JP3079066B2 - Ａｔｍ通信網 - Google Patents

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(Asynchronou
s Transfer Mode)通信に利用する。本発明はＶＣルート
の帯域をトラヒックに対応して可変に設定する技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＡＴＭ通信網では、網内の各交換機相互
間に設けられた物理伝送路上にＶＰリンクが設定され、
さらに、このＶＰリンクにはＶＣルートが設定されてい
る。一つのＶＰリンク内には複数のＶＣルートを設定す
ることができる。また、このＶＣルートの帯域はその和
がこのＶＣルートを収容しているＶＰリンクの最大容量
を越えない範囲で任意に設定することができる。

【０００３】昨今のＡＴＭ通信網では、ＶＰリンクの帯
域の有効利用を図るため、ＶＣルートの帯域をその時の
トラヒックに対応して可変させることが行われている。

【０００４】従来のＡＴＭ通信網におけるＶＣルートの
帯域制御では、交換機におけるバッファ内の出力待ちセ
ル数を観測しておき、その観測結果を送信端を収容する
交換機に通知することにより、この送信端を収容する交
換機が輻輳状況を把握することによってセルの出力レー
ト制御を行っている。

【０００５】このようなセルの出力レート制御を行うに
ついては、伝搬遅延のため観測結果の通知によって過去
の情報しか得られず、また、適当な通知間隔でしか情報
が与えられないため、ネットワーク規模が拡大するにし
たがってバッファ量を増加させたり、ユーザからの帯域
変更要求に対する応答速度を下げる必要がある。

【０００６】例えば、ＡＢＲ方式ではＲＭ(Resource Ma
nagement) セルと呼ばれる制御用のセルを用いて出力レ
ート制御を行う。出力レートを制御する上流の交換機
は、網内の輻輳状況を調べるためにＲＭセルを用いる。
つまり、出力レートを制御する上流の交換機は一定セル
数毎にＲＭセルを挿入して受信端に送信する。

【０００７】出力レートを制御することのできない下流
の交換機は、そのＲＭセルに輻輳の有無や受入可能な入
力レートの情報を書き込む。ＲＭセルは着側の交換機あ
るいは受信端で折り返されて上流の出力レートを制御す
る交換機に戻ってくる。

【０００８】したがって、戻ってきたＲＭセル上の情報
を読取ることにより出力レートを制御できる交換機は、
網内の輻輳状況に応じた出力レートの制御が可能にな
る。ところが、観測を行う交換機と出力レートを制御す
る交換機との間には一般に伝搬遅延があるため、通知し
た情報が実際の出力レート低減に反映されるまで、輻輳
を吸収するためのバッファが必要となったり、あるいは
短時間に急激に輻輳が進まないよう、各コネクションの
帯域増加幅を制限する必要がある。特に、ＷＡＮ(Wide
Area Network) のように長大遅延を持つネットワークで
は、この問題は大きく、サービスの実現を困難にしてい
る。

【０００９】ＡＢＲ方式では、交換機におけるバッファ
内の出力待ちセル数を観測しておき、輻輳状況を発側の
交換機に通知していた。この従来例を図１５に示す。図
１５はＡＢＲ方式によるＡＴＭ通信網の概念を示す図で
ある。図１５において、観測をしている交換機３および
４では、そのキュー長があらかじめ定めておいた閾値を
超過したとき、輻輳であることを発側の交換機１に通知
し、出力レートを制御できる交換機１は輻輳情報が到達
したときには、あらかじめ定めておいた量だけレートを
下げ、反対に輻輳ではないことが通知されたときには、
あらかじめ定めておいた量だけレートを上げ、出力レー
トを制御する。

【００１０】この処理フローを図１６および図１７に示
す。図１６は出力レート制御を行う交換機１の処理フロ
ーを示す図である。図１７は観測を行う交換機３および
４の処理フローを示す図である。図１７に示すように、
観測を行う交換機３および４は、バッファ内のセル数を
チェックし（Ｓ１４）、そのセル数が閾値を超過してい
れば（Ｓ１５）、ＲＭセルを用いて輻輳状態の通知を行
う（Ｓ１６）。そのセル数が閾値を越えていなければ
（Ｓ１５）、ＲＭセルを用いて通常状態の通知を行う
（Ｓ１７）。図１６に示すように、出力レート制御を行
う交換機１は、交換機３および４からの通知を制御情報
として受信し（Ｓ１０）、その通知が輻輳の通知であれ
ば（Ｓ１１）、出力レートを減少させ（Ｓ１３）、その
通知が輻輳の通知でなければ（Ｓ１１）、出力レートを
上昇させる（Ｓ１２）。

【００１１】この技術では、輻輳になった後に出力レー
トを下げるための輻輳信号を送信する。また、出力レー
トの上昇幅は一定に設定されるため、輻輳に陥る直前ま
で同じ量だけ出力レートが上昇してしまう。これらの原
因のため、出力レートの下げ幅は大きく設定しなくては
ならない。これは、言い換えれば、輻輳の有無だけの情
報に基づいているため、輻輳の程度に応じた制御が行わ
れないということを表している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の出力
レート制御では、出力レート制御を行う交換機と観測を
行う交換機との間の距離があるため、輻輳通知を行って
も、実際に出力レート制御が開始されるまでの遅延時間
があり、その間に輻輳状態から回復するための出力レー
ト制御は期待できず、その間の過負荷分のセル・トラヒ
ックは、バッファで吸収されるため、極めて大きなバッ
ファ量が必要である。

