JPH01236843A

JPH01236843A - 通信バッファ装置

Info

Publication number: JPH01236843A
Application number: JP63064056A
Authority: JP
Inventors: Yasuro Shohata; 康郎正畑
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1989-09-21
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: JP2739949B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、パケット通信システムにおける通信路の入力
部に設けられ、情報パケットを一時的に蓄積する通信バ
ッファ装置に係わり、特にパケットの優先制御方式を実
現する通信バッファ装ｊカに関する。

（従来の技術）近年、ディジタル通信網の発展に伴ってパケット通信方
式が広く利用されるようになってきた。

周知のように、パケット通信方式は、各情報パケットに
送り先アドレスが付加されていることから、通信路を宵
為情報の通信のみに使用でき、同じ能力を持つ通信路を
より多くの利用者が同時に使用でき、この結果、通信効
率の向上、ひいては通信コストの低減を図ることができ
るという利点がある。

ところで、パケット通信方式では、同じ通信路を同時に
多くの利用者が使用するため、−時的にその通信路の能
力を超えた情報がその通信路に集中する現象、即ちふく
そう現象が生じ、パケットの欠落を引起こすという問題
がある。そこで、この問題を解決するため、パケット通
信システムでは、通信路の入力部に通信バッファを設け
、送信すべきパケットを、その通信路のふくそう状態が
解消するまで一時的に蓄積しておくことがなされている
。この通信バッファを利用することにより、ある限度内
でのふくそう状態に対しては、パケットの欠落を防止す
ることができる。

しかしながら、通信バッファの容量は有限であるため、
特定の通信路で長い時間ふくそう状態が続くと、通信バ
ッファに新たなパケットを蓄積することが不可能になり
、パケットの欠落を引起こすことがある。また、このよ
うに長時間ふくそう状態が発生すると、あるパケットが
バッファに蓄積されてから、それが出力されるまでの時
間が増大するという欠点もあった。

そこで、従来、これらの欠点を解決するため、各パケッ
トに優先度を付け、優先度の高いパケットを優先度の低
いパケットよりも先に出力するパケット優先制御方式が
知られている。この方式によれば、パケットの欠落は、
優先度の低いパケットから順に発生することになる。パ
ケットの欠落が与える影響の大きい通信と小さい通信と
が混在するシステムにおいては、このようにパケットの
欠落をその影響の少ないパケットから順に発生させるよ
うにすると、通信路の有効な共用方法が実現できる。

第５図にこの方式を実現するための通信バッファ装置の
構成を示す。第１の通信路５１と第２の通信路５２との
間に設けられた複数のＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ　ｉｎ　Ｆ
ｉｒｓｔ　ｏｕｔ）バッフｙ５３１．５３２　。

・・・、５３ｎは、優先反別にパケットを格納するバッ
ファである。第１の通信路５１から送信すべきパケット
を受取ったデマルチプレクサ５４は、受入れたパケット
を優先度に応じた特定のＦＩＦＯバッファ５３１に振分
ける。マルチプレクサ５５は、パケットを蓄積している
ＦＩＦＯバッファ５３ｉのうち、最も優先度の高いＦＩ
ＦＯバッファ５３ｉを選択してそのＦＩＦＯバッファ５
３１からパケットを取出し、第２の通信路５２に出力す
る。

このようなシステムでは、パケットは優先反別にＦＩＦ
Ｏバッファ５３１に蓄えられ、マルチプレクサ５５がパ
ケットを出力する際は、パケットを蓄積しているＦＩＦ
Ｏバッファ５３１のうち最も高い優先度に割当てられた
ＦＩＦＯバッファ５３１からパケットを取出すので、結
局、パケットの欠落は優先度の低いパケットから生じる
ことになる。

しかしながら、ＦＩＦＯバッファ５３１を優先度毎に設
ける従来の通信バッファ装置では、通信すべきパケット
の優先度が、ある優先度に偏っていると、各ＦＩＦＯバ
ッファ５３ｉに蓄積されるパケットの個数がまちまちに
なり、ＦＩＦＯバッファ５３ｉの記憶領域の使用効率が
低下するという問題があった。

