WO2007072538A1

WO2007072538A1 - キュースケジューリング装置、キュースケジューリング方法、情報中継装置

Info

Publication number: WO2007072538A1
Application number: PCT/JP2005/023262
Authority: WO
Inventors: Daisuke Namihira
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-06-28

Abstract

　デキュー実行部は、基本的には１フレームをデキューしたら次のキューの読み出しに移行する。Ｄｅｆｉｃｉｔ処理部で管理されているＤｅｆｉｃｉｔ値が０になったら当該キューをスケジューリング（デキュー）の対象から除外し、Ｄｅｆｉｃｉｔ値が０以上のキュー、すなわちフレームがまだあるキューのみを対象として、順繰りにデキューを実行する。全部のキューがスケジューリング対象から除外された時点でＤｅｆｉｃｉｔ処理部はＤｅｆｉｃｉｔ値をＱｕａｎｔｕｍ値でリセットして最初の状態に戻る。デキュー時のバーストサイズは１フレームに抑えられる。

Description

明細書

キュースケジューリング装置、キュースケジューリング方法、情報中継装置技術分野

[0001] 本発明は、キュースケジューリング装置、キュースケジューリング方法、情報中継装置に関し、たとえば、情報ネットワーク上における通信品質（QoS : Quality of Service )等の制御に適用して有効な技術に関する。

背景技術

[0002] たとえば、ルータ等の情報中継装置等に実装されている QoS制御におけるスケジユーリング技術として、最低帯域保証を実現するために各キュー間の出力帯域比率を定義し、その比率でスケジューリングするデフイシットラウンドロビン（DRR : Deficit Round Robbin)というスケジューリング技術がある。

[0003] この DRR方式の概要は以下の通りである。

図 1の参考技術のような l〜nの複数のキュー 1001に対して、 DRR読み出し制御部 1002力次の [ステップ S 1]〜 [ステップ S5]を実行する。

[0004] [ステップ S 1] 各キューには Deficit値、 Quantum値を付与する。 Quantum値は各キューの帯域比率によって決められる値であり、 Deficit値は初期値が Quantum 値で、スケジューリングする度にフレーム長が減算される値であり、スケジューリング時に使う。

[0005] [ステップ S2] まずキュー 1からスタートし、キュー 1の Deficit値力 SOより大きぐ力つキュー 1にフレームがあればデキューし（キュー力フレームを読み出し）、 Deficit 値をそのデキューしたフレーム長分減算する。

[0006] [ステップ S3] 前記 [ステップ S2]を、 Deficit値が 0以下もしくはフレームがなくなるまで繰り返す。

[ステップ S4] Deficit値が 0以下もしくはフレームがなくなったら次のキューに移り、上述の [ステップ S2]〜 [ステップ S3]を実行する。

[0007] [ステップ S5] 最後のキュー nまで終わればキュー l〜nの Deficit値にそれぞれのキューの Quantum値をそれぞれ加算する。このとき、加算によって Deficit値が Qua ntum値より大きくなつたら、 Deficit値は Quantum値と同じ値にする。そして、再びキュー 1に戻って [ステップ S2]から実行する。

[0008] この DRR方式では、各キューのうち、設定された Quantum値が大きいキューほど、たくさんのフレームが連続してデキューされる。従って、各キュー間で Quantum値を適切に設定することでキュー間の帯域比率を設定でき、最低帯域保証を実現している。

[0009] ただ、 Quantum値は、その回線に流せる最大フレーム長である MTU (Maximum

Transfer Unit)以上の値を設定しなければならない。 Ethernet (登録商標）であの場合）であるが、ジャンボフレームを許容するのであれば、 MTUはそれに応じて大きくなる。

[0010] ここで、 DRR方式の場合、特定のキューで Deficit値が 0になるまでデキューし続けるため、 Quantum値力そのままバーストサイズ（Burst size :—つのキューから 1 回のデキューで連続して読み出されるデータの長さ）になる。ただし、 Quantum値は MTU値以上にしなければならな、ので、最低帯域保証の最小設定値を MTU値と同じにしなければならない。そのため、最低帯域保証の最大設定値は最小設定値 X 帯域比率となる。

[0011] ここで、最低帯域保証の最低設定値 100キロビット Z秒 (Kbps)、最大設定値 1ギガビット Z秒 (Gbps)を許容するものとすると、 IGbpsの最低帯域保証設定をした際、 Quantum値は MTU値の 10000倍としなければならな!/、。 Ethernet (登録商標）の 1. 5キロバイト（Kbyte)を MTUとすると、 Quantum値は 15メガバイト（Mbyte)となり、すなわち 15Mbyteのバースト量（サイズ）となる。これはバースト量としては非常に大きぐ以下のような問題が発生する。

[0012] 参考技術として図 2に示されるように、中継処理チップ 1000 (chip 1)と中継処理チップ 2000 (chip2)が搭載された構成の中継装置があつたとする。この場合、中継処理チップ 1000と中継処理チップ 2000はそれぞれが別装置であってもよ!/、。なお、図 2において、 10Gとは 10Gbps、 1Gとは IGbpsのそれぞれ回線速度を示している [0013] 中継処理チップ 1000は、上述のキュー 1001と DRR読み出し制御部 1002が実装されており、キュー 1001の各々に 10Gの回線速度でフレームが到来し、 DRR読み出し制御部 1002から後段の中継処理チップ 2000には 10Gでフレームが出力される。

[0014] フレームの宛先は中継処理チップ 1000に入る前段で決定しているものとする。中継処理チップ 1000もしくは中継処理チップ 2000のそれぞれが決定する方式でもよ V、が、本発明に関係な!/、ため記載は省略する。

[0015] 中継処理チップ 1000にて DRR等の QoS処理を実施し、 10Gの回線を通して中継処理チップ 2000に渡し、中継処理チップ 2000において宛先の回線が持つ送信バッファ 2001 (たとえばキュー）に格納し、そのフレームを順次回線に送信するものとする。

