パケット制御装置および方法
【課題】
受信ポート間のパケットの受付流量割合を一定の精度で決めることを可能とし、かつパケット出力の物理帯域を越える可能性が無い場合は受付制限を開放するようにパケットの受付制限制御を行う。
【解決手段】
複数の受信ポートから入力されるパケットの合計帯域が、その合流送信する物理帯域を越える場合、複数の受信ポートからのパケットの流入状況を速やかに把握し、予め設定された流入割合へそれぞれの受信ポートに対して一定の精度で流入制限し、その合流送信する物理帯域の超過の可能性が無い場合は、各受信ポートに対して行った流入制限を開放するように制御する。好ましくは、受信ポートに対してリーキーバケットモデルを適用して、リーキーバケットをバケツに相当させる。バケツに蓄積される水量を比較し判定することにより、引き込むべきパケットが存在する場合には、蓄積水量の少ない受信ポートに対して流入制御する。
受信ポート間のパケットの受付流量割合を一定の精度で決めることを可能とし、かつパケット出力の物理帯域を越える可能性が無い場合は受付制限を開放するようにパケットの受付制限制御を行う。
【解決手段】
複数の受信ポートから入力されるパケットの合計帯域が、その合流送信する物理帯域を越える場合、複数の受信ポートからのパケットの流入状況を速やかに把握し、予め設定された流入割合へそれぞれの受信ポートに対して一定の精度で流入制限し、その合流送信する物理帯域の超過の可能性が無い場合は、各受信ポートに対して行った流入制限を開放するように制御する。好ましくは、受信ポートに対してリーキーバケットモデルを適用して、リーキーバケットをバケツに相当させる。バケツに蓄積される水量を比較し判定することにより、引き込むべきパケットが存在する場合には、蓄積水量の少ない受信ポートに対して流入制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパケット制御装置および方法に係り、特に、複数の受信ポートから流入するパケットを合流制御して送信ポートから送出するパケットの流量制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イーサネット（ＩＥＥＥ８０２.３）ポートのような、複数の受信ポートを持った実用的なパケット転送装置において、複数の受信ポートから入力されるパケットの物理帯域が合流送信する物理帯域を越える場合、流量制限して受信ポートから流入するパケットの受付を抑制するフロー制御技術が知られている。
【０００３】
ところで、斯かるパケット制御装置がフロー制御に対応できない場合、或いはフロー制御を行う装置で多量のパケットを蓄積するに足りる十分な容量のパケットバッファを持っていない場合がある。このような場合には、パケットの合流送信する物理帯域を超えて、一方的、連続的にパケットが送り込まれると、やがて受信ポート間で不規則にパケットロスが発生し、結果的に意図しない伝送品質の劣化を招くことになる。
【０００４】
そこで、通常、パケット制御装置では、フロー制御を行うのと同時にポリシングと呼ばれる流入制限制御をそれぞれの受信ポートで行っている。即ち、パケット制御装置に受付パケットを精度高く制限し、廃棄する機構を持たせ、ポリシングの流入制限制御手段を用いて受信ポート間で不規則にパケットロスが発生することを流入段階で未然に防ぐ仕組みを適用している。
【０００５】
然しながら、近年開発されるこれら装置は、それぞれの受信ポートから入力された帯域が、パケットが合流した後の物理帯域の超過の可能性がある場合にのみ、流入制限が作用し、その合流後の物理帯域の超過の可能性が無い場合には、流入制限を速やかに開放することができない。また、特許文献１（特開２００５−２６０４３０号公報）には、合流後の物理帯域を超過しようとする時に、それぞれの受信ポートから流入する帯域を一定制限、若しくは平等化する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２６０４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示されているパケット中継装置においては、受信ポートから流入する帯域を一定制限、若しくは平等化することは可能であっても、受信ポート間の流入割合までも容易に決めることは困難である。
【０００８】
また、特許文献１には、合流送信する側の物理帯域状況に応じて、一定流入制限処理する手段、高精度に流入制限する技術が開示されているが、受信ポート間の割合を設定し流入制限する方法や、流入制限を不要とする場合に、設定する割合を開放する技術については開示されていない。
【０００９】
本発明は、受信ポート間のパケットの受付流量割合を一定の精度で決めることを可能とし、かつパケット出力の物理帯域を越える可能性が無い場合は受付制限を開放するようにパケットの受付制限制御を行うことにある。
本発明は、より具体的に言えば、複数の受信ポートから入力されるパケットの合計帯域が、その合流送信する物理帯域を越える場合、複数の受信ポートからのパケットの流入状況を速やかに把握し、予め設定された流入割合へそれぞれの受信ポートに対して一定の精度で流入制限し、その合流送信する物理帯域の超過の可能性が無い場合は、各受信ポートに対して行った流入制限を開放することにある。
本発明は、パケットの流入制限処理とその開放処理を、合流出力の物理帯域状況に応じて経済的で容易な回路を用いて実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数の受信ポートから入力されるパケットの合計帯域が、その合流送信する物理帯域を越える場合、複数の受信ポートからのパケットの流入状況を速やかに把握し、予め設定された流入割合へそれぞれの受信ポートに対して一定の精度で流入制限し、その合流送信する物理帯域の超過の可能性が無い場合は、各受信ポートに対して行った流入制限を開放するように制御する。
【００１１】
本発明の係るパケット制御装置は、好ましい例によれば、複数の受信ポートから入力されるパケットを合流して送信ポートから送出するパケット制御装置であって、該複数の受信ポートから入力されるパケットを一時的に格納する複数のバッファと、該複数のバッファから出力される複数のパケットの合流する割合を設定する制御部と、該制御部により設定された割合に従って該複数バッファから出力される該パケットを合流させる合流制御部と、を有し、該合流制御部で合流されたパケットを該送信ポートから送出することを特徴とするパケット制御装置として構成される。
【００１２】
好ましい例では、前記合流制御部は、該受信ポートにおけるパケットの受信制御に対して適用されたリーキーバケットモデルの実行において、各受信ポートにパケットが受信された場合、該パケットの流入量をリーキーバケットの注水量に相当させ、さらに送受信におけるポート間の合流割合の設定をリーキーバケットの漏水量の割り当てに相当させ、合流割合判定として複数のリーキーバケットの流入と合流割合における現在の蓄積水量を比較して、蓄積量が少ないポートに対してパケットを流入するように制御する。
【００１３】
また、別の表現をすれば、好ましくは、複数の受信ポートに入力され合流する合計帯域よりも、合流後の物理帯域の方が帯域の狭い環境下におけるパケットの受信制限を行うパケット制御装置であって、該複数の受信ポートから入力されるパケットを一時的に格納する複数のバッファと、該複数のバッファから出力される複数のパケットの合流する割合を設定する制御部と、該制御部により設定された割合に従って該複数バッファから出力される該パケットを合流させる合流制御部と、を有し、前記合流制御部は、該パケットが合流した後の物理帯域を割合配分において、予め設定された割合を超えるパケットについて前記バッファのオーバーフローでパケットの廃棄処理をするように制御し、
かつ前記制御部による割合配分により、いずれかの受信ポートにおけるパケット入力帯域が予め設定された値に満たない場合は、パケットの合流後の物理帯域を他の受信ポートに開放するように制御することを特徴とするパケット制御装置として構成される。
【００１４】
本発明の係るパケット制御方法は、好ましい例によれば、複数の受信ポートから入力されるパケットを合流して送信ポートから送出するパケット制御方法であって、該複数の受信ポートから入力されるパケットを複数のバッファに一時的に格納するステップと、該複数のバッファから出力される各パケットの合流する割合を設定するステップと、該設定された割合に従って、該複数のバッファから出力される該パケットを合流させるステップと、該合流された該パケットを送信ポートから送出するステップと、を有することを特徴とするパケット制御方法として構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、流入するパケットを、そのパケット長に応じてリーキーバケットモデルを適用して漏れる水量を算出するため、パケットが装置に到着する毎に帯域算出した場合でも、経時的に帯域算出して平均監視をした場合と同等であり、ハードウェア構成を容易にすることができる。