（発明が解決しようとする課題）このように、優先度毎にバッファを設けてパケットの優
先制御方式を実現する従来の通信バッファ装置では、バ
ッファの記憶領域の使用効率が悪いという問題があった
。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、パケッ
トの優先制御方式を実現する通信バッファ装置において
、記憶領域の使用効率を向上させることができ、これに
より少ない記憶スペースで有効なパケットの優先制御を
実現できる通信バッファ装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、情報パケットを蓄積する記憶手段と、送信す
べき情報パケットを入力するとともに、前記記憶手段の
空き領域を検出し、前記人力された情報パケットを前記
空き領域に蓄積するパケット入力手段と、前記記憶手段
に蓄積された各情報パケットの優先度に基づいて前記記
憶手段から廃棄すべき情報パケットを選択し廃棄するパ
ケット廃棄手段と、同じく記憶手段に蓄積された各情報
パケットの優先度に基づいて前記記憶手段から出力すべ
き情報パケットを選択し出力するパケット出力手段とを
具備したことを特徴としている。

ここで、パケットの優先度とは、例えばパケットの廃棄
が通信に与える影響の大きさ（廃棄優先度）やパケット
の遅延が通信に与える影響の大きさ（出力優先度）など
の情報で、具体的には、そのパケットの性質、送受信端
末の種類、通信バッファ装置への蓄積順序等に基づくも
のである。この優先度は、パケット自体に情報として担
われていたり、パケットがバッファへ蓄積される際に付
加されたり、或は記憶手段の管理情報として備えられて
いる等様々な形態でパケットと対応付けることができる
。

本発明の好ましい態様は、前記パケット廃棄手段が、通
信路上での情報パケットの転送に必要な時間よりも短い
時間で前記記憶装置に蓄積されている情報パケットを選
択し廃棄するものであり、前記パケット出力手段が、通
信路上での情報パｒットの転送に必要な時間よりも短い
時間で前記記憶装置に蓄積されている情報パケットを選
択し出力するものである。

また、前記記憶手段は、例えば、各情報パケットを蓄積
する複数のレジスタと、これらレジスタのそれぞれに対
応して設けられ、対応するレジスタ内に情報パケットが
蓄積されている間に前記パケット廃棄手段による情報パ
ケットの廃棄及び前記パケット出力手段による情報パケ
ットの出力の少な（とも一方が行われたら、その度に歩
進動作を行なう計数手段（その計数値が優先度の基準と
なる）とを具備したものとなっている。

（作用）本発明によれば、記憶手段に空き領域がｑれば、その領
域にパケットを優先度とは関係なしに無条件に蓄積して
いく。そして、パケットの廃棄が必要なときは、パケッ
ト廃棄手段が、各パケットの優先度から廃棄すべきパケ
ットを決定し、廃棄処理を行なう。また、パケットの出
力動作が必要なときには、パケット出力手段が各パケッ
トの優先度から出力すべきパケットを決定しそのパケッ
ト取出す。したがって、この発明によれば、記憶領域に
無駄な空き領域が生ずることがなく記憶領域を有効に使
用することができる。このため、少ないバッファ容量で
有効なパケットの優先制御を実現できる。

なお、パケット廃棄手段によるパケットの廃棄動作を通
信路上でのパケットの転送に必要な時間よりも短い時間
で行なわせるようにすれば、パケット入力手段に連続し
て入力される送信すべきパケットを、よどみなく記憶手
段に蓄積させることができ、また、パケット出力手段に
よるパケットの出力動作を通信路上でのパケットの転送
に必要な時間よりも短い時間で行なわせるようにすれば
、通信路上に空き時間が生じることなくパケットを連続
的に送信することができる。

また、各パケットを格納するレジスタに対応させて計数
手段を設け、パケットの廃棄や出力の度に、この計数手
段をカウントアツプさせるようにすると、計数手段の計
数値がそのパケットの蓄積順序を示すことになるので、
パケットをその蓄積時間に基づいて転送路に出力するこ
とができ、パケットの待ち時間を低減させることができ
る。

（実施例）以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係る通信バッファ装置の構
成を示すブロック図である。

