JPH09214529A - 相対的エラー解決策を用いたレートベースのスケジューリング方法及び装置 - Google Patents

相対的エラー解決策を用いたレートベースのスケジューリング方法及び装置

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JPH09214529A
JPH09214529A JP35987896A JP35987896A JPH09214529A JP H09214529 A JPH09214529 A JP H09214529A JP 35987896 A JP35987896 A JP 35987896A JP 35987896 A JP35987896 A JP 35987896A JP H09214529 A JPH09214529 A JP H09214529A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 共通のリソースをレートに基づきスケジュー
リングしそして重み付けして公平に分担させる方法及び
装置を提供する。 【解決手段】 レートに基づく新規なスケジューリング
方法は、ATMのようなコンピュータネットワークにお
いて流れをスケジューリングするのに適用することがで
きる。又、コンピュータジョブををスケジューリングす
る際に重み付けされた公平なサービスを与えるように使
用することもできる。ネットワークアダプタのレートス
ケジューリングに一般に使用される多数の方法とは異な
り、本発明の方法は、全ての流れに対して厳密なレート
保証を与えることができる。本発明の顕著な特徴は、時
間ドメインではなく、周波数ドメインにおいて動作する
ことである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、共通のリソースの
レートに基づくスケジューリング及び重み付けされた公
平な分担のための方法及び装置に係る。レートに基づく
スケジューリング及び重み付けされた公平な分担の問題
は、多数の異なる状況において生じ、例えば、コンピュ
ータネットワークの分野又はプロセッサの設計に関連し
ている。一般に、本発明は、広範な環境及び用途におい
てあるレート(率)に基づいてジョブをスケジューリン
グする問題に係る。
【0002】
【従来の技術】共通のリソースを共用する異なるジョブ
をスケジューリングする問題が多数の異なる状況におい
て生じる。最も一般的には、次のように表すことができ
る。
【0003】ある種の単一のリソースは、整数i=1、
2・・・nで指示される多数のエンティティにより共用
される。各エンティティは、それに関連したレートR
(i)を有する。こられのレートは、全てのR(i)の
和がリソースの容量を越えないように指定される。例え
ば、コンピュータネットワークにおいては、エンティテ
ィが個々の流れであり、そして共用リソースが、制限さ
れた通信リンク又はサーバ容量である。エンティティ
は、あるサービス増分において一度に1つづつサービス
される。例えば、ネットワーク流のサービス増分は、1
つのパケット(又はATM用語ではセル)である。スケ
ジューラと称する装置は、エンティティにより受け取ら
れる平均サービスレートがその指定のレートR(i)と
なるように異なるエンティティに対してサービスの順序
を決定する必要がある。長時間の平均レートを保証する
ことはさておき、重要な目標は、各個々のサービス増
分、即ち各流れの各パケットの理想的なサービス時間と
実際のサービス時間との間の食い違いを最小にすること
である。
【0004】このような問題が生じる環境の一例は、そ
のサイクルに対して競合するジョブをスケジューリング
しなければならないプロセッサである。全てのジョブの
重要性が等しい場合には、全てのジョブにプロセッサ容
量の等しい分担を与えるのが望ましい。しかしながら、
ジョブの重要度が異なる場合に、考えられる戦略は、全
てのジョブにそれらの重要度に対応して重みを指定し、
そして各ジョブに指定された重みに比例するプロセッサ
容量の分担を各ジョブに与えることである。この場合
に、所望のサービススレートは、流れの重みにより決定
される。別の解決策は、特定の方針及び問題の環境に対
して特有の他のルールに基づいて流れに重みを指定する
ことである。例えば、あるルールは、優先順位の高いジ
ョブにある固定の割り当てを与え、そして残りの帯域巾
を優先順位の低いジョブで分担することである。
【0005】上記したように、同様の問題が生じる別の
例は、コンピュータネットワークである。例えば、AT
Mネットワークにおいては、通常、ネットワークを横断
する各流れにあるレートが組み合わされる。このレート
は、例えば、一定ビットレート(CBR)トラフィック
のように、設定時間にネットワークと交渉した結果であ
ってもよいし、又は使用可能なビットレート(ABR)
トラフィックの場合のように、トラフィック管理フィー
ドバック制御機構の結果であってもよい。これらレート
の組は、長時間CBR流のように、比較的静的である
か、又はABR流の場合のように、混雑に応答して迅速
に変化する。
【0006】例えば、多くのパケット交換ネットワーク
の場合のように、たとえレートが明確に指定されなくて
も、異なる流れが異なる重要度のことがある。例えば、
ある流れは、1000人のユーザからのデータの成分流
であり、一方、別の流れは、1人のユーザを表すことが
ある。このような場合に、それらの相対的な重要性が与
えられて異なる流れに重みを指定することが適当であ
る。流れの全需要が、制限されたリソース通常は通信リ
ンクの容量を越える場合に、考えられる方針は、プロセ
ッサの共用の例で上記したように、全ての流れに対しそ
れらの重みに比例して混雑スイッチを作用させることで
ある。これは、流れに対しレートを効果的に指定する。