【００１６】
さらに、受信ポート間の偏りを経時的に帯域算出することで防ぐことができるため、流入するパケット長に依存されず、経時的に良好なパケット受信制限をすることができる。
それぞれの受信ポートに予め設定されたリーキーバケットの蓄積水量の比較処理で流入パケット引込みの判定することで、合流送信側の物理帯域に満たないパケット流入に対してはその流入制限を開放し、合流送信側の物理帯域が限界に近づいた場合に対しては、リーキーバケットの漏れる水量に相当させて流入制限する。また、流入制限が不要な場合は流入制限を開放するという処理が可能である。
【００１７】
さらに、受信ポート毎に受信制限の判断処理であるポリシング装置が不要となり、経済的で且つ簡単な回路構成でパケット受付制限を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
例えば、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）によるトリプルプレイサービスを受けようとする場合、一般的には各家庭にネットワーク装置が設置され、契約者が各種サービスを受ける際に、そのネットワーク装置には通信事業者の通信設備とエンドユーザー側の設備を接続する複数のＵＮＩ（User Network Interface）ポートが設けられる。特にＦＴＴＨサービスでは、遅延規格に厳しい音声系と高速データ系で２つのＵＮＩポートを設けることが多く、このＵＮＩポートに流入するパケットを合流多重することで通信事業者側へ伝送し、通信が可能となってサービスを受けられる。
【００１９】
図１は、一実施例によるパケット制御装置の構成を示す。
このパケット制御装置１は、受信ポートとしてポート１４１とポート１４２（両者を総称して受信ポート１４ということがある）の２系統のＵＮＩポートと、１つの送信ポート１５と、パケット抽出フロー判定部１０１，１０２（総称して１０ということがある）と、パケットバッファ（以下単にバッファという）１１１，１１２（総称して１１ということがある）と、受信したパケットを合流する合流制御部１２と、パケット抽出フロー判定部１０及びバッファ１１及び合流制御部１２を制御する制御部１３、を有する。各構成部はＬＳＩ化されたハードウェア回路で構成される。ここで、ポート１４１は、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）用の高速データ転送系であり、ポート１４２はＩＰ電話用の音声系として使用される。
【００２０】
各受信ポート１４より可変長パケットが経時的に受信される。その受信パケットはパケット抽出フロー判定部１０によりフロー制御されて、対応するバッファ１１に一時的に保管される。パケット抽出フロー判定部１０は、バックプレッシャー信号Ｓ１によりバッファ１１内のフレームの存在状態を監視しており、排出許可と判断した場合、バッファ１１１内のパケットとバッファ１１２内のパケットは、合流制御部１２において、予め定められた割合で合流制御されて、送信ポート１５より送出される。
合流制御部１２におけるパケットの合流制御は、好ましくは、リーキーバケットモデルを利用して、経時的にパケットを受信する度にそれを蓄積水量算出に相当させ、帯域算出を容易にすることで、予め設定された割合で受信ポートから流入するパケットを最適に制限する。この機能及び動作については、後で詳しく述べる。
【００２１】
次に、パケット抽出フロー判定部１０の機能及び作用について説明する。
パケット抽出フロー判定部１０は、パケットの抽出機能とフロー判定機能に分かれる。その意味では、パケットの抽出部とフロー判定部といってもよいであろう。
例えば、イーサネットインタフェースの場合、ＬＡＮ上を転送されるイーサフレームは、ＰＨＹチップによって電気変換・速度変換処理された後、受信ポート１４から入力される。
ギガビットイーサネットの場合、受信ポート１４の切り口は例えばＧＭＩＩ規格に従う。
ＧＭＩＩ規格によれば、受信ポート１４の内側で、その前段のＰＨＹチップからイーサフレームを受け取らなければならない。そのため、データバス上に存在しているイーサフレームを抽出し、その長さやイーサフレーム自体の正常性を検査して入力パケットとして認識する。以上が受信ポート１４におけるパケット抽出機能である。
【００２２】
イーサフレームは、規定されない任意のタイミングで受信ポート１４から入力されるので、イーサフレームの待合わせ処理を行わなければならない場合には、次に受信ポート１４から入ってくるイーサフレームを消滅させてはならない。そのためにバッファ１１は、受信したイーサフレームを一時的に保管する。
フロー判定は、任意のタイミングでポートから入ってくるイーサフレームを消滅させない為の一つの機能である。フロー制御手順はＩＥＥＥ規定に例示されており、フロー制御専用のイーサフレームが国際規格化されている。
【００２３】
フロー判定とは、このポーズフレーム（Pause Frame）を用いてフレームが消滅することを救済するための救済制御である。以下にその制御動作例を示す。
（１）例えば、受信ポート１４１から複数のイーサフレームが短時間に大量に入力している場合、合流制御部合流制御部１２で行われるフレーム受信処理が間に合わない為、受信ポート１４１から入力されたイーサフレームはバッファ１１１に保持される。
（２）バッファ１１１に保持されたイーサフレームの量が、予め決められた上限閾値を上回った場合、フロー判定部バッファ１１１がバッファ１１１内の状態をバックプレッシャー信号Ｓ１により検出し、フローモードに入る。
【００２４】
（３）閾値への危険を検出したフロー判定部バッファ１１１は、受信ポートバッファ１１１の出力側（図1には入力側のみ示す）が、受信ポートバッファ１１１の出力側回路も存在して双方向のポート処理が行われる。
（４）ポーズフレームを一定周期で自動的に当該パケット制御装置１の送信ポートから出力するように命令する。
（５）このパケット制御装置１を目がけて、イーサフレームを大量に送出しているデバイスは、このパケット制御装置１が出力するポーズフレームを受け取ると、それまで大量に送出していたフレームの出力を一時的に停止する。停止する時間は、そのポーズフレームに記載されている。
【００２５】
（６）すると、パケット制御装置１の受信ポート１４１に入って来るイーサフレームが一時的に無くなり、合流制御部１２による受信処理が継続され、バッファ１１１に保持されているフレームが減少して行く。
（７）バッファ１１１に保持されたフレームの量が、予め決められた下限閾値を下回った場合、フロー判定部バッファ１１１はバッファ１１１が安全領域に入ったということをバックプレッシャー信号Ｓ１により検出して、フローモードを停止する。
（８）安全状態を検出したフロー判定部バッファ１１１は、受信ポート１４１の出力側からポーズフレームを出さないよう命令する。このパケット制御装置１を目がけて、イーサフレームを送出することを見合わせていたデバイスは、ポーズフレームを検出しなくなって、再びフレームを送出し始める。
【００２６】
上記（１）〜（８）の動作を繰り返すことによって、フレームが消滅することが救済される。しかし、フレームを送出して来る送信元のデバイスがポーズフレームを検出できない等、フロー判定に対応できない場合には、当該パケット制御装置１からいくらポーズフレームを送ってもフレーム送信を止めないことになる。その場合は、受信ポート１４１、受信ポート１４２間で不規則にイーサフレームが消滅する危険が発生する。この危険性を防止するために、本発明による割合設定に従った合流制御部を行うことが有意義となる。
【００２７】
この様なフロー制御は、ポーズフレームをデバイス間で受け渡すことで成し遂げられる待合わせ制御となる。その場合、パケット送信元もかなり大きなバッファを持たなければならない。仮に送信元のバッファ容量が小さいと、当該パケット制御装置１から送信元へいくらポーズフレームを送っても、フレーム停止しない危険が有る。本発明の割合設定によるパケット受付制限制御によれば、このような場合にも有意義である。
【００２８】
実際、送信元のバッファ容量がどの程度有るか、またどの程度の処理能力を持っているか、等、性能は分からないことが多い。本発明の合流制御部１２の処理機能を持つことにより、送信元の処理能力を考慮しなくて済み、ネットワーク全体の設計もし易くなるという大きな効果がある。
【００２９】
次に、合流制御部１２の機能及び作用について説明する。
図２に、合流制御部１２の機能ブロックを示す。
合流制御部１２は、注入算出部２０１（２０と総称することがある）、リーキーバケット（漏れバケツ）２１１，２１２（２１と総称することがある）、ポート選択判定部２２、及びパケットセレクタ２３を有して構成される。
