たにキューに入れら
れたセルを、それが属するＶＣについて将来行われるレ
ート成形演算の間に考慮すべきことをフロー制御ユニッ
ト５５に通知するために、キュー制御ユニット５８がフ
ロー制御ユニット５５に「ａｄｄｅｄ」メッセージを返
す。

【００６７】キュー制御ユニット５８が、それぞれのキ
ューにセットされている深さ制御の制限に関するＶＣ毎
キューの長さをモニターするのが有利である。これによ
り、制御ユニット５８は、ＶＣ毎のキューが過剰に長く
なった時、ＡＢＲフローに対してのコンゲッション制御
動作を開始することができる。また、制御ユニット５８
は、トラフィックコントラクトを越えているフローを特
定し、そのような適合しないフローのセルを削除するか
または記録するための適切なポリーシング機能（図示
略）を動作させることができる。

【００６８】アドミッションコントローラ６１は、キュ
ー制御ユニット５８から返される「ａｄｄｅｄ」メッセ
ージを監視し、スケジューラ６２に、空でないＶＣ毎キ
ューのためのキューセルのヘッドがスケジュールされた
時刻に転送されるようにカレンダキュー６３上に組み入
れる。スケジューラ６２は、カレンダキュー６３上への
キューセルのヘッドの組入れを、それらのためにスケジ
ューラ６２が計算するそれぞれの仮想終了時刻ＶＴ
（ｆ，ｊ＋１）（または「仮想開始時刻」）に従って行
うために、ＶＣ毎の仮想クロックを採用している。上記
Ｃ．１を参照。

【００６９】カレンダキュー６３は、スケジュールされ
たセルがスケジュールされた時刻よりも前に伝送のため
に放出されることを阻止するため、システムの「実時
刻」と「現在時刻」を追跡する。即ち、スケジューラ６
２とカレンダキュー６３は、ストールド仮想クロックを
提供し、このため伝送することがスケジュールされたセ
ルは、システムの実時刻が各々の伝送時刻に達した時の
みに、伝送のために放出される。図示のように、カレン
ダキュー６３によって伝送のために放出されたセルを有
するコネクションは、伝送リスト６５上の伝送の準備が
できているセルを有するコネクションのリンクリストに
リンクされる。

【００７０】カレンダキュー６３はフロー制御ユニット
５５に対して、任意の所定のコネクション上での伝送の
ためにセルを放出するか否かを知らせる。すると、フロ
ー制御ユニット５５は、もし所定のコネクションのため
のＶＣ毎のキュー上の次のセル（もしあれば）について
のリファレンス（即ち、キューセルの新しいヘッド）を
要求し、アドミッションコントロール６１に、このリフ
ァレンスをスケジューリングのためにスケジューラ６２
に対して認めるべきことを通知する。これにより、アド
ミッションコントロール６１はカレンダキュー６３との
閉ループ通信に効果的に関与し、スケジューリングを認
めたキューセルのヘッドが、ＶＣ毎のキュー内の他の全
てのセルの除外に対して認められることを確実にする。
したがって、カレンダキュー６３は、一つ以上の時間制
限されたタイムホイール、または「タイムライン」６６
を採用することによって実施できる。これらのタイムホ
イールのタイムスパンは、少なくともシステムがサポー
トするように設計された最低周波数のフローの周期と同
じ程度にして時間ラップ（time wrap）によって引き起
こされる曖昧さを阻止しなければならず、好ましくは２
倍とし、これにより相対時刻を２の補数演算を使用して
比較できる。

【００７１】Ｂ．固定ビット長データ転送リミットのフ
ローの成形による指定されたピークフローレート 図４を参照すると、ストールド仮想クロック伝送制御
は、出力待機ルーチングメカニズムからのＡＴＭセルな
どの固定ビット長データ転送単位の時間多重フローを、
ＤＢＲ／ＣＢＲ ＡＴＭサービスのためのＰＣＲなどの
指定されたピークのデータ単位のフローレートに成形す
るのに非常に適していることが分かる。前述したよう
に、所定の出力ポートに送られるフローのデータ転送単
位は、送りだされた後、フロー毎キューに入れられる。
これらのキューの先頭にあるデータ転送単位は、スケジ
ューラ６２によってタイムラインカレンダキュー６３に
組み込むことがアドミッションコントローラ６１によっ
て認められる（他の全ての転送単位は除いて）。そし
て、スケジューラ６２は、これらのキュー転送単位のヘ
ッドに関してフロー毎仮想クロック演算を行い、それら
の各々の理論的終了時刻ＶＴ（ｆ，ｊ＋１）または各々
の理論的開始時刻に従ってカレンダキュー６３から放出
するようにスケジュールする。

