JPH10327169A - トラフィック成形システム及びネットワーク動作方法並びに統合レギュレータ／成形器 - Google Patents

トラフィック成形システム及びネットワーク動作方法並びに統合レギュレータ／成形器

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JPH10327169A
JPH10327169A JP10114187A JP11418798A JPH10327169A JP H10327169 A JPH10327169 A JP H10327169A JP 10114187 A JP10114187 A JP 10114187A JP 11418798 A JP11418798 A JP 11418798A JP H10327169 A JPH10327169 A JP H10327169A
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token
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regulator
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JP10114187A
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Anwar Elwalid
エルワリッド アンウォー
Debasis Mitra
ミトラ デベイシス
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Lucent Technologies Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネットワークノードに関する接続担持容量を
効率的な方法で増強するシステムを提供すること。 【解決手段】 本発明に係るトラフィック成形システム
は、データセルクラスを選択的にバッファリングする目
的で、ネットワークノードの入り口においてデータバッ
ファを用いる。本発明に係るトラフィック成形システム
は、トラフィッククラス間での遅延に対する許容性の違
いを利用して、特定のトラフィッククラスの接続に関す
る実効的な帯域を低減する目的で遅延に関してより敏感
ではないクラスを成形し、そのことによってノードにお
ける接続担持容量を増大させる。本発明の実施例に従っ
て、ノードの接続担持容量を増大させるようにトラフィ
ックセルをコンカレントに制御／成形する統合レギュレ
ータ／成形器が実現される。さらに、レギュレータ／成
形器向けのパラメータを選択する手順も提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はネットワーク通信に
関し、特に、ノードの接続担持容量を増大させる目的で
の、ネットワークノードにおけるトラフィック成形に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ネットワークは、音声、オーディオ、テ
キストあるいはビデオを表現する情報を通信デバイス間
で交換あるいは転送する原理的な方法である。これらの
通信デバイスには、コンピュータ端末、マルチメディア
ワークステーション、ファクシミリ装置、プリンタ、サ
ーバ及び電話などの情報を送信及び／あるいは受信する
デバイスが含まれる。情報の交換あるいは転送は、通話
あるいは接続と呼称される。ネットワーク上で送信され
る情報は、種々の形態を取り得るが、通常、固定長パケ
ットすなわちセルにフォーマットされる。
【０００３】通常、ネットワークにはポートを有する交
換ノードが含まれており、それらのノードは回線によっ
て他の交換ノードのポート及び通信デバイスに接続され
ている。各々の回線は、単一方向あるいは双方向であ
り、帯域すなわち回線容量によって特徴付けられる。交
換さるべき情報は、通常、通信デバイス間を接続するノ
ード及び回線の組よりなる経路を介して伝達される。こ
の経路は、仮想回路（ＶＣ）と見なされて一つの通信デ
バイスがその情報に関して企図する宛て先を規定し、ネ
ットワークが、あたかも二つの通信デバイス間を接続す
る専用回路であるかのように情報を伝達する。通信デバ
イス間の経路に存在するセルは、経路に沿った関連する
回線上に充分な量の利用可能な帯域を実現する目的で、
仮想回路の経路に沿ったノードにおけるバッファに一時
的にストアされる。
【０００４】非同期転送モード（ＡＴＭ）パケット交換
を利用する広帯域ＩＳＤＮ（Ｂ−ＩＳＤＮ）等のネット
ワークは、高信頼性高速情報転送に次第に広く用いられ
つつある。このように利用が増大するために、ネットワ
ーク動作及び／あるいはネットワークを介して提供され
るサービスのクラスのみならず、ネットワークアーキテ
クチャ及びインフラストラクチャ設計にも主要な変化が
もたらされてきている。ネットワークを介して提供され
るサービスのクラスには、例えば、ビデオ・オン・デマ
ンド及びビデオ会議等が含まれる。さらに、ビデオ会議
などの特定のサービスクラスは、他のサービスクラス、
例えば遅延に関して比較的敏感ではないビデオ・オン・
デマンド等と比較して伝播遅延により敏感であり、より
高いプライオリティを与えられる。
【０００５】ネットワークからより多くの利益を享受す
るためには、ネットワーク経営者にとっては、ネットワ
ークを比較的高い通話容量で機能させること、すなわち
同時に多くのＶＣを設定して管理すること、が望まし
い。ある与えられたサービス品質の下でユーザに関して
測定されたネットワーク容量、及び、容量の許す限りユ
ーザを受け入れることを目的とするリアルタイムアドミ
ッション制御の管理という概念は混雑制御の問題と複雑
に絡み合っている。トラフィックの重要な部分の統計的
な性質、すなわちそのバースト性及び変化率、及び組み
合わせられたサービス要求品質の切迫性は、数々の挑戦
を投げかけている。これらの挑戦を取り扱う際に本質的
な必須条件は、ネットワーク端点におけるトラフィック
制御である。
【０００６】ノードによって担持されるＶＣの個数を増
大させる目的で、通常、バッファメモリがノードにおい
て用いられる。バッファメモリは、比較的遅延に対して
敏感ではないデータセルの伝送をバッファしつつ、比較
的遅延に対して敏感なデータセルをより少ない量だけバ
ッファするように機能する。この種のバッファメモリ
は、比較的高価であるが、対応するポート間を介して伝
達さるべきデータセルに関するそれぞれのキューとして
効果的に機能する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、ネットワー
クノードに関する接続担持容量を効率的かつコストエフ
ェクティブな方法で増強するシステムが必要とされてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の原理に従ったト
ラフィック成形システムは、許可され得る接続数を増大
させる目的でデータセルを成形することにより、ネット
ワークノードの接続担持容量を増大させる。本発明の実
施例に従って、トラフィック成形システムは、データセ
ルクラスを選択的にバッファリングする目的で、ネット
ワークノードの入り口においてデータバッファを用い
る。本発明に係るトラフィック成形システムは、トラフ
ィッククラス間での遅延に対する許容性の違いを利用し
て、特定のトラフィッククラスの接続に関する実効的な
帯域を低減する目的で遅延に関してより敏感ではないク
ラスを成形し、そのことによってノードにおける接続担
持容量を増大させる。本発明のある種の実施例において
は、本発明に係るトラフィック成形システムは、トラフ
ィックセルに関するサービス品質要求をみたしつつ、ノ
ードにおける接続担持容量を増大させるための、トラフ
ィック成形システムに係るパラメータを提供する、とい
う枠組みで機能する。本発明の実施例に従って、ノード
の接続担持容量を増大させるようにトラフィックセルを
コンカレントに規制／成形する統合レギュレータ／成形
器が実現される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の原理に従ったトラフィッ