【００３０】
リーキーバケット２１１は、漏れバケツ機能を理解し易くするために概念的に表現している。注入算出部２０１によって算出された“水”が注ぎ込まれて、一定周期で水が漏れていく様子を表している。従って、ポート選択判定部２２が許可しない限り、この漏れバケツには水が溜まらないことになる。回路的には、リーキーバケット２１はアキュームレータで構成される。注入算出部２０は、回路的には足算器である。リーキーバケット２１は、注入算出部２０で足し算された、漏れ水量を減算し、その減算結果をアキュームレータに記憶保持する。
【００３１】
ポート選択判定部２２は、各バッファ１１のイーサフレーム蓄積状態(即ち各バッファ１１内にフレームが有るか否か)、及びリーキーバケット２１に示す蓄積水量状態（即ち何れのバケツの水量が多いか）を判定し、バッファ１１に対して排出許可を与える。例えば、バッファ１１１にフレームが全然溜まっていない場合には、そのバッファ１１１に対して排出許可を出さない。
【００３２】
ポート選択判定部２２がバッファ１１１に対してフレームの排出許可を出すと、バッファ１１１からイーサフレームが1フレームだけ読み出される。その時、注入算出部２０１はバッファ１１１から送られてきたフレームの長さをカウンタ（図示せず）で計測してその長さ(即ちカウンタ値)を水量へ変換する。
パケットセレクタ２３は、ポート選択判定部２２で許可が与えられたポートのフレームを通過させるように、フレーム単位にポートを選択する。
【００３３】
リーキーバケット２１は、それぞれのＵＮＩポートに予め設定されるリーキーバケット、例えば、漏れバケツであり、ＵＮＩポートにて可変長パケットが受信されると、パケット長に応じて流入パケットの注入水量算出部２００、２０２によって注入する注入水量（Φ）が新たに算出される。
【００３４】
同時に、それぞれのポートは一つ前に受信されたパケットの時刻から、新しく受信されたパケットの時刻を減算して時刻差分から、ポートの流入割合の設定変数となる漏れ水率（δ）を乗じてパケット受信時点における漏れ水量（Δ）を算出し、注入水量（Φ）、漏れ水量（Δ）から最終的な蓄積水量（γ）が算出され記憶される。
【００３５】
ＵＮＩポートの現在の蓄積水量（γ）、並びに転送するパケットの存在情報を元に、ポート選択判定部２０４にて図３に示す受信ポート選択部の判定における真理値（“１”に示す部分が有意）にて判定を行い、合流させるポートを選択する。排出（許可）制御を受信した該当バッファ１１１、１１２はパケットセレクタ２３からフレーム毎に排出処理をして出力される。
【００３６】
次に、合流制御部１２の制御動作について説明する。
バッファ１１１、１１２に保持されているイーサフレームは、合流制御部１２の許可によって読み出される。合流制御部１２は、受信ポート１４１，１４２から対応するバッファ１１１，１１２へ流入するイーサフレームの割合は、合流制御部１２により予め設定されており、この割合がバッファ１１からのイーサフレームの排出許可に反映される。
合流制御部１２の具体的な制御動作例を以下に記す。
【００３７】
（１）ポート１４１に対する割合が１００％と設定されれば、他方のポート１４２に対応したバッファ１１２に対する排出許可は一切行われない。
（２）ポート１４１と１４２に対する割合が、それぞれ５０％と設定されている場合、バッファ１１１，１１２に保持されているフレームが全て同じ長さ(情報量)であれば、合流制御部１２からバッファ１１１，１１２に向けて1フレーム毎に交互に排出許可が出る。
【００３８】
（３）ポート１４１，１４２の割合が５０％と設定された場合、例えばバッファ１１２内にフレームが無いときには、それぞれのポートに対して５０％と設定されていても合流制御部１２からは、常にバッファ１１１に対して排出許可が行われる。
【００３９】
（４）さらにポート１４１，１４２の割合が５０％と設定されている場合、バッファ１１１，１１２にそれぞれフレームが保持されているが、バッファ１１２に保持されているフレームは、バッファ１１１に保持されているフレーム長の２倍のとき、合流制御部１２はバッファ１１１に対して２フレーム分の排出許可を与えた後にバッファ１１２に対して１フレーム分の排出許可を与える。その後、再びバッファ１１１に対して２フレーム分の排出許可を与えるようなサイクルを繰り返す。
【００４０】
次に、図３の真理値表を参照して、ポート選択判定動作について説明する。
この真理値表は、バッファ１１１、１１２に待機して保管されているイーサフレームが排出される時に、いずれのバッファを選択しなければならないかを決めるための判定基準を定める。ここで、Ａポート及びＢポートに対応するリーキーバケット２１１，２１２に溜まっている現在の蓄積水量をそれぞれγＡ及びγＢと表す。以下、その判定基準について説明する。
【００４１】
（１）バッファ１１１、１１２のうち片方のバッファにしかフレームが待機していない時には、割合という概念がなく、必ずフレームが溜まっている側のバッファが選ばれる。
（２）バッファ１１１，１１２の両方にイーサフレームが保管されて待機している場合、初めて図２によるリーキーバケット２１の蓄積水量比較を実施する。
図３の表では必ず水量が少ない方をポート選択する真理値となっており、対抗ポートよりも水量が多く溜まっていれば、設定割合よりも多くのデータを通しているとみなせるので、溜まっている水の少ない方を選んで、イーサフレームを通すように制御する。
【００４２】
（３）バッファ１１１、１１２の双方にフレームが保管されて待機している状態において、リーキーバケット２１１，２１２が同じ水量であった場合には、本質的にバッファ１１１、１１２のいずれに排出許可を出しても問題は無い（処理としては同等）。
制御上重要なことは、バッファ１１１，１１２の双方にフレームが待機している場合、常にリーキーバケット２１１，２１２を比較して溜まっている水の少ない方が選択されるということである。
【００４３】
このようなリーキーバケットモデルを利用して、経時的にパケットを受信する度に蓄積水量算出に相当させ、容易に帯域算出することで、ハードウェア的にも簡単な回路となり、予め設定された割合にてポート間の流入パケットを的確に制限する効果を得ることができる。
【００４４】
本実施例によれば、Ａポートを、例えば帯域３０％として音声を割り当て、Ｂポートを帯域７０％として高速データ端末を割り当ててインターネットを利用するような設定契約の場合、その他の契約者が悪意で帯域３０％のＡポートに高速データ端末を接続換えしたときでも、帯域７０％のＢポートを保障できる。さらに、保守運用等を目的としてＡポートに高速データ端末を接続する場合、Ｂポートが未使用ならば帯域は開放され、Ａポートにて高速データ端末が１００％使用可能となる。
【００４５】
次に、図４を参照してパケット受信制限制御動作について説明する。
最初に、受信フレームの有無の確認し（Ｓ４００）、排出判定により排出許可するＡポート又はＢポートを選択する（Ｓ４０１）。
【００４６】
選択された各ポートでは、同じ処理を独自に行う。本実施例ではポートＡにおける処理について説明する。なお、Ｂポートの処理Ｓ４１２はＡポートと同様のため図示を省略している。
Ａポートにおいて、バッファ１１１から１フレーム読出して（Ｓ４０３）、この値の現在の時刻ｔ１から、以前に読み出されたデータの時刻ｔ０を減算し、経過時刻ｔ（＝ｔ１-ｔ０）、漏れ水率δから、漏れ水量ΔＡの算出を、式（１）より算出する（Ｓ４０４））。
漏れ水量を求める関係式は、
ΔＡ＝δ×ｔ ・・・（１）
となる。
【００４７】
次に、読み出されたフレーム長より、注入水量ΦＡの算出して（Ｓ４０５）、リーキーバケット蓄積水量γＡを、式（２）より算出して、その算出値を更新して保存する（Ｓ４０６）。
リーキーバケット蓄積水量を求める関係式は、
γＡ＝γＡ＋ΦＡ−ΔＡ ・・・（２）
となる。
【００４８】
次に、図５以降を参照して、第２の実施例について説明する。
この例は、図２及び図４を更に拡張した例であり、リーキーバケットが３つ以上の複数ポートにおける適用例について説明するものである。
複数ポートにおけるリーキーバケット間の水量関係の組み合わせは、
２ポートの場合・・・ ２通り（∵２×１）
３ポートの場合・・・ ６通り（∵３×２×１）
４ポートの場合・・・ ２４通り（∵４×３×２×１）・・・（３）
５ポートの場合・・・ １２０通り（∵５×４×３×２×１）
ｎポートの場合・・・ｎの階乗通り（∵ｎ！）
となる。
【００４９】
各ポートのフレームの有無の組み合わせは、
２ポートの場合・・・ ４通り（∵２２）
３ポートの場合・・・ ８通り（∵２３）
４ポートの場合・・・ １６通り（∵２４）・・・（４）
５ポートの場合・・・ ３２通り（∵２５）
ｎポートの場合・・・２のｎ乗通り（∵２ｎ）
となる。
【００５０】
選択ポートでの取り扱い事象数は、次の関係式から求められる。
