JPH11508735A

JPH11508735A - 輻輳回避

Info

Publication number: JPH11508735A
Application number: JP9504231A
Authority: JP
Inventors: アーノルド，ジョン，スペンサー
Original assignee: ジーピーティリミテッド
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1999-07-27
Also published as: GB2305576A; WO1997001913A2; AU6233096A; NO976097L; WO1997001913A3; NO976097D0; GB9513138D0; EP0835574A2; GB9613064D0

Abstract

(57)【要約】切換え式非同期転送モードネットワークは、ネットワークの入力に、定ビットレートトラヒック、持続性セルレートトラヒックおよび使用可能ビットレートトラヒックのＡＴＭセルをそれぞれ保持する３個のバッファを有する。後者２個のバッファは、最初のバッファよりも低い制御されたセル出現レートを有し、出現レートは、バッファの内容と上下の指定値との関係に応じて制御される。

Description

【発明の詳細な説明】輻輳回避既存の公共交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）は、コールの期間だけコミットされる定ビットレートチャネルを介して音声サービスを運ぶ。したがって、コールのセットアップ時に輻輳が起こるおそれがある。既存のパケット交換公共データネットワーク（ＰＳＰＤＮ）は、ベアラに統計的に多重化される仮想チャネルを介して、データをパケットにして運ぶ。いかなるときにも輻輳が起こるおそれがあるが、リンクごとに動作する積分高レベルデータ制御（ＨＤＬＣ）プロトコルにより、データの完全性は保護される。チャネルは、情報を運ぶか運ばないかにかかわらず帯域幅を占有するため、ＰＳＴＮは、データを運ぶには非効率的である。統計多重化および積分ＨＤＬＣプロトコルによって導入される遅延変動のため、ＰＳＰＤＮは音声会話を運ぶことはできない。上記の２種のトラヒックの混成体を運ぶのには非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワークが必要であり、したがって、そのトラヒック特性および機能は、ＰＳＴＮまたはＰＳＰＤＮのいずれとも根本的に異なる。本発明は、ＡＴＭ基礎構造のアクセス階層で異なるトラヒッククラスを扱う方法を識別し、提供する。本発明によると、複数のスイッチを含み、ネットワークの入力またはそれに隣接するところに、ＡＴＭトラヒックを構成するコールを受けるための３個の先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファのセットを有し、それらのバッファが、ＡＴＭトラヒックの定ビットレート（ＣＢＲ）トラヒック、持続性セルレート（ＳＣＲ）トラヒックおよび使用可能ビットレート（ＡＢＲ）トラヒックの形態にそれぞれ用いられるものであり、ＳＣＲバッファおよびＡＢＲバッファからの出力レートが、バッファの内容が指定上限値を超えた場合にはバッファの出力レートを小さな増分だけ増大させることによって、そしてバッファの内容が指定下限値を下回った場合には出力レートを小さな増分だけ減少させることによって制御される、切換え式非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワークが提供される。次に、例として、添付の図面を参照しながら本発明を説明する。図１は、本発明に使用するためのＡＴＭアクセスアップストリームバッファを示すブロック図である。図２は、本発明で実施されるトラヒック整形および輻輳回避を示すブロック図である。図３は、本発明のＡＴＭフロー制御ループを示すブロック図である。国際電気通信連合（ＩＴＵ）研究グループ１３は、３種のＡＴＭトラヒッククラスを認識している。これらのクラスとは、主に音声を運ぶための定ビットレート（ＣＢＲ）（クラスＡ）主に可変ビットレート画像を運ぶための持続性セルレート（ＳＣＲ）（クラスＢ）データを運ぶのに使用される使用可能ビットレート（ＡＢＲ）（クラスＹ）である。