【００１３】出力レート制御を行う交換機と観測を行う
交換機の間の遅延時間が大きくなるにしたがい、長期間
輻輳状態にさらされるため、その分多くのバッファ量が
必要になる。これを防ぐためには、伝送遅延の大きなネ
ットワークでは、出力レートの上昇幅を小さくし、下降
幅を大きくすることによって、急激な輻輳に陥ること
と、輻輳から短時間に回復できるように設定することが
考えられる。

【００１４】しかし、この設定は、コネクションに割当
てられる出力レートの上昇が遅くなり、また、すぐに落
ちてしまうため、伝送速度を低下させる可能性がある。

【００１５】各交換機で、受入可能な入力レートを算出
して、その値を制御する交換機に通知する方式がＡＴＭ
Forum 95-0013の中に示されている。しかし、この従来
の方法では網内の全ての交換機で受入可能な入力レート
を算出し、その中の最小の値が制御する交換機に通知さ
れる必要がある。

【００１６】したがって、受入可能な入力レートの計算
のためには、複雑な計算を高速に行う必要があり困難で
あった。また、この従来の方法でも、遅延時間が大きな
場合には、出力レートの上昇幅を小さく、下降幅を大き
くすることによって対応している。さらに、受入可能な
入力レートは、ＲＭセルを介して発側の出力レートを制
御する交換機に与えられるので、次のＲＭセルが到達す
るまでのあいだは、直近の古いＲＭセルから指示された
レートでの出力が出力レートを制御する交換機に強いら
れている。したがって、次のＲＭセルが到達するまでの
間のネットワークの輻輳状況については変化がないとし
て、そのまま制御を行うことになる。

【００１７】実際の通信網では、出力レートを制御する
交換機に近い交換機と、遠い交換機があり、その距離や
遅延時間に応じて制御パラメータを変化させることは非
常に手間がかかり、また、接続の度に遅延を測定するこ
とは難しい。さらに、一つの交換機には多くのＶＣルー
トが多重されており、それぞれに対して制御パラメータ
を変えることは、制御の設定に関する複雑さが増すた
め、好ましいことではない。

【００１８】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、観測する交換機が複雑な計算を必要とせずに
出力レートの制御情報を生成することができるＡＴＭ通
信網を提供することを目的とする。本発明は、出力レー
トを制御する交換機では遅延時間の影響を受けることな
く輻輳を回避することができるＡＴＭ通信網を提供する
ことを目的とする。本発明は、空き帯域があれば高速に
出力レートを上昇させることができるＡＴＭ通信網を提
供することを目的とする。本発明は、所望の帯域を残し
た安全な出力レート制御を行うことができるＡＴＭ通信
網を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＶＣルートの
下流にある交換機で入力負荷率の観測を行い、その観測
結果を出力レートが制御可能な上流の交換機に通知し、
この出力レートが制御可能な交換機はその情報をもと
に、下流にある交換機における輻輳を回避しつつ可能な
限り高い出力レートでセルを出力することを目的として
出力レートを算出し、算出した出力レートでセルを出力
することを特徴とする。

【００２０】従来の技術とは、観測を行う交換機が入力
負荷率の観測を行い、その観測結果を出力レートの制御
を行う交換機に通知する点が異なる。また、出力レート
の制御を行う交換機では入力負荷率の通知を受信し、受
信した入力負荷率より出力レートを算出し、算出したレ
ート以下に制御する点が異なる。

【００２１】さらに、従来の技術とは、観測を行う交換
機から出力レートの制御を行う交換機に通知が行われて
いるときに、その間にある交換機が下流からの入力負荷
率の情報を受け取り、自分が観測した入力負荷率と比較
し、大きい方の値を上流に通知する点が異なる。

【００２２】本願出願人は、先願（特願平８−２２５５
９６号、本願出願時に未公開）により、残余帯域率を通
知情報として用いているが、本発明では入力負荷率を用
いる点が異なる。また、通知情報からレートの増減比率
を求める手順が異なる。さらに、通知された情報を元
に、外挿演算を行うことにより、ＶＣルート内の現在の
入力負荷率を安全側に推定することを目的とした入力負
荷率演算を行う点が異なる。また、出力レートの制御フ
ローが異なる。

【００２３】すなわち、本発明は、送信端および受信端
を収容する交換機と、この交換機相互間を接続する物理
伝送路と、この物理伝送路に介挿される中継用の交換機
とを備え、前記交換機間にはＶＣルートが設定可能なＶ
Ｐリンクがそれぞれ設定されたＡＴＭ通信網である。本
発明の特徴とするところは、前記交換機は、自己の入力
負荷率（入力レート／ＶＰリンク容量）を演算記録する
手段と、この入力負荷率を前記送信端を収容する交換機
に向け入力負荷率情報として送出する手段と、他の交換
機から到来する入力負荷率情報があるとき、自己が記録
した入力負荷率と到来した入力負荷率情報に含まれる入
力負荷率とを比較する手段とを備え、前記送出する手段
は、この比較する手段の比較結果にしたがっていずれか
大きい方の入力負荷率を最新の入力負荷率情報として送
出する手段を含むところにある。