【0007】最近、コンピュータネットワークのスイッ
チングポイントにおけるレートに基づくスケジューリン
グ規律が多くの注目を集めている。このような機構の包
括的な検討が、ヒューイ・ザングの出版物「パケット交
換ネットワークにおける性能保証のためのサービス規律
(Service Disciplines forG
uaranteed Perfomancein Pa
cket−Switching Network
s)」、プロシーディングズIEEE、1995年10
月号に見られる。これらの機構は、一般に、ネットワー
クスイッチに適用することができ、そして流れに指定さ
れたレートを保証することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】コンピュータネットワ
ークにおいて異なる流れをスケジューリングする問題は
ネットワークのスイッチに対して存在するだけでなく、
ホストアダプタにおいても存在する。例えば、ATMネ
ットワークのアダプタは、各々関連するレートを有する
異なる流れをスケジュールしなければならない。典型的
に、CBR流は、予め計算されたスケジュールに基づき
高い優先順位でサービスを受ける。CBRスケジュール
を予め計算する場合の1つの欠点は、非CBR流を考慮
に入れずに計算されるために、非CBR流のサービスが
CBRバーストにより不必要に悪影響を受けることであ
る。又、スケジュールを予め計算することは、計算的に
経費がかかる上に、通常は、ソフトウェアにおいて低速
の時間スケールで実行されるという欠点がある。これ
は、新たな接続が確立されたときにこれを実行するだけ
でよいCBR流に対して受け入れることができるが、頻
繁にレートの変化する多数の流れをスケジュールする必
要がある場合には実行できない。
【0009】レートに基づいたスケジューリングとして
知られている別の機構は、例えば、「ザATMフォーラ
ム・トラフィック・マネージメント・スペシフィケーシ
ョン・バージョン4.0」に記載されたいわゆる「漏洩
性バケット(Leaky Bucket)」である。こ
の機構は、多量の過流(per flow)状態を必要
とし、従って、多数の流れに対して禁止的となる。
【0010】又、いわゆる「タイム・ホイール」又は
「カレンダー待ち行列」解決策もしばしば使用される。
カレンダー待ち行列解決策の例は、ブラウン・Rの「カ
レンダー待ち行列:シュミレーション均一セット問題の
ための高速0(1)優先順位待ち行列実施(Calen
dar Queue:A fast 0(1) pri
ority queue implementatio
n for the simulation even
set problem)」、コミュニケーション
ズ.オブ・ジ・ACM、第31巻、第1220−122
7ページに見られる。「漏洩性バケット」機構とは異な
り、カレンダー待ち行列は、実施が簡単である。しか
し、不都合なことに、このカレンダー待ち行列解決策
は、一般に、流れにより得られる長時間平均レートがそ
の指定のレートに等しくなるよう保証することができな
い。
【0011】それ故、ネットワークアダプタにおいて動
的に変化するレートで流れをレートに基づきスケジュー
リングするのに使用することができると共に、流れの指
定レートを保証することのできる機構を設計することが
所望される。
【0012】又、この機構は、CBR型トラフィック
(パケット交換ネットワークにおける保証されたサービ
スとしても知られている)及びABR型トラフィック
(適応トラフィックとしても知られている)に同時に使
用できると共に、ATMネットワークにおけるVBR
(可変ビットレート)トラフィック(パケット交換ネッ
トワークにおける予想トラフィックとしても知られてい
る)にも使用できることが望ましい。更に、この機構
は、既に述べたレートに基づくスケジューリングの更に
一般的な状況にも使用できることが望まれる。
【0013】ヒューイ・ザング著の出版物に説明された
スイッチスケジューリングのための解決策は、アダプタ
に容易に適用することができない。その1つの理由は、
スイッチのためのほとんどのスケジューリング機構が、
スイッチへのパケット到着時間に基づいて、異なる流れ
からのパケットのスケジューリング順序を決定するから
である。到着時間の考え方は、アダプタに対し常に充分
に特定されるものではない。というのは、通常、アダプ
タは、データを送信する準備ができたときに、アプリケ
ーションからのデータを要求するからである。
【0014】必要とされるのは、多数の異なる環境にお
いて機能するレートスケジューリングに対する一般的な
解決策である。特に、新規な解決策は、ネットワークア
ダプタ及びネットワークスイッチに対して良好に機能し
なければならない。
【0015】相対エラー(RE)機構と称するここに述
べる新規な機構は、特にネットワークアダプタ及びネッ
トワークスイッチに使用して、厳密なレート保証を与え
ることができる。しかしながら、上記のように、その使
用は、コンピュータネットワークの分野に限定されるも
のではない。時間ドメインで動作するほとんどの上記機
構とは異なり、RE機構は、周波数ドメインで動作す
る。その1つの効果は、レートから時間への変換(レー
トの逆数を見つけることを伴う)の必要性が排除される
ことである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、コンピ
ュータシステムの共用リソースにおいて複数のデータ流
をスケジューリングする方法であって、各データ流は、
複数のデータセルを含み、上記方法は、共用リソースに
スケジューラを設け、このスケジューラは複数のリンク
セルスロットを有し;複数のデータ流を受け取るように
スケジューラを初期化し;複数のデータ流の各々をスケ
ジューラで受け取り、各データ流は、要求された流量