第１の通信路１と第２の通信路２との間に設けられた通
信バッファ装置３は、第１の通信路１を介して入力され
たパケットを優先制御しながら第２の通信路２に出力す
るとともに、適宜パケットの廃棄処理を行なう。この通
信バッファ装置３は、パケット入力装置１１と、記憶装
置１２と、パケット廃棄装置１３と、パケット出力装置
１４とで構成されている。

パケット人力装置１１は、例えば第２図に示すように構
成されている。入力バッファ２１は、第１の通信路１を
介して入力された送信すべきパケットを一時的に格納す
る。優先度付加回路２２は、入力バッファ２１に格納さ
れたパケットの種類等に基づいてそのパケットの優先度
を決定し、優先度を示す情報を出力する。この優先度は
、例えばパケットの廃棄が通信に与える影響の大きさ（
廃棄優先度）やパケットの遅延が通信に与える影響の大
きさ（出力優先度）などの情報で、具体的には、そのパ
ケットの性質（例えばブロードキャスト転送、一般通信
等）、送受信端末の種類、通信バッファ装置への蓄積順
序等を基準に決定される。

空き領域検出回路２３は、記憶装置１２から与えられる
空き領域フラグ（後述）に基づいて記憶装置１２の空き
領域を検索し、もし、空き領域が検出されなかったらオ
ーバフロー信号をパケット廃棄装置１３に出力し、空き
領域を検出したなら、その領域のアドレスを出力すると
ともに、入力バッファ２１にライト信号を出力する。入
力バッファ２１は、格納しているパケットを、このライ
ト信号を受けて記憶装置１２に出力する。このとき、パ
ケットには前記優先度付加回路２２からの優先度情報が
付加される。

記憶装置１２は、パケット入力装置１１から人力される
パケットを蓄積するランダムアクセスメモリで、例えば
第３図に示すように、複数のレジスタ３１１，３１２．
・・・、３１ｎにて構成されている。各レジスタ３１１
（ｉ−１〜ｎ）は、アドレス部３２．優先度情報部３３
．データ部３４及び空き領域フラグ３５により構成され
る。アドレス部３２には、レジスタの番号（アドレス）
が格納され、優先度情報部３３には、前記優先度付加回
路２２によってパケットに付加された例えば４ビット程
度の優先度情報が格納される。また、データ部３４には
、送信すべきパケットの内容が格納され、空き領域フラ
グ３５には、そのレジスタ３１１にパケットが格納され
ているかどうかを示す１ビツトのフラグが格納される。

パケット廃棄装置１３は、パケット入力装置１１からの
オーバーフロー信号を受けて、記憶装置１２の各パケッ
トの優先度情報を入力し、これら優先度情報のうち最も
優先度の低いパケットを廃棄する回路である。このパケ
ット廃棄装置１３は、例えば第３図に示すように、ツリ
ー状に構成された複数のコンパレータ３６１，３６２゜
・・・３６ｍと、複数のセレクタ３７１，３７２．・・
・。

３７ｍとで構成され、コンパレータ３６ｊ　　（ｊ　−
１〜ｍ）による優先度情報の比較結果で、優先度の低い
方のレジスタ番号を順次トーナメント方式で選択してい
く。これにより、最上位のセレクタ３７ｍからは、優先
度の最も低いパケットを格納したレジスタ３１１の番号
が取出される。パケット廃棄装置１３は、この番号で指
定されるレジスタ３１１の空き領域フラグを“０”にリ
セットする。

パケット出力装置１４は、第２の通信路２が通信可能状
態になったら、記憶装置１２に各パケットの優先度情報
を入力し、これら優先度情報のうち最も優先度の高いパ
ケットを上記第２の通信路２上に出力する回路である。

このパケット出力装置１４も上記パケット廃棄装置１３
とほぼ同様に構成されているが、パケット廃棄装置１３
と異なる点は、各セレクタ３７ｊが優先度の大きなパケ
ットのレジスタ番号を選択する点と、パケットの出力後
に選択されたレジスタ中の優先度情報を最低の優先度と
する点である。