【００２４】前記送信端を収容する交換機は、前記比較
する手段の比較結果にしたがって、自己の交換機が設定
するＶＣルートの帯域を可変的に設定する手段を備える
ことが望ましい。

【００２５】これにより、観測する交換機は複雑な計算
を必要とせずに出力レートの制御情報としての入力負荷
率情報を生成することができる。

【００２６】前記可変的に設定する手段は、到来した前
回の入力負荷率情報に含まれる入力負荷率にしたがって
次回の入力負荷率情報が到来するまでの間は現在の入力
負荷率を推定する手段を含むことが望ましい。

【００２７】この推定する手段は、出力レートの増減比
率をγ、この出力レートの増減比率γの特性を決定する
パラメータをＰ１およびＰ２、出力レートをＲとすると
き、入力負荷率の推定値Ψpredを、 γ＝Ｐ１＊Ψpred＋Ｐ２ Ｒ＝Ｒ＊γ Ψpred＝Ψpred＊γ として演算する手段を含むことが望ましい。

【００２８】これにより、入力負荷率情報が到来しない
間についても出力レートを制御する交換機は最適な出力
レートによりＶＣルートの帯域を制御することかでき
る。

【００２９】前記推定値および新たに到来した入力負荷
率情報に含まれる入力負荷率にしたがってこの推定値の
更新を行う手段を備えることが望ましい。

【００３０】この更新を行う手段は、新たに到来した入
力負荷率情報に含まれる入力負荷率をΨnotified、変数
πの初期値を“１．０”としこの変数πの値は前回の変
数πの値にγを乗じることにより順次求め、更新後の推
定値UpdateΨprepを、 UpdateΨprep＝ｍｉｎ（Ψpred，Ψnotified＊π） として演算する手段を含むことが望ましい。これによ
り、推定値の更新を安全側の更新とすることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明実施例の構成を図１ないし
図３を参照して説明する。図１は本発明実施例の全体構
成を示す図である。図２および図３は本発明実施例の交
換機のブロック構成図である。

【００３２】本発明はＡＴＭ通信網であって、送信端５
−１、５−２および受信端６−１を収容する交換機１−
１、１−２、２−２と、この交換機１−１、１−２、２
−２相互間を接続する物理伝送路（図示せず）と、この
物理伝送路に介挿される中継用の交換機２−１とを備
え、交換機１−１、１−２、２−１、２−２間にはＶＣ
ルート４−１、４−２が設定可能なＶＰリンク３−０、
３−１、３−２、３−３、３−４がそれぞれ設定された
ＡＴＭ通信網である。

【００３３】ここで、本発明の特徴とするところは、交
換機１−１、１−２、２−１、２−２は、自己の入力負
荷率（入力レート／ＶＰリンク容量）を演算記録する手
段としての到着セル数カウンタ３１、到着レート算出部
３２、入力負荷率算出部３３と、この入力負荷率を送信
端を収容する交換機１−１に向け入力負荷率情報として
送出する手段としてのＲＭセル送出部３５と、他の交換
機から到来する入力負荷率情報があるとき、自己が記録
した入力負荷率と到来した入力負荷率情報に含まれる入
力負荷率とを比較する手段としての比較演算部３４とを
備え、ＲＭセル送出部３５は、この比較演算部３４の比
較結果にしたがっていずれか大きい方の入力負荷率を最
新の入力負荷率情報として送出するところにある。

【００３４】送信端５−１および５−２を収容する交換
機１−１および１−２は、比較演算部３４の比較結果に
したがって、自己の交換機１−１および１−２が設定す
るＶＣルート４−１および４−２の帯域を可変的に設定
する手段としての出力レート算出部３８および出力レー
ト制御部３７を備えている。

【００３５】出力レート算出部３８は、到来した前回の
入力負荷率情報に含まれる入力負荷率にしたがって次回
の入力負荷率情報が到来するまでの間は現在の入力負荷
率を推定する。

【００３６】この推定は、出力レートの増減比率をγ、
この出力レートの増減比率γの特性を決定するパラメー
タをＰ１およびＰ２、出力レートをＲとするとき、入力
負荷率の推定値Ψpredを、 γ＝Ｐ１＊Ψpred＋Ｐ２ Ｒ＝Ｒ＊γ Ψpred＝Ψpred＊γ として演算する。

【００３７】また、出力レート算出部３８は、この推定
値Ψpredおよび新たに到来した入力負荷率情報に含まれ
る入力負荷率にしたがってこの推定値の更新を行う。

【００３８】この更新は、新たに到来した入力負荷率情
報に含まれる入力負荷率をΨnotified、変数πの初期値
を“１．０”としこの変数πの値は前回の変数πの値に
γを乗じることにより順次求め、更新後の推定値Update
Ψprepを、 UpdateΨprep＝ｍｉｎ（Ψpred，Ψnotified＊π） として演算する。