これらのトラヒッククラスの一つがセットアップ時に各仮想チャネルと対応する。ＳＣＲおよびＡＢＲの両トラヒッククラスをともに「バースト性」と定義する。すなわち、仮想チャネル（ＶＣ）によって占有される瞬間帯域幅が連続的に変化する。バースト性ＶＣの平均帯域幅はピーク帯域幅よりも実質的に小さい。ＡＴＭスイッチは、メモリバッファを含むその出力ポートで、多数のソースがベアラに対するアクセスを求めて待ち行列を作ることを許し、それにより、トラヒックフローを平滑化する多重化機能を提供する。多くのバースト性チャネルが１個のベアラで運ばれるとき、バッファ待ち行列の有限メモリのオーバフローをもたらすピークの一致の確率は非常に低い。したがって、平均に近づく仮想チャネル帯域幅に基づいてネットワークの規模を決め、ひいては、ピーク帯域幅に基づいて規模を決定する場合よりも多くのチャネルを運ぶことが可能である。これはシステムの「統計利得」として知られる。セル損失確率の点で提供されるサービス品質は、許容される最大ピークチャネル帯域幅（チャネル幅が小さいほど、運ばれるチャネルの数が増し、ひいては、ベアラに関する統計平均からの標準偏差が小さくなる）、スイッチ中のメモリバッファのサイズ（バッファが大きいほど、バースト積分の期間が長くなる）およびスイッチに入るトラヒックフローの「バーストしやすさ」に依存する。ＶＣピーク帯域幅の制限は、システム制御の関数であり、提供されるＶＣ警備機能およびスイッチメモリバッファは、費用を最小限にし、過度の遅延を回避するため、比較的小さくなければならない。しかし、バースト性トラヒックは、より滑らかなトラヒックフローを達成するため、切換え式ネットワークに入る前に、アクセスネットワーク中で調整することができる。大きなメモリバッファが、アクセスネットワークの入口点に隣接して配置される。すべてのバースト性トラヒック（ＳＣＲおよびＡＢＲクラス）は、このバッファを介して送られる。しかし、ＳＣＲトラヒック（ＡＢＲトラヒックよりも遅延および遅延変動に対して感度が高い）は、バッファからの出現に関して、より高い優先順位を与えられる。ＣＣＲトラヒックはすでに「滑らか」であり、音声品質が遅延を被る。したがって、このトラヒッククラスは、アクセスアップストリームのバースト性バッファに優先する、別個のより小さなバッファを使用する。得られたアップストリームバッファの構造を図１に示す。しかし、単なる緩衝的記憶はそれ自体でトラヒックのフローを滑らかにするのに十分ではない。出力レートが平均入力レートよりも有意に高いならば、バッファ中の待ち行列はほぼ空になり、出力は入力のバーストしやすさの大部分を保持する。したがって、ＣＣＲチャネルのトラヒックフローを近似するまでになるトラヒックフローを作り出すため、出力をレート制御しなければならない。しかし、出力レートが制限され過ぎるならば、バッファは満杯になり、オーバフローを起こすおそれがある。したがって、出力フローを、バッファ中でほぼ一定のレベルに維持させるのに十分なように強制するフィードバック機構が必要である。バースト性トラヒックバッファのサイズは、図２に示す機構により、両限界の間に維持される。待ち行列サイズが下限を下回るならば、バッファからの出力レートは漸進的に減少する。同様に、サイズが上限を超えるならば、出力レートは増す。小さな増分変化では、出力レートは比較的ゆっくり変化し、したがって、滑らかなセルのフローを作り出す。ＩＴＵ勧告は、各ＡＴＭセルのヘッダに３ビットのセルタイプフィールドを考慮し、このフィールドのコードの１個が輻輳表示用である。この表示は、輻輳接近の徴候があるとき、すなわち、普通は、バッファ内容が事前設定値を超えたとき、ＶＣまたは仮想経路（ＶＰ）の経路中でスイッチまたは統計マルチプレクサによってセットされる。意図することは、宛先ユーザネットワークインタフェース（ＵＮＩ）で検出される輻輳表示の持続（具現態様に依存して、「Ｔ」基準点を上回るか下回る）が、輻輳メッセージのソースへの帰還をもたらす。セルタイプフィールドはまた、関連する仮想チャネルの帰還経路を介して伝送され、輻輳メッセージを運ぶリソース管理（ＲＭ）セルを識別することを考慮している。実際、ＲＭセルは、輻輳表示の持続が検出されたかどうかを問わず、規則的な間隔で（たとえば、チャネルでＮ個のセルが受信されるごとに）戻される。ソースで受信されるＲＭセルは、アップストリームトラックの３種の状態の一つを表示することができる。