ク成形システムの具体的な実施例が以下に記述される。
この実施例においては、データセルをネットワークある
いはサブネットワークへの流入点において成形すること
によってネットワークノードの容量が増大させられる。
本発明に係るトラフィック成形システムには、担持可能
な接続数という観点から測定したノード容量を増大させ
る目的で、トラフィック成形システムに係る成形パラメ
ータを選択する方法が含まれる。本発明に係るトラフィ
ック成形システムは、種々の相異なったノード／ネット
ワーク配置において用いられ得る。但し、以下に記述さ
れるトラフィック成形システムは、ＡＴＭ及びインター
ネットプロトコル（ＩＰ）を含むパケット／セル交換ネ
ットワークにおいて用いられるものである。
【００１０】図１は、本発明に係るトラフィック成形シ
ステムが用いられ得るパケット／セル交換ネットワーク
１０を示す模式図である。ネットワーク１０は、それぞ
れのノード１４を接続する通信回線１２を有している。
ノード１４に接続された回線１２の個数は、５１２個程
度あるいはそれ以上である。各回線１２は、単位時間当
たりにそれぞれの回線を介して伝達され得るデータパケ
ットの対応する容量、すなわち、通常回線帯域と呼称さ
れる量を有している。例えば、６２２ＭＢ／秒程度の帯
域を有する回線が、ある種のＢ−ＩＳＤＮネットワーク
においては用いられている。
【００１１】パケットすなわちセルは、ルーティング情
報と共に処理されるデータの単位である。パケットは、
固定された長さを有するか、あるいは可変長を有してい
る。パケットの例には、５３バイトという固定長を有す
るＡＴＭセルが含まれる。さらに、高次プロトコル層に
おけるパケットはより長い長さを有しており、通常、メ
ッセージと呼称される。このメッセージは、ＡＴＭ交換
目的で複数個のセルに分割され得る。
【００１２】単一あるいは複数個のノードが、特定のネ
ットワーク交換機、例えばルーセントテクノロジー社
（ニュージャージー州マレイヒル）から市販されている
ルーセントグローブビュー（Globe View）２０００交換
機を含む市販のＡＴＭデータ交換機中に含まれることも
可能である。ある種のノードは、通信デバイス１８に接
続されたアクセスレギュレータ１６に接続されている。
通信デバイス１８は、通常サービスプロバイダ及びユー
ザによって用いられており、ユーザがビデオ・オン・デ
マンドあるいはビデオ会議等のサービスを要求してそれ
を獲得することを可能にする。アクセスレギュレータ１
６は、アクセスレギュレータパラメータの組によって特
徴付けられる関数に従って通信デバイス１８からネット
ワーク１０へのデータパケットのフローすなわちレート
を制限する。ここで記述されている実施例においては、
例えばアクセスレギュレータ１６は、デュアルリーキー
バケットレギュレータ（ＤＬＢＲ）である。しかしなが
ら、リーキーバッファレギュレータ、バッファードリー
キーバケットレギュレータあるいはカスケード接続リー
キーバケットレギュレータを含む、他のタイプのレギュ
レータも用いられ得る。
【００１３】通信デバイス１８がネットワーク１０を介
して他の通信デバイス１８宛に情報を送信しようとする
場合には、仮想回路（ＶＣ）が要求される。ＶＣは、ノ
ード及び回線の組より構成される経路である。本実施例
においては、各ノード１４は大きさＢjを有する少なく
とも一つのバッファに関連付けられており、各々の回線
は、対応する帯域容量Ｃkを有している。経路上で要求
されたＶＣをルーティングするためには、ネットワーク
資源、例えば経路に沿ったノードにおけるバッファスペ
ース及び経路に沿った回線における帯域、が必要とされ
る。さらに、要求されたＶＣがルーティングされる前
に、選択された経路がＶＣを実現するために充分な資源
を有しているように、要求されるネットワーク資源が決
定されなければならない。言い換えれば、通信デバイス
１８は、ノードに関するある程度のバッファ要求並びに
回線に関するある程度の帯域要求を有しており、要求さ
れたＶＣは、これら要求を充足するために充分な資源を
有するノード及び回線より構成される経路上にのみルー
ティングされる。A.Elwalid, D.Mitra and R.H.Wentwor
thによる”ＡＴＭノードにおける異種制限トラフィック
へのバッファ及び帯域の割り当てに係る新方式”という
表題の論文（IEEE J.Selected Areas in Communicatio
n, Vol.13, No.6, August 1995）及びElwalidらによる
米国特許出願第０８／５０６，１６０号には、要求され
たネットワーク資源を決定することによる許可制御及び
ルーティングが記述されている。これらは、本発明の参
照文献である。
【００１４】ネットワーク１０に対して供給される情
報、例えばデータ、テキスト、音声、ビデオ等は、トラ
フィックエンベロープによって特徴付けられる。トラフ
ィックエンベロープは、複数の時間スケールに亘って供
給される累積トラフィックの包絡線すなわち帯域バッフ
ァ曲線である。基本的な場合には、トラフィックエンベ
ロープは、長時間平均転送レートｒ、ピークレートＰ及
び最大バースト許容量ＢTを含む一群のパラメータによ
って特徴付けられる。情報パラメータの組に含まれる各
々の情報パラメータの値は特定の品質すなわちサービス
クラスに基づいており、例えば、最大セル損失レートあ
るいは遅延時間及びデータパケットがネットワーク１０
に流入するレートのような適切なアクセスレギュレータ
パラメータ等、ネットワークプロバイダに係るものであ
る。特定のグレードのサービスが、データパケットの優
先レベルに基づくことも可能である。
【００１５】本発明の原理に従ったトラフィック成形シ
ステムは、例えばリアルタイム及び非リアルタイム等
の、より時間に敏感なトラフィッククラスとより時間に
敏感ではないトラフィッククラスとの間の遅延に関する
許容性の差異を利用し、遅延に関してより敏感ではない
トラフィックを成形／均一化して許容される接続の個数
を増大させることによってネットワークノード１４の容
量を増大させる。図２は、ノードの容量を増大させる目
的で２つの相異なったトラフィッククラス間の遅延許容
性の差異を利用するトラフィック成形システムをノード
への流入点において利用するネットワークノード１４の
基本的な配置を示す模式図である。異種である可能性が
あるＫ1ソースが、それぞれ相異なっている可能性があ
るアクセスレギュレータ１６のパラメータに従って、デ
ータパケットを供給する。
【００１６】本実施例においては、Ｋ1規制ソースは時
間遅延に関してより敏感であり、最大許容遅延Ｄを有し
ている。この実施例においては、Ｋ1規制ソースは、大
きさＢのバッファ２２を有し伝送帯域Ｃの出力ポートす
なわち基幹回線２４を有するＦＩＦＯ統計マルチプレク
サ２０に直接データを供給する。この場合には、Ｋ1規
制ソースに関する遅延要求は、Ｂ／Ｃ≦Ｄである場合に
充足される。異種であり得るＫ2規制ソースは、遅延に
関してより敏感ではなく、許容遅延Ｄ＋ＤS（ＤS＞０）
を有している。成形器２８は、データトラフィックを成
形するために、余剰の許容遅延を利用することが可能で
ある。遅延に関してより敏感ではないトラフィックに関
してデータトラフィックを成形することにより、ノード
接続の許容個数が増大させられ、ネットワークノード１
４の容量が増大させられる。
【００１７】図３は、本発明のある種の原理に従ったト
ラフィック成形システムの特定の実施例を示した模式図
である。この実施例においては、レギュレータ１６は、
デュアルリーキーバケットレギュレータ（ＤＬＢＲ）１
６である。別の実施例においては、レギュレータ１６は
他の種のレギュレータあるいは複数個のカスケード接続
リーキーバケットレギュレータであり、それぞれトラフ
ィックを所定のプロファイルに制限するものである。例
えば、レギュレータ１６は、デュアルリーキーバケット
レギュレータである代わりに、トリプルリーキーバケッ
トレギュレータ、クワドラプルリーキーバケットレギュ
レータ、さらに一般的に多重リーキーバケットレギュレ
ータであり得る。