【００３９】

【実施例】本発明実施例を説明する。図１の１−１およ
び１−２は出力レートを制御する交換機、２−１および
２−２は出力レートは制御せず、入力負荷率を測定する
交換機、３−０、３−１、３−２、３−３、３−４はそ
れぞれ交換機１−１、１−２、２−１、２−２間に設定
されるＶＰリンク、４−１および４−２はＶＣルートで
ある。

【００４０】交換機１−１、１−２、２−１、２−２は
それぞれＶＰリンク３−１、３−２、３−３、３−４に
加わる入力レートを観測しておき、当該ＶＰリンクにお
ける入力負荷率を（入力レート／ＶＰリンク容量）によ
って求める。

【００４１】交換機２−２は、ＶＰリンク３−４に関す
る入力負荷率を交換機２−１に通知する。交換機２−２
はＶＰリンク３−４の入力負荷率を交換機１−１および
１−２に向けて通知する。さらに、交換機２−１は、交
換機２−２からの入力負荷率情報を抽出し、ＶＰリンク
３−３の入力負荷率と交換機２−２から通知されてきた
入力負荷率の値のうち大きい方を交換機１−１および１
−２に通知する。

【００４２】これは、受信端６−１からＶＣルート４−
１および４−２毎に制御用のＲＭセルを送出し、そのＲ
Ｍセル上に入力負荷率を書き込み、各交換機２−２およ
び２−１を通過する度に上記の手順により入力負荷率の
値を書き換えて交換機１−１および１−２に向けて中継
することにより実現される。

【００４３】図２は、交換機２−１および２−２のブロ
ック構成を示す。図２に示す交換機では、あるＶＣにお
いて左から右に流れるセルフローに関する入力負荷率の
測定および通知を考える。図２では、経路１１は着目す
るセルフローの流入するＶＰリンクの入力側、経路１２
は経路１１と同じＶＰリンクで双方向通信を考えたとき
経路１１とは逆方向側を表す。同様に経路２１はセルフ
ローの流出するＶＰリンクの出力側、経路２２は経路２
１と同じＶＰリンクで双方向通信を考えたとき経路２１
とは逆方向側を表す。

【００４４】図２において、到着セル数カウンタ３１で
一定観測時間毎の到着セル数が算出され、その値が到着
レート算出部３２に送られる。到着レート算出部３２で
は、到着レート（Ｒａｔｅ）を、 Ｒａｔｅ＝α＊到着セル数／観測時間＋（１−α）Ｒａ
ｔｅ なる式を用いて求める。そして、一定時間毎に区切るウ
ィンドウ内で観測された到着レートの最大値から入力負
荷率Ψを、 Ψ＝Ｒａｔｅの最大値／出力リンク容量 として求める。求めた入力負荷率Ψは、入力負荷率算出
部３３に送られる。入力負荷率算出部３３では入力負荷
率Ψを比較演算部３４に送る。

【００４５】ＲＭセル抽出部３６では経路２２から到来
するＲＭセルを取り出し、ＲＭセル上に書かれている入
力負荷率情報を抽出し、その入力負荷率の値を比較演算
部３４に送る。ＲＭセル送出部３５では、入力負荷率算
出部３３により算出された入力負荷率とＲＭセルの入力
負荷率情報に含まれる入力負荷率とを比較し大きい方の
値をＲＭセル送出部３５に渡す。ＲＭセル送出部３５で
は、受け取った値をＲＭセルに書込み送出する。

【００４６】図１において、交換機１−１は交換機２−
１から通知された入力負荷率とＶＰリンク３−１の入力
負荷率の大きい方をＶＣルート４−１の総合的な入力負
荷率としてその値を保持する。これにより、交換機１−
１は、トラヒックの流れるＶＣルート４−１上の最大の
入力負荷率の情報を得ることができる。交換機１−２も
同様にＶＣルート４−２の入力負荷率を保持する。

【００４７】図３は、交換機１−１および１−２のブロ
ック構成を示す。図３に示す交換機では、あるＶＣルー
トの左から右に流れるセルフローに関する入力負荷率の
測定および通知を考える。経路４１は着目するセルフロ
ーの流入するＶＰリンクの入力側、経路４２は経路４１
と同じＶＰで双方向通信を考えたとき経路４１とは逆向
きの方向側を表す。同様に経路５１はセルフローの流出
するＶＰリンクの出力側、経路５２は経路５１と同じＶ
Ｐリンクで双方向通信を考えたとき経路５１とは逆方向
側を表す。

【００４８】図３の交換機は、ＶＰリンクにより交換機
２−１に接続されているとする。入力負荷率の測定は、
図２において説明したものと同様に行うことができる。
また、ＲＭセル抽出部３６、比較演算部３４の動作も図
２と同じである。比較演算部３４から出力された入力負
荷率は、ＶＣルートの総合的な入力負荷率を表すことに
なり、その値は出力レート算出部３８に送られる。出力
レート算出部３８は、出力レートを算出し、出力レート
制御部３７はその値を受け取り出力レートをそれ以下に
設定する。

【００４９】出力レート算出部３８の動作を図４および
図５を参照して説明する。図４および図５は出力レート
算出部３８の動作を示すフローチャートである。出力レ
ート算出部３８では、適当な周期でＶＣルートの入力負
荷率から出力レートを算出する。出力レート算出部３８
の動作は図４および図５に示す二つの処理フローの組合
せにより行われている。