（リーキーバケット間の水量関係の組み合わせ）×（各ポートのフレームの有無の組み合わせ）
よって、複数ポートにおける選択ポートでの取り扱い事象数は、
２ポートの場合・・・ ８通り（∵２×４）
３ポートの場合・・・ ４８通り（∵６×８）
４ポートの場合・・・ ３８４通り（∵２４×１６）・・・（５）
５ポートの場合・・・３８４０通り（∵１２０×３２）
となることが分かる。
【００５１】
例えば、４つのポートにおける受付制限制御を実施する場合、ポート選択での取り扱う事象は、式（３）×（４）＝（５）の３８４通りあり、排出ポート決定の論理的なアルゴリズムは明解であることが分かる。
【００５２】
本実施例は、リーキーバケット間の水量関係の組み合わせは、ｎの階乗通り（ｎ！）であるが、これは各ポートにおけるリーキーバケットの水量が多いまたは、少ないという関係が明確に定まる場合の組み合わせであり、これが定まらない（水量が等しい）場合においては、次の関係式が成り立つ。
γＡ > （γＢ ＝ γＣ） > γＤ
これはポートＢとポートＣの蓄積水量が同等であることを意味し、本実施例ではこれらポート間での蓄積水量の多いまたは、少ないという以下の関係と同等と見なすことができる。
γＡ > （γＢ > γＣ） > γＤ
γＡ > （γＣ > γＢ） > γＤ
図５は、複数ポートの場合の排出パケット決定手順を示すフローチャートである。
まず、ｎ＝０として初期化をして（Ｓ５０１）、蓄積水量が最少のバケツのポートを検索する（Ｓ５０２）。次に、そのポートに排出すべきフレームが待機しているかの有無を確認する（Ｓ５０３）。ここで、当該ポートに排出すべきフレームが無い場合、及びフレームが有る場合には、当該ポートの排出許可を出し（Ｓ５０４）、その後、ステップＳ５０５に遷移して、設定ポート値Ｎへのｎ＝ｎ＋１の加算を実行する（Ｓ５０５）。
【００５３】
そして、先の設定ポート値Ｎへの確認にて、ｎ＝Ｎの場合を排出パケット決定における手順終了と判断する（Ｓ５０６）。
一方、ｎ≠Ｎの場合は、先のステップＳ５０２にて検索した次に蓄積水量が少ないバケツのポートを検索して（Ｓ５０７）、ステップＳ５０３に遷移してそのポートに排出すべきフレームが待機しているかの有無を確認する。
以降、ステップＳ５０６で先の設定ポート値Ｎへの確認にて、ｎ＝Ｎとなり排出パケット決定における手順終了と判断されるまで、このステップＳ５０７への遷移を繰り返す。
【００５４】
図６は、複数パケット合流制御部１２の機能ブロック図、図７Ａ〜図７Ｆは、図６の例による複数ポート選択判定部６２の判定における真理値表を示す。
本実施例では、４ポートの場合の動作について説明する。
リーキーバケット６１１〜６１４は、それぞれのＵＮＩポート（Ａポート〜Ｄポート）に対応して予め設定されるリーキーバケットである。ＵＮＩポートにて可変長パケットが受信されると、パケット長に応じて流入パケットの注入水量算出部６０１〜６０４によって注入する注入水量（ΦＡ〜ΦＤ）が新たに算出される。
【００５５】
同時に、それぞれのポートは一つ前に受信されたパケットの時刻から、新しく受信されたパケットの時刻を減算して時刻差分から、ポートの流入割合の設定変数となる漏れ水率（δＡ〜δＤ）を乗じてパケット受信時点における漏れ水量（ΔＡ〜ΔＤ）を算出し、注入水量（ΦＡ〜ΦＤ）、漏れ水量（ΔＡ〜ΔＤ）から最終的な蓄積水量（γＡ〜γＤ）が算出され記憶される。
【００５６】
ＵＮＩポートの現在の蓄積水量（γＡ〜γＤ）、並びに転送するパケットの存在情報を基に、ポート選択判定部６２にて図７に示す受信ポート選択部の判定における真理値（“１”で示す部分が有意）にて判定を行い、合流させるポートを３８４通りから選択する。排出（許可）制御を受信した各パケットバッファは、パケットセレクタ６３にてフレーム毎に排出処理をして出力される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】一実施例によるパケット制御装置の構成を示す図。
【図２】パケット制御装置における合流制御部１２の機能ブロック図。
【図３】ポート選択判定部２０４における判定のための真理値表を示す図。
【図４】一実施例（第１の実施例）におけるパケット受信制限制御動作を示すフローチャート。
【図５】一実施例（第２の実施例）による複数ポートを有する場合の排出パケット決定手順を示すフローチャート。
【図６】一実施例による複数パケット合流制御部１２の機能ブロック図。
【図７Ａ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【図７Ｂ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【図７Ｃ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【図７Ｄ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【図７Ｅ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【図７Ｆ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【符号の説明】
【００５８】
１：パケット制御装置 １０１，１０２：パケット抽出フロー判定部 １１，１１１，１１２：パケットバッファ １２：合流制御部 １３：制御部 １４，１４１，１４２：受信ポート １５：送信ポート
２０１，２０：注水量算出部 ２１１，２１２，２１：リーキーバケット ２２：ポート選択判定部 ２３：パケットセレクタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明はパケット制御装置および方法に係り、特に、複数の受信ポートから流入するパケットを合流制御して送信ポートから送出するパケットの流量制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イーサネット（ＩＥＥＥ８０２.３）ポートのような、複数の受信ポートを持った実用的なパケット転送装置において、複数の受信ポートから入力されるパケットの物理帯域が合流送信する物理帯域を越える場合、流量制限して受信ポートから流入するパケットの受付を抑制するフロー制御技術が知られている。
【０００３】
ところで、斯かるパケット制御装置がフロー制御に対応できない場合、或いはフロー制御を行う装置で多量のパケットを蓄積するに足りる十分な容量のパケットバッファを持っていない場合がある。このような場合には、パケットの合流送信する物理帯域を超えて、一方的、連続的にパケットが送り込まれると、やがて受信ポート間で不規則にパケットロスが発生し、結果的に意図しない伝送品質の劣化を招くことになる。
【０００４】
そこで、通常、パケット制御装置では、フロー制御を行うのと同時にポリシングと呼ばれる流入制限制御をそれぞれの受信ポートで行っている。即ち、パケット制御装置に受付パケットを精度高く制限し、廃棄する機構を持たせ、ポリシングの流入制限制御手段を用いて受信ポート間で不規則にパケットロスが発生することを流入段階で未然に防ぐ仕組みを適用している。
【０００５】
然しながら、近年開発されるこれら装置は、それぞれの受信ポートから入力された帯域が、パケットが合流した後の物理帯域の超過の可能性がある場合にのみ、流入制限が作用し、その合流後の物理帯域の超過の可能性が無い場合には、流入制限を速やかに開放することができない。また、特許文献１（特開２００５−２６０４３０号公報）には、合流後の物理帯域を超過しようとする時に、それぞれの受信ポートから流入する帯域を一定制限、若しくは平等化する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２６０４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示されているパケット中継装置においては、受信ポートから流入する帯域を一定制限、若しくは平等化することは可能であっても、受信ポート間の流入割合までも容易に決めることは困難である。
【０００８】
また、特許文献１には、合流送信する側の物理帯域状況に応じて、一定流入制限処理する手段、高精度に流入制限する技術が開示されているが、受信ポート間の割合を設定し流入制限する方法や、流入制限を不要とする場合に、設定する割合を開放する技術については開示されていない。
【０００９】
本発明は、受信ポート間のパケットの受付流量割合を一定の精度で決めることを可能とし、かつパケット出力の物理帯域を越える可能性が無い場合は受付制限を開放するようにパケットの受付制限制御を行うことにある。