(レート)を含み;上記スケジューラにより、複数のデ
ータ流各々の要求された流量各々の和が上記共用リソー
スの使用可能な帯域巾よりも小さく且つセルごとのベー
スで実際のスケジューリング時間と理想的なスケジュー
リング時間との間の相対的なエラーが最小にされるよう
に、複数のデータ流の各々をスケジューリングし;そし
て 上記受け取り及びスケジューリングの段階を繰り返
す;という段階を備えた方法が提供される。
【0017】本発明は、その広い形態において、請求項
1に記載した複数のデータ流をスケジューリングする方
法に関する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本発明の好ま
しい実施形態は、コンピュータネットワークについて説
明する。図1を参照すれば、例示的なネットワークは、
10、12、14及び16と示された4つのホストノー
ドを含むように示されている。又、各ホストノードは、
多数のユーザによって共用されるようにも示されてい
る。特に、ホストノード10は、26及び28と示され
たユーザを有し、ホストノード12は、30及び32と
示されたユーザを有し、ホストノード14は、34及び
36と示されたユーザを有し、そしてホストノード16
は、38及び40と示されたユーザを有する。
【0019】又、図1に例示するネットワークは、各々
42及び44と示された2つのスイッチも備えている。
ユーザは、ネットワークを通して互いに通信する。例え
ば、ホストノード10のユーザ26は、ホストノード1
4のユーザ36と通信し、ホストノード10のユーザ2
8は、ホストノード16のユーザ38と通信し、ホスト
ノード12のユーザ30、32は、ホストノード16の
ユーザ38及び40と各々通信する。
【0020】ホストノードは、スイッチに接続されて示
され、そしてスイッチは、通信リンクによって互いに接
続されて示されている。例えば、リンク18は、ホスト
ノード10をスイッチ42に接続し、そしてスイッチ4
2及び44は、リンク20によって接続されている。リ
ンク22は、ホストノード12をスイッチ42に接続
し、リンク24は、スイッチ42をホストノード14に
接続し、そしてリンク25は、スイッチ44をホストノ
ード16に接続する。便宜上、ソースから行先へのデー
タの流れをこの流れのソースと関連させる。例えば、ユ
ーザ26からユーザ36への流れを「ユーザ26の流
れ」と称することにする。
【0021】ホストノード10、12、14及び16の
各々は、スケジューラを含むように示されている。より
詳細には、ホストノード10は、スケジューラ50を有
し、ホストノード12は、スケジューラ52を有し、ホ
ストノード14は、スケジューラ54を有し、そしてホ
ストノード16は、スケジューラ56を有する。一般
に、スケジューラは、ホストアダプタカード(図示せ
ず)に存在する。
【0022】又、スイッチ42及び44の各々は、スイ
ッチに接続された各リンクに関連したスケジューラを有
するものとして示されている。例えば、スイッチ42
は、リンク18に関連したスケジューラ58を備えてい
る。スケジューラ60はリンク22に関連され、スケジ
ューラ62はリンク24に関連され、そしてスケジュー
ラ64はリンク20に関連される。スイッチ44は、リ
ンク20に関連したスケジューラ66を含み、一方、ス
ケジューラ68は、リンク25に関連される。
【0023】図1に示すスケジューラの各々は、例示的
ネットワーク内の共通のリソースを共用する異なる流れ
をスケジューリングする役目を果たす。
【0024】例えば、制限ファクタ(即ち「ボトルネッ
ク」)リソースがリンクの容量であると仮定する。例え
ば、ネットワークの全てのリンクが容量155Mbsで
あるが、リンク20は容量50Mbsであると仮定す
る。それ故、ユーザ28、ユーザ30及びユーザ32
は、共通のボトルネックリンク、即ちリンク20を共用
する。それ故、公平さを確保するために、これらユーザ
の各々は、リンク20の容量の1/3、即ちほぼレート
R(2)=R(3)=R(4)=16.67Mbsでデ
ータを送信することができる。それ故、ユーザ26は、
リンク18の残りの全帯域巾即ちR(1)=138.3
3Mbsでデータを送信することができる。しかしなが
ら、ユーザ26及びユーザ28のレートの和がリンク2
0の容量である155Mbsを越えず、且つユーザ2
8、ユーザ30及びユーザ32のレートの和がリンク2
0の容量である50Mbsを越えない限り、他の送信レ
ートの指定も考えられる。スケジューラが各ユーザに与
える平均サービスレートは、これらユーザに指定された
レートに等しくなければならない。従って、スケジュー
ラ50は、ユーザ26及び28によりホストノード10
へ送られる流れをレートR(1)及びR(2)で各々ス
ケジューリングする役目を果たす。
【0025】本発明は、図1に示すいずれのスケジュー
ラにも組み込めるもので、共通のリソースをレートに基
づいてスケジューリングしそして重み付けして公平に共
用するための方法及び装置に関する。
【0026】例えば、本発明の実施形態は、図1に例示
するネットワークにおける流れについて説明する。しか
しながら、本発明は、コンピュータジョブをスケジュー
リングするのに重み付けされた公平なレートサービスを
必要とするいかなるコンピュータ用途にも適用できる。
ここに例示する実施形態は、非同期転送モード(AT
M)を一例として使用する。ATMネットワークは、A
TMセルと一般に称する固定長さのデータバケットを使
用する。しかしながら、上記したように、本発明は、可
変長さのデータパケットへと一般化することができる。
【0027】ATMネットワークを特定例として使用す
ると、本発明は、ホストノード10、12、14及び1
6の各々に含まれたスケジューラ(即ち、50、52、
54及び56)及び/又はスイッチ42、44のスケジ