[0016] 今、中継処理チップ 1000に 1G X 10のフローが来て、中継処理チップ 2000の先から、それぞれ 1Gのフローが 10方路に分散して出て行く形態を考える。

中継処理チップ 1000から中継処理チップ 2000に対するフローに DRRが実行されていて、上記の Quantum値が設定されているとすると、中継処理チップ 2000には、それぞれの lGbpsの回線に出すフローが lOGbpsのスピードで 15Mbyteだけ転送されることとなる。

[0017] この場合、フローが 10個あるので、結果としては lGbpsずつの転送量になっている。しかし、バースト量が大きすぎるので、個々のキューに保持された複数のパケット（フレーム）のデキュー間隔は、他のキューのバーストサイズに影響されて大きくばらつくことになり、一つのキュー内で連続する複数のパケット間のデキュー間隔 (すなわち、送信間隔）のばらつき、いわゆるジッタ (jitter)が非常に大きくなつている。

[0018] すなわち、中継処理チップ 2000の各 lGbpsの回線に用意されている送信バッファ 2001に、 lOGbpsの速度で 15Mbyte来ることになる。 lGbpsのスピードで外に出すので、結果的に各 lGbpsの回線ごとに 13. 5Mbyteの送信バッファ 2001が必要となる。

[0019] 各回線単位にこれだけの容量の送信バッファ 2001を持たせると中継処理チップ 2 000のチップサイズが大きくなる力、周辺に実装するメモリ量が多くなるため、実装面積が非常に大きくなつたり、コストが非常に高くつくといった技術的課題を生じる。

[0020] また、送信バッファ 2001の容量を増やさないとすると、送信バッファ 2001が溢れてフレームが廃棄されてしま、、各回線で lGbpsの回線速度をフルに使、切れな、。

[0021] また、 DRRによるスケジューリングは最低帯域保証を行うものであり、最大帯域を制限する、すなわちシェービングを行うものではないため、シェービング機能は DRRとは別で機能実装が行われる。このシェービング処理を組み合わせることでバーストサィズを少なくはできるが、そうなると最低帯域保証が守られなくなる。その例を以下に示す。

[0022] まず、比較のためにシェービングを実施しない場合の例を以下に示す。

今、図 3のようにキュー 1〜キュー 3の 3本のキュー 1001があり、 DRR読み出し制御部 1002からの出力回線帯域を lGbpsとする。簡単のために、回線の MTUを 1とし、やってくるパケットも全て長さ 1であるとする。この時、キュー 1〜3の最低帯域保証を、キュー 1： 500メガビット Z秒（Mbps)

キュー 2 : 350Mbps

キュー 3 : 150Mbps

とし、最低帯域保証の最低値を 50Mbpsとすると、各々のキューに対する Quantum 値は順に 10、 7、 3となる。

[0023] この時、各々のキュー 1001でシェービングを実施していなければ、 DRR読み出し制御部 1002でのスケジューリング結果は図 4の様になる。

図 4において、キューの出力に "〇"があるのは、そのキュー力後段へパケットを出力したことを意味する。また、 Deficit値はパケットを出した後の Deficit値がどうなつているかを示している。また、長さ 1のパケットを後段に流すのにかかる時間を 1とし、時刻 t = 0からスケジューリング開始したと仮定して図 4を記載している。

[0024] この図 4において、 DRR読み出し制御部 1002は、まずキュー 1からスケジユーリングを開始する。 Deficit値の初期値が 10なので、時刻 t = 0〜9までキュー 1からスケジユーリングし、時刻 t = 9でのスケジューリング結果より Deficit値が 0となったため次のキューに移る。

[0025] 時刻 t= 10からは次のキュー 2からスケジューリングを実施し、時刻 t= 16までスケジユーリングして同様にキュー 3に移る。キュー 3でも同様に時刻 t= 17〜19までスケジユーリングし、全てのキューを一巡したため Deficit値をクリア（Quantum値 Vqを加算）し、時刻 t= 20からまた同様にスケジューリングを行う。

[0026] この例では、 DRRは時刻 t=0〜19がー巡であり、このなかで出力したパケット量の全体からの比率で帯域が算出できる。 DRR読み出し制御部 1002の出力側の回線速度は IGbpsなので、それを 20で割ると図 4の "〇"一つが 50Mbpsに相当する。

[0027] 従って、キュー 1は "〇"が 10個で 500Mbps、キュー 2は "〇"が 7つで 350Mbps、キュー 3は "〇"が 3つで 150Mbpsとなり、最低帯域保証が実現できていることが分かる。また、 Deficit値が大きいキュー 1は、それだけバーストサイズに影響していることも分かる。

[0028] 次に、図 5を参照して、 3本のキュー 1〜3のそれぞれがシェービングを実施している状況を想定した場合について説明する。

シェービングの実施によって、パケットがキュー 1001にあるにも関わらず、 DRR読み出し制御部 1002からはそれが見えない (パケットがキュー内に無い）ような状態になる。このキュー内に実在するパケットが、 DRR読み出し制御部 1002の側から見える Z見えな、、のタイミングを調整することでシェービングが実現される。

[0029] 厳密にシェービングを実施するとバーストサイズがない（完全にパケット単位で出力時間が調整される）が、実際にはバーストサイズがある程度発生する。また、シエーピングの方式で基本的に使われるリーキパケット方式やトークンパケット方式では、許容するバーストサイズの指定も行える。

[0030] すなわち、バーストサイズまでは最大帯域で出力し、その後は設定帯域に従って送出が実施される。このバーストサイズを小さくするとバースト量は抑えられる力他のキユーとの輻輳に対する耐性が弱くなり、回線が空いていても最大帯域まで使い切れない状況が発生しやすい。逆に、バーストサイズを大きくすると他のキューとの輻輳に対する耐性は上がるが、バーストサイズが大きくなつてしまう。