【００１８】データパケットすなわちセルは、ＤＬＢＲ
１６の入力に到達する。トークンバッファ３０及びＰラ
イン３２の双方においてトークンが利用可能である場合
には、結合回路３４がデータパケットのＤＬＢＲ１６か
らの出力を許可する。結合回路３４は、従来技術に係る
論理交換コンポーネントを用いて実現され得るものであ
り、当業者に公知である。本実施例においては、トーク
ンバッファ３０は、ネットワークノード１４の処理回路
３６によって供給されるレートｒのクロックによってク
ロックがかけられているカウンタによってインプリメン
トされ得る。カウンタはレートｒでインクリメントさ
れ、ＤＬＢＲ１６からデータパケットを出力する目的で
トークンが用いられる際にはデクリメントされる。本実
施例においては、Ｐライン３２は、１つのトークンを保
持しておくことが可能なＰライントークンバッファ３８
を有している。あるトークンがストアされている際にト
ークンバッファ３８に到達するトークンは破棄される。
Ｐライントークンバッファ３８は、レートＰでインクリ
メントされ、ＤＬＢＲ１６からデータパケットを出力す
る目的でトークンが用いられる際にはデクリメントされ
るカウンタによってインプリメントされ得る。
【００１９】トークンバッファ３０は、ＢTトークンを
保持することが可能である。トークンはトークンバッフ
ァ３０にレートｒで供給され、データパケットがＤＬＢ
Ｒ１６から出力される際にトークンが用いられる。トー
クンバッファ３０がフルの場合にトークンバッファ３０
に到達するトークンは破棄される（オーバーフロー）。
本実施例においては、Ｐライントークンバッファ３８は
ピークレートＰでトークンを受信し、Ｐライントークン
バッファ３８は単一のトークンを保持することが可能で
ある。このトークンは、ＤＬＢＲ１６からデータパケッ
トが出力される際に用いられる。一般に、Ｐ＞ｒである
ため、ＤＬＢＲ１６からのデータパケットの出力レート
はレートｒによって制限される。しかしながら、例えば
トークンバッファ３０が利用可能なトークンを有してい
る場合のデータバーストの間には、データパケットはＤ
ＬＢＲ１６からピークレートＰで出力される。よって、
ＤＬＢＲ１６は、以下の３つのパラメータによって特徴
付けられることになる：ｒは規制されたトラフィックの
長時間平均レートを規定する平均持続可能レートすなわ
ちトークンレート、ＢTはバーストサイズを規定するバ
ースト許容すなわちトークンバッファサイズ、及び、Ｐ
はＤＬＢＲ１６からデータパケットが出力されるレート
を規定するピークレートである。
【００２０】図３に示された実施例においては、通信デ
バイス１８がデータパケットすなわちセルをＤＬＢＲ１
６宛にトークンバッファ３０がアンダーフローする（す
なわちトークンバッファ３０中のトークンの個数がゼロ
になる）ような大きなレートで入力すると、結合回路３
４がデータパケットすなわちセルをドロップし、それら
は失われることになる。このような場合には、ＤＬＢＲ
１６は、ＤＬＢＲ１６のパラメータに従ってデータパケ
ットを出力する。以下に議論されているように、ＤＬＢ
Ｒ１６は、利用可能なトークンが存在しない場合に、デ
ータセルを低優先度の（非適合の）データセルと”マー
クされた”ものとしてラベルを付す回路を含有すること
が可能なタイプのものである。マークされたセルはＶＣ
上でネットワーク１０（図１）を介してルーティングさ
れるが、混雑に遭遇するとドロップされる可能性がより
高い。
【００２１】この実施例においては、成形器２８は規制
されたトラフィック、より詳細に述べれば、ＤＬＢＲ１
６のパラメータに従ったデータパケット、を受信する。
成形器２８の詳細なデザインは、例えば多重リーキーバ
ケットレギュレータ等の他のレギュレータ１６を用いる
ように一般化され得るが、このことが当業者には容易に
理解され得る。規制されたデータパケットは成形器２８
に入力され、データバッファ４２にストアされる。この
データバッファは、本実施例においては、サイズＢDSを
有している。ＤＬＢＲ１６の場合と同様、成形器トーク
ンバッファ４４及びＰSライン４６の双方においてトー
クンが利用可能な場合には、結合回路４８は規制された
データパケットがデータバッファ４２から出力されるこ
と、すなわち成形器２８から出力されることを許可す
る。ＤＬＢＲ１６に関して記述されているように、本実
施例におけるトークンバッファ３０は、ネットワークノ
ード１４の処理回路３６によって供給されるレートｒの
クロックによってクロックがかけられたカウンタによっ
てインプリメントされ得る。カウンタはレートｒでイン
クリメントされ、成形器２８からデータパケットを出力
するためにトークンが用いられる場合にはデクリメント
される。この実施例においては、ＰSライン４６は単一
のトークンを保持することが可能なＰSライントークン
バッファ５０を有している。ＰSライントークンバッフ
ァ５０は、レートＰSでインクリメントされ、成形器２
８からデータパケットを出力する目的でトークンが用い
られる際にはデクリメントされるカウンタによってイン
プリメントされ得る。
【００２２】成形器トークンバッファ４４は、ＢTS個の
トークンを保持することが可能である。トークンは、本
実施例においてはＤＬＢＲ１６から引き継いだレートｒ
で成形器トークンバッファ４４に供給され、トークンは
成形器２８からデータパケットが出力される際に用いら
れる。本実施例においては、ＰSライントークンバッフ
ァ５０はピークレートＰSでトークンを受信し、ＰSライ
ントークンバッファ５０は単一のトークンを保持するこ
とが可能である。このトークンは、データパケットが成
形器２８から出力される際に用いられる。よって、成形
器２８は、一般には、以下の４つのパラメータによって
特徴付けられる： 本実施例においてはＤＬＢＲ１６か
ら引き継いだものである平均持続可能レートｒ、成形器
トークンバッファサイズＢTS、トークンの仮想バッファ
リングとは対照的にトラフィックセルをストアするデー
タバッファサイズであるＢDS、及び、本実施例ではＰS
≦Ｐであるピーク成形器レートＰS。
【００２３】成形器２８は、ＤＬＢＲ１６に関する各種
パラメータを考慮して設計される。これらのパラメータ
は、ユーザとネットワークサービスプロバイダとの間で
合意されたサービスの質あるいはクラスを反映してい
る。本発明のある実施例においては、ネットワークサー
ビスプロバイダが、トラフィッククラスの間の例えば遅
延に関する敏感さの違いなどの差異を、相異なった許容
遅延を有するデータパケットを選択的に成形することに
よって利用し、ノード接続容量を増大させることが可能
である。さらに、サービスプロバイダは、相異なったト
ラフィッククラスにサービスを提供しているレギュレー
タ１６の相異なったパラメータを考慮した相異なったパ
ラメータで成形器２８を設計することによって、トラフ
ィッククラスの差異を利用することも可能である。本発
明のある実施例に従って、トラフィック成形システム
が、マルチプレクサ２０（図２）中のより高価なバッフ
ァメモリの必要性を低減する目的で、ノード１４への入
り口にデータバッファ４２を用いることによってトラフ
ィックを有効に成形することが可能である。ＤＬＢＲ１
６のパラメータに基づいて成形器２８を設計する際に
は、成形器２８の２つの特徴が考慮される： １）成形
器２８は遅延を導入してしまうことが許可されているが
それはパラメータＤSを越えることは許されない、及
び、２）成形プロセスは比較的無損失である。
【００２４】本発明のある原理に従って、ノード接続容
量を増大させる目的で成形器２８に係るパラメータを決
定するためのガイドとなる手順例が以下に示される。成
形プロセスは、適合ストリームに関しては無損失である
ことが要求される。非適合のセルストリームに関して
は、損失がある場合がある。決定的すなわち無損失多重
化の場合には、ソースは互いに依存しあうことが可能で
あって、それぞれのバーストの同期を取る可能性があ
る。統計的多重化の場合には、解析に用いられるソース
は非同期であり、デュアルリーキーバケット規制を適用
されることが可能な無依存の（独立した）ものである。
わずかの（例えば１０-9のオーダーの）損失を許可する