【００５０】図４に示す処理フローでは、セルが到着す
る毎に（Ｓ０）、タイマが設定時間を越えているか否か
をチェックし（Ｓ１）、超過しているときには、ＶＣル
ートの現在の入力負荷率を推定する以下の計算を行う。
出力レートの増減比率をγ、この出力レートの増減比率
γの特性を決定するパラメータをＰ１およびＰ２、出力
レートをＲとするとき、入力負荷率の推定値Ψpredを、 γ＝Ｐ１・Ψpred＋Ｐ２ Ｒ＝Ｒ・γ Ψpred＝Ψpred・γ π＝π・γ として演算する。出力レートは、出力レートの増減比率
γの値を乗じることにより動的に変化する。また、変数
πは前回の通知から現在までの出力レートの増減比率γ
を集約的に表現するための値である。

【００５１】変数πの初期値は“１．０”に設定する。
この値は、次回の通知受信時に図５に示す処理フローに
おいて使用される。そして、それらの計算の後にタイマ
をリセットし（Ｓ２）、次のセルの到着を待つ、もし、
セルが到着したときに、タイマの設定時間を超過してい
ない場合には、何もせずに次のセルの到着を待つ。

【００５２】図５における処理フローでは、セルの到着
があると（Ｓ３）、そのセルが新たな入力負荷率情報を
保持しているかどうかを確認し（Ｓ４）、ある場合に
は、 Ψpred＝ｍｉｎ（Ψpred, Ψnotified＊π) π＝１．０ なる演算を行う（Ｓ５）。ここで、Ψnotifiedは、新た
に通知された入力負荷率の値を表す。もし、到着したセ
ルが新たな入力負荷率の情報を保持していなかった場合
には次のセルの到着を待つ。

【００５３】次に、図４および図５の処理フローの動作
原理について説明する。この処理フローは、離散的に使
用率の通知情報に基づいて輻輳の予想を行うことによ
り、要求バッファ量の増大および転送特性の低下を起こ
さずに処理フローを制御することを目的としている。

【００５４】まず、図４および図５の処理フローの動作
原理を説明するために、図６の制御系を考える。図６は
出力レートの制御手順を説明するための制御系を示す図
である。図６において、制御ノード（＃１）〜（＃ｎ）
から観測ノードに向けて流れるトラヒックに着目する。

【００５５】観測ノードに流入するトラヒックは、その
単一の出力リンクに向けて多重化されるものとする。こ
のとき、観測ノードは、流入する総トラヒックＴを観測
し、その出力リンクの容量Ｃに対する比を入力負荷率Ψ
として求める。すなわち、図６の観測ノードにおける入
力負荷率は、 Ψ＝Ｔ／Ｃ （２．１） により定義できる。観測ノードは、求めた入力負荷率Ψ
を上流の制御ノード（＃１）〜（＃ｎ）に通知する。こ
こでは簡単のために、一定周期で通知するものとする。
制御ノードは、通知された情報をもとに、出力レートを
動的に変更する機能を持つ。制御ノードは、高リンク使
用率の達成と輻輳の回避を目的として出力レートを制御
する。

【００５６】動作原理を説明するため、観測ノードにお
ける使用率が常に制御ノードによって把握されていると
仮定する。また、観測ノードと制御ノードとの間には遅
延がない理想的な系を考える。この系において、制御ノ
ードが、次の二つの式を繰り返し計算することによっ
て、出力レートを動的に制御することを考える。

【００５７】 Ｒ＝Ｒ＊γ （２．２） γ（Ψ）＝Ｐ１＊Ψ＋Ｐ２ Ｐ１≦０，Ｐ２＞１．０ （２．３） ここで、Ｒは制御ノードからの出力レート、γは出力レ
ートを制御するための出力レートの増減比率、Ｐ１およ
びＰ２はそれぞれレートの増減比率の特性を決定するパ
ラメータを表す。

【００５８】Ｐ１は正でない値をとり、Ｐ２は“１．
０”より大きな値を取ることにより、出力レートの増減
比率γは入力負荷率Ψの非増加関数となる。すなわち、
入力負荷率が上がるほど出力レートの増減比率γは低下
する。入力負荷率Ψは全ての制御ノードの出力レートＲ
の総和で表される。したがって、入力負荷率Ψが“１．
０”の近傍にあるとき、出力レートの増減比率γの値が
“１．０”となるように設定し、式（２．２）および
（２．３）の計算を繰り返せば、グリーディなトラヒッ
クに対して入力負荷率Ψの値を１．０に収束させること
ができる。

【００５９】実際に、様々な初期値を設定し、式（２．
２）および（２．３）の計算を行った例を図７に示す。
図７は入力負荷率および式（２．２）および（２．３）
の計算回数の関係を示す図である。横軸に計算の繰り返
し回数をとり、縦軸に入力負荷率をとる。また、Ｐ１は
“−０．５”、Ｐ２は“１．５”に設定した。ここで、
グリーディなトラヒックとは、その平均使用率を常に申
告された負荷と一致させようとする性質を持つトラヒッ
ク源を意味する。図７では、トラヒック源の望む平均使
用率は“２．０”に設定してある。