[0031] 図 5の例では、キューのシェービングによるバーストサイズを 3とする。また、各キュ一のシェービング帯域を、

キュー 1 : 500Mbps キュー 2 : 500Mbps

キュー 3 : 300Mbps

とする。帯域の値に特に意味はなぐ単に最低帯域保証の値以上を設定している。

[0032] この例でのスケジューリング結果は以下の様になる。

先ほどの図 4の例と同様に、まずキュー 1からスケジューリングを実施する。キュー 1 力も時刻 t = 0、 1、 2でスケジューリングを実施し、まだ Deficit値が 7なのでスケジュ一リング可能だが、前段でシェービングしており、そのバーストサイズが 3であるため、 DRR読み出し制御部 1002からはキュー 0にパケットがない状態で見える。

[0033] そのため、ここでキュー 0のスケジューリングは終了し、次のキューに移る。キュー 2 でも同様に、時刻 t = 5で Deficit値がまだ 0になって!/ヽな、が、シェービングでのバ一ストサイズからここでスケジューリングが終了する。キュー 3では時刻 t = 8で Deficit 値が 0になったのでスケジューリングを終了する。これで全てのキューを一巡したため Deficit値をクリア（Quantum値力卩算）し、時刻 t= 9からまた同様にスケジューリングを行う。

[0034] この図 5の例では、 DRRは時刻 t=0〜8がー巡であり、このなかで出力したパケット量の全体力もの比率で同様に帯域が算出でき、キュー 1、キュー 2、キュー 3の帯域力 S全て 333Mbpsとなる。キュー 3は最低帯域 150Mbpsに対して 333Mbpsを送出しているので問題ないが、キュー 1は最低帯域 500Mbps、キュー 2は最低帯域 350M bpsであるにも関わらず 333Mbpsしか出力していない。すなわち、最低帯域保証が守られていない。

[0035] これは、シェービングのバーストサイズ設定が問題であり、この例ではバーストサイズは最低でも 10以上に設定しな!、と!/、けな!/ヽ（この例に限らず、 Quantum値以上のバーストサイズを設定しなければならな、)。

[0036] 従って、シェービングを実装して DRRのバーストサイズを抑えると最低帯域保証が実現できなくなるので、結局、シェービングのバーストサイズを上げるしかないが、それだとシェービングの精度が悪くなり、ひど、場合はシェービングして、るのか否かすら分力ない程の精度にまで悪ィ匕してしまう。

[0037] なお、特許文献 1には、 DRR制御において、個々のバッファ（キュー）からのパケットの読み出しの可否を判定するための制御パラメタである粒度の値を、パケット長に関する統計的観測情報に基づ、て設定する競合制御技術が開示されて、る。

[0038] し力し、この特許文献 1の技術では、各バッファ間におけるスループットの公平性は担保されるものの、個々のバッファの最低帯域保証や、バースト量の抑制が困難になることが予想される。

特許文献 1：特開 2001— 223740号公報

発明の開示

[0039] 本発明の目的は、個々のキューの設定帯域を維持しつつ、バースト量を低減させることが可能なキュースケジューリング技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、シェービングの実装と併用してもシェービング精度を悪ィ匕させないキュースケジューリング技術を提供することにある。

[0040] 本発明の他の目的は、個々のキュー毎のフローを、より公平にスケジューリングすることが可能なキュースケジューリング技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、より低コストにて情報中継装置を構築することが可能なキュ一スケジューリング技術を提供することにある。

[0041] 本発明の他の目的は、通信データの属性に応じた安定な帯域制御およびシエーピングを低コストにて実現することが可能な情報中継装置を提供することにある。

本発明の第 1の観点は、通信データを到着順に保持する複数のキューと、個々の前記キューに対応して設けられ、当該キューに保持される前記通信データの属性に応じた初期値が管理値として設定される記憶手段と、

前記管理値が 0以上の前記キューから順繰りに前記通信データを読み出すとともに、当該キュー力読み出した前記通信データの長さを、当該キューに対応する前記管理値から減算する操作と、

対応する前記管理値が 0以上の前記キューがなくなったときに、全ての前記記憶手段に対して前記管理値として前記初期値を設定する操作と、

を実行するキュー制御手段と、

を含むキュースケジューリング装置を提供する。

[0042] 本発明の第 2の観点は、第 1の観点に記載のキュースケジューリング装置において前記初期値は、個々の前記キューに割り当てられる最低保証帯域に応じて設定されるキュースケジューリング装置を提供する。

[0043] 本発明の第 3の観点は、第 1の観点に記載のキュースケジューリング装置においてさらに、前記キューに保持された前記通信データのシェービングを行うシェービング制御手段を含むキュースケジューリング装置を提供する。

[0044] 本発明の第 4の観点は、第 1の観点に記載のキュースケジューリング装置において前記キュー制御手段は、

個々の前記キューに設けられた管理値計算手段と、

複数の前記キューに対して順繰りに前記通信データの読み出しを試行するデキュー実行手段と、を含み、

前記デキュー実行手段は、

個々の前記管理値計算手段力出力される第 1読み出し可能信号が真の時に当該管理値計算手段に対して出力される読み出し要求信号を真にして前記通信データの読み出しを実行する機能と、

個々の前記管理値計算手段から出力され、前記キューにおける前記通信データの残りの有無を示す第 2読み出し可能信号が全て偽のときに、全ての前記管理値計算手段に対して、前記記憶手段に対する前記初期値の設定を指示する初期化信号を真にして出力する機能と、を含み、

前記管理値計算手段は、

前記キュー内に前記通信データが存在する時に前記第 1読み出し可能信号を真にする機能と、

前記キュー力の前記通信データの読み出し実行後に、前記管理値力当該通信データのサイズを減算した結果力 SOよりも大きいならば前記第 2読み出し可能信号を真にする機能と、

前記デキュー実行手段からの前記初期化信号が真のときに、前記記憶手段に対して前記初期値を前記管理値として設定する機能と、を含むキュースケジューリング装置を提供する。

[0045] 本発明の第 5の観点は、通信データを到着順に保持する複数のキューの各々に対応して、当該キューに保持される前記通信データの属性に応じた初期値を管理値として設定するステップと、

前記管理値が 0以上の前記キューから順繰りに前記通信データを読み出すとともに、当該キュー力読み出した前記通信データの長さを、当該キューに対応する前記管理値から減算するステップと、