と、独立ソースに関しては、統計的多重化が容易にな
る。前述されているように、成形器２８は比較的無損失
であり、損失は、それが発生する場合には、マルチプレ
クサのところにおいてのみ発生する。
【００２５】以下の手順は、接続に係る与えられた許容
遅延が充足されるように成形器２８に係る設計パラメー
タを決定する方法を示している。以下の設計例では、損
失及び遅延に係るサービス要求品質が充足されてノード
接続担持容量が増大させられるように、種々のタイプの
ソースの組み合わせの可能な領域が求められている。以
下の手順においては、成形器２８のピークレートＰSは
設計変数であり、種々の場合において容量を著しく増大
させる。以下の手順におけるトラフィックソースのモデ
ルは、特定のリーキーバケットレギュレータを参照して
記述される。この手順例では、単一のネットワークノー
ドに注目しており、帯域とバッファとのトレードオフ及
び規制と成形との制限を考慮する。
【００２６】以下、本発明を理解するための基本的な事
項として、デュアルリーキーバケットレギュレータ
（ｒ，ＢT，Ｐ）の基本的な性質並びに動作が記述され
る。トラフィックストリームは流体の流れとしてモデル
化される。図３において、Ｑ（ｔ）及びＲ（ｔ）はレー
トプロセスである。Ｑ（ｔ）はソースによって提供さ
れ、Ｒ（ｔ）はレギュレータ１６によって通過させられ
た従属プロセスである。ＡＱ（ｔ，ｔ＋τ）及びＡＲ
（ｔ，ｔ＋τ）は、それぞれＱ及びＲレートプロセスに
関する時間間隔［ｔ，ｔ＋τ］の間の総フローを表して
いる。ここで、レート及び総フローは、一般的に以下の
ように関連付けられている：
【数１】
【００２７】従属プロセスＲ（ｔ）を記述する基本的な
関係式は
【数２】 である。
【００２８】式（２）における”ｍｉｎ”操作は、結合
回路３４によって実行される。本実施例における式
（２）においては、ｚ（ｔ）は、時刻ｔにおけるトーク
ンバッファのトークン内容を表している。ｚ（ｔ）を支
配する方程式は、以下のように表される：
【数３】
【００２９】これらの表式は、有限のバッファを有する
流体モデルに関して用いられる。式（１）−（３）よ
り、
【数４】 であることが示される。
【００３０】チェルノフ（Chernoff）大偏差近似は、バ
ッファを有さない多重化システムにおける損失を推定す
る技法である。本実施例において、
【数５】 を考える。ここで、総即時負荷は
【数６】 であり、
【数７】 は独立非零均一分布ランダム変数である。ここでは、Ｊ
個のソースクラスが存在し、クラスｊにはＫj個のソー
スが存在すると仮定する。Ｃをノードの帯域とすると
き、Ｐlossは損失が発生する時間の割合である。
【００３１】ここで記述されている手順例においては、
即時負荷ｕjkがモーメント生成関数
【数８】 を有しており、安定条件
【数９】 及び
【数１０】 を仮定する。これ以外の場合には損失は存在しない。
【００３２】本実施例においては、チェルノフ制限は
【数１１】 である。ここで、
【数１２】 であり、
【数１３】 である。Ｆ（ｓ）は本実施例においては上に凸であり、
ｓ*（ｓ*＞０）において最大値を取る。ｓ*は、Ｆ’
（ｓ）＝０を解くことによって求められる。さらに、γ
j＝Ｏ（１）かつＣ→∞の場合にＫj＝γjＣであるなら
ば、
【数１４】 である。よって、大偏差近似においては、Ｐloss〜ｅｘ
ｐ（−Ｆ（ｓ*））である。二分法等の基本的な技法
は、ｓ*の計算に関して効果的である。
【００３３】上記近似は、本手順例における定性的な取
り扱いに関して用いられるが、これらの計算手続きは、
V.V.Petrovによる”独立ランダム変数の総和に関する大
偏差確率に関して”という表題の論文（Theory Probab.
Applicat.誌第１０巻第２８７−２９８頁（１９６５
年））に記述されたlower-orderの改良によって強化さ
れる。（９）式を与える同一の漸近スケーリングに関し
て
【数１５】 が成り立つ。ここで、
【数１６】 である。より詳細に述べれば、
【数１７】 である。
【００３４】チェルノフによる推定を改良するために、
チェルノフ近似Ｐloss〜ｅｘｐ（−Ｆ（ｓ*））、及
び、モーメント生成関数を有し以下の束縛条件を充足す
る独立非零ランダム変数｛ｕjk｝の分布を考える：
【数１８】
【数１９】
【００３５】本実施例においては、
【数２０】
【数２１】 それ以外の場合には無損失、を仮定する。結果は、式
（１２）及び（１３）を充足する分布Ｖ（ｘ）を有する
あらゆる独立ランダム変数ｕjkに関して、分布
【数２２】 を有し、０及び
【数２３】 の値のみを取るオン−オフランダム変数
【数２４】 が存在し、さらに
【数２５】 すなわち
【数２６】 である。これに関して、損失確率に係るチェルノフ近似
は最小、すなわち
【数２７】 である。ここで、
【数２８】 である。
【００３６】ここで説明される手順に係る無損失成形条
件を求めるために用いられる性質を明示する目的で、結
合系を示した図３を考える。図３に示されているよう
に、ｚ（ｔ）、ｘ（ｔ）及びｙ（ｔ）は、それぞれ、レ
ギュレータ１６内のトークンバッファ３０、成形器２８
内のデータバッファ４２、及び成形器４４内のトークン
バッファの内容を表している。ここで、ｗ（ｔ）を、
【数２９】 と定義する。
【００３７】この実施例においては、データバッファが
充分大きく、オーバーフローが発生しないものとする。
この時点で、ｗ（ｔ）が非負であることが確定する。
【００３８】系の発展を支配する方程式は以下の通りで
ある：
【数３０】 ｗ（ｔ）の振る舞いを分類する目的で、以下の４つの領
域を考察する： 領域（ｉ）： ｚ（ｔ）＜ＢTかつｙ（ｔ）＜ＢTS 領域（ｉｉ）： ｚ（ｔ）＝ＢTかつｙ（ｔ）＝ＢTS 領域（ｉｉｉ）： ｚ（ｔ）＝ＢTかつｙ（ｔ）＜ＢTS 領域（ｉｖ）： ｚ（ｔ）＜ＢTかつｙ（ｔ）＝ＢTS
【００４０】（１６）から（１８）より、以下が得られ
る： （１９）： 領域（ｉ）及び（ｉｉ）に関しては、
【数３１】 ＝０； （２０）： 領域（ｉｉｉ）に関しては、
【数３１】≧０； （２１）： 領域（ｉｖ）に関しては、
【数３１】≦０；
【００３９】領域（ｉｖ）に係る最後の関係式を考慮す
ると、Ｒ（ｔ）＝Ｓ（ｔ）≦ｒであり、それ以外の場合
には成形器のトークンバッファ４４はフルではない。一
般に、
【数３２】 であるならば、ｄｘ／ｄｔ＝０である。さらに、領域
（ｉｖ）ではｙ（ｔ）＝ＢTSであるため、ｄｙ／ｄｔ＝
０となる。よって、領域（ｉｖ）では、
【数３３】 となり、従ってｄｗ／ｄｔ≦０となる。
【００４１】上記考察より、ある時点ｔ’においてｗ
（ｔ’）≧０ならば、ｔ＞ｔ’なるあらゆる時刻ｔにお
いて、ｗ（ｔ）≧０であることが導かれる。
【００４２】成形器４３は処理回路３６等のネットワー
ク管理システムの制御下にあり、初期状態、すなわち接
続開始状態にセットされる。説明のために、接続開始
時、例えばｔ＝０、においてｗ（０）≧０とする。この
状態は、例えば、データバッファ４２を空に、すなわち
ｘ（０）＝０にして、トークンバッファ４４をフルに、
すなわちｙ（０）＝ＢTSにすることによって実現され得
る。すると、上記考察より、
【数３４】 が成り立つ。
【００４３】従って、以下の表式
【数３５】 は真である（後に必要になる）。
【００４４】デュアルリーキーバケットレギュレータの
パラメータ（ｒ，ＢT，Ｐ）がユーザとプロバイダとの
合意によって設定され、ＰSがｒ＜ＰS≦Ｐであるように
与えられた本実施例において、図３のシステムに係る手
順でｘ（ｔ）が如何なる大きさになりうるかが推定され
得る。ｘ（ｔ）の最大値は、成形器２８におけるデータ
バッファ４２の大きさ、及び無損失成形に関してはＢDS
の値の決定に依存する。
【００４５】ｔ0を成形器のデータバッファ４２のビジ
ー期間の開始時刻、すなわちｘ（ｔ0）＝０かつｘ（ｔ0
＋）＞０とし、Ａ（ｔ，ｔ＋τ）を時間間隔「ｔ，ｔ＋
τ］でのレートプロセスＲの総フローとする。この例に
おいては、全ての時刻ｔに係るＡ（ｔ，ｔ＋τ）の制限
はＥ（τ）である：
【数３６】
【００４６】図４−５のグラフに示されているように、
成形器のトークンバッファ４２がレギュレータのトーク