【００７２】実時刻は、成形された時間多重出力トラフ
ィックが出力リンク７１の帯域幅を本質的に満たすこと
ができる速度でタイムライン６３上で増加させるのが有
利である。思い出されるように、スケジューラ６２が各
フローのキューメンバーのヘッドをマップ化することが
できる分解可能なタイムスロットの最大数は、これらの
フローの最低許容周波数に対する最高許容周波数の比に
基づく。したがって、実時刻がバケット毎にセルレート
の論理的倍数で増加される。

【００７３】タイムライン６３についてのリファレンス
である現在の実時刻より前であるか等しい時刻を表すタ
イムスロットに存在するデータ転送単位は、伝送のため
に選ばれる資格が有り、したがって、前述のようにして
転送リスト６５にリンクされる。しかし、タイムライン
６３の遅いタイムスロットに関連するタイムスロットに
存在するデータ転送単位は、システムの実時刻がこれら
のタイムスロットに到達するのに充分なだけ進むまで待
ちの状態になる。ロールオーバによる曖昧さを避けるた
めに、タイムライン６３は、以前にスケジュールされた
データ転送リミットに対する全てのリファレンスを、次
のスキャンを見越して後からスケジュールされた転送単
位に対しての任意のリファレンスが挿入される前に各タ
イムスロットから除去される。

【００７４】上記の構成は、適合するＤＢＲ／ＣＢＲ
ＡＴＭフローをそれらのトラフィックコントラクトによ
って指定されるＰＣＲに効果的に成形するが、これらの
フローのセル遅延変動（ＣＤＶ）をそれらのトラフィッ
クコントラクトのτ_PCR パラメータに適合させる上での
助けにはならない。

【００７５】Ｃ．相対ＣＤＶを最少化するための複数優
先レベル 本発明によれば、異なった周波数のフローによってＡＴ
Ｍスイッチの出力ポートなどの多重化ポイントへ供給さ
れるデータ転送単位に優先権を与え、周波数が高いフロ
ーのデータ転送単位に、これと衝突する可能性がある周
波数の低いフローのデータ転送単位よりも高い伝送優先
順位が与えられる。図３に示すように、この伝送優先権
は、ストールド仮想クロックスケジューリングメカニズ
ム６３などによるスケジュールが許可されたデータ転送
単位を、これらのデータ転送単位が属するフローの周波
数に基づき、優先順位で並べられた複数のタイムライン
６６ａ−６６ｅまたは出力ＦＩＦＯキューの一つまたは
他のものへと導くことによって実施される。例えば、Ａ
ＴＭスイッチの場合、５つの異なった周波数依存／サー
ビス種類依存の出力優先順位で実施することが推奨され
る。この優先順位には、（１）出力リンクの最大レート
の少なくとも１／１６の折衝された出力レートを有する
フローからのセルに対しての最も高い優先順位、（２）
出力リンクレートの１／１６〜１／２５６の範囲の折衝
された出力レートを有するフローからのセルに対しての
２番目の優先順位、および（３）出力リンクレートの１
／２５６〜１／４０９６の範囲の折衝された出力レート
を有するフローからのセルに対しての３番目の優先順位
が含まれる。低い２つの優先権は、ゼロでない折衝され
たＭＣＲレートを有するＡＢＲコネクションに対して、
およびＭＣＲレートが零のＵＲＢコネクションとＡＢＲ
コネクションに対してそれぞれ設定するのが好ましい。