対応する前記管理値が 0以上の前記キューがなくなったときに、全ての前記キューに対応した前記管理値として前記初期値を設定するステップと、

を含むキュースケジューリング方法を提供する。

[0046] 本発明の第 6の観点は、第 5の観点に記載のキュースケジューリング方法において個々の前記キューに割り当てられる最低保証帯域に応じて前記初期値を設定するキュースケジューリング方法を提供する。

[0047] 本発明の第 7の観点は、第 5の観点に記載のキュースケジューリング方法においてさらに、前記キューに保持された前記通信データのシェービングを行う工程を含むキュースケジューリング方法を提供する。

[0048] 本発明の第 8の観点は、通信データが入出力される複数のポートを管理するポート制御手段と、複数の前記ポートの間で前記通信データの転送経路の切り替えを行う経路制御手段と、を含む情報中継装置であって、

前記ポート制御手段は、

通信データを到着順に保持する複数のキューと、

個々の前記キューに対応して設けられ、当該キューに保持される前記通信データの属性に応じた初期値が管理値として設定される記憶手段と、

を実行するキュー制御手段と、

を含むキュースケジューリング装置を備えた情報中継装置を提供する。

[0049] 本発明の第 9の観点は、第 8の観点に記載の情報中継装置において、

前記初期値は、個々の前記キューに割り当てられる最低保証帯域に応じて設定される情報中継装置を提供する。

[0050] 本発明の第 10の観点は、第 8の観点に記載の情報中継装置において、

さらに、前記キューに保持された前記通信データのシェービングを行うシェービング制御手段を含む情報中継装置を提供する。

[0051] 本発明の第 11の観点は、第 8の観点に記載の情報中継装置において、

前記キュー制御手段は、

個々の前記キューに設けられた管理値計算手段と、

前記デキュー実行手段は、

前記管理値計算手段は、

前記デキュー実行手段からの前記初期化信号が真のときに、前記記憶手段に対して前記初期値を前記管理値として設定する機能と、を含む情報中継装置を提供する

[0052] 上述の従来の技術的課題は、従来の DRRの動作に由来する。すなわち、 Deficit 値が 0になるまで、同一のキューからデキューし続ける、という従来の DRRの動作がバーストサイズの増加原因となっている。

[0053] そこで、上述の本発明では、一例として、以下のようなキュー読み出し制御を行う。

すなわち、基本的には 1フレームあるヽは 1パケットをデキューしたら次のキューの読み出しに移行する。

[0054] そして、 Deficit値が 0になったら該当キューをスケジューリング（デキュー）の対象力も除外し、 Deficit値が 0以上のキュー（すなわち、フレームがまだあるキュー）のみを対象として、同様に Round Robbinでデキューを実行する。

[0055] こうして、全部のキューがスケジューリング対象から除外された時点で Deficit値リセットして、最初に戻る。

このような制御形態にすれば、バーストサイズは 1フレームに抑えられることとなり、前述の技術的課題も解決可能となる。

[0056] 上記した本発明によれば、バースト量を一定量以下に抑えることが可能な DRR制御を実現できる。

また、バースト量が抑えられるため、シェービングの実装と併用してもシェービング精度を悪化させることがない。

[0057] また、バースト量が少なくなることによってジッタが抑えられるため、キュー毎のフロ一がより公平にスケジューリングされる。

図面の簡単な説明

[0058] [図 1]本発明の参考技術である DRR方式の構成を示す概念図である。

[図 2]本発明の参考技術である DRR方式を実装した中継装置の構成を示す概念図である。 [図 3]本発明の参考技術である DRR方式にぉ、てシェービングを実行しな、場合の作用を説明するブロック図である。

[図 4]本発明の参考技術である DRR方式にぉ、てシェービングを実行しな、場合の作用を説明する概念図である。

[図 5]本発明の参考技術である DRR方式においてシェービングを併用する場合の作用を説明する概念図である。

[図 6]本発明の一実施の形態であるキュースケジューリング方法を実施する情報中継装置の構成の一例を示す概念図である。

[図 7]本発明の一実施の形態であるキュースケジューリング装置の構成の一例を示す概念図である。

[図 8]本発明の一実施の形態であるキュースケジューリング装置を構成する Deficit 処理部の構成の一例を示す概念図である。

[図 9]本発明の一実施の形態であるキュースケジューリング装置を構成するデキュー実行部の構成の一例を示す概念図である。

[図 10]本発明の一実施の形態であるキュースケジューリング装置における Deficit処理部の動作の一例を示すフローチャートである。

[図 11]本発明の一実施の形態であるキュースケジューリング装置における Deficit処理部の動作の一例を示すフローチャートである。

[図 12]本発明の一実施の形態であるキュースケジューリング装置における Deficit処理部の動作の一例を示すフローチャートである。

[図 13]本発明の一実施の形態であるキュースケジューリング装置におけるデキュー実行部の動作の一例を示すフローチャートである。

[図 14]本発明の一実施の形態であるキュースケジューリング装置の作用の一例を示す概念図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図 6は、本発明の一実施の形態であるキュースケジューリング方法を実施する情報中継装置の構成の一例を示す概念図である。 [0060] 本実施の形態の情報中継装置 100は、複数の入出力ポート 110、ポート制御部 12

0、内部スィッチ 130を含んでいる。

個々の入出力ポート 110は、外部の図示しない通信回線に接続され、通信データであるフレーム 300 (通信データ）が入出力される。

[0061] 内部スィッチ 130は、複数の入出力ポート 110の間におけるフレーム 300の転送経路の切り替えを行う。

個々の入出力ポート 110には、当該入出力ポート 110に対するフレーム 300の入出力を制御するポート制御部 120が設けられている。

[0062] ポート制御部 120におけるフレーム 300の入力側には、パケット解析部 121、宛先検索処理部 122、およびキュースケジューリング装置 200を備えている。また、ポート制御部 120の出力側にはキュースケジューリング装置 200が設けられて、る。