ューラ58、60、66及び68を有するアダプタ(図
示せず)に関する。
【0028】以下に述べるように、本発明の主たる考え
方は、相対エラー(RE)解決策を用いて、ATMネッ
トワークのスイッチ又はアダプタによりセルごとのベー
スで実際のスケジューリング時間と「理想的」なスケジ
ューリング時間との食い違いを最小にすることである。
【0029】ここに述べる観点において、スイッチ又は
アダプタにより流れをスケジューリングする場合の問題
は次のように表される。 条件:整数1、2・・・nで指示されるn個の流れが容
量Cのスロットリンク(スイッチ又はアダプタ)を共有
する。
【0030】この実施形態に対し、例えば、非同期転送
モード(ATM)ネットワークにおいて全てのパケット
は同じサイズであると仮定する。固定サイズのパケット
を表すのにATM期間セルを使用する。リンク速度にお
ける1つのセルの送信時間は「セル時間」又は「セルス
ロット」と称し、これらは交換可能である。
【0031】j番目のリンクセルスロットの始めに、ス
ケジューラは、どの流れのセル(もしあれば)を送信の
ためにスケジュールしなければならないかを決定する必
要がある。その目標は、各セルの実際の送信時間と理想
的な送信時間との間の境界定めされた食い違いで、流れ
iの長期間平均レートがR(i)に保証されるように確
保することである。
【0032】又、プロセッサジョブのスケジューリング
については(ネットワークにおける流れスケジューリン
グとは対照的に)、レートR(i)が一般にジョブの重
みを表し、Cがこれらジョブに使用できるプロセッサ容
量であり、上記不等式は通常等式であり、そしてサービ
ス増分は通常ジョブ専用のある数のプロセッササイクル
である。
【0033】以下RE機構又はREスケジューラと称す
る本発明の構成を充分に説明するために、次の変数を使
用する。 D(i、j):リンクセルスロットjにおける流れiの
エラー項。 R(i):流れiのレート。i=0は、「仮想流」(以
下に述べる)に対応する。そのレートは、単に、使用可
能な帯域巾Cと、全ての実際の流れi=1、2・・・n
のレートの和との間の差である。 w(i):使用可能な全帯域巾Cに対する流れiのレー
ト。 注:R(i)は、初期化及びレート変更のみに対して必
要とされ、流れごとの状態に記憶される必要はない。変
数w(i)及びD(i、j)は、流れごとに記憶され
る。
【0034】ゼロで指示される流れは、いわゆる「仮想
流」である。そのレートは、単に、全ての「実際」の流
れにより使用されないリンク帯域巾である。ここでは、
流れ0を通常の流れと称し、流れ0のセルを送信するこ
とは、アイドルセルが送信される(「実際」の流れのセ
ルが送信されるのではない)ことを意味する。
【0035】手順RE_Schedulerの初期化
は、次のように生じる。 j=0; for all i { w(i)=R(i)/C D(i、0)=0; }
【0036】REスケジューラは、次の擬似コードで示
すように動作する。 RE_Scheduler; do forever { find flow f with D(f,j)=max_{i}D( i,j) if((f>0)AND(cell of flow f availa ble)) transmit next cell from flow f else do not transmit(transmit an idle cell) j=j+1; D(f,j)=D(f,j)+w(f)−1; for all i≠f D(i.j)=D(i,j)+w(i); }
【0037】次の手順は、ある流れのレートが変化した
際に適当な変数を更新する。1組のレートがレート変化
の後に実現可能となり、即ち全てのレートの和がリンク
帯域巾Cを越えないものと仮定する。 Rate_Change; if rate of flow i〉0 changed to Rnew (i) wold(i)=w(i); w(i)=Rnew(i)/C; Dold(i,j)=D(i,j); D(i,j)=w(i)−1; w(0)=wold(0)+wold(i)−w(i) D(0.j)=D(0,j)+Dold(i,j)−D(i,j);
【0038】手順Rate_Changeは、インアク
ティブな流れに対してw(i)=0を指定することによ
り新たな流れが入るか又は古い流れが退出する場合にも
使用できることに注意されたい。又、レートの変化は、
全ての「実際」の流れの全てのレートの和がリンク容量
を越えないという要件に違反しないと仮定することにも
注意されたい。同様に、あるレートで新たな流れが入る
ときには、全てのレートの和がリンク容量を依然として
越えない。多数の流れのレートが同時に変化する場合に
は、手順Rate_Changeは、全ての流れに対し
一度に1つづつ予想される。
【0039】上記したREスケジューラは、多数の特性
を示す。特性1と称する第1の特性は、次の通りであ
る。B(i、m)は、分離状態における流れiのm番目
のセルの「理想的」な送信開始時間を表すものとする。
ゼロ番目のセルの送信が時間0にスタートすると仮定す
れば、m番目のセルの送信は、厳密に時間mT(i)に
スタートする。ここで、T(i)=cell_len/
R(i)である。但し、cell_lenは1つのセル
の長さ(単位はビット)であり、そしてR(i)は流れ
Iの指定のレート(単位は時間、例えば、秒)である。
スケジューラREのもとでの流れiのm番目のセルの実
際の送信時間の開始をA(i、m)で表す。従って、い
かなるmについても、 −T(i)+cell_time≦A(i,m)−B
(i,m)≦(n/2+1)T(i) となり、ここで、nはサポートされる流れの数、T
(i)=cell_len/R(i)はレートR(i)
におけるセル送信間のインターバル、cell_tim
e=cell_len/Cはリンク速度におけるセル送