ンバッファ３０より先あるいは後に空になる可能性を有
するかに依存して、２つの場合が考えられる： 場合（ｉ）：
【数３７】 場合（ｉｉ）：
【数３８】
【００４７】ここで説明されている手順において、Ｆ
（τ）を時間間隔［ｔ0，ｔ0＋τ］の間に成形器のデー
タバッファ４２から流出する成形済みレートプロセスＳ
（ｔ）の総フローに係る下限とする。ここで、この時間
期間に、データバッファ４２がビジーとなる時間期間が
含まれるものと仮定する。明らかに、
【数３９】 である。
【００４８】場合（ｉ）においては、
【数４０】 である。
【００４９】ｘ（ｔ0）＝０であり、ビジー期間にバッ
ファ内容量がピークとなるため、
【数４１】 となる。
【００５０】式（２５）によって述べられた解析の最後
の結果によって
【数４２】 となる。
【００５１】よって、ここでの手順においては、成形器
のデータバッファ４２の内容量に係る制限は、
【数４３】 である。
【００５２】場合（ｉｉ）においては、ｘ（ｔ0）＝０
及びバッファ内容量のピーク値がビジー期間に実現され
るために
【数４４】 となる。
【００５３】よって、無損失成形のために充分な条件
は、
【数４５】 であって、それぞれ図６のグラフに示されているよう
に、場合（ｉ）及び場合（ｉｉ）に対応する。
【００５４】遅延要求を充たすパラメータを決定するた
めに、ＤＳを成形器２８によって導入される遅延に係る
所定の制限とする。成形器２８における遅延は、最大Ｂ
DS／ｒになり得る。よって、最大遅延に関する要求よ
り、制限
【数４６】 が導かれる。
【００５５】上記不等式（３５）−（３６）は、成形器
４２のパラメータＢTS、ＢDS及びＰSの選択に係る制限
の組みを構成する。他の全てが等しい場合、ＢTS及びＰ
Sの値がより小さい場合には、ネットワークノードの接
続担持容量がより高くなる。この考察は、上記制限下で
解を見出す際の指針となる。よって、与えられた（ｒ，
ＢT，Ｐ）及び遅延制限ＤＳに関して、遅延制限、無損
失成形による制約を充たし、より小さなＢTS及びＰSの
値を与える（ＢDS，ＢTS，ＰS）の選択は、不等式を等
式で置換することによって得られる：
【数４７】
【００５６】図７は、成形器５３を含む単一ソースシス
テム５２を示す図である。成形器５３は、単一の成形済
みトラフィックストリームＳ（ｔ）を無限の容量を有す
るバッファ５４に印加する。バッファには、容量すなわ
ち帯域ｃ（ｃ＞ｒ）を有する基幹回線５６が接続されて
いる。物理的な多重化システムは上記とは異なってお
り、そのため、上記構成は”仮想的な”システムであ
る。バッファ５４の内容はｖ（ｔ）で表わされる。この
実施例におけるバッファ内容の最大値に係る簡潔な表式
を導出するために、成形済みストリームＳ（ｔ）が、あ
らゆる時間間隔［ｔ，ｔ＋τ］における総フロー、ＡS
（ｔ，ｔ＋τ）、が
【数４８】 によって制限されるものであるとする。
【００５７】右辺にトークンバッファ内容ｙ（ｔ）が存
在するのは、成形器４３が単一ソースシステム５２に結
び付いているためである。これは、この実施例における
バッファ内容ｖ（ｔ）に係る以下の上限を求めるために
必要である。他の成分、例えば成形器のデータバッファ
等、の存在は、ｖ（ｔ）に係る付加的な束縛条件の存在
を暗示しているが、これらはここでは用いられない。
【００５８】全てのｔに関して、
【数４９】 である。このような場合には、ｖ（ｔ）の最大値は、バ
ッファのビジー期間の間に発生する。ここでは、ｔ0を
ビジー期間の開始に対応するものであるとする、すなわ
ちｖ（ｔ0）＝０かつｖ（ｔ0＋）＞０である。図８に示
されているように、時間間隔［ｔ0，ｔ0＋τ］内のビジ
ー期間における総フローは、
【数５０】 のように制限されている。
【００５９】他方、仮定から、時間間隔［ｔ0，ｔ0＋
τ］にはビジー期間が含まれるため、バッファから出力
される総フローは少なくともｃτである。ビジー期間に
おけるバッファの内容に係る制限との差が
【数５１】 である。従って、τ≧０に関して、
【数５２】 である。
【００６０】式（３９）に示されているように、バッフ
ァ内容に係る制限はｂによって与えられる。これは、変
数ｃの関数、すなわちｂ＝ｂ（ｃ）、とみなすことが便
利である。この関数は線型で、減少関数である。
【００６１】容量Ｂを有し、容量すなわち帯域Ｃの基幹
回線に接続されたＦＩＦＯバッファによるＫ個の（複数
個の）成形済みトラフィックストリームの多重化を考え
る。単一ソースシステム５２の特徴が、無損失マルチプ
レクサの容量を求めるために、利用される。この容量と
は、マルチプレクサのバッファのオーバーフローを起こ
すことなく入力させられ得る成形済みストリームの最大
数、Ｋmaxである。
【００６２】あらゆる時間間隔［ｔ，ｔ＋τ］における
ｋ番目の成形済みストリームＳk（ｔ）の総フロー、Ａ
Sk（ｔ，ｔ＋τ）、は、式（３８）に示されているよう
な制限を受ける。この時間間隔における、Ｋ個の成形済
みストリームの重畳としてのフローは、Ａagg（ｔ，ｔ
＋τ）によって制限される。ここで、
【数５３】 である。よって、
【数５４】 が成り立つ。
【００６３】重畳フローの特徴はパラメータ（Ｋｒ，Ｋ
ＢTS，ＫＰS）を有する単一ストリームによるため、式
（３９）において用いられたものと同一の理由付けが、
多重化バッファ、Ｘ（ｔ）、の内容に係る制限を求める
ために用いられる。まず、多重化バッファの容量が無限
であると仮定すると、以上より、
【数５５】 があらゆるｔに関して成り立つ。よって、
【数５６】 であるならば、大きさＢのバッファでの多重化の際には
損失が生じないことになる。
【００６４】図７に示された上述の単一ソースシステム
５２に係る手順を用いると、
【数５７】 となる。ここで、（ｅ0，ｂ0）は、以下の連立方程式の
（ｃ，ｂ）における解である：
【数５８】
【００６５】よって、ｅ0及びｂ0は、単一ストリームに
関する実効帯域及び実効バッファとそれぞれ呼称され
る。
【００６６】この手順においては、無損失多重化システ
ムの容量Ｋmaxを特徴付けるものは、外部でオン−オフ
され、さらに周期に関して一致している成形済みストリ
ームの流入可能な個数である。他のパラメータ全てが固
定された場合にＢTSあるいはＰSがより小さい場合に
は、ｅ0及びｂ0もより小さく、従って、容量Ｋmaxはよ
り大きくなる。
【００６７】これまでは、各接続に関する２つのリソー
スの割り当ては、ネットワークノードの容量を増大する
ようになされていた。中心的な要求は、成形器２８（図
３）あるいはマルチプレクサ２０（図３）のいずれにお
いても損失が発生しないことである。この要求は、マル
チプレクサにおける所定の量Ｌまでのわずかの損失が許
容される場合には、緩和させられる。さらに、各接続が
各々独立した統計的トラフィックソースとして振る舞う
ことを仮定すると、それぞれの振る舞いが相関を持ち得
なくなる。この２つの特徴を組み合わせることによっ
て、統計的な多重化が可能になる。統計的多重化の結果
として、容量が増大させられる。
【００６８】統計的多重化に係るキーポイントは、
（ｉ）各接続に関して例えば帯域ｅ0等のリソースが割
り当てられている場合に関しても、これら割り当てられ
たものは全ての時間において用いられるのではない、及
び（ｉｉ）同時にリソース割り当てを必要とする複数個
の接続の確率は、このような接続の個数と共に急速に減
少する、という観察結果である。損失確率を推定する目
的でチェルノフ限界及び漸近大偏差近似に依拠すると、
【数５９】 となる。ここで、総帯域付加は
【数６０】 であり、ｕkは接続ｋからの帯域に係る即時ランダム要
求である。ランダム変数｛ｕk｝は、独立かつ同様に分
布している。ここで、
【数６１】 であることに留意されたい。
【００６９】式（４７）を充たし、損失確率に係るチェ
ルノフ近似を改良する、独立かつ同様に分布したランダ
ム変数の分布の極限を与える、式（１４）の結果を利用
する。式（４６）における損失確率Ｐlossに係るチェル
ノフ近似は、０とｅ0という値のみを取る独立オン−オ
フランダム変数
【数６２】 によって改良される。ここで、
【数６３】 すなわち
【数６４】 である。この際、ω＝ｒ／ｅ0である。