【００７６】後から分かるように、本発明は、周波数の
低いフローのＣＤＶを実質的に増加させることなく、周
波数の高いフローのＣＤＶを効果的に減少させる。一般
論として、許容できるＣＤＶは、フローの折衝されたレ
ートに依存して変化する。例えば、１００個のセルタイ
ムのＣＶＤは、予期されるセル１０個あたり１個の出力
間隔に関しては非常に大きいが、もし折衝された出力間
隔がセル２０２９個に対して１個にすぎない場合には一
般的に問題にならない。

【００７７】周波数が異なるフローのデータ転送単位ま
たはセルの伝送をスケジュールするためにカレンダキュ
ーメカニズムを採用する場合、高周波数で優先順位の高
いフローは、許容可能な低いＣＤＶを達成するようスケ
ジュールされ、かつ単一のセルタイムの精度に分解され
る必要があるが、低周波数／低優先順位のフローは、例
えば、１６セルタイムの精度により粗く分解できる。こ
れは、カレンダキュー６３上のタイムスロットの数を減
少できることを意味する。これにより、周波数の低いフ
ローのキューセルのヘッドのスケジューリングには一般
に必要でない精度を多少犠牲にして、カレンダキュー６
３を実現するのに必要なメモリの量を減少できる。

【００７８】名目上相違する一定周波数のフロー間での
多重化ポイントにおける伝送の衝突の問題を解消するた
めに提供される本発明による周波数に基づく優先順序付
与の技術は、そのような多重化ポイントへセルまたはそ
の他のデータ転送単位を供給するためのフロー毎出力キ
ューを維持する作業を有するアプリケーションなど、フ
ローの相対ジッターを減少させるための多くの異なった
アプリケシーョンにおいて採用できる。

【００７９】Ｄ．ソース・ツー・デスティネーションＡ
ＢＲ制御ループを有するネットワークにおけるＡＢＲサ
ービスについてのＭＣＲおよびＰＣＲパラメータのトラ
フィック成形 思い出されるように、標準ＡＢＲトラフィックコントラ
クトは明示的または黙示的に指定されたＰＣＲおよびＭ
ＣＲパラメータを予期しており、ＭＣＲは零でもよい。
ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τ_MCR ）に適合するＡＢＲフロ
ーは有効であり提供される資格があるが、ネットワーク
はそのフローに対して、それに許可された帯域幅を与え
ていない。これに対し、ＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，
τ_PCR ）に違反するフローは適合しないものである。し
たがって、ＡＴＭスイッチ２１などによってネットワー
クまたはネットワーク要素の出力に送られるＡＢＲコネ
クションまたはフローは、（１）ＭＣＲが零でない保証
（non-zero MCR guarantee）を有するＡＢＲフローは、
これらの保証を効果的に満足させるための適切な出力帯
域幅を受け入れること、および（２）ＡＢＲの何れもそ
のような出力においてそれらのＰＣＲコミットメントに
違反しないことを確実にするよう成形することが有利で
ある。複数の多重化ポイントを有するネットワークで
は、この成形を多重化ポイントの各々で行うことが有用
である。

【００８０】図４は、ＡＢＲフローまたはＶＣコネクシ
ョンをネットワークまたはネットワーク要素の出力にお
いてそれらのトラフィックコントラクトに適合させるた
めに成形する一つの技術を示している。図示のように、
それぞれのフローが出力サービスを要求するレートを監
視し、最初に８５においてフローがＧＣＲＡ（１／ＭＣ
Ｒ，τ_MCR ）に適合しているか否かを判断し、８６にお
いてＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τ_MCR ）に適合していない
フローがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τ_PCR ）に適合してい
るか否かを判断する。これらの一連のテスト８５と８６
の結果を反映する制御信号がスケジューラ６２およびそ
れに関連するステアリングロジック８７にフィードバッ
クされ、各フローのデータ転送単位（例えば、セル）が
出力に供給される速度に対して適切なレート成形調整が
行えるようにする。後で分かるように、この要求される
状態は、全てのＡＢＲＶフローが、ＧＣＲＡ（１／ＭＣ
Ｒ，τ_MCR ）に適合しておらず（またはかろうじて適合
している）、かつＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τ_PCR ）に偽
／適合であることである。なぜなら、これらのアルゴリ
ズムは、それぞれ最低および最大の許容フローレートに
ついてテストするからである。