信時間である。流れがスケジュールされたときにデータ
が入手できなかったためにk個のスケジューリング機会
が流れiにより脱落した場合には、m番目のセルが最終
的に入手できるときに、このセルの送信スタート時間
が、次を満足する。 −T(i)+cell_time≦A(i,m+k)−
B(i,m+k)≦(n/2+1)T(i) これは、REスケジューラが欠落したセル機会をあたか
もセルが実際に送信されたかのように処理し、従って、
m番目のセルは、k個のセル機会が欠落した場合にm+
k番目のセルと区別できないことを意味する。特性1
は、上記のように、分析で証明することのできる最悪の
ケースの食い違いを与える。実行される実際のシュミレ
ーションでは、全ての流れの全てのセルに対して観察さ
れた食い違いは、以下に推量子(conjectur
e)として表される非常に厳密な制約を満足する。推量
子は、RE機構の食い違い境界が −T(i)+cell_time≦A(i.m)−B
(i.m)≦T(i)+cell_time となるようなものである。この表示は、特性1の場合と
同じである。
【0040】上記REスケジューラにより示される特性
2と称する第2の特性は、REスケジューリングのもと
で流れfにより得られる長期間レートが厳密に流れFの
指定のレートR(f)であり、即ちREスケジューラ
が、流れに指定された任意の1組のレートに対し全ての
流れに厳密なレート保証を与えるというものである。
【0041】この第2の特性は、上記第1の特性から直
ちに続くものである。というのは、各セルがその理想的
な送信時間から固定の境界内に送信されるからである。
【0042】上記RE機構の導出は、添付資料Aに見ら
れる。上記特性1の証明は、添付資料Bに見られる。
【0043】図2は、図1のいずれかのスケジューラに
おいて実行されるRE機構の動作を示すフローチャート
である。図2は、静的なレートでのRE機構の動作を示
す。プロセスは、ステップ100で始まり、スケジュー
ラは初期化を行う。初期化の間に、スケジューラにより
次の動作が実行される。リンクセルスロットゼロは0に
等しくセットされる。仮想流量(レート)R(0)は、
使用可能な帯域巾Cと実際の流れi=1、2・・・nの
全てのレートの和との間の差に等しくセットされる。最
終的に、全ての流量i=1、2・・・nに対し、全帯域
巾Cに対する各流量の流れiのレートは、流れiのレー
トと、使用可能な全帯域巾Cとの商に等しくセットさ
れ、そしてリンクセルスロット0における各流れiのエ
ラー項は、0に等しくセットされる。
【0044】ステップ104において、REスケジュー
ラは、エラー項D(f、j)が1組の全ての流れiにお
ける全てのエラー項D(f、j)に対し最大値に等しく
なるような流れfを見つける。
【0045】ステップ108において、スケジューラ
は、流れfが仮想流(f=0)であるか「実際」の流れ
(f>0)であるかをチェックする。その流れが仮想流
である場合、又は流れfが実際の流れであるが、使用で
きるセルをもたない場合には、ステップ112におい
て、アイドルセルが送信される。もしそうであれば、ス
テップ116において、流れfから次のセルが送信され
る。
【0046】ステップ120において、リンクセルスロ
ットインデックスjが1だけ増加され、そしてリンクセ
ルスロットjにおける流れfのエラー項は、リンクセル
スロットjにおける流れfのエラー項と流れfの相対レ
ートw(i)との和から1を引いたものに等しくセット
される。
【0047】ステップ124において、流れfのレート
に等しくない流れiの全てのレートに対し、リンクセル
スロットjにおける流れiのエラー項は、リンクセルス
ロットjにおける流れiのエラー項と、使用可能な全帯
域巾Cに対する流れiのレートとの和に等しくセットさ
れる。次いで、スケジューラは、ステップ104へ復帰
し、プロセスを続ける。
【0048】図3のブロック図は、ステップ200、2
02及び204として示された次の3つの外部事象の1
つが各々生じるときにとられる動作を示している。 (1)ステップ200において、新たな流れiが指定の
レートRnew(i)で入る。この場合に、変数w
(i)及びR(i、j)が割り当てられてゼロに初期化
され、手順Rate_Changeがステップ206に
おいてスケジューラにより実行される。 (2)ステップ202において、スケジューラは、流れ
iが退出することを検出する(又はそれが通知され
る)。この場合に、Rnew(i)はゼロにセットさ
れ、次いで、手順Rate_Changeがステップ2
06において実行された後に、変数w(i)及びR
(i、j)がステップ208において割り当て解除され
る。 (3)ステップ204において、流れiのレートは、R
new(i)へ変化する。この場合に、手順Rate_
Changeがステップ206において実行される。
【0049】ステップ200、202及び204に述べ
たこれら3つの事象は、ステップ206におけるRE_
Schedulerの実行と完全に同期して生じ得るこ
とに注意されたい。しかしながら、ステップ206の手
順Rate_Changeの実行結果が、ステップ20
6でスケジューラにより使用される変数w(i)、w
(0)、D(i、j)及びD(0、j)に影響するの
で、これらの変数は、事象が生じた後に、ある(好まし
くは最も接近した)セルスロット時間の始めに更新さ
れ、そしてこの更新は、ステップ206のRE_Sch
edulerの判断に先行するものと仮定する。
【0050】以上、本発明の好ましい実施形態について
説明したが、本発明の概念を組み込んだ他の実施形態も
考えられることが当業者に明らかであろう。それ故、本
発明は、上記開示に限定されるものではなく、請求の範
囲のみによって限定されるものとする。
【0051】添付資料 ARE機構の導出 リンクのj番目のセルスロットの開始の時間をS(j)