[0063] パケット解析部 121は、入出力ポート 110に到来するフレーム 300に含まれる制御情報に基づいて、当該フレーム 300の属性を判別する。

宛先検索処理部 122は、フレーム 300に含まれる宛先アドレス等の情報を判別して

、内部スィッチ 130に対して、転送先の入出力ポート 110を指示する。

[0064] 入力側のキュースケジューリング装置 200は、外部力到来するフレーム 300に対して、シェービング (トラヒックの経時的な変化の平滑化）、および最低帯域保証等の通信サービスの品質 (QoS)の管理を行う。

[0065] 出力側のキュースケジューリング装置 200は、外部に送り出すフレーム 300の通信サービスの品質を管理する。

図 7は、本実施の形態のキュースケジューリング装置 200の構成の一例を示す概念図である。

[0066] 本実施の形態のキュースケジューリング装置 200は、複数のキュー 210 (キュー 1〜キュー n)、キュー制御部 220、シェービング制御部 250を含んでいる。

キュー制御部 220は、複数の Deficit処理部 230 (管理値計算手段）、デキュー実行部 240 (デキュー実行手段）を含んで!/ヽる。

[0067] Deficit処理部 230は、個々のキュー 210に設けられている。デキュー実行部 240 は、このキュー 210を介して、複数のキュー 210の各々から、後述のようにして、フレーム 300の読み出し (デキュー）を実行する。

[0068] シェービング制御部 250は、シェービング信号 251を介して、 Deficit処理部 230に対して、個々のキュー 210におけるフレーム 300の有無やフレーム長 L等の情報を通知する。

[0069] このとき、シェービング制御部 250は、シェービング信号 251を適宜制御することで、キュー 210において実際にフレーム 300が存在する場合でも、所定のタイミングまで、フレーム 300が存在しないように、 Deficit処理部 230に見せかけることで、当該キュー 210に設定された上限の値にトラヒックがほぼ一定となるように制御する。

[0070] Deficit処理部 230からデキュー実行部 240に対しては、後述の dequeue可信号 2 63 (第 1読み出し可能信号）、 more— dequeue信号 264 (第 2読み出し可能信号)の二つの論理信号が出力される。

[0071] デキュー実行部 240から Deficit処理部 230に対しては、後述の dequeue要求信号 261、 add— Quantum信号 262の二つの論理信号が出力される。

[0072] 図 8は、本実施の形態の Deficit処理部 230の構成の一例を示す概念図である。

本実施の形態の Deficit処理部 230は、計算 Z制御論理 231、 Quantum値レジスタ 232 (記憶手段）、 Deficit値レジスタ 233 (記憶手段）、を含んでいる。

[0073] Quantum値レジスタ 232は、当該 Deficit処理部 230に対応するキュー 210に割り当てられた最低保証帯域に応じた Quantum値 Vq (初期値)が設定される。

[0074] Deficit値レジスタ 233には、 Quantum値 Vqで初期化される Deficit値 Vd (管理値)が設定される。

計算 Z制御論理 231は、シェービング制御部 250から入力されるシェービング信号 251によって、対応するキュー 210におけるフレーム 300の有無や、フレーム長 Lの情報を得る。

[0075] また、計算 Z制御論理 231は、デキュー実行部 240からの dequeue要求信号 261 、 add— Quantum信号 262の受け付け処理 (論理状態の判別に応じた）を行う。

[0076] また、計算 Z制御論理 231は、デキュー実行部 240に対するフレーム 300の送出、 dequeue可信号 263、 more— dequeue信号 264の出力（論理状態の設定処理）を行う。 [0077] 図 9は、本実施の形態のデキュー実行部 240の構成の一例を示す概念図である。本実施の形態のデキュー実行部 240は、デキュー制御論理 241、ラウンドロビン力ゥンタ 242、内部状態レジスタ 243、を含んでいる。

[0078] ラウンドロビンカウンタ 242は、複数のキュー 210の各々を順繰りにアクセスするためのカウンタ値が格納されるカウンタである。本実施の形態の場合、カウンタ値は、キユー 1〜キュー nに対応して nまでカウントされると 1に戻る。

[0079] ただし、本実施の形態の場合、後述のようにラウンドロビン (順繰り）によるデキューの対象となるのは、 Deficit処理部 230からの dequeue可信号 263がアサートされたキュー 210のみであり、それ以外はカウンタ値が変化するのみでスキップされる。

[0080] 内部状態レジスタ 243は、複数のキュー 210の全てにおいて、 Deficit値 Vdの値に基づ、てデキュー可能であるにもかかわらずデキューされて!/、な!/、フレーム 300が存在する力否かを判別するための内部状態フラグ 243aが格納される。

[0081] デキュー制御論理 241は、 Deficit処理部 230から出力される dequeue可信号 26

3、 more— dequeue信号 264の論理状態に応じて、内部状態フラグ 243aを操作する。

[0082] また、内部状態フラグ 243aの状態に応じて、キュー 210に対する順繰りのデキュー処理を継続するか否か、および Deficit処理部 230に出力される add— Quantum信号 262の論理状態を決定する。

[0083] なお、本実施の形態では、一例として、キュー制御部 220を、 Deficit処理部 230とデキュー実行部 240に分けた構成例を示してヽるが両者を一体に構成してもよ!/、。

[0084] 以下、本実施の形態の作用の一例について説明する。

情報中継装置 100では、任意の入出力ポート 110に到来するフレーム 300は、ポート制御部 120のパケット解析部 121にて、たとえば緊急度、割り当てるべき最低帯域、トラヒック等の属性が判別され、さらに、宛先検索処理部 122にて宛先が判別される。

[0085] キュースケジューリング装置 200では、パケット解析部 121におけるフレーム 300の属性の判別結果に応じて、当該フレーム 300は対応する属性が設定されたキュー 21 0に振り分けられる。 [0086] そして、キュースケジューリング装置 200では、一例として後述のようにして、複数のキュー 210の各々力ものフレーム 300の読み出しの順序を制御することで、当該フレーム 300に必要な QoSを実現する。