本発明は、より具体的に言えば、複数の受信ポートから入力されるパケットの合計帯域が、その合流送信する物理帯域を越える場合、複数の受信ポートからのパケットの流入状況を速やかに把握し、予め設定された流入割合へそれぞれの受信ポートに対して一定の精度で流入制限し、その合流送信する物理帯域の超過の可能性が無い場合は、各受信ポートに対して行った流入制限を開放することにある。
本発明は、パケットの流入制限処理とその開放処理を、合流出力の物理帯域状況に応じて経済的で容易な回路を用いて実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数の受信ポートから入力されるパケットの合計帯域が、その合流送信する物理帯域を越える場合、複数の受信ポートからのパケットの流入状況を速やかに把握し、予め設定された流入割合へそれぞれの受信ポートに対して一定の精度で流入制限し、その合流送信する物理帯域の超過の可能性が無い場合は、各受信ポートに対して行った流入制限を開放するように制御する。
【００１１】
本発明の係るパケット制御装置は、好ましい例によれば、複数の受信ポートから入力されるパケットを合流して送信ポートから送出するパケット制御装置であって、該複数の受信ポートから入力されるパケットを一時的に格納する複数のバッファと、該複数のバッファから出力される複数のパケットの合流する割合を設定する制御部と、該制御部により設定された割合に従って該複数バッファから出力される該パケットを合流させる合流制御部と、を有し、該合流制御部で合流されたパケットを該送信ポートから送出することを特徴とするパケット制御装置として構成される。
【００１２】
好ましい例では、前記合流制御部は、該受信ポートにおけるパケットの受信制御に対して適用されたリーキーバケットモデルの実行において、各受信ポートにパケットが受信された場合、該パケットの流入量をリーキーバケットの注水量に相当させ、さらに送受信におけるポート間の合流割合の設定をリーキーバケットの漏水量の割り当てに相当させ、合流割合判定として複数のリーキーバケットの流入と合流割合における現在の蓄積水量を比較して、蓄積量が少ないポートに対してパケットを流入するように制御する。
【００１３】
また、別の表現をすれば、好ましくは、複数の受信ポートに入力され合流する合計帯域よりも、合流後の物理帯域の方が帯域の狭い環境下におけるパケットの受信制限を行うパケット制御装置であって、該複数の受信ポートから入力されるパケットを一時的に格納する複数のバッファと、該複数のバッファから出力される複数のパケットの合流する割合を設定する制御部と、該制御部により設定された割合に従って該複数バッファから出力される該パケットを合流させる合流制御部と、を有し、前記合流制御部は、該パケットが合流した後の物理帯域を割合配分において、予め設定された割合を超えるパケットについて前記バッファのオーバーフローでパケットの廃棄処理をするように制御し、
かつ前記制御部による割合配分により、いずれかの受信ポートにおけるパケット入力帯域が予め設定された値に満たない場合は、パケットの合流後の物理帯域を他の受信ポートに開放するように制御することを特徴とするパケット制御装置として構成される。
【００１４】
本発明の係るパケット制御方法は、好ましい例によれば、複数の受信ポートから入力されるパケットを合流して送信ポートから送出するパケット制御方法であって、該複数の受信ポートから入力されるパケットを複数のバッファに一時的に格納するステップと、該複数のバッファから出力される各パケットの合流する割合を設定するステップと、該設定された割合に従って、該複数のバッファから出力される該パケットを合流させるステップと、該合流された該パケットを送信ポートから送出するステップと、を有することを特徴とするパケット制御方法として構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、流入するパケットを、そのパケット長に応じてリーキーバケットモデルを適用して漏れる水量を算出するため、パケットが装置に到着する毎に帯域算出した場合でも、経時的に帯域算出して平均監視をした場合と同等であり、ハードウェア構成を容易にすることができる。
【００１６】
さらに、受信ポート間の偏りを経時的に帯域算出することで防ぐことができるため、流入するパケット長に依存されず、経時的に良好なパケット受信制限をすることができる。
それぞれの受信ポートに予め設定されたリーキーバケットの蓄積水量の比較処理で流入パケット引込みの判定することで、合流送信側の物理帯域に満たないパケット流入に対してはその流入制限を開放し、合流送信側の物理帯域が限界に近づいた場合に対しては、リーキーバケットの漏れる水量に相当させて流入制限する。また、流入制限が不要な場合は流入制限を開放するという処理が可能である。
【００１７】
さらに、受信ポート毎に受信制限の判断処理であるポリシング装置が不要となり、経済的で且つ簡単な回路構成でパケット受付制限を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
例えば、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）によるトリプルプレイサービスを受けようとする場合、一般的には各家庭にネットワーク装置が設置され、契約者が各種サービスを受ける際に、そのネットワーク装置には通信事業者の通信設備とエンドユーザー側の設備を接続する複数のＵＮＩ（User Network Interface）ポートが設けられる。特にＦＴＴＨサービスでは、遅延規格に厳しい音声系と高速データ系で２つのＵＮＩポートを設けることが多く、このＵＮＩポートに流入するパケットを合流多重することで通信事業者側へ伝送し、通信が可能となってサービスを受けられる。
【００１９】
図１は、一実施例によるパケット制御装置の構成を示す。
このパケット制御装置１は、受信ポートとしてポート１４１とポート１４２（両者を総称して受信ポート１４ということがある）の２系統のＵＮＩポートと、１つの送信ポート１５と、パケット抽出フロー判定部１０１，１０２（総称して１０ということがある）と、パケットバッファ（以下単にバッファという）１１１，１１２（総称して１１ということがある）と、受信したパケットを合流する合流制御部１２と、パケット抽出フロー判定部１０及びバッファ１１及び合流制御部１２を制御する制御部１３、を有する。各構成部はＬＳＩ化されたハードウェア回路で構成される。ここで、ポート１４１は、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）用の高速データ転送系であり、ポート１４２はＩＰ電話用の音声系として使用される。
【００２０】
各受信ポート１４より可変長パケットが経時的に受信される。その受信パケットはパケット抽出フロー判定部１０によりフロー制御されて、対応するバッファ１１に一時的に保管される。パケット抽出フロー判定部１０は、バックプレッシャー信号Ｓ１によりバッファ１１内のフレームの存在状態を監視しており、排出許可と判断した場合、バッファ１１１内のパケットとバッファ１１２内のパケットは、合流制御部１２において、予め定められた割合で合流制御されて、送信ポート１５より送出される。
合流制御部１２におけるパケットの合流制御は、好ましくは、リーキーバケットモデルを利用して、経時的にパケットを受信する度にそれを蓄積水量算出に相当させ、帯域算出を容易にすることで、予め設定された割合で受信ポートから流入するパケットを最適に制限する。この機能及び動作については、後で詳しく述べる。
【００２１】
次に、パケット抽出フロー判定部１０の機能及び作用について説明する。
パケット抽出フロー判定部１０は、パケットの抽出機能とフロー判定機能に分かれる。その意味では、パケットの抽出部とフロー判定部といってもよいであろう。
例えば、イーサネットインタフェースの場合、ＬＡＮ上を転送されるイーサフレームは、ＰＨＹチップによって電気変換・速度変換処理された後、受信ポート１４から入力される。
ギガビットイーサネットの場合、受信ポート１４の切り口は例えばＧＭＩＩ規格に従う。
ＧＭＩＩ規格によれば、受信ポート１４の内側で、その前段のＰＨＹチップからイーサフレームを受け取らなければならない。そのため、データバス上に存在しているイーサフレームを抽出し、その長さやイーサフレーム自体の正常性を検査して入力パケットとして認識する。以上が受信ポート１４におけるパケット抽出機能である。
【００２２】
イーサフレームは、規定されない任意のタイミングで受信ポート１４から入力されるので、イーサフレームの待合わせ処理を行わなければならない場合には、次に受信ポート１４から入ってくるイーサフレームを消滅させてはならない。そのためにバッファ１１は、受信したイーサフレームを一時的に保管する。
フロー判定は、任意のタイミングでポートから入ってくるイーサフレームを消滅させない為の一つの機能である。フロー制御手順はＩＥＥＥ規定に例示されており、フロー制御専用のイーサフレームが国際規格化されている。