で表す(S(0)=0と仮定する)。従って、 S(j)=j cell_time (1) となる。但し、cell_timeは、リンク速度で1
つのセルを送信する時間(秒)である。時間S(j)ま
でに、スケジューラは、m(j)−1の送信スケジュー
リング機会をある流れiに与えており、従って、流れi
のm番目のセルがS(j)又はそれ以降にスケジュール
されると仮定する。次いで、S(j)又はそれ以降に次
にスケジュールされるべきセルの理想的な送信開始時間
をL(i、j)で表す。指定のレートR(i)ビット/
秒をもつある流れiについて考える。そのゼロ番目のセ
ルが時間T=0秒に送信されると仮定する。流れiは、
送信すべきセルを常に有すると仮定すれば、他の流れが
存在しない場合に、流れiのm(j)番目のセルの送信
開始の理想的な時間は、単に、B(i、m(j))=m
(j)cell_len/R(i)であり、但し、ce
ll_lenは、1つのセルの長さ(ビット)である。
定義により、 L(i、j)=B(i、m(j)) (2) である。j番目のリンクセルスロットの開始に流れiに
より累積された送信時間の相対的エラーをD(i、j)
で表す。即ち、 D(i、j)=(S(j)−L(i、j)/T(i) (3) となる。但し、 T(i)=cell_len/R(i) (4) は、単に、レートR(i)における流れiのセル間の
「理想的」なインターバルであるか、又はR(i)にお
いて1つのセルの有効なビット数送信するに必要な時間
である。最終的に、リンクレートCに対する流れiのレ
ートをw(i)で表し、従って、次のようになる。 w(i)=R(i)/C=cell_time/T(i) (5) 但し、cell_timeは、リンク速度で1つのセル
を送信する時間である。L(i、j)の定義により、こ
れは、流れiのスケジューリング機会においてスケジュ
ーリングされるべき流れiの次のセルの理想的な時間で
あることが観察される。 流れiのセルがスロットjで送られない場合 L(i、j+1)=L(i、j) (6a) 流れiのセルがスロットjで送られる場合 L(i、j+1)=L(i、j)+T(i) (6b) それ故、S(j)=S(j−1)+cell_time
に注目すれば、式(3)及び(6a、b)から、次のよ
うになる。 流れiのセルがスロットjで送られない場合 D(i、j)=(S(j−1)−L(i、j−1) +cell_time)/T(i) (7a) 流れiのセルがスロットjで送られる場合 D(i、j)=(S(j−1)−L(i、j−1) +cell_time−(T(i))/T(i)(7b) 最後に、式(7a、b)、(3)及び(5)から、次の
ようになる。 流れiのセルがスロットjで送られない場合 D(i、j)=D(i、j−1)+w(i) (8a) 流れiのセルがスロットjで送られる場合 D(i、j)=D(i、j−1)+w(i)−1 (8b)
【0052】添付資料 B特性1の証明 最初に静的なケース(即ち、レートが変化しない)を考
える。最初に式(3)から、S(j)−L(i、j)=
D(i、j)T(i)となることに注意されたい。m
(j)番目のセルがセルスロットjにおいて実際に送信
された流れiについて考える。次いで、セルm(j)の
実際の送信開始時間は、A(i、m(j))=S(j)
であり、それ故、式(2)を用いると、式(3)を次の
ように書き直すことができる。 A(i、m(j))−B(i、m(j))=D(i、j)T(i) (9) 又、次のように示すことができる。 −1+w(i)≦D(i、j)≦n/2+1 (10) これは、式(5)に関連して、次のことを意味する。 −T(i)+cell_time≦A(i、m(j)) −B(i、m(j))≦(n/2+1)T(i) (11) これは、特性1のステートメントを確立する。式(1
0)が成り立つことを示すためには、一連の5つの命題
が必要である。 命題1の証明 である。ここで、各々の新たな繰り返しにおいて、セル
がスケジュールされない流れiのD(i、j)は、w
(i)だけ増加され、一方、セルがスケジュールされた
流れのD(i、j)は、w(i)−1だけ増加されるこ
とに注意されたい。それ故、全ての流れiにわたるD
(i、j)の和は変化しない。というのは、最初に 命題2:D(i、j)≧w(i)−1命題2の証明 いずれかの流れiを考える。w(i)≦1であり、従っ
て、w(i)−1≦0であることに注意されたい。従っ
て、D(i、j)≧0である限り、命題のステートメン
トは成り立つ。ここで、D(i、j)<0のときにも命
題のステートメントが成り立つことを証明する。D
(i、j)がその符号を負でないものから負へ変化する
ようなjについて考える。最初は、全てのiについて、
D(i、j)=0であるから、このようなjが存在しな
ければならない。アルゴリズムの動作により、これは、
ステップj−1において流れiがスケジュールされた場
合にのみ生じ、それ故、D(i、j)=D(i、j−
1)+w(i)−1≧w(i)−1となることが明らか
である。命題1は、いかなる繰り返しjにおいても、少
なくとも1つの流れkがD(k、j)≧0を有すること
を意味する。従って、ステップjにおいて、スケジュー
ラにより、D(i、j)<0である流れiを選択するこ
とができない。それ故、ステップj+1においては、D
(i、j+1)=D(i、j)+w(i)≧D(i、
j)≧w(i)−1となる。ここで、この議論を続ける
と、D(i、j)がその符号を負に変化した後に、D
(i、j)は、それが正になるまで、jと共に単調に増
加することに注意されたい。符号が負に変化するとき
に、命題2が成り立つことは既に示したので、ここで
は、いかなるjについても、D(i、j)が負であるよ
うに成立されることになる。QED。命題2は、式(1
0)の左辺を証明する。命題3 :ある任意性k>0及びある繰り返しjについて