[0087] 内部スィッチ 130は、入力側のキュースケジューリング装置 200から到来するフレーム 300を、宛先検索処理部 122において判別された宛先に対応する入出力ポート 1 10の出力側に転送し、この出力側に転送されたフレーム 300は、入力側と同様なキユースケジューリング装置 200を経て、外部に出力される。

[0088] 以下、キュースケジューリング装置 200の各部の作用をフローチャートを参照して詳細に説明する。

本実施の形態のキュースケジューリング装置 200では、一例として、以下のようなキユー読み出し制御を行う。

[0089] すなわち、基本的には一つのキュー 210から 1つのフレーム 300をデキューしたら次のキューの読み出しに移行する。

そして、 Deficit値 Vdが 0になったら当該キュー 210をスケジューリング（デキュー）の対象から除外し、 Deficit値 Vdが 0以上のキュー 210 (すなわち、フレーム 300がまだあるキュー）のみを対象として、同様に順繰り（Round Robbin)にデキューを実行する。

[0090] こうして、全部のキュー 210がスケジューリング対象から除外された時点で Deficit 値 Vdを Quantum値 Vqでリセット（初期化）して、最初に戻る。

このようなデキュー制御によれば、バーストサイズは 1フレームのフレーム長 Lに抑えられることとなり、前述の技術的課題も解決可能となる。

[0091] 図 10、図 11、図 12は、本実施の形態のキュースケジューリング装置 200における

Deficit処理部 230の動作の一例を示すフローチャートである。

Deficit処理部 230は、以下の [操作 SI 1]〜 [操作 S 14]を常に実行する。

[0092] [操作 S11] 対応するキュー 210にフレーム 300があり、 Deficit値 Vd力 ^より大きいなら、 dequeue可信号 263をアサートする。そうでなければ dequeue可信号 263 はネゲートする。

[0093] [操作 S12] 対応するキュー 210の先頭のフレーム 300のフレーム長 Lを調べ、現在の Deficit値 Vdから当該フレーム長 Lを引いた値がやはり 0より大きければ more— dequeue信号 264もアサートする。そうでなければ more— dequeue信号 264はネゲートする。

[0094] [操作 S13] デキュー実行部 240から dequeue要求信号 261がアサートされたら、キュー 210から先頭のフレーム 300を取り出し、デキュー実行部 240に渡す。その後、 Deficit値 Vdからフレーム長 Lを減算する。

[0095] [操作 S14] デキュー実行部 240から add— Quantum信号 262がアサートされたら、 Deficit値 Vdに Quantum値 Vqを力卩算する。このとき、加算によって Deficit値 V dが Quantum値 Vqより大きくなつたら、 Deficit値 Vdは Quantum値 Vqと同じ値にする。

[0096] すなわち、図 10フローチャートに例示されるように、 Deficit処理部 230 (計算 Z制御論理 231)は、 Deficit値 Vdを Quantum値 Vqで初期化する（ステップ 401)。

[0097] そして、対応するキュー 210にフレーム 300があるか否かをシェービング信号 251 に基づ、て調べる（ステップ 402)。

フレーム 300がキュー 210にな!/、場合には、 dequeue可信号 263をネゲートし (ステツプ 403)、フレーム 300がキュー 210にある場合には、 dequeue可信号 263をァサートする（ステップ 406)。

[0098] この dequeue可信号 263がアサートされている場合には、随時、デキュー実行部 2 40力も dequeue要求信号 261がアサートされる可能性がある。

dequeue要求信号 261がアサートされた場合には、図 11のフローチャートに示されるように、 Deficit処理部 230は、 dequeue要求信号 261のアサートを検出し (ステップ 411)、対応するキュー 210から一つのフレーム 300をデキュー（取り出し）してデキュー実行部 240に転送し (ステップ 412)、 Deficit値 Vdから当該フレーム 300のフレーム長 Lを減算する (ステップ 413)。

[0099] 図 10に戻って、 Deficit処理部 230は、 Deficit値 Vdからフレーム長 L (ただし、前段でステップ 403が実行されて、た場合、すなわち図 11の処理が実行されて！ヽなヽ場合は、フレーム長 L = 0である）を減算した値力 SOより大きいか判別し (ステップ 404) 、大きい場合には more— dequeue信号 264をアサートし (ステップ 407)、そうでない場合には more— dequeue信号 264をネゲートする（ステップ 405)。

[0100] そして、ステップ 402に戻って同様の処理を反復する。

なお、この図 10の反復の過程で、随時、デキュー実行部 240から add— Quantum 信号 262がアサートされた場合には、図 12のフローチャートの処理を実行する。

[0101] すなわち、 Deficit処理部 230は、 add— Quantum信号 262を検出すると（ステツプ 421)、 Deficit値 Vdに Quantum値 Vqをカ卩算する（ステップ 422)。ただし、この加算では、加算結果が Quantum値 Vqよりも大きくなつた場合には、 Deficit値 Vdは Q uantum値 Vqと同じ値にする。

[0102] 一方、デキュー実行部 240の動作は、一例として、以下のようになる。

[操作 S21] 内部状態フラグ 243a (rr_continue)を 0に設定する。

[0103] [操作 S22] 上力も順に (ラウンドロビンカウンタ 242の値の 1から nまで順に)複数のキュー 210の dequeue可信号 263、 more— dequeue信号 264を参照する。 dequ eue可信号 263がアサートされていたら、そのキューカもデキューを 1回だけ実行する (dequeue要求信号 261を Deficit計算部に出力する）。また、デキューを実施した時で、かつ more— dequeue信号 264がアサートされていたら、 rr— continueを 1に設定する。

[0104] [操作 S23] 次のキュー 210に順に移り、全キューにおいて [操作 S22]を実施する。全てのキュー 210を一巡した後、 rr— continueが 0ならば、全ての Deficit処理部 230に対して add— Quantum信号 262をアサートする。