このような状態が以下の動作をもたらす。１．輻輳状態：バッファ限界（上下とも）を、バッファの上縁に達するまで１増分だけ上に移動させる。バースト性入力が積分される期間を延長する。バッファの出力レートを一時的に減らす（補充するまで）。経路遅延を増大する。２．ホールド状態：現在の状態を維持する。３．非輻輳状態：バッファ限界（上下とも）を、バッファの下縁に達するまで１増分だけ下に移動させる。最後には元の状態を回復する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年４月４日【補正内容】明細書輻輳回避既存の公共交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）は、コールの期間だけコミットされる定ビットレートチャネルを介して音声サービスを運ぶ。したがって、コールのセットアップ時に輻輳が起こるおそれがある。既存のパケット交換公共データネットワーク（ＰＳＰＤＮ）は、ベアラに統計的に多重化される仮想チャネルを介して、データをパケットにして運ぶ。いかなるときにも輻輳が起こるおそれがあるが、リンクごとに動作する積分高レベルデータ制御（ＨＤＬＣ）プロトコルにより、データの完全性は保護される。チャネルは、情報を運ぶか運ばないかにかかわらず帯域幅を占有するため、ＰＳＴＮは、データを運ぶには非効率的である。統計多重化および積分ＨＤＬＣプロトコルによって導入される遅延変動のため、ＰＳＰＤＮは音声会話を運ぶことはできない。上記の２種のトラヒックの混成体を運ぶのには非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワークが必要であり、したがって、そのトラヒック特性および機能は、ＰＳＴＮまたはＰＳＰＤＮのいずれとも根本的に異なる。本発明は、ＡＴＭ基礎構造のアクセス階層で異なるトラヒッククラスを扱う方法を識別し、提供する。「An Integrated Dynamic Resource Allocation Sche me for ATM Networks」（IEEE Infocom 93 Proceedings, vol．3，28 March 93， pages 1288-1297）において、Bolla らは、ＡＴＭリンクがいくつかのトラヒッククラスによって共用されるＡＴＭネットワークの帯域幅割当方式を記載している。このシステムでは、各トラヒッククラスにセルバッファが設けられ、トラヒック制御がバッファへの入力で実行される。本発明によると、複数のスイッチを含み、ネットワークの入力またはそれに隣接するところに、ＡＴＭトラヒックを構成するコールを受けるための３個の先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファのセットを有し、それらのバッファが、ＡＴＭトラヒックの定ビットレート（ＣＢＲ）トラヒック、持続性セルレート（ＳＣＲ）トラヒックおよび使用可能ビットレート（ＡＢＲ）トラヒックの形態にそれぞれ用いられるものであり、ＳＣＲバッファおよびＡＢＲバッファからの出力レートが、バッファの内容が指定上限値を超えた場合にはバッファの出力レートを小さな増分だけ増大させることによって、そしてバッファの内容が指定下限値を下回った場合には出力レートを小さな増分だけ減少させることによって制御される、切換え式非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワークが提供される。次に、例として、添付の図面を参照しながら本発明を説明する。図１は、本発明に使用するためのＡＴＭアクセスアップストリームバッファを示すブロック図である。図２は、本発明で実施されるトラヒック整形および輻輳回避を示すブロック図である。図３は、本発明のＡＴＭフロー制御ループを示すブロック図である。国際電気通信連合（ＩＴＵ）研究グループ１３は、３種のＡＴＭトラヒッククラスを認識している。これらのクラスとは、主に音声を運ぶための定ビットレート（ＣＢＲ）（クラスＡ）主に可変ビットレート画像を運ぶための持続性セルレート（ＳＣＲ）（クラスＢ）データを運ぶのに使用される使用可能ビットレート（ＡＢＲ）（クラスＹ）である。これらのトラヒッククラスの一つがセットアップ時に各仮想チャネルと対応する。ＳＣＲおよびＡＢＲの両トラヒッククラスをともに「バースト性」と定義する。