【００７０】以上、単一リソース及び帯域が調べられて
きた。式（４８）に表現されたような帯域要求のワース
トケースでの振る舞いを容量計算に考慮すると、他のリ
ソース及びバッファによって課せられる拘束条件も説明
される。ここで、バッファは帯域要求が正である場合に
のみ用いられることに留意されたい。詳細に述べれば、
帯域要求が０である場合にはバッファ空間要求は０であ
り、帯域要求がｅ0というピーク値を取る場合にはバッ
ファ要求はｂ0によって制限される（図８）。この制限
を用いると、各接続に係る帯域及びバッファ要求プロセ
スは相互に同期が取られてかつオン−オフされるもので
あり、式（４６）で表わされた損失確率は、この実施例
における帯域要求がＣを超過するかあるいはバッファ空
間要求がＢを超過するという確率を制限する。
【００７１】Ｋ個の接続からの総帯域要求Ｕに係る極限
分布が２項分布であるため、Ｐlossに係る極限チェルノ
フ漸近近似を得ることは容易である。従って、
【数６５】 となる。ここで、
【数６６】 であり、
【数６７】 である。
【００７２】容量Ｋｍａｘは、
【数６８】 なる場合のＫの値である。
【００７３】よって、サービス要求の品質Ｐloss≦Ｌ
は、Ｋ≦Ｋmaxなる全てのＫに対して充足される。統計
的多重化における実効帯域は、ｅで表わされる。ここ
で、ｅＫma x＝Ｃである。明らかに、ｅ≦ｅ0である（ｅ
0は無損失多重化に係る実効帯域）。
【００７４】式（５０）に示された初等演算を行なうこ
とによって、固定されたｒの値に関して、ｅ0が減少す
るにつれてＦ（ｓ*）が単調に増加することが示され
る。ｅ0がＢTS及びＰSの減少に従って単調に減少すると
いう性質を用いると、容量を増大させる成形器２８（図
３）の設計において、より小さな値のＢTS及びＰSが用
いられるということは成形器２８（図３）における無損
失の場合の振る舞いと矛盾せず、これらの値は式（３
７）で与えられる。
【００７５】無損失かつ統計的多重化の領域における接
続の複数個のクラスの場合を拡張するために、レギュレ
ータを（ｒ(j)，ＢT (j)，Ｐ(j)）で規定し、成形フィル
タを（ｒ(j)，ＢTS (j)，ＢDS (j)，ＰS (j)）で規定し、
クラスｊに係る接続の個数をＫjで表わす。無損失多重
化に係るクラスｊのソースの実効帯域及び実効バッファ
は前述されているように求められ、それぞれ、ｅ0 (j)及
びｂ0 (j)で書き表す。よって、
【数６９】 の場合には、ソース
【数７０】 は無損失多重化を可能にする。
【００７６】ここで、式（５３）及び（４５）から、
【数７１】 が成り立つことに留意されたい。
【００７７】成分｛Ｃj｝への帯域の仮想分配及び成分
｛Ｂj｝へのバッファの仮想分配を考える。
【数７２】 かつ
【数７３】 とし、（Ｃj，Ｂj）をクラスｊのソースに係るものとす
るとき、 （５５） Ｂj／Ｂ＝Ｃj／Ｃ に留意すると、前述された無損失振る舞いの性質は、あ
る特定のクラスの全てのソースに関して割り当てられた
各々の仮想分割システムにそれぞれ当てはまる。
【００７８】Ａ0を無損失多重化に係る流入可能なソー
スに関する上記考察より得られた組、すなわち
【数７４】 とする。
【００７９】統計的多重化の場合には、損失確率、Ｐ
loss、は、式（４６）によって与えられる。ここで、
【数７５】 であり、ｕjkはクラスｊの接続ｋに係る即時帯域要求で
ある。チェルノフ漸近近似がＰlossを推定する目的で用
いられる。損失確率Ｐlossに係るチェルノフ漸近近似
は、０及びｅ0 (j)の２つの値のうちのいずれかを取る独
立オン−オフランダム変数
【数７６】 と共に増大する。ここで、
【数７７】 すなわち
【数７８】 である。但し、ω(j)＝ｒ(j)／ｅ0 (j)である。さらに、
【数７９】 及び
【数８０】 を仮定する。
【００８０】統計的多重化及び異種ソースの場合のＰ
lossに係るワーストケースチェルノフ漸近近似は、
【数８１】 で表わされる。ここで、ｓ*は、
【数８２】 及び
【数８３】 の唯一の正の実数解である。
【００８１】ここで、ＡLを、式（５７）によって表わ
されるＰlossがＬを越えないような接続の組Ｋ＝
（Ｋ1，．．．，Ｋj）をあらわすものとする。種々の条
件に関して、境界
【数８４】 は、適切に選択された線型超平面によってよく近似され
る。この超平面は、本実施例においてＡLを制限するも
のである。ＡLの上限は、
【数８５】 によって与えられる。ここで、ｅjは、クラスｊを独立
して考慮することによって求められる。
【数８４】が線型に近い場合には、この近似は推定値に
近接する。
【００８２】図９及び図１０は、成形器設計の結果及び
ネットワーク容量の増大に係る成形の役割を示してい
る。図９及び図１０は、トラフィック成形の効果及びト
ラフィックソースの実効帯域に係る関連したトラフィッ
ク遅延を調べたものであり、本発明に係る実施例に従っ
て成形器パラメータを選択することの利点を明示してい
る。図９は、図３のトラフィック成形システムを示して
おり、単一ソースクラスに対してデュアルリーキーバケ
ットレギュレータを用い、伝送容量４５Ｍｂｐｓの回線
及び１０００セル分の大きさの（ＦＩＦＯ）バッファに
対して成形して多重化した場合を示している。デュアル
リーキーバケットレギュレータのパラメータは、平均レ
ートｒ＝０．１５Ｍｂｐｓ、ピークレートＰ＝１．５Ｍ
ｂｐｓ及びバーストサイズＱ＝２５０セルである。ここ
で、Ｑ＝ＢTＰ／（Ｐ−ｒ）である。成形器２８（図
３）のデータバッファの大きさ、ＢDS、（よってその遅
延）は、０から２２５セルまで変化させられており、回
線でのセル損失確率が１０-9より大きくない場合の成形
済みトラフィックの実効帯域が、成形器２８（図３）の
ピークレート、ＰS、がリーキーバケットレギュレータ
１６（図３）のピークレート、Ｐ、と等しい場合、及
び、ＰSが図９及び図１０においてＰS *で示されている
値にセットされた場合の双方に関してプロットされてい
る。この図から、データバッファ、ＢDS、を０から２２
５セルに（遅延を０から６３６ミリ秒に）変化させるこ
とが、実効帯域を０．４５Ｍｂｐｓからソースの平均レ
ートである０．１５Ｍｂｐｓまで低下させる効果を有し
ていることがわかる。さらに、成形器２８（図３）のピ
ークレートを変化させることにより、実効帯域がかなり
低下することがわかる。図１０は、図９と同様のもので
あるが、レギュレータのパラメータが、ｒ＝０．１５Ｍ
ｂｐｓ、Ｐ＝６．０Ｍｂｐｓ及びＱ＝２５セルとなって
いる。この場合には、成形器２８（図３）のピークレー
トＰSを変化させることが、図９の場合とは異なって、
実効帯域を著しく低下させることはない。
【００８３】図１１は、図２に示された配置で２つのク
ラスのソースを多重化した場合を示している。クラス１
ソースはリアルタイム（遅延に敏感）であり、クラス２
ソースは非リアルタイム（遅延に鈍感）である。マルチ
プレクサのパラメータは、Ｂ＝１８０００セルでＣ＝１
５０Ｍｂｐｓであり、それゆえ、５１ミリ秒の遅延が導
入される。この値は、クラス１の許容遅延と考えられ
る。クラス２はより大きな遅延を許容するため、そのト
ラフィックが成形されてクラス２の実効帯域が低減され
る。クラス１及びクラス２ソースの流入可能領域境界
が、クラス２に係る成形遅延の相異なった値（０から２
００ミリ秒）に関してプロットされている。クラス２を
成形することによって、システム１４（図２）の容量
が、双方のクラスに係る遅延拘束条件を充たしつつ、著
しく増大することがわかる。図１２は、図９及び図１０
において個別の考慮された２つのクラスに係る流入可能
領域をプロットしたものである。各々のクラスは遅延拘
束条件に従って成形されており、成形の有無による流入
可能領域のそれぞれの境界がプロットされている。成形
を行なうことによって容量が著しく増大することが理解
される。
【００８４】よって、本発明に係る原理及びその実施例
に従って、接続毎の成形をＦＩＦＯ統計的多重化と統合
するための手順が提供される。相異なったトラフィック
クラス間の許容遅延の差異が、より遅延に関して敏感で
はないトラフィックを成形することによって利用され
る。成形することによってノードの接続担持容量が増大