[0105] [操作 S24] 参照するキュー 210を最初に戻し (ラウンドロビンカウンタ 242の値が

1に戻り）、上述の [操作 S21]から、再びデキュー処理を繰り返す。

このようなデキュー実行部 240の処理を図 13のフローチャートにてさらに説明する。

[0106] デキュー実行部 240は、ラウンドロビンカウンタ 242を 1に設定して、デキュー対象としてキュー 1を設定するとともに、内部状態フラグ 243a (rr_continue)を 0に初期化する（ステップ 501)。

[0107] その後、該当キューの dequeue可信号 263がアサートされているか否かを判別する（ステップ 502)。

そして、 dequeue可信号 263がアサートされていない場合には、 dequeue要求信号 261をネゲートした後（ステップ 503)、全てのキュー 210を一巡した力否力 (該当キューがキュー nか否か）を判別する (ステップ 504)。

[0108] そして、一巡していない場合には、該当キューを次のキュー 210に設定 (ラウンド口ビンカウンタ 242をインクリメント）した後（ステップ 505)、上述のステップ 502に戻る。

[0109] 上述のステップ 502で該当キューの dequeue可信号 263がアサートされていると判定された場合には、該当キューの Deficit処理部 230に対する dequeue要求信号 2

61をアサートして（ステップ 506)、デキューされたフレーム 300を当該 Deficit処理部 230から受け取って、後段の内部スィッチ 130に出力するとともに、 dequeue要求信号 261をネゲートする（ステップ 507)。

[0110] その後、該当キューの more— dequeue信号 264がアサートされているか判別し (ステツプ 508)、アサートされている場合には、 rr_continueに 1を設定した後（ステツプ 509)ゝステップ 504を実行する。

[0111] 上述のステップ 504で全てのキュー 210に対してデキューを試行した（すなわちラウンドロビンカウンタ 242の値が最大値 n)と判別された場合には、 rr— continueが 0か否かを判別する (ステップ 510)。

[0112] そして、 rr— continue = 0の場合には、全てのキュー 210のフレーム 300のデキュ一が完了して、るので、全ての Deficit処理部 230に対して add— Quantum信号 2

62のアサートを実行して、 Deficit値 Vdの初期化を実行させたのち（ステップ 511)、最初のステップ 501に戻る。

[0113] ステップ 510で、 rr— continueが 0でないと判定された場合には、最初のステップ 5

01に戻り、前回の一巡で、 Deficit値 Vdを使い切つていないキュー 210に対してのみ、順繰りにデキューを実行する。

[0114] 上述のようなキュー制御部 220の Deficit処理部 230およびデキュー実行部 240の動作により、全てのキュー 210をラウドロビン的に順繰りに見ていくので、単一キュー力ものバーストサイズは必ず 1パケット長に抑えられる。

[0115] また、個々のキュー 210に対応した Deficit処理部 230に、当該キュー 210に対応して割り当てられた帯域 (すなわち、 Deficit値 Vdの値）を使ヽ切ったか否かを示す more— dequeue信号 264と、割り当てられた帯域を使、切って!/、な!/、キュー 210が存在する間は、 Deficit値 Vdを初期化しな、ように制御するための内部状態フラグ 2 43a (rr— continue)を設けることで、全てのキュー 210において割り当てられた帯域比率も正確に守られる。

[0116] 上述のような本実施の形態のキュースケジューリング装置 200におけるキュースケジユーリング制御によって、上述の図 4および図 5に示した従来例がどのような結果になるかを以下に示す。

[0117] キューの本数は 3本、最低帯域は 500Mbps (キュー 1)、 350Mbps (キュー 2)、 15 0Mbps (キュー 3)とし、シェービングは 500Mbps (キュー 1)、 500Mbps (キュー 2)、 300Mbps (キュー 3)とする。また、シェービングのバーストサイズを同様に 3とする。

[0118] この場合、本実施の形態のキュースケジューリング装置 200によるスケジューリング結果は図 14のようになる。

本実施の形態の場合には、従来の DRRのように単一キューから Deficit値 Vdの値だけ連続してデキューする場合と異なり、全キューから 1フレームずつ順繰りにデキュ一する制御形態に変わっているため、時刻 t=0〜8では 3つキュー 1〜3の全てがラゥンドロビン的に順繰りにデキューされるように動作する。

[0119] その後、キュー 3の Deficit値 Vdが 0になったので除外され、次はキュー 1とキュー 2 で交互にデキューが実行され、最後にキュー 1だけが Deficit値力^より大きいので、キュー 1に対してデキューを実施する。

[0120] キューシエーパ（シェービング制御部 250)のバーストサイズが 3である力各キューから 1フレームずつの取り出しなので、 Deficit値 Vd力 Oより大きいのにバーストサイズの不足でスケジューリングできない、という問題も本実施の形態の場合には発生しない。

[0121] この例では、キュー 1から最大 3バーストでフレームが出るので、出力側の送信バッファの容量は 3〜4フレームの長さ分に抑えられる。上述の図 4、図 5の従来例では 1 0フレーム分のバッファ必要であったので、本実施の形態の場合には、必要なバッファサイズが大幅に少なくて済むことがわかる。

[0122] また、 Deficit値の差が大きい (最低帯域保証の差がキュー毎に大きい)場合は、どうしても連続で出力する場合が出るものの、 Deficit値 Vdの差が小さい場合のほとんどでバッファサイズを抑えることが可能となり、通常使用においては十分な効果を発揮できる。

[0123] なお、 Deficit処理部 230の more— dequeue信号 264のアサート処理において、対応するキュー 210に 2つめのパケットがあるかどうか見ていないのは、一巡して戻つてくるまでにデキュー実行部 240からのデキュー要求が来る（dequeue要求信号 26 1がアサートされる）場合を想定しているからである。

[0124] 従来の DRRでは、 Deficit値 Vdに相当する長さ分の一つあるいは複数のフレーム

300を連続してデキューしなければ (Burstさせなければ)最低帯域保証が出来な！/、ため、キュー 210のシェービング制御部 250は、 Deficit値 Vdの値以上のバースト（B urst)転送を行なわせなければならなかった。