【００６０】図７から入力負荷率Ψの初期値を様々に変
化させても計算を繰り返すことにより、入力負荷率Ψが
“１．０”に収束する様子が分かる。出力レートの増減
比率γは出力レートの最大の増減比率を規定する関数と
なるため、この比率以上にトラヒックが増加することが
ない。したがって高い使用率で、かつ輻輳を回避するよ
うに制御することが可能となる。

【００６１】また、常に制御ノードが入力負荷率Ψの変
動を把握し、ノード間の遅延が“０”であるという仮定
の下では、一時的にグリーディでない状態になっても、
すぐに現在の入力負荷率Ψの値が得られ、それを初期値
とする制御が始まるため、再び使用率を“１．０”に近
づける動作が行われる。

【００６２】式（２．３）は入力負荷率Ψの減少関数と
なっているので、入力負荷率Ψが小さいときほど出力レ
ートの増減比率γの値が大きい。すなわち、低負荷時は
出力レートの増減比率γが大きくなり、帯域へのアクセ
スを高速に行うことができる特性を示す。反対に、高負
荷時にはゆっくりと出力レートを増加させる傾向が強く
なる。また、過負荷の程度が大きくなるにしたがって、
出力レートの増減比率γは小さくなるので、厳しい輻輳
になるほど早く出力レートを低下させる傾向が強い。

【００６３】制御ノードがＶＣルートの入力負荷率を遅
延なく常に把握できるという仮定の下では、式（２．
２）および（２．３）の繰り返し計算のみで制御が可能
であった。ここでは、より実際的な仮定として適当な間
隔をもって送信される制御用のセルによって入力負荷率
の情報が運ばれる場合を考える。ただし、通知間隔は制
御ノードにおける出力レートの更新の間隔よりも短いも
のとする。

【００６４】ある時点において、観測ノードにおける現
在の入力負荷率Ψが明らかならば、制御ノードが１回の
出力レートを更新した後の最大の入力負荷率は、 Ψpred＝Ψ・γ（Ψ） （２．４） から容易に推測される。

【００６５】式（２．３）で与えた出力レートの増減比
率γは入力負荷率Ψの関数なので、まだわかっていない
入力負荷率Ψの代わりに式（２．４）の入力負荷率の推
測値Ψpredを用いれば、最大の入力負荷率に対する出力
レートの増減比率γが求められる。以降、この計算を繰
り返すことにより、最悪トラヒックを外挿(Extrapolati
on) 演算によって求めることが可能となる。したがっ
て、この変更を行っても、グリーディなトラヒックの場
合の使用率の振る舞いは、図７の曲線に一致する。ま
た、グリーディでない場合にも、入力負荷率の推定値Ψ
predを新たな通知から得られる入力負荷率Ψに置き換え
ることによって、再び正しい制御情報に修正することが
できる。

【００６６】定義からトラヒックがグリーディでなけれ
ば、 Ψ＜Ψpred となる点がある。そのとき、式（２．３）から、 γ（Ψ）＜γ（Ψpred) が成り立つので、この推定により計算される値は安全側
の誤差のみを含むことになる。

【００６７】制御ノードと観測ノードとの間の遅延を考
慮すると、通知された入力負荷率の情報はすでに現在の
状態からずれているため、その情報をそのまま使用する
ことは制御効率を低下させる。

【００６８】そこで、次に示す制御アルゴリズムを制御
ノードが実行することにより、この問題を軽減すること
ができる。この制御アルゴリズムは、図４および図５に
示した二つの処理フローの組合せにより実現される。

【００６９】ただし、初期状態においては入力負荷率Ψ
の値が与えられているものとする。図４に示した処理フ
ローは、前述した外挿計算に基づき、入力負荷率の推定
と出力レートの更新を行う。図４に示した処理フロー
は、次回の入力負荷率情報を受信するまでの間繰り返し
実行される。この処理フローの中で、変数πは前回の入
力負荷率情報の受信から現在までの出力レートの増減比
率γを集約的に表現するための値である。変数πの初期
値は“１．０”に設定する。この値は、次回の入力負荷
率情報の受信に図５に示す処理フローにおいて使用され
る。

【００７０】図８および図９を参照して図５に示す処理
フローの動作を説明する。図８および図９は図５に示す
処理フローの動作を説明するための図であり、それぞれ
横軸に伝搬遅延時間をとり、縦軸に入力負荷率Ψおよび
入力負荷率の推定値Ψpredをとる。観測ノードは、ある
観測時点（ｔobs ) における入力負荷率（Ψnotified）
を制御ノードに通知する。しかしながら、制御ノードが
その情報を受信できるのは伝搬遅延分だけ後になる。

【００７１】図８および図９の中で、制御ノードが通知
を受信した時刻をｔ_N-1 とｔ_N （ただし、ｔ_N-1 ＜
ｔ_N ）とする。図５に示す処理フローでは、通知を受信
すると、 Ψpred＝ｍｉｎ（Ψpred_, Ψnotified＊π) （２．５） によって入力負荷率の推定値Ψpredを算出する。式
（２．５）によると、図８の時刻ｔ_N における入力負荷
率の推定値ΨpredがΨnotified＊πよりも高いときに
は、Ψnotified＊πを採用する。