すなわち、仮想チャネル（ＶＣ）によって占有される瞬間帯域幅が連続的に変化する。バースト性ＶＣの平均帯域幅はピーク帯域幅よりも実質的に小さい。ＡＴＭスイッチは、メモリバッファを含むその出力ポートで、多数のソースがベアラに対するアクセスを求めて待ち行列を作ることを許し、それにより、トラヒックフローを平滑化する多重化機能を提供する。多くのバースト性チャネルが１個のベアラで運ばれるとき、バッファ待ち行列の有限メモリのオーバフローをもたらすピークの一致の確率は非常に低い。したがって、平均に近づく仮想チャネル帯域幅に基づいてネットワークの規模を決め、ひいては、ピーク帯域幅に基づいて規模を決定する場合よりも多くのチャネルを運ぶことが可能である。これはシステムの「統計利得」として知られる。セル損失確率の点で提供されるサービス品質は、許容される最大ピークチャネル帯域幅（チャネル幅が小さいほど、運ばれるチャネルの数が増し、ひいては、ベアラに関する統計平均からの標準偏差が小さくなる）、スイッチ中のメモリバッファのサイズ（バッファが大きいほど、バースト積分の期間が長くなる）およびスイッチに入るトラヒックフローの「バーストしやすさ」に依存する。ＶＣピーク帯域幅の制限は、システム制御の関数であり、提供されるＶＣ警備機能およびスイッチメモリバッファは、費用を最小限にし、過度の遅延を回避するため、比較的小さくなければならない。しかし、バースト性トラヒックは、より滑らかなトラヒックフローを達成するため、切換え式ネットワークに入る前に、アクセスネットワーク中で調整することができる。大きなメモリバッファが、アクセスネットワークの入口点に隣接して配置される。すべてのバースト性トラヒック（ＳＣＲおよびＡＢＲクラス）は、このバッファを介して送られる。しかし、ＳＣＲトラヒック（ＡＢＲトラヒックよりも遅延および遅延変動に対して感度が高い）は、バッファからの出現に関して、より高い優先順位を与えられる。ＣＣＲトラヒックはすでに「滑らか」であり、音声品質が遅延を被る。したがって、このトラヒッククラスは、アクセスアップストリームのバースト性バッファに優先する、別個のより小さなバッファを使用する。得られたアップストリームバッファの構造を図１に示す。しかし、単なる緩衝的記憶はそれ自体でトラヒックのフローを滑らかにするのに十分ではない。出力レートが平均入力レートよりも有意に高いならば、バッファ中の待ち行列はほぼ空になり、出力は入力のバーストしやすさの大部分を保持する。したがって、ＣＢＲチャネルのトラヒックフローを近似するまでになるトラヒックフローを作り出すため、出力をレート制御しなければならない。しかし、出力レートが制限され過ぎるならば、バッファは満杯になり、オーバフローを起こすおそれがある。したがって、出力フローを、バッファ中でほぼ一定のレベルに維持させるのに十分なように強制するフィードバック機構が必要である。バースト性トラヒックバッファのサイズは、図２に示す機構により、両限界の間に維持される。待ち行列サイズが下限を下回るならば、バッファからの出力レートは漸進的に減少する。同様に、サイズが上限を超えるならば、出力レートは増す。小さな増分変化では、出力レートは比較的ゆっくり変化し、したがって、滑らかなセルのフローを作り出す。ＩＴＵ勧告は、各ＡＴＭセルのヘッダに３ビットのセルタイプフィールドを考慮し、このフィールドのコードの１個が輻輳表示用である。この表示は、輻輳接近の徴候があるとき、すなわち、普通は、バッファ内容が事前設定値を超えたとき、ＶＣまたは仮想経路（ＶＰ）の経路中でスイッチまたは統計マルチプレクサによってセットされる。意図することは、宛先ユーザネットワークインタフェース（ＵＮＩ）で検出される輻輳表示の持続（具現態様に依存して、「Ｔ」基準点を上回るか下回る）が、輻輳メッセージのソースへの帰還をもたらす。セルタイプフィールドはまた、関連する仮想チャネルの帰還経路を介して伝送され、輻輳メッセージを運ぶリソース管理（ＲＭ）セルを識別することを考慮している。実際、ＲＭセルは、輻輳表示の持続が検出されたかどうかを問わず、規則的な間隔で（たとえば、チャネルでＮ個のセルが受信されるごとに）戻される。ソースで受信されるＲＭセルは、アップストリームトラックの３種の状態の一つを表示することができる。このような状態が以下の動作をもたらす。１．輻輳状態：バッファ限界（上下とも）を、バッファの上縁に達するまで１増分だけ上に移動させる。