[0125] 本実施の形態の場合にはバーストサイズを少なくするために、シェービング制御部 250によるバーストサイズの設定値も低くしないといけない。そのため、キュー 210にフレーム 300はあるがシェービングの関係力デキューしてはいけない状態が当然出て来る。

[0126] この状態の時に Deficit処理部 230の Deficit値 Vdのリセット（Quantum値 Vqによる初期化）が実行される場合があり、そのままでは設定帯域どおりのスケジューリングが出来ない瞬間が発生するため、本実施の形態では、 more— dequeue信号 264を設け、 more— dequeue信号 264のアサート処理において、対応するキュー 210に 2 つめのパケットがあるかどうか見な、ようにして、る。

[0127] もちろん、 more— dequeue信号 264がなくても、少し時間が経過すれば設定帯域どおりになるが、本実施の形態のように more— dequeue信号 264を設けることは、瞬間的な帯域のずれまでを許さずに厳密なスケジューリングを実施する場合に有効となる。

[0128] 上述のキュースケジューリング装置 200を情報中継装置 100等に実装することで、以下の効果が得られる。

属性の異なるフレーム 300の複数フローが情報中継装置 100を流れている時、キュ一スケジューリング装置 200のキュー制御部 220の出力側のバーストサイズは必ず 1 フレームのフレーム長 Lに抑えられる。 [0129] 情報中継装置 100の中で、フレーム 300の単一フローしか流れていなくても、バーストサイズはシェービング制御部 250が設定したバーストサイズに抑えられる。

従来の DRR実装では Quantum値 Vq以上のバーストサイズをシェービング制御部 250に許容する設定としなければならな力つた。さもないと、やはり帯域比率が守れなかった。

[0130] これに対して、本実施の形態の場合には、シェービング制御部 250のバーストサイズは最低限の設定で構わないので、結局、単一フローにおいてもバーストサイズはかなり抑えられる。

[0131] バーストサイズが抑えられるので、たとえば、このバーストサイズに対応してキュー制御部 220の後段に位置する内部スィッチ 130等に設けられるデータバッファの容量力、さくて済む。

[0132] この結果、データバッファを構成する記憶素子に掛カるコストおよび実装面積を削減することができる。

産業上の利用可能性

[0133] 本発明によれば、個々のキューの設定帯域を維持しつつ、バースト量を低減させることが可能となる。

また、本発明によれば、シェービングの実装と併用してもシェービング精度を悪ィ匕させることがないキュースケジューリング技術を提供することができる。

[0134] また、本発明によれば、個々のキュー毎のフローを、より公平にスケジューリングすることが可能となる。

また、本発明によれば、より低コストにて情報中継装置を構築することが可能となる

[0135] また、本発明によれば、通信データの属性に応じた安定な帯域制御およびシービングを低コストにて実現することが可能な情報中継装置を提供することができる。なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しな!、範囲で種々変更可能であることは言うまでもな、。

[0136] たとえば、本発明のキュースケジューリング技術を実施する上述の情報中継装置 1 00やキュースケジューリング装置 200の構成は、一例であり、一般の情報機器に広く適用することが可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 通信データを到着順に保持する複数のキューと、

前記管理値が 0以上の前記キューから順繰りに前記通信データを読み出すとともに

、当該キュー力読み出した前記通信データの長さを、当該キューに対応する前記管理値から減算する操作と、

を実行するキュー制御手段と、

を含むことを特徴とするキュースケジューリング装置。

[2] 請求項 1記載のキュースケジューリング装置において、

前記初期値は、個々の前記キューに割り当てられる最低保証帯域に応じて設定されることを特徴とするキュースケジューリング装置。

[3] 請求項 1記載のキュースケジューリング装置において、

さらに、前記キューに保持された前記通信データのシェービングを行うシェービング制御手段を含むことを特徴とするキュースケジューリング装置。

[4] 請求項 1記載のキュースケジューリング装置において、

前記キュー制御手段は、

個々の前記キューに設けられた管理値計算手段と、

前記デキュー実行手段は、

前記管理値計算手段は、

前記デキュー実行手段からの前記初期化信号が真のときに、前記記憶手段に対して前記初期値を前記管理値として設定する機能と、を含むことを特徴とするキュースケジユーリング装置。

[5] 通信データを到着順に保持する複数のキューの各々に対応して、当該キューに保持される前記通信データの属性に応じた初期値を管理値として設定するステップと、前記管理値が 0以上の前記キューから順繰りに前記通信データを読み出すとともに、当該キュー力読み出した前記通信データの長さを、当該キューに対応する前記管理値から減算するステップと、

を含むことを特徴とするキュースケジューリング方法。

[6] 請求項 5記載のキュースケジューリング方法にぉ、て、

個々の前記キューに割り当てられる最低保証帯域に応じて前記初期値を設定することを特徴とするキュースケジューリング方法。

[7] 請求項 5記載のキュースケジューリング方法にぉ、て、

さらに、前記キューに保持された前記通信データのシェービングを行う工程を含むことを特徴とするキュースケジューリング方法。

[8] 通信データが入出力される複数のポートを管理するポート制御手段と、複数の前記ポートの間で前記通信データの転送経路の切り替えを行う経路制御手段と、を含む情報中継装置であって、前記ポート制御手段は、

通信データを到着順に保持する複数のキューと、

を実行するキュー制御手段と、

を含むキュースケジューリング装置を備えたことを特徴とする情報中継装置。

[9] 請求項 8記載の情報中継装置において、

前記初期値は、個々の前記キューに割り当てられる最低保証帯域に応じて設定されることを特徴とする情報中継装置。

[10] 請求項 8記載の情報中継装置において、

さらに、前記キューに保持された前記通信データのシェービングを行うシェービング制御手段を含むことを特徴とする情報中継装置。

[11] 請求項 8記載の情報中継装置において、

前記キュー制御手段は、

個々の前記キューに設けられた管理値計算手段と、

前記デキュー実行手段は、

前記管理値計算手段は、

前記デキュー実行手段からの前記初期化信号が真のときに、前記記憶手段に対して前記初期値を前記管理値として設定する機能と、を含むことを特徴とする情報中継装置。