【００２３】
フロー判定とは、このポーズフレーム（Pause Frame）を用いてフレームが消滅することを救済するための救済制御である。以下にその制御動作例を示す。
（１）例えば、受信ポート１４１から複数のイーサフレームが短時間に大量に入力している場合、合流制御部合流制御部１２で行われるフレーム受信処理が間に合わない為、受信ポート１４１から入力されたイーサフレームはバッファ１１１に保持される。
（２）バッファ１１１に保持されたイーサフレームの量が、予め決められた上限閾値を上回った場合、フロー判定部バッファ１１１がバッファ１１１内の状態をバックプレッシャー信号Ｓ１により検出し、フローモードに入る。
【００２４】
（３）閾値への危険を検出したフロー判定部バッファ１１１は、受信ポートバッファ１１１の出力側（図1には入力側のみ示す）が、受信ポートバッファ１１１の出力側回路も存在して双方向のポート処理が行われる。
（４）ポーズフレームを一定周期で自動的に当該パケット制御装置１の送信ポートから出力するように命令する。
（５）このパケット制御装置１を目がけて、イーサフレームを大量に送出しているデバイスは、このパケット制御装置１が出力するポーズフレームを受け取ると、それまで大量に送出していたフレームの出力を一時的に停止する。停止する時間は、そのポーズフレームに記載されている。
【００２５】
（６）すると、パケット制御装置１の受信ポート１４１に入って来るイーサフレームが一時的に無くなり、合流制御部１２による受信処理が継続され、バッファ１１１に保持されているフレームが減少して行く。
（７）バッファ１１１に保持されたフレームの量が、予め決められた下限閾値を下回った場合、フロー判定部バッファ１１１はバッファ１１１が安全領域に入ったということをバックプレッシャー信号Ｓ１により検出して、フローモードを停止する。
（８）安全状態を検出したフロー判定部バッファ１１１は、受信ポート１４１の出力側からポーズフレームを出さないよう命令する。このパケット制御装置１を目がけて、イーサフレームを送出することを見合わせていたデバイスは、ポーズフレームを検出しなくなって、再びフレームを送出し始める。
【００２６】
上記（１）〜（８）の動作を繰り返すことによって、フレームが消滅することが救済される。しかし、フレームを送出して来る送信元のデバイスがポーズフレームを検出できない等、フロー判定に対応できない場合には、当該パケット制御装置１からいくらポーズフレームを送ってもフレーム送信を止めないことになる。その場合は、受信ポート１４１、受信ポート１４２間で不規則にイーサフレームが消滅する危険が発生する。この危険性を防止するために、本発明による割合設定に従った合流制御部を行うことが有意義となる。
【００２７】
この様なフロー制御は、ポーズフレームをデバイス間で受け渡すことで成し遂げられる待合わせ制御となる。その場合、パケット送信元もかなり大きなバッファを持たなければならない。仮に送信元のバッファ容量が小さいと、当該パケット制御装置１から送信元へいくらポーズフレームを送っても、フレーム停止しない危険が有る。本発明の割合設定によるパケット受付制限制御によれば、このような場合にも有意義である。
【００２８】
実際、送信元のバッファ容量がどの程度有るか、またどの程度の処理能力を持っているか、等、性能は分からないことが多い。本発明の合流制御部１２の処理機能を持つことにより、送信元の処理能力を考慮しなくて済み、ネットワーク全体の設計もし易くなるという大きな効果がある。
【００２９】
次に、合流制御部１２の機能及び作用について説明する。
図２に、合流制御部１２の機能ブロックを示す。
合流制御部１２は、注入算出部２０１（２０と総称することがある）、リーキーバケット（漏れバケツ）２１１，２１２（２１と総称することがある）、ポート選択判定部２２、及びパケットセレクタ２３を有して構成される。
【００３０】
リーキーバケット２１１は、漏れバケツ機能を理解し易くするために概念的に表現している。注入算出部２０１によって算出された“水”が注ぎ込まれて、一定周期で水が漏れていく様子を表している。従って、ポート選択判定部２２が許可しない限り、この漏れバケツには水が溜まらないことになる。回路的には、リーキーバケット２１はアキュームレータで構成される。注入算出部２０は、回路的には足算器である。リーキーバケット２１は、注入算出部２０で足し算された、漏れ水量を減算し、その減算結果をアキュームレータに記憶保持する。
【００３１】
ポート選択判定部２２は、各バッファ１１のイーサフレーム蓄積状態(即ち各バッファ１１内にフレームが有るか否か)、及びリーキーバケット２１に示す蓄積水量状態（即ち何れのバケツの水量が多いか）を判定し、バッファ１１に対して排出許可を与える。例えば、バッファ１１１にフレームが全然溜まっていない場合には、そのバッファ１１１に対して排出許可を出さない。
【００３２】
ポート選択判定部２２がバッファ１１１に対してフレームの排出許可を出すと、バッファ１１１からイーサフレームが1フレームだけ読み出される。その時、注入算出部２０１はバッファ１１１から送られてきたフレームの長さをカウンタ（図示せず）で計測してその長さ(即ちカウンタ値)を水量へ変換する。
パケットセレクタ２３は、ポート選択判定部２２で許可が与えられたポートのフレームを通過させるように、フレーム単位にポートを選択する。
【００３３】
リーキーバケット２１は、それぞれのＵＮＩポートに予め設定されるリーキーバケット、例えば、漏れバケツであり、ＵＮＩポートにて可変長パケットが受信されると、パケット長に応じて流入パケットの注入水量算出部２００、２０２によって注入する注入水量（Φ）が新たに算出される。
【００３４】
同時に、それぞれのポートは一つ前に受信されたパケットの時刻から、新しく受信されたパケットの時刻を減算して時刻差分から、ポートの流入割合の設定変数となる漏れ水率（δ）を乗じてパケット受信時点における漏れ水量（Δ）を算出し、注入水量（Φ）、漏れ水量（Δ）から最終的な蓄積水量（γ）が算出され記憶される。
【００３５】
ＵＮＩポートの現在の蓄積水量（γ）、並びに転送するパケットの存在情報を元に、ポート選択判定部２０４にて図３に示す受信ポート選択部の判定における真理値（“１”に示す部分が有意）にて判定を行い、合流させるポートを選択する。排出（許可）制御を受信した該当バッファ１１１、１１２はパケットセレクタ２３からフレーム毎に排出処理をして出力される。
【００３６】
次に、合流制御部１２の制御動作について説明する。
バッファ１１１、１１２に保持されているイーサフレームは、合流制御部１２の許可によって読み出される。合流制御部１２は、受信ポート１４１，１４２から対応するバッファ１１１，１１２へ流入するイーサフレームの割合は、合流制御部１２により予め設定されており、この割合がバッファ１１からのイーサフレームの排出許可に反映される。
合流制御部１２の具体的な制御動作例を以下に記す。
【００３７】
（１）ポート１４１に対する割合が１００％と設定されれば、他方のポート１４２に対応したバッファ１１２に対する排出許可は一切行われない。
（２）ポート１４１と１４２に対する割合が、それぞれ５０％と設定されている場合、バッファ１１１，１１２に保持されているフレームが全て同じ長さ(情報量)であれば、合流制御部１２からバッファ１１１，１１２に向けて1フレーム毎に交互に排出許可が出る。
【００３８】
（３）ポート１４１，１４２の割合が５０％と設定された場合、例えばバッファ１１２内にフレームが無いときには、それぞれのポートに対して５０％と設定されていても合流制御部１２からは、常にバッファ１１１に対して排出許可が行われる。
【００３９】
（４）さらにポート１４１，１４２の割合が５０％と設定されている場合、バッファ１１１，１１２にそれぞれフレームが保持されているが、バッファ１１２に保持されているフレームは、バッファ１１１に保持されているフレーム長の２倍のとき、合流制御部１２はバッファ１１１に対して２フレーム分の排出許可を与えた後にバッファ１１２に対して１フレーム分の排出許可を与える。その後、再びバッファ１１１に対して２フレーム分の排出許可を与えるようなサイクルを繰り返す。
【００４０】
次に、図３の真理値表を参照して、ポート選択判定動作について説明する。
この真理値表は、バッファ１１１、１１２に待機して保管されているイーサフレームが排出される時に、いずれのバッファを選択しなければならないかを決めるための判定基準を定める。ここで、Ａポート及びＢポートに対応するリーキーバケット２１１，２１２に溜まっている現在の蓄積水量をそれぞれγＡ及びγＢと表す。以下、その判定基準について説明する。
【００４１】
（１）バッファ１１１、１１２のうち片方のバッファにしかフレームが待機していない時には、割合という概念がなく、必ずフレームが溜まっている側のバッファが選ばれる。