【００７２】図８に示したとおり、入力負荷率の推定値
Ψpredの値は最大のトラヒックを仮定しているので安全
側となる。しかし、通知されたときから実際の入力負荷
率Ψは最大でもπ倍にしかならないので、図８に示す通
り、Ψnotified＊πを新たな入力負荷率の推定値Ψpred
として採用しても安全側の更新となる。同様に、図９の
時刻ｔ_N における入力負荷率の推定値ΨpredがΨnotifi
ed＊πよりも小さいときには、図４に示した処理フロー
によって計算された入力負荷率の推定値Ψpredを継続的
に使用する。この場合も入力負荷率の推定値Ψpredはこ
れまでの議論より、最悪のトラヒックを予測した値なの
で、式（２．５）にしたがって入力負荷率の推定値Ψpr
edとして採用しても安全側である。

【００７３】以上説明したように、図４および図５で示
される制御アルゴリズムは、観測ノードから通知される
入力負荷率の情報をもとにして、制御ノードが動的にレ
ートを変更することにより通知に遅延がかかり、また、
適当な間隔でしかその情報が得られない場合にも安全な
出力レート制御を行うことができる。

【００７４】このように、観測を行う交換機において入
力負荷率の観測を行い、その値を上流の出力レートの制
御を行う交換機に通知し、通知を受けた出力レートの制
御を行う交換機はその値をもとにして現在のＶＣルート
の入力負荷率を推定し、その値をもとにして出力レート
の増減を制御することにより、離散的な通知のもとでも
現在の入力負荷率を推定しながら制御を行うため輻輳を
起こさずにかつ高いスループットを達成することができ
る。また、明示的に交換機間の遅延時間を測定したり、
把握したりせずに、輻輳を起こさずにかつ高いスループ
ットを達成することができる。

【００７５】図１０にＡＢＲ方式と本発明方式によるネ
ットワーク・スループットの比較を示す。横軸に入力負
荷をとり、縦軸にネットワーク・スループットをとる。
入力負荷はリンク容量により正規化され、ネットワーク
・スループットは入力負荷により正規化されている。図
１０では、本発明方式およびＡＢＲ方式について、それ
ぞれバースト長が３２セルの場合および１２８セルの場
合について示す。ここで、バースト長とは、複数のセル
が一かたまりになって短時間に転送されるときのセル数
をいう。

【００７６】低負荷時にはほぼ同様のスループットとな
っているが、高負荷時には本発明方式の方が高いスルー
プットを示している。

【００７７】また、入力負荷の値は、輻輳の危険性をあ
らわすことになるため、高い入力負荷の状態では、自動
的に上昇率を小さく設定し、反対に低い入力負荷の状態
では、自動的に上昇率が大きく設定されるため、低い入
力負荷の環境下では速やかな出力レートの上昇を行い、
反対に高い入力負荷の環境下では、輻輳しない安全な出
力レートの制御が可能となる。これにより、高負荷時に
おけるセルバッファキュー長の増加を抑制する効果を持
たせることができる。

【００７８】図１１に入力負荷と最大セル・バッファ・
キュー長の関係を示す。横軸に入力負荷をとり、縦軸に
最大セル・バッファ・キュー長をとる。入力負荷はリン
ク容量により正規化されている。図１１では、本発明方
式およびＡＢＲ方式について、それぞれバースト長が３
２セルの場合を示す。

【００７９】ＡＢＲ方式は入力負荷が大きくなるにした
がって、セル・バッファのキュー長が大きくなっている
が、本発明方式では、入力負荷の影響が少ないことがわ
かる。

【００８０】図１２に入力負荷とバースト転送レートの
関係を示す。横軸に入力負荷をとり、縦軸にバースト転
送レートをとる。入力負荷はリンク容量により正規化さ
れ、バースト転送レートはリンク容量により正規化され
る。バースト転送レートとは、到着したバーストに対し
てどれだけの出力レートが与えられたかを表す値であ
る。図１２では、本発明方式およびＡＢＲ方式につい
て、それぞれバースト長が３２セルの場合および１２８
セルの場合について示す。また、図１３にバースト転送
レートによる転送時間の短縮の様子を示す。横軸に時間
をとり、縦軸にバースト転送レートをとる。バースト転
送レートが高いと、図１３に示したように短時間でバー
ストの転送が終了するため、ユーザに対するサービス品
質が上がる。

【００８１】図１２によると、特に低い入力負荷の環境
下では本発明方式は、高いバースト転送レートを示して
おり、速やかな出力レートの上昇ができていることがわ
かる。

【００８２】また、観測を行うノードにおいては、入力
負荷率の計算を行うだけでよいので、網内の特に中継交
換機の計算負荷を低く抑えることができる。

【００８３】また、本発明方式では、遅延時間の情報を
明示的に用いない場合でも、入力負荷率の推定の修正を
安全側に行って制御するため、異なった伝搬遅延に対し
ても、パラメータの調整無しで様々なネットワーク規模
に対応することができる。