することが例示されており、本発明に係る手順に従って
設計された成形器が用いられた場合には、この増大は非
常に実質的なものとなる。
【００８５】本発明の原理に従った手順の別の実施例も
可能である。例えば、成形器２８（図３）において少量
のセル損失が許容されており、総損失が成形器及び統計
的マルチプレクサの双方の成分を有する場合である。さ
らに種々の成形器のデータバッファが共通のメモリプー
ルを共有するようにも設計され得る。双方の特徴は、与
えられた総メモリに関して接続担持容量を増大させる効
果を有する。さらに、本発明の原理に従った手順は、バ
ッファリングが接続毎であり、かつ、スケジューリング
が重み付けされた環状のものであるような交換機に対し
て容易に拡張され得る。
【００８６】本発明に係る原理及びその実施例に従っ
て、図１３は、レギュレータ１６（図１）及び成形器２
８（図１）が示されているネットワークノード１４（図
１）への流入点において用いられる統合レギュレータ／
成形器１００を示している。統合レギュレータ／成形器
１００は、流入するデータセルを同時に規制／成形す
る。図１３に示されたレギュレータ／成形器１００は、
１）従属（マークされていない）セル、さらに、場合に
よっては、２）ネットワーク１０への流入が許可された
従属及び非従属（マーク済み）セルとからなる統合スト
リーム、を個別に規制／成形する。統合レギュレータ／
成形器１００は、データバッファ１０２を有している。
そのバッファサイズは、前述されたパラメータを用いる
と、≧ＢDSである。レギュレータ／成形器１００は、未
マークトークンバッファ１０４を有しており、これは成
形器２８に関して記述されているように、ＢTS個のトー
クンを保持することが可能である。未マークトークンバ
ッファ１０４は、トークンを、未マークセルの平均レー
トであるレートｒで受信する。
【００８７】この実施例においては、トークンバッファ
１０４がフルの場合には、オーバーフローしたトークン
はマーク済みトークンバッファ１０６へ転送される。マ
ーク済みトークンバッファはＢTS’個のトークンを保持
することが可能であり、トークンはこのマーク済みトー
クンバッファへレートｒ’−ｒで供給される。ここで、
ｒ’は未マーク及びマーク済みデータセル全体に関する
平均保持可能レートである。マーク済みトークンバッフ
ァ１０６がフルの場合には、オーバーフローしたトーク
ンは失われる。トークンバッファ１０４及び１０６は、
それぞれ処理回路１０８からレートｒ及びｒ’−ｒでイ
ンクリメントされ、かつ、レギュレータ／成形器１００
からデータセルを出力するためにそれぞれの対応するト
ークンが用いられる際にデクリメントされるカウンタに
よってインプリメントされ得る。
【００８８】レギュレータ／成形器１００は、利用可能
なトークンを未マークトークンライン１１０で未マーク
トークンバッファ１１１から受信する。未マークトーク
ンバッファ１１１は、未マークセルのピークレートに対
応するレート、ＰS、でトークンを受信する。さらに、
レギュレータ／成形器１００は、統合トークンライン１
１２で統合トークンバッファ１１３からトークンを受信
する。統合トークンバッファ１１３はセル全体（マーク
済み及び未マークセル）のピークレートに対応するレー
ト、ＰS’、でトークンを受信する。この実施例におい
ては、未マークトークンバッファ１１１は１つのトーク
ンを保持することが可能であり、統合トークンバッファ
１１３も１つのトークンを保持することが可能である。
トークンバッファ１１１及び１１３は、それぞれＰS及
びＰS’のレートでインクリメントされ、かつ、レギュ
レータ／成形器１００からデータセルを出力するために
それぞれの対応するトークンが用いられる際にデクリメ
ントされるカウンタによってインプリメントされ得る。
レギュレータ／成形器１００は、一般的には以下のよう
な種々のパラメータによって特徴付けられる： 未マー
クセルに係る平均保持レートｒ、 統合セルストリーム
に係る平均保持レートｒ’（デフォールト値はｒであ
る）、 未マークトークンバッファの大きさＢTS、 マ
ーク済みトークンバッファの大きさＢTS’、 データバ
ッファサイズＢD（この実施例においては成形器２８
（図３）のＢDSよりも大きい）、 未マークセルのピー
クレートＰS、 及び、統合セルストリームのピークレ
ートＰS’（この実施例においてはＰS≦ＰS’であ
る）。
【００８９】この実施例においては、ＢDS個の未マーク
セルが既にバッファ１０２（この実施例ではＦＩＦＯバ
ッファである）に存在する際にレギュレータ／成形器１
００に到達する全てのセルは、処理回路１０８によって
マークされる。この実施例においては、処理回路１０８
はデータセル中の特定の優先度ビットをセットすること
によってセルをマークすることが可能であり、データセ
ルは、ひとたびマークされるとマークされたままにな
る。例えば、従来技術に係るＡＴＭデータパケットにお
いては、処理回路１０８はマーク済み（非従属）セルに
関してＣＬＰビットを１にセットすることが可能であ
る。この実施例においては、未マークセルがＦＩＦＯバ
ッファ１０２の先頭に到達すると、この未マークセル
が、未マークトークンバッファ１０４、未っマークピー
クレートライン１１０及び統合ピークレートライン１１
２に利用可能なトークンが受信されるまで待機する。こ
の実施例においては、これら３つの全てにおいてトーク
ンが利用可能になると、それらのトークンが利用され、
結合回路１２０が、未マークセルがデータバッファ４２
から、すなわちレギュレータ／成形器１００から出力さ
れることを許可する。
【００９０】本実施例においては、マーク済みセルがバ
ッファ１０２の先頭に達すると、そのマーク済みセル
は、結合回路１２０がそのマーク済みセルをレギュレー
タ／成形器１００から出力させることを許可するため
に、マーク済みトークンバッファ１０６と統合ピークレ
ートライン１１２の双方に利用可能なトークンを必要と
する。本実施例においては、マーク済みセルはトークン
を待機することはない。マーク済みセルが到達する際
に、マーク済みトークンバッファ１０６あるいは統合ピ
ークレートライン１１２のいずれかが利用可能なトーク
ンを有していない場合には、そのマーク済みセルは失わ
れる。本発明の種々の側面に従って、未マークセルがト
ークンレートｒ未満のレートでトークンを利用し、かつ
未マークトークンバッファ１０４がフルである場合に
は、オーバーフローしたトークンはマーク済みトークン
バッファ１０６へ保持される。すなわち、ｒ’とｒとの
差及びｒのうちの未使用部分がマーク済みセルによって
利用される。
【００９１】本発明の原理に従った別の実施例に従っ
て、ＰS’がＰSと等置される場合には、未マークピーク
レートライン１１０及び対応する全てのバッファ１１１
は、レギュレータ／成形器１００の設計から除去され得
る。データセルの統合出力ストリームＳ’が平均レート
規制に依らない、すなわちｒ’＝∞の場合には、マーク
済みトークンバッファ１０６及び対応するラインは、結
合回路のロジックを若干変更することによって、レギュ
レータ／成形器１００の設計から除去され得る。ＰS’
＝ＰSかつ平均レート規制が統合データセルストリーム
から除去される場合には、レギュレータ／成形器は、図
１４に示されているような設計に還元される。
【００９２】図１４は、無制限の大きさを有するデータ
バッファ１２４へ従属及び非従属データセルとからなる
統合ストリームＱを受信するレギュレータ／成形器１２
２を示す模式図である。この実施例においては、トーク
ンバッファ１２６は平均トークンレートｒでトークンを
受信し、統合ピークレートライン１２８が、一つのトー
クンを保持しかつレートＰSでトークンを受信する統合
ピークトークンバッファ１３０から、統合（従属及び非
従属）データセル向けのトークンを供給する。この実施
例においては、到達するデータセルは、ＢDS個の未マー
クセルがデータバッファ１２４内に存在する場合には、
処理回路１３１によってマークされる。未マークのデー
タセルは、統合ピークライン１２８でトークンが利用可
能な場合に、結合回路１３２によってレギュレータ／成