（２）バッファ１１１，１１２の両方にイーサフレームが保管されて待機している場合、初めて図２によるリーキーバケット２１の蓄積水量比較を実施する。
図３の表では必ず水量が少ない方をポート選択する真理値となっており、対抗ポートよりも水量が多く溜まっていれば、設定割合よりも多くのデータを通しているとみなせるので、溜まっている水の少ない方を選んで、イーサフレームを通すように制御する。
【００４２】
（３）バッファ１１１、１１２の双方にフレームが保管されて待機している状態において、リーキーバケット２１１，２１２が同じ水量であった場合には、本質的にバッファ１１１、１１２のいずれに排出許可を出しても問題は無い（処理としては同等）。
制御上重要なことは、バッファ１１１，１１２の双方にフレームが待機している場合、常にリーキーバケット２１１，２１２を比較して溜まっている水の少ない方が選択されるということである。
【００４３】
このようなリーキーバケットモデルを利用して、経時的にパケットを受信する度に蓄積水量算出に相当させ、容易に帯域算出することで、ハードウェア的にも簡単な回路となり、予め設定された割合にてポート間の流入パケットを的確に制限する効果を得ることができる。
【００４４】
本実施例によれば、Ａポートを、例えば帯域３０％として音声を割り当て、Ｂポートを帯域７０％として高速データ端末を割り当ててインターネットを利用するような設定契約の場合、その他の契約者が悪意で帯域３０％のＡポートに高速データ端末を接続換えしたときでも、帯域７０％のＢポートを保障できる。さらに、保守運用等を目的としてＡポートに高速データ端末を接続する場合、Ｂポートが未使用ならば帯域は開放され、Ａポートにて高速データ端末が１００％使用可能となる。
【００４５】
次に、図４を参照してパケット受信制限制御動作について説明する。
最初に、受信フレームの有無の確認し（Ｓ４００）、排出判定により排出許可するＡポート又はＢポートを選択する（Ｓ４０１）。
【００４６】
選択された各ポートでは、同じ処理を独自に行う。本実施例ではポートＡにおける処理について説明する。なお、Ｂポートの処理Ｓ４１２はＡポートと同様のため図示を省略している。
Ａポートにおいて、バッファ１１１から１フレーム読出して（Ｓ４０３）、この値の現在の時刻ｔ１から、以前に読み出されたデータの時刻ｔ０を減算し、経過時刻ｔ（＝ｔ１-ｔ０）、漏れ水率δから、漏れ水量ΔＡの算出を、式（１）より算出する（Ｓ４０４））。
漏れ水量を求める関係式は、
ΔＡ＝δ×ｔ ・・・（１）
となる。
【００４７】
次に、読み出されたフレーム長より、注入水量ΦＡの算出して（Ｓ４０５）、リーキーバケット蓄積水量γＡを、式（２）より算出して、その算出値を更新して保存する（Ｓ４０６）。
リーキーバケット蓄積水量を求める関係式は、
γＡ＝γＡ＋ΦＡ−ΔＡ ・・・（２）
となる。
【００４８】
次に、図５以降を参照して、第２の実施例について説明する。
この例は、図２及び図４を更に拡張した例であり、リーキーバケットが３つ以上の複数ポートにおける適用例について説明するものである。
複数ポートにおけるリーキーバケット間の水量関係の組み合わせは、
２ポートの場合・・・ ２通り（∵２×１）
３ポートの場合・・・ ６通り（∵３×２×１）
４ポートの場合・・・ ２４通り（∵４×３×２×１）・・・（３）
５ポートの場合・・・ １２０通り（∵５×４×３×２×１）
ｎポートの場合・・・ｎの階乗通り（∵ｎ！）
となる。
【００４９】
各ポートのフレームの有無の組み合わせは、
２ポートの場合・・・ ４通り（∵２２）
３ポートの場合・・・ ８通り（∵２３）
４ポートの場合・・・ １６通り（∵２４）・・・（４）
５ポートの場合・・・ ３２通り（∵２５）
ｎポートの場合・・・２のｎ乗通り（∵２ｎ）
となる。
【００５０】
選択ポートでの取り扱い事象数は、次の関係式から求められる。
（リーキーバケット間の水量関係の組み合わせ）×（各ポートのフレームの有無の組み合わせ）
よって、複数ポートにおける選択ポートでの取り扱い事象数は、
２ポートの場合・・・ ８通り（∵２×４）
３ポートの場合・・・ ４８通り（∵６×８）
４ポートの場合・・・ ３８４通り（∵２４×１６）・・・（５）
５ポートの場合・・・３８４０通り（∵１２０×３２）
となることが分かる。
【００５１】
例えば、４つのポートにおける受付制限制御を実施する場合、ポート選択での取り扱う事象は、式（３）×（４）＝（５）の３８４通りあり、排出ポート決定の論理的なアルゴリズムは明解であることが分かる。
【００５２】
本実施例は、リーキーバケット間の水量関係の組み合わせは、ｎの階乗通り（ｎ！）であるが、これは各ポートにおけるリーキーバケットの水量が多いまたは、少ないという関係が明確に定まる場合の組み合わせであり、これが定まらない（水量が等しい）場合においては、次の関係式が成り立つ。
γＡ > （γＢ ＝ γＣ） > γＤ
これはポートＢとポートＣの蓄積水量が同等であることを意味し、本実施例ではこれらポート間での蓄積水量の多いまたは、少ないという以下の関係と同等と見なすことができる。
γＡ > （γＢ > γＣ） > γＤ
γＡ > （γＣ > γＢ） > γＤ
図５は、複数ポートの場合の排出パケット決定手順を示すフローチャートである。
まず、ｎ＝０として初期化をして（Ｓ５０１）、蓄積水量が最少のバケツのポートを検索する（Ｓ５０２）。次に、そのポートに排出すべきフレームが待機しているかの有無を確認する（Ｓ５０３）。ここで、当該ポートに排出すべきフレームが無い場合、及びフレームが有る場合には、当該ポートの排出許可を出し（Ｓ５０４）、その後、ステップＳ５０５に遷移して、設定ポート値Ｎへのｎ＝ｎ＋１の加算を実行する（Ｓ５０５）。
【００５３】
そして、先の設定ポート値Ｎへの確認にて、ｎ＝Ｎの場合を排出パケット決定における手順終了と判断する（Ｓ５０６）。
一方、ｎ≠Ｎの場合は、先のステップＳ５０２にて検索した次に蓄積水量が少ないバケツのポートを検索して（Ｓ５０７）、ステップＳ５０３に遷移してそのポートに排出すべきフレームが待機しているかの有無を確認する。
以降、ステップＳ５０６で先の設定ポート値Ｎへの確認にて、ｎ＝Ｎとなり排出パケット決定における手順終了と判断されるまで、このステップＳ５０７への遷移を繰り返す。
【００５４】
図６は、複数パケット合流制御部１２の機能ブロック図、図７Ａ〜図７Ｆは、図６の例による複数ポート選択判定部６２の判定における真理値表を示す。
本実施例では、４ポートの場合の動作について説明する。
リーキーバケット６１１〜６１４は、それぞれのＵＮＩポート（Ａポート〜Ｄポート）に対応して予め設定されるリーキーバケットである。ＵＮＩポートにて可変長パケットが受信されると、パケット長に応じて流入パケットの注入水量算出部６０１〜６０４によって注入する注入水量（ΦＡ〜ΦＤ）が新たに算出される。
【００５５】
同時に、それぞれのポートは一つ前に受信されたパケットの時刻から、新しく受信されたパケットの時刻を減算して時刻差分から、ポートの流入割合の設定変数となる漏れ水率（δＡ〜δＤ）を乗じてパケット受信時点における漏れ水量（ΔＡ〜ΔＤ）を算出し、注入水量（ΦＡ〜ΦＤ）、漏れ水量（ΔＡ〜ΔＤ）から最終的な蓄積水量（γＡ〜γＤ）が算出され記憶される。
【００５６】
ＵＮＩポートの現在の蓄積水量（γＡ〜γＤ）、並びに転送するパケットの存在情報を基に、ポート選択判定部６２にて図７に示す受信ポート選択部の判定における真理値（“１”で示す部分が有意）にて判定を行い、合流させるポートを３８４通りから選択する。排出（許可）制御を受信した各パケットバッファは、パケットセレクタ６３にてフレーム毎に排出処理をして出力される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】一実施例によるパケット制御装置の構成を示す図。
【図２】パケット制御装置における合流制御部１２の機能ブロック図。
【図３】ポート選択判定部２０４における判定のための真理値表を示す図。
【図４】一実施例（第１の実施例）におけるパケット受信制限制御動作を示すフローチャート。
【図５】一実施例（第２の実施例）による複数ポートを有する場合の排出パケット決定手順を示すフローチャート。
【図６】一実施例による複数パケット合流制御部１２の機能ブロック図。
【図７Ａ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【図７Ｂ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【図７Ｃ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【図７Ｄ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【図７Ｅ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【図７Ｆ】複数ポート選択部の判定における真理値表を示す図。