【００８１】より詳しく述べると、ＧＣＲＡ（１／ＭＣ
Ｒ，τ_MCR ）に適合するフローは、そらのＭＣＲ保証を
満たすのに必要な出力帯域幅を受け取っていないであろ
う。したがって、そのようなフローが８５において識別
されたとき、スケジューラ６２とそのステアリングロジ
ック８７は、その保証されたＭＣＲを幾分上回った速度
での出力のために比較的優先順位が高いストールド仮想
クロックカレンダキュー８８上にそのフローのデータ転
送単位（例えば、セル）に対しての引き続いて受信され
るリファレンスをスケジュールするためにセットアップ
される。例えば、これらの引き続いて受信されるセルま
たはパケットのリファレンスは、所定の加速ファクタに
よってフローについてのＭＣＲを乗算して決定される速
度での出力のためにカレンダキュー８８上に組み込まれ
る。これにより、ネットワークは、これらの追加の多分
「遅れている」フローに、それらのＭＣＲ保証を満足す
るのに必要な追加の出力帯域幅を与える。

【００８２】ＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，τ_MCR ）非適合Ａ
ＢＲフローは、それぞれ許容できる程度に低いかまたは
許容できない程高いＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τ_PCR ）適
合または非適合レートでの出力サービスを要求している
か否かを判断するために８６において更にテストされ
る。このテストの結果が他の制御信号によって捕らえら
れ、スケジューラ６２とそのステアリングロジック８７
にフィードバックされ、これらのＧＣＲＡ（１／ＭＣ
Ｒ，τ_MCR ）非適合フローに対するその後に受信される
リファレンスを優先順位が低いキュー８９上に速度に感
応してキューに入れるためにスケジューラ６２とそのス
テアリングロジック８７をセットアップする。即ち、８
６においてＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τ_PCR ）適合である
ことが分かったフローについてのその後に受信されるリ
ファレンスは、ＭＣＲ保証を有するＡＢＲフローについ
ての伝送リストの最後に付けられる。何故なら、それは
ラウンドロビンの順番で提供されるからである。これに
対し、８６においてフローがＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，τ
_PCR ）非適合であることが分かった場合には、そのフロ
ーについてのその後に受信されるリファレンスは、その
フローについてのＰＣＲに従い、非作業維持型ストール
ド仮想クロックカレンダキュー８９上にスケジューラ６
２によって組み込まれ、これによりＰＣＲリミットをフ
ローに対して課す。

【００８３】より一般的には、図４の実施の形態は下記
のＡＢＲトラフィック成形アルゴリズムを実施すること
は明らかであろう：もしＧＣＲＡ（１／ＭＣＲ，
τ_MCR ）適合であれば、ＭＣＲ＊加速係数の速度で優先
順位の高いキューに入れ、そうでなく、もしＧＣＲＡ
（１／ＰＣＲ，τ_PCR ）適合であれば、優先順位の低い
作業維持型のキューに入れ、そうでなければ、ＰＣＲ出
力間隔に基づき、優先順位の低い非作業維持型のキュー
に入れる。

【００８４】しかし、類似または異なる原理に基づく代
替手段を使用できることは明らかである。

【００８５】例えば、図５に示すように、一つの魅力の
ある代替手段は、８５と８６（図４）においてＧＣＲＡ
（１／ＭＣＲ，τ_MCR ）適合でかつＧＣＲＡ（１／ＰＣ
Ｒ，τ_PCR ）適合であることが見出されたフローのデー
タ転送単位、即ちセルに対するリファレンスを、（１）
ＭＣＲスケジューリング間隔で優先順位の高いカレンダ
キュー８８と、（２）優先順位の低いキューの作業維持
領域との両方に入れることである。これは「競合」状態
を作りだす。何故なら、そのような二重にキューに入れ
られたリファレンスの一つのインスタンスがキューの何
れかにおいてサービスのために取り出される度に、デリ
ンカー９１は他のキューからそのリファレンスの他のイ
ンスタンスを除去するからである。これは、トレランス
τに関してのより厳しい限界が維持されるであろうこと
を意味する。この変形例でのトラフィック成形アルゴリ
ズムは：キューへ入れるとき、速度ＭＣＲで優先順位の
高いキューに入れ、もしＧＣＲＡ（１／ＰＣＲ，
τ_PCR ）適合であれば、優先順位の低い作業維持型のキ
ューに入れ、そうでなければ、ＰＣＲ出力間隔に基づ
き、優先順位の低い非作業維持型のキューに入れ、キュ
ーから出すとき、もし優先順位の高いキューから出すの
であれば、優先順位の低いキューからリンクを外し、そ
うでなければ、優先順位の低いキューからリンクを外
す。