バースト性入力が積分される期間を延長する。バッファの出力レートを一時的に減らす（補充するまで）。経路遅延を増大する。２．ホールド状態：現在の状態を維持する。３．非輻輳状態：バッファ限界（上下とも）を、バッファの下縁に達するまで１増分だけ下に移動させる。最後には元の状態を回復する。請求の範囲１．複数のスイッチを含む切換え式非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワークであって、ネットワークの入力またはそれに隣接するところに、ＡＴＭトラヒックを構成するコールを受けるための先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファのセットを有し、前記バッファが、ＡＴＭトラヒックの定ビットレート（ＣＢＲ）トラヒック、持続性セルレート（ＳＣＲ）トラヒックおよび使用可能ビットレート（ＡＢＲ）トラヒックの形態にそれぞれ用いられるものであり、ネットワークが、バッファの内容が指定上限値を超えた場合にはバッファの出力レートを小さな増分だけ増大させ、バッファの内容が指定下限値を下回った場合には出力レートを小さな増分だけ減少させることにより、ＳＣＲバッファおよびＡＢＲバッファからの出力レートを制御するように適合されていることを特徴とするネットワーク。２．ＣＢＲバッファ中のセルが第一の出現優先順位を有し、ＳＣＲバッファ中のセルが第二の出現優先順位を有し、ＡＢＲバッファ中のセルが最低の出現優先順位を有する請求項１記載のネットワーク。３．各セルが、そのヘッダ中に、スイッチによってセットされてバッファ中の輻輳状態の発生を示すことができるフィールドを有し、ネットワークのアドレス指定された宛先が、リソース管理（ＲＭ）セルを周期的に入力に伝送するように適合され、ＲＭセルのペイロードが、輻輳状態の表示を運ぶセルの持続した受信がいつ起こるかを示す情報を含み、ネットワークが、入力でＲＭセルが受信されると、上下の指定値をともに、上限値に達するまでバッファに対して上に移動させ、そのような情報を運ぶための手段を含む請求項１または２記載のネットワーク。４．そのような情報を運ばない入力でＲＭセルがその後に受信されると、上下の指定値をともに、下限値に達するまでバッファ中で低下させるための手段をさらに含む請求項３記載のネットワーク。【図１】【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．複数のスイッチを含み、ネットワークの入力またはそれに隣接するところに、ＡＴＭトラヒックを構成するコールを受けるための３個の先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファのセットを有し、前記バッファが、ＡＴＭトラヒックの定ビットレート（ＣＢＲ）トラヒック、持続性セルレート（ＳＣＲ）トラヒックおよび使用可能ビットレート（ＡＢＲ）トラヒックの形態にそれぞれ用いられるものであり、ＳＣＲバッファおよびＡＢＲバッファからの出力レートが、バッファの内容が指定上限値を超えた場合にはバッファの出力レートを小さな増分だけ増大させ、バッファの内容が指定下限値を下回った場合には出力レートを小さな増分だけ減少させることによって制御される切換え式非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワーク。２．ＣＢＲバッファ中のセルが第一の出現優先順位を有し、ＳＣＲバッファ中のセルが第二の出現優先順位を有し、ＡＢＲバッファ中のセルが最低の出現優先順位を有する請求項１記載のネットワーク。３．各セルが、そのヘッダ中に、スイッチによってセットされてバッファ中の輻輳状態の発生を示すことができるフィールドを有し、ネットワークのアドレス指定された宛先で、リソース管理（ＲＭ）セルが周期的に入力に伝送され、ＲＭセルが、そのペイロード中に、輻輳状態の表示を運ぶセルの持続した受信がいつ起こるかを示す情報を運び、入力でのＲＭセルの受信およびそのような情報の搬送が、上下の指定値をともに、上限値に達するまでバッファに対して上に移動させる請求項１または２記載のネットワーク。４．そのような情報を運ばない入力におけるＲＭセルのその後の受信が、上下の指定値をともに、下限値に達するまでバッファ中で低下させる請求項３記載のネットワーク。