【符号の説明】
【００５８】
１：パケット制御装置 １０１，１０２：パケット抽出フロー判定部 １１，１１１，１１２：パケットバッファ １２：合流制御部 １３：制御部 １４，１４１，１４２：受信ポート １５：送信ポート
２０１，２０：注水量算出部 ２１１，２１２，２１：リーキーバケット ２２：ポート選択判定部 ２３：パケットセレクタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信ポートから入力されるパケットを合流して送信ポートから送出するパケット制御装置であって、
該複数の受信ポートから入力されるパケットを一時的に格納する複数のバッファと、該複数のバッファから出力される複数のパケットの合流する割合を設定する制御部と、該制御部により設定された割合に従って該複数バッファから出力される該パケットを合流させる合流制御部と、を有し、該合流制御部で合流されたパケットを該送信ポートから送出することを特徴とするパケット制御装置。
【請求項２】
前記合流制御部は、該受信ポートにおけるパケットの受信制御に対して適用されたリーキーバケットモデルの実行において、各受信ポートにパケットが受信された場合、該パケットの流入量をリーキーバケットの注水量に相当させ、さらに送受信におけるポート間の合流割合の設定をリーキーバケットの漏水量の割り当てに相当させ、合流割合判定として複数のリーキーバケットの流入と合流割合における現在の蓄積水量を比較して、蓄積流水量が少ないポートに対してパケットを流入するように制御することを特徴とする請求項１のパケット制御装置。
【請求項３】
複数の受信ポートに入力され合流する合計帯域よりも、合流後の物理帯域の方が帯域の狭い環境下におけるパケットの受信制限を行うパケット制御装置であって、
該複数の受信ポートから入力されるパケットを一時的に格納する複数のバッファと、該複数のバッファから出力される複数のパケットの合流する割合を設定する制御部と、該制御部により設定された割合に従って該複数バッファから出力される該パケットを合流させる合流制御部と、を有し、
前記合流制御部は、該パケットが合流した後の物理帯域を割合配分において、予め設定された割合を超えるパケットについて前記バッファのオーバーフローでパケットの廃棄処理をするように制御し、
かつ前記制御部による割合配分により、いずれかの受信ポートにおけるパケット入力帯域が予め設定された値に満たない場合は、パケットの合流後の物理帯域を他の受信ポートに開放するように制御することを特徴とするパケット制御装置。
【請求項４】
複数の受信ポートから入力されるパケットを合流して送信ポートから送出するパケット制御方法であって、
該複数の受信ポートから入力されるパケットを複数のバッファに一時的に格納するステップと、該複数のバッファから出力される各パケットの合流する割合を設定するステップと、該設定された割合に従って、該複数のバッファから出力される該パケットを合流させるステップと、該合流された該パケットを送信ポートから送出するステップと、を有することを特徴とするパケット制御方法。
【請求項５】
前記合流制御において、該受信ポートにおけるパケットの受信制御に対して適用されたリーキーバケットモデルを実行し、各受信ポートにパケットが受信された場合、該パケットの流入量をリーキーバケットの注水量に相当させ、さらに送受信におけるポート間の合流割合の設定をリーキーバケットの漏水量の割り当てに相当させ、合流割合判定として複数のリーキーバケットの流入と合流割合における現在の蓄積水量を比較して、蓄積量が少ないポートに対してパケットを流入するように制御することを特徴とする請求項４のパケット制御方法。
【請求項６】
前記合流制御に際して、該パケットが合流した後の物理帯域を割合配分において予め設定された割合を超えるパケットについて前記バッファのオーバーフローでパケットの廃棄処理をするように制御し、
かつ前記割合配分により、いずれかの受信ポートにおけるパケット入力帯域が予め設定された値に満たない場合は、パケットの合流後の物理帯域を他の受信ポートに開放するように制御することを特徴とする請求項４又は５のパケット制御方法。
【請求項１】
複数の受信ポートから入力されるパケットを合流して送信ポートから送出するパケット制御装置であって、
該複数の受信ポートから入力されるパケットを一時的に格納する複数のバッファと、該複数のバッファから出力される複数のパケットの合流する割合を設定する制御部と、該制御部により設定された割合に従って該複数バッファから出力される該パケットを合流させる合流制御部と、を有し、該合流制御部で合流されたパケットを該送信ポートから送出することを特徴とするパケット制御装置。
【請求項２】
前記合流制御部は、該受信ポートにおけるパケットの受信制御に対して適用されたリーキーバケットモデルの実行において、各受信ポートにパケットが受信された場合、該パケットの流入量をリーキーバケットの注水量に相当させ、さらに送受信におけるポート間の合流割合の設定をリーキーバケットの漏水量の割り当てに相当させ、合流割合判定として複数のリーキーバケットの流入と合流割合における現在の蓄積水量を比較して、蓄積流水量が少ないポートに対してパケットを流入するように制御することを特徴とする請求項１のパケット制御装置。
【請求項３】
複数の受信ポートに入力され合流する合計帯域よりも、合流後の物理帯域の方が帯域の狭い環境下におけるパケットの受信制限を行うパケット制御装置であって、
該複数の受信ポートから入力されるパケットを一時的に格納する複数のバッファと、該複数のバッファから出力される複数のパケットの合流する割合を設定する制御部と、該制御部により設定された割合に従って該複数バッファから出力される該パケットを合流させる合流制御部と、を有し、
前記合流制御部は、該パケットが合流した後の物理帯域を割合配分において、予め設定された割合を超えるパケットについて前記バッファのオーバーフローでパケットの廃棄処理をするように制御し、
かつ前記制御部による割合配分により、いずれかの受信ポートにおけるパケット入力帯域が予め設定された値に満たない場合は、パケットの合流後の物理帯域を他の受信ポートに開放するように制御することを特徴とするパケット制御装置。
【請求項４】
複数の受信ポートから入力されるパケットを合流して送信ポートから送出するパケット制御方法であって、
該複数の受信ポートから入力されるパケットを複数のバッファに一時的に格納するステップと、該複数のバッファから出力される各パケットの合流する割合を設定するステップと、該設定された割合に従って、該複数のバッファから出力される該パケットを合流させるステップと、該合流された該パケットを送信ポートから送出するステップと、を有することを特徴とするパケット制御方法。
【請求項５】
前記合流制御において、該受信ポートにおけるパケットの受信制御に対して適用されたリーキーバケットモデルを実行し、各受信ポートにパケットが受信された場合、該パケットの流入量をリーキーバケットの注水量に相当させ、さらに送受信におけるポート間の合流割合の設定をリーキーバケットの漏水量の割り当てに相当させ、合流割合判定として複数のリーキーバケットの流入と合流割合における現在の蓄積水量を比較して、蓄積量が少ないポートに対してパケットを流入するように制御することを特徴とする請求項４のパケット制御方法。
【請求項６】
前記合流制御に際して、該パケットが合流した後の物理帯域を割合配分において予め設定された割合を超えるパケットについて前記バッファのオーバーフローでパケットの廃棄処理をするように制御し、
かつ前記割合配分により、いずれかの受信ポートにおけるパケット入力帯域が予め設定された値に満たない場合は、パケットの合流後の物理帯域を他の受信ポートに開放するように制御することを特徴とする請求項４又は５のパケット制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【公開番号】特開２００９−２５３４２０（Ｐ２００９−２５３４２０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９５９９０（Ｐ２００８−９５９９０）
【出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．イーサネット
【出願人】（０００２３３２９５）日立情報通信エンジニアリング株式会社 (195)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．イーサネット
【出願人】（０００２３３２９５）日立情報通信エンジニアリング株式会社 (195)
【Ｆターム（参考）】
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