【００８６】図６は、ＡＢＲコネクションまたはフロー
を成形するための更に他の実施の形態を示す。この実施
の形態では、ＭＣＲが零でないことの保証を有するＭＣ
Ｒ非適合ＡＢＲフローの各々に対して提供される出力帯
域幅が、出力リンク（即ち、ラインインターフェースの
転送側）のＡＢＲセル間の平均間隔とＡＢＲ「レディー
キュー」の現在の長さとに基づいて動的に調整される。
このＡＢＲ「レディーキュー」の現在長Ｌｅｎは、９３
においてＡＢＲ伝送リスト６５ｅおよび６５ｆ上の作業
維持キューの長さを測定することで判断される。一方、
カレンダキュー上のＡＢＲセル間の平均間隔Ｓは、任意
の非ＡＢＲフローに対して許可が与えられた後でＡＢＲ
フローが利用できる帯域幅を分割することによってリン
クの割合として決定できる。これらの非ＡＢＲフローに
よって要求される帯域幅は、９４において、非ＡＢＲフ
ローのためのエントリーを伝送リスト６５に提供するの
に必要な全体的な帯域幅を計算することによって決定さ
れる。

【００８７】例えば、もし９４において、出力リンクの
帯域幅の５０％がＡＢＲフローのために利用できると判
断された場合、当然その時の出力リンク上のＡＢＲセル
またはデータ転送単位の間の平均間隔Ｓが２セルタイム
となる。この情報とＡＢＲ「レディーキュー」の計算長
Ｌｅｎとにより、スケジューラ６２に、非作業維持型カ
レンダキュー８９上にこれらのフローについての到着す
るリファレンスを下記の各出力間隔Ｔ_t でスケジュール
させることによりＭＣＲ非適合ＡＢＲフローのサービス
を最適化できる。

【００８８】 Ｔ_t ＝Ｍｉｎ（Ｓ_t ，Ｍａｘ（Ｐ_t ，Ｒ）） （３） 但し、Ｒ＝予測ラウンドロビンＡＢＲ サービスタイム（Ｒ＝現時刻＋Ｓ＊Ｌｅｎ）、 Ｐ_t ＝フローｔの次のセルのための最も早いサービスコ
ントラクトコンプライアントデパーチャー（Ｐ_t ＝現時
刻＋１／ＰＣＲ）、 Ｓ_t ＝フローｔの次のセルのための最も遅いサービスコ
ントラクトコンプライアントデパーチャー（Ｓ_t ＝現時
刻＋１／ＭＣＲ） である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を使用することが有利なＡＴＭスイッチ
の単純化したブロック図である。

【図２】図１に示すスイッチを横切る間にＡＴＭセルが
とることが好ましい種々の形を追跡した図である。

【図３】図１に示すチップの出力側、即ち送信側におけ
る代表的なチャネルのより詳細なブロック図である。

【図４】本発明のストールド仮想クロックカレンダキュ
ーの実施を示す概略図である。

【図５】本発明の他のストールド仮想クロックカレンダ
キューの実施を示す概略図である。

【図６】本発明の更に他のストールド仮想クロックカレ
ンダキューの実施を示す概略図である。

【符号の説明】

５８ キュー制御ユニット ６２ スケジューラ ６３ カレンダキュー ６６ タイムライン ８７ ステアリングロジック ８８ 優先順位の高いカレンダキュー ８９ 優先順位の低いカレンダキュー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランディス シー．ロジャーズ アメリカ合衆国 03848 ニューハンプシ ャー州 キングストン ロックリモン ロ ード 61 (72)発明者 クリストファー ジェイ．カプラー アメリカ合衆国 02129 マサチューセッ ツ州チャールズタウン サーティーンス ストリート 106 アパートメント 230