【００８４】図１４に伝搬遅延時間と最大セル・バッフ
ァ・キュー長の関係を示す。横軸に伝搬遅延時間をと
り、縦軸に最大セル・バッファ・キュー長をとる。図１
４では、本発明方式およびＡＢＲ方式について、それぞ
れバースト長が３２セルの場合および１２８セルの場合
について示す。

【００８５】ＡＢＲ方式は、伝搬遅延を考慮した制御は
入っていないため、パラメータの調整を遅延に応じて変
更しなければバッファキュー長が伸びてしまう。これに
対して本発明方式では、パラメータの変更を行うことな
く、伝送遅延の影響を受けずに出力レートの制御を行う
ことができる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
観測する交換機が複雑な計算を必要とせずに出力レート
の制御情報を生成することができる。また、出力レート
を制御する交換機では遅延時間の影響を受けることなく
輻輳を回避し、空き帯域があれば高速に出力レートを上
昇させることができる。さらに、所望の帯域を残した安
全な出力レート制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の全体構成を示す図。

【図２】本発明実施例の交換機のブロック構成図。

【図３】本発明実施例の交換機のブロック構成図。

【図４】出力レート算出部の動作を示すフローチャー
ト。

【図５】出力レート算出部の動作を示すフローチャー
ト。

【図６】出力レートの制御手順を説明するための制御系
を示す図。

【図７】入力負荷率および計算回数の関係を示す図。

【図８】処理フローの動作を説明するための図。

【図９】処理フローの動作を説明するための図。

【図１０】ＡＢＲ方式と本発明方式によるネットワーク
・スループットの比較を示す図。

【図１１】入力負荷と最大セル・バッファ・キュー長の
関係を示す図。

【図１２】入力負荷とバースト転送レートの関係を示す
図。

【図１３】バースト転送レートによる転送時間の短縮の
様子を示す図。

【図１４】伝搬遅延時間と最大セル・バッファ・キュー
長の関係を示す図。

【図１５】ＡＢＲ方式によるＡＴＭ通信網の概念を示す
図。

【図１６】従来例の処理フローを示す図。

【図１７】従来例の処理フローを示す図。

【符号の説明】

１、３、４、１−１、１−２、２−１、２−２ 交換機 ３−０、３−１、３−２、３−３、３−４ ＶＰリンク ４−１、４−２ ＶＣルート ５−１、５−２ 送信端 ６−１ 受信端 １１、１２、２１、２２、４１、４２、５１、５２ 経
路 ３１ 到着セル数カウンタ ３２ 到着レート算出部 ３３ 入力負荷率算出部 ３４ 比較演算部 ３５ ＲＭセル送出部 ３６ ＲＭセル抽出部 ３７ 出力レート制御部 ３８ 出力レート算出部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信端および受信端を収容する交換機
   と、この交換機相互間を接続する物理伝送路と、この物
   理伝送路に介挿される中継用の交換機とを備え、前記交
   換機間にはＶＣ(Virtual Channel:仮想チャネル）ルー
   トが設定可能なＶＰ(Virtual Path:仮想伝送路)リンク
   がそれぞれ設定されたＡＴＭ通信網において、 前記交換機は、自己の入力負荷率（入力レート／ＶＰリ
   ンク容量）を演算記録する手段と、この入力負荷率を前
   記送信端に収容する交換機に向け入力負荷率情報として
   送出する手段と、他の交換機から到来する入力負荷率情
   報があるとき、自己が記録した入力負荷率と到来した入
   力負荷率情報に含まれる入力負荷率とを比較する手段と
   を備え、 前記送出する手段は、この比較する手段の比較結果にし
   たがっていずれか大きい方の入力負荷率を最新の入力負
   荷率情報として送出する手段を含み、 前記送信端を収容する交換機は、前記比較する手段の比
   較結果にしたがって、 自己の交換機が設定するＶＣルートの帯域を可変に設定
   する手段を備え、 前記可変に設定する手段は、到来した前回の入力負荷率
   情報に含まれる現在の入力負荷率を推定する手段を含む
   ことを特徴とするＡＴＭ通信網。
2. 【請求項２】 前記推定する手段は、出力レートの増減
   比率をγ、この出力レートの増減比率γの特性を決定す
   るパラメータをＰ１およびＰ２、出力レートをＲとする
   とき、入力負荷率の推定値Ψpredを、 γ＝Ｐ１＊Ψpred＋Ｐ２ Ｒ＝Ｒ＊γ Ψpred＝Ψpred＊γ として演算する手段を含む 請求項１記載のＡＴＭ通信
   網。
3. 【請求項３】 前記推定値および新たに到来した入力負
   荷率情報に含まれる入力負荷率にしたがってこの推定値
   の更新を行う手段を備えた請求項１または２記載のＡＴ
   Ｍ通信網。
4. 【請求項４】 前記更新を行う手段は、新たに到来した
   入力負荷率情報に含ま れる入力負荷率をΨnotified、変
   数πの初期値を“１．０”としこの変数πの値は前回の
   変数πの値にγを乗じることにより順次求め、更新後の
   推定値UpdateΨprepを、 UpdateΨprep＝ｍｉｎ（Ψpred，Ψnotified＊π） として演算する手段を含む 請求項３記載のＡＴＭ通信
   網。