次に、上記構成の通信バッファ装置３の動作について説
明する。

第１の通信路１を介して送信すべきパケットがパケット
入力装置置１１に入力されると、空き領域フラグに基づ
いて記憶装置１２の空き領域が検索される。もし、空き
領域フラグが“０“であるしジスタ３１１が検出された
なら、そのレジスタの番号を記憶装置１２のアドレスと
して指定し、そのレジスタ３１１のデータ部３４に当該
パケットを格納する。この時、パケットには、優先度付
加回路２２によって優先度情報が付加され、その情報が
レジスタ３１１の優先度情報部３３に格納される。

一方、パケット出力装置１４は、第２の通信路２を監視
しながら記憶装置１２に蓄積されたパケットの送信制御
を行なう。即ち、第２の通信路２のトラフィックが集中
するふくそう状態が発生したら、第２の通信路２へのパ
ケットの送出を中断し、第２の通信路２の空き状態を見
ながら優先度の最も高いパケットを選択し、順次節２の
通信路２に出力する。

第２の通信路２のふくそう状態が長時間続き、記憶装置
１２の各レジスタの空き領域フラグ３５が全て“１“に
なった状態、つまり記憶装置１２が満杯になった状態で
、更に新たなパケットがパケット入力装置１１に入力さ
れると、パケット入力装置１１は、オーバーフロー信号
をパケット廃棄装置１３に出力する。パケット廃棄装置
１３、これを受けて最も優先度の低いパケットを選択し
、その空き領域フラグを“０”にすることによってパケ
ットの廃棄を行なう。これにより上記パケットの廃棄さ
れたレジスタ３６１に、上記新たなパケットが格納され
る。

このように、本実施例の通信バッファ装置３によれは、
記憶装置１２の記憶領域とパケットの優先度とは無関係
であるため、記憶領域を有効に利用することができる。

また、この実施例では、パケット廃棄装置１３及びパケ
ット出力装置１４にツリー状に構成されたコンパレータ
３６ｊ　と、セレクタ３７ｊとを用いて、最低優先度若
しくは最高優先度のパケットをハードウェアによる一括
トーナメント方式で検索するようにしているので、廃棄
処理及び出力処理をパケットの転送に必要な時間よりも
短い時間で行なうことができる。このため、パケット入
力装置１１に連続的にパケットが入力された場合でも、
記憶装置１２からの速やかなパケットの廃棄処理によっ
て、次々に新たなパケットを記憶装置１２に蓄積してい
くことができるので、パケットがパケット入力装置１１
内で滞ることがなく、また、同様に記憶装置１２からパ
ケットを読出して連続的に第２の通信路２に送出する場
合にも、パケット間に空き時間を生じることがない。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではない
。上記実施例では、パケット廃棄装置１３及びパケット
出力装置１４をコンパレータによる一括比較方式によっ
て高速化を図っているが、廃棄処理及び出力処理の速度
があまり問題にならないシステムでは、例えばソートな
どのソウトウエアによる手法を用いて処理を行なうよう
にしても良い。

また、パケットを蓄積する記憶手段は、特にランダムア
クセスメモリに限定されるものではなく、シーケンシャ
ルメモリでも良い。この場合には、出力パケット又は廃
棄パケットのシーケンシャルな選択が行なわれることに
なる。

また、上記実施例では、パケットの優先度を示す情報を
パケットの入力時に付加しているが、この優先度は、パ
ケットのデータ自体に担わせるようにしても良いし、記
憶装置の内部で管理情報として持っていても良い。例え
ば、第４図は、優先度情報としてパケットの蓄積順序を
用いた例を示す図である。記憶装置４１を構成する各レ
ジスタ４２１．４２２、−．４２ｎには、それぞれ計数
部４３１．４３２　、・・・、４３ｎが付加されている
。

計数部４３１　　（ｉ−１〜ｎ）は、レジスタ４２１に
パケットが格納されてから、例えばパケット出力装置１
４による出力動作が行われる度にカウントアツプ動作を
し、パケットが出力されたらリセットされる。これによ
り、計数部４３１の計数値は、パケットの入力順序を示
すことになる。そこで、これを優先度情報として用い、
例えば、古いパケットを先に出力し、新しいパケットを
廃棄する等の優先制御を行なうことができる。なお、計
数部４３１のカウント動作は、パケットの廃棄動作の度
に行われても良いし、パケットの廃棄動作及び出力動作
の度に行われても良い。