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パケット交換通信システムにおいて、コ
   ントラクトを含み、それぞれのフローの個々のネットワ
   ークトラフィックコントラクトに実質的に適合するよう
   に時間多重フローのパケットを連続的に送出するトラフ
   ィック成形装置であって、前記コントラクトは、それぞ
   れのピークパケット送出レート及び前記フローのうちい
   くつかの関連ピークレートトレランスを指定するととも
   に、相互排他的カテゴリー、即ち、それぞれがコントラ
   クト指定の関連最小レートトレランスを有する非ゼロ最
   小パケット送出レートを有するカテゴリーＡフローと、
   ゼロパケット送出レートを許容するトラフィックコント
   ラクトを有するカテゴリーＢフローのうちの１つに前記
   フローの各々を分類し、前記トラフィック成形装置は、 待ち行列の順番の先頭にある最も古い未決のパケットに
   従ってそれぞれの待ち行列中の前記いくつかのフローを
   含むアクティブフローの未決パケットを編成するキュー
   イングメカニズムを含み、 前記キューイングメカニズムに結合され、送出のために
   前記アクティブフローのパケットをスケジュールするス
   ケジューリングメカニズムを含み、前記スケジューリン
   グメカニズムは、相対的に優先順位が高い非作業維持カ
   レンダキューと、少なくとも１つの相対的に優先順位が
   低い作業維持キューと、前記優先順位が高いキュー及び
   優先順位が低いキューに相対して優先順位が未決定の他
   の非作業維持キューとを含み、 前記スケジューリングメカニズムは、（i)前記優先順位
   の高い非作業維持カレンダキューにおいて、第１の所与
   のフローのための指定された最小送出レートに対してト
   レランスを越えるレートで前記第１フローのパケットが
   送出されている際に、前記第１フローのためのコントラ
   クト指定の最小送出レートを越えるレートで送出するよ
   うに、(ii)前記他の非作業維持カレンダキューにおい
   て、前記第１フローのパケットが前記第１フローの指定
   されたピーク送出レートに対してトレランスを越えるレ
   ートで送出されている際に、前記第１フローのための指
   定されたピーク送出レートとほぼ同一のレートで送出す
   るように、(iii) 前記作業維持キューにおいて、前記第
   １フローのパケットが前記第１フローのトラフィックコ
   ントラクトに従って送出されている際に、選択した連続
   的サービス戦略に従って送出するようにあらゆる所与の
   カテゴリーＡのパケットをスケジュールし、 前記スケジューリングメカニズムは、(iv)前記他の非作
   業維持カレンダキューにおいて、第２の所与のフローの
   パケットが前記第２フローのための指定されたピーク送
   出レートに対してトレランスを越えるレートで送出され
   ている際に、前記第２フローのための指定されたピーク
   送出レートとほぼ同一のレートで送出するように、(v)
   前記作業維持キューにおいて、前記第２フローのパケッ
   トが前記第２フローのトラフィックコントラクトに従っ
   て送出されている際に、前記選択した戦略に従って送出
   するように、あらゆる所与のカテゴリーＢのパケットを
   スケジュールする、トラフィック成形装置。
2. 【請求項２】 パケット交換通信システムにおいて、コ
   ントラクトを含み、それぞれのフローの個々のネットワ
   ークトラフィックコントラクトに実質的に適合するよう
   に時間多重フローのパケットを連続的に送出するトラフ
   ィック成形装置であって、前記コントラクトは、前記フ
   ローのうちいくつかにそれぞれの許容ピークパケット送
   出レートを委ねるとともに、相互排他的カテゴリー、即
   ち、それぞれの非ゼロ許容最小パケット送出レートが委
   ねられるカテゴリーＡフローと、ゼロパケット送出レー
   トを許容するトラフィックコントラクトを受けるカテゴ
   リーＢフローのうちの１つに前記フローの各々を分類
   し、前記トラフィック成形装置は、 待ち行列の順番の先頭にある最も古い未決のパケットに
   従ってそれぞれの待ち行列中の前記いくつかのフローを
   含むアクティブフローのパケットを編成するキューイン