考える。繰り返しjにおいてD(i、j)<0の流れの
数をn1(j、k)で表し、0≦D(i、j)≦k+1
の流れの数をn2(j、k)で表し、そしてD(i、
j)>k+1の流れの数をn3(j、k)で表す。従っ
て、次のようになる。 n3(j、k)≦n1(j、k)/(k+1)命題3の証明 :命題1及び2により、 である。それ故、n1(j、k)≧(k+1)n3
(j、k)となり、命題3のステートメントは、次のよ
うになる。推論1 :いかなるjについても、全流れ数をnとすれ
ば、n3(j、k)≧n/(k+2)である。推論1の証明 n=n1(j、k)+n2(j、k)+n3(j、k)
≧n1(j、k)+n3(j、k) であり、従って、命題3から、n3(j、k)≦n1
(j、k)/(k+1)≦(n−n3(j、k))/
(k+1)であるか、又はn3(i)(k+2)≦nで
あり、これは、推論のステートメントを意味する。命題4 :いかなるk≧n/2−1及びいかなるjについ
ても、命題3の表示においてD(i、j)>K+1、即
ちn3(j、k)≦1となるような流れがせいぜい1つ
はある。命題4の証明 :命題3に対する推論1により、次のよう
になる。 n3(j、k)≦n/(k+2)≦n/(n/2−1+
2)=2n/(n+2)<2 n3(j、k)は整数であるから、n3(j、k)≦1
を意味する。QED。推論2 :いかなるjについても、D(i、j)>n/2
である流れがせいぜい1つはある。推論2の証明 :k=n/2−1にセットすることによ
り、命題4から直ちに続く。命題5 :D(i、j)≧n/2+1の流れはない。命題5の証明 :幾つかのi、jがあって、 D(i、j)≧n/2+1 (12) であるとする。少なくとも1つの流れiに対して式(1
2)が生じる最初の時間jを考える。それ故、D(i、
j−1)<n/2+1であり、従って、j番目のステッ
プにおいて、D(i、j)の値が増加される。これは、 D(k、j−1)≧D(i、j−1) (13) である他の流れkが時間j−1にスケジュールされたこ
とを意味することが容易に分かる。従って、次のように
なる。 D(i、j−1)=D(i、j)−w(i)>n/2+
1−w(i)>n/2 しかしながら、スロットj−1においてスケジュールさ
れた流れkは、 D(k、j−1)≧D(i、j−1) でなければならず、それ故、式(13)は、D(k、j
−1)≧n/2も意味し、従って、D(i、j−1)≧
n/2及びD(k,j−1)≧n/2であるような2つ
の流れi及びkが存在する。しかしながら、これは、推
論2のステートメントを否認する。得られた否認が命題
5の証明を完了する。ここで、式(10)の右辺も証明
され、これは、静的なケースに対する特性1の証明を完
了する。ここで、手順Rate_changeが命題1
で与えられる不変量を保持することに注意されたい。命
題1の証明を繰り返すと、命題1がレート変更の後も成
立し続けることが分かる。命題2が成立することを明ら
かにすると共に、レート変更の後に、流れi及び「仮
想」流0以外の流れのD(i、j)が不変に保たれ、 D(i、j)=wnew(i)−1 及び Dnew(0、j)=Dold(0、j)+Do1d
(i、j)−Dnew(i、j) であることにも注意されたい。レート変更まで命題2が
成り立つと仮定する。従って、全てのkに対して、 Dold(k、j)≧wold(k)−1 である。それ故、 Dnew(0、j)=Dold(0、j)+Dold(i、j) −Dnew(i,j)≧wold(0)−1+wo1d(1) −1−wnew(i)+1=wnew(0)−1 となる。従って、命題2は、レート変更の後も全ての流
れに対して成り立つ。ここで、命題2の証明の議論を繰
り返すと、これがレート変更後のその後の繰り返しに対
して成り立つことが分かる。最初に(第1のレート変更
の前に)命題2が成り立つことが示されたので、レート
変更のシーケンスについての帰納により、レート変更が
存在しても命題2が成り立つ。従って、式(10)の左
辺は、レート変更が存在しても成り立つ。命題3及び4
の証明は、命題1のみに依存し、それ故、レート変更が
存在しても成り立つことが容易に明らかである。最終的
に、命題4は、レート変更の直後に成り立つので、命題
5の証明は、変更なしに繰り返すことができる。従っ
て、式(10)は、レート変更が存在しても成り立つ。
これは、式(10)の右辺を立証する。ここで、レート
変更のときに、レート変更後の次のセルの理想的な終了
時間が充分に定められないことに注意されたい。という
のは、手前のセルと次のセルとの間に経過する時間が古
いレートにも依存するからである。これは、次のように
定義しなければならない。D(i、j)の新たな値が与
えられると、式(3)に基づきレート変更後の次のセル
の送信の開始の新たな理論的な時間L(i、j)を最初
に定義する。この定義が与えられると、流れのレートが
再び変化するまで式(8a、b)の導出は、有効なまま
である。従って、特性1は、レート変更が存在しても成
り立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が使用されるコンピュータネットワーク
を例示するブロック図である。
【図2】図1のホストノード10のスケジューラ50に
関して本発明を説明するフローチャートである。
【図3】図1のホストノード10のスケジューラ50に
対する3つの外部事象の作用を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
10、12、14、16 ホストノード 18、20、22、24、25 リンク 26、28、30、32、34、36、38、40 ユ
ーザ 42、44 スイッチ 50、52、54、56、58 スケジューラ 60、62、64、66、68 スケジューラ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンピュータシステムの共用リソースに