また、優先度情報としての廃棄優先度と出力優先度（緊
急性情報）とを区別し、これらを別々に判定するように
しても良い。

廃棄するパケットの基準としては、次のように定めるこ
ともできる。

■　廃棄優先度が最も高いパケットの群のうち、バッフ
ァ蓄積時間が最も長いパケット。

■　廃棄優先度が最も高いパケットの群のうち、バッフ
ァ蓄積時間が最も短いパケット。

■　廃棄優先度が最も高いパケットの群の全てのパケッ
ト。

■　上記■〜■の状態にあるパケットのうち、パケット
の種類（内容）によってパケットの廃棄優先度を決定す
る。

また、出力優先度が最も高いパケットの群のうち、バッ
ファ蓄積時間が最も長いパケットを、出力するパケット
の基準とするようにしても良い。

更には、パケット出力手段がパケット選択手段と出力パ
ケット送出手段とで構成されている場合、これらを並べ
てパイプライン動作させることもできる。この場合、出
力パケット選択手段は、出力パケット送出手段にパケッ
トを渡すことができると予想される時刻までに、パケッ
トの選択を終了させるように、その選択時間を見越して
起動されるようにすると処理速度が向上する。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば、記憶手段に空き領
域が有れば、その領域にパケットを優先度とは関係なし
に無条件に蓄積していくので、記憶領域に無駄な空き領
域が生ずることがなく記憶領域を有効に使用することが
できる。このため、少ないバッファ容量で有効なパケッ
トの優先制御を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る通信バッファ装置のブ
ロック図、第２図は同装置におけるパケット入力装置の
ブロック図、第３図は同装置における記憶装置とパケッ
ト廃棄装置の一部を示すブロック図、第４図は本発明の
他の実施例に係る通信バッファ装置における記憶装置の
ブロック図、第５図は従来の優先制御方式による通信バ
ッファ装置のブロック図である。１．５１・・・第１の通信路、２，５２・・・第２の通
信路、３・・・通信バッフ装置、１１・・・パケット入
力装置、１２・・・記憶装置、１３・・・パケット廃棄
装置、１４・・・パケット出力装置。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第４図第５図手続補正書昭和６３年１２月２８日１、事件の表示特願昭６３−６４０５６号２、発明の名称通信バッファ装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人（３０７）株式会社　東　芝

Claims

【特許請求の範囲】

（１）情報パケットを蓄積する記憶手段と、送信すべき
情報パケットを入力するとともに、前記記憶手段の空き
領域を検出し、前記入力された情報パケットを前記空き
領域に蓄積するパケット入力手段と、前記記憶手段に蓄
積された各情報パケットの優先度に基づいて前記記憶手
段から廃棄すべき情報パケットを選択し廃棄するパケッ
ト廃棄手段と、前記記憶手段に蓄積された各情報パケッ
トの優先度に基づいて前記記憶手段から出力すべき情報
パケットを選択し出力するパケット出力手段とを具備し
たことを特徴とする通信バッファ装置。
（２）前記パケット廃棄手段は、通信路上での情報パケ
ットの転送に必要な時間よりも短い時間で前記記憶装置
に蓄積されている情報パケットを選択し廃棄するもので
あり、前記パケット出力手段は、通信路上での情報パケ
ットの転送に必要な時間よりも短い時間で前記記憶装置
に蓄積されている情報パケットを選択し出力するもので
ある請求項１記載の通信バッファ装置。
（３）前記記憶手段は、各情報パケットを蓄積する複数
のレジスタと、これらレジスタのそれぞれに対応して設
けられ、対応するレジスタ内に情報パケットが蓄積され
ている間に前記パケット廃棄手段による情報パケットの
廃棄及び／又は前記パケット出力手段による情報パケッ
トの出力が行われたら、その度に歩進動作を行なう計数
手段とを具備し、前記計数手段の計数値に基づいて前記
パケットの優先度が決定されることを特徴とする請求項
１記載の通信バッファ装置。