   グメカニズムを含み、 前記キューイングメカニズムに結合され、送出のために
   前記アクティブフローのパケットをスケジュールするス
   ケジューリングメカニズムを含み、前記スケジューリン
   グメカニズムは、相対的に優先順位が高い非作業維持カ
   レンダキューと、少なくとも１つの相対的に優先順位が
   低い作業維持キューと、前記優先順位が高いキュー及び
   優先順位が低いキューに相対して優先順位が未決定の他
   の非作業維持キューと、前記優先順位が高いキュー及び
   優先順位が低いキューからの監視送出に結合して前記優
   先順位が高いキュー及び優先順位が低いキューにおいて
   スケジュールされたパケットを選択的にスケジュールし
   ない制御メカニズムを含み、 前記スケジューリングメカニズムは、(i) それぞれのフ
   ローのための最小レート委託を越えるレートで送出する
   ように前記優先順位の高いカレンダキューの各フローの
   パケットをスケジュールし、かつ（ii) 所定の作業維持
   キューから出す戦略に従って送出するように前記パケッ
   トを前記作業維持キューに入れることによってあらゆる
   カテゴリーＡフローのパケットを準備し、従ってこれら
   のカテゴリーＡフローのパケットの競合状態を作り出
   し、前記制御メカニズムは、各パケットが前記優先順位
   の高いキュー及び前記作業維持キューのうちの１つによ
   って送出に達する際に、このパケットを前記キューの他
   のパケットの中から取り出すことによって前記遅れてい
   るカテゴリーＡフローのパケットの前記競合状態を解決
   し、 前記スケジューリングメカニズムは、それぞれのフロー
   に委ねられる許容ピーク送出レートを越えるレートで送
   出されているあらゆるカテゴリーＡフロー及びカテゴリ
   ーＢフローのパケットを、それぞれのフローに委ねられ
   るピーク送出レートとほぼ同一のレートで送出するよう
   に前記他の非作業維持カレンダキューにおいてスケジュ
   ールし、 前記スケジューリングメカニズムは、それぞれのフロー
   のためのコントラクトによる委託に適合するレートで送
   出されているあらゆるカテゴリーＢフローのパケット
   を、前記作業維持キューから出す戦略に従って送出する
   ように前記作業維持キューに入れる、トラフィック成形
   装置。
3. 【請求項３】 それぞれのフローのための個々のトラフ
   ィックコントラクトに実質的に適合するように、複数の
   時間多重フローの固定ビット長パケットを既知の帯域幅
   のリンクに連続的に送出するトラフィック成形プロセス
   において、前記フローの少なくともいくつかを、前記い
   くつかのフローのためにゼロよりも大きいそれぞれのピ
   ークレート及び最小パケット送出レートを指定するそれ
   ぞれのアベイラブルビットレートトラフィックコントラ
   クトに成形するルーチンであって、前記ルーチンは、 待ち行列の順番の先頭にある最も古い未決のパケットに
   従ってそれぞれの待ち行列中の前記いくつかのフローを
   含むアクティブフローのパケットを編成するステップを
   含み、 アベイラブルビットレートトラフィックコントラクトを
   有するフローのために前記リンクで利用可能な帯域幅を
   前記既知の帯域幅のパーセントとして動的に決定するス
   テップを含み、 アベイラブルビットレートトラフィックコントラクトを
   有するアクティブフローの数を動的に決定するステップ
   を含み、 アベイラブルビットレートトラフィックコントラクトを
   受ける各フローのキューパケットの各先頭に対して、前
   記フローのためのコントラクト指定の最小送出レートに
   基づいた第１の理論的送出時刻と、アベイラブルビット
   レートフローのために前記リンクで利用可能な帯域幅の
   アクティブアベイラブルビットレートフロー毎の割り当
   てに基づいた第２の理論的送出時刻と、前記フローのた
   めのコントラクト指定のピーク送出レートに基づいた第
   ３の理論的送出時刻とを決定するステップを含み、 前記第２及び第３の理論的送出時刻のうち最も早いもの
   を放棄するステップを含み、 残りの前記理論的送出時刻のうち最も早い時刻で送出す
   るように非作業維持キューにおいて前記パケットをスケ
   ジュールすることを含む、 ルーチン。