    おいて複数のデータ流をスケジューリングする方法であ
    って、各データ流は、複数のデータセルを含み、上記方
    法は、 上記共用リソースにスケジューラを設け、このスケジュ
    ーラは複数のリンクセルスロットを有し;複数のデータ
    流を受け取るようにスケジューラを初期化し;複数のデ
    ータ流の各々をスケジューラで受け取り、各データ流
    は、要求された流量を含み;上記スケジューラにより、
    上記複数のデータ流各々の要求された流量各々の和が上
    記共用リソースの使用可能な帯域巾より小さく且つセル
    ごとのベースで実際のスケジューリング時間と理想的な
    スケジューリング時間との間の相対的なエラーが最小に
    されるように、複数のデータ流の各々をスケジューリン
    グし,そして上記受け取り及びスケジューリングの段階
    を繰り返す;という段階を備えたことを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項2】 スケジューラを初期化する上記段階は、 リンクセルスロットの値をゼロにセットし;仮想流量の
    値を、上記共用リソースの使用可能な帯域巾の値と、全
    てのデータ流の流量の和の値との差に等しくセットし;
    各データ流の流量を、各データ流の流量と使用可能な全
    帯域巾との商にセットし;そしてリンクセルスロット0
    における各流量のエラー項をゼロの値にセットする;と
    いう段階を含む請求項1に記載のコンピュータシステム
    の共用リソースにおいて複数のデータ流をスケジューリ
    ングする方法。
  3. 【請求項3】 複数のデータ流をスケジューリングする
    上記段階は、 データ流及びデータ流のセルが使用できるかどうかを決
    定し;上記決定段階が、上記データ流及びデータ流のセ
    ルが使用できないと決定した場合にはナルセルを送信
    し;上記決定段階が、上記データ流及びデータ流のセル
    が使用できると決定した場合には上記セルを送信し;上
    記リンクセルスロットを増加し;上記リンクセルスロッ
    トにおける上記データ流のエラー項を、上記リンクセル
    スロットにおける上記データ流のエラー項と、使用でき
    る全帯域巾に対するデータ流の流量との和から1を引い
    たものに等しくセットし;そして上記流量に等しくない
    データ流の全ての流量に対し、上記リンクセルスロット
    における上記データ流のエラー項を、上記リンクセルス
    ロットにおける流れのエラー項と、使用できる全帯域巾
    に対する流量との和に等しくセットする;という段階を
    備えた請求項1に記載のコンピュータシステムの共用リ
    ソースにおいて複数のデータ流をスケジューリングする
    方法。
  4. 【請求項4】 コンピュータシステムの共用リソースに
    おいて複数のデータ流をスケジューリングする装置であ
    って、各データ流は、複数のデータセルを含み、上記装
    置は、 共用リソースのスケジューラであって、複数のリンクセ
    ルスロットを有するスケジューラを形成する手段と;複
    数のデータ流を受け取るようにスケジューラを初期化す
    る手段と;複数のデータ流の各々をスケジューラで受け
    取るための手段とを備え、各データ流は、要求された流
    量を含み;上記複数のデータ流各々の要求された流量各
    々の和が上記共用リソースの使用可能な帯域巾より小さ
    く且つセルごとのベースで実際のスケジューリング時間
    と理想的なスケジューリング時間との間の相対的なエラ
    ーが最小にされるように、複数のデータ流の各々をスケ
    ジューリングするスケジューラと;上記受け取り及びス
    ケジューリングの段階を繰り返す手段とを備えたことを
    特徴とする装置。
  5. 【請求項5】 スケジューラを初期化する上記手段は、 リンクセルスロットの値をゼロにセットする手段と;仮
    想流量の値を、上記共用リソースの使用可能な帯域巾の
    値と、全てのデータ流の流量の和の値との差に等しくセ
    ットする手段と;各データ流の流量を、各データ流の流
    量と使用可能な全帯域巾との商にセットする手段と;リ
    ンクセルスロット0における各流量のエラー項をゼロの
    値にセットする手段とを備えた請求項4に記載の装置。
  6. 【請求項6】 複数のデータ流をスケジューリングする
    上記手段は、 データ流及びデータ流のセルが使用できるかどうかを決
    定する手段と;上記決定段階が、上記データ流及びデー
    タ流のセルが使用できないと決定した場合にはナルセル
    を送信する手段と;上記決定段階が、上記データ流及び
    データ流のセルが使用できると決定した場合には上記セ
    ルを送信する手段と;上記リンクセルスロットを増加す
    る手段と;上記リンクセルスロットにおける上記データ
    流のエラー項を、上記リンクセルスロットにおける上記
    データ流のエラー項と、使用できる全帯域巾に対するデ
    ータ流の流量との和から1を引いたものに等しくセット
    する手段と;上記流量に等しくないデータ流の全ての流
    量に対し、上記リンクセルスロットにおける上記データ
    流のエラー項を、上記リンクセルスロットにおける流れ
    のエラー項と、使用できる全帯域巾に対する流量との和
    に等しくセットする手段とを備えた請求項4に記載の装
    置。
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