形器１２２から出力される。それ以外の場合には、未マ
ークセルはトークンを待機する。データバッファ１２４
の先頭に到達すると、マーク済みセルは、トークンバッ
ファ１２６及び統合ピークライン１２８の双方において
トークンが利用可能な場合には、結合回路１３２によっ
てレギュレータ／成形器１２２から出力される。それ以
外の場合には、マーク済みセルは失われる。
【００９３】本発明に係る原理に従って、種々のコンポ
ーネントを追加／省略したり、相異なったパラメータを
用いたり、データセルをマークするための相異なった基
準を用いたり、及び／あるいは上述された制御方式の変
形を実行するようなトラフィック成形システムの種々の
配置が可能である。例えば、図１４に示された本発明に
係るトラフィック成形システムの実施例においては、ト
ークンがトークンバッファ１２６及び統合ピークライン
１２８の双方に存在する場合にレギュレータ／成形器１
２２から未マークデータセルを出力するような変形制御
方式を利用することが可能である。あるいは、未マーク
のセルがデータバッファ１２４内に存在しない場合に、
マーク済みセルがトークンを待機できるようにすること
も可能である。その他の変形例も利用可能であるが、そ
れらは全て、ノードへの流入口においてデータセルを規
制／成形することによってノードの容量を増大させると
いう本発明に係る原理によって包含されるものである。
さらに、ノードの出力点においてデータセルを成形する
というトラフィック成形システムの原理を用いることも
可能である。
【００９４】以上の説明においては、本発明に係るトラ
フィック成形システムは、例えばデュアルリーキーバケ
ットレギュレータ等の複数個の単純なコンポーネントか
ら構成されているように記述されているが、トラフィッ
ク成形システム全体あるいはその一部においては、他の
形態を有するレギュレータ／成形器、ＡＳＩＣ（applic
ation specific integrated circuit）、ソフトウエア
駆動処理回路、あるいはディスクリート素子による別の
配置等が用いられることも可能である。
【００９５】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【００９６】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、ネ
ットワークノードに関する接続担持容量を効率的かつコ
ストエフェクティブな方法で増強するシステム及びその
方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理に従ったトラフィック成形シス
テムが用いられ得るパケット／セル交換ネットワークを
示す模式図。
【図２】 トラフィッククラス間の遅延に関する許容性
の差異を利用する目的で本発明の原理に従ったトラフィ
ック成形システムの実施例が用いられ得る様子を示すブ
ロック図。
【図３】 本発明の原理に従ったトラフィック成形シス
テムを示す模式図。
【図４】 それぞれ相異なった場合に係るトラフィック
成形システムのデータバッファ内容に関連するグラフ。
【図５】 それぞれ相異なった場合に係るトラフィック
成形システムのデータバッファ内容に関連するグラフ。
【図６】 無損失成形を実現する条件を示すグラフ。
【図７】 単一ソースに対して接続されたトラフィック
成形システムを示すブロック図。
【図８】 混雑動作中のバッファ内容を示すグラフ。
【図９】 本発明の原理に従ったトラフィック成形シス
テムに関する実効帯域とデータバッファサイズとの関係
を示すグラフ。
【図１０】 相異なった動作パラメータを有する本発明
の原理に従ったトラフィック成形システムに関する実効
帯域とデータバッファサイズとの関係を示すグラフ。
【図１１】 リアルタイムソース及び非リアルタイムソ
ースの多重化に関する許容領域及び非リアルタイムソー
スの成形の効果を示すグラフ。
【図１２】 ２つのソースクラスの多重化に関する許容
領域及び２つのクラスの成形の効果を示すグラフ。
【図１３】 本発明の原理に従った統合レギュレータ／
成形器を示すブロック図。
【図１４】 本発明の原理に従った統合レギュレータ／
成形器の別の実施例を示すブロック図。
【符号の説明】
１０ ネットワーク １２ 通信回線 １４ ノード １６ レギュレータ １８ 通信デバイス ２０ マルチプレクサ ２２ バッファ ２４ 基幹回線 ２８ 成形器 ３０ トークンバッファ ３２ Ｐライン ３４ 結合回路 ３６ 処理回路 ３８ Ｐライントークンバッファ ４２ データバッファ ４４ 成形器トークンバッファ ４６ ＰSライン ４８ 結合回路 ５０ ＰSライントークンバッファ ５２ 単一ソースシステム ５３ 結合回路 ５４ バッファ １００ レギュレータ／成形器 １０２ ＦＩＦＯバッファ １０４ 未マークトークンバッファ １０６ マーク済みトークンバッファ １０８ 処理回路 １１０ 未マークピークレートライン １１１ 未マークトークンバッファ １１２ 統合ピークレートライン １１３ 統合トークンバッファ １２０ 結合回路 １２２ レギュレータ／成形器 １２４ データバッファ １２６ トークンバッファ １２８ 統合ピークライン １３０ 統合ピークトークンバッファ １３１ 処理回路 １３２ 結合回路
【手続補正書】
【提出日】平成１０年７月２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図７】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１１】
【図１４】
【図１２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 デベイシス ミトラ アメリカ合衆国，07901 ニュージャージ ー，サミット，サミット アヴェニュー 133 アパートメント ナンバー16

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ネットワークノードにおいて用いられる
    トラフィック成形システムにおいて、当該システムが、
    前記ネットワークノードの容量を増大させるために前記
    ネットワークノードへの流入可能接続数を増大させるこ
    とを目的として、データセルを受信しかつデータセルを
    成形するように配置されたノードであることを特徴とす
    るトラフィック成形システム。
  2. 【請求項２】 前記システムが、あるクラスに属するデ
    ータセルを選択的にバッファリングするデータバッファ
    をネットワークノードの流入点に有することを特徴とす
    る請求項第１項に記載のトラフィック成形システム。
  3. 【請求項３】 前記システムが、遅延に関してより敏感
    ではないトラフィッククラスを選択的に成形する目的で
    トラフィッククラス間の許容遅延の差異を利用すること
    を特徴とする請求項第２項に記載のトラフィック成形シ
    ステム。
  4. 【請求項４】 ネットワークノードの接続容量を増大さ
    せる方法において、当該方法が、前記ノードの接続担持
    容量を増大させる目的で、規制パラメータを考慮しつ
    つ、かつ一方でトラフィックセルに係るサービス要求の
    品質を充足させつつ、トラフィック成形システム向けの
    パラメータを選択する段階、を有することを特徴とする
    ネットワーク動作方法。
  5. 【請求項５】 前記選択段階が、さらに、前記トラフィ
    ック成形システムに係るピークレートを選択する段階、
    を有することを特徴とする請求項第４項に記載のネット
    ワーク動作方法。
  6. 【請求項６】 ネットワークノードにおいて用いられる
    統合レギュレータ／成形器において、当該統合レギュレ
    ータ／成形器が、前記ネットワークノードの接続担持容
    量を増大させる目的で、トラフィックセルを同時に規制
    ／成形するように配置されていることを特徴とする統合
    レギュレータ／成形器。
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